JP3870688B2

JP3870688B2 - 伸縮自在シャフトの結合構造

Info

Publication number: JP3870688B2
Application number: JP2000340653A
Authority: JP
Inventors: 誠一立川; 昭次岡; 栄松本
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2020-11-08
Also published as: JP2002145076A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のステアリング装置等に用いる伸縮自在シャフトの結合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のステアリング装置には、運転者の姿勢や体格に応じて、ステアリングシャフトの軸方向長さを調整できるようにしたテレスコピック式ステアリング装置がある。
【０００３】
このようなテレスコピック式のステアリングシャフトでは、例えば、車輪側のギヤ等に自在継手等を介して連結したインナーシャフトに、ステアリングホイールに自在継手等を介して連結したアウターシャフトがセレーション嵌合してある。これにより、インナーシャフトに対してアウターシャフトを軸方向に摺動して、ステアリングシャフトの長さを調整できるようになっている。
【０００４】
これら両シャフトをセレーション嵌合して組み付けた際、両シャフトの摺動抵抗が製品によってバラツキがあると共に、両シャフトに「ガタ」が生じるといったことがあることから、一般的には、調整ネジ等によりアウターシャフトに対するインナーシャフトの径方向の押圧力を調整して、両シャフトの摺動抵抗を調整すると共に、両シャフトの「ガタ」を防止するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した伸縮自在シャフトの結合構造では、インナーシャフトの雄セレーション歯と、アウターシャフトの雌セレーション歯との間の隙間が比較的小さい。
【０００６】
その結果、これら両セレーション歯の間の隙間に、必ずしも充分な量のグリースを保持することができないといったことがある。
【０００７】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、インナーシャフトとアウターシャフトの両セレーション歯の間の隙間を大きくして、この隙間に充分な量のグリースを保持することができる伸縮自在シャフトの結合構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る伸縮自在シャフトの結合構造は、
少なくとも一端側が開いた中空部を有するインナーシャフトを中空のアウターシャフトに回転不能に且つ軸方向摺動自在にセレーション嵌合した伸縮自在シャフトの結合構造において、
前記インナーシャフトのセレーション歯は、前記開いた端部側のオーバーピン径が前記中空部内方部側のオーバーピン径より小さく設定され、
該インナーシャフトの該中空部には軸方向にわたる長孔が形成され、かつ該セレーション歯のオーバーピン径を小さくした範囲に該中空部内でかつ該長孔が形成された領域に拡径部材が設けられ、
該拡径部材には調整ネジが取付けてあり、
該拡径部材は該調整ネジの締付けにより径方向に拡径され前記インナーシャフトの内周面を押圧し、前記インナーシャフトを径方向外方に拡径することで前記インナーシャフトを前記アウターシャフトに押圧することを特徴とする伸縮自在シャフトの結合構造。
【００１０】
本発明によれば、インナーシャフトのセレーション歯の成形加工時に、その先端部側のオーバーピン径が基軸部側のオーバーピン径より小さく設定してあるため、シャフトの先端部側では、両セレーション歯の間に、充分な量のグリースを保持できる大きさの隙間を形成することができ、ひいては、耐久性の向上を図ることができると共に、セレーションの摺動性能も向上することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、参考例および本発明の実施の形態に係る伸縮自在シャフトの結合構造を図面を参照しつつ説明する。
（参考例）
図１は、本発明の参考例に係る伸縮自在シャフトの結合構造を適用した車両用ステアリングシャフトの縦断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。図３は、両シャフトの両セレーション歯の噛合状態を拡大して示す拡大断面図である。
【００１２】
図１および図２に示すように、中空のインナーシャフト１に、中空のアウターシャフト２がセレーション嵌合してあり、図３にも示すように、インナーシャフト１の外周面には、インボリュート雄セレーション３が形成してあると共に、アウターシャフト２の内周面には、インボリュート雌セレーション４が形成してある。
【００１３】
このインナーシャフト１の先端部には、後述する調整ネジ８を通挿するための貫通孔５が形成してある。アウターシャフト２の先端部にも、この貫通孔５に対応して、後述する調整ネジ８を通挿するための貫通孔６が形成してある。なお、インナーシャフト１の先端部には、軸方向に延在する４個の長孔７が周方向に等配して形成してある。
【００１４】
インナーシャフト１の内側には、インナーシャフト１を径方向外方に拡径してアウターシャフト２に押圧するための拡径部材Ｅが設けてある。この拡径部材Ｅは、調整ネジ８を螺合するための雌ネジ孔を径方向に有するナット部９と、調整ネジ８の先端部が当接して押圧する板バネ部１０とからなっている。ナット部９は、軸方向に延びる略四角柱状であり、その上の２個の側縁９ａ，９ａがインナーシャフト１の内周面に接触して外方に押圧するようになっている。板バネ部１０は、図１に示すように、軸方向に対向した一対の側壁１０ａ，１０ａと、上側に凸状に湾曲して形成した湾曲部１０ｂとからなり、全体として逆Ｍ字状に形成してある。板バネ部１０は、その湾曲部１０ｂが調整ネジ８により下向きに押圧されると、復元力を発生するようなバネ特性を有している。これら側壁１０ａ，１０ａと湾曲部１０ｂとの間の一対の折曲部１０ｃ，１０ｃは、図２に示すように、その両端でインナーシャフト１の内周面を外方に押圧するようになっている。
【００１５】
なお、ナット部９の軸方向両側面は板バネ部１０の両側壁１０ａ，１０ａの内面にそれぞれ接触している。拡径部材Ｅは、個別に形成されたナット部９と板バネ部１０をインナーシャフト１に組み込むときナット部９と板バネ部１０を組み合わせる構造、又はナット部９と板バネ部１０を予め圧入又は加締め等で一体に形成した構造とすることができる。
【００１６】
このように構成してあるため、インナーシャフト１にアウターシャフト２をセレーション嵌合して組み付けた後、調整ネジ８を締め付けながら径方向内方に移動すると、拡径部材Ｅのナット部９と板バネ部１０との径方向の間隔が拡がり、その結果、図２に示すように、ナット部９の上の２個の側縁９ａ，９ａ（押圧点）と、板バネ部１０の折曲部１０ｃ，１０ｃの両端（押圧点）で、インナーシャフト１をアウターシャフト２に対して径方向外方に押圧する。したがって、この調整ネジ８の締め付け力を調整することにより、アウターシャフト２に対するインナーシャフト１の径方向の押圧力を調整することができ、これにより、両シャフト１，２の摺動抵抗を容易に調整できると共に、両シャフト１，２の「ガタ」を確実に防止することができる。
【００１７】
なお、板バネ部１０は、バネ特性を有しているため、調整ネジ８の締付トルクをわずかに増加するだけで、板バネ部１０が変形することにより、調整ネジ８の径方向進入量が増すので、調整ネジ８の締付回転角の許容範囲を広くとることができる。また、調整ネジ８の締付力を調整する際、４個の長孔７の存在によりインナーシャフト１は、ナット部９の上の２個の側縁９ａ，９ａ（押圧点）と、板バネ部１０の折曲部１０ｃ，１０ｃの両端（押圧点）で径方向に拡がりやすくなり、調整ネジ８の締付力を小さくして作業効率を向上することができる。さらに、インナーシャフト１とアウターシャフト２のセレーション嵌合部は、少なくとも一方に表面硬化処理（熱処理、ハードコーティング等）することによって、伸縮耐久性を向上することができる。
【００１８】
本参考例では、上述したように、図３に示すように、インナーシャフト１の外周面には、インボリュート雄セレーション３が形成してあると共に、アウターシャフト２の内周面には、インボリュート雌セレーション４が形成してある。
【００１９】
このインボリュートセレーションの標準的な諸元は、ＪＩＳＢ１６０２で規定されている。基準ピッチ円（ｄ０）に対して、歯末及び歯元のタケは、
【００２０】
【表１】

で表される。但し、ｍは、モジュールである。
【００２１】
したがって、図３に示すように、穴の大径（Ｄ１）と軸の大径（ｄ１）の差の１／２が隙間（ｃ１）として形成され、穴の小径（Ｄ２）と軸の小径（ｄ２）の差の１／２が隙間（ｃ２）として形成される。
【００２２】
通常、この隙間（ｃ１，ｃ２）は、歯末と歯元が干渉しないように設けられ、摺動用として用いる場合、この隙間（ｃ１，ｃ２）は、グリース溜まりとなり、油分を滲出して耐久性に寄与するが、従来、この隙間（ｃ１，ｃ２）が比較的小さく、必ずしも充分な量のグリースを保持することができないといったことがある。
【００２３】
本参考例では、図３に示すインナーシャフト１及びアウターシャフト２のインボリュートセレーション歯の歯形寸法に於いて、何れか一方の歯末のタケを上記標準寸法（Ｈ２＝０．３ｍ、ｈ１＝０．５ｍ）より低くして、小さい値に設定している。
【００２４】
これによって、隙間（ｃ１，ｃ２）が大きくなり、標準寸法のものよりも、より多くのグリースを保持することができる。ひいては、耐久性の向上を図ることができると共に、セレーションの摺動性能も向上することができる。
【００２５】
具体的には、強度等の制約もあり、Ｈ２＝０．１５〜０．２ｍ、ｈ１＝０．３〜０．４ｍが好適である。
【００２６】
また、切削加工では、加工工具の歯形寸法を変えることにより、所要の歯末寸法を得ることができ、冷間成形加工では、セレーション下径寸法を変えることにより、所要の歯末寸法を得ることができる。このように、工具等の設定だけで、上記の隙間（ｃ１，ｃ２）を得ることができ、特別な加工工程を追加する必要がないため、安価である。
（実施の形態）
図４は、本発明の実施の形態に係る伸縮自在シャフトの結合構造を適用した車両用ステアリングシャフトの縦断面図である。図５は、図４に示したインナーシャフトの加工説明図である。図６は、図５のＡ部の拡大図である。図７は、図４に示したインナーシャフトの拡大模式図である。図８は、図４のＢ−Ｂ線に沿った拡大横断面図である。
【００２７】
図４に示すように、インナーシャフト１は、全体が中実であるが、その先端部には、有底孔１１が形成してある。
【００２８】
インナーシャフト１のインボリュート雄セレーション３の成形加工時、セレーションの精度は、オーバーピン径（ＯＰＤ）で管理されるが、本実施の形態では、先端部側（有底孔１１の箇所）のオーバーピン径（ＯＰＤ）が基軸部側（中実の箇所）のオーバーピン径（ＯＰＤ）より小さく設定してある。例えば、０．０２〜０．０５ｍｍだけ小さく設定してあるのが好適である。
【００２９】
具体的には、図５に示すように、インナーシャフト１のセレーション歯を加工する際に、インナーシャフト１の内径（有底孔１１の内径、ｄｓ）と、芯金１２の外径（ｄｍ）との関係に於いて、
△＝ｄｓ−ｄｍ＞０
となり、隙間（△）が存在するように寸法設定されている。
【００３０】
図５に示すように、上式の関係で、芯金１２を内径（ｄｓ）内に挿入し、この状態でセレーション加工具１３に押し込んでセレーション歯形成形加工を行う。
【００３１】
有底孔１１の外周面のセレーション部（Ｌｂ）は、薄肉であるため、加工具１３の成形抵抗によって、隙間（△）分だけ縮径された状態で歯形加工される。加工が終了した段階では、セレーション部（Ｌｂ）は、図６に示すように、段差（Ｓ）だけ縮径した寸法となっている。
【００３２】
以上から、先端部側（有底孔１１の箇所）のセレーション部（Ｌｂ）は、基軸部側（中実の箇所）のセレーション部よりも、段差（Ｓ）だけ縮径して形成される。
【００３３】
このように縮径したセレーション部（Ｌｂ）を有するインナーシャフト１内に、図４に示した拡径部材Ｅを装着して、インナーシャフト１をアウターシャフト２内にセレーション嵌合する。次いで、図７に示すように、調整ネジ８によってインナーシャウト１を拡径して所要の摺動力或いは回転方向ガタが得られるようにセットする。
【００３４】
図７に示すように、縮径した先端部側（有底孔１１の箇所）のセレーション部（Ｌｂ）は、拡径部材Ｅの展張作用により、Ｌ２〜Ｌ３の領域でオーバーピン径（ＯＰＤ）が大きくなっており、アウターシャフト２の雌セレーション４と密接し、回転方向ガタのない状態となっている。
【００３５】
一方、縮径した先端部側（有底孔１１の箇所）のセレーション部（Ｌｂ）は、２個のＬ１の領域においては、長孔７が存在しないため、展張作用の影響を受けず、縮径した状態のオーバーピン径（ＯＰＤ）が維持される。
【００３６】
したがって、２個のＬ１の領域は、Ｌ２〜Ｌ３の領域に対して凹んだ関係となり、図８に示すように、アウターシャフト２の雌セレーション４との間で隙間状態となり、両セレーション歯の歯面間に隙間（ｃ）が形成される。よって、この隙間（ｃ）に、充分な量のグリースを保持することができ、ひいては、耐久性の向上を図ることができると共に、セレーションの摺動性能も向上することができる。
【００３７】
また、インナーシャフトのセレーション成形時に於いて、芯金１２の寸法（ｄｍ）を変えるだけで、縮径したセレーション部（Ｌｂ）を形成することができ、油溝等の切削加工も不要にでき、製造コストを低減できる。
【００３８】
さらに、図１に示す中空のインナーシャフト１に対しても、芯金を２段にすることで同様の径加工をすることができる。
【００３９】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、インナーシャフトのセレーション歯の成形加工時に、その先端部側のオーバーピン径が基軸部側のオーバーピン径より小さく設定してあるため、シャフトの先端部側では、両セレーション歯の間に、充分な量のグリースを保持できる大きさの隙間を形成することができ、ひいては、耐久性の向上を図ることができると共に、セレーションの摺動性能も向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例に係る伸縮自在シャフトの結合構造を適用した車両用ステアリングシャフトの縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。
【図３】両シャフトの両セレーション歯の噛合状態を拡大して示す拡大断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る伸縮自在シャフトの結合構造を適用した車両用ステアリングシャフトの縦断面図である。
【図５】図４に示したインナーシャフトの加工説明図である。
【図６】図５のＡ部の拡大図である。
【図７】図４に示したインナーシャフトの拡大模式図である。
【図８】図４のＢ−Ｂ線に沿った拡大横断面図である。
【符号の説明】
１インナーシャフト
２アウターシャフト
３雄セレーション
４雌セレーション
５貫通孔
６貫通孔
７長孔
８調整ネジ
９ナット部
１０板バネ部
１１有底孔
１２芯金
１３加工具
Ｅ拡径部材

Claims

少なくとも一端側が開いた中空部を有するインナーシャフトを中空のアウターシャフトに回転不能に且つ軸方向摺動自在にセレーション嵌合した伸縮自在シャフトの結合構造において、
前記インナーシャフトのセレーション歯は、前記開いた端部側のオーバーピン径が前記中空部内方部側のオーバーピン径より小さく設定され、
該インナーシャフトの該中空部には軸方向にわたる長孔が形成され、かつ該セレーション歯のオーバーピン径を小さくした範囲に該中空部内でかつ該長孔が形成された領域に拡径部材が設けられ、
該拡径部材には調整ネジが取付けてあり、
該拡径部材は該調整ネジの締付けにより径方向に拡径され前記インナーシャフトの内周面を押圧し、前記インナーシャフトを径方向外方に拡径することで前記インナーシャフトを前記アウターシャフトに押圧することを特徴とする伸縮自在シャフトの結合構造。
前記インナーシャフトは先端部に前記中空部として有底孔を有する中実の軸部材であることを特徴とする請求項１に記載の伸縮自在シャフトの結合構造。
前記拡径部材は前記調整ネジを螺合するための雌ネジ孔を有するナット部と、バネ特性を有する板バネ部とで構成され、
該雌ネジ孔に螺合する前記調整ネジを締付け、該板バネ部を押圧して変形させることで前記インナーシャフトを拡径することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の伸縮自在シャフトの結合構造。