JP2013142437A

JP2013142437A - 伸縮軸

Info

Publication number: JP2013142437A
Application number: JP2012002637A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Kurokawa; 祥史黒川; Seiichi Moriyama; 誠一森山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2013-07-22

Abstract

【課題】摺動抵抗を減少させる被覆部を有する伸縮軸に作用する回転トルクによって、被覆部が塑性流動したり、被覆部が摩耗しないようにした伸縮軸を提供する。
【解決手段】金属製の雄シャフト１６Ａの突条歯５１に、雌シャフト１６Ｂの歯溝４１との間の摺動抵抗を減少させる被覆部６１をコーティングし、突条歯５１の歯面５１１に被覆部６１の内周６１２を接着剤で接着している。突条歯５１の歯面５１１に、突条歯５１を切削加工した時の加工筋を残したり、ショットピーニング加工や酸洗処理を行ったりして微少な凹凸を形成することによって、被覆部６１の接着強度を大きくしている。被覆部６１は突条歯５１の歯面５１１に接着されているため、圧縮方向（図４の矢印α３、α４）、円周方向（図４の矢印β３、β４）、軸方向（図４の紙面に直交する方向）の３方向の弾性変形が抑制される。
【選択図】図４

Description

本発明は伸縮軸、特に、回転トルクを伝達可能で軸方向に相対摺動可能な伸縮軸、例えば、中間シャフトやステアリングシャフト等の伸縮軸に関する。

ステアリング装置には、回転トルクを伝達可能に、かつ、軸方向に相対摺動可能に連結されたスプライン軸等の伸縮軸が、中間シャフトやステアリングシャフト等に組み込まれている。すなわち、中間シャフトは、ステアリングギヤのラック軸に噛合うピニオンシャフトに、自在継手を締結する際に、一旦縮めてからピニオンシャフトに嵌合させて締結するためや、車体フレームとの間の相対変位を吸収するために、伸縮機能が必要である。

また、ステアリングシャフトは、ステアリングホイールの操舵力を車輪に伝達すると共に、運転者の体格や運転姿勢に応じて、ステアリングホイールの位置を軸方向に調整する必要があるため、伸縮機能が要求される。

近年、車体全体の剛性と走行安定性が向上したために、ステアリングホイールを操作した時に、伸縮軸の回転方向のガタツキを運転者が感じやすくなった。そこで、回転方向のガタツキと摺動抵抗が小さく、潤滑性と耐久性に優れた伸縮軸が望まれている。

そのために、雄シャフトの歯面外周に摺動抵抗の小さな樹脂等を被覆し、潤滑用の潤滑剤を塗布した後に雌シャフトに嵌合した伸縮軸がある。図６から図８に従来の伸縮軸を示す。図６は従来の伸縮軸の突条歯と歯溝の嵌合部を示す拡大断面図、図７は図６のＲ部拡大断面図、図８は図６の被覆部と突条歯との間に被覆部の摩耗粉が挟まった状態を示す拡大断面図である。

図６から図８に示すように、従来の伸縮軸は、中間シャフト１６の雄シャフト（雄中間シャフト）１６Ａが雌シャフト（雌中間シャフト）１６Ｂに内嵌して連結されている。雌シャフト１６Ｂの内周には、雌シャフト１６Ｂの軸心から放射状に、複数の軸方向の歯溝４１が、伸縮ストロークの全長にわたって、等間隔に形成されている。

歯溝４１の個数と同じ数の軸方向の突条歯５１を有する雄シャフト１６Ａには、突条歯５１の軸方向の全長に、雌シャフト１６Ｂの軸方向の歯溝４１との間の摺動抵抗を減少させる樹脂製の被覆部６１がコーティングされている。図６から図８に示す従来の被覆部６１は、突条歯５１の歯面５１１に接着されていない。

近年、車体軽量化や燃費向上に優れた電動式パワーステアリング装置が増加しており、特にコラムアシスト型電動式パワーステアリング装置は、従来の油圧式パワーステアリング装置と比較して、中間シャフト１６に加わる回転トルクが１０〜４０倍程度大きくなる。従って、図６に示すように、コラムアシスト型電動式パワーステアリング装置の中間シャフト１６に大きな回転トルクＴが加わると、被覆部６１が圧縮される。

被覆部６１は突条歯５１の歯面５１１に接着されていないため、歯面５１１に対して相対移動し、圧縮方向（図６の矢印α１、α２）、円周方向（図６の矢印β１、β２）、軸方向（図６の紙面に直交する方向）の３方向に弾性変形する。その結果、被覆部６１の外周６１１が被覆部６１のグリース溜まり部に塑性流動して、被覆部６１と雌シャフト１６Ｂの歯溝４１の歯面４１１との間のガタが大きくなって、音が発生する恐れがあった。

特に雄シャフト１６Ａが中空筒状に形成されていると、回転トルクＴによって雄シャフト１６Ａの突条歯５１が弾性変形し、突条歯５１の歯面５１１と被覆部６１との間の相対移動によって被覆部６１の内周６１２が摩耗する。その結果、図７、図８に示すように、突条歯５１の歯面５１１と被覆部６１の内周６１２との間に摩耗粉６１３が挟まり、被覆部６１と雌シャフト１６Ｂの歯溝４１の歯面４１１との間の締め代が大きくなって、被覆部６１と歯面４１１との間の摺動抵抗が大きくなり、車輪側の振動が中間シャフト１６を介してステアリングホイールに伝達され易くなるため、操舵感が低下してしまう不具合が生じる。

特許文献１の伸縮軸は、雄シャフトの外周面に突条歯の歯底よりも深い環状溝を形成し、この環状溝と突条歯の歯面に被覆部をコーティングすることにより、被覆部を雄シャフトと一体化している。

特開昭５５−２４２９０号公報

本発明は、摺動抵抗を減少させる被覆部を有する伸縮軸に作用する回転トルクによって、被覆部が塑性流動したり、被覆部が摩耗しないようにした伸縮軸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番目の発明は、外周に複数の突条歯が形成された金属製の雄シャフト、上記雄シャフトの突条歯に軸方向に相対摺動可能にかつ回転トルクを伝達可能に外嵌する複数の歯溝が内周に形成された雌シャフト、上記雄シャフトの突条歯の歯面に被覆された被覆部、上記被覆部を形成した雄シャフトの突条歯に上記雌シャフトの歯溝を外嵌した伸縮軸であって、上記被覆部は上記突条歯の歯面に接着剤によって接着されていることを特徴とする伸縮軸である。

第２番目の発明は、第１番目の発明の伸縮軸において、上記突条歯の歯面に微少な凹凸が形成されていることを特徴とする伸縮軸である。

第３番目の発明は、第２番目の発明の伸縮軸において、上記微少な凹凸は、突条歯の切削加工時、ショットピーニング加工、酸洗処理のうちのいずれかによって形成されていることを特徴とする伸縮軸である。

第４番目の発明は、第１番目から第３番目までのいずれかの発明の伸縮軸において、上記雄シャフトが中空であることを特徴とする伸縮軸である。

第５番目の発明は、第１番目から第３番目までのいずれかの発明の伸縮軸において、上記伸縮軸が、ステアリングシャフトに補助トルクを付与する為のアシスト装置の出力軸に連結された中間シャフトであることを特徴とする伸縮軸である。

本発明の伸縮軸の伸縮軸では、被覆部を形成した雄シャフトの突条歯に雌シャフトの歯溝を外嵌した伸縮軸であって、被覆部が突条歯の歯面に接着剤によって接着されている。従って、大きな回転トルクが加わり、被覆部が圧縮されると、被覆部は突条歯の歯面に接着されているため、圧縮方向、円周方向、軸方向の３方向の弾性変形が抑制される。その結果、被覆部と雌シャフトの歯溝の歯面との間のガタが抑制されるため、音が発生することはない。また、突条歯の歯面と被覆部との間の相対移動も抑制されるため、被覆部の内周の摩耗が抑制されるため、被覆部と歯面との間の摺動抵抗の増加が抑制される。

本発明の伸縮軸を有するステアリング装置の全体を示し、一部を切断した側面図であって、操舵補助部を有する電動パワーステアリング装置に適用した実施例を示す。本発明の実施例の伸縮軸を示す縦断面図である。図２のＡ−Ａ拡大断面図である。図３のＰ部拡大断面図である。図４のＱ部拡大断面図である。従来の伸縮軸の突条歯と歯溝の嵌合部を示す拡大断面図である。図６のＲ部拡大断面図である。図６の被覆部と突条歯との間に被覆部の摩耗粉が挟まった状態を示す拡大断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。図１は本発明の伸縮軸を有するステアリング装置の全体を示し、一部を切断した側面図であって、操舵補助部を有する電動パワーステアリング装置に適用した実施例を示す。図２は本発明の実施例の伸縮軸を示す縦断面図、図３は図２のＡ−Ａ拡大断面図である。図４は図３のＰ部拡大断面図、図５は図４のＱ部拡大断面図である。

図１に示すように、本発明の実施例の伸縮軸を有するステアリング装置は、車体後方側（図１の右側）にステアリングホイール１１を装着可能なステアリングシャフト１２と、このステアリングシャフト１２を挿通したステアリングコラム１３と、ステアリングシャフト１２に補助トルクを付与する為のアシスト装置（操舵補助部）２０と、ステアリングシャフト１２の車体前方側（図１の左側）に、図示しないラック／ピニオン機構を介して連結されたステアリングギヤ３０とを備える。

ステアリングシャフト１２は、アウターシャフト１２Ａとインナーシャフト１２Ｂとを、回転トルクを伝達自在に、かつ軸方向に関して相対変位可能に組み合わせて成る。すなわち、インナーシャフト１２Ｂの車体後方側外周には、複数の雄スプラインが形成されている。アウターシャフト１２Ａの車体前方側内周には、複数の雌スプラインが、雄スプラインと同一位相位置に形成されている。アウターシャフト１２Ａの雌スプラインがインナーシャフト１２Ｂの雄スプラインと所定の隙間を有して外嵌し、回転トルクを伝達自在に、かつ軸方向に関して相対変位可能に係合している。従って、上記アウターシャフト１２Ａとインナーシャフト１２Ｂとは、衝突時に、この係合部が相対摺動して、全長を縮めることができる。

また、上記ステアリングシャフト１２を挿通した筒状のステアリングコラム１３は、アウターコラム１３Ａとインナーコラム１３Ｂとをテレスコピック移動可能に組み合わせており、衝突時に軸方向の衝撃が加わった場合に、この衝撃によるエネルギを吸収しつつ全長が縮まる、所謂コラプシブル構造としている。

そして、上記インナーコラム１３Ｂの車体前方側端部を、ギヤハウジング２１の車体後方側端部に圧入嵌合して固定している。また、上記インナーシャフト１２Ｂの車体前方側端部を、このギヤハウジング２１の内側に通し、アシスト装置２０の図示しない入力軸の車体後方側端部に結合している。

ステアリングコラム１３は、その中間部を支持ブラケット１４により、ダッシュボードの下面等、車体１８の一部に支承している。また、この支持ブラケット１４と車体１８との間に、図示しない係止部を設けて、この支持ブラケット１４に車体前方側に向かう方向の衝撃が加わった場合に、この支持ブラケット１４が上記係止部から外れ、車体前方側に移動するようにしている。

また、上記ギヤハウジング２１の上端部も、上記車体１８の一部に支承している。また、本実施例の場合には、チルト機構及びテレスコピック機構を設けることにより、上記ステアリングホイール１１の車体前後方向位置、及び、高さ位置の調節を自在としている。このようなチルト機構及びテレスコピック機構は、従来から周知であり、本発明の特徴部分でもない為、詳しい説明は省略する。

上記ギヤハウジング２１の車体前方側端面から突出した出力軸２３は、自在継手１５を介して、中間シャフト１６の雄中間シャフト（以下雄シャフトと呼ぶ）１６Ａの後端部に連結している。また、この中間シャフト１６の雌中間シャフト（以下雌シャフトと呼ぶ）１６Ｂの前端部に、別の自在継手１７を介して、ステアリングギヤ３０の入力軸３１を連結している。

雄シャフト１６Ａは、雌シャフト１６Ｂに対して、軸方向に相対摺動可能に、かつ、回転トルクを伝達可能に結合している。図示しないピニオンが、この入力軸３１の前端部に形成されている。また、図示しないラックが、このピニオンに噛み合っており、ステアリングホイール１１の回転が、タイロッド３２を移動させて、図示しない車輪を操舵する。

アシスト装置２０のギヤハウジング２１には、電動モータ２６のケース２６１が固定されている。ステアリングホイール１１からステアリングシャフト１２に加えられるトルクの方向と大きさを、トルクセンサで検出する。この検出信号に応じて、電動モータ２６を駆動し、図示しない減速機構を介して、出力軸２３に、所定の方向に所定の大きさで補助トルクを発生させる。

図２に示すように、本発明の実施例の伸縮軸は、中間シャフト１６の雄シャフト１６Ａと雌シャフト１６Ｂに適用した例を示す。雄シャフト１６Ａの車体前方側（図２の左端）が、雌シャフト１６Ｂの車体後方側（図２の右端）に内嵌して連結されている。

図２から図４に示すように、炭素鋼またはアルミニウム合金で成形された金属製の雌シャフト１６Ｂは中空筒状に形成されており、その内周には、雌シャフト１６Ｂの軸心から放射状に、複数の軸方向の歯溝４１が、伸縮範囲（伸縮ストローク）の全長にわたって、等間隔に形成されている。

また、図２から図４に示すように、炭素鋼（Ｓ４８Ｃ〜Ｓ５０Ｃ、ＳＴＫＭ１１Ａ〜ＳＴＫＭ１９Ａ）またはアルミニウム合金で成形された金属製の雄シャフト（雄スプライン軸）１６Ａは中空筒状に形成されている。雄シャフト１６Ａの突条歯５１に、雌シャフト（雌スプライン筒）１６Ｂの歯溝４１との間の摺動抵抗を減少させる被覆部６１を被覆し、突条歯５１の歯面５１１に被覆部６１の内周６１２を接着剤で接着している。雄シャフト１６Ａの突条歯５１に被覆部６１を被覆する方法としては、射出成形法や流動浸漬法が好ましい。

接着剤としては、エポキシ樹脂系接着剤やゴム系接着剤が使用される。すなわち、回転トルクを伝達するための非円形の外周形状として、１８個の軸方向の突条歯５１を有する雄シャフト１６Ａには、突条歯５１の軸方向の全長に、雌シャフト１６Ｂの軸方向の歯溝４１との間の摺動抵抗を減少させる被覆部６１が接着して固定されている。

被覆部６１の材質は、ポリアミド６（ＰＡ６）樹脂、ポリアミド６６（ＰＡ６６）樹脂、ポリエーテル・エーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂のうちの少なくともいずれか一つの高分子材料で構成することが好ましい。

被覆部６１の厚さは、０．１から１ミリの範囲が好ましく、０．０１〜１．５ミリの範囲であればよい。図５に示すように、突条歯５１の歯面５１１に、突条歯５１を切削加工した時の加工筋を残したり、ショットピーニング加工や酸洗処理を行ったりして微少な凹凸を形成することによって、被覆部６１の接着強度を大きくしている。このようにして、突条歯５１の歯面５１１に微少な凹凸を形成すれば、突条歯５１の歯面５１１と被覆部６１の内周６１２との間の摩擦力が増加するため、接着剤による接着が不要になり、好ましい。

このように構成された本発明の実施例の伸縮軸に、図４に示すように、大きな回転トルクＴが加わると、被覆部６１が圧縮される。被覆部６１の内周６１２は突条歯５１の歯面５１１に接着されているため、圧縮方向（図４の矢印α３、α４）、円周方向（図４の矢印β３、β４）、軸方向（図４の紙面に直交する方向）の３方向の弾性変形が抑制される。

その結果、被覆部６１と雌シャフト１６Ｂの歯溝４１の歯面４１１との間のガタが抑制されるため、音が発生することはない。また、突条歯５１の歯面５１１と被覆部６１の内周６１２との間の相対移動も抑制されるため、被覆部６１の内周６１２の摩耗が抑制されるため、被覆部６１と歯面４１１との間の摺動抵抗の増加が抑制される。

上記実施例では、スプラインを有する伸縮軸に適用した例について説明したが、セレーションを有する伸縮軸に適用してもよい。また、上記実施例では、中間シャフト１６に本発明を適用した例について説明したが、ステアリングシャフト１２等、ステアリング装置を構成する任意の伸縮軸に適用することができる。また、上記実施例では、アシスト装置（操舵補助部）２０を有するステアリング装置に適用した例について説明したが、アシスト装置の無いステアリング装置に適用してもよい。

１１ステアリングホイール
１２ステアリングシャフト
１２Ａアウターシャフト
１２Ｂインナーシャフト
１３ステアリングコラム
１３Ａアウターコラム
１３Ｂインナーコラム
１４支持ブラケット
１５自在継手
１６中間シャフト
１６Ａ雄中間シャフト（雄シャフト）
１６Ｂ雌中間シャフト（雌シャフト）
１７自在継手
１８車体
２０アシスト装置
２１ギヤハウジング
２３出力軸
２６電動モータ
２６１ケース
３０ステアリングギヤ
３１入力軸
３２タイロッド
４１歯溝
４１１歯面
５１突条歯
５１１歯面
６１被覆部
６１１外周
６１２内周
６１３摩耗粉

Claims

外周に複数の突条歯が形成された金属製の雄シャフト、
上記雄シャフトの突条歯に軸方向に相対摺動可能にかつ回転トルクを伝達可能に外嵌する複数の歯溝が内周に形成された雌シャフト、
上記雄シャフトの突条歯の歯面に被覆された被覆部、
上記被覆部を形成した雄シャフトの突条歯に上記雌シャフトの歯溝を外嵌した伸縮軸であって、
上記被覆部は上記突条歯の歯面に接着剤によって接着されていること
を特徴とする伸縮軸。
請求項１に記載された伸縮軸において、
上記突条歯の歯面に微少な凹凸が形成されていること
を特徴とする伸縮軸。
請求項２に記載された伸縮軸において、
上記微少な凹凸は、突条歯の切削加工時、ショットピーニング加工、酸洗処理のうちのいずれかによって形成されていること
を特徴とする伸縮軸。
請求項１から請求項３までのいずれかに記載された伸縮軸において、
上記雄シャフトが中空であること
を特徴とする伸縮軸。
請求項１から請求項３までのいずれかに記載された伸縮軸において、
上記伸縮軸が、
ステアリングシャフトに補助トルクを付与する為のアシスト装置の出力軸に連結された中間シャフトであること
を特徴とする伸縮軸。