JP2006308108A - 弾性軸継手および継手要素の製造方法 - Google Patents

Abstract

【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１８０゜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。
【選択図】図２

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１１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。

シャフト１３は、比較的大径の前方筒部２１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。

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。

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。

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３３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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

第１実施形態にカルダンジョイントの側面図である。 図１中のＡ−Ａ断面図である。 シャフトの素材を示す縦断面図である。 ストッパ部の予備成形工程を示す縦断面図である。 ストッパ部の完成状態を示す縦断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 通常時における図１１のＢ−Ｂ断面図である。 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)

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. 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. 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. 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. 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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