(57)【要約】【課題】回転方向のガタを防止し、高剛性の状態でトルク伝達可能で、耐久性に優れ、低コストな車両用ステリアリング用伸縮軸を提供すること。【解決手段】雄軸１の外周面と雌軸２の内周面とにそれぞれ形成した複数対の軸方向溝３，５の間に、軸方向相対移動の際に転動するトルク伝達部材７を配置し、雄軸１の外周面の径は、トルク伝達部材７の転動中心を通過するボールピッチ円１０径よりも大きい部分と、これより小さい部分とが、軸方向溝３を挟んで交互に形成され、且つ、雌軸２の内周面の径は、雄軸１の外径の大小に応じて、ボールピッチ円１０径よりも大きい部分と、これより小さい部分とが、軸方向溝５を挟んで交互に形成された構成であること。【選択図】        図１
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【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み込み、雄軸と雌軸を相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した車両のステアリング用伸縮軸において、
前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面とにそれぞれ形成した複数対の軸方向溝の間に、前記両軸の軸方向相対移動の際に転動するトルク伝達部材を配置し、
前記雄軸の外周面の外径は、前記トルク伝達部材の転動中心を通過するボールピッチ円径よりも大きい部分と、これより小さい部分とが、前記軸方向溝を挟んで交互に形成された構成であり、且つ、前記雌軸の内周面の内径は、前記雄軸の外径の大小に応じて、前記ボールピッチ円径よりも大きい部分と、これより小さい部分とが、前記軸方向溝を挟んで交互に形成された構成であることを特徴とする車両のステアリング用伸縮軸。
【請求項２】
前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面とにそれぞれ形成した複数対の軸方向溝は、４列以上であって、且つ偶数列であることを特徴とする請求項１記載の車両の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、車両のステアリングシャフトに組み込まれ、雄軸と雌軸とを、相互に回転不能且つ摺動自在に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車の操舵機構部の車両ステアリング用伸縮軸には、自動車が走行する際に発生する軸方向の変位を吸収して、ステアリングホイール上にその変位や振動を伝えないようにする性能が要求され、また、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の軸方向の位置を調整する機能が要求されている。
【０００３】
したがって、車両ステアリング用伸縮軸は軸方向に伸縮する機能が要求されており、上記の何れの場合にも、伸縮軸はガタ音を低減することが要求される。このような事情から、従来、雄軸にナイロン膜をコーティングし、摺動部にはグリースを塗布することにより、金属騒音や金属打音等を吸収、又は緩和すると共に、軸方向の摺動抵抗、及び軸の回転方向のガタつきの低減を図ってきた。
【０００４】
しかしながら、経時変化によりナイロン膜の摩耗が進むと、回転方向のガタが大きくなる。特に、エンジンルーム内の高音にさらされる条件下においては、ナイロン膜の体積が変化し、摺動抵抗が著しく大きくなったり、摩耗が著しく促進されたりするため、回転方向のガタつきが一層大きくなるという問題点があった。
【０００５】
そこで、特許文献１においては、雄軸の外周面と雌軸の内周面との間に配置され、雄軸と雌軸との軸方向相対移動の際に転動するトルク伝達部材（例えば球状体）と、このトルク伝達部材に径方向に隣接して配置され、トルク伝達部材を介して雄軸と雌軸に予圧を与える弾性体と、を設けた車両ステアリング用伸縮軸が開示されている。この構成により、安定した摺動荷重を実現すると共に、ガタつきを確実に防止して、高剛性の状態でトルクの伝達が可能となる。
【０００６】
【特許文献１】
独国特許発明ＤＥ３７３０３９３Ｃ２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の上記車両ステアリング用伸縮軸は、トルク伝達部材を介して雄軸と雌軸に予圧を付与するために弾性体を設けているため、部品点数が多くなってコスト高になるという問題点があった。
【０００８】
また、回転方向のガタを確実に防止して高剛性の状態を実現するために、弾性体に板バネ等を用いると、板バネに高い応力が発生し、これが永久変形して捩じり剛性が低下してしまうという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上述した従来例の有する不都合を改善し、雄軸と雌軸の回転方向のガタを確実に防止できると共に、高剛性の状態でトルクを伝達することができ、しかも耐久性に優れ、低コストな車両ステリアリング用伸縮軸を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明では、車両のステアリングシャフトに組み込み、雄軸と雌軸を相互に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、前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面とにそれぞれ形成した複数対の軸方向溝の間に、前記両軸の軸方向相対移動の際に転動するトルク伝達部材を配置し、前記雄軸の外周面の外径は、前記トルク伝達部材の転動中心を通過するボールピッチ円径よりも大きい部分と、これより小さい部分とが、前記軸方向溝を挟んで交互に形成された構成であり、且つ、前記雌軸の内周面の内径は、前記雄軸の外径の大小に応じて、前記ボールピッチ円径よりも大きい部分と、これより小さい部分とが、前記軸方向溝を挟んで交互に形成された構成であることを特徴としている。
【００１１】
以上のように構成されたことで、トルク伝達時には、雄軸の軸方向溝の、ボールピッチ円径よりも大きい部分側の面（内縁部）と、この溝に対向する雌軸の軸方向溝の、ボールピッチ円径よりも小さい部分側の面（内縁部）とによってトルク伝達部材が円周方向に拘束されるため、雄軸と雌軸の間の回転方向の剛性が向上し、高剛性の状態でトルクを伝達するができると共に、雄軸と雌軸の間の回転方向のガタつきを防止することができる。
【００１２】
また、雄軸と雌軸とトルク伝達部材のみによって軸回転方向に与圧を付与することができるので、与圧を付与するための弾性体を省略することができる。
【００１３】
【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。
【００１４】
（車両用ステアリングシャフトの全体構成）
図５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。
【００１５】
図５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に連結したステアリングラック軸１１２と、このステアリングラック軸１１２を支持し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支持部材１１３とから操舵機構部が構成されている。
【００１６】
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支持部材１１３が固定されているフレーム１１０が別体となっておりステアリングラック支持部材１１３がゴムなどの弾性体１１１を介してフレーム１１０に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。
【００１７】
（第１実施の形態）
図１は本発明の第１の実施形態を示す車両ステアリング用伸縮軸の径方向断面図、図２は図１の車両ステアリング用伸縮軸を示す縦断面図、図３は図１の雌軸を示す径方向断面図、図４は図１の雄軸を示す径方向断面図である。
【００１８】
先ず、第１の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。図２に示すように、車両ステアリング用伸縮軸は、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とから成っている。
【００１９】
図１に示すように、雄軸１の外周面には、６個の軸方向溝３が軸方向に互いに平行に形成されている。雌軸２の内周面には、これらの軸方向溝３に対向する位置に、６個の軸方向溝５が軸方向に互いに平行に形成されている。これらの６対の軸方向溝３，５の間には、それぞれ、両軸の軸方向相対移動の際に転動する複数個のトルク伝達部材である球状体７が介装されている。また、これら球状体７は、図２に示すように、雄軸１の端部に設けた止め輪１１により軸方向溝３，５から外れないようにされている。
【００２０】
この球状体７の径は適切な与圧が発生するように設計されており、組み込み性を向上させるために、軸方向溝３，５の溝底の長さ方向には、中央部の有効支持部を除いた溝端部に、外方に緩やかに湾曲した湾曲部が形成されている。この実施形態では、トルク伝達部材として球状体７を採用したが、これに限らず、コロであっても良い。
【００２１】
図１に示すように、６組の対となる軸方向溝３，５をそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、雄軸１の軸中心をＯとすると、雌軸２の内周面の隣合う軸方向溝５の配置角度パターンは、
∠ＡＯＢ＝∠ＢＯＣ＝∠ＣＯＤ＝∠ＤＯＥ＝∠ＥＯＦ＝∠ＦＯＡ＝６０°
である。但し、∠ＡＯＢ等は雌軸２の軸方向溝５断面形状の各円弧中心点の軸中心Ｏに対する円弧角を意味する。
【００２２】
一方、雄軸１の外周面の隣合う軸方向溝３の配置角度パターンは、
∠ＡＯＢ＝∠ＣＯＤ＝∠ＥＯＦ＝５８°
∠ＢＯＣ＝∠ＤＯＥ＝∠ＦＯＡ＝６２°
である。但し、∠ＡＯＢ等は雄軸１の軸方向溝３断面形状の各円弧中心点の軸中心Ｏに対する円弧角を意味する。このように、雄軸１の隣合う軸方向溝３の配置角度パターンは異なっており、６２°を大、５８°を小とすると、小→大→小→大→小→大、となっている。
【００２３】
そして、雌軸２の内周面の内径は、図３にも示すように、球状体７の転動中心を通過するボールピッチ円１０（一点鎖線で示す）径よりも大きい部分と、これより小さい部分ａとが、軸方向溝５を挟んで交互に形成したパターンが連続した構成とされている。
【００２４】
同様に、雄軸１の外周面の外径は、図４にも示すように、雌軸２の内径の大小に応じて、球状体７のボールピッチ円１０径よりも大きい部分ｂと、これより小さい部分とが、軸方向溝３を挟んで交互に形成したパターンが連続した構成とされている。
【００２５】
このように、雌軸２の最小内径ａはボールピッチ円１０より小さく、雄軸１の最大外径ｂはボールピッチ円１０より大きく設定されている。即ち、雄軸１の最大外径ｂは雌軸２の最小内径ａよりも大きくなっている。
【００２６】
雌軸２の内径のボールピッチ円径１０よりも大きい部分に、雄軸１の隣合う軸方向溝３の配置角度が大で、その外径がボールピッチ円径１０よりも大きい部分ｂが対向し、雌軸２の内径のボールピッチ円径１０よりも小さい部分ａに、雄軸１の隣合う軸方向溝３の配置角度が小で、その外径がボールピッチ円径１０よりも小さい部分が対向している。
【００２７】
上記構成において、トルク非伝達時（摺動時）には、図１に示すように、雄軸１側の軸方向溝３と雌軸２側の軸方向溝５とは、異なった配置角度パターンを有すると共に、雄軸１の最大外径ｂを雌軸２の最小内径ａよりも大きく設定しているるので、球状体７に重ねて示した矢印方向に球状体７と軸方向溝３，５が押し合って互いに弾性変形しているため、雄軸１と雌軸２の間の回転方向のガタつきを確実に防止することができる。それと共に、ガタつ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。
【００２８】
一方、トルク伝達時には、雄軸１と雌軸２の隣合う軸方向溝３，５の配置角度パターンは異なると共に、雄軸１の最大外径ｂを雌軸２の最小内径ａよりも大きく設定しているので、球状体７を周方向に拘束できるようになっている。したがって、雄軸１と雌軸２の間の回転方向のガタつ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。
【００２９】
本実施形態のにおいては、雄軸１の隣合う軸方向溝３の配置角度パターンが異なっているのに加えて、特に、雄軸１の最大外径ｂをボールピッチ円１０より大きく、雌軸２の最小内径をボールピッチ円１０より小さく設定している。
【００３０】
本実施形態の構成では、図１に示すように、球状体７と軸方向溝３，５の接触力を示す矢印が円周方向（ボールピッチ円１０方向）と略一致するようになる。これは、雄軸１の軸方向溝３の、ボールピッチ円１０径よりも大きい部分側の内縁部３ａと、この溝３に対向する雌軸２の軸方向溝５の、ボールピッチ円１０径よりも小さい部分側の内縁部５ａとによって球状体７が円周方向に拘束されるためである。
【００３１】
この作用により、本実施形態では、雄軸１と雌軸２の間の回転方向の剛性を向上させることができ、より高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００３２】
次に、第２の実施形態について図６〜図８を参照して説明する。
図６は第２の実施形態を示す車両ステアリング用伸縮軸の径方向断面図、図７は図６の雌軸を示す径方向断面図、図８は図６の雄軸を示す径方向断面図である。
【００３３】
この実施形態は上記第１の実施形態と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、重複する説明は省略する。異なっているのは、雌軸２の軸方向溝ＢとＣ、ＤとＥ、ＦとＡについては、それぞれの溝５に挟まれた部分の内径と、溝底の最大内径の大きさを一致させている点である。同様に、雄軸１の軸方向溝ＡとＢ、ＣとＤ、ＥとＦについては、それぞれの溝３に挟まれた部分の外径と、溝底の最小外径の大きさを一致させている。
【００３４】
そして、図７及び図８に示すように、第１の実施形態と同様に、雌軸２の最小内径ａはボールピッチ円１０より小さく、雄軸１の最大外径ｂはボールピッチ円１０より大きくなっている。即ち、雄軸１の最大外径ｂは雌軸２の最小内径ａよりも大きくなっている。
【００３５】
この構成においても、雄軸１の軸方向溝３の、ボールピッチ円１０径よりも大きい部分側の内縁部３ｂと、この溝３に対向する雌軸２の軸方向溝５の、ボールピッチ円１０径よりも小さい部分側の内縁部５ｂとによって球状体７が円周方向に拘束される。この作用により、本実施形態では、図１の第１の実施形態と同様、若しくはそれ以上に、雄軸１と雌軸２の間の回転方向の剛性を向上させることができ、より高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００３６】
尚、上記第１及び第２の実施形態では、雄軸１の外周面と雌軸２の内周面とにそれぞれ形成した複数対の軸方向溝３，５は、６列としたが、４列以上であって、偶数列であれば、他の構成にすることも可能である。
【００３７】
また、上記第１及び第２の実施形態では、雄軸１の隣合う軸方向溝３の配置角度パターンが異なる、小→大→小→大→小→大とし、雌軸２の隣合う軸方向溝５の配置角度パターンは６つとも６０°で同一としたが、この構成に限らず、雄軸１の隣合う軸方向溝３の配置角度パターンを同じく小→大→小→大・・・とするのに対し、この各配置角度に対応する雌軸２の隣合う軸方向溝５の配置角度を大→小→大→小→大→小とした構成、即ち、雄軸１の隣合う軸方向溝３の配置角度が小（又は大）に対向する雌軸２の隣合う軸方向溝５の配置角度を大（又は小）にすることもできる。
【００３８】
この場合、雌軸２の隣合う軸方向溝３の配置角度が小で、その間の内径がボールピッチ円径１０よりも大きい部分に、雄軸１の隣合う軸方向溝３の配置角度が大で、その間の外径がボールピッチ円径１０よりも大きい部分ｂが対向する。そして、雌軸２の隣合う軸方向溝３の配置角度が大で、その間の内径がボールピッチ円径１０よりも小さい部分ａに、雄軸１の隣合う軸方向溝３の配置角度が小で、その間の外径がボールピッチ円径１０よりも小さい部分が対向した構成となる。
【００３９】
これにより、球状体７を周方向により確実に拘束できるようになるため、雄軸１と雌軸２の間の回転方向のガタつきを防止し、高剛性の状態でトルクを伝達する点でより効果的である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、トルク伝達部材が円周方向に拘束される作用がより効果的に発揮され、雄軸と雌軸の回転方向の剛性を向上させることができる。
【００４１】
したがって、高剛性の状態でトルクを伝達することができると共に、安定した摺動荷重を実現することができ、軸回転方向のガタつきも確実に防止することができる。しかも、耐久性に優れていて、低コストにて実現することができる。
また、雄軸と雌軸とトルク伝達部材のみにより軸回転方向に予圧を付与することができるので、弾性体等の予圧を付与する手段を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す車両ステアリング用伸縮軸の径方向断面図である。
【図２】図１の車両ステアリング用伸縮軸を示す縦断面図である。
【図３】図１の雌軸を示す径方向断面図である。
【図４】図１の雄軸を示す径方向断面図である。
【図５】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。
【図６】本発明の第２の実施形態を示す車両ステアリング用伸縮軸の径方向断面図である。
【図７】図６の雌軸を示す径方向断面図である。
【図８】図６の雄軸を示す径方向断面図である。
【符号の説明】
１    雄軸
２    雌軸
３    雄軸の軸方向溝
５    雌軸の軸方向溝
７    トルク伝達部材（球状体）
１０  ボールピッチ円
１１  止め輪
１００  車体側メンバ
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軸
１１３  ステアリングラック支持部材
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】
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【図８】
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