JP2011225089A - ステアリング装置の伝達軸およびステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期にわたりガタや異音の発生を防止できるステアリング装置の伝達軸を提供。
【解決手段】中間軸５は筒状の第１軸４１及び第２軸４２と中実の連結軸４３とを備える。第１軸４１及び連結軸４３は樹脂被膜を介してセレーション嵌合され、かしめ部４６によって軸方向相対移動を規制されている。第２軸４２及び連結軸４３は転動体５１を介してトルク伝達可能に結合され、通常時は、転動体５１の転動を伴って伸縮量Ｌ２の範囲内で伸縮可能である。衝撃吸収時は、連結軸４３の一端４３ａが十字軸５４に当接して、連結軸４３の収縮が収縮量Ｌ３（Ｌ３＞Ｌ２）で規制され、その後、かしめ部４６のかしめが外れて連結軸４３と第１軸４１が収縮し、衝撃吸収ストローク量Ｌ１を確保する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリング装置の伝達軸およびステアリング装置に関する。

ステアリング装置の中間軸は、例えばラック軸側からの突き上げ等の車両の挙動に伴って、比較的短いストローク範囲（例えば±７ｍｍ程度）で自在に伸縮する機能を要求される。このため、中間軸の内軸および外軸が、互いのセレーション歯を介して伸縮自在に嵌合されている。上記のセレーション歯に樹脂をコーティングすることが提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特開２００２−２６４８２５号公報

しかしながら、車両挙動に伴う伸縮時の内軸および外軸の摺動により、樹脂が摩耗し易く、摩耗した場合には、内軸と外軸間に回転方向にガタを生じたり、ラトル音を発生したり、また、伸縮時にスティックスリップに起因する異音が発生したりしていた。
一方、この種の中間軸では、車両の挙動に伴って比較的短いストローク範囲で伸縮する機能に加えて、衝撃吸収時に比較的長いストローク範囲（例えば±６５ｍｍ程度）で収縮する機能も要求される。従来の中間軸では、衝撃吸収のためのストローク範囲の一部を常時摺動のストローク範囲として利用しており、すなわち、上記のセレーション嵌合部において、両機能に対応していた。このため、上記の摩耗の発生を避けられなかった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、長期にわたってガタや異音の発生を防止することができる、ステアリング装置の伝達軸およびステアリング装置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、ステアリング装置（１）の操舵力を伝達する伝達軸（５）において、第１軸（４１）と、第２軸（４２）と、第１軸および第２軸を同軸上に相対回転不能に連結し、第１軸に対して衝撃吸収時に収縮可能で且つ第２軸に対して常時伸縮可能な中実または中空の連結軸（４３）と、所定荷重未満での第１軸に対する連結軸の収縮を規制する収縮規制部（４６）と、衝撃吸収時に第２軸に対する連結軸の収縮量（Ｌ３）を規制するストッパ（５４）と、を備え、第１軸および連結軸にそれぞれ設けられたセレーション（４４，４５）が、何れか一方のセレーションに被覆された樹脂被膜（４８）を介して互いに嵌合し、第２軸および連結軸は、第２軸および連結軸にそれぞれ設けられた軸方向溝（４９，５０）間に介在する転動体（５１）を介してトルク伝達可能に且つ転動体の転動を伴って常時伸縮可能に結合され、所定荷重以上の衝撃吸収荷重を受けたときに、上記ストッパによって第２軸に対する収縮量が規制された連結軸と第１軸とが収縮するようにしてあるステアリング装置の伝達軸を提供する（請求項１）。

本発明によれば、車両挙動に伴って、第２軸および連結軸が転動体の転動を伴って伸縮する。常時伸縮においては、転がりを利用するので、抵抗なく非常にスムーズに伸縮でき、また、摩耗等がほとんど発生しない。また、所定以上の衝撃吸収荷重を受けたときには、ストッパによって第２軸に対する連結軸の収縮量が規制された後、第１軸および連結軸が収縮することにより、衝撃吸収のためのストロークを確保することができる。第１軸および連結軸のセレーションは、通常時は摺動しないので、樹脂被膜に摩耗による劣化を防止でき、したがって、長期にわたって、ガタや異音の発生を確実に防止することができる。換言すると、常時伸縮の機能を果たす嵌合部分と、衝撃吸収時に収縮する機能を果たす嵌合部分とを分離して構成したので、両機能を達成しつつ、セレーションの樹脂被膜の摩耗の発生を確実に防止して、長期にガタや異音の発生を防止することができる。

また、上記第２軸および連結軸のうち外側の軸によって、転動体に径方向の予圧が付与されている場合がある（請求項２）。この場合、常時伸縮する第２軸と連結軸との間に、ガタや異音が生ずることがない。
また、上記収縮規制部は、上記第１軸および連結軸の一方を他方にかしめたかしめ部（４６）である場合がある（請求項３）。この場合、かしめ部によって、確実に衝撃吸収荷重を確保することができるとともに、樹脂被膜の摩耗の発生を確実に防止することができる。

また、上記第２軸に固定されたヨーク（５５）およびヨークによって支持された上記ストッパとしての十字軸（５４）を含む自在継手（６）を備え、衝撃吸収時に、連結軸の一端（４３ａ）が、ヨークに形成された挿通孔（６３）を通して、上記ストッパとしての十字軸に当接することにより、第２軸に対する連結軸の収縮量（Ｌ３）が規制されるようにしてある場合がある（請求項４）。この場合、本伝達軸をステアリング装置の中間軸として好適に用いることができる。また、十字軸をストッパとして利用するので、別途にストッパを設ける場合と比較して構造を格段に簡素化することができ、製造コストを安くすることができる。

上記の伝達軸を用いたステアリング装置であれば、長期にわたってガタや異音の発生を防止することができ、且つ所要の衝撃吸収性能を確保することができる点で好ましい（請求項５）。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の一実施の形態の、伝達軸としての中間軸を有するステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 中間軸の一部破断側面図である。 図２のIII −III 線に沿う断面図である。 中間軸の要部の断面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 図４とは別角度から見た中間軸の要部の断面図であり、（ａ）は通常時の状態を示し、（ｂ）は衝撃吸収時を示している。

本発明の好ましい実施の形態の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の、ステアリング装置の伝達軸としての中間軸を有するステアリング装置の概略構成図である。図１を参照して、ステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結された操舵軸３と、操舵軸３に連結された自在継手４を一端に有する伝達軸としての中間軸５と、中間軸５の他端に設けられた自在継手６に連結されたピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック８ａを有する転舵軸としてのラック軸８とを備えている。

ピニオン軸７およびラック軸８を含むラックアンドピニオン機構によって、転舵機構Ａ１が構成されている。ラック軸８は、車体側部材９に固定されたハウジング１０によって、車両の左右方向に沿う軸方向（紙面とは直交する方向）に移動可能に、支持されている。ラック軸８の各端部は、図示していないが、対応するタイロッドおよび対応するナックルアームを介して対応する転舵輪に連結されている。

操舵軸３は、同軸上に連結された第１操舵軸１１と第２操舵軸１２とを備えている。第１操舵軸１１は、セレーション嵌合を用いて、同伴回転可能に且つ軸方向に相対摺動可能に嵌合されたアッパーシャフト１３およびロアーシャフト１４を有している。アッパーシャフト１３およびロアーシャフト１４の何れか一方が内軸を構成し、他方が筒状の外軸を構成している。

また、第２操舵軸１２は、ロアーシャフト１４と同伴回転可能に連結された入力軸１５と、中間軸５の自在継手４に連結された出力軸１６と、入力軸１５および出力軸１６を相対回転可能に連結するトーションバー１７とを有している。
操舵軸３は、車体側部材１８，１９に固定されたステアリングコラム２０によって、図示しない軸受を介して回転可能に支持されている。

ステアリングコラム２０は、軸方向に相対移動可能に嵌め合わされた筒状のアッパージャケット２１および筒状のロアージャケット２２と、ロアージャケット２２の軸方向下端に連結されたハウジング２３とを備えている。ハウジング２３内には、操舵補助用の電動モータ２４の動力を減速して出力軸１６に伝達する減速機構２５が収容されている。
減速機構２５は、電動モータ２４の回転軸（図示せず）と同行回転可能に連結された駆動ギヤ２６と、駆動ギヤ２６に噛み合い出力軸１６と同伴回転する被動ギヤ２７とを有している。駆動ギヤ２６は例えばウォーム軸からなり、従動ギヤ２７は例えばウォームホイールからなる。

ステアリングコラム２０には、車両後方側のアッパーブラケット２８および車両前方側のロアーブラケット２９を介して車体側部材１８，１９に固定されている。アッパーブラケット２８は、後述するコラムブラケットを介してステアリングコラム２０のアッパージャケット２１に固定可能とされている。アッパーブラケット２８は、車体側部材１８から下方に突出する固定ボルト（スタッドボルト）３０と、当該固定ボルト３０に螺合するナット３１と、アッパーブラケット２８に離脱可能に保持されたカプセル３２とを用いて、車体側部材１８に固定されている。

ロアーブラケット２９は、ステアリングコラム２０のハウジング２３に固定されている。また、ロアーブラケット２９は、車体側部材１９から突出する固定ボルト（スタッドボルト）３３と当該固定ボルト３３に螺合するナット３４とを用いて、車体側部材１９に固定されている。
図１および図２を参照して、伝達軸としての中間軸５は、筒状の第１軸４１と、筒状の第２軸４２と、第１軸４１および第２軸４２を軸方向Ｘ１の同軸上に相対回転不能に連結する連結軸４３と、第１軸４１に連結された自在継手４と、第２軸４２に連結された自在継手６とを備えている。図２に示すように、連結軸４３は、第１軸４１に対して衝撃吸収時に、例えば衝撃吸収ストローク量Ｌ１（６０〜７０ｍｍ程度。例えば６５ｍｍに設定される）だけ軸方向Ｘ１に収縮可能であり、また、通常時に、第２軸４２に対して軸方向Ｘ１に、例えば伸縮量Ｌ２（１０〜１５ｍｍ程度。例えば１４ｍｍに設定される）の範囲内で、常時伸縮可能な例えば中実軸である。

図２に示すように、第１軸４１の内周４１ａに設けられたセレーション４４（雌セレーション）が、連結軸４３の外周に設けられたセレーション４５（雄セレーション）に軸方向Ｘ１に摺動可能に嵌合している。第１軸４１には、所定荷重未満での第１軸４１に対する連結軸４３の収縮を規制する収縮規制部としてのかしめ部４６が設けられており、かしめ部４６は、連結軸４３の軸方向途中部の外周に形成された周溝４７内へ膨出する塑性変形突起からなる。

第２軸４２及び連結軸４３は転動体５１を介してトルク伝達可能に結合され、転動体５１の転動を伴って伸縮量Ｌ２の範囲内で常時伸縮可能である。衝撃吸収時には、連結軸４３の一端４３ａが、自在継手６の十字軸５４に当接して、連結軸４３の収縮が収縮量Ｌ３（Ｌ３＞Ｌ２）で規制され、その後、かしめ部４６のかしめが外れて連結軸４３と第１軸４１が収縮し、衝撃吸収ストローク量Ｌ１を確保するようにしている。

図２のIII −III 線に沿う断面図である図３に示すように、第１軸４１および連結軸４３の何れか一方、本実施の形態では、連結軸４３のセレーション４５に、例えばフッ素樹脂等の樹脂被膜４８が被覆されている。すなわち、第１軸４１および連結軸４３のセレーション４４，４５は樹脂被膜４８を介して互いに嵌合している。
図４および図６（ａ）に示すように、第２軸４２および連結軸４３には、互いに径方向に対向し軸方向Ｘ１に延びる軸方向溝４９，５０が複数組、形成されており、対応する軸方向溝４９，５０間にそれぞれ複数の転動体５１（例えばボール）が転動可能に介在している。第２軸４２および連結軸４３は、転動体５１を介してトルク伝達可能に且つ軸方向Ｘ１に、伸縮量Ｌ２の範囲内で常時伸縮可能に連結されている。図５に示すように、軸方向溝４９は、第２軸４２の周方向に等間隔に配置されており、軸方向溝５０は、連結軸４３の周方向に等間隔に配置されている。

図４および図６（ａ）に示すように、第２軸４２の一端には、連結軸４３を貫通させた環状の蓋５２が固定されている。蓋５２の中心孔に保持されたオイルシール５３が、連結軸４３を摺動可能に挿通させており、オイルシール５３によって、蓋５２と連結軸４３との間が封止されている。
第２軸４２に連結された自在継手６は、十字軸５４を介して互いに連結された一対のヨーク５５，５６を備えている。ヨーク５５は一対のタブ５７を有し、ヨーク５６は一対のタブ５８を有している。各タブ５７，５８に設けられた嵌合孔５９に保持された軸受６０によって、十字軸５４の対応するトラニオン６１が支持されている。

ヨーク５５は、第２軸４２を連結する円筒状の連結部６２を有しており、その連結部６２に、筒状の第２軸４２が嵌合され、例えば溶接により固定されている。ヨーク５５は、連結部６２に設けられた挿通孔６３を有している。連結軸４３の一端４３ａは、挿通孔６３内に進入している。
中間軸５が所定荷重以上の衝撃吸収荷重を受けたときは、図６（ｂ）に示すように、連結軸４３が、第２軸４２に対して常時伸縮の範囲（図６（ａ）で伸縮量Ｌ２の範囲）を超えて収縮すると、その収縮した連結軸４３の一端４３ａが挿通孔６３を通して十字軸５４に当接し、これにより、第２軸４２に対する連結軸４３の収縮が収縮量Ｌ３で規制される。すなわち、衝撃吸収時に、十字軸５４が、第２軸４２に対する連結軸４３の収縮量を規制するストッパとして機能する。このように、ストッパとしての十字軸５４によって、第２軸４２に対する連結軸４３の収縮が上記収縮量Ｌ３で規制された後は、連結軸４３と第１軸４１とが収縮し、衝撃吸収ストローク量Ｌ１が確保される。

本実施の形態の伝達軸としての中間軸５によれば、車両挙動に伴って、第２軸４２および連結軸４３が転動体５１の転動を伴って伸縮する。常時伸縮においては、転動体５１の転がりを利用するので、抵抗なく非常にスムーズに伸縮でき、また、摩耗等がほとんど発生しない。したがって、従来の常時摺動するタイプと比較して、耐久強度を格段に向上することができる。なお、本実施の形態では、軸方向溝４９，５０が４組設けられ、各組毎に２個の転動体５１を配置したが、軸方向溝４９，５０の組数および各組の転動体５１の個数については、使用条件に応じた所要の耐久性を確保するように、適宜に選択すればよい。

また、所定以上の衝撃吸収荷重を受けたときには、ストッパとしての十字軸５４によって第２軸４２に対する連結軸４３の収縮が上記収縮量Ｌ３で規制された後、第１軸４１および連結軸４３が収縮することにより、衝撃吸収ストローク量Ｌ１を確保することができる。
このように、第１軸４１および連結軸４３のセレーション４４，４５は、通常時は摺動しないので、樹脂被膜４８に摩耗による劣化を防止でき、したがって、長期にわたって、ガタや異音の発生を確実に防止することができる。換言すると、常時伸縮の機能を果たす嵌合部分と、衝撃吸収時に収縮する機能を果たす嵌合部分とを分離して構成したので、両機能を達成しつつ、セレーション４５の樹脂被膜４８の摩耗の発生を確実に防止して、長期にガタや異音の発生を防止することができる。

また、第２軸４２によって、転動体５１に径方向の予圧が付与されているので、常時伸縮する第２軸４２と連結軸４３との間に、ガタや異音が生ずることがない。
また、通常時において第１軸４１に対する連結軸４３の収縮を規制する収縮規制部としてかしめ部４６を用いているので、かしめ部４６によって、確実に衝撃吸収荷重を確保することができるとともに、樹脂被膜４８の摩耗の発生を確実に防止することができる。

また、両端に自在継手４，６を配した本伝達軸としての中間軸５において、衝撃吸収時に、連結軸４３の一端４３ａが、ヨーク５５に形成された挿通孔６３を通して、ストッパとしての十字軸５４に当接することにより、第２軸４２に対する連結軸４３の収縮量を規制するようにした。このように十字軸５４をストッパとして利用するので、別途にストッパを設ける場合と比較して構造を格段に簡素化することができ、製造コストを安くすることができる。

また、上記中間軸５を用いたステアリング装置１であれば、長期にわたってガタや異音の発生を防止することができ、且つ所要の衝撃吸収性能を確保することができる点で好ましい。
本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、第１軸４１を上側とし第２軸４２を下側としたが、その逆としてもよい。また、上記実施の形態では、ステアリング装置１の伝達軸を中間軸５に適用した場合に則して説明したが、本発明の伝達軸を操舵軸３の第１操舵軸１１に適用するようにしてもよい。また、上記実施の形態では、ステアリング装置１が電動パワーステアリング装置である場合に則して説明したが、本発明の伝達軸をマニュアル式のステアリング装置に適用するようにしてもよい。

１…ステアリング装置、２…操舵部材、３…操舵軸、４…自在継手、５…中間軸（ステアリング装置の伝達軸）、６…自在継手、１１…第１操舵軸、１２…第２操舵軸、２４…電動モータ、２５…減速機構、４１…第１軸、４２…第２軸、４３…連結軸、４４，４５…セレーション、４６…かしめ部（収縮規制部）、４７…周溝、４８…樹脂被膜、４９，５０…軸方向溝、５１…転動体、５２…蓋、５３…オイルシール、５４…十字軸（ストッパ）、５５，５６…ヨーク、５７，５８…タブ、５９…嵌合孔、６０…軸受、６１…トラニオン、６２…連結部、６３…挿通孔、Ａ１…転舵機構、Ｌ１…衝撃吸収ストローク量、Ｌ２…（常時伸縮の）伸縮量、Ｌ３…（衝撃吸収時の第２軸に対する連結軸の）収縮量、Ｘ１…軸方向

Claims (5)

1. ステアリング装置の操舵力を伝達する伝達軸において、
   第１軸と、第２軸と、第１軸および第２軸を同軸上に相対回転不能に連結し、第１軸に対して衝撃吸収時に収縮可能で且つ第２軸に対して常時伸縮可能な中実または中空の連結軸と、所定荷重未満での第１軸に対する連結軸の収縮を規制する収縮規制部と、衝撃吸収時に第２軸に対する連結軸の収縮量を規制するストッパと、を備え、
   第１軸および連結軸にそれぞれ設けられたセレーションが、何れか一方のセレーションに被覆された樹脂被膜を介して互いに嵌合し、
   第２軸および連結軸は、第２軸および連結軸にそれぞれ設けられた軸方向溝間に介在する転動体を介してトルク伝達可能に且つ転動体の転動を伴って常時伸縮可能に結合され、 所定荷重以上の衝撃吸収荷重を受けたときに、上記ストッパによって第２軸に対する収縮量が規制された連結軸と第１軸とが収縮するようにしてあることを特徴とするステアリング装置の伝達軸。
2. 請求項１において、上記第２軸および連結軸のうち外側の軸によって、転動体に径方向の予圧が付与されているステアリング装置の伝達軸。
3. 請求項１または２において、上記収縮規制部は、上記第１軸および連結軸の一方を他方にかしめたかしめ部であるステアリング装置の伝達軸。
4. 請求項１から３の何れか１項において、
   上記第２軸に固定されたヨークおよびヨークによって支持された上記ストッパとしての十字軸を含む自在継手を備え、
   衝撃吸収時に、連結軸の一端が、ヨークに形成された挿通孔を通して、上記ストッパとしての十字軸に当接することにより、第２軸に対する連結軸の収縮量が規制されるようにしてあるステアリング装置の伝達軸。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載のステアリング装置の伝達軸を用いたステアリング装置。

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