JP2011247353A - 自在継手用ヨーク及びこれを備えた自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】スリットの奥端部外表面部分への応力集中を緩和して耐久性向上を図ることができる自在継手用ヨークを提供すること。
【解決手段】軸方向に形成されたスリット１５によって一対のフランジが形成された切欠筒状のハブ９Ａのセレーション孔（軸挿入孔）１６に回転軸をセレーション嵌合させ、前記一方のフランジに形成されたボルト挿通孔に挿通する締付ボルトを他方のフランジに形成されたネジ孔１８にねじ込むことによって前記回転軸を締め付け固定する自在継手用ヨーク９において、前記ハブ９Ａの前記スリット１５の奥端部１５ａとなる外表面部分にスリット１５の幅よりも大径の半球状窪み部１９を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、軸方向にスリットが形成された自在継手用ヨークとこれを備えた自在継手に関するものである。

例えば、車両を操舵するためのステアリング装置は、ドライバによって操作されるステアリングホイールの回転をステアリングシャフトを介してステアリングギヤ機構のギヤに伝達することによって車輪を転舵するものである。ここで、ステアリングシャフトとステアリングギヤ機構のピニオンシャフトとは同一直線上に配置することができないため、ステアリングシャフトとピニオンシャフトとの間に中間シャフトを設け、この中間シャフトの両端とステアリングシャフト及びピニオンシャフトの端部とが自在継手によってそれぞれ連結されている。このように構成することによって、同一直線上に存在しないステアリングシャフトとピニオンシャフトとの間で回転力の伝達が可能となる。

ところで、自在継手は、一対のヨーク同士を十字軸によって連結して構成されるが、この自在継手のヨークは図６及び図７に示すように構成されている。

即ち、図６は従来のヨークの側面図、図７は図６のＣ−Ｃ線断面図であり、図示のようにヨーク１０９の軸方向一端部（図６及び図７の左端部）は、軸方向に形成されたスリット１１５によって一対のフランジ１０９ａが形成された切欠筒状のハブ１０９Ａを構成しており、このハブ１０９Ａには軸挿入孔としてセレーション孔１１６が形成されている。ここで、スリット１１５は円板状のカッターによる切削加工によって形成されるため、図７に示すように、その奥端部１１５ａはカッターの外周に沿う円弧形状を成している。

又、ヨーク１０９の軸方向他端部（図６及び図７の右端部）には二股状の一対のフォーク１０９Ｂが形成されており、これらのフォーク１０９Ｂに形成された軸受孔１１４には不図示の十字軸が嵌合保持され、この十字軸によって一対のヨーク１０９同士が連結されて自在継手が構成される。

ヨーク１０９の前記ハブ１０９Ａに形成されたフランジ１０９ａの一方にはボルト挿通孔１１７が、他方にはネジ孔１１８が軸直角方向にそれぞれ形成されており、セレーション孔１１６に不図示の回転軸の端部を差し込み、前記ボルト挿通孔１１７に挿通する不図示の締付ボルトをネジ孔１１８にねじ込むことによって回転軸の端部にヨーク１０９が締付固定される。

ところで、自在継手用ヨークに関して特許文献１には、ヨークの疲労強度を高めるために、ヨークの一対のフランジ間に、締付ボルトに作用する曲げ荷重の一部を負担する荷重分担部材（圧入ピン）を設ける構成が提案されている。

又、特許文献２には、ヨークの軸挿入孔の内周面のうち、円周方向においてスリットとほぼ同じ位相となる部分の外径側に凹んだ凹部を形成することによって、その部分を弾性変形させて応力を緩和するようにした構成が提案されている。

特開２００９−０７９６７７号公報 特開２００９−２９９７０６号公報

図６及び図７に示すヨーク１０９において締付ボルトを締め付けると、一対のフランジ１０９ａがスリット１１５の幅を狭めるよう変形するが、このとき、スリット１１５の奥端部１１５ａには直角コーナー部が形成されているため、締付ボルトの締め付け負荷及び繰り返しのトルク負荷が加わるとスリット１１５の直角コーナー部に応力が集中し、その部分にクラックが発生する可能性がある。特にスリット１１５の解放側となるヨーク１０９の外表面部分に応力が集中する傾向がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、スリットの奥端部外表面部分への応力集中を緩和して耐久性向上を図ることができる自在継手用ヨークとこれを備えた自在継手を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、軸方向に形成されたスリットによって一対のフランジが形成された切欠筒状のハブの軸挿入孔に回転軸をセレーション嵌合させ、前記一方のフランジに形成されたボルト挿通孔に挿通する締付ボルトを他方のフランジに形成されたネジ孔にねじ込むことによって前記回転軸を締め付け固定する自在継手用ヨークにおいて、前記ハブの前記スリットの奥端部となる外表面部分にスリットの幅よりも大径の半球状窪み部を形成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記スリットの奥端部を、その外表面側が前記軸挿入孔側よりも前記締付ボルト位置から軸方向に遠くなるよう斜めに形成したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記ハブに前記スリットを切削加工によって形成した後、該スリットの奥端部となる外表面部分に前記半球状窪み部を切削加工によって形成したことを特徴とする。

請求項４記載の自在継手は、請求項１〜３の何れかに記載の一対の自在継手用ヨーク同士を十字軸によって連結して構成されることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、ヨークのハブに形成されたスリットの奥端部となる外表面部分にスリットの幅よりも大径の半球状窪み部を形成したため、スリットの奥端部となる外表面部分に発生する応力集中を緩和することができ、その部分に応力集中による亀裂等が発生することがなく、ヨークの耐久性が高められる。

請求項２記載の発明によれば、スリットの奥端部を、その外表面側が軸挿入孔側よりも締付ボルト位置から軸方向に遠くなるよう斜めに形成したため、応力集中し易い箇所を締付ボルトから遠ざけることができ、その箇所の応力集中を緩和することができる。又、スリットの奥端部が鈍角を成すように斜めに外表面に連続するため、スリットの形状の変移が滑らかとなり、スリットの奥端部の外表面部分への応力集中が緩和される。そして、スリットの奥端部の外表面部分には半球状窪み部が形成されているため、スリットの奥端部が外表面に更に滑らかに連続し、スリットの奥端部の外表面部分への応力集中を効果的に緩和することができる。

請求項３記載の発明によれば、ヨークのハブにスリットを切削加工によって形成した後、該スリットの奥端部となる外表面部分に半球状窪み部を切削加工によって形成するようにしたため、スリットの切削加工時にスリット奥端部の外表面に発生した微細な亀裂を半球状窪み部の切削加工によって削除することができ、これによってもヨークの耐久性が高められる。

請求項４記載の発明によれば、耐久性が高められた一対のヨーク同士を十字軸によって連結して成る自在継手の耐久性も高められる。

本発明に係る自在継手を備える車両のステアリング装置の側面図である。 図１のＡ部拡大詳細図である。 本発明に係る自在継手用ヨークの側面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ），（ｂ）はヨークに対して施される切削加工を示す断面図である。 従来の自在継手用ヨークの側面図である。 図６のＣ−Ｃ線断面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る自在継手を備える車両のステアリング装置の側面図、図２は図１のＡ部拡大詳細図、図３は本発明に係る自在継手用ヨークの側面図、図４は図３のＢ−Ｂ線断面図、図５（ａ），（ｂ）はヨークに対して施される切削加工を示す断面図である。

図１に示す車両のステアリング装置は、ステアリングホイール１の回転をステアリングシャフト２と中間シャフト３を介して不図示のステアリングギヤ機構のピニオンシャフト８に伝達することによって不図示の前輪を転舵するものであって、ステアリングシャフト２は、ステアリングハンガ４によって車体に斜めに支持されたステアリングコラム５内に回転可能に挿通している。

そして、上記ステアリングシャフト２の上端には前記ステアリングホイール１が結着されており、ステアリングシャフト２の下端は本発明に係る自在継手６を介して前記中間シャフト３の上端に連結されている。ここで、中間シャフト３とステアリングシャフト２とは同一直線上には存在せず、中間シャフト３はステアリングシャフト２に対して屈曲した状態で連結され、その下端は本発明に係る自在継手７を介してステアリングギヤ機構のピニオンシャフト８に連結されている。

ここで、一方の自在継手７の構成を図２に基づいて以下に説明する。尚、両自在継手６，７の構成は同じであるため、他方の自在継手６についての説明は省略する。

中間シャフト３とピニオンシャフト８とを連結する自在継手７は、２つのヨーク９，１０同士を十字軸１１によって連結して構成されており、中間シャフト３の下端部は、一方のヨーク９の孔に差し込まれ、ヨーク９に挿通螺合する締付ボルト１２を締め付けることによってヨーク９に締め付けられて結着されている。又、ステアリングギヤ機構のピニオンシャフト８の上端部は、他方のヨーク１０の孔に差し込まれ、ヨーク１０に挿通螺合する締付ボルト１３を締め付けることによってヨーク１０に締め付けられて結着されている。

次に、一方のヨーク９の構成を図３〜図５に基づいて説明する。尚、一対のヨーク９，１０の構成は同じであるため、他方のヨーク１０の構成については説明を省略する。

ヨーク９は鍛造によって一体に成形され、その基端部には切欠筒状のハブ９Ａが形成され、このハブ９Ａの先端側には二股状の一対のフォーク９Ｂが形成されている。そして、各フォーク９Ｂには前記十字軸１１（図２参照）が嵌合保持される円孔状の軸受孔１４が形成されている。

ヨーク９の基端部に形成された前記ハブ９Ａには後述するセレーション孔１６からハブ９Ａの外表面にまで達するスリット１５がハブ９Ａの端縁からハブ９Ａの軸方向（セレーション孔１６の軸方向）に沿って形成されており、このスリット１５によってハブ９Ａにはスリット１５の両側で一対のフランジ９ａが形成されている。又、ハブ９Ａには軸挿入孔であるセレーション孔１６が軸方向に貫設されており、このセレーション孔１６にはセレーションが形成された中間シャフト３の端部が差し込まれてセレーション嵌合される。

又、ヨーク９のハブ９Ａに形成された一対のフランジ９ａの相対向する箇所には円孔状のボルト挿通孔１７とネジ孔１８がそれぞれスリット１５に直交する方向（ハブ９Ａ及びセレーション孔１６の軸直角方向）に形成されている。前述のようにヨーク９のハブ９Ａに形成されたセレーション孔１６に中間シャフト３の端部を差し込んでセレーション嵌合した状態で、ハブ９Ａの一方のフランジ９ａに形成されたボルト挿通孔１７に挿通する前記締付ボルト１２を他方のフランジ９ａに形成されたネジ孔１８にねじ込むことによってヨーク９が中間シャフト３の端部に締め付け固定される。

而して、本実施の形態では、ヨーク９のハブ９Ａに形成されたスリット１５の奥端部１５ａ（フォーク９Ｂ側の端部）の外表面部分には、スリット１５の幅よりも大径の半球状窪み部１９が形成されている。

ここで、スリット１５は図５（ａ）に示すように円板状のカッター２０による切削加工によって形成されるが、該スリット１５の奥端部１５ａの形状はカッター２０の外周に沿う円弧状を成している。従って、スリット１５の奥端部１５ａは、その外表面側がセレーション孔１６側よりも締付ボルト１２の挿通位置から軸方向に遠くなるよう斜めに形成されている。

前述のように円板状のカッター２０による切削加工によってヨーク９のハブ９Ａにスリット１５が形成された後、図５（ｂ）に示すように、先端が半球面状のボールエンドミル等の工具２１を用いてスリット１５の奥端部１５ａの外表面部分に半球状窪み部１９が切削加工によって形成される。

以上のように、本実施の形態では、ヨーク９のハブ９Ａに形成されたスリット１５の奥端部１５ａの外表面部分にスリット１５の幅よりも大径であって周囲の外表面部分に対して凹状に窪んだ半球状窪み部１９を形成したため、スリット１５の奥端部１５ａの外表面部分に発生する応力集中を緩和することができ、その部分に応力集中による亀裂等が発生することがなく、ヨーク９の耐久性が高められる。より詳細には、スリット１５の奥端部１５ａは、半球状窪み部１９のハブ９Ａ側（反フォーク９Ｂ側）の斜面部分に位置しており、より応力集中を緩和することができる。

又、本実施の形態では、スリット１５の奥端部１５ａを、その外表面側がセレーション孔１６側よりも締付ボルト１２の挿通位置から軸方向に遠くなるよう斜めに形成したため、応力集中し易い箇所を締付ボルト１２から遠ざけることができ、その箇所の応力集中を緩和することができる。この場合、スリット１５の奥端部１５ａが鈍角を成すように斜めに外表面に連続するため、スリット１５の形状の変移が滑らかとなり、スリット１５の奥端部１５ａの外表面部分への応力集中が緩和される。そして、スリット１５の奥端部１５ａの外表面部分には半球状窪み部１９が形成されているため、スリット１５の奥端部１５ａが外表面に更に滑らかに連続し、スリット１５の奥端部１５ａの外表面部分への応力集中を効果的に緩和することができる。

更に、本実施の形態では、鍛造品であるヨーク９のハブ９Ａにスリット１５を切削加工によって形成した後、該スリット１５の奥端部１５ａの外表面部分に半球状窪み部１９を切削加工によって形成するようにしたため、スリット１５の切削加工時にスリット１５の奥端部１５ａの外表面に発生した微細な亀裂を半球状窪み部１９の切削加工によって削除することができ、これによってもヨーク９の耐久性が高められる。

そして、自在継手７は、以上のように耐久性が高められた一対のヨーク９，１０同士を十字軸１１によって連結して構成されるため、該自在継手７自体の耐久性も高められる。

尚、以上の実施の形態では、本発明を車両のステアリング装置に用いられる自在継手とそのヨークに対して適用した形態について説明したが、本発明は、ステアリング装置以外の他の任意の装置に用いられる自在継手とそのヨークに対しても同様に適用可能であることは勿論である。

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
６，７ 自在継手
８ ピニオンシャフト
９，１０ ヨーク
９Ａ ヨークのハブ
９Ｂ ヨークのフォーク
９ａ ヨークのフランジ
１１ 十字軸
１２，１３ 締付ボルト
１５ スリット
１５ａ スリットの奥端部
１６ セレーション孔（軸挿入孔）
１７ ヨークのボルト挿通孔
１８ ヨークのネジ孔

Claims (4)

1. 軸方向に形成されたスリットによって一対のフランジが形成された切欠筒状のハブの軸挿入孔に回転軸をセレーション嵌合させ、前記一方のフランジに形成されたボルト挿通孔に挿通する締付ボルトを他方のフランジに形成されたネジ孔にねじ込むことによって前記回転軸を締め付け固定する自在継手用ヨークにおいて、
   前記ハブの前記スリットの奥端部となる外表面部分にスリットの幅よりも大径の半球状窪み部を形成したことを特徴とする自在継手用ヨーク。
2. 前記スリットの奥端部を、その外表面側が前記軸挿入孔側よりも前記締付ボルト位置から軸方向に遠くなるよう斜めに形成したことを特徴とする請求項１記載の自在継手用ヨーク。
3. 前記ハブに前記スリットを切削加工によって形成した後、該スリットの奥端部となる外表面部分に前記半球状窪み部を切削加工によって形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の自在継手用ヨーク。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の一対の自在継手用ヨーク同士を十字軸によって連結して構成されることを特徴とする自在継手。
   

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