JP5093284B2 - 十字軸式自在継手 - Google Patents

Description

この発明は、自動車用操舵装置を構成する回転軸同士を、トルク伝達可能に接続する為の十字軸式自在継手（カルダンジョイント）の改良に関する。具体的には、この十字軸式自在継手を構成するヨークの基端部と回転軸の端部とを結合固定する為のボルトの締め付け力が過大になった場合にも、このボルトに折損等の損傷が発生しにくい構造の実現を図るものである。

自動車用操舵装置は、図６に示す様に構成して、ステアリングホイール１の回転をステアリングギヤユニット２の入力軸３に伝達し、この入力軸３の回転に伴って左右１対のタイロッド４、４を押し引きして、前車輪に舵角を付与する様にしている。前記ステアリングホイール１は、ステアリングシャフト５の後端部に支持固定されており、このステアリングシャフト５は、円筒状のステアリングコラム６を軸方向に挿通した状態で、このステアリングコラム６に回転自在に支持されている。又、前記ステアリングシャフト５の前端部は、自在継手７を介して中間シャフト８の後端部に接続し、この中間シャフト８の前端部を、別の自在継手９を介して、前記入力軸３に接続している。尚、図示の例は、電動モータ１０を補助動力源として前記ステアリングホイール１を操作する為に要する力の低減を図る、電動式パワーステアリング装置を組み込んでいる。従って、前記ステアリングシャフト５の前端部を、この電動式パワーステアリング装置の入力側に接続し、この電動式パワーステアリング装置の出力軸と前記中間シャフト８の後端部とを、前記自在継手７により、トルクの伝達を自在に接続している。

上述の様な自動車用操舵装置に組み込まれた、互いに同一直線上に存在しない回転軸である、前記ステアリングシャフト５と前記中間シャフト８と前記入力軸３とを接続する、前記両自在継手７、９は、何れも本発明の対象となる十字軸式自在継手である。この様な自在継手は、例えば特許文献１〜８に記載される等により、従来から各種構造のものが知られている。図７は、このうちの特許文献１に記載された構造の１例を示している。この図７に示した自在継手１１は、１対のヨーク１２ａ、１２ｂを１個の十字軸２１を介して、トルク伝達自在に結合して成る。図示の例の場合、これら両ヨーク１２ａ、１２ｂは、それぞれが鋼板等の十分な強度及び剛性を有する金属板に、プレスによる打ち抜き加工及び曲げ加工を施す事により造られており、それぞれが基部１３ａ、１３ｂと、これら両ヨーク１２ａ、１２ｂ毎に１対ずつの結合腕部１４ａ、１４ｂとを備える。

このうちの基部１３ａ、１３ｂはそれぞれ、第一フランジ部１５ａ、１５ｂと第二フランジ部１６ａ、１６ｂとを備える。これら各第一フランジ部１５ａ、１５ｂと第二フランジ部１６ａ、１６ｂとはそれぞれ、前記両基部１３ａ、１３ｂの円周方向１箇所に設けられた不連続部１７ａ、１７ｂを挟んで設けられている。これら両基部１３ａ、１３ｂ毎に対となった第一、第二各フランジ部１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂの互いに整合する位置に、前記両基部１３ａ、１３ｂ毎に１対ずつの取付孔を、それぞれこれら両基部１３ａ、１３ｂの軸方向に対して捩れの位置関係となる方向に形成している。又、前記第一フランジ部１５ａ、１５ｂの外側面でこの第一フランジ部１５ａ、１５ｂに形成された取付孔の開口部を囲む部分に、座面部１８ａ、１８ｂを、この取付孔の中心軸に直交する方向に形成している。

又、前記両ヨーク１２ａ、１２ｂ毎に１対ずつの結合腕部１４ａ、１４ｂは、それぞれ当該ヨーク１２ａ、１２ｂの基部１３ａ、１３ｂの先端縁のうちで、この基部１３ａ、１３ｂに結合固定する回転軸１９ａ、１９ｂに関する直径方向反対側２箇所位置から、軸方向に延出している。そして、前記各結合腕部１４ａ、１４ｂの先端部にそれぞれ円孔２０ａ、２０ｂを、前記両ヨーク１２ａ、１２ｂ毎に１対ずつの結合腕部１４ａ、１４ｂ同士の間で、互いに同心に形成している。そして、前記各円孔２０ａ、２０ｂの内側に前記十字軸２１に設けた４本の軸部を、それぞれがシェル型ニードル軸受である、ラジアル軸受２２ａ、２２ｂにより、回転自在に支持している。この様な構造により前記両ヨーク１２ａ、１２ｂを、それぞれの基部１３ａ、１３ｂの中心軸同士が傾斜した状態でもトルクの伝達を可能に組み合わせている。

前述の様な自動車用操舵装置を組み立てる場合には、上述の様な自在継手１１により、同一直線上に存在しない（前記ステアリングシャフト５と前記中間シャフト８と前記入力軸３とのうちの、互いに隣り合って配置される何れか２本であって、それぞれの中心軸が互いに傾斜した）１対の回転軸１９ａ、１９ｂを、トルクの伝達を可能に結合する。この為に、これら両回転軸１９ａ、１９ｂの端部を前記両ヨーク１２ａ、１２ｂの基部１３ａ、１３ｂに内嵌し、更にこれら両基部１３ａ、１３ｂに形成した前記各取付孔を挿通したボルト２３ａ、２３ｂとナット２４ａ、２４ｂとを螺合し、更に締め付ける。そして、前記両基部１３ａ、１３ｂの内面により前記両回転軸１９ａ、１９ｂの端部外周面を強く抑え付ける。この状態で、これら両回転軸１９ａ、１９ｂが、前記自在継手１１を介して、トルクの伝達を可能に結合される。

尚、図７に示した自在継手１１を構成する１対のヨーク１２ａ、１２ｂのうち、一方（図７の左方）のヨーク１２ｂは、前記基部１３ｂの内周面に形成した雌セレーションと前記回転軸１９ｂの端部外周面に形成した雄セレーションとを係合させる事により、これら基部１３ｂと回転軸１９ｂとの間で大きなトルクを伝達可能としている。従って、これら基部１３ｂと回転軸１９ｂとを結合する際には、これら基部１３ｂと回転軸１９ｂとを軸方向に相対変位させる。これに対して、他方（図７の右方）のヨーク１２ａの基部１３ａは、側方が開口した、断面Ｕ字形若しくは断面コ字形である、所謂横入れ式のヨークとして、前記回転軸１９ａをこの基部１２ａに、側方から挿入可能としている。

又、図８に示す様に、ヨーク１２ｃに設けた第一、第二両フランジ部１５ｃ、１６ｃに互いに整合する状態で形成した１対の取付孔のうち、一方の取付孔をボルト２３ｃを緩く挿通する通孔２５とし、他方の取付孔をこのボルト２３ｃを螺合させる為のねじ孔２６として、ナットを省略する構造も、例えば特許文献３、５〜８に記載される等により、従来から広く知られている。前記ヨーク１２ｃは、金属板にプレスによる打ち抜き加工及び曲げ加工を順次施して成る、所謂プレスヨークで、基部１３ｃの内周面に、不連続部１７ｃ及びその近傍部分を除き、雌セレーションを形成している。更に、第一、第二両フランジ部１５ｃ、１６ｃを、前記金属板を折り返す事により、この金属板２枚分の厚さ寸法としている。この様なヨーク１２ｃの構造及び製造方法に就いても、特許文献７に記載される等により、従来から広く知られている。

一般的には、前記通孔２５と前記ねじ孔２６とは、図８の（Ａ）に示した様に、ボルト２３ｃを組み付けない状態、並びに、同じく（Ｂ）に示す様にこのボルト２３ｃを組み付けた状態でも、前記基部１３ｃ内に回転軸１９ｃの端部を挿入し（この回転軸１９ｃの端部に設けた雄セレーション部をセレーション係合させ）、更に前記ボルト２３ｃを締め付けていない状態では、互いに同心である。尚、前記回転軸１９ｃの端部で、前記基部１３ｃ内への挿入状態で前記不連続部１７ｃに対向する部分には、前記ボルト２３ｃとの干渉防止、並びに、このボルト２３ｃが緩んだ状態での、前記ヨーク１２ｃと前記回転軸１９ｃとの分離防止の為の、切り欠き部２７を形成している。この様な切り欠き部２７の構造及び作用に関しても、前記特許文献１に記載される等により周知である。

何れの型式のヨーク１２ａ、１２ｂ、１２ｃにしても、前記ボルト２３ａ、２３ｂ、２３ｃの締め付けに伴って、前記両ヨーク１２ａ、１２ｂ、１２ｃ毎に１対ずつ設けた、第一、第二各フランジ部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ同士の間隔が縮まる。又、前記基部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの内径側に前記回転軸１９ａ、１９ｂ、１９ｃの端部を挿入した状態で前記ボルト２３ａ、２３ｂ、２３ｃを締め付けると、前記各フランジ部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ同士の間隔が縮まる際に於けるこれら各フランジ部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃの弾性変形量は、剛性が高い基端寄り（前記回転軸１９ａ、１９ｂ、１９ｃに近い側）に比べて、剛性が低い先端寄り（前記回転軸１９ａ、１９ｂ、１９ｃから遠い側）で多くなる。具体的には、前記各フランジ部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ同士の間隔が、基端寄りで広く先端側ほど狭くなる。この結果、前記座面部１８ａ、１８ｂ、１８ｃが、前記各取付孔の中心軸に直交する方向に対してずれる事に加えて、１本のボルト２３ａ、２３ｂ、２３ｃを挿通乃至は螺合させた１対の取付孔の中心軸が互いに傾斜する。この状態では、このボルト２３ａ、２３ｂ、２３ｃを曲げる方向に力が加わる。又、この力は、このボルト２３ａ、２３ｂ、２３ｃを強く締め付けるほど大きくなる。

この為、前記ヨーク１２ａ、１２ｂ、１２ｃと前記回転軸１９ａ、１９ｂ、１９ｃとの結合部のがたつきを完全に無くす為、或は、前記ボルト２３ａ、２３ｂ、２３ｃの緩み止めを確実にする為等で、このボルト２３ａ、２３ｂ、２３ｃの締め付け力が過大になると、このボルト２３ａ、２３ｂ、２３ｃの曲がりが大きくなり、このボルト２３ａ、２３ｂ、２３ｃの耐久性が損なわれる可能性がある。この様な耐久性の低下に繋がるボルト２３ａ、２３ｂ、２３ｃの曲がりを緩和する為、特許文献１、８に記載されている様に、１対のフランジ部の先端部同士の間隔が過度に狭くなるのを防止したり、特許文献５、６に記載されている様に、ボルトの頭部内側面を突き当てる為の座面部を予め傾斜させたり、１対のフランジ部に形成する取付孔を、ボルトの締め付けに伴う弾性変形を考慮して予め傾斜させる構造が知られている。

この点に就いて、特許文献８に記載された構造を示す、図９〜１１に沿って説明する。前記曲がりを緩和する為の処置を特に採用しない場合には、図９に示す様に、ボルト２３ｄが曲がり、このボルト２３ｄの耐久性を確保する面から不利になる。これに対して、図１０の（Ａ）（Ｂ）に示す様に、第一、第二両フランジ部１５ｄ、１６ｄの先端部に、互いに近づく方向に突出した突壁部２８、２８を形成すれば、図１０の（Ｂ）に示す様にボルト２３ｄを締め付けた状態でも、このボルト２３ｄの歪みを抑えられる。更に、図１１に示す様に、ナット２４ｃから延出した突っ張り部２９を第一フランジ部１５ｄに近接対向させた構造でも、ボルト２３ｄの締め付け時に、この第一のフランジ部１５ｄと第二のフランジ部１６ｄとが過度に傾斜する事を防止して、前記ボルト２３ｄの歪みを抑えられる。

これらの構造は、或る程度の効果はある。但し、特許文献５、６に記載されている様に座面部や取付孔を予め傾斜させる構造は、加工が面倒でコストが嵩む。又、他の構造にしても、条件が厳しくなる（ボルトの締め付け力が大きくなる）と、それだけでは必ずしも十分な効果を得られない可能性がある。例えば、図１０〜１１に示した様に、前記第一、第二両フランジ部１５ｄ、１６ｄ同士の間で、前記両突壁部２８、２８や前記突っ張り部２９を突っ張らせる構造の場合には、基部１３ｄ、１３ｅの内径を十分に縮める為に要する力が大きくなる。即ち、前記両突壁部２８、２８や前記突っ張り部２９の存在に拘らず、前記基部１３ｄの内周面と前記回転軸１９ｄの外周面との当接圧を十分に高くして、これら基部１３ｄと回転軸１９ｄとの結合強度を確保する為には、前記ボルト２３ｄの締め付け力を大きくする必要が生じる。この結果、このボルト２３ｄに加わる引っ張り応力が大きくなり、曲げ応力が小さくなるにしても、このボルト２３ｄの耐久性を確保する面から不利になる。

本発明は、上述の様な事情に鑑み、加工が容易で低コストで造る事ができて、ボルトの曲がりを小さく抑えられ、しかも、ボルトの締め付け力を特に大きくしなくても、ヨークの基部と回転軸の端部との結合強度を確保できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の十字軸式自在継手は、何れも、従来から知られている十字式自在継手と同様に、１対のヨークと、これら両ヨーク同士を揺動変位自在に結合する１個の十字軸とを備える。
これら両ヨークはそれぞれ、回転軸の端部を結合固定する為の基部と、この基部の軸方向一端縁のうちで、この回転軸に関する直径方向反対側２箇所位置から軸方向に延出した１対の結合腕部と、これら両結合腕部の先端部に互いに同心に形成された１対の円孔とを備える。
又、前記十字軸は、隣り合う軸部同士が互いに直交する状態で設けられた４本の軸部がそれぞれ、前記各円孔の内側に軸受を介して回転自在に支持されている。
又、前記両ヨークのうちの少なくとも一方のヨークの基部は、円周方向１箇所に設けられた不連続部を挟んで設けられた第一、第二両フランジ部と、これら両フランジ部の互いに整合する位置に、それぞれが前記基部に対して捩れの位置関係となる方向に形成された、第一、第二両取付孔とを備えたものである。
そして、これら両取付孔のうち、前記第一フランジ部に形成した第一取付孔を挿通したボルトを、前記第二フランジ部に形成した第二取付孔に内嵌支持したナットに螺合し更に締め付ける事により、前記基部内に挿入された回転軸の端部外周面を抑え付け、この回転軸の端部に前記少なくとも前記一方のヨークの基部を結合固定する。

特に、本発明の十字軸式自在継手に於いては、何れも、前記ナットは、前記第二取付孔に内嵌される、内周面に雌ねじを形成したねじ筒部と、このねじ筒部の基端部に設けられた、前記第二取付孔の内径よりも大きな外径を有する鍔部とを備えたものである。
そして、この鍔部の内側面を前記第二フランジ部の外側面に当接させた状態で、前記ねじ筒部の先端縁がこの第二フランジ部の内側面よりも前記第一フランジ部側に突出し、且つ、前記ボルトを締め付けた状態で、前記ねじ筒部の先端縁とこの第一フランジ部とが干渉しない。
又、請求項１に記載した発明の場合には、前記第一フランジ部の内側面で前記第一取付孔よりもこの第一フランジ部の先端寄り部分に、部分円弧形のガイド突壁を設けている。そして、前記ねじ筒部の先端部をこのガイド突壁と前記第一取付孔との間部分に、このガイド突壁の軸方向に関する変位を可能に位置させている。
一方、請求項２に記載した発明の場合には、前記ねじ筒部の先端縁と前記第一フランジ部とを干渉させない為に、この第一フランジ部に形成した前記第一取付孔の内径を前記ねじ筒部の先端部の外径よりも大きくしている。そして、この第一取付孔内にこのねじ筒部の先端部を、軸方向の変位のみ可能に挿入している。

上述の様に構成する本発明の十字軸式自在継手によれば、加工が容易で低コストで造る事ができて、ボルトの曲がりを小さく抑えられる。しかも、前述の図１０〜１１に示した構造の様な、第一、第二両フランジ部同士の間で突っ張る部分が存在しない。この為、この様な突っ張る部分が存在する構造と比べて、ボルトの締め付け力を特に大きくしなくても、ヨークの基部と回転軸の端部との結合強度を確保できる。これらの効果を得られる理由は、次の通りである。
先ず、第一、第二両取付孔の中心軸や、ボルトの頭部内側面を当接させる為の座面部を傾斜させる必要が無い為、各部の加工が容易であり、製造コストを抑えられる。

又、ナットを構成するねじ筒部の先端部が、第二フランジ部の内側面よりも第一フランジ部側に突出している分、ボルトのうちで外周面が他の部材により抑えられない部分の軸方向長さ（このボルトのうちで、前記両フランジ部同士の傾斜に伴って曲がり易い部分のスパン）が短くなる。即ち、前記第二フランジ部の内側面よりも突出した、前記ねじ筒部の先端部が、前記ボルトのうちでこの先端部の内側に存在する部分が曲がる事に対する抵抗となり、このボルトの曲げ剛性を高くする。この結果、前記スパンが短くなる事は、このボルトの締め付けに伴う、このボルトの曲がりを抑えられる事に繋がり、このボルトの耐久性を確保する面から有利になる。

又、前記図１０〜１１に示した構造とは異なり、前記第一、第二両フランジ部同士の間に、これら両フランジ部同士が近付く事に対する抵抗となる部分が存在しない。この為、前記図１０〜１１に示した構造と比べて、前記ボルトの締め付け力を特に大きくしなくても、前記基部の内径を十分に縮められる。そして、この基部の内周面と前記回転軸の端部外周面との当接圧を十分に高くして、これら基部と回転軸との結合強度を確保できる。この結果、この結合強度を確保しても、前記ボルトの軸方向に作用する引っ張り応力を低く抑える事ができて、このボルトの耐久性を確保する面から有利になる。
更に、請求項１に記載した発明の場合には、ガイド突壁が前記ねじ筒部の先端部を軸方向の変位のみ可能に案内する為、このねじ筒部と螺合した前記ボルトが曲がる事に対する抵抗を大きくできる。
一方、請求項２に記載した発明の場合には、通孔が前記ねじ筒部の先端部を軸方向の変位のみ可能に案内する為、このねじ筒部と螺合した前記ボルトが曲がる事に対する抵抗を大きくできる事に加えて、このねじ筒部の先端縁と座面との軸方向距離を、より短く抑えて、前記ボルトの曲げ剛性を十分に高くできる。

本発明に関する参考例の第１例を、ボルトを省略した状態で示す、図７のイ−イ断面に相当する図。 同第２例を示す、図１と同様の図。 同第３例を示す、図１と同様の図。 本発明の実施の形態の第１例を示す、図１と同様の図。 同第２例を示す、図１と同様の図。 十字式自在継手を組み込んだ自動車用操舵装置の１例を示す、部分切断側面図。 従来から知られている十字式自在継手の第１例を示す部分切断側面図。 同第２例を、ボルトを省略した状態（Ａ）と組み込んだ状態（Ｂ）とで示す、図７のイ−イ断面に相当する図。 同第３例を、締め付けに伴ってボルトが歪んだ状態で示す、図７のイ−イ断面に相当する図。 同第４例を、ボルトの組み付け以前の状態（Ａ）と、ボルトを組み付けて更に締め付けた後の状態（Ｂ）とで示す、図７のイ−イ断面に相当する図。 従来構造の第５例を、ボルトの組み付け以前の状態で示す、図７のイ−イ断面に相当する図。

［本発明に関する参考例の第１例］
図１は、本発明に関する参考例の第１例を示している。尚、本参考例を含めて本発明の特徴は、ボルト２３ｃ（図８参照、図１には省略）の締め付けに伴う第一、第二両フランジ部１５ｃ、１６ｃの弾性変形に拘らず、前記ボルト２３ｃに加わる曲げ方向の力を緩和する為の構造にある。その他の部分の構造及び作用のうち、次述する、第二フランジ部１６ｃに対してナット３０を組み付けた部分以外の部分の構造及び作用に就いては、前述の図８に示した従来構造のヨーク１２ｃと同様である。更に、自在継手全体の構造及び作用に就いては、前述の図７に示した従来構造の自在継手１１と同様である。就いては、従来構造と同等部分に関しては、重複する図示並びに説明を、省略若しくは簡略にし、以下、本参考例の特徴部分を中心に説明する。

本参考例の場合には、前記第二フランジ部１６ｃに、特許請求の範囲に記載した第二取付孔である第二通孔３１を、前記第一フランジ部１５ｃに形成した、特許請求の範囲に記載した第一取付孔である通孔２５と同心に形成している。このうちの第二通孔３１は、前記第二フランジ部１６ｃの外側面寄り部分を除く部分に設けられた小径部３２と、この外側面寄り部分に設けられた大径部３３とを、段差部３４により連続させて成る、段付の円孔である。このうちの小径部３２部分が、特許請求の範囲に記載した第二取付孔に相当する。この様な第二通孔３１に、前記ナット３０を、締り嵌めにより内嵌固定している。このナット３０は、ねじ筒部３５と鍔部３６とを備える。このうちのねじ筒部３５は、軸方向に亙り外径が変化しない円筒状で、内周面に雌ねじを形成している。又、このねじ筒部３５の軸方向長さ寸法は、前記第二通孔３１のうちの小径部３２の軸方向長さ寸法よりも大きい。前記鍔部３６は、外向フランジ状で前記ねじ筒部３５の基端部に設けられており、前記第二通孔３１のうちの小径部３２の内径よりも大きな外径を有する。

この様なナット３０は、前記ねじ筒部３５を前記第二通孔３１のうちの小径部３２に締り嵌めで内嵌すると共に、前記鍔部３６を同じく大径部３３に内嵌する。又、この鍔部３６の内側面を前記段差部３４に当接させる。この状態で、前記ねじ筒部３５の先端部が、前記第二フランジ部１６ｃの内側面よりも、前記第一フランジ部１５ｃ側に突出する。但し、前記ねじ筒部３５の先端部は、前記ボルト２３ｃを締め付ける以前の状態では勿論、前記基部１３ｃに回転軸１９ｃ（図８参照）の端部を挿入してからこのボルト２３ｃを締め付けた以後の状態であっても、前記第一フランジ部１５ｃに干渉する（突き当たる）事は無い。

上述の様なナット３０を組み込んだヨーク１２ｃを備えた、本例の十字軸式自在継手によれば、加工が容易で低コストで造る事ができて、前記ボルト２３ｃの曲がりを小さく抑えられる。しかも、このボルト２３ｃの締め付け力を特に大きくしなくても、前記ヨーク１２ｃの基部１３ｃと回転軸１９ｃ（図８参照）の端部との結合強度を確保できる。

これらの作用・効果のうち、低コスト化は、第一、第二両取付孔である前記通孔２５及び前記第二通孔３１の中心軸や、ボルト２３ｃの頭部３７（図８参照）の内側面を当接させる為の座面部１８ｃを傾斜させる必要が無い事により得られる。即ち、前記通孔２５及び前記第二通孔３１を互いに同心に形成すれば良く、前記ナット３０の各部（ねじ筒部３５の外周面及び内周面のねじ孔及び鍔部３６の外周面）も互いに同心に形成すれば良い。更に、前記座面部１８ｃに関しては、前記通孔２５及び前記第二通孔３１の中心軸に対し直角方向に形成すれば良い。この為、各部の加工が容易であり、製造コストを抑えられる。

又、前記ボルト２３ｃの曲がりを小さく抑えられる事は、このボルト２３ｃのうちで、外周面が他の部材により抑えられない部分の軸方向長さ、言い換えれば、このボルト２３ｃのうちで、前記両フランジ部１５ｃ、１６ｃ同士の傾斜に伴って曲がり易い部分のスパンを短くする事により図れる。即ち、前述した特許文献１に記載されている様に、このスパンが短くなると、前記両フランジ部１５ｃ、１６ｃ同士の傾斜が同じとした場合には、前記ボルト２３ｃの曲率が大きくなって、このボルト２３ｃに加わる曲げ応力が大きくなる。但し、前記スパンを（中途半端ではなく）十分に短くすれば、このスパン部分での前記ボルト２３ｃの曲げ剛性が十分に大きくなり、このボルト２３ｃの締め付けに伴って前記両フランジ部１５ｃ、１６ｃが、あまり傾斜する事なく、互いに近付き合う状態になる。本例の場合には、前記ねじ筒部３５の先端部が前記第二フランジ部１６ｃの内側面よりも突出している分、前記スパンである、前記ねじ筒部３５の先端縁と座面１８ｃとの軸方向距離Ｌを短く抑えて、前記ボルト２３ｃの曲げ剛性を十分に高くできる。この結果、このボルト２３ｃの締め付けに伴う、このボルト２３ｃの曲がりを抑えられて、このボルト２３ｃの耐久性確保を図れる。

更に、このボルト２３ｃの締め付け力を特に大きくしなくても、前記ヨーク１２ｃの基部１３ｃと回転軸１９ｃの端部との結合強度を確保できる事は、次の(1)(2)の２通りの理由により実現できる。
(1) 前記第一、第二両フランジ部１５ｃ、１６ｃ同士の間に、これら両フランジ部１５ｃ、１６ｃ同士が近付く事に対する抵抗となる部分が存在しない。即ち、前述の図１０に示した突壁部２８、２８や図１１に示した突っ張り部２９が存在しない。
(2) 前記スパン部分での前記ボルト２３ｃの曲げ剛性が大きく、このボルト２３ｃの締め付け力を前記第一、第二両フランジ部１５ｃ、１６ｃ同士の間隔を縮める為に有効に利用できる。言い換えれば、前記ボルト２３ｃを締め付ける（回転させる）為の力のうち、前記スパン部分を曲げるのに要する割合を少なく抑えられる。例えば、一般的な鋼製のボルト２３ｃを使用した場合で、前記スパンの長さＬを、前記ボルト２３ｃの直径ｄ｛図８の（Ｂ）参照、自動車用操舵装置を構成する十字軸式自在継手の場合で、一般的には８mm程度｝の２．２倍以下（Ｌ≦２．２ｄ）とすれば、このボルト２３ｃの曲がりを、必要な耐久性を確保する面から、十分に低く抑えられる。

これら(1)(2)の２通りの理由により、前記ボルト２３ｃの締め付け力を特に大きくしなくても、前記両フランジ部１５ｃ、１６ｃ同士の間隔を縮めて、前記基部１３ｃの内径を十分に縮められる。そして、この基部１３ｃの内周面と前記回転軸１９ｃの端部外周面との当接圧を十分に高くして、これら基部１３ｃと回転軸１９ｃとの結合強度を確保できる。この結果、この結合強度を確保しても、前記ボルト２３ｃに加わる曲げ応力だけでなく、このボルト２３ｃの軸方向に作用する引っ張り応力も低く抑える事ができて、このボルト２３ｃの耐久性を十分に確保できる。

尚、本参考例の構造を実施する場合で、前記回転軸１９ｃの先端寄り部分に、前述の図８に示す様な切り欠き部２７を形成して、前記ボルト２３ｃが緩んだ状態でも、このボルト２３ｃが前記基部１３ｃから抜け出るのを防止する構造を採用する事もできる。但し、この場合には、この基部１３ｃに前記回転軸１９ｃの端部を挿入し、前記切り欠き部２７と前記第二通孔３１とを整合させた後、この第二通孔３１に前記ナット３０を挿入する。この場合には、これら第二通孔３１とナット３０との嵌合状態を、隙間嵌乃至は止まり嵌めとしても良い。

［本発明に関する参考例の第２例］
図２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、ナット３０ａを構成するねじ筒部３５ａの先端部に、当該部分の半円周未満の切り欠き部３８を設けている。そして、このねじ筒部３５ａを第二通孔３１に内嵌固定した状態でこの切り欠き部３８を、基部１３ｃに挿入された回転軸１９ｃ（図８参照）の端部外周面に対向する側に位置させている。

この様な本参考例の構造の場合には、前記ナット３０ａを前記第二通孔３１に、予め内嵌固定した状態で、前記回転軸１９ｃを前記基部１３ｃ内に挿入できる。前記ねじ筒部３５ａの先端部に形成した切り欠き部３８は、このねじ筒部３５ａの先端縁部分でも半円周未満であり、この先端縁部分でも、ボルト２３ｃ（図８参照）を抱持できる。従って、前記切り欠き部３８の存在に拘らず、このボルト２３ｃの曲がり止めを図る事ができる。
その他の部分の構成及び作用は、上述した参考例の第１例と同様であるから、重複する説明は省略する。

［本発明に関する参考例の第３例］
図３は、本発明に関する参考例の第３例を示している。本参考例の場合には、ナット３０ｂを構成するねじ筒部３５ｂの外周面を、このねじ筒部３５ｂの先端に向かうほど外径が小さくなる方向に傾斜した部分円すい状凸面としている。これに合わせて第二通孔３１ａの内周面を、第二フランジ部１６ｃの内側面に向かうほど内径が小さくなる方向に傾斜した部分円すい状凹面としている。そして、前記ナット３０ｂの鍔部３６の内側面を段差部３４に当接させた状態で、前記ねじ筒部３５ｂの外周面と前記第二通孔３１ａの内周面とが隙間なく当接する様にしている。

この様な本参考例の場合には、前記ねじ筒部３５ｂの外径寸法と前記第二通孔３１ａの内径寸法との関係を特に（参考例の第１〜２例の構造に比べて）厳密に規制しなくても、前記第二通孔３１ａに前記ナット３０ｂのねじ筒部３５ｂを、がたつきなく内嵌させられる（寸法の許容差を大きくできる）。
その他の部分の構成及び作用は、前述した参考例の第１例と同様であるから、重複する説明は省略する。

［実施の形態の第１例］
図４は、請求項１に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の場合には、第一フランジ部１５ｃの内側面で通孔２５よりもこの第一フランジ部１５ｃの先端（図４の下端）寄り部分に、部分円弧形のガイド突壁３９を設けている。このガイド突壁３９は、前記第一フランジ部１５ｃの内側面側で、前記通孔２５の開口部の全長に亙り、半円弧よりも長く形成している。そして、ナット３０を構成するねじ筒部３５の先端部を、このガイド突壁３９と前記通孔２５との間部分に、このガイド突壁３９の軸方向に関する変位を可能に配置している。

この様な本例の構造の場合には、前記ガイド突壁３９が前記ねじ筒部３５の先端部を軸方向の変位のみ可能に案内する。言い換えれば、このねじ筒部３５の先端部が基部１３ｃの中心側に変位する事を阻止する。この為、このねじ筒部３５と螺合したボルト２３ｃ（図８参照）が曲がる事に対する抵抗を大きくできる。
その他の部分の構成及び作用は、前述した参考例の第１例と同様であるから、重複する説明は省略する。

［実施の形態の第２例］
図５は、請求項２、３に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、第一フランジ部１５ｃに形成した、第一取付孔である通孔２５の内径を、ねじ筒部３５ａの先端部の外径よりも僅かに大きくし、この通孔２５内にこのねじ筒部３５ａの先端部を、軸方向の変位のみ可能に挿入している。この為に、これら通孔２５とねじ筒部３５ａの先端部とを、半円周よりも大きい範囲で係合させている。

この様な本例の構造の場合には、前記通孔２５が前記ねじ筒部３５ａの先端部を軸方向の変位のみ可能に案内する。言い換えれば、このねじ筒部３５ａの先端部が基部１３ｃの中心側に変位する事を阻止する。この為、上述した実施の形態の第１例の場合と同様に、前記ねじ筒部３５ａと螺合したボルト２３ｃ（図８参照）が曲がる事に対する抵抗を大きくできる。特に本例の場合には、前記ねじ筒部３５ａの先端縁と座面１８ｃとの軸方向距離Ｌを、より短く抑えて、前記ボルト２３ｃの曲げ剛性を十分に高くできる。
その他の部分の構成及び作用は、前述した参考例の第２例と同様であるから、重複する説明は省略する。

本発明は、図１〜５に示す様な、金属板にプレス加工を施して、それぞれがこの金属板２枚分の厚さを有する第一、第二両フランジ部１５ｃ、１６ｃを設けたヨークに限らずに実施できる。即ち、前述の図７、９〜１１に示したヨーク１２ａ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆの様な、金属板１枚分の厚さしか持たない第一、第二両フランジ部１５ａ、１５ｄ、１６ａ、１６ｄを設けたヨーク１２ａ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆを備えた自在継手で（所謂横入れ式のヨークを含んで）実施する事もできる。更には、鍛造加工により造られるヨークに関して実施する事もできる。

更に、自在継手を構成する１対のヨークのうち、何れかのヨークの基部が、不連続部を持たない閉鎖筒状であり、この閉鎖筒状の基部を何れかの回転軸の端部に外嵌した状態で、溶接等により結合固定する構造も、従来から知られている。この様な構造の場合には、閉鎖筒状の基部を備えたヨークに関しては、ボルトを螺合したり締め付けたりする必要はない。この様な構造で本発明を実施する場合には、別のヨークに関してのみ、本発明の特徴である、軸方向寸法が長いねじ筒部を備えたナットを設ければ良い。

１ ステアリングホイール
２ ステアリングギヤユニット
３ 入力軸
４ タイロッド
５ ステアリングシャフト
６ ステアリングコラム
７ 自在継手
８ 中間シャフト
９ 自在継手
１０ 電動モータ
１１ 自在継手
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ ヨーク
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ 基部
１４ａ、１４ｂ 結合腕部
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ 第一フランジ部
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ 第二フランジ部
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ 不連続部
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ 座面部
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ 回転軸
２０ａ、２０ｂ 円孔
２１ 十字軸
２２ａ、２２ｂ ラジアル軸受
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ ボルト
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ ナット
２５ 通孔
２６ ねじ孔
２７ 切り欠き部
２８ 突壁部
２９ 突っ張り部
３０、３０ａ、３０ｂ ナット
３１、３１ａ 第二通孔
３２ 小径部
３３ 大径部
３４ 段差部
３５、３５ａ、３５ｂ ねじ筒部
３６ 鍔部
３７ 頭部
３８ 切り欠き部
３９ ガイド突壁

特開平８−２８４９６８号公報 特開平１０−２３４３号公報 特開２０００−３２０５６４号公報 特開２００４−２２３６１６号公報 特開２００８−２９８２６７号公報 特開２００９−８１７４号公報 特公平７−８８８５９号公報 国際公開第２００８／０１５７４１号パンフレット

Claims (4)

1. １対のヨークと、これら両ヨーク同士を揺動変位自在に結合する１個の十字軸とを備え、これら両ヨークはそれぞれ、回転軸の端部を結合固定する為の基部と、この基部の軸方向一端縁のうちで、この回転軸に関する直径方向反対側２箇所位置から軸方向に延出した１対の結合腕部と、これら両結合腕部の先端部に互いに同心に形成された１対の円孔とを備え、前記十字軸は、隣り合う軸部同士が互いに直交する状態で設けられた４本の軸部がそれぞれ、前記各円孔の内側に軸受を介して回転自在に支持されており、前記両ヨークのうちの少なくとも一方のヨークの基部は、円周方向１箇所に設けられた不連続部を挟んで設けられた第一、第二両フランジ部と、これら両フランジ部の互いに整合する位置に、それぞれが前記基部に対して捩れの位置関係となる方向に形成された第一、第二両取付孔とを備えたものであり、これら両取付孔のうち、前記第一フランジ部に形成した第一取付孔を挿通したボルトを、前記第二フランジ部に形成した第二取付孔に内嵌支持したナットに螺合し更に締め付ける事により、前記基部内に挿入された回転軸の端部外周面を抑え付け、この回転軸の端部に前記少なくとも前記一方のヨークの基部を結合固定する十字軸式自在継手に於いて、前記ナットは、前記第二取付孔に内嵌される、内周面に雌ねじを形成したねじ筒部と、このねじ筒部の基端部に設けられた、前記第二取付孔の内径よりも大きな外径を有する鍔部とを備えたものであり、この鍔部の内側面を前記第二フランジ部の外側面に当接させた状態で、前記ねじ筒部の先端縁がこの第二フランジ部の内側面よりも前記第一フランジ部側に突出し、且つ、前記ボルトを締め付けた状態で、前記ねじ筒部の先端縁とこの第一フランジ部とが干渉せず、更に、この第一フランジ部の内側面で前記第一取付孔よりもこの第一フランジ部の先端寄り部分に、部分円弧形のガイド突壁が設けられており、前記ねじ筒部の先端部がこのガイド突壁と前記第一取付孔との間部分に、このガイド突壁の軸方向に関する変位を可能に位置している事を特徴とする十字軸式自在継手。
2. １対のヨークと、これら両ヨーク同士を揺動変位自在に結合する１個の十字軸とを備え、これら両ヨークはそれぞれ、回転軸の端部を結合固定する為の基部と、この基部の軸方向一端縁のうちで、この回転軸に関する直径方向反対側２箇所位置から軸方向に延出した１対の結合腕部と、これら両結合腕部の先端部に互いに同心に形成された１対の円孔とを備え、前記十字軸は、隣り合う軸部同士が互いに直交する状態で設けられた４本の軸部がそれぞれ、前記各円孔の内側に軸受を介して回転自在に支持されており、前記両ヨークのうちの少なくとも一方のヨークの基部は、円周方向１箇所に設けられた不連続部を挟んで設けられた第一、第二両フランジ部と、これら両フランジ部の互いに整合する位置に、それぞれが前記基部に対して捩れの位置関係となる方向に形成された第一、第二両取付孔とを備えたものであり、これら両取付孔のうち、前記第一フランジ部に形成した第一取付孔を挿通したボルトを、前記第二フランジ部に形成した第二取付孔に内嵌支持したナットに螺合し更に締め付ける事により、前記基部内に挿入された回転軸の端部外周面を抑え付け、この回転軸の端部に前記少なくとも前記一方のヨークの基部を結合固定する十字軸式自在継手に於いて、前記ナットは、前記第二取付孔に内嵌される、内周面に雌ねじを形成したねじ筒部と、このねじ筒部の基端部に設けられた、前記第二取付孔の内径よりも大きな外径を有する鍔部とを備えたものであり、この鍔部の内側面を前記第二フランジ部の外側面に当接させた状態で、前記ねじ筒部の先端縁がこの第二フランジ部の内側面よりも前記第一フランジ部側に突出し、且つ、前記ボルトを締め付けた状態で、前記ねじ筒部の先端縁とこの第一フランジ部とを干渉させない為に、この第一フランジ部に形成した前記第一取付孔の内径を前記ねじ筒部の先端部の外径よりも大きくし、この第一取付孔内にこのねじ筒部の先端部を、軸方向の変位のみ可能に挿入している事を特徴とする十字軸式自在継手。
3. ねじ筒部の先端部で基部に挿入された回転軸の端部外周面に対向する部分に、当該部分の半円周未満の切り欠き部が設けられている、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した十字軸式自在継手。
4. ねじ筒部の外周面が、このねじ筒部の先端に向かうほど外径が小さくなる方向に傾斜した部分円すい状凸面であり、第二取付孔の内周面が、第二フランジ部の内側面に向かうほど内径が小さくなる方向に傾斜した部分円すい状凹面であり、鍔部の内側面を前記第二フランジ部の外側面に当接させた状態で、前記ねじ筒部の外周面と前記第二取付孔の内周面とが隙間なく当接する、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した十字軸式自在継手。

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