(57)【要約】    【課題】振動伝達を低減することができ、且つ良好な操舵応答性を実現することができる伸縮自在シャフトを提供すること。    【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および筒状の外軸１３を備える。内軸１２および外軸１３の対応する軌道溝１５，１６間に、転動体としてのボール１４が予圧を付与された状態で列をなして介在する。無負荷のときのボール１４の接触角を０度に設定し、伝達トルクが小さいときの中間軸５のねじり剛性を低くして路面からの振動を効果的に吸収する。ボールの接触角Ａ１を負荷トルクの増大に応じて漸増させ、伝達トルクが大きいときの中間軸５のねじり剛性を相対的に高くする。【選択図】  図３
2007032681.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軌道溝と、
これら互いに対向する軌道溝間に介在し、軸方向に並ぶ列をなすボールとを備え、
各軌道溝の断面形状は、無負荷のときにボールの接触角が０度となり、負荷トルクの増大に応じてボールの接触角が漸増する形状であ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、各軌道溝の断面の曲率半径が接触角の増大に伴って漸増している伸縮自在シャフト。
【請求項３】
請求項１において、各軌道溝の断面の曲率半径が一定である伸縮自在シャフト。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項において、上記ボールが内軸と外軸の間で径方向に予圧されている伸縮自在シャフト。
【請求項５】
請求項１から４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】
特許文献１の伸縮自在シャフトでは、ボールは内軸および外軸にそれぞれ２点で接触する４点接触であり、約４５度の接触角を有するアンギュラコンタクトとなっている。
ボールが４点接触である場合は、内軸および外軸間の伝達トルクが小さいときのねじれ剛性が高い。このため、路面からの振動がステアリングシャフトを介してハンドル（ステアリングホイール）に伝わり易く、乗り心地に影響する。また、運転者によるハンドルの操作に車両がクィックに反応するため、操舵応答性が過度に高くなるという問題がある。
【０００５】
そこで、例えばゴムダンパーを用いることも考えられるが、その場合、製造コストが高くなる。
また、ボールが４点接触である場合、ボールに対する予圧量を変更しても、内軸および外軸間の伝達トルクが小さいときには、ボールの接触角があまり変わらない。したがって、ねじり剛性の調整が困難である。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、伝達トルクが小さいときの振動伝達を低減でき且つ良好な操舵応答性を実現できる安価な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】
【０００７】
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（１２）および筒状の外軸（１３）と、上記内軸（１２）の外周面（１２ａ）および外軸（１３）の内周面（１３ａ）にそれぞれ形成され互いに対向する軌道溝（１５；１６）と、これら互いに対向する軌道溝（１５；１６）の間に介在し、軸方向（Ｘ１）に並ぶ列をなすボール（１４）とを備え、各軌道溝（１５；１６）の断面形状は、無負荷のときにボール（１４）の接触角（Ａ１）が０度となり、負荷トルクの増大に応じてボール（１４）の接触角（Ａ１）が漸増する形状であることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、無負荷のときにボールの接触角が０度に設定されているので、微小な操舵トルクが負荷される領域において、ねじり剛性を低くすることができる。したがって、路面からの振動を効果的に吸収してハンドル振動を低減することができ、その結果、乗り心地が向上する。また、振動低減のためのゴムダンパー等を用いる必要がなく、製造コストを安くすることができる。また、操舵の応答性が過度に高くなることを抑制することができる。
【０００９】
さらに、ボールの接触角が負荷トルクの増大に応じて漸増するので、伝達トルクが大きいときには所要のねじり剛性を確保することができる。また、例えば予圧量の設定により、ねじり剛性を容易に調整できるので、車両毎に要求されるステアリング剛性に応じたねじり剛性を容易に達成することができ、その結果、良好な操舵応答性を実現することも可能である。
【００１０】
なお、上記において、括弧内の数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
また、各軌道溝の内面の曲率半径を接触角の増大に伴って漸増させることにより、ねじり剛性を容易に調整することができる。具体的には、負荷トルクの増大に伴って接触角を漸増させることにより、ねじり剛性を漸増させることができる。また、各軌道溝の内面の曲率半径を一定とした場合にも、負荷トルクの増大に伴って、ねじり剛性を漸増させることができる。
【００１１】
上記ボールは内軸と外軸の間で径方向に予圧されていれば好ましく、この場合、上記のように予圧量の設定によって、ねじり剛性を容易に調整することができる。
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であれば、好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態の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を有して車両の左右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。
【００１３】
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。
【００１４】
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とを備える。内軸１２と外軸１３とは、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転動体を提供するボール１４を介してトルク伝達可能に嵌め合わされている。
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。
【００１５】
図２および図３に示すように、内軸１２の外周面１２ａおよび外軸１３の内周面１３ａには、軸方向Ｘ１に沿って延びる少なくとも一対の軌道溝１５，１６が形成されている。  互いに対をなす軌道溝１５および軌道溝１６は、両軸１２，１３の径方向に対向しており、互いに対をなす軌道溝１５および軌道溝１６の間には、上記ボール１４がそれぞれ介在している。各軌道溝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。
【００１６】
ボール１４は図２に示すように、両軸１２，１３の軸方向Ｘ１に沿って並ぶ列をなしている。列をなす複数のボール１４をそれぞれ保持するための保持孔が形成された保持器を設けてもよいが、本実施の形態では、保持器を設けない場合に則して説明する。
筒状の外軸１３の端部１３１の内周面１３ａには、外軸１３の軌道溝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の外周面１３ｂに加圧により凹部１８を形成するときに、同時に外軸１３の内周面１３ａを塑性変形させて形成している。また、内軸１２の端部１２１の外周面１２ａには、内軸１２の軌道溝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の外周面１２ａを塑性変形させて形成している。
【００１７】
図３に示すように、互いに対をなす軌道溝１５，１６間にボール１４が介在した状態で、筒状の外軸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いる。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。すなわち、ボール１４は、内軸１２と外軸１３の間に径方向の予圧が付与された状態で介在している。予圧が与えられたボール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ることになる。
【００１８】
また、内軸１２の外周面１２ａには、互いの間に二面幅を形成する相対向する二対の平坦面２１，２２が形成され、外軸１３の内周面１３ａには、内軸１２の対応する平坦部２１，２２とそれぞれ係合して内軸１２と外軸１３との相対回転量を規制するための規制部２３，２４が形成されている。すなわち、中間軸５の伝達トルクが相対的に小さいときには、ボール１４を介して内軸１２と外軸１３との間にトルクが伝達され、伝達トルクが所定以上に大きくなると、ボール１４および規制部２３，２４を介してトルクが伝達されることになる。
【００１９】
各軌道溝１５，１６の断面形状は、無負荷のときに図４Ａに示すように、ボール１４の接触角が０度となり、中間軸５が負荷トルクを受けたときに図４Ｂに示すようにボール１４の接触角Ａ１が増加するようになっている。具体的には、負荷トルクの増大に応じてボール１４の接触角Ａ１が漸増するように、各軌道溝１５，１６の曲率半径Ｒ１がボール１４の曲率半径Ｒ２よりも大きくされている。
【００２０】
図５は上記の中間軸５における、内軸１２および外軸１３間のねじれ角と伝達トルクとの関係を示している。伝達トルクが相対的に小さい領域では、伝達トルクの増大に対するねじれ角の増加割合が相対的に大きく、ねじり剛性が相対的に低くなっている。また、伝達トルクが相対的に大きい領域では、伝達トルクの増大に対するねじれ角の増加割合が相対的に小さく、ねじり剛性が相対的に高くなっている。
【００２１】
本実施の形態によれば、無負荷のときにボール１４の接触角Ａ１が０度に設定されているので、微小な操舵トルクが負荷される領域において、ねじり剛性を低くすることができる。したがって、路面からの振動を効果的に吸収してハンドル振動を低減することができ、その結果、乗り心地が向上する。また、振動低減のためのゴムダンパー等を用いる必要がなく、製造コストを安くすることができる。また、伝達トルクが相対的に小さい領域において、上記のようにねじり剛性を低くしているので、操舵の応答性が過度に高くなることを抑制することができる。
【００２２】
さらに、ボールの接触角Ａ１が負荷トルクの増大に応じて漸増するので、伝達トルクが大きいときには所要のねじり剛性を確保することができる。また、例えば予圧量の設定によって、伝達トルクの増大に伴うねじり剛性の変化の態様を容易に調整できるので、車両毎に要求されるステアリング剛性に応じたねじり剛性を容易に達成することができ、その結果、良好な操舵応答性を実現することも可能となる。
【００２３】
各軌道溝１５，１６の断面の曲率半径Ｒ１は一定であってもよい。すなわち、各軌道溝１５，１６の断面は円弧形状をなしていてもよい。この場合、軌道溝１５，１６の加工が行い易いという利点がある。
また、各軌道溝１５，１６の断面の曲率半径Ｒ１が接触角Ａ１の増大に伴って漸増するようにしてもよい。この場合、伝達トルクの増大に伴うねじり剛性の変化の態様を容易に調整することができる。具体的には、例えば各軌道溝１５，１６の断面を楕円形状その他の二次曲線や三次曲線にすればよい。
【００２４】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、内軸１２として筒状の軸を用いてもよい。また、上記の実施の形態では、２列のボールを用いたが、３列や４列のボールを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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り、図４Ａは中間軸の無負荷の状態を示し、図４Ｂは中間軸の負荷状態を示している。
【図５】ねじれ角と伝達トルクとの関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００２６】
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、１２ａ…外周面、１３…外軸、１３ａ…内周面、１４…ボール（転動体）、１５，１６…軌道溝、Ａ１…接触角、Ｒ１…曲率半径（軌道溝の断面の曲率半径）
【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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