JP2006046498A

JP2006046498A - 伸縮シャフト

Info

Publication number: JP2006046498A
Application number: JP2004228510A
Authority: JP
Inventors: Shigemi Shiotani; 重美塩谷; Kazuhide Honda; 一秀本多
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】従来の伸縮シャフトにおける嵌合部のガタを防止する機構は、ガタ防止の方向に異方性があり操作フィーリングが良くない場合があった。
【解決手段】中空部を有する第１シャフト１と第２シャフト２とを備え、該第１シャフト１の中空部に第２シャフト２を伸縮自在に嵌合して構成される伸縮シャフトであって、該第１シャフト１の内周面には雌セレーション１１が形成され、第２シャフト２の外周面には第１シャフト１内周面に形成された雌セレーション１１と嵌合する雄セレーション２１が形成され、第１シャフト１の雌セレーション１１および第２シャフト２の雄セレーション２１の少なくとも何れか一方に、セレーション１１・２１の谷底部１１ｂ・２１ｂを切除した切欠部１ａ・２ａが形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、該第１シャフトの中空部に第２シャフトを伸縮自在に嵌合して構成される伸縮シャフトに関し、特に嵌合部におけるガタを防止する構造を備えた伸縮シャフトに関する。

自動車のステアリングコラムには、ステアリングシャフトを構成するメインシャフトに伸縮シャフトを用いて、テレスコ機能を備えさせたものがある。
メインシャフトとして用いられる伸縮シャフトは、中空部を有する第１シャフトと第２シャフトとを有しており、該第１シャフトの中空部に第２シャフトをセレーション嵌合またはスプライン嵌合して構成することで、伸縮自在とされている。
第１シャフトと第２シャフトとの嵌合部においては、セレーションの加工精度により生じるオス側セレーションとメス側セレーションとの間の隙間により、シャフトの回転方向および軸曲げ方向にガタつきが発生するが、このガタつきは、ステアリング操作時における騒音や操作フィーリングの悪化を招く原因となるため、ガタ防止のための機構が種々考案されている。

例えば、特許文献１に示される技術では、一方のセレーションの一部に形成した切り欠き部に弾性部材を取り付けて、取り付けた弾性部材を他方のセレーションに圧接させることで、ガタを防止している。
また、嵌合部の隙間にナイロン樹脂等の合成樹脂を充填して硬化させることにより隙間を埋めて、ガタを防止する技術も考案されている。
特開２００１−１８２７３６号公報

前述の特許文献１に記載の技術では、ガタ防止用の弾性部材を別途用意する必要があり、取付作業も必要となることから、材料費および加工費が余分にかかってコスト高となる。また、弾性部材による圧接が一方向のみであるので、ガタ防止の方向に異方性があり（ある軸曲げ方向に対するガタは抑えられるが、他の軸曲げ方向に対するガタは抑えられない）、依然として操作フィーリングが良くない場合があった。
また、嵌合部の隙間に合成樹脂を充填してガタ防止したものでは、合成樹脂の剛性が低いため、嵌合部に小さな応力がかかっただけでも合成樹脂が撓んでしまって、伸縮シャフトに対する入力ねじり角に対する出力角にズレが生じ、操作フィーリングに違和感が残ることとなっていた。

上記課題を解決する伸縮シャフトは、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載のごとく、中空部を有する第１シャフトと第２シャフトとを備え、該第１シャフトの中空部に第２シャフトを伸縮自在に嵌合して構成される伸縮シャフトであって、該第１シャフトの内周面にはセレーションが形成され、第２シャフトの外周面には第１シャフト内周面に形成されたセレーションと嵌合するセレーションが形成され、第１シャフトのセレーションおよび第２シャフトのセレーションの少なくとも何れか一方に、セレーションの谷底部を切除した切欠部が形成される。
これにより、嵌合部における第１シャフトのセレーションと第２シャフトのセレーションとが全周にわたって隙間なく密着することとなり、軸の回転方向および全ての軸曲がり方向において嵌合部のガタを防止することが可能となる。

また、請求項２記載のごとく、前記切欠部は、第１シャフトのセレーションおよび第２シャフトのセレーションの両方に形成され、該切欠部は、第１シャフトと第２シャフトとの嵌合部の両端に、それぞれ配置される。
これにより、伸縮シャフトの伸縮状態にかかわらず、より確実に嵌合部のガタを抑えることができる。

また、請求項３記載のごとく、前記伸縮シャフトはステアリングシャフトに用いられ、
前記切欠部における切欠厚み寸法が、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲内である。
これにより、谷底部の切削を容易に行いつつ、切欠セレーションの歯丈寸法を充分に確保することが可能となる。

本発明によれば、嵌合部における第１シャフトのセレーションと第２シャフトのセレーションとが全周にわたって隙間なく密着することとなり、軸の回転方向および全ての軸曲がり方向において嵌合部のガタを防止することが可能となる。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

図１に示す伸縮シャフトは、中空部を有する第１シャフト１と第２シャフト２とを備えており、該第１シャフト１の一端部側（図１における右端部側）から第２シャフト２の他端部（図１における左端部）を伸縮自在に嵌合して構成されている。
該第１シャフト１の内周面には雌セレーション１１が形成され、第２シャフト２の外周面には雄セレーション２１が形成されており、第１シャフト１と第２シャフト２とは、該雌セレーション１１と雄セレーション２１とによりセレーション嵌合している。

図２、図３に示すように、該第１シャフト１における一端部には外周部を全周にわたって切り欠いた切欠部１ａが構成されており（図３における２点鎖線部が切り欠かれた部分）、この切欠部１ａにおける雌セレーション１１は、谷底部１１ｂが切除された切欠セレーション１１ａとなっている。
切欠セレーション１１ａは、それぞれ独立した線条体に形成されており、その両端を切欠部１ａ以外の部分に支持された状態となっている。

図４に示すように、切欠部１ａにおける雌セレーション１１の谷底部１１ｂの切欠厚み寸法ｈ１は、該谷底部１１ｂの切削のし易さと、残存する切欠セレーション１１ａの歯丈寸法ｈ２とを考慮して決定されるが、例えば雌セレーション１１全体の歯丈寸法ｈが０．７ｍｍである場合は、切欠厚み寸法ｈ１は０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度とするのが好ましい。さらには０．２ｍｍとするのが好ましい。
切欠厚み寸法ｈ１をこの程度の寸法とすることで、谷底部１１ｂの切削を容易に行いつつ、切欠セレーション１１ａの歯丈寸法ｈ２を充分に確保することが可能となる。
例えば、雌セレーション１１全体の歯丈寸法ｈが０．７ｍｍである場合に、切欠厚み寸法ｈ１を０．２ｍｍに設定すると、残存する切欠セレーション１１ａの歯丈寸法ｈ２は０．５ｍｍとなる。

また、図５に示すように、第１シャフト１の切欠部１ａに形成される各切欠セレーション１１ａは、内側方向へ湾曲するように塑性変形している。
各切欠セレーション１１ａは、雌セレーション１１の谷底部１１ｂを切除して線条に形成されており、他の部分の雌セレーション１１に比べて剛性が低くなっていて、バネ特性を備えている。

このように、内側に湾曲してバネ特性を備えた切欠セレーション１１ａの部分に第２シャフト２を挿入すると、第１シャフト１における雌セレーション１１の切欠セレーション１１ａ部分と、第２シャフトの雄セレーション２１とは図６に示すように噛み合うこととなる。
すなわち、切欠セレーション１１ａは内側（雌セレーション１１と雄セレーション２１との隙間が無くなる方向）に湾曲してバネ特性を有しているので、第２シャフトを挿入すると、該切欠セレーション１１ａが全周にわたって雄セレーション２１に圧接して、該雄セレーション２１を締め付けるように密着することとなる。

なお、第１シャフト１の雌セレーション１１はブローチ加工等により形成され、雌セレーション１１が形成された第１シャフト１の一部の範囲の外周を旋削することで切欠セレーション１１ａを形成するが、切欠セレーション１１ａは第１シャフト１外周を旋削する際の切削応力により、内側に塑性変形する。
従って、切欠セレーション１１ａを形成した後に特別な加工等を行わなくても、切欠セレーション１１ａを内側に湾曲したバネ部材に構成することができる。
仮に、切削応力による湾曲度合いが必要な湾曲度合いよりも少なかった場合は、旋削加工後に、切欠セレーション１１ａを湾曲させるための加工を施すことができる。

また、内側に湾曲した切欠セレーション１１ａの、バネ力による第２シャフト２の雄セレーション２１に対する締付力は、切欠部１ａを円筒状のコイニング型に押し込んで切欠セレーション１１ａの湾曲度合いを調整することで調節することが可能である。
これにより、伸縮シャフトを伸縮させる際の第１シャフト１と第２シャフト２との間の摺動抵抗を適切に設定することができる。
また、本例では切欠セレーション１１ａは湾曲形状に形成されているが、特に湾曲形状に限るものではなく、雌セレーション１１の内径寸法が小さくなる方向に変形する形状であればよい。

一方、図７に示すように、第２シャフト２における他端部には内周を全周にわたって切り欠いた切欠部２ａが構成されており（図７における２点鎖線部が切り欠かれた部分）、この切欠部２ａにおける雄セレーション２１は、谷底部２１ｂが切除された切欠セレーション２１ａとなっている。
切欠セレーション２１ａは、それぞれ独立した線条体に形成されており、その両端を切欠部２ａ以外の部分に支持された状態となっている。

図８に示すように、切欠部２ａにおける雄セレーション２１の谷底部２１ｂの切欠厚み寸法ｈ１は、該谷底部２１ｂの切削のし易さと、残存する切欠セレーション２１ａの歯丈寸法ｈ２とを考慮して決定されるが、切欠部１ａにおける雌セレーション１１の場合と同様に、例えば雄セレーション２１全体の歯丈寸法ｈが０．７ｍｍである場合は、切欠厚み寸法ｈ１は０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度とするのが好ましい。さらには０．２ｍｍとするのが好ましい。切欠厚み寸法ｈ１をこの程度の寸法とすることで、谷底部２１ｂの切削を容易に行いつつ、切欠セレーション２１ａの歯丈寸法ｈ２を充分に確保することが可能となる。

また、図９に示すように、第２シャフト１の切欠部２ａに形成される各切欠セレーション２１ａは、外側方向へ湾曲するように塑性変形している。
各切欠セレーション２１ａは、雄セレーション２１の谷底部２１ｂを切除して線条に形成されており、他の部分の雄セレーション２１に比べて剛性が低くなっていて、バネ特性を備えている。

このように、外側に湾曲してバネ特性を備えた切欠セレーション２１ａの部分を第１シャフト１へ挿入すると、第１シャフト１の雌セレーション１１と、第２シャフトにおける雄セレーション２１の切欠セレーション２１ａ部分と、図１０に示すように噛み合うこととなる。
すなわち、切欠セレーション２１ａは外側（雌セレーション１１と雄セレーション２１との隙間が無くなる方向）に湾曲してバネ特性を有しているので、第２シャフトを第１シャフト１に挿入すると、該切欠セレーション２１ａが全周にわたって雌セレーション１１に圧接して、外側へ向かって締め付けるように密着することとなる。

なお、第２シャフト２の雄セレーション２１は転造成形等により形成され、雄セレーション２１が形成された第２シャフト２の一部の範囲の内周を旋削することで切欠セレーション２１ａを形成するが、切欠セレーション２１ａは第２シャフト２内周を旋削する際の切削応力により、外側に塑性変形する。
従って、切欠セレーション２１ａを形成した後に特別な加工等を行わなくても、切欠セレーション２１ａを外側に湾曲したバネ部材に構成することができる。
仮に、切削応力による湾曲度合いが必要な湾曲度合いよりも少なかった場合は、旋削加工後に、切欠セレーション２１ａを湾曲させるための加工を施すことができる。

また、外側に湾曲した切欠セレーション２１ａの、バネ力による第１シャフト１の雌セレーション１１に対する締付力も、切欠セレーション２１ａの湾曲度合いを調整することで調節することが可能であり、これにより、伸縮シャフトを伸縮させる際の第１シャフト１と第２シャフト２との間の摺動抵抗を適切に設定することができる。
また、本例では切欠セレーション２１ａは湾曲形状に形成されているが、特に湾曲形状に限るものではなく、雄セレーション２１の外径寸法が大きくなる方向に変形する形状であればよい。

以上のように、本伸縮シャフトにおいては、第１シャフト１の雌セレーション１１に、谷底部１１ｂが切除された切欠部１ａを形成し、また、第２シャフト２の雄セレーション２１に、谷底部２１ｂが切除された切欠部２ａを形成している。
この切欠部１ａ・２ａにより、第１シャフト１と第２シャフト２との嵌合部における雌セレーション１１と雄セレーション２１とが全周にわたって隙間なく密着することとなり、軸の回転方向および全ての軸曲がり方向において嵌合部のガタを防止することが可能となっている。

特に、雌セレーション１１と雄セレーション２１とが密着する部位は切欠部１ａおよび切欠部２ａの複数箇所に形成され、該切欠部１ａおよび切欠部２ａはそれぞれ嵌合部の両端に配置されているので、より確実にガタを抑えることができる。
また、切欠部１ａは第１シャフト１の一端に形成され、切欠部２ａは第２シャフト２の他端に形成されているので、伸縮シャフトが伸長した状態および縮小した場合の何れの場合でも、雌セレーション１１と雄セレーション２１とが密着する部位である切欠部１ａ・２ａが嵌合部の両端に位置することとなり、伸縮シャフトの伸縮状態にかかわらずガタ防止の効果を奏することが可能である。
さらに、本伸縮シャフトを、自動車のステアリングシャフトを構成するメインシャフトに用いることで、ステアリング操作のフィーリングを向上させることが可能である。

また、第１シャフト１および第２シャフト２の切欠部１ａ・２ａは、次のように形成することもできる。
つまり、図１１に示すように、切欠セレーション１１ａ・２１ａが形成される切欠部１ａ・２ａをそれぞれヘリカル状に形成したり、図１２に示すように、切欠セレーション１１ａ・２１ａが形成される切欠部１ａ・２ａを複数に分割して形成したりすることもできる（図１２には、第１シャフト１の切欠部１ａのみを示している）。

本発明にかかる伸縮シャフトを示す側面断面図である。第１シャフトの切欠部を示す斜視図である。第１シャフトの切欠セレーション部分を示す正面断面図である。第１シャフトの切欠部における谷底部の切欠厚み寸法を示す図である。第１シャフトの切欠部を示す側面断面図である。図１におけるＡ−Ａ断面図である。第２シャフトの切欠セレーション部分を示す正面断面図である。第２シャフトの切欠部における谷底部の切欠厚み寸法を示す図である。第２シャフトの切欠部を示す側面断面図である。図１におけるＢ−Ｂ断面図である。切欠部の第２実施形態を示す側面断面図である。切欠部の第３実施形態を示す側面断面図である。

符号の説明

１第１シャフト
１ａ切欠部
２第２シャフト
２ａ切欠部
１１雌セレーション
１１ａ切欠セレーション
１１ｂ谷底部
２１雄セレーション
２１ａ切欠セレーション
２１ｂ谷底部

Claims

中空部を有する第１シャフトと第２シャフトとを備え、該第１シャフトの中空部に第２シャフトを伸縮自在に嵌合して構成される伸縮シャフトであって、
該第１シャフトの内周面にはセレーションが形成され、第２シャフトの外周面には第１シャフト内周面に形成されたセレーションと嵌合するセレーションが形成され、
第１シャフトのセレーションおよび第２シャフトのセレーションの少なくとも何れか一方に、セレーションの谷底部を切除した切欠部が形成されることを特徴とする伸縮シャフト。
前記切欠部は、第１シャフトのセレーションおよび第２シャフトのセレーションの両方に形成され、
該切欠部は、第１シャフトと第２シャフトとの嵌合部の両端に、それぞれ配置されることを特徴とする請求項１に記載の伸縮シャフト。
前記伸縮シャフトはステアリングシャフトに用いられ、
前記切欠部における切欠厚み寸法が、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の伸縮シャフト。