JP2006029343A5 - - Google Patents

Description

自在継手

本発明は自在継手、特に、大きな操舵トルクが加わるステアリング装置のステアリングシャフトの連結部に使用する自在継手に関する。

車両の前輪を操舵するステアリング装置では、ステアリングホイールの操作で回転するステアリングシャフトの動きを、自在継手を介してステアリングギヤの入力軸に伝達している。この自在継手は、一対のヨーク同士を十字軸を介して結合することにより、ヨークの中心同士が同一直線上に位置しなくても、両ヨークの間で回転力を伝達することが出来る。

このようなステアリング装置において、電動パワーステアリング装置等の操舵力補助装置が付属した場合には、操舵力補助装置とステアリングギヤの入力軸との間に配置される自在継手に大きな操舵トルクが加わる。また、操舵力補助装置が付属しないマニュアルステアリング装置においても、ステアリングホイールの据え切りを行った場合には、自在継手に大きな操舵トルクが加わる。

従来の横入れ式の自在継手は、ヨークの材質として、伸びが良く硬度が小さい熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨＣ、ＳＰＨＤ、ＳＰＨＥ）を使用し、ヨークの板厚として５．７ｍｍ〜６．０ｍｍの材料を使用し、操舵力補助装置よりもステアリングホイール側で、操舵トルクの小さい場所に使用されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。

従って、このような従来の横入れ式の自在継手を、操舵力補助装置とステアリングギヤの入力軸との間に使用すると、大きな操舵トルクが自在継手に加わり、ヨークの強度不足による変形や摩耗によって、ステアリングホイールを操作する運転者に違和感を与えると共に、ヨークとシャフトとの結合部に緩みが生じる不具合が発生する。

特開平９−２９１９１０号公報 特開平１０−２３３９号公報 特開平１０−９２８１号公報

本発明は、大きな操舵トルクが加わる場所に使用するのに好適で、ヨークの強度が大きく、ヨークとシャフトとの結合部の緩みが解消されると共に、加工が容易で、低コストで製造することが可能な自在継手を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、側方が開口した基端部を有し、この開口側から挿入したシャフト先端の１対の外側平面を上記基端部に結合可能なヨークと、上記基端部に互いに離隔して配置され、それぞれの内側面に上記各外側平面と対向する抑え面が形成された１対の抑え板部と、上記両抑え板部同士を上記基端部の開口と反対側部分で互いに連結する連結部と、上記両抑え板部に形成された、互いに略同心の通孔またはねじ孔と、上記通孔に挿通した状態で、その先端部に形成した雄ねじ部を上記ねじ孔またはナットに螺合させ、上記抑え板部の抑え面で上記シャフトの外側平面を締付ける抑えボルトとを備えた自在継手において、上記ヨークは、その強度が引張り強さ３１０Ｎ／ｍｍ^２以上の材料で成形されていることを特徴とする自在継手である。

第２番目の発明は、側方が開口した基端部を有し、この開口側から挿入したシャフト先端の１対の外側平面を上記基端部に結合可能なヨークと、上記基端部に互いに離隔して配置され、それぞれの内側面に上記各外側平面と対向する抑え面が形成された１対の抑え板部と、上記両抑え板部同士を上記基端部の開口と反対側部分で互いに連結する連結部と、上記両抑え板部に形成された、互いに略同心の通孔またはねじ孔と、上記通孔に挿通した状態で、その先端部に形成した雄ねじ部を上記ねじ孔またはナットに螺合させ、上記抑え板部の抑え面で上記シャフトの外側平面を締付ける抑えボルトとを備えた自在継手において、上記ヨークは、ＪＩＳでの呼び板厚が６．５ｍｍ以上７．５ｍｍ以下の材料で成形されていることを特徴とする自在継手である。

第３番目の発明は、側方が開口した基端部を有し、この開口側から挿入したシャフト先端の１対の外側平面を上記基端部に結合可能なヨークと、上記基端部に互いに離隔して配置され、それぞれの内側面に上記各外側平面と対向する抑え面が形成された１対の抑え板部と、上記両抑え板部同士を上記基端部の開口と反対側部分で互いに連結する連結部と、上記両抑え板部に形成された、互いに略同心の通孔またはねじ孔と、上記通孔に挿通した状態で、その先端部に形成した雄ねじ部を上記ねじ孔またはナットに螺合させ、上記抑え板部の抑え面で上記シャフトの外側平面を締付ける抑えボルトとを備えた自在継手において、上記ヨークは、その強度が引張り強さ３１０Ｎ／ｍｍ^２以上であって、ＪＩＳでの呼び板厚が６．５ｍｍ以上７．５ｍｍ以下の材料で成形されていることを特徴とする自在継手である。

第４番目の発明は、第１番目から請求項３までのいずれかの発明の自在継手において、上記抑えボルトは、呼び径がＭ１０以上、強度区分が８．８以上であり、上記抑えボルトを締付けトルク３２．７Ｎ・ｍ以上で緊締することを特徴とする自在継手である。

第５番目の発明は、第１番目から第４番目までのいずれかの発明の自在継手において、上記ヨークとステアリングホイールとの間に操舵力補助装置が取付けられていることを特徴とする自在継手である。

第６番目の発明は、第１番目から第５番目までのいずれかの発明の自在継手において、上記１対ずつの外側平面と抑え面とが当接する面の中心を、上記シャフトの中心よりも上記通孔またはねじ孔と反対側にずらせる事により、上記当接する面の両端縁のうち上記通孔またはねじ孔側の端縁とこれら通孔またはねじ孔との距離を大きくしたことを特徴とする自在継手である。

第７番目の発明は、第１番目から第５番目までのいずれかの発明の自在継手において、上記シャフトとヨークとをシャフトの軸方向に亙って互いに変位させる方向の力を付与した場合に互いに擦れ合う面のうちの少なくとも１個の面に、上記シャフトの軸方向に亙る凹凸部を形成し、この凹凸部を形成した面と相手面との係合により、上記シャフトとヨークとがシャフトの軸方向に変位するのを防止したことを特徴とする自在継手である。

第８番目の発明は、第１番目から第５番目までのいずれかの発明の自在継手において、上記シャフトとヨークとの互いに当接する面同士の間に、摩擦係数の大きい材料により造られた薄膜を介在させたことを特徴とする自在継手である。

第９番目の発明は、第１番目から第５番目までのいずれかの発明の自在継手において、上記抑えボルトを緊締する以前に於ける上記１対の抑え板部と外側平面との関係を、この抑えボルトの緊締力の影響を強く受ける程度に応じて互いに非平行とし、上記抑えボルトの緊締に伴ってこれら各抑え板部の抑え面と外側平面との軸保持力を上げることを特徴とする自在継手である。

第１０番目の発明は、第１番目から第５番目までのいずれかの発明の自在継手において、上記ヨークの一部に第二の通孔または薄肉部を形成する事により、上記抑えボルトの緊締に基づいて発生する、上記両抑え板部同士を近づけようとする力に対するこれら両抑え板部同士の間の剛性を低下させて、上記抑えボルトの緊締時に於ける上記１対の外側平面と上記各抑え面との締付け効率を向上させたことを特徴とする自在継手である。

第１１番目の発明は、第１番目から第５番目までのいずれかの発明の自在継手において、上記抑えボルトを緊締する以前に於ける上記１対の抑え板部の抑え面同士の間隔を、上記連結部に近い側で狭く、上記通孔またはねじ孔を形成した上記基端部の開口側で広く、それぞれ形成し、上記抑えボルトまたは上記抑えボルトと螺合したナットの緊締時に上記１対の外側平面と上記各抑え面とが、上記連結部に近い側で先に接触し始め、上記抑えボルトの緊締作業の進行に伴って上記基端部の開口側に接触面圧が最大となる部位が移るように、または増加するようにしたことを特徴とする自在継手である。

本発明の自在継手では、硬度や引っ張り強さの大きい自動車構造用熱間圧延鋼板等を使用し、あるいは、ヨークの板厚を大きくしているので、ヨークの強度が向上し、ヨークとシャフトとの結合部のへたりや変形等にともなう緩みが解消されるため、大きな操舵トルクが加わる場所に使用するのに好適である。また、形状が簡単な横入れ式のヨークにしているため、加工が容易で、プレス加工による多量生産が可能になるため、低コストで製造することが可能になる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態の自在継手を装着したステアリングコラム装置の全体正面図である。図２は、本発明の実施の形態のヨークの基端部を、シャフトの端部に結合する状態を示す側面図である。

図１は、コラムタイプ電動式パワーステアリング装置に本発明の実施の形態の自在継手を装着した例を示す。車体に固定されたコラム４３内には、車体後方側（図１の上方）にステアリングホイール４５を取付けたステアリングシャフト４４が回動可能に軸支されている。コラム４３の下方には、電動式の操舵力補助装置４９の減速ギヤボックス４７が取付けられている。

操舵力補助装置４９は、ステアリングホイール４５の操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに比例した補助操舵力を発生するモータ４６を回転し、このモータ４６の回転を減速ギヤボックス４７で減速してシャフト（出力軸）６に伝達する。シャフト６に伝達された操舵力は、上側の自在継手１を介してシャフト（中間軸）７に伝達され、シャフト７から下側の自在継手１を介して、ラック・ピニオン運動変換機構４８のピニオン軸（図示せず）に伝達され、車輪を操舵する。

図２に詳細に示すように、本発明の実施の形態の自在継手１は、１対のヨーク２、３同士を十字軸４を介して結合したものである。この十字軸４に設けられた４個所の端部は、それぞれ上記各ヨーク２、３の先端部に、軸受カップ５、５内に設けられたニードル軸受を介して揺動自在に支持されている。従って、上記両ヨーク２、３の中心が同一直線上に位置しなくても、両ヨーク２、３同士の間で回転力を伝達する。

この様な自在継手１を使用してステアリング装置を組み付ける場合、例えば一方（図２の右方）のヨーク２を一方のシャフト６の端部に、ねじ止めにより予め結合固定し、他方（図２の左方）のヨーク３を他方のシャフト７の端部に結合する。この様な組み付け作業を行なうのに通常は、上記一方のシャフト６を車体に支持した後、このシャフト６と他方のシャフト７とを自在継手１により結合する。

自在継手１を構成する一対のヨーク２、３、シャフト６、７は、シャフト６、７を軸方向に動かす事なく接続作業を行なえる、所謂横入れ式である。ヨーク２、３、及び、シャフト６、７は同一の構造を有しているため、ヨーク及びシャフトの詳細な構造に関する以下の説明では、一方のヨーク３、シャフト７についてのみ説明し、他方のヨーク２、シャフト６の説明は省略する。

図３〜４は、請求項１〜６に対応する、本発明の実施の形態の第１例のヨーク３及びシャフト７の詳細な構造を示している。図３は図２のヨーク３の基端部８のＡ−Ａ断面図であって、基端部８は断面がＵ字形を有する横入れ式である。この横入れ式のヨーク３の基端部８は、１対の抑え板部９ａ、９ｂを含んで構成される。

ヨーク３の材質は、従来の熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨＣ、ＳＰＨＤ、ＳＰＨＥ）に変えて、硬度、引っ張り強さが大きい鋼板である引張り強さが３１０Ｎ／ｍｍ^２以上（例えば自動車構造用熱間圧延鋼板ＳＡＰＨ３１０〜ＳＡＰＨ４４０等）の材料を採用している。ただし、引張り強さの上限は成型時の型寿命や成型性の制約で限界があり、下限は、横入れヨークであるがために、片側が大きく開放形状となっているため変形しやすく、大きなトルクを伝える場合限界がある。よって望ましくは引張り強さは４００〜４４０Ｎ／ｍｍ^２程度がよい。

また、抑え板部９ａ、９ｂの板厚は、従来の５．７ｍｍ〜６．０ｍｍよりも大きい、６．５ｍｍ以上７．５ｍｍ以下の材料で成形している。以下の全ての実施の形態において、ヨーク３の材質は引張り強さが３１０Ｎ／ｍｍ^２以上かまたはＪＩＳでの呼び板厚は６．５ｍｍ以上７．５ｍｍ以下（ＪＩＳでは、公差±０．３５mmがこれらの数値に加わることは許容されるので、この数値範囲は６．１５mm以上７．８５mm以下となる。）の材料を使用している。もちろん組み合わせてもよい。ヨーク３は、その材料の硬度、引っ張り強さが大きく板厚も大きいが、横入れ式であるため、形状が簡単になり、加工が容易で、プレス加工による多量生産が可能になり、低コストで製造することが可能になる。

互いに離隔して配置された抑え板部９ａ、９ｂは、それぞれの内側面を、互いに略平行な抑え面１０、１０としている。そして、一方（図３の左方）の抑え板部９ａの開口側端部にねじ孔１２を設けている。又、他方の抑え板部９ｂの開口側端部に、このねじ孔１２と略同心でこのねじ孔１２よりも大径の通孔１３を、それぞれ形成している。尚、ねじ孔１２の代わりに、上記抑え板部９ａにナットを内嵌固定してもよい。又、ナットをヨーク３に嵌合固定しない構造のものでもよい。

一方、上述の様に構成されるヨーク３に、その先端部を結合されるシャフト７は、先端部の断面形状を、図４に示す様な略小判形としている。即ち、このシャフト７の先端部外周面に、互いに平行な１対の外側平面１４、１４を形成し、接続時にはこの外側平面１４、１４と上記抑え面１０、１０とを密接させる事により、上記ヨーク３に対するシャフト７の回転防止を図る。

上述の様な形状を有するシャフト７の端部を、前述の様なヨーク３の基端部８に接続固定する場合には、先ず、図２に実線で示す様に、上記シャフト７の端部を上記基端部８の開口側に配置する。そして、この状態から、上記ヨーク３を十字軸４を中心に回動させる事により、このヨーク３を図２の実線状態から鎖線状態にまで、同図で時計方向に揺動させて、上記シャフト７の端部をヨーク３の基端部８内に挿入する。

尚、ヨーク３を動かさずにシャフト７の端部を動かす事で、シャフト７の端部をヨーク３の基端部８内に挿入する場合もある。何れにしても、シャフト７の端部を基端部８内に挿入する以前には、上記通孔１３に抑えボルト１１（図３）を挿入しない。

上述の様にしてシャフト７の端部をヨーク３の基端部８内に挿入し、上記各抑え面１０、１０と外側平面１４、１４（図３）とを対向させたならば、上記通孔１３に挿通した抑えボルト１１の先端部に形成した雄ねじ部１１ａを上記ねじ孔１２に螺合し、更に緊締する。この緊締に基づき、上記１対の抑え面１０、１０同士の間隔が狭まり、これら各抑え面１０、１０と上記各外側平面１４、１４とが強く当接して、上記シャフト７の先端部が上記基端部８に結合固定される。

本発明の実施の形態の抑えボルト１１は、雄ねじ部１１ａの呼び径がＭ１０以上で、ＪＩＳでの強度区分が８．８以上であり、締付けトルク３２．７Ｎ・ｍ以上で緊締する。以下の全ての実施の形態において、抑えボルトの呼び径はＭ１０以上で、強度区分が８．８以上であり、締付けトルク３２．７Ｎ・ｍ以上で緊締する。

高張力鋼で板厚が大きいため、硬度が大きく変形しにくく、シャフト７とヨーク３の結合強度が不足する恐れが大きいヨーク３を、抑えボルト１１の締付けトルクを大きくすることで、シャフト７に強固に結合することができる。

尚、上記シャフト７の端部片縁部には切り欠き１５を形成して、このシャフト７と上記抑えボルト１１の軸部外周１１ｂとの干渉を防止すると共に、万一この抑えボルト１１が緩んだ場合にも、上記ヨーク３がシャフト７の軸方向に抜けるのを防止している。

シャフト７に形成された互いに平行な１対の外側平面１４、１４の両端縁部のうち、ヨーク３の抑え板部９ａ、９ｂに形成したねじ孔１２及び通孔１３に近い側の端縁（図３〜４の上端縁）部分には段部１６、１６を、上記各外側平面１４、１４から凹入する状態で形成している。従って、上記各抑え板部９ａ、９ｂの抑え面１０、１０のうち、上記１対の段部１６、１６と対向する部分は、上記通孔１３に挿通し、上記ねじ孔１２に螺合した抑えボルト１１の緊締に拘らず、相手面である外側平面１４、１４に当接する事はない。

この結果、上記１対ずつの外側平面１４、１４と抑え面１０、１０とが互いに当接する当接面の両端縁のうち、上記ねじ孔１２及び通孔１３側の端縁とこれらねじ孔１２及び通孔１３の中心線との距離Ｌが、上記段部１６、１６の幅寸法Ｗ（図３参照）分だけ大きくなる。

上述の様に構成される本例のシャフト７と自在継手のヨーク３との結合部の場合には、上記１対ずつの外側平面１４、１４と抑え面１０、１０とが当接する当接面の両端縁のうち、上記ねじ孔１２及び通孔１３側の端縁とこれらねじ孔１２及び通孔１３の中心線との間の距離Ｌを大きくした事に伴ない、抑えボルト１１の緊締に伴って、上記端縁と抑え面１０、１０との当接部の面圧が高くなる。この結果、この当接部に大きな摩擦力が作用して、上記シャフト７とヨーク３との軸方向に亙る保持力が大きくなる。

尚、上述の様に、上記当接面の端縁とこれらねじ孔１２及び通孔１３の中心線との距離Ｌを大きくする為の段部１６、１６の幅寸法Ｗは、ヨーク３及びシャフト７の大きさにより設計的に定める。

次に、図５は、請求項６に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、シャフト７に形成した１対の外側平面１４、１４の片端縁部に傾斜面１７、１７を形成している。これにより、上記１対ずつの外側平面１４、１４とヨーク３の抑え面１０、１０とが互いに当接する当接面の両端縁のうち、ねじ孔１２及び通孔１３（図３参照）側の端縁とこれらねじ孔１２及び通孔１３の中心線との距離Ｌを大きくしている。その他の構成及び作用は、上述した第１例の場合と同様である。

次に、図６は、請求項１〜４に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、ヨーク３を構成する１対の抑え板部９ａ、９ｂの中間部に段差部１８、１８を形成し、これら各抑え板部９ａ、９ｂの内側面同士の間隔を、これら各段差部１８、１８よりも先端寄り（図６の上寄り）部分で大きくしている。従って本例の場合には、上記各抑え板部９ａ、９ｂの内側面のうち、上記各段差部１８、１８よりも基端寄り（図６の下寄り）部分が、シャフト７に形成した外側平面１４、１４を抑え付ける為の抑え面１０、１０として機能する。

この様な本例の場合も、上記各段差部１８、１８を形成する位置を適宜選択する事により、上記１対ずつの外側平面１４、１４とヨーク３の抑え面１０、１０とが互いに当接する当接面の両端縁のうち、ねじ孔１２及び通孔１３側の端縁とこれらねじ孔１２及び通孔１３の中心線との距離Ｌ（図３参照）を大きくして、軸保持力の向上を図れる。その他の構成及び作用は、上述した第１例の場合と同様である。

次に、図７は、請求項５に対応する、本発明の実施の形態の第４例を示し、抑えボルトの変形例である。図７は、ヨーク３を構成する一方の抑え板部９ｂに形成した通孔１３から他方の抑え板部９ａに形成した別の通孔（図３のねじ孔１２に代えて設けられる）に向けて挿通する、抑えボルト１９を示している。この抑えボルト１９は、カムボルトと称されるもので、先端部（図７の右端部）には雄ねじ部２０を、中間部にはカム柱部２１を、それぞれ形成している。

このカム柱部２１の断面形状は楕円形であり、上記通孔１３及び別の通孔の内側に回転自在に挿通される。又、上記雄ねじ部２０の先端部は、上記別の通孔から他方の抑え部９ａの外側に突出し、図示しないナットと螺合する。尚、このナットとしては、上記雄ねじ部２０との摩擦を大きくした、かしめナット等を使用する。ヨーク３とシャフト７（図３参照）とを結合すべく、上記ナットを緊締すると、上記抑えボルト１９が上記各通孔１３の内側で回転し、長径側の外周面が、シャフト７に形成した切り欠き１５の底面部分（図３参照）に押し付けられる。

本例の場合には、この様にナットの緊締に伴って上記切り欠き１５の底面部分に押し付けられる、カム柱部２１の外周面のうちの長径側部分に、ローレット加工による凹凸部２３、２３を形成している。上記ナットの緊締に伴って上記抑えボルト１９が回転し、上記長径部分が上記切り欠き１５の底面部分に押し付けられると、上記凹凸部２３、２３のうちの何れかの凹凸部２３が、上記底面部分と係合する。従って、上記シャフト７とヨーク３との軸方向に亙る保持力は、凹凸部２３が切り欠き１５の底面部分に機械的に係合する制止力により、十分に大きくなる。

次に、図８は、請求項５に対応する、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例の場合には、シャフト７の先端部外周面で切り欠き１５と反対側部分に、このシャフト７の軸方向に亙る凹凸部である、洗濯板状の凹凸部２４を形成している。上記シャフト７とヨーク３（図３参照）とを結合すべく、抑えボルト１１を緊締した場合には、上記凹凸部２４とヨーク３の内面とが機械的に係合して、軸方向に亙る保持力を十分に大きくする。

次に、図９は、請求項５に対応する、本発明の実施の形態の第６例を示している。本例の場合には、ヨーク３を構成する１対の抑え板部９ａ、９ｂを連結する連結部２５の内面に、このヨーク３に結合されるシャフト７（図３参照）の軸方向に亙る凹凸である、洗濯板状の凹凸部２４ａを形成している。上記シャフト７とヨーク３とを結合すべく、抑えボルト１１を緊締した場合には、上記凹凸部２４ａとシャフト７の切り欠き１５と反対側部分の外周とが機械的に係合して、軸方向に亙る保持力を十分に大きくする。

次に、図１０は、請求項５に対応する、本発明の実施の形態の第７例を示している。本例の場合には、シャフト７の先端部に形成した１対の外側平面１４、１４のうち、少なくとも一方（好ましくは両方）の外側平面の一部で、ヨーク３を構成する１対の抑え板部９ａ、９ｂに形成したねじ孔１２又は通孔１３（図３参照）に対向する部分に、このシャフト７の軸方向に亙る凹凸部である、洗濯板状の凹凸部２４ｂを形成している。

上記シャフト７とヨーク３とを結合すべく、抑えボルト１１を緊締した場合には、上記凹凸部２４ｂと上記抑え板部９ａ、９ｂの抑え面１０、１０（図３参照）とが機械的に係合して、軸方向に亙る保持力を十分に大きくする。

尚、図８〜１０に示した第５〜７例の場合には、シャフト７又はヨーク３の一部に洗濯板状の凹凸部２４、２４ａ、２４ｂを形成しているが、この様な凹凸部２４、２４ａ、２４ｂは、好ましくはシャフト７の側に形成する。この理由は、ヨーク３を構成する材料に比べてシャフト７を構成する材料が硬く、従って、シャフト７の側に凹凸部を形成した場合の方が、ヨーク３の側に凹凸部を形成した場合に比べて、相手面への係合が十分に行なわれる為である。又、凹凸部は、凹部を他の部分よりも凹ませる状態に形成するのではなく、凸部が他の部分よりも突出する状態に形成するのが好ましい。

次に、図１１は、請求項６に対応する、本発明の実施の形態の第８例を示している。本例の場合には、このシャフト７とヨーク３（図３参照）とを結合した場合に、ヨーク３の抑え面１０、１０（図３参照）と当接するシャフト７の先端部の外側平面１４、１４に、摩擦係数の大きい材料により造られた薄膜である、ゴム層２６を設けている。

このゴム層２６の厚さ寸法は、シャフト７とヨーク３とを結合した場合に、当接面同士の摩擦力を十分に大きくできるだけの厚さを有し、且つ面方向へのずれを発生させる程大きな厚さを持たない程度に規制する。この為には、上記シャフト７の先端部に、厚さが０．０５〜０．２ｍｍ程度のゴム層を、焼き付けにより形成する事が好ましい。

上述の様に構成される本例の場合には、上記シャフト７とヨーク３との互いに当接する面同士の間に介在したゴム層２６の存在により、上記シャフト７の外側平面１４、１４と上記ヨーク３の抑え面１０、１０（図３）との間に大きな摩擦力が作用する。この結果、上記シャフト７とヨーク３との軸方向に亙る保持力が大きくなる。

次に、図１２〜１３は、請求項７に対応する、本発明の実施の形態の第９例を示している。本例の場合には、ヨーク３を構成する１対の抑え板部９ａ、９ｂを、抑えボルト１１を緊締する以前に於いては互いに非平行にしている。即ち、図１２に示す様にヨーク３と十字軸４とを組み合わせた状態で、上記１対の抑え板部９ａ、９ｂ同士の間隔を抑えボルト１１により縮めると、この抑えボルト１１の緊締力の影響は、この抑えボルト１１を挿通した通孔１３及びねじ孔１２の近傍部分で強くなり、上記十字軸４に近い側では弱くなる。

この為、上記１対の抑え板部９ａ、９ｂを、抑えボルト１１の緊締以前から平行にしていると、これら各抑え板部９ａ、９ｂの抑え面１０、１０とシャフト７の外側平面１４、１４（図３参照）との当接圧が不均一になる。特に、長期間に亙る使用に伴って、上記各抑え板部９ａ、９ｂがへたると、当接圧が不均一となる程度が大きくなり、シャフト７とヨーク３との軸方向に亙る保持力が弱くなる。

そこで、本例の場合には、上記１対の抑え板部９ａ、９ｂを、上記抑えボルト１１による緊締力の影響を強く受ける部分程間隔が広くなる方向に、互いに非平行としている。そして、上記抑えボルト１１の緊締に伴ってこれら各抑え板部９ａ、９ｂの抑え面１０、１０同士が平行になり、これら各抑え面１０、１０と上記シャフト７に形成した１対の外側平面１４、１４とを均一に当接させる様にしている。

又、長期間に亙る使用により、上記各抑え板部９ａ、９ｂがへたった場合でも、当接圧が不均一となる程度を少なくし、シャフト７とヨーク３との軸方向に亙る保持力を確保する様にしている。

本例の場合、より具体的には、上記１対の抑え面１０、１０同士の間隔を、上記通孔１３及びねじ孔１２側で広く、上記十字軸４側で狭くしている。尚、上記通孔１３及びねじ孔１２側端部に於ける抑え面１０、１０同士の間隔Ｄ１（図１２参照）と、これら両孔１３、１２の中心線から１０ｍｍだけ上記十字軸４側に寄った部分の間隔Ｄ２（図１２参照）との差（Ｄ１−Ｄ２）は、各部の剛性に応じて設計的に定めるが、０．０８〜０．２３ｍｍ程度にすれば、上記各抑え面１０、１０と外側平面１４、１４との接触状態を均一にして、軸保持力および耐へたり性を十分に大きくできる。

次に、図１４は、請求項７に対応する、本発明の実施の形態の第１０例を示している。本例の場合にも、上述した第９例の場合と同様に、ヨーク３を構成する１対の抑え板部９ａ、９ｂを、抑えボルト１１を緊締する以前に於いては互いに非平行にしている。

即ち、図１４に示す様に断面コ字形のヨーク３を構成する１対の抑え板部９ａ、９ｂ同士の間隔を抑えボルト１１により縮めると、この抑えボルト１１の緊締力の影響は、上記１対の抑え板部９ａ、９ｂの先端側で強くなり、基端側で弱くなる。この為、上記１対の抑え板部９ａ、９ｂを、抑えボルト１１の緊締以前から平行にしていると、本来基端側で最大モーメント締付け（最大軸保持力）が得られるはずの締付けがモーメント締め付け力の小さい先端側での割合が多くなってしまう。

そこで、本例の場合も、上記１対の抑え板部９ａ、９ｂを、上記抑えボルト１１による緊締力の影響を強く受ける部分程間隔が広くなる方向に、互いに非平行としている。そして、上記抑えボルト１１の緊締に伴って、これら各抑え板部９ａ、９ｂの抑え面１０、１０同士が平行になり、これら各抑え面１０、１０と上記シャフト７に形成した１対の外側平面１４、１４とを均一に当接させる様にしている。

本例の場合に、より具体的には、上記１対の抑え面１０、１０同士の間隔を、上記ヨーク３の開口側で広く、連結部２５側で狭くしている。尚、上記シャフト７をヨーク３に挿入すると共に、これら両部材７、３の断面の中心線を互いに一致させた状態では、上記抑え面１０、１０と外側平面１４、１４との間にくさび状の隙間２７、２７が形成される。この隙間２７、２７の傾斜角度θは、各部の剛性に応じて設計的に定めるが、１〜２°程度にすれば、上記各抑え面１０、１０と外側平面１４、１４との接触状態を均一にして、軸保持力を十分に大きくできる。

次に、図１５は、請求項７に対応する、本発明の実施の形態の第１１例を示している。上述した第１０例の場合は、ヨーク３を構成する１対の抑え板部９ａ、９ｂの形状（図１４参照）を工夫する事により、各抑え面１０、１０と外側平面１４、１４との接触状態（図１４参照）を均一にしている。

これに対して、本例の場合には、シャフト７の外周面に形成した外側平面１４の形状を、抑えボルト１１の緊締に伴う上記抑え板部９ａ、９ｂのたわみ状態に応じて変える事により、上記各抑え面１０、１０と外側平面１４、１４との接触状態を均一にして、軸保持力を十分に大きくする様にしている。

次に、図１６〜１７は、請求項８に対応する本発明の実施の形態の第１２例を示している。ヨーク３の基端部８を構成する１対の抑え板部９ａ、９ｂ同士は、円弧形の連結部２５により、互いに連結している。そして、この連結部２５の中間部には、楕円形の第二の通孔２８を形成している。

この第二の通孔２８の長径の方向は、上記基端部８にその端部を結合固定すべきシャフト７（図２）の軸方向に一致させている。この様な第二の通孔２８を上記連結部２５に形成する事により、上記連結部２５の曲げ剛性を低下させている。

この様に連結部２５に第二の通孔２８を形成したヨーク３とシャフト７との結合部によれば、シャフト７とヨーク３との軸方向に亙る保持力を大きくできる。即ち、上記ヨーク３の基端部８にシャフト７の端部を挿入した後、通孔１３を挿通した抑えボルト１１をねじ孔１２に螺合し更に緊締すると、上記基端部８を構成する１対の抑え板部９ａ、９ｂの抑え面１０、１０同士の間隔が縮まる。

上記連結部２５の存在は、これら両抑え面１０、１０同士を近づけようとする力に対する抵抗となるが、この連結部２５の剛性は、上記第二の通孔２８の存在により低い為、この連結部２５による抵抗は小さくて済む。従って、上記抑えボルト１１の緊締に伴って上記シャフト７の端部に設けた１対の外側平面１４、１４（図２、３）と、上記各抑え面１０、１０とが効果的に密着する。

即ち、上記抑えボルト１１を緊締する締付けトルクが、上記１対の外側平面１４、１４と上記各抑え面１０、１０とをほぼ均一に強く密着させるトルクとして有効に働き、シャフト７とヨーク３との結合強度を確保できる。

次に、図１８は、請求項８に対応する本発明の実施の形態の第１３例を示している。本例の場合には、ヨーク３の一部で通孔１３（若しくはねじ孔１２）を形成した部分と、基端部８から軸方向に延出してそれぞれの先端部に十字軸４（図２）の端部を枢支する１対の腕部２９との間部分に、第二の通孔３０を形成して、１対の抑え板部９ａ、９ｂの曲げ剛性を低下させている。

図３に示す様なヨーク３の場合、そのままでは通孔１３（若しくはねじ孔１２）を形成した抑え板部９ａ、９ｂの剛性が不均一であり、通孔１３を挿通してねじ孔１２に螺合した抑えボルト１１を緊締しても、これら通孔１３或はねじ孔１２を形成した１対の抑え板部９ａ、９ｂ（図３）の弾性変形が不均一になる。

これに対して本例の場合には、剛性が高くなる部分に上記第二の通孔３０を形成している為、上記１対の抑え板部９ａ、９ｂのそれぞれの面での剛性の差が少なくなる。この結果、上記抑えボルト１１の緊締に伴ってシャフト７の端部に形成した１対の外側平面１４、１４と上記各抑え面１０、１０（図３）とが効果的に密着し、シャフト７とヨーク３との結合強度を確保できる。

次に、図１９は、請求項８に対応する本発明の実施の形態の第１４例を示している。本例の場合には、ヨーク３の基端部８を構成する１対の抑え板部９ａ、９ｂ同士を連結する連結部２５の中間部に薄肉部３１を、上記基端部８にその端部を結合固定すべきシャフト７の軸方向に亙って形成している。

この様な薄肉部３１を上記連結部２５に形成する事により、上記連結部２５の曲げ剛性を低下させている。この様に連結部２５の曲げ剛性を低下させる為、第二の通孔２８（図１６〜１７）に代えて薄肉部３１を形成した点以外の構成及び作用は、前述した第１２例と同様である。

次に、図２０は、請求項８に対応する本発明の実施の形態の第１５例を示している。本例の場合には、ヨーク３の一部で通孔１３（若しくはねじ孔１２）を形成した部分と、基端部８から軸方向に延出してそれぞれの先端部に十字軸４（図２）の端部を枢支する腕部２９、２９との間部分に、薄肉部３２、３２を形成して、この間部分の曲げ剛性を低下させている。

この間部分の曲げ剛性を低下させる為、第二の通孔３０（図１８）に代えて薄肉部３２、３２を形成した点以外の構成及び作用は、前述した第１３例と同様である。尚、上述した実施の形態の第１２〜１５例は、適宜組み合わせて実施する事もできる。又、シャフト７の断面形状に関しても、互いに平行な１対の外側平面１４、１４を有するものに限らず、六角形、セレーションを形成した多角形断面等、他の断面形状を有する構造にも実施可能である。

次に、図２１〜２５は、請求項９に対応する本発明の実施の形態の第１６例〜第１７例を示し、図２１の右半部及び図２２〜２３は、本発明の実施の形態の第１６例を、図２１の左半部及び図２４〜２５は同第１７例を、それぞれ示している。各例を構成するヨーク３は、抑えボルト３３を挿通する為の通孔を除き、中心線αに関して左右対称である。

ヨーク３の基端部８を構成する１対の抑え板部９ａ、９ｂの基端（基端部８の開口と反対端で、図２１の下端）縁同士は、円弧形の連結部２５により、互いに連結している。又、この連結板部２５の幅方向両端縁と上記各抑え板部９ａ、９ｂの基端縁との連続部には、薄肉部３４、３４を形成して、これら各連続部の剛性を低くしている。

従って、図２３の抑えボルト３３と図示しないナットとの緊締に基づき、上記１対の抑え板部９ａ、９ｂの先端部（基端部８の開口側端部で、図２１の上端部）同士の間隔を狭める際には、上記１対の抑え板部９ａ、９ｂの抑え面１０ａ、１０ｂ同士の間隔が、比較的小さな締め付け力により縮まる。

尚、この様な薄肉部３４、３４を形成する為に、図示の例では、上記連結部２５の内面に、シャフト７の軸方向（図２１の紙面に直交する方向）に亙る凹部３５、３５を形成している。これら各凹部３５、３５は、上記各薄肉部３４、３４を形成する他、上記抑えボルト３３とナットとの緊締時に、上記基端部８の内面とシャフト７の角部３６、３６とが干渉する事を防止する。

又、上記１対の抑え板部９ａ、９ｂのうち、実施の形態の第１７例を示す、一方（図２１の左方）の抑え板部９ａの自由状態に於ける全体形状は、（次述する凸部３７、３７部分を除き）平坦としている。又、この一方の抑え板部９ａの内側面である抑え面１０ａの一部で、上記シャフト７の外側平面１４に対向する部分には、複数の凸部３７、３７を、上記抑え板部９ａの一部を塑性変形させる事により形成している。

尚、この凸部３７、３７は、上記シャフト７の軸方向に不連続なエンボス状のもの（後述する図２４参照）でも、或はこの軸方向に連続する土手状のもの（後述する図２５参照）でも良い。

何れにしても、上記複数の凸部３７、３７の高さ（上記抑え面１０ａからの突出量）は、連結部２５に近い側から外側平面１４に当接させるべく、この連結部２５に近い側を高くする等、適宜調整し、且つ、前記抑えボルト３３を十分に緊締した状態では、総ての凸部３７、３７の先端が上記外側平面１４に、突き当たる様にしている。但し、上記一方の抑え板部９ａの自由状態での方向を、前記連結板部２５から離れるに従って前記中心線αから離れる方向に傾斜させている。

これに対して、上記１対の抑え板部９ａ、９ｂのうち、実施の形態の第１６例を示す、他方（図２１の右方）の抑え板部９ｂの自由状態に於ける全体形状は、この抑え板部９ｂの内側面である抑え面１０ｂが凸面となる、断面円弧状に形成している。この抑え面１０ｂの形状は、単一曲面でも良いが、図示の例では、異なる曲率半径を有する円筒面同士を滑らかに連続させた、複合曲面としている。

即ち、図２２は図２１のＡ部拡大図であって、図２２に示す様に、上記抑え面１０ｂの基端寄り部分を、比較的小さな曲率半径Ｒ１を有する第一の円筒曲面３８とし、上記抑え面１０ｂの中間部から先端寄り部分を、比較的大きな曲率半径Ｒ２（Ｒ１＜Ｒ２）を有する第二の円筒曲面３９としている。

上記１対の抑え板部９ａ、９ｂを上述の様な形状にする事により、第１６例、第１７例、何れの場合も、前記抑えボルト３３を緊締する以前に於けるこれら１対の抑え板部９ａ、９ｂの抑え面１０ａ、１０ｂ同士の間隔は、前記連結部２５に近い基端側で狭く、基端部８の開口側である先端側で広くなっている。

尚、上記抑えボルト３３を挿通する通孔（図示省略）は、上記各抑え板部９ａ、９ｂの先端側部分に形成し、上記抑えボルト３３をこれら各通孔に、上記シャフト７と干渉せずに挿通できる様にしている。但し、これら両通孔に挿通した抑えボルト３３の先端部に設けた雄ねじ部４０に螺合したナットの緊締に基づき、上記抑えボルト３３が回転した場合には、この抑えボルト３３の中間部に形成した、楕円形断面を有するカム部４１の外周面が上記シャフト７を、上記連結部２５の内周面に向け抑え付ける様にしている。

尚、上記１対の抑え板部９ａ、９ｂに形成する、互いに略同心の１対の通孔のうち、一方の通孔は上記カム部４１を挿通できる様に比較的大径にし、他方の通孔は、上記雄ねじ部４０を挿通できるだけの、比較的小径にする。

上述の様に構成される本発明のシャフト７と自在継手のヨーク３との結合部によれば、特に上記抑えボルト３３の締め付けトルクを厳密に管理しなくても、シャフト７とヨーク３の基端部８との軸方向に亙る保持力を大きくできる。即ち、これらシャフト７とヨーク３とを結合するには、先ず、シャフト７をヨーク３の基端部に挿入した状態で、上記抑えボルト３３を上記１対の抑え板部９ａ、９ｂの先端部に形成した通孔に挿通する。

そして、この抑えボルト３３の先端部で何れかの抑え板部９ａ（又は９ｂ）の外側面から突出した雄ねじ部４０に、ナットを螺合する。そして、このナットを回転させつつ緊締する事により、このナットと上記抑えボルト３３の頭部４２との間隔を縮め、これらナットと頭部４２との間で、上記１対の抑え板部９ａ、９ｂの先端部同士を抑え付ける。

上述の様に１対の抑え板部９ａ、９ｂの先端部同士を抑え付けるべく、上記ナットを緊締し始めた場合には、先ず上記抑えボルト３３の回転に基づき、上記カム部４１が上記シャフト７を、上記連結部２５の内周面に抑え付ける。この結果、これらシャフト７と連結部２５の内周面とは、図２１のＢ部分で接触する。

又、上記抑えボルト３３は、上記カム部４１とシャフト７との係合に基づき、それ以上は回転しなくなる。上記ナットを更に緊締すると、上記１対の抑え板部９ａ、９ｂの抑え面１０ａ、１０ｂのうち、前記連結部２５に近い基端側が、上記シャフト７に形成した１対の外側平面１４、１４を抑え付け始める。この状態では、上記抑え面１０ａ、１０ｂと外側平面１４、１４とが、図２１のＣ、Ｄ部分で接触する。

この状態から更に上記ナットを緊締すると、上記抑え面１０ａ、１０ｂと外側平面１４、１４との接触面圧が最大となる部位が、上記ヨーク３の基端部８の開口側である、図２１のＥ、Ｆ部分に移る。そして、上記ナットの緊締に基づく、上記抑えボルト３３の締め付けトルクが十分に大きくなると、上記Ｆ、Ｆ部分の接触圧が大きくなり、反対に上記Ｃ、Ｄ部分の接触圧は小さくなって、遂にはこのＣ、Ｄ部分の接触圧は殆ど零になる。

本発明の実施の形態の自在継手は、上述の様に、上記ナットの緊締に基づく抑えボルト３３による締め付け作業を開始してから比較的早い時期に、上記各抑え板部９ａ、９ｂの抑え面１０ａ、１０ｂと上記シャフト７に形成した１対の外側平面１４、１４との接触圧が大きくなる。

従って、上記１対の外側平面１４、１４と上記各抑え面１０ａ、１０ｂとが十分な当接圧により密着し、シャフト７とヨーク３との結合強度を確保できる。しかも、上記ナットの緊締に伴って上記１対の外側平面１４、１４と上記各抑え面１０ａ、１０ｂとの接触面圧が最大となる部位が、上記抑え板部９ａ、９ｂの先端側に移動または増加するので、上記ナットを緊締する締め付けトルクが相当に大きくなるまで、構成各部が塑性変形する事がない。

従って本発明の実施の形態の自在継手の場合には、ナットの締め付けトルクを厳密に規制しなくても、ヨーク３とシャフト７との結合強度を十分に確保し、しかも構成各部材に好ましくない塑性変形を起こさないで済む。

次に、図２４〜２５は、本発明の実施の形態の第１７例を構成するヨーク３の全体形状を示している。このヨーク３を組み込んだ自在継手の構成及び作用は、上述した通りである。尚、本発明に使用する抑えボルトは、必ずしも図２３に示す様なカムボルトである必要はない。そして、カムボルトを使用しない場合には、何れかの抑え板部９ａ、９ｂに抑えボルトを螺合させる為のねじ孔を形成したり、或はナットを固定したりする事もできる。

本発明の自在継手は、硬度や引っ張り強さの大きい自動車構造用熱間圧延鋼板（例えばＳＡＰＨ４４０またはＳＡＰＨ４００）などを使用し、ヨークを構成する金属板の板厚を大きくしているので、ヨークの強度が向上し、ヨークとシャフトとの結合部の緩みが解消されるため、大きな操舵トルクが加わる場所に使用するのに好適である。

また、形状が簡単になる横入れ式のヨークにしているため、加工が容易で、プレス加工による多量生産が可能になるため、低コストで製造することが可能になる。特に、本発明の自在継手は、５０Ｎ・ｍ以上の大きな操舵トルクが伝達されるステアリング装置に使用した場合に、その効果がより一層発揮される。

また、抑えボルトの呼び径、強度区分、締付けトルクを大きくすることで、横入れ式ヨークの弱点である、ヨークとシャフトとの結合部の保持力を向上させ、シャフトとヨークの緩みが生じないようにしている。

さらに、本発明の自在継手は、抑えボルトの締付けトルクが、シャフトとヨークとの結合力として有効に働く構造を採用しているので、硬度や引っ張り強さが大きく板厚が大きい材料を使用しても、ヨークとシャフトとの結合部の保持力が確保され、結合部の緩みや異音の発生が無い。

また、抑えボルトの締付けトルクの許容範囲が広くなるので、締付けトルクを厳密に管理する必要がなくなり、シャフトとヨークとの結合作業が容易になる。さらに、本発明の自在継手は、シャフトとヨークとが軸方向に亙って細かく変位する事を有効に防止して、ステアリング装置部分で発生するがたつきをなくし、ステアリングホイールを操作する運転者に違和感を与える事を防止できる。

本発明の実施の形態の自在継手を装着したステアリングコラム装置の全体正面図である。 本発明の実施の形態の自在継手のヨークの基端部を、シャフトの端部に結合する状態を示す側面図である。 本発明の実施の形態の第１例を示す部分断面図であって、図２のＡ−Ａ断面図である。 第１例に使用するシャフトの端部斜視図である。 本発明の実施の形態の第２例を示す、シャフトの端部斜視図である。 本発明の実施の形態の第３例を示す部分断面図であって、図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態の第４例を示す、抑えボルトの側面図及び平面図である。 本発明の実施の形態の第５例を示す、シャフトの部分斜視図である。 本発明の実施の形態の第６例を示す、ヨークの部分斜視図である。 本発明の実施の形態の第７例を示す、シャフトの端部斜視図である。 本発明の実施の形態の第８例を示す、シャフトの端部斜視図である。 本発明の実施の形態の第９例を示す、自在継手の部分側面図である。 図１２の右側面図である。 本発明の実施の形態の第１０例を示す部分断面図であって、図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態の第１１例を示す、シャフトの半断面図である。 本発明の実施の形態の第１２例を示す、自在継手の部分側面図である。 図１６の右側面図である。 本発明の実施の形態の第１３例を示す、ヨークの側面図である。 本発明の実施の形態の第１４例を示す、図１７と同様の図である。 本発明の実施の形態の第１５例を示す、図１６と同様の図である。 本発明の実施の形態のヨークの基端部とシャフトの端部とを、抑えボルトを緊締する以前の状態で示す断面図であり、中心線を境として右半分が本発明の実施の形態の第１６例を示し、中心線を境として左半分が本発明の実施の形態の第１７例を示す。 図２１のＡ部拡大図であって。本発明の実施の形態の第１６例を示す。 第１６例のヨークの締付けに使用する抑えボルトの側面図及び平面図である。 本発明の実施の形態の第１７例を構成するヨークの全体構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態の第１７例の変形例のヨークの全体構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 自在継手
２、３ ヨーク
４ 十字軸
５ 軸受カップ
６、７ シャフト
８ 基端部
９ａ、９ｂ 抑え板部
１０、１０ａ、１０ｂ 抑え面
１１ 抑えボルト
１１ａ 雄ねじ部
１１ｂ 軸部外周
１２ ねじ孔
１３ 通孔
１４ 外側平面
１５ 切り欠き
１６ 段部
１７ 傾斜面
１８ 段差部
１９ 抑えボルト
２０ 雄ねじ部
２１ カム柱部
２３、２４、２４ａ、２４ｂ 凹凸部
２５ 連結部
２６ ゴム層
２７ 隙間
２８ 第二の通孔
２９ 腕部
３０ 第二の通孔
３１、３２ 薄肉部
３３ 抑えボルト
３４ 薄肉部
３５ 凹部
３６ 角部
３７ 凸部
３８ 第一の円筒曲面
３９ 第二の円筒曲面
４０ 雄ねじ部
４１ カム部
４２ 頭部
４３ コラム
４４ ステアリングシャフト
４５ ステアリングホイール
４６ モータ
４７ 減速ギヤボックス
４８ ラック・ピニオン運動変換機構
４９ 操舵力補助装置