JP3821914B2 - 弾性軸継手 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、同軸状の二本の軸を回転方向に弾性的な遊びをもつ状態に結合する弾性軸継手に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の弾性軸継手は、例えば図9に示すように、自動車の操向機構部に用いられており、車輪からハンドルへの振動伝達を遮断するとともに、ダンパーのねじれを利用してハンドル操作に弾性的な遊びをもたせるものである。図中、50はハンドル、51はステアリングシャフト、52はステアリングギア装置(パワーステアリング装置)の入力軸、53,54はユニバーサルジョイント、55は弾性軸継手である。
【0003】
弾性軸継手55の従来例として、実公昭58−50105号公報に示すようなものがある。この公報の内容について、図10、図11を参照して説明する。図10は分解状態の斜視図、図11は断面図である。
【0004】
この弾性軸継手55は、図示しないヨークと一体の筒軸(管軸)56と、この筒軸56内に嵌挿された中実のシャフト57と、両者間に介在した弾性体58とから成り立っている。
【0005】
筒軸56には、円周3箇所に径方向外向きに膨出する膨出部56a〜56cが設けられている。シャフト57の端部には、筒軸56の3つの膨出部56a〜56cの内部に回転方向の隙間を介して係合する3つの凸部57a〜57cが設けられている。弾性体58は、第1、第2の凸部57a,57bの周方向両側面および3つの凸部57a〜57cの間の領域に加硫接着されている。
【0006】
そして、第1の凸部57aの両側の弾性体58は、それに対応する第1の膨出部56aの内壁面に接触させられているが、第2の凸部57bの両側の弾性体58は、それと対応する第2の膨出部56bに対して僅かな隙間C1 ,C1 を介して対向させられている。なお、第3の凸部57cとそれに対応する第3の膨出部56cとの間には大きな隙間C2 ,C2 が設けられている。
【0007】
このような構造により、図12に示すように、ネジリばね定数の特性としては、AからBまでの微小舵角範囲では第1の凸部57aと膨出部56aとの間の弾性体58が弾性変形して低ばね定数となり、Bに到達すると図11の隙間C1 がなくなり、さらにBからCまでの舵角範囲では第2の凸部57bと膨出部56bとの間の弾性体58も弾性変形して高ばね定数となる。Cに達すると図11の隙間C2 がなくなってトルクは直接的に伝わる。すなわち、操作感覚としては、回転を開始すると、回転角の増加に伴って次第に弾性的な反力が手応えとしてあり、最終的には剛なる手応えがある。したがって、ハンドル操作がしやすい。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の弾性軸継手55では、円周3箇所の凸部57a〜57cと膨出部56a〜56cとの間の弾性体58の厚みや有無によって伝達トルクを3段に変化させる構造であるが、各凸部57a〜57cおよび各膨出部56a〜56cのそれぞれの間で伝達するトルクを変化させるようにしているため、回転方向での筒軸56やシャフト57の傾きが発生しやすいと言え、設計どおりのばね定数が得られないこともあるなど、操安性が低下することが指摘される。
【0009】
また、筒軸56やシャフト57が複雑な形状になっているために、製作に手間がかかるなど、高コスト化を余儀なくされる。
【0010】
したがって、本発明は、弾性軸継手において、操安性を改善できるようにすることを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1の弾性軸継手は、筒軸とそれに同心状に内挿されるシャフトとの間に、振動を減衰するとともに回転方向に弾性的な遊びを持たせるためのダンパーが介装される弾性軸継手であって、前記ダンパーが、シャフトにおいて筒軸と重なる領域に外嵌固定されかつ外周面の円周数箇所に径方向外向きの凸部を有する内筒と、筒軸においてシャフトと重なる領域に前記内筒に対して所要の対向隙間が形成される状態に内嵌固定されかつ内周面に前記内筒の各凸部に対して回転方向の隙間を介して係合する凹部が設けられる外筒と、外筒において少なくとも凹部の内面に加硫接着される弾性体と、を含み、前記弾性体は、前記内筒の凸部に対して非接触となる状態で、かつ、回転方向のみならず径方向においても凹部と凸部との間に介在する状態で凹部の内面に加硫接着されている。
【0012】
本発明の第2の弾性軸継手は、筒軸とそれに同心状に内挿されるシャフトとの間に、ネジリばね定数が2段のダンパーが介装される弾性軸継手であって、前記ダンパーが、前記シャフトに対して前記筒軸と重なる領域に外嵌固定され、かつ外周面には軸方向所要長さ領域において円周数箇所に径方向外向きの凸部が設けられる第1の内筒と、前記筒軸に対して前記シャフトと重なる領域に前記第1の内筒とは所要の対向隙間が形成される状態に内嵌固定されかつ前記第1の内筒の軸方向長さとほぼ同じ長さに形成されるとともに内周面には軸方向所要長さ領域において前記第1の内筒の各凸部に対して回転方向の隙間を介して係合する凹部が設けられる外筒と、前記第1の内筒に対して凸部の存在しない軸方向所要長さ領域に外嵌固定される第2の内筒と、前記第2の内筒の外周面に対しておよび前記外筒における該第2の内筒と対向する内周面に対して加硫接着されるとともに、前記外筒における前記第1の内筒と対向する内周面のうち少なくとも前記凹部の内面に加硫接着される弾性体と、を含み、前記弾性体は、前記第1の内筒の前記凸部に対して非接触となる状態で、かつ、回転方向のみならず径方向においても前記凹部と前記凸部との間に介在する状態で前記凹部の内面に加硫接着されている。
【0013】
上記弾性軸継手において、凹部内面に接着される弾性体において前記内筒の各凸部に対して周方向で対向する内面に、該各凸部に対して接触する突起を設けるのが好ましい。
【0014】
要するに、本発明では、筒軸とシャフトとの間に設けるダンパーについては、内筒の円周数箇所に設ける各凸部と外筒の円周数箇所に設ける各凹部との間で伝達するトルクをすべて同じにできるから、回転バランスが良好となり、回転方向でシャフトや筒軸がねじれることがなくなる。また、このダンパーについても内筒、外筒、弾性体で形成される簡単なものであるから、従来のように筒軸やシャフトそのものを複雑な形状にするものに比べて簡単に製作できる。
【0015】
なお、凹部の内面に接着する弾性体に突起を設けると、凹部の内面に接着する弾性体と凸部との間の隙間間隔を一定に保つように管理しやすくなる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図1ないし図8に示す実施形態に基づいて説明する。
【0017】
図1ないし図5は本発明の実施形態1にかかり、図1は弾性軸継手を縦断面図、図2は図1の(2)−(2)線断面の矢視図、図3は図1の(3)−(3)線断面の矢視図、図4は図1の(4)−(4)線断面の矢視図、図5は、ネジリばね定数の特性を示す図である。
【0018】
図において、1はユニバーサルジョイント20が取り付けられるヨーク1aが端部に形成された筒軸、2は別のユニバーサルジョイントから延出されて筒軸1に軸方向から内嵌された中実のシャフト、3は筒軸1とシャフト2との間に介装されるダンパーである。
【0019】
筒軸1の端部において180度対向する2箇所には、軸方向一方に向けて開放するU字状の切欠き部1b,1bが形成されている。シャフト2の端部において筒軸1の切欠き部1b,1bに対応する位置には、環状のストッパー4が外嵌接合されている。このストッパー4の外周面において180度対向する2箇所には、径方向外向きの突片4a,4aが形成されており、この突片4a,4aは、筒軸1の切欠き部1b,1bに対して個別に周方向に所要の隙間を持つ状態に係合されている。
【0020】
ダンパー3は、ネジリばね定数が2段の特性を持つ構造であり、第1の内筒5と、第2の内筒6と、外筒7と、ゴムなどの弾性体8とからなっている。第1の内筒5、第2の内筒6および外筒7は金属製である。
【0021】
第1の内筒5は、シャフト2に対して圧入により外嵌固定されるもので、その外周面の軸方向ほぼ半分の領域において円周数箇所例えば90度おきの4カ所には径方向外向きに突出する凸部5a・・・が設けられている。
【0022】
第2の内筒6は、第1の内筒5の外周面において凸部5aの存在しない領域に対して圧入外嵌されるもので、薄肉の円筒部材からなる。
【0023】
外筒7は、筒軸1に対して圧入により内嵌固定されるもので、第1の内筒5の軸方向長さとほぼ同じ長さに設定されている。この外筒7の軸方向ほぼ半分の領域において第1の内筒5の各凸部5aに対応する位置には、該凸部5aに対して回転方向の隙間を介して係合する凹部7a・・・が設けられている。
【0024】
弾性体8は、外筒7の内周面の全面に加硫接着されるとともに第2の内筒6の外周面に加硫接着されるものである。また、外筒7の凹部7aが存在する軸方向ほぼ半分領域に接着される弾性体8は、第1の内筒5において凸部5aが存在する軸方向ほぼ半分領域に対して非接触となっている。つまり、外筒7の4つの凹部7aの内面に接着されている弾性体8と、第1の内筒5の4つの凸部5a・・・との間には、それぞれ所要の隙間が設けられていて、この隙間が回転方向の遊びとなる。
【0025】
以上のように構成された弾性軸継手は、図5に示すように、ダンパー3およびストッパー4により伝達トルクを3段に変化させる構造になっている。横軸は筒軸とシャフトとの相対回転角(deg)を示し、縦軸は伝達トルク(N・m)を示す。
【0026】
−1°〜1°の領域aでは、タイヤとサスペンションの共振に伴う筒軸1の微小回動によりダンパー3の外筒7が同角度だけ微小回動し、それに伴い第1の内筒5と第2の内筒6との間の弾性体8がねじられる。この領域aでは、外筒7の4つの凹部7aの内面に接着されている弾性体8が第1の内筒5の凸部5a・・に当接しないか、当接しても僅かであるため、図5の特性曲線で勾配は小さくてネジリばね定数は低ばね定数となっており、例えばタイヤとサスペンションの共振などを弾性体8で吸収してハンドルに伝わるのを良好に防止する。すなわち、フラッター吸収の機能を充分に発揮する。
【0027】
−2.5°〜−1°の領域b1 および1°〜2.5°の領域b2 では、シャフト2に加えた回動力が第1の内筒5と第2の内筒6との間の弾性体8に伝わるとともに、第1の内筒5の凸部5a・・が外筒7の4つの凹部7aの内面に接着されている弾性体8に当接し、第1の内筒5から外筒7に対して回動力が伝わる。これにより弾性体8の全体が圧縮変形するので、図5の特性曲線で勾配は大きくてネジリばね定数は高ばね定数となり、ハンドルを回転操作したときに明確な手応えがあり、操安性確保を達成している。
【0028】
なお、−2.5°を越える領域c1および2.5°を越える領域c2では、ストッパー4の突片4a,4aが筒軸1の切欠き部1b,1bに当接して、シャフト2から筒軸1に対して回転力を直接的に伝達することになる。
【0029】
なお、上述したネジリばね定数が変化する点の角度±1°、±2.5°は一例として挙げたものにすぎず、この角度は弾性軸継手の使用対象となる車種その他の条件によって変化する。
【0030】
このような実施形態1によれば、筒軸1とシャフト2との間に設けるダンパー3について、第1の内筒5の円周数箇所に設ける各凸部5aと外筒7の円周数箇所に設ける各凹部7aとの間で伝達するトルクをすべて同じにしているから、回転バランスを良好にできて、回転方向で筒軸1やシャフト2の傾きを防止でき、結果的に操安性を向上できるようになる。また、このダンパー3についても第1の内筒5、第2の内筒6、外筒7、弾性体8で形成される簡単な構成としているから、従来のように筒軸1やシャフト2そのものを複雑な形状にするものに比べて製作が簡単になり、低コスト化に貢献できるようになる。
【0031】
ところで、上記実施形態1では、第1の内筒5から外筒7への動力伝達経路に介在される弾性体8を、外筒7の凹部7aの内面に接着して動力伝達時に凸部5aと凹部7aの内面とで挟むようにしているから、この弾性体8が剥がれにくくなる。ちなみに、外筒7の内周面を円筒形にし、この内周面の円周4箇所に凹部7aを形成するように弾性体8を断片的に接着する構造とした場合では、凸部5aから繰り返し受ける回転動力によって弾性体8が外筒7から剥がれやすくなると考えられるが、本実施形態ではこのような剥がれの問題はない。
【0032】
図6ないし図8は本発明の実施形態2にかかり、図6は弾性軸継手の要部の拡大断面図、図7は弾性軸継手の要部の分解図、図8は、弾性軸継手のネジリばね定数の特性を示す図である。
【0033】
この実施形態2において上記実施形態1と異なる構成は、外筒7の凹部7aの内面に接着されている弾性体8に、第1の内筒5の凸部5aとの間の隙間を一定にするための突起8aが設けられていることである。
【0034】
つまり、凹部7aの内面に接着してある弾性体8と凸部5aとの間の隙間は、外筒7に対する第1の内筒5の組み込み時に設定するが、上記実施形態1の場合だと、凸部5aの周方向両側の隙間をほぼ等しく設定することに手間がかかると考えられる。しかしながら、この実施形態2のように突起8aを設けていれば、組み込み作業を無造作に行っても、前記2つの隙間をほぼ等しく揃えることができるなど、作業性の向上に貢献できる。なお、前述の2つの隙間を等しく設定するのは、正逆両回転方向でのねじれ角を等しくするために必要なのである。
【0035】
そして、突起8aを形成する場所については、次のような点を考慮して決定するのが好ましい。まず、径方向ではほぼ中央位置とする。一方、軸方向では、図7に示すように、第1の内筒5において凸部5aが存在しない部分が第2の内筒6に対して嵌まる直前において、外筒7の凹部7aの内面に接着されている弾性体8と第1の内筒5の凸部5aとが軸方向で重なる領域内とする。このように決定すれば、組み込み過程において、前述の2つの隙間をほぼ等しくする調整を行うとき、第1の内筒5がほとんどフリーの状態になるので、この調整作業が簡単に行えるようになる。
【0036】
この他、突起8aを設けたことによって、図8に示すように、低ばね定数の領域aから高ばね定数の領域b1 ,b2 に移行する境界d1 ,d2 が滑らかになり、操作感覚を穏やかなものにできる。それは、弾性体8において、初期の弾性変形においては突起8aが受け持つので抗力が充分に小さくなり、弾性変形が進行するにつれて弾性体8そのものが受け持つので緩やかに抗力を増していくことになるからである。
【0037】
なお、本発明は上記実施形態1,2のみに限定されるものでなく、種々な応用や変形が考えられる。
【0038】
(1) 上記実施形態1,2において、筒軸1のU字状の切欠き部1b,1bについては長孔とすることができるなど任意である。
【0039】
(2) 上記実施形態1,2において、第1の内筒5の凸部5a・・の数は、任意であるが、その配置については回転バランスを考慮して円周等配に設定するのが好ましい。
【0040】
(3) 上記実施形態1,2において、外筒7の4つの凹部7a・・の内側面に接着した弾性体8と第1の内筒5の4つの凸部5a・・の両側面との各対向隙間については、180度対向するものを一対として、各対での隙間寸法を大小異ならせることができる。この場合、ネジリばね定数の屈折点の角度を変えることができる。
【0041】
【発明の効果】
請求項1の弾性軸継手では、筒軸とシャフトとの間に設けるダンパーについては、内筒の円周数箇所に設ける各凸部と外筒の円周数箇所に設ける各凹部との間で伝達するトルクをすべて同じにできるから、回転バランスを良好にできて、回転方向で筒軸やシャフトの傾きを防止でき、結果的に操安性を向上できるようになる。また、このダンパーについても内筒、外筒、弾性体で形成される簡単な構成にしているから、従来のように筒軸やシャフトそのものを複雑な形状にするものに比べて製作が簡単になり、低コスト化に貢献できるようになる。
【0042】
また、請求項2の弾性軸継手では、ダンパーをネジリばね定数を2段にした構成において、上記請求項1と同様の効果が得られる。
【0043】
さらに、請求項3のように、凹部の内面に接着する弾性体に突起を設ければ、凹部の内面に接着する弾性体と凸部との間の隙間間隔を一定に保つように管理しやすくなるので、組み立て精度を向上できるようになるなど、信頼性向上に貢献できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1に係る弾性軸継手の縦断面図
【図2】図1の(2)−(2)線断面の矢視図
【図3】図1の(3)−(3)線断面の矢視図
【図4】図1の(4)−(4)線断面の矢視図
【図5】実施形態1の弾性軸継手のネジリばね定数の特性を示す図
【図6】本発明の実施形態2に係る弾性軸継手の要部の拡大断面図
【図7】実施形態2の弾性軸継手の要部の分解図
【図8】実施形態2の弾性軸継手のネジリばね定数の特性を示す図
【図9】自動車の操向機構部を示す側面図
【図10】従来例の弾性軸継手の分解斜視図
【図11】図10の弾性軸継手の断面図
【図12】図10の弾性軸継手のネジリばね定数の特性を示す図
【符号の説明】
1 筒軸
2 シャフト
3 ダンパー
5 第1の内筒
5a 第1の内筒の凸部
6 第2の内筒
7 外筒
7a 外筒の凹部
8 弾性体
Claims (3)
- 筒軸とそれに同心状に内挿されるシャフトとの間に、振動を減衰するとともに回転方向に弾性的な遊びを持たせるためのダンパーが介装される弾性軸継手であって、
前記ダンパーが、
シャフトにおいて筒軸と重なる領域に外嵌固定されかつ外周面の円周数箇所に径方向外向きの凸部を有する内筒と、
筒軸においてシャフトと重なる領域に前記内筒に対して所要の対向隙間が形成される状態に内嵌固定されかつ内周面に前記内筒の各凸部に対して回転方向の隙間を介して係合する凹部が設けられる外筒と、
外筒において少なくとも凹部の内面に加硫接着される弾性体と、を含み、
前記弾性体は、前記内筒の凸部に対して非接触となる状態で、かつ、回転方向のみならず径方向においても凹部と凸部との間に介在する状態で凹部の内面に加硫接着されている、ことを特徴とする弾性軸継手。 - 筒軸とそれに同心状に内挿されるシャフトとの間に、ネジリばね定数が2段のダンパーが介装される弾性軸継手であって、
前記ダンパーが、
前記シャフトに対して前記筒軸と重なる領域に外嵌固定され、かつ外周面には軸方向所要長さ領域において円周数箇所に径方向外向きの凸部が設けられる第1の内筒と、
前記筒軸に対して前記シャフトと重なる領域に前記第1の内筒とは所要の対向隙間が形成される状態に内嵌固定されかつ前記第1の内筒の軸方向長さとほぼ同じ長さに形成されるとともに内周面には軸方向所要長さ領域において前記第1の内筒の各凸部に対して回転方向の隙間を介して係合する凹部が設けられる外筒と、
前記第1の内筒に対して凸部の存在しない軸方向所要長さ領域に外嵌固定される第2の内筒と、
前記第2の内筒の外周面に対しておよび前記外筒における該第2の内筒と対向する内周面に対して加硫接着されるとともに、前記外筒における前記第1の内筒と対向する内周面において少なくとも前記凹部の内面に加硫接着される弾性体と、を含み、
前記弾性体は、前記第1の内筒の前記凸部に対して非接触となる状態で、かつ、回転方向のみならず径方向においても前記凹部と前記凸部との間に介在する状態で前記凹部の内面に加硫接着されている、ことを特徴とする弾性軸継手。 - 前記凹部内面に接着される弾性体において前記内筒の各凸部に対して周方向で対向する内面には、該各凸部に対して接触する突起が設けられる、請求項1または2に記載の弾性軸継手。
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