JP2012193798A - シャフトと自在継手のヨークの結合構造および車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期にわたって、がたつきの発生に伴う不具合を防止することができるシャフトと自在継手のヨークの結合構造を提供する。
【解決手段】第１の自在継手４の第１のヨーク１２の筒状部１５は、軸方向に延びるスリット１６を有する。締め付けボルト２１によって、筒状部１５をステアリングシャフト３に締め付ける。筒状部１５の内周面１５ａに、筒状部１５の周方向Ｒ１に関してスリット１６を中央部とする雌セレーション非形成領域２３を設ける。筒状部１５の中心軸線Ｃ１を中心とする、雌セレーション非形成領域２３に対応する中心角θは、１００°〜１４０°である。
【選択図】図３

Description

本発明は、シャフトと自在継手ヨークの結合構造およびこれを用いた車両用操舵装置に関する。

一般に、車両用操舵装置では、ステアリングホイールからの回転力を、ステアリングシャフト、インターミディエイトシャフト（中間軸）等を介して、例えばラックアンドピニオン機構等の転舵機構へと伝達し、これにより転舵輪を操向するようにしている。
インターミディエイトシャフトの上端は自在継手を介してステアリングシャフトと連結され、インターミディエイトシャフトの下端は自在継手を介してピニオンシャフトと連結されている。ステアリングシャフト、インターミディエイトシャフト、ピニオンシャフト等のシャフトを、対応する自在継手のヨークに結合する構造としては、自在継手のヨークのスリット付き筒状部を貫通する締め付けボルトを締め付けることにより、筒状部にセレーション嵌合されたシャフトを締め付けて固定する構造が提案されている（特許文献１参照）。

また、筒状部にスリットを形成するときに生ずるバリを収容するスペースを形成するために、筒状部の内周において、スリットを挟んだ両側に片側４０°程度の範囲で、セレーション歯を形成しない欠歯領域を設けることが提案されている（特許文献２を参照）。

特開平９−３１０７２４号公報 特開２００３−２００２３８号公報

ところで、締め付けボルトを締め付ける前段階において、シャフトの端部と自在継手のヨークの筒状部との嵌合は、組み付け性を考慮して、すきまばめとされている。
図６に示すように、シャフト７０に嵌合しているヨーク７１の筒状部７２を、締め付けボルト７３によって締め付けたときに、筒状部７２の変位としては、スリット７４に近い領域７５が主に変形し、残りの部分は殆ど変形しない。また、筒状部７２に変位としては、スリット７４に近い領域７５において、締め付け方向７６（スリット７４の狭まる方向。締め付けボルト７３の軸方向）の変位が支配的である。

したがって、セレーションの歯の接触としては、図６のＤ部拡大図である図７に示すように、スリット７４に近い領域７５においてのみ、締め付け方向７６に概ね対向する歯面７７，７８でのみ接触していた。すなわち、少ない接触面積でセレーションの歯面が接触していた。
特許文献２に関しても、筒状部の内周を、スリットを中央部とする第１の半周部と、第１の半周部に対向する第２の半周部とした場合、第１の半周部においては、図８に示すように、欠歯領域７９を除く部分でセレーションの歯面７７，７８同士の接触が確保されるものの、第２の半周部においては、セレーションの歯面同士が接触していないか、或いは仮に接触していも、トルク伝達が可能な接触状態まで至っていない（図示せず）。

このため、接触面積が小さく、応力が高くなるため、長期の使用によって、セレーションの歯元が折損する場合があった。また、歯の接触面が摩耗（フレッティング摩耗）することにより、締め付けボルトの軸力が低下し、締結に緩みが生ずる場合がある。その場合、がたつき音による異音が発生したり、また、がたによって、操舵フィーリングが悪化したり、最悪の場合、摩耗が促進されて空転したりするおそれがある。

そこで、本発明の目的は、長期にわたって、がたつきの発生に伴う不具合を防止することができるシャフトと自在継手のヨークの結合構造を提供することである。また、本発明の目的は、長期にわたって、高品質であり低騒音と良好な操舵フィーリングを維持することができる車両用操舵装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、端部（３ａ）を有するシャフト（３）と、上記シャフトの上記端部にセレーション嵌合された筒状部（１５）を含む、自在継手のヨーク（１２）と、上記筒状部をシャフトに締め付ける締め付け軸（２１）と、を備え、上記筒状部は、軸方向に延びるスリット（１６）を有し、上記シャフトの外周面（３ｂ）および筒状部の内周面（１５ａ）の何れか一方は、上記筒状部の周方向に関して上記スリットを中央部とするセレーション非形成領域（２３；２６；２３Ａ，２３Ｂ）を有しており、上記筒状部の中心軸線（Ｃ１）を中心とする、上記セレーション非形成領域に対応する中心角（θ）は、１００°〜１４０°の範囲内の所定値である、シャフトと自在継手のヨークの結合構造（Ｐ）を提供する（請求項１）。

本発明によれば、上記シャフトの外周面および筒状部の内周面の何れか一方に、スリットを中央部とするセレーション非形成領域が、中心角１００°〜１４０°の範囲で設けられているので、締め付け軸によって筒状部を締め付けたときに、締め付け方向に略平行な方向に対向するセレーション嵌合領域において、歯面同士の接触を密にした強固なセレーション嵌合を実現することができる。

特に、上記中心角が１００°未満の場合、スリットに近い領域のみで締め付けられるため、締め付け方向に略平行な方向に対向するセレーション嵌合領域におけるセレーション嵌合力が弱くなる。また、上記中心角が１４０°を超えると、締め付け方向に略平行な方向に対向するセレーション嵌合領域でのセレーション歯の噛み合わせ数が少なくなる。そこで、上記中心角を１００°〜１４０°の範囲とすることにより、必要十分な歯数で且つ強固な嵌合力で嵌合されたセレーション嵌合部を得ることができる。

また、上記セレーション非形成領域は、上記シャフトの上記外周面に形成されており、上記セレーション非形成領域に対応する中心角は、１１０°〜１３０°の範囲内の所定値である場合がある（請求項２）。この場合、シャフトの外周面のセレーション非形成領域に対応する中心角を１１０°以上とすることで、締め付け方向に略平行な方向に対向するセレーション嵌合領域におけるセレーション嵌合力を強くすることができ、しかも、上記中心角を１３０°以下とすることで、締め付け方向に略平行な方向に対向するセレーション嵌合領域でのセレーション歯の噛み合わせ数を多くすることができる。すなわち、必要十分な歯数で且つ強固な嵌合力で嵌合されたセレーション嵌合部を得ることができる。

また、上記セレーション非形成領域を第１のセレーション非形成領域（２３Ａ）として、上記シャフトの上記外周面および上記筒状部の上記内周面の何れか一方に、上記第１のセレーション非形成領域とは対向する第２のセレーション非形成領域（２３Ｂ）が形成されている場合がある（請求項３）。この場合、例えば雌セレーション歯のブローチ加工において、切削抵抗を均一化することができるので、切削時のヨークの傾きを低減させて加工精度を向上させることができる。

また、上記セレーション非形成領域に隣接するセレーション歯（２３０；２６０）が、完全歯形をなしている場合がある（請求項４）。この場合、セレーション非形成領域に隣接するセレーション歯が、その一部を欠落した不完全な歯になることがないので、強度的に有利である。
また、本発明は、操舵部材（２）の操舵力を伝達するシャフト（３）を自在継手のヨークに結合する構造として、上記シャフトと自在継手のヨークの結合構造（Ｐ）が用いられている車両用操舵装置（１）を提供する（請求項５）。本発明によれば、長期にわたって摩耗によるガタが発生し難く、したがって、長期にわたって、高品質であり、低騒音と良好な操舵フィーリングを維持することができる。

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の第１の実施の形態に係るシャフトと自在継手のヨークの結合構造を含む車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 上記結合構造の概略側面図である。 図２のIII −III 線に沿う断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る、シャフトと自在継手のヨークの結合構造の断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る、シャフトと自在継手のヨークの結合構造の断面図である。 従来のシャフトと自在継手のヨークの結合構造の概略断面図である。 図６のＤ部拡大図である。 図７の例に欠歯領域を設けた従来例において、セレーションの歯の噛み合わせ状態を示す概略断面図である。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係るシャフトと自在継手のヨークとの結合構造Ｐが適用された車両用操舵装置１の概略構成を示す模式図である。図１を参照して、車両用操舵装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に第１の自在継手４を介して連結されたインターミディエイトシャフト５と、インターミディエイトシャフト５に第２の自在継手６を介して連結されたピニオンシャフト７と、ピニオンシャフト７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック８ａを有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラック軸８とを有している。ピニオンシャフト７およびラックシャフト８によりラックアンドピニオン機構からなる転舵機構Ａが構成されている。

ラックシャフト８は、車体に固定されるハウジング９内に、滑り軸受であるラックブッシュ５０を介して、軸方向Ｗ１に沿って直線往復動可能に支持されている。ラック軸８の両端部はハウジング９の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１０が結合されている。各タイロッド１０は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する転舵輪１１に連結されている。

操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン７ａおよびラック８ａによって、自動車の左右方向に沿ってのラックシャフト８の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１１の転舵が達成される。
ステアリングシャフト３と第１の自在継手４に関して、本実施の形態のシャフトと自在継手のヨークとの結合構造Ｐが適用されている。具体的には、図２に示すように、第１の自在継手４は、ステアリングシャフト３の端部３ａが連結される第１のヨーク１２と、インターミディエイトシャフト５の端部５ａが連結された第２のヨーク１３と、第１のヨーク１２および第２のヨーク１３を連結する十字軸１４とを備えている。ステアリングシャフト３の端部３ａの外周にはセレーションが形成されている。

図２および図３を参照して、第１のヨーク１２は、ステアリングシャフト３の端部３ａが嵌合される筒状部１５を有している。図３に示すように、筒状部１５には、軸方向に延びるスリット１６が設けられている。第１のヨーク１２は、スリット１６を挟んだ両側に一対のタブ１７，１８を有している。
各タブ１７，１８に設けられたボルト挿通孔１９，２０に、締め付け軸としての締め付けボルト２１が挿通されている。締め付けボルト２１の先端部２１ｂに係合されたナット２２と締め付けボルト２１の頭部２１ａとの間で、一対のタブ１７，１８が締め付けられ、これにより、ステアリングシャフト３の端部３ａが筒状部１５内で締め付けられている。

筒状部１５の内周面１５ａには、雌セレーションが設けられている一方、筒状部１５の周方向Ｒ１に関してスリット１６を中央部とする雌セレーション非形成領域２３（欠歯領域）が設けられている。筒状部１５の中心軸線Ｃ１を中心とする、雌セレーション非形成領域２３に対応する中心角θは、１００°〜１４０°の範囲内の所定値、例えば１００°や、例えば１２０°や、例えば１４０°に設定されている。

本実施の形態によれば、第１の自在継手４の第１のヨーク１２の筒状部１５の内周面１５ａに、スリット１６を中央部とする雌セレーション非形成領域２３を設け、その雌セレーション非形成領域２３に対応する中心角θを、１００°〜１４０°の範囲内の所定値に設定したので、締め付けボルト２１によって筒状部１５を締め付けたときに、締め付け方向Ｘ１（締め付けボルト２１の軸方向に相当）とは平行な方向Ｙ１（ないし締め付け方向Ｘ１とは略平行な方向）に対向するセレーション嵌合領域２４，２５において、歯面同士の接触を密にした強固なセレーション嵌合を実現することができる。

すなわち、中心角θが１００°未満の場合、スリット１６に近い領域のみで締め付けられるため、締め付け方向Ｘ１とは平行な方向Ｙ１（ないし締め付け方向Ｘ１とは略平行な方向）に対向するセレーション嵌合領域２４，２５におけるセレーション嵌合力が弱くなる。また、中心角θが１４０°を超えると、締め付け方向Ｘ１とは平行な方向Ｙ１（ないし締め付け方向Ｘ１とは略平行な方向）に対向するセレーション嵌合領域２４，２５でのセレーション歯の噛み合わせ数が少なくなる。そこで、中心角θを１００°〜１４０°の範囲とすることにより、必要十分な歯数で且つ強固な嵌合力で嵌合されたセレーション嵌合領域２４，２５を得ることができる。

また、上記結合構造Ｐをステアリングシャフト３と第１の自在継手４の第１のヨーク１２との結合に適用した車両用操舵装置１によれば、長期にわたって摩耗によるガタが発生し難く、したがって、長期にわたって、低騒音と良好な操舵フィーリングを維持することができる。
また、図４において、雌セレーション非形成領域２３に隣接する雌セレーション歯２３０が、完全歯形をなしていることが好ましい。雌セレーション非形成領域２３に隣接する雌セレーション歯２３０が、その一部を欠落した不完全な歯になることがないので、強度的に有利であるからである。

次いで、図４は本発明の第２の実施の形態を示している。図４を参照して、本実施の形態が、図３の実施の形態と主に異なるのは、図３の実施の形態のように第１のヨーク１２の筒状部１５の内周面１５ａに設けられた雌セレーション非形成領域２３に代えて、ステアリングシャフト３の外周面３ｂに、雄セレーション非形成領域２６を設けた点にある。 本実施の形態において、雄セレーション非形成領域２６に対応する中心角θは、１００°〜１３０°の範囲内の所定値に設定されることが好ましい。また、雄セレーション非形成領域２６に隣接する雄セレーション歯２６０が、完全歯形をなしていることが好ましい。

本実施の形態の構成要素において、図３の実施の形態と同じ構成要素には、同一の符号を付してある。
本実施の形態においても、締め付けボルト２１によって筒状部１５を締め付けたときに、締め付け方向Ｘ１（締め付けボルト２１の軸方向に相当）とは平行な方向Ｙ１（ないし締め付け方向Ｘ１とは略平行な方向）に対向するセレーション嵌合領域２４，２５において、歯面同士の接触を密にした強固なセレーション嵌合を実現することができる。

特に、ステアリングシャフト３の外周面３ｂの雄セレーション非形成領域２６に対応する中心角θを１１０°以上とすることで、締め付け方向Ｘ１に平行な方向Ｙ１（ないし締め付け方向Ｘ１に略平行な方向）に対向するセレーション嵌合領域２４，２５におけるセレーション嵌合力を強くすることができる。しかも、上記中心角θを１３０°以下とすることで、締め付け方向Ｘ１に平行な方向Ｙ１（ないし締め付け方向Ｘ１に略平行な方向）に対向するセレーション嵌合領域２４，２５でのセレーション歯の噛み合わせ数を多くすることができる。すなわち、必要十分な歯数で且つ強固な嵌合力で嵌合されたセレーション嵌合を得ることができる。

また、雄セレーション非形成領域２６に隣接する雄セレーション歯２６０が、完全歯形をなしている場合には、雄セレーション非形成領域２６に隣接する雄セレーション歯２６０が、その一部を欠落した不完全な歯になることがなく、強度的に有利である。
また、上記結合構造Ｐをステアリングシャフト３と第１の自在継手４の第１のヨーク１２との結合に適用した車両用操舵装置１によれば、長期にわたって摩耗によるガタが発生し難く、したがって、長期にわたって、低騒音と良好な操舵フィーリングを維持することができる。

なお、本実施の形態において、ステアリングシャフト３の外周面３ｂに、上記雄セレーション非形成領域２６を第１の雄セレーション非形成領域として、その第１の雄セレーション非形成領域に対して、締め付け方向Ｘ１とは直交する方向に対向する第２の雄セレーション非形成領域（図示せす）を設けるようにしてもよい。
次いで、図５は本発明の第３の実施の形態を示している。図５を参照して、本実施の形態が、図３の実施の形態と異なるのは、第１の自在継手４の第１のヨーク１２の筒状部１５の内周面１５ａにおいて、図３の実施の形態の雌セレーション非形成領域２３に相当する第１の雌セレーション非形成領域２３Ａと、その第１の雌セレーション非形成領域２３Ａに対向する第２の雌セレーション非形成領域２３Ｂを設けた点にある。

第１の雌セレーション非形成領域２３Ａと第２の雌セレーション非形成領域２３Ｂとは、締め付け方向Ｘ１とは直交する方向Ｚ１である。本実施の形態の構成要素において、図３の実施の形態と同じ構成要素には、同一の符号を付してある。
第２の雌セレーション非形成領域２３Ｂに対応する中心角θ２は、第１の雌セレーション非形成領域２３Ａに対応する中心角θと同じく、１００°〜１４０°の範囲内の所定値に設定される。第１の雌セレーション非形成領域２３Ａに対向する第２の雌セレーション非形成領域２３Ｂを設けることにより、下記の利点がある。すなわち、雌セレーション歯のブローチ加工において、切削抵抗を均一化することができるので、切削時のヨークの傾きを低減させて加工精度を向上させることができる。この観点から、中心角θ２の値は、中心角θの値と等しくすることが、好ましい。

本実施の形態においても、締め付けボルト２１によって筒状部１５を締め付けたときに、締め付け方向Ｘ１（締め付けボルト２１の軸方向に相当）とは平行な方向Ｙ１（ないし締め付け方向Ｘ１とは略平行な方向）に対向するセレーション嵌合領域２４，２５において、歯面同士の接触を密にした強固なセレーション嵌合を実現することができる。また、上記結合構造Ｐをステアリングシャフト３と第１の自在継手４の第１のヨーク１２との結合に適用した車両用操舵装置１によれば、長期にわたって摩耗によるガタが発生し難く、したがって、長期にわたって、低騒音と良好な操舵フィーリングを維持することができる。

上記各実施の形態では、ステアリングシャフト３と第１の自在継手４の第１のヨーク１２との結合構造に、本発明の結合構造Ｐを適用したが、本発明は、操舵力を伝達するシャフトとしてのステアリングシャフト３、インターミディエイトシャフト５およびピニオンシャフト７の何れかを、対応する自在継手４，６の対応するヨークに結合する構造に適用することができる。その他、本発明の請求項記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…ステアリングシャフト、４…第１の自在継手、５…インターミディエイトシャフト、６…第２の自在継手、７…ピニオンシャフト、８…ラックシャフト、Ａ…転舵機構、Ｐ…（シャフトと自在継手のヨークの）結合構造、１２…第１のヨーク、１３…第２のヨーク、１４…十字軸、１５…筒状部、１５ａ…（筒状部の）内周面、１６…スリット、１７，１８…タブ、１９，２０…ボルト挿通孔、２１…締め付けボルト（締め付け軸）、２３…雌セレーション非形成領域、２３０…雌セレーション歯（セレーション非形成領域に隣接するセレーション歯）、２３Ａ…第１の雌セレーション非形成領域、２３Ｂ…第２の雌セレーション非形成領域、２４，２５…（締め付け方向とは平行な方向に対向する）セレーション嵌合領域、２６…雄セレーション非形成領域、２６０…雄セレーション歯（セレーション非形成領域に隣接するセレーション歯）、Ｘ１…締め付け方向、Ｙ１…締め付け方向とは平行な方向、Ｚ１…締め付け方向とは直交する方向、θ，θ２…中心角

Claims (5)

1. 端部を有するシャフトと、
   上記シャフトの上記端部にセレーション嵌合された筒状部を含む、自在継手のヨークと、
   上記筒状部をシャフトに締め付ける締め付け軸と、を備え、
   上記筒状部は、軸方向に延びるスリットを有し、
   上記シャフトの外周面および筒状部の内周面の何れか一方は、上記筒状部の周方向に関して上記スリットを中央部とするセレーション非形成領域を有しており、上記筒状部の中心軸線を中心とする、上記セレーション非形成領域に対応する中心角は、１００°〜１４０°の範囲内の所定値である、シャフトと自在継手のヨークの結合構造。
2. 請求項１において、上記セレーション非形成領域は、上記シャフトの上記外周面に形成されており、
   上記セレーション非形成領域に対応する中心角は、１１０°〜１３０°の範囲内の所定値である、シャフトと自在継手のヨークの結合構造。
3. 請求項１または２において、上記セレーション非形成領域を第１のセレーション非形成領域として、上記シャフトの上記外周面および上記筒状部の上記内周面の何れか一方に、上記第１のセレーション非形成領域とは対向する第２のセレーション非形成領域が形成されている、シャフトと自在継手のヨークの結合構造。
4. 請求項１から３の何れか１項において、上記セレーション非形成領域に隣接するセレーション歯が、完全歯形をなしている、シャフトと自在継手のヨークの結合構造。
5. 操舵部材の操舵力を伝達するシャフトを自在継手のヨークに結合する構造として、請求項１から４の何れか１項に記載のシャフトと自在継手のヨークの結合構造が用いられている車両用操舵装置。

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