(57)【要約】【課題】伸縮自在シャフトにおいて、騒音を低減できること。【解決手段】伸縮自在シャフトとしての中間軸５は、軸方向Ｘ１に摺動自在に且つ互いにトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸１２及び筒状の外軸１３を備える。内軸１２及び外軸１３の対応する軸方向溝１５，１６間に、転動体としてのボール１４が列をなして介在する。隣接するボール１４は互いに接触可能である。外軸１３は弾性的に拡径されている。外軸１３の弾性復元力によってボール１４に予圧を与える。軸方向溝１５，１６間にグリース２３を充填する。グリース２３のちょう度がＪＩＳ規格で２５０以下であるか又はグリース２３の基油の動粘度が２０〜５５００ｍｍ2 ／sec である。【選択図】図３
2007321868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に相対移動自在に且つ互いにトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸および筒状の外軸と、
上記内軸の外周面および外軸の内周面にそれぞれ形成され互いに対向する軸方向溝と、  これら互いに対向する軸方向溝の間に介在し、軸方向に並ぶ列をなして互いに接触可能であり且つ内軸および外軸の間にトルクを伝達可能な複数の転動体と、
上記互いに接触可能な転動体の間に介在したグリースとを備え、
グリースのちょう度がＪＩＳ規格で２５０以下であるか、または、グリースに含まれる基油の動粘度が、２０ｍｍ2 ／sec 〜５５００ｍｍ2 ／sec の範囲にあるかの少なくとも一方が達成されていることを特徴とする伸縮自在シャフト。
【請求項２】
請求項１において、上記グリースは転動体の表面に塗布されている伸縮自在シャフト。    
【請求項３】
請求項１または２において、上記グリースは上記互いに対向する軸方向溝の間に充填されている伸縮自在シャフト。
【請求項４】
請求項１，２または３の何れか１項において、上記グリースに固体潤滑剤が配合されている伸縮自在シャフト。
【請求項５】
請求項４において、上記固体潤滑剤は二硫化モリブデンを含む伸縮自在シャフト。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１項に記載の伸縮自在シャフトを用いて操舵部材の操舵トルクを伝達することを特徴とする車両操舵用伸縮自在シャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は伸縮自在シャフトおよびこれを用いた車両操舵用伸縮自在シャフトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記の伸縮自在シャフトは、例えば自動車のステアリングシャフトとして用いられる。  また、伸縮自在シャフトは、例えば自動車のステアリングシャフトとラックアンドピニオン機構等の舵取り機構とを接続する中間軸（インターミディエイトシャフト）として用いられる。この場合、伸縮機能は、車両走行時のステアリングギヤとコラムの相対変位を吸収するための中間軸の長さ調整に用いられ、あるいは、組付時の中間軸の長さ調整に用いられる。
【０００３】
この種の伸縮自在シャフトにおいて、内軸および筒状の外軸の対応する軸方向溝間に複数の転動自在なボールを介在させて、両軸を嵌合させる伸縮自在シャフトが提案されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−５０２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の伸縮自在シャフトにおいて、ボールのための保持器をもたないタイプがある。このようなタイプの伸縮自在シャフトでは、軸方向溝内でのボールの転動を伴って内軸と外軸が軸方向に相対移動するときに、ボールと軸方向溝との間にすべりが生じると、隣接するボールが互いに衝突し、異音を発生して騒音の原因となる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、騒音発生の少ない伸縮自在シャフトおよび車両操舵用伸縮自在シャフト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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は、軸方向に相対移動自在に且つ互いにトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸および筒状の外軸と、上記内軸の外周面および外軸の内周面にそれぞれ形成され互いに対向する軸方向溝と、これら互いに対向する軸方向溝の間に介在し、軸方向に並ぶ列をなして互いに接触可能であり且つ内軸および外軸の間にトルクを伝達可能な複数の転動体と、上記互いに接触可能な転動体の間に介在したグリースとを備え、このグリースのちょう度がＪＩＳ規格で２５０以下であるか、または、グリースに含まれる基油の動粘度が２０ｍｍ2 ／sec 以上５５００ｍｍ2 ／sec 以下であるかの少なくとも一方が達成されている伸縮自在シャフトを提供する。
【０００６】
本発明では、ボールが受ける振動やボールに生ずるすべりの影響で、隣接するボールが互いに近接したときに、近接するボール間に介在する、ＪＩＳ規格でちょう度の低いグリース、または高粘度の基油を含むグリースが緩衝材として働き、隣接するボールの衝突速度や衝突エネルギを格段に低減することができる。その結果、騒音を格段に低減することができる。
【０００７】
上記グリースは隣接するボールの間に介在していれば十分であり、したがって、グリースは転動体の表面に塗布されていてもよいし、上記互いに対向する軸方向溝の間に充填されていてもよい。前者の場合、少ない量のグリースであっても、そのグリースを確実に衝突音の発生防止に寄与させることができるという利点があり、後者の場合、潤沢な量のグリースによって、長期にわたって衝突音の発生を防止できるという利点がある。なお、転動体の表面にグリースを塗布し、且つ互いに対向する軸方向溝間にグリースを充填するようにしてもよい。
【０００８】
上記グリースに固体潤滑剤が配合されていれば、ボールと軌道との間、あるいはボールどうしの極圧接触下においても、接触の摩擦係数を低くすることができる。その結果、転動するボールが受ける荷重と摺動するボールが受ける荷重の差を少なくでき、これにより、ボールどうしの衝突の原因であるボールのスティック現象を抑えることができる。ひいては、騒音低減を効果的に達成することができる。
【０００９】
特に、上記固体潤滑剤が二硫化モリブデンを含む場合には、極圧下での潤滑が良好で摩耗を抑制できるという利点がある。
上記の伸縮自在シャフトを用いて操舵部材の操舵トルクを伝達する車両用操舵装置に適用すれば好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の伸縮自在シャフトが中間軸に適用された車両用操舵装置の概略構成図である。車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結される伸縮自在シャフトとしての中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されるピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン歯７ａに噛み合うラック歯８ａを有して自動車の幅方向に延びる転舵軸としてのラックバー８とを有している。ピニオン軸７およびラックバー８によりラックアンドピニオン機構によって操舵機構５０が提供されている。
【００１１】
本実施の形態では、伸縮自在シャフトを中間軸５に適用した場合に則して説明するが、本発明の伸縮自在シャフトをステアリングシャフト３に適用し、ステアリングシャフト３にテレスコピック調整機能や衝撃吸収機能を果たさせるようにしてもよい。
ラックバー８は車体に固定されるハウジング９内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー８の両端部はハウジング９の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１０Ａが結合されている。各タイロッド１０Ａは対応するナックルアーム１０Ｂを介して対応する操向輪１１に連結されている。
【００１２】
中間軸５は、アッパーシャフトとしての内軸１２と、ロワーシャフトとしての筒状の外軸１３とを軸方向Ｘ１に沿って摺動自在に且つトルク伝達要素としてのボール１４（転動体）を介してトルク伝達可能に嵌め合わせてなる。
次いで、中間軸５の断面図である図２、および図２のIII −III 線に沿う断面図である図３を参照して、中間軸５について詳細に説明する。
【００１３】
図２および図３に示すように、内軸１２の外周１２ａおよび外軸１３の内周１３ａには、軸方向Ｘ１に沿って延びる少なくとも一対の軸方向溝１５，１６が形成されている。
互いに対をなす軸方向溝１５および軸方向溝１６は、両軸１２，１３の径方向に対向しており、互いに対をなす軸方向溝１５および軸方向溝１６の間には、上記トルク伝達要素としての転動体を提供するボール１４がそれぞれ介在している。各軸方向溝１５，１６の内面にボール１４のための軌道が直接形成されている。
【００１４】
ボール１４は図２に示すように、両軸１２，１３の軸方向に並ぶ列をなしている。各ボール１４とそれぞれ隣接するボール１４との間には所定の間隔が設けられているが、保持器が用いられていない関係上、隣接するボール１４は相互に接触する場合があり得る。すなわち、隣接するボール１４は相互に接触可能である。
筒状の外軸１３の端部１３１の内周１３ａには、外軸１３の軸方向溝１６の位置に対応して突起１７が形成されている。この突起１７は、外軸１３の外周１３ｂに加圧により凹部１８を形成するときに、同時に外軸１３の内周１３ａを塑性変形させて形成している。また、内軸１２の端部１２１の外周１２ａには、内軸１２の軸方向溝１５に対応して突起１９が形成されている。この突起１９は、内軸１２の端面１２２の加圧により凹部２０を形成するときに、同時に内軸１２の外周１２ａを塑性変形させて形成している。
【００１５】
内軸１２は、図３に示すように、断面矩形状をなしていてもよい。内軸１２の外周１２ａには、軸方向溝１５を周方向に挟んだ両側に、一対の平坦面からなる規制部３１，３２が設けられている。また、外軸１３の内周１３ａには、軸方向溝１６を周方向に挟んだ両側に、一対の平坦面からなる規制部３３，３４が設けられている。
外軸１３の外周１３ｂは、軸方向溝１６に対応して、径方向外方へ山形状に膨出する膨出部１３ｃを有している。また、外軸１３は、各規制部３３，３４のそれぞれに対応して、一対の屈曲部３５，３６を形成しており、外軸１３は径方向に弾性変形可能となっている。屈曲部３５が膨出部１３ｃの基端に配置されている。
【００１６】
互いに対をなす軸方向溝１５，１６間にボール１４が介在した状態で、外軸１３が弾性的に拡径されており、外軸１３の弾性復元力によって、ボール１４が外軸１３の径方向内方へ付勢されており、その結果、ボール１４が内軸１２と外軸１３との間に弾性的に挟持されている。
内軸１２および外軸１３の間に伝達トルクが負荷されていないときや、所定値以下の伝達トルクが負荷されているときは、予圧を与えられたボール１４を介して、内軸１２および外軸１３が互いに周方向に弾性的に連結されている。このとき、規制部３１および規制部３１は互いに当接していないとともに、規制部３２および規制部３４は互いに当接しておらず、したがって、内軸１２および外軸１３の軸方向の相対移動の抵抗が少なくなるようにしてある。
【００１７】
また、内軸１２および外軸１３の間の伝達トルクが所定値を超えると、外軸１３の撓みを伴って内軸１２および外軸１３が微小量相対回転することにより、内軸１２および外軸１３の相対回転の方向に応じて、規制部３１および規制部３３が互いに当接するか、或いは規制部３２および規制部３４が互いに当接するかの何れか一方の状態が達成されて、内軸１２および外軸１３が剛的に連結される。
【００１８】
本実施の形態の特徴とするところは、図４に示すように、内軸１２および外軸１３の互いに対向する軸方向溝１５，１６間に、所定の条件を満たすグリース２３を充填している点にある。所定の条件とは、グリースのちょう度がＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｋ  ２２００）で２５０以下であるか、または、グリース２３に含まれる基油の動粘度が、２０ｍｍ2 ／sec 以上であるかの少なくとも一方が達成されている点にある。
【００１９】
グリースのちょう度がＪＩＳ規格で２５０以下であるか、または、グリース２３に含まれる基油の動粘度が、２０ｍｍ2 ／sec 以上であるかの何れか一方が達成されていれば、ボール１４が受ける振動やボール１４に生ずるすべりの影響で、隣接するボール１４が互いに近接したときに、図４に模式的に示すように、近接するボール１４の間に介在するグリース２３が緩衝材として働き、隣接するボール１４の衝突速度や衝突エネルギを格段に低減することができる。その結果、騒音を格段に低減することができる。
【００２０】
なお、車両に組み付ける際に中間軸５を収縮させるときに、内軸１２および外軸１３のスライド荷重が過度に大きくなると、組み付け難くなるので、これを防止するため、グリース２３に含まれる基油の動粘度は、５５００ｍｍ2 ／sec 以下であることが好ましい。また、グリース２３のちょう度は、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｋ  ２２００）で１００以上であることが好ましい。
【００２１】
グリース２３の基油としては、例えば鉱油、合成油を用いることができる。合成油としては、例えば、シリコーン油、エステル系油、オレフィン油を用いることができる。また、増ちょう剤としては、各種の金属石鹸基、非金属石鹸基、複合基を用いることができるが、特にリチウム石鹸基を用いることが好ましい。
上記グリース２３は隣接するボール１４の間に介在していれば十分であり、したがって、例えば図５に示すように、グリース２３はボール１４の表面に、本中間軸５の組立前に予め塗布されていてもよいし、上記互いに対向する軸方向溝１５，１６の間に充填されていてもよい。前者の場合、少ない量のグリース２３であっても、そのグリース２３を確実に衝突音の発生防止に寄与させることができるという利点があり、後者の場合、潤沢な量のグリース２３によって、長期にわたって衝突音の発生を防止できるという利点がある。なお、転動体の表面にグリース２３を塗布し、且つ互いに対向する軸方向溝１５，１６間にグリース２３を充填するようにしてもよい。
【００２２】
上記グリース２３に固体潤滑剤が配合されていれば、ボール１４と各軸方向溝１５，１６の軌道との間、あるいはボール１４どうしの極圧接触下においても、接触の摩擦係数を低くすることができる。その結果、転動するボール１４が受ける荷重と摺動するボール１４が受ける荷重の差を少なくでき、これにより、ボール１４どうしの衝突の原因であるボール１４のスティック現象を抑えることができる。ひいては、騒音低減を効果的に達成することができる。
【００２３】
固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン、グラファイト、ＰＴＦＥを用いることができるが、特に、上記固体潤滑剤が二硫化モリブデンを含む場合には、極圧下での潤滑が良好であるという利点がある。
また、内軸の軸方向溝１５に直接軌道を形成したが、図６に示すように、軸方向溝１５に樋形状をなす弾性部材２４を配置し、この弾性部材２４によってボール１４に予圧を付与するようにしてもよい。
【００２４】
また、本発明の伸縮自在シャフトをステアリングシャフト３に適用することができ、その場合、ステアリングシャフト３にテレスコピック調整機能や衝撃吸収機能を果たさせるときに好ましい。
【実施例】
【００２５】
下記の表１に示す仕様の実施例および比較例の伸縮自在シャフトを作成した。
＜実施例１〜１０および比較例１〜４の各仕様とその試験結果＞
【００２６】
【表１】
2007321868.tif 000003
上記の各実施例および各比較例について、下記の試験条件にて騒音測定試験および伸縮荷重測定試験を実施したところ、上記の表１に示す試験結果を得た。
＜試験条件＞
１）騒音測定試験
図７に示すような試験装置を用いた。すなわち、各実施例および各比較例のそれぞれの伸縮自在シャフト４０を、実車での中間軸の取付角度に相当する角度で傾斜させた状態で、アッパーシャフトとしての内軸１２を固定し、ロワーシャフトとしての外軸１３を加振台５０の加振ロッド５１に取り付け、外軸１３の下端を上下方向に、下記の条件にて加振した。また、伸縮自在シャフト４０から発生する音を、集音マイクロフォン５２で電気信号に変換し、増幅器５３で適当な信号レベルまで増幅した後、データ収集・解析装置５４で騒音値を測定した。騒音レベルが基準値（５５デシベル）以下であれば良であり、基準値（５５デシベル）を超えると不良である。
【００２７】
加振周波数：２０Ｈｚ
加振振幅：±２ｍｍ
試験温度：８０°Ｃ
２）伸縮荷重測定試験
各実施例および各比較例のそれぞれの伸縮自在シャフトを水平方向に支持した状態で、内軸１２および外軸１３を相対スライドさせたときのスライド荷重（Ｎ）を測定した。ただし、試験温度は、−４０°Ｃとした。スライド荷重が、基準値（４０Ｎ）以下であれば良であり、基準値（４０Ｎ）を超えると不良である。
【００２８】
騒音測定試験の結果、図８に示すデータを得た。図８に示すように、基油の動粘度が２０ｍｍ2 ／sec 以上である、各実施例３〜１０および各比較例２〜４は、騒音レベルが良（５５デシベル以下）であり、騒音が低いことが実証された。
また、各実施例１，２の騒音測定試験の結果が良であることから、基油の動粘度が２０ｍｍ2 ／sec 未満であっても、グリースのちょう度がＪＩＳ規格で２５０以下であれば、騒音レベルを低くできることが判明した。
【００２９】
また、各実施例４，５，７〜１０および比較例２の騒音測定試験の結果から、グリースのちょう度がＪＩＳ規格で２５０を超えていても、基油の動粘度が２０ｍｍ2 ／sec 以上であれば、騒音レベルを低くできることが判明した。
また、各実施例３，６の騒音測定試験の結果から、グリースの基油の動粘度を２０ｍｍ2 ／sec 以上であることと、グリースのちょう度をＪＩＳ規格で２５０以下であることの双方が達成されているときには、騒音レベルが良（５５デシベル以下）であることが判明した。
【００３０】
また、比較例１の騒音測定試験の結果から、基油の動粘度が２０ｍｍ2 ／sec 未満であって、且つグリースのちょう度がＪＩＳ規格で２５０を超える場合は、騒音レベルが５８デシベルであって、不良（５５デシベルを超える）であることが判明した。
以上の結果から、グリースの基油の動粘度を２０ｍｍ2 ／sec 以上とするか、または、グリースのちょう度をＪＩＳ規格で２５０以下とするかの少なくとも一方が達成されていれば、騒音レベルを基準値（５５デシベル）以下にできることが判明した。
【００３１】
また、比較例２の伸縮荷重測定試験の結果が不良であることから、グリースの基油の動粘度の上限値は、５５００ｍｍ2 ／sec とすることが好ましいと判明した。すなわち、基油の動粘度が５５００ｍｍ2 ／sec を超える比較例２は、騒音レベルは好ましいレベルであるが、伸縮するときのスライド荷重が過度に大きくなり、作業性が悪いという不具合がある。
【００３２】
また、比較例３，４の伸縮荷重測定試験の結果から、グリースのちょう度の下限値は、１００とすることが好ましいと判明した。すなわち、グリースのちょう度がＪＩＳ規格で７０である比較例４は、騒音レベルは好ましいレベルであるが、伸縮するときのスライド荷重が基準値（４０Ｎ）を超えて大きくなり、作業性が悪いという不具合がある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態の伸縮自在シャフトが中間軸に適用された車両用操舵装置の概略構成図である。
【図２】中間軸の断面図である。
【図３】図２のIII −III 線に沿う断面図である。
【図４】図２の要部を拡大した模式図である。
【図５】本発明の別の実施の形態のボールの模式的断面図である。
【図６】本発明の別の実施の形態の中間軸の概略断面図である。
【図７】騒音測定試験の試験装置の概略図である。
【図８】実施例のグリースの動粘度とちょう度に対する騒音レベル測定結果のグラフ図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…ステアリングシャフト、５…中間軸（伸縮自在シャフト）、１２…内軸、１３…外軸、１４…ボール（転動体）、１５，１６…軸方向溝、２３…グリース
【図１】
2007321868.tif 000004
【図２】
2007321868.tif 000005
【図３】
2007321868.tif 000006
【図４】
2007321868.tif 000007
【図５】
2007321868.tif 000008
【図６】
2007321868.tif 000009
【図７】
2007321868.tif 000010
【図８】
2007321868.tif 000011