JP2005028996A - 車両ステアリング装置用の軸継手装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵トルクの変動が少なくて、防振性能がよい、製造コストの安い車両ステアリング装置用の軸継手装置を提供することを課題とする。
【解決手段】軸継手装置１は、ハンドル５１につながる上側、及び車体側操舵機構６に接続される下側に等速ボール自在継手２、２、中間にはこれらの軸継手を結ぶ中間軸３を備えている。中間軸３は、上部中間軸３１と下部中間軸３２とに分離しており、この間にラバーカップリングからなる緩衝カップリング３０が設けられている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの異なる向きの軸間に回転を伝達するための軸継手装置に関し、特に車両ステアリング装置用の軸継手装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一直線上にない２つの軸間に回転、あるいは動力を伝達するために、自在軸継手装置が使用される。カルダンジョイント、フックジョイント、クロスジョイントなどと呼ばれる十字軸自在継手は、２つの軸を、十字状の４つの軸部を持つ十字部材を介して結合したものであり、この軸部は互いに反対側にある２つがそれぞれの軸のヨークに軸受されているものである。
【０００３】
等速ボール自在継手は、外側継手部材の内面とこれに嵌る内側継手部材の外面のそれぞれに形成された案内溝に、トルク伝達ボールを介在させて、これら内側、外側継手部材が設けられた２軸間に動力を伝達するものである。
【０００４】
等速ボール自在継手は、交差角がある場合でも２つの軸間の回転が等速となるのに対し、上記十字軸自在継手は、交差角がある場合２つの軸間の回転は等速とならないという機構学上からくる欠点を有する。この欠点をなくすため、十字軸自在継手を軸継手装置として使用するとき、多くの場合中間軸を挟んで２組を組み合わせ対として使用される。このとき、それぞれの交差角を等しくするとともに２つの十字部材の回転方向の位相が所定の関係になるように組み立てる必要がある。
【０００５】
車両のステアリング装置では、路面からの振動がハンドル（ステアリングホィール）に伝達されると操舵フィーリングを悪化させる。このため、緩衝装置を設けて路面からの振動がハンドルに伝達されないような工夫がなされている。このような振動対策としての緩衝装置は、通常、２軸間に防振ゴムを介在させたラバーカップリング装置が使用される。ラバーカップリング装置を軸継手装置の中間軸に設けた場合、その構造から捩り剛性が比較的低いため、ハンドルを強い力で回転させると、ラバーカップリング装置が大きく捩れることになる。このため、上述した２つの十字部材の回転方向の位相がずれることになり、十字軸自在継手を組み合わせたことによって得られるはずの等速性が損なわれ、結果として伝達トルクの変動をきたす。これも操舵フィーリングを悪化させる。
【０００６】
さらに、ラバーカップリング装置は、防振ゴムと他の部品を組み立てたものであり、関係する部品点数が多いため、比較的大きな制作誤差を伴う。この誤差があるため、十字軸自在継手をその位相を考慮して組み合わせることによって得られるはずの等速性が損なわれ、さらに伝達トルクの変動、操舵フィーリングの悪化へとつながる。ラバーカップリング装置とこれと関係する部品の精度を向上させること、あるいは、個々の部品の組み合わせを選択して組み立てること（マッチング）で、一応の解決をみるがコストの点から望ましいものではない。防振ゴム体には一定以上の捩れに対して働くストッパーが設けられているが、精度向上を図るためにこのストッパー角を小さくすると、防振性能の点で満足できるものを得るのが困難となるという問題もある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００ー２５７６４５号公報
【特許文献２】
実公平７−４３４９４号公報
【特許文献３】
実公平３−２５４４５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされた発明であって、操舵トルクの変動が少なくて、防振性能がよい、製造コストの安い車両ステアリング装置用の軸継手装置を提供することを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の手段により解決される。すなわち、第１番目の発明の解決手段は、ステアリングホィールからの回転を伝達するための入力軸、上部中間軸、下部中間軸及びこれらを結合する緩衝カップリングを備えた中間軸、車輌側の操舵機構を駆動するための出力軸、および、上記入力軸と上記上部中間軸との間、及び、上記下部中間軸と上記出力軸との間を結合するそれぞれの自在継手を備えた車両ステアリング装置用の軸継手装置であって、上記自在継手は、ともに等速ボール自在継手であることを備えた車両ステアリング装置用の軸継手装置である。
【００１０】
第２番目の発明の解決手段は、ステアリングホィールからの回転を伝達するための入力軸、上部中間軸、下部中間軸及びこれらを結合する緩衝カップリングを備えた中間軸、車輌側の操舵機構を駆動するための出力軸、および、上記入力軸と上記上部中間軸との間、及び、上記下部中間軸と上記出力軸との間を結合するそれぞれの自在継手を備えた車両ステアリング装置用の軸継手装置であって、上記自在継手の一方は等速ボール自在継手、他方は十字軸自在継手であることを特徴とする車両ステアリング装置用の軸継手装置である。
【００１１】
第３番目の発明の解決手段は、第２番目の発明の車両ステアリング装置用の軸継手装置において、上記等速ボール自在継手の交差角は、上記十字軸自在継手の交差角よりも大きく選ばれていることを特徴とする車両ステアリング装置用の軸継手装置である。
【００１２】
第４番目の発明の解決手段は、第１番目から第３番目までの発明の車両ステアリング装置用の軸継手装置において、上記緩衝カップリングは、緩衝材としてゴムを用いたラバーカップリングであることを特徴とする車両ステアリング装置用の軸継手装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
第１実施例
図１は、本発明が適用された自動車の操舵機構全体を示す説明図である。この図には、車体側操舵機構６から上の部分が示されている。車体本体９１には、ステアリングコラム５２が調整レバー５２２によってその傾斜が調整可能に固定されている。ステアリングコラム５２は内部を貫通するホィールシャフト５２１が回転自在に支持されており、ハンドル５１は、ホィールシャフト５２１の上端に固定される。他端、すなわちステアリングコラム５２の下端側には、軸継手装置１が結合されている。
【００１４】
軸継手装置１は、上側、及び下側に等速ボール自在継手２、２、中間にはこれらの軸継手を結ぶ中間軸３を備えている。各等速ボール自在継手２は、締め付けボルト２１によって、ホィールシャフト５２１および車体側操舵機構６の入力軸６１にそれぞれに結合される。交差角αおよびβは等速ボール自在継手２の交差角であって、中間軸３の中心軸線に対して、ホィールシャフト５２１および入力軸６１の中心軸線がそれぞれがなす角である。中間軸３は緩衝カップリング３０を備えている。
【００１５】
図２は、第１実施例の軸継手装置１の説明図であって、（Ａ）は一部断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ断面図、（Ｄ）はＤ−Ｄ断面図である。
【００１６】
軸継手装置１は以下のようになっている。中間軸３の両端には、等速ボール自在継手２の一部をなす内側継手部分２２がそれぞれ形成されている。
【００１７】
等速ボール自在継手２の内側継手部分２２の先端近傍は球状に形成されており、更にこの球面にボール案内溝２２１が形成されている。一方、外部継手部材２３は球状の凹所を備えた外側継手部分２３９を有し、この凹所にボール案内溝２３１が形成されている。２つのボール案内溝２２１、２３１は、ともに中間軸３および外部継手部材２３の軸方向に沿って伸びており、これらの溝内には共通のトルク伝達ボール２４が転動可能に嵌合することにより内側継手部分２２と外部継手部材２３が回転に関して結合する。
【００１８】
内側継手部分２２の球面と相補的内面を備えたボール保持器２５は、トルク伝達ボール２４を保持しながらこの球面中心回りに回転可能となっている。内側継手部分２２と外側継手部分２３９との境界近傍は、柔軟なカバーをなすブーツ２６によって覆われており、外部から塵埃が侵入するのを防止している。
【００１９】
外部継手部材２３は、ホィールシャフト５２１及び車体側操舵機構６の入力軸６１にそれぞれ固定するためのシャフト孔２７を有しており、このシャフト孔２７にはスリ割り２７１が設けられている。スリ割り２７１の両サイドに形成されたバカ孔２７３とボルト孔２７２に締め付けボルト２１を螺合させて、外部継手部材２３をホィールシャフト５２１及び入力軸６１にそれぞれ固定する。車体への組み付け時に締め付けボルト２１の締め付け作業を同じ方向から行うことができるように、図２に示されるようにバカ孔２７３を軸継手装置１の同じ側に設けることにより、作業効率を向上させることができる。
【００２０】
第１実施例の中間軸３は、上部中間軸３１と下部中間軸３２とに分離しており、この間に緩衝カップリング３０として次のようなラバーカップリング３０１が設けられている。すなわち、上部中間軸３１と下部中間軸３２との向かい合う端部にはそれぞれアーム状のフランジ３８が形成されている。各フランジ３８の同じ位置には２つのボルト孔３８１がそれぞれ形成されている。円板状の防振ゴム体３５は、十字方向に４つのボルト孔３５１を備えている。２つのフランジ３８は、防振ゴム体３５を間にして、互いに向かい合うように、２つのフランジ３８のボルト孔３８１の位相が９０度ずつ交互にずれて配置される。これによって防振ゴム体３５の４つのボルト孔３５１と各フランジのボルト孔３８１を直線上に並べ、ここに４つのボルト３５２をそれぞれ通して固定する。
【００２１】
上記構造をさらに詳細に説明すると以下のようである。防振ゴム体３５のボルト孔３５１にはスリーブ３５４が嵌められ、このスリーブ３５４の防振ゴム体３５から突出した部分にはさらに筒状の間座３５３が嵌められている。ボルト３５２はスリーブ３５４内に挿通され、後述のストッパー３５６とともにナット３５５によって締め付け固定する。この構造により、上部中間軸３１と下部中間軸３２とは、防振ゴム体３５を介在させて結合されることになり、金属同士の接触がないため、下部中間軸３２の振動が防振ゴム体３５によって吸収され、上部中間軸３１に伝達されにくくなっている。
【００２２】
上記ストッパー３５６はそれぞれ半月状をしており、中央部で上記ボルト３５２によって固定されている。ストッパー３５６の半月の弦に相当する当接辺３５７と間座３５３との間には、それぞれ隙間Ｔが形成されている。この隙間Ｔを設けたことによって、上部中間軸３１と下部中間軸３２との間に小さな力が加わったとき、例えば、下部中間軸３２から振動が伝えられたとき、には防振ゴム体３５が隙間Ｔの間で変形が許容され吸振作用を行うようになっている。さらに、大きなトルクが加わったときにはストッパー３５６が間座３５３と当接するので上部中間軸３１から下部中間軸４３２へと確実に操舵トルクを伝達させ、安全にハンドル操作ができるにようにしている。
【００２３】
以上に示すように、第１実施例の車両ステアリング装置用の軸継手装置は、２つの等速ボール自在継手を使用しているので、これらと中間軸を組み立てる際に、煩雑な位相あわせやそのための精度向上が必要なく、コストを削減することができる。また、この軸継手装置は、ラバーカップリングを使用していながら、自在継手が等速ボール自在継手であるため、十字軸自在継手を使用したときのようなトルク変動が発生しないため、このトルク変動によってハンドルの操作フィーリングを悪化させることがない。それだけでなく、車体側からの振動はラバーカップリングにおいて吸収されるので、操作フィーリングを良好に維持することができる。さらに、緊急時のハンドル操作によって大きなトルクがかかった場合でも、ストッパーが間座に接触してこのトルクを下部中間軸に伝達することができるので、この点からステアリング装置の安全性を高くすることができる。
【００２４】
第２実施例
第２実施例の軸継手装置１は、第１実施例と同様に、上側、及び下側に等速ボール自在継手２Ｌ、２Ｕ、中間にはこれらの軸継手を結ぶ中間軸３を備えているが、一方の等速ボール自在継手２Ｕに関し、第１実施例の内側継手部分２２と外側継手部分２３９の関係が逆になっている点と、緩衝カップリング３０の構造が異なる点が主として相違する。
【００２５】
上記第１の点については、単に向きが異なるだけであるため、等速ボール自在継手自体の構造の説明は第１実施例を援用することとし、以下は、異なる構造の緩衝カップリングについてのみ説明する。図３は、第２実施例の軸継手装置１の説明図であって、（Ａ）は一部断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ断面図、（Ｄ）はＤ−Ｄ断面図である。
【００２６】
この図に示すように、中間軸３の一方（図３左側）には、第１実施例と同様な等速ボール自在継手２Ｌの一部をなす内側継手部分２２が、他方（図３右側）には外側継手部分２３９が形成されている。外側継手部分２３９の球状の凹所と反対側には中間軸３との間で第１実施例とは異なる構成の緩衝カップリング３０を構成するラバーカップリング３０２が設けられている。このラバーカップリング３０２の構成は以下のようである。
【００２７】
外側継手部分２３９と一体に形成されたカップリング筒２６１の内側には円筒状のラバーブッシュ２６２が、さらにこのラバーブッシュ２６２の内側には、上部中間軸３１が圧入されている。上部中間軸３１にはストッパーピン２６３が固定されており、ストッパーピン２６３はカップリング筒２６１に設けられた横孔２６４内に突出している。横孔２６４の内面とストッパーピン２６３の突出部の外面とは隙間Ｔが設けられている。
【００２８】
外部継手部材２３と中間軸３は、ラバーブッシュ２６２を介して結合されているので、中間軸３から振動が伝わってきたとき、ラバーブッシュ２６２が隙間Ｔの間で変形が許容され吸振作用を行うようになっている。さらに、大きなトルクが加わったときにはストッパーピン２６３が横孔２６４の内面と当接するので確実に操舵トルクを伝達させ、安全にハンドル操作ができる。
【００２９】
以上に示すように、第１実施例と同様に、第２実施例の車両ステアリング装置用の軸継手装置は、２つの等速ボール自在継手を使用しているので、これらと中間軸を組み立てる際に、煩雑な位相あわせやそのための精度向上が必要なく、コストを削減することができる。また、この軸継手装置は、ラバーカップリングを使用していながら、自在継手が等速ボール自在継手であるため、十字軸自在継手を使用したときのようなトルク変動が発生しないため、このトルク変動によってハンドルの操作フィーリングを悪化させることがない。それだけでなく、車体側からの振動はラバーカップリングにおいて吸収されるので、操作フィーリングを良好に維持することができる。さらに、緊急時のハンドル操作によって大きなトルクがかかった場合でも、ストッパーピンが横孔の内面に接触してこのトルクを伝達することができるので、この点からステアリング装置の安全性を高くすることができる。
【００３０】
第３実施例
第３実施例は、第１実施例における等速ボール自在継手のうちの一方を十字軸自在継手と置き換えたものである。等速ボール自在継手２、緩衝カップリング３０（ラバーカップリング３０１）については、第１実施例の説明を援用することとし、図４に基づいて十字軸自在継手の部分についてのみ簡単に説明する。十字軸自在継手４の出力ヨーク部材４４は、車体側操舵機構６の入力軸６１に固定するためのシャフト孔４７を有しており、このシャフト孔４７にはスリ割り４７１が設けられている。スリ割り４７１の両サイドに形成されたバカ孔４７３とボルト孔４７２に締め付けボルト２１を螺合させて、出力ヨーク部材４４を入力軸６１に固定する。出力ヨーク部材４４は、更に一対のアームからなる第２ヨークアーム対４３が形成されている。
【００３１】
十字軸部材４５は十字状に伸びる４本の軸部分を備えており、互いに反対側にある軸部分が第１ヨークアーム対４２、第２ヨークアーム対４３とにそれぞれ軸受されている。中間軸３と出力ヨーク部材４４は、十字軸部材４５を介在させることにより結合され、回転が伝達される。
【００３２】
既に説明したように、一方の十字軸自在継手４は結合する２軸間が等速にならないため、伝達するトルクも変動するが、他方の等速ボール自在継手２の側に大きな交差角αを分担させることにより、この十字軸自在継手４における交差角βを小さくすることができる。
【００３３】
このため、軸継手装置１におけるトルク変動を小さくでき、実質的に操舵フィーリングに悪影響を及ぼさないようにすることができるだけでなく、ラバーカップリング３０１等の緩衝カップリング３０を備えるため、振動が吸収され、操舵フィーリングを悪化させないですむ。
【００３４】
以上に示すように、第３実施例の車両ステアリング装置用の軸継手装置は、等速ボール自在継手に大きな交差角を負担させているので、十字軸自在継手で発生するトルク変動は少なくすることができ、一方を安価な十字軸自在継手を使用したことによって軸継手装置全体のコストを引き下げることができる。また、組み立ての際にも、煩雑な位相あわせやそのための精度向上が必要ないので、この点からもコストを削減することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の軸継手装置によれば、組立に際し煩雑な位相あわせやそのための精度向上が必要ないため、コストを削減することができるだけでなく、ラバーカップリングを使用していながら、自在継手に等速ボール自在継手を使用しているため、十字軸自在継手のみを使用したときのような大きなトルク変動が発生しないため、このトルク変動によってハンドルの操作フィーリングを悪化させることがない。また、車体側からの振動はラバーカップリングにおいて吸収されるので、操作フィーリングを良好に維持することができる。さらに、緊急時のハンドル操作によって大きなトルクがかかった場合でも、ストッパーの働きによってこのトルクを伝達することができるので、ステアリング装置の安全性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された自動車の操舵機構全体を示す説明図である。
【図２】第１実施例の軸継手装置１の説明図であって、（Ａ）は一部断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ断面図、（Ｄ）はＤ−Ｄ断面図である。
【図３】第２実施例の軸継手装置１の説明図であって、（Ａ）は一部断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ断面図、（Ｄ）はＤ−Ｄ断面図である。
【図４】第３実施例の軸継手装置１の説明図であって、（Ａ）は一部断面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ断面図、（Ｃ）はＣ−Ｃ断面図である。
【符号の説明】
１ 軸継手装置
２，２Ｌ，２Ｕ 等速ボール自在継手
２１ 締め付けボルト
２２ 内側継手部分
２２１ ボール案内溝
２３ 外部継手部材
２３１ ボール案内溝
２３９ 外側継手部分
２４ トルク伝達ボール
２５ ボール保持器
２６ ブーツ
２６１ カップリング筒
２６２ ラバーブッシュ
２６３ ストッパーピン
２６４ 横孔
２７ シャフト孔
２７１ スリ割り
２７２ ボルト孔
２７３ バカ孔
３ 中間軸
３０ 緩衝カップリング
３０１ ラバーカップリング
３０２ ラバーカップリング
３１ 上部中間軸
３２ 下部中間軸
３５ 防振ゴム体
３５１ ボルト孔
３５２ ボルト
３５３ 間座
３５４ スリーブ
３５５ ナット
３５６ ストッパー
３５７ 当接辺
３８ フランジ
３８１ ボルト孔
４ 十字軸自在継手
４２ 第１ヨークアーム対
４３ 第２ヨークアーム対
４３２ 下部中間軸
４４ 出力ヨーク部材
４５ 十字軸部材
４７ シャフト孔
４７２ ボルト孔
４７３ バカ孔
５１ ハンドル
５２ ステアリングコラム
５２１ ホィールシャフト
５２２ 調整レバー
６ 車体側操舵機構
６１ 入力軸
９１ 車体本体
Ｔ 隙間

Claims (4)

1. ステアリングホィールからの回転を伝達するための入力軸、上部中間軸、下部中間軸及びこれらを結合する緩衝カップリングを備えた中間軸、
   車輌側の操舵機構を駆動するための出力軸、および、
   上記入力軸と上記上部中間軸との間、及び、上記下部中間軸と上記出力軸との間を結合するそれぞれの自在継手を備えた車両ステアリング装置用の軸継手装置であって、
   上記自在継手は、ともに等速ボール自在継手であることを備えた車両ステアリング装置用の軸継手装置。
2. ステアリングホィールからの回転を伝達するための入力軸、上部中間軸、下部中間軸及びこれらを結合する緩衝カップリングを備えた中間軸、
   車輌側の操舵機構を駆動するための出力軸、および、
   上記入力軸と上記上部中間軸との間、及び、上記下部中間軸と上記出力軸との間を結合するそれぞれの自在継手を備えた車両ステアリング装置用の軸継手装置であって、
   上記自在継手の一方は等速ボール自在継手、他方は十字軸自在継手であることを特徴とする車両ステアリング装置用の軸継手装置。
3. 請求項２に記載された車両ステアリング装置用の軸継手装置において、
   上記等速ボール自在継手の交差角は、上記十字軸自在継手の交差角よりも大きく選ばれていることを特徴とする車両ステアリング装置用の軸継手装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載された車両ステアリング装置用の軸継手装置において、
   上記緩衝カップリングは、緩衝材としてゴムを用いたラバーカップリングであることを特徴とする車両ステアリング装置用の軸継手装置。

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