JP2004324700A - 動力伝達軸 - Google Patents

Abstract

【課題】動力伝達軸のセレーション嵌合の耐久性を高める。
【解決手段】本動力伝達軸としてのステアリングシャフト３では、雌セレーション１９を有するアッパシャフト１１の嵌合孔１１ｂに、雄セレーション２０を有するロアシャフト１２を挿入してセレーション嵌合してなる。ロアシャフト１２は、第１の太軸部１２ｂと、これより先端１２ｈ側の細軸部１２ｃと、第２の太軸部１２ｄとを含む。雄セレーション２０は、太軸部１２ｂに形成される第１の部分２０ｂと、細軸部１２ｃに形成される第２の部分２０ｃと、第２の太軸部１２ｄに形成される第３の部分２０ｄとを含む。細軸部１２ｃに対応してアッパシャフト１１に形成されたかしめ領域２１に、ロアシャフト１２の太軸部１２ｂの一部１２ｅを圧入してなる。十分なかしめ量でかしめ領域２１を形成できる。しかも、歯１９ａの形崩れを防止できる。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用操舵装置等に用いられる動力伝達軸に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の動力伝達軸としては、図７Ａを参照して、雌セレーション９０を軸方向に形成した外軸部９１の嵌合孔９２に、断面一定の丸軸の表面に雌セレーション９０に係合する雄セレーション９３を軸方向に形成した内軸部９４を挿入してなり、衝撃吸収時に収縮可能なものがある。この動力伝達軸は、図７Ｂを参照して、内軸部９４および外軸部９１の端部同士を所定の嵌合隙間を設けて嵌合した状態で、外軸部９１を押圧して（矢印Ｆ参照）かしめ領域９５を形成し、次いで、形成されたかしめ領域９５に、内軸部９４をさらに圧入（白抜き矢符参照）させてなる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、従来の他の動力伝達軸として、内軸部の外周溝に外軸部の注入孔を介して合成樹脂部材を充填してなるものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１４７２４５号公報
【特許文献２】
特開２００１−８０５２６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の動力伝達軸では、かしめ前において両軸部９１，９４間に設けられる上記所定の嵌合隙間は、圧入後の両軸部９１，９４間のがたをできるだけ少なくするために、相当小さく設定しておく必要がある。従って、上記かしめ領域９５でのかしめ量が小さくなる。その結果、圧入状態での歯同士の接触面積が小さくなり、動力伝達軸の耐久性が低下することが懸念される。
【０００６】
逆に、耐久性を高めようとして、かしめ領域９５でのかしめ量が大きくなるように、かしめ前の両軸部９１，９４間の上記所定の嵌合隙間を大きくすると、圧入後の両軸部９１，９４間にがたつきを生じ易く、結局、耐久性が低くなる。
また、特許文献２の動力伝達軸では、合成樹脂部材のへたりや成型後の収縮を生じて、両軸部間にがたつきを生じる結果、耐久性が低くなることが懸念される。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、耐久性を高めることができる動力伝達軸を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明の動力伝達軸は、雌セレーションを軸方向に形成した外軸部の嵌合孔に、上記雌セレーションに係合する雄セレーションを軸方向に形成した内軸部を挿入してなり、衝撃吸収時に収縮可能な動力伝達軸において、上記内軸部は、太軸部と、これより先端側の細軸部とを含み、雄セレーションは、太軸部に形成される第１の部分と、細軸部に形成される第２の部分とを含み、内軸部の細軸部に対応して外軸部に形成されたかしめ領域に、内軸部の太軸部の少なくとも一部を圧入してなることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、内軸部の細軸部に対して外軸部をかしめることで十分なかしめ量でかしめ領域を形成し、このかしめ領域に太軸部を圧入することで、かしめ領域と太軸部とを、そのセレーション歯同士の接触面積を広く確保する状態で、がたなくセレーション嵌合させることができるので、耐久性を格段に向上することができる。
外軸部をかしめる際に、雌セレーションが細軸部の雄セレーション（第２の部分）と噛み合うことにより、かしめ領域の雌セレーションの歯の型崩れが抑制される。このかしめ領域に太軸部を圧入した状態で、かしめ領域と太軸部のセレーション歯同士の接触面積をより一層広く確保することができる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、雄セレーションの第１および第２の部分は、周方向に関して互いの歯の位相が合わされていることを特徴とする。この発明によれば、かしめ領域に内軸部の太軸部の少なくとも一部を圧入する際に、セレーション歯同士のかじりを防止できるので、接触面積を確保するのに好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態の動力伝達軸としてのステアリングシャフトを説明する。図１は、上述のステアリングシャフトを設けた車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
本実施形態では、本動力伝達軸がステアリングシャフト３である場合に則して説明するが、本発明はこれに限らず、例えば、後述するように中間軸６に適用することもできる。
【００１２】
車両用操舵装置１は、車輪（図示せず）を操向するために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とを有する。ステアリングシャフト３の一方の端部３ａにステアリングホイール２が連結され、他方の端部３ｂに、自在継手５、インターミディエイトシャフトとも呼ばれる中間軸６、自在継手７等を介して、車輪を操向するための舵取り機構８の回転軸９が連結される。ステアリングホイール２が操舵されると、その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、これにより車輪を操向することができる。
【００１３】
車両操舵装置１は、例えば、ステアリングホイール２を上側となるようにして、ステアリングシャフト３の軸方向Ｓを車両の前後方向に対して斜めにして、車体１０（一部を図示）に取り付けられる。
ステアリングシャフト３は、一端にステアリングホイール２を連結する中空の外軸部としてのアッパシャフト１１と、内軸部としてのロアシャフト１２とを有する。ロアシャフト１２は例えば中実軸からなる。アッパシャフト１１とロアシャフト１２とは、ステアリングシャフト３の軸方向Ｓに沿って互いに相対移動可能に、且つ一体回転するように、継手構造としてのセレーション嵌合構造により互いに連結される。ステアリングシャフト３は、自動車の衝突時の衝撃を吸収するために収縮可能な動力伝達軸として機能する。
【００１４】
ステアリングコラム４は、アッパシャフト１１の一部を収容するアッパジャケット１３と、ロアシャフト１２を収容するロアジャケット１４とを有する。ロアジャケット１４は、ロアシャフト１２の軸方向相対移動を規制する。アッパジャケット１３は、アッパシャフト１１の軸方向相対移動を規制する。アッパジャケット１３の端部１３ａの内周に、ロアジャケット１４の端部１４ａの外周が互いの軸方向に相対摺動可能に嵌め合わされる。
【００１５】
車両操舵装置１は、衝突時のロアジャケット１４の移動を規制するように、車体１０に固定されてロアジャケット１４を支持するロアブラケット１５を有する。また、車両操舵装置１は、車体１０に支持されてアッパジャケット１３を支持するアッパブラケット１６を有する。アッパブラケット１６は、車体１０に対すアッパジャケット１３の相対移動を通常時に阻止し、衝撃吸収時に許容する。
また、中間軸６は、中空の外軸部１７と、内軸部１８とを有し、両軸部１７，１８は、中間軸６の軸方向に相対摺動可能に互いにスプライン嵌合される。
【００１６】
また、図１Ｂに示すように、衝撃吸収時にドライバがステアリングホイール２にぶつかるのに伴い、ステアリングホイール２、アッパシャフト１１、アッパジャケット１３、およびアッパブラケット１６は一体的に、ステアリングシャフト３の軸方向Ｓの下方へ移動しロアジャケット１４、車体１０等に対して変位する。このとき、ステアリングシャフト３は収縮して衝撃を吸収する。
図２を参照する。ステアリングシャフト３は、アッパシャフト１１の端部１１ａの嵌合孔１１ｂに、ロアシャフト１２の端部１２ａを挿入してなる。両シャフト１１，１２の軸線はともにステアリングシャフト３の軸線と一致する。また、両シャフト１１，１２は、鋼等の金属部材からなる。
【００１７】
アッパシャフト１１の嵌合孔１１ｂの内周部１１ｃには、雌セレーション１９がその軸方向Ｓに延びて形成される。雌セレーション１９は、その軸方向Ｓに沿って所定長さで延びる多数の歯１９ａ（図３Ａ参照）を有する。
ロアシャフト１２の外周部１２ｇには、雌セレーション１９と係合する雄セレーション２０がその軸方向Ｓに延びて形成される。雄セレーション２０は、その軸方向Ｓに沿って所定長さで延びる多数の歯２０ａ（図３Ａ参照）を有する。
【００１８】
本実施形態では、ロアシャフト１２の端部１２ａは、第１の太軸部１２ｂと、これより先端１２ｈ側の細軸部１２ｃと、さらにこれよりも先端１２ｈ側の第２の太軸部１２ｄとを有する。雄セレーション２０は、第１の太軸部１２ｂに形成される第１の部分２０ｂと、細軸部１２ｃに形成される第２の部分２０ｃと、第２の太軸部１２ｄに形成される第３の部分２０ｄとを有する。
図２および図３Ａを参照する。第１の部分２０ｂの歯２０ａの諸元と第３の部分２０ｄの歯２０ａの諸元とは、概ね等しくされ、雌セレーション１９と噛み合うことができる形状とされる。第２の部分２０ｃの歯２０ａは、第１および第３の部分２０ｂ，２０ｄの歯２０ａとほぼ同形に形成され、第１および第３の部分２０ｂ，２０ｄの歯２０ａよりも径方向の内方に配置される。すなわち、第２の部分２０ｃの歯２０ａの歯底円直径Ｄ１が、第１の部分２０ｂの歯２０ａの歯底円直径Ｄ２よりも小さくされている（Ｄ１＜Ｄ２）。第２の部分２０ｃの歯２０ａの歯先円直径Ｄ３が、第１の部分２０ｂの歯２０ａの歯先円直径Ｄ４よりも小さくされている（Ｄ３＜Ｄ４）。雄セレーション２０の第１、第２および第３の部分２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、周方向Ｔに関して互いの歯２０ａの位相が合わされている。雄セレーション２０は、例えば、段付き状転造工具を用いた転造加工により形成できる。
【００１９】
図２に戻って、本ステアリングシャフト３は、アッパシャフト１１の端部１１ａに形成される複数、例えば、３つのかしめ領域２１（図２には一部のみ図示）を有する。複数のかしめ領域２１は、アッパシャフト１１の周方向Ｔに互いに離間して概ね均等に配置される。各かしめ領域２１は、アッパシャフト１１の外周部１１ｄに局部的に加圧されて塑性変形することにより形成され、局部加圧された痕跡として凹部２１ａが外周部１１ｄに形成されるとともに、かしめ領域２１に対応して凹部２１ａの背面およびその近傍に配置される歯１９ａが、かしめ領域２１に隣接する領域の歯１９ａに比べて径方向Ｒの内方へ所定量張り出すように変形する（図３Ｂ参照）。なお、図３Ｂには、かしめ領域２１の歯１９ａを実線で、かしめ領域２１に隣接する領域の歯１９ａを破線で図示した。
【００２０】
ステアリングシャフト３は、アッパシャフト１１のかしめ領域２１を形成した後に、このかしめ領域２１にロアシャフト１２の第１の太軸部１２ｂの一部を圧入してなる。例えば、図４Ａおよび図４Ｂを参照して、アッパシャフト１１の端部１１ａの嵌合孔１１ｂに、ロアシャフト１２の第２の太軸部１２ｄ、細軸部１２ｃおよび第１の太軸部１２ｂの先端１２ｈ側の一部１２ｅを、径方向に遊びのある状態で嵌め入れる。
【００２１】
図４Ｃを参照して、ロアシャフト１２の細軸部１２ｃに対応するアッパシャフト１１の外周部１１ｄの周方向Ｔの複数箇所をかしめ工具ＫＴによりかしめ加圧して塑性変形させ、上述のかしめ領域２１を形成する。かしめ領域２１に隣接する領域については、雌セレーション１９が、雄セレーション２０の第１の部分２０ｂおよび第３の部分２０ｄと噛み合い、アッパシャフト１１およびロアシャフト１２の周方向Ｔおよび径方向Ｒの相対移動を規制する。かしめの際に、かしめられる雌セレーション１９の部分が径方向内方へ移動して、雄セレーション２０の第２の部分２０ｃの対応する部分と噛み合い、この対応する部分で受けられた状態でかしめられるので、かしめ後の雌セレーション１９の歯形の崩れや歯筋の変形を抑制できる。
【００２２】
次に、図４Ｄを参照して、ロアシャフト１２を、さらに嵌合孔１１ｂの奥へ所定量を押し込み、アッパシャフト１１のかしめ領域２１に、ロアシャフト１２の第１の太軸部１２ｂの一部１２ｅを圧入状態で嵌合する。この状態で、図３Ｂに示すように、雄セレーション２０の第１の部分２０ｂの歯２０ａと、かしめ領域２１の雌セレーション１９の歯１９ａとが、径方向に遊びなく接触係合する。これにより、両シャフト１１，１２が所定の規制力で相対移動を規制される一方、衝撃吸収時に所定の衝撃吸収荷重を受けると、両シャフト１１，１２の相対移動が許容される。
【００２３】
このように本発明の実施形態では、図４Ｂ，図４Ｃに示すように、ロアシャフト１２の細軸部１２ｃに対してアッパシャフト１１をかしめることで十分なかしめ量で広い断面積のかしめ領域２１を形成し、このかしめ領域２１に第１の太軸部１２ｂを圧入することで、かしめ領域２１と第１の太軸部１２ｂとを、そのセレーション歯１９ａ，２０ａ同士の接触面積を広く確保する状態で、がたなくセレーション嵌合させることができるので、耐久性を格段に向上することができる。例えば、長期間にわたりトルクを受けることができ、その後のがたの発生を抑制でき、衝撃吸収荷重のばらつきを抑制できる。
【００２４】
アッパシャフト１１をかしめる際に、雌セレーション１９が細軸部１２ｃの雄セレーション２０（第２の部分２０ｃ）と噛み合うことにより、かしめ領域２１の雌セレーション１９の歯１９ａの型崩れが抑制される。このかしめ領域２１に第１の太軸部１２ｂを圧入した状態で、かしめ領域２１と第１の太軸部１２ｂのセレーション歯１９ａ，２０ａ同士の接触面積をより一層広く確保することができる。
【００２５】
また、図３Ａに示すように、雄セレーション２０の第１および第２の部分２０ｂ，２０ｃが周方向Ｔに関して互いの歯２０ａの位相が合わされているのが好ましい。これにより、図４Ｄを参照して、かしめ領域２１にロアシャフト１２の第１の太軸部１２ｂの一部１２ｅを圧入する際に、歯１９ａ，２０ａ同士のかじりを防止でき、その接触面積をより一層広くすることができる。
また、かしめの際に、アッパシャフト１１の雌セレーション１９が雄セレーション２０の第２の部分２０ｃと噛み合わされて安定して受けられることにより、かしめ荷重が安定する。その結果、かしめ荷重の調節幅を大きくでき、また、かしめ工具の自由度を高くできる。
【００２６】
以下では本発明の実施形態の変形例を説明し、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については説明を省略して同じ符号を付しておく。
例えば、図５に示すように、雄セレーション２０の第２の部分２０ｃの歯底円直径Ｄ１が、第１の部分２０ｂの歯底円直径Ｄ２と等しくされ、第２の部分２０ｃの歯先円直径Ｄ３のみが、第１の部分２０ｂの歯先円直径Ｄ４よりも小さくされていてもよい。図５には、第２の部分２０ｃの歯２０ａの頂部が欠けるようにして、細軸部１２ｃが実現されている。また、雄セレーション２０の第１および第２の部分２０ｂ，２０ｃについて、周方向Ｔに関して互いの歯２０ａの位相が若干ずれていることも考えられる。
【００２７】
かしめ領域２１は、アッパシャフト１１の周方向Ｔについて、２箇所でもよいし、４箇所以上でも良い。また、かしめ領域２１に、ロアシャフト１２の第１の太軸部１２ｂのほぼ全体を圧入するように、かしめ領域２１を軸方向Ｓに長く形成してもよい。
また、図６を参照して、ロアシャフト１２０は、太軸部１２ｂおよび細軸部１２ｃを有し、上述の第２の太軸部１２ｄを省略されている。この場合も、上述の実施形態と同様にセレーション嵌合構造の耐久性を高めることができる。また、内軸部としてのロアシャフト１２，１２０は中空軸からなってもよい。
【００２８】
また、上述したように本発明を中間軸６に適用し、中間軸６を上記のステアリングシャフト３と同様の構成にしてもよい。その場合、外軸部１７はアッパシャフト１１の端部１１ａと同様の端部を有し、内軸部１８はロアシャフト１２の端部１２ａと同様の端部を有することになる。車両の衝突時には舵取り機構８が車両後方に移動するのに伴い、中間軸６が収縮することにより衝撃を吸収する。
また、アッパシャフト１１を内軸部とし、ロアシャフト１２を外軸部としてもよい。また、セレーション嵌合構造に代えてスプライン嵌合構造を用いても良い。その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の動力伝達軸としてのステアリングシャフトを含む車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１のステアリングシャフトの要部の縦断面図である。
【図３】図１のステアリングシャフトの拡大断面図であり、図２の３Ａ断面を図３Ａに、図２の３Ｂ断面を図３Ｂに示す。
【図４】図１のステアリングシャフトの組立手順を模式的に示す一部断面図であり、組立順序に従って図４Ａ，図４Ｂ，図４Ｃ，図４Ｄの順に図示してある。
【図５】本発明の雄セレーションの変形例を示す要部拡大断面図であり、図２の３Ａ断面に相当する部分を示す。
【図６】本発明のロアシャフトの変形例を示す側面図である。
【図７】従来の動力伝達軸を示す一部断面図であり、分解された状態を図７Ａに示し、組立途中の状態を図７Ｂに示す。
【符号の説明】
３ ステアリングシャフト（動力伝達軸）
６ 中間軸（動力伝達軸）
１１ アッパシャフト（外軸部）
１１ｂ 嵌合孔
１２，１２０ ロアシャフト（内軸部）
１２ｂ 第１の太軸部（太軸部）
１２ｃ 細軸部
１２ｈ ロアシャフトの先端
１９ 雌セレーション
１９ａ 雌セレーションの歯
２０ 雄セレーション
２０ａ 雄セレーションの歯
２０ｂ 雄セレーションの第１の部分
２０ｃ 雄セレーションの第２の部分
２１ かしめ領域
Ｓ 軸方向
Ｔ 周方向

Claims (2)

1. 雌セレーションを軸方向に形成した外軸部の嵌合孔に、上記雌セレーションに係合する雄セレーションを軸方向に形成した内軸部を挿入してなり、衝撃吸収時に収縮可能な動力伝達軸において、
   上記内軸部は、太軸部と、これより先端側の細軸部とを含み、
   雄セレーションは、太軸部に形成される第１の部分と、細軸部に形成される第２の部分とを含み、
   内軸部の細軸部に対応して外軸部に形成されたかしめ領域に、内軸部の太軸部の少なくとも一部を圧入してなることを特徴とする動力伝達軸。
2. 請求項１に記載の動力伝達軸において、上記雄セレーションの第１および第２の部分は、周方向に関して互いの歯の位相が合わされていることを特徴とする動力伝達軸。

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