JP5046010B2 - ステアリングシャフトの結合装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用等の転舵装置を構成するステアリング系に用いられるステアリングシャフトの結合装置に関する。

近年においては、省エネ等の観点から油圧式パワーステアリング装置から電動式パワーステアリング装置を採用する車両が増えている。例えば、コラムタイプの電動式パワーステアリング装置においては、ステアリングコラムにモータや減速器を含むパワーユニットを配置しているが、通常は、ステアリングシャフトはパワーユニットとは別体であるため、パワーユニットにステアリングシャフトを動力伝達可能に接続することが必要となる。

ここで、シャフト同士の連結方法として、セレーション連結が知られている。より具体的には、一方のシャフトに雌セレーションを形成し、他方のシャフトに雄セレーションを形成し、このセレーション同士を係合させることにより、シャフト同士を一体的に回転可能に連結できる。しかしながら、一般的なセレーション連結の場合、雌セレーションと雄セレーションとの間にガタがあるため、単純にセレーション同士を係合させたのみでは、ガタに起因した動力伝達遅れが生じ、運転者に違和感を与える恐れがある。

これに対し、特許文献１に示すステアリング系においては、ステアリングシャフトの端部外周に形成された緩衝用凸部と、入力軸の端部内周に形成された緩衝用凹部との間に、ゴムなどからなる緩衝部材を挿入し、これによりステアリングシャフトと入力軸との間のがたつきを抑制するようになっている。
特開２００７−１５５１１７号公報

しかしながら、特許文献１に示すような緩衝部材をステアリングシャフトと入力軸との間に配置することは手間がかかる。又、比較的大重量の車両に用いた場合や、据え切りなどを頻繁に行うような場合、緩衝部材のヘタリ等が早期に生じる恐れがある。これに対し定期的に干渉部材の交換を行えば、ヘタリの問題を回避できるが、メンテナンスの負担が増大するという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、第１の軸の端部と第２の軸の端部とを容易に連結することができるステアリングシャフトの結合装置を提供することを目的とする。

本発明のステアリングシャフトの結合装置は、外周面上に周方向に周期的な凹凸外形状を形成した第１の軸の端部と第２の軸の端部とを、同軸に連結するステアリングシャフトの結合装置において、
前記凹凸外形状に対応した凹凸内形状を内周面に備え、雄ねじ部と、端部に向かうにつれて縮径するテーパ外面とを外周面に備えた中空の雄部材と、
前記雄ねじ部に対応した雌ねじ部と、前記テーパ外面に対応したテーパ内面とを備えた中空の雌部材とを有し、
前記雄部材には、軸線方向全長にわたってスリットが形成され、前記雄部材の一端側に前記雄ねじ部が形成され、他端側に前記テーパ外面が形成されており、
前記雌部材の一端側に前記雌ねじ部が形成され、他端側に前記テーパ内面が形成されており、
前記雄部材が、前記凹凸外形状に前記凹凸内形状を係合させながら、第１の軸の端部と第２の軸の端部とを内包するように取り付けられた後、前記雄ねじ部に前記雌ねじ部を螺合させるようにして、前記雌部材を前記雄部材に取り付けることにより、前記テーパ外面を前記テーパ内面が軸線直交方向内方に押圧するようになっていることを特徴とする。

本発明によれば、前記雄部材が、前記凹凸外形状に前記凹凸内形状を係合させながら、第１の軸の端部と第２の軸の端部とを内包するように取り付けられた後、前記雄ねじ部に前記雌ねじ部を螺合させるようにして、前記雌部材を前記雄部材に取り付けることにより、前記テーパ外面を前記テーパ内面が軸線直交方向内方に押圧するようになっているので、組付けが容易であるにも関わらず、前記第１の軸と前記第２の軸との間のガタを効果的に排除できる。尚、凹凸外形状は雄セレーションであって良く、凹凸内形状は雌セレーションであって良いが、単純な凹凸でも良い。

前記雄部材は軸線方向に切欠又はスリットを形成していると、前記第１の軸及び前記第２の軸に密着しやすくなるので好ましい。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態であるコラムタイプの電動式パワーステアリング装置１００の断面図である。図１において、不図示の車体に固定されるハウジング１０１は、アルミ又はアルミ合金、マグネシウム又はマグネシウム合金から形成されている中空のハウジング本体１０１Ａと、ハウジング本体１０１Ａに取り付けられる蓋部材１０１Ｂ及びチューブ状のアウタコラム１０１Ｃとからなる。ハウジング本体１０１Ａには、モータ１０２が取り付けられている。アウタコラム１０１Ｃには、入れ子式にインナコラム１０３が摺動可能に挿通されている。

インナコラム１０３内には、図１で右端にステアリングホイール（不図示）を取り付けられる中空のアッパシャフト１０４が挿通され、軸受１０３によりインナコラム１０３に対して回転自在に支持されている。

アッパシャフト１０４の図１で左端内周には、雌セレーション部１０４ａが形成されている。一方、ロワシャフト１０５の図１で右端外周には、第１雄セレーション部１０５ａが形成されている。雌セレーション部１０４ａに第１雄セレーション部１０５ａを係合させることにより、アッパシャフト１０４に対してロワシャフト１０５が同軸に連結されている。

ロワシャフト１０５の図１で左端外周には、第２雄セレーション部１０５ｂが形成されている。ロワシャフト１０５の図１で左端に、自身の右端を対向させるようにして、入力軸１１２が配置されている。入力軸１１２の図１で右端外周には、雄セレーション部１１２ａが形成されている。

図１において、ハウジング本体１０１Ａ内に、入力軸１１２および出力軸１１３が同軸に配置されている。本実施の形態では、入力軸１１２は、直接軸受によって支持されていないが、ハウジング本体１０１Ａに対して軸受により支持されていても良い。中空の出力軸１１３の周囲には、環状のウォームホイール１１８の芯金１１８ａの一端が嵌合しており、更に芯金１１８ａの周囲に嵌合配置された深溝玉軸受１１４により、出力軸１１３及びウォームホイール１１８の一端はハウジング本体１０１Ａに対して回転自在に支持されている。尚、芯金１１８ａの他端は、その内側まで延在したハウジング本体１０１Ａに対して、深溝玉軸受１１５により回転自在に支持されている。

図１で右端を入力軸１１２にピン結合され、左端を出力軸１１３に圧入嵌合させることで連結したトーションバー１１６が、入力軸１１２内を延在している。入力軸１１２の外周に対向する位置に、受けたトルクに比例してトーションバー１１６がねじれることに基づき、操舵トルクを検出する検出装置すなわちトルクセンサ１１７が設けられている。このトルクセンサ１１７は、ロータリー式非接触トルクセンサであって、トーションバー１１６のねじれに基づく入力軸１１２と出力軸１１３との相対角度変位を、所定の磁気回路におけるインピーダンスの変化としてコイルにより検出し、電気信号として、ハウジング１０１に組み付けられたＥＣＵ（不図示）へ出力するものである。

ハウジング本体１０１Ａ内に配置されたウォームホイール１１８は、出力軸１１３に一体的に回転するように取り付けられた芯金１１８ａと、その外周にインサート成形されてなる樹脂の歯部１１８ｂとからなる。ウォームホイール１１８の歯部１１８ｂは、ハウジング１０１に取り付けられたモータ１０２の回転軸に一体的に形成されたウォーム（不図示）と噛合している。ウォームホイール１１８とウォームとで減速ギヤ機構を構成する。

図２は、図１の構成における矢印IIで示す部位を拡大して示す図である。図３（ａ）は雄部材１２０の側面図であり、図３（ｂ）は雄部材１２０の正面図である。図４（ａ）は雌部材１２１の軸線方向断面図であり、図４（ｂ）は雌部材１２１の正面図である。雄部材１２０と雌部材１２１とで結合装置を構成する。

図３に示すように、中空の雄部材１２０は、ロワシャフト（第１の軸）１０５の第２雄セレーション部１０５ｂ及び入力軸（第２の軸）１１２の雄セレーション部１１２ａに対応した雌セレーション部１２０ａを内周に形成している。又、雄部材１２０は、図３（ａ）で左方の外周面に雄ねじ部１２０ｂを形成し、右方の外周面には、端部に向かうにつれて縮径するテーパ外面１２０ｃを形成している。尚、雄ねじ部１２０ｂと、テーパ外面１２０ｃとは、周溝１２０ｄにより仕切られている。更に雄部材１２０は、軸線方向全長にわたってスリット１２０ｅを形成している。

図４に示すように、中空の雌部材１２１は、図４（ａ）で左方の内周面に雌ねじ部１２１ａを形成し、右方の内周面には、端部に向かうにつれて縮径するテーパ内面１２１ｂを形成している。尚、雌ねじ部１２１ａと、テーパ内面１２１ｂとは、周溝１２１ｃにより仕切られている。又、雌部材１２１の外周は、全体的に円筒面状であるが、周方向に隣接する面同士が直交する平面１２１ｄが４つ形成されている。平面１２１ｄは、雌部材１２１を雄部材１２０に螺合させる際に、不図示の工具を係合させる部位となる。雌部材１２１は六角柱状でも良く、即ち外周面が非点対称形状であれば足りる。

組み付け時には、図１において、ハウジング本体１０１Ａにアウタコラム１０１Ｃを取り付ける前の状態において、ハウジング本体１０１Ａから露出した入力軸１１２の端部に、ロワシャフト１０５の端部を対向させ、ロワシャフト１０５側から挿通した雄部材１２０の雌セレーション部１２０ａを、ロワシャフト１０５の第２雄セレーション部１０５ｂ及び入力軸１１２の雄セレーション部１１２ａに係合させる。

次いで、ロワシャフト１０５側から挿通した雌部材１２１を、雄部材１２０に被せるようにし、不図示の工具を用いて、その雌ねじ部１２１ａを雄ねじ部１２０ｂに螺合させる。これによりテーパ内面１２１ｂがテーパ外面１２０ｃに接近し、最終的にテーパ内面１２１ｂがテーパ外面１２０ｃを半径方向内方に押圧するので、テーパ外面１２０ｃは縮径するようになる。このとき、スリット１２０ｅは、雄部材１２０の縮径を容易にするように作用する。これにより、雄部材１２０の雌セレーション部１２０ａと、ロワシャフト１０５の第２雄セレーション部１０５ｂ及び入力軸１１２の雄セレーション部１１２ａとが近接することで、両者間のガタが排除され、且つロワシャフト１０５と入力軸１１２とは、雄部材１２０を介して一体的に回転するように連結されることとなる。その後、ロワシャフト１０５にアウタコラム１０１Ｃを被せるようにして、ハウジング本体１０１Ａに取り付ける。尚、雌ねじ部１２１ａと雄ねじ部１２０ｂの少なくとも一方に、緩み止め用の充填剤等を塗布しても良い。

次に、本実施の形態の動作について説明する。車両が直進状態にあり、不図示のステアリングホイールから入力軸１１２に操舵力が入力されていないとすると、トルクセンサ１１７は出力信号を発生せず、従ってモータ１０２は補助操舵力を発生しない。

これに対し、車両がカーブを曲がろうとするときに運転者がステアリングホイール（不図示）を操作すると、アッパシャフト１０４を介して回転力が入力軸１１２に伝達されるので、かかる回転力に応じてトーションバー１１６がねじれ、入力軸１１２と出力軸１１３との間で相対回動が発生する。トルクセンサ１１７は、この相対回動の方向および量に応じてトルク信号を出力する。このトルク信号と、不図示のセンサからの車速信号とから予め設定された制御マップ等に基づいて、ＥＣＵは、所定の三相モータ電流をモータ１０２に供給するので、モータ１０２は所望の補助操舵力を発生する。かかるモータ１０２の発生したトルクは、減速ギヤ機構（１１８）により減速されて出力軸１１３に伝達され、不図示のピニオンシャフトに噛合するラック軸の移動を支援する。それによりタイロッドを介して操舵機構が動作し、不図示の車輪を操舵できるようになっている。

図５は、本実施の変形例にかかる雄部材１２０’を示す側面図である。本変形例においては、図３の雄部材１２０を２つ対向するように配置し、且つ中間円筒１２０ｆを介して一体的に連結した形状を有する。従って、図５の雄部材１２０’に対しては、図４に示す雌部材１２１を２つ両側から係合させる必要がある。それ以外の構成については、上述した実施の形態と同様であるため、同じ符号を付して説明を省略する。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、雄部材に、スリットを設ける代わりに細い切欠を、その端部からテーパ外面側に設けても良い。かかる場合、切欠は１本でなく複数本形成することができる。又、雄部材や雌部材等のセレーションの高さを変えることで、がたつきをより効果的に排除できる。

本実施の形態であるコラムタイプの電動式パワーステアリング装置１００の断面図である。 図１の構成における矢印IIで示す部位を拡大して示す図である。 図３（ａ）は雄部材１２０の側面図であり、図３（ｂ）は雄部材１２０の正面図である。 図４（ａ）は雌部材１２１の軸線方向断面図であり、図４（ｂ）は雌部材１２１の正面図である。 本実施の変形例にかかる雄部材１２０’を示す側面図である。

符号の説明

１００ 電動式パワーステアリング装置
１０１ ハウジング
１０１Ａ ハウジング本体
１０１Ｂ 蓋部材
１０１Ｃ アウタコラム
１０２ モータ
１０３ インナコラム
１０３ 軸受
１０４ アッパシャフト
１０４ａ 雌セレーション部
１０５ ロワシャフト
１０５ａ 第１雄セレーション部
１０５ｂ 第２雄セレーション部
１１２ 入力軸
１１２ａ 雄セレーション部
１１３ 出力軸
１１４ 深溝玉軸受
１１５ 深溝玉軸受
１１６ トーションバー
１１７ トルクセンサ
１１８ ウォームホイール
１１８ａ 芯金
１１８ｂ 歯部
１２０、１２０’ 雄部材
１２０ａ 雌セレーション部
１２０ｂ 雄ねじ部
１２０ｃ テーパ外面
１２０ｄ 周溝
１２０ｅ スリット
１２０ｆ 中間円筒
１２１ 雌部材
１２１ａ 雌ねじ部
１２１ｂ テーパ内面
１２１ｃ 周溝
１２１ｄ 平面

Claims (1)

1. 外周面上に周方向に周期的な凹凸外形状を形成した第１の軸の端部と第２の軸の端部とを、同軸に連結するステアリングシャフトの結合装置において、
   前記凹凸外形状に対応した凹凸内形状を内周面に備え、雄ねじ部と、端部に向かうにつれて縮径するテーパ外面とを外周面に備えた中空の雄部材と、
   前記雄ねじ部に対応した雌ねじ部と、前記テーパ外面に対応したテーパ内面とを備えた中空の雌部材とを有し、
   前記雄部材には、軸線方向全長にわたってスリットが形成され、前記雄部材の一端側に前記雄ねじ部が形成され、他端側に前記テーパ外面が形成されており、
   前記雌部材の一端側に前記雌ねじ部が形成され、他端側に前記テーパ内面が形成されており、
   前記雄部材が、前記凹凸外形状に前記凹凸内形状を係合させながら、第１の軸の端部と第２の軸の端部とを内包するように取り付けられた後、前記雄ねじ部に前記雌ねじ部を螺合させるようにして、前記雌部材を前記雄部材に取り付けることにより、前記テーパ外面を前記テーパ内面が軸線直交方向内方に押圧するようになっていることを特徴とするステアリングシャフトの結合装置。

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