JP3870691B2 - 伸縮自在シャフトの結合構造 - Google Patents

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】
このインナーシャフトにアウターシャフトをスプライ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、例えば、インナーシャフト内に、調整ネジと拡径部材が設けてあり、この調整ネジを径方向に移動させて拡径部材によりインナーシャフトを拡径して、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、これにより、両シャフトの摺動抵抗を調整できると共に、両シャフトの「ガタ」を防止できるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した伸縮自在シャフトの結合構造では、調整ネジにより拡径部材を介してインナーシャフトを拡径するようになっており、また、インナーシャフトの内径スペースが小さいことから、インナーシャフトの剛性が調整ネジの許容トルクを上回ることがあり、その結果、インナーシャフトを充分に拡径できず、両シャフトの「ガタ」を充分に防止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、摺動力の適正化を図ると共に両シャフトの「ガタ」を効果的に防止することができる、ステアリング装置用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、本発明の請求項１に係る伸縮自在シャフトの結合構造は、
円筒状のインナーシャフトに円筒状のアウターシャフトを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ステアリング装置用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円筒中空部に、軸方向に延びる複数の周囲が閉じた長孔を周方向に配置し、
前記インナーシャフトの円筒中空部内に配置され、前記長孔の軸方向形成範囲内に該長孔の軸方向長さよりも軸方向長さの小さい拡径部材を設け、
該拡径部材は調整ネジと、該調整ネジが径方向に螺合貫通し、軸方向に延びる一対の側縁を有するナット部と、前記調整ネジの先端が当接する湾曲部と前記ナット部を挟む両側壁とで形成された板バネ部とからなり、前記ナット部と前記板バネ部とは共に前記インナーシャフトの内周面に当接していて前記調整ネジの回転により前記インナーシャフトの拡径方向または縮径方向に移動するよう構成されていて、前記拡径方向の移動の際、前記一対の側縁が前記内周面を押付けるようになっており、
前記インナーシャフトには前記調整ネジの頭部に対向して前記調整ネジの調整手段が通挿可能な貫通孔が形成してあり、そして
前記アウターシャフトには前記インナーシャフトの前記貫通孔が対向するとき前記調整ネジの調整手段を通挿可能な貫通孔が形成されており、
前記インナーシャフトに形成する長孔の個数は （ａ）２〜４個であり、
長孔の幅は （ｂ）２〜８ｍｍであり、
長孔の長さは （ｄ）２０〜３０ｍｍであり、
調整ネジを通挿する貫通孔は （ｃ）φ６〜１０ｍｍであり、
前記インナーシャフトの内径は （ｅ）φ１２〜２８ｍｍであり、
セレーション大径は （ｆ）φ１７〜３５ｍｍであり、
モジュールは ０．５〜１．５であり、
前記インナーシャフトの材料は炭素鋼材であり、その化学成分は
Ｃ＝０．１０〜０．４０％であり、
前記アウターシャフトに形成する貫通孔は （ｈ）φ６〜１０ｍｍであり、
前記アウターシャフトの内径は （ｉ）φ１７〜３５ｍｍであり、
モジュールは ０．５〜１．５であり、
前記アウターシャフトの材料は炭素鋼材であり、その化学成分は
Ｃ＝０．１０〜０．３５％であり、
前記ナット部の長さは （ｋ＝ｊ）１０〜２５ｍｍであり、
前記ナット部の幅は （ｎ）８〜２５ｍｍであり、
前記ナット部の高さは （ｏ）５〜１５ｍｍであり、
前記ナット部の押付部は （Ｒｍ）Ｒ１〜Ｒ５ｍｍであり、
前記ナット部の材料は炭素鋼材であり、その化学成分は
Ｃ＝０．０８〜０．２８％であり、
前記板バネ部の板厚は （ｑ）０．６〜２．０ｍｍであり、
両側壁のスパンは （ｒ）１０〜２５ｍｍであり、
湾曲部角度は（ｓ）１００°〜１５０°であり、
幅は （ｔ）８〜２５ｍｍであり、
高さは （ｕ）５〜１５ｍｍであり、
前記板バネ部の材料は炭素鋼材であり、その化学成分は
Ｃ＝０．５０〜０．９０％であり、
前記調整ネジのサイズは Ｍ５〜Ｍ８であり、
ピッチは ０．５〜１．２５ｍｍであり、
戻り止め樹脂コーティング塗布角は （ｐ）６０°〜１２０°であり、
前記調整ネジの材料は炭素鋼材であり、その化学成分は
Ｃ＝０．２０〜０．５０％である、
ことを特徴とする。
【０００９】
このように、請求項１の発明によれば、摺動力の適正化を図ると共に両シャフトの「ガタ」を効果的に防止することができ、これら摺動力や「ガタ」の管理を容易に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、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。
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１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２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った横断面図である。
【００１３】
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、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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
さらに、インナーシャフト１とアウターシャフト２のセレーション部３，４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。
【００２０】
次に、図３（ａ）は、図１に示したインナーシャフトの縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った横断面図であり、（ｃ）は、インナーシャフトの部分平面図である。
【００２１】
インナーシャフト１の加工工程は、長孔７及び貫通孔５のプレス抜き→セレーション冷間成形である。セレーション成形が後工程であるため、摺動面側（セレーション成形側）へのバリの発生を抑え、良好なセレーション歯面を形成することができる。
【００２２】
また、インナーシャフト１に形成する長孔７の個数は（ａ）２〜４個であり、
長孔７の幅は （ｂ）２〜８ｍｍであり、
長孔７の長さは （ｄ）２０〜３０ｍｍであり、
調整ネジ８を通挿する貫通孔５は （ｃ）φ６〜１０ｍｍであり、
インナーシャフト１の内径は（ｅ）φ１２〜２８ｍｍであり、
セレーション大径は（ｆ）φ１７〜３５ｍｍであり、
モジュールは ０．５〜１．５であり、
インナーシャフト１の材料は炭素鋼材であり、その化学成分は
Ｃ＝０．１０〜０．４０％である。
【００２３】
次に、図４（ａ）は、図１に示したアウターシャフトの縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った横断面図である。
【００２４】
アウターシャフト２の加工工程は、貫通孔６のプレス抜き又はドリル加工→セレーション冷間成形である。セレーション成形が後工程であるため、摺動面側（セレーション成形側）に発生するバリをセレーション冷間成形時に取り除くことができる。
【００２５】
また、アウターシャフト２に形成する貫通孔は（ｈ）φ６〜１０ｍｍであり、
アウターシャフト２の内径は（ｉ）φ１７〜３５ｍｍであり、
モジュールは ０．５〜１．５であり、
アウターシャフト２の材料は炭素鋼材であり、その化学成分は
Ｃ＝０．１０〜０．３５％である。
【００２６】
次に、図５（ａ）は、図１に示したナット部の正面図であり、（ｂ）は、その側面図であり、（ｃ）は、その平面図である。図６（ａ）は、図１に示した板バネ部の正面図であり、（ｂ）は、その側面図である。図７（ａ）は、図１に示した調整ネジの正面図であり、（ｂ）は、その側面図である。
【００２７】
図５に示すように、ナット部９の長さは （ｋ＝ｊ）１０〜２５ｍｍであり、
ナット部９の幅は （ｎ）８〜２５ｍｍであり、
ナット部９の高さは （ｏ）５〜１５ｍｍであり、
ナット部９の押付部９ａは（Ｒｍ）Ｒ１〜Ｒ５ｍｍであり、
ナット部９の材料は炭素鋼材であり、その化学成分は
Ｃ＝０．０８〜０．２８％である。
【００２８】
図６に示すように、板バネ部１０の板厚は（ｑ）０．６〜２．０ｍｍであり、
スパンは （ｒ）１０〜２５ｍｍであり、
湾曲部１０ｂの角度は（ｓ）１００°〜１５０°であり、
幅は （ｔ）８〜２５ｍｍであり、
高さは （ｕ）５〜１５ｍｍであり、
板バネ部１０の材料は炭素鋼材であり、その化学成分は
Ｃ＝０．５０〜０．９０％である。
【００２９】
図７に示すように、調整ネジ８のサイズは Ｍ５〜Ｍ８であり、
ピッチは ０．５〜１．２５ｍｍであり、
戻り止め樹脂コーティング塗布角は（ｐ）６０°〜１２０°であり、
調整ネジ８の材料は炭素鋼材であり、その化学成分は
Ｃ＝０．２０〜０．５０％である。
【００３０】
また、ねじ締付トルクの増加に対してねじ締付回転角を多くとるために、板ばね部１０の寸法は、シャフト拡径力に対応したスパン（ｒ），受部角（ｓ），板厚（ｑ），熱処理にする。
【００３１】
さらに、ナット部９の長さ（ｊ）・（ｋ）及び板ばね部１０のスパン（ｒ）は、インナーシャフト１の長孔７の長さ（ｄ）に対応している。
【００３２】
さらに、板ばね部１０のインナーシャフト押付側のエッジをあらかじめコイル材からの取り出しの際に面取りしておく。または、最後にバレル加工でエッジ部を取り除く。これにより、インナーシャフト押付部のエッジ当たりをなくすことができる。
【００３３】
さらに、ナット長さ（ｋ）と板ばねスパン（ｒ）は、アッシー状態で抜けないように、締め代は、抜け力５０〜３００Ｎが望ましい。
【００３４】
さらに、ナットの幅（ｎ），高さ（ｏ），押付部Ｒ（ｍ）、板ばねの幅（ｔ），高さ（ｕ）は、インナーシャフト１の内径（ｅ）に対応している。
【００３５】
さらに、調整ネジ８のねじ戻り止めとして、戻り止め樹脂コーティングをｐ＝６０°〜１２０°の範囲に塗布する。尚、戻り止め樹脂コーティングは使用状況により塗布しなくてもよい。
【００３６】
以上のように、インナーシャフト１の剛性に対応した拡径部材（Ｅ）、調整ネジ８等を使用することにより、摺動力の適正化を図ると共に両シャフト１，２の「ガタ」を効果的に防止することができ、これら摺動力や「ガタ」の管理を容易に行うことができる。
（第２実施の形態）
次に、図８（ａ）は、第２実施の形態に係るインナーシャフトの縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った横断面図であり、（ｃ）は、インナーシャフトの部分平面図である。
【００３７】
図８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。
【００３８】
インナーシャフト１の加工工程は、内径加工（鍛造成形ｏｒ切削）→長孔７及び貫通５の孔プレス抜き→セレーション冷間成形であり、又は、これに代えて、セレーション冷間成形→内径加工→長孔７及び貫通孔５のプレス抜き→仕上げセレーション冷間成形である。セレーション成形又は仕上げセレーション成形が後工程であるため、摺動面側（セレーション成形側）へのバリの発生を抑え、良好なセレーション歯面を形成することができる。
【００３９】
また、インナーシャフト１に形成する長孔７の個数は（ａ）２〜４個であり、
長孔７の幅は （ｂ）２〜８ｍｍであり、
長孔７の長さは （ｄ）２０〜３０ｍｍであり、
調整ネジ８を通挿する貫通孔５は （ｃ）φ６〜１０ｍｍであり、
インナーシャフト１の内径は（ｅ）φ１２〜２８ｍｍであり、
セレーション大径は（ｆ）φ１７〜３５ｍｍであり、
有底孔１１の深さは （ｇ）２５〜５０ｍｍであり、
モジュールは ０．５〜１．５であり、
インナーシャフト１の材料は炭素鋼材であり、その化学成分は
Ｃ＝０．１０〜０．４０％である。
【００４０】
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】
以上説明したように、本発明によれば、摺動力の適正化を図ると共に両シャフトの「ガタ」を効果的に防止することができ、これら摺動力や「ガタ」の管理を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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２】図１のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。
【図３】（ａ）は、図１に示したインナーシャフトの縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った横断面図であり、（ｃ）は、インナーシャフトの部分平面図である。
【図４】（ａ）は、図１に示したアウターシャフトの縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った横断面図である。
【図５】（ａ）は、図１に示したナット部の正面図であり、（ｂ）は、その側面図であり、（ｃ）は、その平面図である。
【図６】（ａ）は、図１に示した板バネ部の正面図であり、（ｂ）は、その側面図である。
【図７】（ａ）は、図１に示した調整ネジの正面図であり、（ｂ）は、その側面図である。
【図８】（ａ）は、第２実施の形態に係るインナーシャフトの縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った横断面図であり、（ｃ）は、インナーシャフトの部分平面図である。
【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
Ｅ 拡径部材

Claims (2)

1. 円筒状のインナーシャフトに円筒状のアウターシャフトを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ステアリング装置用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円筒中空部に、軸方向に延びる複数の周囲が閉じた長孔を周方向に配置し、
   前記インナーシャフトの円筒中空部内に配置され、前記長孔の軸方向形成範囲内に該長孔の軸方向長さよりも軸方向長さの小さい拡径部材を設け、
   該拡径部材は調整ネジと、該調整ネジが径方向に螺合貫通し、軸方向に延びる一対の側縁を有するナット部と、前記調整ネジの先端が当接する湾曲部と前記ナット部を挟む両側壁とで形成された板バネ部とからなり、前記ナット部と前記板バネ部とは共に前記インナーシャフトの内周面に当接していて前記調整ネジの回転により前記インナーシャフトの拡径方向または縮径方向に移動するよう構成されていて、前記拡径方向の移動の際、前記一対の側縁が前記内周面を押付けるようになっており、
   前記インナーシャフトには前記調整ネジの頭部に対向して前記調整ネジの調整手段が通挿可能な貫通孔が形成してあり、そして
   前記アウターシャフトには前記インナーシャフトの前記貫通孔が対向するとき前記調整ネジの調整手段を通挿可能な貫通孔が形成されており、
   前記インナーシャフトに形成する長孔の個数は （ａ）２〜４個であり、
   長孔の幅は （ｂ）２〜８ｍｍであり、
   長孔の長さは （ｄ）２０〜３０ｍｍであり、
   調整ネジを通挿する貫通孔は （ｃ）φ６〜１０ｍｍであり、
   前記インナーシャフトの内径は （ｅ）φ１２〜２８ｍｍであり、
   セレーション大径は （ｆ）φ１７〜３５ｍｍであり、
   モジュールは ０．５〜１．５であり、
   前記インナーシャフトの材料は炭素鋼材であり、その化学成分は
   Ｃ＝０．１０〜０．４０％であり、
   前記アウターシャフトに形成する貫通孔は （ｈ）φ６〜１０ｍｍであり、
   前記アウターシャフトの内径は （ｉ）φ１７〜３５ｍｍであり、
   モジュールは ０．５〜１．５であり、
   前記アウターシャフトの材料は炭素鋼材であり、その化学成分は
   Ｃ＝０．１０〜０．３５％であり、
   前記ナット部の長さは （ｋ＝ｊ）１０〜２５ｍｍであり、
   前記ナット部の幅は （ｎ）８〜２５ｍｍであり、
   前記ナット部の高さは （ｏ）５〜１５ｍｍであり、
   前記ナット部の押付部は （Ｒｍ）Ｒ１〜Ｒ５ｍｍであり、
   前記ナット部の材料は炭素鋼材であり、その化学成分は
   Ｃ＝０．０８〜０．２８％であり、
   前記板バネ部の板厚は （ｑ）０．６〜２．０ｍｍであり、
   両側壁のスパンは （ｒ）１０〜２５ｍｍであり、
   湾曲部角度は（ｓ）１００°〜１５０°であり、
   幅は （ｔ）８〜２５ｍｍであり、
   高さは （ｕ）５〜１５ｍｍであり、
   前記板バネ部の材料は炭素鋼材であり、その化学成分は
   Ｃ＝０．５０〜０．９０％であり、
   前記調整ネジのサイズは Ｍ５〜Ｍ８であり、
   ピッチは ０．５〜１．２５ｍｍであり、
   戻り止め樹脂コーティング塗布角は （ｐ）６０°〜１２０°であり、
   前記調整ネジの材料は炭素鋼材であり、その化学成分は
   Ｃ＝０．２０〜０．５０％である、
   ことを特徴とするステアリング装置用伸縮自在シャフトの結合構造。
2. 前記長孔は周方向に等間隔に配置され、前記ナット部と前記板バネ部とは共に前記インナーシャフトの内周面に周方向に隣り合う長孔間でそれぞれ当接していることを特徴とする請求項１に記載のステアリング装置用伸縮自在シャフトの結合構造。

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