JP2005313691A - Telescopic shaft for vehicle steering - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a telescopic shaft for vehicle steering that is incorporated in a steering shaft of a vehicle and has a male shaft and a female shaft that are non-rotatable and slidably fitted to each other.
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。 The telescopic shaft of the steering mechanism portion of the automobile is required to absorb the axial displacement generated when the automobile travels and to transmit the displacement and vibration on the steering wheel. Further, in order to obtain an optimum position for the driver to drive the automobile, a function of moving the position of the steering wheel in the axial direction and adjusting the position is required.
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。 In any of these cases, the telescopic shaft is required to reduce the rattling noise, to reduce the rattling on the steering wheel, and to reduce the sliding resistance during the sliding operation in the axial direction. The
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。 For this reason, conventionally, the male shaft of the telescopic shaft is coated with a nylon film, and grease is applied to the sliding portion to absorb or alleviate metal noise, metal hitting sound, etc., and to reduce sliding resistance. The rotation direction play has been reduced.
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。 However, there is a case where wear of the nylon film progresses with the progress of use and the play in the rotational direction increases. In addition, under conditions where the engine room is exposed to high temperatures, the nylon membrane changes in volume, and the sliding resistance may increase remarkably or wear may be significantly accelerated, resulting in increased rotational play. .
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。 For this reason, in Patent Document 1, rolling occurs in the axial relative movement of both shafts between a plurality of pairs of axial grooves formed on the outer peripheral surface of the male shaft and the inner peripheral surface of the female shaft. A torque transmitting member (spherical body) is fitted.
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。 Further, in Patent Document 1, a male shaft and a female shaft are interposed between a pair of axial grooves in a radial direction inside or outside of a spherical body that is a torque transmission member and a pair of axial grooves. A leaf spring, which is an elastic body for preloading, is provided for applying preload to the plate.
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。 As a result, when torque is not transmitted, the spherical body, which is a torque transmitting member, is preloaded to the extent that there is no backlash by the leaf spring, so that backlash between the male shaft and the female shaft is prevented. The male shaft and the female shaft can slide in the axial direction with a stable sliding load without rattling.
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。 In addition, when transmitting torque, the spherical body, which is a torque transmission member, can be constrained in the circumferential direction by a leaf spring, so that the male shaft and female shaft are prevented from rattling in the rotational direction and have high rigidity. Torque can be transmitted in this state.
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。 Moreover, in the structure disclosed in FIG. 1 to FIG. 5 of Patent Document 1, one leaf spring for preloading a set of torque transmission members (spherical bodies) and another set of torque transmission members adjacent in the circumferential direction ( The other leaf spring that preloads the spherical body is connected in the circumferential direction by a web that is an arc-shaped connecting portion extending in the circumferential direction.
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。 This connecting portion (web) is for applying a tensile force or a compressive force to the two leaf springs to generate a preload on the two leaf springs.
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。 In the structure disclosed in FIGS. 6 and 7 of Patent Document 1, a separate elastic body is interposed between the leaf spring and the axial groove without connecting the two leaf springs by the connecting portion (web). Thus, preload is generated in the radial direction.
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。
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。 However, in the structure disclosed in Patent Document 1, first, in order to generate a preload between the male shaft, the spherical body, and the female shaft, the leaf spring changes its curvature and the curvature of the axial groove. It is intervening. Therefore, the leaf spring cannot take a large amount of bending. If there is variation in processing accuracy, this variation in processing accuracy cannot be allowed with this amount of bending of the leaf spring.
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。 Secondly, when torque is input, the male shaft, the leaf spring, the spherical body, and the female shaft narrow each other and transmit torque, so the contact point between the spherical body and the leaf spring is: Very high surface pressure. In other words, a high stress is generated in the leaf spring when torque is transmitted, which causes a “sag” due to the permanent deformation of the leaf spring, making it difficult to maintain the preload performance over a long period of time, and hindering the life of the steering shaft. There is a risk of being.
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。 Third, during torque transmission, the leaf spring slides in the circumferential direction from the axial groove, leading to a decrease in the transmission torque, and the magnitude of hysteresis cannot be controlled, and hysteresis is excessively generated. There is a fear.
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。 Fourth, when no torque is applied, the contact point is not on the same line between the male shaft, spherical body, leaf spring, and female shaft. As a result, not only the linear torsional characteristics required for the steering shaft cannot be obtained, but also there is a possibility that an appropriate hysteresis cannot be obtained.
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。
In
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。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a telescopic shaft for vehicle steering that can reliably prevent rotational backlash and transmit torque in a highly rigid state. To do.
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。
In order to achieve the above object, a telescopic shaft for vehicle steering according to claim 1 of the present invention is incorporated in a steering shaft of a vehicle, and is used for vehicle steering in which a male shaft and a female shaft are fitted non-rotatably and slidably. In the telescopic axis,
The telescopic shaft is
A preload torque transmission unit that transmits the steering torque while preloading between the two shafts when the steering torque is a predetermined value or less;
When the steering torque exceeds a predetermined value, a rigid torque transmission unit that transmits the steering torque by the rigid body contact between the two shafts,
The torsional rigidity generated by the preload torque transmitting unit is 5 Nm / deg or more.
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。
The telescopic shaft for vehicle steering according to
The rigid torque transmission part is
A second torque transmission member is interposed between at least one other groove direction formed on the outer peripheral surface of the male shaft and the inner peripheral surface of the female shaft, respectively.
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。
The telescopic shaft for vehicle steering according to
The second torque transmission member is a sliding body that slides and slides when the both wheels move in the axial direction relative to each other.
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。 The telescopic shaft for vehicle steering according to claim 4 of the present invention is characterized in that the predetermined torsional rigidity is generated by a frictional force between the male shaft and the elastic body.
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。
The telescopic shaft for vehicle steering according to
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。
In the telescopic shaft for vehicle steering according to
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。 As described above, according to the present invention, the torsional rigidity generated in the preload torque transmission unit is 5 Nm / deg or more. Can be suppressed and steering stability can be improved.
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。 Further, by preventing an excessive stress from being generated in the leaf spring, it is possible to suppress the “sag” of the leaf spring and maintain the preload performance required over a long period of time.
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。 Hereinafter, a telescopic shaft for vehicle steering according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(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。
(Overall structure of vehicle steering shaft)
FIG. 1 is a side view of a steering mechanism portion of an automobile to which a vehicle steering telescopic shaft according to an embodiment of the present invention is applied.
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。
In FIG. 1, an upper steering shaft portion 120 (a
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。
Here, the upper
(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。
(Extension shaft with no play and torsional rigidity)
FIG. 2 (a) is a characteristic diagram of the rotation angle and torque when using an expansion / contraction shaft having a conventional structure, and FIG. 2 (b) is a rotation angle and torque for an expansion / contraction shaft without any play. FIG.
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。 FIG. 2A shows the characteristics of a conventional telescopic shaft. In the case of a spline structure, there is always a circumferential play in the vicinity of neutral. The backlash means that there is a region where torque transmission is not performed at all due to the existence of a gap without using a preload mechanism. Therefore, theoretically, the torsional rigidity of this portion is 0 Nm / deg. However, in an actual case, even if there is a gap, “twist” or “falling” occurs between the male shaft and the female shaft. Will be shown. This variation in characteristics is a factor that deteriorates steering stability and is not preferable.
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。 On the other hand, in the characteristics according to the present invention shown in FIG. 2B, a predetermined torsional rigidity (K1) Nm / deg can be maintained in the preload region near the neutral. The torsional rigidity (K1) near neutral in this characteristic is 5 Nm / deg or more. Therefore, when steering is performed in the preload region near the neutral position, torque is transmitted without fail.
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。
That is, as will be described later, the steering torque can be transmitted by the rolling
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。 The torsional rigidity (K1) of 5 Nm / deg is a minimum required torsional rigidity determined based on a steering stability test using a vehicle. When the driver actually steers, the steering speed is said to be 10 Hz or less. That is, when steering at 10 Hz or less, if the torsional rigidity (K1) is 5 Nm / deg or more, stable steering performance can be maintained without feeling a delay in vehicle behavior during steering.
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。
Furthermore, when the steering torque is greater than or equal to a predetermined value, the predetermined torsional rigidity (K2) Nm / deg can be maintained by the contact of the rigid body, so that the steering torque can be transmitted. That is, as will be described later, the steering torque can be transmitted by the
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。
In this case, as will be described later, the angle until the cylindrical body 8 (that is, the stopper pin) starts rotating from the neutral position by the contact of the rigid body is set in the range of 0.01 to 0.25 °. It is. Thereby, by preventing an excessive stress from being generated in the
(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。
(Embodiment)
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the telescopic shaft for vehicle steering according to the embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG. FIG. 5 is a perspective view of a leaf spring that is an elastic body.
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
As shown in FIG. 4, three
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。
Between the
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。
The
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。
A
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。
As shown in FIG. 5, the
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。
The urging
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。
A minute gap (Δ1) is set between the urging
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。
Further, when the
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。
The largest outer shape portion of the R shape of the bent portion (the urging
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。
This is to make the thickness of the bent portion (the urging
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。
As shown in FIGS. 4 and 5, in this embodiment, the spherical body
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。
As shown in FIG. 4, three axial grooves 4 that are equally arranged at intervals of 120 degrees (phase) in the circumferential direction are formed to extend on the outer circumferential surface of the male shaft 1. Correspondingly, three
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。
A plurality of rigid cylindrical bodies 8 (sliding bodies) that slide between the axial grooves 4 of the male shaft 1 and the
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。
A minute gap (Δ2) is set between the
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。
A
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。
That is, in the present embodiment, the
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。
Thereby, the
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。
Further, in the present embodiment, the six
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。
Therefore, when the
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。
At this time, since a gap is provided between the
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。
Furthermore, since the
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。
Furthermore, since the
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。
Further, a lubricant may be applied between the
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。
In the telescopic shaft configured as described above, the
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。
At the time of torque transmission, the
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。
For example, when torque is input from the male shaft 1, since the preload of the
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。
As the torque further increases, the clearance in the rotational direction of the male shaft 1 and
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。
As described above, according to the present embodiment, since the
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。 Thus, according to the present embodiment, it is possible to realize a stable sliding load, reliably prevent backlash in the rotational direction, and transmit torque in a highly rigid state.
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。
The
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。
Since the cylindrical body (hereinafter referred to as a needle roller) 8 receives the load by line contact, it has various effects such as a lower contact pressure than a ball that receives a load by point contact. Therefore, the following items are superior to the case where the entire row has a ball rolling structure.
・ The damping effect at the sliding part is larger than that of the ball rolling structure. Therefore, vibration absorption performance is high.
・ Since the needle roller is in minute contact with the male shaft and the female shaft, the fluctuation range of the sliding load can be kept low, and the vibration due to the fluctuation is not transmitted to the steering.
-If the same torque is transmitted, the needle roller can keep the contact pressure lower, so the axial length can be shortened and the space can be used effectively.
-If the same torque is transmitted, the contact pressure of the needle roller can be kept lower, so that an additional step for curing the axial groove surface of the female shaft by heat treatment or the like is unnecessary.
・ The number of parts can be reduced.
・ Assembly can be improved.
・ Assembly costs can be reduced.
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。
As described above, the needle roller serves as a key for transmitting torque between the male shaft 1 and the
・ Needle rollers are mass-produced products and are very low cost.
-Since the needle roller is polished after heat treatment, it has high surface hardness and excellent wear resistance.
-Since the needle roller is polished, the surface roughness is fine and the coefficient of friction during sliding is low, so the sliding load can be kept low.
-Since the length and arrangement of the needle roller can be changed according to the use conditions, it can be used for various applications without changing the design concept.
・ Depending on the conditions of use, the friction coefficient during sliding may have to be further reduced. At this time, if only the needle roller is surface treated, its sliding characteristics can be changed, so the design philosophy is not changed. Can support various applications.
Since a needle roller having a different outer diameter can be manufactured at a cost of several microns, the gap between the male shaft, the needle roller, and the female shaft can be minimized by selecting the needle roller diameter. Therefore, it is easy to improve the torsional rigidity of the shaft.
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。
In addition, as described above, the
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。
The urging
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。
Accordingly, the
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。
Further, if the spherical body
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。
Further, the
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。
Furthermore, the contact point with the
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。
Accordingly, it is necessary to prevent excessive stress from being generated in the
(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。
(First working example of embodiment)
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the vehicle steering telescopic shaft according to the embodiment of the present invention in a state where no torque load is applied.
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。
In FIG. 6, the chain line indicates the state of the
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。 FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the vehicle steering telescopic shaft according to the embodiment of the present invention in a state where torque load is started.
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。
The first working example is characterized in that the torsional rigidity (K1) is generated by the frictional force between the male shaft 1 and the
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。 In this operation example, by using the frictional force as described above, the load on the leaf spring 9 (repetitive application of high stress to the bent portion) can be reduced, and the spring property can be maintained for a long time. . In addition, since no new parts are added, the cost can be reduced. That is, the structure is sufficient to maintain the minimum required torsional rigidity (5 Nm / deg).
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。
As shown in FIG. 6, by fitting the
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。
Next, since the
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。
In this state, there is a minute gap (Δ1) between the urging
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。
Further, a lubricant such as grease is applied to the
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。
Next, as shown in FIG. 7, when a predetermined steering torque in the direction of the arrow (z) is applied to the male shaft 1, the male shaft 1 → the
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。 At this time, the frictional force on the surface (A) plays an important role. That is, a friction force obtained by multiplying the force (F) pressed in the (x) direction of FIG.
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。
When the torque in the direction of the arrow (z) becomes larger than this frictional force, the
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。
Next, at the same time as this phenomenon, that is, before the groove surface
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。
That is, the contact between the male shaft 1 → the
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。
As described above, in the first working example, the
(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。
(Second working example of embodiment)
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the vehicle steering telescopic shaft according to the embodiment of the present invention in a state where no torque load is applied.
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。
In FIG. 6, the chain line indicates the state of the
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。 FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the vehicle steering telescopic shaft according to the embodiment of the present invention in a state where torque load is started.
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。
The second working example is characterized in that the torsional rigidity (K1) is generated by the frictional force and the biasing force of the male shaft 1 and the
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。
In this example, when the torsional rigidity is tuned (higher torsional rigidity is required), both the frictional force and the urging force generated at the bent portion (the urging
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。
As shown in FIG. 6, by fitting the
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。
Next, since the
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。
In this state, there is a minute gap (Δ1) between the urging
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。
Further, a lubricant such as grease is applied to the
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。
Next, as shown in FIG. 7, when a predetermined steering torque in the direction of the arrow (z) is applied to the male shaft 1, the male shaft 1 → the
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。 At this time, the frictional force on the surface (A) plays an important role. That is, a friction force obtained by multiplying the force (F) pressed in the (x) direction of FIG.
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。
When the torque in the direction of the arrow (z) becomes larger than the frictional force, the
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。
Next, in this example, as the
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。
Next, simultaneously with such a phenomenon, that is, after the groove surface
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。
After that, the
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。
As described above, in the second working example, the elastic contact at the point (C) occurs before the rigid contact at the point (D). That is, the reason why the torsional rigidity is generated with 5 Nm / deg as a minimum value is that the frictional force on the surface (A) and the spring force (applying
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。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation is possible.
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
8 Cylindrical body (needle roller, sliding body)
9 Leaf spring (elastic body)
9a Spherical body side contact part (transmission member side contact part)
9b Groove surface
Claims (6)
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。 In a telescopic shaft for vehicle steering that is incorporated in a steering shaft of a vehicle and has a male shaft and a female shaft that are non-rotatable and slidably fitted.
The telescopic shaft is
A preload torque transmission unit that transmits the steering torque while preloading between the two shafts when the steering torque is a predetermined value or less;
When the steering torque exceeds a predetermined value, a rigid torque transmission unit that transmits the steering torque by the rigid body contact between the two shafts,
A telescopic shaft for vehicle steering, wherein the torsional rigidity generated by the preload torque transmitting portion is 5 Nm / deg or more.
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。 The preload torque transmission unit is
Between the outer circumferential surface of the male shaft and the inner circumferential surface of the female shaft, the first torque transmission member is interposed between the at least one row of axial grooves formed through the elastic body,
The rigid torque transmission part is
The second torque transmission member is interposed between at least one other groove direction formed on the outer peripheral surface of the male shaft and the inner peripheral surface of the female shaft, respectively. Telescopic shaft for vehicle steering as described.
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。 The first torque transmission member is a rolling element that rolls in the axial relative movement of the two shafts,
The telescopic shaft for vehicle steering according to claim 2, wherein the second torque transmission member is a sliding body that slides and slides when the two wheels are axially moved relative to each other.
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