JP4129632B2 - 弾性軸継手 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用ステアリング装置のステアリングシャフトに設けられる弾性軸継手に関するものである。
【0002】
【関連する背景技術】
周知のように車両のステアリング装置は、車体のクロスメンバに設けられたステアリングギアボックスと運転席に設けられたステアリングホイールとをステアリングシャフトにより連結し、ステアリングホイールの回転をステアリングシャフトを介してステアリングギアボックスに伝達し、ステアリングギアボックスにより左右の操舵輪を操舵するように構成されている。そして、路面からの入力やエンジンの振動等がステアリングホイール側に伝達されるのを防止すべく、ステアリングシャフトには弾性軸継手が設けられている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
上記特許文献1に記載されたステアリング装置では、ステアリングギアボックスとメインシャフトとを連結するインタミディエイトシャフトに、弾性軸継手としてステアリングカップリングが組込まれている。ステアリングカップリングは、ステアリングギアボックス側に連結される筒金具、メインシャフト側に連結される軸金具、及び筒金具の内周と軸金具の外周との間に介装されるゴム弾性体から構成されており、筒金具の内周及び軸金具の外周をそれぞれ断面略十字状に形成して、両金具の間に対応する断面形状のゴム弾性体を介装し、これによりステアリングホイールからの回転をゴム弾性体を介してステアリングギアボックス側に伝達可能とすると共に、ステアリングギアボックス側からのシミー(回転軸回りの振動)をゴム弾性体の弾性変形により吸収している。
【0004】
【特許文献1】
特開平9−196077号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
周知のようにステアリングギアボックスは車体のクロスメンバ上に設置されているため、操舵輪やタイロッド等の部材を介して路面からの入力をステアリングギアボックスが受けると、クロスメンバ自体の撓みやギアボックス取付部の撓みによりステアリングギアボックスが上下、左右に変位する現象が生じる。
【0006】
これらの変位は軸心方向の振動としてステアリングカップリングに伝達されるが、上記特許文献1のステアリングカップリングは回転軸回りの振動であるシミーしか想定してないため、軸心方向の振動を伝達してしまうという問題があった。
詳述すると、ステアリングカップリングのゴム弾性体は、筒金具の内周面に対して加硫接着されると共に軸金具の外周面に対して圧入されており、筒金具及び軸金具の何れに対しても相対移動不能であることから、軸心方向の振動に対する吸収作用は、ゴム弾性体が軸心方向に僅かに弾性変形することで奏されるだけで、大半の振動はそのまま伝達されてしまう。その結果、ステアリングホイールを握る運転者に不快感を与えてしまうという問題が生じていた。
【0007】
本発明の目的は、ステアリングシャフトの軸心方向の振動を十分に吸収して、振動による運転者の不快感を未然に防止することができる弾性軸継手を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、ステアリングギアボックス側又はステアリングホイール側の何れか一方に連結されて他方側に向けて開口し、該開口端に内周側に延在するフランジ部が形成された筒部材と、上記ステアリングギアボックス側又はステアリングホイール側の他方に連結されると共に、上記筒部材内の底部との間に所定の間隙を形成した状態で該筒部材内に挿入された軸部材と、上記筒部材の内周面と上記軸部材の外周面との間に介装され、弾性をもって上記筒部材と軸部材との相対回転を規制する第1弾性体と、上記筒部材内の底部と上記軸部材との間に介装された第2弾性体と、上記フランジ部と上記軸部材との間に介装された第3弾性体と、を有する弾性軸継手において、上記筒部材の内周面と上記第1弾性体との間、又は上記軸部材の外周面と上記第1弾性体との間の少なくとも一方に、該筒部材と軸部材との軸心方向の相対移動を可能とする摺動部を設け、上記第2の弾性体及び第3の弾性体は、上記筒部材と軸部材との軸心方向の相対移動を妨げない程度を上限とし、該筒部材と軸部材とを初期位置に復帰可能な程度を下限とした弾性力であることを特徴としたものである。
【0009】
従って、ステアリングホイールの回転は、筒部材と軸部材との間に介装された第1弾性体を介してステアリングギアボックス側に伝達されて、操舵輪の操舵が行われると共に、ステアリングギアボックス側から回転軸回りの振動であるシミーが伝達されると、伝達されたシミーは第1弾性体が弾性変形することで吸収される。
【0010】
又、ステアリングギアボックス側から軸心方向の振動が伝達されると、ステアリングギアボックス側に連結された筒部材又は軸部材の何れか一方が軸心方向に振動するが、摺動部を介して筒部材と軸部材とが軸心方向に相対移動するため、結果として軸心方向の振動は筒部材又は軸部材の他方に伝達されることなく吸収される。
さらに、筒部材内の底部と軸部材との間に第2弾性体が介装されたものであり、筒部材と軸部材との軸心方向の相対移動に伴って、軸部材は筒部材の底部に対して接近離間を繰り返すが、双方の間に介装された第2弾性体により直接的な衝突が防止されるため、衝突による打音の発生が未然に抑制される。
そして、筒部材の開口端に内周側に延在するフランジ部が形成され、フランジ部と軸部材との間に第3弾性体が介装されたものであり、軸心方向の振動の消失後は、第2弾性体及び第3弾性体により軸部材と筒部材とが初期位置に戻されるため、その後に再び軸心方向の振動が生じたときには同様の振動吸収作用が奏される。
【0011】
請求項2の発明は、請求項1において、第1弾性体に滑材が含有されたものである。
従って、第1弾性体に滑材を含有するだけの簡単な構成により、摺動部が相対移動可能となる
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した弾性軸継手の一実施形態を説明する。
図1は本実施形態のステアリング装置を示す全体構成図であり、同図では車両側方より見たステアリング装置が示されている。図中の1は車両のエンジンルーム内で車幅方向に架設されたクロスメンバであり、図示はしないが本実施形態では、クロスメンバ1の両端がゴムブッシュを介して左右のサイドメンバに固定されている。この構成は、車載内の振動及び騒音の低減を目的としたものであり、サスペンションを介してクロスメンバに伝達された振動をゴムブッシュにより吸収して、振動がサイドメンバを経て車室側に伝達されるのを防止している。
【0015】
クロスメンバ1上にはステアリングギアボックス2がボルトにより固定され、図示はしないが、ステアリングギアボックス2は左右両側のタイロッド等の部材を介して左右の操舵輪に連結されている。
一方、車室内の運転席にはステアリングコラム3が配設され、このステアリングコラム3は車体に車幅方向に架設されたデッキクロスメンバ4に対してサポートブラケット5により固定されている。ステアリングコラム3内にはメインシャフト6が回転可能に支持され、メインシャフト6の上端にはステアリングホイール7が固定されている。メインシャフト6の下端はユニバーサルジョイント8を介してインタミディエイトシャフト9の上端に連結され、インタミディエイトシャフト9の下端はユニバーサルジョイント10を介して上記ステアリングギアボックス2の入力シャフト2aに連結されている。
【0016】
従って、ステアリングホイール7が回転操作されると、メインシャフト6及びインタミディエイトシャフト9を介してステアリングギアボックス2の入力シャフト2aが回転され、入力シャフト2aの回転はギアボックス2内で左右の直線運動に変換されて、パワーステアリング機構の油圧アシストを受けながらタイロッドを介して左右の操舵輪が操舵される。
【0017】
上記インタミディエイトシャフト9の上部には弾性軸継手11が設けられている。図2は弾性軸継手11を示す拡大断面図、図3は同じく弾性軸継手11を示す図2のIII−III線断面図、図4は同じく弾性軸継手11を示す図2のIV−IV線断面図であり、以下、これらの図に従って弾性軸継手11の構成を詳述する。
弾性軸継手11のインナケーシング12(軸部材)はインタミディエイトシャフト9と軸心Lが共通する円筒状をなし、インナケーシング12の下部はインタミディエイトシャフト9の上端に外嵌された状態で溶接固定されている。インナケーシング12の外周側には軸心Lが共通する円筒状をなすアウタケーシング13(筒部材)が遊嵌状態で配設され、アウタケーシング13の上端はユニバーサルジョイント8のヨーク8aに溶接固定されている。
【0018】
インナケーシング12の外周は、軸心Lを中心として90°間隔で4本の突条12aが軸心方向に形成されて断面略十字状をなし、各突条12aと対応するように、アウタケーシング13の内周は、軸心Lを中心として90°間隔で4本の凹溝13aが軸心方向に形成されて断面略十字状をなし、アウタケーシング13の各凹溝13a内にインナケーシング12の各突条12aが位置している。突条12aを含めたインナケーシング12の外周面と凹溝13aを含めたアウタケーシング13の内周面との間には、全体に亘って略均一な間隙S1が形成され、間隙S1内には、当該間隙S1と対応する断面形状をなすゴム弾性体14が介装されている。
【0019】
ゴム弾性体14はインナケーシング12に対して一体的に加硫成形される一方、アウタケーシング13に対しては別部材として構成されてアウタケーシング13内に嵌挿されている。
従って、インナケーシング12とアウタケーシング13とは、所定間隔をおいて相対向する突条12aの側面と凹溝13aの側面との間でゴム弾性体14を圧縮変形させながら軸心Lを中心とした相対回転を規制する一方、ゴム弾性体14の外周面とアウタケーシング13の内周面とを摺動させながら軸心方向への相対移動を可能としている。つまり、本実施形態では、相互に摺動可能なゴム弾性体14の外周面とアウタケーシング13の内周面との間に摺動部Aが形成されている。
【0020】
ここで、本実施形態ではゴム弾性体14に摩擦係数の低減作用を有する滑材が含有されており、ゴム弾性体14とアウタケーシング13との間の摺動が異音を発することなく僅かな力で容易に行われるように配慮されている。滑材としては、パラフィン、シリコン系オイル、各種合成油脂等が挙げられ、所望の摩擦係数が達成されるように、これらの滑材を任意に選択してゴム弾性体14に含有させることができる。尚、摩擦係数低減のための手法としては、このようにゴム弾性体14の材質に関する対策に代えて、ゴム弾性体14の外周面とアウタケーシング13の内周面との間にグリース等の潤滑材を塗布してもよい。
【0021】
図2に示すように、アウタケーシング13は上端をユニバーサルジョイント8のヨーク8aにより閉塞されて下方(インタミディエイトシャフト9側)に向けて開口しており、アウタケーシング13内の上端には上側ストッパ面15a(底部)が形成されている。又、アウタケーシング13の開口端は内周側に延在され、延在部分の上面を下側ストッパ面15b(フランジ部)としている。
【0022】
上側ストッパ面15aは、インナケーシング12の各突条12aの上端に形成された上側ストッパ面16aに対して軸心方向に間隙S2をおいて相対向し、同様に下側ストッパ面15bは、インナケーシング12の各突条12aの下端に形成された下側ストッパ面16bに対して軸心方向に間隙S3をおいて相対向している。尚、本実施形態では両間隙S2,S3を同一寸法に設定しているが、異なる寸法に設定してもよい。
【0023】
ゴム弾性体14の軸心方向の長さは全体としてインナケーシング12と一致し、この部分を本体14a(第1弾性体)としている。各突条12a及び凹溝13aの角部に相当する箇所において、本体14aからは上方に上側センタリング部14b(第2弾性体)が、下方に下側センタリング部14c(第3弾性体)が延設されている。上側センタリング部14bは上記間隙S2内に位置して、上側ストッパ面15a,16a間に介装され、同様に、下側センタリング部14cは上記間隙S3内に位置して、下側ストッパ面15b,16b間に介装されている。
【0024】
このように相対向する上側ストッパ面15a,16a及び下側ストッパ面15b,16b間にゴム弾性体14のセンタリング部14b,14cが介装されることで、インナケーシング12とアウタケーシング13とは軸心方向の所定位置に保持されると共に、両センタリング部14b,14cを圧縮変形させながら上記のように軸心方向の相対移動を可能としている。
【0025】
本実施形態のステアリング装置は以上のように構成されており、ステアリングギアボックス2側で発生する種々の振動を以下のようにして弾性軸継手11で吸収している。
まず、ステアリングホイール7が回転操作された場合には、その回転がメインシャフト6及びユニバーサルジョイント8を介して弾性軸継手11のアウタケーシング13に伝達される。このとき、アウタケーシング13の各凹溝13aの一方の側面(反回転側の側面)により、ゴム弾性体14の本体14aを圧縮変形させながらインナケーシング12の各突条12aの相対向する側面(同じく反回転側の側面)が押圧されるため、アウタケーシング13の回転方向に応じてインナケーシング12も共に回転することになり、更に回転はインタミディエイトシャフト9からステアリングギアボックス2に入力され、左右の操舵輪が操舵される。
【0026】
又、逆に路面からの入力等を受けてステアリングギアボックス2の入力シャフト2aにシミーが発生した場合には、発生したシミーはインタミディエイトシャフト9を介して弾性軸継手11のインナケーシング12に伝達される。上記した一方向への継続的な回転操作とは異なり、シミーの振動は回転軸回りに短い周期で正逆に切換わることから、ゴム弾性体14の本体14aを圧縮変形させることで吸収され、これによりシミーがステアリングホイール7側に伝達されることが防止される。
【0027】
一方、操舵輪やタイロッド等の部材を介して路面からの入力をステアリングギアボックス2が受けると、クロスメンバ1自体の撓みやギアボックス2取付部の撓み等によりステアリングギアボックス2が上下、左右に変位する現象が生じる。これらの変位によりステアリングギアボックス2の入力シャフト2aには軸心方向の振動が発生し、発生した軸心方向の振動はインタミディエイトシャフト9を介して弾性軸継手11のインナケーシング12に伝達される。
【0028】
このとき、インナケーシング12と一体でゴム弾性体14も軸心方向に振動するが、ゴム弾性体14の本体14aの外周面とアウタケーシング13の内周面とが摺動するため、インナケーシング12とアウタケーシング13とが軸心方向に相対移動し、結果としてインナケーシング12の軸心方向の振動はアウタケーシング13に伝達されることなく吸収される。
【0029】
又、軸心方向の相対移動に伴ってインナケーシング12の上端(上側ストッパ面16a)はアウタケーシング13内の上端(上側ストッパ面15a)に対して接近離間を繰り返すことになるが、双方の間に介装された上側センタリング部14bにより直接的な衝突が防止されるため、金属同士の衝突による打音の発生が未然に抑制される。
【0030】
一方、軸心方向の振動が消失した後は、ゴム弾性体14のセンタリング部14b,14cが自己の弾性により本来の断面形状に復帰する。これによりインナケーシング12とアウタケーシング13とは初期位置(上記のように間隙S2,S3が等しくなる中立の位置)に戻され、その後に再び軸心方向の振動が生じたときには上記と同様の振動吸収作用が奏される。
【0031】
ここで、上記説明から明らかなように、ゴム弾性体14のセンタリング部14b,14cの弾性力は、インナケーシング12とアウタケーシング13との軸心方向の相対移動を妨げない程度を上限とし、インナケーシング12とアウタケーシング13とを初期位置に復帰可能な程度を下限として設定する必要がある。一方、ゴム弾性体14の材質としてはシミーの吸収を鑑みて最適な弾性係数のものが選択されているため、この弾性係数を前提として上記範囲内の弾性力をセンタリング部14b,14cに付与しなければならない。
【0032】
そこで、本実施形態では、センタリング部14b,14cの面積(具体的には、上側及び下側センタリング部14b,14cの面積の総和)を調整することで適切な弾性力を実現している。その結果、インナケーシング12とアウタケーシング13とは、センタリング部14b,14cにより妨げられることなく相対移動して確実な振動吸収作用を奏すると共に、振動の消失後は初期位置に確実に戻される。
【0033】
以上詳述したように本実施形態のステアリング装置では、弾性軸継手11のアウタケーシング13に対してゴム弾性体14を別部材として構成して軸心方向に摺動可能としたため、弾性軸継手11はシミーを吸収するシミーダンパとしての作用に加えて、クロスメンバ1自体の撓みやギアボックス2取付部の撓み等に起因する軸心方向の振動を吸収する作用も奏する。
【0034】
特に本実施形態の車両では、サイドメンバに対してゴムブッシュを介してクロスメンバ1を固定する車体構造のため、クロスメンバを剛体結合した通常の車体構造に比較してステアリングギアボックス2の位置変位、ひいては軸心方向の振動が生じ易い特性があるが、発生した振動が弾性軸継手11により確実に吸収されることから、このような弊害を未然に防止できる。よって、弾性軸継手11により軸心方向の振動を十分に吸収して、ステアリングホイール7の振動による運転者の不快感を未然に防止することができる。
【0035】
又、軸心方向の振動の消失後は、ゴム弾性体14のセンタリング部14b,14cによりインナケーシング12とアウタケーシング13とを初期位置に戻すようにしたため、如何なるときでも常に安定した振動吸収作用を奏することができる。
しかも、ゴム弾性体14の上側センタリング部14bは、軸心方向の振動に伴うインナケーシング12とアウタケーシング13との衝突を防止する作用も奏するため、金属同士の衝突による打音の発生を抑制して、車室内騒音を低減できるという利点も得られる。
【0036】
一方、先行技術として説明した特許文献1の弾性軸継手に比較して本実施形態の弾性軸継手11は、滑材を含有したゴム弾性体14をアウタケーシング13とは別部材として摺動可能に設け、そのゴム弾性体14の上下両端にセンタリング部14b,14cを形成しただけの簡単な構成であるため、ほとんどコストアップすることなく本実施形態の弾性軸継手11を実施して、上記した種々の優れた作用効果を得ることができる。
【0037】
更に、弾性軸継手11の振動吸収作用により、ステアリングコラム3には軸心方向の振動がほとんど作用しなくなることから、ステアリングコラム3を支持するサポートブラケット5等に振動対策のための強度確保が必要なくなる。よって、本実施形態の弾性軸継手11によれば逆に製造コストを低減できるという利点も得られる。
【0038】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ステアリング装置のインタミディエイトシャフト9に弾性軸継手11を設けたが、弾性軸継手11の設置位置はこれに限ることはなく、例えばステアリングギアボックス2の入力シャフト2aやメインシャフト6に設けてもよい。
【0039】
又、上記実施形態では、インナケーシング12側の4本の突条12aとアウタケーシング13側の4本の凹溝13aとをゴム弾性体14を介して係合させることで、回転伝達の機能とシミー吸収の機能とを得たが、インナケーシング12とアウタケーシング13との係合状態はこれに限ることはなく、例えば突条12aや凹溝13aの本数を変更したり、不等間隔で配置したりしてもよい。
【0040】
更に、上記実施形態では、アウタケーシング13に対してゴム弾性体14を摺動可能としたが、逆にゴム弾性体14をインナケーシング12に対して摺動可能とし、アウタケーシング13に対しては一体化してもよいし、インナケーシング12及びアウタケーシング13の双方に対してゴム弾性体14をそれぞれ摺動可能に構成してもよい。
【0041】
一方、上記実施形態では、ゴム弾性体14にセンタリング部14b,14cを一体形成して、振動の消失後にインナケーシング12とアウタケーシング13とを積極的に初期位置に戻したが、この機能は必ずしも必要ではなく、センタリング部14b,14cを省略してもよい。
又、センタリング部14b,14cを設けた場合でも、その数や形状等は上記実施形態に限定されるものではなく、例えばゴム弾性体14の本体14aに対してセンタリング部14b,14cを別体として構成したり、或いは4本の突条12a及び凹溝13aの内、180°対向する2本の突条12a及び凹溝13aのみにセンタリング部14b,14cを設けたりしてもよいし、センタリング部14b,14cに代えて間隙S2,S3に皿ばね又はコイルばねを介装して同様の作用を得てもよい。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1の発明の弾性軸継手によれば、ステアリングシャフトの軸心方向の振動を十分に吸収して、振動による運転者の不快感を未然に防止することができる。また、筒部材と軸部材との衝突による打音の発生を抑制して、車室内騒音を低減することができる。
さらに、軸心方向の振動の消失後に第2弾性体及び第3弾性体により軸部材と筒部材とを初期位置に戻し、如何なるときでも常に安定した振動吸収作用を奏することができる。
請求項2の発明の弾性軸継手によれば、請求項1に加えて、簡単な構成により摺動部を設けることができ、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態のステアリング装置を示す全体構成図である。
【図2】弾性軸継手を示す拡大断面図である。
【図3】同じく弾性軸継手を示す図2のIII−III線断面図である。
【図4】同じく弾性軸継手を示す図2のIV−IV線断面図である。
【符号の説明】
2 ステアリングギアボックス
7 ステアリングホイール
12 インナケーシング
13 アウタケーシング
15a 上側ストッパ面(底部)
15b 下側ストッパ面(フランジ部)
A 摺動部

Claims (2)

  1. ステアリングギアボックス側又はステアリングホイール側の何れか一方に連結されて他方側に向けて開口し、該開口端に内周側に延在するフランジ部が形成された筒部材と、
    上記ステアリングギアボックス側又はステアリングホイール側の他方に連結されると共に、上記筒部材内の底部との間に所定の間隙を形成した状態で該筒部材内に挿入された軸部材と、
    上記筒部材の内周面と上記軸部材の外周面との間に介装され、弾性をもって上記筒部材と軸部材との相対回転を規制する第1弾性体と、
    上記筒部材内の底部と上記軸部材との間に介装された第2弾性体と、
    上記フランジ部と上記軸部材との間に介装された第3弾性体と、
    を有する弾性軸継手において、
    上記筒部材の内周面と上記第1弾性体との間、又は上記軸部材の外周面と上記第1弾性体との間の少なくとも一方に、該筒部材と軸部材との軸心方向の相対移動を可能とする摺動部を設け
    上記第2の弾性体及び第3の弾性体は、上記筒部材と軸部材との軸心方向の相対移動を妨げない程度を上限とし、該筒部材と軸部材とを初期位置に復帰可能な程度を下限とした弾性力であることを特徴とする弾性軸継手。
  2. 上記第1弾性体には滑材が含有されたことを特徴とする請求項1記載の弾性軸継手。
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