(57)【要約】【課題】進みや遅れを発生させるボールの移動を抑制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１は、嵌め合わされた内軸２０および筒状の外軸２１を備えている。内軸２０の外周面２０Ｃには、軸方向Ｘに延びる第１軌道溝２３が形成され、外軸２１の内周面２１Ｃには、軸方向Ｘに延びて第１軌道溝２３に対向する第２軌道溝２４が形成されている。第１軌道溝２３と第２軌道溝２４との間に介在して軸方向Ｘに並ぶ列２６をなす複数のボール２２は、軸方向Ｘにおける内軸２０と外軸２１との相対移動に伴って、内軸２０に対して軸方向Ｘにおける第１ストローク範囲Ｐ内で転動し、外軸２１に対して軸方向Ｘにおける第２ストローク範囲Ｑ内で転動する。第１軌道溝２３の深さＶは、第１ストローク範囲Ｐにおける中央部ＰＡから両端部ＰＢへ向けて浅くなっている。【選択図】図７
2016094961.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、
前記内軸の外周面に形成され、前記軸方向に延びる第１軌道溝と、
前記外軸の内周面に形成され、前記軸方向に延び、前記第１軌道溝に対向する第２軌道溝と、  
前記第１軌道溝と前記第２軌道溝との間に介在し、前記軸方向に並ぶ列をなし、前記軸方向における前記内軸と前記外軸との相対移動に伴って、前記内軸に対して前記軸方向における第１ストローク範囲内で転動し、前記外軸に対して前記軸方向における第２ストローク範囲内で転動する複数のボールと、
を備え、
前記第１軌道溝の深さは、前記第１ストローク範囲における中央部から両端部へ向けて浅くなっていることを特徴とする、伸縮自在シャフト。
【請求項２】
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、
前記内軸の外周面に形成され、前記軸方向に延びる第１軌道溝と、
前記外軸の内周面に形成され、前記軸方向に延び、前記第１軌道溝に対向する第２軌道溝と、  
前記第１軌道溝と前記第２軌道溝との間に介在し、前記軸方向に並ぶ列をなし、前記軸方向における前記内軸と前記外軸との相対移動に伴って、前記内軸に対して前記軸方向における第１ストローク範囲内で転動し、前記外軸に対して前記軸方向における第２ストローク範囲内で転動する複数のボールと、
を備え、
前記第２軌道溝の深さは、前記第２ストローク範囲における中央部から両端部へ向けて浅くなっていることを特徴とする、伸縮自在シャフト。
【請求項３】
前記第１軌道溝の深さは、前記第１ストローク範囲における中央部から両端部へ向けて浅くなっていることを特徴とする、請求項２記載の伸縮自在シャフト。
【請求項４】
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、
前記内軸の外周面に形成され、前記軸方向に延びる第１軌道溝と、
前記外軸の内周面に形成され、前記軸方向に延び、前記第１軌道溝に対向する第２軌道溝と、  
前記第１軌道溝と前記第２軌道溝との間に介在し、前記軸方向に並ぶ列をなし、前記軸方向における前記内軸と前記外軸との相対移動に伴って、前記内軸に対して前記軸方向における第１ストローク範囲内で転動し、前記外軸に対して前記軸方向における第２ストローク範囲内で転動する複数のボールと、
前記第２ストローク範囲の両端部における前記外軸の剛性を高くする剛性増大部と、
を備えることを特徴とする、伸縮自在シャフト。
【請求項５】
前記剛性増大部は、前記外軸の外径を、前記第２ストローク範囲における中央部よりも両端部において大きくすることを特徴とする、請求項４記載の伸縮自在シャフト。
【請求項６】
前記剛性増大部は、前記外軸における前記第２ストローク範囲の両端部を前記内軸側へ締め付けることを特徴とする、請求項４記載の伸縮自在シャフト。
【請求項７】
ステアリングシャフトと転舵機構とを連結するインターミディエイトシャフトであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の伸縮自在シャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、伸縮自在シャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、伸縮自在シャフトとして、車両用操舵装置に適用される中間軸が開示されている。中間軸は、ステアリングシャフトとラックアンドピニオン機構のピニオン軸とを連結している。中間軸は、内軸と、内軸に嵌め合わされた筒状の外軸とを備え、内軸の外周面および外軸の内周面のそれぞれには、軸方向に延びる軌道溝が形成されている。内軸の軌道溝と外軸の軌道溝とは、互いに対向しており、これらの軌道溝の間には、軸方向に並ぶ列をなす複数のボールが転動自在な状態で介在している。これらのボールによって、内軸と外軸とは、軸方向に相対移動自在に且つ回転方向にトルク伝達可能に連結されている。下記特許文献２にも、特許文献１と同様の伸縮自在シャフトが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−４６７６９号公報
【特許文献２】特開２００６−３４９１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
伸縮自在シャフトが伸縮しつつトルクが内軸と外軸との間で伝達されている状況でボールが転動する際、ボールと軌道溝の壁面との間の接触角が個々のボールに応じてバラつく等によって、それぞれのボールに進みや遅れが発生することが想定される。ボールに進みや遅れが発生すると、隣り合うボールの間隔が一定にならなくなる。また、いずれかのボールが必要以上に移動することによって、異音が生じたり、ボールが軌道溝から脱落したりする虞がある。軌道溝からボールが脱落することを防止する機構が備えられる場合には、この機構にボールがぶつかることによって当該機構が破損する虞がある。
【０００５】
また、伸縮自在シャフトの精度を高めるほど、ボールの感度が高くなることにより、ボールが軌道溝の僅かな寸法誤差に反応して必要以上に移動するという現象が発生し得る。
この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、進みや遅れを発生させるボールの移動を抑制できる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】
【０００６】
請求項１記載の発明は、軸方向（Ｘ）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（２０）および筒状の外軸（２１）と、前記内軸の外周面（２０Ｃ）に形成され、前記軸方向に延びる第１軌道溝（２３）と、前記外軸の内周面（２１Ｃ）に形成され、前記軸方向に延び、前記第１軌道溝に対向する第２軌道溝（２４）と、前記第１軌道溝と前記第２軌道溝との間に介在し、前記軸方向に並ぶ列（２６）をなし、前記軸方向における前記内軸と前記外軸との相対移動に伴って、前記内軸に対して前記軸方向における第１ストローク範囲（Ｐ）内で転動し、前記外軸に対して前記軸方向における第２ストローク範囲（Ｑ）内で転動する複数のボール（２２）と、を備え、前記第１軌道溝の深さ（Ｖ）は、前記第１ストローク範囲における中央部（ＰＡ）から両端部（ＰＢ）へ向けて浅くなっていることを特徴とする、伸縮自在シャフト（１）である。
【０００７】
請求項２記載の発明は、軸方向（Ｘ）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（２０）および筒状の外軸（２１）と、前記内軸の外周面（２０Ｃ）に形成され、前記軸方向に延びる第１軌道溝（２３）と、前記外軸の内周面（２１Ｃ）に形成され、前記軸方向に延び、前記第１軌道溝に対向する第２軌道溝（２４）と、前記第１軌道溝と前記第２軌道溝との間に介在し、前記軸方向に並ぶ列（２６）をなし、前記軸方向における前記内軸と前記外軸との相対移動に伴って、前記内軸に対して前記軸方向における第１ストローク範囲（Ｐ）内で転動し、前記外軸に対して前記軸方向における第２ストローク範囲（Ｑ）内で転動する複数のボール（２２）と、を備え、前記第２軌道溝の深さ（Ｗ）は、前記第２ストローク範囲における中央部（ＱＡ）から両端部（ＱＢ）へ向けて浅くなっていることを特徴とする、伸縮自在シャフト（１）である。
【０００８】
請求項３記載の発明は、前記第１軌道溝の深さは、前記第１ストローク範囲における中央部から両端部へ向けて浅くなっていることを特徴とする、請求項２記載の伸縮自在シャフトである。
請求項４記載の発明は、軸方向（Ｘ）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（２０）および筒状の外軸（２１）と、前記内軸の外周面（２０Ｃ）に形成され、前記軸方向に延びる第１軌道溝（２３）と、前記外軸の内周面（２１Ｃ）に形成され、前記軸方向に延び、前記第１軌道溝に対向する第２軌道溝（２４）と、前記第１軌道溝と前記第２軌道溝との間に介在し、前記軸方向に並ぶ列（２６）をなし、前記軸方向における前記内軸と前記外軸との相対移動に伴って、前記内軸に対して前記軸方向における第１ストローク範囲（Ｐ）内で転動し、前記外軸に対して前記軸方向における第２ストローク範囲（Ｑ）内で転動する複数のボール（２２）と、前記第２ストローク範囲の両端部（ＱＢ）における前記外軸の剛性を高くする剛性増大部（３０）と、を備えることを特徴とする、伸縮自在シャフト（１）である。
【０００９】
請求項５記載の発明は、前記剛性増大部は、前記外軸の外径（Ｄ）を、前記第２ストローク範囲における中央部（ＱＡ）よりも両端部において大きくすることを特徴とする、請求項４記載の伸縮自在シャフトである。
請求項６記載の発明は、前記剛性増大部は、前記外軸における前記第２ストローク範囲の両端部を前記内軸側へ締め付けることを特徴とする、請求項４記載の伸縮自在シャフトである。
【００１０】
請求項７記載の発明は、ステアリングシャフト（４）と転舵機構（５）とを連結するインターミディエイトシャフトであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の伸縮自在シャフトである。
なお、上記において、括弧内の数字等は、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。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、伸縮自在シャフトにおいて、内軸の外周面には、軸方向に延びる第１軌道溝が形成され、内軸に嵌め合わされた筒状の外軸の内周面には、軸方向に延びて第１軌道溝に対向する第２軌道溝が形成されている。軸方向に並ぶ列をなす複数のボールが、第１軌道溝と第２軌道溝との間に介在している。これによって、内軸と外軸との間でトルクが伝達される。また、それぞれのボールが、内軸に対して軸方向における第１ストローク範囲内で転動し、外軸に対して軸方向における第２ストローク範囲内で転動する。これによって、内軸と外軸とが軸方向に相対移動し、伸縮自在シャフトの伸縮が達成される。
【００１２】
ここで、第１軌道溝の深さは、第１ストローク範囲における中央部から両端部へ向けて浅くなっているので、第１軌道溝と第２軌道溝との間隔が、第１ストローク範囲における中央部から両端部へ向けて狭くなっている。よって、第１軌道溝および第２軌道溝のそれぞれとボールとの締め代は、第１ストローク範囲における中央部から両端部へ向けて増大する。そのため、第１軌道溝と第２軌道溝との間に介在するボールが第１ストローク範囲の中央部から両端部へ向かいにくくなるので、全てのボールを、短い間隔で並んだ状態で、第１ストローク範囲の中央部側に留めることができる。その結果、ボールの進みや遅れを抑制できる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、伸縮自在シャフトにおいて、内軸の外周面には、軸方向に延びる第１軌道溝が形成され、内軸に嵌め合わされた筒状の外軸の内周面には、軸方向に延びて第１軌道溝に対向する第２軌道溝が形成されている。軸方向に並ぶ列をなす複数のボールが、第１軌道溝と第２軌道溝との間に介在している。これによって、内軸と外軸との間でトルクが伝達される。また、それぞれのボールが、内軸に対して軸方向における第１ストローク範囲内で転動し、外軸に対して軸方向における第２ストローク範囲内で転動する。これによって、内軸と外軸とが軸方向に相対移動し、伸縮自在シャフトの伸縮が達成される。
【００１４】
ここで、第２軌道溝の深さは、第２ストローク範囲における中央部から両端部へ向けて浅くなっているので、第１軌道溝と第２軌道溝との間隔が、第２ストローク範囲における中央部から両端部へ向けて狭くなっている。よって、第１軌道溝および第２軌道溝のそれぞれとボールとの締め代は、第２ストローク範囲における中央部から両端部へ向けて増大する。そのため、第１軌道溝と第２軌道溝との間に介在するボールが第２ストローク範囲の中央部から両端部へ向かいにくくなるので、全てのボールを、短い間隔で並んだ状態で、第２ストローク範囲の中央部側に留めることができる。その結果、ボールの進みや遅れを抑制できる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、第２軌道溝の深さが第２ストローク範囲における中央部から両端部へ向けて浅くなっているのに加えて、第１軌道溝の深さが第１ストローク範囲における中央部から両端部へ向けて浅くなっている。これにより、第１軌道溝と第２軌道溝との間に介在する全てのボールを、短い間隔で並んだ状態で、第１ストローク範囲および第２ストローク範囲のそれぞれの中央部側に留めることができる。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、伸縮自在シャフトにおいて、内軸の外周面には、軸方向に延びる第１軌道溝が形成され、内軸に嵌め合わされた筒状の外軸の内周面には、軸方向に延びて第１軌道溝に対向する第２軌道溝が形成されている。軸方向に並ぶ列をなす複数のボールが、第１軌道溝と第２軌道溝との間に介在している。これによって、内軸と外軸との間でトルクが伝達される。また、それぞれのボールが、内軸に対して軸方向における第１ストローク範囲内で転動し、外軸に対して軸方向における第２ストローク範囲内で転動する。これによって、内軸と外軸とが軸方向に相対移動し、伸縮自在シャフトの伸縮が達成される。
【００１７】
ここで、剛性増大部によって、第２ストローク範囲の両端部における外軸の剛性が高くなっている。内軸と外軸との間でトルクが伝達される際において、外軸では、第２ストローク範囲の両端部が中央部よりも大きく変位しやすいが、剛性増大部によって剛性が高くなった両端部では、その変位を小さく抑えることができる。これにより、第１軌道溝および第２軌道溝のそれぞれの壁面とボールとの間の接触角が、第２ストローク範囲の両端部に近いボールと、第２ストローク範囲の中央部に近いボールとの間でバラつくことを抑制できる。つまり、第１軌道溝および第２軌道溝のそれぞれの壁面とボールとの接触状態が、全てのボールにおいてほぼ均一になる。その結果、ボールの進みや遅れを抑制できる。
【００１８】
請求項５記載の発明によれば、剛性増大部は、外軸の外径を第２ストローク範囲における中央部よりも両端部において大きくすることによって、第２ストローク範囲の両端部における外軸の剛性を高くしてもよい。
請求項６記載の発明によれば、剛性増大部は、外軸における第２ストローク範囲の両端部を内軸側へ締め付けることによって、第２ストローク範囲の両端部における外軸の剛性を高くしてもよい。
【００１９】
さらに、このように外軸における第２ストローク範囲の両端部が内軸側へ締め付けられることによって、第２軌道溝を、第２ストローク範囲における中央部から両端部へ向けて内軸に近づけることができる。これにより、第１軌道溝と第２軌道溝との間隔が、第２ストローク範囲における中央部から両端部へ向けて狭くなって、第１軌道溝および第２軌道溝のそれぞれとボールとの締め代が、第２ストローク範囲における中央部から両端部へ向けて増大する。そのため、第１軌道溝と第２軌道溝との間に介在するボールが第２ストローク範囲の中央部から両端部へ向かいにくくなるので、全てのボールを、短い間隔で並んだ状態で、第２ストローク範囲の中央部側に留めることができる。その結果、ボールの進みや遅れを一層抑制できる。
【００２０】
請求項７記載の発明によれば、伸縮自在シャフトは、ステアリングシャフトと転舵機構とを連結するインターミディエイトシャフトであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る伸縮自在シャフトがインターミディエイトシャフトとして適用されたステアリング装置の模式図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図３は、伸縮自在シャフトの模式的な一部断面図である。
【図４】図４は、伸縮自在シャフトの模式的な一部断面図である。
【図５】図５は、伸縮自在シャフトの模式的な一部断面図である。
【図６】図６は、図２の要部拡大図である。
【図７】図７は、第１実施例に係る伸縮自在シャフトの模式的な一部断面図である。
【図８】図８は、第２実施例に係る伸縮自在シャフトの模式的な一部断面図である。
【図９】図９は、第３実施例に係る伸縮自在シャフトの模式的な一部断面図である。
【図１０】図１０は、第４実施例に係る伸縮自在シャフトの模式的な一部断面図である。
【図１１】図１１は、第５実施例に係る伸縮自在シャフトの模式的な一部断面図である。
【図１２】図１２は、第６実施例に係る伸縮自在シャフトの模式的な一部断面図である。
【図１３】図１３は、図１２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図１４】図１４は、第７実施例に係る伸縮自在シャフトの模式的な一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、本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。なお、以下では、伸縮自在シャフト１を車両のステアリング装置２に適用した場合を説明するが、本発明の伸縮自在シャフト１は、ステアリング装置２以外の用途に用いられてもよい。
図１は、伸縮自在シャフト１がインターミディエイトシャフトとして適用されたステアリング装置２の模式図である。
【００２３】
図１を参照して、ステアリング装置２は、伸縮自在シャフト１の他に、ステアリングホイール等の操舵部材３が固定されたステアリングシャフト４と、転舵機構５とを含む。転舵機構５は、ピニオン６が設けられたピニオン軸７と、ピニオン６と噛み合うラック８が設けられたラック軸９とを有するラックアンドピニオン機構である。伸縮自在シャフト１は、自在継手１０を介してステアリングシャフト４に一体回転可能に連結され、自在継手１１を介してピニオン軸７に一体回転可能に連結され、これによって、ステアリングシャフト４とピニオン軸７とを一体回転可能に連結する。
【００２４】
ラック軸９は、車両の車幅方向に延びており、ラック軸９の両端部のそれぞれには、タイロッド１２が結合されており、各タイロッド１２は、ナックルアーム１３を介して操向輪１４に連結されている。ラック軸９は、軸受（図示せず）を介して、ハウジング１５によって車幅方向に移動自在に支持されている。操舵部材３が操舵されて操舵トルクが発生すると、ステアリングシャフト４が回転し、この回転がピニオン６およびラック８によって、車幅方向へのラック軸９の直線運動に変換される。これにより、操向輪１４の転舵が達成される。
【００２５】
次に、伸縮自在シャフト１について詳しく説明する。伸縮自在シャフト１は、いわゆるボールスライドシャフトである。伸縮自在シャフト１は、棒状の内軸２０と、内軸２０に嵌め合わされた筒状の外軸２１と、内軸２０と外軸２１との間に配置された複数のボール２２とを備えている。内軸２０、外軸２１およびボール２２は、例えば金属で形成されている。
【００２６】
内軸２０は、伸縮自在シャフト１の軸方向Ｘに長く、その一端部２０Ａが自在継手１０に接続されている。なお、内軸２０は、中空軸として形成されてもよい。
外軸２１は、軸方向Ｘに長く、その一端部２１Ａが自在継手１１に接続されている。軸方向Ｘに直交する平面で切断したときの外軸２１の断面は、環状に形成されている。嵌め合わされた内軸２０および外軸２１では、外軸２１の他端部２１Ｂ側の部分が、内軸２０の他端部２０Ｂ側の部分に対して同軸状で外嵌されている。
【００２７】
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３〜図５は、伸縮自在シャフト１の一部を軸方向Ｘに沿って切断したときの模式的な断面図である。
図２を参照して、内軸２０の外周面２０Ｃは、軸方向Ｘに直交する平面で切断したときに、略円形状（厳密には、四隅が丸まった略矩形状）をなしている。外軸２１の内周面２１Ｃは、軸方向Ｘに直交する平面で切断したときに、内軸２０の外周面２０Ｃを取り囲む略円形状または略矩形状をなしている。内軸２０の外周面２０Ｃには、内軸２０の他端部２０Ｂから一端部２０Ａ側（図１参照）に向けて軸方向Ｘに延びる第１軌道溝２３が形成されている。外軸２１の内周面２１Ｃには、外軸２１の他端部２１Ｂから一端部２１Ａ側（図１参照）に向けて軸方向Ｘに延びる第２軌道溝２４が形成されている。第１軌道溝２３および第２軌道溝２４は、互いに同数（この実施形態では２つずつ）設けられているが、これらの数は、任意に設定できる。
【００２８】
以下の説明では、内軸２０および外軸２１のそれぞれにおいて軸方向Ｘに延びる共通の軸線を軸線Ｊとして、軸線Ｊを中心とする径方向Ｙおよび周方向Ｚを用いることがある。
内軸２０における複数の第１軌道溝２３は、周方向Ｚに等間隔で配置され、それぞれの第１軌道溝２３は、外軸２１におけるいずれかの第２軌道溝２４と周方向Ｚで同じ位置にある。周方向Ｚで同じ位置にある一対の第１軌道溝２３および第２軌道溝２４では、図３〜図５に示すように、第１軌道溝２３（内軸２０の他端部２０Ｂ側の部分）と、第２軌道溝２４（外軸２１の他端部２１Ｂ側の部分）とが、径方向Ｙに沿って互いに対向している。
【００２９】
第１軌道溝２３および第２軌道溝２４において径方向Ｙに沿って互いに対向している部分は、軸方向Ｘに細長く延びる軌道路２５を構成している。軌道路２５は、第１軌道溝２３および第２軌道溝２４のそれぞれと同数（この実施形態では２つ）存在する。それぞれの軌道路２５には、複数のボール２２が軸方向Ｘに並ぶ１つの列２６をなして配置されている。１つの列２６において、ボール２２は複数（例えば５つ）存在し、これらのボール２２は、軌道路２５内で第１軌道溝２３と第２軌道溝２４との間に介在した状態で、軸方向Ｘにほぼ等間隔で整列している。
【００３０】
内軸２０の他端部２０Ｂには、径方向Ｙの外側へ向けて第１軌道溝２３内に突出した凸状のストッパ２７が設けられ、外軸２１の他端部２１Ｂには、径方向Ｙの内側へ向けて第２軌道溝２４内に突出した凸状のストッパ２８が設けられている。軌道路２５は、ストッパ２７およびストッパ２８によって軸方向Ｘにおける両側から挟まれている。これにより、ボール２２が軌道路２５から軸方向Ｘに脱落することが防止されている。
【００３１】
内軸２０と外軸２１とは、それぞれの軌道路２５に配置された複数のボール２２を介して連結されている。そのため、内軸２０と外軸２１とは、ボール２２を介することによって、内軸２０と外軸２１との間で互いに回転方向にトルク伝達可能である。
また、内軸２０と外軸２１とは、軸方向Ｘに相対移動自在であり、この相対移動に応じて伸縮自在シャフト１が伸縮する。内軸２０と外軸２１とが軸方向Ｘに相対移動する際、ボール２２が内軸２０および外軸２１のそれぞれに対して転動する。これにより、内軸２０と外軸２１とを相対移動させる際の抵抗が小さくなる。
【００３２】
図３は、伸縮自在シャフト１がほぼ目一杯伸張した状態を示し、図４は、内軸２０だけを軸方向Ｘに移動させることによって伸縮自在シャフト１がほぼ目一杯収縮した状態を示し、図５は、外軸２１だけを軸方向Ｘに移動させることによって伸縮自在シャフト１がほぼ目一杯収縮した状態を示している。
図３と図４とを見比べると分かるように、伸縮自在シャフト１を伸縮させると、軸方向Ｘにおける内軸２０と外軸２１との相対移動に伴って、それぞれの軌道路２５内の複数のボール２２は、内軸２０に対して軸方向Ｘにおける第１ストローク範囲Ｐ内で転動する。また、図３と図５とを見比べると分かるように、伸縮自在シャフト１を伸縮させると、軸方向Ｘにおける内軸２０と外軸２１との相対移動に伴って、それぞれの軌道路２５内の複数のボール２２は、外軸２１に対して軸方向Ｘにおける第２ストローク範囲Ｑ内で転動する。第１ストローク範囲Ｐおよび第２ストローク範囲Ｑのそれぞれは、図３〜図５に示すように小さい隙間で数珠つなぎになったボール２２の列２６よりも、軸方向Ｘにおいてある程度長い。
【００３３】
図６は、図２の要部拡大図である。図６を参照して、それぞれのボール２２は、第１軌道溝２３および第２軌道溝２４のそれぞれの壁面に対して、１つまたは複数の接触点で接触している。図６の場合、第１軌道溝２３および第２軌道溝２４のそれぞれの断面がゴシックアーチ形状になっているので、ボール２２は、接触点ＳＬおよびＳＲという２つの接触点で第１軌道溝２３の壁面２３Ａに接触し、接触点ＮＬおよびＮＲという２つの接触点で第２軌道溝２４の壁面２４Ａに接触している。
【００３４】
それぞれのボール２２には、接触点ＳＬ、ＳＲ、ＮＬおよびＮＲにおいて、接触角αＳＬ、αＳＲ、αＮＬおよびαＮＲが付与されている。ボール２２の中心Ｏを通って径方向Ｒに延びる基準線Ｌを定義すると、接触角αＳＬは、中心Ｏと接触点ＳＬとを結ぶ線分と基準線Ｌとがなす角度である。また、接触角αＳＲは、中心Ｏと接触点ＳＲとを結ぶ線分と基準線Ｌとがなす角度であり、接触角αＮＬは、中心Ｏと接触点ＮＬとを結ぶ線分と基準線Ｌとがなす角度であり、接触角αＮＲは、中心Ｏと接触点ＮＲとを結ぶ線分と基準線Ｌとがなす角度である。図６では、接触点ＳＬ、ＳＲ、ＮＬおよびＮＲを頂点とする四角形状の内接図形Ｋ（１点鎖線参照）が図示されている。
【００３５】
例えば車両が悪路を走行しているときに操舵部材３（図１参照）が操舵されると、伸縮自在シャフト１が伸縮しつつ内軸２０と外軸２１との間で回転トルクが伝達されるという状況が発生する。この状況においてボール２２が転動する際、接触角αＳＬ、αＳＲ、αＮＬおよびαＮＲのそれぞれが、個々のボール２２に応じてバラバラに変化すると、内接図形Ｋの形状も個々のボール２２に応じてバラバラに変化する。すると、ボール２２の軸方向Ｘへの移動速度がボール２２毎にバラつくことによって、それぞれのボール２２に進みや遅れが発生し、列２６において隣り合うボール２２の間隔が一定にならなくなる虞がある。
【００３６】
特に、筒状の外軸２１は、図５に示すように、第２ストローク範囲Ｑにおける中央部ＱＡよりも両端部ＱＢにおいて捩じれやすいので、中央部ＱＡよりも両端部ＱＢに近いボール２２（列２６の端に位置するボール２２）が不必要に動きやすい。このボール２２がストッパ２７や２８まで到達すると、詰まって円滑に転動できなくなるので、伸縮自在シャフト１の伸縮に抵抗が生じる。
【００３７】
そこで、伸縮自在シャフト１では、ボール２２の進みや遅れを抑制するための構成が用いられている。当該構成を備えた実施例として、以下では、第１〜第７実施例を挙げる。
図７は、第１実施例に係る伸縮自在シャフト１の一部を軸方向Ｘに沿って切断したときの模式的な断面図である。図７では、説明の便宜上、ストッパ２７および２８の図示を省略してボール２２を点線で図示するとともに、要部を誇張して図示している（後述する図８〜図１２および図１４においても同様）。
【００３８】
図７を参照して、第１実施例の伸縮自在シャフト１では、内軸２０の第１軌道溝２３の深さＶ（径方向Ｙにおける深さ）は、前述した第１ストローク範囲Ｐにおける中央部ＰＡから両端部ＰＢへ向けて浅くなっている。中央部ＰＡと両端部ＰＢとにおける深さＶの差は、例えば数μｍ〜数十μｍに設定されている。回転する砥石（図示せず）を径方向Ｙに移動させて内軸２０の外周面２０Ｃを切削したり研磨したりすると、軸方向Ｘに沿った略Ｕ字状の第１軌道溝２３が形成される。完成した第１軌道溝２３では、深さＶが中央部ＰＡから両端部ＰＢへ向けて滑らかに浅くなっている。なお、第１軌道溝２３の壁面２３Ａは、中央部ＰＡから両端部ＰＢに亘って滑らかに連続している。一方、外軸２１の第２軌道溝２４の深さＷ（径方向Ｙにおける深さ）は、前述した第２ストローク範囲Ｑにおける全域に亘って一定である。
【００３９】
この場合、第１軌道溝２３と第２軌道溝２４との間隔（径方向Ｙにおける溝底の間隔）Ｍが、第１ストローク範囲Ｐにおける中央部ＰＡから両端部ＰＢへ向けて狭くなっている。よって、第１軌道溝２３および第２軌道溝２４のそれぞれとボール２２との締め代は、第１ストローク範囲Ｐにおける中央部ＰＡから両端部ＰＢへ向けて増大する。そのため、第１軌道溝２３と第２軌道溝２４との間に介在するボール２２が第１ストローク範囲Ｐの中央部ＰＡから両端部ＰＢへ向かいにくくなるので、全てのボール２２を、短い間隔Ｈで略等間隔に並んだ状態で、第１ストローク範囲Ｐの中央部ＰＡ側に留めることができる。その結果、進みや遅れを発生させるボール２２の移動を抑制できる。
【００４０】
また、従来では、ボール２２の移動を抑制するために複数のボール２２をまとめて保持する保持器（図示せず）が用いられていたが、本発明では、この保持器を省略できるので、進みや遅れを発生させるボール２２の移動を低コストで抑制できる。この効果は、以降の第２実施例〜第７実施例でも得られる。
図８に示す第２実施例の伸縮自在シャフト１では、第２軌道溝２４の深さＷが、第２ストローク範囲Ｑにおける中央部ＱＡから両端部ＱＢへ向けて浅くなっている。中央部ＱＡと両端部ＱＢとにおける深さＷの差は、例えば数μｍ〜数十μｍに設定されている。第１実施例と同様に、回転する砥石（図示せず）を径方向Ｙに移動させて外軸２１の内周面２１Ｃを切削したり研磨したりすると、軸方向Ｘに沿った略Ｕ字状の第２軌道溝２４が形成される。完成した第２軌道溝２４では、深さＷが中央部ＱＡから両端部ＱＢへ向けて滑らかに浅くなっている。なお、第２軌道溝２４の壁面２４Ａは、中央部ＱＡから両端部ＱＢに亘って滑らかに連続している。一方、第１軌道溝２３の深さＶは、第１ストローク範囲Ｐにおける全域に亘って一定である。
【００４１】
この場合、第１軌道溝２３と第２軌道溝２４との間隔Ｍが、第２ストローク範囲Ｑにおける中央部ＱＡから両端部ＱＢへ向けて狭くなっている。よって、第１軌道溝２３および第２軌道溝２４のそれぞれとボール２２との締め代は、第２ストローク範囲Ｑにおける中央部ＱＡから両端部ＱＢへ向けて増大する。そのため、第１軌道溝２３と第２軌道溝２４との間に介在するボール２２が第２ストローク範囲Ｑの中央部ＱＡから両端部ＱＢへ向かいにくくなるので、全てのボール２２を、短い間隔Ｈで略等間隔に並んだ状態で、第２ストローク範囲Ｑの中央部ＱＡ側に留めることができる。その結果、ボール２２の進みや遅れを抑制できる。
【００４２】
図９に示す第３実施例は、第１実施例と第２実施例とを組み合わせた実施例である。そのため、第３実施例では、第１軌道溝２３の深さＶが第１ストローク範囲Ｐにおける中央部ＰＡから両端部ＰＢへ向けて浅くなっているとともに、第２軌道溝２４の深さＷが第２ストローク範囲Ｑにおける中央部ＱＡから両端部ＱＢへ向けて浅くなっている。これにより、第１軌道溝２３と第２軌道溝２４との間に介在する全てのボール２２を、短い間隔Ｈで略等間隔に並んだ状態で、第１ストローク範囲Ｐおよび第２ストローク範囲Ｑのそれぞれの中央部ＰＡ，ＱＡ側に留めることができる。
【００４３】
以下の第４〜第７実施例では、第１〜第３実施例とは別の手段によって、進みや遅れを発生させるボール２２の移動の抑制を図っている。なお、第４〜第７実施例では、内軸２０における第１軌道溝２３の深さＶは、第１ストローク範囲Ｐにおける全域に亘って一定である。
図１０に示す第４実施例の伸縮自在シャフト１は、第２ストローク範囲Ｑの両端部ＱＢにおける外軸２１の剛性を高くする剛性増大部３０を備えている。
【００４４】
剛性増大部３０は、外軸２１において両端部ＱＢのそれぞれに一致する位置に１つずつ設けられている。剛性増大部３０は、外軸２１から周方向Ｚにおける全域に亘って径方向Ｙの外側へ張り出したフランジ状に形成されていて、外軸２１の外径Ｄを、第２ストローク範囲Ｑにおける中央部ＱＡよりも両端部ＱＢにおいて大きくしている。これにより、両端部ＱＢにおける外軸２１の肉厚Ｔが厚くなるので、両端部ＱＢにおける外軸２１の剛性が、剛性増大部３０が存在しない場合に比べて高くなる。
【００４５】
内軸２０と外軸２１との間で回転トルクが伝達される際において、剛性増大部３０によって剛性が高くなった両端部ＱＢでは、その変位（捩じれ変位）を小さく抑えることができる。これにより、外軸２１の剛性は、中央部ＱＡと両端部ＱＢとでほぼ同じになるので、第１軌道溝２３および第２軌道溝２４のそれぞれの壁面２３Ａおよび２４Ａとボール２２の間の接触角（前述した接触角αＳＬ、αＳＲ、αＮＬおよびαＮＲのそれぞれ）が、第２ストローク範囲Ｑの両端部ＱＢに近いボールと、第２ストローク範囲Ｑの中央部ＱＡに近いボール２２との間でバラつくことを抑制できる。つまり、第１軌道溝２３および第２軌道溝２４のそれぞれの壁面２３Ａおよび２４Ａとボール２２との接触状態が、全てのボール２２においてほぼ均一になり、前述した内接図形Ｋ（図６参照）の形状が、全てのボール２２において均一に変化する。その結果、ボール２２の進みや遅れを抑制できる。
【００４６】
剛性増大部３０は、第４実施例に示すように、外軸２１と一体形成されてもよい。
図１１に示す第５実施例では、剛性増大部３０は、外軸２１とは別に設けられていて、外軸２１において両端部ＱＢのそれぞれに一致する部分に対して外嵌されている。
図１２および図１３に示す第６実施例では、外軸２１とは別に設けられた剛性増大部３０が、外軸２１における第２ストローク範囲Ｑの両端部ＱＢを内軸２０側へ締め付けることによって、両端部ＱＢにおける外軸２１の剛性を高くしている。この場合の剛性増大部３０は、略Ｃ字状に湾曲した一対の部品３０Ａによって構成されている。これら一対の部品３０Ａによって径方向Ｙの外側から外軸２１を挟み込み、ボルト３１を締めて一対の部品３０Ａを互いに接近させることによって、両端部ＱＢにおける外軸２１が縮径して内軸２０側へ締め付けられる。
【００４７】
剛性増大部３０によって両端部ＱＢを内軸２０側へ締め付けることにより、第２軌道溝２４を、第２ストローク範囲Ｑにおける中央部ＱＡから両端部ＱＢへ向けて内軸２０に近づけることができる。中央部ＱＡと両端部ＱＢとにおける第２軌道溝２４の溝底２４Ｂの落差は、例えば数μｍ〜数十μｍに設定されている。
このような第６変形例では、第１軌道溝２３と第２軌道溝２４との間隔Ｍが、第２ストローク範囲Ｑにおける中央部ＱＡから両端部ＱＢへ向けて狭くなって、第１軌道溝２３および第２軌道溝２４のそれぞれとボール２２との締め代が、第２ストローク範囲Ｑにおける中央部ＱＡから両端部ＱＢへ向けて増大する。そのため、第１軌道溝２３と第２軌道溝２４との間に介在するボール２２が第２ストローク範囲Ｑの中央部ＱＡから両端部ＱＢへ向かいにくくなるので、全てのボール２２を、短い間隔で並んだ状態で、第２ストローク範囲Ｑの中央部ＱＡ側に留めることができる。その結果、ボール２２の進みや遅れを一層抑制できる。
【００４８】
なお、外軸２１を挟んだ状態における一対の部品３０Ａの対向方向Ｆは、第１軌道溝２３と第２軌道溝２４との対向方向Ｇと一致しているとよい（図１３参照）。そうすれば、ボルト３１を締めて一対の部品３０Ａを互いに接近させることに応じて、第１軌道溝２３および第２軌道溝２４のそれぞれとボール２２との締め代を、第２ストローク範囲Ｑにおける中央部ＱＡから両端部ＱＢへ向けて確実に増大させることができる。
【００４９】
図１４に示す第７実施例では、外軸２１において両端部ＱＢのそれぞれに一致する部分（破線で囲った部分）に焼き入れ処理を局所的に施すことによって、この部分が剛性増大部３０となってもよい。この場合、外軸２１の外径Ｄは、第２ストローク範囲Ｑの全域に亘って一定であってもよい。
この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
【００５０】
例えば、伸縮自在シャフト１を、前述したインターミディエイトシャフト以外に、ステアリングシャフト４や、エンジンの駆動軸であるドライブシャフト（図示せず）や、リニアガイド（図示せず）にも使用できる。
また、外軸２１に内軸２０側への弾性復元力を発生させて、内軸２０の第１軌道溝２３と外軸２１の第２軌道溝２４との間でボール２２を弾性的に挟持してもよい。これにより、ボール２２に予圧が付与されるので、内軸２０と外軸２１との回転方向の遊びを少なくするとともに、伸縮自在シャフト１の捩り剛性を高くすることができる。
【００５１】
また、軌道路２５内には、潤滑剤としてのグリースが注入されて、ボール２２と第１軌道溝２３および第２軌道溝２４のそれぞれとの接触部分が潤滑されてもよい。
また、内軸２０の第１軌道溝２３は、第１ストローク範囲Ｐよりも広い範囲で形成されてもよいし、第１ストローク範囲Ｐだけに形成されてもよい。同様に、外軸２１の第２軌道溝２４は、第２ストローク範囲Ｑよりも広い範囲で形成されてもよいし、第２ストローク範囲Ｑだけに形成されてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１…伸縮自在シャフト、４…ステアリングシャフト、５…転舵機構、２０…内軸、２０Ｃ…外周面、２１…外軸、２１Ｃ…内周面、２２…ボール、２３…第１軌道溝、２４…第２軌道溝、２６…列、３０…剛性増大部、Ｄ…（外軸の）外径、Ｐ…第１ストローク範囲、ＰＡ…中央部、ＰＢ…両端部、Ｑ…第２ストローク範囲、ＱＡ…中央部、ＱＢ…両端部、Ｖ…（第１軌道溝の）深さ、Ｗ…（第２軌道溝の）深さ、Ｘ…軸方向
【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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【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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