JP2005069436A - 摺動シャフト - Google Patents

Abstract

【課題】摺動シャフトにおいて、トーションバーを用いてガタ除去を達成しようとする場合、外軸と内軸との嵌合長をあまり長くできないと、ガタ除去効果が得られないおそれがある。
【解決手段】摺動シャフト１は、筒状の外軸２と、外軸２に軸方向に相対摺動可能に且つトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸３とを備える。内軸３は、主体部４と、軸端部５と、主体部４および軸端部５を互いに位相をずらした状態で回転方向にねじり弾性をもって連結する例えば断面円形のねじり軸部６とを含む。ねじり軸部６の軸線７が主体部５および軸端部６の軸線８から所定のオフセット量Ａだけオフセットされている。ねじり軸部６をその軸線７回りに少しねじっただけで、外軸２と内軸３の嵌合部分における回転方向の相対変位長さを十分に確保する。
【選択図】 図５

Description

本発明は軸方向に相対摺動可能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を備える摺動シャフトに関する。

この種の摺動シャフトとして、筒状の外軸と、この外軸内に嵌め合わされる内軸とを備え、内軸が、主体部と、この主体部に軸細のトーションバーを介して連結された軸端部とを含む摺動シャフトがある。この摺動シャフトでは、上記トーションバーが主体部および軸端部を互いに位相をずらした状態で回転方向にねじり弾性をもって連結しており、トーションバーをねじった状態で内軸を外軸内に挿入し、トーションバーのねじりを戻そうとする復元力で内軸と外軸に相対回転方向の予圧を与え、内軸と外軸の間の回転方向のガタをなくすようにしている（例えば特許文献１）。
仏公開特許公報No.２２２８１７５号

トーションバーは長さが長いほど主体部と軸端部との間のねじれ量を大きくすることができるが、実際には、内軸と外軸の嵌合長をあまり長くできない関係上、トーションバーの長さをあまり長くできない。このような比較的短いトーションバーでは、そのねじり応力の限界いっぱいまでねじったとしても、主体部と軸端部の間のねじれ量が小さく、ガタ除去に効果を発揮できないおそれがある。

例えば、摺動シャフトをステアリングシャフトやインターミディエイトシャフト等のステアリング装置に用いた場合、摺動部で回転方向にガタ（遊び）が存在すると、操舵中立位置付近で操舵フィーリングや操縦安定性が悪くなるおそれがある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、確実にガタを除去することができる摺動シャフトを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、
本発明は、筒状の外軸と、外軸に軸方向に相対摺動可能に且つトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸とを備え、内軸は、主体部と、軸端部と、主体部および軸端部を互いに位相をずらした状態で回転方向にねじり弾性をもって連結するねじり軸部とを含み、ねじり軸部の軸線が主体部の軸線からオフセットされる場合がある。

この場合、ねじり軸部の軸線回りのねじり角度が小さくても、内軸と外軸の回転方向の相対変位長を長くすることができる。したがって、比較的短いねじり軸部をその応力限界内でねじった場合でも、内軸と外軸のガタを確実に除去することができ、結果として、確実にガタ除去を達成することができる。
また、本発明は、筒状の外軸と、外軸に軸方向に相対摺動可能に且つトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸とを備え、外軸および内軸の何れか一方は、主体部と、主体部から分割された軸端部と、主体部および軸端部を互いに位相をずらした状態で回転方向にねじり弾性をもって連結する連結手段とを含み、連結手段は、主体部および軸端部の間に介在し主体部および軸端部に加硫接着するゴムを含む場合がある。

この場合、ゴムであれば、応力的に有利であり仮に軸方向長さが短くても、内軸および外軸の回転方向の遊びを除去するに十分なねじり変位量を確保することができる。したがって、確実にガタ除去を達成することができる。
また、本発明は、筒状の外軸と、外軸に軸方向に相対摺動可能に且つトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸とを備え、内軸は、主体部と、主体部から分割された軸端部と、主体部および軸端部を互いに位相をずらした状態で回転方向にねじり弾性をもって連結するトーションバーとを含み、上記主体部はトーションバーを収容する筒状をなし、トーションバーの一端が上記軸端部に一体回転可能に固定されると共に他端が主体部に一体回転可能に固定される場合がある。

この場合、トーションバーを中空の内軸内に組み込むので、全体を大型化することなく、トーションバーの長さを比較的自由に設定でき、その結果、内軸および外軸の回転方向の遊びを除去するに十分なねじり変位量を確保することができる。結果として確実にガタ除去を達成することができる。
また、本発明は、筒状の外軸と、外軸に軸方向に相対摺動可能に且つトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸とを備え、外軸および内軸の何れか一方は、主体部と、主体部から分割された軸端部と、主体部および軸端部を互いに位相をずらした状態で回転方向にねじり弾性をもって連結する連結手段とを含み、外軸および内軸は互いに対応する軌道溝を含み、これら互いに対応する軌道溝間に転動体が介在する場合がある。

この場合、連結手段のねじりを戻す方向の付勢力によって内軸と外軸の回転方向のガタを確実に除去することができる。しかも、転動体を用いることで、内軸と外軸の軸方向の相対移動抵抗を小さくすることができる。

本発明の好ましい実施の形態を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摺動シャフトの分解斜視図である。図１を参照して、本摺動シャフト１は、筒状の外軸２と、外軸２に軸方向に相対摺動可能に且つトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸３とを備える。外軸２および内軸３の嵌合部分の断面図である図４Ａおよび図４Ｂを参照して、外軸２の内周面２１には、互いの間に二面幅を形成する一対の相対向する平坦面２２が設けられている。

図１および図２を参照して、内軸３は、主体部４と、軸端部５と、主体部４および軸端部５を互いに位相をずらした状態で回転方向にねじり弾性をもって連結する例えば断面円形のねじり軸部６とを含む。内軸３は一体に形成されており、ねじり軸部６は相対的に太い主体部４および軸端部５に対して軸細部として構成されている。
主体部４および軸端部５の断面形状は外軸２の断面形状に適合する形状をなしている。図４Ａを参照して、主体部４の外周面４１には、互いの間に二面幅を形成する一対の相対向する平坦面４２が設けられ、図４Ｂを参照して、軸端部５の外周面５１には、互いの間に二面幅を形成する一対の相対向する平坦面５２が設けられている。主体部４および軸端部５の平坦面４２，５２が外軸２の平坦面２２に対応する。

無負荷の状態の内軸３において（すなわちねじり軸部６の自由状態で）、主体部４と軸端部５との間に生ずる位相ずれ量は、外軸２と内軸３との間に生ずるおそれのある回転方向の遊び量よりも大きくしてある。外軸２に内軸３を組み込むときに、主体部４と軸端部５の間の位相ずれを戻す態様にて挿入するが、挿入後の内軸３において、主体部４と軸端部５の位相ずれ量を元の量（自由状態での位相ずれ量）に復帰しようとする復元力が働く。この復元力を用いて、外軸２と内軸３に相対回転方向の予圧が与えられる。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、主体部４および軸端部５の平坦面４２，５２は互いに逆向きに傾斜して、対応する外軸の平坦面２２に対向する。

本実施の形態の特徴とするところは、図２および図３に示すように、ねじり軸部６の軸線７が主体部５（および軸端部６）の軸線８から所定のオフセット量Ａだけオフセットされている点にある。
本実施の形態によれば、ねじり軸部６の軸線７回りのねじり角度Ｂが小さくても、内軸３と外軸２の嵌合部分（特に、ねじり軸部６の軸線７から遠い側の嵌合部分）の回転方向の相対変位長Ｃを大きくすることができる。したがって、ねじ軸部６が短い場合でも、該ねじ軸部６をその応力限界内でねじることで、内軸３と外軸２のガタを確実に除去することができる。結果として、小型で確実にガタ除去を達成することができる。

なお、本実施の形態においては、主体部４および軸端部５の断面形状として、二面幅を形成する形状を採用したが、これに限らず、例えばＤ形断面その他の異形形状を採用することができる。また、外軸２と内軸３をスプライン結合させることもできる。
次いで、図５は本発明の別の実施の形態を示している。図５を参照して、本実施の形態では、摺動シャフト１Ａが、筒状の外軸２Ａと、内軸３Ａとを備え、外軸２Ａと内軸３Ａはスプライン嵌合により軸方向に相対摺動可能に且つトルク伝達可能に嵌め合わされる。

内軸３Ａは、主体部４Ａと、主体部４Ａから分割された軸端部５Ａと、主体部４Ａおよび軸端部５Ａの間に介在し主体部４Ａおよび軸端部５Ａを互いに連結する連結手段としてのゴム９を含む。ゴム９は主体部４Ａおよび軸端部５Ａの対向端面に加硫接着されており、主体部４Ａおよび軸端部５Ａを互いに位相をずらした状態で回転方向にねじり弾性をもって連結する。

内軸３Ａの主体部４Ａおよび軸端部５Ａは同一断面形状をなし、それぞれ外周面にスプライン歯１０，１１を形成している。外軸２Ａに組み込む前の無負荷状態のときに、スプライン歯１０，１１は互いに位相がずらされている。一方、外軸２Ａは軸長方向に真直に延びるスプライン溝１２を形成している。
組み込み前の無負荷のときの内軸３Ａのスプライン歯１０，１１の位相ずれ量は、外軸２Ａと内軸３Ａとの間に生ずるおそれのある回転方向の遊び量よりも大きくしてある。外軸２Ａに内軸３Ａを組み込むときに、主体部４Ａと軸端部５Ａの間の位相ずれを戻す態様にねじって挿入するが、挿入後の内軸３Ａにおいて、主体部４Ａと軸端部５Ａの位相ずれ量を元の量（自由状態での位相ずれ量）に復帰しようとする復元力が働く。この復元力を用いて、外軸２Ａと内軸３Ａに相対回転方向の予圧が与えられる。

図６を参照して、一方の回転方向では、外軸２Ａおよび内軸３Ａのうちの一方からなる入力軸から他方からなる出力軸へ直接トルクが伝達され、リニアな特性ｅが得られる。また、他方の回転方向では、小トルク伝達時には、入力軸からゴム９を介して出力軸にトルクが伝達されるためゴム９による低勾配のリニアな特性ｆが得られる一方、大トルク伝達時には、入力軸から出力軸へスプライン嵌合部分を介してトルクが伝達される高勾配のリニアな特性ｇが得られ、二段折れ特性となる。

本実施の形態によれば、下記の利点がある。すなわち、ゴム９であれば、応力的に有利であり仮に軸方向長さが短くても、内軸３Ａおよび外軸４Ａの回転方向の遊びを除去するに十分なねじり変位量を確保することができる。したがって、小型で確実にガタ除去を達成することができる。特に、本摺動シャフト１Ａをステアリングシャフト乃至インターミディエイトシャフトに適用した場合には、操舵中立位置の近傍でのステアリング操作においてガタ感の解消を通じて操舵フィーリングを向上させることができると共に、ガタ除去による操舵レスポンスの向上を通じて操舵安定性を向上させることができる。

次いで、図７は本発明の別の実施の形態を示している。図７を参照して、本実施の形態が図５の実施の形態と異なるのは、本摺動シャフト１Ｂでは、筒状の外軸２Ｂが、主体部１３と、主体部１３から分割された軸端部１４と、主体部１３および軸端部１４を回転方向の位相をずらした状態で連結し主体部１３および軸端部１４に加硫接着されるゴム１５を有する点である。ゴム１５は筒状をなし、主体部１３と軸端部１４の対向端部の外周に嵌合されて加硫接着されている。ゴム１５は主体部１３と軸端部１４の対向端部間に介在する部分を有していても良い。

主体部１３および軸端部１４にはそれぞれスプライン溝１６，１７が形成され、これらスプライン溝１６，１７の位相がずらされている。内軸３Ｂは分割されておらず、軸長方向に真直なスプライン歯１８を形成している。
本実施の形態においても、図５の実施の形態と同様の作用効果を奏することができ、確実にガタ除去を達成することができ、摺動シャフト１Ｂの小型化を図ることもできる。

次いで、図８は本発明の別の実施の形態を示している。図８を参照して、本実施の形態が図１の実施の形態と異なる構成は、摺動シャフト１Ｃが、外軸２に軸方向に相対摺動可能に且つトルク伝達可能に嵌め合わされる内軸３Ｃが、主体部３０と、主体部３０から分割された軸端部３１と、主体部３０および軸端部３１を互いに位相をずらした状態で回転方向にねじり弾性をもって連結するトーションバー３２とを含む点にある。

また、上記主体部３０がトーションバー３２を収容する筒状をなしており、トーションバー３２の一端３２ａが上記軸端部３１に一体回転可能に固定されると共に他端３２ｂが主体部３０に一体回転可能に固定される点にある。トーションバー３２の他端３２ｂには、筒状の主体部３０に一体回転可能に嵌合可能な断面形状をなす太軸部３３が設けられている。ただし、太軸部３３を設けずにトーションバー３２の他端３２ｂを主体部３０と一体に固定することもできる。

本実施の形態によれば、トーションバー３２を中空の内軸３Ｃ内に組み込むので、全体を大型化することなく、トーションバー３２の長さを比較的自由に設定でき、その結果、内軸３Ｃおよび外軸２の回転方向の遊びを除去するに十分なねじり変位量を確保することができる。結果として、小型で確実にガタ除去を達成することができる。
次いで、図９は本発明の別の実施の形態を示している。図９を参照して、本実施の形態では、摺動シャフト１Ｄが、筒状の外軸２Ｄと、外軸２Ｄに転動体３４を介して軸方向に相対移動可能に且つトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸３Ｄとを備える。具体的には、転動体３４としてボールを用いることで、本摺動シャフト１Ｄはボールスプラインシャフトとして構成されている。

内軸３Ｄは、主体部３５と、主体部３５から分割された軸端部３６と、主体部３５および軸端部３６を互いに位相をずらした状態で回転方向にねじり弾性をもって連結する連結手段としてのトーションバー３７を含む。連結手段としては、図示のトーションバー３７に代えて、ヘリカルカップリングを用いることもできる。
外軸２Ｄおよび内軸３Ｄは互いに対応する軌道溝４０，４１を含み、これら互いに対応する軌道溝４０，４１間に複数の転動体３５が介在する。内軸３Ｄの軌道溝４１は、主体部３５および軸端部３６に形成され、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、主体部３５の軌道溝４１と軸端部３６の軌道溝４１とは互いの位相がずらされている。

本実施の形態によれば、トーションバー３７のねじりの復元力によって転動体３４に予圧を与えて外軸２Ｄと内軸３Ｄの回転方向のガタを確実に除去することができる。しかも、転動体３４を用いることで、外軸２Ｄと内軸３Ｄの軸方向の相対移動抵抗を格段に小さくすることができる。
本実施の形態においては、内軸３Ｄが主体部３５と軸端部３６と連結用のトーションバー３７を有する構成としたが、これに代えて、外軸２Ｄが主体部と軸端部に分割されてこれら主体部および軸端部が図７の実施の形態で示したゴム９を介して連結される構成としても良い。

なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図１、図５、図７および図８の各摺動シャフト１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおいて、その外軸と内軸とをボール等の転動体を介してトルク伝達させる図９の実施の形態と同様の構成としても良い。その他、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。

本発明の一実施の形態の摺動シャフトの一部破断分解斜視図である。 摺動シャフトの断面図である。 内軸の要部の断面図である。 図４Ａおよび図４Ｂはそれぞれ、図２の４Ａ−４Ａ線に沿う断面図および図２の４Ｂ−４Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の別の実施の形態の摺動シャフトの概略断面図である。 回転角と伝達トルクの関係を示すグラフ図である。 本発明のさらに別の実施の形態の摺動シャフトの一部破断分解側面図である。 本発明のさらに別の実施の形態の摺動シャフトの分解断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態の摺動シャフトの一部破断分解側面図である。 図１０Ａおよび図１０Ｂはそれぞれ、図９の１０Ａ−１０Ａ線に沿う断面図および 図９の１０Ｂ−１０Ｂ線に沿う断面図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 摺動シャフト
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｄ 外軸
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 内軸
４，４Ａ 主体部
５，５Ａ 軸端部
６ ねじり軸部（連結手段）
７ 軸線
８ 軸線
９ ゴム（連結手段）
１０，１１ スプライン歯
１２ スプライン溝
１３ 主体部
１４ 軸端部
１６，１７ スプライン歯
１８ スプライン溝
２１ 内周面
２２ 平坦面
３０ 主体部
３１ 軸端部
３２ トーションバー（連結手段）
３２ａ 一端
３２ｂ 他端
３３ 太軸部
３４ 転動体
３５ 主体部
３６ 軸端部
３７ トーションバー（連結手段）
４０，４１ 軌道溝
４２ 平坦面
５１ 外周面
５２ 平坦面
Ａ オフセット量

Claims (4)

1. 筒状の外軸と、外軸に軸方向に相対摺動可能に且つトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸とを備え、
   内軸は、主体部と、軸端部と、主体部および軸端部を互いに位相をずらした状態で回転方向にねじり弾性をもって連結するねじり軸部とを含み、
   ねじり軸部の軸線が主体部の軸線からオフセットされることを特徴とする摺動シャフト。
2. 筒状の外軸と、外軸に軸方向に相対摺動可能に且つトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸とを備え、
   外軸および内軸の何れか一方は、主体部と、主体部から分割された軸端部と、主体部および軸端部を互いに位相をずらした状態で回転方向にねじり弾性をもって連結する連結手段とを含み、
   連結手段は、主体部および軸端部の間に介在し主体部および軸端部に加硫接着するゴムを含むことを特徴とする摺動シャフト。
3. 筒状の外軸と、外軸に軸方向に相対摺動可能に且つトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸とを備え、
   内軸は、主体部と、主体部から分割された軸端部と、主体部および軸端部を互いに位相をずらした状態で回転方向にねじり弾性をもって連結するトーションバーとを含み、
   上記主体部はトーションバーを収容する筒状をなし、
   トーションバーの一端が上記軸端部に一体回転可能に固定されると共に他端が主体部に一体回転可能に固定されることを特徴とする摺動シャフト。
4. 筒状の外軸と、外軸に軸方向に相対摺動可能に且つトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸とを備え、
   外軸および内軸の何れか一方は、主体部と、主体部から分割された軸端部と、主体部および軸端部を互いに位相をずらした状態で回転方向にねじり弾性をもって連結する連結手段とを含み、
   外軸および内軸は互いに対応する軌道溝を含み、これら互いに対応する軌道溝間に転動体が介在することを特徴とする摺動シャフト。

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