(57)【要約】【課題】  ガタの全くない転がりと滑りの長所を採用したハイブリッド構造の伸縮軸を使うことで、優れた操縦安定性を確保すること。【解決手段】  十字軸継手２５の下側ヨークは、ガタの全くない転がりと滑りの長所を有するハイブリッド構造の伸縮軸１０の雌軸２に一体的に構成してある。なお、十字軸継手２５の上側には、操舵角センサー２９が取付けてある。伸縮軸１０の雄軸１の下端部は、車両状態に応じて、電子制御ユニット３０ａ（即ち、ＥＣＵ）により可変制御されながら、操舵トルクの伝達比を可変する可変ギア比ユニット３０に連結してある。なお、電子制御ユニット３０には、操舵角、車速、転舵輪の舵角、及び転舵輪の速度等の情報が取り込まれるようになっている。可変ギア比ユニット３０の下端は、十字軸継手３１を介して、ステアリングギア３２に連結してある。【選択図】  図１
2005306216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールと転舵輪を連結する操舵伝達系の途中に、
車両状態に応じて電子制御ユニットにより可変制御されながら、操舵トルクの伝達比を可変する可変ギア比ユニットと、
雄軸と雌軸を回転不能に且つ摺動自在に嵌合した伸縮軸と、を備えた車両用ステアリングシステムに於いて、
前記伸縮軸は、
操舵トルクが所定値以下の時に、前記両軸の間で、予圧しながら、操舵トルクを伝達する予圧的トルク伝達部と、
操舵トルクが所定値を超えると、前記両軸の間で、剛体の接触により、操舵トルクを伝達する剛体的トルク伝達部と、を有することを特徴とする車両用ステアリングシステム。
【請求項２】
前記予圧的トルク伝達部は、
前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面とに夫々形成した少なくとも一列の軸方向溝の間に、弾性体を介して、第１トルク伝達部材を介装してなり、
前記剛体的トルク伝達部は、
前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面とに夫々形成した他の少なくとも一列の溝方向の間に、第２トルク伝達部材を介装してなることを特徴とする請求項１に記載の車両用ステアリングシステム。
【請求項３】
前記第１トルク伝達部材は、前記両軸の軸方向相対移動の際に転動する転動体であり、
前記第２トルク伝達部材は、前記両輪の軸方向相対移動の際に滑り摺動する摺動体であることを特徴とする請求項２に記載の車両用ステアリングシステム。
【請求項４】
前記剛体的トルク伝達部は、
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、回転の際には互いに接触してトルクを伝達し、
前記予圧的トルク伝達部は、
前記剛体的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、からなることを特徴とする請求項１に記載の車両用ステアリングシステム。
【請求項５】
前記剛体的トルク伝達部は、前記雄軸の外周面に形成された軸方向凸条と、前記雌軸の内周面に形成された軸方向溝と、からなることを特徴とする請求項４に記載の車両用ステアリングシステム。
【請求項６】
ステアリングホイールと転舵輪を連結する操舵伝達系の途中に、更に、十字軸継手を備えており、
当該十字軸継手は、ヨークの軸受孔に、ベアリングカップ及び当該カップ内の複数のコロを含むニードル軸受を介して、スパイダー軸部を回転自在に嵌合することにより、ヨークにスパイダーを係合した構成の十字軸継手であって、
前記ニードル軸受と前記スパイダー軸部とが前記コロを介してシメシロ嵌合とし、前記コロは、その径が中央部近傍から両端部にかけて徐々に小さくなる形状に成形されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両用ステアリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリングホイールと転舵輪を連結する操舵伝達系の途中に、車両状態に応じて電子制御ユニットにより可変制御されながら、操舵トルクの伝達比を可変する可変ギア比ユニットを備えた車両用ステアリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用ステアリングシステムとして、特許文献１及び２に示すように、可変ギア比ユニットを用いた構造が知られている。可変ギア比ユニットは、様々な車両の走行状態に応じて、ギア比を変化させる構造であり、車速に応じて操舵角を変化させることで、運転者の負担を軽減し、快適な車両の操縦を実現するものである。
【０００３】
このシステムに加え、より運転時の快適性を高めるため、車両の相対変位による軸方向振動の吸収や、走行中に発生するあらゆる操舵軸上の軸方向荷重をキャンセルし、フリクションの少ない操舵トルクを得るために、操舵軸上に伸縮軸を設ける場合がある。
【０００４】
しかしながら、特許文献３に知られるように、従来のスプライン嵌合構造の伸縮機構（即ち、スライド機構）であると、雄軸と雌軸の隙間を完全に無くすことは、不可能であり、雄軸と雌軸間に存在する隙間によるガタを無くすことができなかった。
【０００５】
また、可変ギア比ユニットを使用すると、低速走行時は、オーバー・オール・ステアリング・ギア比（即ち、操舵角と前輪タイヤの回転面の旋回角との比）を小さくできるため、操舵角が小さくても、タイヤの回転角が大きくとれ、可変ギア比ユニットがついていない車両に比べて少ない操舵角で、操舵することができる。
【０００６】
さらに、高速走行時は、オーバー・オール・ステアリング・ギア比を大きくとり、走行時のレーンチェンジの際など、操舵角に対して、タイヤの回転角を小さくできる。これにより、高速走行時は、操舵角に対し、車両の挙動が敏感になり過ぎないように制御している。
【０００７】
なお、図４は、従来に係る車両用ステアリングシステムの側面図である。ステアリングシャフト２０の上端には、ステアリングホイール２１が装着してあり、ステアリングシャフト２０は、ステアリングコラム２２内に回転自在に支持してある。なお、ステアリングコラム２２は、チルト等の位置調整式になっている。
【０００８】
ステアリングコラム２２は、アッパーブラケット２３と、ロアーブラケット２４とにより、車体に装着してある。ステアリングシャフト２０の下端には、十字軸継手２５が連結してあり、この十字軸継手２５の下側ヨークは、スプライン嵌合構造の伸縮軸２６の雌軸２７に一体的に構成してある。なお、十字軸継手２５の上側には、操舵角センサー２９が取付けてある。操舵角センサー２９の取付けられる位置は図４に示した位置に限らず、ステアリングコラム２２内や、車両の方向指示等をするコンビネーションスイッチ（図示せず）と組み合わせたものでも可能である。操舵角を検出するという機能を満足すれば、どの位置や方法でも構わない。
【０００９】
伸縮軸２６の雄軸２８の下端部は、車両状態に応じて、電子制御ユニット３０ａ（即ち、ＥＣＵ）により可変制御されながら、操舵トルクの伝達比を可変する可変ギア比ユニット３０に連結してある。なお、電子制御ユニット３０には、操舵角、車速、転舵輪の舵角、及び転舵輪の速度等の情報が取り込まれるようになっている。
【００１０】
可変ギア比ユニット３０の下端は、十字軸継手３１を介して、ステアリングギア３２に連結してある。なお、このステアリングギア３２は、振動の変位を吸収できるように、ラバーマウント３３を介して、車体に装着してある。
【特許文献１】特開平１１−４９００３号公報
【特許文献２】特開平１１−３４８９４号公報
【特許文献３】特開２０００−９１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の技術では、下記の問題がある。
【００１２】
低速走行時は、可変ギア比ユニットにより、操舵角が小さくなるように作用するが、伸縮軸に回転方向ガタがあると、操舵をしても、反応しない領域ができてしまう。
【００１３】
このため、操舵角を小さくする目的で、せっかく可変ギア比ユニットを採用しても、回転方向ガタの分は、操舵角が増えてしまい、その効果を十分に発揮できないといった問題がある。
【００１４】
また、高速走行時のレーンチェンジという状況において、微小にしか操舵しない場合、伸縮軸に回転方向ガタがあると、車両が反応せず、応答性の悪い状態となってしまう。これは、路面の摩擦係数が低い場合、例えば雨で濡れた路面や、凍結した路面等でも同様のことが言える。
【００１５】
さらに、操舵軸には、十字軸継手を使用しており、このスパイダーの軸部とニードル軸受の間の隙間が、過大であると、やはり回転方向ガタとして、操舵特性を損なう要因となり、異音の発生原因ともなり得る。
【００１６】
このように、可変ギア比ユニットを有するステアリングシステムにおいて、相対変位による振動を吸収しようと願って、あるいは軸方向に発生する荷重をキャンセルして、滑らかな操舵トルクを得たいと願って伸縮軸を採用すると、ガタが発生してしまい、可変ギア比ユニットの効果、及び、操縦安定性能が損なわれてしまう。
【００１７】
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、ガタの全くない転がりと滑りの長所を採用したハイブリッド構造の伸縮軸を使うことで、優れた操縦安定性を確保することができる、車両用ステアリングシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る車両用ステアリングシステムは、ステアリングホイールと転舵輪を連結する操舵伝達系の途中に、
車両状態に応じて電子制御ユニットにより可変制御されながら、操舵トルクの伝達比を可変する可変ギア比ユニットと、
雄軸と雌軸を回転不能に且つ摺動自在に嵌合した伸縮軸と、を備えた車両用ステアリングシステムに於いて、
前記伸縮軸は、
操舵トルクが所定値以下の時に、前記両軸の間で、予圧しながら、操舵トルクを伝達する予圧的トルク伝達部と、
操舵トルクが所定値を超えると、前記両軸の間で、剛体の接触により、操舵トルクを伝達する剛体的トルク伝達部と、を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項２に係る車両用ステアリングシステムは、前記予圧的トルク伝達部は、
前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面とに夫々形成した少なくとも一列の軸方向溝の間に、弾性体を介して、第１トルク伝達部材を介装してなり、
前記剛体的トルク伝達部は、
前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面とに夫々形成した他の少なくとも一列の溝方向の間に、第２トルク伝達部材を介装してなることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項３に係る車両用ステアリングシステムは、前記第１トルク伝達部材は、前記両軸の軸方向相対移動の際に転動する転動体であり、
前記第２トルク伝達部材は、前記両輪の軸方向相対移動の際に滑り摺動する摺動体であることを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項４に係る車両用ステアリングシステムは、前記剛体的トルク伝達部は、
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、回転の際には互いに接触してトルクを伝達し、
前記予圧的トルク伝達部は、
前記剛体的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、からなることを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項５に係る車両用ステアリングシステムは、前記剛体的トルク伝達部は、前記雄軸の外周面に形成された軸方向凸条と、前記雌軸の内周面に形成された軸方向溝と、からなることを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項６に係る車両用ステアリングシステムは、ステアリングホイールと転舵輪を連結する操舵伝達系の途中に、更に、十字軸継手を備えており、
当該十字軸継手は、ヨークの軸受孔に、ベアリングカップ及び当該カップ内の複数のコロを含むニードル軸受を介して、スパイダー軸部を回転自在に嵌合することにより、ヨークにスパイダーを係合した構成の十字軸継手であって、
前記ニードル軸受と前記スパイダー軸部とが前記コロを介してシメシロ嵌合とし、前記コロは、その径が中央部近傍から両端部にかけて徐々に小さくなる形状に成形されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、スプライン嵌合等の剛体的トルク伝達部に加えて、予圧的トルク伝達部を設けていることから、ガタの全くない転がりと滑りの長所を有するハイブリッド構造の伸縮軸を提供することができ、優れた操縦安定性を確保することができる。
【００２５】
このように、本発明によると、全くガタのない伸縮軸と、可変ギア比ユニットを組み合わせることで、下記の効果が得られる。  
ａ）操舵時の車両のコントロール性が向上する。
・低速走行時は、可変ギア比ユニットにより、操舵角が小さくなるように作用するが、伸縮軸に回転方向ガタがあると、操舵をしても反応しない領域ができてしまう。このため、操舵角を小さくする目的で、せっかく可変ギア比ユニットを採用しても、回転方向ガタの分は、操舵角が増えてしまい、その効果を十分に発揮できないといった問題がある。全くガタのない伸縮軸と可変ギア比ユニットを組み合わせることで、本来目的とする操舵角を得ることができ、可変ギア比ユニットの効果を十分に発揮することができる。
・高速走行時のレーンチェンジという状況において、微小にしか操舵しない場合、伸縮軸に回転方向ガタがあると、車両が反応せず、応答性の悪い状態となってしまう。これは、路面の摩擦係数が低い場合、例えば雨で濡れた路面や、凍結した路面等でも同様のことが言える。全くガタのない伸縮軸と可変ギア比ユニットを組み合わせることで、車両の応答性を劇的に向上させることができ、一体感のあるステアリングを実現することができる。操舵角が小さいと、総操舵角に対する回転方向ガタ分の角度の割合が大きくなるため、その効果が大きい。
ｂ）操舵軸の捩り剛性にあわせて、可変ギア比ユ二ットによるオーバー・オール・ステアリング・ギア比の制御をし易くできる。即ち、ガタのような不感帯があると、制御が非常に困難となる。なお、操舵軸は、リニアな捩り剛性を有することが好ましい。
ｃ）車両に発生する振動を吸収できる。
ｄ）操舵軸上に発生するあらゆる軸方向荷重をキャンセルし、フリクションの少ない操舵トルクを得ることできる。
【００２６】
また、ガタのない十字軸継手を採用することで、更に優れた操縦安定性を確保することができる。すなわち、全くガタのない伸縮軸と、十字軸継手と可変ギア比ユニットを組み合わせることで、上述した（ａ）（ｂ）項と同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態に係る車両用ステアリングシステムを図面を参照しつつ説明する。
【００２８】
（車両用ステアリングシステムの実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態の第１例に係る車両用ステアリングシステムの側面図である。
【００２９】
ステアリングシャフト２０の上端には、ステアリングホイール２１が装着してあり、ステアリングシャフト２０は、ステアリングコラム２２内に回転自在に支持してある。なお、ステアリングコラム２２は、チルト等の位置調整式になっている。
【００３０】
ステアリングコラム２２は、アッパーブラケット２３と、ロアーブラケット２４とにより、車体に装着してある。ステアリングシャフト２０の下端には、十字軸継手２５が連結してある。
【００３１】
この十字軸継手２５の下側ヨークは、ガタの全くない転がりと滑りの長所を有するハイブリッド構造の伸縮軸１０の雌軸２に一体的に構成してある。なお、十字軸継手２５の上側には、操舵角センサー２９が取付けてある。
【００３２】
伸縮軸１０の雄軸１の下端部は、車両状態に応じて、電子制御ユニット３０ａ（即ち、ＥＣＵ）により可変制御されながら、操舵トルクの伝達比を可変する可変ギア比ユニット３０に連結してある。なお、電子制御ユニット３０には、操舵角、車速、転舵輪の舵角、及び転舵輪の速度等の情報が取り込まれるようになっている。
【００３３】
可変ギア比ユニット３０の下端は、十字軸継手３１を介して、ステアリングギア３２に連結してある。なお、このステアリングギア３２は、振動の変位を吸収できるように、ラバーマウント３３を介して、車体に装着してある。
【００３４】
さて、本実施の形態では、上記のように、十字軸継手２５と、可変ギヤ比ユニット３０との間に、ガタの全くない転がりと滑りの長所を有するハイブリッド構造の伸縮軸１０が介装してある。
【００３５】
このように、本実施の形態によると、全くガタのない伸縮軸１０と、可変ギア比ユニット３０を組み合わせることで、下記の効果が得られる。  
ａ）操舵時の車両のコントロール性が向上する。
・低速走行時は、可変ギア比ユニット３０により、操舵角が小さくなるように作用するが、従来の伸縮軸２６に回転方向ガタがあると、操舵をしても反応しない領域ができてしまう。このため、操舵角を小さくする目的で、せっかく可変ギア比ユニット３０を採用しても、回転方向ガタの分は、操舵角が増えてしまい、その効果を十分に発揮できないといった問題がある。全くガタのない伸縮軸１０と可変ギア比ユニット３０を組み合わせることで、本来目的とする操舵角を得ることができ、可変ギア比ユニット３０の効果を十分に発揮することができる。
・高速走行時のレーンチェンジという状況において、微小にしか操舵しない場合、従来の伸縮軸２６に回転方向ガタがあると、車両が反応せず、応答性の悪い状態となってしまう。これは、路面の摩擦係数が低い場合、例えば雨で濡れた路面や、凍結した路面等でも同様のことが言える。全くガタのない伸縮軸１０と可変ギア比ユニット３０を組み合わせることで、車両の応答性を劇的に向上させることができ、一体感のあるステアリングを実現することができる。操舵角が小さいと、総操舵角に対する回転方向ガタ分の角度の割合が大きくなるため、その効果が大きい。
ｂ）操舵軸の捩り剛性にあわせて、可変ギア比ユ二ット３０によるオーバー・オール・ステアリング・ギア比の制御をし易くできる。即ち、ガタのような不感帯があると、制御が非常に困難となる。なお、操舵軸は、リニアな捩り剛性を有することが好ましい。
ｃ）車両に発生する振動を吸収できる。
ｄ）操舵軸上に発生するあらゆる軸方向荷重をキャンセルし、フリクションの少ない操舵トルクを得ることできる。
【００３６】
図２は、本発明の実施の形態の第２例に係る車両用ステアリングシステムの側面図である。上記第１例と相違する点についてのみ説明する。
【００３７】
本例では、全くガタのない伸縮軸１０の雄軸１の下端に、十字軸継手３１が連結してあり、この十字軸継手３１に、可変ギヤ比ユニット３０が連結してあり、この可変ギヤ比ユニット３０は、ステアリングギア３２に連結してある。
【００３８】
本例では、上述した作用・効果に加えて、それぞれの部品・ユニットが分離しているので、組付けが容易である。
【００３９】
図３は、本発明の実施の形態の第３例に係る車両用ステアリングシステムの側面図である。上記第１例と相違する点についてのみ説明する。
【００４０】
本例では、可変ギヤ比ユニット３０とステアリングギア３２とが一体的に構成してある。これにより、本例では、上述した作用・効果に加えて、これら部品・ユニットの車両への組付けが容易になっている。
【００４１】
（全くガタのない伸縮軸と捩り剛性）
図５（ａ）は、従来構造の伸縮軸又はガタのある十字軸継手を使用した場合に於ける、回転角度とトルクの特性線図であり、（ｂ）は、全くガタのない伸縮軸に於ける、回転角度とトルクの特性線図である。
【００４２】
図５（ａ）に、従来の伸縮軸又はガタのある十字軸継手の場合の特性を示しているが、スプライン構造の場合、必ずニュートラル付近に周方向ガタが存在する。ガタとは、予圧機構を特たず、隙間が存在することによって、全くトルク伝達を行わない領域が存在することである。従って、理論上は、この部分の捩り剛性は、０Ｎｍ／ｄｅｇということになる。但し、実際のケースでは、隙間があっても、雄軸・雌軸間に、「こじれ」や「倒れ」が生じるので、捩り剛性は、安定せず、０〜数Ｎｍ／ｄｅｇという安定しない特性を示すことになる。この特性のばらつきは、操縦安定性を悪化させる要因となっており、好ましくない。
【００４３】
これに対して、図５（ｂ）に示す本発明に係る特性では、ニュートラル付近の予圧域において、所定の捩り剛性（Ｋ１）Ｎｍ／ｄｅｇを維持できているため、操舵をした際には必ずトルクが伝達される。すなわち、後述するように、雄軸１・雌軸２の間で、弾性体９を介して予圧しながら、転動体７により、操舵トルクを伝達することができる。これにより、ガタの全くない転がりと滑りの長所を有するハイブリッド構造の伸縮軸を提供することができ、操舵時の車両挙動の遅れを感じることなく、安定した操縦性能を維持することができる。
【００４４】
また、操舵トルクが所定値以上の場合には、剛体の接触により、所定の捩り剛性（Ｋ２）Ｎｍ／ｄｅｇを維持できているため、操舵トルクを伝達することができる。すなわち、後述するように、雄軸１・雌軸２の間で、柱状体８又は軸方向凸条１４により、操舵トルクを伝達することができる。
【００４５】
（全くガタのない伸縮軸の実施の形態）
図６（ａ）は、本発明の実施の形態の第１例に係る車両ステアリング用伸縮軸の横断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った縦断面図である。
【００４６】
図６に示すように、車両ステアリング用の伸縮軸１０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。
【００４７】
図６（ａ）に示すように、雄軸１の外周面には、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝３が延在して形成してある。これに対応して、雌軸２の内周面にも、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝５が延在して形成してある。
【００４８】
雄軸１の軸方向溝３と、雌軸２の軸方向溝５との間に、両軸１，２の軸方向相対移動の際に転動する複数の剛体の球状体７（転動体、ボール）が転動自在に介装してある。なお、雌軸２の軸方向溝５は、断面略円弧状若しくはゴシックアーチ状である。
【００４９】
雄軸１の軸方向溝３は、傾斜した一対の平面状側面３ａと、これら一対の平面状側面３ａの間に平坦に形成した底面３ｂとから構成してある。
【００５０】
雄軸１の軸方向溝３と、球状体７との間には、球状体７に接触して予圧するための板バネ９が介装してある。
【００５１】
この板バネ９は、球状体７に２点で接触する球状体側接触部９ａと、球状体側接触部９ａに対して略周方向に所定間隔をおいて離間してあると共に雄軸１の軸方向溝３の平面状側面３ａに接触する溝面側接触部９ｂと、球状体側接触部９ａと溝面側接触部９ｂを相互に離間する方向に弾性的に付勢する付勢部９ｃと、軸方向溝３の底面３ｂに対向した底部９ｄと、を有している。
【００５２】
この付勢部９ｃは、略Ｕ字形状で略円弧状に折曲した折曲形状であり、この折曲形状の付勢部９ｃによって、球状体側接触部９ａと溝面側接触部９ｂを相互に離間するように弾性的に付勢することができる。
【００５３】
図６（ａ）に示すように、雄軸１の外周面には、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝４が延在して形成してある。これに対応して、雌軸２の内周面にも、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝６が延在して形成してある。
【００５４】
雄軸１の軸方向溝４と、雌軸２の軸方向溝６との間に、両軸１，２の軸方向相対移動の際に滑り摺動する複数の剛体の円柱体８（摺動体、ニードルローラ）が微小隙間をもって介装してある。なお、これら軸方向溝４，６は、断面略円弧状若しくはゴシックアーチ状である。
【００５５】
また、雄軸１の端部には、小径部１ａが形成してある。この小径部１ａには、ニードルローラ８の軸方向の移動を規制するストッパープレート１１が設けてある。このストッパープレート１１は、軸方向予圧用弾性体１２（即ち、皿バネ）と、この軸方向予圧用弾性体１２を挟持する１組の平板１３，１３（即ち、平座金）とからなる。
【００５６】
すなわち、本実施の形態では、ストッパープレート１１は、小径部１ａに、平板１３、軸方向予圧用弾性体１２、平板１３の順に嵌合し、小径部１ａに加締めにより堅固に固定してある。
【００５７】
これにより、ストッパープレート１１が軸方向に固定してある。なお、ストッパープレート１１の固定方法は、加締めに限らず、止め輪、螺合手段、プッシュナット等であってもよい。また、ストッパープレート１１は、平板１３をニードルローラ８に当接させて、軸方向予圧用弾性体１２により、ニードルローラ８を軸方向に動かないように適度に予圧できるようになっている。
【００５８】
また、本実施の形態では、雌軸２の６個の軸方向溝５，６に、径方向に隙間を介して、雄軸１の外周面に６個の軸方向溝３，４と軸方向に同軸に形成した６個の略円弧状の突起部１５が嵌合してある。
【００５９】
従って、球状体７，円柱体８が何らかの原因によって雄軸１から脱落し又は破損した場合等には、雌軸２の軸方向溝５，６に、雄軸１の突起部１５が嵌合し、これにより、雄軸１と雌軸２とは、トルクを伝達することができ、フェイルセーフ機能の役割を果たすことができる。
【００６０】
また、この際、軸方向溝５，６と、突起部１５との間には、隙間が設けてあるため、運転者は、ステアリングホイール上に大きなガタ付きを感じることができ、ステアリング系の故障等を察知することができる。
【００６１】
さらに、雄軸１の突起部１５は、球状体７，円柱体８と軸方向に同軸であることから、球状体７，円柱体８の軸方向の移動を規制するストッパーの役割も果たし、球状体７，円柱体８の抜けの可能性を減少して、フェイルセーフ機能をより一層向上することができる。
【００６２】
さらに、雄軸１の突起部１５は、球状体７，円柱体８と軸方向に同軸であることから、雄軸１と雌軸２の径方向寸法を小さくして、コンパクト化を図ることができる。
【００６３】
さらに、雄軸１の軸方向溝３、雌軸２の軸方向溝５、板バネ９、及び球状体７の間には、潤滑剤が塗布してあってもよい。また、雄軸１の軸方向溝４、円柱体８、及び雌軸２の軸方向溝６の間にも、潤滑剤が塗布してあってもよい。
【００６４】
以上のように構成した伸縮軸では、雄軸１と雌軸２の間に球状体７を介装し、板バネ９により、球状体７を雌軸２に対してガタ付きのない程度に予圧してあるため、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は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摺動することができる。
【００６５】
トルク伝達時には、板バネ９が弾性変形して球状体７を周方向に拘束すると共に、雄軸１と雌軸２の間に介装した３列の円柱体８が主なトルク伝達の役割を果たす。
【００６６】
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、板バネ９の予圧がかかっているため、ガタ付きはなく、板バネ９がトルクに対する反力を発生させてトルクを伝達する。この時は、雄軸１・板バネ９・球状体７・雌軸２間の伝達トルクと入力トルクがつりあった状態で全体的なトルク伝達がなされる。
【００６７】
さらにトルクが増大していくと、円柱体８を介した雄軸１、雌軸２の回転方向の隙間がなくなり、以後のトルク増加分を、雄軸１、雌軸２を介して、円柱体８が伝達する。そのため、雄軸１と雌軸２の回転方向ガタを確実に防止するとともに、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００６８】
以上から、本実施の形態によれば、球状体７以外に、円柱体８を設けているため、大トルク入力時、負荷量の大部分を円柱体８で支持することができる。従って、雌軸２の軸方向溝５と球状体７との接触圧力を低下して、耐久性を向上することができると共に、大トルク負荷時には、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００６９】
また、円柱体８が雄軸１及び雌軸２に接触していることから、球状体７への捩りトルクを低減し、板バネ９の横滑りを抑えて、その結果、ヒステリシスが過大となることを抑えることができる。
【００７０】
このように、本実施の形態によれば、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することができる。
【００７１】
なお、球状体７は、剛体のボールが好ましい。また剛体の円柱体８は、ニードルローラが好ましい。
【００７２】
円柱体（以後、ニードルローラと記す）８は、線接触でその荷重を受けるため、点接触で荷重を受けるボール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場合よりも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。
・ニードルローラが雄軸と雌軸に微小に接触していることにより、摺動荷重変動幅を低く抑えることができ、その変動による振動がステアリングまで伝わらない。
・同じトルクを伝達するならば、ニードルローラの方が接触圧を低く抑えることができるため、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、ニードルローラ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。
【００７３】
このようにニードルローラは、雄軸１と雌軸２の間のトルク伝達のためのキーの役割をするとともに、雌軸２の内周面とすべり接触する。ニードルローラの使用が従来のスプライン嵌合と比較して、優れている点は下記のとおりである。
・ニードルローラは大量生産品であり、非常に低コストである。
・ニードルローラは熱処理後、研磨されているので、表面硬度が高く、耐摩耗性に優れている。
・ニードルローラは研磨されているので、表面粗さがきめ細かく摺動時の摩擦係数が低いため、摺動荷重を低く抑えることができる。
・使用条件に応じて、ニードルローラの長さや配置を変えることができるため、設計思想を変えること無く、さまざまなアプリケーションに対応することができる。
・使用条件によっては、摺動時の摩擦係数をさらに下げなければならない場合がある、この時ニードルローラだけに表面処理をすればその摺動特性を変えることができるため、設計思想を変えること無く、さまざまなアプリケーションに対応することができる。
・ニードルローラの外径違い品を安価に数ミクロン単位で製造することができるため、ニードルローラ径を選択することによって雄軸・ニードルローラ・雌軸間の隙間を最小限に抑えることができる。よって軸の捩り方向の剛性を向上させることが容易である。
【００７４】
また、板バネ９は、上述したように、球状体７に２点で接触する球状体側接触部９ａと、球状体側接触部９ａに対して略周方向に所定間隔をおいて離間してあると共に雄軸１の軸方向溝３の平面状側面３ａに接触する溝面側接触部９ｂと、球状体側接触部９ａと溝面側接触部９ｂを相互に離間する方向に弾性的に付勢する付勢部９ｃと、軸方向溝３の底面３ｂに対向した底部９ｄと、を左右に対で有している。
【００７５】
この付勢部９ｃは、略Ｕ字形状で略円弧状に折曲した折曲形状であり、この折曲形状の付勢部９ｃによって、球状体側接触部９ａと溝面側接触部９ｂを相互に離間するように弾性的に付勢することができる。従って、板バネ９は、その球状体側接触部９ａが付勢部９ｂを介して十分に撓むことができ、撓み量を十分に確保することができる。
【００７６】
好適には、板バネ９の球状体７に接触する球状体側接触部９ａは、表面硬さが高く（Ｈｖ４００以上が望ましい）、それ以外の箇所（即ち、溝面側接触部９ｂ、付勢部９ｃ、及び底部９ｄ）は、その表面硬さが低く（Ｈｖ３００〜４００が望ましい）なるように設定してある。なお、表面硬さを高くする球状体側接触部９ａの箇所は、軸方向に長く延びる長方形状の部分であって平坦な部分であり、勿論、左右対称の２対の部分である。
【００７７】
これにより、球状体７に接触する球状体側接触部９ａは、強固であるため、球状体７との接触点で発生する応力に十分に耐え得るものとなる。
【００７８】
これに対して、表面硬さの低い箇所は、変位を受けるとたわみ易く、球状体７との接触点に過大な応力が発生するのを防ぐことができる。
【００７９】
すなわち、硬度（硬さ）の差を設けることは、接触点の面圧（応力）と付勢部９ｃで発生する予圧のバランスを取ることを目的としている。従来の一体成形品や、均一な板厚の板バネを使ったのでは、そのバランスをとることが非常に困難であった。
【００８０】
従って、板バネ９は、球状体７に接触する球状体側接触部９ａと、軸方向溝３に接触する溝面側接触部９ｂとの間に、空間が設けてあり、その間が弾性的に連結してある。そのため、セット時に、球状体７と板バネ９の接触部に発生する応力を緩和することができ、永久変形による板バネ９のへたりを防止して、長期にわたって所望の予圧性能を得ることができる。
【００８１】
さらに、板バネ９は、撓み量を十分に確保することができると共に、球状体７及び板バネ９には、過大な負荷（応力）がかかることがないことから、トルク伝達時に、球状体７及び板バネ９との接触点に発生する応力を緩和することができ、これにより、高い応力が発生することがなく、永久変形による「へたり」を防止して、長期にわたり予圧性能を維持することができる。
【００８２】
さらに、球状体７との接触点は、強固に、バネ性を発揮している部分は、たわみ易くすることで、単一部材でレース面とばね性をもつことを両立させている。また、本実施の形態では、柱状体８が主としてトルク伝達を行うので、雄軸１、雌軸２、板バネ、球状体７間に更に過大な応力が発生しない構造となっている。
【００８３】
従って、板バネ９での過大な応力発生を防止して、板バネ９のへたりを防止し、長期にわたって所望の予圧性能を維持することができ、加えて、寸法精度を厳しく管理する必要がなく、且つ、板バネ９とレース部分とを単一素材から形成することができ、その組立容易化を図って製造コストの低減を図ることができる。
【００８４】
また、球状体７に接触する球状体側接触部９ａは、球状体７の半径より大きい略円弧状に形成してあると、平面形状よりも球状体７との接触面圧をさげることができ、なお好ましい。この場合、板バネ９の硬さは、Ｈｖ３００〜４００で全体を均一な硬さにすることが可能である。
【００８５】
図７（ａ）は、本発明の実施の形態の第２例に係る車両ステアリング用伸縮軸の横断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った縦断面図である。
【００８６】
車両ステアリング用の伸縮軸１０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。
【００８７】
本実施の形態では、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１４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１４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ている。
【００８８】
なお、軸方向凸条１４及び軸方向溝６は、断面略円弧状、若しくはゴシックアーチ状であるが、その他の形状であってもよい。
【００８９】
雄軸１の外周面には、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝３が延在して形成してある。これに対応して、雌軸２の内周面にも、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝５が延在して形成してある。
【００９０】
雄軸１の軸方向溝３と、雌軸２の軸方向溝５との間に、両軸１，２の軸方向相対移動の際に転動する複数の剛体の球状体７（転動体、ボール）が転動自在に介装してある。なお、雌軸２の軸方向溝５は、断面略円弧状若しくはゴシックアーチ状である。
【００９１】
雄軸１の軸方向溝３は、傾斜した一対の平面状側面３ａと、これら一対の平面状側面３ａの間に平坦に形成した底面３ｂとから構成してある。
【００９２】
雄軸１の軸方向溝３と、球状体７との間には、球状体７に接触して予圧するための弾性体９が介装してある。
【００９３】
この弾性体９は、球状体７に２点で略円弧形状で接触する球状体側接触部９ａと、球状体側接触部９ａに対して略周方向に所定間隔をおいて離間してあると共に雄軸１の軸方向溝３の平面状側面３ａに接触する溝面側接触部９ｂと、球状体側接触部９ａと溝面側接触部９ｂを相互に離間する方向に弾性的に付勢する付勢部９ｃと、軸方向溝３の底面３ｂに対向した底部９ｄと、を有している。
【００９４】
この付勢部９ｃは、略Ｕ字形状で略円弧状に折曲した折曲形状であり、この折曲形状の付勢部９ｃによって、球状体側接触部９ａと溝面側接触部９ｂを相互に離間するように弾性的に付勢することができる。
【００９５】
また、球状体７に接触する球状体側接触部９ａは、球状体７の半径より大きい略円弧状に形成してあると、平面形状よりも球状体７との接触面圧をさげることができ、なお好ましい。この場合、板バネ９の硬さは、Ｈｖ３００〜４００で全体を均一な硬さにすることが可能である。
【００９６】
雄軸１が雌軸２に挿入される側の端部には、弾性体９が脱落しない様に微少隙間をもって、弾性体９を係止して軸方向に固定するストッパープレート１１（即ち、平座金１３）が小径部１ａ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１１（即ち、平座金１３）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。このようにして本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。
【００９７】
上記のような伸縮軸に於いて、軸回転時（高トルク伝達時）には、軸方向凸条１４と、軸方向溝６とは、互いに接触してトルク伝達部を構成する。
【００９８】
本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。
【００９９】
なお、雄軸に形成されている軸方向凸条１４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９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。
【０１００】
このように構成された本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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
そして、高トルク伝達時には、トルク伝達部の軸方向凸条１４が軸方向溝６に接触することによってトルク伝達の役割を果たし、予圧部では弾性体９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と共に、低トルクを伝達する。
【０１０４】
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９の予圧が加わっているため、ガタつきを防止する。
【０１０５】
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１４と軸方向溝６の側面が強く接触し、軸方向凸条１４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。
【０１０６】
また、軸方向凸条１４と軸方向溝６とは、トルク伝達時には、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１４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１４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、コラプスストロークを大きくとることが出来る。
【０１０７】
また、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。
・転がりを利用しているため、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。
【０１０８】
なお、本実施の形態に係る伸縮軸の各構成部品は、上記の説明に加えて、以下の表１及び表２のように構成してあることが好ましい。
【０１０９】
【表１】
2005306216.tif 000003
【０１１０】
【表２】
2005306216.tif 000004
図８（ａ）は、本発明の実施の形態の第３例に係る車両ステアリング用伸縮軸の横断面図である。
【０１１１】
本例は、図面から明らかなように、その基本的構造は、上述した第２例と同様であり、相違する点についてのみ説明する。
【０１１２】
本例では、雄軸１の外周面には、複数個の軸方向凸条１４が延在して形成してある。これら軸方向凸条１４は、スプライン嵌合の雄部であるが、セレーション嵌合の雄部であっても、又は単に凸凹嵌合用であってもよい。
【０１１３】
雌軸２の内周面には、雄軸１の軸方向凸条１４に対向する位置に、複数個の軸方向溝６が延在して形成してある。これら軸方向溝６は、スプライン嵌合の雌部であるが、セレーション嵌合の雌部であっても、又は単に凸凹嵌合用であってもよい。その他の構成、作用、及び効果は、上述した第２例と同様である。
【０１１４】
図８（ｂ）は、本発明の実施の形態の第４例に係る車両ステアリング用伸縮軸の横断面図である。
【０１１５】
本例は、図面から明らかなように、その基本的構造は、上述した第２例又は第３例と同様であり、相違する点についてのみ説明する。
【０１１６】
本例でも、雄軸１の外周面には、複数個の軸方向凸条１４が延在して形成してある。これら軸方向凸条１４は、スプライン嵌合の雄部であるが、セレーション嵌合の雄部であっても、又は単に凸凹嵌合用であってもよい。雌軸２の内周面には、雄軸１の軸方向凸条１４に対向する位置に、複数個の軸方向溝６が延在して形成してある。これら軸方向溝６は、スプライン嵌合の雌部であるが、セレーション嵌合の雌部であっても、又は単に凸凹嵌合用であってもよい。
【０１１７】
雄軸１の外周面に、固体潤滑膜１６を形成したことに、その特徴がある。このように、雄軸１の外周面に固体潤滑膜１６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３例に比べて低くすることが出来る。固体潤滑皮膜としては、二硫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。また、固体潤滑皮膜のかわりに樹脂をコーティングしてもよい。その他の構成、作用、及び効果は、上述した第２例又は第３例と同様である。
【０１１８】
（十字軸継手の実施の形態）
図９は、本発明の実施形態の第１例を示す十字軸継手の部分切欠き断面を含む側面図である。図１０は、図９の十字軸継手のＡ部を示す部分拡大図である。
【０１１９】
図１１は、実施形態の第２例を示す十字軸継手の部分切欠き断面図である。
【０１２０】
図１２は、実施形態の第３例を示す十字軸継手の部分切欠き断面図である。
【０１２１】
図１３は、実施形態の第４例を示す十字軸継手の部分切欠き断面図である。
【０１２２】
図１４は、実施形態の第５例を示す十字軸継手の部分切欠き断面図である。
【０１２３】
先ず、実施の形態の第１例について、図９及び図１０を参照して説明する。
【０１２４】
図９及び図１０に示すように、十字軸継手（ステアリング用ジョイント）２５，３１は、一対の板金製のヨーク４７、４８間に、十字状のスパイダー４２を介装した構成である。ヨーク４７は、筒状基部４７ａと該筒状基部から軸方向に延び直径方向に対向する一対のアーム４７ｂ、４７ｂを一体に有している。この筒状基部４７ａは、軸４６に緩衝部５９を介して連結されている。緩衝部５９は、外筒６１と内筒６０及びこれらに挟持されたゴムより成るラバーブッシュ４９から構成されている。
【０１２５】
内筒６０は、軸４６に外嵌・固定され、この内筒６０にピン５０が固定されている。軸４６の内周面にはメススプライン６５が形成されている。
【０１２６】
なお、軸４６は、図示例では、筒状又は雌軸であるが、中実又は雄軸から構成されていてもよい。
【０１２７】
一方、ヨーク４８は、略筒状周面を形成し、周方向の一部で対向する一対の締付部を有する基部４８ａと、該基部から軸方向に延び直径方向に対向する一対のアーム４８ｂを一体に有している。
【０１２８】
ヨーク４７の各アーム４７ｂの端部およびヨーク４８のアーム４８ｂの端部には、それぞれ対向して円形の軸受孔５８が形成されている。ヨーク４７、４８の軸受孔５８にはスパイダー４２の端部の軸部５４がそれぞれ挿入されており、スパイダー軸部５４はそれぞれヨーク４７、４８の対応する軸受孔５８内にニードル軸受４３を介して回転自在に支持されている。
【０１２９】
ヨーク４７、４８の円形の軸受孔５８とそれぞれニードル軸受４３を介して回転自在に支持されたスパイダー４２の端部の軸部５４との構成は、すべて同じであるので、本明細書では、そのうち１つについて以下に詳細に説明する。
【０１３０】
図１０に示すように、スパイダー４２のスパイダー軸部５４が、ヨーク４７の軸受孔５８に、複数のコロ転動体５２を含むニードル軸受４３を介して回転自在に嵌合されている。スパイダー軸部５４の先端部外周辺には、先細りテーパ形状の面取り部５５が形成されている。この面取り部５５は、その軸方向の幅はＬで、そのテーパ面は軸心方向に対して０.５°〜１.２°の角度θをなすように設定されている。
【０１３１】
スパイダー軸部５４の軸径は９〜１０mm、その真円度、円筒度はそれぞれ０．００５ｍｍ以下、好適には０．００２ｍｍ以下である。また対向する２カ所の軸部５４の同軸度は０．０５ｍｍ以下、好適には０．０２ｍｍ以下である。面取り部５５の幅Ｌは０.５〜３.０mmで、好適には１.０〜２.０mmである。尚、面取り部５５の断面形状は直線であるが、曲線形状であっても良い。
【０１３２】
スパイダー軸部５４の軸心に形成した軸方向孔５６にはスラストピース５７が挿入されている。スパイダー軸部５４の下部外周囲には、シール部材４４が設けられている。
【０１３３】
スラストピース５７は、ポリアセタール樹脂又はポリアミド樹脂等の合成樹脂製のピンである。スラストピース５７は、軸方向孔５６に挿入された状態では、スラストピース５７の端部が軸部５４の端面から突出するとともに、ベアリングカップ５１の底面に係合する。ベアリングカップ５１を圧入する際、スラストピース５７に圧縮弾塑性変形を生じさせるので、スパイダー２の軸部５４に軸方向の中心に向かう予圧が付与され、ヨーク４７のアーム４７ｂ、４７ｂに挟まれたスパイダー２を軸方向の所定位置に保持することができる。
【０１３４】
ニードル軸受４３は、ベアリングカップ５１、複数のコロ転動体５２、ベアリングカップ５１とスパイダー軸部５４間に充填されたグリース５３から成っている。グリース５３として、二硫化モリブデンを添加したものを用いることにより、より滑らかな操舵感が得られる。ベアリングカップ５１は有底筒状体であり、外径は１５〜１６mmである。ベアリングカップ５１はヨークのアームに形成された円形の軸受孔５８内に圧入され、カシメ部によりヨーク４７に抜け防止されている。ベアリングカップ５１の筒状部内周面とスパイダー軸部５４の外周面との間には複数のコロ転動体５２が介装されている。このような構成により、スパイダー軸部５４はヨークアームの対応する軸受孔５８内にニードル軸受４３を介して回転自在に支持されている。
【０１３５】
コロ転動体５２（以後、コロ５２と言う）は、その径Ｒが中央部近傍から両端部にかけて徐々に微小量だけ小さくなる形状に成形されている。径Ｒの減少量は、コロ５２の端面より中央部に向かって０.８mmの位置で０.００４〜０.０２２mmである。コロ５２は、その中央部近傍、即ち、コロ５２全長の１３〜７０％の領域Ｍで、スパイダー軸部５４及びニードル軸受４３とシメシロ嵌合するように設定されている。
【０１３６】
このため、ニードル軸受４３にスパイダー軸部５４を組み込む際の荷重を小さくすることができ、組立作業が容易となる。コロ５２の数は１６〜２５本であり、その材料はＪＩＳ  ＳＵＪ１〜ＳＵＪ５である。
【０１３７】
この構成において、スパイダー軸部５４の面取り部５５は、切削でも設けることが出来るが、スパイダー軸部５４と同時研削により設けることが出来、高精度のものが低コストで得られる。
【０１３８】
ニードル軸受４３にスパイダー軸部５４を組み込む際、コロ５２の先細り形状、及びスパイダー軸部５４の面取り部５５が、互いに挿入スペースを許容し、案内することになるため、コロ５２、ベアリングカップ５１、スパイダー軸部５４に傷が付き難く、付いたとしても微小なものに留めることができる。
【０１３９】
また、スパイダー軸部５４は、ニードル軸受４３と共に、コロ５２の中央部の領域Ｍにてシメシロ嵌合しているため、車輪から振動が伝わっても、コロ５２の両端部近傍で、スパイダー軸部５４とコロ５２との間及びベアリングカップ５１内径とコロ５２との間にできる微小隙間が一様に維持され、両者の干渉による異音の発生を防止することができる。
【０１４０】
本実施形態の十字軸継手を採用したステアリング装置は、高速走行時ステアリングホイールを操舵した時、敏速に操舵でき操縦安定性が向上する。さらに、領域Ｍが従来のコロ５２より小さいので、シメシロ嵌合にも拘わらず転がり抵抗の増加が小さく、そのため折り曲げトルクが小さく滑らかな操舵感を得ることができる。
【０１４１】
尚、この実施形態では、緩衝部５９を示したが、代わりにラバーカップリングを組み付けても良い。又、本実施形態を適用したステアリング装置の任意の部位に、ラバーカップリング、この実施形態の緩衝部、他の形式の緩衝機構、スプライン嵌合に代表されるスライド機構、あるいは衝突時の変位吸収機構等を設けても良い。
【０１４２】
また、このようなガタの無い十字軸継手と、前記スライド機構のガタの無いものを併用することにより、ステアリング装置の全体系として異音発生をより効果的に防止することができる。また、一つの十字軸継手はそれぞれ４個のニードル軸受４３，スパイダー軸部５４を有しているが、本例の十字軸継手は少なくともその１カ所以上に適用する。さらに、本例の十字軸継手を採用するステアリング装置は、油圧式パワーステアリング、電動式パワーステアリング、その他いずれの形式のものでも良い。
【０１４３】
さらに、ガタのない十字軸継手を採用することで、優れた操縦安定性を確保することができる。すなわち、全くガタのない伸縮軸と、ガタのない十字軸継手と、可変ギア比ユニットとを組み合わせることで、本来目的とする操舵角を得ることができ、可変ギア比ユニット３０の効果を十分に発揮することができ、また、車両の応答性を劇的に向上させることができ、一体感のあるステアリングを実現することができる。さらに、操舵軸の捩り剛性にあわせて、可変ギア比ユ二ット３０によるオーバー・オール・ステアリング・ギア比の制御をし易くできる。
【０１４４】
図１１は、実施形態の第２例を示す十字軸継手の部分切欠き断面図である。
【０１４５】
本例は、上記第１例と略同様であり、同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。異なっているのは、ニードル軸受７２のベアリングカップ７６底面の内側中央部に形成された内向き突起７３と、スパイダー軸部７４の端面が接触する形式のシェル型の十字軸継手に、本発明を適用している点である。
【０１４６】
本例においても、コロ５２は、その径Ｒが中央部近傍から両端部にかけて徐々に小さくなる形状とされ、スパイダー軸部７４の先端部外周辺には、幅Ｌの先細リテーパ形状の面取り部５５が形成されている。この第２例においても、第１例と同様の効果を期待することができる。
【０１４７】
尚、この第２例では、シェル型の十字軸継手を示したが、ソリッド型のものにも適用することができる。
【０１４８】
図１２は、実施形態の第３例を示す十字軸継手の部分切欠き断面図である。
【０１４９】
本例は、上記第１例と略同様であり、同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。コロ５２は、上記第１例と同様に、その径Ｒが中央部近傍から両端部にかけて徐々に小さくなる形状とされている。本例が上記第１例と異なっているのは、スパイダー軸部５４の面取り部５５を設けず、コロ５２の、ベアリングカップ５１内でのスパイダー５４軸方向の移動可能な合計量を０.６mm とした点である。但し、この移動可能合計量は少なくとも０.６mmであって、０.６mm以上あることが望ましい。即ち、コロ５２の長さをＴ、ベアリングカップ５１内のスパイダー軸部５４の軸心方向の内側スペースの幅をＳとすると、(Ｓ−Ｔ)≧０.６mm である。
【０１５０】
したがって、コロ５２がベアリングカップ５１スペース内のスパイダー５４軸心方向の中央に配置されているとすると、コロ５２はスパイダー５４軸心方向に０.３mm 移動可能になる。
【０１５１】
Ｍは、スパイダー軸部５４がニードル軸受４３と共にコロ５２の中央部でシメシロ嵌合している範囲である。コロ５２の転動面５２′の表面粗さはＪＩＳによる１０点平均の粗さでＲz０.４μm程度、スパイダー軸５４の表面５４′はＲz１μm程度である。
【０１５２】
この構成の場合、上記第１例よりも組み立て時間が長くなり、コスト高となる場合があるが、コロ５２がベアリングカップ５１内側端面に接触しなくなるので、折り曲げトルクがより小さくなり、滑らかな操舵感を得ることができる。
【０１５３】
図１３は、実施形態の第４例を示す十字軸継手の部分切欠き断面図である。
【０１５４】
本例は、上記第２例と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。
【０１５５】
異なっているのは、スパイダー軸部７４の面取り部５５は設けず、コロ５２の列を複数列（本例の場合２列）として、コロ８１列及びコロ８２列を配置している点である。コロ８１，８２は、上記第２例同様、その径Ｒが中央部近傍から両端部にかけて徐々に小さくなる形状とされている。コロ８１,８２のそれぞれの長さをＴ1,Ｔ2とすると、上記第２例と同様に、Ｓ−(Ｔ1＋Ｔ2)≧０.６mm としている。
【０１５６】
Ｍ1,Ｍ2は、スパイダー軸部７４がニードル軸受７２と共にコロ８１,８２の中央部でシメシロ嵌合している範囲である。コロ８１,８２の長さＴ1,Ｔ2は、異なる長さでも良いが、同じ長さの方が低コストになる。
【０１５７】
この構成においても、上記第２例と同様の効果を期待することができるが、コロ数が増加することと、コロをベアリングカップ７６に組み付ける時間が長くなることからコスト高となる。
【０１５８】
しかし、本例ではコロ８１径とコロ８２径は略同一にしているが、コロ８２径（カップ７６開放端側）をコロ８１径よりもやや大きくすると効果的である。そのコロ８１とコロ８２の径差は０.００２〜０.０１０mm に設定するのが好適である。この場合、コストは増加することになるが、捩じりトルクが負荷された場合のスパイダー軸部７４、コロ８１、及びベアリングカップ７２の互いの接触面圧が低下するため、耐久性や使用寿命を向上させることができる。
【０１５９】
また、コロ８１列,８２列の一方の列を隙間嵌合、他方の列をシメシロ嵌合の構成としても良い。
【０１６０】
尚、上記４つの例において、ヨーク４７、４８は板金製としたが、鍛造、鋳造の何れで作っても良く、その材料は鉄系、アルミ系の何れであっても良い。
【０１６１】
図１４は、実施形態の第５例を示す十字軸継手の部分切欠き断面図である。
【０１６２】
本例は、上記第２例と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。
【０１６３】
本例においても、コロ５２は、上記第２例同様、その径Ｒが中央部近傍から両端部にかけて徐々に小さくなる形状とされている。本例では、ニードル軸受７２にケージ８３が設けてある。
【０１６４】
この場合、カップ両端内面間隔をＭ、コロ５２の中央部を支えるケージ８３の枠部分の軸方向幅をそれぞれＳ１，Ｓ２，そしてコロ５２の長さをＮとするとき、Ｍ−Ｎ−Ｓ１−Ｓ２≧０．６ｍｍとしている。
【０１６５】
本例では、ケージ８３付きであるため、他例に比べコスト高である。しかし、コロ５２は互いに関係なく傾くため、総コロ型のように傾きが一方向になる場合は少ない。このため、スパイダー軸部７４が軸方向に動こうとする力は小さく、カップ７６の底壁の中央突起部７３とスパイダー軸部７４の端面との接触部の耐摩耗性が向上する。
【０１６６】
以上説明したように、本発明によれば、十字軸継手において、ニードル軸受とスパイダー軸部とがコロ転動体を介してシメシロ嵌合となっているので、スパイダー軸部はコロ転動体（すなわちニードル軸受）の中央部近傍のみにてシメシロ嵌合しているため、車輪から振動が伝わっても、コロ転動体の両端部近傍で、スパイダー軸部とコロ転動体との間及びカップ内径とコロ転動体との間の各々の微小隙間が一様に維持され、両者の干渉による異音の発生が防止される。また、本発明によれば、コロ転動体は、その径が中央部近傍から両端部にかけて徐々に小さくなる形状に成形されているので、ニードル軸受にスパイダー軸部を組み込む際、コロ転動体の先細り形状、コロ転動体、カップ、スパイダー軸部に傷が付き難く、付いたとしても微小なものに留めることができ、又その挿入荷重を小さくすることができる。したがって、滑らかな操蛇感を得ることができ、又製作コストの高騰を招くことなく、組み付け作業を容易に、短時間で行うことができる。
【０１６７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】本発明の実施の形態の第１例に係る車両用ステアリングシステムの側面図である。
【図２】本発明の実施の形態の第２例に係る車両用ステアリングシステムの側面図である。
【図３】本発明の実施の形態の第３例に係る車両用ステアリングシステムの側面図である。
【図４】従来に係る車両用ステアリングシステムの側面図である。
【図５】（ａ）は、従来構造の伸縮軸又はガタのある十字軸継手を使用した場合に於ける、回転角度とトルクの特性線図であり、（ｂ）は、全くガタのない伸縮軸に於ける、回転角度とトルクの特性線図である。
【図６】（ａ）は、本発明の実施の形態の第１例に係る車両ステアリング用伸縮軸の横断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った縦断面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の実施の形態の第２例に係る車両ステアリング用伸縮軸の横断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った縦断面図である。
【図８】（ａ）は、本発明の実施の形態の第３例に係る車両ステアリング用伸縮軸の横断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態の第４例に係る車両ステアリング用伸縮軸の横断面図である。
【図９】本発明の実施形態の第１例を示す十字軸継手の部分切欠き断面を含む側面図である。
【図１０】図９の十字軸継手のＡ部を示す部分拡大図である。
【図１１】実施形態の第２例を示す十字軸継手の部分切欠き断面図である。
【図１２】実施形態の第３例を示す十字軸継手の部分切欠き断面図である。
【図１３】実施形態の第４例を示す十字軸継手の部分切欠き断面図である。
【図１４】実施形態の第５例を示す十字軸継手の部分切欠き断面図である。
【符号の説明】
【０１６９】
１  雄軸
１ａ  小径部
２  雌軸
３  軸方向溝
３ａ  平面状側面
３ｂ  底面
４  軸方向溝
５  軸方向溝
６  軸方向溝
７  球状体（ボール、転動体）
８  円柱体（ニードルローラ、摺動体）
９  板バネ（弾性体）
９ａ  球状体側接触部（伝達部材側接触部）
９ｂ  溝面側接触部
９ｃ  付勢部
９ｄ  底部
１０  伸縮軸
１１  ストッパープレート
１２  軸方向予圧用弾性体
１３  平板
１４  軸方向凸条
１５  突起部
１６  固体潤滑膜
２０  ステアリングシャフト
２１  ステアリングホイール
２２  ステアリングコラム
２３  アッパーブラケット
２４  ロアーブラケット
２５  十字軸継手
２６  伸縮軸
２７  雌軸
２８  雄軸
２９  操舵角センサー
３０  可変ギア比ユニット
３０ａ  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３１  十字軸継手
３２  ステアリングギア
３３  ラバーマウント
４２  スパイダー
４３  ニードル軸受
４４  シール部材
４６  軸
４７  ヨーク
４７ａ  筒状基部
４７ｂ  アーム
４８  ヨーク
４８ａ  基部
４８ｂ  アーム
４９  ラバーブッシュ
５０  ピン
５１  ベアリングカップ
５２  コロ転動体
５３  グリース
５４  軸部
５５  面取り部
５６  軸方向孔
５７  スラストピース
５８  軸受孔
５９  緩衝部
６０  内筒
６１  外筒
６５  メススプライン
７２  ニードル軸受
７３  突起
７４  軸部
７６  ベアリングカップ
８１，８２  コロ転動体
８３  ケージ
【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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