(57)【要約】【課題】機械的強度が強化されて電動パワーステアリング装置での使用にも十分対応可能なステアリング用自在継手のヨークを提供する。【解決手段】軸部３２がヨーク体３１の嵌合孔３３に嵌合し、溶接によりヨーク体３１に一体に固定されるステアリング用自在継手１６のヨーク３０であり、軸部３２と嵌合する嵌合孔３３の腕部寄り縁部３３ａには、焼入れ、焼戻し処理によりマルテンサイト組織を含有する硬化層３８が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
嵌合孔が設けられた基部、及び該基部の一端面から前記嵌合孔の軸線方向に延設されると共に、前記嵌合孔の軸線方向と直交する方向に同心孔が形成された二又状の腕部を有するヨーク体と、前記嵌合孔に嵌合し、溶接されて前記ヨーク体に一体固定される軸部と、を備えるステアリング用自在継手のヨークであって、
前記軸部と嵌合する前記嵌合孔は、焼入れ、焼戻し処理により形成されたマルテンサイト組織を含有する硬化層を有することを特徴とするステアリング用自在継手のヨーク。
【請求項２】
前記マルテンサイト組織を含有する硬化層は、硬度Ｈｖ２００〜４５０であることを特徴とする請求項１に記載のステアリング用自在継手のヨーク。
【請求項３】
前記マルテンサイト組織を含有する硬化層は、前記マルテンサイト組織を含有する部分の最大径をＤ、前記嵌合孔の内径をｄ、前記嵌合孔の腕部寄り端部からの軸方向長さをＬとしたとき、Ｄ−ｄが２ｍｍ以上、且つＬが２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステアリング用自在継手のヨーク。
【請求項４】
前記ヨーク体は、炭素を０.２２〜０．３８質量％含む機械構造用炭素鋼で形成され、硬度Ｈｖ１２０〜２５０のフェライト・パーライト組織からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステアリング用自在継手のヨーク。
【請求項５】
前記硬化層は、高周波焼入れ、焼戻し処理により形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のステアリング用自在継手のヨーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリング用自在継手のヨークに関し、より詳細には、例えば自動車のステアリング装置に組み込まれて、ステアリングシャフトの動きをステアリングギヤに伝達するステアリング用自在継手のヨークに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車のステアリング装置に使用する自在継手としてカルダン継手と呼ばれる十字軸自在継手が広く知られている。ステアリング装置１０は、図４に示すように、ステアリングホイール１１の操舵を、ステアリングシャフト１２、中間シャフト１３を介してステアリングギヤ１４に伝達し、このステアリングギヤ１４によって車輪を操舵するようになっている。通常、ステアリングシャフト１２とステアリングギヤ１４の入力シャフト１５とは、互いに同一直線上に設けることが困難であるため、ステアリングシャフト１２と入力シャフト１５との間に中間シャフト１３を設け、中間シャフト１３の両端部とステアリングシャフト１２及び入力シャフト１５の端部とを、それぞれ自在継手１６を介して連結している。
【０００３】
自在継手１６は、図５に示すように、それぞれ二又状に形成された１対のヨーク２０（２０ａ、２０ｂ）と、各ヨーク２０ａ、２０ｂに互いに同心に形成された円孔２１に、ニードル軸受等を介して回転自在に嵌合する十字軸２２と、から構成されている。これにより、ヨーク２０ａ、２０ｂの中心軸同士が一致しない状態でも、殆ど伝達ロスを生じることなく、ヨーク２０ａ、２０ｂの間で回転力が伝達可能となる。自在継手１６で回転力を伝達する際、ヨーク２０ａ、２０ｂには比較的大きな応力が作用するため、大きな機械的強度が求められる。
【０００４】
従来、金属材料の機械的強度を向上させる技術として、車輪取付フランジのアウトボード側付け根部に、高周波焼き入れにより表面硬さＨＲＣ４０〜６３、深さを０．３〜２ｍｍの表面硬化層を形成した車輪軸受装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、ハブ輪の凹入部の表面に旋削加工を施して脱炭層を除去した後、この表面にＨＲＣ４０以上の硬化層を形成した車輪支持用転がり軸受ユニットが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−８７００８号公報
【特許文献２】特開２００５−１４５３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、ステアリングギヤに操舵補助力を伝達する電動パワーステアリング装置を備えたステアリング装置が開発されている。このステアリング装置に組み込まれる自在継手に作用する荷重は増加する傾向にあり、ステアリング用自在継手のヨークには、更なる機械的強度の向上が求められている。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、機械的強度が強化されて電動パワーステアリング装置での使用にも十分対応可能なステアリング用自在継手のヨークを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  嵌合孔が設けられた基部、及び該基部の一端面から前記嵌合孔の軸線方向に延設されると共に、前記嵌合孔の軸線方向と直交する方向に同心孔が形成された二又状の腕部を有するヨーク体と、前記嵌合孔に嵌合し、溶接されて前記ヨーク体に一体固定される軸部と、を備えるステアリング用自在継手のヨークであって、
前記軸部と嵌合する前記嵌合孔は、焼入れ、焼戻し処理により形成されたマルテンサイト組織を含有する硬化層を有することを特徴とするステアリング用自在継手のヨーク。
（２）  前記マルテンサイト組織を含有する硬化層は、硬度Ｈｖ２００〜４５０であることを特徴とする（１）に記載のステアリング用自在継手のヨーク。
（３）  前記マルテンサイト組織を含有する硬化層は、前記マルテンサイト組織を含有する部分の最大径をＤ、前記嵌合孔の内径をｄ、前記嵌合孔の腕部寄り端部からの軸方向長さをＬとしたとき、Ｄ−ｄが２ｍｍ以上、且つＬが２ｍｍ以上であることを特徴とする（１）又は（２）に記載のステアリング用自在継手のヨーク。
（４）  前記ヨーク体は、炭素を０.２２〜０．３８質量％を含む機械構造用炭素鋼で形成され、硬度Ｈｖ１２０〜２５０のフェライト・パーライト組織からなることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載のステアリング用自在継手のヨーク。
（５）  前記硬化層は、高周波焼入れ、焼戻し処理により形成されることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載のステアリング用自在継手のヨーク。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のステアリング用自在継手のヨークによれば、ヨーク体に軸部が溶接されて一体固定されてなり、軸部が嵌合するヨーク体の嵌合孔の内周面縁部は、焼入れ、焼戻し処理により形成されたマルテンサイト組織を含有する硬化層を有するので、ヨークの機械的強度を向上させて耐久性を高めることができ、これによりステアリング装置の軽量化を図りながら信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るステアリング用自在継手のヨークの、図２のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図２】ヨーク体の正面図である。
【図３】ヨーク体の要部拡大断面図である。
【図４】ステアリング装置の構成を示す斜視図である。
【図５】ステアリング用自在継手の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るステアリング用自在継手のヨークの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本発明に係るステアリング用自在継手のヨーク３０は、ヨーク体３１と、ヨーク体３１の嵌合孔３３にスプライン嵌合して溶接固定される軸部３２とを備える。
【００１２】
ヨーク体３１は、図２及び図３も参照して、嵌合孔３３が設けられた基部３４と、基部３４の一端面から嵌合孔３３の軸線方向に延設され、嵌合孔３３の軸線方向と直交する方向に同心孔３５が形成された二又状の腕部３６とを備え、一体に形成されている。
【００１３】
ヨーク体３１は、炭素０.２２〜０．３８質量％を含む機械構造用炭素鋼をオーステナイト域まで加熱し、熱間鍛造加工し、室温まで放冷（空冷）することで製作されており、硬度Ｈｖ１２０〜２５０のフェライト・パーライト組織となっており、冷却速度を調整することにより、硬さを調整している。
【００１４】
ヨーク体３１は、炭素を０.２２〜０．３８質量％含むＪＩＳ機械構造用炭素鋼を素材として製作されているので、焼入れ、焼戻し処理によりマルテンサイト組織を含有する硬化層３８を形成することができ、熱処理部分の硬度向上、即ち、機械的強度の強化が可能である。なお、炭素含有量を０.２２質量％以上としたのは、炭素含有量０.２２質量％未満だと焼き入れ等の熱処理を施しても十分な硬度が得られず、また、炭素含有量０．３８質量％以上としても、それ以上の改善が期待し難いためである。
【００１５】
本実施形態のヨーク体３１においては、軸部３２が嵌合固定される嵌合孔３３の腕部寄り縁部３３ａに、例えば、高周波焼入れ、焼戻し処理を施して、マルテンサイト組織を含有する硬度Ｈｖ２００〜４５０の硬化層３８を形成している。また、マルテンサイト組織を含有する硬化層３８は、マルテンサイト組織を含有する部分の最大径をＤ、嵌合孔３３の内径をｄ、嵌合孔３３の腕部寄り端部３３ａからの軸方向長さをＬとしたとき、Ｄ−ｄが２ｍｍ以上、且つＬが２ｍｍ以上となっている。
なお、硬化層３８は、嵌合孔３３の軸方向全域に亘って形成されてもよい。
【００１６】
軸部３２は、内周面縁部３３ａに硬化層３８が形成された嵌合孔３３に嵌合した後、軸部３２と基部３４とが溶接金属３９で溶接されて一体に固定される。
【００１７】
ステアリング装置が作動すると、嵌合孔３３には大きな荷重が作用するが、内周面縁部３３ａにはマルテンサイト組織を含有する硬化層３８が形成されているので、疲労強度が高く、疲労による亀裂が発生しにくい。
【００１８】
以上説明したように、本実施形態のステアリング用自在継手のヨーク３０によれば、ヨーク体３１の嵌合孔３３に軸部３２が嵌合し、溶接されて一体固定されてなり、嵌合孔３３には、高周波焼入れ、焼戻し処理によりマルテンサイト組織を含有する硬化層３８が形成されているので、ヨーク３０の機械的強度が向上して耐久性が高められている。これにより、ステアリング装置の軽量化を図りながら信頼性を向上させることができる。
【００１９】
また、ヨーク体３１は、炭素を０.２２〜０．３８質量％含有し、硬度Ｈｖ１２０〜２５０のフェライト・パーライト組織からなる機械構造用炭素鋼で形成される。そして、高周波焼入れ、焼戻し処理により形成されたマルテンサイト組織を含有する硬化層３８は、硬度Ｈｖ２００〜４５０、焼入れ深さＤ−ｄ＝２ｍｍ以上、且つ軸方向長さＬ＝２ｍｍ以上であるので、ヨーク３０の疲労強度が向上して耐久性を高めることができる。
【実施例】
【００２０】
本発明の効果を確認するため、本発明のステアリング用自在継手のヨークに係る実施例と、該実施例と比較するための比較例について説明する。
【００２１】
（試験条件）
実施例及び比較例ともに、ヨーク体３１の素材として、ＪＩＳ機械構造用炭素鋼であるＳ３５Ｃ及びＳ２５Ｃを使用した。Ｓ３５Ｃ製のヨーク体３１は、硬度Ｈｖ１６５のフェライト・パーライト組織であり、Ｓ２５Ｃ製のヨーク体３１は、硬度Ｈｖ１５０のフェライト・パーライト組織とした。また、Ｓ３５Ｃ及びＳ２５Ｃの各ヨーク体３１に対して、嵌合孔３３の内周面縁部３３ａに高周波焼入れ、焼戻し処理を施し、高周波焼入れの加熱温度と冷却速度を調整してそれぞれの硬化層３８を形成した。但し、比較例Ｎｏ.１、及び比較例Ｎｏ.６のヨーク体３１については、耐久試験の基準とするため、焼入れ、焼戻し処理を施さなかった。各ヨーク体３１の硬化層３８の硬度Ｈｖ、焼入れ深さＤ−ｄ、及び軸方向長さＬは、耐久試験結果と共に、それぞれの表に示す。このようなヨーク体３１の嵌合孔３３に軸部３２を嵌合、溶接して製作したヨーク３０を用いてステアリング用自在継手１６を作成した。
【００２２】
耐久試験は、図５に示すように、一方の軸部３２Ａを固定すると共に、他方の軸部３２Ｂに１００Ｎｍの捻りトルクを６Ｈｚの周波数で繰り返し入力し、ヨーク体３１の表面に亀裂などの破損が生じるまでの耐久時間を調べた。
【００２３】
Ｓ３５Ｃのヨーク体３１の耐久試験結果を表１に、Ｓ２５Ｃのヨーク体３１の耐久試験結果を表２に示す。なお、耐久結果は、Ｓ３５Ｃのヨーク体３１については、焼入れ、焼戻し処理を行わなかった比較例Ｎｏ.１の耐久時間を、またＳ２５Ｃのヨーク体３１については、焼入れ、焼戻し処理を行わなかった比較例Ｎｏ.６の耐久時間を基準として、それぞれの時間比で示した。なお、破損の発生が認められなかったステアリング用自在継手１６については、１００万回の捻りトルク入力時点で試験を打ち切った。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
【表２】
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【００２６】
表１及び表２に示すように、Ｄ−ｄが２ｍｍ未満、または焼入れ長さＬが２ｍｍ未満である比較例のステアリング用自在継手１６は、硬化層３８の硬度が実施例と同程度の硬度（Ｈｖ２００〜４４９）であっても、耐久時間比が１．２以下と小さく、焼入れ、焼戻しによる顕著な効果が認められなかった。
【００２７】
これに対して、焼入れ深さＤ−ｄが２ｍｍ以上、且つ焼入れ長さＬが２ｍｍ以上、硬度Ｈｖ２０２〜４４９の実施例のステアリング用自在継手１６は、１２実施例中、４実施例で１００万回の繰り返し捻りトルク入力で問題は発生しなかった。また、最低の耐久時間比でも１．５であり、大幅に耐久性が向上していることが分かる。これにより、ヨーク３０の疲労強度を高めることができ、ステアリング用自在継手１６の信頼性が向上することが確かめられた。
【００２８】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１０    ステアリング装置
１６    ステアリング用自在継手
３０    ヨーク
３１    ヨーク体
３２，３２Ａ，３２Ｂ  軸部
３３    嵌合孔
３３ａ        腕部寄り縁部
３４    基部
３５    同心孔
３６    腕部
３８    硬化層
Ｄ      マルテンサイト組織を含有する部分の最大径
ｄ      嵌合孔の内径
Ｌ      硬化層の軸方向長さ
【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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