JP2012112416A - 伸縮可能シャフトおよび車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガタを確実に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】インターミディエイトシャフト５が互いにスプライン嵌合した内軸３５および外軸３６を備える。内軸３５の端部３５１の筒状部３９の第１の横孔５２に挿通した工具７０を用いて、ウォーム軸４２を回転操作し、ウォームホイール４３を回転させると、ねじ軸４４が回転しながら軸方向Ｘ１の第２の端部４４２側へ移動する。これに伴って軸方向Ｘ１に移動したカム４５の逆テーパ面４５ａによって、スリット６０を有するカムフォロワ４６が拡径される。その結果、内軸３５の端部３５１が拡径されて、内軸３５と外軸３６の間のガタが除去される。
【選択図】図５

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。

車両用操舵装置として、例えば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、インターミディエイトシャフトは、例えばスプライン嵌合された筒状の外軸と内軸により構成されており、車両の一次衝突のときに収縮して衝撃吸収ストロークを確保するようにしている（例えば特許文献１を参照）。

特開２００２−４６６２８号公報

しかしながら、インターミディエイトシャフトにおいて、内軸および外軸のスプライン間のクリアランスによって、内軸と外軸の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。
一方、アッパーシャフトおよびロアーシャフトは、例えばセレーション嵌合された筒状の外軸と内軸とにより構成されており、車両の二次衝突のときに収縮して衝撃吸収ストロークを確保するようにしている。しかしながら、内軸および外軸のセレーション間のクリアランスによって、内軸と外軸の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。

本発明の目的は、ガタを確実に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、操舵力を伝達する伸縮可能シャフト（５）において、軸方向（Ｘ１）に相対摺動可能に且つトルク伝達可能に嵌合された内軸（３５）および筒状の外軸（３６）と、上記内軸の端部（３５１）に設けられた筒状部（３９）に収容され、上記内軸の上記端部を拡径する拡径機構（４０）と、を備え、上記拡径機構は、上記筒状部の内周（３９ａ）に固定されたナット（４１）と、上記筒状部に形成された横孔（５２）を通して回転操作される駆動歯車（４２）と、上記駆動歯車に噛み合う被動歯車（４３）と、上記被動歯車とは同伴回転可能であり且つ上記ナットと螺合したねじ部（４４３）を有するねじ軸（４４）と、上記ねじ軸の第１の端部（４４１）に設けられたカム（４５）と、上記カムと上記筒状部の上記内周との間に介在する拡径可能な筒状のカムフォロワ（４６）と、を含み、上記カムの外周は、上記ねじ軸の第２の端部（４４２）側に向かうにしたがって外径が小さくなる逆テーパ面（４５ａ）を有し、上記カムフォロワの内周は、上記逆テーパ面に沿う順テーパ面（４６ａ）を有している伸縮可能シャフトを提供する。

また、請求項２のように、上記カムフォロワは、軸方向のスリットを有している場合がある。
また、請求項３のように、上記駆動歯車はウォーム軸であり、上記被動歯車はウォームホイールである場合がある。
また、請求項４のように、上記ナットは、上記ねじ軸の上記ねじ部に螺合するナット本体と、上記ナット本体から上記カムとは反対方向に延び上記筒状部の上記内周に嵌合した延設筒と、を有している場合がある。

また、請求項５のように、上記延設筒に、上記筒状部の上記横孔に連通する横孔が形成され、上記延設筒の上記横孔に、上記駆動歯車が回転可能に支持されている場合がある。 また、請求項６のように、上記延設筒によって保持され、上記ねじ軸の上記第２の端部を回転可能に且つ軸方向に移動可能に支持する軸受を備える場合がある。
また、請求項７のように、上記ねじ軸の上記ねじ部と上記第２の端部との間に、上記駆動歯車が配置されている場合がある。

また、請求項８の発明は、上記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を提供する。
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。

請求項１の発明によれば、内軸の筒状部の横孔を通して、駆動歯車を回転操作し、被動歯車を回転させると、ねじ軸が回転しながら軸方向の第２の端部側へ移動する。これに伴って軸方向に移動したカムによってカムフォロワが拡径され、その結果、内軸の端部が拡径されて、内軸と外軸の間のガタが除去される。特に、内軸および外軸の寸法誤差による個体差があっても、駆動歯車の回転量の調整によって確実にガタを除去することができる。

また、請求項２のように、上記カムフォロワが軸方向のスリットを有している場合には、カムフォロワを容易に拡径させることができる。したがって、内軸のスムーズな拡径が可能となる。
また、請求項３のように、上記駆動歯車はウォーム軸であり、上記被動歯車はウォームホイールである場合には、逆伝達効率が低いので、拡径後に実質的なセルフロックを達成することができる。別途にロック機構が不要であり、構造を簡素化することができる。

また、請求項４のように、上記ナットが、ナット本体と上記ナット本体から延設された延設筒とを有している場合には、内軸内でのナットの倒れを確実に抑制することができる。したがって、ねじ軸を位置精度良く支持することができるので、ねじ軸をスムーズに駆動することができ、その結果、内軸のスムーズな拡径が可能となる。
また、請求項５のように、ナットの延設筒に設けられた横孔に、駆動歯車が回転可能に支持されている場合には、ナットによって駆動歯車を位置精度よく支持することができる。したがって、駆動歯車、ひいては駆動歯車およびねじ軸をスムーズに駆動することができ、その結果、内軸のスムーズな拡径が可能となる。

また、請求項６のように、延設筒によって、軸受を介して、ねじ軸の第２の端部を回転可能に且つ軸方向に移動可能に支持する場合には、ねじ軸を位置精度良く支持することができる。したがって、スムーズにねじ軸を駆動することができ、その結果、内軸のスムーズな拡径が可能となる。
また、請求項７のように、ねじ軸のねじ部と第２の端部との間に、被動歯車が配置されている場合には、被動歯車を位置精度良く支持することができる。したがって、スムーズにねじ軸を駆動することができ、その結果、内軸のスムーズな拡径が可能となる。

また、請求項８の発明によれば、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インターミディエイトシャフトに適用された車両用操舵装置の模式的断面図である。 インターミディエイトシャフトの要部の断面図である。 図２のIII −III 線に沿う断面図である。 図２のIV−IV線に沿う断面図である。 インターミディエイトシャフトの要部の断面図であり、拡径工程を示している。

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の一部であるインターミディエイトシャフト５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伸縮可能シャフトとしての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、第１コラムシャフト１１と、第１コラムシャフト１１と同軸上に連結された第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。
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、例えばロアーシャフトである内軸３５と、例えばアッパーシャフトである筒状の外軸３６とを備えており、内軸３５および外軸３６は、軸方向Ｘ１に相対摺動可能に且つ同伴回転可能にスプライン嵌合されている。

本実施の形態の特徴とするところは、伸縮可能シャフトとしてのインターミディエイトシャフト５において、内軸３５と外軸３６の間のガタを除去するために、内軸３５の端部を拡径することのできる拡径機構４０を備えた点にある。
具体的には、インターミディエイトシャフト５の要部の断面である図２に示すように、内軸３５の外周３５ａに形成された雄スプライン３７が、外軸３６の内周３６ａに形成された雌スプライン３８に嵌合している。

内軸３５の端部３５１には、筒状部３９が設けられており、その筒状部３９内に、内軸３５の端部３５１を拡径するための拡径機構４０が収容されている。内軸３５は、筒状の軸であってもよい。
拡径機構４０は、筒状部３９の内周３９ａに嵌合され固定されたナット４１と、駆動歯車としてのウォーム軸４２と、ウォーム軸４２と噛み合う被動歯車としてのウォームホイール４３と、ウォームホイール４３と同伴回転可能で且つ上記ナット４１に螺合したねじ軸４４と、ねじ軸４４の第１の端部４４１に設けられたカム４５と、カム４５の周囲を取り囲む拡径可能な筒状のカムフォロワ４６とを備えている。

ナット４１は、筒状部３９を貫通してナット４１のピン圧入孔に圧入されたピン９０によって固定されている。すなわち、内軸３５に対するナット４１の回転および軸方向移動が規制されている。
筒状部３９の内周３９ａは、入口に近い大径部４７と、入口から遠い小径部４８と、大径部４７および小径部４８の間に形成された環状の位置決め段部４９とを有している。ナット４１は、筒状部３９の内周３９ａの小径部４８に嵌合され、固定されている。ナット４１は、ナット本体５０と、ナット本体５０から筒状部３９の奥側に向かって延設された延設筒５１とを有している。

ねじ軸４４は、上記第１の端部４４１と第２の端部４４２との間に、ねじ部４４３と、ウォームホイール４３とを配置している。ウォームホイール４３は、第２の端部４４２ととねじ部４４３との間に配置されている。ねじ軸４４のねじ部４４３が、ナット本体５０を貫通し、ナット本体５０の内周のねじ部５０１に螺合している。
図２および図２のIII −III 線に沿う断面図である図３に示すように、筒状部３９には、筒状部３９を挿通する第１の横孔５２が形成され、また、ナット４１の延設筒５１には、第１の横孔５２に連通する第２の横孔５３と、第２の横孔５３と対向する位置に配置された第３の横孔５４とが貫通形成されている。

ウォーム軸４２は、第１の端部４２１および第２の端部４２２を有している。ウォーム軸４２の第１の端部４２１が、第２の横孔５３に回転可能に支持され、第２の端部４２２が、第３の横孔５４に回転可能に支持されている。
ウォーム軸４２の第１の端部４２１および第２の端部４２２間の中間部に形成されたウォーム４２３が、延設筒５１内でウォームホイール４３と動力伝達可能に噛み合っている。

ウォーム軸４２の第１の端部４２１には、六角レンチ等の工具に係合する工具係合孔からなる工具係合部５５が設けられている。ウォーム軸４２の第２の端部４２２には、ウォーム軸４２の軸方向への抜脱を防止するための大径の抜け止め用のストッパ５６が設けられている。第３の横孔５４は、筒状部３９の内周３９ａに対向する大径のストッパ保持凹部５４ａを有している。ストッパ５６は、ストッパ保持凹部５４ａに保持されて、ウォーム軸４２の軸方向移動量を制限している。

図５に示すように、六角レンチ等の工具７０が、第１の横孔５２を通して挿通され、ウォーム軸４２の第１の端部４２１の工具係合部５５に係合されて、ウォーム軸４２を回動操作するようになっている。
図２を参照して、ねじ軸４４の第２の端部４４２に対向して、延設筒５１の内周５１ａに、大径の軸受保持部５７が設けられている。その軸受保持部５７に保持された軸受５８によって、ねじ軸４４の第２の端部４４２が、回転可能に且つ軸方向Ｘ１に移動可能に支持されている。軸受５８としては、例えば針状ころ軸受を用いることができる。

ねじ軸４４の第１の端部４４１に設けられたカム４５は、ねじ軸４４の第２の端部４４２側に向かうにしたがって外径が小さくなる円錐テーパ状の逆テーパ面４５ａを有している。
カムフォロワ４６は、円筒からなるベース５９と、軸方向に延びる複数のスリット６０（図４も参照）が周方向の等間隔に配置された円錐テーパ状部６１とを有している。図２に示すように、カムフォロワ４６の円錐テーパ状部６１の内周に、カム４５の逆テーパ面４５ａと一致する順テーパ面４６ａが形成されている。

ナット４１の肩部には、環状凹部６２が形成され、その環状凹部６２に、カムフォロワ４６のベース５９が嵌合されている。環状凹部６２の底が、筒状部３９の位置決め段部４９と面一になっており、ベース５９を軸方向に位置決めする機能を果たしている。
本実施の形態によれば、図５に示すように、内軸３５の筒状部３９の第１の横孔５２を通した工具７０を用いてウォーム軸４２を回転操作し、ウォームホイール４３を回転させると、ねじ軸４４が回転しながら軸方向の第２の端部４４２側へ移動する。これに伴って軸方向に移動したカム４５によってカムフォロワ４６が拡径される。その結果、内軸３５の端部３５１が弾性的に拡径されて、内軸３５と外軸３６の間のガタが除去される。この状態で、内軸３５を外軸３６内に所定量押し込み、第１の横孔５２を外軸３６で覆う。

内軸３５の拡径によってガタを除去できるので、ガタに起因した異音発生のない、静粛なインターミディエイトシャフト５を実現でき、ひいては静粛な車両用操舵装置１００を実現することができる。特に、内軸３５および外軸３６の寸法誤差による個体差があっても、ウォーム軸４２の回転量の調整によって確実にガタを除去することができる。
また、カムフォロワ４６が軸方向のスリット６０を有しているので、カムフォロワ４６を容易に拡径させることができる。したがって、内軸３５のスムーズな拡径が可能となる。

また、駆動歯車としてウォーム軸４２を用い、被動歯車としてウォームホイール４３を用いているので、ウォームホイール４３からウォーム軸４２への伝達効率（逆伝達効率）が低い。したがって、拡径後に実質的なセルフロックを達成することができる。このため、別途にロック機構が不要であり、構造を簡素化することができる。
また、ナット４１が、ナット本体５０とナット本体５０から延設された延設筒５１とを有して、筒状部３９の内周３９ａに嵌合しているので、内軸３５内でのナット４１の倒れを確実に抑制することができる。したがって、ねじ軸４４を位置精度良く支持することができるので、ねじ軸４４をスムーズに駆動することができ、その結果、内軸３５のスムーズな拡径が可能となる。

また、ナット４１の延設筒５１に設けられた第２および第３の横孔５３，５４に、ウォーム軸４２を回転可能に支持しているので、ナット４１によってウォーム軸４２を位置精度良く支持することができる。したがって、ウォーム軸４２、ひいてはウォームホイール４３およびねじ軸４４をスムーズに駆動することができ、その結果、内軸３５のスムーズな拡径が可能となる。

また、ナット４１の延設筒５１によって、軸受５８を介して、ねじ軸４４の第２の端部４４２を回転可能に且つ軸方向に移動可能に支持しているので、ねじ軸４４を位置精度良く支持することができる。したがって、スムーズにねじ軸４４を駆動することができ、その結果、内軸３５のスムーズな拡径が可能となる。
また、ねじ軸４４のねじ部４４３と第２の端部４４２との間に、ウォームホイール４３が配置されているので、ウォームホイール４３を位置精度良く支持することができる。したがって、スムーズにねじ軸４４を駆動することができ、その結果、内軸３５のスムーズな拡径が可能となる。

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、ウォーム軸およびウォームホイールの組み合わせに代えて、食い違い軸歯車としてのハイポイドギヤや、食い違い軸フェースギヤを用いるようにしてもよい。また、交差軸歯車として、かさ歯車や交差軸フェースギヤを用いるようにしてもよい。
また、本発明の伸縮可能シャフトをステアリングシャフトの第１コラムシャフト１１に適用してもよい。その他、本発明の範囲で種々の変更を施すことができる。

５…インターミディエイトシャフト、３５…内軸、３５１…（内軸の）端部、３６…外軸、３７…雄スプライン、３８…雌スプライン、３９…筒状部、３９ａ…（筒状部の）内周、４０…拡径機構、４１…ナット、４２…ウォーム軸（駆動歯車）、４３…ウォームホイール（被動歯車）、４４…ねじ軸、４４１…第１の端部、４４２…第２の端部、４４３…ねじ部、４５…カム、４５ａ…逆テーパ面、４６…カムフォロワ、４６ａ…順テーパ面、５０…ナット本体、５１…延設筒、５１ａ…（延設筒の）内周、５２…第１の横孔、５５…工具係合部、５６…ストッパ、５７…軸受保持部、５８…軸受、５９…ベース、６０…スリット、６１…円錐状テーパ部、９０…固定ピン、Ｘ１…軸方向

Claims (8)

1. 操舵力を伝達する伸縮可能シャフトにおいて、
   軸方向に相対摺動可能に且つトルク伝達可能に嵌合された内軸および筒状の外軸と、
   上記内軸の端部に設けられた筒状部に収容され、上記内軸の上記端部を拡径する拡径機構と、を備え、
   上記拡径機構は、上記筒状部の内周に固定されたナットと、上記筒状部に形成された横孔を通して回転操作される駆動歯車と、上記駆動歯車に噛み合う被動歯車と、上記被動歯車とは同伴回転可能であり且つ上記ナットと螺合したねじ部を有するねじ軸と、上記ねじ軸の第１の端部に設けられたカムと、上記カムと上記筒状部の上記内周との間に介在する拡径可能な筒状のカムフォロワと、を含み、
   上記カムの外周は、上記ねじ軸の第２の端部側に向かうにしたがって外径が小さくなる逆テーパ面を有し、
   上記カムフォロワの内周は、上記逆テーパ面に沿う順テーパ面を有している伸縮可能シャフト。
2. 請求項１において、上記カムフォロワは、軸方向のスリットを有している伸縮可能シャフト。
3. 請求項１または２において、上記駆動歯車はウォーム軸であり、上記被動歯車はウォームホイールである伸縮可能シャフト。
4. 請求項１から３の何れか１項において、上記ナットは、上記ねじ軸の上記ねじ部に螺合するナット本体と、上記ナット本体から上記カムとは反対方向に延び上記筒状部の上記内周に嵌合した延設筒と、を有している伸縮可能シャフト。
5. 請求項４において、上記延設筒に、上記筒状部の上記横孔に連通する横孔が形成され、 上記延設筒の上記横孔に、上記駆動歯車が回転可能に支持されている伸縮可能シャフト。
6. 請求項５において、上記延設筒によって保持され、上記ねじ軸の上記第２の端部を回転可能に且つ軸方向に移動可能に支持する軸受を備える伸縮可能シャフト。
7. 請求項６において、上記ねじ軸の上記ねじ部と上記第２の端部との間に、上記被動歯車が配置されている伸縮可能シャフト。
8. 請求項１から７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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