JP2009191973A

JP2009191973A - 自在継手用ヨーク及び自在継手

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Publication number: JP2009191973A
Application number: JP2008033898A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Kamei; 功志亀井
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】ヨーク７ａ₂ （７ｂ₂ ）を構成する腕部１０に形成した、ジョイント角を増大させる為の面取り部１６ｂの基部９ａ（９ｂ）側の端部に、回転力の伝達時に応力集中が発生するのを防止でき、しかもこの目的を達成する為に大型化や重量増大を伴わない構造を実現する。
【解決手段】上記面取り部１６ｂを、上記腕部１０の中間部及び基端部に形成する。これと共に、この面取り部１６ｂの上記基部９ａ（９ｂ）側の半部の幅寸法を、この基部９ａ（９ｂ）側に向かう程徐々に小さくして、最終的に零にする。これにより、上記面取り部１６ｂの形状を、上記基部９ａ（９ｂ）側の端部に段部が存在しない形状とする。この様な構成を採用する事により、上記課題を解決する。
【選択図】図４

Description

この発明は、同一直線上に存在しない１対の回転軸の端部同士を連結して、これら両回転軸同士の間で回転力の伝達を可能とする自在継手と、この自在継手を構成するヨークとの改良に関する。

自動車のステアリング装置は、例えば図８に示す様に構成している。ステアリングホイール１の動きは、ステアリングシャフト２及び中間シャフト３を介してステアリングギヤ４に伝達し、このステアリングギヤ４によって車輪を操舵する。上記ステアリングシャフト２と、上記ステアリングギヤ４の入力軸５とは、互いに同一直線上に設ける事ができないのが通常である。この為に従来から、上記ステアリングシャフト２と上記入力軸５との間に上記中間シャフト３を設け、この中間シャフト３の両端部と、上記ステアリングシャフト２及び上記入力軸５の端部とを、それぞれカルダン継手と呼ばれる自在継手６、６を介して結合している。これにより、同一直線上に存在しない、上記ステアリングシャフト２と上記入力軸５との間での、回転力伝達を行なえる様にしている。

図９〜１３は、上記各自在継手６、６として使用可能な、従来から知られている自在継手の１例として、特許文献１に記載されたものを示している。この図９〜１３に示した自在継手６ａ₁ は、１対の金属板製のヨーク７ａ₁ 、７ｂ₁ と、十字軸８とを備える。このうちの１対のヨーク７ａ₁ 、７ｂ₁ のうち、一方の（図９〜１０の右方及び図１１〜１３に示した）ヨーク７ａ₁ は、基部９ａと、この基部９ａの軸方向一端縁｛図９、１０、１１（Ｂ）の左端縁｝から延出した１対の腕部１０、１０とを備える。このうちの基部９ａは、ステアリングシャフト等の図示しない回転軸の端部を挿入する為、円周方向１個所を不連続部とした欠円筒状に形成して、内径を拡縮可能としている。又、この不連続部に、互いに対向する１対のフランジ１１ａ、１１ｂを設けている。そして、このうちの一方のフランジ１１ａに、ボルト（図示せず）の杆部を挿通する為の通孔１２を形成している。これと共に、他方のフランジ１１ｂに形成した通孔１３にナット１４を圧入固定する事により、上記ボルトを螺合する為のねじ孔を設けている。尚、上記基部９ａの内周面と、上記図示しない回転軸の端部外周面とは、互いにセレーション係合可能としている。

又、上記両腕部１０、１０は、上記基部９ａの軸方向一端部で径方向反対側となる２個所位置から、この基部９ａの軸方向に延出しており、互いの内側面同士を対向させている。これら両腕部１０、１０の先端部には、互いに同心の円孔１５、１５を形成している。又、これら両腕部１０、１０の内側面と幅方向両端面との連続部で、これら両腕部１０、１０の長さ方向中間部には、それぞれ当該連続部に存在する角部を切り欠いた如き形状の面取り部１６、１６を形成している。尚、これら各面取り部１６、１６は、ヨークの成形と同時に或いは前後して、プレス加工、鍛造加工等の塑性加工によって形成しても良いし、或いは切削加工によって形成しても良い。

又、上記１対のヨーク７ａ₁ 、７ｂ₁ のうちの他方の（図９〜１０の左方に示す）ヨーク７ｂ₁ は、基部９ｂの形状のみが、上記一方のヨーク７ａ₁ と異なる。即ち、上記他方のヨーク７ｂ₁ を構成する基部９ｂは、中間シャフト等の回転軸１９の端部を挿入する為、全体を略円筒状に形成すると共に、軸方向一端部（図９〜１０の右端部）の全周を、径方向外方に向け折り曲げた形状としている。又、上記十字軸８は、この十字軸８を構成する、十字に交わる状態で設けられた２本の軸部のうちの一方の軸部の両端部を、上記一方のヨーク７ａ₁ の腕部１０、１０に形成した円孔１５、１５の内側に枢支すると共に、同じく他方の軸部の両端部を、上記他方のヨーク７ｂ₁ の腕部１０、１０に形成した円孔１５、１５の内側に枢支している。この為に具体的には、図１０に示す様に、上記各円孔１５、１５の内側にそれぞれ、その内周面に複数のニードル１７、１７を転動自在に保持した軸受カップ１８を圧入固定すると共に、これら各ニードル１７、１７の径方向内側に上記十字軸８の端部を挿入している。

上述の様に構成する自在継手６ａ₁ の使用時には、図９〜１０に示す様に、他方のヨーク７ｂ₁ を構成する基部９ｂの内側に、回転軸１９の端部をがたつきなく挿入若しくは圧入した（或いはスプライン係合させた）状態で、上記基部９ｂに対して上記回転軸１９の端部を溶接固定する。これと共に、一方のヨーク７ａ₁ を構成する基部９ａの内側に、図示しない別の回転軸の端部をスプライン係合させた状態で、一方のフランジ１１ａに形成した通孔１２にその杆部を挿通した図示しないボルトの先端部を、他方のフランジ１１ｂに固定したナット１４に螺合させて締め付ける。これにより、上記両フランジ１１ａ、１１ｂ同士の間隔を狭めて、上記基部９ａを縮径させる事に基づき、この基部９ａに対して上記別の回転軸の端部を結合固定する。そして、この様に２本の回転軸１９の端部同士を上記自在継手６ａ₁ を介して連結する事により、同一直線上に存在しない、上記両回転軸１９同士の間での、回転力の伝達を行なえる様にする。

上述の様に使用する自在継手６ａ₁ の場合には、上記両ヨーク７ａ₁ 、７ｂ₁ の中心軸同士の傾斜角（ジョイント角）を大きくできる。即ち、このジョイント角を付与しつつ、上記両ヨーク７ａ₁ 、７ｂ₁ 同士の間で回転力の伝達を行なった場合に、これら両ヨーク７ａ₁ 、７ｂ₁ 同士が最も近づき合う部分は、これら両ヨーク７ａ₁ 、７ｂ₁ の腕部１０、１０の内側面と幅方向両端面との連続部のうち、これら各腕部１０、１０の長さ方向中間部となる。これに対し、上記自在継手６ａ₁ の場合には、この様に最も近づき合う部分に、それぞれ当該連続部に存在する角部を切り欠いた如き形状の面取り部１６、１６を設けている。この為、これら各面取り部１６、１６の存在に基づき、上記両ヨーク７ａ₁ 、７ｂ₁ の腕部１０、１０同士が互いに干渉しにくくなる。従って、その分だけ、上記自在継手６ａ₁ のジョイント角を大きくできる。

ところが、上述した従来の自在継手６ａ₁ の場合には、上記各面取り部１６、１６を、上記両ヨーク７ａ₁ 、７ｂ₁ を構成する腕部１０、１０の長さ方向中間部にのみ設けており、しかも上記各面取り部１６、１６の上記各基部９ａ、９ｂ側の端部に、段部（これら各面取り部１６、１６の長さ方向に関して断面の方向が急激に変化して、この方向に表す線が微分不能となる部分）２０が存在する。この為、上述した回転力の伝達時に、上記各面取り部１６、１６の上記各基部９ａ、９ｂ側の端部（図９〜１０の鎖線αで囲んだ部分）に、応力集中が発生する。従って、この応力集中が発生した部分の強度を十分に確保すべく、少なくともその周辺部の肉厚を大きくする等の措置を講ずる必要がある。この結果、上記両ヨーク７ａ₁ 、７ｂ₁ が大型化したり重量が増大する等の問題を生じる。

尚、非特許文献１には、図１４に示す様なヨーク７ｃが記載されている。この図１４に示したヨーク７ｃの場合には、１対の腕部１０、１０の内側面と幅方向両端面との連続部のうち、これら両腕部１０、１０の長さ方向中間部及び基端部と、基部９ｃの軸方向一端縁部（図１４の上端縁部）とに連続して（即ち、図１４に斜格子を付した部分に）、面取り部１６ａを形成している。この様なヨーク７ｃの場合には、自在継手による回転力の伝達時に、上記各面取り部１６ａ、１６ａの上記基部９ｃ側の端部に、応力集中が発生する事を防止できる。但し、これら各面取り部１６ａ、１６ａを、上記基部９ｃの軸方向一端縁部にも形成している為、その分だけ、この基部９ｃの軸方向一端縁部の肉厚が減少する。一方、この基部９ｃの中心部には、回転軸の端部を挿入固定する為の通孔２１が存在する。この為、この基部９ｃの軸方向一端縁部は、元々（特に径方向の）肉厚に余裕がある部分ではない。従って、上記各面取り部１６ａ、１６ａを形成する事に起因して、上記基部９ｃの軸方向一端縁部の強度が不足するのを防止すべく、少なくともその周辺部の肉厚を大きくする等の措置を講ずる必要がある。この結果、やはり上記ヨーク７ｃが大型化したり重量が増大する等の問題を生じる。

特開平１０−２０５５４７号公報発明協会公開技報公技番号２００３−５０５５９３号

本発明の自在継手用ヨーク及び自在継手は、上述の様な事情に鑑み、自在継手用ヨークを構成する１対の腕部に形成した、ジョイント角を増大させる為の各面取り部の端部に、それぞれ応力集中が発生する事を防止でき、しかもこの目的を達成する為に大型化や重量増大を伴わない構造を実現すべく発明したものである。

本発明の自在継手用ヨーク及び自在継手のうち、請求項１に記載した自在継手用ヨークは、回転軸の端部に結合可能な或いはこの回転軸の端部に一体形成された基部と、この基部の軸方向一端部で径方向反対側となる２個所位置から上記基部の軸方向に延出し、且つ、互いの内側面同士を対向させた状態で設けられた、それぞれの先端部に十字軸の端部を枢支する為の１対の板状の腕部と、これら両腕部の内側面と幅方向両端面との連続部でこれら両腕部の長さ方向中間部にそれぞれ１つずつ設けられた、当該連続部に存在する角部を切り欠いた如き形状の面取り部とを備える。
特に、請求項１に記載した自在継手用ヨークに於いては、上記各面取り部をそれぞれ、上記両腕部の長さ方向中間部から長さ方向基端縁部乃至上記基部の軸方向一端縁部まで連続して形成すると共に、これら各面取り部の上記基部側の部分の幅寸法を、この基部側に向かう程徐々に小さくして最終的に零にする事により、上記各面取り部の形状を、上記基部側の端部に段部（これら各面取り部の長さ方向に関して断面の方向が急激に変化する、この方向を表す線に関して微分不能となる部分）が存在しない形状としている。

又、請求項２に記載した自在継手は、１対の自在継手用ヨークと、十字軸とを備える。
このうちの両自在継手用ヨークはそれぞれ、回転軸の端部に結合可能な或いはこの回転軸の端部に一体形成された基部と、この基部の軸方向一端部で径方向反対側となる２個所位置から上記基部の軸方向に延出し、且つ、互いの内側面同士を対向させた状態で設けられた、それぞれの先端部に上記十字軸の端部を枢支する為の１対の板状の腕部とを備える。
又、上記十字軸は、この十字軸を構成する、十字に交わる状態で設けられた２本の軸部のうちの一方の軸部の両端部を、上記両自在継手用ヨークのうちの一方の自在継手用ヨークを構成する１対の腕部の先端部に、同じく他方の軸部の両端部を、他方の自在継手用ヨークを構成する１対の腕部の先端部に、それぞれ枢支されている。
特に、請求項２に記載した自在継手に於いては、上記両自在継手用ヨークのうちの少なくとも一方が、請求項１に記載した自在継手用ヨークである。

上述の様に、本発明の自在継手用ヨーク及び自在継手の場合には、請求項１に記載した自在継手用ヨークを構成する１対の腕部に形成した各面取り部が、それぞれこれら両腕部の長さ方向基端縁部乃至上記基部の軸方向一端縁部まで連続して長く形成されている。しかも、これら各面取り部の上記基部側の部分の幅寸法を、この基部側に向かう程徐々に小さくして最終的に零にする事により、上記各面取り部の形状を、上記基部側の端部に段部が存在しない形状としている。この為、自在継手による回転力の伝達時に、上記各面取り部の基部側の端部に応力集中が発生する事を防止できる。又、これら各面取り部は、上記両腕部同士で互いに独立に形成されており、別な言い方をすれば、上記基部の軸方向一端縁部を経由して互いに繋がった状態で形成されてはいない。この為、上記各面取り部が、上記基部の軸方向一端縁の肉厚を大幅に減少させる事はない。従って、上記各面取り部を形成する事に伴って、上記基部の軸方向一端部の肉厚を増大させる必要はない。この結果、本発明の場合には、自在継手用ヨーク及び自在継手の大型化や重量増大を伴う事なく、上記各面取り部の基部側の端部に応力集中が発生する事を防止できる。

［実施の形態の第１例］
図１〜４は、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の特徴は、自在継手６ａ₂ を構成する１対のヨーク７ａ₂ 、７ｂ₂ の各腕部１０、１０に形成する、ジョイント角を増大させる為の面取り部１６ｂ、１６ｂの構造にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図９〜１３に示した従来構造の場合と同様である。この為、同等部分には同一符号を付して、重複する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例の場合には、上記両ヨーク７ａ₂ 、７ｂ₂ を構成する各腕部１０、１０の内側面と幅方向両端面との連続部で、これら各腕部１０、１０の長さ方向中間部及び基端部に、それぞれ当該連続部に存在する角部を切り欠いた如き形状の面取り部１６ｂ、１６ｂを形成している。又、これら各面取り部１６ｂ、１６ｂの基部９ａ、９ｂ側の半部の幅寸法を、これら各基部９ａ、９ｂ側に向かう程徐々に小さくして、最終的に、ほぼこれら各基部９ａ、９ｂに達した部分で、零にしている。これにより、上記各面取り部１６ｂ、１６ｂの形状を、上記各基部９ａ、９ｂ側の端部に段部（これら各面取り部１６ｂ、１６ｂの長さ方向に関して断面の方向が急激に変化する、微分不能部分）が存在しない形状としている。

上述の様に、本例の自在継手用ヨーク及び自在継手の場合には、１対のヨーク７ａ₂ 、７ｂ₂ を構成する各腕部１０、１０に形成した各面取り部１６ｂ、１６ｂが、それぞれこれら両腕部１０、１０の長さ方向中間部から基端縁部まで連続して長く形成されている。しかも、上記各面取り部１６ｂ、１６ｂの上記各基部９ａ、９ｂ側の端部には、段部が存在しない。この為、自在継手６ａ₂ による回転力の伝達時に、上記各面取り部１６ｂ、１６ｂの上記各基部９ａ、９ｂ側の端部に応力集中が発生する事を防止できる。又、これら各面取り部１６ｂ、１６ｂは、上記両腕部１０、１０同士で互いに独立に形成されており、別な言い方をすれば、上記各基部９ａ、９ｂの軸方向一端縁部を経由して互いに繋がった状態で形成されてはいない。この為、上記各面取り部１６ｂ、１６ｂが、上記各基部９ａ、９ｂの軸方向一端縁の肉厚を減少させる事は殆んどない。従って、上記各面取り部１６ｂ、１６ｂを形成する事に伴って、上記各基部９ａ、９ｂの軸方向一端部の肉厚を増大させる必要はない。この結果、本例の場合には、上記両ヨーク７ａ₂ 、７ｂ₂ 及び自在継手６ｂの大型化や重量増大を伴う事なく、上記各面取り部１６ｂ、１６ｂの上記各基部９ａ、９ｂ側の端部に応力集中が発生する事を防止できる。

［実施の形態の第２例］
図５は、本発明の実施の形態の第２例を示している。上述した第１例の自在継手６ａ₂ を構成する一方のヨーク７ａ₂ （図１〜３）の場合には、基部９ａに設ける１対のフランジ１１ａ、１１ｂの円周方向の位相を、１対の腕部１０、１０の円周方向の位相に一致させていた。これに対し、本例の自在継手を構成する一方のヨーク７ｄの場合には、基部９ｄに設ける１対のフランジ１１ａ、１１ｂの円周方向の位相を、１対の腕部１０、１０の円周方向の位相に対して９０度ずらせている。その他の部分の構造及び作用は、上述した第１例の場合と同様である。

［実施の形態の第３例］
図６は、本発明の実施の形態の第３例を示している。上述した第１例の自在継手６ａ₂ を構成する他方のヨーク７ｂ₂ （図１〜２）の場合には、円筒状の基部９ｂが、回転軸の端部に外嵌固定する部位であった。これに対し、本例の自在継手を構成する他方のヨーク７ｅの場合には、円筒状の基部９ｅが、円管状の回転軸（中空軸）２２の端部に一体形成されている。その他の部分の構造及び作用は、上述した第１例の場合と同様である。
尚、本発明を実施する場合、ヨークの基部は、円杆状の回転軸（中実軸）の端部に一体形成する事もできる。

又、本発明は、上述の各実施の形態の構造に限らず、例えば図７に示す様な、ステアリング装置の中間シャフト３の両端部に溶接固定したヨーク７ｆ、７ｇを含んで構成する各自在継手等、特許請求の範囲に記載した要件を満たす、各種構造の自在継手用ヨーク及び自在継手に適用可能である。

本発明の実施の形態の第１例を示す自在継手の側面図。一部を切断した状態で示す、図１の下方から見た図。一方のヨークを示しており、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）の左方から見た図、（Ｃ）は（Ａ）の上方から見た図、（Ｄ）は（Ａ）の下方から見た図。ヨークの腕部周辺の斜視図。本発明の実施の形態の第２例を示すヨークの平面図。同第３例を示すヨークの平面図。本発明を適用可能な自在継手を中間シャフトの両端部に組み付けた状態で示す、一部切断側面図。本発明の対象となる自在継手を備えた自動車用操舵装置の１例を示す側面図。自在継手の従来構造の１例を示す側面図。一部を切断した状態で示す、図８の下方から見た図。一方のヨークを示しており、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）の左方から見た図、（Ｃ）は（Ａ）の上方から見た図、（Ｄ）は（Ａ）の下方から見た図。図１１の（Ａ）のＸ−Ｘ切断端面図。図１１の（Ａ）のＹ−Ｙ断面図。従来から知られているヨークの別例を示す斜視図。

符号の説明

１ステアリングホイール
２ステアリングシャフト
３中間シャフト
４ステアリングギア
５入力軸
６、６ａ₁ 、６ａ₂ 自在継手
７ａ₁ 、７ｂ₁ 、７ａ₂ 、７ｂ₂ 、７ｃ〜７ｇヨーク
８十字軸
９ａ〜９ｅ基部
１０腕部
１１ａ、１１ｂフランジ
１２通孔
１３通孔
１４ナット
１５円孔
１６、１６ａ、１６ｂ面取り部
１７ニードル
１８軸受カップ
１９回転軸
２０段部
２１通孔
２２回転軸

Claims

回転軸の端部に結合可能な或いはこの回転軸の端部に一体形成された基部と、この基部の軸方向一端部で径方向反対側となる２個所位置から上記基部の軸方向に延出し且つ互いの内側面同士を対向させた状態で設けられた、それぞれの先端部に十字軸の端部を枢支する為の１対の板状の腕部と、これら両腕部の内側面と幅方向両端面との連続部でこれら両腕部の長さ方向中間部にそれぞれ１つずつ設けられた、当該連続部に存在する角部を切り欠いた如き形状の面取り部とを備えた自在継手用ヨークに於いて、これら各面取り部をそれぞれ、上記両腕部の長さ方向中間部から長さ方向基端縁部乃至上記基部の軸方向一端縁部まで連続して形成すると共に、これら各面取り部の上記基部側の部分の幅寸法をこの基部側に向かう程徐々に小さくして最終的に零にする事により、上記各面取り部の形状を、上記基部側の端部に段部が存在しない形状としている事を特徴とする自在継手用ヨーク。
１対の自在継手用ヨークと、十字軸とを備え、
このうちの両自在継手用ヨークはそれぞれ、回転軸の端部に結合可能な或いはこの回転軸の端部に一体形成された基部と、この基部の軸方向一端部で径方向反対側となる２個所位置から上記基部の軸方向に延出し且つ互いの内側面同士を対向させた状態で設けられた、それぞれの先端部に上記十字軸の端部を枢支する為の１対の板状の腕部とを備えたものであり、
上記十字軸は、この十字軸を構成する、十字に交わる状態で設けられた２本の軸部のうちの一方の軸部の両端部を、上記両自在継手用ヨークのうちの一方の自在継手用ヨークを構成する１対の腕部の先端部に、同じく他方の軸部の両端部を、他方の自在継手用ヨークを構成する１対の腕部の先端部に、それぞれ枢支されている、
自在継手に於いて、
上記両自在継手用ヨークのうちの少なくとも一方が、請求項１に記載した自在継手用ヨークである事を特徴とする自在継手。