JP6697804B2 - ステアリングシャフト - Google Patents

Description

本発明は、自動車などの車両の電動パワーステアリング装置の構成要素として用いられるステアリングシャフトに関する。

ステアリングシャフトの一例として、図２に示すようなものがある。なお、これに類するステアリングシャフトとして、特許文献１，２などに記載のものがある。
図２に示すステアリングシャフトＳｅは、ステアリングホイール７の操作によって回転させられる中空パイプ状のアッパシャフト１、このアッパシャフト１の終端部に嵌合固定されたシャフトエンド９、ロアシャフト２、トーションバー３、および回転規制部Ｒｅを備えている。
ロアシャフト２は、その下端部（図面左側）が自在継手および中間シャフトなどを介してステアリングギアボックスに連結されるシャフトであり、電動パワーステアリング用のアシストモータＭからウォーム５０およびウォームホイール５１などの機構を介して回転駆動力を受けることが可能とされている。トーションバー３の一端部３ａは、シャフトエンド９に嵌合して固定連結され、かつ他端部３ｂは、ロアシャフト２にピン３９を介して固定連結されている。
回転規制部Ｒｅは、ロアシャフト２とシャフトエンド９とが互いに嵌合し、かつセレーション結合された部分である。この回転規制部Ｒｅは、図２（ｂ）に示すように、ロアシャフト２の外周面およびシャフトエンド９の内周面をセレーション溝２９，９０が形成された凹凸状として、これらを係合させた構造である。ただし、ロアシャフト２およびシャフトエンド９が、一定の角度の範囲内において相対回転し得るように、周方向に適度な遊びをもったセレーション結合とされている。

このような構成によれば、ステアリングシャフトＳｅが操作されることにより、アッパシャフト１およびシャフトエンド９が回転し、トーションバー３に捩じりを生じた場合に、その捩じり量を、シャフトエンド９とロアシャフト２との相対回転量として、トルクセンサ８を利用して検出することが可能である。この検出値に基づき、アシストモータＭの駆動制御を行なうことができる。

しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、未だ改善すべき余地があった。

すなわち、前記従来技術においては、アッパシャフト１の軽量化や低コスト化を図るべく中空パイプ状とされているが、このようなアッパシャフト１には、図２（ｂ）に示したようなセレーション溝の加工は難しい。このような理由により、アッパシャフト１にシャフトエンド９を連結し、このシャフトエンド９およびロアシャフト２にセレーション溝９０，２９を加工している。ところが、このような手段を採用したのでは、シャフトエンド９を用いる分だけ、全体の部品点数が多くなり、その原材料コスト、加工コスト、および組み付けコストが必要となり、全体の製造コストが高くなる。また、アッパおよびロアシャフト１，２の相互間にシャフトエンド９を介在させると、その分だけ、アッパおよびロアシャフト１，２の相互の中心ずれ量が多くなり、同軸度が悪化する可能性も高くなる。同軸度が悪化すると、ステアリングホイール７を回転操作する際の抵抗が大きくなり、その操作性が悪くなる。

特開２０１１−９８６５９号公報 特開２０１６−８８４９１号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、部品点数の削減による製造コスト低減を図ることができ、かつステアリング操作性も良好なものとすることが可能なステアリングシャフトを提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明により提供されるステアリングシャフトは、ステアリングホイールの操作によって回転させられる中空パイプ状のアッパシャフトと、電動パワーステアリング用のアシストモータから回転駆動力を受けることが可能に設定されるロアシャフトと、両端部が前記アッパおよびロアシャフトにそれぞれ相対回転不能な状態に連結されるトーションバーと、前記アッパおよびロアシャフトが所定角度を超えて相対回転することを規制する回転規制部と、を備えている、ステアリングシャフトであって、前記アッパシャフトには、前記アッパシャフトの終端部が非円筒形の筒状の形態とされた第１の嵌合部、およびこの第１の嵌合部よりも前記アッパシャフトの先端部寄りに位置し、かつ前記トーションバーの一端部が相対回転不能に嵌入される第２の嵌合部が設けられており、前記ロアシャフトには、外周の輪郭が断面視非円形状の異形部が設けられており、前記回転規制部は、前記異形部が前記第１の嵌合部に遊びをもって嵌入した構成とされていることを特徴としている。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、アッパおよびロアシャフトの相対回転を規制する回転規制部は、アッパシャフトの非円筒状の筒状の第１の嵌合部に、ロアシャフトの異形部を嵌入させることにより構成され、かつアッパシャフトとトーションバーとは、アッパシャフトの第２の嵌合部にトーションバーの一端部が嵌入されて直結されている。このため、前記従来技術において用いられていたシャフトエンドを不要とし、部品点数の削減を図ることが可能である。その結果、全体の製造コストを低減することができる。また、シャフトエンドを不要にすれば、その分だけアッパおよびロアシャフトの相互の中心ずれ量を少なくし、これらの同軸度を良くすることができる。したがって、それらの同軸度が悪化することによってステアリングホイールの回転操作時の抵抗が大きくなるといった不具合も適切に防止または抑制することが可能である。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

（ａ）は、本発明に係るステアリングシャフトの一例を示す要部断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩ−Ｉ要部断面図である。 （ａ）は、従来技術の一例を示す要部断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のII−II要部断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
なお、理解の容易のため、以降の説明において、図２に示した前記従来技術と同一または類似の要素には、前記従来技術と同一の符号を付すこととする。

図１に示すステアリングシャフトＳは、電動パワーステアリング装置用であり、アッパシャフト１、ロアシャフト２、トーションバー３、および回転規制部Ｒを備えている。また、これらに付属する構成要素として、ステアリングコラム４、このステアリングコラム４の上端部側を車体に取付けるためのアッパブラケット５ａ、ステアリングコラム４の下端部との連結が図られた第１および第２のハウジング６ａ，６ｂ、およびこれら第１および第２のハウジング６ａ，６ｂを車体に取付けるためのロアブラケット５ｂを備えている。

アッパシャフト１は、先端部（上端部）にステアリングホイール７が取付けられ、かつこのステアリングホイール７の操作によって回転させられる中空パイプ状であり、ステアリングコラム４内に挿入されて回転可能に支持されている。このアッパシャフト１は、たとえば円筒形の金属製パイプにプレス加工を施すことにより形成されている。このアッパシャフト１の終端部（下端部）およびその近傍領域には、ロアシャフト２およびトーションバー３との直接的な嵌合を図るための第１および第２の嵌合部１１，１２が設けられているが、その詳細については後述する。

トーションバー３は、ロアシャフト２の軸長方向の貫通孔内に挿入されており、その一端部３ａは、アッパシャフト１の第２の嵌合部１２に対して相対回転不能な状態に嵌入されている。より具体的に説明すると、第２の嵌合部１２は、アッパシャフト１に小径状の円筒部を部分的に形成した部分であり、この部分にトーションバー３の一端部３ａが回転不能な状態に圧入されている。この圧入を的確に行なわせるための手段として、第２の嵌合部１２の内周面に機械加工（切削加工）を施し、内径の寸法精度を高める手段を採用してもよい。また、トーションバー３とアッパシャフト１とを相対回転不能に連結するための手段としては、本実施形態とは異なり、トーションバー３の一端部３ａを断面非円形状とし、かつ第２の嵌合部１２をそれに対応した形状（非円筒状の筒状）として、これらを嵌合させる手段を採用してもよい。トーションバー３の他端部３ｂは、ピン３９を利用してロアシャフト２に対して相対回転不能な状態に固定されている。このことにより、アッパシャフト１とロアシャフト２との相対回転に基づき、トーションバー３には捩じりが生じる。

本実施形態においては、アッパシャフト１をステアリングコラム４内において支持させるための手段として、ステアリングコラム４の上端部寄りにベアリング４０ａが設けられているが、ステアリングコラム４の下端部寄りの箇所には、ベアリングが設けられていない。すなわち、図２においては、２つのベアリング４０ａ，４０ｂが用いられているが、本実施形態では、一方のベアリング４０ｂは不使用とされている。

ロアシャフト２は、第１および第２のハウジング６ａ，６ｂ内にベアリング６８ａ，６８ｂを介して回転可能に保持され、かつアシストモータＭの駆動力をウォーム５０およびウォームホイール５１を介して受けるように設けられている。このロアシャフト２の下端部側には、自在継手５５を介して中間シャフト（不図示）が連結され、この中間シャフトを介してロアシャフト２の回転がステアリングギアボックス（不図示）に伝達される。

回転規制部Ｒは、アッパシャフト１の終端部に形成された第１の嵌合部１１と、ロアシャフト２に設けられた異形部２０とが嵌合した部分であり、アッパおよびロアシャフト１，２が所定角度範囲内においてのみ相対回転し、それ以上の相対回転が生じないように規制する部分である。図１（ｂ）に示すように、アッパシャフト１の第１の嵌合部１１は、非円筒形の筒状部であり、たとえば矩形筒状部である。これに対し、ロアシャフト２の異形部２０は、外周の輪郭が断面視非円形状とされた部分であり、たとえば断面視略矩形状（厳密には、トーションバー３が挿通する孔部を内部に有する筒状）である。異形部２０は、第１の嵌合部１１に対して適当な遊び（隙間Ｃ）をもって嵌入されている。異形部２
０の角部が第１の嵌合部１１の内面に当接すると、それ以上の相対回転が阻止される。このことにより、トーションバー３の捩じれ量が所定量を超えることは適切に防止される。また、アシストモータＭが駆動されていない状態であったとしても、アッパシャフト１の回転に伴わせてロアシャフト２を適切に回転させることが可能である。

第２のハウジング６ｂ内には、トルクセンサ８が配されており、このトルクセンサ８は、トーションバー３の捩じれ量として、アッパおよびロアシャフト１，２の相対回転角度を検出するように構成されている。この検出データに基づき、トーションバー３の捩じれ量を最小とするようにアシストモータＭの駆動制御が行なわれる。

次に、前記した構成のステアリングシャフトＳの作用について説明する。

まず、アッパおよびロアシャフト１，２の相対回転を規制する回転規制部Ｒを構成するとともに、アッパシャフト１とトーションバー３とを連結するための手段として、図２に示した従来技術のシャフトエンド９は用いられていない。このため、ステアリングシャフトＳを構成する部材の少数化を図り、ステアリングシャフトＳの製造コストを廉価にすることが可能である。アッパシャフト１の第１の嵌合部１１は、たとえば矩形筒状であるが、このような部分は、中空パイプ状のアッパシャフト１の終端部にプレス加工を施すことによって、廉価に、かつ寸法精度よく形成することが可能である。また、ロアシャフト２の異形部２０は、外周の輪郭をたとえば断面視矩形状に加工するだけでよく、たとえばロアシャフト２の外周面に複数のセレーション溝を形成する場合と比較すると、その加工は容易である。このように、本実施形態における回転規制部Ｒは、容易かつ廉価に製作することができ、生産性に優れる。

アッパシャフト１とトーションバー３とは直接嵌合しているが、このような構成によれば、アッパシャフト１とトーションバー３との同軸度、ひいてはこれらとロアシャフト２との同軸度をも高めることが可能である。したがって、前記した各部材の同軸度が悪いことに起因して、ステアリングホイール７の回転操作時の抵抗が大きくなり、ステアリング操作の円滑性、あるいは操作フィーリングが損なわれるようなこともない。本実施形態では、既述したように、図２に示したベアリング４０ｂに相当するベアリングが省略され、さらなるコスト低減が図られているが、このベアリング４０ｂの省略に起因して、たとえばアッパシャフト１とトーションバー３との嵌合部分が、回転時に大きく振れるような不具合を生じないようにすることも可能である。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るステアリングシャフトの各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。

アッパシャフト１の第１の嵌合部１１は、非円筒形の筒状であればよく、矩形筒状に限定されない。たとえば、楕円または長円の筒状、あるいは多角形の筒状など、種々の形状とすることが可能である。これと同様に、ロアシャフト２の異形部２０の具体的な断面形状も、外周の輪郭が断面視非円形状であればよく、種々の形状とすることが可能である。要は、アッパシャフト１の非円筒状の第１の嵌合部１１に、ロアシャフト２の異形部２０が遊びをもって嵌入されていることにより、アッパおよびロアシャフト１，２が所定角度を超えて相対回転することを規制可能な回転規制部Ｒが構成されていればよい。
アッパシャフト１の第２の嵌合部１２へのトーションバー３の一端部３ａの嵌入は、圧入に限らないことは既に述べたとおりであり、これらは互いに相対回転不能な状態に嵌合していればよい。
アッパシャフト１は、衝撃吸収用の２重管構造、すなわち所定値以上のスラスト荷重入力があった際に、アッパシャフトを構成する２つのパイプ材どうしがスライドして衝撃緩
和作用を発揮する構造とすることもできる。

Ｒ 回転規制部
Ｓ ステアリングシャフト
１ アッパシャフト
１１ 第１の嵌合部
１２ 第２の嵌合部
２ ロアシャフト
２０ 異形部
３ トーションバー

Claims (1)

1. ステアリングホイールの操作によって回転させられる中空パイプ状のアッパシャフトと、
   電動パワーステアリング用のアシストモータから回転駆動力を受けることが可能に設定されるロアシャフトと、
   両端部が前記アッパおよびロアシャフトにそれぞれ相対回転不能な状態に連結されるトーションバーと、
   前記アッパおよびロアシャフトが所定角度を超えて相対回転することを規制する回転規制部と、
   を備えている、ステアリングシャフトであって、
   前記アッパシャフトには、前記アッパシャフトの終端部が非円筒形の筒状の形態とされた第１の嵌合部、およびこの第１の嵌合部よりも前記アッパシャフトの先端部寄りに位置し、かつ前記トーションバーの一端部が相対回転不能に嵌入される第２の嵌合部が設けられており、
   前記ロアシャフトには、外周の輪郭が断面視非円形状の異形部が設けられており、
   前記回転規制部は、前記異形部が前記第１の嵌合部に遊びをもって嵌入した構成とされていることを特徴とする、ステアリングシャフト。

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