JP2012051001A - 自在継手およびその加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結合アーム部の半径方向外側を半径方向内側に押圧して成形した時の、結合アーム部の外周面の形状が安定して成形される自在継手およびその加工方法を提供する。
【解決手段】結合アーム部５２、５２の外周面５２６、５２６が金型８で拘束されているため、塑性流動した金属材料は、小径貫通孔５２５側に流動して、小径貫通孔５２５が縮径し、結合アーム部５２、５２の外周面５２６、５２６は所定の形状に正確に成形される。次に、縮径した小径貫通孔５２５を機械加工して拡径し、結合アーム部５２、５２に所定直径の軸受孔５２１、５２１を形成する。
【選択図】図７

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、自在継手の剛性、特に、十字軸を軸支するための軸受孔周辺の結合アーム部の剛性を大きくする必要がある。

特許文献１及び特許文献２に示す自在継手は、結合アーム部の半径方向内側に、軸受孔の回りに環状の突起を形成して、軸受を軸支する軸方向の長さを長くし、十字軸を軸支するための軸受孔周辺の結合アーム部の剛性を大きくしている。

しかし、特許文献１及び特許文献２に示す自在継手は、結合筒部の軸線に直交する方向の結合アーム部の断面形状が平坦形状である。結合アーム部の断面形状が平坦形状であれば、板材からの塑性加工は容易であるが、結合アーム部の剛性を向上させるためには、結合アーム部の幅寸法を大きくする必要がある。従って、十字軸で連結される他方の結合アーム部との干渉量が大きくなるため、自在継手の折り曲げ角度を大きくすることが難しい。

結合アーム部の半径方向外側の凸面を半径方向内側に押圧して金属材料を塑性流動させ、結合アーム部の厚さを厚くすると、結合アーム部の剛性が向上するため好ましい。しかし、結合アーム部の外周面側にも金属材料が塑性流動してしまうため、結合アーム部の外周面側が膨張して、外周面の形状が安定しない。軸受孔及び結合筒部の内周面の機械加工は、結合アーム部の外周面をクランプして加工するため、クランプ精度が安定せず、機械加工精度に悪影響を与える。

特許文献３に示す自在継手の加工方法は、パンチによる軸受孔の孔明けと、結合アーム部の面取りを同時に行うことで、軸受孔の孔明け精度を向上させている。しかし、特許文献３に示す自在継手の加工方法は、結合アーム部の半径方向外側を半径方向内側に押圧した時の、結合アーム部の外周面の形状を安定させるものではない。

特表２００２−５４０３５７号公報 実公昭５９−８０１５号公報 特開平８−２７０６６９号公報

本発明は、結合アーム部の半径方向外側を半径方向内側に押圧して成形した時の、結合アーム部の外周面の形状が安定して成形される自在継手およびその加工方法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結合するための結合筒部と、上記結合筒部とは反対側で、上記結合筒部と一体に設けられ、結合筒部の軸線に直交する方向の断面形状が半径方向外側に凸の円弧形状を有し、十字軸を軸支するための軸受孔を有する一対の結合アーム部とを備え、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、上記一対の結合アーム部に上記軸受孔よりも小径で軸受孔とほぼ同心の小径貫通孔を形成する小径貫通孔成形工程と、上記小径貫通孔が形成された一対の結合アーム部の外周面を金型で拘束し、上記一対の結合アーム部の半径方向外側の凸面を半径方向内側に押圧して金属材料を塑性流動させ、一対の結合アーム部を形成する結合アーム部成形工程と、上記一対の結合アーム部の小径貫通孔を拡径して所定直径の軸受孔を形成する軸受孔成形工程とを有する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において、上記結合アーム部成形工程は、上記一対の結合アーム部の半径方向内側の凹面に、上記軸受孔と同心で、軸受孔よりも大径の突出部を半径方向内側に突出させて形成することを特徴とする自在継手の加工方法である。

第３番目の発明は、第１番目または第２番目のいずれか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４番目の発明は、第３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５番目の発明は、第１番目または第２番目のいずれかの発明の自在継手の加工方法において、上記結合筒部と軸の結合方法が、溶接、かしめ加工、軸の外周面を結合筒部の内周面で締め付けるボルト締付けのうちのいずれかであることを特徴とする自在継手の加工方法である。

本発明の自在継手およびその加工方法では、一対の結合アーム部に軸受孔よりも小径で軸受孔とほぼ同心の小径貫通孔を形成する小径貫通孔成形工程と、小径貫通孔が形成された一対の結合アーム部の外周面を金型で拘束し、一対の結合アーム部の半径方向外側の凸面を半径方向内側に押圧して金属材料を塑性流動させ、一対の結合アーム部を形成する結合アーム部成形工程と、一対の結合アーム部の小径貫通孔を拡径して所定直径の軸受孔を形成する軸受孔成形工程とを有している。

塑性流動した金属材料は、小径貫通孔側に流動して、小径貫通孔が縮径し、結合アーム部の外周面は所定の形状に正確に成形される。従って、機械加工時に結合アーム部の外周面をクランプした時のクランプ精度が安定し、機械加工精度が向上する。

本発明の実施例１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１の自在継手のヨークを示す斜視図である。 本発明の実施例１の自在継手のヨークに折り返し部と結合アーム部を形成した状態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＰ矢視図である。 図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施例１の自在継手のヨークの一対の結合アーム部に、小径貫通孔を形成した状態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＱ矢視図である。 図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施例１の自在継手のヨークの一対の結合アーム部の外周面を金型で拘束した後、一対の結合アーム部の半径方向内側の凹面に、突出部を半径方向内側に突出させて形成した状態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＲ矢視図である。 図７（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 本発明の実施例１の自在継手のヨークの一対の結合アーム部に軸受孔を形成した状態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＳ矢視図である。 図９（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 本発明の実施例２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１から実施例２を説明する。

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１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１０は、本発明の実施例１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１の自在継手のヨークを示す斜視図である。図３から図１０は、本発明の実施例１の自在継手のヨーク５１の成形工程を示し、図３は本発明の実施例１の自在継手のヨークに折り返し部と結合アーム部を形成した状態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＰ矢視図である。図４は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図５は本発明の実施例１の自在継手のヨークの一対の結合アーム部に、小径貫通孔を形成した状態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＱ矢視図である。図６は図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図７は本発明の実施例１の自在継手のヨークの一対の結合アーム部の外周面を金型で拘束した後、一対の結合アーム部の半径方向内側の凹面に、突出部を半径方向内側に突出させて形成した状態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＲ矢視図である。図８は図７（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図９は本発明の実施例１の自在継手のヨークの一対の結合アーム部に軸受孔を形成した状態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＳ矢視図である。図１０は図９（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

図２から図１０には、本発明の実施例１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、自在継手のヨーク５１の左側（図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に形成された軸受孔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２の右側から、結合筒部５３の軸方向に平行に、軸６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、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、図示しないボルト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２の右側の座面５４２は、ボルトのボルト頭部の下面に当接する。図２の左側の座面（図示せず）は、ボルトのボルト軸部にねじ込まれるナット（図示せず）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２の右側からボルトを挿入する。ナットをボルトのボルト軸部にねじ込むと、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２から図４に示すように、プレス加工によって、二股状の結合アーム部５２、５２は、結合筒部５３の軸線に直交する方向の断面形状が半径方向外側に凸の円弧形状を有し、結合アーム部５２、５２の半径方向外側には凸面５２２、５２２が形成され、結合アーム部５２、５２の半径方向内側には凹面５２３、５２３が形成されている。また、図２及び図３に示すように、プレス加工によって、結合筒部５３を円筒形に成形する。また、フランジ部５４、５４を内側に折り返して折り返し部５４３、５４３を形成する。

次に、図５、図６に示すように、図示しないパンチで、上記軸受孔５２１よりも小径の小径貫通孔５２５を軸受孔５２１とほぼ同心に形成する。次に、図７、図８に示すように、結合アーム部５２、５２の外周面５２６、５２６を金型８で拘束する。

外周面５２６、５２６を金型８で拘束した状態で、図７、図８に示すように、図示しないパンチで、結合アーム部５２、５２の半径方向外側の凸面５２２、５２２を半径方向内側に押圧して金属材料を塑性流動させる。図示しないダイを半径方向内側の凹面５２３、５２３に当接させておけば、半径方向内側の凹面５２３、５２３に、突出部５８が半径方向内側に突出して形成される。突出部５８は軸受孔５２１、５２１と同心で、軸受孔５２１、５２１よりも大径に形成される。

結合アーム部５２、５２の外周面５２６、５２６が金型８で拘束されているため、塑性流動した金属材料の余肉は、小径貫通孔５２５側に流動して、小径貫通孔５２５が縮径し、結合アーム部５２、５２の外周面５２６、５２６は所定の形状に正確に成形される。

次に、図９、図１０に示すように、縮径した小径貫通孔５２５を機械加工して拡径し、結合アーム部５２、５２に所定直径の軸受孔５２１、５２１を形成する。また、結合筒部５３の内周面５３１を機械加工すれば、本発明の実施例１の自在継手のヨーク５１の成形が完了する。軸受孔５２１、５２１及び結合筒部５３の内周面５３１の機械加工は、結合アーム部５２、５２の外周面５２６、５２６をクランプして加工するが、結合アーム部５２、５２の外周面５２６、５２６が所定の形状に正確に成形されるため、クランプ精度が安定し、機械加工精度が向上する。

また、図２に示すように、結合アーム部５２、５２の先端の突出部５８の一部（図２の左端側）を縦に削り落として、軸受孔５２１、５２１の一部に開口部５９、５９を形成すれば、十字軸７を軸受孔５２１、５２１に組み付ける作業が容易になるため、好ましい。さらに、図２に示すように、結合アーム部５２、５２の凹面５２３、５２３の上端と下端に、斜めの面取り部５２４、５２４を各々形成すれば、自在継手の折り曲げ角度をさらに大きくすることが可能となる。

本発明の実施例１の自在継手は、結合アーム部５２、５２は、結合筒部５３の軸線に直交する方向の断面形状が半径方向外側に凸の円弧形状をしているため、結合アーム部５２、５２の幅寸法が小さくても剛性が向上するため、十字軸７で連結される他方の結合アーム部との干渉量が少なくて、自在継手の折り曲げ角度を大きくすることが可能となる。しかも、突出部５８が半径方向内側に突出して形成されて、軸受を軸支する軸方向の長さを長くしているため、軸受の支持剛性が大きくなる。

図１１は本発明の実施例２の自在継手のヨークを示す斜視図である。以下の説明では、上記実施例１と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。また、上記実施例１と同一部品には同一番号を付して説明する。図１１に示すように、本発明の実施例２では、結合筒部５３には、結合筒部５３を縮径するためのフランジ部は無く、軸６と結合筒部５３は、溶接、または、かしめ加工によって結合している。

上記実施例１では、フランジ部５４、５４には、ボルト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、ボルトのボルト軸部に形成した雄ねじをねじ込んでもよい。また、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 軸受孔
５２２ 凸面
５２３ 凹面
５２４ 面取り部
５２５ 小径貫通孔
５２６ 外周面
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
５６ スリット（切り割り）
５８ 突出部
５９ 開口部
６ 軸（ピニオン軸）
７ 十字軸
８ 金型

Claims (5)

1. 回転トルクを伝達可能に軸を結合するための結合筒部と、
   上記結合筒部とは反対側で、上記結合筒部と一体に設けられ、結合筒部の軸線に直交する方向の断面形状が半径方向外側に凸の円弧形状を有し、十字軸を軸支するための軸受孔を有する一対の結合アーム部とを備え、
   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、
   上記一対の結合アーム部に上記軸受孔よりも小径で軸受孔とほぼ同心の小径貫通孔を形成する小径貫通孔成形工程と、
   上記小径貫通孔が形成された一対の結合アーム部の外周面を金型で拘束し、上記一対の結合アーム部の半径方向外側の凸面を半径方向内側に押圧して金属材料を塑性流動させ、一対の結合アーム部を形成する結合アーム部成形工程と、
   上記一対の結合アーム部の小径貫通孔を拡径して所定直径の軸受孔を形成する軸受孔成形工程とを有すること
   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において、
   上記結合アーム部成形工程は、
   上記一対の結合アーム部の半径方向内側の凹面に、上記軸受孔と同心で、軸受孔よりも大径の突出部を半径方向内側に突出させて形成すること
   を特徴とする自在継手の加工方法。
3. 請求項１または請求項２のいずれか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。
4. 請求項３に記載された自在継手を有するステアリング装置。
5. 請求項１または請求項２のいずれかに記載された自在継手の加工方法において、
   上記結合筒部と軸の結合方法が、溶接、かしめ加工、軸の外周面を結合筒部の内周面で締め付けるボルト締付けのうちのいずれかであること
   を特徴とする自在継手の加工方法。

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