JP3991967B2 - スプラインシャフト - Google Patents

Description

本発明は、内軸および外軸を転動体を介して軸方向に相対移動可能に且つトルク伝達可能に連結してなるスプラインシャフトに関する。

自動車のステアリング装置において、中間軸は、ステアリングシャフトとステアリングギアとの間に設けられ、ステアリングホイールに加わる回転操作力をステアリングギア側に伝達するものである。
一般に、中間軸としては、内軸および外軸に形成された対応する軌道溝間に、中間軸の軸方向に並ぶ列をなす複数のボールを介在させたボールスプライン構造を採用している。

通例、内軸および外軸を軸方向にスムーズに相対移動させるためには、軌道溝の内面とボールとの間に所定の隙間が必要であるが、この隙間が大きいと内軸と外軸との間の回転方向のガタが大きくなる。
そこで、上記の隙間を精度良く調整するためには、軌道の研磨が必要であった。また、内軸および外軸を軌道溝の寸法精度に応じて複数のグループに選別し、上記の所定の隙間精度を達成できるような内軸と外軸のグループを組み合わせて用いる、いわゆるマッチング組み立てを実施している。しかしながら、これらの場合、製造コストが高くなる。

そこで、例えば内軸の軌道溝を薄板その他の弾性部材で構成し、この弾性部材が転動体を外軸の軌道溝に付勢することが提案されている（例えば特許文献１，２および３）。
国際公開ＷＯ０３／０３１２５０Ａ１公報 特開２００１−５０２９３号公報 独国特許ＤＥ３７３０３９３Ｃ２公報

しかしながら、内軸又は外軸の一方側のみへの付勢であり、ガタ除去が不確実となる場合がある。また、軌道を構成するための弾性部材の精度管理が非常に困難であり、精度管理を厳密に行おうとすると製造コストが高くなる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、確実にガタを除去することができて耐久性に優れ且つ安価なスプラインシャフトを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、
本発明は、互いに嵌め合わされた外軸および内軸と、外軸および内軸の長手方向に延び互いに対向する軌道溝と、互いに対向する軌道溝間に形成された軌道路と、各軌道路に沿ってそれぞれ列をなす転動体とを備えるスプラインシャフトにおいて、各軌道路にそれぞれ沿って延び、各軌道路において列をなす転動体をそれぞれ保持する保持器と、各保持器を介して対応する列毎に転動体を内軸の径方向内方および径方向外方に交互に付勢する付勢手段とをさらに備えることを特徴とする。

この場合、付勢手段によって各保持器を介して転動体を内軸の径方向内方および径方向外方に交互に付勢することにより、外軸と内軸の径方向のガタを確実に除去することができ、耐久性を向上することができる。また、軌道は内軸、外軸自体に設ければ良く、軌道を薄板等の弾性部材に設ける場合と比較して、精度管理が容易であり、製造コストを安くすることができる。

上記付勢手段は環状弾性部材を含み、環状弾性部材は互いに隣接する保持器の外面および内面に交互に沿っていれば好ましい。この場合、簡単な構造により保持器を介して転動体を付勢することで、外軸と内軸の径方向のガタを除去することができる。
また、本発明は、互いに嵌め合わされた外軸および内軸と、外軸および内軸の長手方向に延び互いに対向する軌道溝と、互いに対向する軌道溝間に形成された軌道路と、各軌道路に沿ってそれぞれ列をなす転動体とを備えるスプラインシャフトにおいて、各軌道路にそれぞれ沿って延び、各軌道路において列をなす転動体をそれぞれ保持する保持器をさらに備え、各保持器は対応する軌道路で列をなす転動体を内軸の回転方向の一方および他方に交互に付勢する機能を有することを特徴とするものである。この場合、外軸と内軸の周方向のガタを除去することができる。

本発明では、各保持器は対応する軌道路で列をなす転動体の間をジグザグ状に縫うように延びる波形部材を含む場合がある。この場合、波形部材を用いる簡単な構造にて外軸および内軸の周方向のガタを除去することができる。
また、本発明では、各保持器は、対応する軌道路で列をなす転動体をそれぞれ保持する複数の保持孔を有する板を含み、各板の保持孔は、内軸の回転方向の一方および他方に交互に位置をずらしたジグザグ状に配置される場合がある。この場合、保持器を構成する板の保持孔の位置のレイアウトのみの簡単な構造にて、外軸および内軸の周方向のガタを除去することができる。

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、本発明の一実施形態に係るスプラインシャフトが中間軸に適用されたステアリング装置の模式図であり、図２はスプラインシャフトの要部の断面図である。
図１を参照して、ステアリング装置１は、一端に図示しないステアリングホイール等の操舵部材２が固定されたステアリングシャフト３、このステアリングシャフト３と自在継手４を介して一体回転可能に連結されたスプラインシャフトとしての中間軸５と、この中間軸５と自在継手６を介して一体回転可能に連結されたピニオン軸７と、このピニオン軸７に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック８ａを有して車両の左右方向に延びるラック軸８とを有している。

ラック軸８の両端部にはそれぞれタイロッド９が結合されており、各タイロッド９は対応するナックルアーム１０を介して対応する操向輪１１に連結されている。
ラック軸８は図示しない軸受を介してハウジング１２により軸方向に移動自在に支持されている。ピニオン軸７、ラック軸８、タイロッド９、ナックルアーム１０および操向輪１１を含んで舵取り機構Ａが構成されている。

操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン７ａおよびラック８ａによって、車両の左右方向に沿ってのラック軸８の直線運動に変換される。これにより、操向輪１１の転舵が達成される。
中間軸５は筒状の外軸１３とこの外軸１３に遊びを有して嵌め合わされる内軸１４とを備える。外軸１３と内軸１４は、複数列の転動体としてのボール１５を介して軸方向Ｘに相対移動可能に且つトルク伝達可能に接続されている。

図２を参照して、外軸１３の内周および内軸１４の外周にはそれぞれ軸方向に延びる軌道溝１６，１７が形成されている。図示していないが、外軸１３の軌道溝１６および内軸１４の軌道溝１７は互いに同数が周方向の等間隔に配置され、互いに対向する。外軸１３と内軸１４の互いに対向する軌道溝１６，１７間に軌道路１８が区画される。各軌道路１８には、上記のボール１５が軸方向に並ぶ１つの列をなして介在する。図５を参照して、各軌道溝１６，１７の断面はボール１５の半径よりも僅かに大きい半径の円弧をなす。

再び図２を参照して、各列のボール１５はそれぞれ共通の保持器１９によって対応する軌道路１８に一括して保持されている。図３および図４に示すように、保持器１９は、例えば合成樹脂製であり、断面円弧状をなして軸方向Ｘに沿って延びる長尺の板部材からなる。図３に示すように、保持器１９は長手方向に沿って所定間隔毎に並ぶ、ボール１５のための保持孔２０を形成している。

また、隣接する保持器１９の長手方向の中間部は弾性変形可能な連接部２１を介して接続され、これにより、複数の保持器１９および複数の連接部２１によって環状のユニットＵが形成されている。保持器１９と連接部２１は一体の合成樹脂にて成形されていることが好ましい。
本実施の形態の特徴とするところは、図４に示すように、隣接する保持器１９を内軸の径方向内方Ｙおよび径方向外方Ｚに交互に付勢するための付勢手段としての環状弾性部材２２を設けた点にある。具体的には、環状弾性部材２２は、Ｃ形形状をなす金属製の輪バネ（スナップリング）からなり、開口端２２ａ，２２ｂを有している。環状弾性部材２２は、互いに隣接する保持器１９の外面１９ａおよび内面１９ｂに交互に沿っている。

本実施の形態によれば、図５に示すように、環状弾性部材２２によって各保持器１９を介してボール１５を内軸１４の径方向内方Ｙ（すなわち軌道溝１７側）および径方向外方Ｚ（すなわち軌道溝１６側）に交互に付勢することにより、外軸１３と内軸１４の径方向のガタを確実に除去することができ、耐久性を向上することができる。
また、軌道溝１６，１７の研磨仕上げが等が不要となり、製造コストを安くすることができる。さらに、軌道は外軸１３および内軸１４に直接設ければ良く、軌道を薄板等の弾性部材に設ける場合と比較して、精度管理が容易であり、この点からも製造コストを安くすることができる。

また、環状弾性部材２２を隣接する保持器１９の外面１９ａおよび内面１９ｂに交互に沿わせる簡単な構造により保持器１９を介してボール１５を径方向の双方向に交互に付勢することができて好ましい。
なお、環状弾性部材２２としてＯリングを用いることもできる。また、図６に示すように、保持器１９の外面１９ａおよび内面１９ｂには、環状弾性部材２２を嵌め合わせることのできる溝２３を設けておくことが好ましい。

本実施の形態では、保持器１９を合成樹脂製とし、金属製の輪バネからなる環状弾性部材２２を用いたが、保持器１９を金属製とする場合には、保持器１９に連なる連接部２１を板ばねとして機能させ、連接部２１の曲げ弾性によって付勢力を得るようにしても良い。この場合、環状弾性部材を廃止することもできる。
次いで、図７は本発明の別の実施の形態を示している。図７を参照して、本実施の形態の特徴とするところは、各保持器２４が対応する軌道路１８で列をなすボール１５を内軸１４の回転方向の一方Ｒ１および他方Ｒ２に交互に付勢する機能を有する点にある。

具体的には、各保持器２４は対応する軌道路１８で列をなすボール１５の間をジグザグ状に縫うように延びる波形部材からなる。すなわち、保持器２４はボール１５のための抱持部２５（いわゆるポケットに相当）を回転方向に関して交互の逆向きに形成している。 本実施の形態では、波形部材からなる保持器２４を用いる簡単な構造にて外軸１３および内軸１４の回転方向のガタを確実に除去することができる。また、軌道は外軸１３および内軸１４に直接設ければ良く、軌道溝１６，１７の研磨仕上げが等も不要にできるので、製造コストを安くすることができる。

なお、保持器２４を構成する波形部材の端部は波形のピッチを狭ピッチとしており、保持器２４が軌道路１８の端面に衝突するときの衝撃を和らげるための緩衝部２６となっている。
次いで、図８は本発明のさらに別の実施の形態を示している。本実施の形態では、各保持器２７は、対応する軌道路１８で列をなすボール１５をそれぞれ保持する複数の保持孔２８を有する板からなる。板からなる保持器２７の保持孔２８は、内軸１４の回転方向の一方Ｒ１および他方Ｒ２に交互に位置をずらしたジグザグ状に配置され、対応するボール１５を内軸１４の回転方向の一方Ｒ１および他方Ｒ２に交互に付勢する。

本実施の形態によれば、保持器２７を構成する板の保持孔２８の位置のレイアウトのみの簡単な構造にて、外軸１３および内軸１４の回転方向のガタを除去することができる。また、軌道は外軸１３および内軸１４に直接設ければ良く、軌道溝１６，１７の研磨仕上げが等も不要にできるので、製造コストを安くすることができる。
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲で種々の変更を施すことができる。

本発明の一実施の形態のスプラインシャフトが中間軸に適用されたステアリング装置の模式図である。 スプラインシャフトとしての中間軸の断面図である。 保持器を含むユニットの概略斜視図である。 保持器を含むユニットによってボールを保持した状態を示す概略側面図である。 中間軸の要部の断面図である。 保持器の変更例の断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態のスプラインシャフトの保持器および内軸の分解斜視図である。 本発明のさらに別の実施の形態のスプラインシャフトの保持器および内軸の分解斜視図である。

符号の説明

１ ステアリング装置
２ 操舵部材
３ ステアリングシャフト
５ 中間軸（スプラインシャフト）
７ ピニオン軸
８ ラック軸
１３ 外軸
１４ 内軸
１５ ボール（転動体）
１６，１７ 軌道溝
１８ 軌道路
１９ 保持器
１９ａ 外面
１９ｂ 内面
２０ 保持孔
２１ 連接部
２２ 環状弾性部材（付勢手段）
２３ 溝
２４ 保持器
２５ 抱持部
２６ 緩衝部
２７ 保持器
２８ 保持孔
Ｘ 軸方向
Ｙ 径方向内方
Ｚ 径方向外方
Ｒ１ 回転方向の一方
Ｒ２ 回転方向の他方

Claims (5)

1. 互いに嵌め合わされた外軸および内軸と、外軸および内軸の長手方向に延び互いに対向する軌道溝と、互いに対向する軌道溝間に形成された軌道路と、各軌道路に沿ってそれぞれ列をなす転動体とを備えるスプラインシャフトにおいて、
   各軌道路にそれぞれ沿って延び、各軌道路においてそれぞれ列をなす転動体を保持する保持器と、
   各保持器を介して対応する列毎に転動体を内軸の径方向内方および径方向外方に交互に付勢する付勢手段とをさらに備えることを特徴とするスプラインシャフト。
2. 請求項１において、上記付勢手段は環状弾性部材を含み、環状弾性部材は互いに隣接する保持器の外面および内面に交互に沿うことを特徴とするスプラインシャフト。
3. 互いに嵌め合わされた外軸および内軸と、外軸および内軸の長手方向に延び互いに対向する軌道溝と、互いに対向する軌道溝間に形成された軌道路と、各軌道路に沿ってそれぞれ列をなす転動体とを備えるスプラインシャフトにおいて、
   各軌道路にそれぞれ沿って延び、各軌道路においてそれぞれ列をなす転動体を保持する保持器をさらに備え、
   各保持器は対応する軌道路で列をなす転動体を内軸の回転方向の一方および他方に交互に付勢する機能を有することを特徴とするスプラインシャフト。
4. 請求項３において、各保持器は対応する軌道路で列をなす転動体の間をジグザグ状に縫うように延びる波形部材を含むことを特徴とするスプラインシャフト。
5. 請求項３において、各保持器は、対応する軌道路で列をなす転動体をそれぞれ保持する複数の保持孔を有する板を含み、各板の保持孔は、内軸の回転方向の一方および他方に交互に位置をずらしたジグザグ状に配置されることを特徴とするスプラインシャフト。

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