JP2012021594A - 雄シャフトと雌シャフトの結合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】必要な結合強度を確保しつつ、圧入荷重を低減させることを可能にした雄シャフトと雌シャフトの結合構造を提供する。
【解決手段】４箇所のしまりばめ歯７１の歯面７１１は、雌セレーション６の歯６１の歯面６１１に接触して互いに弾性変形し、圧入荷重が生じる。また、４箇所のすきまばめ歯７２の歯面７２１は、雌セレーション６の歯６１の歯面６１１に接触しないため、圧入荷重は生じない。このように、雌セレーション６に雄セレーション７を圧入すると、雌セレーション６及び雄セレーション７が弾性変形して、雌セレーション６及び雄セレーション７の製造誤差を吸収するため、圧入荷重が安定するとともに、必要な結合強度を確保することが容易である。また、圧入される歯数が少ないため、圧入荷重を低減させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は雄シャフトと雌シャフトの結合構造、特に、雄セレーションが形成された雄シャフトと、雌セレーションが形成された雌シャフトの結合構造に関する。

車両の前輪を操舵するステアリング装置では、ステアリングホイールの操作で回転するステアリングシャフトの動きを、自在継手を介してステアリングギヤの入力軸に伝達している。このような自在継手とシャフト（例えば中間シャフト）との結合部には、自在継手の雌セレーションにシャフトの雄セレーションを圧入して、回転トルクを伝達可能に結合する結合構造が採用される場合がある。

特許文献１の雄シャフトと雌シャフトの結合構造は、雄シャフトまたは雌シャフトのいずれか一方にセレーションを形成し、他方に多角形や凹凸状の非円形形状を形成している。雄シャフトに雌シャフトを圧入すると、セレーションの山が凸状でつぶされて塑性変形するため、円周上に圧入荷重の大きい部位と小さい部位ができ、圧入荷重を低減させることができる。しかし、特許文献１の結合構造は、セレーションの山が凸状でつぶされて塑性変形するため、雄シャフトを雌シャフトから引き抜く方向の引き抜き荷重が低下する恐れがある。

特開２００９−６３１３７号公報

本発明は、必要な結合強度を確保しつつ、圧入荷重を低減させることを可能にした雄シャフトと雌シャフトの結合構造を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、外周に雄セレーションが形成された雄シャフト、上記雄シャフトに圧入して外嵌し、上記雄セレーションに回転トルクを伝達可能に係合する雌セレーションが形成された雌シャフト、上記雄セレーションまたは雌セレーションの少なくともいずれか一方に形成され、他方の歯との嵌合が、しまりばめになるしまりばめ歯とすきまばめになるすきまばめ歯が、円周上に交互に形成されていることを特徴とする雄シャフトと雌シャフトの結合構造である。

第２番目の発明は、第１番目の発明の雄シャフトと雌シャフトの結合構造において、上記しまりばめ歯とすきまばめ歯が、円周上に等間隔に形成されていることを特徴とする雄シャフトと雌シャフトの結合構造である。

第３番目の発明は、第２番目の発明の雄シャフトと雌シャフトの結合構造において、上記しまりばめ歯とすきまばめ歯が、各々少なくとも１８０度間隔で形成されていることを特徴とする雄シャフトと雌シャフトの結合構造である。

第４番目の発明は、第１番目の発明の雄シャフトと雌シャフトの結合構造において、上記雌シャフトが自在継手のヨークの結合筒部であり、上記雄シャフトが上記結合筒部に圧入されるステアリング装置のシャフトであって、上記しまりばめ歯が上記ヨークの結合アーム部と結合筒部の付け根の応力集中部を回避して配置されていることを特徴とする雄シャフトと雌シャフトの結合構造である。

第５番目の発明は、外周に雄セレーションが形成された雄シャフト、上記雄シャフトに圧入して外嵌し、上記雄セレーションに回転トルクを伝達可能に係合する雌セレーションが形成された雌シャフト、上記雄セレーションと雌セレーションの嵌合部に、しまりばめとすきまばめが、円周上に交互に形成されていることを特徴とする雄シャフトと雌シャフトの結合構造である。

本発明の雄シャフトと雌シャフトの結合構造は、雄セレーションまたは雌セレーションの少なくともいずれか一方に形成され、他方の歯との嵌合が、しまりばめになるしまりばめ歯とすきまばめになるすきまばめ歯が、円周上に交互に形成されている。従って、雌セレーションに雄セレーションを圧入すると、雌セレーション及び雄セレーションが弾性変形して、雌セレーション及び雄セレーションの製造誤差を吸収するため、圧入荷重が安定するとともに、必要な結合強度を確保することが容易である。また、圧入される歯数が少ないため、圧入荷重を低減させることができる。

本発明の実施例の雄シャフトと雌シャフトの結合構造を備えたステアリング装置の全体側面図である。 本発明の実施例１の雄シャフトと雌シャフトの結合構造を示す縦断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図３のＰ部拡大断面である。 （ａ）は図３のしまりばめ部の拡大断面図、（ｂ）は図３のすきまばめ部の拡大断面図である。 本発明の実施例１の雄シャフトと雌シャフトの結合構造に作用する力の方向を示す図３相当図である。 本発明の実施例２の雄シャフトと雌シャフトの結合構造を示す図３相当図である。 （ａ）は本発明の実施例３の雄シャフトと雌シャフトの結合構造を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施例４の雄シャフトと雌シャフトの結合構造を示す図３相当図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施例１から実施例４を説明する。

図１は本発明の実施例の雄シャフトと雌シャフトの結合構造を備えたステアリング装置の全体側面図、図２は本発明の実施例１の雄シャフトと雌シャフトの結合構造を示す縦断面図である。図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図３のＰ部拡大断面である。図５（ａ）は図３のしまりばめ部の拡大断面図、図５（ｂ）は図３のすきまばめ部の拡大断面図である。図６は本発明の実施例１の雄シャフトと雌シャフトの結合構造に作用する力の方向を示す図３相当図である。

図１に示すように、本発明の実施例の雄シャフトと雌シャフトの結合構造を備えた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、このステアリングシャフト１２を挿通したステアリングコラム１３と、この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（操舵補助部）２０と、この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／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、雌ステアリングシャフト１２Ａと雄ステアリングシャフト１２Ｂとを、回転トルクを伝達可能に、かつ軸方向に関して相対移動可能にスプライン嵌合している。従って、上記雌ステアリングシャフト１２Ａと雄ステアリングシャフト１２Ｂとは、衝突時に、このスプライン嵌合部が相対移動して、全長を縮めることができる。

また、上記ステアリングシャフト１２を挿通し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とをテレスコピック移動可能に組み合わせている。そのため、ステアリングコラム１３は、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全長が縮まる、所謂コラプシブル構造としている。

そして、上記インナーコラム１３Ｂの車体前方側端部を、ギヤハウジング２１の車体後方側端部に圧入嵌合して固定している。また、上記雄ステアリングシャフト１２Ｂの車体前方側端部を、このギヤハウジング２１の内側に通し、アシスト装置２０の図示しない入力軸の車体後方側端部に連結している。

ステアリングコラム１３は、その中間部を支持ブラケット１４により、ダッシュボードの下面等、車体１８の一部に支承している。また、この支持ブラケット１４と車体１８との間に、図示しない係止部を設けて、この支持ブラケット１４に車体前方側に向かう方向の衝撃が加わった場合に、この支持ブラケット１４が上記係止部から外れ、車体前方側に移動するようにしている。

また、上記ギヤハウジング２１の上端部も、上記車体１８の一部に支承している。また、本実施例の場合には、チルト機構及びテレスコピック機構を設けることにより、上記ステアリングホイール１１の車体前後方向位置、及び、高さ位置の調節を自在としている。このようなチルト機構及びテレスコピック機構は、従来から周知であり、本発明の特徴部分でもない為、詳しい説明は省略する。

上記ギヤハウジング２１の車体前方側端面から突出した出力軸２３は、自在継手（上側自在継手）４１を介して、中間シャフト１５の後端部に連結している。また、この中間シャフト１５の前端部に、別の自在継手（下側自在継手）４２を介して、ステアリングギヤ３０のピニオン軸（以下軸と呼ぶ）１６を連結している。中間シャフト１５は、雄中間シャフト（雄シャフト）１５Ａの車体前方側に、雌中間シャフト（雌シャフト）１５Ｂの車体後方側が外嵌し、回転トルクを伝達可能に、かつ、軸方向に関して相対移動可能に嵌合している。

図示しないピニオンが、軸１６の下端（車体前方側端部）に形成されている。また、図示しないラックが、この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３１を移動させて、図示しない車輪を操舵する。

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、この電動モータ２６の図示しない回転軸にウォームが結合されている。出力軸２３には図示しないウォームホイールが取り付けられ、このウォームホイールに電動モータ２６の回転軸のウォームが噛合っている。

また、出力軸２３の中間部の周囲には、図示しないトルクセンサが設けられている。上記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し、この検出値に応じて、電動モータ２６を駆動し、ウォームとウォームホイールから成る減速機構を介して、出力軸２３に、所定の方向に所定の大きさで補助トルクを発生させる。補助トルクを発生させるアシスト装置は、電動式に限定されるものではなく、油圧式のアシスト装置でもよい。

図２から図６は、本発明の実施例１の雄シャフトと雌シャフトの結合構造を示し、図１の自在継手４２の一方のヨーク５と雌中間シャフト１５Ｂとの結合部に適用した例を示す。本発明の雄シャフトと雌シャフトの結合構造は、図１の自在継手４１と雄中間シャフト１５Ａとの結合部や、自在継手４１と出力軸２３との結合部に適用してもよい。

図２及び図３に示すように、ヨーク５の右側（図２の右側）には二股状の結合アーム部５１、５１が形成され、この結合アーム部５１、５１に形成された軸受孔５１１、５１１に、軸受を介して挿入された図示しない十字軸を介して、他方の図示しないヨーク５と結合されている。

ヨーク５の左側（図２の左側）には略円筒状の結合筒部５２が形成され、この結合筒部５２の内周面に形成された雌セレーション６に、図２の左側から、結合筒部５２の軸方向に平行に雌中間シャフト１５Ｂを圧入する。そして、雌中間シャフト１５Ｂの外周面に形成された雄セレーション７を、雌セレーション６にセレーション係合させて、回転トルクを伝達可能に構成している。

図３から図５に示すように、雌セレーション６、雄セレーション７は歯数が２４枚に形成されている。雌セレーション６の２４枚の歯６１は、全て同一のＢＰＤ（ビトウインピン直径）で成形される。これに対し、雄セレーション７は、ＯＰＤ（オーバーピン外径）を大きく成形して、雌セレーション６の歯６１との嵌合がしまりばめになる３枚のしまりばめ歯７１が、雄セレーション７の円周上に、９０度間隔に４箇所形成されている。また、ＯＰＤ（オーバーピン外径）を小さく成形して、雌セレーション６の歯６１との嵌合がすきまばめになる３枚のすきまばめ歯７２が、３枚のしまりばめ歯７１の間に、９０度間隔に４箇所形成されている。

従って、図５（ａ）に示すように、４箇所のしまりばめ歯７１の歯面７１１、７１１は、雌セレーション６の歯６１の歯面６１１、６１１に接触して互いに弾性変形し、圧入荷重が生じる。また、図５（ｂ）に示すように、４箇所のすきまばめ歯７２の歯面７２１、７２１は、雌セレーション６の歯６１の歯面６１１、６１１に接触しないため、圧入荷重は生じない。

この結果、図６に示すように、しまりばめ歯７１が雌セレーション６の歯６１に係合する４箇所では、雌セレーション６は矢印Ｆ１に示すように半径方向外側に押されて弾性変形し、雄セレーション７は矢印Ｆ２に示すように半径方向内側に押されて弾性変形する。また、すきまばめ歯７２が雌セレーション６の歯６１に係合する４箇所では、雌セレーション６は矢印Ｆ３に示すように円周方向両側から引っ張られて、半径方向内側に弾性変形し、雄セレーション７は矢印Ｆ４に示すように円周方向両側から押されて、半径方向外側に弾性変形する。

このように、雌セレーション６に雄セレーション７を圧入すると、雌セレーション６及び雄セレーション７が弾性変形して、雌セレーション６及び雄セレーション７の製造誤差を吸収するため、圧入荷重が安定するとともに、必要な結合強度を確保することが容易である。また、圧入される歯数が少ないため、圧入荷重を低減させることができる。

次に本発明の実施例２について説明する。図７は本発明の実施例２の雄シャフトと雌シャフトの結合構造を示す図３相当図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例２は、しまりばめ歯７１及びすきまばめ歯７２を、１２０度間隔で３箇所形成した例である。すなわち、図７に示すように、実施例２は実施例１と同様に、雌セレーション６、雄セレーション７は歯数が２４枚に形成されている。雌セレーション６の２４枚の歯６１は、全て同一のＢＰＤ（ビトウインピン直径）で成形される。これに対し、雄セレーション７は、ＯＰＤ（オーバーピン外径）を大きく成形して、雌セレーション６の歯６１との嵌合がしまりばめになる４枚のしまりばめ歯７１が、雄セレーション７の円周上に、１２０度間隔に３箇所形成されている。また、ＯＰＤ（オーバーピン外径）を小さく成形して、雌セレーション６の歯６１との嵌合がすきまばめになる４枚のすきまばめ歯７２が、４枚のしまりばめ歯７１の間に、１２０度間隔に３箇所形成されている。

従って、３箇所のしまりばめ歯７１は、雌セレーション６の歯６１に接触して互いに弾性変形し、圧入荷重が生じる。また、３箇所のすきまばめ歯７２は、雌セレーション６の歯６１に接触しないため、圧入荷重は生じない。

このように、雌セレーション６に雄セレーション７を圧入すると、雌セレーション６及び雄セレーション７が弾性変形して、雌セレーション６及び雄セレーション７の製造誤差を吸収するため、圧入荷重が安定するとともに、必要な結合強度を確保することが容易である。また、圧入される歯数が少ないため、圧入荷重を低減させることができる。

次に本発明の実施例３について説明する。図８（ａ）は本発明の実施例３の雄シャフトと雌シャフトの結合構造を示す縦断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例３は、応力集中部を回避した位置にしまりばめ歯７１を配置した例である。すなわち、ヨーク５に回転トルクが作用すると、結合筒部５２と結合アーム部５１、５１との付け根に、図８に示すように、応力集中部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ができ、この応力集中部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に亀裂が入って破断する。

実施例３では実施例１と同様に、雌セレーション６、雄セレーション７は歯数が２４枚に形成されている。また、実施例１と同様に、雌セレーション６の２４枚の歯６１は、全て同一のＢＰＤ（ビトウインピン直径）で成形される。雄セレーション７は、ＯＰＤ（オーバーピン外径）を大きく成形して、雌セレーション６の歯６１との嵌合がしまりばめになる３枚のしまりばめ歯７１が、雄セレーション７の円周上に、応力集中部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を回避して、９０度間隔に４箇所形成されている。また、ＯＰＤ（オーバーピン外径）を小さく成形して、雌セレーション６の歯６１との嵌合がすきまばめになる３枚のすきまばめ歯７２が、３枚のしまりばめ歯７１の間に、９０度間隔に４箇所形成されている。

従って、４箇所のしまりばめ歯７１は、雌セレーション６の歯６１に接触して互いに弾性変形し、圧入荷重が生じる。また、、応力集中部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に配置された４箇所のすきまばめ歯７２は、雌セレーション６の歯６１に接触しないため、圧入荷重は生じない。従って、回転トルクによる応力集中部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に圧入荷重が加わらないため、ヨーク５の耐久性が向上する。

次に本発明の実施例４について説明する。図９は本発明の実施例４の雄シャフトと雌シャフトの結合構造を示す図３相当図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例４は、しまりばめ歯７１を１２０度間隔で３箇所形成するとともに、すきまばめ円弧状部を、しまりばめ歯７１の間に形成した例である。すなわち、図９に示すように、雌セレーション６は、全て同一のＢＰＤ（ビトウインピン直径）で、５枚の歯６１が、雌セレーション６の円周上に、１２０度間隔に３箇所形成されている。また、雌セレーション６には、５枚の歯６１の間に、円弧状部（欠け歯部）６２が１２０度間隔に３箇所形成されている。

雄セレーション７は、ＯＰＤ（オーバーピン外径）を大きく成形して、雌セレーション６の５枚の歯６１との嵌合がしまりばめになる４枚のしまりばめ歯７１が、雄セレーション７の円周上に、１２０度間隔に３箇所形成されている。また、雄セレーション７には、円弧状部６２との嵌合がすきまばめになるすきまばめ円弧状部（欠け歯部）７３が、４枚のしまりばめ歯７１の間に、１２０度間隔に３箇所形成されている。

従って、３箇所のしまりばめ歯７１は、雌セレーション６の歯６１に接触して互いに弾性変形し、圧入荷重が生じる。また、３箇所のすきまばめ円弧状部（欠け歯部）７３は、雌セレーション６の円弧状部（欠け歯部）６２に接触しないため、圧入荷重は生じない。

このように、雌セレーション６に雄セレーション７を圧入すると、雌セレーション６及び雄セレーション７が弾性変形して、雌セレーション６及び雄セレーション７の製造誤差を吸収するため、圧入荷重が安定するとともに、必要な結合強度を確保することが容易である。また、圧入される歯数が少ないため、圧入荷重を低減させることができる。

上記実施例では、しまりばめ歯及びすきまばめ歯を、各々９０度間隔で４箇所、または、各々１２０度間隔で３箇所形成しているが、各々１８０度間隔で２箇所以上形成すればよい。また、上記実施例では、雄セレーション７にしまりばめ歯とすきまばめ歯を、円周上に交互に形成しているが、雌セレーション６にしまりばめ歯とすきまばめ歯を、円周上に交互に形成してもよい。また、雄セレーション７と雌セレーション６の両方に、しまりばめ歯とすきまばめ歯を、円周上に交互に形成してもよい。

１１ ステアリングホイール
１２ ステアリングシャフト
１２Ａ 雌ステアリングシャフト
１２Ｂ 雄ステアリングシャフト
１３ ステアリングコラム
１３Ａ アウターコラム
１３Ｂ インナーコラム
１４ 支持ブラケット
１５ 中間シャフト
１５Ａ 雄中間シャフト
１５Ｂ 雌中間シャフト
１６ 軸（ピニオン軸）
１８ 車体
２０ アシスト装置
２１ ギヤハウジング
２３ 出力軸
２６ 電動モータ
２６１ ケース
３０ ステアリングギヤ
３１ タイロッド
４１ 自在継手（上側自在継手）
４２ 自在継手（下側自在継手）
５ ヨーク
５１ 結合アーム部
５１１ 軸受孔
５２ 結合筒部
６ 雌セレーション
６１ 歯
６１１ 歯面
６２ 円弧状部（欠け歯部）
７ 雄セレーション
７１ しまりばめ歯
７１１ 歯面
７２ すきまばめ歯
７２１ 歯面
７３ すきまばめ円弧状部（欠け歯部）

Claims (5)

1. 外周に雄セレーションが形成された雄シャフト、
   上記雄シャフトに圧入して外嵌し、上記雄セレーションに回転トルクを伝達可能に係合する雌セレーションが形成された雌シャフト、
   上記雄セレーションまたは雌セレーションの少なくともいずれか一方に形成され、他方の歯との嵌合が、しまりばめになるしまりばめ歯とすきまばめになるすきまばめ歯が、円周上に交互に形成されていること
   を特徴とする雄シャフトと雌シャフトの結合構造。
2. 請求項１に記載された雄シャフトと雌シャフトの結合構造において、
   上記しまりばめ歯とすきまばめ歯が、円周上に等間隔に形成されていること
   を特徴とする雄シャフトと雌シャフトの結合構造。
3. 請求項２に記載された雄シャフトと雌シャフトの結合構造において、
   上記しまりばめ歯とすきまばめ歯が、各々少なくとも１８０度間隔で形成されていること
   を特徴とする雄シャフトと雌シャフトの結合構造。
4. 請求項１に記載された雄シャフトと雌シャフトの結合構造において、
   上記雌シャフトが自在継手のヨークの結合筒部であり、
   上記雄シャフトが上記結合筒部に圧入されるステアリング装置のシャフトであって、
   上記しまりばめ歯が上記ヨークの結合アーム部と結合筒部の付け根の応力集中部を回避して配置されていること
   を特徴とする雄シャフトと雌シャフトの結合構造。
5. 外周に雄セレーションが形成された雄シャフト、
   上記雄シャフトに圧入して外嵌し、上記雄セレーションに回転トルクを伝達可能に係合する雌セレーションが形成された雌シャフト、
   上記雄セレーションと雌セレーションの嵌合部に、しまりばめとすきまばめが、円周上に交互に形成されていること
   を特徴とする雄シャフトと雌シャフトの結合構造。

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