JP2013148162A - 十字軸式自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】過大なトルクが加えられた場合にも、ヨーク１２ｃの結合腕部１５ｃ、１５ｃが歪み難く、トルク伝達機能を喪失し難くすると共に、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構造を実現する。
【解決手段】前記ヨーク１２ｃの基部１４ｃの凹溝２０を形成する事により、この基部１４ｃの捻り方向の剛性を、凹溝２０のある結合腕部１５ｃの捻り剛性を、凹溝２０のない結合腕部１５ｃの捻り剛性よりも低くする。過大なトルクが加わった場合に、前記基部１４ｃが捻り方向に塑性変形して、前記両結合腕部１５ｃ、１５ｃの変形を抑える為、前記課題を解決できる。
【選択図】図３

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、衝突事故等によりこの十字軸式自在継手に過大なトルクが加えられた場合に、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構造を実現するものである。

自動車用操舵装置は、図１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１〜２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６は、このうちの特許文献２に記載された、従来構造の１例を示している。

この図６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して成る。これら両ヨーク１２ａ、１２ｂはそれぞれ、金属材にプレス加工又は鍛造加工を施す事により造られており、それぞれが基部１４ａ、１４ｂと、前記両ヨーク１２ａ、１２ｂ毎に１対ずつの結合腕部１５ａ、１５ｂとを備える。これら各結合腕部１５ａ、１５ｂの先端にそれぞれ円孔１６ａ、１６ｂを、前記両ヨーク１２ａ、１２ｂ毎に互いに同心に形成している。又、前記十字軸１３は、４本の軸部１７、１７を、隣り合う軸部１７、１７の中心軸同士が互いに直交する状態で設けて成る。そして、これら各軸部１７、１７を前記各円孔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、１８を介して、回転自在に支持し、前記自在継手１１としている。

上述の様な自在継手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、前記ステアリングギヤユニット２の側から、前記自在継手７、９、１１に、衝撃的な（過大な）トルクが加わる場合がある。そして、この様な衝撃的トルクに基づいて、この構成部材の全部又は一部が損傷し、継続的な安全運行に支障をきたす可能性がある。例えば、前記各結合腕部１５ａ、１５ｂが歪んで、これら各結合腕部１５ａ、１５ｂの先端部に形成した前記各円孔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、前記各ラジアルニードル軸受１８、１８の機能が損なわれ、各部の摩耗が進行し易くなる等の問題を生じる。この様な場合に、使用者が当該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、前記自在継手７、９、１１の異常を見付けられない可能性がある。

実公昭５２-０５３８７８号公報 特開平８−２７０６６９号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、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事実を後からでも容易に判定できる構造を実現すべく発明したものである。

この目的を達成するため、本発明は、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対の円孔とを備えたものであり、前記十字軸は、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本の軸部を備えたものであり、前記十字軸の軸部の先端部がそれぞれ、前記両ヨークに設けた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十字軸式自在継手に於いて、前記両結合腕部のうちの一方の結合腕部の付け根の隅に凹溝を形成する事により、当該基部の捻り方向の剛性を、他方の結合腕部の同方向の剛性よりも低くしている事を特徴とする十字軸式自在継手を特徴とする。

特に、本発明の十字軸式自在継手に於いては、両結合腕部のうちの一方の結合腕部の付け根の隅に凹溝を形成する事により、当該基部の捻り方向の剛性を、他方の結合腕部の同方向の剛性よりも低くしている。
この様な本発明の自在継手を実施する場合、具体的には、請求項２に記載した発明の様に、前記凹溝は結合腕部に平行に長い長溝に形成する。

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、過大なトルクが加えられた場合にも、ヨークの結合腕部が歪み難く、トルク伝達機能を喪失し難くできる。即ち、このヨークの一方の結合腕部の捻り方向の剛性を、他方の結合腕部の同方向の剛性よりも低くしている為、過大なトルクが加えられた場合に、これら両結合腕部及びラジアルニードル軸受を介して結合している十字軸が歪む前に、前記基部が捻り方向に塑性変形する。この為、前記トルク伝達機能が損なわれたり、更には喪失するに至るトルクの大きさを、従来構造に比べて大きくできる。

又、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。即ち、前記基部が捻り方向に塑性変形する事で、前記ヨークに結合固定された回転軸と、前記両結合腕部との、回転方向に関する位相がずれる。この結果、車両を直進状態とする為の、ステアリングホイールの中立状態の姿勢が変化する。この変化は、運転者にとって容易且つ確実に認識できる。この為、運転者に、修理を促す事ができて、損傷した車両の運行を継続する事に伴う危険を回避できる。又、前記基部の塑性変形は、修理工場で容易に確認できる為、運転者が車両を修理工場に持ち込みさえすれば、前記ステアリングホイールの中立状態での姿勢変化が、過大トルクの付加によるものである事を、容易に確認できる。

十字軸式自在継手を組み込んだ操舵装置の１例を示す部分切断側面図。 本発明の実施の形態を構成した中間シャフト及び他の十字軸式自在継手と組み合わせた側面図。 本発明の実施例を示す、上面図（Ａ）と、一部を切断乃至透視して（Ａ）の下方から見た図（Ｂ）と、（Ｂ）の側方から見た図（Ｃ）。 過大トルクが加わってヨークが塑性変形した状態図。 ステアリングホイールの中立位置を、衝撃的なトルクが加わる前の状態（Ａ）と加わった後の状態（Ｂ）とで示す正面図。 十字軸式自在継手の従来構造の１例を示す分解斜視図。

図２〜３は、本発明の実施例を示している。尚、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一方のヨークを構成する１対の結合腕部の一方の基部に溝を設け、一方の結合腕部を長く形成した点にある。その他の部分の構成及び作用は、前述の図６に記載した構造を含めて、従来から知られている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、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例の十字軸式自在継手を構成するヨーク１２ｃは、金属材料に冷間鍛造加工を施して成るもので、基部１４ｃと、１対の結合腕部１５ｃ、１５ｃとを備える。又、本例の構造の場合には、この基部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３の上側）に、前記基部１４ｃを、一体に設けている。この基部１４ｃは円筒状であり、前記両結合腕部１５ｃ、１５ｃは、この基部１４ｃのうちで、前記アウタシャフト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、それぞれこのアウタシャフト１９と反対側に向け、軸方向に延出している。本例の場合、前記両結合腕部１５ｃ、１５ｃの形状が平板状であり、それぞれの先端部に、互いに同心の円孔１６ｃ、１６ｃを形成している。尚、前記アウタシャフト１９は、図２に示すようなインナシャフト２７とボール２８によるボールスプライン係合（一般的なスプライン係合含む）させて、伸縮可能な中間シャフト８（図１参照）を構成する。この点に就いては、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。

本例の十字軸式自在継手を構成するヨーク１２ｃの場合には、前記両結合腕部１５ｃ、１５ｃの一方の基部１４ｃの結合腕部１５ｃの付け根の隅に凹溝２０を形成している。この凹溝２０は、結合腕部１５ｃに平行に長い長溝である。前記凹溝２０を形成する事により、前記基部１４ｃの捻り方向の剛性を、凹溝２０の設けられていないもう一方の結合腕部１５ｃの剛性よりも低くしている。前記凹溝２０の寸法（深さ、周方向長さ、幅）及び形状（開口形状、断面形状）は、通常時に於ける（過大なトルクが加わる以前の状態での）剛性を十分に（前記基部１４ｃが変形する事なくトルクを伝達可能な状態に）確保し、且つ、上述した条件（「凹溝２０のある結合腕部１５ｃの捻り剛性」＜「凹溝２０のない結合腕部１５ｃの捻り剛性」）を満たす様に、実験又はコンピュータ解析により設計的に定める。

上述の様なヨーク１２ｃを組み込んだ本例の十字軸式自在継手によれば、過大なトルクが加えられた場合にも、このヨーク１２ｃを構成する、前記結合腕部１５ｃが歪み難く、トルク伝達機能を喪失し難くできる。即ち、前記凹溝２０の存在に基づき、凹溝２０のある結合腕部１５ｃの捻り剛性を凹溝２０のない結合腕部１５ｃの捻り剛性よりも低くしている為、前記ヨーク１２ｃに過大なトルクが加えられた場合に、前記両結合腕部１５ｃ、１５ｃ、十字軸１３、両ラジアルニードル軸受１８、１８が歪む前に、前記凹溝２０のある基部１４ｃが捻り方向に塑性変形する。この場合に、これら両結合腕部１５ｃ、１５ｃは塑性変形せず、ほぼそのままの形状に保たれる。

即ち、衝突事故や操舵輪の縁石乗り上げに伴って、前記ヨーク１２ｃ及び十字軸１３を組み込んだ十字軸式自在継手に衝撃的な過大トルクが加わる場合がある。この様な場合、前記十字軸１３を構成する何れかの軸部１７の両端部から、前記ヨーク１２ｃを構成する１対の結合腕部１５ｃ、１５ｃに対し大きな荷重が加わる。これら両結合腕部１５ｃ、１５ｃの捻り剛性が高い場合には、前記過大トルクに基づいて、前記両結合腕部１５ｃ、１５ｃの先端部に形成した円孔１６ｃ、１６ｃの同心性が損なわれ、これら両円孔１６ｃ、１６ｃの内側に、ラジアルニードル軸受１８、１８により支持された前記軸部１７の揺動変位が円滑に行われなくなったり、著しい場合には、これら両ラジアルニードル軸受１８、１８が前記両円孔１６ｃ、１６ｃから抜け出る可能性がある。この結果、前記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、低下乃至は喪失する。

これに対して本例の構造の場合には、前述した様に、凹溝２０のある結合腕部１５ｃの捻り剛性を、凹溝２０のない結合腕部１５ｃの捻り剛性よりも低くしている為、前記過大トルクにより、先ず、この基部１４ｃが、図４に示す様に、捻り方向に塑性変形する。この過大トルクに基づく、前記両結合腕部１５ｃ、１５ｃの塑性変形は、生じないか、生じた場合でも僅少に止まる。従って、図４に示す様に、前記両結合腕部１５ｃ、１５ｃの形状は、ほぼそのままの状態に維持されて、これら両結合腕部１５ｃ、１５ｃの先端部に形成した円孔１６ｃ、１６ｃの同心性が保たれる。この為、前記軸部１７の揺動変位が円滑に行われる状態が保たれる。勿論、前記両ラジアルニードル軸受１８、１８が前記両円孔１６ｃ、１６ｃから抜け出る事はない。この結果、前記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は、ほぼそのままに維持される。

要するに、本例の構造によれば、前記十字軸式自在継手によるトルク伝達機能が損なわれたり、更には喪失するに至るトルクの大きさを、従来構造に比べて大きくできる。例えば中間シャフトの両端部に設ける１対の十字軸式自在継手を構成する１対ずつ、合計４個のヨークの何れに関しても、４個のヨークの何れかに基部に凹溝を形成すれば、前記衝撃エネルギの吸収性能を大きくできる。

又、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。即ち、前記基部１４ｃが捻り方向に塑性変形する事で、前記ヨーク１２ｃに結合固定された回転軸と、前記両結合腕部１５ｃ、１５ｃとの、回転方向に関する位相がずれる。この結果、車両を直進状態とする為の、ステアリングホイール１の中立状態の姿勢が変化する。即ち、前記ヨーク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、前記ステアリングホイール１の姿勢は、図５の（Ａ）に示した、初期状態の姿勢に維持される。これに対し、前記衝撃エネルギにより前記ヨーク１２ｃに衝撃的なトルクが加わって、このヨーク１２ｃの基部１４ｃが捻り方向に塑性変形し、この基部１４ｃと前記両結合腕部１５ｃ、１５ｃとの回転方向の位相がずれると、車両を直進状態とする為の、前記ステアリングホイール１の中立状態の姿勢が、例えば図５の（Ａ）→（Ｂ）の順に示す様に変化する。この変化は、運転者にとって容易且つ確実に認識できる。この為、運転者に修理を促す事ができて、損傷した車両の運行を継続する事に伴う危険を回避できる。又、前記基部１４ｃの塑性変形は、修理工場で容易に確認できる為、運転者が車両を修理工場に持ち込みさえすれば、前記ステアリングホイール１の中立状態での姿勢変化が、過大トルクの付加によるものである事を、容易に確認できる。

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 ヨーク
３ 十字軸
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 基部
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ 結合腕部
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 円孔
１７ 軸部
１８ ラジアルニードル軸受
１９ スプライン溝
２０ 凹溝
２１ アウタシャフト
２７ インナシャフト
２８ ボール

Claims (2)

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対の円孔とを備えたものであり、
   前記十字軸は、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本の軸部を備えたものであり、
   前記十字軸の軸部の先端部がそれぞれ、前記両ヨークに設けた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十字軸式自在継手に於いて、
   前記両結合腕部のうちの一方の結合腕部の付け根の隅に凹溝を形成する事により、当該基部の捻り方向の剛性を、他方の結合腕部の同方向の剛性よりも低くしている事を特徴とする十字軸式自在継手。
2. 前記凹溝は結合腕部に平行に長い長溝である、請求項１に記載した十字軸式自在継手。

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