JP2011073543A

JP2011073543A - 車両ステアリング用伸縮軸

Info

Publication number: JP2011073543A
Application number: JP2009226275A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Moriyama; 誠一森山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: JP5347881B2

Abstract

【課題】車両のステアリング用伸縮軸の小型化を実現し、低コストを実現する。
【解決手段】車両のステアリングシャフトに組込み、雄軸と雌軸をトルク伝達可能に且つ軸方向に相対移動可能に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸は、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、転動体を嵌合し、前記雄軸と前記雌軸との軸方向相対移動の際には弾性変形する弾性部材を介して、前記雄軸と前記雌軸を結合する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両ステアリング用伸縮軸に関するものである。

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。また、その他のケースとして操舵軸継手をピニオンシャフト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に嵌合させ締結させるための伸縮機能が必要とされる場合がある。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、摩粍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。

この部分の改善の先行技術としては、特許文献１があり、これは、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）が嵌合してある構成となっている。

さらに、この独国特許では、トルク伝達部材（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（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（板バネ）が設けてある。

これにより、トルク非伝達時（摺動時）には、板バネにより、トルク伝達部材（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（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というものである。

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を満たすためには、２〜３ｍｍ程度の伸縮が必要とされ、操舵軸継手をピニオンシャフト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に嵌合させ締結させるための伸縮機能を満たすには３０ｍｍ程度の伸縮が必要とされる。

しかしながら、この先行技術には、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と、操舵軸継手をピニオンシャフト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に嵌合させ締結させるための伸縮機能を、同時に満たすために伸縮軸が大型化しコストが嵩むという問題が有った。

独国特許ＤＥ３７３０３９３Ｃ２号公報

本発明は、伸縮軸を小型化するとともに、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に優れるステアリング伸縮軸を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、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、雄軸と雌軸をトルク伝達可能に且つ軸方向に相対移動可能に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸において、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、転動体を嵌合し、前記雄軸と前記雌軸との軸方向相対移動の際には弾性変形する弾性部材を介して、前記雄軸と前記雌軸を結合することを特徴とする。

このように、本発明の請求項１によれば、雄軸と雌軸は、安定した摺動荷重で軸方向に摺動することができる。さらに、弾性部材により雄軸と雌軸を軸方向に結合しているため、軸方向力が入ったときには雄軸と雌軸は摺動し、軸方向力が弱くなると雄軸と雌軸を元の軸方向位置に戻そうとする力を発生させる。

本発明の請求項２に係る車両ステアリング用伸縮軸は、前記弾性部材は、前記雄軸の外周面に外嵌する内環と、前記雌軸の外周面に外嵌する外環と、前記内環と前記外環を連結する弾性体から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、前記雌軸は、カルダン軸継手のヨークに一体となり、前記雄軸は、シャフトクランプに一体とな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、前記雌軸は、シャフトクランプ等に受け入れられて結合するシャフトに一体となり、前記雄軸は、シャフトクランプに一体となることを特徴とする。

本発明によれば、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を満たす軸方向変位を可能とした上で、伸縮軸の小型化を実現することができ、低コストを実現することができる。

本発明の実施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概略的側面図である。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縦断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。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縦断面図である。

（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部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に操舵軸継手部１０８を介して連結されたピニオンシャフト部１０９と、ピニオンシャフト部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。

車体側のメンバ１００と車体の別のフレーム１１０の間のシャフト部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。

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。

（第１実施の形態）
図２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縦断面図である。図１におけるユニバーサルジョイント部１０６または操舵軸継手部１０８が本発明の第１実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸に相当する。
図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。

図２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。

雌軸２は、カルダン軸継手２０のヨーク２１に一体としてある。雄軸１は、シャフト（入力軸または出力軸）の端部を受け入れて結合するためのシャフトクランプ２２を備えている。

図３に示すように、雄軸１の外周面には、周方向に６０度間隔で等配した軸方向溝３が延在して形成してある。対応して雌軸２の内周面にも、周方向に６０度間隔で等配した軸方向溝４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４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５（転動体、ボール）が転動自在に微小隙間ないし弱締め代をもって介装してある。なお、雄軸１の軸方向溝３と雌軸２の軸方向溝４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の端部には、ストッパー部６が形成してある。このストッパー部６により、球状体５の脱落を防止している。

雌軸２の端部と雄軸１との間に、内環３１と外環３２の間にゴム３３を充填した弾性部材３０が設けてある。内環３１は、その内周面が雄軸１に外嵌固定されており、また外環３２は、その内周面が雌軸２に外嵌固定されている。

以上のように、球状体５の雄軸１の軸方向一側は、雄軸１に設けたストッパー部６により、軸方向の移動が規制してある一方、球状体５の雄軸１の軸方向他側は、弾性部材３０に当接して、軸方向の移動が規制してある。

軸方向に伸縮運動をする際には、雄軸１の軸方向溝３と雌軸２の軸方向溝４との間で球状体５が転動する。また、内環３１と外環３２に軸方向力が掛かりゴム３３が弾性変形する。軸方向力が無くなると、ゴム３３が元の位置に戻る働きをすることで雄軸１と雌軸２の軸方向位置が元の位置に戻ることになる。

トルクが負荷されると、雄軸１の軸方向溝３と球状体５と雌軸２の軸方向溝４との間でトルクを受けるようになる。

このように、本実施形態によれば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を満たす２〜３ｍｍ程度の伸縮を可能とした上で、伸縮軸の小型化を実現することができ、低コストを実現することができる。

（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縦断面図である。図１におけるピニオンシャフト部１０９が本発明の第２実施の形態に係る車両ステアリング用伸縮軸に相当する。

本第２実施の形態は、上述した第１実施の形態と略同様であり、雌軸２は、シャフトクランプ等に受け入れられて結合するためのシャフト２３に一体としてある。

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。
実施例では、雄軸１の軸方向溝３と雌軸２の軸方向溝４を周方向に６０度間隔で等配したそれぞれ６個の溝を形成したが、周方向に１８０度間隔で等配しそれぞれ２個の溝を形成してもよいし、周方向に１２０度間隔で等配しそれぞれ３個の溝を形成してもよいし、周方向に９０度間隔で等配しそれぞれ４個の溝を形成してもよい。

実施例では、弾性部材３０にはゴムを用いたが、内環３１と外環３２の間を金属で連結して、金属の弾性を利用したものでもよい。

本発明は、車両のステアリング装置用の伸縮軸として好適に利用できる。

1 雄軸
2 雌軸
3 軸方向溝
4 軸方向溝
5 球状体
6 ストッパー部
20 カルダン軸継手
21 ヨーク
23 シャフト
30 弾性部材
31 内環
32 外環
33 ゴム

Claims

車両のステアリングシャフトに組込み、雄軸と雌軸をトルク伝達可能に且つ軸方向に相対移動可能に嵌合した車両ステアリング用伸縮軸において、
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、転動体を嵌合し、
前記雄軸と前記雌軸との軸方向相対移動の際には弾性変形する弾性部材を介して、前記雄軸と前記雌軸を結合することを特徴とする車両ステアリング用伸縮軸。
前記弾性部材は、前記雄軸の外周面に外嵌する内環と、前記雌軸の外周面に外嵌する外環と、前記内環と前記外環を連結する弾性体から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。
前記雌軸は、カルダン軸継手のヨークに一体となり、前記雄軸は、シャフトクランプに一体となることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両ステアリング用伸縮軸。
前記雌軸は、シャフトクランプ等に受け入れられて結合するシャフトに一体となり、前記雄軸は、シャフトクランプに一体となることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両ステアリング用伸縮軸。