JP4399725B2 - ステアリングシャフトおよびこれを備えるステアリング装置ならびにステアリングシャフトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリングシャフトおよびこれを備えるステアリング装置に関し、さらにステアリングシャフトの製造方法に関する。

通例、ステアリング装置は、ステアリングホイールが連結されるステアリングシャフトと、ステアリングシャフトを取り囲むコラムチューブとを備えている。伸縮可能なコラムチューブとして、互いに嵌め合わされるアッパコラムチューブとロアコラムチューブとを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、伸縮可能なステアリングシャフトとして、互いに嵌め合わされる中実軸と中空軸とを備えたものがある（例えば、特許文献２参照）。具体的には、中実軸は、軸端側から順に、太径の外歯状部と細径の細径軸部とを有している。また、中空軸は、内周に内歯状部を有している。

これら中実軸と中空軸との連結は、以下ようにして行われる。すなわち、まず、中空軸の内歯状部に、中実軸の外歯状部および細径軸部を挿入する。次に、中空軸にかしめ突起を形成する。このかしめ突起は、中実軸の細径軸部の外周に臨むように形成される。そして、中空軸と中実軸とを互いに引き離すように動かして、中空軸のかしめ突起を、細径軸部の外周から外歯状部の外周に移動させて外歯状部に係合させる。これにより、中空軸および中実軸間の周方向のガタを除去している。
実用新案登録第２５８８３３７号公報 特開２００２−２９３２５２号公報

中空軸と中実軸とを互いに引き離すように動かす際、中空軸のかしめ突起は、外歯状部の外周に対して互いに強く押し付けられながら摺動する。したがって、中空軸と中実軸とを組み付ける際に大きな力を必要とし、手間がかかる。
一方、かしめ突起に代えて、中空軸の外周に、薄板からなる有端環状の板ばね（輪ばね）を別途取り付けることが考えられる。この場合、中実軸と中空軸を嵌め合わせた後に、板ばねを拡径しながら中空軸に取り付け、中空軸と中実軸との重なり部分に配置する。これにより、中空軸および中実軸を所定の締め付け力で締め付け、両軸間の周方向のガタを除去することができる。しかしながら、上記の締め付け力を一定にするには、板ばねの寸法管理を厳密に行う必要があり、手間がかかってしまう。しかも、部品点数が多い。

本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、製造にかかる手間を低減することのできるステアリングシャフトおよびこれを備えるステアリング装置ならびにステアリングシャフトの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、内軸と、内軸にセレーション嵌合する筒状の外軸と、上記外軸の端部領域の内周面に突出形成され内軸の外周面を加圧するための加圧用突起と、上記外軸の端部領域に形成され外軸の軸方向に延びるスリットとを備え、上記外軸は、スリット幅を強制的に拡大することにより加圧用突起による内軸の加圧を回避可能な内径に弾性的に拡径可能であることを特徴とするステアリングシャフトを提供するものである。

本発明によれば、例えば、工具等を用いてスリット幅を拡大する簡易な作業で、外軸の加圧用突起による内軸の加圧を回避でき、外軸と内軸とを極めて小さい力で嵌合することができる。また、工具を取り外す等してスリット幅の拡大を解除する簡易な作業で、内軸を加圧でき、両軸間のガタを容易に除去できる。さらに、外軸に内軸を加圧させるための部品を別途取り付ける必要が無い。その結果、組付作業にかかる手間を低減でき、製造にかかる手間を格段に低減することができる。

上記外軸のセレーション部は、外軸の開口端から軸方向に延びる欠け歯領域を含み、上記スリットはこの欠け歯領域に設けられることが好ましい。この場合、スリット幅を拡大したときに変形するおそれのある、スリット付近の歯部を予め除去しておくことになる。したがって、外軸と内軸とを嵌合させる際に、互いの噛み合わせが悪くなることを抑制できる。

また、本発明は、上記ステアリングシャフトと、ステアリングシャフトを回転自在に支持するステアリングコラムとを備え、ステアリングコラムはステアリングシャフトのスリットに対向する孔を含むことを特徴とするステアリング装置を提供するものである。本発明によれば、例えば、スリット幅を拡大するための工具を、ステアリングコラムの孔を通して容易にスリットに挿入したり容易にスリットから抜脱したりすることができ、作業性が良い。

また、本発明は、軸方向に延びるスリットを有し内周面に加圧用突起を有する外軸のスリットに介在物を挿入することにより、スリット幅を強制的に拡大して外軸を加圧用突起による内軸の加圧を回避可能な内径に弾性的に拡径する工程と、上記弾性的に拡径された外軸内に内軸を挿入して外軸および内軸を互いにセレーション嵌合させる工程と、上記スリットから介在物を抜脱することにより外軸を弾性的に縮径させて、外軸の加圧用突起によって内軸の外周面を加圧する工程とを含むことを特徴とするステアリングシャフトの製造方法を提供するものである。

本発明によれば、スリットに介在物を挿入してスリット幅を拡大する簡易な作業で、外軸の加圧用突起による内軸の加圧を回避できる。この状態で外軸と内軸とを嵌合することで、外軸と内軸とを極めて小さい力で容易に嵌合することができる。また、スリットから介在物を抜脱する簡易な作業で、内軸を加圧して両軸間のガタを容易に除去することができる。さらに、外軸に内軸を加圧させるための部品を別途取り付ける必要が無い。その結果、組付作業にかかる手間を低減でき、製造にかかる手間を格段に低減することができる。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかるステアリング装置１の概略構成を示す模式的な断面側面図である。図１を参照して、本ステアリング装置１は、ステアリングホイール２に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト３と、このステアリングシャフト３を内部に通して回転自在に支持するステアリングコラム４とを備えている。

ステアリングシャフト３の一端部には、上記のステアリングホイール２が連結されている。ステアリングシャフト３の他端部には、他端部には、自在継手５、中間軸６および自在継手７を介して、舵取り機構８の入力軸９が連結されている。舵取り機構８は、車輪（図示せず）を操向するためのものである。上記の構成により、ステアリングホイール２が操舵されると、操舵トルクがステアリングシャフト３等を介して舵取り機構８に伝達され、車輪を操向することができる。

ステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２に連なる筒状をなす中空の外軸としてのアッパシャフト１１と、自在継手５に連なる中実の内軸としてのロアシャフト１２とを備えている。アッパシャフト１１とロアシャフト１２とは、同軸上に並んでおり、一体回転可能且つ軸方向に相対摺動可能に連結されている。
ステアリングコラム４は、アッパシャフト１１を同心に取り囲むアッパコラムチューブ１３と、ロアシャフト１２を同心に取り囲むロアコラムチューブ１４とを備えている。アッパコラムチューブ１３とロアコラムチューブ１４とは、同軸上に並んでおり、軸方向に相対摺動可能に嵌め合わされている。なお、以下では、アッパシャフト１１の軸方向Ｓを単に「軸方向Ｓ」といい、径方向Ｒを単に「径方向Ｒ」という。

アッパコラムチューブ１３およびロアコラムチューブ１４はそれぞれ、対応する軸受（図示せず）を介して、対応するアッパシャフト１１およびロアシャフト１２を回転自在に支持している。
アッパコラムチューブ１３およびロアコラムチューブ１４には、それぞれ、対応するアッパ固定ブラケット１５およびロア固定ブラケット１６が固定されている。ロア固定ブラケット１６は、車体１０に固定されている。アッパ固定ブラケット１５は、車体１０に所定の保持力で保持されている。

図２は、ステアリングシャフト３およびステアリングコラム４の一部の分解斜視図である。図３〜図７は、それぞれステアリング装置１の製造について説明するための要部の断面側面図である。
図２および図７を参照して、アッパコラムチューブ１３の内周面の一部が、ロアコラムチューブ１４の外周面の一部に嵌合されている。

アッパシャフト１１とロアシャフト１２とは、互いにセレーション嵌合している。具体的には、アッパシャフト１１は雌セレーション部１７を有し、ロアシャフト１２は雄セレーション部としての雄セレーション歯１８を有している。
雌セレーション部１７は、アッパシャフト１１の端部領域Ｃに設けられており、雌セレーション歯１９と欠け歯領域Ｄとを有している。なお、端部領域Ｃとは、アッパシャフト１１の開口端２０から所定長さの領域（例えば、開口端２０から４０ｍｍ〜１００ｍｍの領域）をいう。雌セレーション歯１９は、アッパシャフト１１の端部領域Ｃの内周面の一部に形成されており、この内周面の周方向に沿って連続的に並んでいる。

アッパシャフト１１の内部領域Ｃの内周面には、雌セレーション歯１９が形成されていない欠け歯領域Ｄが設けられている。欠け歯領域Ｄは、断面形状が、雌セレーション歯１９の歯底円と同心且つ同径の円弧をなす場合がある。
雄セレーション歯１８は、ロアシャフト１２の端部領域Ｅの外周面の全周に形成されている。なお、端部領域Ｅとは、ロアシャフト１２の一端から所定長さの領域（例えば、一端から４０ｍｍ〜１２０ｍｍの領域）をいう。アッパシャフト１１の端部領域Ｃの内周面に、ロアシャフト１２の端部領域Ｅの外周面が嵌め合わされており、雌セレーション歯１９および雄セレーション歯１８が互いに噛合している。

アッパシャフト１１内にロアシャフト１２を容易に挿入することができるように、両セレーション歯１８，１９間には、回転方向に所定のクリアランス（ガタ）が設定されている。また、アッパシャフト１１には、加圧用突起２１が設けられており、この加圧用突起２１がロアシャフト１２を加圧することで、アッパおよびロアシャフト１１，１２間の回転方向のガタつきを抑制して噛み合い騒音の発生を抑制するようにしている。

加圧用突起２１は、アッパシャフト１１の端部領域Ｃの肉の一部を径方向Ｒの内向きに塑性変形させてなる。この加圧用突起２１は、例えば、雌セレーション歯１９の内周面に突出形成されており、先端部が径方向Ｒの内側を向いている。
加圧用突起２１の先端部は、ロアシャフト１２の雄セレーション歯１８の外周面の相対向する部分を加圧（押圧）している。加圧用突起２１の先端部は、雄セレーション歯１８の外周面を例えば弾性変形させつつ加圧する。

本実施の形態の特徴とするところは、アッパシャフト１１に形成されたスリット２２の幅を強制的に拡大することにより、アッパシャフト１１の内径を弾性的に拡径させ、これにより、アッパシャフト１１にロアシャフト１２を挿入する際に、加圧用突起２１によるロアシャフト１２の加圧を一時的に回避し、挿入後にアッパシャフト１１の拡径を解除して、加圧用突起２１によるロアシャフト１２の十分な加圧を可能にした点にある。

スリット２２は、アッパシャフト１１の端部領域Ｃを弾性的に拡径するためのものであり、アッパシャフト１１の欠け歯領域Ｄに設けられている。このスリット２２は、軸方向Ｓに延びる長孔に形成されており、アッパシャフト１１の開口端２０に開放されていない形状となっている。
スリット２２の長手方向の中間部には、介在物としての工具２３を挿通するための幅広部２４が形成されている。なお、工具２３は、アッパシャフト１１の周方向に関するスリット２２の幅広部２４の幅Ｗを拡大するためのものである。スリット２２の相対向する縁部２２ａ，２２ｂに、相対向する一対の凹部２５，２６がそれぞれ形成されており、これら一対の凹部２５，２６間に上記の幅広部２４が区画されている。

各凹部２５，２６は、円弧状をなしている。各凹部２５，２６を円弧状に形成することで、工具２３を工具２３の軸線回りに回転させながら幅広部２４に挿入することもできる。また、工具２３を幅広部２４に挿入することで、工具２３をスリット２２の長手方向に位置決めすることができる。したがって、スリット２２の幅の拡大作業を行い易い。さらに、スリット２２の必要な位置の幅を確実に拡大させることができる。

上記の構成により、アッパシャフト１１を軸方向Ｓに沿ってみたときに、スリット２２の幅広部２４と加圧用突起２１とは、アッパシャフト１１の周方向に所定の位相差を有している。この位相差の値は、幅広部２４の幅Ｗを所定量拡大した際の、加圧用突起２１の径方向Ｒの移動量がより大きくなるように設定され、例えば９０°に設定される。また、軸方向Ｓに関して、加圧用突起２１は、スリット２２が形成されている範囲内に設けられている。本実施の形態において、スリット２２の幅広部２４と加圧用突起２１とは、軸方向Ｓに近接して配置されている。

工具２３は、例えば、円柱状に形成されている。工具２３の外径は、自由状態（工具２３が取り付けられていない状態）におけるスリット２２の幅広部２４の幅Ｗよりも若干大きくされている。工具２３の先端部はテーパ状に形成されており、先端に向かうに連れて縮径している。これにより、工具２３をスリット２２の幅広部２４に挿通し易い。
ステアリングコラム４のアッパおよびロアコラムチューブ１３，１４には、工具２３を挿通可能な孔２７，２８がそれぞれ形成されている。径方向Ｒに関して、各孔２７，２８は、スリット２２の幅広部２４に対向して配置されると共に、互いの周縁が概ね重なっている。各孔２７，２８の内径は、工具２３の外径よりも大きく設定されている。

以上が本ステアリング装置１の概略構成である。次に、本ステアリング装置１の製造（組み立て）について説明する。
本ステアリング装置１の製造方法は、以下の工程を含む。すなわち、アッパシャフト１１の端部領域Ｃを弾性的に拡径させる第１の工程（図４参照）と、第１および第２のサブアッセンブリ２９，３０を並べる第２の工程（図５参照）と、第１および第２のサブアッセンブリ２９，３０を互いに組み付ける第３の工程（図６参照）と、アッパシャフト１１の端部領域Ｃを弾性的に縮径させる第４の工程（図７参照）とを含んでいる。

図３を参照して、第１の工程において、単品のアッパシャフト１１を用意する。次に、図４に示すように、工具２３をこのアッパシャフト１１のスリット２２に挿入し、幅広部２４の凹部２５，２６に係合させる。これにより、スリット２２の長手方向中間部の幅、すなわち幅広部２４の幅Ｗを強制的に拡大して、アッパシャフト１１の端部領域Ｃの内径を弾性的に拡径する。これに伴い、加圧用突起２１は、径方向Ｒの外側（図４において、上側）に向けて移動し、ロアシャフト１２の加圧を回避可能な回避位置に至る。

図５を参照して、第２の工程において、ロアコラムチューブ１４およびロアシャフト１２が互いに組み付けられた第１のサブアッセンブリ２９と、アッパコラムチューブ１３およびアッパシャフト１１が互いに組み付けられた第２のサブアッセンブリ３０とを、軸方向Ｓに沿って並べる。
より具体的には、アッパおよびロアコラムチューブ１３，１４を同軸上に並べると共に、アッパおよびロアシャフト１１，１２を同軸上に並べる。同時に、アッパコラムチューブ１３の周方向に関するアッパおよびロアコラムチューブ１３，１４の孔２７，２８の位置を互いに一致させておく。なお、スリット２２の幅広部２４とアッパコラムチューブ１３の孔２７とは、第２のサブアッセンブリ３０の形成時に、径方向Ｒ（図５において、紙面に垂直な方向）に相対向させておく。

図６を参照して、第３の工程において、アッパコラムチューブ１３内にロアコラムチューブ１４を嵌め込んで、アッパおよびロアコラムチューブ１３，１４の孔２７，２８の軸方向Ｓの位置を揃える。このとき、アッパコラムチューブ１３およびロアコラムチューブ１４と共に、対応するアッパシャフト１１およびロアシャフト１２が一体的に移動し、アッパシャフト１１内にロアシャフト１２が挿入される。

加圧用突起２１によるロアシャフト１２の加圧が回避されているので、ロアシャフト１２を、アッパシャフト１１内に極めて小さい力（荷重）で挿入することができる。アッパシャフト１１の雌セレーション歯１９とロアシャフト１２の雄セレーション歯１８との互いの噛合が達成される。
第４の工程において、例えばペンチ等の第２の工具（図示せず）を、アッパおよびロアコラムチューブ１３，１４の孔２７，２８に通して工具２３を掴み、この工具２３をスリット２２から引き抜く（抜脱する）（図７参照）。これにより、アッパシャフト１１の端部領域Ｃの拡径を解除し、弾性的に縮径させる。これに伴い、加圧用突起２１は、回避位置から径方向Ｒの内側（図７において、下側）に移動し、ロアシャフト１２の雄セレーション歯１８の外周面を加圧可能な加圧位置に至る。すなわち、加圧用突起２１は雄セレーション歯１８の外周面を加圧する。スリット２２から引き抜かれた工具２３は、アッパおよびロアコラムチューブ１３，１４の孔２７，２８を通ってステアリングコラム４の外に出される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、工具２３を用いてスリット２２の幅広部２４の幅Ｗを拡大する簡易な作業で、アッパシャフト１１の加圧用突起２１によるロアシャフト１２の加圧を回避でき、アッパシャフト１１とロアシャフト１２とを極めて小さい力で容易に嵌合することができる。仮に、加圧用突起２１の加圧が完全に回避されなくても、加圧用突起２１による摺動抵抗を十分に低減して、アッパおよびロアシャフト１１，１２を十分に小さい力で嵌合させることができる。

また、工具２３をスリット２２から抜脱してスリット２２の幅広部２４の幅Ｗの拡大を解除する簡易な作業で、ロアシャフト１２を加圧でき、アッパおよびロアシャフト１１，１２間のガタを容易に除去できる。さらに、アッパシャフト１１にロアシャフト１２を加圧させるための部品を別途取り付ける必要が無い。その結果、組付作業にかかる手間を低減でき、製造にかかる手間を格段に低減することができる。

また、スリット２２を雌セレーション部１７の欠け歯領域Ｄに設けることで、スリット２２の幅を拡大したときに変形するおそれのある、スリット２２付近の歯部を予め除去しておくことになる。したがって、アッパおよびロアシャフト１１，１２を嵌合させる際に、アッパシャフト１１の雌セレーション歯１９とロアシャフト１２の雄セレーション歯１８との噛み合わせが悪くなることを抑制できる。

さらに、アッパおよびロアコラムチューブ１３，１４に、孔２７，２８をそれぞれ形成しておくことで、工具２３を、各孔２７，２８を通して容易にスリット２２に挿入したり、容易にスリット２２から抜脱したりすることができ、作業性が良い。
スリット２２を欠け歯領域Ｄに設けているので、仮に、スリット２２の近傍にアッパシャフト１１の内方へ突出するバリ等が生じていたとしても、摺動時にバリ等がロアシャフト１２と干渉することが無い。したがって、摺動抵抗が増加するおそれがない。また、多少のバリは許容できることから、バリ取り作業を簡素化でき、製造コストを安くすることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されない。
例えば、アッパシャフト１１がロアシャフト１２内に挿入される構成でもよい。また、アッパコラムチューブ１３がロアコラムチューブ１４内に挿入される構成でもよい。さらに、加圧用突起２１を、雌セレーション部１７の欠け歯領域Ｄに設けてもよい。また、アッパシャフト１１の周方向に関する加圧用突起２１とスリット２２の幅広部２４との位相差は、９０°未満でもよいし、９０°より大きくても良い。さらに、第１の工程と第２の工程とを入れ替えても良い。また、スリット２２を複数設けても良い。

本発明の一実施の形態にかかるステアリング装置の概略構成を示す模式的な断面側面図である。 ステアリングシャフトおよびステアリングコラムの一部の分解斜視図である。 ステアリング装置の製造について説明するための要部の断面側面図である。 ステアリング装置の製造について説明するための要部の断面側面図である。 ステアリング装置の製造について説明するための要部の断面側面図である。 ステアリング装置の製造について説明するための要部の断面側面図である。 ステアリング装置の製造について説明するための要部の断面側面図である。

符号の説明

１ ステアリング装置
３ ステアリングシャフト
４ ステアリングコラム
１１ アッパシャフト（外軸）
１２ ロアシャフト（内軸）
１７ 雌セレーション部
２０ 開口端
２１ 加圧用突起
２２ スリット
２３ 工具（介在物）
２７，２８ 孔
Ｃ 端部領域
Ｄ 欠け歯領域
Ｓ 軸方向
Ｗ （スリットの幅広部の）幅

Claims (4)

1. 内軸と、
   内軸にセレーション嵌合する筒状の外軸と、
   上記外軸の端部領域の内周面に突出形成され内軸の外周面を加圧するための加圧用突起と、
   上記外軸の端部領域に形成され外軸の軸方向に延びるスリットとを備え、
   上記外軸は、スリット幅を強制的に拡大することにより加圧用突起による内軸の加圧を回避可能な内径に弾性的に拡径可能であることを特徴とするステアリングシャフト。
2. 請求項１において、上記外軸のセレーション部は、外軸の開口端から軸方向に延びる欠け歯領域を含み、上記スリットはこの欠け歯領域に設けられることを特徴とするステアリングシャフト。
3. 請求項１または２に記載のステアリングシャフトと、
   ステアリングシャフトを回転自在に支持するステアリングコラムとを備え、
   ステアリングコラムはステアリングシャフトのスリットに対向する孔を含むことを特徴とするステアリング装置。
4. 軸方向に延びるスリットを有し内周面に加圧用突起を有する外軸のスリットに介在物を挿入することにより、スリット幅を強制的に拡大して外軸を加圧用突起による内軸の加圧を回避可能な内径に弾性的に拡径する工程と、
   上記弾性的に拡径された外軸内に内軸を挿入して外軸および内軸を互いにセレーション嵌合させる工程と、
   上記スリットから介在物を抜脱することにより外軸を弾性的に縮径させて、外軸の加圧用突起によって内軸の外周面を加圧する工程とを含むことを特徴とするステアリングシャフトの製造方法。

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