JP3797054B2 - ヨークとシャフトの結合構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のステアリング装置等に用いられ、一端に自在継手を連結した横入れヨークとシャフトとを結合させるための、横入れヨークとシャフトの結合構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、自動車の前輪に操舵角を付与するためのステアリング装置においては、ステアリングホイールの操作に伴って回転するステアリングシャフトの動きを十字軸式の自在継手(ユニバーサルジョイント)を介して、ステアリングギヤの入力軸に伝達する構成である。
【0003】
この自在継手は、一対のU字形のヨークを十字軸を介して互いに軸支したものである。このような自在継手を使用してステアリング装置を組み付ける場合は、例えば一方のヨークをステアリングシャフト等の一方のシャフトの端部に溶接、あるいはねじ止めにより予め結合・固定し、他方のヨークを他方のシャフトの端部に結合する。通常、このような組み付け作業を行うのに、前記一方のシャフトを車体側に支持した後、このシャフトと他方のシャフトとを自在継手により結合する。したがって、自在継手の2つのヨークの内、少なくとも一方のヨークはシャフトを軸方向に動かすことなく固定作業を行うことができる、いわゆる横入れ式のものが好ましい。
【0004】
この横入れ式のヨークは、自在継手の片方を構成する部分と、この部分と一体的に設けられ、軸方向と直交する平面内での断面がU字形の結合部とから成っており、このU字形の凹部分に、該凹部分に適合する断面形状のシャフトの端部を開口部から横入れで挿入して、U字形の平行に延びた両端部を、ボルトで貫通及び螺合して締め付けることにより、シャフトを当該横入れヨークに結合させる。この際、ボルトと一体的に、又は所定の摩擦抵抗力を付与して設けたカム(カム部材)により、シャフトの前記結合部内における位置決め(センタリング)を行うのが、一般的である。
【0005】
このように、ボルトに設けたカムでシャフトのセンタリングを行う、従来の横入れヨークとシャフトの結合構造における組み付け方式には、大きく分けて2つのタイプがある。その一つは、例えば、特開平10―318272号公報に開示されているように、カムボルトを使用し、ナットの方を締め上げるタイプである。もう一つは、特開平10―169664号公報、特開平10―148215号公報等に開示されているように、ボルトの方を締め上げるというものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の上記横入れヨークとシャフトの結合構造における組み付け方式の内、前者においては、組み付け作業はナットを締め上げる都合上、ボルトを後ろ側から差し込んでボルトの先端を手前に出すか、手前側からボルトを差し込んでから、自在継手を180°回転させ、ナットを手前側にする必要があるが、ボルトを後側から押し込むのは、目で確認できない手探り作業であって容易でない場合がある。また、自在継手を180°回転させるのには、手間が掛かり作業工程を増やす結果になる。
さらに、ナットがボルトの先端部に1,2回ねじ込まれるまで、ボルトが後側に押されないように支持するための、ボルトの仮保持機構が必要となり、これを用いない場合は、後側に手を廻してボルトの頭部を押さえなければならず、両手作業になって容易ではない、等のいくつかの問題点があった。
【0007】
また、後者の組み付け方法においては、手前側からボルトを挿入して、そのまま締め上げ作業をするため、前者の方法のように、ボルトを後ろ側から差し込んだり、自在継手を180°回転させる必要はないが、組み付け時は、工具による締め付けを確実なものとするため、手でボルトを差し込んでから、ボルトの螺条部の先端をヨークに固定したナット又はヨークのねじ部(螺条形成部)に1,2回軽くねじ込んでから本締めをする必要がある。しかし、上記の如く、ボルトには予め、カム部材が螺条部に対して所定の摩擦抵抗力を持って嵌合されており、ボルトを回転させる際の負荷抵抗が大きいため、ボルトの頭を指でつまんで螺条部先端をナット又はヨークのねじ部に軽くねじ込むことができないという問題点があった。
【0008】
そこで、本発明においては、上述した問題点を解消して、手前側からボルトを挿入して、そのまま締め上げる構成において、簡単な操作でボルトをナットにねじ込むことができると共に、シャフトのセンタリングを行うことができる、ヨークとシャフトの結合構造を提供することを課題としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明の一態様では、
先端部外周面に互いに平行な一対の平坦面を形成したシャフトを結合するための結合部を一端部に有し、他端部を自在継手に連結するヨークであって、前記結合部は、前記シャフトの平坦面を挟持し、その軸方向に直交する平面内の断面形状がU字形の挟持部と、このU字形状の一方の端部近傍に設けられたねじ孔と、他方の端部近傍に設けられ、前記ねじ孔と同心でねじ孔より大きい径のボルト孔とから成っており、前記シャフトを前記挟持部に挿入して、嵌合孔を有するカム部材を外嵌した螺条部付きのボルトを、前記ボルト孔から挿入して該螺条部の先端を前記ねじ孔に螺合させることにより前記シャフトを前記結合部に結合させると共に、前記カム部材の回転によりシャフトのセンタリングを行う、横入れヨークとシャフトの結合構造において、
前記カム部材は前記ボルトに対して偏心して形成された外径カム面を有し、前記カム部材の嵌合孔の内径は、前記ボルトの螺条部に対して移動自在な大きさであり、前記ボルトには、前記螺条部と頭部との間に、前記嵌合孔の内径よりも大きく、当該嵌合孔に圧入可能で、圧入後、前記センタリングが可能な摩擦抵抗力を生じさせるような外径と長さを有する大径部が設けられ、且つ、前記螺条部は、当該螺条部の先端部を前記ねじ孔に始めに螺合させるまでは、少なくとも前記大径部が前記嵌合孔に圧入しない長さに設定されていて、かつ前記カム部材には前記ボルトの前記ねじ孔への螺合完了時に前記U字形の挟持部の外側面または前記シャフトの平坦面に当たる掛止部が形成されていることを特徴とする。
【0010】
以上のように構成されたことで、ボルトの螺条部の先端部を挟持部のねじ孔に始めに螺合させる時は、カム部材はまだボルト上をボルト軸方向に移動自在であるので、ボルトの頭を指でつまんで2,3回軽くねじ込むことができる。その後、さらにボルトをねじ込み締め付けて行くと、ボルトの摩擦係合部がカム部材に摩擦係合することにより摩擦抵抗力が生じるため、指でねじ込むことはできず工具でねじ込んで行く。これにより、ボルトの回転と共にカム部材も回転して、カム部材がシャフトをU字形の挟持部の凹部へ押し込み、センタリングが行われる。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の実施形態を示す横入れヨークと締め付けボルトの断面構成図、図2は横入れヨークを含む自在継手を示す全体構成図、図3は締め付けボルトの構成を示す側面図、図4はカム部材を示す上面図、図5〜図8は横入れヨークとシャフトの結合手順を示す説明図である。
【0012】
図2において、ステアリングシャフト等の図中右方のシャフト5の先端部に、溶接又はねじ止め等により固定したヨーク4と、図中左方のシャフト3を結合したヨーク1とが十字軸6を介して連結されている。この十字軸6の4つの端部は、それぞれ各ヨーク1,4の先端部に、軸受カップ6a内に設けたニードル軸受(図示しない)を介して揺動自在に連結されている。
ヨーク1には、ヨーク4との連結側とは反対側端部に、シャフト3を結合するための結合部11が形成されており、この結合部11にシャフト3を挿入して、締め付けボルト2により締め付けることによりシャフト3を結合部11に結合させる。
【0013】
このヨーク1の結合部11は、図1(A)に示すように、シャフト3の軸方向に直交する平面内での断面形状がU字形(同図では逆U字の配置で示す)に形成されており、U字形の平行に延びている部分である挟持部11a,11bとU字型の凹部分である曲面部11cとから成っている。挟持部11a,11bは、シャフト3の側面側(図中、下面側)に開口部11fを形成している。挟持部11a,11bのそれぞれの先端近傍には、ボルト孔11d,11eが設けられている。その一方のボルト孔11dには、ねじ孔7aを有するナット7が内嵌固定されており、他方のボルト孔11eはナット7と同心であってボルト孔11dの内径よりやや大き目の内径を有している。
シャフト3は、その先端部の外周面に互いに平行な一対の平坦面3aが形成されており、同図に示すようにU字型の凹み部分に適合する断面形状を有している。
【0014】
一方、挟持部11a,11bのボルト孔11d,11eに貫通させる締め付けボルト2(以後、単にボルト2と言う)は、図3に示すように、締め付け部分である頭部2aと、螺条が形成された部分と螺条は形成されていないが前記螺条部分と同一の外径R1を有する基部から成る螺条部2cと、この螺条部2cと頭部2aの中間部分であり螺条部2cの径R1よりやや大きい径R2を有する(R1<R2)大径部2bとから成り立っている。この大径部2bの螺条部2c側の端部は先細りのテーパ形状とされている。
【0015】
この締め付けボルト2には、図1(B)に示すように、頭部2aに隣接するようにワッシャー8が、ワッシャー8に隣接するようにカム部材9がそれぞれ外嵌されている。ワッシャー8のカム部材9側の面には、カム部材9の掛止部9cが嵌合する大きさの凹部8aが形成されている。ワッシャー8の内径は、ボルト2の大径部2bの外径R2よりやや大きく、ワッシャー8が大径部2bに対して移動自在とされている。
【0016】
カム部材9は、ボルト2の軸中心に対して偏心して形成されたカム部9a(図8参照)と、上記ボルト孔11eに移動自在に内嵌する大きさの外径を有するボルト孔嵌合部9bと、ボルト孔11eの内径よりも大きい外径を有し、挟持部11bの外側面に掛止する掛止部9cとから成っており、ボルト2に外嵌するための嵌合孔9d(図1(B)参照)が設けられている。このカム部材9が回転する際にカム部9aがシャフト3の側面を押す。図3にも示すように、カム部材9の嵌合孔9d(図中、破線で位置を示す)の内径rは、ボルト2の螺条部2cの外径R1よりやや大きく(r>R1)、カム部材9は螺状部2c上を軸方向に移動自在であるが、ボルト2の大径部2bの外径R2よりもやや小さく(r<R2)設定されており、大径部2bがカム部材9の嵌合孔9dに嵌合する際には摩擦抵抗力を持って圧入するようにされている。このため、カム部材9は、この圧入が可能なように所定の弾性を有する材料で形成されている。
【0017】
また、カム部材9には、図4に示すように、厚みが比較的薄くなっている個所(図8の矢印Bで示す部分)に、軸方向に2つの切り込みを入れ、この部分を内側、即ちボルト2側に曲げたストッパー部9eを設けても良い。このストッパー部9eは、その先端がボルト2のねじ山に引っ掛かり、カム部材9がボルト2から抜けないようにストッパーの機能を有する。
【0018】
上記構成において、ヨーク1の結合部11にシャフト3を挿入して固定する手順について図5〜図7を参照して説明する。図5に示すように、シャフト3を結合部11の曲面部11cに開口部11fより横入れで挿入した後、ワッシャー8とカム部材9とを外嵌したボルト2を挟持部11bのボルト孔11eの外側(図中右側)から挿入し、その螺条部2cの先端部を他方のボルト孔11dからナット7の螺条孔7aに当てる。この時、図示するように、カム部材9は厚さの薄い部分(図8の矢印Bで示す)がシャフト3の側面に接触するか、あるいは接触しない状態で図示する位置で止まっている。実際には、シャフト3を挿入した時のシャフト3の位置は一定ではないので、カム部材9は、もしシャフト3の側面に接触していれば、その摩擦抵抗力によりこの位置で止まる。それと同時に、ボルト2の大径部2bは、カム部材9のワッシャー8側の嵌合孔9dの開口端にまだ至っておらず(接触していない)、そこまで間隔dが有り、螺条部2cは嵌合孔9dに対して移動自在であるため、ボルト2の回転には負荷が掛からない。したがって、指で頭部2aをつまんでボルト2を回転させ、その先端部をナット7の螺条孔に2,3回うまく螺合させる(ねじ込む)ことができる。
【0019】
このようにして、ボルト2を指で回転させていくと、図6に示すように、ボルト2の大径部2bの先端部がカム部材9の嵌合孔9dに入ってその開口端に当たり、大径部2bがカム部材9を押すので、カム部材9が螺条部2cと共に矢印X方向に移動する。この時、カム部材9がシャフト3の側面(図中、下面側)に接触していれば、その摩擦抵抗力があり、カム部材9の矢印X方向の移動に負荷が掛かるため、ボルトの回転に工具を要する可能性がある。そして、カム部材9の掛止部9cが挟持部11bの外側面で掛止されることにより、カム部材9の矢印X方向への移動は停止する。
【0020】
このカム部材9の掛止部9cが掛止された状態から、さらに、指で頭部2aをつまんでボルト2を回転させようとしても、ボルトの大径部2bの外径はカム部材9の内径より大きいため、大径部2bが嵌合孔9dに無理に入ろうとするので、摩擦抵抗力のために負荷が大きく指で回転させることはできない。そこで、インパクトレンチ等の工具を使ってボルト2を回転させ締め付けていくと、大径部2bの先端部はテーパ形状であるので、図7の矢印Cで示すように、大径部2bが嵌合孔9dに圧入されて行き、図8にも示すように、カム部材9がボルト2の回転と共に矢印D方向に回転するようになる。このカム部9aの回転により、シャフト3の側面が押し上げられて曲面部11cに隙間なく押し付けられ、センタリング(軸中心への位置決め)が行われる。
【0021】
この時、カム部9aの押圧によりシャフト3が限界まで押し上げられると、カム部9aの回転はここで停止し、それ以後は、ボルト2のみが前記摩擦抵抗力に抗して回転する。このようにして、さらにボルト2を回転させて行き、図7に示すように、最終的にワッシャー8の凹部8aがカム部材9の掛止部9cに嵌合すると共に、ワッシャー8が挟持部11bの外側面に当たるまでボルト2をねじ込むことにより、シャフト3のヨーク1への固定が完了する。
【0022】
したがって、ボルト2の螺条部2cは、螺条部2cの先端部をナット7に始めに螺合させるまでは、たとえ大径部2bが嵌合孔9dに接触していても、圧入しないような長さを少なくとも有していなければならない。且つ、ボルト2の大径部2bの外径R2及びその軸方向の長さの、カム部材9の嵌合孔9dの内径r及びその長さに対する相対的な大きさは、当該大径部2bが嵌合孔9dに圧入してカム部材9を回転させ、シャフト3のセンタリングが可能な程度の摩擦抵抗力を生じさせるような大きさに設定されていなければならない。例えば、大径部2bの外径R2が小さく、その長さが短いと、センタリングが可能な程度にシャフト3を押し上げる摩擦抵抗力が生じず、ボルト2だけが回転してねじ込まれて行く。
【0023】
また、カム部材9が、回転しないでシャフト3の側面側に沿って押し込まれて行く時は、図8に示すように、カム部9aの作用量が最も小さい部分(矢印Bで示す)、言い替えると、ストッパー部9eが設けられている部分が前記シャフト3の側面に対向する位置になるように、カム部材9がボルト2に対して位置決めされているのが好ましい。例えば図5においては、ボルト2は、カム部材9をそのストッパー部9eが上側になるように外嵌した状態で、ねじ込むのが理想的である。
尚、カム部材9がボルト2の回転と共に回転して、カム部9aがシャフト3を限界まで押し上げ、カム部9aの回転が停止した後は、ボルト2のみが回転するが、この時、ボルト2の大径部2bが嵌合孔9dの内径による高圧力(摩擦抵抗力)に抗して回転しなければならないため、ボルト2をねじ込むためにより大きな力が必要となる。
【0024】
このように、始めに、ボルト2を指でナット7にねじ込む時には、カム部材9はボルト2の大径部2bに接触していないので、ボルト2の回転に負荷がなく、指で頭部2aを2,3回回転させて容易にねじ込むことができる。その後、さらにボルト2がねじ込まれて行くと、カム部材9の嵌合孔9dに大径部2bが強圧で圧入するようになるので、ボルト2の回転と共にカム部材9のカム部2aが回転してシャフト3を曲面部11cへ押し上げ、シャフト3のセンタリングが行われる。
【0025】
次に、他の実施形態について図9〜図11を参照して説明する。図9に示す第2の実施形態は、上記第1の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付している。異なっているのは、カム部材90に、第1実施形態における掛止部9cとワッシャー8(図1参照)の機能を兼ね備えたワッシャ部90bを設け、ワッシャー8を無くした点である。したがって、このカム部材90は、カム部90aとワッシャ部90bとから成っており、金属で形成されている。
この構成において、ワッシャ部90bが挟持部11bの外側面に掛止され、ボルト2は、頭部2aがワッシャ部90b外側面(図中、右端面)に当たるまでねじ込まれる。シャフト3を結合部11にボルト2で締め付け固定する他の手順については、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【0026】
図10に示す第3の実施形態は、上記第1の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付している。異なっているのは、挟持部11bの外側面に、カム部材9の掛止部9c(図1参照)が嵌合する大きさの座ぐり11gを形成し、且つボルト2の頭部2aの大径部2b側にワッシャ部2dを頭部2aと一体的に設けて、ワッシャー8(図1参照)を無くした点である。
この構成において、カム部材9の掛止部9cが座ぐり11gに嵌合して掛止され、ボルト2は、そのワッシャ部2dが掛止部9cの外側面(図中、右端面)に当たるまでねじ込まれる。シャフト3を結合部11にボルト2で締め付け固定する他の手順については、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【0027】
図11に示す第4の実施形態は、上記第3の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付している。異なっているのは、カム部材9の掛止部9cを無くして、代わりに、外径が掛止部9cよりやや小さく、ボルト孔嵌合部9bの外径よりやや大きいボルト孔嵌合部91bをカム部材91に設け、ボルト孔11hの内径をボルト孔11e(図1参照)の内径よりやや大きくした点である。カム部材91はカム部91aとボルト孔嵌合部91bから成っている。但し、ボルト孔嵌合部91bの幅kは挟持部11bのボルト軸方向の幅mと同じ(k=m)に形成されている。
この構成において、ボルト孔嵌合部91bがボルト孔11hに嵌合するまでボルト2がねじ込まれると、ボルト孔嵌合部91bの先端側端部(図中、左端部)がシャフト3の対向面に当たるため、ここで掛止される。その後、ボルト2はワッシャ部2dが挟持部11bの外側面(図中、右端面)に当たるまでねじ込まれる。シャフト3を結合部11にボルト2で締め付け固定する他の手順については、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、カム部材は、ヨークの挟持部に挿入されたシャフトの少なくとも一部に対向するボルト部分でボルト軸方向に移動自在であり、ボルトの螺条部の先端部をねじ孔に当てる時は、カム部材はボルト上を移動自在であるので、始めに指でボルトの頭を摘んで、2,3回容易にねじ込むことができると共に、ボルトには該ボルトをねじ孔にねじ込み締め付ける際カム部材に摩擦係合して該カム部材を回転させる摩擦係合部が設けてあり、その後のボルトねじ込み締め付けによるカム部材の回転によりシャフトのセンタリングを行うことできる。
このように本発明によれば、ボルトの螺条部の先端部を挟持部のねじ孔に始めに螺合させる時は、カム部材はまだボルト上をボルト軸方向に移動自在であるので、ボルトの頭を指でつまんで2,3回軽くねじ込むことができる。その後、工具を用いさらにボルトをねじ込み締め付けて行くと、ボルトの摩擦係合部がカム部材に摩擦係合することにより摩擦抵抗力が生じるため、これにより、ボルトの回転と共にカム部材も回転して、カム部材がシャフトをU字形の挟持部の凹部へ押し込み、センタリングが行われる。したがって、手前側のボルト孔からボルトを挿入してそのまま締め上げることができ、シャフトと自在継手の結合作業がやり易くなり、作業の確実性、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す横入れヨークと締め付けボルトの断面構成図
【図2】横入れヨークを含む自在継手を示す全体構成図
【図3】締め付けボルトの構成を示す側面図
【図4】カム部材を示す上面図
【図5】横入れヨークとシャフトの結合手順を示す説明図
【図6】横入れヨークとシャフトの結合手順を示す説明図
【図7】横入れヨークとシャフトの結合手順を示す説明図
【図8】図7のA−A断面を示す図
【図9】本発明の第2の実施形態を示す横入れヨークと締め付けボルトの断面構成図
【図10】本発明の第3の実施形態を示す横入れヨークと締め付けボルトの断面構成図
【図11】本発明の第4の実施形態を示す横入れヨークと締め付けボルトの断面構成図
【符号の説明】
1 ヨーク
2 ボルト
2a 頭部
2b 大径部
2c 螺条部
3 シャフト
9 カム部材
9a カム部
9b ボルト孔嵌合部
9c 掛止部
9d 嵌合孔
11 結合部
11a,11b 挟持部
11c 曲面部
11d ねじ孔(ボルト孔)
11e ボルト孔
Claims (1)
- 先端部外周面に互いに平行な一対の平坦面を形成したシャフトを結合するための結合部を一端部に有し、他端部を自在継手に連結するヨークであって、前記結合部は、前記シャフトの平坦面を挟持し、その軸方向に直交する平面内の断面形状がU字形の挟持部と、このU字形状の一方の端部近傍に設けられたねじ孔と、他方の端部近傍に設けられ、前記ねじ孔と同心でねじ孔より大きい径のボルト孔とから成っており、前記シャフトを前記挟持部に挿入して、嵌合孔を有するカム部材を外嵌した螺条部付きのボルトを、前記ボルト孔から挿入して該螺条部の先端を前記ねじ孔に螺合させることにより前記シャフトを前記結合部に結合させると共に、前記カム部材の回転によりシャフトのセンタリングを行う、横入れヨークとシャフトの結合構造において、
前記カム部材は前記ボルトに対して偏心して形成された外径カム面を有し、前記カム部材の嵌合孔の内径は、前記ボルトの螺条部に対して移動自在な大きさであり、前記ボルトには、前記螺条部と頭部との間に、前記嵌合孔の内径よりも大きく、当該嵌合孔に圧入可能で、圧入後、前記センタリングが可能な摩擦抵抗力を生じさせるような外径と長さを有する大径部が設けられ、且つ、前記螺条部は、当該螺条部の先端部を前記ねじ孔に始めに螺合させるまでは、少なくとも前記大径部が前記嵌合孔に圧入しない長さに設定されていて、かつ前記カム部材には前記ボルトの前記ねじ孔への螺合完了時に前記U字形の挟持部の外側面または前記シャフトの平坦面に当たる掛止部が形成されていることを特徴とする横入れヨークとシャフトの結合構造。
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JP2001221244A (ja) | 2001-08-17 |
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