JP2012122526A - 操舵伝達軸と自在継手のヨークの結合構造及び車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵伝達軸と自在継手のヨークの結合構造において、溶接破断時にフェイルセーフ機能を果たし、且つ異常の発生を運転者に確実に認知させること。
【解決手段】インターミディエイトシャフト５と第１の自在継手４の第１のヨーク４１を固定する溶接部が破損したときに、インターミディエイトシャフト５の挿入凸部５２の外周５２ａの連結凸部５６が、第１のヨーク４１の挿入凹部５４の連結凹部５７と、回転方向（周方向Ｃ１に相当）に所定量の遊びＱ１を有して係合することで、操舵が可能となる。操舵にガタ感が生じ、運転者が異常発生に気付く。
【選択図】図４

Description

本発明は、操舵伝達軸と自在継手のヨークの結合構造及びこれを備えた車両用操舵装置に関する。

一般に、自動車では、ステアリングホイール（操舵部材）に連結されたステアリングシャフト（操舵軸）と、ステアリングギヤ軸としての例えばピニオン軸とを、操舵伝達軸としてのインターミディエイトシャフトを介して連結している。
通例、インターミディエイトシャフトとして、内軸と筒状の外軸とを軸方向に相対摺動可能に連結した伸縮可能軸が用いられている。インターミディエイトシャフトの内軸および外軸の端部が、それぞれ自在継手を介して、対応するステアリングシャフトおよびピニオン軸に連結されている。

従来、各自在継手のヨークは、インターミディエイトシャフトの対応する軸を溶接により一体に固定している（例えば特許文献１を参照）。万一、溶接部が破断したときに、操舵が可能となるように、ヨークと対応する軸をセレーション嵌合する場合がある。また、溶接による固定に追加して、ヨークに対して、対応する軸をかしめ付ける場合がある。
このようにセレーション嵌合やかしめを追加することにより、溶接部が破断したときに、自在継手のヨークとインターミディエイトシャフト間のトルク伝達を可能とし、これによりフェイルセーフ機能を果たすことはできる。

実開平５−４６６４９号公報（明細書の第１１段落参照）

しかしながら、運転者は、溶接部が破断しても自在継手のヨークとインターミディエイトシャフト間で充分にトルク伝達が行われているため、異常が発生している状態であることを認識できない。このため、修理を行わずにそのまま長期に運転を継続するおそれがある。
そこで、本発明の目的は、溶接破断時にフェイルセーフ機能を果たし、且つ異常の発生を運転者に認知させることができる、操舵伝達軸と自在継手のヨークの結合構造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、操舵伝達軸（５）と、上記操舵伝達軸の端部（５ａ）に連結された自在継手（４）のヨーク（４１）と、を備え、上記操舵伝達軸の端部は、段付き部（５１）と、上記段付き部から操舵伝達軸の軸方向（Ｘ１）に突出する挿入凸部（５２）と、を有し、上記ヨークは、上記段付き部と突き合わされ溶接部（５５）によって上記段付き部に固定された環状の受け部（５３）と、上記受け部により取り囲まれ上記挿入凸部が挿入された挿入凹部（５４）と、を有し、上記溶接の破損時に、上記挿入凸部および上記挿入凹部が、回転方向に所定量の遊び（Ｑ１）を有して係合可能である、操舵伝達軸と自在継手のヨークの結合構造を提供する。

また、請求項２の発明のように、上記挿入凸部の外周（５２ａ）および挿入凹部の内周（５４ａ）の何れか一方が、操舵伝達軸の径方向（Ｒ１）に突出する複数の連結凸部（５６）を有し、他方が、上記径方向に窪む連結凹部（５７）を有し、各上記連結凸部が、それぞれ対応する連結凹部と、回転方向に所定量の遊びを有して係合可能であってもよい。 また、請求項３の発明のように、上記操舵伝達軸が、インターミディエイトシャフト（５）であってもよい。

また、請求項４の発明のように、上記操舵伝達軸は中空軸であってもよい。
また、請求項５の発明は、請求項１から４の何れか１項に記載の操舵伝達軸と自在継手のヨークの結合構造（Ｐ）を用いて、操舵伝達軸としてのインターミディエイトシャフトを対応する自在継手のヨークに結合した車両用操舵装置（１）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、万一、溶接部が破損しても、挿入凸部および挿入凹部が、回転方向に所定量の遊びを有して係合する。したがって、運転者は操舵にガタ感を感じつつも、操舵することができ、例えば修理工場等へ運転して行くことができる。操舵においてガタ感を運転者に与えることができるので、異常の発生を確実に運転者に認知させることができる。

請求項２の発明によれば、挿入凸部と挿入凹部の間で、径方向に突出する連結凸部と、径方向に窪み連結凹部が、回転方向に所定量の遊びを有して係合することにより、操舵を可能とし、且つ運転者の操舵においてガタ感を与えて、異常の発生を警告することができる。
請求項３の発明のように、操舵伝達軸がインターミディエイトシャフトである場合、下記の利点がある。すなわち、インターミディエイトシャフトの両端は、それぞれカルダン型の自在継手を介してステアリングシャフトおよびステアリングギヤ軸としてのピニオン軸に接続されている。操舵時に運転者にトルク変動を感じさせないために、両自在継手に位相ずれを設けている。請求項３の発明によれば、自在継手のヨークと操舵伝達軸を溶接する最終工程の直前の段階で、ヨークに対してシャフトをその回転方向に回転変位させて、位相合わせが行える。このとき、挿入凸部と挿入凹部の間で、回転方向に所定量の遊びが許容されているので、位相合わせの際の自由度が高い。

請求項４のように、操舵伝達軸が中空軸であれば、絞り加工等を用いて、連結凸部ないし連結凹部を容易に形成することができ、製造が容易である。
請求項５の発明によれば、操舵伝達軸と自在継手のヨークの溶接部が破損したとしても、操舵が可能であり、また、運転者に操舵のガタ感として異常の発生を認知させることができ、修理を促すことができる。

本発明の一実施の形態の操舵伝達軸と自在継手のヨークの結合構造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。 操舵伝達軸としてのインターミディエイトシャフトと自在継手のヨークの結合構造の概略側面図である。 図２の結合構造の要部の拡大図である。 （ａ）は、図３のIVa −IVa 線に沿う断面図であり、通常時の結合構造を示している。（ｂ）は、異常発生時の結合構造を示している。

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操舵伝達軸と自在継手のヨークの結合構造Ｐが適用された車両用操舵装置１の概略構成図である。図１を参照して、車両用操舵装置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に第１の自在継手４を介して連結された操舵伝達軸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、スプライン結合を用いて、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（中空軸）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、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。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を介してピニオン軸７にトルク伝達可能に連結されている。

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、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軸３５と、例えば外軸からなり、ロアー軸３５と軸方向に相対摺動可能に且つ同伴回転可能に嵌合された筒状のアッパー軸３６とを備えている。

本実施の形態では、操舵伝達軸と自在継手のヨークの結合構造Ｐが、インターミディエイトシャフト５の第１の端部５ａと第１の自在継手４の第１のヨーク４１とを結合する構造に適用された例に則して説明するが、これに限らず、本結合構造Ｐが、インターミディエイトシャフト５の第２の端部５ｂと第２の自在継手６のヨークとを連結する構造に適用されてもよい。

図２に示すように、第１の自在継手４は、インターミディエイトシャフト５の第１の端部５ａとしてのアッパー軸３６の端部が連結された第１のヨーク４１と、第２操舵軸１２の出力軸１６の端部１６ａが連結された第２のヨーク４２と、第１のヨーク４１および第２のヨーク４２を連結する十字軸４３とを備えている。
インターミディエイトシャフト５のロア軸３５の外周に形成された雄セレーション３７に、筒状のアッパー軸３６の内周に形成された雌セレーション３８が嵌合している。

インターミディエイトシャフト５の第１の端部５ａは、段付き部５１と、段付き部５１から軸方向Ｘ１に突出する挿入凸部５２とを有している。一方、第１の自在継手４の第１のヨーク４１は、段付き部５１と突き合わされ溶接部５５によって段付き部５１に固定された環状の受け部５３と、受け部５３により取り囲まれ、挿入凸部５２が挿入された挿入凹部５４とを有している。

段付き部５１と受け部５３とを溶接した溶接部５５は、段付き部５１の全周に配置されていてもよいし、周方向Ｃ１の複数箇所に配置されていてもよい。本実施の形態の特徴とするところは、万一、溶接部５５が破損した場合に、挿入凸部５２および挿入凹部５４が、回転方向に所定量の遊びを有して係合可能とし、これにより操舵可能とするフェイルセーフを達成し、且つ操舵にガタ感を持たせて、異常の発生を運転者に確実に認知させる点にある。

具体的には、図２の拡大図である図３および、図３のIVa −IVa 線に沿う断面図である図４（ａ）に示すように、挿入凸部５２の外周５２ａが、径方向Ｒ１の外方に突出する複数の連結凸部５６を有している。複数の連結凸部５６は、周方向Ｃ１に等間隔を隔てて配置されている。一方、挿入凹部５４の内周５４ａが、径方向Ｒ１の外方へ窪む複数の連結凹部５７を有している。各連結凸部５６の少なくとも先端部が、それぞれ対応する連結凹部５７内に、回転方向（周方向Ｒ１に相当）に所定量の隙間Ｓ１，Ｓ２を有して収容されている。

すなわち、図４（ｂ）に示すように、各連結凸部５６が、それぞれ対応する連結凹部５７と、回転方向（周方向Ｒ１）に遊びＱ１（例えば１０°〜３０°の範囲で設定される所定角度に相当）を有して係合可能とされている。
本実施の形態によれば、万一、インターミディエイトシャフト５の第１の端部５ａの段付き部５１と第１の自在継手４の第１のヨーク４１の受け部５３との溶接部５５が破損したとしても、インターミディエイトシャフト５の挿入凸部５２および第１のヨーク４１の挿入凹部５４が、回転方向（周方向Ｃ１）に所定量の遊びＱ１を有して係合する。したがって、運転者は、操舵にガタ感を感じつつも、操舵することができ、例えば修理工場等へ運転して行くことができる。操舵においてガタ感を運転者に与えることができるので、異常の発生を確実に運転者に認知させることができる。

具体的には、挿入凸部５２の外周５２ａの連結凸部５６が、挿入凹部５４の内周５４ａと、回転方向に所定量の遊びＱ１を有して係合することにより、操舵を可能とし、且つ運転者に対して操舵におけるガタ感を与えて、異常の発生を警告し、修理を促すことができる。
また、本実施の形態のように、操舵伝達軸がインターミディエイトシャフト５である場合には、下記の優れた利点がある。すなわち、インターミディエイトシャフト５の第１の端部５ａは、カルダン型の第１の自在継手４を介して、第２操舵軸１２の出力軸１６に連結される一方、インターミディエイトシャフト５の第２の端部５ｂは、カルダン型の第２の自在継手６を介して、ステアリングギヤ軸としてのピニオン軸７に連結されている。

操舵時に運転者にトルク変動を感じさせないために、両自在継手４，６に位相ずれを設けている。本実施の形態によれば、第１の自在継手４の第１のヨーク４１とインターミディエイトシャフト５の第１の端部５ａ（筒状のアッパー軸３６の端部）を溶接する最終工程の直前の段階で、第１のヨーク４１に対してインターミディエイトシャフト５を回転方向に回転変位させて、位相合わせが行える。このとき、インターミディエイトシャフト５の挿入凸部５２と第１のヨーク４１の挿入凹部５４の間で、連結凸部５６および連結凹部５７によって、回転方向（周方向Ｃ１）に所定量の遊びＱ１（例えば１０°〜３０°）が許容されているので、位相合わせの際の自由度が高い。

また、第１のヨーク４１に連結されるインターミディエイトシャフト５のアッパー軸３６が筒状をなす中空軸であるので、絞り加工等を用いて、連結凸部５６を容易に形成することができ、製造が容易である。
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、図示していないが、挿入凸部５２の外周５２ａに連結凹部を設け、挿入凹部５４の内周５４ａに連結凸部を設けてもよい。

また、上記実施の形態では、操舵伝達軸としての中空軸（上記実施の形態ではアッパー軸３６。ロアー軸でもよい）の端部に設けられた挿入凸部５２を、対応するヨーク４１の挿入凹部５４に挿入したが、これに代えて、操舵伝達軸としての中実軸（アッパー軸、ロア軸の何れでもよい）の端部に設けられた挿入凸部を、対応するヨークの挿入凹部に挿入するようにしてもよい（図示せず）。

また、図４の実施の形態では、４つの連結凸部５６を等間隔で配置したが、２つの連結凸部を１８０度間隔で配置したり、３つの連結凸部を１２０度間隔で配置したりし、連結凸部と同じ数の連結凹部を設けるようにしてもよい。５つ以上の連結凸部とこれと同じ数の連結凹部を設けるようにしてもよい。連結凸部および連結凹部の形状は、図４の山形形状に限らず、どのような形状であってもよい。その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…操舵軸、４…第１の自在継手、５…インターミディエイトシャフト（操舵伝達軸）、５ａ…第１の端部、５ｂ…第２の端部、６…第２の自在継手、７…ピニオン軸、１１…第１操舵軸、１２…第２操舵軸、１６…出力軸、３５…ロアー軸、３６…アッパー軸、５１…段付き部、５２…挿入凸部、５２ａ…外周、５３…受け部、５４…挿入凹部、５４ａ…内周、５５…溶接部、５６…連結凸部、５７…連結凹部、４１…第１のヨーク、Ｘ１…軸方向、Ｒ１…径方向、Ｃ１…周方向

Claims (5)

1. 操舵伝達軸と、上記操舵伝達軸の端部に連結された自在継手のヨークと、を備え、
   上記操舵伝達軸の端部は、段付き部と、上記段付き部から操舵伝達軸の軸方向に突出する挿入凸部と、を有し、
   上記ヨークは、上記段付き部と突き合わされ溶接部によって上記段付き部に固定された環状の受け部と、上記受け部により取り囲まれ上記挿入凸部が挿入された挿入凹部と、を有し、
   上記溶接の破損時に、上記挿入凸部および上記挿入凹部が、回転方向に所定量の遊びを有して係合可能である、操舵伝達軸と自在継手のヨークの結合構造。
2. 請求項１において、上記挿入凸部の外周および挿入凹部の内周の何れか一方が、操舵伝達軸の径方向に突出する複数の連結凸部を有し、他方が、上記径方向に窪む連結凹部を有し、
   各上記連結凸部が、それぞれ対応する連結凹部と、回転方向に所定量の遊びを有して係合可能である操舵伝達軸と自在継手のヨークの結合構造。
3. 請求項２において、上記操舵伝達軸が、インターミディエイトシャフトである操舵伝達軸と自在継手のヨークの結合構造。
4. 請求項１から３の何れか１項において、上記操舵伝達軸は中空軸である、操舵伝達軸と自在継手のヨークの結合構造。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の操舵伝達軸と自在継手のヨークの結合構造を用いて、操舵伝達軸としてのインターミディエイトシャフトを対応する自在継手のヨークに結合した車両用操舵装置。

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