WO2014098087A1 - ヨークとシャフトの接合構造及びその接合方法 - Google Patents

ヨークとシャフトの接合構造及びその接合方法 Download PDF

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小磯貴之
関口暢
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株式会社山田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a yoke-shaft joining structure and a joining method thereof that can obtain a joining strength in an extremely simple structure with respect to a metal-joined yoke and shaft constituting a steering device. About.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-65351
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-65351
  • the output shaft 13 and the output shaft yoke 14 are joined by friction welding (see FIG. 6 of Patent Document 1).
  • the output shaft 13 is formed with a serration 19 on the inner peripheral surface of a hollow cylindrical body having a uniform diameter, and an enlarged diameter portion 30 is integrally provided at one end portion 13a of the body [see FIG. 5)].
  • the enlarged diameter portion 30 is formed thicker than the main body.
  • the enlarged diameter portion 30 is formed in a cylindrical shape, and the outer peripheral surface 30a is formed in a substantially flat circular surface.
  • the output shaft 13 and the output shaft yoke 14 are a shaft that transmits rotation and a universal joint that connects the shafts. In order to reliably transmit rotational torque, the diameter-enlarged portion 30 that is thicker than the main body is provided on the output shaft 13. The joint strength is increased by increasing the weld area of the output shaft yoke 14 to the base end portion 20.
  • the base end portion 20 of the output shaft yoke 14 also needs to be formed to have a larger diameter in accordance with the expanded portion 30, and the sizes of the output shaft 13 and the output shaft yoke 14 are increased. It increases, the weight increases, and the entire steering device becomes larger.
  • the shaft and the yoke are enlarged, the degree of freedom in design is reduced, for example, it is necessary to consider the structure to avoid interference with other parts.
  • the technical problem (objective) to be solved by the present invention is to reinforce the reinforcement at the joint location between the friction-joined members in a very simple structure and compactly, and to be able to manufacture it very easily. It is.
  • the invention of claim 1 can be obtained by combining a yoke having a cylindrical portion and a joint-side shaft end portion metal-bonded to the cylindrical portion.
  • the above-mentioned problem is achieved by a joint structure of a yoke and a shaft in which a part of the synthetic resin coating portion is filled and solidified in a shaft through-hole portion formed at a joint side shaft end portion of the shaft and the shaft. Solved.
  • a joining recess formed as a cylindrical gap is formed in the cylindrical portion, and a joining side shaft end portion of the shaft is inserted into the joining recess,
  • the above-described problems have been solved by adopting a yoke-shaft joint structure in which the shaft through-hole portion and the yoke through-hole portion formed at the joint-side shaft end portion of the shaft coincide with the same diameter center line.
  • the outer diameter of the cylindrical portion and the joint-side shaft end portion of the shaft have the same diameter, and are metal-bonded by butting and formed in the cylindrical portion.
  • a groove portion is formed along a circumferential direction at a joint side shaft end portion of the shaft, and the synthetic resin coating portion is provided.
  • the invention according to claim 5 comprises a yoke having a cylindrical portion in which a joint recess is formed on one end side in the axial direction, and a shaft having a joint-side axial end filled in the joint recess of the cylindrical portion, The joint side shaft end of the shaft is inserted into the joint recess, the joint side shaft end and the joint recess are metal-joined, and the cylindrical portion and the joint side shaft end are penetrated in a straight line.
  • the cylindrical portion communicates with the joint concave portion on the other axial end side, and has an inner diameter smaller than the inner diameter of the joint concave portion and is on the same diameter center line.
  • a hole is formed, and after inserting the core so as to reach the inside of the joint recess, the through hole is filled with resin, and the joining portion between the cylindrical portion and the joint side shaft end portion is filled with resin.
  • a groove portion is formed along a circumferential direction at a joint side shaft end portion of the shaft, and a part of the synthetic resin coating portion is filled in the groove portion.
  • the cylindrical portion of the yoke and the joint side shaft end portion of the shaft are metal-joined
  • the synthetic resin coating portion covering the entire circumferential portion of the joining portion between the cylindrical portion and the joining side shaft end portion includes a yoke through hole formed in the cylindrical portion, and a joining side shaft end portion of the shaft.
  • a portion of the synthetic resin coating portion is filled and solidified in the shaft through-hole portion formed in the yoke, the yoke and the shaft are locked in the circumferential direction, the strength against bending load is increased, and the rigidity is increased. Can be improved.
  • the synthetic resin coating increases the rotational strength of the joint between the yoke and shaft, facilitates the reduction of the diameter of the shaft of the yoke and shaft, enables compact and large torque transmission, and these configurations. Can be realized with an extremely simple structure without complicated processing.
  • a joining recess is formed in the cylindrical part, and the joining side shaft end of the shaft is inserted into the joining recess, so that the alignment between the yoke and the shaft can be simplified.
  • the joint-side shaft end portion is supported by the joint recess in the state where the metal is joined, and a stronger joint can be achieved.
  • the cylindrical portion and the joint-side shaft end portion of the shaft have the same diameter, and the shape of the joint portion between the yoke and the shaft can be simplified by a structure in which metal is joined by butt-joining. .
  • a groove portion is formed along the circumferential direction at the joint side shaft end portion of the shaft, and a part of the synthetic resin coating portion is filled and solidified in the groove portion, whereby the yoke and The reinforcement in the axial direction with the shaft can be further strengthened.
  • a through-hole is formed on the other axial end of the cylindrical portion and communicates with the joint recess and has an inner diameter smaller than the inner diameter of the joint recess and is on the same diameter center line.
  • the melted synthetic resin does not enter the position of the core of the shaft recess, and when the core is removed from the through hole, the annular portion is constituted by the solidified synthetic resin. Therefore, the synthetic resin filled in the through holes can be reinforced more strongly, and the amount of the synthetic resin to be melted can be reduced and saved.
  • a groove portion is formed along a circumferential direction at a joint-side shaft end portion of the shaft, and a part of the synthetic resin coating portion is filled in the groove portion, whereby the shaft between the yoke and the shaft is formed.
  • the reinforcement in the direction can be further strengthened, and the reinforcement can be formed at the same time when the synthetic resin coating portion is formed with the mold, and the work efficiency can be improved.
  • (A) is a side view in partial cross section of the first embodiment of the present invention
  • (B) is an enlarged view of ( ⁇ ) part of (A)
  • (C) is an enlarged longitudinal side view in which a yoke and a shaft are separated. is there.
  • (A) is a vertical cross-sectional side view showing a process of inserting a shaft-joining side shaft end portion into the joint concavity of the yoke in the first embodiment
  • (B) is a joint-side shaft end portion between the cylindrical portion of the yoke and the shaft.
  • (1) to (3) of (C) are the burrs generated in the metal joining (friction welding) process at the ( ⁇ ) part of (B). It is process drawing which shows the state which enters into clearance.
  • (A) is a longitudinal side view showing a step of drilling a through hole in a metal-joined yoke and shaft
  • (B) is a longitudinal view showing a step of attaching a mold and a core to the metal-joined yoke and shaft. It is a side view.
  • (A) is a longitudinal side view of a state in which resin is poured into a mold attached to the yoke and the shaft
  • (B) is a longitudinal side view of the yoke and the shaft in a state where the mold and the core are removed
  • (C ) Is a cross-sectional view taken along arrow Y1-Y1 in (B).
  • (A) is a longitudinal side view of the second embodiment of the present invention with the yoke and the shaft separated
  • (B) is a longitudinal side view of the main part of the second embodiment of the present invention.
  • (A) The principal part vertical side view of 3rd Embodiment of this invention, (B) is an expanded sectional view of the groove part vicinity of the shaft in the ((gamma)) part of (A).
  • the yoke and the shaft in the present invention constitute a steering device for an automobile, and are intermediate shaft members that are attached to the steering column and transmit the rotation by the steering wheel.
  • the present invention mainly includes a yoke A, a shaft 3, and a synthetic resin coating portion 4.
  • the yoke A is made of metal and is made of an aluminum material or the like, and is composed of a bifurcated portion 1 and a cylindrical portion 2.
  • the bifurcated portion 1 is formed integrally with one end of the cylindrical portion 2 in the axial direction.
  • the bifurcated portion 1 is composed of two arm-shaped pieces 11 and 11.
  • the two arm-like pieces 11, 11 are arranged in parallel on the one end side in the axial direction of the cylindrical portion 2 with a larger interval than the outer diameter of the cylindrical portion 2 from both ends in the diametrical direction. Both arm-shaped pieces 11 and 11 are formed with connecting through holes 11a and 11a, respectively (see FIG. 1B).
  • the cylindrical portion 2 is formed in a relatively short cylindrical shape in the axial direction [see FIG. 1 (C), FIG. 2 (A), etc.].
  • the joining concave portion 21 having the opening 21 a extends along the axial direction of the cylindrical portion 2. Is formed.
  • the joint recess 21 is a recess formed as a cylindrical gap, and a joint-side shaft end 31 of the shaft 3 described later is inserted therein.
  • a bottom surface portion 21b is formed in the bonding recess 21, and the bottom surface portion 21b is a flat surface orthogonal to the axial direction.
  • the end surface of the joint side shaft end portion 31 of the shaft 3 inserted into the joint recess 21 is in contact with the bottom surface portion 21b, and friction welding is performed.
  • a through hole 22 is formed on one end side in the axial direction of the cylindrical portion 2 (the side on which the bifurcated portion 1 is formed).
  • the through hole 22 is located on the same center line as the bonding recess 21, and the inner diameter Db of the through hole 22 is smaller than the inner diameter Da of the bonding recess 21 (see FIG. 2A).
  • a yoke through hole 23 is formed on the outer peripheral side of the cylindrical portion 2. The yoke through hole 23 is actually perforated in a state where the yoke A and the shaft 3 are frictionally joined.
  • the shaft 3 is a solid tube or a hollow tube, and the axial end portion side to be joined to the cylindrical portion 2 is referred to as a joining side shaft end portion 31.
  • a shaft recess 32 having a shaft opening 32a is formed in the shaft end surface 31a of the joining side shaft end 31 [see FIG. 1 (C)].
  • the shaft recess 32 is a cylindrical gap, and its inner diameter is formed to be equal to (including substantially equal to) the inner diameter of the through hole 22 of the cylindrical portion 2.
  • the through hole 22 and the shaft recess 32 are continuous in the axial direction with the diameter center line being coincident.
  • a cylindrical gap is formed (see FIG. 3A).
  • a shaft through hole 33 is formed in the joining side shaft end portion 31. The shaft through hole 33 is actually drilled in a state where the yoke A and the shaft 3 are frictionally joined (see FIG. 3A).
  • the groove part 34 is formed in the joining side axial end part 31 along the circumferential direction [refer FIG.1 (C)].
  • the groove portion 34 is filled with a part of a synthetic resin coating portion 4 to be described later, and serves to allow the synthetic resin coating portion 4 to be more firmly fixed to the shaft 3.
  • a rotation transmission portion 35 such as a spline or serration may be formed in an axial region excluding the joining side shaft end portion 31 of the shaft 3 (see FIG. 1A).
  • the joining process of the yoke A and the shaft 3 will be described.
  • the joining side shaft end portion 31 of the shaft 3 is inserted into the joining recess 21 of the yoke A, and the bottom surface 21b of the joining recess 21 and the shaft end surface 31a of the joining side shaft end portion 31 are in contact with each other while being pressurized.
  • Fig. 2 (A), (See (B) Due to the heat generated by the friction at that time, the ends are melted and fused together.
  • the diameter of the joint-side shaft end portion 31 of the shaft 3 is set smaller than the inner diameter of the joint recess 21, and the clearance T is set between the joint-side shaft end portion 31 and the joint recess 21.
  • the outer diameter Dc of the joint-side shaft end 31 is set, and the dimension of the clearance T is 2t.
  • the clearance T is the sum of the gaps generated on both sides in the diameter direction of the joining-side shaft end portion 31.
  • the relationship between the inner diameter Da of the bonding recess 21, the outer diameter Dc of the bonding-side shaft end portion 31, and the dimension 2 t of the clearance T is as follows.
  • each gap dimension between the joining side shaft end portion 31 and the joining concave portion 21 is t.
  • the dimension t is set to about several millimeters (see (1) in FIGS. 2A and 2C).
  • a part of the burr b generated in the process of friction welding gradually enters the clearance T (see (2) to (3) in FIG. 2C).
  • a part of the burr generated by friction welding enters the gap T, so that the burr b is prevented from protruding from the joint portion between the yoke A and the shaft 3 and the burr b is packed in the clearance T.
  • the yoke A and the shaft 3 are joined extremely firmly.
  • the yoke passage hole 23 and the shaft passage hole 33 are drilled in the cylindrical portion 2 and the joining side shaft end portion 31. (See FIG. 3A). Specifically, the yoke through hole 23 and the shaft through hole 33 are perforated so as to coincide with the same diameter center line so as to pass through and pass through the diameter center of the cylindrical portion 2 and the joining side shaft end portion 31. .
  • Reference numeral 7 denotes a drill for drilling the yoke through hole 23 and the shaft through hole 33.
  • the mold 5 is disposed so as to cover the entire circumferential direction of the joining portion between the cylindrical portion 2 and the joining-side shaft end portion 31.
  • the mold 5 is divided into two parts, and is composed of an upper mold 51 and a lower mold 52 (see FIG. 3B), and the joint portion between the yoke A and the shaft 3 is synthesized over the entire circumferential direction. It plays the role of forming the synthetic resin coating portion 4 to be coated with resin [see FIG. 4A].
  • the upper mold 51 and the lower mold 52 are respectively formed with cavities 51a and 52a and pouring ports 51b and 52b for forming the synthetic resin coating portion 4, and the upper mold 51 and the lower mold 52 are connected to each other. It arrange
  • the core 6 is inserted from the through hole 22 of the yoke A.
  • the core 6 is formed in a cylindrical shape and includes a small-diameter shaft portion 61, a large-diameter shaft portion 62, and a step portion 63 (see FIG. 3B).
  • the step portion 63 is an annular flat surface perpendicular to the longitudinal axial direction.
  • the diameter of the large-diameter shaft portion 62 is set to be slightly smaller than the inner diameter of the through-hole 22 of the cylindrical portion 2 and the shaft recess portion 32, and can be inserted with almost no gap between them. It is preferable to set to.
  • the small diameter shaft portion 61 of the core 6 is set so as to intersect the diameter center line of the shaft through hole 33 (see FIG. 3B). A part of the large-diameter shaft portion 62 and the small-diameter shaft portion 61 enter the shaft recess 32. At this time, the distal end surface of the small-diameter shaft portion 61 is brought into contact with the bottom surface of the shaft recess 32 (see FIG. 4A).
  • the molten synthetic resin r is poured from the pouring port 51b of the upper mold 51 (or the pouring port 52b of the lower mold 52), and the synthetic resin is fed from the cavities 51a and 52a to the yoke through hole 23 and the shaft through hole 33. It flows in (see FIG. 4A).
  • the shaft recess 32 a part of the large-diameter shaft portion 62 of the core 5 and the small-diameter shaft portion 51 are located, so that the melted synthetic resin r does not enter this portion. Further, the melted synthetic resin r is also filled in the groove portion 34 formed in the joining side shaft end portion 31 of the shaft 3 (see FIG. 4A).
  • the synthetic resin covering portion 4 is filled in the covering portion 41 covering the joining portion between the cylindrical portion 2 of the yoke A and the joining side shaft end portion 31 of the shaft 3, the yoke passage hole 23, and the shaft passage hole 33.
  • the solidified joining pin-like piece 42, the fixed projection piece 43 filled in the groove 34 and solidified, and the annular fixing portion 44 are formed along the inner peripheral side surface in the shaft recess 32 [FIGS. See C)].
  • the reinforcement in the rotational direction of the yoke A and the shaft 3 is further strengthened by the joining pin-like piece 42 of the synthetic resin coating portion 4 (see FIG. 4B). Further, by filling the groove 34 of the shaft 3 with the fixed projection piece 43, the reinforcement in the axial direction of the synthetic resin coating portion 4 and the shaft 3 can be strengthened (see FIG. 4B).
  • the annular fixing portion 44 can reinforce both the axial ends of the joining pin-shaped piece 42 together with the covering portion 41. Furthermore, the hollow annular fixing portion 44 can reduce the amount of the synthetic resin [see FIG. 4C]. Further, the burr b that has entered the clearance T is wrapped and fixed in the clearance T by the synthetic resin coating portion 4, and the burr b can be prevented from scattering outside the clearance T.
  • the through-hole 22 is not formed in the cylindrical portion 2 of the yoke A only by the joint recess 21. Further, the shaft 3 is not formed with a shaft recess 32 (see FIG. 5A).
  • the joint side shaft end portion 31 of the shaft 3 is inserted into the joint recess 21 of the yoke A, and friction welding is performed in a state where the shaft end surface 31a and the bottom surface portion 21b are in contact with each other. Then, the yoke through hole 23 and the shaft through hole 33 are drilled in the cylindrical portion 2 and the joining side shaft end portion 31 in the state of friction welding.
  • the joint-side shaft end portion 31 is solid, and the shaft through-hole 33 is a through-hole penetrating in the diameter direction.
  • the upper mold 51 and the lower mold 52 of the mold 5 are arranged at the joint portion between the cylindrical portion 2 and the joint-side shaft end portion 31, and the molten synthetic resin is It is poured.
  • the core 6 is not used [see FIG. 5B].
  • the shaft 3 is a hollow shaft. Further, in the yoke A, as in the second embodiment, the cylindrical portion 2 has only the joint recess 21 and no through hole 22 is formed [see FIG. 6 (A)].
  • the shaft through-hole 33 formed in the joint-side shaft end portion 31 of the shaft 3 is configured not to penetrate to the hollow portion inside the shaft 3, and a small-diameter hole 33 a is formed on the bottom surface thereof [FIG. 6 (B)].
  • a small-diameter hole 33 a is formed on the bottom surface thereof [FIG. 6 (B)].
  • the diameters of the cylindrical portion 2 of the yoke A and the joint side shaft end portion 31 of the shaft 3 are the same (etc.) (see FIG. 7A). This same includes substantially the same (and the like). And the cylindrical part 2 and the joining side axial end part 31 are joined in the state in which each edge part is attached, and friction welding is performed.
  • the yoke through hole 23 and the shaft through hole 33 are not formed on the same straight line orthogonal to the axial direction as in the first to third embodiments, but are formed with different positions separated from each other by the drill 7 or the like. (See FIG. 7B).
  • the synthetic resin coating 4 is formed such that the cover 41 covers both the yoke through hole 23 and the shaft through hole 33.
  • an annular fixing portion 44 is formed in the joint concave portion 21 of the yoke A and the shaft concave portion 32 of the shaft 3 to further reinforce the synthetic resin coating portion 4 (see FIG. 7C).

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Abstract

【目的】ステアリング装置を構成するヨークとシャフトとを金属接合したものに対して極めて簡易な構造で、且つ極めて小形の状態で接合強度を得ることができるヨークとシャフトの接合構造及びその接合方法とすること。 【背景技術】 【構成】円筒状部を有するヨークAと、前記円筒状部2に金属接合された接合側軸端部31を有するシャフト3と、前記ヨークAの円筒状部2と前記シャフト3の接合側軸端部31との接合箇所の周方向全体を被覆する合成樹脂被覆部4とからなること。前記円筒状部2に形成されたヨーク通し孔部23と、前記シャフト3の接合側軸端部31に形成されたシャフト通し孔部33には前記合成樹脂被覆部4の一部が充填固化されること。

Description

ヨークとシャフトの接合構造及びその接合方法
 本発明は、ステアリング装置を構成するヨークとシャフトとを金属接合したものに対して極めて簡易な構造で、且つ極めて小形の状態で接合強度を得ることができるヨークとシャフトの接合構造及びその接合方法に関する。
 従来、シャフトとヨークとを溶接等の金属接合によって接合する構造が開示されている。従来技術である特許文献1(特開2003-65351)について概説する、なお、特許文献1に記載された、符号はそのまま使用する。出力軸13と出力軸ヨーク14とを摩擦溶接によって接合している〔特許文献1の図6参照〕。出力軸13は、中空円筒状の均一径の本体の内周面に、セレーション19が形成され、前記本体の一端部13aに拡径部30が一体に設けられている〔特許文献1の図(5)参照〕。拡径部30は、本体よりも肉厚に形成されている。
 この拡径部30は、円筒状に形成され、外周面30aが略平坦な円形面に形成されている。出力軸13と出力軸ヨーク14は、回転を伝達する軸及び該軸同士を連結する自在継手であり、回転トルクを確実に伝達するため、出力軸13に本体よりも肉厚な拡径部30を形成し、出力軸ヨーク14の基端部20に対する溶接面積を大きくすることで接合強度を高めている。
特開2003-65351号公報
 特許文献1の出力軸13を拡径すると、出力軸ヨーク14の基端部20も、拡開部30に合わせて径を大きく形成する必要があり、出力軸13及び出力軸ヨーク14のサイズが増大し、重量が増え、ステアリング装置全体が大型化してしまう。シャフトとヨークが大型化すると、他の部品との干渉を避ける構造とする為の考慮が必要になる等、設計の自由度が少なくなる。本発明の解決しようとする技術的課題(目的)は、摩擦接合された部材同士の接合箇所における補強を、極めて簡単な構造で且つコンパクトにまとめ、極めて簡単に製造することができるようにすることである。
 そこで、発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意,研究を重ねた結果、請求項1の発明を、円筒状部を有するヨークと、前記円筒状部に金属接合された接合側軸端部を有するシャフトと、前記ヨークの円筒状部と前記シャフトの接合側軸端部との接合箇所の周方向全体を被覆する合成樹脂被覆部とからなり、前記円筒状部に形成されたヨーク通し孔部と、前記シャフトの接合側軸端部に形成されたシャフト通し孔部には前記合成樹脂被覆部の一部が充填固化されてなる構成としてなるヨークとシャフトの接合構造としたことにより上記課題を解決した。
 請求項2の発明を、請求項1において、前記円筒状部には、円筒形状の空隙として形成された接合凹部が形成され、該接合凹部には前記シャフトの接合側軸端部が挿入され、且つ前記シャフトの接合側軸端部に形成されたシャフト通し孔部とヨーク通し孔部とは同一直径中心線に一致する構成としてなるヨークとシャフトの接合構造としたことにより上記課題を解決した。
 請求項3の発明を、請求項1において、前記円筒状部外径と、前記シャフトの接合側軸端部とは同一直径とし、突合せにて金属接合され、前記円筒状部に形成されたヨーク通し孔部と、前記シャフトの接合側軸端部に形成されたシャフト通し孔部には前記合成樹脂被覆部の一部が充填固化される構成としてなるヨークとシャフトの接合構造としたことにより上記課題を解決した。
 請求項4の発明を、請求項1,2又は3のいずれか1項の記載において、前記シャフトの接合側軸端部には周方向に沿って溝部が形成され、前記合成樹脂被覆部の一部は前記溝部に充填固化されてなるヨークとシャフトの接合構造としたことにより上記課題を解決した。
 請求項5の発明を、軸方向一端側に接合凹部が形成された円筒状部を有するヨークと、前記円筒状部の接合凹部に充填される接合側軸端部を有するシャフトとからなり、前記シャフトの接合側軸端部を前記接合凹部に挿入すると共に、前記接合側軸端部と前記接合凹部とを金属接合し、前記円筒状部と前記接合側軸端部とを一直線状に貫通する通し孔を穿孔し、金型を介して前記通し孔に樹脂を充填すると共に、前記円筒状部と前記接合側軸端部の接合箇所の周方向全体に合成樹脂被覆部を形成してなるヨークとシャフトの接合方法としたことにより上記課題を解決した。
 請求項6の発明を、請求項5において、前記円筒状部の軸方向他端側に前記接合凹部と連通すると共に該接合凹部の内径よりも小さい内径を有し且つ同一直径中心線上となる貫通孔が形成され、該接合凹部内に到達するように中子を挿入した後、金型を介して前記通し孔に樹脂を充填すると共に前記円筒状部と前記接合側軸端部の接合箇所の周方向全体に合成樹脂被覆部を形成し、前記中子を前記貫通孔より取り外してなるヨークとシャフトの接合方法としたことにより上記課題を解決した。請求項7の発明を、請求項5又は6において、前記シャフトの接合側軸端部には周方向に沿って溝部が形成され、前記合成樹脂被覆部の一部は前記溝部に充填されてなるヨークとシャフトのヨークとシャフトの接合方法としたことにより、上記課題を解決した。
 請求項1の発明では、ヨークの円筒状部とシャフトの接合側軸端部とが金属接合され、
前記円筒状部と前記接合側軸端部との接合箇所の周方向全体を被覆する合成樹脂被覆部は、前記円筒状部に形成されたヨーク通し孔部と、前記シャフトの接合側軸端部に形成されたシャフト通し孔部に前記合成樹脂被覆部の一部が充填固化されてなる構成としたことにより、ヨークとシャフトが周方向に係止され、曲げ荷重に対する強度が高められ、剛性を向上させることができる。
 また、合成樹脂被覆部によって、ヨークとシャフトの接合部の回転方向の強度が高められ、ヨーク及びシャフトの軸部の小径化を容易にでき、コンパクトで大きなトルク伝達が可能となり、且つこれらの構成を、複雑な加工をすることなく、極めて簡単な構造にて実現できる。
 請求項2の発明では、円筒状部には、接合凹部が形成され、該接合凹部には前記シャフトの接合側軸端部が挿入されることにより、ヨークとシャフトとの位置合せが簡単にでき、金属接合した状態で接合側軸端部が接合凹部によって支持され、より一層強固な接合にできる。請求項3の発明では、円筒状部と、前記シャフトの接合側軸端部とは同一直径とし、突合せにて金属接合される構造により、ヨークとシャフトの接合箇所の形状を簡単なものにできる。
 請求項4の発明では、シャフトの接合側軸端部には周方向に沿って溝部が形成され、前記合成樹脂被覆部の一部は前記溝部に充填固化される構成としたことにより、ヨークとシャフトとの軸方向における補強をより一層強固にできる。
 請求項5の発明では、円筒状部の接合凹部にシャフトの接合側軸端部を挿入し、シャフトを接合凹部内で高速回転させるので、金属接合を極めて正確且つ容易にできる。また、円筒状部と接合側軸端部にドリル等の工具にて一直線状に貫通する通し孔を極めて効率的に穿孔することができ、その後の金型を介して前記通し孔に樹脂を充填する作業を容易にできる。
 請求項6の発明では、円筒状部の軸方向他端側に前記接合凹部と連通すると共に該接合凹部の内径よりも小さい内径を有し且つ同一直径中心線上にとなる貫通孔が形成されたことにより、ヨークの軽量化を実現できる。さらに、中子を接合凹部内に挿入された接合側軸端部の軸凹部に挿入した後、金型を介して前記通し孔に樹脂を充填するものである。
 これによって、軸凹部の中子の位置には溶融した合成樹脂が入り込まず、中子を貫通孔より取り外すと、固化した合成樹脂によって環状部が構成されることになる。したがって、通し孔に充填された合成樹脂をより一層強固に補強することができるとともに溶融する合成樹脂の量も少量にして、節約することができる。
 請求項7の発明を、シャフトの接合側軸端部には周方向に沿って溝部が形成され、前記合成樹脂被覆部の一部は前記溝部に充填されることにより、ヨークとシャフトとの軸方向における補強をより一層強固にできると共に、この補強を合成樹脂被覆部を金型にて形成するときに同時に形成することができ、作業の効率を向上させることができる。
(A)は本発明の第1実施形態の一部断面にした側面図、(B)は(A)の(α)部拡大図、(C)はヨークとシャフトを分離した拡大縦断側面図である。 (A)は第1実施形態におけるヨークの接合凹部にシャフトの接合側軸端部を挿入しようとする工程を示す縦断側面図、(B)はヨークの円筒状部とシャフトの接合側軸端部とを金属接合(摩擦溶接)によって固着する工程の縦断側面図、(C)の(1)乃至(3)は(B)の(β)部において金属接合(摩擦溶接)工程で発生したバリがクリアランスへ入り込む状態を示す工程図である。 (A)は金属接合されたヨークとシャフトに通し孔を穿孔する工程を示す縦断側面図、(B)は金属接合されたヨークとシャフトに金型及び中子を装着しようとする工程を示す縦断側面図である。 (A)はヨークとシャフトに装着された金型に樹脂注湯された状態の縦断側面図、(B)は金型及び中子が取り外された状態のヨークとシャフトの縦断側面図、(C)は(B)のY1-Y1矢視断面図である。 (A)は、本発明の第2実施形態におけるヨークとシャフトを分離した状態の縦断側面図、(B)は本発明の第2実施形態の要部の縦断側面図である。 (A)本発明の第3実施形態の要部縦断側面図、(B)は(A)の(γ)部におけるシャフトの溝部付近の拡大断面図である。 (A)本発明の第4実施形態におけるヨークとシャフトの分離した縦断側面図、(B)はヨークとシャフトに通し孔が穿孔される工程の縦断側面図、(C)は第4実施形態における要部の縦断側面図である。
 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明におけるヨークとシャフトは、自動車のステアリング装置を構成するものであって、ステアリングコラムに装着され
、ステアリングホィールによる回転を伝達する中間軸部材である。本発明は主に、図1に示すように、ヨークAと、シャフト3と、合成樹脂被覆部4とから構成される。
 本発明には、複数の実施形態が存在し、まず第1実施形態から説明する。ヨークAは、金属製であり、アルミ材等が使用され、二股状部1と、円筒状部2とから構成される。二股状部1は、円筒状部2の軸方向一端側に、一体成形されたものである。具体的には、前記二股状部1は、2本の腕状片11,11から構成される。
 円筒状部2の軸方向一端側において直径方向両側端より2本の前記腕状片11,11が円筒状部2の外径よりも大きい間隔をおいて平行に配置形成される。両腕状片11,11には、それぞれ連結用貫通孔11a,11aが形成されている〔図1(B)参照〕。
 円筒状部2は、軸方向において比較的短い円筒形状に形成されている〔図1(C),図2(A)等参照〕。円筒状部2の軸方向他端側(前記二股状部1が形成されている側とは軸方向において反対側)では、開口部21aを有する接合凹部21が円筒状部2の軸方向に沿って形成されている。
 接合凹部21は、円筒形状の空隙として形成された窪みであり、後述するシャフト3の接合側軸端部31が挿入される。接合凹部21には底面部21bが形成されており、該底面部21bは、軸方向に直交する平坦面となっている。接合凹部21に挿入されたシャフト3の接合側軸端部31の端面は、底面部21bと当接し、摩擦溶接が行われる。
 さらに、円筒状部2の軸方向一端側(前記二股状部1が形成されている側)には貫通孔22が形成される。該貫通孔22は、前記接合凹部21と同一中心線上に位置しており、貫通孔22の内径Dbは、接合凹部21の内径Daよりも小さく形成されている〔図2(A)参照〕。また、円筒状部2の外周側にはヨーク通し孔23が形成される。該ヨーク通し孔23は、実際には、ヨークAとシャフト3とが摩擦接合された状態で穿孔されることになる。
 次に、シャフト3は、中実管又は中空管であり、前記円筒状部2と接合する軸方向端部側を接合側軸端部31と称する。また、接合側軸端部31の軸端面31aには、軸開口32aを有する軸凹部32が形成されている〔図1(C)参照〕。該軸凹部32は円筒形状の空隙であり、その内径は、前記円筒状部2の貫通孔22の内径に等しく形成される(略等しいも含む)。
 また、ヨークAの円筒状部2の接合凹部21に接合側軸端部31を挿入したときに、前記貫通孔22と、軸凹部32とは、直径中心線が一致しつつ軸方向に連続する円筒状空隙部を構成する〔図3(A)参照〕。接合側軸端部31には、シャフト通し孔33が形成される。該シャフト通し孔33は、実際には、ヨークAとシャフト3とが摩擦接合された状態で穿孔されることになる〔図3(A)参照〕。
 そして、接合側軸端部31には、周方向に沿って溝部34が形成される〔図1(C)参照〕。該溝部34には、後述する合成樹脂被覆部4の一部が充填され、該合成樹脂被覆部4がシャフト3に対してより一層強固に固定できるようにする役目をなすものである。また、シャフト3の接合側軸端部31を除く軸方向の領域にはスプライン或いはセレーション等の回転伝達部35が形成されることもある〔図1(A)参照〕。
 次に、ヨークAとシャフト3との接合工程について説明する。まず、ヨークAの接合凹部21にシャフト3の接合側軸端部31を挿入し、接合凹部21の底面21bと、接合側軸端部31の軸端面31aとが接触し、加圧しながら相対的に回転させる〔図2(A),
(B)参照〕。その時の摩擦によって生じた発熱によって、端部同士が溶解融合して接合される。
 前記円筒状部2の接合凹部21と、シャフト3の接合側軸端部31とが摩擦溶接される過程で、接合凹部21と接合側軸端部31との間にカール状のバリが発生する。接合後、ヨークAの円筒状部2の貫通孔21と、シャフト3の貫通孔31との内周面に切削加工が施され、内周面に発生したバリが切削加工により除去される。
 ここで、シャフト3の接合側軸端部31の直径を前記接合凹部21の内径よりも小さく設定し、接合側軸端部31と接合凹部21との間にクリアランスTが生じるように設定される。具体的には、接合凹部21の内径Daに対して、接合側軸端部31の外径Dcとし、クリアランスTの寸法を2tとする。なお、クリアランスTは、接合側軸端部31の直径方向両側に生じる隙間の合計とする。
 これによって、接合凹部21の内径Daと、接合側軸端部31の外径Dcと、クリアランスTの寸法2tとの関係は以下のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
 したがって、接合側軸端部31と接合凹部21とのそれぞれの隙間寸法はtとなる。この寸法tは、数ミリ程度に設定される〔図2(A),(C)の(1)参照〕。そして、摩
擦溶接が行われる過程で発生するバリbの一部は、クリアランスTに次第に入り込む〔図2(C)の(2)乃至(3)参照〕。これによって、摩擦溶接によって発生したバリの一部が隙間Tに入り込むことにより、バリbがヨークAとシャフト3との接合箇所からはみ出ることを防止し、しかもクリアランスT内にバリbが詰め込まれることとなり、ヨークAとシャフト3とが極めて強固に接合されることになる。
 ヨークAの円筒状部2と、シャフト3の接合側軸端部31との摩擦溶接が完了すると、円筒状部2と接合側軸端部31にヨーク通し孔23と、シャフト通し孔33を穿孔する〔図3(A)参照〕。具体的には、円筒状部2と接合側軸端部31の直径中心を通過して貫通するようにヨーク通し孔23とシャフト通し孔33とが同一直径中心線上に一致するように穿孔される。符号7は、ヨーク通し孔23と、シャフト通し孔33を穿孔するためのドリルである。
 次に、円筒状部2と接合側軸端部31の接合箇所の周方向全体を被覆するように、金型5を配置する。該金型5は、2つに分離され、上金型51と下金型52とからなり〔図3(B)参照〕、ヨークAとシャフト3との接合箇所を周方向全体に亘って合成樹脂にて被覆する合成樹脂被覆部4を形成する役目をなすものである〔図4(A)参照〕。
 上金型51と下金型52には、前記合成樹脂被覆部4を形成するキャビティー51a,52a及び注湯口51b,52bがそれぞれ形成されており、上金型51と下金型52とをヨークAとシャフト3の接合箇所、より具体的には円筒状部2と接合側軸端部31との接合箇所にキャビティー51a,52aが位置するように配置する〔図3(B)参照〕。
 さらに中子6がヨークAの貫通孔22から挿入される。中子6は、円筒形状に形成され、細径軸部61と太径軸部62と段差部63とから構成されている〔図3(B)参照〕。該段差部63は長手方向の軸方向に直交する環状の平坦面である。太径軸部62の直径は、円筒状部2の貫通孔22と、軸凹部32の内径よりも僅かに小さい程度とし、その両者の間には隙間がほとんど生じることなく挿入することができるように設定されることが好ましい。
 また、シャフト3の軸凹部32内において、中子6の細径軸部61は、シャフト通し孔33の直径中心線に交わるように設定される〔図3(B)参照〕。そして、太径軸部62の一部と、細径軸部61とが軸凹部32内に入り込む。このとき、細径軸部61の先端面は、軸凹部32の底面に当接される〔図4(A)参照〕。
 そして、上金型51の注湯口51b(又は下金型52の注湯口52b)から溶融した合成樹脂rが流し込まれ、キャビティー51a,52aからヨーク通し孔23及びシャフト通し孔33に合成樹脂が流れ込む〔図4(A)参照〕。そして、軸凹部32内では、中子5の太径軸部62の一部と、細径軸部51とが位置しているので、この部分には、溶融した合成樹脂rは入り込まない。また、シャフト3の接合側軸端部31に形成された溝部34にも溶融した合成樹脂rが充填する〔図4(A)参照〕。
 そして金型5に注湯された合成樹脂が固化したときに、金型5及び中子6がヨークAとシャフト3との接合箇所から取り外すことにより該接合箇所に合成樹脂被覆部4が形成される。合成樹脂被覆部4は、ヨークAの円筒状部2と、シャフト3の接合側軸端部31との接合箇所を被覆する覆い部41と、ヨーク通し孔23,シャフト通し孔33に充填されて固化した接合ピン状片42と、溝部34に充填されて固化した固定突起片43と、軸凹部32内の内周側面に沿って環状固定部44が形成される〔図4(B),(C)参照〕。
 合成樹脂被覆部4の接合ピン状片42によって、ヨークAとシャフト3との回転方向における補強をより一層強固にする〔図4(B)参照〕。また、固定突起片43がシャフト3の溝部34に充填することによって、合成樹脂被覆部4とシャフト3との軸方向における補強を強固にすることができる〔図4(B)参照〕。
また、環状固定部44は、前記接合ピン状片42の軸方向両端を覆い部41と共に補強することができる。さらに、中空の環状固定部44は、合成樹脂の量を少なくすることができる〔図4(C)参照〕。また、合成樹脂被覆部4により、前記クリアランスTに入り込んだバリbが包み込まれ、クリアランスT内にて固定されることとなり、バリbがクリアランスTの外部に飛散することを防止できる。
 次に、本発明の第2実施形態を図5に基づいて説明する。本発明の第2実施形態では、ヨークAの円筒状部2には接合凹部21のみで貫通孔22は形成されていない。また、シャフト3には軸凹部32は形成されていない〔図5(A)参照〕。
 この実施形態では、シャフト3の接合側軸端部31がヨークAの接合凹部21に挿入され、軸端面31aと底面部21bとが当接した状態で摩擦溶接が行われる。そして、摩擦溶接された状態で、円筒状部2と接合側軸端部31にヨーク通し孔23及びシャフト通し孔33が穿孔される。
 このとき、接合側軸端部31は中実であり、シャフト通し孔33は、直径方向に貫通する貫通孔となる。そして、本発明の第1実施形態と同様に金型5の上金型51と下金型52とが円筒状部2と接合側軸端部31の接合箇所に配置され、溶融した合成樹脂が注湯される。第2実施形態では、中子6は使用されない〔図5(B)参照〕。
 次に、本発明の第3実施形態を図6に基づいて説明する。本発明の第3実施形態では、シャフト3は中空軸である。また、ヨークAは、第2実施形態と同様に円筒状部2には接合凹部21のみで貫通孔22は形成されていない〔図6(A)参照〕。
 この実施形態では、シャフト3の接合側軸端部31に形成されるシャフト通し孔33は
、シャフト3の内部の中空部まで貫通しない構成であり、その底面に小径孔33aが形成される〔図6(B)参照〕。これによって、溶融した合成樹脂は、シャフト通し孔33に充填されるときに、前記小径孔33aから空気が逃がされて、充填が確実にできるものである。
 次に、本発明の第4実施形態を図7に基づいて説明する。本発明の第4実施形態では、ヨークAの円筒状部2と、シャフト3の接合側軸端部31の直径は同一(等)である〔図7(A)参照〕。この同一には、略同一同(等)も含まれる。そして、円筒状部2と接合側軸端部31とは、それぞれの端部同士が付き合わせられる状態で接合され、摩擦溶接が行われる。
 ヨーク通し孔23及びシャフト通し孔33は、第1乃至第3実施形態のように、軸方向に直交する同一直線上に形成されるものではなく、互いに離れた異なる位置にドリル7等にて形成(穿孔)される〔図7(B)参照〕。そして、合成樹脂被覆部4は、覆い部41がヨーク通し孔23及びシャフト通し孔33を共に被覆するように形成される。また、ヨークAの接合凹部21とシャフト3の軸凹部32内には、環状固定部44が形成され、合成樹脂被覆部4をより一層補強することもある〔図7(C)参照〕。
 A…ヨーク、2…円筒状部、21…接合凹部、21b…底面部、22…貫通孔、
23…ヨーク通し孔、3…シャフト、31…接合側軸端部、32…軸凹部、
33…シャフト通し孔、34…溝部、4…合成樹脂被覆部、5…金型、6…中子。

Claims (7)

  1.  円筒状部を有するヨークと、前記円筒状部に金属接合された接合側軸端部を有するシャフトと、前記ヨークの円筒状部と前記シャフトの接合側軸端部との接合箇所の周方向全体を被覆する合成樹脂被覆部とからなり、前記円筒状部に形成されたヨーク通し孔部と、前記シャフトの接合側軸端部に形成されたシャフト通し孔部には前記合成樹脂被覆部の一部が充填固化されてなる構成としてなることを特徴とするヨークとシャフトの接合構造。
  2.  請求項1において、前記円筒状部には、円筒形状の空隙として形成された接合凹部が形成され、該接合凹部には前記シャフトの接合側軸端部が挿入され、且つ前記シャフトの接合側軸端部に形成されたシャフト通し孔部とヨーク通し孔部とは同一直径中心線に一致する構成としてなることを特徴とするヨークとシャフトの接合構造。
  3.  請求項1において、前記円筒状部外径と、前記シャフトの接合側軸端部とは同一直径とし、突合せにて金属接合され、前記円筒状部に形成されたヨーク通し孔部と、前記シャフトの接合側軸端部に形成されたシャフト通し孔部には前記合成樹脂被覆部の一部が充填固化される構成としてなることを特徴とするヨークとシャフトの接合構造。
  4.  請求項1,2又は3のいずれか1項の記載において、前記シャフトの接合側軸端部には周方向に沿って溝部が形成され、前記合成樹脂被覆部の一部は前記溝部に充填固化されてなることを特徴とするヨークとシャフトの接合構造。
  5.  軸方向一端側に接合凹部が形成された円筒状部を有するヨークと、前記円筒状部の接合凹部に充填される接合側軸端部を有するシャフトとからなり、前記シャフトの接合側軸端部を前記接合凹部に挿入すると共に、前記接合側軸端部と前記接合凹部とを金属接合し、前記円筒状部と前記接合側軸端部とを一直線状に貫通する通し孔を穿孔し、金型を介して前記通し孔に樹脂を充填すると共に、前記円筒状部と前記接合側軸端部の接合箇所の周方向全体に合成樹脂被覆部を形成してなることを特徴とするヨークとシャフトの接合方法。
  6.  請求項5において、前記円筒状部の軸方向他端側に前記接合凹部と連通すると共に該接合凹部の内径よりも小さい内径を有し且つ同一直径中心線上となる貫通孔が形成され、該接合凹部内に到達するように中子を挿入した後、金型を介して前記通し孔に樹脂を充填すると共に前記円筒状部と前記接合側軸端部の接合箇所の周方向全体に合成樹脂被覆部を形成し、前記中子を前記貫通孔より取り外してなることを特徴とするヨークとシャフトの接合方法。
  7.  請求項5又は6において、前記シャフトの接合側軸端部には周方向に沿って溝部が形成され、前記合成樹脂被覆部の一部は前記溝部に充填されてなることを特徴とするヨークとシャフトのヨークとシャフトの接合方法。
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