JPH09511312A - 自在継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 管状結合ヨーク（２０）によって旋回可能に接続された１対の管状リングヨーク（３０）を有する複カルダン自在継手である。３自在継手かじ取り装置における非定速度継手として複カルダン自在継手を用い、それによって３自在継手装置が定速度で動作する特定の例が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】 自在継手 発明の背景 本発明は、一般的にいえば自在継手に関し、さらに詳しくいえばトラニオンピ ン複カルダン自在継手に関する。 うまく設計された車両かじ取り装置のパラメータは、ハンドルにおける一貫し たトルク作用力、まっすぐな位置への歯切れの良い対称な戻り及び心地よい中心 上感覚を含んでいる。歴史的には、これらの特徴は、ステアリングコラムを歯車 接続に対して直線配置をしてさらに容易に達成された。クラッシュゾーン及び梱 包に関する制限の厳しさの増加に対して新しい車が必要になるとともに車の小形 化への傾向は、多重自在継手かじ取り装置の組入れを必要としたので、うまく設 計されたかじ取り装置をさらに得難くした。なお、動作角が荷造り空間の減少及 び課される政府の自動車安全基準と共に増大し続ける。 前述のことは、現在の自在継手にあると知られている限界を例示している。し たがって、上述した限界のひとつ以上を解消することを目的とした代替品を提供 することが有益であることは明らかである。それゆえ、後でさらに完全に開示す る特徴を備える適当な代替品を提供する。 発明の概要 本発明の一つの面において、これは管状ハウジング、前記管状ハウジングに旋 回可能に取付けられた二つ環状リングヨーク、一方の環状リングヨークに旋回可 能に取付けられた第１の軸セクション及び他方の環状リングセクションに旋回可 能に取付けられた第２の軸セクションを備え、一つの環状リングヨーク旋回軸が 対応する軸セクションの軸に直角であり、二つの軸セクションはボールとソケッ トの組立体によって互いにかみ合わせられていることを特徴とする自在継手を提 供することによって達成される。 前述及びその他の面は添付図面と併せて考慮するとき発明の以下の詳細な説明 から明らかになる。 図面の簡単な説明 図１は、管状ハウジング及び環状リングヨーク複カルダン自在継手の分解斜視 図である。 図２は、図１に示された複カルダン自在継手の断面図である。 図３は、図２の線３−３に沿って見た断面図である。 図４は、図１に示された複カルダン自在継手を組み入れたステアリングシャフ トの斜視図である。 図５は、コンポーネントの軸線間の角度関係を例示する図４に示されたステア リングシャフトの略図である。 図６は、複カルダン自在継手の代わりの実施例を示す図２と同様の断面図であ る。 図７は、複カルダン自在継手の代わりの実施例の管状ハウジングの断面図であ る。 図８は、軸を回転した複カルダン自在継手に対する速度対時間のグラフである 。 図９は、速度のパーセント変動に対する等価角に関するグラフである。 図１０は、個々の自在継手の軸の回転変位対複カルダン自在継手の等価角に関 するグラフである。 詳細な説明 本発明は、多重ジョイント、高角、単一カルダン自在継手装置と異なり、ほと んど一定速度で回転運動を伝達し、その結果ほとんど又は全くトルク変動を生じ ず、したがって従来の複雑さの少ない装置の性能に近づくことのできる小直径簡 易複カルダン自在継手である。 図４に代表的かじ取り装置が示されている。ハンドル１が単一カルダン継手５ によって中間軸７に接続されている上部軸に接続されている。本発明を組み込ん だ複カルダン自在継手１０が中間軸７を下部軸１２に接続している。下部軸１２ は次にかじ取り歯車箱１４に接続される。 図１は、本発明を組入れた自在継手の分解斜視図である。トラニオンピン形複 カルダン自在継手１０が示されている。円形環状クロスリング３０が普通のカル ダンクロスヨークの代わりに用いられている。管状ハウジング２０が普通のカル ダン結合ヨークの代わりに用いられている。管状ハウジング２０と１対の円形環 状クロスリング３０を用いることによって複カルダン自在継手１０の外側寸法が 小さくなり、製作が簡単になって、それによってコストが下がる。 複カルダン自在継手１０は、２本の軸７、１２を旋回可能に接続するために用 いられる。一方の軸７は、それの端に取付けられたソケット付軸延長部３２を持 っている。ソケット付軸延長部３２にはそれの自由端に玉ソケット３３がある。 他方の軸にはそれの端に取付けられた玉付軸延長部３４がある。玉付軸延長部３ ４にはそれの自由端と一体のセンタリング玉３５がある。両方の延長部３２、３ ４にはそれらを貫通するピン受け穴５６がある。 各軸延長部３２、３４は、円形環状クロスリング３０に旋回可能に接続されて いる。図１ないし図３に示された実施例において、軸延長部３２、３４のピボッ ト５５ａ、５５ｂの軸線は平行である。図６に示された代わりの実施例において 、ピボット５５ａの一方の軸線は、ピボット５５ｂの他方の軸線に対して９０° 回転されている。軸延長部３２、３４のピボットの軸線は、図７に示されている ように、０°と９０°を含めてそれらの間の任意の角度で互いにそれぞれ配位さ れている。 各クロスリング３０は、１対の対向するピン受け穴６０を貫通され、かつ１対 の対向する軸受受け穴５８を貫通されている環状同様の管状リングである。各軸 延長部３２、３４は１対のトラニオン４３によってクロスリング３０に旋回可能 に接続されている。各トラニオン４３は、トラニオンピン４０、軸受４４及びス ラストカラー４２からなっている。１対のトラニオンピン４０が軸ピン受け穴５ ６に固定挿入されている。引き抜きカップ針状軸受が好ましい軸受４４がトラニ オンピン４０の拡大直径部の上に配置されている。軸受４４の外側部分は、クロ スリング軸受受け穴５８の内部に受けられる。軸受４４は、かしめなどの多数の 公知の方法のいずれかによってクロスリングに固着できる。スラストカラー４２ は、軸延長部３２、３４とクロスリング３０の間に挿入されている。スラストカ ラー４２は軸延長部３２、３４と軸受４４のハウジングの間にスラスト荷重を伝 達する。スラストカラーがないと、スラスト荷重が軸受の破損を早める原因にな る可能性のある軸受４４の内部に加えられることがある。スラストカラー４２は 、二流化モリブデンなどの潤滑剤を含む自己潤滑軸受材料で形成されるのが好ま しい。 円形環状クロスリング３０は、円筒形管状ハウジング２０に旋回可能に接続さ れている。管状ハウジング２０は、それを貫通する２対の間隔を離して対向した 軸受受け穴６２を備えている。各クロスリング３０は、１対のトラニオン４３に よって管状ハウジング２０に旋回可能に接続されている。トラニオン４３は、軸 延長部３２、３４を円形環状クロスリング３０にピボット接続する上述のやり方 で円形環状クロスリング３０を管状ハウジング２０に旋回可能に接続する。 各クロスリング３０のピボット５０ａ、５０ｂの軸線は、各延長部３２、３４ のそれぞれのピボット５５ａ、５５ｂの軸線に対して９０°の角度をなしている 。図１ないし図３に示された実施例の場合、ピボット５０ａおよび５０ｂの軸線 は平行である。 複カルダン自在継手１０は、円筒形管状ハウジング２０の端にある外周辺ブー トシール２２によって密封される。これらのブートシール２２は、ごみや流体が センタリング機構３７に入り損傷を与える可能性を防ぐ。別個のセンタリング装 置シールがなくてもよいようにする。ブートシール２２は、角変位及びよじれ変 位の両方を吸収できなければならない。 他のカルダン自在継手におけるように、本発明は、軸延長部３４と一体のセン タリング玉３５及び軸延長部３２と一体の対応するソケット３３からなっている センタリング機構３７を備えている。軸延長部３２、３４と一体の構成品で形成 されたセンタリング機構３７については、玉及び軸スタッド構成に普通に見いだ される嵌め合いの問題が除かれる。複カルダン自在継手の回転すき間はまた、こ の形状の場合低減される。ソケット３３は単に軸延長部３２の端の中に切り込ま れた穴にすることができる。界面スリーブ３８が玉３５を支え、玉３５が継手の 角度変化の間ソケットに対して軸方向に動けるようにソケット３３と共に配置さ れている。界面スリーブ３８は、円筒形の設計であり、センタリング機構３７が 受ける接触応力に従ってさまざまな材料及び処理方法で作ることができる。界面 スリーブ３８は二流化モリブデンなどの潤滑剤を含む自己潤滑軸受材料で作られ るのが好ましい。軸とセンタリング機構を一体にした設計は、クロスリング旋回 軸５０ａと５０ｂの間の中心線距離を最小にできる。これによって、従来の複カ ルダン自在継手設計に比べるとき、複カルダン自在継手１０の直径寸法及び軸方 向寸法を小さくできる。 センタリング機構３７は図５に略図で示されているように、軸延長部３２、３ ４（及び対応する軸７、１２）の中心線を強制的に交差させる。この形式の定速 複カルダン自在継手は、二つの位置でのみ真の定速度で動作する。第１は、０度 の動作角の縮退ケースである。第２は、センタリング機構３７の二つの個々の継 手（複カルダン自在継手を構成する）の一つに関して固定した部分の軸方向位置 の関数である設計動作角θである。この点を例示すると、４０°の動作角で真の 定速度として動作する複カルダン自在継手がそのセンタリング機構を、中心点１ １及び二つの個々のＵ形継手ピボット点５１ａ、５１ｂが完全な二等辺三角形を 形成するように、配置されであろう。二つの等しい角、α及びβ、は正確に２０ °になろう。この状態において、複カルダン自在継手の出力速度は、複カルダン 自在継手の入力速度に正確に等しい。本複カルダン自在継手のための公称設計動 作角度は４０°である。 ２本の軸７、１２の最大角が玉３５がソケットから外れる角度を越えないよう に複数の機構を備えている。第１の最大角機構は各軸延長部３２、３４に設けら れた止め輪３６である。止め輪３６の直径は、玉３５がソケット３３から外れる 前に止め輪３６が管状ハウジング２０に係合する。第２の最大角機構は、玉３５ がソケット３３から外れる前に円形環状クロスリング３０に係合する止め輪３６ に隣接した軸延長部３２、３４の軸部分を備えている。第３の最大角機構は、玉 ３５がソケット３３から外れる前に互いに係合する円形環状クロスリング３０を 備えている。４０°の公称動作角を持った複カルダン自在継手１０の場合、最大 許容角は５０°である。 中心点１１が他の場所に置かれると、複カルダン自在継手は、なお４０°で動 作するように配置できるが，個々の継手角度はそれぞれ２０°よりわずか上及び わずか下であり、真の定速度運動に誤差を与える、すなわち瞬時出力速度は、依 然として入力速度に数値的に等しくないであろう。複カルダン自在継手は小さな 等価動作角を持っているであろう。個々のＵ形継手に対してピボット５０ａ、５ ０ｂの軸線が平行な場合、複カルダン自在継手に対する等価動作角Φは、 Φ＝√α²−β² によって定められる。角αは、負の量の平方根を取ることを避けるために二つの 複カルダン自在継手半角の数値的に大きい方として任意に選ばれる。 複カルダン自在継手のセンタリング点１１を故意に動かす結果として、この現 象は複カルダン自在継手１０が単一カルダン自在継手形状のもう一つの継手５と 共同して用いられるとき、有利に適用できる。一方の端に真の定速度継手を持っ た装置と他方の端である角γで動作する通常の単一カルダン自在継手が単一カル ダン自在継手５の角度、すなわちγ、に大きさで等しい等価角を強制的に持って いる。すなわち、真の定速度継手は、０度のそれ自身の内部等価角で動作し、他 方の単一カルダン自在継手の動作角から代数的に引くように整相されることはで きない。 しかし、センタリング機構３７をそれの「正しい」位置から離す再配置が複カ ルダン自在継手１０に強制的に非定速度で動作させる。したがって、複カルダン 継手を他方の継手角度から引くように整相されることのできる小さな等価角で動 作し、それによって全装置の等価角を小さくするかなくすように故意に設計でき る。動作角の一つが約３５°より大きいので定速度継手を必要とし、一方第２の 継手がそれが単独でわずかに「ぎごちない」かじ取りを生ずる可能性のある十分 に大きい角度で動作する装置において特に有用である可能性がある。 図４及び図５に示されたかじ取り装置については、適切に整相されたかじ取り 装置の最小等価角は、 であり、ここでΦ₁は複カルダン自在継手１０の等価角であり、Φ₂は単一カルダ ン自在継手５の角である。 円形環状クロスリング３０が平行である、図１ないし図３に示された「同相」 の複カルダン自在継手の場合、等価角Φは、 として定義される。本発明の小形設計の物理的ハードウェアの寸法制限により、 転位センタリング機構３７を持った同相複カルダン自在継手１０が達成できる最 大等価角は約１５°である。 円形環状クロスリング３０のピボット５０ａ、５０ｂの軸線が垂直である図６ に示された「位相外れ」複カルダン自在継手１０’の場合、等価角Φは、 として定義される。４０°の全内角で動作する位相外れ複カルダン自在継手10’ が全体として補償できる単一カルダン自在継手の最大角は約２８°である。 センタリング機構３７を故意にセンタリングする代わりのものとして、クロス リング旋回軸５０ａ、５０ｂを互いに対して０°と９０°の間の任意の角度で配 位できる。クロスリング旋回軸５０ａ、５０ｂを０°と９０°の間回転した状態 で４０°で動作する本発明の複カルダン自在継手が０°から２８°までの等価動 作角を持つことになる。図７は、互いに対して２５°回転されたクロスリング旋 回軸５０ａ、５０ｂを持った管状ハウジング２０を示している。図１０は、クロ スリング旋回軸５０ａ、５０ｂの回転オフセット及び４０°の設計動作角を有す る本発明の複カルダン自在継手に対する結果として生ずる等価動作角を示してい る。 例えば、図４及び図５において示された３継手かじ取り装置においては、単一 カルダン自在継手５の角度が１７°であり、定速複カルダン自在継手１０の実際 の角度が４０°であれば、３継手装置の等価角Φ_装置は１７°である。クロスリ ング旋回軸５０ａ、５０ｂが、図６に示されているように、互いに対して９０° 回転されていれば、３継手装置の等価角Φ_装置は２２．６°である。クロスリン グ旋回軸５０ａ、５０ｂが、図７に示されているように、互いに対して２１°に 配位されていれば、複カルダン自在継手１０の等価角は約１６．９°で、３継手 装置の等価角Φ_装置は約１．８°である。１．８°の等価角の場合、装置の速度 変動は本質的にはゼロであり、ほとんど一定速度のかじ取り装置となる。 回転されたクロスリング旋回軸５０ａ、５０ｂを有する複カルダン自在継手１ ０の等価角を求める一つの方法は特定の角度における速度対時間を定めるための 機構を備えたアリーズ・ソリッド・モデリング（Ａｒｉｅｓ Ｓｏｌｉｄｓ Ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ）などの計算モデリングシステムを用いて複カルダン自在継手を モデル化することである。図８は、４０°の実際の動作角を持ちクロスリング旋 回軸を互いに対して２１°回転し複カルダン自在継手の速度変動を示している。 図８に示されたようなグラフから、速度のパーセント変動を求めることができる 。図９に示されたグラフは、速度のパーセント変動を等価角に変換する。好まし い等価角は、図４及び図５に示された３継手装置における単一カルダン自在継手 ５の角度に正確に等しいものである。軸が回転された複カルダン自在継手が単一 カルダン自在継手５の約３°以内にあれば、３継手装置の速度変動は本質的に はゼロであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コーザン、ウイリアム イー アメリカ合衆国コネチカット州06751 ベ スレヘム メイン ストリート サウス 597 (72)発明者 ボイデン、デビッド イー アメリカ合衆国コネチカット州06035 グ ランバイ ノース チャーチ ロード 17

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 管状ハウジングと、 前記管状ハウジングに旋回可能に取付けられた二つの環状リングヨーク と、 一方の環状リングヨークに旋回可能に取付けられた第１の軸セクション と、 他方の環状リングセクションに旋回可能に取付けられた第２の軸セクシ ョンを備え、 一つの環状リングヨーク旋回軸が対応する軸セクションの軸に直角であ り、二つの軸セクションはボールとソケットの組立体によって互いにかみ合わせ られていることを特徴とする自在継手。 ２．ソケット組立体内にあって自己潤滑材料で作られているスリーブをさらに 備える請求項１に記載の自在継手。 ３玉は一方の軸セクションと一体であり、ソケットは他方の軸セクションと一 体である請求項１に記載の自在継手。 ４．玉とソケットが外れないようにする止め手段をさらに備える請求項１に記 載の自在継手。 ５．前記止め手段が各軸セクションにある止め輪からなり、前記止め輪は玉が 前記ソケットから外れる前に前記管状ハウジングに接触する請求項４に記載の自 在継手。 ６．前記止め手段は、玉が前記ソケットから外れる前に前記環状リングヨーク に接触する二つの軸セクションを備える請求項４に記載の自在継手。 ７．前記止め手段は、玉が前記ソケットから外れる前に互いに接触する二つの 環状リングヨークを備える請求項４に記載の自在継手。 ８．各軸セクション及び前記管状ハウジングに係合するたわみ密封部材をさら に備える請求項１に記載の自在継手。 ９．結合ヨークと、 各々がリングである二つのトラニオンヨークと、 １本の入力軸に取付けられた１対の第１のトラニオンピンと、 １本の出力軸に取付けられた１対の第１のトラニオンピンと、 各対の第１のトラニオンピンはリングに回転自在に取付けられ、 各リングに固定して取付けられた１対の第２のトラニオンピンを備え、 前記１対の第１のトラニオンピンの軸とリングに取付けられた前記１対の第 ２のトラニオンピンの軸が共通平面内にあって互いに直角であり、対の第２のト ラニオンピンが結合ヨークに回転自在に接続されていることを特徴とする自在継 手。 １０．前記結合ヨークが管状部材である請求項９に記載の自在継手。 １１．一方の軸と一体の玉と他方の軸と一体のソケットをさらに備え、前記玉と ソケットが互いにかみ合わされている請求項９に記載の自在継手。 １２．玉とソケットが離れないようにする止め手段をさらに備える請求項１１に 記載の自在継手。 １３．各軸セクション及び前記管状ハウジングに係合するたわみ密封部材をさら に備える請求項１に記載の自在継手。 １４．トラニオンピンの回転自在な接続部が軸受部材を備える請求項９に記載の 自在継手。 １５．各トラニオンピンの周りに前記軸受部材に隣接したスラスト座金をさらに 備える請求項１４に記載の自在継手。 １６．円形断面を有する結合ヨークと、 各々が円形断面を有し、回転自在に前記結合ヨークに接続されている二つ のトラニオンヨークと、 一方のトラニオンヨークに回転自在に接続された入力軸と、 他方のトラニオンヨークに回転自在に接続された出力軸と、 一方の軸と一体の玉と他方の軸と一体のソケットを備え、 一方のトラニオンヨークの回転軸が他方のトラニオンヨークの回転軸に平 行であり、前記玉とソケットが互いにかみ合わされていることを特徴とする自在 継手。 １７．玉とソケットが外れないようにする止め手段をさらに備え， 前記止め手段が各軸についている止め輪からなり、前記止め輪は玉が前記 ソケットから外れる前に前記円形結合ヨークに接触し、前記軸は、玉が前記ソケ ットから外れる前に前記円形トラニオンヨークに接触し、前記円形トラニオンヨ ークは、玉が前記ソケットから外れる前に互いに接触することを特徴とする請求 項１６に記載の自在継手。 １８．各軸及び前記円形結合ヨークに係合するたわみ密封部材をさらに備える請 求項１６に記載の自在継手。 １９．円形トラニオンヨークの回転自在な接続部が軸受部材を備え、軸の回転自 在な接続部が軸受部材を備える請求項１４に記載の自在継手。 ２０．前記円形トラニオンヨークの回転自在な接続部と前記軸受の間のスラスト 座金と前記軸の回転自在な接続部と前記軸受の間のスラスト座金をさらに備える 請求項１９に記載の自在継手。 ２１．第１の軸と、 第２の軸と、 前記第１の軸を前記第２の軸に接続し、前記第１の軸の軸線が前記第２の 軸の軸線に対して角γをなしている自在継手と、 第３の軸と、 前記第２の軸を前記第３の軸に接続する複カルダン自在継手とを備え、 前記複カルダン自在継手が接続ヨークによって接続された二つの旋回形カ ルダン自在継手からなり、前記接続ヨークがカルダン自在継手の旋回中心となる 点を通って伸びる軸線を有し、前記第３の軸の軸線が接続ヨークの軸線に対して 角αをなし、前記第２の軸の軸線が前記接続ヨークの軸線に対して角βなし、前 記複カルダン自在継手が によって定義される等価角Φを有することを特徴とするステアリングコラム組立 体。 ２２．前記接続ヨークが管形を有する請求項２１に記載のステアリングコラム組 立体。 ２３．各カルダン継手が環状リングヨークを備える請求項２１に記載のステアリ ングコラム組立体。 ２４．前記接続ヨークが管形を有し、各カルダン継手が環状リングヨークを備え る請求項２１に記載のステアリングコラム組立体。 ２５．前記等価角Φが角γに等しい請求項２１に記載のステアリングコラム組立 体。 ２６．前記等価角Φが角γ以下である請求項２１に記載のステアリングコラム組 立体。 ２７．第１の軸と、 第２の軸と、 前記第１の軸を前記第２の軸に接続し、前記第１の軸の軸線が前記第２の 軸の軸線に対して角γをなしている自在継手と、 第３の軸と、 前記第２の軸を前記第３の軸に接続する複カルダン自在継手とを備え、 前記複カルダン自在継手が接続ヨークによって旋回可能に接続された二つ の旋回カルダン自在継手からなり、前記接続ヨークがカルダン自在継手の旋回中 心となる点を通って伸びる軸線を有し、前記第３の軸の軸線が接続ヨークの軸線 に対して角αをなし、前記第２の軸の軸線が前記接続ヨークの軸線に対して角β なし、前記複カルダン自在継手が によって定義される等価角Φを有することを特徴とするステアリングコラム組立 体。 ２８．前記接続ヨークが管形を有する請求項２７に記載のステアリングコラム組 立体。 ２９．各カルダン継手が環状リングヨークを備える請求項２７に記載のステアリ ングコラム組立体。 ３０．前記接続ヨークが管形を有し、各カルダン継手が環状リングヨークを備え る請求項２７に記載のステアリングコラム組立体。 ３１．前記等価角Φが角γに等しい請求項２７に記載のステアリングコラム組立 体。 ３２．前記等価角Φが角γ以下である請求項２７に記載のステアリングコラム組 立体。 ３３．第１の軸と、 第２の軸と、 前記第１の軸を前記第２の軸に接続し、前記第１の軸の軸線が前記第２の 軸の軸線に対して角γをなしている自在継手と、 第３の軸と、 前記第２の軸を前記第３の軸に接続する複カルダン自在継手とを備え、 前記複カルダン自在継手が接続ヨークによって旋回可能に接続された二つ の旋回カルダン自在継手からなり、各カルダン自在継手が１本の軸線の回りに旋 回し、一方のカルダン自在継手の旋回軸は他方のカルダン自在継手の旋回軸に対 して角λをなし、角λは０°より大きく９０°より小さいことを特徴とするステ アリングコラム組立体。 ３４．ステアリングコラム組立体の等価角Φ_装置が３°より小さい請求項３３に 記 載のステアリングコラム組立体。 ３５．前記接続ヨークがカルダン自在継手の旋回中心となる点を通って伸びる軸 線を有し、前記第３の軸の軸線が前記接続ヨークの軸線に対して角αをなしてお り、前記第２の軸の軸線も前記接続ヨークの軸線に対して角αをなしている請求 項３３に記載のステアリングコラム組立体。