JP2012112509A - Method and structure for coupling between shaft and yoke - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シャフトとヨークの結合方法及び結合構造に関するものであり、例えば電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトに好適なものである。 The present invention relates to a coupling method and a coupling structure of a shaft and a yoke, and is suitable for a steering shaft of an electric power steering apparatus, for example.
ステアリングシャフトは、構造上、アッパーシャフト、インターミディエイトシャフト、ロアーシャフトなどの複数のシャフトを自在継手で連結して構成される。自在継手には種々のものがあるが、例えば一般にカルダンジョイントと呼ばれる自在継手は、クロススパイダと呼ばれる二つの軸を交差させた十字軸の夫々の軸を回転自在にシャフトに取付けて構成される(二つの軸がねじれの位置にあるものもある)。この十字軸の各軸を回転自在に支持する二股の部材をヨークと呼ぶ。即ち、ステアリングシャフトを構成する各シャフトの端部にはヨークが取付けられ、夫々のヨークに十字軸の何れかの軸が回転自在に取付けられている。 The steering shaft is structured by connecting a plurality of shafts such as an upper shaft, an intermediate shaft, and a lower shaft by a universal joint. There are various types of universal joints. For example, universal joints generally called cardan joints are configured by rotatably attaching each axis of a cross shaft called a cross spider crossing two axes to a shaft ( Some have two axes in a twisted position). A bifurcated member that rotatably supports each axis of the cross shaft is called a yoke. That is, a yoke is attached to the end of each shaft constituting the steering shaft, and one of the cross shafts is rotatably attached to each yoke.
シャフトとヨークを結合する場合、シャフトの先端部を管状とし、当該シャフトの管状先端部をヨークの貫通孔部に挿入し、その挿入管状先端部を、ヨークの貫通孔部のシャフト挿入方向と反対側から、径方向外側に拡げて加締めるものがある。下記特許文献1では、シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部をヨークに接触させている。
When connecting the shaft and the yoke, the tip of the shaft is tubular, the tubular tip of the shaft is inserted into the through hole of the yoke, and the inserted tubular tip is opposite to the shaft insertion direction of the through hole of the yoke. Some of them are caulked from the side to the outside in the radial direction. In the following
しかしながら、前記特許文献1に記載されるシャフトとヨークの結合方法又は結合構造のように、シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部をヨークに接触させると、加締め時に、加締め部の接触部位からヨークに設計値以上の応力が係り、ヨークの許容伝達トルクが小さくなる、即ちヨークの強度が低下するという問題が生じる。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、ヨークの許容伝達トルクを確保する、即ちヨークの強度低下を防止することが可能なシャフトとヨークの結合方法及び結合構造を提供することを目的とするものである。
However, as in the shaft-yoke coupling method or the coupling structure described in
The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and a shaft-yoke coupling method and a coupling structure capable of ensuring the allowable transmission torque of the yoke, that is, preventing the strength of the yoke from being lowered. Is intended to provide.
上記課題を解決するために、本発明のシャフトとヨークの結合方法は、シャフトの挿入管状先端部をヨークの貫通孔部に挿入し、その挿入管状先端部を径方向外側に拡げて加締めるシャフトとヨークの結合方法であって、前記シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部をヨークと非接触状態とすることを特徴とするものである。
また、前記ヨークのうち、前記シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部に対向する位置に、予め逃げを形成することを特徴とするものである。
In order to solve the above-described problems, the shaft and yoke coupling method of the present invention is a shaft in which an insertion tubular tip portion of the shaft is inserted into a through-hole portion of the yoke, and the insertion tubular tip portion is expanded outwardly and crimped. The yoke is connected to the yoke, and the caulking portion that extends outward in the radial direction of the insertion tubular distal end portion of the shaft is brought into a non-contact state with the yoke.
Further, in the yoke, a relief is formed in advance at a position facing the caulking portion that is expanded radially outward of the insertion tubular tip of the shaft.
また、前記シャフトの挿入管状先端部の端面近傍部分を、その他の部分に対して、予め肉薄としたことを特徴とするものである。
また、前記加締めをローリング加締めで行うことを特徴とするものである。
また、本発明のシャフトとヨークの結合構造は、シャフトの挿入管状先端部をヨークの貫通孔部に挿入し、その挿入管状先端部を径方向外側に拡げて加締めるシャフトとヨークの結合構造であって、前記シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部とヨークとが非接触状態であることを特徴とするものである。
In addition, a portion near the end face of the insertion tubular distal end portion of the shaft is previously thinned with respect to other portions.
The caulking is performed by rolling caulking.
Further, the shaft-yoke coupling structure of the present invention is a shaft-yoke coupling structure in which the insertion tubular tip of the shaft is inserted into the through-hole portion of the yoke, and the insertion tubular tip is expanded radially and crimped. And the crimping part and the yoke which were extended to the radial direction outer side of the insertion tubular front-end | tip part of the said shaft are the non-contact states, It is characterized by the above-mentioned.
また、前記ヨークのうち、前記シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部に対向する位置に、予め逃げが形成されてなることを特徴とするものである。
また、前記シャフトの挿入管状先端部が予め肉薄とされてなることを特徴とするものである。
Further, in the yoke, a relief is formed in advance at a position facing a caulking portion that is expanded radially outward of the insertion tubular distal end portion of the shaft.
Further, the insertion tubular distal end portion of the shaft is previously thinned.
而して、本発明のシャフトとヨークの結合方法又は結合構造によれば、シャフトの挿入管状先端部をヨークの貫通孔部に挿入し、その挿入管状先端部を径方向外側に拡げて加締めるシャフトとヨークを結合するにあたり、シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部をヨークと非接触状態とすることにより、ヨークの許容伝達トルクを確保できる、即ちヨークの強度低下を防止することが可能となる。 Thus, according to the shaft or yoke coupling method or coupling structure of the present invention, the insertion tubular tip of the shaft is inserted into the through-hole portion of the yoke, and the insertion tubular tip is expanded radially outward and crimped. When the shaft and the yoke are coupled, the allowable transmission torque of the yoke can be secured, that is, the strength of the yoke can be reduced, by making the crimped portion expanded radially outside the insertion tube distal end of the shaft non-contact with the yoke. It becomes possible to prevent.
また、ヨークのうち、シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部に対向する位置に、予め逃げを形成しておくことにより、シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部をヨークと非接触状態にし易い。また、ヨークの応力集中を緩和できるので、ヨークの強度を向上することができる。
また、シャフトの挿入管状先端部の端面近傍部分を、その他の部分に対して、予め肉薄とすることにより、シャフトの挿入管状先端部を加締めし易いと共に、ヨークとシャフト嵌合部の径方向外側への拡がりを小さくすることができる。
Further, a relief is formed in advance at a position of the yoke that faces the caulking portion that is widened radially outward of the insertion tubular tip of the shaft, so that the yoke is widened radially outward of the tubular insertion distal end of the shaft. It is easy to make the crimped portion non-contact with the yoke. Further, since the stress concentration of the yoke can be relaxed, the strength of the yoke can be improved.
Also, by making the portion near the end face of the insertion tube distal end of the shaft thinner in advance than the other portions, it is easy to crimp the insertion tube distal end of the shaft, and the radial direction of the yoke and the shaft fitting portion The outward spread can be reduced.
また、加締めをローリング加締めで行うことにより、加締め変形を局所的にし、嵌合部の径方向外側への拡がりを小さくすることができる。 Further, by performing the caulking by rolling caulking, it is possible to make caulking deformation locally and to reduce the outward expansion of the fitting portion in the radial direction.
次に、本発明のシャフトとヨークの結合方法及び結合構造の実施形態について、図面を用いて説明する。
図1は、本実施形態のシャフトとヨークの結合方法及び結合構造が適用された電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトの斜視図である。図中の符号1は、ステアリングシャフトの一部を構成するインターミディエイトシャフトであり、このインターミディエイトシャフト1の先端部にはヨーク2が取付けられ、このヨーク2の二股部に十字軸3の一方の軸が回転自在に取付けられ、当該十字軸3の他方の軸は、図示しないアッパーシャフト又はロアーシャフトの先端部に取付けられている他のヨーク21の二股部に回転自在に取付けられ、全体で自在継手が構成されている。
Next, an embodiment of a shaft and yoke coupling method and a coupling structure according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of a steering shaft of an electric power steering apparatus to which the shaft and yoke coupling method and coupling structure of the present embodiment are applied.
セダンなどの一般的な車両では、転舵輪である前輪(実質的には前輪を転舵するためのタイロッドやステアリングギヤ装置)と運転席とが離間していることや、フロントエンジンルームと運転席との間にダッシュがあることなどから、ステアリングシャフトを幾つかのシャフトに分割せざるを得ない。一方、ステアリングシャフトは、本来、ステアリングホイールの回転に伴って、軸周りに捻るように回転使用されるものであるから、その回転力を伝達するためにシャフト間には自在継手が必要となる。本実施形態のシャフトとヨークの結合方法及び結合構造は、インターミディエイトシャフトに限定されるものではなく、ステアリングシャフトを構成するあらゆるシャフトとヨークの結合部に適用可能なものである。 In general vehicles such as sedans, the front wheels (actually tie rods and steering gear devices that steer the front wheels) are separated from the driver's seat, and the front engine room and driver's seat Because there is a dash between the two, the steering shaft must be divided into several shafts. On the other hand, since the steering shaft is originally used to rotate around the axis as the steering wheel rotates, a universal joint is required between the shafts to transmit the rotational force. The coupling method and coupling structure of the shaft and yoke according to the present embodiment are not limited to the intermediate shaft, but can be applied to any coupling portion between the shaft and the yoke constituting the steering shaft.
図2は、図1のインターミディエイトシャフト(以下、単にシャフトと記す)1とヨーク2の結合部の縦断面を、図3は当該結合部の横断面を示す。図中の符号22は、前記十字軸3の一方の軸が挿通される挿通孔である。本実施形態のシャフト1は、全体に管状に形成されているが、この管状のシャフト1のうち、ヨーク2に形成された貫通孔部4に挿入される挿入管状先端部5の外周にはセレーションが形成され、当該ヨーク2の貫通孔部4の内周にも、挿入管状先端部5のセレーションと噛合するセレーションが形成されている。このセレーションは、シャフト1からヨーク2へ、又はヨーク2からシャフト1へ回転力を伝達するものである。更に、本実施形態では、後述するシャフト1の挿入管状先端部5の加締め後、ヨーク2の差し込み先端部とシャフト1の外周とを溶接部9で溶接して両者を固定している。
2 shows a longitudinal section of a joint portion between the intermediate shaft (hereinafter simply referred to as a shaft) 1 and the
図4は、シャフト1の挿入管状先端部5をヨーク2の貫通孔部4内に挿入した直後の状態を示す縦断面図である。ヨーク2の貫通孔部4のうち、シャフト1の挿入管状先端部5の端面に相当する位置、後述する加締め部に対向する位置には、ザグリなどによって予め逃げ8が形成されている。従って、シャフト1のヨーク2に対する嵌合部は図中の符号10のように表れる。このようにシャフト1の挿入管状先端部5をヨーク2の貫通孔部4内に挿入したら、図5に示すように、加締め具6を用いて、シャフト1の挿入管状先端部5を、貫通孔部4のシャフト挿入方向と反対側から加締める。加締めは、シャフト1の挿入管状先端部5が径方向外側に拡がるように行う。本実施形態では、加締め具6を回転させながら、シャフト1の挿入管状先端部5の必要箇所だけを加締めるローリング加締めを行った。このようなローリング加締めによってシャフト1の挿入管状先端部5の必要箇所だけを加締めることにより、後述するように嵌合部10の径方向外側への拡がりを小さくすることが可能となる。なお、加締め後に、前述したようにヨーク2とシャフト1との溶接部9による溶接固定を行う。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a state immediately after the insertion tubular
図6は、加締め後のシャフト1とヨーク2の結合部の詳細を示す縦断面図である。同図に示すように、本実施形態では、シャフト1の挿入管状先端部5の加締め部7がヨーク2と非接触な状態になっている。本実施形態では、シャフト1とヨーク2の固定は溶接によって行うのであり、加締めは両者の抜け止めのために行う。従って、シャフト1の挿入管状先端部5の加締め部7がヨーク2に接触する必要はない。むしろ、加締め部7がヨーク2に接触すると、前述したように、加締め時に加締め部7の接触部位からヨーク2に応力が係り、ヨーク2の許容伝達トルクが小さくなる、即ちヨーク2の強度が低下するという問題が生じる。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing details of the joint portion between the
図7は、ヨーク2の平均応力と応力振幅の関係の説明図である。加締め時にシャフト1の加締め部7がヨーク2に接触していた場合、加締め部7の接触部位からヨーク2に応力が係る、即ち平均応力が高くなるので、ヨーク2の許容可能な応力振幅の大きさが小さくなる。その結果、ヨーク2の許容伝達トルクが小さくなる、即ちヨーク2の強度が低下する。本実施形態では、シャフト1の挿入管状先端部5の加締め部7をヨーク2と非接触状態としたため、加締めによってヨーク2に応力が係るのを回避することができ、その結果、ヨーク2の許容伝達トルクを確保できる、即ちヨーク2の強度低下を防止することができる。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the relationship between the average stress of the
また、ヨーク2のうち、シャフト1の挿入管状先端部5の径方向外側に拡げた加締め部7に対向する位置に、予め逃げ8を形成しておくことにより、加締め部7をヨーク2と非接触状態にし易い。また、ヨーク2の応力集中を緩和できるので、ヨーク2の強度を向上することができる。
また、加締めをローリング加締めで行うことにより、加締め変形を局所的にし、嵌合部10の径方向外側への拡がりを小さくすることができる。
Further, in the
Further, by performing the caulking by rolling caulking, the caulking deformation can be made local, and the expansion of the
図8には、シャフト1とヨーク2の固定方法の他の例を示す。このシャフト1とヨーク2の固定方法は、シャフト1の挿入管状先端部5を例えば円筒形状とし、ヨーク2の貫通孔部4を円孔とし、両者の外径及び内径を緊密な嵌め合い状態とし、シャフト1の挿入管状先端部5をヨーク2の貫通孔部4内に挿入すると圧入状態となって固定されるようにしたものである。
FIG. 8 shows another example of a method for fixing the
図9には、シャフト1とヨーク2の固定方法の更に他の例を示す。このシャフト1とヨーク2の固定方法は、シャフト1の挿入管状先端部5を例えば円筒形状とし、ヨーク2の貫通孔部4を円孔とし、両者の外径及び内径を緊密な嵌め合い状態とし、シャフト1の挿入管状先端部5をヨーク2の貫通孔部4内に挿入すると圧入状態となって固定され、その状態で更にシャフト1とヨーク2を溶接部9で溶接固定したものである。
FIG. 9 shows still another example of the method for fixing the
図10には、シャフト1の挿入管状先端部5の他の例として、シャフト1の挿入管状先端部5をヨーク2の貫通孔部4に挿入した直後の状態を示す。この例では、シャフト1の挿入管状先端部5の端面近傍部位を、その他の部分に対して、予め肉薄としている。このように、シャフト1の挿入管状先端部5を予め肉薄とすると、シャフト1の挿入管状先端部5を加締めし易く、加締め変形をより局所的にすることができ、嵌合部10の径方向外側への拡がりを小さくすることができる。このため、嵌合部10に負荷される応力が殆ど変化しないため、シャフト1とヨーク2を圧入嵌合する場合に、特に適している。同様のことが、ローリング加締めにより加締めを行う場合にもいえる。
FIG. 10 shows a state immediately after the insertion tubular
図11には、シャフト1の挿入管状先端部5の更に他の例として、シャフト1とヨーク2の結合部の横断面図を示す。この例では、シャフト1の挿入管状先端部5の断面形状を三角形とし、ヨーク2の貫通孔部4の形状も、それに合わせた三角形とした。シャフト1の挿入管状先端部5の断面形状であっても、シャフト1−ヨーク2間で回転力の伝達は可能である。また、このほかにも、四角形、五角形、六角形、星形などの種々の断面形状が挙げられる。
FIG. 11 shows a cross-sectional view of a coupling portion between the
なお、前記実施形態では、本発明のシャフトとヨークの結合方法及び結合構造を、電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトに適用した場合についてのみ詳述したが、本発明は油圧パワーステアリング装置をはじめとする種々のステアリングシャフトに適用することができる。また、ステアリングシャフトに限らず、種々のシャフトとヨークの結合部に適用することもできる。 In the above embodiment, the shaft and yoke coupling method and coupling structure of the present invention are described in detail only when applied to the steering shaft of an electric power steering apparatus. However, the present invention includes a hydraulic power steering apparatus. It can be applied to various steering shafts. Further, the present invention can be applied not only to the steering shaft but also to various shaft / yoke coupling portions.
1はインターミディエイトシャフト(シャフト)
2はヨーク
3は十字軸
4は貫通孔部
5は挿入管状先端部
6は加締め具
7は加締め部
8は逃げ
9は溶接部
10は嵌合部
21はヨーク
22は挿通孔
1 is an intermediate shaft (shaft)
2 is a
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