JP5447694B2 - ステアリング装置用伸縮軸 - Google Patents

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雄シャフトと雌シャフトを有するステアリング装置用伸縮軸に関する。

ステアリング装置は、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雄シャフトと雌シャフトを有する、中間シャフトやステアリングシャフト等の伸縮軸を備える。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。

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ために、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を摺動抵抗の小さな樹脂等で被覆し、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。このような伸縮軸では、潤滑用のグリースを歯面に円滑に供給するためには、軸方向に直角な方向にグリース溜まりを形成することが望ましい。ところ、スプライン係合する伸縮軸では、軸方向に直角な方向にグリース溜まりを形成することが困難であるため、グリースを歯面に円滑に供給することが課題になっている。また、雄シャフトと雌シャフトの歯面を同一形状に成形する従来の方法では、歯面の製造誤差によって、雄シャフトと雌シャフトの歯面の圧力角に誤差が生じると、雄シャフトと雌シャフトの歯面が局部的に当たって、歯面の摩耗や変形が大きくなり、伸縮軸の耐久性が低下する。

特許文献１の伸縮軸は、雄スプラインの圧力角を雌スプラインの圧力角よりも小さくすることによって、圧入面積を小さくして、安定したスプライン結合と歯先の歯厚の確保を両立させている。しかし、特許文献１の伸縮軸は、歯先が局部的に当たるため、歯先の摩耗や変形が大きくなる。また、雄スプラインの圧力角と雌スプラインの圧力角に製造誤差があると、歯たけ方向の接触長さの変化が大きいため、結合剛性のバラツキが大きくなる。

特許文献２の伸縮軸は、雄シャフトと雌シャフトの隙間が狭くなった上方部分で雄シャフトと雌シャフトを係合させ、雄シャフトと雌シャフトの接触点を中心から離すことによって、トルク伝達モーメントを大きくしている。しかし、特許文献２の伸縮軸は、局部的に大きな面圧が生じるため、耐久性に問題がある。

日本国実開平３−６９７１５号公報 日本国特開平１１−１１７９３１号公報

本発明は、耐久性を向上させたステアリング装置用伸縮軸を提供することを課題とする。

本発明の一態様によれば、ステアリング装置用伸縮軸は、複数の突条歯が形成された外周を有する雄シャフトと、複数の歯溝が形成された内周を有する雌シャフトと、を備える。雄シャフトと雌シャフトが軸方向に相対摺動可能、且つ、雄シャフトと雌シャフトの間で回転トルクを伝達可能に、雄シャフトの突条歯に前記雌シャフトの歯溝が外嵌されている。前記突条歯の歯面には、当該突条歯と前記雌シャフトの歯溝の間の摺動抵抗を減少させる弾性材料からなる被覆部が形成されており、前記突条歯の前記被覆部の中央部の歯面は前記雄シャフトの半径方向外側に向かって凸の円弧状に形成され、前記中央部の歯面の曲率半径は前記歯溝の中央部の歯面の曲率半径よりも小さい。

また、前記突条歯の被覆部の歯面と歯溝の歯面との噛み合い部の歯たけ方向の両側には、当該噛み合い部の歯たけ方向の中央部から両側に向かって拡がるくさび状の隙間が形成されている。

また、前記突条歯の歯面の歯たけ方向の両端には、半径方向外側に向かって凸のＲ面取りが形成されており、前記突条歯の前記被覆部の歯たけ方向の歯先側および歯元側には、前記雌シャフトの半径方向外側に向かって凸のＲ面取りが形成されており、前記突条歯の前記被覆部の中央部の歯面と前記被覆部の歯たけ方向の歯先側と歯元側のＲ面取りは同じ方向に凸になっている。

前記突条歯の歯元には、前記雌シャフトの歯溝の歯先近傍の面が前記突条歯の歯元に当接しないように逃げ部が形成されていてもよい。

本発明の一態様によれば、突条歯の歯面の曲率半径と歯溝の歯面の曲率半径の一方が、突条歯の歯面の曲率半径と歯溝の歯面の曲率半径の他方よりも小さい。従って、突条歯の歯面の歯たけ方向の中央部が歯溝の歯面の歯たけ方向の中央部に接触して回転トルクを伝達する。そのため、突条歯と歯溝の製造誤差があっても、歯面が歯たけ方向の中央位置で接触し、接触面積が広くなり、歯面の摩耗や変形を小さくすることができる。

また、突条歯の歯面と歯溝の歯面との噛み合い部の歯たけ方向の歯先側と歯元側の少なくとも一方には、当該噛み合い部の歯たけ方向の中央部から歯先側と歯元側の少なくとも一方に向かって拡がるくさび状の隙間が形成されているため、回転トルクの増減時に、当該噛み合い部の歯たけ方向の両側から中央部に向かってグリースが吸い込まれる。従って、グリース潤滑が円滑に行われて、伸縮軸の耐久性が向上する。

本発明の一実施例に係るステアリング装置であって、一部が切り欠かれたステアリング装置の側面図である。 図１のステアリング装置の伸縮軸（中間シャフト）であって、一部が切り欠かれた伸縮軸の側面図である。 図２の伸縮軸の拡大断面図であり、伸縮軸の雄シャフトがスリーブで被覆された例を示す。 図２の伸縮軸の拡大断面図であり、伸縮軸の雄シャフトを被覆部でコーティングした例を示す。 本発明の実施例１に係る伸縮軸を示す、図３ＢのＩＶ部拡大図である。 図４の噛み合い部の拡大図である。 本発明の実施例２に係る伸縮軸の噛み合い部の拡大断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

以下、図１乃至４を参照して本発明の実施例１を説明する。

図１に示すように、本発明の一実施例に係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、ステアリングシャフト１２が挿通され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２０（操舵アシスト装置）と、ステアリングシャフト１２の車体前方側（図１の左側）に、図示しないラックアンド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とを備える。アウターシャフト１２Ａとインナーシャフト１２Ｂは、回転トルクを伝達自在に、且つ、軸方向に関して相対変位可能に組み合わされている。すなわち、インナーシャフト１２Ｂの車体後方側の外周には、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の車体前方側の内周には、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、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、ステアリングシャフト１２の全長を縮めることができる。

ステアリングシャフト１２が挿通され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とを備える。アウターコラム１３Ａとインナーコラム１３Ｂは、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ステアリングコラム１３の全長が縮まる、コラプシブル構造としている。

インナーコラム１３Ｂの前端部は、ギヤハウジング２１の車体後方端部に圧入嵌合されて固定されている。インナーシャフト１２Ｂの前端部は、ギヤハウジング２１の内側に通され、アシスト装置２０の入力軸に結合している。

ステアリングコラム１３は、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の一部に支承されている。支持ブラケット１４と車体１８との間には、係止部が設けられている。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、支持ブラケット１４は、係止部から外れ、車体前方側に移動する。

ギヤハウジング２１の上端部も、上記車体１８の一部に支承されている。ステアリング装置には、チルト機構及びテレスコピック機構が設けられており、これにより、ステアリングホイール１１の車体前後方向位置、及び、高さ位置の調節を可能としている。このようなチルト機構及びテレスコピック機構は、従来から周知である為、詳しい説明は省略する。

ギヤハウジング２１の前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１６Ａ（以下、雄シャフト）の後端部に連結されている。中間シャフト１６の雌中間シャフト１６Ｂ（以下、雌シャフト）の前端部は、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に連結されている。

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。入力軸３１の前端部には、ピニオンが形成されている。ラックが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、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が駆動され、減速機構を介して、出力軸２３に補助トルクを発生させる。

図２は、本発明の実施例１に係る伸縮軸の例として、雄シャフト１６Ａと雌シャフト１６Ｂを有する中間シャフト１６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乃至３Ｂに示すように、雌シャフト１６Ｂは、中空筒状に形成されている。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。雄シャフト１６Ａと雌シャフト１６Ｂは、例えば、炭素鋼またはアルミニウム合金で成形されている。

図３Ａは、雄シャフト１６Ａの突条歯５１がスリーブで被覆された例を示す。スリーブは、雄シャフト１６Ａ（雄スプライン軸）の突条歯５１と雌シャフト１６Ｂ（雌スプライン筒）の歯溝４１との間の摺動抵抗を減少させる被覆部６１の例である。

雄シャフト１６Ａは、回転トルクを伝達するための非円形の外周形状として、４個の軸方向の突条歯５１を有する。雄シャフト１６Ａは、突条歯５１の軸方向の全長に亘って、スリーブで被覆されている。

図３Ｂの例は、雄シャフト１６Ａ（雄スプライン軸）の突条歯５１を被覆部６１でコーティングした例を示す。雄シャフト１６Ａは、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は、突条歯５１の軸方向の全長に亘って、被覆部６１でコーティングされている。

被覆部６１は、ゴム、例えば、天然ゴム、合成ゴム、または、天然ゴムと合成ゴムの混合物で構成されることが好ましい。本発明は、相対的に摺動可能で、回転トルクを伝達可能な任意形状の雄シャフトと雌シャフトを有する伸縮軸に適用することができる。また、本発明は、被覆部６１が形成されていない突条歯５１を有する伸縮軸に適用することができる。

図４は、図３ＢのＩＶ部拡大図、図５は、図４の噛み合い部の拡大図である。図４、図５に示すように、雄シャフト１６Ａの突条歯５１の歯面５１１は、被覆部６１で被覆され、突条歯５１と雌シャフト１６Ｂの歯溝４１との間の摺動抵抗を減少させている。突条歯５１の被覆部６１の歯面６１１は、雄シャフト１６Ａの半径方向外側に向かって凸の円弧状に形成されている。歯面６１１の曲率半径Ｒ１は、歯面６１１が接触する歯溝４１の歯面４１１の曲率半径Ｒ２よりも小さい。突条歯５１の被覆部６１の歯たけ方向の歯先側には、雄シャフト１６Ａの半径方向外側に向かって凸のＲ面取り６１２が形成されている。Ｒ面取り６１２の曲率半径Ｒ３は、歯面６１１の曲率半径Ｒ１よりも小さい。

雄シャフト１６Ａに雌シャフト１６Ｂを外嵌すると、突条歯５１の被覆部６１の歯面６１１と歯溝４１の歯面４１１は、歯面６１１の歯たけ方向の中央部が破線位置から実線位置に弾性変形して、歯面６１１の歯たけ方向の中央部が歯面４１１の歯たけ方向の中央部に接触して回転トルクを伝達する。そのため、突条歯５１と歯溝４１の製造誤差があっても、歯面６１１と歯面４１１が歯たけ方向の中央位置で接触し、接触面積が広く、歯面の摩耗や変形を小さくすることができる。また、突条歯５１の被覆部６１の歯面６１１と歯溝４１の歯面４１１の噛み合い部の歯たけ方向の両側には、当該噛み合い部の歯たけ方向の中央部から両側に向かって拡がるくさび状の隙間６２、６３が形成されている。くさび状の隙間は、噛み合い部の歯先側と歯元側の一方だけに形成してもよい。雌シャフト１６Ｂの歯溝４１と被覆部６１の外周との間には、所定の硬さ（ちょう度）のグリースが充填される。

図５に示すように、伸縮軸に回転トルクＴが加わると、被覆部６１が圧縮され、くさび状の隙間６２、６３が小さくなる。また、回転トルクＴが減少すると、被覆部６１が膨張し、くさび状の隙間６２、６３が元の大きさに戻る。くさび状の隙間６２、６３が大きくなった時に、突条歯５１の被覆部６１の歯面６１１と歯溝４１の歯面４１１の噛み合い部の歯たけ方向の両側から中央部に向かってグリースが吸い込まれる。従って、グリース潤滑が円滑に行われて、伸縮軸の耐久性が向上する。

また、くさび状の隙間６２、６３が有るため、グリース溜まりの体積が大きくなる。回転トルクＴが増減した時のくさび状の隙間６２、６３の体積の変化により、くさび状の隙間６２、６３にグリースが効率的に吸い込まれる。また、突条歯５１の被覆部６１の歯たけ方向の歯先側には、Ｒ面取り６１２が形成されている。従って、歯面６１１とＲ面取り６１２が円滑に接続され、くさび状の隙間６２にグリースが効率的に吸い込まれる。

次に、図６を参照して本発明の実施例２を説明する。以下、上記実施例１と異なる特徴を主に説明し、重複する説明は省略する。実施例２は、突条歯５１の被覆部６１の歯元に逃げ部が形成された例である。

図６に示すように、実施例２の伸縮軸は、実施例１と同様に、雄シャフト１６Ａの突条歯５１の歯面５１１が被覆部６１で被覆されている。突条歯５１の被覆部６１の歯面６１１は、雄シャフト１６Ａの半径方向外側に向かって凸の円弧状に形成されている。歯面６１１の曲率半径Ｒ１は、歯溝４１の歯面４１１の曲率半径Ｒ２よりも小さい。また、突条歯５１の被覆部６１の歯たけ方向の歯先側と歯元側には、雄シャフト１６Ａの半径方向外側に向かって凸のＲ面取り６１２、６１３が形成されている。Ｒ面取り６１２、６１３の曲率半径Ｒ３、Ｒ４は、歯面６１１の曲率半径Ｒ１よりも小さい。

雄シャフト１６Ａに雌シャフト１６Ｂを外嵌すると、突条歯５１の被覆部６１の歯面６１１と歯溝４１の歯面４１１は、歯面６１１の歯たけ方向の中央部が破線位置から実線位置に弾性変形して、歯面６１１の歯たけ方向の中央部が歯面４１１の歯たけ方向の中央部に接触して回転トルクを伝達する。そのため、突条歯５１と歯溝４１の製造誤差があっても、歯面６１１と歯面４１１が歯たけ方向の中央位置で接触し、接触面積が広く、歯面の摩耗や変形を小さくすることができる。また、突条歯５１の被覆部６１の歯面６１１と歯溝４１の歯面４１１の噛み合い部の歯たけ方向の両側には、当該噛み合い部の歯たけ方向の中央部から両側に向かって拡がるくさび状の隙間６２、６３が形成されている。

実施例２では、実施例１とは異なり、突条歯５１の被覆部６１の歯元には、雌シャフト１６Ｂの歯溝４１の歯先４１２近傍の面４１３が突条歯５１の被覆部６１の歯元に当接しないように逃げ部６１４が形成されている。逃げ部６１４は、雌シャフト１６Ｂに対して雄シャフト１６Ａを往復摺動させて被覆部６１が塑性変形した後でも、歯面６１１よりも逃げ部６１４が若干凹んだ状態が維持されるように形成されている。雌シャフト１６Ｂの歯溝４１と被覆部６１の外周との間には、所定の硬さ（ちょう度）のグリースが充填される。

図６に示すように、伸縮軸に回転トルクＴが加わると、被覆部６１が圧縮され、くさび状の隙間６２、６３が小さくなる。また、回転トルクＴが減少すると、被覆部６１が膨張し、くさび状の隙間６２、６３が元の大きさに戻る。くさび状の隙間６２、６３が大きくなった時に、突条歯５１の被覆部６１の歯面６１１と歯溝４１の歯面４１１の噛み合い部の歯たけ方向の両側から中央部に向かってグリースが吸い込まれる。従って、グリース潤滑が円滑に行われて、伸縮軸の耐久性が向上する。

突条歯５１の被覆部６１の歯元には逃げ部６１４が形成されているため、グリース溜まりとなる逃げ部６１４とくさび状の隙間６３との間の距離が近く、くさび状の隙間６３に円滑にグリースが吸い込まれる。また、くさび状の隙間６２、６３が有るため、グリース溜まりの体積が大きくなる。従って、回転トルクＴが増減した時のくさび状の隙間６２、６３の体積の変化により、くさび状の隙間６２、６３にグリースが効率的に吸い込まれる。

また、突条歯５１の被覆部６１の歯たけ方向の歯先側と歯元側には、Ｒ面取り６１２、６１３が形成されている。従って、歯面６１１とＲ面取り６１２、６１３が円滑に接続され、くさび状の隙間６２、６３にグリースが効率的に吸い込まれる。

上述の実施例１及び実施例２において、突条歯５１の被覆部６１の歯面６１１をインボリュート歯形に形成し、歯溝４１の歯面４１１を直線歯形に形成してもよい。或いは、突条歯５１の被覆部６１の歯面６１１を直線歯形に形成し、歯溝４１の歯面４１１をインボリュート歯形に形成してもよい。即ち、歯溝４１の歯面４１１の曲率半径Ｒ２が、歯面６１１の曲率半径Ｒ１より小さくてもよい。或いは、突条歯５１の被覆部６１の歯面６１１と歯溝４１の歯面４１１の両方をインボリュート歯形に形成してもよい。その場合には、一方のインボリュート歯形の近似した曲率半径を、他方のインボリュート歯形の近似した曲率半径よりも小さく形成すればよい。

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。上記実施例では、雄シャフト１６Ａの突条歯５１に摺動抵抗を減少させる被覆部６１を形成しているが、雌シャフト１６Ｂの歯溝４１に被覆部６１を形成してもよい。また、雄シャフト１６Ａの突条歯５１と雌シャフト１６Ｂの歯溝４１の両方に、被覆部６１を形成してもよい。さらに、雄シャフト１６Ａまたは雌シャフト１６Ｂ全体を、摺動抵抗を減少させる被覆部６１と同一の材質で成形してもよい。或いは、雄シャフト１６Ａの突条歯５１と雌シャフト１６Ｂの歯溝４１のいずれにも被覆部６１を形成しなくてもよい。

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、本発明は、ステアリングシャフト１２等、ステアリング装置の他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２０を有するステアリング装置に本発明を適用した例について説明したが、本発明は、アシスト装置を有さないステアリング装置に適用してもよい。

本発明は、２０１１年１２月１日出願の日本特許出願２０１１−２６３６３４号に基づき、その内容は参照としてここに取り込まれる。

本発明は、相対的に摺動可能で、回転トルクを伝達可能な雄シャフトと雌シャフトを有する伸縮軸に適用可能である。

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）
４１ 歯溝
４１１ 歯面
４１２ 歯先
４１３ 歯先近傍の面
５１ 突条歯
５１１ 歯面
６１ 被覆部
６１１ 歯面
６１２、６１３ Ｒ面取り
６１４ 逃げ部
６２、６３ くさび状の隙間

Claims (2)

1. 複数の突条歯が形成された外周を有する雄シャフトと、
   複数の歯溝が形成された内周を有する雌シャフトと、を備え、
   前記雄シャフトと前記雌シャフトが軸方向に相対摺動可能、且つ、前記雄シャフトと前記雌シャフトの間で回転トルクを伝達可能に、前記雄シャフトの突条歯に前記雌シャフトの歯溝が外嵌され、
   前記突条歯の歯面には、当該突条歯と前記雌シャフトの歯溝の間の摺動抵抗を減少させる弾性材料からなる被覆部が形成されており、
   前記突条歯の前記被覆部の中央部の歯面は前記雄シャフトの半径方向外側に向かって凸の円弧状に形成され、前記中央部の歯面の曲率半径は前記歯溝の中央部の歯面の曲率半径よりも小さく、
   前記突条歯の被覆部の歯面と前記歯溝の歯面との噛み合い部の歯たけ方向の両側には、当該噛み合い部の歯たけ方向の中央部から両側に向かって拡がるくさび状の隙間が形成されており、
   前記突条歯の前記被覆部の歯たけ方向の歯先側および歯元側には、前記雌シャフトの半径方向外側に向かって凸のＲ面取りが形成されており、前記突条歯の前記被覆部の中央部の歯面と前記被覆部の歯たけ方向の歯先側と歯元側のＲ面取りは同じ方向に凸になっている、ステアリング装置用伸縮軸。
2. 前記突条歯の歯元には、前記雌シャフトの歯溝の歯先近傍の面が前記突条歯の歯元に当接しないように逃げ部が形成されている、請求項１に記載のステアリング装置用伸縮軸。

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