(57)【要約】【課題】小型、軽量で且つ安価なピニオンシャフトアセンブリを提供すること。【解決手段】ピニオンシャフトアセンブリＰＡは、ピニオンシャフト７と、第１軸受１３とによって構成される。ピニオンシャフト７は、ピニオン７ａを形成したピニオン形成体３０と、中空材４０とを組み合わせて構成される。ピニオン形成体３０の第１端部３１の周溝３４にかしめ付けられた中空材４０のかしめ部４３に、第１軸受１３の内輪軌道１５を形成する。内輪軌道１５と外輪１７の外輪軌道１６との間に、玉１８を組み入れて、第１軸受１３を組み立てる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端部および第２端部を有し、前記第１端部および前記第２端部の間にピニオンを形成したピニオン形成体、並びに、前記ピニオン形成体の前記第１端部が圧入された中空材を含むピニオンシャフトと、
前記中空材を回転可能に且つ軸方向移動不能に支持する軸受と、を備え、
前記ピニオン形成体の前記第１端部は、セレーションおよび周溝を含み、
前記中空材は、前記周溝にかしめ付けられた環状のかしめ部を含み、
前記軸受は、外輪軌道を有する外輪と、前記かしめ部に形成された内輪軌道と、前記外輪軌道および前記内輪軌道の間に介在する複数の玉と、を含むピニオンシャフトアセンブリ。
【請求項２】
請求項１において、上記中空材は、金属製のパイプであるピニオンシャフトアセンブリ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のピニオンシャフトアセンブリと、
前記ピニオン形成体の前記第２端部を支持する第２軸受と、
前記中空材を支持する前記軸受および前記第２軸受を保持するハウジングと、を備えたピニオンシャフトの支持構造。
【請求項４】
請求項１または２に記載のピニオンシャフトの支持構造によって支持されたピニオンシャフトと、これに噛み合うラックバーと、を備える車両用操舵装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載のピニオンシャフトアセンブリの製造方法であって、
ピニオン形成体の第１端部のセレーションを中空材の製造用中間体に圧入する工程と、  前記製造用中間体を前記ピニオン形成体の前記第１端部の周溝にかしめてかしめ部を形成する工程と、
前記かしめ部に内輪軌道を加工する工程と、
前記内輪軌道とこれに対向する外輪の外輪軌道との間に玉を組み入れて、軸受を組み立てる工程と、を含むピニオンシャフトアセンブリの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピニオンシャフトアセンブリ及びその製造方法並びにピニオンシャフトの支持構造及び車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラックアンドピニオン方式の車両用操舵装置では、通例、ピニオンシャフトは、長尺の中実材を削り出し加工して形成されている（例えば特許文献１を参照）。ピニオンシャフトは、上端と、下端と、上端および下端の間に設けられたピニオンと、ピニオンの上部に隣接して設けられた軸受保持部とを備えている。
通例、ピニオンシャフトの上端には、セレーションや二面幅が設けられて、中間軸の下端の自在継手のヨークに圧入される。前記軸受保持部は、玉軸受からなる第１軸受の内輪に圧入され、第１の軸受の外輪はハウジングによって保持される。また、ピニオンシャフトの下端は、玉軸受または針状ころ軸受からなる第２軸受を介して、ハウジングによって保持される。
【０００３】
ピニオンシャフトに対して第１軸受の軸方向移動を規制するために、例えば、ピニオンシャフトに、ピニオンの上部に隣接して径方向外方に突出する環状フランジからなるストッパ部を一体に形成している。また、第１軸受の内輪を挟んでストッパ部とは反対側の位置でピニオンシャフトにカラーを嵌合し、このカラーをピニオンシャフトにかしめて固定している。これにより、カラーとストッパ部との間で、第１軸受の内輪を軸方向に挟持し、軸方向移動を規制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２５８７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通例、ピニオンおよびストッパ部に焼入れを施した後に、ストッパ部のみに部分焼き戻しを施している。これは、前記軸受保持部を第１軸受の内輪に圧入するときに、ストッパ部の硬度が高過ぎると、ストッパ部が割れや欠けを起こすおそれがあるため、これを防止するためである。しかしながら、部分焼き戻しのような処理があるため、製造コストが高くなっている。
【０００６】
ピニオンとストッパ部の距離を離すことができれば、個別の熱処理条件で熱処理が行えるが、小型化の要請でピニオンとストッパ部の距離が近接しているため、部分焼き戻しの処理が必須となっている。
また、ピニオンとストッパ部の距離が近接しているため、ピニオンを加工するホブがストッパ部と干渉するおそれがある。このため、ピニオン加工時に、ホブとストッパ部との干渉を避けるように、ホブを切り上げるようにしている。
【０００７】
また、ピニオンシャフトに環状フランジからなるストッパ部を設けるため、ピニオンシャフトの外径が大きくなり、大型化する。また、ピニオンシャフトの素材径が大きくなるので、加工代が大きくなり、その結果、製造コストが高くなる。
前記のようにストッパ部を設けてピニオンシャフトの外径が大きくなると、第１軸受も大型化し、この点からも小型、軽量化が行い難い。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、小型、軽量で且つ安価なピニオンシャフトアセンブリ及びその製造方法並びにピニオンシャフトの支持構造及び車両用操舵装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、第１端部（３１）および第２端部（３２）を有し、前記第１端部および前記第２端部の間にピニオン（７ａ）を形成したピニオン形成体（３０）、並びに、前記ピニオン形成体の前記第１端部が圧入された中空材（４０）を含むピニオンシャフト（７）と、前記中空材を回転可能に且つ軸方向移動不能に支持する軸受（１３）と、を備え、前記ピニオン形成体の前記第１端部は、セレーション（３３）および周溝（３４）を含み、前記中空材は、前記周溝にかしめ付けられた環状のかしめ部（４３）を含み、前記軸受は、外輪軌道（１６）を有する外輪（１７）と、前記かしめ部に形成された内輪軌道（１５）と、前記外輪軌道および前記内輪軌道の間に介在する複数の玉（１８）と、を含むピニオンシャフトアセンブリ（ＳＡ）を提供する。
【００１０】
また、請求項２のように、上記中空材は、金属製のパイプである場合がある。
また、請求項３の発明は、前記に記載のピニオンシャフトアセンブリと、前記ピニオン形成体の前記第２端部を支持する第２軸受（１４）と、前記中空材を支持する前記軸受および前記第２軸受を保持するハウジング（１２）と、を備えたピニオンシャフトの支持構造（Ｂ）を提供する。
【００１１】
また、請求項４の発明は、前記に記載のピニオンシャフトの支持構造によって支持されたピニオンシャフトと、これに噛み合うラックバーと、を備える車両用操舵装置（１）を提供する。
また、請求項５の発明は、前記に記載のピニオンシャフトアセンブリの製造方法であって、ピニオン形成体の第１端部のセレーションを中空材の製造用中間体（Ｍ）に圧入する工程と、前記製造用中間体を前記ピニオン形成体の前記第１端部の周溝にかしめてかしめ部を形成する工程と、前記かしめ部に内輪軌道を加工する工程と、前記内輪軌道とこれに対向する外輪の外輪軌道との間に玉を組み入れて、軸受を組み立てる工程と、を含むピニオンシャフトアセンブリの製造方法を提供する。
【００１２】
また、前記において、括弧内の数字等は、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。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、ピニオン形成体の第１端部の周溝にかしめ付けられた中空材のかしめ部に、第１軸受の内輪軌道を形成しており、その内輪軌道と外輪の外輪軌道との間に、玉を組み入れている。その玉がスラスト荷重を受けることにより、ピニオン形成体および中空材に対する、第１軸受の軸方向移動が規制される。したがって、第１軸受の軸方向移動を規制するために、従来用いていたような環状フランジからなるストッパ部を設ける必要がないので、小型化、軽量化を達成することができ、また製造コストを安くすることができる。しかも、中空材のかしめ部に内輪軌道を形成するので、内輪を不要にでき、より小型化、より軽量化を達成することができる。
【００１４】
ストッパ部自体がないので、ストッパ部に対する熱処理も不要であり、この点からも製造コストを安くすることができる。また、ストッパ部自体がないので、ピニオンを加工するときのホブがストッパ部を逃げる必要がなく、その結果、ピニオンとして完全な歯形を実現できる。なお、中空材は、その全体が中空に形成されていてもよいし、その一部が中空に形成されていてもよい。
【００１５】
さらに、種々の仕様の中空材に対して、ピニオン形成体を共通化したり、逆に、種々の仕様のピニオン形成体に対して、中空材を共通化したりすることが可能となり、多種のピニオンシャフトアセンブリを製造する場合に、全体として格段のコストダウンが可能となる。
請求項２のように、上記中空材が金属製のパイプである場合には、汎用のパイプを用いることができ、製造コストを一層安くすることができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、小型、軽量で安価なピニオンシャフトの支持構造を実現することができる。
請求項４の発明によれば、小型、軽量で安価な車両用操舵装置を実現することができる。
請求項５の発明によれば、ピニオン形成体の第１端部のセレーションを中空材の製造用中間体に圧入した後、中空材を前記第１端部の周溝にかしめてかしめ部を形成し、次いで、かしめ部に内輪軌道を加工する。その後、玉を組み入れて、第１軸受を組み立てる。これにより、小型、軽量で安価なピニオンシャフトアセンブリを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のピニオンシャフトアセンブリが適用された車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】ピニオンシャフトの支持構造の概略断面図である。
【図３】ピニオンシャフトアセンブリの部分断面側面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、ピニオンシャフトアセンブリの製造工程を順次に示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施の形態のピニオンシャフトアセンブリが適用された車両用操舵装置１を示している。図１を参照して、車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結されたインターミディエイトシャフト５と、インターミディエイトシャフト５に自在継手６を介して連結されたピニオンシャフト７と、ピニオンシャフト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を有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー８とを有している。ピニオンシャフト７およびラックバー８により舵取り機構としてのラックアンドピニオン機構Ａが構成されている。
【００１９】
ラックバー８は、車体に固定されるラックハウジング９内に、図示しない軸受等を介して軸方向に沿って直線往復動可能に支持されている。ラックバー８の両端部はラックハウジング９の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１０が結合されている。各タイロッド１０は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１１に連結されている。
【００２０】
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン７ａおよびラック８ａによって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー８の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１１の転舵が達成される。
ピニオンシャフト７は、ラックハウジング９と交差状に設けられたピニオンハウジング１２に収容されている。
【００２１】
図２に示すように、ピニオンシャフト７のピニオン７ａとラックバー８のラック８ａとは、ピニオンハウジング１２内で相互に噛み合わされている。ピニオンシャフト７は、ピニオンハウジング１２に保持された第１軸受１３および第２軸受１４によって回転可能に支持されている。第１軸受１３および第２軸受１４は、ピニオン７ａを挟んだ上下に配置されている。
【００２２】
第２軸受１４は、針状ころ軸受により構成されている。第２軸受１４として、玉軸受を用いるようにしてもよい。
第１軸受１３は、ピニオンシャフト７に形成された内輪軌道１５と、外輪軌道１６を有する外輪１７と、内輪軌道１５および外輪軌道１６の間に介在した複数の玉１８とを備えている。すなわち、第１軸受１３は、内輪が廃止された玉軸受により構成されている。
【００２３】
第１軸受１３の外輪１７は、ピニオンハウジング１２の内周に、ルーズフィットで嵌め合わされている。また、外輪１７は、ピニオンハウジング１２の内周に設けられた段部１９と、ピニオンハウジング１２の内周のねじ部２０に結合されたねじ部材２１とによって、ピニオンシャフト７の軸方向Ｘ１に挟持されている。これにより、ピニオンハウジング１２に対する第１軸受１３の軸方向Ｘ１の移動が規制されている。
【００２４】
また、ピニオンシャフト７と第１軸受１３とによって、図３に示すようなピニオンシャフトアセンブリＰＡが構成されている。ピニオンシャフトアセンブリＰＡは、ピニオン７ａを形成したピニオン形成体３０と中空材４０とを組み合わせて構成されたピニオンシャフト７と、第１軸受１３とによって構成されている。
ピニオン形成体３０は、第１端部３１および第２端部３２を有している。第１端部３１および第２端部３２の間に、ピニオン７ａを形成されている。第１端部３１および第２端部３２はピニオン７ａよりも細径に形成されている。第２端部３２が、図２に示すように、第２軸受１４を介してピニオンハウジング１２に支持される。
【００２５】
図３に示すように、ピニオン形成体３０の第１端部３１の外周には、セレーション３３および周溝３４が形成されている。セレーション３３は、周溝３４によって軸方向に分割された一対の部分３３ａ，３３ｂにより構成されている。周溝３４の断面形状は、例えば円弧状等の凹湾曲状である。ピニオン７ａと第１端部３１との間には、段部３５が形成されている。
【００２６】
中空材４０は、金属製のパイプにより構成されている。中空材４０は、ピニオン形成体３０の第１端部３１が圧入された第１端部４１と、自在継手６が結合される第２端部４２とを有している。中空材４０の第２端部４２の外周または内周には、自在継手６のヨークを結合するために、二面幅またはセレーション（図示せず）が形成されている。
中空材４０の第１端部４１の端面が、ピニオン形成体３０の段部３５に突き当てられ、これにより、軸方向Ｘ１に位置決めされている。
【００２７】
ピニオン形成体３０の第１端部４１に嵌合された中空材４０の第１端部４１は、ピニオン形成体３０の第１端部４１の周溝３４に沿うようにかしめ付けられた、かしめ部４３を有している。かしめ部４３の外周には、かしめ後の研磨加工によって、前記の内輪軌道１５が形成されている。
また、図２に示すように、ピニオンシャフトアセンブリＰＡと、ピニオン形成体３０の第２端部３２を支持する第２軸受１４と、第１軸受１３および第２軸受１４を保持するピニオンハウジング１２とによって、ピニオンシャフトの支持構造Ｂが構成されている。
【００２８】
次いで、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して、ピニオンシャフトアセンブリＰＡを製造する製造方法を説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、中空材を形成するための製造用中間体Ｍを、ピニオン形成体３０とは別体で設け、図４（ｂ）に示すように、製造用中間体Ｍの円筒状の端部Ｍ１内へ、ピニオン形成体３０の、セレーション３３および周溝３４を有する第１端部３１に圧入する。
【００２９】
次いで、製造用中間体Ｍの端部Ｍ１の一部をピニオン形成体３０の第１端部３１の周溝３４に、かしめ付けて、図４（ｃ）に示すように、かしめ部４３を形成した後、かしめ部４３の外周に研磨加工を施して、内輪軌道１５を加工する。
次いで、図４（ｄ）に示すように、内輪軌道１５とこれに対向する外輪１７の外輪軌道１６との間に玉１８を組み入れて、第１軸受１３を組み立てることにより、ピニオンシャフトアセンブリＰＡが完成する。
【００３０】
本実施の形態のピニオンシャフトアセンブリＰＡによれば、ピニオン形成体３０の第１端部３１の周溝３４にかしめ付けられた中空材４０のかしめ部４３に、第１軸受１３の内輪軌道１５を形成しており、その内輪軌道１５と外輪１７の外輪軌道１６との間に、玉１８を組み入れている。
その玉１８がスラスト荷重を受けることにより、ピニオン形成体３０および中空材４０に対する、第１軸受１３の軸方向Ｘ１の移動が規制される。したがって、第１軸受の軸方向移動を規制するために、従来用いていたような環状フランジからなるストッパ部を設ける必要がないので、小型化、軽量化を達成することができ、また製造コストを安くすることができる。しかも、中空材４０のかしめ部４３に内輪軌道１５を形成するので、内輪を不要にでき、より小型化、より軽量化を達成することができる。
【００３１】
ストッパ部自体がないので、ストッパ部に対する熱処理も不要であり、この点からも製造コストを安くすることができる。また、ストッパ部自体がないので、ピニオン７ａを加工するときのホブがストッパ部を逃げる必要がなく、その結果、ピニオン７ａとして完全な歯形を実現できる。
さらに、種々の仕様の中空材４０に対して、ピニオン形成体３０を共通化したり、逆に、種々の仕様のピニオン形成体３０に対して、中空材４０を共通化したりすることが可能となり、多種のピニオンシャフトアセンブリＰＡを製造する場合に、全体として格段のコストダウンが可能となる。
【００３２】
また、中空材４０が金属製のパイプであるので、汎用のパイプを用いることができ、製造コストを一層安くすることができる。
また、小型、軽量で安価なピニオンシャフトアセンブリＰＡを用いて、小型、軽量で安価なピニオンシャフトの支持構造Ｂを実現することができ、また、小型、軽量で安価な車両用操舵装置１を実現することができる。
【００３３】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、中空材としては、前記中空材４０のように、全体が中空に形成されたものであってもよいし、また、一部が中空に形成されたものであってもよい。
その他、本発明は、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】
【００３４】
１…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…ステアリングシャフト、４…自在継手、５…インターミディエイトシャフト、６…自在継手、７…ピニオンシャフト、７ａ…ピニオン、８…ラックバー、８ａ…ラック、１２…ピニオンハウジング（ハウジング）、１３…第１軸受、１４…第２軸受、１５…内輪軌道、１６…外輪軌道、１７…外輪、１８…玉、１９…段部、２１…ねじ部材、３０…ピニオン形成体、３１…第１端部、３２…第２端部、３３…セレーション、３３ａ，３３ｂ…（一対の）部分、３４…周溝、４０…中空材、４１…第１端部、４２…第２端部、４３…かしめ部、Ｂ…ピニオンシャフトの支持構造、Ｍ…（中空材の）製造用中間体、Ｍ１…端部、ＰＡ…ピニオンシャフトアセンブリ、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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