JP2007147059A - 回転軸用結合装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ステアリングシャフト2と操舵力補助装置4を構成する入力軸12との結合を容易に行なえ、しかも、結合部でがたつきが生じる事を防止でき、動力伝達を滑らかに行なえる構造を実現する。
【解決手段】上記ステアリングシャフト2の前端部を回転伝達用挿入部25とする。この回転伝達用挿入部25の外周面に、回転伝達用凸部28、28と内径側緩衝用凹部33、33とを設ける。一方、上記入力軸12の後端部を回転伝達用筒部26とする。この回転伝達用筒部26の内周面に、回転伝達用凹部27、27と外径側緩衝用凹部32、32とを設ける。そして、これら外径側緩衝用凹部32、32と内径側緩衝用凹部33、33との間にそれぞれ緩衝部材34、34を、これら外径側、内径側各緩衝用凹部32、33同士の間に掛け渡す状態で設ける。
【選択図】図4

Description

この発明の回転軸用結合装置は、例えば自動車のステアリング装置を構成する回転軸同士を結合する為のものである。より具体的には、例えばステアリングホイールを固定するステアリングシャフトと操舵力補助装置を構成する入力軸との結合を、或いは、ステアリングギヤを構成するピニオンと操舵力補助装置を構成する出力軸との結合を、容易に行なえ、しかも、結合部でがたつきが生じる事を防止でき、動力伝達を滑らかに行なえる(ステアリング操作を円滑に行なえる)構造を実現するものである。
例えば操舵輪(フォークリフト等の特殊車両を除き、通常は前輪)に舵角を付与する為のステアリング装置として、運転者がステアリングホイールを操作する為に要する力(操舵力)の軽減を図れるパワーステアリング装置が広く使用されている。この様なパワーステアリング装置として、油圧を補助動力源とした油圧式パワーステアリング装置が従来から使用されている。又、補助動力源として電動モータを使用する電動式パワーステアリング装置に就いても、例えば特許文献1〜2等に記載されて従来から知られており、実際にも使用されている。この様なパワーステアリング装置のうち、電動式パワーステアリング装置の基本構成に就いて、本発明の実施の形態の第1例を示す図1〜2を用いて説明する。
この図1〜2に示す電動式パワーステアリング装置は、後端部(図1、2の右端部)にステアリングホイール1を固定したステアリングシャフト2と、このステアリングシャフト2を挿通自在なステアリングコラム3と、このステアリングシャフト2に補助トルクを付与する為の操舵力補助装置(アシスト装置)4と、上記ステアリングシャフト2の回転に基づきタイロッド5、5を変位させる(押し引きする)為のステアリングギヤ6とを備える。このうちのステアリングシャフト2は、アウターシャフト7とインナーシャフト8とをスプライン係合部により、回転力の伝達自在に、且つ軸方向に関する変位を可能に組み合わせて成る。これらアウターシャフト7とインナーシャフト8とは、衝突時に互いに軸方向に相対変位する事で、上記ステアリングシャフト2の全長を縮める。
又、このステアリングシャフト2を挿通した筒状のステアリングコラム3は、アウターコラム9とインナーコラム10とをテレスコープ状に組み合わせて成り、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10の前端部(図1、2の左端部)を、上記操舵力補助装置4を構成するギヤハウジング11の後端面に結合固定している。又、上記インナーシャフト8をこのギヤハウジング11の内側に挿通し、このインナーシャフト8の前端部を、上記操舵力補助装置4を構成する入力軸12に結合している。又、この入力軸12にトーションバー13を介して連結された、同じく上記操舵補助装置4を構成する出力軸14の前端部を、上記ギヤハウジング11の前端面から突出させている。
又、上記ステアリングコラム3は、その中間部を支持ブラケット15により、ダッシュボードの下面等、車体16の一部に支承している。又、この支持ブラケット15と車体16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15に前方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15が上記係止部から外れる様にしている。又、チルト機構及びテレスコピック機構を設ける事により、前記ステアリングホイール1の前後位置及び高さ位置の調節を自在としている。この様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、後述する本発明の特徴部分でもない為、詳しい図示並びに説明は省略する。
又、上記操舵力補助装置4を構成する上記出力軸14の前端部は、自在継手17を介して、中間シャフト18の後端部に連結している。又、この中間シャフト18の前端部に、別の自在継手17を介して、前記ステアリングギヤ6の入力軸19を連結している。このステアリングギヤ6は、図示しないラックとピニオンとを備え、このうちのピニオンに上記入力軸19を結合している。又、このピニオンと噛合する上記ラックは、両端部に前記タイロッド5、5を連結しており、上記ラックの変位に基づきこれら各タイロッド5、5を押し引きする事で、図示しない操舵輪に所望の舵角を付与する。
又、上記操舵力補助装置4は、上記入力軸12と、上記出力軸14と、電動モータ20と、ウォーム減速機21と、トルクセンサ22と、図示しない制御器とを備える。このうちのウォーム減速機21は、上記出力軸14の後端部に外嵌固定されたウォームホイール23と、上記電動モータ20により回転駆動されるウォーム24とを、上記ギヤハウジング11の内側で噛合させて成る。又、上記トルクセンサ22は、上記入力軸12の周囲に設けられており、前記ステアリングホイール1から前記ステアリングシャフト2を介して上記入力軸12に加えられるトルクの方向と大きさとを検出し、検出値を表す信号(検出信号)を、上記制御器に出力する。そして、この制御器は、この検出信号と車速等を表す他の信号とに応じて、上記電動モータ20に駆動の為の信号を送り、所定の方向に所定の大きさで補助トルクを発生させる。
この様に構成する電動式パワーステアリング装置の場合、上記操舵力補助装置4の出力軸14から出力されるトルクは、上記ステアリングホイール1から上記ステアリングシャフト2に加えられるトルクよりも大きくできる。即ち、上記出力軸14から出力されるトルクを、上記操舵力補助装置4を構成する上記電動モータ20から上記ウォーム減速機21を介して加えられる補助動力分だけ大きくできる。従って、上記操舵輪に舵角を付与する為に運転者が上記ステアリングホイール1を操作する為に要する力を、上記操舵力補助装置4の補助動力分だけ小さくできる。尚、後述する図17に示す様に、ステアリングギヤ6の周辺部に操舵力補助装置4aを設ける事により、電動式パワーステアリング装置を構成する場合もある。
ところで、上述の様に構成する電動パワーステアリング装置を組み立てる場合、予めユニットとして組み立てられた上記操舵力補助装置4の入力軸12に、上記ステアリングシャフト2を結合する。この様な入力軸12とステアリングシャフト2との結合作業は容易に行なえる事が好ましい。又、これら入力軸12とステアリングシャフト2との結合後は、これら入力軸12とステアリングシャフト2とががたつく事なく、動力伝達を滑らかに行なえる事が、ステアリング操作性を確保する(ステアリングホイールの操作感の向上を図る)面で重要となる。
例えば特許文献2には、電動式パワーステアリング装置を構成する電動モータの回転軸とウォームを固定するウォーム軸との結合部で、これら軸同士の位置ずれ(中心軸同士のずれ)を吸収する技術が記載されている。この様な技術を、例えば上記入力軸12とステアリングシャフト2との結合部に採用した場合には、例えば形状誤差の積算等に基づきこれら入力軸12とステアリングシャフト2との位置関係がずれる様な場合でも、これら入力軸12とステアリングシャフト2との間で動力伝達を滑らかに行なえる(ステアリング操作を滑らかに行なえる)と考えられる。但し、上記特許文献2に記載された技術の場合は、上記軸同士の間に動力伝達継手を設ける為、この動力伝達継手分、軸方向寸法が嵩む可能性がある。
特開2000−313340号公報 特開2001−80529号公報
本発明の回転軸用結合装置は、上述の様な事情に鑑みて、互いに同心に設けられた1対の軸同士の結合を容易に行なえ、しかも、結合部でがたつきが生じる事を防止でき、動力伝達を滑らかに行なえる(ステアリングホイールの操作感の向上を図れる)構造を実現すべく発明したものである。
本発明の回転軸用結合装置は、第一、第二の回転軸と、回転伝達用筒部と、回転伝達用挿入部と、少なくとも1個の回転伝達用凹部と、この回転伝達用凹部と同数の回転伝達用凸部と、少なくとも1個の外径側緩衝用凹部と、内径側緩衝用凹部と、緩衝部材とを備える。
このうちの第一、第二の回転軸は、互いに同心に配置されている。この様な第一、第二の回転軸としては、例えばステアリングホイールを固定するステアリングシャフトと操舵力補助装置(アシスト装置)を構成する入力軸(例えば図2に示す様な構造の場合)、或いは、操舵力補助装置を構成する出力軸とステアリングギヤを構成するピニオン(例えば図17に示す様な構造の場合)等が、それぞれ相当する、
又、上記回転伝達用筒部は、上記第一の回転軸(例えば操舵力補助装置の入力軸、或いは、出力軸)の端部に設けられている。
又、上記回転伝達用挿入部は、上記第二の回転軸(例えばステアリングシャフト、或いは、ピニオン)の端部に設けられており、上記回転伝達用筒部に挿入可能な大きさ及び形状を有するものである。
又、上記回転伝達用凹部は、上記回転伝達用筒部の内周面と回転伝達用挿入部の外周面とのうちの一方の周面(例えば回転伝達用筒部の内周面)に、この周面から径方向(例えば径方向外方)に凹入する状態で設けられている。
又、上記回転伝達用凸部は、上記回転伝達用筒部の内周面と回転伝達用挿入部の外周面とのうちの他方の周面(例えば回転伝達用挿入部の外周面)に、この周面から径方向(例えば径方向外方)に突出する状態で設けられており、上記回転伝達用凹部に緩く挿入できる大きさ及び形状を有するものである。
又、上記外径側緩衝用凹部は、上記回転伝達用筒部の内周面で上記回転伝達用凹部或いは回転伝達用凸部から円周方向に外れた部分に、径方向外方に凹入する状態で設けられている。
又、上記内径側緩衝用凹部は、上記回転伝達用挿入部の外周面の一部で、上記外径側緩衝用凹部と対向する部分に、径方向内方に凹入する状態で設けられている。
又、上記緩衝部材は、上記外径側緩衝用凹部と内径側緩衝用凹部との間に掛け渡された状態で設けられている。
そして、上記緩衝部材は、それぞれが弾性板(例えば炭素鋼板、ステンレス鋼板等の金属製の板材)製で上記両回転軸の回転方向に関して互いに離隔した状態で、且つ、互いに離隔する方向の弾力を付与された、1対の緩衝用抑え板を有する。又、このうちの一方の緩衝用抑え板の片面は、上記外径側緩衝用凹部と内径側緩衝用凹部との円周方向に関して片側の内側面に、同じく他方の抑え板の片面は、上記外径側緩衝用凹部と内径側緩衝用凹部との円周方向に関して他側の内側面に、それぞれ弾性的に当接している。
又、この様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項4に記載した様に、各緩衝部材を板ばねにより構成する。そして、これら各緩衝部材を構成する1対の緩衝用抑え板を、連結部を介して一体に連結する。又、請求項5に記載した様に、各緩衝部材を構成する1対の緩衝用抑え板同士の間にゴム{ゴムの如きエラストマー、合成樹脂等の高分子材料製の弾性材で、例えばアクリルゴム、アクリルエチレンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム(NBR)等}を挟持する。尚、この場合にこのゴムの硬度は、Hs80(ショア硬さで80)以上(より好ましくはHs85〜95程度、更に好ましくはHs88〜92程度)とする事が好ましい。更には、請求項6に記載した様に、各緩衝部材を構成する1対の緩衝用抑え板同士の間隔を、回転伝達用筒部及び回転伝達用挿入部の径方向内方に向かう程狭くする。
上述の様な本発明の回転軸用結合装置によれば、緩衝部材の弾性(剛性)に基づき、第一、第二両回転軸同士ががたつく事を防止できる。即ち、これら第一、第二両回転軸同士の位置関係のずれを吸収する為に、或いは、これら第一、第二両回転軸同士の結合を容易に行なえる様にする為に、回転伝達用凸部の大きさ及び形状を回転伝達用凹部に緩く挿入できるもの(回転方向に隙間ができるもの)としても、上記緩衝部材の弾性に基づき、上記第一、第二両回転軸同士の間で動力伝達を滑らかに行なえる(ステアリング操作を良好に行なえる)。トルク伝達時には、回転伝達用凹部と回転伝達用凸部とが、円周方向側面同士で当接し、トルク伝達を確実に行なわせる。上記緩衝部材は、外径側緩衝用凹部と内径側緩衝用凹部との間に径方向に掛け渡す状態で設けられる為、上記緩衝部材の存在により、結合部の軸方向寸法が嵩む事はない。
又、上記外径側、内径側両緩衝用凹部の幅寸法を大きくする事で、上記緩衝部材の幅寸法を大きくできる。この様に緩衝部材の幅寸法を大きくできれば、がたつき量(ずれ量)に対するこの緩衝部材の変形量(ひずみ量)を小さく抑える事ができ、この緩衝部材に加わる内部応力の低減(緩和)を図れる。逆に言えば、この様に内部応力(負荷)を低減できる分、上記がたつきに対する許容量を大きくできる。そして、この様に許容量を大きくできる分、各部材(ステアリング装置の構成部材)の寸法精度を高度に維持しなくても、上記結合部でがたつきが生じる事を防止でき、これら各部材の加工コストの低減を図れる。
又、請求項4、5に記載した構成を採用した場合には、必要な剛性(弾性)を有する緩衝部材を廉価に得られる。尚、このうちの請求項5に記載した構成を採用した場合に、1対の緩衝用抑え板同士の間に挟持するゴムの硬度を硬く(Hs80以上に)すれば、上記緩衝部材の寸法精度の向上を図れる。即ち、プレス成形した緩衝部材(1対の緩衝用抑え板)を射出成形機の金型のキャビティ内にセットした状態で、硬度の高い(Hs80以上の硬い)ゴムをこのキャビティ内に射出成形する事により、この緩衝部材(1対の緩衝用抑え板)の外面の形状を金型の内面に沿った形状に矯正(補正)する事ができる。この為、プレス成形後の状態で緩衝部材(1対の緩衝用抑え板)の寸法誤差が大きくても(寸法精度を高度に維持しなくても)、ゴムの射出成形後に高精度の緩衝部材を得られ、この緩衝部材の寸法並びに形状がばらつく事を防止できる。又、請求項6に記載した構成を採用した場合には、動力伝達の際に1対の緩衝用抑え板に加わる力(応力)を分散でき、耐久性の向上を図れる。
[実施の形態の第1例]
図1〜8は、請求項1、2、4〜6に対応する、本発明の実施の形態の第1例を示している。尚、本例の特徴は、操舵力補助装置4を構成する入力軸12とステアリングシャフト2(を構成するインナーシャフト8)との結合部分の構造を工夫した点にある。ステアリング装置である電動式パワーステアリング装置全体の構造に就いては、前述の背景技術の欄で本例の図1、2を用いて説明した通りであるから、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分並びに上記背景技術の欄で説明しなかった部分を中心に説明する。
本例の場合は、特許請求の範囲に記載した第一の回転軸に相当する上記入力軸12と、同じく第二の回転軸に相当する上記ステアリングシャフト2とを、互いに同心に配置している。このうちの入力軸12は、全体を筒状に形成しており、後端部(図2、3、5の右端部)を、次述する回転伝達用挿入部25を挿入する為の回転伝達用筒部26としている。又、上記ステアリングシャフト2の前端部(図2、3、5の左端部)を、この回転伝達用筒部26に挿入可能な大きさ及び形状を有する、上記回転伝達用挿入部25としている。又、上記回転伝達用筒部26の前半部(図2、3、5の左半部)内周面に、少なくとも1個の回転伝達用凹部27、27を、この内周面から径方向外方に凹入する状態で設けている。本例の場合は、3個の回転伝達用凹部27、27を、円周方向等間隔に設けている。
又、上記回転伝達用挿入部25の外周面に、上記回転伝達用凹部27、27と同数(3個)の回転伝達用凸部28、28を、この外周面から径方向外方に突出する状態で設けている。これら各回転伝達用凸部28、28は、上記各回転伝達用凹部27、27に緩く挿入できる大きさ及び形状を有する。本例の場合は、これら回転伝達用凸部28、28と各回転伝達用凹部27、27との回転方向に関する位相を合わせた状態(中立位置)で、これら回転伝達用凹部27、27の内面のうちの互いに対向する内側面42、42と上記回転伝達用凸部28、28の両側面43、43との間に、図4に誇張して示す様な微小な隙間(回転方向に関する隙間)が形成される。上記回転伝達用挿入部25と回転伝達用筒26との間で動力の伝達が行なわれる際には、この動力の伝達方向に関する上記両側面42、43同士が、対向する部分の全体に亙って当接する。
尚、本例の場合は、上記回転伝達用筒部26の内周面が、請求項1に記載した一方の周面に相当し、この内周面に上記各回転伝達用凹部27、27を設けている。又、これと共に、上記回転伝達用挿入部25の外周面が、同じく他方の周面に相当し、この外周面に上記各回転伝達用凸部28、28を設けている。但し、これら各回転伝達用凹部27、27と各回転伝達用凸部28、28とを設ける周面を逆にする事もできる。即ち、後述する図18に示す様に、回転伝達用筒部26aの内周面に、径方向内方に突出する状態で回転伝達用凸部28a、28aを設けると共に、回転伝達用挿入部25aの外周面に、径方向内方に凹入する状態で回転伝達用凹部27a、27aを設ける事もできる。
又、上記回転伝達用筒部26の前半部内周面で、上記各回転伝達用凹部27、27から円周方向に外れた部分に、少なくとも1個の外径側緩衝用凹部32、32を、上記内周面から径方向外方に凹入する状態で設けている。本例の場合は、これら外径側緩衝用凹部32、32を3個、円周方向等間隔に、且つ、上記各回転伝達用凹部27、27の間部分に、それぞれ設けている。又、これと共に、上記回転伝達用挿入部25の外周面の一部で、上記各外径側緩衝用凹部32、32と対向する部分に、これら各外径側緩衝用凹部32、32と同数(3個)の内径側緩衝用凹部33、33を、この外周面から径方向内方に凹入する状態で設けている。
尚、本例の場合は、上記各外径側緩衝用凹部32、32の形状と上記各回転伝達用凹部27、27の形状とを同じにしている。言い換えれば、上記回転伝達用筒部25の前半部内周面には、同形状の凹部が6個、円周方向等間隔に設けられている。本例の場合は、上記回転伝達用挿入部25を上記回転伝達用筒部26に挿入した状態で、上記回転伝達用凸部28、28と係合した凹部が上記回転伝達用凹部27、27となり、同じく上記内径側緩衝用凹部33、33と対向した凹部が上記外径側緩衝用凹部32、32となる。
又、上記回転伝達用挿入部25の外周面のうちで、上記各回転伝達用凸部28、28並びに各内径側緩衝用凹部33、33を設けた部分から軸方向後端側(図2、3、5の右側)に外れた部分と、上記回転伝達用筒部26の後半部(図2、3、5の右半部)内周面との互いに整合する位置に、内径側、外径側各係止溝29、30を、それぞれ全周に亙り設けている。上記ステアリングシャフト2と入力軸12とを結合した状態では、図3に示す様に、上記内径側、外径側各係止溝29、30同士の間にOリング或いは欠円環状の止め輪31が掛け渡される。従って、これら止め輪31と内径側、外径側各係止溝29、30との係合により、上記ステアリングシャフト2と入力軸12とが互いに軸方向に相対変位するのを阻止される。
更に、本例の場合は、上記外径側緩衝用凹部32、32と内径側緩衝用凹部33、33との間にそれぞれ緩衝部材34、34を、これら外径側、内径側各緩衝用凹部32、33同士の間に掛け渡す状態で設けている。上記各緩衝部材34は、それぞれが弾性板製で、上記ステアリングシャフト2及び入力軸12の回転方向に関して互いに離隔した状態で、且つ、互いに離隔する方向の弾力を付与された1対の緩衝用抑え板35、35を有する。この為に、本例の場合は、上記各緩衝部材34を、金属製の板ばね36と、この板ばね36の内側に充填されたゴム38{ゴムの如きエラストマー等の弾性材で、本例の場合はアクリルエチレンゴム}とにより構成している。このうちの板ばね36は、例えば炭素鋼板、ステンレス鋼板等の金属製の板材(例えばSUS301)に、折り曲げ加工等のプレス加工を施して、断面を図4、8に示す様な台形状に形成している。従って、上記1対の緩衝用抑え板35、35は、連結部37を介して一体に連結されている。
又、上記板ばね36の互いに対向する端縁は、それぞれ内側(連結部37に近付く側)に90度折り曲げて、突き合わせ部39、39としている。又、上記1対の緩衝用抑え板35、35同士の間隔を、上記回転伝達用筒部26及び回転伝達用挿入部25の径方向内方に向かう程狭くしている。これに合わせて、上記内径側緩衝用凹部33、33の内面のうちで、互いに円周方向(回転方向)に対向する内側面同士の間隔も、上記回転伝達用筒部26及び回転伝達用挿入部25の径方向内方に向かう程狭くしている。本例の場合は、上記1対の緩衝用抑え板35、35、並びに、上記内径側緩衝用凹部33、33の内側面の延長線(図4の鎖線イ)が、上記回転伝達用筒部26及び回転伝達用挿入部25の中心で交差する様に規制している。
又、上記1対の緩衝用抑え板35、35同士の間には、上記ゴム38を挟持している。即ち、本例の緩衝部材34は、上述の様に板材をプレス加工する事により断面が台形状の板ばね36を形成した後、この板ばね36の内側に射出成形により上記ゴム38を充填している。尚、この射出成形を行なう前に、この板ばね36の内面に必要に応じて接着剤を塗布する事により、この板ばね36と上記ゴム38とを不離に接着する事が好ましい。
上述の様な緩衝部材34を上記外径側、内径側両緩衝用凹部32、33に組み付けた状態では、上記1対の緩衝用抑え板35、35のうちの一方の緩衝用抑え板35の片面は、上記外径側緩衝用凹部32と内径側緩衝用凹部33との円周方向に関して片側(例えば時計方向側)の内側面に、弾性的に当接する。又、同じく他方の抑え板35の片面は、上記外径側緩衝用凹部32と内径側緩衝用凹部33との円周方向に関して他側(例えば反時計方向側)の内側面に、弾性的に当接する。本例の場合は、上記板ばね36並びにゴム38の弾性(剛性)に基づき、上記1対の緩衝用抑え板35、35に互いに離れる方向の弾力が付与される。そして、この様な弾力に基づき、上記回転伝達用挿入部25と回転伝達用筒部26との間に、動力伝達を滑らかに行なう為に必要とされる剛性(弾性)が付与される。
上述の様に構成する本例の場合は、ステアリングシャフト2と操舵力補助装置4を構成する入力軸12との結合を、次の様に行なう。
先ず、上記ステアリングシャフト2の回転伝達用挿入部25に設けた内径側係止溝29に、止め輪31を外嵌する。又、これと共に、この回転伝達用挿入部25に設けた各内径側緩衝用凹部33、33或いは回転伝達用筒部26に設けた各外径側緩衝用凹部32、32に、緩衝部材34、34を取り付ける。そして、この状態で、これら各緩衝部材34、34の円周方向の幅を弾性的に縮めつつ、上記回転伝達用筒部26に上記回転伝達用挿入部25を押し込む。又、この押し込み作業に伴って、上記止め輪31を、上記回転伝達用筒部26の内側に挿入できる外径にまで縮径させる。
尚、上記押し込み作業を、上記内径側緩衝用凹部33、33に上記各緩衝部材34、34を取り付けた状態で行なう場合には、この挿入に先立ち、上記各回転伝達用凸部28、28と上記回転伝達用凹部27、27とを整合させる作業を容易に行なえる。即ち、上記回転伝達用筒部26の内側面に設けた6個の凹部は何れも形状が同じであり、これら各凹部に上記各回転伝達用凸部27、27と各緩衝部材34、34との何れをも係合(挿入)させられる。この為、上記各回転伝達用凸部28、28と上記回転伝達用凹部27、27との位相合わせの自由度を大きくできる。又、上記回転伝達用挿入部25を奥まで挿入すると、上記止め輪31が上記回転伝達用筒部26に設けた外径側係止溝30に対向すると共に、この止め輪31が自身の弾性に基づき拡径する。そして、この止め輪31が、上記内径側、外径側両係止溝29、30同士の間に掛け渡され、上記ステアリングシャフト2と上記入力軸12とが、互いに軸方向の相対変位を阻止された状態で結合される。又、この状態で、これらステアリングシャフト2と上記入力軸12との間に、上記各緩衝部材34、34に基づく弾力が付与される。
上述の様に本例の場合は、上記各緩衝部材34、34の弾性(剛性)に基づき、上記ステアリングシャフト2と上記入力軸12とががたつく事を防止する。即ち、これらステアリングシャフト2と入力軸12との位置関係のずれを吸収する為に、或いは、これらステアリングシャフト2と入力軸12との結合を容易に行なえる様にする為に、上記各回転伝達用凸部28、28の大きさ及び形状を、上記各回転伝達用凹部27、27に緩く挿入できるもの(回転方向に隙間ができるもの)としても、上記各緩衝部材34、34の弾性に基づき、上記ステアリングシャフト2と入力軸12との間で動力伝達を滑らかに行なえる(ステアリングホイールの操作感を良好にできる)。又、上記各緩衝部材34、34を、径方向に配置した状態で、上記各外径側緩衝用凹部32、32と各内径側緩衝用凹部33、33との間に掛け渡している為、結合部の軸方向寸法が嵩む事を防止できる。又、上述の様に各回転伝達用凹部27、27と外径側緩衝用凹部32、32との形状を同じにしている為(同じ形状となる様に各部の寸法を規制している)為、結合時の回転方向に関する位置合わせ作業も容易になり、この面からも結合作業の容易化を図れる。
又、上記外径側、内径側両緩衝用凹部32、33の幅寸法を大きくする事で、上記緩衝部材34、34の幅寸法を大きくできる。この様に緩衝部材34、34の幅寸法を大きくできれば、がたつき量(ずれ量)に対するこれら各緩衝部材34、34の変形量(ひずみ量)を小さく抑える事ができ、これら各緩衝部材34、34に加わる内部応力の低減(緩和)を図れる。逆に言えば、これら各緩衝部材34、34に加わる内部応力(負荷)の低減を図れる分、上記ステアリングシャフト2と入力軸12とのがたつきに対する許容量を大きくできる。そして、この様に許容量を大きくできる分、各部材(ステアリング装置の構成部材)の寸法精度を高度に維持しなくても、上記結合部でがたつきが生じる事を防止でき、これら各部材の加工コストの低減を図れる。
又、本例の場合は、上記各緩衝部材34、34を、1対の緩衝用抑え板35、35を連結部37により一体に連結した板ばね36とすると共に、この板ばね36の内側にゴム38を充填している為、必要な剛性(弾性)を有する上記緩衝部材34、34を安価に得られる。又、上記ゴム38の硬度をHs80以上、例えばHs90とすれば、上記緩衝部材34の寸法精度の向上も図れる。即ち、この様にゴム38の硬度を硬くすれば、前述の様にプレス加工した板ばね36を射出成形機の金型のキャビティ内にセットした状態で、この板ばね36の内側に上記ゴム38を充填(射出成形)する事により、この板ばね36の形状(各緩衝用抑え板35、35並びに連結部37の形状)を、この金型の内面の形状に沿う様に矯正(補正)できる。即ち、上記金型のキャビティ内に、圧力を加えつつ注入した上記ゴム38により、上記板ばね36をこのキャビティの内面に押し付けて、この板ばね36の形状を、このキャビティの内面形状に合致させられる。この様な場合には、上記プレス成形後の板ばね36のみの状態で、この板ばね36の寸法誤差が大きくても(寸法精度を高度に維持しなくても)、上記ゴム38を充填した射出成形後に、高精度の緩衝部材34を得る事ができる。
尚、上述の様な射出成形をしなくても、上記緩衝部材34の必要な寸法精度並びに剛性(弾性)を得られる場合には、上記ゴム38を省略(板ばね36のみと)しても良い。但し、上記板ばね36を形成する為には(断面を台形状とした板ばね36とする為には)、プレス加工を複数工程施す事により徐々に所望の形状に形成する必要がある。この様なプレス加工を複数工程施した後の板ばね36のみの状態では、形状にばらつきを生じ易く、寸法精度を高度に維持しにくくなる可能性がある。尚、この様な形状のばらつきに拘らず、この様な板ばね36のみで動力伝達を滑らかに行なえる様にする為に、この板ばね36の弾力(予圧量)を予め大きく設定しておく事も考えられる。
例えば、上記ステアリングシャフト2と上記入力軸12とのがたつき量(ずれ量)は、寸法精度にもよるが約0.5度程度になり、このステアリングシャフト2の外径が20mm程度であれば、これらステアリングシャフト2と入力軸12との回転方向(円周方向)に関する相対変位量(がたつき量)は0.09mm程度になる。これに対して、プレス加工のみにより形成された板ばね36の寸法公差は、約0.5度程度になり、回転方向に関する変位量で0.1mm程度になるのが一般的である。この様な寸法公差に拘らず、この板ばね36のみの弾性に基づき上記がたつきを抑える(動力伝達を滑らかに行なう)為には、上述の様に、この板ばね36の組み付け状態での弾力(予圧量)を大きく設定しておく事が考えられる。
但し、この様に弾力を大きく設定する場合、組み付け状態での上記板ばね36の変形量(ひずみ量)が大きくなり、その分、この板ばね36に加わる内部応力も大きくなる可能性がある。特に、この板ばね36の寸法を確保できない場合(この板ばね36の大きさが小さい場合)には、上記変形量に対する応力の増大量も大きくなり、この応力が徒に大きくなる可能性がある。これに対して、上述した様に射出成形により上記板ばね36の外面の形状を矯正(補正)すれば、上記緩衝部材34の寸法精度を高度に維持できる。例えば、プレス加工後の状態で、最終的に必要とする形状よりも曲げの程度を不足気味とし、上記射出成形に伴い上記金型の内面の形状に矯正する事で、上記最終的に必要とされる形状を高精度に得る事もできる。この様に寸法精度を高度に維持できる為、この緩衝部材34の弾力(予圧量)を大きく設定する必要がなく、この緩衝部材34に大きな応力が加わる事を防止できる。
更に、本例の場合は、各緩衝部材34、34を構成する1対の緩衝用抑え板35、35同士の間隔を、回転伝達用筒部26及び回転伝達用挿入部25の径方向内方に向かう程狭くしている。この為、動力伝達の際に、上記各緩衝用抑え板35、35に加わる力(応力)を分散できる。即ち、例えば図4の上部に示す様に、動力伝達に伴い上記各内径側緩衝用凹部33の内面から緩衝用抑え板35に力(せん断力)Fが加わると、この力Fの加わり始めは、上記内径側緩衝用凹部33の一方(図4の左方)の内側面と当接する部分α、並びに、この部分αと回転方向に対向する、上記外径側緩衝用凹部32の他方(図4の右方)の内側面と当接する部分βの応力が大きくなる。そして、上記力Fが更に大きくなると、上記内径側緩衝用凹部33の他方(図4の右方)の内側面と当接する部分γ並びに上記外径側緩衝用凹部32の底部と対向する部分δの応力が大きくなってから、上記部分α、βの応力も大きくなる。この様に各緩衝部材34に加わる応力を、この緩衝部材34の板ばね36を構成する上記緩衝用抑え板35、35だけでなく、これら緩衝用抑え板35、35と各突合せ部39、39との連続部等に分散させる事ができる。この様に緩衝部材34の全体に応力を分散できれば、特に回転開始時の初期のがたつきに基づく応力の増大の程度も緩和でき、耐久性の向上を図れる。
[実施の形態の第2例]
図9は、請求項1、2、4〜6に対応する、本発明の実施の形態の第2例を示している。本例の場合は、緩衝部材34を構成する板ばね36の連結部37と1対の突合せ部39、39との位置関係を、前述の第1例の構造と逆にしている。即ち、1対の緩衝用抑え板35、35同士の間隔が広くなる側を連結部37とすると共に、同じく狭くなる側に1対の突合せ部39、39を設けている。
その他の構成及び作用は、上述した第1例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
[実施の形態の第3例]
図10は、請求項1、2、4、6に対応する、本発明の実施の形態の第3例を示している。前述の第1例及び上述の第2例が、緩衝部材34を構成する板ばね36の端縁同士を90度内側に折り曲げて突合せ部39、39(図8、9等参照)としているのに対して、本例の場合は、この様な突合せ部39、39を設けていない。即ち、本例の場合は、板ばね36の端縁同士を互いに間隔を開けた状態で対向させている。尚、連結部37は、図10(A)に示す様に、1対の緩衝用抑え板35、35同士の間隔が狭くなる側に設けても良いし、同図(B)に示す様に逆(間隔が広くなる側)に設けても良い。又、本例の場合は、緩衝用抑え板35、35同士の間にゴム38(図8、9等参照)を設けていない。
その他の構成及び作用は、上述した第1例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
[実施の形態の第4例]
図11は、請求項1、2、5、6に対応する、本発明の実施の形態の第4例を示している。前述の第1、2例及び上述の第3例が、緩衝部材34を構成する1対の緩衝用抑え板35、35同士を、連結部37(図8〜10等参照)により一体に連結しているのに対して、本例の場合は、1対の緩衝用抑え板35、35を、互いに別体に形成している。そして、これら1対の緩衝用抑え板35、35同士の間に弾性材40を設ける事により、より具体的には、例えば図11(B)に示す様にこれら各緩衝用抑え板35、35同士の間でゴム38を挟持する事により、これら両緩衝用抑え板35、35同士の間に互いに離れる方向の弾力を付与している。
その他の構成及び作用は、前述した第1、2例並びに上述した第3例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
[実施の形態の第5例]
図12は、請求項1、2、4〜6に対応する、本発明の実施の形態の第5例を示している。前述の第1例の場合は、例えば図4に示す様に、各外径側緩衝用凹部32、32の互いに対向する内側面同士を、これら各外径側緩衝用凹部32、32の底部に向かう程(径方向外方に向かう程)幅が狭くなる方向に傾斜させると共に、これら内側面と底部とを大きな曲率半径を有する連続部で滑らかに連続させている。そして、この様な連続部と、各緩衝用抑え板35、35のうちのこれら各連続部に沿って湾曲させた部分とを、互いに当接させている。この様に前述の第1例の場合は、上記各外径側緩衝用凹部32、32の内面と各緩衝用抑え板35、35とを、互いに曲面同士で当接させている。これに対して本例の場合は、各外径側緩衝用凹部32aの互いに対向する内側面を平面とすると共に、これら両内側面を、この外径側緩衝用凹部32aの底部に向かう程間隔が広くなる方向に傾斜させている。そして、この様な各内側面と緩衝用抑え板35、35とを、互いに平面同士で当接させている。この構成により、緩衝部材34の両側面と相手面との当接面を確保し、当接部の摩耗を抑えている。
その他の構成及び作用は、前述した第1例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
[実施の形態の第6例]
図13は、請求項1、2、4〜6に対応する、本発明の実施の形態の第6例を示している。本例の場合は、回転伝達用凹部27、27の内面のうちの互いに対向する内側面42、42同士の間隔と、これら各内側面42、42に対向する、回転伝達用凸部28、28の両側面43、43同士の間隔とを、回転伝達用筒部26及び回転伝達用挿入部25の径方向内方に向かう程狭くしている。本例の場合は、これら回転伝達用凹部27、27の各内側面42、42、並びに、回転伝達用凸部28、28の両側面43、43の延長線(鎖線ロ)を、上記回転伝達用筒部26及び回転伝達用挿入部25の中心で交差する様に規制している。従って、回転伝達時に上記各側面42、43を互いに広い面積で当接させて、当接部の摩耗を抑える事ができる。
その他の構成及び作用は、前述した第1例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
[実施の形態の第7例]
図14〜15は、請求項1、2、4〜6に対応する、本発明の実施の形態の第7例を示している。本例の場合は、各内径側緩衝用凹部33a、33aの内面の形状を、断面円弧状の曲面としている。又、これに合わせて、各緩衝部材34、34を構成する板ばね36、36のうちの各緩衝用抑え板35、35と各突合せ部39、39との連続部も、断面円弧状の曲面としている。この様な本例の場合は、上記内径側緩衝用凹部33a、33a並びに各緩衝部材34、34に加わる応力を分散させる事ができる。この為、大型自動車用の操舵装置の様に、大きなトルクを伝達する場合でも、回転伝達用挿入部25の耐久性を確保し易くなる。
その他の構成及び作用は、前述した第1例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
[実施の形態の第8例]
図16は、請求項1、2、4〜6に対応する、本発明の実施の形態の第8例を示している。本例の場合は、各外径側、内径側緩衝用凹部32、33にそれぞれ掛け渡す各緩衝部材34同士を連結板41により連結して、複数の緩衝部材34を一体構造としている。即ち、これら各緩衝部材34を構成する連続部37(図8等参照)同士を、上記連続板41により連結している。この様な本例の場合は、上記各緩衝用部材34を上記各内径側緩衝用凹部33或いは各外径側各緩衝用凹部32に取り付ける作業の容易化を図れると共に、この様に各緩衝部材34を取り付けた状態で、回転伝達用挿入部25を回転伝達用筒部26に挿入する作業の容易化も図れる。
その他の構成及び作用は、前述した第1例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
[実施の形態の第9例]
図17は、本発明の実施の形態の第9例を示している。前述の第1例は、ステアリングシャフト2に操舵力補助装置4を設けた電動式パワーステアリング装置に、本発明を適用した場合を示した。これに対して本例の場合は、ステアリングギヤ6に操舵力補助装置4aを設けた電動式パワーステアリング装置に、本発明を適用した場合を示している。即ち、本例の場合は、ステアリングギヤ6と操舵力補助装置4aとを備える。このうちの操舵力補助装置4aは、入力軸12と、出力軸14と、電動モータ20と、ウォーム減速機21と、トルクセンサ22と、図示しない制御器とを備える。この様な操舵力補助装置4aの基本構成に就いては、前述の第1例の操舵力補助装置4と同様である。又、上記ステアリングギヤ6は、ラック44とピニオン45とを備え、このうちのピニオン45を、上記操舵力補助装置4aの出力軸14に結合している。又、このピニオン45と噛合する上記ラック44は、両端部にタイロッド5、5(図1参照)を連結しており、このラック44の変位に基づきこれら各タイロッド5、5を押し引きする事で、図示しない操舵輪に所望の舵角を付与する。この様なステアリングギヤ6に就いても、前述の第1例で説明した通りである。
特に、本例の場合は、上記出力軸14が第一の回転軸に相当し、この出力軸14の端部を回転伝達用筒部26としている。又、上記ピニオン45が第二の回転軸に相当し、このピニオン45の端部を回転伝達用挿入25としている。この様な本例の場合には、上記操舵力補助装置4aの出力軸14とステアリングギヤ6のピニオン45との結合を容易に行なえると共に、これら出力軸14とピニオン45とががたつく事を防止でき、動力伝達を滑らかに行なえる(ステアリング操作を良好に行なえる)。
この様な効果を含む、その他の構成及び作用は、前述した第1〜8例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
[実施の形態の第10例]
図18は、請求項1、3〜6に対応する、本発明の実施の形態の第10例を示している。前述した第1〜9例の場合が、回転伝達用筒部26の内周面に回転伝達用凹部27、27を、回転伝達用挿入部25の外周面に回転伝達用凸部28、28を、それぞれ設けているのに対して、本例の場合は、回転伝達用筒部26aの内周面に回転伝達用凸部28a、28aを、回転伝達用挿入部25aの外周面に回転伝達用凹部27a、27aを、それぞれ設けている。従って、本例の場合は、上記回転伝達用筒部26aの内周面が、請求項1に記載した他方の周面に、上記回転伝達用挿入部25aの外周面が、同じく一方の周面に、それぞれ相当する。
又、本例の場合は、上記各回転伝達用凹部27a、27aの形状と内径側緩衝用凹部33、33の形状とを、互いに同じにしている。言い換えれば、上記回転伝達用挿入部25aの外周面には、同形状の凹部が6個、円周方向に関して等間隔に設けられている。従って、上記回転伝達用筒部26aに上記回転伝達用挿入部25aを押し込む際に、回転方向に関する位相合わせの自由度を大きくでき、位置合わせ作業の容易化を図れる。尚、この様な位相合わせの自由度を考慮せずに、上記各回転伝達用凹部27a、27aの形状と上記各内径側緩衝用凹部33、33の形状とを異ならせても良い。何れにしても、上記各内径側緩衝用凹部33、33と各外径側緩衝用凹部32、32との間には、それぞれ緩衝部材34、34を装着する(組み付ける)。これら各緩衝部材34、34は、前述の第1例の各緩衝部材34、34と同様のものである。
上述の様に構成する本例の場合は、回転伝達用筒部26aの内周面に回転伝達用凸部28a、28aを設けている為、この回転伝達用筒部26aの平均肉厚を大きくできる。トルク伝達時には、伝達トルクに応じて各部が弾性変形するが、大きなトルクを伝達する場合に、上記回転伝達用筒部26aが径方向外側に向けて弾性変形し易くなる。本例の場合には、上述の様に回転伝達用筒部26aの平均肉厚を大きくできる為、上述の様な回転伝達用筒部26aの弾性変形を効果的に抑制する事ができる。
その他の構成及び作用は、前述した第1例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
[実施の形態の第11例]
図19は、請求項1、3〜6に対応する、本発明の実施の形態の第11例を示している。本例の場合は、前述した第7例(図14、15参照)と同様に、各内径側緩衝用凹部33a、33aの内面の形状を、断面円弧状の曲面としている。又、これに合わせて、各緩衝部材34、34を構成する板ばね36、36のうちの各緩衝用抑え板35、35と各突合せ部39、39との連続部も、断面円弧状の曲面としている。この様な本例の場合は、上記各緩衝部材34、34が、組み付け状態で回転伝達用挿入部25aの中心軸に頂点を向けた略三角形状となり、上記内径側緩衝用凹部33a、33aの断面積を小さくできる。この為、これら各内径側緩衝用凹部33a、33aと回転伝達用凹部27a、27aとの形状を同じとし、これら各凹部33a、27aを上記回転伝達用挿入部25aの外周面に円周方向等間隔に設ける場合に、これら各凹部33a、27aの断面積の和が小さく収まり、上記回転伝達用挿入部25aの捩り強度を十分に確保できる。この為、回転伝達用筒部26aの平均肉厚を大きくできる事と相まって、大きなトルク伝達に適した構成を提供できる。
その他の構成及び作用は、上述した第10例並びに前述した第1例と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。
本発明の回転軸用結合装置を組み込む電動式パワーステアリング装置の1例を示す図。 ステアリングシャフト及びステアリングコラムと操舵力補助装置を取り出して示す断面図。 図2のA部拡大断面図 図3のB−B断面図。 ステアリングシャフトと操舵力補助装置の入力軸とを取り出して、結合前の状態で示す断面図。 図5のC−C断面図。 図5のD−D断面図。 緩衝部材を取り出して図6〜7と同方向から見た状態で示す図。 本発明の実施の形態の第2例を示す、図8と同様の図。 同第3例を構成する緩衝部材の形状の2例を示す、図8と同様の図。 同第4例を示す、図10と同様の図。 同第5例を示す、図4のE部に相当する拡大断面図。 同第6例を示す、図4の上半部に相当する断面図。 同第7例を示す、図4と同様の断面図。 図14のF部拡大断面図。 本発明の実施の形態の第8例を示す、図3と同様の断面図。 同第9例を、ステアリングギヤと操舵力補助装置とを結合した状態で示す断面図。 同第10例を示す、図4と同様の断面図。 同第11例を示す、図4と同様の断面図。
符号の説明
1 ステアリングホイール
2 ステアリングシャフト
3 ステアリングコラム
4、4a 操舵力補助装置
5 タイロッド
6 ステアリングギヤ
7 アウターシャフト
8 インナーシャフト
9 アウターコラム
10 インナーコラム
11 ギヤハウジング
12 入力軸
13 トーションバー
14 出力軸
15 支持ブラケット
16 車体
17 自在継手
18 中間シャフト
19 入力軸
20 電動モータ
21 ウォーム減速機
22 トルクセンサ
23 ウォームホイール
24 ウォーム
25、25a 回転伝達用挿入部
26、26a 回転伝達用筒部
27、27a 回転伝達用凹部
28、28a 回転伝達用凸部
29 内径側係止溝
30 外径側係止溝
31 止め輪
32、32a 外径側緩衝用凹部
33、33a 内径側緩衝用凹部
34 緩衝部材
35 緩衝用抑え板
36 板ばね
37 連結部
38 ゴム
39 突き合せ部
40 弾性部材
41 連結板
42 内側面
43 側面
44 ラック
45 ピニオン

Claims (6)

  1. 互いに同心に配置された第一、第二の回転軸と、このうちの第一の回転軸の端部に設けられた回転伝達用筒部と、同じく第二の回転軸の端部に設けられた、この回転伝達用筒部に挿入可能な大きさ及び形状を有する回転伝達用挿入部と、この回転伝達用筒部の内周面と回転伝達用挿入部の外周面とのうちの一方の周面に、この周面から径方向に凹入する状態で設けられた、少なくとも1個の回転伝達用凹部と、上記回転伝達用筒部の内周面と回転伝達用挿入部の外周面とのうちの他方の周面に、この周面から径方向に突出する状態で設けられた、上記回転伝達用凹部と同数でこの回転伝達用凹部に緩く挿入できる大きさ及び形状を有する回転伝達用凸部と、上記回転伝達用筒部の内周面で上記回転伝達用凹部或いは回転伝達用凸部から円周方向に外れた部分に径方向外方に凹入する状態で設けられた、少なくとも1個の外径側緩衝用凹部と、上記回転伝達用挿入部の外周面の一部でこの外径側緩衝用凹部と対向する部分に径方向内方に凹入する状態で設けられた内径側緩衝用凹部と、これら外径側緩衝用凹部と内径側緩衝用凹部との間に掛け渡された状態で設けられた緩衝部材とを備え、この緩衝部材は、それぞれが弾性板製で上記両回転軸の回転方向に関して互いに離隔した状態で、且つ、互いに離隔する方向の弾力を付与された1対の緩衝用抑え板を有し、このうちの一方の緩衝用抑え板の片面は、上記外径側緩衝用凹部と内径側緩衝用凹部との円周方向に関して片側の内側面に、同じく他方の抑え板の片面は、上記外径側緩衝用凹部と内径側緩衝用凹部との円周方向に関して他側の内側面に、それぞれ弾性的に当接している回転軸用結合装置。
  2. 回転伝達用筒部の内周面に、この内周面から径方向外方に凹入する状態で回転伝達用凹部を設けると共に、回転伝達用挿入部の外周面に、この外周面から径方向外方に突出する状態で回転伝達用凸部を設けた、請求項1に記載した回転軸用結合装置。
  3. 回転伝達用筒部の内周面に、この内周面から径方向内方に突出する状態で回転伝達用凸部を設けると共に、回転伝達用挿入部の外周面に、この外周面から径方向内方に凹入する状態で回転伝達用凹部を設けた、請求項1に記載した回転軸用結合装置。
  4. 各緩衝部材が板ばねであり、これら各緩衝部材を構成する1対の緩衝用抑え板が、連結部を介して一体に連結されている、請求項1〜3のうちの何れか1項に記載した回転軸用結合装置。
  5. 各緩衝部材を構成する1対の緩衝用抑え板同士の間にゴムが挟持されている、請求項1〜4のうちの何れか1項に記載した回転軸用結合装置。
  6. 各緩衝部材を構成する1対の緩衝用抑え板同士の間隔が、回転伝達用筒部及び回転伝達用挿入部の径方向内方に向かう程狭くなっている、請求項1〜5のうちの何れか1項に記載した回転軸用結合装置。
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