JP5202887B2 - ステアリング用ジョイント - Google Patents

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Description

この発明は自動車のステアリング用ジョイントに関し、より詳しくは、ステアリング用ジョイントと軸タイプの相手部材との結合構造に関する。
ステアリング用ジョイントとしては不等速のカルダン継手や、等速性を有するダブルカルダン継手が一般的である。
特許文献１には、固定式等速ジョイントを用い、さらに、回転方向のバックラッシを除去したステアリング用ジョイントが記載されている。
特開２００３−１３００８２号公報
カルダン継手やダブルカルダン継手に代表されるステアリング用ジョイントは、当該ジョイントと接続する相手部材が軸タイプの場合、その軸と嵌合する穴をもった穴タイプのヨークを溶接等の手段でジョイントに恒久的に結合して一体化するのが一般的である。そして、ヨークと軸を嵌合させた後、嵌合すきまによる回転がたの相殺および軸の抜け止めを兼ねて、ヨーク外径部にスプラインと直交する形で設けた貫通穴を利用してボルトで締結する。
特許文献１に記載されているステアリング用ジョイントも、相手部材が軸タイプである場合、溶接等の固定手段が必要となる。しかし、相手軸部材とジョイントを溶接によって結合した場合、両者間に回転がたが生じない反面、溶接箇所が高温にさらされるため歪みによる継手精度の低下やひび割れが生じ、歩留まりの低下が懸念される。
この発明の目的は、ステアリング用ジョイントと接続する相手部材が軸タイプの場合でも、溶接が不要で、継手精度に悪影響を及ぼさない接続部構造を提供することにある。
この発明のステアリング用ジョイントは、内周にボール溝をもった外側継手部材と、外周にボール溝をもった内側継手部材と、外側継手部材のボール溝と内側継手部材のボール溝との間に介在させたトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するケージとを具備し、前記外側継手部材および前記内側継手部材にそれぞれ塑性結合用オススプラインを形成し、
前記オススプラインは外周に焼入れ硬化層を有し、前記接続用孔のメススプラインが形成されていない部分の内径は、前記オススプラインの外径よりも小さく、
軸方向の端部から途中までメススプラインが形成された焼入れ硬化層をもたない接続用孔を有するシャフトクランプの前記接続用孔に前記オススプラインを圧入して、塑性流動もしくは剪断または両方によってスプラインを転写させ、前記接続用孔に前記オススプラインとすきまなく嵌合したメススプラインを形成させることにより、前記オススプラインに前記シャフトクランプを塑性結合させたことを特徴とするものである。
ここでは、内側継手部材は内輪とトルク伝達可能に結合したシャフトを含み、そのシャフトが、オススプラインを形成した軸部に該当する。そして、外側継手部材および内側継手部材の軸部を、シャフトクランプの接続用孔に圧入して嵌合させる。すると、接続用孔は焼入れ硬化層をもたず、しかも、その内径はオススプライン付き軸部の外径よりも小さいため、圧入に伴い、外周に焼入れ硬化層を有するオススプライン付き軸部によってメススプラインが形成され、圧入完了と同時に両者のスプライン嵌合が成立する。したがって、両者がすきまなく嵌合され、回転方向がたがなく、また、高温にさらされることもないため、ジョイント内部の精度低下も生じない。
請求項２の発明は、請求項１のステアリング用ジョイントにおいて、前記オススプラインの反軸端側の端部に溝を設け、前記オススプラインにシャフトクランプを圧入により嵌合させた後、前記溝に対向する位置のシャフトクランプの端部外周を数箇所かしめたことを特徴とするものである。これにより、高い軸方向荷重（抜け力）に耐えることができる。
請求項３の発明は、請求項１または２のステアリング用ジョイントにおいて、シャフトクランプの外周にブーツ固定用の溝を設けたことを特徴とするものである。これにより、ステアリング用ジョイントの軸方向寸法が短くなる。
請求項４の発明は、請求項１、２または３のステアリング用ジョイントにおいて、前記オススプラインの軸端側の端部にシール剤を塗布したことを特徴とするものである。これにより、シャフトクランプと軸部との間のシール効果が高まる。
この発明によれば、溶接による結合が不要になり、信頼性の高い、回転がた詰め機構を提供することができる。
以下、この発明の実施の形態を、固定式等速ジョイントを利用したステアリング用ジョイントの場合を例にとって説明する。なお、この発明はツェッパ型や、ボール溝の一部にストレート部を形成したアンダーカットフリージョイントなどの固定式等速ジョイントを利用したものなどにも広く適用することができる。
まず、固定式等速ジョイントの基本構成について述べる。固定式等速ジョイントは、図１に示すように、外側継手部材としての外輪１０と、内側継手部材としての内輪２０およびシャフト４０と、トルク伝達要素としてのボール３０と、ボール３０を保持するケージ３２とを主要な構成要素としている。
外輪１０はマウス部１２とステム部１８とからなり、ステム部１８はマウス部１２と一体で、ここではスプライン（またはセレーション。以下、同じ。）軸の形態をしている。スプライン軸は、高周波焼入れなどの表面硬化処理を施すことにより焼入れ硬化層を有している。マウス部１２はベル型で、球面状の内周面１４を有し、軸方向に延びる曲線状のボール溝１６が円周方向に等間隔に形成してある。
内輪２０は、球面状の外周面２２を有し、軸方向に延びる曲線状のボール溝２４が円周方向に等間隔に形成してある。外輪１０のボール溝１６と内輪２０のボール溝２４は対をなし、各対のボール溝１６，２４に１個のボール３０が組み込んである。一般に、ボール３０の数は６または８の複数個となる。ただし、ボール数は６または８に限定するものではなく、それ以外の任意の数であってもよい。ケージ３２は外輪１０の内周面１４と内輪２０の外周面２２との間に介在し、円周方向に所定間隔でポケット３４が形成してある。ボール３０はケージ３２のポケット３４に収容され、ケージ３２によってすべてのボール３０が同一平面内に保持される。
内輪２０はスプライン孔２６を有し、このスプライン孔２６にてシャフト４０のスプライン軸４２とトルク伝達可能に嵌合している。シャフト４０の軸端付近には止め輪溝４４が形成してあり、この止め輪溝４４に止め輪５４を装着することにより内輪２０をシャフト４０上で位置決めしてある。シャフト４０の他方の端部にはスプライン軸４６が形成してある。ここでは内輪２０とシャフト４０を合わせて内側継手部材と呼ぶこととする。
外輪１０のボール溝１６の中心（外輪トラックセンタ）は、外輪１０の内周面１４の中心に対して、内輪２０のボール溝２４の中心（内輪トラックセンタ）は、内輪２０の外周面２２の中心に対して、それぞれ軸方向に等距離だけ反対側にオフセットさせてある。ケージ３２の外周面の中心と外輪１０の内周面１４の中心は、いずれも継手中心に一致している。また、ケージ３２の内周面の中心と内輪２０の外周面２２の中心も、同様に継手中心に一致している。したがって、外輪トラックセンタのオフセット量は外輪トラックセンタと継手中心との間の距離となり、内輪トラックセンタのオフセット量は内輪トラックセンタと継手中心との間の軸方向距離となり、両者は相等しい。以上から、一対のボール溝１６，２４によって形成されるボールトラックは、外輪１０の開口側から奥部側へ向かって縮小した楔状を呈している。
外輪１０の軸線と内輪２０の軸線が角度をなした状態、すなわちジョイントが作動角をとった状態では、ケージ３２に案内されたボール３０が作動角の二等分面内に維持され、ジョイントの等速性が確保される。
ジョイントの内部には潤滑グリースが充填してあり、その潤滑グリースの洩れを防止するため、また、外部からの異物の侵入を防止するため、ブーツ５６が装着してある。ブーツ５６は大径側の取付部を外輪１０に形成した凹部１５に取り付け、小径側の取付部をシャフト４０に形成した凹部４８に取り付けてある。
ケージ３２に取り付けた受け部材３８とシャフト４０に取り付けた押圧部材５０とで回転バックラッシを除去するための装置を構成している。
押圧部材５０はたとえば略半球状の頭部と円筒形状の胴部とからなり、その胴部を、シャフト４０の軸端に開口させて形成した軸孔にスライド可能に挿入してある。そして、押圧部材５０は圧縮コイルばねを代表例とする弾性部材（図示せず）によってシャフト４０の軸端から飛び出す方向に弾性的に押されている。たとえば、略半球状の頭部の胴部から半径方向に張り出した部分と、シャフト４０の軸端との間に、圧縮コイルばねを介在させる。
受け部材３８はケージ３２に取り付けてある。たとえば、ケージ３２の外輪１０の奥側の端部内周に形成した凹部に、受け部材３８の周縁を係合させ、圧入、かしめ、溶接等の適宜の手段で固定する。図示するように受け部材３８は全体として部分球面状を呈し、受け部材３８の内面すなわちシャフト４０の端部と対向する面は凹球面状で、上述の押圧部材５０の略半球状の頭部を受ける受け面として機能する。
上述の構成において、内輪２０をシャフト４０に嵌合させて止め輪５４で位置決めすると、押圧部材５０と受け部材３８とが互いに当接し、弾性部材が圧縮される。これにより内輪２０とケージ３２との間に軸方向の弾性力が作用し、両者間に軸方向の相対移動が生じる。この相対移動により、ケージ３２を介してボール３０がボールトラックの縮小方向に押し込まれるため、ボール３０とボール溝１６，２４が常に当接し、回転バックラッシが防止される。このように、回転バックラッシが防止される結果、この固定式等速ジョイントは、回転バックラッシを嫌う自動車のステアリング用として好適に利用することができる。
外輪１０のステム部１８およびシャフト４０のスプライン軸４６には、それぞれ、シャフトクランプ６０が取り付けてある。
シャフトクランプ６０をジョイントに取り付ける前の状態を示す図２に従って説明すると、シャフトクランプ６０は、管状のソケット６２と一対のアーム６８とからなり、ソケット６２は軸方向の一端側に円筒形状の接続用孔６４、他端側にスプライン孔６６が形成してある。一対のアーム６８は前記他端側すなわちスプライン孔６６の領域にあって、図２（Ｂ）からわかるようにソケット６２の半径方向に張り出している。一対のアーム６８の一方にはめねじ孔７２が、他方には通し孔７４が形成してある。一対のアーム６８はスリット７０を介して向き合っており、このスリット７０はスプライン孔６６に達している。したがって、通し孔７４からボルト（図示せず）を挿入し、めねじ孔７２にねじ込んで締め付けることにより、スプライン孔６６が縮径する方向に弾性変形する。このスプライン孔６６にステアリングシャフトのスプライン軸（図示せず）を嵌合させ、ボルトで締結する。
接続用孔６４に関しては、焼入れ硬化層をもたない円筒形状のままである。この円筒形状の領域の内径は、外輪１０のステム部１８およびシャフト４０のスプライン軸４６の外径よりも小さく設定してある。外輪１０のステム部１８はオススプラインを形成した軸部として形成してあり、かつ、外周に焼入れ硬化層を有する。同様に、シャフト４０のスプライン軸４６もオススプラインを形成した軸部で、外周に焼入れ硬化層を有する。したがって、これらの軸部１８，４６を、シャフトクランプ６０の接続用孔６４に圧入すると、塑性流動もしくは剪断または両方によってスプラインが転写され、オススプラインとすきまなく嵌合したメススプラインが形成される。
締めしろや嵌合長さによって、一層確実に軸方向抜け荷重を確保する必要がある場合、図３に示すように、ステム部１８およびスプライン軸部４６のオススプラインの付け根に溝７８を設け、圧入嵌合後に、符号８０で示すように溝７８に対向する位置のソケット６２の端部外周を数箇所かしめる。
図４は、ブーツ５６の小径側の取付部を受け入れるための凹部８２をシャフトクランプ６０に設けた例を示す。このような構造にすることで、図１と図４を対比すれば明らかなように、ジョイントアセンブリの軸方向長さを縮小できる。さらに、シャフト４０とシャフトクランプ６０との間のシール性を向上させるため、シャフト４０のスプライン軸４６とシャフトクランプ６０とのスプライン嵌合部にシール剤を塗布してもよい。
実施例を示すステアリング用ジョイントの断面図である。 （Ａ）は図１のステアリング用ジョイントの組立て過程の断面図、（Ｂ）はクランプの断面図である。 別の実施例を示すステアリング用ジョイントの断面図である。 別の実施例を示すステアリング用ジョイントの断面図である。
符号の説明
１０ 外輪
１２ マウス部
１４ 内周面
１５ 凹部
１６ ボール溝
１８ ステム部（軸部）
２０ 内輪
２２ 外周面
２４ ボール溝
２６ スプライン孔
３０ ボール
３２ ケージ
３４ ポケット
３８ 受け部材
４０ シャフト
４２ スプライン軸
４４ 止め輪溝
４６ スプライン軸（軸部）
４８ 凹部
５０ 押圧部材
５６ ブーツ
５８ ブーツバンド
６０ シャフトクランプ
６２ ソケット
６４ 接続用孔
６６ スプライン孔
６８ アーム
７０ スリット
７２ めねじ孔
７４ 通し孔
７８ 溝
８０ かしめ部
８２ 凹部

Claims (4)

  1. 内周にボール溝をもった外側継手部材と、外周にボール溝をもった内側継手部材と、外側継手部材のボール溝と内側継手部材のボール溝との間に介在させたトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するケージとを具備し、前記外側継手部材および前記内側継手部材にそれぞれ塑性結合用オススプラインを形成し、
    前記オススプラインは外周に焼入れ硬化層を有し、前記接続用孔のメススプラインが形成されていない部分の内径は、前記オススプラインの外径よりも小さく、
    軸方向の端部から途中までメススプラインが形成された焼入れ硬化層をもたない接続用孔を有するシャフトクランプの前記接続用孔に前記オススプラインを圧入して、塑性流動もしくは剪断または両方によってスプラインを転写させ、前記接続用孔に前記オススプラインとすきまなく嵌合したメススプラインを形成させることにより、前記オススプラインに前記シャフトクランプを塑性結合させたステアリング用ジョイント。
  2. 前記オススプラインの反軸端側の端部に溝を設け、前記オススプラインにシャフトクランプを圧入により嵌合させた後、前記溝に対向する位置のシャフトクランプの端部外周を数箇所かしめた請求項１のステアリング用ジョイント。
  3. 前記シャフトクランプの外周にブーツ固定用の溝を設けた請求項１または２のステアリング用ジョイント。
  4. 前記オススプラインの軸端側の端部にシール剤を塗布した請求項１、２または３のステアリング用ジョイント。
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