JP4169706B2 - 弾性カップリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、中間軸の軸線方向の両側に自在継手を備えた回転伝達軸等に使用される弾性カップリング装置に関するものである。

車輛の操舵機構等に使用される回転伝達軸には、中間軸の軸線方向の両側に自在継手を備えると共に、その一方の自在継手と中間軸との間に、振動の伝達を遮断するための弾性カップリング装置を設けたものがある（特許文献１）。

この弾性カップリング装置には、中間軸と自在継手との間にカップリング体を配置し、このカップリング体に軸線廻りに９０度間隔で配置された４個のボルトの内、その一方の軸対称位置の一対のボルトと、このボルトの外周側のゴム状弾性体とを介して中間軸に、他方の軸対称位置の一対のボルトを介して自在継手にカップリング体を夫々結合したものが使用されている。

また従来の弾性カップリング装置には、このような構成のものの他に、図８及び図９に記載のようなものがある。即ち、図８及び図９の回転伝達軸１は、所定角度で交差状に配置された操舵軸２とギヤボックス側の従動軸３とを連結するものであって、中間軸４と、この中間軸４の軸線方向の両側に配置された自在継手５，６と、中間軸４と一方の自在継手５、例えば操舵軸２側の自在継手５との間に介在された弾性カップリング装置７とを備えている。

各自在継手５，６は一対のヨーク８，９と、この一対のヨーク８，９を屈折自在に連結する十字部１０とを有する。弾性カップリング装置７は、操舵軸２側の自在継手５と中間軸４との間に介在されており、中間軸４側の第１回転体１１と、自在継手５側の第２回転体１２と、この両回転体１１，１２間に配置されたゴム等の弾性カップリング体１３とを備え、弾性カップリング体１３が軸線廻りに略９０度間隔で略等間隔を置いて配置された４個の結合手段１４，１５の内、その一方の軸対称位置に配置された一対の結合手段１４を介して第１回転体１１に、他方の軸対称位置に配置された一対の結合手段１５を介して第２回転体１２に夫々結合されている。

各結合手段１４，１５はリベットにより構成されている。弾性カップリング体１３と第２回転体１２とを結合する結合手段１５のリベットは、第１回転体１１側に軸線と略平行に突出するストッパピン１６を一体に備え、また第１回転体１１には、径方向の外側が開放するＵ溝状の遊嵌部１７が各ストッパピン１６に対応して形成されている。そして、ストッパピン１６は通常、遊嵌部１７の中央に遊嵌しており、所定以上の静的捩じりトルクがかかったときに、弾性カップリング体１３の捩れにより、図９に仮想線で示すように略同一円周Ｒ上の当接位置Ｘで遊嵌部１７の回転方向側の内周面に当接して高トルクを伝達する。
特開平８−２００３８３号公報

図８、図９に記載の弾性カップリング装置７は、特許文献１に記載のものに比較して構造的に簡単であり、容易に組立て得る利点がある。しかし、このような構成の弾性カップリング装置７では、第１回転体１１の遊嵌部１７が径方向の外側に開放するＵ溝状であるため、トルク高負荷時に、ストッパピン１６が遊嵌部１７の内周面に当接した後、下側のストッパピン１６がその内周面に沿って径方向の外側（図１１のＳ矢示方向）へと滑って遊嵌部１７から外れてしまいトルク伝達機能を阻害する惧れがある。

即ち、この種の弾性カップリング装置７の場合、通常のトルク無負荷時には、ストッパピン１６が第１回転体１１の遊嵌部１７の中央に位置する。そして、捩じりトルクがかかれば、遊嵌部１７に対するストッパピン１６の遊び量の範囲内で弾性カップリング体１３が捩じれて、自在継手５から第２回転体１２、弾性カップリング体１３、第１回転体１１を介して中間軸４へとトルクを伝達する。更に高トルクがかかると、弾性カップリング体１３の捩じれにより、各ストッパピン１６が図９に仮想線で示すように同一円周Ｒ上で第１回転体１１の遊嵌部１７の内周面に当接し、自在継手５から第２回転体１２、ストッパピン１６、第１回転体１１を介して中間軸４へと高トルクを伝達する。

しかし、操舵軸２と従動軸３とを所定の角度で交差方向に配置しており、中間軸４の両側の各自在継手５，６がその十字部１０で屈折しているため、高トルクがかかった場合には中間軸４に偶力（こじれ力）が発生し、弾性カップリング体１３が図１０に示すように変形する。

このため例えば図１０、図１１に示すように、上側のストッパピン１６はＵ溝状の遊嵌部１７の内周面に沿って径方向の内側へと、また下側のストッパピン１６はＵ溝状の遊嵌部１７の内周面に沿って径方向の外側へと夫々滑り、回転伝達軸１が１８０度回転する毎に各ストッパピン１６が径方向の内外に滑る動作を繰り返す。ついには一対のストッパピン１６間の間隔が広がって、下側のストッパピン１６が遊嵌部１７から径方向の外方へとＳ矢示方向に外れてしまうことがある。

従って、従来の弾性カップリング装置７では、第１回転体１１の遊嵌部１７が径方向の外側に開放するＵ溝状であるため、トルク高負荷時にストッパピン１６が遊嵌部１７から外れてしまう惧れがあり、静的捩じりトルクを十分に向上させることができないという問題がある。

本発明は、かかる従来の課題に鑑み、静的捩じりトルクを向上できる弾性カップリング装置を提供することを目的とする。

本発明は、中間軸とその軸線方向の両側の自在継手の少なくとも一方との間に弾性カップリング体を介在し、前記中間軸又は前記自在継手側の第１回転体に複数の遊嵌部を回転方向に略等間隔を置いて設け、前記自在継手又は前記中間軸側の第２回転体に、所定以上の捩じりトルクがかかったときに前記弾性カップリング体の捩れにより前記各遊嵌部の内周面に当接してトルクを伝達する複数のストッパピンを備え、前記弾性カップリング体と前記第１回転体とを前記ストッパピン間の回転方向の略中央に配置された結合手段により結合した弾性カップリング装置において、前記遊嵌部はトルク無負荷時の前記ストッパピンに対して略同心円状のＣ字状に形成された前記内周面と、該内周面に対して前記第１回転体の径方向の外側に形成された、前記ストッパピンの直径と略同程度の開放部とを有するＣ溝状であり、前記開放部の両側の前記内周面により、前記ストッパピンの前記内周面に当接した後の前記開放部からの脱落を防止する脱落防止部が形成されたものである。

前記脱落防止部は前記ストッパピンの前記遊嵌部の内周面に当接した状態での前記開放部側への滑りを防止する滑り防止部を備えたものとしている。

前記弾性カップリング体と前記自在継手のヨークとを一対の前記ストッパピンにより結合し、前記中間軸の先端に、前記弾性カップリング体の中央孔を貫通して前記ヨークの中央に弾性体を介して遊嵌する小径突部を設けても良い。

本発明によれば、ストッパピンの遊嵌部の内周面に当接した後の脱落を防止する脱落防止部を各遊嵌部に対応して第１回転体に設けているので、静的捩じりトルクを向上させることができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述する。図１〜図５は操舵軸２とギヤボックス側の従動軸３とを連結する回転伝達軸１に本発明の弾性カップリング装置７を採用した第１の実施例を例示する。なお、図１〜図５において、従来と同一名称物には同一の符号を付して、その説明を簡略化する。

回転伝達軸１には、図１に示すように操舵軸２側の自在継手５と中間軸４との間に弾性カップリング装置７が介在されている。弾性カップリング装置７は、図２〜図４に示すように、中間軸４側に固定された板状の第１回転体１１と、自在継手５側のヨーク９に固定された第２回転体１２と、この両回転体１１，１２間に配置されたゴム等の弾性カップリング体１３とを備えている。

弾性カップリング体１３は、軸線廻りに略９０度間隔で略等間隔を置いて軸対称に配置された４個の結合手段１４，１５の内、その一方の軸対称位置に配置された一対の結合手段１４を介して第１回転体１１に、他方の軸対称位置に配置された一対の結合手段１５を介して第２回転体１２に夫々結合されている。

各結合手段１４，１５は、図３、図４に示すようにリベット２０，２１により構成されている。弾性カップリング体１３と第２回転体１２とを結合する結合手段１５のリベット２１は、図３に示すように第１回転体１１側へとヨーク９の軸線と略平行に突出するストッパピン１６を一体に備えている。第１回転体１１には、各ストッパピン１６に対応して、径方向の外側が開放するＣ溝状の遊嵌部１７が形成されている。中間軸４は、弾性カップリング体１３の中央孔２２を貫通して自在継手５のヨーク９側に突出する小径部２３を先端側に有し、この中間軸４の先端側がヨーク９又は第２回転体１２の中央に弾性体２４を介して遊嵌されている。

弾性カップリング体１３はゴム、その他の弾性体により円板状に構成されている。そして弾性カップリング体１３には、中間軸４の軸線と平行な結合手段１５用のリベット２０と、これと平行な結合手段１５用の筒体２５とが軸線廻りに略９０度間隔で軸対称に交互に配置されると共に、その隣り合うリベット２０と筒体２５とに跨がって順次巻き掛けられた樹脂製糸、ワイヤー、その他の補強紐２６が埋設されている。

第１回転体１１は板材をプレス成形したものであって、小径部２３の基部側に套嵌して溶接等により中間軸４に固定されると共に、弾性カップリング体１３の一側面に当接する取り付け部２７と、弾性カップリング体１３から軸線方向に所定距離だけ離間する離間部２８とが軸線廻りに交互に設けられ、その離間部２８に遊嵌部１７が形成されている。

第１回転体１１の取り付け部２７は、弾性カップリング体１３に当接してリベット２０により弾性カップリング体１３に固定されている。リベット２０は筒体２５と略同径で弾性カップリング体１３内に埋入される大径部２０ａと、第１回転体１１の取り付け部２７を貫通する小径部２０ｂとを有する。

自在継手５のヨーク９には、その十字部１０と反対側から径方向の両側へと屈曲するブラケット状の第２回転体１２が一体に設けられている。そして、この第２回転体１２は、第１回転体１１と反対側で筒体２５の鍔部２５ａを介して弾性カップリング体１３の側面に当接して、第２回転体１２から筒体２５を貫通する結合手段１５のリベット２１により弾性カップリング体１３に固定されている。

ストッパピン１６は結合手段１５のリベット２１の先端に一体に設けられており、弾性カップリング体１３を貫通して第１回転体１１側へとヨーク９の軸線と平行に突出すると共に、その突出部分の中間が第１回転体１１の遊嵌部１７に遊嵌されている。各ストッパピン１６は円柱状であって、所定以上の捩じりトルクがかかったときに、弾性カップリング体１３の捩れにより、略同一円周Ｒ上の当接位置Ｘで遊嵌部１７の内周面に当接してトルクを伝達するように、各遊嵌部１７に遊嵌されている。

遊嵌部１７は図５に示すようにＣ字状の内周面３０を有し、且つ第１回転体１１の径方向の外側に開放部３１を有する開放状であって、その開放部３１を含む全体形状がＣ溝状になっている。開放部３１の開放量Ｙは、ストッパピン１６の直径と略同程度、又はストッパピン１６の直径よりも若干大程度或いは若干小程度になっている。従って、第１回転体１１には、開放部３１の近傍の内周面３０によって形成され且つ開放部３１の内周面３０に当接した後のストッパピン１６の脱落を防止する脱落防止部２９が各遊嵌部１７に対応して夫々設けられている。

即ち、遊嵌部１７の内周面３０は図５に示すように略真円状であり、トルク無負荷時にストッパピン１６が遊嵌部１７の略中央に位置するように遊嵌部１７に遊嵌している。このため遊嵌部１７の内周面３０は、トルク無負荷時にはストッパピン１６を中心として略同心円状となっている。つまり、トルク高負荷時に弾性カップリング体１３の捩じりによってストッパピン１６が遊嵌部１７の内周面３０に当接する当接位置Ｘを基準として、第１回転体１１の径方向の内側部分３０ａと外側部分３０ｂとの内周面３０の形状を見た場合、内側部分３０ａと外側部分３０ｂは略同一円周上にあり、全体として略真円状となっている。

このため遊嵌部１７の内周面３０の内、当接位置Ｘよりも径方向の外側部分３０ｂで開放部３１の近傍側は、径方向の外側になるに従って開放部３１に接近する張り出し形状となり、遊嵌部１７の回転方向側の内周面３０にストッパピン１６が当接した後に、その内周面３０に沿って脱落方向（開放部３１側）へと滑り難い形状となっている。従って、遊嵌部１７の内周面３０を略真円状とすることにより、開放部３１の近傍側の内周面３０によってストッパピン１６の脱落方向への滑りを防止する滑り防止部３２を形成できる。なお、この滑り防止部３２によって脱落防止部２９が構成されている。

中間軸４の小径部２３はゴム等の弾性体２４を介して自在継手５のヨーク９の中心に挿入されている。弾性体２４は保護筒体３３の内周面に固着され、その保護筒体３３がヨーク９の開口に挿入されている。

この弾性カップリング装置７では、通常のトルク無負荷時には、ストッパピン１６が第１回転体１１の遊嵌部１７の中央に位置する。捩じりトルクがかかれば、遊嵌部１７に対するストッパピン１６の遊び量の範囲内で弾性カップリング体１３が捩じれて、自在継手５から第２回転体１２、弾性カップリング体１３、第１回転体１１を介して中間軸４へとトルクを伝達する。そして、更に高トルクがかかると、弾性カップリング体１３の捩じれにより、各ストッパピン１６が各遊嵌部１７の内周面３０に対して略同一円周Ｒ上の当接位置Ｘで当接し、自在継手５から第２回転体１２、ストッパピン１６、第１回転体１１を介して中間軸４へと高トルクを伝達する。

また高トルクがかかって中間軸４に偶力（こじれ力）が発生した場合にも、開放部３１を含む遊嵌部１７がＣ溝状になっているので、ストッパピン１６が遊嵌部１７の内周面３０に沿って径方向の外側へと滑って、ストッパピン１６が開放部３１を経て遊嵌部１７から脱落するようなことはない。

何故なら遊嵌部１７の内周面３０に当接した後のストッパピン１６は、回転伝達軸１が１８０度回転する毎に、例えば図５に示すように当接位置Ｘを挟んで若干内側の仮想線ａ近辺と若干外側の仮想線ｂ近辺との間で内周面３０に沿って内外へと滑ることがある。しかし、ストッパピン１６が外れるには、開放部３１の近傍側では滑り防止部３２の内周形状に沿って回転方向と反対側へと相対的に押し戻されながら径方向の外方へと滑る必要があり、その滑り防止部３２に対するストッパピン１６の滑り方向が変化するため、これによってストッパピン１６の滑りを殆ど防止できる。

従って、ストッパピン１６が遊嵌部１７の内周面３０に当接しても、その内周面の形状に沿って開放部３１側へと滑った後、遊嵌部１７の開放部３１を経て遊嵌部１７から脱落するようなことはなく、弾性カップリング装置７の捩じりトルクを向上させることができる。なお、滑り防止部３２はストッパピン１６の滑り抵抗を大にすることによって、その滑りを防止するようにしても良い。

また遊嵌部１７の内周面形状がトルク無負荷時のストッパピン１６に対して同心状である等、滑り防止部３２、脱落防止部２９を形成する部分とその他の部分とが略同一円周上にあるため、遊嵌部１７、滑り防止部３２、脱落防止部２９を含む第１回転体１１側の加工も容易にできる。

因みに、従来の図８、図９に示す弾性カップリング装置と、第１回転体１１の遊嵌部１７の形状をＣ溝状に形成して、その他の条件を従来と略同じにした本実施例の弾性カップリング装置とにおいて、その静的捩じりトルク（ピークトルク）を測定し比較したところ、本実施例の弾性カップリング装置では、従来によりも約１割程度静的捩じりトルクが向上するという結果が得られた。即ち、本実施例の弾性カップリング装置では、静的捩じりトルクを上げて行くと、ストッパピン１６が遊嵌部１７から外れずに、ある時点で他の部分が破損した。そして、その時の静的捩じりトルクは、従来の弾性カップリング装置において、滑りによりストッパピン１６が遊嵌部１７から外れるときのトルクに比べて１割程度大であった。

このため他の条件が従来と同じであっても、本実施例のように遊嵌部１７の形状をＣ溝状に変更することによって、静的捩じりトルク（ピークトルク）を１割程度向上させることが可能である。従って、従来よりも高い静的捩じりトルク（ピークトルク）が要求されるような場合であっても、従来のＵ溝状の遊嵌部１７をＣ溝状に変更する程度の最小限度の変更で十分に対応することが可能である。

図６は本発明の第２の実施例を例示する。この場合には、第１回転体１１の離間部２８に、トルク無負荷時のストッパピン１６に対して略同心円状に真円状又は略真円状の貫通孔３４が形成され、その遊嵌部１７における第１回転体１１の径方向の外側は閉鎖状になっている。そして、貫通孔３４によって遊嵌部１７が形成され、また閉鎖部分の貫通孔３４の内周面により滑り防止部３２、脱落防止部２９等が形成されている。この場合にも、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。

なお、この実施例では、遊嵌部１７に対して第１回転体１１の径方向の外側部分を完全に閉鎖状にしているが、この外側部分をその周方向の中間（例えば略中央等）のスリット等で分離して略閉鎖状に構成することも可能である。貫通孔３４は真円状又は略真円状である必要はない。

図７は本発明の第３の実施例を例示する。この場合には遊嵌部１７が軸線廻りに長い円弧孔により構成され、その円弧孔の円弧方向の中央外側に開放部３１が形成されている。このようにして開放部３１の内側の回転方向の両側に滑り防止部３２、脱落防止部２９を形成しても良い。またこの実施例では、滑り防止部３２で確実にストッパピン１６の滑りを防止できるため、開放部３１の開放量を大にできる。遊嵌部１７を構成する円弧孔の外側は、閉鎖状又は略閉鎖状でも良い。

以上、本発明の各実施例について詳述したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、実施例では、中間軸４とその上手側の自在継手５との間に弾性カップリング装置７を設けているが、中間軸４とその下手側の自在継手６のヨーク９との間に弾性カップリング装置７を設けても良い。また中間軸４と両側の自在継手５，６との間に弾性カップリング装置７を夫々設けても良い。従って、弾性カップリング装置７は、中間軸４とその軸線方向の両側の自在継手５，６の少なくとも一方との間にあれば良い。

また実施例では中間軸４側の第１回転体１１に遊嵌部１７を、自在継手５側の第２回転体１２にストッパピン１６を夫々設けているが、第１回転体１１にストッパピン１６を、第２回転体１２に遊嵌部１７を夫々設けても良い。また実施例では、結合手段１４，１５としてリベットを使用しているが、リベットに代替してボルト等を使用しても良い。結合手段１４，１５、ストッパピン１６、遊嵌部１７は軸対称位置に一対配置する他、回転方向に略等間隔を置いて３個設ける等、複数個あれば良い。

遊嵌部１７の形状は、軸線廻りの長孔、長円等でも良い。また遊嵌部１７の当接位置Ｘよりも径方向の内側の形状は、ストッパピン１６と干渉しない形状にしても良い。

遊嵌部１７の内周面３０にストッパピン１６が当接する当接位置Ｘよりも径方向の外側に、回転伝達軸１の正転、逆転の何れのときにもストッパピン１６の遊嵌部１７からの脱落を防止できる脱落防止部２９（又は滑り防止部３２）があれば十分であり、またその脱落防止部２９（又は滑り防止部３２）の形状は、ストッパピン１６の外れ、滑りを防止できる形状、構造であれば良く、各実施例に例示するように第１回転体１１に一体に形成しても良いし、第１回転体１１に別部材を取り付けて構成しても良い。

例えば、遊嵌部１７が外側に開放部３１を有する開放状の場合には、開放部３１側での滑り抵抗を大きくするか、又は開放部３１へとストッパピン１６が移動しない構造にすれば良い。また外側に開放部３１がない閉鎖状の遊嵌部１７の場合には、ストッパピン１６の長さと遊嵌部１７の大きさとを、中間軸４の軸線に対して自在継手５のヨーク９の軸線が傾斜したときにも、ストッパピン１６の先端が遊嵌部１７から外れない程度にすれば良い。

本発明の第１の実施例を示す回転伝達軸の正面図である。 図１のＡ−Ａ矢視拡大断面図である。 本発明の第１の実施例を示す弾性カップリング装置の拡大一部断面図である。 本発明の第１の実施例を示す弾性カップリング装置の拡大一部断面図である。 本発明の第１の実施例を示す要部の拡大図である。 本発明の第２の実施例を示す要部の拡大図である。 本発明の第３の実施例を示す要部の拡大図である。 従来の回転伝達軸の一部断面図である。 図８のＢ−Ｂ矢視拡大断面図である。 従来の弾性カップリング装置の動作説明図である。 従来の弾性カップリング装置の動作説明図である。

符号の説明

１ 回転伝達軸
４ 中間軸
５，６ 自在継手
７ 弾性カップリング装置
８，９ ヨーク
１１ 第１回転体
１２ 第２回転体
１３ 弾性カップリング体
１４，１５ 結合手段
１６ ストッパピン
１７ 遊嵌部
２９ 脱落防止部
３１ 開放部

Claims (3)

1. 中間軸とその軸線方向の両側の自在継手の少なくとも一方との間に弾性カップリング体を介在し、前記中間軸又は前記自在継手側の第１回転体に複数の遊嵌部を回転方向に略等間隔を置いて設け、前記自在継手又は前記中間軸側の第２回転体に、所定以上の捩じりトルクがかかったときに前記弾性カップリング体の捩れにより前記各遊嵌部の内周面に当接してトルクを伝達する複数のストッパピンを備え、前記弾性カップリング体と前記第１回転体とを前記ストッパピン間の回転方向の略中央に配置された結合手段により結合した弾性カップリング装置において、前記遊嵌部はトルク無負荷時の前記ストッパピンに対して略同心円状のＣ字状に形成された前記内周面と、該内周面に対して前記第１回転体の径方向の外側に形成された、前記ストッパピンの直径と略同程度の開放部とを有するＣ溝状であり、前記開放部の両側の前記内周面により、前記ストッパピンの前記内周面に当接した後の前記開放部からの脱落を防止する脱落防止部が形成されていることを特徴とする弾性カップリング装置。
2. 前記脱落防止部は前記ストッパピンの前記遊嵌部の内周面に当接した状態での前記開放部側への滑りを防止する滑り防止部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の弾性カップリング装置。
3. 前記弾性カップリング体と前記自在継手のヨークとを一対の前記ストッパピンにより結合し、前記中間軸の先端に、前記弾性カップリング体の中央孔を貫通して前記ヨークの中央に弾性体を介して遊嵌する小径突部を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性カップリング装置。

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