JP5347881B2 - 車両ステアリング用伸縮軸 - Google Patents

Description

本発明は、車両ステアリング用伸縮軸に関するものである。

自動車の操舵機構部の伸縮軸には、自動車が走行する際に発生する軸方向の変位を吸収し、ステアリングホイール上にその変位や振動を伝えない性能が要求される。即ち、伸縮軸には、ガタ音を低減することと、ステアリングホイール上のガタ感を低減することと、軸方向の摺動動作時における摺動抵抗を低減することとが要求される。

このようなことから、従来、伸縮軸の雄軸に、ナイロン膜をコーティングし、摺動部にグリースを塗布し、金属騒音、金属打音等を吸収または緩和するとともに、摺動抵抗の低減と回転方向ガタの低減とを行ってきた。

しかし、使用経過によりナイロン膜の摩耗が進展して回転方向ガタが大きくなるといったことがある。また、エンジンルーム内の高温にさらされる条件下では、ナイロン膜は、体積変化し、摺動抵抗が著しく大きくなったり、摩粍が著しく促進されたりするため、回転方向ガタが大きくなるといったことがある。

この部分の改善を図った先行技術として、特許文献１に記載された構造がある。この従来構造は、雄軸の外周面と雌軸の内周面とにそれぞれ形成した複数対の軸方向溝同士の間に、これら両軸の軸方向相対移動の際に転動するトルク伝達部材（球状体）を嵌合した構成となっている。

さらに、この従来構造では、前記トルク伝達部材（球状体）の径方向内方又は外方と、前記各対の軸方向溝との間に、予圧用の弾性体（板バネ）を設けている。そして、この弾性体（板バネ）により、前記トルク伝達部材（球状体）を介して、前記雄軸と前記雌軸との間に予圧を付与している。

この様な構成を有する従来構造の場合、トルク非伝達時（摺動時）には、前記弾性体（板バネ）により、前記トルク伝達部材（球状体）を前記雌軸に対してガタ付きのない程度に予圧しているため、この雄軸と前記雌軸との間のガタ付きを防止することができる。従って、これら雄軸と雌軸とは、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。

また、トルク伝達時には、前記弾性体（板バネ）により、前記トルク伝達部材（球状体）を周方向に拘束できるようになっている。このため、前記雄軸と前記雌軸とは、その回転方向のガタ付きを防止して、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。

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上にその変位や振動を伝えない性能を満たすためには、２〜３ｍｍ程度の伸縮が必要とされる。

しかしながら、上述した従来構造の場合には、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上にその変位や振動を伝えない性能を満たすためには、伸縮軸が大型化しコストが嵩むという問題が有った。

独国特許ＤＥ３７３０３９３Ｃ２号公報

本発明は、伸縮軸を小型化するとともに、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上にその変位や振動を伝えない性能に優れるステアリング伸縮軸を提供することを目的とする。

本発明の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むもので、雄軸と雌軸とをトルク伝達可能に且つ軸方向に相対移動可能に嵌合している。
特に、本発明の車両ステアリング用伸縮軸においては、前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面とに形成した少なくとも１対の軸方向溝の間に、転動体を嵌合し、且つ、前記雄軸と前記雌軸との軸方向相対移動の際に弾性変形する弾性部材を介して、これら雄軸と雌軸とを結合している。
又、前記弾性部材は、内環と、外環と、これら内環の外周面と外環の内周面との間に充填されたゴムとからなる。そして、このうちの内環は、その内周面が前記雄軸に外嵌固定されている。又、前記外環は、その内周面のうち、軸方向に関して前記ゴムから外れた部分が前記雌軸に外嵌固定されている。

このように構成する、本発明の車両ステアリング用伸縮軸によれば、前記雄軸と前記雌軸とは、安定した摺動荷重で軸方向に摺動することができる。さらに、前記弾性部材により前記雄軸と前記雌軸とを軸方向に結合しているため、軸方向力が入ったときには、これら雄軸と雌軸とが軸方向に相対変位し、軸方向力が弱くなると、これら雄軸と雌軸とを元の軸方向位置に戻そうとする力を発生させる。

又、請求項２に係る発明の車両ステアリング用伸縮軸は、上述した本発明の要件に加えて、前記雌軸が、カルダン軸継手のヨークに一体となり、前記雄軸が、シャフトクランプに一体となることを特徴とする。

更に、請求項３に係る発明の車両ステアリング用伸縮軸は、上述した本発明の要件に加えて、前記雌軸が、シャフトクランプ等に受け入れられて結合するシャフトに一体となり、前記雄軸が、当該シャフトクランプ等とは別のシャフトクランプに一体となることを特徴とする。

上述の様に構成する本発明の車両ステアリング用伸縮軸の場合、軸方向の伸縮運動をする際、即ち、雄軸と雌軸とを軸方向に相対変位させる力（外力）が作用することにより、これら雄軸と雌軸とが軸方向に相対変位する際には、これら雄軸の軸方向溝と雌軸の軸方向溝との間で転動体が転動する。このため、これら雄軸と雌軸とは、安定した荷重で軸方向に相対変位することができる。又、本発明の場合には、前記雄軸と前記雌軸とが軸方向に相対変位することに伴い、これら雄軸と雌軸とに結合された弾性部材が弾性変形する。具体的には、この弾性部材を構成するゴムが弾性変形する。このため、前記軸方向の外力が低下ないし喪失した後に、前記ゴムの弾性的な復元力によって、前記雄軸と前記雌軸との軸方向位置を、元に戻すことができる。
以上に述べた様に構成し作用する、本発明の本発明の車両ステアリング用伸縮軸によれば、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上にその変位や振動を伝えない性能を満たす軸方向変位を可能とした上で、伸縮軸の小型化を実現することができ、低コスト化を実現することができる。

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概略的側面図である。 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縦断面図である。 図２の拡大Ａ−Ａ断面図である。 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。

（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、この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、この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、この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部１０６を介して連結されたロアステアリングシャフト部１０７と、このロアステアリングシャフト部１０７に操舵軸継手部１０８を介して連結されたピニオンシャフト部１０９と、このピニオンシャフト部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。

車体側のメンバ１００と車体の別のフレーム１１０との間のシャフト部には、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とが別体となっており、この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。

伸縮軸には、嵌合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とが要求される。

（第１実施の形態）
図２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縦断面図である。図１におけるユニバーサルジョイント部１０６または操舵軸継手部１０８が、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に相当する。
図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図２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軸方向の摺動自在に嵌合した雄軸１と雌軸２とからなる。

雌軸２は、カルダン軸継手２０のヨーク２１に一体としてある。雄軸１は、シャフト（入力軸または出力軸）の端部を受け入れて結合するためのシャフトクランプ２２を備えている。

図３に示すように、雄軸１の外周面には、周方向に６０度間隔で等配した軸方向溝３が延在して形成してある。対応して雌軸２の内周面にも、周方向に６０度間隔で等配した軸方向溝４が延在して形成してある。

雄軸１の軸方向溝３と、雌軸２の軸方向溝４との間に、両軸１、２の軸方向相対移動の際に転動する複数の剛体の球状体５（転動体、ボール）が転動自在に微小隙間ないし弱締め代をもって介装してある。なお、雄軸１の軸方向溝３と雌軸２の軸方向溝４とは、断面略円弧状若しくはゴシックアーチ状である。

雄軸１の端部には、ストッパー部６が形成してある。このストッパー部６により、球状体５の脱落を防止している。

雌軸２の端部と雄軸１との間に、内環３１と外環３２との間にゴム３３を充填した弾性部材３０が設けてある。内環３１は、その内周面が雄軸１に外嵌固定されており、また外環３２は、その内周面のうち、軸方向に関して前記ゴム３３から外れた部分が雌軸２に外嵌固定されている。

以上のように、球状体５の雄軸１の軸方向一側は、雄軸１に設けたストッパー部６により、軸方向の移動が規制してある一方、球状体５の雄軸１の軸方向他側は、弾性部材３０により、軸方向の移動が規制してある。

軸方向に伸縮運動をする際には、雄軸１の軸方向溝３と雌軸２の軸方向溝４との間で球状体５が転動する。また、内環３１と外環３２とに軸方向力が掛かりゴム３３が弾性変形する。軸方向力が無くなると、ゴム３３が元の位置に戻る働きをすることで雄軸１と雌軸２との軸方向位置が元の位置に戻ることになる。

トルクが負荷されると、雄軸１の軸方向溝３と球状体５と雌軸２の軸方向溝４との間でトルクを受けるようになる。

このように、本実施形態によれば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上にその変位や振動を伝えない性能を満たす２〜３ｍｍ程度の伸縮を可能とした上で、伸縮軸の小型化を実現することができ、低コストを実現することができる。

（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縦断面図である。図１におけるピニオンシャフト部１０９が本発明の第２実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸に相当する。

本第２実施の形態は、上述した第１実施の形態と略同様であり、雌軸２は、シャフトクランプ等に受け入れられて結合するためのシャフト２３に一体としてある。

なお、本発明は、上述した各実施の形態に限定されず、種々変形可能である。
例えば、上述した各実施の形態では、雄軸１の軸方向溝３と雌軸２の軸方向溝４とを、各軸１、３の周面にそれぞれ６個ずつ、周方向に６０度間隔で等配して形成した。但し、本発明を実施する場合には、雄軸１の軸方向溝３と雌軸２の軸方向溝４とを、各軸１、３の周面にそれぞれ２個ずつ、周方向に１８０度間隔で等配して形成してもよいし、或いは、各軸１、３の周面にそれぞれ３個ずつ、周方向に１２０度間隔で等配して形成してもよいし、或いは、各軸１、３の周面にそれぞれ４個ずつ、周方向に９０度間隔で等配して形成してもよい。

本発明は、車両のステアリング装置用の伸縮軸として好適に利用できる。

１ 雄軸
２ 雌軸
３ 軸方向溝
４ 軸方向溝
５ 球状体
６ ストッパー部
２０ カルダン軸継手
２１ ヨーク
２３ シャフト
３０ 弾性部材
３１ 内環
３２ 外環
３３ ゴム

Claims (3)

1. 車両のステアリングシャフトに組込む、雄軸と雌軸とをトルク伝達可能に且つ軸方向に相対移動可能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とに形成した少なくとも１対の軸方向溝同士の間に、転動体を嵌合し、且つ、
   前記雄軸と前記雌軸との軸方向相対移動の際に弾性変形する弾性部材を介して、前記雄軸と前記雌軸とを結合しており、
   前記弾性部材は、内環と、外環と、これら内環の外周面と外環の内周面との間に充填されたゴムとからなり、このうちの内環は、その内周面が前記雄軸に外嵌固定されており、前記外環は、その内周面のうち、軸方向に関して前記ゴムから外れた部分が前記雌軸に外嵌固定されていることを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸。
2. 前記雌軸は、カルダン軸継手のヨークに一体となり、前記雄軸は、シャフトクランプに一体とな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. 前記雌軸は、シャフトクランプに受け入れられて結合するシャフトに一体となり、前記雄軸は、別のシャフトクランプに一体とな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。

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