(57)【要約】【課題】廉価で、しかも、大きなトルクを伝達した場合にも、圧痕等の損傷を生じにくくできる構造を実現する。【解決手段】アウタシャフト１０ｂとインナシャフト１１ｂとの間で回転伝達を行っていない中立状態で、各玉１４、１４の転動面を、各インナ側凹溝１９ａ、１９ａ及び各アウタ側凹溝１８ａ、１８ａの底部に接触させる。上記両シャフト１０ｂ、１１ｂ同士の間で回転伝達を行って上記各玉１４、１４が上記各凹溝１９ａ、１８ａの底部から円周方向に外れた部分に接触した状態で、各インナ側突き当て面２５、２５と各アウタ側突き当て面２６、２６とを当接させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面の円周方向の複数箇所に、断面形状が円弧形若しくは略円弧形で径方向内方に凹入したインナ側凹溝を軸方向に設けたインナシャフトと、内周面の円周方向の複数箇所でこれら各インナ側凹溝と整合する位置に、断面形状が円弧形若しくは略円弧形で径方向外方に凹入したアウタ側凹溝を軸方向に設けた、上記インナシャフトを挿入自在なアウタシャフトと、上記各インナ側凹溝と上記各アウタ側凹溝との間にそれぞれ設けられた複数個の玉とを備え、上記アウタシャフトと上記インナシャフトとを、互いの間でのトルクの伝達及び軸方向の相対変位を可能に組み合わせた伸縮式回転伝達軸に於いて、上記アウタシャフトと上記インナシャフトとの間で回転伝達を行っていない中立状態で、上記各玉の転動面は、上記各インナ側凹溝及び上記各アウタ側凹溝のうちの少なくとも一方の凹溝の内面のうちで径方向に関して最も凹んだ部位である底部若しくは底部近傍に接触するものであり、上記インナシャフトの外周面で上記各インナ側凹溝から円周方向に外れた複数箇所にインナ側突き当て面を、上記アウタシャフトの内周面でこのインナ側突き当て面と対向する部分にアウタ側突き当て面を、それぞれ設けており、上記アウタシャフトと上記インナシャフトとの間で回転伝達を行って上記各玉が上記各インナ側凹溝及び上記各アウタ側凹溝の底部から円周方向に外れた部分に接触した状態で、上記各インナ側突き当て面と上記各アウタ側突き当て面とを当接させる事を特徴とする伸縮式回転伝達軸。
【請求項２】
中立状態、並びに、インナシャフトとアウタシャフトとの間で伝達するトルクが小さく、各インナ側突き当て面と各アウタ側突き当て面とが当接せずに、各玉が各インナ側凹溝及び各アウタ側凹溝の底部乃至はこれら各凹溝の底部近傍に接触している状態で、上記各玉がこれら各凹溝の底部乃至はこれら各凹溝の底部近傍に対し転がり接触しつつ上記両シャフトの軸方向の相対変位を許容し、これら両シャフト同士の間で伝達するトルクが大きく、上記各インナ側突き当て面と上記各アウタ側突き当て面とが当接した状態で、上記各凹溝の内面のうちで上記各玉の転動面が当接している部分に圧痕が形成されない様に、上記中立状態での、上記各インナ側突き当て面と上記各アウタ側突き当て面との間隔を設定している、請求項１に記載した伸縮式回転伝達軸。
【請求項３】
アウタシャフトのうちで円周方向に隣り合うアウタ側凹溝同士の間部分を、径方向内方に凹む方向に屈曲した形状とする事により、上記アウタシャフトのうちで上記各アウタ側凹溝を形成した部分を径方向に弾性変形し易くして、これら各アウタ側凹溝及び各インナ側凹溝の内面と各玉の転動面との接触部の面圧、並びに、各インナ側突き当て面と各アウタ側突き当て面とが当接する状態での上記アウタシャフトとインナシャフトとの間で伝達するトルクの大きさを規制した、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した伸縮式回転伝達軸。
【請求項４】
各インナ側突き当て面と各アウタ側突き当て面とを、インナシャフト及びアウタシャフトの中心軸を含む仮想平面上に存在する平坦面とし、これら各インナ側突き当て面と各アウタ側突き当て面との間隔を、径方向内側から径方向外側に向かう程大きくする事により、上記両シャフト同士の間での回転伝達時に、上記各インナ側突き当て面と上記各アウタ側突き当て面とを、各突き当て面の直角方向に当接させる、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した伸縮式回転伝達軸。
【請求項５】
各アウタ側凹溝はアウタシャフトの円周方向反対側２箇所位置に、各インナ側凹溝はインナシャフトの円周方向反対側２箇所位置に、それぞれに設けられており、上記アウタシャフトは、金属管を塑性変形させる事により造られたものであり、このアウタシャフトの中心軸に対し直角方向の断面形状に関して、上記各アウタ側凹溝の配列方向に対し直角方向への成形型の移動を妨げるアンダカット部が存在しない、請求項１〜４のうちの何れか１項に記載した伸縮式回転伝達軸。
【請求項６】
アウタシャフトの肉厚は、全周に亙り実質的に同じである、請求項１〜５のうちの何れか１項に記載した伸縮式回転伝達軸。
【請求項７】
アウタシャフトは、各アウタ側凹溝を形成した部分を含む、円周方向複数個所に、外周面側が部分凸円筒面となる突条部が設けられており、これら各突条部の頂部が他の部分よりも薄肉である、請求項１〜５のうちの何れか１項に記載した伸縮式回転伝達軸。
【請求項８】
各インナ側凹溝の底部に存在する、インナシャフトの中心軸を曲率中心とする凸部分円筒面と、各アウタ側凹溝の底部に存在する、アウタシャフトの中心軸を曲率中心とする凹部分円筒面とのうちの少なくとも一方の部分円筒面を設けた、請求項１〜７のうちの何れか１項に記載した伸縮式回転伝達軸。
【請求項９】
各インナ側凹溝と各アウタ側凹溝とのうちの少なくとも一方の凹溝の断面形状の曲率半径を、当該凹溝の幅方向中央部で大きく、両端寄り部分で小さくした、請求項１〜７のうちの何れか１項に記載した伸縮式回転伝達軸。
【請求項１０】
インナシャフト及びアウタシャフトが何れも、金属管を塑性変形させる事により造られたもので、これら両シャフトが何れも、径方向に弾性変形可能である、請求項１〜９のうちの何れか１項に記載した伸縮式回転伝達軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る伸縮式回転伝達軸は、例えば、自動車の操舵装置を構成するステアリングシャフトや中間シャフト（インターミディエイトシャフト）等、回転力（トルク）を伝達自在で、且つ、軸方向に伸縮可能なシャフトとして使用する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の操舵装置は、例えば図１４に示す様に構成して、ステアリングホイール１の動きをステアリングギヤユニット２に伝達する様にしている。このステアリングホイール１の動きは、ステアリングシャフト３と、自在継手４ａと、中間シャフト５と、自在継手４ｂとを介して、上記ステアリングギヤユニット２の入力軸６に伝達される。すると、このステアリングギヤユニット２が、左右１対のタイロッド７、７を押し引きして、操舵輪に所望の舵角を付与する。尚、図１４に示した例では、電動モータ８により上記ステアリングシャフト３に、運転者が上記ステアリングホイール１に加えた力に応じた補助力を付与する、電動式パワーステアリング装置を組み込んでいる。
【０００３】
上述の様な操舵装置で、運転者の体格や運転姿勢に応じてステアリングホイール１の前後位置を調節する際には、上記ステアリングシャフト３と、このステアリングシャフト３を回転自在に支持したステアリングコラム９とを伸縮させる。この為に、このステアリングシャフト３を、アウタシャフト１０とインナシャフト１１とを、スプライン係合部により伸縮及び回転力の伝達を自在に組み合わせた、所謂テレスコピックステアリングシャフトとしている。又、上記ステアリングコラム９を、アウタコラム１２とインナコラム１３とを伸縮自在に組み合わせたものとしている。
【０００４】
通常時に於けるステアリングホイール１の操作感を向上させる為には、上記ステアリングシャフト３のうち、スプライン係合部等の軸方向摺動部で、回転方向の過大ながたつきが発生しない様にする必要がある。これに対して、ステアリングホイール１の前後位置の調節を軽い力で行える様にする為には、上記軸方向摺動部を、軸方向の変位をし易く構成する必要がある。この様な相反する要求を満たす構造として従来から、特許文献１に記載された構造が知られている。図１５〜１６は、この特許文献１に記載された従来構造の１例を示している。
【０００５】
この従来構造のステアリングシャフト３ａの場合には、アウタシャフト１０ａと、インナシャフト１１ａと、複数（３個）の玉（鋼球）１４、１４と、保持器１５と、弾性部材（板ばね）１６と、複数（２本）の円柱部材１７、１７とを備える。このうちのアウタシャフト１０ａは、内周面に、この内周面から径方向外方に凹入する状態で複数本（３本）のアウタ側凹溝１８、１８を、軸方向に設けている。又、上記インナシャフト１１ａは、外周面に、この外周面から径方向内方に凹入する状態で複数本（３本）のインナ側凹溝１９、１９を、軸方向に設けている。又、上記各玉１４、１４は、上記３本のアウタ側凹溝１８、１８のうちの１本（図１５の上側）のアウタ側凹溝１８と、このアウタ側凹溝１８に対向するインナ側凹溝１９に係合させた上記弾性部材１６との間に、それぞれ設けている。
【０００６】
又、上記保持器１５は、上記各玉１４、１４を、上記アウタシャフト１０ａ及びインナシャフト１１ａの軸方向に所定の間隔で保持している。又、上記弾性部材１６は、上記各玉１４、１４を、上記アウタ側凹溝１８に向けて弾性的に押圧している（予圧を付与している）。又、上記各円柱部材１７、１７は、残りの２本の上記各アウタ側凹溝１８、１８と、同じく残りの２本の上記各インナ側凹溝１９、１９との間に、それぞれ設けている。
【０００７】
そして、上記弾性部材１６により、上記各玉１４、１４を上記（１本の）アウタ側凹溝１８の内面（内側面）に弾性的に押し付ける事により、これら各玉１４、１４並びに上記各円柱部材１７、１７と上記アウタ側、インナ側各凹溝１８、１９との係合部（当接部、噛み合い部）でがたつきが発生する事を防止している。又、上記アウタシャフト１０ａとインナシャフト１１ａとの間で大きな回転力（トルク）の伝達が行われる際には、上記弾性部材１６が、このトルクに応じて弾性変形する。そして、この様な弾性部材１６の弾性変形に基づき、上記各円筒部材１７、１７を介して上記大きなトルクの伝達が行われる様にすると共に、上記各玉１４、１４と上記アウタ側、インナ側各凹溝１８、１９との接触部の面圧が過大になる事を防止している。又、上記アウタシャフト１０ａと上記インナシャフト１１ａとを軸方向に相対変位させる際には、上記各玉１４、１４が転動すると共に、上記各円柱部材１７、１７の外周面と上記アウタ側、インナ側各凹溝１８、１９の内面（内側面）とが摺動する。この為、上記相対変位を軽い力で行う事ができる。
【０００８】
ところが、上述の様な特許文献１に記載された従来構造の場合、弾性部材１６を設ける分、部品点数が増大し、部品製作、部品管理が面倒になる他、組立工数が増大し、組立作業が面倒になる等、ステアリングシャフト３ａの製造コスト増大に繋がる可能性がある。一方、上述の様な弾性部材１６を設けずに、上記相対変位を軽い力で行える様にした構造として、例えば特許文献２〜８に記載された構造も、従来から知られている。但し、これら特許文献２〜８に記載された構造の場合には、何れも玉のみでトルクの伝達を行う。この為、操舵時にこれら各玉が、これら各玉と係合するアウタ側、インナ側各凹溝のうちの同じ部分に繰り返し押し付けられるだけでなく、当該部分の面圧が過度に大きくなる可能性がある。そして、この様に面圧が過度に大きくなった場合には、当該部分に圧痕（塑性変形）を生じる可能性がある。この様な圧痕は、操舵時にがたつきが発生する原因となる他、アウタシャフトとインナシャフトとの軸方向の相対変位を円滑に行えなくする原因となる可能性がある等、好ましくない。
【０００９】
尚、上記圧痕は、伝達すべきトルクが大きくなる程生じ易くなる。例えば、前述の図１４に示した操舵装置は、補助動力源である電動モータ８をステアリングコラム側に設けた、所謂コラムタイプの電動式パワーステアリング装置であるが、この様な電動式パワーステアリング装置の場合、ステアリングシャフト３が伝達するトルクに比べ、中間シャフト５が伝達するトルクが、補助動力分だけ大きくなる。従って、この様な中間シャフト５（補助動力が加わるシャフト、補助動力源よりも下流側のシャフト）に上述の様な特許文献２〜８に記載された技術を採用した場合には、上記圧痕が更に生じ易くなる。これに対して特許文献９には、ニードルをアウタシャフトの内周面とインナシャフトの外周面との間に、これら両シャフトの軸方向に転がり可能に設け、小さなトルクは玉により、大きなトルクはこの玉に加えて前記ニードルにより、それぞれ支承する構造が記載されている。この様な構造の場合には、前記両シャフトの周面に、前記玉による圧痕が形成されるのを抑えられるが、前記ニードルの転動面がこれら両シャフトの周面に、エッジ当たりする。この為、必ずしも充分な耐久性確保を図れないものと考えられる。
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２００３／０３１２５０号パンフレット
【特許文献２】特開２００６−３４９１０４号公報
【特許文献３】特開２００７−４６７６９号公報
【特許文献４】特開２００７−１６９０１号公報
【特許文献５】特許第３６９４６３７号公報
【特許文献６】実開平３−３０６２１号公報
【特許文献７】特開２００４−３０６９１９号公報
【特許文献８】特開２００４−１６８２２９号公報
【特許文献９】特開２００３−２９１８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の伸縮式回転伝達軸は、上述の様な事情に鑑みて、廉価で、しかも、大きな回転力（トルク）を伝達した場合にも、圧痕等の損傷を生じにくくできる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の伸縮式回転伝達軸は、前述した従来から知られている伸縮式回転伝達軸と同様に、インナシャフトと、アウタシャフトと、複数個の玉とを備える。
このうちのインナシャフトは、外周面の円周方向の複数箇所に、断面形状が円弧形若しくは略円弧形で径方向内方に凹入したインナ側凹溝を、軸方向に設けている。
又、上記アウタシャフトは、内周面の円周方向の複数箇所で上記各インナ側凹溝と整合する位置に、断面形状が円弧形若しくは略円弧形で径方向外方に凹入したアウタ側凹溝を軸方向に設けたもので、上記インナシャフトを挿入自在である。
又、上記各玉は、上記各インナ側凹溝と上記各アウタ側凹溝との間にそれぞれ設けられている。
そして、上記アウタシャフトと上記インナシャフトとを、互いの間での回転力の伝達及び軸方向の相対変位を可能に組み合わせている。
【００１３】
特に、本発明の伸縮式回転伝達軸に於いては、上記アウタシャフトと上記インナシャフトとの間で回転伝達を行っていない中立状態で、上記各玉の転動面（表面）は、上記各インナ側凹溝及び上記各アウタ側凹溝のうちの少なくとも一方の凹溝（より好ましくはインナ側、アウタ側両凹溝）のうちで径方向に関して最も凹んだ部位である、これら各凹溝の底部若しくは底部近傍に接触させる。
言い換えれば、上記各玉の転動面と、上記インナ側凹溝とアウタ側凹溝とのうちの少なくとも一方の凹溝（より好ましくはインナ側、アウタ側両凹溝）の内面との接触部の圧力角（接点角）、即ち、上記インナシャフト及びアウタシャフトの中心軸と上記玉の中心とを含む仮想平面と上記接触部に接する仮想平面とのなす角を大きくする。具体的には、この接触部の圧力角（接点角）を４５度以上、好ましくは６０度以上、更に好ましくは７５度以上、最も好ましくは９０度とする。要するに、上記玉の転動面を上記溝の底部乃至は底部近傍で接触させるとは、上記圧力角（接点角）を４５度以上（好ましくは６０度以上、更に好ましくは７５度以上、最も好ましくは９０度）にする事を言う。ステアリングシャフトの様に、両方向のトルクを伝達する場合には、組立誤差を除き、中立状態での上記圧力角を９０度とする。
【００１４】
又、上記インナシャフトの外周面で上記各インナ側凹溝から円周方向に外れた複数箇所にインナ側突き当て面を、上記アウタシャフトの内周面でこのインナ側突き当て面と対向する部分にアウタ側突き当て面を、それぞれ設ける。
そして、上記アウタシャフトと上記インナシャフトとの間で回転伝達を行って上記各玉が上記各インナ側凹溝及び上記各アウタ側凹溝の内面のうちで底部乃至は底部近傍から円周方向に外れた部分に接触した状態で、上記各インナ側突き当て面と上記各アウタ側突き当て面とを当接させる。
【００１５】
上述の様な本発明の伸縮式回転伝達軸を実施する場合に、例えば請求項２に記載した発明の様に、中立状態、並びに、上記インナシャフトと上記アウタシャフトとの間で伝達するトルクが小さく、上記各インナ側突き当て面と上記各アウタ側突き当て面とが当接せずに、上記各玉が上記各インナ側凹溝及び上記各アウタ側凹溝の底部乃至は底部近傍に接触している状態で、上記各玉がこれら各凹溝の底部乃至は底部近傍に対し転がり接触しつつ上記両シャフトの軸方向の相対変位を許容する。又、これら両シャフト同士の間で伝達するトルクが大きく、上記各インナ側突き当て面と上記各アウタ側突き当て面とが当接した状態で、上記各凹溝の内面のうちで上記各玉の転動面が当接している部分に圧痕が形成されない様に、上記中立状態での、上記各インナ側突き当て面と上記各アウタ側突き当て面との間隔を設定する。
【００１６】
尚、本発明の伸縮式回転伝達軸を実施する場合に好ましくは、上記各玉に、上記インナ側、アウタ側各凹溝に対する締め代（隙間０、締め代０も含む）を持たせる。即ち、上記アウタシャフトとインナシャフトとを組み合わせた状態で、且つ、これらアウタシャフトとインナシャフトとの間にトルクが加わらない中立位置且つ自由状態（弾性変形していない状態）での、インナ側、アウタ側各凹溝の内面により構成される仮想円（断面に関する内接円）の直径に対し、上記玉の自由状態での外径を、この仮想円の直径と同じか、又は、僅かに（例えば玉の外径の１／１０〜１／１０００程度）大きくする。
【００１７】
この様に上記各玉に持たせる締め代と、これら各玉の外径と、上記各凹溝の断面形状との関係と、前記各インナ側突き当て面と前記各アウタ側突き当て面との円周方向に関する間隔とは、次の様に規制する。先ず、上記各玉の締め代（これら各玉の外径と上記仮想円の直径との差）を、上記各凹溝の断面形状の曲率半径との関係（接触楕円の面積との関係）で、上記各玉並びに上記インナ側、アウタ側各凹溝が弾性変形する範囲内、即ち、これらインナ側、アウタ側各凹溝に圧痕（塑性変形）が生じない（生じたとしても、耐久性の低下に繋がらず、且つ、軸方向伸縮を円滑に行える）範囲内で設定する。又、上記間隔を、上記各玉並びにインナ側、アウタ側各凹溝が弾性変形する範囲内、即ち、これらインナ側、アウタ側各凹溝に塑性変形に基づく圧痕を生じない（生じたとしても、耐久性の低下に繋がらず、且つ、軸方向伸縮を円滑に行える）範囲内で、上記インナ側、アウタ側各突き当て面同士が当接して、上記トルクの伝達が行われる様に設定する。
【００１８】
又、本発明の伸縮式回転伝達軸を実施する場合に、例えば請求項３に記載した発明の様に、上記アウタシャフトのうちで円周方向に隣り合う上記各アウタ側凹溝同士の間部分を、径方向内方に凹む方向に屈曲した形状とする事により、上記アウタシャフトのうちで上記各アウタ側凹溝を形成した部分を、径方向に弾性変形し易くする。そして、これら各アウタ側凹溝及び各インナ側凹溝の内面と各玉の転動面との接触部の面圧、並びに、各インナ側突き当て面と各アウタ側突き当て面とが当接する状態での（これら両突き当て面同士が断接する瞬間に於ける）、上記アウタシャフトとインナシャフトとの間で伝達するトルクの大きさを規制する。
【００１９】
又、本発明の伸縮式回転伝達軸を実施する場合に、例えば請求項４に記載した発明の様に、上記各インナ側突き当て面と上記各アウタ側突き当て面とを、インナシャフト及びアウタシャフトの中心軸を含む仮想平面上に存在する平坦面とする。そして、これら各インナ側突き当て面と各アウタ側突き当て面との間隔を、径方向内側から径方向外側に向かう程大きくする。この構成により、上記両シャフト同士の間での回転伝達時に、上記各インナ側突き当て面と上記各アウタ側突き当て面とを、各突き当て面の直角方向に当接させる。
【００２０】
又、本発明の伸縮式回転伝達軸を実施する場合に、例えば請求項５に記載した発明の様に、上記各アウタ側凹溝を上記アウタシャフトの円周方向反対側２箇所位置に、上記各インナ側凹溝をインナシャフトの円周方向反対側２箇所位置に、それぞれに設ける。又、上記アウタシャフトを、金属管を塑性変形させる事により造られたものとする。そして、このアウタシャフトの中心軸に対し直角方向の断面形状に関して、上記各アウタ側凹溝の配列方向に対し直角方向への成形型の移動を妨げるアンダカット部を存在させない。
【００２１】
又、本発明の伸縮式回転伝達軸を実施する場合に、例えば請求項６に記載した発明の様に、上記アウタシャフトの肉厚を、全周に亙り実質的に（曲げ形成等の加工に伴う微小変化による差を除き）同じとする。
或は、請求項７に記載した発明の様に、上記アウタシャフトを、各アウタ側凹溝を形成した部分を含む、円周方向複数個所に、外周面側が部分凸円筒面となる突条部を設けたものとする。そして、これら各突条部の頂部を、他の部分よりも薄肉とする。
【００２２】
又、本発明の伸縮式回転伝達軸を実施する場合に、例えば請求項８に記載した発明の様に、上記各インナ側凹溝の底部に存在する、上記インナシャフトの中心軸を曲率中心とする凸部分円筒面と、上記各アウタ側凹溝の底部に存在する、上記アウタシャフトの中心軸を曲率中心とする凹部分円筒面とのうちの少なくとも一方の部分円筒面を設ける。
或は、本発明の伸縮式回転伝達軸を実施する場合に、例えば請求項９に記載した発明の様に、上記各インナ側凹溝と上記各アウタ側凹溝とのうちに少なくとも一方の凹溝の断面形状の曲率半径を、当該凹溝の幅方向中央部で大きく、両端寄り部分で小さくする。
又、本発明の伸縮式回転伝達軸を実施する場合に、例えば請求項１０に記載した発明の様に、上記インナシャフト及び上記アウタシャフトを何れも、金属管を塑性変形させる事により造り、これら両シャフトを何れも、径方向に弾性変形可能とする。
【発明の効果】
【００２３】
上述の様に構成する本発明の伸縮式回転伝達軸によれば、廉価で、しかも、大きな回転力を伝達した場合にも、圧痕等の損傷を生じにくくできる（生じたとしても、耐久性の低下に繋がらず、且つ、軸方向の伸縮を円滑に行える程度に止められる）構造を実現できる。この為、大きな回転力を伝達する（許容負荷トルクを大きくする）事と、がたつきなく円滑な軸方向伸縮を行う事と、製造コストの低減とを、高次元で並立させられる。
【００２４】
即ち、本発明の場合には、各玉に弾性力を付与する為の弾性部材を設ける必要がない分、廉価に構成できる。又、上記トルクの伝達を、上記各玉だけでなく、インナ側、アウタ側各突き当て面同士の当接に基づいて行う事ができる為、その分（トルク伝達に供される面同士の当接面積を大きくできる分）大きなトルクを伝達できる（許容負荷トルクを大きくできる）。又、この様に大きなトルクの伝達を、上記インナ側、アウタ側各突き当て面が分担する事により、上記各玉とインナ側、アウタ側各凹溝との当接部の面圧が過度に大きくなる事も防止でき、圧痕等の損傷を生じにくくできる。又、本発明の場合には、大きなトルクの伝達を、前述の図１５〜１６に示した従来構造の様な円柱部材（円筒部材）を用いずに、上記インナ側、アウタ側各突き当て面同士の当接に基づいて行う為、部品点数の低減を図れ、この面からも廉価に構成できる。
【００２５】
しかも、本発明の場合には、上記各玉の転動面を、上記各インナ側凹溝と上記各アウタ側凹溝とのうちの少なくとも一方の凹溝のうちの底部で接触させている為、トルクの増大に伴ってこのトルクの伝達を、上記インナ側、アウタ側各突き当て面同士が確実に分担できる。即ち、上記各凹溝の底部で接触させた上記各玉の転動面と当該凹溝（これら各玉を底部で接触させた凹溝）との接触部では、その圧力角（接点角）が大きくなる為、上記トルクを受ける方向に加わる分力が小さく、このトルクが少し大きくなるだけで、このトルクが上記各玉を介してだけでは伝達し切れなくなる。この為、これら各玉の転動面と当該凹溝との接触部では、上記トルクが加わると、インナシャフトとアウタシャフトとの相対回転が許容される傾向になる。そして、この様な相対回転に伴い、上記インナ側、アウタ側各突き当て面同士が当接し、上記トルクの増大に伴って、このトルクの伝達を、これらインナ側、アウタ側各突き当て面同士の係合部が確実に分担する。
【００２６】
又、上記インナシャフトとアウタシャフトとの相対回転に伴い、上記各玉の転動面と当該凹溝との接触部は、上記トルクが加わらない無負荷状態での接触位置から側方（回転方向）に変位する（ずれる）傾向となる。この為、例え、大きなトルクが加わる事により、当該凹溝の転動面に、上記玉の転動面との当接に基づく圧痕が生じたとしても、この圧痕が生じる位置は、上記トルクが加わらない無負荷状態での上記玉の転動面との接触位置から外れた位置となる。この為、上記圧痕に拘らず（例え圧痕が生じたとしても）、上記トルクが加わらない無負荷状態で行われる、上記アウタシャフトと上記インナシャフトとの軸方向相対変位（伸縮式回転伝達軸の伸縮）を、円滑に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
［実施の形態の第１例］
図１〜２は、請求項１〜６、１０に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例を含めて、本発明の伸縮式回転伝達軸の特徴は、インナシャフトとアウタシャフトとを、伸縮を可能に、且つ、トルクの伝達を可能に組み合わせる部分の構造にある。伸縮式回転伝達軸を組み合わせて径方向外側から見た形状は、例えば前述の図１４に記載したステアリングシャフト３或は中間シャフト５の形状と同様である。そこで、以下の説明は、本発明の特徴となる構造が表れる、中心軸に対し直角方向の仮想平面に関する断面形状に基づいて行う。
【００２８】
本例の伸縮式回転伝達軸２０は、インナシャフト１１ｂと、アウタシャフト１０ｂと、複数個の玉１４、１４とを備える。
このうちのインナシャフト１１ｂ及びアウタシャフト１０ｂは、何れも、鋼、アルミニウム合金等の金属製の丸管にプレス加工を施して成るもので、それぞれの断面形状を、大略鼓形に形成している。
【００２９】
先ず、上記インナシャフト１１ｂに関しては、外周面のうちで直径方向反対側２箇所位置に、それぞれ径方向（図１の上下方向）内方に凹入したインナ側凹溝１９ａ、１９ａを、軸方向（図１の表裏方向）に連続する状態で形成している。本例の場合、これら各インナ側凹溝１９ａ、１９ａの断面形状は、開口両端縁部を除き、上記各玉１４、１４の外径の１／２よりも少し大きな曲率半径を有する、単一円弧としている。又、上記インナシャフト１１ｂの外周面の直径方向反対側２箇所位置で、この外周面の円周方向に関して、上記各インナ側凹溝１９ａ、１９ａ同士の間部分を、それぞれが外周面側に突出した断面Ｖ字形である１対ずつのインナ側凸部２１、２１と、これら両インナ側凸部２１、２１同士を連続させるインナ側平坦部２２とから構成している。これら各インナ側凸部２１、２１の両端部と、このインナ側平坦部２２及び上記各インナ側凹溝１９ａ、１９ａとの連続部は、それぞれ断面円弧形の曲面により、滑らかに連続させている。
【００３０】
又、上記アウタシャフト１０ｂは、その内側に上記インナシャフト１１ｂを挿入可能とすべく、このインナシャフト１１ｂよりも大きな断面を有する。この様なアウタシャフト１０ｂに関しては、内周面のうちで直径方向反対側２箇所位置に、それぞれ径方向（図１の上下方向）内方に凹入したアウタ側凹溝１８ａ、１８ａを、軸方向（図１の表裏方向）に連続する状態で形成している。これら各アウタ側凹溝１８ａ、１８ａの断面形状に関しても、開口両端縁部を除き、上記各玉１４、１４の外径の１／２よりも少し大きな曲率半径を有する、単一円弧としている。又、上記アウタシャフト１０ｂの内周面の直径方向反対側２箇所位置で、この内周面の円周方向に関して、上記各アウタ側凹溝１８ａ、１８ａ同士の間部分を、それぞれが内周面側が凹んだ断面Ｖ字形である１対ずつのアウタ側凹部２３、２３と、これら各アウタ側凹部２３、２３同士を連続させるアウタ側平坦部２４とから構成している。これら各アウタ側凹部２３、２３の両端部と、このアウタ側平坦部２４及び上記各アウタ側凹溝１８ａ、１８ａとの連続部に就いても、それぞれ断面円弧形の曲面により、滑らかに連続させている。
【００３１】
この様なアウタシャフト１０ｂと上述の様なインナシャフト１１ｂとは、何れも、金属製の丸管のうちで伸縮自在に組み合わされるべき部分（例えば軸方向片半部）にプレス加工を施す事により、当該部分を図１に示す様な断面形状に加工している。このプレス加工を行う際には、加工すべきシャフト１０ｂ、１１ｂの内周面形状に見合う（断面の輪郭線の形状が、同じ、若しくは、スプリングバックを考慮した分だけ小さい）外周面形状を有する中子（マンドレル）を、上記丸管内の加工すべき部分に挿入する。この状態で、この丸管を、左右１対の成形型（押型）により、上記中子の外周面に対し押し付ける。これら両成形型の先端面は、加工すべきシャフト１０ｂ、１１ｂの外周面形状に見合う形状としている。この為、上記押し付け作業に伴って、上記中子の外周面と上記両成形型の先端面との形状が上記丸管に転写され、図１に示す様な、上記アウタシャフト１０ｂ及び上記インナシャフト１１ｂを得られる。
【００３２】
従って本例の場合には、上記アウタシャフト１０ｂ及び上記インナシャフト１１ｂの肉厚は、全周に亙り実質的に同じである。又、本例の場合、上記アウタシャフト１０ｂには、前記各アウタ側凹溝１８ａ、１８ａの配列方向に対し直角方向（図１の左右方向）への成形型の移動を妨げるアンダカット部が存在しない。即ち、図１の上下方向に関する寸法は、上記各アウタ側凹溝１８ａ、１８ａを形成した幅方向中央部で最も大きく、幅方向両端部に向かうに従って漸減している。幅方向中央部から幅方向両端部に向かう途中で、上記上下方向に関する寸法が大きくなる箇所は存在しない。従って、上記アウタシャフト１０ｂのプレス加工は、単純な二分割型の成形型により行える。この為、プレス加工用の金型装置の単純化によるコスト低減と、加工時間の短縮化によるコスト低減とを図れる。これに対して、上記インナシャフト１１ｂに関しては、前記各インナ側凹溝１９ａ、１９ａ部分がアンダカット部となる為、丸管を中子の外周面に押し付ける成形型として、例えば四分割型の様な、より複雑な金型装置が必要になる。何れにしても、上記アウタシャフト１０ｂ及び上記インナシャフト１１ｂの加工を、中子を使用して、大きな加工荷重により行える。この為、これら両シャフト１０ｂ、１１ｂを、高炭素鋼製の丸管等、剛性の高い材料により造る事ができて、大きなトルク伝達が可能な伸縮式回転伝達軸を得易い。
【００３３】
それぞれが上述の様にして造られる、上記アウタシャフト１０ｂと上記インナシャフト１１ｂとは、このアウタシャフト１０ｂの軸方向の一部に、このインナシャフト１１ｂの軸方向の一部を挿入し、上記各アウタ側凹溝１８ａ、１８ａと前記各インナ側凹溝１９ａ、１９ａとの間に前記各玉１４、１４を介在させた状態に組み合わせる。即ち、上記インナシャフト１１ｂの外周面４箇所位置に設けた前記各インナ側凸部２１、２１を、上記アウタシャフト１０ｂの内周面４箇所位置に設けた前記各アウタ側凹部２３、２３の内側に、緩く（円周方向に隙間を開けた状態で）挿入する。この際、上記各アウタ側凹溝１８ａ、１８ａと上記各インナ側凹溝１９ａ、１９ａとの間に、保持器１５ａ（図２参照。図１には省略。）に転動自在に保持された上記各玉１４、１４を組み付ける（上記両シャフト１０ｂ、１１ｂの組み合わせ時に、これら各玉１４、１４を、上記保持器１５ａと共に、上記各凹溝１８ａ、１９ａに対し転がらせつつ送り込む）。この送り込みに伴って、上記アウタシャフト１０ｂ及び上記インナシャフト１１ｂを少しだけ弾性変形させ、上記各玉１４、１４の転動面（表面）と上記各凹溝１８ａ、１９ａの内面とを弾性的に当接させる（これら各玉１４、１４に予圧を付与する）。本例の構造の場合、上記アウタシャフト１０ｂのうちで前記各アウタ側平坦部２４、２４と上記アウタ側凹溝１８ａ、１８ａとの間部分、並びに、上記インナシャフト１１ｂのうちで、前記各インナ側平坦部２２、２２と上記インナ側凹溝１９ａ、１９ａとの間部分が弾性変形し易い為、上記各玉１４、１４の送り込み、並びに、これら各玉１４、１４への予圧付与を容易に、且つ、精度良く行える。
【００３４】
この様に各部材１０ｂ、１１ｂ、１４を組み合わせた状態で、このうちのアウタシャフト１０ｂとインナシャフト１１ｂとの間での、トルクの伝達及び軸方向の相対変位が可能になる。又、これらアウタシャフト１０ｂとインナシャフト１１ｂとの間で回転伝達を行っていない中立状態で、上記各玉１４、１４の転動面は、上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの内面のうちで径方向に関して最も凹んだ部位である、これら各凹溝１８ａ、１９ａの底部に接触する。即ち、本例の場合には、図１に表れた断面形状に関して、上記各玉１４、１４の中心同士を結ぶ仮想直線αを考えた場合、上記中立状態では上記各凹溝１８ａ、１９ａの底部が、この仮想直線α上に存在する。言い換えれば、これら各凹溝１８ａ、１９ａの断面形状は、この仮想直線αに関して対称である。そして、上記中立状態では、これら各凹溝１８ａ、１９ａと上記各玉１４、１４の転動面との接触部に存在する接触楕円の中心も、上記仮想直線α上に存在する。
【００３５】
又、本例の場合には、前記各インナ側凸部２１、２１を構成する１対ずつの平坦面のうち、互いに（図１の上下方向に）対向する平坦面を、インナ側突き当て面２５、２５としている。又、前記各アウタ側凹部２３、２３を構成する１対ずつの平坦面のうち、これら各インナ側突き当て面２５、２５に対向する平坦面を、アウタ側突き当て面２６、２６としている。これら各インナ側突き当て面２５、２５とこれら各アウタ側突き当て面２６、２６とは、上記中立状態で互いに離隔している。又、これら各インナ側突き当て面２５、２５と各アウタ側突き当て面２６、２６との間隔を、径方向内側から径方向外側に向かう程大きくしている。具体的には、上記中立状態で上記各突き当て面２５、２６を、前記アウタ、インナ両シャフト１０ｂ、１１ｂの中心軸を含む仮想平面上に位置させている。従って、互いに対向する４組のインナ側突き当て面２５、２５とアウタ側突き当て面２６、２６とは、上記中立状態で、中心角（ストッパ角）θ分だけ互いに傾斜した状態となる。本例の構造の場合には、この様な中心角θを設定している為、上記両シャフト１０ｂ、１１ｂ同士の間でのトルクの伝達に伴って、これら両シャフト１０ｂ、１１ｂ同士が円周方向に関して相対変位すると、４組存在する上記各インナ側突き当て面２５、２５と上記各アウタ側突き当て面２６、２６とのうち、２組のインナ側突き当て面２５、２５とアウタ側突き当て面２６、２６とが、対向する部分のほぼ全面で当接する。当接面に作用する力の方向は、これら各突き当て面２５、２６の直角方向となる。
【００３６】
上述の様に構成する本例の伸縮式回転伝達軸は、上記アウタ、インナ両シャフト１０ｂ、１１ｂ同士の間でトルクを伝達しない状態、乃至は、伝達するトルクが小さい場合には、上記各玉１４、１４の転動面が前記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの内面に、これら各凹溝１８ａ、１９ａの底部乃至は底部の近傍で当接する。この状態では、上記各インナ側突き当て面２５、２５と上記各アウタ側突き当て面２６、２６とは何れも離隔した状態のままであるし、上記各玉１４、１４は、上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの長さ方向に転動自在である。この為、上記アウタ、インナ両シャフト１０ｂ、１１ｂ同士を軸方向に相対変位させて、上記伸縮式回転伝達軸を、軽い力で伸縮させる事ができる。これに対して、上記アウタ、インナ両シャフト１０ｂ、１１ｂ同士の間で大きなトルクを伝達する際には、上記２組のインナ側突き当て面２５、２５とアウタ側突き当て面２６、２６とが当接し、上記トルクのうちで上記各玉１４、１４が伝達し切れない分を伝達する。
【００３７】
上述の様に構成し作用する本発明の伸縮式回転伝達軸によれば、廉価で、しかも、大きなトルクを伝達した場合にも、圧痕等の損傷を生じにくい（生じたとしても、耐久性の低下に繋がらず、且つ、軸方向伸縮を円滑に行える）構造を実現できる。この為、大きなトルクを伝達する（許容負荷トルクを大きくする）事と、がたつきなく円滑な軸方向伸縮を行う事と、製造コストの低減とを、高次元で並立させられる。
【００３８】
先ず、低廉化は、前記各玉１４、１４に弾性力を付与する為の弾性部材（例えば図１５〜１６の弾性部材１６）を設けなくて済む分、部品製作、部品管理、組立作業を何れも単純化する事により図れる。又、本例の場合には、大きなトルクの伝達を、前述の図１５〜１６に示した従来構造の様な円柱部材（円筒部材）１７を用いずに、上記インナ側、アウタ側各突き当て面２５、２６同士の当接に基づいて行う為、部品点数の低減を図れ、この面からも低廉化を図れる。
【００３９】
次に、圧痕等の損傷防止は、上記トルクの伝達を、上記各玉１４、１４だけでなく、上記各インナ側突き当て面２５、２５と上記各アウタ側突き当て面２６、２６との当接に基づいて行う事により図れる。即ち、これら各突き当て面２５、２６同士が当接した状態では、前記アウタ、インナ両シャフト１０ｂ、１１ｂ同士の間でのトルク伝達を、広い面積で行える。この様にトルク伝達に寄与する部分の面積が広くなる分、大きなトルクを伝達できる（許容負荷トルクを大きくできる）し、トルクを伝達する部分の面圧を低く抑えられる。そして、上記各玉１４、１４と前記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの内面との当接部の面圧が過度に大きくなる事を防止して、圧痕等の損傷を生じにくくできる。即ち、本例の場合には、前記中立状態での、上記各玉１４、１４に付与する予圧、並びに、上記各インナ側突き当て面２５、２５と上記各アウタ側突き当て面２６、２６との円周方向に関する間隔を調節して、上記圧痕等の損傷を防止している。
【００４０】
又、本例の場合には、上記各玉１４、１４の転動面と上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの内面とを、これら各凹溝１８ａ、１９ａの溝底部で接触させている為、上記アウタ、インナ両シャフト１０ｂ、１１ｂ同士の間で伝達するトルクの増大に伴ってこのトルクの伝達を、上記各インナ側突き当て面２５、２５と上記各アウタ側突き当て面２６、２６との当接部に、確実に分担させる事できる。即ち、上記各玉１４、１４の転動面と上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの内面との接触部では、その圧力角（接点角）θ1 、θ2 が大きくなる為、上記トルクを受ける方向に加わる分力が小さく、これら各玉１４、１４がこのトルクを伝達する効率が悪い。言い換えれば、大きなトルクは、これら各玉１４、１４を介して伝達されにくい。この為、これら各玉１４、１４の転動面とアウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの内面との接触部では、上記トルクが加わると、上記アウタ、インナ両シャフト１０ｂ、１１ｂ同士の相対回転が許容される傾向になる。そして、この様な相対回転に伴い、上記各インナ側突き当て面２５、２５と上記各アウタ側突き当て面２６、２６とが当接し易くなり、上記トルクの増大に伴って、このトルクの伝達を、これら各突き当て面２５、２６が確実に分担できる。しかも本例の場合には、上記各突き当て面２５、２６同士の圧力角θ3 （図示せず）を小さく（ほぼ０度に）している為、上記各突き当て面２５、２６同士の接触部でトルクを確実に支承できる（大きなトルクを確実に伝達できる）。
【００４１】
尚、上記各突き当て面２５、２６同士の圧力角θ3 は、本例の様に、０度とする事が理想である。この圧力角θ3 を０度とし、上記各突き当て面２５、２６同士を直角当たりとすれば、大きなトルクを伝達する際にも、これら各突き当て面２５、２６が面方向に擦れ合う事を防止して、これら各突き当て面２５、２６の摩耗を抑えられる。但し、伝達すべきトルクの大きさと（伝達すべきトルクの最大値があまり大きくなく）、上記アウタ、インナ両シャフト１０ｂ、１１ｂを構成する丸管の肉厚等により定まる、これら両シャフト１０ｂ、１１ｂの剛性等によっては（この剛性が大きい場合には）、３０度程度迄大きくする事も可能である。
【００４２】
上述の説明から明らかな通り、上記各圧力角θ1 、θ2 、θ3 のうち、上記各玉１４、１４に関する圧力角θ1 、θ2 （これら各玉１４、１４の中心と上記アウタ、インナ両シャフト１０ｂ、１１ｂの中心軸とを含む仮想平面とこれら各玉１４、１４の転動面と相手面との接触部に接する仮想平面とのなす角度）は大きく、上記各突き当て面２５、２６同士の圧力角θ3 は小さくする。特に、トルク伝達に関する特性を、回転方向に関して対称にする本例の構造の場合には、上記各玉１４、１４に関する圧力角θ1 、θ2 を９０度にしている。従って、上記各玉１４、１４の転動面とアウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの内面との接触位置は、小さいトルクで、これら各凹溝１８ａ、１９ａの底部から側方に変位し易い。この為に、例えば上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの断面形状を単一円弧とする場合には、その曲率半径を、上記各玉１４、１４の半径よりも少しだけ大きくし、中立状態での上記接触位置を、溝底とする。これに対して、上記各突き当て面２５、２６同士の圧力角θ3 、即ち、これら各突き当て面２５、２６が当接した状態で、これら各突き当て面２５、２６と、上記アウタシャフト１０ｂ及びインナシャフト１１ｂの中心軸とこれら各突き当て面２５、２６同士の当接部の中心とを含む仮想平面とのなす角度は、上述の様にできるだけ小さくする。
【００４３】
又、本例の場合には、円周方向に関する上記各突き当て面２５、２６同士の隙間角（前記ストッパ角θ）を、同じく円周方向に関する上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａと上記各玉１４、１４との隙間角（これら各玉１４、１４が全く乃至は殆どトルクを伝達せずに、上記アウタ、インナ両シャフト１０ｂ、１１ｂ同士が相対回転する角度）よりも大きくしている。この為、伝達トルクの増大に伴って、このトルクを適正箇所で伝達できる。
【００４４】
即ち、伝達すべきトルクが小さい状態では、上記各玉１４、１４のみが、上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａと上記各玉１４、１４との係合（噛み合い）に基づいて上記トルクの伝達を行い、このトルクが大きい状態では、上記各突き当て面２５、２６同士も係合し（当接し）、このトルクの伝達を行う様にできる。この様に上記各玉１４、１４の転動面と上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａとの係合部の隙間角と、上記インナ側、アウタ側各突き当て面２５、２６同士の隙間角（ストッパ角θ）とを規制するだけの簡単な構造で、これら各突き当て面２５、２６同士によりトルクの伝達を確実に分担させられる為、この面からも、廉価に構成できる（製造コストの低減を図れる）。又、上述の様に、各隙間角を規制する事で、上記アウタ、インナ両シャフト１０ｂ、１１ｂ同士の軸方向相対変位（伸縮式回転伝達軸の伸縮）を、上記各玉１４、１４の転動に基づいて行う事ができ（上記インナ側、アウタ側各突き当て面２５、２６同士の摺接を低減でき）、この面からも、上記相対変位（伸縮動作）を円滑に行える。
【００４５】
又、本例の場合には、上記各玉１４、１４に上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａに対する締め代を持たせている（これら各玉１４、１４とこれら各凹溝１８ａ、１９ａとの接触部の隙間を負として、これら各玉１４、１４に予圧を付与している）為、前記弾性部材（例えば図１５〜１６の弾性部材１６）を設けなくても、アウタシャフト１０ｂとインナシャフト１１ｂとが回転方向にがたつく事を防止できる。特に本例の構造の場合には、これら両シャフト１０ｂ、１１ｂの形状及び構造に基づいて、構成各部材の形状精度及び寸法精度を特に高くしなくても、上記各玉１４、１４に付与する予圧を適正値に規制できる。即ち、上記アウタシャフト１０ｂのうちで上記アウタ側凹溝１８ａを形成した部分の両側には、前記各アウタ側凹部２３、２３を構成する為の、断面Ｖ字形の屈曲部が存在する為、上記アウタ側凹溝１８ａを形成した部分は、上記アウタシャフト１０ｂの径方向に弾性変位し易い。同様に、上記インナシャフト１１ｂのうちで上記インナ側凹溝１９ａを形成した部分も、このインナシャフト１１ｂの径方向に弾性変形し易い。要するに、上記各玉１４、１４を挟持する、上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａを形成した部分は何れも変形し易く、多少の寸法誤差等に拘らず、上記各玉１４、１４に付与する予圧の変化量を少なく抑えられる。この為、コスト上昇を抑えつつ、この予圧付与に基づく、上記回転方向のがたつき防止を有効に図れる。
【００４６】
尚、上述の様ながたつきを許容できるのであれば（例えば、或る程度がたついても走行中に問題とならないのであれば）、このがたつきを許容できる範囲で、締め代を持たせない様に（正の隙間を持たせて上記各玉１４、１４に予圧を付与しない様に）する（例えば各玉１４、１４の外径を、アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの内面により構成される仮想円の直径よりも小さくする）事もできる。そして、この様に締め代を持たせない場合には、上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの内面と上記各玉１４、１４の転動面との接触点位置が、トルクに応じて変位し易くなる為、例え圧痕が生じた場合にも、この圧痕の存在に拘らず、上記アウタシャフト１０ｂとインナシャフト１１ｂとの軸方向の相対変位（伸縮式回転伝達軸の伸縮）を円滑に行える様にできる。
【００４７】
図３は、上記各玉１４に締め代を持たせた構造の場合の、これら各玉１４の転動面と上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの内面との接触点位置の変化を示している。尚、この図３の（Ａ）（Ｂ）は、アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの断面形状をそれぞれ単一円弧としている。又、図３の（Ａ）は、無負荷時の状態（トルクが加わっていない状態）を、同図の（Ｂ）は、トルクが加わった状態を、それぞれ示している。又、この様な図３の（Ａ）（Ｂ）中にそれぞれ示した点αは、無負荷且つ中立状態での、上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの内面（内側面）と上記各玉１４の転動面との接触点位置を示している。上記図３の（Ａ）に示した中立状態から、上記両シャフト１０ｂ、１１ｂ同士の間にトルクが加わると、図３の（Ｂ）に示した様に、上記各玉１４並びに上記各アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの弾性変形に基づき、上記接触点位置が点αから点βに、これらアウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの内面の曲率半径Ｒと各玉１４の半径（＝Ｄ／２）とに応じた距離｛図３（Ｂ）のδ1 、δ2 ｝に比例して変位する。
【００４８】
そして、上記各玉１４に予圧を付与しているか否かに関係なく、大きなトルクが加わる事により、仮に、アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａの内面と上記各玉１４の転動面との接触部で圧痕が生じたとしても、上述の様に接触点位置が変位する為、この圧痕は点βの位置に生じる。この様に圧痕が生じる位置βが、無負荷時の接触点位置αとずれる為、この無負荷時に行われるアウタシャフト１０ｂとインナシャフト１１ｂとの軸方向の相対変位（伸縮式回転伝達軸の伸縮）は、上記圧痕の存在に拘らず、滑らかに行える。尚、上記各玉１４に予圧を付与しているか否かに関係なく、実際の場合には、前述した様に、大きいトルクが加わった場合には、前記インナ側、アウタ側各突き当て面２５、２６同士の当接部がこのトルクの多くの部分を伝達する為、上記圧痕は生じにくい。尚、これら各突き当て面２５、２６同士の当接部の当接面積は広く、これら各当接部に作用する面圧は低く抑えられる。この為、上記両シャフト１０ｂ、１１ｂを低炭素鋼製の丸管を塑性変形させる事により造っても、大きなトルク伝達によりこれら両シャフト１０ｂ、１１ｂに変形や摩耗等の損傷が発生する事を十分に抑えられる。
【００４９】
上述の様な本例の構造の場合に対して、図４は、アウタ側、インナ側各凹溝１８ｂ、１９ｂの断面形状をゴシックアーチ状とした構造を示している。この様なゴシックアーチ状とした構造の場合には、図４（Ａ）に示す様に、無負荷時でも接触点位置αが、上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ｂ、１９ｂの中央部（溝深さが最も大きい部分）からずれる。この様な構造の場合には、捩り剛性を大きくできるが、大きなトルクが加わった状態での、上記接触点位置の変位量（ずれ量）は大きくなりにくい（ずれ量は小さい）為、必ずしも好ましい構造とは言えない。但し、後述する様に、何れか一方の凹溝の断面形状をゴシックアーチ状とし、他方の凹溝の断面形状を、非ゴシックアーチの円弧状とすれば、この他方の凹溝に関する限り、上記接触点位置の変位量を確保できる。更には、アウタシャフト１０ｂやインナシャフト１１ｂの一部に薄肉部を設ける等により、これらアウタシャフト１０ｂやインナシャフト１１ｂのうちで上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ｂ、１９ｂを設けた部分を弾性変形し易くすれば、これら各凹溝１８ｂ、１９ｂの断面形状がゴシックアーチ状であったとしても、上記接触点位置をαからβにずれ易くできる。又、この様に弾性変形し易くする事により、小さいトルクが加わった状態から、前記各突き当て面２５、２６同士でこのトルクの伝達を行う様にできる為、その分、圧痕を生じにくくできる。
【００５０】
何れにしても、本例の場合には、中立状態で上記各玉１４、１４の転動面を、アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａ（１８ｂ、１９ｂ）の内面のうちの溝底部で接触させている為、この接触部に関しては、トルクが加わると、インナシャフト１１ｂとアウタシャフト１０ｂとの相対回転が許容される傾向になる。この為、仮に、過大なトルクが加わる事により、上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａ（１８ｂ、１９ｂ）の内面の一部に、上記各玉１４、１４の転動面との当接に基づく圧痕が生じたとしても、この圧痕が生じる位置は、上記トルクが加わらない無負荷状態での上記各玉１４、１４の転動面との接触位置から外れた位置となる。この為、仮に圧痕が生じても、上記トルクが加わらない無負荷状態で行われる、上記アウタシャフト１０ｂと上記インナシャフト１１ｂとの軸方向相対変位（伸縮式回転伝達軸の伸縮）を、円滑に行える。
【００５１】
又、本例の場合には、アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａ（１８ｂ、１９ｂ）を、インナシャフト１１ｂ及びアウタシャフト１０ｂの円周方向等間隔複数個所（１８０度間隔２個所位置）に設けている為、これらアウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａが均一に弾性変形し易くなり、これら各凹溝１８ａ、１９ａに圧痕等の損傷をより生じにくくできる。
又、本例の場合は、図２に示す様に、各玉１４、１４を保持器１５ａにより保持する事で、これら各玉１４、１４の位置決めを図り、これら各玉１４、１４が、上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａ（１８ｂ、１９ｂ）の軸方向にがたつくのを防止している。この為、上記各玉１４、１４の間隔（これら各玉１４、１４が設置されている部分の軸方向長さ）を適正に維持して、伸縮式回転伝達軸を構成する、上記インナシャフト１１ｂと上記アウタシャフト１０ｂとの嵌合部の曲げ剛性の確保等を図れる。又、上記保持器１５ａを設ける事により、上記各玉１４、１４を上記アウタ側、インナ側各凹溝１８ａ、１９ａ（１８ｂ、１９ｂ）同士の間に組み込み易くできる。
【００５２】
尚、図示の例では、上記各玉１４、１４の転動面を、上記各アウタ側凹溝１８ａ、１８ａの溝底部と、上記各インナ側凹溝１９ａ、１９ａの溝底部とに接触させている（両方の凹溝１８ａ、１９ａの溝底部に接触させている）。これに対して、上記各アウタ側凹溝１８ａ、１８ａと上記各インナ側凹溝１９ａ、１９ａとのうちの何れか一方の凹溝１８ａ、１８ａ（１９ａ、１９ａ）のみの溝底部に接触させる事もできる。即ち、上記各アウタ側凹溝１８ａ、１８ａと上記各インナ側凹溝１９ａ、１９ａとのうちの何れか一方の断面形状を単一円弧とすると共に、他方の断面形状をゴシックアーチ状とし、このうち断面形状が単一円弧とした一方の凹溝のみ、上記各玉１４、１４の転動面を溝底部に接触させる事もできる。
【００５３】
［実施の形態の第２例］
図５は、請求項１〜６に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、インナシャフト１１ｃを、金属製の充実体としている。即ち、本例の場合には、このインナシャフト１１ｃを、金属製の棒材等の原材料に、鍛造等の塑性加工を施す事により、或は削り加工を施す事により造っている。そして、本例の場合には、充実体である上記インナシャフト１１ｃの外周面に、インナ側凹溝１９ｂ、１９ｂと、インナ側凸部２１ａ、２１ａと、インナ側平坦部２２ａとを形成している。この為本例の場合には、上述した実施の形態の第１例の場合に比べて、上記インナシャフト１１ｃの材料費、加工コスト、重量が嵩む代わりに、剛性を向上させる事ができる。尚、図示の例では、中立状態での、インナ側突き当て面２５、２５とアウタ側突き当て面２６、２６との間隔を一定としているが、前述した実施の形態の第１例と同様に、この間隔を径方向内側から径方向外側に向かう程大きくする事もできる。その他の部分の構造及び作用は、上述した実施の形態の第１例の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
【００５４】
［実施の形態の第３例］
図６も、請求項１〜６に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、アウタシャフト１０ｃのうちで１対のアウタ側凹溝１８ｂ、１８ｂ同士の間部分の形状、並びに、インナシャフト１１ｄのうちで１対のインナ側凹溝１９ｂ、１９ｂ同士の間部分の形状を、上述した実施の形態の第２例の場合と異ならせている。即ち、本例の場合には、インナ側凸部２１ａ、２１ａ同士の間部分のインナ側平坦部２２ａ（図５参照）を省略し、円周方向に隣り合うインナ側凸部２１ａ、２１ａ同士を直接連続させている。その他の部分の構造及び作用は、上述した実施の形態の第２例の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
【００５５】
［実施の形態の第４例］
図７は、請求項１〜５、７に対応する、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合には、インナシャフト１１ｄの外周面のうちで、特許請求の範囲中の請求項７に記載した各突条部に相当する部分の頂部に平坦面２７、２７を形成して、これら各頂部の肉厚を、他の部分よりも小さく（薄肉に）している。即ち、それぞれが上記突条部に相当する、各アウタ側凹溝１８ｂ、１８ｂ及び各アウタ側凹部２３、２３の加工に伴って膨出した部分の頂部に、上記各平坦面２７、２７を形成している。これら各平坦面２７、２７の加工は、削り加工であっても、或いはプレスによる塑性加工であっても良い。
【００５６】
何れにしても、上記各頂部の肉厚を、上記各平坦面２７、２７を形成した分、小さくして、これら各頂部を弾性変形し易くしている。この為に本例の場合には、上記各アウタ側凹溝１８ｂ、１８ｂを形成した部分を弾性変形し易くできる。そして、上記アウタシャフト１０ｄとインナシャフト１１ｄとの間で伝達するトルクの増大に伴って、インナ側、アウタ側各突き当て面２５、２６同士を当接し易くし、上記各アウタ側凹溝１８ｂ、１８ｂ及び各インナ側凹溝１９ｂ、１９ｂに圧痕が形成されにくくできる。その他の部分の構造及び作用は、前述した実施の形態の第２例の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
【００５７】
［実施の形態の第５例］
図８も、請求項１〜５、７に対応する、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例の場合には、前述の図６に示した実施の形態の第３例の場合と同様に、アウタシャフト１０ｅのうちで１対のアウタ側凹溝１８ｂ、１８ｂ同士の間部分の形状、並びに、インナシャフト１１ｅのうちで１対のインナ側凹溝１９ｂ、１９ｂ同士の間部分の形状を、上述した実施の形態の第４例の場合と異ならせている。その他の部分の構造及び作用は、この第４例の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
【００５８】
［実施の形態の第６例］
図９は、請求項１、８に対応する、本発明の実施の形態の第６例を示している。本例の場合には、各インナ側凹溝１９ｃの底部に、インナシャフト１１ｆの中心軸を曲率中心とする、凸部分円筒面２８を形成している。これに対して各アウタ側凹溝１８ｂは、先に述べた各実施の形態と同様に、断面形状を単一円弧状としている。この様な本例の構造によれば、中立位置を中心とする所定角度範囲に、上記インナシャフト１１ｆとアウタシャフト１０ｂとの間でトルク伝達が殆ど行われない、不感帯を設定できる。即ち、上記各インナ側凹溝１９ｃと上記各アウタ側凹溝１８ｂとの間に設置された各玉１４の転動面が、上記凸部分円筒面２８に転がり接触している限り、上記インナシャフト１１ｆと上記アウタシャフト１０ｂとの間でのトルク伝達は、図１０の実線イの中央部に示す様に、実質的に行われない。
【００５９】
この図１０は、横軸に上記インナシャフト１１ｆと上記アウタシャフト１０ｂとの相対変位量（角度）を、縦軸にこれら両シャフト１１ｆ、１０ｂ同士の間で伝達されるトルクの大きさを、それぞれ示している。又、上記図１０の実線イ中、中央の水平部分（領域ａ部分）は、上記各玉１４の転動面が上記凸部分円筒面２８に転がり接触してトルク伝達が行われない部分を示している。又、上記水平部分の両側に存在する、傾斜角度が比較的緩やかな部分は、上記各玉１４の転動面が上記各インナ側凹溝１９ｃのうちで上記凸部分円筒面２８から外れた部分及び上記各アウタ側凹溝１８ｂに接触しているが、インナ側、アウタ側各突き当て面２５、２６（例えば図１参照）同士は離隔している状態で、トルク伝達が行われる部分を示している。更に、両端の傾斜角度が急な部分は、上記インナ側、アウタ側各突き当て面２５、２６同士が当接した状態で、トルク伝達が行われる部分を示している。又、図１０のδは、上記各玉１４に付与した予圧に基づくヒステリシスである。尚、図１０中の破線ロは、例えば前述の図１に示した様な、上記凸部分円筒面２８を持たない構造での、相対変位量と伝達トルクとの関係を示している。
【００６０】
上述の様な図１０から明らかな通り、本例の構造によれば、縦軸に一致する中立位置を中心として前記不感帯を設定できる。この為、ステアリングシャフト或いは中間シャフトとして利用した場合に、車輪からのキックバックがステアリングホイールに伝わりにくくできる。但し、上記ヒステリシスδの存在に基づき、或る程度のトルク伝達が行われるし、このヒステリシスδは、上記各玉１４に付与する予圧を変える事によって調整できる。従って、この予圧の調整に基づいて、上記中立位置での伝達特性をチューニングし、例えば、ステアリングホイールの操作による直進安定性の向上を図る事もできる。これに対して、上記図１０の破線ロで示した、先に説明した各実施の形態の特性によれば、中立位置近傍でも或る程度大きな捩り剛性を得られる為、ステアリングシャフト或いは中間シャフトとして利用した場合に、ステアリングホイールの操作に基づき操舵輪に舵角を付与する事に関するレスポンスの向上を図れる。
尚、上記不感帯を設ける為に、上記凸部分円筒面２８に代えて、或いはこの凸部分円筒面２８と共に、各アウタ側凹溝の底部に、アウタシャフトの中心軸を曲率中心とする凹部分円筒面を設ける事もできる。
その他の部分の構造及び作用は、先に述べた各実施の形態と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
【００６１】
［実施の形態の第７例］
図１１は、請求項１、９に対応する、本発明の実施の形態の第７例を示している。本例の場合には、各アウタ側凹溝１８ｃの断面形状の曲率半径Ｒ1 、Ｒ2 の大きさを、これら各アウタ側凹溝１８ｃの幅方向中央部と両端部とで互いに異ならせている。即ち、これら各アウタ側凹溝１８ｃの幅方向中央部、即ち、中心線を境として±θａの範囲の曲率半径Ｒ1 を、両端のθｂの範囲の曲率半径Ｒ2 よりも大きく（Ｒ1 ＞Ｒ2 ）している。但し、この両端部分の曲率半径Ｒ2 に関しても、各玉１４の外径の１／２以上（Ｒ2 ≧Ｄ／２）としている。
【００６２】
この様な本例の構造によれば、アウタシャフト１０ｆと図示しないインナシャフトとを組み合わせて成る伸縮式回転伝達軸のトルク伝達に関する特性を、図１２に示す様に、多段階に変える事ができる。即ち、中立位置近傍で、上記各玉１４の転動面が、上記各アウタ側凹溝１８ｃの中央部で断面形状の曲率半径がＲ1 の部分に接触している状態では、上記伸縮式回転伝達軸の捩り剛性が比較的低くなる。これに対して、上記各玉１４の転動面が、上記各アウタ側凹溝１８ｃの幅方向両端部で断面形状の曲率半径がＲ2 の部分に接触しているが、インナ側、アウタ側各突き当て面２５、２６（例えば図１参照）同士は離隔している状態では、上記伸縮式回転伝達軸の捩り剛性が少し高くなる。この状態では、上記各玉１４の転動面と上記各アウタ側凹溝１８ｃとの当接部に存在する接触楕円が大きくなり、これら各アウタ側凹溝１８ｃに圧痕が生じにくくなる。更に、上記インナ側、アウタ側各突き当て面２５、２６同士が当接した状態では、上記図１２の両端の傾斜角度が急な部分で示した様に、上記伸縮式回転伝達軸の捩り剛性がより高くなる。
尚、上述の様に特性を多段階に変える為に、上記アウタ側凹溝１８ｃに代えて、或いはこのアウタ側凹溝１８ｃと共に、各インナ側凹溝の断面形状を、中央部と両端部とで変える事もできる。
その他の部分の構造及び作用は、先に述べた各実施の形態の第１〜５例の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
【００６３】
［実施の形態の第８例］
図１３は、請求項１、２、５、６に対応する、本発明の実施の形態の第８例を示している。本例の場合には、アウタシャフト１０ｇを、各アウタ側凹溝１８ｂ、１８ｂを形成した部分を除き、角パイプ状とし、インナシャフト１１ｇを、インナ側凹溝１９ｂ、１９ｂを形成した部分を除き、角柱状としている。この様な本例の構造の場合、上記両シャフト１０ｇ、１１ｇの形状が単純である為、加工がし易く、コスト低減を図り易い。但し、このアウタシャフト１０ｇのうちで、上記各アウタ側凹溝１８ｂ、１８ｂを形成した部分が弾性変形しにくい為、各玉１４、１４に付与する予圧の調整が難しくなる。又、回転方向により、伸縮式回転伝達軸の剛性が変化するタイミングを一致させにくくなる。
その他の部分の構造及び作用は、先に述べた各実施の形態と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の伸縮式回転伝達軸は、例えば前述の図１４に示した、電動式パワーステアリング装置を備えた自動車用操舵装置の構成部材のうち、中間シャフト５に適用して、大きな効果を得られる。但し、この中間シャフト５に限らず、ステアリングコラム９の内側に配置するステアリングシャフト３として実施する事もできる。更には、自動車用操舵装置を構成するシャフトに限らず、工作機械、遊具等、各種回転機械装置を構成する回転伝達用シャフトとして実施する事もできる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す、中心軸に直交する仮想平面に関する断面図。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面図。
【図３】凹溝の断面形状を単一円弧とした、図１のＹ部に相当する図で、（Ａ）は回転力（トルク）が加わっていない状態（無負荷時）を、（Ｂ）は回転力（トルク）が加わった状態を、それぞれ示している。
【図４】凹溝の断面形状をゴシックアーチとした、図１のＹ部に相当する図で、（Ａ）は回転力（トルク）が加わっていない状態（無負荷時）を、（Ｂ）は回転力（トルク）が加わった状態を、それぞれ示している。
【図５】本発明の実施の形態の第２例を示す、図１と同様の断面図。
【図６】同第３例を示す、図１と同様の断面図。
【図７】同第４例を示す、図１と同様の断面図。
【図８】同第５例を示す、図１と同様の断面図。
【図９】同第６例を示す、図１のＹ部に相当する部分拡大断面図。
【図１０】この第６例の特性を説明する為の、インナ、アウタ両シャフト同士の相対変位量とこれら両シャフト同士の間で伝達されるトルクの大きさとの関係を示す線図。
【図１１】本発明の実施の形態の第７例を示す、図１のＹ部に相当する部分拡大断面図。
【図１２】この第７例の特性を説明する為の、図１０と同様の線図。
【図１３】本発明の実施の形態の第８例を示す、図１と同様の断面図。
【図１４】自動車用操舵装置の１例を示す、部分縦断側面図。
【図１５】従来から知られている伸縮式回転伝達軸の１例を示す断面図。
【図１６】同分解斜視図。
【符号の説明】
【００６６】
１    ステアリングホイール
２    ステアリングギヤユニット
３、３ａ  ステアリングシャフト
４ａ、４ｂ  自在継手
５    中間シャフト
６    入力軸
７    タイロッド
８    電動モータ
９    ステアリングコラム
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ  アウタシャフト
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ  インナシャフト
１２    アウタコラム
１３    インナコラム
１４    玉
１５、１５ａ  保持器
１６    弾性部材
１７    円柱部材
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ  アウタ側凹溝
１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ  インナ側凹溝
２０    伸縮式回転伝達軸
２１、２１ａ  インナ側凸部
２２、２２ａ  インナ側平坦部
２３    アウタ側凹部
２４    アウタ側平坦部
２５    インナ側突き当て面
２６    アウタ側突き当て面
２７    平坦面
２８    凸部分円筒面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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