(57)【要約】【課題】大型化することなく強度を確保した状態で高トルクを伝達する操舵用スプライン伸縮軸の提供。【解決手段】スプライン伸縮軸が、雄スプライン６１を含む内軸６０と、雌スプライン５１を含む筒状の外軸５０とを備える。両スプライン５１，６１の少なくとも一方の表面に樹脂被膜７０を設ける。転位係数ｅ、歯数Ｚ、モジュールｍ、基準ピッチ円直径ＰＣＤ、雄スプラインの歯先円直径ｄ１及び歯底円直径ｄ２、雌スプラインの歯先円直径をＤ１及び歯底円直径Ｄ２は、式（１）〜（８）の関係を持つ。ｍ（Ｚ＋４）＞ｄ１＞ｍ（Ｚ＋２）…（１）、ｍＺ＞ｄ２＞ｍ（Ｚ−１）…（２）、ｍ（Ｚ＋４）＞Ｄ２＞ｍ（Ｚ＋２）…（３）、ｍＺ＞Ｄ１＞ｍ（Ｚ−１）…（４）、Ｄ２＞ｄ１、…（５）、Ｄ１＞ｄ２…（６）、ＰＣＤ＝ｍＺ…（７）、０．４＜ｅ＜１．１…（８）【選択図】図４
2015116885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵トルクを伝達する操舵用スプライン伸縮軸であって、
軸方向に摺動可能にスプライン嵌合された内軸および筒状の外軸を備え、
前記外軸は、雌スプラインを含み、
前記内軸は、前記雌スプラインに嵌合する雄スプラインを含み、
前記雌スプラインおよび前記雄スプラインの少なくとも一方の表面に樹脂被膜が設けられ、
前記雌スプラインおよび前記雄スプラインのそれぞれは、歯たけ方向に転位係数ｅで転位された歯形を有し、
各スプラインの歯数をＺとし、モジュールをｍとし、基準ピッチ円直径をＰＣＤとし、前記雄スプラインの歯先円直径をｄ１とし、前記雄スプラインの歯底円直径をｄ２とし、前記雌スプラインの歯先円直径をＤ１とし、前記雌スプラインの歯底円直径をＤ２として、下記の式（１）〜（８）が成立する操舵用スプライン伸縮軸。
ｍ（Ｚ＋４）＞ｄ１＞ｍ（Ｚ＋２）      …（１）
ｍＺ＞ｄ２＞ｍ（Ｚ−１）              …（２）
ｍ（Ｚ＋４）＞Ｄ２＞ｍ（Ｚ＋２）      …（３）
ｍＺ＞Ｄ１＞ｍ（Ｚ−１）              …（４）
Ｄ２＞ｄ１                            …（５）
Ｄ１＞ｄ２                            …（６）
ＰＣＤ＝ｍＺ                          …（７）
０．４＜ｅ＜１．１                    …（８）
【請求項２】
操舵部材と、前記操舵部材の操作に連動して車輪を操舵するステアリング機構と、前記操舵部材の操舵力をステアリング機構に伝達するステアリングシャフトと、を備え、
前記ステアリングシャフトの一部は、請求項１に記載の操舵用スプライン伸縮軸を含むステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は操舵用スプライン伸縮軸およびステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のステアリングシャフトとして、インナーシャフトとアウターシャフトとを回転不能に且つ軸方向摺動可能にセレーション嵌合した伸縮軸が提案されている（例えば特許文献１）。セレーションの歯形形状は、通例、ＪＩＳの規格に則している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２７６６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の電動パワーステアリング装置の高出力化に伴い、ステアリングシャフトが伝達すべきトルクが高くなっている。前記トルクを大きくするためには、ピッチ円直径を大きくする必要がある。
しかしながら、ピッチ円直径を大きくした場合、強度を確保するために、ステアリングシャフトの外径を大きくする必要がある。このように大型化したステアリングシャフトを車両に組み付けるには、他の部品との干渉等を避けるレイアウトを考慮しなければならず、車両への搭載性が悪い。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、大型化することなく強度を確保した状態で高トルクを伝達することができる操舵用スプライン伸縮軸およびこれを含むステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、請求項１の発明は、操舵トルクを伝達する操舵用スプライン伸縮軸（５）であって、軸方向（Ｙ１）に摺動可能にスプライン嵌合された内軸（６０）および筒状の外軸（５０）を備え、前記外軸は、雌スプライン（５１）を含み、前記内軸は、前記雌スプラインに嵌合する雄スプライン（６１）を含み、前記雌スプラインおよび前記雄スプラインの少なくとも一方の表面に樹脂被膜（７０）が設けられ、前記雌スプラインおよび前記雄スプラインのそれぞれは、歯たけ方向（Ｑ１，Ｑ２）に転位係数ｅで転位された歯形を有し、各スプラインの歯数をＺとし、モジュールをｍとし、基準ピッチ円直径をＰＣＤとし、前記雄スプラインの歯先円直径をｄ１とし、前記雄スプラインの歯底円直径をｄ２とし、前記雌スプラインの歯先円直径をＤ１とし、前記雌スプラインの歯底円直径をＤ２として、下記の式（１）〜（８）が成立する操舵用スプライン伸縮軸を提供する。
【０００７】
ｍ（Ｚ＋４）＞ｄ１＞ｍ（Ｚ＋２）      …（１）
ｍＺ＞ｄ２＞ｍ（Ｚ−１）              …（２）
ｍ（Ｚ＋４）＞Ｄ２＞ｍ（Ｚ＋２）      …（３）
ｍＺ＞Ｄ１＞ｍ（Ｚ−１）              …（４）
Ｄ２＞ｄ１                            …（５）
Ｄ１＞ｄ２                            …（６）
ＰＣＤ＝ｍＺ                          …（７）
０．４＜ｅ＜１．１                    …（８）
請求項２の発明は、操舵部材（１）と、前記操舵部材の操作に連動して車輪を操舵するステアリング機構（Ａ１）と、前記操舵部材の操舵力をステアリング機構に伝達するステアリングシャフト（２）と、を備え、前記ステアリングシャフトの一部は、請求項１に記載の操舵用スプライン伸縮軸（５；１１）を含むステアリング装置（１００）を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、内軸に関しては、雄スプラインの歯底円直径ｄ２は、式（２）に示すように従来と略同等で、雄スプラインの歯先円直径ｄ１を式（１）に示すように大きくすることで、雄スプラインの歯たけを高くする。また、外軸に関しては、雌スプラインの歯先円直径Ｄ１は、式（４）に示すように、従来と略同等で、雌スプラインの歯底円直径Ｄ２を式（３）に示すように大きくすることで、雌スプラインの歯たけを高くする。これにより、式（７）で示される基準ピッチ円直径は、従来と同等のままで、両スプライン間の接触面積を大きくすることができる。したがって、大型化することなく強度を確保した状態で高トルクを伝達することができる。
【０００９】
また、各スプラインの歯形を式（８）に示す転位係数で転位しているので、歯先が尖り過ぎて加工が困難となるようなことがない。
請求項２の発明によれば、小型で強度があり、高トルクを伝達することができるステアリング装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態のスプライン伸縮軸をインターミディエイトシャフトとして含むステアリング装置の模式的断面図であり、ステアリング装置の概略構成を示している。
【図２】インターミディエイトシャフトの軸線方向に沿う概略断面図である。
【図３】インターミディエイトシャフトの軸直角断面図であり、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図に相当する。
【図４】（ａ）は、内軸の要部の拡大断面図であり、（ｂ）は、外軸の要部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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スプライン伸縮軸がステアリングシャフト２の一部であるインターミディエイトシャフト５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と、操舵部材１の操作に連動して車輪（図示せず）を操舵するステアリング機構Ａ１と、操舵部材１の操舵力をステアリング機構Ａ１に伝達するステアリングシャフト２とを備える。
【００１２】
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とを備える。
ステアリング機構Ａ１は、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、車両の左右方向に沿って軸方向（図１の紙面とは直交する方向）に延びるラックシャフト８とを含むラックアンドピニオン機構を構成している。
【００１３】
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が、ラックシャフト８に設けられたラック８ａと噛み合っている。ピニオンシャフト７の回転が、ラックシャフト８の軸方向移動に変換される。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、軸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車輪に連結されている。
【００１４】
コラムシャフト３は、軸方向に伸縮可能な第１コラムシャフト１１と、第１コラムシャフト１１と同軸上に連結された第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一体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、例えばアッパーシャフトである外軸１３と、例えばロアーシャフトである内軸１４とを有している。
【００１５】
本実施形態では、外軸１３がアッパーシャフトであり、内軸１４がロアーシャフトである場合に則して説明するが、外軸がロアーシャフトであり、内軸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、内軸１４と一体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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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）。
【００１９】
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。
【００２０】
スプライン伸縮軸であるインターミディエイトシャフト５は、例えばアッパーシャフトである筒状の外軸５０と、例えばロアーシャフトであって外軸５０と軸方向Ｙ１に相対摺動可能に且つ一体回転可能にスプライン嵌合された内軸６０とを備えている。
図２に示すように、内軸６０の外周６０ａには、複数の雄スプライン６１（外スプライン）が設けられ、外軸５０の内周５０ａには、雄スプライン６１に交互に噛み合う複数の雌スプライン５１（内スプライン）が設けられている。図２において、両スプライン５１，６１は模式的に示されている。
【００２１】
スプライン伸縮軸がインターミディエイトシャフト５を構成する場合、図２に示すように、内軸６０の一端には、自在継手６の一方のヨーク６ａが一体に取り付けられる。また、外軸５０の一端には、自在継手４の一方のヨーク４ａが一体に取り付けられる。
本実施形態では、内軸６０がロアーシャフトであり、外軸５０がアッパーシャフトである例に則して説明するが、内軸がアッパーシャフトであり、外軸がロアーシャフトであってもよい。
【００２２】
図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である図３に示すように、外軸５０の内スプラインである雌スプライン５１と、内軸６０の外スプラインである雄スプライン６１とが、交互に噛み合わされている。
スプライン伸縮軸（インターミディエイトシャフト５）の径方向に関して、雄スプライン６１の歯先６１Ｔと雌スプライン５１の歯底５１Ｂが対向し、雄スプライン６１の歯底６１Ｂが雌スプライン５１の歯先５１Ｔに対向している。
【００２３】
内軸６０の雄スプライン６１の表面には、樹脂被膜７０が形成されている。樹脂被膜７０は、合成樹脂を用いて形成されている。この合成樹脂として、ポリアミド、ポリアセタールなどの熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を例示することができる。
本実施形態では、内軸６０の雄スプライン６１の表面に、樹脂被膜７０が設けられる例に則して説明するが、樹脂被膜７０は、内軸の雄スプラインおよび外軸の雌スプラインの少なくとも一方の表面に設けられていれぱよい。
【００２４】
雌スプライン５１および雄スプライン６１は、それぞれ、歯たけ方向Ｑ１，Ｑ２［図４（ａ）、（ｂ）参照］に転位係数ｅで転位された歯形を有している。
各スプライン５１，６１の歯数をＺとし、モジュールをｍとしたとき、図４（ａ）に示す雄スプライン６１の歯先円直径ｄ１および歯底円直径ｄ２や、図４（ｂ）に示す雌スプライン５１の歯先円直径Ｄ１および歯底円直径Ｄ２に関して、下記の式（１）〜（６）が成立する。
【００２５】
ｍ（Ｚ＋４）＞ｄ１＞ｍ（Ｚ＋２）      …（１）
ｍＺ＞ｄ２＞ｍ（Ｚ−１）              …（２）
ｍ（Ｚ＋４）＞Ｄ２＞ｍ（Ｚ＋２）      …（３）
ｍＺ＞Ｄ１＞ｍ（Ｚ−１）              …（４）
Ｄ２＞ｄ１                            …（５）
Ｄ１＞ｄ２                            …（６）
雄スプライン６１の歯先円直径ｄ１は、雄スプライン６１の歯先６１Ｔを結ぶ歯先円６１ＴＣの直径であり、雄スプライン６１の歯底円直径ｄ２は、雄スプライン６１の歯底６１Ｂを結ぶ歯底円６１ＢＣの直径である。
【００２６】
雌スプライン５１の歯先円直径Ｄ１は、雌スプライン５１の歯先５１Ｔを結ぶ歯先円５１ＴＣの直径であり、雌スプライン５１の歯底円直径Ｄ２は、雌スプライン５１の歯底５１Ｂを結ぶ歯底円５１ＢＣの直径である。
また、図３に示すように両スプライン５１，６１の基準ピッチ円ＰＣの直径である基準ピッチ円直径ＰＣＤ［図４（ａ）、（ｂ）参照］は、下記の一般式（７）で表される。また、転位係数ｅの値としては、歯厚が厚くなる方向への転位をプラスとして、下記の式（８）で表される。
【００２７】
ＰＣＤ＝ｍＺ                          …（７）
０．４＜ｅ＜１．１                    …（８）
式（５）に示すように、雌スプライン５１の歯底円直径Ｄ２は、雄スプライン６１の歯先円直径ｄ１よりも大きい（Ｄ２＞ｄ１）ので、図３に示すように、雄スプライン６１の歯先６１Ｔと雌スプライン５１の歯底５１Ｂとの間には、隙間が設けられている。また、式（６）に示すように、雌スプライン５１の歯先円直径Ｄ１は、雄スプライン６１の歯底円直径ｄ２よりも大きい（Ｄ１＞ｄ２）ので、図３に示すように、雌スプライン５１の歯先５１Ｔと雄スプライン６１の歯底６１Ｂとの間には、隙間が設けられている。
【００２８】
本実施形態によれば、内軸６０に関しては、雄スプライン６１の歯底円直径ｄ２は、式（２）に示すように従来と略同等で、雄スプライン６１の歯先円直径ｄ１を式（１）に示すように従来［従来はｄ１＝ｍ（Ｚ＋２）］よりも大きくすることで、雄スプライン６１の歯たけｈ１を高くする。
また、外軸５０に関しては、雌スプライン５１の歯先円直径Ｄ１は、式（４）に示すように、従来と略同等で、雌スプライン５１の歯底円直径Ｄ２を式（３）に示すように従来［従来はｄ２＝ｍ（Ｚ＋２）］よりも大きくすることで、雌スプライン５１の歯たけＨ１を高くする。これにより、式（７）で示される基準ピッチ円直径ＰＣＤは、従来と同等のままで、両スプライン５１，６１間の接触面積を大きくすることができる。したがって、大型化することなく強度を確保した状態で高トルクを伝達することができるスプライン伸縮軸（インターミディエイトシャフト５）を実現することができる。
【００２９】
また、各スプライン５１，６１の歯形を式（８）に示す転位係数で転位しているので、歯先５１Ｔ，６１Ｔが尖り過ぎて加工が困難となるようなことがない。すなわち、転位係数ｅが０．４以下（ｅ≦０．４）では、歯先５１Ｔが先鋭となり、相手方の歯底６１Ｂの加工が困難となる。また、転位係数ｅが１．１以上（ｅ≧１．１）になると、歯先６１Ｔが先鋭となり、相手方の歯底５１Ｂの加工が困難となるという不具合がある。したがって、転位係数ｅを式（８）で示される範囲（０．４＜ｅ＜１．１）に設定してある。
【００３０】
ここで、式（１）、（２）から、雄スプライン６１の歯たけｈ１は、下記式（９）を満たす。
２．５ｍ＞ｈ１＞ｍ                …（９）
式（３）、（４）から、雌スプライン５１の歯たけＨ１は、下記式（１０）を満たす。    ２．５ｍ＞Ｈ１＞ｍ                …（１０）
このように、雄スプライン６１の歯たけｈ１および雌スプライン５１の歯たけＨ１を高くすることができる。
【００３１】
また、小型で強度があり、高トルクを伝達することができるステアリング装置１００を実現することができる。
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、操舵用スプライン伸縮軸をステアリングシャフトの第１コラムシャフト１１に適用してもよい。その他、本発明は特許請求の範囲の記載内で種々の変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００３２】
１００…ステアリング装置、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（操舵用スプライン伸縮軸）、１１…第１コラムシャフト、１３…外軸、１４…内軸、５０…外軸、５１…雌スプライン、５１Ｔ…歯先、５１ＴＣ…歯先円、５１Ｂ…歯底、５１ＢＣ…歯底円、６０…内軸、６１…雄スプライン、６１Ｔ…歯先、６１ＴＣ…歯先円、６１Ｂ…歯底、６１ＢＣ…歯底円、Ａ１…ステアリング機構、ｄ１…（雄スプラインの）歯先円直径、７０…樹脂被膜、ｄ２…（雄スプラインの）歯底円直径、Ｄ１…（雌スプラインの）歯先円直径、Ｄ２…（雌スプラインの）歯底円直径、ｅ…転位係数、ｈ１…（雄スプラインの）歯たけ、Ｈ１…（雌スプラインの）歯たけ、ｍ…モジュール、ＰＣ…基準ピッチ円、ＰＣＤ…基準ピッチ円直径、Ｑ１…（雄スプラインの）歯たけ方向、Ｑ２…（雌スプラインの）歯たけ方向、Ｙ１…（スプライン伸縮軸の）軸方向、Ｚ…歯数
【図１】
2015116885.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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