JP2019082217A - シャフト同士の結合構造及び結合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接部に欠陥が生じた場合にも、シャフト同士の間で、円周方向に関するがたつきを生じることなく、トルクを伝達することができ、かつ、分離防止を図れる、シャフト同士の結合構造を実現する。【解決手段】互いに結合する雄ジョイント４６と雌軸３０とのうち、雄ジョイント４６の外周面には、円周方向に関する凹凸形状の外周側凹凸部５８と環状凹溝５７とを設け、雌軸３０の内周面には、円周方向に関する凹凸形状の内周側凹凸部４１を設け、外周側凹凸部５８と内周側凹凸部４１とを凹凸係合させる。この際に、外周側凹凸部５８を構成する外周側凸部の外面に形成した微小突起を塑性変形させる。かつ、雄ジョイント４６の外周面と雌軸３０の軸方向一方側の端部とを溶接固定し、さらに、雌軸３０の内周面に形成したかしめ部６２を環状凹溝５７の内側に配置する。【選択図】図５

Description

本発明は、自動車用のステアリング装置などに組み込まれるトルク伝達用シャフトを構成する、シャフト同士の結合構造及び結合方法の改良に関する。

図１８は、特開２０１７−２５９６４号公報に記載され、従来から知られた自動車用のステアリング装置を示している。ステアリング装置は、ステアリングホイール１と、ステアリングシャフト２と、ステアリングコラム３と、１対の自在継手４ａ、４ｂと、中間シャフト５と、ステアリングギヤユニット６と、１対のタイロッド７とを備えている。

ステアリングホイール１は、ステアリングコラム３の内側に回転自在に支持されたステアリングシャフト２の後端部に取り付けられている。ステアリングシャフト２の前端部は、１対の自在継手４ａ、４ｂ及び中間シャフト５を介して、ステアリングギヤユニット６の入力軸８に接続されている。そして、入力軸８の回転を図示しないラックの直線運動に変換することで、１対のタイロッド７を押し引きし、操舵輪にステアリングホイール１の操作量に応じた舵角を付与する。なお、前後方向とは、ステアリング装置が組み付けられる車体の前後方向をいう。

ところで、自動車用のステアリング装置の分野では、トルク伝達に用いるトルク伝達用シャフトを、複数の部材を連結して構成する場合がある。このように、トルク伝達用シャフトを複数の部材を連結して構成する場合、隣接配置される１対のシャフト同士を溶接により結合し、これら１対のシャフト同士の間で、トルク伝達を行えるようにすることが行われている。

特開２０１７−２５９６４号公報

近年、トルク伝達用シャフトに対する信頼性の要求が高度化している。そして、複数の部材を連結して構成されるトルク伝達用シャフトにあっては、１対のシャフト同士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、１対のシャフト同士が分離しないことが求められている。さらに、溶接部に欠陥が生じた場合にも、１対のシャフト同士の間に円周方向や径方向に関するがたつきが生じないようにすることも求められている。

本発明は、上述のような事情に鑑みて、溶接部に欠陥が生じた場合にも、シャフト同士の間で、がたつきを生じることなく、トルクを伝達することができ、かつ、シャフト同士の分離防止を図れる、シャフト同士の結合構造及び結合方法を実現することを発明の目的としている。

本発明のシャフト同士の結合構造は、第一シャフトと、第二シャフトと、微小突起とを備える。
前記第一シャフトは、外周面に円周方向に関する凹凸形状の外周側凹凸部と環状凹溝とがそれぞれ設けられた第一筒部を有している。
前記第二シャフトは、内周面に円周方向に関する凹凸形状の内周側凹凸部が設けられた第二筒部を有している。
前記微小突起は、前記外周側凹凸部と前記内周側凹凸部とを凹凸係合させる際に塑性変形可能であり、前記外周側凹凸部を構成する外周側凸部の外面と前記内周側凹凸部を構成する内周側凹部の内面との少なくとも何れか一方に設けられている。
本発明のシャフト同士の結合構造では、前記外周側凹凸部と前記内周側凹凸部とを、前記微小突起を塑性変形させた状態で凹凸係合させ、かつ、前記第一シャフトの外周面と前記第二筒部の軸方向端部とを溶接固定している。
さらに、前記第二筒部の内周面のうち軸方向に関して前記環状凹溝と整合する部分を径方向内方に突出させるように塑性変形させて成る塑性変形部を、前記環状凹溝の内側に配置している。

本発明では、前記微小突起を、前記外周側凹凸部を構成する複数の外周側凸部のうち、円周方向に関して１つおき又は複数おきに配置された外周側凸部に設けることができる。

本発明では、前記複数の外周側凸部のうち、前記第一筒部の円周方向に関して等間隔に配置された３個以上の外周側凸部の外面に、前記微小突起をそれぞれ１つずつ設けることができる。
この場合には、例えば、前記微小突起を、前記外周側凸部の頂部に設けることができる。

あるいは、前記複数の外周側凸部のうち、前記第一筒部の直径方向に関して反対位置に配置された少なくとも２個の外周側凸部の外面に、前記微小突起をそれぞれ２つずつ設けることもできる。
この場合には、前記微小突起を、前記外周側凸部の外面のうち、頂部から円周方向両側に外れた２個所に設けることができる。

本発明では、前記複数の外周側凸部のうち、前記内周側凹部への挿入方向に関して前方側端部に、前記挿入方向に関して後方側部分に比べて径方向外方への突出量が小さいガイド部を設けることができる。

本発明のシャフト同士の結合方法は、外周面に円周方向に関する凹凸形状の外周側凹凸部と環状凹溝とがそれぞれ設けられた第一シャフトを構成する第一筒部を、内周面に円周方向に関する凹凸形状の内周側凹凸部が設けられた第二シャフトを構成する第二筒部の内側に、前記第一筒部の外周面の一部が前記第二筒部の内周面の一部に突き当たるまで挿入し、前記外周側凹凸部を構成する外周側凸部の外面と前記内周側凹凸部を構成する内周側凹部の内面との少なくとも何れか一方に設けられた微小突起を塑性変形させた状態で、前記外周側凹凸部と前記内周側凹凸部とを凹凸係合させる。その後、前記第二筒部の外周面を径方向内方に押し潰すことで、前記環状凹溝の内側に配置されるように、前記第二筒部の内周面に径方向内方に突出するかしめ部を形成して、前記第一シャフトと前記第二シャフトとの軸方向に関するがたつきを抑制する。その後、前記第一シャフトと前記第二シャフトとを溶接固定する。

本発明によれば、溶接部に欠陥が生じた場合にも、シャフト同士の間で、がたつきを生じることなく、トルクを伝達することができ、かつ、シャフト同士の分離防止を図れる。

図１は、実施の形態の第１例に係るシャフト同士の結合構造を適用した、ステアリング装置の１例を示す模式図である。 図２は、実施の形態の第１例に関して、図１に示したステアリング装置から中間シャフトを取り出して示す断面図である。 図３は、実施の形態の第１例に関して、図２に示した中間シャフトをジョイント部材の位置で分離し、第一伸縮シャフト及び雌ジョイントを取り出して示す断面図である。 図４は、実施の形態の第１例に関して、図２に示した中間シャフトをジョイント部材の位置で分離し、第二伸縮シャフト及び雄ジョイントを取り出して示す断面図である。 図５は、実施の形態の第１例を示す、図４のＡ部拡大図である。 図６は、実施の形態の第１例を示す、図４のＢ部に相当する部分の部分透視図である。 図７は、実施の形態の第１例を示す、図４のＢ部に相当する部分の部分透視斜視図である。 図８は、実施の形態の第１例に関して、第二シャフトに相当する雌軸を取り出して示す端部断面図である。 図９は、実施の形態の第１例に関して、第一シャフトに相当する雄ジョイントを取り出して示す平面図である。 図１０は、実施の形態の第１例に関して、第一シャフトに相当する雄ジョイントを取り出して示す斜視図である。 図１１は、実施の形態の第１例に関して、第一シャフトに相当する雄ジョイントを取り出して示す端面図（Ａ）及び（Ａ）の部分拡大図（Ｂ）である。 図１２は、実施の形態の第２例を示す、図１１に相当する図である。 図１３は、実施の形態の第３例を示す、図１１の（Ａ）に相当する図である。 図１４は、実施の形態の第４例を示す、図１１の（Ａ）に相当する図である。 図１５は、実施の形態の第５例に関して、第二シャフトに相当する雌軸を取り出して示す、端面の部分拡大図である。 図１６は、実施の形態の第６例に関して、第一シャフトに相当する雄ジョイントを取り出して示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は端面図であり、（Ｃ）は斜視図である。 図１７は、実施の形態の第７例を示す、図１６に相当する図である。 図１８は、従来から知られているステアリング装置を示す部分断面側面図である。

［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１１を用いて説明する。本例では、ステアリング装置を構成する複数のトルク伝達用シャフトのうち、中間シャフト５ａの構造を工夫している。具体的には、中間シャフト５ａを構成する１対のシャフトである、雄ジョイント４６と雌軸３０との結合構造を工夫している。以下、ステアリング装置及び中間シャフト５ａの全体構造を説明するとともに、本例の特徴部分を説明する。

［ステアリング装置の概要］
自動車用のステアリング装置は、ステアリングホイール１と、ステアリングシャフト２と、ステアリングコラム３と、１対の自在継手４ｃ、４ｄと、中間シャフト５ａと、ステアリングギヤユニット６と、１対のタイロッド７とを備えている。

ステアリングシャフト２は、車体に支持されたステアリングコラム３の内側に回転自在に支持されている。ステアリングシャフト２の後端部には、運転者が操作するステアリングホイール１が取り付けられており、ステアリングシャフト２の前端部は、１対の自在継手４ｃ、４ｄ及び中間シャフト５ａを介して、ステアリングギヤユニット６の入力軸８に接続されている。このため、運転者がステアリングホイール１を回転させると、該ステアリングホイール１の回転が、ステアリングギヤユニット６の入力軸８に伝達される。入力軸８の回転は、該入力軸８と噛合したラックの直線運動に変換され、１対のタイロッド７を押し引きする。この結果、操舵輪にステアリングホイール１の操作量に応じた舵角が付与される。

［中間シャフトの構成］
中間シャフト５ａは、トルクを伝達するトルク伝達用シャフトであり、図２に示すように、それぞれが軸方向に伸縮可能な第一伸縮シャフト９及び第二伸縮シャフト１０を、ジョイント部材１１により、トルク伝達可能に連結することにより構成されている。

第一伸縮シャフト９は、軸方向に所定値以上の大きさの衝撃荷重が加わった場合にのみ、全長を収縮可能に構成されているのに対し、第二伸縮シャフト１０は、衝突事故の発生していない定常状態において、全長を伸縮可能に構成されている。このため、中間シャフト５ａは、定常状態では、第二伸縮シャフト１０のみが伸縮することで、その全長を変化させるが、衝突事故発生時には、第一伸縮シャフト９及び第二伸縮シャフト１０のそれぞれが収縮することで、その全長を縮める。なお、本例の中間シャフト５ａは、大型車に使用されるもので、一般的な普通乗用車に使用されるものに比べて軸方向寸法が長くなっている。

［第一伸縮シャフトの構成］
第一伸縮シャフト９は、図２及び図３に示すように、インナシャフト１２とアウタチューブ１３とを備えている。これらインナシャフト１２とアウタチューブ１３とは、トルク伝達可能に、かつ、一時衝突時にのみ、軸方向に関する相対変位が可能になるように結合されている。換言すれば、インナシャフト１２とアウタチューブ１３とは、定常状態においては、軸方向に関する相対変位が不能になるように結合されている。

インナシャフト１２は、金属製で、軸方向一方側のヨーク部１４と、軸方向他方側の軸部１５とを有している。本例では、ヨーク部１４と軸部１５とを、一体に設けている。つまり、ヨーク部１４と軸部１５とは、嵌合や溶接などによって連結されているのではなく、素材を鍛造加工などにより塑性変形させることで、一体的に造られている。

ヨーク部１４は、ステアリングギヤユニット６の入力軸８に接続される別のヨーク１６と図示しない十字軸とにより、自在継手４ｄを構成するもので、基部１７と、１対の腕部１８とを有している。基部１７は、その軸方向他側面の中央部が、軸部１５の軸方向一方側部の端面に連続している。基部１７の軸方向他側面の径方向外側部は、軸部１５の中心軸に直交する仮想平面上に存在する円輪面１９となっている。

１対の腕部１８は、略平板状に構成されており、基部１７の直径方向反対側の２個所位置から軸方向一方側に伸長している。また、腕部１８の先端部には、互いに同軸上に、前記十字軸を構成する軸部を回転自在に支持するための円孔２０が設けられている。

軸部１５は、略円柱状で、ほぼ全長にわたり中実状に構成されている。軸部１５の軸方向他方側には、軸部１５の軸方向他方側の端面にのみ開口した中空部２１が設けられている。軸部１５の軸方向他方側半部の外周面には、雄セレーション２２が設けられている。これに対し、軸部１５の軸方向一方側の端部の外周面には、断面形状が凹円弧形の凹曲面２３が設けられている。凹曲面２３は、いわゆる隅Ｒ部と呼ばれるもので、単一の曲率半径ｒを有しており、ヨーク部１４を構成する基部１７の軸方向他側面である円輪面１９に滑らかに連続している。

アウタチューブ１３は、金属製で、中空円管状に構成されている。アウタチューブ１３の軸方向両側部には、１対の結合筒部２４ａ、２４ｂが設けられており、アウタチューブ１３の軸方向中間部には、蛇腹状のベローズ部２５が設けられている。

１対の結合筒部２４ａ、２４ｂのうち、軸方向一方側の結合筒部２４ａの内周面には、第一雌セレーション２６が設けられており、軸方向他方側の結合筒部２４ｂの内周面には、第二雌セレーション２７が設けられている。

ベローズ部２５は、オフセット衝突時に折れ曲がるように塑性変形することで、衝突に伴う衝撃荷重を吸収する部分であり、衝突事故が発生する以前の定常時に、運転者がステアリングホイール１を操作することに基づいて加わる程度の捩り方向の荷重によっては変形しない程度の捩り強度を有している。ベローズ部２５は、大径部である山部と、小径部である谷部とを、軸方向に関して交互に複数配置することで構成されている。また、本例では、山部の頂部と谷部の底部とを、それぞれ断面円弧形としている。

本例では、インナシャフト１２とアウタチューブ１３とを、トルク伝達可能に、かつ、一時衝突時における軸方向の相対変位を可能に結合するために、インナシャフト１２の雄セレーション２２とアウタチューブ１３の第一雌セレーション２６とを、セレーション係合させるとともに、インナシャフト１２とアウタチューブ１３との嵌合部を、いわゆる楕円嵌合としている。すなわち、インナシャフト１２を構成する軸部１５の軸方向他方側の端部、および、アウタチューブ１３を構成する結合筒部２４ａの軸方向一方側の端部に、断面形状が楕円形の塑性変形部２８ａ、２８ｂをそれぞれ形成している。なお、図３には、塑性変形部２８ａ、２８ｂの形成範囲にそれぞれ波線を付している。

本例では、上述のような構成により、インナシャフト１２を構成する軸部１５の軸方向他方側部と、アウタチューブ１３を構成する結合筒部２４ａとを、トルク伝達可能に、かつ、軸方向に大きな衝撃荷重が加わる一次衝突時にのみ、軸方向に関する相対変位が可能となるように結合している。また、塑性変形部２８ａ、２８ｂは、インナシャフト１２とアウタチューブ１３とが軸方向に相対変位する際の抵抗になるため、インナシャフト１２とアウタチューブ１３とが軸方向に相対変位し、第一伸縮シャフト９が収縮する際に、衝突によるエネルギを吸収する。

上述したような塑性変形部２８ａ、２８ｂは、例えば次のようにして形成する。
先ず、軸部１５の軸方向他方側部を、アウタチューブ１３の軸方向一方側部に僅かに挿入する。すなわち、結合筒部２４ａの軸方向一方側部と、軸部１５の軸方向他方側部とを係合する。次いで、結合筒部２４ａの軸方向一方側部を工具により径方向外側から押し潰し、結合筒部２４ａの軸方向一方側部の内周面及び軸部１５の軸方向他方側部の外周面を、断面楕円形状に塑性変形させて、当該部分に塑性変形部２８ａ、２８ｂを形成する。その後、インナシャフト１２とアウタチューブ１３とを、第一伸縮シャフト９の全長を縮めるように軸方向に相対変位させて、第一伸縮シャフト９の全長を定常時での所定の軸方向長さとする。これにより、インナシャフト１２の塑性変形部２８ａとアウタチューブ１３の塑性変形部２８ｂとを、軸方向に離隔して配置する。

［第二伸縮シャフトの構成］
第二伸縮シャフト１０は、図２及び図４に示すように、雄軸２９と、雌軸３０と、複数個のボール３１と、複数本のローラ３２と、複数枚の板ばね３３とを備えている。

雄軸２９は、全長にわたり中実状に構成されており、軸方向一方側部の外周面に、それぞれが軸方向に伸長した第一雄側軸方向溝３４と第二雄側軸方向溝３５とを円周方向に関して交互に有している。第一雄側軸方向溝３４は、断面形状が略等脚台形状で、開口部の円周方向幅が底部の円周方向幅よりも広くなっている。これに対し、第二雄側軸方向溝３５は、断面凹円弧形状である。また、雄軸２９の軸方向一方側の端部外周面には、円輪状のストッパ３６が固定されている。これにより、第一雄側軸方向溝３４内に配置されるボール３１及び第二雄側軸方向溝３５内に配置されるローラ３２が、これら第一雄側軸方向溝３４及び第二雄側軸方向溝３５から軸方向一方側に抜け出すことを防止している。また、雄軸２９の軸方向他方側の端部には、雄軸２９とは別体のヨーク３７が溶接により固定されている。該ヨーク３７は、ステアリングシャフト２の前端部に接続される別のヨーク３８及び十字軸とともに、自在継手４ｃを構成する。

雌軸３０は、第二シャフトに相当するもので、全体が中空円管状に構成されており、内周面に、それぞれが軸方向に伸長した第一雌側軸方向溝３９と第二雌側軸方向溝４０とを円周方向に関して交互に有している。これら第一雌側軸方向溝３９及び第二雌側軸方向溝４０は、それぞれ断面凹円弧形状である。

雌軸３０の軸方向一方側部には、その内側にジョイント部材１１の一部が挿入される、第二筒部に相当する固定筒部４４が設けられている。固定筒部４４の内周面のうち、第一雌側軸方向溝３９及び第二雌側軸方向溝４０の軸方向一方側に隣接した部分には、円周方向に関する凹凸形状の内周側凹凸部４１を有している。内周側凹凸部４１は、それぞれが軸方向に長い断面凹円弧形状の複数の内周側凹部４２を、雌軸３０の円筒面状の内周面に、円周方向に関して等間隔に形成することにより構成されている。内周側凹部４２のそれぞれの軸方向他方側部は、第一雌側軸方向溝３９又は第二雌側軸方向溝４０の軸方向一方側部に連続している。また、雌軸３０の軸方向一方側部の内周面のうち、内周側凹凸部４１の軸方向一方側には、軸方向一方側に向かう程内径が大きくなったテーパ状の突き当て面４３を有している。突き当て面４３の円周方向に関して等間隔複数個所には、内周側凹部４２が開口している。さらに、雌軸３０の軸方向一方側の端部内周面には、内径が軸方向にわたり一定であり、その軸方向他方側部が突き当て面４３の大径側部に連続した、円筒面状の大径部６４を有している。

雄軸２９を雌軸３０の内側に挿入する際には、第一雄側軸方向溝３４と第一雌側軸方向溝３９との円周方向の位相を一致させ、かつ、第二雄側軸方向溝３５と第二雌側軸方向溝４０の円周方向の位相を一致させる。そして、第一雄側軸方向溝３４と第一雌側軸方向溝３９との間に、複数個のボール３１を配置する。さらに、第一雄側軸方向溝３４と複数個のボール３１との間には板ばね３３を配置し、これら複数個のボール３１に予圧を付与する。また、第二雄側軸方向溝３５と第二雌側軸方向溝４０との間に、それぞれ１本ずつローラ３２を配置する。

上述のような第二伸縮シャフト１０は、雄軸２９と雌軸３０とが、トルク伝達可能に、かつ、定常状態において全長を伸縮可能に組み合わされている。特に第二伸縮シャフト１０は、低トルク伝達時には、複数個のボール３１と板ばね３３とが、雄軸２９と雌軸３０との間でトルクを伝達し、伝達するトルクが増加すると、増加した分のトルクを、複数本のローラ３２が伝達する。また、雄軸２９と雌軸３０とが軸方向に相対変位する際には、複数個のボール３１は、第一雄側軸方向溝３４と第一雌側軸方向溝３９との間で転動し、複数本のローラ３２は、第二雄側軸方向溝３５と第二雌側軸方向溝４０との間で滑り摺動する。また、本例では、板ばね３３の弾力により、複数個のボール３１が第一雌側軸方向溝３９の内面に押し付けられているため、雄軸２９と雌軸３０とががたつくことが防止される。

［ジョイント部材の構成］
本例では、上述のような第一伸縮シャフト９と第二伸縮シャフト１０とを、ジョイント部材１１により、トルク伝達可能に結合している。ジョイント部材１１は、雌ジョイント４５と雄ジョイント４６とを有している。雌ジョイント４５は、第一伸縮シャフト９を構成するアウタチューブ１３の結合筒部２４ｂに固定され、雄ジョイント４６は、第二伸縮シャフト１０を構成する雌軸３０に固定される。

雌ジョイント４５は、全体が略円筒状に構成されている。雌ジョイント４５の軸方向一方側部の外周面には、雄セレーション４７が設けられており、雌ジョイント４５の軸方向他方側部の内周面には、雌セレーション４８が設けられている。また、雌ジョイント４５の軸方向他方側の半部には、軸方向に伸長したスリット４９が設けられており、該スリット４９の円周方向両側には、径方向外方に伸長した１対の鍔部５０が設けられている。また、１対の鍔部５０には、互いに同軸上に、ねじ孔５１が設けられている。

そして、雌ジョイント４５の軸方向一方側の外周面に設けられた雄セレーション４７を、アウタチューブ１３の結合筒部２４ｂの内周面に設けられた第二雌セレーション２７に、セレーション係合させている。また、雌ジョイント４５の外周面と結合筒部２４ｂの軸方向他方側の端面との間を、溶接ビード部５２により全周にわたり溶接固定している。これにより、雌ジョイント４５とアウタチューブ１３とをトルク伝達可能に結合している。

雄ジョイント４６は、第一シャフトに相当するもので、軸方向一方側のジョイント軸部５３と、軸方向他方側の第一筒部に相当するジョイント筒部５４とを有している。ジョイント軸部５３の外周面には、全周にわたり雄セレーション５５が設けられているとともに、円周方向の一部に、ジョイント軸部５３の中心軸に対し直角方向に切り欠き５６が設けられている。

ジョイント筒部５４は、全体が略円筒状に構成されている。ジョイント筒部５４の軸方向中間部には、径方向内方に凹んだ環状凹溝５７を全周にわたり有している。また、ジョイント筒部５４の軸方向他方側の端部外周面には、円周方向に関する凹凸形状の外周側凹凸部５８を有している。外周側凹凸部５８は、それぞれが軸方向に長い断面半円柱状の複数（図示の例では６個）の外周側凸部５９を、ジョイント筒部５４の軸方向他方側の端部の円筒面状の外周面に、円周方向に関して等間隔に形成することにより構成されている。本例では、外周側凸部５９は、内周側凹部４２の内側に、強圧入ではなく、緩く挿入できる寸法及び形状を有している。このため、本例では、外周側凸部５９及び内周側凹部４２の寸法及び形状精度は、高精度である必要がない。また、ジョイント筒部５４の外周面のうち、円周方向に隣り合う外周側凸部５９の軸方向一方側の端部同士の間には、軸方向一方側に向かう程径方向外方に向かう方向に傾斜した傾斜面６０を有している。

本例では、外周側凹凸部５８を構成する合計６個の外周側凸部５９のうち、円周方向に関して１つおきに等間隔に配置された３個の外周側凸部５９の外面に、微小突起６１を２つずつ設けている。具体的には、前記３個の外周側凸部５９のそれぞれに関して、径方向に関する突出量が最も大きくなった頂部から円周方向両側に同じ長さ分だけ外れた位置に、微小突起６１を設けている。

微小突起６１は、外周側凸部５９の外面のうち、微小突起６１が形成された部分に対して法線方向に突出しており、外周側凸部５９の外面からの突出量Ｐ１は、０．１ｍｍ程度であり、外周側凸部５９自体の突出量Ｐ２に比べて十分に（例えば１／２０程度に）小さい。また、微小突起６１は、外周側凹凸部５８と内周側凹凸部４１とを凹凸係合させた際に、塑性変形できる程度に、十分に薄肉に構成されている。本例では、このような微小突起６１を、外周側凸部５９の外面に、例えば鍛造加工や切削加工を施すことにより形成している。

図示の例では、微小突起６１は、断面半円形状に構成されており、外周側凸部５９の全長にわたり設けられている。ただし、断面形状は、半円形状に限らず、矩形状、三角形状など、種々の形状を採用することができるし、その形成範囲も、外周側凸部５９の軸方向一部にのみ設けることもできる。さらに、図示の例では、微小突起６１の外周側凸部５９の外面からの突出量Ｐ１は、全長にわたり一定であるが、外周側凸部５９の先端側から基端側に向かうほど突出量が大きくなる構成を採用しても良い。このような構成を採用すれば、外周側凸部５９の内周側凹部４２への挿入作業に伴い、外周側凸部５９と内周側凹部４２との間の隙間を、外周側凸部５９の基端側に向かうほど徐々に小さくできるため、挿入作業の作業性を向上できる。

そして、本例では、雄ジョイント４６のジョイント筒部５４を、該ジョイント筒部５４の外周面に設けられた傾斜面６０が、雌軸３０の内周面に設けられた突き当て面４３に当接するまで、雌軸３０の固定筒部４４の内側に挿入する。これにより、雌軸３０に対する雄ジョイント４６の軸方向に関する位置決めを図るとともに、雄ジョイント４６の外周側凹凸部５８を構成する複数の外周側凸部５９を、雌軸３０の内周側凹凸部４１を構成する複数の内周側凹部４２の内側にそれぞれ挿入して、内周側凹凸部４１と外周側凹凸部５８とを凹凸係合させる。本例では特に、外周側凸部５９の外面に設けられた微小突起６１を、内周側凹部４２の内面によって潰すように塑性変形させて、外周側凸部５９の外面と内周側凹部４２の内面との間の隙間を埋めながら、内周側凹凸部４１と外周側凹凸部５８とを凹凸係合させる。

また、雌軸３０の軸方向一方側部の内周面である大径部６４を、ジョイント筒部５４の外周面に圧入するとともに、大径部６４のうち、軸方向に関して雄ジョイント４６の環状凹溝５７と整合する部分に形成された複数のかしめ部６２を、環状凹溝５７の内側に配置している。かしめ部６２は、雌軸３０の円周方向に関して等間隔に設けられている。本例では、工具の先端部によって、固定筒部４４の外周面の円周方向複数個所を径方向内方に押し潰し、雌軸３０の外周面にそれぞれ凹み部６３を形成することで、大径部６４のうち軸方向に関して環状凹溝５７と整合する部分の円周方向複数個所を径方向内方に突出させるように塑性変形させて、かしめ部６２を形成している。これにより、ジョイント筒部５４と雌軸３０とを溶接固定する以前の状態で、雄ジョイント４６と雌軸３０との軸方向に関するがたつきを抑制している。

さらに、ジョイント筒部５４の外周面のうち雌軸３０から露出した部分と、雌軸３０の軸方向一方側の端面との間を、溶接ビード部６６により全周にわたり溶接固定している。なお、本例では、ジョイント筒部５４を固定筒部４４の内側に挿入し、固定筒部４４の内周面の円周方向複数個所にかしめ部６２を形成した後、該かしめ部６２から軸方向に離隔した、ジョイント筒部５４の外周面と雌軸３０の軸方向一方側の端面との間に、溶接ビード部６６を形成している。これにより、溶接ビード部６６を形成する際の溶接熱の影響が、かしめ部６２にまで伝わることを防止している。また、このような溶接作業を、雄ジョイント４６と雌軸３０との軸方向に関するがたつきを抑制した状態で行うことができる。

また、雄ジョイント４６のジョイント軸部５３を、雌ジョイント４５の軸方向他方側部の内側に挿入し、雄セレーション５５と雌セレーション４８とを、セレーション係合させている。これにより、雌ジョイント４５と雄ジョイント４６とをトルク伝達可能に結合している。また、雌ジョイント４５を構成する１対の鍔部５０のねじ孔５１に、図示しないボルトを螺合させている。そして、前記ボルトの中間部を切り欠き５６の内側に配置して、ジョイント軸部５３が雌ジョイント４５から軸方向他方側に抜け出ることを防止している。

以上のような本例の中間シャフト５ａは、定常状態では、第二伸縮シャフト１０を構成する雄軸２９と雌軸３０とが軸方向に相対変位することで伸縮する。これにより、走行時にタイヤから入力される振動が、ステアリングホイール１にまで伝わることを防止する。

車体の前面全体で他の自動車などに衝突する、いわゆるフルラップ衝突が発生した場合には、第一伸縮シャフト９及び第二伸縮シャフト１０が、それぞれ収縮する。これにより、中間シャフト５ａは、衝撃荷重を吸収しつつ全長を縮める。これにより、ステアリングホイール１が運転者側に突き上げられることを防止する。

これに対し、車体の前面のうちの一部が幅方向に偏って他の自動車などに衝突する、いわゆるオフセット衝突が発生した場合には、エンジンルームが変形して、中間シャフト５ａが軸方向に収縮できない場合がある。この場合には、衝突に伴う衝撃荷重に基づいて、アウタチューブ１３がベローズ部２５にて折れ曲がる。これにより、衝撃荷重を吸収するとともに、折れ曲がった中間シャフト５ａが周辺部品の間に存在する隙間に収納され、後方に変位することを防止する。したがって、オフセット衝突の場合においても、ステアリングホイール１が運転者側に突き上げられることを防止できる。なお、オフセット衝突が発生した際に、中間シャフト５ａの全長が収縮するか否かは、衝撃荷重の加わり方やエンジンルームの変形態様などに依存する。

以上のような構成を有する本例では、トルク伝達用シャフトである中間シャフト５ａを構成する１対のシャフトである、雄ジョイント４６と雌軸３０との結合部に関して、これら雄ジョイント４６と雌軸３０とを結合する溶接ビード部６６に欠陥が生じた場合にも、雄ジョイント４６と雌軸３０との間で、がたつき（遊び）を生じることなく、トルクを伝達することができ、かつ、雄ジョイント４６と雌軸３０との分離防止を図れる。
すなわち、本例では、外周側凸部５９の外面に設けられた微小突起６１を、内周側凹部４２の内面によって塑性変形させて、外周側凸部５９の外面と内周側凹部４２の内面との間の隙間を埋めた状態で、内周側凹凸部４１と外周側凹凸部５８とを凹凸係合させている。このため、溶接ビード部６６に欠陥が生じた場合にも、雄ジョイント４６と雌軸３０との間で、円周方向や径方向に関するがたつきを生じることなく、トルクを伝達することができる。しかも、本例では、雄ジョイント４６と雌軸３０とのがたつきを防止するために、内周側凹部４２の内側に外周側凸部５９を強圧入する構成を採用していない。つまり、本例では、微小突起６１を設けていない状態で、外周側凸部５９は、内周側凹部４２の内側に、緩く挿入可能である。このため、内周側凹部４２及び外周側凸部５９の寸法及び形状精度を高くする必要がなく、高度な精度管理が不要であるので、コストの低減を図れるとともに、加工作業及び組立作業の容易化を図れる。また、本例では、微小突起６１を、円周方向に関して等間隔に配置された３個の外周側凸部５９の外面に設けているため、雄ジョイント４６の中心軸と雌軸３０の中心軸とを一致させ易い。また、微小突起６１を設けているため、かしめ作業及び圧入作業を行う際の、雄ジョイント４６と雌軸３０との円周方向に関するガタ詰めを行うこともできる。

さらに、本例では、雌軸３０の内周面に形成したかしめ部６２が、雄ジョイント４６に形成された環状凹溝５７の内側に配置されているため、溶接ビード部６６に欠陥が生じた場合にも、雄ジョイント４６が雌軸３０から軸方向に抜け出ることを防止できる。

また、本例では、中間シャフト５ａを組み立てた状態で、雌軸３０の外周面に凹み部６３が形成されていることを目視により確認することで、雌軸３０の内周面にかしめ部６２が形成されていることを確認できる。このため、かしめ部６２が形成されているか否かを確認する作業を容易に行うことができる。

［実施の形態の第２例］
実施の形態の第２例について、図１２を用いて説明する。本例では、外周側凹凸部５８ａを構成する合計６個の外周側凸部５９のうち、円周方向に関して１つおきに等間隔に配置された３個の外周側凸部５９の外面に、微小突起６１を１つずつ設けている。具体的には、前記３個の外周側凸部５９の外面のうち、径方向に関する突出量が最も大きくなった頂部に、微小突起６１を設けている。

本例では、円周方向等間隔に配置された合計３個の微小突起６１が、内周側凹凸部４１（図８参照）と外周側凹凸部５８ａとを凹凸係合させる際に塑性変形して、外周側凸部５９の外面と内周側凹部４２（図８参照）の内面との間の隙間を埋める。また、本例では、微小突起６１の形成数が、実施の形態の第１例に比べて少ないため、微小突起６１の加工工数を低減できる。また、微小突起６１を、外周側凸部５９の頂部に設けているため、雄ジョイント４６と雌軸３０（図８参照）との径方向に関するがたつきを有効に防止することもできる。その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第１例と同様である。

［実施の形態の第３例］
実施の形態の第３例について、図１３を用いて説明する。本例では、外周側凹凸部５８ｂを構成する合計６個の外周側凸部５９のうち、ジョイント筒部５４の直径方向に関して反対位置に配置された２個の外周側凸部５９の外面に、微小突起６１を２つずつ設けている。具体的には、前記２個の外周側凸部５９のそれぞれに関して、頂部から円周方向両側に同じ長さ分だけ外れた２個所に、微小突起６１を設けている。

本例では、微小突起６１の形成数が、実施の形態の第１例に比べて少ないため、微小突起６１の加工工数を低減できる。その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第１例と同様である。

［実施の形態の第４例］
実施の形態の第４例について、図１４を用いて説明する。本例では、外周側凹凸部５８ｃを構成する合計６個の外周側凸部５９のうち、ジョイント筒部５４の直径方向に関して反対側位置に配置された２個の外周側凸部５９の外面に、微小突起６１を１つずつ設けている。具体的には、前記２個の外周側凸部５９のそれぞれの頂部に、微小突起６１を設けている。

本例では、微小突起６１の形成数が、実施の形態の第１例に比べて少ないため、微小突起６１の加工工数を低減できる。その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第１例、第２例及び第３例と同様である。

［実施の形態の第５例］
実施の形態の第５例について、図１５を用いて説明する。本例では、内周側凹凸部４１ａを構成する合計６個の内周側凹部４２のうち、円周方向に関して１つおきに等間隔に配置された３個の内周側凹部４２の内面に、微小突起６１ａを２つずつ設けている。具体的には、前記３個の内周側凹部４２のそれぞれに関して、径方向に関する凹入量が最も大きくなった底部から円周方向両側に同じ長さ分だけ外れた位置に、微小突起６１ａを設けている。

本例では、内周側凹部４２の内面に形成された合計６個の微小突起６１ａが、内周側凹凸部４１ａと外周側凹凸部５８（図１０参照）とを凹凸係合させる際に塑性変形して、外周側凸部５９の外面と内周側凹部４２の内面との間の隙間を埋める。なお、外周側凹凸部５８を構成する外周側凸部５９の外面には、微小突起を設けても良いし、設けなくても良い。外周側凸部５９の外面に微小突起を設ける場合には、微小突起が設けられていない内周側凹部４２の内側に挿入される外周側凸部５９の外面に、微小突起を設けることが好ましい。その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第１例と同様である。

［実施の形態の第６例］
実施の形態の第６例について、図１６を用いて説明する。本例では、外周側凹凸部５８ｄを構成する全ての外周側凸部５９ａを、段付き形状とし、基端側の半円柱状の凸部本体６７と、先端側の半円柱状のガイド部６８とから構成している。ガイド部６８は、凸部本体６７に比べて、径方向外方への突出量及び円周方向に関する幅寸法がそれぞれ小さい。また、本例では、外周側凸部５９ａのうち、凸部本体６７の外面にのみ、微小突起６１を設けており、ガイド凸部６８の外面には微小突起は設けていない。

以上のような構成を有する本例では、ガイド部６８が、外周側凹凸部５８ｄを内周側凹凸部４１（図８参照）の内側に挿入する際の案内機能を発揮するため、外周側凹凸部５８ｄを内周側凹凸部４１に挿入し易くなる。特に本例では、外周側凸部５９ａの外面に微小突起６１を設けているため、ガイド部６８を設けない場合には、外周側凸部５９ａの先端部を内周側凹部４２（図８参照）の内側に挿入し始める瞬間から微小突起６１を塑性変形させる必要があるが、本例では、ガイド部６８を内周側凹部４２の内側に緩く挿入できるため、外周側凸部５９ａを内周側凹部４２の内側にある程度挿入してから、微小突起６１を塑性変形させることができる。このため、外周側凹凸部５８ｄと内周側凹凸部４１との係合作業の作業性を向上できる。その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第１例と同様である。

［実施の形態の第７例］
実施の形態の第７例について、図１７を用いて説明する。本例では、外周側凹凸部５８ｅを構成する全ての外周側凸部５９ｂを、基端側の半円柱状の凸部本体６７と、先端側の１／４球状のガイド部６８ａとから構成している。このような本例でも、ガイド部６８ａは、凸部本体６７に比べて、径方向外方への突出量及び円周方向に関する幅寸法がそれぞれ小さい。

以上のような構成を有する本例では、ガイド部６８ａの外面が球状凸面になっており、ガイド部６８ａの径方向に関する突出量及び円周方向に関する幅寸法が、外周側凸部５９ｂの基端側に向かうほど大きくなるため、外周側凸部５９ｂの先端部を内周側凹部４２（図８参照）の内側に挿入する作業の作業性をより向上できる。その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第１例及び第６例と同様である。

外周側凸部の先端部に設けるガイド部の形状は、半円柱状や１／４球状に限らず、例えば、半円すい状や、三角すい状、四角すい状など、種々の形状を採用することができる。また、第一伸縮シャフトを構成するインナシャフトの軸部には、その全長にわたり雄セレーションを設けることができる。このような構成を採用すれば、第一伸縮シャフトの全長が縮んだ状態においても、インナシャフトとアウタチューブとの間でトルク伝達を行わせることができる。また、第二筒部の内周面に塑性変形部を形成する方法としては、実施の形態の各例で説明したようなかしめの他に、エンボス加工などを利用することもできる。さらに、本発明は、実施の形態の各例の構造を、適宜選択的に組み合わせて実施することもできる。

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３ ステアリングコラム
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 自在継手
５、５ａ 中間シャフト
６ ステアリングギヤユニット
７ タイロッド
８ 入力軸
９ 第一伸縮シャフト
１０ 第二伸縮シャフト
１１ ジョイント部材
１２ インナシャフト
１３、１３ａ アウタチューブ
１４ ヨーク部
１５ 軸部
１６ ヨーク
１７ 基部
１８ 腕部
１９ 円輪面
２０ 円孔
２１ 中空部
２２ 雄セレーション
２３ 凹曲面
２４ａ、２４ｂ 結合筒部
２５ ベローズ部
２６ 第一雌セレーション
２７ 第二雌セレーション
２８ａ、２８ｂ 塑性変形部
２９ 雄軸
３０ 雌軸
３１ ボール
３２ ローラ
３３ 板ばね
３４ 第一雄側軸方向溝
３５ 第二雄側軸方向溝
３６ ストッパ
３７ ヨーク
３８ ヨーク
３９ 第一雌側軸方向溝
４０ 第二雌側軸方向溝
４１ 内周側凹凸部
４２、４２ａ 内周側凹部
４３ 突き当て面
４４ 固定筒部
４５、４５ａ 雌ジョイント
４６ 雄ジョイント
４７ 雄セレーション
４８ 雌セレーション
４９ スリット
５０ 鍔部
５１ ねじ孔
５２、５２ａ 溶接ビード部
５３ ジョイント軸部
５４ ジョイント筒部
５５ 雄セレーション
５６ 切り欠き
５７、５７ａ 環状凹溝
５８、５８ａ〜５８ｅ 外周側凹凸部
５９、５９ａ、５９ｂ 外周側凸部
６０ 傾斜面
６１、６１ａ 微小突起
６２、６２ａ かしめ部
６３、６３ａ 凹み部
６４ 大径部
６５ 円筒部
６６ 溶接ビード部
６７ 凸部本体
６８、６８ａ ガイド部

Claims (6)

1. 外周面に円周方向に関する凹凸形状の外周側凹凸部と環状凹溝とがそれぞれ設けられた第一筒部を有する第一シャフトと、
   内周面に円周方向に関する凹凸形状の内周側凹凸部が設けられ、その内側に前記第一筒部が挿入される第二筒部を有する第二シャフトと、
   前記外周側凹凸部を構成する外周側凸部の外面と前記内周側凹凸部を構成する内周側凹部の内面との少なくとも何れか一方に設けられ、前記外周側凹凸部と前記内周側凹凸部とを凹凸係合させる際に塑性変形可能な微小突起と、を備え、
   前記内周側凹凸部と前記外周側凹凸部とを、前記微小突起を塑性変形させた状態で凹凸係合させ、かつ、前記第一シャフトの外周面と前記第二筒部の軸方向端部とを溶接固定しており、かつ、前記第二筒部の内周面のうち軸方向に関して前記環状凹溝と整合する部分を径方向内方に突出させるように塑性変形させて成る塑性変形部を前記環状凹溝の内側に配置している
   シャフト同士の結合構造。
2. 前記微小突起が、前記外周側凹凸部を構成する複数の外周側凸部のうち、円周方向に関して１つおき又は複数おきに配置された外周側凸部に設けられている、請求項１に記載したシャフト同士の結合構造。
3. 前記複数の外周側凸部のうち、前記第一筒部の円周方向に関して等間隔に配置された３個以上の外周側凸部の外面に、前記微小突起がそれぞれ１つずつ設けられている、請求項２に記載したシャフト同士の結合構造。
4. 前記複数の外周側凸部のうち、前記第一筒部の直径方向に関して反対位置に配置された少なくとも２個の外周側凸部の外面に、前記微小突起がそれぞれ２つずつ設けられている、請求項２に記載したシャフト同士の結合構造。
5. 前記外周側凹凸部を構成する複数の外周側凸部のうち、前記内周側凹部への挿入方向に関して前方側端部には、前記挿入方向に関して後方側部分に比べて径方向外方への突出量が小さいガイド部が設けられている、請求項１〜４のうちの何れか１項に記載したシャフト同士の結合構造。
6. 外周面に円周方向に関する凹凸形状の外周側凹凸部と環状凹溝とがそれぞれ設けられた第一シャフトを構成する第一筒部を、内周面に円周方向に関する凹凸形状の内周側凹凸部が設けられた第二シャフトを構成する第二筒部の内側に、前記第一筒部の外周面の一部が前記第二筒部の内周面の一部に突き当たるまで挿入し、前記外周側凹凸部を構成する外周側凸部の外面と前記内周側凹凸部を構成する内周側凹部の内面との少なくとも何れか一方に設けられた微小突起を塑性変形させた状態で、前記外周側凹凸部と前記内周側凹凸部とを凹凸係合させた後、前記第二筒部の外周面を径方向内方に押し潰すことで、前記環状凹溝の内側に配置されるように、前記第二筒部の内周面に径方向内方に突出するかしめ部を形成して、前記第一シャフトと前記第二シャフトとの軸方向に関するがたつきを抑制した後、前記第一シャフトと前記第二シャフトとを溶接固定する、シャフト同士の結合方法。

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