JP4032797B2

JP4032797B2 - 車両ステアリング用伸縮軸

Info

Publication number: JP4032797B2
Application number: JP2002100213A
Authority: JP
Inventors: 敦尾澤; 康久山田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-04-02
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2022-04-02
Also published as: JP2003291824A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両ステアリング用伸縮軸に関し、特にガタ付きを防止しながら、高剛性の状態で操舵トルクを伝達できる一方、比較的低い安定した摺動荷重により軸方向に摺動（伸縮）できる車両ステアリング用伸縮軸に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用ステアリング装置においては、ステアリングシャフトは、運転者の操舵トルクを確実にステアリングギヤに伝達するように、ステアリングシャフトのガタ付きを防止しながら、高剛性の状態で操舵トルクを伝達できる一方、車両の走行時に生起する軸方向の変位を吸収し、テレスコピック調整を可能にし、また、組立時にステアリングシャフトが伸縮できるように、比較的低い安定した摺動荷重により軸方向に摺動（伸縮）できるようになっている。
【０００３】
特開２００１−５０２９３号公報又はドイツ特許公開ＤＥ３７３０３９３Ａ１号公報においては、ステアリングシャフトは、回転不能且つ摺動自在に嵌合した雄軸と雌軸とからなり、雄軸の外周面と雌軸の内周面とに夫々形成した複数対の軸方向溝の間に、複数の球状転動体を介装し、しかも、弾性体により球状転動体を径方向に予圧していることが開示されている。
【０００４】
これにより、雄軸と雌軸からなる伸縮軸は、ガタ付きを防止しながら、高剛性の状態で操舵トルクを伝達する一方、比較的低い安定した雄軸と雌軸との摺動荷重により軸方向に摺動（伸縮）しようとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、操舵トルクの伝達時、球状転動体は、点接触で荷重を受けるため、高負荷に耐えられず、必ずしも高剛性の状態でトルクを伝達できないといったことがある。なお、高剛性にするため、弾性体（板バネ）による付勢力（予圧力）を大きくすると、雄軸と雌軸の夫々の複数対の軸方向溝の間に、複数の球状転動体を組み入れる作業が著しく煩雑となる。
【０００６】
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、ステアリングシャフトのガタ付きを防止しながら、高剛性の状態で操舵トルクを伝達できる一方、比較的低い安定した雄軸と雌軸の摺動荷重により軸方向に摺動（伸縮）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。
【０００７】
【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且つ摺動自在に構成した車両ステアリング用伸縮軸において、雄軸の外周面と雌軸の内周面とに夫々形成した少なくとも一対の軸方向溝の間に介装し、弾性体により径方向に予圧した少なくとも１個の球状転動体と、雄軸の外周面と雌軸の内周面との間に介装した少なくとも１個のコロ状転動体と、を具備し、前記球状転動体、前記弾性体および前記雄軸の外周面が前記雌軸の内周面に接触する前に前記コロ状転動体が前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面とに接触させるよう構成することにより、所定値よりも低い操舵トルクの伝達時には、前記弾性体を介して前記球状転動体が前記操舵トルクを伝達し、所定値以上の高い操舵トルクの伝達時には、前記球状転動体に加え、前記コロ状転動体も前記操舵トルクを伝達することを特徴とする。
【０００８】
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とに夫々形成した少なくとも一対の軸方向溝の間に介装し、弾性体により径方向に予圧した少なくとも１個の球状転動体に加えて、雄軸の外周面と雌軸の内周面との間に介装した少なくとも１個のコロ状転動体を具備している。そのため、低い操舵トルクの伝達時には、球状転動体が操舵トルクの伝達を分担するが、高い操舵トルクの伝達時には、コロ状転動体も操舵トルクの伝達を担当する。コロ状転動体は、線接触により負荷を受けることから、点接触時に比べ高負荷に耐えることができる。従って、球状転動体の負担をも軽減することができ、ステアリングシャフトのガタ付きを防止しながら、高剛性の状態で操舵トルクを伝達できる。
【００１０】
さらに、好適には、前記球状転動体と、前記コロ状転動体とは、その周方向の合計個数が偶数であり、周方向に交互に配置してあることを特徴とする。
【００１１】
また、好適には、前記球状転動体と、前記コロ状転動体とは、その周方向の合計個数が奇数であり、そのうちの少なくとも２個は前記球状転動体と前記コロ状転動体が隣同士に配置してあることを特徴とする。
【００１２】
【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。
【００１３】
（第１実施の形態）
図１（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１（ｂ）は、伸縮軸の雄軸と雌軸を分離した状態の斜視図である。図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。図３（ａ）は、板バネの平面図であり、図３（ｂ）は、他の例に係る板バネの平面図であり、図３（ｃ）は、図１に示した伸縮軸の分解斜視図である。
【００１４】
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。雄軸１と雌軸２は、夫々、六角形状に形成してある。
【００１５】
図２に示すように、雄軸１の外周面には、六角形のうち交互の三面に、周方向に１２０度間隔で等配した３個の軸方向溝３が延在して形成してある。
【００１６】
雌軸２の内周面にも、六角形のうち交互の三面に、周方向に１２０度間隔で等配した３個の軸方向溝４が延在して形成してある。
【００１７】
雄軸１の軸方向溝３と、雌軸２の軸方向溝４との間に、それぞれ、３組のボール５（転がり用球状転動体）が転動自在に嵌合してある。ボール５は、トルク伝達時のキーの役割を果たすと共に、雄軸１と雌軸２の摺動時に転がり接触の役割を果たすようになっている。
【００１８】
雌軸２の軸方向溝４は、溝の中心部を境にボール５の半径より大きい円弧を互いに向き合わせる形状に形成してある。また、雄軸１の軸方向溝３とボール５との間には、波形形状であって中央に窪みを有する板バネ６が介装してある。この板バネ６は、その両端部で雄軸１の軸方向溝３の両側の段部１０に係止してあり、これにより、トルク伝達時、周方向に板バネ６全体が移動しないようになっている。この板バネ６の中央の窪みの曲率半径は、ボール５の曲率半径より小さくしてあるため、板バネ６とボール５は図２の２点（Ｘ）で接触するようになっている。よってボール５は、軸方向溝４と図２中の点Ｘとがそれぞれ２点で接触するようになる。また、板バネ６は雄軸１の軸方向溝３の両縁部に、図２中の２点（Ｙ）で接触するようになっている。このような点Ｘ、点Ｙでそれぞれが２点接触する結果、板バネ６とボール５との間には微小間隔Ｚｘが存在し、板バネ６と軸方向溝３との間には微小間隔Ｚｙが存在する。この板バネ６は、トルク非伝達時には、ボール５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５を雄軸１と雌軸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。
【００１９】
また、本実施の形態では、トルクが０から雌軸２内径、球状転動体５、板バネ６および雄軸１外径とが接触するまでトルクを入力したときの球状転動体５の隙間変化量をΔ１、トルクが０から雌軸２内径、コロ状転動体７および雄軸１外径とが接触するまでトルクを入力したときのコロ状転動体７の隙間変化量をΔ２とするとき、Δ１＞Δ２に設定している。このように設定することによって、球状転動体５、板バネ６および雄軸１外径とが接触する前にコロ状転動体７が雄軸１および雌軸２と接触するため、トルクが０から所定のトルクに達するまで、球状転動体５は、コロ状転動体７より転がり抵抗が大きく、一方トルクが所定のトルク以上になると、球状転動体５は、コロ状転動体７より転がり抵抗が小さくなる。
【００２０】
なお、トルク非伝達時、ボール５は雄軸１の軸方向溝３の中央に位置し、板バネ６と軸方向溝３との間には微小間隔Ｚｙが存在している。また、トルク伝達時には、板バネ６とボール５の間における微小間隔Ｚｘと板バネ６と軸方向溝３の間における微小間隔Ｚｙとは小さくなっていくと共にコロ状転動体７の隙間も小さくなっていき、コロ状転動体が主に雄軸１、雌軸２の間で接触して高剛性の状態となる。
【００２１】
雄軸１と雌軸２の間であって、六角形のうち交互の三面に、３組のニードルローラー７（転がり用コロ状転動体）が転動自在に介装してある。これらニードルローラー７は、トルク伝達時のキーの役割を果たすと共に、雄軸１と雌軸２の摺動時に転がり接触の役割を果たすようになっている。各組のニードルローラー７は、夫々、保持器７ａにより保持してある。
【００２２】
なお、図３（ａ）に示すように、板バネ６の軸方向の両端部には、突起６ａが形成してあり、又、他の例として、図３（ｂ）に示すように、板バネ６の軸方向の中央端部には、突起６ｂが形成してある。雄軸１には、２個の周方向溝８が形成してある。これにより、周方向溝８に、２個の止め輪９を嵌め合わせて、板バネ６の突起６ａ（又は６ｂ）を係止して板バネ６を軸方向に固定して、ボール５を軸方向に固定している。
【００２３】
以上のように構成した伸縮軸では、低い操舵トルクの伝達時には、ボール５が操舵トルクの伝達を分担するが、高い操舵トルクの伝達時には、ニードルローラー７も操舵トルクの伝達を担当する。ニードルローラー７は、線接触により負荷を受けることから、点接触時のみと比べて高負荷に耐えることができる。従って、ボール５の負担をも軽減することができ、ステアリングシャフトのガタ付きを防止しながら、高剛性の状態で操舵トルクを伝達できる。
【００２４】
さらに、本実施の形態のように、ボール５とニードルローラー７を交互に配列した場合には、剛性を上げるために、ボール５のみの場合ほど予圧を上げる必要はない。これは、トルク入力時の負荷の大半は、ニードルローラー７で受け止めるためである。
【００２５】
また、操舵トルクが０から所定のトルクに達するまで、ボール５は、ニードルローラー７より転がり抵抗が大きく、操舵トルクが所定のトルク以上になると、ボール５は、ニードルローラー７より転がり抵抗が小さく設定してある。そのため、ボール５のみの場合より雄軸１の雌軸２への組み入れが容易である。
【００２６】
（第２実施の形態）
図４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断面図である。
【００２７】
本実施の形態では、ボール５のための保持器５ａが設けてある。その他の構成・作用は、上述した第１実施の形態と同様であり、同じ構成には同一符号を付し説明を省略する。
【００２８】
なお、保持器５ａは、分割してあるが、一体（環状）になったものであってもよい。
【００２９】
（第３実施の形態）
図５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断面図である。
【００３０】
本実施の形態では、雄軸１と雌軸２には、夫々、ニードルローラー１７のための軸方向溝１７ｂ，１７ｃが形成してある。その他の構成・作用は、上述した第１実施の形態と同様であり、同じ構成には同一符号を付し説明を省略する。
【００３１】
従って、低い操舵トルクの伝達時には、ボール５が操舵トルクの伝達を分担するが、高い操舵トルクの伝達時には、ニードルローラー１７も操舵トルクの伝達を担当し、ニードルローラー１７は、線接触により負荷を受けることから、点接触時のみと比べて高負荷に耐えることができる。従って、ボール５の負担をも軽減することができ、ステアリングシャフトのガタ付きを防止しながら、高剛性の状態で操舵トルクを伝達できる。
【００３２】
（第４実施の形態）
図６は、本発明の第４実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図である。
【００３３】
本実施の形態では、雄軸１１と雌軸１２とは、夫々、四角形に形成してある。その他の構成・作用は、上述した第１〜第３実施の形態と同様であり、同じ構成には同一符号を付し説明を省略する。
【００３４】
従って、低い操舵トルクの伝達時には、ボール５が操舵トルクの伝達を分担するが、高い操舵トルクの伝達時には、ニードルローラー７も操舵トルクの伝達を担当し、ニードルローラー７は、線接触により負荷を受けることから、点接触時のみと比べて高負荷に耐えることができる。従って、ボール５の負担をも軽減することができ、ステアリングシャフトのガタ付きを防止しながら、高剛性の状態で操舵トルクを伝達できる。
【００３５】
（第５実施の形態）
図７は、本発明の第５実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図である。
【００３６】
本実施の形態では、雄軸２１と雌軸２２とは、夫々、三角形に形成してあり、１組のボール５と、２組のニードルローラー７とを備えている。その他の構成・作用は、上述した第１〜第４実施の形態と同様であり、同じ構成には同一符号を付し説明を省略する。
【００３７】
従って、低い操舵トルクの伝達時には、ボール５が操舵トルクの伝達を分担するが、高い操舵トルクの伝達時には、ニードルローラー７も操舵トルクの伝達を担当し、ニードルローラー７は、線接触により負荷を受けることから、点接触時のみと比べて高負荷に耐えることができる。従って、ボール５の負担をも軽減することができ、ステアリングシャフトのガタ付きを防止しながら、高剛性の状態で操舵トルクを伝達できる。
【００３８】
（第６実施の形態）
図８は、本発明の第６実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図である。
【００３９】
本実施の形態では、雄軸２１と雌軸２２とは、夫々、三角形に形成してあり、２組のボール５と、１組のニードルローラー７とを備えている。その他の構成・作用は、上述した第５実施の形態と同様であり、同じ構成には同一符号を付し説明を省略する。
【００４０】
従って、低い操舵トルクの伝達時には、ボール５が操舵トルクの伝達を分担するが、高い操舵トルクの伝達時には、ニードルローラー７も操舵トルクの伝達を担当し、ニードルローラー７は、線接触により負荷を受けることから、点接触時のみと比べて高負荷に耐えることができる。従って、ボール５の負担をも軽減することができ、ステアリングシャフトのガタ付きを防止しながら、高剛性の状態で操舵トルクを伝達できる。
【００４１】
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。
【００４２】
【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とに夫々形成した少なくとも一対の軸方向溝の間に介装し、弾性体により径方向に予圧した少なくとも１個の球状転動体に加えて、雄軸の外周面と雌軸の内周面との間に介装した少なくとも１個のコロ状転動体を具備している。そのため、低い操舵トルクの伝達時には、球状転動体が操舵トルクの伝達を分担するが、高い操舵トルクの伝達時には、コロ状転動体も操舵トルクの伝達を担当し、コロ状転動体は、線接触により負荷を受けることから、点接触時のみと比べて高負荷に耐えることができる。従って、球状転動体の負担をも軽減することができ、ステアリングシャフトのガタ付きを防止しながら、高剛性の状態で操舵トルクを伝達できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（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、（ｂ）は、その斜視図である。
【図２】図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。
【図３】（ａ）は、板バネの平面図であり、（ｂ）は、他の例に係る板バネの平面図であり、（ｃ）は、図１に示した伸縮軸の分解斜視図である。
【図４】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断面図である。
【図５】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断面図である。
【図６】本発明の第４実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図である。
【図７】本発明の第５実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図である。
【図８】本発明の第６実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の断面図である。
【符号の説明】
１、１１、２１雄軸
２、１２、２２雌軸
３，４軸方向溝
５ボール（軸方向摺動時に転がる球状転動体）
６板バネ（弾性体）
７ニードルローラー（軸方向摺動時に転がるコロ状転動体）
７ａ保持機
８周方向溝
９止め輪
１０段部
１７ニードルローラー（軸方向摺動時に転がるコロ状転動体）
１７ｂ、１７ｃ軸方向溝

Claims

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且つ摺動自在に構成した車両ステアリング用伸縮軸において、
雄軸の外周面と雌軸の内周面とに夫々形成した少なくとも一対の軸方向溝の間に介装し、弾性体により径方向に予圧した少なくとも１個の球状転動体と、雄軸の外周面と雌軸の内周面との間に介装した少なくとも１個のコロ状転動体と、を具備し、前記球状転動体、前記弾性体および前記雄軸の外周面が前記雌軸の内周面に接触する前に前記コロ状転動体が前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面とに接触させるよう構成することにより、所定値よりも低い操舵トルクの伝達時には、前記弾性体を介して前記球状転動体が前記操舵トルクを伝達し、所定値以上の高い操舵トルクの伝達時には、前記球状転動体に加え、前記コロ状転動体も前記操舵トルクを伝達することを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸。
前記球状転動体と、前記コロ状転動体とは、その周方向の合計個数が偶数であり、周方向に交互に配置してあ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。
前記球状転動体と、前記コロ状転動体とは、その周方向の合計個数が奇数であり、そのうちの少なくとも２個は前記球状転動体と前記コロ状転動体が隣同士に配置してあ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。