JP2015117760A - 自在継手、自在継手の加締め及び自在継手の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より小さな力で加締めを形成する。【解決手段】自在継手１０は、一対のヨーク２と、一対のヨーク２を連結する十字軸４と、ヨーク２と十字軸４との間に介在するよう設けられる軸受５と、を備え、ヨーク２には、軸受５が嵌められる貫通穴である軸受穴２Ａと、軸受５に対して十字軸４の反対側に位置する軸受穴２Ａの内周面２Ｂから当該軸受穴２Ａの内側に向かって延出する加締め６とが設けられ、加締め６の反対側の面６Ａと当該面６Ａに連続するヨーク２の面（内周面２Ｂ）との間の角Ｓが鋭角である。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車のステアリングジョイント等として用いられる自在継手、当該自在継手の加締め及び当該自在継手の製造方法に関する。

自動車のステアリング装置は、図１３に示すように、ステアリングホイール１１、ステアリングシャフト１２、自在継手１３Ａ，１３Ｂ、中間シャフト１４、ステアリングギアユニット１５、タイロッド１６等を備える。運転者によって操作されるステアリングホイール１１の動きは、ステアリングシャフト１２、自在継手１３Ａ、中間シャフト１４、自在継手１３Ｂ及びステアリングギアユニット１５を介してタイロッド１６に伝達される。

係るステアリング装置の自在継手として、特許文献１に記載されているような、カルダン継手と呼ばれる十字軸継手が知られている。カルダン継手は、十字軸を介して一対のヨークを連結した自在継手である。ここで、ヨークと十字軸とが回動することから、ヨークと十字軸との連結位置には軸受が設けられている。また、ヨークから軸受が脱落しないよう、ヨークに加締めが設けられている。

特開平１０−１５９８６４号公報

しかしながら、従来の自在継手において軸受を係止する加締めを形成するためには大きな押圧力が必要であった。

図１４は、従来のカルダン継手における加締め２１の形成方法の一例を示す図である。図１４に示すように、加締め２１は、軸受２２に対して十字軸２３の反対側からヨーク２４に押し付けられる工具２５により形成される。ここで、加締め２１を形成する工具２５の軸受２２側の面２５Ａと、加締め２１が形成される面２１Ａとが平行である。このような加締め２１の形成方法では、加締め２１の形成に要求される工具２５の押圧力が大きい。このため、工具２５を押し付けるための設備の大型化を免れない。また、係る大きな押圧力を必要とする加締め形成工程では、複数回の加締め形成動作における押圧力の印加と解除のサイクルタイムを縮めることが困難であり、非効率である。

本発明は、より小さな力で加締めを形成することができる自在継手を提供することを目的とする。また、本発明は、より小さな力で形成することができる自在継手の加締めを提供することを目的とする。また、本発明は、より小さな力で加締めを形成することができる自在継手の製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の自在継手は、一対のヨークと、前記一対のヨークを連結する十字軸と、前記ヨークと前記十字軸との間に介在するよう設けられる軸受と、を備え、前記ヨークには、前記軸受が嵌められる貫通穴である軸受穴と、前記軸受に対して前記十字軸の反対側に位置する前記軸受穴の内周面から当該軸受穴の内側に向かって延出する加締めとが設けられ、前記加締めの前記反対側の面と当該面に連続する前記ヨークの面との間の角が鋭角である。

従って、軸受に対して十字軸の反対側で軸受を係止する加締めの形成時に加えられる力は、当該反対側に面する加締めの面とヨークとの間の角が鋭角となるように加えられる力である。よって、軸受穴に対する軸受の挿入方向に対して直交する平面に沿った面が当該反対側に形成される加締めに比して、加締めの形成に係る押圧力を鋭角の先端部分により集中することができる。すなわち押圧力をより集中することができる分、加締めの形成時にヨークに加えられる全体の力をより小さくすることができるので、より小さな力で加締めを形成することができる。

本発明の自在継手では、前記加締めは、前記角に対応する鋭角の突出部を有する工具を前記反対側から前記ヨークに押し付けることで形成される。

従って、突出部の鋭角によって当該鋭角の先端部による押圧力の集中を容易に実現することができるので、より小さな力で加締めを形成することができる。また、ヨークに対する突出部の進入によってヨークにせん断応力を加えて、軸受穴の縁を軸受穴の内側に延出させることができる。すなわち圧縮応力だけでなくせん断応力によって加締めを形成することができるので、より小さな力で加締めを形成することができる。

上記の目的を達成するための本発明の自在継手の加締めは、一対のヨークと、前記一対のヨークを連結する十字軸と、前記ヨークと前記十字軸との間に介在するよう設けられる軸受と、を備える自在継手において前記軸受が嵌められる貫通穴である前記ヨークの軸受穴の内周面における前記軸受に対して前記十字軸の反対側から当該軸受穴の内側に向かって延出する自在継手の加締めであって、前記加締めの前記反対側の面と当該面に連続する前記ヨークの面との間の角が鋭角である。

従って、軸受に対して十字軸の反対側で軸受を係止する加締めの形成時に加えられる力は、当該反対側に面する加締めの面とヨークとの間の角が鋭角となるように加えられる力であることから、加締めの形成に係る押圧力を鋭角の先端部分により集中することができる分、加締めの形成時にヨークに加えられる全体の力をより小さくすることができるので、より小さな力で加締めを形成することができる。

上記の目的を達成するための本発明の自在継手の製造方法は、一対のヨークと、前記一対のヨークを連結する十字軸と、前記ヨークと前記十字軸との間に介在するよう設けられる軸受と、を備え、前記ヨークには、前記軸受が嵌められる貫通穴である軸受穴と、前記軸受に対して前記十字軸の反対側に位置する前記軸受穴の内周面から当該軸受穴の内側に向かって延出する加締めとが設けられる自在継手の製造方法であって、前記ヨークの前記反対側から鋭角を有する工具を前記ヨークに押し付けて、前記加締めの前記反対側の面と当該面に連続する前記ヨークの面との間の角が鋭角となる加締めを形成する。

従って、軸受に対して十字軸の反対側で軸受を係止する加締めの形成時に加えられる力は、当該反対側に面する加締めの面とヨークとの間の角が鋭角となるように加えられる力であることから、加締めの形成に係る押圧力を鋭角の先端部分により集中することができる分、加締めの形成時にヨークに加えられる全体の力をより小さくすることができるので、より小さな力で加締めを形成することができる。また、工具の鋭角によって当該鋭角の先端部による押圧力の集中を容易に実現することができるので、より小さな力で加締めを形成することができる。

本発明の自在継手によれば、より小さな力で加締めを形成することができる。また、本発明の自在継手の加締めによれば、より小さな力で形成することができる。また、本発明の自在継手の製造方法によれば、より小さな力で加締めを形成することができる。

図１は、本発明による自在継手を備える中間シャフトを示す図である。 図２は、一つの軸部に設けられる軸受付近の拡大断面図である。 図３は、加締めの位置の一例を示す図である。 図４は、工具による加締めの形成の一例を示す図である。 図５は、工具による加締めの形成の一例を示す図である。 図６は、工具による加締めの形成の一例を示す図である。 図７は、工具の突出部の鋭角よりも小さい開口角度で加締めと軸受穴の角が形成される場合の一例を示す図である。 図８は、図３とは異なる加締めの位置の一例を示す図である。 図９は、図３とは異なる加締めの位置の一例を示す図である。 図１０は、図３とは異なる加締めの位置の一例を示す図である。 図１１は、図４〜図７に示す工具とは別の工具による加締めの形成の一例を示す図である。 図１２は、先端が加工された加締めの一例を示す図である。 図１３は、自動車のステアリング装置の主要構成を示す図である。 図１４は、従来のカルダン継手における加締めの形成方法の一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

図１は、本発明による自在継手１０を二組備える中間シャフト１を示す図である。二組の自在継手のうち一組の自在継手１０（図１の右側）については、ヨーク２、十字軸４及び軸受５の位置関係を示すため、断面図としている。

中間シャフト１は、例えば、シャフト部３、二組の自在継手１０を備える。自在継手１０はそれぞれ、一対のヨーク２、十字軸４、四つの軸受５等を備える。これらの部材は、例えば、金属製の構造体を主要部とし、樹脂その他の材料からなる部品との組み合わせにより構成されるが、一例であってこれに限られるものでなく、適宜変更可能である。

ヨーク２は、その内側に十字軸４を収めることができるように設けられた二又状の部材である。例えば図１に示すように、ヨーク２は、シャフト部３が延設された側と反対側に延設された二又の先端側がコの字状になっている。

シャフト部３は、二組の自在継手１０を構成する一対のヨーク２のうち一方のヨーク２同士を同一軸線上に固定する。具体的には、シャフト部３は、例えば、二つのヨーク２のうち一方のヨーク２から延設された棒状の挿入シャフト３Ａと、他方のヨーク２から延設された筒状の被挿入シャフト３Ｂからなる。挿入シャフト３Ａが被挿入シャフト３Ｂに挿入された状態で固定されることで、二つのヨーク２がシャフト部３を介して同一軸線上に固定される。

十字軸４は、同一平面に沿って互いに直交する二つの軸線の交差点を中心として、当該二つの軸線の各々に沿って外側に延設された円柱状の四つの軸部４Ａを有する。すなわち十字軸４は、十字状の形状である。

軸受５は、十字軸４の四つの軸部４Ａの各々とヨーク２とを回動可能に連結する。具体的には、軸受５は、例えば、ニードルベアリング等のラジアル軸受である。軸受５は、その内側で十字軸４の四つの軸部４Ａの各々の円筒状の外周面と当接し、その外周側でヨーク２に設けられた軸受穴２Ａの内周面２Ｂと当接する。このように、軸受５は、ヨーク２と十字軸４との間に介在するよう設けられる。

十字軸４は、一組の自在継手１０を構成する一対のヨーク２を連結する。具体的には、十字軸４の四つの軸部４Ａのうち同一軸線上に存する二つの軸部４Ａ（一組の軸部）の一方と、一対のヨーク２のうち一方のヨーク２とが連結される。また、一組の軸部の他方と、他方のヨーク２とが連結される。このように、一対のヨーク２は、十字軸４の交差点を介して互いに対向する二又の分岐の先端側が直交する位置関係で連結される。また、軸受５を介した連結により、十字軸４とヨーク２の各々とが回動可能に設けられることから、十字軸４の二つの軸線を回動軸として、一対のヨーク２同士も回動可能に連結されることになる。

図２は、一つの軸部４Ａに設けられる軸受５付近の拡大断面図である。軸受５は、軸部４Ａの先端側に位置する側面５Ａで軸部４Ａの先端を覆う。また、軸受５は、側面５Ａ側で加締め６に係止される。

ヨーク２には、軸受穴２Ａと、加締め６とが設けられる。軸受穴２Ａは、十字軸４とヨーク２との回動軸方向、すなわち十字軸４の軸部４Ａの中心軸方向に沿って延設される貫通穴である。加締め６は、軸受５に対して十字軸４の反対側に位置する軸受穴２Ａの内周面２Ｂから当該軸受穴２Ａの内側に向かって延出する。ここで、加締め６の反対側の面６Ａと、面６Ａに連続するヨーク２の面（例えば内周面２Ｂ）との間の角Ｓが鋭角である。具体的には、加締め６は、軸受５の外側に位置して軸受５に当接しない部分の軸受穴２Ａの内周面２Ｂから延出する。ここで、加締め６の反対側（図２に示す上側）の面６Ａと加締め６の外側に位置する軸受穴２Ａの内周面２Ｂにより形成される角Ｓの開口角度は、９０°未満の鋭角である。

図３は、加締め６の位置の一例を示す図である。例えば図３に示すように、ヨーク２には、軸受穴２Ａが描く円形の中心を挟んで対向する一対の加締め６が二組設けられる。軸受穴２Ａの中心軸は、当該軸受穴２Ａに嵌められる軸受５及び当該軸受５が設けられる軸部４Ａの中心軸と重なる。

図４〜図６は、工具７による加締め６の形成の一例を示す図である。加締め６は、加締め６とヨーク２の面（例えば内周面２Ｂ）との間の角Ｓに対応する鋭角の突出部７Ａを有する工具７を反対側からヨーク２に押し付けることで形成される。具体的には、例えば図４〜図６に示すように、工具７は、突出部７Ａを有する。突出部７Ａは、工具７の先端側に設けられる。突出部７Ａは、ヨーク２に向けられた側の先端が９０°未満の鋭角となっている。

図４に示すように、突出部７Ａの先端は、ヨーク２の反対側の面（図４に示す上側の面）に押し付けられる。工具７は、例えば二つの突出部７Ａを有する。ここで、軸受穴２Ａの中心軸に直交する方向（図２における左右方向）に沿う二つの突出部７Ａの先端同士の間隔は、軸受穴２Ａの径よりも大きい。これによって、工具７をヨーク２の反対側の面に押し付けることで、ヨーク２の反対側の面における軸受穴２Ａ付近（縁）の二か所に二つの突出部７Ａを押し付けることができる。また、これによって、図３等に示すように、加締め６は、軸受穴２Ａの縁が描く円形の円周よりも外側から内側に延出する構造となる。

工具７がヨーク２の反対側の面に押し付けられることで、図５に示すように、突出部７Ａが軸受穴２Ａの縁に食い込む。これに伴い、軸受穴２Ａの縁が突出部７Ａの先端の鋭角に応じて軸受穴２Ａの内側に押し出されるように延出する。これによって、軸受穴２Ａの内側に延出した部分が加締め６となる。また、図６に示すように、突出部７Ａが押し付けられていた側の加締め６の面６Ａと、当該面６Ａに連続するヨーク２の面（例えば内周面２Ｂ）との間の角Ｓは、突出部７Ａの鋭角に対応した鋭角となる。

角Ｓの開口角度は、必ずしも突出部７Ａの先端の角度と同一とならない。例えば、図６に示す加締め６と軸受穴２Ａとの間の角Ｓの開口角度は、突出部７Ａの先端の角度よりも大きい鋭角である。これは、加締め６の形成時における工具７の押し付けに伴い、ヨーク２のうち軸受穴２Ａの縁を形成していた部分が加締め６の根元部分に圧縮されることで加締め６の先端側が軸受穴２Ａの内側に押しのけられるように延出することによる。

図７は、工具７の突出部７Ａの鋭角よりも小さい開口角度で加締め６の反対側の面６Ａとヨーク２の面との間の角Ｓが形成される場合の一例を示す図である。図７に示す例のように、突出部７Ａが押し付けられることにより形成された角Ｓの開口角度は、加締め６として軸受穴２Ａの内周面２Ｂ側に延出された部分を構成する素材の弾性等によって縮められることがある。この場合、開口角度は、突出部７Ａの先端の角度よりも小さくなる。

以上説明したように、本実施形態によれば、軸受５に対して十字軸４の反対側で軸受５を係止する加締め６の形成時に加えられる力は、当該反対側に面する加締め６の面６Ａとヨーク２との間の角Ｓが鋭角となるように加えられる力である。よって、加締め６の形成に係る押圧力を鋭角の先端部分により集中することができる。すなわち押圧力をより集中することができる分、加締め６の形成時にヨーク２に加えられる全体の力をより小さくすることができるので、より小さな力で加締め６を形成することができる。

また、突出部７Ａの鋭角によって当該鋭角の先端部による押圧力の集中を容易に実現することができるので、より小さな力で加締め６を形成することができる。また、ヨーク２に対する突出部７Ａの進入によってヨーク２にせん断応力を加えて、軸受穴２Ａの縁を軸受穴２Ａの内側に延出させることができる。すなわち圧縮応力だけでなくせん断応力によって加締め６を形成することができるので、より小さな力で加締め６を形成することができる。

図３に示す加締め６の位置は、一例であってこれに限られるものでない。加締め６の位置は、軸受５を係止することができる範囲内で、適宜変更可能である。図８〜図１０は、図３とは異なる加締め６の位置の一例を示す図である。例えば、図８，図９に示すように、三組以上の一対の加締め６がヨーク２に設けられてもよい。また、図１０に示すように、加締め６の各々の位置と軸受穴２Ａの縁が描く円周の中心とを結ぶ直線同士が形成する角度が均等な角度（例えば１２０°）となるように配置された複数の加締め６がヨーク２に設けられてもよい。

図４〜図７に示す工具７は、二つの突出部７Ａによって二つの加締め６を同時に形成しているが、一例であってこれに限られるものでない。図１１は、図４〜図７に示す工具７とは別の工具８による加締め６の形成の一例を示す図である。例えば、図１１に示すように、工具８は、先端が鋭角である単一の突出部８Ａを有していてもよい。また、係る工具８は、軸受穴２Ａの内周面２Ｂに押し付けられてもよい。この場合、図１１に示すように、工具８は、軸受穴２Ａの中心軸に対して傾斜する角度で外側から押し付けられる。これによって、軸受穴２Ａの内周面２Ｂの一部が軸受穴２Ａの内側に押し出されるように延出して、加締め６を形成する。また、このとき、軸受５の反対側に面する加締め６の面と、当該面に連続するヨーク２の面との間の角Ｓの開口角度は、工具８の突出部８Ａの鋭角に応じた鋭角となる。

加締め６の先端の形状は未加工であってもよいし、加締め６の形成後に加工されてもよい。図１２は、先端が加工された加締め６の一例を示す図である。例えば、図１２に示すように、加締め６は、その先端が鋭角とならないように形成後に先端を加工（角落とし）されてもよい。角落としされても、加締め６の根元部分によって軸受５を係止することができる。また、構造的に細い先端をあらかじめなくすことで、加締め６の物理的強度を高めることができる。

図６，図７，図１１の例にて示すように、軸受穴２Ａの内周面２Ｂにおいて加締め６が延出される位置は、適宜変更可能である。

１ 中間シャフト
２ ヨーク
２Ａ 軸受穴
３ シャフト部
４ 十字軸
５ 軸受
６ 加締め
７，８ 工具
７Ａ，８Ａ 突出部
１０ 自在継手
Ｓ 角

Claims (4)

1. 一対のヨークと、
   前記一対のヨークを連結する十字軸と、
   前記ヨークと前記十字軸との間に介在するよう設けられる軸受と、を備え、
   前記ヨークには、前記軸受が嵌められる貫通穴である軸受穴と、前記軸受に対して前記十字軸の反対側に位置する前記軸受穴の内周面から当該軸受穴の内側に向かって延出する加締めとが設けられ、
   前記加締めの前記反対側の面と当該面に連続する前記ヨークの面との間の角が鋭角である、自在継手。
2. 前記加締めは、前記角に対応する鋭角の突出部を有する工具を前記反対側から前記ヨークに押し付けることで形成される、請求項１に記載の自在継手。
3. 一対のヨークと、前記一対のヨークを連結する十字軸と、前記ヨークと前記十字軸との間に介在するよう設けられる軸受と、を備える自在継手において前記軸受が嵌められる貫通穴である前記ヨークの軸受穴の内周面における前記軸受に対して前記十字軸の反対側から当該軸受穴の内側に向かって延出する自在継手の加締めであって、
   前記加締めの前記反対側の面と当該面に連続する前記ヨークの面との間の角が鋭角である、自在継手の加締め。
4. 一対のヨークと、前記一対のヨークを連結する十字軸と、前記ヨークと前記十字軸との間に介在するよう設けられる軸受と、を備え、前記ヨークには、前記軸受が嵌められる貫通穴である軸受穴と、前記軸受に対して前記十字軸の反対側に位置する前記軸受穴の内周面から当該軸受穴の内側に向かって延出する加締めとが設けられる自在継手の製造方法であって、
   前記ヨークの前記反対側から鋭角を有する工具を前記ヨークに押し付けて、前記加締めの前記反対側の面と当該面に連続する前記ヨークの面との間の角が鋭角となる加締めを形成する、自在継手の製造方法。