(57)【要約】  非円形の内周面を有するアウタチューブ（２）と、前記アウタチューブ（２）の内部に押し込まれる、非円形の外周面を持つインナチューブ（３）とを有するトルク伝達装置（１）であって、前記両方のチューブ（２，３）が、前記内周面と前記外周面との間に備えられる間隙に基づく所定の円周方向バックラッシュを有しており、さらに前記両方のチューブ（２，３）間の前記間隙に少なくとも一つの弾性を示すワイヤクッション状の要素（４ａ〜４ｅ）が配置されている、トルク伝達装置（１）。前記両方のチューブ（２，３）により負荷下においても長さ補償が可能となるように、前記両方のチューブ（２，３）は互いに対してチューブ長手方向に変位可能であるように配置される。
2009542997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非円形の内周面を持つアウタチューブ（２）と、当該アウタチューブ（２）に押し込まれる、非円形の外周面を持つインナチューブ（３）とを有するトルク伝達装置（１）であって、前記両方のチューブ（２，３）が、前記内周面と前記外周面との間に備えられる間隙に基づく所定の円周方向バックラッシュを有しており、さらに前記両方のチューブ（２，３）間の前記間隙に少なくとも一つの弾性的なワイヤクッション状の要素（４ａ〜４ｅ）が配置されている、トルク伝達装置（１）において、前記両方のチューブ（２，３）によりトルク負荷下においても長さ補償が可能となるように、前記両方のチューブ（２，３）が互いに対してチューブ長手方向に変位可能であるように配置されていることを特徴とする、トルク伝達装置（１）。
【請求項２】
前記アウタチューブ（２）の前記内周面および前記インナチューブ（３）の前記外周面がいずれも、少なくとも或る程度のチューブ長にわたり実質的に一定不変の断面を有することを特徴とする、請求項１に記載のトルク伝達装置（１）。
【請求項３】
前記少なくとも一つのワイヤクッション状の要素（４ａ〜４ｅ）が、前記アウタチューブ（２）の前記内周面または前記インナチューブ（３）の前記外周面に位置固定で取り付けられ、前記インナチューブ（３）の前記外周面ないしは前記アウタチューブ（２）の前記内周面に沿ってチューブ長手方向に変位可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のトルク伝達装置（１）。
【請求項４】
軸方向の摩擦を最小限化するために、少なくとも伝達されるトルクが皆無であるか、ごく僅かである運転状態において、前記少なくとも一つの弾性的なワイヤクッション状の要素（４ａ〜４ｅ）が、半径方向の残留応力が実質的にゼロである状態にあって、前記アウタチューブ（２）の前記内周面と前記インナチューブ（３）の前記外周面の間に伝達する半径方向力が皆無またはごく僅かであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のトルク伝達装置（１）。
【請求項５】
前記アウタチューブ（２）の前記内周面の周縁部分および／または前記インナチューブ（３）の前記外周面の周縁部分が円形であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のトルク伝達装置。
【請求項６】
前記アウタチューブ（２）の前記内周面が、前記両方のチューブの互いに対する心出しのために備えられた複数の周縁領域のところで、前記インナチューブ（３）の前記外周面に当接することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のトルク伝達装置（１）。
【請求項７】
前記両方のチューブ（２，３）間の前記間隙に、弾性的なワイヤクッション状の要素（４）がきっかり一つだけ配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のトルク伝達装置（１）。
【請求項８】
弾性的なワイヤクッション状の要素（４）が、前記インナチューブ（３）の前記外周面を袖口のように包み込んで延びることを特徴とする、請求項７に記載のトルク伝達装置（１）。
【請求項９】
前記両方のチューブ（２，３）間の前記間隙に、複数の弾性的なワイヤクッション状の要素（４ａ〜４ｅ）が円周方向に分散して配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のトルク伝達装置（１）。
【請求項１０】
前記両方のチューブ（２，３）間の前記間隙に、チューブ長手方向に互いに離れて配置される少なくとも二つの弾性的なワイヤクッション状の要素（４）が備えられていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のトルク伝達装置（１）。
【請求項１１】
異なる弾性特性を有する少なくとも二つの弾性的なワイヤクッション状の要素（４ａ〜４ｅ）が備えられていることを特徴とする、請求項９または１０に記載のトルク伝達装置（１）。
【請求項１２】
前記少なくとも一つのワイヤクッション状の要素（４ａ〜４ｅ）が少なくとも部分的にエラストマにより取り囲まれていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のトルク伝達装置（１）。
【請求項１３】
前記両方のチューブ（２，３）がいずれも、前記両方のチューブ（２，３）の長手方向に延びる、円周方向に互いに離れて配置される複数の押縁（２ａ〜２ｄ；３ａ〜３ｄ）または複数のポケット状の膨出部（７ａ，７ｂ；５ａ，５ｂ）を有すること、その際に前記インナチューブ（３）の前記押縁（３ａ〜３ｄ）ないしは前記ポケット状の膨出部（７ａ，７ｂ）が、前記アウタチューブ（２）の割り当てられた押縁（２ａ〜２ｄ）ないしは割り当てられたポケット状の膨出部（５ａ，５ｂ）にはまり込むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のトルク伝達装置（１）。
【請求項１４】
前記両方のチューブ（２，３）が、頂点数が等しい多角形断面を有することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のトルク伝達装置（１）。
【請求項１５】
前記両方のチューブ（２，３）がいずれも、正方形断面を有することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のトルク伝達装置（１）。
【請求項１６】
前記少なくとも一つのワイヤクッション状の要素（４ａ〜４ｅ）が、メッシュの構造を有することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のトルク伝達装置（１）。
【請求項１７】
前記少なくとも一つのワイヤクッション状の要素が、ニットの構造を有することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のトルク伝達装置（１）。
【請求項１８】
前記少なくとも一つのワイヤクッション状の要素が、編み目の構造を有することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のトルク伝達装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念（所謂おいて部分、プリアンブル部分）に係るトルク伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
そのようなトルク伝達装置は、特許文献１から知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１０２００４０５１３４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、特許文献１から知られている、二本のチューブが第１の角度範囲内で相対的にねじれる際に、特性曲線が比較的平坦に推移した後、続いて著しい漸進性を示すようになっているトルク伝達装置を、さらに別の、特に機械工学の一般用途用に適するように修正することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、請求項１の特徴により解決される。本発明の有利な構成形態および展開構成例については、従属クレームから察知することができる。
本発明の出発点は、特許文献１から知られている、非円形の内周面を持つアウタチューブと、このアウタチューブの内部に配置される非円形の外周面を持つインナチューブとを有するトルク伝達装置である。ここで明言しておくが、以下の説明およびクレームで用いられる「インナチューブ」という用語は、ここでは棒材、すなわち中実の断面を有する構成部品であってもよいと解釈できるものである。「非円形」は、たとえば楕円形、多角形、「歯形」、またはその類を意味したものであるとよい。両方のチューブは、たとえば頂点数が等しい多角形断面を有しているとよい。考えられるのは、たとえば正方形または三角形の断面である。
【０００６】
両方のチューブ間には、間隙が備えられている。この間隙は、両方のチューブの「円周方向」に延びているとよい。それにより両方のチューブは、相対的にねじれる際にある程度の円周方向バックラッシュ（Verdrehspiel, turning clearance）を持つことになる。たとえばアウタチューブの内側には「内歯」が、またインナチューブの外側にはこの内歯にはまり込む「外歯」が備えられるとよいが、その場合はこれらの「歯切り部」が、この「間隙」を形成しているバックラッシュを円周方向に有することになる。両方のチューブ間には、これにさらに追加して半径方向に延びる間隙が備えられるようにするとよい。
【０００７】
この間隙には、少なくとも一つの弾性を示すワイヤクッション状の要素が配置されている。このワイヤクッション状の要素は、トルク伝達装置にばねないしは減衰特性を付与し、それにより一方のチューブから他方のチューブおよびその逆に伝達される回転振動を低減するようになっている。
【０００８】
「ワイヤクッション状の要素」という用語は、極めて広い解釈を許すものである。ワイヤクッション状の要素は、たとえばメッシュ、ニット、または編み物の構造を有しているとよい。これは、一本または複数のばね鋼線から製造されたものであるとよい。個々のばね鋼線の仕様は、同一であっても異なっていてもかまわない。そのようなワイヤクッション状の要素に、高い「内部摩擦」が所望されるのであれば、これを付与するようになっている、たとえばエラストマ、ラバーコート、またはその類などの被覆が、これらのばね鋼線に部分的または全体に施されるとよい。それにより、特定の用途のために減衰特性に適切に影響を与えることができる。
【０００９】
相対的なねじれ角が微小であるときに、この少なくとも一つのワイヤクッション状の要素は僅かな「ばね剛性」を示すようになっている。すなわちこの「チューブ・イン・チューブ式配列」のねじれ特性は、相対ねじれ角度が微小であるときには、平坦な推移を示すようになっている。少なくとも一つのワイヤクッション状の要素が完全に圧縮される、すなわちこれが「ブロック」に移行すると、このねじれ特性は急勾配で増大する。特性曲線のそのような特徴は、様々な適用例にとっては長所となっている。
【００１０】
本発明の基本的な考え方は、そのような、冒頭に掲げた特許文献１から大半が知られるところとなっている配列を前提技術として、両方のチューブの円周方向への回転自由度にさらに追加して、トルク伝達装置の作動の間にも、すなわち多くの適用例において要求される「トルク負荷下」においても、チューブ長手方向への「長さ補償」を可能とするように、トルク伝達装置を構成することにある。そのようなトルク伝達装置は、たとえば車両のカルダン軸動力伝達経路、ステアリングギヤ、または機械工学のその他の数多くの用途に、相応の寸法諸元で導入することができる。そこではトルク伝達装置のそれぞれのチューブが、「負荷下」においても、すなわちトルクが一方のチューブから少なくとも一つのワイヤクッション状の要素を介して他方のチューブに伝達されるときにも、チューブ長手方向に互いに対して変位可能であるように、配置されるようになっている。
【００１１】
これは、アウタチューブの内周面およびインナチューブの外周面が、両方のチューブの互いに対する変位を可能とする、すなわち一方のチューブの他方のチューブの表面に沿ったチューブ長手方向への「スライド」を可能とする、実質的に一定不変の断面を少なくともある程度のチューブ長にわたり有することにより達成されることが好ましい。そのためには、両方のチューブがねじれる際にトルクの伝達をもたらすようになっているインナチューブのそれぞれの周縁部分が、アウタチューブのチューブ長手方向に延びる相応の長さを有する「凹所」の内部で変位可能であることが肝要となる。トルクの伝達をもたらすインナチューブのこれらの周縁部分の長さをいずれも「ａ」とし、かつトルク伝達装置により長さ「ｓ」の変位ストロークを可能とするとした場合は、インナチューブの当該周縁部分が内部で変位できるようになっている、アウタチューブに設けられるそれぞれの凹所の長さが、少なくとも「ａ＋ｓ」でなければならない。
【００１２】
幾つかの適用例においては、「減衰式のエンドストップ部」を備えることも有意であるかもしれない。たとえばアウタチューブに設けられるそれぞれの凹所の軸方向の端部は、テーパ状に、すなわち半径方向および／または円周方向に先細りするように構成されるとよい。これは、トルク伝達装置がたとえば車両のカルダン軸動力伝達経路に適用される場合に有意であるかもしれない。衝突時には、プロペラシャフトに圧潰を来たすことがある。その場合はカルダン軸動力伝達経路に組み込まれているトルク伝達装置が、通常の運転状況のときよりも格段と、最大限まで押し潰されることになりかねない。インナチューブのトルクを伝達するそれぞれの部分は、アウタチューブに設けられた凹所の軸方向端部と軸方向に衝突することになる。これが衝撃的に行われるのを回避するためには、凹所の軸方向端部が先細りするように構成されると有意であるかもしれない。あるいはその代わりに、またはそれに補足して、そのような状況においてはインナチューブのトルクを伝達する各部分とアウタチューブの凹所の軸方向端部との「衝突」を少なくともある程度まで減衰するようになっている、たとえばワイヤクッション状の減衰要素、ラバークッション、またはその類などの減衰要素を備えてもよいかもしれない。
【００１３】
本発明の展開構成例においては、少なくとも一つのワイヤクッション状の要素が、両方のチューブの内のいずれか一方の表面に、軸方向に位置を固定して取り付けられるようになっている。それにより、この少なくとも一つのワイヤクッション状の要素が、常に明確に定義された場所に位置することを保証している。少なくとも一つのワイヤクッション状の要素は、たとえばアウタチューブの内周面、またはインナチューブの外周面に、チューブ長手方向に位置を固定して取り付けられるとよい；それに応じてこのワイヤクッション状の要素は、インナチューブの外側ないしはアウタチューブの内側に沿って、チューブ長手方向に変位できるようにするとよい。軸方向への位置固定は、両方向とも、たとえばチューブの段部、シャフトナット、スナップリングなどにより達成されるとよい。
【００１４】
ワイヤクッションおよびインナチューブの外側ないしはアウタチューブの内側は、特に変位の自由度がある向きに生じる、すなわちチューブ長手方向に生じる摩擦係数が最小限となるように、互いに対して調整されている。たとえばワイヤクッション状の要素およびインナチューブの外側ないしはアウタチューブの内側に、低摩擦の被覆が備えられるようにするとよい。それに加えてさらに、ワイヤクッション状の要素およびインナチューブの外側ないしはアウタチューブの内側に、潤滑剤、たとえばグリースが備えられるとよい。
【００１５】
軸方向の摩擦を最小限化するためには、すなわち両方のチューブが軸方向に変位する際のスティックスリップ効果を最小限化するためには、少なくとも伝達されるトルクが皆無であるかまたはごく僅かだけである運転状態においては、少なくとも一つのワイヤクッション状の要素が、半径方向の残留応力が実質的にゼロである状態にあって、アウタチューブの内周面とインナチューブの外周面間に伝達する半径方向力が皆無またはごく僅となるように、両方のチューブおよび少なくとも一つのワイヤクッション状の要素が互いに対して適合化されなければならない。
【００１６】
少なくとも一つのワイヤクッション状の要素とインナチューブの外周面ないしはアウタチューブの内周面との間の摩擦係数がこのように低いことにより、スティックスリップ効果はほとんど発生しないが、これは、トルク負荷下で軸方向の長さ補償および回転振動の緩衝ないしは減衰が行われなければならない数多くの可能性のある適用例において、重要な意味を持つ。
【００１７】
基本的には少なくとも一つのワイヤクッション状の要素を、インナチューブの外周面とアウタチューブの内周面の双方に、軸方向に位置を固定して取り付けることも考えられる。しかしこの場合は、両方のチューブの可能な変位ストロークが、ワイヤクッション状の要素の「軸方向の弾性ストローク」に限定されることになる。
【００１８】
本発明の展開構成例においては、両方のチューブが互いに対して心出しされている。たとえばアウタチューブの内周面のそれぞれの周縁部分および／またはインナチューブの外周面のそれぞれの周縁部分を円形とすることによって、心出しが達成されるとよいが、この場合はアウタチューブの内周面がインナチューブの外周面とそのような領域において「面同士で」当接して、アキシャル滑り軸受の場合と同様に、インナチューブの外周面に沿ってスライドすることができる。
【００１９】
あるいはその代わりに、両方のチューブの内のいずれか一方だけを個々の周縁部分のところで円形に構成し、他方のチューブに、これらと組み合わされる押縁状の陥凹部または膨出部を備え、これらの陥凹部または膨出部がもう一方のチューブのそれぞれの円形部分に当接するようにしてもよい。
【００２０】
両方のチューブ間の間隙には、きっかり一つだけの、袖口や靴下のようにインナチューブの外周面を包み込むように延びる、弾性を示すワイヤクッション状の要素が配置されるとよい。唯一のホース状の「ワイヤクッション」の代わりに、インナチューブの周囲に「編みバンド」を直接巻き付けるようにしてもよい。あるいはその代わりに両方のチューブ間の間隙に、二つまたはそれ以上のブロック状ないしはリングセグメント状のワイヤクッション状の要素が円周方向および／またはチューブ長手方向に分散して配置されてもかまわない。環状の「ワイヤクッション要素」である場合は、その周囲が異なる強さで圧搾されるようにするとよく、それによりトルク伝達特性を最適化することができる。
【００２１】
特定の弾性挙動を具現するために、弾性を示すワイヤクッション状の要素が複数備えられる場合には、それぞれの要素が異なる弾性特性を有していてもかまわない。個々のワイヤクッション状の要素は、たとえば異なる形状に構成される、および／または、異なる材料から製造されてもかまわない。
【００２２】
チューブ断面形状については、既述のように多彩な形状が考えられる。楕円形、多角形、または歯切りしたチューブ断面の代わりに、円周方向に互いから離して配置される複数の押縁を設けたチューブを使用することもできる。これらの押縁は、チューブ長手方向に延びているが、これらはたとえばチューブのハイドロフォーミングにより製造されるとよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明にしたがったチューブ・イン・チューブ式シャフトの断面図である。
【図２】図１のチューブ・イン・チューブ式シャフトの定性特性線図である。
【図３】本発明にしたがったチューブ・イン・チューブ式シャフトのさらにもう一つの実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下では本発明を幾つかの実施例に基づいて図面に関連付けて詳しく説明する。
図１には、アウタチューブ２と、このアウタチューブ２の内部に押し込まれるインナチューブ２とを有するチューブ・イン・チューブ式シャフト１が示されている。アウタチューブ２およびインナチューブ３は、実質的に互いに対して相補形に構成されている。両方のチューブ２，３は、円周方向に互いから離して配置される、いずれもチューブ長手方向に、すなわち図の平面に対して垂直な向きに延びる、複数の押縁状の成形部２ａ〜２ｄならびに３ａ〜３ｄを有している。インナチューブ３の押縁状の成形部３ａ〜３ｄは、アウタチューブ２の押縁状の成形部２ａ〜２ｄの中にはまり込んでいる。図１から明らかであるように、アウタチューブ２とインナチューブ３の間には空隙が備えられ、その中に、この空隙の形状に適合化された一つの弾性ワイヤクッションないしは一つの弾性「ワイヤスリーブ」４が配置されている。
【００２５】
両方のチューブ２，３間のこの間隙により、両方のチューブ２，３は所定の角度だけ互いに対してねじれることができる。その際にはワイヤクッションが、一部の領域では圧縮され、別の領域では引き伸ばされることになる。相対的なねじれ角がα１を下回る微小な角度であるときには、特性曲線が比較的平坦に推移している（図２を参照）。相対的なねじれ角がα１の領域にあるときには、ワイヤクッション４がほぼ完全に圧縮されている。換言すれば、ワイヤクッションはα１の領域で「ブロック」に移行し、その結果特性曲線に著しい上昇を来たしている。
【００２６】
図１に示される実施例においては、インナチューブ３を袖口のように包み込んで延びる、弾性を示すワイヤクッション状の要素が一つだけ備えられている。
図３には、円周方向に互いから離して配置される、半径方向内側６ａ，６ｂがいずれも円周方向に見て実質的に円形となっている複数のポケット状の膨出部５ａ，５ｂがアウタチューブ２に備えられた、チューブ・イン・チューブ式配列１の実施例が示されている。インナチューブ３には、同数のポケット状の膨出部７ａ，７ｂが備えられており、それぞれの半径方向外側８ａ，８ｂも同様に円形に構成されている。図３から明らかであるように、ポケット状の膨出部７ａ，７ｂは、円周方向に見てポケット状の膨出部５ａ，５ｂよりも短い周縁部分にわたり延びているが、それによりアウタチューブ２のインナチューブ３に対する相対的なねじれを可能としている。アウタチューブ２およびインナチューブ３は、ポケット状の膨出部７ａ，７ｂが実質的に遊びなしでそれぞれのポケット状の膨出部５ａ，５ｂの内部でスライドできるような性状のものであるとよいが、それによりアウタチューブ２の内部におけるインナチューブ３の心出し位置を保証している。
【００２７】
アウタチューブ２がインナチューブ３に対して変位可能であることを達成するために、ポケット状の膨出部５ａ，５ｂを、両方のチューブ２，３の長手方向に、すなわち図の平面に対して垂直な向きに、インナチューブ３のポケット状の膨出部７ａ，７ｂよりも長くすることが企図されている。インナチューブ３のポケット状の膨出部７ａ，７ｂの長さをいずれも「ａ」とし、かつトルク伝達装置により長さ「ｓ」の変位ストロークを可能とするとした場合、ポケット状の膨出部５ａ，５ｂは、チューブ長手方向に、すなわち図の平面に対して垂直な向きに、少なくとも「ａ＋ｓ」の長さを有していなればならない。当然ながら、図１に示される実施例についても、これと同じことがいえる。
【００２８】
図３から明らかであるように、ポケット状の膨出部７ａ，７ｂとポケット状の膨出部５ａ，５ｂとの間のそれぞれの間隙には、両方のチューブ２，３が相対的にねじれる際に回転運動ないしは回転振動を緩衝し減衰するようになっている、弾性を示すワイヤクッション状の要素４ａ〜４ｄが配置されている。
【００２９】
それにさらに追加して、ここに示される実施例においては、インナチューブ３の円周方向に連続している二つのポケット状の膨出部７ａ，７ｂの間の領域のところの、インナチューブ３の外周面とアウタチューブ２の内周面との間の領域には、さらにもう一つのワイヤクッション状の要素４ｅが配置されているが、これは、ここではほぼ「ブロック状」にプレスされている。そのような一つもしくは複数の円周上に分散して配置される（ブロックプレスされた）ワイヤクッション状の要素により、インナチューブ３はアウタチューブ２の内部で心出しされることになる。当然ながらこの「ブロック状へのプレス」は、アウタチューブ２の外側から一つの押縁９をエンボス加工することにより行われるとよく、これはコトス的に非常に有利である。
【符号の説明】
【００３０】
１  トルク伝達装置／チューブ・イン・チューブ式シャフト
２  アウタチューブ
３  インナチューブ
４  ワイヤクッション状の要素
５  膨出部
６  内側
７  膨出部
８  外側
９  溝
【図１】
2009542997.tif 000003
【図２】
2009542997.tif 000004
2009542997.tif 000005
【国際調査報告】
2009542997.tif 000006
2009542997.tif 000007
2009542997.tif 000008
2009542997.tif 000009