JP2009162308A - 伸縮軸 - Google Patents

Abstract

【課題】緩衝材３４を構成する楔状部分４１の径方向外方部分で劣化を生じにくくして、伸縮軸３１の耐久性の向上を図れる構造を実現する。
【解決手段】インナー、アウター両シャフト３２、３３の何れにもトルクが作用していない中立状態で、上記楔状部分４１の外側面４３ａと凹溝３７の側面３９との間に、上記両シャフト３２、３３の径方向外方に向かう程互いの間隔が大きくなる隙間４４を設ける。これにより、トルク伝達時に、上記楔状部分４１の径方向外方部分で接触面圧が増大する事を防止して、この楔状部分４１の径方向外方部分で劣化を生じにくくできる。
【選択図】図３

Description

この発明に係る伸縮軸は、例えば、自動車のステアリング装置を構成するステアリングシャフトや中間シャフト等、回転トルクを伝達自在で、且つ、軸方向に伸縮可能なシャフトとして使用する。特に、本発明は、インナーシャフトとアウターシャフトとの係合部のがたつきを防止するものである。

例えば、自動車のステアリング装置を構成し、端部にステアリングホイールを設けたステアリングシャフトや、このステアリング装置の一部で１対の自在継手同士の間に存在する中間シャフトを、衝突時等、軸方向の衝撃が加わった場合に全長が縮まる構造とする技術が、従来から知られている。又、上記ステアリングシャフトを、軸方向の伸縮を自在として、運転者の体格に応じて上記ステアリングホイールの位置を調節する、所謂テレスコピック機能を有する構造も、従来から知られている。この様なステアリングシャフトや中間シャフトに適用する構造として、回転力の伝達を自在で、且つ、軸方向に伸縮可能な伸縮軸が、例えば、特許文献１、２に記載されている様に、従来から知られている。

これら各特許文献１、２に記載された構造の場合、伸縮軸を伸縮させる為にこの伸縮軸を構成するインナーシャフトとアウターシャフトとの相対変位を円滑に行うと共に、これら両シャフト同士の係合部のがたつきを防止し、回転伝達時に異音が生じる事を防止すべく、これら両シャフト同士の間に緩衝材（スリーブ）を設けている。このうちの特許文献１に記載された構造を、図１６に示す。この図１６に示す伸縮軸１は、インナーシャフト２の外周面とアウターシャフト３の内周面との間に、合成樹脂製のスリーブ４を配置している。又、このスリーブ４の外周面の一部と上記アウターシャフト３の内周面の一部との間に、互いに離れる方向に押圧される１対の楔状部材５、５を設けている。

即ち、上記スリーブ４の外周面の一部と上記アウターシャフト３の内周面の一部との間に楔状の空間を形成し、この空間内に上記両楔状部材５、５を配置すると共に、これら両楔状部材５、５同士の間にばね６を圧縮した状態で配置している。そして、このばね６の弾性により、上記楔状部材５、５を上記空間の幅が小さくなる方向にそれぞれ押し付け、上記スリーブ４の外周面の一部と上記アウターシャフト３の内周面の一部とに、これら両周面同士が互いに離れる方向の力を付与している。これにより、上記インナーシャフト２と上記アウターシャフト３との間でがたつきが生じる事を防止している。

又、特許文献２に記載された伸縮軸１ａの場合、図１７に示す様に、インナーシャフト２ａの外周面とアウターシャフト３ａの内周面との間の一部に楔状の空間を設け、この空間内に、スリーブ４ａの円周方向複数個所に設けた楔状部分７、７を配置している。そして、これら各楔状部分７、７をばね８、８により、上記空間の幅が狭くなる方向に押圧している。これにより、やはり、上記インナーシャフト２ａと上記アウターシャフト３ａとの間でがたつきが生じる事を防止している。

上述の様な特許文献１、２に記載された何れの構造の場合も、楔状部材５、５或は楔状部分７、７の両面と、これら両面と対向する、スリーブ４或はインナーシャフト２ａの外周面、及び、アウターシャフト３、３ａの内周面とは、両シャフト２、２ａ、３、３ａとの何れにもトルクが作用していない中立状態で、径方向に関してほぼ全面に亙って接触している。上記両シャフト２、２ａ、３、３ａ同士の間でトルク伝達が行われる場合、径方向外方に向かう程、トルクを伝達する割合が大きくなる。従って、この様に、楔状部材５、５或は楔状部分７、７の両面と、スリーブ４或はインナーシャフト２ａの外周面、及び、アウターシャフト３、３ａの内周面とが、径方向に関してほぼ全面に亙って接触していると、この接触部のうち、径方向外方部分の面圧が大きくなる。言い換えれば、上記各面同士の接触部の面圧が、径方向に関して均一にならない。この結果、上記スリーブ４、楔状部材５、５或は楔状部分７、７の径方向外方部分で生じる応力が大きくなり、早期に劣化が生じ易くなる等、伸縮軸１、１ａの耐久性が低下する可能性がある。

特開平５−１１６６３３号公報 米国特許第５４６０５７４号明細書

本発明は、上述の様な事情に鑑み、緩衝材の各楔状部分の径方向外方部分で劣化を生じにくくして、伸縮軸の耐久性の向上を図れる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の伸縮軸は、インナーシャフトと、アウターシャフトと、緩衝材とを備える。
このうちのインナーシャフトは、外周面の円周方向複数個所に、径方向外方に突出するインナー側突条と径方向内方に凹むインナー側凹溝とのうちの何れかである、インナー側係合部を、軸方向に設けている。
又、上記アウターシャフトは、上記インナーシャフトを挿入自在で、内周面の円周方向複数個所で上記各インナー側係合部と整合する位置に、上記各インナー側突条がそれぞれ進入可能なアウター側凹溝と上記各インナー側凹溝にそれぞれ進入可能なアウター側突条とのうちの何れかである、アウター側係合部を、軸方向に設けている。
又、上記緩衝材は、上記インナーシャフトとアウターシャフトとの間に存在する。
そして、このインナーシャフトをこのアウターシャフト内に挿入した状態で、これら両シャフト同士の間で上記緩衝材を介して回転の伝達が可能で、且つ、これら両シャフト同士が互いに軸方向に摺動可能としている。

又、上記各インナー側係合部の円周方向に関する両側面と、上記各アウター側係合部の円周方向に関する両側面とのうち、円周方向に関して互いに対向する側面同士の間部分を、上記両シャフトの径方向一方に向かう程互いの間隔が狭くなる楔状空間としている。
更に、上記緩衝材の円周方向複数個所に設けた、上記両シャフトの径方向一方に向かう程円周方向に関する厚さが小さくなる楔状部分を、上記各楔状空間にそれぞれ配置すると共に、これら各楔状部分のうちの少なくとも何れかの楔状部分を、径方向一方に付勢している。

特に、本発明の伸縮軸の場合、上記両シャフトの何れにもトルクが作用していない中立状態で、上記楔状部分の両面のうちの少なくとも何れかの面と、この面と円周方向に対向する、上記両係合部の円周方向に関する各側面のうちの何れかの側面との間に、上記両シャフトの径方向外方に向かう程互いの間隔が大きくなる隙間を設けている。

上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、上記両シャフトのうちの何れか一方のシャフトと緩衝材との間に、各楔状部分のうちの少なくとも何れかの楔状部分を径方向一方に付勢する弾性体を設ける。
又、各インナー側係合部の円周方向に関する両側面と、各アウター側係合部の円周方向に関する両側面とのうち、上記何れか一方のシャフトに設けた係合部に関する両側面を、互いに平行に形成すると共に、当該係合部（両側面を互いに平行にした、各インナー側係合部又は各アウター側係合部）の中心線の方向と上記一方のシャフトの径方向とを一致させる。

上述の様な本発明の伸縮軸によれば、緩衝材の各楔状部分の径方向外方部分で劣化を生じにくくして、伸縮軸の耐久性の向上を図れる。
即ち、本発明の場合、上記楔状部分の両面のうちの少なくとも何れかの面と、この面と円周方向に対向する、上記両係合部の円周方向に関する各側面のうちの何れかの側面との間に、両シャフトの径方向外方に向かう程互いの間隔が大きくなる隙間を設けている。この為、これら両シャフト同士の間でトルク伝達が行われた場合に、上記両面同士の接触部の径方向外方部分での接触面圧を低減できる。この結果、この接触部の径方向外方部分で劣化を生じにくくして、伸縮軸の耐久性の向上を図れる。

又、請求項２に記載した発明によれば、緩衝材の一部に形成した各楔状部分が、インナーシャフトの外周面とアウターシャフトの内周面との間に存在する各楔状空間内で、これら各楔状空間の円周方向に関する幅が狭くなる方向に効率良く付勢される。
即ち、各インナー側係合部の円周方向に関する両側面と、各アウター側係合部の円周方向に関する両側面とのうち、何れか一方の両側面を、互いに平行に形成すると共に、当該係合部の中心線と、この一方の両側面に関するシャフトの径方向とを一致させている為、弾性体により楔状部分を径方向一方に付勢した場合に、上記一方の両側面に沿って、この付勢する力が効率良く作用する。即ち、上記弾性体により付勢する方向と楔状空間の幅が狭くなる方向とが一致している。この結果、この楔状部分をこの楔状空間の幅が狭くなる方向に効率良く付勢でき、伸縮軸としてがたつきが生じにくい構造を、安定して得られる。

［実施の形態の第１例］
図１〜４は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例は、本発明を、電動式パワーステアリング装置を構成するステアリングシャフト又は中間シャフトに適用する場合に就いて示している。先ず、この電動式パワーステアリング装置に就いて、図１により説明する。この図１に示す電動式パワーステアリング装置９は、後端部（図１の右端部）にステアリングホイール１０を固定したステアリングシャフト１１と、このステアリングシャフト１１を挿通自在なステアリングコラム１２と、このステアリングシャフト１１に補助トルクを付与する為の操舵力補助装置（アシスト装置）１３と、上記ステアリングシャフト１１の回転に基づきタイロッド１４、１４を変位させる（押し引きする）為のステアリングギヤユニット１５とを備える。このうちのステアリングシャフト１１は、インナーシャフト１６とアウターシャフト１７とを、回転力の伝達自在に、且つ軸方向に関する相対変位を可能に組み合わせて成る。これらインナーシャフト１６とアウターシャフト１７とは、軸方向に相対変位する事で上記ステアリングホイール１０の前後位置の調節を可能にする他、衝突事故の際には上記ステアリングシャフト１２の全長を縮める。

又、上記ステアリングシャフト１１を挿通した筒状の上記ステアリングコラム１２は、インナーコラム１８とアウターコラム１９とをテレスコープ状に組み合わせて成り、上記ステアリングホイール１０の前後位置の調節を可能にする他、衝突事故の際には、上記ステアリングシャフト１１と共に全長を縮める。上記インナーコラム１８の前端部（図１の左端部）は、上記操舵力補助装置１３を構成するギヤハウジング２０の後端面に結合固定している。又、上記インナーシャフト１６は、このギヤハウジング２０内に挿入し、このインナーシャフト１６の前端部を、上記操舵力補助装置１３を構成する入力軸に結合している。又、この入力軸にトーションバーを介して連結された、同じく上記操舵補助装置１３を構成する出力軸２１の前端部を、上記ギヤハウジング２０の前端面から突出させている。

又、上記ステアリングコラム１２は、その中間部を支持ブラケット２２により、ダッシュボードの下面等、車体２３の一部に支承している。又、この支持ブラケット２２と車体２３との間に、図示しない係止部を設けて、この支持ブラケット２２に前方に向かう方向の衝撃が加わった場合に、この支持ブラケット２２が上記係止部から外れる様にしている。又、チルト機構及びテレスコピック機構を設ける事により、前記ステアリングホイール１０の前後位置及び高さ位置の調節を自在としている。この様なチルト機構及びテレスコピック機構は、従来から周知な構造と同様であり、本発明の要旨とも関係しない為、詳しい図示並びに説明は省略する。

又、上記操舵力補助装置１３を構成する上記出力軸２１の前端部は、自在継手２４を介して、中間シャフト２５の後端部に連結している。又、この中間シャフト２５の前端部に、別の自在継手２６を介して、前記ステアリングギヤユニット１５の入力軸２７を連結している。上記中間シャフト２５は、インナーシャフト２８とアウターシャフト２９とを、回転力の伝達自在に、且つ軸方向に関する相対変位を可能に組み合わせて成る。これらインナーシャフト２８とアウターシャフト２９とは、衝突時に互いに軸方向に相対変位する事で、上記中間シャフト２５の全長を縮める。

又、上記ステアリングギヤユニット１５は、図示しないラックとピニオンとを備え、このうちのピニオンに上記入力軸２７を結合している。又、このピニオンと噛合する上記ラックは、両端部に前記タイロッド１４、１４を連結しており、このラックの軸方向変位に基づいてこれら各タイロッド１４、１４を押し引きする事で、図示しない操舵輪に所望の舵角を付与する。又、上記操舵力補助装置１３は、電動モータ３０によりウォーム減速機を介して、前記出力軸２１に、所定の方向に所定の大きさで補助トルクを付与する。

上述の様に構成する電動式パワーステアリング装置９の場合、上記操舵力補助装置１３の出力軸２１から出力されるトルクは、前記ステアリングホイール１０から前記ステアリングシャフト１１に加えられるトルクよりも大きくできる。即ち、上記出力軸２１から出力されるトルクを、上記操舵力補助装置１３を構成する上記電動モータ３０から上記ウォーム減速機を介して加えられる補助動力分だけ大きくできる。従って、上記操舵輪に舵角を付与する為に運転者が上記ステアリングホイール１０を操作する為に要する力を、上記操舵力補助装置１３の補助動力分だけ小さくできる。尚、ステアリングギヤユニット１５の周辺部に操舵力補助装置を設ける事により、電動式パワーステアリング装置を構成する場合もある。

本例の場合、上述の様に構成され作用する電動式パワーステアリング装置１０に組み込まれる、ステアリングシャフト１１若しくは中間シャフト２５を、図２、３に示す様な伸縮軸３１により構成している。この伸縮軸３１は、インナーシャフト３２（上述のインナーシャフト１６、２８に相当）とアウターシャフト３３（上述のアウターシャフト１７、２９に相当）との間に、緩衝材３４を配置して成る。この緩衝材３４は、複数の緩衝素子３５、３５から構成される。これら各緩衝素子３５、３５は、後述する、上記インナーシャフト３２の外周面に形成した複数の突条３６、３６に、それぞれ、やはり後述する「実施の形態の第５例」で述べる図１５の構造と同様に、外嵌している。尚、図１５に示した構造の場合、緩衝材として一体に形成されたものを示しているが、本例の場合、上記各緩衝素子３５、３５は、それぞれが独立した（分離した）状態で配置されている。

上記緩衝材３４は、例えば、合成樹脂、ゴム、これらの混合物等の高分子材料、或は、ばね鋼等の十分な弾性を有する金属により構成する。このうちの合成樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フェノール樹脂、アセタール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂等の合成樹脂のうち、１種類の合成樹脂若しくは複数種類の合成樹脂を含むものが挙げられる。又、これらの合成樹脂に、二硫化モリブデン（MoS₂）、グラファイト、フッ素化合物等の固体潤滑剤のうちの１種類或は複数種類の固体潤滑剤を含ませても良い。更に、炭素繊維、カーボンビーズの何れか或は双方を含ませても良い。

又、上述の様な合成樹脂材料以外の高分子材料としては、天然ゴム、合成ゴム、或は、これらの混合物から成るゴムを使用する事もできる。更に、これらのゴム材に、二硫化モリブデン（MoS₂）、グラファイト、フッ素化合物等の固体潤滑剤のうちの１種類或は複数種類の固体潤滑剤を含ませても良い。

又、前記インナーシャフト３２とアウターシャフト３３とは、例えば、鉄に炭素が０．０４重量％以上含まれた炭素鋼製としている。尚、軽量化を図るべく、上記両シャフト３２、３３の一方又は双方（耐食性を考慮して、好ましくは双方）を、アルミニウム合金製としても良い。又、本例の様に、電動式パワーステアリング装置９に組み込む場合、上記インナーシャフト３２の外接円の直径は、２０〜４０mm程度とする事が好ましい。又、上記両シャフト３２、３３の成形方法としては、冷間鍛造、熱間鍛造、プレス、スウェージング、引抜成形、押出成形、切削等の機械加工が挙げられる。

上記両シャフト３２、３３のうちのインナーシャフト３２は、外周面の円周方向複数個所（図示の例では３個所）に、径方向外方に突出する、前記突条３６、３６を形成している。これら各突条３６、３６が、特許請求の範囲に記載したインナー側係合部に相当する。又、上記アウターシャフト３３は、内周面の円周方向複数個所でこれら各突条３６、３６と整合する位置に、径方向外方に凹む凹溝３７、３７を形成している。これら各凹溝３７、３７が、特許請求の範囲に記載したアウター側係合部に相当する。上記インナーシャフト３２を上記アウターシャフト３３内に挿入した状態では、上記各凹溝３７、３７内に上記各突条３６、３６が進入する。従って、上記両シャフト３２、３３が回転方向に相対変位すると、上記各突条３６、３６と上記各凹溝３７、３７とが互いに噛み合う。上記インナーシャフト３２とアウターシャフト３３とを組み付ける場合には、上記各突条３６、３６を上記各凹溝３７、３７内に進入させる。上記インナーシャフト３２の外周面には、前述の様に、緩衝材３４を構成する各緩衝素子３５、３５が外嵌されている為、上記両シャフト３２、３３同士の組み付け後には、上記各突条３６、３６と上記各凹溝３７、３７との間に、それぞれ上記各緩衝素子３５、３５が存在する状態となる。

又、本例の場合、上記各突条３６、３６の円周方向に関する両側面３８、３８を、互いに平行に形成している。又、これら各突条３６、３６の中心線の方向と上記両シャフト３２、３３の径方向（アウターシャフト３３に就いては、中立状態での径方向）とを一致させている。尚、各突条３６、３６の中心線とは、上記両側面３８、３８同士の中央部（両側面３８、３８同士の間に存在し、それぞれの側面３８、３８からの距離が同じ部分）を通る線を言う。本例の場合、これら両側面３８、３８は互いに平行である為、これら両側面３８、３８と上記中心線とは平行になる。又、上記各凹溝３７、３７の円周方向に関する両側面３９、３９を、上記両シャフト３２、３３の径方向外方に向かう程互いに近づく方向に傾斜した状態で形成している。この為、径方向外方に向かう程、上記両側面３８、３９同士の間隔（円周方向に関する幅）が狭くなる。そして、これら両側面３８、３９同士の間部分を、楔状空間４０、４０としている。

又、前記緩衝材３４の円周方向複数個所には、上記両シャフト３２、３３の径方向外方に向かう程円周方向に関する厚さが小さくなる楔状部分４１、４１を、上記各楔状空間４０、４０と同数設けている。即ち、上記緩衝材３４を構成する各緩衝素子３５、３５毎に、上記楔状部分４１、４１を１対ずつ設けている。これら各楔状部分４１、４１は、上記緩衝材３５を上記両シャフト３２、３３同士の間に配置した状態で、上記各楔状空間４０、４０内にそれぞれ配置される。

又、本例の場合、上記各突条３６、３６の円周方向に関する両側面３８、３８と、上記各凹溝３７、３７の円周方向に関する両側面３９、３９とのうち、円周方向に関して互いに対向する側面３８、３９同士が成す角度（楔角度）θを、摩擦角よりも小さくしている。この摩擦角とは、上記両シャフト３２、３３の間で回転トルクが作用した場合に、上記緩衝材３５を構成する楔状部分４１、４１が、上記両側面３８、３９との係合に基づいて、上記楔状空間４０、４０内をこれら両側面３８、３９に沿って、上記両シャフト３２、３３の径方向に移動を開始する角度である。上述の様な楔角度θは、上記両シャフト３２、３３の間で作用する回転トルクの最大値、上記各楔状部分４１、４１と上記各側面３８、３９との間の摩擦係数（∝摩擦角）、後述する弾性体４２、４２の弾力等を考慮して定める。

又、本例の場合、上記両シャフト３２、３３の何れにもトルクが作用していない中立状態で、上記各楔状部分４１、４１の両側面４３ａ、４３ｂのうちの外側面４３ａと、この外側面４３ａと円周方向に対向する、上記各凹溝３７、３７の側面３９との間に、上記両シャフト３２、３３の径方向外方に向かう程互いの間隔が大きくなる、隙間４４を設けている。即ち、本例の場合、上記各楔状部分４１、４１の両側面４３ａ、４３ｂ同士が成す角度φを、上記楔角度θよりも大きく（φ＞θ）している。これにより、中立状態で、上記外側面４３ａとこの外側面４３ａと対向する上記側面３９との間に、上記隙間４４を設けている。尚、この様な隙間４４は、上記各楔状空間４１、４１の内側面４３ｂと、この内側面４３ｂと円周方向に対向する前記各突条３６、３６の側面３８との間に設けても良いし、上記各楔状空間４１、４１の両側面４３ａ、４３ｂと、上記各凹溝３７、３７の側面３９及び上記各突条３６、３６の側面３８との間に、それぞれ設けても良い。但し、本例の様に、これら各突条３６、３６の側面３８、３８を互いに平行すると共に、これら各突条３６、３６の中心軸を径方向と一致させている場合、上記隙間４４は、図示の例の様に、外側面４３ａと各凹溝３７、３７の側面３９との間にのみ設ける事が好ましい。これにより、後述する様に、各楔状部分４１、４１を各弾性体４２、４２により付勢した場合に、この付勢する力が、これら各楔状部分４１、４１に対し、各突条３６、３６の側面３８に沿って効率良く作用する。

又、上記インナーシャフト３２の突条３６、３６の先端面４５と、上記緩衝材３４を構成する各緩衝素子３５、３５との間には、上記各楔状部分４１、４１を径方向外方に付勢する、上記各弾性体４２、４２を、それぞれ設けている。この為に、上記各緩衝素子３５、３５を、上記各突条３６、３６の両側面３８、３８と上記各凹溝３７、３７の両側面３９、３９との間にそれぞれ存在する、１対の楔状部分４１、４１同士を、上記各突条３６、３６の先端面４５と上記各凹溝３７、３７の底面４６との間の隙間４７を介して連続させた構造としている。そして、上記各緩衝素子３５、３５を構成し、この隙間４７内に存在する連続部４８と、上記各突条３６、３６の先端面４５との間に、上記各弾性体４２、４２を、それぞれ配置している。

上記弾性体４２、４２は、図４に示す様に、金属板等の弾性力を有する材料製で、上記両シャフト３２、３３の軸方向に長い板材を、この板材の長さ方向に関して、厚さ方向に交互に逆方向に曲げる（湾曲させる）事により、波形状に形成している。この様な弾性体４２、４２を、上記各緩衝素子３５、３５の連続部４８と、上記各突条３６、３６の先端面４５との間に配置した状態で、上記板材の折り曲げた部分が弾性的に伸びる方向に圧縮している。この様な弾性体４２、４２を使用する事により、これら各弾性体４２、４２として簡単な構造で、且つ、上記両シャフト３２、３３の軸方向に関し広い範囲で、上記各緩衝素子３５、３５の連続部４８に、上記各突条３６、３６の先端面４５から離れる方向の弾力を付与できる。

尚、上述の様に、各緩衝素子３５、３５に弾力を付与する弾性体として、例えば、図５に示す様な弾性体４２ａを使用しても良い。この弾性体４２ａは、図５（Ｂ）に示す様に、この弾性体４２ａの両端部側に比較的小さな曲率半径を有する湾曲部４９ａ、４９ａを、同じく中央部分にこれら両湾曲部４９ａ、４９ａよりも曲率半径が大きい湾曲部４９ｂを、それぞれ形成している。そして、これら各湾曲部４９ａ、４９ｂ同士を滑らかな曲線を介して連続させている。これら各湾曲部４９ａ、４９ｂのうち、曲率半径の小さい湾曲部４９ａ、４９ａのみが圧縮された場合には、これら両湾曲部４９ａ、４９ａのみにより、上記各緩衝素子３５、３５に弾力を付与する。一方、上記曲率半径の大きい湾曲部４９ｂも圧縮された場合には、上記曲率半径の小さい両湾曲部４９ａ、４９ａに加えて、この湾曲部４９ｂによっても、上記各緩衝素子３５、３５に弾力を付与する。即ち、図５に示した弾性体４２ａは、２段階にばね定数が変化する。

この様な弾性体４２ａを使用した場合、２段階にばね定数が変化する為、例えば、組み付け誤差や、両シャフト３２、３３にモーメントが作用する等して、緩衝素子３５、３５がインナーシャフト３２の突条３６、３６の先端面４５に向けて強く押し付けられる状態となっても、上記各緩衝素子３５、３５に対して十分な弾力を付与できる。言い換えれば、これら各緩衝素子３５、３５の状態に拘らず、安定して弾力付与を行える。

又、図示は省略するが、上述の様に、各緩衝素子３５、３５に弾力を付与する弾性体として、合成樹脂製のものを使用しても良い。この場合、この弾性体と上記各緩衝素子３５、３５とを二色成形により一体に形成する事もできる。二色成形する場合には、例えば、弾性体を成形した後、この弾性体を上記各緩衝素子３５、３５を成形するキャビティ内の所定位置に配置して、このキャビティ内に合成樹脂を流し込む事により、上記弾性体と上記各緩衝素子３５、３５とを一体に形成する。これにより、別途、弾性体をこれら各緩衝素子３５、３５に接着したり、組み付ける必要がなく、組み付け性が良好になる。

何れにしても、上記緩衝材３４を構成する各緩衝素子３５、３５の連続部４８が、前記各弾性体４２、４２（或は４２ａ、４２ａ又は合成樹脂製の弾性体）によりそれぞれ付勢され、この連続部４８の両隣に存在する１対の楔状部分４１、４１が径方向外方に付勢される。この様な構成により、これら両楔状部分４１、４１を、前記各楔状空間４０、４０の（円周方向に関する）幅が狭い方向に付勢し、これら両楔状部分４１、４１の両側面４３ａ、４３ｂを、円周方向に関して互いに対向する、上記各突条３６、３６の側面３８と、上記各凹溝３７、３７の側面３９に押し付ける。尚、中立状態では、上記両楔状部分４１、４１の外側面４３ａと上記各凹溝３７、３７の側面３９とは、径方向内方の一部のみで当接する。

上述の様に、緩衝素子３５、３５及び弾性体４２、４２をインナーシャフト３２の各突条３６、３６に配置したならば、後述する前記図１５に示す様に、これら各突条３６、３６の先端面４５の軸方向２個所位置で上記各緩衝素子３５、３５の連続部４８、４８に隣接する部分をかしめて、係止突部５０、５０を設ける。そして、この様な各係止突部５０、５０により上記各緩衝素子３５、３５を軸方向両側から挟持して、これら各緩衝素子３５、３５が上記インナーシャフト３２の軸方向に脱落する事を防止する。この様に緩衝素子３５、３５を外嵌したインナーシャフト３２を前記アウターシャフト３３内に挿入する事により、上述した様に、これら両シャフト３２、３３の間に上記各緩衝素子３５、３５から構成される緩衝材３４が配置される。尚、上記各係止突部５０、５０の全部又は一部は、上記インナーシャフト３２の外周面に、上記緩衝材３４を配置するのに先立って形成しておいても良い。

上述の様な本例の伸縮軸３１によれば、上記緩衝材３４の一部に形成した上記各楔状部分４１、４１が、インナーシャフト３２の外周面とアウターシャフト３３の内周面との間に存在する各楔状空間４０、４０内で、これら各楔状空間４０、４０の幅が狭くなる方向に効率良く付勢されると共に、上記各楔状部分４１、４１が早期に擦り減る事を防止できる。

即ち、本例の場合、上記インナーシャフト３２の外周面に形成した各突条３６、３６の円周方向に関する両側面３８、３８を、互いに平行に形成すると共に、これら各突条３６、３６の中心線と上記両シャフト３２、３３の径方向とを一致させている。この為、前記各弾性体４２、４２により、上記各楔状部分４１、４１を径方向外方に付勢した場合に、上記両側面３８、３８に沿って、この付勢する力が効率良く作用する。又、本例の場合、上記各楔状空間４０、４０の楔角度を摩擦角よりも小さくしている為、上記両シャフト３２、３３同士の間に回転トルクが作用した場合にも、上記各楔状部分４１、４１が上記各楔状空間４０、４０内を移動する事はない。この結果、これら各楔状部分４１、４１が早期に擦り減る事を防止でき、長期に亙ってがたつきを十分に防止できる。

又、本例の場合、緩衝材３４を、それぞれが独立した複数の緩衝素子３５、３５により構成している為、これら各緩衝素子３５、３５の構造が簡単になり、製造コストを低減できる。又、上記各緩衝素子３５、３５の構造が単純な為、取り扱いが容易になる。即ち、緩衝材の構造が複雑な場合、搬送時に互いに絡まり易い等、取り扱いが難しくなる可能性があるが、本例の様に、緩衝材３４を単純な構造を有する各緩衝素子３５、３５により構成すれば、搬送時に絡まったりする事はない。又、これら各緩衝素子３５、３５は、互いに独立した状態で配置される為、隣接する緩衝素子３５の影響を受けずに、両シャフト３２、３３の径方向に変位可能となる。従って、高い寸法精度が要求されない。又、温度変化により上記各緩衝素子３５、３５に熱変形が生じても、互いに影響を及ぼす事がなく、それぞれが径方向に変位する等してこの熱変形を吸収する。この結果、温度変化により上記各緩衝素子３５、３５と上記両シャフト３２、３３との間の摺動抵抗の変化を小さくして、これら両シャフト３２、３３の摺動性能に影響を及ぼす事を抑えられる。

特に、本例の場合、上記緩衝材３４の各楔状部分４１、４１の径方向外方部分で劣化を生じにくくして、伸縮軸３１の耐久性の向上を図れる。
即ち、本例の場合、上記各楔状部分４１、４１の外側面４３ａと、この外側面４３ａと円周方向に対向する、前記各凹溝３７、３７の側面３９との間に、上記両シャフト３２、３３の径方向外方に向かう程互いの間隔が大きくなる隙間４４を設けている。この為、上記両シャフト３２、３３同士の間でトルク伝達が行われた場合に、上記外側面４３ａと上記側面３９との接触部の径方向外方部分での接触面圧を低減できる。この結果、この接触部の径方向外方部分で劣化を生じにくくして、上記伸縮軸３１の耐久性の向上を図れる。

上述の作用に就いて、図２、３に図６〜８を加えて説明する。先ず、図６に示す様に、緩衝材３４ａを構成する各緩衝素子３５ａ、３５ａの楔状部分４１ａ、４１ａの両側面と、各突条３６、３６の側面３８及び各凹溝３７、３７の側面３９とが、両シャフト３２、３３の径方向全体に亙って当接している場合、これら両シャフト３２、３３同士の間でのトルク伝達時に、上記各緩衝素子３５ａ、３５の両側面と上記側面３８、３９との径方向外方部分で接触面圧が高くなる。尚、図６は、弾性体を省略して示している。即ち、図７に示す様に、点Ｏを中心としたトルクを、アウターシャフト３３からインナーシャフト３２に伝達する場合、このインナーシャフト３２を固定して考えると、上記アウターシャフト３３の凹溝３７の側面３９（鎖線）とこのインナーシャフト３２の突条３６の側面３８との間隔が、径方向外方部分で小さくなる。この結果、上記両側面３８、３９同士の間に存在する緩衝素子３５ａ、３５ａの楔状部分４１ａ、４１ａが径方向外方部分で大きく圧縮され（変形量が大きくなり）、これら各楔状部分４１ａ、４１ａの応力分布が、図８（Ａ）に示す様に、径方向外側で大きくなる。

一方、本例の様に、緩衝材３４を構成する各緩衝素子３５、３５の楔状部分４１、４１の外側面４３ａと、アウターシャフト３３の各凹溝３７、３７の側面３９との間に、径方向外方に向かう程間隔が大きくなる隙間４４を設ければ、両シャフト３２、３３同士の間でトルク伝達が行われても、上記各楔状部分４１、４１の変形量をこれら両シャフト３２、３３の径方向に関して均一にでき、図８（Ｂ）に示す様に、上記各楔状部分４１、４１の応力部分を径方向に関して均一にできる。この結果、これら各楔状部分４１、４１の両側面４３ａ、４３ｂと上記側面３８、３９との接触面圧を径方向に関して均一にでき、上記各楔状部分４１、４１が径方向外方部分で早期に劣化する事を防止できる。

［実施の形態の第２例］
図９〜１０は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合、緩衝材３４ｂ、３４ｃの楔状部分４１ｂ、４１ｃを、複数枚重ねている。即ち、図９に示す構造の場合、緩衝材３４ｂは、複数個（図示の例では３個）の緩衝素子３５ｂ、３５ｂをインナー、アウター両シャフト３２、３３の径方向に重ねる事により構成している。そして、上記各緩衝素子３５ｂ、３５ｂのそれぞれの楔状部分４１ｂ、４１ｂを、同じく径方向に重ねている。又、図１０に示す構造の場合、緩衝材３４ｃを構成する緩衝素子３５ｃの楔状部分４１ｃ、４１ｃを、径方向に分割する事により、これら各楔状部分４１ｃ、４１ｃを径方向に重ねている。これにより、上記両シャフト３２、３３の寸法精度を高くしたり、上記各緩衝素子３５ｂ、３５ｃに弾力を付与する弾性体のストロークを大きくする必要がなく、製造コストの低減を図れる。

即ち、上記両シャフト３２、３３同士の摺動抵抗を抑えるべく、上記緩衝材３４ｂ、３４ｃとして摩擦係数の小さい材料を使用したり、上記両シャフト３２、３３同士の間にグリースを充填する場合がある。この場合、上記緩衝材３４ｂ、３４ｃの楔状部分４１ｂ、４１ｃの楔効果を確保する為の摩擦角度が小さくなる。この様に摩擦角度が小さくなると、上記両シャフト３２、３３等の各部品の寸法交差（ばらつき）を吸収する為に上記弾性体のストローク（弾性変形量）を大きくしたり、これら各部品の寸法公差を小さくする為にこれら各部品の加工精度を高くする必要が生じ、製造コストが高くなる。一方、上記両シャフト３２、３３は、塑性加工により形成する為、上述の様な寸法公差を大きくしておきたいと言う要求がある。

これに対して、本例の場合、上記緩衝材３４ｂ、３４ｃを構成する各緩衝素子３５ｂ、３５ｃの楔状部分４１ｂ、４１ｃを複数枚重ねる事により、互いに重なり合う各楔状部分４１ｂ、４１ｃ同士の間でも摩擦が生じる（摩擦部が多くなる）為、上記摩擦角度を小さくしなくても、これら各楔状部分４１ｂ、４１ｃの楔効果を確保できる。この結果、上記摩擦角度を小さくする必要がなくなり、上記両シャフト３２、３３の寸法精度を高くしたり、上記各緩衝素子３５ｂ、３５ｃに弾力を付与する弾性体のストロークを大きくする必要がなく、製造コストの低減を図れる。又、上記両シャフト３２、３３の寸法公差を大きくしておきたいと言う要求を満たす事もできる。その他の構造及び作用は、上述の実施の形態の第１例と同様である。

［実施の形態の第３例］
図１１〜１３は、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合、緩衝材３４ｄを構成する各緩衝素子３５ｄ、３５ｄは、インナーシャフト３２の各突条３６、３６のうち、円周方向に隣り合う突条３６、３６同士の間に配置している。即ち、上述した各例の様に、各突条３６、３６の先端部を覆う様に配置していない。この様な各緩衝素子３５ｄ、３５ｄは、楔状部分４１ｄ、４１ｄと、これら両楔状部分４１ｄ、４１ｄ同士の間でこれら両楔状部分４１ｄ、４１ｄの長さ方向（図１３の左右方向）中央部に配置された弾性部５１とを一体的に形成して成る。言い換えれば、上記両楔状部分４１ｄ、４１ｄを、長さ方向中央部で上記弾性部５１により接続している。又、この弾性部５１には、他の部分よりも肉厚が薄くなったえぐれ部５２を形成している。図示の例の場合、正面から見た場合に略楕円状に形成された、上記弾性部５１の周縁部を除いて、上記えぐれ部５２としている。又、上記両楔状部分４１ｄ、４１ｄは、上記弾性部５１から離れる程肉厚が薄くなる様に形成されている。

この様な各緩衝素子３５ｄ、３５ｄは、上記インナーシャフト３２の外周面のうち、円周方向に隣り合う突条３６、３６同士の間に配置される。そして、上記両楔状部分４１ｄ、４１ｄを、隣り合う両突条３６、３６のうちの一方の突条３６の側面３８上と、他方の突条３６の側面３８上とに、それぞれ配置する。又、この様に、両楔状部分４１ｄ、４１ｄを配置した状態で、これら両楔状部分４１ｄ、４１ｄ同士を接続する上記弾性部５１を、これら両楔状部分４１ｄ、４１ｄが互いに近づく方向に圧縮する。そして、この状態で、上記各緩衝素子３５ｄ、３５ｄを配置した上記インナーシャフト３２を、アウターシャフト内に挿入する。この結果、上記両楔状部分４１ｄ、４１ｄが、これら両シャフト３２、３３同士の間に存在する各楔状空間に配置され、上記弾性部５１の弾力によりこれら各楔状空間の幅が狭い方向に付勢される。

本例の場合、上記弾性部５１を上記各緩衝素子３５ｄ、３５ｄと一体的に形成している為、上述した各例の様に、各緩衝素子とは別の弾性体が必要ない。この為、部品点数を減らす事ができると共に、組み付け性も良好になり、製造コストの低減を図れる。尚、本例の場合、上記弾性部５１にえぐれ部５２を形成する事により、この弾性部５１を弾性変形し易くして、上記両楔状部分４１ｄ、４１ｄに弾力を付与する構造としている。従って、上記弾性部５１の強度は、他の部分に比べて低くなる。一方、上記各緩衝素子３５ｄ、３５ｄには、使用時に捩りや曲げ力が作用するが、これら各緩衝素子３５ｄ、３５ｄの中央部には、この様な力による負荷は殆ど作用しない。上記弾性部５１は、これら各緩衝素子３５ｄ、３５ｄの中央部に存在する為、上記えぐれ部５２により強度が低下しても問題はない。尚、上述の様な弾性部５１の形状及びえぐれ部５２の大きさは、図示の例に限らず、適宜選択可能である。その他の構成及び作用は、前述の実施の形態の第１例と同様である。

［実施の形態の第４例］
図１４は、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合、インナーシャフト３２ａの外周面の円周方向複数個所に、径方向内方に凹む凹溝３７ａを形成している。これら各凹溝３７ａが、特許請求の範囲に記載したインナー側係合部に相当する。又、アウターシャフト３３ａの内周面の円周方向複数個所で上記各凹溝３７ａと整合する位置に、これら各凹溝３７ａに進入可能な突条３６ａを形成している。これら各突条３６ａが、特許請求の範囲に記載したアウター側係合部に相当する。そして、これら各突条３６ａの先端面４５ａと、上記各凹溝３７ａの底面４６ａとの間の隙間４７ａに、緩衝材３４ｅを構成する各緩衝素子３５ｅの連続部４８と弾性体４２とを、それぞれ配置している。本例の場合、これら各弾性体４２は、上記先端面４５ａと上記連続部４８との間に設置されており、この連続部４８を径方向内方に付勢している。

又、本例の場合、上記各突条３６ａの両側面３８ａ、３８ａを、互いに平行に形成すると共に、これら各突条３６ａの中心線と上記両シャフト３２ａ、３３ａの径方向（インナーシャフト３２ａに関しては、中立状態での径方向）とを一致させている。一方、上記各凹溝３７ａの両側面３９ａ、３９ａを、径方向内方に向かう程互いに近づく方向に傾斜させている。従って、上記両側面３８ａ、３９ａとの間に存在する楔状隙間４０ａ、４０ａは、径方向内方に向かう程、円周方向に関する幅が狭くなる。これに合わせて、上記緩衝材３４ｅを構成する各緩衝素子３５ｅの楔状部分４１ｅ、４１ｅも、径方向内方に向かう程、円周方向に関する幅が狭くなる様に形成している。又、本例の場合も、上述した各例と同様に、中立状態で、上記各楔状部分４１ｅ、４１ｅの両側面４３ｃ、４３ｄのうちの外側面４３ｃと、この外側面４３ｃと円周方向に対向する、上記各凹溝３７ａの側面３９ａとの間に、上記両シャフト３２ａ、３３ａの径方向外方に向かう程互いの間隔が大きくなる隙間４４ａを設けている。その他の構成及び作用は、両シャフト３２ａ、３３ａの径方向に関して逆となるだけで、実質的に前述の実施の形態の第１例と同様である。

［実施の形態の第５例］
図１５は、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例の場合、インナーシャフト３２ｂとアウターシャフト（図示省略）とを、断面略十字型に形成している。即ち、このうちのインナーシャフト３２ｂは、外周面の円周方向に関して４個所に、径方向外方に突出する突条３６ｂ、３６ｂを形成している。又、上記アウターシャフトは、内周面の円周方向に関して４個所で上記各突条３６ｂ、３６ｂと整合する位置に、径方向外方に凹む凹溝を形成している。又、上記インナーシャフト３２ｂの外周面には、緩衝材３４ｆが外嵌されている為、このインナーシャフト３２ｂを上記アウターシャフトに組み付けた後には、上記各突条３６ｂ、３６ｂと上記各凹溝との間に、上記緩衝材３４ｆが存在する状態となる。又、この緩衝材３４ｆのうち、各楔状部分４１ｆ、４１ｆ同士の連続部４８ａ、４８ａと、上記各突条３６ｂ、３６ｂの先端面４５ｂ、４５ｂとの間の少なくとも１個所に、上記各楔状部分４１ｆ、４１ｆを径方向外方に付勢する弾性体を、それぞれ配置している。

又、上記緩衝材３４ｆは、上述した各例と異なり、全体を一体に形成している。即ち、この緩衝材３４ｆを構成する上記各楔状部分４１ｆ、４１ｆのうち、円周方向に隣り合う両突条３６ｂ、３６ｂ同士の間部分を、他の部分よりも剛性が低い撓み部５３、５３により連続させている。これら各撓み部５３、５３を弾性的に拡げれば、上記緩衝材３４ｆを上記インナーシャフト３２ｂに外嵌する作業を容易に行える。又、上記インナーシャフト３２ｂ及びアウターシャフト若しくは緩衝材３４ｆの寸法にばらつきが生じた場合でも、剛性の低い、上記各撓み部５３、５３が変形して、このばらつきを吸収する。更に、上記緩衝材３４ｆを前記インナーシャフト３２ｂに外嵌した状態で、このインナーシャフト３２ｂの径方向に弾性変形する事により撓む。そして、上記各撓み部５３、５３の弾性復元力により、上記緩衝材３４ｆと上記インナーシャフトとの間に設けた上記各弾性体と共に、上記各楔状部分４１ｆ、４１ｆに付勢する。その他の構成及び作用は、前述の実施の形態の第１例と同様である。

尚、上述した実施の形態の各例では、本発明を電動式パワーステアリング装置を構成するステアリングシャフト１１或は中間シャフト２５に適用した場合に就いて説明したが、その他の構造のステアリング装置を構成するステアリングシャフトや中間シャフトにも、勿論適用可能である。又、この様なステアリング装置以外にも、互いに回転伝達可能で、且つ、伸縮自在な構造であれば、本発明を適用できる。更に、上述の各実施の形態に関しては、適宜組み合わせて実施する事もできる。

本発明の伸縮軸を組み込む電動式パワーステアリング装置の１例を示す、部分切断側面図。 本発明の実施の形態の第１例を示す、シャフトの中心軸に対し直交する仮想平面に関する断面図。 図２のイ部拡大図。 本発明に組み込む弾性体の１例を示す、平面図及び側面図。 同じく別例を示す、平面図及び側面図。 本発明の効果を説明する為に示す比較例を表した、図２と同様の図。 トルクが伝達されていない状態とトルクが伝達されている状態との、インナーシャフトの突条の側面とアウターシャフトの凹溝の側面と位置関係を示す模式図。 トルク伝達時に緩衝材の各楔状部分に作用する応力分布で、（Ａ）は図６の比較例の構造の場合を、（Ｂ）は本発明の構造の場合を、それぞれ示す模式図。 本発明の実施の形態の第２例を示す、図２のロ部に相当する図。 同じく別例を示す、図９と同様の図。 本発明の実施の形態の第３例を、インナーシャフトの外周面に緩衝材を外嵌した状態で示す斜視図。 緩衝材を構成する緩衝素子のみを取り出して示す斜視図。 同じく図１２のハ矢視図。 本発明の実施の形態の第４例を示す、図２の上部を拡大した図に相当する図。 同じく第５例を、インナーシャフトの外周面に緩衝材を外嵌した状態で示す斜視図。 従来構造の第１例を示す、図２と同様の図。 同じく第２例を示す、図２と同様の図。

符号の説明

１、１ａ 伸縮軸
２、２ａ インナーシャフト
３、３ａ アウターシャフト
４、４ａ スリーブ
５ 楔状部材
６ ばね
７ 楔状部分
８ ばね
９ 電動式パワーステアリング装置
１０ ステアリングホイール
１１ ステアリングシャフト
１２ ステアリングコラム
１３ 操舵力補助装置
１４ タイロッド
１５ ステアリングギヤユニット
１６ インナーシャフト
１７ アウターシャフト
１８ インナーコラム
１９ アウターコラム
２０ ギヤハウジング
２１ 出力軸
２２ 支持ブラケット
２３ 車体
２４ 自在継手
２５ 中間シャフト
２６ 別の自在継手
２７ 入力軸
２８ インナーシャフト
２９ アウターシャフト
３０ 電動モータ
３１ 伸縮軸
３２、３２ａ、３２ｂ インナーシャフト
３３、３３ａ アウターシャフト
３４、３４ａ〜３４ｆ 緩衝材
３５、３５ａ〜３５ｅ 緩衝素子
３６、３６ａ、３６ｂ 突条
３７、３７ａ 凹溝
３８、３８ａ 側面
３９、３９ａ 側面
４０、４０ａ 楔状空間
４１、４１ａ〜４１ｆ 楔状部分
４２、４２ａ 弾性体
４３ａ〜４３ｄ 側面
４４、４４ａ 隙間
４５、４５ａ、４５ｂ 先端面
４６、４６ａ 底面
４７、４７ａ 隙間
４８、４８ａ 連続部
４９ａ、４９ｂ 湾曲部
５０ 係止突部
５１ 弾性部
５２ えぐれ部
５３ 撓み部

Claims (2)

1. 外周面の円周方向複数個所に、径方向外方に突出するインナー側突条と径方向内方に凹むインナー側凹溝とのうちの何れかであるインナー側係合部を軸方向に設けたインナーシャフトと、このインナーシャフトを挿入自在で、内周面の円周方向複数個所で上記各インナー側係合部と整合する位置に、上記各インナー側突条がそれぞれ進入可能なアウター側凹溝と上記各インナー側凹溝にそれぞれ進入可能なアウター側突条とのうちの何れかであるアウター側係合部を軸方向に設けたアウターシャフトと、これらインナーシャフトとアウターシャフトとの間に存在する緩衝材とを備え、このインナーシャフトをこのアウターシャフト内に挿入した状態で、これら両シャフト同士の間で上記緩衝材を介して回転の伝達が可能で、且つ、これら両シャフト同士が互いに軸方向に摺動可能としており、上記各インナー側係合部の円周方向に関する両側面と、上記各アウター側係合部の円周方向に関する両側面とのうち、円周方向に関して互いに対向する側面同士の間部分を、上記両シャフトの径方向一方に向かう程互いの間隔が狭くなる楔状空間としており、上記緩衝材の円周方向複数個所に設けた、上記両シャフトの径方向一方に向かう程円周方向に関する厚さが小さくなる楔状部分を、上記各楔状空間にそれぞれ配置すると共に、これら各楔状部分のうちの少なくとも何れかの楔状部分を径方向一方に付勢した伸縮軸であって、
   上記両シャフトの何れにもトルクが作用していない中立状態で、上記楔状部分の両面のうちの少なくとも何れかの面と、この面と円周方向に対向する、上記両係合部の円周方向に関する各側面のうちの何れかの側面との間に、上記両シャフトの径方向外方に向かう程互いの間隔が大きくなる隙間を設けている伸縮軸。
2. 両シャフトのうちの何れか一方のシャフトと緩衝材との間に、各楔状部分のうちの少なくとも何れかの楔状部分を径方向一方に付勢する弾性体を設けており、各インナー側係合部の円周方向に関する両側面と、各アウター側係合部の円周方向に関する両側面とのうち、上記何れか一方のシャフトに設けた係合部に関する両側面を、互いに平行に形成すると共に、当該係合部の中心線の方向と上記一方のシャフトの径方向とを一致させている、請求項１に記載した伸縮軸。

Images