JPH08142879A - ステアリングシャフトの剪断型弾性軸継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ステアリングシャフト系への入力による入出力
軸間のこじりの許容量が大きく，また軸線方向長さを小
さくして車両搭載性のよい剪断型弾性軸継手を提供す
る。 【構成】互いに同軸な入出力軸２２ａ，２２ｂから突設
された複数の入出力筒３２ａ〜３４ｂ間に，環状の弾性
部材３５ａ，３５ｂを同軸で且つ半径方向に複数介装し
て、両入出力軸２２ａ，２２ｂを連結し、これらの弾性
部材３５ａ，３５ｂの剛性の和で決まるステアリング装
置の剛性を確保しながら，各弾性部材３５ａ，３５ｂの
剛性を低下可能として、具体的には各弾性部材３５ａ，
３５ｂの軸線方向長さを短くして，こじりの許容量を大
きくすると共に、車両搭載性を向上できるようにした。
また、各弾性部材３５ａ，３５ｂの耐久性を向上するた
めに，それらの軸線方向長さや半径方向長さを適切に設
定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両のステアリング装置
に用いられるステアリングシャフトの剪断型弾性軸継手
に関するものであり、特に路面からのキックバック力や
操舵系の振動によるシミーの低減に有効なコラムカップ
リングなどに好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】現今の車両のステアリング装置は、凡そ
図５のように構成されている。この車両のステアリング
装置は，所謂流体式パワーステアリング装置であるが、
運転者がステアリングホイール１を回転操舵すると，ス
テアリングコラムシャフト２も同位相で回転し、このス
テアリングコラムシャフト２の回転運動が、上方ジョイ
ント３ａを介してインターミディエートシャフト４に伝
達され、更に下方ジョイント３ｂを介してスタブシャフ
ト６に伝達され、更に後述する流体式パワーステアリン
グ装置のロータリーバルブ１５に内装されているトーシ
ョンバー１６を介してピニオンシャフト１４に伝達さ
れ、このピニオンシャフト１４に取付けられているピニ
オン７とラック軸８のラック８ａとにより当該ラック軸
８の直線運動（並進運動）に変換されて，内側ジョイン
ト２１ａを介してサイドロッド（タイロッド）１１に伝
達され、更に外側ジョイント２１ｂを介してナックルア
ーム１２を腕とする偶力に変換され、この偶力によって
転舵輪（前輪）１３が転舵する。なお、このステアリン
グ装置では，流体式パワーステアリング装置を備えてい
るため、前記ロータリーバルブ１５に内装されているト
ーションバー１６に捩じり変位が発生すると、ロータ１
６ａに形成されている流体路が切り替わって、当該ロー
タリーバルブ１５のポンプポートから供給される流体圧
が，パワーシリンダ１７の何れかの入力ポートに供給さ
れてピストン１７ａに連結されている前記ラック軸８を
移動して操舵の補助力，即ちアシスト力になる。

【０００３】一方、こうした車両のステアリング装置に
は、一般に操舵入力に対する応答性と，路面からの入力
に対する安定性との両立が望まれる。このうち、特に後
者，即ち路面凹凸等に起因する路面からのキックバック
力や操舵系の振動によるシミーの低減などを目的とする
路面からの入力に対する安定性を得るために、前記図５
のステアリング装置では、前記インターミディエートシ
ャフト４の中間部に、高ロスファクターゴムのラバーカ
ップリング等からなるコラムカップリング５が介装され
ている。このコラムカップリング５は、主として操舵入
力として与えられるステアリングコラムシャフト２の回
転力（実質的にはインターミディエートシャフト４に伝
達された回転力）の，当該インターミディエートシャフ
ト４の捩じり方向に作用する捩じり力に対して弾性力を
発揮するものであるが、後段に詳述するように通常のラ
バーカップリングと同様にこのインターミディエートシ
ャフト４の捩じり方向への捩じり力に対して減衰力も発
揮する。この弾性力や減衰力が，路面からの入力や操舵
系の振動に対して作用するために、その出力端であるス
テアリングホイール１が安定する。

【０００４】このようなコラムカップリングの代表的な
ものとしては，例えば図６に示す剪断型弾性軸継手が挙
げられる。この剪断型弾性軸継手は、同軸に配設された
同図の左右何れか一方の入出力軸２２ａの端部に入力筒
２３を突設し、他方の入出力軸２２ｂの端部から，前記
入力筒２３の外側に同軸に，当該入力筒２３との間に同
軸な隙間ができるように出力筒２４を突設し、この入力
筒２３と出力筒２４との隙間に弾性部材２５を介装して
両者を連結する。従って、この剪断型弾性軸継手では、
操舵入力や路面入力等によって，入力筒２３と出力筒２
４との間に相対回転変位が生じると、両者の間の弾性部
材２５に剪断による弾性変形が発生し、同時に両者間に
かかるトルクを伝達するが、この弾性変形による弾性力
や減衰力が，特に路面入力や操舵系の振動に対してステ
アリングホイール１の安定性を付与する。

【０００５】なお、操舵入力に対する要求されるステア
リング装置の応答性は、前記剪断型弾性軸継手の弾性部
材２５の剛性を高めることで得られる。これをステアリ
ング装置に要求される剛性と記す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
な図５の車両のステアリング装置では、例えば前記イン
ターミディエートシャフト４が，前下がり状態でほぼ車
両前後方向に配設されているとして、例えば転舵輪１３
である前輪に，路面凹凸等による前後方向への力が作用
すると、前記インターミディエートシャフト４の上下端
のジョイント３ａ，３ｂ間の前後方向長さが変化しよう
とする。一般に、この種の等速自在継手は，回転方向へ
の変位は許容するが、長手方向，即ち軸線方向への変位
は許容できないから、前記図６に示す剪断型弾性軸継手
の入出力軸２２ａ，２２ｂには互いに軸線をずらすよう
な力，所謂こじり力が作用する。

【０００７】一方、前記剪断型弾性軸継手の弾性部材２
５は、一般に当該弾性部材２５の半径方向長さ（この場
合は厚さ）が大きい（厚い）ほど，また当該弾性部材２
５の軸線方向長さ（この場合は単に長さでもある）が小
さい（短い）ほど、当該弾性部材２５の剛性が低下する
ため、前述のステアリング装置の応答性に応じた剛性を
得るためには，当該弾性部材２５の半径方向長さ（厚
さ）を小さく（薄く）且つ軸線方向長さ（長さ）を大き
く（長く）しなければならない。また、単に弾性部材２
５の半径方向長さ（厚さ）を小さく（薄く）すると，繰
り返し剪断応力に対する耐久性が低下するため、必要な
耐久性を得るためには，合わせて当該弾性部材２５の軸
線方向長さ（長さ）を大きく（長く）しなければならな
くなっている。

【０００８】このように半径方向長さ（厚さ）が小さく
（薄く）且つ軸線方向長さ（長さ）が大きい（長い）弾
性部材２５を介装した入力筒２３と出力筒２４との間
に，前記図６に示すようなこじり力が作用すると、例え
ば前記入出力筒２３，２４同志が互いに当接してしまう
などの不具合から，こじりを許容できない構造となる虞
れがあり、また剪断型弾性軸継手自体の軸線方向長さ
（長さ）が大きく（長く）なり過ぎて，車両搭載性（こ
こでは車両への搭載のし易さを表す）が低下し、またそ
の適用範囲が限定されてしまう可能性もある。

【０００９】このうち、こじりを許容するコラムカップ
リングとしては，例えば特開昭５６−１０８９６５号公
報に記載される弾性軸継手を採用することが考えられ
る。この弾性軸継手は，前述のような剪断型弾性軸継手
と異なり，入出力軸間の圧縮力や引張力で弾性変形する
弾性部材を構成要素としているため、前述のようなこじ
り力が作用しても弾性部材が圧縮又は引張により弾性変
形するだけで，前述のような不具合は発生しない。しか
しながら、この種の圧縮／引張弾性変形を伴う弾性部材
を用いた弾性軸継手では、入出力軸間の相対回転に対す
る伝達トルクの特性が，前述のような剪断型弾性軸継手
のそれに比して線形性に劣り，またそのヒステリシスが
大きく、これらから同等の性能をステアリング装置に求
めた場合には，単純な代用ができないという問題があ
る。

【００１０】本発明はこれらの諸問題に鑑みて開発され
たものであり、特にステアリング系へのこじり力に対し
て入出力軸間のこじりを許容し、軸線方向長さを小さく
して車両への搭載性の高いステアリングシャフトの剪断
型弾性軸継手を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以上より、本発明のうち
請求項１に係るステアリングシャフトの剪断型弾性軸継
手は、互いに同軸の入力軸と出力軸との間に介装された
弾性部材が、入力軸と出力軸との相対回転時に，剪断に
よる弾性変形によって両者の回転力を伝達するステアリ
ングシャフトの剪断型弾性軸継手において、前記入力軸
及び出力軸の半径方向に，前記弾性部材を複数配設した
ことを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明のうち請求項２に係るステア
リングシャフトの剪断型弾性軸継手は、前記入力軸及び
出力軸の半径方向に配設された複数の弾性部材のうち，
外側の弾性部材の半径方向長さが、内側の弾性部材の半
径方向長さより大きく設定されたことを特徴とするもの
である。また、本発明のうち請求項３に係るステアリン
グシャフトの剪断型弾性軸継手は、前記外側の弾性部材
の外周半径をｒ₁ ，内周半径をｒ₀ とし、内側の弾性部
材の外周半径をｒ₀ ，内周半径をｒ₂ としたとき、これ
らの各半径を，ｒ₀ ²＝ｒ ₁ ×ｒ₂ を満足する半径に設定
したことを特徴とするものである。

【００１３】また、本発明のうち請求項４に係るステア
リングシャフトの剪断型弾性軸継手は、前記弾性部材の
外側の軸線方向長さが，内側の軸線方向長さより小さく
設定されたことを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】而して、本発明のうち請求項１に係るステアリ
ングシャフトの剪断型弾性軸継手では、例えば前記入力
軸に形成された同軸で複数の筒状体と，前記出力軸に形
成された同軸で複数の筒状体とを組合せ、両筒状体の間
の各隙間に，弾性変形を許容する弾性部材を介装して両
者を連結するなどして、前記入力軸及び出力軸の半径方
向に，複数の弾性部材を配設する構成としたため、各弾
性部材の剛性は，さほど高くなくとも、全体としての剛
性が，前述のように所望される操舵入力に対する応答性
を確保するに足る，即ちステアリング装置に要求される
剛性であればよいから、前述のように各弾性部材の剛性
が，半径方向長さが小さいほど或いは軸線方向長さが大
きいほど，高くなるものであるとすれば、所望するステ
アリング装置としての剛性を満足しながら、個々の弾性
部材の半径方向長さを大きくしたり，軸線方向長さを小
さくしたりすることが可能となり、従って前述のような
こじり力によって発生する入出力軸間のこじりが許容さ
れ、また全体としての軸線方向長さも小さくなるから，
車両への搭載性が向上する。

【００１５】また、本発明のうち請求項２に係るステア
リングシャフトの剪断型弾性軸継手では、前記入力軸及
び出力軸の半径方向に配設された複数の弾性部材のう
ち，外側の弾性部材の半径方向長さが、内側の弾性部材
の半径方向長さより大きく設定される。一般に、この種
の弾性部材では，同軸に配設された半径方向内外側の弾
性部材の各半径方向長さを同等に設定すると、操舵入力
や路面入力によってステアリングシャフト系から前記入
出力軸に相対回転変位が発生したとき、当該半径方向内
側の弾性部材の剪断変位と半径方向外側の弾性部材の剪
断変位とに差が生じて，耐久性が低下する虞れがある。
即ち、剪断力（偶力）は，剪断に伴う変形と周長との積
に比例し且つ同等の捩じり力（トルク）は，剪断力と半
径との積であるため、同等のトルクによる入出力軸間相
対回転変位に対して，半径の小さい部位ほど，剪断変位
が大きいことになるから、前記半径方向内側の弾性部材
の半径の小さい部位（具体的には内周半径位置）で剪断
変位が最も大きくなる。この半径方向内側の弾性部材の
半径の小さい部位における剪断変位を小さくして，半径
方向外側の弾性部材の半径の小さい部位における剪断変
位と同等又はほぼ同等とするためには、例えばこの種の
弾性部材の軸線方向長さを小さくするほど或いは半径方
向長さを大きくするほど，当該弾性部材の剛性が低くな
るとすれば、半径方向外側の弾性部材の剛性を，半径方
向内側の弾性部材の剛性よりも相対的に低くして、半径
方向外側の弾性部材の半径の小さい部位での剪断変位を
相対的に大きくすればよいことになるから、本発明のス
テアリングシャフトの剪断型弾性軸継手のように，半径
方向外側の弾性部材の半径方向長さを，半径方向内側の
弾性部材のそれより長くすれば、両弾性部材の半径の小
さい部位に発生する剪断変位の差は小さくなり、全体と
しての耐久性も向上する。

【００１６】また、本発明のうち請求項３に係るステア
リングシャフトの剪断型弾性軸継手では、前記外側の弾
性部材の外周半径をｒ₁ ，内周半径をｒ₀ とし、内側の
弾性部材の外周半径をｒ₀ ，内周半径をｒ₂ としたと
き、これらの各半径を，ｒ₀ ²＝ｒ₁ ×ｒ₂ を満足する半
径に設定した。前記請求項２に係るステアリングシャフ
トの剪断型弾性軸継手の作用の説明のように，剪断力は
剪断変形と周長との積に比例し且つトルクは剪断力と半
径との積の形で表れるから、或る半径位置ｒ_j における
剪断変位αは，弾性係数Ｋを用いて下記ａ式のように表
れる。

【００１７】 α＝Ｔ／（２πＫ・ｒ_j ² ） ……… (a) 一方、弾性部材の内周半径位置ｒ_i を固定したときの，
外周半径位置ｒ_o における変位ｘ_o は、トルクＴによる
回転角θを用いて下記ｂ式のように設定される。 ｘ_o ＝Ｔ／２πＫ（１／ｒ_i −１／ｒ_o ）＝θ（２πｒ_o −２πｒ_i ） ……… (b) そして、前述のように定義付けされた各弾性部材の内周
半径位置ｒ₀ ，ｒ₂ において，前記ａ式で設定される各
剪断変位αが同等となるには、半径方向内側の弾性部材
の外周半径位置に係るトルクをＴ₁ ，その内周半径位置
に係るトルクをＴ₂ として，下記ｃ式を満足する必要が
ある。

【００１８】 Ｔ₁ ／（２πＫ・ｒ₀ ²）＝Ｔ₂ ／（２πＫ・ｒ₂ ²） ……… (c) このｃ式と，前記ｂ式に前記定義付けされた内外周半径
を代入して得られる２式とから、変数である各トルクＴ
₁ ，Ｔ₂ を消去するようにして各半径の条件を見出せ
ば、前記した関係式ｒ₀ ²＝ｒ₁ ×ｒ₂ を得る。従って、
この条件を満足するように半径方向内外側の弾性部材の
各半径を設定すれば、それらの内周半径位置における剪
断変位が等しくなるから、各弾性部材の耐久性が向上
し、結果的に剪断型弾性軸継手としての耐久性も向上す
る。

【００１９】また、本発明のうち請求項４に係るステア
リングシャフトの剪断型弾性軸継手では、前記弾性部材
の外側の軸線方向長さが，内側の軸線方向長さより小さ
く設定される。一般に、この種の弾性部材では，内周半
径位置における軸線方向長さと外周半径位置における軸
線方向長さとを同等に設定すると、操舵入力や路面入力
によってステアリングシャフト系から前記入出力軸に相
対回転変位に伴って，弾性部材に捩じり力（トルク）が
発生したとき、当該弾性部材の内周半径位置における剪
断応力が，外周半径位置における剪断応力より大きくな
って、耐久性が低下する虞れがある。この弾性部材の外
周半径位置における剪断応力を相対的に小さくして，内
周半径位置における剪断応力に近づけるためには、一般
に機械工学で設定されるところのトルク伝達のための接
触面積を小さくすればよいわけであるから、当該弾性部
材の外周半径は内周半径より大きいものであるとして，
相対的に外周半径位置における軸線方向長さを小さくす
ればよいことになる。従って本発明のステアリングシャ
フトの剪断型弾性軸継手のように，弾性部材の外側の軸
線方向長さを，内側の軸線方向長さより小さく設定すれ
ば、両半径位置における剪断応力の差は小さくなり、全
体としての耐久性も向上する。

【００２０】

【実施例】次に本発明のステアリングシャフトの剪断型
弾性軸継手について図面を引用しながら詳細に説明す
る。図１は本発明のステアリングシャフトの剪断型弾性
軸継手の第１実施例及び第２実施例を示すものであり、
前述した図５のステアリング装置のうち，所望される操
舵応答性や路面入力に対する安定性を得るために，当該
ステアリング装置のコラムカップリングに採用されたも
のである。

【００２１】図１ａに示す第１実施例のステアリングシ
ャフトの剪断型弾性軸継手では、互いに同軸に配設され
且つ互いに端部を対向する２つの入出力軸２２ａ，２２
ｂのうち、同図左方の入出力軸２２ａの端部には円板状
の基部３１ａが形成され、この基部３１ａから，右方の
入出力軸２２ｂの端部に向けて，互いに同軸で且つ所定
の外周半径を有する内側入力筒３２ａと外側入力筒３２
ｂとが突設されている。そして、内側入力筒３２ａの外
周面と外側入力筒３２ｂの内周面との間には，所定の半
径差を有する隙間が形成されている。

【００２２】また、図１ａの右方の入出力軸２２ｂの端
部にも基部３１ｂが形成され、この基部３１ｂから，左
方の入出力軸２２ａの端部に向けて，互いに同軸で且つ
所定の外周半径を有する内側出力筒３４ａと外側出力筒
３４ｂとが突設されている。更に具体的には、前記内側
出力筒３４ａは，前記内側入力筒３２ａの外周面と外側
入力筒３２ｂの内周面との間の隙間内に向けて突設され
ており、当該内側出力筒３４ａの内周面と前記内側入力
筒３２ａの外周面との間には，所定の半径差を有する隙
間が形成され且つ当該内側出力筒３４ａの外周面と前記
外側入力筒３２ｂの内周面との間には，所定の半径差を
有する隙間が形成されている。また、前記外側出力筒３
４ｂは，前記外側入力筒３２ｂの外周面より外側に向け
て突設されており、当該外側出力筒３４ｂの内周面と前
記外側入力筒３２ｂの外周面との間には，所定の半径差
を有する隙間が形成されている。

【００２３】そして、前記内側入力筒３２ａの外周面と
内側出力筒３４ａの内周面との間には内側弾性部材３５
ａが介装されて，同時に両者を連結している。また、外
側入力筒３２ｂの外周面と外側出力筒３４ｂの内周面と
の間には外側弾性部材３５ｂが介装されて，同時に両者
を連結している。従って、２つの入出力軸２２ａ，２２
ｂは，それらの半径方向に配設された複数，具体的には
２つの弾性部材３５ａ，３５ｂによって連結されている
ことになる。従って、何れか一方又は双方の入出力軸２
２ａ，２２ｂにトルクが加わって，両入出力軸２２ａ，
２２ｂの間に相対回転変位が生じると、各弾性部材３５
ａ，３５ｂに，剪断による弾性変形が生じながら、互い
にトルクを伝達することができる。即ち、この弾性変形
に伴う弾性力や減衰力が，前記従来の剪断型弾性軸継手
と同様に，特に路面入力や操舵系の振動に対して、ステ
アリングホイールに安定性を付与することができる。

【００２４】また、図１ｂに示す第２実施例のステアリ
ングシャフトの剪断型弾性軸継手では、互いに同軸に配
設され且つ互いに端部を対向する２つの入出力軸２２
ａ，２２ｂのうち、同図右方の入出力軸２２ｂの端部に
は円板状の基部３１ｂが形成され、この基部３１ｂか
ら，左方の入出力軸２２ａの端部に向けて，互いに同軸
で且つ所定の外周半径を有する内側出力筒３４ａと外側
出力筒３４ｂとが突設されている。そして、内側出力筒
３４ａの外周面と外側出力筒３４ｂの内周面との間に
は，所定の半径差を有する隙間が形成されている。

【００２５】また、図１ｂの左方の入出力軸２２ａの端
部にも基部３１ａが形成され、この基部３１ａから，左
方の入出力軸２２ｂの端部に向けて，各入出力軸と同軸
で且つ所定の外周半径を有する内側入力筒３２ａが突設
されている。更に具体的には、前記内側入力筒３２ａ
は，前記内側出力筒３４ａの外周面と外側出力筒３４ｂ
の内周面との間の隙間内に向けて突設されており、当該
内側入力筒３２ａの内周面と前記内側出力筒３４ａの外
周面との間には，所定の半径差を有する隙間が形成され
且つ当該内側入力筒３２ａの外周面と前記外側出力筒３
４ｂの内周面との間には，所定の半径差を有する隙間が
形成されている。

【００２６】そして、前記内側出力筒３４ａの外周面と
内側入力筒３２ａの内周面との間には内側弾性部材３５
ａが介装されて，同時に両者を連結している。また、内
側入力筒３２ａの外周面と外側出力筒３４ｂの内周面と
の間には外側弾性部材３５ｂが介装されて，同時に両者
を連結している。従って、２つの入出力軸２２ａ，２２
ｂは，それらの半径方向に配設された複数，具体的には
２つの弾性部材３５ａ，３５ｂによって連結されている
ことになる。従って、何れか一方又は双方の入出力軸２
２ａ，２２ｂにトルクが加わって，両入出力軸２２ａ，
２２ｂの間に相対回転変位が生じると、各弾性部材３５
ａ，３５ｂに，剪断による弾性変形が生じながら、互い
にトルクを伝達することができる。即ち、この弾性変形
に伴う弾性力や減衰力が，前記従来の剪断型弾性軸継手
と同様に，特に路面入力や操舵系の振動に対して、ステ
アリングホイールに安定性を付与することができる。

【００２７】そして、これらのステアリング装置に要求
される剛性は，例えば両入出力軸２２ａ，２２ｂや各入
出力筒３２ａ〜３４ｂが剛体であると考えると，各弾性
部材３５ａ，３５ｂの剛性によって決定される。このス
テアリング装置に要求される剛性は，各弾性部材３５
ａ，３５ｂの剛性の和として得られるから、各弾性部材
３５ａ，３５ｂの剛性は，さほど高くなくとも、全体と
しての剛性が，前述のように所望される操舵入力に対す
る応答性を確保するに足る，即ちステアリング装置に要
求される剛性であればよい。従って、前述のように各弾
性部材３５ａ，３５ｂの剛性が，半径方向長さが小さい
ほど或いは軸線方向長さが大きいほど，高くなるもので
あるとすれば、所望するステアリング装置としての剛性
を満足しながら、個々の弾性部材３５ａ，３５ｂの半径
方向長さを大きくしたり，軸線方向長さを小さくしたり
することが可能となる。そこで、前記第１実施例及び第
２実施例では、前記各弾性部材３５ａ，３５ｂの半径方
向長さ（厚さ）を，前記図６に示す従来の剪断型弾性軸
継手に使用される弾性部材と同等の半径方向長さ（厚
さ）とし、またステアリング装置としての剛性も，当該
図６に示す従来の剪断型弾性軸継手を採用した従来のス
テアリング装置の剛性と同等としたところ、各弾性部材
３５ａ，３５ｂの軸線方向長さ（長さ）を，前記図６に
示す従来の剪断型弾性軸継手の弾性部材の軸線方向長さ
（長さ）よりも短くすることができた。その結果，例え
ば路面入力等による前述のようなこじり力によって発生
する入出力軸間のこじりの許容量を大きくすることがで
きた。また、結果的に剪断型弾性軸継手全体としての軸
線方向長さも小さくなるから，車両への搭載性を向上す
ることができた。勿論、剪断型弾性軸継手であることは
変わりがないから、その伝達トルクの線形性やヒステリ
シスの少なさを確保するができた。

【００２８】次に、本発明のステアリングシャフトの剪
断型弾性軸継手の第３実施例について，図２を引用しな
がら説明する。この第３実施例に相当するステアリング
シャフトの剪断型弾性軸継手も，前記第１実施例及び第
２実施例と同様に，前述した図５のステアリング装置の
うち，所望される操舵応答性や路面入力に対する安定性
を得るために，当該ステアリング装置のコラムカップリ
ングに採用されたものである。

【００２９】この第３実施例のステアリングシャフトの
剪断型弾性軸継手では、前記図１ｂに示す第２実施例と
同様に，右方の入出力軸２２ｂから突設された内側出力
筒３４ａの外周面と左方の入出力軸２２ａから突設され
た内側入力筒３２ａの内周面との間及び当該内側入力筒
３２ａの外周面と右方の入出力軸２２ｂから突設された
外側出力筒３４ｂの内周面との間に、夫々内側弾性部材
３５ａ及び外側弾性部材３５ｂを介装して，両者を連結
したものである。また、これによりステアリング装置と
して要求される剛性を満足しながら、本発明の主目的で
ある各弾性部材３５ａ，３５ｂの剛性の低下を許容し、
前述のような入出力軸間のこじりの許容量を大きくして
いる。また、合わせて軸線方向長さを短くして車両への
搭載性も向上している。

【００３０】ところで、本実施例では、各弾性部材３５
ａ，３５ｂの軸線方向長さ（長さ）について，その外周
半径位置における長さＬ_o を内周半径位置における長さ
Ｌ_iよりも短く（小さく）設定して、各弾性部材３５
ａ，３５ｂの耐久性を向上している。この原理について
説明するために、例えば図２のように外側弾性部材３５
ｂの内周半径をｒ_i ，外周半径をｒ_o としたとき、当該
外側弾性部材３５ｂにトルクＴがかかったとすると、当
該外側弾性部材３５ｂの外周における剪断応力（以下，
単に外周剪断応力とも記す）τ_o 及び内周における剪断
応力（以下，単に内周剪断応力とも記す）τ_i は、夫々
下記１式及び２式で表される。

【００３１】 τ_o ＝Ｔ／（２πｒ_o ² Ｌ_o ） ……… (1) τ_i ＝Ｔ／（２πｒ_i ² Ｌ_i ） ……… (2) ここで、各弾性部材３５ａ，３５ｂの内周半径位置にお
ける長さＬ_i と外周半径位置における長さＬ_o とが等し
いとすると、ｒ_o ＞ｒ_i であるから，２式の内周剪断応
力τ_i の方が，１式の外周剪断応力τ_o よりも大きくな
る。このように同一の弾性部材内の剪断応力の差が大き
いと、当該弾性部材の耐久性が低下することは周知であ
るから、両者の差を小さくするためには，前記弾性部材
３５ａ，３５ｂの外周半径位置における長さＬ_o を，内
周半径位置における長さＬ_i より短く（小さく）すれば
よい。

【００３２】このように各弾性部材３５ａ，３５ｂの外
周半径位置における長さを，内周半径位置における長さ
より短くした本実施例のステアリングシャフトの剪断型
弾性軸継手では、繰り返しトルクによる各弾性部材３５
ａ，３５ｂの耐久性を高め、ステアリング装置全体とし
ての耐久性も高まる。以上より、本実施例は，本発明の
うち請求項１及び４に係るステアリングシャフトの剪断
型弾性軸継手を実施化したものであり、前記説明では，
内周剪断応力と外周剪断応力とに基づいて各弾性部材３
５ａ，３５ｂの外周半径置における長さを，内周半径位
置における長さより短くした場合についてのみ詳述した
が、前記１式及び２式から明らかなように，より半径の
小さい部位における剪断応力の方が，半径の大きい部位
における剪断応力より大きいため、前述のように剪断応
力の差を小さくして耐久性を向上するためには，弾性部
材の外側の軸線方向長さが，内側の軸線方向長さより小
さく設定されていればよい。

【００３３】次に、本発明のステアリングシャフトの剪
断型弾性軸継手の第４実施例について，図３を引用しな
がら説明する。この第４実施例に相当するステアリング
シャフトの剪断型弾性軸継手も，前記第１実施例乃至第
３実施例と同様に，前述した図５のステアリング装置の
うち，所望される操舵応答性や路面入力に対する安定性
を得るために，当該ステアリング装置のコラムカップリ
ングに採用されたものである。

【００３４】この第４実施例のステアリングシャフトの
剪断型弾性軸継手では、前記図１ｂに示す第２実施例と
同様に，右方の入出力軸２２ｂから突設された内側出力
筒３４ａの外周面と左方の入出力軸２２ａから突設され
た内側入力筒３２ａの内周面との間及び当該内側入力筒
３２ａの外周面と右方の入出力軸２２ｂから突設された
外側出力筒３４ｂの内周面との間に、夫々内側弾性部材
３５ａ及び外側弾性部材３５ｂを介装して，両者を連結
したものである。また、これによりステアリング装置と
して要求される剛性を満足しながら、本発明の主目的で
ある各弾性部材３５ａ，３５ｂの剛性の低下を許容し、
前述のような入出力軸間のこじりの許容量を大きくして
いる。また、合わせて軸線方向長さを短くして車両への
搭載性も向上している。

【００３５】ところで、本実施例では、各弾性部材３５
ａ，３５ｂの半径方向長さ（厚さ）について，半径方向
外側に位置する前記外側弾性部材３５ｂの厚さＴｈ
_o を，半径方向内側に位置する前記内側弾性部材３５ａ
の厚さＴｈ_i より厚く（大きく）設定して、各弾性部材
３５ａ，３５ｂの耐久性を向上している。この原理につ
いて説明するために、例えば図４ａのように外側弾性部
材３５ａ，３５ｂの内周半径をｒ_i ，外周半径をｒ_o と
し、半径ｒ_j ，ｒ_k の異なる二位置での微小半径差Δｒ
に係る剪断力Ｆ_j ，Ｆ_k は，弾性部材３５ａ，３５ｂの
弾性係数Ｋ及び剪断に伴う微小変位Δｘ_j ，Δｘ_k を用
いて，下記３式及び４式で表れる。

【００３６】 Ｆ_j ＝（Δｘ_j ／Δｒ）・Ｋ・２πｒ_j ……… (3) Ｆ_k ＝（Δｘ_k ／Δｒ）・Ｋ・２πｒ_k ……… (4) これらの剪断力に対して，かかるトルクＴは一定である
から、下記５式が成立する。 Ｔ＝Ｆ_j ・ｒ_j ＝Ｆ_k ・ｒ_k ……… (5) 以上より、剪断変位α_j ，α_k に関して，下記６式及び
７式を得る。

【００３７】 α_k ＝Δｘ_k ／Δｒ＝（ｒ_j ／ｒ_k )²・Δｘ_j ／Δｒ＝（ｒ_j ／ｒ_k )²・α_j ……… (6) α_k ＝Δｘ_j ／Δｒ＝Ｔ／（２πＫ・ｒ_j ²) ……… (7) 従って、６式より剪断変位は，半径が小さい部位ほど，
大きいことになる。そして、一般に弾性部材の剪断変位
の差が大きいほど，当該弾性部材の繰り返しトルクに対
する耐久性が低下する。

【００３８】そこで、前記半径方向内外側の弾性部材３
５ａ，３５ｂのうち，剪断変位の大きい各内周半径位置
での各剪断変位が同等となるように、各弾性部材３５
ａ，３５ｂの半径方向長さ（厚さ）を算出してみる。ま
ず、前記６式及び７式において，添字ｊを“０”とし、
微小変位Δｘ_k を単に微小変位ｘとし、半径ｒ_k を単に
半径ｒとすると、下記８式及び９式に置換できる。

【００３９】 Δｘ／Δｒ＝（ｒ₀ ／ｒ)²・Δｘ₀ ／Δｒ ……… (8) Ｔ／（２πＫ・ｒ₀ ²)＝Δｘ₀ ／Δｒ ……… (9) 前記９式を８式に代入して下記１０式を得る。 α＝Δｘ／Δｒ＝Ｔ／（２πＫ・ｒ²) ………(10) この１０式を，半径ｒについて，内周半径ｒ_i から外周
半径ｒ_o まで定積分すれば、下記１１式に従って外周半
径位置ｒ_o における回転変位ｘ_o を得る。

【００４０】 一方、前記トルクＴによる入出力軸２２ａ，２２ｂの相
対回転角をθとすると、前記１１式を用いて下記１２式
が成立する。

【００４１】 ｘ_o ＝Ｔ／２πＫ（ｒ_i ^-1−ｒ_o ^-1）＝θ（２πｒ_o −２πｒ_i ） ………(12) ここで、前記内周半径ｒ_i 及び外周半径ｒ_o について，
図４ｂに示すように，外側弾性部材３５ｂの外周半径を
ｒ₁ ，内周半径をｒ₀ とし、内側弾性部材３５ａの外周
半径をｒ₀ ，内周半径をｒ₂ とし、更に外周のトルクを
Ｔ₁ ，内周のトルクをＴ₂ としたとき、前記１２式から
下記１３式及び１４式を得る。

【００４２】 θ（２πｒ₁ −２πｒ₀ ）＝Ｔ₁ ／２πＫ（ｒ₀ ^-1−ｒ₁ ^-1） ………(13) θ（２πｒ₀ −２πｒ₂ ）＝Ｔ₂ ／２πＫ（ｒ₂ ^-1−ｒ₀ ^-1） ………(14) また、外側弾性部材３５ｂの内周半径ｒ₀ 位置における
剪断変位αと，内側弾性部材３５ａの内周半径ｒ₂ 位置
における剪断変位αとを同等にしようとすると、前記１
０式より下記１５式を得る。

【００４３】 Ｔ₁ ／（２πＫ・ｒ₀ ²) ＝Ｔ₂ ／（２πＫ・ｒ₂ ²) ………(15) 前記１３式乃至１５式から，トルクＴ₁ ，Ｔ₂ を消去す
ると、下記１６式を得る。 ｒ₀ ²＝ｒ₁ ・ｒ₂ ………(16) ここで、図４ｂに示すように前記半径ｒ₁ ＝ｒ₀ ＋Δｒ
₁ ，半径ｒ₂ ＝ｒ₀ −Δｒ₂ と定義すると、前記１６式
は，下記１７式を得て下記１８式のように表れれる。

【００４４】 Δｒ₂ ＝（ｒ₀ ／（ｒ₀ ＋Δｒ₁ ))・Δｒ₁ ………(17) ∴Δｒ₂ ＜Δｒ₁ ………(18) 従って、前記１８式より，外側弾性部材３５ｂの半径方
向長さ（厚さ）を，内側弾性部材３５ａの半径方向長さ
（厚さ）より大きく（厚く）すれば、各弾性部材３５
ａ，３５ｂの内周半径位置における剪断変位の差が小さ
くなり、各弾性部材３５ａ，３５ｂの耐久性が向上する
と共に，ステアリング装置全体としての耐久性も高ま
る。以上より、本実施例は，本発明のうち請求項１乃至
３に係るステアリングシャフトの剪断型弾性軸継手を実
施化したものである。

【００４５】なお、前記実施例では，同軸な弾性部材を
半径方向に二つ配設した場合についてのみ詳述したが、
この配設される弾性部材の数はこれに限定されるもので
はなく、本発明のステアリングシャフトの剪断型弾性軸
継手では，複数の弾性部材を半径方向に配設することの
みを限定している。また、この場合の，弾性部材の軸線
方向長さや半径方向長さの設定には、前述した設定式を
更に変数を増やして使用すればよい。

【００４６】また、本発明のステアリングシャフトの剪
断型弾性軸継手では、前述のような弾性部材の軸線方向
長さや半径方向長さの調整を同時に講じてもよく、その
場合には，前記各設定式の変数を増やして複合的に使用
すればよい。また、前記各実施例では，インターミディ
エートシャフトに介装されたコラムカップリング内の剪
断型弾性軸継手についてのみ詳述したが、本発明のステ
アリングシャフトの剪断型弾性軸継手は，ステアリング
シャフト系の入出力軸間なら何処にでも採用することが
できる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明のステアリン
グシャフトの剪断型弾性軸継手によれば、入出力軸間に
介装される弾性部材を半径方向に複数配設することで，
全体としての剛性を確保しながら，各弾性部材の剛性を
小さくすることができるため、各弾性部材の軸線方向長
さを小さくしたり，半径方向長さを大きくしたりして、
入出力軸間のこじりの許容量を大きくすることができ、
同時に軸線方向長さを短くすることで車両への搭載性を
向上することができる。また、各弾性部材の軸線方向長
さや半径方向長さを適切に設定することで，各弾性部材
の耐久性を向上して、従来よりも信頼性の高い剪断型弾
性軸継手を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のステアリングシャフトの剪断型弾性軸
継手の各種実施例を示すものであり、（ａ）は第１実施
例を示す縦断面図，（ｂ）は第２実施例を示す縦断面図
である。

【図２】本発明のステアリングシャフトの剪断型弾性軸
継手の第３実施例を示す縦断面図である。

【図３】本発明のステアリングシャフトの剪断型弾性軸
継手の第４実施例を示す縦断面図である。

【図４】図３のステアリングシャフトの剪断型弾性軸継
手における剪断変位の説明図である。

【図５】ステアリング装置の一例を示す説明図である。

【図６】従来のステアリングシャフトの剪断型弾性軸継
手の一例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

３ａ，３ｂはジョイント ４はインターミディエートシャフト ５はコラムカップリング １３は転舵輪 ２２ａ，２２ｂは入出力軸 ３２ａ，３２ｂは入力筒 ３４ａ，３４ｂは出力筒 ３５ａ，３５ｂは弾性部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに同軸の入力軸と出力軸との間に介
   装された弾性部材が、入力軸と出力軸との相対回転時
   に，剪断による弾性変形によって両者の回転力を伝達す
   るステアリングシャフトの剪断型弾性軸継手において、
   前記入力軸及び出力軸の半径方向に，前記弾性部材を複
   数配設したことを特徴とするステアリングシャフトの剪
   断型弾性軸継手。
2. 【請求項２】 前記入力軸及び出力軸の半径方向に配設
   された複数の弾性部材のうち，外側の弾性部材の半径方
   向長さが、内側の弾性部材の半径方向長さより大きく設
   定されたことを特徴とする請求項１に記載のステアリン
   グシャフトの剪断型弾性軸継手。
3. 【請求項３】 前記外側の弾性部材の外周半径をｒ₁ ，
   内周半径をｒ₀ とし、内側の弾性部材の外周半径を
   ｒ₀ ，内周半径をｒ₂ としたとき、これらの各半径を，
   ｒ₀ ²＝ｒ₁ ×ｒ₂ を満足する半径に設定したことを特徴
   とする請求項２に記載のステアリングシャフトの剪断型
   弾性軸継手。
4. 【請求項４】 前記弾性部材の外側の軸線方向長さが，
   内側の軸線方向長さより小さく設定されたことを特徴と
   する請求項１乃至３の何れかに記載のステアリングシャ
   フトの剪断型弾性軸継手。