JP2007321868A - Telescopic shaft and telescopic shaft for steering vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は伸縮自在シャフトおよびこれを用いた車両操舵用伸縮自在シャフトに関するものである。 The present invention relates to a telescopic shaft and a telescopic shaft for vehicle steering using the same.
上記の伸縮自在シャフトは、例えば自動車のステアリングシャフトとして用いられる。 また、伸縮自在シャフトは、例えば自動車のステアリングシャフトとラックアンドピニオン機構等の舵取り機構とを接続する中間軸(インターミディエイトシャフト)として用いられる。この場合、伸縮機能は、車両走行時のステアリングギヤとコラムの相対変位を吸収するための中間軸の長さ調整に用いられ、あるいは、組付時の中間軸の長さ調整に用いられる。 The above-mentioned telescopic shaft is used as, for example, an automobile steering shaft. The telescopic shaft is used as an intermediate shaft that connects, for example, a steering shaft of an automobile and a steering mechanism such as a rack and pinion mechanism. In this case, the telescopic function is used for adjusting the length of the intermediate shaft for absorbing the relative displacement between the steering gear and the column when the vehicle is traveling, or for adjusting the length of the intermediate shaft during assembly.
この種の伸縮自在シャフトにおいて、内軸および筒状の外軸の対応する軸方向溝間に複数の転動自在なボールを介在させて、両軸を嵌合させる伸縮自在シャフトが提案されている(例えば特許文献1)。
この種の伸縮自在シャフトにおいて、ボールのための保持器をもたないタイプがある。このようなタイプの伸縮自在シャフトでは、軸方向溝内でのボールの転動を伴って内軸と外軸が軸方向に相対移動するときに、ボールと軸方向溝との間にすべりが生じると、隣接するボールが互いに衝突し、異音を発生して騒音の原因となる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、騒音発生の少ない伸縮自在シャフトおよび車両操舵用伸縮自在シャフトを提供することを目的とする。
Some types of telescopic shafts of this type do not have a cage for the ball. In such a type of telescopic shaft, a slip occurs between the ball and the axial groove when the inner shaft and the outer shaft move relative to each other in the axial direction with the rolling of the ball in the axial groove. Adjacent balls collide with each other, generating abnormal noise and causing noise.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a telescopic shaft and a telescopic shaft for vehicle steering that generate less noise.
上記目的を達成するため、本発明は、軸方向に相対移動自在に且つ互いにトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸および筒状の外軸と、上記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、これら互いに対向する軸方向溝の間に介在し、軸方向に並ぶ列をなして互いに接触可能であり且つ内軸および外軸の間にトルクを伝達可能な複数の転動体と、上記互いに接触可能な転動体の間に介在したグリースとを備え、このグリースのちょう度がJIS規格で250以下であるか、または、グリースに含まれる基油の動粘度が20mm2 /sec 以上5500mm2 /sec 以下であるかの少なくとも一方が達成されている伸縮自在シャフトを提供する。
In order to achieve the above-described object, the present invention provides an inner shaft and a cylindrical outer shaft that are fitted to each other so as to be relatively movable in the axial direction and capable of transmitting torque, and an outer peripheral surface of the inner shaft and an inner peripheral surface of the outer shaft. Are formed between each of the axial grooves facing each other and the axial grooves facing each other, and can be in contact with each other in rows arranged in the axial direction and transmit torque between the inner shaft and the outer shaft. A plurality of possible rolling elements and grease interposed between the rolling elements that can contact each other, and the grease has a consistency of 250 or less in accordance with JIS standards, or the movement of the base oil contained in the grease. Provided is a telescopic shaft in which at least one of a viscosity of 20 mm 2 / sec or more and 5500 mm 2 / sec or less is achieved.
本発明では、ボールが受ける振動やボールに生ずるすべりの影響で、隣接するボールが互いに近接したときに、近接するボール間に介在する、JIS規格でちょう度の低いグリース、または高粘度の基油を含むグリースが緩衝材として働き、隣接するボールの衝突速度や衝突エネルギを格段に低減することができる。その結果、騒音を格段に低減することができる。 In the present invention, a grease having a low consistency or a high viscosity base oil that is interposed between adjacent balls when adjacent balls are close to each other due to vibrations applied to the balls or slip generated on the balls. The grease containing the water acts as a cushioning material, and the collision speed and collision energy of adjacent balls can be significantly reduced. As a result, noise can be significantly reduced.
上記グリースは隣接するボールの間に介在していれば十分であり、したがって、グリースは転動体の表面に塗布されていてもよいし、上記互いに対向する軸方向溝の間に充填されていてもよい。前者の場合、少ない量のグリースであっても、そのグリースを確実に衝突音の発生防止に寄与させることができるという利点があり、後者の場合、潤沢な量のグリースによって、長期にわたって衝突音の発生を防止できるという利点がある。なお、転動体の表面にグリースを塗布し、且つ互いに対向する軸方向溝間にグリースを充填するようにしてもよい。 It is sufficient that the grease is interposed between adjacent balls. Therefore, the grease may be applied to the surface of the rolling element, or may be filled between the axial grooves facing each other. Good. In the former case, even if a small amount of grease is used, there is an advantage that the grease can surely contribute to preventing the occurrence of collision noise. In the latter case, a sufficient amount of grease can be used to prevent collision noise over a long period of time. There is an advantage that generation can be prevented. Note that grease may be applied to the surface of the rolling element, and the grease may be filled between the axial grooves facing each other.
上記グリースに固体潤滑剤が配合されていれば、ボールと軌道との間、あるいはボールどうしの極圧接触下においても、接触の摩擦係数を低くすることができる。その結果、転動するボールが受ける荷重と摺動するボールが受ける荷重の差を少なくでき、これにより、ボールどうしの衝突の原因であるボールのスティック現象を抑えることができる。ひいては、騒音低減を効果的に達成することができる。 If a solid lubricant is blended in the grease, the friction coefficient of contact can be lowered even between the balls and the raceway or under extreme pressure contact between the balls. As a result, the difference between the load received by the rolling ball and the load received by the sliding ball can be reduced, thereby suppressing the ball stick phenomenon that causes the balls to collide with each other. As a result, noise reduction can be achieved effectively.
特に、上記固体潤滑剤が二硫化モリブデンを含む場合には、極圧下での潤滑が良好で摩耗を抑制できるという利点がある。
上記の伸縮自在シャフトを用いて操舵部材の操舵トルクを伝達する車両用操舵装置に適用すれば好ましい。
In particular, when the solid lubricant contains molybdenum disulfide, there is an advantage that lubrication under extreme pressure is good and wear can be suppressed.
The present invention is preferably applied to a vehicle steering device that transmits the steering torque of the steering member using the telescopic shaft.
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伸縮自在シャフトが中間軸に適用された車両用操舵装置の概略構成図である。車両用操舵装置1は、ステアリングホイール等の操舵部材2に連結しているステアリングシャフト3と、ステアリングシャフト3に自在継手4を介して連結される伸縮自在シャフトとしての中間軸5と、中間軸5に自在継手6を介して連結されるピニオン軸7と、ピニオン軸7の端部近傍に設けられたピニオン歯7aに噛み合うラック歯8aを有して自動車の幅方向に延びる転舵軸としてのラックバー8とを有している。ピニオン軸7およびラックバー8によりラックアンドピニオン機構によって操舵機構50が提供されている。
Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vehicle steering apparatus in which a telescopic shaft according to an embodiment of the present invention is applied to an intermediate shaft. The vehicle steering apparatus 1 includes a
本実施の形態では、伸縮自在シャフトを中間軸5に適用した場合に則して説明するが、本発明の伸縮自在シャフトをステアリングシャフト3に適用し、ステアリングシャフト3にテレスコピック調整機能や衝撃吸収機能を果たさせるようにしてもよい。
ラックバー8は車体に固定されるハウジング9内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー8の両端部はハウジング9の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド10Aが結合されている。各タイロッド10Aは対応するナックルアーム10Bを介して対応する操向輪11に連結されている。
In the present embodiment, the description will be made in the case where the telescopic shaft is applied to the
The
中間軸5は、アッパーシャフトとしての内軸12と、ロワーシャフトとしての筒状の外軸13とを軸方向X1に沿って摺動自在に且つトルク伝達要素としてのボール14(転動体)を介してトルク伝達可能に嵌め合わせてなる。
次いで、中間軸5の断面図である図2、および図2のIII −III 線に沿う断面図である図3を参照して、中間軸5について詳細に説明する。
The
Next, the
図2および図3に示すように、内軸12の外周12aおよび外軸13の内周13aには、軸方向X1に沿って延びる少なくとも一対の軸方向溝15,16が形成されている。
互いに対をなす軸方向溝15および軸方向溝16は、両軸12,13の径方向に対向しており、互いに対をなす軸方向溝15および軸方向溝16の間には、上記トルク伝達要素としての転動体を提供するボール14がそれぞれ介在している。各軸方向溝15,16の内面にボール14のための軌道が直接形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, at least a pair of
The
ボール14は図2に示すように、両軸12,13の軸方向に並ぶ列をなしている。各ボール14とそれぞれ隣接するボール14との間には所定の間隔が設けられているが、保持器が用いられていない関係上、隣接するボール14は相互に接触する場合があり得る。すなわち、隣接するボール14は相互に接触可能である。
筒状の外軸13の端部131の内周13aには、外軸13の軸方向溝16の位置に対応して突起17が形成されている。この突起17は、外軸13の外周13bに加圧により凹部18を形成するときに、同時に外軸13の内周13aを塑性変形させて形成している。また、内軸12の端部121の外周12aには、内軸12の軸方向溝15に対応して突起19が形成されている。この突起19は、内軸12の端面122の加圧により凹部20を形成するときに、同時に内軸12の外周12aを塑性変形させて形成している。
As shown in FIG. 2, the
A
内軸12は、図3に示すように、断面矩形状をなしていてもよい。内軸12の外周12aには、軸方向溝15を周方向に挟んだ両側に、一対の平坦面からなる規制部31,32が設けられている。また、外軸13の内周13aには、軸方向溝16を周方向に挟んだ両側に、一対の平坦面からなる規制部33,34が設けられている。
外軸13の外周13bは、軸方向溝16に対応して、径方向外方へ山形状に膨出する膨出部13cを有している。また、外軸13は、各規制部33,34のそれぞれに対応して、一対の屈曲部35,36を形成しており、外軸13は径方向に弾性変形可能となっている。屈曲部35が膨出部13cの基端に配置されている。
The
The
互いに対をなす軸方向溝15,16間にボール14が介在した状態で、外軸13が弾性的に拡径されており、外軸13の弾性復元力によって、ボール14が外軸13の径方向内方へ付勢されており、その結果、ボール14が内軸12と外軸13との間に弾性的に挟持されている。
内軸12および外軸13の間に伝達トルクが負荷されていないときや、所定値以下の伝達トルクが負荷されているときは、予圧を与えられたボール14を介して、内軸12および外軸13が互いに周方向に弾性的に連結されている。このとき、規制部31および規制部31は互いに当接していないとともに、規制部32および規制部34は互いに当接しておらず、したがって、内軸12および外軸13の軸方向の相対移動の抵抗が少なくなるようにしてある。
The
When no transmission torque is applied between the
また、内軸12および外軸13の間の伝達トルクが所定値を超えると、外軸13の撓みを伴って内軸12および外軸13が微小量相対回転することにより、内軸12および外軸13の相対回転の方向に応じて、規制部31および規制部33が互いに当接するか、或いは規制部32および規制部34が互いに当接するかの何れか一方の状態が達成されて、内軸12および外軸13が剛的に連結される。
Further, when the transmission torque between the
本実施の形態の特徴とするところは、図4に示すように、内軸12および外軸13の互いに対向する軸方向溝15,16間に、所定の条件を満たすグリース23を充填している点にある。所定の条件とは、グリースのちょう度がJIS規格(JIS K 2200)で250以下であるか、または、グリース23に含まれる基油の動粘度が、20mm2 /sec 以上であるかの少なくとも一方が達成されている点にある。
A feature of this embodiment is that, as shown in FIG. 4,
グリースのちょう度がJIS規格で250以下であるか、または、グリース23に含まれる基油の動粘度が、20mm2 /sec 以上であるかの何れか一方が達成されていれば、ボール14が受ける振動やボール14に生ずるすべりの影響で、隣接するボール14が互いに近接したときに、図4に模式的に示すように、近接するボール14の間に介在するグリース23が緩衝材として働き、隣接するボール14の衝突速度や衝突エネルギを格段に低減することができる。その結果、騒音を格段に低減することができる。
If either one of the grease consistency is 250 or less according to JIS standards, or the kinematic viscosity of the base oil contained in the
なお、車両に組み付ける際に中間軸5を収縮させるときに、内軸12および外軸13のスライド荷重が過度に大きくなると、組み付け難くなるので、これを防止するため、グリース23に含まれる基油の動粘度は、5500mm2 /sec 以下であることが好ましい。また、グリース23のちょう度は、JIS規格(JIS K 2200)で100以上であることが好ましい。
Note that when the
グリース23の基油としては、例えば鉱油、合成油を用いることができる。合成油としては、例えば、シリコーン油、エステル系油、オレフィン油を用いることができる。また、増ちょう剤としては、各種の金属石鹸基、非金属石鹸基、複合基を用いることができるが、特にリチウム石鹸基を用いることが好ましい。
上記グリース23は隣接するボール14の間に介在していれば十分であり、したがって、例えば図5に示すように、グリース23はボール14の表面に、本中間軸5の組立前に予め塗布されていてもよいし、上記互いに対向する軸方向溝15,16の間に充填されていてもよい。前者の場合、少ない量のグリース23であっても、そのグリース23を確実に衝突音の発生防止に寄与させることができるという利点があり、後者の場合、潤沢な量のグリース23によって、長期にわたって衝突音の発生を防止できるという利点がある。なお、転動体の表面にグリース23を塗布し、且つ互いに対向する軸方向溝15,16間にグリース23を充填するようにしてもよい。
As the base oil of the
It is sufficient that the
上記グリース23に固体潤滑剤が配合されていれば、ボール14と各軸方向溝15,16の軌道との間、あるいはボール14どうしの極圧接触下においても、接触の摩擦係数を低くすることができる。その結果、転動するボール14が受ける荷重と摺動するボール14が受ける荷重の差を少なくでき、これにより、ボール14どうしの衝突の原因であるボール14のスティック現象を抑えることができる。ひいては、騒音低減を効果的に達成することができる。
If a solid lubricant is blended in the
固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン、グラファイト、PTFEを用いることができるが、特に、上記固体潤滑剤が二硫化モリブデンを含む場合には、極圧下での潤滑が良好であるという利点がある。
また、内軸の軸方向溝15に直接軌道を形成したが、図6に示すように、軸方向溝15に樋形状をなす弾性部材24を配置し、この弾性部材24によってボール14に予圧を付与するようにしてもよい。
As the solid lubricant, molybdenum disulfide, graphite, and PTFE can be used. In particular, when the solid lubricant contains molybdenum disulfide, there is an advantage that lubrication under extreme pressure is good.
Further, although the track is directly formed in the
また、本発明の伸縮自在シャフトをステアリングシャフト3に適用することができ、その場合、ステアリングシャフト3にテレスコピック調整機能や衝撃吸収機能を果たさせるときに好ましい。
Further, the telescopic shaft of the present invention can be applied to the
下記の表1に示す仕様の実施例および比較例の伸縮自在シャフトを作成した。
<実施例1〜10および比較例1〜4の各仕様とその試験結果>
The telescopic shafts of Examples and Comparative Examples having the specifications shown in Table 1 below were prepared.
<Each specification of Examples 1-10 and Comparative Examples 1-4 and its test results>
<試験条件>
1)騒音測定試験
図7に示すような試験装置を用いた。すなわち、各実施例および各比較例のそれぞれの伸縮自在シャフト40を、実車での中間軸の取付角度に相当する角度で傾斜させた状態で、アッパーシャフトとしての内軸12を固定し、ロワーシャフトとしての外軸13を加振台50の加振ロッド51に取り付け、外軸13の下端を上下方向に、下記の条件にて加振した。また、伸縮自在シャフト40から発生する音を、集音マイクロフォン52で電気信号に変換し、増幅器53で適当な信号レベルまで増幅した後、データ収集・解析装置54で騒音値を測定した。騒音レベルが基準値(55デシベル)以下であれば良であり、基準値(55デシベル)を超えると不良である。
<Test conditions>
1) Noise measurement test A test apparatus as shown in FIG. 7 was used. That is, the
加振周波数:20Hz
加振振幅:±2mm
試験温度:80°C
2)伸縮荷重測定試験
各実施例および各比較例のそれぞれの伸縮自在シャフトを水平方向に支持した状態で、内軸12および外軸13を相対スライドさせたときのスライド荷重(N)を測定した。ただし、試験温度は、−40°Cとした。スライド荷重が、基準値(40N)以下であれば良であり、基準値(40N)を超えると不良である。
Excitation frequency: 20Hz
Excitation amplitude: ± 2mm
Test temperature: 80 ° C
2) Stretching load measurement test The sliding load (N) when the
騒音測定試験の結果、図8に示すデータを得た。図8に示すように、基油の動粘度が20mm2 /sec 以上である、各実施例3〜10および各比較例2〜4は、騒音レベルが良(55デシベル以下)であり、騒音が低いことが実証された。
また、各実施例1,2の騒音測定試験の結果が良であることから、基油の動粘度が20mm2 /sec 未満であっても、グリースのちょう度がJIS規格で250以下であれば、騒音レベルを低くできることが判明した。
As a result of the noise measurement test, data shown in FIG. 8 was obtained. As shown in FIG. 8, each of Examples 3 to 10 and Comparative Examples 2 to 4 in which the kinematic viscosity of the base oil is 20 mm 2 / sec or more has a good noise level (55 dB or less) and the noise is low. Low proved.
Moreover, since the results of the noise measurement tests of Examples 1 and 2 are good, even if the kinematic viscosity of the base oil is less than 20 mm 2 / sec, the grease consistency is 250 or less in JIS standards. It was found that the noise level can be lowered.
また、各実施例4,5,7〜10および比較例2の騒音測定試験の結果から、グリースのちょう度がJIS規格で250を超えていても、基油の動粘度が20mm2 /sec 以上であれば、騒音レベルを低くできることが判明した。
また、各実施例3,6の騒音測定試験の結果から、グリースの基油の動粘度を20mm2 /sec 以上であることと、グリースのちょう度をJIS規格で250以下であることの双方が達成されているときには、騒音レベルが良(55デシベル以下)であることが判明した。
Further, from the results of the noise measurement tests of Examples 4, 5, 7 to 10 and Comparative Example 2, the kinematic viscosity of the base oil is 20 mm 2 / sec or more even if the grease consistency exceeds 250 according to JIS standards. If so, it was found that the noise level could be lowered.
Further, from the results of the noise measurement tests of Examples 3 and 6, it was found that both the kinematic viscosity of the grease base oil was 20 mm 2 / sec or more and the consistency of the grease was 250 or less according to JIS standards. When achieved, the noise level was found to be good (less than 55 dB).
また、比較例1の騒音測定試験の結果から、基油の動粘度が20mm2 /sec 未満であって、且つグリースのちょう度がJIS規格で250を超える場合は、騒音レベルが58デシベルであって、不良(55デシベルを超える)であることが判明した。
以上の結果から、グリースの基油の動粘度を20mm2 /sec 以上とするか、または、グリースのちょう度をJIS規格で250以下とするかの少なくとも一方が達成されていれば、騒音レベルを基準値(55デシベル)以下にできることが判明した。
Further, from the result of the noise measurement test of Comparative Example 1, it was found that when the kinematic viscosity of the base oil was less than 20 mm 2 / sec and the consistency of the grease exceeded 250 in the JIS standard, the noise level was 58 decibels. And found to be defective (greater than 55 dB).
From the above results, if at least one of the kinematic viscosity of the grease base oil is 20 mm 2 / sec or more or the grease consistency is 250 or less according to the JIS standard is achieved, the noise level is reduced. It was found that the value could be made below the reference value (55 dB).
また、比較例2の伸縮荷重測定試験の結果が不良であることから、グリースの基油の動粘度の上限値は、5500mm2 /sec とすることが好ましいと判明した。すなわち、基油の動粘度が5500mm2 /sec を超える比較例2は、騒音レベルは好ましいレベルであるが、伸縮するときのスライド荷重が過度に大きくなり、作業性が悪いという不具合がある。 Moreover, since the result of the expansion / contraction load measurement test of Comparative Example 2 was unsatisfactory, it was found that the upper limit value of the kinematic viscosity of the grease base oil was preferably 5500 mm 2 / sec. That is, in Comparative Example 2 in which the kinematic viscosity of the base oil exceeds 5500 mm 2 / sec, the noise level is a preferable level, but there is a problem that the slide load becomes excessively large when expanding and contracting and the workability is poor.
また、比較例3,4の伸縮荷重測定試験の結果から、グリースのちょう度の下限値は、100とすることが好ましいと判明した。すなわち、グリースのちょう度がJIS規格で70である比較例4は、騒音レベルは好ましいレベルであるが、伸縮するときのスライド荷重が基準値(40N)を超えて大きくなり、作業性が悪いという不具合がある。 Further, from the results of the expansion / contraction load measurement test of Comparative Examples 3 and 4, it was found that the lower limit value of the consistency of the grease was preferably set to 100. That is, in Comparative Example 4 in which the consistency of grease is 70 in the JIS standard, the noise level is a preferable level, but the slide load when expanding and contracting exceeds the reference value (40N) and the workability is poor. There is a bug.
1…車両用操舵装置、2…操舵部材、3…ステアリングシャフト、5…中間軸(伸縮自在シャフト)、12…内軸、13…外軸、14…ボール(転動体)、15,16…軸方向溝、23…グリース DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle steering device, 2 ... Steering member, 3 ... Steering shaft, 5 ... Intermediate shaft (expandable shaft), 12 ... Inner shaft, 13 ... Outer shaft, 14 ... Ball (rolling element), 15, 16 ... Shaft Directional groove, 23 ... Grease
Claims (6)
上記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、 これら互いに対向する軸方向溝の間に介在し、軸方向に並ぶ列をなして互いに接触可能であり且つ内軸および外軸の間にトルクを伝達可能な複数の転動体と、
上記互いに接触可能な転動体の間に介在したグリースとを備え、
グリースのちょう度がJIS規格で250以下であるか、または、グリースに含まれる基油の動粘度が、20mm2 /sec 〜5500mm2 /sec の範囲にあるかの少なくとも一方が達成されていることを特徴とする伸縮自在シャフト。 An inner shaft and a cylindrical outer shaft fitted together so as to be relatively movable in the axial direction and capable of transmitting torque to each other;
The axial grooves formed on the outer peripheral surface of the inner shaft and the inner peripheral surface of the outer shaft and facing each other, and interposed between the axial grooves facing each other, can be in contact with each other in a row aligned in the axial direction. A plurality of rolling elements that are capable of transmitting torque between the inner shaft and the outer shaft;
A grease interposed between the rolling elements that can contact each other,
Or consistency of the grease is 250 or less in JIS standard, or the kinematic viscosity of the base oil contained in the grease, 20 mm 2 / sec ~5500Mm least one or in the range of 2 / sec is achieved Stretchable shaft characterized by
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