JP3578235B2

JP3578235B2 - 弾性軸継手

Info

Publication number: JP3578235B2
Application number: JP24292395A
Authority: JP
Inventors: 健一青田; 徹藤井
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2015-09-21
Also published as: JPH0988993A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同軸状の二本の軸を回転方向に弾性的な遊びをもつ状態に結合する弾性軸継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の弾性軸継手は、例えば図８に示すように、自動車の操向機構部に用いられており、車輪からハンドルへの振動伝達を遮断するとともに、ダンパーのねじれを利用してハンドル操作に弾性的な遊びをもたせるものである。図７において、５０はハンドル、５１はステアリングシャフト、５２はステアリングギア装置（パワーステアリング装置）の入力軸、５３，５４はユニバーサルジョイント、５５は弾性軸継手である。
【０００３】
弾性軸継手５５の従来例を、図９に示す。図中、５６は筒軸、５７はシャフト、５８はダンパー、５９はストッパーピンである。
【０００４】
筒軸５６は、下側のユニバーサルジョイント５４の一方のヨーク５４ａと一体に形成されており、筒軸５６の端部には、直径方向に貫通する二つの貫通孔５６ａ，５６ａが形成されている。
【０００５】
シャフト５７は、上側のユニバーサルジョイント５３の一方のヨーク５３ａと一体に形成されている。
【０００６】
ダンパー５８は、金属製の内筒５８ａと外筒５８ｂとの間にゴムなどの円筒状の弾性体５８ｃを焼き付けた構造である。このダンパー５８の内筒５８ａがシャフト５７に対して外嵌圧入され、外筒５８ｂが筒軸５６に対して内嵌圧入されている。
【０００７】
ストッパーピン５９は、その中間部がシャフト５７およびダンパー５８に対して直径方向に貫通する状態で固定されており、その突出する両端部が、筒軸５６の二つの貫通孔５６ａ，５６ａにそれぞれ所要隙間を介して挿入されている。
【０００８】
次に、動作を説明する。シャフト５７が回転すると、ダンパー５８の内筒５８ａおよびストッパーピン５９が一体的に回転し、内筒５８ａと一体の弾性体５８ｃに弾性的なねじりが与えられる。この弾性体５８ｃのねじり反力が外筒５８ｂに伝わり、ダンパー５８の外筒５８ｂが回転を開始し、これに伴って外筒５８ｂと一体の筒軸５６も回転を開始する。この後、シャフト５７と一体のストッパーピン５９が筒軸５６の貫通孔５６ａ，５６ａの孔縁に当たると、シャフト５７から筒軸５６に対して直接的に剛に回転力が伝わる。
【０００９】
すなわち、操作感覚として、回転を開始すると、回転角の増加に伴って次第に弾性的な反力が手応えとしてあり、最終的には剛なる手応えがある。したがって、ハンドル操作がしやすい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、弾性軸継手５５には、フラッター吸収と操安性確保の２つの機能が要求される。フラッターとは、タイヤとサスペンションの共振によるハンドル５０の回転方向振動のことである。操安性とは、操縦安定性のことで、ハンドル５０を回転操作したときに明確な手応えがあることである。
【００１１】
ところで、フラッター吸収は、舵角が０°から微小角度（１°程度）の領域で機能するものであり、ネジリばね定数としては低ばね定数が良い。それに対して、操安性確保は、微小角度（１°程度）から２〜３°程度の領域で機能するものであり、ネジリばね定数としては高ばね定数が良い。
【００１２】
従来の弾性軸継手５５では、ダンパー５８の弾性体５８ｃのネジリばね定数を１段特性としているために、フラッター吸収と操安性確保とを両立させにくいことが指摘される。
【００１３】
前述のネジリばね定数の１段特性を図１０に示す。横軸は筒軸とシャフトとの相対回転角を示し、縦軸は伝達トルクを示す。ハンドルの時計方向回転をプラスとし、反時計方向回転をマイナスとする。−２．５°〜２．５°の領域において筒状ダンパー５８が弾性変形する。−２．５°よりも大きく左回転したとき、および２．５°よりも大きく右回転したときは、シャフト５７と一体のストッパーピン５９が筒軸５６の貫通孔５６ａの縁に当接して、シャフト５７と筒軸５６とが一体となり、筒状ダンパー５８の弾性変形はきかなくなる。それが、図１０の１段特性の外側において急激に立ち下がり、また立ち上がるラインｃ_１，ｃ_２となっている。
【００１４】
−２．５°〜２．５°の領域において、−１°〜１°の領域ａはフラッター吸収に関係し、−２．５°〜−１°の領域ｂ_１および１°〜２．５°の領域ｂ_２は操安性確保に関係するが、従来技術の場合、領域ａ，ｂ_１，ｂ_２の区別なく、−２．５°〜２．５°の全領域でネジリばね定数が一定で１段特性であるため、フラッター吸収と操安性確保とが両立しないのである。フラッター吸収を良くするためにネジリばね定数を低ばね定数とすると、操安性確保が悪くなる。逆に、操安性確保を良くするためにネジリばね定数を高ばね定数にすると、フラッター吸収が悪くなる。なお、±１°、±２．５°は一例として挙げたもので、これは普遍的なものではなく、車種によって変わるものである。
【００１５】
ダンパーのネジリばね定数を２段特性となるように工夫すれば、フラッター吸収と操安性確保とを両立させることができる。このことを目的として提案されたものに実開昭５５−１２２５３４号公報がある。この公報の内容について、図１１、図１２を参照して説明する。図１１は分解状態の斜視図、図１２は断面図である。
【００１６】
この弾性軸継手７１も、図示しないヨークと一体の筒軸（管軸）７２と、この筒軸７２内に嵌挿された中実のシャフト７３と、両者間に介在した弾性体７４とから成り立っている。シャフト７３の端部には放射状に突出する３つのアーム７３ａ，７３ｂ，７３ｃを一体的に設けてある。一方、筒軸７２にはそれらのアームに対して適当な隙間をもって嵌合する凹部７２ａ，７２ｂ，７２ｃが一体的に形成されている。第１のアーム７３ａと対応する凹部７２ａの内壁面との間に弾性体７４ａ，７４ａを密接状態で介在してある。第２のアーム７３ｂと対応する凹部７２ｂとの間には僅かな隙間Ｃ_１，Ｃ_１をおいて弾性体７４ｂ，７４ｂが介在してある。第３のアーム７３ｃと対応する凹部７２ｃとの間はより大きな隙間Ｃ_２，Ｃ_２があり、弾性体は介在されていない。
【００１７】
このような構造により、図１３に示すように、ネジリばね定数の特性としては、ＡからＢまでの微小舵角範囲では弾性体７４ａが弾性変形し低ばね定数となり、Ｂに達して図１２の隙間Ｃ_１がなくなり、ＢからＣまでの舵角範囲では弾性体７４ｂも弾性変形して高ばね定数となる。Ｃに達すると図１２の隙間Ｃ_２がなくなってトルクは剛に伝わる。
【００１８】
この公報のものでは、弾性体がネジリばね定数の２段特性をもつので、フラッター吸収と操安性確保とを両立させることができるけれども、その両立を図るための構造が図示のとおりきわめて複雑なものとなっており、製作が困難であるとともにコストが非常に高いものになるという問題を有している。
【００１９】
したがって、本発明は、ネジリばね定数の２段特性をもつ弾性軸継手を、簡単な構造として低廉に製作できるようにすることを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の弾性軸継手は、筒軸とそれに同心状に内挿されるシャフトとの間に、ネジリばね定数の２段特性をもつダンパーが介装されるもので、前記ダンパーが、シャフトの端部に外嵌固定され外周面に大径部分と小径部分を有する第１の内筒と、この第１の内筒の小径部分に外嵌固定され外周の円周数箇所に突起を有する金属製の第２の内筒と、第１の内筒の位置に対応して筒軸の内周に内嵌固定され第１の内筒の軸方向長さとほぼ同じ長さの外筒と、外周面が外筒の内周ほぼ全面に固着されるとともに内周面の軸方向所要領域が第１の内筒の大径部分に固着されかつ内周面の軸方向残り領域の円周数箇所に第２の内筒の各突起が回転方向に遊びをもつ状態で個別に係合される係合部を有する筒状弾性体とを含む。
【００２１】
なお、前述の第２の内筒の各突起と筒状弾性体の各係合部との間の遊びは、両者間に隙間を設けることにより形成することができる。また、第２の内筒の各突起と筒状弾性体の各係合部との間の遊びは、両者間に隙間を設けずに、筒状弾性体の弾性変形により形成することができる。第２の内筒の各突起と筒状弾性体の各係合部との間に隙間を設けない場合には、筒状弾性体の切欠き部の径方向内外の端縁を面取りするのが好ましい。
【００２２】
このような本発明において、第１の内筒の大径部分が筒状弾性体に固着され、その筒状弾性体に外筒が固着されているから、この部分が低ばね定数となる。また、小径部分に固定した第２の内筒の突起と筒状弾性体の切欠き部とが係合しており、この部分が高ばね定数となる。この２段特性のネジリばね定数により、フラッター吸収と操安性確保が両立される。この弾性軸継手は、第１の内筒と外筒と筒状弾性体からなる一体物に、第２の内筒を組み合わせただけのものであるから、従来例に比べて構造が簡単で、製作が容易となる。
【００２３】
なお、筒状弾性体の切欠き部の内外端縁を面取りした場合、低ばね定数の作用領域から高ばね定数の作用領域への変化が緩やかとなり、これにより操作感覚が穏やかなものとなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図１ないし図７に示す実施例に基づいて説明する。図１ないし図４は本発明の一実施例にかかり、図１は弾性軸継手を縦方向に切断した断面図、図２は図１における（２）−（２）線矢視の断面図、図３は図１における（３）−（３）線矢視の断面図であって一部拡大図を含む図、図４は（４）−（４）線矢視の断面図である。
【００２５】
図において、１はユニバーサルジョイント２０を構成するヨーク１ａを一体的に有している金属製の筒軸、２は別のユニバーサルジョイントから延出されて筒軸１に軸方向から内嵌されたシャフト、１０は筒軸１とシャフト２との間に介装されるダンパーである。
【００２６】
筒軸１の端部において１８０度対向する２箇所には、軸方向一方に向けて開放するＵ字状の切欠き部１ｂ，１ｂが形成されている。シャフト２の端部において筒軸１の切欠き部１ｂ，１ｂに対応する位置には、環状のストッパー７が外嵌されていて、その嵌合部分が溶接１１により固着されている。このストッパー７の外周面において１８０度対向する２箇所には、径方向外向きの突起７ａ，７ａが形成されており、この突起７ａ，７ａは、筒軸１の切欠き部１ｂ，１ｂに対して個別に周方向に所要の隙間を持つ状態に係合されている。
【００２７】
ダンパー１０は、ネジリばね定数の２段特性をもつ構造であり、第１の内筒３と、第２の内筒４と、ゴムなどの筒状弾性体５と、外筒６とからなっている。第１の内筒３、第２の内筒４および外筒６は金属製である。
【００２８】
第１の内筒３は、シャフト２に対して圧入により外嵌固定されており、その外周面の軸方向の半分の領域は大径に、残り半分の領域は小径にそれぞれ設定されている。大径部分に３ａを、小径部分に３ｂを付してある。
【００２９】
第２の内筒４は、第１の内筒３の小径部分３ｂに対して圧入外嵌されており、こ第２の内筒４の外周面において円周等配（９０度間隔）の４箇所には、突起４ａ‥が形成されている。その外周面は筒状弾性体５の内周面に対して環状の隙間８を隔てて対向している。
【００３０】
外筒６は、筒軸１に対して圧入により内嵌固定されており、第１の内筒３の軸方向長さよりも若干短く設定されている。
【００３１】
筒状弾性体５は、その外周面が外筒６の内周面の全面に焼き付けられており、内周面の軸方向ほぼ半分の領域が第１の内筒３の大径部分３ａの外周面に焼き付けられている。また、この筒状弾性体５の軸方向残り半分の領域には、第２の内筒４の複数の突起４ａが周方向の隙間９・・をもつ状態で個別に係合される係合部としての切欠き部５ａ・・が形成されている。この隙間９・・は、回転方向の遊びとなるもので、ストッパー７の突起７ａ，７ａと筒軸１の切欠き部１ｂ，１ｂとの間の隙間よりも所要量小さく設定されている。
【００３２】
以上のように構成された弾性軸継手は、図５に示すように、ネジリばね定数の２段特性をもつ。横軸は筒軸とシャフトとの相対回転角（ｄｅｇ）を示し、縦軸は伝達トルク（Ｎ・ｍ）を示す。
【００３３】
−１°〜１°の領域ａでは、タイヤとサスペンションの共振に伴う筒軸１の微小回動によりダンパー１０の外筒６が同角度だけ微小回動し、それに伴い筒状弾性体５がねじられる。この領域ａでは筒状弾性体５の切欠き部５ａ・・の内側面が第２の内筒４の突起４ａ・・に当接しないか、当接しても僅かであるため、図５の特性曲線で勾配は小さくてネジリばね定数は低ばね定数となっており、タイヤとサスペンションの共振などを筒状弾性体５で吸収してハンドルに伝わるのを良好に防止する。すなわち、フラッター吸収の機能を充分に発揮する。
【００３４】
−２．５°〜−１°の領域ｂ_１および１°〜２．５°の領域ｂ_２では、シャフト２に加えた回動力が第１の内筒３を介して筒状弾性体５に伝わるとともに、第１の内筒３から第２の内筒４を介して第２の内筒４の突起４ａ・・が筒状弾性体５の切欠き部５ａ・・の内側面に当接し、筒状弾性体５に回動力が伝わる。筒状弾性体５の全体が圧縮変形するので、図５の特性曲線で勾配は大きくてネジリばね定数は高ばね定数となり、ハンドルを回転操作したときに明確な手応えがあり、操安性確保を達成している。
【００３５】
なお、−２．５°を越える領域および２．５°を越える領域では、ストッパー７の突起７ａ，７ａが筒軸１の切欠き部１ｂ，１ｂに当接して、シャフト２から筒軸１に対して回転力を剛的に伝達することになる。
【００３６】
このように、本実施例によれば、フラッター吸収と操安性確保の両立を図ることができているとともに、従来例に比べて、構造がはるかに簡単であり、製作が容易でコストも安くすることができる。
【００３７】
なお、ネジリばね定数が変化する点の角度±１°、±２．５°は一例として挙げたものにすぎず、この角度は車種その他の条件によって変化する。
【００３８】
第２の内筒４の突起４ａ・・の数は、回転のバランス上、偶数とするのが好ましい。この場合、各対の２つの突起を１８０度対向する位置に設けるのがよい。偶数の突起は周方向で等配とするのが好ましいが、必ずしも等配でなくてよい。奇数としてもよいが、このときは等配とする。
【００３９】
第２の内筒４の突起４ａ・・筒状弾性体５の切欠き部５ａ・・の内側面との間のクリアランスを大小に調整することにより、２段特性の屈折点の角度を変化させることができる。
【００４０】
図６および図７は本発明の別の実施例にかかり、図６は弾性軸継手の要部の拡大断面図、図７はネジリばね定数の２段特性を示す図である。
【００４１】
本実施例では、上記実施例において第２の内筒４の突起４ａ・・と筒状弾性体５の切欠き部５ａ・・との間に設けていた隙間９・・をなくし、これら両者を当接させている。そして、筒状弾性体５の切欠き部５ａ・・の径方向内外の端縁に丸い面取りを施してある。
【００４２】
このようにした場合、図７に示すように、低ばね定数の領域ａから高ばね定数の領域ｂ_１，ｂ_２に移行する部分ｄ_１，ｄ_２が滑らかに湾曲する状態となり、操作感覚が穏やかなものとなる。それは、切欠き部５ａ・・において丸みの付いた端部５ｂ・・が初期の弾性変形においては抗力が充分に小さく、弾性変形が進行するにつれて緩やかに抗力を増していくからである。
【００４３】
なお、筒軸１において、Ｕ字状の切欠き部１ｂ，１ｂに代えて長孔としてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の弾性軸継手では、フラッター吸収と操安性確保を両立させるためにネジリばね定数の２段特性をもたせたダンパーを、第１の内筒と筒状弾性体と外筒とからなる一体物に第２の内筒を加えただけの簡単な構造としているから、従来例で説明したものに比べて製作を容易にしかつコストも安くすることができる。
【００４５】
特に請求項４のように、筒状弾性体の切欠き部の径方向内外の端縁に面取りを施しておけば、低ばね定数の作用領域から高ばね定数の作用領域への変化が緩やかにできて、操作感覚を穏やかなものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る弾性軸継手を縦方向に切断した断面図
【図２】図１における（２）−（２）線矢視の断面図
【図３】図１における（３）−（３）線矢視の断面図
【図４】図１における（４）−（４）線矢視の断面図
【図５】同実施例の弾性軸継手のネジリばね定数の２段特性を示す図
【図６】本発明の別の実施例に係る弾性軸継手の要部の拡大断面図
【図７】図６の弾性軸継手のネジリばね定数の２段特性を示す図
【図８】自動車の操向機構部を示す側面図
【図９】従来例の弾性軸継手の断面図
【図１０】従来例の弾性軸継手のネジリばね定数の１段特性を示す図
【図１１】別の従来例の弾性軸継手の分解状態の斜視図
【図１２】図１１の弾性軸継手の断面図
【図１３】図１１の弾性軸継手のネジリばね定数の２段特性を示す図
【符号の説明】
１筒軸
１ｂ切欠き部
２シャフト
１０ダンパー
３第１の内筒
３ａ大径部分
３ｂ小径部分
４第２の内筒
４ａ突起
５筒状弾性体
５ａ切欠き部
６外筒

Claims

筒軸とそれに同心状に内挿されるシャフトとの間に、ネジリばね定数の２段特性をもつダンパーが介装される弾性軸継手であって、
前記ダンパーが、シャフトの端部に外嵌固定され外周面に大径部分と小径部分を有する第１の内筒と、
この第１の内筒の小径部分に外嵌固定され外周の円周数箇所に突起を有する金属製の第２の内筒と、
第１の内筒の位置に対応して筒軸の内周に内嵌固定され第１の内筒の軸方向長さとほぼ同じ長さの外筒と、
外周面が外筒の内周ほぼ全面に固着されるとともに内周面の軸方向所要領域が第１の内筒の大径部分に固着されかつ内周面の軸方向残り領域の円周数箇所に第２の内筒の各突起が回転方向に遊びをもつ状態で個別に係合される係合部を有する筒状弾性体と、
を含む構成の弾性軸継手。
第２の内筒の各突起と筒状弾性体の各係合部との間の遊びは、両者間に隙間を設けることにより形成されるものである、請求項１に記載の弾性軸継手。
第２の内筒の各突起と筒状弾性体の各係合部との間の遊びは、両者間に隙間を設けずに、筒状弾性体の弾性変形により形成されるものである、請求項１に記載の弾性軸継手。
筒状弾性体の切欠き部の径方向内外の端縁が、面取りされている、請求項３に記載の弾性軸継手。