JPH08189532A - 弾性軸継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 弾性軸継手において振動吸収性と操縦安定性
とを両立する。 【構成】 アウタシャフト１２に設けた円筒部２２に金
属プレート２６及びコイルスプリング２８を入れてねじ
付きキャップ２４を締め、コイルスプリング２８で金属
プレート２６を所定の力で底板２０に押しつける。金属
プレート２６に固着した弾性体３０はインナシャフト１
４の突起１６に当接させる。コイルスプリング２８のば
ね定数は弾性体３０のばね定数よりも低く設定する。シ
ャフトに作用するトルクが小さい時には、弾性体３０の
みが圧縮されてトルクの伝達を行い、操縦安定性を確保
する。一方、据え切り時等の大トルク時には、金属プレ
ート２６が底板２０から離間し、弾性体３０と共にコイ
ルスプリング２８も圧縮さればね定数が低下する。この
ため、ステアリングギアボックスに発生した振動がハン
ドル側へ伝わり難くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２つのシャフトを連結
する弾性軸継手に係り、特に自動車のステアリングのシ
ャフトの接続に好適な弾性軸継手に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のステアリングホイールに伝達す
る振動を防止するために、ステアリングのシャフトを２
分割し、その２分割したシャフト間にゴム等の弾性体を
介在させ、弾性体のばね作用により振動を吸収し、振動
のステアリングホイールへの伝達を防止するようにした
弾性軸継手が用いられている。

【０００３】従来では、弾性体のばね定数は、低トルク
時（微小舵角領域）には高速直進安定性のために低いば
ね定数に、中・高トルク時には操縦性を良くするために
高いばね定数に設定されていた。

【０００４】この種の弾性軸継手として、実開昭６２−
６２０２５号公報、実開昭６２−７９６６６号公報等に
示されるような弾性軸継手がある。

【０００５】しかし、この種の弾性軸継手では、高トル
クになるほど高いばね定数になるため、高トルクになる
ほど振動吸収能力が低下してステアリングホイール側へ
振動を伝達し易くなるという問題を有していた。例え
ば、据え切り時等の大トルク時において、パワーステア
リングのギアボックスに生じた振動がシャフトを介して
ステアリングホイールへ伝達したり、シャフトを支持し
ている運転席の前面パネルへ伝達し、車室内に異音を発
生させていた。

【０００６】パワーステアリングの異音には、グー音や
シュー音と呼ばれるものがある。グー音は、パワーステ
アリングのギアボックスが油圧の脈動にて振動し、その
振動が車室側へ伝達することによって聞こえるものであ
る。また、シュー音は、操舵時にステアリングホイール
中央部分から聞こえる「シューシュー」というオイルの
流れる音である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような異
音の原因となる振動の吸収性能を向上させようとして弾
性軸継手のばね定数を低くすると、ステアリングの応答
性が低下するなど操縦安定性に影響を及ぼす。

【０００８】すなわち、従来の弾性軸継手では、振動吸
収性と操縦安定性とを両立することが困難であった。

【０００９】本発明は上記事実を考慮し、振動吸収性と
操縦安定性とを両立することのできる弾性軸継手を提供
することが目的である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、第１シャフトと第２シャフトとを弾性部材を介して
連結する弾性軸継手であって、前記第１シャフトと前記
第２シャフトとの間に直列に配置される複数の弾性部材
と、前記第１シャフトと前記第２シャフトとの間に生じ
る捩じりトルクに応じて前記複数の弾性部材を直列に連
結する弾性部材連結手段と、を有することを特徴として
いる。

【００１１】また、請求項２に記載の発明は、第１シャ
フトと第２シャフトとを弾性部材を介して連結する弾性
軸継手であって、前記弾性部材は、異なる弾性定数とさ
れた複数の弾性部材を有し、前記第１シャフトと前記第
２シャフトとの間には、前記第１シャフトと前記第２シ
ャフトとの間に生じる捩じりトルクが所定値未満のとき
には高弾性定数側の弾性部材を介して前記第１シャフト
と前記第２シャフトと連結させ、前記捩じりトルクが所
定値以上のときには低弾性側の弾性部材を介して前記第
１シャフトと前記第２シャフトとを連結させる弾性定数
変更手段を有することを特徴としている。

【００１２】

【作用】請求項１に記載の弾性軸継手によれば、弾性部
材連結手段は、第１シャフトと第２シャフトとの間に生
じる捩じりトルクに応じて複数の弾性部材を直列に連結
する。

【００１３】例えば、第１シャフトと第２シャフトとの
間に生じる捩じりトルクが所定値以上のときには複数の
弾性部材を直列に連結し、捩じりトルクが所定値未満の
ときには、複数の弾性部材のうちの予め決めた幾つか
（一つでもよい）の弾性部材のみを介して第１シャフト
と第２シャフトと連結させることができる。このため、
捩じりトルクとばね定数との関係を、例えば図１０に示
すような関係とすることができ、トルクが所定値（図１
０ではオフセット値）を越えるとばね定数がＫからＫ’
に低下する特性が得られる。

【００１４】この弾性軸継手をパワーステアリングのス
テアリングシャフトの中間部に用いれば、高速直進時等
のステアリングシャフトに作用するトルクが小さいとき
には、第１シャフトと第２シャフトとを予め決めた幾つ
か（一つでもよい）の弾性部材のみで連結して操縦安定
性を確保し、据え切り時等の大トルク発生時にはばね定
数を低下させてオイルの脈動等によって生じる振動（グ
ー音）のステアリングホイールへの伝達を阻止すること
ができる。

【００１５】また、請求項２に記載の弾性軸継手によれ
ば、弾性定数変更手段は、第１シャフトと第２シャフト
との間に生じる捩じりトルクが所定値未満のときには高
弾性定数側の弾性部材を介して第１シャフトと第２シャ
フトと連結し、捩じりトルクが所定値以上のときには低
弾性側の弾性部材を介して第１シャフトと第２シャフト
とを連結させる。トルクとばね定数との関係は、例えば
図１０に示すような関係になり、トルクが所定値（図１
０ではオフセット値）を越えるとばね定数がＫからＫ’
に低下する特性となる。

【００１６】例えば、この弾性軸継手をパワーステアリ
ングのステアリングシャフトの中間部に用いる場合に
は、高弾性定数側の弾性部材は低トルク時（微小舵角領
域）に高速直進安定性が得られるようにある程度軟らか
いもの（従来用いられていた弾性部材と同じようなばね
定数）とし、低弾性定数側の弾性部材は高弾性定数側の
弾性部材よりも低いばね定数（従来用いられていた弾性
部材よりも低いばね定数）に設定する。

【００１７】これにより、高速直進時等のステアリング
シャフトに作用するトルクが小さいときには、第１シャ
フトと第２シャフトとが高ばね定数側の弾性部材の弾性
で連結して操縦安定性を高めることができ、据え切り時
等の大トルク発生時にはオイルの脈動等によって生じる
振動（グー音）のステアリングホイールへの伝達を低弾
性側の弾性部材によって阻止することができる。

【００１８】なお、高ばね定数側の弾性部材とは、低弾
性側の弾性部材に比較して相対的にばね定数が高いもの
を意味しており、一般の弾性部材に対して必ずしも高い
ばね定数であるわけではない。

【００１９】

【実施例】

［第１実施例］本発明の第１実施例を図１乃至図６にし
たがって説明する。

【００２０】図６に示すように、ステアリングホイール
６０とステアリングギアボックス６２との間には、ステ
アリングコラム６４、自在継手６６、弾性軸継手として
のインタミディエイトシャフト１０が順に配置されてい
る。

【００２１】図１に示すように、インタミディエイトシ
ャフト１０は、ステアリングギアボックス６２側の第１
シャフトとしてのアウタシャフト１２及びステアリング
コラム側の第２シャフトとしてのインナシャフト１４を
備えている。

【００２２】図２に示すように、アウタシャフト１２は
中空パイプ状とされており、互いに対向する一対の平面
部１２Ａと、これら平面部１２Ａと連続して互いに対向
する一対の円弧部１２Ｂと、を有している。

【００２３】インナシャフト１４は、アウタシャフト１
２の中央に同軸的に配置されている。図１及び図２に示
すように、インナシャフト１４には、円弧部１２Ｂに対
向した位置に軸方向に延びる断面矩形状の突起１６が配
置されている。

【００２４】図３に示すように、アウタシャフト１２の
平面部１２Ａには、インナシャフト１４の突起１６と対
向する位置にねじ孔１８が形成されている。平面部１２
Ａの内側には、底板２０を備えた円筒部２２が一体的に
形成されている。

【００２５】ねじ孔１８には、ねじ付きキャップ２４が
ねじ込まれている。底板２０とねじ付きキャップ２４の
先端部との間には、円形の金属プレート２６及び弾性部
材としてのコイルスプリング（ばね定数はｋ１）２８が
配置されている。なお、金属プレート２６と底板２０と
で本発明の弾性部材連結手段が実現されている。

【００２６】金属プレート２６には、突起１６側に弾性
部材としての円柱状の弾性体（ばね定数はｋ２）３０が
固着されており、弾性体３０の端部は突起１６の側面に
当接している。なお、底板２０の中央には、弾性体３０
よりも大径の孔２１が形成されている。

【００２７】また、金属プレート２６の外周には、環状
の弾性体３２が固着されている。弾性体３２の外周は円
筒部２２の内周面に軽く接触している程度であり、弾性
体３２と円筒部２２との間の摩擦は無視できる程度の値
である。

【００２８】これらの弾性体３０，３２は、ゴム、ウレ
タン、合成樹脂等から形成することができるが、弾性を
有するものであればこれら以外の材料であっても良い。

【００２９】また、このコイルスプリング２８は圧縮さ
れた状態で配置されており、金属プレート２６は所定の
力で底板２０に押しつけられている。

【００３０】次に、本実施例の作用を説明する。通常走
行時等で、ステアリングホイール６０の操舵力が軽い場
合、即ち、インタミディエイトシャフト１０に作用する
トルクＴが小さい時には、ばね定数がｋ２とされた弾性
体３０のみが圧縮されてトルクＴの伝達を行う。弾性体
３０は、高速直進安定性を得ることのできるばね定数
（例えば、従来用いられていた弾性部材と同じようなば
ね定数）とすることによって、高速直進時の安定性を確
保することができる。

【００３１】一方、据え切り時等の大トルク時にコイル
スプリング２８の予備圧縮力を超える力で弾性体３０が
押圧されると、金属プレート２６が底板２０から離間
し、弾性体３０と共にコイルスプリング２８も圧縮され
る。金属プレート２６が底板２０から離れた状態では、
弾性体３０とコイルスプリング２８とが直列に接続され
るので、弾性体３０のみが圧縮されていたときよりもば
ね定数は低下することになる。なお、弾性体３０とコイ
ルスプリング２８とが直列に接続された際のばね定数Ｋ
は、以下の（１）式のようになる。

【００３２】

【００３３】ここで、従来のインタミディエイトシャフ
トにおいては、アウタシャフトとインナシャフトとのね
じれ角度θ（振動の振幅に対応する）とこのインタミデ
ィエイトシャフトに作用するトルクＴとの関係が図４の
グラフに示すようになり、ねじれ角θの増加に伴ってト
ルクＴも増大し、大トルク時ではねじれ角θの変化に対
してトルクＴの変化が大きくなっていた。しかし、本実
施例では、ねじれ角度θとトルクＴとの関係が図５のグ
ラフに示すようになり、大トルク時では、ねじれ角度θ
の変化に対してトルク変化は少なく、振動の伝達が抑制
されていることがわかる。

【００３４】即ち、ステアリングギアボックス６２に発
生した振動が従来よりもインナシャフト１４側に伝達さ
れ難く、ステアリングホイール６０の振動による操舵フ
ィーリングの悪化や、ダッシュパネル等の振動による車
室内への異音（グー音、シュー音等）発生を防止するこ
とができる。

【００３５】また、インタミディエイトシャフト１０の
軸方向のばね定数を考えると、弾性体３０と金属プレー
ト２６の外周を囲んでいる弾性体３２とを直列に接続し
たものと見なせるため、従来のものより軸方向のばね定
数を低くすることができ、軸方向の振動も従来よりも伝
達し難くなっている。

【００３６】このように、本実施例のインタミディエイ
トシャフト１０では、大トルク時におけるばね定数の低
減のみならず軸方向のばね定数をも低減することができ
るので、ステアリングギアボックス６２からステアリン
グホイール６０側へ伝わる各種の振動を確実に吸収する
ことができ、車室内で聞こえる異音を効果的に低減する
ことができる。

【００３７】なお、コイルスプリング２８の予備圧縮力
は、ねじ付きキャップ２４を回すことによって調整が可
能である。

【００３８】また、コイルスプリング２８及び弾性体３
０の各々のばね定数を適宜変更することによって特性を
チューニングすることができる。

【００３９】また、ばね定数は、コイルスプリング２８
の方が弾性体３０よりも高くても良く、弾性体３０の方
がコイルスプリング２８よりも高くても良く、両方とも
同じであっても良い。何れの場合においても、直列に接
続された際に全体のばね定数は低下する。 ［第２実施例］本発明の第２実施例を図７及び図８にし
たがって説明する。なお、第１実施例と同一構成に関し
ては同一符号を付し、その説明は省略する。

【００４０】本実施例では、アウタシャフト１２の平面
部１２Ａの内側に、軸方向に延びるボックス４０が形成
されている。

【００４１】ボックス４０の内部には、ゴム等からなる
細長の袋状とされた弾性部材としての空気ばね（ばね定
数はｋ３）４２が入れられており、空気ばね４２とボッ
クス４０の底板４４との間に、矩形の金属プレート４６
が配置されている。金属プレート４６には、突起１６側
に弾性部材としての矩形の弾性体（ばね定数はｋ４）４
８が固着されており、弾性体４８は突起１６に当接して
いる。この弾性体４８は、ゴム、ウレタン、合成樹脂等
から形成することができるが、弾性を有するものであれ
ばこれら以外の材料であっても良い。なお、ボックス４
０の底板４４には、弾性体４８よりも大きい矩形の孔５
０が形成されている。

【００４２】本実施例では、空気ばね４２が圧縮された
状態で配置されており、金属プレート４６は空気ばね４
２によって予め所定の力で底板４４に押し付けられてい
る。

【００４３】本実施例では、ステアリングホイール６０
の操舵力が軽い場合には、ばね定数がｋ４とされた弾性
体４８のみが圧縮されてトルクＴの伝達を行う。

【００４４】一方、据え切り時等の大トルク時には、金
属プレート４６が底板４４から離間し、空気ばね４２と
弾性体４８とが直列に接続されるので、弾性体４８のみ
が圧縮されていたときよりもばね定数は低下することに
なる。なお、空気ばね４２と弾性体４８とが直列に接続
された際のばね定数Ｋは、以下の（２）式のようにな
る。

【００４５】

【００４６】これによって、本実施例も第１実施例と同
様にして振動を吸収することができる。

【００４７】なお、第１実施例では、弾性体３０の単位
面積当たりの荷重を低く抑えようとすると、円筒２２を
軸方向に複数設ける必要があったが、本実施例では、ボ
ックス４０、金属プレート４６、弾性体４８等の寸法を
軸方向に長くするだけで済むので、部品点数を増加させ
ることなく単位面積当たりの荷重を低く抑えることがで
きる。

【００４８】また、本実施例では、空気ばね４２に電磁
弁、レギュレーター、コンプレッサー等を接続し、空気
ばね４２の内圧を可変することでばね特性を適宜変化さ
せることも可能である。また、空気ばね４２に代えてエ
アシリンダーを用いることもできる。

【００４９】また、ばね定数は、空気ばね４２の方が弾
性体４８よりも高くても良く、弾性体４８の方が空気ば
ね４２よりも高くても良く、両方とも同じであっても良
い。何れの場合においても、直列に接続された際に全体
のばね定数は低下する。 ［第３実施例］本発明の第３実施例を図９にしたがって
説明する。

【００５０】図９に示すように、本実施例のインナシャ
フト１４は、アウタシャフト１２の平面部１２Ａに対向
する部分が断面矩形状とされている。

【００５１】平面部１２Ａの内面には低硬度弾性部材５
１が固着されており、低硬度弾性部材５１の互いに対向
する内面は、それぞれインナシャフト１４に接してい
る。

【００５２】一方、インナシャフト１４には、アウタシ
ャフト１２の円弧部１２Ｂと対向する部分に高硬度弾性
部材５２が固着されている。高硬度弾性部材５２には、
アウタシャフト１２の円弧部１２Ｂに対向する部位に弾
性定数変更手段としての摺動部材５４が固着されてい
る。

【００５３】この摺動部材５４は、ほぼ全体が円弧部１
２Ｂに沿った円弧状をしており、中央部には、内側へ窪
む円弧状の凹部が形成されている。ステアリングホイー
ル６０の中立状態では凹部中央が円弧部１２Ｂの内周面
に形成された半円状の突起５６に対応している。

【００５４】なお高硬度弾性部材５２は軸直角方向に所
定量圧縮されており、所定の力で摺動部材５４をアウタ
シャフト１２の円弧部１２Ｂに圧接している。なお、ア
ウタシャフト１２とインナシャフト１４とが相対回転を
すると、摺動部材５４が円弧部１２Ｂ内外周面に摺動す
る。

【００５５】次に、本実施例の作用を説明する。通常走
行時等で、ステアリングホイール６０の操舵力が軽い場
合には、摺動部材５４とアウタシャフト１２との摺動抵
抗で、ステアリングホイール６０のトルクＴが確実にス
テアリングギアボックス６２に伝達されるが、ある一定
のトルク以上（例えば据え切り時等）では、摺動部材５
４が突起５６上を滑るため、インナシャフト１４から低
硬度弾性部材５１を介してアウタシャフト１２に力が伝
達される。即ち、ステアリングギアボックス６２に発生
した振動がステアリングホイール６０に伝達され難くな
り、ステアリングギアボックス６２のグー音及びシュー
音（圧油の流れる音）等の、高負荷時に発生するステア
リングギアボックス６２の振動（音）がステアリングホ
イール６０等を介して車室内に伝達することを防止する
ことができる。なお、ステアリングホイール６０を中立
状態へと戻す際に、摺動部材５４の湾曲した凹部が突起
５６に案内されて自動的にセンタリングが行われる。

【００５６】なお、前述した実施例において、ゴム部分
を金属等のスプリングに、スプリング部分をゴムに代え
ることも出来るのは勿論である。

【００５７】また、前述した実施例中におけるばね定数
は、車両の特性等に合わせて製造時に任意に定めること
ができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の弾性軸継
手は操縦安定性と振動吸収性とを両立できるという優れ
た効果を有する。

【００５９】また、縁石等の路面からの過大な入力がス
テアリング系に入った場合には、ばね定数の低い領域に
おいて衝撃を吸収することができる。したがって、２分
割したシャフトのうちのステアリングホイール側のシャ
フトの支持強度を従来よりも低くすることが可能とな
る。これにより、ステアリングホイール側のシャフトの
取り付け構造を簡略化して生産性を上げたり、シャフト
支持部の軽量化を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係るインタミディエイトシャフト
の側面図である。

【図２】図１に示すインタミディエイトシャフトの２−
２線断面図である。

【図３】図２の矢印Ａ部分の拡大図である。

【図４】従来のインタミディエイトシャフトにおけるト
ルクとねじれ角度との関係を示すグラフである。

【図５】第１実施例のインタミディエイトシャフトにお
けるトルクとねじれ角度との関係を示すグラフである。

【図６】ステアリング系の斜視図である。

【図７】第２実施例に係るインタミディエイトシャフト
の軸直角断面図である。

【図８】第２実施例に係るインタミディエイトシャフト
の側面図である。

【図９】第３実施例に係るインタミディエイトシャフト
の軸直角断面図である。

【図１０】トルクとばね定数との関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１０ インタミディエイトシャフト（弾性軸継手） １２ アウタシャフト（第１シャフト） １４ インナシャフト（第２シャフト） ２０ 底板（弾性部材連結手段） ２６ 金属プレート（弾性部材連結手段） ２８ コイルスプリング（弾性部材） ３０ 弾性体（弾性部材） ４２ 空気ばね（弾性部材） ４８ 弾性体（弾性部材） ５１ 低硬度弾性部材 ５２ 高硬度弾性部材 ５４ 摺動部材（弾性定数変更手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１シャフトと第２シャフトとを弾性部
   材を介して連結する弾性軸継手であって、 前記第１シャフトと前記第２シャフトとの間に直列に配
   置される複数の弾性部材と、 前記第１シャフトと前記第２シャフトとの間に生じる捩
   じりトルクに応じて前記複数の弾性部材を直列に連結す
   る弾性部材連結手段と、 を有することを特徴とする弾性軸継手。
2. 【請求項２】 第１シャフトと第２シャフトとを弾性部
   材を介して連結する弾性軸継手であって、 前記弾性部材は、異なる弾性定数とされた複数の弾性部
   材を有し、 前記第１シャフトと前記第２シャフトとの間には、前記
   第１シャフトと前記第２シャフトとの間に生じる捩じり
   トルクが所定値未満のときには高弾性定数側の弾性部材
   を介して前記第１シャフトと前記第２シャフトと連結さ
   せ、前記捩じりトルクが所定値以上のときには低弾性側
   の弾性部材を介して前記第１シャフトと前記第２シャフ
   トとを連結させる弾性定数変更手段を有することを特徴
   とする弾性軸継手。