JP2005313691A - 車両ステアリング用伸縮軸 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転方向ガタを確実に防止して、高剛性の状態でトルクを伝達すること。
【解決手段】 （ｂ）に示す特性では、ニュートラル付近の予圧域において、所定の捩り剛性（Ｋ１）Ｎｍ／ｄｅｇを維持できている。この捩り剛性（Ｋ１）は、５Ｎｍ／ｄｅｇ以上である。従って、ニュートラル付近の予圧域において、操舵をした際には、全くガタ無く、必ずトルクが伝達される。すなわち、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、ガタの全くない転がりと滑りの長所を有するハイブ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。
【選択図】 図２

Description

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。

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、ステアリングホイー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タの低減を行ってきた。

しかし、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といったことがある。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、摺動抵抗が著しく大きくなったり、摩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といったことがある。

このようなことから、特許文献１では、雄軸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（球状体）が嵌合してある。

さらに、特許文献１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バネが設けてある。

これにより、トルク非伝達時には、板バネにより、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、板バネにより、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っているため、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。

しかも、特許文献１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バネと、周方向に隣接する他の一組のトルク伝達部材（球状体）を予圧する他の板バネとは、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、上記の二つの板バネに互いに引張力又は圧縮力を与えて、二つの板バネに予圧を発生させるためである。

なお、特許文献１の図６及び図７に開示した構造では、二つの板バネを連結部（ウェブ）により連結することなく、板バ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、特許文献２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。
独国特許発明ＤＥ３７３０３９３Ｃ２号公報 特開２０００−９１４８号公報

しかしながら、上記特許文献１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、板バネは、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、板バネは、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、この程度の板バネの撓み量では、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、板バネ、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、球状体と板バネとの接触点は、非常に高い面圧となる。即ち、トルク伝達時には、板バネに高い応力が発生することから、板バ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、板バ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った虞れがある。

さらに、第４には、トルクを負荷していない時、雄軸・球状体・板バネ・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、特許文献２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ようとしても、完全にガタを無くすことは、物理的に不可能である。

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、回転方向ガタを確実に防止して、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、本発明の請求項１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、５Ｎｍ／ｄｅｇ 以上であることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る車両ステアリング用伸縮軸は、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。

本発明の請求項３に係る車両ステアリング用伸縮軸は、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。

本発明の請求項４に係る車両ステアリング用伸縮軸は、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。

本発明の請求項５に係る車両ステアリング用伸縮軸は、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を特徴とする。

本発明の請求項６に係る車両ステアリング用伸縮軸は、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。

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、５Ｎｍ／ｄｅｇ 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、板バネに過大な応力が発生することを防止することにより、板バネの「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。

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、車体側のメンバ１００にアッパブラケット１０１とロアブラケット１０２とを介して取り付けられたアッパステアリングシャフト部１２０（ステアリングコラム１０３と、ステアリングコラム１０３に回転自在に保持されたスアリングシャフト１０４を含む）と、ステアリングシャフト１０４の上端に装着されたステアリングホイール１０５と、ステアリングシャフト１０４の下端にユニバーサルジョイント１０６を介して連結されたロアステアリングシャフト部１０７と、ロアステアリングシャフト部１０７に操舵軸継手１０８を介して連結されたピニオンシャフト１０９と、ピニオンシャフト１０９に連結したステアリングラック軸１１２と、このステアリングラック軸１１２を支持して車体の別のフレーム１１０に弾性体１１１を介して固定されたステアリングラック支持部材１１３とから操舵機構部が構成されている。

ここで、アッパステアリングシャフト部１２０とロアステアリングシャフト部１０７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１０７は、雄軸と雌軸とを嵌合したものであるが、このようなロアステアリングシャフト部１０７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１０５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１００とステアリングラック支持部材１１３が固定されているフレーム１１０が別体となっておりステアリングラック支持部材１１３がゴムなどの弾性体１１１を介してフレーム１１０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１０８をピニオンシャフト１０９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１０９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ッパステアリングシャフト部１２０も、雄軸と雌軸とを嵌合したものであるが、このようなアッパステアリングシャフト部１２０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１０５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タ音を低減することと、ステアリングホイール１０５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。

（全くガタのない伸縮軸と捩り剛性）
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、（ｂ）は、全くガタ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タが存在する。ガタとは、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、０Ｎｍ／ｄｅｇ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Ｎｍ／ｄｅｇ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（Ｋ１）Ｎｍ／ｄｅｇ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（Ｋ１）は、５Ｎｍ／ｄｅｇ以上である。従って、ニュートラル付近の予圧域において、操舵をした際には、全くガタ無く、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、ガタの全くない転がりと滑りの長所を有するハイブ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／ｄｅｇ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／ｄｅｇ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／ｄｅｇを維持できているため、操舵トルクを伝達することができる。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、板バネ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ＩＸ−ＩＸ線に沿った横断面図である。図５は、弾性体である板バネの斜視図である。

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つ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（転動体、ボール）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３ａと、これら一対の平面状側面３ａの間に平坦に形成した底面３ｂ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。

この板バネ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９ａと、球状体側接触部９ａ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３ａに接触可能である溝面側接触部９ｂと、球状体側接触部９ａと溝面側接触部９ｂ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９ｃと、軸方向溝３の平坦な底面３ｂに対向した平坦な底面９ｄと、を有している。

この付勢部９ｃ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９ｃによって、球状体側接触部９ａと溝面側接触部９ｂ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。

なお、付勢部９ｃ又は溝面側接触部９ｂと、軸方向溝３の平面状側面３ａとの間には、微小な隙間（Δ１）が設定してある。

また、板バネ９の折り曲げの際、溝面側接触部９ｂの先端は、図４に示すように、軸方向溝３の平面状側面３ａ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（付勢部９ｃ又は溝面側接触部９ｂ）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３ａ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９ｃ又は溝面側接触部９ｂ）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９ｃ又は溝面側接触部９ｂ）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。

なお、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９ａ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１２０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１２０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（摺動体、ニードルローラ）が微小隙間をもって介装してある。なお、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。

なお、円柱体８と、雌軸２の軸方向溝６との間には、微小な隙間（Δ２）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。

また、雄軸１の端部には、小径部１ａが形成してある。この小径部１ａには、ニードルローラ８の軸方向の移動を規制するストッパープレート１１が設けてある。このストッパープレート１１は、軸方向予圧用弾性体１２（即ち、皿バネ）と、この軸方向予圧用弾性体１２を挟持する１組の平板１３，１３（即ち、平座金）とからなる。

すなわち、本実施の形態では、ストッパープレート１１は、小径部１ａに、平板１３、軸方向予圧用弾性体１２、平板１３の順に嵌合し、小径部１ａに加締めにより堅固に固定してある。

これにより、ストッパープレート１１が軸方向に固定してある。なお、ストッパープレート１１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１１は、平板１３をニードルローラ８に当接させて、軸方向予圧用弾性体１２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っている。

また、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１５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１５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、フェイルセーフ機能の役割を果たすことができる。

また、この際、軸方向溝５，６と、突起部１５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、ステアリング系の故障等を察知することができる。

さらに、雄軸１の突起部１５は、球状体７，円柱体８と軸方向に同軸であることから、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。

さらに、雄軸１の突起部１５は、球状体７，円柱体８と軸方向に同軸であることから、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。

さらに、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ってもよい。

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に対してガタ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摺動することができる。

トルク伝達時には、板バネ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、板バネ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・板バネ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。従って、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。

なお、球状体７は、剛体のボールが好ましい。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ボ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、全列をボ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、ボ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、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、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。

このようにニードルローラは、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。
・ニードルローラ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、ニー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ロ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、板バネ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９ａと、球状体側接触部９ａ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３ａに接触する溝面側接触部９ｂと、球状体側接触部９ａと溝面側接触部９ｂを相互に離間する方向に弾性的に付勢する付勢部９ｃと、軸方向溝３の底面３ｂに対向した底面９ｄと、を左右に対で有している。

この付勢部９ｃ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９ｃによって、球状体側接触部９ａと溝面側接触部９ｂ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。従って、板バネ９は、その球状体側接触部９ａが付勢部９ｂ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、板バネ９は、球状体７に接触する球状体側接触部９ａと、軸方向溝３に接触する溝面側接触部９ｂとの間に、空間が設けてあり、その間が弾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、永久変形による板バネ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。

また、球状体７に接触する球状体側接触部９ａ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、板バネ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、バ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、板バネ、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トの低減を図ることができる。

（実施の形態の第１作用例）
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。

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、５Ｎｍ／ｄｅｇを最小値として捩り剛性（Ｋ１）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、板バネ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（５Ｎｍ／ｄｅｇ）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（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９ｄは、軸方向溝３の底面３ｂに強く押し付けられる。

なお、この状態では、板バネ９の付勢部９ｃ又は溝面側接触部９ｂと、軸方向溝３の平面状側面３ａとの間には、微小な隙間（Δ１）がある。

また、軸方向溝３の底面３ｂに強く押し付けられる板バネ９の平坦な底面９ｄ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）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）方向に押付られた力（Ｆ）に、摩擦係数（μ）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、板バネ９の溝面側接触部９ｂが符号（Ｃ）点で軸方向溝３の平面状側面３ａ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。

すなわち、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（Ｋ２）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、板バネ９を使用してはいるが、５Ｎｍ／ｄｅｇ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）
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。

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２作用例では、５Ｎｍ／ｄｅｇを最小値として捩り剛性（Ｋ１）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（更に高い捩り剛性が必要）となった場合、摩擦力と、板バネ９の折曲げ部分（付勢部９ｃ）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、板バネ９の折曲げ部分（付勢部９ｃ）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、板バネ９への負担を軽減することができる。すなわち、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、板バネ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。

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（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９ｄは、軸方向溝３の底面３ｂに強く押し付けられる。

なお、この状態では、板バネ９の付勢部９ｃ又は溝面側接触部９ｂと、軸方向溝３の平面状側面３ａとの間には、微小な隙間（Δ１）がある。

また、軸方向溝３の底面３ｂに強く押し付けられる板バネ９の平坦な底面９ｄ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）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）方向に押付られた力（Ｆ）に、摩擦係数（μ）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、本作用例では、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３ａに当接し、板バネ９の折曲げ部分（付勢部９ｃ）は、ばね力（付勢力）を発揮する。

次いで、このような現象と同時に、即ち、板バネ９の溝面側接触部９ｂが符号（Ｃ）点で軸方向溝３の平面状側面３ａ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っている。

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／ｄｅｇ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９ｃ）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。

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。 （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、（ｂ）は、全くガタ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。 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３のＩＸ−ＩＸ線に沿った横断面図である。 弾性体である板バネの斜視図である。 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。 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。

符号の説明

１ 雄軸
１ａ 小径部
２ 雌軸
３ 軸方向溝
３ａ 平面状側面
３ｂ 底面
４ 軸方向溝
５ 軸方向溝
６ 軸方向溝
７ 球状体（ボール、転動体）
８ 円柱体（ニードルローラ、摺動体）
９ 板バネ（弾性体）
９ａ 球状体側接触部（伝達部材側接触部）
９ｂ 溝面側接触部
９ｃ 付勢部
９ｄ 底面
１０ 伸縮軸
１１ ストッパープレート
１２ 軸方向予圧用弾性体
１３ 平板
１５ 突起部
１６ 固体潤滑膜
１００ メンバ
１０１ アッパブラケット
１０２ ロアブラケット
１０３ ステアリングコラム
１０４ ステアリングシャフト
１０５ ステアリングホイール
１０６ ユニバーサルジョイント
１０７ ロアステアリングシャフト部
１０８ 操舵軸継手
１０９ ピニオンシャフト
１１０ フレーム
１１１ 弾性体
１１２ ステアリングラック
１２０ アッパステアリングシャフト部

Claims (6)

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、
   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、５Ｎｍ／ｄｅｇ 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。
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５のいずれか１項に記載の車両ステアリング用伸縮軸。

Images