(57)【要約】【課題】板厚の薄い材料を使用し、ヨーク各部の強度が大きく、軽量で製造コストの低い自在継手のヨークを提供することを課題とする。【解決手段】第１ヨーク１は、中空円筒状の胴部１３と、胴部１３から中心軸線Ｃ１方向に延長されて、中心軸線Ｃ１に対して対称的に二股状に分岐したＵ字形を形成するように配置された一対のアーム１１ａ、１１ｂと、胴部１３を第１シャフト１０１にボルト７で締め付けるための締付部２４とから一体的に形成されている。第１ヨーク１は板金製であり、引張り強さ３１０Ｎ／ｍｍ２以上のＪＩＳ自動車構造用熱間圧延鋼鈑ＳＡＰＨ３１０、ＳＡＰＨ３７０、ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０を使用している。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側にシャフトを挿入するための内径部が開口する胴部と、
前記胴部の他端側に延長され、前記胴部の中心軸線に対して略対称的に二股状に分岐した一対のアームと、
前記アームを他方のヨークに連結するため、前記胴部の中心軸線に対して直交する中心軸線を共通にして、前記アームのそれぞれに形成された軸受孔と、
前記胴部をシャフトに締付けるためのボルトが装着される締付部とを有する自在継手のヨークにおいて、
前記アームのそれぞれの背面部に、前記軸受孔周囲に突出成形されたボスと、
前記軸受孔の中心軸線に直交し、前記胴部の中心軸線を含む平面に略平行に前記胴部から延び、前記締付部を構成する一対の平行部と、
前記一対の平行部にまたがって螺合されたボルトと、
前記平行部から略直角に折れ曲がり互いに接合する一対の突合せ部と、
前記突合せ部の一方の接合面に形成された切り欠きと、
前記突合せ部の他方の接合面に形成され、前記切り欠きと隙間なく接合または微小な間隔で対向する突起とを有し、
板厚が４．２ｍｍ〜５．３ｍｍ、引張り強さ３１０Ｎ／ｍｍ２以上の材料で構成されたこと
を特徴とする自在継手のヨーク。
【請求項２】
請求項１に記載された自在継手のヨークにおいて、
前記材料は、ＪＩＳ自動車構造用熱間圧延鋼鈑ＳＡＰＨ３１０、ＳＡＰＨ３７０、ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０のいずれかであること
を特徴とする自在継手のヨーク。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載された自在継手のヨークにおいて、
前記一対のアームは、前記胴部の中心軸線を中心とする略円弧状に形成されていること
を特徴とする自在継手のヨーク。
【請求項４】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載された自在継手のヨークにおいて、
前記一対のアームは、前記軸受孔の中心軸線に直交しかつ前記胴部の中心軸線を通る平面の両側に略平行に形成されていること
を特徴とする自在継手のヨーク。
【請求項５】
請求項４に記載された自在継手のヨークにおいて、
前記突起と前記切り欠きとの接合面が、前記胴部の中心軸線側が狭くなる傾斜面に形成されていること
を特徴とする自在継手のヨーク。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれかに記載された自在継手のヨークにおいて、
前記一対のアームの背面部と前記胴部との根元部にリブが形成されていることを特徴とする自在継手のヨーク。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれかに記載された自在継手のヨークにおいて、
前記胴部の肉厚が３．５ｍｍ〜４．５ｍｍに形成されていること
を特徴とする自在継手のヨーク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輌用ステアリング装置の自在継手、特に、その自在継手に用いられる板金製のボルト締めヨークに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車輌用ステアリング装置では、ステアリングホイールの回転は、アッパーシャフト及び中間シャフトを通して、操舵機構へとつながるロアーシャフトに伝達される。アッパーシャフトの下端と中間シャフトの上端との間、及び中間シャフトの下端及びロアーシャフトの上端との間にはそれぞれ自在継手が連結されており、これにより上記シャフトが非平行であってもこれらの間で回転を伝達できるようになっている。この自在継手は、一対のヨークをスパイダー軸を介して互いに軸支したものである。
【０００３】
特許文献１に示す従来の板金製ヨークは、ボスの互いに向かい合う縁に形成された突起と切り欠きを係合させることにより、ボスを変形させようとする応力を緩和させている。この従来技術では、上記突起と切り欠きの係合作用によってボスの強度は向上しているが、その他の部位、例えば円環面やニードル軸受を受ける軸受孔の強度が弱い。そのため、コスト削減や軽量化を目的として薄肉材料（板厚５．３ｍｍ以下）を使おうとした場合には、円環面が早期に疲労破壊し、軸受孔の長さが短いため、大きな捩じりトルクが作用したときニードル軸受が抜け出し、強度不足で、車輌用ステアリング装置の自在継手には適用できない場合があった。
【０００４】
特許文献２に示す従来の板金製ヨークは、バーリング加工によって、軸受孔用の下穴を一側方向に突出させ、このバーリング部を加圧して押し潰して、軸受孔用の下穴の周辺に円板状のボス部を形成したものである。この従来技術では、軸受孔の軸受との嵌合長さを長くとれるので、軸受孔部の強度は向上しているが、他の部位は薄肉のままであり、特にボルト絞めヨークの場合に、使用条件の厳しい車種には、強度不足で使用できない場合がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５５−１０３１２２号公報（第４頁、第１図、第２図、第３図）
【特許文献２】
特開２００２−６６６７７号公報（第５頁、図２）
【特許文献３】
特開平９−９９８４４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来のヨークよりも板厚の薄い材料を使用し、ヨーク各部の強度が大きく、軽量で製造コストの低い自在継手のヨークを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明の解決手段は、一端側にシャフトを挿入するための内径部が開口する胴部と、前記胴部の他端側に延長され、前記胴部の中心軸線に対して略対称的に二股状に分岐した一対のアームと、前記アームを他方のヨークに連結するため、前記胴部の中心軸線に対して直交する中心軸線を共通にして、前記アームのそれぞれに形成された軸受孔と、前記胴部をシャフトに締付けるためのボルトが装着される締付部とを有する自在継手のヨークにおいて、前記アームのそれぞれの背面部に、前記軸受孔周囲に突出成形されたボスと、前記軸受孔の中心軸線に直交し、前記胴部の中心軸線を含む平面に略平行に前記胴部から延び、前記締付部を構成する一対の平行部と、前記一対の平行部にまたがって螺合されたボルトと、前記平行部から略直角に折れ曲がり互いに接合する一対の突合せ部と、前記突合せ部の一方の接合面に形成された切り欠きと、前記突合せ部の他方の接合面に形成され、前記切り欠きと隙間なく接合または微小な間隔で対向する突起とを有し、板厚が４．２ｍｍ〜５．３ｍｍ、引張り強さ３１０Ｎ／ｍｍ２以上の材料で構成されたことを特徴とする自在継手のヨークである。
【０００８】
第２番目の発明の解決手段は、第１番目の発明の自在継手のヨークにおいて、前記材料は、ＪＩＳ自動車構造用熱間圧延鋼鈑ＳＡＰＨ３１０、ＳＡＰＨ３７０、ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０のいずれかであることを特徴とする自在継手のヨークである。
【０００９】
第３番目の発明の解決手段は、第１番目又は第２番目の発明の自在継手のヨークにおいて、前記一対のアームは、前記胴部の中心軸線を中心とする略円弧状に形成されていることを特徴とする自在継手のヨークである。
【００１０】
第４番目の発明の解決手段は、第１番目又は第２番目の発明の自在継手のヨークにおいて、前記一対のアームは、前記軸受孔の中心軸線に直交しかつ前記胴部の中心軸線を通る平面の両側に略平行に形成されていることを特徴とする自在継手のヨークである。
【００１１】
第５番目の発明の解決手段は、第４番目の発明の自在継手のヨークにおいて、前記突起と前記切り欠きとの接合面が、前記胴部の中心軸線側が狭くなる傾斜面に形成されていることを特徴とする自在継手のヨークである。
【００１２】
第６番目の発明の解決手段は、第１番目から第５番目までのいずれかの発明の自在継手のヨークにおいて、前記一対のアームの背面部と前記胴部との根元部にリブが形成されていることを特徴とする自在継手のヨークである。
【００１３】
第７番目の発明の解決手段は、第１番目から第６番目までのいずれかの発明の自在継手のヨークにおいて、前記胴部の肉厚が３．５ｍｍ〜４．５ｍｍに形成されていることを特徴とする自在継手のヨークである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態
以下、本発明の自在継手のヨークを図面に基づいて説明する。図１は第１実施形態のヨークを組み込んだ自在継手の部分断面を含む正面図である。図２は図１の第１ヨークを矢印Ａ方向から見た平面図である。図３は図２のヨークのＦ部を、図１のＧ−Ｇで断面にした図である。図４は図２のヨークのＢ−Ｂ断面であって、ボルトで締め付けた状態を示す図である。図５は図２のヨークを矢印Ｃ方向から見た側面図である。図６は図５のＥ−Ｅ断面図である。
【００１５】
図１に示すように、自在継手１００には、第１シャフト１０１及び第２シャフト１０２とそれらの端部に一対のヨーク（第１ヨーク１及び第２ヨーク２）が備えられており、十字状の４本のスパイダー軸３（図１では一本のスパイダー軸３だけを部分断面で示している）を介在させることにより２つのシャフトが結合されている。
【００１６】
図１から図５に示すように、第１ヨーク１、第２ヨーク２は中空円筒状の胴部１３を有し、この胴部１３からそれぞれ二股状に分かれて略平行な一対のアーム１１ａ、１１ｂが形成されている。各一対のアーム１１ａ、１１ｂには、その中心軸線Ｃ２を共通にして軸受孔９ａ、９ｂが設けられている。軸受孔９ａ、９ｂの中心軸線Ｃ２は、中空円筒状の胴部１３の中心軸線Ｃ１（図１で左右方向）に対して直交し、中心軸線Ｃ１を通る軸線である。本発明の第１の実施形態では、スパイダー軸３の外径はφ１０ｍｍ、軸受孔９ａ、９ｂの内径はφ１６ｍｍである。
【００１７】
図１に示すように、軸受孔９ａ、９ｂの内面とスパイダー軸３の外周との間には、中空円筒スチール製のベアリングカップ４２及び複数個のニードル４１がこの順で介在しており、これによりころがり軸受部４が形成されている。合成樹脂製のスラストピース６が、スパイダー軸３端面の中心に設けられた有底孔内に嵌合しており、その頂部はベアリングカップ４２の上端内面に接触している。スラストピース６は、スパイダー軸３が軸受孔９ａ、９ｂの中心軸線Ｃ２に平行な方向へ移動することを防止している。シールリング５は、スパイダー軸３の基部に密に嵌合するリング状で、ベアリングカップ４２の下端外面に対して接触しており、外部からころがり軸受部４に塵埃が進入するのを防止している。
【００１８】
左側の第１シャフト１０１の回転につれ、胴部１３、アーム１１ａ、１１ｂ、スパイダー軸３を介して、右側の第２シャフト１０２側のアーム１１ａ、１１ｂ、胴部１３へと回転が伝達されて、第２シャフト１０２が回転する。シャフトの回転の際、スパイダー軸３はアーム１１ａ、１１ｂに対して軸受されているため、アーム１１ａ、１１ｂに対して数十度の角度範囲で往復運動し、第１シャフト１０１と第２シャフト１０２が非平行であっても、これらの間で回転を伝達できるようになっている。
【００１９】
第１ヨーク１と第２ヨーク２では、第１ヨーク１の胴部１３の長さ（中心軸線Ｃ１に平行な方向の長さ）が第２ヨーク２の胴部１３の長さより短く構成されている点が異なるが、その他の点については全く同一形状であるため、以下の説明では第１ヨーク１の構造について説明し、第２ヨーク２については重複する説明を省略する。
【００２０】
上記第１ヨーク１は、図１の左方向から第１シャフト１０１が挿入される中空円筒状の胴部１３と、胴部１３から中心軸線Ｃ１方向（図１の右方向）に延長されて、中心軸線Ｃ１に対して対称的に二股状に分岐し、Ｕ字形を形成するように配置された一対のアーム１１ａ、１１ｂと、胴部１３を第１シャフト１０１にボルト７で締め付けるための締付部２４とから一体的に形成されている。
【００２１】
第１ヨーク１は板金製であり、引張り強さ３１０Ｎ／ｍｍ２以上のＪＩＳ自動車構造用熱間圧延鋼鈑ＳＡＰＨ３１０、ＳＡＰＨ３７０、ＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０を使用している。その板厚は、４．２ｍｍ〜５．３ｍｍを使用している。従来からヨークに使用されている板金材料は、ＪＩＳ熱間圧延軟鋼鈑ＳＰＨＣ〜ＳＰＨＥであって、引張り強さは２７０Ｎ／ｍｍ２以上であり、その板厚は６．０ｍｍ〜７．０ｍｍを使用している。
【００２２】
図２、図３に示すように、アーム１１ａ、１１ｂの背面部には、軸受孔９ａ、９ｂの周囲外側に円環状のボス１０ａ、１０ｂがすえ込み加工によって突出成形されており、軸受孔９ａ、９ｂの軸受長さ（中心軸線Ｃ２に平行な方向の長さ）を増加させている。ボス１０ａ、１０ｂの高さＳ１は約１ｍｍである。このように、ボスを設けて軸受長さを増加させることにより、上記した引張り強さの大きな材料の使用と相俟って、軸受孔９ａ、９ｂ周囲の強度は十分なものとなっている。
【００２３】
図５に示すように、アーム１１ａ、１１ｂは中心軸線Ｃ１を中心とする略円弧状で、アーム１１ａ、１１ｂ背面部と胴部１３との根元部に、各々２個一対のリブ１２ａ、１２ｂが形成されている。このように、リブ１２ａ、１２ｂをアーム１１ａ、１１ｂに設け、上記した引張り強さの大きな材料の使用と相俟って、アーム１１ａ、１１ｂの強度は十分なものとなっている。
【００２４】
図２、図４、図５に示すように、胴部１３の内径部１８に形成されたセレーション１８１には、第１シャフト１０１先端のセレーション軸部１４のセレーションが係合している。胴部１３をセレーション軸部１４に締付けるための締付部２４は、胴部１３の上端１９ａ、１９ｂから図４の上方に延びる逆Ｌ字形の２個の締付片部２４ａ、２４ｂで構成されている。締付片部２４ａ、２４ｂは、中心軸線Ｃ２に直交し中心軸線Ｃ１を含む平面の両側に平行に延びる平行部２４１ａ、２４１ｂと、平行部２４１ａ、２４１ｂ上端から直角に内側に折れ曲がる突き合わせ部２４２ａ、２４２ｂとから構成されている。
【００２５】
突き合わせ部２４２ａ、２４２ｂの互いに対向し密に接合する接合部には、図２に示すように、突き合わせ部２４２ａ側には凹形状の切り欠き１６が、突き合わせ部２４２ｂ側には、切り欠き１６と相補的な形状の凸形状の突起１５が形成され、互いに係合している。切り欠き１６と突起１５の接合面は、図２のＸ方向及びＹ方向共に隙間なく接合し、または微小な間隔で対向している。図６は突起１５と切り欠き１６が隙間なく接合している状態を示す。このように切り欠き１６と突起１５の接合によって、突き合わせ部２４２ａ、２４２ｂの接合剛性が向上し、胴部１３と締付部２４が一体化して外部応力に抵抗するため、ステアリングホイールを回転して、第１ヨーク１に捩りトルクが加わったとき、図４の胴部１３下側の胴部背面部２５に加わるねじり応力が緩和され、胴部１３の耐久性が向上する。
【００２６】
図４に示すように左側の平行部２４１ａには、軸受孔９ａ、９ｂの中心軸線Ｃ２に平行にボルト孔１７が形成され、右側の平行部２４１ｂには、中心軸線Ｃ２に平行にねじ孔２１が形成されて、ボルト７が左側から挿入されてねじ込まれている。ボルト７はＭ８を使用している。平行部２４１ａの左側面外壁には、ボルト孔１７の周囲外側に円環状のボス２３がすえ込み加工によって突出成形されており、ボス２３には機械加工により座面２０が形成されて、ばね座金８を介してボルト７を座面２０に締め付けている。ボス２３は平行部２４１ａの剛性を向上させるために設けているが、必ずしも必要ではなく、ボス２３を設けず直接座面２０を平行部２４１ａに機械加工しても良い。
【００２７】
ボルト７を締め付けると、胴部１３の上端１９ａ、１９ｂが内側に変形し、セレーション孔２０とセレーション軸部１４が密着して、第１ヨーク１と第１シャフト１０１を強く締結する。ボルト７を強く締め付けたとき、突き合わせ部２４２ａの切り欠き１６と突き合わせ部２４２ｂの突起１５が、隙間なく接合し、または微小な間隔で対向しているため、平行部２４１ａ、２４１ｂは、切り欠き１６と突起１５の接合面と胴部１３の胴部背面部２５の２点支持で、略平行状態を維持して内側に変形する。従って、ボルト７のボルト頭７１下面の締付面７２は、座面２０にほぼ平行な状態を維持して締付けることが出来、効率よく胴部１３の上端１９ａ、１９ｂを変形させることができる。この結果、セレーション軸部１４と胴部１３との間の十分な保持力が得られる。セレーション軸部１４の逃げ部１４１は、セレーション軸部１４のセレーション内径よりも小径に形成されており、ボルト７の外周とセレーション軸部１４が干渉しないようにしている。
【００２８】
図４に示す胴部１３の肉厚Ｓ２（胴部１３の外周とセレーション１８１の内径との間の距離）は、セレーション軸部１４の保持力及び胴部１３の耐久性に大きな影響を与える。発明者は、多くの実験結果から、両方を満足する肉厚として３．５ｍｍから４．５ｍｍが最も適切な値であることを導き出した。
【００２９】
ヨークの材料は、上記したように、従来よりも引張り強さの大きい材料を使用しているため、材料の降伏点も高い。従って、ボルト７を過大な締付トルクで締め付けても、平行部２４１ａの座面２０近傍が塑性変形しにくい。また、平行部２４１ｂのねじ孔２１も降伏しにくい。これにより、ボルト７を取り外した後、再度ボルト７を締め付けた場合でも、支障なく使用することができる。
【００３０】
図４に示すように、平行部２４１ｂの右側面外壁には、ねじ孔２１の周囲外側に円環状のボス２２がすえ込み加工によって突出成形されており、ねじ込み長さを増加させている。このボス２２はねじ孔２１の耐久性向上と平行部２４１ｂの剛性向上のために設けたものである。なお、このボス２２を設けず、別部品のナットを平行部２４１ｂに圧入または溶接するようにしてもよい。
【００３１】
図４に示す２点鎖線の円Ｄは、胴部１３の中心軸線Ｃ１からボルト頭７１先端までの最大距離（最大振り回し径）であるが、突き合わせ部２４２ａ、２４２ｂは円Ｄの内側に位置しており、ステアリング装置として自動車に装着した際の、周辺部品との干渉を防止するようにしている。第１の実施形態では円Ｄの直径はφ５４ｍｍである。
【００３２】
第２の実施形態
図７、図８は第２の実施形態を示し、図７は第１の実施形態の図５に相当する側面図、図８は第１の実施形態の図６に相当し、図７のＨ−Ｈ断面図である。第１の実施形態のヨークと異なる点は、アーム５１ａ、アーム５１ｂが、軸受孔の中心軸線Ｃ２に直交し胴部１３の中心軸線Ｃ１を通る平面の両側に平行に形成されている点にある。第２の実施形態では、ジョイント角を第１の実施形態より大きくとれる利点がある。ただし、アーム５１ａ、５１ｂの剛性がやや劣る。
【００３３】
また、図８に示すように、突起５５と切り欠き５６との接合面が、胴部１３の中心軸線Ｃ１側が狭くなる傾斜面になっている。これによって、切り欠き５６の間に突起５５をくさび状に押し込むことで、接合面が隙間なく接合し、突き合わせ部２４２ａ、２４２ｂの結合がより強固になり、胴部１３と締付部２４が接合面でより一体化するため、ねじり応力に対する強度が向上する。
【００３４】
以上の実施形態の自在継手のヨークによれば、板厚の薄い材料で十分な強度を有するヨークを得ることができるため、製造コストの低減と軽量化を図ることができる。また、板厚が薄いためヨークの成形が容易である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の自在継手のヨークによれば、板厚の薄い材料で十分な強度を有するヨークを得ることができるため、製造コストの低減と軽量化を図ることができる。また、板厚が薄いためヨークの成形が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す自在継手の部分断面を含む正面図である。
【図２】図１の第１ヨークを矢印Ａ方向から見た平面図である。
【図３】図２のヨークのＦ部を、図１のＧ−Ｇで断面した図である。
【図４】図２のヨークのＢ−Ｂ断面図であって、ボルトで締め付けた状態を示す図である。
【図５】図２のヨークを矢印Ｃ方向から見た側面図である。
【図６】図５のＥ−Ｅ断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態のヨークであって、図５に相当する側面図である。
【図８】図７のＨ−Ｈ断面図である。
【符号の説明】
１  第１ヨーク
１００  自在継手
１０１  第１シャフト
１０２  第２シャフト
１０ａ、１０ｂ  ボス
１１ａ、１１ｂ  アーム
１２ａ、１２ｂ  リブ
１３  胴部
１４  セレーション軸部
１４１  逃げ部
１５  突起
１６  切り欠き
１７  ボルト孔
１８  内径部
１８１  セレーション
１９ａ、１９ｂ  上端
２  第２ヨーク
２０  座面
２１  ねじ孔
２２、２３  ボス
２４  締付部
２４１ａ、２４１ｂ  平行部
２４２ａ、２４２ｂ  突き合わせ部
２４ａ、２４ｂ  締付片部
２５  胴部背面部
３  スパイダー軸
４  ころがり軸受部
４１  ニードル
４２  ベアリングカップ
５  シールリング
５１ａ、５１ｂ  アーム
５５  突起
５６  切り欠き
６  スラストピース
７  ボルト
７１  ボルト頭
７２  締付面
８  ばね座金
９ａ、９ｂ  軸受孔
Ｃ１、Ｃ２  中心軸線
【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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