WO2005070744A1

WO2005070744A1 - 車両ステアリング用伸縮軸

Info

Publication number: WO2005070744A1
Application number: PCT/JP2005/001162
Authority: WO
Inventors: Takatsugu Yamada; Yasuhisa Yamada
Original assignee: Nsk Ltd.
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2005-08-04
Also published as: JPWO2005070744A1; US20070157754A1; JP4696916B2

Abstract

　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は、雄軸の外周部と雌軸の内周部にそれぞれ設けられ、回転の際には互いに接触して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の外周部と雌軸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と、転動体に径方向に隣接して配置され、転動体を介して雄軸と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、トルク伝達部に於ける隙間を変換して回転角Ａとする一方、予圧部の弾性体の撓み可能量を変換して回転角Ｂとすると、非トルク伝達時、回転角Ａ＜回転角Ｂに設定してある。

Description

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。ヨン

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書

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、ステァ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搢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→プライマー塗布→加熱→ナイ口ン粉末コート→粗切削→仕上げ切削→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（ 7及び 1 3頁、図 1 2 ) 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弾性体を介してボールを配置して、軸方向の移動の際にはボールを転動させることによつて雄軸と雌軸の摺動荷重を減少させると共に、回転の際にはポ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、上記公報にはポールの破損時でもトルクの伝達を可能とするために、ある遊びを持っ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 M則シャフトに設けられていることが開示されている。

しかしな力 sら、前者では、伸縮軸の搢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ロ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、加工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坛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、回転方向ガタカ s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 (ま、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ず、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プ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。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。

上記の目白勺を達成するため、本発明は、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、回転の際には互いに接触してトルクを伝達するトルク伝達部と、

前記トリレ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、

前記トルク伝達部に於ける隙間を変換して回転角 Aとする一方、前記予圧部の弾性体の撓み可能量を変換して回転角 Bとすると、

非トルク伝達時、回転角 A<回転角 Bに設定したことを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸を提供する。

本発明の車両ステアリング用伸縮軸において、前記トルク伝達部に於ける回転角 Aは、 0 . 0 1。〜0 . 2 5。に設定してあることが好ましい。

本発明の車両ステアリング用伸縮軸において、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。本発明の車両ステアリング用伸縮軸において、前記トルク伝達部は、非トルク伝達時、互いに軸方向に連続して接触していないことが好ましい。

本発明の車両ステアリング用伸縮軸は、前記トルク伝達部において、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が好ましい。

本発明の車両ステアリング用伸縮軸において、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。

本発明の車両ステアリング用伸縮軸において、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、

前記トルク伝達部ま、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。

本発明の車両ステアリング用伸縮軸において、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。

本発明の車両ステアリング用伸縮軸において、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。

本発明の車両ステアリング用伸縮軸において、前記トルク伝達部は、前記予圧部の間に周方向中央咅！ ^こそれぞれ配置されていることが好ましい。

本発明の車両ステアリング用伸縮軸は、前記転動体は、少なくとも 1つの球状体を含んで良い。

本発明の車両ステアリング用伸縮軸において、前記弾性体は、板パネからなることが好ましい。

本発明の車両ステアりング用伸縮軸において、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。

以上説明したようこ、本発明によれば、トルク伝達部に於ける隙間を変換して回転角 Αとする一方、予圧部の弾性体の撓み可能量を変換して回転角 Bとすると、非トルク伝達時、回 ¾角 A<回転角 Bに設定してあることから、高トルク伝達時には、主たるトルクを伝達するトルク伝達部は、ガ夕を防止し、低トルクを伝達する働きをする予圧咅 15より、確実に先に接触することができ、これにより、予圧部に過大な負荷がかかることを防止できるため、長期間にわたり回転方向のガ夕付きを防止して、高岡 (J性の状態でトルクを伝達できる。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アリング用伸縮軸を適用した自動車の操舵機構音 15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縦断面図である。

図 3は、図 2の I I I 一 I I I線に沿った断面図であって、その部分的な模式的断面図である。

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トルクと回転角度との関係を示すグラフである。

図 5 Aは、本発明の第 1実施の形態の第 1変形例に係る車両ステアリング用伸縮軸の横断面図であり、図 5 Bは、本発明の第 1実施の形態の第 2変形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 6 Aは、本発明の第 1実施の形態の第 3変形例に係る車両ステアリング用伸縮軸の横断面図であり、図 6 Bは、本発明の第 1実施の形態の第 4変形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 7 Aは、本発明の第 1実施の形態の第 5変形例に係る車両ステアリング用伸縮軸の横断面図であり、図 7 Bは、本発明の第 1実施の形態の第 6変形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 8は、本発明の第 1実施の形態の第 7変形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 9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横断面図である。

図 1 0は、本発明の第 2実施の形態の第 1変形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は、本発明の第 2実施の形態の第 2変形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は、本発明の第 2実施の形態の第 3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り、図 1 2 Bは、図 1 2 Aの b— b線に沿った横断面図である。発明を実施するための最良の形態

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、車体側の強度メンバ 1 0 0にアツパブラケット 1 0 1と口アブラケット 1 0 2とを介して耳又り付けられたアツパステァリングシャフト部 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一ル 1 0 5と、ステア'」ングシャフト 1 0 4 (7) 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口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。

ここで、アツパステアリングシャフト部 1 2 0と口アステアリングシャフト部 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、このような口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 3単性体 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アリングシャフト部 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一ル 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、ステアリングホイール 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 3は、図 2の I I I一 I I I線に沿った断面図であって、その部分的な模式的断面図である。

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中心 Oの周りに同心に配置された雄軸 1と雌軸 2とからなる。

本実施の形態では、図 3に一部のみが図示されているが、雄軸 1の外周面には、複数個の軸方向凸条 4が延在して形成してある。これら軸方向凸条 4は、スプライン嵌合の雄部であるが、セレ一シヨン嵌合の雄部であっても、又は単に凸凹嵌合用であってもよい。

雌軸 2の內周面には、雄軸 1の軸方向凸条 4に対向する位置に、複数個の軸方向に延びる溝 6が形成してある。これら軸方向溝 6は、スプライン嵌合の雌部であるが、セレーシヨン嵌合の雌部であっても、又は単に凸凹嵌合用であってもよい。

雄軸 1の外周面には、図 3に一部のみを図示したが、複数個の軸方向に延びる溝 3が形成してある。これに対応して、雌軸 2の内周面にも、複数個の軸方向に延びる溝 5が形成してある。軸方向溝 3と軸方向溝 5は、周方向に等配に配置することが望ましい。

雄軸 1の軸方向溝 3と、雌軸 2の軸方向溝 5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転動体 7が転動自在に介装してある。雌軸 2 の軸方向溝 5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の軸方向溝 3 ま、傾斜した一対の平面状側面 3 a、 3 aと、これら一対の平面状側面 3 a、 3 aの間に平坦に形成した底面 3 bとから構成してある。雄軸 1の軸方向溝 3と、転動体 7との間には、転動体 7に接触して予圧するための弾性体 8が介装してある。

弾性体 8は、転動体 7に 2点で接触する転動体側接触部 8 a、 8 aと、転動体側接触部 8 a、 8 aに対して略周方向に所定間隔をおいて離間してあると共に雄軸 1の軸方向溝 3の平面状側面 3 a、 3 aに接触する溝面側接触部 8 b、 8 bと、転動体側接触部 8 a、 8 aと溝面側接触部 8 b、 8 bをそれぞれ相互に離間する方向に弾性的に付勢する付勢部 8 c、 8 cと、軸方向溝 3の底面 3 bに対向した底部 8 dと、を有している。

各付勢部 8 cは、略 U字形状で略円弧状に折曲した折曲形状であり、この折曲形状の付勢部 8 cによって、転動体側接触部 8 aと溝面側接触部 8 bを相互に離間するように弾性的に付勢することができる。こうして、弾性体 8は 2つの付勢部 8 c、 8 cをもって転動体 7を左右両側から実質的に均等に弹性的に支持している。

雄軸 1が雌軸 2に揷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。このストッパープレート 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。このようにして本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。

上記のような伸縮軸に於いて、軸回転時、すなわち高トルク伝達時には、軸方向凸条 4と、軸方向溝 6とは、互いに接触してトルク伝達部を構成する一方、非トルク伝達時には、後に詳述するように、軸方向凸条 4と、軸方向溝 6とは、互いに接触しないように構成してある。

本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摺動し、且つ転動体 7は転動することが出来る。

雄軸 1に形成されている軸方向凸条 4が雌軸 2側に、雌軸 2に形成されている軸方向溝 6が雄軸 1御 jに形成されていても本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。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。

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

従来技術のように ί"習動面が純粋な滑りによるものであれば、ガタ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^: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、本実施の开態では、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夕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。

高卜ルク伝達時には、トルク伝達部の軸方向凸条 4が軸方向溝 6に接触することによってトルク伝達の役割を果たし、予圧部では弾性体 8が弾性変形して転動体 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と共に、低トルクを伝達する。

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 ¾Π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の方が転動体 7より反力を強く受け、軸方向凸条 4と軸方向溝 6とから成るトルク伝達部が主にトルクを伝達する。そのため、本実施の形態では、雄軸 1と雌軸 2の回転方向ガタ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。

本実施の形態では、上記のような構成の伸縮軸に於いて、図 3に示すように、トルク伝達部に於ける軸方向凸条の一側面と 4とそれに対向する軸方向溝の側面 6との間の隙間を変換して回転角 Αとする一方、予圧部における弾性体 8の撓み可能量を変換して回転角 Bとすると、非トルク伝達時、回転角 A<回転角 Bに設定してある。

さらに、より好適には、トルク伝達部に於ける回転角 Aは、 0 . 0 1 ° 〜0 .

2 5 ° に設定してある。

このように構成してあることから、トルク伝達時には、高トルクを伝達するトルク伝達部を構成する軸方向凸条 4と軸方向溝 6は、ガ夕を防止し、低トルクを伝達する働きをする予圧部を構成する転動体 7と弾性体 8より、確実に先に接触することができ、これにより、予圧部である転動体 7と弾性体 8に過大な負荷がかかることを防止することができる。スプライン嵌合のトルク伝達部である軸方向凸条 4と軸方向溝 6とは、非トルク伝達時、基本的に接触しないことが好ましい。

次に、図 4を参照しつつ、トルク伝達部に於ける回転角 Aについて説明する。上記のように、好適には、回転角 Aは、 0. 01° 〜0. 25° に設定してある。この下限の理由としては、スプライン嵌合のトルク伝達部を構成する軸方向凸条 4と軸方向溝 6との間は、抵抗なく搢動できるだけの隙間を必要とする。 2 m以上の隙間があれば良い。これを回転角に換算すると、 0. 01° となる。また、上限の理由としては、スプライン嵌合のトルク伝達部を構成する軸方向凸条 4と軸方向溝 6との間の隙間は、大きく取りすぎると、図 4の回転角 Cが大きくなる。結果として、弾性体 8の予圧剛性域が広くなり、高剛性感のある良い操舵フィ一リングが得られない。このようなことから、種々の試作品を評価した結果、回転角 Aの上限を凸条 4の片側で 0. 25° と定めた。

なお、弾性体 8による予圧剛性域（低トルク域）から高剛性域（高トルク域）への変曲点は、 + 2N ' m以上、 — 2 N · m以下であることが好ましい。なお、これは、実車を使用した官能評価試験の結果である。

なお、本実施の形態に係る伸縮軸の各構成部品は、上記の説明に加えて、以下の表 1及び表 2のように構成してあることが好ましい。

【表 1】

【表 2】翻品 1 棚内容材質 SUJ2、セラミック等

HV300以上

早 £勁1 ；

数 3〜 1 0個 Z列

構造，形状；樹脂

材質

保持器 1 スチール

m

構造'开多状 I 一体化

ストッパー AP ~J ? / 1 プO Cレス

"ノ"" 1レ―■■■■■に；；

：

(9) ！構造 '形状カシメ卜

i ε

固体潤滑材入リ

グリース i 材質 (M0S2, PTFE、他）

！軸方向凸条 4と軸方向溝 6とは、トルク伝達時には、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、全列をポー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。

-摺動部での減衰肯効果が、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、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、コラブスストロークを大きくとることが出来る。

また、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 1実施の形態の変形例群）

なお、以下の全ての変形例では、第 1実施の形態と同様の構成には、同じ符号を付して、その説明を省略する。

図 5 Aの第 1変形例では、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実施の形態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。予圧部の間それぞれに、第 1実施の形態と同等のスプライン嵌合のトルク伝達部（軸方向凸条 4と軸方向溝 6 ) を複数箇所設けている。その他の構成、作用、効果は第 1実施の形態と同様であり、その説明を省略する。

図 5 Bの第 2変形例では、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。予圧部の間それぞれに、第 1実施の形態と同等のスプライン嵌合のトルク伝達部（軸方向凸条 4と軸方向溝 6 ) を複数箇所設けている。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って、第 1変形例に比べて、軸の偏心を改善することが出来るので、高トルク負荷した時のねじり剛性の左右差や、同トルクを左右に負荷した場合の各々の総摺動荷重の差を低減することができる。その他の構成、作用、効果は第 1の形態と同様であり、その説明を省略する。

図 6 Aの第 3変形例と、図 6 Bの第 4変形例とは、上記の図 5 A、図 5 Bの第 1及び第 2変形例に対して、雄軸 1の外周面に固体潤滑膜 1 1を形成したことに、その特徴がある。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、卜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、第 1及び第 2変形例の場合に比べて低くすることが出来る。固体潤滑皮膜としては、ニ硫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。また、固体潤滑皮膜のかわりに樹脂をコ一ティングしてもよい。

図 7 Aの第 5変形例と、図 7 Bの第 6変形例とは、上記の図 5 A、図 5 Bの第 1及び第 2変形例に対して、雌軸 2の内周面に固体潤滑膜 1 1を形成したことに、その特徴がある。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実施の形態等の場合に比べて低くすることが出来る。固体潤滑皮膜としては、二硫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ナて皮膜を形成したもの等が用いられる。

図 8の第 7変形例では、上記の第 1実施の形態に対して、予圧部の弾性体の形状が異なっている。より詳細には、上記の図 5 Bの第 1変形例に対して、予圧部の弾性体の形状が異なっている。その他の構成 ·作用等は、上記の第 1実施の形態等と同様である。弾性体8は、トルク非伝達時には、転動体 7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、弾性変形して転動体 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。この弾性体 8は、その両端部の凹部 8 eで雄軸 1の軸方向溝 3の両側の段部 3 cに係止してあり、これにより、トルク伝達時、弹'性体 8全体が周方向に移動できないようになっている。上述した第 1乃至第 7变形例に於いても、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 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旌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。

(第 2実施の形態）

図 9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横断面図である。本実施の形態では、第 1実施の形態と同様の構成には、同じ符号を付して、その説明を省略する。

本第 2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ている。

非トルク伝達時には、軸方向凸条 4と軸方向溝 6とは、原則として互いに非接触であるが、高トルク伝達時には、互いに接触して、トルク伝達部を構成する。軸方向凸条 4及び軸方向溝 6は、断面略円弧状、若しくはゴシックアーチ状であるが、その他の形状であってもよい。

本実施の形態に於いても、トルク伝達部に於ける軸方向凸条 4と軸方向溝 6との間の隙間を変換して回転角 Aとする一方、予圧部の弾性体 8の撓み可能量を変換して回転角 Bとすると、非トルク伝達時、回転角 A<回転角 Bに設定してある。さらに、より好適には、トルク伝達部に於ける回転角 Aは、 0 . 0 1 °〜0 . 2 5。に設定してある。

このように構成してあることから、トルク伝達時には、高トルクを伝達するトルク伝達部（軸方向凸条 4と軸方向溝 6 ) は、ガ夕を防止し、又、低トルクを伝達する働きをする予圧部（転動体 7と弾性体 8 ) より、確実に先に接触することができ、これにより、予圧部（転動体 7と弾性体 8 ) に過大な負荷がかかることを防止すること；^できる。また、スプライン嵌合のトルク伝達部（軸方向凸条 4 と軸方向溝 6 ) は、非トルク伝達時、基本的に接触しないことが好ましい。

(第 2実施の形態の変形例群）

図 1 2 Aは、本発明の第 2実施の形態の第 3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り、図 1 2 Bは、図 1 2 Aの b— b線に沿った横断面図である。

なお、以下の全ての変形 ί列では、第 1又は第 2実施の形態と同様の構成には、同じ符号を付して、その説明を省略する。

図 1 0の第 1変形例は、第 2実施の形態に対して、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が異なっている。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、総搢動荷重（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。固体潤滑皮膜 1 1としては、二硫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。また、固体潤膜皮膜のかわりに樹脂をコーティングしてもよい。なお、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、高トルク負荷時の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。

図 1 1の第 2変形例は、第 2実施の形態に対して、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が異なっている。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。固体潤滑皮膜 1 1としては、二硫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 (四フッ化工チレン）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、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、高トレク負荷時の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。

図 1 2の第 3変形 ί列では、上記の第 2実施の形態に対して、予圧部の弾性体の形状が異なっている。弾性体 8は、トルク非伝達時には、転動体 7を雌軸 2に対してガタ付きのない程度に予圧する一方、トルク伝達時には、弾性変形して転動体 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。この弾性体 8は、その両端部の凹部 8 eで雄軸 1の軸方向溝 3の両側の段部 3 cに係止してあり、これにより、トルク伝達時、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。また、図 1 2の第 3変形例では、雄軸 1と、雌軸 2との間に、軸方向凸条 4 に干渉することなく転動体 7を転動自在に保持する保持器 2 0が配置してある。その他の構成 ·作用等は、上記の第 2実施の形態等と同様である。保持器 2 0は、円筒形状であり、転動体 7を転動自在に保持するための長孔 2 1を有しており、軸方向凸条 4に対応する位置には、軸方向凸条 4との干渉を回避するための干渉回避用長孔 2 2が形成してある。この干渉回避用長孔 2 2は、長孔 2 1より軸方向に著しく長く形成してある。以上から、本変形例では、転動体 7と軸方向凸条 4の両者が同一軸断面上に存在するにも関わらず、転動体 7を保持でき、それにより、摺動機能の向上（摺動荷重の安定化）を図ることができる。結果として、快適な操舵フィーリングを得ることができる。

なお、上述した第 2実施の形態、第 1乃至第 3変形例に於いても、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插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。

(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。雌軸の先端を内仴 IJ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、球状体 (ポール) について例示したが、コ口であっても良く、かつ熱処理され、且つ研磨されたものを使用してもよレ^弾性体は板パネであって良い。雄軸 1の外周面に、 P T F E (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ウ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、ァフレミ二ゥ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、金属石験処理（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 P T F E (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。

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。 • トルクを負荷しない状態で、転動体の接触圧が 1 5 0 O M P a以下。

• トルクを 1 0 O Nm負荷した状態で、転動体の接触圧が 2 0 0 O M P a以下。 · トルクを 1 0 0 Nm負荷した状態で、軸方向凸条の接触圧が 2 0 0 O M P a以下。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。

•ガタがない。

•耐摩耗性に優れてレ ^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、及びドィッ特許公開 D E 3 7 3 0

3 9 3 A 1号公報こは、雄軸と雌軸に形成した軸方向溝に複数の転動体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、二一ドルローラ、その保持器、ガ夕つき防止のためのレギユレ一夕一でガタ付きを防止するという構造であるが、純粋な？骨り摺動であるため、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、ガ夕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。

Claims

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搢動自在に嵌合した車両ステァ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、回転の際には互いに接触してトルクを伝達するトルク伝達部と、

請

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の

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、

囲

前記トルク伝達部に於ける隙間を変換して回転角 Aとする一方、前記予圧部の弾性体の擦み可能量を変換して回転角 Bとすると、

非トルク伝達時、回転角 A<回転角 Bに設定したことを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸。

2 . 前記トルク伝達部に於ける回転角 Aは、 0 . 0 1 °~ 0 . 2 5。に設定して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、非トルク伝達時、互いに軸方向に連続して接触していない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。

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ヨ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徵とする請求項 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。

12. 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。

13. 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。