JP2003118592A - 車両ステアリング用伸縮軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した摺動荷重を実現すると共に、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する
こと。 【解決手段】 雌軸２の略四角形状の軸方向溝５に、予
圧用の波形形状の板バネ７を介して、半円柱状キー８が
軸方向移動不能に嵌合してあり、雄軸１の略円弧状の軸
方向溝３に、半円柱状キー８の略円弧状頭部が摺動自在
に嵌合してある。雄軸１の２個の略円弧状の軸方向溝４
と、雌軸２の２個の略円弧状の軸方向溝６との間には、
夫々、ニードルローラー９が摺動自在に嵌合してある。
これら半円柱状キー８とニードルローラー９は、トルク
伝達時のキーの役割を果たすと共に、摺動時の摺動面
（滑り接触）の役割を果たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、安定した摺動荷重
を実現すると共に、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
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６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。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、伸縮軸をいっ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タ感を
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。

【０００３】このようなことから、従来、伸縮軸ａ，ｂ
の雄軸のスプライン部に対して、ナイロン膜をコーティ
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ともに摺動抵抗の低
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→ナイロン粉末コート→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
択して加工を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、伸縮軸
の摺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つ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
摩耗が進展して回転方向ガタが大きくなる。

【０００５】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
しく高くなったり、磨耗が著しく促進されたりするた
め、回転方向ガタが大きくなる。

【０００６】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、回転方向ガタによる異音の発生と操舵
感の悪化を長期に渡って抑制できる構造を簡単かつ安価
に提供したいといった要望がある。

【０００７】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。

【０００８】

【課題を解決するための手段】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、前記雌軸の内周面に形成した軸方向溝に、弾性
体を介して、半円柱状キーを軸方向移動不能に嵌合し、
前記雄軸の外周面に形成した軸方向溝に、該半円柱状キ
ーの略円弧状頭部を摺動自在に嵌合し、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対の軸方
向溝の間に、１個以上のニードルローラーを摺動自在に
嵌合したことを特徴とする。

【０００９】また、本発明の車両ステアリング用伸縮軸
では、前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面に形成した
２対の軸方向溝の夫々に、ニードルローラを摺動自在に
嵌合することが好ましい。

【００１０】また、本発明の車両ステアリング用伸縮軸
では、前記弾性体は板バネから成ることが好ましい。

【００１１】このように、本発明によれば、雌軸の内周
面に形成した軸方向溝に、予圧用の弾性体を介して、半
円柱状キーが軸方向移動不能に嵌合してあり、雄軸の外
周面に形成した軸方向溝に、半円柱状キーの略円弧状頭
部が摺動自在に嵌合してある。雄軸の外周面と雌軸の内
周面に形成した２対の軸方向溝の間の夫々に、１個以上
のニードルローラーが摺動自在に嵌合してある。これら
半円柱状キー及びニードルローラーは、トルク伝達時の
キーの役割を果たすと共に、摺動時の摺動面（滑り接
触）の役割を果たすようになっている。

【００１２】トルク非伝達時、弾性体である板バネによ
り、半円柱状キーを雄軸の軸方向溝にガタ付きのない程
度に予圧しているため、雄軸と雌軸の間のガタ付きを確
実に防止することができると共に、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。

【００１３】トルク伝達時、弾性体である板バネによ
り、半円柱状キーとニードルローラーを周方向に拘束で
きるようになっているため、雄軸と雌軸の間の回転方向
ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝
達することができる。

【００１４】なお、特開２００１−５０２９３号公報、
及びドイツ特許公開ＤＥ ３７３０３９３ Ａ１号公報
には、雄軸と雌軸に形成した軸方向溝に複数のボールを
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、本発明では、部品点数が少ないため（ロー
ラーは多くても６本、保持器も不要）、組み立てが容易
で、低コストで作れるといった利点がある。また、ボー
ルは点接触であるため、軸にトルクがかかった際に面圧
が上がり、したがって、多くのボールを配列させるか、
雄軸、雌軸とも軌道面を熱処理して硬度を上げるなどし
なければならない。さらに、ボール式はボールとケージ
がふんずまりを起こさない様に左右軸方向からバネなど
で予圧をかけてやり、定位置を保持してやらなければな
らない。

【００１５】

【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。

【００１６】（第１実施の形態）図１（ａ）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側
面図であり、図１（ｂ）は、伸縮軸を分離した状態の斜
視図である。図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った横
断面図である。図３は、図１に示した車両ステアリング
用伸縮軸の分解斜視図である。

【００１７】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。

【００１８】図２に示すように、雄軸１の外周面には、
周方向に１２０度間隔で等配した３個の略円弧状の軸方
向溝３，４が延在して形成してある。雌軸２の内周面に
も、周方向に１２０度間隔で等配した３個の軸方向溝
５，６が延在して形成してある。

【００１９】雌軸２の軸方向溝５は、後述する半円柱状
キー８の四角状底部を収納するように略四角形状に形成
してあり、２個の軸方向溝６は、後述するニードルロー
ラー９を摺動できるように略円弧状に形成してある。

【００２０】雌軸２の略四角形状の軸方向溝５に、予圧
用の波形形状の板バネ７を介して、半円柱状キー８が軸
方向移動不能に嵌合してあり、雄軸１の略円弧状の軸方
向溝３に、半円柱状キー８の略円弧状頭部が摺動自在に
嵌合してある。

【００２１】雄軸１の２個の略円弧状の軸方向溝４と、
雌軸２の２個の略円弧状の軸方向溝６との間には、夫
々、ニードルローラー９が摺動自在に嵌合してある。

【００２２】これら半円柱状キー８とニードルローラー
９は、トルク伝達時のキーの役割を果たすと共に、摺動
時の摺動面（滑り接触）の役割を果たすようになってい
る。

【００２３】雌軸２には、数箇所のネジ孔１０が形成し
てあり、これに対応して、板バネ７にも、数箇所の孔１
１が形成してあり、更にこれに対応して、半円柱状キー
８の平坦な底部にも、数箇所の凹部１２が形成してあ
る。

【００２４】ネジ孔１０に螺合した雄ネジ１３が板バネ
７の孔１１を介して半円柱状キー８の凹部１２に嵌入し
てあり、これにより、半円柱状キー８と板バネ７を軸方
向移動不能にしている。また、雄ネジ１３は板バネ７の
弾性力を調整できるようになっている。

【００２５】以上のように構成した伸縮軸では、半円柱
状キー８及びニードルローラー９は、トルク伝達時のキ
ーの役割を果たすと共に、摺動時の摺動面（滑り接触）
の役割を果たすようになっている。

【００２６】トルク非伝達時、板バネ７により、半円柱
状キー８を雄軸１の軸方向溝３にガタ付きのない程度に
予圧しているため、雄軸１と雌軸２の間のガタ付きを確
実に防止することができると共に、雄軸１と雌軸２は、
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。

【００２７】トルク伝達時、板バネ７により、半円柱状
キー８とニードルローラー９を周方向に拘束できるよう
になっているため、雄軸１と雌軸２の間の回転方向ガタ
付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達す
ることができる。

【００２８】また、２個のニードルローラー９を雄軸１
に配置した際、ニードルローラー９近傍の雄軸１の表面
を加締めて、ニードルローラー９が雄軸１から分離しな
いように一体化してあってもよい。半円柱状キー８及び
ニードルローラー９は、熱処理され、かつ研磨されたも
のを使用してもよい。半円柱状キー８及びニードルロー
ラー９の表面に樹脂皮膜処理を施したものを使用しても
よい。半円柱状キー８及びニードルローラー９の表面に
二硫化モリブデンを含む樹脂皮膜を形成してもよい。半
円柱状キー８及びニードルローラー９の表面にＰＴＦＥ
（四フッ化エチレン）の樹脂皮膜を形成してもよい。雄
軸１を冷間引き抜き成型にて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を冷間引き抜き成型にて
製造した中実または中空のアルミニウム材を使用しても
よい。雄軸１を冷間鍛造にて製造した中実の鋼材を使用
してもよい。雌軸２を冷間引き抜き成型にて製造した中
空の鋼材を使用してもよい。雌軸２を冷間引き抜き成型
にて製造した中空のアルミニウム材を使用してもよい。
雌軸２は浸炭窒化処理されていてもよい。さらに、雌軸
２の軸方向溝６は、溝６の中心部を境にニードルローラ
ー９の半径より大きい円弧を互いに向き合う形で配置さ
れていてもよく、この場合、図２に示すように、ニード
ルローラー９は、軸方向溝６と２点で接触されている。
雄軸１の軸方向溝３，４は、溝の中心部を境に半円柱状
キー８やニードルローラー９の半径より大きい円弧を互
いに向き合う形で配置されていてもよく、この場合、図
２に示すように、半円柱状キー８やニードルローラー９
は、軸方向溝４と２点で接触されている。雌軸２の軸方
向溝６の表面と、半円柱状キー８に接触している雄軸１
の軸方向溝３の表面に、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）
の樹脂皮膜を形成してもよい。

【００２９】このように半円柱状キー８及びニードルロ
ーラー９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
触する摺動面でもある。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。 ・ニードルローラーは大量生産品であり、非常に低コス
トである。 ・ニードルローラーは熱処理後、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。 ・ニードルローラー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。 ・ニードルローラーは真直度および真円度に優れている
ため摺動荷重の変動を低く抑えることができる。 ・使用条件に応じて、ニードルローラーの長さや配置を
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ー
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。 ・予圧荷重を雄軸と半円柱状キー、ニードルローラーと
雌軸の間にかけることにより、常にガタがなく、安定し
た摺動荷重を得ることができる。 ・弾性体として板バネが使用されているため、ゴムや高
分子材料と比較して格段に耐熱性に優れており、エンジ
ンルーム内の使用に耐えることができる。 ・雄軸に予圧機構がないため、雄軸の加工が容易であ
る。 ・雌軸に予圧機構を設けているが、形状が単純であるた
め加工が容易である。 ・雄軸および雌軸には、引き抜き材が使用されているた
め真直度に優れており、摺動荷重を安定させることがで
きる。 ・雄軸および雌軸には、引き抜き材が使用されているた
め断面形状が異形であっても切削加工などをしなくとも
目的としている形状が安価につくることができる。 ・雄軸の材料にアルミ材など鋼に比べて比重の軽い材料
を使用することで、軽量化を図ることができる。このと
き、摺動面は耐摩耗性に優れたニードルローラーを使用
するので、耐摩耗性の性能を損なうことなく軽量化が可
能である。

【００３０】これら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。 ・耐摩耗性に優れている。 ・耐熱性に優れている。 ・軽量化が可能である。 ・組立が簡単である。 ・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。

【００３１】（第２実施の形態）図４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雄軸と雌
軸を分離した状態の斜視図である。図５は、図４に示し
た伸縮軸の分解斜視図である。

【００３２】第２実施の形態では、上述したニードルロ
ーラー９を２組設け、これら２組の構造体を軸方向に並
列に配置している。その他の構成等は、上記の第１実施
の形態と同様である。

【００３３】本実施の形態では、雄軸と雌軸の嵌合長が
長い場合でも、ニードルローラー９を軸方向に複数組設
けているため、第１の実施の形態に比較して、摺動抵抗
の増大を防ぐと共に、軸直角方向の剛性を保つことが出
来る。また、雄軸または雌軸またはその両方の軸の真直
度が良くない場合や曲がりがある場合においても、ニー
ドルローラー９を軸方向に複数組設けておくことによ
り、その影響を小さくすることが出来、所望の摺動荷重
を得ることが出来る。

【００３４】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。

【００３５】また、伸縮軸を軸直角方向に切断した時、
本願は、３個のころ（１個の半円柱状キーと２個のニー
ドルローラー）が用いられているが、２個や４個のコロ
を用いる場合とを比較する。予圧がかけられた場合、３
箇所で接触していると均等に予圧がかかり、安定した摺
動荷重が得られる。二箇所では、軸直角方向に荷重をか
けた場合。０°９０°の位相の違いによって剛性が著し
くことなる。４箇所では、必ずどこか１箇所、遊ぶ箇所
がでてきてしまう。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
雌軸の内周面に形成した軸方向溝に、予圧用の弾性体を
介して、半円柱状キーが軸方向移動不能に嵌合してあ
り、雄軸の外周面に形成した軸方向溝に、半円柱状キー
の略円弧状頭部が摺動自在に嵌合してある。雄軸の外周
面と雌軸の内周面に形成した２対の軸方向溝の間の夫々
に、１個以上のニードルローラーが摺動自在に嵌合して
ある。これら半円柱状キー及びニードルローラーは、ト
ルク伝達時のキーの役割を果たすと共に、摺動時の摺動
面（滑り接触）の役割を果たすようになっている。

【００３７】トルク非伝達時、弾性体である板バネによ
り、半円柱状キーを雄軸の軸方向溝にガタ付きのない程
度に予圧しているため、雄軸と雌軸の間のガタ付きを確
実に防止することができると共に、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。

【００３８】トルク伝達時、弾性体である板バネによ
り、半円柱状キーとニードルローラーを周方向に拘束で
きるようになっているため、雄軸と雌軸の間の回転方向
ガタ付きを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝
達することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）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側面図であり、（ｂ）は、伸縮
軸を分離した状態の斜視図である。

【図２】図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った横断面図であ
る。

【図３】図１に示した車両ステアリング用伸縮軸の分解
斜視図である。

【図４】本発明の第２実施の形態に係る車両ステアリン
グ用伸縮軸の雄軸と雌軸を分離した状態の斜視図であ
る。

【図５】図４に示した伸縮軸の分解斜視図である。

【図６】一般的な自動車の操舵機構部の側面図である。

【符号の説明】

１ 雄軸 ２ 雌軸 ３，４ 軸方向溝 ５，６ 軸方向溝 ７ 板バネ（弾性体） ８ 半円柱状キー ９ ニードルローラー １０ ネジ孔 １１ 孔 １２ 凹部 １３ 雄ネジ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、 前記雌軸の内周面に形成した軸方向溝に、弾性体を介し
   て、半円柱状キーを軸方向移動不能に嵌合し、前記雄軸
   の外周面に形成した軸方向溝に、該半円柱状キーの略円
   弧状頭部を摺動自在に嵌合し、 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対の軸方向溝の間に、ニードルローラーを摺動自
   在に嵌合したことを特徴とする車両ステアリング用伸縮
   軸。
2. 【請求項２】前記雄軸の外周面と前記雌軸の内周面に形
   成した２対の軸方向溝の夫々に、ニードルローラを摺動
   自在に嵌合した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. 【請求項３】前記弾性体は、板バネから成ることを特徴
   とする請求項１または２に記載の車両ステアリング用伸
   縮軸。