JP6897130B2 - ヨークとシャフトの結合構造 - Google Patents

Description

この発明は、自動車の操舵輪（通常は前輪）を操舵するためのステアリング装置を構成する回転軸同士を、トルク伝達可能に接続する為の継手（カルダンジョイント）を構成するヨークとシャフトの結合構造に関する。

自動車のステアリング装置は、ドライバーがハンドル（ステアリングホイール）を操作して、自動車の進行方向を変更しようとしたとき、ステアリングホイールの動きに応じて、操舵輪の向きを変更するためのものである。

図６は、このようなステアリング装置１００の一例を示している（特許文献１参照）。図示されたステアリング装置１００において、ドライバーが操作するステアリングホイール１０４の動きは、ステアリングシャフト１０１、自在継手１０３、中間シャフト１０２、別の自在継手１０３を介して、ピニオンシャフト１０６に伝達される。そして、ピニオンシャフト１０６に固定されたピニオンとこのピニオンと噛み合っているラック（ピニオン及びラックは何れもハウジング１０５内に収容されているため図では見えない）とで構成されるラック＆ピニオン機構により、ピニオンの回転運動をラックの車両幅方向への直線運動に変換する。このラックの直線運動により、ラック両端に固定された左右１対のタイロッド１０７、１０７を押し引きし、左右１対の操舵輪に、上記ステアリングホイール１０４の操作量に応じて、適切な舵角を付与する様になっている。

ところで、上述した様なステアリング装置１００においては、ステアリングホイール１０４が取付けられたステアリングシャフト１０１の延びる方向と、ピニオンが取付けられたピニオンシャフト１０６の延びる方向は一致しない。これは、ドライバーがステアリングホイール１０４を操作し易いためのステアリングシャフト１０１の延びる方向と、ラックとピニオンの噛み合いを確実に維持するためのピニオンシャフト１０６の延びる方向が異なるためである。従って、ステアリングシャフト１０１とピニオンシャフト１０６とは、少なくとも1つの屈曲点をもって互いに連結されることとなる。図示例では、このような屈曲点が２箇所とされており、各屈曲点には自在継手１０３が配置されることで、回転力を確実に伝達するようになっている。

この様な自在継手１０３、１０３として、一般的には十字軸式自在継手が使用されている。図７は、上述した特許文献１に記載された十字軸式自在継手１０３の構成を示す図、図８は図７のＳ−Ｓ断面図である。図７に示す様に、十字軸式自在継手１０３は、それぞれ二股状に形成された第一、第二のヨーク１１１、１１２と、これら両ヨーク１１１、１１２同士を変位自在に結合する為の十字軸１１０とから構成されている。従い、第一、第二のヨーク１１１、１１２は、二股状とされた部分が互いに９０度位相を異ならせた状態で配置されている。

そして、第一のシャフト１０１と第二のシャフト１０２とのそれぞれの端部を、上記各ヨーク１１１、１１２に結合固定している。図中右方に見えるヨーク１１１はボルト１１６によりシャフト１０１に、図中左方に見えるヨーク１１２はボルト１１６によりシャフト１０２にそれぞれ固定され、各シャフト１０１、１０２と一体回転するようになっている。

図８は、このうち右方の第一のヨーク１１１のシャフト１０１への取り付け構造を示す断面図である。ヨーク１１１の基部１１２は円筒状とされ、内周面にはセレーション１１２ｃが形成されている。基部１１２の周方向の１箇所には、ボルト１１６の雄ねじ１１６ａと螺合する雌ねじ１１２ａが形成されている。一方、シャフト１０１の外周面上にも、上記基部１１２のセレーション１１２ｃと相補形状とされたセレーション１０１ｃと、ボルト１１６の先端と係合するための平坦面１０１ｄが形成されている。かかる構成により、ボルト１１６を締め付けることで、両セレーション１０１ｃ、１１２ｃの嵌合を確実としこの状態を維持することで、ヨーク１１１とシャフト１０１の一体回転が確保される。

特開２００１−１６５１８４号公報

しかしながら、図８に示すようなヨーク１１１とシャフト１０１の連結構造の場合、ボルト１１６を一方向からねじ込む構造のため、シャフト１０１の中心とヨーク１１１の中心とが不一致となったり、周方向の一部にボルト１１６が位置することでその部分の重量が局部的に重くなるため、回転力の伝達が滑らかに行われず、回転力に強弱が生ずるいわゆる「ふれ回り」が発生する場合がある。かかるふれ回りが発生すると、ドライバーがステアリングホイール１０４を操作したときの操作フィーリングに影響を与える虞もある。

このようなふれ回りを防止するために、ヨークとシャフトとを鍛造等により一体品とする構造も考えられている。かかる構造により部品点数が低減され、部品管理コストや組立てコストが低減可能となる。しかしながら、車の種類によって好ましいシャフトの長さは千差万別であり、これに対応するために多くの種類の一体品を準備するのは、かえって製造コストが向上する場合がある。従って、ヨークとシャフトを別部品とし、ヨークは共通化しシャフトの長さのみを調整して対応することが考えられるが、ヨークとシャフトの結合構造によっては、上述したようなふれ回りが生じてしまう虞がある。

本発明は、上述の様な事情に鑑み、ふれ回りを低減させることができるヨークとシャフトの結合構造を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）十字軸を介して互いに連結された一対のヨークの、少なくとも一方のヨークとシャフトとを締結部材によって結合するヨークとシャフトの結合構造において、
前記シャフトは前記締結部材が貫通する挿通穴を有し、
前記一方のヨークは円筒状のベース部と、該ベース部から二股状に分岐して延び前記十字軸と係合するための一対のアーム部とを有し、
前記一方のヨークのベース部からアーム部にかけて、該ベース部の径方向中心を含み該アーム部の延びる方向と平行な方向に延びたスリットと、軸線方向が該スリットの延びる方向と直交する方向とされ前記締結部材が貫通する貫通孔とが形成され、
前記スリットは、前記ヨークの軸線方向において、前記ベース部の端面から少なくとも前記貫通孔を越えた位置まで形成されているヨークとシャフトの結合構造。
（２）前記締結部材により前記シャフトが前記ヨークに締め付けられていることを特徴とする（１）に記載されたヨークとシャフトの結合構造。
（３）前記シャフト及び前記一方のヨークには、相対回転を防止するためのセレーションが形成されている（１）および（２）に記載のヨークとシャフトの結合構造。

本発明によれば、少なくとも一方のヨークには、ヨークの軸線方向において、前記ベース部の端面から少なくとも締結部材が貫通する貫通孔を越えた位置までスリットが形成されているため、締結部材を締め付けたときも、ヨークの変形がスリット平面に対し対称となり、ふれ回りを低減することができる。

本発明の第１実施形態に用いられるヨークを取り出して示す斜視図である。 本発明の第１実施形態の断面及び正面を示す図である。 図２の側面図である。 本発明の第２実施形態のヨークを取り出して示す正面図である。 図４のヨークにシャフトが結合された状態を示す側面図である。 従来から知られているステアリング装置の１例を示す斜視図である。 従来構造のヨークとシャフトの結合構造の１例を示す平面図である。 図７のＳ−Ｓ断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
（第１実施形態）

図１〜３は、本発明の第１実施形態を示し、図１では第１のヨークのみを取り出して示し、図２、３では、第１のヨークと第1のシャフトを結合した状態を図示している。図２に示すように、本発明の結合構造が適用される自在継手は、従来から知られている自在継手と同様に、第１のシャフト１の端部に固定する一方のヨークとしての第１のヨーク１１と、第２のシャフト（不図示：図７の第二のシャフト１０２参照）の端部に固定する他方のヨークとしての第２のヨーク（不図示：図７の第ニのヨーク１１２参照）と、これら第１のヨーク１１と第２のヨークとを変位自在に結合する十字軸（不図示：図７の十字軸１１０参照）とを備える。

第一のヨーク１１は、円筒状のベース部１２と、このベース部１２の先端（図１の上方、図２、３の左方）寄り部分の直径方向で対向する２個所位置から、それぞれベース部１２の軸線（図２のＸ−Ｘ）方向に延びた一対のアーム部１３、１３とを備える。この第１のヨーク１１は、全体を十分な剛性を有する金属（好ましくはＪＩＳ機械構造用炭素鋼）に冷間鍛造加工を施すことにより、一体に加工されている。なお、熱間鍛造加工を施すことにより、一体に加工してもよい。

円筒状のベース部１２の内周面には、図１から明らかな通り、後述するシャフト１との嵌合をより確実にするためのセレーション１２ｃが形成されている。またベース部１２からアーム部１３、１３にかけては、貫通孔１４とスリット１５が形成されている。貫通孔１４は、後述する締結部材１６が貫通するためのものであり、軸線方向が以下に説明するスリット１５の延びる方向と直交する方向（図３の上下方向）となっている。

スリット１５は、図１、３から明らかな通り、円筒状のベース部１２の径方向中心を含みアーム部１３、１３の延びる方向と平行な方向（図３の左右方向）に延びている。そしてこのスリット１５は、図２に示すように、ヨーク１１の軸線方向において、ベース部１２の端面１２ｂから少なくとも貫通孔１４のヨーク先端側までの距離Ｌ１を越えた位置まで形成されている。なお、このスリット１５の終端面１５ｅは、必ずしもベース部１２の端面１２ｂと平行である必要はなく、軸線Ｘ−Ｘに対し所定の角度（例えば６０度）で、互いに対称な状態で傾いていてもよい。但し、ベース部端面１２ｂから最も距離が短い終端面１５ｅであっても、ヨーク１１の軸線方向において、ベース部端面１２ｂから貫通孔１４までの距離Ｌ１を越えた位置Ｌ２（Ｌ２＞Ｌ１）となっている必要がある。

アーム部１３、１３は、ベース部１２の端面１２ｂとは反対側の端部から二股状に延びて形成されている。これらアーム部１３、１３は互いにほぼ同じ形状を有し、先端側において十字軸（不図示：図６の十字軸１１０参照）を支持するための支持穴１３ａがそれぞれ形成されている。

シャフト１は、シャフト本体１ａとヨーク１１のベース部１２と嵌合するための嵌合部１ｂとを有する。嵌合部１ｂには、ヨーク１１のベース部１２の内周面に形成されたセレーション１２ｃと嵌合するためのセレーション１ｃが形成されている。さらにシャフト１には、後述する締結部材１６が貫通するための挿通穴１ｄが形成されている。

締結部材１６としてのボルト・ナットのうち、ボルト１６ａがヨーク１１の貫通孔１４及びシャフト１の挿通穴１ｄを貫通し、先端側に設けられているナット１６ｂを締め付けることにより、ヨーク１１とシャフト１とを結合する。なお、締結部材としてはナットを使用せず、スリットを介してボルト先端側に位置するヨークの貫通孔にボルトと螺合する雌ねじを形成しておき、この雌ねじが形成されたヨークとボルト頭部との間でシャフトを締め付けるようにしてもよい。また、均一な締め付けを得るために、ヨーク１１の貫通孔１４とシャフト１の挿通穴１ｄに対しボルトをすきまバメにすることが好ましい。

次に、本実施形態のヨークとシャフトの結合構造１０の、組立て方法及び作用について説明する。

本実施形態のヨークとシャフトの結合構造１０は、例えば図６に示すようなステアリング装置において、シャフトとシャフトとを連結している自在継手のうちの、少なくとも一方のヨークとシャフトを結合するために使用される。

ヨーク１１とシャフト１との結合に際しては、図２に示すように、先ずヨーク１１のベース部１２にシャフト１の嵌合部１ｂを挿入する。このとき、ヨーク１１の貫通孔１４とシャフト１の挿通穴１ｄの位相を合わせた状態にしておく。次いで、貫通孔１４及び挿通穴１ｄにボルト１６ａを貫通させ、ボルト先端側にてナット１６ｂを締め付けてヨーク１１とシャフト１とを結合する。

このとき、ヨーク１１の軸線方向において、ベース部１２の端面１２ｂから少なくとも締結部材１６が貫通する貫通孔１４を越えた位置までスリット１５が形成されているため、締結部材１６を締め付けたときも、締め付け方向への変形が無理なく生ずるようになっている。また、スリット１５に対し貫通孔１４の軸線方向が直交していることにより、スリット１５の変形がスリット平面に対しほぼ対称となり、ヨーク１１に局部的な変形が生ずるのを防止できる。さらに、ヨーク１１の軸線回りの変形がスリット平面に対しほぼ対称となっていることにより、シャフト１が回転するときのふれ回りを低減させることができる。このため、ドライバーがハンドルを操作したときも円滑な操作が可能となる。

以上説明したように、本実施形態のヨーク１１とシャフト１の結合構造１０によれば、少なくとも一方のヨーク１１には、ヨーク１１の軸線方向において、前記ベース部１２の端面１２ｂから少なくとも締結部材１６が貫通する貫通孔１４を越えた位置までスリット１５が形成されているため、締結部材１６を締め付けたときも、ヨーク１１の変形がスリット平面に対し対称となり、ふれ回りを低減することができる。

なお、本実施形態においては、ヨークとシャフトとの嵌合面には相対回転をより確実に防止するためのセレーションが形成されているが、締結部材がヨークとシャフトとを貫通していることによりこれら両部材の相対回転は防止されており、セレーションは必ずしも必須のものではない。また、セレーションに代え、嵌合部が、互いに相補形状の異形断面（例えば六角形断面）とされていてもよい。

（第２実施形態）
次に、図４、５を参照して第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は類似の構成については、同一又は類似の符号を付して詳細な説明は省略する。図４はヨーク２１の正面図、図５はヨークにシャフトを結合させた状態を示す側面図である。本実施形態は、ヨーク２１とシャフト２０の結合態様が第1実施形態と異なる。

ヨーク２１のベース部２２には、締結部材２６が貫通するための貫通孔２４、２４が一対形成されている。そしてこの貫通孔２４の間を通り抜けるように、ヨーク２１の軸線方向（図４の左右方向）にベース部２２の中を貫いて延びた受入穴２２ａが形成されている。この受入穴２２ａにシャフト２０の嵌合部２０ａが嵌合する。この受入穴２２ａの内周面とシャフト２０の嵌合部２０ａ外周面には、互いに嵌合するセレーションが形成されているのが好ましい。

また、ヨーク２１のベース部２２からアーム部２３、２３にかけては、第１実施形態と同様、ベース部２２の受入穴２２ａの径方向中心を含みアーム部２３、２３の延びる方向と平行な方向（図４の紙面に平行な方向）に延びているスリット２５が形成されている。２５ｅはスリット２５の終端面を示している。そしてこのスリット２５も、第１実施形態と同様、ヨーク２１の軸線方向において、ベース部２２の端面２２ｂから少なくとも貫通孔２４を越えた位置まで延びて形成されている。

かかる構成においても、締結部材２６を締め付けて、ヨーク２１とシャフト２０とを結合したときに、締結部材２６がシャフト２０の両側からシャフト２０を締め付けるため、ヨーク２１の変形がスリット平面に対し対称となり、シャフト２０のふれ回りを低減することができる。

なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、十字軸継手を形成する他方のヨークとシャフトとの結合構造については説明を省略しているが、十字軸継手を形成する一方のヨークとシャフトとの結合構造と他方のヨークとシャフトとの結合構造は同一であっても、異なっていてもどちらであっても差し支えない。即ち、他方のヨークとシャフトが一体品であっても構わない。ただ少なくともいずれか一方のヨークとシャフトとの結合構造に本発明が適用されることで、シャフトのふれ回りを低減可能となり、他方のヨークとシャフトとの結合構造にも本発明が適用されれば、シャフトのふれ回りがより低減できる。

１ シャフト
１ｃ セレーション
１ｄ 挿通穴
１１ ヨーク
１２ ベース部
１２ｂ ベース部端面
１２ｃ セレーション
１３ アーム部
１４ 貫通孔
１５ スリット
１６ 締結部材
１６ａ ボルト
１６ｂ ナット
２０ シャフト
２１ ヨーク
２２ ベース部
２２ｂ ベース部端面
２３ アーム部
２４ 貫通孔
２５ スリット
２６ 締結部材
１１０ 十字軸

Claims (3)

1. 十字軸を介して互いに連結された一対のヨークの、少なくとも一方のヨークとシャフトとを締結部材によって結合するヨークとシャフトの結合構造において、
   前記シャフトは前記締結部材が貫通する挿通穴を有し、
   前記一方のヨークは円筒状のベース部と、該ベース部から二股状に分岐して延び前記十字軸と係合するための一対のアーム部とを有し、
   前記一方のヨークのベース部から一対のアーム部にかけて、該ベース部の径方向中心を含み該アーム部の延びる方向と平行な方向に延びたスリットが形成され、
   前記一方のヨークのベース部には、軸線方向が該スリットの延びる方向と直交する方向となるように前記アーム部と９０度位相を異ならせ、前記締結部材が貫通する貫通孔が形成され、
   前記スリットは、前記ヨークの軸線方向において、前記ベース部の端面から少なくとも前記貫通孔を越えた位置まで形成されていること
   を特徴とするヨークとシャフトの結合構造。
2. 前記締結部材により前記シャフトが前記ヨークに締め付けられていることを特徴とする請求項１に記載のヨークとシャフトの結合構造。
3. 前記シャフト及び前記一方のヨークには、相対回転を防止するためのセレーションが形成されている請求項１又は請求項２に記載のヨークとシャフトの結合構造。

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