JP6572953B2 - 自在継手用ヨーク - Google Patents

Description

本発明は、自在継手を構成するヨークに関する。

たとえば自動車用のステアリング装置を構成するステアリングシャフトと中間シャフトや、この中間シャフトとステアリングギヤユニットのピニオンシャフトなど、同一直線上に配置されていない１対の回転軸の端部同士を回転力の伝達を可能に連結するための継手として、カルダン継手と呼ばれる自在継手が知られている。

図４〜図６は、このような自在継手の従来構造の１例として、特許第３６６１３２７号公報に記載されたものを示している。自在継手１は、１対のヨーク２ａ、２ｂを十字軸３を用いて連結することにより、両ヨーク２ａ、２ｂの中心軸同士を傾斜させたままの状態で、両ヨーク２ａ、２ｂ同士の間で回転力の伝達を行えるように構成されている。

ヨーク２ａは、金属板製で、回転軸の端部に結合するための基部４ａと、この基部４ａの軸方向一端部の径方向反対側となる２箇所から基部４ａの軸方向に延出した１対の腕部５とを備える。

１対の腕部５は、互いの厚さ方向内側面同士を対向させた板状の部位であり、それぞれの長さ方向先端側部に、互いに同軸の円孔６を有している。また、１対の腕部５は、長さ方向中間部が、互いに平行な平板部１１になっており、この平板部１１よりも長さ方向先端側の部位が、横断面形状を円弧状とし、かつ、厚さ方向内側面を凹面とした、先端側曲板部１２になっている。１対の腕部５のそれぞれに関して、円孔６は、先端側曲板部１２に形成されている。また、１対の腕部５は、長さ方向中間部の幅方向両端縁部に面取り部１４をそれぞれ有している。

ヨーク２ｂは、金属板製で、ヨーク２ａと同様の基本構成を有しており、回転軸１５の端部に結合するための基部４ｂの形状のみが、ヨーク２ａと異なっている。

十字軸３は、十字に交わる２本の軸部７ａ、７ｂを有する。一方の軸部７ａの両端部は、一方のヨーク２ａを構成する１対の円孔６の内側にそれぞれ枢支されており、他方の軸部７ｂの両端部は、他方のヨーク２ｂを構成する１対の円孔６の内側にそれぞれ枢支されている。このために、各円孔６の内周面と各軸部７ａ、７ｂの端部の外周面との間にニードル軸受８がそれぞれ組み付けられている。

ニードル軸受８は、外輪として機能する有底円筒状の軸受カップ９と、複数本のニードル１０とを有している。軸受カップ９は、円孔６の内周面に圧入により内嵌固定されている。複数本のニードル１０は、軸受カップ９の内周面と各軸部７ａ、７ｂの端部の外周面との間に転動自在に配置されている。

上述のような自在継手１では、各腕部５の長さ方向先端側部で、回転力の伝達時に十字軸３から捩り方向の荷重を受ける円孔６の周囲部分が、各腕部５の長さ方向中間部である平板部１１よりも横断面形状の湾曲度が大きい（すなわち断面係数が大きい）、先端側曲板部１２になっている。このため、各腕部５の長さ方向先端側部を変形しにくくすることができる。また、円孔６は、先端側曲板部１２の横断面形状が円弧状に湾曲していることに基づいて、軸受カップ９との嵌合長さを大きくすることができる。このため、軸受カップ９を円孔６から抜け出しにくくすることができる。

また、ヨーク２ａ（２ｂ）を構成する各腕部５の長さ方向中間部の幅方向両端縁部は、両ヨーク２ａ、２ｂの中心軸（基部４ａ、４ｂの中心軸）同士を傾斜させつつ、両ヨーク２ａ、２ｂ同士の間で回転力の伝達を行う際に、相手側のヨーク２ｂ（２ａ）の各腕部５が最も接近してくる部分である。これに対して、自在継手１では、当該部分に面取り部１４が設けられ、凹んでいる。このため、相手側のヨーク２ｂ（２ａ）の各腕部５が干渉しにくくなり、その分だけ、両ヨーク２ａ、２ｂの中心軸同士の傾斜角であるジョイント角を大きくすることができる。

特許第３６６１３２７号公報

上述した自在継手１を構成するヨーク２ａ、２ｂには、製造コストを抑えつつ、形状精度を確保する観点から、未だ改良の余地がある。

すなわち、ヨーク２ａ、２ｂの製造コストを抑えるためには、各腕部５を構成する先端側曲板部１２と面取り部１４との成形を、双方とも中間素材の肉を移動させる塑性加工により行うのが好ましい。しかしながら、ヨーク２ａ、２ｂでは、各腕部５の長さ方向に関する先端側曲板部１２と面取り部１４との形成範囲が、図４および図５にＸで示す範囲において、互いに重なり合っている。このため、先端側曲板部１２と面取り部１４との成形を双方とも塑性加工により行うと、それぞれの成形時の肉の移動が互いに影響し合って、各腕部５の形状精度を確保しにくくなる。

一方、たとえば、先端側曲板部１２の成形を塑性加工により行った後、面取り部１４の成形を切削加工、せん断によるプレス加工などの除肉加工により行えば、各腕部５の形状精度を確保し易くすることができる。ただし、この場合には、塑性加工の工程とは別に、除肉加工の工程が追加されるため、製造コストを抑えることが難しくなる。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、１対の腕部に強度を確保するための先端側曲板部とジョイント角を確保するための面取り部とを有するヨークに関して、製造コストを抑えつつ、形状精度を確保し易い構造を実現すべく発明したものである。

本発明の自在継手用ヨークは、回転軸の端部に結合するための基部と、前記基部の軸方向一端部で径方向反対側となる２箇所から前記基部の軸方向に延出し、かつ、それぞれが板状であって、互いの厚さ方向内側面同士を対向させた１対の腕部と、前記１対の腕部の長さ方向先端側部にそれぞれ形成された、互いに同軸の円孔と、前記１対の腕部の長さ方向中間部の幅方向両端縁部にそれぞれ設けられた面取り部とを備える。
また、前記１対の腕部のそれぞれは、長さ方向に関して前記円孔の中心部と同じ位置を含む先端側部が、長さ方向に関して該先端側部の基端側に隣接する部位よりも横断面形状の湾曲度が大きい先端側曲板部になっており、かつ、長さ方向に関して前記先端側曲板部が前記各面取り部よりも先端側に位置している。

本発明の自在継手用ヨークによれば、製造コストを抑えつつ、形状精度を確保し易くすることができる。

図１（Ａ）は、本発明の実施の形態の第１例のヨークの側面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の左方から見た図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）の上方から見た図であり、図１（Ｄ）は、図１（Ａ）の下方から見た図である。 図２は、図１（Ａ）のａ−ａ断面図である。 図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、本発明の実施の形態の第２例のヨークに関する、図１に相当する図である。 図４は、従来から知られている自在継手の１例を示す側面図である。 図５は、一部を切断した状態で示す、図４の下方から見た図である。 図６は、図４のｂ−ｂ断面図である。

［実施の形態の第１例］
実施の形態の第１例について、図１および図２を用いて説明する。
自在継手用ヨークである、本例のヨーク２ｃは、金属板製で、回転軸の端部に結合するための基部４ｃと、この基部４ｃの軸方向一端部の径方向反対側となる２箇所から基部４ｃの軸方向に延出した１対の腕部５ａとを備える。なお、基部４ｃの軸方向は、図１（Ａ）、図１（Ｃ）、図１（Ｄ）における左右方向である。また、１対の腕部５ａの長さ方向とは、基部４ｃの軸方向に一致する方向である。

基部４ｃは、円周方向１箇所を不連続部とした欠円筒状に形成され、かつ、この不連続部に、互いの厚さ方向内側面同士を対向させた１対のフランジ１６ａ、１６ｂを有している。基部４ｃの内周面は、前記回転軸の端部外周面にセレーション係合可能な雌セレーションになっている。また、一方のフランジ１６ａには、ボルトの軸部を挿通するための通孔１７が設けられている。これに対し、他方のフランジ１６ｂには、通孔１７と整合する箇所に、通孔１８が形成されている。通孔１８は、他方のフランジ１６ｂの厚さ方向内側面側の半部の内径よりも厚さ方向外側面側の半部の内径が大きくなった、段付孔である。このような通孔１８の大径側の半部には、ナット１９が圧入固定されている。

なお、前記回転軸の端部に基部４ｃを結合固定する際には、前記回転軸の端部外周面を基部４ｃの内周面にセレーション係合させた状態で、前記ボルトの軸部を、通孔１７、１８に挿通すると共に、ナット１９に螺合し、さらに締め付ける。これにより、１対のフランジ１６ａ、１６ｂ同士の間隔を狭めて、基部４ｃを縮径させることに基づき、この基部４ｃを前記回転軸の端部に結合固定する。

１対の腕部５ａは、互いの厚さ方向内側面同士を対向させた板状の部位であり、それぞれの長さ方向先端側部｛図１（Ａ）、図１（Ｃ）、図１（Ｄ）における左端側部｝に、互いに同軸の円孔６を有している。また、１対の腕部５ａのそれぞれは、全体的に、横断面形状が円弧状になっており、かつ、厚さ方向内側面が凹面になっている。

特に、本例では、１対の腕部５ａのそれぞれは、長さ方向に関して円孔６の中心部と同じ位置Ｐを含む先端側部、すなわち、先端から円孔６の中心部よりも基端側までの範囲に存在する先端側部が、先端側曲板部１２ａになっている。１対の腕部５ａのうちで、先端側曲板部１２ａは、長さ方向に関して基端側｛図１（Ａ）、図１（Ｃ）、図１（Ｄ）における右側｝に隣接する部位よりも横断面形状の湾曲度が大きい部位である。先端側曲板部１２ａは、長さ方向基端側の端部に、長さ方向先端側に向かうほど横断面形状の湾曲度が徐々に大きくなる湾曲度変化部１３を有している。先端側曲板部１２ａのうちの残りの部分、すなわち湾曲度変化部１３よりも長さ方向先端側に位置する部分の横断面形状の湾曲度は、長さ方向に関して一定になっている。

また、１対の腕部５ａは、長さ方向中間部の幅方向両端縁部に面取り部（切り欠き部）１４ａをそれぞれ有している。これらの面取り部１４ａは、前述した従来構造と同様、自在継手のジョイント角を大きくするためのものである。

特に、本例では、１対の腕部５ａのそれぞれは、長さ方向に関して先端側曲板部１２ａが各面取り部１４ａよりも先端側に位置している。

上述のような本例のヨーク２ｃでは、１対の腕部５ａの長さ方向先端側部で、回転力の伝達時に十字軸３（図５参照）から捩り方向の荷重を受ける円孔６の周囲部分のうち、当該荷重が最も大きくなる位置である、円孔６の中心部と同じ長さ方向位置Ｐを含む部分が、長さ方向基端側に隣接する部位よりも横断面形状の湾曲度が大きい（すなわち断面係数が大きい）、先端側曲板部１２ａになっている。このため、本例のヨーク２ｃを含んで構成される自在継手のトルク負荷時に、１対の腕部５ａの長さ方向先端側部を変形しにくくすることができる。これにより、円孔６に内嵌された軸受カップ９（図５参照）の保持力の低下を抑制することができる。また、円孔６のうち、先端側曲板部１２ａに形成された部分は、この先端側曲板部１２ａの横断面形状が円弧状に大きく湾曲していることに基づいて、軸受カップ９（図５参照）との嵌合長さを大きくすることができる。このため、軸受カップ９を円孔６から抜け出しにくくすることができる。

また、本例のヨーク２ｃでは、１対の腕部５ａのそれぞれは、図４〜図６に示した従来構造と異なり、先端側曲板部１２ａを除いた残りの部分も、全体的に、横断面形状が円弧状に湾曲している。このため、その分、この残りの部分の断面係数を大きくすることができ、この残りの部分を変形しにくくすることができる。なお、本例のように、当該残りの部分の一部である、１対の腕部５ａの長さ方向中間部の横断面形状を円弧状に湾曲させる場合には、これらの湾曲度が大きくなる程、１対の腕部５ａの長さ方向中間部の幅方向端縁部同士が近づく。このため、当該湾曲度が大きくなる程、１対の腕部５ａの長さ方向中間部の幅方向端縁部に、相手側のヨークの１対の腕部が干渉し易くなって、自在継手のジョイント角を大きくすることが難しくなる。したがって、当該湾曲度の大きさは、必要とするジョイント角の大きさを考慮しながら決定することが好ましい。

また、本例のヨーク２ｃによれば、製造コストを抑えつつ、形状精度を確保し易くすることができる。
すなわち、本例のヨーク２ｃでは、１対の腕部５ａのそれぞれは、長さ方向に関して先端側曲板部１２ａが各面取り部１４ａよりも先端側に位置している。別な言い方をすれば、長さ方向に関する先端側曲板部１２ａと各面取り部１４ａとの形成範囲が、互いに重なり合っていない。このため、ヨーク２ｃの製造コストを抑えるべく、１対の腕部５ａを構成する先端側曲板部１２ａと面取り部１４ａとの成形を、双方とも中間素材の肉を移動させる塑性加工により行う場合でも、それぞれの成形時の肉の移動が互いに影響し合うことを十分に抑えられ、１対の腕部５ａの形状精度を確保し易くすることができる。

たとえば、本例のヨーク２ｃの製造方法として、素材となる金属板を打ち抜いて、基部４ｃを構成するための矩形板部と、該矩形板部の幅方向片側縁部から延出した、それぞれが腕部５ａを構成するための１対の耳状板部とを備えた、平板状の第一中間素材を得る工程と、該第一中間素材を構成する１対の耳状板部の長さ方向中間部の幅方向両端縁部のそれぞれに、塑性加工である面押し加工を施すことによって面取り部１４ａを形成した、第二中間素材を得る工程と、該第二中間素材を構成する１対の耳状板部のそれぞれに、塑性加工である曲げ加工を施すことによって先端側曲板部１２ａなどの腕部５ａに必要な形状を付与した、第三中間素材を得る工程と、該第三中間素材を構成する矩形板部に曲げ加工を施すことによって、該矩形板部を基部４ｃにすると共に、１対の耳状板部を１対の腕部とした、第四中間素材を得る工程と、該第四中間素材に対し、ヨーク２ｃに必要な残りの部位（円孔６など）の形状を付与するための１乃至複数の工程とを行う方法が考えられる。そして、このような製造方法を実施する際に、面取り部１４ａと先端側曲板部１２ａとのそれぞれの成形時の肉の移動が互いに影響し合うことを十分に抑えられ、１対の腕部５ａの形状精度を確保し易くすることができる。

また、本例では、１対の腕部５ａの各面取り部１４ａを、切削加工などの除肉加工ではなく、塑性加工により成形できるため、各面取り部１４ａの周囲部分を加工硬化させて、１対の腕部５ａの強度確保に寄与することができる。

［実施の形態の第２例］
実施の形態の第２例について、図３を用いて説明する。
自在継手用ヨークである、本例のヨーク２ｄは、金属板製で、実施の形態の第１例のヨーク２ｃと同様の基本構成を有しており、回転軸の端部に結合するための基部４ｄの形状のみが、実施の形態の第１例のヨーク２ｃと異なっている。すなわち、本例のヨーク２ｄを構成する基部４ｄは、全周が繋がった略円筒状である。

回転軸の端部に基部４ｄを結合固定する際には、前記回転軸の端部を基部４ｄに内嵌した状態で、この回転軸の外周面と基部４ｄの軸方向他端面｛図３（Ａ）、図３（Ｃ）、図３（Ｄ）における右端面｝との間を、溶接ビード部により全周にわたり溶接固定する。なお、この溶接ビード部に欠陥が生じた場合でも、前記回転軸と基部４ｄとの間での回転力の伝達を継続して行えるようにすべく、前記回転軸の端部外周面と基部４ｄの内周面との係合態様を、セレーション係合、キー係合などの機械的係合とすることもできる。また、前記溶接ビード部に欠陥が生じた場合でも、前記回転軸の端部が基部４ｄの内側から抜け出ることを防止すべく、前記回転軸の端縁部で基部４ｄの内側から突出した部分に、当該部分を径方向外方に塑性変形させて形成したかしめ部などの、抜け止め用の係合部を設けることもできる。

また、本例のヨーク２ｄに関しても、実施の形態の第１例のヨーク２ｃと同様の理由により、１対の腕部５ａを構成する先端側曲板部１２ａと面取り部１４ａとの成形を、双方とも中間素材の肉を移動させる塑性加工により行う場合でも、それぞれの成形時の肉の移動が互いに影響し合うことを十分に抑えられ、１対の腕部５ａの形状精度を確保し易くすることができる。

たとえば、本例のヨーク２ｄの製造方法として、素材となる金属板を打ち抜いて、基部４ｄを構成するための円板部と、該円板部の径方向反対側となる２箇所から径方向外方に向け延出した、それぞれが腕部５ａを構成するための１対の耳状板部とを備えた、平板状の第一中間素材を得る工程と、該第一中間素材を構成する１対の耳状板部の長さ方向中間部の幅方向両端縁部のそれぞれに、塑性加工である面押し加工を施すことによって面取り部１４ａを形成した、第二中間素材を得る工程と、該第二中間素材を構成する１対の耳状板部のそれぞれに、塑性加工である曲げ加工を施すことによって先端側曲板部１２ａなどの腕部５ａに必要な形状を付与した、第三中間素材を得る工程と、該第三中間素材を構成する１対の耳状板部の基端部を同方向に９０度折り曲げて、これら両耳状板部を１対の腕部とした、第四中間素材を得る工程と、該第四中間素材に対し、ヨーク２ｄに必要な残りの部位（円孔６など）の形状を付与するための１乃至複数の工程とを行う方法が考えられる。そして、このような製造方法を実施する際に、面取り部１４ａと先端側曲板部１２ａとのそれぞれの成形時の肉の移動が互いに影響し合うことを十分に抑えられ、１対の腕部５ａの形状精度を確保し易くすることができる。
その他の構成及び作用は、実施の形態の第１例の場合と同様である。

なお、本発明の自在継手用ヨークを実施する場合、回転軸の端部に結合するための基部の形状は、上述した各実施の形態の形状に限らず、各種の形状を採用することができる。
また、本発明の自在継手用ヨークを実施する場合、１対の腕部の長さ方向中間部は、たとえば図４〜図６に示したような、互いに平行な平板部１１とすることもできる。

１ 自在継手
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ ヨーク
３ 十字軸
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 基部
５、５ａ 腕部
６ 円孔
７ａ、７ｂ 軸部
８ ニードル軸受
９ 軸受カップ
１０ ニードル
１１ 平板部
１２、１２ａ 先端側曲板部
１３ 湾曲度変化部
１４、１４ａ 面取り部
１５ 回転軸
１６ａ、１６ｂ フランジ
１７ 通孔
１８ 通孔
１９ ナット

Claims (1)

1. 回転軸の端部に結合するための基部と、
   前記基部の軸方向一端部で径方向反対側となる２箇所から前記基部の軸方向に延出し、かつ、それぞれが板状であって、互いの厚さ方向内側面同士を対向させた１対の腕部と、
   前記１対の腕部の長さ方向先端側部にそれぞれ形成された、互いに同軸の円孔と、
   前記１対の腕部の長さ方向中間部の幅方向両端縁部にそれぞれ設けられた面取り部と、を備え、
   前記１対の腕部のそれぞれは、長さ方向に関して前記円孔の中心部と同じ位置を含む先端側部が、長さ方向に関して該先端側部の基端側に隣接する部位よりも横断面形状の湾曲度が大きい先端側曲板部になっており、かつ、長さ方向に関して前記先端側曲板部が前記各面取り部よりも先端側に位置している、
   自在継手用ヨーク。

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