(57)【要約】【課題】雄軸と雌軸の間の回転方向ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達することができる車両ステアリング用伸縮軸を提供すること。【解決手段】車両のステアリングシャフトに組込み、雄軸１と雌軸２を回転不能に且つ摺動自在に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸において、前記雄軸１の外周部と前記雌軸２の内周部にそれぞれ設けられ、互いに接触して回転の際にはトルクを伝達するトルク伝達部と、前記トルク伝達部とは異なる位置の前記雄軸１の外周部と前記雌軸２の内周部の間に設けられ、前記雄軸と前記雌軸との軸方向相対移動の際には転動する転動体７と、該転動体７に径方向に隣接して配置され、該転動体７を介して前記雄軸１と前記雌軸２とに予圧を与える弾性体８とからなる予圧部とを具備している。【選択図】図２
2004106599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のステアリングシャフトに組込み、雄軸と雌軸を回転不能に且つ摺動自在に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸において、
前記雄軸の外周部と前記雌軸の内周部にそれぞれ設けられ、互いに接触して回転の際にはトルクを伝達するトルク伝達部と、
前記トルク伝達部とは異なる位置の前記雄軸の外周部と前記雌軸の内周部の間に設けられ、前記雄軸と前記雌軸との軸方向相対移動の際には転動する転動体と、該転動体に径方向に隣接して配置され、該転動体を介して前記雄軸と前記雌軸とに予圧を与える弾性体とからなる予圧部と、
を具備してなることを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項２】
前記トルク伝達部は、常時互いに接触していることを特徴とする請求項１に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項３】
前記トルク伝達部は、前記雄軸の外周面に形成された断面形状が略円弧状の軸方向凸条と前記雌軸の内周面に形成された断面形状が略円弧状の軸方向溝から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項４】
前記トルク伝達部は、互いに軸方向に連続して接触していることを特徴とする請求項３に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項５】
前記トルク伝達部は、前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面に形成されたスプライン嵌合部またはセレーション嵌合部からなることを特徴とする請求項１に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項６】
前記予圧部は、前記雄軸の外周面に設けられた第１の軸方向溝と、該第１の軸方向溝に対向して前記雌軸の内周面に設けられた第２の軸方向溝とを有し、
前記転動体と前記弾性体は、該第１および第２の軸方向溝間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項７】
前記予圧部は、前記雄軸と前記雌軸との間に複数配置され、
前記トルク伝達部は、隣り合う前記予圧部の間に複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項８】
前記予圧部は、周方向に１８０度間隔で配置され、前記予圧部の間に、それぞれ前記トルク伝達部を配置していることを特徴とする請求項７に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項９】
前記予圧部は、周方向に１２０度間隔で等配して配置され、前記予圧部の間に、それぞれ前記トルク伝達部を配置していることを特徴とする請求項７に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項１０】
前記トルク伝達部は、前記予圧部の間に周方向中央部にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項９に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項１１】
前記転動体は、少なくとも１つの球状体からなることを特徴とする請求項１に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項１２】
前記弾性体は、板バネからなることを特徴とする請求項１に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【請求項１３】
前記雄軸の外周部または前記雌軸の内周部に固体潤滑皮膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両ステアリング用伸縮軸に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車の操舵機構部では、自動車が走行する際に発生する軸方向の変位を吸収し、ステアリングホイール上にその変位や振動を伝えないために雄軸と雌軸とをスプライン嵌合した伸縮軸を操舵機構部の一部に使用している。伸縮軸にはスプライン部のガタ音を低減することと、ステアリングホイール上のガタ感を低減することと、軸方向摺動時における摺動抵抗を低減することが要求される。
【０００３】
このようなことから、伸縮軸の雄軸のスプライン部に対して、ナイロン膜をコーティングし、さらに摺動部にグリースを塗布し、金属騒音、金属打音等を吸収または緩和すると共に摺動抵抗の低減と回転方向ガタの低減を行ってきた。この場合、ナイロン膜を形成する工程としてはシャフトの洗浄→プライマー塗布→加熱→ナイロン粉末コート→粗切削→仕上げ切削→雌軸との選択嵌合が行われている。最終の切削加工は、既に加工済みの雌軸の精度に合わせてダイスを選択して加工を行っている。
【０００４】
また、特開２００１−５０２９３号公報（特許文献１参照。）では、内側シャフトの外周部と外側シャフトの内周部とに設けられた溝部に、内側シャフトの溝部とボールとの間に弾性体を介してボールを配置して、軸方向の移動の際にはボールを転動させることによって雄軸と雌軸の摺動荷重を減少させると共に、回転の際にはボールを拘束してトルクを伝達する車両ステアリング用伸縮軸が開示されている。さらに、上記公報にはボールの破損時でもトルクの伝達を可能とするために、ある遊びを持った組合せ断面を有する雄溝および雌溝が内側シャフトおよび外側シャフトに設けられていることが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−５０２９３号公報（７及び１３頁、図１２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者では伸縮軸の摺動荷重を最小に抑えつつガタをも最小に抑えることが必要である為、最終の切削加工ではオーバーピン径サイズが数ミクロンづつ異なるダイスを雌軸にあわせて選び出し加工することを余儀なくされ、加工コストの高騰を招来してしまう。また、使用経過によりナイロン膜の摩耗が進展して回転方向ガタが大きくなる。
【０００７】
また、エンジンルーム内の高温にさらされる条件下では、ナイロン膜は体積変化し、摺動抵抗が著しく高くなったり、磨耗が著しく促進されたりするため、回転方向ガタが大きくなる。したがって、自動車用操舵軸に使用される伸縮軸において、回転方向ガタによる異音の発生と操舵感の悪化を長期にわたって抑制できる構造を簡単且つ安価に提供したいといった要望がある。
【０００８】
また、後者の特開２００１−５０２９３号公報に開示された車両ステアリング用伸縮軸では、通常使用時は、複数のボールが転がりによる伸縮動作とトルク伝達を行っている。このため、構造上入力トルクに耐えるだけのボール数を設けなければならず、車両ステアリング用伸縮軸としての小型化が困難であると共に、車両衝突時に十分なコラプスストロークをとることが難しいという構造上の欠点もある。さらに、ボールのみで構成しているため摺動荷重が変動するといった車両ステアリング用伸縮軸としては好ましくない特性が現れるといった問題もある。
【０００９】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、安定した摺動荷重を実現すると共に、回転方向ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達できる車両ステアリング用伸縮軸を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸は、車両のステアリングシャフトに組込み、雄軸と雌軸を回転不能に且つ摺動自在に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸において、
前記雄軸の外周部と前記雌軸の内周部にそれぞれ設けられ、互いに接触して回転の際にはトルクを伝達するトルク伝達部と、
前記トルク伝達部とは異なる位置の前記雄軸の外周部と前記雌軸の内周部の間に設けられ、前記雄軸と前記雌軸との軸方向相対移動の際には転動する転動体と、該転動体に径方向に隣接して配置され、該転動体を介して前記雄軸と前記雌軸とに予圧を与える弾性体とからなる予圧部とを具備してなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記トルク伝達部は、常時互いに摺動可能に接触していることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記トルク伝達部は、前記雄軸の外周面に形成された断面形状が略円弧状の軸方向凸条と前記雌軸の内周面に形成された断面形状が略円弧状の軸方向溝から構成されていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記トルク伝達部は、互いに軸方向に連続して接触していることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記トルク伝達部は、前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面に形成されたスプライン嵌合部またはセレーション嵌合部からなることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記予圧部は、前記雄軸の外周面に設けられた第１の軸方向溝と、該第１の軸方向溝に対向して前記雌軸の内周面に設けられた第２の軸方向溝とを有し、
前記転動体と前記弾性体は、該第１および第２の軸方向溝間に配置されていることが好ましい
また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記予圧部は、前記雄軸と前記雌軸との間に複数配置され、前記トルク伝達部は、隣り合う前記予圧部の間に複数配置されていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記予圧部は、周方向に１８０度間隔で配置され、前記予圧部の間に、それぞれ前記トルク伝達部を配置していることが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記予圧部は、周方向に１２０度間隔で等配して配置され、前記予圧部の間に、それぞれ前記トルク伝達部を配置していることが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記トルク伝達部は、前記予圧部の間に周方向中央部にそれぞれ配置されていることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記転動体は、少なくとも１つの球状体からなることが好ましい。
また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記弾性体は、板バネからなることが好ましい。
また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記雄軸の外周部または前記雌軸の内周部に固体潤滑皮膜が形成されていることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸を図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸を適用した自動車の操舵機構部の側面図である。
【００２２】
図１において、車体側のメンバ１００にアッパブラケット１０１とロアブラケット１０２とを介して取り付けられたアッパステアリングシャフト部１２０（ステアリングコラム１０３と、ステアリングコラム１０３に回転自在に保持されたスアリングシャフト１０４を含む）と、ステアリングシャフト１０４の上端に装着されたステアリングホイール１０５と、ステアリングシャフト１０４の下端にユニバーサルジョイント１０６を介して連結されたロアステアリングシャフト部１０７と、ロアステアリングシャフト部１０７に操舵軸継手１０８を介して連結されたピニオンシャフト１０９と、ピニオンシャフト１０９に連結されて車体の別のフレーム１１０に弾性体１１１を介して固定されたステアリングラック１１２とから操舵機構部が構成されている。
【００２３】
ここで、アッパステアリングシャフト部１２０とロアステアリングシャフト部１０７が本発明の実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸（以後、伸縮軸と記す）を用いている。ロアステアリングシャフト部１０７は、雄軸と雌軸とを嵌合したものであるが、このようなロアステアリングシャフト部１０７には自動車が走行する際に発生する軸方向の変位を吸収し、ステアリングホイール１０５上にその変位や振動を伝えない性能が要求される。このような性能は、車体がサブフレーム構造となっていて、操舵機構上部を固定するメンバ１００とステアリングラック１１２が固定されているフレーム１１０が別体となっておりその間がゴムなどの弾性体１１１を介して締結固定されている構造の場合に要求される。また、その他のケースとして操舵軸継手１０８をピニオンシャフト１０９に締結する際に作業者が、伸縮軸をいったん縮めてからピニオンシャフト１０９に嵌合させ締結させるため伸縮機能が必要とされる場合がある。さらに、操舵機構の上部にあるアッパステアリングシャフト部１２０も、雄軸と雌軸とを嵌合したものであるが、このようなアッパステアリングシャフト部１２０には、運転者が自動車を運転するのに最適なポジションを得るためにステアリングホイール１０５の位置を軸方向に移動し、その位置を調整する機能が要求されるため、軸方向に伸縮する機能が要求される。前述のすべての場合において、伸縮軸には嵌合部のガタ音を低減することと、ステアリングホイール１０５上のガタ感を低減することと、軸方向摺動時における摺動抵抗を低減することが要求される。
【００２４】
（第１実施の形態）
図２は、本発明の第１実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図であり、図３は、図２のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図４は、第１実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸のストロークと摺動荷重の関係を示すグラフである。
【００２５】
図２、図３に示すように、車両ステアリング用伸縮軸（以後、伸縮軸と記す）は、相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した雄軸１と雌軸２とからなる。
【００２６】
本第１実施の形態では、雄軸１の外周面において周方向に１２０度間隔で等配した３個のそれぞれ略円弧状の断面形状を有する軸方向凸条４が延在して形成され、これに対応して雌軸２の内周面に雄軸１の３個の軸方向凸条４に対向する位置に３個の略円弧状の断面形状を有する軸方向溝６が延在して形成され、軸方向凸条４と軸方向溝６とは接触してトルク伝達部を形成している。
【００２７】
雄軸１の外周部において３個の軸方向凸条４のそれぞれ隣合うものの間には略Ｕ字形状の第１の軸方向溝３（以後、軸方向溝３と記す）が延在して形成してある。雌軸２の内周面には雄軸１の軸方向溝３と対向して３個の略円弧状の断面形状を有する第２の軸方向溝５（以後、軸方向溝５と記す）が延在して形成されている。雄軸１の軸方向溝３と雌軸２の軸方向溝５との間には予圧用の波型形状の弾性体８を介して、転動体７が介装されている。転動体７は雄軸１と雌軸２との軸方向相対移動の際には転動し、回転の際には弾性体８に拘束されているためガタを感じさせない構造となっている。
【００２８】
弾性体８は、その両側の平坦部８ａ、８ａで軸方向溝３の両側の壁部３ａ、３ａに圧接してあり、弾性体８全体が周方向に移動できないように拘束している。弾性体８は転動体７に予圧を与えると共に、転動体７と軸方向凸条４を雌軸２に対してガタ付のない程度に予圧する働きをする。
【００２９】
雄軸１が雌軸２に挿入される側の端部には、弾性体８を係止して軸方向に固定するストッパープレート９が加締め部１０により雄軸１に加締められている。このストッパープレート９は転動体７が雄軸１の軸方向溝３から外れないようにする働きもしている。このようにして第１実施の形態の車両ステアリング用伸縮軸が構成されている。
【００３０】
本第１実施の形態の伸縮軸は、このような構造であるので、予圧部の存在によりそれぞれのトルク伝達部において雄軸１と雌軸２は常時摺動可能に接触しており、雄軸１と雌軸２との軸方向の相対移動の際には互いに摺動し、且つ転動体７は転動することが出来る。
【００３１】
図４は、本第１実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸のストロークと摺動荷重の関係を示すグラフである。図４では、ボール転がりのみの場合、滑りのみの場合および本発明の場合のストロークと摺動荷重の関係を比較して示している。これにより、本発明実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸が、低い摺動荷重であり、摺動荷重の変動を抑制でき、且つ滑らかな摺動特性を有していることが分かる。
【００３２】
なお、軸方向凸条４の曲率と軸方向溝６の曲率は異なっており、軸方向凸条４と軸方向溝６は接触の際に軸方向に連続して接触するようにそれぞれ形成されていても良い。また、雄軸に形成されている軸方向凸条４が雌軸側に、雌軸に形成されている軸方向溝６が雄軸側に形成されていても本第１実施の形態と同様の作用、効果が得られる。また、軸方向溝５の曲率と転動体７の曲率が異なっていて、両者は点接触するように形成されていても良い。また、転動体７は球状体であっても良い。さらに、弾性体８は板バネであっても良い。また、摺動面および転動面にグリースを塗布することによりさらに低い摺動荷重を得ることが出来る。
【００３３】
このように構成された本第１実施の形態の伸縮軸は、以下の点が従来技術に比べ優れている。
【００３４】
従来技術のように摺動面が純粋な滑りによるものであれば、ガタつき防止のための予圧荷重をある程度の荷重で留めておくことしかできなかった。それは、摺動荷重は、摩擦係数に予圧荷重を乗じたものであり、ガタつき防止や伸縮軸の剛性を向上させたいと願って予圧荷重を上げてしまうと摺動荷重が増大してしまうという悪循環に陥ってしまうためである。
【００３５】
その点、本実施の形態では、予圧部は軸方向の相対移動の際には、転動体７の転動機構を採用しているため、著しい摺動荷重の増大を招くことなく予圧荷重を上げることができる。これにより、従来なし得なかったガタつきの防止と剛性の向上を摺動荷重の増大を招くことなく達成することができる。
【００３６】
そして、トルク伝達時には、トルク伝達部の軸方向凸条４が軸方向溝６に接触していることによってトルク伝達の役割を果たし、予圧部では板バネ８が弾性変形して球状体７を雄軸１と雌軸２の間で周方向に拘束してガタつきを防止することが出来る。
【００３７】
例えば、雄軸１からトルクが入力された場合、初期の段階では、弾性体８の予圧が加わっているため、ガタ付を防止する。
【００３８】
さらにトルクが増大していくと、トルク伝達部の軸方向凸条４と軸方向溝６の側面が強く接触し、軸方向凸条４の方が球状体７より反力を強く受け、トルク伝達部が主にトルクを伝達する。そのため、本第１実施の形態では、雄軸１と雌軸２の回転方向ガタを確実に防止すると共に、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００３９】
断面形状が略円弧状の軸方向凸条４と軸方向溝６とは、主に軸方向に連続して接触してその荷重を受けるため、点接触で荷重を受ける転動体７よりも接触圧を低く抑えることができるなど、さまざまな効果がある。したがって、全列をボール転がり構造とした従来例に比べ下記の項目が優れている。
・摺動部での減衰能効果が、ボール転がり構造に比べて大きい。よって振動吸収性能が高い。
・同じトルクを伝達するならば、軸方向凸条４の方が接触圧を低く抑えることができるため、トルク伝達部の軸方向の長さを短くできスペースを有効に使うことができる。
・同じトルクを伝達するならば、軸方向凸条４の方が接触圧を低く抑えることができるため、熱処理等によって雌軸の軸方向溝表面を硬化させるための追加工程が不要である。
・部品点数を少なくすることができる。
・組立性をよくすることができる。
・組立コストを抑えることができる。
・トルクの伝達を主にトルク伝達部で担っているため、転動体７の数を少なくすることが出来、コラップスストロークを大きくとることが出来る。
【００４０】
転動体７を部分的に採用したという点では、全列がスプライン嵌合で且つ、全列が摺動する構造の従来例と比較して、下記の項目が優れている。
・摩擦抵抗が低いため、摺動荷重を低く抑えられる。
・予圧荷重を高くすることができ、長期にわたるガタつきの防止と高剛性が同時に得られる。
【００４１】
（第２実施の形態）
図５は、本発明の第２実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図であり、図６は、図５のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。
【００４２】
本第２実施の形態が、第１実施の形態と異なるところは、雄軸１の外周面に固体潤滑皮膜１１を形成していることにある。このように、雄軸１の外周面に固体潤滑膜１１を形成することによって、トルク伝達部の軸方向凸条４と軸方向溝６との接触抵抗を低くすることが出来るため、総摺動荷重（転がりと滑りが両方作用している本発明の構造において、通常使用時に発生する摺動荷重を言う）を第１実施の形態の場合に比べて低くすることが出来る。
【００４３】
そして、本第２実施の形態の場合も、第１実施の形態と同様の作用、効果が得られる。
【００４４】
固体潤滑皮膜１１としては、二酸化モリブデンの紛体を樹脂中に分散混合し、それを吹き付けまたは浸漬後に焼き付けて皮膜を形成したものや、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）を樹脂中に分散混合し、それを吹き付けまたは浸漬後に焼き付けて皮膜を形成したもの等が用いられる。
【００４５】
なお、本第２実施の形態では、固体潤滑皮膜１１は雄軸１の外周面の全体にわたって形成されているが、雄軸１に形成されている３箇所の軸方向凸条４の外周面のみに設けても良い。これは、摺動荷重の主たる要因が、軸方向凸条４と軸方向溝６との接触よるものであり、この接触部の接触抵抗を低減することで軸方向の摺動抵抗を下げることが出来るからである。
【００４６】
また、摺動面及び転動面にグリースを塗布することによりさらに低い摺動荷重を得ることが出来る。また、軸方向凸条４の曲率と軸方向溝６の曲率は異なっており、軸方向凸条４と軸方向溝６は接触の際に軸方向に連続して接触するようにそれぞれ形成されていても良い。また、雄軸に形成されている軸方向凸条４が雌軸に側に、雌軸に形成されている軸方向溝６が雄軸側に形成されていても本願実施の形態と同様の作用、効果が得られる。また、軸方向溝５の曲率と転動体７の曲率が異なっていて、両者は点接触するように形成されていても良い。また、転動体７は球状体であっても良い。さらに、弾性体８は板バネであっても良い。
【００４７】
（第３実施の形態）
図７は、本発明の第３実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図であり、図８は、図７Ｘ−Ｘ線に沿った断面図である。第２実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。
【００４８】
本第３実施の形態が、第２実施の形態と異なるところは、雄軸１を中空構造（中空部１３）として、車両ステアリング用伸縮軸全体の軽量化を図ったこと、また、雄軸１を中空構造にしたことによりストッパープレート１２を雄軸１の中空部１３に挿入後加締めているところにある。その他の構成、作用および効果は第２実施の形態と同様であり説明を省略する。
【００４９】
なお、本第３実施の形態では、固体潤滑皮膜１１は雄軸１の外周面の全体にわたって形成されているが、雄軸１に形成された３箇所の軸方向凸条４の外周面のみに設けても良い。なお、固体潤滑膜１１は雌軸２の内周面側に形成されていても同様の作用、効果が得られる。
【００５０】
また、軸方向凸条４の曲率と軸方向溝６の曲率は異なっており、軸方向凸条４と軸方向溝６は接触の際に軸方向に連続して接触するようにそれぞれ形成されていても良い。また、雄軸に形成されている軸方向凸条４が雌軸側に、雌軸に形成されている軸方向溝６が雄軸側に形成されていても本願実施の形態と同様の作用、効果が得られる。また、軸方向溝５の曲率と転動体７の曲率は異なっていて、両者は点接触するように形成されていても良い。また、転動体７は球状体であっても良い。さらに、弾性体８は板バネであっても良い。また、摺動面および転動面にグリースを塗布することによりさらに低い摺動荷重を得ることが出来る。
【００５１】
（第４実施の形態）
図９は、本発明の第４実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図である。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。
【００５２】
本第４実施の形態が、第１実施の形態と異なるところは、雌軸２の内周面に固体潤滑皮膜１１を形成していることにある。このように、雌軸２の内周面に固体潤滑膜１１を形成することによって、トルク伝達部の軸方向凸条４と軸方向溝６との接触抵抗を低くすることが出来るため、総摺動荷重（転がりと滑りが両方作用している本発明の構造において、通常使用時に発生する摺動荷重を言う）を第１実施の形態の場合に比べて低くすることが出来る。
【００５３】
そして、本第４実施の形態の場合も、第１実施の形態と同様の作用、効果が得られる。
【００５４】
固体潤滑皮膜１１としては、二酸化モリブデンの紛体を樹脂中に分散混合し、それを吹き付け又は浸漬後に焼き付けて皮膜を形成したものや、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）を樹脂中に分散混合し、それを吹き付け又は浸漬後に焼き付けて皮膜を形成したもの等が用いられる。
【００５５】
なお、本第４実施の形態では、固体潤滑皮膜１１は雌軸２の内周面の全体にわたって形成されているが、雌軸２に形成されている３箇所の軸方向溝６の内周面のみに設けても良い。これは、摺動荷重の主たる要因が、軸方向凸条４と軸方向溝６との接触よるものであり、この接触部の接触抵抗を低減することで軸方向の摺動抵抗を下げることが出来るからである。
【００５６】
また、摺動面及び転動面にグリースを塗布することによりさらに低い摺動荷重を得ることが出来る。また、軸方向凸条４の曲率と軸方向溝６の曲率は異なっており、軸方向凸条４と軸方向溝６は接触の際に軸方向に連続して接触するようにそれぞれ形成されていても良い。また、雄軸に形成されている軸方向凸条４が雌軸に側に、雌軸に形成されている軸方向溝６が雄軸側に形成されていても本願実施の形態と同様の作用、効果が得られる。また、軸方向溝５の曲率と転動体７の曲率が異なっていて、両者は点接触するように形成されていても良い。また、転動体７は球状体であっても良い。さらに、弾性体８は板バネであっても良い。
【００５７】
（第５実施の形態）
図１０（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ本発明の第５実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の第１実施例、第２実施例及び第３実施例の断面図である。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。
【００５８】
「第１実施例」
図１０（ａ）に示す第１実施例では、スプライン嵌合された雄軸１と雌軸２からなる車両ステアリング用伸縮軸において、雄軸１と雌軸２の間の１箇所に、第１実施の形態と同等の予圧部を設けている。
【００５９】
より詳しくは、図１０（ａ）に示すように、車両ステアリング用伸縮軸（以後、伸縮軸と記す）は、相互に回転不能に且つ摺動自在にスプライン嵌合した雄軸１と雌軸２とからなる。
【００６０】
本第１実施例では、雄軸１の外周面にスプライン嵌合用の軸方向凸条１４が複数延在して形成され、これに対応して雌軸２の内周面にスプライン嵌合用の軸方向溝１６が複数延在して形成され、軸方向凸条１４と軸方向溝１６とがスプライン嵌合されてトルク伝達部を形成している。
【００６１】
雄軸１の外周面の１個所にスプライン嵌合用の軸方向凸条１４に替えて略Ｕ字形状の第１の軸方向溝３（以後、軸方向溝３と記す）が延在して形成してある。これに対応して雌軸２の内周面には、軸方向溝３と対向する位置に略円弧状の第２の軸方向溝５（以後、軸方向溝５と記す）が延在して形成されている。軸方向溝３と軸方向溝５との間に予圧用の波型形状の弾性体８を介して、転動体７が介装されている。転動体７は雄軸１と雌軸２との軸方向に相対移動の際には転動し、回転の際には弾性体８拘束されてガタつきを防止する。
【００６２】
弾性体８は、その両側の平坦部８ａ、８ａで軸方向溝３の両側の壁部３ａ、３ａに圧接してあり、弾性体８全体が周方向に移動できないようになっている。そして弾性体８は転動体７に予圧を与えると共に、転動体７と軸方向凸条１４を雌軸２に対してガタ付きのない程度に予圧する働きをする。このようにして本題１実施例の伸縮軸が構成されている。
【００６３】
本第１実施例の伸縮軸は、このような構造であるので、予圧部の存在によりそれぞれのトルク伝達部において雄軸１と雌軸２は常時摺動可能に接触しており、雄軸１と雌軸２との軸方向の相対移動の際には互いに摺動し、且つ転動体７は転動する。
【００６４】
以上のように構成した伸縮軸では、雄軸１と雌軸２の間にトルク伝達部である軸方向凸条１４と軸方向溝１６とをスプライン嵌合させると共に、転動体７を弾性体８を介して軸方向溝３と軸方向溝５の間に介装し、弾性体８により、転動体と軸方向凸条１４とを雌軸２に対してガタ付きのない程度に予圧してある。
【００６５】
トルク非伝達時は、雄軸１と雌軸２の間のガタ付きを確実に防止することができると共に、雄軸１と雌軸２が軸方向に相対移動する際には、ガタ付きのない安定した摺動荷重で雄軸１と雌軸２とを軸方向に摺動することができる。
【００６６】
トルク伝達時には、トルク伝達部の軸方向凸条１４と軸方向溝１６とのスプライン嵌合部が主なトルク伝達の役割を果たし、予圧部では弾性体８が弾性変形して球状体７を雄軸１と雌軸２の間で周方向に拘束してガタつきを防止することが出来る。
【００６７】
その他の作用、効果は、第１実施の形態と同様であり説明を省略する。
【００６８】
「第２実施例」
図１０（ｂ）に示す第２実施例では、スプライン嵌合された雄軸１と雌軸２からなる車両ステアリング伸縮軸において、第１実施例と同等の予圧部を雄軸１と雌軸２との間に周方向に１８０度間隔で配置している。そして、予圧部の間それぞれに、第１実施例と同等のトルク伝達部を複数箇所設けている。
【００６９】
このように、２箇所に予圧部を設けることによって、第１実施例に比べ、さらに摺動荷重を低減することができると共に、ガタつきを防止することが出来る。その他の構成、作用、効果は第１実施例と同様であり説明を省略する。
【００７０】
「第３実施例」
図１０（ｃ）に示す第３実施例では、スプライン嵌合された雄軸１と雌軸２からなる車両ステアリング伸縮軸において、雄軸１と雌軸２との間に、第１実施の形態と同様の予圧部を周方向に１２０度で等配して設けている。そして、予圧部の間それぞれに、第１実施例と同等のトルク伝達部を複数箇所設けている。
【００７１】
このように、周方向の３箇所に予圧部を設けることによって、第１および第２実施例に比べ、さらに摺動荷重を低減することができると共に、がたつきを防止することが出来る。また、予圧部を周方向に１２０度で等配していることによって、軸の偏心も改善することが出来るので摺動荷重の偏りも低減することが出来る。その他の構成、作用、効果は第１及び第２実施例と同様であり説明を省略する。
【００７２】
なお、上述の第１実施例から第３実施例において、摺動面および転動面にグリースを塗布することによりさらに低い摺動荷重を得ることが出来る。また、雄軸に形成されている軸方向凸条１４が雌軸に側に、雌軸に形成されている軸方向溝１６が雄軸側に形成されていても本願実施の形態と同様の作用、効果が得られる。また、軸方向溝５の曲率と転動体７の曲率が異なっていて、両者は点接触するように形成されていても良い。また、転動体７は球状体であっても良い。さらに、弾性体８は板バネであっても良い。
【００７３】
（第６実施の形態）
図１１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ本発明の第６実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の第１実施例、第２実施例及び第３実施例の断面図である。第５実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。
【００７４】
本第６実施の形態と第５実施の形態との相違は、雄軸１の外周面に固体潤滑膜１１を形成したことにある。このように、雄軸１の外周面に固体潤滑膜１１を形成することによって、トルク伝達部の軸方向凸条１４と軸方向溝１６との接触抵抗を低くすることが出来るため、総摺動荷重（転がりと滑りが両方作用している本発明の構造において、通常使用時に発生する摺動荷重を言う）を第５実施の形態の場合に比べて低くすることが出来る。そして、本第６実施の形態の場合も、第５実施の形態と同様の作用、効果が得られる。
【００７５】
固体潤滑皮膜としては、二酸化モリブデンの紛体を樹脂中に分散混合し、それを吹き付けまたは浸漬後に焼き付けて皮膜を形成したものや、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）を樹脂中に分散混合し、それを吹き付けまたは浸漬後に焼き付けて皮膜を形成したもの等が用いられる。
【００７６】
なお、摺動面および転動面にグリースを塗布することによりさらに低い摺動荷重を得ることが出来る。また、雄軸に形成されている軸方向凸条１４が雌軸に側に、雌軸に形成されている軸方向溝１６が雄軸側に形成されていても本願実施の形態と同様の作用、効果が得られる。また、軸方向溝５の曲率と転動体７の曲率が異なっていて、両者は点接触するように形成されていても良い。また、転動体７は球状体であっても良い。さらに、弾性体８は板バネであっても良い。
【００７７】
（第７実施の形態）
図１２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ本発明の第７実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の第１実施例、第２実施例及び第３実施例の断面図である。第５、第６実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。
【００７８】
本第７実施の形態と第５実施の形態との相違は、雌軸２の内周面に固体潤滑膜１１を形成したことにある。このように、雌軸２の内周面に固体潤滑膜１１を形成することによって、トルク伝達部の軸方向凸条１４と軸方向溝１６との接触抵抗を低くすることが出来るため、総摺動荷重（転がりと滑りが両方作用している本発明の構造において、通常使用時に発生する摺動荷重を言う）を第５実施の形態の場合に比べて低くすることが出来る。そして、本第７実施形態の場合も、第５実施の形態と同様の作用、効果が得られる。
【００７９】
固体潤滑皮膜としては、二酸化モリブデンの紛体を樹脂中に分散混合し、それを吹き付けまたは浸漬後に焼き付けて皮膜を形成したものや、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）を樹脂中に分散混合し、それを吹き付けまたは浸漬後に焼き付けて皮膜を形成したもの等が用いられる。
【００８０】
なお、摺動面および転動面にグリースを塗布することによりさらに低い摺動荷重を得ることが出来る。また、雄軸に形成されている軸方向凸条１４が雌軸に側に、雌軸に形成されている軸方向溝１６が雄軸側に形成されていても本願実施の形態と同様の作用、効果が得られる。また、軸方向溝５の曲率と転動体７の曲率が異なっていて、両者は点接触するように形成されていても良い。また、転動体７は球状体であっても良い。さらに、弾性体８は板バネであっても良い。
【００８１】
なお、上記第４から第６実施の形態では、軸方向凸条と軸方向溝がスプライン嵌合用の場合について説明したが、セレーション嵌合用であっても、また単に凸凹嵌合用であっても同様の作用、効果が得られる。
【００８２】
（その他関連事項）
本発明の全ての実施の形態において、中実の雄軸を中空に、中空の雄軸を中実に置き換えても良い。
【００８３】
また、本発明の全ての実施の形態において、下記の事が言える。雌軸の先端を内側に加締めることで、雄軸の引抜を防止し、分解できない構造にしても良い。転動体７は、熱処理され、且つ研磨されたものを使用してもよい。雄軸１の外周面に、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）または、二硫化モリブデンを含む樹脂皮膜処理を施したものを使用してもよい。雄軸１を冷間引き抜き成型で製造した中実または中空の鋼材を使用してもよい。雄軸１を冷間押し出し成形で製造したアルミニウム材を使用してもよい。雄軸１を冷間鍛造で製造した中実の鋼材または、アルミニウム材を使用してもよい。雌軸２を冷間引き抜き成型で製造した中空の鋼材を使用してもよい。雄軸を冷間鍛造成形する際には、素材に金属石鹸処理（ボンデ処理）を施すことが望ましい。雌軸は中空の鋼材を素材として用い、金属石鹸処理（ボンデ処理）した後に、求める径に絞り又は拡管加工し、溝部をプレス成形しても良い。雌軸２は窒化処理されていてもよい。雌軸２の内周面にＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）または、二硫化モリブデンを含む樹脂皮膜処理を施したものを使用してもよい。
【００８４】
また、本発明の全ての実施の形態において、下記の数値範囲が用いられることが望ましい。
・転動体であるボール直径は、乗用車に使われる用途では、Φ３〜６ｍｍ程度。
・ボール径とボール及び軸方向凸条のＰ．Ｃ．Ｄ．比は１：３．５〜５．０程度。
・雄軸の軸径は、一般的に乗用車として必要とされる捩り強度が２５０Ｎｍ以上であることから、一般的な機械構造用炭素鋼を使用した場合、１３ｍｍ以上。
・トルクを負荷しない状態で、ボールの接触圧が１５００ＭＰａ以下。
・トルクを１００Ｎｍ負荷した状態で、ボールの接触圧が２０００ＭＰａ以下。
・トルクを１００Ｎｍ負荷した状態で、軸方向凸条の接触圧が２０００ＭＰａ以下。
・弾性体である板バネの板厚とボール径の比は、１：１０〜２０程度。
【００８５】
本発明では、以上を総合すると従来の製品と比較して下記のことが言える。
・低コストである。
・安定した低スライド荷重を得ることができる。
・ガタがない。
・耐摩耗性に優れている。
・耐熱性に優れている。
・軽量化が可能である。
・機構が小さい。
・設計思想を変えずにあらゆる使用条件に対応することができる。
【００８６】
なお、特開２００１−５０２９３号公報、及びドイツ特許公開ＤＥ　３７３０３９３　Ａ１号公報には、雄軸と雌軸に形成した軸方向溝に複数のボールを介装して弾性体により予圧した構造が開示してある。これに対して、本発明は、上述したように、「全列をボール転がり構造とした場合」又は「従来のスプライン嵌合とした場合」より著しく優れている。
【００８７】
また、欧州特許公開ＥＰ１０７８８４３Ａ１号公報では、ニードルローラ、その保持器、ガタつき防止のためのレギュレーターでガタ付きを防止するという構造であるが、純粋な滑り摺動であるため、予圧荷重を大きくできない。よって、長期にわたってガタつきを防止することや、高剛性を得ることが非常に困難である。
【００８８】
それに対し、本発明では、前述したとおり、転がり構造を部分的に採用しており、且つ、ガタ付きを防止するための手段も違うため、
・摩擦抵抗が低いため、摺動荷重を低く抑えられる。
・予圧荷重を高くすることができ、長期にわたるガタつきの防止と高剛性が同時に得られる。といったことが極めて優れている。
【００８９】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、雄軸と雌軸の間の回転方向ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達することができる車両ステアリング用伸縮軸を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る車両ステアリング用伸縮軸を適用した自動車の操舵機構部の側面図である。
【図２】本発明の第１実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図である。
【図３】図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図４】第１実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸のストロークと摺動荷重の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図である。
【図６】図４のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図７】本発明の第３実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図である。
【図８】図６のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図９】本発明の第４実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図である。
【図１０】本発明の第５実施の形態の（ａ）第１実施例、（ｂ）第２実施例、（ｃ）第３実施例に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図である。
【図１１】本発明の第６実施の形態の（ａ）第１実施例、（ｂ）第２実施例、（ｃ）第３実施例に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図である。
【図１２】本発明の第７実施の形態の（ａ）第１実施例、（ｂ）第２実施例、（ｃ）第３実施例に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図である。
【符号の説明】
１　　　　雄軸
２　　　　雌軸
３　　　　第１の軸方向溝
３ａ　　　壁部
４、１４　軸方向凸条
５　　　　第２の軸方向溝
６、１６　軸方向溝
７　　　　転動体
８　　　　弾性体
８ａ　　　平坦部
９、１２　ストッパープレート
１０　　　加締め部
１１　　　固体潤滑皮膜
１００　　メンバ
１０１　　アッパブラケット
１０２　　ロアブラケット
１０３　　ステアリングコラム
１０４　　ステアリングシャフト
１０５　　ステアリングホイール
１０６　　ユニバーサルジョイント
１０７　　ロアステアリングシャフト部
１０８　　操舵軸継手
１０９　　ピニオンシャフト
１１０　　フレーム
１１１　　弾性体
１１２　　ステアリングラック
１２０　　アッパステアリングシャフト部
【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】
2004106599.tif 000009
【図８】
2004106599.tif 000010
【図９】
2004106599.tif 000011
【図１０】
2004106599.tif 000012
【図１１】
2004106599.tif 000013
【図１２】
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