JP2005112244A - 車両ステアリング用伸縮軸 - Google Patents

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Abstract

【課題】 緩衝機能と伸縮機能の両方を併せ持ったス場合に、スティックスリップの発生し難い構造とし、運転者に不快な振動や音を伝え難くすること。
【解決手段】 緩衝部材10の外環12の端部に、凹部21が設けてあり、内環11の端部に、凸部22が設けてあり、凹部21に、凸部22が嵌合してある。これにより、互いに嵌合した凹凸部21,22から、雄軸M又は雌軸Fに略軸方向に変位が入力された際、緩衝部材10より伸縮軸(雄・雌軸M,F)の摺動を促すように、緩衝部材10を略軸方向に拘束する拘束機構20が構成してある。従って、軸方向に変位が発生した際に、この凹凸部21,22が緩衝部材10を拘束し、軸方向にゴム13がたわむのを防ぐことができる。これにより、本来スライドすべき伸縮軸がスライドする為、スティックスリップが発生し難くなる。
【選択図】 図4

Description

本発明は、操舵トルク伝達機能、伸縮機能に加えて、緩衝機能をも備えている車両ステアリング用伸縮軸に関する。
車両用ステアリング装置においては、中間シャフトは、例えば、ステアリングシャフト側に設けたカルダン軸継手と、ステアリングギヤ側に設けたカルダン軸継手との間に設けてある。
中間シャフトは、互いに回転不能且つ摺動自在にスプライン嵌合等した雄軸と雌軸とからなり、運転者の操舵トルクを確実にステアリングギヤに伝達するように、ガタ付きを防止しながら、高剛性の状態で操舵トルクを伝達できる一方、車両の走行時に生起する軸方向の変位を吸収し、また、分解・組立時に伸縮できるように、比較的低い安定した摺動荷重により軸方向に摺動(伸縮)できるようになっている。
中間シャフトでは、車輪側やエンジンルームから車室内に伝わる不快な「音」や「振動」を遮断するため、例えば、特許文献1に於いては、中間シャフトとカルダン軸継手のヨークとの間に、緩衝機構を設けている。
この緩衝機構では、中間シャフトとカルダン軸継手のヨークとの間に、内環と外環の間にゴムを充填した緩衝部材を設けている。操舵トルクが所定以下の時、この緩衝部材によって、エンジンルームから伝わってくる不快な音や振動を緩衝して低減できるようになっている。
なお、ヨーク側に、切欠きを形成し、中間シャフト側に、係合部材(突起状カム)を設けている。これにより、操舵トルクが所定以下の時、係合部材が切欠きに係合せず、操舵トルクが上昇して所定以上の時には、係合部材が切欠きに係合して、操舵トルクを伝達できるため、キレのある操舵感を得ることができるようになっている。
図10は、従来の第1例に係るカルダン軸継手の部分切欠き断面を含む側面図である。
本従来例では、車両ステアリング用伸縮軸(以後、伸縮軸と記す)は、相互に回転不能に且つ摺動自在にスプライン嵌合等した雄軸(図示略)と、雌軸Fとからなる。雄軸は、ステアリングホイール側の軸継手(図示略)のヨークに連結してある一方、雌軸Fは、ステアリングギヤ側のカルダン軸継手UJのヨークYに連結してある。
雌軸Fの端部と、カルダン軸継手UJのヨークYとの間に、内環11と外環12の間にゴム13(弾性体)を充填した緩衝部材10が設けてある。操舵トルクが所定以下の時、この緩衝部材10によって、エンジンルームから伝わってくる不快な音や振動を緩衝して低減できるようになっている。
また、ヨークYに、係合孔16を形成し、雌軸Fの端部に、係合孔16に係脱自在のストッパーピン17を設けている。
これにより、操舵トルクが所定以下の時、ストッパーピン17が係合孔16に係合せず、操舵トルクが上昇して所定以上の時には、ストッパーピン17が係合孔16に係合して、操舵トルクを伝達できるため、キレのある操舵感を得ることができるようになっている。
このように、操舵トルクが所定以下の時、ストッパーピン17が係合孔16に係合せず、緩衝部材10によって、エンジンルームから伝わってくる不快な音や振動を緩衝して低減できる一方、操舵トルクが上昇して所定以上の時、ストッパーピン17が係合孔16に係合するため、キレのある操舵感を得ることができる。
図11(a)は、従来の第2例に係るカルダン軸継手の部分切欠き断面を含む側面図であり、(b)は、(a)のb−b線に沿った断面図である。なお、本従来例は、上記の特許文献1に対応したものである。
本従来例は、基本的には上記従来例と同様であり、ヨークYに、切欠き14を形成し、雌軸Fの端部に、切欠き14に係脱自在のカムフランジ15を設けている。切欠き14は、上記の従来例では、係合孔16に対応し、カムフランジ15は、ストッパーピン17に対応し、その他の構成・作用等は、上記従来例と同様である。
図12(a)は、従来の第3例に係るカルダン軸継手の部分切欠き断面を含む側面図であり、(b)は、(a)のb−b線に沿った断面図である。
本従来例は、基本的には上記従来の第1及び第2例と同様であり、雌軸に代えて、雄軸Mに、ステアリングギヤ側のカルダン軸継手UJのヨークYが連結してある。
ヨークYに、切欠き14を形成し、雄軸Mの端部に、切欠き14に係脱自在のカムフランジ15を設けている。切欠き14は、上記の従来の第1例では、係合孔16に対応し、カムフランジ15は、ストッパーピン17に対応し、その他の構成・作用等は、上記従来の第1及び第2例と同様である。
ドイツ特許公開公報DE 199 05 350 A1号公報
上記のように、カルダン軸継手付き中間シャフトは、操舵トルク伝達機能、伸縮機能に加えて、緩衝機能をも備えている。
特許文献1では、緩衝ブッシュと伸縮用スプライン構造を組み合わせ、雌軸とトルク伝達時のストッパー部を一体化ししている。
しかしながら、これは従来から存在する緩衝ブッシュとスプライン構造を組み合わせただけで、この構造特有の問題点を解決する構造になっていない。
このステアリング伸縮軸の場合、2つの機能を有している。
1つは、雄軸と雌軸からなるスプライン嵌合により軸方向の相対変位を吸収することである。これは、車体がメインフレームとサブフレームからなる2体構造の場合、車両が走行する際に発生する相対移動をこのスプラインで吸収する、或いは運転者が運転時のドライビングポジションを最適にする為にステアリングシャフトをテレスコピックさせた時に伸縮するという機能を持っている。
もう1つは、緩衝ブッシュによって、高周波の振動や音を運転者に伝えない緩衝機能である。これは、タイヤから伝わってくるシミーやフラッターといった不快な振動や、油圧パワーステアリングが発生するバルブの音などを運転者に伝えないようにする機能である。
大別すれば、伸縮軸が数十μm〜数mmという比較的大きな軸方向変位を吸収する機能をもっているのに対し、緩衝部(ラバーブッシュ)では、変位自体は、もっと小さいものの高周波の音や振動を吸収する機能を持っている。
主に緩衝部(ラバーブッシュ)では、回転方向に機能することが必要とされており、緩衝部だけで回転方向にある程度の角度(2〜4度)をもって操舵トルクを伝達できるようになっており、それ以上の角度が入力されるとストッパー部がメカ的に当たり、リジッドにトルク伝達されるようになっている。
このような構造の場合、問題となるのは、次のようなケースである。すなわち、トルクが伝達されている状態で、軸方向の変位を吸収しなければならない時である。こうした状態では、伸縮部ではトルクが無負荷の状態に比べて急激にスライド荷重が上昇してしまう。
こうなると、本来、軸方向に動くべき伸縮部が動かず、緩衝部であるラバーブッシュ部が軸方向にわたみ始める。
しかし、ラバーブッシュ部は、軸方向の変位量が大きくなるにつれ、たわみ荷重も上昇する。そのうちに、伸縮部がスライドする荷重にまで内部荷重が増加すると、一気に伸縮部がスライドするいわゆるスティックスリップが発生する。この現象は、不快な音や振動としてステアリングホイールを通じて運転者に伝わるといった虞れがある。
このように、本来、スムースに動くべきはずの伸縮部が動きにくくなり、そのバランスの悪さゆえに緩衝部(ラバーブッシュ部)が軸方向にたわまされることで、スティックスリップという不快な音や振動を発生させることとなる。
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、緩衝機能と伸縮機能の両方を併せ持った場合に、スティックスリップの発生し難い構造とし、運転者に不快な振動や音を伝え難くすることができる車両ステアリング用伸縮軸を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明の請求項1に係る車両ステアリング用伸縮軸は、車両のステアリングシャフトに組込み、雄軸と雌軸を回転不能に且つ摺動自在に嵌合した伸縮部と、
前記雄軸又は雌軸の端部に設けられ、車両からの騒音や振動を吸収する緩衝部と、を備えた車両ステアリング用伸縮軸において、
前記雄軸又は雌軸に略軸方向に変位が入力された際、前記緩衝部よりも、前記伸縮部の摺動を促すように、前記緩衝部を略軸方向に拘束する拘束機構を具備することを特徴とする。
本発明の請求項2に係る車両ステアリング用伸縮軸は、前記緩衝部は、内環と外環の間に、弾性体を充填してなり、
前記拘束機構は、当該両環の端部で互いに嵌合した凹凸部からなることを特徴とする。
本発明の請求項3に係る車両ステアリング用伸縮軸は、前記緩衝部は、内環と外環の間に、弾性体を充填してなり、
前記拘束機構は、当該両環の間に接触角をもって介装した転動体からなることを特徴とする。
本発明の請求項4に係る車両ステアリング用伸縮軸は、前記緩衝部は、内環と外環の間に、弾性体を充填してなり、
前記拘束機構は、当該両環の間に介装した軸受からなることを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、雄軸又は雌軸に略軸方向に変位が入力された際、緩衝部より、伸縮部の摺動を促すように、緩衝部を略軸方向に拘束する拘束機構を具備していることから、スティックスリップの発生し難い構造とし、運転者に不快な振動や音を伝え難くすることができる。
以下、本発明の実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸を図面を参照しつつ説明する。
(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側面図である。図2は、図1に示した中間シャフトの側面図である。
図3(a)は、図1に示した中間シャフトの縦断面図であり、(b)は、(a)のb−b線に沿った断面図である。図4は、図3に示した中間シャフトの部分切欠き断面を含む側面図である。
図1に示すように、ステアリングコラム1には、後端にステアリングホイール2を装着したステアリングシャフト3が回転自在に支持してある。ステアリングシャフト3の前端には、自在継手18を介して、伸縮可能な中間シャフト5が連結してある。この中間シャフト5の下端には、自在継手UJを介して、ラック・ピニオン式のステアリングギヤ(図示略)が連結してあり、ステアリングギヤには、タイロッド(図示略)等を介して車輪(図示略)が連結してあり、これにより、車輪が操舵できるようになっている。
図2及び図3に示すように、伸縮軸である中間シャフト5は、相互に回転不能に且つ摺動自在にスプライン嵌合等した雄軸Mと、雌軸Fとからなる。伸縮構造は、スプライン嵌合に限らず、両軸M,Fの間に、転動体や摺動体等を介装した伸縮構造であってもよく、その内部構造は如何なるものであってもよい。
雄軸Mは、ステアリングホイール2側の軸継手18のヨーク18aに連結してある一方、雌軸Fは、ステアリングギヤ側のカルダン軸継手UJのヨークYに連結してある。
雌軸Fの端部と、カルダン軸継手UJのヨークYとの間に、内環11と外環12の間にゴム13(弾性体)を充填した緩衝部材10が設けてある。操舵トルクが所定以下の時、この緩衝部材10によって、エンジンルームから伝わってくる不快な音や振動を緩衝して低減できるようになっている。
また、ヨークYに、係合孔16を形成し、雌軸Fの端部に、係合孔16に係脱自在のストッパーピン17を設けている。さらに、図3(b)に示すように、雌軸Fの貫通孔Faと、内環11の貫通孔11aとには、ストッパーピン17が圧入されており、ゴム13(弾性体)の貫通孔13aと、外環12の貫通孔12aとには、ストッパーピン17は、隙間をもって嵌合されている。そして、ストッパーピン17を挿入した後に、ストッパーピン17先端に、有底孔17aをあけて、ストッパーピン17先端の外径を拡げている。
これにより、操舵トルクが所定以下の時、ストッパーピン17が係合孔16に係合せず、操舵トルクが上昇して所定以上の時には、ストッパーピン17が係合孔16に係合して、操舵トルクを伝達できるため、キレのある操舵感を得ることができるようになっている。
このように、操舵トルクが所定以下の時、ストッパーピン17が係合孔16に係合せず、緩衝部材10によって、エンジンルームから伝わってくる不快な音や振動を緩衝して低減できる一方、操舵トルクが上昇して所定以上の時、ストッパーピン17が係合孔16に係合するため、キレのある操舵感を得ることができる。
図4に示すように、本実施の形態では、緩衝部材10の外環12の端部に、凹部21が設けてあり、内環11の端部に、凸部22が設けてあり、凹部21に、凸部22が嵌合してある。
これにより、互いに嵌合した凹凸部21,22から、雄軸M又は雌軸Fに略軸方向に変位が入力された際、緩衝部材10より伸縮軸(雄・雌軸M,F)の摺動を促すように、緩衝部材10を略軸方向に拘束する拘束機構20が構成してある。
従って、軸方向に変位が発生した際に、この凹凸部21,22が緩衝部材10を拘束するため、軸方向にゴム13がたわむのを防ぐことができる。即ち、緩衝部材10の軸方向剛性を高めることができる。
これにより、本来スライドすべき伸縮軸(雄・雌軸M,F)がスライドする為、スティックスリップが発生し難くなり、運転者に不快な振動や音を伝え難くすることができる。
なお、これは、いかなる緩衝機構とスライド機構の組み合わせであっても、緩衝部材10の軸方向移動(たわみ)を防ぐことにより、同様の効果が得られる。
(第2実施の形態)
図5は、本発明の第2実施の形態に係る中間シャフトの部分切欠き断面を含む側面図である。また、図面から明らかなように、本実施の形態は、上述した第1実施の形態と基本的構造が同様であり、第1実施の形態と異なる点のみ説明する。
本実施の形態では、緩衝部材10の外環12の端部に、隙間を置いた一対のC型リング(止め輪)23,23が装着してある。これにより、外環12の端部内周に、スキマを置いた溝(凹部21に相当)を設けている。
これら一対のC型リング(止め輪)23,23の間(即ち、スキマを置いた溝(第1実施の形態の凹部21に相当))に、内環11の端部の凸部21が嵌合してある。これら凹凸の嵌合部は、適度なシメシロ状態で嵌合されている。
これにより、互いに嵌合した凹凸部23,23,22から、雄軸M又は雌軸Fに略軸方向に変位が入力された際、緩衝部材10より伸縮軸(雄・雌軸M,F)の摺動を促すように、緩衝部材10を略軸方向に拘束する拘束機構20が構成してある。
従って、軸方向に変位が発生した際に、この凹凸部23,23,22が緩衝部材10を拘束するため、軸方向にゴム13がたわむのを防ぐことができる。即ち、緩衝部材10の軸方向剛性を高めることができる。
これにより、本来スライドすべき伸縮軸(雄・雌軸M,F)がスライドする為、スティックスリップが発生し難くなり、運転者に不快な振動や音を伝え難くすることができる。
(第3実施の形態)
図6(a)は、本発明の第3実施の形態に係る中間シャフトの部分切欠き断面を含む側面図であり、(b)は、拘束機構の拡大断面図である。また、図面から明らかなように、本実施の形態は、上述した第1実施の形態と基本的構造が同様であり、第1実施の形態と異なる点のみ説明する。
本実施の形態では、内環11と外環12との端部には、それぞれ、凹溝24a,24bが形成してあり、これら凹溝24a,24b内には、接触角をもって玉25(転動体)が介装してある。
これにより、緩衝部材10の内環11と外環12の間が転がり軸受と同じ構造となっている。
回転方向に振動や変位が加えられた場合、ゴム13の動きを拘束しないようにこの玉軸受(25)が回転方向(周方向)に動くことができる。
これに対して、凹溝24a,24b内に接触角をもって介装した玉25(転動体)から、雄軸M又は雌軸Fに略軸方向に変位が入力された際、緩衝部材10より伸縮軸(雄・雌軸M,F)の摺動を促すように、緩衝部材10を略軸方向に拘束する拘束機構20が構成してある。
従って、軸方向に変位が発生した際には、内環11−玉25−外環12が接触角をもって接しているため、ゴム13が拘束され、軸方向に高い剛性を持つことができる。
これにより、本来スライドすべき伸縮軸(雄・雌軸M,F)がスライドする為、スティックスリップが発生し難くなり、運転者に不快な振動や音を伝え難くすることができる。
(第4実施の形態)
図7は、本発明の第4実施の形態に係る中間シャフトの部分切欠き断面を含む側面図である。また、図面から明らかなように、本実施の形態は、上述した第1実施の形態と基本的構造が同様であり、第1実施の形態と異なる点のみ説明する。
本実施の形態では、緩衝部材10の外環12の端部に、緩衝部材10に別体の玉軸受26が組立時に圧入嵌合して、一体化してある。また、雌軸Fに段部27があって、段部27と内環11との間には、玉軸受26の内輪が挟まっている。
回転方向に振動や変位が加えられた場合、ゴム13の動きを拘束しないようにこの玉軸受26が回転方向(周方向)に動くことができる。
これに対して、玉軸受26から、雄軸M又は雌軸Fに略軸方向に変位が入力された際、緩衝部材10より伸縮軸(雄・雌軸M,F)の摺動を促すように、緩衝部材10を略軸方向に拘束する拘束機構20が構成してある。
従って、軸方向に変位が発生した際には、内環11−玉軸受26−外環12が接触角をもって接しているため、ゴム13が拘束され、軸方向に高い剛性を持つことができる。
これにより、本来スライドすべき伸縮軸(雄・雌軸M,F)がスライドする為、スティックスリップが発生し難くなり、運転者に不快な振動や音を伝え難くすることができる。
(第5実施の形態)
図8は、本発明の第5実施の形態に係る中間シャフトの部分切欠き断面を含む側面図である。
本実施の形態は、図11の従来の第2例と、図4の第1実施の形態とを組み合わせたものである。すなわち、図8のXIb−XIb線に沿った断面は、図11(b)の従来の第2例と同一である。
即ち、図11と同様に、ヨークYに、切欠き14を形成し、雌軸Fの端部に、切欠きに係脱自在のカムフランジ15を設けている。
また、図4の第1実施の形態と同様に、緩衝部材10の外環12の端部に、凹部21が設けてあり、内環11の端部に、凸部22が設けてあり、凹部21に、凸部22が嵌合してある。これにより、互いに嵌合した凹凸部21,22から、雄軸M又は雌軸Fに略軸方向に変位が入力された際、緩衝部材10より伸縮軸(雄・雌軸M,F)の摺動を促すように、緩衝部材10を略軸方向に拘束する拘束機構20が構成してある。
(第6実施の形態)
図9は、本発明の第6実施の形態に係る中間シャフトの部分切欠き断面を含む側面図である。
本実施の形態は、図12の従来の第3例と、図4の第1実施の形態とを組み合わせたものである。すなわち、図9のXIIb−XIIb線に沿った断面は、図12(b)の従来の第3例と同一である。
即ち、図12と同様に、カルダン軸継手UJのヨークYが連結してあるのは、雄軸Mであり、また、ヨークYに、切欠き14を形成し、雄軸Mの端部に、切欠きに係脱自在のカムフランジ15を設けている。
また、図4の第1実施の形態と同様に、緩衝部材10の外環12の端部に、凹部21が設けてあり、内環11の端部に、凸部22が設けてあり、凹部21に、凸部22が嵌合してある。これにより、互いに嵌合した凹凸部21,22から、雄軸M又は雌軸Fに略軸方向に変位が入力された際、緩衝部材10より伸縮軸(雄・雌軸M,F)の摺動を促すように、緩衝部材10を略軸方向に拘束する拘束機構20が構成してある。
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。例えば、図1の自在継手UJについて説明したが、アッパー側の自在継手18に本発明を適用してもよい。
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側面図である。 図1に示した中間シャフトの側面図である。 (a)は、図1に示した中間シャフトの縦断面図であり、(b)は、(a)のb−b線に沿った断面図である。 図3に示した中間シャフトの部分切欠き断面を含む側面図である。 本発明の第2実施の形態に係る中間シャフトの部分切欠き断面を含む側面図である。 (a)は、本発明の第3実施の形態に係る中間シャフトの部分切欠き断面を含む側面図であり、(b)は、拘束機構の拡大断面図である。 本発明の第4実施の形態に係る中間シャフトの部分切欠き断面を含む側面図である。 本発明の第5実施の形態に係る中間シャフトの部分切欠き断面を含む側面図である。 本発明の第6実施の形態に係る中間シャフトの部分切欠き断面を含む側面図である。 従来の第1例に係るカルダン軸継手の部分切欠き断面を含む側面図である。 (a)は、従来の第2例に係るカルダン軸継手の部分切欠き断面を含む側面図であり、(b)は、(a)のb−b線に沿った断面図である(本従来例は、特許文献1に対応したものである)。 (a)は、従来の第3例に係るカルダン軸継手の部分切欠き断面を含む側面図であり、(b)は、(a)のb−b線に沿った断面図である。
符号の説明
1 ステアリングコラム
2 ステアリングホイール
3 ステアリングシャフト
5 中間シャフト
10 緩衝部材
11 内環
11a 貫通孔
12 外環
12a 貫通孔
13 弾性体(ゴム)
13a 貫通孔
14 切欠き
15 カムフランジ
16 係合孔
17 ストッパーピン
17a 有底孔
18 自在継手
18a ヨーク
UJ カルダン軸継手
Y ヨーク
F 雌軸
Fa 貫通孔
M 雄軸
20 拘束機構
21 凹部
22 凸部
23 C型リング(止め輪)
24a,24b 凹溝
25 玉(転動体)
26 玉軸受
27 段部

Claims (4)

  1. 車両のステアリングシャフトに組込み、雄軸と雌軸を回転不能に且つ摺動自在に嵌合した伸縮部と、
    前記雄軸又は雌軸の端部に設けられ、車両からの騒音や振動を吸収する緩衝部と、を備えた車両ステアリング用伸縮軸において、
    前記雄軸又は雌軸に略軸方向に変位が入力された際、前記緩衝部よりも、前記伸縮部の摺動を促すように、前記緩衝部を略軸方向に拘束する拘束機構を具備することを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸。
  2. 前記緩衝部は、内環と外環の間に、弾性体を充填してなり、
    前記拘束機構は、当該両環の端部で互いに嵌合した凹凸部からなることを特徴とする請求項1に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
  3. 前記緩衝部は、内環と外環の間に、弾性体を充填してなり、
    前記拘束機構は、当該両環の間に接触角をもって介装した転動体からなることを特徴とする請求項1に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
  4. 前記緩衝部は、内環と外環の間に、弾性体を充填してなり、
    前記拘束機構は、当該両環の間に介装した軸受からなることを特徴とする請求項1に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
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