JP2009180322A - 伸縮軸及び伸縮軸を備えたステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラスチック製の保持器を使用することなく、円柱状ピンが軸方向溝の曲がりに追従して移動して、軸方向溝と円滑な接触状態を維持し、摺動抵抗の増大や、円柱状ピンの摩耗を防止するようにした伸縮軸及び伸縮軸を備えたステアリング装置を提供する。
【解決手段】製造上の誤差によって、雌中間シャフト１６Ｂの軸方向溝４１に曲がりがあると、円柱状ピン５３は、その端面５３１が転動可能な球状体５５Ａに案内されて、軸方向溝４１の曲がりに追従して円周方向に移動し、軸方向溝４１と円滑な接触状態を維持する。従って、円柱状ピン５３と軸方向溝４１との間の接触不良による摺動抵抗の増大や、円柱状ピン５３の摩耗が回避され、雄中間シャフト１６Ａは雌中間シャフト１６Ｂに対して円滑に図２の左右方向に移動し、長期にわたって、ガタつきが無く、安定した摺動抵抗で移動する。
【選択図】図２

Description

本発明はステアリング装置、特に、回転トルクを伝達可能で軸方向に相対移動可能な伸縮軸、例えば、中間シャフトやステアリングシャフト等の伸縮軸を有するステアリング装置に関する。

ステアリング装置には、回転トルクを伝達可能に、かつ、軸方向に相対移動可能に連結された伸縮軸が、中間シャフトやステアリングシャフト等として組み込まれている。すなわち、中間シャフトは、車輪の振動をステアリングホイールに伝えないようにするため、及び、ステアリングギヤのラック軸に噛合うピニオンシャフトに、自在継手を締結する際に、一旦縮めてからピニオンシャフトに嵌合させて締結するために、伸縮機能が必要である。

また、ステアリングシャフトは、運転者の体格や運転姿勢に応じて、ステアリングホイールの位置を軸方向に調整する必要があるため、伸縮機能が要求される。また、回転方向のガタつきが無く、高剛性のトルク伝達性能を得るために、雄シャフト側軸方向溝と雌シャフト側軸方向溝との間に、トルク伝達部材として円柱状ピンを挿入した伸縮軸がある。このような円柱状ピンを使用した伸縮軸として、特許文献１に開示されている伸縮軸がある。

特許文献１に開示されている伸縮軸は、雌シャフト側軸方向溝の曲がりに追従して円柱状ピンが円滑な接触状態を得るために、円柱状ピンを直列に配置した複数の円柱状ピンで構成し、複数の円柱状ピンをプラスチック製の保持器で保持することで、隣接する円柱状ピンの直接接触を回避し、保持器の弾性変形により、円柱状ピンが雄シャフト側軸方向溝や雌シャフト側軸方向溝の曲がりに追従するようにしている。

しかし、このような特許文献１の伸縮軸は、プラスチック製の保持器を使用しているため、保持器の耐久性に問題があり、長期間にわたってガタつきの無い伸縮性能を維持することが困難であった。

欧州特許出願公開第１０７８８４３号明細書

本発明は、プラスチック製の保持器を使用することなく、円柱状ピンが軸方向溝の曲がりに追従して移動し、軸方向溝と円滑な接触状態を維持して、摺動抵抗の増大や、円柱状ピンの摩耗を防止するようにした伸縮軸及び伸縮軸を備えたステアリング装置を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、雄シャフト、上記雄シャフトの外周に形成された雄シャフト側軸方向溝、上記雄シャフトに軸方向に相対移動可能にかつ回転トルクを伝達可能に外嵌する雌シャフト、上記雌シャフトの内周に、上記雄シャフト側軸方向溝と同一位相位置に形成された雌シャフト側軸方向溝、上記雄シャフト側軸方向溝と雌シャフト側軸方向溝との間に、軸方向に転動可能に挿入された複数の球状体、上記球状体と雄シャフト側軸方向溝との間、及び、上記球状体と雌シャフト側軸方向溝との間に予圧を付与する付勢部材、上記雄シャフトと雌シャフトとの嵌合部に、上記雄シャフト側軸方向溝及び雌シャフト側軸方向溝とは異なる位相位置に形成された少なくとも一対の別の雄シャフト側軸方向溝及び雌シャフト側軸方向溝に直列に挿入され、上記雄シャフトと雌シャフトとの間で回転トルクを伝達する複数の円柱状ピン、上記隣接する円柱状ピンの対向する端面の間に介挿された球状体を備えたことを特徴とする伸縮軸である。

第２番目の発明は、第１番目の発明の伸縮軸において、上記円柱状ピンの端面には、上記球状体に接触する円錐状の凹部が形成されていることを特徴とする伸縮軸である。

第３番目の発明は、第１番目または第２番目のいずれかの発明の伸縮軸において、上記雄シャフトが雄中間シャフトであり、上記雌シャフトが雌中間シャフトであることを特徴とする伸縮軸である。

第４番目の発明は、第３番目の発明の伸縮軸を備えたことを特徴とするステアリング装置である。

本発明の伸縮軸及びステアリング装置では、雄シャフト側軸方向溝及び雌シャフト側軸方向溝に直列に挿入され、雄シャフトと雌シャフトとの間で回転トルクを伝達する複数の円柱状ピンと、隣接する円柱状ピンの対向する端面の間に介挿された球状体を備えている。

従って、円柱状ピンは球状体に案内されて、軸方向溝の曲がりに追従して移動して、軸方向溝と円滑な接触状態を維持し、摺動抵抗の増大や、円柱状ピンの摩耗が防止され、プラスチック製の保持器を使用しないため、長期間にわたってガタつきの無い伸縮性能を維持する。

以下、図面に基づいて本発明の実施例１から実施例２を説明する。

図１は、本発明のステアリング装置の全体を示し、一部を断面した側面図であって、操舵補助部を有する電動パワーステアリング装置に適用した実施例を示す。図２は本発明の実施例１のステアリング装置を示す図１の要部の拡大図であって、中間シャフトの伸縮部に適用した例を示す拡大縦断面図である。図３（１）は図２のＡ−Ａ拡大断面図であり、図３（２）は図３（１）の軸方向溝５４近傍の拡大断面図である。

図１に示すように、本発明のステアリング装置は、車体後方側（図１の右側）にステアリングホイール１１を装着可能なステアリングシャフト１２と、このステアリングシャフト１２を挿通したステアリングコラム１３と、このステアリングシャフト１２に補助トルクを付与する為のアシスト装置（操舵補助部）２０と、このステアリングシャフト１２の車体前方側（図１の左側）に、図示しないラック／ピニオン機構を介して連結されたステアリングギヤ３０とを備えている。

ステアリングシャフト１２は、雌ステアリングシャフト１２Ａと雄ステアリングシャフト１２Ｂとを、回転トルクを伝達可能に、かつ軸方向に関して相対移動可能にスプライン嵌合している。従って、上記雌ステアリングシャフト１２Ａと雄ステアリングシャフト１２Ｂとは、衝突時に、このスプライン嵌合部が相対移動して、全長を縮めることができる。

また、上記ステアリングシャフト１２を挿通した筒状のステアリングコラム１３は、アウターコラム１３Ａとインナーコラム１３Ｂとをテレスコピック移動可能に組み合わせており、衝突時に軸方向の衝撃が加わった場合に、この衝撃によるエネルギを吸収しつつ全長が縮まる、所謂コラプシブル構造としている。

そして、上記インナーコラム１３Ｂの車体前方側端部を、ギヤハウジング２１の車体後方側端部に圧入嵌合して固定している。また、上記雄ステアリングシャフト１２Ｂの車体前方側端部を、このギヤハウジング２１の内側に通し、アシスト装置２０の図示しない入力軸の車体後方側端部に連結している。

ステアリングコラム１３は、その中間部を支持ブラケット１４により、ダッシュボードの下面等、車体１８の一部に支承している。また、この支持ブラケット１４と車体１８との間に、図示しない係止部を設けて、この支持ブラケット１４に車体前方側に向かう方向の衝撃が加わった場合に、この支持ブラケット１４が上記係止部から外れ、車体前方側に移動するようにしている。

また、上記ギヤハウジング２１の上端部も、上記車体１８の一部に支承している。また、本実施例の場合には、チルト機構及びテレスコピック機構を設けることにより、上記ステアリングホイール１１の高さ位置、及び、車体前後方向位置の調節を自在としている。このようなチルト機構及びテレスコピック機構は、従来から周知であり、本発明の特徴部分でもない為、詳しい説明は省略する。

上記ギヤハウジング２１の車体前方側端面から突出した出力軸２３は、自在継手１５を介して、中間シャフト１６の後端部に連結している。また、この中間シャフト１６の前端部に、別の自在継手１７を介して、ステアリングギヤ３０の入力軸３１を連結している。中間シャフト１６は、雄中間シャフト（雄シャフト）１６Ａの車体前方側に、雌中間シャフト（雌シャフト）１６Ｂの車体後方側が外嵌し、回転トルクを伝達可能に、かつ、軸方向に関して相対移動可能に嵌合している。

図示しないピニオンが、入力軸３１に結合している。また、ステアリングギヤ３０に往復摺動可能に内嵌された図示しないラックが、このピニオンに噛み合っており、ステアリングホイール１１の回転が、タイロッド３２を移動させて、図示しない車輪を操舵する。

アシスト装置２０のギヤハウジング２１には、電動モータ２６のケース２６１が固定され、この電動モータ２６の図示しない回転軸にウォームが結合されている。出力軸２３には図示しないウォームホイールが取り付けられ、このウォームホイールに電動モータ２６の回転軸のウォームが噛合っている。

また、出力軸２３の軸方向長さの中間部の周囲には、図示しないトルクセンサが設けられている。上記ステアリングホイール１１からステアリングシャフト１２に加えられるトルクの方向と大きさを、トルクセンサで検出している。

このトルクセンサの検出値に応じて、電動モータ２６を駆動し、ウォームとウォームホイールから成る減速機構を介して、出力軸２３に、所定の方向に所定の大きさで補助トルクを発生させる。このアシスト装置２０は電動式のアシスト装置に限られるものではなく、ステアリングギヤ３０等に設けられる油圧式のアシスト装置でもよい。

図２から図３は、本発明の実施例１の伸縮軸の連結部を示し、図１の中間シャフト１６の雄中間シャフト１６Ａと雌中間シャフト１６Ｂとの連結部に適用した例を示す。

図２から図３に示すように、雌中間シャフト（雌シャフト）１６Ｂの車体後方側（図２の右側）が、雄中間シャフト（雄シャフト）１６Ａの車体前方側（図２の左側）に外嵌して連結されている。雌中間シャフト１６Ｂは中空円筒状に形成されており、その内径孔４０の内周上には、軸直角断面が略半円形の軸方向溝（雌シャフト側軸方向溝）４１が、伸縮ストロークの全長にわたって、等間隔（６０度間隔）に６個形成されている。

また、雄中間シャフト１６Ａの車体前方側は中実円柱状に形成されており、車体前方側から、直径寸法が大径の大径軸部５０と、直径寸法が大径軸部５０よりも小径の小径軸部５１の順に形成されている。

雄中間シャフト１６Ａの大径軸部５０の外周上には、軸直角断面が略半円形の３個の軸方向溝（雄シャフト側軸方向溝）５２が、大径軸部５０のほぼ軸方向全長にわたって、等間隔（１２０度間隔）で形成されている。

この雄中間シャフト１６Ａの３個の軸方向溝５２と、雌中間シャフト１６Ｂの３個の軸方向溝４１とで形成される円柱状の空間に、回転トルク伝達部材としての中実の円柱状ピン（針状ころ）５３が挿入されている。円柱状ピン５３は、雄中間シャフト１６Ａの軸方向溝５２に直列に３個挿入され、隣接する円柱状ピン５３の対向する端面５３１、５３１の間に、金属製の球状体（ボール）５５Ａが介挿されている。

円柱状ピン５３の外径寸法は、雄中間シャフト１６Ａの軸方向溝５２と、雌中間シャフト１６Ｂの軸方向溝４１とで形成される円柱状の空間の内径寸法よりも、若干小径に形成されている。

雄中間シャフト１６Ａの大径軸部５０の外周上には、隣接する軸方向溝５２、５２の中間位置に、軸直角断面が略台形の３個の軸方向溝（雄シャフト側軸方向溝）５４が、大径軸部５０のほぼ軸方向全長にわたって、等間隔（１２０度間隔）で形成されている。

この略台形の３個の軸方向溝５４と、雌中間シャフト１６Ｂの同一位相にある３個の軸方向溝４１とで形成される空間に、転動体としての複数（５個）の金属製の球状体（ボール）５５Ｂが挿入されている。金属製の球状体５５Ａ、５５Ｂの材質は、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３、ＳＣＭ４２０Ｈ等の軸受鋼が望ましい。

この略台形の３個の軸方向溝５４と球状体５５Ｂとの間には、予圧付与部材としての板バネ（付勢部材）５６が挿入されている。図３（２）に詳細に示すように、軸方向溝５４は、球状体５５Ｂの直径よりも幅の広い底壁５４１と、この底壁５４１の両端からＶ字形に上方に延びる側壁５４２、５４２で構成されている。板バネ５６は、軸方向溝５４の軸方向の全長と略同一長さを有し、軸方向溝５４と球状体５５Ｂとの間に、弾性変形して挿入されている。

板バネ５６は、軸方向溝５４の底壁５４１に当接する底板５６１と、この底板５６１の両端からＶ字形に上方に延び、球状体５５Ｂに各々当接する側板５６２、５６２で構成されている。また、側板５６２、５６２の上端には円弧状に外側に折り曲げられた折り返し部５６３、５６３が形成され、折り返し部５６３から底壁５４１に向かって下方に延びる当接部５６４、５６４が形成され、この当接部５６４が、軸方向溝５４の側壁５４２に当接している。

この板バネ５６の側板５６２、５６２、折り返し部５６３、５６３、当接部５６４、５６４が弾性変形して、球状体５５Ｂと軸方向溝５４との間のガタを吸収する。円柱状ピン５３と軸方向溝４１及び軸方向溝５２との間には、微少な隙間がある。雌中間シャフト１６Ｂと雄中間シャフト１６Ａが回転方向に微少角度相対変位した時に、円柱状ピン５３が軸方向溝４１と軸方向溝５２に当接するようになっている。

板バネ５６は、球状体５５Ｂと略台形の軸方向溝５４との間に圧縮された状態で挿入されて、軸方向溝５４、球状体５５Ｂ、軸方向溝４１との間に、板バネ５６の弾性変形による付勢力（所定の予圧）を付与している。

雄中間シャフト１６Ａの大径軸部５０の軸端（車体前方端）に形成された小径軸部５７には、円盤形のワッシャー５８、円盤形のバネ板５９、円盤形のワッシャー６０が、車体後方側からこの順で外嵌されている。小径軸部５７の車体前方端はカシメ加工され、バネ板５９によって、車体後方側のワッシャー５８に、車体後方側（図２の右側）への付勢力を付与している。

ワッシャー５８の車体後方側の端面は、３個の円柱状ピン５３のうちの最も車体前方側の円柱状ピン５３の車体前方側の端面５３１に当接して、円柱状ピン５３に車体後方側（図２の右側）への付勢力を付与し、隣接する円柱状ピン５３の対向する端面５３１、５３１に、球状体５５Ａを常時密着させている。

軸方向溝５２の車体後方端には、雄中間シャフト１６Ａの軸線に対して直交する壁が形成されていて、３個の円柱状ピン５３のうちの最も車体後方側の円柱状ピン５３の車体後方側の端面５３１を受けている。また、３個の円柱状ピン５３の車体後方端及び車体前方端の外周は、クラウニングまたはテーパー形状になっており、端部側に向かって縮径している。

雌中間シャフト１６Ｂの車体後方側端部には小径円筒部４４が形成され、小径円筒部４４の外周４４１には、薄肉円筒状のワイパー取り付け板４２の内周４２１が圧入されている。ワイパー取り付け板４２は、小径円筒部４４の車体後方側端面４４２で、雄中間シャフト１６Ａの軸心に向かってＬ字形に折り曲げられて、折り曲げ部４２２が形成されている。

折り曲げ部４２２にはゴム製等のワイパー４３が固定され、このワイパー４３が、小径軸部５１の外周５１１上を摺動して、雌中間シャフト１６Ｂと雄中間シャフト１６Ａの嵌合部内に塵埃が浸入することを防止している。ワイパー取り付け板４２は、鉄製の薄板をプレスで成形して製造され、ワイパー取り付け板４２の内周４２１の車体前方端を小径円筒部４４の外周４４１に圧入する。

ステアリング装置の車体１８への組み付け作業が終了した後、雄中間シャフト１６Ａを雌中間シャフト１６Ｂに対して図２の左右方向に移動させると、球状体５５Ｂが回転し、球状体５５Ｂが軸方向溝５４に沿って転動しながら、車体後方側（右方向）または車体前方側（左方向）に移動する。

製造上の誤差によって、雄中間シャフト１６Ａの軸方向溝５２と雌中間シャフト１６Ｂの軸方向溝４１との間に曲がりがあると、円柱状ピン５３は、その端面５３１、５３１が転動可能な球状体５５Ａに案内されて、軸方向溝５２及び軸方向溝４１の曲がりに追従して円周方向に移動し、円柱状ピン５３は、軸方向溝５２及び軸方向溝４１と円滑な接触状態を維持する。

従って、円柱状ピン５３と軸方向溝５２及び軸方向溝４１との間の接触不良による摺動抵抗の増大や、円柱状ピン５３の摩耗が回避され、雄中間シャフト１６Ａは雌中間シャフト１６Ｂに対して円滑に図２の左右方向に移動する。また、プラスチック製の保持器を使用しないため、長期にわたって、ガタつきが無く、雄中間シャフト１６Ａは雌中間シャフト１６Ｂに対して安定した摺動抵抗で移動する。

ステアリングホイール１１を回転操作すると、雄中間シャフト１６Ａと雌中間シャフト１６Ｂとの間に回転トルクが加わる。回転トルクが小さい時には、板バネ５６、球状体５５Ｂを介して、雄中間シャフト１６Ａの軸方向溝５４と雌中間シャフト１６Ｂの軸方向溝４１との間で回転トルクが伝達される。

雄中間シャフト１６Ａと雌中間シャフト１６Ｂとの間の回転トルクが大きくなるに従って、球状体５５Ｂに加わる予圧が増大する。この時、板バネ５６の弾性変形量が、円柱状ピン５３と軸方向溝４１及び軸方向溝５２との間の微少な隙間量と同一になる。その結果、円柱状ピン５３の外周が、軸方向溝４１及び軸方向溝５２に同時に当接して、回転トルクを伝達する。

次に本発明の実施例２について説明する。図４は本発明の実施例２のステアリング装置を示す図１の要部の拡大図であって、中間シャフトの伸縮部に適用した例を示す拡大縦断面図である。図５（１）は図４のＢ−Ｂ拡大断面図であり、図５（２）は図４の円柱状ピンの斜視図である。以下の説明では、上記実施例１と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、上記実施例１と同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例２は、実施例１の変形例であり、円柱状ピン５３の端面５３１、５３１に、球状体５５Ａに接触する円錐状の凹部を形成した例である。すなわち、図４、図５に示すように、３個の円柱状ピン５３の車体前方側の端面５３１と車体後方側の端面５３１の軸心には、円錐状の凹部５３２、５３２が形成されている。実施例２のその他の構造は、実施例１と同様である。

実施例２では、隣接する円柱状ピン５３の端面５３１、５３１の円錐状の凹部５３２、５３２に挟まれて、球状体５５Ａの半径方向の位置が保持される。従って、球状体５５Ａは、雄中間シャフト１６Ａの軸方向溝５２と雌中間シャフト１６Ｂの軸方向溝４１とで形成される円柱状の空間に、ガタつき無く保持される。

また、実施例１と同様に、製造上の誤差によって、雄中間シャフト１６Ａの軸方向溝５２と雌中間シャフト１６Ｂの軸方向溝４１に曲がりがあると、円柱状ピン５３は、その端面５３１、５３１が球状体５５Ａに案内されて、軸方向溝５２及び軸方向溝４１の曲がりに追従して円周方向に移動し、円柱状ピン５３は、軸方向溝５２及び軸方向溝４１と円滑な接触状態を維持する。

上記実施例１から実施例２は、中間シャフト１６に本発明を適用した例について説明したが、ステアリングシャフト１２等、ステアリング装置を構成する任意の伸縮軸に適用することができる。また上記実施例では、雌中間シャフト１６Ｂの車体後方側が、雄中間シャフト１６Ａの車体前方側に外嵌して連結されているが、雌中間シャフト１６Ｂの車体前方側に、雄中間シャフト１６Ａの車体後方側を内嵌して連結してもよい。

本発明のステアリング装置の全体を示し、一部を断面した側面図であって、操舵補助部を有する電動パワーステアリング装置に適用した実施例を示す。 本発明の実施例１のステアリング装置を示す図１の要部の拡大図であって、中間シャフトの伸縮部に適用した例を示す拡大縦断面図である。 （１）は図２のＡ−Ａ拡大断面図であり、（２）は図３（１）の軸方向溝５４近傍の拡大断面図である。 本発明の実施例２のステアリング装置を示す図１の要部の拡大図であって、中間シャフトの伸縮部に適用した例を示す拡大縦断面図である。 （１）は図４のＢ−Ｂ拡大断面図であり、（２）は図４の円柱状ピンの斜視図である。

符号の説明

１１ ステアリングホイール
１２ ステアリングシャフト
１２Ａ 雌ステアリングシャフト
１２Ｂ 雄ステアリングシャフト
１３ ステアリングコラム
１３Ａ アウターコラム
１３Ｂ インナーコラム
１４ 支持ブラケット
１５ 自在継手
１６ 中間シャフト
１６Ａ 雄中間シャフト
１６Ｂ 雌中間シャフト
１７ 自在継手
１８ 車体
２０ アシスト装置
２１ ギヤハウジング
２３ 出力軸
２６ 電動モータ
２６１ ケース
３０ ステアリングギヤ
３１ 入力軸
３２ タイロッド
４０ 内径孔
４１ 軸方向溝（雌シャフト側軸方向溝）
４２ ワイパー取り付け板
４２１ 内周
４２２ 折り曲げ部
４３ ワイパー
４４ 小径円筒部
４４１ 外周
４４２ 車体後方側端面
５０ 大径軸部
５１ 小径軸部
５１１ 外周
５２ 軸方向溝（雄シャフト側軸方向溝）
５３ 円柱状ピン（針状ころ）
５３１ 端面
５３２ 凹部
５４ 軸方向溝（雄シャフト側軸方向溝）
５４１ 底壁
５４２ 側壁
５５Ａ 球状体（ボール）
５５Ｂ 球状体（ボール）
５６ 板バネ
５６１ 底板
５６２ 側板
５６３ 折り返し部
５６４ 当接部
５７ 小径軸部
５８ ワッシャー
５９ バネ板
６０ ワッシャー

Claims (4)

1. 雄シャフト、
   上記雄シャフトの外周に形成された雄シャフト側軸方向溝、
   上記雄シャフトに軸方向に相対移動可能にかつ回転トルクを伝達可能に外嵌する雌シャフト、
   上記雌シャフトの内周に、上記雄シャフト側軸方向溝と同一位相位置に形成された雌シャフト側軸方向溝、
   上記雄シャフト側軸方向溝と雌シャフト側軸方向溝との間に、軸方向に転動可能に挿入された複数の球状体、
   上記球状体と雄シャフト側軸方向溝との間、及び、上記球状体と雌シャフト側軸方向溝との間に予圧を付与する付勢部材、
   上記雄シャフトと雌シャフトとの嵌合部に、上記雄シャフト側軸方向溝及び雌シャフト側軸方向溝とは異なる位相位置に形成された少なくとも一対の別の雄シャフト側軸方向溝及び雌シャフト側軸方向溝に直列に挿入され、上記雄シャフトと雌シャフトとの間で回転トルクを伝達する複数の円柱状ピン、
   上記隣接する円柱状ピンの対向する端面の間に介挿された球状体を備えたこと
   を特徴とする伸縮軸。
2. 請求項１に記載された伸縮軸において、
   上記円柱状ピンの端面には、上記球状体に接触する円錐状の凹部が形成されていること
   を特徴とする伸縮軸。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載された伸縮軸において、
   上記雄シャフトが雄中間シャフトであり、
   上記雌シャフトが雌中間シャフトであること
   を特徴とする伸縮軸。
4. 請求項３に記載された伸縮軸を備えたこと
   を特徴とするステアリング装置。

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