JP5884629B2

JP5884629B2 - 回転軸と自在継手のヨークとの結合方法

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Publication number: JP5884629B2
Application number: JP2012110173A
Authority: JP
Inventors: 辰徳三田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-05-14
Filing date: 2012-05-14
Publication date: 2016-03-15
Anticipated expiration: 2032-05-14
Also published as: JP2013238261A

Description

この発明は、例えば、ステアリング装置を構成する中間シャフト等の回転軸と、自在継手のヨークとの結合方法の改良に関する。具体的には、この回転軸と、このヨークの基部とを、全周溶接により結合する場合に、全周溶接の繋ぎ目の位置を工夫する事により、この全周溶接に起因して前記ヨークを構成する１対の結合腕部の形状、剛性等が非対称となる事を防止できる結合方法の実現を図るものである。

自動車のステアリング装置は、例えば図４に示す様に構成している。ステアリングホイール１の動きは、ステアリングシャフト２及び中間シャフト３を介してステアリングギヤユニット４に伝達し、このステアリングギヤユニット４によって車輪を操舵する。前記ステアリングシャフト２と、このステアリングギヤユニット４の入力軸５とは、互いに同一直線上に設ける事ができないのが通常である。この為に従来から、前記ステアリングシャフト２と前記入力軸５との間に前記中間シャフト３を設け、この中間シャフト３の両端部と、前記ステアリングシャフト２及び前記入力軸５の端部とを、それぞれカルダン継手と呼ばれる自在継手６、６を介して結合している。これにより、同一直線上に存在しない、前記ステアリングシャフト２と前記入力軸５との間での、回転力伝達を行える様にしている。

図５〜６は、前記各自在継手６、６として使用可能な、従来から知られている自在継手の１例として、特許文献１に記載されたものを示している。図５〜６に示した自在継手６ａは、１対の金属板製のヨーク７ａ、７ｂと、十字軸８とを備える。このうちの１対のヨーク７ａ、７ｂのうち、一方の（図５〜６の右方に示した）ヨーク７ａは、基部９ａと、この基部９ａの軸方向一端縁（図５〜６の左端縁）から延出した１対の結合腕部１０、１０とを備える。

このうちの基部９ａは、ステアリングシャフト等の図示しない回転軸の端部を挿入する為、円周方向１箇所を不連続部とした欠円筒状に形成して、内径を拡縮可能としている。又、この不連続部に、互いに対向する１対のフランジ１１ａ、１１ｂを設けている。そして、このうちの一方のフランジ１１ａに、ボルト（図示せず）の杆部を挿通する為の通孔１２を形成している。これと共に、他方のフランジ１１ｂに形成した通孔１３にナット１４を圧入固定する事により、前記ボルトを螺合する為のねじ孔を設けている。尚、前記基部９ａの内周面と、前記図示しない回転軸の端部外周面とは、互いにセレーション係合可能としている。

又、前記両結合腕部１０、１０は、前記基部９ａの軸方向一端部で径方向反対側となる２箇所位置から、この基部９ａの軸方向に延出しており、互いの内側面同士を対向させている。又、前記両結合腕部１０、１０の先端寄り部分には、互いに同心の円孔１５、１５を形成している。
又、前記１対のヨーク７ａ、７ｂのうちの他方の（図５〜６の左方に示す）ヨーク７ｂは、基部９ｂの形状のみが、前記一方のヨーク７ａと異なる。即ち、この他方のヨーク７ｂを構成する基部９ｂは、中間シャフト等の回転軸１６の端部を挿入する為、全体を略円筒状に形成している。

又、前記十字軸８は、この十字軸８を構成する十字に交わる状態で設けられた２本の軸部１７ａ、１７ｂのうち、一方の軸部１７ａの両端部を、前記一方のヨーク７ａの結合腕部１０、１０に形成した円孔１５、１５の内側に枢支すると共に、同じく他方の軸部１７ｂの両端部を、前記他方のヨーク７ｂの結合腕部１０、１０に形成した円孔１５、１５の内側に枢支している。この為に、図６に示す様に、これら各円孔１５、１５の内側にそれぞれ、ラジアルニードル軸受等の転がり軸受１８を介して、前記十字軸８の端部を回転自在に支持している。より具体的には、その内周面に複数のニードル１９、１９を転動自在に保持した、前記転がり軸受１８の外輪として機能する軸受カップ２０を圧入固定すると共に、これら各ニードル１９、１９の径方向内側に前記十字軸８の端部を挿入している。

上述の様に構成する自在継手６の使用時には、図５〜６に示す様に、他方のヨーク７ｂを構成する基部９ｂの内側に、回転軸１６の端部をがたつきなく挿入若しくは圧入した（或いはスプライン係合させた）状態で、前記基部９ｂと前記回転軸１６の端部とを溶接固定する。これと共に、一方のヨーク７ａを構成する基部９ａの内側に、図示しない別の回転軸の端部をスプライン係合させた状態で、一方のフランジ１１ａに形成した通孔１２にその杆部を挿通した図示しないボルトの先端部を、他方のフランジ１１ｂに固定したナット１４に螺合させて締め付ける。これにより、前記両フランジ１１ａ、１１ｂ同士の間隔を狭めて、前記基部９ａを縮径させる事に基づき、この基部９ａに対して前記別の回転軸の端部を結合固定する。そして、この様に２本の回転軸１６の端部同士を前記自在継手６ａを介して連結する事により、同一直線上に存在しない、前記両回転軸１６同士の間での、回転力の伝達を行える様にする。

ところで、従来から、前記他方のヨーク７ｂを構成する基部９ｂと、前記回転軸１６の端部とを、全周に亙り溶接する所謂全周溶接により結合する事が行われている。又、全周溶接の場合、溶接部２１（図７、８に斜格子で示す部分）の円周方向に関する中間部と、円周方向一端部（溶接部２１の開始位置）と円周方向他端部（溶接部２１の終了位置）とが重なる継ぎ目２２（図７、８に黒塗りで示す部分）との間に、結晶構造や組成の違い、熱歪み、残留応力等の熱影響の違いが生じる。この様な継ぎ目２２が、図８、９に示す様に、前記他方のヨーク７ｂの１対の結合腕部１０、１０のうちの一方の結合腕部１０と円周方向に関して同位相（軸方向に関して重畳した状態）に配置された場合、上述した様な熱影響の違いに基づいて、この一方の結合腕部１０と他方の結合腕部１０との形状、剛性等に違い（非対称性）が生じてしまう。この様な形状の非対称性は、例えば、図９に誇張して示す様に、一方（図９の上側）の結合腕部１０と前記基部９ｂの中心軸αとの成す角θ_１と、他方（図９の下側）の結合腕部１０とこの中心軸αとの成す角度θ_２との違いに基づく、これら両結合腕部１０、１０同士の平行度の悪化等として現れる。この様にこれら両結合腕部１０、１０同士の平行度が低いと、これら両結合腕部１０、１０の円孔１５の内側に、前記十字軸８の他方の軸部１７ｂ（図５、６参照）の両端部を枢支する組付け作業の効率が低下し、作業コストが嵩んでしまう可能性がある。

特開平１０−２０５５４７号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、回転軸と、自在継手を構成するヨークとを全周溶接により結合する場合でも、このヨークの１対の結合腕部同士の間に、形状、剛性等の非対称性が生じる事の防止を図れる、回転軸と自在継手のヨークとの結合方法を実現すべく発明したものである。

本発明の結合方法の対象は、使用時に回転する回転軸と、自在継手のヨークとである。このうちのヨークは、この回転軸の端部を結合する為の基部と、この基部の軸方向一端縁のうちで、この回転軸に関する直径方向反対側２箇所位置から軸方向に延出した１対の結合腕部と、これら両結合腕部の先端寄り部分に互いに同心に形成された、十字軸の端部を枢支する為の１対の円孔とを有する。
上述の様な回転軸と、自在継手のヨークとを結合する為に、本発明の結合方法では、前記回転軸の端部と前記ヨークの基部とを、全周溶接により結合する。

特に本発明の回転軸と自在継手のヨークとの結合方法に於いては、溶接部の繋ぎ目の位置と、前記基部の中心軸を通り、前記両結合腕部に平行な仮想平面とが円周方向に関して成す角度を、６０度以内に規制する。これと共に、前記継ぎ目を、この繋ぎ目全体の円周方向に関する位相と、前記両結合腕部の円周方向に関する位相とが、軸方向に関して重畳しない範囲に配置する。
尚、溶接部の繋ぎ目とは、全周に亙り連続した溶接を施す場合には、この溶接部の円周一端部（溶接の開始部分）と円周方向他端部（溶接の終了部分）とが重なる（繋がる）部分を言い、複数回に分けて全周に溶接を施す場合には、各溶接部の円周方向端部同士が重なる（繋がる）部分を言う。
又、上述の様な本発明の回転軸と自在継手のヨークとの結合方法を実施する場合に、好ましくは前記溶接部の繋ぎ目を、前記両結合腕部に平行な仮想平面上に位置させる。

上述の様に本発明の回転軸と自在継手のヨークとの結合方法の場合、溶接部の繋ぎ目の位置を前述した様な範囲に規制している。即ち、この溶接部の繋ぎ目の円周方向に関する位相と、前記ヨークの１対の結合腕部の円周方向に関する位相とが、同位相にならない（軸方向に関して重畳しない）様に規制している。
この為、前記溶接部の中間部と繋ぎ目との熱影響の違いに基づいて、前記両結合腕部同士の形状、剛性等に違い（非対称性）が生じる事を防止できる。その結果、前記両結合椀部同士の平行度が低下する事もなく、これら両結合腕部の各円孔の内側に、十字軸を構成する軸部の両端部を枢支する際に、組付け作業効率が低下する事もない。

本発明の実施の形態の第１例を示す、溶接部の円周方向一端（溶接の開始位置）と、円周方向他端（溶接の終了位置）との繋ぎ目を配置する範囲を説明する為の、回転軸とヨークの基部との溶接部を、回転軸側から見た状態で示す断面図。同第２例を示す、回転軸とヨークの基部との溶接部の位置を説明する為の、側面図。同じく、図１と同様の図。自在継手を組み込んだ自動車用操舵装置の１例を示す側面図。従来から知られている自在継手の１例を示す側面図。一部を切断した状態で示す、図５の下方から見た図。全周溶接の繋ぎ目の円周方向に関する位相が、一方の結合腕部と同一の位相上に存在する状態を示す側面図。同じく、図７のＡ−Ａ断面図全周溶接の繋ぎ目の円周方向に関する位相が、一方の結合腕部と同一の位相上に存在する場合に生じる問題点を説明する為の側面図。

［実施の形態の第１例］
図１は、請求項１に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本発明の特徴は、回転軸１６と自在継手のヨーク７ｃの基部９ｃとを、全周溶接により結合する場合に、この全周溶接による溶接部２１ａ（図１に斜格子で示す部分）の繋ぎ目２２ａ（図１に黒塗りで示す部分）の位置を工夫した点にある。本発明の結合方法の対象である、前記回転軸１６及びヨーク７ｃの構造は、前述した従来構造を含め、従来から知られている構造とほぼ同様であるから、従来と同様に構成する部分に就いては、図示並びに説明を省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例の回転軸と自在継手のヨークとの結合方法は、前述した従来構造の自在継手６を構成する１対のヨーク７ａ、７ｂのうちの他方の（図５〜６の左方に示す）ヨーク７ｂに相当するヨーク７ｃと、ステアリング装置を構成する中間シャフト等の回転軸１６とを対象としている。このうちのヨーク７ｃは、この回転軸１６の端部を挿入する為、その中央部に円孔（図示省略）が形成された板状の基部９ｃと、この基部９ｃの軸方向一側面の径方向反対側となる２箇所位置から、この基部９ｃの軸方向に延出して、互いの内側面同士を対向させた１対の結合腕部１０、１０とを有する。又、これら両結合腕部１０、１０の先端寄り部分には、互いに同心の円孔１５（図５〜６参照）を形成している。尚、前記基部９ｃの構造は、前述した図５〜６に示す従来構造のヨーク７ｂの基部９ｂと同様に、円筒状とする事もできる。

本例の場合、この様な回転軸１６と前記ヨーク７ｃの基部９ｃとを、前述した従来から行われている回転軸と自在継手のヨークとの結合方法と同様に、前記基部９ｃの円孔の内側に前記回転軸１６の軸方向端部を配置した状態で、この基部９ｃとこの回転軸１６とを、全周溶接により結合する。尚、全周溶接とは、最終的な溶接部が、円環状に形成されている状態を言い、溶接の繋ぎ目の位置が円周方向の１箇所のみに存在する場合（１回の溶接で全周に亙り連続した溶接を施す場合）だけでなく、例えば、繋ぎ目の位置が円周方向の２箇所に存在する場合（半周ずつに分けて２回の溶接を施す場合）等も含む。

特に本例の回転軸と自在継手のヨークとの結合方法の場合、全周溶接による溶接部２１ａの円周方向一端部（全周溶接の開始位置）と、この溶接部２１ａの円周方向他端部（全周溶接の終了位置）との繋ぎ目２２ａの位置を、図１（ａ）〜（ｄ）にθで示す範囲に規制している。即ち、図１（ａ）〜（ｄ）の場合、前記繋ぎ目２２ａの位置（この繋ぎ目２２ａの円周方向端部のうち、最も前記ヨーク７ｂの両結合腕部１０、１０に近い側の端部の位置）と、前記基部９ｃの中心軸Ｏ_９ｃを通り前記ヨーク７ｂの両結合腕部１０、１０に平行な仮想平面βとが、円周方向に関して成す角度θを、それぞれ６０度以内に規制している。この様にして、前記繋ぎ目２２ａ全体の円周方向に関する位相と、前記両結合腕部１０、１０の円周方向に関する位相とが、軸方向に関して重畳しない様な範囲に、前記繋ぎ目２２ａを配置している。尚、図１（ａ）〜（ｄ）は、前記溶接部２１ａの繋ぎ目２２ａの位置が円周方向の１箇所のみに存在する場合を示しているが、例えば、半周ずつに分けて２回の溶接を施す様な場合（繋ぎ目が円周方向２箇所に存在する様な場合）には、一方の繋ぎ目を図１（ａ）｛又は、図１（ｂ）｝に配置すると共に、他方の繋ぎ目を図１（ｄ）｛又は、図１（ｃ）｝の範囲に配置する事もできる。

上述の様に本例の回転軸と自在継手のヨークとの結合方法の場合、前記溶接部２１ａの繋ぎ目２２ａの位置を上述の様な範囲に規制している。即ち、前記繋ぎ目２２ａ全体の円周方向に関する位相が、前記ヨーク７ｂの両結合腕部１０、１０の円周方向に関する位相と、同位相にならない（軸方向に関して重畳しない）様に規制している。
この為、前記溶接部２１ａの中間部と前記繋ぎ目２２ａとの熱影響の違いに基づいて、前記両結合腕部１０、１０同士の形状、剛性等に違い（非対称性）が生じてしまう事の防止を図れる。その結果、前記両結合椀部１０、１０同士の平行度が低下する様な形状の違いが生じる事もなく、これら両結合腕部１０、１０の各円孔１５、１５（図６参照）の内側に、十字軸８の軸部１７ｂの両端部を枢支する組付け作業効率が低下する事もない。

［実施の形態の第２例］
図２〜３も、総ての請求項に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合、溶接部２１ｂの繋ぎ目２２ｂの円周方向中心位置を、基部９ｃの中心軸Ｏ_９ｃを通り前記ヨーク７ｂの両結合腕部１０、１０に平行な、仮想平面β上に配置している。言い換えれば、前記溶接部２１ｂの繋ぎ目２２ｂの円周方向中心位置と、この仮想平面βとが円周方向に関して成す角度を０度としている。尚、前記繋ぎ目２２ｂを、図２、３に示す位置と前記基部９ｃの径方向に関して反対側（図２の裏側、図３の下側）に配置する事もできる。又、溶接を半周ずつ２回に分けて行う場合には、一方の繋ぎ目の位置を図２、３に示す位置と同様の位置に配置すると共に、他方の繋ぎ目の位置を、図２、３に示す位置と前記基部９ｃの径方向に関して反対側に配置する事もできる。

この様な本例の場合、前記溶接部２１ｂの繋ぎ目２２ｂの円周方向に関する位置を、前述した実施の形態の第１例で規制した範囲内に於いて、ヨーク７ｃの両結合腕部１０、１０から、円周方向に関して同じだけ離れた位置に配置している。その結果、前記溶接部２１ａの繋ぎ目２２ｂの存在に基づく、前記両結合腕部１０、１０への熱影響を、これら両結合腕部１０、１０同士の間でほぼ等しくする事ができる。その結果、これら両結合腕部１０、１０同士の、形状、剛性等の対称性を、より向上する事ができる。その他の構成及び作用・効果は、前述した実施の形態の第１例と同様である。

前述した実施の形態の各例は、前記ヨーク７ｂ、７ｃの様に、基部９ｂ、９ｃの形状を円筒状、又は板状として、前記回転軸１６の軸方向端部を、この基部９ａ（又は基部９ｃの円孔）の内側に配置した状態で全周溶接により結合する場合を示した。但し、本発明は、回転軸の軸方向端部を筒状として、この回転軸の筒状部分の内側にヨークの基部を配置した状態で、この回転軸の軸方向端部と、このヨークの基部とを全周溶接により結合する様な場合に適用しても、同様の作用・効果を得る事ができる。

１ステアリングホイール
２ステアリングシャフト
３中間シャフト
４ステアリングギヤユニット
５入力軸
６、６ａ自在継手
７ａ、７ｂ、７ｃヨーク
８十字軸
９ａ、９ｂ、９ｃ基部
１０結合腕部
１１ａ、１１ｂフランジ
１２通孔
１３通孔
１４ナット
１５円孔
１６回転軸
１７ａ、１７ｂ軸部
１８転がり軸受
１９ニードル
２０軸受カップ
２１、２１ａ、２１ｂ溶接部
２２、２２ａ、２２ｂ繋ぎ目

Claims

使用時に回転する回転軸と、自在継手のヨークとを備え、
このヨークは、この回転軸の端部を結合する為の基部と、この基部の軸方向一端縁のうちで、この回転軸に関する直径方向反対側２箇所位置から軸方向に延出した１対の結合腕部と、これら両結合腕部の先端寄り部分に互いに同心に形成された、十字軸の端部を枢支する為の１対の円孔とを有するものであり、
前記回転軸の端部と前記ヨークの基部とを、全周溶接により結合する回転軸と自在継手のヨークとの結合方法に於いて、
前記溶接部の繋ぎ目の位置と、前記基部の中心軸を通り、前記両結合腕部に平行な仮想平面とが円周方向に関して成す角度を、６０度以内に規制すると共に、前記継ぎ目が、この繋ぎ目全体の円周方向に関する位相と、前記両結合腕部の円周方向に関する位相とが、軸方向に関して重畳しない範囲に配置されている事を特徴とする回転軸と自在継手のヨークとの結合方法。
前記溶接部の繋ぎ目が、前記基部の中心軸を通り前記両結合腕部に平行な仮想平面上に位置している請求項１に記載した回転軸と自在継手のヨークとの結合方法。