JP2016223472A - ヨーク、ヨークの製造方法およびシャフトとヨークとの結合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を確保しつつ、シャフトとの結合強度の向上を図れるヨーク、このヨークの製造方法、および、シャフトとヨークとの結合構造を提供すること。【解決手段】ヨーク２０Ａは、軸方向Ｘに沿って周上１箇所にスリット３３が形成された筒状部３０と、筒状部３０に設けられ、スリット３３を挟んで対向する一対の締付部３５とを含む。筒状部３０は、内軸１５の外周面１５Ａの雄セレーション２２に噛み合うための雌セレーション３４が形成された内周面３０Ａを有する。一対の締付部３５は、スリット３３を横切るボルト５５が組み付けられることによって互いに接近して内周面３０Ａを内軸１５に締め付ける。筒状部３０の内周面３０Ａの曲率中心Ｐは、スリット３３から離れる側へ筒状部３０の外周面３０Ｃの曲率中心Ｑからずれている。【選択図】図９

Description

この発明は、自在継手に用いられるヨーク、このヨークの製造方法、および、シャフトとヨークとの結合構造に関する。

たとえば、特許文献１に開示されたヨークは、断面がＵ字状の基端部を有し、この基端部は、互いに離隔して配置された一対の抑え板部を有する。一方の抑え板部にはねじ孔が形成され、他方の抑え板部には通孔が形成されている。一対の抑え板部のそれぞれの内側面は、互いに平行な抑え面である。互いに平行な一対の外側平面を有するシャフトの先端部を基端部内に挿入した後に、ボルトを通孔に挿通してねじ孔に組み付けると、一対の抑え板部の抑え面同士の間隔が狭まってシャフトの先端部の外側平面に強く当接する。これにより、シャフトの先端部がヨークの基端部に結合される。

特許文献１に開示されたヨークでは、連結部において一対の抑え板部を連結する円弧形の連結部の中間部に溝を設けることで、この中間部を薄肉部としている。これにより、連結部の曲げ剛性が低下するので、ボルトをねじ孔に組み付けたときに抑え面を外側平面に密着させることによって、ヨークとシャフトとの結合強度の確保が図られている。

特開平１０−２３３９号公報

特許文献１に開示されたヨークは、薄肉部の位置において局所的に脆弱になっていることから、薄肉部を起点として破損し得るので、耐久性の低下が懸念される。
この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、耐久性を確保しつつ、シャフトとの結合強度の向上を図れるヨーク、このヨークの製造方法、および、シャフトとヨークとの結合構造を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、シャフト（１５、１６）の外周面（１５Ａ、１６Ｂ）の雄セレーション（２２、２３）に噛み合うための雌セレーション（３４）が形成された内周面（３０Ａ）を有する筒状部（３０）であって、前記筒状部の軸方向（Ｘ）に沿って前記筒状部の周上１箇所にスリット（３３）が形成された筒状部と、前記筒状部に設けられ、前記スリットを挟んで対向する一対の締付部（３５）であって、前記スリットを横切る締結部材（５５）が組み付けられることによって互いに接近して前記内周面を前記シャフトに締め付けるための一対の締付部とを含み、前記筒状部の内周面の曲率中心（Ｐ）は、前記スリットから離れる側へ前記筒状部の外周面（３０Ｃ）の曲率中心（Ｑ）からずれていることを特徴とする、ヨーク（２０Ａ、２１Ａ）である。

請求項２記載の発明は、ヨークの展開図に相当する形状の金属板（５０）をプレス加工で折り曲げることによって、周上１箇所にスリットが形成された筒状部を形成する工程と、前記スリットから離れる側へ前記筒状部の外周面の曲率中心からずれた位置に曲率中心を有する内周面を前記筒状部に形成する工程と、前記内周面に雌セレーションを形成する工程とを含むことを特徴とする、ヨークの製造方法である。

請求項３記載の発明は、雄セレーションが形成された外周面を有するシャフトと、前記シャフトにセレーション嵌合するヨークとの結合構造（２５、２６）であって、前記ヨークは、前記雄セレーションに噛み合うための雌セレーションが形成された内周面を有する筒状部であって、前記筒状部の軸方向に沿って前記筒状部の周上１箇所にスリットが形成された筒状部と、前記筒状部に設けられ、前記スリットを挟んで対向する一対の締付部であって、前記スリットを横切る締結部材が組み付けられることによって互いに接近して前記内周面を前記シャフトに締め付けるための一対の締付部とを含み、前記筒状部の内周面の曲率中心は、前記スリットから離れる側へ前記筒状部の外周面の曲率中心からずれていることを特徴とする、シャフトとヨークとの結合構造である。

なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

請求項１および３記載の発明によれば、ヨークでは、スリットが形成された筒状部にシャフトを挿入した後に、筒状部においてスリットを挟んで対向する一対の締付部に締結部材を組み付けると、これらの締付部が互いに接近することによって筒状部の内周面がシャフトに締め付けられる。これにより、筒状部の内周面の雌セレーションがシャフトの外周面の雄セレーションに噛み合うことによって、ヨークとシャフトとが結合する。

筒状部の内周面の曲率中心は、スリットから離れる側へ筒状部の外周面の曲率中心からずれているので、筒状部においてスリットとは反対側の部分（以下では「反対側部分」と呼ぶことにする）は、スリットから離れるのに従って滑らかに肉薄になっている。そのため、反対側部分には、局所的に（換言すれば、極端に）脆弱になった部分が存在しない。よって、ヨークでは、耐久性を確保できる。

このような筒状部では、肉薄になった反対側部分が変形しやすいので、一対の締付部に締結部材を組み付けると、反対側部分が大きく変形することによって、筒状部の内周面をシャフトに強固に締め付けることができる。これにより、筒状部の内周面の雌セレーションとシャフトの外周面の雄セレーションとが強固に噛み合うので、ヨークとシャフトとの結合強度の向上を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１および３記載のヨークを製造することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、ステアリング装置における中間軸およびこの周囲の部分を抜き出して示した図である。 図３は、ヨークの斜視図である。 図４は、ヨークの材料となる金属板を示す図である。 図５は、金属板からヨークを製造する工程を示す模式図である。 図６は、図５の次の工程を示す模式図である。 図７は、図６の次の工程を示す模式図である。 図８は、図７の次の工程を示す模式図である。 図９は、図２のＡ−Ａ矢視断面図である。

本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、ステアリング装置１は、たとえば、操舵部材２と、入力軸３と、自在継手４と、インターミディエイトシャフトとも呼ばれる中間軸５と、自在継手６と、ピニオン軸７と、ラックバー８と、ラックハウジング９とを主に含んでいる。

操舵部材２として、たとえば、ステアリングホイールを用いることができる。操舵部材２には、入力軸３の一端が連結されている。入力軸３の他端と中間軸５の一端とが自在継手４によって連結されている。中間軸５の他端とピニオン軸７の一端とが自在継手６によって連結されている。ピニオン軸７の他端にはピニオン７Ａが一体的に設けられている。
ラックバー８は、車幅方向（図１の左右方向）に長手の棒状である。ラックバー８には、ピニオン７Ａと噛み合うラック８Ａが形成されており、ピニオン軸７およびラックバー８によってラックアンドピニオン機構が構成されている。ラックバー８は、ラックハウジング９内に挿通され、ラックハウジング９によって、軸受等（図示せず）を介して支持されている。この状態で、ラックバー８は、車幅方向にスライド可能である。ラックバー８の両端部は、ラックハウジング９の両外側へ突出しており、ラックバー８の各端部には、タイロッド１０が連結されている。タイロッド１０は、ナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪１１に連結されている。

操舵部材２が操舵されて入力軸３が回転されると、ピニオン軸７も回転し、ピニオン軸７の回転がピニオン７Ａおよびラック８Ａによって、車幅方向に沿ったラックバー８の直線運動に変換される。これにより、ラックバー８の両側の転舵輪１１の転舵が達成される。
図２は、ステアリング装置１における中間軸５およびこの周囲の部分を抜き出して示した図である。図２では、一部を断面で示している（ハッチングを付した部分を参照）。図２を参照して、中間軸５は、シャフトの一例としての内軸１５および外軸１６を含んでいる。内軸１５および外軸１６のそれぞれは、金属製である。内軸１５の外周面１５Ａには、複数の雄セレーション１７が形成されている。外軸１６は、中空体であり、その内周面１６Ａには、複数の雌セレーション１８が形成されている。雄セレーション１７と雌セレーション１８が噛み合うことによって、内軸１５と外軸１６とは、同軸状に連結され、中間軸５の軸方向Ｘに沿って摺動可能かつトルク伝達可能にセレーション嵌合している。そのため、中間軸５は、軸方向Ｘに伸縮可能である。

内軸１５の外周面１５Ａの一端部１５Ｂには、雄セレーション１７とは別の雄セレーション２２が全周に亘って形成されている。自在継手４を構成する一対のヨーク２０における一方のヨーク２０Ａが、雄セレーション２２にセレーション嵌合している。この状態の一端部１５Ｂおよびヨーク２０Ａは、結合構造２５を構成している。外軸１６の外周面１６Ｂの一端部１６Ｃには、全周に亘って雄セレーション２３が形成されている。自在継手６を構成する一対のヨーク２１における一方のヨーク２１Ａが、雄セレーション２３にセレーション嵌合している。この状態の一端部１６Ｃおよびヨーク２１Ａは、結合構造２６を構成している。

以下では、結合構造２５について説明するが、結合構造２６も、結合構造２５と同じである。そのため、結合構造２６において結合構造２５の構成部材と同じ構成部材には、同じ符号を付して、その説明を省略する。
ヨーク２０Ａは、金属製である。ヨーク２０Ａは、図２において内軸１５寄りに位置する筒状部３０と、図２において内軸１５とは反対側に位置する一対の腕部３１とを一体的に含んでいる。

筒状部３０は、中空体であり、この実施形態では、略円筒状である。図２では、筒状部３０の軸方向と、中間軸５の軸方向Ｘとは同じである。
ヨーク２０Ａの斜視図である図３を参照して、筒状部３０には、その内部空間として筒状部３０を軸方向Ｘに貫通した略円形状の挿通穴３２が形成されている。筒状部３０の周上１箇所には、スリット３３が形成されている。スリット３３は、軸方向Ｘに沿って筒状部３０の周上１箇所を切断している。これにより、挿通穴３２は、筒状部３０から軸方向Ｘの両側へ露出されるだけでなく、スリット３３からも露出されている。筒状部３０において挿通穴３２を区画する内周面３０Ａの全域には、雌セレーション３４が形成されている。

スリット３３が設けられるのに応じて、筒状部３０におけるスリット３３の両側には、一対の締付部３５が一体的に設けられている。一対の締付部３５は、軸方向Ｘに沿って平行に延びる板状であり、スリット３３を挟んで対向している。以降では、一対の締付部３５のうち、一方（図３における左側）を締付部３５Ａとし、他方（図３における右側）を締付部３５Ｂと区別することがある。また、一対の締付部３５が互いに対向する方向を、対向方向Ｙと呼ぶことにする。軸方向Ｘと対向方向Ｙとは互いに直交している。

締付部３５Ａには、対向方向Ｙに沿って締付部３５Ａを貫通した挿通穴３６が形成され、締付部３５Ｂには、対向方向Ｙに沿って締付部３５Ｂを貫通したねじ穴３７が形成されている。挿通穴３６およびねじ穴３７は、対向方向Ｙから見て重なっている。なお、締付部３５Ａにねじ穴３７が形成されて締付部３５Ｂに挿通穴３６が形成されても構わない。
一対の腕部３１のそれぞれは、対向方向Ｙに薄い板状であり、筒状部３０に一体的に設けられている。腕部３１は、筒状部３０において中間軸５から遠い側の端部３０Ｂ（図２も参照）において、筒状部３０の周方向Ｚで１８０度隔てた位置に１つずつ設けられており、筒状部３０から離れる方向へ向けて軸方向Ｘに沿って延び出ている。一対の腕部３１は、一対の締付部３５と同様に、対向方向Ｙに対向配置されている。そのため、一対の腕部３１の隙間３８と、一対の締付部３５の隙間（つまり、スリット３３）とは、軸方向Ｘに沿って連続している。また、筒状部３０の挿通穴３２は、一対の腕部３１の隙間３８に向けて露出されている。

一対の腕部３１のそれぞれにおいて筒状部３０から離れた先端部には、腕部３１を貫通した円形状の嵌込穴３９が形成されている。図２を参照して、嵌込穴３９には、自在継手４を構成する十字軸４０において同一直線上に配置される一対の軸部４０Ａが嵌め込まれる。ヨーク２０Ａは、一対のヨーク２０における残りのヨーク２０Ｂに対して、十字軸４０を介して連結される。なお、ニードル状の転動体を有する軸受カップ（図示せず）が嵌込穴３９に嵌め込まれて、軸部４０Ａが軸受カップによって回動自在に支持されてもよい。

次に、ヨーク２０Ａの製造方法について説明する。
まず、たとえば鋼板をプレス加工で打ち抜く等によって、図４に示すようにヨーク２０Ａの展開図に相当する形状の金属板５０を準備する。金属板５０は、筒状部３０に相当する第１領域５０Ａと、一対の腕部３１に相当する第２領域５０Ｂとを含み、金属板５０には、挿通穴３６、ねじ穴３７および嵌込穴３９が予め形成されている。金属板５０の板厚は、全域においてほぼ一定である。

次いで、図５に示すように、円柱状の治具５１を第１領域５０Ａに載せる。そして、第１領域５０Ａが治具５１を包み込むように、金属板５０の全体をプレス加工で折り曲げる。これによって、図６に示すように、周上１箇所にスリット３３が形成された筒状部３０と、一対の腕部３１とが形成される。この際、筒状部３０におけるスリット３３の両側の部分が一段絞られることによって、スリット３３の両側に締付部３５が形成される。その後に、治具５１が取り除かれる。図６に示すようにプレス加工の直後の筒状部３０では、その厚さＴが、周方向Ｚにおける全域においてほぼ一定であり、筒状部３０の外周面３０Ｃは、周方向Ｚに沿って湾曲した円弧状に形成されている。

次に、図７に示すように、内周面３０Ａの曲率中心Ｐがスリット３３から離れる側へ筒状部３０の外周面３０Ｃの曲率中心Ｑからずれた位置に配置されるように、切削加工や研削加工等により、筒状部３０の内周面３０Ａを形成する。筒状部３０においてスリット３３とは反対側の部分を反対側部分３０Ｄと呼ぶことにすると、反対側部分３０Ｄは、周方向Ｚでスリット３３から１８０度隔てた位置にある。スリット３３から離れる側とは、反対側部分３０Ｄに接近する側である。外周面３０Ｃの曲率中心Ｑは、金属板５０をプレス加工で折り曲げる際における折り曲げ中心である。

最後に、図８に示すように、ブローチ加工等を用いたセレーション加工により筒状部３０の内周面３０Ａの全域に雌セレーション３４を形成すると、ヨーク２０Ａが完成する。内周面３０Ａの曲率中心Ｐは、雌セレーション３４の加工中心（加工に用いる切削工具の軸中心）である。なお、雌セレーション３４が形成された後で曲率中心Ｐを定義する場合には、雌セレーション３４において隣り合う山部の頂点をつなぐ仮想の曲面の曲率中心が、曲率中心Ｐである。

図２のＡ−Ａ矢視断面図である図９を参照して、中間軸５の内軸１５の一端部１５Ｂは、筒状部３０の挿通穴３２に挿入されている。結合構造２５に含まれる締結部材の一例としてのボルト５５が、締付部３５Ａの挿通穴３６に挿通されてスリット３３を横切り、締付部３５Ｂのねじ穴３７にねじ込まれている。このように締付部３５Ａおよび締付部３５Ｂに組み付けられたボルト５５が締め付けられることによって、一対の締付部３５が互いに接近して挿通穴３２が狭まるので、筒状部３０の内周面３０Ａが内軸１５に締め付けられている。これにより、筒状部３０の内周面３０Ａの雌セレーション３４が内軸１５の外周面１５Ａの雄セレーション２２に噛み合うことによって、ヨーク２０Ａが内軸１５に結合している。

図７および図８に示すように、筒状部３０の内周面３０Ａの曲率中心Ｐは、スリット３３から離れる側へ筒状部３０の外周面３０Ｃの曲率中心Ｑからずれているので、筒状部３０においてスリット３３とは反対側の反対側部分３０Ｄは、スリット３３から離れるのに従って滑らかに肉薄になっている。つまり、筒状部３０の肉厚Ｔ（図７参照）は、周方向Ｚに沿ってスリット３３から周方向Ｚにおける反対側部分３０Ｄの中央部へ向かうにつれて徐々に薄くなっている。そのため、反対側部分３０Ｄには、局所的に脆弱になった部分が存在しない。よって、ヨーク２０Ａでは、耐久性を確保できる。なお、雌セレーション３４が形成される前の段階を基準として、反対側部分３０Ｄにおいて最も肉薄になった部分（中央部３０Ｅ）の肉厚Ｔ１は、反対側部分３０Ｄ以外における筒状部３０の肉厚Ｔ２に比べて１ｍｍ以上薄いことが好ましい（図７参照）。ちなみに、金属板５０をプレス加工で折り曲げる際に反対側部分３０Ｄを滑らかに肉薄になるように成形することは、技術的に困難である。

このような筒状部３０では、肉薄になった反対側部分３０Ｄが起点となって変形しやすいので、図９に示すように、一対の締付部３５にボルト５５を組み付けると、反対側部分３０Ｄが大きく変形することによって、筒状部３０の内周面３０Ａを内軸１５に強固に締め付けることができる。これにより、筒状部３０の雌セレーション３４と内軸１５の雄セレーション２２とが強固に噛み合うので、ヨーク２０Ａと内軸１５との結合強度（換言すれば、雌セレーション３４による内軸１５の保持力）の向上を図れる。なお、図９においてヨーク２０Ａと内軸１５とが結合した状態においても、筒状部３０の内周面３０Ａの曲率中心Ｐは、引き続き、スリット３３から離れる側へ筒状部３０の外周面３０Ｃの曲率中心Ｑからずれている。

このように、ヨーク２０Ａでは、反対側部分３０Ｄが肉薄になることによって軽量化を図れるし、全体の肉厚を薄くせずに反対側部分３０Ｄだけを肉薄にすることで、ヨーク２０Ａの耐久強度を確保したまま、前述した保持力を向上できる。
この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。

たとえば、ヨーク２１（ヨーク２１Ａおよびヨーク２１Ｂ）やヨーク２０Ｂも、ヨーク２０Ａと同じ構成であってもよい。また、結合構造２５および２６は、中間軸５以外のシャフトにも適用できるし、ステアリング装置１以外の装置にも適用できる。

１５…内軸、１５Ａ…外周面、１６…外軸、１６Ｂ…外周面、２０Ａ…ヨーク、２１Ａ…ヨーク、２２…雄セレーション、２３…雄セレーション、２５…結合構造、２６…結合構造、３０…筒状部、３０Ａ…内周面、３０Ｃ…外周面、３３…スリット、３４…雌セレーション、３５…締付部、５０…金属板、５５…ボルト、Ｐ…曲率中心、Ｑ…曲率中心、Ｘ…軸方向

Claims (3)

1. シャフトの外周面の雄セレーションに噛み合うための雌セレーションが形成された内周面を有する筒状部であって、前記筒状部の軸方向に沿って前記筒状部の周上１箇所にスリットが形成された筒状部と、
   前記筒状部に設けられ、前記スリットを挟んで対向する一対の締付部であって、前記スリットを横切る締結部材が組み付けられることによって互いに接近して前記内周面を前記シャフトに締め付けるための一対の締付部とを含み、
   前記筒状部の内周面の曲率中心は、前記スリットから離れる側へ前記筒状部の外周面の曲率中心からずれていることを特徴とする、ヨーク。
2. ヨークの展開図に相当する形状の金属板をプレス加工で折り曲げることによって、周上１箇所にスリットが形成された筒状部を形成する工程と、
   前記スリットから離れる側へ前記筒状部の外周面の曲率中心からずれた位置に曲率中心を有する内周面を前記筒状部に形成する工程と、
   前記内周面に雌セレーションを形成する工程とを含むことを特徴とする、ヨークの製造方法。
3. 雄セレーションが形成された外周面を有するシャフトと、前記シャフトにセレーション嵌合するヨークとの結合構造であって、
   前記ヨークは、
   前記雄セレーションに噛み合うための雌セレーションが形成された内周面を有する筒状部であって、前記筒状部の軸方向に沿って前記筒状部の周上１箇所にスリットが形成された筒状部と、
   前記筒状部に設けられ、前記スリットを挟んで対向する一対の締付部であって、前記スリットを横切る締結部材が組み付けられることによって互いに接近して前記内周面を前記シャフトに締め付けるための一対の締付部とを含み、
   前記筒状部の内周面の曲率中心は、前記スリットから離れる側へ前記筒状部の外周面の曲率中心からずれていることを特徴とする、シャフトとヨークとの結合構造。

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