WO2006030777A1

WO2006030777A1 - 伸縮自在シャフト

Info

Publication number: WO2006030777A1
Application number: PCT/JP2005/016831
Authority: WO
Inventors: Ryouichi Tokioka; Mitsuharu Ozaki
Original assignee: Jtekt Corporation
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2006-03-23
Also published as: EP1790868A4; CN100472081C; US7753800B2; KR20070053154A; DE602005022459D1; EP1790868A1; US20070163825A1; EP1790868B1; CN1946948A

Abstract

　伸縮自在シャフト(5) が、外軸(13;13A;13B;13C;13D)と、内軸(14;14A;14B;14C;14D;14E;14F)を備える。複数の転動体(15)が、外軸および内軸の軌道溝(16;17) の間に、外軸の弾性復元力によって弾性的に挟持されている。内軸の外周面(141) は、互いに平行な少なくとも一対の平坦部(21;22;41;42;43;44;45;46) を含む。外軸の内周面(131) は、互いに平行な少なくとも一対の平坦な規制部(31;32;71;72;73;74) を含む。各規制部(31;32;71;72;73;74) は、それぞれ対応する平坦部(21;22;41;42;43;44;45;46) と係合することにより、外軸および内軸の相対回転量を規制する。外軸の変形を促進するための変形促進部(33;33A;33B;33C;33D;33E;33F;33G;33H;330)が、外軸の周方向の所定の領域に配置されている。上記所定の領域は、外軸の軌道溝(16)の曲率中心(A2)及び外軸の中心軸線(A1)を含む平面(C1)と規制部(31;32;71;72;73;74) との間の領域である。

Description

明細書

伸縮自在シャフト

技術分野

[0001] 本発明は、内軸および外軸を転動体を介して軸方向に相対移動可能に且つトルク伝達可能に連結してなる伸縮自在シャフトに関する。

背景技術

[0002] 自動車のステアリング装置において、中間軸は、ステアリングシャフトとステアリングギアとの間に設けられ、ステアリングホイールに加わる回転操作力をステアリングギア側に伝達するものである。

一般に、中間軸には、内軸および筒状の外軸に形成された対応する軌道溝間に、中間軸の軸方向に並ぶ列をなす複数のボールを介在させたボールスプライン構造が採用されている。

[0003] また、筒状の外軸の弾性復元力を用いて、転動体に予圧を与える伸縮自在シャフトが提案されている (例えば、特許文献 1参照)。

また、外軸および内軸をともに中空軸とし、外軸および内軸の弾性復元力を用いて転動体に予圧を与える伸縮自在シャフトが提案されて、る (例えば、特許文献 2参照

) o

特許文献 1では、高トルクが負荷されたときに、内軸の外周面に形成された山形突起が外軸の内周面に形成された半円形の凹部に係合することより、内軸と外軸との相対回転量を規制している。

[0004] し力しながら、上記の山形突起と半円形の凹部とを係合させる方式では、各部品の寸法公差のばらつきによって、内軸と外軸の相対回転量が大きくなる場合がある。その場合、長期に使用によって、主に、外軸の弾性が低下し、その結果、転動体に予圧を与えられなくなるおそれがある。予圧が与えられなくなると、内軸と外軸との間に回転方向に遊びを生じ、騒音の原因ともなる。

特許文献 1 :独国特許出願公開第 DE3730393A1号明細書

特許文献 2 :独国実用新案第 DE20318654U1号明細書発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 本発明の目的は、長期に使用しても遊びを生じ難ぐ耐久性に優れた伸縮自在シャフトを提供することである。

課題を解決するための手段

[0006] 上記目的を達成するため、本発明の好ましい態様は、外周面を有する内軸と、内周面を有し、上記内軸に嵌め合わされた筒状の外軸と、上記内軸の上記外周面に形成され、軸長方向に延びる少なくとも 1つの軌道溝と、上記外軸の上記内周面に、上記内軸の上記軌道溝と対向するように形成された少なくとも 1つの軌道溝と、上記内軸および上記外軸の軌道溝の間に、外軸の弾性復元力によって弾性的に挟持された複数の転動体とを備える伸縮自在シャフトを提供する。

[0007] 上記複数の転動体は、上記軌道溝の長手方向に沿って列をなして並んで、る。上記内軸の外周面は、互いに平行な少なくとも一対の平坦部を含む。上記外軸の内周面は、互いに平行な少なくとも一対の平坦な規制部を含む。上記規制部は、それぞれ対応する平坦部と係合することにより、内軸および外軸の相対回転量を規制する。上記外軸は、外軸の変形を促進するための変形促進部を含む。上記変形促進部は、外軸の周方向の所定の領域に配置されている。上記所定の領域は、外軸の軌道溝の曲率中心および外軸の中心軸線を含む平面と各規制部との間の領域である。

[0008] 本態様では、常用トルクが負荷される場合は、内軸と外軸との間で転動体を介してトルクが伝達される。高トルクが負荷される場合は、平坦部がそれぞれ対応する規制部に当接することにより、内軸および外軸の相対回転量が規制される。したがって、転動体や軌道溝の破損を未然に防止することができる。

内軸の相対向する少なくとも一対の平坦部を用いて、内軸および外軸の相対回転量を規制するので、内軸や外軸の寸法精度が多少ばらついても、内軸および外軸の相対回転量が過度に大きくなることが少ない。変形促進部によって、外軸を橈み易くできるので、外軸や転動体に負荷される応力を緩和することができる。その結果、長期にわたって転動体への予圧力を維持することができ、耐久性に優れた伸縮自在シャフトを実現することができる。 [0009] 上記変形促進部としては、屈曲部を用いてもよいし、薄肉部を用いてもよい。屈曲部又は薄肉部であれば、簡単な構成にて外軸の変形を確実に促進することができる発明を実施するための最良の形態

[0010] 本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。

図 1は、本発明の一実施形態に係る伸縮自在シャフトが中間軸に適用されたステアリング装置の模式図であり、図 2および図 3は伸縮自在シャフトの断面図である。図 1を参照して、ステアリング装置 1は、一端にステアリングホイール等の操舵部材 2 が固定されたステアリングシャフト 3、このステアリングシャフト 3と自在継手 4を介して一体回転可能に連結された伸縮自在シャフトとしての中間軸 5とを備える。また、ステァリング装置 1は、上記中間軸 5と自在継手 6を介して一体回転可能に連結されたピ二オン軸 7と、このピ-オン軸 7に設けられたピ-オン 7aに嚙み合うラック 8aを有して車両の左右方向に延びるラック軸 8とを備える。

[0011] ラック軸 8の一対の端部には、それぞれタイロッド 9が結合されている。各タイロッド 9 は、対応するナックルアーム 10を介してそれぞれ対応する操向輪 11に連結されてヽる。

ラック軸 8は、図示しな、軸受を介してハウジング 12により軸方向に移動自在に支持されている。ピ-オン軸 7、ラック軸 8、タイロッド 9、ナックルアーム 10および操向輪 11を含んで舵取り機構 100が構成されて、る。

[0012] 操舵部材 2が操作されてステアリングシャフト 3が回転されると、この回転がピ-オン 7aおよびラック 8aによって、車両の左右方向に沿ってのラック軸 8の直線運動に変換される。これにより、操向輪 11の転舵が達成される。

伸縮自在シャフトとしての中間軸 5は、筒状の外軸 13と、この外軸 13に嵌め合わされた内軸 14とを備える。外軸 13および内軸 14は、複数列の転動体としてのボール 1 5を介して軸長方向 Xに相対移動可能に且つトルク伝達可能に接続されている。

[0013] 図 2および図 3を参照して、外軸 13の内周面 131および内軸 14の外周面 141には、それぞれ軸方向に延びる軌道溝 16, 17が形成されている。外軸 13の軌道溝 16および内軸 14の軌道溝 17は、互いに同数 (本実施の形態では一対ずつ）が周方向の等間隔に配置され、互いに対向する。外軸 13と内軸 14の互いに対向する軌道溝 16 , 17間に、軌道路 18が区画されている。各軌道路 18には、上記のボール 15が軸方向 X(軌道溝 16, 17の延びる方向）に並ぶ 1つの列をなして介在する。各軌道溝 16, 17の断面は、ボール 15の半径よりも僅かに大きい半径の円弧をなす。図 2に示すように、ボール 15の接触角 B1は、 5〜40度の範囲に設定されている。

[0014] 各列のボール 15は、それぞれ共通の保持器 19によって対応する軌道路 18に一括して保持されている。図 3に示すように、保持器 19は、例えば合成樹脂製であり、断面円弧状をなして軸方向 Xに沿って延びる長尺の板部材カもなる。保持器 19は長手方向に沿って所定間隔毎に並ぶ、ボール 15のための保持孔 20を形成している。再び図 2を参照して、内軸 13は中空の軸、すなわちチューブにより形成されている。内軸 14の外周面 141には、互いの間に二面幅を形成する相対向する二対の平坦部 21, 22が形成され、外軸 13の内周面 131には、内軸 14の対応する平坦部 21, 2 2とそれぞれ係合して外軸 13と内軸 14との相対回転量を規制するための規制部 31 , 32が形成されている。

[0015] 内軸 14の外周面 141には、相対向して径方向外方へ突出する断面矩形状の一対の突出部 25, 26が形成されている。一対のボール 15が相対向する方向と一対の突出部 25, 26が相対向する方向とは、互いに直交している。一方の突出部 25は、その外面に、相対向する一対の平坦部 21, 21を含み、他方の突出部 26は、その外面に、相対向する一対の平坦部 22, 22を含んでいる。

[0016] また、外軸 13は内軸 14と相似形をなしている。外軸 13は、内軸 14の各突出部 25 , 26にそれぞれ対応する位置に、径方向外方へ突出する一対の突出部 27, 28を形成している。これにより、外軸 13は、その突出部 27, 28の内側に、それぞれ対応する内軸の突出部 25, 26を収容する凹部 29, 30を区画している。

凹部 29の内面に、互いに平行な一対の平坦部力もなる規制部 31, 31が形成されている。各規制部 31は、それぞれ対応する平坦部 21に対向している。また、凹部 30 の内面に、互いに平行な一対の平坦部からなる規制部 32, 32が形成されている。各規制部 32は、それぞれ対応する平坦部 22に対向している。

[0017] また、外軸 13は、各突出部 27, 28の基端部と外軸 13の残りの円弧状の部分との間は変形促進部としての屈曲部 33となっている。すなわち、外軸 13の中心軸線 A1 および外軸 13の各軌道溝 16の曲率中心 A2を含む平面 C 1と、各軌道溝 16にそれぞれ隣接する規制部 31, 32との間の領域に、外軸 13の変形を促進するための変形促進部としての屈曲部 33が形成されている。屈曲部 33は、外軸 13の突出部 27, 28 の基端部に設けられている。

[0018] 本実施の形態によれば、常用トルクが負荷される場合には、内軸 14と外軸 13との間でボール 15を介してトルクが伝達される。一方、高トルクが負荷される場合には、内軸 14の各対の平坦部 21, 22の何れか一方力外軸 13のそれぞれ対応する規制部 31, 32に当接することにより、内軸 14と外軸 13の相対回転量が規制される。したがって、ボール 15や軌道溝 16, 17の破損を未然に防止することができる。

[0019] 互いの間に二面幅を形成する一対の平坦面 21, 22を用いるので、内軸 14や外軸 13の寸法精度が多少ばらついても、内軸 14と外軸 13の相対回転量が大きくなることが少ない。

また、外軸 13の中心軸線 A1および外軸 13の各軌道溝 16の曲率中心 A2を含む平面 C1と、各軌道溝 16にそれぞれ隣接する規制部 31, 32との間に、変形促進部としての屈曲部 33を設けてあるので、外軸 13を橈み易くすることができる。したがって、外軸 13やボール 15に負荷される応力を緩和することができる。その結果、長期にわたってボール 15への予圧力を維持することができ、耐久性に優れた伸縮自在シャフトとしての中間軸 5を実現することができる。

[0020] また、変形促進部として屈曲部 33を用いる簡単な構成にて、外軸 13の変形を確実に促進することができる。

また、上記ボール 15の直径は、外軸 13の外径の 10〜40%の範囲にあることが好ましい。すなわち、ボール 15の直径が外軸 13の外径の 10%未満であると、ボール 1 5や軌道溝 16, 17に圧痕が発生するおそれがある。また、ボール 15の直径が外軸 1 3の外径の 40%を超えると、外軸 13が大型となり、伸縮自在シャフトとしての中間軸 5 が大型化する。大型化をさせないために外軸 13の外径を変えずに、内軸 14を小型化した場合、内軸 14が強度不足となり、また内輪軌道の接触径が減少する結果、圧痕が付き易くなる。 [0021] そこで、ボールの直径を外軸 13の外径の 10〜40%の範囲に設定することにより、軌道溝 16, 17等の圧痕発生を防止しつつ中間軸 5の小型化を図ることができる。例えば外軸 13の外径が 30mmである場合、ボール 15の直径は 3〜 12mmの範囲に設定されることが好ましい。

また、上記ボール 15の接触角は 5〜40度であることが好ましい。ボールの接触角力度未満では、ボール 15に関するガタが大きくなる。一方、接触角が 40度を超えると、内軸 14の二対の平坦部 21, 22が、外軸の対応する規制部 31, 32に当接し難くなる。そこで、ボール 15の接触角 B1を 5〜40度とすることにより、ガタを少なくしつつ、高トルク負荷時の内軸 14と外軸 13の相対回転量を所要の大きさに設定することができる。

[0022] また、各平坦部 21, 22と対応する規制部 31, 32との間にそれぞれ形成される隙間 S1が相等しいときに、その隙間 S1の量は 0. 01〜0. 5mmであることが好ましい。隙間 S1が 0. Olmm未満では、常用トルクの伝達時に規制部 31, 32が働くおそれがある。また、隙間 S1が 0. 5mmを超えると、外軸 13と内軸 14との相対回転量が過大となる。そこで、隙間 S1を 0. 01-0. 5mmの範囲に設定することにより、相対回転量を所要の範囲に収めるようにした。

[0023] また、外軸 13の肉厚は、外軸 13の外径の 5〜15%の範囲に設定することが好ましい。肉厚が外軸 13の外径の 5%未満では強度不足が懸念される。また肉厚が外軸 1 3の外径の 15%を超えると、外軸 13の橈みを確保し難くなる。そこで、外軸 13の肉厚を外軸 13の外径の 5〜15%の範囲に設定することにより、外軸 13の強度を確保しつつ、外軸 13を橈み易くした。例えば、外軸 13の外径が 30mmである場合、外軸 1 3の肉厚は 1. 5〜4. 5mmの範囲に設定されることが好ましい。

[0024] 外軸 13の中心軸線 A1および各軌道溝 16の曲率中心 A2を含む平面 C1と、各軌道溝 16にそれぞれ隣接する規制部 31, 32との間の領域に対応する、外軸 13の中心角 P1は、 30度〜 60度の範囲にあることが好ましい。上記の中心角 P1は、上記平面 C 1と対応する規制部 31 , 32との間の位相差に相当する。

上記の中心角 P1が 30度未満では、規制部分に作用する応力に加え、軌道溝 16 近傍に作用する応力が大きくなり塑性変形を生じ易くなるという不具合がある。また、中心角 PIが 60度を超えると、規制部分に作用する応力に加え、突出部 27, 28に作用する応力が大きくなり、塑性変形を生じ易くなるという不具合がある。そこで、上記の中心角 P 1を 30〜60度の範囲に設定した。上記の中心角 P 1のより好まし!/、範囲としては 40〜50度である。

[0025] 同様に、上記平面 C1と上記の屈曲部 33との間の領域に対応する、外軸の中心角は、 30〜60度の範囲にあることが好ましい。上記の中心角が 30度未満では、規制部分に作用する応力に加え、軌道溝 16近傍に作用する応力が大きくなり塑性変形を生じ易くなるという不具合がある。また、上記の中心角が 60度を超えると、規制部分に作用する応力に加え、突出部 17, 18に作用する応力が大きくなり、塑性変形を生じ易くなるという不具合がある。そこで、上記の中心角を 30〜60度の範囲に設定した。上記の中心角のより好ましい範囲としては 40〜50度である。

[0026] なお、本実施の形態では、ボール 15と平坦部 21, 22および規制部 31, 32と力 S同一断面上に配置されている力同一断面に配置されていなくても、同様の効果が得られることは言うまでちな!、。

次いで、図 4は本発明の別の実施の形態を示している。図 4を参照して、本実施の形態では、中実の内軸 14Aの外周面 141に、互いの間に二面幅を形成する一対の平坦部 210, 210が形成されている。筒状の外軸 13Aの内周面 131に、各平坦部 2 10, 210にそれぞれ対向する平坦部 310, 310が形成されている。各平坦部 310の長手方向の一方の端部に、規制部 311が形成され、他方の端部に、規制部 312が形成されている。

[0027] また、外軸 13Aの中心軸線 A1および各軌道溝 16の曲率中心 A2を含む平面 C1と隣接する規制部 311, 312の間の領域に、互いに逆向きに屈曲する一対の屈曲部 3 3A, 33B力外軸 13Aの周方向に離隔して形成されている。すなわち、一対の屈曲部 33A, 33Bによって波形状を呈している。

本実施の形態においても、図 2の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、内軸 14Aや外軸 13Aの寸法精度が多少ばらついても、内軸 14Aおよび外軸 13Aの相対回転量が大きくなることが少ない。

[0028] 外軸 13Aの中心軸線 A1および各軌道溝 16の曲率中心 A2を含む平面 C1と、各軌道溝 16にそれぞれ隣接する規制部 311, 312との間の領域に、変形促進部としての波形状を呈する一対の屈曲部 33A, 33Bを設けてあるので、外軸 13Aをより橈み易くでき、外軸 13Aやボール 15に負荷される応力を緩和することができる。その結果、長期にわたってボール 15への予圧力を維持することができ、耐久性に優れた伸縮自在シャフトとしての中間軸 5を実現することができる。また、変形促進部として屈曲部 33A, 33Bを用いる簡単な構成にて、外軸 13Aの変形を確実に促進することができる。

[0029] さらに、組み立て時において、図 5に示すように、外軸 13Aの一対の平坦部 310, 3 10を外側から力 Fを加えて挟持することにより、外軸 13Aの軌道溝 16を外側（矢符 G 参照）へ拡げることができる。これにより、組み立て時にボール 15を軌道溝 16, 17間に組み入れ易くすることができる。

また、外軸 13 Aの中心軸線 A1および各軌道溝 16の曲率中心 A2を含む平面 C 1と、各軌道溝 16にそれぞれ隣接する規制部 311, 312との間の領域に対応する、外軸 13Aの中心角 P2は、 30〜60度の範囲にあることが好ましい。上記の中心角 P2が 3 0度未満では、規制部分に作用する応力に加え、軌道溝 16近傍に作用する応力が大きくなり塑性変形を生じ易くなるという不具合がある。また、上記の中心角 P2が 60 度を超えると、規制部分に作用する応力に加え、突出部 27, 28に作用する応力が大きくなり、塑性変形を生じ易くなるという不具合がある。そこで、上記の中心角 P2を 30〜60度の範囲に設定した。上記の中心角 P2のより好ましい範囲としては 40〜50 度である。

[0030] また、各平面 C1と当該平面 C1から遠い側の屈曲部 33Bとの間の領域に対応する、外軸 13Aの中心角は、 30〜60度の範囲にあることが好ましい。上記の中心角が 3 0度未満では、規制部分に作用する応力に加え、軌道溝 16近傍に作用する応力が大きくなり塑性変形を生じ易くなるという不具合がある。また、上記の中心角が 60度を超えると、規制部分に作用する応力に加え、突出部 27, 28に作用する応力が大きくなり、塑性変形を生じ易くなるという不具合がある。そこで、上記の中心角を 30〜60 度の範囲に設定した。上記の中心角のより好ましい範囲としては 40〜50度である。

[0031] なお、図 4の実施の形態において、内軸 14Aを中空の軸、すなわちチューブを用いて形成してもよい。

次いで、図 6は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図 6を参照して、本実施の形態では、星形をなす筒状の外軸 13Bと同じく相似形の星形をなす内軸 14Bを用いた。本実施の形態では、外軸 13Bの全周に分散して交互に逆向きに屈曲する屈曲部 33C〜33Fを配置することになるので、外軸 13Bをより橈み易くすることができる。本実施の形態において、内軸 14Bを中空の軸としてもよい。

[0032] また、各平面 C1と規制部 31, 32との間の領域に対応する、外軸 13Bの中心角 P2 力 30〜60度の範囲にあるので、上記規制部 311, 312がストッパとしての機能を果たし易い。積極的にこの位置で、外軸 13Bと内軸 14Bとの相対回転を規制することが好ましい。

次いで、図 7は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図 7を参照して、本実施の形態の特徴とすることろは、外軸 13Cを角形のチューブにより形成すると共に、内軸 14Cもこれに相似形の中実の角形の軸に形成した。外軸 13Cの角形の相対向する一対の隅部 132, 132に、ボール 15のための軌道溝 16がそれぞれ形成されている。各隅部 132, 132には、当該隅部 132, 132のもともとの R状部分を利用して径方向外方へ突出する山形の突出部 51, 52が膨出形成され、各突出部 51, 52の基端部に変形促進部としての屈曲部 33G, 33Hが形成されて、る。

[0033] 本実施の形態によれば、角形のチューブを素材として軌道溝 16付きの外軸 13Cを容易且つ安価に製造することができる。し力も、角形チューブの各辺を、内軸 14Cの二面幅を形成する一対の平坦部 21, 22にそれぞれ対応する規制部 31, 32として、そのまま利用でき、この点からも製造コストを安くすることができる。規制部 31, 32は、ボール 15を配していない隅部 133, 133の近傍に配置される。

[0034] なお、図 8に示すように、保持器 19Aとして、内軸 14Cを取り囲む四角筒状の保持器を用いることができる。この場合、保持器 19Aは規制部 31, 32が配される隅部 13 3を含む領域に対応して、開口 191を形成することになる。この場合、筒状をなす保持器 19 Aを用いて各列のボール 15を一括して組み込むことができ、組み立て性を向上することができる。

[0035] 次いで、図 9は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図 9を参照して、本実施の形態の特徴とするところは、下記である。すなわち、外軸 13Dは、全周にわたつて概ね均一な肉厚を有するチューブにより形成されている。外軸 13Dの基本形状は断面円形である。また、内軸 14Dの基本形状は断面矩形である。

内軸 14Dの外周面 141は、相対向する第 1の対の平坦部 41, 42と、相対向する第 2の対の平坦部 43, 44と、相対向する第 3の対の平坦部 45, 46とを有している。内軸 14Dの外周面 141には、内軸 14Dの断面中心を挟んで対向する一対の軌道溝 1 7が形成されている。平坦部 41および平坦部 43は、同一平面上に配置され、平坦部 41と平坦部 43の間に、一方の軌道溝 17が配置されている。また、平坦部 42および平坦部 44は同一平面上に配置され、平坦部 42と平坦部 44との間に、他方の軌道溝 17が配置されている。

[0036] 外軸 13Dの内周面 131には、内軸 14Dの軌道溝 17とそれぞれ対向する一対の軌道溝 16と、平坦部 41, 42, 43, 44とそれぞれ隙間を隔てて対向する規制部 71, 72 , 73, 74とが形成されている。外軸 13Dは、径方向外方へ突出する一対の山形の突出部 53, 54を有しており、各突出部 53, 54の内側に形成される凹部によってそれぞれ対応する軌道溝 16が形成されている。

[0037] また、外軸 13Dは、互いに対向する一対の対向部 75, 76を有している。一対の対向部 75, 76は、内軸 14Dの平坦部 45, 46に、それぞれ、対向している。一対の対向部 75, 76の断面は、外軸 13Dの中心軸線 A1を中心とする円弧状をなしている。外軸 13Dの中心軸線 A1および外軸 13Dの各軌道溝 16の曲率中心 A2を含む平面 C1と、各軌道溝 16にそれぞれ隣接する規制部 71, 72, 73, 74との間に、それぞれ、変形促進部としての屈曲部 330が形成されている。屈曲部 330は、外軸 13Dの外周面の一部を窪ませるようにして、径方向内方に突出する突出部によって形成されている。

[0038] 外軸 13Dは、外軸 13Dの周方向に関して、上記一対の対向部 75, 76の間に配置される一対の残余部 77, 78を含んでいる。一方の残余部 77の内周面に、一方の軌道溝 17と、一対の規制部 71, 73とが形成されている。一対の規制部 71, 73の間に一方の軌道溝 16が配置されている。また、他方の残余部 78の内周面に、他方の軌道溝 16と、一対の規制部 72, 74とが形成されている。一対の規制部 72, 74の間に他方の軌道溝 16が配置されている。

[0039] 軌道溝 16、屈曲部 330、規制部 71〜74および対向部 75, 76のそれぞれの間は、外軸 13Dの肉厚よりも大き!/、曲率半径を有する曲線で滑らかに連続するようにされている。また、外軸 13Dの突出部 53, 54の頂部は、対向部 75, 76の外周を含む円周 C2上に配置されて!、ることが好まし!/、。

本実施の形態によれば、外軸 13Dにおいて、規制部 71〜74を軌道溝 16に近接させて配置してヽる。軌道溝 16とその両側に近接した規制部 71〜 74を除く残りの部分は、外軸 13Dの中心軸線 A1を中心とする円弧状をなす一対の対向部 75, 76とされ、外軸 13Dの周方向に関して広い領域とされている。したがって、外軸 13Dの回転方向のねじれ量を大きく確保することができる。

[0040] 具体的には、各対向部 75, 76のそれぞれに対応する、外軸 13Dの中心角 P3は、 70度〜 110度の範囲に設定されている。上記の中心角 P3を 70度以上とすることにより、外軸 13Dの充分なねじれ強度を確保することができる。また、上記の中心角 P3 を 110度以下としたのは、残余部 77, 78に、軌道溝 16と規制部 71〜74を配置するスペースを確保するためである。

[0041] なお、外軸 13Dにおいて、外軸 13Dの中心軸線 A1および各軌道溝 16の曲率中心 A2を含む平面 C1と、各軌道溝 16にそれぞれ隣接する規制部 71, 72, 73, 74との間の領域に対応する、外軸 13Dの中心角 P4は、 15度〜 25度の範囲とされているまた、上述のように、ねじれ量を大きく確保できる円弧状の対向部 75, 76を、規制部 71〜74に滑らかに連続させてあるので、軌道溝 16や規制部 71〜74における応力集中を緩和することができる。その結果、外軸 13Dの強度や耐久性が向上する。

[0042] また、万一、全てのボール 15が軌道溝 16, 17から脱落した場合にも、平坦部 41〜 44と規制部 71〜74との係合〖こより、両軸 13D, 14D間にトルクを伝達することができ、その結果、ステアリング機能を確保することができる。

また、内軸 14Dにおいても、両軸 13D, 14Dの回転規制のための平坦部 41〜44 を、各軌道溝 17に近接させて配置しているので、内軸 14Dの減肉が可能となる。その結果、内軸 14Dの軽量ィ匕を達成することができる。 [0043] 次いで、図 10は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図 10を参照して、本実施の形態が図 9の実施の形態と異なるのは、第 3の対の平坦部 45, 46に代えて、減肉化を図るための起伏部 47, 48を設けた点にある。図 10において、一点鎖線で示すライン LI, L2力図 9の実施の形態の平坦部 45, 46の位置に相当する。

各起伏部 47, 48には、凸条 49と一対の凹条 50とが、内軸 14Eの軸方向に延びるように形成されている。凸条 49の輪郭は、外軸 13Dの中心軸線 A1を中心とする円周に沿う丸形とされ、これにより、内軸 14Eのねじり強度を確保している。凹条 50は滑らかな湾曲状の断面をなししている。

[0044] 本実施の形態によれば、内軸 14Eのねじり強度を確保しつつ軽量ィ匕を図ることができる。ひいては、伸縮自在シャフトとしての中間軸 5の軽量ィ匕を図ることができる。次いで、図 11は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図 11を参照して、本実施の形態が図 9の実施の形態と異なるのは、内軸 14Fとしてチューブを用い、中空状として、軽量ィ匕を図った点にある。また、第 3の平坦部 45, 46に代えて、なだら力な山形状に径方向外方へ突出する膨出部 55を形成している。これは、チューブからなる内軸 14Fのねじり強度を、図 9の実施の形態の中実の内軸 14Dの強度と同等にするためである。

[0045] 本実施の形態によれば、内軸 14Fのねじり強度を確保しつつ軽量ィ匕を図ることができる。ひいては、伸縮自在シャフトとしての中間軸 5の軽量ィ匕を図ることができる。なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなぐ上記各実施の形態において、図 12に示すように、保持器を廃止して総ボールとし、列をなすボール 15 の前後で例えば圧縮コイルばね等の付勢部材 61を用いてボール 15を両側力も付勢するようにしてもよい。その場合、外軸 13および内軸 14に、ボール抜脱防止部としての塑性変形部 62, 63をそれぞれ設けて、ボール 15の脱落防止の機能を果たさせてちょい。

[0046] また、上記各実施の形態において、変形促進部として、図 13に示すように、薄肉部 65を用いてもょヽ。屈曲部を薄肉部で構成してもよ!/ヽ。

また、上記各実施の形態において、外軸および内軸の少なくとも一方の表面硬度をビッカース硬度で 400〜550Hvの範囲とすることが好まし!/、。表面硬度が 400Hv 未満では、ボール 15の表面硬度が一般的に 700Hv程度であり、硬度差が大きいため、圧痕が入り易い。外軸および内軸の少なくとも一方の表面硬度が 550Hvを超えると、硬化処理の際の熱変形により、軸に橈みを生じさせてしまうおそれがある。そこで、上記の範囲に設定することが好ましい。但し、外軸および内軸の少なくとも一方に窒化処理を施す場合には、熱変形を抑えながら表面硬度を 700Hv程度まで硬化させることができるので、好ましい。

[0047] また、上記各実施の形態において、外軸および内軸の少なくとも一方をクロム鋼やクロムモリブデン鋼で形成することが許容応力を上げ、安全率を高く設定できるという点で好ましい。

また、上記各実施の形態において、外軸および内軸の少なくとも一方が調質材 (焼入れ、焼き戻が施された材料）により形成されていれば許容応力を上げ、安全率を高く設定できると、う点で好まし、。

[0048] 以上、本発明を具体的な態様により詳細に説明したが、上記の内容を理解した当業者は、その変更、改変及び均等物を容易に考えられるであろう。したがって、本発明はクレームの範囲とその均等の範囲とするべきである。

本出願は 2004年 9月 16日に日本国特許庁に提出された 2004— 270148号に対応しており、この出願の全開示は、ここに引用により組み込まれるものとする。

図面の簡単な説明

[0049] [図 1]図 1は、本発明の一実施の形態の伸縮自在シャフトが中間軸に適用されたステァリング装置の模式図である。

[図 2]図 2は、伸縮自在シャフトとしての中間軸の断面図である。

[図 3]図 3は、伸縮自在シャフトとしての中間軸の断面図である。

[図 4]図 4は、本発明の別の実施の形態の伸縮自在シャフトの断面図である。

[図 5]図 5は、伸縮自在シャフトにボールを組み込むときの説明図である。

[図 6]図 6は、本発明のさらに別の実施の形態の伸縮自在シャフトの断面図である。

[図 7]図 7は、本発明のさらに別の実施の形態の伸縮自在シャフトの断面図である。

[図 8]図 8は、本発明のさらに別の実施の形態の伸縮自在シャフトの断面図である。

[図 9]図 9は、本発明のさらに別の実施の形態の伸縮自在シャフトの断面図である。 [図 10]図 10は、本発明のさらに別の実施の形態の伸縮自在シャフトの要部の概略断面図である。

[図 11]図 11は、本発明のさらに別の実施の形態の伸縮自在シャフトの断面図である [図 12]図 12は、本発明のさらに別の実施の形態の伸縮自在シャフトの断面図である [図 13]図 13は、本発明のさらに別の実施の形態の伸縮自在シャフトの断面図である

Claims

請求の範囲

[1] 伸縮自在シャフトが、

外周面を有する内軸と、

内周面を有し、上記内軸に嵌め合わされた筒状の外軸と、

上記内軸の上記外周面に形成され、軸長方向に延びる少なくとも 1つの軌道溝と、上記外軸の上記内周面に、上記内軸の上記軌道溝と対向するように形成された少なくとも 1つの軌道溝と、

上記内軸および上記外軸の軌道溝の間に、外軸の弾性復元力によって弹性的に挟持された複数の転動体とを備え、

上記複数の転動体は、上記軌道溝の長手方向に沿って列をなして並んでおり、上記内軸の外周面は、互いに平行な少なくとも一対の平坦部を含み、上記外軸の内周面は、互いに平行な少なくとも一対の平坦な規制部を含み、上記規制部は、それぞれ対応する平坦部と係合することにより、内軸および外軸の相対回転量を規制し、

上記外軸は、外軸の変形を促進するための変形促進部を含み、

上記変形促進部は、外軸の周方向の所定の領域に配置され、

上記所定の領域は、外軸の軌道溝の曲率中心および外軸の中心軸線を含む平面と各規制部との間の領域である。

[2] 上記変形促進部は少なくとも 1つの屈曲部を含む、請求の範囲第 1項に記載の伸縮自在シャフト。

[3] 上記変形促進部は、複数の屈曲部を含み、上記外軸の上記所定の領域は、波形状をなす、請求の範囲第 1項に記載の伸縮自在シャフト。

[4] 上記外軸は、相対的に厚い部分と、相対的に薄い部分とを含み、

上記変形促進部は、上記相対的に薄い部分を含む、請求の範囲第 1項に記載の伸縮自在シャフト。

[5] 上記内軸に、径方向外方へ突出する断面矩形状の突出部が形成され、

上記外軸に、上記突出部を収容する断面矩形状の凹部が形成され、

上記平坦部は、上記内軸の突出部の外面に設けられた平坦部を含み、上記規制部は、上記外軸の凹部の内面に設けられた規制部を含む、請求の範囲第 1項に記載の伸縮自在シャフト。

[6] 上記外軸に、径方向外方に突出する断面矩形状の突出部が形成され、

上記外軸の上記突出部の内側に上記凹部が形成されている、請求の範囲第 5項に記載の伸縮自在シャフト。

[7] 上記外軸の上記突出部の基端部に、変形促進部として屈曲部が設けられている、請求の範囲第 6項に記載の伸縮自在シャフト。

[8] 上記内軸に、 2つの軌道溝および 2つの突出部が設けられ、

上記 2つの突出部は、内軸の径方向に対向し、

上記外軸に、 2つの凹部が設けられ、

各上記突出部は、それぞれ対応する凹部に収容され、

上記 2つの突出部が対向する方向は、上記内軸の上記 2つの軌道溝の対向する方向と直交する方向である、請求の範囲第 5項に記載の伸縮自在シャフト。

[9] 上記外軸は、周方向に間隔を隔てて配置され、交互に逆向きに傾斜する複数の屈曲部を含んで星形状をなす、請求の範囲第 1項に記載の伸縮自在シャフト。

[10] 上記外軸は、実質的に角形のチューブを含み、

上記外軸の軌道溝は、上記角形のチューブの相対向する少なくとも一対の隅部に形成されている、請求の範囲第 1項に記載の伸縮自在シャフト。

[11] 上記軌道溝が形成された隅部に、それぞれ径方向外方へ突出する突出部が形成され、各突出部の基端部に、変形促進部として屈曲部が形成されている、請求の範囲第 10項に記載の伸縮自在シャフト。

[12] 上記内軸の周囲を取り囲む筒状の保持器を備え、

各軌道溝に対応して列をなす転動体が、それぞれ上記保持器によって保持されている、請求の範囲第 10項に記載の伸縮自在シャフト。

[13] 上記内軸および上記外軸の端部に設けられ、上記軌道溝からの上記転動体の抜脱を防止するための少なくとも一対のストツバを備え、

上記ストツバは、内軸および外軸にそれぞれ形成された一対の塑性変形部を含む、請求の範囲第 1項に記載の伸縮自在シャフト。

[14] 上記転動体は、外軸の外径の 10〜40%の直径を有するボールを含む、請求の範囲第 1項に記載の伸縮自在シャフト。

[15] 上記外軸の肉厚は、外軸の外径の 5〜15%である、請求の範囲第 14項に記載の伸縮自在シャフト。

[16] 上記ボールの接触角は 5〜40度の範囲にある、請求の範囲第 14項に記載の伸縮自在シャフト。

[17] 上記所定の領域に対応する外軸の中心角は、 30度〜 60度の範囲にある、請求の範囲第 1項に記載の伸縮自在シャフト。

[18] 上記所定の領域に対応する外軸の中心角は、 40度〜 50度の範囲にある、請求の範囲第 1項に記載の伸縮自在シャフト。

[19] 上記外軸の軌道溝の曲率中心および外軸の中心軸線を含む上記平面と上記変形促進部との間の領域に対応する、外軸の中心角は、 30度〜 60度の範囲にある、請求の範囲 1項に記載の伸縮自在シャフト。

[20] 上記外軸の軌道溝の曲率中心および外軸の中心軸線を含む上記平面と上記変形促進部との間の領域に対応する、外軸の中心角は、 40度〜 50度の範囲にある、請求の範囲 1項に記載の伸縮自在シャフト。

[21] 上記外軸は、外軸の径方向に相対向する一対の対向部を含み、

上記一対の対向部のそれぞれの断面は、外軸の中心軸線を中心とする円弧状をなしており、

上記外軸は、外軸の周方向に関して、上記一対の対向部の間に配置される一対の残余部を含み、

上記外軸の軌道溝は、一方の残余部の内周面に形成された軌道溝と、他方の残余部の内周面に形成された軌道溝とを含み、

上記外軸の規制部は、一方の残余部の内周面に形成された一対の規制部と、他方の残余部の内周面に形成された一対の規制部とを含む、請求の範囲第 1項に記載の伸縮自在シャフト。

[22] 上記一対の対向部のそれぞれに対応する、外軸の中心角は、 70度〜 110度の範囲にある、請求の範囲第 21項に記載の伸縮自在シャフト。 [23] 上記所定の領域に対応する外軸の中心角は、 15度〜 25度の範囲にある、請求の範囲第 22項に記載の伸縮自在シャフト。