JP4070567B2 - 弾性自在継手 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明に係る弾性自在継手は、自動車用操舵装置内に組み込み、ステアリングホイールの動きをステアリングギヤに伝達自在にすると共に、ステアリングギヤ側の振動がステアリングホイールに伝わるのを防止する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用操舵装置は、ステアリングホイールにより回転駆動されるステアリングシャフトの動きをステアリングギヤに伝達し、前輪に舵角を付与する様に構成している。上記ステアリングシャフトとステアリングギヤの入力軸とは同一直線上に配置できないのが普通である。この為、これらステアリングシャフトと入力軸との間に自在継手を設けて、上記ステアリングホイールの動きを上記ステアリングギヤに伝達自在としている。又、自動車の走行時に車輪からステアリングギヤに伝わった振動がステアリングホイールに伝達される事で、運転者に不快感を与える事を防止する為、上記自在継手に振動吸収能力を持たせる事も、従来から行なわれている。自在継手に振動吸収能力を持たせるには、この自在継手にゴム等の弾性材を組み込み、この弾性材により振動の伝達を防止する、所謂弾性自在継手が、一般的に使用されている。
【０００３】
この様な弾性自在継手として従来から、特開昭５６−３９３２５号公報（＝フランス特許公開２４６４４０４）、実開昭５４−８２２５７号公報、実開平５−８３４６２号公報、同５−８９９６４号公報、フランス特許公開２６１４９８５等に記載されたものが知られている。これら従来から知られた弾性自在継手は、基本構造はほぼ同じであるから、このうちの実開平５−８９９６４号公報に記載された構造に就いて、図８〜１０により説明する。
【０００４】
この弾性自在継手１は、図８に示す様に、シャフト２と、このシャフト２の先端部（図８〜１０の左端部）に緩衝筒３を介して外嵌固定された第一ヨーク４と、第二ヨーク５と、この第二ヨーク５と上記第一ヨーク４とを連結する十字軸６とを備える。上記シャフト２の先端で上記緩衝筒３の一端縁（図９の左端縁）から突出した部分には、図９〜１０に示す様に、セレーション軸部７を形成している。そして、このセレーション軸部７に伝達駒８の中心孔９を、セレーション係合させている。従ってこの伝達駒８は、上記シャフト２の先端部に固設されて、このシャフト２と共に回転する。又、この伝達駒８の外周縁で直径方向反対側の２個所位置には、上記緩衝筒３の外周面よりも直径方向外方に突出する突片１０、１０を一体形成している。
【０００５】
上記弾性自在継手１の構成各部材のうち、上記緩衝筒３は、ゴム、エラストマー等の弾性材１１を含んで円筒状に形成されている。即ち、この緩衝筒３は、それぞれが金属製で円筒状に造られた内側スリーブ１２と外側スリーブ１３とを、互いに同心に配置している。そして、上記内側スリーブ１２の外周面と上記弾性材１１の内周面とを焼き付け若しくは接着により結合し、上記外側スリーブ１３の内周面と上記弾性材１１の外周面とを同様に結合している。そして、上記内側スリーブ１２を上記シャフト２の先端部に外嵌固定し、上記外側スリーブ１３を上記第一ヨーク４に設けた、次述する円筒部１４に内嵌固定している。
【０００６】
上記第一ヨーク４は、円筒部１４と、この円筒部１４の軸方向（図８〜１０の左右方向）一端縁（同図の左端縁）の直径方向反対位置から軸方向に延びる１対の第一アーム１５、１５とを有する。そして、これら各第一アーム１５、１５の先端部（図８〜１０の左端部）に、それぞれ第一円孔１６、１６を、互いに同心に形成している。又、上記円筒部１４の軸方向一端縁の直径方向反対位置で、上記１対の第一アーム１５、１５から外れた部分には、それぞれ切り欠き１７、１７を形成している。これら各切り欠き１７、１７の幅寸法Ｗは、前記伝達駒８の突片１０、１０の幅寸法ｗよりも大きい（Ｗ＞ｗ）。そして、上記第一ヨーク４の内側にシャフト２を組み付けた状態で、上記各突片１０、１０は、上記各切り欠き１７、１７の内側に、隙間をあけて緩く係合している。
【０００７】
又、前記第二ヨーク５は、互いに離隔して設けられた１対の第二アーム１８を有し、別のシャフト１９の端部に結合固定される。上記各第二アーム１８の先端部にはそれぞれ第二円孔２０を、互いに同心に形成している。そして、前記十字軸６の４個所の先端部は、それぞれ１対ずつ設けられた第一、第二両円孔１６、２０の内側に、ラジアルニードル軸受等の軸受を介して、回転自在に支持されている。
【０００８】
上述の様に構成される弾性自在継手１の作用は、次の通りである。自動車が直進状態にある場合、或は、ステアリングホイールからシャフト２に加えられる回転トルクが小さい場合には、シャフト２の先端部に固定された伝達駒８の突片１０、１０が、第一ヨーク４の円筒部１４に形成した切り欠き１７、１７の内側中立位置若しくは中立位置から少しだけ偏った位置に存在する。これら各状態では、上記円筒部１４と伝達駒８とが直接接触する事はない。又、上記小さな回転トルクは、前記緩衝筒３を介して、上記シャフト２から第一ヨーク４に伝達される。この場合には、車輪からステアリングギヤ、前記別のシャフト１９、第二ヨーク５、十字軸６等を介して第一ヨーク４に伝達された振動が、上記緩衝筒３を構成する弾性材１１により吸収され、上記シャフト２までは伝わらない。
【０００９】
これに対して、前輪に大きな舵角を付与する場合等の様に、ステアリングホイールからシャフト２に加えられる回転トルクが大きい場合には、上記各突片１０、１０が上記各切り欠き１７、１７の内側面と衝合する。この結果、ステアリングホイールから上記シャフト２に加えられた回転トルクのうちの多くの部分が、上記伝達駒８を介して上記第一ヨーク４に伝達される。この状態では、上記緩衝筒３を介して伝達される回転トルクは限られたものとなる。従って、弾性自在継手１を介して伝達する回転トルクが大きくなった場合でも、上記緩衝筒３を構成する弾性材１１に無理な力が作用して、この弾性材１１が破損する事はない。
【００１０】
又、実開平４−４２９２４号公報には、図１１〜１２に示す様な弾性自在継手が記載されている。この公報に記載された弾性自在継手は、操縦安定性の確保と振動減衰性能の確保とを両立させる事を目的としたものである。この弾性自在継手では、シャフト２１の端部に溶接固定したハウジング部材２２の先端部で直径方向反対位置に、それぞれ円孔２３、２３を形成している。そして、上記ハウジング部材２２の先端部に内嵌固定した緩衝筒３の内側に、第一ヨーク４の基端部を内嵌固定している。更に、この第一ヨーク４の基端部を直径方向に亙って貫通したピン２４の両端部を、上記各円孔２３、２３に遊嵌させている。
【００１１】
この様に構成される図１１〜１２に示した弾性自在継手の場合、シャフト２１と第一ヨーク４との間で小さな回転トルクは、上記緩衝筒３を構成する弾性材１１を介して伝達する。又、大きな回転トルクを伝達する際には、上記ピン２４の両端部外周面が上記円孔２３、２３の内周縁に衝合する事で、このピン２４を介してトルク伝達を行なう。
【００１２】
更に、特開平６−３２９０３３号公報には、図１３に示す様な構造の弾性自在継手が記載されている。この公報に記載された弾性自在継手では、シャフト２１の端部に固定したピン２４の両端部を、第一ヨーク４の後端縁に形成した切り欠き１７に緩く係合させている。又、上記シャフト２１にその基端部を固定したハウジング部材２２の内周面と上記第一ヨーク４の中間部外周面との間に緩衝筒３を挟持している。
【００１３】
この様に構成される図１３に示した弾性自在継手の場合、シャフト２１と第一ヨーク４との間で小さな回転トルクは、上記緩衝筒３を構成する弾性材１１を介して伝達する。又、大きな回転トルクを伝達する際には、上記ピン２４の両端部外周面が上記切り欠き１７の内縁に衝合する事で、このピン２４を介してトルク伝達を行なう。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様に構成される従来の弾性自在継手の場合、操縦安定性並びに振動減衰性能の確保と小型軽量化とを両立させる事が難しかった。先ず、図８〜１０に示した構造の場合には、軽量化を図る事はできるが、操縦安定性の確保と振動減衰性能の確保とを両立させる事が難しい。即ち、操縦安定性を確保すべく、弾性材１１の捩り剛性を向上させる為には、この弾性材１１の直径を大きくするか、或はこの弾性材１１の硬度を高くする必要がある。ところが、この図８〜１０に示した構造の場合には、弾性材１１を含む緩衝筒３を、第一ヨーク４の内側に嵌合固定している為、弾性材１１の直径を大きくする事による捩り剛性の向上は難しい。又、弾性材１１の硬度を高くすると、振動減衰性能が劣化してしまう。
【００１５】
又、図１１〜１２に示した構造の場合には、操縦安定性並びに振動減衰性能を確保する事はできても、軽量化を図る事が難しかった。即ち、図１１〜１２に示した構造の場合には、小さなトルクも大きなトルクもハウジング部材２２を介して伝達する為、このハウジング部材２２の剛性を十分に大きくする必要がある。従って、このハウジング部材２２の板厚を十分に大きくしなければならず、このハウジング部材２２の重量が嵩む事が避けられない。更に、ハウジング部材２２と緩衝筒３と第一ヨーク４とに互いに整合する円孔を形成する作業（或は各部材２２、３、４に予め形成した円孔を整合させる作業）が面倒で、弾性自在継手の生産性を低下させてしまう。
【００１６】
更に、図１３に示した構造の場合も、操縦安定性並びに振動減衰性能の確保と軽量化とを両立させる事が難しい。即ち、この図１３に示した構造の場合には、ピン２４の両端部と切り欠き１７との係合部と緩衝筒３とが、軸方向にずれた状態で設けられている。従って、緩衝筒３を構成する弾性材１１の体積を大きくして操縦安定性並びに振動減衰性能を確保すべく、上記緩衝筒３の軸方向寸法を長くすると、弾性自在継手が大型化し、重量が嵩む。反対に、弾性自在継手の小型軽量化を図るべく、上記緩衝筒３の軸方向寸法を短くすると、弾性材１１の体積が不足して操縦安定性の確保と振動減衰性能の確保とを両立させる事ができない。
【００１７】
本発明の弾性自在継手は、この様な事情に鑑みて発明したもので、操縦安定性並びに振動減衰性能の確保と軽量化とを両立できる実用的な構造を提供するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の弾性自在継手は、次の(1) 〜(9) の要件を総て満たす。
(1) シャフトと、このシャフトの中間部先端寄り部分にその基端部を結合固定した結合ブラケットと、この結合ブラケットの先端部に設けられた外側筒部の内側に緩衝筒を介して内嵌支持された第一ヨークと、第二ヨークと、これら第一、第二両ヨーク同士を連結する十字軸とを備える。
(2) 上記シャフトの先端で、上記緩衝筒の軸方向両端面のうちの上記十字軸側の端面よりもこの十字軸側に突出した部分には、このシャフトの外周面よりも直径方向外方に突出した突片が、このシャフトと一体に固設されている。
(3) 上記緩衝筒は、弾性材を含んで筒状に形成されている。
(4) 上記第一ヨークは、内側筒部と、この内側筒部の軸方向一端縁の直径方向反対位置から軸方向に延びる１対の第一アームと、これら各第一アームの先端部に互いに同心に形成された１対の第一円孔と、上記内側筒部の軸方向両端縁のうちの上記第一アーム側の端縁の一部で上記１対の第一アームから外れた部分に形成された切り欠きとを備え、上記内側筒部は上記緩衝筒に内嵌固定されている。
(5) 上記第二ヨークは、互いに離隔して設けられた１対の第二アームと、これら各第二アームの先端部に互いに同心に形成された１対の第二円孔とを備える。
(6) 上記十字軸の４個所の先端部は、それぞれ１対ずつ設けられた上記第一、第二両円孔の内側に回転自在に支持されている。
(7) 上記シャフトの先端に固設された突片は上記第一ヨークの内側筒部に形成した切り欠きに、隙間をあけて緩く係合している。
(8) 上記シャフトは、円管状のアウターシャフトと円杆状のインナーシャフトとを、回転力の伝達及び摺動自在に組み合わせる事で構成されており、上記突片は、上記アウターシャフトの端部外周面から径方向外方にのみ突出し、このアウターシャフトの端部を上記インナーシャフトが軸方向に通過可能な状態で形成されている。
(9) 上記第一ヨークを構成する上記内側筒部のうちの一部で上記緩衝筒に内嵌固定される部分は、上記切り欠きが形成された部分よりも薄肉である。
【００１９】
尚、本発明の弾性自在継手は、シャフトの失端面中央部に孔が形成されている。
【００２０】
【作用】
上述の様に構成される弾性自在継手が、非直線上に配置された１対の軸同士の間で回転トルクの伝達を行なう際の作用、及び振動の伝達を防止する際の作用自体は、前述した従来の弾性自在継手と同様である。特に、本発明の弾性自在継手の場合には、緩衝筒を第一ヨークの内側筒部に外嵌固定している為、この緩衝筒の直径を十分に大きくできる。この結果、特に弾性材の硬度を高くしなくても、緩衝筒の捩り剛性を向上させて、操縦安定性を向上させる事ができる。
【００２１】
又、緩衝筒を内嵌固定した外側筒部を含む結合ブラケットは、小さな回転トルクのみを伝達し、大きな回転トルクは伝達しない。大きな回転トルクはシャフトの先端に固設した突片が、第一ヨークを構成する内側筒部の切り欠きに衝合する事で、上記結合ブラケットを介する事なく伝達する。従って、上記結合ブラケットには特に大きな剛性を要求されない。この為、結合ブラケットを薄肉化して弾性自在継手の軽量化を図る事が可能になる。
【００２２】
又、上記第一ヨークをその先端部に結合固定するシャフトが、衝突事故に伴う大きな衝撃が加わった場合に全長を縮める。
更に、シャフトの先端面中央部に孔を形成している為、シャフトの先端面中央部に孔を形成した分、この先端面と第二ヨークとの距離を短くしても、第二アームの先端縁とシャフトの先端面とが干渉しなくなる。従って、干渉防止の為に第一ヨークを大型化する必要がなくなって、弾性自在継手の小型軽量化を図れる。
【００２３】
【実施例】
図１〜２は、本発明に関する参考例の第１例を示している。本参考例の弾性自在継手１ａは図１に示す様に、シャフト２ａと、このシャフト２ａの中間部先端寄り部分（図１の左寄り部分）にその基端部を結合固定した結合ブラケット２５と、この結合ブラケット２５の先端部に設けられた外側筒部２６の内側に緩衝筒３を介して内嵌固定された第一ヨーク４と、第二ヨーク５と、この第二ヨーク５と上記第一ヨーク４とを連結する十字軸６とを備える。又、上記シャフト２ａの先端部で上記緩衝筒３の直径方向内側に位置する部分には、図２に示す様な形状を有する鍔状の伝達駒部２７を、冷間鍛造加工等、適宜の加工方法により、上記シャフト２ａと一体に形成している。又、この伝達駒部２７の外周縁で直径方向反対側の２個所位置には突片１０ａ、１０ａを一体形成し、これら各突片１０ａ、１０ａの先端を上記緩衝筒３の内周面に対向させている。
【００２４】
上記シャフト２ａの先端面中央部でもある、上記伝達駒部２７の中央部には、図１〜２に示す様に、凹部２８を形成している。図示の例の場合にこの凹部２８は、開口部の形状が円形となる、球状凹面としている。従ってこの凹部２８は、中央部が最も深く、周縁部に向かう程次第に浅くなる。
【００２５】
又、上記緩衝筒３は、前述した従来構造の場合と同様に、内側スリーブ１２の外周面と弾性材１１の内周面とを焼き付け若しくは接着により結合し、外側スリーブ１３の内周面と上記弾性材１１の外周面とを同様に結合して、全体を円筒状に形成している。そして、上記内側スリーブ１２を上記第一ヨーク４に設けた、次述する円筒部１４に外嵌固定し、外側スリーブ１３の片半部（図１の右半部）を上記結合ブラケット２５の外側筒部２６に内嵌固定している。この状態で上記緩衝筒３を構成する内側スリーブ１２の他半部（図１の左半部）は、上記円筒部１４の先端縁（図１の左端縁）よりも（後述する第二アーム１８、１８と干渉しない範囲で）少し突出している。本参考例の場合に上記結合ブラケット２５は、鋼板、ステンレス鋼板等の金属板にプレス加工若しくは絞り加工を施す事により、断面クランク形で全体を円環状に形成している。そして、この結合ブラケット２５の中心部に形成した結合筒部３２を上記シャフト２ａに外嵌固定している。尚、上記結合筒部３２を外嵌後、シャフト２ａの一部を直径方向にかしめ広げて、上記結合ブラケット２５の抜け止めを図っている。
【００２６】
一方、前記第一ヨーク４は、内側筒部である円筒部１４と、この円筒部１４の軸方向（図１の左右方向）一端縁（同図の左端縁）の直径方向反対位置から軸方向に延びる１対の第一アーム１５とを有する。そして、これら各第一アーム１５の先端部（図１の左端部）に、それぞれ第一円孔１６（後述の参考例の第２例を示す図３〜４参照）を、互いに同心に形成している。又、上記円筒部１４の軸方向一端縁の直径方向反対位置で、上記１対の第一アーム１５から外れた部分には、それぞれ切り欠き１７、１７を形成している。これら各切り欠き１７、１７の幅寸法は、前記伝達駒部２７の突片１０ａ、１０ａの幅寸法よりも大きい。そして、上記第一ヨーク４の内側にシャフト２ａを組み付けた状態で、上記各突片１０ａ、１０ａは、上記各切り欠き１７、１７の内側に、隙間をあけて緩く係合している。図１及び前述の説明から明らかな通り、この係合部は、前記緩衝筒３の直径方向内側に存在する。
【００２７】
又、前記第二ヨーク５は、例えば厚肉金属板にプレス加工を施す事により造られて、互いに離隔して設けられた１対の第二アーム１８、１８を有する。この様な第二ヨーク５は、別のシャフト１９（図８参照）の端部に、図示しないボルトの緊締に基づいて結合固定される。上記各第二アーム１８、１８の先端部（図１の右下部）にはそれぞれ第二円孔２０、２０を、互いに同心に形成している。そして、前記十字軸６の４個所の先端部は、それぞれ１対ずつ設けられた上記第一、第二両円孔１６、２０の内側に、軸受カップ２９、２９を含んで構成されるラジアルニードル軸受３０、３０を介して、回転自在に支持されている。
【００２８】
上述の様に構成される弾性自在継手１ａの作用は、次の通りである。自動車が直進状態にある場合、或は、ステアリングホイールからシャフト２ａに加えられる回転トルクが小さい場合には、シャフト２ａの先端部に固定された伝達駒部２７の突片１０ａ、１０ａが、第一ヨーク４の円筒部１４に形成した切り欠き１７、１７の内側中立位置若しくは中立位置から少しだけ偏った位置に存在する。そして、これら各状態では、上記円筒部１４と伝達駒部２７とが直接接触する事はない。又、上記小さな回転トルクは、前記結合ブラケット２５と緩衝筒３とを介して、上記シャフト２ａから第一ヨーク４に伝達される。この場合には、車輪からステアリングギヤ、上記別のシャフト１９、第二ヨーク５、十字軸６等を介して第一ヨーク４に伝達された振動が、上記緩衝筒３を構成する弾性材１１により吸収され、上記シャフト２ａまでは伝わらない。この際、上記結合ブラケット２５を介して伝達される回転トルクの大きさは限られたものである。
【００２９】
これに対して、前輪に大きな舵角を付与する場合等の様に、ステアリングホイールからシャフト２ａに加えられる回転トルクが大きい場合には、上記各突片１０ａ、１０ａが上記各切り欠き１７、１７の内側面と衝合する。この結果、ステアリングホイールから上記シャフト２ａに加えられた回転トルクのうちの多くの部分が、上記伝達駒部２７を介して上記第一ヨーク４に伝達される。この状態では、上記緩衝筒３を介して伝達される回転トルクは限られたものとなる。従って、弾性自在継手１ａを介して伝達する回転トルクが大きくなった場合でも、上記緩衝筒３を構成する弾性材１１に無理な力が作用する事がなくなって、この弾性材１１が破損する事が防止される。
【００３０】
上述の様に本参考例の弾性自在継手の場合には、緩衝筒３を、内側筒部である第一ヨーク４の円筒部１４に（内嵌ではなく）外嵌固定している為、この緩衝筒３の直径を十分に大きくできる。この結果、この緩衝筒３を構成する弾性材１１の硬度を特に高くしなくても、この緩衝筒３の捩り剛性を向上させて、操縦安定性を向上させる事ができる。又、弾性材１１の硬度を高くする必要がない為、緩衝筒３による振動減衰効果を十分に保持できる。
【００３１】
又、上記緩衝筒３を内嵌固定した外側筒部２６を含む結合ブラケット２５は、弾性自在継手１ａを介して伝達される回転トルクの大きさに関係なく、小さな回転トルクのみを伝達し、大きな回転トルクは伝達しない。大きな回転トルクはシャフト２ａの先端に固設した突片１０ａ、１０ａが、第一ヨーク４を構成する円筒部１４の切り欠き１７、１７の内側面に衝合する事で、上記結合ブラケット２５を介する事なく伝達する。従って、上記結合ブラケット２５には特に大きな剛性を要求されない。この為、結合ブラケット２５を薄肉化して弾性自在継手１ａの軽量化を図る事が可能になる。
【００３２】
又、上記突片１０ａ、１０ａと切り欠き１７、１７との係合部が、緩衝筒３の直径方向内側に存在する為、この緩衝筒３を構成する弾性材１１の質量を確保すべく、この緩衝筒３の軸方向長さを確保しても、弾性自在継手の軸方向長さが大きくならず、この弾性自在継手の軽量化を図れる。
【００３３】
更に、図示の参考例の場合には、前記シャフト２ａの先端面に形成した凹部２８の存在に基づき、この先端面と前記第二ヨーク５との距離を短くしても、この第二ヨーク５を構成する前記第二アーム１８の先端縁とシャフト２ａの先端面とが干渉しなくなる。即ち、上記第二ヨーク５が前記十字軸６を中心に揺動すると、上記第二アーム１８の先端縁が、上記十字軸６を中心とする円弧状の軌跡を描きつつ上記先端面に近づく。上記先端縁と先端面とが最も近づいた状態では、この先端面の中央部と上記先端縁とが対向する。本参考例の弾性自在継手の場合には、先端面の中央部に上記凹部２８が存在する為、これら先端面と先端縁とが干渉しにくくなる。従って、干渉防止の為に第一ヨーク４を大型化する必要がなくなって、弾性自在継手１ａの小型軽量化を図れる。言い換えれば、上記凹部２８の深さ分だけ、上記第二ヨーク５とシャフト２ａとを近づける事が可能になって、上記第一ヨーク４の小型化が可能になる。そして、この小型化により、上記第一ヨーク４の全長が短くなり、絞り加工によりこの第一ヨーク４を成形する際の成形性が向上し、加工コストを低減できる。
【００３４】
次に、図３〜４は、本発明に関する参考例の第２例を示している。本参考例の場合には、第一ヨーク４をその先端部（図３の左端部）に結合固定するシャフト２ｂを、衝撃が加わった場合に全長を縮める、所謂コラプシブルシャフトとしている。この為に本参考例では、上記シャフト２ｂを、円管状のアウターシャフト３１と円杆状のインナーシャフト３３とを摺動自在に組み合わせる事で構成している。この為に上記アウターシャフト３１の基半部（図３の右半部）は先半部（同左半部）に比べて小径とし、この基半部の内周面に雌セレーション溝を形成している。又、上記インナーシャフト３１の先端部（図３の左端部）は他の部分に比べて大径とし、この先端部外周面に雄セレーション溝を形成して、この雄セレーション溝と上記雌セレーション溝とを係合させている。又、これら各セレーション溝同士の係合部の一部には、合成樹脂等の摩擦調整部材を設け、これら両セレーション溝同士の係合部が、衝突事故に伴う大きな衝撃を受けた場合にのみ、軸方向（図３の左右方向）に摺動する様にしている。
【００３５】
本参考例の場合には、シャフト２ｂの先半部を構成するアウターシャフト３１が円管状であり、このアウターシャフト３１の先端部が上記シャフト２ｂの先端面に開口している。従って、上記アウターシャフト３１の、凹部若しくは孔である内側空間の存在により、第二ヨーク５を構成する第二アーム１８（図１）の先端縁と上記アウターシャフト３１の先端面との干渉を防止できて、その分だけ第一ヨーク４の小型軽量化を図れる。又、上記アウターシャフト３１の先端部外周面に形成した１対の突片１０ａ、１０ａは、このアウターシャフト３１の外周面から径方向外方にのみ突出しており、このアウターシャフト３１の内周面よりも径方向内方に突出してはいない。その他の構成及び作用は、前述した参考例の第１例と同様である。
【００３６】
次に、図５〜６は、本発明に関する参考例の第３例（図５）、並びに本発明の実施例（図６）を示している。これら参考例及び実施例の場合には、第一ヨーク４の円筒部１４の外周面と結合ブラケット２５の外側筒部２６の内周面との間に外側緩衝筒３６を、上記円筒部１４の内周面とシャフト２１の外周面との間に内側緩衝筒３７を、互いに同心に設けている。この様に、上記円筒部１４の外周側と内周側とに外側緩衝筒３６と内側緩衝筒３７とを二重に設ける事により、シャフト２１と第一ヨーク４との間に存在する単位長さあたりの弾性材１１、１１の体積を増やせる。この為、外側、内側、各緩衝筒３６、３７を構成する弾性材１１、１１の硬度を同じとした場合に、捩り剛性をより向上させる事ができる。この為、操縦安定性の確保と振動減衰性能の確保とを、より高いレベルで両立させる事ができる。又、操縦安定性並びに振動減衰性能の確保のレベルを同じとした場合には、単一の緩衝筒を設ける場合に比べて、各緩衝筒３６、３７の軸方向長さを短くできる。そして、短くした分だけ、弾性自在継手の小型軽量化を図れる。
【００３７】
又、上記参考例の第３例及び実施例の場合には、上記シャフト２１の先端で、上記外側、内側両緩衝筒３６、３７の軸方向両端面のうちの十字軸６（図５参照、図６には省略）側の端面よりもこの十字軸６側に突出した部分に、上記シャフト２１の外周面よりも直径方向外方に突出した突片１０ａ、１０ａを、このシャフト２１と一体に固設している。
【００３８】
尚、上記参考例の第３例及び実施例の場合には、上記内側緩衝筒３７の端縁と突片１０ａ、１０ａとが当接し、当接部を通じて振動が伝達されるのを防止する為、シャフト２１の先端部に段部３４を形成し、上記内側緩衝筒３７を構成する内側スリーブ１２の一端縁をこの段部３４に突き当てている。又、上記シャフト２１の中間部先端寄り部分に形成した別の段部３５を直径方向外方にかしめ広げる事で、上記内側スリーブ１２の他端縁を抑えている。従ってこの内側スリーブ１２は、上記シャフト２１の先端部の所定位置に固定される。又、第一ヨーク４の一部で外側スリーブ１３を内嵌固定する部分は他の部分よりも薄肉にして、この外側スリーブ１３を固定した部分の外径寸法が大きくなるのを防止している。更に、上記シャフト２１の先端部外周面にはローレット加工等により細かい凹凸を形成して、このシャフト２１に対する内側スリーブ１２の回転防止を図っている。その他の構成及び作用は、前述した参考例の第１〜２例と同様である為、重複する説明を省略する。
【００３９】
次に、図７は、本発明に関する参考例の第４例を示している。本参考例の場合には、結合ブラケット２５ａを断面コ字形に形成し、その中央部に設けた結合筒部３２を第一ヨーク４の円筒部１４の内側に位置させている。本参考例の場合には、上記結合筒部３２を外側筒部２６の内側に設ける事で、軸方向寸法の短縮が可能になるだけでなく、緩衝筒３から結合ブラケット２５ａに曲げ応力が加わった場合にも、この結合ブラケット２５ａがシャフト２ｂに対して曲げ変形しにくくなる。即ち、上述の参考例の第１〜３例及び実施例の場合には、曲げ中心が上記外側筒部２６の軸方向外側に存在する為、この外側筒部２６に直径方向に亙る応力が加わった場合に、梃子の原理により、この外側筒部２６がシャフト２ｂに対して傾斜方向に変形し易い。これに対して本参考例の場合には、曲げ中心が上記外側筒部２６の内側に存在する為、この外側筒部２６がシャフト２ｂに対して傾斜方向に変形しにくい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の弾性自在継手は、以上に述べた通り構成され作用するので、操縦安定性並びに振動減衰性能の確保と軽量化とを両立させる事ができ、又、衝突事故に伴う大きな衝撃が加わった場合にシャフトの全長を縮める事ができ、更に必要に応じて弾性自在継手の小型軽量化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に関する参考例の第１例を示す部分切断側面図。
【図２】 図１からシャフトの先端部のみを取り出して図１の左方から見た図。
【図３】 本発明に関する参考例の第２例を、十字軸と第二ヨークとを省略して示す、部分切断側面図。
【図４】 図３の左方から見た図。
【図５】 本発明に関する参考例の第３例を示す部分切断側面図。
【図６】 本発明の実施例を、十字軸と第二ヨークとを省略して示す部分切断側面図。
【図７】 本発明に関する参考例の第４例を、十字軸と第二ヨークとを省略して示す部分切断側面図。
【図８】 従来構造の第１例を示す斜視図。
【図９】 十字軸と第二ヨークとを省略して示す、図８のＡ−Ａ断面図。
【図１０】 図９の左方から見た図。
【図１１】 従来構造の第２例を示す部分切断側面図。
【図１２】 図１１のＢ−Ｂ断面図。
【図１３】 従来構造の第３例を示す部分切断側面図。
【符号の説明】
１、１ａ 弾性自在継手
２、２ａ、２ｂ シャフト
３ 緩衝筒
４ 第一ヨーク
５ 第二ヨーク
６ 十字軸
７ セレーション軸部
８、８ａ 伝達駒
９ 中心孔
１０、１０ａ 突片
１１ 弾性材
１２ 内側スリーブ
１３ 外側スリーブ
１４ 円筒部
１５ 第一アーム
１６ 第一円孔
１７ 切り欠き
１８ 第二アーム
１９ 別のシャフト
２０ 第二円孔
２１ シャフト
２２ ハウジング部材
２３ 円孔
２４ ピン
２５、２５ａ 結合ブラケット
２６ 外側筒部
２７ 伝達駒部
２８ 凹部
２９ 軸受カップ
３０ ラジアルニードル軸受
３１ アウターシャフト
３２ 結合筒部
３３ インナーシャフト
３４、３５ 段部
３６ 外側緩衝筒
３７ 内側緩衝筒
【産業上の利用分野】
この発明に係る弾性自在継手は、自動車用操舵装置内に組み込み、ステアリングホイールの動きをステアリングギヤに伝達自在にすると共に、ステアリングギヤ側の振動がステアリングホイールに伝わるのを防止する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用操舵装置は、ステアリングホイールにより回転駆動されるステアリングシャフトの動きをステアリングギヤに伝達し、前輪に舵角を付与する様に構成している。上記ステアリングシャフトとステアリングギヤの入力軸とは同一直線上に配置できないのが普通である。この為、これらステアリングシャフトと入力軸との間に自在継手を設けて、上記ステアリングホイールの動きを上記ステアリングギヤに伝達自在としている。又、自動車の走行時に車輪からステアリングギヤに伝わった振動がステアリングホイールに伝達される事で、運転者に不快感を与える事を防止する為、上記自在継手に振動吸収能力を持たせる事も、従来から行なわれている。自在継手に振動吸収能力を持たせるには、この自在継手にゴム等の弾性材を組み込み、この弾性材により振動の伝達を防止する、所謂弾性自在継手が、一般的に使用されている。
【０００３】
この様な弾性自在継手として従来から、特開昭５６−３９３２５号公報（＝フランス特許公開２４６４４０４）、実開昭５４−８２２５７号公報、実開平５−８３４６２号公報、同５−８９９６４号公報、フランス特許公開２６１４９８５等に記載されたものが知られている。これら従来から知られた弾性自在継手は、基本構造はほぼ同じであるから、このうちの実開平５−８９９６４号公報に記載された構造に就いて、図８〜１０により説明する。
【０００４】
この弾性自在継手１は、図８に示す様に、シャフト２と、このシャフト２の先端部（図８〜１０の左端部）に緩衝筒３を介して外嵌固定された第一ヨーク４と、第二ヨーク５と、この第二ヨーク５と上記第一ヨーク４とを連結する十字軸６とを備える。上記シャフト２の先端で上記緩衝筒３の一端縁（図９の左端縁）から突出した部分には、図９〜１０に示す様に、セレーション軸部７を形成している。そして、このセレーション軸部７に伝達駒８の中心孔９を、セレーション係合させている。従ってこの伝達駒８は、上記シャフト２の先端部に固設されて、このシャフト２と共に回転する。又、この伝達駒８の外周縁で直径方向反対側の２個所位置には、上記緩衝筒３の外周面よりも直径方向外方に突出する突片１０、１０を一体形成している。
【０００５】
上記弾性自在継手１の構成各部材のうち、上記緩衝筒３は、ゴム、エラストマー等の弾性材１１を含んで円筒状に形成されている。即ち、この緩衝筒３は、それぞれが金属製で円筒状に造られた内側スリーブ１２と外側スリーブ１３とを、互いに同心に配置している。そして、上記内側スリーブ１２の外周面と上記弾性材１１の内周面とを焼き付け若しくは接着により結合し、上記外側スリーブ１３の内周面と上記弾性材１１の外周面とを同様に結合している。そして、上記内側スリーブ１２を上記シャフト２の先端部に外嵌固定し、上記外側スリーブ１３を上記第一ヨーク４に設けた、次述する円筒部１４に内嵌固定している。
【０００６】
上記第一ヨーク４は、円筒部１４と、この円筒部１４の軸方向（図８〜１０の左右方向）一端縁（同図の左端縁）の直径方向反対位置から軸方向に延びる１対の第一アーム１５、１５とを有する。そして、これら各第一アーム１５、１５の先端部（図８〜１０の左端部）に、それぞれ第一円孔１６、１６を、互いに同心に形成している。又、上記円筒部１４の軸方向一端縁の直径方向反対位置で、上記１対の第一アーム１５、１５から外れた部分には、それぞれ切り欠き１７、１７を形成している。これら各切り欠き１７、１７の幅寸法Ｗは、前記伝達駒８の突片１０、１０の幅寸法ｗよりも大きい（Ｗ＞ｗ）。そして、上記第一ヨーク４の内側にシャフト２を組み付けた状態で、上記各突片１０、１０は、上記各切り欠き１７、１７の内側に、隙間をあけて緩く係合している。
【０００７】
又、前記第二ヨーク５は、互いに離隔して設けられた１対の第二アーム１８を有し、別のシャフト１９の端部に結合固定される。上記各第二アーム１８の先端部にはそれぞれ第二円孔２０を、互いに同心に形成している。そして、前記十字軸６の４個所の先端部は、それぞれ１対ずつ設けられた第一、第二両円孔１６、２０の内側に、ラジアルニードル軸受等の軸受を介して、回転自在に支持されている。
【０００８】
上述の様に構成される弾性自在継手１の作用は、次の通りである。自動車が直進状態にある場合、或は、ステアリングホイールからシャフト２に加えられる回転トルクが小さい場合には、シャフト２の先端部に固定された伝達駒８の突片１０、１０が、第一ヨーク４の円筒部１４に形成した切り欠き１７、１７の内側中立位置若しくは中立位置から少しだけ偏った位置に存在する。これら各状態では、上記円筒部１４と伝達駒８とが直接接触する事はない。又、上記小さな回転トルクは、前記緩衝筒３を介して、上記シャフト２から第一ヨーク４に伝達される。この場合には、車輪からステアリングギヤ、前記別のシャフト１９、第二ヨーク５、十字軸６等を介して第一ヨーク４に伝達された振動が、上記緩衝筒３を構成する弾性材１１により吸収され、上記シャフト２までは伝わらない。
【０００９】
これに対して、前輪に大きな舵角を付与する場合等の様に、ステアリングホイールからシャフト２に加えられる回転トルクが大きい場合には、上記各突片１０、１０が上記各切り欠き１７、１７の内側面と衝合する。この結果、ステアリングホイールから上記シャフト２に加えられた回転トルクのうちの多くの部分が、上記伝達駒８を介して上記第一ヨーク４に伝達される。この状態では、上記緩衝筒３を介して伝達される回転トルクは限られたものとなる。従って、弾性自在継手１を介して伝達する回転トルクが大きくなった場合でも、上記緩衝筒３を構成する弾性材１１に無理な力が作用して、この弾性材１１が破損する事はない。
【００１０】
又、実開平４−４２９２４号公報には、図１１〜１２に示す様な弾性自在継手が記載されている。この公報に記載された弾性自在継手は、操縦安定性の確保と振動減衰性能の確保とを両立させる事を目的としたものである。この弾性自在継手では、シャフト２１の端部に溶接固定したハウジング部材２２の先端部で直径方向反対位置に、それぞれ円孔２３、２３を形成している。そして、上記ハウジング部材２２の先端部に内嵌固定した緩衝筒３の内側に、第一ヨーク４の基端部を内嵌固定している。更に、この第一ヨーク４の基端部を直径方向に亙って貫通したピン２４の両端部を、上記各円孔２３、２３に遊嵌させている。
【００１１】
この様に構成される図１１〜１２に示した弾性自在継手の場合、シャフト２１と第一ヨーク４との間で小さな回転トルクは、上記緩衝筒３を構成する弾性材１１を介して伝達する。又、大きな回転トルクを伝達する際には、上記ピン２４の両端部外周面が上記円孔２３、２３の内周縁に衝合する事で、このピン２４を介してトルク伝達を行なう。
【００１２】
更に、特開平６−３２９０３３号公報には、図１３に示す様な構造の弾性自在継手が記載されている。この公報に記載された弾性自在継手では、シャフト２１の端部に固定したピン２４の両端部を、第一ヨーク４の後端縁に形成した切り欠き１７に緩く係合させている。又、上記シャフト２１にその基端部を固定したハウジング部材２２の内周面と上記第一ヨーク４の中間部外周面との間に緩衝筒３を挟持している。
【００１３】
この様に構成される図１３に示した弾性自在継手の場合、シャフト２１と第一ヨーク４との間で小さな回転トルクは、上記緩衝筒３を構成する弾性材１１を介して伝達する。又、大きな回転トルクを伝達する際には、上記ピン２４の両端部外周面が上記切り欠き１７の内縁に衝合する事で、このピン２４を介してトルク伝達を行なう。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様に構成される従来の弾性自在継手の場合、操縦安定性並びに振動減衰性能の確保と小型軽量化とを両立させる事が難しかった。先ず、図８〜１０に示した構造の場合には、軽量化を図る事はできるが、操縦安定性の確保と振動減衰性能の確保とを両立させる事が難しい。即ち、操縦安定性を確保すべく、弾性材１１の捩り剛性を向上させる為には、この弾性材１１の直径を大きくするか、或はこの弾性材１１の硬度を高くする必要がある。ところが、この図８〜１０に示した構造の場合には、弾性材１１を含む緩衝筒３を、第一ヨーク４の内側に嵌合固定している為、弾性材１１の直径を大きくする事による捩り剛性の向上は難しい。又、弾性材１１の硬度を高くすると、振動減衰性能が劣化してしまう。
【００１５】
又、図１１〜１２に示した構造の場合には、操縦安定性並びに振動減衰性能を確保する事はできても、軽量化を図る事が難しかった。即ち、図１１〜１２に示した構造の場合には、小さなトルクも大きなトルクもハウジング部材２２を介して伝達する為、このハウジング部材２２の剛性を十分に大きくする必要がある。従って、このハウジング部材２２の板厚を十分に大きくしなければならず、このハウジング部材２２の重量が嵩む事が避けられない。更に、ハウジング部材２２と緩衝筒３と第一ヨーク４とに互いに整合する円孔を形成する作業（或は各部材２２、３、４に予め形成した円孔を整合させる作業）が面倒で、弾性自在継手の生産性を低下させてしまう。
【００１６】
更に、図１３に示した構造の場合も、操縦安定性並びに振動減衰性能の確保と軽量化とを両立させる事が難しい。即ち、この図１３に示した構造の場合には、ピン２４の両端部と切り欠き１７との係合部と緩衝筒３とが、軸方向にずれた状態で設けられている。従って、緩衝筒３を構成する弾性材１１の体積を大きくして操縦安定性並びに振動減衰性能を確保すべく、上記緩衝筒３の軸方向寸法を長くすると、弾性自在継手が大型化し、重量が嵩む。反対に、弾性自在継手の小型軽量化を図るべく、上記緩衝筒３の軸方向寸法を短くすると、弾性材１１の体積が不足して操縦安定性の確保と振動減衰性能の確保とを両立させる事ができない。
【００１７】
本発明の弾性自在継手は、この様な事情に鑑みて発明したもので、操縦安定性並びに振動減衰性能の確保と軽量化とを両立できる実用的な構造を提供するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の弾性自在継手は、次の(1) 〜(9) の要件を総て満たす。
(1) シャフトと、このシャフトの中間部先端寄り部分にその基端部を結合固定した結合ブラケットと、この結合ブラケットの先端部に設けられた外側筒部の内側に緩衝筒を介して内嵌支持された第一ヨークと、第二ヨークと、これら第一、第二両ヨーク同士を連結する十字軸とを備える。
(2) 上記シャフトの先端で、上記緩衝筒の軸方向両端面のうちの上記十字軸側の端面よりもこの十字軸側に突出した部分には、このシャフトの外周面よりも直径方向外方に突出した突片が、このシャフトと一体に固設されている。
(3) 上記緩衝筒は、弾性材を含んで筒状に形成されている。
(4) 上記第一ヨークは、内側筒部と、この内側筒部の軸方向一端縁の直径方向反対位置から軸方向に延びる１対の第一アームと、これら各第一アームの先端部に互いに同心に形成された１対の第一円孔と、上記内側筒部の軸方向両端縁のうちの上記第一アーム側の端縁の一部で上記１対の第一アームから外れた部分に形成された切り欠きとを備え、上記内側筒部は上記緩衝筒に内嵌固定されている。
(5) 上記第二ヨークは、互いに離隔して設けられた１対の第二アームと、これら各第二アームの先端部に互いに同心に形成された１対の第二円孔とを備える。
(6) 上記十字軸の４個所の先端部は、それぞれ１対ずつ設けられた上記第一、第二両円孔の内側に回転自在に支持されている。
(7) 上記シャフトの先端に固設された突片は上記第一ヨークの内側筒部に形成した切り欠きに、隙間をあけて緩く係合している。
(8) 上記シャフトは、円管状のアウターシャフトと円杆状のインナーシャフトとを、回転力の伝達及び摺動自在に組み合わせる事で構成されており、上記突片は、上記アウターシャフトの端部外周面から径方向外方にのみ突出し、このアウターシャフトの端部を上記インナーシャフトが軸方向に通過可能な状態で形成されている。
(9) 上記第一ヨークを構成する上記内側筒部のうちの一部で上記緩衝筒に内嵌固定される部分は、上記切り欠きが形成された部分よりも薄肉である。
【００１９】
尚、本発明の弾性自在継手は、シャフトの失端面中央部に孔が形成されている。
【００２０】
【作用】
上述の様に構成される弾性自在継手が、非直線上に配置された１対の軸同士の間で回転トルクの伝達を行なう際の作用、及び振動の伝達を防止する際の作用自体は、前述した従来の弾性自在継手と同様である。特に、本発明の弾性自在継手の場合には、緩衝筒を第一ヨークの内側筒部に外嵌固定している為、この緩衝筒の直径を十分に大きくできる。この結果、特に弾性材の硬度を高くしなくても、緩衝筒の捩り剛性を向上させて、操縦安定性を向上させる事ができる。
【００２１】
又、緩衝筒を内嵌固定した外側筒部を含む結合ブラケットは、小さな回転トルクのみを伝達し、大きな回転トルクは伝達しない。大きな回転トルクはシャフトの先端に固設した突片が、第一ヨークを構成する内側筒部の切り欠きに衝合する事で、上記結合ブラケットを介する事なく伝達する。従って、上記結合ブラケットには特に大きな剛性を要求されない。この為、結合ブラケットを薄肉化して弾性自在継手の軽量化を図る事が可能になる。
【００２２】
又、上記第一ヨークをその先端部に結合固定するシャフトが、衝突事故に伴う大きな衝撃が加わった場合に全長を縮める。
更に、シャフトの先端面中央部に孔を形成している為、シャフトの先端面中央部に孔を形成した分、この先端面と第二ヨークとの距離を短くしても、第二アームの先端縁とシャフトの先端面とが干渉しなくなる。従って、干渉防止の為に第一ヨークを大型化する必要がなくなって、弾性自在継手の小型軽量化を図れる。
【００２３】
【実施例】
図１〜２は、本発明に関する参考例の第１例を示している。本参考例の弾性自在継手１ａは図１に示す様に、シャフト２ａと、このシャフト２ａの中間部先端寄り部分（図１の左寄り部分）にその基端部を結合固定した結合ブラケット２５と、この結合ブラケット２５の先端部に設けられた外側筒部２６の内側に緩衝筒３を介して内嵌固定された第一ヨーク４と、第二ヨーク５と、この第二ヨーク５と上記第一ヨーク４とを連結する十字軸６とを備える。又、上記シャフト２ａの先端部で上記緩衝筒３の直径方向内側に位置する部分には、図２に示す様な形状を有する鍔状の伝達駒部２７を、冷間鍛造加工等、適宜の加工方法により、上記シャフト２ａと一体に形成している。又、この伝達駒部２７の外周縁で直径方向反対側の２個所位置には突片１０ａ、１０ａを一体形成し、これら各突片１０ａ、１０ａの先端を上記緩衝筒３の内周面に対向させている。
【００２４】
上記シャフト２ａの先端面中央部でもある、上記伝達駒部２７の中央部には、図１〜２に示す様に、凹部２８を形成している。図示の例の場合にこの凹部２８は、開口部の形状が円形となる、球状凹面としている。従ってこの凹部２８は、中央部が最も深く、周縁部に向かう程次第に浅くなる。
【００２５】
又、上記緩衝筒３は、前述した従来構造の場合と同様に、内側スリーブ１２の外周面と弾性材１１の内周面とを焼き付け若しくは接着により結合し、外側スリーブ１３の内周面と上記弾性材１１の外周面とを同様に結合して、全体を円筒状に形成している。そして、上記内側スリーブ１２を上記第一ヨーク４に設けた、次述する円筒部１４に外嵌固定し、外側スリーブ１３の片半部（図１の右半部）を上記結合ブラケット２５の外側筒部２６に内嵌固定している。この状態で上記緩衝筒３を構成する内側スリーブ１２の他半部（図１の左半部）は、上記円筒部１４の先端縁（図１の左端縁）よりも（後述する第二アーム１８、１８と干渉しない範囲で）少し突出している。本参考例の場合に上記結合ブラケット２５は、鋼板、ステンレス鋼板等の金属板にプレス加工若しくは絞り加工を施す事により、断面クランク形で全体を円環状に形成している。そして、この結合ブラケット２５の中心部に形成した結合筒部３２を上記シャフト２ａに外嵌固定している。尚、上記結合筒部３２を外嵌後、シャフト２ａの一部を直径方向にかしめ広げて、上記結合ブラケット２５の抜け止めを図っている。
【００２６】
一方、前記第一ヨーク４は、内側筒部である円筒部１４と、この円筒部１４の軸方向（図１の左右方向）一端縁（同図の左端縁）の直径方向反対位置から軸方向に延びる１対の第一アーム１５とを有する。そして、これら各第一アーム１５の先端部（図１の左端部）に、それぞれ第一円孔１６（後述の参考例の第２例を示す図３〜４参照）を、互いに同心に形成している。又、上記円筒部１４の軸方向一端縁の直径方向反対位置で、上記１対の第一アーム１５から外れた部分には、それぞれ切り欠き１７、１７を形成している。これら各切り欠き１７、１７の幅寸法は、前記伝達駒部２７の突片１０ａ、１０ａの幅寸法よりも大きい。そして、上記第一ヨーク４の内側にシャフト２ａを組み付けた状態で、上記各突片１０ａ、１０ａは、上記各切り欠き１７、１７の内側に、隙間をあけて緩く係合している。図１及び前述の説明から明らかな通り、この係合部は、前記緩衝筒３の直径方向内側に存在する。
【００２７】
又、前記第二ヨーク５は、例えば厚肉金属板にプレス加工を施す事により造られて、互いに離隔して設けられた１対の第二アーム１８、１８を有する。この様な第二ヨーク５は、別のシャフト１９（図８参照）の端部に、図示しないボルトの緊締に基づいて結合固定される。上記各第二アーム１８、１８の先端部（図１の右下部）にはそれぞれ第二円孔２０、２０を、互いに同心に形成している。そして、前記十字軸６の４個所の先端部は、それぞれ１対ずつ設けられた上記第一、第二両円孔１６、２０の内側に、軸受カップ２９、２９を含んで構成されるラジアルニードル軸受３０、３０を介して、回転自在に支持されている。
【００２８】
上述の様に構成される弾性自在継手１ａの作用は、次の通りである。自動車が直進状態にある場合、或は、ステアリングホイールからシャフト２ａに加えられる回転トルクが小さい場合には、シャフト２ａの先端部に固定された伝達駒部２７の突片１０ａ、１０ａが、第一ヨーク４の円筒部１４に形成した切り欠き１７、１７の内側中立位置若しくは中立位置から少しだけ偏った位置に存在する。そして、これら各状態では、上記円筒部１４と伝達駒部２７とが直接接触する事はない。又、上記小さな回転トルクは、前記結合ブラケット２５と緩衝筒３とを介して、上記シャフト２ａから第一ヨーク４に伝達される。この場合には、車輪からステアリングギヤ、上記別のシャフト１９、第二ヨーク５、十字軸６等を介して第一ヨーク４に伝達された振動が、上記緩衝筒３を構成する弾性材１１により吸収され、上記シャフト２ａまでは伝わらない。この際、上記結合ブラケット２５を介して伝達される回転トルクの大きさは限られたものである。
【００２９】
これに対して、前輪に大きな舵角を付与する場合等の様に、ステアリングホイールからシャフト２ａに加えられる回転トルクが大きい場合には、上記各突片１０ａ、１０ａが上記各切り欠き１７、１７の内側面と衝合する。この結果、ステアリングホイールから上記シャフト２ａに加えられた回転トルクのうちの多くの部分が、上記伝達駒部２７を介して上記第一ヨーク４に伝達される。この状態では、上記緩衝筒３を介して伝達される回転トルクは限られたものとなる。従って、弾性自在継手１ａを介して伝達する回転トルクが大きくなった場合でも、上記緩衝筒３を構成する弾性材１１に無理な力が作用する事がなくなって、この弾性材１１が破損する事が防止される。
【００３０】
上述の様に本参考例の弾性自在継手の場合には、緩衝筒３を、内側筒部である第一ヨーク４の円筒部１４に（内嵌ではなく）外嵌固定している為、この緩衝筒３の直径を十分に大きくできる。この結果、この緩衝筒３を構成する弾性材１１の硬度を特に高くしなくても、この緩衝筒３の捩り剛性を向上させて、操縦安定性を向上させる事ができる。又、弾性材１１の硬度を高くする必要がない為、緩衝筒３による振動減衰効果を十分に保持できる。
【００３１】
又、上記緩衝筒３を内嵌固定した外側筒部２６を含む結合ブラケット２５は、弾性自在継手１ａを介して伝達される回転トルクの大きさに関係なく、小さな回転トルクのみを伝達し、大きな回転トルクは伝達しない。大きな回転トルクはシャフト２ａの先端に固設した突片１０ａ、１０ａが、第一ヨーク４を構成する円筒部１４の切り欠き１７、１７の内側面に衝合する事で、上記結合ブラケット２５を介する事なく伝達する。従って、上記結合ブラケット２５には特に大きな剛性を要求されない。この為、結合ブラケット２５を薄肉化して弾性自在継手１ａの軽量化を図る事が可能になる。
【００３２】
又、上記突片１０ａ、１０ａと切り欠き１７、１７との係合部が、緩衝筒３の直径方向内側に存在する為、この緩衝筒３を構成する弾性材１１の質量を確保すべく、この緩衝筒３の軸方向長さを確保しても、弾性自在継手の軸方向長さが大きくならず、この弾性自在継手の軽量化を図れる。
【００３３】
更に、図示の参考例の場合には、前記シャフト２ａの先端面に形成した凹部２８の存在に基づき、この先端面と前記第二ヨーク５との距離を短くしても、この第二ヨーク５を構成する前記第二アーム１８の先端縁とシャフト２ａの先端面とが干渉しなくなる。即ち、上記第二ヨーク５が前記十字軸６を中心に揺動すると、上記第二アーム１８の先端縁が、上記十字軸６を中心とする円弧状の軌跡を描きつつ上記先端面に近づく。上記先端縁と先端面とが最も近づいた状態では、この先端面の中央部と上記先端縁とが対向する。本参考例の弾性自在継手の場合には、先端面の中央部に上記凹部２８が存在する為、これら先端面と先端縁とが干渉しにくくなる。従って、干渉防止の為に第一ヨーク４を大型化する必要がなくなって、弾性自在継手１ａの小型軽量化を図れる。言い換えれば、上記凹部２８の深さ分だけ、上記第二ヨーク５とシャフト２ａとを近づける事が可能になって、上記第一ヨーク４の小型化が可能になる。そして、この小型化により、上記第一ヨーク４の全長が短くなり、絞り加工によりこの第一ヨーク４を成形する際の成形性が向上し、加工コストを低減できる。
【００３４】
次に、図３〜４は、本発明に関する参考例の第２例を示している。本参考例の場合には、第一ヨーク４をその先端部（図３の左端部）に結合固定するシャフト２ｂを、衝撃が加わった場合に全長を縮める、所謂コラプシブルシャフトとしている。この為に本参考例では、上記シャフト２ｂを、円管状のアウターシャフト３１と円杆状のインナーシャフト３３とを摺動自在に組み合わせる事で構成している。この為に上記アウターシャフト３１の基半部（図３の右半部）は先半部（同左半部）に比べて小径とし、この基半部の内周面に雌セレーション溝を形成している。又、上記インナーシャフト３１の先端部（図３の左端部）は他の部分に比べて大径とし、この先端部外周面に雄セレーション溝を形成して、この雄セレーション溝と上記雌セレーション溝とを係合させている。又、これら各セレーション溝同士の係合部の一部には、合成樹脂等の摩擦調整部材を設け、これら両セレーション溝同士の係合部が、衝突事故に伴う大きな衝撃を受けた場合にのみ、軸方向（図３の左右方向）に摺動する様にしている。
【００３５】
本参考例の場合には、シャフト２ｂの先半部を構成するアウターシャフト３１が円管状であり、このアウターシャフト３１の先端部が上記シャフト２ｂの先端面に開口している。従って、上記アウターシャフト３１の、凹部若しくは孔である内側空間の存在により、第二ヨーク５を構成する第二アーム１８（図１）の先端縁と上記アウターシャフト３１の先端面との干渉を防止できて、その分だけ第一ヨーク４の小型軽量化を図れる。又、上記アウターシャフト３１の先端部外周面に形成した１対の突片１０ａ、１０ａは、このアウターシャフト３１の外周面から径方向外方にのみ突出しており、このアウターシャフト３１の内周面よりも径方向内方に突出してはいない。その他の構成及び作用は、前述した参考例の第１例と同様である。
【００３６】
次に、図５〜６は、本発明に関する参考例の第３例（図５）、並びに本発明の実施例（図６）を示している。これら参考例及び実施例の場合には、第一ヨーク４の円筒部１４の外周面と結合ブラケット２５の外側筒部２６の内周面との間に外側緩衝筒３６を、上記円筒部１４の内周面とシャフト２１の外周面との間に内側緩衝筒３７を、互いに同心に設けている。この様に、上記円筒部１４の外周側と内周側とに外側緩衝筒３６と内側緩衝筒３７とを二重に設ける事により、シャフト２１と第一ヨーク４との間に存在する単位長さあたりの弾性材１１、１１の体積を増やせる。この為、外側、内側、各緩衝筒３６、３７を構成する弾性材１１、１１の硬度を同じとした場合に、捩り剛性をより向上させる事ができる。この為、操縦安定性の確保と振動減衰性能の確保とを、より高いレベルで両立させる事ができる。又、操縦安定性並びに振動減衰性能の確保のレベルを同じとした場合には、単一の緩衝筒を設ける場合に比べて、各緩衝筒３６、３７の軸方向長さを短くできる。そして、短くした分だけ、弾性自在継手の小型軽量化を図れる。
【００３７】
又、上記参考例の第３例及び実施例の場合には、上記シャフト２１の先端で、上記外側、内側両緩衝筒３６、３７の軸方向両端面のうちの十字軸６（図５参照、図６には省略）側の端面よりもこの十字軸６側に突出した部分に、上記シャフト２１の外周面よりも直径方向外方に突出した突片１０ａ、１０ａを、このシャフト２１と一体に固設している。
【００３８】
尚、上記参考例の第３例及び実施例の場合には、上記内側緩衝筒３７の端縁と突片１０ａ、１０ａとが当接し、当接部を通じて振動が伝達されるのを防止する為、シャフト２１の先端部に段部３４を形成し、上記内側緩衝筒３７を構成する内側スリーブ１２の一端縁をこの段部３４に突き当てている。又、上記シャフト２１の中間部先端寄り部分に形成した別の段部３５を直径方向外方にかしめ広げる事で、上記内側スリーブ１２の他端縁を抑えている。従ってこの内側スリーブ１２は、上記シャフト２１の先端部の所定位置に固定される。又、第一ヨーク４の一部で外側スリーブ１３を内嵌固定する部分は他の部分よりも薄肉にして、この外側スリーブ１３を固定した部分の外径寸法が大きくなるのを防止している。更に、上記シャフト２１の先端部外周面にはローレット加工等により細かい凹凸を形成して、このシャフト２１に対する内側スリーブ１２の回転防止を図っている。その他の構成及び作用は、前述した参考例の第１〜２例と同様である為、重複する説明を省略する。
【００３９】
次に、図７は、本発明に関する参考例の第４例を示している。本参考例の場合には、結合ブラケット２５ａを断面コ字形に形成し、その中央部に設けた結合筒部３２を第一ヨーク４の円筒部１４の内側に位置させている。本参考例の場合には、上記結合筒部３２を外側筒部２６の内側に設ける事で、軸方向寸法の短縮が可能になるだけでなく、緩衝筒３から結合ブラケット２５ａに曲げ応力が加わった場合にも、この結合ブラケット２５ａがシャフト２ｂに対して曲げ変形しにくくなる。即ち、上述の参考例の第１〜３例及び実施例の場合には、曲げ中心が上記外側筒部２６の軸方向外側に存在する為、この外側筒部２６に直径方向に亙る応力が加わった場合に、梃子の原理により、この外側筒部２６がシャフト２ｂに対して傾斜方向に変形し易い。これに対して本参考例の場合には、曲げ中心が上記外側筒部２６の内側に存在する為、この外側筒部２６がシャフト２ｂに対して傾斜方向に変形しにくい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の弾性自在継手は、以上に述べた通り構成され作用するので、操縦安定性並びに振動減衰性能の確保と軽量化とを両立させる事ができ、又、衝突事故に伴う大きな衝撃が加わった場合にシャフトの全長を縮める事ができ、更に必要に応じて弾性自在継手の小型軽量化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に関する参考例の第１例を示す部分切断側面図。
【図２】 図１からシャフトの先端部のみを取り出して図１の左方から見た図。
【図３】 本発明に関する参考例の第２例を、十字軸と第二ヨークとを省略して示す、部分切断側面図。
【図４】 図３の左方から見た図。
【図５】 本発明に関する参考例の第３例を示す部分切断側面図。
【図６】 本発明の実施例を、十字軸と第二ヨークとを省略して示す部分切断側面図。
【図７】 本発明に関する参考例の第４例を、十字軸と第二ヨークとを省略して示す部分切断側面図。
【図８】 従来構造の第１例を示す斜視図。
【図９】 十字軸と第二ヨークとを省略して示す、図８のＡ−Ａ断面図。
【図１０】 図９の左方から見た図。
【図１１】 従来構造の第２例を示す部分切断側面図。
【図１２】 図１１のＢ−Ｂ断面図。
【図１３】 従来構造の第３例を示す部分切断側面図。
【符号の説明】
１、１ａ 弾性自在継手
２、２ａ、２ｂ シャフト
３ 緩衝筒
４ 第一ヨーク
５ 第二ヨーク
６ 十字軸
７ セレーション軸部
８、８ａ 伝達駒
９ 中心孔
１０、１０ａ 突片
１１ 弾性材
１２ 内側スリーブ
１３ 外側スリーブ
１４ 円筒部
１５ 第一アーム
１６ 第一円孔
１７ 切り欠き
１８ 第二アーム
１９ 別のシャフト
２０ 第二円孔
２１ シャフト
２２ ハウジング部材
２３ 円孔
２４ ピン
２５、２５ａ 結合ブラケット
２６ 外側筒部
２７ 伝達駒部
２８ 凹部
２９ 軸受カップ
３０ ラジアルニードル軸受
３１ アウターシャフト
３２ 結合筒部
３３ インナーシャフト
３４、３５ 段部
３６ 外側緩衝筒
３７ 内側緩衝筒
Claims (1)
- 次の(1) 〜(9) の要件を総て満たす弾性自在継手。
(1) シャフトと、このシャフトの中間部先端寄り部分にその基端部を結合固定した結合ブラケットと、この結合ブラケットの先端部に設けられた外側筒部の内側に緩衝筒を介して内嵌支持された第一ヨークと、第二ヨークと、これら第一、第二両ヨーク同士を連結する十字軸とを備える。
(2) 上記シャフトの先端で、上記緩衝筒の軸方向両端面のうちの上記十字軸側の端面よりもこの十字軸側に突出した部分には、このシャフトの外周面よりも直径方向外方に突出した突片が、このシャフトと一体に固設されている。
(3) 上記緩衝筒は、弾性材を含んで筒状に形成されている。
(4) 上記第一ヨークは、内側筒部と、この内側筒部の軸方向一端縁の直径方向反対位置から軸方向に延びる１対の第一アームと、これら各第一アームの先端部に互いに同心に形成された１対の第一円孔と、上記内側筒部の軸方向両端縁のうちの上記第一アーム側の端縁の一部で上記１対の第一アームから外れた部分に形成された切り欠きとを備え、上記内側筒部は上記緩衝筒に内嵌固定されている。
(5) 上記第二ヨークは、互いに離隔して設けられた１対の第二アームと、これら各第二アームの先端部に互いに同心に形成された１対の第二円孔とを備える。
(6) 上記十字軸の４個所の先端部は、それぞれ１対ずつ設けられた上記第一、第二両円孔の内側に回転自在に支持されている。
(7) 上記シャフトの先端に固設された突片は上記第一ヨークの内側筒部に形成した切り欠きに、隙間をあけて緩く係合している。
(8) 上記シャフトは、円管状のアウターシャフトと円杆状のインナーシャフトとを、回転力の伝達及び摺動自在に組み合わせる事で構成されており、上記突片は、上記アウターシャフトの端部外周面から径方向外方にのみ突出し、このアウターシャフトの端部を上記インナーシャフトが軸方向に通過可能な状態で形成されている。
(9) 上記第一ヨークを構成する上記内側筒部のうちの一部で上記緩衝筒に内嵌固定される部分は、上記切り欠きが形成された部分よりも薄肉である。
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