JP2010058567A

JP2010058567A - シャフト及びその製造方法

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Publication number: JP2010058567A
Application number: JP2008224250A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Takakusaki; 一正高草木; Norihiko Yokota; 典彦横田
Original assignee: Yamada Seisakusho KK
Current assignee: Yamada Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】ステアリング装置を構成するステアリングシャフトにおいて、該ステアリングシャフトをステアリングコラムに対して軸周方向回転を円滑にするための軸受を高い精度でしかも強固に装着することができるシャフト及びその製造方法とすること。
【解決手段】薄肉からなる中空管の軸部材１と、底面１１ａと両側壁面１１ｂとからなり、前記軸部材１に軸方向端部側で且つ前記側壁面１１ｂが軸方向に対して直角面として形成された溝部１１と、直径方向に沿って平坦面となる薄板輪状のクリップ２と、軸受３とからなること。該軸受３は、前記軸部材１の軸端部に圧入状態で装着され、前記クリップ２は前記溝部１１に嵌合されると共に前記軸受３は前記クリップ２に面接触させること。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステアリング装置を構成するステアリングシャフトにおいて、該ステアリングシャフトをステアリングコラムに対して軸周方向回転を円滑にするための軸受を高い精度でしかも強固に装着することができるシャフト及びその製造方法に関する。

一般に、ステアリング装置を構成するステアリングシャフト及びステアリングコラム（ステアリングチューブ）において、該ステアリングコラムに対して、その内周側に収納される（ステアリングシャフトの）アッパーシャフトを回動自在に支持するために、軸受が装着されている。該軸受は、前記アッパーシャフトに対する装着位置の位置決めを、アッパーシャフト側に形成された段差部の軸方向に直交する直角面に軸受を当接させることによって行うものである。

近年、自動車部品は、製造工程を減少させ、コストを低減化させ、さらには部品の軽量化等が求められている。図８は従来技術を示したものである。ステアリングシャフトやステアリングコラム等の部品は、薄肉材で、絞り加工により軸方向に複数の段差を設け、直径の異なる領域をそれぞれ形成するようになっている〔図８（Ａ）参照〕。絞り加工によって形成されたシャフトは、いずれの位置でも略同一の肉厚となっている。したがって、肉厚の管材の外周を切削加工したものに比較して、材料に無駄が無く低価格であるし、且つ軽量にできる。

前述したステアリングシャフトが肉厚の管部材で、切削加工によって外周面を大量に切削することが可能であれば、前記段差部の高低差を大きくすることができる。したがって、その段差箇所では軸受の位置決めとなり、且つ軸受を段差部に密接状にすることで、軸受はステアリングシャフトの軸方向に対して高い精度にて直角にすることができる。しかしながら、特許文献１に開示された、ステアリングシャフトは、薄肉中空管を絞り加工して外径の異なる部位を形成したものであり、その任意の段差部を軸受の位置決めとして開示されている。該段差部は、絞込み加工されたアッパーシャフトの傾斜面に周方向に略Ｌ字形状に切除された段差部が形成されたものである。

さらに特許文献１の発明として開示されているものでは、前記絞り加工によって形成された傾斜面に段差ダイスを押し当てて、それによって傾斜面から肉部を押し出すことにより、略鍔形状となるストッパー部が形成され、該ストッパー部に軸受を当接させて固定支持しようとするものが開示されている。
特許第３０９４０４８号

特許文献１に開示されたものは、軸受の位置決めをして固定するだけならば、その役目は十分に果たしている。しかし、上記特許文献１では、ステアリングシャフトが薄肉鋼管によって形成されているために、十分な切削を行うと強度が劣化してしまうことになる。また、特許文献１の発明における、段差ダイスによる押出し加工でも、その押出しによる肉部の盛上がり部分による鍔状部の大きさは、それほど大きく形成することができないものである。

そのために、特許文献１では、段差部の高さを十分に高くすることができず、ステアリングシャフトの軸方向に対して軸受の直径方向が高い精度で直角となるように装着するための段差部の高さを確保することは、困難である。したがって、ステアリングシャフトの適正位置に軸受を装着することができたとしても、その装着状態については軸受が直径方向に傾斜しているおそれが十分にある。

以上のように、ステアリングシャフトに対して軸受が直径方向に傾斜した装着精度が不十分である場合には、軸受とアッパーシャフトとの間では、図８（Ｂ）に示すように、軸受はステアリングシャフトに対して圧入のために、強固に固定されるが、ステアリングコラムと軸受では単なる挿入（押圧力の極めて弱い圧入）であるため、前記軸受とステアリングコラムにおいても、軸受の直径方向における傾きとして現れる〔図８（Ｃ）参照〕。なお、従来技術を開示した図８において、説明の便宜上、各部材に符号を付し、ステアリングシャフトａ，軸受ｂ，ステアリングコラムｃとする。

また、ステアリングシャフトのハンドル側にも軸受は装着されており、当然ながらハンドル側にも軸受の装着精度の不十分さが加わることになり、総合的にステアリングシャフトとステアリングコラムの両軸方向が、高い精度で平行とならなくなる。たとえば、車体側の軸受が挿入（軽圧入）される箇所では、アッパーシャフトに軸受を圧入したのみの場合に比較して、アッパーシャフトと軸受間に微小な隙間（例：０〜３６μｍ）が存在し、そのためステアリングコラムと軸受との間にも同様に隙間が存在する。

ステアリングコラムに対して軸受が傾いて装着されていると、アッパーシャフト及び軸受内周の回転時に軸受外周（外輪）が強く接していた箇所が外れて、図８（Ｄ）に示すように、軸受が揺れるようになり、回転動作がぎこちなくなり、異音が生じる。このような状態で構成されたステアリング装置では、ステアリングシャフトを回転させると、軸受の傾きにより、軸受がステアリングコラムに部分的に食い込んだりして、ハンドル操作にも異常をきたし、且つ異音が生じたり軸受の耐久力が下がる等の不具含が生じる。

そこで本発明が解決しようとする目的（技術的課題）は、軸受のアッパーシャフトに対する位置決めを行うと共に、シャフトへの軸受の装着精度を高くすることであり、そのための装着手段を極めて簡単なものとし、ひいては軸受からの異音の発生や軸受の消耗を抑えることにある。

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、薄肉からなる中空管の軸部材と、底面と両側壁面とからなり、前記軸部材に軸方向端部側で且つ前記側壁面が軸方向に対して直角面として形成された溝部と、直径方向に沿って平坦面となる薄板輪状のクリップと、軸受とからなり、該軸受は、前記軸部材の軸端部に圧入状態で装着され、前記クリップは前記溝部に嵌合されると共に前記軸受は前記クリップに面接触させてなるシャフトとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項２の発明を、前述の構成において、前記クリップは前記軸受よりも軸部材の外端寄りとしてなるシャフトとしたことにより、上記課題を解決した。請求項３の発明を、前述の構成において、前記軸受は前記クリップよりも軸部材の外端寄りとしてなるシャフトとしたことにより、上記課題を解決した。請求項４の発明を、前述の構成において、前記クリップと、前記溝部との嵌合は、略中間ばめ状としてなるシャフトとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項５の発明を、薄肉からなる中空管の軸部材と、底面と側壁面とからなり、前記軸部材に軸方向端部側で且つ前記側壁面が軸方向に対して直角面として形成された溝部と、直径方向に沿って平坦面となる薄板輪状のクリップと、軸受とからなり、前記溝部の形成位置よりも軸方向中心側に圧入し、次いで前記溝部に前記クリップを嵌合し、前記軸受を前記クリップに当接する位置に移動させてなるシャフトの製造方法としたことにより、上記課題を解決した。

溝部は、底面と両側壁面とから構成され、前記軸部材に軸方向端部側で且つ前記側壁面が軸方向に対して直角面として形成されたものである。また、クリップは、直径方向に沿って平坦面となる薄板輪状としたものであり、前記軸受は、前記軸部材の軸端部に圧入状態で装着され、前記クリップは前記溝部に嵌合されると共に前記軸受は前記クリップに面接触させた構造としたものである。

このような構造によって、軸受を前記クリップに面接触させるのみで、軸受の直径方向を軸部材の軸方向に対して極めて高い精度で直角に設置することができる。さらに、軸受は軸部材に対して圧入したものであり、且つ前記クリップに面接触させているので、極めて強固に装着でき、さらに軸部材への軸受の装着後において、軸受が傾くよう倒れる方向に外力を受けても、前記クリップが軸受の倒れを防止する役目をなし、軸受の適正状態を略永久的に維持することができる。

また、軸受が軸部材に対して倒れることを防止できるので、ステアリングシャフトとして使用したときに、軸受の異音発生を防止し、ベアリングの耐久性を向上させることができる。さらに、軸部材には、溝部を利用してクリップを嵌合固定するので、該クリップの直径を十分に大きくするのみで、極めて大きな段差部を構成することができ、より一層、軸受を安定且つ高い精度にて軸部材に装着することができる。

また、軸部材は、薄肉からなる中空管であり、これに絞り加工等によって直径の異なる段差部が形成されたものである。このような軸部材に溝部を形成するのみで、クリップを装着できるようにしたものであり、軸部材における加工工程数が極めて少なく、且つ軽量にすることができる。よって、シャフトの製造において、本発明のシャフトは、環境保護に寄与することができるものである。

請求項２の発明では、前記クリップは前記軸受よりも軸部材の外端寄りとしたことにより、軸受は、押圧力の小さい圧入固定であっても、クリップが軸受よりも軸部材の外端に位置しており、軸受の脱落防止の役目をなすことができるものである。請求項３の発明では、軸受は前記クリップよりも軸部材の外端寄りとしているので、クリップを溝部に嵌合装着したのちに、軸受をそのまま圧入してクリップに面接触させるのみで、軸受の装着が完了し、軸受の軸部材への装着作業を簡単なものにできる。請求項４の発明では、前記クリップと、前記溝部との嵌合は、略中間ばめ状としたことにより、クリップは極めて高い精度で軸部材の軸方向に対して直角に装着できる。請求項５の発明では、軸部材への軸受の装着を極めて効率的に行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、本発明において、シャフトは、図１（Ｄ）に示すように、ステアリングシャフトを構成する軸部材であり、特に内スプラインが形成されたアッパーシャフトである。シャフトは、図１（Ｄ）に示すように、軸部材１と、クリップ２と、軸受３とから構成される。軸部材１は、中空であってパイプであり、軸方向に沿って直径の大きさの異なる領域が複数段に形成されている。具体的には軸方向の中央箇所で直径が最大であり、その軸方向の両側に向かって直径が小さくなるように形成されたものである。アッパーシャフトの軸方向の一方側の内周側には内スプラインが形成され、軸方向の他端側はステアリングホィールの装着側となっている。

前記軸部材１の軸方向端部箇所には、図２に示すように、溝部１１が形成されている。該溝部１１は、軸部材１の軸方向の軸芯線Ｌに対して直角となる周方向に沿って連続形成されたものである。すなわち、軸部材１の軸方向の軸芯線Ｌと、溝部１１の周方向中心線Ｌｃとは直交するものである〔図２（Ｃ）参照〕。前記溝部１１は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、周方向に直交する断面形状が方形状に形成され、該溝部１１は、底面１１ａの両側に側壁面１１ｂ，１１ｂが形成されており、前記底面１１ａは、軸部材１の軸方向に平行となる面として形成されている〔図２（Ｃ）参照〕。

また、前記側壁面１１ｂは、軸部１の軸方向（軸芯線Ｌ）と直角である〔図２（Ｃ）参照〕。すなわち、前記底面１１ａと、前記側壁面１１ｂとは直角となる〔図２（Ｄ）参照〕。前記溝部１１は、極めて高い精度にて形成されるものであり、具体的には、溝部１１の周方向において、前記側壁面１１ｂの異なる２箇所における面の凹凸（振れ）の高低差は約０．０２ｍｍ以内とするものである。すなわち極めて平面性の高い仕上げであることが好ましい。前記溝部１１の溝幅Ｗは、後述するクリップ２の板厚寸法ｔによって決定される。

クリップ２は、図２（Ａ）に示すように、輪状に形成されているが、一部不連続とした部位が設けられている。この不連続の部位は、適宜の間隔で離間する離間部２１として形成されたものであり、該離間部２１における両端を端部２１ａ，２１ａと称する。クリップ２は、その円周方向に亘って、前記両端部２１ａ，２１ａを除いて断面形状は、同一である。その断面形状は、略方形状に形成され、具体的には、長方形状であり、角部は円弧状に形成されている。クリップ２は、加工精度が高いものが使用する上で好ましい。

クリップ２の内周側面２２及び両横側面２３，２３は、特に平面度が高く形成されており、内周側面２２は、前記溝部１１の底面１１ａに当接し、横側面２３は、側壁面１１ｂに当接する。ここで、前記側壁面１１ｂが傾斜状に形成された側壁面１１ｂの場合には、クリップ２の一方の横側面２３のみが対応する溝部１１の直角とした側壁面１１ｂと当接するものである。

前記クリップ２と、前記軸部材１の溝部１１との嵌合は、軸方向において、ガタがほとんど生じないようにすることが好ましいが、クリップ２を溝部１１に比較的容易に嵌合挿入することが可能であるように、前記溝部１１の溝幅Ｗと、前記クリップ２の板厚ｔが決定される。前記溝部１１と前記クリップ２とのはめあいは、中間ばめ又は締まりばめとすることが好ましい。中間ばめの場合であっても、溝部１１の溝幅Ｗと、クリップ２の板厚ｔとの寸法差は僅少であり〔図４（Ｂ）参照〕、略等しく、クリップ２の溝部１１への嵌合状態において軸方向のガタはほとんど存在しないことが好ましい。

前記溝部１１に嵌合されたクリップ２の横側面２３は、前記軸受３の内輪３１の軸側面３１ａに密接状に面接触するものである〔図１（Ｂ），図３（Ｄ）参照〕。また、軸受３は、軸部材１の所定位置に装着する工程で、軸受３自体を前記クリップ２の横側面２３に強く押し当てるようにする。このとき、横側面２３の前記クリップ２の軸受３と面接触しない側は、対向する（前記溝部１１の）内側面部２２に押し当てられるように当接することになる〔図４（Ａ）参照〕。

このような状態において、クリップ２は、軸部材１の軸方向（軸芯線Ｌ）に対してより一層高い精度で、直交状態になろうとするものである。すなわち、軸受３が軸部材１に対して圧入された初期において、たとえ直径方向が軸方向（軸芯線Ｌ）に対して傾斜していても〔図５（Ａ），（Ｂ）参照〕、軸部１の軸側面３１ａがクリップ２に対して強く押し当てられることで、前記軸受３は、軸部材１の軸方向（軸芯線Ｌ）に対して高い精度で直角状態になろうとする〔図５（Ｃ）参照〕。

図４（Ａ）では、軸受３の直径方向が軸部材１の軸方向（軸芯線Ｌ）に対して傾斜した状態の拡大図であり、軸受３の内輪３１の軸側面３１ａがクリップ２の横側面２３を押圧力Ｆによって押圧している状態を示す。図４（Ｂ）では、軸受３の内輪３１の軸側面３１ａがクリップ２の横側面２３を押圧することによって、前記クリップ２の溝部１１に挿入している部分が、さらに溝部１１の側壁面１１ｂを押圧力ｐ，ｐ，…によって、押圧している状態が示されている。このとき軸受３は前記クリップ２の接触面から反力Ｒを受けている状態となり、軸受３の直径方向（Ｌｂは軸受３の直径方向線）は、軸部材１の軸方向（軸芯線Ｌ）と高い精度で直角となる。

特に、前記溝部１１と前記クリップ２とのはめあいを、締まりばめとする場合には、クリップ２は軸部材１の軸方向に対して、装着時から高い精度で直角となり、軸受３を強く押し当てなくとも、前記クリップ２よって、前記軸受３を軸部材１の軸方向に対して直角に設置することができる。軸受３は、通常の転がり軸受であり、内輪３１，外輪３２及び球３３から構成されたものである。内輪３１は、軸部材１に対して直接挿入される装着孔３１ｂが形成されている。該装着孔３１ｂと、前記軸部材１とのはめあいは締まりばめであり、軸受３は軸部材１に対して圧入される〔図３（Ａ），（Ｂ）参照〕。

前記クリップ２には、内周側面２２がテーパを有する傾斜面として形成されたものが存在する（図６参照）。この種のクリップ２は、前記溝部１１の底面１１ａに対して接触した場合にクリップ２の直径方向が前記軸部材の軸方向に対して、傾斜してしまうものである〔図６（Ａ）参照〕。このようなクリップ２が使用されても、前記軸受３をクリップ２の横側面２３に押し当てるようにすることで、クリップ２の横側面２３が溝部１１の側壁面１１ｂに当接し、クリップ２はその直径方向が軸部材の軸方向に対して直角となり、軸受３も直径方向に直交するものである〔図６（Ｂ），（Ｃ）参照〕。

次に、シャフトの製造方法について説明する。まず、軸部材１に対して、軸方向の溝部１１が形成された側より軸受３を圧入する〔図３（Ａ），（Ｂ）参照〕。前記軸受３は、軸部材１の軸方向に沿って、溝部１１の位置よりも軸方向中心側に仮設置する。次に、前記溝部１１にクリップ２を嵌合固定する〔図３（Ｃ）参照〕。このときには、該クリップ２の横側面２３と、前記軸受３の軸側面３１ａとは離間している。次に、前記軸受３を、前記クリップ２側に向けて移動させ、軸受３の内輪３１の軸側面３１ａをクリップ２の横側面２３に押し当てる。

軸受３をクリップ２に押し当てることによって、該クリップ２の軸受３と当接する横側面２３と反対側の横側面２３が前記溝部１１の側壁面１１ｂに押し当てられることとなり、まず、前記クリップ２が前記軸部材１の軸方向に対して高い精度で直角となり、前記クリップ２に押し当てた軸受３は、軸部材１の軸方向に高い精度で直角となる〔図３（Ｄ）参照〕。

前記軸受３の軸部材１への装着において、２つの実施形態が存在するもので、その第１実施形態は、前述したように、軸受３は、クリップ２の装着位置よりも軸部材１の軸方向中央側に位置して装着されるものである（図３参照）。次に、第２実施形態は、図７（Ａ）乃至（Ｄ）に示すように、前記クリップ２は、前記軸受３の装着位置よりも軸部材１の軸方向中央側に位置して装着されるものである。この実施形態では、クリップ２を軸受３よりも先に嵌合する。そして、次に、軸受３を軸部材１に圧入し、該軸受３をクリップ２側に移動し、軸側面３１の軸側面３１ａを前記クリップ２の横側面２３に押し当てるようにして、軸受３を軸部材１に固定するものである。

次に、本発明におけるシャフトをステアリングシャフトに適用した場合について説明する。本発明におけるシャフトを、アッパーシャフトとして使用する。アッパーシャフトとして使用する軸部材１には、軸方向において、その一端をステアリングホィール側Ｓとし、他端をジョイント側Ｊとする。ステアリングホィール側Ｓにはステアリングホィールが装着され、ジョイント側Ｊにはロアーシャフト５がスプラインを介して連結される〔図１（Ｄ）参照〕。

軸部材１は、図１（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、ジョイント側Ｊとステアリングホィール側Ｓにそれぞれ軸受３及び軸受６が装着される。ジョイント側Ｊにおける軸受３は、本発明における装着構造であって、軸受３は、軸部材１に圧入され、クリップ２が溝部１１に嵌合され、軸受３とクリップ２とが面接触するように設置される。一方、軸受６では、軸部材１に対して圧入されるが抜け止めクリップ７が装着されるものである。このようにして、軸部材１にステアリングコラム８が前記軸受３及び軸受６を介して装着される。

（Ａ）は本発明におけるシャフトをステアリングシャフトとして使用した状態の縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）の（ア）部拡大図、（Ｃ）の（Ａ）の（イ）部拡大図、（Ｄ）は本発明をステアリング装置に使用した縦断側面図である。（Ａ）は軸部材の要部，軸受及びクリップの斜視図、（Ｂ）は軸部材の要部縦断側面図、（Ｃ）は（Ｂ）の（ウ）部拡大図、（Ｄ）は（Ｃ）の（エ）部拡大図である。（Ａ）は軸部材に軸受，クリップを装着しようとする工程図、（Ｂ）は軸部材に軸受を圧入した工程図、（Ｃ）は軸部材にクリップを嵌合装着した工程図、（Ｄ）は軸部材に軸受及びクリップを適正に装着完了した状態図である。（Ａ）は軸部材に軸受が直径方向に傾斜した状態に装着された要部拡大図、（Ｂ）は軸受がクリップに押し当てられて、軸部材の軸方向と軸受の直径方向とが直角となった状態の要部拡大図である。（Ａ）乃至（Ｃ）は軸受の直径方向が軸部材に傾斜した状態から軸受の直径方向が軸部材の軸方向に直角となる過程を示す要部縦断側面図である。（Ａ），（Ｂ）はクリップの内周面が軸方向に傾斜している場合において軸受を押し当てることによってクリップと共に軸受が軸部材に適正に装着される状態を示す要部拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）の（オ）部拡大図である。（Ａ）乃至（Ｃ）は本発明の第２実施形態における軸部材に軸受，クリップを装着しようとする工程図である。（Ａ）は従来技術のステアリングシャフトの縦断側面略示図、（Ｂ）は軸受が傾斜した状態の要部縦断側面図、（Ｃ）は軸受が傾斜した状態でステアリングコラムが装着された要部縦断側面図、（Ｄ）は傾斜状にシャフトに装着された軸受がステアリングコラムとシャフトの間で揺れ動作をしている状態を示す要部縦断側面図である。

符号の説明

１…軸部材、１１ａ…底面、１１ｂ…側壁面、２…クリップ、３…軸受。

Claims

薄肉からなる中空管の軸部材と、底面と両側壁面とからなり、前記軸部材に軸方向端部側で且つ前記側壁面が軸方向に対して直角面として形成された溝部と、直径方向に沿って平坦面となる薄板輪状のクリップと、軸受とからなり、該軸受は、前記軸部材の軸端部に圧入状態で装着され、前記クリップは前記溝部に嵌合されると共に前記軸受は前記クリップに面接触させてなることを特徴とするシャフト。
請求項１において、前記クリップは前記軸受よりも軸部材の外端寄りとしてなることを特徴とするシャフト。
請求項１において、前記軸受は前記クリップよりも軸部材の外端寄りとしてなることを特徴とするシャフト。
請求項１，２又は３のいずれか１項の記載において、前記クリップと、前記溝部との嵌合は、略中間ばめ状としてなることを特徴とするシャフト。
薄肉からなる中空管の軸部材と、底面と側壁面とからなり、前記軸部材に軸方向端部側で且つ前記側壁面が軸方向に対して直角面として形成された溝部と、直径方向に沿って平坦面となる薄板輪状のクリップと、軸受とからなり、前記溝部の形成位置よりも軸方向中心側に圧入し、次いで前記溝部に前記クリップを嵌合し、前記軸受を前記クリップに当接する位置に移動させてなることを特徴とするシャフトの製造方法。