JP5321074B2 - 車両ステアリング用伸縮軸 - Google Patents

Description

本発明は、車両のステアリング軸に組み込まれ、雄シャフトと雌シャフトとを、相互に回転不能且つ摺動自在に組み付けた車両ステアリング用伸縮軸に関する。

従来より、自動車の操舵機構部の車両ステアリング用伸縮軸には、自動車が走行する際に発生する軸方向の変位を吸収して、ステアリングホイール上にその変位や振動を伝えないようにする性能が要求され、また、運転者が自動車を運転するのに最適なポジションを得るために、ステアリングホイールの軸方向の位置を調整する機能が要求されている。このような車両ステアリング用伸縮軸として例えば、特許文献１〜３の車両ステアリング用伸縮軸が知られている。

この車両ステアリング用伸縮軸としては、図５に示すように、外周に雄シャフト側軸方向溝１１１が形成された雄シャフト１１０と、内周に該雄シャフト側軸方向溝１１１と同一位相位置に雌シャフト側軸方向溝１２１が形成された雌シャフト１２０とが相対回転不能に且つ軸方向に摺動自在に組み付けられ、雄シャフト側軸方向溝１１１と雌シャフト側軸方向溝１２１により形成された第１介装部１３２に雄シャフト１１０と雌シャフト１２０との間で回転トルクを伝達する円柱状ピン１５０を設け、雄シャフト側軸方向溝１１１と雌シャフト側軸方向溝１２１により形成された第２介装部１３３に軸方向に転動可能に複数の転動体１４０を設けた車両ステアリング用伸縮軸１００が開示されている。この車両ステアリング用伸縮軸１００においては、転動体１４０によりストロークＡだけ雄シャフト１１０と雌シャフト１２０の軸方向の摺動が許容されるとともに、円柱状ピン１５０により雄シャフト１１０と雌シャフト１２０との間で回転トルクを伝達するように構成されている。

国際公開第０３/０３１２５０号パンフレット 特開２００１−５０２９３号公報 特開２００４−３０６９１９号公報

近年、産業界からは、この車両ステアリング用伸縮軸における軸方向におけるストローク（軸方向における摺動距離）を長くしたいとの要請がある。これに対し図６に示すように、ストロークＡからストロークＢにストロークを長くした分だけ円柱状ピン１５０も長くすることが考えられるが、雄シャフト１１０と雌シャフト１２０の曲がりの影響で組立が非常に困難であるとともに長い円柱状ピン１５０を高精度に製作することが難しいという課題があった。また、第１介装部１３２の長さを変えずに、ストロークを長くすることに対応させて第２介装部１３３のみを長くすることも考えられるが、プレスによる引き抜き加工等で雄シャフト１１０を製造することができなくなり、製造コストが嵩むという問題があった。

本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、製造が容易で、且つ、雄シャフトと雌シャフトの曲がりの影響を受けずに組立性の良い車両ステアリング用伸縮軸を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 外周に雄シャフト側軸方向溝が形成された雄シャフトと、
内周に前記雄シャフト側軸方向溝と同一位相位置に雌シャフト側軸方向溝が形成された雌シャフトと、
前記雄シャフト側軸方向溝と前記雌シャフト側軸方向溝により形成された第１介装部と、
前記第１介装部に配置される円柱状ピンと、
前記雄シャフト側軸方向溝と前記雌シャフト側軸方向溝により形成された第２介装部と、
前記第２介装部に配置され、軸方向に転動可能に挿入された複数の転動体と、を備え、
前記雄シャフトと前記雌シャフトを相対回転不能に且つ軸方向に摺動自在に組み付けた車両ステアリング用伸縮軸において、
前記円柱状ピンは軸方向に分割され、前記雄シャフトと前記雌シャフトとの間で回転トルクを伝達する回転トルク伝達用ピンと、回転トルクを伝達しないダミーピンと、を含み、
前記ダミーピンの外径寸法は、前記回転トルク伝達用ピンの外径寸法より小径である、ことを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸。

本発明の車両ステアリング用伸縮軸によれば、円柱状ピンが軸方向に分割されるので、回転トルク伝達用ピンの軸方向長さを長くする必要がなく、回転トルク伝達用ピンの製造を容易にすることができる。また、雄シャフトと雌シャフトとの間で回転トルクを伝達する回転トルク伝達用ピンが雄シャフト及び雌シャフトと接触する接触長さが短くなるので、雄シャフトや雌シャフトの曲がりの影響を抑制することができる。これにより、車両ステアリング用伸縮軸の組立性を向上させることができる。

また、本発明の車両ステアリング用伸縮軸によれば、軸方向に分割された円柱状ピンは回転トルクを伝達する回転トルク伝達用ピンと、回転トルクを伝達しないダミーピンとを含むことで、高精度のピンを複数製造する必要がない。すなわち、分割した一部のピンを回転トルクを伝えるために高精度として、残りのピンはストロークを稼ぐためのダミーピンとする。これにより、ダミーピンについては外径を材料径のまま未加工で使用することが可能なため、製造コストを低減することができる。

本発明の実施形態に係る車両ステアリング用伸縮軸を適用した自動車の操舵機構部の側面図である。 本実施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２の車両ステアリング用伸縮軸のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 変形例に係る車両ステアリング用伸縮軸の縦断面図である。 従来の車両ステアリング用伸縮軸の縦断面図である。 図５の車両ステアリング用伸縮軸のストロークを長くした縦断面図である。

（車両用ステアリングシャフトの全体構成）
図１は、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適用した自動車の操舵機構部の側面図である。

図１において、車体側のメンバ１００にアッパブラケット１０１とロアブラケット１０２とを介して取り付けられたアッパステアリングシャフト部１２０（ステアリングコラム１０３と、ステアリングコラム１０３に回転自在に保持されたスアリングシャフト１０４を含む）と、ステアリングシャフト１０４の上端に装着されたステアリングホイール１０５と、ステアリングシャフト１０４の下端にユニバーサルジョイント１０６を介して連結された中間ステアリングシャフト部１０７と、中間ステアリングシャフト部１０７に操舵軸継手１０８を介して連結されたピニオンシャフト１０９と、ピニオンシャフト１０９に連結したステアリングラック軸１１２と、このステアリングラック軸１１２を支持して車体の別のフレーム１１０に弾性体１１１を介して固定されたステアリングラック支持部材１１３とから操舵機構部が構成されている。

ここで、アッパステアリングシャフト部１２０と中間ステアリングシャフト部１０７が本発明の実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸（以後、伸縮軸と記す）を用いている。中間ステアリングシャフト部１０７は、雄シャフトと雌シャフトとを組み付けたものであるが、このような中間ステアリングシャフト部１０７には自動車が走行する際に発生する軸方向の変位を吸収し、ステアリングホイール１０５上にその変位や振動を伝えない性能が要求される。このような性能は、車体がサブフレーム構造となっていて、操舵機構上部を固定するメンバ１００とステアリングラック支持部材１１３が固定されているフレーム１１０が別体となっておりステアリングラック支持部材１１３がゴムなどの弾性体１１１を介してフレーム１１０に締結固定されている構造の場合に要求される。また、その他のケースとして操舵軸継手１０８をピニオンシャフト１０９に締結する際に作業者が、伸縮軸をいったん縮めてからピニオンシャフト１０９に嵌合させ締結させるため伸縮機能が必要とされる場合がある。さらに、操舵機構の上部にあるアッパステアリングシャフト部１２０も、雄シャフトと雌シャフトとを組み付けたものであるが、このようなアッパステアリングシャフト部１２０には、運転者が自動車を運転するのに最適なポジションを得るためにステアリングホイール１０５の位置を軸方向に移動し、その位置を調整する機能が要求されるため、軸方向に伸縮する機能が要求される。前述のすべての場合において、伸縮軸には組み付け部のガタ音を低減することと、ステアリングホイール１０５上のガタ感を低減することと、軸方向摺動時における摺動抵抗を低減することが要求される。

図２及び図３は、本発明の車両ステアリング用伸縮軸を示し、図１の中間ステアリングシャフト部１０７の雄中間シャフト１７Ａと雌中間シャフト１７Ｂとの連結部に適用した例を示す。

図２及び図３に示すように、雌中間シャフト（雌シャフト）１７Ｂの車体後方側（図２の右側）が、雄中間シャフト（雄シャフト）１７Ａの車体前方側（図２の左側）に外嵌して連結されている。雌中間シャフト１７Ｂは中空円筒状に形成されており、その内径孔４０の内周上には、軸直角断面が略半円形の軸方向溝（雌シャフト側軸方向溝）４１が、伸縮ストロークの全長にわたって、等間隔（６０度間隔）に６個形成されている。

また、雄中間シャフト１７Ａの車体前方側は中実円柱状に形成されており、車体前方側から、直径寸法が大径の大径軸部５０と、直径寸法が大径軸部５０よりも小径の小径軸部５１の順に形成されている。

雄中間シャフト１７Ａの大径軸部５０の外周上には、軸直角断面が略半円形の３個の軸方向溝（雄シャフト側軸方向溝）５２が、大径軸部５０のほぼ軸方向全長にわたって、等間隔（１２０度間隔）で形成されている。

この雄中間シャフト１７Ａの３個の軸方向溝５２と、雌中間シャフト１７Ｂの３個の軸方向溝４１とで円柱状の空間である第１介装部６６が形成され、円柱状ピン５３が分割して配置されている。より具体的に、第１介装部６６には雄中間シャフト１７Ａと雌中間シャフト１７Ｂとの間で回転トルクを伝達する中実の円柱状の回転トルク伝達用ピン５３Ａと、雄中間シャフト１７Ａと雌中間シャフト１７Ｂとの間で回転トルクを伝達しない中実の円柱状のダミーピン５３Ｂが配置されている。回転トルク伝達用ピン５３Ａの外径寸法は、雄中間シャフト１７Ａの軸方向溝５２と、雌中間シャフト１７Ｂの軸方向溝４１とで形成される円柱状の空間である第１介装部６６の内径寸法よりも若干小径に形成され、ダミーピン５３Ｂの外径寸法は、回転トルク伝達用ピン５３Ａの外径寸法より小径に形成されている。また、回転トルク伝達用ピン５３Ａとダミーピン５３Ｂの軸方向長さはそれぞれ第１介装部６６の軸方向長さの略半分の長さを有し、軸方向において回転トルク伝達用ピン５３Ａとダミーピン５３Ｂが第１介装部６６に嵌合されている。なお、ストロークＢとして例えば３０〜１５０ｍｍ、好ましくは５０〜１００ｍｍに設定されている。

雄中間シャフト１７Ａの大径軸部５０の外周上には、隣接する軸方向溝５２、５２の中間位置に、軸直角断面が略台形の３個の軸方向溝（雄シャフト側軸方向溝）５４が、大径軸部５０のほぼ軸方向全長にわたって、等間隔（１２０度間隔）で形成されている。

この略台形の３個の軸方向溝５４と、雌中間シャフト１７Ｂの同一位相にある３個の軸方向溝４１とで円柱状の空間である第２介装部６７が形成され、即ち、第１介装部６６と第２介装部６７とが交互に等間隔に形成され、第２介装部６７に複数（６個）の球状の転動体５５が各々挿入されている。これら転動体５５は、雄中間シャフト１７の端部に設けた止め輪６１により軸方向溝５４、４１から外れないように構成されている。

また、この略台形の３個の軸方向溝５４と転動体５５との間には、予圧付与部材としての板バネ（付勢部材）５６が挿入されている。図３に詳細に示すように、軸方向溝５４は、転動体５５の直径よりも幅の広い底壁５４１と、この底壁５４１の両端からＶ字形に上方に延びる側壁５４２、５４２で構成されている。板バネ５６は、軸方向溝５４の軸方向の全長と略同一長さを有し、軸方向溝５４と転動体５５との間に弾性変形して挿入されている。

また、板バネ５６は、軸方向溝５４の底壁５４１に当接する底板５６１と、この底板５６１の両端からＶ字形に上方に延び、転動体５５に各々当接する側板５６２、５６２で構成されている。また、側板５６２、５６２の上端には円弧状に外側に折り曲げられた折り返し部５６３、５６３が形成され、折り返し部５６３から底壁５４１に向かって下方に延びる当接部５６４、５６４が形成され、この当接部５６４が、軸方向溝５４の側壁５４２に当接している。

この板バネ５６の側板５６２、５６２、折り返し部５６３、５６３、当接部５６４、５６４が弾性変形して、転動体５５と軸方向溝５４との間のガタを吸収する。回転トルク伝達用ピン５３Ａと軸方向溝４１及び軸方向溝５２との間には、微少な隙間がある。雌中間シャフト１７Ｂと雄中間シャフト１７Ａが回転方向に微少角度相対変位した時に、回転トルク伝達用ピン５３Ａが軸方向溝４１と軸方向溝５２に当接するようになっている。

板バネ５６は、転動体５５と略台形の軸方向溝５４との間に圧縮された状態で挿入されて、軸方向溝５４、転動体５５、軸方向溝４１との間に、板バネ５６の弾性変形による付勢力（所定の予圧）を付与している。

このように構成された本実施形態の中間ステアリングシャフト部１０７において、雄中間シャフト１７Ａを雌中間シャフト１７Ｂに対して図２の左右方向に移動させると、第２介装部６７に挿入された転動体５５が回転し、転動体５５が軸方向溝５４に沿って転動しながら、車体後方側（右方向）または車体前方側（左方向）に移動する。このとき、第１介装部６６に配置された回転トルク伝達用ピン５３Ａとダミーピン５３Ｂは雌中間シャフト１７Ｂに対して滑動する。このように、雄中間シャフト１７Ａと雌中間シャフト１７Ｂは軸方向に摺動自在に構成されている。

また、雄中間シャフト１７Ａと雌中間シャフト１７Ｂとの間の回転トルクが所定のトルク以下の時には、板バネ５６、転動体５５を介して、雄中間シャフト１７Ａの軸方向溝５４と雌中間シャフト１７Ｂの軸方向溝４１との間で回転トルクが伝達される。

雄中間シャフト１７Ａと雌中間シャフト１７Ｂとの間に回転トルク（入力トルク）が加わり、その回転トルクが所定のトルクになると、板バネ５６の弾性変形量が、回転トルク伝達用ピン５３Ａと軸方向溝４１及び軸方向溝５２との間の微少な隙間量と同一になる。その結果、回転トルク伝達用ピン５３Ａの外周が、軸方向溝４１及び軸方向溝５２に同時に当接して回転トルクを伝達する。このとき、第１介装部６６に挿入されたダミーピン５３Ｂは雌中間シャフト１７Ｂに当接せず回転トルクを伝達することはない。このように、雄中間シャフト１７Ａと雌中間シャフト１７Ｂとのトルク伝達がなされ相対回転不能に構成されている。

以上説明したように本実施形態の車両ステアリング用伸縮軸を適用した中間ステアリングシャフト部１０７によれば、円柱状ピン５３が軸方向に分割され、回転トルクを伝達する回転トルク伝達用ピン５３Ａと回転トルクを伝達しないダミーピン５３Ｂから構成される。従って、回転トルク伝達用ピン５３Ａの雄中間シャフト１７Ａと雌中間シャフト１７Ｂとの接触長さが短くなるので、雄中間シャフト１７Ａと雌中間シャフト１７Ｂの曲がりの影響を抑制することができる。これにより、中間ステアリングシャフト部１０７の組立性を向上させることができる。

また、本実施形態の車両ステアリング用伸縮軸を適用した中間ステアリングシャフト部１０７によれば、軸方向に分割された円柱状ピン５３は回転トルクを伝達する回転トルク伝達用ピン５３Ａと、回転トルクを伝達しないダミーピン５３Ｂとから構成されるので、回転トルク伝達用ピン５３Ａの軸方向長さを長くする必要がなく、回転トルク伝達用ピン５３Ａの製造を容易にすることができる。また、高精度の回転トルク伝達用ピン５３Ａを２本使う必要がない。すなわち、回転トルク伝達用ピン５３Ａは回転トルクを伝えるために高精度に製造する必要があるが、ダミーピン５３Ｂはストロークを稼ぐためにのみ使用するため高精度に製造する必要がない。これにより、ダミーピン５３Ｂについては外径を材料径のまま未加工で使用することが可能なため、製造コストを低減することができる。
なお、分割された円柱状ピン５３は、２本とも回転トルク伝達用の回転トルク伝達用ピン５３Ａとしてもよい。また、円柱状ピン５３を回転トルク伝達用ピン５３Ａとダミーピン５３Ｂに分割する場合、回転トルク伝達用ピン５３Ａを中間ステアリングシャフト部１０７の中央部付近に配置することが好ましい。

なお、本発明は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、本実施形態においては円柱状ピン５３を２分割して回転トルク伝達用ピン５３Ａとダミーピン５３Ｂとしたが、これに限定されず３分割以上とすることもできる。
図４は変形例として円柱状ピン５３を３分割して１つを回転トルク伝達用ピン５３Ａと２つのダミーピン５３Ｂ、５３Ｂにより構成されている。これにより２分割した上記実施形態と同様の効果を得ることができ、ストロークの長さにより分割数を適宜設定することができる。なお、ここでも回転トルク伝達用ピン５３Ａは中間ステアリングシャフト部１０７の中央部付近に配置することが好ましい。
さらに、板バネは必ずしも設けられている必要はなく、軸方向溝の形状もこれに限定されるものではない。

１７Ａ 雄シャフト
１７Ｂ 雌シャフト
５３ 円柱状ピン
５３Ａ 回転トルク伝達用ピン
５３Ｂ ダミーピン
４１ 軸方向溝（雌シャフト側軸方向溝）
５２、５４ 軸方向溝（雄シャフト側軸方向溝）
５５ 転動体
６６ 第１介装部
６７ 第２介装部
１０７ 中間ステアリングシャフト部（車両ステアリング用伸縮軸）

Claims (1)

1. 外周に雄シャフト側軸方向溝が形成された雄シャフトと、
   内周に前記雄シャフト側軸方向溝と同一位相位置に雌シャフト側軸方向溝が形成された雌シャフトと、
   前記雄シャフト側軸方向溝と前記雌シャフト側軸方向溝により形成された第１介装部と、
   前記第１介装部に配置される円柱状ピンと、
   前記雄シャフト側軸方向溝と前記雌シャフト側軸方向溝により形成された第２介装部と、
   前記第２介装部に配置され、軸方向に転動可能に挿入された複数の転動体と、を備え、
   前記雄シャフトと前記雌シャフトを相対回転不能に且つ軸方向に摺動自在に組み付けた車両ステアリング用伸縮軸において、
   前記円柱状ピンは軸方向に分割され、前記雄シャフトと前記雌シャフトとの間で回転トルクを伝達する回転トルク伝達用ピンと、回転トルクを伝達しないダミーピンと、を含み、
   前記ダミーピンの外径寸法は、前記回転トルク伝達用ピンの外径寸法より小径である、ことを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸。

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