JP2009078691A - ステアリング装置におけるヨーク及び回転軸の結合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高トルクの回転を伝達する自在継手に疲労強度が低下する部位が存在しないステアリング装置のヨーク及び回転軸の結合構造を提供する。
【解決手段】軸方向にスリット３２ｂを形成し、内周面に雌セレーション３２ａを形成した切欠き筒形状のヨークのハブ３２と、端部外周に雄セレーション１４ａを形成した回転軸１４をセレーション嵌合する際に、ハブの雌セレーションが回転軸の雄セレーションに、締め代を持ちながらセレーション嵌合することで、ヨーク及び回転軸が結合している。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステアリング装置に組み込まれている自在継手のヨーク及び回転軸の結合構造に関し、特に、高トルクの回転が伝達する際に好適な構造である。

自動車のステアリング装置に組み込み、ステアリングシャフトの回転をステアリングギヤに伝達する自在継手として、従来から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。
この十字軸自在継手は、図５〜図７に示すように、ステアリングシャフト（不図示）及びステアリングギヤ（不図示）の間に配置した一対の回転軸５０，５２の端部にそれぞれ結合される一対のヨーク５４，５６と、これら一対のヨーク５４，５６同士を揺動変位自在に結合する十字軸５８とを備えている。

一方のヨーク５４は、筒体の内周面にセレーション６４ａを形成し、筒体の軸方向にスリット６４ｂを形成した切欠き筒形状のハブ６４と、ハブ６４のスリット６２を挟んだ位置から互いに平行に突出している一対のフランジ６６，６８と、これら一対のフランジ６６，６８の互いに対応する位置に形成したボルト通過孔７０及びねじ孔７２と、ハブ６４の軸方向端部から軸に沿って平行に形成され、十字軸５８を連結する軸受孔７４を有する一対のフォーク７６，７８とを備えている。

また、一方のヨーク５４が結合する回転軸５０の端部外周にはセレーション５０ａが形成されており、ヨーク５４のハブ６４を回転軸５０の端部外周に外嵌してハブ６４のセレーション６４ａを、回転軸５０のセレーション５０ａに隙間を設けながらセレーション嵌合する。そして、一方のフランジ６６のボルト通過孔７０に挿入した締結ボルト８０を、他方のフランジ６８のねじ孔７２にねじ込んで締結することで一対のフランジ６６，６８を互いに近接させ、セレーション５０ａ及びセレーション６４ａが密着するようにハブ６４の内径を縮径させてヨーク５４を回転軸５０に結合している。また、他方のヨーク５６も回転軸５２に、同様の構造で結合している。

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おり、このステアリング装置のステアリングシャフト及びステアリングギヤの伝達経路にも高トルクの回転が伝達されるので、自在継手には高トルクの回転に耐え得る強度が要求される。
ここで、ヨーク５４を回転軸５０に（ヨーク５６を回転軸５２に）結合する際に締結ボルト８０を強く締結すると、一対のフランジ６６，６８が非平行状態となって締結ボルト８０に曲げ荷重が作用するので、図６に示すように、締結ボルト８０が湾曲する。

また、ヨーク５４と回転軸５０間に高トルクの回転が伝達する際には、図７に示すように、一対のフランジ６６，６８にスラスト荷重が交互に入力するので締結ボルト８０に繰り返し曲げ荷重が作用する。
このように、締結ボルト８０には、ヨーク５４と回転軸５０（ヨーク５６と回転軸５２）の結合時に曲げ荷重が平均応力として作用し、回転時には高トルクが応力振幅として作用するので、締結ボルト８０の疲労強度が低下するおそれがある。

ここで、締結ボルトの強度低下を防止する構造として、例えば特許文献１に示すように、ヨークと回転軸の結合時に、締結ボルトの頭部の座面から、フランジに係合するナットとボルトねじ部までの距離を所定長さに設定することで、締結ボルトが湾曲する程度（曲率）を小さくする技術が知られている。
特許３４８０１０９号公報

しかし、特許文献１に記載の技術は、ヨークと回転軸の結合時に締結ボルトが湾曲する程度が小さくなるものの、ヨークと回転軸の結合時及びヨーク及び回転軸の間に高トルクの回転が伝達する時には、常に締結ボルトに曲げ荷重が作用するので、締結ボルトの疲労強度の低下を防止することはできない。
そこで、本発明は、前記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、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ステアリング装置に組み込んでも、高トルクの回転を伝達する自在継手に疲労強度が低下する部位が存在しないステアリング装置におけるヨーク及び回転軸の結合構造を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、請求項１に係るステアリング装置におけるヨーク及び回転軸の結合構造は、軸方向にスリットを形成し、内周面に雌セレーションを形成した切欠き筒形状のハブと、このハブの軸方向の一端側に一体に形成した一対のフォークとを備えたヨークを、端部外周に雄セレーションを形成した回転軸にセレーション嵌合しながら結合するステアリング装置におけるヨーク及び回転軸の結合構造において、前記ハブの雌セレーションが前記回転軸の雄セレーションに締め代を持ちながらセレーション嵌合することで、前記ヨーク及び回転軸が結合している。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のステアリング装置におけるヨーク及び回転軸の結合構造において、前記ハブは、前記スリットを挟んだ位置から互いに平行に延在する一対のフランジが形成されており、前記ハブの雌セレーションを前記回転軸の雄セレーションにセレーション嵌合する際に、前記スリットの幅が大きくなって前記ハブの内径が増大するように、ハブ拡径手段を用いて前記一対のフランジを互いに離間させるようにした。

また、請求項３記載の発明は、請求項２記載のステアリング装置におけるヨーク及び回転軸の結合構造において、前記ハブ拡径手段は、前記一対のフランジの一方に、前記一対のフランジの他方の内面に向けて貫通するねじ孔と、このねじ孔にねじ込まれ、ねじ先端が前記一対のフランジの他方の内面に当接する拡径用ボルトとで構成されている。
さらに、請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載のステアリング装置におけるヨーク及び回転軸の結合構造において、前記ハブの雌セレーションが前記回転軸の雄セレーションに締め代を持ちながらセレーション嵌合している際に、前記一対のフランジが互いに離間する方向に移動するのを拘束するフランジ拘束手段を備えている。

さらにまた、請求項５の発明は、請求項２乃至４の何れか１項に記載のステアリング装置におけるヨーク及び回転軸の結合構造において、前記フランジ拘束手段は、一対のフランジに連通したねじ締結部材である。

本発明のステアリング装置におけるヨーク及び回転軸の結合構造によると、ハブの雌セレーションが回転軸の雄セレーションに締め代を持ちながらセレーション嵌合することでヨーク及び回転軸が結合していることから、従来のようにハブの内径を縮径させて回転軸に結合させる曲げ荷重が作用する締結ボルトが不要となり、ステアリングギヤに操舵補助力を伝達する操舵補助手段をステアリング装置に組み込み、高トルクの回転がヨーク及び回転軸の間で伝達されても疲労強度が低下する部位が存在せず、確実にヨーク及び出力軸を結合することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１から図４は本発明に係るステアリング装置を示す図であり、図１は本発明の一実施形態を示す全体構成図、図２はステアリング装置に組み込まれている自在継手を示す図、図３は図２のＢ−Ｂ矢視断面図、図４はヨークと回転軸の結合途中の状態を示す図である。

図１の符号２は、車両後端（図１において右端）側にステアリングホイール１を装着したステアリングシャフトであって、このステアリングシャフト２が、車両後方に向けて上り傾斜を付けて配置されたステアリングコラム３に回転自在に保持されている。
ステアリングシャフト２の車両前端（図１において左端）側には、ステアリングシャフト２に操舵補助トルクを付与するウォーム減速機１１と、このウォーム減速機１１に操舵補助トルクを発生する電動モータ１２とで構成される操舵補助機構４が連結されている。

ステアリングシャフト２は、アウタシャフト７とインナシャフト８とを有し、アウタシャフト７の前端部とインナシャフト８の後端部とがスプライン結合している。
ステアリングシャフト２を挿通している筒状のステアリングコラム３は、アウタコラム９とインナコラム１０とをテレスコープ状に組み合わせてなり、軸方向に位置調整可能に嵌合している。

アウタコラム９の車両前方側には、インナコラム１０の外周を包持する車幅方向に離間したクランプ部（不図示）が一体に形成されており、このクランプ部を、車体側部材１６に固定したアッパブラケット２６が車幅方向から挟み込んでいる。そして、アッパブラケット２６には、クランプ部を介してインナコラム１０をクランプするクランプ装置２７が備えられている。

また、操舵補助機構４におけるウォーム減速機１１のハウジング１１ａが、車体側部材１６に取付けられたロアブラケット２３に回動自在に支持されたピボットピン２４を中心として上下方向に揺動可能に支持されている。
そして、インナコラム１０の前端部を、ウォーム減速機１１のハウジング１１ａの後端面に固定し、インナシャフト８をウォーム減速機１１のハウジング１１ａ内に挿通して、このインナシャフト８の前端部がウォーム減速機１１のハウジング１１ａの前端面から突出する出力軸１４に連結されている。

ウォーム減速機１１の出力軸１４には、自在継手１７Ａを介して中間シャフト１８が連結され、この中間シャフト１８が自在継手１７Ｂを介してラック・ピニオン式のステアリングギヤ機構６のピニオン軸１９に連結されている。中間シャフト１８は、雄軸１８ａと雌軸１８ｂとからなる伸縮軸が採用されている。
ステアリングギヤ機構６は、図示しないが、ギヤハウジング内に、ピニオン軸１９に連結されたピニオンとこのピニオンに噛合するラックを有するラック軸とを配設したラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン軸１９に伝達された回転運動をラック軸で直進運動に変換している。ラック軸（図示せず）は、タイロッド５を介して図示しない操舵輪に連結されている。

出力軸１４及び中間シャフト１８の雌軸１８ｂを連結する自在継手１７Ａは、図２に示すように、出力軸１４の端部に結合した第１ヨーク３０と、雌軸１８ｂの端部に結合した第２ヨーク３１と、これら第１及び第２ヨーク３０，３１同士を揺動変位自在に結合する十字軸４０とを備えている。
第１ヨーク３０は、切欠き円筒形状のハブ３２と、ハブ３２の軸方向端部から軸に沿って平行に形成された一対のフォーク３３，３４とを備えている。

ハブ３２は、図３に示すように、内周面に雌セレーション３２ａを形成し、軸方向にスリット３２ｂを形成している。このハブ３２には、スリット３２ｂを挟んだ位置から互いに平行となるように一対のフランジ３５，３６が突出して形成されている。
一方のフランジ３５には、他方のフランジ３６に向けて貫通する第１ねじ孔３７が形成されており、他方のフランジ３６の第１ねじ孔３７に対応する内面は平坦面とされている。

一方のフランジ３５には、他方のフランジ３６に向けてボルト通過孔（不図示）が形成されており、他方のフランジ３６には、前記ボルト通過孔に対向する位置に第２ねじ孔（不図示）が形成されている。
また、図３に示すように、出力軸１４の端部外周には雄セレーション１４ａが形成されており、第１ヨーク３０のハブ３２を出力軸１４の端部外周に外嵌することで、ハブ３２の内周面に形成した雌セレーション３２ａ及び出力軸１４の雄セレーション１４ａがセレーション嵌合している。

ここで、出力軸１４の雄セレーション１４ａの外径寸法はハブ３２の雌セレーション３２ａの内径寸法より僅かに大きく、出力軸１４の雄セレーション１４ａの内径寸法はハブ３２の雌セレーション３２ａの外径寸法より僅かに大きく設定されている。
また、一方のフランジ３５には、他方のフランジ３６に向けてボルト通過孔（不図示）が形成され、他方のフランジ３６には、前記ボルト通過孔に対向する位置に第２ねじ孔（不図示）が形成されており、一方のフランジ３５のボルト通過孔に挿入したボルト３８が、他方のフランジ３６のねじ孔にねじ込まれている。
そして、雌軸１８ｂの端部に結合している第２ヨーク３１も、前述した出力軸１４の端部に結合した第１ヨーク３０と同一構造で結合されている。

次に、第１ヨーク３０を出力軸１４に結合する手順について、図２から図４を参照して説明する。
ハブ３２の一方のフランジ３５に形成した第１ねじ孔３７に、拡径用ボルト３９を螺合していき、拡径用ボルト３９のねじ先端３９ａを他方のフランジ３６の内面に当接する。そして、拡径用ボルト３９のねじ込み量を増大させていき、ねじ先端３９ａが他方のフランジ３６を押圧することで、図４に示すように、スリット３２ｂの幅が大きくなるようにハブ３２を弾性変形させていく。

そして、出力軸１４の雄セレーション１４ａの外径寸法に対して雌セレーション３２ａの内径寸法が大きくなるようにスリット３２ｂの幅が大きくなって弾性変形したハブ３２内に、出力軸１４の端部を挿入する。

次に、第１ねじ孔３７に対する拡径用ボルト３９のねじ込み量を減少させていき、スリット３２ｂの幅が元に戻るようにハブ３２を弾性復帰させる。
この際、出力軸１４の雄セレーション１４ａの外径寸法はハブ３２の雌セレーション３２ａの内径寸法より僅かに大きく、雄セレーション１４ａの内径寸法は雌セレーション３２ａの外径寸法より僅かに大きく設定しているので、弾性復帰したハブ３２の雌セレーション３２ａは出力軸１４の雄セレーション１４ａに対して締め代を持ちながらセレーション嵌合し、これにより、第１ヨーク３０は出力軸１４に結合される。

そして、一方のフランジ３５のボルト通過孔に挿入した抜け止めボルト３８を、他方のフランジ３６のねじ孔にねじ込み、一対のフランジ３５，３６を締結する。
また、第２ヨーク３１も、第１ヨーク３０と出力軸１４の結合と同様の手順で雌軸１８ｂに結合されている。
ここで、本発明のハブ拡径手段が第１ねじ孔３７及び拡径用ボルト３９に対応し、本発明のねじ孔が第１ねじ孔３７に対応し、本発明のねじ締結部材が抜け止めボルト３８に対応している。

次に、本実施形態の効果について説明する。
図５から図７で示した従来技術は、一対のフランジ６６，６８を互いに近接させてハブ６４の内径を縮径させる締結ボルト８０を使用することで、ヨーク５４を回転軸５０に結合していた。
しかし、本実施形態は、第１ヨーク３０のハブ３２の雌セレーション３２ａが、出力軸１４の雄セレーション１４ａに対して締め代を持ちながらセレーション嵌合することで、第１ヨーク３０が出力軸１４に結合されており、従来技術で使用した締結ボルト８０を使用していない。

ここで、本実施形態の抜け止めボルト３８は、第１ヨーク３０と出力軸１４との間に回転が伝達される際に、一対のフランジ３５，３６が互いに離間してハブ３２が拡径し、出力軸１４から抜けるのを防止するボルトである。
このため、抜け止めボルト３８には、第１ヨーク３０を出力軸１４に結合する際の曲げ荷重が作用せず、操舵補助機構４から出力軸１４に高トルクの回転が入力する際に、一対のフランジ３５，３６に入力するスラスト荷重により繰り返し曲げ荷重が作用するだけなので、抜け止めボルト３８の疲労強度は低下しない。

したがって、本実施形態は、ステアリングギヤ機構６に操舵補助力を伝達する操舵補助機構４をステアリング装置に組み込んでも、高トルクの回転を伝達する自在継手１７Ａに疲労強度が低下する部位が存在せず、しかも、確実に第１ヨーク及び出力軸１４を結合することができる。
また、本実施形態は、ハブ３２の一方のフランジ３５の第１ねじ孔３７に螺合した拡径用ボルト３９のねじ込み量を増大することでねじ先端３９ａが他方のフランジ３６を押圧し、スリット３２ｂの幅が大きくなるようにハブ３２を弾性変形させて出力軸１４の端部を挿入し、第１ねじ孔３７に対する拡径用ボルト３９のねじ込み量を減少してスリット３２ｂの幅が元に戻るようにハブ３２を弾性復帰させることで、第１ヨーク３０を出力軸１４に結合させているので、第１ヨーク３０及び出力軸１４の結合動作を簡単に行うことができる。

また、第２ヨーク３１も、第１ヨーク３０と出力軸１４の結合と同様の手順で雌軸１８ｂに結合されているので、第１ヨーク３０と出力軸１４の結合構造と同様の効果を、第２ヨーク３１と雌軸１８ｂの結合構造も得ることができる。
なお、中間シャフト１８の雄軸１８ａとステアリングギヤ機構６のピニオン軸１９とを連結する自在継手１７Ｂも、上述した自在継手１７Ａと同一の結合構造にすると、同様の効果を奏することができる。

また、上記実施形態では、ハブ３２の一方のフランジ３５に形成した第１ねじ孔３７に、拡径用ボルト３９を螺合していき、拡径用ボルト３９のねじ先端３９ａを他方のフランジ３６の内面に当接するようにしたが、他方のフランジ３６に第１ねじ孔３７を形成し、この第１ねじ孔３７に螺合した拡径用ボルト３９を、一方のフランジ３５の内面に当接するようにしてもよい。

本発明に係るステアリング装置の全体を示す構成図である。 本発明に係るステアリング装置に組み込まれている自在継手を示す図である。 図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。 ヨークと回転軸の結合途中の状態を示す図である。 ステアリング装置に組み込まれている従来の自在継手を示す図である。 図５のＡ−Ａ線矢視図である。 従来の自在継手に高トルクの回転が伝達するときにヨークに入力する外力を示す図である。

符号の説明

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、４…操舵補助機構、５…タイロッド、６…ステアリングギヤ機構、７…アウタシャフト、８…インナシャフト、９…アウタコラム、１０…インナコラム、１１…ウォーム減速機、１１ａ…ハウジング、１２…電動モータ、１４…出力軸、１４ａ…雄セレーション、１６…車体側部材、１７Ａ…自在継手、１７Ｂ…自在継手、１８…中間シャフト、１８ａ…雄軸、１８ｂ…雌軸、１９…ピニオン軸、２３…ロアブラケット、２４…ピボットピン、２６…アッパブラケット、２７…クランプ装置、３０…第１ヨーク、３１…第２ヨーク、３２…ハブ、３２ａ…雌セレーション、３２ｂ…スリット、３３，３４…フォーク、３５，３６…フランジ、３７…第１ねじ孔、３８…抜け止めボルト、３９…拡径用ボルト、３９ａ…拡径用ボルトの先端、４０…十字軸

Claims (5)

1. 軸方向にスリットを形成し、内周面に雌セレーションを形成した切欠き筒形状のハブと、このハブの軸方向の一端側に一体に形成した一対のフォークとを備えたヨークを、端部外周に雄セレーションを形成した回転軸にセレーション嵌合しながら結合するステアリング装置におけるヨーク及び回転軸の結合構造において、
   前記ハブの雌セレーションが前記回転軸の雄セレーションに締め代を持ちながらセレーション嵌合することで、前記ヨーク及び回転軸が結合していることを特徴とするステアリング装置におけるヨーク及び回転軸の結合構造。
2. 前記ハブは、前記スリットを挟んだ位置から互いに平行に延在する一対のフランジが形成されており、前記ハブの雌セレーションを前記回転軸の雄セレーションにセレーション嵌合する際に、前記スリットの幅が大きくなって前記ハブの内径が増大するように、ハブ拡径手段を用いて前記一対のフランジを互いに離間させることを特徴とする請求項１記載のステアリング装置におけるヨーク及び回転軸の結合構造。
3. 前記ハブ拡径手段は、前記一対のフランジの一方に、前記一対のフランジの他方の内面に向けて貫通するねじ孔と、このねじ孔にねじ込まれ、ねじ先端が前記一対のフランジの他方の内面に当接する拡径用ボルトとで構成されていることを特徴とする請求項２記載のステアリング装置におけるヨーク及び回転軸の結合構造。
4. 前記ハブの雌セレーションが前記回転軸の雄セレーションに締め代を持ちながらセレーション嵌合している際に、前記一対のフランジが互いに離間する方向に移動するのを拘束するフランジ拘束手段を備えていることを特徴とする請求項２又は３記載のステアリング装置におけるヨーク及び回転軸の結合構造。
5. 前記フランジ拘束手段は、一対のフランジに連通したねじ締結部材であることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のステアリング装置におけるヨーク及び回転軸の結合構造。

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