JP2004262266A - 車両用ステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】コラムアシスト型電動パワーステアリング装置を備えた場合に、ガタ付きなく高トルクを伝達でき、しかも、中間軸を手で簡単に動かせる程の低い安定した摺動荷重で伸縮すること。
【解決手段】コラムアシスト型電動パワーステアリング装置５３の出力軸５６と、ステアリングギヤユニット６０のピニオン軸６１軸との間に、雄軸１と雌軸２を相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した伸縮軸２０が介装してあることから、安定した摺動荷重を実現すると共に、ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達できる。
【選択図】 図１
【解決手段】コラムアシスト型電動パワーステアリング装置５３の出力軸５６と、ステアリングギヤユニット６０のピニオン軸６１軸との間に、雄軸１と雌軸２を相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した伸縮軸２０が介装してあることから、安定した摺動荷重を実現すると共に、ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達できる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングシャフトの操舵力をコラムアシスト型電動パワーステアリング装置により助勢し、高トルクとなった操舵力を伸縮自在な中間軸を介して伝達して、舵取り機構によって車輪を転舵する車両用ステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１では、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置の出力軸と、ステアリングギヤのピニオン軸との間に、中間軸が介装してあり、この中間軸には、路面からの反力を抑制するためのダンパーが設けてある。しかし、この中間軸は、軸方向に伸縮するものではない。
【０００３】
また、図９乃至図１２に、従来例に係る車両用ステアリング装置を示す。本従来例では、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置の出力軸と、ステアリングギヤのピニオン軸との間に、二次衝突時にコラプス可能な中間軸が介装してある。
【０００４】
すなわち、図９は、従来例に係る車両用ステアリング装置の模式図である。ステアリングコラム５０に、ステアリングシャフト５１が回転自在に支持してあり、ステアリングシャフト５１の上部には、ステアリングホイール５２が設けてある。
【０００５】
ステアリングコラム５０には、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置５３が設けてあり、この電動パワーステアリング装置５３には、アシスト用の電動モータ５４、減速機としてのギヤユニット５５、及び、電動モータ５４により助勢した操舵力を高トルクで出力する出力軸５６等が設けてある。
【０００６】
また、ステアリングコラム５０には、チルト機構５７も設けてあり、ステアリングコラム５０は、操作レバー５８を操作すると、車体側へ固定されているブラケット５９に対して、チルト中心（Ｃ）の廻りにチルト傾動可能になっている。
【０００７】
さらに、電動パワーステアリング装置５３の出力軸５６と、ラック＆ピニオン式のステアリングギヤユニット６０のピニオン軸６１との間には、アッパー側及びロアー側自在継手６２，６３を介して、中間軸６４が介装してある。この中間軸６４は、アッパー側の雌スプライン（セレーション）軸６５と、この雌スプライン軸６５に圧入嵌合したロアー側の雄スプライン（セレーション）軸６６とからなる。
【０００８】
雄スプライン軸６６の車両前方側には、雄セレーション部６７が形成してあり、この雄セレーション部６７は、ロアー側自在継手６３のヨーク６３ａに嵌合してあり、クランプ用ボルトボルト６８により締結してある。
【０００９】
図１０は、従来例に係る車両用ステアリング装置の模式図であり、チルト傾動の最上段及び最下段時を示す（様々な軸方向変位を説明するための図）。
【００１０】
ステアリングギヤユニット６０では、走行時等に、車体（ギヤ側）からの振動が発生する。
【００１１】
車両への組付け時は、雄セレーション部６７に対してロアー側自在継手６３のヨーク６３ａをスライドさせて、ピニオン軸６１にロアー側自在継手６３のヨーク６３ｂを嵌合させ、クランプ用ボルト１００と６８が締結される。
【００１２】
中間軸６４では、アッパー側の雌スプライン軸６５に、ロアー側の雄スプライン軸６６が圧入嵌合してある。中間軸６４は、衝突時には、コラプスするが、通常使用されるチルト作動時には、軸方向には、摺動しない。一般的には、車両の衝突事故等が起き、軸方向に変位が発生した際に５００Ｎ以上の荷重がかかるとコラプスする。
【００１３】
また、アッパー側自在継手６２とロア側自在継手６３の間には、チルト調整によるアッパー側自在継手の動きによる軸方向変位が発生する。この場合、アッパー側自在継手６２とロア側自在継手６３との間は低荷重で摺動する機構がない為、継手間には荷重が発生する。
【００１４】
さらに、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置５３の取付位置が設計値に対してずれた状態でトルク伝達を行った場合、設計値に対して若干トルク変動が大きくなる。
【００１５】
図１１は、チルト調整時にジョイント間寸法が変化することを説明するための図である。
【００１６】
ジョイント間寸法（Ｌ）は、チルト最上段位置の場合には、ＬＡであり、チルト中立位置の場合には、ＬＢであり、チルト最下段位置の場合には、ＬＣであるとすると、ＬＣ＜ＬＢ＜ＬＡの関係になっている。
【００１７】
図１２は、従来例に係る中間軸の一部切欠き断面図である。中間軸６４は、アッパー側の雌スプライン（セレーション）軸６５と、この雌スプライン軸６５に圧入嵌合したロアー側の雄スプライン（セレーション）軸６６とからなる。
【００１８】
雌スプライン軸６５は、アッパー側自在継手６２のヨークを兼ねている。また、雄スプライン軸６６の車両前方側には、雄セレーション部６７が形成してあり、この雄セレーション部６７は、ロアー側自在継手６３のヨーク６３ａに嵌合してあり、クランプ用ボルトボルト６８により締結してある。
【００１９】
ところで、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置は、下記の機能を持っている。運転者がステアリングホイール５２を介して操舵する際に、その操舵トルクを検出して、ＣＰＵで演算し、その演算結果に基づいて電動モータ５４作動させる。電動モータ５４の出力軸と操舵軸は、ウォーム＆ホイールによるギアユニット５５が係合されており、電動モータ５４の力により操舵力を助勢する。
【００２０】
コラムアシスト型電動パワーステアリング装置に装着する中間軸は、下記の機能を持っている。
・恒常的に高トルク伝達するため、高トルク伝達に耐える構造であること。
・操舵トルクの助勢を制御する為、回転方向のガタがないこと。
・運転者を保護するため、衝突時に車両前方向からの変位を吸収するコラプス機構を有すること。
【００２１】
上述したように、従来技術では、上記機能を中間軸に持たせているが、操縦安定性、組立性、コストという見地からすると、必ずしも満足していないことがある。
【００２２】
これらを満足させるのに必要な機能とは、中間軸が手で簡単に動かせるほどの低い安定した摺動荷重で伸縮でき、しかも、ガタ付きなく、高トルク伝達ができるといったことである。
【００２３】
この伸縮機能が必要な理由として、下記の項目が挙げられる。
・操舵時には、車両取り付け位置のばらつきに左右されない低く安定した操舵軸回転トルク特性を得る。
・車両走行時には、ステアリングギア側からの振動・変位を中間軸が吸収し、不快な振動や音をステアリングホイール上に伝えにくくする。
・チルト調整時には、ステアリングホイールを上下方向にチルトさせた時には、中間軸の長さが変化するが、この時、中間軸が軸方向変位を無理なく吸収して、操舵軸全体に余分な軸方向荷重やモーメントがかからないようにする。
・組立時には、車両への組み付けが簡単になるように中間軸が自在に伸縮し、これにより、クランプ用ボルトの締結作業を一箇所無くすことができる。
【００２４】
なお、特許文献２では、ステアリング用シャフトに求められる回転方向のガタ付きを防止するための部材は、プラスチック製の保持器形状のものである。したがって、雄軸、雌軸、ニードルローラー間にある微小な隙間を前記プラスチック製部材で調整する。
【００２５】
しかし、プラスチック製部品では、耐摩耗性に問題があり、長期使用にわたってガタ付きのない性能を維持することが困難である。そのため、摩耗が生じると、ステアリングシャフトにガタ付きを感じるという不具合が発生してしまう。また、軸方向に相対移動をすることが求められ、雄軸・雌軸間で相対移動をするからには、摺動部には隙間を持たざる得ず、ガタを完全に無くせないという構造上の問題点を抱えている。
【００２６】
また、特許文献３では、図１〜５において、予圧を負荷するために、異なる溝に配置してある板バネをつないでいる構造が必要である。また、それら以外の場合には、板バネの下に弾性体を敷き、径方向に予圧を発生させる構造が必要である。
【００２７】
これらの構造の場合、曲率をもった雄軸又は雌軸の溝の中に、異なる曲率の板バネを配置しているため、板バネのたわみ量を大きくとることは非常に困難である。よって、雄軸と雌軸の加工精度のばらつきを許容できるほどのたわみ量を板バネが有することが非常に困難といえる。
【００２８】
また、トルクが入力された時、雄軸、板バネ、ボール、雌軸は、互いに挟まりあってトルクを伝達するため、ボールと接触する点は、非常に高い面圧となり、自動車用ステアリングシャフトとして（特に高トルクを伝達しなければならないコラムアシスト型電動パワーステアリングとの組み合わせの場合）、必要なトルク伝達性能と寿命を満足できない可能性が高い。
【００２９】
また、トルク伝達時に外側板バネが雌軸に対して横滑りを起こし易く、ヒステリシスが発生しやすい構造であり、そのヒステリシスの大きさを管理できないといった構造上の問題がある。
【００３０】
【特許文献１】
実開平１−１４５６７０号公報
【特許文献２】
欧州特許出願公開ＥＰ１０７８８４３Ａ１号公報
【特許文献３】
独国特許発明ＤＥ３７３０３９３Ｃ２号公報
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術では、上記特許文献１、図９乃至図１２に示した従来例、上記特許文献２、及び上記特許文献３を勘案しても、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置との組み合わせに対応できるだけの性能をもった伸縮軸が無かったため、上記の項目を満足する優れた性能のステアリングシステムを持つことが困難であった。
【００３２】
このようなことから、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置に、上記の要求に満足できる高性能の伸縮自在中間軸を組み合わせたトータルステアリングシステムの開発が待望されている。
【００３３】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置を備えた場合に、ガタ付きなく高トルクを伝達でき、しかも、中間軸を手で簡単に動かせる程の低い安定した摺動荷重で伸縮することができる、車両用ステアリング装置を提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る車両用ステアリング装置は、ステアリングシャフトの操舵力をコラムアシスト型電動パワーステアリング装置により助勢し、高トルクとなった操舵力を伝達して、舵取り機構によって車輪を転舵する車両用ステアリング装置において、
前記コラムアシスト型電動パワーステアリング装置の出力軸と、前記舵取り機構の入力軸との間に、雄軸と雌軸を相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した伸縮軸を介装したことを特徴とする。
【００３５】
このように、本発明によれば、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置の出力軸と、舵取り機構の入力軸との間に、雄軸と雌軸を相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した伸縮軸が介装してあることから、安定した摺動荷重を実現すると共に、ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達できる。
【００３６】
これにより、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置に、中間軸を組み合わせた場合に必要とされる上述した以下の項目を十分に満足することができる。
・操舵時には、車両取り付け位置のばらつきに左右されない低く安定した操舵軸回転トルク特性を得る。
・車両走行時には、ステアリングギア側からの振動・変位を中間軸が吸収し、不快な振動や音をステアリングホイール上に伝えにくくする。
・チルト調整時には、ステアリングホイールを上下方向にチルトさせた時には、中間軸の長さが変化するが、この時、中間軸が軸方向変位を無理なく吸収して、操舵軸全体に余分な軸方向荷重やモーメントがかからないようにする。
・組立時には、車両への組み付けが簡単になるように中間軸が自在に伸縮し、これにより、クランプ用ボルトの締結作業を一箇所無くす。
・恒常的に高トルク伝達するため、高トルク伝達に耐える構造である。
・回転方向のガタ付きを無くして、操舵トルクの助勢制御をより正確に行える。
・運転者を保護するため、衝突時に車両前方向からの変位を吸収するコラプス機構を有する。
・チルト及びテレスコピック操作時に無理なく中間軸が伸縮し、運転者にとって最適なポジションが得られるとともに、安定した操縦特性を得る。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る車両用ステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。
【００３８】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る車両用ステアリング装置の模式図である。図２は、図１に示した車両用ステアリング装置の模式図であり、チルト傾動の最上段及び最下段時を示す（様々な軸方向変位を説明するための図）。
【００３９】
ステアリングコラム５０に、ステアリングシャフト５１が回転自在に支持してあり、ステアリングシャフト５１の上部には、ステアリングホイール５２が設けてある。
【００４０】
ステアリングコラム５０には、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置５３が設けてあり、この電動パワーステアリング装置５３には、アシスト用の電動モータ５４、減速機としてのギヤユニット５５、及び、電動モータ５４により助勢した操舵力を高トルクで出力する出力軸５６等が設けてある。
【００４１】
また、ステアリングコラム５０には、チルト機構５７も設けてあり、ステアリングコラム５０は、操作レバー５８を操作すると、車体側へ固定されているブラケット５９に対して、チルト中心（Ｃ）の廻りにチルト傾動可能になっている。
【００４２】
さらに、電動パワーステアリング装置５３の出力軸５６と、ラック＆ピニオン式のステアリングギヤユニット６０のピニオン軸６１との間には、アッパー側及びロアー側自在継手２１，２２を介して、中間軸２０が介装してある。
【００４３】
図３は、本発明の第１実施の形態に係る車両用ステアリング装置に装着した伸縮軸の縦断面図である。図４（ａ）は、図３に示した伸縮軸の拡大断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。図５は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った拡大横断面図である。
【００４４】
図３及び図４に示すように、伸縮軸２０は、相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した雄軸１と雌軸２とからなる。
【００４５】
図５に示すように、雄軸１の外周面には、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝３が延在して形成してある。これに対応して、雌軸２の内周面にも、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝５が延在して形成してある。
【００４６】
雄軸１の軸方向溝３と、雌軸２の軸方向溝５との間に、両軸１，２の軸方向相対移動の際に転動する複数の剛体の球状体７（転動体、ボール）が転動自在に介装してある。
【００４７】
なお、雌軸２の軸方向溝５は、断面略円弧状若しくはゴシックアーチ状である。雄軸１の軸方向溝３は、傾斜した一対の平面状側面３ａと、これら一対の平面状側面３ａの間に平坦に形成した底面３ｂとから構成してある。
【００４８】
雄軸１の軸方向溝３と、球状体７との間には、球状体７に接触して予圧するための板バネ９が介装してある。
【００４９】
この板バネ９は、球状体７に２点で接触する球状体側接触部９ａと、球状体側接触部９ａに対して略周方向に所定間隔をおいて離間してあると共に雄軸１の軸方向溝３の平面状側面３ａに接触する溝面側接触部９ｂと、球状体側接触部９ａと溝面側接触部９ｂを相互に離間する方向に弾性的に付勢する付勢部９ｃと、軸方向溝３の底面３ｂに対向した底部９ｄと、を有している。
【００５０】
この付勢部９ｃは、略Ｕ字形状で略円弧状に折曲した折曲形状であり、この折曲形状の付勢部９ｃによって、球状体側接触部９ａと溝面側接触部９ｂを相互に離間するように弾性的に付勢することができる。
【００５１】
図５に示すように、雄軸１の外周面には、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝４が延在して形成してある。これに対応して、雌軸２の内周面にも、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝６が延在して形成してある。
【００５２】
雄軸１の軸方向溝４と、雌軸２の軸方向溝６との間に、両軸１，２の軸方向相対移動の際に滑り摺動する複数の剛体の円柱体８（摺動体、ニードルローラ）が微小隙間をもって介装してある。なお、これら軸方向溝４，６は、断面略円弧状若しくはゴシックアーチ状である。
【００５３】
また、図４に示すように、雄軸１の端部は、以下のように固定してある。ニードルローラ８、板バネ９、ボール７を軸方向に固定する方法として、ストッパープレート１１、ワッシャーホルダー１２、ウェーブワッシャー１３、プッシュナット１４という構成で行っている。
【００５４】
ストッパープレート１１は、ニードルローラ８やボール７が直接当たる面である。ウェーブワッシャー１３は、ニードルローラ８を軸方向に適度に予圧する役割を果たしており、これにより、ニードルローラ８が自由に動いて異音を発生させることを防いでいる。
【００５５】
プッシュナット１４は、軸方向の固定をしており、プッシュナット１４は、本来、適用軸径にはめ込めば十分に軸方向固定できるが、本実施の形態では、より高い軸方向固定力を得るため、軸に溝１５を形成し、その溝１５にプッシュナット１４が嵌合されるよう設計してある。
【００５６】
また、プッシュナット１４とウェーブワッシャー１３は、それぞれ別体であるが、ワッシャーホルダー１２によって一体化されている。ワッシャーホルダー１２からは、爪１６が出ていて、この爪１６がプッシュナット１４にひっかかり、ウェーブワッシャー１３をサンドイッチする形でホールドしている。これは、組立時の工数を減らすために部品点数を減らすことを目的としている。尚、ストッパープレート１１から同様に爪を出してウェーブワッシャー１３とプッシュナット１４を一体化しても良い。
【００５７】
さらに、雄軸１の軸方向溝３，４、雌軸２の軸方向溝５，６、板バネ９、及び球状体７の間には、潤滑剤が塗布してあることから、トルク非伝達時（摺動時）、雄軸と雌軸は、ガタ付きのない安定した摺動荷重で軸方向に摺動することができる。
【００５８】
なお、伸縮軸２０は、別言すれば、雄軸１の外周面と雌軸２の内周面とに設けられた第１介装部（軸方向溝３，５）と、該第１介装部（軸方向溝３，５）に配置され雄軸１と雌軸２との軸方向相対移動の際には転動する第１トルク伝達部材（転動体７）と、第１介装部（軸方向溝３，５）に第１トルク伝達部材（転動体７）に径方向に隣接して配置され、回転の際には第１トルク伝達部材（転動体７）を拘束し、非回転の際には第１トルク伝達部材（転動体７）を介して雄軸１と雌軸２とに予圧を与える弾性体（板バネ９）とからなる第１のトルク伝達装置と、雄軸１の外周面と雌軸２の内周面とに設けられた第２介装部（軸方向溝４，６）と、該第２介装部（軸方向溝４，６）に配置され雄軸１と雌軸２との軸方向相対移動の際には摺動し、回転の際にはトルクを伝達する第２トルク伝達部材（摺動体８）とからなる第２のトルク伝達装置と、を具備している。
【００５９】
以上のように構成した伸縮軸では、雄軸１と雌軸２の間に球状体７を介装し、板バネ９により、球状体７を雌軸２に対してガタ付きのない程度に予圧してあるため、トルク非伝達時は、雄軸１と雌軸２の間のガタ付きを確実に防止することができると共に、雄軸１と雌軸２は軸方向に相対移動する際には、ガタ付きのない安定した摺動荷重で摺動することができる。
【００６０】
トルク伝達時には、板バネ９が弾性変形して球状体７を周方向に拘束すると共に、雄軸１と雌軸２の間に介装した３列の円柱体８が主なトルク伝達の役割を果たす。
【００６１】
例えば、雄軸１からトルクが入力された場合、初期の段階では、板バネ９の予圧がかかっているため、ガタ付きはなく、板バネ９がトルクに対する反力を発生させてトルクを伝達する。この時は、雄軸１・板バネ９・球状体７・雌軸２間の伝達トルクと入力トルクがつりあった状態で全体的なトルク伝達がなされる。
【００６２】
さらにトルクが増大していくと、円柱体８を介した雄軸１、雌軸２の回転方向のすきまがなくなり、以後のトルク増加分を、雄軸１、雌軸２を介して、円柱体８が伝達する。そのため、雄軸１と雌軸２の回転方向ガタを確実に防止するとともに、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００６３】
以上から、本実施の形態によれば、球状体７以外に、円柱体８を設けているため、大トルク入力時、負荷量の大部分を円柱体８で支持することができる。従って、雌軸２の軸方向溝５と球状体７との接触圧力を低下して、耐久性を向上することができると共に、大トルク負荷時には、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００６４】
また、円柱体８が雄軸１及び雌軸２に接触していることから、球状体７への捩りトルクを低減し、板バネ９の横滑りを抑えて、その結果、ヒステリシスが過大となることを抑えることができる。
【００６５】
このように、本実施の形態によれば、安定した摺動荷重を実現すると共に、回転方向ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００６６】
なお、球状体７は、剛体のボールが好ましい。また剛体の円柱体８は、ニードルローラが好ましい。
【００６７】
円柱体（以後、ニードルローラと記す）８は、線接触でその荷重を受けるため、点接触で荷重を受けるボールよりも接触圧を低く抑えることができるなど、さまざまな効果がある。したがって、全列をボール転がり構造とした場合よりも下記の項目が優れている。
・摺動部での減衰能効果が、ボール転がり構造に比べて大きい。よって振動吸収性能が高い。
・ニードルローラが雄軸と雌軸に微小に接触していることにより、摺動荷重変動幅を低く抑えることができ、その変動による振動がステアリングまで伝わらない。
・同じトルクを伝達するならば、ニードルローラの方が接触圧を低く抑えることができるため、軸方向の長さを短くできスペースを有効に使うことができる。
・同じトルクを伝達するならば、ニードルローラの方が接触圧を低く抑えることができるため、熱処理等によって雌軸の軸方向溝表面を硬化させるための追加工程が不要である。
・部品点数を少なくすることができる。
・組立性をよくすることができる。
・組立コストを抑えることができる。
【００６８】
このようにニードルローラは、雄軸１と雌軸２の間のトルク伝達のためのキーの役割をするとともに、雌軸２の内周面とすべり接触する。ニードルローラの使用が従来のスプライン嵌合と比較して、優れている点は下記のとおりである。
・ニードルローラは大量生産品であり、非常に低コストである。
・ニードルローラは熱処理後、研磨されているので、表面硬度が高く、耐摩耗性に優れている。
・ニードルローラは研磨されているので、表面粗さがきめ細かく摺動時の摩擦係数が低いため、摺動荷重を低く抑えることができる。
・使用条件に応じて、ニードルローラの長さや配置を変えることができるため、設計思想を変えること無く、さまざまなアプリケーションに対応することができる。
・使用条件によっては、摺動時の摩擦係数をさらに下げなければならない場合がある、この時ニードルローラだけに表面処理をすればその摺動特性を変えることができるため、設計思想を変えること無く、さまざまなアプリケーションに対応することができる。
・ニードルローラの外径違い品を安価に数ミクロン単位で製造することができるため、ニードルローラ径を選択することによって雄軸・ニードルローラ・雌軸間のすきまを最小限に抑えることができる。よって軸の捩り方向の剛性を向上させることが容易である。
【００６９】
次に、図２に示すように、以下に示すような問題も全て解決することができる。
・ステアリングギヤユニット６０では、走行時等に、車体（ギヤ側）からの振動が発生する。しかし、本実施の形態では、伸縮軸２０が低摺動荷重により容易に伸縮できるため、車体（ギヤ側）からの振動を十分に吸収することができる。
・車両への組付け時は、従来、図１０に示すように、雄セレーション部６７に対してロアー側自在継手６３のヨーク６３ａをスライドさせて、ピニオン軸６１にロアー側自在継手６３のヨーク６３ｂを嵌合させ、最後にクランプ用ボルト６８が締結してある。しかし、本実施の形態では、自在継手２２のヨークと雄軸１とが一体的に形成してあり、伸縮軸２０が低摺動荷重により容易に伸縮できるため、容易に組立を行うことができ、組立性の向上及び製造コストの低減を図ることができる。また、これにより、クランプ用ボルト６８の締結を不要にすることができる。
・また、アッパー側自在継手６２とロア側自在継手６３の間には、チルト調整によるアッパー側自在継手の動きによる軸方向荷重が発生する。しかし、本実施の形態では、伸縮軸２０が低摺動荷重により容易に伸縮できるため、このような軸方向荷重が発生することがない。
・さらに、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置５３の取付位置が設計値に対してずれた状態でトルク伝達を行った場合、設計値に対して若干トルク変動が大きくなる。しかし、本実施の形態では、伸縮軸２０が低摺動荷重により容易に伸縮できるため、設計値に対してトルク変動が大きくなることがない。
【００７０】
以上から、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置に、中間軸を組み合わせた場合に必要とされる上述した以下の項目を十分に満足することができる。
・操舵時には、車両取り付け位置のばらつきに左右されない低く安定した操舵軸回転トルク特性を得る。
・車両走行時には、ステアリングギアユニット６０側からの振動・変位を中間軸２０が吸収し、不快な振動や音をステアリングホイール５２上に伝えにくくする。
・チルト調整時には、ステアリングホイール５２を上下方向にチルトさせた時には、中間軸２０の長さが変化するが、この時、中間軸２０が軸方向変位を無理なく吸収して、操舵軸全体に余分な軸方向荷重やモーメントがかからないようにする。
・組立時には、車両への組み付けが簡単になるように中間軸が自在に伸縮し、これにより、クランプ用ボルト６８の締結作業を一箇所無くす。
・恒常的に高トルク伝達するため、高トルク伝達に耐える構造である。
・回転方向のガタ付きを無くして、操舵トルクの助勢制御をより正確に行える。
・運転者を保護するため、衝突時に車両前方向からの変位を吸収するコラプス機構を有する。
・チルト操作時に無理なく中間軸が伸縮し、運転者にとって最適なポジションが得られるとともに、安定した操縦特性を得る。
【００７１】
（第２実施の形態）
図６は、本発明の第２実施の形態に係る車両用ステアリング装置の模式図である。図７は、図６に示した車両用ステアリング装置の模式図であり、テレスコピック摺動している状態を示す。図８は、図７の中心線のみの図であり、テレスコピック摺動により中間軸が伸縮している状態を示す。
【００７２】
本実施の形態は、チルト機能に加え、テレスコピック機能を備えたコラム構造であり、ステアリングコラム５０全体が軸方向に移動することができるようになっている。このような場合にも、中間軸２０が自在に伸縮することが求められる。
【００７３】
図６に示すように、車体側へ固定されるブラケット５９に、テレスコピック用長孔３１が形成してあり、ステアリングコラム５０に設けたディスタンスブラケット３２にも、テレスコピック用長孔３３が形成してある。
【００７４】
図７に示すように、テレスコピック調整により、アッパー側自在継手２１の位置が変化するが、この時、中間軸２０が軸方向変位を無理なく吸収して、操舵軸全体に余分な軸方向荷重やモーメントがかからないようにすることができる。
【００７５】
図８に示すように、ジョイント間寸法（Ｌ）は、テレスコピック最大位置の場合には、Ｌｄであり、テレスコピック中間位置の場合には、Ｌｅであり、テレスコピック最小位置の場合には、Ｌｆであるとすると、Ｌｆ＜Ｌｅ＜Ｌｄの関係になっている。
【００７６】
以上から、本実施の形態においても、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置に、中間軸を組み合わせた場合に必要とされる上述した以下の項目を十分に満足することができる。
・操舵時には、車両取り付け位置のばらつきに左右されない低く安定した操舵軸回転トルク特性を得る。
・車両走行時には、ステアリングギアユニット６０側からの振動・変位を中間軸２０が吸収し、不快な振動や音をステアリングホイール５２上に伝えにくくする。
・テレスコピック調整時には、ステアリングホイール５２をテレスコピック摺動させた時には、中間軸２０の長さが変化するが、この時、中間軸２０が軸方向変位を無理なく吸収して、操舵軸全体に余分な軸方向荷重やモーメントがかからないようにする。
・組立時には、車両への組み付けが簡単になるように中間軸が自在に伸縮し、これにより、クランプ用ボルト６８の締結作業を一箇所無くす。
・恒常的に高トルク伝達するため、高トルク伝達に耐える構造である。
・回転方向のガタ付きを無くして、操舵トルクの助勢制御をより正確に行える。
・運転者を保護するため、衝突時に車両前方向からの変位を吸収するコラプス機構を有する。
・テレスコピック操作時に無理なく中間軸が伸縮し、運転者にとって最適なポジションが得られるとともに、安定した操縦特性を得る。
【００７７】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置の出力軸と、舵取り機構の入力軸との間に、雄軸と雌軸を相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した伸縮軸が介装してあることから、安定した摺動荷重を実現すると共に、ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達できる。
【００７９】
これにより、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置に、中間軸を組み合わせた場合に必要とされる上述した以下の項目を十分に満足することができる。
・操舵時には、車両取り付け位置のばらつきに左右されない低く安定した操舵軸回転トルク特性を得る。
・車両走行時には、ステアリングギア側からの振動・変位を中間軸が吸収し、不快な振動や音をステアリングホイール上に伝えにくくする。
・チルト調整時には、ステアリングホイールを上下方向にチルトさせた時には、中間軸の長さが変化するが、この時、中間軸が軸方向変位を無理なく吸収して、操舵軸全体に余分な軸方向荷重やモーメントがかからないようにする。
・組立時には、車両への組み付けが簡単になるように中間軸が自在に伸縮し、これにより、クランプ用ボルトの締結作業を一箇所無くす。
・恒常的に高トルク伝達するため、高トルク伝達に耐える構造である。
・回転方向のガタ付きを無くして、操舵トルクの助勢制御をより正確に行える。
・運転者を保護するため、衝突時に車両前方向からの変位を吸収するコラプス機構を有する。
・チルト及びテレスコピック操作時に無理なく中間軸が伸縮し、運転者にとって最適なポジションが得られるとともに、安定した操縦特性を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る車両用ステアリング装置の模式図である。
【図２】図１に示した車両用ステアリング装置の模式図であり、チルト傾動の最上段及び最下段時を示す（様々な軸方向変位を説明するための図）。
【図３】本発明の第１実施の形態に係る車両用ステアリング装置に装着した伸縮軸の縦断面図である。
【図４】（ａ）は、図３に示した伸縮軸の拡大断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。
【図５】図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った拡大横断面図である。
【図６】本発明の第２実施の形態に係る車両用ステアリング装置の模式図である。
【図７】図６に示した車両用ステアリング装置の模式図であり、テレスコピック摺動している状態を示す。
【図８】図７の中心線のみの図であり、テレスコピック摺動により中間軸が伸縮している状態を示す。
【図９】従来例に係る車両用ステアリング装置の模式図である。
【図１０】従来例に係る車両用ステアリング装置の模式図であり、チルト傾動の最上段及び最下段時を示す（様々な軸方向変位を説明するための図）。
【図１１】チルト調整時にジョイント間寸法が変化することを説明するための図である。
【図１２】従来例に係る中間軸の一部切欠き断面図である。
【符号の説明】
１ 雄軸
２ 雌軸
３ 軸方向溝
３ａ 平面状側面
３ｂ 底面
４ 軸方向溝
５ 軸方向溝
５ａ 平面状側面
５ｂ 底面
６ 軸方向溝
７ 球状体（ボール、転動体）
８ 円柱体（ニードルローラ、摺動体）
９ 板バネ（弾性体）
９ａ 球状体側接触部（伝達部材側接触部）
９ｂ 溝面側接触部
９ｃ 付勢部
９ｄ 底部
１１ ストッパープレート
１２ ワッシャーホルダー
１３ ウェーブワッシャー
１４ プッシュナット
１５ 溝
２０ 伸縮軸
２１ 自在継手
２２ 自在継手
３１、３３ テレスコピック用長孔
３２ ディスタンスブラケット
５０ ステアリングコラム
５１ ステアリングシャフト
５２ ステアリングホイール
５３ コラムアシスト型電動パワーステアリング装置
５４ 電動モータ
５５ ギヤユニット
５６ 出力軸
５７ チルト機構
５８ 操作レバー
５９ 車体側固定ブラケット
６０ ステアリングギヤユニット
６１ ピニオン軸
６２ アッパー側自在継手
６３ ロアー側自在継手
６３ａ，６３ｂ ヨーク
６４ 中間軸
６５ 雌スプライン軸
６６ 雄スプライン軸
６７ 雄セレーション部
６８ クランプ用ボルト
Ｃ チルト中心
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングシャフトの操舵力をコラムアシスト型電動パワーステアリング装置により助勢し、高トルクとなった操舵力を伸縮自在な中間軸を介して伝達して、舵取り機構によって車輪を転舵する車両用ステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１では、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置の出力軸と、ステアリングギヤのピニオン軸との間に、中間軸が介装してあり、この中間軸には、路面からの反力を抑制するためのダンパーが設けてある。しかし、この中間軸は、軸方向に伸縮するものではない。
【０００３】
また、図９乃至図１２に、従来例に係る車両用ステアリング装置を示す。本従来例では、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置の出力軸と、ステアリングギヤのピニオン軸との間に、二次衝突時にコラプス可能な中間軸が介装してある。
【０００４】
すなわち、図９は、従来例に係る車両用ステアリング装置の模式図である。ステアリングコラム５０に、ステアリングシャフト５１が回転自在に支持してあり、ステアリングシャフト５１の上部には、ステアリングホイール５２が設けてある。
【０００５】
ステアリングコラム５０には、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置５３が設けてあり、この電動パワーステアリング装置５３には、アシスト用の電動モータ５４、減速機としてのギヤユニット５５、及び、電動モータ５４により助勢した操舵力を高トルクで出力する出力軸５６等が設けてある。
【０００６】
また、ステアリングコラム５０には、チルト機構５７も設けてあり、ステアリングコラム５０は、操作レバー５８を操作すると、車体側へ固定されているブラケット５９に対して、チルト中心（Ｃ）の廻りにチルト傾動可能になっている。
【０００７】
さらに、電動パワーステアリング装置５３の出力軸５６と、ラック＆ピニオン式のステアリングギヤユニット６０のピニオン軸６１との間には、アッパー側及びロアー側自在継手６２，６３を介して、中間軸６４が介装してある。この中間軸６４は、アッパー側の雌スプライン（セレーション）軸６５と、この雌スプライン軸６５に圧入嵌合したロアー側の雄スプライン（セレーション）軸６６とからなる。
【０００８】
雄スプライン軸６６の車両前方側には、雄セレーション部６７が形成してあり、この雄セレーション部６７は、ロアー側自在継手６３のヨーク６３ａに嵌合してあり、クランプ用ボルトボルト６８により締結してある。
【０００９】
図１０は、従来例に係る車両用ステアリング装置の模式図であり、チルト傾動の最上段及び最下段時を示す（様々な軸方向変位を説明するための図）。
【００１０】
ステアリングギヤユニット６０では、走行時等に、車体（ギヤ側）からの振動が発生する。
【００１１】
車両への組付け時は、雄セレーション部６７に対してロアー側自在継手６３のヨーク６３ａをスライドさせて、ピニオン軸６１にロアー側自在継手６３のヨーク６３ｂを嵌合させ、クランプ用ボルト１００と６８が締結される。
【００１２】
中間軸６４では、アッパー側の雌スプライン軸６５に、ロアー側の雄スプライン軸６６が圧入嵌合してある。中間軸６４は、衝突時には、コラプスするが、通常使用されるチルト作動時には、軸方向には、摺動しない。一般的には、車両の衝突事故等が起き、軸方向に変位が発生した際に５００Ｎ以上の荷重がかかるとコラプスする。
【００１３】
また、アッパー側自在継手６２とロア側自在継手６３の間には、チルト調整によるアッパー側自在継手の動きによる軸方向変位が発生する。この場合、アッパー側自在継手６２とロア側自在継手６３との間は低荷重で摺動する機構がない為、継手間には荷重が発生する。
【００１４】
さらに、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置５３の取付位置が設計値に対してずれた状態でトルク伝達を行った場合、設計値に対して若干トルク変動が大きくなる。
【００１５】
図１１は、チルト調整時にジョイント間寸法が変化することを説明するための図である。
【００１６】
ジョイント間寸法（Ｌ）は、チルト最上段位置の場合には、ＬＡであり、チルト中立位置の場合には、ＬＢであり、チルト最下段位置の場合には、ＬＣであるとすると、ＬＣ＜ＬＢ＜ＬＡの関係になっている。
【００１７】
図１２は、従来例に係る中間軸の一部切欠き断面図である。中間軸６４は、アッパー側の雌スプライン（セレーション）軸６５と、この雌スプライン軸６５に圧入嵌合したロアー側の雄スプライン（セレーション）軸６６とからなる。
【００１８】
雌スプライン軸６５は、アッパー側自在継手６２のヨークを兼ねている。また、雄スプライン軸６６の車両前方側には、雄セレーション部６７が形成してあり、この雄セレーション部６７は、ロアー側自在継手６３のヨーク６３ａに嵌合してあり、クランプ用ボルトボルト６８により締結してある。
【００１９】
ところで、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置は、下記の機能を持っている。運転者がステアリングホイール５２を介して操舵する際に、その操舵トルクを検出して、ＣＰＵで演算し、その演算結果に基づいて電動モータ５４作動させる。電動モータ５４の出力軸と操舵軸は、ウォーム＆ホイールによるギアユニット５５が係合されており、電動モータ５４の力により操舵力を助勢する。
【００２０】
コラムアシスト型電動パワーステアリング装置に装着する中間軸は、下記の機能を持っている。
・恒常的に高トルク伝達するため、高トルク伝達に耐える構造であること。
・操舵トルクの助勢を制御する為、回転方向のガタがないこと。
・運転者を保護するため、衝突時に車両前方向からの変位を吸収するコラプス機構を有すること。
【００２１】
上述したように、従来技術では、上記機能を中間軸に持たせているが、操縦安定性、組立性、コストという見地からすると、必ずしも満足していないことがある。
【００２２】
これらを満足させるのに必要な機能とは、中間軸が手で簡単に動かせるほどの低い安定した摺動荷重で伸縮でき、しかも、ガタ付きなく、高トルク伝達ができるといったことである。
【００２３】
この伸縮機能が必要な理由として、下記の項目が挙げられる。
・操舵時には、車両取り付け位置のばらつきに左右されない低く安定した操舵軸回転トルク特性を得る。
・車両走行時には、ステアリングギア側からの振動・変位を中間軸が吸収し、不快な振動や音をステアリングホイール上に伝えにくくする。
・チルト調整時には、ステアリングホイールを上下方向にチルトさせた時には、中間軸の長さが変化するが、この時、中間軸が軸方向変位を無理なく吸収して、操舵軸全体に余分な軸方向荷重やモーメントがかからないようにする。
・組立時には、車両への組み付けが簡単になるように中間軸が自在に伸縮し、これにより、クランプ用ボルトの締結作業を一箇所無くすことができる。
【００２４】
なお、特許文献２では、ステアリング用シャフトに求められる回転方向のガタ付きを防止するための部材は、プラスチック製の保持器形状のものである。したがって、雄軸、雌軸、ニードルローラー間にある微小な隙間を前記プラスチック製部材で調整する。
【００２５】
しかし、プラスチック製部品では、耐摩耗性に問題があり、長期使用にわたってガタ付きのない性能を維持することが困難である。そのため、摩耗が生じると、ステアリングシャフトにガタ付きを感じるという不具合が発生してしまう。また、軸方向に相対移動をすることが求められ、雄軸・雌軸間で相対移動をするからには、摺動部には隙間を持たざる得ず、ガタを完全に無くせないという構造上の問題点を抱えている。
【００２６】
また、特許文献３では、図１〜５において、予圧を負荷するために、異なる溝に配置してある板バネをつないでいる構造が必要である。また、それら以外の場合には、板バネの下に弾性体を敷き、径方向に予圧を発生させる構造が必要である。
【００２７】
これらの構造の場合、曲率をもった雄軸又は雌軸の溝の中に、異なる曲率の板バネを配置しているため、板バネのたわみ量を大きくとることは非常に困難である。よって、雄軸と雌軸の加工精度のばらつきを許容できるほどのたわみ量を板バネが有することが非常に困難といえる。
【００２８】
また、トルクが入力された時、雄軸、板バネ、ボール、雌軸は、互いに挟まりあってトルクを伝達するため、ボールと接触する点は、非常に高い面圧となり、自動車用ステアリングシャフトとして（特に高トルクを伝達しなければならないコラムアシスト型電動パワーステアリングとの組み合わせの場合）、必要なトルク伝達性能と寿命を満足できない可能性が高い。
【００２９】
また、トルク伝達時に外側板バネが雌軸に対して横滑りを起こし易く、ヒステリシスが発生しやすい構造であり、そのヒステリシスの大きさを管理できないといった構造上の問題がある。
【００３０】
【特許文献１】
実開平１−１４５６７０号公報
【特許文献２】
欧州特許出願公開ＥＰ１０７８８４３Ａ１号公報
【特許文献３】
独国特許発明ＤＥ３７３０３９３Ｃ２号公報
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術では、上記特許文献１、図９乃至図１２に示した従来例、上記特許文献２、及び上記特許文献３を勘案しても、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置との組み合わせに対応できるだけの性能をもった伸縮軸が無かったため、上記の項目を満足する優れた性能のステアリングシステムを持つことが困難であった。
【００３２】
このようなことから、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置に、上記の要求に満足できる高性能の伸縮自在中間軸を組み合わせたトータルステアリングシステムの開発が待望されている。
【００３３】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置を備えた場合に、ガタ付きなく高トルクを伝達でき、しかも、中間軸を手で簡単に動かせる程の低い安定した摺動荷重で伸縮することができる、車両用ステアリング装置を提供することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る車両用ステアリング装置は、ステアリングシャフトの操舵力をコラムアシスト型電動パワーステアリング装置により助勢し、高トルクとなった操舵力を伝達して、舵取り機構によって車輪を転舵する車両用ステアリング装置において、
前記コラムアシスト型電動パワーステアリング装置の出力軸と、前記舵取り機構の入力軸との間に、雄軸と雌軸を相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した伸縮軸を介装したことを特徴とする。
【００３５】
このように、本発明によれば、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置の出力軸と、舵取り機構の入力軸との間に、雄軸と雌軸を相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した伸縮軸が介装してあることから、安定した摺動荷重を実現すると共に、ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達できる。
【００３６】
これにより、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置に、中間軸を組み合わせた場合に必要とされる上述した以下の項目を十分に満足することができる。
・操舵時には、車両取り付け位置のばらつきに左右されない低く安定した操舵軸回転トルク特性を得る。
・車両走行時には、ステアリングギア側からの振動・変位を中間軸が吸収し、不快な振動や音をステアリングホイール上に伝えにくくする。
・チルト調整時には、ステアリングホイールを上下方向にチルトさせた時には、中間軸の長さが変化するが、この時、中間軸が軸方向変位を無理なく吸収して、操舵軸全体に余分な軸方向荷重やモーメントがかからないようにする。
・組立時には、車両への組み付けが簡単になるように中間軸が自在に伸縮し、これにより、クランプ用ボルトの締結作業を一箇所無くす。
・恒常的に高トルク伝達するため、高トルク伝達に耐える構造である。
・回転方向のガタ付きを無くして、操舵トルクの助勢制御をより正確に行える。
・運転者を保護するため、衝突時に車両前方向からの変位を吸収するコラプス機構を有する。
・チルト及びテレスコピック操作時に無理なく中間軸が伸縮し、運転者にとって最適なポジションが得られるとともに、安定した操縦特性を得る。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る車両用ステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。
【００３８】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る車両用ステアリング装置の模式図である。図２は、図１に示した車両用ステアリング装置の模式図であり、チルト傾動の最上段及び最下段時を示す（様々な軸方向変位を説明するための図）。
【００３９】
ステアリングコラム５０に、ステアリングシャフト５１が回転自在に支持してあり、ステアリングシャフト５１の上部には、ステアリングホイール５２が設けてある。
【００４０】
ステアリングコラム５０には、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置５３が設けてあり、この電動パワーステアリング装置５３には、アシスト用の電動モータ５４、減速機としてのギヤユニット５５、及び、電動モータ５４により助勢した操舵力を高トルクで出力する出力軸５６等が設けてある。
【００４１】
また、ステアリングコラム５０には、チルト機構５７も設けてあり、ステアリングコラム５０は、操作レバー５８を操作すると、車体側へ固定されているブラケット５９に対して、チルト中心（Ｃ）の廻りにチルト傾動可能になっている。
【００４２】
さらに、電動パワーステアリング装置５３の出力軸５６と、ラック＆ピニオン式のステアリングギヤユニット６０のピニオン軸６１との間には、アッパー側及びロアー側自在継手２１，２２を介して、中間軸２０が介装してある。
【００４３】
図３は、本発明の第１実施の形態に係る車両用ステアリング装置に装着した伸縮軸の縦断面図である。図４（ａ）は、図３に示した伸縮軸の拡大断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。図５は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った拡大横断面図である。
【００４４】
図３及び図４に示すように、伸縮軸２０は、相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した雄軸１と雌軸２とからなる。
【００４５】
図５に示すように、雄軸１の外周面には、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝３が延在して形成してある。これに対応して、雌軸２の内周面にも、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝５が延在して形成してある。
【００４６】
雄軸１の軸方向溝３と、雌軸２の軸方向溝５との間に、両軸１，２の軸方向相対移動の際に転動する複数の剛体の球状体７（転動体、ボール）が転動自在に介装してある。
【００４７】
なお、雌軸２の軸方向溝５は、断面略円弧状若しくはゴシックアーチ状である。雄軸１の軸方向溝３は、傾斜した一対の平面状側面３ａと、これら一対の平面状側面３ａの間に平坦に形成した底面３ｂとから構成してある。
【００４８】
雄軸１の軸方向溝３と、球状体７との間には、球状体７に接触して予圧するための板バネ９が介装してある。
【００４９】
この板バネ９は、球状体７に２点で接触する球状体側接触部９ａと、球状体側接触部９ａに対して略周方向に所定間隔をおいて離間してあると共に雄軸１の軸方向溝３の平面状側面３ａに接触する溝面側接触部９ｂと、球状体側接触部９ａと溝面側接触部９ｂを相互に離間する方向に弾性的に付勢する付勢部９ｃと、軸方向溝３の底面３ｂに対向した底部９ｄと、を有している。
【００５０】
この付勢部９ｃは、略Ｕ字形状で略円弧状に折曲した折曲形状であり、この折曲形状の付勢部９ｃによって、球状体側接触部９ａと溝面側接触部９ｂを相互に離間するように弾性的に付勢することができる。
【００５１】
図５に示すように、雄軸１の外周面には、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝４が延在して形成してある。これに対応して、雌軸２の内周面にも、周方向に１２０度間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝６が延在して形成してある。
【００５２】
雄軸１の軸方向溝４と、雌軸２の軸方向溝６との間に、両軸１，２の軸方向相対移動の際に滑り摺動する複数の剛体の円柱体８（摺動体、ニードルローラ）が微小隙間をもって介装してある。なお、これら軸方向溝４，６は、断面略円弧状若しくはゴシックアーチ状である。
【００５３】
また、図４に示すように、雄軸１の端部は、以下のように固定してある。ニードルローラ８、板バネ９、ボール７を軸方向に固定する方法として、ストッパープレート１１、ワッシャーホルダー１２、ウェーブワッシャー１３、プッシュナット１４という構成で行っている。
【００５４】
ストッパープレート１１は、ニードルローラ８やボール７が直接当たる面である。ウェーブワッシャー１３は、ニードルローラ８を軸方向に適度に予圧する役割を果たしており、これにより、ニードルローラ８が自由に動いて異音を発生させることを防いでいる。
【００５５】
プッシュナット１４は、軸方向の固定をしており、プッシュナット１４は、本来、適用軸径にはめ込めば十分に軸方向固定できるが、本実施の形態では、より高い軸方向固定力を得るため、軸に溝１５を形成し、その溝１５にプッシュナット１４が嵌合されるよう設計してある。
【００５６】
また、プッシュナット１４とウェーブワッシャー１３は、それぞれ別体であるが、ワッシャーホルダー１２によって一体化されている。ワッシャーホルダー１２からは、爪１６が出ていて、この爪１６がプッシュナット１４にひっかかり、ウェーブワッシャー１３をサンドイッチする形でホールドしている。これは、組立時の工数を減らすために部品点数を減らすことを目的としている。尚、ストッパープレート１１から同様に爪を出してウェーブワッシャー１３とプッシュナット１４を一体化しても良い。
【００５７】
さらに、雄軸１の軸方向溝３，４、雌軸２の軸方向溝５，６、板バネ９、及び球状体７の間には、潤滑剤が塗布してあることから、トルク非伝達時（摺動時）、雄軸と雌軸は、ガタ付きのない安定した摺動荷重で軸方向に摺動することができる。
【００５８】
なお、伸縮軸２０は、別言すれば、雄軸１の外周面と雌軸２の内周面とに設けられた第１介装部（軸方向溝３，５）と、該第１介装部（軸方向溝３，５）に配置され雄軸１と雌軸２との軸方向相対移動の際には転動する第１トルク伝達部材（転動体７）と、第１介装部（軸方向溝３，５）に第１トルク伝達部材（転動体７）に径方向に隣接して配置され、回転の際には第１トルク伝達部材（転動体７）を拘束し、非回転の際には第１トルク伝達部材（転動体７）を介して雄軸１と雌軸２とに予圧を与える弾性体（板バネ９）とからなる第１のトルク伝達装置と、雄軸１の外周面と雌軸２の内周面とに設けられた第２介装部（軸方向溝４，６）と、該第２介装部（軸方向溝４，６）に配置され雄軸１と雌軸２との軸方向相対移動の際には摺動し、回転の際にはトルクを伝達する第２トルク伝達部材（摺動体８）とからなる第２のトルク伝達装置と、を具備している。
【００５９】
以上のように構成した伸縮軸では、雄軸１と雌軸２の間に球状体７を介装し、板バネ９により、球状体７を雌軸２に対してガタ付きのない程度に予圧してあるため、トルク非伝達時は、雄軸１と雌軸２の間のガタ付きを確実に防止することができると共に、雄軸１と雌軸２は軸方向に相対移動する際には、ガタ付きのない安定した摺動荷重で摺動することができる。
【００６０】
トルク伝達時には、板バネ９が弾性変形して球状体７を周方向に拘束すると共に、雄軸１と雌軸２の間に介装した３列の円柱体８が主なトルク伝達の役割を果たす。
【００６１】
例えば、雄軸１からトルクが入力された場合、初期の段階では、板バネ９の予圧がかかっているため、ガタ付きはなく、板バネ９がトルクに対する反力を発生させてトルクを伝達する。この時は、雄軸１・板バネ９・球状体７・雌軸２間の伝達トルクと入力トルクがつりあった状態で全体的なトルク伝達がなされる。
【００６２】
さらにトルクが増大していくと、円柱体８を介した雄軸１、雌軸２の回転方向のすきまがなくなり、以後のトルク増加分を、雄軸１、雌軸２を介して、円柱体８が伝達する。そのため、雄軸１と雌軸２の回転方向ガタを確実に防止するとともに、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００６３】
以上から、本実施の形態によれば、球状体７以外に、円柱体８を設けているため、大トルク入力時、負荷量の大部分を円柱体８で支持することができる。従って、雌軸２の軸方向溝５と球状体７との接触圧力を低下して、耐久性を向上することができると共に、大トルク負荷時には、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００６４】
また、円柱体８が雄軸１及び雌軸２に接触していることから、球状体７への捩りトルクを低減し、板バネ９の横滑りを抑えて、その結果、ヒステリシスが過大となることを抑えることができる。
【００６５】
このように、本実施の形態によれば、安定した摺動荷重を実現すると共に、回転方向ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００６６】
なお、球状体７は、剛体のボールが好ましい。また剛体の円柱体８は、ニードルローラが好ましい。
【００６７】
円柱体（以後、ニードルローラと記す）８は、線接触でその荷重を受けるため、点接触で荷重を受けるボールよりも接触圧を低く抑えることができるなど、さまざまな効果がある。したがって、全列をボール転がり構造とした場合よりも下記の項目が優れている。
・摺動部での減衰能効果が、ボール転がり構造に比べて大きい。よって振動吸収性能が高い。
・ニードルローラが雄軸と雌軸に微小に接触していることにより、摺動荷重変動幅を低く抑えることができ、その変動による振動がステアリングまで伝わらない。
・同じトルクを伝達するならば、ニードルローラの方が接触圧を低く抑えることができるため、軸方向の長さを短くできスペースを有効に使うことができる。
・同じトルクを伝達するならば、ニードルローラの方が接触圧を低く抑えることができるため、熱処理等によって雌軸の軸方向溝表面を硬化させるための追加工程が不要である。
・部品点数を少なくすることができる。
・組立性をよくすることができる。
・組立コストを抑えることができる。
【００６８】
このようにニードルローラは、雄軸１と雌軸２の間のトルク伝達のためのキーの役割をするとともに、雌軸２の内周面とすべり接触する。ニードルローラの使用が従来のスプライン嵌合と比較して、優れている点は下記のとおりである。
・ニードルローラは大量生産品であり、非常に低コストである。
・ニードルローラは熱処理後、研磨されているので、表面硬度が高く、耐摩耗性に優れている。
・ニードルローラは研磨されているので、表面粗さがきめ細かく摺動時の摩擦係数が低いため、摺動荷重を低く抑えることができる。
・使用条件に応じて、ニードルローラの長さや配置を変えることができるため、設計思想を変えること無く、さまざまなアプリケーションに対応することができる。
・使用条件によっては、摺動時の摩擦係数をさらに下げなければならない場合がある、この時ニードルローラだけに表面処理をすればその摺動特性を変えることができるため、設計思想を変えること無く、さまざまなアプリケーションに対応することができる。
・ニードルローラの外径違い品を安価に数ミクロン単位で製造することができるため、ニードルローラ径を選択することによって雄軸・ニードルローラ・雌軸間のすきまを最小限に抑えることができる。よって軸の捩り方向の剛性を向上させることが容易である。
【００６９】
次に、図２に示すように、以下に示すような問題も全て解決することができる。
・ステアリングギヤユニット６０では、走行時等に、車体（ギヤ側）からの振動が発生する。しかし、本実施の形態では、伸縮軸２０が低摺動荷重により容易に伸縮できるため、車体（ギヤ側）からの振動を十分に吸収することができる。
・車両への組付け時は、従来、図１０に示すように、雄セレーション部６７に対してロアー側自在継手６３のヨーク６３ａをスライドさせて、ピニオン軸６１にロアー側自在継手６３のヨーク６３ｂを嵌合させ、最後にクランプ用ボルト６８が締結してある。しかし、本実施の形態では、自在継手２２のヨークと雄軸１とが一体的に形成してあり、伸縮軸２０が低摺動荷重により容易に伸縮できるため、容易に組立を行うことができ、組立性の向上及び製造コストの低減を図ることができる。また、これにより、クランプ用ボルト６８の締結を不要にすることができる。
・また、アッパー側自在継手６２とロア側自在継手６３の間には、チルト調整によるアッパー側自在継手の動きによる軸方向荷重が発生する。しかし、本実施の形態では、伸縮軸２０が低摺動荷重により容易に伸縮できるため、このような軸方向荷重が発生することがない。
・さらに、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置５３の取付位置が設計値に対してずれた状態でトルク伝達を行った場合、設計値に対して若干トルク変動が大きくなる。しかし、本実施の形態では、伸縮軸２０が低摺動荷重により容易に伸縮できるため、設計値に対してトルク変動が大きくなることがない。
【００７０】
以上から、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置に、中間軸を組み合わせた場合に必要とされる上述した以下の項目を十分に満足することができる。
・操舵時には、車両取り付け位置のばらつきに左右されない低く安定した操舵軸回転トルク特性を得る。
・車両走行時には、ステアリングギアユニット６０側からの振動・変位を中間軸２０が吸収し、不快な振動や音をステアリングホイール５２上に伝えにくくする。
・チルト調整時には、ステアリングホイール５２を上下方向にチルトさせた時には、中間軸２０の長さが変化するが、この時、中間軸２０が軸方向変位を無理なく吸収して、操舵軸全体に余分な軸方向荷重やモーメントがかからないようにする。
・組立時には、車両への組み付けが簡単になるように中間軸が自在に伸縮し、これにより、クランプ用ボルト６８の締結作業を一箇所無くす。
・恒常的に高トルク伝達するため、高トルク伝達に耐える構造である。
・回転方向のガタ付きを無くして、操舵トルクの助勢制御をより正確に行える。
・運転者を保護するため、衝突時に車両前方向からの変位を吸収するコラプス機構を有する。
・チルト操作時に無理なく中間軸が伸縮し、運転者にとって最適なポジションが得られるとともに、安定した操縦特性を得る。
【００７１】
（第２実施の形態）
図６は、本発明の第２実施の形態に係る車両用ステアリング装置の模式図である。図７は、図６に示した車両用ステアリング装置の模式図であり、テレスコピック摺動している状態を示す。図８は、図７の中心線のみの図であり、テレスコピック摺動により中間軸が伸縮している状態を示す。
【００７２】
本実施の形態は、チルト機能に加え、テレスコピック機能を備えたコラム構造であり、ステアリングコラム５０全体が軸方向に移動することができるようになっている。このような場合にも、中間軸２０が自在に伸縮することが求められる。
【００７３】
図６に示すように、車体側へ固定されるブラケット５９に、テレスコピック用長孔３１が形成してあり、ステアリングコラム５０に設けたディスタンスブラケット３２にも、テレスコピック用長孔３３が形成してある。
【００７４】
図７に示すように、テレスコピック調整により、アッパー側自在継手２１の位置が変化するが、この時、中間軸２０が軸方向変位を無理なく吸収して、操舵軸全体に余分な軸方向荷重やモーメントがかからないようにすることができる。
【００７５】
図８に示すように、ジョイント間寸法（Ｌ）は、テレスコピック最大位置の場合には、Ｌｄであり、テレスコピック中間位置の場合には、Ｌｅであり、テレスコピック最小位置の場合には、Ｌｆであるとすると、Ｌｆ＜Ｌｅ＜Ｌｄの関係になっている。
【００７６】
以上から、本実施の形態においても、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置に、中間軸を組み合わせた場合に必要とされる上述した以下の項目を十分に満足することができる。
・操舵時には、車両取り付け位置のばらつきに左右されない低く安定した操舵軸回転トルク特性を得る。
・車両走行時には、ステアリングギアユニット６０側からの振動・変位を中間軸２０が吸収し、不快な振動や音をステアリングホイール５２上に伝えにくくする。
・テレスコピック調整時には、ステアリングホイール５２をテレスコピック摺動させた時には、中間軸２０の長さが変化するが、この時、中間軸２０が軸方向変位を無理なく吸収して、操舵軸全体に余分な軸方向荷重やモーメントがかからないようにする。
・組立時には、車両への組み付けが簡単になるように中間軸が自在に伸縮し、これにより、クランプ用ボルト６８の締結作業を一箇所無くす。
・恒常的に高トルク伝達するため、高トルク伝達に耐える構造である。
・回転方向のガタ付きを無くして、操舵トルクの助勢制御をより正確に行える。
・運転者を保護するため、衝突時に車両前方向からの変位を吸収するコラプス機構を有する。
・テレスコピック操作時に無理なく中間軸が伸縮し、運転者にとって最適なポジションが得られるとともに、安定した操縦特性を得る。
【００７７】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置の出力軸と、舵取り機構の入力軸との間に、雄軸と雌軸を相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した伸縮軸が介装してあることから、安定した摺動荷重を実現すると共に、ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達できる。
【００７９】
これにより、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置に、中間軸を組み合わせた場合に必要とされる上述した以下の項目を十分に満足することができる。
・操舵時には、車両取り付け位置のばらつきに左右されない低く安定した操舵軸回転トルク特性を得る。
・車両走行時には、ステアリングギア側からの振動・変位を中間軸が吸収し、不快な振動や音をステアリングホイール上に伝えにくくする。
・チルト調整時には、ステアリングホイールを上下方向にチルトさせた時には、中間軸の長さが変化するが、この時、中間軸が軸方向変位を無理なく吸収して、操舵軸全体に余分な軸方向荷重やモーメントがかからないようにする。
・組立時には、車両への組み付けが簡単になるように中間軸が自在に伸縮し、これにより、クランプ用ボルトの締結作業を一箇所無くす。
・恒常的に高トルク伝達するため、高トルク伝達に耐える構造である。
・回転方向のガタ付きを無くして、操舵トルクの助勢制御をより正確に行える。
・運転者を保護するため、衝突時に車両前方向からの変位を吸収するコラプス機構を有する。
・チルト及びテレスコピック操作時に無理なく中間軸が伸縮し、運転者にとって最適なポジションが得られるとともに、安定した操縦特性を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る車両用ステアリング装置の模式図である。
【図２】図１に示した車両用ステアリング装置の模式図であり、チルト傾動の最上段及び最下段時を示す（様々な軸方向変位を説明するための図）。
【図３】本発明の第１実施の形態に係る車両用ステアリング装置に装着した伸縮軸の縦断面図である。
【図４】（ａ）は、図３に示した伸縮軸の拡大断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。
【図５】図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った拡大横断面図である。
【図６】本発明の第２実施の形態に係る車両用ステアリング装置の模式図である。
【図７】図６に示した車両用ステアリング装置の模式図であり、テレスコピック摺動している状態を示す。
【図８】図７の中心線のみの図であり、テレスコピック摺動により中間軸が伸縮している状態を示す。
【図９】従来例に係る車両用ステアリング装置の模式図である。
【図１０】従来例に係る車両用ステアリング装置の模式図であり、チルト傾動の最上段及び最下段時を示す（様々な軸方向変位を説明するための図）。
【図１１】チルト調整時にジョイント間寸法が変化することを説明するための図である。
【図１２】従来例に係る中間軸の一部切欠き断面図である。
【符号の説明】
１ 雄軸
２ 雌軸
３ 軸方向溝
３ａ 平面状側面
３ｂ 底面
４ 軸方向溝
５ 軸方向溝
５ａ 平面状側面
５ｂ 底面
６ 軸方向溝
７ 球状体（ボール、転動体）
８ 円柱体（ニードルローラ、摺動体）
９ 板バネ（弾性体）
９ａ 球状体側接触部（伝達部材側接触部）
９ｂ 溝面側接触部
９ｃ 付勢部
９ｄ 底部
１１ ストッパープレート
１２ ワッシャーホルダー
１３ ウェーブワッシャー
１４ プッシュナット
１５ 溝
２０ 伸縮軸
２１ 自在継手
２２ 自在継手
３１、３３ テレスコピック用長孔
３２ ディスタンスブラケット
５０ ステアリングコラム
５１ ステアリングシャフト
５２ ステアリングホイール
５３ コラムアシスト型電動パワーステアリング装置
５４ 電動モータ
５５ ギヤユニット
５６ 出力軸
５７ チルト機構
５８ 操作レバー
５９ 車体側固定ブラケット
６０ ステアリングギヤユニット
６１ ピニオン軸
６２ アッパー側自在継手
６３ ロアー側自在継手
６３ａ，６３ｂ ヨーク
６４ 中間軸
６５ 雌スプライン軸
６６ 雄スプライン軸
６７ 雄セレーション部
６８ クランプ用ボルト
Ｃ チルト中心
Claims (3)
- ステアリングシャフトの操舵力をコラムアシスト型電動パワーステアリング装置により助勢し、高トルクとなった操舵力を伝達して、舵取り機構によって車輪を転舵する車両用ステアリング装置において、
前記コラムアシスト型電動パワーステアリング装置の出力軸と、前記舵取り機構の入力軸との間に、雄軸と雌軸を相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した伸縮軸を介装したことを特徴とする車両用ステアリング装置。 - 前記伸縮軸では、前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面に形成した少なくとも１対の軸方向溝の間に、少なくとも１列の転動体と、弾性体とを介装したことを特徴とする請求項１に記載の車両用ステアリング装置。
- 前記伸縮軸は、
前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面とに設けられた第１介装部と、該第１介装部に配置され前記雄軸と前記雌軸との軸方向相対移動の際には転動する第１トルク伝達部材と、前記第１介装部に前記第１トルク伝達部材に径方向に隣接して配置され、回転の際には前記第１トルク伝達部材を拘束し、非回転の際には前記第１トルク伝達部材を介して前記雄軸と前記雌軸とに予圧を与える弾性体とからなる第１のトルク伝達装置と、
前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面とに設けられた第２介装部と、該第２介装部に配置され前記雄軸と前記雌軸との軸方向相対移動の際には摺動し、回転の際にはトルクを伝達する第２トルク伝達部材とからなる第２のトルク伝達装置と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の車両用ステアリング装置。
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