WO2007007838A1 - 伸縮可能シャフトおよび車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

　伸縮可能シャフト(5) が、軸方向に相対移動可能に且つ互いにトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸(12)および筒状の外軸(13)を備える。内軸(12)および外軸(13)の対応する軌道溝(15;16) の間に、複数のボール(14)が列をなして介在する。ボール(14)が軌道溝(15;16) から脱落したときに、内軸(12)と外軸(13)の相対回転量を所定量以下に規制する規制機構(20A;20B) を備える。規制機構(20A;20B) は、互いに周方向Ｃ１に係合可能な一対の係合部(21,22;23,24) を含む。上記一対の係合部(21,22;23,24) は、内軸(12)および外軸(13)の軌道溝(15;16) にそれぞれ隣接する凸条(25,26) および凹条(27,28) にそれぞれ設けられている。

Description

明 細 書

伸縮可能シャフトおよび車両用操舵装置

技術分野

[0001] 本発明は伸縮可能シャフトおよびこれを用いた車両用操舵装置に関するものであ る。

背景技術

[0002] 上記の伸縮可能シャフトは、例えば自動車のステアリングシャフトとして用いられる。

また、伸縮可能シャフトは、自動車のステアリングシャフトとラックアンドピ-オン機構 等の操舵機構とを接続するインターミディエイトシャフトとして用いられる。この場合、 伸縮可能シャフトの伸縮機能は、車両走行時のステアリングギヤとステアリングコラム との相対変位を吸収するためのインターミディエイトシャフトの長さ調整に用いられる 。あるいは、上記の伸縮機能は、インターミディエイトシャフトを車両に組み付けるとき のインターミディエイトシャフトの長さ調整に用いられる。

[0003] この種の伸縮可能シャフトにおいて、内軸および筒状の外軸の対応する軸方向溝 間に複数の転動自在なボールを介在させて、両軸を嵌合させる伸縮可能シャフトが 知られている。

万一、ボールが軸方向溝力 脱落した場合でも、内軸と外軸とが周方向に係合して トルクを伝達できるように、両軸間に周方向のストッパを設けることが考えられる。

[0004] 例えば、内軸および外軸を断面多角形形状とした伸縮可能シャフトが提案されてい る (例えば、特許文献 1参照)。

特許文献 1：特許第 2632892号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] しかしながら、内軸および外軸の断面形状を多角形とした場合、トルク入力により多 角形の角部に集中して応力が発生する。この応力を抑制するために、筒状の外軸の 肉厚を増やす必要がある。このため、外軸が橈み難くなり、伸縮可能シャフトの橈み 剛性が過度に高くなるおそれがある。 本発明の目的は、トルクが負荷されたときの発生応力が低ぐ且つ適度なねじり剛 性およびスムーズな伸縮を達成でき、且つボールが脱落したときにもトルク伝達が可 能である伸縮可能シャフトおよび車両操舵装置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、軸方向に相対移動可能に且 つ互いにトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸および筒状の外軸と、上記内軸の外 周面および上記外軸の内周面にそれぞれ形成され、互いに対向する軌道溝と、上 記内軸および上記外軸の上記互いに対向する軌道溝の間に介在し、内軸および外 軸の軸方向に並ぶ列をなす複数のボールとを備える伸縮可能シャフトを提供する。 上記伸縮可能シャフトは、上記内軸および上記外軸の何れか一方の軸に形成され、 上記一方の軸の軸方向に延びる凸条と、上記内軸および上記外軸の他方の軸に形 成され、上記他方の軸の軸方向に延びる凹条と、上記ボールが上記互いに対向する 軌道溝の少なくとも一方力 脱落したときに、上記内軸および上記外軸の相対回転 量を所定量以下に規制するための規制機構と、を備える。上記凸条は、上記一方の 軸の軌道溝と上記一方の軸の周方向に隣接している。上記凹条は、上記他方の軸 の軌道溝と当該他方の軸の周方向に隣接している。上記規制機構は、互いに内軸 および外軸の周方向に係合可能な一対の係合部を含む。上記一対の係合部の一方 が上記凸条に設けられ、他方が上記凹条に設けられている。

[0007] 本態様によれば、ボールが軌道溝力 脱落したときに、一対の係合部が互いに周 方向に係合することにより、内軸と外軸との相対回転量が所定量以下に規制される。 また、内軸と外軸との相対回転量を所定量以下に規制するための一対の係合部を 、一方の軸の軌道溝に隣接した凸条および他方の軸の軌道溝に隣接した凹条にそ れぞれ配置して 、るので、内軸および外軸の周方向に関して軌道溝および係合部を 除く比較的広い領域が、内軸と外軸との非係合領域となる。

[0008] すなわち、内軸および外軸において、互いに係合する必要のない部分の周方向長 さを長く確保できる。その結果、外軸の応力を低くすることができ、また、外軸の橈み 剛性を低くすることができる。ひいては、外軸が橈み易くなるので、ボールを予圧状 態で組み付ける場合に、スライド荷重が軌道溝の寸法のばらつきの影響を受け難い また、内軸および外軸の断面形状を従来のような多角形にする必要がない。内軸 および外軸の断面形状は、円形または実質的に円形でよい。したがって、本発明の 伸縮可能シャフトを、例えば車両の操舵部材の操舵トルクを伝達するインターミディ エイトシャフトに用いた場合に、下記の利点がある。すなわち、インターミディエイトシ ャフトは、車室の内外を仕切る仕切り板の挿通孔を揷通し、その揷通孔とインターミデ イエイトシャフトとの間は環状のフロアーシールで塞がれている力 そのフロアーシー ルと本伸縮可能シャフトとの嵌合部の形状を略円形とすることができて好ましい。 図面の簡単な説明

[0009] [図 1]本発明の一実施の形態の伸縮可能シャフトがインターミディエイトシャフトに適 用された車両用操舵装置の概略構成図である。

[図 2]上記インターミディエイトシャフトの一部破断斜視図である。

[図 3]上記インターミディエイトシャフトの断面図である。

[図 4]上記インターミディエイトシャフトの要部の拡大断面図である。

[図 5]本発明の別の実施の形態の伸縮可能シャフトとしてのインターミディエイトシヤフ トの要部の拡大断面図である。

発明の実施の形態

[0010] 本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。

図 1は本発明の一実施の形態の伸縮可能シャフトがインターミディエイトシャフトに 適用された車両用操舵装置の概略構成図である。車両用操舵装置 1は、ステアリン グホイール等の操舵部材 2に連結して 、るステアリングシャフト 3と、ステアリングシャ フト 3に自在継手 4を介して連結される伸縮可能シャフトとしてのインターミディエイト シャフト 5と、インターミディエイトシャフト 5に自在継手 6を介して連結されるピ-オン 軸 7と、ピ-オン軸 7の端部近傍に設けられたピ-オン歯 7aに嚙み合うラック歯 8aを 有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー 8とを有して 、る。ピ-ォ ン軸 7およびラックバー 8によりラックアンドピ-オン機構によって操舵機構 50が提供 されている。インターミディエイトシャフト 5は、車室の内外を仕切る仕切り板 40の揷通 孔 41を揷通しており、その揷通孔 41とインターミディエイトシャフト 5との間力 環状の フロアーシール 42によって封止されて!/、る。

[0011] 本実施の形態では、伸縮可能シャフトをインターミディエイトシャフト 5に適用した場 合に則して説明する力 本発明の伸縮可能シャフトをステアリングシャフト 3に適用し 、ステアリングシャフト 3にテレスコピック調整機能や衝撃吸収機能を果たさせるように してちよい。

ラックバー 8は車体に固定されるハウジング 9内に図示しない複数の軸受を介して 直線往復動自在に支持されている。ラックバー 8の両端部はハウジング 9の両側へ突 出し、各端部にはそれぞれタイロッド 10Aが結合されている。各タイロッド 10Aは対応 するナックルアーム 10Bを介して対応する車輪 11に連結されて 、る。

[0012] インターミディエイトシャフト 5は、アッパーシャフトとしての内軸 12と、ロワ一シャフト としての筒状の外軸 13とを備える。内軸 12と外軸 13とは、軸方向 XIに沿って摺動 自在に且つトルク伝達要素としての転動体を提供するボール 14を介してトルク伝達 可能に嵌め合わされている。

次いで、インターミディエイトシャフト 5の一部破断斜視図である図 2、およびインタ 一ミディエイトシャフト 5の断面図である図 3に示すように、内軸 12の外周面 12aおよ び外軸 13の内周面 13aには、軸方向 XIに沿って延びる少なくとも一対の軌道溝 15 , 16が形成されている。

[0013] 互いに対をなす軌道溝 15および軌道溝 16は、両軸 12, 13の径方向に対向してお り、互いに対をなす軌道溝 15および軌道溝 16の間には、上記ボール 14がそれぞれ 介在している。各軌道溝 15, 16の内面にボール 14のための軌道が直接形成されて いる。また、外軸 13の外周面 13bは円筒面に形成されている。

ボール 14は図 2に示すように、両軸 12, 13の軸方向 XIに沿って並ぶ列をなしてい る。列をなす複数のボール 14をそれぞれ保持するための保持孔が形成された保持 器を設けてもよいが、本実施の形態では、保持器を設けない場合に則して説明する

[0014] 内軸 12の端部 121において、軌道溝 15には、当該軌道溝 15からのボール 14の 脱落を防止するためのストツバとしての突起 17が形成されている。また、外軸 13の端 部 131には、当該外軸 13の端部 131と内軸 12との間を封止するための環状のダスト カバー 18が嵌められている。また、図示していないが、外軸 13の端部 131には、外 軸 13の軌道溝 16からのボール 14の脱落を防止するためのストッパとしての円弧状 のクリップが嵌められている。このクリップは外軸 13の各軌道溝 16にそれぞれ突出す る突起（図示せず)を有して ヽる。

[0015] 図 3に示すように、互いに対をなす軌道溝 15, 16間にボール 14が介在した状態で 、筒状の外軸 13が弹性的に拡径されており、外軸 13の弾性復元力によって、ボール 14が外軸 13の径方向内方へ付勢されている。その結果、ボール 14が内軸 12と外 軸 13との間に弾性的に挟持されている。すなわち、ボール 14は、内軸 12と外軸 13 の間に径方向の予圧が付与された状態で介在している。予圧が与えられたボール 1 4を介して内軸 12および外軸 13が互 ヽに周方向に弹性的に連結されることになる。

[0016] また、インターミディエイトシャフト 5には、万一、ボール 14が軌道溝 15, 16から脱 落したときに、内軸 12と外軸 13の相対回転量を所定量以下に規制するための一対 の規制機構 20A, 20Bが備えられている。一方の規制機構 20Aは、内軸 12が外軸 13に対して反時計回りに相対回転するときに、その相対回転量を所定量以下に規 制する。他方の規制機構 20Bは、内軸 12が外軸 13に対して時計回りに相対回転す るときに、その相対回転量を所定量以下に規制する。

[0017] 一方の規制機構 20Aは、内軸 12および外軸 13にそれぞれ設けられ、互いに周方 向 C1に係合可能な一対の係合部 21, 22を含む。同様に、他方の規制機構 20Bは 、内軸 12および外軸 13にそれぞれ設けられ、互いに周方向 C1に係合可能な一対 の係合部 23, 24を含む。

外軸 13の内周面 13aには、軸方向に延びる一対の凸条 25, 26が形成されている 。これら一対の凸条 25, 26は、外軸 13の軌道溝 16を周方向に挟む態様にて軌道 溝 16に隣接している。すなわち一対の凸条 25, 26間に、軌道溝 16が形成されてい る。

[0018] 一方、内軸 12には、一対の凹条 27, 28力 軸方向に延びるように形成されている 。これら一対の凹条 27, 28は、内軸 12の軌道溝 15を周方向に挟む態様にて軌道 溝 15に隣接しており、外軸 13の一対の凸条 25, 26にそれぞれ嵌め合わされている 。ただし、内軸 12および外軸 13間に伝達トルクが所定量未満の場合には、互いに対 応する凸条 25, 26および凹条 27, 28が互いに係合することはなぐ上記の伝達トル クが所定量以上になった場合に、内軸 12および外軸 13の相対回転の方向に応じて 、互いに対応する凸条 25, 26および凹条 27, 28が互いに係合するようになつている

[0019] 拡大図である図 4を参照して、上記一対の凸条 25, 26は、頂部 29と、頂部 29を挟 んだ両側に配置された一対の側部 30, 31とをそれぞれ有している。一対の凸条 25,

26の側部 30は、周方向 C1に対向しており、これらの側部 30によって上記の軌道溝

16が区画されている。

一方、一対の凹条 27, 28は、軌道溝 15に接続された底部 32と、軌道溝 15から周 方向 C1に所定距離離れて立ち上がる内壁 33とをそれぞれ有して 、る。

[0020] 各凸条 25, 26の頂部 29とそれぞれ対応する凹条 27, 28の底部 32とは、内軸 12 の周方向 C1に距離を離して配置されて 、る。

凸条 25の側部 31およびこれに対向する凹条 27の内壁 33に、第 1の規制機構 20

Aの上記の一対の係合部 22, 21がそれぞれ設けられ、凸条 26の側部 31およびこれ に対向する凹条 28の内壁 33に、第 2の規制機構 20Bの一対の係合部 24, 23がそ れぞれ設けられている。

[0021] 無負荷のときのインターミディエイトシャフト 5において、一対の係合部 21, 22の間 および一対の係合部 23, 24の間には、それぞれ所定の周方向隙間 S1が設けられ ている。

無負荷のときの上記の周方向隙間 S1は、軌道溝 15, 16とボール 14との間の周方 向隙間（図示せず)よりも大きぐ且つボール 14の直径よりも小さく設定されている。

[0022] 本実施の形態によれば、インターミディエイトシャフト 5の伝達トルクが相対的に小さ いときには、ボール 14を介して内軸 12と外軸 13との間にトルクが伝達され、伝達トル クが所定以上に大きくなると、その回転方向に応じた何れ一方の規制機構 20A, 20 Bとボール 14とを介してトルクが伝達されることになる。

また、万一、ボール 14が軌道溝 15, 16から脱落したときには、規制機構 20A, 20 Bの互いに対をなす係合部 21, 22 ; 23, 24が互いに周方向に係合することにより、 内軸 12と外軸 13との相対回転量を所定量以下に規制することができる。したがって 、操舵に支障がなぐフェールセーフを達成することができる。また、運転者が操舵部 材 2を回転操作するときに、回転方向の遊びの存在を感じとることができ、異常発生 を認知することができる。

[0023] 上記の規制機構 20A, 20Bによる規制は、無負荷のときの係合部 21, 22 ; 23, 24 間の周方向隙間 S1が、軌道溝 15, 16とボール 14との間の周方向隙間（図示せず） よりも大きぐ且つボール 14の直径よりも小さく設定されていることにより、実質的に達 成される。

また、各規制機構 20A, 20Bに備えられる一対の係合部 21, 22 ; 23, 24を、軌道 溝 15, 16に隣接して配置された凸条 25, 26および凹条 27, 28に設けたので、外軸 13の周方向 C1に関して、図 3に示すように、軌道溝 16および凸条 25, 26を除く広 い領域 A1が、外軸 13を内軸 12と係合させる必要のない非係合領域となる。すなわ ち、外軸 13において、内軸 12と係合する必要のない部分の周方向長さを長く確保で きる。その結果、外軸 13の橈み剛性を低くすることができる。ひいては、外軸 13が橈 み易くなるので、本実施の形態のようにボール 14を予圧状態で組み付ける場合に、 スライド荷重が軌道溝 15, 16の寸法のばらつきを受け難くなる。

[0024] 特に、外軸 13の外周面 13bが円筒面により形成されているので、また、上記の領域 A1において、外軸 13を一様厚みで且つ薄肉の円筒状に形成することができる。した がって、外周面に突起部があったり、外周面が多角形になっている場合と比較して、 応力集中が抑制されるので、肉厚を薄くすることができる。し力も上述のように外軸 13 において、内軸 12と係合する必要のない部分の周方向長さが長いので、肉厚を薄く できることと相まって、外軸 13の橈み剛性を低くすることができる。ひいては、外軸 13 が橈み易くなるので、本実施の形態のようにボール 14を予圧状態で組み付ける場合 に、スライド荷重が軌道溝 15, 16の寸法のばらつきの影響を受け難くなる。その結果 、安定したスライド荷重を得ることができる。

[0025] また、外軸 13の外周面 13bが円筒面であるので、外軸 13をフロアーシール 42に揷 通させるときに、両者 13, 42の間にアタッチメントを介さずともよぐ構造を簡素化す ることがでさる。

次いで、図 5は本発明のさらに別の実施の形態を示している。図 5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。

[0026] すなわち、外軸 13の凸条 25, 26の側部 31と凹条 27, 28の内壁 33とが相対向す る方向 Y1と、凸条 25, 26間の軌道溝 16の曲率中心 16aを通過する外軸 13の径方 向 Z1とのなす角度 0力 10度〜 30度の範囲内にある（10° ≤ Θ≤30° ) oこれに より、外軸 13の肉厚の変化が緩やかになるので、外軸 13を、複数回の引き抜き工程 により形成する場合において、各引き抜き工程における加工度 (断面形状の変化量） を低くすることができる。したがって、外軸 13の形状の精度を向上し、引き抜き回数が 削減可能となると 、う利点がある。

[0027] また、上記外軸 13は、相対的に薄い一定の厚みを有する薄肉部 51と、相対的に 厚い厚みを有して凸条を形成する厚肉部 52とを有している。外軸 13の内周面 13aに おいて薄肉部 51と厚肉部 52とを接続する接続部分 53の曲率半径 R1が、薄肉部 51 の厚み tlよりも大きくされている。これにより、応力集中を緩和することができるので、 外軸 13の強度、耐久性を向上することができる。

[0028] なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなぐ例えば、凸条 25, 2 6を内軸 12の外周面 12aに設け、凹条 27, 28を外軸 13の内周面 13aに設けるように してもよい。その場合、外軸 13の外周面 13bは、凹条 27, 28に対応する部分で外方 へ突出する凸部を設けることになる。

また、内軸 12として筒状の軸を用いてもよい。

[0029] 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 2005年 7月 13日に日本国特許庁に提出された特願 2005— 204750号 、および 2006年 3月 14日に日本国特許庁に提出された特願 2006— 069491号に 対応しており、これら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。

Claims

請求の範囲

[1] 軸方向に相対移動可能に且つ互いにトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸およ び筒状の外軸と、

上記内軸の外周面および上記外軸の内周面にそれぞれ形成され、互いに対向す る軌道溝と、

上記内軸および上記外軸の上記互いに対向する軌道溝の間に介在し、内軸およ び外軸の軸方向に並ぶ列をなす複数のボールと、

上記内軸および上記外軸の何れか一方の軸に形成され、上記一方の軸の軸方向 に延びる凸条と

上記内軸および上記外軸の他方の軸に形成され、上記他方の軸の軸方向に延び る凹条と、

上記ボールが上記互いに対向する軌道溝の少なくとも一方力 脱落したときに、上 記内軸および上記外軸の相対回転量を所定量以下に規制するための規制機構と、 を備え、

上記凸条は、上記一方の軸の軌道溝と上記一方の軸の周方向に隣接しており、 上記凹条は、上記他方の軸の軌道溝と上記他方の軸の周方向に隣接しており、 上記規制機構は、互いに内軸および外軸の周方向に係合可能な一対の係合部を 含み、

上記一対の係合部の一方が上記凸条に設けられ、他方が上記凹条に設けられて いる、伸縮可能シャフト。

[2] 上記凸条は側部を含み、

上記凹条は、上記凸条の上記側部に、内軸および外軸の周方向に関して所定の 周方向隙間を隔てて対向する内壁を含み、

上記一対の係合部の上記一方が上記凸条の上記側部に設けられ、

上記一対の係合部の上記他方が、上記凹条の上記内壁に設けられている、請求 の範囲第 1項に記載の伸縮可能シャフト。

[3] 当該伸縮可能シャフトが負荷を受けていないときに、上記凸条の上記側部と上記 凹条の上記内壁との間の上記周方向隙間は、上記軌道溝と上記ボールとの間の周 方向隙間よりも大きぐ且つ上記ボールの直径よりも小さい、請求の範囲第 2項に記 載の伸縮可能シャフト。

[4] 上記外軸の外周面は円筒面に形成されている、請求の範囲第 2項に記載の伸縮 可能シャフト。

[5] 上記凸条が上記外軸に設けられ、

上記凸条の上記側部および上記凹条の上記内壁が互いに対向する方向が、上記 凸条の隣接する軌道溝の曲率中心を通過する、外軸の径方向に対して、 10度〜 30 度の範囲の角度をなす、請求の範囲第 4項に記載の伸縮可能シャフト。

[6] 上記外軸は、相対的に薄い一定の厚みを有する薄肉部と、相対的に厚い厚みを有 して上記凸条を形成する厚肉部と、上記薄肉部および上記厚肉部を互いに接続す る接続部分とを含み、

外軸の内周面において上記接続部分の曲率半径が、上記薄肉部の厚みよりも大き くされている、請求の範囲第 4項に記載の伸縮可能シャフト。

[7] 請求の範囲第 1項力 第 6項の何れか 1項に記載の伸縮可能シャフトを用いて、操 舵部材の操舵トルクを操舵機構に伝達することを特徴とする車両用操舵装置。