JP3797054B2 - ヨークとシャフトの結合構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のステアリング装置等に用いられ、一端に自在継手を連結した横入れヨークとシャフトとを結合させるための、横入れヨークとシャフトの結合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車の前輪に操舵角を付与するためのステアリング装置においては、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十字軸式の自在継手（ユニバーサルジョイント）を介して、ステアリングギヤの入力軸に伝達する構成である。
【０００３】
この自在継手は、一対のＵ字形のヨークを十字軸を介して互いに軸支したものである。このような自在継手を使用してステアリング装置を組み付ける場合は、例えば一方のヨークをステアリングシャフト等の一方のシャフトの端部に溶接、あるいはねじ止めにより予め結合・固定し、他方のヨークを他方のシャフトの端部に結合する。通常、このような組み付け作業を行うのに、前記一方のシャフトを車体側に支持した後、このシャフトと他方のシャフトとを自在継手により結合する。したがって、自在継手の２つのヨークの内、少なくとも一方のヨークはシャフトを軸方向に動かすことなく固定作業を行うことができる、いわゆる横入れ式のものが好ましい。
【０００４】
この横入れ式のヨークは、自在継手の片方を構成する部分と、この部分と一体的に設けられ、軸方向と直交する平面内での断面がＵ字形の結合部とから成っており、このＵ字形の凹部分に、該凹部分に適合する断面形状のシャフトの端部を開口部から横入れで挿入して、Ｕ字形の平行に延びた両端部を、ボルトで貫通及び螺合して締め付けることにより、シャフトを当該横入れヨークに結合させる。この際、ボルトと一体的に、又は所定の摩擦抵抗力を付与して設けたカム（カム部材）により、シャフトの前記結合部内における位置決め（センタリング）を行うのが、一般的である。
【０００５】
このように、ボルトに設けたカムでシャフトのセンタリングを行う、従来の横入れヨークとシャフトの結合構造における組み付け方式には、大きく分けて２つのタイプがある。その一つは、例えば、特開平１０―３１８２７２号公報に開示されているように、カムボルトを使用し、ナットの方を締め上げるタイプである。もう一つは、特開平１０―１６９６６４号公報、特開平１０―１４８２１５号公報等に開示されているように、ボルトの方を締め上げるというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の上記横入れヨークとシャフトの結合構造における組み付け方式の内、前者においては、組み付け作業はナットを締め上げる都合上、ボルトを後ろ側から差し込んでボルトの先端を手前に出すか、手前側からボルトを差し込んでから、自在継手を１８０°回転させ、ナットを手前側にする必要があるが、ボルトを後側から押し込むのは、目で確認できない手探り作業であって容易でない場合がある。また、自在継手を１８０°回転させるのには、手間が掛かり作業工程を増やす結果になる。
さらに、ナットがボルトの先端部に１，２回ねじ込まれるまで、ボルトが後側に押されないように支持するための、ボルトの仮保持機構が必要となり、これを用いない場合は、後側に手を廻してボルトの頭部を押さえなければならず、両手作業になって容易ではない、等のいくつかの問題点があった。
【０００７】
また、後者の組み付け方法においては、手前側からボルトを挿入して、そのまま締め上げ作業をするため、前者の方法のように、ボルトを後ろ側から差し込んだり、自在継手を１８０°回転させる必要はないが、組み付け時は、工具による締め付けを確実なものとするため、手でボルトを差し込んでから、ボルトの螺条部の先端をヨークに固定したナット又はヨークのねじ部（螺条形成部）に１，２回軽くねじ込んでから本締めをする必要がある。しかし、上記の如く、ボルトには予め、カム部材が螺条部に対して所定の摩擦抵抗力を持って嵌合されており、ボルトを回転させる際の負荷抵抗が大きいため、ボルトの頭を指でつまんで螺条部先端をナット又はヨークのねじ部に軽くねじ込むことができないという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明においては、上述した問題点を解消して、手前側からボルトを挿入して、そのまま締め上げる構成において、簡単な操作でボルトをナットにねじ込むことができると共に、シャフトのセンタリングを行うことができる、ヨークとシャフトの結合構造を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明の一態様では、
先端部外周面に互いに平行な一対の平坦面を形成したシャフトを結合するための結合部を一端部に有し、他端部を自在継手に連結するヨークであって、前記結合部は、前記シャフトの平坦面を挟持し、その軸方向に直交する平面内の断面形状がＵ字形の挟持部と、このＵ字形状の一方の端部近傍に設けられたねじ孔と、他方の端部近傍に設けられ、前記ねじ孔と同心でねじ孔より大きい径のボルト孔とから成っており、前記シャフトを前記挟持部に挿入して、嵌合孔を有するカム部材を外嵌した螺条部付きのボルトを、前記ボルト孔から挿入して該螺条部の先端を前記ねじ孔に螺合させることにより前記シャフトを前記結合部に結合させると共に、前記カム部材の回転によりシャフトのセンタリングを行う、横入れヨークとシャフトの結合構造において、
前記カム部材は前記ボルトに対して偏心して形成された外径カム面を有し、前記カム部材の嵌合孔の内径は、前記ボルトの螺条部に対して移動自在な大きさであり、前記ボルトには、前記螺条部と頭部との間に、前記嵌合孔の内径よりも大きく、当該嵌合孔に圧入可能で、圧入後、前記センタリングが可能な摩擦抵抗力を生じさせるような外径と長さを有する大径部が設けられ、且つ、前記螺条部は、当該螺条部の先端部を前記ねじ孔に始めに螺合させるまでは、少なくとも前記大径部が前記嵌合孔に圧入しない長さに設定されていて、かつ前記カム部材には前記ボルトの前記ねじ孔への螺合完了時に前記Ｕ字形の挟持部の外側面または前記シャフトの平坦面に当たる掛止部が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
以上のように構成されたことで、ボルトの螺条部の先端部を挟持部のねじ孔に始めに螺合させる時は、カム部材はまだボルト上をボルト軸方向に移動自在であるので、ボルトの頭を指でつまんで２，３回軽くねじ込むことができる。その後、さらにボルトをねじ込み締め付けて行くと、ボルトの摩擦係合部がカム部材に摩擦係合することにより摩擦抵抗力が生じるため、指でねじ込むことはできず工具でねじ込んで行く。これにより、ボルトの回転と共にカム部材も回転して、カム部材がシャフトをＵ字形の挟持部の凹部へ押し込み、センタリングが行われる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態を示す横入れヨークと締め付けボルトの断面構成図、図２は横入れヨークを含む自在継手を示す全体構成図、図３は締め付けボルトの構成を示す側面図、図４はカム部材を示す上面図、図５〜図８は横入れヨークとシャフトの結合手順を示す説明図である。
【００１２】
図２において、ステアリングシャフト等の図中右方のシャフト５の先端部に、溶接又はねじ止め等により固定したヨーク４と、図中左方のシャフト３を結合したヨーク１とが十字軸６を介して連結されている。この十字軸６の４つの端部は、それぞれ各ヨーク１，４の先端部に、軸受カップ６ａ内に設けたニードル軸受（図示しない）を介して揺動自在に連結されている。
ヨーク１には、ヨーク４との連結側とは反対側端部に、シャフト３を結合するための結合部１１が形成されており、この結合部１１にシャフト３を挿入して、締め付けボルト２により締め付けることによりシャフト３を結合部１１に結合させる。
【００１３】
このヨーク１の結合部１１は、図１（Ａ）に示すように、シャフト３の軸方向に直交する平面内での断面形状がＵ字形（同図では逆Ｕ字の配置で示す）に形成されており、Ｕ字形の平行に延びている部分である挟持部１１ａ，１１ｂとＵ字型の凹部分である曲面部１１ｃとから成っている。挟持部１１ａ，１１ｂは、シャフト３の側面側（図中、下面側）に開口部１１ｆを形成している。挟持部１１ａ，１１ｂのそれぞれの先端近傍には、ボルト孔１１ｄ，１１ｅが設けられている。その一方のボルト孔１１ｄには、ねじ孔７ａを有するナット７が内嵌固定されており、他方のボルト孔１１ｅはナット７と同心であってボルト孔１１ｄの内径よりやや大き目の内径を有している。
シャフト３は、その先端部の外周面に互いに平行な一対の平坦面３ａが形成されており、同図に示すようにＵ字型の凹み部分に適合する断面形状を有している。
【００１４】
一方、挟持部１１ａ，１１ｂのボルト孔１１ｄ，１１ｅに貫通させる締め付けボルト２（以後、単にボルト２と言う）は、図３に示すように、締め付け部分である頭部２ａと、螺条が形成された部分と螺条は形成されていないが前記螺条部分と同一の外径Ｒ1を有する基部から成る螺条部２ｃと、この螺条部２ｃと頭部２ａの中間部分であり螺条部２ｃの径Ｒ1よりやや大きい径Ｒ2を有する（Ｒ1＜Ｒ2）大径部２ｂとから成り立っている。この大径部２ｂの螺条部２ｃ側の端部は先細りのテーパ形状とされている。
【００１５】
この締め付けボルト２には、図１（Ｂ）に示すように、頭部２ａに隣接するようにワッシャー８が、ワッシャー８に隣接するようにカム部材９がそれぞれ外嵌されている。ワッシャー８のカム部材９側の面には、カム部材９の掛止部９ｃが嵌合する大きさの凹部８ａが形成されている。ワッシャー８の内径は、ボルト２の大径部２ｂの外径Ｒ2よりやや大きく、ワッシャー８が大径部２ｂに対して移動自在とされている。
【００１６】
カム部材９は、ボルト２の軸中心に対して偏心して形成されたカム部９ａ（図８参照）と、上記ボルト孔１１ｅに移動自在に内嵌する大きさの外径を有するボルト孔嵌合部９ｂと、ボルト孔１１ｅの内径よりも大きい外径を有し、挟持部１１ｂの外側面に掛止する掛止部９ｃとから成っており、ボルト２に外嵌するための嵌合孔９ｄ（図１（Ｂ）参照）が設けられている。このカム部材９が回転する際にカム部９ａがシャフト３の側面を押す。図３にも示すように、カム部材９の嵌合孔９ｄ（図中、破線で位置を示す）の内径ｒは、ボルト２の螺条部２ｃの外径Ｒ1よりやや大きく（ｒ＞Ｒ1）、カム部材９は螺状部２ｃ上を軸方向に移動自在であるが、ボルト２の大径部２ｂの外径Ｒ2よりもやや小さく（ｒ＜Ｒ2）設定されており、大径部２ｂがカム部材９の嵌合孔９ｄに嵌合する際には摩擦抵抗力を持って圧入するようにされている。このため、カム部材９は、この圧入が可能なように所定の弾性を有する材料で形成されている。
【００１７】
また、カム部材９には、図４に示すように、厚みが比較的薄くなっている個所（図８の矢印Ｂで示す部分）に、軸方向に２つの切り込みを入れ、この部分を内側、即ちボルト２側に曲げたストッパー部９ｅを設けても良い。このストッパー部９ｅは、その先端がボルト２のねじ山に引っ掛かり、カム部材９がボルト２から抜けないようにストッパーの機能を有する。
【００１８】
上記構成において、ヨーク１の結合部１１にシャフト３を挿入して固定する手順について図５〜図７を参照して説明する。図５に示すように、シャフト３を結合部１１の曲面部１１ｃに開口部１１ｆより横入れで挿入した後、ワッシャー８とカム部材９とを外嵌したボルト２を挟持部１１ｂのボルト孔１１ｅの外側（図中右側）から挿入し、その螺条部２ｃの先端部を他方のボルト孔１１ｄからナット７の螺条孔７ａに当てる。この時、図示するように、カム部材９は厚さの薄い部分（図８の矢印Ｂで示す）がシャフト３の側面に接触するか、あるいは接触しない状態で図示する位置で止まっている。実際には、シャフト３を挿入した時のシャフト３の位置は一定ではないので、カム部材９は、もしシャフト３の側面に接触していれば、その摩擦抵抗力によりこの位置で止まる。それと同時に、ボルト２の大径部２ｂは、カム部材９のワッシャー８側の嵌合孔９ｄの開口端にまだ至っておらず（接触していない）、そこまで間隔ｄが有り、螺条部２ｃは嵌合孔９ｄに対して移動自在であるため、ボルト２の回転には負荷が掛からない。したがって、指で頭部２ａをつまんでボルト２を回転させ、その先端部をナット７の螺条孔に２，３回うまく螺合させる（ねじ込む）ことができる。
【００１９】
このようにして、ボルト２を指で回転させていくと、図６に示すように、ボルト２の大径部２ｂの先端部がカム部材９の嵌合孔９ｄに入ってその開口端に当たり、大径部２ｂがカム部材９を押すので、カム部材９が螺条部２ｃと共に矢印Ｘ方向に移動する。この時、カム部材９がシャフト３の側面（図中、下面側）に接触していれば、その摩擦抵抗力があり、カム部材９の矢印Ｘ方向の移動に負荷が掛かるため、ボルトの回転に工具を要する可能性がある。そして、カム部材９の掛止部９ｃが挟持部１１ｂの外側面で掛止されることにより、カム部材９の矢印Ｘ方向への移動は停止する。
【００２０】
このカム部材９の掛止部９ｃが掛止された状態から、さらに、指で頭部２ａをつまんでボルト２を回転させようとしても、ボルトの大径部２ｂの外径はカム部材９の内径より大きいため、大径部２ｂが嵌合孔９ｄに無理に入ろうとするので、摩擦抵抗力のために負荷が大きく指で回転させることはできない。そこで、インパクトレンチ等の工具を使ってボルト２を回転させ締め付けていくと、大径部２ｂの先端部はテーパ形状であるので、図７の矢印Ｃで示すように、大径部２ｂが嵌合孔９ｄに圧入されて行き、図８にも示すように、カム部材９がボルト２の回転と共に矢印Ｄ方向に回転するようになる。このカム部９ａの回転により、シャフト３の側面が押し上げられて曲面部１１ｃに隙間なく押し付けられ、センタリング（軸中心への位置決め）が行われる。
【００２１】
この時、カム部９ａの押圧によりシャフト３が限界まで押し上げられると、カム部９ａの回転はここで停止し、それ以後は、ボルト２のみが前記摩擦抵抗力に抗して回転する。このようにして、さらにボルト２を回転させて行き、図７に示すように、最終的にワッシャー８の凹部８ａがカム部材９の掛止部９ｃに嵌合すると共に、ワッシャー８が挟持部１１ｂの外側面に当たるまでボルト２をねじ込むことにより、シャフト３のヨーク１への固定が完了する。
【００２２】
したがって、ボルト２の螺条部２ｃは、螺条部２ｃの先端部をナット７に始めに螺合させるまでは、たとえ大径部２ｂが嵌合孔９ｄに接触していても、圧入しないような長さを少なくとも有していなければならない。且つ、ボルト２の大径部２ｂの外径Ｒ2及びその軸方向の長さの、カム部材９の嵌合孔９ｄの内径ｒ及びその長さに対する相対的な大きさは、当該大径部２ｂが嵌合孔９ｄに圧入してカム部材９を回転させ、シャフト３のセンタリングが可能な程度の摩擦抵抗力を生じさせるような大きさに設定されていなければならない。例えば、大径部２ｂの外径Ｒ2が小さく、その長さが短いと、センタリングが可能な程度にシャフト３を押し上げる摩擦抵抗力が生じず、ボルト２だけが回転してねじ込まれて行く。
【００２３】
また、カム部材９が、回転しないでシャフト３の側面側に沿って押し込まれて行く時は、図８に示すように、カム部９ａの作用量が最も小さい部分（矢印Ｂで示す）、言い替えると、ストッパー部９ｅが設けられている部分が前記シャフト３の側面に対向する位置になるように、カム部材９がボルト２に対して位置決めされているのが好ましい。例えば図５においては、ボルト２は、カム部材９をそのストッパー部９ｅが上側になるように外嵌した状態で、ねじ込むのが理想的である。
尚、カム部材９がボルト２の回転と共に回転して、カム部９ａがシャフト３を限界まで押し上げ、カム部９ａの回転が停止した後は、ボルト２のみが回転するが、この時、ボルト２の大径部２ｂが嵌合孔９ｄの内径による高圧力（摩擦抵抗力）に抗して回転しなければならないため、ボルト２をねじ込むためにより大きな力が必要となる。
【００２４】
このように、始めに、ボルト２を指でナット７にねじ込む時には、カム部材９はボルト２の大径部２ｂに接触していないので、ボルト２の回転に負荷がなく、指で頭部２ａを２，３回回転させて容易にねじ込むことができる。その後、さらにボルト２がねじ込まれて行くと、カム部材９の嵌合孔９ｄに大径部２ｂが強圧で圧入するようになるので、ボルト２の回転と共にカム部材９のカム部２ａが回転してシャフト３を曲面部１１ｃへ押し上げ、シャフト３のセンタリングが行われる。
【００２５】
次に、他の実施形態について図９〜図１１を参照して説明する。図９に示す第２の実施形態は、上記第１の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付している。異なっているのは、カム部材９０に、第１実施形態における掛止部９ｃとワッシャー８（図１参照）の機能を兼ね備えたワッシャ部９０ｂを設け、ワッシャー８を無くした点である。したがって、このカム部材９０は、カム部９０ａとワッシャ部９０ｂとから成っており、金属で形成されている。
この構成において、ワッシャ部９０ｂが挟持部１１ｂの外側面に掛止され、ボルト２は、頭部２ａがワッシャ部９０ｂ外側面（図中、右端面）に当たるまでねじ込まれる。シャフト３を結合部１１にボルト２で締め付け固定する他の手順については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００２６】
図１０に示す第３の実施形態は、上記第１の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付している。異なっているのは、挟持部１１ｂの外側面に、カム部材９の掛止部９ｃ（図１参照）が嵌合する大きさの座ぐり１１ｇを形成し、且つボルト２の頭部２ａの大径部２ｂ側にワッシャ部２ｄを頭部２ａと一体的に設けて、ワッシャー８（図１参照）を無くした点である。
この構成において、カム部材９の掛止部９ｃが座ぐり１１ｇに嵌合して掛止され、ボルト２は、そのワッシャ部２ｄが掛止部９ｃの外側面（図中、右端面）に当たるまでねじ込まれる。シャフト３を結合部１１にボルト２で締め付け固定する他の手順については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００２７】
図１１に示す第４の実施形態は、上記第３の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付している。異なっているのは、カム部材９の掛止部９ｃを無くして、代わりに、外径が掛止部９ｃよりやや小さく、ボルト孔嵌合部９ｂの外径よりやや大きいボルト孔嵌合部９１ｂをカム部材９１に設け、ボルト孔１１ｈの内径をボルト孔１１ｅ（図１参照）の内径よりやや大きくした点である。カム部材９１はカム部９１ａとボルト孔嵌合部９１ｂから成っている。但し、ボルト孔嵌合部９１ｂの幅ｋは挟持部１１ｂのボルト軸方向の幅ｍと同じ（ｋ＝ｍ）に形成されている。
この構成において、ボルト孔嵌合部９１ｂがボルト孔１１ｈに嵌合するまでボルト２がねじ込まれると、ボルト孔嵌合部９１ｂの先端側端部（図中、左端部）がシャフト３の対向面に当たるため、ここで掛止される。その後、ボルト２はワッシャ部２ｄが挟持部１１ｂの外側面（図中、右端面）に当たるまでねじ込まれる。シャフト３を結合部１１にボルト２で締め付け固定する他の手順については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、カム部材は、ヨークの挟持部に挿入されたシャフトの少なくとも一部に対向するボルト部分でボルト軸方向に移動自在であり、ボルトの螺条部の先端部をねじ孔に当てる時は、カム部材はボルト上を移動自在であるので、始めに指でボルトの頭を摘んで、２，３回容易にねじ込むことができると共に、ボルトには該ボルトをねじ孔にねじ込み締め付ける際カム部材に摩擦係合して該カム部材を回転させる摩擦係合部が設けてあり、その後のボルトねじ込み締め付けによるカム部材の回転によりシャフトのセンタリングを行うことできる。
このように本発明によれば、ボルトの螺条部の先端部を挟持部のねじ孔に始めに螺合させる時は、カム部材はまだボルト上をボルト軸方向に移動自在であるので、ボルトの頭を指でつまんで２，３回軽くねじ込むことができる。その後、工具を用いさらにボルトをねじ込み締め付けて行くと、ボルトの摩擦係合部がカム部材に摩擦係合することにより摩擦抵抗力が生じるため、これにより、ボルトの回転と共にカム部材も回転して、カム部材がシャフトをＵ字形の挟持部の凹部へ押し込み、センタリングが行われる。したがって、手前側のボルト孔からボルトを挿入してそのまま締め上げることができ、シャフトと自在継手の結合作業がやり易くなり、作業の確実性、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す横入れヨークと締め付けボルトの断面構成図
【図２】横入れヨークを含む自在継手を示す全体構成図
【図３】締め付けボルトの構成を示す側面図
【図４】カム部材を示す上面図
【図５】横入れヨークとシャフトの結合手順を示す説明図
【図６】横入れヨークとシャフトの結合手順を示す説明図
【図７】横入れヨークとシャフトの結合手順を示す説明図
【図８】図７のＡ−Ａ断面を示す図
【図９】本発明の第２の実施形態を示す横入れヨークと締め付けボルトの断面構成図
【図１０】本発明の第３の実施形態を示す横入れヨークと締め付けボルトの断面構成図
【図１１】本発明の第４の実施形態を示す横入れヨークと締め付けボルトの断面構成図
【符号の説明】
１ ヨーク
２ ボルト
２ａ 頭部
２ｂ 大径部
２ｃ 螺条部
３ シャフト
９ カム部材
９ａ カム部
９ｂ ボルト孔嵌合部
９ｃ 掛止部
９ｄ 嵌合孔
１１ 結合部
１１ａ，１１ｂ 挟持部
１１ｃ 曲面部
１１ｄ ねじ孔（ボルト孔）
１１ｅ ボルト孔

Claims (1)

1. 先端部外周面に互いに平行な一対の平坦面を形成したシャフトを結合するための結合部を一端部に有し、他端部を自在継手に連結するヨークであって、前記結合部は、前記シャフトの平坦面を挟持し、その軸方向に直交する平面内の断面形状がＵ字形の挟持部と、このＵ字形状の一方の端部近傍に設けられたねじ孔と、他方の端部近傍に設けられ、前記ねじ孔と同心でねじ孔より大きい径のボルト孔とから成っており、前記シャフトを前記挟持部に挿入して、嵌合孔を有するカム部材を外嵌した螺条部付きのボルトを、前記ボルト孔から挿入して該螺条部の先端を前記ねじ孔に螺合させることにより前記シャフトを前記結合部に結合させると共に、前記カム部材の回転によりシャフトのセンタリングを行う、横入れヨークとシャフトの結合構造において、
   前記カム部材は前記ボルトに対して偏心して形成された外径カム面を有し、前記カム部材の嵌合孔の内径は、前記ボルトの螺条部に対して移動自在な大きさであり、前記ボルトには、前記螺条部と頭部との間に、前記嵌合孔の内径よりも大きく、当該嵌合孔に圧入可能で、圧入後、前記センタリングが可能な摩擦抵抗力を生じさせるような外径と長さを有する大径部が設けられ、且つ、前記螺条部は、当該螺条部の先端部を前記ねじ孔に始めに螺合させるまでは、少なくとも前記大径部が前記嵌合孔に圧入しない長さに設定されていて、かつ前記カム部材には前記ボルトの前記ねじ孔への螺合完了時に前記Ｕ字形の挟持部の外側面または前記シャフトの平坦面に当たる掛止部が形成されていることを特徴とする横入れヨークとシャフトの結合構造。

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