JP2012102824A - 伸縮可能シャフトおよび車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転方向のガタを抑制することができ静粛な伸縮可能シャフトを提供する。
【解決手段】内軸としてのロアーシャフト１４の第１および第２の保持溝４５，４６に、それぞれ、第１および第２の環状弾性部材４１，４２の環状の本体５１を装着する。各環状弾性部材４１，４２は、本体５１から径方向Ｒ１外方に突出する径方向突起５２と、本体５１から軸方向Ｘ１に突出する軸方向突起５３を有する。径方向突起５２がアッパーシャフト１３の第１の欠歯領域４４に嵌合し、軸方向突起５３がロアーシャフト１４の第２の欠歯領域５０に嵌合することで、両シャフト１３，１４間の回転方向のガタを抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は伸縮可能シャフトおよび車両用操舵装置に関する。

いわゆるコラム型の電動パワーステアリング装置では、操舵力を伝達するステアリングシャフトを、ステアリングホイールに連結されるアッパーシャフトと、アッパーシャフトにセレーション嵌合されたロアーシャフトと、ロアーシャフトと一体回転可能に連結された入力シャフトと、入力シャフトにトーションバーを介してトルク伝達可能に連結され被動ギヤとしてのウォームホイールと一体回転する出力シャフトと、出力シャフトに自在継手を介して連結された伸縮可能なインターミディエイトシャフトと、インターミディエイトシャフトに自在継手を介して連結されたピニオンシャフトとで構成している。

また、セレーション嵌合されたアッパーシャフトとロアーシャフトとが、車両の衝突のときに収縮することにより、衝撃吸収ストロークが確保されるようになっている。
しかしながら、アッパーシャフトおよびロアーシャフトのセレーション間のクリアランスによって、両シャフト間に遊びによるガタを生じる。このため、異音を発生して、乗員に不快感を与えるおそれがある。

そこで、鞍形のガタ防止部材を内軸の軸細部に装着して、内軸と筒状の外軸とを嵌合させる技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特開２００１−１５８３６４号公報

しかしながら、上記ガタ防止部材は、内軸を径方向の一方向に付勢するのみであるので、上記ガタ防止部材では、内軸および外軸の回転方向のガタを抑制することができない。このため、回転方向のガタに起因する異音が発生していた。
本発明の目的は、回転方向のガタを抑制することができ静粛な伸縮可能シャフトおよび車両用操舵装置を提供することである。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、軸方向（Ｘ１）に摺動可能に嵌合された内軸（１４）および筒状の外軸（１３）と、上記内軸の外周（１４ａ）および上記外軸の内周（１３ａ）の間に介在したガタ防止用の環状弾性部材（４１，４２）と、を備え、上記外軸の上記内周は、雌セレーション（４３）と、上記雌セレーションにおいて周方向の一部に形成された第１の欠歯領域（４４）と、を含み、上記内軸の上記外周は、環状の保持溝（４５，４６）と、保持溝を挟んだ両側に配置され上記雌セレーションと噛み合う複数の雄セレーション（４７，４８，４９）と、少なくとも１つの雄セレーション（４８）において周方向の一部に形成された第２の欠歯領域（５０）と、を含み、上記環状弾性部材が、上記保持溝に保持された環状の本体（５１）と、上記本体から径方向（Ｒ１）外方に突出し上記第１の欠歯領域に係合した径方向突起（５２）と、上記本体から軸方向に突出し第２の欠歯領域に係合した軸方向突起（５３）と、を含む伸縮可能シャフト（１１）を提供する。

また、請求項２のように、上記径方向突起として、周方向に離隔する複数の径方向突起が設けられている場合がある。
また、請求項３のように、上記複数の径方向突起は、上記本体から互いに交差する方向に突出する径方向突起を含む場合がある。
また、請求項４のように、上記軸方向突起として、周方向に離隔する複数の軸方向突起が設けられている場合がある。

また、請求項５のように、上記保持溝として、軸方向に離隔する第１および第２の保持溝（４５，４６）が設けられ、上記環状弾性部材として、上記第１および第２の保持溝にそれぞれ保持された本体を有する第１および第２の環状弾性部材（４１，４２）が設けられている場合がある。
また、請求項６の発明は、上記に記載の伸縮可能シャフトを用いて操舵力を伝達する車両用操舵装置（１００）を提供する。

請求項１の発明では、環状弾性部材の径方向突起が、外軸の第１の欠歯領域に係合し、環状弾性部材の軸方向突起が、内軸の第２の欠歯領域に係合するので、両軸間の回転方向のガタを確実に抑制することができる。その結果、回転方向のガタに起因する異音発生を抑制し、静粛化を図ることができる。
また、請求項２のように、周方向に離隔する複数の径方向突起が設けられている場合には、外軸に対して内軸を２方向に付勢することができる。したがって、両軸の芯ずれ方向のガタを確実に抑制することができる。

また、請求項３のように、互いに交差する方向に突出する複数の径方向突起が設けられている場合には、交差する２方向に関して、両軸の芯ずれ方向のガタを抑制することができるので、ガタ防止効果が高い。
また、請求項４のように、周方向に離隔する複数の軸方向突起が設けられている場合には、回転方向のガタをより確実に抑制することができる。

また、請求項５のように、軸方向に離隔する第１および第２の保持溝にそれぞれ保持された本体を有する第１および第２の環状弾性部材が設けられている場合には、内軸および外軸の倒れ方向（傾斜方向）のガタを確実に抑制することができる。
また、請求項６の発明では、静粛な車両用操舵装置を実現することができる。

本発明の一実施の形態の伸縮可能シャフトが適用された車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 伸縮可能シャフトとしての第１コラムシャフトの一部破断分解側面図である。 環状弾性部材の斜視図である。 第１コラムシャフトのロアーシャフトの一部の概略斜視図である。 第１コラムシャフトの要部の断面図である。

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伸縮可能シャフトがステアリングシャフト２の一部である第１コラムシャフト１１に適用された車両用操舵装置１００の概略構成図である。図１を参照して、車両用操舵装置１００は、ステアリングホイール等の操舵部材１の操舵力を伝達するステアリングシャフト２を備えている。ステアリングシャフト２は、操舵部材１に連結されたコラムシャフト３と、コラムシャフト３に第１の自在継手４を介して連結されたインターミディエイトシャフト５と、インターミディエイトシャフト５に第２の自在継手６を介して連結されたピニオンシャフト７とを備えている。

また、車両用操舵装置１００は、ピニオンシャフト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シャフト８とを備えている。ピニオンシャフト７およびラックシャフト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。ラックシャフト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。ラックシャフト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。

コラムシャフト３は、伸縮可能シャフトとしての第１コラムシャフト１１と、第１コラムシャフト１１と同軸上に連結れさた第２コラムシャフト１２とを備えている。第１コラムシャフト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。本実施の形態では、アッパーシャフト１３が筒状の外軸であり、ロアーシャフト１４が内軸である場合に則して説明するが、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（中空軸）を構成していればよい。

また、第２コラムシャフト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シャフト１５と、第１の自在継手４を介してインターミディエイトシャフト５の第１の端部５ａにトルク伝達可能に連結された出力シャフト１６と、入力シャフト１５および出力シャフト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。一方、インターミディエイトシャフト５の第２の端部５ｂは、第２の自在継手６を介してピニオンシャフト７にトルク伝達可能に連結されている。

コラムシャフト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に噛み合い出力シャフト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、被動ギヤ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。
インターミディエイトシャフト５は、例えば内軸からなるロアーシャフト３５と、例えば外軸からなり、ロアーシャフト３５と軸方向に相対摺動可能に且つ同伴回転可能にセレーション嵌合された筒状のアッパーシャフト３６とを備えている。

図２は伸縮可能シャフトとしての第１コラムシャフト１１の一部破断分解側面図である。図２に示すように、第１コラムシャフト１１は、軸方向Ｘ１に摺動可能に嵌合された、筒状の外軸としてのアッパーシャフト１３と、内軸としてのロアーシャフト１４と、外軸としてのアッパーシャフト１３の内周１３ａおよび内軸としてのロアーシャフト１４の外周１４ａの間に介在したガタ防止用の第１の環状弾性部材４１および第２の環状弾性部材４２とを備えている。

外軸としてのアッパーシャフト１３の内周１３ａは、雌セレーション４３と、雌セレーション４３において周方向Ｃ１の一部に形成された第１の欠歯領域４４とを有している。第１の欠歯領域４４は、周方向に離隔した複数箇所に配置されている。例えば第１の欠歯領域４４は、周方向Ｃ１に等間隔で離隔する４箇所（中心角で９０°毎）に設けられている。

内軸としてのロアーシャフト１４の外周１４ａは、軸方向Ｘ１に離隔する環状の第１および第２の保持溝４５，４６と、第１および第２の保持溝４５，４６とは交互に配置され、それぞれ雌セレーション４３と噛み合う第１、第２および第３の上記雄セレーション４７，４８，４９とを備えている。
すなわち、第１の保持溝４５の両側に、第１の雄セレーション４７および第２の雄セレーション４８が配置され、第２の保持溝４６の両側に、第２の雄セレーション４８および第３の雄セレーション４９が配置されている。換言すると、第１の雄セレーション４７と第２の雄セレーション４８の間に、第１の保持溝４５が配置され、第２の雄セレーション４８と第３の雄セレーション４９の間に、第２の保持溝４６が配置されている。

また、第２の雄セレーション４８において、周方向の一部に少なくとも１つの第２の欠歯領域５０が形成されている。本実施の形態では、第２の欠歯領域５０が、径方向Ｒ１に対向する２箇所（中心角で１８０°毎）に設けられている。
第１および第２の環状弾性部材４１，４２は共通のものが用いられているので、第１の環状弾性部材４１に則して説明する。図３、図４および図５に示すように、第１の環状弾性部材４１は、第１の保持溝４５に保持された環状の本体５１と、本体５１から径方向Ｒ１の外方に突出し、外軸としてのアッパーシャフト１３の対応する第１の欠歯領域４４に係合した複数の径方向突起５２と、本体５１から軸方向に突出し、内軸としてのロアーシャフト１４の対応する第２の欠歯領域５０に係合した複数の軸方向突起５３とを有している。

径方向突起５２は、本体５１の周方向に等間隔で例えば４箇所（中心角で９０°毎）に設けられている。周方向に等間隔で配置された径方向突起５２を３つ以上設けることにより、これらの径方向突起５２は、本体５１から互いに交差する方向に突出する突起を含むことになる。
また、軸方向突起５３は、本体５１の周方向に等間隔で例えば２箇所（中心角で１８０°毎）に設けられている。

伸縮可能シャフトとしての第１のコラムシャフト１１を組み立てるときには、図２に示すように、第１および第２の環状弾性部材４１，４２の本体５１を、内軸としてのロアーシャフト１４の対応する保持溝４５，４６に嵌合し、第１および第２の環状弾性部材４１，４２の各軸方向突起５３を、第２の雄セレーション４８の対応する第２の欠歯領域５０に嵌合させて、サブアセンブリとする。

このように両環状弾性部材４１，４２を装着した内軸としてのロアーシャフト１４に、筒状のカバー治具（図示せず）を被せる。カバー治具の先端は次第に細くなる円錐テーパ状に形成されており、挿入し易くされている。
次いで、カバー治具を被せたロアーシャフト１４を、外軸としてのアッパーシャフト１３に挿入する。その後、両シャフト１３，１４からカバー治具を抜脱すると、各環状弾性部材４１，４２の各径方向突起５２が、アッパーシャフト１３の対応する第１の欠歯領域４４に嵌合し、これにより、第１のコラムシャフト１１の組立てが完了する。

本実施の形態によれば、第１および第２の環状弾性部材４１，４２の各径方向突起５２が、筒状の外軸としてのアッパーシャフト１３の対応する第１の欠歯領域４４に係合し、第１および第２の環状弾性部材４１，４２の各軸方向突起５３が、内軸としてのロアーシャフト１４の対応する第２の欠歯領域５０に係合するので、アッパーシャフト１３およびロアーシャフト１４間の回転方向のガタを確実に抑制することができる。その結果、回転方向のガタに起因する異音発生を抑制し、静粛化を図ることができる。

また、各環状弾性部材４１，４２が周方向に離隔する複数の径方向突起５２を有しているので、アッパーシャフト１３に対してロアーシャフト１４を２方向に付勢することができる。したがって、アッパーシャフト１３およびロアーシャフト１４の芯ずれ方向のガタを確実に抑制することができる。
特に、各環状弾性部材４１，４２が、互いに交差する方向に突出する複数の径方向突起５２を有している。したがって、交差する２方向に関して、両シャフト１３，１４の芯ずれ方向のガタを抑制することができるので、ガタ防止効果が高い。

また、各環状弾性部材４１，４２が、周方向に離隔する複数の軸方向突起５３を有しているので、回転方向のガタをより確実に抑制することができる。
また、軸方向に離隔した第１および第２の保持溝４５，４６にそれぞれ保持された本体５１を有する第１および第２の環状弾性部材４１，４２が設けられている。すなわち、軸方向に所定距離離隔した位置で第１および第２の環状弾性部材４１，４２が、外軸としてのアッパーシャフト１３に対して内軸としてのロアーシャフト１４を径方向Ｒ１に弾性付勢するので、両シャフト１３，１４の倒れ方向（傾斜方向）のガタをより確実に抑制することができる。

また、第１および第２の環状弾性部材４１，４２と交互に第１〜第３の雄セレーション４７〜４８を配置するので、高トルクの伝達にも耐え得ることができる。したがって、近年の電動パワーステアリング装置の高出力化に対応することができる。
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば本発明の伸縮可能シャフトをインターミディエイトシャフト５に適用するようにしてもよい。その他、本発明の請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…操舵部材、２…ステアリングシャフト、３…コラムシャフト、５…インターミディエイトシャフト、１１…第１コラムシャフト（伸縮可能シャフト）、４１…第１の環状弾性部材、４２…第２の環状弾性部材、４３…雌セレーション、４４…第１の欠歯領域、４５…第１の保持溝、４６…第２の保持溝、４７…第１の雄セレーション、４８…第２の雄セレーション、４９…第３の雄セレーション、５０…第２の欠歯領域、５１…本体、５２…径方向突起、５３…軸方向突起、１００…車両用操舵装置、Ｘ１…軸方向、Ｒ１…径方向、Ｃ１…周方向

Claims (6)

1. 軸方向に摺動可能に嵌合された内軸および筒状の外軸と、
   上記内軸の外周および上記外軸の内周の間に介在したガタ防止用の環状弾性部材と、を備え、
   上記外軸の上記内周は、雌セレーションと、上記雌セレーションにおいて周方向の一部に形成された第１の欠歯領域と、を含み、
   上記内軸の上記外周は、環状の保持溝と、保持溝を挟んだ両側に配置され上記雌セレーションと噛み合う複数の雄セレーションと、少なくとも１つの雄セレーションにおいて周方向の一部に形成された第２の欠歯領域と、を含み、
   上記環状弾性部材が、上記保持溝に保持された環状の本体と、上記本体から径方向外方に突出し上記第１の欠歯領域に係合した径方向突起と、上記本体から軸方向に突出し第２の欠歯領域に係合した軸方向突起と、を含む伸縮可能シャフト。
2. 請求項１において、上記径方向突起として、周方向に離隔する複数の径方向突起が設けられている伸縮可能シャフト。
3. 請求項２において、上記複数の径方向突起は、上記本体から互いに交差する方向に突出する径方向突起を含む伸縮可能シャフト。
4. 請求項１から３の何れか１項において、上記軸方向突起として、周方向に離隔する複数の軸方向突起が設けられている伸縮可能シャフト。
5. 請求項１から４の何れか１項において、上記保持溝として、軸方向に離隔する第１および第２の保持溝が設けられ、
   上記環状弾性部材として、上記第１および第２の保持溝にそれぞれ保持された本体を有する第１および第２の環状弾性部材が設けられている伸縮可能シャフト。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載の伸縮可能シャフトを用いて操舵力を伝達する車両用操舵装置。

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