JP6547329B2 - 自在継手のヨークと軸部材との結合構造およびステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、自在継手のヨークと軸部材との結合構造、および該結合構造を有するステアリング装置に関する。

従来、電動パワーステアリング装置等において、トルク伝達可能に軸部材同士を連結するために、軸部材との嵌合部がセレーション加工され、ボルトの締め付け力によって該軸部材と結合される自在継手が用いられている。

電動式パワーステアリング装置においては、操舵によってステアリングシャフトが回転すると、ステアリングシャフトに加わる操舵トルクをトルクセンサが検知し、検知した操舵トルクに応じて電動モータから発生された補助操舵トルクが減速機構を介して操舵補助機構の出力軸に伝達される。ステアリングホイールの切り戻し、あるいは切り出しの際には過大なトルクがステアリングシャフトに加わり、この過大なトルクは、操舵補助機構の出力軸を介して、自在継手の軸部材嵌合部すなわちセレーション歯に繰り返し入力される。特に、コラムアシスト型の電動式パワーステアリング装置においては、自在継手に入力されるトルクが大きい。したがって、自在継手のヨークには、高い耐磨耗性が要求される。

図１０（ａ）は、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置に用いられている従来の自在継手のヨーク４２０を軸方向から見た正面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のｂ−ｂ矢視断面図であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のｃ−ｃ矢視断面図である。
図１０各図に示すヨーク４２０は、自在継手を構成する一対のヨークのうち、操舵補助機構の出力軸（図示省略）が嵌合される側のヨークである。図１０各図に示すように、軸部材嵌合孔４３６の内周面には雌セレーション４３８が設けられている。自在継手のヨーク４２０と操舵補助機構の図示しない出力軸との結合は、出力軸をヨーク４２０の軸部材嵌合孔４３６に差し込み、出力軸とヨーク４２０とが嵌合した状態から、ヨークに形成されたスリット４４２を貫通して設けられたボルト挿通孔４４４に挿通された締め付け用ボルト（図示省略）でヨーク４２０を締め付けることによりなされる。

コラムアシスト型電動パワーステアリング装置においては、上述したように自在継手に入力されるトルクが大きいので、自在継手のヨークは板材からのプレス成形品ではなく、冷間鍛造成形されたものを用いている。冷間鍛造成形の素材としては、炭素鋼鋳鋼材（ＳＣ材）等が用いられる。炭素鋼鋳鋼材は、プレス成形される板材に用いられる冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ、ＳＰＨＣ）等よりも伸びが低い。締め付け状態においては、プレス成形のものでは雌セレーション全体の歯が出力軸の雄セレーションと接触するが、冷間鍛造成形のものでは、伸びが少ないことから、主に図１０（ａ）、図１０（ｃ）の○部に示す範囲の雌セレーション４３８が操舵補助機構の出力軸の雄セレーションに接触する。したがってこの範囲の雌セレーション４３８の歯に応力が集中し、この範囲での噛み合いが強くなる傾向がある。その結果、当該部分の面圧が高くなり、この状態で操舵しヨーク４２０にトルクを与えていくと、嵌合している部分の雌セレーション４３８の歯にフレッティング磨耗等の異常磨耗が生じたり、歯が欠損したりしてしまう。

このような雌セレーションの歯の異常摩耗や歯の欠損を防止するために、特許文献１には、自在継手のヨークと軸部材との結合構造であって、ヨークの軸部材嵌合孔の内周面に雌セレーション形成領域と雌セレーション非形成領域すなわち欠歯部とが設けられた結合構造が開示されている。

また、特許文献２には、自在継手のヨークと軸部材との結合構造であって、軸部材である出力軸が、締め付けボルトよりも底部側の軸部材嵌合孔の部分に嵌合する第１の雄セレーションと、締め付けボルトよりも開口側の軸部材嵌合孔の部分に嵌合する第２の雄セレーションとを有し、第１の雄セレーションのモジュールが第２の雄セレーションのモジュールよりも大きく形成された結合構造が開示されている。

特開２０１２−１９３７９８号公報 特開２０１２−９６６８１号公報

上記特許文献１のように、雌セレーションが形成されていない欠歯部を設けることによって雌セレーションの歯の異常磨耗を防止することができるが、上記特許文献１のように、軸部材嵌合孔の軸方向全長に亘って欠歯部を設けると、ヨーク全体として、軸部材の雄セレーションと噛み合う歯数が少なくなってしまう。その結果、トルク伝達時に雌セレーションの歯１枚当たりに発生する接線力は、欠歯部を設けていない場合と比べて大きくなり、軸部材と噛み合っている雌セレーションの歯の磨耗が早まる虞がある。

また、特許文献２によれば、締め付けボルトよりも底部側の軸部材嵌合孔の部分に嵌合する第１の雄セレーションと、締め付けボルトよりも開口側の軸部材嵌合孔の部分に嵌合する第２の雄セレーションとの双方を、対応する雌セレーションにタイトに噛み合わせることができる。しかしながら、一般的にステアリングシャフトの雄セレーションは転造加工によって成形されるので、雄セレーションを軸方向に均一の形状にすることにより雄セレーションの精度が確保される。言い換えると、軸方向で雄セレーションの歯の形状が異なると、転造加工時に異なる形状の歯のそれぞれの部分に作用する加工応力が異なるものとなってしまう。その結果、転造加工の精度が低下してしまい、ヨークは出力軸との結合状態において、出力軸に対する所望の軸保持力を得られなくなってしまう可能性がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、軸部材との結合状態においてヨークが充分な軸保持力を備え、雌セレーション歯の異常な磨耗を防止し、耐摩耗性に優れた、自在継手のヨークと軸部材との結合構造、および該結合構造を有するステアリング装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る自在継手のヨークと軸部材との結合構造は、外周面に雄セレーションが形成された軸部材と、自在継手のヨークであって、前記軸部材が挿入され、前記雄セレーションと噛み合う雌セレーションが内周面に形成された筒状の連結部を有し、前記連結部は、軸方向に延在するスリットを形成する一対の対向部を有し、ねじ部材によって前記一対の対向部が近づく方向に前記連結部が締め付けられることにより前記軸部材と結合する前記自在継手のヨークとの結合構造であって、前記連結部に前記軸部材が挿入された後、前記ねじ部材によって前記連結部が締め付けられる前の状態において、前記雄セレーションと前記雌セレーションとの間には径方向の隙間が形成され、前記隙間の径方向寸法は、前記軸部材が挿入される側である前記雌セレーションの一方端側のほうが、前記雌セレーションの他方端側よりも大きく形成され、前記雌セレーションは、前記一方端側から前記他方端側に向かうに従い、歯先円の径が小さくなる方向に傾斜したテーパ状であり、前記雄セレーションは、前記連結部に挿入された状態において前記雌セレーションの前記一方端側に対応する部分から前記雌セレーションの前記他方端側に対応する部分に向かうに従い、歯先円が小さくなる方向に傾斜したテーパ状であり、前記軸部材は、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置の操舵補助機構の出力軸であることを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様は、前記雌セレーションは、前記雄セレーションの歯を正転位させた歯形に対応する歯溝となるように形成され、前記雄セレーションの歯に対する前記雌セレーションの転位係数は、前記雌セレーションの前記一方端側のほうが、前記他方端側よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様は、前記雄セレーションの歯に対する前記雌セレーションの転位係数は、前記雌セレーションの前記一方端から前記他方端に向かうに従い小さく徐変していることを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様は、前記雄セレーションの歯に対する前記雌セレーションの転位係数は、前記雌セレーションの複数の異なる軸方向範囲に対して、それぞれ異なる値の転位係数が用いられていることを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様は、前記雄セレーションは、前記連結部に挿入された状態において前記雌セレーションの前記一方端側に対応する部分の転位係数が、前記雌セレーションの前記他方端側に対応する部分の転位係数よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明に係るステアリング装置は、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置であって、上記の自在継手のヨークと軸部材との結合構造を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、軸部材との結合状態においてヨークが充分な軸保持力を備え、雌セレーション歯の異常な磨耗を防止し、耐摩耗性に優れた、自在継手のヨークと軸部材との結合構造、および該結合構造を有するステアリング装置を提供することができる。

図１は第１実施形態に係る自在継手のヨークと軸部材との結合構造を有するステアリング装置の全体構成を示す斜視図である。 図２は第１実施形態に係るアッパー側自在継手の側面図である。 図３は（ａ）は第１実施形態に係るアッパー側ヨークをアッパー側端面から見た状態を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ矢視図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）のｃ−ｃ矢視図であり、図３（ｄ）は図３（ａ）のｄ−ｄ矢視図であり、図３（ｅ）は図３（ａ）のｅ−ｅ矢視図であり、図３（ｆ）は図３（ｃ）のｆ−ｆ矢視図である。 図４（ａ）はアッパー側ヨークの断面図であり、図４（ｂ）は出力軸の端部の側面図である。 図５はアッパー側ヨークに出力軸を差し込んだ状態の拡大断面図である。 図６は雄セレーションの歯および雌セレーションの歯溝の拡大断面図である。 図７（ａ）はアッパー側ヨークを軸方向から見た正面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のｂ−ｂ矢視断面図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）のｃ−ｃ矢視断面図である。 図８は第２実施形態に係る自在継手のアッパー側ヨークの断面図である。 図９（ａ）は第３実施形態に係る自在継手のアッパー側ヨークの断面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のアッパー側ヨークに結合される出力軸の端部の側面図である。 図１０（ａ）は従来の自在継手のヨークを軸方向から見た正面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のｂ−ｂ矢視断面図であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のｃ−ｃ矢視断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本明細書中においては、ステアリング装置および自在継手に係る方向は、特に明記しない限り車体に取り付けられた状態における当該車体の前後、左右方向と同様とする。また、アッパー側と後方側とは同じ方向をいい、ロアー側と前方側とは同じ方向をいう。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る自在継手のヨークと軸部材との結合構造を有するステアリング装置の全体構成を示す斜視図である。本実施形態に係るステアリング装置は、ラックアンドピニオン式のコラムアシスト型電動パワーステアリング装置である。

図１に示すように、ステアリング装置１００は、後方側端部にステアリングホイール１が装着されたステアリングシャフト２と、ステアリングシャフト２が内径側に回転自在に支持された筒状のステアリングコラム３と、ステアリングシャフト２の前方側端部に連結された操舵補助機構４とを備えている。

操舵補助機構４は、図示しないトルクセンサと、トルクセンサが検知した操舵トルクに応じて補助操舵トルクを発生する電動モータ５と、電動モータ５と連結されハウジング６Ａに収容された減速機構６とを備え、電動モータ５で発生された補助操舵トルクを、減速機構６を介して操舵補助機構４の出力軸７に付与している。

ステアリングシャフト２は、アッパーシャフトであるアウタシャフト８とロアーシャフトであるインナシャフト９とを有し、アウタシャフト８とインナシャフト９とは、衝突時に全長を縮めることができる構造となっている。また、ステアリングコラム３は、アッパーコラムであるアウタコラム１０とロアーコラムであるインナコラム１１とをテレスコープ状に組み合わせてなり、軸方向の衝撃が加わった場合に、衝撃エネルギーを吸収しつつ全長が縮まるコラプシブル構造となっている。

ステアリングコラム３のアウタコラム１０は、アッパー車体側ブラケット１２Ｕによって車体側部材１３にチルト位置およびテレスコピック位置調整可能に支持されている。また、減速機構６のハウジング６Ａは、車体側部材１３に取り付けられたロアー車体側ブラケット１２Ｌに回転自在に設けられたピボット軸１４ｐを中心として上下方向に回動可能に支持されている。

操舵補助機構４の出力軸７には、アッパー側自在継手１５を介して中間シャフト１６の後方端が連結されている。中間シャフト１６の前方端は、ロアー側自在継手１７を介してラックアンドピニオン式のステアリングギヤ機構１８のピニオン軸１９に連結されている。アッパー側自在継手１５は、アッパー側のヨーク２０とロアー側のヨーク２２と、これら一対のヨーク２０、２２を連結する十字軸２４とから構成されている。

ピニオン軸１９は、上端部にロアー側自在継手１７のロアー側のヨーク２６が連結されている。ギヤハウジング１８Ａ内にはラック軸（図示省略）が車幅方向に移動可能に支持され、ピニオン軸１９のピニオン（図示省略）がラック軸のラック歯（図示省略）と噛合している。ラック軸の両端部は、それぞれタイロッド２８、２８を介して図示しない転舵輪に連結されている。

ステアリング装置１００はこのような構成なので、運転者がステアリングホイール１を回転操作すると、図示しないトルクセンサがステアリングシャフト２に加わる操舵トルクを検知し、検知した操舵トルクに応じて電動モータ５から発生された補助操舵トルクが減速機構６を介して出力軸７に伝達され、さらに中間シャフト１６を介してピニオン軸１９に伝達される。ピニオン軸１９が回転すると、ピニオン軸１９と噛合したラック軸（図示省略）が軸方向すなわち車幅方向に駆動され、タイロッド２８、２８に連結された左右の転舵輪が転舵される。

図２は、本発明の第１実施形態に係るアッパー側自在継手１５の側面図である。
図３は、アッパー側自在継手１５のアッパー側ヨーク２０の６面図であり、図３（ａ）はアッパー側ヨーク２０をアッパー側端面すなわちステアリングシャフト２側の端面側から見た状態を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ矢視図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）のｃ−ｃ矢視図であり、図３（ｄ）は図３（ａ）のｄ−ｄ矢視図であり、図３（ｅ）は図３（ａ）のｅ−ｅ矢視図であり、図３（ｆ）は図３（ｃ）のｆ−ｆ矢視図である。
図４（ａ）はアッパー側ヨーク２０の断面図であり、図４（ｂ）は出力軸７の端部の側面図である。なお、図４（ｂ）において、紙面右方がヨーク２０側すなわち出力軸７の下端であり、紙面左方が操舵補助機構４側である。

図２に示すように、本実施形態に係るアッパー側自在継手１５は、アッパー側ヨーク２０と、ロアー側ヨーク２２と、これら一対のヨーク２０、２２を連結する十字軸２４とから構成されている。アッパー側ヨーク２０およびロアー側ヨーク２２には、それぞれ操舵補助機構４の出力軸７および中間シャフト１６が連結されている（図１参照）。

図３の各図に示すように、アッパー側ヨーク２０（以後、単に「ヨーク２０」とも記載する。）は、操舵補助機構４の出力軸７の下端が差し込まれ締め付けられる筒状の連結部３０と、連結部３０のロアー側端部から連結部３０の軸方向外方に延在し十字軸２４を介してロアー側ヨーク２２と連結される一対のアーム部３２、３２とを備えている。一対のアーム部３２、３２は、対向して配置された一対の板状部材であり、各アーム部３２には十字軸２４が支持される貫通孔３４が形成されている。

ヨーク２０の連結部３０の内周面は円筒状に形成され、その内径側は出力軸７の下端が挿入され嵌合される嵌合孔３６となっている。つまり、連結部３０の内周面は嵌合孔３６の周壁として嵌合孔３６を形成している。嵌合孔３６は、連結部３０のアッパー側端からロアー側端まで貫通している。出力軸７は、連結部３０のアッパー側端から嵌合孔３６に挿入されている。連結部３０の内周面すなわち嵌合孔３６の周壁には、雌セレーション３８が設けられている。なお、以後の説明においては、連結部３０および嵌合孔３６の方向について、アッパー側を「軸部材挿入側」といい、ロアー側を「アーム側」という。

連結部３０の外周側の部分には、径方向に厚みを有し軸方向に延在して対向する一対の肉厚部４０、４０が設けられている。肉厚部４０、４０間に形成されるスリット４２は、連結部３０の外周面から嵌合孔３６まで径方向に貫通し、連結部３０の軸部材挿入側端からアーム側端近傍まで、軸方向に延在している。つまり、スリット４２は、図４（ａ）に示すように、径方向に関しては連結部３０の外周面および嵌合孔３６に開放しており、軸方向に関しては軸部材挿入側端は開放であるが、アーム側端は開放しておらず、閉じている。

図３（ｃ）、図３（ｄ）、および図４（ａ）に示すように、肉厚部４０、４０の軸部材挿入側端部近傍には、スリット４２を横切る方向、すなわちスリット４２が連結部３０を貫通する径方向と直交し、且つ連結部３０の軸方向と直交する方向に肉厚部４０、４０を貫通してボルト挿通孔４４がスリット４２に交差して形成されている。ボルト挿通孔４４には、締め付け用のボルト４５（図１参照）が挿通される。ボルト挿通孔４４は、嵌合孔３６のスリット４２側の一部に開いている。すなわち、ボルト挿通孔４４と嵌合孔３６とは、図４（ａ）に示すように、互いに一部分が交差している。一方の肉厚部４０の外側面には、図３（ｃ）に示すように、ボルト４５の頭部が当接する座ぐり５０が設けられている。

図４（ｂ）に示すように、ヨーク２０の連結部３０と結合する出力軸７の端部には、ヨーク２０に結合された状態においてボルト挿通孔４４に対応する位置に溝４７が形成されている。また、出力軸７の端部の外周面には、連結部３０の雌セレーション３８と噛み合う雄セレーション５１が形成されている。雄セレーション５１は、軸方向の全域に亘ってピッチ円すなわち基準円の径が一様に形成されている。雄セレーション５１よりも操舵補助機構４側（図４（ｂ）の左方）の出力軸７の部分は、雄セレーション５１の歯先円よりも大きな径の大径部５３となっている。

ボルト挿通孔４４に挿入されたボルト４５を締め付けることにより、一対の肉厚部４０、４０が互いに近づく方向に連結部３０が締め付けられ、嵌合孔３６に挿入された出力軸７（図１参照）の雄セレーション５１と嵌合孔３６の雌セレーション３８とが噛み合うことにより、出力軸７と連結部３０とが結合される。なお、連結部３０の締め付けによる雄セレーション５１と雌セレーション３８との噛み合いについては、後で詳述する。

本実施形態においては、図４（ａ）に示すように、連結部３０の内周面すなわち嵌合孔３６の周壁に形成された雌セレーション３８は、軸部材挿入側端から最も奥側すなわちアーム側端に向かうに従い、歯先円の径および歯底円の径が小さくなる方向に傾斜したテーパ状に形成されている。また、雌セレーション３８は、軸部材挿入側端からアーム側端に至る全域に亘ってモジュールは一定である。したがって雌セレーション３８は、軸部材挿入側端からアーム側端に至るまで歯の形状および大きさは同じで、歯先円および歯底円の径が軸部材挿入側端からアーム側端に向かうに従い、徐々に小さくなるように形成されている。

図５は、アッパー側ヨーク２０と出力軸７とを結合するために、ヨーク２０の連結部３０に出力軸７を差し込んだ状態の拡大断面図である。この状態においては、ボルト挿通孔４４にはまだ締め付け用のボルト４５（図１参照）は挿通されていない。したがって連結部３０は締め付けられておらず自然状態であり、出力軸７と連結部３０とは結合していない。なお、出力軸７は嵌合孔３６と同軸に差し込まれるものとする。

出力軸７を連結部３０の内周面すなわち嵌合孔３６に軸部材挿入側端から差し込む際、雄セレーション５１の歯が雌セレーション３８の歯に噛み合うように回転方向位置を合わせて差し込む。そして出力軸７をアーム側端方向に軸方向に移動させると、出力軸７の大径部５３の端部が連結部３０の軸部材挿入側端面に当接し、出力軸７の連結部３０に対する軸方向の位置決めがなされる。この状態において、出力軸７の端面は、スリット４２の嵌合孔３６側開放部のアーム側端（以後、当該スリット４２の端を「スリット４２のアーム側端５５」という。）よりも奥側すなわちアーム側に位置しているが、嵌合孔３６からアーム側に突出はしていない。つまり、出力軸７の端面は、スリット４２のアーム側端５５と嵌合孔３６のアーム側端との間に位置している。

このように出力軸７が自然状態の連結部３０に対して軸方向に位置決めされた状態において、出力軸７の雄セレーション５１と連結部３０の雌セレーション３８との間には、図５に示すように、所定の径方向の隙間Ｓが形成されている。雌セレーション３８は上述したようにテーパ状に形成されているので、雄セレーション５１と雌セレーション３８との間の径方向の隙間Ｓは、雌セレーション３８の軸部材挿入側端における隙間Ｓ１の寸法が最も大きく、アーム側端に向かうに従い徐々に小さくなる。具体的には、本実施形態においては、雌セレーション３８の軸部材挿入側端における隙間Ｓ１の径方向寸法を０．２〜０．３ｍｍとしている。そしてアーム側端に向かうに従い、隙間Ｓは徐々に小さくなり、スリット４２のアーム側端５５に対応する位置と出力軸７の端面に対応する位置との間の範囲Ａにおける寸法を０．０〜０．１ｍｍとしている。言い換えると、連結部３０の雌セレーション３８は、出力軸７が自然状態の連結部３０に対して軸方向に位置決めされた状態において、出力軸７の雄セレーション５１との間に上記の径方向寸法の隙間ができる大きさに形成されている。

ここで、出力軸７の雄セレーション５１に対して上記所定の径方向の隙間Ｓができるようなテーパ状の雌セレーション３８の形成方法について説明する。本実施形態に係る雌セレーション３８は、所定のブローチツール（図示省略）を用いて、ブローチ加工によって形成される。

図６は雄セレーション５１の歯および雌セレーション３８の歯溝の拡大断面図である。
図６中に「標準」として示すように、出力軸７の雄セレーション５１の歯形を標準歯形とし、雄セレーション５１の歯形に対応する歯溝の雌セレーション３８を形成するためのブローチツールの刃を標準刃とすると、標準歯形に対応する雌セレーション３８を形成するためには、ブローチツールの刃を転位させる必要はなく、標準刃で加工すれば良い。

一方、標準歯形である雄セレーション５１の歯を正転位させた歯形に対応する歯溝の雌セレーション３８を形成するためには、ブローチツールの刃を雄セレーション５１の正転位量に対応させて正転位させれば良い。このように雄セレーション５１の歯形に対して正転位させたブローチツールの刃で形成された雌セレーション３８は、図６中に「正転位」として示すように、雄セレーション５１とはすきまばめとなり、雄セレーション５１との間に隙間Ｓができる。図６に示すように、ブローチツールの刃の転位量が形成される隙間Ｓの径方向寸法に相当する。雄セレーション５１の歯形に対するブローチツールの刃の転位係数を大きくすれば、雄セレーション５１と雌セレーション３８との間の隙間Ｓは大きくなる。

また、標準歯形である雄セレーション５１の歯を負転位させた歯形に対応する歯溝の雌セレーション３８を形成するためには、ブローチツールの刃を雄セレーション５１の負転位量に対応させて負転位させれば良い。このように雄セレーション５１の歯形に対して負転位させたブローチツールの刃で形成された雌セレーション３８は、図７中に「負転位」として示すように、雄セレーション５１とはしまりばめとなり、出力軸７の雄セレーション５１は圧入により雌セレーション３８に結合される。

本実施形態に係る雌セレーション３８は、標準歯形である雄セレーション５１の歯に対し、正転位させた刃を備えたブローチツールを用いて、ヨーク２０となるワーク（図示省略）の連結部３０となる部分の軸部材挿入側からアーム側に向けてブローチ加工を施すことによって形成される。ブローチツールの刃は、形成される雌セレーション３８の軸部材挿入側部分に対応する部分の転位係数を大きくし、形成される雌セレーション３８の奥側すなわちアーム側に向かうに従い転位係数が徐々に小さくなるようにしたテーパ形状となっている。すなわちブローチツールの刃は、雌セレーション３８の軸部材挿入側部分に対応する部分からアーム側に向かって、転位係数を小さく徐変させている。また、ブローチツールの刃の形状は、モジュールが一定に形成されている。従って、当該ブローチツールで形成される雌セレーション３８のモジュールは、軸部材挿入側からアーム側に亘って一定となる。すなわち軸部材挿入側からアーム側端に亘って同一歯形で、雄セレーション５１の歯に対する転位係数が軸部材挿入側端からアーム側端に向かうに従い小さく徐変している、テーパ状の雌セレーション３８が形成される。

このように、ブローチツールの刃の変位係数を徐変させたブローチツールを用いれば、変位係数を変えることにより、微小な隙間変化領域においても、雌セレーション３８の歯形を維持したまま形成される隙間の大きさを調整することができる。

次に、出力軸７を嵌合孔３６に差し込んだ状態、すなわち図５に示す状態からの連結部３０の締め付けについて説明する。
図５に示すように出力軸７を嵌合孔３６に差し込んだ後、ボルト挿通孔４４に締め付け用のボルト４５（図１参照）を挿通し、締め付けボルト４５を締め付ける。一対の肉厚部４０、４０は、ボルト４５の締め付けに伴い、スリット４２のアーム側端５５を挟んだ各肉厚部４０、４０の基部を支点として、締め付けボルト４５の軸線方向に互いに近づくように撓む。連結部３０は、肉厚部４０、４０の撓み動作に伴い、嵌合孔３６が締め付けボルト４５の軸線方向に潰されるように、すなわち締め付けボルト４５の軸線方向に対向する周壁が互いに近づく方向に撓む。詳細には、嵌合孔３６の周壁は、周方向の全周のうち、スリット４２側の略半分の円弧に対応する部分が軸方向のほぼ全域に亘って、スリット４２を中心とする両側部分が互いに近づく方向に撓むこととなる。

嵌合孔３６の周壁には雌セレーション３８が形成されており、締め付けボルト４５の軸線方向に対向する周壁が互いに近づく方向に撓むことにより、雌セレーション３８が出力軸７の雄セレーション５１に噛み合うこととなる。ここで雌セレーション３８はテーパ状に形成されているので、嵌合孔３６の周壁が上記のように、周方向の全周のうち、スリット４２側の略半分の円弧に対応する部分が軸方向のほぼ全域に亘って、スリット４２を中心とする両側部分が互いに近づく方向に撓むことにより、嵌合孔３６の周壁が撓む範囲の雄セレーション５１と雌セレーション３８との間の隙間Ｓがなくなり、雌セレーション３８は雄セレーション５１と平行に延在する状態で雄セレーション５１と噛み合うこととなる。従って、雌セレーション３８と雄セレーション５１とは広い範囲で噛み合い、この噛み合いによってヨーク２０と出力軸７とが結合される。

図７（ａ）は第１実施形態に係るアッパー側ヨーク２０を軸方向から見た正面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のｂ−ｂ矢視断面図であり、図７（ｃ）は図７（ａ）のｃ−ｃ矢視断面図である。
図７（ａ）、図７（ｃ）中の長円で示す部分は、本実施形態に係るヨーク２０において出力軸７の雄セレーション５１に噛み合う雌セレーション３８の範囲を示している。このように、本実施形態によれば、図１０に示した従来の結合構造に比べて、広い範囲で雌セレーション３８が雄セレーション５１に噛み合うことがわかる。

本実施形態によれば、このように広い範囲で雌セレーション３８が雄セレーション５１に噛み合うので、雌セレーション３８への応力集中を緩和でき、雌セレーション３８の歯のフレッティング磨耗等の異常磨耗の発生を防止することができ、優れた耐摩耗性を発揮する。さらに、出力軸７の雄セレーション５１の歯は軸方向に均一の形状に形成されているので精度良く形成することができ、出力軸７との結合状態においてヨーク２０は充分な軸保持力を備えることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態と異なる構成を中心に説明し、第１実施形態と同様の構成については重複する説明は省略する。また、第１実施形態と同一の部材については同一の符号を用いて説明する。第２実施形態は、ヨークの連結部に形成される雌セレーションの構成を第１実施形態と異なる構成とした形態である。他の構成は第１実施形態と同様である。

図８は、第２実施形態に係る自在継手のアッパー側ヨーク２２０の断面図である。
図８に示すように、本実施形態に係るヨーク２２０の連結部３０の内周面すなわち嵌合孔２３６の周壁には、雌セレーション２３８が形成されている。

雌セレーション２３８は、スリット４２のアーム側端５５よりも軸部材挿入側部分の第１雌セレーション２３８ａと、スリット４２のアーム側端５５よりもアーム側の第２雌セレーション２３８ｂとから構成されている。第１雌セレーション２３８ａと第２雌セレーション２３８ｂとは、テーパ形状部２３９を介して連結されている。第１雌セレーション２３８ａおよび第２雌セレーション２３８ｂは、標準歯形である雄セレーション５１（図４参照）の歯を正転位させた歯形に対応する歯溝に形成されている。すなわち、軸部材７が嵌合孔２３６に差し込まれた状態において、第１雌セレーション２３８ａと雄セレーション５１との間、および第２雌セレーション２３８ｂと雄セレーション５１との間に、径方向の隙間が形成される。

また、本実施形態においては、第１雌セレーション２３８ａは、軸方向の全域に亘ってピッチ円すなわち基準円の径が一様に形成されている。同様に、第２雌セレーション２３８ｂも、軸方向の全域に亘ってピッチ円すなわち基準円の径が一様に形成されている。従って、軸部材７が嵌合孔２３６に差し込まれた状態において第１雌セレーション２３８ａと雄セレーション５１との間、および第２雌セレーション２３８ｂと雄セレーション５１との間に形成される隙間の大きさは、それぞれ軸方向に亘って一様となる。

雄セレーション５１の歯形に対する第１雌セレーション２３８ａの歯溝の形状の転位係数は、雄セレーション５１の歯形に対する第２雌セレーション２３８ｂの歯溝の形状の転位係数よりも大きい。したがって、第１雌セレーション２３８ａの歯先円のほうが第２雌セレーション２３８ｂの歯先円よりも大きく形成されている。また、第１雌セレーション２３８ａと雄セレーション５１との間に形成される径方向の隙間の方が、第２雌セレーション２３８ｂと雄セレーション５１との間に形成される径方向の隙間よりも大きくなる。具体的には、本実施形態においては、第１雌セレーション２３８ａと雄セレーション５１との間の隙間の径方向寸法は０．２〜０．３ｍｍであり、第２雌セレーション２３８ｂと雄セレーション５１との間の隙間の径方向寸法は０．０〜０．１ｍｍとなっている。

このような構成のヨーク２２０においても、出力軸７を嵌合孔２３６に差し込んだ状態から、ボルト挿通孔４４に挿通された締め付け用のボルト４５（図１参照）を締め付ければ、一対の肉厚部４０、４０は、第１実施形態と同様に、ボルト４５の締め付けに伴い、スリット４２のアーム側端５５を挟んだ各肉厚部４０、４０の基部を支点として、締め付けボルト４５の軸線方向に互いに近づくように撓む。連結部３０も第１実施形態と同様に、肉厚部４０、４０の撓み動作に伴い、嵌合孔２３６の周壁が周方向の全周のうち、スリット４２側の略半分の円弧に対応する部分が軸方向のほぼ全域に亘って、スリット４２を中心とする両側部分が互いに近づく方向に撓む。肉厚部４０、４０および嵌合孔２３６の周壁のこのような撓みにより、雄セレーション５１と第１雌セレーション２３８ａとの間の隙間がなくなり、雌セレーション３８は雄セレーション５１と噛み合うこととなる。従って、雌セレーション２３８と雄セレーション５１とは第１実施形態と同様に広い範囲で噛み合い、この噛み合いによってヨーク２２０と出力軸７とが結合される。

本実施形態においても、このように広い範囲で雌セレーション２３８が雄セレーション５１に噛み合うので、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第１実施形態と異なる構成を中心に説明し、第１実施形態と同様の構成については重複する説明は省略する。また、第１実施形態と同一の部材については同一の符号を用いて説明する。第３実施形態は、ヨークの連結部に形成される雌セレーションの構成および出力軸の雄セレーションの構成を第１実施形態と異なる構成とした形態である。他の構成は第１実施形態と同様である。

図９（ａ）は第３実施形態に係る自在継手のアッパー側ヨークの断面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のアッパー側ヨークに結合される本実施形態に係る出力軸の端部の側面図である。
図９（ａ）に示すように、本実施形態に係るヨーク３２０の連結部３０の内周面すなわち嵌合孔３３６の周壁には、雌セレーション３３８が形成されている。また、図９（ｂ）に示すように、本実施形態に係る出力軸３０７の外周面には、連結部３０の雌セレーション３３８と噛み合う雄セレーション３５１が形成されている。

本実施形態においては、雄セレーション３５１は、大径部５３側からヨーク３２０側端に向かうに従い、歯先円および歯底円の径が小さくなる方向に傾斜したテーパ状に形成されている。つまり、雄セレーション３５１は、大径部５３側の転位係数が大きく、ヨーク３２０側端に向かうに従い転位係数を小さく徐変させて形成されている。また、雄セレーション３５１は、大径部５３側端からヨーク３２０側端に至る全域に亘ってモジュールは一定である。したがって雄セレーション３５１は、大径部５３側端からヨーク３２０側端に至るまで歯の形状および大きさは同じで、歯先円および歯底円の径が大径部５３側端からヨーク３２０側端に向かうに従い、徐々に小さくなるように形成されている。

雌セレーション３３８は、第１実施形態と同様にテーパ状に形成されている。本実施形態においても、軸部材３０７が嵌合孔３３６に差し込まれた状態において、雌セレーション３３８と雄セレーション３５１との間に、径方向の隙間Ｓ（図５参照）が形成される。本実施形態においても、第１実施形態と同様に、雌セレーション３３８の軸部材挿入側端における隙間Ｓ１（図５参照）の径方向寸法を０．２〜０．３ｍｍとしている。そしてアーム側端に向かうに従い、隙間Ｓは徐々に小さくなり、スリット４２のアーム側端５５に対応する位置と出力軸７の端面に対応する位置との間の範囲における寸法を０．０〜０．１ｍｍとしている。従って雌セレーション３３８は、第１実施形態の雌セレーション３８とはテーパ状部の傾斜角度が異なるものとなっている。

このような構成のヨーク３２０においても、出力軸３０７を嵌合孔３３６に差し込んだ状態から、ボルト挿通孔４４に挿通された締め付け用のボルト４５（図１参照）を締め付ければ、一対の肉厚部４０、４０は、第１実施形態と同様に、ボルト４５の締め付けに伴い、スリット４２のアーム側端５５を挟んだ各肉厚部４０、４０の基部を支点として、締め付けボルト４５の軸線方向に互いに近づくように撓む。連結部３０も第１実施形態と同様に、肉厚部４０、４０の撓み動作に伴い、嵌合孔３３６の周壁が周方向の全周のうち、スリット４２側の略半分の円弧に対応する部分が軸方向のほぼ全域に亘って、スリット４２を中心とする両側部分が互いに近づく方向に撓む。肉厚部４０、４０および嵌合孔３３６の周壁のこのような撓みにより、雄セレーション３５１と雌セレーション３３８との間の隙間がなくなり、雌セレーション３３８は雄セレーション３５１と噛み合うこととなる。従って、雌セレーション３３８と雄セレーション３５１とは広い範囲で噛み合い、この噛み合いによってヨーク３２０と出力軸３０７とが結合される。

本実施形態においても、このように広い範囲で雌セレーション３３８が雄セレーション３５１に噛み合うので、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

以上説明したように、上記各実施形態に係る自在継手のヨークと出力軸との結合構造によれば、広い範囲で雌セレーションが雄セレーションに噛み合うので、雌セレーションへの応力集中を緩和できる。その結果、雌セレーションの歯のフレッティング磨耗等の異常磨耗の発生を防止することができ、優れた耐摩耗性を発揮する。さらに、出力軸の雄セレーションの歯は軸方向に均一の形状に形成されているので精度良く形成することができ、出力軸との結合状態においてヨークは充分な軸保持力を備えることができる。

なお、上記各実施形態では、本発明をステアリング装置１００のアッパー側自在継手に適用したが、本発明は、ロアー側自在継手に適用することもできる。また、第２実施形態において、軸部材７の雄セレーション５１を第３実施形態の軸部材３０７と同様に、テーパ状としても良い。

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
４ 操舵補助機構
５ 電動モータ
６ 減速機構
６Ａ ハウジング
７ 出力軸
８ アウタシャフト
９ インナシャフト
１０ アウタコラム
１１ インナコラム
１２Ｕ アッパーブラケット
１２Ｌ ロアーブラケット
１３ 車体側部材
１４Ｐ ピボット軸
１５ アッパー側自在継手
１６ 中間シャフト
１７ ロアー側自在継手
１８ ステアリングギヤ機構
１８Ａ ギヤハウジング
１９ ピニオン軸
２０、２２０、３２０ アッパー側ヨーク
２２ ロアー側ヨーク
２４ 十字軸
２８ タイロッド
３０ 連結部
３２ アーム部
３４ 貫通孔
３６、２３６、３３６ 嵌合孔
３８、２３８、３３８ 雌セレーション
４０ 肉厚部
４２ スリット
４４ ボルト挿通孔
４５ 締め付けボルト
５０ 座ぐり
５１、３５１ 雄セレーション
５３ 大径部
５５ スリットのアーム側端
１００ ステアリング装置

Claims (6)

1. 外周面に雄セレーションが形成された軸部材と、
   自在継手のヨークであって、前記軸部材が挿入され、前記雄セレーションと噛み合う雌セレーションが内周面に形成された筒状の連結部を有し、前記連結部は、軸方向に延在するスリットを形成する一対の対向部を有し、ねじ部材によって前記一対の対向部が近づく方向に前記連結部が締め付けられることにより前記軸部材と結合する前記自在継手のヨークとの結合構造であって、
   前記連結部に前記軸部材が挿入された後、前記ねじ部材によって前記連結部が締め付けられる前の状態において、前記雄セレーションと前記雌セレーションとの間には径方向の隙間が形成され、前記隙間の径方向寸法は、前記軸部材が挿入される側である前記雌セレーションの一方端側のほうが、前記雌セレーションの他方端側よりも大きく形成され、
   前記雌セレーションは、前記一方端側から前記他方端側に向かうに従い、歯先円の径が小さくなる方向に傾斜したテーパ状であり、
   前記雄セレーションは、前記連結部に挿入された状態において前記雌セレーションの前記一方端側に対応する部分から前記雌セレーションの前記他方端側に対応する部分に向かうに従い、歯先円が小さくなる方向に傾斜したテーパ状であり、
   前記軸部材は、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置の操舵補助機構の出力軸であることを特徴とする自在継手のヨークと軸部材との結合構造。
2. 前記雌セレーションは、前記雄セレーションの歯を正転位させた歯形に対応する歯溝となるように形成され、前記雄セレーションの歯に対する前記雌セレーションの転位係数は、前記雌セレーションの前記一方端側のほうが、前記他方端側よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の自在継手のヨークと軸部材との結合構造。
3. 前記雄セレーションの歯に対する前記雌セレーションの転位係数は、前記雌セレーションの前記一方端から前記他方端に向かうに従い小さく徐変していることを特徴とする請求項２に記載の自在継手のヨークと軸部材との結合構造。
4. 前記雄セレーションの歯に対する前記雌セレーションの転位係数は、前記雌セレーションの複数の異なる軸方向範囲に対して、それぞれ異なる値の転位係数が用いられていることを特徴とする請求項２に記載の自在継手のヨークと軸部材との結合構造。
5. 前記雄セレーションは、前記連結部に挿入された状態において前記雌セレーションの前記一方端側に対応する部分の転位係数が、前記雌セレーションの前記他方端側に対応する部分の転位係数よりも大きいことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の自在継手のヨークと軸部材との結合構造。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の自在継手のヨークと軸部材との結合構造を有し、コラムアシスト型電動パワーステアリング装置であることを特徴とするステアリング装置。

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