WO2019049882A1

WO2019049882A1 - トルク伝達軸

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Publication number: WO2019049882A1
Application number: PCT/JP2018/032838
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Inventors: 誠一森山; 圭佑中尾
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2018-09-05
Publication date: 2019-03-14
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Abstract

トルク伝達軸に接続される軸の振れ回りを抑えることができるトルク伝達軸の構造を実現する。トルク伝達軸２２は、一体に形成され、かつ、軸方向一端部に備えられたヨーク部２５と、軸方向他端部の内周面に備えられた雌セレーション３２とを有する、シャフト２３と、シャフト２３とは別体で、シャフト２３の軸方向他端部を縮径させるためのクランプ２４とを備え、シャフト２３とクランプ２４とが溶接固定されている。

Description

トルク伝達軸

　本発明は、自動車用のステアリング装置などに組み込まれるトルク伝達軸に関する。

　図２１は、特開２０１７－２５９６４号公報に記載され、従来から知られた自動車用のステアリング装置を示している。ステアリング装置は、ステアリングホイール１と、ステアリングシャフト２と、ステアリングコラム３と、１対の自在継手４ａ、４ｂと、中間シャフト５と、ステアリングギヤユニット６と、および、１対のタイロッド７とを備える。

　ステアリングホイール１は、ステアリングコラム３の内側に回転自在に支持されたステアリングシャフト２の後端部に取り付けられている。ステアリングシャフト２の前端部は、１対の自在継手４ａ、４ｂおよび中間シャフト５を介して、ステアリングギヤユニット６のピニオン軸８に接続されている。そして、ピニオン軸８の回転を図示しないラックの直線運動に変換することで、１対のタイロッド７を押し引きし、操舵輪にステアリングホイール１の操作量に応じた舵角が付与される。なお、前後方向とは、ステアリング装置が組み付けられる車体の前後方向をいう。

　自在継手４ａ、４ｂは、互いに同一直線上に存在しない回転軸である、ステアリングシャフト２と中間シャフト５との間、並びに、中間シャフト５とピニオン軸８との間を、互いにトルク伝達可能に接続するものである。自在継手４ａ、４ｂとしては、特開２０１１－２２０３９８号公報などに記載されている、１対のヨークと十字軸とを備えた十字軸式の自在継手が使用されている。

特開２０１７－２５９６４号公報特開２０１１－２２０３９８号公報

　ところで、大型の自動車に搭載されるステアリング装置では、ステアリングシャフトからステアリングギヤユニットまでの距離が長くなる。このため、自在継手を構成するヨークに対して、ステアリングシャフトやピニオン軸などの軸を直接固定せずに、エクステンションシャフト（延長軸）とも呼ばれるトルク伝達軸を介して固定することが考えられている。

　図２２（Ａ）～図２２（Ｃ）は、本発明者らが先に考えたトルク伝達軸９を示している。トルク伝達軸９は、ヨーク１０と、ステアリングシャフトやピニオン軸などの軸１１との間に配置され、ヨーク１０と軸１１との間をトルク伝達可能に接続する。また、トルク伝達軸９は、軸方向一端部の外周面に雄セレーション１２を有し、かつ、軸方向他端部の内周面に雌セレーション１３を有する。トルク伝達軸９の軸方向他端部には、トルク伝達軸９の軸方向他端部を縮径するためのクランプ部１４が一体に設けられている。具体的には、トルク伝達軸９の軸方向他端部の円周方向１箇所に不連続部１５が形成されており、不連続部１５の両側に１対のフランジ部１６が配置されている。フランジ部１６のそれぞれは、図示しない締付部材を挿入するための取付孔１７を有する。

　トルク伝達軸９の軸方向一端部は、ヨーク１０を構成する基部１８の内側に挿入され、雄セレーション１２は、基部１８の内周面に形成された雌セレーション１９とセレーション係合する。また、トルク伝達軸９と基部１８との間は、溶接ビード部２０により全周にわたって溶接固定されている。

　トルク伝達軸９の軸方向他端部の内側には、軸１１の軸方向一端部が挿入され、雌セレーション１３は、軸１１の外周面に形成された雄セレーション２１とセレーション係合する。締付部材の先端部を取付孔１７または図示しないナットに螺合することで、トルク伝達軸９の内周面により軸１１の外周面は強く締め付けられる。

　トルク伝達軸９は、冷間鍛造加工により造られる場合が多く、熱間鍛造加工により造られる場合に比べて、形状精度および寸法精度は高いが、金属材料の流動が複雑になるクランプ部１４が一体に設けられていることなどに起因して、トルク伝達軸９の軸方向両端部に設ける雄セレーション１２と雌セレーション１３との同軸度を高度に確保することが難しくなる。また、トルク伝達軸９とヨーク１０とを溶接固定しているため、熱変形などに起因して、トルク伝達軸９とヨーク１０との同軸度が低くなりやすい。このため、図２２（Ｃ）に示すように、トルク伝達軸９に接続される軸、すなわちヨーク１０を介して接続される軸１１ａまたは雌セレーション１３に接続される軸１１の振れ回りが大きくなる可能性がある。この結果、ステアリング装置の一部で、軸の振れ回りに起因した、回転方向の摺動異音、スティックスリップ振動異音などの異音を発生させる可能性がある。

　本発明は、上述のような事情に鑑みて、トルク伝達軸に接続される軸の振れ回りを抑えることを可能とする構造を有する、トルク伝達軸を提供することを目的とする。

　本発明のトルク伝達軸は、シャフトと、クランプとを備える。

　前記シャフトは、中空状で、軸方向一端部に備えられたヨーク部と、軸方向他端部に備えられ、軸方向に伸長するスリットと、前記軸方向他端部の内周面に備えられた雌セレーションと、を有する。前記ヨーク部は、該シャフトと一体である。一方、前記クランプは、前記シャフトとは別体である。

　前記クランプは、欠円筒状であり、円周方向１箇所に配置された不連続部と、該不連続部を挟んで円周方向の両側に配置され、かつ、締付部材が挿入される取付孔をそれぞれ有する１対のフランジ部と、を有する。前記クランプは、前記シャフトの前記軸方向他端部に外嵌されて、前記不連続部の幅寸法を狭めることにより、前記シャフトの前記軸方向他端部を縮径させる。

　本発明では、たとえば前記シャフトと前記クランプとが溶接固定されることにより、前記シャフトと前記クランプとが、軸方向に移動不能に固定されている。この場合、前記雌セレーションは、軸方向一端部に、軸方向一方側に向かうほど雌セレーション溝の溝深さが小さくなる不完全セレーション部を有し、前記シャフトと前記クランプとの溶接固定部を、前記不完全セレーション部の外径側に位置させることができる。

　あるいは、前記クランプに対して前記シャフトを圧入（軽圧入）することにより、前記シャフトと前記クランプとを、軸方向に移動不能に固定することができる。

　前記スリットは、軸方向一端部、すなわち奥端部に、軸方向他方側に隣接する部分に比べて大きい幅寸法を有する応力緩和部を備えることができる。前記応力緩和部は、たとえば、平面視で円形状、楕円形状、滴形状などの形状を有し、かつ、凹曲面からなる内面を有することができる。

　あるいは、前記スリットの前記軸方向一端部、すなわち奥端部は、前記雌セレーションの軸方向一端縁よりも軸方向一方側に位置することができる。この場合、前記シャフトは、前記軸方向他端部に小径筒部を有し、前記雌セレーションは、前記小径筒部の内周面にのみ設けられており、前記スリットの前記軸方向一端部、すなわち奥端部は、前記小径筒部よりも軸方向一方側に存在し、かつ、前記小径筒部よりも外径寸法および内径寸法が大きい部分に、位置することができる。さらに、前記シャフトは、前記小径筒部の軸方向一方側に隣接する部分に、軸方向一方側に向かうほど外径寸法および内径寸法が大きくなる円すい筒部を有し、前記スリットの前記軸方向一端部は、前記円すい筒部よりも軸方向一方側に位置することができる。

　前記シャフトは、前記内周面のうちで、円周方向に関して前記スリットの両側に隣接する部分に、前記雌セレーションが設けられていない欠歯部を有することができる。

　前記シャフトは、外周面のうちで、前記取付孔のそれぞれの開口部と対向する部分に、前記シャフトの中心軸に直交する方向に伸長し、かつ、その内側に前記締付部材が配置される係合凹溝を有することができる。

　前記スリットと前記不連続部との円周方向位置を互いに一致させ、かつ、前記シャフトおよび前記クランプの自由状態での前記スリットの幅寸法と前記不連続部の幅寸法とを互いに同じにすることができる。

　前記クランプは、前記シャフトよりも高い硬度を有し、かつ、前記クランプのうちで前記シャフトが挿入される挿入孔の内周面に設けられ、前記シャフトの外周面に食い込む突起部を有することができる。

　前記突起部は、前記挿入孔の内周面のうちで、前記挿入孔の直径方向に関して前記不連続部とは反対側部分に配置されることができる。

　前記シャフトの外周面と、前記クランプのうち前記シャフトが挿入される挿入孔の内周面とは、相対回転不能に非円形嵌合することができる。

　この場合、前記シャフトは、外周面の少なくとも円周方向一部と、前記挿入孔の内周面の少なくとも円周方向一部とに、平面部（直線部）を有することができる。

　前記シャフトは、外周面に、軸方向他方側を向いた段差面を有し、前記段差面に対し前記クランプを突き当てることで、前記シャフトに対する前記クランプの軸方向に関する位置決めを図ることができる。

　本発明のトルク伝達軸により、該トルク伝達軸に接続される軸の振れ回りを効果的に抑えることが可能となる。

図１は、実施の形態の第１例に係るトルク伝達軸を示す斜視図である。図２は、実施の形態の第１例に係るトルク伝達軸を示す分解斜視図である。図３は、軸方向他方側から見た、実施の形態の第１例に係るトルク伝達軸を示す端面図である。図４は、図３のＡ－Ａ断面図である。図５は、実施の形態の第１例に係るトルク伝達軸のシャフトを示す平面図である。図６は、実施の形態の第１例に係るトルク伝達軸のクランプを示す断面図である。図７は、実施の形態の第１例に係るトルク伝達軸と該トルク伝達軸に接続される軸を示す分解斜視図である。図８は、実施の形態の第１例に係るトルク伝達軸と該トルク伝達軸に接続される軸との接続状態を示す断面図である。図９は、実施の形態の第２例に係るトルク伝達軸のクランプを示す端面図である。図１０は、実施の形態の第２例に係るトルク伝達軸のクランプを示す斜視図である。図１１は、軸方向他方側から見た、実施の形態の第３例に係るトルク伝達軸を示す端面図である。図１２は、実施の形態の第３例に係るトルク伝達軸のクランプを示す斜視図である。図１３は、実施の形態の第４例に係るトルク伝達軸のシャフトを示す平面図である。図１４は、実施の形態の第５例に係るトルク伝達軸と該トルク伝達軸に接続される軸との接続状態を示す断面図である。図１５は、実施の形態の第５例に係るトルク伝達軸のシャフトを示す平面図である。図１６は、実施の形態の第５例に係るトルク伝達軸のシャフトを示す部分断面図である。図１７は、軸方向他方側から見た、実施の形態の第５例に係るトルク伝達軸のシャフトを示す端面図である。図１８は、実施の形態の第６例に係るトルク伝達軸のシャフトを示す平面図である。図１９は、実施の形態の第７例に係るトルク伝達軸と該トルク伝達軸に接続される軸との接続状態を示す断面図である。図２０は、実施の形態の第８例に係るトルク伝達軸と該トルク伝達軸に接続される軸との接続状態を示す断面図である。図２１は、従来のステアリング装置を示す部分断面側面図である。図２２（Ａ）は、本発明者らが先に考えた、トルク伝達軸によりヨークと回転軸との間を接続した構造を示す斜視図であり、図２２（Ｂ）は、図２２（Ａ）に示す構造の分解斜視図であり、図２２（Ｃ）は、図２２（Ａ）に示す構造において、トルク伝達軸に接続される軸に振れ回りが生じる状態を説明するための模式図である。

［実施の形態の第１例］
　本発明の実施の形態の第１例について、図１～図８を用いて説明する。本例のトルク伝達軸２２は、たとえば大型の自動車のステアリング装置に組み込まれて、互いに同一直線上に存在しない回転軸である、ステアリングシャフトと中間シャフトとの間、または、中間シャフトとピニオン軸との間を、トルク伝達可能に接続するために使用される。

　トルク伝達軸２２は、互いに別体に構成された、中空筒状のシャフト２３と欠円筒状（略Ｕ字状）のクランプ２４とを備える。なお、以下の説明において、軸方向とは、特に断らない限り、トルク伝達軸２２の軸方向をいう。また、軸方向に関して一端側とは、ヨーク部２５が存在する側をいい、図１、図２、図４、図５、図７および図８では、左端側である。軸方向に関して他端側とは、クランプ２４が配置される側をいい、図１、図２、図４、図５、図７および図８では、右端側である。

　シャフト２３は、炭素鋼鋳鋼材（ＳＣ材）などの素材に、鍛造加工（冷間鍛造加工または熱間鍛造加工）および切削加工などを施すことにより、全体を一体に造られている。シャフト２３は、軸方向一端部に二股状のヨーク部２５を、軸方向他端部および中間部に筒部２６を備える。

　ヨーク部２５は、十字軸式の自在継手を構成し、１対の腕部２７ａ、２７ｂを備える。腕部２７ａ、２７ｂは、筒部２６の軸方向一端縁の直径方向反対側となる２箇所位置から軸方向一方側に伸長している。腕部２７ａ、２７ｂのそれぞれは、互いに同軸の円孔２８を有する。円孔２８のそれぞれは、内側に、十字軸を構成する軸部を回転自在に支持するための、図示しない軸受カップおよびニードルが配置される。

　シャフト２３を構成する筒部２６は、全体として中空筒状であり、軸方向一方側から順に、大径筒部２９と、円すい筒部３０と、小径筒部３１とを備える。

　大径筒部２９は、段付円筒状で、大径筒部２９の軸方向他端縁は、円すい筒部３０の軸方向一端縁につながっている。大径筒部２９の外径寸法および内径寸法は、小径筒部３１の外径寸法および内径寸法よりも大きくなっている。

　円すい筒部３０は、部分円すい筒状で、円すい筒部３０の外径寸法および内径寸法は、軸方向他方側に向かうほど小さくなる。円すい筒部３０の軸方向他端縁は、小径筒部３１の軸方向一端縁につながっている。

　小径筒部３１は、円筒状で、シャフト２３の軸方向中間部から軸方向他端部までわたる範囲に配置されている。小径筒部３１の外周面は、軸方向にわたり外径寸法が変化しない円筒面状であるのに対して、小径筒部３１の内周面は、その全長にわたって雌セレーション３２を備える。小径筒部３１の内側には、図７および図８に示すように、ステアリングシャフトやピニオン軸などの軸４７の端部が挿入され、雌セレーション３２に対して、軸４７の外周面に形成された雄セレーション４８が、セレーション係合する。

　小径筒部３１は、ヨーク部２５を構成する一方の腕部２７ａと周方向位置（位相）が一致する部分に、軸方向に伸長するスリット３３を備える。スリット３３は、小径筒部３１の内周面と外周面とを連通させる。スリット３３の軸方向一端部、すなわち奥端部Ｘは、小径筒部３１の軸方向中間部に位置しており、スリット３３の軸方向他端縁部は、小径筒部３１（シャフト２３）の軸方向他端縁に開口している。スリット３３の奥端部Ｘには、軸方向他方側に隣接する部分に比べて大きい幅寸法を有し、かつ、平面視で略円形の開口形状（図５参照）の応力緩和部３４が備えられている。このように、シャフト２３の軸方向他端部にスリット３３を備えることで、シャフト２３の軸方向他端部（小径筒部３１の軸方向他半部）は縮径可能に構成される。また、スリット３３の奥端部Ｘに応力緩和部３４を備えることで、シャフト２３を縮径した際に、応力が集中しやすいスリット３３の奥端部Ｘに亀裂などの損傷が生じることが防止される。

　シャフト２３は、小径筒部３１の軸方向他端寄り部分の外周面のうちで、ヨーク部２５を構成する一方の腕部２７ａと周方向位置が一致する部分に、シャフト２３の中心軸に対し直交する方向に伸長した係合凹溝３５をさらに備える。すなわち、係合凹溝３５は、スリット３３と交差するように形成されている。係合凹溝３５とスリット３３との交差部は、スリット３３のうちで交差部の軸方向両側に隣接する部分に比べて幅寸法が大きくなった幅広部となっている。また、係合凹溝３５は、部分円筒面状に構成されており、その曲率半径はクランプ２４に形成された取付孔４０ａ（４０ｂ）の曲率半径とほぼ同じである。

　クランプ２４は、シャフト２３の軸方向他端部に外嵌されて、シャフト２３の軸方向他端部を縮径させる機能を有する。具体的には、クランプ２４は、シャフト２３の小径筒部３１の軸方向他端部に外嵌されて、小径筒部３１の軸方向他半部を縮径させる。クランプ２４は、シャフト２３を構成する材料よりも硬度の高い、機械構造用炭素鋼であるＳ３５Ｃなどの素材に熱間鍛造加工もしくは切削加工などを施すことにより、あるいは、機械構造用炭素鋼であるＳ１０ＣやＳ１５Ｃなどの素材に加工硬化を生じる冷間鍛造加工を施すことにより造られている。

　クランプ２４は、全体が欠円筒状（略Ｕ字状）であり、半円筒状の基部３６と、基部３６の円周方向両端部に配置されたそれぞれが略矩形板状の１対のフランジ部３７と、１対のフランジ部３７同士の間部分に位置する円周方向１箇所に設けられた不連続部３８とを有している。換言すれば、不連続部３８を挟んだ両側に、１対のフランジ部３７が配置されている。シャフト２３の軸方向他端部にクランプ２４を固定した状態で、不連続部３８とシャフト２３のスリット３３との周方向位置は互いに一致している。本例では、クランプ２４の自由状態での不連続部３８の幅寸法と、シャフト２３（小径筒部３１）の自由状態でのスリット３３の幅寸法とは、互いに同じになっている。また、１対のフランジ部３７の厚さ寸法は、互いに同じになっている。

　クランプ２４は、シャフト２３の小径筒部３１を挿入するための挿入孔３９を有している。挿入孔３９は、基部３６の内周面と１対のフランジ部３７の径方向内側面とにより構成された欠円筒面を有する。挿入孔３９の内径寸法は、クランプ２４の自由状態で、小径筒部３１の自由状態での外径寸法と同じかこれよりも僅かに大きい。

　１対のフランジ部３７は、互いに整合する部分に、同軸の取付孔４０ａ、４０ｂをそれぞれ備える。取付孔４０ａ、４０ｂのそれぞれは、挿入孔３９の中心軸に対し捩れの位置に形成されており、挿入孔３９に開口している。また、１対の取付孔４０ａ、４０ｂのうち、一方の取付孔４０ａは通孔で、他方の取付孔４０ｂはねじ孔である。シャフト２３の軸方向他端部にクランプ２４を固定した状態で、１対の取付孔４０ａ、４０ｂのうちの挿入孔３９に開口している部分にそれぞれ対向する位置に、係合凹溝３５が位置する。

　本例では、シャフト２３の軸方向他端部にクランプ２４を溶接固定する以前の状態で、締付部材である締付ボルト４９は、１対の取付孔４０ａ、４０ｂの内側に挿入され、かつ、係合凹溝３５の内側に配置される。具体的には、締付ボルト４９の基端寄り部分は、通孔である一方の取付孔４０ａの内側に挿入されて、かつ、締付ボルト４９の中間部は、係合凹溝３５の内側に配置される。この状態で、締付ボルト４９の先端部は、ねじ孔である他方の取付孔４０ｂに少しだけ、すなわち小径筒部３１を縮経させない程度に螺合している。このような構成とすることにより、係合凹溝３５と、クランプ２４に対して両端部が支持された締付ボルト４９とｇ、キー係合するため、シャフト２３とクランプ２４との軸方向に関する位置決めを図ることができる。また、シャフト２３とクランプ２４とが相対回転することを防止できる。

　本例では、シャフト２３とクランプ２４とは、溶接固定されている。具体的には、クランプ２４の挿入孔３９の軸方向一方側の開口縁とシャフト２３の外周面との間部分のうち、シャフト２３の直径方向に関してスリット３３とは反対側の円周方向１箇所に、点付け溶接により溶接部４１を形成することにより、シャフト２３とクランプ２４とは、溶接固定されている。本例では、シャフト２３の直径方向に関してスリット３３とは反対側部分に、溶接部４１を形成しているため、溶接部４１を設けたことに起因して、クランプ時の１対のフランジ部３７の撓み量に影響を与える（撓み量のバランスが悪くなる）ことを防止できる。

　上述のような構成を有するトルク伝達軸２２を製造するには、まず、クランプ２４の挿入孔３９の内側に、シャフト２３の軸方向他端部を、軸方向一方側から挿入する。この際、シャフト２３とクランプ２４との周方向に関する位置決め（位相合わせ）を行うために、クランプ２４の不連続部３８とシャフト２３のスリット３３との周方向位置を互いに一致させ、かつ、不連続部３８およびスリット３３の内側に、たとえば板状の位相合わせ部材を挿入する。次いで、１対の取付孔４０ａ、４０ｂと係合凹溝３５との軸方向位置が一致するまで、シャフト２３とクランプ２４とを軸方向に相対移動させる。次いで、１対の取付孔４０ａ、４０ｂと係合凹溝３５の内側に、締付ボルト４９を配置することで、シャフト２３とクランプ２４との軸方向に関する位置決めを図ると同時に、シャフト２３とクランプ２４との相対回転を防止する。最後に、シャフト２３とクランプ２４とを溶接固定する。

　トルク伝達軸２２の使用状態では、トルク伝達軸２２の軸方向一端部に配置されたヨーク部２５は、図示しない別のヨークおよび十字軸と組み合わされる。これにより、トルク伝達軸２２は、別のヨークを備えた中間シャフトなどの軸にトルク伝達可能に接続する。これに対して、小径筒部３１の内側に、ステアリングシャフトやピニオン軸などの軸４７が挿入され、軸４７の外周面に形成された雄セレーション４８が、小径筒部３１の内周面に形成された雌セレーション３２にセレーション係合する。これにより、トルク伝達軸２２と軸４７との相対回転は防止される。また、軸４７の先端部外周面に雄セレーション４８を周方向に横切るよう配置された環状凹溝５０の内側に、係合凹溝３５とスリット３３との交差部である幅広部を通じて締付ボルト４９の中間部が進入して、環状凹溝５０と締付ボルト４９とをキー係合させる。これにより、軸４７とトルク伝達軸２２とが軸方向に相対移動することが防止される。さらに、締付ボルト４９の他方の取付孔４０ｂに対する螺合量を増やすことにより、不連続部３８の幅寸法は小さくなり、小径筒部３１が縮径するため、小径筒部３１の内周面により軸４７の外周面は強く締め付けられる。これにより、トルク伝達軸２２とステアリングシャフトやピニオン軸などの軸４７とは、トルク伝達可能に結合している。

　本例のトルク伝達軸２２によれば、トルク伝達軸２２に接続される軸の振れ回りを抑えることができる。すなわち、本例のトルク伝達軸２２では、クランプ２４は、シャフト２３と一体ではなく、シャフト２３に対して溶接固定されている。このため、シャフト２３の軸方向両端部に配置されるヨーク部２５と雌セレーション３２との同軸度が、高く確保されている。さらに、シャフト２３とヨーク部２５とは、別体として溶接固定されているのではなく、一体に形成されている。このため、溶接時の熱変形の影響を受けずに済み、シャフト２３（筒部２６）に対するヨーク部２５の同軸度は、高く確保されている。したがって、ヨーク部２５に接続される軸および雌セレーション３２に接続される軸４７の振れ回りを抑えることができる。この結果、ステアリング装置の一部で、軸の振れ回りに起因した異音（回転方向の摺動異音、スティックスリップ振動異音など）が発生することが防止される。また、シャフト２３は、中空状であるため、トルク伝達軸２２全体としての軽量化も図られている。

［実施の形態の第２例］
　本発明の実施の形態の第２例について、図９および図１０を用いて説明する。本例では、クランプ２４ａは、挿入孔３９の内周面の一部に、径方向内方に向けて突出した突起部４２を有している。突起部４２は、シャフト２３（図１参照）の軸方向他端部にクランプ２４ａを溶接固定する以前の状態で、シャフト２３に対してクランプ２４ａが相対回転することを防止する機能を有する。

　突起部４２は、略三角形の断面形状を有し、挿入孔３９の内周面のうち、挿入孔３９の直径方向に関して不連続部３８とは反対側部分に配置されている。また、突起部４２は、挿入孔３９の軸方向全幅にわたって伸長している。

　本例では、クランプ２４ａの挿入孔３９の内側に、シャフト２３の軸方向他端部を挿入（圧入）する以前に、シャフト２３とクランプ２４ａとの周方向に関する位置決めを行っておく。そして、挿入孔３９の内側にシャフト２３の軸方向他端部を挿入する際に、シャフト２３の外周面に突起部４２の少なくとも先端部を食い込ませる。これにより、シャフト２３とクランプ２４ａとが、溶接固定する以前の状態で相対回転することが防止される。本例では、不連続部３８とは反対側部分に突起部４２が配置されているため、挿入孔３９の内側にシャフト２３の軸方向他端部を挿入する際に、突起部４２の存在に起因して、クランプ２４ａが拡径することが防止される。このため、突起部４２をシャフト２３の外周面に効果的に食い込ませることができる。シャフト２３とクランプ２４ａとが溶接固定されている点を含め、その他の構成および作用効果については、実施の形態の第１例と同じである。

［実施の形態の第３例］
　本発明の実施の形態の第３例について、図１１および図１２を用いて説明する。本例では、シャフト２３ａの軸方向他端部にクランプ２４ｂを溶接固定する以前の状態で、シャフト２３ａに対してクランプ２４ｂが相対回転することを防止するために、シャフト２３ａの外周面とクランプ２４ｂの挿入孔３９ａの内周面とは、非円形嵌合する。

　シャフト２３ａは、軸方向他端部の外周面のうち、シャフト２３の直径方向に関してスリット３３とは反対側部分に、平坦面状のシャフト側平面部４３を有している。したがって、シャフト２３ａの軸方向他端部の外周面の輪郭形状は、円弧部と直線部とから構成される略Ｄ字状となっている。クランプ２４ｂは、挿入孔３９ａの内周面のうち、挿入孔３９ａの直径方向に関して不連続部３８とは反対側部分に、平坦面状のクランプ側平面部４４を有している。したがって、クランプ２４ｂの挿入孔３９ａの内周面の輪郭形状も、円弧部と直線部とから構成される略Ｄ字状となっている。

　本例では、クランプ２４ｂの挿入孔３９ａの内側に、シャフト２３ａの軸方向他端部を挿入する際に、平坦面状のシャフト側平面部４３と平坦面状のクランプ側平面部４４とが面接触する。これにより、シャフト２３ａの外周面とクランプ２４ｂの挿入孔３９ａの内周面とが非円形嵌合して、シャフト２３ａとクランプ２４ｂとが相対回転することが防止される。シャフト２３ａとクランプ２４ｂとが溶接固定されている点を含め、その他の構成および作用効果については、実施の形態の第１例と同じである。

［実施の形態の第４例］
　本発明の実施の形態の第４例について、図１３を用いて説明する。本例では、シャフト２３ｂは、外周面の軸方向他端寄り部分（小径筒部３１の外周面の軸方向中間部）に、軸方向他方側を向いた略円輪状（Ｃ字状）の段差面４５を有する。具体的には、小径筒部３１の軸方向他端部に、軸方向一方側に隣接する部分よりも外径寸法が小さい嵌合筒部４６が備えられており、段差面４５は、嵌合筒部４６の軸方向一端部に配置される。本例では、嵌合筒部４６は、小径筒部３１の軸方向他端部の外周面に切削加工を施すことにより形成されている。クランプ２４（図１参照）を嵌合筒部４６に外嵌する際に、クランプ２４の軸方向一方側の端面を段差面４５に突き当てことにより、シャフト２３ｂに対するクランプ２４の軸方向に関する位置決めが図られる。シャフト２３ｂとクランプ２４とが溶接固定されている点を含め、その他の構成および作用効果については、実施の形態の第１例と同じである。

［実施の形態の第５例］
　実施の形態の第５例について、図１４～図１７を用いて説明する。本例では、シャフト２３ｃの筒部２６ａは、軸方向一方側から順に、大径筒部２９ａと、大径側円すい筒部５１と、中径筒部５２と、小径側円すい筒部５３と、小径筒部３１ａとから構成されている。

　大径筒部２９ａは、筒部２６ａの軸方向一端部に配置されている。大径筒部２９ａの軸方向他端縁は、大径側円すい筒部５１の軸方向一端縁につながっている。また、大径筒部２９ａの外径寸法および内径寸法は、大径筒部２９ａの軸方向他方側に存在する、筒部２６ａを構成するその他の部分の外径寸法および内径寸法よりも大きい。すなわち、大径筒部２９ａは、筒部２６ａの中で最も大きい外径寸法および内径寸法を有する。

　大径側円すい筒部５１は、外径寸法および内径寸法が、軸方向他方側に向かうほど小さくなる部分円すい筒状を有している、大径側円すい筒部５１の軸方向他端縁は、中径筒部５２の軸方向一端縁につながっている。

　中径筒部５２は、筒部２６ａの軸方向中間部に配置されている。中径筒部５２の外径寸法および内径寸法は、軸方向にわたり一定である。また、中径筒部５２の軸方向他端縁は、小径側円すい筒部５３の軸方向一端縁につながっている。

　小径側円すい筒部５３は、外径寸法および内径寸法が、軸方向他方側に向かうほど小さくなる部分円すい筒状を有している。小径側円すい筒部５３の軸方向他端縁は、小径筒部３１ａの軸方向一端縁につながっている。

　小径筒部３１ａは、筒部２６ａの軸方向他端部に配置されており、略円筒状である。小径筒部３１ａは、筒部２６ａの軸方向他端部に絞り加工を施すことにより形成される。小径筒部３１ａの外径寸法および内径寸法は、小径筒部３１ａの軸方向一方側に存在する、筒部２６ａを構成するその他の部分の外径寸法および内径寸法よりも小さくなっている。すなわち、小径筒部３１ａは、筒部２６ａの中で最も小さい外径寸法および内径寸法を有する。

　小径筒部３１ａの外周面の軸方向中間部には、軸方向他方側を向いた略円輪状（Ｃ字状）の段差面４５が備えられている。このため、本例では、クランプ２４を段差面４５に対し突き当てることで、シャフト２３ｃに対するクランプ２４の軸方向に関する位置決めが図られる。したがって、シャフト２３ｃとクランプ２４とを溶接固定する際に、締付ボルト４９を係合凹溝３５の内側に配置する必要はない。本例では、実施の形態の第１例の構造と同様に、クランプ２４の挿入孔３９の軸方向一方側の開口縁とシャフト２３ｃの外周面との間部分のうち、シャフト２３ｃの直径方向に関してスリット３３とは反対側の円周方向１箇所に、点付け溶接により溶接部４１を形成することにより、シャフト２３ｃとクランプ２４とが溶接固定されている。

　小径筒部３１ａの内周面には、小径筒部３１ａの全長にわたって伸長する雌セレーション３２ａが備えられている。本例では、筒部２６ａの内周面のうちで、小径筒部３１ａの内周面にのみ、雌セレーション３２ａが設けられている。雌セレーション３２ａは、軸方向一端部に、軸方向一方側に向かうほど雌セレーション３２ａを構成する雌セレーション溝の溝深さ（内径寸法）が小さくなる不完全セレーション部５５を有する。小径筒部３１ａの内側には、図１４に示すように、ステアリングシャフトやピニオン軸などの軸４７の端部が挿入され、軸４７の外周面に形成された雄セレーション４８が、雌セレーション３２ａに対してセレーション係合する。ただし、雌セレーション３２ａのうち、不完全セレーション部５５は、雄セレーション４８とは円滑に係合しない構造を有する。本例では、段差面４５が、小径筒部３１ａの外周面の軸方向中間部に配置されているため、クランプ２４を段差面４５に対し突き当てることで、シャフト２３ｃに対するクランプ２４の軸方向に関する位置決めを図った状態において、不完全セレーション部５５は、クランプ２４の軸方向一端面よりも軸方向一方側に位置する。さらに、溶接部４１は、軸方向に関して、不完全セレーション部５５と、軸４７の軸方向一端面との間に存在している。このため、雌セレーション３２ａのうち、軸４７の雄セレーション４８とセレーション係合する部分が、溶接により熱変形することが防止されて、クランプ２４と軸４７とを円滑に結合することができる。

　本例では、上述のような筒部２６ａの軸方向中間部から軸方向他端部に位置する、中径筒部５２から小径筒部３１ａにわたる範囲に、軸方向に伸長したスリット３３ａが設けられている。スリット３３ａの軸方向一端部である奥端部Ｘは、小径筒部３１ａよりも軸方向一方側に存在する中径筒部５２の軸方向他端部に位置しており、スリット３３ａの軸方向他端縁部は、小径筒部３１ａ（シャフト２３ｃ）の軸方向他端縁に開口している。スリット３３ａのうち、奥端部Ｘの軸方向他方側に隣接する部分である軸方向一方側部分は、小径側円すい筒部５３に位置している。このため、筒部２６ａのうち、スリット３３ａの奥端部Ｘが位置する部分の内周面には、雌セレーション３２ａは設けられていない。したがって、スリット３３ａの奥端部Ｘは、雌セレーション３２ａの軸方向一端縁よりも軸方向一方側に位置している。

　本例では、スリット３３ａの奥端部Ｘには、応力緩和部３４（図１など参照）は設けられておらず、スリット３３ａの円周方向に関する幅寸法は全長にわたり一定である。このようなスリット３３ａは、カッターなどの回転切削工具を用いた切削加工により形成される。このため、スリット３３ａの奥端部Ｘ（軸方向一端縁）の断面形状は、図１６に示すように、部分円弧状になっている。ただし、スリット３３ａの奥端部Ｘに、軸方向他方側に隣接する部分に比べて大きい幅寸法を有する応力緩和部３４を設けることもできる。また、ヨーク部２５を構成する１対の腕部２７ａ、２７ｂとは位相が９０度ずれた位置に、スリット３３ａが配置されている。

　本例では、小径筒部３１ａの内周面のうち、円周方向に関してスリット３３ａの両側に隣接する部分に、雌セレーション３２ａが形成されていない欠歯部５４が設けられている。すなわち、欠歯部５４は、雌セレーション３２ａの谷部の内接円径とほぼ同じ内径寸法を有する、部分円筒面を有する。

　本例では、スリット３３ａの奥端部Ｘが、小径筒部３１ａよりも外径寸法および内径寸法の大きい中径筒部５２に位置するため、シャフト２３ｃの軸方向他端部を縮径した際にスリット３３ａの奥端部Ｘに発生する応力を、奥端部を小径筒部３１ａに位置させる場合に比べて小さくできる。さらに、スリット３３ａの奥端部Ｘよりも軸方向一方側には、雌セレーション３２ａが存在しないため、スリット３３ａの奥端部Ｘと雌セレーション３２ａの谷部とが軸方向に連続した状態になる（奥端部Ｘのうちで雌セレーション３２ａの谷部との交点が薄肉になる）ことが防止される。このため、スリット３３ａの奥端部Ｘの応力集中を緩和することができる。しかも、本例では、スリット３３ａの奥端部Ｘに応力緩和部を形成するための加工を省略できるため、スリット３３ａの加工コストが抑えられる。さらに、スリット３３ａの奥端部に、バリ取り加工を施す必要がないため、この面からも加工コストが抑えられる。

　本例では、小径筒部３１ａの内周面のうちで、円周方向に関してスリット３３ａの両側に位置する部分に欠歯部５４を設けているため、シャフト２３ｃの軸方向他端部を縮径した際に、軸４７の外周面に形成された雄セレーション４８が局部当たりすることが防止される。このため、スリット３３ａの周方向両側に雌セレーションを形成した場合に問題になる可能性のある、過大な応力集中に起因したセレーション歯の割れや欠けの発生が防止される。

　本例のシャフト２３ｃでは、筒部２６ａは、小径筒部３１ａと中径筒部５２と大径筒部２９ａからなる３段構造を有している。このため、シャフト２３ｃを、金属材料に鍛造加工を施すことにより造る作業を、実施の形態の第１例のような、筒部２６を小径筒部３１および大径筒部２９を有する２段構造としたシャフト２３を鍛造加工により造る場合と比較して容易化することができる。

　本例のシャフト２３ｃでは、筒部２６が３段構造を有し、かつ、雌セレーション３２ａは、小径筒部３１ａの内周面にのみ設けられている。このため、本例のシャフト２３ｃは、実施の形態の第１例のような、筒部２６が２段構造を有し、かつ、筒部２６のうちの小径筒部３１の内周面に軸方向にわたって雌セレーション３２が設けられているシャフト２３と比較して、雌セレーション３２ａの軸方向長さを短くすることができる。したがって、本例のシャフト２３ｃでは、雌セレーション３２ａをブローチ加工やプレス加工などにより形成する際の加工コストが、実施の形態の第１例におけるシャフト２３よりも抑えられる。その他の構成および作用効果については、実施の形態の第１例と同じである。

［実施の形態の第６例］
　本発明の実施の形態の第６例について、図１８を用いて説明する。本例では、シャフト２３ｄの筒部２６ｂは、小径筒部３１ｂと大径筒部２９ｂとを、円すい筒部３０ａにより接続した２段構造を有している。だたし、本例のシャフト２３ｄにおいては、小径筒部３１ｂの軸方向長さを、実施の形態の第１例におけるシャフト２３の小径筒部３１の軸方向長さよりも短くしている。換言すれば、シャフト２３ｄは、円すい筒部３０ａの軸方向位置を、実施の形態の第１例のシャフト２３における円すい筒部３０の軸方向位置よりも軸方向他方側としている。これにより、小径筒部３１ｂの内周面に形成された雌セレーション３２ｂの軸方向長さを、実施の形態の第１例における雌セレーション３２の軸方向長さよりも短くして、雌セレーション３２ｂを形成する際の加工コストを抑えている。

　なお、本例のシャフト２３ｄでは、スリット３３ａの軸方向一端部である奥端部Ｘは、大径筒部２９ｂの軸方向他端部に位置している。換言すれば、スリット３３ａのうち、奥端部Ｘの軸方向他方側に隣接する部分である軸方向一方側部分は、円すい筒部３０ａに位置している。また、小径筒部３１ｂの外周面の軸方向中間部には、軸方向他方側を向いた略円輪状の段差面４５が存在する。その他の構成および作用効果については、実施の形態の第１例および第５例と同様である。

［実施の形態の第７例］
　本発明の実施の形態の第７例について、図１９を用いて説明する。本例では、段差面４５ａの軸方向位置を、実施の形態の第５例の構造よりも軸方向一方側に位置させている。したがって、嵌合筒部４６ａの軸方向長さは、実施の形態の第５例の嵌合筒部４６の軸方向長さよりも長くなっている。本例では、段差面４５ａの軸方向位置は、雌セレーション３２ａの軸方向一端部に配置された不完全セレーション部５５の軸方向位置と一致している。すなわち、段差面４５ａは、不完全セレーション部５５の径方向外方に位置する。

　クランプ２４ｃを嵌合筒部４６ａに外嵌する際には、段差面４５ａにクランプ２４ｃの軸方向一方側の端面を突き当てることにより、シャフト２３ｅに対するクランプ２４ｃの軸方向に関する位置決めが図られる。本例では、嵌合筒部４６ａの軸方向長さを、実施の形態の第５例の嵌合筒部４６の軸方向長さよりも長くしたことに合わせて、クランプ２４ｃの軸方向長さも、実施の形態の第５例におけるクランプ２４の軸方向長さよりも長くなっている。

　本例においても、実施の形態の第１例の構造と同様に、クランプ２４ａの挿入孔３９の軸方向一方側の開口縁とシャフト２３ｅの外周面との間部分のうち、シャフト２３ｅの直径方向に関してスリット３３とは反対側の円周方向１箇所に、点付け溶接により溶接部４１を形成することにより、シャフト２３ｅとクランプ２４ｃとが溶接固定されている。本例では、段差面４５が、不完全セレーション部５５の径方向外方に位置しているので、溶接部４１の軸方向位置は、不完全セレーション部５５の軸方向位置と一致する。すなわち、溶接部４１は、不完全セレーション部５５の径方向外方に位置する。

　本例では、溶接部４１が、軸４７の雄セレーション４８とセレーション係合することのない不完全セレーション部５５の径方向外方に位置するため、雌セレーション３２ａのうち、軸４７の雄セレーション４８とセレーション係合する部分が、溶接により熱変形することが防止され、クランプ２４ｃと軸４７とが円滑に結合される。また、嵌合筒部４６ａの軸方向長さが、実施の形態の第５例の嵌合筒部４６の軸方向長さよりも長くなっているため、シャフト２３ｅとクランプ２４ｃとの嵌合長さが十分に確保され、嵌合強度を安定させることができる。その他の構成および作用効果については、実施の形態の第１例および第５例と同じである。

［実施の形態の第８例］
　本発明の実施の形態の第８例について、図２０を用いて説明する。本例のシャフト２３ｆは、実施の形態の第１例のシャフト２３と同様に、スリット３３の奥端部Ｘに応力緩和部３４を有する。また、シャフト２３ｆは、実施の形態の第５例のシャフト２３ｃト同様に、小径筒部３１の内周面のうち、円周方向に関してスリット３３の両側に位置する部分に欠歯部５４を備えている。これにより、シャフト２３ｆの軸方向他端部を縮径した際に、軸４７の外周面に形成された雄セレーション４８が局部当たりすることが防止される。シャフト２３ｅとクランプ２４とが溶接固定されている点を含め、その他の構成および作用効果については、実施の形態の第１例および第５例と同じである。

　本発明を実施する場合に、シャフトに設けられるスリットの円周方向位置は、実施の形態の各例で示した位置に限定されない。スリットの数も、１つに限らず、複数のスリットを設けることもできる。スリットの奥端部に形成する応力緩和部の形状も、実施の形態の各例で示した形状に限定されず、楕円形状や滴形状などの任意の形状を採用することもできる。クランプに設ける１対の取付孔をそれぞれ通孔とし、ナットと組み合わせて使用することもできる。シャフトとクランプとの固定構造について、溶接固定に代替して、クランプに対してシャフトを圧入（軽圧入）することにより、シャフトとクランプとを、軸方向に移動不能に固定することもできる。さらに、本発明を実施する場合に、実施の形態の各例の構造を、適宜組み合わせて実施することができる。たとえば、シャフトとクランプとの相対回転を防止できる実施の形態の第２例または第３例の構造と、シャフトに対するクランプの軸方向の位置決めを図れる実施の形態の第４例の構造とを同時に実施することができる。

　　１　　ステアリングホイール
　　２　　ステアリングシャフト
　　３　　ステアリングコラム
　　４ａ、４ｂ　自在継手
　　５　　中間シャフト
　　６　　ステアリングギヤユニット
　　７　　タイロッド
　　８　　ピニオン軸
　　９　　トルク伝達軸
　１０　　ヨーク
　１１、１１ａ　軸
　１２　　雄セレーション
　１３　　雌セレーション
　１４　　クランプ部
　１５　　不連続部
　１６　　フランジ部
　１７　　取付孔
　１８　　基部
　１９　　雌セレーション
　２０　　溶接ビード部
　２１　　雄セレーション
　２２　　トルク伝達軸
　２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ　シャフト
　２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ　クランプ
　２５　　ヨーク部
　２６、２６ａ、２６ｂ　筒部
　２７ａ、２７ｂ　腕部
　２８　　円孔
　２９、２９ａ、２９ｂ　大径筒部
　３０、３０ａ　円すい筒部
　３１、３１ａ、３１ｂ　小径筒部
　３２、３２ａ、３２ｂ　雌セレーション
　３３、３３ａ　スリット
　３４　　応力緩和部
　３５　　係合凹溝
　３６　　基部
　３７　　フランジ部
　３８　　不連続部
　３９、３９ａ　挿入孔
　４０ａ、４０ｂ　取付孔
　４１　　溶接部
　４２　　突起部
　４３　　シャフト側平面部
　４４　　クランプ側平面部
　４５　　段差面
　４６　　嵌合筒部
　４７　　軸
　４８　　雄セレーション
　４９　　締付ボルト
　５０　　環状凹溝
　５１　　大径側円すい筒部
　５２　　中径筒部
　５３　　小径側円すい筒部
　５４　　欠歯部
　５５　　不完全セレーション部
　Ｘ　　　奥端部

Claims

　軸方向一端部に備えられたヨーク部と、軸方向他端部に備えられ、軸方向に伸長するスリットと、前記軸方向他端部の内周面に備えられた雌セレーションとを有する、中空状のシャフトと、
　円周方向１箇所に配置された不連続部と、該不連続部を挟んで円周方向の両側に配置され、かつ、締付部材が挿入される取付孔をそれぞれ有する１対のフランジ部とを有する、欠円筒状のクランプと、
を備え、
　前記クランプは、前記シャフトの前記軸方向他端部に外嵌されて、前記不連続部の幅寸法を狭めることにより、前記シャフトの前記軸方向他端部を縮径させる、
トルク伝達軸。
　前記シャフトと前記クランプとが、軸方向に移動不能に固定されている、請求項１に記載したトルク伝達軸。
　前記シャフトと前記クランプとが、溶接固定されている、請求項２に記載したトルク伝達軸。
　前記雌セレーションは、軸方向一端部に、軸方向一方側に向かうほど雌セレーション溝の溝深さが小さくなる不完全セレーション部を有し、前記シャフトと前記クランプとの溶接固定部が、前記不完全セレーション部の外径側に位置する、請求項３に記載したトルク伝達軸。
　前記スリットは、軸方向一端部に、軸方向他方側に隣接する部分の幅寸法に比べて大きい幅寸法を有する応力緩和部を備える、請求項１～４のうちのいずれか１項に記載したトルク伝達軸。
　前記スリットの前記軸方向一端部が、前記雌セレーションの軸方向一端縁よりも軸方向一方側に位置している、請求項１～４のうちのいずれか１項に記載したトルク伝達軸。
　前記シャフトは、前記軸方向他端部に小径筒部を有し、前記雌セレーションは、前記小径筒部の内周面にのみ設けられており、前記スリットの前記軸方向一端部は、前記小径筒部よりも軸方向一方側に存在し、かつ、前記小径筒部よりも外径寸法および内径寸法が大きい部分に位置している、請求項６に記載したトルク伝達軸。
　前記シャフトは、前記小径筒部の軸方向一方側に隣接する部分に、軸方向一方側に向かうほど外径寸法および内径寸法が大きくなる円すい筒部を有し、前記スリットの前記軸方向一端部は、前記円すい筒部よりも軸方向一方側に存在している、請求項７に記載したトルク伝達軸。
　前記シャフトは、内周面のうちで、円周方向に関して前記スリットの両側に隣接する部分に、前記雌セレーションが設けられていない欠歯部を有する、請求項１～８のうちのいずれか１項に記載したトルク伝達軸。
　前記シャフトは、外周面のうちで、前記取付孔の開口部と対向する部分に、前記シャフトの中心軸に直交する方向に伸長し、かつ、その内側に前記締付部材が配置される係合凹溝を有する、請求項１～９のうちのいずれか１項に記載したトルク伝達軸。
　前記スリットと前記不連続部との周方向位置が互いに一致しており、かつ、前記シャフトおよび前記クランプの自由状態での前記スリットの幅寸法と前記不連続部の幅寸法とが互いに同じである、請求項１～１０のうちのいずれか１項に記載したトルク伝達軸。
　前記クランプが、前記シャフトよりも高い硬度を有し、かつ、前記クランプのうちで前記シャフトが挿入される挿入孔の内周面に設けられ、前記シャフトの外周面に食い込む突起部を有する、請求項１～１１のうちのいずれか１項に記載したトルク伝達軸。
　前記シャフトの外周面と、前記クランプのうちで前記シャフトが挿入される挿入孔の内周面とが、相対回転不能に非円形嵌合している、請求項１～１１のうちのいずれか１項に記載したトルク伝達軸。
　前記シャフトは、外周面に、軸方向他方側を向いた段差面を有し、前記段差面に対し前記クランプを突き当てることで、前記シャフトに対する前記クランプの軸方向に関する位置決めが図られている、請求項１～１３のうちのいずれか１項に記載したトルク伝達軸。