JP7115009B2 - インターミディエイトシャフト - Google Patents

Description

本発明は、インターミディエイトシャフトに関する。

一般的に、自動車では、ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトと、ステアリングギヤシャフトとしての例えばピニオン軸とが、インターミディエイトシャフトを介して連結されている。インターミディエイトシャフトのスリーブとシャフトとは、例えばボール溝及びボールを備えた伸縮軸（例えば特許文献１参照）を採用することにより、伸縮自在となっている。

また、スリーブの他端部には、ピニオン軸に連結された自在継手の一部をなすヨークが直接接合されていたり、ヨークとの間に介在するチューブが直接接合されている。

特開２０１０－５３９４３号公報

インターミディエイトシャフトにおいては、ヨークまたはチューブなどの連結部材とスリーブとの接合が劣化するおそれがある。当該接合の劣化は、連結部材とスリーブとの位置ズレの一因となる。

本発明は、スリーブと連結部材との接合を長期的に安定して維持することができるインターミディエイトシャフトを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るインターミディエイトシャフトは、軸方向に沿ったボール溝を内周面に有するスリーブと、スリーブの一端部に対して接合された連結部材と、スリーブの一端部と連結部材との少なくとも一方をカシメることで形成されたカシメ部とを備え、カシメ部は、前記ボール溝に対して周方向で異なる位置に配置されている。

本発明に係るインターミディエイトシャフトによれば、スリーブと連結部材との接合を長期的に安定して維持することができる。

実施の形態に係るインターミディエイトシャフトの使用形態の一例を示す模式図である。 実施の形態に係るインターミディエイトシャフトの概略構成を示す斜視図である。 実施の形態に係るインターミディエイトシャフトに備わる外軸とチューブとを分解して示す斜視図である。 実施の形態に係るチューブの他端部の形状を示す平面図である。 実施の形態に係る外軸の一端部の断面図である。 実施の形態に係る外軸の一端部の形状を示す平面図である。 実施の形態に係るチューブの他端部と外軸の一端部との組付け直後の状態を示す断面図である。 図７におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ切断線を含む切断面を見た断面図である。 図７におけるＩＸ－ＩＸ切断線を含む切断面を見た断面図である。 図１０は、実施の形態に係るチューブの他端部と外軸の一端部とのカシメ後の状態を示す断面図である。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。

図１は、実施の形態に係るインターミディエイトシャフト１００の使用形態の一例を示す模式図である。図１に示すように、インターミディエイトシャフト１００は、自動車のステアリング装置１０に設けられている。具体的には、ステアリング装置１０は、一端にステアリングホイール１１が連結されたステアリングシャフト１２と、ピニオン軸１３及びラック軸１４を含むラックアンドピニオン機構からなり転舵輪１５を転舵する転舵機構１６と、ステアリングシャフト１２とピニオン軸１３との間に介在して操舵トルクを伝達するインターミディエイトシャフト１００とを備えている。

インターミディエイトシャフト１００の一方の端部が、第一自在継手１７を介してステアリングシャフト１２と連結されている。インターミディエイトシャフト１００の他方の端部が、第二自在継手１８を介してピニオン軸１３と連結されている。

ステアリングホイール１１が操作されてステアリングシャフト１２が回転されると、その回転がインターミディエイトシャフト１００を介してピニオン軸１３及びラック軸１４に伝達される。これにより、転舵機構１６は転舵輪１５を転舵させる。

次に、本実施の形態に係るインターミディエイトシャフト１００について詳細に説明する。図２は、実施の形態に係るインターミディエイトシャフト１００の概略構成を示す斜視図である。図３は、実施の形態に係るインターミディエイトシャフト１００に備わる外軸１４０とチューブ１６０とを分解して示す斜視図である。なお、図２以降の図において、Ｘ軸方向をインターミディエイトシャフト１００の軸方向とした直交座標系とする。つまり、互いに直交するＹ軸方向及びＺ軸方向も、Ｘ軸方向に直交している。以下の説明では、Ｘ軸方向マイナス側の端部を一端部と称し、Ｘ軸方向プラス側の端部を他端部と称す。

図２に示すようにインターミディエイトシャフト１００は、伸縮自在な中間シャフト１１０と、中間シャフト１１０の他端部に設けられた第一自在継手１７と、中間シャフト１１０の一端部に設けられた第二自在継手１８とを備えている。中間シャフト１１０は、外軸１４０と、内軸１５０と、チューブ１６０とを備えている。

図２及び図３に示すように外軸１４０は、内軸１５０とチューブ１６０との間に配置され、内軸１５０とチューブ１６０とを連結するスリーブの一例である。

外軸１４０は、円筒状の軸体であり、貫通孔１４１を有している。外軸１４０の他端部には、内軸１５０がＸ軸方向プラス側から挿入されている。外軸１４０の内周面には、Ｘ軸方向に延びる一対のボール溝１４２が形成されている（図６参照）。ボール溝１４２の内周面は、Ｘ軸方向視において凹曲面となっている。一対のボール溝１４２は、Ｚ軸方向で対向している。

内軸１５０は軸体であり、その他端部には第一自在継手１７が設けられている。第一自在継手１７は、内軸１５０に結合された第一ヨーク１７１と、ステアリングシャフト１２に結合された第二ヨーク１７２と、第一ヨーク１７１と第二ヨーク１７２とを連結する十字軸１７３とを含む。十字軸１７３の各軸部は、図示しない軸受を介して、第一ヨーク１７１と第二ヨーク１７２のそれぞれのアームに回転自在に支持されている。

内軸１５０の外周面には、Ｘ軸方向に延びる一対のボール溝１５１が形成されている（図６参照）。ボール溝１５１の内周面は、Ｘ軸方向視において凹曲面となっている。一対のボール溝１５１はＺ軸方向で対向している。つまり、外軸１４０に内軸１５０が挿入されて組み付けられた状態では、互いのボール溝１４２、１５１同士がＺ軸方向で対向している。互いのボール溝１４２、１５１がなす空間は、Ｘ軸方向視で略円形状である。この空間内には、Ｘ軸方向に配列された複数のボールＢが配置されている。この複数のボールＢがボール溝１４２、１５１内を摺動するので、内軸１５０と外軸１４０とがスムーズにＸ軸方向に伸縮することができる。外軸１４０及び内軸１５０には、ボールＢの抜けを規制する構造が設けられている。具体的には、外軸１４０の他端部には、蓋体１４７が取り付けられている。この蓋体１４７には、内軸１５０の摺動を許容するための貫通孔１４８が形成されているとともに、ボールＢの抜けを規制する壁部１４９が形成されている。また、内軸１５０の一端部には、ボールＢの抜けを規制するストッパ部材（図示省略）が設けられている。

チューブ１６０は、外軸１４０の一端部に対して接合された連結部材の一例である。チューブ１６０は、円筒状の軸体であり、貫通孔１６２を有している。チューブ１６０の一端部には第二自在継手１８が設けられている。第二自在継手１８は、チューブ１６０に結合された第一ヨーク１８１と、ピニオン軸１３に結合された第二ヨーク１８２と、第一ヨーク１８１と第二ヨーク１８２とを連結する十字軸１８３とを含む。十字軸１８３の各軸部は、図示しない軸受を介して、第一ヨーク１８１と第二ヨーク１８２のそれぞれのアームに回転自在に支持されている。

チューブ１６０の他端部は、外軸１４０の一端部に対して接合されている。以降、チューブ１６０と外軸１４０との接合構造について説明する。具体的には、チューブ１６０の他端部に設けられた凸部１６１と、外軸１４０の一端部に設けられた嵌合部１４４とが嵌合し溶接されることで、チューブ１６０と外軸１４０とが接合されている。

まず、チューブ１６０の他端部について詳細に説明する。図４は、実施の形態に係るチューブ１６０の他端部の形状を示す平面図である。図３及び図４に示すように、チューブ１６０の他端部には、台座部１６３と、凸部１６１とを備えている。

台座部１６３は、チューブ１６０の外周面よりも外径が小さい円環状の部位であり、その先端面で凸部１６１を支持している。Ｘ軸方向視において、チューブ１６０の外周面がなす円形と、台座部１６３の外周面がなす円形とは同心円となっている。このため、チューブ１６０の外周面と、台座部１６３の外周面とは全周にわたって均等な段差部１６４が形成されている。

凸部１６１は、Ｘ軸方向視においてＹ軸方向に長尺に形成されている。具体的には、凸部１６１は、Ｙ軸方向に長尺な長円環状に形成されている。凸部１６１における一対の長辺部１６１ａは、貫通孔１６２を挟んでＺ軸方向に並んでいる。凸部１６１における一対の短辺部１６１ｂは、貫通孔１６２を挟んでＹ軸方向に並んでいる。凸部１６１における一対の短辺部１６１ｂのそれぞれには、その外周面に凹部１６５が形成されている。一対の凹部１６５は、貫通孔１６２を挟んでＸ軸方向に並んでいる。つまり、一対の凹部１６５は、周方向に均等に配置されている。また、凸部１６１は、Ｘ軸方向視において台座部１６３内に収まっている。

次に、外軸１４０の一端部について詳細に説明する。図５は、実施の形態に係る外軸１４０の一端部の断面図である。図６は、実施の形態に係る外軸１４０の一端部の形状を示す平面図である。なお、図５は、図６におけるＶ－Ｖ切断線を含む切断面を見た断面図である。また、図６においては、内軸１５０の外形を破線で示し、ボールＢの外形を二点鎖線で示している。

図５及び図６に示すように、外軸１４０の一端部には、ガイド部１４３と、嵌合部１４４とが設けられている。ガイド部１４３は、組立時にチューブ１６０の台座部１６３を所定位置までガイドする部位である。具体的には、ガイド部１４３は円環状に形成されており、その内周面上で台座部１６３を摺動させてガイドする。ガイド部１４３の先端面には、チューブ１６０の段差部１６４が当接するので、凸部１６１のそれ以上の進入が規制される。

嵌合部１４４は、チューブ１６０の凸部１６１が嵌合する部位である。嵌合部１４４は、ガイド部１４３よりもＸ軸方向プラス側に配置された部位である。嵌合部１４４は、チューブ１６０の他端部まで連続して設けられているが、凸部１６１が嵌合する部分は先端側の一部のみである。

嵌合部１４４は、環状に形成されており、その内周面がＹ軸方向に長尺な略長円状に形成されている。嵌合部１４４における一対の長辺部１４４ａは、貫通孔１４１を挟んでＺ軸方向に並んでいる。嵌合部１４４における一対の短辺部１４４ｂは、貫通孔１４１を挟んでＹ軸方向に並んでいる。短辺部１４４ｂは、ガイド部１４３と同じ肉厚である。一方、長辺部１４４ａは、ガイド部１４３よりも厚肉に形成されている。一対の長辺部１４４ａのそれぞれに対してボール溝１４２が形成されている。また、一対の長辺部１４４ａのそれぞれには、ボール溝１４２を周方向で挟むように配置されて、凸部１６１に当接する一対の平面部１４６が形成されている。

次に、チューブ１６０と外軸１４０との組立方法について説明する。ここでは、作業者がチューブ１６０と外軸１４０とを組み立てる場合を例示するが、組立装置によってチューブ１６０と外軸１４０とを自動で組み立ててもよい。その場合においても、同様の手順でチューブ１６０と外軸１４０とが組み立てられる。

まず、作業者は、チューブ１６０の他端部を外軸１４０の一端部に対して組み付ける。具体的には、作業者は、チューブ１６０の凸部１６１及び台座部１６３を、外軸１４０の一端部側から貫通孔１４１に挿入する。これにより、ガイド部１４３の先端面がチューブ１６０の段差部１６４に当接するまで、台座部１６３がガイド部１４３の内周面上を摺動するとともに、凸部１６１が嵌合部１４４に嵌合する。

図７は、実施の形態に係るチューブ１６０の他端部と外軸１４０の一端部との組付け直後の状態を示す断面図である。図８は、図７におけるＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ切断線を含む切断面を見た断面図である。図９は、図７におけるＩＸ－ＩＸ切断線を含む切断面を見た断面図である。図７は、図８及び図９のＶＩＩ－ＶＩＩ切断線を含む切断面を見た断面図であり、チューブ１６０の凸部１６１と、外軸１４０の嵌合部１４４との嵌合状態を示している。

図７～図９に示すように、凸部１６１の一対の長辺部１６１ａはそれぞれ嵌合部１４４の一対の長辺部１４４ａに対して当接しており、凸部１６１の一対の短辺部１６１ｂはそれぞれ嵌合部１４４の一対の短辺部１４４ｂに対して当接している。具体的には、凸部１６１の一対の長辺部１４４ａは、嵌合部１４４の平面部１４６に対して面接触している。このため、例えばチューブ１６０が回転したとしても空回りすることなく、外軸１４０も回転することになる。

また、嵌合直後においては、凸部１６１の短辺部１６１ｂには凹部１６５があるために、凸部１６１の短辺部１６１ｂと嵌合部１４４の短辺部１４４ｂとの間に隙間が形成されている。一対の凹部１６５は、外軸１４０の一対のボール溝１４２に対して周方向に異なる位置に配置されている。具体的には、一対の凸部１６１の並び方向（本実施の形態ではＹ軸方向）は、一対のボール溝１４２の並び方向（本実施の形態ではＺ軸方向）に対して直交する方向となっている。

次に、作業者は、外軸１４０の一端部をカシメることで、外軸１４０をチューブ１６０に接合する。図１０は、実施の形態に係るチューブ１６０の他端部と外軸１４０の一端部とのカシメ後の状態を示す断面図である。図１０は図９に対応する図である。

具体的には、作業者は、外軸１４０における凹部１６５に対向する部分をカシメることで、カシメ部２００を形成する。本実施の形態では、一対の凹部１６５のそれぞれに対してカシメ部２００が設けられるので、カシメ部２００は２つとなる。このため、２つのカシメ部２００はＹ軸方向に配列されている。つまり、２つのカシメ部２００は、周方向に均等に配置されている。また、カシメ部２００は、カシメによって塑性変形して凹部１６５に嵌まり込み、カシメ後において他の部分から凹んだ形状となる。このように凹部１６５にカシメ部２００が嵌まり込んでいるので、外軸１４０とチューブ１６０とを強固に接合することができる。

カシメ工程では、治具などを使用して複数のカシメ部２００を同時に形成してもよいし、外軸１４０及びチューブ１６０を回転させながら一つずつカシメ部２００を形成してもよい。

次いで、作業者は、外軸１４０の一端部と、チューブ１６０の他端部とを溶接することで、チューブ１６０と外軸１４０との組み立てを完了する。

以上のように、本実施の形態に係るインターミディエイトシャフト１００は、Ｘ軸方向（軸方向）に沿ったボール溝１４２を内周面に有する外軸１４０（スリーブ）と、外軸１４０の一端部に対して接合されたチューブ１６０（連結部材）と、外軸１４０の一端部とチューブ１６０との少なくとも一方をカシメることで形成されたカシメ部２００とを備え、カシメ部２００は、ボール溝１４２に対して周方向で異なる位置に配置されている。

これによれば、外軸１４０の一端部とチューブ１６０との少なくとも一方をカシメることで形成されたカシメ部２００が設けられているので、例えば溶接が破損して溶接による接合が解除されたとしても、カシメ部２００による接合を維持することができる。つまり、二重の接合構造が採用されているので、外軸１４０とチューブ１６０との接合を長期的に安定して維持することができる。

また、カシメ部２００がボール溝１４２に対して周方向で異なる位置に配置されているので、カシメによる外軸１４０のボール溝１４２の変形を抑制することができる。したがって、内軸１５０と外軸１４０との伸縮を安定化することができる。

また、第一ヨーク１８１と外軸１４０との間にチューブ１６０が設けられているので、このチューブ１６０によって中間シャフト１１０を長尺化することが可能である。長さの異なるチューブ１６０を選択して用いれば、中間シャフト１１０を任意の長さにすることも可能である。

また、外軸１４０の一端部にはＸ軸方向に突出した凸部１６１が設けられていて、チューブ１６０には凸部１６１が嵌合する嵌合部１４４が設けられていて、凸部１６１及び嵌合部１４４は、Ｘ軸方向視において非円形である。

これによれば、凸部１６１及び嵌合部１４４がＸ軸方向視において非円形であるので、万が一、溶接による接合とカシメ部２００による接合の両方が解除されたとしても、凸部１６１及び嵌合部１４４の一方が他方に対して空回りしない。これにより、万が一の場合においても、外軸１４０とチューブ１６０とを同時に回転させることができる。

また、嵌合部１４４は外軸１４０の一端部に設けられていて、凸部１６１はチューブ１６０に設けられていて、凸部１６１及び嵌合部１４４は、Ｘ軸方向視において長尺に形成されており、ボール溝１４２は、嵌合部１４４における一対の長辺部１４４ａのそれぞれに設けられていて、カシメ部２００は、嵌合部１４４における一対の短辺部１４４ｂのそれぞれに設けられている。

これによれば、嵌合部１４４における一対の短辺部１４４ｂのそれぞれにカシメ部２００が設けられているので、２つのカシメ部２００を対向配置することができる。したがって、外軸１４０を挟持するように圧縮することで２つのカシメ部２００を形成することができるので、締結力を高めることが可能である。

また、嵌合部１４４における長辺部１４４ａは、短辺部１４４ｂよりも厚肉な部分である。この長辺部１４４ａに対してボール溝１４２が設けられているので、ボール溝１４２を容易に形成することができる。また、カシメによるボール溝１４２の変形もより抑制することができる。

また、嵌合部１４４における長辺部１４４ａには、ボール溝１４２を挟むように配置されて、凸部１６１に当接する一対の平面部１４６が形成されている。

これによれば、嵌合部１４４の一対の平面部１４６が凸部１６１に対して当接し、面接触しているので、外軸１４０及びチューブ１６０の一方の回転を他方に対してスムーズに伝達することができる。

また、外軸１４０の一端部とチューブ１６０とは溶接されている。

これによれば、外軸１４０の一端部とチューブ１６０とが溶接されているので、外軸１４０とチューブ１６０とを強固に接合することができる。

また、カシメ部２００は、複数設けられていて、周方向に均等に配置されている。

これによれば、複数のカシメ部２００が周方向に均等に配置されているので、外軸１４０とチューブ１６０とのそれぞれの軸心がカシメによって位置ズレすることを抑制することができる。

以上、本発明に係るインターミディエイトシャフトについて、上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記の実施の形態では、外軸１４０の一端部に接合される連結部材の一例としてチューブ１６０を例示した。しかし、連結部材は、外軸１４０の一端部に接合される部材であればチューブ１６０に限定されない。連結部材のその他の例としては、自在継手を構成するヨークなどが挙げられる。

また、上記実施の形態では、インターミディエイトシャフト１００の他端部側の第一自在継手１７にステアリングシャフト１２が連結され、一端部側の第二自在継手１８にピニオン軸１３が連結されている場合を例示した。しかし、インターミディエイトシャフト１００の第一自在継手１７にピニオン軸１３が連結されて、第二自在継手１８にステアリングシャフト１２が連結されていてもよい。

上記実施の形態では、凸部１６１及び嵌合部１４４が長尺な形状である場合を例示した。しかしながら、凸部１６１及び嵌合部１４４は非円形であればよい。凸部１６１及び嵌合部１４４が非円形であるので、凸部１６１及び嵌合部１４４の一方が他方に対して空回りすることを防止できる。凸部１６１及び嵌合部１４４のその他の形状としては、例えば、多角形状、一部が切り欠かれた略円形状などが挙げられる。また、空回りを規制できるのであれば、凸部１６１及び嵌合部１４４が互いに異なる形状であってもよい。

また、上記実施の形態では、溶接による接合と、カシメ部２００による接合とが採用されたインターミディエイトシャフト１００を例示した。しかしながら、溶接以外の接合方法を採用することも可能である。溶接以外の接合方法には、圧入、接着等が挙げられる。

上記実施の形態では、カシメ部２００が２つ設けられている場合を例示した。しかしながら、カシメ部は一つ以上であればよい。また、カシメ部２００が複数設けられている場合においては、周方向に均等に配置されているのが望ましいが、周方向に不均等に配置されていてもよい。この場合には、複数のカシメ部２００を形成する際の、各カシメ部２００に対する締結力の合力を外軸１４０の軸心に位置合わせしておけば、外軸１４０とチューブ１６０とのそれぞれの軸心がカシメによって位置ズレすることを抑制することができる。

また、上記実施の形態では、チューブ１６０の一端部に凸部１６１が設けられていて、外軸１４０に嵌合部１４４が設けられている場合を例示した。しかしながら、外軸の一端部に凸部が設けられていて、チューブに嵌合部が設けられていてもよい。この場合、チューブが外軸の外方に配置されるので、チューブに対してカシメ部が形成されることになる。

その他、実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

本発明は、ボール溝を有するインターミディエイトシャフトに適用可能である。

１０ ステアリング装置、１１ ステアリングホイール、１２ ステアリングシャフト、１３ ピニオン軸、１４ ラック軸、１５ 転舵輪、１６ 転舵機構、１７ 第一自在継手、１８ 第二自在継手、１００ インターミディエイトシャフト、１１０ 中間シャフト、１４０ 外軸（スリーブ）、１４１、１４８、１６２ 貫通孔、１４２、１５１ ボール溝、１４３ ガイド部、１４４ 嵌合部、１４４ａ、１６１ａ 長辺部、１４４ｂ、１６１ｂ 短辺部、１４６ 平面部、１４７ 蓋体、１４９ 壁部、１５０ 内軸、１６０ チューブ（連結部材）、１６１ 凸部、１６３ 台座部、１６４ 段差部、１６５ 凹部、１７１、１８１ 第一ヨーク、１７２、１８２ 第二ヨーク、１７３、１８３ 十字軸、２００ カシメ部、Ｂ ボール

Claims (6)

1. 軸方向に沿ったボール溝を内周面に有するスリーブと、
   前記スリーブの一端部に対して接合された連結部材と、
   前記スリーブの一端部と前記連結部材との少なくとも一方をカシメることで形成されたカシメ部とを備え、
   前記カシメ部は、前記ボール溝に対して周方向で異なる位置に配置されている
   インターミディエイトシャフト。
2. 前記スリーブの一端部と前記連結部材との一方には、軸方向に突出した凸部が設けられていて、前記スリーブの一端部と前記連結部材との他方には、前記凸部が嵌合する嵌合部が設けられていて、
   前記凸部及び前記嵌合部は、前記軸方向視において非円形である
   請求項１に記載のインターミディエイトシャフト。
3. 前記嵌合部は、前記スリーブの一端部に設けられていて、
   前記凸部は、前記連結部材に設けられていて、
   前記凸部及び前記嵌合部は、前記軸方向視において長尺に形成されており、
   前記ボール溝は、前記嵌合部における一対の長辺部のそれぞれに設けられていて、
   前記カシメ部は、前記嵌合部における一対の短辺部のそれぞれに設けられている
   請求項２に記載のインターミディエイトシャフト。
4. 前記嵌合部における前記長辺部には、前記ボール溝を挟むように配置されて、前記凸部に当接する一対の平面部が形成されている
   請求項３に記載のインターミディエイトシャフト。
5. 前記スリーブの一端部と、前記連結部材とは溶接されている
   請求項１～４のいずれか一項に記載のインターミディエイトシャフト。
6. 前記カシメ部は、複数設けられていて、前記周方向に均等に配置されている
   請求項１～５のいずれか一項に記載のインターミディエイトシャフト。

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