(57)【要約】【課題】小型、軽量且つ安価で、高トルクの負荷に耐えることができる自在継手のヨークの結合構造を提供する。【解決手段】第１の自在継手４の第１のヨーク４１の筒状部４７に嵌合された出力軸１６を締め付けボルト５３によって筒状部４７に締め付ける。出力軸１６は、締め付けボルト５３を挟んで出力軸１６の軸方向Ｘ１に離隔する第１および第２の雄セレーション４５，４６を含む。第１の雄セレーション４５は、締め付けボルト５３よりも出力軸１６の先端側に配置される。第１の雄セレーション４５のモジュールｍ１が、第２の雄セレーションのモジュールｍ２よりも、例えば０．２〜０．３％大きい。【選択図】図２
2012096681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自在継手のヨークの筒状部に嵌合されたシャフトを締め付け軸によって上記筒状部に締め付けるシャフトと自在継手のヨークの結合構造において、
上記シャフトは、上記締め付け軸を挟んで上記シャフトの軸方向に離隔する第１および第２の雄セレーションを含み、
上記第１の雄セレーションは、上記締め付け軸よりも上記シャフトの先端側に配置され、
上記第１の雄セレーションのモジュールが、上記第２の雄セレーションのモジュールよりも大きくされていることを特徴とするシャフトと自在継手のヨークの結合構造。
【請求項２】
請求項１において、上記第１の雄セレーションのモジュールの公差範囲の下限値が、上記第２の雄セレーションのモジュールの公差範囲の上限値よりも大きくされていることを特徴とするシャフトと自在継手のヨークの結合構造。
【請求項３】
請求項１または２において、上記第１の雄セレーションの歯数が、上記第２の雄セレーションの歯数と等しくされているシャフトと自在継手のヨークの結合構造。
【請求項４】
操舵部材の操舵力を伝達するシャフトを自在継手のヨークに結合する構造として、請求項１から３の何れか１項に記載のシャフトと自在継手のヨークの結合構造が用いられている電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトと自在継手ヨークの結合構造およびこれを用いた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両用操舵装置では、ステアリングホイールからの回転力を、操舵軸（ステアリングシャフト）、中間軸（インターミディエイトシャフト）等を介して、例えばラックアンドピニオン機構等の転舵機構へと伝達し、これにより転舵輪を操向するようにしている。
中間軸の上端は自在継手を介して操舵軸と連結され、中間軸の下端は自在継手を介してピニオン軸と連結されている。操舵軸、中間軸、ピニオン軸等のシャフトを、対応する自在継手のヨークに結合する構造としては、特許文献１の図６に示される構造がある。
【０００３】
その構造では、自在継手のヨークの筒状部にシャフトを挿入するようにしている。筒状部の内周面には、雌セレーションが形成されている。筒状部には軸方向のスリットが形成され、そのスリットの一対の縁部から一対のタブがそれぞれ延設されている。それら一対のタブを貫通する締め付けボルトによって一対のタブが締め付けられることにより、筒状部にセレーション嵌合されたシャフトが、締め付けられて固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２３４６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シャフトは、締め付けボルトが係合する周溝を有している。その周溝を挟んだ両側に、同形状の前雄セレーションおよび後雄セレーションが形成されている。前雄セレーションは、周溝よりもシャフトの先端側に配置されている。
通例、自在継手のヨークは、シャフトが挿入される側の端部に比較的近い位置に、締め付けボルト挿通孔を配置している。このため、締め付けボルトを締め付けたときの筒状部の変形量は、前雄セレーションを締め付ける部分では小さく、後雄セレーションを締め付ける部分では大きくなる傾向にある。
【０００６】
したがって、後雄セレーションは、対応する雌セレーションにタイトに噛み合う一方、前雄セレーションは、対応する雌セレーションにルーズに噛み合っている。すなわち、実質的に、後雄セレーションの噛み合いのみで、シャフトおよびヨークの連結強度を確保している。このため高いトルクの負荷に耐えられないという問題がある。
セレーションのサイズを大きくすることも考えられるが、そうした場合、製造コストが上昇したり、重量が増加したり、大型化して車両へのレイアウトが困難になったするおそれがある。このため、近年、要望されている電動パワーステアリング装置の高出力化に対応できない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、小型、軽量且つ安価で、高トルクの負荷に耐えることができるシャフトと自在継手のヨークの結合構造を提供し、ひいては小型、軽量且つ安価に高出力化を達成できる電動パワーステアリング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、自在継手（４）のヨーク（４１）の筒状部（４７）に嵌合されたシャフト（１６）を締め付け軸（５３）によって上記筒状部に締め付けるシャフトと自在継手のヨークの結合構造（Ｐ）において、上記シャフトは、上記締め付け軸を挟んで上記シャフトの軸方向（Ｘ１）に離隔する第１および第２の雄セレーション（４５，４６）を含み、上記第１の雄セレーションは、上記締め付け軸よりも上記シャフトの先端側に配置され、上記第１の雄セレーションのモジュール（ｍ１）が、上記第２の雄セレーションのモジュール（ｍ２）よりも大きくされていることを特徴とするシャフトと自在継手のヨークの結合構造を提供する（請求項１）。
【０００９】
自在継手のヨークの筒状部は、締め付け軸よりも先端側にある第１の雄セレーションに対応する部分と、第２の雄セレーションに対応する部分とを有しており、第１の雄セレーションに対応する部分の変形が相対的に小さくなる傾向にある。
本発明によれば、第１の雄セレーションのモジュールを第２の雄セレーションのモジュールよりも大きくしているので、締め付け軸の締め付け時において、第１の雄セレーションに対応するヨークの筒状部の部分の変形量が相対的に小さくても、第１の雄セレーションとこれに対応するヨークの筒状部の部分の雌セレーションとの噛み合い率を高くすることができる。これにより、第１および第２の雄セレーションの双方を対応する雌セレーションにタイトに噛み合わせることができる。したがって、自在継手とシャフトとの連結強度を高くすることができ、高トルクの負荷にも耐えることができる。従来構造に対して、単に、第１の雄セレーションのモジュールを変更するのみでよく、小型、軽量且つ安価に、高トルクの負荷に耐える構造を提供することができる。モジュールの変更は、例えば雄セレーションの転造のときに容易に実行することができる。
【００１０】
また、上記第１の雄セレーションのモジュールの公差範囲の下限値（ｍ１−ｅ１）が、上記第２の雄セレーションのモジュールの公差範囲の上限値（ｍ２＋ｅ２）よりも大きくされている場合がある（請求項２）。この場合、第１および第２の雄セレーションのモジュールの公差範囲をシフトすることで、第１および第２の雄セレーションのモジュールの相違を容易に実現することができる。
【００１１】
また、上記第１の雄セレーションの歯数（ｚ１）が、上記第２の雄セレーションの歯数（ｚ２）と等しくされている場合がある（請求項３）。モジュールは、ピッチ円直径を歯数で除した値であるので、モジュールを相違させるということは、第１および第２の雄セレーションで、ピッチ円直径を相違させることに相当する。すなわち、第１の雄セレーションのピッチ円直径を大きくして、第１の雄セレーションの噛み合い率を向上する。
【００１２】
また、本発明は、操舵部材（２）の操舵力を伝達するシャフト（１６）を自在継手のヨーク（４１）に結合する構造として、上記シャフトと自在継手のヨークの結合構造（Ｐ）が用いられている電動パワーステアリング装置（１）を提供する（請求項４）。本発明によれば、小型、軽量且つ安価に高出力化を達成することができる。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るシャフトと自在継手のヨークの結合構造を含む電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】上記結合構造の概略側面図である。
【図３】図２のIII −III 線に沿う断面図である。
【図４】図２のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態のシャフトと自在継手のヨークの結合構造Ｐが適用された電動パワーステアリング装置１の概略構成図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結された操舵軸３と、操舵軸３に第１の自在継手４を介して連結された中間軸５と、中間軸５に第２の自在継手６を介して連結されたピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック８ａを有する転舵軸としてのラック軸８とを備えている。
【００１５】
ピニオン軸７およびラック軸８を含むラックアンドピニオン機構によって、転舵機構Ａ１が構成されている。ラック軸８は、車体側部材９に固定されたハウジング１０によって、車両の左右方向に沿う軸方向（紙面とは直交する方向）に移動可能に、支持されている。ラック軸８の各端部は、図示していないが、対応するタイロッドおよび対応するナックルアームを介して対応する転舵輪に連結されている。
【００１６】
操舵軸３は、同軸上に連結された第１操舵軸１１と第２操舵軸１２とを備えている。第１操舵軸１１は、スプライン結合を用いて、同伴回転可能に且つ軸方向に相対摺動可能に嵌合されたアッパーシャフト１３およびロアーシャフト１４を有している。アッパーシャフト１３およびロアーシャフト１４の何れか一方が内軸を構成し、他方が筒状の外軸を構成している。
【００１７】
また、第２操舵軸１２は、ロアーシャフト１４と同伴回転可能に連結された入力軸１５と、第１の自在継手４を介して中間軸５に連結された出力軸１６と、入力軸１５および出力軸１６を相対回転可能に連結するトーションバー１７とを有している。
操舵軸３は、車体側部材１８，１９に固定されたステアリングコラム２０によって、図示しない軸受を介して回転可能に支持されている。
【００１８】
ステアリングコラム２０は、軸方向に相対移動可能に嵌め合わされた筒状のアッパージャケット２１および筒状のロアージャケット２２と、ロアージャケット２２の軸方向下端に連結されたハウジング２３とを備えている。ハウジング２３内には、操舵補助用の電動モータ２４の動力を減速して出力軸１６に伝達する減速機構２５が収容されている。
減速機構２５は、電動モータ２４の回転軸（図示せず）と同行回転可能に連結された駆動ギヤ２６と、駆動ギヤ２６に噛み合い出力軸１６と同伴回転する被動ギヤ２７とを有している。駆動ギヤ２６は例えばウォーム軸からなり、被動ギヤ２７は例えばウォームホイールからなる。
【００１９】
ステアリングコラム２０には、車両後方側のアッパーブラケット２８および車両前方側のロアーブラケット２９を介して車体側部材１８，１９に固定されている。アッパーブラケット２８は、後述するコラムブラケットを介してステアリングコラム２０のアッパージャケット２１に固定可能とされている。アッパーブラケット２８は、車体側部材１８から下方に突出する固定ボルト（スタッドボルト）３０と、当該固定ボルト３０に螺合するナット３１と、アッパーブラケット２８に離脱可能に保持されたカプセル３２とを用いて、車体側部材１８に固定されている。
【００２０】
ロアーブラケット２９は、ステアリングコラム２０のハウジング２３に固定されている。また、ロアーブラケット２９は、車体側部材１９から突出する固定ボルト（スタッドボルト）３３と当該固定ボルト３３に螺合するナット３４とを用いて、車体側部材１９に固定されている。
中間軸５は、例えば内軸からなるロアー軸３５と、例えば外軸からなり、ロアー軸３５と軸方向に相対摺動可能に且つ同伴回転可能に嵌合されたアッパー軸３６とを備えている。
【００２１】
本実施の形態では、シャフトと自在継手のヨークの結合構造Ｐが、第２操舵軸１２の出力軸１６と第１の自在継手４のヨークとを結合する構造に適用された例に則して説明するが、本結合構造Ｐが、ピニオン軸７と第２の自在継手６のヨークとを連結する構造に適用されてもよい。
図２に示すように、第１の自在継手４は、第２操舵軸１２の出力軸１６の端部１６ａが連結される第１のヨーク４１と、中間軸５のアッパー軸３６の端部が連結された第２のヨーク４２と、第１のヨーク４１および第２のヨーク４２を連結する十字軸４３とを備えている。出力軸１６の端部１６ａの外周には、周溝４４が形成されており、また、周溝４４を挟んだ両側に、第１の雄セレーション４５および第２の雄セレーション４６が形成されている。
【００２２】
図２のIII −III 線に沿う断面図である図３を参照して、第１のヨーク４１は、第２操舵軸１２の出力軸１６の端部１６ａが嵌合される筒状部４７を有している。筒状部４７には、軸方向に延びるスリット４８が設けられている。第１のヨーク４１は、スリット４８を挟んだ両側に一対のタブ４９，５０を有している。
各タブ４９，５０に設けられたボルト挿通孔５１，５２に、締め付け軸としての締め付けボルト５３が挿通されている。締め付けボルト５３の先端に係合されたナット５４と締め付けボルト５３の頭部５３ａとの間で、一対のタブ４９，５０が締め付けられ、これにより、出力軸１６の端部１６ａが筒状部４７内で締め付けられている。
【００２３】
筒状部４７の内周には、雌セレーション５５が形成されており、雌セレーション５５は、図４に示すように、第１の雄セレーション４５に噛み合い、また、図５に示すように、第２の雄セレーション４６と噛み合っている。筒状部４７は、締め付けボルト５３を挟んだ両側に、第１の雄セレーション４５に対応する部分４７１と、第２の雄セレーション４６に対応する部分４７２とを有している。
【００２４】
本実施の形態の特徴とするところは、第１の雄セレーション４５のモジュールｍ１が、第２の雄セレーション４６のモジュールｍ２よりも大きくされていることにある。すなわち、式ｍ１＞ｍ２が満たされている。
具体的には、出力軸１６の径が１５〜２５ｍｍ程度のときに、第１のモジュールｍ１を、第２のモジュールｍ２の０．２〜０．３％増しに設定することを例示することができる。これにより、第１の雄セレーション４５のピッチ円直径を、第２の雄セレーション４６のピッチ円直径よりも３０〜４５μｍ程度大きくすることができ、第１の雄セレーション４５の実質的なサイズアップを図ることができる。
【００２５】
本実施の形態によれば、出力軸１６の先端側の（すなわち筒状部４７の奥側に挿入される）第１の雄セレーション４５のモジュールｍ１を第２の雄セレーション４６のモジュールｍ２よりも大きくしているので、締め付けボルト５３の締め付け時において、第１の雄セレーション４５に対応する第１のヨーク４１の筒状部４７の部分４７１の変形量が相対的に小さくても、第１の雄セレーション４５とこれに対応する第１のヨーク４１の筒状部４７の上記部分４７１の雌セレーション５５との噛み合い率を高くすることができる。これにより、第１の雄セレーション４５および第２の雄セレーション４６の双方を筒状部４７の雌セレーション５５にタイトに噛み合わせることができる。
【００２６】
したがって、第１の自在継手４とシャフトとしての出力軸１６との連結強度を高くすることができ、高トルクの負荷にも耐えることができる。従来構造に対して、単に、第１の雄セレーション４５のモジュールｍ１を変更するのみでよく、小型、軽量且つ安価に、高トルクの負荷に耐える結合構造を提供することができる。ひいては、小型、軽量且つ安価に電動パワーステアリング装置１の高出力化を達成することができる。
【００２７】
出力軸１６の第１および第２の雄セレーション４５，４６を転造するときに、転造部位に応じてモジュールを変更すれば、両雄セレーション４５，４６を容易に製造することができる。
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、第１の雄セレーション４５のモジュールｍ１の公差範囲と第２の雄セレーション４６のモジュールｍ２の公差範囲とをシフトする（ずらす）ことにより、第１および第２の雄セレーション４５，４６のモジュールｍ１，ｍ２の相違を容易に実現するようにしてもよい。
【００２８】
具体的には、第１の雄セレーション４５のモジュールｍ１の公差を±ｅ１（ｅ１は正値）としたときの、第１の雄セレーション４５のモジュールｍ１の公差範囲の下限値（ｍ１−ｅ１）が、第２の雄セレーション４６のモジュールｍ２の公差を±ｅ２（ｅ２は正値）としたときの、第２の雄セレーション４６のモジュールｍ２の公差範囲の上限値（ｍ１＋ｅ２）よりも大きくされる。すなわち、式（ｍ１−ｅ１）＞（ｍ２＋ｅ２）が満たされている。
【００２９】
上記実施の形態では、第２操舵軸１２の出力軸１６と第１の自在継手４の第１のヨーク４１との結合構造に、本発明の結合構造Ｐを適用したが、本発明は、操舵力を伝達するシャフトとしての操舵軸３、中間軸５およびピニオン軸７の何れかを、対応する自在継手４，６の対応するヨークに結合する構造に適用することができる。その他、本発明の請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【符号の説明】
【００３０】
１…電動パワーステアリング装置、２…操舵部材、３…操舵軸、４…第１の自在継手、５…中間軸、６…第２の自在継手、７…ピニオン軸、８…ラック軸、Ａ１…転舵機構、Ｐ…（シャフトと自在継手のヨークの）結合構造、１１…第１操舵軸、１２…第２操舵軸、１６…出力軸、１６ａ…端部、２４…電動モータ、２５…減速機構、４１…第１のヨーク、４２…第２のヨーク、４３…十字軸、４５…第１の雄セレーション、４６…第２の雄セレーション、４７…筒状部、４８…スリット、４９，５０…タブ、５１，５２…ボルト挿通孔、５３…締め付けボルト（締め付け軸）、５５…雌セレーション、Ｘ１…軸方向
【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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