JP2009197818A - 伸縮軸及び伸縮軸を備えたステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通常使用時の伸縮範囲を超えて伸縮軸を伸縮しても、伸縮時の摺動抵抗が過度に大きくならないようにした伸縮軸及び伸縮軸を備えたステアリング装置を提供する。
【解決手段】金属製のボール５５Ａと、金属製のボール５５Ａよりも直径が大きい樹脂製のボール５５Ｂを併用している。従って、通常使用時の伸縮距離を超えて中間シャフト１６を伸縮すると、軸方向溝５４と軸方向溝４１内で、金属製のボール５５Ａ及び樹脂製のボール５５Ｂの両方が滑る。本発明の実施例では、樹脂製のボール５５Ｂが予圧の大部分を受けており、樹脂の摩擦係数は金属よりも小さい。従って、従来のように、金属製のボール５５Ａだけが滑った時の摺動抵抗よりも、金属製のボール５５Ａと樹脂製のボール５５Ｂの両方が滑った時の摺動抵抗が小さくなり、組み付け作業を楽に行うことが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明はステアリング装置、特に、回転トルクを伝達可能で軸方向に相対移動可能な伸縮軸、例えば、中間シャフトやステアリングシャフト等の伸縮軸を有するステアリング装置に関する。

ステアリング装置には、回転トルクを伝達可能に、かつ、軸方向に相対移動可能に連結された伸縮軸が、中間シャフトやステアリングシャフト等として組み込まれている。すなわち、中間シャフトは、ステアリングギヤのラック軸に噛合うピニオンシャフトに、自在継手を締結する際に、一旦縮めてからピニオンシャフトに嵌合させて締結するために、伸縮機能が必要である。

また、ステアリングシャフトは、運転者の体格や運転姿勢に応じて、ステアリングホイールの位置を軸方向に調整する必要があるため、伸縮機能が要求される。このような伸縮軸としては、特許文献１に開示されている非循環式ボール構造の伸縮軸が一般的である。

特許文献１に開示されている中間シャフトは、雄シャフトの外周に形成された雄シャフト側軸方向溝と、雌シャフトの内周に形成された雌シャフト側軸方向溝の間に複数のボールを嵌合し、雄シャフトと雌シャフトの伸縮動作時に、このボールが転動して、中間シャフトの伸縮動作が円滑に行われるようにしている。

このような特許文献１の非循環式ボール構造の伸縮軸では、伸縮軸の伸縮時にボールが転動しながら、雄シャフトの雄シャフト側軸方向溝に沿って軸方向に移動する。従って、雄シャフトの雄シャフト側軸方向溝の軸方向の長さは、ボールを収容するための軸方向の長さに、ボールの軸方向移動長さを加えた長さが必要となる。

限られた車両の空間、及び、要求されるコラプスストロークによって、中間シャフトの軸方向の長さ、及び、中間シャフトを構成する雄シャフトと雌シャフトの嵌合部の長さが所定の長さに決まる。また、通常使用時の伸縮距離によって、雄シャフト側軸方向溝の軸方向の長さも所定の長さに決まる。

車体にステアリング装置を組み付ける際に、ステアリングギヤのラック軸に噛合うピニオンシャフトに、自在継手を締結するために、中間シャフトは、通常使用時の伸縮距離を超えて伸縮させて、ピニオンシャフトに嵌合させて締結する必要がある。この通常使用時の伸縮距離を超えてもボールが転動するようにするためには、雄シャフト側軸方向溝の軸方向の長さが長くなり、上記した雄シャフトと雌シャフトの嵌合部の所定の長さ以上になってしまう。

雄シャフト側軸方向溝の軸方向の長さが、上記した雄シャフトと雌シャフトの嵌合部の所定の長さ以上になると、雌シャフトの端面にシールを取り付けることが出来なくなる。また、ボールに予圧を付与する板バネの軸方向の長さが長くなるため、バネ精度を確保するのが難しくなる。従って、雄シャフト側軸方向溝の軸方向の長さは、通常使用時の伸縮距離分だけしかボールが転動しない長さに設定されている。

そのため、車体にステアリング装置を組み付ける際に、通常使用時の伸縮範囲を超えて中間シャフトを伸縮すると、ボールが雄シャフト側軸方向溝内及び雌シャフト側軸方向溝内で滑ることになる。従って、摩擦力が大きくなって、中間シャフトを伸縮するのに大きな力が必要になるため、組み付け作業がやりにくくなるという問題が生じていた。

国際公開第ＷＯ２００４／０６２９８１号パンフレット

本発明は、通常使用時の伸縮範囲を超えて伸縮軸を伸縮しても、伸縮時の摺動抵抗が過度に大きくならないようにした伸縮軸及び伸縮軸を備えたステアリング装置を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、雄シャフト、上記雄シャフトの外周に形成された雄シャフト側軸方向溝、上記雄シャフトに軸方向に相対移動可能にかつ回転トルクを伝達可能に外嵌する雌シャフト、上記雌シャフトの内周に、上記雄シャフト側軸方向溝と同一位相位置に形成された雌シャフト側軸方向溝、上記雄シャフト側軸方向溝と雌シャフト側軸方向溝との間に、軸方向に転動可能に挿入された複数の金属製の転動体、上記雄シャフト側軸方向溝と雌シャフト側軸方向溝との間に、軸方向に転動可能に挿入され、上記金属製の転動体よりも直径が大きい少なくとも１個の樹脂製の転動体、上記転動体と雄シャフト側軸方向溝との間、及び、上記転動体と雌シャフト側軸方向溝との間に予圧を付与する付勢部材を備えたことを特徴とする伸縮軸である。

第２番目の発明は、第１番目の発明の伸縮軸において、上記樹脂製の転動体の直径は、上記雄シャフトと雌シャフトとの間で回転トルク伝達時の上記樹脂製の転動体の変形が、樹脂製の転動体の弾性限度内に収まる大きさに形成されていることを特徴とする伸縮軸である。

第３番目の発明は、第１番目の発明の伸縮軸において、上記樹脂製の転動体は、上記雄シャフト側軸方向溝の軸端側にのみ挿入されていることを特徴とする伸縮軸である。

第４番目の発明は、第１番目の伸縮軸において、上記転動体がボールであることを特徴とする伸縮軸である。

第５番目の発明は、第１番目の発明の伸縮軸において、上記雄シャフトと雌シャフトとの嵌合部には、上記雄シャフト側軸方向溝及び雌シャフト側軸方向溝とは異なる位相位置に、少なくとも一対の別の雄シャフト側軸方向溝及び雌シャフト側軸方向溝が形成され、この少なくとも一対の別の雄シャフト側軸方向溝及び雌シャフト側軸方向溝には、上記雄シャフトと雌シャフトとの間で回転トルクを伝達する円柱状ピンが挿入されていることを特徴とする伸縮軸である。

第６番目の発明は、第１番目の発明の伸縮軸において、上記雄シャフトが雄中間シャフトであり、上記雌シャフトが雌中間シャフトであることを特徴とする伸縮軸である。

第７番目の発明は、第１番目から第６番目までのいずれかの発明の伸縮軸を備えたことを特徴とするステアリング装置である。

第８番目の発明は、第１番目から第６番目までのいずれかの発明の伸縮軸において、上記互いに嵌合する雄シャフトの外周と雌シャフトの内周との間に圧入されると共に、雌シャフトに対して軸方向に相対移動不能で、雄シャフトと雌シャフトとの間の軸直角方向の相対変位を抑制する筒状部材を備えたことを特徴とする伸縮軸である。

第９番目の発明は、第８番目の発明の伸縮軸を備えたことを特徴とするステアリング装置である。

第１０番目の発明は、第８番目の発明の伸縮軸において、上記筒状部材の内周または雄シャフトの外周には凹凸が形成されていることを特徴とする伸縮軸である。

第１１番目の発明は、第８番目の発明の伸縮軸において、上記筒状部材は、上記雌シャフトの軸端に取り付けられたワイパー取り付け板の内周と雄シャフトの外周との間に圧入されると共に、ワイパー取り付け板に対して軸方向に相対移動不能に取り付けられていることを特徴とする伸縮軸である。

第１２番目の発明は、第８番目の発明の伸縮軸において、上記筒状部材は樹脂製であることを特徴とする伸縮軸である。

第１３番目の発明は、第１０番目から第１２番目までのいずれかの発明の伸縮軸を備えたことを特徴とするステアリング装置である。

本発明の伸縮軸及びステアリング装置では、雄シャフト側軸方向溝と雌シャフト側軸方向溝との間に、複数の金属製の転動体、及び、金属製の転動体よりも直径が大きい樹脂製の転動体を、軸方向に転動可能に挿入している。

金属製の転動体よりも直径が大きい樹脂製の転動体が、予圧の大部分を受ける。樹脂の摩擦係数は金属よりも小さいため、金属製の転動体だけが滑った時の摺動抵抗よりも、金属製の転動体と樹脂製の転動体の両方が滑った時の摺動抵抗が小さくなり、組み付け作業を楽に行うことが可能となる。

また、本発明の伸縮軸及びステアリング装置では、互いに嵌合する雄シャフトの外周と雌シャフトの内周との間に圧入されると共に、雌シャフトに対して軸方向に相対移動不能で、雄シャフトと雌シャフトとの間の軸直角方向の相対変位を抑制する筒状部材を備えている。

従って、雄シャフトと雌シャフトとの間の嵌合隙間が無く、軸直角方向の曲げ剛性が大きいため、伸縮軸の摺動抵抗の低減と、軸直角方向の曲げ剛性の向上を両立させることが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施例１から実施例５を説明する。

図１は、本発明のステアリング装置の全体を示し、一部を断面した側面図であって、操舵補助部を有する電動パワーステアリング装置に適用した実施例を示す。図２は本発明の実施例１のステアリング装置を示す図１の要部の拡大図であって、中間シャフトの伸縮部に適用した例を示す拡大縦断面図である。図３（１）は図２のＡ−Ａ拡大断面図であり、図３（２）は図３（１）の軸方向溝５４近傍の拡大断面図である。

図４は本発明の実施例１の中間シャフトの転動体に加わる予圧の大きさを示し、図４（１）が雄シャフトと雌シャフトとの間で回転トルク非伝達時の転動体近傍の拡大断面図、図４（２）が雄シャフトと雌シャフトとの間で回転トルク伝達時の転動体近傍の拡大断面図である。図５は雄シャフトと雌シャフトとの間で伝達される回転トルクと、金属製の転動体及び樹脂製の転動体に加わる予圧の大きさを示すグラフである。

図１に示すように、本発明のステアリング装置は、車体後方側（図１の右側）にステアリングホイール１１を装着可能なステアリングシャフト１２と、このステアリングシャフト１２を挿通したステアリングコラム１３と、このステアリングシャフト１２に補助トルクを付与する為のアシスト装置（操舵補助部）２０と、このステアリングシャフト１２の車体前方側（図１の左側）に、図示しないラック／ピニオン機構を介して連結されたステアリングギヤ３０とを備えている。

ステアリングシャフト１２は、雌ステアリングシャフト１２Ａと雄ステアリングシャフト１２Ｂとを、回転トルクを伝達可能に、かつ軸方向に関して相対移動可能にスプライン嵌合している。従って、上記雌ステアリングシャフト１２Ａと雄ステアリングシャフト１２Ｂとは、衝突時に、このスプライン嵌合部が相対移動して、全長を縮めることができる。

また、上記ステアリングシャフト１２を挿通した筒状のステアリングコラム１３は、アウターコラム１３Ａとインナーコラム１３Ｂとをテレスコピック移動可能に組み合わせており、衝突時に軸方向の衝撃が加わった場合に、この衝撃によるエネルギを吸収しつつ全長が縮まる、所謂コラプシブル構造としている。

そして、上記インナーコラム１３Ｂの車体前方側端部を、ギヤハウジング２１の車体後方側端部に圧入嵌合して固定している。また、上記雄ステアリングシャフト１２Ｂの車体前方側端部を、このギヤハウジング２１の内側に通し、アシスト装置２０の図示しない入力軸の車体後方側端部に連結している。

ステアリングコラム１３は、その中間部を支持ブラケット１４により、ダッシュボードの下面等、車体１８の一部に支承している。また、この支持ブラケット１４と車体１８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１４に車体前方側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１４が上記係止部から外れ、車体前方側に移動するようにしている。

また、上記ギヤハウジング２１の上端部も、上記車体１８の一部に支承している。また、本実施例の場合には、チルト機構及びテレスコピック機構を設けることにより、上記ステアリングホイール１１の高さ位置、及び、車体前後方向位置の調節を自在としている。このようなチルト機構及びテレスコピック機構は、従来から周知であり、本発明の特徴部分でもない為、詳しい説明は省略する。

上記ギヤハウジング２１の車体前方側端面から突出した出力軸２３は、自在継手１５を介して、中間シャフト１６の後端部に連結している。また、この中間シャフト１６の前端部に、別の自在継手１７を介して、ステアリングギヤ３０の入力軸３１を連結している。中間シャフト１６は、雄中間シャフト（雄シャフト）１６Ａの車体前方側に、雌中間シャフト（雌シャフト）１６Ｂの車体後方側が外嵌し、回転トルクを伝達可能に、かつ、軸方向に関して相対移動可能に嵌合している。

図示しないピニオンが、入力軸３１に結合している。また、ステアリングギヤ３０に往復摺動可能に内嵌された図示しないラックが、このピニオンに噛み合っており、ステアリングホイール１１の回転が、タイロッド３２を移動させて、図示しない車輪を操舵する。

アシスト装置２０のギヤハウジング２１には、電動モータ２６のケース２６１が固定され、この電動モータ２６の図示しない回転軸にウォームが結合されている。出力軸２３には図示しないウォームホイールが取り付けられ、このウォームホイールに電動モータ２６の回転軸のウォームが噛合っている。

また、出力軸２３の軸方向長さの中間部の周囲には、図示しないトルクセンサが設けられている。上記ステアリングホイール１１からステアリングシャフト１２に加えられるトルクの方向と大きさを、トルクセンサで検出している。

このトルクセンサの検出値に応じて、電動モータ２６を駆動し、ウォームとウォームホイールから成る減速機構を介して、出力軸２３に、所定の方向に所定の大きさで補助トルクを発生させる。このアシスト装置２０は電動式のアシスト装置に限られるものではなく、ステアリングギヤ３０等に設けられる油圧式のアシスト装置でもよい。

図２から図４は、本発明の実施例１の伸縮軸の連結部を示し、図１の中間シャフト１６の雄中間シャフト１６Ａと雌中間シャフト１６Ｂとの連結部に適用した例を示す。

図２から図４に示すように、雌中間シャフト（雌シャフト）１６Ｂの車体後方側（図２の右側）が、雄中間シャフト（雄シャフト）１６Ａの車体前方側（図２の左側）に外嵌して連結されている。雌中間シャフト１６Ｂは中空円筒状に形成されており、その内径孔４０の内周上には、軸直角断面が略半円形の軸方向溝（雌シャフト側軸方向溝）４１が、伸縮ストロークの全長にわたって、等間隔（６０度間隔）に６個形成されている。

また、雄中間シャフト１６Ａの車体前方側は中実円柱状に形成されており、車体前方側から、直径寸法が大径の大径軸部５０と、直径寸法が大径軸部５０よりも小径の小径軸部５１の順に形成されている。

雄中間シャフト１６Ａの大径軸部５０の外周上には、軸直角断面が略半円形の３個の軸方向溝（雄シャフト側軸方向溝）５２が、大径軸部５０のほぼ軸方向全長にわたって、等間隔（１２０度間隔）で形成されている。

この雄中間シャフト１６Ａの３個の軸方向溝５２と、雌中間シャフト１６Ｂの３個の軸方向溝４１とで形成される円柱状の空間に、回転トルク伝達部材としての中実の円柱状ピン（針状ころ）５３が挿入されている。円柱状ピン５３の外径寸法は、雄中間シャフト１６Ａの軸方向溝５２と、雌中間シャフト１６Ｂの軸方向溝４１とで形成される円柱状の空間の内径寸法よりも、若干小径に形成されている。

雄中間シャフト１６Ａの大径軸部５０の外周上には、隣接する軸方向溝５２、５２の中間位置に、軸直角断面が略台形の３個の軸方向溝（雄シャフト側軸方向溝）５４が、大径軸部５０のほぼ軸方向全長にわたって、等間隔（１２０度間隔）で形成されている。

この略台形の３個の軸方向溝５４と、雌中間シャフト１６Ｂの同一位相にある３個の軸方向溝４１とで形成される空間に、転動体としての球状の複数（４個）の金属製のボール５５Ａと、球状の１個の樹脂製のボール５５Ｂが挿入されている。樹脂製のボール５５Ｂは金属製のボール５５Ａよりも、直径が大きく形成されている。図２及び以下に説明する実施例では、樹脂製のボール５５Ｂにハッチンング（断面を示すものでは無い）を施し、金属製のボール５５Ａと識別しやすいようしている。

また、実施例１では、軸方向溝５４の軸端側（車体前方端側）から、２個の金属製のボール５５Ａ、１個の樹脂製のボール５５Ｂ、２個の金属製のボール５５Ａの順に配置されている。ボール５５Ｂの材質は、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）やポリアミド（ＰＡ）等の摩擦係数が小さく、自己潤滑性があり、耐摩耗性に優れた合成樹脂あるいはゴムのような弾性体で成形することが望ましい。金属製のボール５５Ａの材質は、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３、ＳＣＭ４２０Ｈ等の軸受鋼が望ましい。

この略台形の３個の軸方向溝５４と、金属製のボール５５Ａ、樹脂製のボール５５Ｂとの間には、予圧付与部材としての板バネ（付勢部材）５６が挿入されている。図３（２）に詳細に示すように、軸方向溝５４は、金属製のボール５５Ａ及び樹脂製のボール５５Ｂの直径よりも幅の広い底壁５４１と、この底壁５４１の両端からＶ字形に上方に延びる側壁５４２、５４２で構成されている。板バネ５６は、軸方向溝５４の軸方向の全長と略同一長さを有し、軸方向溝５４と金属製のボール５５Ａ、樹脂製のボール５５Ｂとの間に、弾性変形して挿入されている。

また、板バネ５６は、軸方向溝５４の底壁５４１に当接する底板５６１と、この底板５６１の両端からＶ字形に上方に延び、金属製のボール５５Ａ、樹脂製のボール５５Ｂに各々当接する側板５６２、５６２で構成されている。また、側板５６２、５６２の上端には円弧状に外側に折り曲げられた折り返し部５６３、５６３が形成され、折り返し部５６３から底壁５４１に向かって下方に延びる当接部５６４、５６４が形成され、この当接部５６４が、軸方向溝５４の側壁５４２に当接している。

この板バネ５６の側板５６２、５６２、折り返し部５６３、５６３、当接部５６４、５６４が弾性変形して、金属製のボール５５Ａ、樹脂製のボール５５Ｂと軸方向溝５４との間のガタを吸収する。円柱状ピン５３と軸方向溝４１及び軸方向溝５２との間には、微少な隙間がある。雌中間シャフト１６Ｂと雄中間シャフト１６Ａが回転方向に微少角度相対変位した時に、円柱状ピン５３が軸方向溝４１と軸方向溝５２に当接するようになっている。

板バネ５６は、金属製のボール５５Ａ、樹脂製のボール５５Ｂと略台形の軸方向溝５４との間に圧縮された状態で挿入されて、軸方向溝５４、金属製のボール５５Ａ、樹脂製のボール５５Ｂ、軸方向溝４１との間に、板バネ５６の弾性変形による付勢力（所定の予圧）を付与している。

樹脂製のボール５５Ｂは金属製のボール５５Ａよりも、直径が大きく形成されている。従って、雄中間シャフト１６Ａと雌中間シャフト１６Ｂとの間で回転トルクが伝達されていない時（ステアリングホイール１１を回転操作していない時）には、図４（１）に、樹脂製のボール５５Ｂに加わる予圧の大きさを矢印Ｆ２、金属製のボール５５Ａに加わる予圧の大きさを矢印Ｆ１で示すように、板バネ５６の弾性変形による予圧の大部分を、樹脂製のボール５５Ｂが受けている。

本発明の実施例では、上記したように、金属製のボール５５Ａと、金属製のボール５５Ａよりも直径が大きい樹脂製のボール５５Ｂを併用している。従って、通常使用時の伸縮距離を超えて中間シャフト１６を伸縮すると、軸方向溝５４と軸方向溝４１内で、金属製のボール５５Ａ及び樹脂製のボール５５Ｂの両方が滑る。

本発明の実施例では、樹脂製のボール５５Ｂが予圧の大部分を受けており、樹脂の摩擦係数は金属よりも小さい。従って、従来のように、金属製のボール５５Ａだけが滑った時の摺動抵抗よりも、金属製のボール５５Ａと樹脂製のボール５５Ｂの両方が滑った時の摺動抵抗が小さくなり、組み付け作業を楽に行うことが可能となる。

雄中間シャフト１６Ａの大径部５０の軸端（車体前方端）に形成された小径軸部５７には、円盤形のワッシャー５８、円盤形のバネ板５９、円盤形のワッシャー６０が、車体後方側からこの順で外嵌されている。小径軸部５７の車体前方端はカシメ加工され、バネ板５９によって、車体後方側のワッシャー５８に、車体後方側（図２の右側）への付勢力を付与している。

ワッシャー５８の車体後方側の端面は、円柱状ピン５３の車体前方端に当接して、円柱状ピン５３の軸方向の移動を規制する規制部材としての機能を有している。軸方向溝５２の車体後方端には、雄中間シャフト１６Ａの軸線に対して直交する壁が形成されていて、円柱状ピン５３の車体後方端を受けている。また、円柱状ピン５３の車体後方端及び車体前方端は、クラウニングまたはテーパー形状になっており、端部側に向かって縮径している。

雌中間シャフト１６Ｂの車体後方側端部には小径円筒部４４が形成され、小径円筒部４４の外周４４１には、薄肉円筒状のワイパー取り付け板４２の内周４２１が圧入されている。ワイパー取り付け板４２は、小径円筒部４４の車体後方側端面４４２で、雄中間シャフト１６Ａの軸心に向かってＬ字形に折り曲げられて、折り曲げ部４２２が形成されている。

折り曲げ部４２２にはゴム製等のワイパー４３が固定され、このワイパー４３が、小径軸部５１の外周５１１上を摺動して、雌中間シャフト１６Ｂと雄中間シャフト１６Ａの嵌合部内に塵埃が浸入することを防止している。ワイパー取り付け板４２は、鉄製の薄板をプレスで成形して製造され、ワイパー取り付け板４２の内周４２１の車体前方端を小径円筒部４４の外周４４１に圧入する。

ステアリング装置の車体１８への組み付け作業が終了した後、雄中間シャフト１６Ａを雌中間シャフト１６Ｂに対して図２の左右方向に移動させると、金属製のボール５５Ａ、樹脂製のボール５５Ｂが回転し、金属製のボール５５Ａ、樹脂製のボール５５Ｂが軸方向溝５４に沿って転動しながら、車体後方側（右方向）または車体前方側（左方向）に移動する。

ステアリングホイール１１を回転操作すると、雄中間シャフト１６Ａと雌中間シャフト１６Ｂとの間に回転トルクが加わる。図５のグラフに、太い一点鎖線で金属製のボール５５Ａに加わる予圧の大きさを示し、太い実線で樹脂製のボール５５Ｂに加わる予圧の大きさを示す。また、太い破線で、樹脂製のボール５５Ｂの弾性限度の予圧の大きさを示す。

図５に示すように、回転トルクが大きくなるに従って、金属製のボール５５Ａ及び樹脂製のボール５５Ｂに加わる予圧が増大する。樹脂製のボール５５Ｂの縦弾性係数は金属製のボール５５Ａの縦弾性係数より小さいため、樹脂製のボール５５Ｂは金属製のボール５５Ａよりも大きく変形する。

図５に示すように、樹脂製のボール５５Ｂの弾性限度の予圧はＦ４である。回転トルクがＴ３になり、樹脂製のボール５５Ｂに加わる予圧が、弾性限度の予圧Ｆ４よりも小さい予圧Ｆ３になると、樹脂製のボール５５Ｂの直径が金属製のボール５５Ａの直径と同じ大きさになり、樹脂製のボール５５Ｂに加わる予圧と金属製のボール５５Ａに加わる予圧が同一になる。

回転トルクがＴ３よりさらに大きくなると、樹脂製のボール５５Ｂに加わる予圧はＦ３で一定状態を維持し、金属製のボール５５Ａに加わる予圧だけが増大する。すなわち、樹脂製のボール５５Ｂの直径は、金属製のボール５５Ａの直径よりも大きく形成されているが、樹脂製のボール５５Ｂの大きさは、回転トルクが加わった時の樹脂製のボール５５Ｂの変形が、樹脂製のボール５５Ｂの弾性限度内に収まる大きさに設定されている。

言い換えれば、金属製のボール５５Ａは、回転トルクが大きくなった時に、樹脂製のボール５５Ｂの塑性変形を防止するストッパとして機能し、樹脂製のボール５５Ｂの予圧を常に適切な値に維持する。回転トルクが図５のＴ５以下の時には、板バネ５６、金属製のボール５５Ａ及び樹脂製のボール５５Ｂを介して、雄中間シャフト１６Ａの軸方向溝５４と雌中間シャフト１６Ｂの軸方向溝４１との間で回転トルクが伝達される。

雄中間シャフト１６Ａと雌中間シャフト１６Ｂとの間の回転トルクがＴ５になると、図５及び図４（２）に示すように、樹脂製のボール５５Ｂに加わる予圧はＦ３で一定であり、金属製のボール５５Ａに加わる予圧だけが、Ｆ５まで増大し、予圧の大部分を、金属製のボール５５Ａが受ける。

この時、板バネ５６の弾性変形量が、円柱状ピン５３と軸方向溝４１及び軸方向溝５２との間の微少な隙間量と同一になる。その結果、円柱状ピン５３の外周が、軸方向溝４１及び軸方向溝５２に同時に当接して、回転トルクを伝達する。

次に本発明の実施例２について説明する。図６は本発明の実施例２の中間シャフトの伸縮部を示す図２相当図である。以下の説明では、上記実施例１と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、上記実施例１と同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例２は、実施例１の変形例であり、樹脂製のボール５５Ｂと金属製のボール５５Ａの数を変えた例である。すなわち、図６に示すように、実施例２では、軸方向溝５４の軸端側（車体前方端側）から、１個の樹脂製のボール５５Ｂ、１個の金属製のボール５５Ａ、１個の樹脂製のボール５５Ｂ、１個の金属製のボール５５Ａ、１個の樹脂製のボール５５Ｂの順に、金属と樹脂のボールが交互に配置されている。

樹脂製のボール５５Ｂの数を多くすることで、金属製のボール５５Ａだけが滑った時の摺動抵抗よりも、金属製のボール５５Ａと樹脂製のボール５５Ｂの両方が滑った時の摺動抵抗が実施例１より小さくなり、組み付け作業をより楽に行うことが可能となる。また、樹脂製のボール５５Ｂが軸方向溝５４の軸方向に沿って均等に配置されるため、軸方向溝５４の軸方向の全長にわたって予圧の分布が均等になる。

次に本発明の実施例３について説明する。図７は本発明の実施例３の中間シャフトの伸縮部を示す図２相当図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、上記実施例と同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例３は、実施例１の変形例であり、樹脂製のボール５５Ｂと金属製のボール５５Ａの数を変えた例である。すなわち、図７に示すように、実施例３では、軸方向溝５４の軸端側（車体前方端側）から、１個の樹脂製のボール５５Ｂ、３個の金属製のボール５５Ａ、１個の樹脂製のボール５５Ｂの順に各ボールが配置されている。

樹脂製のボール５５Ｂの数を多くすることで、金属製のボール５５Ａだけが滑った時の摺動抵抗よりも、金属製のボール５５Ａと樹脂製のボール５５Ｂの両方が滑った時の摺動抵抗が実施例１より小さくなり、組み付け作業を楽に行うことが可能となる。また、樹脂製のボール５５Ｂを軸方向溝５４の軸方向の両端に配置しているため、軸方向溝５４の軸方向の両端の予圧が同一になる。

次に本発明の実施例４について説明する。図８は本発明の実施例４の中間シャフトの伸縮部を示す図２相当図である。図９は転動体が雄シャフト軸端の転動端に達した状態を示し、（１）は本発明の実施例４の転動体近傍の拡大断面図、（２）は他の例の転動体近傍の拡大断面図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、上記実施例と同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例４は、実施例１の変形例であり、軸方向溝５４の軸端側（車体前方端側）から、１個の樹脂製のボール５５Ｂ、４個の金属製のボール５５Ａの順に各ボールが配置されている。

図９（２）に示すように、軸方向溝５４の軸端以外に樹脂製のボール５５Ｂがあると、通常使用時の伸縮範囲を超えて中間シャフト１６を伸ばすと、樹脂製のボール５５Ｂと金属製のボール５５Ａとの間でこじれが生じ、軸方向に直交する力が作用して、摺動抵抗が増加する場合がある。

これに対し実施例４では、樹脂製のボール５５Ｂを軸方向溝５４の軸端側に配置している。図９（１）に示すように、通常使用時の伸縮範囲を超えて中間シャフト１６を伸ばすと、樹脂製のボール５５Ｂと金属製のボール５５Ａとの間でこじれは生じない。従って、樹脂製のボール５５Ｂがワッシャー５８に当接し、樹脂製のボール５５Ｂに作用する軸方向のスラスト力が、ワッシャー５８を介して雄中間シャフト１６Ａに伝わるため、摺動抵抗の増加を防止できる。

次に本発明の実施例５について説明する。図１０（１）は本発明の実施例５の中間シャフトの伸縮部を示す図２相当図、図１０（２）は図１０（１）のＢ−Ｂ拡大断面図である。図１１（１）は図１０（２）のＰ部拡大断面図であって、雄中間シャフトを挿入する前の状態の筒状部材の拡大断面図、図１１（２）は図１０（２）のＰ部拡大断面図であって、雄中間シャフトを挿入した状態の筒状部材と雄中間シャフトの拡大断面図である。

以下の説明では、上記実施例４と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、上記実施例４と同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例５は、実施例４の変形例であって、中間シャフト１６の摺動抵抗の低減と、軸直角方向の曲げ剛性の向上を両立させた例である。すなわち、図１０（１）に示すように、実施例５のワイパー取り付け板４２は、上記実施例４とは異なり、小径円筒部４４の車体後方側端面４４２よりも車体後方側に円筒状に長く延びている。そして、雄中間シャフト１６Ａの軸心に向かってＬ字形に折り曲げられて、折り曲げ部４２２が形成されている。

折り曲げ部４２２には、上記実施例４と同様に、ゴム製等のワイパー４３が固定され、このワイパー４３が、小径軸部５１の外周５１１上を摺動して、雌中間シャフト１６Ｂと雄中間シャフト１６Ａの嵌合部内に塵埃が浸入することを防止している。

ワイパー取り付け板４２の内周４２１と小径軸部５１の外周５１１との間には、円筒状の筒状部材６１が圧入されている。筒状部材６１の軸方向の前後両端は、小径円筒部４４の車体後方側端面４４２と、ワイパー取り付け板４２の折り曲げ部４２２との間に挟持されているため、筒状部材６１は、雌中間シャフト１６Ｂに対して軸方向に相対移動不能に取り付けられている。

ワイパー取り付け板４２は、鉄製の薄板をプレスで成形して製造され、ワイパー取り付け板４２に、上記ワイパー４３と筒状部材６１を圧入した後、ワイパー取り付け板４２の内周４２１の車体前方端を小径円筒部４４の外周４４１に圧入する。

図１０（２）、図１１（１）に示すように、筒状部材６１の内周には、その全周にわたって、鋸歯状の凹凸６２が等ピッチで形成されている。鋸歯状の凹凸６２の凸部頂点６２１は、小径軸部５１の外周５１１よりも小径軸部５１の軸心側に突出し、凹部頂点６２２は、小径軸部５１の外周５１１よりも外側に突出している。

鋸歯状の凹凸６２は、筒状部材６１の内周の全周にわたって形成されているが、筒状部材６１の内周の一部分に形成してもよい。また、鋸歯状の凹凸６２は、筒状部材６１の内周に等ピッチで形成されているが、不等ピッチに形成してもよい。

筒状部材６１の材質は、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）やポリアミド（ＰＡ）等の摩擦係数が小さく、自己潤滑性があり、耐摩耗性に優れた合成樹脂で成形することが望ましい。

従って、図１１（２）に示すように、筒状部材６１に小径軸部５１の外周５１１を嵌合すると、凸部頂点６２１は変形して小径軸部５１の外周５１１に接触するが、凹部頂点６２２は小径軸部５１の外周５１１には接触しないため、筒状部材６１の内周と小径軸部５１の外周５１１は全面では当たらず、筒状部材６１の内周と小径軸部５１の外周５１１との接触面積が減少する。

上記実施例１から実施例４では、縦弾性係数が小さい樹脂製のボール５５Ｂを使用しているため、軸直角方向の曲げ剛性が小さくなる。特に、実施例４の軸方向溝５４の軸端に樹脂製のボール５５Ｂを１個使用した中間シャフト１６は、軸直角方向の曲げ剛性が小さくなる。

本発明の実施例５は、筒状部材６１の内周に小径軸部５１の外周５１１が圧入されているため、雄中間シャフト１６Ａと雌中間シャフト１６Ｂとの間の嵌合隙間が無い。従って、この中間シャフト１６に軸直角方向の曲げ応力が作用しても、軸直角方向の相対変位を筒状部材６１が抑制するため、ステアリング装置の操舵感が向上する。

また、鋸歯状の凹凸６２によって、筒状部材６１の内周と小径軸部５１の外周５１１との接触面積を小さくしているため、筒状部材６１の内周と小径軸部５１の外周５１１との間の摺動抵抗も小さくて済む。

また、筒状部材６１に小径軸部５１の外周５１１を嵌合すると、凸部頂点６２１は小径軸部５１の外周５１１に倣って変形して、筒状部材６１の内周に小径軸部５１の外周５１１を円滑に圧入することができる。そのため、筒状部材６１や小径軸部５１等の部品の寸法精度を高くしなくとも、中間シャフト１６の摺動抵抗の低減と、軸直角方向の曲げ剛性の向上を両立させることができるため、製造コストを低減することが可能となる。

上記実施例５では、筒状部材６１の内周に鋸歯状の凹凸６２が形成されているが、雄中間シャフト１６Ａの小径軸部５１の外周５１１に鋸歯状の凹凸を形成してもよい。また、上記実施例５では、雌中間シャフト１６Ｂとは別体で成形されたワイパー取り付け板４２の内周４２１に筒状部材６１を圧入しているが、雌中間シャフト１６Ｂの内周に直接、筒状部材６１を圧入してもよい。

上記実施例１から実施例５は、中間シャフト１６に本発明を適用した例について説明したが、ステアリングシャフト１２等、ステアリング装置を構成する任意の伸縮軸に適用することができる。また上記実施例では、雌中間シャフト１６Ｂの車体後方側が、雄中間シャフト１６Ａの車体前方側に外嵌して連結されているが、雌中間シャフト１６Ｂの車体前方側に、雄中間シャフト１６Ａの車体後方側を内嵌して連結してもよい。

本発明のステアリング装置の全体を示し、一部を断面した側面図であって、操舵補助部を有する電動パワーステアリング装置に適用した実施例を示す。 本発明の実施例１のステアリング装置を示す図１の要部の拡大図であって、中間シャフトの伸縮部に適用した例を示す拡大縦断面図である。 （１）は図２のＡ−Ａ拡大断面図であり、（２）は図３（１）の軸方向溝５４近傍の拡大断面図である。 本発明の実施例１の中間シャフトの転動体に加わる予圧の大きさを示し、（１）が雄シャフトと雌シャフトとの間で回転トルク非伝達時の転動体近傍の拡大断面図、（２）が雄シャフトと雌シャフトとの間で回転トルク伝達時の転動体近傍の拡大断面図である。 雄シャフトと雌シャフトとの間で伝達される回転トルクと、金属製の転動体及び樹脂製の転動体に加わる予圧の大きさを示すグラフである。 本発明の実施例２の中間シャフトの伸縮部を示す図２相当図である。 本発明の実施例３の中間シャフトの伸縮部を示す図２相当図である。 本発明の実施例４の中間シャフトの伸縮部を示す図２相当図である。 転動体が雄シャフト軸端の転動端に達した状態を示し、（１）は本発明の実施例４の転動体近傍の拡大断面図、（２）は他の例の転動体近傍の拡大断面図である。 （１）本発明の実施例５の中間シャフトの伸縮部を示す図２相当図、（２）は図１０（１）のＢ−Ｂ拡大断面図である。 （１）は図１０（２）のＰ部拡大断面図であって、雄中間シャフトを挿入する前の状態の筒状部材の拡大断面図、（２）は図１０（２）のＰ部拡大断面図であって、雄中間シャフトを挿入した状態の筒状部材と雄中間シャフトの拡大断面図である。

符号の説明

１１ ステアリングホイール
１２ ステアリングシャフト
１２Ａ 雌ステアリングシャフト
１２Ｂ 雄ステアリングシャフト
１３ ステアリングコラム
１３Ａ アウターコラム
１３Ｂ インナーコラム
１４ 支持ブラケット
１５ 自在継手
１６ 中間シャフト
１６Ａ 雄中間シャフト
１６Ｂ 雌中間シャフト
１７ 自在継手
１８ 車体
２０ アシスト装置
２１ ギヤハウジング
２３ 出力軸
２６ 電動モータ
２６１ ケース
３０ ステアリングギヤ
３１ 入力軸
３２ タイロッド
４０ 内径孔
４１ 軸方向溝（雌シャフト側軸方向溝）
４２ ワイパー取り付け板
４２１ 内周
４２２ 折り曲げ部
４３ ワイパー
４４ 小径円筒部
４４１ 外周
４４２ 車体後方側端面
５０ 大径軸部
５１ 小径軸部
５１１ 外周
５２ 軸方向溝（雄シャフト側軸方向溝）
５３ 円柱状ピン（針状ころ）
５４ 軸方向溝（雄シャフト側軸方向溝）
５４１ 底壁
５４２ 側壁
５５Ａ 金属製のボール
５５Ｂ 樹脂製のボール
５６ 板バネ
５６１ 底板
５６２ 側板
５６３ 折り返し部
５６４ 当接部
５７ 小径軸部
５８ ワッシャー
５９ バネ板
６０ ワッシャー
６１ 筒状部材
６２ 鋸歯状の凹凸
６２１ 凸部頂点
６２２ 凹部頂点

Claims (13)

1. 雄シャフト、
   上記雄シャフトの外周に形成された雄シャフト側軸方向溝、
   上記雄シャフトに軸方向に相対移動可能にかつ回転トルクを伝達可能に外嵌する雌シャフト、
   上記雌シャフトの内周に、上記雄シャフト側軸方向溝と同一位相位置に形成された雌シャフト側軸方向溝、
   上記雄シャフト側軸方向溝と雌シャフト側軸方向溝との間に、軸方向に転動可能に挿入された複数の金属製の転動体、
   上記雄シャフト側軸方向溝と雌シャフト側軸方向溝との間に、軸方向に転動可能に挿入され、上記金属製の転動体よりも直径が大きい少なくとも１個の樹脂製の転動体、
   上記転動体と雄シャフト側軸方向溝との間、及び、上記転動体と雌シャフト側軸方向溝との間に予圧を付与する付勢部材を備えたこと
   を特徴とする伸縮軸。
2. 請求項１に記載された伸縮軸において、
   上記樹脂製の転動体の直径は、上記雄シャフトと雌シャフトとの間で回転トルク伝達時の上記樹脂製の転動体の変形が、樹脂製の転動体の弾性限度内に収まる大きさに形成されていること
   を特徴とする伸縮軸。
3. 請求項１に記載された伸縮軸において、
   上記樹脂製の転動体は、上記雄シャフト側軸方向溝の軸端側にのみ挿入されていること
   を特徴とする伸縮軸。
4. 請求項１に記載された伸縮軸において、
   上記転動体がボールであること
   を特徴とする伸縮軸。
5. 請求項１に記載された伸縮軸において、
   上記雄シャフトと雌シャフトとの嵌合部には、上記雄シャフト側軸方向溝及び雌シャフト側軸方向溝とは異なる位相位置に、少なくとも一対の別の雄シャフト側軸方向溝及び雌シャフト側軸方向溝が形成され、
   この少なくとも一対の別の雄シャフト側軸方向溝及び雌シャフト側軸方向溝には、上記雄シャフトと雌シャフトとの間で回転トルクを伝達する円柱状ピンが挿入されていることを特徴とする伸縮軸。
6. 請求項１に記載された伸縮軸において、
   上記雄シャフトが雄中間シャフトであり、
   上記雌シャフトが雌中間シャフトであること
   を特徴とする伸縮軸。
7. 請求項１から請求項６までのいずれかに記載された伸縮軸を備えたこと
   を特徴とするステアリング装置。
8. 請求項１から請求項６までのいずれかに記載された伸縮軸において、
   上記互いに嵌合する雄シャフトの外周と雌シャフトの内周との間に圧入されると共に、雌シャフトに対して軸方向に相対移動不能で、雄シャフトと雌シャフトとの間の軸直角方向の相対変位を抑制する筒状部材を備えたこと
   を特徴とする伸縮軸。
9. 請求項８に記載された伸縮軸を備えたこと
   を特徴とするステアリング装置。
10. 請求項８に記載された伸縮軸において、
    上記筒状部材の内周または雄シャフトの外周には凹凸が形成されていること
    を特徴とする伸縮軸。
11. 請求項８に記載された伸縮軸において、
    上記筒状部材は、
    上記雌シャフトの軸端に取り付けられたワイパー取り付け板の内周と雄シャフトの外周との間に圧入されると共に、ワイパー取り付け板に対して軸方向に相対移動不能に取り付けられていること
    を特徴とする伸縮軸。
12. 請求項８に記載された伸縮軸において、
    上記筒状部材は樹脂製であること
    を特徴とする伸縮軸。
13. 請求項１０から請求項１２までのいずれかに記載された伸縮軸を備えたこと
    を特徴とするステアリング装置。

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