JP2008261497A - ユニバーサルジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ユニバーサルジョイントに回転トルクが作用する状態で、軸方向圧力が加えられる場合に、ユニバーサルジョイントの収縮を円滑にし、スリップブッシュに捩り破壊トルクが作用する時、案内球が支え作用をすることで、捩り破壊強度を増加させて安全率を高めるユニバーサルジョイントを提供する。
【解決手段】本発明は、チューブ、上記チューブの内部に挿入されるスリップブッシュ、及び上記スリップブッシュを媒介に上記チューブとスライディング可能に挿入または結合されるシャフトを含んで構成されるユニバーサルジョイントであって、上記スリップブッシュの外周面に長手方向に穿孔されて形成される一つ以上のガイドホールと、上記ガイドホールに挿入される案内球と、上記スリップブッシュの外周面に長手方向に形成される一つ以上のＣ−ＴＹＰＥ部を含んで構成される。
【選択図】図３ａ

Description

本発明は、ユニバーサルジョイントに関し、より詳しくは、ユニバーサルジョイントに回転トルクが作用する状態で、軸方向圧力が加えられる場合、スリップブッシュの外周面に形成されたガイドホールに挿入された案内球がチューブの内周面と接触して転がり摩擦が発生しながらスライディング摩擦力を減少させてユニバーサルジョイントの収縮（Collapse）を円滑にし、スリップブッシュに捩り破壊トルクが作用する時、案内球が支え作用をすることで、捩り破壊強度を増加させて安全率を高めることができるユニバーサルジョイントに関する。

図１は、ユニバーサルジョイントを使用した操向装置の例示図であって、一般に、自動車の操向装置では操向軸１３０の下段をギアボックス１８０と連結し、かつ操向軸１３０は周辺の与件が任意の角度で傾いたままギアボックス１８０と連結するようになっているので、このような条件を満たすために、ユニバーサルジョイント１２０を使用することになる。

ここで、ユニバーサルジョイント１２０とは、通常、チューブ１００、シャフト１１０、及びスリップブッシュ２００を通称する用語として使われる。

このようなユニバーサルジョイント１２０は、一側が操向ホイール１７０と連結された操向軸１３０に連結され、他側がギアボックス１８０に連結されて、操向ホイール１７０で発生する回転力をギアボックス１８０を通じて車輪に伝達する装置である。

操向コラム１５０は、外側チューブ１４５、内側チューブ１４０、及びマウンティングブラケット１６０を含んで構成され、外側チューブ１４５は操向ホイール１７０側に形成され、内部には外側チューブ１４５より直径が小さくて、衝撃時、内部に挿入可能な内側チューブ１４０が設けられる。外側チューブ１４５及び内側チューブ１４０は、中空形態のチューブで形成されて操向軸１３０が円滑に回転できることになる。

図２ａは、従来のユニバーサルジョイントの分解斜視図であって、図２ａに示すように、操向軸１３０と連結されて操向ホイール１７０の回転運動をギアボックス１８０へ伝達するユニバーサルジョイント１２０は、チューブ１００とシャフト１１０とを含んで構成されるが、シャフト１１０はスリップブッシュ２００を媒介にしてチューブ１００内に挿入される構造である。

スリップブッシュ２００の外周面と当接して結合するチューブ１００は、スリップブッシュ２００の外周面に沿って形成されたＣ−ＴＹＰＥ部２１０とソリッド部２２０とが円滑に案内されるように、適した形状で内径加工されており、スリップブッシュ２００の内周面と当接して結合するシャフト１１０は、一側がスリップブッシュ２００に挿入できるようにスリップブッシュ２００内周面のソリッド部２２０とＣ−ＴＹＰＥ部２１０の形状に合せて外径加工されている。

このようなスリップブッシュ２００が装着されたチューブ１００とシャフト１１０との結合構造は、車輪から伝えられる衝撃を吸収すると共に、組立性を向上させるために、その軸方向の長さが伸長及び収縮可能に設けられるが、走行時、路面の凹凸により車輪に加えられる衝撃から発生するキック−バック（KICK-BACK）荷重を吸収すると共に、操向コラム１５０とギアボックス１８０とを組立てる際、軸方向にスライディングされて組立てを容易にするために設けられる。

図２ｂは、従来のスリップブッシュの斜視図であって、図２ｂに示すように、プラスチック材質で形成されたスリップブッシュ２００には、３個のＣ−ＴＹＰＥ部２１０と３個のソリッド部２２０が備えられている。スリップブッシュ２００は、円筒形で、Ｃ−ＴＹＰＥ部２１０とソリッド部２２０は、スリップブッシュ２００の外周面に沿って一定の間隔を維持したまま交互に形成されている。

ソリッド部２２０は、円柱形態であって、スリップブッシュ２００の外周面に沿って円柱の半分が形成され、スリップブッシュ２００の内周面に沿って対称するように、残りの半分が形成されており、Ｃ−ＴＹＰＥ部２１０も同様にスリップブッシュ２００の外周面と内周面に沿って対称するように形成され、かつＣ−ＴＹＰＥ部２１０は中空形態の円柱形態であって、スリップブッシュ２００の外周面側に形成された部分の一定面が長手方向に切削された形態になされる。

図２ｃは、従来のユニバーサルジョイントの断面図であって、図２ｃに示すように、シャフト１１０とチューブ１００との間に装着されるスリップブッシュ２００は、プラスチック材質で形成された円筒形の形状であり、３個のソリッド部２２０と３個のＣ−ＴＹＰＥ部２１０が交互にスリップブッシュ２００の面に沿って一定間隔を維持したまま形成されている。

スリップブッシュ２００は、捩りトルクや回転トルクが加えられたままシャフト１１０がチューブ１００内にスライディングする時、ソリッド部２２０がチューブ１００の内周面と接触してソリッド部２２０とチューブ１００との間の摩擦力によりスライディング摩擦力が増加する構造であって、スリップブッシュ２００の捩り破壊強度を確保する構造である。

従来のソリッド部２２０は、スリップブッシュ２００と一体型であって、シャフト１１０に回転トルクが加えられた状態でスライディング時のソリッド部２２０の外周面の全体がチューブ１００と接触する状態が維持されるので、スライディング摩擦力が増加し、捩り破壊強度に対する安全率低下の問題点があった。

即ち、車両衝突のような外部衝撃がある時、チューブ１００及びシャフト１１０のスライディング運動によりユニバーサルジョイントが収縮（Collapse）されるにつれて衝撃量を吸収すると共に、操向コラム１５０が短くなることで、運転者を保護しなければならないが、従来のスリップブッシュ２００を使用すれば、ユニバーサルジョイントに捩りがある衝撃が加えられる場合、スリップブッシュ２００のソリッド部２２０とチューブ１００の内周面との間のスライディング摩擦力が大きくて、適切に収縮されないので、運転者の安全が確保できないという問題があった。

また、捩り破壊強度に対する安全率の低下の問題点とは、従来のスリップブッシュの場合、シャフトとチューブとの間の回転力伝達過程での荷重を大部分スリップブッシュのソリッド部が受けることになるが、ソリッド部と同一な材質であるスリップブッシュの材質特性により、強い回転力が短い時間に加えられる場合、スリップブッシュのソリッド部が破壊され、このような現象が発生する場合、操向自体が不可能になるので、安全性に大きい問題が発生することを意味する。

このような問題点を解決するために、本発明は、ユニバーサルジョイントに回転トルクが作用する状態で、軸方向圧力が加えられる場合、スリップブッシュの外周面に形成されたガイドホールに挿入された案内球がチューブ内周面と接触して転がり摩擦が発生しながらスライディング摩擦力を減少させて、ユニバーサルジョイントの収縮（Collapse）を円滑にし、スリップブッシュに捩り破壊トルクが作用する時、案内球が支え作用をすることで、捩り破壊強度を増加させて安全率が高められるユニバーサルジョイントを提供することをその目的とする。

このような目的を達成するために、本発明は、チューブ、上記チューブの内部に挿入されるスリップブッシュ、及び上記スリップブッシュを媒介に上記チューブとスライディング可能に挿入または結合されるシャフトを含んで構成されるユニバーサルジョイントであって、上記スリップブッシュの外周面に長手方向に穿孔されて形成される一つ以上のガイドホールと、上記ガイドホールに挿入される案内球と、上記スリップブッシュの外周面に長手方向に形成される一つ以上のＣ−ＴＹＰＥ部とを含んで構成されることを特徴とするユニバーサルジョイントを提供する。

本発明によると、スリップブッシュが装着されたユニバーサルジョイントであって、ユニバーサルジョイントに回転トルクが作用する状態で軸方向圧力が加えられる場合、スリップブッシュの外周面に形成されたガイドホールに挿入された案内球がチューブの内周面と接触して転がり摩擦が発生しながらスライディング摩擦力を減少させて、ユニバーサルジョイントの収縮（Collapse）を円滑にし、スリップブッシュに捩り破壊トルクが作用する時、案内球が支え作用をすることで、捩り破壊強度を増加させて安全率を高める効果がある。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、各図面の構成要素への参照符号の付加において、同一な構成要素に対しては、たとえ他の図面上に表示されてもできる限り同一の符号が与えられていることに留意しなければならない。また、本発明の説明において、関連した公知構成または機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすることができると判断される場合にはその詳細な説明は省略する。

図３ａは本発明の実施形態に係るユニバーサルジョイントの分解斜視図であって、図３ａに示すように、本発明の実施形態に係るユニバーサルジョイントは、本発明によるスリップブッシュ３２０（以下、“スリップブッシュ”という）、スリップブッシュ３２０の外周面に長手方向に穿孔されて形成される一つ以上のガイドホール３００、ガイドホール３００内に挿入される案内球３１０、及びスリップブッシュ３２０の外周面に長手方向に形成される一つ以上のＣ−ＴＹＰＥ部２１０を含んで構成される。

操向軸１３０（図１参照）と連結されるユニバーサルジョイント１２０のうち、シャフト１１０は一段に６山でスプラインが加工されており、そのうち、３山はスリップブッシュ３２０のＣ−ＴＹＰＥ部２１０と接触し、残りの３山はスリップブッシュ３２０の外周面に形成されたガイドホール３００に挿入される案内球３１０と接触する。

チューブ１００は、一段にスプラインが形成されたシャフト１１０とシャフト１１０に装着されたスリップブッシュ３２０が挿入できるように、スリップブッシュ３２０の外周面形状に合うように内径が加工される。

スリップブッシュ３２０は、中空の円筒形状であって、その長さはシャフト１１０に加工されているスプラインの長さに合せて決定され、外周面に沿って長手方向に一つ以上のガイドホール３００が穿孔されており、一つ以上のＣ−ＴＹＰＥ部２１０が形成されている。

ガイドホール３００及びＣ−ＴＹＰＥ部２１０は、スリップブッシュ３２０の外周面に沿って反復または順次的に配列されることが好ましい。

ガイドホール３００には案内球３１０が挿入されるが、挿入された案内球３１０は回転トルクが加えられた状態で、シャフト１１０がチューブ１００内に引き込まれる際、シャフト１１０に形成されたスプラインの外周面とチューブ１００に形成されたスプラインの内周面との間で転がり摩擦力を提供しなければならないので、案内球３１０がガイドホール３００に挿入されたまま、回転自在にガイドホール３００の直径は案内球３１０の直径より適切に大きく形成されることが好ましい。

本発明の実施形態では、ガイドホール３００が４個形成されており、各々のガイドホール３００に案内球３１０が挿入された状態を図示したが、必ずこれに限定されるものではない。

即ち、ガイドホール３００の個数は、要求される転がり摩擦力の大きさによって３個以下、または５個以上も形成されることができ、ガイドホール３００の個数によってガイドホール３００に挿入される案内球３１０の個数も決定される。

また、本発明の実施形態では、スリップブッシュ３２０の外周面に沿って反復または順次的に配列されるガイドホール３００とＣ−ＴＹＰＥ部２１０が各々３行で形成されたことを図示したが、必ずこれに限定されるものではなく、要求される転がり摩擦力及びシャフト１１０に形成されるスプラインの個数に従って２行以下または４行以上も可能である。

案内球３１０は球形状で回転トルクが加えられた状態で、シャフト１１０がチューブ１００内に引き込まれる際、転がり摩擦力を提供し、強い捩り強度を確保するために、耐摩耗性が優れる高炭素鋼などで形成されることが好ましいが、必ずこれに限定されるものではなく、適切な転がり摩擦力を提供し、充分の強度が提供できる限り、他の種類の材質で形成されることもできる。

Ｃ−ＴＹＰＥ部２１０は、中空の円柱形態であって、スリップブッシュ３２０の外周面側に形成された部分の一定面が長手方向に切欠された形態からなる。

図３ｂは本発明の実施形態に係るユニバーサルジョイントのうち、本発明の特徴となるスリップブッシュの斜視図であり、図３ｃは本発明の実施形態に係るユニバーサルジョイントの断面図である。

図３ｂ及び図３ｃに示すように、スリップブッシュ３２０は、チューブ１００とシャフト１１０とを媒介してくれる役目をするが、プラスチック材質で形成されてシャフト１１０がチューブ１００内に引込または引出される際、チューブ１００とシャフト１１０との間に適した摩擦力を提供してくれて、操向ホイール１７０（図１参照）を通じてチューブ１００に伝達される回転力をシャフト１１０に伝達する役目と、走行時に輪を通じて逆入力されるキック−バック（KICK-BACK）荷重を吸収して操向感を向上させる役目をする。

案内球３１０は、スリップブッシュ３２０の外周面に長手方向に穿孔されて形成される一つ以上のガイドホール３００に挿入されるが、案内球３１０は無負荷時にはチューブ１００の内周面と接触しないように微細な間隔を維持して転がり摩擦力が発生しないが、回転トルクが加えられた状態でシャフト１１０がチューブ１００内に引き込まれるか、外に引き出される時には、チューブ１００の内周面と接触して転がり摩擦力を発生することになる。

従来のスリップブッシュ２００は、ソリッド部２２０と一体型で形成され、回転トルクが作用する時、ソリッド部２２０の外周面の全体がチューブ１００の内周面と接触する構造であるので、チューブ１００とスリップブッシュ２００との間にスライディング摩擦力がたくさん発生して、ソリッド部２２０が容易に摩耗されて適切な摩擦力を提供することに問題点があったが、本発明によるスリップブッシュ３２０は、従来のソリッド部２２０を除去し、その個所に一つ以上のガイドホール３００を穿孔した後、案内球３１０を挿入することで、スリップブッシュ３２０とチューブ１００の内周面とが接触する面積が点接触に変わって、過度なスライディング摩擦力の発生を防止することができ、シャフト１１０とチューブ１００との間の回転トルクの伝達を容易にする効果がある。

また、捩り破壊トルク作用時、案内球３１０が支持作用をすることで、捩り破壊強度を増加させて安全率を高める効果を期待することができる。

スリップブッシュ３２０の外周面に沿って反復または順次的に配列される案内球３１０とＣ−ＴＹＰＥ部２１０のうち、Ｃ−ＴＹＰＥ部２１０は一側面がスリップブッシュ３２０の長手方向に切欠された中空の円柱形状であって、一側面が切欠されることにより、切欠面の間に余裕空間が生じ、このような余裕空間はチューブ１００の内周面と接触するスリップブッシュ３２０の遊離を防止する役目をすることになる。

即ち、スリップブッシュ３２０がチューブ１００内に挿入される時、Ｃ−ＴＹＰＥ部２１０の両側切欠面が圧着された状態で挿入された後、弾性復原力により圧着された切欠面が回復しながらチューブ１００の内周面と密着することになって、チューブ１００の内周面とＣ−ＴＹＰＥ部２１０の外周面との間に適切な摩擦力を提供することになるので、スリップブッシュ３２０の遊離を防止することができるようになる。

以上の説明は、本発明を例示的に説明したことに過ぎないものであって、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で多様な変形が可能である。したがって、本明細書に開示された実施形態は本発明を限定するためのものでなく、説明するためのものであり、このような実施形態により本発明の思想と範囲が限られるのではない。本発明の範囲は特許請求の範囲により解されなければならなくて、それと同等な範囲内にある全ての技術は本発明の権利範囲に含まれることと解されているべきである。

ユニバーサルジョイントを使用した操向装置の例示図である。 従来のユニバーサルジョイントの分解斜視図である。 従来のユニバーサルジョイントのうち、スリップブッシュの斜視図である。 従来のユニバーサルジョイントの断面図である。 本発明の実施形態に係るユニバーサルジョイントの分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るユニバーサルジョイントのうち、本発明の特徴となるスリップブッシュの斜視図である。 本発明の実施形態に係るユニバーサルジョイントの断面図である。

符号の説明

１００・・・チューブ
１１０・・・シャフト
１２０・・・ユニバーサルジョイント
１３０・・・操向軸
１４０・・・内側チューブ
１４５・・・外側チューブ
１５０・・・操向コラム
１６０・・・マウンティングブラケット
１７０・・・操向ホイール
１８０・・・ギアボックス
２００・・・スリップブッシュ
２１０・・・Ｃ−ＴＹＰＥ部
２２０・・・ソリッド部
３００・・・ガイドホール
３１０・・・案内球
３２０・・・本発明によるスリップブッシュ

Claims (2)

1. チューブ、前記チューブの内部に挿入されるスリップブッシュ、及び前記スリップブッシュを媒介に前記チューブとスライディング可能に挿入または結合されるシャフトを含んで構成されるユニバーサルジョイントであって、
   前記スリップブッシュの外周面に長手方向に穿孔されて形成される一つ以上のガイドホールと、
   前記ガイドホールに挿入される案内球と、
   前記スリップブッシュの外周面に長手方向に形成される一つ以上のＣ−ＴＹＰＥ部と、を含んで構成されることを特徴とするユニバーサルジョイント。
2. 前記案内球と前記Ｃ−ＴＹＰＥ部は、前記スリップブッシュの外周面に沿って反復または順次的に配列されることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルジョイント。

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