JP2002039203A - 弾性軸継手および継手要素の製造方法 - Google Patents

弾性軸継手および継手要素の製造方法

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    • F16D3/382—Hooke's joints or other joints with an equivalent intermediate member to which each coupling part is pivotally or slidably connected with a single intermediate member with trunnions or bearings arranged on two axes perpendicular to one another constructional details of other than the intermediate member
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ストッパ部の十分な強度を確保しつつ軽量化
や製造コストの低減等を図った弾性軸継手を提供する。 【解決手段】 ストッパ部３３は、前方筒部２１から１
８０゜間隔でフランジ状に曲げ起こされるか、全周フラ
ンジ状に曲げ起こしてからストッパ形状にトリミングさ
れており、相手側ヨーク３のストッパ部３５に対して所
定の間隔で対峙している。ストッパ部３３は、基部に周
方向に延設された補強用リブ３７を有すると共に、その
外径Ｄ１が相手側ヨーク３のストッパ部３５の外径Ｄ２
より有意に小さく形成されている。また、ストッパ部３
３は、前方筒部２１に連続する部位（付根部分）の厚み
ｔ１が前方筒部２１の厚みｔ２より有意に大きく形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のステアリ
ング装置等に用いられる弾性軸継手と継手要素の製造方
法とに係り、詳しくは、ストッパ部の十分な強度を確保
しつつ軽量化や製造コストの低減等を図る技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】自動車等のステアリング装置は、運転者
の操舵に供されるステアリングホイールと、車輪の操向
を行うステアリングギヤと、ステアリングホイールとス
テアリングギヤとの連結に供されるステアリングシャフ
トとから構成されている。そして、自動車用ステアリン
グ装置では、ステアリングホイールの中心軸線上にステ
アリングギヤが位置することが少ないため、ユニバーサ
ルジョイント（自在継手）により連結された複数本のス
テアリングシャフトが用いられることが多い。ステアリ
ングシャフト用のユニバーサルジョイントとしては、米
国特許第３５０１９２８号に記載されたように、一対の
継手要素間にクロスピース（十字軸）を揺動自在に介装
させたカルダンジョイントが一般的である。
【０００３】近年、路面からのキックバック等のステア
リングホイールへの伝達を軽減するべく、特開平１０−
８９３７３号公報等には、合成ゴム等の弾性体を用いた
弾性軸継手が提案されている。この種の弾性軸継手で
は、カルダンジョイントの一方の継手要素をジョイント
部材（すなわち、ヨーク）とシャフトとに分離し、ヨー
クとシャフトとの間に合成ゴム等を素材とする弾性環を
介装させたもので、弾性環の破損防止や耐久性の向上を
図るため、ヨークとシャフトとには所定量以上の相対回
転を規制するストッパ部が形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した弾
性軸継手では、大トルクの負荷によりいわゆるストッパ
当たりが繰り返し起こっても、ジョイント部材やシャフ
トのストッパ部の変形や破損が生じないようにする必要
がある。通常、ヨークは、比較的厚肉な鋼板等を素材と
してプレスや鍛造により成形されるため、このことはあ
まり問題とならない。しかし、シャフトは、一般にヨー
ク部材の内側にセットされるため小型化を余儀なくさ
れ、この結果、ストッパ部の強度を確保することが難し
かった。
【０００５】このためシャフトは、比較的高硬度の炭素
鋼棒を素材として多段ホーマ成形機によりシャフトを成
形する方法があったが、成形機の大型化や成形金型の種
類増等に起因して製造コストが増大する問題があった。
例えば、長尺のシャフトをホーマ成形するためには比較
的大きな成形金型が必要となるが、この際には大型の成
形機でなければ金型のセットが行えない。そのため、シ
ャフト長が１００ｍｍ以上となる場合には、既存の成形
機では加工が行えず、大型成形機の導入を余儀なくされ
ることがあった。
【０００６】また、ストッパ部の寸法・形状やシャフト
径が同一であっても、ホーマ成形ではシャフトの全長に
対応した成形金型が必要となるため、他品種少量生産の
場合には多数の成形金型を製作せざるを得ず、その製作
費を含めると少ロット品の製造単価が許容範囲を超える
ことが避けられなかった。更に、特開平８−９１２３０
号公報等に記載されたように乗員の二次衝突時用のコラ
プシブル機構を継手要素に設けたものでは、ステアリン
グシャフトが進入できるようにシャフトをパイプ状にす
ることになるが、その加工には多大な工数が必要となっ
て製造コストが上昇する問題があった。
【０００７】また一方、シャフトのサイズや材質に制約
の少ない冷間鍛造プレス加工方法を採用することも可能
であるが、この場合には主な成形工程毎に加工硬化した
ワークを軟化させる焼鈍工程が必要となるため、生産性
が非常に低下し、やはり製造コストが上昇することが避
けられなかった。本発明は、上記状況に鑑みなされたも
ので、十分な強度を確保しつつ製造コストの低減等を実
現した弾性軸継手と継手要素の製造方法とを提供するこ
とを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するべ
く、請求項１の発明では、ジョイント部材と中空軸部材
との間に両者の相対回転により撓み変形する弾性部材を
介装すると共に、当該ジョイント部材と当該中空軸部材
とに所定量以上の相対回転を規制するストッパ部をそれ
ぞれ形成してなる継手要素を有する弾性軸継手であっ
て、前記中空軸部材側のストッパ部が当該中空軸部材の
素材端部をフランジ状に塑性加工することにより形成さ
れたものを提案する。本発明によれば、例えば、低炭素
鋼管の端部を拡径しながら曲げ起こすことでストッパ部
が形成される。
【０００９】また、請求項２の発明では、請求項１の弾
性軸継手において、前記中空軸部材側のストッパ部が補
強用のリブを有するものを提案する。本発明によれば、
ストッパ部は補強用のリブにより基端側の強度および剛
性が向上する。
【００１０】また、請求項３の発明では、請求項１また
は２の弾性軸継手において、前記ジョイント部材側のス
トッパ部の外径より前記中空軸部材側のストッパ部の外
径を小さくしたものを提案する。本発明によれば、中空
軸部材側のストッパ部を成形する際の塑性加工量が小さ
くなるために割れ等の不良が発生し難くなると同時に、
ストッパ当たりを起こした際のストッパ部の基端側の応
力が低下する。
【００１１】また、請求項４の発明では、請求項１〜３
の弾性軸継手において、前記ジョイント部材側のストッ
パ部と前記中空軸部材側のストッパ部とが前記相対回転
に応じて中心側から当接するものを提案する。本発明に
よれば、ストッパ当たりを起こした際のストッパ部の基
端側の応力が低下する。
【００１２】また、請求項４の発明では、ジョイント部
材と中空軸部材との間に両者の相対回転により撓み変形
する弾性部材を介装すると共に、当該ジョイント部材と
当該中空軸部材とに所定量以上の相対回転を規制するス
トッパ部をそれぞれ形成してなる継手要素を製造する方
法において、前記中空軸部材側のストッパ部は、前記中
空軸部材に軸方向の押圧力を印可されながらフランジ状
に形成されるものを提案する。本発明によれば、例え
ば、軸方向の押圧力を印可しながらストッパ部を徐々に
曲げ起こすことで、ストッパ部の基端の厚みが増大す
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、幾つかの実施形態に基づい
て、本発明に係る弾性軸継手を説明する。図１は第１実
施形態に係る弾性軸継手（ヨーク組立体）を組み付けた
カルダンジョイントの側面図であり、図２は図１中のＡ
−Ａ断面図である。図１に示したように、カルダンジョ
イントは、本発明に係るヨーク組立体１と、相手側ヨー
ク３と、クロスジョイント５および軸受（ニードルロー
ラベアリング）７とから構成されており、第１ステアリ
ングシャフト８と第２ステアリングシャフト９とを揺動
自在に連結している。
【００１４】ヨーク組立体１は、熱間圧延鋼板等を素材
とする深絞りプレス成形品のヨーク１１と、低炭素鋼管
を素材とするプレス成形品のシャフト１３と、ヨーク１
１とシャフト１３との間に介装された弾性環１５とから
構成されている。弾性環１５は、ヨーク１１の芯孔１７
に圧入されるアウタスリーブ１９と、シャフト１３の前
方筒部２１が圧入されるインナスリーブ２３と、アウタ
スリーブ１９とインナスリーブ２３との間に充填・加硫
接着された合成ゴム２５とからなっており、ヨーク１１
とシャフト１３との相対回転時に合成ゴム２５が撓み変
形する。
【００１５】シャフト１３は、比較的大径の前方筒部２
１と、比較的小径の後方筒部３１と、前方筒部２１の先
端に形成された一対のストッパ部３３とからなってい
る。ストッパ部３３は、前方筒部２１から１８０゜間隔
でフランジ状に曲げ起こされており、相手側ヨーク３の
ストッパ部３５に対して所定の間隔で対峙している。こ
のとき一対のストッパー部は、全周フランジ状に曲げ起
こしてから、ストッパー形状にトリミングしても良い。
ストッパ部３３は、基部に周方向に延設された補強用リ
ブ３７を有すると共に、その外径Ｄ１が相手側ヨーク３
のストッパ部３５の外径Ｄ２より有意に小さく形成され
ている。
【００１６】また、ストッパ部３３は、前方筒部２１に
連続する部位（付根部分）の厚みｔ１が前方筒部２１の
厚みｔ２より有意に大きく形成されている。本実施形態
の場合、付根部分の厚みを増加させるべく、次のような
工程が採られている。すなわち、図３に示した素材（低
炭素鋼管）４１に対して、図４に示したように軸方向の
押圧力を印可しながら予備成形を行った後、図５に示し
たようにストッパ部３３を曲げ起こす。これにより、ス
トッパ部３３の付根では素材が押し潰されるかたちとな
り、その厚みｔ１が単に曲げ起こしたものより有意に大
きくなるのである。
【００１７】以下、第１実施形態の作用を述べる。運転
者が自動車の操縦時に操舵を行ったり、路面からのキッ
クバックが入力すると、カルダンジョイントではヨーク
組立体１と相手側ヨーク３との間には回転反力による相
対回転が生じる。そして、この相対回転が小さい場合に
は、弾性環１５の合成ゴム２５が撓み変形し、不快なシ
ミーや衝撃が運転者の手に伝達されることが防止され
る。ところが、急操舵時等に相対回転が所定量を超える
と、図６に示したように、シャフト１３側のストッパ部
３３とヨーク１１側のストッパ部３５とがいわゆるスト
ッパ当たりを起こし、過大な撓み変形による弾性環１５
（合成ゴム２５）の破損や耐久性の低下が防止される。
【００１８】この際、シャフト１３側のストッパ部３３
には剪断応力が作用するが、本実施形態のストッパ部３
３では、基部に補強用リブ３７が形成され、外径Ｄ１が
小さく形成され、更に付根部分の厚みｔが大きく形成さ
れているため、応力が集中しやすい基部の強度が従来品
より遙かに大きくなり、破損や変形が殆ど生じなくなっ
た。また、シャフト１３は比較的軽量な鋼管を素材とす
るため、ホーマ成形品に較べて遙かに軽量かつ安価とな
ると共に、ステアリングシャフト８が貫通する孔をあら
ためて穿設する必要もなくなった。
【００１９】図７，図８は本発明の第２実施形態に係る
ヨーク組立体１を示す縦断面図であり、図７は通常時を
示し、図８はストッパ当たり時を示している。本実施形
態の全体構成や作用は上述した第１実施形態と略同一で
あるが、補強用リブ３７が全周に設けられており、スト
ッパ部３３の強度が更に向上している。
【００２０】図９，図１０は本発明の第３実施形態に係
るヨーク組立体１を示す縦断面図であり、図９は通常時
を示し、図１０はストッパ当たり時を示している。本実
施形態の全体構成や作用は上述した第２実施形態と略同
一であるが、シャフト１３側のストッパ部３３の幅Ｂ１
をヨーク１１側のストッパ部３５の幅Ｂ２より大きくし
たもので、ストッパ部３３の強度が更に向上している。
【００２１】図１１は本発明の第４実施形態に係るヨー
ク組立体１を示す縦断面図であり、図１２，図１３は通
常時およびストッパ当たり時に対応する図１１のＢ−Ｂ
断面図である。本実施形態の全体構成や作用は上述した
他の実施形態と略同一であるが、ヨーク１１には略正方
形のストッパ穴５１が形成され、シャフト１３にはこの
ストッパ穴５１に対応する変形８角形のストッパ部３３
が形成されている。
【００２２】このように、上記各実施形態では、シャフ
ト１３に比較的軽量かつ安価な低炭素鋼管を用いなが
ら、高い強度を有するストッパ部３３を形成することが
できるようになり、ヨーク組立体１の耐久性向上や軽量
化、低コスト化を実現できた。
【００２３】以上で具体的実施形態の説明を終えるが、
本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記各実施形態はカルダンジョイントに本発明
を適用したものであるが、ダブルカルダンジョイントや
バーフィールドジョイント等に適用してもよい。また、
ストッパ部の形状や弾性環の構造等についても、本発明
の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００２４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る弾性軸
継手によれば、ジョイント部材と中空軸部材との間に両
者の相対回転により撓み変形する弾性部材を介装すると
共に、当該ジョイント部材と当該中空軸部材とに所定量
以上の相対回転を規制するストッパ部をそれぞれ形成し
てなる継手要素を有する弾性軸継手であって、前記中空
軸部材側のストッパ部を当該中空軸部材の素材端部をフ
ランジ状に塑性加工することにより形成するようにした
ため、十分な耐久性を確保しながら、軽量化や低コスト
化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態にカルダンジョイントの側面図で
ある。
【図２】図１中のＡ−Ａ断面図である。
【図３】シャフトの素材を示す縦断面図である。
【図４】ストッパ部の予備成形工程を示す縦断面図であ
る。
【図５】ストッパ部の完成状態を示す縦断面図である。
【図６】第１実施形態のストッパ当たり時における作用
を示す説明図である。
【図７】第２実施形態に係るヨーク組立体を示す縦断面
図である。
【図８】第２実施形態に係るヨーク組立体を示す縦断面
図である。
【図９】第３実施形態に係るヨーク組立体を示す縦断面
図である。
【図１０】第３実施形態に係るヨーク組立体を示す縦断
面図である。
【図１１】第４実施形態に係るヨーク組立体を示す側面
図（断面図）である。
【図１２】通常時における図１１のＢ−Ｂ断面図であ
る。
【図１３】ストッパ当たり時における図１１のＢ−Ｂ断
面図である。
【符号の説明】
１‥‥ヨーク組立体 ３‥‥相手側ヨーク ５‥‥クロスジョイント １１‥‥ヨーク １３‥‥シャフト １５‥‥弾性環 ２５‥‥合成ゴム ３３‥‥ストッパ部 ３７‥‥補強用リブ ５１‥‥ストッパ穴

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ジョイント部材と中空軸部材との間に両者
    の相対回転により撓み変形する弾性部材を介装すると共
    に、当該ジョイント部材と当該中空軸部材とに所定量以
    上の相対回転を規制するストッパ部をそれぞれ形成して
    なる継手要素を有する弾性軸継手であって、 前記中空軸部材側のストッパ部が当該中空軸部材の素材
    端部をフランジ状に塑性加工することにより形成された
    ことを特徴とする弾性軸継手。
  2. 【請求項２】前記中空軸部材側のストッパ部が補強用の
    リブを有することを特徴とする、請求項１記載の弾性軸
    継手。
  3. 【請求項３】前記ジョイント部材側のストッパ部の外径
    より前記中空軸部材側のストッパ部の外径を小さくした
    ことを特徴とする、請求項１または２記載の弾性軸継
    手。
  4. 【請求項４】前記ジョイント部材側のストッパ部と前記
    中空軸部材側のストッパ部とが前記相対回転に応じて中
    心側から当接す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弾性軸継手。
  5. 【請求項５】ジョイント部材と中空軸部材との間に両者
    の相対回転により撓み変形する弾性部材を介装すると共
    に、当該ジョイント部材と当該中空軸部材とに所定量以
    上の相対回転を規制するストッパ部をそれぞれ形成して
    なる継手要素を製造する方法において、 前記中空軸部材側のストッパ部は、前記中空軸部材に軸
    方向の押圧力を印可されながらフランジ状に形成される
    ことを特徴とする継手要素の製造方法。
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