JP2005096541A

JP2005096541A - 車両ステアリング装置の中間軸装置

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Publication number: JP2005096541A
Application number: JP2003331040A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sekine; 博関根
Original assignee: NSK Ltd; NSK Steering Systems Co Ltd
Current assignee: NSK Ltd; NSK Steering Systems Co Ltd
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2005-04-14

Abstract

【課題】使用時のがた打ち音及び摺動抵抗が小さく、コストが安い伸縮軸を有する車両ステアリング装置の中間軸装置を提供する。
【解決手段】中間軸３の両端に等速自在継手を使用しているので、従来の十字軸自在継手を有する中間軸の場合とは異なり、雄スプライン３１１と雌スプライン３２１の円周方向の位相が一箇所に限定されることが無いため、雄スプライン３１１と雌スプライン３２１の円周方向の位相を変えて嵌合し、嵌合隙間が最も小さくなる円周方向の位相を見つけることが極めて容易になるため、選択嵌合に要する時間が短縮され、コストの安い中間軸装置を製作することが可能になる。
【選択図】図２

Description

本発明は、２つの異なる向きの軸間に回転を伝達するための中間軸装置に関し、特に車両ステアリング装置の中間軸装置に関する。

両端に自在継手を有し、雌スプラインと雄スプライン等からなる伸縮軸を有する中間軸装置においては、良好な操舵フィーリングを得るために、回転操作時におけるスプライン等の嵌合部分のがた打ち音を低減し、伸縮動作時の摺動抵抗を低減することが要求されている。

このような伸縮軸の嵌合部分のがた打ち音と伸縮動作時の摺動抵抗を低減した伸縮軸として、特開２０００−９１４８号（特許文献１）に記載された伸縮軸は、雄スプライン又は雌スプラインの少なくとも一方の表面に、０．０３ｍｍから０．０６ｍｍの二硫化モリブデンの薄膜を塗布し、この薄膜を加熱乾燥させて、嵌合隙間を小さくしている。また、特許文献１には、雄スプライン又は雌スプラインの少なくとも一方にナイロン膜をコーティングした後、削り加工を行って嵌合隙間を小さくした伸縮軸が、従来技術として記載されている。

上記特許文献１の伸縮軸は、薄膜形成後の削り加工が不要なため、製造工程数が少なくて済むため製造コストを低減できるが、雄、雌スプラインの製造誤差に薄膜厚さの誤差が加わるため、上記特許文献１記載の従来技術の伸縮軸よりも嵌合隙間が大きくなり、スプライン嵌合部分のがた打ち音を低減できない場合があった。従って、嵌合隙間をさらに小さくするために、雄、雌スプラインの選択嵌合を行っている。

また、上記特許文献１記載の従来技術においても、製作誤差や、この中間軸を使用する車種によって、がた打ち音や摺動抵抗が基準値を満たさない場合が有り、その場合には、特許文献１の伸縮軸と同様に、嵌合隙間をさらに小さくするために、雄、雌スプラインの選択嵌合を行っている。

ところが、上記特許文献１の伸縮軸及び従来技術の伸縮軸では、伸縮軸両端の自在継手が十字軸自在継手で構成されているため、十字軸自在継手同士の円周方向の位相ずれによるトルク変動を避けるために、雄、雌スプラインの選択嵌合位置は、円周方向の一箇所に限定して行わざるを得なかった。従って、選択嵌合によって雄、雌スプラインの嵌合隙間を小さくするためには、多数の雄、雌スプラインを用意し、雄、雌スプラインの組み合わせを試行錯誤で変えながら、所定の性能を満たす組み合わせを探す必要があるため、工数が掛かりコスト高となっていた。
特開２０００−９１４８号明細書

本発明は、ハンドル操作時のがた打ち音及び摺動抵抗が小さく、コストが安い伸縮軸を有する車両ステアリング装置の中間軸装置を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、
第１番目の発明の解決手段は、ステアリングホィールからの回転を伝達するための入力軸、上部中間軸、下部中間軸、及び上記上部中間軸と下部中間軸を軸方向に摺動可能かつ回転力を伝達可能に結合する結合装置を備えた中間軸、車両側の操舵機構を駆動するための出力軸、及び、上記入力軸と上記上部中間軸との間、及び、上記下部中間軸と上記出力軸との間を結合するそれぞれの自在継手を備えた車両ステアリング装置の中間軸装置であって、上記自在継手は、少なくとも一方が等速自在継手であることを特徴とする車両ステアリング装置の中間軸装置である。

第２番目の発明の解決手段は、ステアリングホィールからの回転を伝達するための入力軸、上部中間軸、下部中間軸、及び上記上部中間軸と下部中間軸を軸方向に摺動可能かつ回転力を伝達可能に結合する結合装置を備えた中間軸、車両側の操舵機構を駆動するための出力軸、及び、上記入力軸と上記上部中間軸との間、及び、上記下部中間軸と上記出力軸との間を結合するそれぞれの自在継手を備えた車両ステアリング装置の中間軸装置であって、上記自在継手は、ともに等速自在継手であることを特徴とする車両ステアリング装置の中間軸装置である。

第３番目の発明の解決手段は、ステアリングホィールからの回転を伝達するための入力軸、上部中間軸、下部中間軸、及び上記上部中間軸と下部中間軸を軸方向に摺動可能かつ回転力を伝達可能に結合する結合装置を備えた中間軸、車両側の操舵機構を駆動するための出力軸、及び、上記入力軸と上記上部中間軸との間、及び、上記下部中間軸と上記出力軸との間を結合するそれぞれの自在継手を備えた車両ステアリング装置の中間軸装置であって、上記自在継手の一方は等速自在継手、他方は十字軸自在継手であることを特徴とする車両ステアリング装置の中間軸装置である。

第４番目の発明の解決手段は、第１番目から第３番目までのいずれかの発明の車両ステアリング装置の中間軸装置において、上記等速自在継手は、等速ボール自在継手であることを特徴とする車両ステアリング装置の中間軸装置である。

第５番目の発明の解決手段は、第１番目から第４番目までのいずれかの発明の車両ステアリング装置の中間軸装置において、上記結合装置は、スプライン結合装置またはセレーション結合装置であり、上記スプライン結合装置またはセレーション結合装置の雄側または雌側の少なくとも一方の結合部表面にポリアミド樹脂の被膜を形成したことを特徴とする車両ステアリング装置の中間軸装置である。

第６番目の発明の解決手段は、第１番目から第４番目までのいずれかの発明の車両ステアリング装置の中間軸装置において、上記結合装置は、セレーション結合装置であり、上記セレーション結合装置の雄側と雌側との間に軸直角方向の付勢力を付与する付勢部材を装着したことを特徴とする車両ステアリング装置の中間軸装置である。

第７番目の発明の解決手段は、第１番目から第４番目までのいずれかの発明の車両ステアリング装置の中間軸装置において、上記結合装置は、スプライン結合装置であり、上記スプライン結合装置の少なくとも一箇所の歯のたけが他の歯のたけよりも低いことを特徴とする車両ステアリング装置の中間軸装置である。

本発明の車両ステアリング装置の中間軸装置では、両端に自在継手を有する中間軸装置の、少なくとも一方の自在継手を等速自在継手にしている。従って、選択嵌合時、伸縮軸の嵌合部分の位相を円周方向の一箇所に限定する必要がなくなるため、選択嵌合に要する時間が大幅に短縮され、がた打ち音や摺動抵抗の小さな中間軸装置を安いコストで製造することが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。

＊第１実施例
図１は、本発明が適用された自動車の操舵機構全体を示す説明図である。この図には、車体側操舵機構６から上の部分が示されている。車体本体９１には、ステアリングコラム５２が調整レバー５２２によってその傾斜が調整可能に固定されている。ステアリングコラム５２には、内部を貫通するホィールシャフト５２１が回転自在に支持されており、ハンドル５１は、ホィールシャフト５２１の上端に固定される。他端、すなわちステアリングコラム５２の下端側には、中間軸装置１が結合されている。

中間軸装置１は、上側、及び下側に等速ボール自在継手２、４、中間にはこれらの自在継手を結ぶ中間軸３を備えている。各等速ボール自在継手２は、締め付けボルト２１、４１によって、ホィールシャフト５２１および車体側操舵機構６の入力軸６１にそれぞれ結合される。

図２は、第１実施例の中間軸装置１の説明図であって、（Ａ）は一部断面図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）は図２（Ａ）のＣ−Ｃ断面図である。

中間軸装置１は以下のようになっている。中間軸３の両端には、等速ボール自在継手２、４が形成され、等速ボール自在継手２、４の一部をなす内側継手部材２２、４２がそれぞれ形成されている。等速ボール自在継手２、４の内側継手部材２２、４２の先端近傍は球状に形成されており、更にこの球面にボール案内溝２２１、４２１が形成されている。

一方、外側継手部材２３、４３は球状の凹所を備えた外側継手部分２３９、４３９を有し、この凹所にボール案内溝２３１、４３１が形成されている。２つのボール案内溝２２１、４２１、２３１、４３１は、ともに中間軸３および外側継手部材２３、４３の軸方向に沿って伸びており、これらの溝内にはトルク伝達ボール２４、４４が転動可能に嵌合することにより、内側継手部材２２、４２と外側継手部材２３、４３が回転に関して結合する。

内側継手部材２２、４２の球面と相補的内面を備えたボール保持器２５、４５は、トルク伝達ボール２４、４４を保持しながらこの球面中心回りに回転可能となっている。内側継手部材２２、４２と外側継手部分２３９、４３９との境界近傍は、柔軟なカバーをなすブーツ２６、４６によって覆われており、外部から塵埃が侵入するのを防止している。

外側継手部材２３及び内側継手部材４２は、ホィールシャフト５２１及び車体側操舵機構６の入力軸６１にそれぞれ固定するためのヨーク２８、４８を有している。ヨーク２８、４８は、シャフト孔２７、４７を有しており、このシャフト孔２７、４７にはスリ割り２７１、４７１が設けられている。スリ割り２７１、４７１の両サイドに形成されたバカ孔２７３、４７３とボルト孔２７２、４７２に締め付けボルト２１、４１を螺合させて、外側継手部材２３をホィールシャフト５２１に、内側継手部材４２を入力軸６１にそれぞれ固定する。

車体への組み付け時に、締め付けボルト２１、４１の締め付け作業を同じ方向から行うことができるように、図２に示されるようにバカ孔２７３、４７３を中間軸装置１の同じ側に設けることにより、作業効率を向上させることができる。

第１実施例の中間軸３は、内側継手部材２２から一体的に下方に延びる上部中間軸３１と、外側継手部材４３から一体的に上方に延びる下部中間軸筒３２から構成されている。上部中間軸３１には雄スプライン３１１が、また下部中間軸筒３２には雄スプライン３１１に嵌合する雌スプライン３２１が形成されている。このスプライン結合によって、上部中間軸３１と下部中間軸筒３２は、軸方向に互いに摺動可能であって回転力のみを伝達するように結合されている。中間軸３が伸縮することによって、車体本体９１に対してステアリングコラム５２の傾斜を調整したとき、ホィールシャフト５２１の下端の位置が移動する構造を可能とし、さらに車体側操舵機構６とステアリングコラム間に発生する相対変位を吸収することができる。

図３は図２のＡ−Ａ断面図であり、インボリュート歯形の雄スプライン３１１のみを示す。図３に示すように、雄スプライン３１１の表面には、潤滑性並びに耐摩耗性に優れた皮膜３３、例えばポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の皮膜３３がコーティングされ、削り加工によって仕上げられている。また、皮膜３３としては、二硫化モリブデンを含む薄膜でも良い。皮膜３３は雌スプライン３２１側の表面にコーティングしても良く、また、雄スプライン３１１及び雌スプライン３２１の両方にコーティングしても良い。このようにして構成した雄スプライン３１１と雌スプライン３２１とを嵌合させ、嵌合部にグリースを塗布して中間軸３を構成する。

図４は図２のＡ−Ａ断面図であり、図３とは歯形形状の異なるインボリュート歯形の雄スプライン３１１のみを示す。図４の場合も図３と同様に、雄スプライン３１１の表面には、潤滑性並びに耐摩耗性に優れた皮膜３３、例えばポリアミド樹脂の皮膜３３がコーティングされ、削り加工によって仕上げられている。図３と異なる点は、対向する二箇所の歯３１２、３１２のたけ（高さ）が他の歯のたけよりも低く形成されていることである。

これによって、中間軸３を車両で使用中に、低い山の部分を通してエアー抜きを行わせ、雄スプライン３１１と雌スプライン３２１の円滑な摺動動作を行わせることが可能となる。対向する二箇所の歯３１２、３１２のたけを低くすれば、中間軸３が回転する際の動バランスが良くなるため好ましいが、一箇所の歯のたけを低くしても良い。また、雌スプライン３２１側の歯のたけを低くしても良い。

図５は図２のＡ−Ａ断面図であり、図３、図４とは歯形形状の異なる直線歯の雄スプライン３１３のみを示す。図５の場合も図３、図４と同様に、雄スプライン３１３の表面には、潤滑性並びに耐摩耗性に優れた皮膜３３、例えばポリアミド樹脂の皮膜３３がコーティングされ、削り加工によって仕上げられている。

以上に示すように、第１実施例の車両ステアリング装置の中間軸装置において、ハンドル操作時のがた打ち音を完全に無くすため、雄スプライン３１１と雌スプライン３２１の嵌合隙間を限りなくゼロに近づけ、かつ摺動抵抗を小さくすることが求められた場合、雄スプライン３１１と雌スプライン３２１の選択嵌合を行うことになる。

第１実施例では、中間軸３の両端に等速自在継手を使用しているので、従来の十字軸自在継手を有する中間軸の場合とは異なり、雄スプライン３１１と雌スプライン３２１の円周方向の位相が一箇所に限定されることが無い。従って、雄スプライン３１１と雌スプライン３２１の円周方向の位相を変えて嵌合し、嵌合隙間が最も小さくなる円周方向の位相を見つけることが極めて容易になるため、選択嵌合に要する時間が短縮され、コストの安い中間軸装置を製作することが可能になる。例えば図３、図４に示す１０山のスプラインでは、一組の雄、雌スプラインの組み合わせで、選択嵌合が良好に行われる可能性が１０回生じる。

＊第２実施例
第２実施例の中間軸装置１は、第１実施例と同様に、上側、及び下側に等速ボール自在継手２、４、中間にはこれらの軸継手を結ぶ上部中間軸３１、下部中間軸筒３２から成る中間軸３を備えているが、上部中間軸３１と下部中間軸筒３２の結合がセレーション結合になっており、セレーション結合部のがた止め用のバネを装着している点が相違する。

以下の説明では、第１実施例との相違点についてのみ説明し、他の説明及び図６のＢ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面については第１実施例の説明を援用する。図６は、第２実施例の中間軸装置１の説明図であって、図７は図６のセレーション嵌合部の拡大断面図である。

図６から図７に示すように、第２実施例の中間軸３は、内側継手部材２２から一体的に下方に延びる上部中間軸３１と、外側継手部材４３から一体的に上方に延びる下部中間軸筒３２で構成され、上部中間軸３１には雄セレーション３１４が、また下部中間軸筒３２には雄セレーション３１４に嵌合する雌セレーション３２２が形成されている。

このセレーション結合によって、上部中間軸３１と下部中間軸筒３２は、軸方向に互いに摺動可能であって回転力のみを伝達するように結合されている。中間軸３が伸縮することによって、車体本体９１に対してステアリングコラム５２の傾斜を調整したとき、ホィールシャフト５２１の下端の位置が移動する構造を可能とし、さらに車体側操舵機構６とステアリングコラム間に発生する相対変位を吸収することができる。

雄セレーション３１４には、上部中間軸３１の軸方向に平行に長溝３１５が形成され、長溝３１５内には波形の板バネ３１６が挿入されている。板バネ３１６は、雄セレーション３１４と雌セレーション３２２との間に軸直角方向の付勢力を付与することで、雄セレーション３１４と雌セレーション３２２との間のがたを無くし、がた打ち音の発生を防止している。

第２実施例の場合も第１実施例と同様に、雄セレーション３１４または雌セレーション３２２のどちらか一方、もしくは、両方の表面に、潤滑性並びに耐摩耗性に優れた皮膜３３、例えばポリアミド樹脂の皮膜３３をコーティングし、削り加工によって仕上げを行う処理を施すことができる。

第２実施例の車両ステアリング装置の中間軸装置において、ハンドル操作時のがた打ち音を完全に無くし、かつ摺動抵抗を小さくすることが求められた場合、雄セレーション３１４と雌セレーション３２２の選択嵌合を行うことになるが、上記第１実施例の場合と同様に、中間軸３の両端に等速自在継手を使用しているので、従来の十字軸自在継手を有する中間軸の場合とは異なり、雄セレーション３１４と雌セレーション３２２の円周方向の位相が一箇所に限定されることが無い。

従って、雄セレーション３１４と雌セレーション３２２の円周方向の位相を変えて嵌合し、嵌合隙間が最も小さくなる円周方向の位相を見つけることが極めて容易になるため、選択嵌合に要する時間が短縮され、コストの安い中間軸装置を製作することが可能になる。

＊第３実施例
図８は第３実施例の中間軸装置１を説明するための一部断面図である。以下、第１実施例との相違点についてのみ説明し、他の説明及び図８のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面については第１実施例の説明を援用する。第3実施例は、第１実施例における等速ボール自在継手のうちの一方を十字軸自在継手に置き換えたものである。

上部中間軸３１の右端には、十字軸自在継手７の一部をなす一対のアームからなる第１ヨークアーム対７１が形成されている。十字軸自在継手７のヨーク７８は、ホィールシャフト５２１に差し込まれ、バカ孔７７３に挿入された締め付けボルトにより固定される。ヨーク７８には、一対のアームからなる第２ヨークアーム対７２が形成されている。

十字軸部材７３は十字状に伸びる４本の軸部分を備えており、互いに反対側にある軸部分が第１ヨークアーム対７１、第２ヨークアーム対７２にそれぞれ軸受されている。上部中間軸３１とヨーク７８は、十字軸部材７３を介在させることにより結合され、回転が伝達される。

以上に示すように、第3実施例の車両ステアリング装置の中間軸装置は、一方が安価な十字軸自在継手を使用し、他方が等速自在継手を使用しているため、上記第１実施例、第２実施例と同様に、雄スプライン３１１と雌スプライン３２１の選択嵌合を行う際、中間軸３の一方に等速自在継手を使用しているので、従来の両端に十字軸自在継手を有する中間軸の場合とは異なり、雄スプライン３１１と雌スプライン３２１の円周方向の位相が一箇所に限定されることが無い。

従って、雄スプライン３１１と雌スプライン３２１の円周方向の位相を変えて嵌合し、嵌合隙間が最も小さくなる円周方向の位相を見つけることが極めて容易になるため、選択嵌合に要する時間が短縮され、コストの安い中間軸装置を製作することが可能になる。

本発明が適用された自動車の操舵機構全体を示す説明図である。第１実施例の中間軸装置１の説明図であって、（Ａ）は一部断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。図２のＡ−Ａ断面図であって、インボリュート歯形の雄スプラインのみを示す。図２のＡ−Ａ断面図であって、図３とは歯形形状の異なるインボリュート歯形の雄スプラインのみを示す。図２のＡ−Ａ断面図であって、直線歯の雄スプラインのみを示す。第２実施例の中間軸装置１の説明図である。図６のセレーション嵌合部の拡大断面図である。第３実施例の中間軸装置１の説明図である。

符号の説明

１中間軸装置
２等速ボール自在継手
２１締め付けボルト
２２内側継手部材
２２１ボール案内溝
２３外側継手部材
２３１ボール案内溝
２３９外側継手部分
２４トルク伝達ボール
２５ボール保持器
２６ブーツ
２７シャフト孔
２７１スリ割り
２７２ボルト孔
２７３バカ孔
２８ヨーク
３中間軸
３１上部中間軸
３１１雄スプライン
３１２歯
３１３雄スプライン
３１４雄セレーション
３１５長溝
３１６板バネ
３２下部中間軸筒
３２１雌スプライン
３２２雌セレーション
３３皮膜
４等速ボール自在継手
４１締め付けボルト
４２内側継手部材
４２１ボール案内溝
４３外側継手部材
４３１ボール案内溝
４３９外側継手部分
４４トルク伝達ボール
４５ボール保持器
４６ブーツ
４７シャフト孔
４７１スリ割り
４７２ボルト孔
４７３バカ孔
４８ヨーク
５１ハンドル
５２ステアリングコラム
５２１ホィールシャフト
５２２調整レバー
６車体側操舵機構
６１入力軸
７十字軸自在継手
７１第１ヨークアーム対
７２第２ヨークアーム対
７３十字軸部材
７７３バカ孔
７８ヨーク
９１車体本体

Claims

ステアリングホィールからの回転を伝達するための入力軸、
上部中間軸、下部中間軸、及び上記上部中間軸と下部中間軸を軸方向に摺動可能かつ回転力を伝達可能に結合する結合装置を備えた中間軸、
車両側の操舵機構を駆動するための出力軸、及び、
上記入力軸と上記上部中間軸との間、及び、上記下部中間軸と上記出力軸との間を結合するそれぞれの自在継手
を備えた車両ステアリング装置の中間軸装置であって、
上記自在継手は、少なくとも一方が等速自在継手であること
を特徴とする車両ステアリング装置の中間軸装置。
ステアリングホィールからの回転を伝達するための入力軸、
上部中間軸、下部中間軸、及び上記上部中間軸と下部中間軸を軸方向に摺動可能かつ回転力を伝達可能に結合する結合装置を備えた中間軸、
車両側の操舵機構を駆動するための出力軸、及び、
上記入力軸と上記上部中間軸との間、及び、上記下部中間軸と上記出力軸との間を結合するそれぞれの自在継手
を備えた車両ステアリング装置の中間軸装置であって、
上記自在継手は、ともに等速自在継手であること
を特徴とする車両ステアリング装置の中間軸装置。
ステアリングホィールからの回転を伝達するための入力軸、
上部中間軸、下部中間軸、及び上記上部中間軸と下部中間軸を軸方向に摺動可能かつ回転力を伝達可能に結合する結合装置を備えた中間軸、
車両側の操舵機構を駆動するための出力軸、及び、
上記入力軸と上記上部中間軸との間、及び、上記下部中間軸と上記出力軸との間を結合するそれぞれの自在継手
を備えた車両ステアリング装置の中間軸装置であって、
上記自在継手の一方は等速自在継手、他方は十字軸自在継手であること
を特徴とする車両ステアリング装置の中間軸装置。
請求項１から請求項３までのいずれかに記載された車両ステアリング装置の中間軸装置において、
上記等速自在継手は、
等速ボール自在継手であること
を特徴とする車両ステアリング装置の中間軸装置。
請求項１から請求項４までのいずれかに記載された車両ステアリング装置の中間軸装置において、
上記結合装置は、
スプライン結合装置またはセレーション結合装置であり、
上記スプライン結合装置またはセレーション結合装置の雄側または雌側の少なくとも一方の結合部表面にポリアミド樹脂の被膜を形成したこと
を特徴とする車両ステアリング装置の中間軸装置。
請求項１から請求項４までのいずれかに記載された車両ステアリング装置の中間軸装置において、
上記結合装置は、
セレーション結合装置であり、
上記セレーション結合装置の雄側と雌側との間に軸直角方向の付勢力を付与する付勢部材を装着したこと
を特徴とする車両ステアリング装置の中間軸装置。
請求項１から請求項４までのいずれかに記載された車両ステアリング装置の中間軸装置において、
上記結合装置は、
スプライン結合装置であり、
上記スプライン結合装置の少なくとも一箇所の歯のたけが他の歯のたけよりも低いこと
を特徴とする車両ステアリング装置の中間軸装置。