(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
自動車のステアリング装置として従来から、
図1に記載する様な構造のものが知られている。このステアリング装置は、ステアリングホイール1が、ステアリングシャフト2の後端部に固定されている。又、これと共に、このステアリングシャフト2の前端部が、1対の自在継手3a、3b及び中間シャフト4を介して、ステアリングギヤユニット5を構成する入力軸6の基端部に接続されている。更に、前記ステアリングギヤユニット5に内蔵されるラックアンドピニオン機構により左右1対のタイロッド7、7を押し引きして、左右1対の操舵輪に、前記ステアリングホイール1の操作量に応じた舵角を付与する様に構成されている。
【0003】
この様なステアリング装置に組み込まれる前記中間シャフト4は、例えば、走行時に自動車から入力される振動が、前記ステアリングホイール1に伝わる事を防止する(吸収する)為、或いは、前記中間シャフト4を、全長を縮めた状態で車体に組み込む為に、伸縮式のものが使用されている。
【0004】
図2は、特許文献1に記載された伸縮式の中間シャフト4の構造を示している。この中間シャフト4は、軸方向一端部(前端部であって、
図2の左端部。組み付け状態でアウタチューブ10側の端部)の外周面に雄スプライン部8が形成されたインナシャフト9と、内周面にこの雄スプライン部8とスプライン係合可能な雌スプライン部12が形成された円管状のアウタチューブ10とから成る。そして、前記雄スプライン部8と前記雌スプライン部12とをスプライン係合する事で、前記インナシャフト9と前記アウタチューブ10とを、トルク伝達可能、且つ、全長を伸縮自在な状態に組み合わせている。
【0005】
又、
図2に示す構造の場合、前記インナシャフト9を、後側(前後方向とは、車体の前後方向を言う。本明細書及び特許請求の範囲全体で同じ。)に配置すると共に、前記アウタチューブ10を前側に配置している。又、前記インナシャフト9の軸方向他端部には、前記両自在継手3a、3bのうちの後側に配置された自在継手3aを構成する第一のヨーク11が外嵌固定(圧入)されている。一方、前記アウタチューブ10の軸方向一端部には、前記両自在継手3a、3bのうちの前側に配置された自在継手3bを構成する第二のヨーク13が外嵌固定(圧入)されている。
尚、前記インナシャフト9と前記第一のヨーク11との結合、或いは、前記アウタチューブ10と前記第二のヨーク13との結合は、溶接により行う事もできる。又、後述する実施の形態の構造の様に、インナシャフトを前側に、アウタチューブを後側に配置する構造を採用する事もできる。
【0006】
上述の様な構成を有する中間シャフト4の様に、前記インナシャフト9と前記アウタチューブ10とをトルク伝達可能、且つ、軸方向の伸縮(摺動)可能に組み合わせた伸縮軸は、回転方向のがたつきが小さく、且つ、伸縮時の摺動抵抗が小さい事が要求される。この為に、従来から、前記インナシャフト9の雄スプライン部8の外周面に、ポリアミド樹脂等の摩擦係数が低い合成樹脂製のコーティング層を設けると共に、前記雄スプライン部8と前記雌スプライン部12とを締め代を持たせた状態で係合させる事が行われている。但し、この様な構造の場合、前記インナシャフト9のうち、前記コーティング層を設けた部分の径方向に関する剛性が高いと、前記締め代に対する摺動抵抗(摺動荷重)の変動が敏感になってしまい、前記アウタチューブ10に対する前記インナシャフト9の摺動を、安定させる事が難しくなる可能性がある。この様な問題は、前記がたつきを十分に抑える為に前記締め代を大きくするほど顕著になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、雄軸の雄スプライン部と雌軸の雌スプライン部との係合部の回転方向のがたつきを小さく抑えられる構造を採用した場合にも、前記雄軸と前記雌軸とを安定して摺動させる事ができる伸縮自在シャフトの構造を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の伸縮自在シャフトは、雄軸と、雌軸とを備えている。
このうちの雄軸は、軸方向一端部の外周面に雄スプライン部が形成されている。
前記雌軸は、内周面に雌スプライン部が形成されている。
そして、前記雄スプライン部と前記雌スプライン部とを、スプライン係合させる事により、前記雄軸と前記雌軸とが、トルク伝達可能、且つ、全長を伸縮可能な状態に組み合わされている。
特に本発明の伸縮自在シャフトに於いては、前記雌軸は、前記雌スプライン部の外周面に開口したスリットを有する。
【0010】
上述の様な本発明を実施する場合には、具体的に、請求項2に記載した発明の様に、前記スリットの軸方向他端縁の位置を、前記雌軸の軸方向他端縁よりも軸方向一方側に位置させ、前記スリットの軸方向一端縁の位置を、前記雌スプライン部の軸方向一端縁よりも軸方向他方側に位置させる構成を採用できる。
【0011】
上述の様な本発明を実施する場合には、具体的に、請求項3に記載した発明の様に、前記雄スプライン部の外周面をコーティング層で覆い、前記雄スプライン部と前記雌スプライン部とを、前記コーティング層を介してスプライン係合させる構成を採用できる。
【発明の効果】
【0012】
上述した様な構成を有する本発明の伸縮自在シャフトの場合、前記雌軸に、この雄軸の雌スプライン部の外周面に開口したスリットを形成している。この為、この雌軸の雌スプライン部が形成された部分のうちの少なくとも前記スリットが形成された部分の径方向の剛性を適度に小さくできる。従って、前記雄軸の雄スプライン部と雌軸の雌スプライン部との係合部の回転方向のがたつきを防止する為に、この係合部に締め代を持たせた場合でも、この締め代に対する摺動抵抗(摺動荷重)の変動を鈍感にでき、前記雄軸の前記雌軸に対する摺動を安定させる事ができる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
[実施の形態]
本発明の実施の形態の例に就いて、
図3〜4を参照しつつ説明する。尚、本例は、本発明を、ステアリング装置を構成する中間シャフトに適用したものである。但し、本発明は、この様な中間シャフト以外にも、各種用途で使用される伸縮自在シャフトの構造に適用する事ができる。又、本例の中間シャフト4aを組み込んだステアリング装置の構造は、
図1に示したステアリング装置と同様の構造を有している。但し、本例の中間シャフト4aは、
図1に示したステアリング装置の構造に限らず、従来から知られている各種構造のステアリング装置に組み込む事ができる。以下、ステアリング装置の構造を簡単に説明した後、本例の中間シャフト4aの構造に就いて説明する。
【0015】
本例の中間シャフト4aを組み込んだステアリング装置は、ステアリングホイール1(
図1参照)が、ステアリングシャフト2の後端部に固定されている。又、これと共に、このステアリングシャフト2の前端部が、1対の自在継手3c、3d及び前記中間シャフト4aを介して、ステアリングギヤユニット5を構成する入力軸6の基端部に接続されている。更に、このステアリングギヤユニット5に内蔵したラックアンドピニオン機構により左右1対のタイロッド7、7を押し引きして、左右1対の操舵輪に、前記ステアリングホイール1の操作量に応じた舵角を付与する様に構成されている。
【0016】
前記中間シャフト4aは、特許請求の範囲に記載した雄軸の1例に相当するインナシャフト9aの軸方向一端部(
図3の右端部であって、組み付け状態に於いて、アウタチューブ10a側となる端部)と、同じく雌軸の1例に相当するアウタチューブ10aの軸方向他端部(
図3の左端部であって、組み付け状態に於いて、前記インナシャフト9a側となる端部)とをスプライン係合させる事により、トルク伝達可能、且つ、全長を伸縮可能に組み合わせている。尚、本例の場合、前記インナシャフト9aが前側に配置され、前記アウタチューブ10aが後側に配置されている。以下、前記中間シャフト4aの具体的な構造に就いて説明する。
【0017】
前記アウタチューブ10aは、軸方向他方側から順に、小径筒部18と、連続部19と、大径筒部20と、ヨーク部21と、スリット35とを備えている。
このうちの小径筒部18は円筒状であり、前記アウタチューブ10aのうちの、軸方向他端部から軸方向中間部にかけての部分に設けられている。この様な小径筒部18の外周面は、軸方向の全長に亙り外径寸法が変化しない円筒面状である。又、この小径筒部18の内周面には、円周方向に関して交互に形成された軸方向に長い、複数ずつの凹部と凸部とから成る雌スプライン部22が、全長に亙り形成されている。
【0018】
前記連続部19は、外径寸法及び内径寸法が軸方向一方側(
図3の右側)に向かうほど大きくなる部分円錐筒状であり、軸方向他端縁が、前記小径筒部18の軸方向一端縁に連続している。
前記大径筒部20は円筒状であり、軸方向他端縁が、前記連続部19の軸方向一端縁に連続している。この様な大径筒部20の内径及び外径は、前記小径筒部18の内径及び外径よりも大きい。
【0019】
前記ヨーク部21は、前記自在継手3cを構成するものであり、前記大径筒部20の軸方向一端縁のうちで、この大径筒部20に関する直径方向反対側となる2箇所位置から軸方向一方側に延出する状態で設けられた1対の腕部23、23から成る。この様な両腕部23、23の軸方向一端寄り部分には、互いの中心軸が同軸となる状態で1対の円孔24、24が形成されている。尚、
図3に示す組み立て状態に於いて、これら両円孔24、24の内側には、それぞれ有底円筒状の軸受カップ25、25が内嵌固定されている。これと共に、これら両軸受カップ25、25の内側に、それぞれ複数本のニードル26、26を介して、十字軸27を構成する4本の軸部28、28のうちの1対の軸部28、28の端部が回動自在に支持されている。
【0020】
尚、前記十字軸27を構成する4本の軸部28、28のうち、前記ヨーク部21の両円孔24、24内に支持された軸部28、28以外の1対の軸部28(一方の軸部28は図示省略)の端部は、前記ステアリングシャフト2の前端部に支持固定されたヨーク29を構成する1対の腕部30(片方の腕部30は図示省略)に形成された円孔(図示省略)の内側に、軸受カップ及びニードル(図示省略)を介して回動自在に支持されている。
本例の場合、前記ヨーク部21を、前記アウタチューブ10aに一体に設ける構造を採用しているが、アウタチューブとヨーク部とを別体に設けて溶接或は嵌合等により結合固定する構造を採用する事もできる。
【0021】
前記インナシャフト9aは、軸方向一方側(
図3の右側)から順に、スプライン形成部31と、連続部32と、小径軸部33と、ヨーク部34とを備えている。
【0022】
このうちのスプライン形成部31は、前記インナシャフト9aの軸方向中間部から軸方向一端部にかけての部分に設けられている。この様なスプライン形成部31の外周面には、円周方向に関して交互に形成された軸方向に長い、複数ずつの凹部と凸部37、37とから成る雄スプライン部38が、全長に亙り形成されている。
【0023】
前記連続部32は、前記インナシャフト9aのうち、前記スプライン形成部31の軸方向他方側に隣接した部分に形成されている。この様な連続部32の外周面には、円周方向に関して交互に形成された、複数ずつの凹部と、前記インナシャフト9aの中心軸を含む仮想平面に関する断面形状が直角三角形状の凸部40、40とから成る不完全スプライン部41が形成されている。この様な不完全スプライン部41を構成する各凸部40、40の外周面は、軸方向他方に向かうほど外径寸法が小さくなる方向に傾斜している。又、前記不完全スプライン部41の各凸部40、40の外周面の軸方向一端縁は、前記雄スプライン部38を構成する各凸部37、37の外周面の軸方向他端縁に連続している。一方、前記不完全スプライン部41の各凸部40、40の外周面の軸方向他端縁は、前記小径軸部33の外周面の軸方向一端縁に連続している。尚、本例の場合、前記雄スプライン部38の凹部の外接円の直径と、前記不完全スプライン部41の凹部の外接円の直径とが等しい。
【0024】
前記小径軸部33は、前記インナシャフト9aのうち、前記連続部32の軸方向他方側に隣接した位置から、軸方向他端寄り部分にかけて設けられている。この様な小径軸部33は、大径部42と、小径部43と、段部44と、基準孔45と、外向鍔部(かしめ部)46とを有している。
【0025】
このうちの大径部42は、小径軸部33の軸方向一端部から軸方向他端寄り部分にかけて形成されている。この様な大径部42の外周面は、軸方向に関して外径が変化しない円筒面状に形成されている。
【0026】
前記小径部43は、小径軸部33の他端寄り部分に形成されている。この様な小径部43の外周面には、円周方向に凹部と凸部とを交互に配置して成る凹凸部である雄セレーション47が形成されている。この雄セレーション47を構成する凸部の外接円の直径は、前記大径部42の外径よりも小さい。
【0027】
前記段部44は、前記大径部42の外周面の軸方向他端縁と、前記小径部43の外周面の軸方向一端縁とを連続した状態で形成されている。この様な段部44は、前記小径軸部33の中心軸に直交する仮想平面上に存在している。
【0028】
前記基準孔45は、軸方向他端が前記小径軸部33の軸方向他端面に開口した状態で形成されている。又、前記基準孔45の奥端縁の軸方向に関する位置は、前記小径部43の軸方向中間部に位置している。尚、前記基準孔45は、前記インナシャフト9aの素材である杆状部材の軸方向他端面に、孔あけ加工を施す事により形成する。
【0029】
前記外向鍔部46は、前記小径軸部33の軸方向他端部に、全周に亙り前記小径部43の外周面よりも径方向外方に突出した状態で形成されている。この様な外向鍔部46は、前記素材に対して前記基準孔45を形成して得た中間素材の軸方向他端部を、例えば、ローリングかしめにより全周に亙りかしめ拡げる事により形成する。
【0030】
前記ヨーク部34は、前記小径軸部33の軸方向他端部に結合固定されている。尚、本例の場合、前記ヨーク部34と、十字軸48と、前記入力軸6の基端部に支持固定されたヨーク49とにより、前記両自在継手3c、3dのうちの、前側(
図3の左側)に配置された自在継手3dを構成している。
【0031】
この様なヨーク部34は、略円筒状の基部50と、この基部50の外周面のうち、この基部50の中心軸に関して反対となる2箇所位置から軸方向他方側に延出した状態で設けられた1対の腕部51、51とから成る。
このうちの基部50は、中央部に中心孔52が形成されている。この中心孔52の内周面には、円周方向に凹部と凸部とを交互に配置して成る凹凸部である雌セレーション53が形成されている。この様な基部50は、前記中心孔52の内側に前記小径部43を挿通すると共に、前記雌セレーション53と前記雄セレーション47とをセレーション係合させた状態で、前記段部44と前記外向鍔部46との間で挟持されている。
【0032】
又、前記両腕部51、51のうち、軸方向に関して前記基部50と反対側端部寄り部分には、互いの中心軸が同軸となる状態で1対の円孔54、54が形成されている。
又、
図3に示す組み立て状態に於いて、前記両腕部51、51の両円孔54、54の内側には、それぞれ有底円筒状の軸受カップ55、55が内嵌固定されている。これと共に、これら両軸受カップ55、55の内側に、それぞれ複数本のニードル56、56を介して、前記十字軸48を構成する4本の軸部57、57のうちの1対の軸部57、57の端部が回動自在に支持されている。
【0033】
尚、前記十字軸48を構成する4本の軸部57、57のうち、前記ヨーク部34の両円孔54、54内に支持された軸部57、57以外の1対の軸部57(一方の軸部57は図示省略)の端部は、前記ヨーク49を構成する1対の腕部58(一方の腕部58は図示省略)に形成された円孔(図示省略)の内側に、軸受カップ(図示省略)及びニードル(図示省略)を介して回動自在に支持されている。
【0034】
又、前記インナシャフト9aを構成する雄スプライン部38の外周面には、滑りやすい(摩擦係数の低い)合成樹脂製のコーティング層59が設けられている。具体的には、本例の場合、このコーティング層59は、前記インナシャフト9aの外周面のうち、前記スプライン形成部31の軸方向一端縁から前記小径軸部33の軸方向一端寄り部分(前記連続部32の軸方向他端縁よりも軸方向他方側に位置する部分であって、
図3に直線Xで示す位置)にかけての部分に設けられている。
【0035】
以上の様な構成を有するインナシャフト9aは、前記雄スプライン部38を、前記アウタチューブ10aの雌スプライン部22に、前記コーティング層59を介してスプライン係合させる事により、前記アウタチューブ10aに組み付けられている。この様に組み付けられた状態で、前記雄スプライン部38と前記雌スプライン部22との係合部には、所定量の締め代が設けられている。この様にして、前記インナシャフト9aと前記アウタチューブ10aとは、トルクの伝達を可能、且つ、全長を伸縮可能な状態に組み合わされている。
【0036】
ところで前記スリット35は、前記アウタチューブ10aに切削加工を施す事により形成したもので、このアウタチューブ10aの軸方向他端縁よりも軸方向一端側に位置する部分から、前記アウタチューブ10aの軸方向中間部(前記雌スプライン部22の軸方向一端縁よりも軸方向他方側に位置する部分)にかけて形成されている。この様なスリット35は、径方向が、前記雌スプライン部22の外周面に開口している。前記スリット35の周方向の開口部と、前記雌スプライン部22との関係に就いて、好ましくは、前記スリット35の周方向の開口部は、前記雌スプライン22のうち、前記凸部の円周方向側面(トルクを伝達する面)に開口しない状態で形成する様にする。
【0037】
又、前記スリット35を挟んで対抗する状態で設けられた1対の平坦面は、前記アウタチューブ10aの中心軸を含む仮想平面と平行であり、互いに所定距離(前記スリット35の厚さ分)だけ隔離している。即ち、本例の場合、前記アウタチューブ10aの中心軸に直交する仮想平面に関する、前記スリット35の断面形状を、直線状としている。
【0038】
又、本例の場合、前記スリット35の軸方向他端を前記アウタチューブ10aの軸方向他端面に開口していない。この為、前記雌スプライン部22の軸方向他端部の径方向の剛性が低くなり過ぎないようにしている。即ち、前記スリット35を前記アウタチューブ10aの軸方向他端面に開口している構造の場合、前記雌スプライン部38の径方向の剛性は、
図4に破線で示す様に変化する。即ち、前記スリット35を前記アウタチューブ10aの軸方向他端面に開口している構造の場合、雌スプライン部のうち、スリットが形成された部分の径方向の剛性は、軸方向他方側に向かうほど急激に小さくなる。尚、
図4は、横軸を、この雌スプライン部22の軸方向一端縁からの距離とし、縦軸をこの雌スプライン部22の径方向の剛性とした線図である。
【0039】
一方、前記スリット35の軸方向他端を前記アウタチューブ10aの軸方向他端面に開口させない構造の場合、前記雌スプライン部22の径方向の剛性は、
図4に実線で示す様に変化する。即ち、前記スリット35の軸方向他端を前記アウタチューブ10aの軸方向他端面に開口させない構造の場合、前記雌スプライン部22のうち、このスリット35が形成された部分の径方向の剛性は、このスリット35の軸方向一端縁から軸方向他端縁にかけての部分で、軸方向他方側に向かうほど急に小さくなっているが、スリット35の軸方向他端縁に近づくにつれて再び大きくなる。前記スリット35の軸方向他端縁よりも軸方向他方側では、前記スリット35の軸方向一端縁よりも軸方向一端側と同様にほぼ一定となっている。この様に、本例の場合、前記雌スプライン部22の軸方向他端部の径方向の剛性が低くなり過ぎない様にできる。
【0040】
更に、本例の場合、前記インナシャフト9aと前記アウタチューブ10aとの伸縮ストロークの範囲で、このアウタチューブ10aの雌スプライン部22のうち、前記スリット35よりも軸方向一端側に形成された部分と、前記インナシャフト9aの雄スプライン部38とを、中間シャフト4aを車体に搭載し走行する使用時に於いては常にスプライン係合させている。この為、前記インナシャフト9aと前記アウタチューブ10aとの間のトルク伝達を、前記アウタチューブ10aのうちの前記スリット35よりも軸方向一端側に形成された雌スプライン部22の部分と、前記インナシャフト9aのうちの当該部分とスプライン係合する部分とで行う事ができる。即ち、本例の場合、前記アウタチューブ10aから前記インナシャフト9aに伝達されるトルクの多くは、前記スリット35よりも軸方向一方側(前記アウタチューブ10a側)を通って伝達される。この結果、前記スリット35の軸方向一端縁に、応力集中が発生する事を防止できる。これにより、前記アウタチューブ10aの耐久性の向上を図れる。
【0041】
尚、前記スリット35は、前記雌スプライン部22に複数設けることもできる。例えば偶数個設ける場合には、互いに径方向に関して反対となる位置に設けるなど、複数設ける場合は周方向に均衡がとれている状態となるように設けると、前記雌スプライン部22の径方向の剛性が周方向に均一とすることができる。
【0042】
以上の様な構成を有する本例の中間シャフト4aによれば、前記インナシャフト9aの雄スプライン部38と、前記アウタチューブ10aの雌スプライン部22との係合部の回転方向のがたつきを小さく抑えられる構造を採用した場合にも、前記インナシャフト9aと前記アウタチューブ10aとの摺動抵抗を小さく抑える事ができる。
即ち、本例の場合、前記アウタチューブ10aに、前記スリット35を形成している。この為、前記雌スプライン部22が形成された部分のうちの前記スリット35が形成された部分の径方向の剛性を適度に小さくできる。従って、前記雄スプライン部38と前記雌スプライン部22との係合部の回転方向のがたつきを防止する為に、この係合部に締め代を持たせた場合でも、この締め代に対する摺動抵抗(摺動荷重)の変動を鈍感にでき、前記インナシャフト9aの、前記アウタチューブ10aに対する摺動を安定させる事ができる。
【0043】
又、上述の様に前記雌スプライン部22の径方向の剛性を適度に小さくする事ができる為、この雌スプライン部22と前記雄スプライン部38との係合部の回転方向のがたつきを防止する為に、この係合部に締め代を持たせた構造を採用した場合でも、この締め代に対する摺動抵抗(摺動荷重)を小さくする事ができる。又、この摺動抵抗(摺動荷重)の変動が鈍感になり、前記インナシャフト9aの、前記アウタチューブ10aに対する摺動を安定させる事ができる。更に、前記インナシャフト9aの誤差を許容できる範囲(寸法公差)を大きく確保した場合でも、この寸法公差の影響で、前記摺動抵抗が徒に大きくなる事を防止できる。従って、前記インナシャフト9a及び前記アウタチューブ10aの、製造コストの低減を図れる。