JP2007139091A - 伸縮自在シャフト - Google Patents

Abstract

【課題】伸縮自在シャフトの内軸と外軸との軸方向の相対移動抵抗を小さくでき、手間をかけずに内軸と外軸との間のがたつきの発生を防止する。
【解決手段】本伸縮自在シャフトとしての中間軸５では、軸方向Ｓ１に相対移動自在に且つ互いにトルク伝達可能に嵌め合わされた内軸１６および筒状の外軸１７を有する。内軸１６の外周面１８の軸方向溝１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃと、外軸１７の内周面２０の軸方向溝２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃとの間に、複数のボール２２が介在し、内軸１６および外軸１７の間にトルクを伝達可能とする。外軸１７の外周面２３に、ボール２２に予圧を与える輪ばね２４が嵌められている。輪ばね２４によりボール２２に予圧を付与できるので、内軸１６と外軸１７との間のがたつきの発生を防止できる。ボール２２の転がりを利用して、外軸１７および内軸１６の相対移動抵抗を小さくできる。
【選択図】図２

Description

この発明は、自動車のステアリング装置等に用いられる伸縮自在シャフトに関する。

従来の第１の伸縮自在シャフトは、互いに嵌合される筒状の外軸と内軸とを有し、外軸と内軸との間にスプライン継手が設けられる。スプライン継手は、外軸の内周および内軸の外周にそれぞれ形成されたスプライン歯を有する。このスプライン歯同士を互いに噛み合わせて相対摺動させ、両軸を軸方向に相対移動させる。
従来の第２の伸縮自在シャフトは、互いに嵌合される筒状の外軸および内軸を有している。内軸の外周に軌道溝が形成されている。この軌道溝に対向して、外軸の内周に軌道溝が形成されている。両軸の軌道溝間に、複数のボールが遊びを持って介在している。

また、特許文献１には、スプライン軸受のボールの遊びを調節する技術が記載されている。すなわち、スプライン軸受は、軌道溝を有するスプライン軸と、スプライン軸に軸方向移動自在に嵌合される筒状の軸受部と、軸受部に保持されながら軌道溝を転動する複数のボールとを有している。スプライン軸と軸受部とが、軸方向に互いに相対移動でき、これに伴い、ボールが軸受部と一体に移動する。軸受部は、当該軸受部の径方向に位置調節可能に複数のボールをひとつずつ摺動可能に保持する複数の保持部を有している。
実公平１−３９９３９号公報

しかし、特許文献１のスプライン軸受では、複数のボールの遊びを一つずつ調節する必要があるので、調節に手間がかかる。また、各ボールと保持部との間に摺動抵抗が作用するので、スプライン軸と軸受部との軸方向移動抵抗が大きい。
また、従来の第１の伸縮自在シャフトでは、スプライン歯同士の相対摺動の移動抵抗が大きい。また、スプライン歯同士を相対摺動させるためには、スプライン歯同士の間の隙間が必要であり、この隙間に起因して伸縮自在シャフトにがたつきが生じてしまう。一方で、このがたつきを抑制しようとして、スプライン歯同士の間の隙間量を小さくすると、移動抵抗が大きくなる。

また、従来の第２の伸縮自在シャフトでは、通例、外軸と内軸との間の隙間において、ボールに遊びが設けられ、この遊びに起因して伸縮自在シャフトにがたつきが生じてしまう。このがたつきにより異音が発生することがある。
そこで、この発明の目的は、内軸と外軸との軸方向の相対移動抵抗を小さくでき、手間をかけずに内軸と外軸との間のがたつきの発生を防止できる伸縮自在シャフトを提供することである。

本発明の伸縮自在シャフトは、軸方向に相対移動自在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外軸の内周面にそれぞれ形成され、互いに対向する軸方向溝と、これら互いに対向する軸方向溝の間に軸方向に並ぶ列をなして介在し、内軸および外軸の間にトルクを伝達可能な転動体と、外軸の外周面の少なくとも半周に嵌められ、転動体に予圧を与える輪ばねとを備えることを特徴とする。本発明によれば、輪ばねにより転動体に予圧を付与できるので、内軸と外軸との間のがたつきの発生を防止できる結果、がたつきに起因した異音の発生を防止できる。また、転動体の転がりを利用して、外軸および内軸の相対移動抵抗を小さくできる。また、組立時に、輪ばねを嵌める前でまだ縮径していない状態の外軸と内軸との間に転動体を容易に組み入れることができ、その後に輪ばねによって外軸をその外側から締め付けることで、転動体に容易に予圧を付与することができる。従って、予圧を付与された状態の転動体を有する伸縮自在シャフトを手間をかけずに容易に組み立てることができる。

また、本発明において、上記内軸の軸方向溝は、内軸の径方向の対称位置に２箇所形成されている場合がある。この場合、輪ばねは、外軸の径方向に対向する２箇所に径方向の押圧力を与えればよいので、例えば、半周を少し越える程度の円弧状の簡素な輪ばねが利用可能となる。
また、本発明において、上記内軸の軸方向溝は、内軸の周方向に間隔を設けて第１、第２および第３の軸方向溝が形成され、内軸の径方向に関して第１の軸方向溝と対向する対向位置に近接して第２および第３の軸方向溝が配置され、第２および第３の軸方向溝は、内軸の周方向に関して上記対向位置を挟んだ両側に配置され、内軸の周方向に関する第２および第３の軸方向溝の配置間隔は、内軸の中心角で６０°の範囲内である場合がある。この場合、輪ばねによる締付力により、第１、第２および第３の軸方向溝の転動体にそれぞれ負荷される予圧が互いに異なる３つの径方向に作用するので、内軸と外軸との間のがたつきの発生を確実に防止することができる。

また、本発明において、上記内軸の外周面および外軸の内周面に軸方向に相対摺動可能に設けられ、上記内軸および外軸の相対回転量が所定量に達したときに、互いに係合して上記内軸および外軸間にトルクを伝達する一対の係合部を備える場合がある。この場合、例えば、内軸と外軸との間にトルクが作用していない状態または、小トルクが作用している状態では、係合部は互いに離れているので、トルクは、内軸と外軸との間を転動体のみを介して伝達される。トルクが大きくなって、内軸と外軸との相対回転量が所定量に達すると、係合部同士が係合する。その結果、トルクは、係合部および転動体を介して伝達されるので、大きなトルクを伝達できる伸縮自在シャフトを実現することができる。

また、本発明において、上記輪ばねと外軸とは、互いの相対回転を規制するために互いに係合する凹凸係合部を備える場合がある。この場合、輪ばねによる締め付け方向を適正に維持することができ、転動体に長期にわたり安定した予圧を付与することができる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、本伸縮自在シャフトが車両用操舵装置の中間軸である場合に則して説明するが、本発明はこれに限らず、車両用操舵装置以外の各種の装置に適用することもできる。
図１は、本発明の第１の実施形態の伸縮自在シャフトを適用する車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照する。

車両用操舵装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２を回転自在に支持して操舵トルクを伝達するステアリング装置３と、ステアリング装置３からの操舵トルクにより車輪（図示せず）を操舵するための例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構４と、ステアリング装置３および操舵機構４の間に設けられてこの間において回転を伝達するための伸縮自在シャフトとしての中間軸５とを有している。

ステアリング装置３は、操舵トルクを伝達するステアリングシャフト６と、このステアリングシャフト６を内部に通して回転自在に支持するステアリングコラム７とを有している。ステアリングシャフト６は、互いに軸方向に相対移動可能且つトルク伝達可能に嵌合されたアッパーシャフト８およびロアーシャフト９を有する。ステアリングシャフト６の一方の端部６ａであるアッパーシャフト８の端部にステアリングホイール２が連結され、他方の端部６ｂであるロアーシャフト９の端部に、中間軸５を介して上述の操舵機構４の入力軸１０が連結されている。ステアリングホイール２が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト６、自在継手１１、中間軸５、および自在継手１２を介して操舵機構４の入力軸１０に伝達され、これにより車輪を操舵することができる。

また、車両用操舵装置１は、ステアリングコラム７に支持された電動モータ１３により、操舵トルクに応じて操舵補助力を得られるようになっている。すなわち、ステアリング装置３は、ステアリングシャフト６に関連して設けられて操舵トルクを検出するためのトルクセンサ１４と、このトルクセンサ１４からの出力信号、車速信号等に基づいて操舵補助力を発生させる電動モータ１３と、この電動モータ１３の出力軸の回転を減速するための減速機１５とを有している。

ステアリングホイール２が操作されると、操舵トルクがトルクセンサ１４により検出され、このトルク検出結果および車速検出結果等に応じて電動モータ１３が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、減速機１５を介してステアリングシャフト６に伝達され、ステアリングホイール２の動きとともに操舵機構４に伝わり、車輪が操舵される。
また、車両用操舵装置１では、走行時または組付時に生じる操舵機構４の位置の変化を吸収できるように、中間軸５は伸縮自在に構成されている。

中間軸５は、インターミディエイトシャフトとも呼ばれて、自在継手１１と自在継手１２とを互いに連結する。中間軸５は、車輪を操舵するためにステアリングホイール２に加えられる操舵トルクを、ステアリングシャフト６から操舵機構４の入力軸１０へ伝達する働きをする。中間軸５は、内軸１６と、筒状の外軸１７とを有する。
内軸１６は、中実軸であり、単一部材からなる。外軸１７は、中空軸であり、周方向Ｔに連続して形成された単一部材からなる。内軸１６および外軸１７は、互いに同心に配置され、外軸１７の一端１７ａと内軸１６の一端１６ａとは、外軸１７の軸方向Ｓ１に相対移動自在に且つトルク伝達可能に互いに嵌合されている。外軸１７の他端１７ｂに、自在継手１１の一方の端部が連結されている。また、内軸１６の他端１６ｂに、自在継手１２の一方の端部が連結されている。

図２は、中間軸５の横断面図である。図３は、図２の III− III断面を示す縦断面図である。図４は、中間軸５の要部の分解斜視図である。
中間軸５は、内軸１６の外周面１８に設けられた軌道としての第１、第２および第３の軸方向溝１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃと、外軸１７の内周面２０に設けられた軌道としての第１、第２および第３の軸方向溝２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃと、内軸１６および外軸１７の間にトルクを伝達可能な転動体の列としての第１、第２および第３のボール２２の列２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃと、ボール２２に予圧を与えるために外軸１７の外周面２３に嵌められた締め付け部材としての輪ばね２４とを有している。輪ばね２４は、外軸１７の外周面２３に形成された取り付け部としての周溝２５に嵌められている。周溝２５がある外軸１７の部分は薄肉に形成されている。

図２と図３を参照して、中間軸５は、内軸１６の外周面１８に設けられた係合部としての複数のスプライン歯２６（一部のみ図示）と、外軸１７の内周面２０に設けられた係合部として複数のスプライン歯２７（一部のみ図示）とを有している。これらのスプライン歯２６，２７同士は、軸方向Ｓ１に相対摺動可能であり、且つ互いに噛み合って係合することにより、内軸１６と外軸１７との間でトルク伝達することができる。

内軸１６の第１の軸方向溝１９Ａは、内軸１６の外周面１８に一体に形成される断面凹湾曲形状の樋形状面からなり、軸方向Ｓ１に延びている。内軸１６の第２の軸方向溝１９Ｂは、第１の軸方向溝１９Ａと同様に形成されている。内軸１６の第３の軸方向溝１９Ｃは、第１の軸方向溝１９Ａと同様に形成されている。
これら第１、第２、および第３の軸方向溝１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃは、互いに内軸１６の周方向Ｔに所定の間隔を設けて配置されている。具体的には、内軸１６の外周面１８上の位置であって内軸１６の径方向Ｒに関して第１の軸方向溝１９Ａと対向する対向位置２９に近接して、第２および第３の軸方向溝１９Ｂ，１９Ｃが配置されている。

第２および第３の軸方向溝１９Ｂ，１９Ｃは、内軸１６の周方向Ｔに関して上記対向位置２９を挟んだ両側に配置されている。内軸１６の周方向Ｔに関して、第２の軸方向溝１９Ｂと第３の軸方向溝１９Ｃとは、所定の配置間隔で配置されている。上記所定の配置間隔は、内軸１６の中心角Ｄで６０°以下の範囲内であり、例えば６０°である。上述の中心角Ｄは、横断面において、以下の２つの線Ｄ１，Ｄ２のなす角である。この２つの線のうちの一方の線Ｄ１は、内軸１６の中心位置３０と、第２の軸方向溝１９Ｂの位置としての第２の軸方向溝１９Ｂの断面の曲率中心の位置２８Ｂとを結ぶ線である。他方の線Ｄ２は、内軸１６の中心位置３０と、第３の軸方向溝１９Ｃの位置としての第３の軸方向溝１９Ｃの断面の曲率中心の位置２８Ｃとを結ぶ線である。第２および第３の軸方向溝１９Ｂ，１９Ｃの位置２８Ｂ，２８Ｃは、それぞれ周方向Ｔについて上記対向位置２９から等距離で離れている。

外軸１７の第１の軸方向溝２１Ａは、外軸１７の内周面２０に一体に形成される断面凹湾曲形状の樋形状面からなり、軸方向Ｓ１に延びている。外軸１７の第２の軸方向溝２１Ｂは、第１の軸方向溝２１Ａと同様に形成されている。外軸１７の第３の軸方向溝２１Ｃは、第１の軸方向溝２１Ａと同様に形成されている。
これら第１、第２、および第３の軸方向溝２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、互いに外軸１７の周方向Ｔに所定の間隔を設けて配置されている。具体的には、外軸１７の第１、第２、および第３の軸方向溝２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、内軸１６の第１、第２、および第３の軸方向溝１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃと同様に配置されている。

内軸１６の第１の軸方向溝１９Ａおよび外軸１７の第１の軸方向溝２１Ａは、互いに対向して対をなして配置されている。これら互いに対向する一対の軸方向溝１９Ａ，２１Ａの間に、第１のボール２２の列２２Ａが介在している。
第１のボール２２の列２２Ａは、複数のボール２２を有している。ボール２２の数は、特に限定されず、２つ以上であればよい。複数のボール２２は、軸方向Ｓ１に直線状に並ぶ列をなし、保持器３１により保持されている。各ボール２２は、それぞれ鋼球からなる。各ボール２２は、内軸１６の軸方向溝１９Ａと１箇所で接触するとともに、外軸１７の軸方向溝２１Ａと１箇所で接触している。各ボール２２は、軸方向溝１９Ａ，２１Ａを転動することができる。内軸１６と外軸１７とが軸方向Ｓ１に相対移動するときには、ボール２２は、各軸方向溝１９Ａ，２１Ａに沿って案内されつつ、各軸方向溝１９Ａ，２１Ａとそれぞれ相対移動する。

内軸１６の第１の軸方向溝１９Ａと、外軸１７の第１の軸方向溝２１Ａと、第１のボール２２の列２２Ａとの関係と同様にして、内軸１６の第２の軸方向溝１９Ｂと、外軸１７の第２の軸方向溝２１Ｂと、第２のボール２２の列２２Ｂとが配置され、内軸１６の第３の軸方向溝１９Ｃと、外軸１７の第３の軸方向溝２１Ｃと、第３のボール２２の列２２Ｃとが配置されている。すなわち、互いに対向する一対の軸方向溝１９Ｂ，２１Ｂの間に、第２のボール２２の列２２Ｂが介在している。互いに対向する一対の軸方向溝１９Ｃ，２１Ｃの間に、第３のボール２２の列２２Ｃが介在している。

図２および図４を参照して、第１のボール２２の列２２Ａと同様にして、第２のボール２２の列２２Ｂおよび第３のボール２２の列２２Ｃは、それぞれ複数のボール２２を有している。第２のボール２２の列２２Ｂの複数のボール２２と、第３のボール２２の列２２Ｃの複数のボール２２とは、保持器３２により保持されている。
保持器３１は、第１のボール２２の列２２Ａに含まれる複数のボール２２を保持している。保持器３２は、第２および第３のボール２２の列２２Ｂ，２２Ｃに含まれる複数のボール２２を保持している。保持器３１，３２は、軸方向Ｓ１についてのボール２２同士の間隔を所定量に規制し、ボール２２と共に軸方向Ｓ１に同伴移動する。

輪ばね２４は、ばね鋼等の弾性部材により円弧形状に形成され、外軸１７の外周面２３の周溝２５に取り付けられている。周溝２５に取り付けられた状態で、輪ばね２４は、外軸１７の周方向Ｔに半周を若干超えて延びている。輪ばね２４は、開放部２４ｅを挟んだ周方向Ｔの両端に一対の円弧端２４ａ，２４ｂを有している。輪ばね２４は、外軸１７の軸方向Ｓ１に所定長さで形成されている。

輪ばね２４は、円弧端２４ａ，２４ｂ同士が互いに接近するように、外軸１７を押圧付勢する。すなわち、輪ばね２４が拘束を受けていない自然状態、例えば外軸１７に嵌められていない状態で、輪ばね２４の内周面２４ｃの直径が、外軸１７の外周面２３の周溝２５の直径よりも所定量小さくされている。輪ばね２４は、弾性変形し、自然状態よりも拡径した状態で、周溝２５に取り付けられている。

また、輪ばね２４は、外軸１７をその径方向内方へ付勢するために外軸１７の外周面２３にそれぞれ当接する複数の付勢部２４ｄを有している。具体的には、一対の付勢部２４ｄが、円弧端２４ａ，２４ｂに隣接してそれぞれ配置されている。一対の付勢部２４ｄが、外軸１７をその径方向Ｒに挟んでいる。外軸１７の周方向Ｔについて、一方の付勢部２４ｄは、外軸１７の第１の軸方向溝２１Ａの背後に位置している。他方の付勢部２４ｄは、外軸１７の第２および第３の軸方向溝２１Ｂ，２１Ｃの間に位置している。

また、輪ばね２４と外軸１７との互いの相対回転を規制するために、輪ばね２４に設けられた凹凸係合部としての凸部３３と、外軸１７に設けられた凹凸係合部としての凹部３４とが備えられている。凹部３４と凸部３３とは、対をなして互いに嵌まり合った状態で係合しており、本実施形態では２箇所に配置されている。
凸部３３は、輪ばね２４の両円弧端２４ａ，２４ｂにそれぞれ形成されていて、半球状の突起からなり、輪ばね２４の内周面２４ｃから径方向内方へ突出している。凹部３４は、外軸１７の外周面２３の２箇所に周方向Ｔに所定間隔を離して配置されていて、半球状に窪み、対応する凸部３３を収容できる大きさで形成されている。凹部３４と凸部３３とが互いに係合することにより、周方向Ｔおよび軸方向Ｓ１についての外軸１７に対しての輪ばね２４の移動を規制する。

凸部３３と凹部３４とが互いに係合することにより、輪ばね２４は外軸１７の周方向Ｔおよび軸方向Ｓ１の所定位置に位置合わせされて、輪ばね２４の内周面２４ｃが周溝２５に沿うようにして取り付けられている。この状態で、輪ばね２４は、その弾性復元力としての締付力により、外軸１７を介してボール２２および内軸１６を付勢し、外軸１７を所定の径方向について圧縮し、ひいてはボール２２に予圧を付与している。ここで、所定の径方向は、内軸１６の第１の軸方向溝１９Ａの位置としての当該第１の軸方向溝１９Ａの断面の凹湾曲形状の曲率中心の位置２８Ａとその対向位置２９とを通る軸線Ｃに沿う径方向Ｒである。

具体的には、図２を参照して、締付力は、軸線Ｃに沿う径方向Ｒに作用し、第１のボール２２の列２２Ａのボール２２を介して軸線Ｃに沿う径方向Ｒに内軸１６を付勢し、第２のボール２２の列２２Ｂのボール２２を介して、軸線Ｃに対して斜めに傾斜した径方向ＲＢに内軸１６を付勢し、第３のボール２２の列２２Ｃのボール２２を介して、軸線Ｃに対して斜めに傾斜した径方向ＲＣに内軸１６を付勢する。輪ばね２４の締付力により、互いに交差する複数の方向Ｒ，ＲＢ，ＲＣについてボール２２に予圧を付与している。

図５は、図２の中空軸５の要部の断面図であり、輪ばね２４を取り付けていない状態を示す。図５を参照する。輪ばね２４を取り付けていない状態で、外軸１７に対して内軸１６およびボール２２を容易に挿入することができるように、両軸１６，１７の軸方向溝１９Ａ，２１Ａと、第１のボール２２の列２２Ａとのクリアランスが設定されている。例えば輪ばね２４を取り付けていない状態で、両軸１６，１７の間に配置された各ボール２２は所定量の遊びを有している。他の軸方向溝およびボールの列についても同様である。

図４を参照して、半周程度の輪ばね２４であれば、輪ばね２４を外軸１７の周溝２５に、径方向ＲＤに沿って容易に装着することができる。例えば、輪ばね２４の両円弧端２４ａ，２４ｂを、外軸１７の外周面２３の湾曲に沿わせながら、外軸１７の径方向に押し込むことにより、輪ばね２４の開放部２４ｅが拡がる。これにより、輪ばね２４を外軸１７に容易に嵌め入れることができる。半周程度の輪ばね２４であれば、軸方向Ｓ１に沿って外軸１７に装着することも容易である。また、装着状態では、輪ばね２４の弾性復元力により、両円弧端２４ａ，２４ｂの間隔は、外軸１７の外周面２３の周溝２５の外径よりも小さくなる。従って、輪ばね２４が外軸１７から不用意に外れる虞はない。

図３および図４を参照して、周溝２５の溝幅（軸方向Ｓ１の寸法に相当する。）は、輪ばね２４の幅寸法と等しいか、この幅寸法よりも若干広い。周溝２５の側壁が、輪ばね２４を軸方向Ｓ１に位置規制している。また、周溝２５により、輪ばね２４を軸方向Ｓ１についての外軸１７の予め定める位置に確実に且つ容易に配置することができる。具体的には、周溝２５は、外軸１７の開口端１７ｃから所定距離離れて配置されている。内軸１６と外軸１７との軸方向Ｓ１の相対移動のストロークの中央位置に両軸１６，１７が位置しているときに、第１、第２および第３のボール２２の列２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの軸方向Ｓ１の中央位置に周溝２５が位置している。

図２および図３に戻って、内軸１６の各スプライン歯２６は、一対の歯面２６ａ，２６ｂ（一部のみ図示。）を有し、内軸１６の端部から所定長さで軸方向Ｓ１に延びていて、凸条を形成し、周方向Ｔに隣接するスプライン歯２６同士の間に凹条を形成している。
内軸１６の複数のスプライン歯２６は、周方向Ｔについて第１の軸方向溝１９Ａと第２の軸方向溝１９Ｂとの間に周方向Ｔに等間隔で並んで配置され、これとともに、第１の軸方向溝１９Ａと第３の軸方向溝１９Ｃとの間に周方向Ｔに等間隔で並んで配置されている。スプライン歯２６は、軸線Ｃを挟んで対称に配置されている。

外軸１７の各スプライン歯２７は、一対の歯面２７ａ，２７ｂを有し、外軸１７の開口端１７ｃから所定長さで軸方向Ｓ１に延びて、凸条を形成し、周方向Ｔに隣接するスプライン歯２７同士の間に凹条を形成している。凹条に内軸１６の凸条が噛み合っている。
外軸１７の複数のスプライン歯２７は、周方向Ｔについて第１の軸方向溝２１Ａと第２の軸方向溝２１Ｂとの間に周方向Ｔに等間隔で並んで配置され、これとともに、第１の軸方向溝２１Ａと第３の軸方向溝２１Ｃとの間に周方向Ｔに等間隔で並んで配置されている。スプライン歯２７は、線対称の軸線を挟んで対称に配置されている。

各歯面２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂは、それぞれ、周方向Ｔと交差している。スプライン歯２６の一方の歯面２６ａとスプライン歯２７の一方の歯面２７ａとが、互いに対向し、スプライン歯２６の他方の歯面２６ｂとスプライン歯２７の他方の歯面２７ｂとが、互いに対向している。
図６Ａ，図６Ｂおよび図６Ｃは、内軸１６と外軸１７との要部の模式図であり、図６Ａにトルクがかかっていない状態を、図６Ｂに小さなトルクがかかっている状態を、図６Ｃに大きなトルクがかかっている状態を図示している。

図６Ａ〜図６Ｃを参照し、伝達トルクが外軸１７から内軸１６に伝達される場合に則して、中間軸５の動作を説明する。また、以下の動作の説明では、第１の軸方向溝１９Ａ，２１Ａおよび第１のボール２２の列２２Ａを中心に説明するが、他の軸方向溝およびボールの列についても同様である。なお、伝達トルクが内軸１６から外軸１７へ伝達される場合にも、同様の中間軸５の動作を得ることができる。

図６Ａを参照して、伝達トルクがかかっていないときには、スプライン歯２６，２７の互いに対向する歯面間の周方向Ｔについての隙間量であってスプライン歯２６を挟む両側についての隙間量Ｌ１，Ｌ２は、相等しくされている（Ｌ１＝Ｌ２）。また、輪ばね２４（例えば図２参照）の締付力により、ボール２２は予圧を付与され、その結果、内軸１６および外軸１７は、互いにがたつきなく保持される。

図６Ｂを参照して、外軸１７に例えば紙面右方への伝達トルクがかかると、外軸１７の第１の軸方向溝２１Ａがボール２２を周方向Ｔの一方（例えば紙面右方）に向けて付勢し、ボール２２が周方向Ｔの一方へ変位し、これに伴い、内軸１６および外軸１７は周方向Ｔに所定量を相対変位しつつ、その間でトルクを伝達する。
内軸１６および外軸１７間の伝達トルクが所定値未満の小さい値のときであって、内軸１６と外軸１７との間の周方向Ｔの相対移動量が所定量未満のときには、スプライン歯２６，２７の歯面間に回転方向Ｔに関して遊びが設けられ、ボール２２のみを介して内軸１６および外軸１７間にトルクが伝達されるようにしてある。上述の遊びは、隙間量Ｌ１に相当し、隙間量Ｌ１＞０となる。このとき、ボール２２の転がりを利用して内軸１６と外軸１７の相対移動抵抗を小さくすることができる。また、ボール２２に予圧が付与されているので、両軸１６，１７間のがたつきを無くすことができる。

内軸１６と外軸１７との間の相対回転量が０以上で且つ所定量未満の範囲内にあるときには、スプライン歯２６，２７の歯面同士が互いに噛み合わないようにされている。
一方、図６Ｃを参照して、伝達トルクが所定値以上に大きくなると、内軸１６と外軸１７の回転方向Ｔの相対変位量が所定量に達し、その結果、スプライン歯２６，２７の互いに対向する歯面同士が互いに噛み合い面接触または線接触して互いに係合し、両軸１６，１７がスプライン歯２６，２７を介して剛的に連結される。また、ボール２２も両軸を連結する。

このように本発明の実施形態によれば、輪ばね２４により転動体としてのボール２２に予圧を付与できるので、内軸１６と外軸１７との間のがたつきの発生を防止できる結果、がたつきに起因した異音の発生を防止できる。
また、転動体としてのボール２２の転がりを利用して、外軸１７および内軸１６の相対移動抵抗を小さくできる。ボール２２は、転がり抵抗が小さくて好ましい。

また、組立時に、輪ばね２４を嵌める前でまだ縮径していない状態（すなわち非拘束状態）の外軸１７と内軸１６との間にボール２２を容易に組み入れることができ、その後に輪ばね２４によって外軸１７をその外側から締め付けることで、ボール２２に容易に予圧を付与することができる。従って、予圧を付与された状態のボール２２を有する伸縮自在シャフトとしての中空軸５を手間をかけずに容易に組み立てることができる。

また、第１、第２および第３の軸方向溝１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを、上述のように互いに概ね対向する位置に配置している。これにより、輪ばね２４は、外軸１７の径方向Ｒに対向する２箇所に径方向Ｒの押圧力を与えればよいので、例えば、半周を少し越える程度の円弧状の簡素な輪ばね２４が利用可能となる。また、輪ばね２４による締付力が外軸１７の第１の軸方向溝２１Ａを通過する径方向Ｒの２箇所に作用する場合であっても、第１、第２および第３の軸方向溝１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃのボール２２にそれぞれ負荷される予圧が互いに異なる３つの径方向Ｒ，ＲＢ，ＲＣに作用するので、内軸１６と外軸１７との間のがたつきの発生を確実に防止することができる。

また、係合部としてのスプライン歯２６，２７は、大トルクのみを伝達するようにしている。これにより、内軸１６と外軸１７との間にトルクが作用していない状態または、小トルクが作用している状態では、スプライン歯２６，２７の歯面同士は互いに離れているので、トルクは、内軸１６と外軸１７との間をボール２２のみを介して伝達される。このとき、スプライン歯２６，２７はまだ係合していないので、相対移動抵抗が増すことはない。トルクが大きくなって、内軸１６と外軸１７との相対回転量が所定量に達すると、係合部同士が係合する。その結果、トルクは、スプライン歯２６，２７およびボール２２を介して伝達されるので、大きなトルクを伝達できる中間軸５を実現することができる。

また、凹凸係合部としての凸部３３および凹部３４により、輪ばね２４による締め付け方向を、軸線Ｃに沿う所定の径方向Ｒに適正に維持することができ、ボール２２に長期にわたり安定した予圧を付与することができる。
また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。例えば、第１の実施形態において、第２の軸方向溝１９Ｂと対向位置２９との距離が、第３の軸方向溝１９Ｃと対向位置２９との距離と異なってもよい。

図７は、本発明の第２の実施形態の中間軸５の横断面図である。図７に示すように、内軸１６は、内軸１６の径方向Ｒの対向位置に２箇所で形成された一対の軸方向溝１９Ａ，１９Ｂを有し、外軸１７は、一対の軸方向溝２１Ａ，２１Ｂを有し、対をなす軸方向溝の間に、保持器３１に保持された第１および第２のボール２２の列２２Ａ，２２Ｂが介在している。この場合、構造を簡素化できる。また、輪ばね２４は、外軸１７の径方向Ｒに対向する２箇所に径方向Ｒの押圧力を与えればよいので、例えば、半周を少し越える程度の円弧状の簡素な輪ばね２４が利用可能となる。

また、図８の中間軸５の要部拡大図に示すように、凹凸係合部としては、輪ばね２４に形成された凹部３４と、外軸１７に設けられた凸部３３とであってもよい。凹凸係合部は、少なくとも一対があればよく、上記外軸１７および輪ばね２４の何れか一方に設けられた凸部３３と、他方に設けられ上記凸部３３に係合することにより外軸１７および輪ばね２４の相対回転を規制する凹部３４とを備えていればよい。また、凹凸係合部を廃止することも考えられる。

係合部としては、スプライン歯２６，２７に限定されず、互いに係合することによりトルク伝達可能な一対の係合部であればよい。また、伝達トルクが小さくても構わない場合には、係合部を廃止することも考えられる。
輪ばね２４は、軸方向Ｓ１について、外軸１７の軸方向溝２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの全体を付勢できるように、これらと等しい長さを有していてもよい。また、輪ばね２４は、外軸１７の外周面２３の半周よりも十分に長い範囲、例えば全周に嵌められていてもよい。また、上述の第１の実施形態において、輪ばね２４は、第２の軸方向溝２１Ｂの背後を覆うように形成してもよい。この場合、両円弧端２４ａ，２４ｂを延ばしてもよいし、一方の円弧端２４ｂのみを延ばしてもよい。また、輪ばね２４は、外軸１７の外周面２３の半周に嵌められていてもよい。要は、輪ばね２４は、外軸１７の外周面２３の少なくとも半周に嵌められていればよい。

内軸１６および外軸１７の軸方向溝は、４箇所以上に設けてもよい。
ボール２２は、対応する少なくとも一方の軸方向溝に２点で接触してもよい。
内軸１６としては、中空軸であってもよい。また、内軸１６および外軸１７の少なくとも一方が、複数の部材を有していてもよい。例えば、内軸１６が、内軸１６の概略形状を形成する軸部材と、この軸部材とは別体で形成されてこの軸部材に一体移動できるように固定された部材であって軸方向溝およびスプライン歯の少なくとも一方を形成された部材とを有していてもよい。また、この内軸１６と同様に、外軸１７が複数の部材で構成されていてもよい。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

本発明の第１の実施形態の伸縮自在シャフトとしての中間軸を適用する車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 図１に示す中間軸の横断面図である。 図２の III− III断面を示す縦断面図である。 図４は、中間軸の要部の分解斜視図である。 図２に示す中空軸の要部の断面図であり、輪ばねを取り付けていない状態を示す。 図６Ａ，図６Ｂおよび図６Ｃは、内軸と外軸との要部の模式図であり、図６Ａにトルクがかかっていない状態を、図６Ｂに小さなトルクがかかっている状態を、図６Ｃに大きなトルクがかかっている状態を図示している。 本発明の第２の実施形態の中間軸の横断面図である。 本発明の変形例の中間軸の要部拡大図である。

符号の説明

５…中間軸（伸縮自在シャフト）、１６…内軸、１７…外軸、１８…（内軸の）外周面、１９Ａ…（内軸の外周面の）第１の軸方向溝（軸方向溝）、１９Ｂ…（内軸の外周面の）第２の軸方向溝（軸方向溝）、１９Ｃ…（内軸の外周面の）第３の軸方向溝（軸方向溝）、２０…（外軸の）内周面、２２…ボール（転動体）、２４…輪ばね、２１Ａ…（外軸の内周面の）第１の軸方向溝（軸方向溝）、２１Ｂ…（外軸の内周面の）第２の軸方向溝（軸方向溝）、２１Ｃ…（外軸の内周面の）第３の軸方向溝（軸方向溝）、２６，２７…スプライン歯（係合部）、２９…対向位置、３３…凸部（凹凸係合部）、３４…凹部（凹凸係合部）、Ｄ…内軸の中心角、Ｓ１…軸方向、Ｔ…内軸の周方向、Ｒ…内軸の径方向

Claims (5)

1. 軸方向に相対移動自在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外軸の内周面にそれぞれ形成され、互いに対向する軸方向溝と、
   これら互いに対向する軸方向溝の間に軸方向に並ぶ列をなして介在し、内軸および外軸の間にトルクを伝達可能な転動体と、
   外軸の外周面の少なくとも半周に嵌められ、転動体に予圧を与える輪ばねとを備えることを特徴とする伸縮自在シャフト。
2. 請求項１に記載の伸縮自在シャフトにおいて、上記内軸の軸方向溝は、内軸の径方向の対称位置に２箇所形成されていることを特徴とする伸縮自在シャフト。
3. 請求項１に記載の伸縮自在シャフトにおいて、
   上記内軸の軸方向溝は、内軸の周方向に間隔を設けて第１、第２および第３の軸方向溝が形成され、内軸の径方向に関して第１の軸方向溝と対向する対向位置に近接して第２および第３の軸方向溝が配置され、
   第２および第３の軸方向溝は、内軸の周方向に関して上記対向位置を挟んだ両側に配置され、内軸の周方向に関する第２および第３の軸方向溝の配置間隔は、内軸の中心角で６０°の範囲内であることを特徴とする伸縮自在シャフト。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載の伸縮自在シャフトにおいて、上記内軸の外周面および外軸の内周面に軸方向に相対摺動可能に設けられ、上記内軸および外軸の相対回転量が所定量に達したときに、互いに係合して上記内軸および外軸間にトルクを伝達する一対の係合部を備えることを特徴とする伸縮自在シャフト。
5. 請求項１から４の何れか１項に記載の伸縮自在シャフトにおいて、上記輪ばねと外軸とは、互いの相対回転を規制するために互いに係合する凹凸係合部を備えることを特徴とする伸縮自在シャフト。

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