JP2019052699A - ヨークと回転軸との結合部 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接部に欠陥が生じた場合にも、トルク伝達機能を確保することができ、かつ、ヨークと回転軸との分離防止を図れるとともに、ヨークの耐久性を確保することもできる、ヨークと回転軸との結合部の構造を実現する。【解決手段】セレーション孔３０の中心Ｏと１対の結合腕部２８の幅方向中央部とを通る仮想線を第一基準線Ａとし、中心Ｏを通りかつ第一基準線Ａに直交する仮想線を第二基準線Ｂとし、中心Ｏと１対の結合腕部２８の基端部の幅方向端縁とを通る４本の仮想線をそれぞれ第三基準線Ｃとした場合に、４つのかしめ部３９それぞれを、円周方向に隣り合う１対の第三基準線Ｃ同士の間部分で、かつ、第二基準線Ｂが含まれる範囲のうち、第三基準線Ｃ上を除く範囲にのみ設ける。また、第二基準線Ｂを挟んで円周方向に隣接配置された１対のかしめ部３９を円周方向に４０°〜６０°離して配置する。【選択図】図４

Description

本発明は、互いに同一直線上に存在しない回転軸同士を回転力の伝達を可能に連結するために使用する十字軸式自在継手（カルダンジョイント）を構成するヨークと回転軸との結合部に関する。

例えば自動車用のステアリング装置では、同一直線上に存在しないステアリングシャフトとステアリングギヤを構成するピニオン軸との間で、回転力の伝達を行うため、これらステアリングシャフトとピニオン軸との間に、中間シャフトを設けるとともに、中間シャフトと、ステアリングシャフト及びピニオン軸とを、それぞれ十字軸式自在継手を介して連結することが行われている。

十字軸式自在継手は、１対のヨークを、十字軸を介して、トルク伝達を可能に連結することにより構成されている。具体的には、十字軸式自在継手は、それぞれが略Ｕ字状に構成された１対のヨークを、円周方向に関する位相を９０度ずらして対向配置した状態で、これら両ヨークを構成する１対のアーム部にそれぞれ設けられた軸受孔の内側に、ニードル軸受を介して、十字軸を構成する軸部を回転自在に支持することで構成されている。また、それぞれのヨークの基部と、中間シャフトやステアリングシャフト、ピニオン軸などの回転軸の端部とを溶接固定して、これらヨークと回転軸とをトルク伝達可能に結合している。

近年、トルク伝達部品に対する信頼性の要求が高度化しており、ヨークと回転軸とを結合する溶接部に、ひび割れやはがれなどの欠陥が生じた場合にも、トルク伝達機能を確保することができ、かつ、ヨークと回転軸とが分離しないことが求められている。

このような事情に鑑みて、特開２０１４−１０５７７３号公報には、図６に示す構造が記載されている。この従来構造では、ヨーク１を構成する基部２を、略円環状に構成している。そして、基部２の径方向中央部に、内周面に雌セレーション３が形成されたセレーション孔４を設けている。また、基部２の直径方向反対側２個所位置に、それぞれが軸方向一方側（図６の左側）に延出した１対の結合腕部５を設けている。これに対し、中軸状の回転軸６の軸方向一方側の端部に、外周面に雄セレーション７が形成されたセレーション軸部８を設けている。

そして、雌セレーション３と雄セレーション７とをセレーション係合させた状態で、セレーション軸部８をセレーション孔４の内側に挿入している。また、基部２と、回転軸６の外周面うちでセレーション孔４から軸方向他方側（図６の右側）に突出した部分とを、溶接部９により全周にわたり溶接固定している。さらに、回転軸６の軸方向一方側端部の外周縁部に、かしめ部１０を形成している。

以上のような構造によれば、溶接部９に欠陥が生じた場合にも、雌セレーション３と雄セレーション７との係合部により、ヨーク１と回転軸６との間でトルクを伝達することができる。また、回転軸６の軸方向一方側端部にかしめ部１０を形成しているため、回転軸６がセレーション孔４から軸方向他方側に抜け出ることを防止でき、ヨーク１と回転軸６とが分離することを防止できる。

特開２０１４−１０５７７３号公報

近年、自動車の低燃費化の要求に応えるべく、自動車の構成部品のさらなる軽量化が進められている。このような事情に鑑みて、ヨークに結合固定される中間シャフトなどの回転軸を、中実状から中空筒状に変更することが検討されている。ただし、回転軸を中実状から中空筒状に変更する場合、ねじり剛性などを確保するために、外径寸法をそれまでよりも大きくする必要があり、次のような問題を生じる可能性がある。

図７に示すように、中実状の回転軸６を使用する場合には、回転軸６の円周方向等間隔４個所位置に、かしめ部１０を形成することが行われている。具体的には、セレーション孔４の中心Ｏと１対の結合腕部５の幅方向中央部とを通る仮想線を第一基準線Ａとし、前記中心Ｏを通りかつ前記第一基準線Ａに直交する仮想線を第二基準線Ｂとした場合に、回転軸６の外周縁部のうち、前記第一基準線Ａと交わる２個所位置、及び、前記第二基準線Ｂと交わる２個所位置に、それぞれかしめ部１０を形成している。

ところが、中空筒状の回転軸を使用した場合には、図７中に中空筒状の回転軸６ａの輪郭線を１点鎖線で示したように、回転軸６ａの外周面と１対の結合腕部５の径方向内側面との距離が短くなる。このため、回転軸６ａの外周縁部のうち前記第一基準線Ａと交わる２個所位置に、かしめ部を形成することが難しくなる。

そこで、かしめ部の加工作業性を確保するために、４つのかしめ部１０の形成位置を、図７に示した位置からそれぞれ円周方向に等角度（例えば４０°〜４５°）だけずらすことが考えられる。ただし、十字軸式自在継手による回転力の伝達時には、結合腕部５に捩れ変形が生じやすく、セレーション孔４の軸方向一方側の開口縁部が、図７中に２点鎖線で示すように、非円形（楕円形）に歪みやすくなる。このため、セレーション孔４の開口縁部のうち、セレーション孔４の中心Ｏと結合腕部５の基端部の幅方向端縁とを結ぶ仮想線（第三基準線Ｃ）が交差する部分（４個所の交点のうち２個所）の内径寸法が小さくなる。これにより、セレーション孔４の内径寸法が小さくなる部分と回転軸６ａの外周面との当接圧が大きくなる。このため、基部２のうちで、前記仮想線と円周方向に関する位相が一致した部分に、円周方向に関する引張応力（フープ応力）が集中しやすくなる。したがって、回転軸６ａの外周縁部のうちで前記仮想線と交わる部分にかしめ部１０を形成すると、かしめ部１０の形成作業に伴って引張応力が加わる部分に、さらに回転力の伝達に伴って引張応力が加わることになる。この結果、ヨークの耐久性を確保する面から不利になる。

本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接部に欠陥が生じた場合にも、トルク伝達機能を確保することができ、かつ、ヨークと回転軸との分離防止を図れるとともに、ヨークの耐久性を確保できる、ヨークと回転軸との結合部の構造を実現するものである。

本発明のヨークと回転軸との結合部は、十字軸式自在継手を構成するヨークと、使用時に回転する回転軸とを備える。
前記ヨークは、内周面に雌セレーションが形成されたセレーション孔を有する基部と、該基部の直径方向反対側２個所位置から軸方向一方側に延出した１対の結合腕部とを有している。
前記回転軸は、中空筒状で、軸方向一方側の端部に外周面に雄セレーションが形成されたセレーション軸部を有している。
そして、前記雌セレーションと前記雄セレーションとを係合させた状態で、前記セレーション孔の内側に前記セレーション軸部を圧入するとともに、前記基部と前記回転軸の外周面のうち前記セレーション孔から軸方向他方側に突出した部分とを溶接固定し、かつ、前記回転軸の軸方向一方側の端部にかしめ部を形成している。
特に本発明では、前記セレーション孔の中心と前記１対の結合腕部の幅方向中央部とを通る仮想線を第一基準線とし、前記セレーション孔の中心を通りかつ前記第一基準線に直交する仮想線を第二基準線とし、前記セレーション孔の中心と前記１対の結合腕部の軸方向他方側の端部（基端部）の幅方向端縁とを通る４本の仮想線をそれぞれ第三基準線とした場合に、前記かしめ部を、円周方向に隣り合う１対の前記第三基準線同士の間部分で、かつ、前記第二基準線が含まれる範囲のうち、４本の前記第三基準線上を除く範囲にのみ設けている。

本発明では、前記かしめ部を、前記回転軸の軸方向一方側の端部の円周方向４個所に設けることができる。
この場合には、前記第二基準線を挟んで円周方向に隣接配置された１対の前記かしめ部を、円周方向に４０°〜６０°だけ離して設けることができる。
さらに、前記かしめ部を、前記第一基準線及び前記第二基準線に対してそれぞれ線対称となる位置に設けることができる。
あるいは、本発明では、前記かしめ部を、前記回転軸の軸方向一方側の端部の円周方向１個所又は２個所又は３個所に設けることもできる。

本発明では、前記かしめ部と前記基部の軸方向一方側の側面とを、軸方向に離隔させることができる。
また、この場合には、前記回転軸の軸方向一方側の開口部にキャップを内嵌固定することができる。

本発明のヨークと回転軸との結合部によれば、溶接部に欠陥が生じた場合にも、トルク伝達機能を確保することができ、かつ、ヨークと回転軸との分離防止を図れるとともに、ヨークの耐久性を確保することもできる。

図１は、実施の形態の第１例の十字軸式自在継手を構成するヨークと回転軸との結合部を備えた自動車用操舵装置の部分切断模式図である。 図２は、中間シャフトを取り出して示す、断面図である。 図３は、ヨーク及びアウタチューブのより具体的な構造を示す、部分断面図である。 図４は、アウタチューブの端部とヨークの基部との結合部のうち、かしめ部が形成された円周方向位置における断面模式図である。 図５は、図３のＸ矢視図である。 図６は、従来構造のヨークと回転軸との結合部を示す断面図である。 図７は、従来構造に関してかしめ部の形成位置を説明するために示す、図５に相当する図である。

［実施の形態の第１例］
実施の形態の第１例について、図１〜図５を用いて説明する。図示の自動車用操舵装置１１は、ステアリングホイール１２と、ステアリングシャフト１３と、ステアリングコラム１４と、１対の自在継手１５ａ、１５ｂと、中間シャフト１６と、電動アシスト装置１７とを備えている。

ステアリングホイール１２は、ステアリングコラム１４の内側に回転自在に支持されたステアリングシャフト１３の後端部に取り付けられている。ステアリングシャフト１３の前端部は、１対の自在継手１５ａ、１５ｂ及び中間シャフト１６を介して、ステアリングギヤユニット１８の入力軸１９に接続されている。このため、ステアリングホイール１２を回転させることで、入力軸１９を回転させることができる。入力軸１９の回転は、図示しないラックの直線運動に変換され、１対のタイロッド２０を押し引きする。これにより、操舵輪にステアリングホイール１２の操作量に応じた舵角を付与する。また、図示の例では、電動アシスト装置１７を備えているため、電動モータなどの動力源から補助トルクを付与することで、ステアリングホイール１２を操作するのに要する力の低減を図れる。

図２に示すように、中間シャフト１６は、内周面に雌スプライン部２１が形成された中空円筒状のアウタチューブ２２と、軸方向一方側の端部（図２の左端部）の外周面に雄スプライン部２３が形成されたインナシャフト２４とを備えている。そして、インナシャフト２４のうちの雄スプライン部２３をアウタチューブ２２の内側に挿入し、雄スプライン部２３と雌スプライン部２１とをスプライン係合させることで、アウタチューブ２２とインナシャフト２４とを、トルク伝達可能にかつ伸縮可能に組み合わせている。

また、アウタチューブ２２の軸方向一方側の端部には、１対の自在継手１５ａ、１５ｂのうちの前側に配置された自在継手１５ａを構成するヨーク２５が結合されている。一方、インナシャフト２４の軸方向他方側の端部（図２の右端部）には、１対の自在継手１５ａ、１５ｂのうちの後側に配置された自在継手１５ｂを構成するヨーク２６が結合されている。このようなアウタチューブ２２とヨーク２５との結合部、及び、インナシャフト２４とヨーク２６との結合部は、何れも本発明の対象になるが、結合部に関する基本的な構成は同じであるため、アウタチューブ２２とヨーク２５との結合部のみを対象に詳しい説明を行う。

十字軸式の自在継手１５ａを構成するヨーク２５は、鋼板などの金属板ではなく、鋼製丸棒などの金属素材に鍛造加工、打ち抜き加工などを施すことにより造られたもので、基部２７と、１対の結合腕部２８とを備えている。

基部２７は、全体が円環状に構成されており、その径方向中央部に、該基部２７を軸方向（図２〜４の左右方向、図５の表裏方向）に貫通した、内周面に雌セレーション２９が形成されたセレーション孔３０が設けられている。１対の結合腕部２８は、基部２７の直径方向反対側となる２箇所位置から軸方向一方側に延出する状態で設けられている。１対の結合腕部２８のそれぞれの先端部には、互いに同心の円孔３１が形成されている。自在継手１５ａを組み立てた状態で、それぞれの円孔３１内には、それぞれ有底円筒状の軸受カップ３２が内嵌固定される。これとともに、軸受カップ３２内に、それぞれ複数本のニードル３３を介して、十字軸３４の端部が回動自在に支持される。

一方、アウタチューブ２２は、鋼材などの金属製で、全体が中空筒状（円管状）に造られている。また、アウタチューブ２２の軸方向一方側の端部には、外周面に雄セレーション３５が形成されたセレーション軸部３６が設けられている。また、アウタチューブ２２の軸方向一方側の開口部には、有底円筒状のキャップ３７を内嵌固定している。これにより、アウタチューブ２２の内側に、雨水や泥水などの異物が侵入することを防止ている。

そして、アウタチューブ２２の軸方向一方側の端部を、ヨーク２５のセレーション孔３０の内側に軸方向他方側から挿入することにより、雌セレーション２９と雄セレーション３５とをセレーション係合させた状態で、セレーション軸部３６をセレーション孔３０に圧入している。つまり、雌セレーション２９と雄セレーション３５とを、締め代を持たせた状態で係合させている。さらに、基部２７の軸方向他方側の端部と、アウタチューブ２２の外周面のうちセレーション孔３０から軸方向他方側に突出した部分とを、溶接部３８により全周にわたり溶接固定している。

また、アウタチューブ２２の軸方向一方側端部の外周縁部の円周方向４個所に、かしめ部３９を形成している。かしめ部３９は、アウタチューブ２２の軸方向一方側端部の外周縁部を径方向外方に塑性変形させることにより形成されており、本例では、次のような範囲に形成している。以下、図５を参照して説明する。

先ず、セレーション孔３０の中心Ｏと１対の結合腕部２８の幅方向中央部とを通る仮想線を第一基準線Ａとし、前記中心Ｏを通りかつ前記第一基準線Ａに直交する仮想線を第二基準線Ｂとし、前記中心Ｏと１対の結合腕部２８の基端部の幅方向端縁とを通る４本の仮想線をそれぞれ第三基準線Ｃとする。この場合に、４つのかしめ部３９のそれぞれを、円周方向に隣り合う１対の第三基準線Ｃ同士の間部分で、かつ、第二基準線Ｂが含まれる範囲のうち、４本の第三基準線Ｃ上を除く、１対の扇状の範囲αにのみ設けている。また、４つのかしめ部３９を、前記第一基準線Ａ及び前記第二基準線Ｂに対して、それぞれ線対称となる位置に配置している。このため本例では、１対の扇状の範囲αに、かしめ部３９がそれぞれ１対ずつ配置される。

さらに、前記第二基準線Ｂを挟んで円周方向に隣接配置された１対のかしめ部３９が、互いに近づき過ぎること防止し、かつ、前記第三基準線Ｃからの距離を十分に確保できるように、１対のかしめ部３９（の中心同士）を円周方向に４０°〜６０°だけ離して設けている。このため、図示の例では、かしめ部３９の円周方向端縁と第三基準線Ｃとが、円周方向に２０°離れて配置されている。なお、かしめ部３９を第三基準線Ｃから円周方向にどの程度離して配置するかは、かしめ部３９の加工態様、ヨーク２５が伝達するトルクの大きさ、結合腕部２８のねじり剛性の大きさ、基部２７の軸方向厚さ寸法、ヨーク２５の材質などに基づき、設計的に定めることができるが、例えば円周方向に１０°以上、好ましくは２０°以上、より好ましくは３０°以上（※角度の適否につきご検討下さい。）離して配置することができる。

また、本例では、図４に示すように、アウタチューブ２２の軸方向一方側の端部に形成した４つのかしめ部３９と、ヨーク２５を構成する基部２７の軸方向一方側の側面との間に隙間４０を設けている。これにより、かしめ部３９と基部２７の軸方向一方側の側面とを、軸方向に離隔させている。また、かしめ部３９が、アウタチューブ２２の径方向外方側にのみ突出し、径方向内方側には突出しないように、かしめ部３９の形状を工夫している。

上述のような本例の場合も、仮に溶接部３８に欠陥が生じたとしても、雌セレーション２９と雄セレーション３５とのセレーション係合部により、ヨーク２５とアウタチューブ２２との間でトルクを伝達することができる。また、セレーション軸部３６をセレーション孔３０に圧入しているとともに、アウタチューブ２２の軸方向一方側端部にかしめ部３９を形成しているため、アウタチューブ２２がセレーション孔３０から軸方向他方側に抜け出ることを防止でき、ヨーク２５とアウタチューブ２２とが分離することを防止できる。

さらに本例では、アウタチューブ２２の軸方向一方側の端部に設けるかしめ部３９を、結合腕部２８の捩れ変形に伴って円周方向に関する引張応力が集中しやすい部分である第三基準線Ｃ上には設けずに、第三基準線Ｃよりも円周方向に関して第二基準線Ｂ側に存在する範囲に設けている。このため、かしめ部３９の形成作業に伴って生じる引張応力が加わる位置を、結合腕部２８の捩れ変形に伴って生じる引張応力が集中しやすい部分（第三基準線Ｃ）から円周方向にずらすことができる。特に本例では、円周方向に隣接配置された１対のかしめ部３９を円周方向に４０°〜６０°だけ離して設けることで、かしめ部３９と第三基準線Ｃとを円周方向に十分に離隔させられるため、かしめ部３９の形成作業に伴って生じる引張応力の影響を十分に小さくできる。

しかも本例では、かしめ部３９と基部２７の軸方向一方側の側面とを、軸方向に離隔しているため、かしめ部３９の形成作業に伴って生じる引張応力自体を十分に小さくできる。また、かしめ部３９の形成作業に伴ってキャップ３７に変形が生じることを有効に防止できるため、キャップ３７による防水性能を十分に確保できる。また、かしめ部３９を、結合腕部２８と円周方向に重ならない位置に設けているため、かしめ部３９の加工作業性を確保することもできる。

１ ヨーク
２ 基部
３ 雌セレーション
４ セレーション孔
５ 結合腕部
６ 回転軸
７ 雄セレーション
８ セレーション軸部
９ 溶接部
１０ かしめ部
１１ 自動車用操舵装置
１２ ステアリングホイール
１３ ステアリングシャフト
１４ ステアリングコラム
１５ａ、１５ｂ 自在継手
１６ 中間シャフト
１７ 電動アシスト装置
１８ ステアリングギヤユニット
１９ 入力軸
２０ タイロッド
２１ 雌スプライン部
２２ アウタチューブ
２３ 雄スプライン部
２４ インナシャフト
２５ ヨーク
２６ ヨーク
２７ 基部
２８ 結合腕部
２９ 雌セレーション
３０ セレーション孔
３１ 円孔
３２ 軸受カップ
３３ ニードル
３４ 十字軸
３５ 雄セレーション
３６ セレーション軸部
３７ キャップ
３８ 溶接部
３９ かしめ部
４０ 隙間

Claims (6)

1. 内周面に雌セレーションが形成されたセレーション孔を有する基部と、該基部の直径方向反対側２個所位置から軸方向一方側に延出した１対の結合腕部とを有するヨークと、
   軸方向一方側の端部に外周面に雄セレーションが形成されたセレーション軸部を有する、中空筒状の回転軸とを備え、
   前記雌セレーションと前記雄セレーションとを係合させた状態で、前記セレーション孔の内側に前記セレーション軸部を圧入するとともに、前記基部と前記回転軸の外周面のうち前記セレーション孔から軸方向他方側に突出した部分とを溶接固定し、かつ、前記回転軸の軸方向一方側の端部にかしめ部を形成している、
   ヨークと回転軸との結合部であって、
   前記セレーション孔の中心と前記１対の結合腕部の幅方向中央部とを通る仮想線を第一基準線とし、前記セレーション孔の中心を通りかつ前記第一基準線に直交する仮想線を第二基準線とし、前記セレーション孔の中心と前記１対の結合腕部の軸方向他方側の端部の幅方向端縁とを通る４本の仮想線をそれぞれ第三基準線とした場合に、
   前記かしめ部が、円周方向に隣り合う１対の前記第三基準線同士の間部分で、かつ、前記第二基準線が含まれる範囲のうち、前記第三基準線上を除く範囲にのみ設けられている、
   ヨークと回転軸との結合部。
2. 前記かしめ部が、前記回転軸の軸方向一方側の端部の円周方向４個所に設けられている、請求項１に記載したヨークと回転軸との結合部。
3. 前記第二基準線を挟んで円周方向に隣接配置された１対の前記かしめ部が、円周方向に４０°〜６０°離れて設けられている、請求項２に記載したヨークと回転軸との結合部。
4. 前記かしめ部が、前記第一基準線及び前記第二基準線に対してそれぞれ線対称となる位置に設けられている、請求項２又は請求項３に記載したヨークと回転軸との結合部。
5. 前記かしめ部と、前記基部の軸方向一方側の側面とが軸方向に離隔している、請求項１〜４のうちの何れか１項に記載したヨークと回転軸との結合部。
6. 前記回転軸の軸方向一方側の開口部にキャップが内嵌固定されている、請求項５に記載したヨークと回転軸との結合部。

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