JP2013190017A - 連結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を向上させることのできる連結構造を提供する。
【解決手段】本体シャフト２１のセレーション軸部２５をエクステンションシャフト２２のセレーション孔部３７にセレーション嵌合させることによりこれらを一体回転可能に連結する連結構造において、本体シャフト２１にセレーション軸部２５の先端から突出した突部２６を形成し、エクステンションシャフト２２に突部２６がインロー嵌合する嵌合部３８を形成した。そして、セレーション軸部２５の軸心Ｏ１、突部２６の軸心Ｏ２、及び嵌合部３８の軸心Ｏ４を同軸上に形成するとともに、これら軸心Ｏ１，Ｏ２，Ｏ４に対してセレーション孔部３７の軸心Ｏ３をスリット３２側に偏心させた。
【選択図】図２

Description

本発明は、連結構造に関する。

従来、二つの回転部材を一体回転可能に連結する構造として、セレーション（スプライン）嵌合を用いた連結構造が広く知られており、例えば複数の軸部材や等速ジョイント等を連結してなるステアリングシャフトに適用されている（例えば、特許文献１）。具体的には、こうした連結構造では、第１回転部材に雄セレーション歯が形成されたセレーション軸部を設けるとともに、第２回転部材に雌セレーション歯が形成されたセレーション孔部を設け、このセレーション孔部にセレーション軸部をセレーション嵌合させることにより、これらを一体回転可能に連結している。また、例えば特許文献２には、第２回転部材にセレーション孔部の内外を貫通して軸方向に延びるスリット（割り溝）及び該スリットを挟んで対向する一対の締結部（受け部）を形成し、この締結部にピンチボルトを締結することにより該セレーション孔部を縮径させてセレーション嵌合させるようにしたものが開示されている。

特開昭６１−５２４２１号公報 特開２０００−２４９１５７号公報

ところが、上記従来の連結構造では、スリットを挟んで設けられた一対の締結部をつまむようにしてセレーション孔部を縮径させるため、第２回転部材の周方向において、該セレーション孔部は均一に縮径しない。詳しくは、一対の締結部が互いに近接することで、第２回転部材の周方向において、スリットの近傍が大きく変形するのに対し、スリットと対向する部分（スリットから最も離れた部分）はあまり変形しない。したがって、スリットに近い位置に設けられた雌セレーション歯と雄セレーション歯とが遠い位置に設けられたものよりも強く接触するようになる。その結果、トルク伝達時において、スリットに近い位置に設けられた雄セレーション歯及び雌セレーション歯に負荷が集中することでセレーション軸部及びセレーション孔部が局所的に摩耗し易くなり、その耐久性が低下する虞があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、耐久性を向上させることのできる連結構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、外周面に雄セレーション歯が形成されたセレーション軸部を有する第１回転部材と、内周面に雌セレーション歯が形成されたセレーション孔部を有する第２回転部材とを一体回転可能に連結する連結構造において、前記第２回転部材には、前記セレーション孔部の内外に貫通して軸方向に延びるスリットが形成されるとともに、前記スリットを挟んで対向する一対の締結部が形成され、前記セレーション軸部が前記セレーション孔部に挿入された状態で該セレーション孔部を縮径させるように前記一対の締結部に対してピンチボルトが締結されるものであって、前記第１回転部材には、前記セレーション軸部の先端から突出した軸状の突部が形成され、前記第２回転部材には、前記突部がインロー嵌合する筒状の嵌合部が形成され、前記セレーション軸部及び前記セレーション孔部の少なくとも一方の軸心は、前記セレーション軸部が前記セレーション孔部における前記スリットと反対側に圧接するように、前記突部及び前記嵌合部の軸心に対して偏心されたことを要旨とする。

上記構成によれば、セレーション軸部及びセレーション孔部の少なくとも一方が突部及び嵌合部の軸心に対して偏心して形成されるため、突部を嵌合部にインロー嵌合させるとともにセレーション軸部をセレーション孔にセレーション嵌合させることで、セレーション軸部がセレーション孔部の一部に圧接するようになる。そして、上記構成では、セレーション軸部がセレーション孔部におけるスリットと反対側（対向する側）に圧接するように形成されるため、スリットと対向する位置に設けられた雄セレーション歯と雌セレーション歯との接触圧が高くなる。したがって、締結部にピンチボルトを締結した状態でスリットに近い位置に設けられた雄セレーション歯及び雌セレーション歯に負荷が集中することを抑制できる。これにより、セレーション軸部及びセレーション孔部が局所的に摩耗することを抑制でき、耐久性を向上させることができる。

本発明によれば、耐久性を向上させることのできる連結構造を提供することができる。

ステアリング装置の概略構成図。 本体シャフトとエクステンションシャフトとの連接構造を示す一部断面図。 （ａ）は図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図。 筒状部に雌セレーション歯を形成する加工工程を示す模式図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、ステアリング装置１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。このラック軸５は、略円筒状をなすラックハウジング６の筒内に挿通されるとともに図示しないラックガイド及びラックブッシュを介してその軸方向に往復動可能に支持されている。これにより、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。なお、ステアリングシャフト３は、自在継手７を介してコラムシャフト８、インターミディエイトシャフト９、及びピニオンシャフト１０を連結することにより構成されている。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪（図示略）の舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。

なお、本実施形態のステアリング装置１は、モータ１３を駆動源としてコラムシャフト８を回転駆動する所謂コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成されている。具体的には、モータ１３は、ウォーム＆ホイール等からなる減速機構１４を介してコラムシャフト８と駆動連結されている。そして、モータ１３の回転を減速機構１４により減速してコラムシャフト８に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成になっている。

次に、ピニオンシャフトの構造について説明する。
図２に示すように、ピニオンシャフト１０は、ラック軸５と連結されるとともに一端がラックハウジング６から突出した第１回転部材としての本体シャフト２１と、本体シャフト２１にセレーション嵌合することにより一体回転可能に連結された第２回転部材としてのエクステンションシャフト２２とを備えている。

本体シャフト２１の一端には、外周面に雄セレーション（スプライン）歯２４が形成されたセレーション軸部２５が設けられるとともに、セレーション軸部２５の先端には、円柱状の突部２６が設けられている。突部２６の外径は、セレーション軸部２５における最小の外径（雄セレーション歯２４の歯底部分での外径）以下に形成されている。なお、雄セレーション歯２４は、それぞれ同一形状をなすとともに、セレーション軸部２５の全周に形成されている。そして、セレーション軸部２５の軸心Ｏ１と突部２６の軸心Ｏ２とは、それぞれピニオンシャフト１０（本体シャフト２１及びエクステンションシャフト２２）の回転軸線Ｌと同軸上に設けられている。また、セレーション軸部２５の軸方向中央付近には、周方向に延びる円環状の係合溝２７が形成されている。

一方、エクステンションシャフト２２には、本体シャフト２１側に開口する筒状部３１が形成されている。図２及び図３（ａ）に示すように、筒状部３１には、その軸方向（図２における略上下方向）に延びるとともに、筒状部３１の内外及びその開口端側の端部に開口するスリット３２が形成されている。また、筒状部３１の外周面には、スリット３２を挟んで対向するように筒状部３１の径方向外方に延出された一対の締結部３３が形成されている。そして、図３（ｂ）に示すように、各締結部３３には、筒状部３１の軸方向と直交する方向に延びるボルト孔３４が形成されており、ボルト孔３４にはピンチボルト３５が挿通されている。なお、本実施形態では、ボルト孔３４は、その一部が筒状部３１内の空間と重畳する位置に形成されている。これにより、ピンチボルト３５が本体シャフト２１のセレーション軸部２５に形成された係合溝２７と係合し、エクステンションシャフト２２が本体シャフト２１から抜け落ちることが防止されている。

図２及び図３に示すように、筒状部３１は、内周面に上記雄セレーション歯２４と噛み合う雌セレーション歯３６が形成されたセレーション孔部３７、及びセレーション孔部３７に連続して形成されるとともに突部２６がインロー嵌合する嵌合部３８を有している。すなわち、上記スリット３２は、セレーション孔部３７の内外に貫通して軸方向に延びている。なお、雌セレーション歯３６は、それぞれ同一形状をなすとともに、セレーション孔部３７におけるスリット３２の周方向両端近傍及びスリット３２と対向する位置を除いて形成されている。嵌合部３８は、円筒状に形成されており、その内径は、セレーション孔部３７における最小の内径（雌セレーション歯３６の歯先部分での内径）以下であり、上記突部２６の外周面と嵌合部３８の内周面との間の隙間は、突部２６を嵌合部３８にインロー嵌合させることで、本体シャフト２１とエクステンションシャフト２２とが同軸配置される、すなわち軸心合わせがなされるように設定されている。

そして、嵌合部３８の軸心Ｏ４は、突部２６の軸心Ｏ２（ピニオンシャフト１０の回転軸線Ｌ）と同軸上に設けられている。一方、セレーション孔部３７の軸心Ｏ３は、突部２６及び嵌合部３８の軸心Ｏ２，Ｏ４に対して、突部２６と嵌合部３８との間の隙間よりも大きくスリット３２（ボルト孔３４）側に偏心して形成されている。なお、図２及び図３では、説明の便宜上、軸心Ｏ２，Ｏ４に対するセレーション孔部３７の軸心Ｏ３の偏心量を誇張して示している。そして、本体シャフト２１とエクステンションシャフト２２とは、突部２６が嵌合部３８にインロー嵌合するとともに、セレーション軸部２５がセレーション孔部３７にセレーション（スプライン）嵌合し、締結部３３にピンチボルト３５が締結されることにより一体回転可能に連結されている。

なお、エクステンションシャフト２２の筒状部３１と反対側の端部は、本体シャフト２１の一端と同様に形成されている。また、自在継手７は、十字軸と介して連結される一対のジョイントヨーク（いずれも図示略）からなり、このジョイントヨークにはエクステンションシャフト２２の筒状部３１と同様に形成された筒状部が設けられている。そして、エクステンションシャフト２２及びジョイントヨークは、本体シャフト２１及びエクステンションシャフト２２と同様に連結されている。

また、セレーション軸部２５は、転造により形成される。一方、図４に示すように、セレーション孔部３７は、雌セレーション歯３６と対応する歯部を有する軸状の加工工具４１を筒状部３１内に挿入し、該筒状部３１の内周面を塑性変形するプレス加工により形成される。詳しくは、加工工具４１の軸心Ｏ５を嵌合部３８の軸心Ｏ４に対して偏心させた状態で、加工工具４１を筒状部３１内に挿入することにより、嵌合部３８の軸心Ｏ４に対して偏心した軸心Ｏ５を有するセレーション孔部３７が形成される。

次に、本実施形態の連結構造を適用したピニオンシャフトの作用について説明する。
上記のようにピンチボルト３５を締結部３３に締結することで、セレーション孔部３７は、締結部３３がつままれるようにして縮径するため、エクステンションシャフト２２の周方向において、スリット３２の近傍が大きく変形するのに対し、スリット３２と対向する部分（スリット３２から最も離れた部分）はあまり変形しない。その結果、スリット３２に近い位置に設けられた雌セレーション歯３６と雄セレーション歯２４との接触圧が高くなる。ここで、本実施形態では、セレーション軸部２５の軸心Ｏ１、突部２６の軸心Ｏ２、及び嵌合部３８の軸心Ｏ４が同軸（回転軸線Ｌ）上に設けられる一方、セレーション孔部３７の軸心Ｏ３が回転軸線Ｌに対してスリット３２側に偏心しているため、セレーション軸部２５はセレーション孔部３７におけるスリット３２と反対側（対向する側）に圧接する。これにより、スリット３２と対向する位置に設けられた雄セレーション歯２４と雌セレーション歯３６との接触圧が高くなり、締結部３３にピンチボルト３５を締結した状態でスリット３２に近い位置に設けられた雄セレーション歯２４及び雌セレーション歯３６に負荷が集中することが抑制されるようになっている。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）セレーション孔部３７の軸心Ｏ３を軸心Ｏ２，Ｏ４に対して偏心させることで、上記のようにスリット３２に近い位置に設けられた雄セレーション歯２４及び雌セレーション歯３６に負荷が集中することが抑制されるため、セレーション軸部２５及びセレーション孔部３７の摩耗が局所的に進むことを抑制でき、耐久性を向上させることができる。

（２）セレーション孔部３７の軸心Ｏ３をセレーション軸部２５の軸心Ｏ１、突部２６の軸心Ｏ２、及び嵌合部３８の軸心Ｏ４に対して偏心させることで、セレーション軸部２５がセレーション孔部３７におけるスリット３２と反対側に圧接するようにした。

ここで、セレーション軸部２５の軸心Ｏ１を回転軸心である突部２６の軸心Ｏ２に対して偏心させる場合には、転造では困難であるため、例えば切削等の他の加工方法でセレーション軸部２５を形成することになり、製造コストが増大し易い。この点、プレス加工では、加工工具４１の挿入位置を変更することで容易にセレーション孔部３７の軸心Ｏ３を偏心させることができる。したがって、セレーション孔部３７の軸心Ｏ３を偏心させることで製造コストの増大を抑制することができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、セレーション孔部３７の軸心Ｏ３を突部２６及び嵌合部３８の軸心Ｏ２，Ｏ４に対してスリット３２側に偏心させた。しかし、これに限らず、例えばセレーション孔部３７の軸心Ｏ３を軸心Ｏ２，Ｏ４と同軸上に設けるとともに、セレーション軸部２５の軸心Ｏ１を軸心Ｏ２，Ｏ４に対してスリット３２と反対側に偏心させてもよい。また、セレーション孔部３７の軸心Ｏ３を軸心Ｏ２，Ｏ４に対してスリット３２側に偏心させるとともに、セレーション軸部２５の軸心Ｏ１を軸心Ｏ２，Ｏ４に対してスリット３２と反対側に偏心させてもよい。要は、セレーション軸部２５がセレーション孔部３７におけるスリット３２と反対側に圧接すればよく、突部２６及び嵌合部３８の軸心Ｏ２，Ｏ４をピニオンシャフト１０の回転軸線Ｌと同軸上に設けなくともよい。

・上記実施形態では、セレーション孔部３７をプレス加工により形成し、セレーション軸部２５を転造により形成したが、これに限らず、例えば切削等の他の加工方法を用いてもよい。

・上記実施形態では、ピニオンシャフト１０を本体シャフト２１及びエクステンションシャフト２２により構成したが、エクステンションシャフト２２を設けず、本体シャフト２１のみによりピニオンシャフト１０を構成してもよい。

・上記実施形態では、本発明を本体シャフト２１とエクステンションシャフト２２との連結構造、及びエクステンションシャフト２２と自在継手７との連結構造に適用したが、例えばインターミディエイトシャフト９と自在継手７との連結構造や、ステアリングシャフト３を構成する部材以外の回転部材の連結構造に適用してもよい。

１…ステアリング装置、３…ステアリングシャフト、１０…ピニオンシャフト、２１…本体シャフト、２２…エクステンションシャフト、２４…雄セレーション歯、２５…セレーション軸部、２６…突部、３１…筒状部、３２…スリット、３３…締結部、３４…ボルト孔、３５…ピンチボルト、３６…雌セレーション歯、３７…セレーション孔部、３８…嵌合部、Ｏ１〜Ｏ５…軸心。

Claims (1)

1. 外周面に雄セレーション歯が形成されたセレーション軸部を有する第１回転部材と、内周面に雌セレーション歯が形成されたセレーション孔部を有する第２回転部材とを一体回転可能に連結する連結構造において、
   前記第２回転部材には、前記セレーション孔部の内外に貫通して軸方向に延びるスリットが形成されるとともに、前記スリットを挟んで対向する一対の締結部が形成され、
   前記セレーション軸部が前記セレーション孔部に挿入された状態で該セレーション孔部を縮径させるように前記一対の締結部に対してピンチボルトが締結されるものであって、
   前記第１回転部材には、前記セレーション軸部の先端から突出した軸状の突部が形成され、
   前記第２回転部材には、前記突部がインロー嵌合する筒状の嵌合部が形成され、
   前記セレーション軸部及び前記セレーション孔部の少なくとも一方の軸心は、前記セレーション軸部が前記セレーション孔部における前記スリットと反対側に圧接するように、前記突部及び前記嵌合部の軸心に対して偏心されたことを特徴とする連結構造。