JP2012107756A - 自在継手の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボルトに生ずる曲げ応力を軽減して、ボルトに生ずる平均応力を小さくし、許容応力振幅を大きくして、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。
【解決手段】加工用クランプ治具７１でフランジ部５４Ａ、５４Ｂを図３の左右方向から挟持して弾性変形させ、軸６の雄セレーション６１を雌セレーション５３１で締め付けた状態に相当する変形をフランジ部５４Ａ、５４Ｂに生じさせる。この状態で、フランジ部５４Ａ、５４Ｂに、ボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂ、フランジ部５４Ａの座面５４２Ａ、フランジ部５４Ｂの座面５４２Ｂを加工する。その結果、ボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂは同一軸線上（同心状）に形成され、ボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂの軸線に対して、座面５４２Ａ、座面５４２Ｂが直交して形成される。
【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及び特許文献２に示す自在継手は、ヨークの結合筒部の軸方向の全長にわたって切り割りを形成することで、結合筒部の弾性変形を容易にし、切り割りを挟んで結合筒部と一体に設けられた一対のフランジ部をボルトで締め付けた時の、ヨークの結合筒部と軸との結合剛性を大きくしている。

図１４から図１６は、ヨークの結合筒部の軸方向の全長にわたって切り割りを形成した従来の自在継手を示し、図１４（１）は従来の自在継手を示す斜視図であり、図１４（２）は図１４（１）の縦断面図である。図１５は従来の自在継手にボルトを締め付ける前の状態を示す図１４（２）のＣ−Ｃ拡大断面図である。図１６（１）は従来の自在継手にボルトを締め付けた状態を示す図１４（２）のＣ−Ｃ拡大断面図であり、図１６（２）は従来の自在継手にボルトを締め付けた時のボルト単体を示す部品図である。

図１４から図１５に示すように、ヨーク５１の左側（図１４）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図示しない十字軸を介して、他方のヨーク５１と結合されている。

ヨーク５１の右側（図１４）には略円筒状の結合筒部５３が形成され、この結合筒部５３の内周面に形成された雌セレーション５３１に、図１４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６の外周面に形成された雄セレーション６１を、雌セレーション５３１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左右一対のフランジ部５４Ａ、５４Ｂが形成されている。フランジ部５４Ａ、５４Ｂの間には、雌セレーション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。

軸６の雄セレーション６１の軸方向の略中間位置には、環状の凹部６２が形成されている。そのため、軸６がヨーク５１の結合筒部５３から図１４の右側に抜け出そうとすると、ボルト５５のボルト軸部５５２が凹部６２に当接して、軸６がヨーク５１の結合筒部５３から抜け出すのを防止する。

フランジ部５４Ａ、５４Ｂには、ボルト５５を挿入するためのボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂが同心状に形成されている。また、フランジ部５４Ａ、５４Ｂには、座面５４２Ａ、座面５４２Ｂが形成されている。座面５４２Ａは、ボルト５５のボルト頭部５５３の下面５５３Ａに当接する。座面５４２Ｂは、ボルト５５のボルト軸部５５２の雄ねじ５５２Ａにねじ込まれるナット５５１の下面５５１Ａに当接する。ボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂは同一軸線上（同心状）に形成され、ボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂの軸線に対して、座面５４２Ａ、座面５４２Ｂが直交して形成されている。

図１６（１）に示すように、結合筒部５３の雌セレーション５３１に軸６を挿入し、ボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂに、図１６（１）の右側からボルト５５、ばね座金５５４を挿入する。ナット５５１をボルト５５の雄ねじ５５２Ａにねじ込むと、フランジ部５４Ａ、５４Ｂが弾性変形してスリット５６の溝幅が狭まり、軸６の雄セレーション６１を雌セレーション５３１で強く締付けて固定することができる。

フランジ部５４Ａ、５４Ｂが弾性変形して、スリット５６の溝幅が狭まり、座面５４２Ａ、座面５４２Ｂは、図１６（１）の下方側に角度βだけ狭まった形状（非平行）になる。そのため、ボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂの軸線に対して、座面５４２Ａ、座面５４２Ｂが傾斜するため、ボルト５５には曲げ応力と引っ張り応力の両方が作用する。その結果、ボルト５５のボルト軸部５５２の軸方向長さの略中央部の応力が大きくなり、許容応力振幅が小さくなって、ボルト５５が疲労破壊を起こしやすくなるため、大きな回転トルクを伝達することが困難になる。

特開平１０−２０５５４７号公報 特開２０００−１９２９８２号公報

本発明は、ボルトに生ずる曲げ応力を軽減して、ボルトに生ずる平均応力を小さくし、許容応力振幅を大きくして、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、基端寄り部分に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切り割り、上記切り割りを挟んで上記結合筒部と一体に設けられた一対のフランジ部、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、上記結合筒部の内周面に挿入され、結合筒部の内周面に回転トルクを伝達可能に内嵌する外周面を有する軸、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が内嵌され、上記一対のフランジ部の間の切り割りの間隔を狭めて、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た自在継手において、上記ボルトを締め付けて軸の外周面を結合筒部の内周面で締め付けた状態に相当する変形を上記一対のフランジ部に付与した状態で、上記ボルト頭部の下面に当接する上記フランジ部の座面と上記ボルト孔を上記一対のフランジ部に加工することを特徴とする自在継手の加工方法である。

本発明の自在継手は、基端寄り部分に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、結合筒部に形成され、上記内周面に貫通する切り割りと、切り割りを挟んで結合筒部と一体に設けられた一対のフランジ部と、内周面とは反対側で、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と、結合筒部の内周面に挿入され、結合筒部の内周面に回転トルクを伝達可能に内嵌する外周面を有する軸と、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が内嵌され、一対のフランジ部の間の切り割りの間隔を狭めて、結合筒部の内周面を縮径し、軸の外周面を結合筒部の内周面で締め付けるボルトと、ボルトを締め付けて軸の外周面を結合筒部の内周面で締め付けた状態で、ボルト頭部の下面に当接するフランジ部の座面と上記ボルト孔が直交するように形成している。

従って、ボルトを締め付けた時に、ボルト孔は同一軸線上に形成され、ボルト孔の軸線に対して、フランジ部の座面が直交するため、ボルトには引っ張り応力だけが作用し、曲げ応力はほとんど作用しない。その結果、ボルトに生ずる平均応力を小さくし、許容応力振幅を大きくすることが可能となるため、大きな回転トルクを伝達することが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施例１から実施例４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２は本発明の実施例１の自在継手にボルト孔と座面を加工している状態を示す縦断面図である。図３は図２のＡ−Ａ断面図である。図４はボルト孔と座面の加工が終了した自在継手のクランプを解除した状態を示す図３相当図である。図５は本発明の実施例１の自在継手にボルトを締め付けた状態を示す図３相当図である。

図１に示すように、本発明の実施例１の自在継手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５は、本発明の実施例１の自在継手を示し、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。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５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。ヨーク５１の左側（図２）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図示しない十字軸を介して、他方のヨーク５１と結合されている。従って、上記両ヨーク５１、５１の中心が同一直線上に位置しなくても、両ヨーク５１、５１同士の間で回転力を伝達することができる。

ヨーク５１の右側（図２）には略円筒状の結合筒部５３が形成され、この結合筒部５３の内周面に形成された雌セレーション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。軸６の外周面に形成された雄セレーション６１を、雌セレーション５３１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。

図２から図３に示すように、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左右一対のフランジ部５４Ａ、５４Ｂが形成されている。フランジ部５４Ａ、５４Ｂの間には、雌セレーション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。

軸６の雄セレーション６１の軸方向の略中間位置には、環状の凹部６２が形成されている。そのため、軸６がヨーク５１の結合筒部５３から図２の右側に抜け出そうとすると、ボルト５５のボルト軸部５５２が凹部６２に当接して、軸６がヨーク５１の結合筒部５３から抜け出すのを防止する。

フランジ部５４Ａ、５４Ｂにボルト５５を挿入するためのボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂは、下記の加工方法で形成する。すなわち、結合筒部５３の雌セレーション５３１に、雄セレーション６１を有する軸６、または、軸６と同一形状の加工用治具としての軸６を挿入して、セレーション係合させる。

次ぎに、加工用クランプ治具７１でフランジ部５４Ａ、５４Ｂを図３の左右方向から挟持し、フランジ部５４Ａ、５４Ｂを弾性変形させ、軸６の雄セレーション６１を雌セレーション５３１で締め付けた状態に相当する変形をフランジ部５４Ａ、５４Ｂに付与する。すなわち、正規の組み付け状態の時に、ボルト５５を締め付けて、軸６の雄セレーション６１を、雌セレーション５３１で締め付けた状態に相当する変形をフランジ部５４Ａ、５４Ｂに付与する。

この状態で、フランジ部５４Ａ、５４Ｂに、ボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂ、フランジ部５４Ａの座面５４２Ａ、フランジ部５４Ｂの座面５４２Ｂを加工する。フランジ部５４Ａの座面５４２Ａは、ボルト５５のボルト頭部５５３の下面５５３Ａに当接する。フランジ部５４Ｂの座面５４２Ｂは、ボルト５５のボルト軸部５５２の雄ねじ５５２Ａにねじ込まれるナット５５１の下面５５１Ａに当接する。その結果、ボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂは同一軸線上（同心状）に形成され、ボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂの軸線に対して、座面５４２Ａ、座面５４２Ｂが直交して形成される。

ボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂは、ドリル７２で加工し、フランジ部５４Ａの座面５４２Ａは座ぐりバイト７３で加工し、フランジ部５４Ｂの座面５４２Ｂは座ぐりバイト７４で加工する。フランジ部５４Ｂの座面５４２Ｂは、図示しない裏座ぐりバイトを使用して、座ぐりバイト７３と同じ側から加工してもよい。

図示はしないが、他の例として、ナット５５１は使用せず、一方のフランジ部５４Ａにボルト孔（バカ孔）５４１Ａを形成し、他方のフランジ部５４Ｂにボルト孔（雌ねじ）を形成し、ボルト軸部５５２の雄ねじ５５２Ａをこの雌ねじにねじ込んで、フランジ部５４Ａ、５４Ｂを締め付けるねじ込みボルト方式に本発明を適用してもよい。

このねじ込みボルト方式の場合には、他方のフランジ部５４Ｂの座面５４２Ｂの加工は不要で、フランジ部５４Ａにボルト孔５４１Ａ、フランジ部５４Ｂにボルト孔（雌ねじ）、フランジ部５４Ａの座面５４２Ａを加工することになる。

図４（１）は、ボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂと座面５４２Ａ、５４２Ｂの加工が終了したヨーク５１を、加工用クランプ治具７１から取り外した状態を示す。図４（１）に示すように、フランジ部５４Ａ、５４Ｂの弾性変形が元に戻るため、スリット５６の溝幅が拡がり、座面５４２Ａ、座面５４２Ｂは、図４の下方側に角度θだけ広がった形状になる。

このようにして製造したヨーク５１を車体に組み付けるために、図４（２）に示すように、結合筒部５３の雌セレーション５３１に軸６を挿入し、ボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂに図４（２）の右側からボルト５５、ばね座金５５４を挿入する。ナット５５１をボルト５５の雄ねじ５５２Ａにねじ込むと、図５に示すように、フランジ部５４Ａ、５４Ｂが弾性変形してスリット５６の溝幅が狭まり、軸６の雄セレーション６１を雌セレーション５３１で強く締付けて固定することができる。

その結果、ボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂは同一軸線上（同心状）に配置され、ボルト孔５４１Ａ、５４１Ｂの軸線に対して、座面５４２Ａ、座面５４２Ｂが直交するため、ボルト５５には引っ張り応力だけが作用し、曲げ応力はほとんど作用しない。その結果、ボルト５５に生ずる平均応力が小さくなり、許容応力振幅を大きくすることが可能となるため、大きな回転トルクを伝達することができる。

次に本発明の実施例２について説明する。図６は本発明の実施例２の自在継手と軸の結合構造を示し、自在継手に軸を圧入途中の状態を示す縦断面図であり、図６（２）は図６（１）のＰ部拡大縦断面図である。図７は本発明の実施例２の自在継手と軸の結合構造を示し、自在継手に対する軸の圧入が完了した状態を示す縦断面図であり、図７（２）は図７（１）のＱ部拡大縦断面図である。

図８は本発明の実施例２の自在継手と軸の結合構造に使用する結合リングの二つの例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、同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例２は、自在継手５のヨーク５１と軸６との結合構造の変形例を示す。実施例２の結合構造は、図１の自在継手４と雄中間シャフト１５Ａとの結合部、自在継手４と出力軸２３との結合部、自在継手５と雌中間シャフト１５Ｂとの結合部、及び、互いに嵌合する任意の雄軸と雌軸の結合部に適用することができる。

すなわち、実施例２は、雄軸と雌軸との間で回転トルクを伝達するために、精度の必要なセレーション等の非円形加工が不要であり、雄軸に雌軸を圧入するだけで、回転トルクの伝達と、雄軸に対する雌軸の軸方向の移動を不能に結合することを可能にした結合構造の例を示す。

図６（１）に示すように、ヨーク５１の右側（図２）には円筒状の結合筒部５７が形成され、この結合筒部５７の内周面には、円筒状孔５７１が形成されている。この円筒状孔５７１に、図６の右側から、結合筒部５７の軸方向に平行に軸６を挿入し、軸６の左側外周面に形成された小径の円柱状軸部６３を、円筒状孔５７１に内嵌する。円筒状孔５７１に対して軸６の円柱状軸部６３を楽に挿入しやすくするために、円筒状孔５７１と円柱状軸部６３の嵌合は、適度なすきまばめが好ましいが、とまりばめ、または、しまりばめにしてもよい。

結合筒部５７の右端面５７２には、薄肉円筒部５７３が形成され、薄肉円筒部５７３は、結合筒部５７の右端面５７２よりも、右側にα（図６（２）参照）だけ突出している。軸６には、小径の円柱状軸部６３の右側に、矩形断面の環状溝６４が形成され、環状溝６４の右側に、円柱状軸部６３よりも若干直径の大きな円柱状の中径軸部６５が形成されている。

また、中径軸部６５の右側には、結合筒部５７の外周面５７４の直径と同一直径の円柱状の大径軸部６６が形成されている。大径軸部６６の左端面６７と結合筒部５７の右端面５７２との間には、結合リング５８が介挿されている。結合リング５８は、図８に詳細形状を示すように、断面形状が矩形の環状で、図８（１）の例では、左右の側面に円錐状突起５８１、５８１が、円周上に等間隔に、各々４個形成されている。また、図８（２）の例では、左右の側面に半球状突起５８２、５８２が、各々４個形成されている。

結合リング５８の内周面の円筒状孔５８３（図６（２）参照）は、中径軸部６５の直径と略同一直径に形成され、中径軸部６５に円筒状孔５８３が適度の嵌合で外嵌するように形成されている。

図７に示すように、結合筒部５７の円筒状孔５７１に軸６の円柱状軸部６３を更に押し込むと、結合リング５８の円錐状突起５８１、５８１（図８（２）の例の場合には、半球状突起５８２、５８２）が、大径軸部６６の左端面６７と結合筒部５７の右端面５７２に食い込み、ヨーク５１の結合筒部５７と軸６との間で回転トルクが伝達可能となる。

また、結合リング５８の円錐状突起５８１が、結合筒部５７の右端面５７２に食い込むため、結合筒部５７の薄肉円筒部５７３が半径方向内側に折り曲げられて、軸６の環状溝６４に入り込み、ヨーク５１の結合筒部５７に対して軸６を軸方向に移動不能に結合する。従って、ヨーク５１の結合筒部５７や軸６に対して、精度の必要なセレーション等の非円形加工が不要であり、ヨーク５１の結合筒部５７に対して軸６を軸方向に圧入するだけで、回転トルクの伝達と軸方向の固定の両方が同時に可能となるため、製造コストの削減が可能となる。

次に本発明の実施例３について説明する。図９（１）は本発明の実施例３の自在継手を示す縦断面図であり、図９（２）は図９（１）のＲ矢視図である。図１０（１）は従来の自在継手を示す縦断面図であり、図１０（２）は図１０（１）のＳ矢視図である。以下の説明では、上記実施例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、同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例３は、実施例１のスリット５６の形状を変えて、ヨーク５１の剛性を向上させた例である。すなわち、実施例１では、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。これに対して、実施例３のスリット５６は、結合筒部５３からの切り上がり位置５６１が、結合筒部５３の軸方向の長さの途中に形成されているため、結合アーム部５２の右端と結合筒部５３の左端は、連結壁５６２によって連結されて、スリット５６によって完全に分断されることが無い。

従って、図１０に示すように、スリット５６が結合筒部５３の軸方向の全長にわたって形成されている実施例１のヨーク５１の場合には、ヨーク５１に大きな回転トルクが作用すると、二点鎖線で示すように、スリット５６、結合アーム部５２の変形が大きくなり、回転トルクの変動に応じてヨーク５１の応力振幅が大きくなって、ヨーク５１が破損する恐れがある。

しかし、実施例３のヨーク５１は、結合アーム部５２の右端と結合筒部５３の左端が、連結壁５６２によって連結されて、スリット５６によって完全に分断されることが無い。従って、ヨーク５１に大きな回転トルクが作用した時に、スリット５６、結合アーム部５２の変形が小さく、回転トルクの変動によるヨーク５１の応力振幅が小さくなるため、ヨーク５１の破損が回避されるとともに、従来のヨーク５１よりも小型化することが可能となる。

次に本発明の実施例４について説明する。図１１（１）は本発明の実施例４の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の嵌合状態を示す要部側面図であり、図１１（２）は図１１（１）のＢ−Ｂ拡大断面図である。図１２（１）から図１２（３）は、図１１（２）の変形例を示し、図１１（１）のＢ−Ｂ拡大断面図相当である。

図１３は、本発明の実施例４の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の樹脂被膜の厚さと剛性の関係をＦＥＭ解析で求めたグラフである。以下の説明では、上記実施例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、同一部品には同一番号を付して説明する。

実施例４は、安定的に小さな摺動抵抗が得られるとともに、ガタつきを確実に防止することを可能にした、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の例である。実施例４の構造は、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とから構成される伸縮軸に限定されるものではなく、雄中間シャフト１５Ａと雌中間シャフト１５Ｂとで構成される伸縮軸等、回転トルクを伝達可能で互いに摺動可能に嵌合する任意の雄軸と雌軸で構成される伸縮軸に適用することができる。

このような伸縮軸では、伸縮時の摺動抵抗が小さく、かつ、ステアリングホイールを操作した時のガタ感が小さいことが必要となる。そのために、雄軸または雌軸のいずれか一方に樹脂被膜を被覆し、潤滑油としてグリース等を塗布している。

この樹脂被膜が薄いと、雄軸と雌軸の加工精度によって変動する締代に対して摺動抵抗の変動割合が大きくなり、適切な摺動抵抗を安定して確保することが難しくなる。また、樹脂被膜が厚いと、回転トルクに対する雄軸と雌軸の間の剛性が低下するため、ステアリングホイールを操作した時のガタ感が大きくなり、好ましくない。

図１１（１）、（２）に示すように、本発明の実施例４の伸縮軸であ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。

図１１（２）に示すように、雌ステアリングシャフト１２Ａには、雌スプライン１２１Ａが形成され、雄ステアリングシャフト１２Ｂには雄スプライン１２１Ｂが形成されて、互いにスプライン嵌合し、雄スプライン１２１Ｂの外周に樹脂被膜１２２Ｂがコーティングされている。本発明の実施例４の樹脂被膜の材質は、ナイロン１１を使用している。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、図１２（１）の例では、雌ステアリングシャフト１２Ａには、雌スプライン１２１Ａが形成され、雄ステアリングシャフト１２Ｂには雄スプライン１２１Ｂが形成されて、互いにスプライン嵌合し、雌スプライン１２１Ａの内周に樹脂被膜１２２Ａがコーティングされている。

図１２（２）に示すように、雌ステアリングシャフト１２Ａの内周に、四角形孔１２３Ａを形成し、雄ステアリングシャフト１２Ｂの外周に四角形軸１２３Ｂを形成して、互いに回転トルクを伝達可能に嵌合させ、四角形軸１２３Ｂの外周、または、四角形孔１２３Ａの内周に樹脂被膜１２５をコーティングしてもよい。

また、図１２（３）に示すように、雌ステアリングシャフト１２Ａの内周に、三角形孔１２４Ａを形成し、雄ステアリングシャフト１２Ｂの外周に三角形軸１２４Ｂを形成して、互いに回転トルクを伝達可能に嵌合させ、三角形軸１２４Ｂの外周、または、三角形孔１２４Ａの内周に樹脂被膜１２５をコーティングしてもよい。

図１３のグラフに示すように、樹脂被膜の厚さが厚くなると、回転トルクに対する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の間の剛性が低下する。樹脂被膜の厚さが０．２ｍｍ以下では、剛性は大きいが、剛性の変化が大きく、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の締代の小さな誤差によって、摺動抵抗が大きく変動するため好ましくない。

また、樹脂被膜の厚さが０．８ｍｍ以上では、剛性が低下する割合が小さく、ほぼ一定の剛性になると考えてよい。従って、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の加工寸法の管理が容易で、適切な摺動抵抗を安定して確保するためには、樹脂被膜の厚さを０．２ｍｍ〜０．８ｍｍに設定するのが適当であり、樹脂被膜の厚さを０．４ｍｍ〜０．８ｍｍに設定すれば、より好ましい。

上記実施例では、略円筒状の結合筒部５３が形成されたヨークに本発明を適用した例について説明したが、略コの字断面の結合筒部を有するヨークに本発明を適用してもよい。

また、上記実施例では、ヨーク５１のフランジ部５４Ａ、５４Ｂにボルト孔（バカ孔）５４１Ａ、５４１Ｂが形成され、ボルト５５とナット５５１でフランジ部５４Ａ、５４Ｂを挟んで締め付ける通しボルト方式に本発明を適用した例について説明した。他の例として、ナット５５１は使用せず、フランジ部５４Ａ、５４Ｂの一方に雌ねじを形成し、ボルト軸部５５２の雄ねじ５５２Ａをこの雌ねじにねじ込んで、フランジ部５４Ａ、５４Ｂを締め付けるねじ込みボルト方式に本発明を適用してもよい。

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１の自在継手にボルト孔と座面を加工している状態を示す縦断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 ボルト孔と座面の加工が終了した自在継手のクランプを解除した状態を示す図３相当図である。 本発明の実施例１の自在継手にボルトを締め付けた状態を示す図３相当図である。 本発明の実施例２の自在継手と軸の結合構造を示し、自在継手に軸を圧入する途中の状態を示す縦断面図であり、（２）は（１）のＰ部拡大縦断面図である。 本発明の実施例２の自在継手と軸の結合構造を示し、自在継手に対する軸の圧入が完了した状態を示す縦断面図であり、（２）は（１）のＱ部拡大縦断面図である。 本発明の実施例２の自在継手と軸の結合構造に使用する結合リングの二つの例を示す斜視図である。 （１）は本発明の実施例３の自在継手を示す縦断面図であり、（２）は（１）のＲ矢視図である。 （１）は従来の自在継手を示す縦断面図であり、（２）は（１）のＳ矢視図である。 （１）は本発明の実施例４の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の嵌合状態を示す要部側面図であり、（２）は（１）のＢ−Ｂ拡大断面図である。 （１）から（３）は、図１１（２）の変形例を示し、図１１（１）のＢ−Ｂ拡大断面図相当である。 本発明の実施例４の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の樹脂被膜の厚さと剛性の関係をＦＥＭ解析で求めたグラフである。 （１）は従来の自在継手を示す斜視図であり、（２）は（１）の縦断面図である。 従来の自在継手にボルトを締め付ける前の状態を示す図１４（２）のＣ−Ｃ拡大断面図である。 （１）は従来の自在継手にボルトを締め付けた状態を示す図１４（２）のＣ−Ｃ拡大断面図であり、（２）は従来の自在継手にボルトを締め付けた時のボルト単体を示す部品図である。

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
１２１Ａ 雌スプライン
１２２Ａ 樹脂被膜
１２３Ａ 四角形孔
１２４Ａ 三角形孔
１２Ｂ 雄ステアリングシャフト
１２１Ｂ 雌スプライン
１２２Ｂ 樹脂被膜
１２３Ｂ 四角形軸
１２４Ｂ 三角形軸
１２５ 樹脂被膜
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
５３ 結合筒部
５３１ 雌セレーション
５４Ａ、５４Ｂ フランジ部
５４１Ａ、５４１Ｂ ボルト孔
５４２Ａ、５４２Ｂ 座面
５５ ボルト
５５１ ナット
５５１Ａ 下面
５５２ ボルト軸部
５５２Ａ 雄ねじ
５５３ ボルト頭部
５５３Ａ 下面
５５４ ばね座金
５６ スリット（切り割り）
５６１ 切り上がり位置
５６２ 連結壁
５７ 結合筒部
５７１ 円筒状孔
５７２ 右端面
５７３ 薄肉円筒部
５７４ 外周面
５８ 結合リング
５８１ 円錐状突起
５８２ 半球状突起
５８３ 円筒状孔
６ 軸（ピニオン軸）
６１ 雄セレーション
６２ 凹部
６３ 円柱状軸部
６４ 環状溝
６５ 中径軸部
６６ 大径軸部
６７ 左端面
７１ 加工用クランプ治具
７２ ドリル
７３ 座ぐりバイト
７４ 座ぐりバイト

Claims (1)

1. 基端寄り部分に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切り割り、
   上記切り割りを挟んで上記結合筒部と一体に設けられた一対のフランジ部、
   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、
   上記結合筒部の内周面に挿入され、結合筒部の内周面に回転トルクを伝達可能に内嵌する外周面を有する軸、
   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が内嵌され、上記一対のフランジ部の間の切り割りの間隔を狭めて、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た自在継手において、
   上記ボルトを締め付けて軸の外周面を結合筒部の内周面で締め付けた状態に相当する変形を上記一対のフランジ部に付与した状態で、上記ボルト頭部の下面に当接する上記フランジ部の座面と上記ボルト孔を上記一対のフランジ部に加工すること
   を特徴とする自在継手の加工方法。

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