JP2006097884A

JP2006097884A - シャフトと自在継手のヨークとの結合部

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Publication number: JP2006097884A
Application number: JP2004309852A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sekine; 博関根
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2006-04-13
Also published as: US20060073902A1; EP1630067A2; EP1630067A3; EP1630067B1; US7517284B2; DE602005016996D1

Abstract

【課題】結合部を完成した状態で、各抑え面１１、１１と各外側平面１３、１３との間に嵌合隙間１５、１５が残った場合でも、これら各嵌合隙間１５、１５の分、シャフト７ｂがヨーク３ｃを構成する基端部８ｃの内側でがたつく事を防止する。
【解決手段】上記シャフト７ｂの対向面２１ｂを、断面略Ｖ字形の凸面とする。上記基端部８ｃを構成する連結部１０ｃの内側面２０ｃを、断面略Ｖ字形の凹面とする。そして、これら対向面２１ｂと内側面２０ｃとを係合させる事により、上記課題を解決する。
【選択図】図３

Description

この発明に係るシャフトと自在継手のヨークとの結合部は、例えばステアリング装置に於いて、このステアリング装置を構成する各種シャフトの端部と自在継手のヨークとを結合する為に利用する。

自動車の前輪に舵角を付与する為のステアリング装置では、ステアリングホイールの操作に伴って回転するステアリングシャフトの動きを、図１２に示す様な十字軸式の自在継手１を介して、ステアリングギヤの入力軸に伝達する。この自在継手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内に設けられたころ転動体を使った軸受を介して揺動自在に支持している。従って、上記両ヨーク２、３の中心軸が同一直線上に位置しなくても、これら両ヨーク２、３同士の間で回転力の伝達を行なえる。

この様な自在継手１をステアリング装置に組み付ける場合には、例えば、一方（図１２の右方）のヨーク２をステアリングシャフト等の一方のシャフト６の端部に、溶接或はねじ止め等により予め結合固定し、他方（図１２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、この一方のシャフト６と上記他方のシャフト７とを、上記自在継手１により結合する。

従って、上記自在継手１を構成する１対のヨーク２、３のうち、少なくとも他方のヨーク３は、上記一方のシャフト６を軸方向に動かす事なく接続作業を行なえる、所謂横入れ式のものが好ましい。例えば図１２に示した自在継手１の場合、上記一方のヨーク２は上記一方のシャフト６の端部に溶接固定しているが、上記他方のヨーク３は、横入れ式のものとしている。

図１３〜１４は、この様な横入れ式のヨーク３とシャフト７との結合部の１例として、特許文献１、２等に記載されて従来から広く知られたものを示している。上記ヨーク３の基端部８は、断面形状をＵ字形としており、このヨーク３の中心軸を挟んで互いに離隔して配置された１対の抑え板部９ａ、９ｂと、これら両抑え板部９ａ、９ｂの一端縁（図１３〜１４の下端縁）同士を互いに連結する連結部１０とを備える。このうちの１対の抑え板部９ａ、９ｂの内側面は、互いに平行な抑え面１１、１１としている。又、これら両抑え板部９ａ、９ｂの他端（図１３〜１４の上端）寄り部分に、互いに同心の通孔１２ａ、１２ｂを形成している。

一方、上述の様に構成するヨーク３に、その先端部を結合するシャフト７は、少なくとも先端部の断面形状を、図１３に示す様な小判形としている。即ち、このシャフト７の先端部外周面に、それぞれが被抑え面である、互いに平行な１対の外側平面１３、１３を形成している。又、これら両外側面１３、１３と平行な方向（図１３〜１４の上下方向）に関する、このシャフト７の片側面（図１３〜１４の上側面）の先端寄り部分に、切り欠き１４を形成している。

上記シャフト７の先端部を上記ヨーク３の基端部８に結合する場合には、先ず、図１２に実線で示す様に、上記シャフト７の先端部を上記基端部８の開口側に配置する。そして、この状態から、例えば上記ヨーク３を、同図の実線状態から鎖線状態に至るまで、前記十字軸４を中心に回動させる事により、図１３に示す様に、上記シャフト７の先端部を上記ヨーク３の基端部８内に進入させる。尚、この様な進入作業を容易に行なえる様にする為、これらヨーク３及びシャフト７の自由状態で、上記両抑え面１１、１１同士の間隔Ｗ₁₁を、上記両外側平面１３、１３同士の間隔Ｗ₁₃よりも大きく（Ｗ₁₁＞Ｗ₁₃）している。従って、上述の様にシャフト７の先端部をヨーク３の基端部８内に進入させた状態では、上記両抑え面１１、１１と上記両外側平面１３、１３との間に、正の嵌合隙間１５、１５が生じる。

上述の様にしてシャフト７の先端部をヨーク３の基端部８内に進入させたならば、次いで、図１４に示す様に、上記各通孔１２ａ、１２ｂの内側に抑えボルト１６を挿通すると共に、この抑えボルト１６の先端部に設けた雄ねじ部３２のうち上記通孔１２ｂの外側に突出した部分にナット１７を螺合し、更にこのナット１７を所定のトルクで緊締する。これにより、上記１対の抑え面１１、１１同士の間隔を狭めて、これら各抑え面１１、１１を上記各外側平面１３、１３に当接させる。これと共に、上記抑えボルト１６を回転させて、この抑えボルト１６の中間部に設けたカム部１８の外周面を上記切り欠き１４の底面１９に押し付ける事により、上記シャフト７を上記連結部１０の内側面２０に抑え付ける。即ち、上記各外側平面１３、１３と平行な方向に関する上記シャフト７の他側面（図１３〜１４の下側面）のうち、このシャフト７の先端部に存在する、上記連結部１０の内側面２０と対向する対向面２１を、この内側面２０に強く当接させる。更には、上記抑えボルト１６と上記切り欠き１４とを係合させて、万一上記ナット１７の緊締が緩んだ場合でも、上記シャフト７が上記基端部８の内側から軸方向に抜けるのを防止する。

尚、上記抑えボルト１６の杆部のうち、上記各通孔１２ａ、１２ｂに挿通させる部分である基端部と中間部とには、それぞれ円柱部３３ａ、３３ｂを設けている。そして、これら各円柱部３３ａ、３３ｂの外周面と上記各通孔１２ａ、１２ｂの内周面との接触部で、上記カム部１８の外周面を上記切り欠き１４の底面１９に押し付ける際の反力を支承する様にしている。尚、図示の例の場合、上記通孔１２ｂには、上記円柱部３３ｂの他、上記雄ねじ部３２も挿通した状態となる。この為、この円柱部３３ｂの外周面を上記通孔１２ｂの内周面に確実に接触させられる様にすべく、上記円柱部３３ｂの外径寸法Ｄ_33b を、上記雄ねじ部３２の外径寸法ｄ₃₂とほぼ等しくするか、或は少し大きく（Ｄ_33b ≧ｄ₃₂）している。

上述した様なシャフト７とヨーク３との結合部の場合、この結合部の強度を十分に確保する観点から、上記両抑え面１１、１１は、上記両外側平面１３、１３の全面に対して当接させるのが好ましい。ところが、上記結合部を完成させるべく、上述の様にナット１７を所定のトルクで緊締する場合、上記両抑え面１１、１１同士の間隔が狭まる量は、上記抑えボルト１６及びナット１７に近い部分（図１４の上側部分）で多くなり、遠い部分（図１４の下側部分）で少なくなる。この為、上記結合部を完成させた状態で、多くの場合には、図１４に示す様に、上記両抑え面１１、１１と上記両外側平面１３、１３とが、上記抑えボルト１６及びナット１７に近い部分でのみ接触し、遠い部分に嵌合隙間１５、１５が残ったままの状態となる。

この結果、運転中、上記各嵌合隙間１５、１５の存在に基づいて、上記結合部にがたつきが発生する可能性がある。即ち、上述した従来の結合部の場合には、互いに接触する連結部１０の内側面２０とシャフト７の対向面２１とを、それぞれ部分円筒面｛軸方向と直交する仮想平面に関する輪郭線（断面形状）が単一円弧である面｝としている。そして、上記内側面２０の曲率半径Ｒ₂₀を、上記対向面２１の曲率半径Ｒ₂₁とほぼ等しくするか、或は少しだけ大きく（Ｒ₂₀≧Ｒ₂₁）している。この為、前述の図１３に示した様に、上記抑えボルト１６に上記ナット１７を螺合・緊締する以前の状態で、上記内側面２０にその対向面２１を接触させた上記シャフト７は、自身の中心軸Ｏ₇ を同図の上方に変位させる事なく、この中心軸Ｏ₇ 周りに（上記各嵌合隙間１５、１５の分）回転できる。従って、上述の図１４に示した様に、上記ナット１７を緊締する事により上記シャフト７の同図の上方への変位を阻止した状態でも、このシャフト７と上記ヨーク３との間に大きな伝達トルクが加わった場合には、各部材が弾性変形する事により、上記シャフト７が自身の中心軸Ｏ₇ 周りに（上記各嵌合隙間１５、１５の分）回転して、上記結合部にがたつきが発生する可能性がある。この様ながたつきは、ステアリングホイールを操作する運転者に異音やがたつき感を与え、又、ステアリングホイールの操作に関して剛性感が乏しくなる為、好ましくない。

又、上述した様な結合部の場合、図１５に示す様に、上記シャフト７の上面の先端寄り部分に形成した切り欠き１４の底面１９が、製造誤差により、１対の外側平面１３、１３と直交する仮想平面に対して傾斜した面となる場合がある。この場合には、同図に示す様に、上記抑えボルト１６を構成するカム部１８の外周面が上記底面１９に対し片当たり（図示の例では、左端部のみで接触）する様になり、これらカム部１８の外周面と底面１９との間に、くさび状の隙間２２が生じる。この結果、上記カム部１８の外周面による、上記シャフト７の回転防止効果が低減して、上述した様にシャフト７が自身の中心軸Ｏ₇ （図１３参照）の周りで（上記各嵌合隙間１５、１５の分）回転し易くなる。

又、前述した特許文献２、及び特許文献３には、図１６に示す様な、ヨーク３ａの基端部８ａを構成する連結部１０ａの内側面２０ａを、各通孔１２ａ、１２ｂの中心軸と平行な平面とした構造が記載されている。この様な従来構造の第２例の場合には、上述の図１５に示した従来構造の第１例が有している事情に加え、抑えボルト１６にナット１７を螺合・緊締する以前の状態（図示省略）で、上記連結部１０ａの内側面２０ａにその対向面２１を当接させたシャフト７は、この内側面２０ａに沿って、上記各通孔１２ａ、１２ｂの軸方向（１対の抑え板部９ａ、９ｂの離隔方向で、同図の左右方向）にのみ変位する方向へ（各嵌合隙間１５、１５の分）変位可能となる。この為、この従来構造の第２例の場合には、上記ナット１７を緊締する事により上記シャフト７の同図の上方への変位を阻止した状態でも、各部材が弾性変形する事により、上記シャフト７が上記軸方向にのみ変位する方向へ（上記各嵌合隙間１５、１５の分）変位する可能性がある。従って、この様な可能性が加わる分、上述した従来構造の第１例の場合よりも、結合部でがたつきが発生する可能性が高くなる。

又、上述した特許文献２には、図１７に示す様な、シャフト７ａの断面形状と、ヨーク３ｂを構成する基端部８ｂの内面の断面形状とを、それぞれ台形とした構造が記載されている。この様な従来構造の第３例の場合も、上述した第１〜２例の場合と同様、結合部を完成させた状態で、両抑え面１１、１１と両外側平面１３、１３との間のうち、抑えボルト１６及びナット１７から遠い部分（同図の下側部分）に、嵌合隙間１５、１５が残る場合がある。又、上記抑えボルト１６を構成するカム部１８の外周面と切り欠き１４の底面１９との間にくさび状の隙間２２が生じる場合もあり、これに伴い、上記シャフト７ａの対向面（平面）２１ａが連結部１０ａの内側面（平面）２０ａに対し片当たり（図示の例では、左端部のみで接触）して、これら対向面２１ａと内側面２０ａとの間にも、くさび状の隙間２３が生じる場合がある。従って、この従来構造の第３例の場合も、これら各くさび状の隙間２２、２３が存在する分、上記シャフト７が上記基端部８ｂの内側で（上記各嵌合隙間１５、１５の分）変位し易くなる為、結合部でがたつきが発生する可能性がある。
尚、本発明に関連するその他の従来技術として、特許文献４〜５に記載されたものがある。

特許第３５３１３６４号公報特許第２７３５２６０号公報米国特許第５，３５８，３５０号明細書米国特許第５，０９０，８３３号明細書欧州特許出願公開第３０９，３４４号明細書

本発明のシャフトと自在継手のヨークとの結合部は、上述の様な事情に鑑み、この結合部が完成した状態で、両抑え面と両被抑え面との間に嵌合隙間が残っている場合でも、この結合部でがたつきが発生するのを防止できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明のシャフトと自在継手のヨークとの結合部は、使用時に回転するシャフトと、このシャフトの先端部両側面に設けた１対の被抑え面と、片側が開口した基端部を有し、自在継手を構成するヨークと、このヨークの中心軸を挟む状態で互いに離隔して設けられ、それぞれの内側面を上記各被抑え面と対向する抑え面として、上記基端部を構成する１対の抑え板部と、これら両抑え板部の反開口側端縁同士を互いに連結して、上記基端部を構成する連結部と、上記両抑え板部の開口側部分に形成された、互いに同心の通孔若しくはねじ孔と、これら通孔若しくはねじ孔に挿通若しくは螺合させる事により上記両抑え板部同士の間に掛け渡す抑えボルトとを備える。そして、この抑えボルト若しくはこの抑えボルトの先端部に螺合したナットを緊締する以前の状態で、上記両被抑え面と上記両抑え面との間に正の嵌合隙間を設けている。
特に、本発明のシャフトと自在継手のヨークとの結合部に於いては、上記抑えボルト若しくはこの抑えボルトの先端部に螺合したナットを緊締する以前で、且つ、上記シャフトの先端部外周面のうち上記両被抑え面同士の間部分に存在し上記連結部の内側面と対向する対向面をこの連結部の内側面に当接させた状態で、上記シャフトの先端部を上記両抑え板部に対し遠近動する方向にのみ変位させる事ができず、且つ、このシャフトの中心軸をこの中心軸と直交する方向へ変位させる事なくこのシャフトをこの中心軸周りに回転させる事ができない様に、上記シャフトの先端部の対向面と上記連結部の内側面とを係合させている。

上述の様に構成する本発明のシャフトと自在継手のヨークとの結合部の場合には、両抑え板部に形成した通孔若しくはねじ孔に挿通若しくは螺合させた抑えボルト、或はこの抑えボルトの先端部に螺合したナットを緊締した状態で、両抑え面と両被抑え面との間に嵌合隙間が残っている場合でも、結合部でがたつきが発生する事を防止できる。即ち、本発明の場合、上述の様に抑えボルト又はナットを緊締する事により、上記シャフトの先端部を連結部の内側面に抑え付けた状態で、このシャフトの先端部は、上記両抑え板部に対し遠近動する方向にのみ変位する事ができず、自身の中心軸周りに回転する事もできない。従って、上記両抑え面と上記両被抑え面との間に嵌合隙間が残っている状態で、上記シャフトと上記ヨークとの間に大きなトルクが負荷されても、結合部でがたつきが発生する事を防止できる。

本発明を実施する場合には、例えば、請求項２に記載した様に、シャフトの先端部の対向面と連結部の内側面とを互いに凹凸係合させる。
この為に、例えば、請求項３に記載した様に、上記対向面を、自身の軸方向と直交する仮想平面に関する輪郭線（断面形状）が、上記シャフトの中心軸若しくはこの中心軸よりも上記対向面から離れた点をその中心とする円弧ではない凸面とし、上記内側面を、自身の軸方向と直交する仮想平面に関する輪郭線が、ヨークの中心軸若しくはこの中心軸よりも上記内側面から離れた点をその中心とする円弧ではない凹面とする。
或は、請求項４に記載した様に、上記対向面を、自身の軸方向と直交する仮想平面に関する輪郭線が単一円弧ではない凸面とし、上記内側面を、自身の軸方向と直交する仮想平面に関する輪郭線が単一円弧ではない凹面とする。
或は、請求項５に記載した様に、上記対向面を、自身の軸方向と直交する仮想平面に関する輪郭線が、上記シャフトの中心軸をその中心とし且つ当該輪郭線の両端縁を通過する仮想円弧の径方向外側に存在する凸面とし、上記内側面を、自身の軸方向と直交する仮想平面に関する輪郭線が、ヨークの中心軸をその中心とし且つ当該輪郭線の両端縁を通過する仮想円弧の径方向外側に存在する凹面とする。
或は請求項６に記載した様に、上記対向面を凹面とし、上記内側面を凸面とする。
何れにしても、上述の様な各構成を採用すれば、少なくとも上述した請求項１に記載した発明の効果を得られる。即ち、上述した様な各構成を採用した場合、抑えボルト若しくはこの抑えボルトに螺合したナットを緊締する以前で、且つ、上記対向面と上記内側面とを互いに当接させた状態で、上記シャフトを１対の抑え板部に対して遠近動する方向にのみ変位させようとしたり、或はこのシャフトを軸方向と直交する方向に変位させる事なく自身の中心軸周りに回転させようとすると、上記対向面と上記内側面とが互いに突っ張り合って、当該変位又は回転を阻止する。従って、少なくとも上述した請求項１に記載した発明の効果を得られる。

又、本発明を実施する場合に、好ましくは、請求項７に記載した様に、上記抑えボルト若しくはこの抑えボルトの先端部に螺合したナットを緊締した状態で、上記シャフトの先端部の対向面と上記連結部の内側面とを互いに接触させると共に、上記両被抑え面と上記両抑え面とを互いに接触させる。
この様な構成を採用すれば、結合部でがたつきが発生する事を、より有効に防止できる。

又、本発明を実施する場合に、より好ましくは、請求項８に記載した様に、上記抑えボルトとして、軸方向中間部に上記シャフトの先端部外周面を押圧する為のカム部を有するカムボルトを使用する。又は、請求項９に記載した様に、上記抑えボルトの先端部に螺合するナットとして、軸方向の一部に上記シャフトの先端部外周面を押圧する為のカム部を有するものを使用する。
この様な構成を採用すれば、上記抑えボルトと上記ナットとを螺合し、更に緊締するのに伴って、上記シャフトの先端部をヨークの基端部を構成する連結部に向けて押し付けられる。そして、対向面と内側面とを確実に当接させて、結合部でがたつきが発生する事をより有効に防止できる。

図１〜３は、請求項１〜５及び７、８に対応する、本発明の実施例１を示している。尚、本実施例の特徴は、結合部を構成した状態で互いに接触する、シャフト７ｂの対向面２１ｂと、ヨーク３ｃの基端部８ｃを構成する連結部１０ｃの内側面２０ｃとの形状を工夫した点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図１２〜１４に示した従来構造の場合と同様である為、重複する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、本実施例の特徴部分を中心に説明する。

本実施例の場合、上記シャフト７ｂの他側面（図１〜３の下側面）うち、このシャフト７ｂの先端部に存在する、上記連結部１０ｃの内側面２０ｃと対向する対向面２１ｂは、このシャフト７ｂの軸方向（図１〜３の表裏方向）と直交する仮想平面に関する輪郭線（断面形状）が略Ｖ字形である、凸面としている。即ち、上記シャフト７ｂの対向面２１ｂは、それぞれが幅方向（図１〜３の左右方向）中央部に向かう程このシャフト７ｂの中心軸Ｏ_7bから離れる方向（図１〜３の下方に向かう方向）に傾斜した１対の平面部２４、２４と、これら両平面部２４、２４の端縁同士を互いに滑らかに連続させる凸曲面部２５とから成る。特に、本実施例の場合には、上記シャフト７ｂの中心軸Ｏ_7bをその中心とし、上記両平面部２４、２４の互いに反対側の端部を通過する円弧α（図２）を考えた場合に、これら両平面部２４、２４及び上記凸曲面部２５が、この円弧αよりも上記中心軸Ｏ_7bと反対側（図１〜３の下側）に存在する様にしている。

一方、上記連結部１０ｃの内側面２０ｃは、上記ヨーク３ｃの軸方向（図１〜３の表裏方向）と直交する仮想平面に関する輪郭線（断面形状）が略Ｖ字形である、凹面としている。即ち、この連結部１０ｃの内側面２０ｃは、それぞれが幅方向（図１〜３の左右方向）中央部に向かう程上記ヨーク３ｃの中心軸から離れる方向（図１〜３の下方に向かう方向）に傾斜した１対の平面部２６、２６と、これら両平面部２６、２６の端縁同士を互いに滑らかに連続させる凹曲面部２７とから成る。特に、本実施例の場合、上記ヨーク３ｃの（組み合わせた状態で上記シャフト７ｂの中心軸と一致する）中心軸をその中心とし、上記両平面部２６、２６の互いに反対側の端部を通過する円弧βを考えた場合に、これら両平面部２６、２６及び上記凹曲面部２７が、この円弧βよりも上記中心軸と反対側（図１〜３の下側）に存在する様にしている。尚、上記ヨーク３ｃをプレス成形する都合上、上記１対の平面部２６、２６の端縁同士の連続部は、上述の様に凹曲面部２７とするのが好ましい。

又、本実施例の場合、上記シャフト７ｂの対向面２１ｂを構成する１対の平面部２４、２４の開き角θ₂₄は、上記連結部１０ｃの内側面２０ｃを構成する１対の平面部２６、２６の開き角θ₂₆よりも少しだけ小さく（θ₂₄＜θ₂₆）している。又、上記シャフト７ｂの対向面２１ｂを構成する凸曲面部２５の曲率半径Ｒ₂₅は、上記連結部１０ｃの内側面２０ｃを構成する凹曲面部２７の曲率半径Ｒ₂₇（本実施例の場合には、Ｒ₂₇≧１．０mm）よりも大きく（Ｒ₂₅＞Ｒ₂₇）している。そして、この様な寸法規制を行なう事により、図１〜３に示す様に、上記シャフト７ｂの対向面２１ｂと上記連結部１０ｃの内側面２０ｃとを接触させた状態で、これら対向面２１ｂと内側面２０ｃとが、幅方向中央寄りの２個所部分｛点Ｐ、Ｐ（図２）部分｝でのみ接触する様にし、上記凸曲面部２５と上記凹曲面部２７との幅方向中央部同士が、互いに接触しない様にしている。

本実施例の場合には、上記シャフト７ｂの対向面２１ｂと上記連結部１０ｃの内側面２０ｃとの輪郭線を、それぞれ略Ｖ字形としている為、上述の様にシャフト７ｂの対向面２１ｂと連結部１０ｃの内側面２０ｃとを互いに接触させた状態で、このシャフト７ｂと上記ヨーク３ｃの基端部８ｃとの幅方向に関する位置決めを容易に行なえる。尚、本実施例の場合、図１に示す様に、抑えボルト１６にナット１７（図３参照）を螺合・緊締する以前の状態で、各抑え面１１、１１と各外側平面１３、１３との間に存在する各嵌合隙間１５、１５の大きさ（図１の左右方向の厚さ）を、０．２５mm以下（好ましくは、０．１５mm以下）としている。

上述の様に構成する本実施例の結合部の場合、上記図１に示した状態で、上記シャフト７ｂは、上記基端部８ｃを構成する１対の抑え板部９ａ、９ｂに対し遠近動する方向（図１〜３の左右方向）にのみ変位する事はできない。即ち、本実施例の場合、上記シャフト７ｂを上記遠近動する方向にのみ変位させようとしても、このシャフト７ｂは、上記連結部１０ｃを構成する各平面部２６、２６に沿って、上記遠近動する方向だけでなく、この遠近動する方向と直交する方向（図１〜３の上方）へも変位する。又、同じ状態で、上記シャフト７ｂは、自身の中心軸Ｏ_7bを上記遠近動する方向と直交する方向（図１〜３の上方）に変位させない限り、この中心軸Ｏ_7b周りに回転する事もできない。即ち、本実施例の場合、上記シャフト７ｂを中心軸Ｏ_7b周りに回転させようとしても、このシャフト７ｂの対向面２１ｂと上記連結部１０ｃの内側面２０ｃとが（上記点Ｐ、Ｐ部分で）互いに突っ張り合う。この為、上記中心軸Ｏ_7bを上記遠近動する方向と直交する方向（図１〜３の上方）へ変位させる事により、上記突っ張り合う状態を解消しなければ、上記シャフト７ｂを中心軸Ｏ_7b周りに回転させる事ができない。

従って、本実施例の場合、図２に示す様に、上記抑えボルト１６の雄ねじ部３２に上記ナット１７を螺合し、更に所定のトルクで緊締した状態で、各抑え面１１、１１と各外側平面１３、１３とが、これら抑えボルト１６及びナット１７に近い部分（図２の上側部分）でのみ接触し、遠い部分（図２の下側部分）で接触しなかった結果、この遠い部分に嵌合隙間１５、１５が残った場合でも、結合部でがたつきが発生する事を防止できる。即ち、本実施例の場合には、上述の様にナット１７を所定のトルクで緊締した状態で、上記シャフト７ｂの先端部は、上記抑えボルト１６の中間部に設けたカム部１８の外周面により、上記連結部１０ｃの内側面２０ｃに抑え付けられる。この結果、上記シャフト７ｂの対向面２１ｂが上記内側面２０ｃに強く当接すると共に、このシャフト７ｂがこの内側面２０ｃから離れる方向（図２の上方）へ変位する事を阻止される。従って、この状態で、上記シャフト７ｂの先端部は、上記両抑え板部９ａ、９ｂに対し遠近動する方向にのみ変位する事ができなくなると共に、自身の中心軸Ｏ_7b周りに回転する事ができなくなる。この結果、上記両抑え面１１、１１と上記両外側平面１３、１３との間に嵌合隙間１５、１５が残っている場合でも、過大なトルクが負荷されか否かに拘らず、結合部でがたつきが発生する事を防止できる。

又、本実施例の場合も、前述した従来構造の場合と同様、図４に示す様に、上記シャフト７ｂの上面の先端寄り部分に形成した切り欠き１４の底面１９が、製造誤差により、１対の外側平面１３、１３と直交する仮想平面に対して傾斜した面となる場合がある。この場合には、同図に示す様に、上記抑えボルト１６を構成するカム部１８の外周面が上記底面１９に対し片当たり（図示の例では、左端部のみで接触）する様になり、これらカム部１８の外周面と底面１９との間に、くさび状の隙間２２が生じる。但し、本実施例の場合には、この様な隙間２２が生じた場合でも、上述した作用により、結合部でがたつきが発生する事を防止できる。

尚、本実施例の場合、上記連結部１０ｃの内側面２０ｃの開き角度θ₂₆が小さい程、結合部でのがたつき防止効果を大きくする事ができる。本発明者が、ステアリング装置用の自在継手を使用して実験を行なったところ、上記開き角度θ₂₆は１５０度以下（θ₂₆≦１５０度）である事が望ましく、例えばθ₂₆＝１５０度とした場合には、結合部に最大で約１００Ｎ・ｍの過大トルクが加わった場合でも、この結合部でがたつきが発生するのを防止できる事が分った。尚、上記開き角度θ₂₆の下限値は、基端部８ｃの剛性、許容寸法等、他の条件との関係で規制し、本実施例の形状の場合には、例えば１２０度以上とする。

次に、図５は、やはり請求項１〜５及び７、８に対応する、本発明の実施例２を示している。本実施例の場合には、ヨーク３ｄを構成する基端部８ｄの自由状態で、この基端部８ｄを構成する１対の抑え板部９ａ、９ｂ同士の間隔が、この基端部８ｄの開口部（図５の上端部）に向かう程広くなる様にしている。この様に構成する本実施例の結合部の場合には、上記基端部８ｄの開口部の幅を広くしている分、この開口部からこの基端部８ｄの内側にシャフト７ｂの先端部を進入させる作業を行ない易くできる。又、上記各抑え板部９ａ、９ｂに設けた通孔１２ａ、１２ｂに抑えボルト１６を挿通すると共に、この抑えボルト１６の雄ねじ部３２にナット１７（図３参照）を螺合し、更に緊締する場合に、上記各抑え板部９ａ、９ｂの内側面である各抑え面１１、１１が、上記シャフト７ｂの両側面である各外側平面１３、１３に対して、上記基端部８ｄの反開口部側（図５の下側）から開口部側に向けて順次に当接する様にして、上記各抑え面１１、１１と上記各外側平面１３、１３との間に嵌合隙間１５、１５が残りにくくなる様にしている。従って、本実施例の場合には、上述した実施例１の場合に比べて、より大きなトルクに対する結合部のがたつき防止効果を得られる。尚、図示の例の場合、上記各抑え面１１、１１と連結部１０ｃの内側面２０ｃとの連続部に、それぞれ断面円弧形の凹部３１、３１を設けている。これにより、上記連結部１０ｃに対する上記各抑え板部９ａ、９ｂの曲げ剛性を低下させて、上記両抑え面１１、１１同士を互いに近づけ合う為に必要な力（上記ナット１７を緊締するのに必要な力）を軽減できる様にしている。但し、本発明を実施する場合に、上記各凹部３１、３１は、必ずしも設ける必要はない。その他の部分の構造及び作用は、上述した実施例１の場合と同様である。

次に、図６〜７は、やはり請求項１〜５及び７、８に対応する、本発明の実施例３を示している。本実施例の場合には、シャフト７ｃのうち、少なくともヨーク３ｅの基端部８ｅの内側に進入させる先端部の断面形状を、略正三角形としている。これと共に、上記シャフト７ｃの先端部両側面に設ける１対の被抑え面３０、３０を、断面円弧形の凸面としている。そして、この様な構成を採用する事により、上記シャフト７ｃの先端部の大部分が、上記基端部８ｅを構成する断面略Ｖ字形の連結部１０ｅの内側に収まる様にしている。その他の部分の構造及び作用は、上述した各実施例の場合と同様である。

次に、図８は、やはり請求項１〜５及び７、８に対応する、本発明の実施例４を示している。本実施例の場合には、シャフト７ｄのうち、少なくともヨーク３ｅの基端部８ｅの内側に進入させる先端部の断面形状を、略菱形としている。その他の部分の構造及び作用は、上述した各実施例の場合と同様である。

次に、図９は、請求項１、２、６、７、８に対応する、本発明の実施例５を示している。本実施例の場合には、シャフト７ｅのうち、少なくともヨーク３ｆの基端部８ｆの内側に進入させる先端部の対向面２１ｃの幅方向（図９の左右方向）中央部に、軸方向（図９の表裏方向）に延びる凹部２８を形成している。又、上記基端部８ｆを構成する連結部１０ｆの内側面２０ｆの幅方向（図９の左右方向）中央部に、軸方向（図９の表裏方向）に延びる凸部２９を形成している。そして、この凸部２９と上記凹部２８とを互いに係合させている。この様に構成する本実施例の場合も、上述した各実施例の場合と同様、上記対向面２１ｃと上記内側面２０ｆとの係合状態に基づいて、完成後の結合部にがたつきが生じる事を防止できる。尚、本実施例の場合、上記凹部及び凸部の輪郭線（断面形状）は、単一円弧曲線としても良いし、複合曲線としても良い。その他の部分の構造及び作用は、前述の図１〜４に示した実施例１の場合と同様である。

次に、図１０〜１１は、請求項１、２、７、９に対応する、本発明の実施例６を示している。本実施例の場合、シャフト７ｆの先端部の断面形状を略長方形とする事により、この先端部の外周面の一部に設けた対向面２１ｄを、同じく径方向反対側に設けた切り欠き１４の底面１９と平行な平面としている。又、ヨーク３ｇの基端部８ｇを構成する連結部１０ｇの内側面２０ｇは、幅方向（図１０〜１１の左右方向）中間部に平面部３４を、幅方向両端部に傾斜面部３５、３５を、それぞれ有する複合面としている。このうちの各傾斜面部３５、３５は、上記内側面２０ｇの幅方向両側に向かう程上記基端部８ｇの開口側（図１０〜１１の上側）に向かう方向に傾斜した平面である。本実施例の場合、上記基端部８ｇの内側に上記シャフト７ｆの先端部を進入させた状態で、上記対向面２１ｄの幅方向（図１０〜１１の左右方向）両端縁部分を、それぞれ上記各傾斜面部３５、３５に当接（係合）させている。

又、本実施例の場合、上記基端部８ｇに形成した１対の通孔１２ａ、１２ｂに挿通する抑えボルト１６ａとして、杆部にカム部を有していないもの（杆部が全体的に円柱状である一般的なもの）を使用している。これに伴い、本実施例の場合には、上記抑えボルト１６ａの雄ねじ部３２に螺合するナット１７ａの一部に、上記切り欠き１４の底面１９を押圧する為のカム部３６を設けている。即ち、上記ナット１７ａは、軸方向の先端部（図１０〜１１の左端部）に、外周面をカム面としたカム部３６を設けている。又、同じく中間部の先端寄り部分に、その外周面を、上記ナット１７ａの中心部に設けたねじ孔３７と同心の円筒面とした、上記通孔１２ｂの内側に大きながたつきなく挿通自在な挿通部３８を設けている。又、上記ナット１７ａの外周面のうち、軸方向中間部の基端（図１０〜１１の右端）寄り部分に外向フランジ状の鍔部３９を、同じく基端部に係止溝４０を、それぞれ全周に亙り形成している。又、上記ナット１７ａの内周面の基端部には、その内径が上記ねじ孔３７の内径よりも大きくなった大径孔部４３を設けている。更に、これらねじ孔３７と大径孔部４３との連続部に存在する段部４４をポンチ等で軸方向に押圧する事により、この押圧した部分及びその周辺部分を径方向内方に塑性変形させる事で、上記ねじ孔３７の基端縁部分にかしめ部４５を形成している。

この様なナット１７ａは、上記抑えボルト１６ａをこのナット１７ａに螺合させる以前の状態では、図１０に示す様に、断面クランク形で全体を円環状に構成した金属板製のカバー４１の内側に保持した状態で、上記基端部８ｇを構成する抑え板部９ｂに支持している。即ち、図１０に示す様に、上記ナット１７ａは、上記カバー４１の内側に内嵌した状態で、基端部をこのカバー４１の一端（図１０〜１１の右端）開口を通じて外部に突出させている。そして、この突出させた部分の外周面に形成した上記係止溝４０に弾性材製のＯリング４２を係止する事により、当該突出させた部分が上記カバー４１の内側に不用意に入り込む事（このカバー４１を上記抑え板部９ｂに結合する以前に、このカバー４１と上記ナット１７ａとが不用意に分離する事）を防止している。この為に、上記係止溝４０に係止したＯリング４２の外径寸法Ｄ₄₂を、上記カバー４１の一端開口部の内径寸法ｄ₄₁よりも少しだけ大きく（Ｄ₄₂＞ｄ₄₁）している。又、上記カバー４１の他端部（図１０〜１１の左端部）を上記抑え板部９ｂに係止した状態で、上記ナット１７ａの先端部を、この抑え板部９ｂに設けた上記通孔１２ｂの内側に進入させている。

本実施例の結合部を完成させる際には、上述の図１０に示した状態で、上記ボルト１６ａを上記各通孔１２ａ、１２ｂに挿通し、更にこのボルト１６ａを回転させる事により、このボルト１６ａの雄ねじ部３２を上記ナット１７ａのねじ孔３７に螺合させる。これにより、図１１に示す様に、上記ナット１７ａを上記ボルト１６ａの頭部側（図１１の左側）に引き寄せて、前記鍔部３９を上記抑え板部９ｂの外側面に突き当てると共に、前記挿通部３８を上記通孔１２ｂに挿通し、且つ、前記カム部３６を前記切り欠き１４の底面１９に対向させる。尚、この際に上記ナット１７ａの基端部は、上記Ｏリング４２を弾性的に縮径させつつ、このＯリング４２と共に上記カバー４１の内側に引き込む。更に、この状態で、上記雄ねじ部３２を上記ねじ孔３７に緊締する事に基づき、この雄ねじ部３２と前記かしめ部４５との間に働く大きな摩擦力により上記ナット１７ａを回転させる事で、上記カム部３６の外周面を上記切り欠き１４の底面１９に押し付ける。そして、この押し付け力に基づき、前記対向面２１ｄの幅方向両端縁部分を、それぞれ前記内側面２０ｇを構成する各傾斜面部３５、３５に強く押し付ける。尚、本実施例の場合には、上記ボルト１６ａの杆部のうち、上記雄ねじ部３７よりも基端側部分に設けた円筒状の（雄ねじを形成していない）外周面を有する円柱部３３ａの外周面と上記通孔１２ａの内周面との接触部、並びに、上記ナット１７ａの挿通部３８の外周面と上記通孔１２ｂの内周面との接触部で、上記押し付けの反力を支承する。

上述の様に構成する本実施例の場合も、上述した各実施例の場合と同様、上記対向面２１ｄと上記内側面２０ｇとの係合状態に基づいて、完成後の結合部にがたつきが生じる事を防止できる。その他の部分の構造及び作用は、前述の図１〜４に示した実施例１の場合と同様である。

尚、図示は省略するが、本発明を実施する場合には、シャフトの先端部の対向面と、ヨークの基端部を構成する連結部の内側面とを、それぞれ部分セレーション状の凹凸面とし、これら両セレーション面同士を係合させる構造を採用する事もできる。この様な構造を採用する場合も、上述した各実施例の場合と同様、上記両部分セレーション状の凹凸面同士の係合に基づいて、完成後の結合部にがたつきが生じる事を防止できる。

尚、本発明を実施する場合、ヨークは、プレス成形、熱間鍛造、冷間鍛造等により造る事ができる。又、ヨークの材料としては、プレス成形の場合には、ＪＩＳ熱間圧延軟鋼板、ＪＩＳ自動車構造用圧延鋼板、或はこれらに相当する材料で、板厚（呼び厚さ）が６〜６．５mm程度のものを使用できる。同じく、熱間鍛造及び冷間鍛造の場合には、ＪＩＳ機械構造用炭素鋼鋼材、ＪＩＳ機械構造用合金鋼鋼材、或はこれらに相当する材料を使用できる。又、ボルト及びカムボルトのネジサイズとしては、ＪＩＳＭ８、ＪＩＳＭ１０程度のものを採用できる。

又、本発明のシャフトと自在継手のヨークとの結合部は、運転時に大きなトルクが発生し易い、コラムタイプの電動式パワーステアリング装置（特に、ラックピニオン式ステアリングのラック推力９０００Ｎのもの）に適用するのが好ましい。但し、本発明は、他のタイプの電動式パワーステアリング装置、油圧式パワーステアリング装置、マニュアルステアリング装置等にも適用する事ができる。又、ラバーカップリングに代表される緩衝装置、スプライン結合に代表されるスライダー機構と組み合わせて実施する事もできる。又、結合部の固定手段としては、上述の各実施例で示した様なカムボルトである抑えボルトと、このカムボルトが共回りし易い様に、螺合部の回転抵抗を大きくした（カシメ）ナットとの組み合わせに限らず、例えば特許文献２、４、５に記載された様な、従来から知られた固定手段を採用する事もできる。

本発明の実施例１を示す、図１２のＢ−Ｂ断面に相当する図。図１のＡ部拡大図。各通孔に挿通した抑えボルトの先端部にナットを螺合・緊締する事により結合部を完成させた状態を示す、図１と同様の図。シャフトの切り欠きの対向面が製造誤差により傾斜した状態を示す、図３と同様の図。本発明の実施例２を示す、図１と同様の図。同実施例３を示す、図１と同様の図。同じく、図４と同様の図。本発明の実施例４を示す、図１と同様の図。同実施例５を示す、図１と同様の図。同実施例６を、ヨークにナットを保持した状態で示す、図１と同様の図。同じく、図３と同様の図。本発明の対象となる構造で、シャフトの端部とヨークの基端部とを結合する状態を示す側面図。図１２のＢ−Ｂ断面図。各通孔に挿通した抑えボルトの先端部にナットを螺合・緊締する事により結合部を完成させた状態を示す、図１１と同様の図。シャフトの切り欠きの対向面が製造誤差により傾斜した状態を示す、図１４と同様の図。従来構造の第２例を示す、図１４と同様の図。同第３例を示す、図１４と同様の図。

符号の説明

１自在継手
２ヨーク
３、３ａ〜３ｇヨーク
４十字軸
５軸受カップ
６シャフト
７、７ａ〜７ｆシャフト
８、８ａ〜８ｇ基端部
９ａ、９ｂ抑え板部
１０、１０ａ〜１０ｇ連結部
１１抑え面
１２ａ、１２ｂ通孔
１３外側平面
１４切り欠き
１５嵌合隙間
１６、１６ａ抑えボルト
１７、１７ａナット
１８カム部
１９底面
２０、２０ａ〜２０ｇ内側面
２１、２１ａ〜２１ｄ対向面
２２隙間
２３隙間
２４平面部
２５凸曲面部
２６平面部
２７凹曲面部
２８凹部
２９凸部
３０被抑え面
３１凹部
３２雄ねじ部
３３ａ、３３ｂ円柱部
３４平面部
３５傾斜面部
３６カム部
３７ねじ孔
３８挿通部
３９鍔部
４０係止溝
４１カバー
４２Ｏリング

Claims

使用時に回転するシャフトと、このシャフトの先端部両側面に設けた１対の被抑え面と、片側が開口した基端部を有し、自在継手を構成するヨークと、このヨークの中心軸を挟む状態で互いに離隔して設けられ、それぞれの内側面を上記各被抑え面と対向する抑え面として、上記基端部を構成する１対の抑え板部と、これら両抑え板部の反開口側端縁同士を互いに連結して、上記基端部を構成する連結部と、上記両抑え板部の開口側部分に形成された、互いに同心の通孔若しくはねじ孔と、これら通孔若しくはねじ孔に挿通若しくは螺合させる事により上記両抑え板部同士の間に掛け渡す抑えボルトとを備え、この抑えボルト若しくはこの抑えボルトの先端部に螺合したナットを緊締する以前の状態で、上記両被抑え面と上記両抑え面との間に正の嵌合隙間を設けているシャフトと自在継手のヨークとの結合部に於いて、上記抑えボルト若しくはこの抑えボルトの先端部に螺合したナットを緊締する以前で、且つ、上記シャフトの先端部外周面のうち上記両被抑え面同士の間部分に存在し上記連結部の内側面と対向する対向面をこの連結部の内側面に当接させた状態で、上記シャフトの先端部を上記両抑え板部に対し遠近動する方向にのみ変位させる事ができず、且つ、このシャフトの中心軸をこの中心軸と直交する方向へ変位させる事なくこのシャフトをこの中心軸周りに回転させる事ができない様に、上記シャフトの先端部の対向面と上記連結部の内側面とを係合させている事を特徴とするシャフトと自在継手のヨークとの結合部。
シャフトの先端部の対向面と連結部の内側面とを互いに凹凸係合させた、請求項１に記載したシャフトと自在継手のヨークとの結合部。
互いに凹凸係合させているシャフトの先端部の対向面と連結部の内側面とのうち、この対向面を、自身の軸方向と直交する仮想平面に関する輪郭線が、上記シャフトの中心軸若しくはこの中心軸よりも上記対向面から離れた点をその中心とする円弧ではない凸面とし、上記内側面を、自身の軸方向と直交する仮想平面に関する輪郭線が、ヨークの中心軸若しくはこの中心軸よりも上記内側面から離れた点をその中心とする円弧ではない凹面とした、請求項２に記載したシャフトと自在継手のヨークとの結合部。
互いに凹凸係合させているシャフトの先端部の対向面と連結部の内側面とのうち、この対向面を、自身の軸方向と直交する仮想平面に関する輪郭線が単一円弧ではない凸面とし、上記内側面を、自身の軸方向と直交する仮想平面に関する輪郭線が単一円弧ではない凹面とした、請求項２〜３の何れか１項に記載したシャフトと自在継手のヨークとの結合部。
互いに凹凸係合させているシャフトの先端部の対向面と連結部の内側面とのうち、この対向面を、自身の軸方向と直交する仮想平面に関する輪郭線が、上記シャフトの中心軸をその中心とし且つ当該輪郭線の両端縁を通過する仮想円弧の径方向外側に存在する凸面とし、上記内側面を、自身の軸方向と直交する仮想平面に関する輪郭線が、ヨークの中心軸をその中心とし且つ当該輪郭線の両端縁を通過する仮想円弧の径方向外側に存在する凹面とした、請求項２〜４の何れか１項に記載したシャフトと自在継手のヨークとの結合部。
互いに凹凸係合させているシャフトの先端部の対向面と連結部の内側面とのうち、この対向面を凹面とし、上記内側面を凸面とした、請求項２に記載したシャフトと自在継手のヨークとの結合部。
抑えボルト若しくはこの抑えボルトの先端部に螺合したナットを緊締した状態で、シャフトの先端部の対向面と連結部の内側面とを互いに接触させると共に、両被抑え面と両抑え面とを互いに接触させている、請求項１〜６の何れか１項に記載したシャフトと自在継手のヨークとの結合部。
抑えボルトとして、軸方向中間部にシャフトの先端部外周面を押圧する為のカム部を有するカムボルトを使用している、請求項１〜７の何れか１項に記載したシャフトと自在継手のヨークとの結合部。
抑えボルトの先端部に螺合するナットとして、軸方向の一部にシャフトの先端部外周面を押圧する為のカム部を有するものを使用している、請求項１〜７の何れか１項に記載したシャフトと自在継手のヨークとの結合部。