(57)【要約】      （修正有）【課題】中間シャフトとヨークとの軸方向の結合強度を向上させて、長期間経過後であっても、これら中間シャフトとヨークとの結合部に軸方向のがたつきが生じ難い構造を実現する。【解決手段】中間シャフトのインナーシャフト２１の前端部に設けた、雄セレーション部１３ａの山部の頂部の周方向に関する形状を、このインナーシャフト２１の中心軸を中心とする部分円弧状とする。そして、前記頂部に軸方向に亙って凹凸部を形成し、この頂部を前記インナーシャフト２１の径方向から見た形状を、鋸歯状若しくは三角波状とする。【選択図】図２
2013133898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自在継手のヨークと、回転軸と、ボルトとを備え、
このうちのヨークは、周方向１箇所に不連続部を形成すると共に、内周面に雌セレーション部を形成した結合筒部と、この結合筒部の基端部で前記不連続部を挟む位置に形成された１対のフランジ部と、これら両フランジ部の互いに整合する部分に形成された１対の取付孔とを有しており、
前記回転軸は、端部外周面に前記雌セレーション部と係合する雄セレーション部を有しており、
前記ボルトは、前記両取付孔を挿通乃至は螺合して、前記両フランジ部同士の間隔を縮めるものである、
回転軸と自在継手のヨークとの結合部に於いて、
前記雄セレーション部の山部の頂部の周方向に関する形状を部分円弧状乃至は直線状とし、この頂部に、軸方向に亙り凹凸部を設けている事を特徴とする回転軸と自在継手のヨークとの結合部。
【請求項２】
請求項１に記載した回転軸と自在継手のヨークとの結合部を構成する回転軸の製造方法であって、端部外周面に全周に亙り螺旋状、或いは軸方向に離隔した複数箇所に凹溝を形成した後、この端部外周面に雄セレーション溝を形成する、回転軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばステアリング装置を構成する各種シャフト等の回転軸の端部と自在継手のヨークとを結合する為に利用する、回転軸と自在継手のヨークとの結合部と、この回転軸の製造方法との改良に関する。具体的には、これら回転軸と自在継手のヨークとの結合強度を向上できる構造、及び当該構造を工業的により造れる製造方法の実現を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
操舵輪に舵角を付与する為のステアリング装置は、図８に示す様に、後端部にステアリングホイール１を固定したステアリングシャフト２を、車体に支持したステアリングコラム３の内径側に、回転自在に支持している。前記ステアリングホイール１を回転させると、この回転が、前記ステアリングシャフト２、自在継手４ａ、中間シャフト５、自在継手４ｂを介して、ステアリングギヤユニット６の入力軸７に伝達される。この入力軸７が回転すると、このステアリングギヤユニット６の軸方向（図８の表裏方向）両端部に連結した１対のタイロッド（図示せず）が押し引きされ、左右１対の操舵輪に、前記ステアリングホイール１の操作量に応じた蛇角を付与する。
【０００３】
図９は、本発明の対象となる、回転軸と自在継手のヨークとの結合部の従来構造の１例として、特許文献１に記載されたものを示している。この図９は、前記中間シャフト５の前端部と、前記自在継手４ｂを構成する一方のヨーク８との結合部の分解斜視図である。この一方のヨーク８の基半部（図９の右上側半部）には、欠円筒状の結合筒部９を設けている。そして、この結合筒部９の内周面に、雌セレーション部１０を形成し、この結合筒部９の周方向両端部に、互いに平行な１対のフランジ部１１ａ、１１ｂを設けている。これら両フランジ部１１ａ、１１ｂのうちの一方のフランジ部１１ａの一部に通孔１２を、他方のフランジ部１１ｂの一部にねじ孔（図示せず）を、互いに同心に、それぞれ形成している。一方、前記中間シャフト５の前端部外周面に、雄セレーション部１３を形成し、この中間シャフト５の外周面の前端縁の周方向１箇所に、係合凸部１４を設けている。この係合凸部１４は、前記中間シャフト５の前端部外周面に前記雄セレーション部１３を形成した後、この中間シャフト５の前端部のうちで、前記係合凸部１４を形成すべき部分の周方向両側に存在する部分の肉を、塑性変形により中央に寄せ集めて、径方向外方に隆起させる事により形成する。
【０００４】
前記中間シャフト５の前端部と前記一方のヨーク８とを結合する場合には、これに先立って、この一方のヨーク８の二股の先端部（図９の左下側端部）と他方のヨーク１５の二股の先端部とを十字軸１６（図８参照）を介して連結する事により、前記自在継手４ｂを組み立てておく。そして、この状態で、先ず、前記中間シャフト５の前端部を前記結合筒部９の内側に挿入して、前記雄セレーション部１３を前記雌セレーション部１０に緩く（軸方向の相対変位可能に）セレーション係合させる。この際、前記係合凸部１４を前記結合筒部９の周方向両端縁同士（前記両フランジ部１１ａ、１１ｂ同士）の間に進入させて、前記中間シャフト５と前記ヨーク８との、回転方向に関する位相を規制する。又、前記両セレーション部１３、１０同士をセーレーション係合させた状態で、前記係合凸部１４は、前記両フランジ部１１ａ、１１ｂに形成した通孔１２及びねじ孔よりも、前記結合筒部９の軸方向奥側（前記中間シャフト５の前端部の挿入方向奥側で、図９の左下側）に配置しておく。次いで、ボルト１７を前記通孔１２に挿通し、このボルト１７を前記ねじ孔に螺合し更に締め付ける。これにより、前記両フランジ部１１ａ、１１ｂ同士の間隔を狭めつつ、前記結合筒部９を縮径させる事で、前記雌セレーション部１０と前記雄セレーション部１３とを強くセレーション係合させる。この結果、前記中間シャフト５の前端部と前記一方のヨーク８とが、互いに結合固定される。
【０００５】
上述の様な回転軸と自在継手のヨークとの結合部は、前記中間シャフト５の雄セレーション部１３と前記ヨーク８の雌セレーション部１０との軸方向の結合強度をより向上させる事が望まれる。前記従来構造の場合、前記ボルト１７が多少（前記雌セレーション部１０と前記雄セレーション部１３とのセレーション結合による回転の伝達が不能にならない程度）緩んで、前記中間シャフト５と前記ヨーク８とが軸方向に相対変位する状態となっても、前記ボルト１７の杆部と、この中間シャフト５の前端縁に設けた係合凸部１４とが係合する為、前記ヨーク８が前記中間シャフト５から抜け出る事はない。但し、前記軸方向の相対変位に伴い、これら中間シャフト５とヨーク８との結合部が軸方向にがたつき、操舵感を悪化させる。
特許文献２には、回転軸の端部に設けた雄セレーション部の軸方向中間部に、この回転軸の端部にヨークを組み付けた状態で、ボルトの中間部と係合する係合溝を設け、このボルトが長期間経過後に緩んだ場合に、これらボルトと係合溝との係合により前記回転軸から前記ヨークが脱落するのを防止する構造が記載されている。この様な特許文献２に記載された構造の場合、前記従来構造よりも回転軸とヨークとの軸方向の相対変位量を抑えられるが、これら回転軸とヨークとの結合部に軸方向のがたつきが生じるのを防止する事は難しい。即ち、この結合部の組み立て性を確保する為、前記係合溝の幅寸法を前記ボルトの杆部の外径寸法よりも大きくしている。これにより生じる隙間に基づいて、このボルトが緩んだ場合に前記結合部ががたつく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２４９１５７号公報
【特許文献２】特開２００８−６９８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、回転軸と自在継手のヨークとの軸方向の結合強度を向上させて、長期間経過後に於いても、これら回転軸と自在継手のヨークとの結合部に軸方向のがたつきが生じ難い構造及びこの結合部に組み込む回転軸の製造方法を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の回転軸と自在継手のヨークとの結合部及び回転軸の製造方法のうち、請求項１に記載した回転軸と自在継手のヨークとの結合部は、自在継手のヨークと、回転軸と、ボルトとを備える。
このうちのヨークは、結合筒部と、１対のフランジ部と、１対の取付孔とを備える。
このうちの結合筒部は、周方向１箇所に不連続部を形成すると共に、内周面に雌セレーション部を形成している。
又、前記両フランジ部は、前記結合筒部の基端部で前記不連続部を挟む位置に形成されている。
又、前記両取付孔は、前記両フランジ部の互いに整合する部分に形成されている。
一方、前記回転軸は、端部外周面に前記雌セレーション部と係合する雄セレーション部を設けている。
又、前記ボルトは、前記両取付孔を通孔としてこれら両通孔に挿通し、先端部に螺合したナットを付けるか、或いは、これら両取付孔のうちの一方である通孔を挿通し、同じく他方であるねじ孔に螺合し更に締め付ける事により、前記両フランジ部同士の間隔を縮める。
【０００９】
特に、本発明の回転軸と自在継手のヨークとの結合部の場合には、前記雄セレーション部の山部の頂部の周方向に関する形状を、部分円弧状乃至は直線状としている。要するに、この山部の頂部の周方向両側縁を、角部としている。そして、この頂部に、軸方向に亙り凹凸部を設けている。
【００１０】
又、請求項２に記載した、回転軸の製造方法は、請求項１に記載した回転軸と自在継手のヨークとの結合部を構成する回転軸を製造するべく、端部外周面に全周に亙り、螺旋状（雄ねじ状）、或いは軸方向に離隔した複数箇所に凹溝を形成する。その後、この端部外周面に雄セレーション溝を形成する。
【発明の効果】
【００１１】
上述の様に構成する、請求項１に記載した、回転軸と自在継手のヨークとの結合部によれば、回転軸と自在継手のヨークとの結合部の軸方向の結合強度を、前述した従来構造の場合と比較して向上させる事ができる。即ち、前記回転軸の雄セレーション部の山部の頂部に設けた凹凸部のうちの凸部の周方向両端縁と、前記ヨークの雌セレーション部の周方向側面とが強く当接する事で、前記結合部の軸方向の結合強度が向上する。
又、請求項２に記載した、回転軸の製造方法によれば、前記結合部を構成する回転軸を、工業的に能率良く製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態の１例の結合部を組み込んだ、ステアリング装置用回転伝達装置の側面図
【図２】図１のＸ部を、拡大すると共に一部を省略して示す部分断面図。
【図３】回転軸の端部を示す部分拡大斜視図。
【図４】回転軸の製造方法を工程順に示す側面図。
【図５】図２の拡大Ｙ−Ｙ断面図。
【図６】仮止めの状態で示す、図５と同様の図。
【図７】セレーション結合部を、仮止めの状態（Ａ）と、完成状態（Ｂ）とで示す部分拡大端面図。
【図８】従来から知られているステアリング装置の１例を、一部を切断した状態で示す略側面図。
【図９】シャフトと自在継手のヨークとの結合部の従来構造の１例を示す分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜７は、本発明の実施の形態の１例を示している。先ず、図１は、本発明による回転軸と自在継手のヨークとの結合部を組み込んだ、ステアリング装置用回転伝達装置を示している。この回転伝達装置は、回転軸である中間シャフト５ａの前端部（図１の左端部）に一方の自在継手４ｂを、後端部（図１の右端部）に他方の自在継手４ａを、それぞれ結合して成る。これら両自在継手４ｂ、４ａは、それぞれ１対のヨーク８ａ、１９（１５ａ、１８）の二股の先端部同士を、十字軸１６を介して連結する事により構成した、カルダン継手と呼ばれるものである。この様な回転伝達装置のうち、前記一方の自在継手４ｂを構成する一方（図１の右方）のヨーク８ａと、前記中間シャフト５ａとの結合部が、本発明の構造となっている。
【００１４】
本例の場合、前記結合部は、回転軸である中間シャフト５ａと、ヨーク８ａと、ボルト１７ａとを備える。このうちの中間シャフト５ａは、円管状のアウターシャフト２０の前端部を、円柱状のインナーシャフト２１の後端部に、回転力の伝達を可能に、且つ、所定の大きさを越える軸方向荷重（コラプス荷重）が作用した場合にのみ軸方向の相対変位を可能に外嵌して成る。この為に具体的には、前記アウターシャフト２０の前端部と前記インナーシャフト２１の後端部とを、所定の締め代を持たせた状態でセレーション嵌合させている。この様な中間シャフト５ａを構成する、前記アウターシャフト２０は、前記他方の自在継手４ａを構成する一方（図１の左方）のヨーク１５ａと一体に形成、若しくはこのヨーク１５ａに溶接により接合固定すると共に、内周面を雌セレーション部（図示せず）としている。これに対し、前記インナーシャフト２１は、次述する係合凹部２２及び係合凸部１４ａを形成した部分を除く、前端部外周面に雄セレーション部１３ａを形成している。この雄セレーション部１３ａは、図３に示す様に、山部の頂部の周方向に関する形状を前記インナーシャフト２１の中心軸を中心とする部分円弧状とし（頂部を尖端とせず）、これら各頂部に軸方向に亙って凹凸部を設け、これら各頂部を径方向から見た形状を鋸歯状若しくは三角波状としている。又、前記インナーシャフト２１の端縁の周方向１箇所に係合凸部１４ａを設け、この中間シャフト５ａのうちで、この係合凸部１４ａと周方向の位相が一致する軸方向中間寄り部分に、軸方向に長い係合凹部２２を形成している。
【００１５】
この様な中間シャフト５ａを構成するインナーシャフト２１を製造する為に本例の場合、先ず、図４の（Ａ）に示す様に、円柱状の素材２３の前端部に、切削加工、或いは転造加工によって全周に亙り螺旋状、或いは軸方向に離隔した複数箇所に凹溝２４を設ける。次に、同じく（Ｂ）に示す様に、前記素材２３の前端部に転造加工、若しくはブローチ加工等の切削加工を施す事により雄セレーション部１３ａを形成して、中間素材２５とする。この時、この雄セレーション部１３ａの山部の頂部の周方向に関する形状が部分円弧状となる様に、前記素材２３の前端部に転造ダイスを押し付ける間隔を調節する（転造加工による場合）。更に、本例の場合、図４の（Ｃ）に示す様に、前記中間素材２５に、切削加工により前記係合凹部２２を、一部を塑性変形させる事で係合凸部１４ａを、それぞれ設け、前記インナーシャフト２１とする。そして、前記アウターシャフト２０の前端部とこのインナーシャフト２１の後端部とをセレーション嵌合させる事で、前記中間シャフト５ａとする。
【００１６】
又、前記一方のヨーク８ａは、金属材料を鍛造する事によって造られるもので、前述の図９に示した従来構造のヨーク８と同様、基半部（図１、２の右半部）に、周方向１箇所に不連続部を有する欠円筒状の結合筒部９ａを設けている。そして、この結合筒部９ａの内周面は、前記インナーシャフト２１の外周面に設けた雄セレーション部１３ａとセレーション係合可能な、雌セレーション部１０ａとしている。又、前記結合筒部９ａの周方向両端縁に、互いに平行な１対のフランジ部１１ｃ、１１ｄを設けている。このうちの一方のフランジ部１１ｃの一部に通孔１２ａを、他方のフランジ部１１ｄの一部にねじ孔２６を、それぞれ互いに同心に形成している。
【００１７】
前記中間シャフト５ａを構成するインナーシャフト２１の前端部と、前記一方のヨーク８ａとを結合固定する作業を行う場合、これに先立って、前記両自在継手４ａ、４ｂと前記中間シャフト５ａとを、それぞれ組み立てておく。そして、この状態で、先ず、前記インナーシャフト２１の前端部を前記一方のヨーク８ａの結合筒部９ａの内側に挿入して、この前端部の外周面の雄セレーション部１３ａを、この結合筒部９ａの内周面の雌セレーション部１０ａに緩く（軸方向の相対変位可能に）セレーション係合させる。この際、前記インナーシャフト２１の前端部外周面に設けた係合凸部１４ａを、前記一方のヨーク８ａを構成する結合筒部９ａの周方向両端縁同士の間に進入させる事で、前記インナーシャフト２１と前記一方のヨーク８ａとの周方向の位相を合わせる（前記係合凹部２２を、後述するボルト１７ａに対向する側に位置させる）。又、前記係合凸部１４ａを、前記両フランジ部１１ｃ、１１ｄに形成した通孔１２ａ及びねじ孔２６よりも、前記結合筒部９ａの軸方向奥側（前記インナーシャフト２１の前端部の挿入方向奥側で、図２の左側）に配置する。この状態で、前記インナーシャフト２１の外周面の前端寄り部分に設けた軸方向に長い係合凹部２２の一部と、前記通孔１２ａ及びねじ孔２６との、軸方向の位相が一致する。
【００１８】
次いで、図６→図５に示す様に、前記通孔１２ａを挿通した前記ボルト１７ａを、前記ねじ孔２６に螺合し更に締め付ける事で前記両フランジ部１１ｃ、１１ｄ同士の間隔を狭めつつ、前記結合筒部９ａを縮径させる。この結果、前記雌セレーション部１０と前記雄セレーション部１３ａとを強くセレーション係合させて、前記インナーシャフト２１の前端部と前記一方のヨーク８ａとを、互いに結合固定する。
【００１９】
上述した様な本例の回転軸と自在継手のヨークとの結合部及び回転軸の製造方法は、前記中間シャフト５ａのインナーシャフト２１と前記一方のヨーク８ａとの結合部である、前記雄セレーション部１３ａと前記雌セレーション部１０とのセレーション係合部の軸方向の結合強度を、前述の図９に示す従来構造の場合より向上させる事ができる。即ち、前記インナーシャフト２１の雄セレーション部１３ａの山部の頂部の周方向の形状を部分円弧状とし、これら各頂部に軸方向に亙り鋸歯状若しくは三角波状の凹凸部を設けている。この為、前記雄セレーション部１３ａと前記雌セレーション部１０とを緩くセレーション係合させた状態｛図７の（Ａ）｝から、前記ボルト１７ａで前記ねじ孔２６に締め付けて、前記結合筒部９ａを縮径させると、図７の（Ｂ）のαで示した、前記雄セレーション部１３ａの頂部に設けた凹凸部のうちの凸部の周方向両端縁と、前記雌セレーション部１０の周方向側面とが強く当接する。そして、これら各当接部で、前記各凸部の隅角部が、これら各周方向側面に食い込む。この結果、前記結合部の軸方向の結合強度を向上させる事ができる。特に、図示の様な鍛造ヨークは剛性が高い為、前記結合筒部９ａを縮径させると、前記雌セレーション部１０と前記雄セレーション部１３ａとのセレーション係合部のうち、図５のβで示した部分の当接圧が大きくなる。
【００２０】
又、前記雄セレーション部１３ａの頂部に凹凸部を形成するのに、前記素材２３に凹溝２４を設けて中間素材２５とした後に、前記雄セレーション部１３ａを形成している為、この雄セレーション部１３ａの頂部に凹凸部を形成した事による前記結合部の組み立て作業の効率が低下するのを防止できる。即ち、インナーシャフトの前端部に雄セレーション部を設けた後に、この雄セレーション部の頂部に凹凸部を形成すると、バリの発生等によりこの雄セレーション部の形状精度が低下する可能性がある。この雄セレーション部の形状精度が低下すると、前記インナーシャフトの前端部を、ヨークの結合筒部に内嵌する組み立て作業の効率が低下する。一方、本例の場合、前記インナーシャフト２１の前端部に凹溝２４を設けた後に、前記雄セレーション部１３ａを形成しており、この雄セレーション部１３ａの形状精度の低下を防止し、前記結合部の組み立て作業の効率を確保できる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、図示の様な鍛造ヨークに限らず、プレスヨークに関して実施する事もできる。即ち、一般的にプレスヨークは鍛造ヨークに比べて剛性が低い為、このヨークの結合筒部を縮径させると、この結合筒部が全周に亙って縮径する。この為、この結合筒部を縮径させても、雄セレーション部の頂部に設けた凹凸部の凸部の周方向両端縁と、雌セレーション部の周方向側面との当接圧が十分に大きくならず、軸方向の結合強度を向上させる効果を十分には得られない可能性がある。しかし、プレスヨークの場合でも、本発明を適用する事で、雄セレーション部と雌セレーション部との軸方向の摩擦係数を大きくして、回転軸とヨークとの結合部のがたつきの発生を抑えられる。
【符号の説明】
【００２２】
１    ステアリングホイール
２    ステアリングシャフト
３    ステアリングコラム
４ａ、４ｂ  自在継手
５、５ａ  中間シャフト
６    ステアリングギヤユニット
７    入力軸
８、８ａ  ヨーク
９、９ａ  結合筒部
１０、１０ａ  雌セレーション部
１１ａ〜１１ｄ  フランジ部
１２、１２ａ  通孔
１３、１３ａ  雄セレーション部
１４、１４ａ  係合凸部
１５    ヨーク
１６    十字軸
１７、１７ａ  ボルト
１８    ヨーク
１９    ヨーク
２０    アウターシャフト
２１    インナーシャフト
２２    係合凹部
２３    素材
２４    凹溝
２５    中間素材
２６    ねじ孔
【図１】
2013133898.tif 000003
【図２】
2013133898.tif 000004
【図３】
2013133898.tif 000005
【図４】
2013133898.tif 000006
【図５】
2013133898.tif 000007
【図６】
2013133898.tif 000008
【図７】
2013133898.tif 000009
【図８】
2013133898.tif 000010
【図９】
2013133898.tif 000011