JP2007247846A - 伸縮自在シャフト - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で転動体の脱落を防止することができる伸縮自在シャフトを提供する。
【解決手段】中間軸５は、互いに嵌め合わされた内軸１６および筒状の外軸１５と、内軸１６の外周面４７および外軸１５の内周面４５にそれぞれ形成され互いに対向する軸方向溝１８，１９間に挟持されたボール１７とを備える。ボール１７は、軸方向溝１８，１９からそれぞれ突出するピン２８およびねじ２９によって脱落が阻止されている。内軸１６および外軸１５には、互いの摺動部への異物の侵入を阻止する筒状のダストカバー３７が取り付けられている。ダストカバー３７は、外軸１５の端部３２に嵌合されたスリーブ３４を介して外軸１５に固定されている。スリーブ３４の内周面４３は、断面矩形状の外軸１５の外周面４６に合致する形状を有し、スリーブ３４の外周面４４は、円形にされている。スリーブ３４は、ねじ２９によって外軸１５に固定されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、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ものである。

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軸方向溝間に、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。また、特許文献１には、複数のボールを保持する保持器を省略したボールスプライン構造が提案されている。
特許第２８９５２１６号公報

保持器を省略した特許文献１記載のボールスプライン構造において、内軸および外軸には、ボールの軸方向溝からの脱落を阻止するためのストッパ機構がそれぞれ設けられている。各ストッパ機構は、ボールの脱落を阻止するストッパとしての環状板と、環状板を対応する軸に固定する複数のボルトとを有している。したがって、ストッパ機構の構造が複雑となってしまう。

この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、簡単な構造で転動体の脱落を阻止することができる伸縮自在シャフトを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、互いに嵌め合わされた内軸（１６）および筒状の外軸（１５）と、内軸の外周面（４７）および外軸の内周面（４５）にそれぞれ形成され互いに対向する軸方向溝（１８，１９）と、互いに対向する軸方向溝間に挟持され軸方向溝の延びる方向に列をなす複数の転動体（１７）と、外軸および内軸の何れか一方に設けられ対応する軸の軸方向溝からの転動体の脱落を阻止するストッパ（２８，２９）とを備え、ストッパは、対応する軸の径方向（Ｙ１）に沿って取り付けられたピン（２８）またはねじ（２９）を含むことを特徴とする伸縮自在シャフト（５）である。

本発明によれば、軸方向溝からの転動体の脱落を阻止するストッパは、対応する軸の径方向に沿って取り付けられたピンまたはねじのみによって構成されているので、ストッパの構造が簡単である。また、転動体を保持するための保持器を不要にできるので、伸縮自在シャフトを径方向に小型化することができる。
また、本発明において、外軸の端部（３２）の外周面（４６）に嵌合されたスリーブ（３４）と、一端（３８）がスリーブの外周面（４４）に固定され他端（３９）が内軸の外周面に固定された筒状のダストカバー（３７）とを備え、上記ストッパは、スリーブを外軸に固定するためのピンまたはねじを含む場合がある。この場合、ダストカバーによって、内軸および外軸の摺動部への異物の侵入を防止することができる。また、スリーブを外軸に固定するためのピンまたはねじが、上記ストッパの機能を果たすことにより、伸縮自在シャフトの部品点数の増加を抑えることができる。

また、本発明において、外軸の外周面の断面は非円形である場合がある。この場合、内軸および外軸間において回転トルクを効率的に伝達することができる。
また、本発明は、外軸の外周面は、相対向する二対の平坦部（２５，２６）を含む断面矩形をなし、外軸の軸方向溝の裏側となる突出部（２７）が形成されている場合がある。この場合、上記スリーブの内周面は、外軸の外周面に合致する形状であり、スリーブの外周面は、円形であることが好ましい。これにより、断面矩形のような異形の外軸に対して、スリーブを介してダストカバーを容易に取り付けることができる。

また、本発明は、転動体は、外軸の弾性によって互いに対向する軸方向溝間に弾性的に挟持されており、内軸の外周面に、互いの間に二面幅を形成する相対向する少なくとも一対の平坦部（２０，２１）が設けられ、外軸の内周面に、内軸の対応する平坦部とそれぞれ係合して内軸と外軸との相対回転量を規制するための規制部（２３，２４）が設けられている場合がある。この場合、転動体のあそびを無くし、内軸および外軸間のガタツキを抑えることができる。また、内軸および外軸間において高トルクを伝達することができる。

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
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５に適用されたステアリング装置１の模式図である。
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と、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、ステアリング装置１は、自在継手６を介して中間軸５に一体回転可能に連結されたピニオン軸７と、このピニオン軸７に設けられたピニオン８に噛み合うラック９を有し車両の左右方向に延びるラック軸１０とを備える。

ラック軸１０の両端には、それぞれタイロッド１１が結合されている。各タイロッド１１は、対応するナックルアーム１２を介してそれぞれ対応する操向輪１３に連結されている。
ラック軸１０は、図示しない軸受等を介してハウジング１４によりその軸方向に移動自在に支持されている。ピニオン軸７、ラック軸１０、タイロッド１１、ナックルアーム１２および操向輪１３を含んで舵取り機構が構成されている。

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、この回転がピニオン８およびラック９によって車両の左右方向に沿ってのラック軸１０の直線運動に変換される。これにより、操向輪１３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、ロワーシャフトとしての筒状の外軸１５と、この外軸１５に嵌め合わされたアッパーシャフトとしての内軸１６とを備える。外軸１５および内軸１６は、複数列の転動体としてのボール１７を介して軸方向Ｘ１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。

図２は、伸縮自在シャフトとしての中間軸５の軸方向Ｘ１に沿う断面図である。また、図３は、図２におけるIII−III線に沿う中間軸５の断面図であり、図４は、図２におけるIV−IV線に沿う中間軸５の断面図である。
図２および図３を参照して、内軸１６は、中実の軸であり、断面矩形状をなしている。内軸１６の外周面４７には、軸方向Ｘ１に延びる一対の軸方向溝１８が互いに径方向Ｙ１に対向して形成されている。なお、内軸１６は、中空の軸であってもよい。

外軸１５は、中空の軸であり、その内部に内軸１６が嵌め合わされている。外軸１５の内周面４５は、概ね内軸１６の外周面４７に沿う形状を有しており、外軸１５の内周面４５には、内軸１６の一対の軸方向溝１８にそれぞれ対向する一対の軸方向溝１９が形成されている。内軸１６の各軸方向溝１８と外軸１５の対応する軸方向溝１９との間に、それぞれ軌道路２２が区画されている。

複数のボール１７は、各軌道路２２に軸方向Ｘ１に並ぶ１つの列をなして介在している。各軸方向溝１８，１９の断面は、ボール１７の半径よりも僅かに大きい半径の円弧をなしている。また、ボール１７は、外軸１５の弾性によって互いに対向する軸方向溝１８，１９間で弾性的に挟持されている。これにより、中間軸５に常用トルクが負荷された場合に、内軸１６と外軸１５との間でボール１７を介してトルクを伝達することができる。

外軸１５の外周面４６は、相対向する二対の平坦部２５，２６を含む断面矩形状をなし、外軸１５の一対の軸方向溝１９の裏側に対応する外軸１５の外周面４６には、それぞれ突出部２７が形成されている。各突出部２７を挟んだ両側に、それぞれ対応する平坦部２５および平坦部２６が配置されている。
中間軸５は、外軸１５と内軸１６との相対回転量を規制するための一対の規制機構５０Ａ,５０Ｂを備えている。

一方の規制機構５０Ａは、内軸１６の外周面４７に形成された一対の平坦部２０と、外軸１５の内周面４５に形成され、上記一対の平坦部２０に、それぞれ、対向する一対の規制部２３とを含んでいる。
他方の規制機構５０Ｂは、内軸１６の外周面４７に形成された一対の平坦部２１と、外軸１５の内周面４５に形成され、上記一対の平坦部２１に、それぞれ、対向する一対の規制部２４とを含んでいる。

内軸１６の各軸方向溝１８を挟んだ両側に、それぞれ対応する平坦部２０および平坦部２１が配置されている。また、一方の規制機構５０Ａの各平坦部２０と、他方の規制機構５０Ｂの対応する平坦部２１とが対をなし、互いの間に二面幅を形成している。
一方の規制機構５０Ａは、中間軸５に非常用トルクが負荷されて、内軸１６が外軸１５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５０Ｂは、中間軸５に非常用トルクが負荷されて、内軸１６が外軸１５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。これにより、ボール１７や軸方向溝１８，１９の破損を未然に防止することができる。また、中間軸５に非常用トルクが負荷されたときは、一方の規制機構５０Ａまたは他方の規制機構５０Ｂを介して内軸１６と外軸１５との間にトルクが伝達されることになる。

図２および図４を参照して、内軸１６の先端部３０には、軸方向溝１８，１９からのボール１７の脱落を阻止するためのピン２８が取り付けられている。ピン２８は、内軸１６の先端部３０に形成された貫通孔３１に例えば圧入して取り付けられている。貫通孔３１は、内軸１６の一対の軸方向溝１８を通って内軸１６をその直径方向に貫通するように形成されている。内軸１６に取り付けられたピン２８の両端は、各軸方向溝１８の底から径方向Ｙ１外方にそれぞれ突出している。これにより、内軸１６および外軸１５が軸方向Ｘ１に相対移動してボール１７が内軸１６の先端部３０に移動したとき、ピン２８の両端がボール１７に当接することにより、軸方向溝１８，１９からのボール１７の脱落を阻止することができる。

なお、ピン２８の両端は、外軸１５の対応する軸方向溝１９内に進出していてもよいし、進出していなくてもよい。また、内軸１６の一対の軸方向溝１８に例えば熱処理が施されており、一対の軸方向溝１８の硬度が高くなっている場合には、貫通孔３１の長手方向の両端部に、貫通孔３１の中間部よりも大径となる面取り部その他の逃がし部を形成してもよい。これにより、ピン２８を貫通孔３１に圧入する際に貫通孔３１の端部周辺が割れることを防止することができる。

一方、外軸１５の端部３２には、内軸１６および外軸１５の摺動部への異物の侵入を阻止するための筒状のダストカバー３７が、上記端部３２の外周面４６に嵌合されたスリーブ３４を介して取り付けられている。スリーブ３４は、一対のねじ２９を介して外軸１５に固定されている。ダストカバー３７の一端３８は、スリーブ３４の外周面４４に嵌め合わされている。ダストカバー３７は、その一端３８の外周面に嵌合された環状の取付バンド４２の締め付けによって、スリーブ３４に取り付けられている。図２に示すように、ダストカバー３７の他端３９は、端部３２に軸方向Ｘ１に対向する内軸１６の取付部４１の外周に嵌め合わされており、他端３９の外周面に嵌合された取付バンド４２ａの締め付けによって、内軸１６に取り付けられている。ダストカバー３７の中間部は、蛇腹状となっており、内軸１６および外軸１５の軸方向Ｘ１の相対移動に追従できるようになっている。

スリーブ３４の内周面４３は、図４に示すように、外軸１５の外周面４６に合致する形状を有しており、スリーブ３４の外周面４４は円形をなしている。スリーブ３４の外周面４４に嵌合されたダストカバー３７の一端３８の内周面および外周面は、円形をなしている。
また、スリーブ３４を外軸１５の端部３２に固定するための一対のねじ２９は、軸方向溝１８，１９からのボール１７の脱落を阻止するストッパとしても機能している。すなわち、一対のねじ２９は、それぞれスリーブ３４のねじ挿通孔３６を挿通して、外軸１５のねじ孔３３にねじ込まれて固定されている。各ねじ孔３３は、それぞれ外軸１５の突出部２７を径方向Ｙ１に貫通しており、外軸１５の対応する軸方向溝１９に連通する位置に形成されている。外軸１５に取り付けられた一対のねじ２９の一端は、それぞれ対応する軸方向溝１９の底から径方向Ｙ１内方に突出し、所要時にボール１７に当接することにより、軸方向溝１８，１９からのボール１７の脱落を阻止することができる。

以上のように、本実施形態では、内軸１６に取り付けられたピン２８および外軸１５に取り付けられた一対のねじ２９のみによって、軸方向溝１８，１９からのボール１７の脱落を阻止するストッパが構成されているので、ストッパの構造が簡単である。また、外周面４４が円形であるスリーブ３４を介して外軸１５にダストカバー３７を取り付けるので、断面矩形状のような異形の外軸１５であってもダストカバー３７を外軸１５に容易に取り付けることができる。さらに、ダストカバー取付アダプタとしてのスリーブ３４を外軸１５の端部３２に固定するための一対のねじ２９が、ボール脱落防止用のストッパを兼用しているので、新たな取付部材が不要であり、部品点数の増加を抑えることができる。

この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、外軸にピンを取り付けてストッパとして用いてもよいし、内軸にねじを取り付けてストッパとして用いてもよい。

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る。 伸縮自在シャフトとしての中間軸の軸方向に沿う断面図である。 図２におけるIII−III線に沿う中間軸の断面図である。 図２におけるIV−IV線に沿う中間軸の断面図である。

符号の説明

１・・・ステアリング装置、５・・・中間軸（伸縮自在シャフト）、１５・・・外軸、１６・・・内軸、１７・・・ボール（転動体）、１８，１９・・・軸方向溝、２０，２１・・・平坦部、２３，２４・・・規制部、２５，２６・・・二対の平坦部、２７・・・突出部、２８・・・ピン（ストッパ）、２９・・・ねじ（ストッパ）、３２・・・端部、３４・・・スリーブ、３７・・・ダストカバー、３８・・・一端、３９・・・他端、４４・・・（スリーブの）外周面、４５・・・（外軸の）内周面、４６・・・（外軸の）外周面、４７・・・（内軸の）外周面、Ｙ１・・・径方向

Claims (5)

1. 互いに嵌め合わされた内軸および筒状の外軸と、
   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、
   互いに対向する軸方向溝間に挟持され軸方向溝の延びる方向に列をなす複数の転動体と、
   外軸および内軸の何れか一方に設けられ対応する軸の軸方向溝からの転動体の脱落を阻止するストッパとを備え、
   ストッパは、対応する軸の径方向に沿って取り付けられたピンまたはねじを含むことを特徴とする伸縮自在シャフト。
2. 請求項１において、外軸の端部の外周面に嵌合されたスリーブと、
   一端がスリーブの外周面に固定され他端が内軸の外周面に固定された筒状のダストカバーとを備え、
   上記ストッパは、スリーブを外軸に固定するためのピンまたはねじを含むことを特徴とする伸縮自在シャフト。
3. 請求項２において、外軸の外周面の断面は非円形であることを特徴とする伸縮自在シャフト。
4. 請求項３において、外軸の外周面は、相対向する二対の平坦部を含む断面矩形をなし、外軸の軸方向溝の裏側となる突出部が形成されていることを特徴とする伸縮自在シャフト。
5. 請求項４において、転動体は、外軸の弾性によって互いに対向する軸方向溝間に弾性的に挟持されており、内軸の外周面に、互いの間に二面幅を形成する相対向する少なくとも一対の平坦部が設けられ、外軸の内周面に、内軸の対応する平坦部とそれぞれ係合して内軸と外軸との相対回転量を規制するための規制部が設けられていることを特徴とする伸縮自在シャフト。

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