(57)【要約】  【課題】異音の抑制効果を長期間で高く維持できる伸縮自在シャフトを提供する。  【解決手段】中間軸２は、第１および第２の列としてのボール列１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄを介して互いに嵌合された内軸１３および筒状の外軸１４を有する。ボール列１７Ａ，１７Ｃは、内軸１３が外軸１４に対して第１の回転方向Ｔ１に回転するときのみに内軸１３および外軸１４にトルク伝達可能に直接係合する。ボール列１７Ｂ，１７Ｄが、第２の回転方向Ｔ２に回転するときのみに内軸１３および外軸１４にトルク伝達可能に直接係合する。第１および第２のばね要素としての延設部３１，３２が、対応するボール列１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄのボール１７の遊びを無くすようにボール１７を弾性的に付勢する一方で、トルク伝達には寄与せず、変形量を規制されて長期にわたってへたりを生じることがない。  【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内軸および筒状の外軸をトルク伝達可能に且つ軸方向に相対移動可能に互いに嵌め合わせる伸縮自在シャフトであって、
内軸および外軸にそれぞれ設けられた軌道にトルク伝達可能に直接係合するボールと、このボールの遊びを無くすようにボールを弾性的に付勢するばね要素とを備え、
内軸および外軸の軌道は、互いの間にボールを挟持することによってばね要素の変形量を規制するための規制部をそれぞれ含むことを特徴とする伸縮自在シャフト。
【請求項２】
請求項１に記載の伸縮自在シャフトにおいて、
上記ボールは、内軸が外軸に対して第１の回転方向に回転するときのみに内軸および外軸にトルク伝達可能に直接係合する第１の列のボールと、内軸が外軸に対して第２の回転方向に回転するときのみに内軸および外軸にトルク伝達可能に直接係合する第２の列のボールとを含み、
上記ばね要素は、内軸が外軸に対して第２の回転方向に回転するときに第１の列のボールの遊びを無くすように第１の列のボールを弾性的に付勢する第１のばね要素と、内軸が外軸に対して第１の回転方向に回転するときに第２の列のボールの遊びを無くすように第２の列のボールを弾性的に付勢する第２のばね要素とを含むことを特徴とする伸縮自在シャフト。
【請求項３】
請求項１または２に記載の伸縮自在シャフトにおいて、
上記内軸および外軸の相対回転量が所定量以上であるときのみに内軸および外軸間にトルクを伝達するための剛性連結要素を備え、
この剛性連結要素は、内軸の外周および外軸の内周にそれぞれ設けられて互いに係合する第１および第２の係合面を含み、
この第１および第２の係合面は回転方向と交差し上記軸方向に延びることを特徴とする伸縮自在シャフト。
【請求項４】
請求項２または３に記載の伸縮自在シャフトにおいて、
上記第１および第２のばね要素を一体に単一の部材により形成する板部材を備え、
この板部材は上記軸方向に延びる長尺の本体と、本体の一対の側縁にそれぞれ延設される第１および第２のばね要素としての一対の延設部とを含むことを特徴とする伸縮自在シャフト。
【請求項５】
請求項４に記載の伸縮自在シャフトにおいて、
上記板部材の一対の延設部は、対応するボールの上記軸方向への移動を案内するための案内面を含むことを特徴とする伸縮自在シャフト。
【請求項６】
請求項４に記載の伸縮自在シャフトにおいて、
上記第１および第２の列のボールと共に上記軸方向に同伴移動する保持器を備え、
上記板部材の本体は、保持器と一体移動可能に保持され、
板部材の一対の延設部は、本体の対応する側縁に本体の長手方向に等間隔で配置された複数のばね片をそれぞれ含むことを特徴とする伸縮自在シャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、自動車のステアリング装置等に利用される伸縮自在シャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のステアリング装置のインターミディエイトシャフトには、路面の凹凸を乗り越える際に受ける突き上げ力を吸収するために、軸方向に伸縮自在な伸縮自在シャフトにより構成されているものがある。
従来、互いに嵌合される内軸および筒状の外軸と、外軸および内軸にそれぞれ設けられて軸方向に延びる軌道溝と、内軸および外軸の軌道溝間に介在する複数のボールと、外軸に固定され内軸側の軌道の一部を構成するボール保持用のリテーナとを有するボール循環式の伸縮自在シャフトがある（特許文献１，２参照。）。
【０００３】
一方、外軸および内軸の互いに対応する凹溝の少なくとも一方に、樋状の板ばねを配し、この樋状の板ばねによって、ボールのための軌道を形成すると共にボールを他側の軌道へ弾性付勢し、内軸と外軸との間にボールおよび板ばねを介してトルクを伝達する伸縮自在シャフトがある（特許文献３参照）。
【特許文献１】米国特許第３３５６４２４号明細書
【特許文献２】米国特許第３３０４７４５号明細書
【特許文献３】独国特許第ＤＥ３７３０３９３Ｃ２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１，２では、リテーナは、ボールとの間に遊びとなる所定の隙間を設けてボールに対向している。このため、軌道内でボールが遊び、内軸と外軸との間でがたつきが生じて、異音が生じる。また、操舵フィーリングが悪くなる。
また、特許文献３では、板ばねを介して操舵トルクが伝達されるので、長期の使用で板ばねがへたり、異音の抑制効果が劣化する虞がある。
【０００５】
さらに、上述のインターミディエイトシャフトに限らず、長期にわたり異音の抑制効果を高く維持できる伸縮自在シャフトが要望されている。
そこで、この発明の目的は、長期にわたり異音の抑制効果を高く維持でき、優れた操舵フィーリングを達成できる伸縮自在シャフトを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の伸縮自在シャフトは、内軸および筒状の外軸をトルク伝達可能に且つ軸方向に相対移動可能に互いに嵌め合わせる伸縮自在シャフトであって、内軸および外軸にそれぞれ設けられた軌道にトルク伝達可能に直接係合するボールと、このボールの遊びを無くすようにボールを弾性的に付勢するばね要素とを備え、内軸および外軸の軌道は、互いの間にボールを挟持することによってばね要素の変形量を規制するための規制部をそれぞれ含むことを特徴とする。この発明によれば、ボールをばね要素により弾性的に付勢することで、当該ボールの遊びをなくすことができ、その結果、異音の発生を抑制することができる。また、この伸縮自在シャフトを操舵装置に適用する場合には、優れた操舵フィーリングを実現することができる。しかも、ばね要素は、ボールがトルク伝達に寄与しているときに、そのトルク伝達には寄与せず、しかもばね要素の変形量が抑制されるので、長期にわたってへたりを生じることがない。従って、長期にわたり異音の抑制効果を高く維持することができる。
【０００７】
また、本発明では、上記ボールは、内軸が外軸に対して第１の回転方向に回転するときのみに内軸および外軸にトルク伝達可能に直接係合する第１の列のボールと、内軸が外軸に対して第２の回転方向に回転するときのみに内軸および外軸にトルク伝達可能に直接係合する第２の列のボールとを含み、上記ばね要素は、内軸が外軸に対して第２の回転方向に回転するときに第１の列のボールの遊びを無くすように第１の列のボールを弾性的に付勢する第１のばね要素と、内軸が外軸に対して第１の回転方向に回転するときに第２の列のボールの遊びを無くすように第２の列のボールを弾性的に付勢する第２のばね要素とを含む場合がある。この場合、内軸と外軸との両方向の相対回転について、ボールの遊びを確実に無くすことができ、その結果、異音の発生をより一層抑制することができる。また、各ボールは、対応する一方の回転方向のみのトルク伝達に寄与するので、両回転方向のトルク伝達に寄与する場合に比べて、当該ボールに対応するばね要素のためのスペースを大きく確保することができる。その結果、例えば大型で高強度のばね要素を用いてボールを強く付勢することも可能となり、伸縮自在シャフトを操舵装置に利用する場合に、運転者に高い剛性感を与えることができて好ましい。
【０００８】
また、本発明では、上記内軸および外軸の相対回転量が所定量以上であるときのみに内軸および外軸間にトルクを伝達するための剛性連結要素を備え、この剛性連結要素は、内軸の外周および外軸の内周にそれぞれ設けられて互いに係合する第１および第２の係合面を含み、この第１および第２の係合面は回転方向と交差し上記軸方向に延びる場合がある。この場合、相対回転量が所定量以上になると、剛性連結要素が内軸および外軸を剛的に連結することにより、大トルクを伝達することができる。
【０００９】
また、本発明では、上記第１および第２のばね要素を一体に単一の部材により形成する板部材を備え、この板部材は上記軸方向に延びる長尺の本体と、本体の一対の側縁にそれぞれ延設される第１および第２のばね要素としての一対の延設部とを含む場合がある。この場合、第１および第２のばね要素を板部材に一体化しているので、構造を簡素化でき、部品点数および組立工数の低減を通じて、製造コストを安くすることができる。
【００１０】
また、本発明では、上記板部材の一対の延設部は、対応するボールの上記軸方向への移動を案内するための案内面を含む場合がある。この場合、板部材に案内面を一体化して、構造を簡素化することができる。
また、本発明では、上記第１および第２の列のボールと共に上記軸方向に同伴移動する保持器を備え、上記板部材の本体は、保持器と一体移動可能に保持され、板部材の一対の延設部は、本体の対応する側縁に本体の長手方向に等間隔で配置された複数のばね片をそれぞれ含む場合がある。この場合、複数のばね片によってそれぞれ対応するボールをそれぞれ確実に付勢することができる。板部材を保持器と同程度の長さに小型化することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の伸縮自在シャフトを適用する車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
本実施形態では、本伸縮自在シャフトが車両用操舵装置１の中間軸２である場合に則して説明するが、本発明はこれに限らず、例えば、後述するように車両用操舵装置以外の各種の装置に適用することもできる。
【００１２】
図１を参照して、車両用操舵装置１は伸縮自在シャフトとしての中間軸２を有する。中間軸２は、インターミディエイトシャフトとも呼ばれて、ステアリングホイール３に連結されるステアリングシャフト４と、車輪（図示せず）を操向するための例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構５との間に設けられている。中間軸２は、車輪を操向するためにステアリングホイール３に加えられる操舵トルクを、ステアリングシャフト４から操舵機構５の例えばピニオン軸からなる入力軸６へ伝達する働きをする。
【００１３】
また、車両用操舵装置１は、操舵トルクを伝達する上述のステアリングシャフト４と、このステアリングシャフト４を内部に通して回転自在に支持するステアリングコラム７とを有している。ステアリングシャフト４の一方の端部にステアリングホイール３が連結され、他方の端部に、第１の自在継手８、中間軸２および第２の自在継手９を順次に介して上述の操舵機構５の入力軸６が連結されている。ステアリングホイール３が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト４等を介して操舵機構５に伝達され、これにより車輪を操向することができる。
【００１４】
また、ステアリングコラム７には、操舵補助用の電動モータ１０と、この電動モータ１０の出力回転をステアリングシャフト４のロアーシャフト４ａに伝達するための伝達機構としての減速機１１とが設けられている。電動モータ１０と減速機１１とは、ステアリングコラム７により支持されている。電動モータ１０により、操舵トルク、車速等に応じた操舵補助力を得ることができるようになっている。また、車両用操舵装置１では、走行時または組付時に生じる操舵機構５の位置の変化を吸収できるように、中間軸２は伸縮自在に構成されている。
【００１５】
中間軸２は、軸状をなしてその軸方向Ｓ１に伸縮可能に且つトルク伝達可能なスプライン継手１２と、このスプライン継手１２の一方の端部に設けられて第１の自在継手８を形成するための連結部８ａと、スプライン継手１２の他方の端部に設けられて第２の自在継手９を形成するための連結部９ａとを有する。
スプライン継手１２は、内軸１３および筒状の外軸１４を有する。内軸１３と外軸１４とは、中心軸線同士が一致して配置されている。軸方向Ｓ１についての内軸１３と外軸１４との一部分同士が、互いにトルク伝達可能に且つ軸方向Ｓ１に相対移動可能に嵌め合わされている。
【００１６】
図２，図３および図４を参照して、スプライン継手１２は、内軸１３の外周１３ａに設けられている複数の溝状の軌道１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄと、外軸１４の内周１４ａに設けられている複数の溝状の軌道１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄと、第１の列としての複数のボール列１７Ａ，１７Ｃと、第２の列としての複数のボール列１７Ｂ，１７Ｄと、単一の保持器１８とを有している。各ボール列１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄは、複数のボール１７をそれぞれ含んでいる。
【００１７】
また、スプライン継手１２は、各ボール列１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄのボール１７をそれぞれ付勢する付勢部材としての複数の板部材１９を有している。板部材１９は、軸方向Ｓ１に延びる長尺の本体３０と、本体３０の一対の側縁３０ａ，３０ｂにそれぞれ延設されるばね要素としての一対の延設部３１，３２とを含んでいる。
軌道１５Ａおよび軌道１６Ａは、互いに対向して対をなして配置されている。軌道１５Ｂおよび軌道１６Ｂ、軌道１５Ｃおよび軌道１６Ｃ、並びに軌道１５Ｄおよび軌道１６Ｄにおいても同様である。対をなす軌道１５Ａ，１６Ａ、対をなす軌道１５Ｂ，１６Ｂ、対をなす軌道１５Ｃ，１６Ｃ、および対をなす軌道１５Ｄ，１６Ｄはそれぞれ、対応するボール列１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄの複数のボール１７を介在させ、各ボール１７の転動および軸方向Ｓ１の移動を案内する。
【００１８】
図３，図５を参照して、本実施形態では、各軌道１５Ａ，１５Ｃは、規制部２０をそれぞれ有している。各軌道１５Ｂ，１５Ｄは、規制部２００をそれぞれ有している。各軌道１６Ａ，１６Ｃは、規制部２４と、受け部２５とをそれぞれ有している。各軌道１６Ｂ，１６Ｄは、規制部２４０と、受け部２５０とをそれぞれ有している。相対応する規制部２０，２４は、互いの間に対応するボール１７を挟持することにより延設部３１，３２の変形量を規制するために設けられている。相対応する規制部２００，２４０についても同様である。
【００１９】
本実施形態では、スプライン継手１２は、内軸１３および外軸１４の間にトルクを伝達するための第１および第２の一方向連結要素３８，３９と、内軸１３および外軸１４の相対回転量が所定量以上であるときのみに内軸１３および外軸１４の間にトルクを伝達するための剛性連結要素４０とを主要部として備えている。
第１の一方向連結要素３８は、内軸１３が外軸１４に対して第１の回転方向Ｔ１に回転するときに、内軸１３および外軸１４をトルク伝達可能に連結する。第２の一方向連結要素３９は、内軸１３が外軸１４に対して第２の回転方向Ｔ２に回転するときに、内軸１３および外軸１４をトルク伝達可能に連結する。第１および第２の一方向連結要素３８，３９ならびに剛性連結要素４０は、内軸１３および外軸１４の軸方向Ｓ１について相対移動を許容する。
【００２０】
第１の一方向連結要素３８は、第１の列としての複数のボール列１７Ａ，１７Ｃにそれぞれ含まれる複数のボール１７と、第１のばね要素としての複数の板部材１９の対応する延設部３１とを含んでいる。
各ボール列１７Ａ，１７Ｃの複数のボール１７は、内軸１３が外軸１４に対して第１の回転方向Ｔ１に回転するときのみに、各ボール列１７Ａ，１７Ｃにそれぞれ対応する内軸１３および外軸１４の規制部２０，２４にトルク伝達可能に直接係合する。
【００２１】
一方の延設部３１は、内軸１３が外軸１４に対して第２の回転方向Ｔ２に回転するときに、ボール列１７Ａのボール１７の遊びを無くすようにこのボール１７を弾性的に付勢する。他方の延設部３１は、内軸１３が外軸１４に対して第２の回転方向Ｔ２に回転するときに、対応するボール列１７Ｃのボール１７の遊びを無くすようにこのボール１７を弾性的に付勢する。ボール列１７Ａ，１７Ｃのボール１７が軸方向Ｓ１に移動するときには、延設部３１はボール１７と接触する部位を変遷させながら対応するボール列１７Ａ，１７Ｃのボール１７を付勢する。
【００２２】
第２の一方向連結要素３９は、第２の列としての複数のボール列１７Ｂ，１７Ｄにそれぞれ含まれる複数のボール１７と、第２のばね要素としての複数の板部材１９の対応する延設部３２とを含んでいる。
各ボール列１７Ｂ，１７Ｄの複数のボール１７は、内軸１３が外軸１４に対して第２の回転方向Ｔ２に回転するときのみに、各ボール列１７Ｂ，１７Ｄとにそれぞれ対応する内軸１３および外軸１４の規制部２００，２４０にトルク伝達可能に直接係合する。
【００２３】
一方の延設部３２は、内軸１３が外軸１４に対して第１の回転方向Ｔ１に回転するときに、ボール列１７Ｂのボール１７の遊びを無くすようにこのボール１７を弾性的に付勢する。他方の延設部３２は、内軸１３が外軸１４に対して第１の回転方向Ｔ１に回転するときに、ボール列１７Ｄのボール１７の遊びを無くすようにこのボール１７を弾性的に付勢する。ボール列１７Ｂ，１７Ｄのボール１７が軸方向Ｓ１に移動するときには、延設部３２はボール１７と接触する部位を変遷させながら対応するボール列１７Ｂ，１７Ｄのボール１７を付勢する。
【００２４】
剛性連結要素４０は、第１の係合面として、内軸１３の外周１３ａに設けられた複数の平面部２３Ｂ，２３Ｄを含み、第２の係合面として、外軸１４の内周１４ａに設けられた複数の平面部２６Ｂ，２６Ｄを含んでいる。平面部２３Ｂと平面部２６Ｂとは、対をなして、互いに係合する。平面部２３Ｄと平面部２６Ｄとは、対をなして、互いに係合する。本実施形態では、２対の第１および第２の係合面が設けられている。
【００２５】
各平面部２３Ｂ，２３Ｄ，２６Ｂ，２６Ｄはそれぞれ、内軸１３の回転方向Ｔ１，Ｔ２（周方向ともいう。）と交差し、具体的には、内軸１３の軸直角方向と直交し、軸方向Ｓ１に延びている。２つの平面部２３Ｂ，２３Ｄは、軸方向Ｓ１から見て二面幅をなして互いに平行に形成されている。２つの平面部２６Ｂ，２６Ｄは、軸方向Ｓ１から見て二面幅をなして互いに平行に形成されている。
【００２６】
図２，図３を参照して、複数の軌道１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄは、内軸１３の外周１３ａにそれぞれ一体に形成される断面凹湾曲形状の樋形状面からなり、これら樋形状面は、中間軸２の回転方向Ｔ１，Ｔ２に互いに離隔して配置され、軸方向Ｓ１に延びている。
また、内軸１３には、互いに隣接する軌道１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ間をそれぞれ仕切る複数の仕切り壁２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄが設けられている。具体的には、仕切り壁２１Ａは軌道１５Ａと軌道１５Ｂとの間を仕切り、仕切り壁２１Ｂは軌道１５Ｂと軌道１５Ｃとの間を仕切り、仕切り壁２１Ｃは軌道１５Ｃと軌道１５Ｄとの間を仕切り、仕切り壁２１Ｄは軌道１５Ｄと軌道１５Ａとの間を仕切る。
【００２７】
図３および図５を参照して、仕切り壁２１Ａの一対の両側面２２はそれぞれ対応する軌道１５Ａ，１５Ｂに隣接して軸方向Ｓ１に延びている。仕切り壁２１Ａの一方の側面２２と軌道１５Ａにあるボール１７との間には空所２２ａが設けられ、この空所２２ａに、一方の板部材１９の延設部３１が一方の側面２２との間に隙間を開けて配置されている。同様に、仕切り壁２１Ａの他方の側面２２と軌道１５Ｂにあるボール１７との間に設けられた空所２２ａに、一方の板部材１９の延設部３２が隙間を開けて配置されている。
【００２８】
仕切り壁２１Ｃの一対の両側面２２はそれぞれ対応する軌道１５Ｃ，１５Ｄに隣接して軸方向Ｓ１に延びている。仕切り壁２１Ｃの一方の側面２２と軌道１５Ｃにあるボール１７との間に設けられる空所２２ａに、他方の板部材１９の延設部３１が一方の側面２２との間に隙間を開けて配置されている。同様に、仕切り壁２１Ｃの他方の側面２２と軌道１５Ｄにあるボール１７との間に設けられる空所２２ａに、他方の板部材１９の延設部３２が隙間を開けて配置されている。
【００２９】
また、各仕切り壁２１Ｂ，２１Ｄは、上述の平面部２３Ｂ，２３Ｄをそれぞれ有している。
外軸１４の内周１４ａは、平面部２６Ａ，２６Ｃと、上述の平面部２６Ｂ，２６Ｄとを含んでいる。平面部２６Ａは軌道１６Ａと軌道１６Ｂとの間に、平面部２６Ｂは軌道１６Ｂと軌道１６Ｃとの間に、平面部２６Ｃは軌道１６Ｃと軌道１６Ｄとの間に、平面部２６Ｄは軌道１６Ｄと軌道１６Ａとの間にそれぞれ設けられている。
【００３０】
複数の軌道１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄは、外軸１４の内周１４ａにそれぞれ一体に形成される断面凹湾曲形状の樋形状面からなり、これら樋形状面は、周方向に互いに離隔して配置され、軸方向Ｓ１に延びている。
図２，図４を参照して、各ボール１７は、それぞれ鋼球からなる。ボール列１７Ａの複数のボール１７は、列をなして並んで保持器１８により保持される。ボール列１７Ｂの複数のボール１７、ボール列１７Ｃの複数のボール１７、およびボール列１７Ｄの複数のボール１７も同様であり、列をなして並んで保持器１８によりそれぞれ保持される。
【００３１】
図４，図５を参照して、保持器１８は、軸方向Ｓ１に延びて互いに対向する一対の板部２７と、一対の板部２７を互いに接続する一対の接続部２８と、各板部２７の縁部に設けられた複数の孔２９とを有する。保持器１８は、各ボール列１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄにそれぞれ含まれる複数のボール１７を保持し、軸方向Ｓ１についてのボール１７同士の間隔を所定量に規制し、ボール１７と共に軸方向Ｓ１に同伴移動する。
【００３２】
板部材１９は、内軸１３の外周１３ａおよび外軸１４の内周１４ａの間であって、内軸１３および保持器１８の板部２７の間に配置されている。板部材１９の本体３０の軸方向端部には、ボルト３３を挿通させる挿通孔３４が設けられている。一方の板部材１９はボルト３３により内軸１３の仕切り壁２１Ａに固定され、これと同様に、他方の板部材１９はボルト３３により仕切り壁２１Ｃに固定されている。
【００３３】
板部材１９は、本体３０と、一対の延設部３１，３２とを一体に、単一の部材としての板ばねにより形成している。各延設部３１，３２はそれぞれ、本体３０から片持ち状に延設され、断面略Ｕ字形形状に折り返されている。延設部３１では、折り返し部３１ａよりも先端側の延設端部３５が、対応するボール列１７Ａ，１７Ｃのボール１７とそれぞれ当接し付勢する。延設部３２では、折り返し部３２ａよりも先端側の延設端部３６が、対応するボール列１７Ｂ，１７Ｄのボール１７とそれぞれ当接し付勢する。折り返し形状の延設部３１，３２は、撓み易くすることができるので、軸方向Ｓ１に連続して延びる場合であっても、対応するボール列１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄのボール１７に追従して確実に付勢することができる。また、各延設部３１，３２はそれぞれ、対応する各ボール１７を対応する規制部２５，２５０へ向けて常に付勢する。
【００３４】
また、各延設部３１の延設端部３５および各延設部３２の延設端部３６は、案内面としての受け部３７をそれぞれ含んでいる。各受け部３７は、対応するボール列１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄのボール１７の上記軸方向Ｓ１への移動をそれぞれ案内する。
一対の軌道１５Ａ，１６Ａと、ボール列１７Ａと、これに対応する板部材１９の延設部３１とがなす第１の組は、一対の軌道１５Ｂ，１６Ｂと、ボール列１７Ｂと、これに対応する板部材１９の延設部３２とがなす第２の組と比べて、周方向についての配置が逆になっているが、他の構成は同様である。また、上述の第１の組は、一対の軌道１５Ｃ，１６Ｃと、ボール列１７Ｃと、これに対応する板部材１９の延設部３１とがなす第３の組と同様に構成されている。また、上述の第２の組は、一対の軌道１５Ｄ，１６Ｄと、ボール列１７Ｄと、これに対応する板部材１９の延設部３２とがなす第４の組と同様に構成されている。これにより、外軸１４に対する内軸１３の回転方向が異なる点を除いて、第１および第２の一方向連結要素３８，３９は、同様に作用する。以下では、上述の第１の組を中心に説明する。
【００３５】
図５を参照して、第１の一方向連結要素３８では、ボール列１７Ａの各ボール１７は、内軸１３の軌道１５Ａの規制部２０と、外軸１４の軌道１６Ａの規制部２４および受け部２５と、対応する板部材１９の対応する延設部３１の受け部３７とにより４方向からそれぞれ取り囲まれている。また、各ボール１７は、板部材１９が取り除かれた状態で各対の軌道１５Ａ，１６Ａとの間に微小な隙間を設けることができるように設定されている。その一方で、各ボール１７は、板部材１９の延設部３１，３２の付勢により対応する対をなす軌道１５Ａ，１６Ａとの間で遊びを生じないように設定されている。
【００３６】
規制部２０は、対応するボール列１７Ａのボール１７を介在して、規制部２４に対向する。延設部３１の受け部３７は、トルク伝達に寄与する一対の規制部２０，２４から離れて配置されている。また、延設部３１がボール１７を付勢する方向であって延設部３１の受け部３７および軌道１６Ａの受け部２５が対向する方向である方向Ｆ１（図５参照）と、規制部２０，２４がボール１７を挟持する方向であって規制部２０，２４が対向する方向である方向Ｆ２（図５参照）とが、互いに交差し、好ましくは直交するかほぼ直交するのがよい。
【００３７】
図３および図６Ａを参照して、内軸１３が外軸１４に対して第１の回転方向Ｔ１に回転すると、ボール列１７Ａ，１７Ｃの各ボール１７が規制部２０，２４と当接し、内軸１３と外軸１４との間でトルク伝達される。これに伴い、ボール列１７Ｂ，１７Ｄの各ボール１７は、対応する規制部２００との間に隙間を開け、規制部２００と当接しなくなり、トルク伝達に寄与しなくなる。なお、トルク伝達しないときのボール列１７Ｂ，１７Ｄの各ボール１７は、対応する規制部２００，２４０との間に隙間を開けていてもよい。
【００３８】
内軸１３が外軸１４に対して第１の回転方向Ｔ１に回転するときには、内軸１３の規制部２０および外軸１４の規制部２４がボール列１７Ａのボール１７を介して係合し、具体的には、規制部２０，２４同士がボール１７を押圧状態で挟持する。これにより、外軸１４に対する内軸１３の第１の回転方向Ｔ１への移動が規制されるとともに、ボール列１７Ａの各ボール１７が内軸１３および外軸１４に対して相対移動を規制される。その結果、ボール列１７Ａに対応する延設部３１の変形量が規制され、これとともに、トルク伝達に寄与しない側のボール列１７Ｂ，１７Ｄに対応する延設部３２の変形量が規制される。
【００３９】
同様に、ボール列１７Ｃのボール１７を介する内軸１３の規制部２０および外軸１４の規制部２４の係合によって、延設部３１，３２の変形量が規制される。
図３および図６Ｂを参照して、第２の一方向連結要素３９においては、内軸１３が外軸１４に対して第２の回転方向Ｔ２に回転すると、ボール列１７Ｂ，１７Ｄの各ボール１７が規制部２００，２４０と当接してトルク伝達する。この状態では、ボール列１７Ａ，１７Ｃの各ボール１７は、規制部２０との間に、または規制部２０，２４との間に隙間を開け、トルク伝達に寄与しなくなる。また、内軸１３が外軸１４に対して第２の回転方向Ｔ２に回転するときには、ボール列１７Ｂのボール１７を介する内軸１３の規制部２００および外軸１４の規制部２４０の係合によって、延設部３１，３２の変形量が規制され、ボール列１７Ｄのボール１７を介する内軸１３の規制部２００および外軸１４の規制部２４０の係合によって延設部３１，３２の変形量が規制される。
【００４０】
図５を参照して、スプライン継手１２の動作を、内軸１３が外軸１４に対して第１の回転方向Ｔ１に回転する場合に則して説明する。内軸１３および外軸１４間に伝達トルクがかかっていないときは、延設部３１，３２により付勢されて遊びのない各ボール列１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄのボール１７を介して、内軸１３および外軸１４は互いに周方向に連結される。
【００４１】
図５および図６Ａを参照して、伝達トルクが所定値以下の小さなときには、ボール列１７Ａ，１７Ｃのボール１７のみを介して、内軸１３および外軸１４は互いに周方向に連結されて、トルク伝達される。ボール列１７Ａ，１７Ｃのボール１７は、延設部３１により付勢される。このときのボール列１７Ｂ，１７Ｄのボール１７はトルク伝達に寄与しないが、延設部３２による付勢によってがたつきを防止される。ボール１７の転がりを利用して、軸方向Ｓ１についての内軸１３および外軸１４の相対移動抵抗を小さくすることができる。
【００４２】
所定値を超えて大きな伝達トルクがかかる場合には、ボール列１７Ａ，１７Ｃのボール１７を微小量弾性変形させて、内軸１３および外軸１４が所定角度量で相対回転する。
剛性連結要素４０では、第１の係合面としての平面部２３Ｂ，２３Ｄの間隔は、第２の係合面としての平面部２６Ｂ，２６Ｄの間隔よりも所定量小さくされていて、内軸１３および外軸１４間にトルクがかからない状態で、各対の平面部２３Ｂ，２６Ｂおよび平面部２３Ｄ，２６Ｄの間に所定量の径方向隙間を開けてある。上述のように、内軸１３および外軸１４の間に所定量よりも大きなトルクがかかり、内軸１３および外軸１４の相対回転角度が所定の角度量に達すると、対をなす平面部２３Ｂ，２６Ｂおよび対をなす平面部２３Ｄ，２６Ｄが互いに当接状態で係合する。これにより、剛性連結要素４０を介して両軸１３，１４が剛的に連結される。このとき、第１の一方向連結要素３８もトルク伝達に寄与する。
【００４３】
また、第２の回転方向Ｔ２のトルク伝達時についても、対応するボール列が異なることにより、第１の回転方向Ｔ１と同様に上述の各作用効果を得ることができる（図６Ｂ参照。）。
このように本実施形態では、各ボール１７を対応する板部材１９の延設部３１，３２により弾性的に付勢することで、当該ボール１７の遊びをなくすことができ、その結果、異音の発生を抑制することができる。
【００４４】
より具体的には、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、第１および第２の一方向連結要素３８，３９を設け、外軸１４に対する内軸１３の第１の回転方向Ｔ１に応じて、トルク伝達に寄与しない側のボール列１７Ｂ，１７Ｄのボール１７を、これに対応する板部材１９の延設部３２により弾性的に付勢することで、当該ボール１７の遊びをなくすことができる。また、外軸１４に対する内軸１３の第２の回転方向Ｔ２に応じて、トルク伝達に寄与しない側のボール列１７Ａ，１７Ｃのボール１７を、これに対応する板部材１９の延設部３１により弾性的に付勢することで、当該ボール１７の遊びをなくすことができる。その結果、異音の発生を抑制することができる。
【００４５】
中間軸２は、内軸１３と外軸１４との間のがたつきを防止できるので、車両用操舵装置１の応答遅れを生じることなく、優れた操舵フィーリングを実現することができる。
しかも、各延設部３１のそれぞれは、対応するボール列１７Ａ，１７Ｃのボール１７がトルク伝達に寄与しているときに、そのトルク伝達には寄与せず、しかも延設部３１の変形量が抑制されるので、長期にわたってへたりを生じることがない。同様に各延設部３２のそれぞれは、対応するボール列１７Ｂ，１７Ｄのボール１７がトルク伝達に寄与しているときに、そのトルク伝達には寄与せず、しかも変形量が抑制されるので、長期にわたってへたりを生じることがない。従って、長期にわたり異音の抑制効果を高く維持することができる。また、へたりを生じることがないので、延設部３１，３２の耐久性をより一層高めることができる。
【００４６】
本実施形態では、第１および第２の一方向連結要素３８，３９を設けている。この場合、内軸１３と外軸１４との両方向の相対回転について、ボール１７の遊びを確実に無くすことができ、その結果、異音の発生をより一層抑制することができる。また、各ボール１７は、対応する一方の回転方向のみのトルク伝達に寄与し、両回転方向のトルク伝達に寄与する場合に比べて、当該ボール１７に対応するばね要素としての延設部３１，３２のためのスペースを大きく確保することができる。その結果、例えばばね要素として大型で高強度のものを用いてボール１７を強く付勢することも可能となり、本中間軸２を車両用操舵装置１に利用する場合に、運転者に高い剛性感を与えることができて好ましい。
【００４７】
また、第１および第２の一方向連結要素３８，３９と剛性連結要素４０とを併用し、内軸１３と外軸１４との相対回転量が所定量以上になると、剛性連結要素４０が内軸１３および外軸１４を剛的に連結する。これにより、大トルクを伝達することができる。
また、上述の第１および第２のばね要素として機能する一対の延設部３１，３２を板部材１９に一体化しているので、構造を簡素化でき、部品点数および組立工数の低減を通じて、製造コストを安くすることができる。また、板部材１９に案内面としての受け部３７を一体化して、構造を簡素化することができる。
【００４８】
また、操舵補助用の電動モータ１０をステアリングコラム７に設けた電動パワーステアリング装置では、中間軸２の伝達トルクが大きくへたりが生じやすい傾向にあるが、本実施形態の中間軸２によりへたりの発生を抑制できて好ましい。
次に、第２実施形態を説明する。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については説明を省略し、図示する場合には対応部分に同じ符号を付しておく。また、後述する他の実施形態や変形例についても同様とする。
【００４９】
図７，図８を参照して、第２の実施形態では、第１の一方向連結要素３８Ａは、第１のばね要素としての複数の板部材１９Ａの延設部３１Ａを含んでいる。第２の一方向連結要素３９Ａは、第２のばね要素としての複数の板部材１９Ａの延設部３２Ａをそれぞれ含んでいる。
板部材１９Ａは、保持器１８Ａと、外軸１４との間に配置される。板部材１９Ａは、本体３０と、本体３０の一対の側縁３０ａ，３０ｂにそれぞれ延設される一対の延設部３１Ａ，３２Ａを含んでいる。軸方向Ｓ１についての本体３０の両端部には、本体３０に対して概ね直角をなすように折り曲げられた一対の弾性係止片４３がそれぞれ設けられている。一対の弾性係止片４３が保持器１８Ａを弾力的に挟持することにより、本体３０が保持器１８Ａに保持されている。延設部３１Ａは、本体３０の側縁３０ａに本体３０の長手方向に等間隔で配置された複数のばね片４４を含み、延設部３２Ａは、本体３０の側縁３０ｂに本体３０の長手方向に等間隔で配置された複数のばね片４４を含んでいる。
【００５０】
各ばね片４４は、片持ち状の弾性舌片からなり、自由端寄りに受け部４５を含んでいる。受け部４５は、対応するボール列１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄの複数のボール１７に対して第１実施形態の受け部３７と同様の位置に配置されていて、対応するボール１７を受ける。ばね片４４は、保持器１８Ａの孔２９に臨んで設けられた切欠部４６内に延びて、ボール１７と常時当接して、弾性的に付勢する。
【００５１】
第２実施形態においても、規制部２０，２４および規制部２００，２４０により延設部３１，３２の変形量が抑制される。例えば、内軸１３が外軸１４に対して第１の回転方向Ｔ１に相対回転するときには、トルク伝達する各ボール列１７Ａ，１７Ｃに対応する規制部２０，２４がボール１７を挟持することにより、ボール１７および保持器１８を介して、トルク伝達しない側のボール列１７Ｂ，１７Ｄに対応する延設部３２の変形量を抑制することができる。従って、異音の抑制効果を長期にわたり高く維持することができる。また、第１および第２の一方向連結要素３８Ａ，３９Ａにより、車両用操舵装置１の剛性感を高めることが可能となる。また、剛性連結要素４０により、大トルクを伝達することができる。また、板部材１９Ａは、一対の延設部３１Ａ，３２Ａを一体化しているので、構造を簡素化でき、製造コストを安価にできる。
【００５２】
また、板部材１９Ａが保持器１８Ａと一体移動可能に保持され、板部材１９Ａの一対の延設部３１Ａ，３２Ａは、複数のばね片４４をそれぞれ含むようにしている。これにより、複数のばね片４４によって、それぞれ対応するボール列１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄのボール１７をそれぞれ確実に付勢することができる。板部材１９Ａを保持器１８Ａと同程度の長さに小型化することも可能である。
【００５３】
また、以下のような変形例を考えることもできる。例えば、板部材を外軸１４に保持してもよい。第１の一方向連結要素３８，３８Ａは、少なくとも一つの第１の列の少なくとも２つのボールと、少なくとも一つの第１のばね要素とを含んでいればよい。また、第２の一方向連結要素３９，３９Ａは、少なくとも一つの第２の列の少なくとも２つのボールと、少なくとも一つの第２のばね要素とを含んでいればよい。
【００５４】
剛性連結要素としては、互いに係合可能なスプライン歯を構成する複数対の凹条および凸条を有していてもよく、互いにかみ合う一対のスプライン歯の対応する歯面が回転方向Ｔ１，Ｔ２と交差して軸方向Ｓ１に延び、上述の第１および第２の係合面に相当する。剛性連結要素としては、互いに係合する少なくとも一対の第１の係合面および第２の係合面を含んでいればよい。また、剛性連結要素を廃止する場合も考えることができる。
【００５５】
また、規制部２０，２４および受け部２５、並びに規制部２００，２４０および受け部２５０は、軸方向Ｓ１に延びる平面であってもよい。また、内軸１３は、外周１３ａに固定される剛性部材（図示せず）を含み、この剛性部材が軌道を形成して対応するボール１７と直接に係合するようにしてもよい。外軸１４は、内周１４ａに固定される剛性部材（図示せず）を含み、この剛性部材が軌道を形成し、対応するボール１７と係合するようにしてもよい。
【００５６】
第１および第２のばね要素としては、板部材１９の一対の延設部３１，３２を互いに別体で形成してもよいし、同様に、板部材１９Ａの一対の延設部３１Ａ，３２Ａを互いに別体で形成してもよい。また、対応するボール列１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄのボール１７を付勢する板ばね以外のコイルばね等のばね要素を利用することも考えられる。
また、例えば一方向にのみトルク伝達する場合には、上述の第１および第２の一方向連結要素３８，３９のいずれか一方のみを設けることも考えられる。また、両回転方向についてのトルク伝達を共通のボールにより行うことも考えられる。
【００５７】
また、本実施形態の伸縮自在シャフトを車両用操舵装置１の中間軸２の他、各種の産業機械、装置等に適用してもよい。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態の伸縮自在シャフトを適用した車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す中間軸の要部の一部縦断面図であり、図３に示すII−II断面を示す。
【図３】図２に示す中間軸の III− III断面図である。
【図４】図２に示す中間軸の分解斜視図である。
【図５】図３に示す中間軸の要部の拡大図である。
【図６】図３に示す中間軸の動作を示す模式図であり、内軸が外軸に対して第１の回転方向に相対回転する場合を図６Ａに示し、内軸が外軸に対して第２の回転方向に相対回転する場合を図６Ｂに示す。
【図７】本発明の第２実施形態の伸縮自在シャフトである中間軸の断面図である。
【図８】図７に示す中間軸の保持器と板部材の斜視図である。
【符号の説明】
【００５９】
２  中間軸（伸縮自在シャフト）
１３  内軸
１３ａ  外周
１４  外軸
１４ａ  内周
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ  軌道
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ  軌道
１７  ボール
１７Ａ，１７Ｃ  ボール列（第１の列）
１７Ｂ，１７Ｄ  ボール列（第２の列）
１８，１８Ａ  保持器
１９，１９Ａ  板部材
２０，２４  規制部
２３Ｂ，２３Ｄ  平面部（第１の係合面）
２６Ｂ，２６Ｄ  平面部（第２の係合面）
３０  本体
３０ａ，３０ｂ  側縁
３１，３１Ａ  延設部（ばね要素、第１のばね要素）
３２，３２Ａ  延設部（ばね要素、第２のばね要素）
３７  受け部（案内面）
４０  剛性連結要素
４４  ばね片
２００，２４０  規制部
Ｓ１  軸方向
Ｔ１  第１の回転方向
Ｔ２  第２の回転方向
【図１】
2005308095.tif 000003
【図２】
2005308095.tif 000004
【図３】
2005308095.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005308095.tif 000007
【図６】
2005308095.tif 000008
【図７】
2005308095.tif 000009
【図８】
2005308095.tif 000010