JP2010190404A - 自在継手およびその加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】折り返し部を形成してフランジ部の剛性を向上させるとともに、ボルトに生ずる曲げモーメントを軽減して、大きな回転トルクを伝達することを可能にした。
【解決手段】プレス加工によって、フランジ部５４を内側に折り返して折り返し部５４３を形成する。次に、２個の凸部８１１、８１１を有するパンチ８１と、２個の凹部８２１、８２１を有するダイ８２で構成されるプレス金型を使用して、フランジ部５４、５４にエンボス加工を施す。このエンボス加工によって、フランジ部５４の外側には、ボルト孔を形成するための下孔５７が形成されると同時に、折り返し部５４３の内側には、下孔５７と同心の突出部５８が形成される。その結果、フランジ部５４の接線方向延長部５４４と折り返し部５４３の接合面５４５に金属材料の塑性流動が生じ、接線方向延長部５４４と折り返し部５４３の接合面５４５が完全に密着する。
【選択図】図３

Description

本発明は自在継手、特に、ステアリング装置のステアリングシャフトの回転を伝達する軸同士を連結する自在継手、および、その加工方法に関する。

車両の前輪を操舵するステアリング装置では、ステアリングホイールの操作で回転するステアリングシャフトの動きを、自在継手を介してステアリングギヤの入力軸に伝達している。

ステアリングホイールの動きは、ステアリングコラム内に回転自在に設けたステアリングシャフトおよび中間シャフトを介してステアリングギアに伝達され、ステアリングギアによって車輪の方向を操舵する。通常、ステアリングシャフトとステアリングギアの入力軸とは、互いに同一直線上に設けることが出来ない。

このため従来から、ステアリングシャフトとステアリングギアへの入力軸との間に中間シャフトを設け、この中間シャフトの端部とステアリングシャフト、および、中間シャフトの端部とステアリングギアの入力軸の端部とを、自在継手を介して結合することにより、同一直線上に存在しないステアリングシャフトと入力軸との間での動力伝達が行えるようにしている。

近年、ステアリングシャフトに操舵補助力を付与するアシスト装置を、中間シャフトとステアリングホイールとの間に設けたコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置が多くなってきた。

このような、コラムアシスト式の電動パワーステアリングでは、中間シャフトに負荷される回転トルクが大きくなるため、中間シャフトと自在継手との結合部の結合剛性を大きくする必要がある。

特許文献１に示す自在継手は、軸を嵌合するための結合筒部の自由端から互いに平行に延びる一対のフランジ部に、ボルト孔を設けるための下孔を押し出し加工すると共に、この下孔の反対側に突出部を形成している。これによって、突出部の分だけボルト孔が長くなると共に、フランジ部が補強されるので、一対のフランジ部をボルトで締め付けた時の、結合筒部と軸との結合剛性を大きくしている。

図７は、一対のフランジ部が、結合筒部の自由端から結合筒部の略接線方向に延びた後、内側に折り返された折り返し部を有する従来の自在継手のヨーク５１を示し、図７（１）は従来の自在継手のヨーク５１を示す正面図であり、図７（２）は従来の自在継手のヨーク５１を示す斜視図である。

図７（１）、（２）に示すように、従来の自在継手のヨーク５１の左側（図７（２）の左側）には二股状の結合アーム部５２、５２が形成され、この結合アーム部５２、５２に形成された円孔（軸受け孔）５２１、５２１に、軸受を介して挿入された十字軸７を介して、他方の図示しないヨーク５１と結合されている。

ヨーク５１の右側（図７（２）の右側）には略円筒状の結合筒部５３が形成され、この結合筒部５３の内周面５３１に、図７（２）の右側から、結合筒部５３の軸方向に平行に、図示しない円柱状の軸を挿入する。そして、軸の外周面に形成された雄セレーションを、内周面５３１に形成された雌セレーション（図示せず）にセレーション係合させて、回転トルクを伝達可能に構成している。

ヨーク５１の結合筒部５３には、結合筒部５３から接線方向に延びる接線方向延長部５４４、５４４が形成されている。接線方向延長部５４４、５４４の延長端には、内側に折り返された折り返し部５４３、５４３が形成された、接線方向延長部５４４と折り返し部５４３によって、左右一対のフランジ部５４、５４が形成されている。フランジ部５４、５４の間には、内周面５３１に連通するスリット（切り割り）５６が形成されている。スリット５６は、結合筒部５３の軸方向の全長にわたって形成されている。

フランジ部５４、５４には、ボルト５５を挿入するためのボルト孔５４１、５４１が同心状に形成されている。また、フランジ部５４、５４には、座面５４２、５４２が形成されている。図７（１）の右側の座面５４２は、ボルト５５のボルト頭部５５３の下面に当接する。図７（１）の左側の座面５４２は、ボルト５５のボルト軸部５５２にねじ込まれるナット５５１の下面に当接する。

結合筒部５３の内周面５３１に軸を挿入し、ボルト孔５４１、５４１に、図７（１）の右側からボルト５５を挿入する。ナット５５１をボルト５５のボルト軸部５５２にねじ込むと、フランジ部５４、５４が弾性変形してスリット５６の溝幅が狭まり、軸の外周面を結合筒部５３の内周面５３１で強く締付けて固定することができる。

図７（１）、（２）に示す従来の自在継手は、フランジ部５４、５４が折り返し部５４３、５４３の分だけ厚みが増しているため剛性が向上している。しかし、接線方向延長部５４４と折り返し部５４３の接合面は部分的に接触しているだけであって、密着していないため、大きな回転トルクが自在継手に作用すると、接線方向延長部５４４と折り返し部５４３の接合面がずれて、ボルト５５に大きな曲げモーメントが作用する恐れがあった。

特公平３−７５７７２号公報

本発明は、折り返し部を形成してフランジ部の剛性を向上させるとともに、ボルトに生ずる曲げモーメントを軽減して、大きな回転トルクを伝達することを可能にした自在継手を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、回転トルクを伝達可能に軸を嵌合するための内周面を備えた結合筒部、上記結合筒部に形成され、上記内周面に貫通するスリット、上記スリットを挟んで上記結合筒部の自由端の一方及び他方から結合筒部の略接線方向に延びる接線方向延長部を形成した後、接線方向延長部の延長端で内側に折り返された折り返し部を有する一対のフランジ部、上記内周面とは反対側で、上記結合筒部と一体に設けられ、十字軸を軸支するための軸受け孔を有する一対の結合アーム部、上記一対のフランジ部に形成された同心のボルト孔にボルト軸部を内嵌し、上記一対のフランジ部の間のスリットの間隔を狭めて、上記結合筒部の内周面を縮径し、上記軸の外周面を結合筒部の内周面で締め付けるボルトを備え、板材を塑性加工することにより成形される自在継手の加工方法であって、上記一対のフランジ部の外側にボルト孔を形成するための下孔を形成すると同時に、一対のフランジ部の内側に上記下孔と同心の突出部を形成するエンボス加工を施すことによって、接線方向延長部と折り返し部を密着させたことを特徴とする自在継手の加工方法である。

第２番目の発明は、第１番目の発明の自在継手の加工方法で加工された自在継手である。

第３番目の発明は、第１番目の発明の自在継手を有するステアリング装置である。

第４番目の発明は、回転トルクを伝達可能に軸を嵌合するための内周面を備えた結合筒部、上記結合筒部に形成され、上記内周面に貫通するスリット、上記スリットを挟んで上記結合筒部の自由端の一方及び他方から結合筒部の略接線方向に延びる接線方向延長部を形成した後、接線方向延長部の延長端で内側に折り返された折り返し部を有する一対のフランジ部、上記内周面とは反対側で、上記結合筒部と一体に設けられ、十字軸を軸支するための軸受け孔を有する一対の結合アーム部、上記一対のフランジ部に形成された同心のボルト孔を備え、上記一対のフランジ部の外側に上記ボルト孔を形成するための下孔を形成し、一対のフランジ部の内側に上記下孔と同心の突出部を形成したことを特徴とする自在継手のヨークである。

本発明の自在継手およびその加工方法では、板材を塑性加工することにより成形される自在継手であって、回転トルクを伝達可能に軸を嵌合するための内周面を備えた結合筒部と、結合筒部の自由端の一方及び他方から結合筒部の略接線方向に延びる接線方向延長部を形成した後、接線方向延長部の延長端で内側に折り返された折り返し部を有する一対のフランジ部と、一対のフランジ部の外側にボルト孔を形成するための下孔を形成すると同時に、一対のフランジ部の内側に下孔と同心の突出部を形成するエンボス加工を施すことによって、接線方向延長部と折り返し部を密着させている。従って、折り返し部を形成してフランジ部の剛性を向上させるとともに、ボルトに生ずる曲げモーメントを軽減して、大きな回転トルクを伝達することを可能としている。

本発明の実施例の自在継手を備えたステアリング装置の全体側面図である。 本発明の実施例の自在継手のヨークの材料となる板材のブランクを示し、（１）は正面図、（２）は（１）の右側面図である。 図２のブランクに折り返し部を形成した後、エンボス加工を施した状態を示し、（１）は正面図、（２）は（１）の右側面図、（３）は（１）のＡ−Ａ断面図である。 （１）は図３のブランクに塑性加工を施して成形が完了したヨークを示す正面図、（２）は（１）のＰ矢視図である。 （１）は図４（１）のＢ−Ｂ断面図、（２）は図４（２）のＣ−Ｃ断面図である。 図４（１）のＤ−Ｄ断面図である。 従来の自在継手のヨークを示し、（１）は従来の自在継手のヨークを示す正面図であり、（２）は従来の自在継手のヨークを示す斜視図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の実施例の自在継手を備えたステアリング装置の全体側面図である。図１に示すように、本発明の実施例の自在継手を備えたステアリング装置は、車体後方側（図１の右側）にステアリングホイール１１を装着可能なステアリングシャフト１２と、このステアリングシャフト１２を挿通したステアリングコラム１３と、このステアリングシャフト１２に補助トルクを付与する為のアシスト装置（操舵補助部）２０と、このステアリングシャフト１２の車体前方側（図１の左側）に、図示しないラック／ピニオン機構を介して連結されたステアリングギヤ３０とを備える。

ステアリングシャフト１２は、雌ステアリングシャフト１２Ａと雄ステアリングシャフト１２Ｂとを、回転トルクを伝達可能に、かつ軸方向に関して相対移動可能にスプライン嵌合している。従って、上記雌ステアリングシャフト１２Ａと雄ステアリングシャフト１２Ｂとは、衝突時に、このスプライン嵌合部が相対移動して、全長を縮めることができる。

また、上記ステアリングシャフト１２を挿通した筒状のステアリングコラム１３は、アウターコラム１３Ａとインナーコラム１３Ｂとをテレスコピック移動可能に組み合わせている。そのため、ステアリングコラム１３は、衝突時に軸方向の衝撃が加わった場合に、この衝撃によるエネルギを吸収しつつ全長が縮まる、所謂コラプシブル構造としている。

そして、上記インナーコラム１３Ｂの車体前方側端部を、ギヤハウジング２１の車体後方側端部に圧入嵌合して固定している。また、上記雄ステアリングシャフト１２Ｂの車体前方側端部を、このギヤハウジング２１の内側に通し、アシスト装置２０の図示しない入力軸の車体後方側端部に連結している。

ステアリングコラム１３は、その中間部を支持ブラケット１４により、ダッシュボードの下面等、車体１８の一部に支承している。また、この支持ブラケット１４と車体１８との間に、図示しない係止部を設けて、この支持ブラケット１４に車体前方側に向かう方向の衝撃が加わった場合に、この支持ブラケット１４が上記係止部から外れ、車体前方側に移動するようにしている。

また、上記ギヤハウジング２１の上端部も、上記車体１８の一部に支承している。また、本実施例の場合には、チルト機構及びテレスコピック機構を設けることにより、上記ステアリングホイール１１の車体前後方向位置、及び、高さ位置の調節を自在としている。このようなチルト機構及びテレスコピック機構は、従来から周知であり、本発明の特徴部分でもない為、詳しい説明は省略する。

上記ギヤハウジング２１の車体前方側端面から突出した出力軸２３は、自在継手（上側自在継手）４を介して、中間シャフト１５の後端部に連結している。また、この中間シャフト１５の前端部に、別の自在継手（下側自在継手）５を介して、ステアリングギヤ３０のピニオン軸（以下軸と呼ぶ）６を連結している。中間シャフト１５は、雄中間シャフト（雄シャフト）１５Ａの車体前方側に、雌中間シャフト（雌シャフト）１５Ｂの車体後方側が外嵌し、回転トルクを伝達可能に、かつ、軸方向に関して相対移動可能に嵌合している。

図示しないピニオンが、軸６の下端（車体前方側端部）に形成されている。また、図示しないラックが、このピニオンに噛み合っており、ステアリングホイール１１の回転が、タイロッド３１を移動させて、図示しない車輪を操舵する。

アシスト装置２０のギヤハウジング２１には、電動モータ２６のケース２６１が固定され、この電動モータ２６の図示しない回転軸にウォームが結合されている。出力軸２３には図示しないウォームホイールが取り付けられ、このウォームホイールに電動モータ２６の回転軸のウォームが噛合っている。

また、出力軸２３の中間部の周囲には、図示しないトルクセンサが設けられている。上記ステアリングホイール１１からステアリングシャフト１２に加えられるトルクの方向と大きさを、トルクセンサで検出し、この検出値に応じて、電動モータ２６を駆動し、ウォームとウォームホイールから成る減速機構を介して、出力軸２３に、所定の方向に所定の大きさで補助トルクを発生させる。補助トルクを発生させるアシスト装置は、電動式に限定されるものではなく、油圧式のアシスト装置でもよい。

図２から図６は、本発明の実施例の自在継手のヨークを示し、図１の自在継手５の一方のヨーク５１と軸６との結合部に適用した例を示す。図２は、本発明の実施例の自在継手のヨーク５１の材料となる板材のブランク８を示し、（１）は正面図、（２）は（１）の右側面図である。図３は図２のブランク８に折り返し部を形成した後、エンボス加工を施した状態を示し、図３（１）は正面図、図３（２）は図３（１）の右側面図、図３（３）は図３（１）のＡ−Ａ断面図である。

図４（１）は図３のブランクに塑性加工を施して成形が完了したヨーク５１を示す正面図、図４（２）は図４（１）のＰ矢視図である。図５（１）は図４（１）のＢ−Ｂ断面図、図５（２）は図４（２）のＣ−Ｃ断面図である。図６は図４（１）のＤ−Ｄ断面図である。本発明の自在継手は、図１の自在継手４と雄中間シャフト１５Ａとの結合部や、自在継手４と出力軸２３との結合部に適用してもよい。

図２から図６には、本発明の実施例の自在継手５を構成する一対のヨーク５１、５１のうちの一方のヨーク５１と、軸６との結合部を示している。図２に示すように、ヨーク５１の材料となる板材のブランク８の右端には、上下方向に細長い矩形の結合筒部５３が形成され、結合筒部５３の上辺と下辺には、結合筒部５３の左右の幅と同一幅で矩形のフランジ部５４、５４が形成されている。また、結合筒部５３の左辺には、結合アーム部５２、５２が上下に間隔を空け、左側に突出して形成されている。

図３（１）、（２）に示すように、プレス加工によって、フランジ部５４、５４を内側（図３（２）の右側）に折り返して折り返し部５４３、５４３を形成する。次に、２個の凸部８１１、８１１を有するパンチ８１と、２個の凹部８２１、８２１を有するダイ８２で構成されるプレス金型を使用して、フランジ部５４、５４にエンボス加工を施す。

このエンボス加工によって、フランジ部５４、５４の接線方向延長部５４４の外側（図３（２）、（３）の左側面）には、ボルト孔を形成するための下孔５７、５７が形成される。同時に、折り返し部５４３、５４３の内側（（図３（２）、（３）の右側面）には、下孔５７、５７と同心の突出部５８、５８が形成される。その結果、接線方向延長部５４４と折り返し部５４３、５４３の接合面５４５に金属材料の塑性流動が生じ、フランジ部５４、５４の接線方向延長部５４４と折り返し部５４３、５４３の接合面５４５が完全に密着する。

次ぎに、プレス加工によって、ブランク８の結合筒部５３を円筒形に成形し、結合筒部５３の内周面５３１を機械加工する。また、下孔５７、５７にボルト孔と座面を機械加工すれば、本発明の実施例の自在継手のヨーク５１の成形が完了する。すなわち、図４から図６に示すように、本発明の実施例の自在継手のヨーク５１には二股状の結合アーム部５２、５２が形成され、この結合アーム部５２、５２に形成された円孔５２１、５２１に、軸受を介して挿入された十字軸７（図６参照）を介して、他方の図示しないヨーク５１と結合されている。

ヨーク５１には略円筒状の結合筒部５３が形成され、この結合筒部５３の内周面５３１に、図４（２）の左側から、結合筒部５３の軸方向に平行に軸（ピニオン軸）６を挿入する。そして、軸６の外周面に形成された雄セレーションを、内周面５３１に形成された雌セレーション（図示せず）にセレーション係合させて、回転トルクを伝達可能に構成している。

ヨーク５１の結合筒部５３には、結合筒部５３から接線方向に延びた後、内側に折り返された折り返し部５４３、５４３を有する左右一対のフランジ部５４、５４が形成されている。折り返し部５４３、５４３の突出部５８、５８の間には、内周面５３１に連通するスリット（切り割り）５６が形成されている。

フランジ部５４、５４には、ボルト５５を挿入するためのボルト孔５４１、５４１が同心状に形成されている。また、フランジ部５４、５４の接線方向延長部５４４には、座面５４２、５４２が形成されている。図４（１）の右側の座面５４２は、ボルト５５のボルト頭部５５３の下面に当接する。図４（１）の左側の座面５４２は、ボルト５５のボルト軸部５５２にねじ込まれるナット５５１の下面に当接する。

結合筒部５３の内周面５３１に軸６を挿入し、ボルト孔５４１、５４１に、図５（２）の右側からボルト５５を挿入する。ナット５５１をボルト５５のボルト軸部５５２にねじ込むと、フランジ部５４、５４が弾性変形してスリット５６の溝幅が狭まり、軸６の外周面を結合筒部５３の内周面５３１で強く締付けて固定することができる。

本発明の実施例の自在継手は、フランジ部５４、５４が折り返し部５４３、５４３の分だけ厚みが増しているため剛性が向上している。しかも、フランジ部５４の接線方向延長部５４４と折り返し部５４３の接合面５４５が完全に密着しているため、大きな回転トルクが自在継手に作用しても、接線方向延長部５４４と折り返し部５４３の接合面５４５がずれることがないため、ボルト５５に生ずる曲げモーメントが軽減され、大きな回転トルクを伝達することが可能となる。

上記実施例では、フランジ部５４、５４には、ボルト５５を挿入するためのボルト孔５４１、５４１が形成されているが、一方のボルト孔５４１に雌ねじを形成し、ボルト５５のボルト軸部に形成した雄ねじをねじ込んでもよい。上記実施例では、自在継手５のヨークに適用した例を示したが、自在継手４のヨークに適用してもよく、また、自在継手５及び４の両方のヨークに適用してもよい。

１１ ステアリングホイール
１２ ステアリングシャフト
１２Ａ 雌ステアリングシャフト
１２Ｂ 雄ステアリングシャフト
１３ ステアリングコラム
１３Ａ アウターコラム
１３Ｂ インナーコラム
１４ 支持ブラケット
１５ 中間シャフト
１５Ａ 雄中間シャフト
１５Ｂ 雌中間シャフト
１８ 車体
２０ アシスト装置
２１ ギヤハウジング
２３ 出力軸
２６ 電動モータ
２６１ ケース
３０ ステアリングギヤ
３１ タイロッド
４ 自在継手（上側自在継手）
５ 自在継手（下側自在継手）
５１ ヨーク
５２ 結合アーム部
５２１ 円孔（軸受け孔）
５３ 結合筒部
５３１ 内周面
５４ フランジ部
５４１ ボルト孔
５４２ 座面
５４３ 折り返し部
５４４ 接線方向延長部
５４５ 接合面
５５ ボルト
５５１ ナット
５５２ ボルト軸部
５５３ ボルト頭部
５６ スリット（切り割り）
５７ 下孔
５８ 突出部
６ 軸（ピニオン軸）
７ 十字軸
８ ブランク
８１ パンチ
８１１ 凸部
８２ ダイ
８２１ 凹部

Claims (4)

1. 回転トルクを伝達可能に軸を嵌合するための内周面を備えた結合筒部、
   上記結合筒部に形成され、上記内周面に貫通するスリット、
   上記スリットを挟んで上記結合筒部の自由端の一方及び他方から結合筒部の略接線方向に延びる接線方向延長部を形成した後、接線方向延長部の延長端で内側に折り返された折り返し部を有する一対のフランジ部、
   上記内周面とは反対側で、上記結合筒部と一体に設けられ、十字軸を軸支するための軸受け孔を有する一対の結合アーム部、
   上記一対のフランジ部に形成された同心のボルト孔にボルト軸部を内嵌し、上記一対のフランジ部の間のスリットの間隔を狭めて、上記結合筒部の内周面を縮径し、上記軸の外周面を結合筒部の内周面で締め付けるボルトを備え、
   板材を塑性加工することにより成形される自在継手の加工方法であって、
   上記一対のフランジ部の外側にボルト孔を形成するための下孔を形成すると同時に、一対のフランジ部の内側に上記下孔と同心の突出部を形成するエンボス加工を施すことによって、接線方向延長部と折り返し部を密着させたこと
   を特徴とする自在継手の加工方法。
2. 請求項１に記載された自在継手の加工方法で加工された自在継手。
3. 請求項１に記載された自在継手を有するステアリング装置。
4. 回転トルクを伝達可能に軸を嵌合するための内周面を備えた結合筒部、
   上記結合筒部に形成され、上記内周面に貫通するスリット、
   上記スリットを挟んで上記結合筒部の自由端の一方及び他方から結合筒部の略接線方向に延びる接線方向延長部を形成した後、接線方向延長部の延長端で内側に折り返された折り返し部を有する一対のフランジ部、
   上記内周面とは反対側で、上記結合筒部と一体に設けられ、十字軸を軸支するための軸受け孔を有する一対の結合アーム部、
   上記一対のフランジ部に形成された同心のボルト孔を備え、
   上記一対のフランジ部の外側に上記ボルト孔を形成するための下孔を形成し、一対のフランジ部の内側に上記下孔と同心の突出部を形成したこと
   を特徴とする自在継手のヨーク。

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