JP2008120277A - ステアリングシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】剛性感があって操舵フィーリングが好ましいステアリングシャフトを提供する。
【解決手段】アウタシャフト３と該アウタシャフト３に挿通されたインナシャフト２とを設け、インナシャフト２とアウタシャフト３との間に円周方向に沿って交互にトルク伝達手段６ところがり手段４とを設け、前記トルク伝達手段６は、インナシャフト２とアウタシャフト３との対向する部分に夫々軸方向に沿って形成された一対の嵌合溝２ａ，３ａと、夫々の嵌合溝２ａ，３ａに半径方向一方側と他方側とが嵌合されたニードルピン１１とにより構成され、ころがり手段４は、インナシャフト２の外周部にスライダ７ａ，７ｂを設け、該スライダ７ａ，７ｂの外向転動面７ｃと内向転動面３ｃとの間で軸方向へころがるローラ１２を軸方向に沿って複数設け、前記スライダ７ａ，７ｂを前記ローラへ１２向かって付勢する板ばね１４を設けて付勢機構１３を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、伸縮自在に構成したステアリングシャフトに関する。

自動車の操舵機構は、車体に固定したジャケットチューブの内部にステアリングシャフトを回転自在に支持し、該ステアリングシャフトの上部にステアリングホィール（ハンドル）を軸着して構成されている。ステアリングシャフトには、運転者の体格に応じてステアリングホィールの位置をステアリングシャフトの軸方向に沿って移動させるテレスコ機構を採用したものがある。

テレスコ機構を備えた従来のステアリングシャフトとしては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。これは、円柱形の軸部材に円筒形の筒部材を摺動自在に挿通し、軸部材の外周面および筒部材の内周面には１２０度毎に軸方向溝が形成されており、２組の軸部材の軸方向溝と筒部材の軸方向溝との間にニードルローラを夫々介在させ、残りの１組の軸部材の軸方向溝と筒部材の軸方向溝との間には複数のボールと短いニードルローラとを介在させ、これらを筒部材の内周面へ向かって付勢する板ばねを設けている。

筒部材の回転トルクが２本のニードルローラと複数のボール等を介して軸部材に伝わり、複数のボール等と筒部材との間の隙間をなくすため、複数のボール等を筒部材へ向かって付勢する板ばねを設けている。
特開２００３−３３６６５８号公報

ところが、筒部材に回転力を与えると、該回転力の作用する方向と板ばねの付勢方向とが近いことから、該回転力により複数のボール等が半径方向内側へ押し戻されて板ばねが撓むため、その分だけ筒部材の回転の一部が吸収されて軸部材に伝わり、そのためにハンドル操作の際に剛性感がなく操舵フィーリングが好ましくない。

つまり、図４（ａ）に示すように、ハンドルを左右のいずれの方向へ回転させる場合も、筒部材が所定の角度だけ回転するまでは、板ばねが撓む範囲（イ）であるために変位角に対するトルクの傾きが小さく、それ以上の角度については板ばねが撓み切った後の範囲（ロ）であるため、変位角に対するトルクの傾きが大きくなる。

そこで本発明は、上記の課題を解決し、剛性感があって操舵フィーリングが好ましいステアリングシャフトを提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、筒部材と該筒部材に挿通された軸部材とを設け、前記筒部材と前記軸部材との間に円周方向に沿って交互にトルク伝達手段ところがり手段とを設け、前記トルク伝達手段は、前記筒部材と前記軸部材との対向する部分に夫々軸方向に沿って形成された一対の嵌合溝と、夫々の嵌合溝に半径方向一方側と他方側とが嵌合されたトルク伝達ピンとにより構成され、前記ころがり手段は、前記軸部材の外周部にスライダを設け、該スライダと前記筒部材の内向転動面との間で軸方向へころがるローラを軸方向に沿って複数設け、前記スライダを前記ローラへ向かって付勢する付勢機構を設けて構成され、該付勢機構は、前記軸部材の外周面に軸方向に沿ってＶ溝が形成され、前記内向転動面と略平行な外向転動面を有する一対の前記スライダが前記Ｖ溝の夫々の傾斜面に沿って摺動自在に設けられ、前記一対のスライダを相互に離反する方向へ付勢して前記外向転動面を前記内向転動面へ接近させる付勢手段を設けて構成されていることを特徴とする。

この発明によれば、付勢手段の付勢力により一対のスライダが相互に離反する方向へ付勢され、付勢された一対のスライダはＶ溝の夫々の傾斜面に沿って摺動し、一対のスライダの外向転動面がローラへ向かって付勢されている。このため筒部材を軸方向へ押圧すると、ローラが内向転動面および外向転動面をころがり、軸部材に対して筒部材が軸方向へ円滑に移動する。そして、通常の操舵トルクによって筒部材に回転力を与えたときには付勢手段が撓む構成にはなっていないので、付勢手段が撓むために筒部材の回転が一部吸収されて軸部材に伝わることによる非剛性感を生じることはない。一方、大きな操舵トルクによって筒部材に回転力を与えたときには、ローラの一方側が押圧されることになるが、付勢手段の付勢力に抗してスライダの一方がＶ溝の傾斜面に沿って下がるため、ローラの一方側が押圧されても筒部材の内向転動面やスライダの外向転動面に圧痕が生じるようなことはない。そして、この大きな操舵トルクによる回転力は、トルク伝達ピンを介して軸部材に伝わる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のステアリングシャフトにおいて、前記軸部材には、前記トルク伝達ピン，前記スライダおよび前記ローラが軸方向へ相対的に移動するのを規制するストッパ部が設けられ、前記複数のローラの相対的な位置を保持する単一のホルダが設けられていることを特徴とする。

この発明によれば、軸部材にストッパ部が設けられており、かつローラを保持するホルダが設けられているので、軸部材に対して筒部材が相対的に軸方向へ移動する際には、ストッパ部の存在によってスライダ，複数のローラおよびトルク伝達ピンが軸部材から外れるのが阻止され、スライダ，複数のローラおよびトルク伝達ピンが一体となって保持された状態で、軸部材に対して筒部材が相対的に軸方向へ移動する。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載のステアリングシャフトにおいて、前記筒部材の内周面および前記軸部材の外周面は、横断面形状が略六角形に形成され、該六角形の６つの辺と対応させて前記トルク伝達手段と前記ころがり手段とが交互に配置されていることを特徴とする。

この発明によれば、３つのトルク伝達手段と３つのころがり手段とが円周方向に沿って夫々等間隔に配置されることになるので、トルク伝達手段ところがり手段との配置のバランスが均等となり、筒部材から軸部材への回転力の伝達と、軸部材に対する筒部材の軸方向への相対的な移動が円滑に行われる。

本発明に係るステアリングシャフトによれば、通常の操舵トルクによる筒部材から軸部材への回転力の伝達と、軸部材に対する筒部材の軸方向への相対的な移動とはころがり手段により行われ、大きな操舵トルクによる筒部材から軸部材への回転力の伝達は、トルク伝達手段により行われる。このため、トルク伝達手段のみを備えた場合に比べ、軸部材と筒部材とからなるステアリングシャフトの収縮が円滑に行われる。

そして、通常の操舵トルクで操作を行なって筒部材に回転力を与えても付勢手段が撓む構成にはなっていないので、付勢手段が撓むことにより筒部材の回転が一部吸収され軸部材に伝わることによる非剛性感が生じることはない。従って、筒部材を回転操作したときの操舵フィーリングが良い。

また、大きな操舵トルクによって筒部材から軸部材へ回転力が伝達される際には、ローラの一方側が押圧されることになるが、付勢手段の付勢力に抗してスライダの一方がＶ溝の傾斜面に沿って下がるため、ローラの一方側が押圧されて筒部材の内向転動面やスライダの外向転動面に圧痕が生じるようなことはない。

更に、軸部材にストッパ部が設けられており、かつローラを保持するホルダが設けられているので、軸部材に対して筒部材が相対的に軸方向へ移動する際には、ストッパ部の存在によってスライダ，複数のローラおよびトルク伝達ピンが軸部材から外れるのが阻止され、スライダ，複数のローラおよびトルク伝達ピンが一体となって保持された状態で、軸部材に対して筒部材が相対的に軸方向へ移動する。

また更に、３つのトルク伝達手段と３つのころがり手段とが円周方向に沿って夫々等間隔に配置されることになるので、トルク伝達手段ところがり手段との配置のバランスが均等であり、筒部材から軸部材への回転力の伝達と、軸部材に対する筒部材の軸方向への相対的な移動が円滑に行われる。

以下、本発明によるステアリングシャフトの実施の形態を説明する。

図２の分解斜視図に示すように、ステアリングシャフト１は軸部材としてのインナシャフト２と、該インナシャフト２に挿通される筒部材としてのアウタシャフト３とによって構成されている。図２において、インナシャフト２の右端にアウタシャフト３の左端が挿通されてステアリングシャフト１は軸線方向へ伸縮可能になっている。このステアリングシャフト１は、車体に取り付けられた図示しないジャケットチューブの内部に回転自在に支持される。そして、アウタシャフト３の右端には図示しないステアリングホィールが設けられる一方、インナシャフト２の左端は図示しない操舵輪に連結される。

ステアリングシャフト１の断面図を図１に示す。アウタシャフト３とインナシャフト２との間には、トルク伝達手段６ところがり手段４とが円周方向に沿って交互に配置されている。

まず、トルク伝達手段６の構成を説明する。アウタシャフト３の内周面とインナシャフト２の外周面との横断面形状は略六角形であり、六角形どうしの組み合わせであることから、該六角形の６つの辺と対応させてこれらの６つの対向面の組のうちのひとつおきである３つの対向面の組が円周方向に３組選択され、対向面どうしの間にはトルク伝達ピンとしての単一のニードルピン１１が軸線方向に沿って長く設けられている。即ち、対向面の組の中央部には断面形状が略半円形の一対の嵌合溝２ａ，３ａが夫々形成され、これらの嵌合溝２ａ，３ａの内部にニードルピン１１の半径方向の一方側と他方側とが嵌合されている。嵌合溝２ａ，３ａの内部でニードルピン１１が夫々２点で接触するように、嵌合溝２ａ，３ａの内径寸法はニードルピン１１の外径寸法よりも少し小さく設定されている。そして、ニードルピン１１はその外周面がインナシャフト２およびアウタシャフト３に２箇所で接触し、ニードルピン１１の外周面と嵌合溝２ａ，３ａの底面との間には夫々隙間が形成されている。また、嵌合溝２ａ，３ａの両側には嵌合溝２ａ，３ａの底面の方向とは反対方向へ突出する突出部２ｂ，３ｂが嵌合溝の長さ方向に沿って形成されている。該突出部２ｂ，３ｂは、プレス成形等の塑性加工により嵌合溝２ａ，３ａを形成する際にできたものであり、この突出部２ｂ，３ｂの存在により、インナシャフト２およびアウタシャフト３がニードルピン１１との間でトルク伝達するための面積が増大する。

次に、ころがり手段４の構成を説明する。６つの対向面の組のうちの他の３つの対向面の組には、インナシャフト２の外周部に一対のスライダ７ａ，７ｂが設けられる。そして、一対のスライダ７ａ，７ｂとアウタシャフト３の六角形の内周面の一辺である内向転動面３ｃとの間には、軸方向へころがるローラ１２が軸方向に沿って複数設けられている。そして、スライダ７ａ，７ｂをローラ１２へ向かって半径方向外側へ付勢する付勢機構１３が設けられている。付勢機構１３は、以下のように構成されている。インナシャフト２の外周面に軸方向に沿ってＶ溝２ｃが形成されている。そして、前記一対のスライダ７ａ，７ｂは、前記内向転動面３ｃと略平行な外向転動面７ｃを有する断面直角三角形の長尺の形状に形成され、スライダ７ａ，７ｂはＶ溝２ｃの夫々の傾斜面に沿って摺動自在になっている。一対のスライダ７ａ，７ｂを相互に離反する方向へ付勢して外向転動面７ｃを内向転動面３ｃへ接近させる付勢手段として、一対のスライダ７ａ，７ｂの間にはＵ字形の板ばね１４が、軸方向に沿って設けられている。板ばね１４により一対のスライダ７ａ，７ｂがローラ１２へ向かって付勢される与圧の大きさは、Ｖ溝２ｃの傾斜面の角度θにより決定される。

インナシャフト２には、前記ニードルピン１１，前記一対のスライダ７ａ，７ｂおよび前記ローラ１２が軸方向へ相対的に移動するのを規制するストッパ部が設けられている。即ち、図２に示すように、インナシャフト２の右端には、円板９がボルト１０を介して結合されている。この円板９の外周面の位置は図１に二点鎖線で示す位置であり、前記ニードルピン１１，前記一対のスライダ７ａ，７ｂおよび後述するホルダ８が軸方向に規制される。インナシャフト２の左端では、インナシャフト２の円形断面部２ｄがストッパ部を構成している。

前記複数のローラ１２の相対的な位置を保持するため、単一のホルダ８が設けられている。ホルダ８は、図１の断面図と図２の斜視図とに示すように六角形の筒状であり、六角形の辺の一つおきに、ローラ１２の相対的な位置を保持するための部分を形成したものである。即ち、３つの各辺には軸方向に沿って略等間隔にローラ１２を配置するための切欠部８ａが形成され、該切欠部８ａどうしの間の部分を半径方向内側へ突出されて突出部８ｂが複数形成されている。これらの突出部８ｂによりローラ１２がホルダ８から脱落しないように保持されている。また、円周方向での切欠部８ａと切欠部８ａとの間には、ホルダ８がニードルピン１１を保持するために逃げ孔８ｃが形成されている。前記のようにインナシャフト２の軸方向の両端に位置するローラ１２は円板９等によって軸方向に規制されるので、ホルダ８を介して保持されるその他のローラ１２も軸方向に規制されることになる。

このようなステアリングシャフト１において、インナシャフト２に対してアウタシャフト３が軸方向へ相対的に移動しないようにロックしたり、移動できるようにロック解除するため、図示しないテレスコ機構のロック手段が設けられている。

次に、ステアリングシャフト１の作用を説明する。

まず、インナシャフト２に対してアウタシャフト３を軸方向へ移動させてテレスコ操作を行なう場合について説明する。この場合は、まずテレスコ機構の図示しないロック手段を操作することによりロック解除を行ない、その後にステアリングホィールを軸方向へ移動させ、アウタシャフト３に軸方向の力を加える。ころがり手段４は、図３（ａ）に示すように、付勢機構１３を構成する板ばね１４の付勢力により一対のスライダ７ａ，７ｂが相互に離反する方向へ付勢されており、付勢された一対のスライダ７ａ，７ｂはＶ溝２ｃの夫々の傾斜面に沿って摺動し、一対のスライダ７ａ，７ｂの外向転動面７ｃがローラ１２へ向かって半径方向外側へ付勢され、これによりアウタシャフト３とインナシャフト２との間に半径方向の与圧が加わっている。半径方向の与圧が加わっている状態でアウタシャフト３に軸方向力を加えると、内向転動面３ｃと一対のスライダ７ａ，７ｂの外向転動面７ｃとの間で複数のローラ１２がころがり、アウタシャフト３はインナシャフト２に対して相対的に軸方向へ円滑に移動する。このため、トルク伝達手段６のみを備えた場合に比べ、インナシャフト２とアウタシャフト３とからなるステアリングシャフト１の収縮が円滑に行われる。アウタシャフト３が移動したら、ロック手段を操作することにより再びテレスコ機構をロックする。

通常の操舵トルクによりアウタシャフト３に反時計方向の回転力を与えたときには、板ばね１４の付勢力とＶ溝２ｃの傾斜面との作用により、該回転力はアウタシャフト３からローラ１２とスライダ７ａとを介してインナシャフト２に伝達され、スライダ７ａがＶ溝２ｃの傾斜面に沿って下がることがないため、アウタシャフト３の回転が一部吸収されてインナシャフト２に伝わることによる非剛性感を生じることはない。一方、大きな操舵トルクによってアウタシャフト３に反時計方向の大きな回転力を与えた場合には、図３（ｂ）に示すように、アウタシャフト３によってローラ１２の左側が押圧されることになるが、板ばね１４の付勢力に抗して一方のスライダ７ａがＶ溝２ｃの傾斜面に沿って下がるため、ローラ１２の左側が押圧されてもアウタシャフト３の内向転動面３ｃやスライダ７ａ，７ｂの外向転動面７ｃに圧痕が生じるようなことはない。

ここで、トルク伝達手段６はアウタシャフト３とインナシャフト２との対向する部分に一対の嵌合溝２ａ，３ａを形成し、該嵌合溝２ａ，３ａの夫々にニードルピン１１の半径方向の一方側と他方側とを嵌合して構成したので、スライダ７ａがＶ溝２ｃの傾斜面に沿って下がると、アウタシャフト３の回転力はニードルピン１１を介してインナシャフト２に伝わる。従って、ステアリングホィールから操舵車輪へ操舵力が伝わる。

この発明では、通常の操舵トルクによってアウタシャフト３に回転力を与えたときには、付勢手段が撓む構成にはなっていないので、付勢手段が撓むためにアウタシャフト３の回転が一部吸収されてインナシャフト２に伝わることによる非剛性感を生じることはない。このように付勢手段が撓むことはないので、図４（ｂ）の場合のように変位角に対するトルクの傾きが変動することはない。一方、大きな操舵トルクによってアウタシャフト３に回転力を与えたときには、スライダ７ａがＶ溝２ｃの傾斜面に沿って下がるため、図４（ａ）に示すように変位角が大きくなるが、アウタシャフト３の内向転動面３ｃやスライダ７ａ，７ｂの外向転動面７ｃに圧痕が生じることはなく、インナシャフト２に対するアウタシャフト３の軸方向の移動に支障が生じることはない。

次に、アウタシャフト３とインナシャフト２とを組み付ける際の手順について説明する。図２のように、インナシャフト２のＶ溝２ｃに板ばね１４を介して一対のスライダ７ａ，７ｂを入れ、次にこれらのインナシャフト２等をホルダ８に挿通させる。そして、ホルダ８の切欠部８ａにローラ１２を入れてローラ１２を一対のスライダ７ａ，７ｂの外向転動面７ｃ上に載せ、かつ逃げ孔８ｃにニードルピン１１を入れてニードルピン１１を嵌合溝２ａに嵌め込む。最後に、インナシャフト２の端面にボルト１０を介して円板９を取り付け、一対のスライダ７ａ，７ｂと、ニードルピン１１と、ローラ１２およびホルダ８とがインナシャフト２から抜けないようにする。そして、インナシャフト２とホルダ８等をアウタシャフト３の左端からアウタシャフト３の内部に挿入する。このとき、ニードルピン１１が嵌合溝３ａに嵌め込まれ、ローラ１２が内向転動面７ｃを転がるように挿入する。

この発明によれば、ストッパ部として、図２のインナシャフト２の右端には円板９が設けられる一方、左端にはインナシャフト２の円形断面部２ｄが存在し、かつ複数のローラ１２を保持する単一のホルダ８が設けられているので、インナシャフト２に対してアウタシャフト３が相対的に軸方向へ移動する際には、ストッパ部の存在によってスライダ７ａ，７ｂ，複数のローラ１２およびニードルピン１１がインナシャフト２から外れるのが阻止され、スライダ７ａ，７ｂ，複数のローラ１２およびニードルピン１１が一体となって保持された状態で、インナシャフト２に対してアウタシャフト３が相対的に軸方向へ移動する。

この発明によれば、３つのトルク伝達手段６と３つのころがり手段４とが円周方向に沿って夫々等間隔に配置されることになるので、トルク伝達手段６ところがり手段４との配置のバランスが均等となり、アウタシャフト３からインナシャフト２への回転力の伝達と、インナシャフト２に対するアウタシャフト３の軸方向への相対的な移動が円滑に行われる。

なお、この実施の形態ではインナシャフト２の外周面およびアウタシャフト３の内周面の断面形状を六角形にしたが、六角形に限定されるものではなく、八角形等であってもよい。

ステアリングシャフトの断面図（実施の形態）。 ステアリングシャフトの分解斜視図（実施の形態）。 ステアリングシャフトの作用説明図（実施の形態）。 （ａ）は従来のステアリングシャフトの変位角とトルクとの関係を示すグラフ、（ｂ）は本発明に係るステアリングシャフトの変位角とトルクとの関係を示すグラフ（実施の形態）。

符号の説明

１…ステアリングシャフト
２…インナシャフト（軸部材）
２ａ，３ａ…嵌合溝
２ｃ…Ｖ溝
２ｄ…円形断面部（ストッパ部）
３…アウタシャフト（筒部材）
３ｃ…内向転動面
４…ころがり手段
６…トルク伝達手段
７ａ，７ｂ…スライダ
７ｃ…外向転動面
８…ホルダ
９…円板（ストッパ部）
１１…ニードルピン（トルク伝達ピン）
１２…ローラ
１３…付勢機構
１４…板ばね（付勢手段）

Claims (3)

1. 筒部材と該筒部材に挿通された軸部材とを設け、前記筒部材と前記軸部材との間に円周方向に沿って交互にトルク伝達手段ところがり手段とを設け、
   前記トルク伝達手段は、前記筒部材と前記軸部材との対向する部分に夫々軸方向に沿って形成された一対の嵌合溝と、夫々の嵌合溝に半径方向一方側と他方側とが嵌合されたトルク伝達ピンとにより構成され、
   前記ころがり手段は、前記軸部材の外周部にスライダを設け、該スライダと前記筒部材の内向転動面との間で軸方向へころがるローラを軸方向に沿って複数設け、前記スライダを前記ローラへ向かって付勢する付勢機構を設けて構成され、
   該付勢機構は、前記軸部材の外周面に軸方向に沿ってＶ溝が形成され、前記内向転動面と略平行な外向転動面を有する一対の前記スライダが前記Ｖ溝の夫々の傾斜面に沿って摺動自在に設けられ、前記一対のスライダを相互に離反する方向へ付勢して前記外向転動面を前記内向転動面へ接近させる付勢手段を設けて構成されていることを特徴とするステアリングシャフト。
2. 請求項１に記載のステアリングシャフトにおいて、
   前記軸部材には、前記トルク伝達ピン，前記スライダおよび前記ローラが軸方向へ相対的に移動するのを規制するストッパ部が設けられ、前記複数のローラの相対的な位置を保持する単一のホルダが設けられていることを特徴とするステアリングシャフト。
3. 請求項１または２に記載のステアリングシャフトにおいて、
   前記筒部材の内周面および前記軸部材の外周面は、横断面形状が略六角形に形成され、該六角形の６つの辺と対応させて前記トルク伝達手段と前記ころがり手段とが交互に配置されていることを特徴とするステアリングシャフト。

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