JP2861760B2 - Mechanical fuse device - Google Patents
Mechanical fuse deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、実質的に丸棒状の部材
とこれに嵌合する部材との連結構造に係り、更に詳細に
はかかる二つの部材の連結状態を制御するメカニカルヒ
ューズ装置に係る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a connection structure between a substantially round bar-shaped member and a member fitted to the same, and more particularly, to a mechanical fuse device for controlling a connection state of the two members. Related.
【0002】[0002]
【従来の技術】メカニカルヒューズ装置の一つとして、
例えば特開昭61−220968号公報に記載されてい
る如く、自動車等の車輌の電動式パワーステアリング装
置に於て、ステアリングシャフトと共に一体的に回動す
る補助部材とモータにより駆動される出力歯車とがシェ
アピンを介して連結され、補助部材と出力歯車との間に
過大な負荷が作用することによりシェアピンに所定値以
上の荷重が作用するとシェアピンが折れることにより補
助部材と出力歯車との間の駆動連結状態を解除するよう
構成されたメカニカルヒューズ装置が従来より知られて
いる。2. Description of the Related Art As one of mechanical fuse devices,
For example, as described in JP-A-61-220968, in an electric power steering apparatus for a vehicle such as an automobile, an auxiliary member that rotates integrally with a steering shaft and an output gear driven by a motor are provided. Are connected via a shear pin, and when an excessive load acts between the auxiliary member and the output gear, when a load of a predetermined value or more is applied to the shear pin, the shear pin is broken and the drive between the auxiliary member and the output gear is performed. A mechanical fuse device configured to release a connection state has been conventionally known.
【0003】かかるメカニカルヒューズ装置によれば、
例えばモータにロック等の異常が生じモータが全く回転
できなくなった場合にも、車輌の運転者はステアリング
ホイールを操作してステアリングシャフトを回転駆動し
シェアピンに高い荷重を与えることによってシェアピン
を折損させ、これによりモータのロック等に起因して操
舵不能の状態になることを確実に回避することができ
る。According to such a mechanical fuse device,
For example, even when an abnormality such as a lock occurs in the motor and the motor cannot rotate at all, the driver of the vehicle operates the steering wheel to rotate the steering shaft to apply a high load to the shear pin, thereby breaking the shear pin, As a result, it is possible to reliably prevent the steering from being disabled due to the lock of the motor or the like.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】シェアピンの如き連結
部材は従来より一般に耐衝撃性に優れた金属や樹脂にて
構成されている。しかし金属や樹脂はそれらに繰返し荷
重が加えられると疲労により強度が比較的大きく低下す
る。従って上述の如き従来のメカニカルヒューズ装置に
於ては、パワーステアリング装置が長期間に亘り使用さ
れる過程に於てシェアピンの強度が疲労により低下し、
その結果シェアピンに作用する実際の荷重が設計上の設
定破断荷重未満であってもシェアピンが折損し、そのた
め電動式パワーステアリング装置がその本来の作動状態
を維持すべき状況にあるにも拘らず補助部材と出力歯車
との間に於てトルクの伝達が行われなくなり、パワース
テアリング装置が不必要にマニュアルステアリング装置
に切換ってしまうという問題がある。Conventionally, connecting members such as shear pins are generally made of metal or resin having excellent impact resistance. However, when a metal or resin is repeatedly subjected to a load, the strength of the metal or resin is relatively largely reduced due to fatigue. Therefore, in the conventional mechanical fuse device as described above, in the process in which the power steering device is used for a long time, the strength of the shear pin decreases due to fatigue,
As a result, the shear pin breaks even if the actual load acting on the shear pin is less than the designed breaking load, so that the electric power steering device is assisted in spite of the situation where it should maintain its original operating condition. There is a problem that torque transmission is not performed between the member and the output gear, and the power steering device is unnecessarily switched to the manual steering device.
【0005】またシェアピンの疲労による強度低下に起
因してシェアピンに作用する実際の荷重が設定破断荷重
未満の状況に於てシェアピンが折損することを防止すべ
く、疲労による強度低下分を見込んでシェアピンの設定
破断荷重を低く設定しようとすると、パワーステアリン
グ装置を正常に作動させるためにシェアピンが耐えなけ
ればならない荷重よりもシェアピンの設定破断荷重が低
くなり、従ってこの場合にも例えば車輪の縁石当りの如
き状況に於て補助部材と出力歯車との間の伝達トルクが
高くなると、パワーステアリング装置がその本来の作動
状態を維持すべき状況にあるにも拘らずシェアピンが折
損し、パワーステアリング装置が不必要にマニュアルス
テアリング装置に切換ってしまう。Also, in order to prevent the shear pin from being broken in a situation where the actual load acting on the shear pin due to the strength reduction due to the fatigue of the shear pin is less than the set breaking load, the shear pin is reduced in consideration of the strength reduction due to the fatigue. If the set breaking load is set to be low, the set breaking load of the shear pin is lower than the load that the shear pin must withstand for the normal operation of the power steering device. In such a situation, if the transmission torque between the auxiliary member and the output gear increases, the shear pin breaks and the power steering device fails even though the power steering device should maintain its original operating state. Switch to a manual steering device if necessary.
【0006】一方セラミックスは金属や樹脂に比して耐
衝撃性に劣るため、従来より二つの部材を連結するため
のキーの如き連結部材の構成材料としては不適当である
と考えられているが、セラミックスは金属や樹脂に比し
て疲労による強度低下が極めて小さいという優れた特徴
を有している。On the other hand, ceramics are inferior in impact resistance to metals and resins, and are conventionally considered to be unsuitable as constituent materials of connecting members such as keys for connecting two members. On the other hand, ceramics have an excellent feature that the reduction in strength due to fatigue is extremely small as compared with metals and resins.
【0007】しかし連結部材がセラミックスにて構成さ
れる場合には、連結部材に所定値以上の荷重が作用して
も連結部材は必ずしもきれいに二分割の状態に破断せ
ず、細な破片を伴って破断し、そのため破片の噛込みに
起因して二つの部材の互いに他に対する相対変位が阻害
されたり、破片の飛散に起因して周囲に悪影響が及ぼさ
れたりすることがある。特にかかる問題は連結部材が半
月形の平板状のキーである場合に生じ易い。However, when the connecting member is made of ceramics, the connecting member does not necessarily break cleanly into two parts even if a load of a predetermined value or more is applied to the connecting member. The two members may be broken due to bite of the fragments, thereby hindering the relative displacement of the two members with respect to each other, or scatter of the fragments may adversely affect the surroundings. In particular, such a problem is likely to occur when the connecting member is a half-moon-shaped flat key.
【0008】本発明は、従来のメカニカルヒューズ装置
に於ける上述の如き問題に鑑み、メカニカルヒューズ装
置が長期間に亘り使用されても連結部材としてのキーが
その疲労による強度低下に起因して不必要に破断するこ
とがなく、これにより長期間に亘り正常に作動すること
ができ、またキーに所定値以上の荷重が作用するとキー
が実質的に破片を生ずることなくきれいに二分割の状態
に破断し、これにより二つの部材の互いに他に対する相
対変位を阻害したり周囲に悪影響を及ぼしたりすること
がないよう改良されたメカニカルヒューズ装置を提供す
ることを目的としている。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the conventional mechanical fuse device, and in consideration of the above-mentioned problems, even if the mechanical fuse device is used for a long period of time, the key as a connecting member is inferior due to a decrease in strength due to fatigue thereof. It does not break as necessary, so that it can operate normally for a long period of time, and when a load exceeding a predetermined value is applied to the key, the key breaks cleanly into two parts without substantial debris It is another object of the present invention to provide a mechanical fuse device improved so that the relative displacement of the two members with respect to each other is not hindered and the surroundings are not adversely affected.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、請求項1の構成、即ち第一のキー溝を有す
る実質的に丸棒状の第一の部材と、前記第一の部材に嵌
合し前記第一のキー溝に整合する第二のキー溝を有する
第二の部材と、前記第一及び第二のキー溝に挿入され前
記第一及び第二の部材を荷重伝達可能に連結する実質的
に半月形の平板状のキーとを有し、前記キーはセラミッ
クスにて構成され、前記第一の部材と前記第二の部材と
の間に伝達される荷重が所定値以上になると破断して前
記第一及び第二の部材の連結状態を解除するよう構成さ
れたメカニカルヒューズ装置に於て、前記キーは前記第
一及び第二の部材の連結部の対向面に沿って延在する切
欠き溝を有し、前記切欠き溝はその延在方向中央部へ向
うにつれて漸次減少するよう設定された深さを有するこ
とを特徴とするメカニカルヒューズ装置によって達成さ
れる。According to the present invention, there is provided, in accordance with the present invention, an arrangement according to claim 1, namely a first member substantially in the form of a round bar having a first keyway and the first member. A second member having a second key groove that is fitted to the member and is aligned with the first key groove, and loads the first and second members inserted into the first and second key grooves. A substantially semi-moon-shaped flat key that is communicatively coupled, wherein the key is made of ceramics, and a load transmitted between the first member and the second member is predetermined. In a mechanical fuse device configured to break and release the connection state of the first and second members when the value becomes equal to or more than the value, the key is provided on an opposing surface of a connection portion of the first and second members. A notch groove extending along the groove, and the notch groove gradually decreases toward the center in the extending direction. It is accomplished by a mechanical fuse device, characterized in that it comprises a set depth to.
【0010】また本発明によれば、請求項1の構成に於
て、前記切欠き溝は前記キーの両側面に設けられてお
り、各切欠き溝の深さ方向は実質的に前記対向面に整合
するよう前記側面に対し傾斜されている(請求項2の構
成)。According to the present invention, in the configuration of the first aspect, the notch grooves are provided on both side surfaces of the key, and the depth direction of each notch groove is substantially equal to the facing surface. (The configuration of claim 2).
【0011】[0011]
【作用】図11はセラミックス(窒化ケイ素)の遅れ破
壊強度及び疲労強度を金属(合金鋼、JIS規格SCM
44)の疲労強度と対比して示すグラフである。この図
11より、金属の疲労による強度低下は比較的大きいの
に対し、セラミックスの108 回経過後の疲労強度はそ
の初期強度の約80%であり、セラミックスの疲労によ
る強度低下は極めて小さいことが解る。FIG. 11 shows the delayed fracture strength and fatigue strength of ceramics (silicon nitride) measured by metal (alloy steel, JIS standard SCM).
44 is a graph shown in comparison with the fatigue strength of (44). According to FIG. 11, the strength decrease due to metal fatigue is relatively large, whereas the fatigue strength of ceramics after 10 8 times is about 80% of its initial strength, and the strength decrease due to ceramic fatigue is extremely small. I understand.
【0012】上述の請求項1の構成によれば、第一及び
第二の部材の連結状態を制御するキーは、疲労による強
度低下が極めて小さいセラミックスにて構成されるの
で、メカニカルヒューズ装置が長期間に亘り使用されて
も、キーの疲労による強度低下に起因してキーがそれに
作用する荷重が設定荷重を大幅に下まわる状況に於て破
断することがなく、メカニカルヒューズ装置を長期間に
亘り所期の設計通りに作動させることが可能になる。According to the first aspect of the present invention, since the key for controlling the connection state of the first and second members is made of ceramics whose strength is hardly reduced due to fatigue, the mechanical fuse device is long. Even if it is used for a long period of time, the key does not break in a situation where the load acting on the key is significantly lower than the set load due to the decrease in strength due to the fatigue of the key. It will be possible to operate as intended.
【0013】またキーは第一及び第二の部材の連結部の
対向面に沿って延在する切欠き溝を有し、切欠き溝はそ
の延在方向中央部へ向うにつれて漸次減少するよう設定
された深さを有しているので、切欠き溝の深さがその延
在方向全体に亘り一定である場合に比して、第一及び第
二の部材の間に作用する荷重に起因して切欠き溝に作用
する応力が一様になり、従ってキーに作用する荷重が設
定荷重以上になると、キーは実質的に破片を生ずること
なく良好に二分割の状態に破断される。Further, the key has a notch groove extending along the opposing surface of the connecting portion of the first and second members, and the notch groove is set so as to gradually decrease toward the center in the extending direction. The depth of the notch groove is constant over the entire extending direction of the notch groove due to the load acting between the first and second members. When the stress acting on the notch groove becomes uniform and the load acting on the key exceeds the set load, the key is broken into two pieces without any substantial debris.
【0014】また上述の請求項2の構成によれば、切欠
き溝はキーの両側面に設けられており、各切欠き溝の深
さ方向は実質的に第一及び第二の部材の連結部の対向面
に整合するよう側面に対し傾斜されているので、キーに
作用する荷重が設定荷重以上になると、キーは実質的に
二つの部材の連結部の対向面に沿って良好に二分割の状
態に破断し、キーの破断面が二つの部材の連結部の対向
面より大きく突出することがなく、従って第一及び第二
の部材の互いに他に対する相対変位が破断後のキーによ
り阻害されることがない。According to the second aspect of the present invention, the notch grooves are provided on both side surfaces of the key, and the depth direction of each notch groove substantially connects the first and second members. When the load acting on the key exceeds the set load, the key is effectively divided into two parts along the opposing surface of the connecting part of the two members because it is inclined with respect to the side to match the opposing surface of the part. And the fracture surface of the key does not protrude more than the opposing surface of the connecting portion of the two members, so that the relative displacement of the first and second members with respect to each other is impeded by the key after the fracture. Never.
【0015】[0015]
【実施例】以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施
例について詳細に説明する。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention.
【0016】図1は本発明によるメカニカルヒューズ装
置が適用された電動式パワーステアリング装置を示す概
略構成図、図2は図1の歯車とシャフトとの間に適用さ
れたメカニカルヒューズ装置の実施例を示す拡大部分縦
断面図、図3は図2に示された実施例の平断面図であ
る。FIG. 1 is a schematic structural view showing an electric power steering apparatus to which a mechanical fuse device according to the present invention is applied, and FIG. 2 shows an embodiment of a mechanical fuse device applied between a gear and a shaft in FIG. FIG. 3 is an enlarged partial longitudinal sectional view, and FIG. 3 is a plan sectional view of the embodiment shown in FIG.
【0017】図1に於て、10は上端にステアリングホ
イール12が固定されたステアリングシャフトを示して
いる。ステアリングシャフト10は途中に操舵トルクを
検出するトルクセンサ14を有し、下端にてラック・ア
ンド・ピニオン式ステアリング装置16のピニオンシャ
フトに連結されている。またステアリングシャフト12
にはトルクセンサ14と下端との間にて後述の如く従動
歯車18が固定されており、従動歯車18はモータ20
により駆動される駆動歯車22と噛合している。モータ
20の回転はトルクセンサ14及び図には示されていな
い他のセンサによる検出結果に基づき電子制御装置24
によって制御され、これにより少なくとも操舵トルクに
応じて補助操舵力を発生するようになっている。In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a steering shaft having a steering wheel 12 fixed to an upper end. The steering shaft 10 has a torque sensor 14 for detecting a steering torque on the way, and is connected at its lower end to a pinion shaft of a rack-and-pinion type steering device 16. Also, the steering shaft 12
A driven gear 18 is fixed between the torque sensor 14 and the lower end as described later, and the driven gear 18
And the driving gear 22 driven by the The rotation of the motor 20 is controlled by the electronic control unit 24 based on the detection results of the torque sensor 14 and other sensors not shown.
Thus, an auxiliary steering force is generated according to at least the steering torque.
【0018】図2及び図3に示されている如く、ステア
リングシャフト10にはその軸線26に沿って第一のキ
ー溝としての半月形の窪み28が設けられている。また
従動歯車18はそのボス部18Aにてステアリングシャ
フト10に嵌合し、ボス部の内面には軸線26に沿って
延在する第二のキー溝としてのキー溝30が設けられて
いる。窪み28及びキー溝30内には半月形の平板状の
セラミックス製のキー32が挿入されており、これによ
り従動歯車18はキー32によりステアリングシャフト
10に連結固定されている。As shown in FIGS. 2 and 3, the steering shaft 10 is provided with a half-moon-shaped depression 28 as a first keyway along an axis 26 thereof. Further, the driven gear 18 is fitted to the steering shaft 10 at its boss 18A, and a key groove 30 as a second key groove extending along the axis 26 is provided on the inner surface of the boss. A semi-lunar plate-shaped ceramic key 32 is inserted into the recess 28 and the key groove 30, whereby the driven gear 18 is connected and fixed to the steering shaft 10 by the key 32.
【0019】図示の実施例に於ては、図4に示されてい
る如く、キー32の両側面32A及び32Bにはそれぞ
れ互いに整合する断面V形の切欠き溝34及び36が設
けられている。切欠き溝34及び36はキー32が窪み
28及びキー溝30内に適正に挿入されると、ステアリ
ングシャフト10及び従動歯車18の連結部の対向面、
即ちステアリングシャフトの表面38と従動歯車のボス
部18Aの内面40に整合して延在するよう平面状の端
面32Cに平行に延在している。In the illustrated embodiment, as shown in FIG. 4, the side surfaces 32A and 32B of the key 32 are provided with V-shaped notches 34 and 36, respectively, which are aligned with each other. . When the key 32 is properly inserted into the recess 28 and the key groove 30, the notch grooves 34 and 36 are provided on the opposing surfaces of the connecting portion of the steering shaft 10 and the driven gear 18.
That is, it extends parallel to the planar end surface 32C so as to extend in alignment with the surface 38 of the steering shaft and the inner surface 40 of the boss 18A of the driven gear.
【0020】また図4に示されている如く、切欠き溝3
4及び36はステアリングシャフトの表面38とボス部
18Aの内面40との間の間隔よりも遥かに大きい幅を
有しており、これによりステアリングシャフト10、従
動歯車18、キー32の熱膨張の差等に起因してステア
リングシャフト及び従動歯車に対し切欠き溝34及び3
6が図4で見て左右の方向に相対変位しても、表面38
及び内面40が必ず切欠き溝の幅の範囲内に収まるよう
になっている。Also, as shown in FIG.
4 and 36 have a width much greater than the spacing between the surface 38 of the steering shaft and the inner surface 40 of the boss 18A, thereby providing a differential thermal expansion between the steering shaft 10, the driven gear 18, and the key 32. Notches 34 and 3 for the steering shaft and the driven gear
6 is displaced in the left and right directions as viewed in FIG.
And, the inner surface 40 always falls within the range of the width of the notch groove.
【0021】図5は図2乃至図4に示されたキーの第一
の実施例を示す正面図(A)、平面図(B)及びこの実
施例の切欠き溝の底に於ける応力拡大係数を示すグラフ
(C)であり、図6は第一の実施例のキーの切欠き溝の
部分を示す拡大部分縦断面図である。FIG. 5 is a front view (A), a plan view (B) showing the first embodiment of the key shown in FIGS. 2 to 4, and the stress intensity at the bottom of the notch groove of this embodiment. FIG. 6 is a graph (C) showing a coefficient, and FIG. 6 is an enlarged partial longitudinal sectional view showing a cutout portion of the key of the first embodiment.
【0022】この第一の実施例に於ては、切欠き溝34
及び36は幅が一定の部分と楔状をなす部分とよりな
り、各切欠き溝の中心平面34A及び36Aはそれぞれ
キー32の対応する側面32A及び32Bに垂直に互い
に整合して延在している。また各切欠き溝の深さは切欠
き溝の延在方向の中央部へ向うにつれて漸次浅くなるよ
う設定されており、各切欠き溝の深さ方向の端縁34B
及び36Bは中心平面34A及び36Aに垂直な方向に
滑らかな円弧状をなしている。In the first embodiment, the notch 34
And 36 comprise a constant width portion and a wedge-shaped portion, and the central planes 34A and 36A of each notch groove extend in alignment with each other perpendicularly to the corresponding side surfaces 32A and 32B of the key 32, respectively. . Further, the depth of each notch groove is set so as to gradually become shallower toward the center in the extending direction of the notch groove, and the depth direction edge 34B of each notch groove is set.
And 36B have a smooth arc shape in a direction perpendicular to the center planes 34A and 36A.
【0023】従って例えば図10に示されている如く、
深さが一定である切欠き溝の底に於ける応力拡大係数は
切欠き溝の延在方向に見て大きく変動し、切欠き溝の延
在方向の中央部へ向うにつれて漸次増大し中央部に於て
非常に高い値になるのに対し、この実施例に於ける切欠
き溝の底に於ける応力拡大係数は、図5(C)に示され
ている如く、切欠き溝の延在方向に見て実質的に一定で
ある。従ってキー32に作用する荷重が設定荷重以上に
なると、キーは切欠き溝34及び36の位置に於てそれ
らの延在方向の全幅に亘り実質的に同時に亀裂を生じ、
実質的に二分割の状態に良好に破断する。Thus, for example, as shown in FIG.
The stress intensity factor at the bottom of the notch groove having a constant depth fluctuates greatly in the direction in which the notch groove extends, and gradually increases toward the center in the direction in which the notch groove extends. 5C, the stress intensity factor at the bottom of the notch groove in this embodiment is, as shown in FIG. 5C, the extension of the notch groove. It is substantially constant in the direction. Therefore, when the load acting on the key 32 exceeds the set load, the keys crack at the notch grooves 34 and 36 substantially simultaneously over the entire width in the extending direction thereof,
It breaks well in a substantially split state.
【0024】尚切欠き溝の深さが一定である場合に応力
拡大係数が比較的大きく変動するのは、(1)キーが半
月形であるため、図10(A)に於て破線のハッチング
にて示されている如く、ステアリングシャフト及び従動
歯車よりキーに高い荷重が与えられる場合に於けるこれ
らの間の接触面が異形であること、(2)ステアリング
シャフト及び従動歯車よりキーへ荷重が伝達される際の
着力点と切欠き溝との間の距離(モーメントのアーム長
さ)や断面二次モーメントが一定にならないことによる
ものであり、第一の実施例によれば、切欠き溝の深さの
設定によってこれらの影響が相殺されることにより応力
拡大係数が実質的に一定になるものと考えられる。When the depth of the notch groove is constant, the stress intensity factor fluctuates relatively largely because (1) the key has a half-moon shape, so that the broken line hatching in FIG. As shown in (2), when a higher load is applied to the key than the steering shaft and the driven gear, the contact surface between them is irregular, (2) the load is applied to the key from the steering shaft and the driven gear. This is because the distance (the arm length of the moment) between the contact point and the notch groove at the time of transmission and the secondary moment of area are not constant. According to the first embodiment, the notch groove It is considered that the stress intensity factor becomes substantially constant by canceling these effects by the setting of the depth.
【0025】図7は図2乃至図4に示されたキーの第二
の実施例を示す正面図(A)、平面図(B)及びこの実
施例の切欠き溝の底に於ける応力拡大係数を示すグラフ
(C)であり、図8は第二の実施例のキーの切欠き溝の
部分を示す拡大部分縦断面図である。FIG. 7 is a front view (A), a plan view (B) showing a second embodiment of the key shown in FIGS. 2 to 4, and the stress intensity at the bottom of the notch groove of this embodiment. FIG. 8 is a graph (C) showing coefficients, and FIG. 8 is an enlarged partial longitudinal sectional view showing a cutout portion of a key according to the second embodiment.
【0026】この第二の実施例に於ても、切欠き溝34
及び36は幅が一定の部分と楔状をなす部分とよりな
り、各切欠き溝の中心平面34A及び36Aはそれぞれ
キー32の対応する側面32A及び32Bに垂直に互い
に整合して延在している。また各切欠き溝の深さは切欠
き溝の延在方向の中央部へ向うにつれて漸次浅くなるよ
う設定されているが、各切欠き溝の深さ方向の端縁34
B及び36Bは直線状をなしている。In the second embodiment, the notch 34
And 36 comprise a constant width portion and a wedge-shaped portion, and the central planes 34A and 36A of each notch groove extend in alignment with each other perpendicularly to the corresponding side surfaces 32A and 32B of the key 32, respectively. . The depth of each notch groove is set so as to gradually decrease as it goes toward the center in the extending direction of the notch groove.
B and 36B are linear.
【0027】従って図7(C)に示されている如く、こ
の実施例に於ける切欠き溝の底に於ける応力拡大係数は
上述の第一の実施例の場合ほど一様ではないが、切欠き
溝の深さが一定である場合に比して切欠き溝の延在方向
に見た応力拡大係数の変動幅が遥かに小さい。特に図示
の如く応力拡大係数の曲線が下向きの凸状をなし且その
湾曲量が小さい場合には、キーの破断は切欠き溝の延在
方向の両端より開始し瞬間的に完了するので、図10
(C)の如く応力拡大係数が上向きに大きく湾曲してい
る場合に比して、キーは良好に二分割の状態に破断す
る。Accordingly, as shown in FIG. 7C, the stress intensity factor at the bottom of the notch groove in this embodiment is not as uniform as in the first embodiment, The variation width of the stress intensity factor in the extending direction of the notch groove is much smaller than when the depth of the notch groove is constant. Particularly, as shown in the figure, when the curve of the stress intensity factor has a downwardly convex shape and the amount of curvature is small, the breaking of the key starts from both ends in the extending direction of the notch groove and is completed instantaneously. 10
As compared with the case where the stress intensity factor is largely curved upward as in (C), the key is more favorably broken into two parts.
【0028】図9は図2乃至図4に示されたキーの第三
の実施例のキーの切欠き溝の部分を示す拡大部分縦断面
図である。FIG. 9 is an enlarged partial longitudinal sectional view showing a cutout portion of the key of the third embodiment of the key shown in FIGS.
【0029】この第三の実施例に於ても、切欠き溝34
及び36は幅が一定の部分と楔状をなす部分とよりなっ
ているが、各切欠き溝はその中心平面34A及び36A
が切欠き溝の深さ方向の端縁34B及び36Bに於てス
テアリングシャフトの表面38と従動歯車のボス部18
Aの内面40との間の中間の仮想円筒面42に対し接線
方向に延在するよう、それぞれキー32の対応する側面
32A及び32Bに対し傾斜した状態にて互いに整合し
て延在している。尚図には示されていないが、各切欠き
溝の深さは上述の第一又は第二の実施例の場合と同一の
態様にて切欠き溝の延在方向の中央部へ向うにつれて漸
次浅くなるよう設定されている。In the third embodiment, the notch 34
And 36 have a constant width portion and a wedge-shaped portion, and each notch groove has a central plane 34A and 36A.
Are provided at the edges 34B and 36B in the depth direction of the notch groove, with the surface 38 of the steering shaft and the boss portion 18 of the driven gear.
A extends in alignment with each other at an angle to the corresponding side surfaces 32A and 32B of the key 32, respectively, so as to extend tangentially to an intermediate virtual cylindrical surface 42 between the inner surface 40 of A. . Although not shown in the drawings, the depth of each notch groove gradually increases toward the center in the extending direction of the notch groove in the same manner as in the above-described first or second embodiment. It is set to be shallow.
【0030】従ってこの第三の実施例によれば、切欠き
溝の深さが一定である場合に比して切欠き溝の延在方向
に見た応力拡大係数の変動幅が遥かに小さく、キーは実
質的に細かい破片を生じることなく良好に二分割の状態
に破断するだけでなく、キーの破断は実質的に仮想円筒
面42に沿って進行し、これによりキーの破断面がステ
アリングシャフトの表面38及び従動歯車のボス部18
Aの内面40より大きく突出することがない。Therefore, according to the third embodiment, the variation range of the stress intensity factor in the extending direction of the notch groove is much smaller than when the depth of the notch groove is constant. Not only does the key break well into two halves without substantial fine debris, but the break of the key proceeds substantially along the imaginary cylindrical surface 42, thereby causing the key to break through the steering shaft. Surface 38 and driven gear boss 18
It does not protrude more than the inner surface 40 of A.
【0031】図示の各実施例に於て、ステアリングシャ
フト10と従動歯車18との間に伝達されるトルクが所
定値未満であり、これによりステアリングシャフト及び
従動歯車によりキー32に与えられる剪断荷重がキーを
構成するセラミックスの種類及び切欠き溝34、36の
大きさや形状等により決定される設定破断荷重未満であ
るときには、キーは破断せず、これにより従動歯車はス
テアリングシャフトと一体の状態に維持される。In the illustrated embodiments, the torque transmitted between the steering shaft 10 and the driven gear 18 is less than a predetermined value, so that the shear load applied to the key 32 by the steering shaft and the driven gear is reduced. When the load is less than the set breaking load determined by the type of ceramics constituting the key and the size and shape of the notch grooves 34 and 36, the key does not break, thereby keeping the driven gear united with the steering shaft. Is done.
【0032】これに対しステアリングシャフト10と従
動歯車18との間に於ける伝達トルクが所定値以上にな
り、これらによりキー32に与えられる剪断荷重が設定
破断荷重以上になると、キーは切欠き溝34及び36に
対応する位置に於て破断し、これによりステアリングシ
ャフト及び従動歯車の連結状態が解除され、二つの部材
は軸線26の周りに自由に相対回転し得るようになる。On the other hand, when the transmission torque between the steering shaft 10 and the driven gear 18 exceeds a predetermined value, and the shear load applied to the key 32 exceeds the set breaking load, the key is notched. It breaks at the positions corresponding to 34 and 36, whereby the connection between the steering shaft and the driven gear is released, and the two members can freely rotate relative to each other about the axis 26.
【0033】この場合キーは実質的に細かい破片を生じ
ることなく良好に二分割の状態に破断するので、二つの
部材の間に細かい破片が侵入して二つの部材の相対回転
が阻害されたり、破片が周囲に飛散して悪影響を及ぼし
たりすることがない。特に第三の実施例によれば、破断
後のキーの破断面によって二つの部材の相対回転が阻害
されることを確実に防止することができる。In this case, the key breaks well into two parts without substantially generating small pieces, so that fine pieces enter between the two members and hinder relative rotation of the two members, The debris does not scatter around and have no adverse effect. In particular, according to the third embodiment, it is possible to reliably prevent the relative rotation of the two members from being hindered by the fracture surface of the key after the fracture.
【0034】またステアリングシャフトの表面38とボ
ス部18Aの内面40との間の間隔に対するキー溝34
及び36の幅の比が比較的小さい場合には、各部材の熱
膨張の差等に起因してステアリングシャフト及び従動歯
車に対する切欠き溝の相対変位が生じると、ステアリン
グシャフト及び従動歯車によるキー32に対する着力点
が切欠き溝の側縁以外の位置になり、従ってキーに設定
破断荷重以上の剪断荷重が作用してもキーが破断しない
場合が生じる。The keyway 34 for the distance between the surface 38 of the steering shaft and the inner surface 40 of the boss 18A.
In the case where the width ratio of the notches is relatively small, when the relative displacement of the notch groove with respect to the steering shaft and the driven gear occurs due to a difference in thermal expansion of each member, etc., the key 32 by the steering shaft and the driven gear Is applied to a position other than the side edge of the notch groove, so that the key may not break even if a shearing load greater than the set breaking load is applied to the key.
【0035】これに対し図示の実施例によれば、ステア
リングシャフト及び従動歯車に対する切欠き溝34及び
36の相対変位が生じても表面38及び内面40は切欠
き溝の幅の範囲内に収まるので、ステアリングシャフト
及び従動歯車によるキーに対する着力点は必ず切欠き溝
の側縁になり、これによりキーはそれに与えられる剪断
荷重が設定破断荷重以上になると必ず破断する。On the other hand, according to the illustrated embodiment, even if the notches 34 and 36 are displaced relative to the steering shaft and the driven gear, the surface 38 and the inner surface 40 are within the width of the notches. The point of attachment of the steering shaft and the driven gear to the key is always at the side edge of the notch groove, so that the key always breaks when the shear load applied thereto exceeds the set breaking load.
【0036】以上に於ては本発明を特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明は上述の実施例に限定され
るものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例
が可能であることは当業者にとって明らかであろう。Although the present invention has been described in detail with reference to specific embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other embodiments may be included within the scope of the present invention. It will be clear to those skilled in the art that is possible.
【0037】例えば図示の各実施例のキー32に設けら
れた切欠き溝34及び36の断面形状はV形又は矩形と
V形との組合せであるが、キーに設けられる切欠き溝は
開先角度の大きい根元部と開先角度の小さい先端部とよ
りなる二重V形を含む任意の断面形状のものであってよ
い。For example, the cross-sectional shapes of the notches 34 and 36 provided in the key 32 of each of the illustrated embodiments are V-shaped or a combination of a rectangle and a V-shaped. Any cross-sectional shape may be used, including a double V-shape consisting of a large angle root and a small groove angle tip.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明の請求項1の構成によれば、キーは疲労による強度低
下が極めて小さいセラミックスにて構成されるので、メ
カニカルヒューズ装置が長期間に亘り使用されても、キ
ーの疲労による強度低下に起因してキーがそれに作用す
る荷重が設定荷重を大幅に下まわる状況に於て破断する
ことがなく、従ってメカニカルヒューズ装置を長期間に
亘り所期の設計通りに作動させることができ、また切欠
き溝はその延在方向中央部へ向うにつれて漸次減少する
よう設定された深さを有しており、切欠き溝の深さがそ
の延在方向全体に亘り一定である場合に比して、第一及
び第二の部材の間に作用する荷重に起因して切欠き溝に
作用する応力が一様になるので、キーに作用する荷重が
設定荷重以上になるとキーは実質的に破片を生ずること
なく良好に二分割の状態に破断され、従ってキーの破断
によって第一及び第二の部材の互いに他に対する相対変
位が阻害されたり周囲に悪影響を及ぼしたりする虞れを
大幅に低減することができる。As is apparent from the above description, according to the structure of the first aspect of the present invention, the key is made of ceramics whose strength is hardly reduced due to fatigue. Even if the mechanical fuse device is used for a long time, the key does not break in a situation where the load acting on the key is significantly lower than the set load due to the decrease in strength due to the fatigue of the key. The notch groove has a depth set to gradually decrease toward the center in the extending direction, and the depth of the notch groove is Since the stress acting on the notch groove becomes uniform due to the load acting between the first and second members as compared with the case where it is constant over the entire direction, the load acting on the key is reduced. Over the set load The key and the key are broken into two parts without any substantial debris, so that the breaking of the key prevents the first and second members from being displaced relative to each other and adversely affects the surroundings. The fear can be greatly reduced.
【0039】また上述の請求項2の構成によれば、切欠
き溝はキーの両側面に設けられており、各切欠き溝の深
さ方向は実質的に第一及び第二の部材の連結部の対向面
に整合するよう側面に対し傾斜されているので、キーに
作用する荷重が設定荷重以上になると、キーは実質的に
二つの部材の連結部の対向面に沿って良好に二分割の状
態に破断し、キーの破断面が二つの部材の連結部の対向
面より大きく突出することがなく、従って第一及び第二
の部材の互いに他に対する相対変位が破断後のキーによ
り阻害されることを回避して二つの部材の相対変位を円
滑に行わせることができる。According to the second aspect of the present invention, the notch grooves are provided on both side surfaces of the key, and the depth direction of each notch groove substantially connects the first and second members. When the load acting on the key exceeds the set load, the key is effectively divided into two parts along the opposing surface of the connecting part of the two members because it is inclined with respect to the side to match the opposing surface of the part. And the fracture surface of the key does not protrude more than the opposing surface of the connecting portion of the two members, so that the relative displacement of the first and second members with respect to each other is impeded by the key after the fracture. Thus, the relative displacement between the two members can be smoothly performed.
【図1】本発明によるメカニカルヒューズ装置が適用さ
れた電動式パワーステアリング装置を示す概略構成図で
ある。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an electric power steering device to which a mechanical fuse device according to the present invention is applied.
【図2】図1の歯車とシャフトとの間に適用されたメカ
ニカルヒューズ装置の一つの実施例を示す拡大部分縦断
面図である。FIG. 2 is an enlarged partial longitudinal sectional view showing one embodiment of a mechanical fuse device applied between the gear and the shaft of FIG. 1;
【図3】図2に示された実施例の平断面図である。FIG. 3 is a plan sectional view of the embodiment shown in FIG. 2;
【図4】図3の要部を示す拡大部分平断面図である。FIG. 4 is an enlarged partial plan sectional view showing a main part of FIG. 3;
【図5】図2乃至図4に示されたキーの第一の実施例を
示す正面図(A)、平面図(B)及び第一の実施例の切
欠き溝の底に於ける応力拡大係数を示すグラフ(C)で
ある。FIG. 5 is a front view (A), a plan view (B) showing the first embodiment of the key shown in FIGS. 2 to 4, and a stress intensity at the bottom of the notch groove of the first embodiment; It is a graph (C) which shows a coefficient.
【図6】第一の実施例のキーの切欠き溝の部分を示す拡
大部分縦断面図である。FIG. 6 is an enlarged partial longitudinal sectional view showing a cutout portion of the key according to the first embodiment.
【図7】図2乃至図4に示されたキーの第二の実施例を
示す正面図(A)、平面図(B)及び第二の実施例の切
欠き溝の底に於ける応力拡大係数を示すグラフ(C)で
ある。FIG. 7A is a front view showing a second embodiment of the key shown in FIGS. 2 to 4, FIG. 7B is a plan view thereof, and FIG. 7B shows the stress intensity at the bottom of the notch groove of the second embodiment. It is a graph (C) which shows a coefficient.
【図8】第二の実施例のキーの切欠き溝の部分を示す拡
大部分縦断面図である。FIG. 8 is an enlarged partial longitudinal sectional view showing a cutout portion of a key according to a second embodiment.
【図9】図2乃至図4に示されたキーの第三の実施例の
キーの切欠き溝の部分を示す拡大部分縦断面図である。FIG. 9 is an enlarged partial longitudinal sectional view showing a cutout portion of a key according to a third embodiment of the key shown in FIGS. 2 to 4;
【図10】深さが一定であるキーを示す正面図(A)、
平面図(B)及びこのキーの切欠き溝の底に於ける応力
拡大係数を示すグラフ(C)である。FIG. 10 is a front view (A) showing a key having a constant depth;
It is a plan view (B) and a graph (C) showing the stress intensity factor at the bottom of the notch groove of this key.
【図11】セラミックスの疲労強度を金属の疲労強度と
比較して示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the fatigue strength of ceramics in comparison with the fatigue strength of metal.
10…ステアリングシャフト 16…ラック・アンド・ピニオン式ステアリング装置 18…従動歯車 22…駆動歯車 28…窪み 30…キー溝 32…キー 34、36…切欠き溝 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Steering shaft 16 ... Rack and pinion type steering device 18 ... Driven gear 22 ... Drive gear 28 ... Depression 30 ... Key groove 32 ... Key 34, 36 ... Notch groove
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 尚 愛知県豊田市トヨタ町1番地トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 香川 和則 愛知県豊田市トヨタ町1番地トヨタ自動 車株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B62D 5/04 F16C 35/10──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takashi Iwasaki 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Kazunori Kagawa 1 Toyota Town Toyota City, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation ( 58) Surveyed field (Int.Cl. 6 , DB name) B62D 5/04 F16C 35/10
Claims (2)
一の部材と、前記第一の部材に嵌合し前記第一のキー溝
に整合する第二のキー溝を有する第二の部材と、前記第
一及び第二のキー溝に挿入され前記第一及び第二の部材
を荷重伝達可能に連結する実質的に半月形の平板状のキ
ーとを有し、前記キーはセラミックスにて構成され、前
記第一の部材と前記第二の部材との間に伝達される荷重
が所定値以上になると破断して前記第一及び第二の部材
の連結状態を解除するよう構成されたメカニカルヒュー
ズ装置に於て、前記キーは前記第一及び第二の部材の連
結部の対向面に沿って延在する切欠き溝を有し、前記切
欠き溝はその延在方向中央部へ向うにつれて漸次減少す
るよう設定された深さを有することを特徴とするメカニ
カルヒューズ装置。A first member having a substantially round bar shape having a first keyway, and a second member having a second keyway fitted to the first member and aligned with the first keyway. A key having a substantially half-moon shape and being inserted into the first and second keyways and connecting the first and second members so as to transmit a load, wherein the key is It is made of ceramics, and is configured to break when the load transmitted between the first member and the second member is equal to or more than a predetermined value and release the connection state of the first and second members. In the mechanical fuse device described above, the key has a notch groove extending along a facing surface of a connecting portion of the first and second members, and the notch groove has a central portion in an extending direction thereof. A mechanical fuse device having a depth set so as to gradually decrease as it goes toward
装置に於て、前記切欠き溝は前記キーの両側面に設けら
れており、各切欠き溝の深さ方向は実質的に前記対向面
に整合するよう前記側面に対し傾斜されていることを特
徴とするメカニカルヒューズ装置。2. The mechanical fuse device according to claim 1, wherein the notch grooves are provided on both side surfaces of the key, and the depth direction of each notch groove is substantially the opposite surface. A mechanical fuse device characterized by being inclined with respect to the side surface so as to match with the side surface.
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
JP29743693A JP2861760B2 (en) | 1993-11-02 | 1993-11-02 | Mechanical fuse device |
DE4437452A DE4437452A1 (en) | 1993-10-25 | 1994-10-19 | Mechanical safety interrupt which employs a ceramic interrupter element |
US08/831,949 US5873784A (en) | 1993-10-25 | 1997-04-02 | Power steering system having a mechanical safety breaker |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29743693A JP2861760B2 (en) | 1993-11-02 | 1993-11-02 | Mechanical fuse device |
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---|---|
JPH07125640A JPH07125640A (en) | 1995-05-16 |
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JP2012225488A (en) * | 2011-04-22 | 2012-11-15 | Toyota Industries Corp | Torque transmission mechanism |
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- 1993-11-02 JP JP29743693A patent/JP2861760B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPH07125640A (en) | 1995-05-16 |
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