JP2010120558A - 車両操舵用伸縮軸およびこれを備える車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵感の低下を防止できる車両用操舵軸およびこれを備える車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】操舵軸３の内軸１０の雄セレーション２７、および外軸１１の雌セレーション２９は、両軸１０，１１の相対位相が所定範囲を超えたとき、互いに噛合う。樹脂棒４１は、両軸１０，１１の相対位相が所定範囲内のときに、両軸１０，１１同士を周方向Ｃに浮動状に支持する。軸方向に沿って見たとき、樹脂棒４１は、内軸１０および外軸１１に対して、第１〜第４の接触点８１〜８４で接触する。軸方向に沿って見たとき、第１および第４の接触点８１，８４を結ぶ第１のラインＥ１と、第２および第３の接触点８２，８３を結ぶ第２のラインＥ２との交点Ｆは、雄セレーション２７と雌セレーション２９との噛合いのピッチ円Ｄ上に配置されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両操舵用伸縮軸およびこれを備える車両用操舵装置に関する。

ステアリングシャフト等の車両用の伸縮軸には、軸方向に相対移動可能に嵌め合わされた内軸および外軸を備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の伸縮軸は、内軸と外軸との間の伝達トルクが所定値以下のときには、両軸が回転方向に弾性的に連結されるようになっており、上記伝達トルクが所定値を超えたときには、両軸が回転方向に剛的に連結されるようになっている。

具体的には、内軸の外周に形成された軸方向溝に装着された板ばねの上に転動体が配置されており、この転動体が、外軸の内周に形成された軸方向溝に弾性的に押圧されている。両軸のトルクが所定値以下のとき、外軸に作用したトルクは、転動体から板ばねに伝わり、板ばねを撓ませながら内軸に伝わる。両軸間のトルクが所定値を超えると、内軸に形成された凸条と外軸に形成された凹条とが噛合って、両軸が剛的に連結される。
特開２００５−１１４０６８号公報

ここで、チルト機構を備えたステアリング装置では、ステアリングホイールのチルト位置調節後、外軸の回転軸線と内軸の回転軸線とが、自在継手とステアリングホイールとを結ぶ操舵軸の軸線上から各々傾くこととなる。
このような場合、外軸と内軸とは弾性的に支持されているが、ステアリングホイールが回転操作（操舵）されると、両軸は、外軸、板ばね、およびこれらに挟まれた転動体によってがたつきの無い剛的な嵌合とされながら、操舵軸の中心軸線から外れた両回転軸線を元に戻そうとする動きを生じるために、ステアリングホイールの回転トルクの脈動が大きくなる。

これは、図１０に示すように、ステアリングホイールから運転者へ不自然なトルク変動として感じられてしまうため、操舵に無用な違和感を与えてしまい、操舵感を損なうことになる。しかしながら、剛的な接続を無くしてしまうと、両軸のガタツキやこじれによる伝達トルクのロスが発生し、操舵感が低下する。
また、軸方向に相対移動可能な外軸と内軸とは、利便性の面とコスト面から、伸縮可能なステアリングシャフトとしても使用できることが望ましい。

本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、チルト調節後等、内軸と外軸の中心軸線が互いに傾斜したときでも、操舵感の低下を防止できる車両操舵用伸縮軸およびこれを備える車両用操舵装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、操舵部材（２）の操舵に応じて回転する車両操舵用伸縮軸（３）において、軸方向（Ｓ）に相対摺動可能に且つ互いにトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸（１０）および筒状の外軸（１１）と、内軸の外周面（２６）に形成された複数の雄歯（２７）、および外軸の内周面（２８）に形成された複数の雌歯（２９）を含み、両軸の相対位相が所定範囲を超えたときに、雄歯と雌歯との噛合により両軸を周方向（Ｃ）に剛的に連結する剛性連結要素（２５）と、内軸の外周面および外軸の内周面のそれぞれに形成されて互いに対向する少なくとも三対の軸方向溝（３１，３２；３３，３４；３５，３６）と、上記対をなす軸方向溝間のそれぞれに４点接触状態で介在し、内軸および外軸の相対位相が所定範囲内のときに、両軸の一方を他方に対して周方向に浮動状に支持する複数の弾性連結要素としての長尺の樹脂棒（４１，４２，４３）と、を含み、内軸の軸方向に沿って見たとき、各上記樹脂棒は、内軸の軸方向溝に対して第１および第２の接触点（８１，８２）で２点接触し、外軸の軸方向溝に対して第３および第４の接触点（８３，８４）で２点接触し、上記内軸の軸方向に沿って見たとき、上記第１および第４の接触点を結ぶライン（Ｅ１）と、第２および第３の接触点を結ぶライン（Ｅ２）との交点（Ｆ）は、上記雄歯と雌歯との噛合いのピッチ円（Ｄ）上に配置されていることを特徴とする（請求項１）。

本発明によれば、チルト調節後等において、内軸と外軸との間にトルクが作用していないとき、両軸の相対位相は所定範囲内にある。また、両軸は、樹脂棒を介した互いの連結部が自重等で垂れ下がって中折れ状態になり、両軸の中心軸線が互いに傾いた状態となる。ここで、両軸の中心軸線の交点を含み内軸の中心軸線と直交する断面において、内軸の軸方向に沿ってみたとき、第１および第４の接触点を結ぶラインと、第２および第３の接触点を結ぶラインとの交点が、ピッチ円上に配置されているので、樹脂棒を介した両軸の連結の剛性を、高すぎず、且つ低すぎない適度なものにできる。その結果、中折れ状態から両軸間にトルクが作用したときに、両軸の中心軸線を真直ぐに並ぶように配置して中折れ状態を解消することができるので、両軸が中折れ状態のまま回転して芯振れすることを防止できる。これにより、両軸の回転時の伝達トルクが脈動するように変動することを防止して操舵感の低下を防止できる。さらに、樹脂棒を介した両軸の連結の剛性を低過ぎない適度な値にできるので、両軸間に、がたつきやこじりが生じることを防止できる。その結果、トルクロスを低減できるので、両軸の回転時における操舵感の低下を防止できる。

また、内軸および外軸の相対位相が所定範囲内のときに、内軸と外軸との間でトルクが作用したときには、各樹脂棒が対応する軸方向溝に対してほとんどこじられずに（滑り接触せずに）、弾性的に圧縮される。これにより、各樹脂棒を介して両軸間でトルクを伝達する際のロスを格段に少なくでき、その結果、内軸および外軸の相対位相が所定範囲内のときに、スムーズなトルク伝達を達成できる。内軸と外軸との間のトルクの伝達に違和感が生じることを抑制でき、操舵感が低下することを確実に抑制できる。

また、本発明において、各上記樹脂棒は、断面Ｕ字形形状をなしており、内軸の径方向一方に開放された溝（５０）を含む場合がある（請求項２）。この場合、両軸間にトルクが作用したときの、樹脂棒の可撓性を高くできる。これにより、一方の軸から各樹脂棒を介して他方の軸にトルクが伝わるときのトルクの伝わりをスムーズにでき、両軸間のトルクの伝わりに唐突な変化が生じることを防止できる。これにより、より自然な操舵感を実現できる。

また、本発明において、上記内軸の軸方向に沿って見て、上記第１の接触点における内軸の軸方向溝と樹脂棒との接触角（Ｈ１）が、上記第４の接触点における外軸の軸方向溝と樹脂棒との接触角（Ｈ４）と等しくされており、且つ、上記第２の接触点における内軸の軸方向溝と樹脂棒との接触角（Ｈ２）が、上記第３の接触点における外軸の軸方向溝と樹脂棒との接触角（Ｈ３）と等しくされている場合がある（請求項３）。

この場合、両軸が回転方向の一方に回転し、両軸間でトルクが作用したときの、第２の接触点に作用する力の向きと、第３の接触点に作用する力の向きとを反対にできる。また、両軸が回転方向の他方に回転し、両軸間でトルクが作用したときの、第１の接触点に作用する力の向きと、第４の接触点に作用する力の向きとを反対にできる。その結果、車両操舵用伸縮軸が回転方向の何れに回転したときでも、各樹脂棒が両軸に対してこじれることをより確実に防止できる。

また、本発明は、操舵部材の操舵に応じて回転する上記の車両操舵用伸縮軸を備えることを特徴とする車両用操舵装置（１）を提供する（請求項４）。この場合、操舵感に優れた車両用操舵装置を実現できる。
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施の形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

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にかかる車両操舵用伸縮軸を備える車両用操舵装置１の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、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の位置を、運転者に対して略上下に調節するためのチルト調節機能、および操舵部材２の位置を運転者に対して略前後に調整するためのテレスコ調節機能の双方を備えている。

車両用操舵装置１は、操舵部材２と、操舵部材２に連結されて操舵部材２の操舵に応じて回転する車両操舵用伸縮軸としての操舵軸３とを備えている。
操舵部材２は、操舵軸３の一端に取り付けられている。操舵軸３は、操舵部材２が取り付けられている一端が上側（アッパ側）となるように傾けて配置されている。操舵軸３の他端は、自在継手４、中間軸５および自在継手６を介して舵取り機構７に連結されている。

舵取り機構７は、自在継手６に連なるピニオン軸８と、ピニオン軸８の一端のピニオン８ａに噛み合うラック歯９ａを有するラック軸９とを備えている。操舵部材２を回転操作して操舵軸３を回転したとき、舵取り機構７のピニオン８ａが回転し、この回転運動がラック軸９の長手方向への直線運動に変換される。これにより、ラック軸９に連結された図示しないタイロッドを介してナックルアームを回動させ、転舵輪を操向する。

操舵軸３は、操舵部材２が一端に取り付けられている筒状の外軸１１と、外軸１１の他端１１ｂとトルク伝達可能且つ軸方向に相対摺動可能に嵌合する一端１０ａを有する棒状の内軸１０と、を有している。内軸１０の他端には、自在継手４が連結されている。
内軸１０は、中心軸線Ａを有しており、外軸１１は、中心軸線Ｂを有している。また、操舵軸３は、中心軸線Ｑを有している。操舵軸３の中心軸線Ｑは、内軸１０の他端１０ｂと、外軸１１の一端１１ａとを結ぶ軸線であり、両軸１０，１１の中心軸線Ａ，Ｂが一致しているときは、操舵軸３の中心軸線Ｑも一致している。

なお、以下では、内軸１０の軸方向Ｓを単に軸方向Ｓといい、内軸１０の周方向Ｃを単に周方向Ｃといい、内軸１０の径方向Ｒを単に径方向Ｒという。
操舵軸３は、コラムチューブ１２によって回転可能に支持されている。コラムチューブ１２は、外軸１１を取り囲む外筒１３と、外筒１３とは相対摺動可能に嵌合されて内軸１０を取り囲む内筒１４と、を含んでいる。外筒１３は、軸受１５を介して外軸１１の一端を回転可能に且つ軸方向Ｓに同行移動可能に支持している。内筒１４は、軸受１６を介して、内軸１０の中間部を回転可能に且つ軸方向Ｓに相対移動不能に支持している。

内筒１４には第１のブラケット１７が固定されている。第１のブラケット１７は、車体１８に固定された第２のブラケット１９に、支軸２０を介して支持されている。内筒１４は、支軸２０回りに揺動可能である。
外筒１３には第３のブラケット２１が固定されている。第３のブラケット２１は、車体１８に固定された第４のブラケット２２と対向している。第３のブラケット２１は、ロック機構２３によって第４のブラケット２２にロックされる。

ロック機構２３の操作レバー２４を操作することにより、上記ロックを解除することができる。ロックを解除することにより、外筒１３および外軸１１を、対応する内筒１４および内軸１０に対して軸方向に相対移動するテレスコ動作をすることができる。また、ロックを解除することにより、操舵軸３およびコラムチューブ１２を支軸２０回りに揺動させるチルト動作をすることができる。

図２は、操舵軸３の要部の分解斜視図である。図３は、操舵軸３の要部の断面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。なお、図３は、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
図２を参照して、操舵軸３の内軸１０および外軸１１は、それぞれ、金属製の高剛性部材である。これら内軸１０および外軸１１には、剛性連結要素としてのセレーション２５が設けられている。セレーション２５は、内軸１０および外軸１１の相対位相（周方向Ｃに関する相対位置）が所定範囲を超えたときに、両軸１０，１１を周方向Ｃに剛的に連結するものである。

セレーション２５は、内軸１０の一端１０ａの外周面２６に設けられた複数の雄歯としての複数の雄セレーション２７と、外軸１１の他端１１ｂの内周面２８に設けられた複数の雌歯としての複数の雌セレーション２９と、を含んでいる。
周方向Ｃに関して、雄セレーション２７は、内軸１０の後述する軸方向溝３１，３３，３５を除く全域に亘って形成されており、雌セレーション２９は、外軸１１の後述する軸方向溝３２，３４，３６を除く全域に亘って形成されている。これらのセレーション２７，２９は、それぞれ、対応する内軸１０および外軸１１の軸方向と平行に延びている。

図２および図４を参照して、内軸１０の中心軸線Ａと外軸１１の中心軸線Ｂとが概ね合致するように、内軸１０が外軸１１に挿入されており、雄セレーション２７および雌セレーション２９が、互いに噛み合い可能とされている。各雄セレーション２７と各雌セレーション２９とは、同軸的に配置されている。軸方向Ｓに沿って見たとき、各雄セレーション２７と対応する雌セレーション２９とは、所定のピッチ円Ｄ上で互いに噛合い可能とされている。ピッチ円Ｄの中心軸線は、内軸１０の中心軸線Ａと外軸１１の中心軸線Ｂとが重なり合っている箇所において、中心軸線Ａ，Ｂと合致している。

図３および図４を参照して、内軸１０の一端１０ａの外周面２６および外軸１１の他端１１ｂの内周面２８のそれぞれには、互いに対向する少なくとも三対（本実施の形態において、三対）の軸方向溝３１，３２；３３，３４；３５，３６が形成されている。各軸方向溝３１〜３６は、対応する内軸１０および外軸１１の軸方向と平行に延びている。
より具体的には、内軸１０の一端１０ａの外周面２６には、周方向Ｃに沿って等間隔に３つの軸方向溝３１，３３，３５が形成されている。各軸方向溝３１，３３，３５は、それぞれ、溝底７０と、溝底７０を挟んで周方向Ｃに並ぶ第１および第２の斜面７１，７２と、を含んでいる。

溝底７０は、軸方向Ｓと平行に延びる平坦面に形成されている。なお、溝底７０は、径方向Ｒの内方に向けて凸となる円弧面に形成されていてもよい。第１および第２の斜面７１，７２は、全体として断面テーパ状に形成されており、径方向Ｒの外側に進むにしたがい、互いの間隔が広くされている。第１および第２の斜面７１，７２は、平坦な面に形成されているが、湾曲する面に形成されていてもよい。周方向Ｃの一方Ｃ１に関して、上流側から第１の斜面７１および第２の斜面７２の順に並んでいる。

外軸１１の他端１１ｂの内周面２８には、外軸１１の周方向に沿って等間隔に３つの軸方向溝３２，３４，３６が形成されている。各軸方向溝３２，３４，３６は、それぞれ、溝底７５と、溝底７５を挟んで周方向Ｃに並ぶ第３および第４の斜面７３，７４と、を含んでいる。
溝底７５は、外軸１１の径方向外方に向けて凸となる円弧面に形成されている。なお、溝底７５は、平坦な面に形成されていてもよい。第３および第４の斜面７３，７４は、全体として断面テーパ状に形成されており、外軸１１の径方向の内方に進むにしたがい、互いの間隔が広くされている。第３および第４の斜面７３，７４は、平坦な面に形成されているが、湾曲する面に形成されていてもよい。周方向Ｃの一方Ｃ１に関して、上流側から第３の斜面７３および第４の斜面７４の順に並んでいる。

図２および図３を参照して、内軸１０と外軸１１との間に、合成樹脂製の樹脂体３９が介装されている。樹脂体３９は、一体成形品であり、複数の弾性連結要素としての長尺の樹脂棒４１，４２，４３と、これらの樹脂棒４１，４２，４３を連結する連結部４４と、を含んでいる。
連結部４４は、円板状をなす主体部４５を含んでいる。主体部４５には、挿通孔４６が形成されている。挿通孔４６には、内軸１０の一端面に突設された円柱状の突部４７が挿通している。突部４７には、プッシュナット４８が取り付けられており、このプッシュナット４８と内軸１０の一端面とによって、連結部４４の主体部４５が挟まれて固定されている。

プッシュナット４８は、円板状をなしており、径方向中央部に形成された挿通孔４９の周縁部が隆起している。この挿通孔４９に突部４７が挿通されている。挿通孔４９の周縁部が、突部４７に係止されている。突部４７の先端は内軸１０の径方向に広がっている。
図２および図４を参照して、各樹脂棒４１，４２，４３は、連結部４４の主体部４５から軸方向Ｓと平行に延びている。これらの樹脂棒４１，４２，４３は、対応する一対の軸方向溝３１，３２；３３，３４；３５，３６間にそれぞれ跨っている。

各樹脂棒４１，４２，４３は、対応する一対の軸方向溝３１，３２；３３，３４；３５，３６間でシメシロ嵌合（圧入）されており、圧縮されることにより弾性変形している。内軸１０と外軸１１の相対位相が所定範囲内にあるとき、これらの樹脂棒４１，４２，４３を介して、内軸１０と外軸１１との間でトルクが伝達される。
各樹脂棒４１，４２，４３の長さは等しい。各樹脂棒４１，４２，４３には、溝５０が形成されている。溝５０は、当該溝５０が形成されている樹脂棒４１，４２，４３の長手方向Ｌに沿って延びている。長手方向Ｌと軸方向Ｓとは平行である。各樹脂棒４１，４２，４３の断面は、内軸１０の径方向Ｒの外方に向けて開放するＵ字形形状を有している。

なお、樹脂棒４１，４２，４３はそれぞれ同様の構成を有しているので、以下では、樹脂棒４１〜４３のうち、主に樹脂棒４１について説明する。また、内軸１０の軸方向溝３１，３３，３５は、それぞれ同様の構成を有しているので、以下では、軸方向溝３１，３３３，３５のうち、主に軸方向溝３１について説明する。また、外軸１１の軸方向溝３２，３４，３６は、それぞれ同様の構成を有しているので、以下では、軸方向溝３２，３４，３６のうち、主に軸方向溝３２について説明する。

図５は、図４の要部の拡大図である。なお、図５を参照して説明するときは、軸方向Ｓに沿って見た状態を基準に説明する。図５を参照して、軸方向溝３１，３２および樹脂棒４１は、内軸１０の中心軸線Ａおよび後述する交点Ｆを通る平面Ｊを中心とする、対称形状をなしている。内軸１０の軸方向溝３１の溝底７０と樹脂棒４１の外周面との間に隙間Ｍが形成されており、樹脂棒４１が弾性変形したときの樹脂棒４１の肉の逃げ場とされている。

溝５０は、断面Ｕ字形形状に形成されており、径方向Ｒの外方に開放されている。樹脂棒４１の外周面は、円弧面５４を含んでいる。円弧面５４は、両軸１０，１１間にトルクが作用していない自由状態において、概ね単一の曲率半径を有する円弧面となっている。
円弧面５４は、軸方向溝３１，３２の第１〜第４の斜面７１〜７４に４点接触状態で接触している。円弧面５４は、第１〜第４の斜面７１〜７４のそれぞれと線接触しており、円弧面５４と第１〜第４の斜面７１〜７４との接触部は、軸方向Ｓと平行に延びている。

軸方向Ｓに沿って見たとき、樹脂棒４１の円弧面５４は、第１の斜面７１とは第１の接触点８１で接触しており、第２の斜面７２とは第２の接触点８２で接触しており、第３の斜面７３とは第３の接触点８３で接触しており、第４の斜面７４とは第４の接触点８４で接触している。
このように、軸方向Ｓに沿って見たとき、樹脂棒４１の円弧面５４は、内軸１０の軸方向溝３１に対して、第１および第２の接触点８１，８２で２点接触しているとともに、外軸１１の軸方向溝３２に対して第３および第４の接触点８３，８４で２点接触している。

本実施の形態の特徴の１つは、第１および第４の接触点８１，８４を結ぶ第１のラインＥ１と、第２および第３の接触点８２，８３を結ぶ第２のラインＥ２との交点Ｆが、ピッチ円Ｄ上に配置されている点にある。
第１のラインＥ１において、第１の接触点８１と交点Ｆとの間の距離Ｇ１は、交点Ｆと第４の接触点８４との間の距離Ｇ１’と等しい（Ｇ１＝Ｇ１’）。また、第２の接触点８２と交点Ｆとの間の距離Ｇ２は、交点Ｆと第３の接触点８３との間の距離Ｇ２’と等しい（Ｇ２＝Ｇ２’）。

第１の接触点８１において、第１の斜面７１と樹脂棒４１の円弧面５４とは、第１の接触角Ｈ１を形成している。第１の接触角Ｈ１は、内軸１０の中心軸線Ａおよび交点Ｆを通る平面Ｊと、第１の斜面７１によって円弧面５４へ伝えられる力の合力Ｋ１の作用線とがなす角度をいう。
第４の接触点８４において、第４の斜面７４と樹脂棒４１の円弧面５４とは、第４の接触角Ｈ４を形成している。第４の接触角Ｈ４は、上記平面Ｊと、第４の斜面７４によって円弧面５４へ伝えられる力の合力Ｋ４の作用線とがなす角度をいう。

第１の接触角Ｈ１と、第４の接触角Ｈ４とは、等しくされている。これにより、合力Ｋ１，Ｋ４は、互いに近づくように反対方向を向いている。
第２の接触点８２において、第２の斜面７２と樹脂棒４１の円弧面５４とは、第２の接触角Ｈ２を形成している。第２の接触角Ｈ２は、上記平面Ｊと、第２の斜面７２によって円弧面５４へ伝えられる力の合力Ｋ２の作用線とがなす角度をいう。

軸方向Ｓに沿って見て、第３の接触点８３において、第３の斜面７３と樹脂棒４１の円弧面５４とは、第３の接触角Ｈ３を形成している。第３の接触角Ｈ３は、上記平面Ｊと、第３の斜面７３によって円弧面５４へ伝えられる力の合力Ｋ３の作用線とがなす角度をいう。
第２の接触角Ｈ２と、第３の接触角Ｈ３とは、等しくされている。これにより、合力Ｋ２，Ｋ３は、互いに近づくように反対方向を向いている。

操舵部材を操作することにより、内軸１０および外軸１１が周方向Ｃの一方Ｃ１に回転したとき、外軸１１から内軸１０にトルクが伝わる。このとき、外軸１１の第３の斜面７３から第３の接触点８３に合力Ｋ３が作用するとともに、内軸１０の第２の斜面７２から第２の接触点８２に反力として合力Ｋ２が作用する。各樹脂棒４１，４２，４３は、Ｕ型のばねとして、これらの合力Ｋ２，Ｋ３を受けて弾性変形する。

また、操舵部材を操作することにより、内軸１０および外軸１１が周方向Ｃの他方Ｃ２に回転したとき、外軸１１から内軸１０にトルクが伝わる。このとき、外軸１１の第４の斜面７４から第４の接触点８４に合力Ｋ４が作用するとともに、内軸１０の第１の斜面７１から第１の接触点８１に反力として合力Ｋ１が作用する。各樹脂棒４１，４２，４３は、Ｕ型のばねとして、これらの合力Ｋ１，Ｋ４を受けて弾性変形する。

上記の構成により、操舵部材の操舵角θが−θ１≦θ≦θ１（θ１は、所定の操舵角であり、例えば、数分程度）のとき、両軸１０，１１の相対位相は、所定の範囲内にある。なお、操舵角θがゼロのときは、操舵中立状態となっている。また、操舵角θは、周方向Ｃの一方Ｃ１に関して正であり、周方向Ｃの他方Ｃ２に関して負である。
このとき、周方向Ｃおよび径方向Ｒの双方に関して、両軸１０，１１は、各樹脂棒４１，４２，４３（図５において、樹脂棒４１のみを図示）によって互いに弾性支持（浮動状に支持）されており、雄セレーション２７および雌セレーション２９は、互いに噛み合っていない。各樹脂棒４１，４２，４３は、内軸１０と外軸１１との間で圧縮されて弾性変形している。

例えば、操舵部材（外軸１１）を周方向Ｃの一方Ｃ１に操作したことにより、操舵角θの絶対値が増すと、各樹脂棒４１，４２，４３が周方向Ｃに圧縮されて図６に示すように弾性変形する。これにより、外軸１１の軸方向溝３２から樹脂棒４１の第３の接触点８３および第２の接触点８２を介して、内軸１０の軸方向溝３１にトルクが伝わる。
θ１＜θとなることにより、両軸１０，１１の相対位相が所定の範囲を超えると、対応するセレーション部２７，２９間の隙間がなくなる。これにより、雄セレーション２７と、雌セレーション２９とが互いに噛み合い、両軸１０，１１は、セレーション部２７，２９を介して剛的にトルク伝達可能となる。

同様に、操舵部材を周方向Ｃの他方Ｃ２に操作した場合には、操舵角θが−θ１≦θ≦θ１のとき、外軸１１の軸方向溝３２から樹脂棒４１の第４の接触点８４および第１の接触点８１を介して、内軸１０の軸方向溝３１にトルクが伝わる。θ＜−θ１となることにより、両軸１０，１１の相対位相が所定の範囲を超えると、雄セレーション２７と、雌セレーション２９とは互いに噛み合う。

図７は、両軸１０，１１が中折れとなるように嵌合したときの要部の模式図である。図７を参照して、内軸１０と外軸１１との間にトルクが作用していない自由状態であって、且つ、操舵部材２の回転角としての操舵角θがゼロの操舵中立状態であるとき、両軸１０，１１は、自重により、内軸１０の一端１０ａおよび外軸１１の他端１１ｂで屈曲した中折れ状態となる。なお、図５では誇張しているが、実際の中心軸線Ａ，Ｂの傾斜角度は、数度以下の僅かな値である。

このとき、両軸１０，１１の中心軸線Ａ，Ｂは、互いに傾斜しており、また、操舵軸３の中心軸線Ｑに対して傾斜している。両軸１０，１１の中心軸線Ａ，Ｂは、内軸１０の一端１０ａで交差することで交差点Ｗを形成している。交差点Ｗを含み内軸１０と直交する直交平面Ｖでの断面形状は、図５と同じである。
両軸１０，１１が中折れ状態の場合であって、両軸１０，１１の相対位相が所定範囲内にあるときは、操舵角θの絶対値がゼロからθ１までの間で増すに従い、両軸１０，１１が次第に真直ぐに延び、ついには、図８に示すように、両軸１０，１１の中心軸線Ａ，Ｂが一直線に並ぶ。このように、両軸１０，１１が真直ぐに並んだ状態で、両軸１０，１１は、セレーションによって剛的に連結される。

このように、両軸１０，１１が真直ぐに並んだ状態で、操舵部材２を周方向Ｃの一方Ｃ１または他方Ｃ２側に一度ロック状態まで回転させ、次いで、操舵部材２をロックトゥロックで比較的素早く往復回転させたとき、操舵角θと、操舵部材２に生じるトルクとの関係は、図９に示すものとなる。
なお、θ２は、周方向Ｃの一方Ｃ１に関する操舵角θ２の許容値（ロック角）であり、−θ２は、周方向Ｃの他方Ｃ２に関する操舵角θ２の許容値（ロック角）である。図９に示すように、操舵角θの変化に対して、トルクＴの脈動的な変化が極めて少なく、操舵部材２の操舵に違和感が生じないようにされている。

なお、両軸が真直ぐに並ばない状態で回転される比較例の場合には、図９に示す操舵軸３の場合の特性と異なり、操舵角と操舵部材に生じるトルクとの関係は、図１０に示すものとなる。この場合、操舵角θの変化に対して、トルクＴの脈動的な変化としての脈動幅
ΔＴが大きく、操舵部材の操舵に違和感が生じてしまう。
また、図８を参照して、内軸１０の他端１０ｂが、自在継手４、中間軸５、舵取り機構７および転舵輪６０等の転舵輪６０側の各部材の摩擦抵抗によって回転規制されているときの、操舵角θとトルクＴ（操舵軸３のねじれ）との関係は、図１１に示すものとなる。図１１に示すように、操舵角θの絶対値がゼロから増すに従い、トルクＴ（操舵軸３のねじれ）は略線形的に増すようにされている。

また、操舵角θの絶対値がθ１より大きい所定角θ’になり、トルクＴが所定値Ｔ’値になったとき、トルクＴ’は、内軸１０の他端１０ｂに対して転舵輪６０側にある各上記部材の摩擦抵抗の合計と等しくなる。ここから、図９の波形における操舵角θ’、トルクＴ’に移行し、図９のグラフに従って、操舵軸３は、各上記部材の摩擦抵抗に抗して、自在継手４等を回転させて転舵輪６０を操向する。

図１１に示すように、微小操舵角のとき、本実施の形態における操舵角θと、操舵軸３に作用するトルクとの関係を、略線形的なものにでき、その結果、１点鎖線で示す理想のグラフに近いものにできる。
したがって、操舵角θの絶対値がゼロから増すにしたがい、トルクが略線形的に増すこととなり、自然な操舵フィーリングを実現できる。操舵角θが−θ１≦θ≦θ１のときにはトルクが略ゼロであり、θ＜−θ１、またはθ１＜θとなったときに急にトルクが大きくなるといった不自然な特性とならない。その結果、操舵中立付近での操舵のふらつきを生じないようにすることができる。

以上の次第で、本実施の形態によれば、チルト調節後において、内軸１０と外軸１１との間にトルクＴが作用していないとき、両軸１０，１１の相対位相は所定範囲内にある。また、両軸１０，１１は、樹脂棒４１，４２，４３を介した互いの連結部（一端１０ａ，他端１１ｂ）が自重等で垂れ下がって中折れ状態になり、両軸１０，１１の中心軸線Ａ，Ｂが互いに傾いた状態となる。

ここで、直交平面Ｖにおける断面において、第１および第４の接触点８１，８４を結ぶ第１のラインＥ１と、第２および第３の接触点８２，８３を結ぶ第２のラインＥ２との交点Ｆが、直交平面Ｖにおいて、ピッチ円Ｄ上に配置されているので、樹脂棒４１，４２，４３を介した両軸１０，１１の連結の剛性を、高すぎず、且つ低すぎない適度なものにできる。

その結果、中折れ状態から両軸１０，１１間にトルクＴが作用したときに、両軸１０，１１の中心軸線Ａ，Ｂを真直ぐに並ぶように配置して中折れ状態を解除することができるので、両軸１０，１１が中折れ状態のまま回転して芯振れすることを防止でき、両軸１０，１１の回転時の伝達トルクが脈動するように変動することを防止して操舵感の低下を防止できる。

さらに、第１のラインＥ１と、第２のラインＥ２との交点Ｆを、直交平面Ｖにおいて、ピッチ円Ｄ上に配置している。これにより、樹脂棒４１，４２，４３を介した両軸１０，１１の連結の剛性を低すぎない適度な値にしている。これにより、両軸１０，１１間に、がたつきやこじりが生じることを防止できる。その結果、トルクロスを低減できるので、両軸１０，１１の回転時における操舵感の低下を防止できる。

また、内軸１０と外軸１１の間に作用するトルクが比較的小さいときには、内軸１０と外軸１１の相対位相が所定範囲内にある。このとき、内軸１０と外軸１１は、各樹脂棒４１，４２，４３を介して周方向Ｃに弾性的に連結されている。また、第１および第４の接触点８１，８４を結ぶ第１のラインＥ１と、第２および第３の接触点８２，８３を結ぶ第２のラインＥ２との交点Ｆは、ピッチ円Ｄ上に配置される。

その結果、内軸１０と外軸１１の相対位相が所定範囲内にある場合に、操舵部材２の操作に伴い内軸１０と外軸１１との間でトルクが作用したときには、各樹脂棒４１，４２，４３が対応する軸方向溝３１，３２；３３，３４；３５，３６に対してほとんどこじられずに（滑り接触せずに）、弾性的に圧縮される。
これにより、各樹脂棒４１，４２，４３を介して両軸１０，１１間でトルクを伝達する際のロスを格段に少なくでき、その結果、内軸１０および外軸１１の相対位相が所定範囲内のときに、スムーズなトルク伝達を達成できる。内軸１０と外軸１１との間のトルクの伝達に違和感が生じることを抑制でき、操舵感が低下することを確実に抑制できる。また、樹脂棒４１，４２，４３の滑り接触による磨耗を抑制できるので、樹脂棒４１，４２，４３の耐久性の向上を通じて操舵軸３の耐久性を向上できる。

さらに、各樹脂棒４１，４２，４３は、溝５０を有する断面Ｕ字形形状に形成されている。このような構成により、両軸１０，１１間にトルクが作用したときの、各樹脂棒４１，４２，４３の可撓性を高くできる。これにより、両軸１０，１１の一方から各樹脂棒４１，４２，４３を介して他方にトルクが伝わるときの、トルクの伝わりをスムーズにでき、両軸１０，１１間のトルクの伝わりに唐突な変化が生じることを防止できる。これにより、より自然な操舵感を実現できる。

また、軸方向Ｓに沿って見て、第１の接触角Ｈ１と第４の接触角Ｈ４とが互いに等しくされており、且つ、第２の接触角Ｈ２と第３の接触角Ｈ３とが互いに等しくされている。これにより、両軸１０，１１が周方向Ｃの一方Ｃ１に回転し、両軸１０，１１間でトルクが作用したときの、第２の接触点８２に作用する合力Ｋ２の向きと、第３の接触点８３に作用する合力Ｋ３の向きと、を反対にできる。

同様に、両軸１０，１１が周方向Ｃの他方Ｃ２に回転し、両軸１０，１１間でトルクが作用したときの、第１の接触点８１に作用する合力Ｋ１の向きと、第４の接触点８４に作用する合力Ｋ４の向きと、を反対にできる。その結果、操舵軸３が周方向Ｃの何れに回転したときでも、各樹脂棒４１，４２，４３が両軸１０，１１に対してこじれることをより確実に防止できる。

また、内軸１０の各軸方向溝３１，３３，３５の溝底７０と対応する樹脂棒４１，４２，４３の円弧面５４との間に隙間Ｍが形成されている。これにより、対応する樹脂棒４１，４２，４３が弾性変形したときの当該樹脂棒４１，４２，４３の肉の逃げ場が確保されている。したがって、各樹脂棒４１，４２，４３が弾性変形したときの肉が内軸１０のうちの第１および第２の斜面７１，７２以外の箇所に接触することで両軸１０，１１間のトルクの伝達特性を不用意に変化させてしまうことを防止できる。

さらに、内軸１０と外軸１１との周方向Ｃの隙間を樹脂棒４１，４２，４３で詰めることができる。これにより、操舵角θが−θ１≦θ≦θ１であるとき（内軸１０および外軸１１の相対位相が所定の範囲内にあるとき）でも、樹脂棒４１，４２，４３を介した両軸１０，１１の周方向Ｃの連結の剛性を高くできる。これにより、両軸１０，１１間で回転の伝達遅れを生じることなく、両軸１０，１１を同行回転することができる。したがって、内軸１０と外軸１１との周方向Ｃの連結の剛性感を確保でき、良好な操舵感を達成できる。

また、各樹脂棒４１，４２，４３の一端を連結部４４に固定している。これにより、各樹脂棒４１，４２，４３が、対応する一対の軸方向溝３１，３２；３３，３４；３５，３６に対してこじられることをより確実に防止できる。その結果、操舵感の低下をより確実に防止できる。
また、操舵角θが−θ１≦θ≦θ１のときでも、樹脂棒４１，４２，４３によって内軸１０と外軸１１とを周方向Ｃに連結することにより、操舵部材２を操舵したときに、操舵角θに応じた入力トルクに等しい反作用としての反力トルクを生じさせることができる。その結果、操舵不足または操舵過剰を防止でき、運転者の操舵のふらつきを防止できる。

さらに、操舵角θがθ＜−θ１、またはθ１＜θとなる前には、操舵反力がある程度生じているので、操舵角θがθ＜−θ１、またはθ１＜θとなる前後における伝達トルクの急峻な変化を防止でき、入力トルクに等しい反作用としての反力トルクを滑らかに上昇できる。したがって、運転者に無用なトルク変動を与えず、路面状態・車両挙動等の運転者が必要とする情報のみを伝えることができる。その結果、操舵角θがゼロである操舵中立付近での操舵のふらつきがなくなり、操舵部材２から得られる操舵装置１の安定感を向上できる。

また、操舵部材２を操舵中立状態から急操舵したときには、内軸１０外軸１１の間の各樹脂棒４１，４２，４３が圧縮されつつ、内軸１０の雄セレーション２７と外軸１１の雌セレーション２９とが互いに接触することとなる。このとき、各樹脂棒４１，４２，４３が緩衝作用を発揮する。これにより、各セレーション２７，２９の剛的な接触による噛み合い音を抑制できる。

以上より、操舵感、耐久性および静粛性に優れた車両用操舵装置１を実現できる。
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、各樹脂棒４１，４２，４３の溝５０は、径方向Ｒの内方に開放されるようにしてもよい。また、各樹脂棒４１，４２，４３の円弧面５４のうち、長手方向Ｌの中間部をより大きく切り欠くことで、外軸１１との接触面積をより少なくしてもよい。これにより、各樹脂棒４１，４２，４３と外軸１１との接触面積を少なくできる。その結果、内軸１０および外軸１１が相対摺動するときの摺動抵抗をより低減でき、テレスコピック調整をより少ない力でスムーズに行うことができる。また、この切り欠きの長さを適宜設定することにより、両軸１０，１１間の摺動抵抗を所望の値にできる。

また、樹脂体３９を外軸１１に固定してもよい。
さらに、各上記実施の形態において、連結部に連結されない単品の樹脂棒を用いてもよい。
また、セレーション２５に代えて、スプラインを設けてもよい。この場合、スプラインの雄スプラインは、内軸１０の外周面２６に形成され、雌スプラインは、外軸１１の内周面２８に形成される。

また、内軸１０と外軸１１の相対向する軸方向溝は、４対以上設けられていてもよい。
さらに、電動モータで操舵軸に操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置や、油圧シリンダでラック軸に操舵補助力を付与する油圧パワーステアリング装置等のパワーステアリング装置に、本発明を適用することができる。
この場合、操舵補助力の付与が開始される操舵角θの絶対値は、上記所定の操舵角θ１に相当するように設定される。すなわち、操舵角θが−θ１≦θ≦θ１である領域は、操舵部材２の操舵にかかわらず操舵補助力が生じない、いわゆる不感帯領域とされる。操舵補助力が付与されない程度の微小な操舵角（不感帯領域）のとき、各樹脂棒を介して、内軸１０と外軸１１との間でトルクが伝達される。

また、本発明を、操舵部材と舵取り機構との間に配置される中間軸等、他の車両操舵用操舵軸に適用してもよい。

本発明の一実施の形態にかかる車両操舵用伸縮軸を備える車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 操舵軸の要部の分解斜視図である。 操舵軸の要部の断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図４の要部の拡大図である。 内軸と外軸との間にトルクが作用している状態を示す要部の断面図である。 両軸が中折れとなるように嵌合したときの要部の模式図である。 内軸および外軸が真直ぐに並んだ状態を示す要部の側面図である。 操舵部材をロックトゥロックで比較的素早く往復回転させたときの、操舵角と操舵部材に生じるトルクとの関係を示すグラフである。 比較例における、操舵角と操舵部材に生じるトルクとの関係を示すグラフである。 操舵角と操舵部材に生じるトルク（操舵軸のねじれ）との関係を示すグラフである。

符号の説明

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…操舵軸（車両操舵用伸縮軸）、１０…内軸、１１…外軸、２５…セレーション（剛性連結要素）、２６…（内軸の）外周面、２７…雄セレーション（雄歯）、２８…（外軸の）内周面、２９…雌セレーション（雌歯）、３１，３２，３３，３４，３５，３６…軸方向溝、４１，４２，４３…樹脂棒、５０…溝、８１…第１の接触点、８２…第２の接触点、８３…第３の接触点、８４…第４の接触点、Ｃ…周方向、Ｄ…ピッチ円、Ｅ１…第１のライン（第１および第４の接触点を結ぶライン）、Ｅ２…第２のライン（第２および第３の接触点を結ぶライン）、Ｆ…交点、Ｈ１…第１の接触角、Ｈ２…第２の接触角、Ｈ３…第３の接触角、Ｈ４…第４の接触角、Ｓ…軸方向。

Claims (4)

1. 操舵部材の操舵に応じて回転する車両操舵用伸縮軸において、
   軸方向に相対摺動可能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、
   内軸の外周面に形成された複数の雄歯、および外軸の内周面に形成された複数の雌歯を含み、両軸の相対位相が所定範囲を超えたときに、雄歯と雌歯との噛合により両軸を周方向に剛的に連結する剛性連結要素と、
   内軸の外周面および外軸の内周面のそれぞれに形成されて互いに対向する少なくとも三対の軸方向溝と、
   上記対をなす軸方向溝間のそれぞれに４点接触状態で介在し、内軸および外軸の相対位相が所定範囲内のときに、両軸の一方を他方に対して周方向に浮動状に支持する複数の弾性連結要素としての長尺の樹脂棒と、を含み、
   内軸の軸方向に沿って見たとき、各上記樹脂棒は、内軸の軸方向溝に対して第１および第２の接触点で２点接触し、外軸の軸方向溝に対して第３および第４の接触点で２点接触し、
   上記内軸の軸方向に沿って見たとき、上記第１および第４の接触点を結ぶラインと、第２および第３の接触点を結ぶラインとの交点は、上記雄歯と雌歯との噛合いのピッチ円上に配置されていることを特徴とする車両操舵用伸縮軸。
2. 請求項１において、各上記樹脂棒は、断面Ｕ字形形状をなしており、内軸の径方向一方に開放された溝を含むことを特徴とする車両操舵用伸縮軸。
3. 請求項１または２において、上記内軸の軸方向に沿って見て、上記第１の接触点における内軸の軸方向溝と樹脂棒との接触角が、上記第４の接触点における外軸の軸方向溝と樹脂棒との接触角と等しくされており、且つ、上記第２の接触点における内軸の軸方向溝と樹脂棒との接触角が、上記第３の接触点における外軸の軸方向溝と樹脂棒との接触角と等しくされていることを特徴とする車両操舵用伸縮軸。
4. 操舵部材の操舵に応じて回転する請求項１〜３の何れか１項に記載の車両操舵用伸縮軸を備えることを特徴とする車両用操舵装置。

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