JP3800132B2 - 車両ステアリング用伸縮軸 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安定した摺動荷重を実現すると共に、回転方向ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達でき、しかも、球状転動体の圧痕の付着を防止できる車両ステアリング用伸縮軸に関する。
【０００２】
【関連の技術】
車両用ステアリングシャフトにおいて、雄軸と雌軸を回転不能に且つ摺動自在にスプライン嵌合した伸縮軸を用いているが、安定した摺動荷重を実現すると共に、ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達できる構造が要求されている。
【０００３】
例えば、本出願人は、特願２００１−３０４９２５号の出願において、これらを満足できるように、球状転動体（ボール）や摺動体（ニードルローラ）を用いた伸縮軸を提案している。図７乃至図１０を参照しつつ具体的に説明する。
【０００４】
図７（ａ）は、本発明の第１実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の側面図であり、図７（ｂ）は、その斜視図である。図８は、図７（ａ）のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。図９は、図７に示した伸縮軸の雄軸と雌軸を分離した状態の斜視図である。図１０（ａ）（ｂ）は、夫々、板バネの実施例の平面図であり、図１０（ｃ）は、図７に示した車両ステアリング用伸縮軸の分解斜視図である。
【０００５】
図７に示すように、車両ステアリング用伸縮軸（以後、伸縮軸と記す）は、相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した雄軸１と雌軸２とからなる。
【０００６】
図８に示すように、雄軸１の外周面には、周方向に１２０度間隔で等配した３個の略円弧状の軸方向溝３，４が延在して形成してある。雌軸２の内周面にも、周方向に１２０度間隔で等配した３個の略円弧状の軸方向溝５，６が延在して形成してある。
【０００７】
雄軸１の略円弧状の軸方向溝３と、雌軸２の略円弧状の軸方向溝５との間に、予圧用の波形形状の板バネ９を介して、複数個のボール７（球状転動体）が転動自在に嵌合してある。なお、雄軸１の軸方向溝３の両側には、この板バネ９を係止するための段部３ａが形成してある。
【０００８】
雄軸１の２個の略円弧状の軸方向溝４と、雌軸２の２個の略円弧状の軸方向溝６との間には、夫々、２個のニードルローラー８（摺動体）が摺動自在に嵌合してある。
【０００９】
板バネ９は、トルク非伝達時には、ボール７とニードルローラー８を雌軸２に対してガタ付きのない程度に予圧する一方、トルク伝達時には、弾性変形してボール７を雌軸２の間で周方向に拘束する働きをするようになっている。
【００１０】
なお、図１０（ｃ）に示すように、２個のニードルローラー８と板バネ９の両端部が位置する雄軸１の部位には、２個の周方向溝１０が形成してある。また、図１０（ａ）に示すように、板バネ９の軸方向の両端部には、突起９ａが形成してある。これらにより、図９に示すように、周方向溝１０に、２個の止め輪１１を嵌め合わせ、２個のニードルローラー８を軸方向に固定していると共に、板バネ９の突起９ａを係止して板バネ９を軸方向に固定している。なお、板バネ９の軸方向の両端部に形成した突起は、図１０（ｂ）に符号９ｂで示すような形状であってもよい。
【００１１】
また、複数個のボール７は、保持器１２により保持してあり、ボール７と保持器１２は、摺動時、止め輪１１により、軸方向の移動を規制されるようになっている。
【００１２】
さらに、図８に示すように、板バネ９は、その両端部の凹部９ｃで雄軸１の軸方向溝３の両側の段部３ａに係止してあり、これにより、トルク伝達時、板バネ９全体が周方向に移動できないようになっている。
【００１３】
以上のように構成した伸縮軸では、トルク非伝達時には、「転がり用」と「滑り用」の２種類のボール７とニードルローラー８を用いていると共に、板バネ９により、ボール７を雌軸２に対してガタ付きのない程度に予圧しているため、雄軸１と雌軸２の間のガタ付きを確実に防止することができると共に、雄軸１と雌軸２は、ガタ付きのない安定した摺動荷重で軸方向に摺動することができる。
【００１４】
トルク伝達時には、図８に示すように、雄軸１と雌軸２の間に介装されている２列のニードルローラー８が主なトルク伝達の役割を果たす。例えば、雄軸１からトルクが入力された場合、初期の段階では、板バネ９の予圧がかかっているため、ガタ付きはなく、板バネ９がトルクに対する反力を発生させてトルクを伝達する。この時は、雄軸１・板バネ９・ボール７・雌軸２間のトルク伝達荷重と、雄軸１・ニードルローラー８・雌軸２間のトルク伝達荷重がつりあった状態で全体的なトルク伝達がされる。
【００１５】
さらにトルクが増大していくと、図８に示すように、雄軸１・ニードルローラー８・雌軸２間の回転方向の隙間は、雄軸１・板バネ９・ボール７・雌軸２間の隙間に比べて、小さく設定してあるため、ニードルローラー８は、ボール７に比べて、強く反力を受けて、ニードルローラー８が主にトルクを雌軸２に伝える。そのため、雄軸１と雌軸２の回転方向ガタを確実に防止するとともに、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００１６】
更に過大なトルクが入力された場合も、同様に、ニードルローラー８は、ボール７に比べて、強く反力を受けて、ニードルローラー８が主にトルクを雌軸２に伝える。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示すように、更に過大なトルクが入力された場合、板バネ９を介してボール７を配置した一対の軸方向溝３，５にあっては、過大なトルクがボール７にも作用することがあり、ボール７と雌軸２の軸方向溝５の間、及びボール７と板バネ９との間にも、過大な荷重がかかる。
【００１８】
その結果、雌軸２の軸方向溝５の内周面、及び板バネ９の表面は、ボール７の点接触（点圧接）により、局部的に面圧が上昇し、これら雌軸２の軸方向溝５の内周面、及び板バネ９の表面には、ボール７の圧痕が付着し、この圧痕により、摺動性能の劣化を招来するといった虞れがある。
【００１９】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、安定した摺動荷重を実現すると共に、回転方向ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達でき、しかも、球状転動体の圧痕の付着を防止できる車両ステアリング用伸縮軸を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸は、車両のステアリングシャフトに組込み、雄軸と雌軸を回転不能に且つ摺動自在に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸において、
前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面に形成した少なくとも一対の軸方向溝の間に、予圧用の弾性体を介して、転動体を介装すると共に、
当該一対の軸方向溝の間に、摺動体をも介装したことを特徴とする。
【００２１】
このように、本発明によれば、雄軸の外周面と雌軸の内周面に形成した少なくとも一対の軸方向溝の間に、予圧用の弾性体を介して、転動体を介装すると共に、当該一対の軸方向溝の間に、摺動体をも介装している。
【００２２】
過大なトルクが入力された場合、予圧用の弾性体を介装した球状転動体が配置してある一対の軸方向溝においては、転動体だけでなく、摺動体をも配置してあるため、過大なトルクは、その大部分が摺動体に作用し、転動体には殆ど作用しない。
【００２３】
従って、摺動体は、線接触により過大なトルク負荷を受け、転動体は、殆どトルク負荷を受けないことから、従来のような転動体の点接触（点圧接）による局部的な面圧上昇がなく、転動体の圧痕の付着を防止することができ、圧痕による摺動性能の劣化を招来するといったこともない。
【００２４】
このようなことから、トルク伝達時、雄軸と雌軸の間の回転方向ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００２５】
本発明の車両ステアリング用伸縮軸は、好ましくは前記雄軸又は前記雌軸にトルクが付加されていない時、前記いずれか一方の軸方向溝と、前記摺動体との間に、微小な隙間が存在する構成とすることができる。
【００２６】
また、本発明の車両ステアリング用伸縮軸は、好ましくは前記転動体は、球状の転動体とすることができる。
【００２７】
さらにまた、本発明の車両ステアリング用伸縮軸において、好ましくは前記摺動体は、ニードルローラーとすることができる。。
【００２８】
本発明の車両ステアリング用伸縮軸において、好ましくは前記弾性体は、板バネとすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸を図面を参照しつつ説明する。
【００３０】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の分解斜視図である。図２は、図１に示した車両ステアリング用伸縮軸の縦断面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った横断面図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った横断面図である。
【００３１】
図１に示すように、車両ステアリング用伸縮軸（以後、伸縮軸と記す）は、相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した雄軸１と雌軸２とからなる。
【００３２】
図２に示すように、雄軸１の外周面には、周方向に１２０度間隔で等配した３個の略円弧状の軸方向溝３，４が延在して形成してある。雌軸２の内周面にも、周方向に１２０度間隔で等配した３個の略円弧状の軸方向溝５，６が延在して形成してある。
【００３３】
雄軸１の略円弧状の軸方向溝３と、雌軸２の略円弧状の軸方向溝５との間に、予圧用の波形形状の板バネ９を介して、複数個のボール７（球状転動体）が転動自在に嵌合してある。なお、雄軸１の軸方向溝３の両側には、この板バネ９を係止するための段部３ａが形成してある。
【００３４】
雄軸１の２個の略円弧状の軸方向溝４と、雌軸２の２個の略円弧状の軸方向溝６との間には、夫々、２個のニードルローラー８（摺動体）が摺動自在に嵌合してある。
【００３５】
板バネ９は、トルク非伝達時には、ボール７とニードルローラー８を雌軸２に対してガタ付きのない程度に予圧する一方、トルク伝達時には、弾性変形してボール７を雌軸２の間で周方向に拘束する働きをするようになっている。
【００３６】
本実施の形態では、雄軸１の略円弧状の軸方向溝３と、雌軸２の略円弧状の軸方向溝５との間に、短い１個のニードルローラー２０（摺動体）が摺動自在に嵌合してある。
【００３７】
図４に示すように、雄軸１又は雌軸２にトルクが付加されていない時、雌軸２の略円弧状の軸方向溝５と、ニードルローラー２０との間には、微小な回転方向の隙間（ΔＲ）が存在している。
【００３８】
しかも、この雄軸１・ニードルローラー２０・雌軸２間の回転方向の隙間（ΔＲ）は、雄軸１・板バネ９・ボール７・雌軸２間の隙間（ΔＢ）に比べて、小さく設定してある。
【００３９】
なお、図１に示すように、ニードルローラー８の両端部、及びニードルローラー２０の一端部が位置する雄軸１の部位には、２個の周方向溝１０が形成してある。これにより、図２に示すように、周方向溝１０に、２個の止め輪１１を嵌め合わせ、２個のニードルローラー８を軸方向に固定している。
【００４０】
さらに、図３に示すように、板バネ９は、その両端部の凹部９ｃで雄軸１の軸方向溝３の両側の段部３ａに係止してあり、これにより、トルク伝達時、板バネ９全体が周方向に移動できないようになっている。
【００４１】
以上のように構成した伸縮軸では、トルク非伝達時には、「転がり用」と「滑り用」の２種類のボール７とニードルローラー８を用いていると共に、板バネ９により、ボール７を雌軸２に対してガタ付きのない程度に予圧しているため、雄軸１と雌軸２の間のガタ付きを確実に防止することができると共に、雄軸１と雌軸２は、ガタ付きのない安定した摺動荷重で軸方向に摺動することができる。
【００４２】
トルク伝達時には、図３及び図４に示すように、雄軸１と雌軸２の間に介装されている２列のニードルローラー８が主なトルク伝達の役割を果たす。例えば、雄軸１からトルクが入力された場合、初期の段階では、板バネ９の予圧がかかっているため、ガタ付きはなく、板バネ９がトルクに対する反力を発生させてトルクを伝達する。この時は、雄軸１・板バネ９・ボール７・雌軸２間のトルク伝達荷重と、雄軸１・ニードルローラー８・雌軸２間のトルク伝達荷重がつりあった状態で全体的なトルク伝達がされる。
【００４３】
さらにトルクが増大していくと、図３及び図４に示すように、雄軸１・ニードルローラー８・雌軸２間の回転方向の隙間は、雄軸１・板バネ９・ボール７・雌軸２間の隙間に比べて、小さく設定してあるため、ニードルローラー８は、ボール７に比べて、強く反力を受けて、ニードルローラー８が主にトルクを雌軸２に伝える。そのため、雄軸１と雌軸２の回転方向ガタを確実に防止するとともに、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００４４】
更に過大なトルクが入力された場合も、同様に、ニードルローラー８は、ボール７に比べて、強く反力を受けて、ニードルローラー８が主にトルクを雌軸２に伝える。
【００４５】
しかも、本実施の形態では、過大なトルクが入力された場合、図３及び図４に示すように、板バネ９を介装したボール７が配置してある一対の軸方向溝３，５においては、ボール７だけでなく、１個の短いニードルローラー２０をも配置してあり、さらに、雄軸１・ニードルローラー２０・雌軸２間の回転方向の隙間（ΔＲ）は、雄軸１・板バネ９・ボール７・雌軸２間の隙間（ΔＢ）に比べて、小さく設定してある。
【００４６】
そのため、過大なトルクが入力された場合、雄軸１・板バネ９・ボール７・雌軸２間の隙間（ΔＢ）が完全に無くなる前に、ニードルローラー２０が軸方向溝３，５に接触することができる。その結果、過大なトルクは、その大部分がニードルローラー２０に作用し、ボール７には殆ど作用しない。
【００４７】
従って、ニードルローラー２０は、線接触により過大なトルク負荷を受け、ボール７は、過大なトルク負荷を受けないことから、従来のようなボール７の点接触（点圧接）による局部的な面圧上昇がなく、ボール７の圧痕の付着を防止することができ、圧痕による摺動性能の劣化を招来するといったこともない。
【００４８】
このようなことから、トルク伝達時、雄軸と雌軸の間の回転方向ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【００４９】
（第２実施の形態）
図５は、本発明の第２実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の縦断面図である。
【００５０】
本第２実施の形態では、一対の軸方向溝３，５において、ボール７の両側に、夫々、２個の短いニードルローラー２０（摺動体）が配置してある。これにより、倒れ方向の荷重入力時にも耐える構造を提供することができる。その他の構成等は、上述した第１実施の形態と同様である。
【００５１】
（第３実施の形態）
図６は、本発明の第３実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の縦断面図である。
【００５２】
上記第２実施の形態では、ニボール７の両側に、夫々、２個の短いニードルローラー２０を配置してあいるため、ニードルローラー８は、軸方向に長くなってしまい、雄軸１や雌軸２がもともと有する曲がりや捩れ形状に摺動特性が左右されてしまう虞れがある。
【００５３】
そこで、本第３実施の形態では、ニードルローラー８を２分割して、ニードルローラー８ａ，８ｂとして配置することにより、上記の影響を抑えている。その他の構成等は、上述した第１実施の形態と同様である。
【００５４】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、雄軸の外周面と雌軸の内周面に形成した少なくとも一対の軸方向溝の間に、予圧用の弾性体を介して、転動体を介装すると共に、当該一対の軸方向溝の間に、摺動体をも介装している。
【００５６】
過大なトルクが入力された場合、予圧用の弾性体を介装した球状転動体が配置してある一対の軸方向溝においては、転動体だけでなく、摺動体をも配置してあるため、過大なトルクは、その大部分が摺動体に作用し、転動体には殆ど作用しない。
【００５７】
従って、摺動体は、線接触により過大なトルク負荷を受け、転動体は、殆どトルク負荷を受けないことから、従来のような転動体の点接触（点圧接）による局部的な面圧上昇がなく、転動体の圧痕の付着を防止することができ、圧痕による摺動性能の劣化を招来するといったこともない。
【００５８】
このようなことから、トルク伝達時、雄軸と雌軸の間の回転方向ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の分解斜視図である。
【図２】図１に示した車両ステアリング用伸縮軸の縦断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った横断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った横断面図である。
【図５】本発明の第２実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の縦断面図である。
【図６】本発明の第３実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の縦断面図である。
【図７】（ａ）は、特願２００１−３０４９２５号の出願の第１実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の側面図であり、（ｂ）は、その斜視図である。
【図８】図７（ａ）のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。
【図９】図７に示した伸縮軸の雄軸と雌軸を分離した状態の斜視図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）は、夫々、板バネの実施例の平面図であり、（ｃ）は、図７に示した伸縮軸の分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 雄軸
２ 雌軸
３，４ 軸方向溝
５，６ 軸方向溝
７ ボール（球状転動体）
８ ニードルローラー（摺動体）
９ 板バネ（弾性体）
１０ 周方向溝
１１ 止め輪
１２ 保持器
２０ ニードルローラー（摺動体）

Claims (5)

1. 車両のステアリングシャフトに組込み、雄軸と雌軸を回転不能に且つ摺動自在に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸において、
   前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面に形成した少なくとも一対の軸方向溝の間に、予圧用の弾性体を介して、転動体を介装すると共に、
   当該一対の軸方向溝の間に、摺動体をも介装したことを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸。
2. 前記雄軸又は前記雌軸にトルクが付加されていない時、前記いずれか一方の軸方向溝と、前記摺動体との間に、微小な隙間が存在することを特徴とする請求項１に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
3. 前記転動体は、球状の転動体からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
4. 前記摺動体は、ニードルローラーからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
5. 前記弾性体は、板バネからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の車両ステアリング用伸縮軸。

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