JP4205682B2 - 弾性軸継手 - Google Patents

Description

本発明は、シャフトとヨークとの捩れ角を極めて簡単に設定することができる弾性軸継手に関する。

自動車のハンドルと車輪との間に位置するステアリングシャフトには、車輪，エンジン等が原因となる各種振動を吸収するために、一般に弾性軸継手が備わっている。この弾性軸継手は、ヨーク，シャフト及び弾性材から構成され、前記ヨークに対して前記シャフトがフレキシブルに接続される。そのヨークとシャフトの接続部位には前記弾性材が装着され、振動を吸収すると共に、常時そのヨークとシャフトのそれぞれの軸芯線が軸方向に一直線になるようにしている。

その弾性軸継手において、ヨークとシャフトとを繋ぐ部材としてストッパーピンが使用される。そのストッパーピンは、ヨークとシャフトに対してその軸方向に直交するようにして貫通状態で装着されており、そのストッパーピンは、前記シャフトに対しては略圧入状態で挿入されている。またヨーク側に形成された貫通孔の内径は、ストッパーピンの軸方向端部箇所の外径よりも僅かに大きく形成され、ヨーク側の貫通孔に余裕を持って挿入され、ストッパーピンの軸端部が前記貫通孔内での移動が可能である。そして、そのストッパーピンと、ヨーク側に形成された貫通孔とによって、ヨークに対するシャフトの捩れ角を規制するものである。
実用新案登録第２５３２３７８号 実用新案登録第２５７１４３７号

前記弾性軸継手は、シャフトの軸端部がゴム製等のブッシュと共にヨークに挿入され、該ヨークとシャフトの軸端部にストッパーピンが装着される。このヨークとシャフトにストッパーピンを装着する場合に、シャフトに対しては、圧入手段等により固着されるが、ヨーク側の貫通孔に対しては、ストッパーピンの軸端部が貫通孔の形成範囲内を移動自在となるように遊挿された構造である。これによって、ヨークに対するシャフトが前記弾性材によるブッシュの弾性範囲内で捩れ回転動作を行うことができる。このような構造について、その従来技術が以下の特許文献に一例として開示されている。

まず特許文献１（実用新案登録第２５３２３７８号）では、ピン２８の挿入，固定方法として、ピン２８を、第１のヨーク２４の第２の円筒部３６、内筒２３、弾性部材２１、外筒２２、ハウジング１６に挿入する際、ピン２８の軸方向一方側には、あらかじめ突出部が形成され、軸方向他方側の小径部から挿入（圧入）し、その挿入（圧入）後、カシメ等で小径部から外径Ｄなる突出部が形成される。そして、この突出部が抜け止めの役目をなすものと想定される。

上記によれば、ピン２８の挿入（圧入）方向が決まっていて、挿入（圧入）時に、その挿入方向を確認しなければならず、確認する手間がかかり、また誤って挿入した場合には、組立時間の損失にもなる。また、回転力伝達において、伝達する回転トルクの大きさによって、ピン２８の突出部外周面が、通孔２９，３０の内周縁に当接するまでの隙間（（Ｒ−Ｄ）／２）を予め設定（回転角（捩れ）の設定）しておかなければならず、組立完了後において、その回転角を修正することは容易にできない。

次に、特許文献２（実用新案登録第２５７１４３７号）では、ストッパーピン１３は、シャフト１２と圧入結合し、更にヨーク１０の外周面をキャップ１５でカバーして、へこみ部１５ａストッパー孔１０ｄに係止させ、固定しており、部品点数が増えて、構造が複雑となり、組立が困難である。また、ストッパーピン１３の断面形状は略小判形で、回転角は、予め設定（回転角の設定）しておかなければならず、回転角を後に修正することができない。

上記特許文献１，特許文献２等に記載された内容では、ストッパーピンによるフレキシブル範囲を予め設定するように組み立てられる必要があり、極めて高い精度に組み立てなければならず、作業員も負担が多くなり、熟練した作業員を必要とする等の問題点が存在する。本発明の目的は、ストッパーピンによるヨークとシャフトとのフレキシブル構造における捩れ角の規制範囲を容易に設定することができるようにすることにある。

そこで、発明者は上記課題を解決すべく、鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明は、略円筒孔状の軸収容部が形成されたヨーク本体部を有するヨークと、前記軸収容部に遊挿する規制軸部を有するシャフトと、前記ヨークと前記シャフトとの間に配置されるブッシュと、前記ヨーク本体部と、且つ前記規制軸部に形成された小径貫通孔に圧入され前記ヨークと前記シャフトとの捩れ角を規制するストッパーピンとからなり、ヨーク側に形成された規制孔に遊挿された前記ストッパーピンの軸方向両端の軸端部は略カップ状となるように凹み部が形成され、前記規制孔内で前記軸端部の前記凹み部の軸方向が拡開され、且つその軸方向に直交する断面形状が略楕円形状となるように塑性変形されてなる弾性軸継手としたことにより、上記課題を解決した。

次に、請求項２の発明は、前述の構成において、前記楕円長手方向はヨークの軸周方向に一致させてなる弾性軸継手としたことにより、上記課題を解決した。請求項３の発明を、前述の構成において、前記楕円長手方向はヨークの軸長方向に一致させてなる弾性軸継手としたことにより、上記課題を解決した。

請求項１の発明は、ストッパーピンの軸端部がヨークの規制孔内で塑性変形されるので、規制孔との隙間をヨークとストッパーピンとの組立状態で、規制孔とストッパーピンの軸端部の隙間の量を調整することができる。これによって、設計を変更したい場合には、ヨークに弾性的に装着固定されたシャフトの回転角（捩れ角）の規制範囲を所望の量に設定することができ、設計の自由度が広げることができる。

さらに、ストッパーピンは、ヨーク及びシャフトに装着する前は、軸方向の両端形状は同一であり、挿入方向（圧入方向）はどちらからでも良いため、挿入時（圧入時）の際、ピン方向を確認する必要がなく、誤組防止となり、さらに組立作業効率を向上させることができる。また、規制孔の内部にてストッパーピンの軸端部を軸方向の軸径を軸端部にかけて徐々に大きくなるような拡開形状に塑性変形させるので、組立完了後においてもヨークに対するシャフトの捩れ回転の規制範囲を適宜調整することができる。その塑性変形により抜け止めも形成することができる。

さらに、請求項１の発明は、前記ストッパーピンの軸端部に略カップ状となるように凹み部を形成したので、ポンチ等の工具をその凹み部に打ち込むことにより、極めて容易に塑性変形を行うことができる。そして、前記ストッパーピンの軸端部は、塑性変形により断面略楕円形状とすることで、軸端部の初期断面形状が円形状の場合に、断面楕円形状に変形させ易く、規制孔との隙間の量の調整も行い易いものである。請求項２の発明は、軸端部の楕円長手方向をヨークの軸周方向に一致させるのみで、前記規制孔との隙間を小さくする方向に容易に調整できる。また、請求項３の発明では、軸端部の楕円長手方向をヨークの軸周方向に一致させるのみで前記規制孔との隙間を大きくする方向に容易に調整できる。

以下、本発明の最良の形態を図面に基づいて説明する。本発明における弾性軸継手は、図１（Ａ），図２に示すように、主にヨークＡ，シャフトＢ，ブッシュＣ及びストッパーピンＤとから構成される。そのヨークＡは、ヨーク本体部１と該ヨーク本体部１の軸方向に形成された２本の継手腕状部２，２とからなる。そのヨーク本体部１の内周側には貫通孔状の軸収容部１ａが形成されている。また該軸収容部１ａに連続して前記ブッシュＣが装着されるブッシュ装着部３が形成されている。

前記ブッシュ装着部３は、図１，図２等に示すように、前記軸収容部１ａの内径よりも大なる内径を有しており前記ブッシュＣが圧入される。前記継手腕状部２，２は、前記ヨーク本体部１の軸方向端部で、且つその直径方向の両端からヨーク本体部１の軸方向に沿って延長するようにして形成されたもので、他の軸部材と枢支連結する役目をなしており、それぞれの継手腕状部２，２には連結ピン用の連結孔２ａ，２ａが形成されている。そのヨーク本体部１で且つ軸収容部１ａが形成されている箇所で、且つそのヨーク本体部１の直径方向両側に規制孔４，４が対向するように形成されている。

次に、シャフトＢは、図１（Ａ），図２に示すように、その軸方向の一端側に規制軸部５が形成され、該規制軸部５に隣接してブッシュ装着軸部６が形成されている。前記規制軸部５は、前記軸収容部１ａに遊挿される部位であり、前記規制軸部５の直径は、前記ヨーク本体部１の軸収容部１ａの内径よりも小さくなっている。また、ブッシュ装着軸部６は、前記ブッシュＣが装着される部位である。

さらに、そのブッシュ装着軸部６に隣接して、該ブッシュ装着軸部６よりも直径が大なるブッシュ支持段部７が形成される。さらに、そのブッシュ支持段部７から軸方向に伝達軸部８が形成されている。該伝達軸部８は、他の軸部材に回転を伝達したり、或いは回転が伝達されるもので、出力側となったり又は入力側として使用される。その伝達軸部８の伝達手段として、具体的にはスプライン部８ａが形成されている。前記規制軸部５には、小径貫通孔９が形成されている。該小径貫通孔９は、後述するストッパーピンＤの軸方向両側部分を除く部位が圧入手段等により固着される。

次に、ブッシュＣは、図１（Ａ），図２に示すように、円筒状の弾性部１０の外周側に外筒部１１が配置され、前記弾性部１０の内周側に内筒部１２が配置される。すなわち、前記弾性部１０は、前記外筒部１１と内筒部１２との間に挟持固着された構造である。その弾性部１０は、ゴム材にて形成されており、また前記外筒部１１及び内筒部１２は、それぞれ金属材にて形成されている。そして、前記ヨークＡにシャフトＢを接続するときに、ヨークＡのヨーク本体部１のブッシュ装着部３の内周側面と前記外筒部１１とが圧入手段で装着され、前記シャフトＢのブッシュ装着軸部６の外周側面と内筒部１２とが圧入手段で装着される。また、シャフトＢに形成されたブッシュ支持段部７は、前記ブッシュ装着軸部６に装着されたブッシュＣの軸端面と当接することにより、シャフトＢに対する前記ブッシュＣの正確な位置決めを行う役目をなすものである。

上記ヨークＡ，シャフトＢ及びブッシュＣによって構成される弾性軸継手において、前記ヨークＡのブッシュ装着部３と、前記シャフトＢのブッシュ装着軸部６との間にブッシュＣが配置されるようにして、シャフトＢがヨークＡに接続される〔図１（Ａ），図２参照〕。この接続された状態で、前記規制軸部５は、前記ヨーク本体部１の軸収容部１ａに遊挿された状態となり、前記規制軸部５と軸収容部１ａとの間に空隙部ｓが形成される。そのシャフトＢの規制軸部５がその空隙部ｓによってヨーク本体部１の軸収容部１ａ内を揺動することができるものであり、前記ヨークＡに対してシャフトＢは、前記ブッシュＣの弾性範囲内で、捩れ動作が行われる。

そのヨーク本体部１と規制軸部５にストッパーピンＤが装着される。該ストッパーピンＤは、前記ヨークＡに対するシャフトＢの捩れ角を規制する役目をなすものである。そのストッパーピンＤは、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、前記規制軸部５側に対して、その小径貫通孔９に圧入手段で固着される。また、前記ストッパーピンＤの軸方向両側部分の軸端部１３，１３は、図１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、ヨーク本体部１に形成された規制孔４，４に対して遊挿状態で配置される。

そのストッパーピンＤは、図１（Ｂ），（Ｃ），図５（Ｂ）等に示すように、軸方向両端側の軸端部１３，１３の塑性変形自在な部位としている。この軸端部１３は、図２（Ａ）に示すように、前記ヨークＡに形成された規制孔４内に遊挿される。また、ストッパーピンＤの前記両軸端部１３，１３を除く部位を固定軸部１４としている。この固定軸部１４は、前記シャフトＢの規制軸部５の小径貫通孔９に圧入固着される。

その軸端部１３は、図４（Ａ），図５（Ａ）に示すように、塑性変形する前の軸方向に直交する断面形状は円形状である。そして、この軸端部１３は、前述したように塑性変形自在な部位であるが、特に塑性変形による加工を行い易いようにするために、該軸端部１３は、図５（Ａ）に示すように、略カップ状となるように中空状の空隙が形成されており、その空隙箇所を凹み部１３ａと称する。該凹み部１３ａによって、軸端部１３は、種々の形状に塑性変形させることができるが、具体的には、その軸端部１３に到る凹み部の軸方向が拡開され、且つその軸方向に直交する断面形状が略楕円形状となるように塑性変形加工することが好ましい。この形状とすることで、円形孔とした規制孔４に対する隙間Ｔの大きさを適宜設定することができる。

その軸端部１３を塑性変形する手段としては、通常は、種々の工具を使用してカシメ変形させるものである。工具としては、図６（Ａ）に示すように、ポンチ１５を使用し、前記軸端部１３の凹み部１３ａにそのポンチ１５のカシメ先端部１５ａをハンマー等の工具で打ち込み、衝撃荷重を与えて軸端部１３の軸方向に直交する断面を楕円形状に塑性変形させる〔図６（Ｂ）参照〕。これによって、楕円形状とした軸端部１３の楕円長軸側と規制孔４との隙間Ｔを狭くすることができる。そのポンチ１５のカシメ先端部１５ａを先端が塑性変形前の軸端部１３の凹み部１３ａ開口に挿入することができ、さらに挿入し続けることで、軸端部１３は、断面円形状から断面略楕円形状に塑性変形する。

また、軸端部１３は、塑性変形前の断面円形状の直交する２つの直径方向で、その一方は延ばされ、他方は収縮される。これによって、前記軸端部１３は規制孔４に対して、軸端部１３の長軸側の隙間Ｔは狭く、短軸側の隙間Ｔは広くすることができる。そして、前記軸端部１３の略楕円形状部位の楕円長手方向（長軸側）をヨークＡ（又は規制軸部５）の軸周方向に一致させることで、捩じれ方向における隙間Ｔを小さくすることができ、前記ヨークＡに対するシャフトＢの捩れ角の範囲を小さくすることができる〔図４（Ｂ）参照〕。さらに、前記軸端部１３の略楕円形状部位の楕円長手方向（長軸側）をヨークＡ（又は規制軸部５）の軸長方向に一致させることで、捩じれ方向における隙間Ｔを大きくすることができ、前記ヨークＡに対するシャフトＢの捩れ角の範囲を大きくすることができる〔図４（Ｃ）参照〕。

このように、本発明の弾性軸継手においては、ストッパーピンＤのカシメ等の手段による塑性変形加工によって、ヨークＡの規制孔４との隙間Ｔに対して、回転角（捩れ角）の設計を変更したい場合には、塑性変形によって隙間Ｔを調整することができ、設計の自由度を広げることができる。特に、カシメによる塑性変形手段によって、軸端部１３の断面形状を略楕円状とすることにより、隙間Ｔの量を狭めたり広げたりすることが行い易いものである。また、図７（Ａ）は、前記軸端部１３に塑性変形によって円弧状の膨出突起１３ｂを形成したものであり、図７（Ｂ）は、前記軸端部１３の塑性変形を略方形状の膨出突起１３ｂを形成したものである。該膨出突起１３ｂによって、規制孔４との隙間Ｔの大きさを調整するものである。

さらに、ストッパーピンＤの両軸端部１３は、塑性変形を行う以前は、円形状であり、軸方向両端は同一形状である。それゆえに、弾性軸継手の組立作業において、前記ヨークＡと前記シャフトＢとにストッパーピンＤを挿入する際には、ストッパーピンＤの挿入方向（圧入方向）は限定されず、どちらの方向からでも良いため、挿入時（圧入時）に、挿入方向を確認する必要がなく組立作業効率を向上させることができる。また、誤組防止となる。

本発明の弾性軸継手を組み立てる工程については、図１，図２に示すように、まず前記ヨークＡと前記シャフトＢとを前記ブッシュＣを介して接合する。そして、前記ヨークＡの規制孔４，４と、前記シャフトＢの小径貫通孔９に塑性変形前のストッパーピンＤを装着する。このときストッパーピンＤの固定軸部１４は、シャフトＢの小径貫通孔９に圧入され、その両軸端部１３，１３は、両規制孔４，４に遊挿される。

そして、図３に示すように、両軸端部１３をポンチ１５等の工具を用いて塑性変形させ、前記規制孔４と軸端部１３との隙間Ｔを所望の量に調整し、ヨークＡ及びシャフトＢの軸周方向方向における捩れ角の規制範囲の調整を行うものである。また、一旦，組立が完了した後でも、そのストッパーピンＤの軸端部１３の塑性変形が可能な限り、隙間Ｔの調整を行うことができ、ヨークＡに対するシャフトＢの捩れ角の規制範囲を適宜変更することができる。

（Ａ）は本発明における弾性軸継手の一部断面にした側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ矢視断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の要部イ部拡大図である。 （Ａ）はストッパーピンを挿入しようとする一部断面にした工程図、（Ｂ）はストッパーピンの軸端部をポンチで塑性変形しようとする一部断面にした工程図である。 （Ａ）乃至（Ｃ）はストッパーピンの軸端部をポンチを打ち込んで塑性変形させて規制孔との隙間寸法を調整する工程を示す要部拡大断面図である。 （Ａ）は規制孔と塑性変形前の軸端部の要部拡大平面図、（Ｂ）は規制孔と軸周方向に塑性変形前した軸端部の要部拡大平面図、（Ｃ）は規制孔と軸長方向に塑性変形前した軸端部の要部拡大平面図である。 （Ａ）は軸端部の要部拡大斜視図、（Ｂ）は軸端部が塑性変形された状態の要部拡大斜視図である。 （Ａ）はポンチの要部拡大斜視図、（Ｂ）はポンチにて軸端部を塑性変形された一部断面にした平面図である。 （Ａ）は軸端部に塑性変形により円弧状の膨出突起を形成した要部平面図、（Ｂ）は軸端部に塑性変形により略方形状の膨出突起を形成した要部平面図である。

符号の説明

Ａ…ヨーク、Ｂ…シャフト、Ｃ…ブッシュ、Ｄ…ストッパーピン、１…ヨーク本体部、１ａ…軸収容部、４…規制孔、５…規制軸部、１３…軸端部、１３ａ…凹み部。

Claims (3)

1. 略円筒孔状の軸収容部が形成されたヨーク本体部を有するヨークと、前記軸収容部に遊挿する規制軸部を有するシャフトと、前記ヨークと前記シャフトとの間に配置されるブッシュと、前記ヨーク本体部と、且つ前記規制軸部に形成された小径貫通孔に圧入され前記ヨークと前記シャフトとの捩れ角を規制するストッパーピンとからなり、ヨーク側に形成された規制孔に遊挿された前記ストッパーピンの軸方向両端の軸端部は略カップ状となるように凹み部が形成され、前記規制孔内で前記軸端部の前記凹み部の軸方向が拡開され、且つその軸方向に直交する断面形状が略楕円形状となるように塑性変形されてなることを特徴とする弾性軸継手。
2. 請求項１において、前記楕円長手方向はヨークの軸周方向に一致させてなることを特徴とする弾性軸継手。
3. 請求項１において、前記楕円長手方向はヨークの軸長方向に一致させてなることを特徴とする弾性軸継手。

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