WO2005102820A1

WO2005102820A1 - 車両ステアリング用伸縮軸

Info

Publication number: WO2005102820A1
Application number: PCT/JP2005/008385
Authority: WO
Inventors: Yasuhisa Yamada; Takatsugu Yamada
Original assignee: Nsk Ltd.; Nsk Steering Systems Co., Ltd.
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2005-04-26
Publication date: 2005-11-03
Also published as: JP2005313691A

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、操舵トルクが所定値以下の時に、両軸の間で、予圧しながら、操舵トルクを伝達する予圧的トルク伝達部と、操舵トルクが所定値を超えると、両軸の間で、剛体の接触により、操舵トルクを伝達する剛体的トルク伝達部と、を有し、予圧的トルク伝達部で発生させる捩り剛性は、５Ｎｍ／ｄｅｇ以上であることを特徴とする。

Description

明細書車両ステアリング用伸縮軸技術分野 .

本発明は、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関する。背景技術

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。さらに、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。

これら何れの場合にも、伸縮軸は、ガタ音を低減することと、ステアリングホィ一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夕の低減を行ってきた。

しかし、使用経過によりナイ口ン膜の摩耗が進展して回転方向ガ夕が大きくなるといったことがある。また、エンジンル一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つたり、摩耗が著しく促進されたりするため、回転方向ガ夕が大きくなるといったことがある。

このようなことから、独国特許 D E 3 7 3 0 3 9 3 C 2号公報では、雄の外周面と雌軸の内周面とに夫々形成した複数対の軸方向溝の間に、両軸の軸方向相対移動の際に転動するトルク伝達部材である球状体が嵌合してある。

さらに、独国特許 D E 3 7 3 0 3 9 3 C 2号公報では、トルク伝達部材である球状体の径方向内方又は外方と、各対の軸方向溝との間に、トルク伝達部材である球状体を介して雄軸と雌軸に予圧を付与するための予圧用の弾性体である板パネが設けてある。

これにより、トルク非伝達時には、板パネにより、トルク伝達部材である球状体を雌軸に対してガ夕付きのない程度に予圧しているため、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、板パネにより、トルク伝達部材である球状体を周方向に拘束できるようになつているため、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。

し力も、独国特許 D E 3 7 3 0 3 9 3 C 2号公報の図 1乃至図 5に開示した構造では、一組のトルク伝達部材（球状体）を予圧する一つの板パネと、周方向に隣接する他の一組のトルク伝達部材（球状体）を予圧する他の板パネとは、周方向に延びる円弧状の連結部であるウェブによって、周方向に連結してある。この連結部（ウェブ）は、上記の二つの板パネに互いに引張力又は圧縮力を与えて、二つの板パネに予圧を発生させるためである。

なお、独国特許 D E 3 7 3 0 3 9 3 C 2号公報の図 6及び図 7に開示した構造では、二つの板パネを連結部（ウェブ）により連結することなく、板パネと軸方向溝との間に、別途の弾性体が介装してあり、これにより、径方向に予圧を発生させている。

さらに、特開 2 0 0 0— 9 1 4 8号公報では、スプライン部に、コーティングをすることで、ガタなく、スライド時の摺動抵抗を低く抑えようとしている。しかしながら、上記独国特許 D E 3 7 3 0 3 9 3 C 2号公報に開示した構造では、第 1には、雄軸 ·球状体 ·雌軸の間に予圧を発生させるため、板パネは、その曲率と軸方向溝の曲率とを変えて介装している。そのため、板パネは、その撓み量を大きくとることができない。なお、加工精度のバラツキがある場合には、この程度の板パネの撓み量では、この加工精度のバラツキを許容することができない。

また、第 2には、トルクが入力された時、雄軸、板パネ、球状体、及び、雌軸は、互いに狭まりあってトルクを伝達するため、球状体と板パネとの接触点は、非常に高い面圧となる。即ち、トルク伝達時には、板パネに高い応力が発生することから、板パネの永久変形による「へたり」を招来し、長期にわたる予圧性能の維持が困難になり、ステアリングシャフトの長寿命化が阻まれる虞れがある。さらに、第 3には、トルク伝達時、板パネが軸方向溝から周方向に横滑りして、伝達トルクの低下を招いたり、ヒステリシスの大きさを管理できず、ヒステリシスが過大に発生したりするといつた虞れがある。

さらに、第 4には、トルクを負荷していない時、雄軸 '球状体 ·板パネ .雌軸の間では、その接触点が同一線上にないことから、トルクを負荷するに従って、接触角が変化してしまい、その結果、ステアリングシャフトに必要なリニアな捩り特性を得ることができないだけでなく、適正なヒステリシスをも得ることができない虞れがある。

また、特開 2 0 0 0— 9 1 4 8号公報では、スプライン構造は、滑り摺動なので、どんなに周方向のガタを小さくしょうとしても、完全にガ夕を無くすことは、物理的に不可能である。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、回転方向ガ夕を確実に防止して、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、

前記伸縮軸は、

操舵トルクが所定値以下の時に、前記両軸の間で、予圧しながら、操舵トルクを伝達する予圧的トルク伝達部と、

操舵トルクが所定値を超えると、前記両軸の間で、剛体の接触により、操舵トルクを伝達する剛体的トルク伝達部と、を有し、

前記予圧的トルク伝達部で発生させる捩り剛性は、 5 Nm// d e g 以上であることを特徴とする。 ' 本発明の車両ステアリング用伸縮軸において、前記予圧的トルク伝達部は、前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面とに夫々形成した少なくとも一列の軸方向溝の間に、弾性体を介して、第 1トルク伝達部材を介装してなり、

前記剛体的トルク伝達部は、

前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面とに夫々形成した他の少なくとも一列の溝方向の間に、第 2トルク伝達部材を介装して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、前記第 1トルク伝達部材は、前記両軸の軸方向相対移動の際に転動する転動体から成り、

前記第 2トルク伝達部材は、前記両輪の軸方向相対移動の際に滑り摺動する摺動体から成ることが好ましい。

本発明の車両ステアリング用伸縮軸において、前記所定の捩り剛性は、前記雄軸と前記弾性体の摩擦力によって、発生させ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、前記所定の捩り剛性は、前記雄軸と前記弾性体の摩擦力と付勢力とによって、発生させ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、前記剛体的トルク伝達部又は前記第 2トルク伝達部材が中立位置から、剛体の接触により、その回転を開始するまでの角度は、 0 . 0 1〜0 . 2 5 ° の範囲に設定してあることが好ましい。以上説明したように、本発明によれば、予圧的トルク伝達部で発生させる捩り剛性は、 5 NmZ d e g 以上であることから、必要最低限の捩り剛性を維持することにより、ステアリングの周方向ガタを抑制し、操縦安定性を向上させることができる。

また、板パネに過大な応力が発生することを防止することにより、板パネの「へたり」を抑制して、長期にわたって求める予圧性能を維持することができる。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部の側面図である。

図 2 Aは、従来構造の伸縮軸を使用した場合に於ける、回転角度とトルクの特性線図であり、図 2 Bは、全くガ夕のない伸縮軸に於ける、回転角度とトルクの特性線図である。

図 3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 4は、図 3の I X— I X線に沿つた横断面図である。

図 5は、弾性体である板パネの斜視図である。

図 6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に、トルク負荷をしない状態における部分的横断面図である。

図 7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に、トルク負荷を開始した状態における部分的横断面図である。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。

(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、車体側強度部材 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口アステアリングシャフト部 1 0 7と、口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に連結したステアリングラック軸 1 1 2と、このステアリングラック軸 1 1 2を支持し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支持部材 1 1 3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支持部材 1 1 3が固定されているフレーム 1 1 0が別体となっておりステアリングラック支持部材 1 1 3がゴムなどの弾性体 1 1 1を介してフレーム 1 1 0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 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搢動抵抗を低減することが要求される。

(全くガタのない伸縮軸と捩り剛性）

図 2 Aに、従来の伸縮軸の特性を示しているが、スプライン構造の場合、必ずニュートラル付近に周方向ガ夕が存在する。ガ夕とは、予圧機構を特たず、隙間が存在することによって、全くトルク伝達を行わない領域が存在することである。従って、理論上は、この部分の捩り剛性は、 O Nm/ d e gということになる。但し、実際のケースでは、隙間があっても、雄軸 .雌軸間に、「こじれ」や「倒れ」が生じるので、捩り剛性は、安定せず、 0〜数 NmZ d e gという安定しない特性を示すことになる。この特性のばらつきは、操縦安定性を悪化させる要因となっており、好ましくない。

これに対して、図 2 Bに示す本発明に係る特性では、ニュートラル付近の予圧域において、所定の捩り剛性（K l ) NmZ d e gを維持できている。この特性でいうニュートラル付近の捩り剛性（K 1 ) は、 5 NmZ d e g以上である。従つて、ニュートラル付近の予圧域において、操舵をした際には、全くガ夕無く、必ずトルクが伝達される。

すなわち、後述するように、雄軸 1 ·雌軸 2の間で、弾性体 9を介して予圧しながら、転動体 7により、操舵トルクを伝達することができる。これにより、ガ夕の全くない転がりと滑りの長所を有するハイプリッド構造の伸縮軸を提供することができ、操舵時の車両挙動の遅れを感じることなく、安定した操縦性能を維持することができる。

また、捩り剛性（K1) である 5Nm/d e gは、車両を使った操縦安定性試験に基づき、最低限必要な捩り剛性を割り出したものである。運転者が実際に操舵を行う場合、操舵速度は、 10Hz以下と言われている。つまり、 10Hz以下で操舵を行う場合、捩り剛性（K1) が 5Nm/d e g以上あれば、操舵時の車両挙動の遅れを感じることなく、安定した操縦性能を維持することができる。さらに、操舵トルクが所定値以上の場合には、剛体の接触により、所定の捩り剛性（K2) Nmノ d e gを維持できているため、操舵トルクを伝達することがでさる。すなわち、後述するように、雄軸 1 ·雌軸 2の間で、円柱体 8により、操舵トルクを伝達することができる。

この場合、後述するように、円柱体 8 (即ち、ストッパーピン）が中立位置から、剛体の接触により、その回転を開始するまでの角度（図 2 B中ストッパ角と表示）は、 0.01〜0.25° の範囲に設定してある。これにより、板バネ 9に過大な応力が発生することを防止することにより、板パネ 9の「へたり」を抑制して、長期にわたって求める予圧性能を維持することができる。

(実施の形態）

図 3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 4は、図 3の I X— I X線に沿った横断面図である。図 5は、弾性体である板パネの斜視図である。

図 3に示すように、車両ステアリング用の伸縮軸 10は、相互に回転不能に且っ摺動自在に嵌合した雄軸 1と雌軸 2とからなる。

図 4に示すように、雄軸 1の外周面には、周方向に 120度間隔（位相）で等配した 3個の軸方向溝 3が延在して形成してある。これに対応して、雌軸 2の内周面にも、周方向に 120度間隔（位相）で等配した 3個の軸方向溝 5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 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球状体 7である転動体、もしくはポールが転動自在に介装してある。なお、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は、傾斜した一対の平面状側面 3 aと、これら一対の平面状側面 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、球状体 7との間には、球状体 7に接触して予圧するための板バネ 9が介装してある。

この板パネ 9は、図 5にも示すように、球状体 7に 2点で接触する略円弧形状の球状体側接触部 9 aと、球状体側接触部 9 aに対して略周方向に所定間隔をおいて離間して折り曲げてあると共に雄軸 1の軸方向溝 3の平面状側面 3 aに接触可能である溝面側接触部 9 bと、球状体側接触部 9 aと溝面側接触部 9 bを相互に離間する方向に弾性的に付勢するように折り曲げられた付勢部 9 cと、軸方向溝 3の平坦な底面 3 bに対向した平坦な底面 9 dと、を有している。

この付勢部 9 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 9 cによって、球状体側接触部 9 aと溝面側接触部 9 bを相互に離間するように弹性的に付勢することができる。

なお、付勢部 9 c又は溝面側接触部 9 bと、軸方向溝 3の平面状側面 3 aとの間には、微小な隙間 (厶 1 ) が設定してある。

また、板パネ 9の折り曲げの際、溝面側接触部 9 bの先端は、図 4に示すように、軸方向溝 3の平面状側面 3 aに接触しない様に、矢印（G) 方向に折り曲げられている。

折り曲げ部分である付勢部 9 c又は溝面側接触部 9 bの R形状の一番大きい外形部が、軸方向溝 3の平面状側面 3 aに一番近くなる様に設定してある。これは、板バネ 9の折り曲げ部分（付勢部 9 c又は溝面側接触部 9 b ) の厚みをどの箇所も一定にする為である。もし、折り曲げ部分（付勢部 9 c又は溝面側接触部 9 b ) の先端が各箇所でばらばらに当たると、予圧部分の捩り剛性が安定しないためである。

図 4及び図 5に示すように、本実施の形態では、球状体 7に接触する球状体側接触部 9 aは、球状体 7の半径より大きい略円弧形状に形成してある。これにより、平面形状よりも球状体 7との接触面圧を下げることができる。

図 4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（位相）で等配した 3個の軸方向溝 4が延在して形成してある。これに対応して、雌軸 2の内周面にも、周方向に 1 2 0度間隔（位相）で等配した 3個の軸方向溝 6が延在して形成してある。

雄軸 1の軸方向溝 4と、雌軸 2の軸方向溝 6との間に、両軸 1 , 2の軸方向相対移動の際に滑り摺動する複数の剛体の円柱体 8からなる摺動体であるニードルローラが微小隙間をもって介装してある。これら軸方向溝 4 , 6は、断面略円弧状若しくはゴシックアーチ状である。

円柱体 8と、雌軸 2の軸方向溝 6との間には、微小な隙間（Δ 2 ) が設定してある。但し、雄軸 1の軸方向溝 4 _円柱体 8—雌軸 2の軸方向溝 6の間は、常に、軸方向に於いて、どこかで接触していても構わない。

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 l aには、ニードルローラ 8の軸方向の移動を規制する円環状ストッパープレート 1 1が設けてある。このストッパープレート 1 1は、軸方向予圧用弾性体 1 2 (即ち、皿バネ）と、この軸方向予圧用弾性体 1 2を挟持する 1組の円環状平板 1 3 , 1 3 (即ち、平座金）とからなる。

本実施の形態では、ストッパ一プレート 1 1は、小径部 1 aに、平板 1 3、軸方向予圧用弾性体 1 2、平板 1 3の順に嵌合し、小径部 1 aを加締めにより堅固に塑性変形して固定してある。

これにより、ストッパープレート 1 1が軸方向に固定してある。ストッパープレート 1 1の固定方法は、加締めに限らず、止め輪、螺合手段、プッシュナット等であってもよい。また、ストッパープレート 1 1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 2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。

本実施の形態では、雌軸 2の 6個の軸方向溝 5， 6に、径方向に隙間を介して、雄軸 1の外周面に 6個の軸方向溝 3 , 4と軸方向に同軸に形成した 6個の略円弧状の突起部 1 5が嵌合してある。

従って、球状体 7，円柱体 8が何らかの原因によって雄軸 1から脱落し又は破損した場合等には、雌軸 2の軸方向溝 5 , 6に、雄軸 1の突起部 1 5が嵌合し、これにより、雄軸 1と雌軸 2とは、トルクを伝達することができ、フェイルセ一フ機能の役割を果たすことができる。

この際、軸方向溝 5， 6と、突起部 1 5との間には、隙間が設けてあるため、運転者は、ステアリングホイール上に大きなガタ付きを感じることができ、ステァリング系の故障等を察知することができる。

雄軸 1の突起部 1 5は、球状体 7，円柱体 8と軸方向に並んでいることから、球状体 7，円柱体 8の軸方向の移動を規制するストッパーの役割も果たし、球状体 7 , 円柱体 8の抜けの可能性を減少して、フェイルセーフ機能をより一層向上することができる。

雄軸 1の突起部 1 5は、球状体 7 , 円柱体 8と軸方向に並んでいることから、雄軸 1と雌軸 2の径方向寸法を小さくして、コンパクト化を図ることができる。雄軸 1の軸方向溝 3、雌軸 2の軸方向溝 5、板バネ 9、及び球状体 7の間には、潤滑剤が塗布してあってもよい。また、雄軸 1の軸方向溝 4、円柱体 8、及び雌軸 2の軸方向溝 6の間にも、潤滑剤が塗布してあつてもよい。

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を介装し、板バネ 9により、球状体 7を雌軸 2に対してガ夕付きのない程度に予圧してあるため、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は軸方向に相対移動する際には、ガタ付きのない安定した摺動荷重で搢動することができる。

トルク伝達時には、板パネ 9が弾性変形して球状体 7を周方向に拘束すると共に、雄軸 1と雌軸 2の間に介装した 3列の円柱体 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、板バネ 9の予圧がかかっているため、ガタ付きはなく、板パネ 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 ·板パネ 9 ·球状体 7 ·雌軸 2間の伝達トルクと入力トルクがつりあった状態で全体的なトルク伝達がなされる。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の回転方向の隙間がなくなり、以後のトルク増加分を、雄軸 1、雌軸 2を介して、円柱体 8 が伝達する。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。

以上から、本実施の形態によれば、球状体 7以外に、円柱体 8を設けているため、大トルク入力時、負荷量の大部分を円柱体 8で支持することができる。従つて、雌軸 2の軸方向溝 5と球状体 7との接触圧力を低下して、耐久性を向上することができると共に、大トルク負荷時には、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。

このように、本実施の形態によれば、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することができる。

なお、球状体 7は、剛体のポールが好ましい。また剛体の円柱体 8は、ニードルローラが好ましい。

円柱体（以後、ニードルローラと記す） 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ポール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。

-摺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。

•ニードルローラが雄軸と雌軸に微小に接触していることにより、摺動荷重変動幅を低く抑えることができ、その変動による振動がステアリングまで伝わらない。

.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、ニー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。

このように二一ドル口一ラは、雄軸 1と雌軸 2の間のトルク伝達のためのキー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。ニードルローラの使用が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。

•二一ドルローラは大量生産品であり、非常に低コストである。

•二一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、二一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下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ーショ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口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 '雌軸間の隙間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。

また、板パネ 9は、上述したように、球状体 7に 2点で接触する球状体側接触部 9 aと、球状体側接触部 9 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に接触する溝面側接触部 9 bと、球状体側接触部 9 aと溝面側接触部 9 bを相互に離間する方向に弾性的に付勢する付勢部 9 cと、軸方向溝 3の底面 3 bに対向した底面 9 dと、を左右に対で有している。

この付勢部 9 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 9 cによって、球状体側接触部 9 aと溝面側接触部 9 bを相互に離間するように弹性的に付勢することができる。従って、板パネ 9は、その球状体側接触部 9 aが付勢部 9 bを介して十分に撓むことができ、撓み量を十分に確保することができる。

従って、板パネ 9は、球状体 7に接触する球状体側接触部 9 aと、軸方向溝 3 に接触する溝面側接触部 9 bとの間に、空間が設けてあり、その間が弹性的に連結してある。そのため、セット時に、球状体 7と板バネ 9の接触部に発生する応力を緩和することができ、永久変形による板パネ 9のへたりを防止して、長期にわたって所望の予圧性能を得ることができる。

球状体 7に接触する球状体側接触部 9 aは、球状体 7の半径より大きい略円弧状に形成してあると、平面形状よりも球状体 7との接触面圧を下げることができ、なお好ましい。

さらに、板パネ 9は、撓み量を十分に確保することができると共に、球状体 7 及び板バネ 9には、過大な負荷（応力）がかかることがないことから、トルク伝達時に、球状体 7及び板バネ 9との接触点に発生する応力を緩和することができ、これにより、高い応力が発生することがなく、永久変形による「へたり」を防止して、長期にわたり予圧性能を維持することができる。

さらに、球状体 7との接触点は、強固に、パネ性を発揮している部分は、たわみ易くすることで、単一部材でレース面とばね性をもつことを両立させている。また、本実施の形態では、円柱体 8が主としてトルク伝達を行うので、雄軸 1、雌軸 2、板パネ、球状体 7間に更に過大な応力が発生しない構造となっている。従って、板バネ 9での過大な応力発生を防止して、板バネ 9のへたりを防止し、長期にわたって所望の予圧性能を維持することができ、加えて、寸法精度を厳しく管理する必要がなく、且つ、板バネ 9とレース部分とを単一素材から形成することができ、その組立容易化を図って製造コス卜の低減を図ることができる。

(実施の形態の第 1作用例）

なお、図 6に於いて、鎖線は、雌軸 2を嵌合する前における球状体 7と板バネ 9の状態を示し、実線は、雌軸 2を嵌合した後における球状体 7と板バネ 9の状態を示している。

図 7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に、トルク負荷を開始した状態における部分的横断面図である。

本第 1作用例では、 5 NmZ d e gを最小値として捩り剛性（K 1 ) を、雄軸 1と板バネ 9の摩擦力によって、発生させていることを特徴とする。

本作用例は、このように、摩擦力を利用することで、板パネ 9への負担（折り曲げ部に高い応力を繰返し与えること）を軽減し、長期に渡ってばね性を維持することができる。しかも、新たに部品を追加することが無いので、コストを抑えることができる。即ち、最低限必要な捩り剛性（5 NmZ d e g ) を維持するのに十分な構造である。

図 6に示すように、雌軸 2を嵌合したことによって、球状体 7は、矢印（X ) の方向に押圧される。

次に、板バネ 9は、くさび角（0 ) がついているため、矢印（y) の両方向に開きながら、平坦な底面 9 dは、軸方向溝 3の底面 3 bに強く押し付けられる。この状態では、板パネ 9の付勢部 9 c又は溝面側接触部 9 bと、軸方向溝 3の平面状側面 3 aとの間には、微小な隙間（Δ 1 ) がある。

ところで、軸方向溝 3の底面 3 bに強く押し付けられる板パネ 9の平坦な底面 9 dには、グリース等の潤滑剤が塗布されている。他の摺動面も、同様である。次いで、図 7に示すように、雄軸 1に、矢印（z ) 方向の所定の操舵トルクを負荷すると、符号（B ) で示す接触角をもって、雄軸 1→板バネ 9→球状体 7→ 雌軸 2の順に、トルクが伝達される。

この時に重要な役割をしているのが符号（A) で表示される、板バネ 9の底面 9 dと接触している溝底 3 bの中央部の面に於ける摩擦力である。すなわち、符号（A) の面には、図 6の（X ) 方向に押付られたカ（F ) に、摩擦係数（）を乗じた摩擦力が働いている。

矢印（z ) 方向のトルクが、この摩擦力よりも、大きくなると、板バネ 9は、符号（A) の面で滑り出す。

次いで、このような現象と同時に、即ち、板パネ 9の溝面側接触部 9 bが符号 ( C) 点で軸方向溝 3の平面状側面 3 aに接触する前に、円柱体 8が符号（D) 点で軸方向溝 4 , 6に接触する。この（D) 点の接触角をもって、雄軸 1→円柱体 8→雌軸 2の間は、より強固に接触する。その後、所定の捩り剛性（K 2 ) の操舵トルクを伝達するようになっている。

以上、上述したように、本第 1作用例では、板パネ 9を使用してはいるが、 · 5 NmZ d e gを最小値として捩り剛性を発生させているのは、符号（A) の面に於ける摩擦力である。 (実施の形態の第 2作用例）

本第 2作用例では、 5 Nm/ d e gを最小値として捩り剛性（K 1 ) を、雄軸 1と板バネ 9の摩擦力と付勢力とによって、発生させていることを特徴とする。本作用例は、捩り剛性のチューニングとなった場合、すなわち、更に高い捩り剛性が必要となった場合、摩擦力と、板パネ 9の折曲げ部分（付勢部 9 c ) で発生する付勢力と、の両方を合わせて使うことで、求める捩り剛性を得ることができる。この場合も、板パネ 9の折曲げ部分（付勢部 9 c ) だけで捩り剛性を発生させる場合よりも、摩擦力と合わせることで、板パネ 9への負担を軽減することができる。すなわち、板パネ 9に過大な応力が発生することを防止することにより、板パネ 9の「へたり」を抑制して、長期にわたって求める予圧性能を維持することができる。

次に、板バネ 9は、くさび角 ( Θ ) がついているため、矢印（y ) の両方向に開きながら、平坦な底面 9 dは、軸方向溝 3の底面 3 bに強く押し付けられる。この状態では、板バネ 9の付勢部 9 c又は溝面側接触部 9 bと、軸方向溝 3の平面状側面 3 aとの間には、微小な隙間（Δ 1 ) がある。

軸方向溝 3の底面 3 bに強く押し付けられる板パネ 9の平坦な底面 9 dには、グリース等の潤滑剤が塗布されている。他の摺動面も、同様である。次いで、図 7に示すように、雄軸 1に、矢印（z) 方向の所定の操舵トルクを負荷すると、符号（B) で示す接触角をもって、雄軸 1—板パネ 9→球状体 7→ 雌軸 2の順に、トルクが伝達される。

この時に重要な役割をしているのが符号（A) で表示される、板パネ 9と接触している溝底 3 bの中央部の面に於ける摩擦力である。すなわち、符号（A) の面には、図 6の（X) 方向に押付られたカ（F) に、摩擦係数（）を乗じた摩擦力が働いている。

矢印（z) 方向のトルクが、この摩擦力よりも、大きくなると、板バネ 9は、符号（A) の面で滑り出す。

次に、本作甩例では、板バネ 9は、摩擦力により移動するにつれて、符号（C) 点で、軸方向溝 3の平面状側面 3 aに当接し、板パネ 9の折曲げ部分（付勢部 9 c) は、ばね力すなわち、付勢力を発揮する。

次いで、このような現象と同時に、即ち、板パネ 9の溝面側接触部 9 bが符号 (C) 点で軸方向溝 3の平面状側面 3 aに接触した後に、円柱体 8が符号（D) 点で軸方向溝 4， 6に接触する。

その後、円柱体 8は、符号（D) 点の接触角をもって、雄軸 1→円柱体 8→雌軸 2の間で、より強固に接触して、所定の捩り剛性（K2) の操舵トルクを伝達するようになつている。

以上、上述したように、本第 2作用例では、符号（C) 点の弾性的接触が符号 (D) 点の剛性的接触よりも先に起こっている。即ち、 5Nm/de gを最小値として捩り剛性を発生させているのは、符号（A) の面に於ける摩擦力と、板バネ 9の折曲げ部分（付勢部 9 c) のばね力（付勢力）とである。

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

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、

前記伸縮軸は、 ·

前記予圧的トルク伝達部で発生させる捩り剛性は、 5 NmZ d e g 以上であることを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸。

2 . 前記予圧的トルク伝達部は、

前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面とに夫々形成した少なくとも一列の軸方向溝の間に、弾性体を介して、第 1トルク伝達部材を介装してなり、

前記剛体的トルク伝達部は、

前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面とに夫々形成した他の少なくとも一列の溝方向の間に、第 2トルク伝達部材を介装して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 . 前記第 1 トルク伝達部材は、前記両軸の軸方向相対移動の際に転動する転動体であり、

前記第 2トルク伝達部材は、前記両輪の軸方向相対移動の際に滑り摺動する摺動体であることを特徴とする請求項 2に記載の車両ステアリング用伸縮軸。

4 . 前記所定の捩り剛性は、前記雄軸と前記弾性体の摩擦力によって、発生させていることを特徴とする請求項 2又は 3に記載の車両ステアリング用伸縮軸。

5. 前記所定の捩り剛性は、前記雄軸と前記弾性体の摩擦力と付勢力とによつて、発生させていることを特徴とする請求項 2又は 3に記載の車両ステアリング用伸縮軸。

6. 前記剛体的トルク伝達部又は前記第 2トルク伝達部材が中立位置から、剛体の接触により、その回転を開始するまでの角度は、 0.01〜0.25° の範囲に設定してあることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれか 1項に記載の車両ステアリング用伸縮軸。

7. 前記剛体的トルク伝達部又は前記第 2トルク伝達部材が中立位置から、剛体の接触により、その回転を開始するまでの角度は、 0.01〜0.25° の範囲に設定してあることを特徴とする請求項 4又 5に記載の車両ステアリング用伸縮軸。