JP5641333B2

JP5641333B2 - 伸縮可能シャフトおよび車両用操舵装置

Info

Publication number: JP5641333B2
Application number: JP2011013397A
Authority: JP
Inventors: 和典岡本
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2031-01-25
Also published as: JP2012153240A

Description

本発明は伸縮可能シャフトおよび車両用操舵装置に関する。

いわゆるコラム型の電動パワーステアリング装置では、操舵力を伝達するステアリングシャフトを、ステアリングホイールに連結されるアッパーシャフトと、アッパーシャフトにセレーション嵌合されたロアーシャフトと、ロアーシャフトと一体回転可能に連結された入力シャフトと、入力シャフトにトーションバーを介してトルク伝達可能に連結され被動ギヤとしてのウォームホイールと一体回転する出力シャフトと、出力シャフトに自在継手を介して連結された伸縮可能なインターミディエイトシャフトと、インターミディエイトシャフトに自在継手を介して連結されたピニオンシャフトとで構成している。

また、セレーション嵌合されたアッパーシャフトとロアーシャフトとが、車両の衝突のときに収縮することにより、衝撃吸収ストロークが確保されるようになっている。
しかしながら、アッパーシャフトおよびロアーシャフトのセレーション間のクリアランスによって、両シャフト間に遊びによるガタを生じる。このため、異音を発生して、乗員に不快感を与えるおそれがある。

そこで、鞍形のガタ防止部材を内軸の軸細部に装着して、内軸と筒状の外軸とを嵌合させる技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

実開平７−４０３６０号公報

しかしながら、上記ガタ防止部材は、内軸を径方向の一方向に付勢するのみであるので、軸直角方向からの負荷を受けたときに、内軸および外軸の一方が他方に対して傾斜する、いわゆるこじりを生じ易い。このため、こじりに起因する異音を発生していた。
本発明の目的は、こじり方向のガタを抑制することができ静粛な伸縮可能シャフトおよび車両用操舵装置を提供することである。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、軸方向（Ｘ１）に摺動可能にセレーション嵌合された内軸（１４）および筒状の外軸（１３）と、上記内軸の外周（１４ａ）および上記外軸の内周（１３ａ）の間に介在した第１および第２のガタ取り部材（４１，４２；４１０，４２０）と、を備え、上記内軸の外周は、雄セレーション（４４）と、上記雄セレーションにおいて周方向（Ｃ１）の一部に形成され軸方向に延びる軸方向欠歯領域（４５）と、上記軸方向欠歯領域の第１および第２の端部（４５ａ，４５ｂ）からそれぞれ周方向に延びる第１および第２の周方向欠歯領域（４６，４７）と、を含み、第１のガタ取り部材は、上記第１の周方向欠歯領域に沿って延びる第１の周方向片（４８）と、上記第１の周方向片の途中部（４８ａ）から上記軸方向欠歯領域に沿って延びる第１の軸方向片（４９）と、を含み、第２のガタ取り部材は、上記第２の周方向欠歯領域に沿って延びる第２の周方向片（５０）と、上記第２の周方向片の途中部（５０ａ）から上記軸方向欠歯領域に沿って延びる第２の軸方向片（５１）と、を含み、上記第１の周方向片は、径方向外方（Ｒ１）に突出する第１の付勢突起（５２）を有し、上記第２の周方向片は、径方向外方に突出する第２の付勢突起（５３）を有し、上記第１の付勢突起および上記第２の付勢突起は、互いに交差する付勢方向（Ｚ１，Ｚ２）に外軸を付勢している伸縮可能シャフトを提供する。

また、請求項２のように、上記第１および第２のガタ取り部材は、共通の部材を上記軸方向に逆向きに配置して構成されている場合がある。
また、請求項３のように、上記第１の軸方向片と上記第２の軸方向片とが単一の部材（４９０）で一体に形成されることで、上記第１および第２のガタ取り部材が一体のガタ取りユニット（Ｕ１）に構成されている場合がある。

また、請求項４の発明は、上記に記載の伸縮可能シャフトを用いて操舵力を伝達する車両用操舵装置（１００）を提供する。

請求項１の発明によれば、第１および第２の軸方向片が軸方向欠歯領域に係合することで、内軸に対して第１および第２のガタ取り部材の回転が規制されている。また、軸方向に離隔する第１および第２の周方向片に、それぞれ、第１および第２の付勢突起を設け、両付勢突起の付勢方向が互いに交差するようにしたので、内軸および外軸のこじり（一方の軸に対する他方の軸の倒れ）の発生を確実に防止することができる。その結果、こじりに起因する異音の発生を防止して静粛化を達成することができる。

また、請求項２のように、第１および第２のガタ取り部材は、共通の部材を上記軸方向に逆向きに配置して構成されている場合には、部品の共通化を通じて、製造コストを安くすることができる。
また、請求項３のように、第１および第２の軸方向片が単一の材料で一体に形成されることで、上記第１および第２のガタ取り部材が一体に構成されている場合には、部品点数、組立工数の削減を通じて製造コストを安くすることができる。

また、請求項４の発明では、静粛な車両用操舵装置を実現することができる。

本発明の一実施の形態の伸縮可能シャフトが適用された車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。伸縮可能シャフトとしての第１コラムシャフトの分解側面図である。第１および第２のガタ取り部材が装着された内軸としてのロアーシャフトの平面図である。（ａ）は第１のガタ取り部材の平面図であり、（ｂ）は第１のガタ取り部材の側面図である。軸方向から見たときの第１および第２の付勢突起の付勢方向を示す模式図である。本発明の別の実施の形態に係るガタ取りユニットの概略平面図である。

本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の伸縮可能シャフトがステアリングシャフト２の一部である第１コラムシャフト１１に適用された車両用操舵装置１００の概略構成図である。図１を参照して、車両用操舵装置１００は、ステアリングホイール等の操舵部材１の操舵力を伝達するステアリングシャフト２を備えている。ステアリングシャフト２は、操舵部材１に連結されたコラムシャフト３と、コラムシャフト３に第１の自在継手４を介して連結されたインターミディエイトシャフト５と、インターミディエイトシャフト５に第２の自在継手６を介して連結されたピニオンシャフト７とを備えている。

また、車両用操舵装置１００は、ピニオンシャフト７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック８ａを有する転舵軸としてのラックシャフト８とを備えている。ピニオンシャフト７およびラックシャフト８を含むラックアンドピニオン機構によって、転舵機構Ａ１が構成されている。ラックシャフト８は、車体側部材９に固定されたハウジング１０によって、車両の左右方向に沿う軸方向（紙面とは直交する方向）に移動可能に、支持されている。ラックシャフト８の各端部は、図示していないが、対応するタイロッドおよび対応するナックルアームを介して対応する転舵輪に連結されている。

コラムシャフト３は、伸縮可能シャフトとしての第１コラムシャフト１１と、第１コラムシャフト１１と同軸上に連結れさた第２コラムシャフト１２とを備えている。第１コラムシャフト１１は、セレーション嵌合を用いて同伴回転可能に且つ軸方向に相対摺動可能に嵌合されたアッパーシャフト１３およびロアーシャフト１４を有している。本実施の形態では、アッパーシャフト１３が筒状の外軸であり、ロアーシャフト１４が内軸である場合に則して説明するが、アッパーシャフト１３およびロアーシャフト１４の何れか一方が内軸を構成し、他方が筒状の外軸（中空軸）を構成していればよい。

また、第２コラムシャフト１２は、ロアーシャフト１４と同伴回転可能に連結された入力シャフト１５と、第１の自在継手４を介してインターミディエイトシャフト５の第１の端部５ａにトルク伝達可能に連結された出力シャフト１６と、入力シャフト１５および出力シャフト１６を相対回転可能に連結するトーションバー１７とを有している。一方、インターミディエイトシャフト５の第２の端部５ｂは、第２の自在継手６を介してピニオンシャフト７にトルク伝達可能に連結されている。

コラムシャフト３は、車体側部材１８，１９に固定されたステアリングコラム２０によって、図示しない軸受を介して回転可能に支持されている。
ステアリングコラム２０は、軸方向に相対移動可能に嵌め合わされた筒状のアッパージャケット２１および筒状のロアージャケット２２と、ロアージャケット２２の軸方向下端に連結されたハウジング２３とを備えている。ハウジング２３内には、操舵補助用の電動モータ２４の動力を減速して出力軸１６に伝達する減速機構２５が収容されている。

減速機構２５は、電動モータ２４の回転軸（図示せず）と同行回転可能に連結された駆動ギヤ２６と、駆動ギヤ２６に噛み合い出力シャフト１６と同伴回転する被動ギヤ２７とを有している。駆動ギヤ２６は例えばウォーム軸からなり、被動ギヤ２７は例えばウォームホイールからなる。
ステアリングコラム２０には、車両後方側のアッパーブラケット２８および車両前方側のロアーブラケット２９を介して車体側部材１８，１９に固定されている。アッパーブラケット２８は、後述するコラムブラケットを介してステアリングコラム２０のアッパージャケット２１に固定可能とされている。アッパーブラケット２８は、車体側部材１８から下方に突出する固定ボルト（スタッドボルト）３０と、当該固定ボルト３０に螺合するナット３１と、アッパーブラケット２８に離脱可能に保持されたカプセル３２とを用いて、車体側部材１８に固定されている。

ロアーブラケット２９は、ステアリングコラム２０のハウジング２３に固定されている。また、ロアーブラケット２９は、車体側部材１９から突出する固定ボルト（スタッドボルト）３３と当該固定ボルト３３に螺合するナット３４とを用いて、車体側部材１９に固定されている。
インターミディエイトシャフト５は、例えば外軸からなるアッパーシャフト３６と、例えば内軸からなり、アッパーシャフト３６と軸方向に相対摺動可能に且つ同伴回転可能にセレーション嵌合された筒状のロアーシャフト３５とを備えている。

図２は伸縮可能シャフトとしての第１コラムシャフト１１の分解側面図である。図２に示すように、第１コラムシャフト１１は、筒状の外軸としてのアッパーシャフト１３と、アッパーシャフト１３に軸方向Ｘ１に摺動可能に嵌合される内軸としてのロアーシャフト１４と、外軸としてのアッパーシャフト１３の内周１３ａおよび内軸としてのロアーシャフト１４の外周１４ａの間に介在した第１のガタ取り部材４１および第２のガタ取り部材４２とを備えている。

外軸としてのアッパーシャフト１３の内周１３ａは、雌セレーション４３を有している。内軸としてのロアーシャフト１４の外周１４ａは、上記雌セレーション４３に噛み合う雄セレーション４４を有している。その雄セレーション４４において、周方向Ｃ１の一部に形成され軸方向Ｘ１に延びる軸方向欠歯領域４５と、軸方向欠歯領域４５の第１の端部４５ａから周方向Ｃ１に延びる第１の周方向欠歯領域４６と、軸方向欠歯領域４５の第２の端部４５ｂから周方向Ｃ１に延びる第２の周方向欠歯領域４７とが形成されている。

各周方向欠歯領域４６，４７は、全周に延びる環状溝であってもよいし、また、周方向の一部に形成されるものであってもよい。
図２、図３並びに図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１のガタ取り部材４１は、第１の周方向欠歯領域４６に沿って延びる第１の周方向片４８と、第１の周方向片４８の途中部（連結部４８ａ）から軸方向欠歯領域４５に沿って延びる第１の軸方向片４９とを有している。図３に示すように、第１の周方向片４８は、第１の周方向欠歯領域４６に係合することにより、ロアーシャフト１４に対する第１のガタ取り部材４１の軸方向Ｘ１への移動を規制している。また、第１の軸方向片４９は、軸方向欠歯領域４５に係合することにより、ロアーシャフト１４に対する第１のガタ取り部材４１の周方向Ｃ１への移動を規制している。

図２および図３を参照して、第２のガタ取り部材４２は、第２の周方向欠歯領域４７に沿って延びる第２の周方向片５０と、第２の周方向片５０の途中部（連結部５０ａ）から軸方向欠歯領域４５に沿って延びる第２の軸方向片５１とを有している。第２の周方向片５０は、第２の周方向欠歯領域４７に係合することにより、ロアーシャフト１４に対する第２のガタ取り部材４２の軸方向Ｘ１への移動を規制している。また、第２の軸方向片５１は、軸方向欠歯領域４５に係合することにより、ロアーシャフト１４に対する第２のガタ取り部材４２の周方向Ｃ１への移動を規制している。

また、図２、図３並びに図４（ａ）および（ｂ）を参照して、第１のガタ取り部材４１の第１の周方向片４８は、径方向外方Ｒ１に突出する第１の付勢突起５２を有している。第１の付勢突起５２は、第１の周方向片４８と第１の軸方向片４９の連結部４８ａから、周方向Ｃ１に離隔した位置に配置されている。
図２および図３を参照して、第２のガタ取り部材４２の第２の周方向片５０は、径方向外方に突出する第２の付勢突起５３を有している。第２の付勢突起５３は、第２の周方向片５０と第２の軸方向片５１の連結部５０ａから、周方向Ｃ１に離隔した位置に配置されている。

第１のガタ取り部材４１および第２のガタ取り部材４２としては、共通のものを互いに逆向きに配置して用いられている。したがって、図４（ｂ）に示すように、例えば、第１の付勢突起５２が、連結部４８ａから周方向Ｃ１の一方向に角度θ（例えば４５°）で離隔し、第２の付勢突起５３が、周方向Ｃ１の他方向に角度θ（例えば４５°）で離隔する場合に、図５に示すように、第１の付勢方向Ｚ１と第２の付勢方向Ｚ２とが、角度２・θ（例えば９０°）をなして交差する（例えば直交する）ことになる。

すなわち、内軸としてのロアーシャフト１４に保持された第１および第２のガタ取り部材４１，４２が、外軸としてのアッパーシャフト１３を互いに交差する２方向である第１および第２の付勢方向Ｚ１，Ｚ２に付勢することになる。
本実施の形態によれば、第１および第２の軸方向片４９，５１が軸方向欠歯領域４５に係合することで、内軸としてのロアーシャフト１４に対して第１および第２のガタ取り部材４１，４２の回転が規制されている。また、軸方向Ｘ１に離隔する第１および第２の周方向片４８，５０に、それぞれ、第１および第２の付勢突起５２，５３を設け、両付勢突起５２，５３の付勢方向Ｚ１，Ｚ２が互いに交差するようにしたので、アッパーシャフト１３およびロアーシャフト１４のこじり（一方のシャフトに対する他方のシャフトの倒れ）の発生を確実に防止することができる。その結果、こじりに起因する異音の発生を防止して静粛化を達成することができる。

また、第１および第２のガタ取り部材４１，４２が、共通の部材を逆向きに配置して構成されているので、部品の共通化を通じて、製造コストを安くすることができる。
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図３の第１および第２の軸方向片４９，５１を図６に示すような単一の部材からなる軸方向片４９０で形成することで、第１および第２のガタ取り部材４１０，４２０を一体のガタ取りユニットＵ１に形成するようにしてもよい。その場合、部品点数、組立工数の削減を通じて製造コストを安くすることができる。

また、本発明の伸縮可能シャフトをインターミディエイトシャフト５に適用するようにしてもよい。その他、本発明の請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…操舵部材、２…ステアリングシャフト、３…コラムシャフト、５…インターミディエイトシャフト、１１…第１コラムシャフト（伸縮可能シャフト）、１３…アッパーシャフト（外軸）、１４…ロアーシャフト（内軸）、４１…第１のガタ取り部材、４２…第２のガタ取り部材、４３…雌セレーション、４４…雄セレーション、４５…軸方向欠歯領域、４５ａ…第１の端部、４５ｂ…第２の端部、４６…第１の周方向欠歯領域、４７…第２の周方向欠歯領域、４８…第１の周方向片、４９…第１の軸方向片、５０…第２の周方向片、５１…第２の軸方向片、５２…第１の付勢突起、５３…第２の付勢突起、１００…車両用操舵装置、４１０…ガタ取り部材、４２０…ガタ取り部材、４９０…軸方向片（単一の部材）、Ｕ１…ガタ取りユニット、Ｃ１…周方向、Ｘ１…軸方向、Ｒ１…径方向外方、Ｚ１…第１の付勢方向、Ｚ２…第２の付勢方向

Claims

軸方向に摺動可能にセレーション嵌合された内軸および筒状の外軸と、
上記内軸の外周および上記外軸の内周の間に介在した第１および第２のガタ取り部材と、を備え、
上記内軸の外周は、雄セレーションと、上記雄セレーションにおいて周方向の一部に形成され軸方向に延びる軸方向欠歯領域と、上記軸方向欠歯領域の第１および第２の端部からそれぞれ周方向に延びる第１および第２の周方向欠歯領域と、を含み、
第１のガタ取り部材は、上記第１の周方向欠歯領域に沿って延びる第１の周方向片と、上記第１の周方向片の途中部から上記軸方向欠歯領域に沿って延びる第１の軸方向片と、を含み、
第２のガタ取り部材は、上記第２の周方向欠歯領域に沿って延びる第２の周方向片と、上記第２の周方向片の途中部から上記軸方向欠歯領域に沿って延びる第２の軸方向片と、を含み、
上記第１の周方向片は、径方向外方に突出する第１の付勢突起を有し、
上記第２の周方向片は、径方向外方に突出する第２の付勢突起を有し、
上記第１の付勢突起および上記第２の付勢突起は、互いに交差する付勢方向に外軸を付勢している伸縮可能シャフト。
請求項１において、上記第１および第２のガタ取り部材は、共通の部材を上記軸方向に逆向きに配置して構成されている伸縮可能シャフト。
請求項１において、上記第１の軸方向片と上記第２の軸方向片とが単一の材料で一体に形成されることで、上記第１および第２のガタ取り部材が一体のガタ取りユニットに構成されている伸縮可能シャフト。
請求項１から３の何れか１項に記載の伸縮可能シャフトを用いて操舵力を伝達する車両用操舵装置。