JP2007232056A - Telescopic shaft - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば車両用操舵装置に用いられる伸縮自在シャフトに関する。 The present invention relates to a telescopic shaft used in, for example, a vehicle steering apparatus.
従来の伸縮自在シャフトは、例えば、内軸と、筒状の外軸と、両軸の間に介在する転動体とを有している。内軸の外周には、軸方向溝が形成され、この軸方向溝には、軌道溝を形成する軌道部材が配置されている。軌道部材の軌道溝に対向して、外軸の内周には、軸方向に延びる軌道溝が形成されている。転動体は、軌道部材の軌道溝に接触するとともに、外軸の軌道溝に接触している。また、軌道部材と内軸の軸方向溝との間には、弾性体が介在している(例えば、特許文献1,2参照。)。
A conventional telescopic shaft has, for example, an inner shaft, a cylindrical outer shaft, and a rolling element interposed between both shafts. An axial groove is formed on the outer periphery of the inner shaft, and a track member that forms the track groove is disposed in the axial groove. Opposite the raceway groove of the raceway member, a raceway groove extending in the axial direction is formed on the inner periphery of the outer shaft. The rolling element is in contact with the raceway groove of the raceway member and in contact with the raceway groove of the outer shaft. In addition, an elastic body is interposed between the raceway member and the axial groove of the inner shaft (see, for example,
特許文献1では、球形の転動体が断面円弧形状の一対の軌道溝に接触し、弾性体は軌道部材を介して転動体を内軸の径方向外方へ付勢する。
特許文献2では、軌道部材は、一対の長尺部材により構成される。また、球形の転動体が、上記一対の長尺部材の対応する軌道溝に2点で接触するとともに、外軸の軌道溝に2点で接触し、4点接触状態で両方の軌道溝を転動する。また、弾性体は、各長尺部材を介して転動体を内軸の径方向に沿ってそれぞれ付勢している。
In
In
また、他の従来の伸縮自在シャフトとして、転動体が4点接触状態で両方の軌道溝を転動し、軌道部材が弾性体により形成されたものもある。弾性体でもある軌道部材の長手方向に沿って延びる両側縁部が、内軸の軸方向溝の縁部に保持されていて、軌道部材が転動体を内軸の径方向に沿って弾力的に付勢している。
しかし、特許文献1では、球形の転動体が両軌道溝に円弧状に線接触するので、両軸の相対移動抵抗が大きい。
また、特許文献2では、転動体は、4つの接触点、すなわち、互いに交差する方向に対向する2対の接触点で、両軌道溝に接触する。これら互いに対向して対をなす接触点同士を結ぶ方向に対して、弾性体が撓む方向が、45度程度の角度をなして斜めに交差しているので、弾性体が撓みやすくなり、その結果、伸縮自在シャフトの捩じり剛性が低くなっていた。
However, in
Moreover, in
この課題は、上記他の従来の伸縮自在シャフトでも存在する。
さらに、特許文献2では、軌道部材が一対の長尺部材に分割されているので、軌道溝が変形し易く、その結果、転動体がスムーズに転動できない。
そこで、この発明の目的は、捩じり剛性が高く、両軸の相対移動抵抗が低い伸縮自在シャフトを提供することである。
This problem also exists in the other conventional telescopic shafts.
Furthermore, in
Accordingly, an object of the present invention is to provide a telescopic shaft having high torsional rigidity and low relative movement resistance between both shafts.
本発明の伸縮自在シャフト(5)は、軸方向(S1)に相対移動自在に且つ互いの間にトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸(16)および筒状の外軸(17)と、内軸の外周面(16c)および外軸の内周面(17d)にそれぞれ形成され、互いに対向する軸方向溝(18,19)と、内軸の軸方向溝(18)に保持され、軌道溝(26)を形成する断面V字形形状の軌道溝形成部材(20)と、この軌道溝形成部材の軌道溝の軌道(26c)と外軸の軸方向溝(19)の軌道(19c)との間に介在し、両軌道とも2点で接触し、各軌道に対して2点ずつの接触点(21a,21b,21c,21d)を有して4点接触する転動体21と、内軸の軸方向溝の底(18a,18d)とこれに対向する軌道溝形成部材の対向面(27A,27B)との間に介在し、軌道溝形成部材を介して転動体に予圧を与える一対の弾性部材(22,23)とを備え、各弾性部材の付勢方向(B1,B2)は、それぞれ対応する2点の接触点の対向する方向(A1,A2)と一致するかまたは、上記対向する方向に対して5度以下の角度をなすことを特徴とする。
The telescopic shaft (5) of the present invention includes an inner shaft (16) and a cylindrical outer shaft (17) fitted together so as to be movable relative to each other in the axial direction (S1) and capable of transmitting torque therebetween. Formed on the outer peripheral surface (16c) of the shaft and the inner peripheral surface (17d) of the outer shaft, respectively, are held in the axial grooves (18, 19) facing each other and the axial groove (18) of the inner shaft. A raceway groove forming member (20) having a V-shaped cross section forming (26), and a raceway track (26c) of the raceway groove forming member and a raceway (19c) of the axial groove (19) of the outer shaft. A
本発明によれば、転動体を4点接触させるので、線接触する場合に比べて、両軸の相対移動抵抗を低減することができる。しかも、対応する2点の接触点の対向する方向と弾性部材の付勢方向とがほぼ一致するので、弾性部材が従来の場合(特許文献2)と比べて、撓み難くなり、その結果、捩じり剛性を高くすることができる。また、捩じり剛性を高めるのに、高いばね定数の弾性部材を用いることも考えられるが、この弾性部材には、通例、撓み量が同じ場合で比較して、大きな応力が生じる傾向にあり、その結果、弾性部材の破損、変形、へたり等が生じるという課題があった。これに対して本発明では、捩じり剛性を高くするのに、高いばね定数の弾性部材を用いずにすむので、この弾性部材を用いるのに伴う上述の課題も解決することができる。 According to the present invention, since the rolling elements are brought into contact at four points, the relative movement resistance of both shafts can be reduced as compared with the case of line contact. In addition, since the direction in which the two corresponding contact points face each other substantially coincides with the biasing direction of the elastic member, the elastic member is less likely to bend as compared with the conventional case (Patent Document 2). The torsional rigidity can be increased. In order to increase the torsional rigidity, it is possible to use an elastic member having a high spring constant. However, this elastic member generally tends to generate a large stress compared to the case where the amount of bending is the same. As a result, there is a problem that the elastic member is damaged, deformed, or sag. On the other hand, in the present invention, it is not necessary to use an elastic member having a high spring constant in order to increase the torsional rigidity. Therefore, the above-described problems associated with the use of this elastic member can also be solved.
また、本発明において、上記各弾性部材は、内軸の軸方向溝に沿って延びる長尺の波板ばね(22,23)を含み、波板ばねは内軸の軸方向と直交する方向(R1,R2)に起伏している場合がある。この場合の波板ばねは、通例、同じ力を受けたときの他の弾性部材に比べて、波板ばねに生じる応力が低くて済み、しかも波板ばねの撓み量を大きく確保することができる。 In the present invention, each of the elastic members includes a long corrugated leaf spring (22, 23) extending along the axial groove of the inner shaft, and the corrugated spring is in a direction orthogonal to the axial direction of the inner shaft ( R1, R2) may be undulating. In this case, the corrugated spring generally requires less stress generated in the corrugated spring than other elastic members when subjected to the same force, and can ensure a large amount of deflection of the corrugated spring. .
また、本発明において、上記軌道溝形成部材は、内軸の軸方向に延びる長尺の部材(20)を含み、軌道溝形成部材は、長手方向(S2)に沿う一対の側縁(20b)と、各側縁に設けられた鍔部(20c)とを含み、各鍔部によって、内軸の軸方向溝から対応する弾性部材の脱落が規制されている場合がある。この場合、弾性部材の脱落を防止することができ、また、このための構造を簡素化することができる。 In the present invention, the raceway groove forming member includes a long member (20) extending in the axial direction of the inner shaft, and the raceway groove forming member is a pair of side edges (20b) along the longitudinal direction (S2). And flanges (20c) provided on the respective side edges, and the dropout of the corresponding elastic member from the axial groove of the inner shaft may be restricted by each flange. In this case, the elastic member can be prevented from falling off, and the structure for this can be simplified.
また、本発明において、上記軌道溝形成部材は、転動体に予圧を付与するための弾性を有する場合がある。この場合、弾性部材の弾性に加えて軌道溝形成部材の弾性により、転動体に予圧を付与することができる。その結果、転動体への予圧の付与を、弾性部材と軌道溝形成部材とで協働してなすことができ、弾性部材に生じる応力を低減することもできる。 In the present invention, the raceway groove forming member may have elasticity for applying a preload to the rolling elements. In this case, the preload can be applied to the rolling elements by the elasticity of the raceway groove forming member in addition to the elasticity of the elastic member. As a result, the preload can be applied to the rolling elements in cooperation with the elastic member and the raceway groove forming member, and the stress generated in the elastic member can be reduced.
以下では、この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。本実施形態では、本伸縮自在シャフトが車両用操舵装置の中間軸である場合に則して説明するが、本発明はこれに限らず、車両用操舵装置以外の各種の装置に適用することもできる。
図1は、本発明の一実施形態の伸縮自在シャフトを適用する車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, the description will be given based on the case where the telescopic shaft is an intermediate shaft of the vehicle steering device. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to various devices other than the vehicle steering device. it can.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a vehicle steering apparatus to which an extendable shaft according to an embodiment of the present invention is applied.
車両用操舵装置1は、操舵部材としてのステアリングホイール2を回転自在に支持して操舵トルクを伝達するステアリング装置3と、ステアリング装置3からの操舵トルクにより車輪(図示せず)を操舵するための例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構4と、ステアリング装置3および操舵機構4の間に設けられてこの間において回転を伝達するための伸縮自在シャフトとしての中間軸5とを有している。
The
ステアリング装置3は、操舵トルクを伝達するステアリングシャフト6と、このステアリングシャフト6を内部に通して回転自在に支持するステアリングコラム7とを有している。ステアリングシャフト6は、互いにその軸方向に相対移動可能且つトルク伝達可能に嵌合されたアッパーシャフト8およびロアーシャフト9を有する。ステアリングシャフト6の一方の端部6aであるアッパーシャフト8の端部にステアリングホイール2が連結され、他方の端部6bであるロアーシャフト9の端部に、中間軸5を介して上述の操舵機構4の入力軸10が連結されている。ステアリングホイール2が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト6、自在継手11、中間軸5、および自在継手12を介して操舵機構4の入力軸10に伝達され、これにより車輪を操舵することができる。
The
また、車両用操舵装置1は、ステアリングコラム7に支持された電動モータ13により、操舵トルクに応じて操舵補助力を得られるようになっている。すなわち、ステアリング装置3は、ステアリングシャフト6に関連して設けられて操舵トルクを検出するためのトルクセンサ14と、このトルクセンサ14からの出力信号、および図示しない速度センサからの車速信号等に基づいて操舵補助力を発生させる電動モータ13と、この電動モータ13の出力軸の回転を減速するための減速機15とを有している。
Further, the
ステアリングホイール2が操作されると、操舵トルクがトルクセンサ14により検出され、このトルク検出結果および車速検出結果等に応じて電動モータ13が操舵補助力を発生する。操舵補助力は、減速機15を介してステアリングシャフト6に伝達され、ステアリングホイール2の動きとともに操舵機構4に伝わり、車輪が操舵される。
また、車両用操舵装置1では、走行時または組付時に生じる車体に対する操舵機構4の位置の変化を吸収できるように、中間軸5は伸縮自在に構成されている。
When the
In the
中間軸5は、インターミディエイトシャフトとも呼ばれて、自在継手11と自在継手12とを互いに連結する。中間軸5は、車輪を操舵するためにステアリングホイール2に加えられる操舵トルクを、ステアリングシャフト6から操舵機構4の入力軸10へ伝達する働きをする。中間軸5は、内軸16と、筒状の外軸17とを有する。
内軸16および外軸17は、互いに同心に配置され、外軸17の一端17aと内軸16の一端16aとは、内軸16の軸方向S1に相対移動自在に且つトルク伝達可能に互いに嵌合されている。外軸17の他端17bに、自在継手11の一方の端部が連結されている。また、内軸16の他端16bに、自在継手12の一方の端部が連結されている。
The
The
図2は、中間軸5の要部の縦断面図であり、図3のII−II断面を示している。図3は、図2の III− III断面を示す横断面図である。
中間軸5は、内軸16の外周面16cに形成された複数の軸方向溝18と、外軸17の内周面17dに形成された複数の軸方向溝19とを有している。両軸方向溝18,19は、互いに同数で設けられて、互いに対向して対をなし、3対が設けられている。
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a main part of the
The
また、中間軸5は、互いに対をなす軸方向溝18,19ごとに、内軸16の軸方向溝18に保持された断面V字形形状の単一の軌道溝形成部材20と、この軌道溝形成部材20および外軸17の軸方向溝19の間に介在して4点接触する転動体としての複数のボール21と、内軸16の軸方向溝18および軌道溝形成部材20の間に介在する一対の弾性部材としての波板ばね22,23とを有している。
The
本実施形態では、波板ばね22,23は、軌道溝形成部材20を介してボール21を付勢方向B1,B2に付勢していて、この付勢方向B1,B2は、後述するように、それぞれ対応する2点のボール21の接触点の対向する方向A1,A2と一致している。
また、互いに対をなす軸方向溝18,19ごとに設けられた上記各部20,21,22,23は、3対の軸方向溝18,19について同様に構成されている。
In this embodiment, the
Further, the
また、中間軸5は、内軸16の外周面16cに設けられた係合部としての複数のスプライン歯24(一部のみ図示)と、外軸17の内周面17dに設けられた係合部として複数のスプライン歯25(一部のみ図示)とを有している。
外軸17の内周面17dの複数の軸方向溝19は、外軸17の周方向T1に所定の間隔を設けて、具体的には、周方向T1に均等に配置されている。軸方向溝19は、外軸17の内周面17dに一体に形成されていて、断面V字形形状をなして外軸17の軸方向(内軸16の軸方向S1に一致する。)に平行に真直に延びている。
Further, the
The plurality of
図4は、図3に示す中間軸5の要部の横断面図である。
軸方向溝19は、軌道溝として機能し、表面に軌道19cを有している。軌道19cは、軌道部分としての一対の傾斜面19a,19bを有している。一対の傾斜面19a,19bは、横断面において周方向T1について互いに離隔し且つ互いに対向して配置されていて、且つ径方向R1,R2に対して同じ角度で傾斜し、互いに交差する方向に延びている。また、各傾斜面19a,19bはそれぞれ、外軸17の軸方向に平行に真直に延びていて、ボール21が接触して転動する転動面を形成している。傾斜面19a,19bは、径方向外方R1および周方向T1の両側への軌道19cに対するボール21の相対移動を規制しつつ、ボール21の転動を案内する。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the
The
図2および図3を参照して、内軸16の外周面16cの複数の軸方向溝18は、内軸16の周方向T1に所定の間隔を設けて、例えば周方向T1に均等に配置されている。軸方向溝18は、内軸16の外周面16cに一体に形成され、断面W字形形状をなして内軸16の軸方向S1に平行に真直に延びている。
図3および図4を参照して、軸方向溝18は、波板ばね22,23を保持するための保持溝として機能する。軸方向溝18は、周方向Tに相隣接して配置されて相対向する底としての一対の傾斜面18a,18bと、周方向Tに相隣接して配置されて相対向する底としての一対の傾斜面18c,18dと、一対の傾斜面18b,18cの縁部同士を間隔を開けて接続する底としての接続面18eとを有している。一対の傾斜面18a,18bは、互いに直角に交差し、波板ばね22を保持している。一対の傾斜面18c,18dは、互いに直角に交差し、波板ばね23を保持している。軸方向溝18は、波板ばね22,23を弾性変形可能な状態で保持し、この保持した波板ばね22,23を介して軌道溝形成部材20を変位可能に付勢状態で保持している。
2 and 3, the plurality of
3 and 4, the
図5は、中間軸5の要部の分解斜視図である。
軌道溝形成部材20は、一方向S2に真直に延びた長尺の部材であり、断面M字形形状をなした肉厚一定の板部材であり、内軸16および波板ばね22,23とは別体の単一部材である。軌道溝形成部材20は、横断面において、M字形形状の2つの頂部が並ぶ方向である幅方向S3に相対的に幅広に形成され、幅方向に直交する方向である短手方向に相対的に幅狭に形成されている。短手方向に沿う一方の側からみたときに、軌道溝形成部材20の板部材の一方の面が見える。この一方の面には、幅方向の中央部に凹条をなす軌道溝26が形成され、他方の面には、幅方向の中央部に凸条が形成されている。
FIG. 5 is an exploded perspective view of a main part of the
The raceway
軌道溝形成部材20の長手方向S2が内軸16の軸方向S1に平行になるようにして、且つ軌道溝形成部材20の幅方向S3が内軸16の周方向T1に沿うようにして、且つ軌道溝26が径方向外方R1に向いて開放されるようにして、軌道溝形成部材20が内軸16の軸方向溝18内に配置されている。
軌道溝形成部材20は、幅方向S3の中央部にV字形形状をなす主体部20aを有している。この主体部20aは、上述の一方の面に形成された断面V字形形状の凹条からなる軌道溝26を有している。この軌道溝26は、断面形状一定に形成されて、長手方向S2に沿って所定長さで真直に延びている。
The longitudinal direction S2 of the raceway
The raceway
軌道溝26は、表面に軌道26cを有している。軌道26cは、軌道部分としての一対の傾斜面26a,26bを有している。各傾斜面26a,26bはそれぞれ、長手方向S2に平行に真直に延びていて、ボール21が接触して転動する転動面を形成している。後述するように軌道溝形成部材20が内軸16に保持された状態で、一対の傾斜面26a,26bは、横断面において周方向T1について互いに離隔し且つ互いに対向して配置されていて、且つ径方向R1,R2に対して同じ角度で傾斜し、互いに交差する方向に延びていて、内軸16の径方向内方R2および周方向T1の両側への軌道26cに対するボール21の相対移動を規制しつつ、ボール21の転動を案内する。
The
軌道溝形成部材20の一方の傾斜面26aと、外軸17の軸方向溝19の一方の傾斜面19bとは、複数のボール21を介在し、このボール21の中心21eを挟んで互いに対向している。また、他方の傾斜面26b,19a同士も、複数のボール21を介在し、このボール21の中心21eを挟んで互いに対向している。
また、主体部20aは、軌道溝26とは反対側である他方の側に形成された一対の対向面27A,27Bを有している。対向面27Aは、内軸16の軸方向溝18の底としての傾斜面18aに平行に配置されて対向していて、その間に波板ばね22を介在させている。対向面27Bは、内軸16の軸方向溝18の底としての傾斜面18dに平行に配置されて対向していて、その間に波板ばね23を介在させている。
One
The
また、軌道溝形成部材20は、長手方向S2に沿う一対の側縁20bと、各側縁20bに設けられた鍔部20cとを含んでいる。
一対の鍔部20cは、主体部20aと一体に形成されている。横断面において、鍔部20cは、主体部20aの対応する幅方向端部から屈曲状に軌道溝26とは反対側へ向けて所定長で延設されている。一方の鍔部20cは、軸方向溝18の対向する傾斜面18bに、後述する波形ばね22の幅方向の寸法に見合う所定距離を開けて対向している。他方の鍔部20cは、軸方向溝18の対向する傾斜面18cに、後述する波形ばね23の幅方向の寸法に見合う所定距離を開けて対向している。鍔部20cは、長手方向S2に連続して設けられていてもよいし、長手方向S2の一部に設けられていてもよい。各鍔部20cによって、内軸16の軸方向溝18から対応する波板ばね22,23の脱落が規制されている。
Further, the raceway
The pair of
軌道溝形成部材20は、ボール21に予圧を付与するための弾性を有している。すなわち、軌道溝形成部材20は、ばね鋼により形成された板ばねからなる。非拘束状態にあるときに比べて一対の傾斜面26a,26bが互いになす角度(図6に示す角度D2に等しい。)が大きくなるように軌道溝形成部材20が弾性変形を受けた状態で、軌道溝形成部材20は、両軸16,17間に組み込まれて保持されている。この状態では、一対の傾斜面26a,26bが互いになす角度が小さくなるような弾性復元力により、各ボール21が径方向外方へ向けて付勢されている。
The raceway
図2と図5を参照して、軌道溝形成部材20は、当該軌道溝形成部材20を対応する内軸16に軸方向S1に係止する係止手段として、軌道溝形成部材20の長手方向S2の両端部から軌道溝26とは反対側へ向けて延設された係合凸部20dを有している。係合凸部20dは長手方向S2の端部ごとに2つが設けられている。軌道溝形成部材20が内軸16に保持された状態では、各係合凸部20dは、内軸16の対応する端面16fに係合することにより、軸方向S1の両側への内軸16に対する軌道溝形成部材20の位置ずれを防止する。
Referring to FIGS. 2 and 5, the raceway
複数のボール21は、それぞれ対をなす軌道19c,26cごとに、軸方向S1に直線状に並ぶ列をなし、保持器28により保持されている。本実施形態では、ボール21の3つの列に対応する3つの保持器28は、互いに接続されていて、一体に形成されている。保持器28は、軸方向S1についてのボール21同士の間隔を所定量に規制し、ボール21と共に軸方向S1に同伴移動する。
The plurality of
内軸16と外軸17とが軸方向S1に相対移動するときには、ボール21は、上述の各軌道19c,26cに沿って案内されつつ、軌道19c,26cを転動し、各軌道19c,26cに対して軸方向S1にそれぞれ相対移動する。
図4を参照して、ボール21は、各軌道19c,26cに対して2点ずつの4つの接触点21a,21b,21c,21dを有している。すなわち、ボール21は、外軸17の軸方向溝19の軌道19cの一方の傾斜面19aに接する接触点21aと、外軸17の軸方向溝19の軌道19cの他方の傾斜面19bに接する接触点21bと、軌道溝形成部材20の軌道溝26の軌道26cの一方の傾斜面26aに接する接触点21cと、軌道溝形成部材20の軌道溝26の軌道26cの他方の傾斜面26bに接する接触点21dと、を有している。接触点21b,21cは、ボール21の中心21eを挟んで互いに反対側に位置している。接触点21a,21dは、ボール21の中心21eを挟んで互いに反対側に位置している。
When the
Referring to FIG. 4, the
波板ばね22は、内軸16の軸方向溝18の底としての傾斜面18a,18bと軌道溝形成部材20の対向面27Aとの間に介在し、軌道溝形成部材20を介してボール21に予圧を与えている。波板ばね23は、内軸16の軸方向溝18の底としての傾斜面18c,18dと軌道溝形成部材20の対向面27Bとの間に介在し、軌道溝形成部材20を介してボール21に予圧を与えている。波板ばね22と波板ばね23とは、互いに同じ形状に形成されているので、波板ばね22を中心に説明する。
The
図2と図4を参照して、波板ばね22は、一方向に長く延びた金属製の長尺の波板ばねである。波板ばね22は、断面長方形をなす長尺の板材を、波形状に形成されてなる。断面長方形の長辺が延びる方向に相当する幅方向に沿って見たときに、波板ばね22は波形をなしている。波板ばね22の長手方向に直交する方向であって上述の幅方向に直交する方向である厚み方向に、波板ばね22は湾曲状に起伏している。波板ばね22の波形の起伏の頂部は、幅方向に沿って延びていて、長手方向に沿って複数カ所に並んで配置されている。波板ばね22は、厚み方向に沿って測ったときの起伏の高さ(うねり)を調節することにより、剛性を調節することができる。
2 and 4, the
波板ばね22,23の長手方向が、内軸16の軸方向S1に平行に配置され、波板ばね22,23が、径方向R1,R2に起伏するように配置されている。また、波板ばね22,23の長手方向についての両端にある起伏の頂部の間に対応する軌道19c,26cを、ボール21が移動するようにされている。
波板ばね22,23は、起伏の頂部22a,22b,23a,23bを厚み方向の両側に有している。これら起伏の頂部はそれぞれ座として機能し、両軸16,17に組み込まれた状態で対応する内軸16および軌道溝形成部材20により受けられている。すなわち、波板ばね22の一方の座としての起伏の一方の頂部22aが、内軸16の軸方向溝18の傾斜面18aに当接して受けられていて、波板ばね22の他方の座としての起伏の他方の頂部22bが、軌道溝形成部材20の対向面27Aに当接して受けられている。また、波板ばね23の一方の座としての起伏の一方の頂部23aが、内軸16の軸方向溝18の傾斜面18dに当接して受けられていて、波板ばね23の他方の座としての起伏の他方の頂部23bが、軌道溝形成部材20の対向面27Bに当接して受けられている。
The longitudinal directions of the corrugated springs 22 and 23 are disposed in parallel to the axial direction S1 of the
The corrugated springs 22, 23 have undulating
また、波板ばね22,23は、非拘束状態よりも、上述の厚み方向に沿って測ったときの起伏の高さが低くなるように弾性変形を受けた状態で、厚み方向に弾性圧縮変形を受けた状態で取り付けられている。波板ばね22の弾性反発力の付勢方向B1は、波形の起伏の方向である厚み方向に平行であり、また、対応する傾斜面18aと対向面27Aとが互いに対向する方向に平行である。波板ばね23の弾性反発力の付勢方向B2は、波形の起伏の方向である厚み方向に平行であり、また、対応する傾斜面18dと対向面27Bとが互いに対向する方向に平行である。
Further, the
本実施形態では、波板ばね22の付勢方向B1は、対応する2点の接触点21b,21cの対向する方向A1と一致している。また、波板ばね23の付勢方向B2は、対応する2点の接触点21a,21dの対向する方向A2と一致している。
なお、波板ばね22の付勢方向B1は、対応する2点の接触点21b,21cの対向する方向A1に対して5度以下の角度をなしていてもよい。また、波板ばね23の付勢方向B2は、対応する2点の接触点21a,21dの対向する方向A2に対して5度以下の角度をなしていてもよい。本実施形態では、付勢方向B1が対向する方向A1に一致し、且つ付勢方向B2が対向する方向A2に一致する場合に則して説明する。
In the present embodiment, the urging direction B1 of the
The urging direction B1 of the
波板ばね22,23の圧縮弾性変形時の弾性復元力により、軌道溝形成部材20が径方向外方R1および周方向T1の両側にボール21を弾力的に付勢できる。これにより、伝達トルクがかかっていない状態であっても、ボール21は軌道溝26および軸方向溝19内に径方向R1,R2および周方向T1について予圧を付与されてがたつきなく保持され、両軸16,17はトルク伝達可能にがたつきなく連結される。また、伝達トルクがかかるときには、波板ばね22,23が弾性変形することにより、軌道溝形成部材20およびボール21が径方向R1,R2および周方向T1に変位でき、両軸16,17が相対変位しつつトルクを伝達できる。
The raceway
図6は、図4に示す要部の模式図である。図6を参照して、本実施形態では、横断面において、内軸16の軸方向溝18の一対の傾斜面18a,18dのなす角度D1が、軌道溝形成部材20の一対の対向面27A,27Bのなす角度D2よりも、所定角度で小さくされている(D1<D2)。この場合、中間軸5の捩れ剛性を高めるのに好ましい。
すなわち、波形ばね22は対応する対向面27Aの位置P1に片当たりする傾向にある。このような状態でトルクが伝達されるときには、このトルクを生じさせる力は、ボール21の対応する一対の接触部21b,21cを通る線L1に沿ってボール21内を伝達され、上述の線L1よりも内軸16の径方向外側R1の領域(図6でハッチングを施した部分)を通って、軌道溝形成部材20および波形ばね22を伝達される。力が線L1よりも内軸16の径方向外側R1の領域を通って作用する場合には、力が線L1上を作用する場合に比べて、トルクのアーム長が長くなるので、波板ばね22にかかる力が小さくて済む結果、波板ばね22の変形量が小さくて済み、中間軸5の剛性を高めるのに好ましい。
FIG. 6 is a schematic view of the main part shown in FIG. With reference to FIG. 6, in the present embodiment, an angle D1 formed by the pair of
That is, the
また、波形ばね22が上述のように位置P1で片当たりする状態の他、例えば、対応する傾斜面18aに片当たりした状態(図示しないが位置P2で片当たりした状態となる。)、および当該波板ばね22の弾性圧縮変形量が波板ばね22の幅方向について偏り、径方向外側の弾性圧縮変形量が大きくなった状態のうちの少なくともひとつの状態になることも考えられる。これらの場合、波板ばね22を通る代表的な力(合力)の作用線が、上述の線L1よりも内軸16の径方向外側R1の領域を通るようになり、上述の作用が同様に得られる。また、上述の作用は、波形ばね23についても同様に成り立つ。
In addition to the state in which the
図2および図3を参照して、スプライン歯24,25同士は、互いにスプライン嵌合することにより、すなわち、軸方向S1に相対摺動可能に且つ互いに噛み合って係合することにより、内軸16と外軸17との間でトルクを伝達することができる。
内軸16の各スプライン歯24は、断面台形形状をなし、内軸16の端部16fから所定長さで軸方向S1に延びている。複数のスプライン歯24が、内軸16において隣接する軸方向溝18の間に配置され、周方向T1に並んでいる。各スプライン歯24は、一対の歯面24a,24b(一部のみ図示。)を有している。
2 and 3, the
Each
外軸17の各スプライン歯25は、断面台形形状をなし、外軸17の開口端17fから所定長さで軸方向S1に延びている。複数のスプライン歯25が、外軸17において隣接する軸方向溝19の間に配置され、周方向T1に並んでいる。各スプライン歯25は、一対の歯面25a,25b(一部のみ図示。)を有している。
各歯面24a,24b,25a,25bは、それぞれ、周方向T1と交差している。スプライン歯24,25の一方の歯面24aとスプライン歯25の一方の歯面25aとが、互いに対向し、スプライン歯24の他方の歯面24bとスプライン歯25の他方の歯面25bとが、互いに対向している。
Each
Each
中間軸5では、内軸16および外軸17間にトルクがかかっていないときや、所定値以下のトルクがかかるときには、波板ばね22,23および軌道溝形成部材20によって弾力的に付勢されたボール21を介して、内軸16および外軸17は互いに周方向T1に弾力的に連結され、一方で、スプライン歯24,25の歯面間に周方向T1に関して遊びが設けられている。両軸16,17がボール21のみを介して連結されることにより、軸方向S1についての内軸16および外軸17の相対移動抵抗が小さく抑制されつつ、内軸16および外軸17間にトルクが伝達される。
The
所定値を超えて大きなトルクがかかる場合には、波板ばね22,23および軌道溝形成部材20が撓んで両軸16,17が微小量相対回転することで、スプライン歯24,25同士が噛み合い、両軸16,17が剛的に連結され、スプライン歯24,25によりトルクが伝達され、ボール21も両軸16,17間のトルク伝達に寄与する。
このように本実施形態では、伸縮自在シャフトとしての中間軸5は、軸方向S1に相対移動自在に且つ互いの間にトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸16および筒状の外軸17と、内軸16の外周面16cおよび外軸17の内周面17dにそれぞれ形成され、互いに対向する軸方向溝18,19と、内軸16の軸方向溝18に保持され、軌道溝26を形成する断面V字形形状の軌道溝形成部材20と、この軌道溝形成部材20の軌道溝26の軌道26cと外軸17の軸方向溝19の軌道19cとの間に介在し、両軌道19c,26cとも2点で接触し、各軌道19c,26cに対して2点ずつの接触点21a,21b,21c,21dを有して4点接触する転動体としてのボール21と、内軸16の軸方向溝18の底としての傾斜面18a,18dとこれに対向する軌道溝形成部材20の対向面27A,27Bとの間に介在し、軌道溝形成部材20を介してボール21に予圧を与える一対の弾性部材としての波板ばね22,23とを備えている。各波板ばね22,23の付勢方向B1,B2は、それぞれ対応する2点の接触点21a,21b,21c,21dの対向する方向A1,A2と一致するかまたは、上記対向する方向A1,A2に対して5度以下の角度をなしている。
When a large torque is applied exceeding a predetermined value, the
As described above, in the present embodiment, the
本実施形態によれば、ボール21を4点接触させるので、線接触する場合に比べて、両軸16,17の相対移動抵抗を低減することができる。しかも、対応する2点の接触点21b,21cの対向する方向A1と対応する波板ばね22の付勢方向B1とがほぼ一致し、また、対応する2点の接触点21a,21dの対向する方向A2と対応する波板ばね23の付勢方向B2とがほぼ一致するので、波板ばね22,23が従来の場合(特許文献2)と比べて、撓みにくくなり、その結果、捩じり剛性を高くすることができる。また、捩じり剛性を高めるのに、高いばね定数の弾性部材を用いることも考えられる。しかし、この弾性部材には、通例、撓み量が同じ場合で比較して、大きな応力が生じる傾向にあり、その結果、弾性部材の破損、変形、へたり等が生じるという課題があった。これに対して本実施形態では、捩じり剛性を高くするのに、高いばね定数の弾性部材を用いずにすむので、この弾性部材を用いるのに伴う上述の課題も解決することができる。
According to this embodiment, since the
また、本実施形態においては、弾性部材は、内軸16の軸方向溝18に沿って延びる長尺の波板ばね22,23を含み、波板ばねは内軸16の軸方向S1と直交する方向としての径方向R1,R2に起伏している。この場合の波板ばね22,23は、通例、同じ力を受けたときの他の弾性部材(図示せず)に比べて、波板ばね22,23に生じる応力が低くて済み、しかも波板ばね22,23の撓み量を大きく確保することができる。
In the present embodiment, the elastic member includes long corrugated
また、本実施形態の軌道溝形成部材20は、内軸16の軸方向S1に延びる長尺の部材を含み、軌道溝形成部材20は、長手方向S2に沿う一対の側縁20bと、各側縁20bに設けられた鍔部20cとを含み、各鍔部20cによって、内軸16の軸方向溝18から対応する波板ばね22,23の脱落が規制されている。これにより、波板ばね22,23の脱落を防止することができ、また、このための構造を簡素化することができる。
Further, the raceway
また、本実施形態の軌道溝形成部材20は、転動体としてのボール21に予圧を付与するための弾性を有している。この場合、波板ばね22,23の弾性に加えて軌道溝形成部材20の弾性により、ボール21に予圧を付与することができる。その結果、ボール21への予圧の付与を、波板ばね22,23と軌道溝形成部材20とで協働してなすことができ、波板ばね22,23に生じる応力を低減することもできる。
Further, the raceway
また、本実施形態では、伝達トルクが所定値以上になると互いに係合する係合部としてのスプライン歯24,25により、トルクを伝達するようにしている。これにより、軌道溝形成部材20や弾性部材としての波形ばね22,23にかかる負荷を抑制しつつ、大きな負荷容量を実現できる。
また、スプライン歯24,25が互いに噛み合う場合、例えば波板ばね22,23の撓み量は、スプライン歯24,25同士の歯面間の隙間量程度で十分であり、撓み方向についての波板ばね22,23の大きさ、ひいては、軸方向溝18の断面積は小さくてすむ。その結果、中間軸5の捩じり剛性を高く維持するのに好ましい。なお、各図には軸方向溝18は誇張されて図示されている。
Further, in the present embodiment, when the transmission torque becomes a predetermined value or more, the torque is transmitted by the
Further, when the
また、本伸縮自在シャフトを車両用操舵装置1に適用するのが好ましい。この場合、ドライバががたつきや剛性不足を感じることなく、また、操縦安定性を高めることができ、快適な操舵感が達成される。
また、波板ばね22,23が軌道溝形成部材20を介してボール21を弾性付勢するようにしている。例えば、波板ばね22,23のみの肉厚、形状等を調節することにより、ボール21に影響を与えずに、付勢力を容易に調節できる。
Moreover, it is preferable to apply this telescopic shaft to the
Further, the
また、波板ばね22,23は、金属製の板ばねであるので、樹脂部材に生じるクリープ等の不具合の虞がない。従って、長期間にわたり弾性反発力が低下することもない。
なお、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
Further, since the
In addition, the following modifications can be considered about this embodiment. In the following description, differences from the above-described embodiment will be mainly described, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
例えば、スプライン歯24,25を廃止することも考えられる。また、内軸16および外軸17の軸方向溝18,19は、2箇所でもよいし、4箇所以上に設けてもよい。また、内軸16および外軸17の少なくとも一方が、複数の部材を有していてもよい。例えば、内軸16が、内軸16の概略形状を形成する軸部材と、この軸部材とは別体で形成されてこの軸部材に一体移動できるように固定された部材であって軸方向溝18およびスプライン歯24の少なくとも一方を形成された部材とを有していてもよい。また、この内軸16と同様に、外軸17が複数の部材で構成されていてもよい。
For example, it is possible to eliminate the
軌道溝形成部材20としては、少なくとも一部の鍔部20cを廃止した構成も考えられる。また、軌道溝形成部材20の一対の対向面27A,27Bのなす角度D2が、軸方向溝18の一対の傾斜面18a,18dのなす角度D1に等しい値であってもよいし、角度D1よりも小さい場合も考えられる。
弾性部材としては、波板ばね22,23に代えて、波板ばね以外の他の形状の板ばねを利用することも考えられる。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
As the raceway
As an elastic member, it is also conceivable to use a leaf spring having a shape other than the wave leaf spring instead of the
5…中間軸(伸縮自在シャフト)、16…内軸、16c…外周面、17…外軸、17d…内周面、18,19…軸方向溝、18a,18b,18c,18d…傾斜面(底)、18e…接続面(底)、19c,26c…軌道、20…軌道溝形成部材(長尺の部材)、20b…側縁、20c…鍔部、21…ボール(転動体)、21a,21b,21c,21d…接触点、22,23…波板ばね(弾性部材)、26…軌道溝、27A,27B…対向面、A1,A2…対向する方向、B1,B2…弾性部材の付勢方向、R1,R2…径方向(内軸の軸方向と直交する方向)、S1…軸方向、S2…長手方向 5 ... Intermediate shaft (expandable shaft), 16 ... Inner shaft, 16c ... Outer peripheral surface, 17 ... Outer shaft, 17d ... Inner peripheral surface, 18, 19 ... Axial groove, 18a, 18b, 18c, 18d ... Inclined surface ( Bottom), 18e ... connection surface (bottom), 19c, 26c ... raceway, 20 ... raceway groove forming member (long member), 20b ... side edge, 20c ... collar, 21 ... ball (rolling element), 21a, 21b, 21c, 21d ... contact point, 22, 23 ... corrugated leaf spring (elastic member), 26 ... raceway groove, 27A, 27B ... facing surface, A1, A2 ... facing direction, B1, B2 ... urging elastic member Direction, R1, R2 ... radial direction (direction orthogonal to the axial direction of the inner shaft), S1 ... axial direction, S2 ... longitudinal direction
Claims (4)
内軸の外周面および外軸の内周面にそれぞれ形成され、互いに対向する軸方向溝と、
内軸の軸方向溝に保持され、軌道溝を形成する断面V字形形状の軌道溝形成部材と、
この軌道溝形成部材の軌道溝の軌道と外軸の軸方向溝の軌道との間に介在し、両軌道とも2点で接触し、各軌道に対して2点ずつの接触点を有して4点接触する転動体と、
内軸の軸方向溝の底とこれに対向する軌道溝形成部材の対向面との間に介在し、軌道溝形成部材を介して転動体に予圧を与える一対の弾性部材とを備え、
各弾性部材の付勢方向は、それぞれ対応する2点の接触点の対向する方向と一致するかまたは、上記対向する方向に対して5度以下の角度をなすことを特徴とする伸縮自在シャフト。 An inner shaft and a cylindrical outer shaft that are fitted in such a manner as to be relatively movable in the axial direction and capable of transmitting torque between each other;
An axial groove formed on each of the outer peripheral surface of the inner shaft and the inner peripheral surface of the outer shaft and facing each other;
A track groove forming member having a V-shaped cross section that is held in the axial groove of the inner shaft and forms a track groove;
This track groove forming member is interposed between the track groove track of the track groove and the axial groove track of the outer shaft, both tracks contact each other at two points, and each track has two contact points. Rolling elements in contact with four points;
A pair of elastic members interposed between the bottom of the axial groove of the inner shaft and the facing surface of the raceway groove forming member facing the inner groove, and applying a preload to the rolling elements via the raceway groove forming member,
The elastic shaft is characterized in that the urging direction of each elastic member coincides with the opposing direction of two corresponding contact points or forms an angle of 5 degrees or less with respect to the opposing direction.
上記各弾性部材は、内軸の軸方向溝に沿って延びる長尺の波板ばねを含み、波板ばねは内軸の軸方向と直交する方向に起伏していることを特徴とする伸縮自在シャフト。 The telescopic shaft according to claim 1,
Each of the elastic members includes a long corrugated spring that extends along the axial groove of the inner shaft, and the corrugated spring is undulated in a direction perpendicular to the axial direction of the inner shaft. shaft.
上記軌道溝形成部材は、内軸の軸方向に延びる長尺の部材を含み、
軌道溝形成部材は、長手方向に沿う一対の側縁と、各側縁に設けられた鍔部とを含み、各鍔部によって、内軸の軸方向溝から対応する弾性部材の脱落が規制されていることを特徴とする伸縮自在シャフト。 The telescopic shaft according to claim 2,
The raceway groove forming member includes a long member extending in the axial direction of the inner shaft,
The raceway groove forming member includes a pair of side edges along the longitudinal direction and flanges provided on each side edge, and the dropout of the corresponding elastic member from the axial groove of the inner shaft is regulated by each flange. Stretchable shaft characterized by
上記軌道溝形成部材は、転動体に予圧を付与するための弾性を有することを特徴とする伸縮自在シャフト。
The telescopic shaft according to any one of claims 1 to 3,
The raceway groove forming member has elasticity for applying a preload to the rolling elements, and a telescopic shaft.
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Cited By (2)
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JP2013035469A (en) * | 2011-08-10 | 2013-02-21 | Nsk Ltd | Torque transmission device for steering device |
CN109296639A (en) * | 2018-12-06 | 2019-02-01 | 株洲易力达机电有限公司 | Novel sliding vice president at |
-
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- 2006-02-28 JP JP2006053370A patent/JP2007232056A/en active Pending
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