WO2004024535A1

WO2004024535A1 - 車両ステアリング用伸縮軸

Info

Publication number: WO2004024535A1
Application number: PCT/JP2003/011551
Authority: WO
Inventors: Yasuhisa Yamada
Original assignee: Nsk Ltd.
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2004-03-25
Also published as: CN1681697A; US20050257639A1; JP2004106599A; EP1547903A1; JP3797304B2; AU2003262045A1; EP1547903A4; DE60334127D1; EP1547903B1; CN100387474C

Abstract

　車両のステアリングシャフトに組込み、雄軸１と雌軸２を回転不能に且つ摺動自在に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸は、雄軸１の外周部と雌軸２の内周部にそれぞれ設けられ、互いに接触して回転の際にはトルクを伝達するトルク伝達部と、トルク伝達部とは異なる位置の雄軸１の外周部と雌軸２の内周部の間に設けられ、雄軸と雌軸との軸方向相対移動の際には転動する転動体７と、該転動体７に径方向に隣接して配置され、該転動体７を介して雄軸１と雌軸２とに予圧を与える弾性体８とからなる予圧部とを具備している。

Description

明車両ステアリング用伸縮軸技術分野

本発明は、車両ステアリング用伸縮軸に関する。背景技術

従来、自動車の操舵機構部では、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ために雄軸と雌軸とをスプライン嵌合した伸縮軸を操舵機構部の一部に使用している。伸縮軸にはスプライン部のガ夕音を低減することと、ステアリングホイール上のガ夕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。このようなことから、伸縮軸の雄軸のスプライン部に対して、ナイロン膜をコ一ティングし、さらに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共に摺動抵抗の低減と回転方向ガタの低減を行ってきた。この場合、ナイロン膜を形成する工程としてはシャフトの洗浄劫プライマー塗布刼加熱刼ナイロン粉末コート刼粗切削刼仕上げ切削刼雌軸との選択嵌合が行われている。最終の切削加工は、既に加工済みの雌軸の精度に合わせてダイスを選択して加工を行っている。

また、特開 2 0 0 1— 5 0 2 9 3号公報では、内側シャフトの外周部と外側シャフトの内周部とに設けられた溝部に、内側シャフトの溝部とポールとの間に弹性体を介してボールを配置して、軸方向の移動の際にはポールを転動させることによって雄軸と雌軸の摺動荷重を減少させると共に、回転の際にはボールを拘束してトルクを伝達する車両ステアリング用伸縮軸が開示されている。さらに、上記公報にはボールの破損時でもトルクの伝達を可能とするために、ある遊びを持つた組合せ断面を有する雄溝および雌溝が内側シャフトおよび外側シャフトに設けられていることが開示されている。

しかしながら、前者では伸縮軸の摺動荷重を最小に抑えつつガタをも最小に抑えることが必要である為、最終の切削加工ではオーバーピン径サイズが数ミク口ンづっ異なるダイスを雌軸にあわせて選び出し加工することを余儀なくされ、加ェコストの高騰を招来してしまう。また、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夕が大きくなる。

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、摺動抵抗が著しく高くなつたり、磨耗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。したがって、自動車用操舵軸に使用される伸縮軸において、回転方向ガ夕による異音の発生と操舵感の悪化を長期にわたって抑制できる構造を簡単且つ安価に提供したいといった要望がある。

また、後者の特開 2 0 0 1 - 5 0 2 9 3号公報に開示された車両ステアリング用伸縮軸では、通常使用時は、複数のボールが転がりによる伸縮動作とトルク伝達を行っている。このため、構造上入力トルクに耐えるだけのポール数を設けなければならない、更にボールと接触するガイドレールやスリーブは、トルク伝達に耐えるだけの高い硬度を持たなければならず加工性が非常に悪い為、コストの招来を起こす。又、車両ステアリング用伸縮軸としての小型化が困難であると共に、車両衝突時に十分なコラブスストロークをとることが難しいという構造上の欠点もある。さらに、ボールのみで構成しているため摺動荷重が変動するといつた車両ステアリング用伸縮軸としては好ましくない特性が現れるといった問題もある。発明の開示

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、安定した摺動荷重を実現すると共に、回転方向ガ夕付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達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。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に且つ摺動自在に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸において、

前記雄軸の外周部と前記雌軸の内周部にそれぞれ設けられ、互いに接触して回転の際にはトルクを伝達するトルク伝達部と、

前記トルク伝達部とは異なる位置の前記雄軸の外周部と前記雌軸の内周部の間に設けられ、前記雄軸と前記雌軸との軸方向相対移動の際には転動する転動体と、該転動体に径方向に隣接して配置され、該転動体を介して前記雄軸と前記雌軸とに予圧を与える弾性体とからなる予圧部とを具備してなることを特徴とする。

また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記トルク伝達部は、常時互いに摺動可能に接触していることが好ましい。

また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記トルク伝達部は、前記雄軸の外周面に形成された断面形状が略円弧状の軸方向凸条と前記雌軸の内周面に形成された断面形状が略円弧状の軸方向溝から構成されていることが好ましい。

また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記トルク伝達部は、互いに軸方向に連続して接触していることが好ましい。

また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記トルク伝達部は、前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面に形成されたスプライン嵌合部またはセレ —シヨン嵌合部からなることが好ましい。

また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記予圧部は、前記雄軸の外周面に設けられた第 1の軸方向溝と、該第 1の軸方向溝に対向して前記雌軸の内周面に設けられた第 2の軸方向溝とを有し、

前記転動体と前記弾性体は、該第 1および第 2の軸方向溝間に配置されていることが好ましい

また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記予圧部は、前記雄軸と前記雌軸との間に複数配置され、前記トルク伝達部は、隣り合う前記予圧部の間に複数配置されていることが好ましい。

また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記予圧部は、周方向に 1 8 0度間隔で配置され、前記予圧部の間に、それぞれ前記トルク伝達部を配置していることが好ましい。

また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記予圧部は、周方向に 1 2 0度間隔で等配して配置され、前記予圧部の間に、それぞれ前記トルク伝達部を配置していることが好ましい。

また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記トルク伝達部は、前記予圧部の間に周方向中央部にそれぞれ配置されていることが好ましい。

また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記転動体は、少なくとも 1つの球状体からなることが好ましい。

また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記弾性体は、板パネからなることが好ましい。

また、本発明に係る車両ステアリング用伸縮軸では、前記雄軸の外周部または前記雌軸の内周部に固体潤滑皮膜が形成されていることが好ましい。図面の簡単な説明

図 1は、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。

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軸方向中央断面図である。

図 3は、図 1の X— X線に沿った断面図である。

図 4は、第 1実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸のストロークと摺動荷重の関係を示すグラフである。

図 5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軸方向中央断面図である。

図 6は、図 4の X— X線に沿った断面図である。

図 7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軸方向中央断面図である。

図 8は、図 6の X— X線に沿った断面図である。

図 9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横断面図である。

図 1 O A、図 1 0 B、図 1 0 Cは、それぞれ本発明の第 5実施の形態の第 1実施例、第 2実施例および第 3実施例に係る車両ステアリング用伸縮軸の横断面図である。

図 1 1 A、図 1 1 B、図 1 1 Cは、それぞれ本発明の第 6実施の形態の第 1実施例、第 2実施例および第 3実施例に係る車両ステアリング用伸縮軸の横断面図である。

図 1 2 A、図 1 2 B、図 1 2 Cは、それぞれ本発明の第 7実施の形態の第 1実施例、第 2実施例および第 3実施例に係る車両ステアリング用伸縮軸の横断面図である。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。

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 1 0 0にアツパブラケット 1 0 1とロアブラケット 1 0 2とを介して取り付けられたアツパステアリングシャフト部 1 2 0 (ステアリングコラム 1 0 3と、ステアリングコラム 1 0 3に回転自在に保持されたスァリングシャフト 1 0 4を含む）と、ステアリングシャフト 1 0 4の上端に装着されたステアリングホイール 1 0 5と、ステアリングシャフト 1 0 4の下端にユニバーサルジョイント 1 0 6を介して連結されたロアステアリングシャフト部 1 0 7と、ロアステアリングシャフト部 1 0 7に操舵軸継手 1 0 8を介して連結されたピニオンシャフト 1 0 9と、ピニオンシャフト 1 0 9に連結されて車体の別のフレーム 1 1 0に弾性体 1 1 1を介して固定されたステアリングラック 1 1 2とから操舵機構部が構成されている。 1 0 7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。ロアステアリングシャフト部 1 0 7は、雄軸と雌軸とを嵌合したものであるが、このようなロアステアリングシャフト部 1 0 7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 1 0 5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 1 0 0とステアリングラック 1 1 2が固定されているフレーム 1 1 0が別体となっておりその間がゴムなどの弾性体 1 1 1を介して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 1 0 8をピニオンシャフト 1 0 9に締結する際に作業者が、伸縮軸をいつたん縮めてからピニオンシャフト 1 0 9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ツパステァリングシャフト部 1 2 0も、雄軸と雌軸とを嵌合したものであるが、このようなアツパステアリングシャフト部 1 2 0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 1 0 5 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、伸縮軸には嵌合部のガ夕音を低減することと、ステアリングホイ一ル 1 0 5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。

(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軸方向中央断面図であり、図 3は、図 2の X— X線に沿った断面図である。図 4は、第 1 実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸のストロークと摺動荷重の関係を示すグラフである。

図 2、図 3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。

本第 1実施の形態では、雄軸 1の外周面において周方向に 1 2 0度間隔で等配した 3個のそれぞれ略円弧状の断面形状を有する軸方向凸条 4が延在して形成され、これに対応して雌軸 2の内周面に雄軸 1の 3個の軸方向凸条 4に対向する位置に 3個の略円弧状の断面形状を有する軸方向溝 6が延在して形成され、軸方向凸条 4と軸方向溝 6とは接触してトルク伝達部を形成している。

雄軸 1の外周部において 3個の軸方向凸条 4のそれぞれ隣合うものの間には略 U字形状の第 1の軸方向溝 3 (以後、軸方向溝 3と記す）が延在して形成してある。雌軸 2の内周面には雄軸 1の軸方向溝 3と対向して 3個の略円弧状の断面形状を有する第 2の軸方向溝 5 (以後、軸方向溝 5と記す）が延在して形成されている。雄軸 1の軸方向溝 3と雌軸 2の軸方向溝 5との間には予圧用の波型形状の弾性体 8を介して、転動体 7が介装されている。転動体 7は雄軸 1と雌軸 2との軸方向相対移動の際には転動し、回転の際には弾性体 8に拘束されているためガ夕を感じさせない構造となっている。

弾性体 8は、その両側の平坦部 8 a、 8 aで軸方向溝 3の両側の壁部 3 a、 3 aに圧接してあり、弾性体 8全体が周方向に移動できないように拘束している。弾性体 8は転動体 7に予圧を与えると共に、転動体 7と軸方向凸条 4を雌軸 2に対してガタ付のない程度に予圧する働きをする。

雄軸 1が雌軸 2に挿入される側の端部には、弾性体 8を係止して軸方向に固定するストッパープレート 9が加締め部 1 0により雄軸 1に加締められている。このストツバ一プレート 9は転動体 7が雄軸 1の軸方向溝 3から外れないようにする働きもしている。このようにして第 1実施の形態の車両ステアリング用伸縮軸が構成されている。

本第 1実施の形態の伸縮軸は、このような構造であるので、予圧部の存在によりそれぞれのトルク伝達部において雄軸 1と雌軸 2は常時摺動可能に接触しており、雄軸 1と雌軸 2との軸方向の相対移動の際には互いに搐動し、且つ転動体 7は転動することが出来る。

図 4は、本第 1実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸のストロークと摺動荷重の関係を示すグラフである。図 4では、ポール転がりのみの場合、滑りのみの場合および本発明の場合のストロークと摺動荷重の関係を比較して示している。これにより、本発明実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸が、低い摺動荷重であり、摺動荷重の変動を抑制でき、且つ滑らかな摺動特性を有していることが分かる。

なお、軸方向凸条 4の曲率と軸方向溝 6の曲率は異なっており、軸方向凸条 4 と軸方向溝 6は接触の際に軸方向に連続して接触するようにそれぞれ形成されていても良い。また、雄軸に形成されている軸方向凸条 4が雌軸側に、雌軸に形成されている軸方向溝 6が雄軸側に形成されていても本第 1実施の形態と同様の作用、効果が得られる。また、軸方向溝 5の曲率と転動体 7の曲率が異なっていて、両者は点接触するように形成されていても良い。また、転動体 7は球状体であっても良い。さらに、弾性体 8は板バネであっても良い。また、搢動面および転動面にダリ一スを塗布することによりさらに低い摺動荷重を得ることが出来る。

このように構成された本第 1実施の形態の伸縮軸は、以下の点が従来技術に比ベ優れている。

従来技術のように摺動面が純粋な滑りによるものであれば、ガ夕つき防止のための予圧荷重をある程度の荷重で留めておくことしかできなかった。それは、摺動荷重は、摩擦係数に予圧荷重を乗じたものであり、ガ夕つき防止や伸縮軸の剛性を向上させたいと願って予圧荷重を上げてしまうと摺動荷重が増大してしまうという悪循環に陥ってしまうためである。

その点、本実施の形態では、予圧部は軸方向の相対移動の際には、転動体 7の転動機構を採用しているため、著しい摺動荷重の増大を招くことなく予圧荷重を上げることができる。これにより、従来なし得なかったガタつきの防止と剛性の向上を摺動荷重の増大を招くことなく達成することができる。

そして、トルク伝達時には、トルク伝達部の軸方向凸条 4が軸方向溝 6に接触していることによってトルク伝達の役割を果たし、予圧部では板パネ 8が弾性変形して球状体 7を雄軸 1と雌軸 2の間で周方向に拘束してガタつきを防止することが出来る。

例えば、雄軸 1からトルクが入力された場合、初期の段階では、弾性体 8の予圧が加わっているため、ガタ付を防止する。

さらにトルクが増大していくと、トルク伝達部の軸方向凸条 4と軸方向溝 6の側面が強く接触し、軸方向凸条 4の方が球状体 7より反力を強く受け、トルク伝達部が主にトルクを伝達する。そのため、本第 1実施の形態では、雄軸 1と雌軸 2の回転方向ガ夕を確実に防止すると共に、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。

断面形状が略円弧状の軸方向凸条 4と軸方向溝 6とは、主に軸方向に連続して接触してその荷重を受けるため、点接触で荷重を受ける転動体 7よりも接触圧を低く抑えることができるなど、さまざまな効果がある。したがって、全列をボ一ル転がり構造とした従来例に比べ下記の項目が優れている。

.摺動部での減衰能効果が、ボール転がり構造に比べて大きい。よって振動吸収性能が高い。

-同じトルクを伝達するならば、軸方向凸条 4の方が接触圧を低く抑えることができるため、トルク伝達部の軸方向の長さを短くできスペースを有効に使うことができる。

-同じトルクを伝達するならば、軸方向凸条 4の方が接触圧を低く抑えることができるため、熱処理等によって雌軸の軸方向溝表面を硬化させるための追加工程が不要である。

•部品点数を少なくすることができる。

•組立性をよくすることができる。

•組立コストを抑えることができる。

• トルクの伝達を主にトルク伝達部で担っているため、転動体 7の数を少なくすることが出来、コラップスストロークを大きくとることが出来る。

転動体 7を部分的に採用したという点では、全列がスプライン嵌合で且つ、全列が摺動する構造の従来例と比較して、下記の項目が優れている。

-摩擦抵抗が低いため、摺動荷重を低く抑えられる。

-予圧荷重を高くすることができ、長期にわたるガ夕つきの防止と高剛性が同時に得られる。

(第 2実施の形態）

図 5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軸方向中央断面図であり、図 6は、図 5の X— X線に沿った断面図である。第 1実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。

本第 2実施の形態が、第 1実施の形態と異なるところは、雄軸 1の外周面に固体潤滑皮膜 1 1を形成していることにある。このように、雄軸 1の外周面に固体潤滑膜 1 1を形成することによって、トルク伝達部の軸方向凸条 4と軸方向溝 6 との接触抵抗を低くすることが出来るため、総摺動荷重（転がりと滑りが両方作用している本発明の構造において、通常使用時に発生する摺動荷重を言う）を第 1実施の形態の場合に比べて低くすることが出来る。

そして、本第 2実施の形態の場合も、第 1実施の形態と同様の作用、効果が得られる。

固体潤滑皮膜 1 1としては、二酸化モリブデンの紛体を樹脂中に分散混合し、それを吹き付けまたは浸漬後に焼き付けて皮膜を形成したものや、 P T F E (四フッ化工チレン）を樹脂中に分散混合し、それを吹き付けまたは浸漬後に焼き付けて皮膜を形成したもの等が用いられる。

なお、本第 2実施の形態では、固体潤滑皮膜 1 1は雄軸 1の外周面の全体にわたって形成されているが、雄軸 1に形成されている 3箇所の軸方向凸条 4の外周面のみに設けても良い。これは、摺動荷重の主たる要因が、軸方向凸条 4と軸方向溝 6との接触よるものであり、この接触部の接触抵抗を低減することで軸方向の摺動抵抗を下げることが出来るからである。

また、摺動面及び転動面にダリースを塗布することによりさらに低い摺動荷重を得ることが出来る。また、軸方向凸条 4の曲率と軸方向溝 6の曲率は異なっており、軸方向凸条 4と軸方向溝 6は接触の際に軸方向に連続して接蝕するようにそれぞれ形成されていても良い。また、雄軸に形成されている軸方向凸条 4が雌軸に側に、雌軸に形成されている軸方向溝 6が雄軸側に形成されていても本願実施の形態と同様の作用、効果が得られる。また、軸方向溝 5の曲率と転動体 7の曲率が異なっていて、両者は点接触するように形成されていても良い。また、転動体 7は球状体であっても良い。さらに、弾性体 8は板バネであっても良い。

(第 3実施の形態）

図 7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軸方向中央断面図であり、図 8は、図 7 X— X線に沿った断面図である。第 2実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。

本第 3実施の形態が、第 2実施の形態と異なるところは、雄軸 1を中空構造（中空部 1 3 )として、車両ステアリング用伸縮軸全体の軽量化を図ったこと、また、雄軸 1を中空構造にしたことによりストッパープレート 1 2を雄軸 1の中空部

1 3に挿入後加締めているところにある。その他の構成、作用および効果は第 2 実施の形態と同様であり説明を省略する。

なお、本第 3実施の形態では、固体潤滑皮膜 1 1は雄軸 1の外周面の全体にわたって形成されているが、雄軸 1に形成された 3箇所の軸方向凸条 4の外周面のみに設けても良い。なお、固体潤滑膜 1 1は雌軸 2の内周面側に形成されていても同様の作用、効果が得られる。

また、軸方向凸条 4の曲率と軸方向溝 6の曲率は異なっており、軸方向凸条 4 と軸方向溝 6は接触の際に軸方向に連続して接触するようにそれぞれ形成されていても良い。また、雄軸に形成されている軸方向凸条 4が雌軸側に、雌軸に形成されている軸方向溝 6が雄軸側に形成されていても本願実施の形態と同様の作用、効果が得られる。また、軸方向溝 5の曲率と転動体 7の曲率は異なっていて、両者は点接触するように形成されていても良い。また、転動体 7は球状体であっても良い。さらに、弾性体 8は板バネであっても良い。また、摺動面および転動面にダリ一スを塗布することによりさらに低い摺動荷重を得ることが出来る。

(第 4実施の形態）

図 9は、本発明の第 4実施の形態に係る車両ステァリング用伸縮軸の横断面図である。第 1実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。本第 4実施の形態が、第 1実施の形態と異なるところは、雌軸 2の内周面に固体潤滑皮膜 1 1を形成していることにある。このように、雌軸 2の内周面に固体潤滑膜 1 1を形成することによって、トルク伝達部の軸方向凸条 4と軸方向溝 6 との接触抵抗を低くすることが出来るため、総摺動荷重（転がりと滑りが両方作用している本発明の構造において、通常使用時に発生する摺動荷重を言う）を第 1実施の形態の場合に比べて低くすることが出来る。

そして、本第 4実施の形態の場合も、第 1実施の形態と同様の作用、効果が得られる。

固体潤滑皮膜 1 1としては、二酸化モリブデンの紛体を樹脂中に分散混合し、それを吹き付け又は浸漬後に焼き付けて皮膜を形成したものや、 P T F E (四フッ化エチレン）を樹脂中に分散混合し、それを吹き付け又は浸漬後に焼き付けて皮膜を形成したもの等が用いられる。

なお、本第 4実施の形態では、固体潤滑皮膜 1 1は雌軸 2の内周面の全体にわたって形成されているが、雌軸 2に形成されている 3箇所の軸方向溝 6の内周面のみに設けても良い。これは、搐動荷重の主たる要因が、軸方向凸条 4と軸方向溝 6との接触よるものであり、この接触部の接触抵抗を低減することで軸方向の摺動抵抗を下げることが出来るからである。

また、摺動面及び転動面にダリースを塗布することによりさらに低い搢動荷重を得ることが出来る。また、軸方向凸条 4の曲率と軸方向溝 6の曲率は異なっており、軸方向凸条 4と軸方向溝 6は接触の際に軸方向に連続して接触するようにそれぞれ形成されていても良い。また、雄軸に形成されている軸方向凸条 4が雌軸に側に、雌軸に形成されている軸方向溝 6が雄軸側に形成されていても本願実施の形態と同様の作用、効果が得られる。また、軸方向溝 5の曲率と転動体 7の' 曲率が異なっていて、両者は点接触するように形成されていても良い。また、転動体 7は球状体であっても良い。さらに、弾性体 8は板バネであっても良い。

(第 5実施の形態）

図 1 0 A、図 1 0 B及び図 1 0 Cは、それぞれ本発明の第 5実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の第 1実施例、第 2実施例及び第 3実施例の断面図である。第 1実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。

「第 1実施例」

図 1 O Aに示す第 1実施例では、スプライン嵌合された雄軸 1と雌軸 2からなる車両ステアリング用伸縮軸において、雄軸 1と雌軸 2の間の 1箇所に、第 1実施の形態と同等の予圧部を設けている。

より詳しくは、図 1 O A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スプライン嵌合した雄軸 1と雌軸 2とからなる。

本第 1実施例では、雄軸 1の外周面にスプライン嵌合用の軸方向凸条 1 4が複数延在して形成され、これに対応して雌軸 2の内周面にスプライン嵌合用の軸方向溝 1 6が複数延在して形成され、軸方向凸条 1 4と軸方向溝 1 6とがスプライン嵌合されてトルク伝達部を形成している。

雄軸 1の外周面の 1個所にスプライン嵌合用の軸方向凸条 1 4に替えて略 U 字形状の第 1の軸方向溝 3 (以後、軸方向溝 3と記す）が延在して形成してある。これに対応して雌軸 2の内周面には、軸方向溝 3と対向する位置に略円弧状の第 2の軸方向溝 5 (以後、軸方向溝 5と記す）が延在して形成されている。軸方向溝 3と軸方向溝 5との間に予圧用の波型形状の弾性体 8を介して、転動体 7が介装されている。転動体 7は雄軸 1と雌軸 2との軸方向に相対移動の際には転動し、回転の際には弾性体 8拘束されてガ夕つきを防止する。

弾性体 8は、その両側の平坦部 8 a、 8 aで軸方向溝 3の両側の壁部 3 a、 3 aに圧接してあり、弾性体 8全体が周方向に移動できないようになっている。そして弾性体 8は転動体 7に予圧を与えると共に、転動体 7と軸方向凸条 1 4を雌軸 2に対してガタ付きのない程度に予圧する働きをする。このようにして本題 1 実施例の伸縮軸が構成されている。

本第 1実施例の伸縮軸は、このような構造であるので、予圧部の存在によりそれぞれのトルク伝達部において雄軸 1と雌軸 2は常時搢動可能に接触しており、雄軸 1と雌軸 2との軸方向の相対移動の際には互いに摺動し、且つ転動体 7は転動する。

以上のように構成した伸縮軸では、雄軸 1と雌軸 2の間にトルク伝達部である軸方向凸条 1 4と軸方向溝 1 6とをスプライン嵌合させると共に、転動体 7を弹性体 8を介して軸方向溝 3と軸方向溝 5の間に介装し、弾性体 8により、転動体と軸方向凸条 1 4とを雌軸 2に対してガ夕付きのない程度に予圧してある。

トルク非伝達時は、雄軸 1と雌軸 2の間のガタ付きを確実に防止することがで 1

15 きると共に、雄軸 1と雌軸 2が軸方向に相対移動する際には、ガ夕付きのない安定した摺動荷重で雄軸 1と雌軸 2とを軸方向に摺動することができる。

トルク伝達時には、トルク伝達部の軸方向凸条 1 4と軸方向溝 1 6とのスプライン嵌合部が主なトルク伝達の役割を果たし、予圧部では弾性体 8が弾性変形して球状体 7を雄軸 1と雌軸 2の間で周方向に拘束してガ夕つきを防止することが出来る。

その他の作用、効果は、第 1実施の形態と同様であり説明を省略する。

「第 2実施例」

図 1 0 Bに示す第 2実施例では、スプライン嵌合された雄軸 1と雌軸 2からなる車両ステアリング伸縮軸において、第 1実施例と同等の予圧部を雄軸 1と雌軸 2との間に周方向に 1 8 0度間隔で配置している。そして、予圧部の間それぞれに、第 1実施例と同等のトルク伝達部を複数箇所設けている。

このように、 2箇所に予圧部を設けることによって、第 1実施例に比べ、さらに摺動荷重を低減することができると共に、ガ夕つきを防止することが出来る。その他の構成、作用、効果は第 1実施例と同様であり説明を省略する。

「第 3実施例」

図 1 0 Cに示す第 3実施例では、スプライン嵌合された雄軸 1と雌軸 2からなる車両ステアリング伸縮軸において、雄軸 1と雌軸 2との間に、第 1実施の形態と同様の予圧部を周方向に 1 2 0度で等配して設けている。そして、予圧部の間それぞれに、第 1実施例と同等のトルク伝達部を複数箇所設けている。

このように、周方向の 3箇所に予圧部を設けることによって、第 1および第 2 実施例に比べ、さらに摺動荷重を低減することができると共に、がたつきを防止することが出来る。また、予圧部を周方向に 1 2 0度で等配していることによつて、軸の偏心も改善することが出来るので摺動荷重の偏りも低減することが出来る。その他の構成、作用、効果は第 1及び第 2実施例と同様であり説明を省略する。なお、上述の第 1実施例から第 3実施例において、摺動面および転動面にグリ —スを塗布することによりさらに低い摺動荷重を得ることが出来る。また、雄軸に形成されている軸方向凸条 1 4が雌軸に側に、雌軸に形成されている軸方向溝 1 6が雄軸側に形成されていても本願実施の形態と同様の作用、効果が得られる。また、軸方向溝 5の曲率と転動体 7の曲率が異なっていて、両者は点接触するように形成されていても良い。また、転動体 7は球状体であっても良い。さらに、弾性体 8は板バネであつても良い。

(第 6実施の形態）

図 1 1 A、図 1 1 B及び図 1 1 Cは、それぞれ本発明の第 6実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の第 1実施例、第 2実施例及び第 3実施例の断面図である。第 5実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。

本第 6実施の形態と第 5実施の形態との相違は、雄軸 1の外周面に固体潤滑膜 1 1を形成したことにある。このように、雄軸 1の外周面に固体潤滑膜 1 1を形成することによって、トルク伝達部の軸方向凸条 1 4と軸方向溝 1 6との接触抵抗を低くすることが出来るため、総摺動荷重（転がりと滑りが両方作用している本発明の構造において、通常使用時に発生する摺動荷重を言う）を第 5実施の形態の場合に比べて低くすることが出来る。そして、本第 6実施の形態の場合も、第 5実施の形態と同様の作用、効果が得られる。

固体潤滑皮膜としては、二酸化モリブデンの紛体を樹脂中に分散混合し、それを吹き付けまたは浸漬後に焼き付けて皮膜を形成したものや、 P T F E (四フッ化工チレン）を樹脂中に分散混合し、それを吹き付けまたは浸漬後に焼き付けて皮膜を形成したもの等が用いられる。

なお、搢動面および転動面にグリースを塗布することによりさらに低い摺動荷重を得ることが出来る。また、雄軸に形成されている軸方向凸条 1 4が雌軸に側に、雌軸に形成されている軸方向溝 1 6が雄軸側に形成されていても本願実施の形態と同様の作用、効果が得られる。また、軸方向溝 5の曲率と転動体 7の曲率が異なっていて、両者は点接触するように形成されていても良い。また、転動体 7は球状体であっても良い。さらに、弾性体 8は板バネであっても良い。

(第 7実施の形態）

図 1 2 A、図 1 2 B及び図 1 2 Cは、それぞれ本発明の第 7実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸の第 1実施例、第 2実施例及び第 3実施例の断面図である。第 5、第 6実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。本第 7実施の形態と第 5実施の形態との相違は、雌軸 2の内周面に固体潤滑膜 1 1を形成したことにある。このように、雌軸 2の内周面に固体潤滑膜 1 1を形成することによって、トルク伝達部の軸方向凸条 1 4と軸方向溝 1 6との接触抵抗を低くすることが出来るため、総摺動荷重（転がりと滑りが両方作用している本発明の構造において、通常使用時に発生する摺動荷重を言う）を第 5実施の形態の場合に比べて低くすることが出来る。そして、本第 7実施形態の場合も、第 5実施の形態と同様の作用、効果が得られる。

なお、摺動面および転動面にグリースを塗布することによりさらに低い摺動荷重を得ることが出来る。また、雄軸に形成されている軸方向凸条 1 4が雌軸に側に、雌軸に形成されている軸方向溝 1 6が雄軸側に形成されていても本願実施の形態と同様の作用、効果が得られる。また、軸方向溝 5の曲率と転動体 7の曲率が異なっていて、両者は点接触するように形成されていても良い。また、転動体 7は球状体であっても良い。さらに、弾性体 8は板バネであっても良い。なお、上記第 4から第 6実施の形態では、軸方向凸条と軸方向溝がスプライン嵌合用の場合について説明したが、セレーシヨン嵌合用であっても、また単に凸凹嵌合用であっても同様の作用、効果が得られる。 (その他関連事項）

本発明の全ての実施の形態において、中実の雄軸を中空に、中空の雄軸を中実に置き換えても良い。

また、本発明の全ての実施の形態において、下記の事が言える。雌軸の先端を内側に加締めることで、雄軸の引抜を防止し、分解できない構造にしても良い。転動体 7は、熱処理され、且つ研磨されたものを使用してもよい。雄軸 1の外周面に、 PTFE (四フッ化工チレン）または、二硫化モリブデンを含む樹脂皮膜処理を施したものを使用してもよい。雄軸 1を冷間引き抜き成型で製造した中実または中空の鋼材を使用してもよい。雄軸 1を冷間押し出し成形で製造したアルミニゥム材を使用してもよい。雄軸 1を冷間鍛造で製造した中実の鋼材または、アルミニウム材を使用してもよい。雌軸 2を冷間引き抜き成型で製造した中空の鋼材を使用してもよい。雄軸を冷間鍛造成形する際には、素材に金属石鹼処理（ボンデ処理）を施すことが望ましい。雌軸は中空の鋼材を素材として用い、金属石鹼処理（ボンデ処理）した後に、求める径に絞り又は拡管加工し、溝部をプレス成形しても良い。雌軸 2は窒化処理されていてもよい。雌軸 2の内周面に PTF E (四フッ化工チレン）または、二硫ィヒモリブデンを含む榭脂皮膜処理を施したものを使用してもよい。

また、本発明の全ての実施の形態において、下記の数値範囲が用いられることが望ましい。

·転動体であるポール直径は、乗用車に使われる用途では、 Φ3〜6ηιιη程度。 · ポール径とポール及び軸方向凸条の P. C. D. 比は 1 : 3. 5〜5. 0程度。 -雄軸の軸径は、一般的に乗用車として必要とされる捩り強度が 25 ONm以上であることから、一般的な機械構造用炭素鋼を使用した場合、 13mm以上。 - トルクを負荷しない状態で、ポールの接触圧が 150 OMP a以下。

. トルクを 10 ONm負荷した状態で、ポールの接触圧が 200 OMP a以下。 ■ トルクを 10 ONm負荷した状態で、軸方向凸条の接触圧が 200 OMP a以下 _c -弹性体である板パネの板厚とポール径の比は、 1 ： 1 0〜2 0程度。

本発明では、以上を総合すると従来の製品と比較して下記のことが言える。 •低コストである。

-安定した低スライド荷重を得ることができる。

·ガ夕がない。

•耐摩耗性に優れている。

-耐熱性に優れている。

•軽量化が可能である。

•機構が小さい。

·設計思想を変えずにあらゆる使用条件に対応することができる。

なお、特開 2 0 0 1— 5 0 2 9 3号公報、及びドイツ特許公開 D E 3 7 3 0 3 9 3 A 1号公報には、雄軸と雌軸に形成した軸方向溝に複数のポールを介装して弾性体により予圧した構造が開示してある。これに対して、本発明は、上述したように、「全列をボール転がり構造とした場合」又は「従来のスプライン嵌合とした場合」より著しく優れている。

また、欧州特許公開 E P 1 0 7 8 8 4 3 A 1号公報では、ニードルローラ、その保持器、ガタつき防止のためのレギユレ一ターでガタ付きを防止するという構造であるが、純粋な滑り摺動であるため、予圧荷重を大きくできない。よって、長期にわたってガ夕つきを防止することや、高剛性を得ることが非常に困難である。

それに対し、本発明では、前述したとおり、転がり構造を部分的に採用しており、且つ、ガタ付きを防止するための手段も違うため、

-摩擦抵抗が低いため、摺動荷重を低く抑えられる。

•予圧荷重を高くすることができ、長期にわたるガ夕つきの防止と高剛性が同時に得られる。といったことが極めて優れている。

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。以上説明したように、本発明によれば、雄軸と雌軸の間の回転方向ガ夕付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達することができる車両ステアリング用伸縮軸を提供することが出来る。

Claims

請求の範囲

1 . 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に且つ摺動自在に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸において、

前記トルク伝達部とは異なる位置の前記雄軸の外周部と前記雌軸の内周部の間に設けられ、前記雄軸と前記雌軸との軸方向相対移動の際には転動する転動体と、該転動体に径方向に隣接して配置され、該転動体を介して前記雄軸と前記雌軸とに予圧を与える弾性体とからなる予圧部と、

を具備してなることを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸。

2 . 前記トルク伝達部は、常時互いに接触してい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 . 前記トルク伝達部は、前記雄軸の外周面に形成された断面形状が略円弧状の軸方向凸条と前記雌軸の内周面に形成された断面形状が略円弧状の軸方向溝から構成されてい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。

4. 前記トルク伝達部は、互いに軸方向に連続して接触していることを特徴とする請求項 3に記載の車両ステァリング用伸縮軸。

5 . 前記トルク伝達部は、前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面に形成されたスプライン嵌合部またはセレーション嵌合部から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。

6 . 前記予圧部は、前記雄軸の外周面に設けられた第 1の軸方向溝と、該第 1 の軸方向溝に対向して前記雌軸の内周面に設けられた第 2の軸方向溝とを有し、前記転動体と前記弾性体は、該第 1および第 2の軸方向溝間に配置されてい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。

7 . 前記予圧部は、前記雄軸と前記雌軸との間に複数配置され、

前記トルク伝達部は、隣り合う前記予圧部の間に複数配置されてい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。

8 . 前記予圧部は、周方向に 1 8 0度間隔で配置され、前記予圧部の間に、それぞれ前記トルク伝達部を配置していることを特徴とする請求項 7に記載の車両ステアリング用伸縮軸。

9 . 前記予圧部は、周方向に 1 2 0度間隔で等配して配置され、前記予圧部の間に、それぞれ前記トルク伝達部を配置していることを特徴とする請求項 7に記載の車両ステアリング用伸縮軸。

1 0 . 前記トルク伝達部は、前記予圧部の間に周方向中央部にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項 9に記載の車両ステアリング用伸縮軸。

1 1 . 前記転動体は、少なくとも 1つの球状体から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。

1 2 . 前記弾性体は、板パネから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。 .

1 3 . 前記雄軸の外周部または前記雌軸の内周部に固体潤滑皮膜が形成されてい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。