JP2009063137A

JP2009063137A - シャフトとヨークとの締結部材

Info

Publication number: JP2009063137A
Application number: JP2007233436A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Tsuji; 勝利辻
Original assignee: Yamada Seisakusho KK
Current assignee: Yamada Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-09-07
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2009-03-26

Abstract

【目的】本発明は、圧入荷重を低減させつつ、必要な接合強度を確保すること。
【構成】パイプ状のシャフト１の一端の内周に複数の歯条を有するセレーション１１と、該セレーション１１に圧入されるヨーク２の軸部２２とからなること。該軸部２２外形は非円形に形成され、該非円形の一部の凸状が前記セレーション１１の内周基礎円ｎの直径よりは大きく形成されると共に、前記非円形の他部の凹状が前記セレーション１１の内周基礎円ｎの直径よりは小さく形成され、圧入されて締結されてなること。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧入荷重を低減させつつ、必要な接合強度は確保できるシャフトとヨークとの締結部材に関する。

一般的に、動力伝達装置において、シャフトにヨークを圧入する場合の、圧入荷重を低減し、且つ接合強度を向上させる例として、特許文献１及び２が開示されている。本例では、圧入荷重を低減し、接合強度を向上させるのに最適な寸法のセレーションを、圧入するヨークの外周に設け、凹凸の無いシャフト内へ圧入している。
しかしながらこの状態においても、ヨークのスリップトルクを確保するための圧入荷重の上昇、且つ締結部のかじりの発生、シャフトがヨークに対し傾く場合がある。
特開平６−２００９５１号特開２００３−２３７３９６

このため、本発明は、上記の課題を解決することであり、本発明の課題（技術的課題又は目的等）は、ヨークの外周にシャフトのセレーションが接触する凸部と接触しない凹部を設けて、ヨークのスリップトルクを確保しつつ、ヨークの圧入荷重を低減させるシャフトとヨークの締結部材を提供することにある。

そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、パイプ状のシャフトの一端の内周に複数の歯条を有するセレーションと、該セレーションに圧入されるヨークの軸部とからなり、該軸部外形は非円形に形成され、該非円形の一部の凸状が前記セレーションの内周基礎円の直径よりは大きく形成されると共に、前記非円形の他部の凹状が前記セレーションの内周基礎円の直径よりは小さく形成され、圧入されて締結されてなることを特徴とするシャフトとヨークとの締結部材としたことにより、前記課題を解決した。請求項２の発明は、請求項１において、ヨークの軸部がシャフトの材質と異なる硬さにて構成されてなることを特徴とするシャフトとヨークとの締結部材としたことにより、前記課題を解決した。

請求項３の発明を、請求項１又は２において、前記非円形の円周が凹凸に形成され、円周方向における凹み部の長さと凸部の長さが異なる凹凸を円周上に複数等分化されてなることを特徴とするシャフトとヨークとの締結部材としたことにより、前記課題を解決した。請求項４の発明を、請求項１又は２において、前記非円形の凸状がコブ形に形成され、前記非円形の凹状が凹み部として形成されると共に、前記コブ形の膨出部が円周上に複数等分化されてなることを特徴とするシャフトとヨークとの締結部材としたことにより、前記課題を解決した。請求項５の発明を、請求項１又は２において、前記非円形の円周の凹凸状が波形に形成され、波山部を前記非円形の一部の凸状とし、且つ波谷部を非円形の他部の凹状としてなることを特徴とするシャフトとヨークとの締結部材としたことにより、前記課題を解決した。

請求項６の発明を、請求項１又は２において、前記非円形の円周が多角形状に形成され、膨出角部を非円形の一部の凸状とし、且つ凹み平面部を前記非円形の他部の凹状としてなることを特徴とするシャフトとヨークとの締結部材としたことにより、前記課題を解決した。請求項７の発明を、パイプ状のシャフトの一端を非円形とした内周部と、該内周部に圧入するヨークの軸部とからなり、該軸部外形は、複数の歯条を有する軸状セレーションとして形成され、前記非円形の一部の凸状が前記軸状セレーションの外周基礎円の直径よりは小さく形成されると共に、前記非円形の他部の凹状が前記セレーションの外周基礎円の直径よりは大きく形成され、圧入されて締結されてなることを特徴とするシャフトとヨークとの締結部材としたことにより、前記課題を解決したものである。

請求項１の発明では、シャフトのセレーションと、ヨークの軸部外周との圧入荷重を低減すると共に、必要な接合強度を確保することができる。特に、軸部外周を非円形とすることで、圧入荷重の大きい箇所と、小さい箇所とを共存させることで、全体として、従来よりは格段と圧入荷重を低減することができる。これによって、締結部のかじり、倒れを防ぎつつ、良好な圧入による締結ができるものである。さらに、良好な圧入による締結ができることから、必要な接合強度（スリップトルク）を確保できる。請求項２の発明では、請求項１の発明と同等の効果を奏する。請求項３の発明では、円周上の長さが異なる凹凸を円周上に複数等分化したことで、周方向全体の圧入荷重を均等に生じさせることができるので、安定した接合強度を確保できる利点がある。請求項４乃至６の発明においては、それぞれの具体的形状の凹凸にて請求項４の発明と同等の効果を奏する。請求項７の発明では、請求項１の発明と同等の効果を奏する。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。まず、第１実施形態について説明する。主要な構成は、パイプ状のシャフト１のセレーション１１と、ヨーク２の軸部２１とからなり、特有な構造のシャフトとヨークとの締結部材である。

そのシャフト１とヨーク２は、ステアリングコラム５のロアーシャフト５ｂとして一般的に構成されている。前記ステアリングコラム５は、コラムチューブ５ａと、ロアーシャフト５ｂと、ステアリングホイール（ハンドル）を先端に取り付けるアッパーシャフト５ｃとで構成されている。また、図１における実施形態では、可動ブラケット６に固定され、車体に取り付けた固定ブラケット７に対してチルト（上下動）操作及びテレスコ（前後動）操作が可能に設けられている。

前記セレーション１１は、前記シャフト１の一端の内周に多数の所定形状の歯条１１ａが形成されて構成されている。該歯条１１ａは、同一断面で山形に形成されると共に、その山形の先端（最内側端）相互に連続した内周基礎円ｎは、円をなしている。また、山形の谷部底（最外側端）相互に連続した外周基礎円ｍも円状をなしている。

前記シャフト１は前記ヨーク２の軸部２１より硬質材製にて形成されている。すなわち、前記ヨーク２の軸部２１が前記シャフト１の材質と異なる硬さにて構成されている。前記軸部２１の外形は、非円形に形成されている。該非円形とは、楕円でも真円ではないが、円周が凹凸でコブ（瘤）付き形状の場合と、円周が凹凸で波形状の場合と、多角形状の場合がある。この各場合のそれぞれの凸頂部は円周上に形成されている。ここで本明細書においては、前記非円形の一部が凹凸状態の凸部に相当する部位、非円形の他部が凹部に相当する部位となるものである。さらに、前記軸部２１の外形においては、凸部相互の仮想円は凹部相互の仮想円よりは大きく形成されるが（図３，図５及び６参照）、前記シャフト１の後述する内周部においては、凸部相互の仮想円は凹部相互の仮想円よりは小さく形成される（図７参照）。

非円形の１番目は、図３及び４に示すように、前記ヨーク２の軸部２１の外形円周が凹凸でコブ付き形状の場合である。具体的には、最小軸径がＲ２となる凹み部２１ｂの仮想円が形成された状態で、全周で複数箇所等分されて、瘤状の膨出部２１ａが形成され、該膨出部２１ａ相互の頂点を結んだ円が仮想円となって、最大軸径としてＲ１が形成されている。このような膨出部２１ａと凹み部２１ｂとが交互で且つ連続するように円周上に形成されている。また、歯条１１ａを数十有するセレーション１１における内周基礎円ｎの直径をＳ２とし、外周基礎円ｍの直径をＳ１とすると、
Ｓ１＞Ｓ２・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
Ｒ１＞Ｒ２・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
Ｓ２＞Ｒ２・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
Ｒ１＞Ｓ２・・・・・・・・・・・・・・・・（４）

このような条件下で、セレーション１１の歯条１１ａがヨーク２の軸部２１の外形の膨出部２１ａに接触し、前記歯条１１ａの山形の先端（最内側端）が前記軸部２１の膨出部２１ａにて徐々に潰れていくものである。この作用について、詳述すると、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、セレーション１１と軸部２１とをセットしておき、圧入していくと、セレーション１１の歯条１１ａの山形の先端が前記軸部２１の膨出部２１ａにて徐々に潰れて、図４（Ｃ）及び（Ｄ）の状態のように、潰れた山形の先端が膨出部２１ａに押し付けられてシャフト１とヨーク２との締結が完了する。さらに、前記軸部２１外形の非円形の円周が凹凸に形成されている場合、円周方向における凹み部２１ｂの長さと凸部なる瘤状の膨出部２１ａの長さが、異なる凹凸として円周上に複数等分化されているものである。

次に、非円形の２番目は、図５に示すように、前記ヨーク２の軸部２１の外形円周が凹凸で波形の場合である。該波形は規則的であるが、規則的ではない場合もある。具体的には、波谷部２１ｄの谷底相互を結んだ最小軸径としてＷ２なる仮想円が形成された状態で、波山部２１ｃの山頂相互を結んだ最大軸径としてＷ１なる仮想円が形成されている。このような波山部２１ｃと波谷部２１ｄとが交互で且つ連続するように円周上に形成されている。また、前述と同様に、前記セレーション１１の内周基礎円ｎの内径をＳ２、外周基礎円ｍの直径をＳ１とすると、
Ｓ１＞Ｓ２・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
Ｗ１＞Ｗ２・・・・・・・・・・・・・・・・（５）
Ｓ２＞Ｗ２・・・・・・・・・・・・・・・・（６）
Ｗ１＞Ｓ２・・・・・・・・・・・・・・・・（７）
このような条件下において、第１実施形態と同様に、セレーション１１の歯条１１ａが、軟質であるヨーク２の軸部２１の波形の波山部２１ｃに接触して、歯条１１ａの山形の先端が波山部２１ｃに徐々に潰れて押し付けられて行くものである。

非円形の３番目は、図６に示すように、前記ヨーク２の軸部２１の外形円周が多角形の場合である。該多角形は、正多角形が多いが、正多角形に近い多角形も存在している。具体的には、多角形における中心として対向する両辺間の最小間隔相互を結んだ最小軸径としてＰ２なる凹み平面部２１ｆの仮想円が形成された状態で、多角形における中心として、角部として形成された角頂点相互を結んだ最大軸径としてＰ１なる膨出角部２１ｅの仮想円が形成されている。このような膨出角部２１ｅと凹み平面部２１ｆとが交互で且つ連続するように多角形に形成されている。また、前述と同様に、前記セレーション１１の内周基礎円ｎの内径をＳ２、外周基礎円ｍの直径をＳ１とすると、
Ｓ１＞Ｓ２・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
Ｐ１＞Ｐ２・・・・・・・・・・・・・・・・（８）
Ｓ２＞Ｐ２・・・・・・・・・・・・・・・・（９）
Ｐ１＞Ｓ２・・・・・・・・・・・・・・・（１０）
このような条件下において、第１実施形態と同様に、セレーション１１の歯条１１ａが、軟質であるヨーク２の軸部２１の多角形の膨出角部２１ｅ（角部分）に接触して、前記歯条１１ａの山形の先端（最内側端）が徐々に潰れて、潰れた山形の先端が膨出角部２１ｅに押し付けられて行くものである。

また、第１実施形態において、前記ヨーク２の軸部２１が前記シャフト１の材質よりも軟質材製にて形成されてなる場合について詳述したが、前記ヨーク２の軸部２１が前記シャフト１の材質よりも硬質材製にて形成されることもある。この場合にも、前記歯条１１ａの山形の先端（最内側端）の潰れ状態などは同等である。

次に、第２実施形態について図７に基づき説明する。主要な構成は、第１実施形態と同様であるが、パイプ状のシャフト１の内周部１２と、ヨーク２の軸部２２の軸状セレーション２３とからなり、特有な構造のシャフト１とヨーク２との締結部材である。すなわち、パイプ状のシャフト１の一端の非円形とした内周部１２と、該内周部１２に圧入する前記シャフト１の材質よりも硬質材製のヨーク２の軸部２２とからなり、該軸部２２外形は、円周に複数の歯条２３ａを有する軸状セレーション２３として形成され、前記非円形の一部が前記軸状セレーション２３の外周基礎円Ｓ３の直径よりは大きく形成されると共に、前記非円形の他部が前記セレーションの外周基礎円Ｓ３の直径よりは小さく形成されて、圧入されて締結されてなるシャフトとヨークとの締結部材である。

非円形としては、図７に示すように、前記シャフト１の一端の内周部１２が凹凸でコブ付き形状の場合である。具体的には、最小内径としてＲ４なる膨出部１２ａの仮想円が形成された状態で、全周で複数箇所等分されて、凹み部１２ｂが形成され、該凹み部１２ｂ相互の頂点を結んだ円が仮想円となって、最大内径としてＲ３が形成されている。このような膨出部１２ａと凹み部１２ｂとが交互で且つ連続するように円周上に形成されている。また、歯条２３ａが数十有する軸状セレーション２３における内周基礎円ｎの直径をＳ４とし、外周基礎円ｍの直径をＳ４とすると、
Ｓ３＞Ｓ４・・・・・・・・・・・・・・・・（１１）
Ｒ３＞Ｒ４・・・・・・・・・・・・・・・・（１２）
Ｒ３＞Ｓ３・・・・・・・・・・・・・・・・（１３）
Ｓ３＞Ｒ４・・・・・・・・・・・・・・・・（１４）
このような条件下で、軸状セレーション２３の硬質の歯条２３ａが、軟質であるシャフト１の内周部１２の膨出部１２ａに接触して、前記歯条２３ａの山形の先端（最外側端）が膨出部１２ａにて徐々に潰れて、潰れた山形の先端が膨出部１２ａに押し付けられて行くものである。

（Ａ）は本発明をステアリングコラムに設けた断面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図である。（Ａ）は本発明の第１実施形態の圧入前の分離断面図、（Ｂ）は本発明の第１実施形態の圧入完了後の断面図、（Ｃ）は本発明の第１実施形態の圧入前の分離斜視図である。（Ａ）は本発明の第１実施形態のヨークの軸部をコブ付き形状とした正面図、（Ｂ）は本発明の第１実施形態のシャフトの端部正面図、（Ｃ）は本発明の第１実施形態の圧入完了した一部拡大状態図である。（Ａ）は本発明の第１実施形態の圧入前の分離断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＺ１−Ｚ１矢視一部拡大断面図、（Ｃ）は本発明の第１実施形態の圧入完了後の状態拡大断面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＺ２−Ｚ２矢視一部拡大断面図である。（Ａ）は本発明の第１実施形態のヨークの軸部を波形状とした正面図、（Ｂ）は本発明の第１実施形態のシャフトの端部正面図、（Ｃ）は本発明の第１実施形態の圧入完了した一部拡大状態図である。（Ａ）は本発明の第１実施形態のヨークの軸部を多角形とした正面図、（Ｂ）は本発明の第１実施形態のシャフトの端部正面図、（Ｃ）は本発明の第１実施形態の圧入完了した一部拡大状態図である。（Ａ）は本発明の第２実施形態の圧入前の分離断面図、（Ｂ）は本発明の第２実施形態のヨークの軸部の正面図、（Ｃ）は本発明の第２実施形態のシャフトの端部を非円形とした正面図、（Ｄ）は本発明の第２実施形態の圧入完了した一部拡大状態図である。

符号の説明

１…シャフト、２…ヨーク、１１…セレーション、１２…内周部、２１，２２…軸部、２１ａ…膨出部、２１ｂ…凹み部、２１ｃ…波山部、２１ｄ…波谷部、ｎ…内周基礎円、
２１ｅ…膨出角部、２１ｆ…凹み平面部、２３…軸状セレーション、ｍ…外周基礎円。

Claims

パイプ状のシャフトの一端の内周に複数の歯条を有するセレーションと、該セレーションに圧入されるヨークの軸部とからなり、該軸部外形は非円形に形成され、該非円形の一部の凸状が前記セレーションの内周基礎円の直径よりは大きく形成されると共に、前記非円形の他部の凹状が前記セレーションの内周基礎円の直径よりは小さく形成され、圧入されて締結されてなることを特徴とするシャフトとヨークとの締結部材。
請求項１において、ヨークの軸部がシャフトの材質と異なる硬さにて構成されてなることを特徴とするシャフトとヨークとの締結部材。
請求項１又は２において、前記非円形の円周が凹凸に形成され、円周方向における凹み部の長さと凸部の長さが異なる凹凸を円周上に複数等分化されてなることを特徴とするシャフトとヨークとの締結部材。
請求項１又は２において、前記非円形の凸状がコブ形に形成され、前記非円形の凹状が凹み部として形成されると共に、前記コブ形の膨出部が円周上に複数形成されてなることを特徴とするシャフトとヨークとの締結部材。
請求項１又は２において、前記非円形の円周の凹凸状が波形に形成され、波山部を前記非円形の一部の凸状とし、且つ波谷部を非円形の他部の凹状としてなることを特徴とするシャフトとヨークとの締結部材。
請求項１又は２において、前記非円形の円周が多角形状に形成され、膨出角部を非円形の一部の凸状とし、且つ凹み平面部を前記非円形の他部の凹状としてなることを特徴とするシャフトとヨークとの締結部材。
パイプ状のシャフトの一端を非円形とした内周部と、該内周部に圧入するヨークの軸部とからなり、該軸部外形は、複数の歯条を有する軸状セレーションとして形成され、前記非円形の一部の凸状が前記軸状セレーションの外周基礎円の直径よりは小さく形成されると共に、前記非円形の他部の凹状が前記セレーションの外周基礎円の直径よりは大きく形成され、圧入されて締結されてなることを特徴とするシャフトとヨークとの締結部材。