(57)【要約】【課題】伸縮シャフトの捩り剛性や滑動性を向上させる。【解決手段】筒状の雌軸２１と、この雌軸２１に内嵌される雄軸２２と、をトルク伝達可能に且つ軸方向に相対移動可能に接続する伸縮シャフトであって、周方向の所定位置で、雌軸２１の内周面、及び雄軸２２の外周面に形成され、軸方向に沿って対向する一対の転動溝２３、２４と、転動溝２４に敷設された板ばね２５と、この板ばね２５と転動溝２３との間に介挿されたボール２６と、転動溝２３、２４とは異なる周方向の所定位置で、雌軸２１の内周面、及び雄軸２２の外周面に形成され、軸方向に沿って対向する一対のキー溝３１、３２と、一対のキー溝３１、３２に介挿されたローラ３３と、このローラ３３と直列に一対のキー溝３１、３２に介挿された弾性ピン３４と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の雌軸と、該雌軸に内嵌される雄軸と、をトルク伝達可能に且つ軸方向に相対移動可能に接続する伸縮シャフトであって、
周方向の所定位置で、前記雌軸の内周面、及び前記雄軸の外周面に形成され、軸方向に沿って対向する一対の転動溝と、該転動溝の一方に敷設された弾性板と、該弾性板と前記転動溝の他方との間に介在させる転動体と、
前記転動溝とは異なる周方向の所定位置で、前記雌軸の内周面、及び前記雄軸の外周面に形成され、軸方向に沿って対向する一対のキー溝と、該一対のキー溝に介挿されたキー部材と、該キー部材と直列に前記一対のキー溝に介挿された弾性部材と、を備えることを特徴とする伸縮シャフト。
【請求項２】
前記一対の転動溝は、通常転動範囲よりも長くされることを特徴とする請求項１に記載の伸縮シャフト。
【請求項３】
前記キー部材は、軸方向に沿った両端側に、端部に向かうほど外径を小さくしたクラウニングが形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の伸縮シャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリング機構の中間シャフト等に採用される伸縮シャフトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
筒状の雌軸に対して雄軸を内嵌させ、雌軸の内周面と雄軸の外周面との間に、軸方向に沿って複数のボールを介在させる直動案内構造と、軸方向と平行なニードルローラを介挿するキー構造とを、周方向に所定の間隔で形成することにより、雌軸と雄軸との相対回転を阻止した状態で軸方向の摺動をスムーズにするものがあった（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１３０９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載された発明にあっては、直動案内構造が非循環式であるため、伸縮シャフトを収縮させる際、ボールが転動範囲の終端に到達すると、ボールの転動が阻止され、それ以上に収縮させようとするときの摺動抵抗が増大してしまう。勿論、通常時にはボールの転動範囲だけが使用されるので、操舵フィーリグに支障を来たすことはないが、伸縮シャフトを取付けるときや取外す場合に、ボールが転動範囲の終端に到達する収縮位置よりも更に収縮させることがあるので、そのときに作業負担が増大してしまう。
【０００４】
そこで、ボールの転動範囲を延長させることが考えられる。ところで、特許文献１に記載された発明にあっては、雌軸及び雄軸に径方向の予圧を与えるために、ボールと雄軸との間に板ばねを介在させているので、ボールの転動範囲を延長すると、その板ばねも延長することになる。しかしながら、この板ばねを長くすると、それだけ形状にばらつきが発生することが考えられ、これが通常転動範囲で起これば、捩り剛性や滑動性など、伸縮シャフトとしての性能に影響を与えてしまう。
【０００５】
本発明の課題は、伸縮シャフトの捩り剛性や滑動性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１に係る伸縮シャフトは、筒状の雌軸と、該雌軸に内嵌される雄軸と、をトルク伝達可能に且つ軸方向に相対移動可能に接続する伸縮シャフトであって、周方向の所定位置で、前記雌軸の内周面、及び前記雄軸の外周面に形成され、軸方向に沿って対向する一対の転動溝と、該転動溝の一方に敷設された弾性板と、該弾性板と前記転動溝の他方との間に介在させる転動体と、前記転動溝とは異なる周方向の所定位置で、前記雌軸の内周面、及び前記雄軸の外周面に形成され、軸方向に沿って対向する一対のキー溝と、該一対のキー溝に介挿されたキー部材と、該キー部材と直列に前記一対のキー溝に介挿された弾性部材と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２に係る伸縮シャフトは、前記一対の転動溝は、通常転動範囲よりも長くされることを特徴とする。
本発明の請求項３に係る伸縮シャフトは、前記キー部材は、軸方向に沿った両端側に、端部に向かうほど外径を小さくしたクラウニングが形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、一対のキー溝に対してキー部材と直列に弾性部材を介挿したことで、この弾性部材の弾発力により、雌軸及び雄軸に対して径方向の予圧を与えることになり、伸縮シャフトの捩り剛性を向上させることができる。したがって、転動溝と弾性板とを長くし、転動体の転動範囲を延長した場合に、弾性板の形状のばらつきに起因して捩り剛性が低下したとしても、この分を相殺する、又は少なくとも補うことができる。また、弾性部材は、雌軸に対して安定した摺接状態を維持するので、適度な摩擦を生じ、摺動荷重が断続的に抜けてしまうようなスティックスリップを防止することができ、伸縮シャフトの滑動性も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、ステアリング機構の概略構成図、図２は、中間シャフトの縦断面図、図３は、中間シャフトのＡ−Ａ断面図、図４は、板ばねの単品図、図５は、ローラの単品図、図６は、弾性ピンの単品図である。
図１に示すように、ステアリングホイール１は、ステアリングシャフト２の一端に連結され、このステアリングシャフト２は、ステアリングコラム３によって回転自在に保持される。ステアリングシャフト２の他端は、カルダン軸継手４を介して中間シャフト５の上端に連結され、中間シャフト５の下端は、カルダン軸継手６を介してピニオンシャフト７の上端に連結され、ピニオンシャフト７の下端は、ラック軸８に連結される。
【００１０】
ステアリングコラム３は、上側がアッパブラケット１１を介して、また下側がロアブラケット１２を介して、夫々、車体側のメンバ１３に取付けられる。ラック軸８を進退可能に収容するラックハウジング１４は、弾性体１５を介して車体側のフレーム１６に固定される。
ステアリングシャフト２、及び中間シャフト５は、軸方向に伸縮自在の伸縮シャフトで構成される。これにより、ステアリングシャフト２では、ステアリングホイール１のテレスコピック位置を任意に調整することができ、また中間シャフト５では、走行中に発生する軸方向の変位や振動を吸収することができる。なお、走行中に発生する軸方向の変位や振動は、メンバ１３とフレーム１６とが別体であることや、ラックハウジング１４が弾性体１５を介してフレーム１６に固定されていること等に起因している。
【００１１】
伸縮シャフトとして、ここでは中間シャフト５の構造について説明するが、ステアリングシャフト２についても同様の構造とするため、その詳細な説明は省略する。
図２及び図３に示すように、中間シャフト５は、下流側（ピニオンシャフト８側）に連結された円筒状の雌軸２１と、上流側（ステアリングシャフト２側）に連結され、雌軸２１に内嵌された雄軸２２と、を備えている。
【００１２】
雌軸２１の内周面には、周方向で等間隔となる三箇所に、断面が円弧状の転動溝２３が軸方向に沿って形成され、雄軸２２の外周面には、各転動溝２３と対向する位置に、断面が底に向かうほど幅狭になる略台形状の転動溝２４が軸方向に沿って形成される。雄軸２２の各転動溝２４には、板ばね２５が敷設され、この板ばね２５と転動溝２３との間に複数のボール２６を介在させる。ボール２６は、板ばね２５に対しても転動溝２３に対しても二点接触する。
【００１３】
板ばね２５の断面は、図３及び図４に示すように、底板２５ａの両側から側板２５ｂを立ち上げ、その先を外折りでＵ字状に折り返した略波形にされ、底板２５ａが転動溝２４の底面に面接触し、側板２５ｂの先端側が転動溝２４の側面に面接触する。この一対の側板２５ｂの弾発力により、雌軸２１に対してボール２６が径方向に押圧されるので、雌軸２１及び雄軸２２に対して径方向の予圧が作用する。
【００１４】
板ばね２５は、図２に示すように、転動溝２４の終端となる径方向の段差２４ａと、雄軸２２の先端に固定した環状のストッパ２７と、によって両端が係止され、雄軸２２に対する軸方向の位置決めがなされる（保持される）。なお、ストッパ２７と板ばね２５との間には、環状の弾性体２８が介装される。
ボール２６は、雌軸２１と雄軸２２との軸方向の摺動に応じて転動する。すなわち、雌軸２１と雄軸２２とが伸長方向に摺動するときには、ボール２６が弾性体２８に近づく方向に転動し、雌軸２１と雄軸２２とが軸方向に相対移動するときには、ボール２６が段差２４ａに近づく方向に転動する。このボール２６の転動により、雌軸２１と雄軸２２との摺動がスムーズになる。
【００１５】
ボール２６の転動範囲は、段差２４ａから弾性体２８までの距離、つまり転動溝２１ａ及び２２ａの長さで決まる。その長さは、通常転動範囲よりも長くされる。したがって、ボール２６は、通常転動範囲を超えても更に転動が許容されるので、収縮方向へのスムーズな摺動範囲が延長される。通常転動範囲は、組付け後の中間シャフト５に発生し得る軸方向の変位量や振動振幅に応じて決定される。
【００１６】
一方、雌軸２１の内周面には、転動溝２３とは半周期ずらし、且つ周方向で等間隔となる三箇所に、断面が円弧状のキー溝３１が軸方向に沿って形成され、雄軸２２の外周面には、各キー溝３１と対向する位置に、断面が円弧状のキー溝３２が軸方向に沿って形成される。このキー溝３１及び３２は、転動溝２３及び２４と同等の長さであり、このキー溝３１及び３２の間に対して、雄軸２２の先端側から順に、細長い円柱状のローラ３３と、円筒状の弾性ピン３４と、が直列に介挿される。ローラ３３も弾性ピン３４も、キー溝３１及び３２の夫々に対して、周方向の二箇所で線接触する。
【００１７】
ローラ３３及び弾性ピン３４を合わせた全長は、キー溝３１（３２）の長さと等しい。したがって、ローラ３３及び弾性ピン３４は、キー溝３２の終端となる径方向の段差３２ａと、前述したストッパ２７と、によって両端が係止され、雄軸２２に対する軸方向の位置決めがなされる（保持される）。
ボール２６は、転動溝２３及び板ばね２５の夫々に対して点接触しているが、ローラ３３は、キー溝３１及び３２の夫々に対して線接触しているので、雌軸２１と雄軸２２との間でトルクを伝達するのは、主にローラ３３である。
【００１８】
また、雌軸２１と雄軸２２とが軸方向に摺動するときには、キー溝３１とローラ３３との間ですべりが発生する。ローラ３３の両端側には、図５に示すように、端部に向かうほど外径を小さくしたクラウニング３３ａが形成される。したがって、両端側に生じる集中応力（接触面圧）が軽減される。さらに、キー溝３１とローラ３３との間にすべりが発生するときに、キー溝３１とローラ３３との平行度に誤差があっても、ある程度の誤差は許容されると共に、摺動抵抗の急変が緩和される。
【００１９】
一方、弾性ピン３４は、図６に示すように、断面がＣ状となるように、弾性板を円筒状に丸めたロールピンで構成され、拡径方向に弾発力を発生する。この弾性ピン３４の弾発力により、雌軸２１及び雄軸２２に対して径方向の予圧が作用する。また、弾性ピン３４は、キー溝３１に対して安定した摺接状態を維持するので、適度な摩擦を生じる。
以上より、板ばね２５が「弾性板」に対応し、ボール２６が「転動体」に対応し、ローラ３３が「キー部材」に対応し、弾性ピン３４が「弾性部材」に対応している。
【００２０】
次に、第１実施形態の作用効果について説明する。
中間シャフト５を組付ける際、一旦、大きく収縮させることがある。このとき、ボール２６が転動範囲の終端に到達すると、ボール２６の転動が阻止され、それ以上に収縮させようとするときの摺動抵抗が増大してしまい、作業負担が増大してしまう。
そこで、ボール２６の転動範囲が通常転動範囲よりも長くなるように、転動溝２３及び２４、並びに板ばね２５の長さを延長した。これにより、ボール２６は、通常転動範囲を超えても更に転動が許容されるので、中間シャフト５を組付ける際に、一旦、大きく収縮させるとしても、スムーズな収縮を継続することができ、作業負担の増大を防げる。
【００２１】
ところで、板ばね２５は、雌軸２１に対してボール２６を径方向に押圧することから、捩り剛性や滑動性など、伸縮シャフトとしての性能に大きな影響を与える一要素である。この板ばね２５の長さを、上記のように延長すると、それだけ形状にばらつきが発生することが考えられ、これが通常転動範囲で起これば、やはり捩り剛性や滑動性の低下を招きかねない。
【００２２】
そこで、キー溝３１及び３２に対して、ローラ３３と直列に弾性ピン３４を介挿した。この弾性ピン３４の弾発力により、雌軸２１及び雄軸２２に対して径方向の予圧を与えることになり、中間シャフト５の捩り剛性を向上させることができる。したがって、転動溝２３及び２４、並びに板ばね２５を長くし、ボール２６の転動範囲を延長した場合に、板ばね２５の形状のばらつきに起因して捩り剛性が低下したとしても、この分を相殺する、又は少なくとも補うことができる。
【００２３】
また、弾性ピン３４は、雌軸２１に対して安定した摺接状態を維持するので、適度な摩擦を生じ、摺動荷重が断続的に抜けてしまうようなスティックスリップを防止することができ、中間シャフト５の滑動性も向上する。
なお、上記の実施形態では、ステアリング系統の上流側に雄軸２２を連結して下流側に雌軸２１を連結しているが、これに限定されるものではなく、上流側に雌軸２１を連結して下流側に雄軸２２を連結してもよい。
【００２４】
また、上記の実施形態では、雄軸２２の転動溝２４に板ばね２５を敷設しているが、これに限定されるものではなく、雌軸２１の転動溝２３に板ばね２５を敷設してもよい。
また、上記の実施形態では、一対の転動溝２３及び２４に、ボール２６を介挿しているが、これに限定されるものではなく、ころを介挿してもよい。
また、上記の実施形態では、断面がＣ状の弾性ピン３４を採用したが、これに限定されるものではなく、弾性を有するエラストマー材であれば、通常の円筒体や細長い円柱体（丸棒）であってもよい。
【００２５】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
この第２実施形態は、図７に示すように、ボール２６の転動範囲を延長せず、転動溝２３及び２４、並びに板ばね２５の長さを、通常転動範囲と同等にしたものである。
この場合も、キー溝３１及び３２に対して、ローラ３３と直列に弾性ピン３４を介挿することで、前述した第１実施形態と同様に、中間シャフト５の捩り剛性や滑動性を向上させることができる。
【００２６】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
この第３実施形態は、図８に示すように、弾性ピン３４の両端側に、端部に向かうほど外径を小さくしたクラウニング３４ａを形成したものである。
これにより、雌軸２１と雄軸２２との間でトルクを伝達する際に、弾性ピン３４の両端側に生じる集中応力（接触面圧）を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ステアリング機構の概略構成図である。
【図２】中間シャフトの縦断面図である。
【図３】中間シャフトのＡ−Ａ断面図である。
【図４】板ばねの単品図である。
【図５】ローラの単品図である。
【図６】弾性ピンの単品図である。
【図７】第２実施形態を示す中間シャフトの縦断面図である。
【図８】第３実施形態を示す弾性ピンの単品図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、５…中間シャフト、２１…雌軸、２２…雄軸、２３…転動溝、２４…転動溝、２５…板ばね、２６…ボール、２７…ストッパ、３１…キー溝、３２…キー溝、３３…ローラ、３４…弾性ピン
【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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