WO2004033270A1 - 車両ステアリング用伸縮軸 - Google Patents

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WO2004033270A1
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vehicle steering
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Yasuhisa Yamada
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Nsk Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a telescopic shaft for a vehicle steering which can realize a stable dynamic load, reliably prevent rattling, and transmit torque in a highly rigid state.
  • Fig. 7 shows the steering mechanism of a typical automobile.
  • a and b in the figure are expansion and contraction axes.
  • the telescopic shaft a is a male shaft and a female shaft spline-fitted.
  • Such a telescopic shaft a absorbs the axial displacement that occurs when the vehicle travels, and is mounted on the steering wheel. Performance that does not transmit the displacement or vibration is required.
  • This type of performance is achieved by the fact that the vehicle body has a sub-frame structure, the part c for fixing the upper part of the steering mechanism and the frame e to which the steering rack d is fixed are separate bodies, and an elastic body such as rubber is between them. This is generally required for a structure that is fastened and fixed via f.
  • the steering shaft coupling g when the steering shaft coupling g is fastened to the pinion shaft h, an operator needs to contract the telescopic shaft, and then fit it to the pinion shaft h for fastening, which requires an expansion / contraction function.
  • the telescopic shaft b at the top of the steering mechanism also has a male shaft and a female shaft spline-fitted, but such telescopic shaft b has an optimal position for the driver to drive the car. In order to achieve this, the function of moving the position of the steering wheel i in the axial direction and adjusting the position is required, so that the function of expanding and contracting in the axial direction is required.
  • EP 1 078 843 A1 discloses that a plurality of sets of axial grooves formed on an outer peripheral surface of a male shaft and an inner peripheral surface of a female shaft have a plurality of grooves. A set of torque transmitting members (cylindrical bodies) are fitted.
  • Each set of torque transmitting members (cylindrical bodies) consists of a plurality of needle rollers arranged in the axial direction.
  • each set of torque transmitting members (cylindrical members) is formed by a plurality of 21 dollar rollers arranged in parallel in the axial direction.
  • the assembly is complicated and the assembly time may be too long.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and realizes a stable sliding load, reliably prevents backlash in the rotational direction, and can transmit torque in a highly rigid state. In addition, it is possible to shorten the assembly time of the torque transmitting member, reduce the circumferential backlash, and reduce the surface pressure of the torque transmitting member to extend the life. It is an object of the present invention to provide a telescopic shaft for a vehicle steering that can be provided.
  • a telescopic shaft for vehicle steering is incorporated in a steering shaft of a vehicle, and a male and female shaft is non-rotatably and slidably fitted to each other.
  • At least one set of torque transmitting members is disposed on at least one set of interposed portions formed on the outer peripheral surface of the male shaft and the inner peripheral surface of the female shaft,
  • the at least one set of torque transmitting members is a cylindrical body whose diameter is gradually reduced toward an end in the axial direction.
  • At least one set of torque transmitting members is a cylindrical body whose diameter is gradually reduced toward the end in the axial direction. It is possible to arrange as few cylinders as possible. Therefore, the assembling time can be shortened, and the device can be manufactured at low cost.
  • the torque transmitting member is a cylindrical body whose diameter is gradually reduced toward the end in the axial direction, it is possible to reduce the sliding in the circumferential direction while keeping the sliding resistance low.
  • the at least one set of torque transmission members is a crowned cylindrical body. According to this configuration, since at least one set of torque transmitting members is a crowned cylinder, a minimum number of cylinders can be arranged in a single row of interposed portions (axial grooves). . Therefore, the assembling time can be shortened, and the device can be manufactured at low cost.
  • the torque transmitting member is a cylindrical body subjected to crowning, it is possible to reduce sliding in the circumferential direction while keeping sliding resistance low.
  • the torque transmission member is a crowned cylinder, a gentle surface pressure is applied from the end to the center of the cylinder when torque is applied, thereby avoiding local surface pressure. Therefore, product life can be kept long.
  • the at least one set of torque transmitting members is a cylindrical body whose outer diameter near an end is formed into a tapered shape by polishing. According to this configuration, when a torque is applied, a gentle surface pressure is applied from the end to the center of the cylindrical body, and local surface pressure can be avoided, so that a long product life can be maintained.
  • the cylinder is a twenty-first roller.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a telescopic shaft for vehicle steering according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line Y--Y of FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of an elastic body (plate panel) connected by a connecting portion.
  • FIG. 5 is a view taken in the direction of arrow A in FIG.
  • FIG. 6 is a side view of a cylindrical body (needle roller) according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a side view of a steering mechanism of a general automobile.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a telescopic shaft for vehicle steering according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG.
  • a telescopic shaft for vehicle steering (hereinafter, referred to as a telescopic shaft) is composed of a male shaft 1 and a female shaft 2 fitted in a mutually non-rotatable and slidable manner.
  • each groove 3 is formed on the outer peripheral surface of the male shaft 1 at equal intervals of 120 degrees in the circumferential direction.
  • the cross-sectional shape of each groove 3 is clear in FIG. Thus, it has a bottom portion 3a that is flat at the center, and flat side portions 3b, 3b that are divergently inclined from both ends of the bottom portion 3a toward the outer diameter side.
  • the outer peripheral surface of the male shaft 1 has three substantially arc-shaped cross-sections between the three axially extending grooves 3 at equal circumferential intervals of 120 degrees.
  • An axially extending groove 4 is formed.
  • the female shaft 2 On the inner peripheral surface of the female shaft 2, there are formed three axially extending grooves 5 having a substantially arc-shaped cross section, which are equally arranged at intervals of 120 degrees in the circumferential direction. On the inner peripheral surface of the female shaft 2, there are three substantially arc-shaped shafts which are equally spaced at intervals of 120 degrees in the circumferential direction between the three axial grooves 5 in the circumferential direction. A groove 6 extending in the direction is formed.
  • the axially extending grooves 3 and 5 constitute three sets of first interposed portions for three sets of spherical bodies 7 described later, and the axial grooves 4 and 6 correspond to three sets of cylindrical bodies described later. 8 make up three sets of second intervening parts.
  • These three sets of axial grooves 3 and 5 (first interposed part) and three sets of axial grooves 4 and 6 (second interposed part) are alternately arranged in the circumferential direction, and are adjacent to each other.
  • the grooves are equally spaced at 60 ° intervals in the circumferential direction.
  • the first torque transmission device is composed of three elastic grooves (leaf springs) for preload between the three axial grooves 3 of the male shaft 1 and the three axial grooves 5 of the female shaft 2. 9) Three sets of first torque transmissions that rotate when the male shaft 1 and the female shaft 2 move relative to each other in the axial direction, and that transmit torque while being constrained by the plate panel 9 when rotating.
  • the member (spherical body) 7 is configured to be rotatably interposed.
  • the first torque transmitting members 7 are each formed of a spherical body.
  • the second torque transmitting device is provided between the three axially extending grooves 4 of the male shaft 1 and the three axially extending grooves 6 of the female shaft 2, respectively, between the male shaft 1 and the female shaft 2.
  • three sets of second torque transmitting members (cylindrical members) 8 for allowing relative movement in the axial direction and transmitting torque during rotation are slidably interposed.
  • the second torque transmitting member 8 is formed of a cylindrical body extending in the axial direction.
  • the plate panel 9 extends in the groove 3 of the male shaft 1 in the axial direction over substantially the entire length of the groove 3 and is interposed between the spherical body 7 and the cylindrical body and the groove forming surface.
  • Body 7 and cylinder 8 are preloaded against female shaft 2 so that there is no looseness, while torque transmission In some cases, the spherical body 7 is elastically deformed and acts to restrain the spherical body 7 between the male shaft 1 and the female shaft 2 in the circumferential direction.
  • the spherical body 7 and the cylindrical body 8 are interposed between the male shaft 1 and the female shaft 2, and the spherical body 7 and the cylindrical body 8 are Pre-load so that there is no backlash, so that when torque is not transmitted, rattling between the male shaft 1 and the female shaft 2 can be reliably prevented, and the male shaft 1 and the female shaft 2
  • the shafts move relative to each other in the axial direction, the male shaft 1 and the female shaft 2 can slide in the axial direction with a stable sliding load with no looseness.
  • the sliding surface is purely sliding as in the prior art, it was only possible to keep the preload for preventing the rattling with a certain load.
  • the sliding load is obtained by multiplying the coefficient of friction by the preload. If the preload is increased in order to prevent vibration and improve the rigidity of the telescopic shaft, the sliding load will increase. It had fallen into a vicious circle.
  • the preload can be increased without significantly increasing the sliding load.
  • the three sets of leaf springs 9 elastically deform to restrain the three sets of spherical bodies 7 in the circumferential direction between the male shaft 1 and the female shaft 2 and to interpose between the male shaft 1 and the female shaft 2.
  • the three sets of cylinders 8 that are mounted play a major role in transmitting torque.
  • the rotation direction of the male shaft 1 and the female shaft 2 via the cylinder 8 The clearance of the cylinder 8 is set to be smaller than that of the spherical body 7 because the clearance between the male shaft 1 ⁇ the plate panel 9 ⁇ the spherical body 7 and the female shaft 2 via the spherical body 7 is smaller than that of the spherical body 7 Strongly receiving the reaction force, the cylinder 8 mainly transmits torque to the female shaft 2. Therefore, play in the rotational direction of the male shaft 1 and the female shaft 2 is reliably prevented, and torque can be transmitted in a highly rigid state.
  • the spherical body 7 may be a pole. Further, the cylindrical body 8 may be a needle roller.
  • the needle roller 8 Since the needle roller 8 receives the load by linear contact, it has various effects such as a lower contact pressure than the ball 7 which receives a load by point contact. Therefore, the following items are superior to the case where all the rows are pole-rolled.
  • the contact roller can keep the contact pressure lower, so the axial length can be shortened and the space can be used effectively. ⁇ If the same torque is transmitted, the contact roller can reduce the contact pressure lower, so that additional processing for hardening the axial groove surface of the female shaft by heat treatment or the like is unnecessary.
  • the needle roller 8 functions as a key for transmitting torque between the male shaft 1 and the female shaft 2 and makes sliding contact with the inner peripheral surface of the female shaft 2.
  • the advantages of the conventional spline fitting are as follows.
  • the needle roller is polished after heat treatment, it has high surface hardness and excellent wear resistance. • Since the needle roller is polished, the surface roughness is fine and the friction coefficient during sliding is low, so the sliding load can be kept low.
  • the length and arrangement of the needle roller can be changed according to the conditions of use, so it can be used for various applications without changing the design concept.
  • needle rollers with different outer diameters can be manufactured at low cost in units of several microns, the clearance between the male shaft, the needle roller, and the female shaft can be minimized by selecting the needle roller diameter. Therefore, it is easy to improve the rigidity of the shaft in the torsional direction.
  • the preload can be increased, preventing long-term rattling and achieving high rigidity at the same time.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line Y--Y of FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of an elastic body (leaf spring) connected by a connecting portion.
  • FIG. 5 is a view taken in the direction of arrow A in FIG.
  • a small diameter portion 1a is formed at the end of the male shaft 1.
  • the small diameter portion 1a is provided with a stop plate 10 for restricting the axial movement of the needle roller 8.
  • the stopper plate 10 includes an elastic member 11 for axial preload and a pair of flat plates 12 and 13 that sandwich the elastic member 11 for axial preload.
  • the stopper plate 10 is fitted to the small diameter portion la in the order of the flat plate 13, the elastic member 11 for axial preload, and the flat plate 12, and then the small diameter portion 1 a It is firmly fixed to the small diameter part 1a by caulking the end lb of the.
  • the method of fixing the stopper plate 10 is not limited to caulking, but may be a retaining ring 32, screwing means, a push nut, or the like.
  • the stopper plate 10 allows the flat plate 13 to come into contact with the needle roller 8 so that the axial preload elastic body 11 can appropriately preload the needle roller 8 so as not to move in the axial direction. ing.
  • the axial preload elastic body 11 is made of rubber, resin, or a plate spring made of a steel plate.
  • the axial preload elastic body 11 and the flat plates 12 and 13 may be separate bodies, but are preferably integrally molded for ease of assembly.
  • the elastic body for axial preload 11 is rubber, if it is made by vulcanizing and molding the flat plates 12 and 13, it can be integrated, making it easy to assemble and create a low-cost product. it can.
  • the corrugated shape can be integrated with the flat plates 12 and 13 by being integrally formed. Is obtained.
  • the flat plates 12, 13 are made of a steel plate, a resin, or a steel plate having a resin film formed thereon.
  • the grooves 3, 4 extending in the axial direction of the male shaft 1 are substantially perpendicular to the axial direction, and terminate at axially perpendicular surfaces 14, 15 abutting on the pawl 7 and the needle roller 8.
  • one side of the roller 21 is restricted from moving in the axial direction by the stopper plate 10 provided on the small diameter portion 1a of the male shaft 1, while the other side of the needle roller 8 is Abutment on the right-angled surface 15 in the axial direction restricts axial movement.
  • the stopper plate 10 has the flat plate 13 abutted against the needle roller 8 and is appropriately preloaded by the axial preload elastic body 11 so as not to move the needle roller 8 in the axial direction.
  • needle roller 8 it is necessary to preload needle roller 8 appropriately and fix it without any gap in the axial direction.
  • the needle roller 8 does not move in the axial direction, and it is possible to reliably prevent the generation of unpleasant abnormal noise such as squeezing. .
  • the axial grooves 3 and 4 of the male shaft 1 are substantially perpendicular to the axial direction, and have the axial perpendicular surfaces 14 and 15 which abut on the pawl 7 and the needle roller 8,
  • the axial right-angled surface 15 can restrict the axial movement of the pawl 7 and the needle roller 8 without providing a separate member.
  • the number of parts can be reduced and the manufacturing cost can be reduced, and the weight and size can be reduced because no separate members are used.
  • an annular surface 21 of the step is formed in the small diameter portion 1a at the end of the male shaft 1.
  • a ring-shaped connecting portion 20 is fitted to the small diameter portion 1a, and a ring-shaped connecting portion 20 is arranged along the annular surface 21 of the step.
  • the shape of the annular surface 21 of the step is not limited as long as it is an axial annular surface facing the male shaft 1 in the axial direction.
  • the ring-shaped connecting portions 20 are connected to the axial ends of the three panel panels 9 at three locations on the periphery thereof. That is, as shown in FIG. 4, the ring-shaped connecting portion 20 is integrally formed with three leaf springs 9 extending in the axial direction. The three leaf springs may be separate from each other.
  • the three plate panels 9 that are the rolling surfaces can be integrated to reduce the actual number of parts from three to one.
  • the number of parts can be reduced, the assemblability can be improved, the assembling time can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the ring-shaped connecting portion 20 is a conventional arc-shaped connecting portion extending in the circumferential direction. Therefore, the female shaft 2 can be made compact without expanding in the radial direction.
  • a small diameter portion 1a formed at the end of the male shaft 1 penetrates the ring-shaped connecting portion 20. Therefore, when assembling the three panel panels 9, the small-diameter portion 1a at the end of the male shaft 1 passes through the ring-shaped connecting portion 20 to serve as a guide at the time of assembling. In addition, the assembling work can be facilitated, the assembling time can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the ring-shaped connecting portion 20 is disposed in an axial gap between the flat plate 13 of the stopper plate 10 and the annular surface 21 of the step.
  • This axial gap is, for example, about 0.3 to 2.0 mm.
  • the ring-shaped connecting portion 20 does not restrict the movement of the leaf springs 9 even when the three leaf panels 9 are deformed by the torque input.
  • each panel panel 9 is formed in a linear shape substantially parallel to the shape of the axial groove 3 of the male shaft 1, and the flat bottom 9 a and the bottom surface 9a, the first inclined side surface portions 9b, 9b, which extend outwardly from both ends in the transverse direction to the outer diameter, and the outermost diameters of the first inclined side surface portions 9b, 9b.
  • a second inclined surface portion 9c9c which is turned outward on the side and extends substantially parallel to the first inclined surface portions 9b, 9b.
  • the peripheral portion of the ring-shaped connecting portion 20 is connected to the center bottom surface 9 a of each leaf spring 9.
  • each leaf spring 9 presses against the flat bottom 3a of the groove 3
  • the second side 9c, 9c presses against the flat side 3b, 3b of the groove 3
  • the ball 7 and the needle roller 8 are pressed against the side surface of the groove 5 of the female shaft 2 by the side plates 9a and 9a.
  • the radial gap is, for example, 0.2 to 1.0 mm. Axial direction above Similarly to the gap, due to the existence of this radial gap, the ring-shaped connecting portion 20 does not restrict the movement of the three panel panels 9 even when the three panel panels 9 are deformed by the torque input. It has become.
  • FIG. 6 is a side view of the cylinder (needle roller) according to the embodiment of the present invention.
  • the diameter of the needle roller 8 gradually decreases from the center to the end in the axial direction.
  • the part with the largest diameter ( ⁇ ⁇ ) is the center part, and the part with the smallest diameter ( ⁇ f> D 2) is the part close to the end face (excluding the corner R with the end face) ).
  • L2 L1X0.1 to L1X0.25.
  • the inner diameter of the female shaft 2 shows a tendency to gradually narrow as it goes from the vicinity of the inlet to the back, the male shaft 1 slides when the end face of the needle roller 8 makes strong contact.
  • the resistance becomes very large.
  • the crowning portion enters the tapered portion of the female shaft 2, so that there is no increase in circumferential gutter.
  • a longer driving stroke can be secured while keeping the sliding resistance low.
  • the crown roller 8 is crowned, and the diameter of the needle roller 8 gradually decreases from the center to the end in the axial direction.
  • a minimum number of needle rollers 8 can be arranged in one row of axial grooves 4, 6. Therefore, the assembling time can be shortened, and the device can be manufactured at low cost.
  • the needle roller 8 is crowned, it is possible to reduce the backlash in the circumferential direction while suppressing the sliding resistance as described above.
  • the crown 21 is crowned, so when torque is applied, a gentle surface pressure is applied from the end to the center of the needle roller 8 to avoid local surface pressure. Therefore, the product life can be kept long.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified. As described above, according to the present invention, it is possible to arrange as few cylinders as possible in a row of interposed portions (axial grooves). Therefore, the assembling time can be shortened, and the device can be manufactured at low cost.
  • the torque transmitting member can reduce the backlash in the circumferential direction while keeping the sliding resistance low.

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Abstract

　車両のステアリングシャフトに組込み、雄軸と雌軸を相互に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、雄軸の外周面と前記雌軸の内周面に形成した少なくとも１組の介装部に、少なくとも１組のトルク伝達部材を配置し、当該少なくとも１組のトルク伝達部材は、軸方向で端部に行くに従って徐々に縮径した円柱体である。

Description

明 細 書 車両ステアリング用伸縮軸 技術分野
本発明は、 安定した搢動荷重を実現すると共に、 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に関する。 背景技術
図 7に、 一般的な自動車の操舵機構部を示す。 図中の aと bが伸縮軸である。 伸縮軸 aは、 雄軸と雌軸とをスプライン嵌合したものであるが、 このような伸縮 軸 a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 ィール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部位 cとステアリ ングラック dが固定されているフレーム eが別体となっておりその間がゴムな どの弾性体 f を介して締結固定されている構造の場合に要求されることが一般 的である。 また、 その他のケースとして操舵軸継手 gをピニオンシャフト h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 h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 にある伸縮軸 bも、 雄軸と雌軸とをスプライン嵌合したものであるが、 このよう な伸縮軸 b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 i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、 伸縮軸にはスプライン部のガタ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、 軸方向摺動動作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、 欧州特許出願公開 E P 1 0 7 8 8 4 3 A 1号公報では、 雄軸の外周面と雌軸の内周面に形成した複数組の軸方向溝の間に、 複数組のトル ク伝達部材 （円柱体） が嵌合してある。
各組のトルク伝達部材 （円柱体） は、 軸方向に並列した複数個のニードルロー ラからなつている。
これにより、 トルク非伝達時には、 雄軸と雌軸の間のガ夕付きを防止すること ができ、 雄軸と雌軸は、 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、 雄軸と雌軸は、 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。
しかしな力 Sら、 上述した欧州特許出願公開 E P 1 0 7 8 8 4 3 A 1号公報では、 各組のトルク伝達部材 （円柱体） は、 軸方向に並列した複数個の二一ドルローラ からなつているため、 組立が煩雑であり、 組立時間がかかり過ぎるといったこと がある。
従って、 各列のニードルローラの個数を 1個又は 2個にすると、 雄軸と雌軸の 真直度の精度を高くしなければならず、 そのため溝部の機械加工を余儀なくされ て製造コストの高騰を招いてしまう。よって高性能化（摺動抵抗を低く抑えつつ、 周方向のガタ付きを小さくすること） と低コスト化が両立できないといったこと がある。
また、 この雄軸と雌軸の真直度の精度を高くしない場合、 トルクを伝達する際 に、 ニードルローラの端面付近で、 高い面圧が発生するといつたことがある。 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、 回転方向ガタ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、 しかも、 トルク伝達部材の組立時間を短くすると共に、 周方向 のガタ付きを抑えつつ、 トルク伝達部材の面圧を低くして長寿命化を図ることが 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、 雄軸と雌軸を相互に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、
前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面に形成した少なくとも 1組の介装部に、 少なくとも 1組のトルク伝達部材を配置し、
前記少なくとも 1組のトルク伝達部材は、 軸方向で端部に行くに従つて徐々に 縮径した円柱体であることを特徴とする。
このように、 本発明によれば、 少なくとも 1組のトルク伝達部材は、 軸方向で 端部に行くに従って徐々に縮径した円柱体であることから、 一列の介装部 （軸方 向溝） にできる限り少ない本数の円柱体を配置することができる。 従って、 組立 時間を短くすることができ、 低コストで作ることができる。
また、 トルク伝達部材は、 軸方向で端部に行くに従って徐々に縮径した円柱体 であることから、 摺動抵抗を低く抑えつつ、 周方向のガ夕付きを小さくすること ができる。
また、 本発明の車両ステアリング用伸縮軸は、 前記少なくとも 1組のトルク伝 達部材は、 クラウニングを施した円柱体であることが好ましい。 この構成によれ ば、 少なくとも 1組のトルク伝達部材は、 クラウニングを施した円柱体であるこ とから、 一列の介装部 （軸方向溝） にできる限り少ない本数の円柱体を配置する ことができる。 従って、 組立時間を短くすることができ、 低コストで作ることが できる。
トルク伝達部材は、 クラウニングを施した円柱体であることから、 摺動抵抗を 低く抑えつつ、 周方向のガ夕付きを小さくすることができる。
さらに、 トルク伝達部材は、 クラウニングを施した円柱体であることから、 ト ルクが負荷された際に、 円柱体の端部から中心部にかけてなだらかな面圧がかか り、 局部面圧を避けることができるため、 製品寿命を長く保つことができる。 さらに、 本発明の車両ステアリング用伸縮軸において、 前記少なくとも 1組の トルク伝達部材は、 端部付近の外径を研磨加工によってテーパ形状に加工した円 柱体であることが好ましい。 この構成によれば、 トルクが負荷された際に、 円柱 体の端部から中心部にかけてなだらかな面圧がかかり、 局部面圧を避けることが できるため、 製品寿命を長く保つことができる。 本発明の車両ステアリング用伸 縮軸において、 前記円柱体は二一ドルローラであることが好ましい。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施の形態に係る車両ステァリング用伸縮軸の縦断面図であ る。
図 2は、 図 1の X— X線に沿った横断面図である。
図 3は、 図 1の Y— Y線に沿った横断面図である。
図 4は、 連結部により連結した弾性体 （板パネ） の斜視図である。
図 5は、 図 1の矢印 Aの矢視図である。
図 6は、本発明の実施の形態に係る円柱体（ニードルローラ）の側面図である。 図 7は、 一般的な自動車の操舵機構部の側面図である。 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の縦断面図であ る。 図 2は、 図 1の X— X線に沿った横断面図である。
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。
図 2に示すように、 雄軸 1の外周面には、 周方向に 1 2 0度間隔で等配した 3 個の軸方向に延びる溝 3が形成してある。 各溝 3の横断面形状は図 2に明瞭なよ うに、 中央で平らな底部 3 aと、 底部 3 aの両側端から外径側に向つて末拡がり に傾斜した平らな側部 3 b、 3 bとを有している。 また、 この雄軸 1の外周面に は、 これら 3個の軸方向に延びる溝 3の周方向の間であって、 周方向に 1 2 0度 間隔で等配した 3個の断面略円弧状の軸方向に延びる溝 4が形成してある。 雌軸 2の内周面には、 周方向に 1 2 0度間隔で等配した 3個の断面略円弧状の 軸方向に延びる溝 5が形成してある。 また、 この雌軸 2の内周面には、 これら 3 個の軸方向溝 5の周方向の間であって、 周方向に 1 2 0度間隔で等配した 3個の 略円弧状の軸方向に延びる溝 6が形成してある。
軸方向に延びる溝 3， 5は、 後述する 3組の球状体 7のための 3組の第 1介装 部を構成しており、 軸方向溝 4， 6は、 後述する 3組の円柱体 8のための 3組の 第 2介装部を構成している。 これら 3組の軸方向溝 3 , 5 (第 1介装部） と、 3 組の軸方向溝 4 , 6 (第 2介装部） とは、 周方向に交互に配置してあり、 隣り合 う溝が周方向に 6 0度間隔で等配してある。
第 1トルク伝達装置は、 雄軸 1の 3個の軸方向溝 3と、 雌軸 2の 3個の軸方向 溝 5との間に、 予圧用の波形形状の 3個の弾性体 （板バネ） 9を介して、 雄軸 1 と雌軸 2との軸方向相対移動の際には転動し、 回転の際には板パネ 9に拘束され てトルクを伝達する 3組の第 1トルク伝達部材 （球状体） 7が転動自在に介装し て構成されている。 第 1トルク伝達部材 7はそれぞれ球状体から成る。
第 2トルク伝達装置は、 雄軸 1の 3個の軸方向に延びる溝 4と、 雌軸 2の 3個 の軸方向に延びる溝 6との間に、 夫々、 雄軸 1と雌軸 2との軸方向相対移動を許 し、 回転の際にはトルクを伝達するための 3組の第 2トルク伝達部材 （円柱体） 8が摺動自在に介装して構成されている。 第 2トルク伝達部材 8は軸方向に延び る円柱体から成る。
板パネ 9は、 雄軸 1の溝 3内を溝 3のほぼ全長にわたって軸方向に延び、 球状 体 7、 円柱体と溝形成面との間に介装されており、 トルク非伝達時には、 球状体 7と円柱体 8を雌軸 2に対してガ夕付きのない程度に予圧する一方、 トルク伝達 時には、 弾性変形して球状体 7を雄軸 1と雌軸 2の間で周方向に拘束する働きを するようになつている。
以上のように構成した伸縮軸では、 雄軸 1と雌軸 2の間に球状体 7と円柱体 8 を介装し、 板バネ 9により、 球状体 7と円柱体 8を雌軸 2に対してガタ付きのな い程度に予圧してあるため、 トルク非伝達時は、 雄軸 1と雌軸 2の間のガ夕付き を確実に防止することができると共に、 雄軸 1と雌軸 2が軸方向に相対移動する 際には、 雄軸 1と雌軸 2は、 ガ夕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。
なお、 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 軸の剛性を向上ざ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っていたのである。
その点、 本実施の形態では一部に転がりによる機構を採用しているために著し ぃ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た。 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た。
トルク伝達時には、 3組の板バネ 9が弾性変形して 3組の球状体 7を雄軸 1と 雌軸 2の間で周方向に拘束すると共に、 雄軸 1と雌軸 2の間に介装されている 3 組の円柱体 8が主なトルク伝達の役割を果たす。
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、 板パネ 9の予 圧がかかっているため、 ガタ付きはなく、 板バネ 9がトルクに対する反力を発生 させてトルクを伝達する。 この時は、 雄軸 1 ·板バネ 9 ·球状体 7 ·雌軸 2間の トルク伝達荷重と、 雄軸 1 '円柱体 8 ·雌軸 2間のトルク伝達荷重がつりあった 状態で全体的なトルク伝達がされる。
さらにトルクが増大していくと、 円柱体 8を介した雄軸 1、 雌軸 2の回転方向 のすきまの方が、 球状体 7を介した雄軸 1 ·板パネ 9 ·球状体 7 ，雌軸 2間のす きまより小さいすきまの設定としてあるため、 円柱体 8の方が球状体 7より反力 を強く受け、 円柱体 8が主にトルクを雌軸 2に伝える。 そのため、 雄軸 1と雌軸 2の回転方向ガタを確実に防止するとともに、 高剛性の状態でトルクを伝達する ことができる。
なお、 球状体 7はポールであっても良い。 また、 円柱体 8はニードルローラで あってもよい。
ニードルローラ 8は、 線接触でその荷重を受けるため、 点接触で荷重を受ける ボール 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、 全列をポール転がり構造とした場合よりも下記の項目が優れている。
-搢動部での減衰能効果が、 ポ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、 二一ドルローラの方が接触圧を低く抑えること ができるため、 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、 二一ドルローラ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。
-組立て性をよくすることができる。
·組立てコストを抑えることができる。
このようにニードルローラ 8は、 雄軸 1と雌軸 2の間のトルク伝達のためのキ の役割をするとともに、 雌軸 2の内周面とすべり接触する。 従来のスプライン 嵌合と比較して、 優れている点は下記のとおりである。
•ニードルローラは大量生産品であり、 非常に低コストである。
·ニードルローラは熱処理後、 研磨されているので、 表面硬度が高く、 耐摩耗性 に優れている。 •ニードルローラは研磨されているので、 表面粗さがきめ細かく摺動時の摩擦係 数が低いため、 摺動荷重を低く抑えることができる。
•使用条件に応じて、 ニードルローラの長さや配置を変えることができるため、 設計思想を変えること無く、 さまざまなアプリケーションに対応することができ る。
-使用条件によっては、 摺動時の摩擦係数をさらにさげなければならない場合が ある、 この時ニードルローラだけに表面処理をすればその摺動特性を変えること ができるため、 設計思想を変えること無く、 さまざまなアプリケ一シヨンに対応 することができる。
·ニードルローラの外径違い品を安価に数ミクロン単位で製造することができる ため、 ニードルローラ径を選択することによって雄軸 'ニードルローラ ·雌軸間 のすきまを最小限に抑えることができる。 よって軸の捩り方向の剛性を向上させ ることが容易である。
一方、 ボールを部分的に採用したという点では、 全列二一ドル口一ラでかつ、 全列が摺動する構造と比較して、 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。
図 3は、 図 1の Y— Y線に沿った横断面図である。 図 4は、 連結部により連結 した弾性体 （板バネ） の斜視図である。 図 5は、 図 1の矢印 Aの矢視図である。 図 1に示すように、 雄軸 1の端部には、 小径部 1 aが形成してある。 この小径 部 1 aには、 ニードルローラ 8の軸方向の移動を規制するストツバ一プレ一ト 1 0が設けてある。 このストッパープレ一ト 1 0は、 軸方向予圧用弾性体 1 1と、 この軸方向予圧用弾性体 1 1を挟持する 1組の平板 1 2， 1 3とからなる。 すなわち、 本実施の形態では、 ストッパープレート 1 0は、 小径部 l aに、 平 板 1 3、 軸方向予圧用弾性体 1 1、 平板 1 2の順に嵌合し、 次いで、 小径部 1 a の端部 l bを加締めて、 小径部 1 aに堅固に固定してある。
なお、 ストッパープレ一ト 1 0の固定方法は、 加締めに限らず、 止め輪 3 2、 螺合手段、 プッシュナット等であってもよい。
これにより、 ストッパープレート 1 0は、 平板 1 3をニードルローラ 8に当接 させて、 軸方向予圧用弾性体 1 1により、 ニードルローラ 8を軸方向に動かない ように適度に予圧できるようになつている。
軸方向予圧用弾性体 1 1は、 ゴム、 榭脂、 または鋼板製の板バネなどからでき ている。 軸方向予圧用弾性体 1 1と平板 1 2，· 1 3とは、 別体でも良いが、 組立 てやすさを考えて、 一体成形品であることが好ましい。
例えば、 軸方向予圧用弾性体 1 1がゴムであれば、 平板 1 2 , 1 3に加硫成形 するなどして作れば、 一体化ができるので、 組立てやすく低コストな製品をつく ることができる。
また、 軸方向予圧用弾性体 1 1を樹脂でつくる場合には、 波型の形状としたも のを、 平板 1 2 , 1 3と一体成形することで一体化することができ、 同様のメリ ットが得られる。
さらに、 平板 1 2， 1 3は、 鋼板、 樹脂、 または鋼板に樹脂皮膜を形成したも のを使用する。
また、 雄軸 1の軸方向に延びる溝 3 , 4は、 軸方向に略直角であって、 ポール 7やニードルローラ 8に当接する軸方向直角面 1 4 , 1 5で終端している。
以上のように、 二一ドルローラ 8の一側は、 雄軸 1の小径部 1 aに設けたスト ッパープレート 1 0により、 軸方向の移動が規制してある一方、 ニードルローラ 8の他側は、 軸方向直角面 1 5に当接して、 軸方向の移動が規制してある。
また、ストッパープレート 1 0は、平板 1 3をニードルローラ 8に当接させて、 軸方向予圧用弾性体 1 1により、 ニードルローラ 8を軸方向に動かないように適 度に予圧している。
従って、 ニードルローラ 8を適度に予圧して、 軸方向に隙間なく固定すること ができ、 雄軸 1と雌軸 2が相互に摺動する際、 ニードルローラ 8を軸方向に移動 させることがなく、 「コッコッ」 といった不快な異音の発生を確実に防止するこ とができる。
また、 雄軸 1の軸方向溝 3， 4は、 軸方向に略直角であって、 ポール 7や二一 ドルローラ 8に当接する軸方向直角面 1 4， 1 5を有していることから、 この軸 方向直角面 1 5により、 別途の部材を設けることなく、 ポール 7やニードルロー ラ 8の軸方向の移動を規制することができる。 そのため、 部品点数を削減して、 製造コストの低減を図ることができ、 しかも、 別途の部材を用いていないことか ら、 軽量 ·コンパクト化が可能である。
次に、 本実施の形態では、 図 1、 図 3及び図 4に示すように、 3組のポール 7 を予圧するための 3個の板バネ 9は、 リング状の連結部 2 0によって連結してあ る。
すなわち、 図 1に示すように、 雄軸 1の端部の小径部 1 aには、 その段差の環 状面 2 1が形成してある。小径部 1 aに、 リング状の連結部 2 0が嵌合してあり、 この段差の環状面 2 1に沿って、 リング状の連結部 2 0が配置してある。
段差の環状面 2 1は、 雄軸 1の軸方向に面する軸方向環状面であれば、 その形 状等は問わない。
リング状の連結部 2 0は、 その周縁の 3箇所で、 3個の板パネ 9の軸方向端部 に連結してある。 即ち、 図 4に示すように、 リング状の連結部 2 0は、 軸方向に 延在した 3個の板バネ 9と一体的に構成してある。 板バネ 3個はそれぞれ別体で あっても良い。
従って、 ボール 7とニードルローラ 8を複合させた構造でありながら、 転動面 である 3個の板パネ 9を一体化して、 実質上の部品点数を 3個から 1個に減らす ことができ、 部品点数を削減し、 組立性を向上させて組立時間を短縮して、 製造 コストを低減することができる。
また、 リング状の連結部 2 0は、 従来のような周方向に延びる円弧状の連結部 でないことから、 雌軸 2を径方向に拡径することなく、 コンパクト化を図ること ができる。
さらに、 リング状の連結部 2 0に、 雄軸 1の端部に形成した小径部 1 aが貫通 してある。従って、 3個の板パネ 9の組み込み時、雄軸 1の端部の小径部 1 aは、 リング状の連結部 2 0に通揷することにより、 この組み込み時のガイドの役割を 果たすことから、 組み込み作業を容易にでき、 組み込み時間を短縮して、 製造コ ストの低減を図ることができる。
さらに、 リング状の連結部 2 0は、 ストツバ一プレート 1 0の平板 1 3と、 段 差の環状面 2 1との間の軸方向隙間に配置してある。この軸方向隙間は、例えば、 約 0 . 3〜 2 . 0 mmである。
この軸方向隙間の存在により、 リング状の連結部 2 0は、 3個の板パネ 9がト ルク入力により変形した際にも、 これら板バネ 9の動きを拘束しないようになつ ている。
さらに、 図 3及び図 4に示すように、 各板パネ 9の断面形状は、 雄軸 1の軸方 向溝 3の形状とほぼ平行な直線形状に形成してあり、 中心部の平面底部 9 aおよ びこの平面底部 9 aに対し軸横断方向両端から外径向きに末拡がりに延びる第 1傾斜側面部 9 b、 9 b、 これら第 1傾斜側面部 9 b、 9 bの最も外径側で外向 きに折り返され、第 1傾斜面部 9 b、 9 bにほぼ平行に延びる第 2傾斜面部 9 c 9 cとから成る。 各板バネ 9の中心部分め平面底部 9 aに、 リング状の連結部 2 0の周縁箇所が連結してある。各板バネ 9の平面底部 9 aは溝 3の平らな底部 3 aに圧接し、第 2側面部 9 c、 9 cが溝 3の平らな側面部 3 b、 3 bに圧接して、 第 1側板部 9 a、 9 aにより、 ボール 7およびニードルローラ 8を雌軸 2の溝 5 の側面に押圧している。
リング状の連結部 2 0に、 雄軸 1の端部に形成した小径部 1 aが貫通してある 雄軸 1の小径部 1 aと、 リング状の連結部 2 0との間には、 径方向隙間が形成し てある。 この径方向隙間は、 例えば、 0 . 2〜 1 . 0 mmである。 上記の軸方向 隙間と同様に、 この径方向隙間の存在により、 リング状の連結部 2 0は、 3個の 板パネ 9がトルク入力により変形した際にも、 これら板パネ 9の動きを拘束しな いようになっている。
次に、図 1及び図 6に示すように、本実施の形態では、二一ドルローラ 8には、 クラウニングが施してある。 図 6は、 本発明の実施の形態に係る円柱体 （ニード ルローラ） の側面図である。
ニードルローラ 8は、 軸方向の中心部から端部にかけて徐々に直径が小さくな つている。 一番直径の大きい部分 （ΦΟ Ι) は、 中心部分であり、 一番直径の小 さい部分 (<f>D 2) は、 端面に近い部分である （但し、 端面との角 R部を除く）。 図 6に示すように、
L 1 ：ニードルローラの全長
L 2 ：クラウニングの施してある軸方向長さ
L 3 ：最大径部の軸方向長さ
ΦΌ 1 ：最大径
ΦΌ 2 最小径
S ：落ち量 （半径分の最大径と最小径の差） であるとき、 クラウエングの寸法関 係としては、 .
S = 0. 0 0 3〜0. 5 0 0mm であり、
L 2 =L 1 X 0. 1〜L 1 X 0. 2 5 であることが望ましい。
また、 従来、 二一ドルローラ 8を雄軸 1と雌軸 2に接触させて摺動させる場合 は、 特に、 軸方向位置の違いにおける雄軸 1、 ニードルローラ 8、 雌軸 2間の隙 間を厳密な管理しなければならない。
例えば、 雌軸 2の内径が入口付近から奥にいくにしたがって、 徐々に狭くなつ ていく傾向を示していたとしたら、 雄軸 1は、 ニードルローラ 8の端面が強く接 触した時点で、 摺動抵抗が非常に大きくなつてしまう。 これを避けるために、 全 体の隙間を大きくすると、 周方向のガタ付きが大きくなつてしまう。 これに対し、 本実施の形態のように、 二一ドルローラ 8にクラウニングをする ことにより、 クラウエング部が、 雌軸 2のテーパー部分に入っていくことから、 周方向のガ夕付きを増やすこと無しに、 摺動抵抗を低く抑えつつ、 より長い搐動 ストロークを確保することができる。
このように、 本実施の形態によれば、 二一ドルローラ 8には、 クラウニングが 施してあり、 ニードルローラ 8は、 軸方向の中心部から端部にかけて徐々に直径 が小さくなつていることから、 一列の軸方向溝 4 , 6にできる限り少ない本数の ニードルローラ 8を配置することができる。 従って、 組立時間を短くすることが でき、 低コストで作ることができる。
また、 ニードルローラ 8には、 クラウニングが施してあることから、 上記のよ うに、 摺動抵抗を低く抑えつつ、 周方向のガタ付きを小さくすることができる。 さらに、 二一ドル口一ラ 8には、 クラウニングが施してあることから、 トルク が負荷された際に、 ニードルローラ 8の端部から中心部にかけてなだらかな面圧 がかかり、 局部面圧を避けることができるため、 製品寿命を長く保つことができ 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、 一列の介装部 （軸方向溝） にできる限 り少ない本数の円柱体を配置することができる。 従って、 組立時間を短くするこ とができ、 低コストで作ることができる。
また、 トルク伝達部材は、 摺動抵抗を低く抑えつつ、 周方向のガタ付きを小さ くすることができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 車両のステアリングシャフトに組込み、 雄軸と雌軸を相互に回転不能に且 っ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、
前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面に形成した少なくとも 1組の介装部に、 少なくとも 1組のトルク伝達部材を配置し、
前記少なくとも 1組のトルク伝達部材は、 軸方向で端部に行くに従って徐々に 縮径した円柱体であることを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸。
2 . 前記少なくとも 1組のトルク伝達部材は、 クラウニングを施した円柱体で 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。
3 . 前記少なくとも 1組のトルク伝達部材は、 端部付近の外径をテ一パ形状に 加工した円柱体で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。
4 . 前記円柱体は、 ニードルローラである請求項 1に記載の車両ステアリング 用伸縮軸。
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