JP4921762B2 - 伸縮自在シャフトおよび車両操舵用伸縮自在シャフト - Google Patents

Description

本発明は伸縮自在シャフトおよびこれを用いた車両操舵用伸縮自在シャフトに関するものである。

上記の伸縮自在シャフトは、例えば自動車のステアリングシャフトとして用いられる。 また、伸縮自在シャフトは、例えば自動車のステアリングシャフトとラックアンドピニオン機構等の舵取り機構とを接続するインターミディエイトシャフトとして用いられる。この場合、伸縮機能は、車両走行時のステアリングギヤとコラムの相対変位を吸収するためのインターミディエイトシャフトの長さ調整、あるいは、組付時のインターミディエイトシャフトの長さ調整に用いられる。

この種の伸縮自在シャフトにおいて、内軸および筒状の外軸の対応する軸方向溝間に複数の転動自在なボールを介在させて、両軸を嵌合させる伸縮自在シャフトが提案されている（例えば特許文献１）。
特開２００１−５０２９３号公報

伸縮自在シャフトが伸長するときには、軸方向溝内でのボールの転動を伴って内軸と外軸が軸方向に相対移動する。このため、転動したボールが軸方向溝から脱落しないように、伸縮自在シャフトの伸長および収縮の双方に関してそれぞれボールの移動を規制するためのストッパが必要となる。このストッパを各軸に、ないしは双方の軸に取り付けてスナップリング等で位置決めする場合、構造が複雑となり、また、製造コストが高くなるという問題がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、構造が簡単で安価な伸縮自在シャフトおよび車両操舵用伸縮自在シャフト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、軸方向（Ｘ１）に相対移動自在に且つ互いにトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸（１２）および筒状の外軸（１３）と、上記内軸（１２）の外周（１２ａ）および外軸（１３）の内周（１３ａ）にそれぞれ形成され、互いに対向する軸方向溝（１５；１６）と、これら互いに対向する軸方向溝（１５；１６）の間に、軸方向（Ｘ１）に並ぶ列をなし且つ内軸（１２）および外軸（１３）の間にトルクを伝達可能な転動体（１４）と、これらの転動体（１４）を保持しこれらの転動体（１４）と軸方向に同行移動可能な保持部材（１７）と、この保持部材（１７）の端部に設けられ、内軸（１２）の端面（１２１）と対向する対向部（３３）とを備え、この対向部（３３）が当該伸縮自在シャフトの収縮に伴って内軸（１２）の端面（１２１）に当接することにより、上記列をなす転動体（１４）の軸方向移動を規制するようにしてあり、上記内軸（１２）の端面（１２１）に設けられ軸方向に突出する突部（２７）と、この突部（２７）の外周（２７ａ）に嵌め合わされ保持され、当該伸縮自在シャフトの伸長に伴って上記列をなす転動体（１４）の軸方向移動を規制するプッシュナット（２８）とを備える伸縮自在シャフトを提供する。

本発明では、当該伸縮自在シャフトの収縮に伴って、上記保持部材の端部の対向部が内軸の端面に当接することにより、保持部材の移動を規制し、これにより、転動体の軸方向移動を規制する。内軸の端面自体がストッパとして働くので、収縮のときのストッパを内軸の外周に取り付けて固定する従来の場合と比較して、構造を簡素化することができ、また組立工数を削減することができる。その結果、製造コストを安価にすることができる。 また、上記内軸の端面に設けられ軸方向に突出する突部と、この突部の外周に嵌め合わされ保持され、当該伸縮自在シャフトの伸長に伴って上記列をなす転動体の軸方向移動を規制するプッシュナットとを備えているので、汎用性のあるプッシュナットを内軸の端部の突部に単に押し嵌めるだけでよい。伸長のときのストッパ機構の構造を簡素化でき、組立工数を削減することができる。

また、本発明において、上記互いに対向する軸方向溝（１５；１６）が複数対設けられ、上記保持部材（１７）は、各対の軸方向溝（１５；１６）にそれぞれ配置されて各対の軸方向溝（１５；１６）の転動体（１４）をそれぞれ保持する複数の保持部（３０）と、これらの保持部（３０）の端部間を互いに接続する接続部（３１）とを含む場合がある。この場合、複数の保持部を接続部で接続して一体的なユニットを提供できるので、部品点数をより削減することができ、且つより組み立て易くなる。

また、上記の伸縮自在シャフトを、操舵部材の操舵トルクを伝達する車両操舵用伸縮自在シャフトに適用すれば好ましい。
なお、上記において、括弧内の数字は、後述する実施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の伸縮自在シャフトが中間軸に適用された車両用操舵装置の概略構成図である。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に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結される伸縮自在シャフトとしての中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されるピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン歯７ａに噛み合うラック歯８ａを有して車両の幅方向に延びる転舵軸としてのラックバー８とを有している。ピニオン軸７およびラックバー８によりラックアンドピニオン機構によって操舵機構５０が提供されている。

本実施の形態では、伸縮自在シャフトを中間軸５に適用した場合に則して説明するが、本発明の伸縮自在シャフトをステアリングシャフト３に適用し、ステアリングシャフト３にテレスコピック調整機能や衝撃吸収機能を果たさせるようにしてもよい。
ラックバー８は車体に固定されるハウジング９内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー８の両端部はハウジング９の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１０Ａが結合されている。各タイロッド１０Ａは対応するナックルアーム１０Ｂを介して対応する操向輪１１に連結されている。

中間軸５は、アッパーシャフトとしての内軸１２と、ロワーシャフトとしての筒状の外軸１３とを軸方向Ｘ１に沿って摺動自在に且つトルク伝達要素としてのボール１４（転動体）を介してトルク伝達可能に嵌め合わせてなる。
次いで、中間軸５の断面図である図２、図２のIII −III 線に沿う断面図である図３、および中間軸５の概略分解斜視図である図４を参照して、中間軸５について詳細に説明する。

図２および図３に示すように、内軸１２の外周１２ａおよび外軸１３の内周１３ａには、軸方向Ｘ１に沿って延びる少なくとも一対の軸方向溝１５，１６が形成されている。本実施の形態では、図３に示すように、３対の軸方向溝１５，１６が形成されている場合に則して説明する。軸方向溝１５は内軸１２の周方向に等間隔に配置されているとともに、同様に軸方向溝１６は外軸１３の周方向に等間隔で配置されている。

互いに対をなす軸方向溝１５および軸方向溝１６は、両軸１２，１３の径方向に対向しており、互いに対をなす軸方向溝１５および軸方向溝１６の間には、上記トルク伝達要素としてのボール１４がそれぞれ介在している。ボール１４は図２に示すように、両軸１２，１３の軸方向に並ぶ列をなしており、列をなすボール１４は保持部材１７によって転動自在に且つ等間隔に保持されている。

内軸の軸方向溝１５には、ボール１４の軌道を形成するための長尺の薄板からなる弾性部材１８が保持されている。一方、外軸１３の軸方向溝１６には、ボール１４の軌道が直接形成されている。上記の弾性部材１８は、ボール１４を内軸１２の径方向外方に向けて、すなわち外軸１３の軸方向溝１６側に向けて付勢しており、これにより、ボール１４は内軸１２と外軸１３との間に弾性的に挟持されている。

図４に示すように、上記の弾性部材１８は、内軸１２の軸方向Ｘ１に沿って長く延びボール１４の軌道を形成する樋形状の板部材からなる本体１９と、この本体１９の第１の端部としての前端１９１から前方へ延設された一対の延設部２０と、これら一対の延設部２０の先端からそれぞれ折り曲げられた一対の第１の係合突起２１と、上記本体１９の第２の端部としての後端１９２から後方へ延設された延設部２２と、この延設部２２の先端から互いに対向する方向に分岐する一対の第２の係合突起２３とを備える。

本体１９は断面逆Ω字形形状をなし、軸方向溝１５の開口の一対の縁部１５ａ，１５ｂにそれぞれ係合する一対の鍔部１９ａ，１９ｂを有している。
延設部２２と一対の第２の係合突起２３とでＴ字形形状をなしており、これらの部分は内軸１２の外周１２ａに形成された凹部２４に嵌め合わされている。また、一対の第１の係合突起２１は内軸１２の端面１２１に係合している。これにより、弾性部材１８の内軸１２に対する軸方向移動が規制されている。

また、図３に示すように、内軸１２の外周１２ａには、内軸１２の周方向に隣り合う軸方向溝１５，１５間においてスプライン歯２５が形成され、外軸１３の内周１３ａには、外軸１３の周方向に隣り合う軸方向溝１６，１６間においてスプライン歯２６が形成されている。両スプライン歯２５，２６によって、伝達トルクが大きいときに内軸１２と外軸１３とを剛的に連結可能な剛性連結要素が提供されている。

本中間軸５では、内軸１２および外軸１３間に伝達トルクが負荷されていないときや、所定値以下の伝達トルクが負荷されているときには、弾性部材１８によって付勢されたボール１４を介して内軸１２および外軸１３が互いに周方向に弾性的に連結される。このとき、剛性連結要素としての両スプライン歯２５，２６は内軸１２および外軸１３を周方向に連結しておらず、内軸１２および外軸１３の軸方向の相対移動の抵抗が少なくなるようにしてある。また、ボール１４および弾性部材１８を含む弾性連結要素のみを介して両軸１２，１３間にトルクが伝達される。

一方、内軸１２および外軸１３間の伝達トルクが所定値を超えると、弾性部材１８の撓みを伴って内軸１２および外軸１３が微小量相対回転することにより内軸１２のスプライン歯２５と外軸１３のスプライン歯２６が互いに噛み合い、内軸１２と外軸１３とが周方向に関して剛的に連結される。このとき、ボール１４および弾性部材１８を含む弾性連結要素も両軸１２，１３間にトルクを伝達している。

図２および図４を参照して、内軸１２の端面１２１に、軸方向に突出する小径の突部２７が形成されている。この突部２７の外周２７ａにプッシュナット２８が嵌め合わされることにより、プッシュナット２８が内軸１２と軸方向Ｘ１に一体移動可能に保持されている。
プッシュナット２８は、例えば内周に、抜けにくくするための複数の放射状の切り込み２９が入れられた環状板を含む。プッシュナット２８は、中間軸５の伸長に伴って各列のボール１４の軸方向移動を規制する中間軸伸長ストッパとして機能し、中間軸５の伸長のときにボール１４が内軸１２の軸方向溝１５から脱落することを防止する。具体的には、プッシュナット２８は列の端にあるボール１４と当接して、ボール１４の軸方向移動を規制する。

図２および図４を参照して、保持部材１７は、軸方向に延びる複数の長尺の保持部３０と、これらの保持部３０の端部を互いに接続する接続部３１とを備えている。各保持部３０は、対応する対の軸方向溝１５，１６にそれぞれ配置されており、各保持部３０には、対応する対の軸方向溝１５，１６のボール１４をそれぞれ転動自在に保持するための保持孔３２が、保持部３０の長手方向に間隔を設けて配置されている。

接続部３１としては、例えば円板、環状板等を示すことができるが、複数の保持部３０の端部を互いに接続できれば、その形状はどのようなものでもよい。図２に示すように、接続部３１は、内軸１２の端面１２１に対向する対向部３３を有している。この対向部３３は、中間軸５の収縮に伴って、図５に示すように、内軸１２の端面１２１の最も突出する部分である突部２７に当接することにより、保持部材１７の軸方向移動を規制する。その結果、保持部材１７の対向部３３が列をなすボール１４の軸方向移動を規制するための中間軸収縮ストッパとして機能し、中間軸５の収縮のときにボール１４が外軸１３の軸方向溝１６から脱落することを防止する。

以上、説明したように、本実施の形態によれば、伸縮自在シャフトとしての中間軸５の収縮に伴って、保持部材１７の対向部３３が内軸１２の端面１２１（具体的には端面１２１の突部２７）に当接することにより、ボール１４の軸方向移動を規制することができる。内軸１２の端面１２１自体をストッパとして利用するので、収縮のときのストッパを内軸の外周に取り付けて固定する従来の場合と比較して、構造を簡素化することができ、また組立工数を削減することができる。その結果、製造コストを安くすることができる。

また、保持部材１７が、各対の軸方向溝１５，１６にそれぞれ配置された複数の保持部３０と、これらの保持部３０の端部間を互いに接続する接続部３１とを含む一体的なユニットになっているので、部品点数をより削減することができ、且つ中間軸５をより組み立て易くなる。
また、上記内軸１２の端面１２１に設けられた突部２７のプッシュナット２８が、伸縮自在シャフト１の伸長に伴ってボール１４の軸方向移動を規制するので、下記の利点がある。すなわち、汎用性のあるプッシュナット２８を内軸１２の端面１２１の突部２７に単に押し嵌めるだけでよく、組立工数を削減することができるともに伸長のときのストッパ機構の構造を簡素化することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば本発明の伸縮自在シャフトをステアリングシャフト３に適用することができ、その場合、ステアリングシャフト３にテレスコピック調整機能や衝撃吸収機能を果たさせるときに好ましい。
また、上記の実施の形態では、内軸１２の軸方向溝１５に配置した弾性部材１８を用いてボール１４を付勢したが、弾性部材１８を廃止し、筒状の外軸１３自体の弾性を用いてボール１４を付勢するようにしてもよい。

本発明の一実施の形態の伸縮自在シャフトが中間軸に適用された車両用操舵装置の概略構成図である。 中間軸の断面図である。 図２のIII −III 線の沿う断面図である。 中間軸の概略分解斜視図である。 中間軸の断面図であり、中間軸が最も収縮された状態を示している。

符号の説明

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…ステアリングシャフト、５…中間軸（伸縮自在シャフト）、１２…内軸、１２ａ…内軸の外周、１２１…内軸の端面、１３…外軸、１３ａ…外軸の内周、１４…ボール（転動体）、１５，１６…軸方向溝、１７…保持部材、１８…弾性部材、２５，２６…スプライン歯、２７…突部、２７ａ…外周、２８…プッシュナット、３０…保持部、３１…接続部、３３…対向部

Claims (3)

1. 軸方向に相対移動自在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、
   上記内軸の外周および外軸の内周にそれぞれ形成され、互いに対向する軸方向溝と、
   これら互いに対向する軸方向溝の間に、軸方向に並ぶ列をなし且つ内軸および外軸の間にトルクを伝達可能な複数の転動体と、
   これらの転動体を保持しこれらの転動体と軸方向に同行移動可能な保持部材と、
   この保持部材の端部に設けられ、内軸の端面と対向する対向部とを備え、
   この対向部が当該伸縮自在シャフトの収縮に伴って内軸の端面に当接することにより、上記列をなす転動体の軸方向移動を規制するようにしてあり、
   上記内軸の端面に設けられ軸方向に突出する突部と、
   この突部の外周に嵌め合わされ保持され、当該伸縮自在シャフトの伸長に伴って上記列をなす転動体の軸方向移動を規制するプッシュナットとを備えることを特徴とする伸縮自在シャフト。
2. 請求項１において、上記互いに対向する軸方向溝が複数対設けられ、上記保持部材は、各対の軸方向溝にそれぞれ配置されて各対の軸方向溝の転動体をそれぞれ保持する複数の保持部と、これらの保持部の端部間を互いに接続する接続部とを含む伸縮自在シャフト。
3. 請求項１又は２に記載の伸縮自在シャフトを用いて操舵部材の操舵トルクを伝達することを特徴とする車両操舵用伸縮自在シャフト。

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