(57)【要約】【課題】伸縮自在シャフトにおいて軸方向に相対移動自在に且つトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸および外軸の捩じり剛性を高め、両軸の相対移動抵抗を低くする。【解決手段】本伸縮自在シャフトとしての中間軸５では、軌道溝２６を形成する断面Ｖ字形形状の軌道溝形成部材２０が、内軸１６の軸方向溝１８に保持されている。ボール２１が、軌道溝形成部材２０の軌道２６ｃと外軸１７の軸方向溝１９の軌道１９ｃとの間に介在し、各軌道１９ｃ，２６ｃに対して２点ずつで４点接触している。一対の波板ばね２２，２３が、内軸１６の軸方向溝１８の傾斜面１８ａ，１８ｄとこれに対向する軌道溝形成部材２０の対向面２７Ａ，２７Ｂとの間に介在する。各波板ばね２２，２３の付勢方向Ｂ１，Ｂ２は、それぞれ対応する２点のボール２１の接触点２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの対向する方向Ａ１，Ａ２と一致する。【選択図】図４
2007232056.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の間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、
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、
内軸の軸方向溝に保持され、軌道溝を形成する断面Ｖ字形形状の軌道溝形成部材と、
この軌道溝形成部材の軌道溝の軌道と外軸の軸方向溝の軌道との間に介在し、両軌道とも２点で接触し、各軌道に対して２点ずつの接触点を有して４点接触する転動体と、
内軸の軸方向溝の底とこれに対向する軌道溝形成部材の対向面との間に介在し、軌道溝形成部材を介して転動体に予圧を与える一対の弾性部材とを備え、
各弾性部材の付勢方向は、それぞれ対応する２点の接触点の対向する方向と一致するかまたは、上記対向する方向に対して５度以下の角度をなす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、
上記各弾性部材は、内軸の軸方向溝に沿って延びる長尺の波板ばねを含み、波板ばねは内軸の軸方向と直交する方向に起伏していることを特徴とする伸縮自在シャフト。
【請求項３】
請求項２に記載の伸縮自在シャフトにおいて、
上記軌道溝形成部材は、内軸の軸方向に延びる長尺の部材を含み、
軌道溝形成部材は、長手方向に沿う一対の側縁と、各側縁に設けられた鍔部とを含み、各鍔部によって、内軸の軸方向溝から対応する弾性部材の脱落が規制されていることを特徴とす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項に記載の伸縮自在シャフトにおいて、
上記軌道溝形成部材は、転動体に予圧を付与するための弾性を有する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、例えば車両用操舵装置に用いられる伸縮自在シャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の伸縮自在シャフトは、例えば、内軸と、筒状の外軸と、両軸の間に介在する転動体とを有している。内軸の外周には、軸方向溝が形成され、この軸方向溝には、軌道溝を形成する軌道部材が配置されている。軌道部材の軌道溝に対向して、外軸の内周には、軸方向に延びる軌道溝が形成されている。転動体は、軌道部材の軌道溝に接触するとともに、外軸の軌道溝に接触している。また、軌道部材と内軸の軸方向溝との間には、弾性体が介在している（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００３】
特許文献１では、球形の転動体が断面円弧形状の一対の軌道溝に接触し、弾性体は軌道部材を介して転動体を内軸の径方向外方へ付勢する。
特許文献２では、軌道部材は、一対の長尺部材により構成される。また、球形の転動体が、上記一対の長尺部材の対応する軌道溝に２点で接触するとともに、外軸の軌道溝に２点で接触し、４点接触状態で両方の軌道溝を転動する。また、弾性体は、各長尺部材を介して転動体を内軸の径方向に沿ってそれぞれ付勢している。
【０００４】
また、他の従来の伸縮自在シャフトとして、転動体が４点接触状態で両方の軌道溝を転動し、軌道部材が弾性体により形成されたものもある。弾性体でもある軌道部材の長手方向に沿って延びる両側縁部が、内軸の軸方向溝の縁部に保持されていて、軌道部材が転動体を内軸の径方向に沿って弾力的に付勢している。
【特許文献１】実公昭４５−１９２０７号公報
【特許文献２】特開２００１−０５０２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１では、球形の転動体が両軌道溝に円弧状に線接触するので、両軸の相対移動抵抗が大きい。
また、特許文献２では、転動体は、４つの接触点、すなわち、互いに交差する方向に対向する２対の接触点で、両軌道溝に接触する。これら互いに対向して対をなす接触点同士を結ぶ方向に対して、弾性体が撓む方向が、４５度程度の角度をなして斜めに交差しているので、弾性体が撓みやすくなり、その結果、伸縮自在シャフトの捩じり剛性が低くなっていた。
【０００６】
この課題は、上記他の従来の伸縮自在シャフトでも存在する。
さらに、特許文献２では、軌道部材が一対の長尺部材に分割されているので、軌道溝が変形し易く、その結果、転動体がスムーズに転動できない。
そこで、この発明の目的は、捩じり剛性が高く、両軸の相対移動抵抗が低い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】
【０００７】
本発明の伸縮自在シャフト（５）は、軸方向（Ｓ１）に相対移動自在に且つ互いの間にトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸（１６）および筒状の外軸（１７）と、内軸の外周面（１６ｃ）および外軸の内周面（１７ｄ）にそれぞれ形成され、互いに対向する軸方向溝（１８，１９）と、内軸の軸方向溝（１８）に保持され、軌道溝（２６）を形成する断面Ｖ字形形状の軌道溝形成部材（２０）と、この軌道溝形成部材の軌道溝の軌道（２６ｃ）と外軸の軸方向溝（１９）の軌道（１９ｃ）との間に介在し、両軌道とも２点で接触し、各軌道に対して２点ずつの接触点（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）を有して４点接触する転動体２１と、内軸の軸方向溝の底（１８ａ，１８ｄ）とこれに対向する軌道溝形成部材の対向面（２７Ａ，２７Ｂ）との間に介在し、軌道溝形成部材を介して転動体に予圧を与える一対の弾性部材（２２，２３）とを備え、各弾性部材の付勢方向（Ｂ１，Ｂ２）は、それぞれ対応する２点の接触点の対向する方向（Ａ１，Ａ２）と一致するかまたは、上記対向する方向に対して５度以下の角度をなすことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、転動体を４点接触させるので、線接触する場合に比べて、両軸の相対移動抵抗を低減することができる。しかも、対応する２点の接触点の対向する方向と弾性部材の付勢方向とがほぼ一致するので、弾性部材が従来の場合（特許文献２）と比べて、撓み難くなり、その結果、捩じり剛性を高くすることができる。また、捩じり剛性を高めるのに、高いばね定数の弾性部材を用いることも考えられるが、この弾性部材には、通例、撓み量が同じ場合で比較して、大きな応力が生じる傾向にあり、その結果、弾性部材の破損、変形、へたり等が生じるという課題があった。これに対して本発明では、捩じり剛性を高くするのに、高いばね定数の弾性部材を用いずにすむので、この弾性部材を用いるのに伴う上述の課題も解決することができる。
【０００９】
また、本発明において、上記各弾性部材は、内軸の軸方向溝に沿って延びる長尺の波板ばね（２２，２３）を含み、波板ばねは内軸の軸方向と直交する方向（Ｒ１，Ｒ２）に起伏している場合がある。この場合の波板ばねは、通例、同じ力を受けたときの他の弾性部材に比べて、波板ばねに生じる応力が低くて済み、しかも波板ばねの撓み量を大きく確保することができる。
【００１０】
また、本発明において、上記軌道溝形成部材は、内軸の軸方向に延びる長尺の部材（２０）を含み、軌道溝形成部材は、長手方向（Ｓ２）に沿う一対の側縁（２０ｂ）と、各側縁に設けられた鍔部（２０ｃ）とを含み、各鍔部によって、内軸の軸方向溝から対応する弾性部材の脱落が規制されている場合がある。この場合、弾性部材の脱落を防止することができ、また、このための構造を簡素化することができる。
【００１１】
また、本発明において、上記軌道溝形成部材は、転動体に予圧を付与するための弾性を有する場合がある。この場合、弾性部材の弾性に加えて軌道溝形成部材の弾性により、転動体に予圧を付与することができる。その結果、転動体への予圧の付与を、弾性部材と軌道溝形成部材とで協働してなすことができ、弾性部材に生じる応力を低減することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。本実施形態では、本伸縮自在シャフトが車両用操舵装置の中間軸である場合に則して説明するが、本発明はこれに限らず、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。
図１は、本発明の一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。
【００１３】
車両用操舵装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２を回転自在に支持して操舵トルクを伝達するステアリング装置３と、ステアリング装置３からの操舵トルクにより車輪（図示せず）を操舵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４と、ステアリング装置３および操舵機構４の間に設けられてこの間において回転を伝達するための伸縮自在シャフトとしての中間軸５とを有している。
【００１４】
ステアリング装置３は、操舵トルクを伝達するステアリングシャフト６と、このステアリングシャフト６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６は、互いにその軸方向に相対移動可能且つトルク伝達可能に嵌合されたアッパーシャフト８およびロアーシャフト９を有する。ステアリングシャフト６の一方の端部６ａであるアッパーシャフト８の端部にステアリングホイール２が連結され、他方の端部６ｂであるロアーシャフト９の端部に、中間軸５を介して上述の操舵機構４の入力軸１０が連結されている。ステアリングホイール２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６、自在継手１１、中間軸５、および自在継手１２を介して操舵機構４の入力軸１０に伝達され、これにより車輪を操舵することができる。
【００１５】
また、車両用操舵装置１は、ステアリングコラム７に支持された電動モータ１３により、操舵トルクに応じて操舵補助力を得られるようになっている。すなわち、ステアリング装置３は、ステアリングシャフト６に関連して設けられて操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１４と、このトルクセンサ１４からの出力信号、および図示しない速度センサからの車速信号等に基づいて操舵補助力を発生させる電動モータ１３と、この電動モータ１３の出力軸の回転を減速するための減速機１５とを有している。
【００１６】
ステアリングホイール２が操作されると、操舵トルクがトルクセンサ１４により検出され、このトルク検出結果および車速検出結果等に応じて電動モータ１３が操舵補助力を発生する。操舵補助力は、減速機１５を介してステアリングシャフト６に伝達され、ステアリングホイール２の動きとともに操舵機構４に伝わり、車輪が操舵される。
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車体に対する操舵機構４の位置の変化を吸収できるように、中間軸５は伸縮自在に構成されている。
【００１７】
中間軸５は、インターミディエイトシャフトとも呼ばれて、自在継手１１と自在継手１２とを互いに連結する。中間軸５は、車輪を操舵するためにステアリングホイール２に加えられる操舵トルクを、ステアリングシャフト６から操舵機構４の入力軸１０へ伝達する働きをする。中間軸５は、内軸１６と、筒状の外軸１７とを有する。
内軸１６および外軸１７は、互いに同心に配置され、外軸１７の一端１７ａと内軸１６の一端１６ａとは、内軸１６の軸方向Ｓ１に相対移動自在に且つトルク伝達可能に互いに嵌合されている。外軸１７の他端１７ｂに、自在継手１１の一方の端部が連結されている。また、内軸１６の他端１６ｂに、自在継手１２の一方の端部が連結されている。
【００１８】
図２は、中間軸５の要部の縦断面図であり、図３のII−II断面を示している。図３は、図２の III− III断面を示す横断面図である。
中間軸５は、内軸１６の外周面１６ｃに形成された複数の軸方向溝１８と、外軸１７の内周面１７ｄに形成された複数の軸方向溝１９とを有している。両軸方向溝１８，１９は、互いに同数で設けられて、互いに対向して対をなし、３対が設けられている。
【００１９】
また、中間軸５は、互いに対をなす軸方向溝１８，１９ごとに、内軸１６の軸方向溝１８に保持された断面Ｖ字形形状の単一の軌道溝形成部材２０と、この軌道溝形成部材２０および外軸１７の軸方向溝１９の間に介在して４点接触する転動体としての複数のボール２１と、内軸１６の軸方向溝１８および軌道溝形成部材２０の間に介在する一対の弾性部材としての波板ばね２２，２３とを有している。
【００２０】
本実施形態では、波板ばね２２，２３は、軌道溝形成部材２０を介してボール２１を付勢方向Ｂ１，Ｂ２に付勢していて、この付勢方向Ｂ１，Ｂ２は、後述するように、それぞれ対応する２点のボール２１の接触点の対向する方向Ａ１，Ａ２と一致している。
また、互いに対をなす軸方向溝１８，１９ごとに設けられた上記各部２０，２１，２２，２３は、３対の軸方向溝１８，１９について同様に構成されている。
【００２１】
また、中間軸５は、内軸１６の外周面１６ｃに設けられた係合部としての複数のスプライン歯２４（一部のみ図示）と、外軸１７の内周面１７ｄに設けられた係合部として複数のスプライン歯２５（一部のみ図示）とを有している。
外軸１７の内周面１７ｄの複数の軸方向溝１９は、外軸１７の周方向Ｔ１に所定の間隔を設けて、具体的には、周方向Ｔ１に均等に配置されている。軸方向溝１９は、外軸１７の内周面１７ｄに一体に形成されていて、断面Ｖ字形形状をなして外軸１７の軸方向（内軸１６の軸方向Ｓ１に一致する。）に平行に真直に延びている。
【００２２】
図４は、図３に示す中間軸５の要部の横断面図である。
軸方向溝１９は、軌道溝として機能し、表面に軌道１９ｃを有している。軌道１９ｃは、軌道部分としての一対の傾斜面１９ａ，１９ｂを有している。一対の傾斜面１９ａ，１９ｂは、横断面において周方向Ｔ１について互いに離隔し且つ互いに対向して配置されていて、且つ径方向Ｒ１，Ｒ２に対して同じ角度で傾斜し、互いに交差する方向に延びている。また、各傾斜面１９ａ，１９ｂはそれぞれ、外軸１７の軸方向に平行に真直に延びていて、ボール２１が接触して転動する転動面を形成している。傾斜面１９ａ，１９ｂは、径方向外方Ｒ１および周方向Ｔ１の両側への軌道１９ｃに対するボール２１の相対移動を規制しつつ、ボール２１の転動を案内する。
【００２３】
図２および図３を参照して、内軸１６の外周面１６ｃの複数の軸方向溝１８は、内軸１６の周方向Ｔ１に所定の間隔を設けて、例えば周方向Ｔ１に均等に配置されている。軸方向溝１８は、内軸１６の外周面１６ｃに一体に形成され、断面Ｗ字形形状をなして内軸１６の軸方向Ｓ１に平行に真直に延びている。
図３および図４を参照して、軸方向溝１８は、波板ばね２２，２３を保持するための保持溝として機能する。軸方向溝１８は、周方向Ｔに相隣接して配置されて相対向する底としての一対の傾斜面１８ａ，１８ｂと、周方向Ｔに相隣接して配置されて相対向する底としての一対の傾斜面１８ｃ，１８ｄと、一対の傾斜面１８ｂ，１８ｃの縁部同士を間隔を開けて接続する底としての接続面１８ｅとを有している。一対の傾斜面１８ａ，１８ｂは、互いに直角に交差し、波板ばね２２を保持している。一対の傾斜面１８ｃ，１８ｄは、互いに直角に交差し、波板ばね２３を保持している。軸方向溝１８は、波板ばね２２，２３を弾性変形可能な状態で保持し、この保持した波板ばね２２，２３を介して軌道溝形成部材２０を変位可能に付勢状態で保持している。
【００２４】
図５は、中間軸５の要部の分解斜視図である。
軌道溝形成部材２０は、一方向Ｓ２に真直に延びた長尺の部材であり、断面Ｍ字形形状をなした肉厚一定の板部材であり、内軸１６および波板ばね２２，２３とは別体の単一部材である。軌道溝形成部材２０は、横断面において、Ｍ字形形状の２つの頂部が並ぶ方向である幅方向Ｓ３に相対的に幅広に形成され、幅方向に直交する方向である短手方向に相対的に幅狭に形成されている。短手方向に沿う一方の側からみたときに、軌道溝形成部材２０の板部材の一方の面が見える。この一方の面には、幅方向の中央部に凹条をなす軌道溝２６が形成され、他方の面には、幅方向の中央部に凸条が形成されている。
【００２５】
軌道溝形成部材２０の長手方向Ｓ２が内軸１６の軸方向Ｓ１に平行になるようにして、且つ軌道溝形成部材２０の幅方向Ｓ３が内軸１６の周方向Ｔ１に沿うようにして、且つ軌道溝２６が径方向外方Ｒ１に向いて開放されるようにして、軌道溝形成部材２０が内軸１６の軸方向溝１８内に配置されている。
軌道溝形成部材２０は、幅方向Ｓ３の中央部にＶ字形形状をなす主体部２０ａを有している。この主体部２０ａは、上述の一方の面に形成された断面Ｖ字形形状の凹条からなる軌道溝２６を有している。この軌道溝２６は、断面形状一定に形成されて、長手方向Ｓ２に沿って所定長さで真直に延びている。
【００２６】
軌道溝２６は、表面に軌道２６ｃを有している。軌道２６ｃは、軌道部分としての一対の傾斜面２６ａ，２６ｂを有している。各傾斜面２６ａ，２６ｂはそれぞれ、長手方向Ｓ２に平行に真直に延びていて、ボール２１が接触して転動する転動面を形成している。後述するように軌道溝形成部材２０が内軸１６に保持された状態で、一対の傾斜面２６ａ，２６ｂは、横断面において周方向Ｔ１について互いに離隔し且つ互いに対向して配置されていて、且つ径方向Ｒ１，Ｒ２に対して同じ角度で傾斜し、互いに交差する方向に延びていて、内軸１６の径方向内方Ｒ２および周方向Ｔ１の両側への軌道２６ｃに対するボール２１の相対移動を規制しつつ、ボール２１の転動を案内する。
【００２７】
軌道溝形成部材２０の一方の傾斜面２６ａと、外軸１７の軸方向溝１９の一方の傾斜面１９ｂとは、複数のボール２１を介在し、このボール２１の中心２１ｅを挟んで互いに対向している。また、他方の傾斜面２６ｂ，１９ａ同士も、複数のボール２１を介在し、このボール２１の中心２１ｅを挟んで互いに対向している。
また、主体部２０ａは、軌道溝２６とは反対側である他方の側に形成された一対の対向面２７Ａ，２７Ｂを有している。対向面２７Ａは、内軸１６の軸方向溝１８の底としての傾斜面１８ａに平行に配置されて対向していて、その間に波板ばね２２を介在させている。対向面２７Ｂは、内軸１６の軸方向溝１８の底としての傾斜面１８ｄに平行に配置されて対向していて、その間に波板ばね２３を介在させている。
【００２８】
また、軌道溝形成部材２０は、長手方向Ｓ２に沿う一対の側縁２０ｂと、各側縁２０ｂに設けられた鍔部２０ｃとを含んでいる。
一対の鍔部２０ｃは、主体部２０ａと一体に形成されている。横断面において、鍔部２０ｃは、主体部２０ａの対応する幅方向端部から屈曲状に軌道溝２６とは反対側へ向けて所定長で延設されている。一方の鍔部２０ｃは、軸方向溝１８の対向する傾斜面１８ｂに、後述する波形ばね２２の幅方向の寸法に見合う所定距離を開けて対向している。他方の鍔部２０ｃは、軸方向溝１８の対向する傾斜面１８ｃに、後述する波形ばね２３の幅方向の寸法に見合う所定距離を開けて対向している。鍔部２０ｃは、長手方向Ｓ２に連続して設けられていてもよいし、長手方向Ｓ２の一部に設けられていてもよい。各鍔部２０ｃによって、内軸１６の軸方向溝１８から対応する波板ばね２２，２３の脱落が規制されている。
【００２９】
軌道溝形成部材２０は、ボール２１に予圧を付与するための弾性を有している。すなわち、軌道溝形成部材２０は、ばね鋼により形成された板ばねからなる。非拘束状態にあるときに比べて一対の傾斜面２６ａ，２６ｂが互いになす角度（図６に示す角度Ｄ２に等しい。）が大きくなるように軌道溝形成部材２０が弾性変形を受けた状態で、軌道溝形成部材２０は、両軸１６，１７間に組み込まれて保持されている。この状態では、一対の傾斜面２６ａ，２６ｂが互いになす角度が小さくなるような弾性復元力により、各ボール２１が径方向外方へ向けて付勢されている。
【００３０】
図２と図５を参照して、軌道溝形成部材２０は、当該軌道溝形成部材２０を対応する内軸１６に軸方向Ｓ１に係止する係止手段として、軌道溝形成部材２０の長手方向Ｓ２の両端部から軌道溝２６とは反対側へ向けて延設された係合凸部２０ｄを有している。係合凸部２０ｄは長手方向Ｓ２の端部ごとに２つが設けられている。軌道溝形成部材２０が内軸１６に保持された状態では、各係合凸部２０ｄは、内軸１６の対応する端面１６ｆに係合することにより、軸方向Ｓ１の両側への内軸１６に対する軌道溝形成部材２０の位置ずれを防止する。
【００３１】
複数のボール２１は、それぞれ対をなす軌道１９ｃ，２６ｃごとに、軸方向Ｓ１に直線状に並ぶ列をなし、保持器２８により保持されている。本実施形態では、ボール２１の３つの列に対応する３つの保持器２８は、互いに接続されていて、一体に形成されている。保持器２８は、軸方向Ｓ１についてのボール２１同士の間隔を所定量に規制し、ボール２１と共に軸方向Ｓ１に同伴移動する。
【００３２】
内軸１６と外軸１７とが軸方向Ｓ１に相対移動するときには、ボール２１は、上述の各軌道１９ｃ，２６ｃに沿って案内されつつ、軌道１９ｃ，２６ｃを転動し、各軌道１９ｃ，２６ｃに対して軸方向Ｓ１にそれぞれ相対移動する。
図４を参照して、ボール２１は、各軌道１９ｃ，２６ｃに対して２点ずつの４つの接触点２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを有している。すなわち、ボール２１は、外軸１７の軸方向溝１９の軌道１９ｃの一方の傾斜面１９ａに接する接触点２１ａと、外軸１７の軸方向溝１９の軌道１９ｃの他方の傾斜面１９ｂに接する接触点２１ｂと、軌道溝形成部材２０の軌道溝２６の軌道２６ｃの一方の傾斜面２６ａに接する接触点２１ｃと、軌道溝形成部材２０の軌道溝２６の軌道２６ｃの他方の傾斜面２６ｂに接する接触点２１ｄと、を有している。接触点２１ｂ，２１ｃは、ボール２１の中心２１ｅを挟んで互いに反対側に位置している。接触点２１ａ，２１ｄは、ボール２１の中心２１ｅを挟んで互いに反対側に位置している。
【００３３】
波板ばね２２は、内軸１６の軸方向溝１８の底としての傾斜面１８ａ，１８ｂと軌道溝形成部材２０の対向面２７Ａとの間に介在し、軌道溝形成部材２０を介してボール２１に予圧を与えている。波板ばね２３は、内軸１６の軸方向溝１８の底としての傾斜面１８ｃ，１８ｄと軌道溝形成部材２０の対向面２７Ｂとの間に介在し、軌道溝形成部材２０を介してボール２１に予圧を与えている。波板ばね２２と波板ばね２３とは、互いに同じ形状に形成されているので、波板ばね２２を中心に説明する。
【００３４】
図２と図４を参照して、波板ばね２２は、一方向に長く延びた金属製の長尺の波板ばねである。波板ばね２２は、断面長方形をなす長尺の板材を、波形状に形成されてなる。断面長方形の長辺が延びる方向に相当する幅方向に沿って見たときに、波板ばね２２は波形をなしている。波板ばね２２の長手方向に直交する方向であって上述の幅方向に直交する方向である厚み方向に、波板ばね２２は湾曲状に起伏している。波板ばね２２の波形の起伏の頂部は、幅方向に沿って延びていて、長手方向に沿って複数カ所に並んで配置されている。波板ばね２２は、厚み方向に沿って測ったときの起伏の高さ（うねり）を調節することにより、剛性を調節することができる。
【００３５】
波板ばね２２，２３の長手方向が、内軸１６の軸方向Ｓ１に平行に配置され、波板ばね２２，２３が、径方向Ｒ１，Ｒ２に起伏するように配置されている。また、波板ばね２２，２３の長手方向についての両端にある起伏の頂部の間に対応する軌道１９ｃ，２６ｃを、ボール２１が移動するようにされている。
波板ばね２２，２３は、起伏の頂部２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂを厚み方向の両側に有している。これら起伏の頂部はそれぞれ座として機能し、両軸１６，１７に組み込まれた状態で対応する内軸１６および軌道溝形成部材２０により受けられている。すなわち、波板ばね２２の一方の座としての起伏の一方の頂部２２ａが、内軸１６の軸方向溝１８の傾斜面１８ａに当接して受けられていて、波板ばね２２の他方の座としての起伏の他方の頂部２２ｂが、軌道溝形成部材２０の対向面２７Ａに当接して受けられている。また、波板ばね２３の一方の座としての起伏の一方の頂部２３ａが、内軸１６の軸方向溝１８の傾斜面１８ｄに当接して受けられていて、波板ばね２３の他方の座としての起伏の他方の頂部２３ｂが、軌道溝形成部材２０の対向面２７Ｂに当接して受けられている。
【００３６】
また、波板ばね２２，２３は、非拘束状態よりも、上述の厚み方向に沿って測ったときの起伏の高さが低くなるように弾性変形を受けた状態で、厚み方向に弾性圧縮変形を受けた状態で取り付けられている。波板ばね２２の弾性反発力の付勢方向Ｂ１は、波形の起伏の方向である厚み方向に平行であり、また、対応する傾斜面１８ａと対向面２７Ａとが互いに対向する方向に平行である。波板ばね２３の弾性反発力の付勢方向Ｂ２は、波形の起伏の方向である厚み方向に平行であり、また、対応する傾斜面１８ｄと対向面２７Ｂとが互いに対向する方向に平行である。
【００３７】
本実施形態では、波板ばね２２の付勢方向Ｂ１は、対応する２点の接触点２１ｂ，２１ｃの対向する方向Ａ１と一致している。また、波板ばね２３の付勢方向Ｂ２は、対応する２点の接触点２１ａ，２１ｄの対向する方向Ａ２と一致している。
なお、波板ばね２２の付勢方向Ｂ１は、対応する２点の接触点２１ｂ，２１ｃの対向する方向Ａ１に対して５度以下の角度をなしていてもよい。また、波板ばね２３の付勢方向Ｂ２は、対応する２点の接触点２１ａ，２１ｄの対向する方向Ａ２に対して５度以下の角度をなしていてもよい。本実施形態では、付勢方向Ｂ１が対向する方向Ａ１に一致し、且つ付勢方向Ｂ２が対向する方向Ａ２に一致する場合に則して説明する。
【００３８】
波板ばね２２，２３の圧縮弾性変形時の弾性復元力により、軌道溝形成部材２０が径方向外方Ｒ１および周方向Ｔ１の両側にボール２１を弾力的に付勢できる。これにより、伝達トルクがかかっていない状態であっても、ボール２１は軌道溝２６および軸方向溝１９内に径方向Ｒ１，Ｒ２および周方向Ｔ１について予圧を付与されてがたつきなく保持され、両軸１６，１７はトルク伝達可能にがたつきなく連結される。また、伝達トルクがかかるときには、波板ばね２２，２３が弾性変形することにより、軌道溝形成部材２０およびボール２１が径方向Ｒ１，Ｒ２および周方向Ｔ１に変位でき、両軸１６，１７が相対変位しつつトルクを伝達できる。
【００３９】
図６は、図４に示す要部の模式図である。図６を参照して、本実施形態では、横断面において、内軸１６の軸方向溝１８の一対の傾斜面１８ａ，１８ｄのなす角度Ｄ１が、軌道溝形成部材２０の一対の対向面２７Ａ，２７Ｂのなす角度Ｄ２よりも、所定角度で小さくされている（Ｄ１＜Ｄ２）。この場合、中間軸５の捩れ剛性を高めるのに好ましい。
すなわち、波形ばね２２は対応する対向面２７Ａの位置Ｐ１に片当たりする傾向にある。このような状態でトルクが伝達されるときには、このトルクを生じさせる力は、ボール２１の対応する一対の接触部２１ｂ，２１ｃを通る線Ｌ１に沿ってボール２１内を伝達され、上述の線Ｌ１よりも内軸１６の径方向外側Ｒ１の領域（図６でハッチングを施した部分）を通って、軌道溝形成部材２０および波形ばね２２を伝達される。力が線Ｌ１よりも内軸１６の径方向外側Ｒ１の領域を通って作用する場合には、力が線Ｌ１上を作用する場合に比べて、トルクのアーム長が長くなるので、波板ばね２２にかかる力が小さくて済む結果、波板ばね２２の変形量が小さくて済み、中間軸５の剛性を高めるのに好ましい。
【００４０】
また、波形ばね２２が上述のように位置Ｐ１で片当たりする状態の他、例えば、対応する傾斜面１８ａに片当たりした状態（図示しないが位置Ｐ２で片当たりした状態となる。）、および当該波板ばね２２の弾性圧縮変形量が波板ばね２２の幅方向について偏り、径方向外側の弾性圧縮変形量が大きくなった状態のうちの少なくともひとつの状態になることも考えられる。これらの場合、波板ばね２２を通る代表的な力（合力）の作用線が、上述の線Ｌ１よりも内軸１６の径方向外側Ｒ１の領域を通るようになり、上述の作用が同様に得られる。また、上述の作用は、波形ばね２３についても同様に成り立つ。
【００４１】
図２および図３を参照して、スプライン歯２４，２５同士は、互いにスプライン嵌合することにより、すなわち、軸方向Ｓ１に相対摺動可能に且つ互いに噛み合って係合することにより、内軸１６と外軸１７との間でトルクを伝達することができる。
内軸１６の各スプライン歯２４は、断面台形形状をなし、内軸１６の端部１６ｆから所定長さで軸方向Ｓ１に延びている。複数のスプライン歯２４が、内軸１６において隣接する軸方向溝１８の間に配置され、周方向Ｔ１に並んでいる。各スプライン歯２４は、一対の歯面２４ａ，２４ｂ（一部のみ図示。）を有している。  
【００４２】
外軸１７の各スプライン歯２５は、断面台形形状をなし、外軸１７の開口端１７ｆから所定長さで軸方向Ｓ１に延びている。複数のスプライン歯２５が、外軸１７において隣接する軸方向溝１９の間に配置され、周方向Ｔ１に並んでいる。各スプライン歯２５は、一対の歯面２５ａ，２５ｂ（一部のみ図示。）を有している。
各歯面２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂは、それぞれ、周方向Ｔ１と交差している。スプライン歯２４，２５の一方の歯面２４ａとスプライン歯２５の一方の歯面２５ａとが、互いに対向し、スプライン歯２４の他方の歯面２４ｂとスプライン歯２５の他方の歯面２５ｂとが、互いに対向している。
【００４３】
中間軸５では、内軸１６および外軸１７間にトルクがかかっていないときや、所定値以下のトルクがかかるときには、波板ばね２２，２３および軌道溝形成部材２０によって弾力的に付勢されたボール２１を介して、内軸１６および外軸１７は互いに周方向Ｔ１に弾力的に連結され、一方で、スプライン歯２４，２５の歯面間に周方向Ｔ１に関して遊びが設けられている。両軸１６，１７がボール２１のみを介して連結されることにより、軸方向Ｓ１についての内軸１６および外軸１７の相対移動抵抗が小さく抑制されつつ、内軸１６および外軸１７間にトルクが伝達される。
【００４４】
所定値を超えて大きなトルクがかかる場合には、波板ばね２２，２３および軌道溝形成部材２０が撓んで両軸１６，１７が微小量相対回転することで、スプライン歯２４，２５同士が噛み合い、両軸１６，１７が剛的に連結され、スプライン歯２４，２５によりトルクが伝達され、ボール２１も両軸１６，１７間のトルク伝達に寄与する。
このように本実施形態では、伸縮自在シャフトとしての中間軸５は、軸方向Ｓ１に相対移動自在に且つ互いの間にトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸１６および筒状の外軸１７と、内軸１６の外周面１６ｃおよび外軸１７の内周面１７ｄにそれぞれ形成され、互いに対向する軸方向溝１８，１９と、内軸１６の軸方向溝１８に保持され、軌道溝２６を形成する断面Ｖ字形形状の軌道溝形成部材２０と、この軌道溝形成部材２０の軌道溝２６の軌道２６ｃと外軸１７の軸方向溝１９の軌道１９ｃとの間に介在し、両軌道１９ｃ，２６ｃとも２点で接触し、各軌道１９ｃ，２６ｃに対して２点ずつの接触点２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを有して４点接触する転動体としてのボール２１と、内軸１６の軸方向溝１８の底としての傾斜面１８ａ，１８ｄとこれに対向する軌道溝形成部材２０の対向面２７Ａ，２７Ｂとの間に介在し、軌道溝形成部材２０を介してボール２１に予圧を与える一対の弾性部材としての波板ばね２２，２３とを備えている。各波板ばね２２，２３の付勢方向Ｂ１，Ｂ２は、それぞれ対応する２点の接触点２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの対向する方向Ａ１，Ａ２と一致するかまたは、上記対向する方向Ａ１，Ａ２に対して５度以下の角度をなしている。
【００４５】
本実施形態によれば、ボール２１を４点接触させるので、線接触する場合に比べて、両軸１６，１７の相対移動抵抗を低減することができる。しかも、対応する２点の接触点２１ｂ，２１ｃの対向する方向Ａ１と対応する波板ばね２２の付勢方向Ｂ１とがほぼ一致し、また、対応する２点の接触点２１ａ，２１ｄの対向する方向Ａ２と対応する波板ばね２３の付勢方向Ｂ２とがほぼ一致するので、波板ばね２２，２３が従来の場合（特許文献２）と比べて、撓みにくくなり、その結果、捩じり剛性を高くすることができる。また、捩じり剛性を高めるのに、高いばね定数の弾性部材を用いることも考えられる。しかし、この弾性部材には、通例、撓み量が同じ場合で比較して、大きな応力が生じる傾向にあり、その結果、弾性部材の破損、変形、へたり等が生じるという課題があった。これに対して本実施形態では、捩じり剛性を高くするのに、高いばね定数の弾性部材を用いずにすむので、この弾性部材を用いるのに伴う上述の課題も解決することができる。
【００４６】
また、本実施形態においては、弾性部材は、内軸１６の軸方向溝１８に沿って延びる長尺の波板ばね２２，２３を含み、波板ばねは内軸１６の軸方向Ｓ１と直交する方向としての径方向Ｒ１，Ｒ２に起伏している。この場合の波板ばね２２，２３は、通例、同じ力を受けたときの他の弾性部材（図示せず）に比べて、波板ばね２２，２３に生じる応力が低くて済み、しかも波板ばね２２，２３の撓み量を大きく確保することができる。
【００４７】
また、本実施形態の軌道溝形成部材２０は、内軸１６の軸方向Ｓ１に延びる長尺の部材を含み、軌道溝形成部材２０は、長手方向Ｓ２に沿う一対の側縁２０ｂと、各側縁２０ｂに設けられた鍔部２０ｃとを含み、各鍔部２０ｃによって、内軸１６の軸方向溝１８から対応する波板ばね２２，２３の脱落が規制されている。これにより、波板ばね２２，２３の脱落を防止することができ、また、このための構造を簡素化することができる。
【００４８】
また、本実施形態の軌道溝形成部材２０は、転動体としてのボール２１に予圧を付与するための弾性を有している。この場合、波板ばね２２，２３の弾性に加えて軌道溝形成部材２０の弾性により、ボール２１に予圧を付与することができる。その結果、ボール２１への予圧の付与を、波板ばね２２，２３と軌道溝形成部材２０とで協働してなすことができ、波板ばね２２，２３に生じる応力を低減することもできる。
【００４９】
また、本実施形態では、伝達トルクが所定値以上になると互いに係合する係合部としてのスプライン歯２４，２５により、トルクを伝達するようにしている。これにより、軌道溝形成部材２０や弾性部材としての波形ばね２２，２３にかかる負荷を抑制しつつ、大きな負荷容量を実現できる。
また、スプライン歯２４，２５が互いに噛み合う場合、例えば波板ばね２２，２３の撓み量は、スプライン歯２４，２５同士の歯面間の隙間量程度で十分であり、撓み方向についての波板ばね２２，２３の大きさ、ひいては、軸方向溝１８の断面積は小さくてすむ。その結果、中間軸５の捩じり剛性を高く維持するのに好ましい。なお、各図には軸方向溝１８は誇張されて図示されている。
【００５０】
また、本伸縮自在シャフトを車両用操舵装置１に適用するのが好ましい。この場合、ドライバががたつきや剛性不足を感じることなく、また、操縦安定性を高めることができ、快適な操舵感が達成される。
また、波板ばね２２，２３が軌道溝形成部材２０を介してボール２１を弾性付勢するようにしている。例えば、波板ばね２２，２３のみの肉厚、形状等を調節することにより、ボール２１に影響を与えずに、付勢力を容易に調節できる。
【００５１】
また、波板ばね２２，２３は、金属製の板ばねであるので、樹脂部材に生じるクリープ等の不具合の虞がない。従って、長期間にわたり弾性反発力が低下することもない。
なお、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。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同じ符号を付して説明を省略する。
【００５２】
例えば、スプライン歯２４，２５を廃止することも考えられる。また、内軸１６および外軸１７の軸方向溝１８，１９は、２箇所でもよいし、４箇所以上に設けてもよい。また、内軸１６および外軸１７の少なくとも一方が、複数の部材を有していてもよい。例えば、内軸１６が、内軸１６の概略形状を形成する軸部材と、この軸部材とは別体で形成されてこの軸部材に一体移動できるように固定された部材であって軸方向溝１８およびスプライン歯２４の少なくとも一方を形成された部材とを有していてもよい。また、この内軸１６と同様に、外軸１７が複数の部材で構成されていてもよい。
【００５３】
軌道溝形成部材２０としては、少なくとも一部の鍔部２０ｃを廃止した構成も考えられる。また、軌道溝形成部材２０の一対の対向面２７Ａ，２７Ｂのなす角度Ｄ２が、軸方向溝１８の一対の傾斜面１８ａ，１８ｄのなす角度Ｄ１に等しい値であってもよいし、角度Ｄ１よりも小さい場合も考えられる。
弾性部材としては、波板ばね２２，２３に代えて、波板ばね以外の他の形状の板ばねを利用することも考えられる。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】
【００５４】
【図１】本発明の一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。
【図２】図１に示す中間軸の要部の縦断面図である。
【図３】図２に示す III− III断面を示す横断面図である。
【図４】図３に示す中間軸の要部の横断面図である。
【図５】図２に示す中間軸の要部の分解斜視図である。
【図６】図４に示す要部の模式図である。
【符号の説明】
【００５５】
５…中間軸（伸縮自在シャフト）、１６…内軸、１６ｃ…外周面、１７…外軸、１７ｄ…内周面、１８，１９…軸方向溝、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ…傾斜面（底）、１８ｅ…接続面（底）、１９ｃ，２６ｃ…軌道、２０…軌道溝形成部材（長尺の部材）、２０ｂ…側縁、２０ｃ…鍔部、２１…ボール（転動体）、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…接触点、２２，２３…波板ばね（弾性部材）、２６…軌道溝、２７Ａ，２７Ｂ…対向面、Ａ１，Ａ２…対向する方向、Ｂ１，Ｂ２…弾性部材の付勢方向、Ｒ１，Ｒ２…径方向（内軸の軸方向と直交する方向）、Ｓ１…軸方向、Ｓ２…長手方向
【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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