JP2013142437A - Telescopic shaft - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は伸縮軸、特に、回転トルクを伝達可能で軸方向に相対摺動可能な伸縮軸、例えば、中間シャフトやステアリングシャフト等の伸縮軸に関する。 The present invention relates to a telescopic shaft, in particular, a telescopic shaft capable of transmitting rotational torque and relatively sliding in the axial direction, for example, a telescopic shaft such as an intermediate shaft or a steering shaft.
ステアリング装置には、回転トルクを伝達可能に、かつ、軸方向に相対摺動可能に連結されたスプライン軸等の伸縮軸が、中間シャフトやステアリングシャフト等に組み込まれている。すなわち、中間シャフトは、ステアリングギヤのラック軸に噛合うピニオンシャフトに、自在継手を締結する際に、一旦縮めてからピニオンシャフトに嵌合させて締結するためや、車体フレームとの間の相対変位を吸収するために、伸縮機能が必要である。 In the steering device, a telescopic shaft such as a spline shaft that is connected so as to be capable of transmitting rotational torque and is relatively slidable in the axial direction is incorporated in an intermediate shaft, a steering shaft, or the like. In other words, when the universal joint is fastened to the pinion shaft that meshes with the rack shaft of the steering gear, the intermediate shaft is temporarily contracted and then fitted to the pinion shaft and fastened. In order to absorb water, an expansion / contraction function is required.
また、ステアリングシャフトは、ステアリングホイールの操舵力を車輪に伝達すると共に、運転者の体格や運転姿勢に応じて、ステアリングホイールの位置を軸方向に調整する必要があるため、伸縮機能が要求される。 In addition, the steering shaft transmits the steering force of the steering wheel to the wheel, and the position of the steering wheel needs to be adjusted in the axial direction according to the physique and driving posture of the driver. .
近年、車体全体の剛性と走行安定性が向上したために、ステアリングホイールを操作した時に、伸縮軸の回転方向のガタツキを運転者が感じやすくなった。そこで、回転方向のガタツキと摺動抵抗が小さく、潤滑性と耐久性に優れた伸縮軸が望まれている。 In recent years, the rigidity and running stability of the entire vehicle body have been improved, so that when the steering wheel is operated, it becomes easier for the driver to feel rattling in the rotational direction of the telescopic shaft. Therefore, there is a demand for a telescopic shaft that has low backlash and sliding resistance in the rotational direction and is excellent in lubricity and durability.
そのために、雄シャフトの歯面外周に摺動抵抗の小さな樹脂等を被覆し、潤滑用の潤滑剤を塗布した後に雌シャフトに嵌合した伸縮軸がある。図6から図8に従来の伸縮軸を示す。図6は従来の伸縮軸の突条歯と歯溝の嵌合部を示す拡大断面図、図7は図6のR部拡大断面図、図8は図6の被覆部と突条歯との間に被覆部の摩耗粉が挟まった状態を示す拡大断面図である。 For this purpose, there is a telescopic shaft that is fitted to the female shaft after coating a resin having a small sliding resistance on the outer periphery of the tooth surface of the male shaft and applying a lubricant for lubrication. A conventional telescopic shaft is shown in FIGS. FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing a conventional fitting portion between a protruding tooth and a tooth gap of a telescopic shaft, FIG. 7 is an enlarged sectional view of an R portion of FIG. 6, and FIG. It is an expanded sectional view which shows the state where the abrasion powder of the coating | coated part was pinched | interposed between them.
図6から図8に示すように、従来の伸縮軸は、中間シャフト16の雄シャフト(雄中間シャフト)16Aが雌シャフト(雌中間シャフト)16Bに内嵌して連結されている。雌シャフト16Bの内周には、雌シャフト16Bの軸心から放射状に、複数の軸方向の歯溝41が、伸縮ストロークの全長にわたって、等間隔に形成されている。
As shown in FIGS. 6 to 8, in the conventional telescopic shaft, a male shaft (male intermediate shaft) 16A of the
歯溝41の個数と同じ数の軸方向の突条歯51を有する雄シャフト16Aには、突条歯51の軸方向の全長に、雌シャフト16Bの軸方向の歯溝41との間の摺動抵抗を減少させる樹脂製の被覆部61がコーティングされている。図6から図8に示す従来の被覆部61は、突条歯51の歯面511に接着されていない。
The
近年、車体軽量化や燃費向上に優れた電動式パワーステアリング装置が増加しており、特にコラムアシスト型電動式パワーステアリング装置は、従来の油圧式パワーステアリング装置と比較して、中間シャフト16に加わる回転トルクが10〜40倍程度大きくなる。従って、図6に示すように、コラムアシスト型電動式パワーステアリング装置の中間シャフト16に大きな回転トルクTが加わると、被覆部61が圧縮される。
In recent years, there has been an increase in the number of electric power steering devices that are excellent in weight reduction and fuel efficiency. In particular, the column assist type electric power steering device is added to the
被覆部61は突条歯51の歯面511に接着されていないため、歯面511に対して相対移動し、圧縮方向(図6の矢印α1、α2)、円周方向(図6の矢印β1、β2)、軸方向(図6の紙面に直交する方向)の3方向に弾性変形する。その結果、被覆部61の外周611が被覆部61のグリース溜まり部に塑性流動して、被覆部61と雌シャフト16Bの歯溝41の歯面411との間のガタが大きくなって、音が発生する恐れがあった。
Since the
特に雄シャフト16Aが中空筒状に形成されていると、回転トルクTによって雄シャフト16Aの突条歯51が弾性変形し、突条歯51の歯面511と被覆部61との間の相対移動によって被覆部61の内周612が摩耗する。その結果、図7、図8に示すように、突条歯51の歯面511と被覆部61の内周612との間に摩耗粉613が挟まり、被覆部61と雌シャフト16Bの歯溝41の歯面411との間の締め代が大きくなって、被覆部61と歯面411との間の摺動抵抗が大きくなり、車輪側の振動が中間シャフト16を介してステアリングホイールに伝達され易くなるため、操舵感が低下してしまう不具合が生じる。
In particular, when the
特許文献1の伸縮軸は、雄シャフトの外周面に突条歯の歯底よりも深い環状溝を形成し、この環状溝と突条歯の歯面に被覆部をコーティングすることにより、被覆部を雄シャフトと一体化している。 In the telescopic shaft of Patent Document 1, an annular groove deeper than the root of the protruding tooth is formed on the outer peripheral surface of the male shaft, and the covering portion is coated on the annular groove and the tooth surface of the protruding tooth. Is integrated with the male shaft.
本発明は、摺動抵抗を減少させる被覆部を有する伸縮軸に作用する回転トルクによって、被覆部が塑性流動したり、被覆部が摩耗しないようにした伸縮軸を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide a telescopic shaft in which the covering portion does not plastically flow or the covering portion is not worn by the rotational torque acting on the extending and contracting shaft having the covering portion that reduces sliding resistance.
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、外周に複数の突条歯が形成された金属製の雄シャフト、上記雄シャフトの突条歯に軸方向に相対摺動可能にかつ回転トルクを伝達可能に外嵌する複数の歯溝が内周に形成された雌シャフト、上記雄シャフトの突条歯の歯面に被覆された被覆部、上記被覆部を形成した雄シャフトの突条歯に上記雌シャフトの歯溝を外嵌した伸縮軸であって、上記被覆部は上記突条歯の歯面に接着剤によって接着されていることを特徴とする伸縮軸である。 The above problem is solved by the following means. That is, the first invention is a metal male shaft having a plurality of protruding teeth formed on the outer periphery, and is externally slidable in the axial direction and capable of transmitting rotational torque to the protruding teeth of the male shaft. A female shaft in which a plurality of tooth grooves to be fitted are formed on the inner periphery, a covering portion coated on the tooth surface of the protruding tooth of the male shaft, and a protruding tooth of the male shaft forming the covering portion, It is an expansion / contraction shaft that externally fits a tooth gap, wherein the covering portion is bonded to the tooth surface of the protruding tooth with an adhesive.
第2番目の発明は、第1番目の発明の伸縮軸において、上記突条歯の歯面に微少な凹凸が形成されていることを特徴とする伸縮軸である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a telescopic shaft characterized in that in the telescopic shaft of the first aspect, minute irregularities are formed on the tooth surface of the protruding tooth.
第3番目の発明は、第2番目の発明の伸縮軸において、上記微少な凹凸は、突条歯の切削加工時、ショットピーニング加工、酸洗処理のうちのいずれかによって形成されていることを特徴とする伸縮軸である。 According to a third invention, in the telescopic shaft of the second invention, the minute unevenness is formed by any one of a shot peening process and a pickling process at the time of cutting the ridge teeth. It is a characteristic telescopic shaft.
第4番目の発明は、第1番目から第3番目までのいずれかの発明の伸縮軸において、上記雄シャフトが中空であることを特徴とする伸縮軸である。 A fourth aspect of the invention is the telescopic shaft according to any one of the first to third aspects of the invention, wherein the male shaft is hollow.
第5番目の発明は、第1番目から第3番目までのいずれかの発明の伸縮軸において、上記伸縮軸が、ステアリングシャフトに補助トルクを付与する為のアシスト装置の出力軸に連結された中間シャフトであることを特徴とする伸縮軸である。 According to a fifth invention, in the telescopic shaft according to any one of the first to third inventions, the telescopic shaft is connected to an output shaft of an assist device for applying auxiliary torque to the steering shaft. The telescopic shaft is characterized by being a shaft.
本発明の伸縮軸の伸縮軸では、被覆部を形成した雄シャフトの突条歯に雌シャフトの歯溝を外嵌した伸縮軸であって、被覆部が突条歯の歯面に接着剤によって接着されている。従って、大きな回転トルクが加わり、被覆部が圧縮されると、被覆部は突条歯の歯面に接着されているため、圧縮方向、円周方向、軸方向の3方向の弾性変形が抑制される。その結果、被覆部と雌シャフトの歯溝の歯面との間のガタが抑制されるため、音が発生することはない。また、突条歯の歯面と被覆部との間の相対移動も抑制されるため、被覆部の内周の摩耗が抑制されるため、被覆部と歯面との間の摺動抵抗の増加が抑制される。 In the telescopic shaft of the telescopic shaft of the present invention, it is a telescopic shaft in which the tooth groove of the female shaft is externally fitted to the male tooth projecting tooth on which the covering portion is formed, and the covering portion is attached to the tooth surface of the projecting tooth by an adhesive. It is glued. Therefore, when a large rotational torque is applied and the covering portion is compressed, the covering portion is bonded to the tooth surface of the protruding tooth, so that elastic deformation in the three directions of the compression direction, the circumferential direction, and the axial direction is suppressed. The As a result, the backlash between the covering portion and the tooth surface of the tooth groove of the female shaft is suppressed, so that no sound is generated. Further, since the relative movement between the tooth surface of the ridge tooth and the covering portion is also suppressed, the wear on the inner periphery of the covering portion is suppressed, so that the sliding resistance between the covering portion and the tooth surface is increased. Is suppressed.
以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。図1は本発明の伸縮軸を有するステアリング装置の全体を示し、一部を切断した側面図であって、操舵補助部を有する電動パワーステアリング装置に適用した実施例を示す。図2は本発明の実施例の伸縮軸を示す縦断面図、図3は図2のA−A拡大断面図である。図4は図3のP部拡大断面図、図5は図4のQ部拡大断面図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view of the steering device having the telescopic shaft according to the present invention, partially cut away, showing an embodiment applied to an electric power steering device having a steering assisting portion. 2 is a longitudinal sectional view showing the telescopic shaft of the embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an AA enlarged sectional view of FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a portion P in FIG. 3, and FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a portion Q in FIG.
図1に示すように、本発明の実施例の伸縮軸を有する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、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、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。
As shown in FIG. 1, the steering device having the telescopic shaft of the embodiment of the present invention has a
ステアリングシャフト12は、アウターシャフト12Aとインナーシャフト12Bとを、回転トルクを伝達自在に、かつ軸方向に関して相対変位可能に組み合わせて成る。すなわち、インナーシャフト12Bの車体後方側外周には、複数の雄スプラインが形成されている。アウターシャフト12Aの車体前方側内周には、複数の雌スプラインが、雄スプラインと同一位相位置に形成されている。アウターシャフト12Aの雌スプラインがインナーシャフト12Bの雄スプラインと所定の隙間を有して外嵌し、回転トルクを伝達自在に、かつ軸方向に関して相対変位可能に係合している。従って、上記アウターシャフト12Aとインナーシャフト12Bとは、衝突時に、この係合部が相対摺動して、全長を縮めることができる。
The
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おり、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。
Further, the
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、上記インナーシャフト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結合している。
The vehicle body front side end portion of the
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。
The
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。
The upper end portion of the
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15を介して、中間シャフト16の雄中間シャフト(以下雄シャフトと呼ぶ)16Aの後端部に連結している。また、この中間シャフト16の雌中間シャフト(以下雌シャフトと呼ぶ)16Bの前端部に、別の自在継手17を介して、ステアリングギヤ30の入力軸31を連結している。
The
雄シャフト16Aは、雌シャフト16Bに対して、軸方向に相対摺動可能に、かつ、回転トルクを伝達可能に結合している。図示しないピニオンが、この入力軸31の前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32を移動させて、図示しない車輪を操舵する。
The
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が固定されている。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する。この検出信号に応じて、電動モータ26を駆動し、図示しない減速機構を介して、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。
A
図2に示すように、本発明の実施例の伸縮軸は、中間シャフト16の雄シャフト16Aと雌シャフト16Bに適用した例を示す。雄シャフト16Aの車体前方側(図2の左端)が、雌シャフト16Bの車体後方側(図2の右端)に内嵌して連結されている。
As shown in FIG. 2, the telescopic shaft according to the embodiment of the present invention is an example in which the telescopic shaft is applied to the
図2から図4に示すように、炭素鋼またはアルミニウム合金で成形された金属製の雌シャフト16Bは中空筒状に形成されており、その内周には、雌シャフト16Bの軸心から放射状に、複数の軸方向の歯溝41が、伸縮範囲(伸縮ストローク)の全長にわたって、等間隔に形成されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, a metallic
また、図2から図4に示すように、炭素鋼(S48C〜S50C、STKM11A〜STKM19A)またはアルミニウム合金で成形された金属製の雄シャフト(雄スプライン軸)16Aは中空筒状に形成されている。雄シャフト16Aの突条歯51に、雌シャフト(雌スプライン筒)16Bの歯溝41との間の摺動抵抗を減少させる被覆部61を被覆し、突条歯51の歯面511に被覆部61の内周612を接着剤で接着している。雄シャフト16Aの突条歯51に被覆部61を被覆する方法としては、射出成形法や流動浸漬法が好ましい。
Further, as shown in FIGS. 2 to 4, a male male shaft (male spline shaft) 16A formed of carbon steel (S48C to S50C, STKM11A to STKM19A) or aluminum alloy is formed in a hollow cylindrical shape. . The covered
接着剤としては、エポキシ樹脂系接着剤やゴム系接着剤が使用される。すなわち、回転トルクを伝達するための非円形の外周形状として、18個の軸方向の突条歯51を有する雄シャフト16Aには、突条歯51の軸方向の全長に、雌シャフト16Bの軸方向の歯溝41との間の摺動抵抗を減少させる被覆部61が接着して固定されている。
As the adhesive, an epoxy resin adhesive or a rubber adhesive is used. That is, the
被覆部61の材質は、ポリアミド6(PA6)樹脂、ポリアミド66(PA66)樹脂、ポリエーテル・エーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリアセタール(POM)樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂のうちの少なくともいずれか一つの高分子材料で構成することが好ましい。
The material of the covering
被覆部61の厚さは、0.1から1ミリの範囲が好ましく、0.01〜1.5ミリの範囲であればよい。図5に示すように、突条歯51の歯面511に、突条歯51を切削加工した時の加工筋を残したり、ショットピーニング加工や酸洗処理を行ったりして微少な凹凸を形成することによって、被覆部61の接着強度を大きくしている。このようにして、突条歯51の歯面511に微少な凹凸を形成すれば、突条歯51の歯面511と被覆部61の内周612との間の摩擦力が増加するため、接着剤による接着が不要になり、好ましい。
The thickness of the covering
このように構成された本発明の実施例の伸縮軸に、図4に示すように、大きな回転トルクTが加わると、被覆部61が圧縮される。被覆部61の内周612は突条歯51の歯面511に接着されているため、圧縮方向(図4の矢印α3、α4)、円周方向(図4の矢印β3、β4)、軸方向(図4の紙面に直交する方向)の3方向の弾性変形が抑制される。
As shown in FIG. 4, when a large rotational torque T is applied to the telescopic shaft of the embodiment of the present invention configured as described above, the covering
その結果、被覆部61と雌シャフト16Bの歯溝41の歯面411との間のガタが抑制されるため、音が発生することはない。また、突条歯51の歯面511と被覆部61の内周612との間の相対移動も抑制されるため、被覆部61の内周612の摩耗が抑制されるため、被覆部61と歯面411との間の摺動抵抗の増加が抑制される。
As a result, since the play between the covering
上記実施例では、スプラインを有する伸縮軸に適用した例について説明したが、セレーションを有する伸縮軸に適用してもよい。また、上記実施例では、中間シャフト16に本発明を適用した例について説明したが、ステアリングシャフト12等、ステアリング装置を構成する任意の伸縮軸に適用することができる。また、上記実施例では、アシスト装置(操舵補助部)20を有するステアリング装置に適用した例について説明したが、アシスト装置の無いステアリング装置に適用してもよい。
In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to an expansion / contraction shaft having a spline has been described. Moreover, although the said Example demonstrated the example which applied this invention to the
11 ステアリングホイール
12 ステアリングシャフト
12A アウターシャフト
12B インナーシャフト
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 自在継手
16 中間シャフト
16A 雄中間シャフト(雄シャフト)
16B 雌中間シャフト(雌シャフト)
17 自在継手
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 入力軸
32 タイロッド
41 歯溝
411 歯面
51 突条歯
511 歯面
61 被覆部
611 外周
612 内周
613 摩耗粉
DESCRIPTION OF
16B Female intermediate shaft (Female shaft)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記雄シャフトの突条歯に軸方向に相対摺動可能にかつ回転トルクを伝達可能に外嵌する複数の歯溝が内周に形成された雌シャフト、
上記雄シャフトの突条歯の歯面に被覆された被覆部、
上記被覆部を形成した雄シャフトの突条歯に上記雌シャフトの歯溝を外嵌した伸縮軸であって、
上記被覆部は上記突条歯の歯面に接着剤によって接着されていること
を特徴とする伸縮軸。 A male male shaft with a plurality of protruding teeth formed on the outer periphery,
A female shaft having a plurality of tooth grooves formed on an inner periphery thereof that are externally slidable in the axial direction and capable of transmitting rotational torque to the protruding teeth of the male shaft;
A covering portion coated on the tooth surface of the protruding tooth of the male shaft;
A telescopic shaft in which a tooth groove of the female shaft is externally fitted to the protruding tooth of the male shaft that forms the covering portion,
The extendable shaft, wherein the covering portion is bonded to the tooth surface of the protruding tooth with an adhesive.
上記突条歯の歯面に微少な凹凸が形成されていること
を特徴とする伸縮軸。 The telescopic shaft according to claim 1,
A telescopic shaft characterized in that minute irregularities are formed on the tooth surface of the protruding tooth.
上記微少な凹凸は、突条歯の切削加工時、ショットピーニング加工、酸洗処理のうちのいずれかによって形成されていること
を特徴とする伸縮軸。 In the telescopic shaft according to claim 2,
The minute projections and depressions are formed by any one of a shot peening process and a pickling process at the time of cutting the ridge teeth.
上記雄シャフトが中空であること
を特徴とする伸縮軸。 In the telescopic shaft according to any one of claims 1 to 3,
A telescopic shaft, wherein the male shaft is hollow.
上記伸縮軸が、
ステアリングシャフトに補助トルクを付与する為のアシスト装置の出力軸に連結された中間シャフトであること
を特徴とする伸縮軸。 In the telescopic shaft according to any one of claims 1 to 3,
The telescopic shaft is
A telescopic shaft, which is an intermediate shaft connected to an output shaft of an assist device for applying auxiliary torque to a steering shaft.
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