JP4750838B2 - ユニバーサルジョイント - Google Patents

Description

本発明は、ユニバーサルジョイントに関し、より詳しくは、ユニバーサルジョイントのスリップブッシュに関するものであって、円周に沿って配置され、かつその中間にピンが挿入されている動力伝達部と、該動力伝達部と所定間隔離隔して形成されて、スリップブッシュの組み立て時、圧着された状態で組み立てられるＣ形状断面の弾性部を形成することによって、ユニバーサルジョイントに捩れが生じても強度及び剛性を向上させて摩耗及び押圧等による遊隔の増加及びノイズの発生を最小化できるユニバーサルジョイントに関する。

一般に、操向装置は、運転者が操向ホイールを希望する方向に回転させると、操向ホイールに連結された操向軸が回転し、操向軸はユニバーサルジョイント（Universal Joint）を介してラックとピニオンギアから構成されるギアボックスに回転力を伝達する。この際、ギアボックスはラックとピニオンギアにより操向軸の回転運動を直線運動に変えてラックバーに伝達し、ラックバーはタイヤのナックルと連結されたタイロッドに力を伝達して自動車の進行方向を変更できるようにする。

特に、操向軸とギアボックスとの間の軸は、入力軸と出力軸が同軸線上に一致せず、一定の角で傾いた構造という点で、一般的な軸の結合方式では動力が伝達できないので、操向軸が一定の角度に変更できるユニバーサルジョイントを使用することが必須的である。

図１は従来技術に係るユニバーサルジョイントを示す分解斜視図であり、図２は従来技術に係るスリップブッシュを示す斜視図である。

図示したように、操向軸と連結されて操向ホイールの回転運動をギアボックスに伝達するユニバーサルジョイント１００は、チューブ１１０とシャフト１２０を含んで構成されるが、シャフト１２０はスリップブッシュ１３０を媒介にしてチューブ１１０の中へ挿入される構造である。

チューブ１１０は、スリップブッシュ１３０の円周に沿って形成されたＣ形状断面の弾性部１４０とソリッド部１５０が円滑に案内されるように適切な形状に内径加工されてスリップブッシュ１３０の外周面と当接して結合する。

また、シャフト１２０は一側がスリップブッシュ１３０に挿入できるようにスリップブッシュ１３０の弾性部１４０とソリッド部１５０の形状に合せて外径加工されてスリップブッシュ１３０の内周面と当接して結合する。

このように、スリップブッシュ１３０が装着されたユニバーサルジョイント１００のチューブ１１０及びシャフト１２０の結合構造は、車輪から伝えられる衝撃を吸収すると共に、組み立て性を向上させるために、その軸方向長さが伸張及び収縮可能に設けられるが、走行時に路面の凹凸により車輪に加えられる衝撃により発生するキック−バック（Kick-Back）荷重を吸収すると共に、操向コラムとギアボックスに組み立てる際、軸方向にスライディングされて組み立てが容易であるようになっている。

通常、スリップブッシュ１３０はプラスチック材質で形成し、かつ円筒形になって３個の弾性部１４０と３個のソリッド部１５０がスリップブッシュ１３０の円周に沿って一定の間隔を維持したまま交互に形成されている。

ソリッド部１５０は円柱形状で形成され、かつスリップブッシュ１３０の外周面に沿って円柱の半分が形成され、スリップブッシュ１３０の内周面に沿って対称するように残りの半分が形成される。また、弾性部１４０もスリップブッシュ１３０の外周面と内周面に沿って対称するように形成され、かつ弾性部１４０は中空の円筒形態としてスリップブッシュ１３０の外周面側に形成された部分の一定面が長手方向に切欠された形態でなされて、その断面の形状が“Ｃ”の形態で形成されたものである。

このように構成された従来技術に係るスリップブッシュ１３０は、捩れトルクや回転トルクが加えられたままシャフト１２０がチューブ１１０の内にスライディングする際、ソリッド部１５０がチューブ１１０の内周面と接触してソリッド部１５０とチューブ１１０との間の摩擦力によりスライディング摩擦力が増加する構造であって、スリップブッシュ１３０の捩れ破壊強度を確保する構造である。

しかしながら、従来技術に係るスリップブッシュ１３０のソリッド部１５０は、スリップブッシュ１３０と一体型で形成されて、シャフト１２０に回転トルクが加えられた状態でスライディングする際、ソリッド部１５０の外周面の全体がチューブ１１０と接触する状態が維持されるので、スライディング摩擦力が増加し、捩れ破壊強度に対する安全率が低下する問題点があった。

ここで、捩れ破壊強度に対する安全率低下の問題点とは、従来のスリップブッシュ１３０の場合、シャフト１２０とチューブ１１０との間の回転力伝達過程における荷重の大部分をスリップブッシュ１３０のソリッド部１５０が受けることになるが、ソリッド部１５０と同一な材質であるスリップブッシュ１３０の材質特性如何によっては、強い回転力が短い時間で加えられる場合、スリップブッシュ１３０のソリッド部１５０が破壊されるおそれがあり、このような現象が発生する場合、操向自体が不可能になることで、自動車の安全性に大きい問題が発生することを意味する。

そして、従来のスリップブッシュ１３０を使用すれば、捩れがある衝撃がユニバーサルジョイント１００に加えられる場合、スリップブッシュ１３０のソリッド部１５０とチューブ１１０の内周面との間のスライディング摩擦力が大きくなって、ソリッド部１５０が摩耗しながらソリッド部１５０とチューブ１１０との間に遊隔が増加すると共に、ノイズが発生する問題があった。

本発明は、円周に沿って配置され、かつ、その中間にピンが挿入されている動力伝達部と、該動力伝達部と所定の間隔で離隔して形成されて、スリップブッシュの組み立て時、圧着された状態で組み立てられるＣ形状断面の弾性部をスリップブッシュに形成することによって、ユニバーサルジョイントに捩れが生じても強度及び剛性を向上させて摩耗及び押圧等による遊隔の増加及びノイズの発生を最小化できるユニバーサルジョイントを提供することをその目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、中空形状のチューブ、該チューブの内部に挿入されるスリップブッシュ、及び該スリップブッシュを媒介にして上記チューブと結合するシャフトを含むユニバーサルジョイントであって、上記スリップブッシュは、該スリップブッシュの円周に沿って軸方向に配置され、かつその中間にあるピンと該ピンの両端を支持する支持部を備えた動力伝達部と、上記スリップブッシュの円周に沿って配置され、かつ上記動力伝達部と離隔して形成され、一側が軸方向に切欠されたＣ形状断面の弾性部と、を含み、前記ピンの両側端部にはテーパ部が形成されることを特徴とする。

本発明によると、円周に沿って配置され、かつ、その中間にピンが挿入されている動力伝達部と、該動力伝達部と所定間隔で離隔して形成されて、スリップブッシュの組み立て時、圧着された状態で組み立てられるＣ形状断面の弾性部をスリップブッシュに形成することによって、ユニバーサルジョイントに捩れが生じても強度及び剛性を向上させて摩耗及び押圧等による遊隔の増加及びノイズの発生を最小化する効果が得られる。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、各図面の構成要素への参照符号の付加において、同一な構成要素に対しては、たとえ他の図面上に表示されてもできる限り同一な符号が与えられていることに留意しなければならない。また、本発明の説明において、関連した公知構成または機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすると判断される場合にはその詳細な説明は省略する。

図３は、本発明の第１実施形態に係るユニバーサルジョイントを示す分解斜視図である。

本発明の第１実施形態に係るユニバーサルジョイント２００は、スリップブッシュ２４０の内周に挿入されるシャフト２１０と、該シャフト２１０が挿入されたスリップブッシュ２４０を収容する中空形状のチューブ２２０とを含んで構成される。

シャフト２１０は、一端が操向軸（図示せず）と連結され、他端には外周面に沿って第１結合溝２３０が加工されている。ここで、第１結合溝２３０は、スリップブッシュ２４０の円周に沿って形成された弾性部２５０及び動力伝達部と接触するようにシャフト２１０の他端の外周面に沿って少なくとも２つ以上形成されることが好ましいが、これに限定するのではなく、スリップブッシュ２４０に形成される弾性部２５０と動力伝達部の数によって多様に形成されることができる。

チューブ２２０は、一端に第１結合溝２３０が形成されたシャフト２１０と、該シャフト２１０に装着されたスリップブッシュ２４０とが挿入できるように、スリップブッシュ２４０の外周面形状に合うように内径が加工される。即ち、スリップブッシュ２４０の弾性部２５０と支持部２６０、そして、該支持部２６０の中間に挿入され支持されるピン２７０がチューブ２２０内へ、より円滑に挿入できるようにスリップブッシュ２４０の外周面の形状に対称するように複数の第２結合溝２８０が形成される。

図４は本発明の第１実施形態に係るユニバーサルジョイントのスリップブッシュを示す斜視図であり、図５は本発明の第１実施形態に係るユニバーサルジョイントを示す縦断面図である。そして、図６は本発明の第１実施形態に係るスリップブッシュにおいて、ピンが挿入された状態を示す動力伝達部の要部断面図である。

図示したように、本発明の第１実施形態に係るスリップブッシュ２４０は、シャフト２１０とチューブ２２０を媒介する役目をするが、プラスチック材質で形成されてシャフト２１０がチューブ２２０の内に引込または引出される際、シャフト２１０とチューブ２２０との間で適切な摩擦力を提供して、操向ホイール（図示せず）で発生された回転力をシャフト２１０とチューブ２２０との間で伝達する役目と、走行時に輪を介して逆入力されるキック−バック荷重を吸収して操向感を向上させる役目をする。

このようなスリップブッシュ２４０は、中空の円筒形状で形成され、かつチューブ２２０に装着される際に圧着されながら組み立てられるＣ形状断面の弾性部２５０がスリップブッシュ２４０の円周に沿って所定間隔で離隔するように複数個形成され、該複数の弾性部２５０の間に形成されてユニバーサルジョイント２００に回転トルクが加えられて捩れが発生する場合に、チューブ２２０の内周面、即ち第２結合溝２８０と接触する複数のピン２７０が挿入及び支持される支持部２６０が設けられたものであって、このようなスリップブッシュ２４０の長さはシャフト２１０に形成された第１結合溝２３０の長さによって変えることができる。

一方、スリップブッシュ２４０の円周に沿って形成されるＣ形状断面の弾性部２５０は、中空の円筒形態であり、スリップブッシュ２４０の外周面側に突出形成された部分の一定面が長手方向に切欠された形態でなされることによって、スリップブッシュ２４０がチューブ２２０に挿入される際、圧着されながら挿入されて、ユニバーサルジョイント２００の捩れ作用時に発生する遊隔の増加によるノイズを圧着されたＣ形状断面の弾性部２５０が広がりながら最小化できるようになる。

また、Ｃ形状断面の弾性部２５０は、スリップブッシュ２４０の円周に沿ってスリップブッシュ２４０の軸方向に３個形成されることが好ましいが、これに限定するのではなく、捩れにより発生する遊隔の増加及びノイズを最小化することができれば、少なくとも１つ以上形成しても差し支えない。

そして、Ｃ形状断面の弾性部２５０の間に配置される動力伝達部は、弾性部２５０と共にスリップブッシュ２４０の円周に沿って反復または順次に配列され、ピン２７０と該ピン２７０を固定するように構成された支持部２６０とからなる。支持部２６０は、スリップブッシュ２４０の両側端部側に形成され、ピン２７０の両側端部が挿入される挿入ホール２６２が形成されている。

このように、ピン２７０の両側端部が支持部２６０に形成された挿入ホール２６２に挟まれることになることで、ユニバーサルジョイント２００に捩れが作用する際にピン２７０の外周面がチューブ２２０の内周面、即ち第２結合溝２８０及びシャフト２１０の外周面、即ち第１結合溝２３０に接しながらユニバーサルジョイント２００の強度及び剛性を向上させる役目をする。

このようなピン２７０は、その両側端部が支持部２６０に形成された挿入ホール２６２に挟まれて固定されるが、ピン２７０が支持部２６０に円滑に挿入されて固定されるように、ピン２７０の両側端部に固定部２７４が形成され、該固定部２７４は図６の（ａ）に示すように、ピン２７０の両側端部を所定の厚みだけ切削しテーパ加工をして、支持部２６０に挿入できるようになっており、特に図６の（ｂ）に示すように、固定部２７４の断面が半円形状を有する半球の形態に加工されて支持部２６０に挿入されることもできる。

この際、ピン２７０の固定部２７４が挿入される支持部２６０の挿入ホール２６２も固定部２７４の形状に対応する形状に加工されることで、固定部２７４がより円滑に動力伝達部２６０に挿入できることは勿論、支持部２６０とピン２７０との間の固定力を極大化させることが好ましい。

このようなピン２７０の両側端部に、所定の長さだけ滑らかにテーパに加工されたテーパ部２７２を形成することで、シャフト２１０がチューブ２２０の中へ引込まれる際、ピン２７０の端部によりシャフト２１０の一側に形成された第１結合溝２３０が摩耗されることを防止または最小化できるので、チューブ２２０とシャフト２１０との間の遊隔が発生することを最小化して、シャフト２１０とチューブ２２０との間のノイズを低減させる効果が得られる。

また、ピン２７０は、弾性部２５０と同様に、スリップブッシュ２４０の軸方向に３個形成されることが好ましいが、これに限定するのではなく、ユニバーサルジョイント２００の強度及び剛性を向上させることができれば、少なくとも１つ以上形成しても差し支えない。

このようなピン２７０の外径は、ピン２７０が接触するチューブ２２０の第２結合溝２８０とシャフト２１０の第１結合溝２３０の内径より多少小さく形成されて、平素の作動時にはチューブ２２０の第２結合溝２８０と接触が生じないように構成され、ユニバーサルジョイント２００に捩れが発生した場合のみにピン２７０がチューブ２２０の第２結合溝２８０に接触して摩擦力を発生させながらユニバーサルジョイント２００の強度及び剛性を向上させることができるようにすることがよい。

併せて、スリップブッシュ２４０の円周に沿って装着されるピン２７０は、ユニバーサルジョイント２００に回転トルクが加えられた状態でシャフト２１０がチューブ２２０の中へ引込まれる際、所定の摩擦力を提供し、強い捩れ強度を確保するために耐摩耗性が優れる高炭素鋼などで形成されることが好ましいが、必ずこれに限定するのではなく、ピン２７０がチューブ２２０の第２結合溝２８０及びシャフト２１０の第１結合溝２３０と接触しながら適切な摩擦力が提供できることは勿論、充分な強度を提供できるならば、他の如何なる材質でも形成されることができる。

このように、本発明に係るスリップブッシュ２４０は、円周に沿って複数個の弾性部２５０が圧着された状態でチューブ２２０に挿入されることで、ユニバーサルジョイント２００に捩れが発生しても圧着されたＣ形状断面の弾性部２５０の弾性により摩耗及び押圧等による遊隔の増加及びノイズの発生を最小化できることは勿論、平常時にはチューブ２２０の第２結合溝２８０と接触しないように微細な間隔を維持して摩擦力を発生しないが、ユニバーサルジョイント２００に捩れが作用しながらチューブ２２０とシャフト２１０が引込または引出される際にはスリップブッシュ２４０に装着されたピン２７０がチューブ２２０の内周面と接触して所定の摩擦力を発生させてユニバーサルジョイント２００の強度及び剛性を向上させることができる。

図７は本発明の第２実施形態に係るユニバーサルジョイントを示す分解斜視図であり、図８は本発明の第２実施形態に係るユニバーサルジョイントのスリップブッシュを示す斜視図であり、図９は本発明の第２実施形態に係るスリップブッシュにおけるピンが挿入された状態を示す動力伝達部の要部断面図である。

本発明の第２実施形態は、前述した第１実施形態において、ピン２７０が支持部２６０に装着される構成のみ除いてはほぼ同一であるので、以下では、第２実施形態の構成要素及びこれらの作動のうち、第１実施形態と同一な部分に対しては詳細な説明を省略する。

本発明の第２実施形態に係るスリップブッシュ２４０もシャフト２１０とチューブ２２０を媒介する役目をするが、プラスチック材質で形成されてシャフト２１０がチューブ２２０の内に引込または引出される際、シャフト２１０とチューブ２２０との間で適切な摩擦力を提供して、操向ホイール（図示せず）から発生された回転力をシャフト２１０とチューブ２２０との間で伝達する役目と、走行時、輪を介して逆入力されるキック−バック荷重を吸収して操向感を向上させる役目をする。

このようなスリップブッシュ２４０は、中空の円筒形状で形成され、かつチューブ２２０に装着される際、圧着されながら組み立てられるＣ形状断面の弾性部２５０がスリップブッシュ２４０の円周に沿って所定間隔で離隔して複数個形成され、該複数の弾性部２５０の間に形成されてユニバーサルジョイント２００に回転トルクが加えられて捩れが発生する場合に、チューブ２２０の内周面、即ち第２結合溝２８０と接触する複数のピン２７０が挿入及び支持される支持部２６０が設けられたものであって、このようなスリップブッシュ２４０の長さはシャフト２１０に形成された第１結合溝２３０の長さによって変えることができる。

ピン２７０は、スリップブッシュ２４０がプラスチック材質で形成される際、該スリップブッシュ２４０の金型内で動力伝達部の位置と長手方向の捩れを考えて適切に配置した後、スリップブッシュ２４０と一体で射出成形することで、支持部２６０に完全に固定されるようになる。

この際、ピン２７０の両側端部は、図９に示すように、緩やかに傾斜したテーパに精密加工されて、射出成形時、プラスチック樹脂の流れが円滑になされるようにすると共に、今後、支持部２６０に挿入されるようになったピン２７０が離脱できないようになっている。図９の未説明符号２７６は、射出成形時に金型に備えられてピン２７０を固定することに利用されていたピン固定用コア部材の痕跡を示している。

一方、ピン２７０は公差を勘案して支持部２６０の直径より多少大きい直径を有することが好ましくて、両側支持部２６０の間でピン２７０の中間一定部分がスリップブッシュ２４０の外周及び内周側に露出されて、ピン２７０の上記露出された部分がシャフト２１０の第１結合溝２３０には密着され、チューブ２２０の第２結合溝２８０では最小空間を維持するようにすることがよい。

このように、ピン２７０の両側端部に所定長さだけ滑らかにテーパに加工されたテーパ部２７２を形成することで、シャフト２１０がチューブ２２０の中へ引込まれる際、ピン２７０の端部によりシャフト２１０の一側に形成された第１結合溝２３０が摩耗されることを防止または最小化できるので、チューブ２２０とシャフト２１０との間の遊隔が発生することを最小化して、シャフト２１０とチューブ２２０との間のノイズを減少させる効果が得られる。

また、ピン２７０は弾性部２５０と同様に、スリップブッシュ２４０の軸方向に３個形成されることが好ましいが、これに限定するのではなく、ユニバーサルジョイント２００の強度及び剛性を向上させることができれば、少なくとも１つ以上形成しても差し支えない。

このようなピン２７０の外径は、ピン２７０が接触するチューブ２２０の第２結合溝２８０の内径より所定のサイズだけ小さく形成されて、平素の作動時にはチューブ２２０の第２結合溝２８０と接触が生じないように構成され、ユニバーサルジョイント２００に捩れが発生した場合のみにピン２７０がチューブ２２０の第２結合溝２８０に接触して摩擦力を発生させながらユニバーサルジョイント２００の強度及び剛性を向上させることができるようにすることがよい。

併せて、スリップブッシュ２４０の円周に沿って装着されるピン２７０は、ユニバーサルジョイント２００に回転トルクが加えられた状態でシャフト２１０がチューブ２２０の中へ引込まれる際、所定の摩擦力を提供し、強い捩れ強度を確保するために耐摩耗性が優れる高炭素鋼などで形成されることが好ましいが、必ずこれに限定するのではなく、ピン２７０がチューブ２２０の第２結合溝２８０及びシャフト２１０の第１結合溝２３０と接触しながら適切な摩擦力が提供できることは勿論、充分な強度が提供できるならば、他の如何なる材質でも形成されることができる。

また、耐久性は勿論、スライディング感性を増大させるために、射出成形が完了した後、スリップブッシュ２４０の外周面または内周面の全体に、例えばテフロン（登録商標）のような材質を塗布し硬化させて、潤滑被膜層をコーティングすることもできる。

このように、本発明に係るスリップブッシュ２４０は、外周面に複数個の弾性部２５０が圧着された状態でチューブ２２０に挿入されることで、ユニバーサルジョイント２００に捩れが発生しても圧着されたＣ形状断面の弾性部２５０の弾性により摩耗及び押圧等による遊隔の増加及びノイズの発生を最小化できることは勿論、平常時にはチューブ２２０の第２結合溝２８０と接触しないように微細な間隔を維持して摩擦力を発生しないが、ユニバーサルジョイント２００に捩れが作用しながらチューブ２２０とシャフト２１０が引込または引出される際にはスリップブッシュ２４０に装着されたピン２７０がチューブ２２０の内周面と接触して所定の摩擦力を発生させてユニバーサルジョイント２００の強度及び剛性を向上させることができる。

以上の説明は、本発明を例示的に説明したことに過ぎないものであって、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で多様な変形が可能である。したがって、本明細書に開示された実施形態は本発明を限定するためのものでなく、説明するためのものであり、このような実施形態により本発明の思想と範囲が限られることはない。本発明の範囲は特許請求範囲により解されなければならなくて、それと同等な範囲内にある全ての技術は本発明の権利範囲に含まれることと解されるべきである。

従来技術に係るユニバーサルジョイントを示す分解斜視図である。 従来技術に係るスリップブッシュを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るユニバーサルジョイントを示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るユニバーサルジョイントのスリップブッシュを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るユニバーサルジョイントを示す縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係るスリップブッシュにおけるピンが挿入された状態を示す動力伝達部の要部断面図である。 本発明の第２実施形態に係るユニバーサルジョイントを示す分解斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るユニバーサルジョイントのスリップブッシュを示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るスリップブッシュにおけるピンが挿入された状態を示す動力伝達部の要部断面図である。

１００、２００・・・ユニバーサルジョイント
１１０、２２０・・・チューブ
１２０、２１０・・・シャフト
１３０、２４０・・・スリップブッシュ
１４０、２５０・・・弾性部
１５０・・・ソリッド部
２６２・・・挿入ホール
２７０・・・ピン
２７２・・・テーパ部
２７４・・・固定部

Claims (6)

1. 中空形状のチューブ、該チューブの内部に挿入されるスリップブッシュ、及び該スリップブッシュを媒介にして前記チューブと結合するシャフトを含むユニバーサルジョイントであって、
   前記スリップブッシュは、
   該スリップブッシュの円周に沿って軸方向に配置され、かつその中間にあるピンと該ピンの両端を支持する支持部を備えた動力伝達部と、
   前記スリップブッシュの円周に沿って配置され、かつ前記動力伝達部と離隔して形成され、一側が軸方向に切欠されたＣ形状断面の弾性部と、を含み、
   前記ピンの両側端部にはテーパ部が形成されることを特徴とするユニバーサルジョイント。
2. 前記スリップブッシュの両側端部に位置する前記支持部には挿入ホールが形成され、前記ピンの両側端部に前記支持部の挿入ホールに挿入される固定部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルジョイント。
3. 前記ピンを有する動力伝達部は、少なくとも1つ以上備えられ、前記スリップブッシュの円周に沿って離隔して配置されることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルジョイント。
4. 前記Ｃ形状断面の弾性部は、少なくとも1つ以上備えられ、前記スリップブッシュの円周に沿って離隔して形成されることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルジョイント。
5. 前記ピンは、前記スリップブッシュと一体で射出成形されて支持部に固定されることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルジョイント。
6. 前記スリップブッシュは、潤滑被膜層でコーティングされることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルジョイント。
   
   

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