JP2013177032A

JP2013177032A - ステアリング用中間シャフト

Info

Publication number: JP2013177032A
Application number: JP2012041327A
Authority: JP
Inventors: Hirotada Yanagimoto; 広忠柳本
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-09-09

Abstract

【課題】ステアリング系統に使用される中間シャフトにおいて、セレーション歯の形状を改善することで、耐摩耗性と製造コスト低減の両立を可能とする中間シャフトを提供する。
【解決手段】セレーション歯の歯先部または歯元部もしくはその両方に凹み７２を設けることで、セレーション歯が摩耗した場合でも接触面積が減少して接触面圧が増加し、接触面での微小な滑りが抑制される。その結果、セレーション歯の摩耗の進展が抑制され、操舵時のガタつきを長期間に渡って防止することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、自動車のステアリング装置に組み込まれて使用され、ステアリングホイールの動きをステアリングギヤに伝達するためのステアリングシャフトに関するものである。

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、幾つかのシャフトや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。このような中間に介在するシャフト（以下、中間シャフトと呼ぶ）と継手、またはシャフト同士の結合部には、一方の雌セレーションに他方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セレーション結合が採用される場合が多い。

これらの部材には走行中は絶えずステアリングホイールからの操舵力や路面からの振動、衝撃が加わるため、上記のセレーション結合部には正逆両方向のトルクが負荷され、セレーションの歯面は微小な滑りによって徐々に摩耗が進む。このようなセレーションの摩耗は、ステアリングホイールの遊びやガタ付きといった、操舵フィーリングの低下につながる。

近年、車体の大型化によってステアリング系統に負荷されるトルクは増大しているが、逆に中間シャフトには小型化が求められている。中間シャフトを小型化すると加工可能なセレーションの歯が小さくなり、摩耗が進みやすくなる。また、摩耗によってガタが発生すると軸方向の摺動抵抗が減少して歯面の滑りが増大し、さらに摩耗し易くなる。

この問題に対しては、例えば特許文献１にあるようにセレーションの歯に窒化処理を行って耐摩耗性を向上させる技術が提案されている。

特開２００６−３４１７９６号公報

しかしながら、窒化処理は窒化層の深さを適切に管理する必要がある他、窒化処理のために部品を高温のガス中に一定時間保持しなければならない等、製造コストの上昇を招く。本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、耐摩耗性と製造コスト低減の両立を可能とする中間シャフトを提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る中間シャフトは、自動車のステアリング装置に組み込まれて使用され、ステアリングホイールの動きをステアリングギヤボックスに伝達するための中間シャフトであって、外周面にセレーション結合のための歯が形成され、かつその歯の歯先部または歯元部、もしくはその両方に凹みを設けることを特徴とする。

本発明に係る中間シャフトを用いたステアリング装置においては、セレーション部の歯の摩耗が進むと雄側と雌側の接触面積が減少するため、接触面圧が増加して接触面での微小な滑りが抑制されてセレーション部の摩耗の進展を抑制することができる。その結果、操舵時のガタつきを長期間に渡って防止することができる。

本発明に係る中間シャフトを備えたステアリング装置の全体図である。本発明に係る中間シャフトの雌側と自在継手の構成部品であるヨークとの結合状態を示す図である。図２のＡ−Ａ断面図である。 <実施の形態１>における図３のＰ部の拡大図である。 <実施の形態１>におけるセレーション歯の摩耗に伴う歯の長さの変化を示す図である。 <実施の形態２>における図３のＰ部の拡大図である。 <実施の形態３>における図３のＰ部の拡大図である。歯先部に凹みを設ける場合における、凹みの接線方向と歯面との成す角度を示す図である。歯元部に凹みを設ける場合における、凹みの接線方向と歯面との成す角度を示す図である。

以下、本発明に係る車両用ステアリング装置に用いる中間シャフトについて、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、本発明に係る中間シャフト１５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１６を連結している。中間シャフト１５は、中間シャフト（雄側）１５Ａと中間シャフト（雌側）１５Ｂからなり、中間シャフト（雄側）１５Ａの車体前方側に、中間シャフト（雌側）１５Ｂの車体後方側が軸方向に相対移動可能なスプライン嵌合され、トルクを伝達している。

中間シャフト１５の前後端は自在継手４１、４２と結合するためのセレーション構造となっている。両者のセレーション結合においては、一般的に中間シャフト１５が雄軸に、自在継手４１、４２が雌軸になっており（図２参照）、自在継手４１、４２のセレーション部に設けられたスリットをボルト５３で締めることで両者をセレーション結合させる（図３参照）。自在継手４１、４２からボルト締めによる予圧が加えられているので、中間シャフト１５のセレーション歯の摩耗が予圧量を超えない限りステアリング系統にガタは発生しないが、良好な操舵フィーリングを長期間に渡って維持するためには摩耗を防ぐ、または摩耗の進展を遅らせることが望ましい。

図示しないピニオンが、ピニオン軸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。

<実施の形態１>
本発明においては、この中間シャフト１５のセレーション部の歯の歯先部に凹み７２（図４）を設ける。ステアリング操作や路面からの振動、衝撃によるトルク負荷でセレーション歯の摩耗が進むと歯面７１の長さが短くなり、自在継手４１、４２のセレーション歯との接触面積が減少する（図５）。車体に損傷や改造等の変化がないならば摩耗の前後で中間シャフトに負荷されるトルクは不変なので接触面積の減少により接触面圧が増加する。このため歯面７１の滑りが抑えられて摩耗の進展を遅らせることができる。また、特殊な表面処理は不要なため低コストで製造できる。

<実施の形態２>
中間シャフト１５のセレーション歯の歯元部に凹み７６（図６）を設ける。上記の形態と同様に摩耗が進展すると自在継手のセレーション歯との接触面積が減少し、面圧が増加して接触面での滑りを抑制する。

<実施の形態３>
中間シャフト１５のセレーション歯の歯先部と歯元部に凹み７２，７６（図７）を設ける。上記の２つの形態と同様の効果を発現する。

歯先部に凹み７２を設ける場合は、凹み７２の形状に特に指定は無いが図８に示すように回転軸に直角な断面において、凹み７２とセレーション歯の歯面７１との交点での凹み７２の接線方向７７と歯面７１とが成す角度７８が９０度以下でなければならない。凹み７２の大きさについてはセレーション歯の強度に影響が無い範囲とすれば良い。

歯元部に凹み７６を設ける場合は、図９に示すように回転軸に直角な断面において、凹み７６とセレーション歯の歯面７１との交点での凹み７６の接線方向７７と歯面７１とが成す角度７９が９０度以下でなければならない。凹み７６の大きさについてはセレーション歯の強度に影響が無い範囲とすれば良い。

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中間シャフト（雄側）
１５Ｂ中間シャフト（雌側）
１６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
５３ボルト
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セレーションの歯面
７２歯先部の凹み
７３摩耗後のセレーション歯
７４摩耗前のセレーション歯の長さ
７５摩耗後のセレーション歯の長さ
７６歯元部の凹み
７７セレーション歯と凹みの交点における凹みの内面の接線方向
７８歯先部においてセレーション歯と凹みの交点における凹みの接線方向と歯面との成す角度
７９歯元部においてセレーション歯と凹みの交点における凹みの接線方向と歯面との成す角度

Claims

自動車のステアリング装置に組み込まれて使用され、ステアリングホイールの動きをステアリングギヤに伝達するためのステアリング用シャフトであって、該ステアリング用シャフトの一方の端部の外周面に外歯セレーションが形成されており、内周面に内歯セレーションが形成されたシャフトまたは継手と噛合して回転トルクを伝達するステアリング用シャフトにおいて、該ステアリング用シャフトに形成されたセレーションの歯の歯先部または歯元部、もしくはその両方に凹みを設けたことを特徴とするステアリング用シャフト。