JP5241016B2 - 回転コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、回転体とローテータが回転誤差無く離間可能となる回転コネクタに関する。

ステアリングシャフトの周囲には、ステアリングホイール上のスクイブに電気信号を伝えるステアリング接続ケーブルや、ターンシグナル・ヘッドランプ等のスイッチレバーを備えたコンビネーションスイッチ、さらにはショックアブソーバ減衰力制御装置やスイブル装置等へ信号を入力する舵角センサが配置される（例えば、特許文献１参照）。
図１６に示すように、これらステアリング接続ケーブルを備えた回転コネクタ５０１、コンビネーションスイッチ５０３、舵角センサ５０５は、ステアリングシャフト５０７に直交する方向ａに比較的スペースの確保し易い乗用車では、回転コネクタ５０１、舵角センサ５０５をコンビネーションスイッチ５０３の内方に配置することで、車室フロアからコンビネーションスイッチ５０３までの下部空間５０９を広く確保していた。

特開２００３−２１２１２９号公報

しかしながら、トラック等の車両では、乗用車とは逆に車室フロアからコンビネーションスイッチ５０３までの下部空間５０９に比較的スペースが確保し易いのに対し、ステアリングシャフト５０７に直交する方向ａには十分なスペースを確保したいため、機器類収容寸法Ａを小さくしたい要請がある。そこで、コンビネーションスイッチ５０３の内方に配置していた、回転コネクタ５０１、舵角センサ５０５を、コンビネーションスイッチ５０３を上下に挟む位置に配置することで、機器類収容寸法Ａを小さくするステアリングコラム構成が有効となる。ところが、ステアリングホイール５１１と一体回転する図示しない回転体（例えばキャンセラ）は、コンビネーションスイッチ５０３を貫通して、舵角センサ５０５のローテータに接続されるため、軸線方向の長さｂが長くなる。回転体の軸線方向の長さｂが長くなると、例えば、各機器の組立公差により回転体とローテータの両回転中心に軸ずれが生じている場合、回転体とローテータにおける角速度の差（回転誤差）が顕著となり、上記した諸装置への入力信号精度の低下が問題となる。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、回転体とローテータに軸ずれが生じても、回転体とローテータの回転誤差を無くすことができる回転コネクタを提供することにある。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） ステアリングシャフトに外挿されステアリングホイールと一体回転する環状の回転体と、前記ステアリングシャフトに外挿される舵角センサのローテータと、前記ステアリングシャフトに外挿され前記回転体と該ローテータを連結する筒状のジョイントと、を備える回転コネクタであって、
前記回転体と前記ジョイントが第一の自在継手を介して接続され、
前記ジョイントと前記ローテータが第二の自在継手を介して接続されたことを特徴とする回転コネクタ。

この回転コネクタによれば、回転体とローテータに軸ずれが生じると、回転体とジョイントが第一の自在継手にてある交差角で接続され、ジョイントとローテータが第二の自在継手にて逆の交差角で接続される。これにより、回転体とローテータに軸ずれが生じていても、回転体とローテータの両回転軸が平行となり、角速度の差（回転誤差）がゼロとなる。

（２） （１）の回転コネクタであって、
前記第一の自在継手が、
回転体直径方向両端の外周近傍に設けられ軸線に沿う方向の平行な対向壁と、
該対向壁の間に形成された摺接突起と、
ジョイント一端側内部の直径方向両端に設けられそれぞれの前記摺接突起を外側から挟む一対の挟持片と、
該挟持片に近接して形成され前記平行な対向壁の間に嵌合される円板部と、
からなることを特徴とする回転コネクタ。

この回転コネクタによれば、回転体の外周に設けられた直径方向両端の一対の摺接突起が、ジョイントの一端に設けられた一対の挟持片にて挟持され、一対の摺接突起を通る直径に直交する直径を回転中心とする回転体とジョイントの所定角度範囲での回転が可能となる。また、回転体に設けられた一対の対向壁の間にジョイントの円板部が嵌合され、一対の円板部を通る直径を回転中心とする回転体とジョイントの所定角度範囲での回転が可能となる。これにより、両回転中心が交差する回転体とジョイントが回転伝達可能に接続される。

（３） （１）又は（２）の回転コネクタであって、
前記第二の自在継手が、
ジョイント他端側内部の直径方向両端に設けられ軸線に沿う方向で切り欠かれた平行な受面を有する軸受部と、
ローテータ内周面の直径方向両端から内側に突出されそれぞれの該軸受部に嵌合される一対の軸部と、
からなることを特徴とする回転コネクタ。

この回転コネクタによれば、ジョイントの他端に形成された一対の軸受部にローテータの一対の軸部が嵌合され、一対の軸部を通る直径を回転中心とするジョイントとローテータの所定角度範囲での回転が可能となる。また、一対の軸部のそれぞれが、軸受部の受面に沿って軸線に沿う逆方向に相対摺動することで、一対の軸部を通る直径に直交する直径を回転中心とするジョイントとローテータの所定角度範囲での回転が可能となる。これにより、両回転中心が交差するジョイントとローテータが回転伝達可能に接続される。

（４） （２）又は（３）の回転コネクタであって、
前記摺接突起の摺接面、及び前記挟持片の挟持面が球面状に形成されたことを特徴とする回転コネクタ。

この回転コネクタによれば、摺接突起と挟持片が、一対の摺接突起を通る直径に直交する直径を回転中心とする回転方向、及び一対の摺接突起を通る直径を回転中心とする回転方向の双方で、球面同士を摺接させて円滑に回転可能となる。

（５） （３）又は（４）の回転コネクタであって、
前記軸部の外周に、軸線上のある点から等距離のＲ面が形成され、
前記軸部が該Ｒ面で前記受面に接することを特徴とする回転コネクタ。

この回転コネクタによれば、軸部のＲ面に沿って、ジョイント軸受部の受面が摺動可能となり、ローテータの内周にて、ジョイントがローテータ中心に対し偏芯する方向で変位可能となる。これにより、軸部が角ピンや同径ピンである場合に生じる変位時の干渉が回避でき、干渉回避のためにクリアランスを拡大する必要がなくなる。

本発明に係る回転コネクタによれば、回転体をジョイントにてローテータに連結し、回転体とジョイントを第一の自在継手にて接続するとともに、ジョイントとローテータを第二の自在継手にて接続したので、回転体とローテータに軸ずれが生じても、回転体とローテータの回転誤差を無くすことができる。

本発明に係る回転コネクタの平面図である。 図１のＩ−Ｉ断面図である。 図１のII−II断面図である。 回転体を下方から見た斜視図である。 ジョイントの斜視図である。 舵角センサの斜視図である。 回転体とローテータが一対の摺接突起を通る直径方向にずれた回転コネクタの縦断面図である。 回転体とローテータが一対の軸部を通る直径方向にずれた回転コネクタの縦断面図である。 （ａ）は回転体を長くした比較例の軸ずれ状況を表す縦断面図、（ｂ）は回転体を長くした比較例の回転体傾斜状況を表す縦断面図である。 回転体とローテータが一つの軸部で連結された比較例の回転誤差を表す横断面図である。 回転体とローテータが二つの軸部で接続された比較例の軸ずれ方向の変位を表す横断面図である。 （ａ）は実施の形態の軸ずれ状況を表す縦断面図、（ｂ）は実施の形態の回転体傾斜状況を表す縦断面図である。 実施の形態の軸ずれ方向の変位を表すジョイントとローテータの横断面図である。 （ａ）は回転体のみが傾斜した状況の縦断面図、（ｂ）は回転体が傾斜しローテータが左方へ軸ずれた状況の縦断面図、（ｃ）は回転体が傾斜しローテータが右方へ軸ずれた状況の縦断面図である。 （ａ）は軸部が角ピンであるジョイントとローテータの横断面図、（ｂ）は軸部にＲ面が形成されたジョイントとローテータの横断面図である。 諸機器類を配置した従来のステアリングシャフト周辺部の側面図である。

以下、本発明に係る回転コネクタの好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る回転コネクタの平面図、図２は図１のＩ−Ｉ断面図、図３は図１のII−II断面図である。
回転コネクタ１００は、不図示のステアリングシャフトを包囲してその外側に挿入（外挿）され不図示のステアリングホイールと一体回転する環状の回転体である例えばコンビネーションスイッチのキャンセラ１１と、ステアリングシャフトに外挿される舵角センサ１３のローテータ１５（図２参照）と、ステアリングシャフトに外挿されキャンセラ１１とローテータ１５を連結する筒状のジョイント１７とを主要な構成として備える。

回転コネクタ１００は、ステアリングホイールが回転されると、キャンセラ１１が一体回転し、その回転がジョイント１７を介して舵角センサ１３のローテータ１５に伝達される。
不図示のステアリング接続ケーブルは、一端がキャンセラ１１と一体回転し、ステアリング中立位置から左右にそれぞれ２．５回転できるように、スパイラル状となってコンビネーションスイッチハウジングの収容空間に収容される。

キャンセラ１１の回転を舵角センサ１３に伝達するジョイント１７は、キャンセラ１１と第一の自在継手１９を介して接続され、ローテータ１５と第二の自在継手２１を介して接続される。自在継手は、２部材の回転中心軸が、ある角度範囲で交わる場合に、その２部材間で回転を伝達する。本実施の形態において、第一の自在継手１９における２部材はキャンセラ１１とジョイント１７であり、第二の自在継手２１における２部材はジョイント１７とローテータ１５となる。

図４は回転体であるキャンセラ１１を下方から見た斜視図、図５はジョイントの斜視図、図６は舵角センサの斜視図である。
第一の自在継手１９は、キャンセラ１１の直径方向両端の外周近傍に設けられ軸線２３に沿う方向ｃで延在する平行な対向壁２５，２５と、対向壁２５，２５の間に形成された摺接突起２７と、ジョイント１７の一端側内部の直径方向両端に設けられそれぞれの摺接突起２７，２７を外側から挟む一対の挟持片２９，２９と、挟持片２９，２９に近接して形成され、対向壁２５，２５の間に嵌合される円板部３１，３１とからなる。

挟持片２９は、挟持面２９ａを、摺接突起２７の摺接面２７ａに摺接しながらキャンセラ１１を直径方向外側から挟持する。円板部３１は、対向壁２５，２５の間に嵌合し、直径方向両端の外周面を対向壁２５，２５の内面に摺接する。つまり、キャンセラ１１とジョイント１７は、相対回転不能に連結される。

摺接突起２７の摺接面２７ａ、及び挟持片２９，２９の挟持面２９ａは、球面状に形成される。これにより、摺接突起２７と挟持片２９が、図４に示す一対の摺接突起２７，２７を通る直径３３に直交する直径３５を回転中心とする回転方向、及び直径３３を回転中心とする回転方向の双方で、球面同士を摺接させて円滑に回転可能となっている。

第二の自在継手２１は、ジョイント１７の他端側内部の直径方向両端に設けられ軸線３７に沿う方向ｄで切り欠かれた平行な一対の受面３９，３９を有する軸受部４１と、ローテータ１５の内周面４３の直径方向両端から内側に突出されそれぞれの軸受部４１，４１に嵌合される一対の軸部４５，４５とからなる。
図５に示すように、軸受部４１，４１は、挟持片２９，２９に対し、ジョイント１７の円周方向に９０°回転された位置で設けられている。

次に、上記のように構成された回転コネクタ１００の作用を説明する。
図７は回転体であるキャンセラ１１とローテータ１５が一対の摺接突起２７，２７を通る直径（３３）方向にずれた回転コネクタ１００の断面図である。
第一の自在継手１９では、図７に示すように、キャンセラ１１の外周に設けられた直径方向両端の一対の摺接突起２７，２７が、ジョイント１７の一端に設けられた一対の挟持片２９，２９にて半径方向外側から挟持され、一対の摺接突起２７，２７を通る直径３３に直交する直径３５を回転中心とするキャンセラ１１とジョイント１７の所定角度範囲での相対回転が可能となる。

また、第二の自在継手２１では、ジョイント１７の他端に形成された一対の軸受部４１にローテータ１５の一対の軸部４５が嵌合され、一対の軸部４５，４５を通る直径４７を回転中心とするジョイント１７とローテータ１５の所定角度範囲での回転が可能となる。

これにより、直径３３に沿う方向にずれたキャンセラ１１の軸線２３とローテータ１５の軸線４９との軸ずれを、ジョイント１７の傾きで吸収して、角速度の差（回転誤差）をゼロとした回転伝達系の連結を可能としている。

図８は回転体であるキャンセラ１１とローテータ１５が一対の軸部４５，４５を通る直径（４７）方向にずれた回転コネクタの縦断面図である。
また、第一の自在継手１９では、キャンセラ１１に設けられた一対の対向壁２５，２５の間にジョイント１７の円板部３１が嵌合され、一対の円板部３１，３１を通る直径５１を回転中心とするキャンセラ１１とジョイント１７の所定角度範囲での回転が可能となる。

さらに、ローテータ１５の一対の軸部４５，４５のそれぞれが、ジョイント１７の軸受部４１の受面３９，３９に沿って互いに軸線３７（図５参照）に沿う逆方向に相対摺動することで、一対の軸部４５，４５を通る直径４７に直交する直径５３を回転中心とするジョイント１７とローテータ１５の所定角度範囲での回転が可能となる。

これにより、直径４７に沿う方向にずれたキャンセラ１１の軸線２３とローテータ１５の軸線４９との軸ずれを、ジョイント１７の傾きで吸収して、角速度の差（回転誤差）をゼロとした回転伝達系の連結を可能としている。

ここで、上記構成によらず、単にジョイント１７を延長した比較例の構成について説明する。
図９（ａ）は回転体を長くした比較例の軸ずれ状況を表す縦断面図、（ｂ）は回転体を長くした比較例の回転体傾斜状況を表す縦断面図、図１０は回転体とローテータが一つの軸部で連結された比較例の回転誤差を表す横断面図、図１１は回転体とローテータが二つの軸部で接続された比較例の軸ずれ方向の変位を表す横断面図である。
図９に示すように、第一の自在継手１９、第二の自在継手２１を設けずに、長尺のジョイント１７Ａのみにてキャンセラ１１と舵角センサ１３を一軸部４５Ａ（図１０参照）で接続した場合、図９（ａ）に示すように、キャンセラ１１とローテータ１５に軸ずれが生じたり、図９（ｂ）に示すように、キャンセラ１１が傾斜したりすると、図１０に示すように、舵角センサ１３のローテータ１５内でキャンセラ１１が変位し、キャンセラ１１とローテータ１５とに角度誤差δθ（現行品で２°程度）が発生する。

また、図１１に示すように、二軸部４５Ｂ，４５Ｂとした場合では、ローテータ１５内でキャンセラ１１の変位が規制されることから、角度誤差の発生は無くなるが、軸ずれを吸収できないため、偏摩耗５５や異常トルク、異音の発生する虞が生じる。

図１２（ａ）は実施の形態の軸ずれ状況を表す縦断面図、（ｂ）は実施の形態の回転体傾斜状況を表す縦断面図、図１３は実施の形態の軸ずれ方向の変位を表すジョイントとローテータの横断面図である。
上記比較例に対し、第一の自在継手１９、第二の自在継手２１を設けた実施の形態による回転コネクタ１００では、図１２（ａ）に示すように、キャンセラ１１とローテータ１５に軸ずれが生じると、軸ずれがジョイント１７の傾きで吸収され、駆動側（キャンセラ１１）と従動側（ローテータ１５）の回転軸が平行となる。これにより、図１３に示すように、ジョイント１７とローテータ１５が同軸に配置されて、角速度の差（回転誤差）がゼロとなる。

また、図１２（ｂ）に示すように、キャンセラ１１が傾斜した場合には、キャンセラ１１の傾きがジョイント１７の相対的な傾きによって吸収され、図９（ｂ）に示したようなキャンセラ１１の傾きによる変位は生じない。但し、駆動側と従動側の両回転軸は交差角を有して交わるため、両回転軸の間に角速度の差（回転誤差）が発生するが、その誤差は僅かなもの（キャンセラ１１の傾き０．５９°で回転角誤差±０．００１５２°）となる。

以上のように、回転コネクタ１００では、第一の自在継手１９、第二の自在継手２１を備えることにより、回転角誤差に影響するのは、駆動軸（キャンセラ１１）、あるいは従動軸（舵角センサ１３のローテータ１５）の傾きのみとなる。

回転コネクタ１００の実際の組立においては、駆動軸、従動軸の傾きや、駆動軸、従動軸間の軸ずれが組み合わさることが想定される。本実施の形態に係る回転コネクタ１００におけるそれら傾きや軸ずれの吸収作用の一例を説明する。
図１４（ａ）は回転体のみが傾斜した状況の縦断面図、（ｂ）は回転体が傾斜しローテータが左方へ軸ずれた状況の縦断面図、（ｃ）は回転体が傾斜しローテータが右方へ軸ずれた状況の縦断面図である。
キャンセラ１１のみが矢印ｅ方向に傾き、駆動軸と従動軸の交差角が０．５９°となった場合を図９（ａ）とする。

図１４（ｂ）に示すように、キャンセラ１１が０．０４°傾き、舵角センサ１３が左方向へ０．５５ｍｍ位置ずれした場合には、駆動軸と従動軸の交差角は、同様に０．０４°＋０．５５°＝０．５９°となる。

また、図１４（ｃ）に示すように、キャンセラ１１が１．９４０°傾き、舵角センサ１３が右方向へ０．５５ｍｍ位置ずれした場合には、駆動軸と従動軸の交差角は、同様に１．９４°−１．３５°＝０．５９°となる。

図１５（ａ）は軸部が角ピンであるジョイントとローテータの横断面図、（ｂ）は軸部にＲ面が形成されたジョイントとローテータの横断面図である。
また、図１５（ｂ）に示すように、回転コネクタ１００には、軸部４５の外周に、軸部４５の軸線５７上のある点５９から等距離のＲ面（環状の球面）６１が形成されている。軸部４５は、このＲ面６１で受面３９，３９に接している。

図１５（ａ）に示すように、例えば軸部が同径ピン４５Ｃであると、一方の軸部４５を中心としたローテータ１５の内周空間で、ジョイント１７の変位が干渉６３の発生により規制される。このため、軸受部４１の他方にはクリアランスを広げる必要が生じ、回転角誤差の要因となる。

これに対し、回転コネクタ１００によれば、図１５（ｂ）に示すように、軸部４５，４５のＲ面６１に沿って、ジョイント軸受部４１の受面３９が摺動可能となり、ローテータ１５の内周にて、ジョイント１７がローテータ中心に対し偏芯する方向で変位可能となる。これにより、軸部４５が角ピンや同径ピン４５Ｃである場合に生じる変位時の干渉６３が回避できる。この結果、干渉回避のためにクリアランスを拡大する必要がなくなり、回転角誤差を生じなくできる。

このように、回転コネクタ１００では、キャンセラ１１とローテータ１５に軸ずれが生じると、キャンセラ１１とジョイント１７が第一の自在継手１９にてある交差角で接続され、ジョイント１７とローテータ１５が第二の自在継手２１にて逆の交差角で接続される。これにより、軸ずれが生じていても、キャンセラ１１とローテータ１５の両回転軸が平行となり、角速度の差（回転誤差）がゼロとなる。

したがって、上記回転コネクタ１００によれば、キャンセラ１１をジョイント１７にてローテータ１５に連結し、キャンセラ１１とジョイント１７を第一の自在継手１９にて接続するとともに、ジョイント１７とローテータ１５を第二の自在継手２１にて接続したので、キャンセラ１１とローテータ１５に軸ずれが生じても、キャンセラ１１とローテータ１５の回転誤差を無くすことができる。

１１ キャンセラ（回転体）
１３ 舵角センサ
１５ ローテータ
１７ ジョイント
１９ 第一の自在継手
２１ 第二の自在継手
２３ 回転体の軸線
２５ 対向壁
２７ 摺接突起
２７ａ 摺接面
２９ 挟持片
２９ａ 挟持面
３１ 円板部
３７ ジョイントの軸線
３９ 受面
４１ 軸受部
４５ 軸部
６１ Ｒ面
１００ 回転コネクタ

Claims (5)

1. ステアリングシャフトに外挿されステアリングホイールと一体回転する環状の回転体と、前記ステアリングシャフトに外挿される舵角センサのローテータと、前記ステアリングシャフトに外挿され前記回転体と該ローテータを連結する筒状のジョイントと、を備える回転コネクタであって、
   前記回転体と前記ジョイントが第一の自在継手を介して接続され、
   前記ジョイントと前記ローテータが第二の自在継手を介して接続されたことを特徴とする回転コネクタ。
2. 請求項１記載の回転コネクタであって、
   前記第一の自在継手が、
   回転体直径方向両端の外周近傍に設けられ軸線に沿う方向の平行な対向壁と、
   該対向壁の間に形成された摺接突起と、
   ジョイント一端側内部の直径方向両端に設けられそれぞれの前記摺接突起を外側から挟む一対の挟持片と、
   該挟持片に近接して形成され前記平行な対向壁の間に嵌合される円板部と、
   からなることを特徴とする回転コネクタ。
3. 請求項１又は請求項２記載の回転コネクタであって、
   前記第二の自在継手が、
   ジョイント他端側内部の直径方向両端に設けられ軸線に沿う方向で切り欠かれた平行な受面を有する軸受部と、
   ローテータ内周面の直径方向両端から内側に突出されそれぞれの該軸受部に嵌合される一対の軸部と、
   からなることを特徴とする回転コネクタ。
4. 請求項２又は請求項３記載の回転コネクタであって、
   前記摺接突起の摺接面、及び前記挟持片の挟持面が球面状に形成されたことを特徴とする回転コネクタ。
5. 請求項３又は請求項４記載の回転コネクタであって、
   前記軸部の外周に、軸線上のある点から等距離のＲ面が形成され、
   前記軸部が該Ｒ面で前記受面に接することを特徴とする回転コネクタ。

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