(57)【要約】【課題】衝突事故や運転操作の誤りにより、自在継手に過大なトルクが加えられた事実を、後からでも容易に判定できる十字軸式自在継手の構造を実現する。ヨーク１２ｃを構成する結合腕部１５ｃの外側面に、これらの結合腕部１５ｃの外側面側から見た形状が直線状である突条２０を形成する。過大なトルクが作用し、結合腕部１５ｃが塑性変形すると、突条２０が、直線状から非直線状に変化する。この変化により、ヨーク１２ｃを含む十字軸式自在継手に過大なトルクが加えられた事実を、容易に確認できる。また、結合腕部１５ｃの内側面同士の間隔をＤとして、これらの結合腕部１５ｃの軸方向長さをＬとした場合に、３＜Ｌ／Ｄ≦４を満たすように、ヨーク１２ｃの各部の寸法を規制する。【選択図】図１
2013077026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対のヨークと、これらの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、
前記ヨークはそれぞれ、金属製で、回転軸の端部を結合固定するための基部と、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、これらの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、鉄系合金製で、隣り合う軸部の中心軸同士が互いに直交する状態で設けられた４本の軸部を備え、これらの軸部の先端部はそれぞれ、前記ヨークに設けた前記円孔の内側に、軸受を介して回転自在に支持されており、
前記ヨークのうちの少なくとも一方のヨークを構成する前記結合腕部の外側面のうちで、少なくとも前記円孔よりも前記基部寄り部分に、それぞれ前記基部の軸方向に長く、前記結合腕部の外側面側から見た形状が直線状である基準線が表示されている、十字軸式自在継手。
【請求項２】
前記結合腕部は、過大なトルクが加わった場合に、前記結合腕部の前記円孔が、前記十字軸の前記軸受が脱落する程度まで、押し拡げられる以前に、捻り方向に塑性変形する、剛性を備える、請求項１に記載の十字軸式継手。
【請求項３】
前記少なくとも一方のヨークを構成する前記結合腕部の内側面同士の間隔をＤとして、これらの結合腕部の軸方向長さをＬとした場合に、３＜Ｌ／Ｄ≦４を満たす、請求項１に記載の十字軸式自在継手。
【請求項４】
前記基準線が、前記結合腕部の外側面から前記基部の外周面まで延長されている、請求項１に記載の十字軸式自在継手。
【請求項５】
円管状の軸部の端部に前記基部が連続して、前記ヨークが前記円管状の軸部と一体に形成されている、請求項１に記載の十字軸式自在継手。
【請求項６】
前記基準線が、前記結合腕部の外側面から前記基部の径方向に関して外方に突出する状態で設けられた突条もしくは内方に凹む状態で設けられた凹溝により構成されている、請求項１または５に記載の十字軸式自在継手。
【請求項７】
請求項６に記載され、円管状の軸部の端部に前記基部が接続され、前記ヨークが前記軸部と一体に形成されている、十字軸式自在継手の製造方法であって、
金属製で円柱状の素材に前方押し出し加工を施して、軸方向一端部に円柱部を、軸方向中間部から他端部に円管状の軸部をそれぞれ設けた第１中間素材を得て、
第１中間素材を、前記円柱部を囲む部分の内周面の径方向反対側２箇所位置に、前記結合腕部に対応する１対の腕部成形用キャビティと、これらの腕部成形用キャビティの周方向中央部に形成された、それぞれ前記円柱部の軸方向に長い凹溝もしくは突条を設けたダイス内にセットした状態で、第１中間素材の軸方向一端面の中央部にパンチを押し付け、前記円柱部の径方向中央部を軸方向に押し潰すことにより、金属材料を前記腕部成形用キャビティ内に送り込むことにより、前記結合腕部を形成すると同時に、これらの結合腕部の外側面の中央部に、前記基準線である突条もしくは凹溝をそれぞれ形成して、第２中間素材を得て、
第２中間素材に、前記結合腕部の先端部に互いに同心の円孔を形成する加工を含む仕上げ加工を施して、前記軸部と一体に形成されているヨークを得て、このヨークと別のヨークとを前記十字軸を介して結合する、
工程を備える、十字軸式自在継手の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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ための十字軸式自在継手（カルダンジョイント）に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用操舵装置は、図１１に示すように、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を押し引きして、操舵輪（前車輪）に舵角を付与するように構成されている。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、ステアリングシャフト５は、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。また、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、入力軸３に接続している。なお、図示の例は、電動モータ１０を補助動力源としてステアリングホイール１を操作するため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。したがって、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て、この電動式パワーステアリング装置の出力軸と中間シャフト８の後端部とを、自在継手７により、トルクの伝達を自在に接続している。【０００３】
このよう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、ステアリングシャフト５と中間シャフト８と入力軸３とを接続する自在継手７、９としては、十字軸式自在継手が用いられている。このような十字軸式自在継手の構造としては、特開平６−２８０８８９号公報、特開平８−２７０６６９号公報、特開平１１−３２５０９８号公報、特開２００９−２９９７０６号公報などに記載されているように、各種の構造が知られている。図１２は、特開平８−２７０６６９号公報に記載された、従来構造の１例を示している。【０００４】
図１２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１３を介して、トルク伝達自在に結合することにより構成されている。これらのヨーク１２ａ、１２ｂは、金属材にプレス加工または鍛造加工を施すことにより造られており、それぞれのヨーク１２ａ（１２ｂ）が、基部１４ａ（１４ｂ）と、１対の結合腕部１５ａ（１５ｂ）を備える。それぞれの結合腕部１５ａ（１５ｂ）の先端には、１対の円孔１６ａ（１６ｂ）が互いに同心に形成されている。また、十字軸１３は、４本の軸部１７を、隣り合う軸部１７の中心軸同士が互いに直交するように構成されている。そして、これらの軸部１７を、円孔１６ａ、１６ｂの内側に、それぞれカップシェル型のラジアルニードル軸受１８を介して、回転自在に支持し、自在継手１１としている。【０００５】
このような自在継手７、９、１１を組み込んだステアリング装置を搭載した車両が、衝突事故を起こしたり、運転操作の誤りにより操舵輪を縁石に乗り上げたりした場合、ステアリングギヤユニット２の側から、自在継手７、９、１１に、衝撃的に過大なトルクが加わる場合がある。そして、このような衝撃的に過大なトルクに基づいて、この構成部材の全部または一部が損傷し、継続的な安全運行に支障をきたす可能性がある。たとえば、結合腕部１５ａ（１５ｂ）が歪んで、これらの結合腕部１５ａ（１５ｂ）の先端部に形成した円孔１６ａ（１６ｂ）の同心性が損なわれる。この同心性が損なわれた場合、ラジアルニードル軸受１８の機能が損なわれ、各部の摩耗が進行しやすくなるなどの問題を生じる。このような場合に、使用者がこの車両を修理工場に持ち込んでも、経験の浅い工員の場合、損傷の程度によっては、自在継手７、９、１１の異常を見付けられない可能性がある。さらに、衝撃的に過大なトルクが加わった場合には、結合腕部１５ａ（１５ｂ）の円孔１６ａ（１６ｂ）が押し拡げられて、この円孔１６ａ（１６ｂ）から十字軸１３のラジアルニードル軸受１８が脱落し、十字軸式自在継手としての機能が損なわれる場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２８０８８９号公報
【特許文献２】特開平８−２７０６６９号公報
【特許文献３】特開平１１−３２５０９８号公報
【特許文献４】特開２００９−２９９７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述のような事情に鑑み、衝突事故や運転操作の誤りにより、自在継手に過大なトルクが加えられた場合でも、このことを後からでも容易に判定できる十字軸式自在継手の構造、および、十字軸の脱落を防止し、最低限の機能を保持しうる十字軸式自在継手の構造を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の十字軸式自在継手は、１対のヨークと、これらの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。これらのヨークはそれぞれ、炭素鋼などの鉄系合金、あるいは、アルミニウム系合金、マグネシウム系合金などの軽合金のような金属製で、回転軸の端部を結合固定するための基部と、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、これらの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。また、前記十字軸は、軸受鋼、高速度工具鋼、炭素鋼などの鉄系合金製で、隣り合う軸部の中心軸同士が互いに直交する状態で設けられた４本の軸部を備える。そして、前記十字軸の軸部の先端部をそれぞれ、前記ヨークに設けた前記円孔の内側に、軸受を介して回転自在に支持している。【０００９】
特に、本発明の十字軸式自在継手においては、前記ヨークのうちの少なくとも一方のヨークを構成する前記結合腕部の外側面のうちで、少なくとも前記円孔よりも前記基部寄り部分に、それぞれ前記基部の軸方向に長く、前記結合腕部の外側面側から見た形状が直線状である基準線が表示されている。【００１０】
本発明の十字軸式自在継手において、好ましくは、過大なトルクが加わった場合に、前記結合腕部の前記円孔が、前記十字軸の前記軸受が脱落する程度まで、押し拡げられる以前に、前記結合腕部が捻り方向に塑性変形する程度に、これらの結合腕部の剛性を規制する。【００１１】
このような構成とするために、たとえば、前記少なくとも一方のヨークを構成する前記結合腕部の内側面同士の間隔をＤとして、これらの結合腕部の軸方向長さをＬとした場合に、３＜Ｌ／Ｄ≦４を満たすように、十字軸式自在継手を構成する各部の寸法を規制する、すなわち、前記結合腕部の軸方向長さを、従来の十字軸式自在継手の場合よりも長くすることができる。【００１２】
なお、前記基準線を、前記結合腕部の外側面から前記基部の外周面まで延長させてもよい。【００１３】
また、前記基部を、ステアリングギヤユニットの入力軸や中間シャフト（アウタシャフトまたはインナシャフト）などの円管状の軸部の端部に連続させ、前記ヨークをこの円管状の軸部と一体に形成することもできる。【００１４】
前記基準線の構造は、その変化が視覚的判断により容易に確認できる限り、任意であるが、前記基準線を、前記結合腕部の外側面から前記基部の径方向に関して外方に突出する状態で設けられた突条もしくは内方に凹む状態で設けられた凹溝により構成することができる。【００１５】
また、前記円管状の軸部と一体に形成され、かつ、前記基準線が前記突条もしくは前記凹溝により構成されている、本発明の十字軸式自在継手を製造する場合には、（１）金属製で円柱状の素材に前方押し出し加工を施して、軸方向一端部に円柱部を、軸方向中間部から他端部に円管状の軸部をそれぞれ設けた第１中間素材を得て、（２）第１中間素材を、前記円柱部を囲む部分の内周面の径方向反対側２箇所位置に、前記結合腕部に対応する１対の腕部成形用キャビティと、これらの腕部成形用キャビティの周方向中央部に形成された、それぞれ前記円柱部の軸方向に長い凹溝もしくは突条を設けたダイス内にセットした状態で、第１中間素材の軸方向一端面の中央部にパンチを押し付け、前記円柱部の径方向中央部を軸方向に押し潰すことにより、金属材料を前記腕部成形用キャビティ内に送り込むことにより、前記結合腕部を形成すると同時に、これらの結合腕部の外側面の中央部に、前記基準線である突条もしくは凹溝をそれぞれ形成して、第２中間素材を得て、（３）第２中間素材に、前記結合腕部の先端部に互いに同心の円孔を形成する加工を含む仕上げ加工を施して、前記軸部と一体に形成されているヨークを得て、このヨークと別のヨークとを前記十字軸を介して結合する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の十字軸式自在継手によれば、衝突事故や運転操作の誤りにより自在継手のヨークに過大なトルクが加えられ、その結果、このヨークを構成する結合腕部が歪むと、これらの結合腕部の外側面に表示した基準線の形状が、直線状から非直線状に変化する。経験の浅い工員でも、この変化を容易に判別できるため、この十字軸式自在継手に異常が発生したことを、容易かつ確実に判定でき、適切な修理または交換作業を実施することが可能となる。【００１７】
また、本発明の十字式自在継手では、ヨークを構成する１対の結合腕部の軸方向長さを、その内側面同士の間隔との関係で、従来よりも長くして、これらの結合腕部の剛性を適度に低くしており、これらの結合腕部の先端部に設けた円孔同士の間に掛け渡した十字軸が脱落しにくくできる。すなわち、前記結合腕部に衝撃的に過大なトルクが加わった場合に、前記円孔が、該円孔の内側に設置されたラジアルニードル軸受が脱落する程まで押し拡げられる以前に、前記結合腕部が捻り方向に塑性変形することとなる。この塑性変形に伴って、前記円孔の同心性が損なわれ前記十字軸式自在継手の機能は多少損なわれるものの、前記ラジアルニードル軸受が、前記円孔の内側に保持されたままとなるので、１対のシャフト同士の間でトルクを伝達するといった、最低限の機能は保たれる。【００１８】
さらに、円管状の軸部とヨークとを一体として、このヨークを構成する１対の結合腕部の外側面に、それぞれが基準線である突条もしくは凹溝を備えた構造を、能率よくできて、低コスト化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の実施の形態の１例を示す、ヨークの正面図（Ａ）、図１（Ｂ）は、その通常状態の側面図、図１（Ｃ）は、その変形後の状態の側面図（Ｃ）である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態の１例についての、過大なトルクによりヨークの連結腕部が変形する状態を説明するための模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態の１例についての、ヨークを構成する１対の結合腕部の内側面同士の間隔とこれらの結合腕部の軸方向長さとの関係を説明するための模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態の１例についての、前記結合腕部の軸方向長さを長くすることで、過大なトルクが加わった場合にも、これらの結合腕部の先端部に設けた円孔同士の間に掛け渡した十字軸が脱落しにくくなる理由を説明するための模式図である。
【図５】図５は、過大なトルクによるヨークの連結腕部の塑性変形に基づき、ステアリングホイールの中立位置が変化する状態を説明するための模式図である。
【図６】図６は、基準線の傾斜に基づいてヨークに加わった過大なトルクの値を求め、さらにこの過大なトルクの値に基づいて十字軸継手の耐久性を求める手順を示すための、ヨークの模式図（Ａ）、および、基準線の傾斜と、過大なトルクの値と、耐久性との関係を示す線図（Ｂ）（Ｃ）である。
【図７】図７は、アウタチューブと一体のヨークの製造方法の１例を、工程順に示す端面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図８】図８は、後方押し出し加工により、１対の結合腕部を形成すると同時にこれらの結合腕部の外側面に突条を形成する工程を示す断面図である。
【図９】図９は、この工程に使用するダイスの断面図である。
【図１０】図１０は、同じくパンチの側面図（Ａ）と、（Ａ）のａ部拡大図（Ｂ）と、同じくｂ−ｂ断面図（Ｃ）である。
【図１１】図１１は、十字軸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、部分切断側面図である。
【図１２】図１２は、十字軸式自在継手の従来構造の１例を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１〜図１０は、本発明の実施の形態の１例を示している。なお、本例を含めて本発明の特徴は、十字軸式自在継手を構成する１対のヨークのうちの少なくとも一方のヨークを構成する１対の結合腕部の外側面に、これらの結合腕部の外側面側から見た形状が直線状である基準線を表示した点、および、ヨークを構成する１対の結合腕部の剛性を適切に規制している点にある。その他の部分の基本的な構成および作用は、従来の十字軸式自在継手と同様であるから、重複する図示並びに説明は、省略もしくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
【００２１】
本例の十字軸式自在継手を構成する十字軸１３は、従来と同様に、軸受鋼、高速度工具鋼、炭素鋼などの鉄系合金製で、隣り合う軸部１７の中心軸同士が互いに直交する状態で設けられた４本の軸部１７を備える。また、本例の十字軸式自在継手を構成するヨーク１２ｃは、炭素鋼などの鉄系合金、あるいは、アルミニウム系合金、マグネシウム系合金などの軽合金のような金属材料に、冷間鍛造加工を施すことにより造られたもので、基部１４ｃと、１対の結合腕部１５ｃとを備える。
【００２２】
本例の構造の場合には、ヨーク１２ｃを構成する基部１４ｃと、円管状のアウタシャフト１９とを一体に構成している。言い換えれば、このアウタシャフト１９の軸方向端部（図１〜図３の上側）に、基部１４ｃを、一体に設けている。この基部１４ｃは円筒状であり、１対の結合腕部１５ｃは、この基部１４ｃのうちで、アウタシャフト１９と反対側端縁のうちで直径方向反対側２箇所位置から、それぞれアウタシャフト１９と反対側に向け、軸方向に延出している。本例の場合、結合腕部１５ｃの形状は平板状であり、それぞれの先端部に、互いに同心の円孔１６ｃを形成している。なお、アウタシャフト１９は、図示しないインナシャフトとスプライン係合（ボールスプラインを含む）させて、伸縮可能な中間シャフト８（図１１参照）を構成する。この点については、従来から周知の構造であるから、詳しい図示並びに説明は省略する。
【００２３】
特に、本例の十字軸式自在継手を構成するヨーク１２ｃは、それぞれの結合腕部１５ｃの外側面の幅方向（基部１４ｃの周方向）中央部に、それぞれ基準線である突条２０を形成している。これらの突条２０はそれぞれ、基部１４ｃの軸方向に長く、結合腕部１５ｃの外側面側から見た形状が直線状である。突条２０は、目視により容易に確認できる構造であれば十分である。逆に、これらの突条２０の存在により、結合腕部１５ｃの強度および剛性が設計値に対し変化しないようにすることが好ましい。したがって、基準線を突条とする場合には、突条２０の高さを、狭いエンジンルーム内で確実に目視可能な限り、できるだけ小さく抑えることが好ましく、最大で０．５ｍｍ程度に止める。また、基準線を凹溝により構成することも可能であり、この場合には、凹溝の深さの値を、狭いエンジンルーム内で確実に目視可能な限り、できるだけ小さく抑えることが好ましく、最大で０．５ｍｍ程度に止める。幅に関しては、突条２０や凹溝の変形を目視により確認しやすくするためには、小さい方が好ましいが、これらの突条２０や凹溝を形成した部分への応力の集中を防止することを考慮すべきである。この点を考慮すると、突条２０を、断面形状の曲率半径が１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の、部分円筒面状の凸面形状とすることが好ましい。また、凹溝の場合には、断面形状の曲率半径が１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の、部分円筒面状の凹面形状とすることが好ましい。なお、突条２０もしくは凹溝は、結合腕部１５ｃの外側面のうちで、円孔１６ｃよりも基部１４ｃ寄り部分に形成することは必須であるが、本例の場合には、加工の都合上、円孔１６ｃよりも先端寄り部分にも形成している。また、好ましくは、突条２０を、結合腕部１５ｃから基部１４ｃの外周面まで延長して設ける。
【００２４】
本例の場合、ヨーク１２ｃを構成する前記結合腕部１５ｃの軸方向長さを、従来構造の場合よりも少し長くしている。具体的には、これらの結合腕部１５ｃの内側面同士の間隔をＤとして、これらの結合腕部１５ｃの軸方向長さ（基部１４ｃの端縁からこれらの結合腕部１５ｃの先端縁までの軸方向距離）をＬとした場合に、３＜Ｌ／Ｄ≦４を満たすように、各部の寸法を規制する。すなわち、従来、この比Ｌ／Ｄが約２程度（Ｌ／Ｄ≒２）となるように各部の寸法が規制されていたのに対して、本例では、間隔Ｄに対する結合腕部１５ｃの軸方向長さＬを大きくして、トルク伝達方向に関する結合腕部１５ｃの剛性を、従来構造に比べて少し低くしている。
【００２５】
このようなヨーク１２ｃを備える、本例の十字軸式自在継手を組み込んだ自動車用操舵装置を搭載した車両が、衝突事故を起こした場合、運転操作の誤りにより操舵輪を縁石に乗り上げてしまった場合などに、ヨーク１２ｃに過大なトルクが加えられる。この過大なトルクは、十字軸式自在継手を構成し、十字軸１３を介して互いに結合された１対のヨークの基部同士の間に加わるので、ヨーク１２ｃを構成する結合腕部１５ｃが、図１（Ｂ）に示す状態から図１（Ｃ）に示す状態に、あるいは、図２に示す実線状態から鎖線状態に、過大なトルクの作用方向に対応した方向に塑性変形する。この塑性変形の結果、これらの結合腕部１５ｃの外側面に表示した基準線である突条２０の形状が、図１（Ｂ）に示した直線状から、図１（Ｃ）に示した非直線状に変化する。
【００２６】
突条２０が直線状であるか否かは、目視により、さらに必要に応じて定規などを当てることにより、容易に判断できるので、図１（Ｂ）に示した、平常状態での直線形状を正確に形成しておけば、ヨーク１２ｃを含んで構成した十字軸式自在継手に過大なトルクが加わったことを、経験の浅い工員でも容易に判別できる。したがって、過大なトルクが加えられた可能性のある十字軸式自在継手を搭載した車両を修理工場に持ち込みさえすれば、経験の浅い工員でも、この十字軸式自在継手に異常が発生したことを、容易かつ確実に判定できて、適切な修理または交換作業を実施することが可能となる。
【００２７】
また、本例の構造の場合には、結合腕部１５ｃの内側面同士の間隔Ｄに対する、これらの結合腕部１５ｃの軸方向長さＬを、３倍を超えて４倍以下としているので、これらの結合腕部１５ｃの剛性を適度に低くすることができる。そして、ヨーク１２ｃを含む十字軸式自在継手に衝撃的に過大なトルクが作用した場合にも、結合腕部１５ｃの先端部に設けた円孔１６ｃ同士の間に掛け渡した十字軸１３を脱落しにくくできる。この点について、図４を参照しつつ説明する。
【００２８】
ヨーク１２ｃおよび十字軸１３を組み込んだ十字軸式自在継手に衝撃的に過大なトルクが加わると、十字軸１３を構成するいずれかの軸部１７の両端部から、ヨーク１２ｃを構成する１対の結合腕部１５ｃに対して、図４（Ａ）に示した４箇所のα部分に大きな荷重が加わる。結合腕部１５ｃの内側面同士の間隔Ｄに対する、これらの結合腕部１５ｃの軸方向長さＬの比Ｌ／Ｄが３以下と小さく、結合腕部１５ｃの先端部で円孔１６ｃを形成した部分の強度（これらの円孔１６ｃの変形し難さ）に対して、これらの結合腕部１５ｃの捻り剛性が高い場合に、過大なトルクが加わると、図４（Ｂ）に示すように、これらの結合腕部１５ｃの先端部に形成した円孔１６ｃが押し拡げられて、これらの円孔１６ｃの内側に設置されたラジアルニードル軸受１８が、これらの円孔１６ｃから抜け出る可能性がある。この結果、十字軸式自在継手を組み込んだ自動車用操舵装置の機能が、低下または喪失する。
【００２９】
これに対して、本例の構造の場合には、結合腕部１５ｃの軸方向長さを長く（３＜Ｌ／Ｄ≦４）している。このため、円孔１６ｃが、ラジアルニードル軸受１８が脱落する程まで押し拡げられる以前に、結合腕部１５ｃが、図１（Ｃ）および図２の鎖線で示すように、捻り方向に塑性変形する。この塑性変形に伴って、円孔１６ｃの同心性が損なわれ、十字軸式自在継手の機能（変位の円滑性）が多少損なわれるが、ラジアルニードル軸受１８が円孔１６ｃの内側に保持されたままとなるので、１対のシャフト同士の間でトルクを伝達するといった、十字軸式自在継手に要求される、最低限の機能は保たれる。
【００３０】
なお、十字軸式自在継手に衝撃的に過大なトルクが加わった事実は、運転者でも判定できる。この理由は、この過大なトルクに基づいて結合腕部１５ｃが捻り方向に塑性変形することで、ヨーク１２ｃに一体に形成されたアウタシャフト１９と、十字軸１３および別のヨークを介してこのアウタシャフト１９に連結された、別のシャフトとの間の、回転方向に関する位相がずれるためである。この位相がずれる結果、車両を直進状態とするための、ステアリングホイール１の中立状態の姿勢が変化する。すなわち、ヨーク１２ｃが塑性変形する以前の状態では、車両が直進状態にある場合に、ステアリングホイール１の姿勢は、図５（Ａ）に示した、初期状態の姿勢に維持される。これに対して、過大なトルクのエネルギにより、ヨーク１２ｃに衝撃的に過大なトルクが加わって、結合腕部１５ｃが捻り方向に塑性変形し、両側のシャフト１９間の回転方向の位相がずれると、車両を直進状態とするための、ステアリングホイール１の中立状態の姿勢が、図５（Ｂ）に示すように変化する。この変化は、操舵輪に衝撃が加わった前後で急激に現れるので、ステアリングホイール１を操作する運転者自身には、操舵装置に何らかの不具合が発生したことを、容易に認識できる。このため、運転者に修理を促すことができて、損傷した車両の運行を継続することに伴う危険を回避できる。
【００３１】
一方、図５（Ａ）に示す状態から図５（Ｂ）に示す状態へのステアリングホイール１の姿勢の変化は、ホイールアライメントが不正規になることでも生じる。したがって、車両を持ち込まれた修理工場では、図５（Ｂ）に示した状態が、ホイールアライメントの狂いによるものなのか、十字軸式自在継手の構成部材の塑性変形など、他の要件によるものかを直ちに判断することは難しい。特に、運転者から作業者に、図５（Ａ）に示す状態から図５（Ｂ）に示す状態への変化を生じた前後の事情が伝えられなかった場合には、ヨーク１２ｃが塑性変形していた場合でも、姿勢の変化が生じた原因を特定する、すなわち、このヨーク１２ｃの変形に気付くまでに時間を要する可能性がある。これに対して、本例の構造によれば、突条２０を目視すれば、十字軸式自在継手が過大なトルクにより変形したことを容易に確認できて、ステアリンホイールの姿勢の変化の原因を早期に特定することが可能となる。
【００３２】
また、図６（Ａ）に示した、結合腕部１５が塑性変形することに伴って生じた、これらの結合腕部１５ｃの外側面に表示した基準線である突条２０の、軸方向に対する変位量（傾斜角度）δに基づいて、十字軸式自在継手に作用した過大なトルクの大きさを、たとえば、図６（Ｂ）から求めることができる。さらに、この求めた、過大なトルクの大きさに基づいて、図６（Ｃ）から、十字軸式自在継手の残り寿命を求めることもできる。なお、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）は、コンピュータ解析あるいは実験により、あらかじめ求めておくことができる。
【００３３】
なお、本発明の十字軸式自在継手において、衝撃的に過大なトルクが加わった場合に、結合腕部１５ｃの円孔１６ｃが、十字軸１３の軸受１８が脱落する程度まで、押し拡げられる以前に、結合腕部１５ｃが捻り方向に塑性変形する程度に、これらの結合腕部１５ｃの剛性が規制されていればよく、このような結合腕部１５ｃの剛性を規制するための構成は、本例の構造に限られない。
【００３４】
次に、上述のような、１対の結合腕部１５ｃの外側面にそれぞれ突条２０を設けた、ヨーク１２ｃとアウタシャフト１９とを一体とした、いわゆるチューブヨークの製造方法について、図７〜図１０を参照しつつ説明する。このようなチューブヨークは、従来から知られているように、Ｓ１０Ｃ〜Ｓ４５Ｃなどの炭素鋼製で、図７（Ａ）に示すような円柱状の素材２１に、前方押し出し加工、後方押し出し加工などの冷間鍛造加工を順次施し、図７（Ｂ）に示す第１中間素材２２、図７（Ｃ）に示す第２中間素材２３、図７（Ｄ）に示す第３中間素材２４を経て、図７（Ｅ）に示すアウタシャフト１９と一体となったヨーク１２ｃとする。このうち、図７（Ｂ）に示した第１中間素材２２に後方押し出し加工を施して、図７（Ｃ）に示した第２中間素材２３とする過程で、結合腕部１５ｃの外側面にそれぞれ突条２０を形成する。そこで、これらの突条２０を形成する、後方押し出し加工の実施状況について、図８〜図１０により説明する。
【００３５】
後方押し出し加工は、図８に示すように、受け方向の金型であるダイス２５内に第１中間素材２２を設置した状態で、第１中間素材２２の軸方向端面の中央部を、押し方向の金型であるパンチ２６で強く押圧することにより行う。ダイス２５は、第１中間素材２２のうちの円管状部２７をほぼ隙間なく収納する円筒状空間部２８と、第１中間素材２２の円柱状部２９を塑性変形させるための成形用空間３０とを備える。この成形用空間３０は、図９に示すように、円形部３１の径方向反対側（図８の左右両側、図９の上下両側）２箇所位置に突出部３２を、それぞれ径方向外方に突出する状態で設けることにより構成されている。円形部３１は、円柱状部２９の外径よりも少し大きな内径と、図１０に示すような、パンチ２６の先端部に設けた略長円形（小判形）の押圧部３３の長径方向（図１０の左右方向）両端部をほぼ隙間なく押し込み可能な形状および大きさとを有する。
【００３６】
また、突出部３２は、結合腕部１５ｃを形成するためのもので、これらの結合腕部１５ｃの外側面および円周方向両側縁部の外形に見合う内面形状を有する。また、突出部３２の奥面中央部に、突条２０を形成するための凹溝３６を形成している。なお、図９には、明りょう化のために、この凹溝３６を大きく描写している。また、パンチ２６の押圧部３３の外周面は、軸方向中央部が径方向外方に突出した山形であり、先端部にランド部３５を全周にわたり形成している。このランド部３５の軸方向幅ｗは、一般的な後方押し出し成型用のパンチのランド部の幅よりも小さくしている。このようにする理由は、押圧部３３と、被加工物である第１中間素材２２の円柱状部２９との摩擦を低く抑えて、後方押し出し加工に要する力の低減を図り、結合腕部１５ｃの軸方向長さＬを大きくできるようにするためである。本例の場合には、ランド部３５の軸方向幅ｗを、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度に設定している。また、このランド部３５のうちで、突出部３２の内側面に対向する部分は、それぞれ平坦面３４としている。なお、ダイス２５は、凹溝３６で径方向に２分割される、分割型としても良い。また、基準線を凹溝とする場合には、ダイス２５の内周面に設ける、この基準線形成用の構造を、凹溝３６に代えて突条とするか、あるいは、１対のピンの片半部をこれらの凹溝３６に内嵌させることにより、これらの凹溝３６に沿ってピンを配設して、これらのピンの他半部により、基準線となる凹溝を形成することもできる。
【００３７】
後方押し出し加工では、パンチ２６の押圧部３３により第１中間素材２２の円柱状部２９を軸方向に押圧し（押し潰し）、その結果生じた余肉を突出部３２に送り込んで、結合腕部１５ｃを形成するとともに、これらの結合腕部１５ｃの外側面に、それぞれ直線状の突条２０を形成する。この結果、図７（Ｃ）に示した第２中間素材２３が得られる。第２中間素材２３のうちの、結合腕部１５ｃに円孔１６ｃを打ち抜き形成するとともに、これらの結合腕部１５ｃの先端部の余肉部を除去（トリミング）することで、図７（Ｄ）に示した第３中間素材２４とする。さらに、円管状部２７と結合腕部１５ｃ同士の間部分に存在する余肉部を打ち抜くとともに、各部の形状および寸法を整えて、図７（Ｅ）に示した、アウタシャフト１９と一体となったヨーク１２ｃを得る。
【００３８】
その後、アウタシャフト１９と一体に形成されたヨーク１２ｃに、４７０℃〜５８０℃で軟窒化処理などの熱処理を施し、その表面を硬く、心部を軟らかくすることが好ましい。この理由は、表面を硬くして耐久性を確保するとともに、後方押し出し加工により内部に生じた歪みを除去して、ヨーク１２ｃのエネルギ吸収性能を、より向上させるためである。
【００３９】
なお、本発明において、過大なトルクが作用したことを事後的に確認しやすくするため、ヨークを構成する１対の結合腕部の外側面に形成する基準線は、これらの結合腕部の強度、剛性、耐久性に悪影響を及ぼさず、長期間にわたる使用によっても損耗などにより見えなくならないものであれば、突条や凹溝以外の構造も採用できる。また、ヨークに関しても、必ずしもアウタシャフトと一体構造である必要はなく、中間シャフトを構成するインナシャフトやステアリングシャフトと別体に構成して、これらのシャフトの端部に結合固定する構造とすることもできる。
【符号の説明】
【００４０】
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    ヨーク
１３    十字軸
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ    基部
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ    結合腕部
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ    円孔
１７    軸部
１８    ラジアルニードル軸受
１９    アウタシャフト
２０    突条
２１    素材
２２    第一中間素材
２３    第二中間素材
２４    第三中間素材
２５    ダイス
２６    パンチ
２７    円管状部
２８    円筒状空間部
２９    円柱状部
３０    成形用空間
３１    円形部
３２    突出部
３３    押圧部
３４    平坦面
３５    ランド部
３６    凹溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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