JP5699565B2 - シャフトとヨークの結合方法及び結合構造 - Google Patents

Description

本発明は、シャフトとヨークの結合方法及び結合構造に関するものであり、例えば電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトに好適なものである。

ステアリングシャフトは、構造上、アッパーシャフト、インターミディエイトシャフト、ロアーシャフトなどの複数のシャフトを自在継手で連結して構成される。自在継手には種々のものがあるが、例えば一般にカルダンジョイントと呼ばれる自在継手は、クロススパイダと呼ばれる二つの軸を交差させた十字軸の夫々の軸を回転自在にシャフトに取付けて構成される（二つの軸がねじれの位置にあるものもある）。この十字軸の各軸を回転自在に支持する二股の部材をヨークと呼ぶ。即ち、ステアリングシャフトを構成する各シャフトの端部にはヨークが取付けられ、夫々のヨークに十字軸の何れかの軸が回転自在に取付けられている。

シャフトとヨークを結合する場合、シャフトの先端部を管状とし、当該シャフトの管状先端部をヨークの貫通孔部に挿入し、その挿入管状先端部を、ヨークの貫通孔部のシャフト挿入方向と反対側から、径方向外側に拡げて加締めるものがある。下記特許文献１では、シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部をヨークに接触させている。

特開２００７−４０４２０号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載されるシャフトとヨークの結合方法又は結合構造のように、シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部をヨークに接触させると、加締め時に、加締め部の接触部位からヨークに設計値以上の応力が係り、ヨークの許容伝達トルクが小さくなる、即ちヨークの強度が低下するという問題が生じる。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、ヨークの許容伝達トルクを確保する、即ちヨークの強度低下を防止することが可能なシャフトとヨークの結合方法及び結合構造を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明のシャフトとヨークの結合方法は、シャフトの挿入管状先端部をヨークの貫通孔部に挿入し、その挿入管状先端部を径方向外側に拡げて加締めるシャフトとヨークの結合方法であって、前記シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部をヨークと非接触状態とすることを特徴とするものである。
また、前記ヨークのうち、前記シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部に対向する位置に、予め逃げを形成することを特徴とするものである。

また、前記シャフトの挿入管状先端部の端面近傍部分を、その他の部分に対して、予め肉薄としたことを特徴とするものである。
また、前記加締めをローリング加締めで行うことを特徴とするものである。
また、本発明のシャフトとヨークの結合構造は、シャフトの挿入管状先端部をヨークの貫通孔部に挿入し、その挿入管状先端部を径方向外側に拡げて加締めるシャフトとヨークの結合構造であって、前記シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部とヨークとが非接触状態であることを特徴とするものである。

また、前記ヨークのうち、前記シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部に対向する位置に、予め逃げが形成されてなることを特徴とするものである。
また、前記シャフトの挿入管状先端部が予め肉薄とされてなることを特徴とするものである。

而して、本発明のシャフトとヨークの結合方法又は結合構造によれば、シャフトの挿入管状先端部をヨークの貫通孔部に挿入し、その挿入管状先端部を径方向外側に拡げて加締めるシャフトとヨークを結合するにあたり、シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部をヨークと非接触状態とすることにより、ヨークの許容伝達トルクを確保できる、即ちヨークの強度低下を防止することが可能となる。

また、ヨークのうち、シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部に対向する位置に、予め逃げを形成しておくことにより、シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部をヨークと非接触状態にし易い。また、ヨークの応力集中を緩和できるので、ヨークの強度を向上することができる。
また、シャフトの挿入管状先端部の端面近傍部分を、その他の部分に対して、予め肉薄とすることにより、シャフトの挿入管状先端部を加締めし易いと共に、ヨークとシャフト嵌合部の径方向外側への拡がりを小さくすることができる。

また、加締めをローリング加締めで行うことにより、加締め変形を局所的にし、嵌合部の径方向外側への拡がりを小さくすることができる。

本発明のシャフトとヨークの結合方法及び結合構造を適用した電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトの一実施形態を示す斜視図である。 図１のステアリングシャフトの縦断面図である。 図１のステアリングシャフトのシャフトとヨークの結合部分の横断面図である。 図１のステアリングシャフトのシャフトの挿入管状先端部を加締める前の状態を示す縦断面図である。 ローリング加締めの説明図である。 図１のステアリングシャフトのシャフトの挿入管状先端部の加締め部の詳細断面図である。 ヨークの平均応力と応力振幅の関係の説明図である。 図１のステアリングシャフトのシャフトとヨークの固定構造の他の例を示す縦断面図である。 図１のステアリングシャフトのシャフトとヨークの固定構造の更に他の例を示す縦断面図である。 図１のステアリングシャフトのシャフトの挿入管状先端部の他の例を示す縦断面図である。 図１のステアリングシャフトのシャフトとヨークの結合部分の他の例を示す横断面図である。

次に、本発明のシャフトとヨークの結合方法及び結合構造の実施形態について、図面を用いて説明する。
図１は、本実施形態のシャフトとヨークの結合方法及び結合構造が適用された電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトの斜視図である。図中の符号１は、ステアリングシャフトの一部を構成するインターミディエイトシャフトであり、このインターミディエイトシャフト１の先端部にはヨーク２が取付けられ、このヨーク２の二股部に十字軸３の一方の軸が回転自在に取付けられ、当該十字軸３の他方の軸は、図示しないアッパーシャフト又はロアーシャフトの先端部に取付けられている他のヨーク２１の二股部に回転自在に取付けられ、全体で自在継手が構成されている。

セダンなどの一般的な車両では、転舵輪である前輪（実質的には前輪を転舵するためのタイロッドやステアリングギヤ装置）と運転席とが離間していることや、フロントエンジンルームと運転席との間にダッシュがあることなどから、ステアリングシャフトを幾つかのシャフトに分割せざるを得ない。一方、ステアリングシャフトは、本来、ステアリングホイールの回転に伴って、軸周りに捻るように回転使用されるものであるから、その回転力を伝達するためにシャフト間には自在継手が必要となる。本実施形態のシャフトとヨークの結合方法及び結合構造は、インターミディエイトシャフトに限定されるものではなく、ステアリングシャフトを構成するあらゆるシャフトとヨークの結合部に適用可能なものである。

図２は、図１のインターミディエイトシャフト（以下、単にシャフトと記す）１とヨーク２の結合部の縦断面を、図３は当該結合部の横断面を示す。図中の符号２２は、前記十字軸３の一方の軸が挿通される挿通孔である。本実施形態のシャフト１は、全体に管状に形成されているが、この管状のシャフト１のうち、ヨーク２に形成された貫通孔部４に挿入される挿入管状先端部５の外周にはセレーションが形成され、当該ヨーク２の貫通孔部４の内周にも、挿入管状先端部５のセレーションと噛合するセレーションが形成されている。このセレーションは、シャフト１からヨーク２へ、又はヨーク２からシャフト１へ回転力を伝達するものである。更に、本実施形態では、後述するシャフト１の挿入管状先端部５の加締め後、ヨーク２の差し込み先端部とシャフト１の外周とを溶接部９で溶接して両者を固定している。

図４は、シャフト１の挿入管状先端部５をヨーク２の貫通孔部４内に挿入した直後の状態を示す縦断面図である。ヨーク２の貫通孔部４のうち、シャフト１の挿入管状先端部５の端面に相当する位置、後述する加締め部に対向する位置には、ザグリなどによって予め逃げ８が形成されている。従って、シャフト１のヨーク２に対する嵌合部は図中の符号１０のように表れる。このようにシャフト１の挿入管状先端部５をヨーク２の貫通孔部４内に挿入したら、図５に示すように、加締め具６を用いて、シャフト１の挿入管状先端部５を、貫通孔部４のシャフト挿入方向と反対側から加締める。加締めは、シャフト１の挿入管状先端部５が径方向外側に拡がるように行う。本実施形態では、加締め具６を回転させながら、シャフト１の挿入管状先端部５の必要箇所だけを加締めるローリング加締めを行った。このようなローリング加締めによってシャフト１の挿入管状先端部５の必要箇所だけを加締めることにより、後述するように嵌合部１０の径方向外側への拡がりを小さくすることが可能となる。なお、加締め後に、前述したようにヨーク２とシャフト１との溶接部９による溶接固定を行う。

図６は、加締め後のシャフト１とヨーク２の結合部の詳細を示す縦断面図である。同図に示すように、本実施形態では、シャフト１の挿入管状先端部５の加締め部７がヨーク２と非接触な状態になっている。本実施形態では、シャフト１とヨーク２の固定は溶接によって行うのであり、加締めは両者の抜け止めのために行う。従って、シャフト１の挿入管状先端部５の加締め部７がヨーク２に接触する必要はない。むしろ、加締め部７がヨーク２に接触すると、前述したように、加締め時に加締め部７の接触部位からヨーク２に応力が係り、ヨーク２の許容伝達トルクが小さくなる、即ちヨーク２の強度が低下するという問題が生じる。

図７は、ヨーク２の平均応力と応力振幅の関係の説明図である。加締め時にシャフト１の加締め部７がヨーク２に接触していた場合、加締め部７の接触部位からヨーク２に応力が係る、即ち平均応力が高くなるので、ヨーク２の許容可能な応力振幅の大きさが小さくなる。その結果、ヨーク２の許容伝達トルクが小さくなる、即ちヨーク２の強度が低下する。本実施形態では、シャフト１の挿入管状先端部５の加締め部７をヨーク２と非接触状態としたため、加締めによってヨーク２に応力が係るのを回避することができ、その結果、ヨーク２の許容伝達トルクを確保できる、即ちヨーク２の強度低下を防止することができる。

また、ヨーク２のうち、シャフト１の挿入管状先端部５の径方向外側に拡げた加締め部７に対向する位置に、予め逃げ８を形成しておくことにより、加締め部７をヨーク２と非接触状態にし易い。また、ヨーク２の応力集中を緩和できるので、ヨーク２の強度を向上することができる。
また、加締めをローリング加締めで行うことにより、加締め変形を局所的にし、嵌合部１０の径方向外側への拡がりを小さくすることができる。

図８には、シャフト１とヨーク２の固定方法の他の例を示す。このシャフト１とヨーク２の固定方法は、シャフト１の挿入管状先端部５を例えば円筒形状とし、ヨーク２の貫通孔部４を円孔とし、両者の外径及び内径を緊密な嵌め合い状態とし、シャフト１の挿入管状先端部５をヨーク２の貫通孔部４内に挿入すると圧入状態となって固定されるようにしたものである。

図９には、シャフト１とヨーク２の固定方法の更に他の例を示す。このシャフト１とヨーク２の固定方法は、シャフト１の挿入管状先端部５を例えば円筒形状とし、ヨーク２の貫通孔部４を円孔とし、両者の外径及び内径を緊密な嵌め合い状態とし、シャフト１の挿入管状先端部５をヨーク２の貫通孔部４内に挿入すると圧入状態となって固定され、その状態で更にシャフト１とヨーク２を溶接部９で溶接固定したものである。

図１０には、シャフト１の挿入管状先端部５の他の例として、シャフト１の挿入管状先端部５をヨーク２の貫通孔部４に挿入した直後の状態を示す。この例では、シャフト１の挿入管状先端部５の端面近傍部位を、その他の部分に対して、予め肉薄としている。このように、シャフト１の挿入管状先端部５を予め肉薄とすると、シャフト１の挿入管状先端部５を加締めし易く、加締め変形をより局所的にすることができ、嵌合部１０の径方向外側への拡がりを小さくすることができる。このため、嵌合部１０に負荷される応力が殆ど変化しないため、シャフト１とヨーク２を圧入嵌合する場合に、特に適している。同様のことが、ローリング加締めにより加締めを行う場合にもいえる。

図１１には、シャフト１の挿入管状先端部５の更に他の例として、シャフト１とヨーク２の結合部の横断面図を示す。この例では、シャフト１の挿入管状先端部５の断面形状を三角形とし、ヨーク２の貫通孔部４の形状も、それに合わせた三角形とした。シャフト１の挿入管状先端部５の断面形状であっても、シャフト１−ヨーク２間で回転力の伝達は可能である。また、このほかにも、四角形、五角形、六角形、星形などの種々の断面形状が挙げられる。

なお、前記実施形態では、本発明のシャフトとヨークの結合方法及び結合構造を、電動パワーステアリング装置のステアリングシャフトに適用した場合についてのみ詳述したが、本発明は油圧パワーステアリング装置をはじめとする種々のステアリングシャフトに適用することができる。また、ステアリングシャフトに限らず、種々のシャフトとヨークの結合部に適用することもできる。

１はインターミディエイトシャフト（シャフト）
２はヨーク
３は十字軸
４は貫通孔部
５は挿入管状先端部
６は加締め具
７は加締め部
８は逃げ
９は溶接部
１０は嵌合部
２１はヨーク
２２は挿通孔

Claims (5)

1. シャフトの挿入管状先端部をヨークの貫通孔部に挿入し、その挿入管状先端部を径方向外側に拡げて加締めるシャフトとヨークの結合方法であって、前記ヨークのうち、前記シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部に対向する位置に、予め逃げを形成することにより、前記シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部をヨークと非接触状態とすることを特徴とするシャフトとヨークの結合方法。
2. 前記シャフトの挿入管状先端部の端面近傍部分を、その他の部分に対して、予め肉薄としたことを特徴とする請求項１に記載のシャフトとヨークの結合方法。
3. 前記加締めをローリング加締めで行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のシャフトとヨークの結合方法。
4. シャフトの挿入管状先端部をヨークの貫通孔部に挿入し、その挿入管状先端部を径方向外側に拡げて加締めるシャフトとヨークの結合構造であって、前記ヨークのうち、前記シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部に対向する位置に、予め逃げが形成されていることにより、前記シャフトの挿入管状先端部の径方向外側に拡げた加締め部とヨークとが非接触状態であることを特徴とするシャフトとヨークの結合構造。
5. 前記シャフトの挿入管状先端部の端面近傍部分が、その他の部分に対して、予め肉薄とされてなることを特徴とする請求項４に記載のシャフトとヨークの結合構造。

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