JP6011858B2 - 伸縮シャフトおよびステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は伸縮シャフトおよびステアリング装置に関する。

特許文献１では、ステアリング装置に適用される伸縮機構において、スプライン嵌合されたインナーシャフトとアウターシャフトとの間のガタを抑制するべく、両シャフトの間に弾性部材を介在させている。その弾性部材は、インナーシャフトの中心軸に対して、径方向の対称位置で係止する一対の係止部と、これら係止部と一体形成された一対の胴部とを備えており、弾性部材は、インナーシャフトの中心軸に対して径方向の対称位置で、アウターシャフトに押圧接触している。

特許文献２では、スプライン装置の伸縮機構において、インナーシャフトを軸方向に２分割してなる第１スプライン部および第２スプライン部を設け、両スプライン部間をトーションバーを介して連結している。トーションバーに対してねじり力を付与して、両スプライン部の雄スプラインが相互に位相差を有する状態で、両スプライン部の雄スプラインを、アウターシャフト内の雌スプラインと係合させている。

特開２０１２−１０２８２０号公報 特開２０１２−１１２４２２号公報

特許文献１では、弾性部材が付勢する径方向（第１径方向）に対して交差する径方向（第２径方向）に関しては、両シャフトのスプライン間に隙間が生じているため、第２径方向に関して、両シャフトにガタを生ずる。また、弾性部材を用いるので、部品点数の増大および組立工数の増大を招いて、製造コストが高くなる。
特許文献２では、軸方向に分割された両スプライン部を連結するトーションバーを用いるため、部品点数の増大および組立工数の増大を招いて、製造コストが高くなる。

そこで、本発明の目的は、安価で静粛な伸縮シャフトおよびステアリング装置を提供することである。

前記目的を達成するため、請求項１の発明は、嵌合孔（１３ａ）を有する第１シャフト（１３；１３Ｘ）と、前記第１シャフトの嵌合孔にスプライン嵌合された第２シャフト（１４；１４Ｘ）と、を備え、前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの何れか一方は、軸方向（Ｘ１）に離隔して配置され互いの間に位相差が設けられた一対のスプライン部（４１，４２；５１，５２）と、前記一対のスプライン部間に配置され捩じり変形させられた塑性変形部（４３；５３）と、を含む伸縮シャフト（１１；１１Ｘ）を提供する。

なお、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素等を表すが、このことは、むろん、本発明がそれらの実施形態に限定されるべきことを意味するものではない。以下、この項において同じ。
また、請求項２のように、前記塑性変形部は、前記一対のスプライン部間に周溝（４４；５４１，５４２）を形成する周溝形成部（４５；５５）に設けられていてもよい。

また、請求項３のように、前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの嵌合長（Ｌ１）の中央位置（Ｐ１）は、前記周溝形成部に配置されていてもよい。
また、請求項４のように、前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの嵌合長が最小となる当該伸縮シャフトの伸長状態で、前記一対のスプライン部が、スプライン嵌合に寄与していてもよい。

また、請求項５の発明は、操舵部材（１）の操舵力を伝達する操舵伝達軸（１１；１１Ｘ）として、請求項１から４の何れか１項に記載の伸縮シャフトを含むステアリング装置（１００）を提供する。

請求項１の発明によれば、第１シャフトおよび第２シャフトの何れか一方が、ねじりによる塑性変形部の軸方向の両側に、互いに位相差を有する一対のスプライン部を設け、これら一対のスプライン部が、第１シャフトおよび第２シャフトの他方にスプライン嵌合するので、両シャフト間の回転方向のガタを抑制して異音の発生を抑制することができる。シャフト自体にねじりによる塑性変形部を設けることで、一対のスプライン部間に位相差を設けるので、特許文献１のようなトーションバー等の別部品が不要である。したがって、部品点数および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２の発明によれば、塑性変形部が周溝形成部に設けられるので、容易にねじり変形による塑性変形部を設けることができて、製造し易い。
また、請求項３の発明によれば、両シャフトの嵌合長の中央位置が周溝形成部に配置されているので、使用時に当該伸縮シャフトが伸縮しても、両スプライン部を嵌合に寄与させ易くなり、ガタを抑制し易くすることができる。

また、請求項４の発明によれば、使用状態では、当該伸縮シャフトの伸縮に拘らず、両スプライン部をスプライン嵌合に寄与させることができるので、確実にガタを抑制することができる。
また、請求項５の発明によれば、安価で静粛なステアリング装置を実現することができる。

本発明の伸縮シャフトが第１コラムシャフトに適用されたステアリング装置の概略構成の模式図である。 伸縮シャフトとしての第１コラムシャフトの概略断面図である。 第１コラムシャフトの概略分解斜視図である。 図２のIV−IV線に沿う断面図である。 図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 図２の第１コラムシャフトの最伸長状態の概略断面図である。 本発明の別の実施形態の伸縮シャフトとしての第１コラムシャフトの要部の概略分解断面図である。

本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施形態の伸縮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に適用されたステアリング装置１００の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、ステアリング装置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、ステアリング装置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、操舵伝達軸を提供する伸縮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、スプライン嵌合を用いて同伴回転可能に且つ衝撃吸収時にのみに軸方向Ｘ１に相対摺動可能に嵌合された、筒状のアウターシャフトであって例えばアッパーシャフトである第１シャフト１３と、例えばロアーシャフトである第２シャフト１４とを有している。

本実施形態では、第１シャフト１３がアッパーシャフトであり、第２シャフト１４がロアーシャフトである場合に則して説明するが、第１シャフトがロアーシャフトであり、第２シャフトがアッパーシャフトであってもよい。
また、第２コラムシャフト１２は、第２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Ｘ１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シャフト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は、車両後方側のアッパー固定ブラケット２８および車両前方側のロアー固定ブラケット２９を介して、車体側部材１８，１９に固定されている。

ステアリングコラム２０のハウジング２３に固定されたロアーコラムブラケット３０が、車体側部材１９に固定されたロアー固定ブラケット２９に、チルト中心軸３１を介して回動可能に支持されている。これにより、ステアリングコラム２０およびステアリングシャフトは、チルト中心軸３１を支点として回動可能（チルト可能）となっている。これにより操舵部材１の位置を調整できるようになっている（いわゆるチルト調整）。

アッパー固定ブラケット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）３２と、当該固定ボルト３２に螺合するナット３３と、アッパー固定ブラケット２８に離脱可能に保持されたカプセル３４とを用いて、車体側部材１８に固定されている。
ステアリングコラム２０のアッパージャケット２１には、図示しないディスタンスブラケットが固定されている。そのディスタンスブラケットとアッパーの固定ブラケット２８とが、図示しないロック機構を介してロックされることにより、ステアリングコラム２０の位置が車体に対して固定されて、操舵部材１の位置が固定されるようになっている。

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３５と、例えば内軸からなり、アッパーシャフト３５と軸方向に相対摺動可能に且つ同伴回転可能にスプライン嵌合された筒状のロアーシャフト３６とを備えている。
図２は伸縮シャフトとしての第１コラムシャフト１１の概略断面図である。図３は第１コラムシャフト１１の分解斜視図である。図２および図３に示すように、第１コラムシャフト１１は、嵌合孔１３ａを有するアウターシャフトであるアッパー側の第１シャフトシャフト１３と、第１シャフト１３の嵌合孔１３ａに軸方向Ｘ１に摺動可能にスプライン嵌合されたインナーシャフトであるロアー側の第２シャフト１４とを備えている。

図２に示すように、第１シャフト１３の嵌合孔１３ａの内周１３ｂには、雌スプライン部４０が形成されている。図２および図３に示すように、第２シャフト１４の外周１４ａには、軸方向Ｘ１に離隔して配置され互いの間に位相差が設けられた第１スプライン部としての第１雄スプライン部４１と第２スプライン部としての第２雄スプライン部４２が形成されている。また、第２シャフト１４は、一対の雄スプライン部４１，４２間に配置されて捩じり変形させられた塑性変形部４３を備えている。

第２シャフト１４は、両雄スプライン部４１，４２間に周溝４４を形成する周溝形成部４５を備えており、その周溝形成部４５に、塑性変形部４３が配置されている。具体的には、図示していないが、第２シャフト製造用中間体の各雄スプライン部にそれぞれスプライン嵌合する一対のねじり治具を相対回転させることにより、両雄スプライン部間の周溝形成部を捩じり変形させて塑性変形部を形成し、第２シャフト１４を製造する。

図４に示すように、第２シャフト１４の第１雄スプライン部４１の第１雄スプライン歯４１Ｔが、一方の回転方向Ｙ１側の歯面で第１シャフト１３の雌スプライン部４０のスプライン溝４０Ｇ（具体的にスプライン溝４０Ｇを区画する雌スプライン歯４０Ｔの歯面）に係合している。また、図５に示すように、第２シャフト１４の第２雄スプライン部４２の第２雄スプライン歯４２Ｔが、他方の回転方向Ｙ２側の歯面で第１シャフト１３のスプライン溝４０Ｇ（具体的にスプライン溝４０Ｇを区画する雌スプライン歯４０Ｔの歯面）に嵌合している。

再び図２を参照して、第１シャフト１３および第２シャフト１４の嵌合長Ｌ１の中央位置Ｐ１は、周溝形成部４５に配置されている。また、第１コラムシャフト１１（伸縮シャフト）の使用状態において、図６に示すように、第１シャフト１３および第２シャフト１４の嵌合長Ｌ１が最小（Ｌ１＝最小値Ｌ１Ｓ）となる第１コラムシャフト１１（伸縮シャフト）の伸長状態で、第１雄スプライン部４１および第２雄スプライン部４２が、両シャフト１３，１４のスプライン嵌合に寄与している。

本実施形態によれば、伸縮シャフトとしての第１コラムシャフト１１において、第２シャフト１４が、ねじりによる塑性変形部４３の軸方向Ｘ１の両側に、互いに位相差を有する第１雄スプライン部４１および第２雄スプライン部４２を設けている。これら第１雄スプライン部４１および第２雄スプライン部４２が、第１シャフト１３にスプライン嵌合するので、第１シャフト１３および第２シャフト１４間の回転方向のガタを抑制して異音の発生を抑制することができる。第２シャフト１４自体にねじりによる塑性変形部４３を設けることで、両雄スプライン部４１，４２の間に位相差を設けるので、特許文献１のようなトーションバー等の別部品が不要である。したがって、部品点数および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、塑性変形部４３が周溝形成部４５に設けられるので、容易にねじり変形による塑性変形部４３を設けることができて、製造し易い。
また、第１シャフト１３および第２シャフト１４の嵌合長Ｌ１の中央位置Ｐ１が周溝形成部４５に配置されているので、使用時に当該伸縮シャフト（第１コラムシャフト１１）が伸縮しても、両雄スプライン部４１，４２を嵌合に寄与させ易くなり、ガタを抑制し易くすることができる。

また、使用状態では、当該伸縮シャフト（第１コラムシャフト１１）の伸縮に拘らず、両雄スプライン部４１，４２をスプライン嵌合に寄与させることができるので、確実にガタを抑制することができる。
また、安価で静粛なステアリング装置１００を実現することができる。
次いで、図７は本発明の別の実施形態の伸縮シャフトとしての第１コラムシャフト１１Ｘの概略分解断面図を示している。図７を参照して、本実施形態が、図２の実施形態と主に異なるのは、下記である。

すなわち、図２の実施形態では、インナーシャフトである第２シャフト１４に位相差を有する第１雄スプライン部４１および第２雄スプライン部４２と、両雄スプライン部４１，４２間の周溝形成部４５に設けられた塑性変形部４３とを備えている。
これに対して、本実施形態では、アウターシャフトである第１シャフト１３Ｘに、位相差を有する第１雌スプライン部５１および第２雌スプライン部５２と、両雌スプライン部５１，５２間の周溝形成部５５に設けられた塑性変形部５３とを備えている。第１シャフト１３Ｘの第１雌スプライン部５１および第２雌スプライン部５２が、インナーシャフトである第２シャフト１４Ｘの外周１４ａの雄スプライン部５０にスプライン嵌合する。

周溝形成部５５では、筒状の第１シャフト１３Ｘの内周１３ｂおよび外周１３ｃの少なくとも一方に、周溝５４１および／または５４２を形成している。すなわち、本実施形態では、内周１３ｂに周溝５４１を形成し、外周１３ｃに周溝５４２を形成しているが、内周１３ｂの周溝５４１および外周１３ｃの周溝５４２の何れか一方を廃止してもよい。
本実施形態においても、図２の実施形態と同じ効果を奏することができ、安価で静粛な伸縮シャフト（第１コラムシャフト１１Ｘ）およびステアリング装置（図示せず）を実現することができる。

その他、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば前記実施形態では、衝撃吸収時のみに伸縮シャフト（第１コラムシャフト１１；１１Ｘ）が収縮するタイプであったが、本発明をいわゆる常時摺動タイプの伸縮シャフト（操舵伝達軸）である例えばインターミディエイトシャフト５に適用してもよい。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、５…インターミディエイトシャフト（操舵伝達軸）、１１；１１Ｘ…第１コラムシャフト（伸縮シャフト。操舵伝達軸）、１３；１３Ｘ…第１シャフト、１３ａ…嵌合孔、１３ｂ…内周、１３ｃ…外周、１４；１４Ｘ…第２シャフト、１４ａ…外周、４０…雌スプライン部、４０Ｇ…スプライン溝、４０Ｔ…雌スプライン歯、４１…第１雄スプライン部（第１スプライン部）、４１Ｔ…第１雄スプライン歯、４２…第２雄スプライン部（第２スプライン部）、４２Ｔ…第２雄スプライン歯、４３…塑性変形部、４４…周溝、４５…周溝形成部、５０…雄スプライン部、５１…第１雌スプライン部（第１スプライン部）、５２…第２雌スプライン部（第２スプライン部）、５３…塑性変形部、５４１，５４２…周溝、５５…周溝形成部、Ｌ１…嵌合長、Ｌ１Ｓ…（嵌合長の）最小値、Ｐ１…（嵌合長の）中央位置

Claims (5)

1. 嵌合孔を有する第１シャフトと、
   前記第１シャフトの嵌合孔にスプライン嵌合された第２シャフトと、を備え、
   前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの何れか一方は、軸方向に離隔して配置され互いの間に位相差が設けられた一対のスプライン部と、前記一対のスプライン部間に配置され捩じり変形させられた塑性変形部と、を含む伸縮シャフト。
2. 請求項１において、前記塑性変形部は、前記一対のスプライン部間に周溝を形成する周溝形成部に設けられている伸縮シャフト。
3. 請求項２において、前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの嵌合長の中央位置は、前記周溝形成部に配置されている伸縮シャフト。
4. 請求項３において、前記第１シャフトおよび前記第２シャフトの嵌合長が最小となる当該伸縮シャフトの伸長状態で、前記一対のスプライン部が、スプライン嵌合に寄与している伸縮シャフト。
5. 操舵部材の操舵力を伝達する操舵伝達軸として、請求項１から４の何れか１項に記載の伸縮シャフトを含むステアリング装置。

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