特許 6120046 シャフトとヨークの締結構造におけるセレーションの角度ピッチ設定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6120046

(24)【登録日】2017年4月7日

(45)【発行日】2017年4月26日

(54)【発明の名称】シャフトとヨークの締結構造におけるセレーションの角度ピッチ設定方法

(51)【国際特許分類】

   F16D 1/08 20060101AFI20170417BHJP

   F16D 1/06 20060101ALI20170417BHJP

   B62D 1/20 20060101ALI20170417BHJP

【ＦＩ】

   F16D1/08

   F16D1/06 110

   F16D1/06 210

   B62D1/20

【請求項の数】1

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-225498(P2012-225498)

(22)【出願日】2012年10月10日

(65)【公開番号】特開2014-77492(P2014-77492A)

(43)【公開日】2014年5月1日

【審査請求日】2015年9月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】100087701

【弁理士】

【氏名又は名称】稲岡 耕作

(74)【代理人】

【識別番号】100101328

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 実夫

(72)【発明者】

【氏名】小林 正典

(72)【発明者】

【氏名】根津 俊洋

(72)【発明者】

【氏名】山脇 傑

【審査官】 佐々木 訓

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／１０２２１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−０３０４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０４０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６９５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１００１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１８８３４１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｄ １／０６

Ｆ１６Ｄ １／０８

Ｂ６２Ｄ １／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

雄セレーションが形成された外周を有するシャフトと、
前記雄セレーションに噛み合う雌セレーションが形成された内周を有し、軸方向に延びるスリットを形成して前記シャフトに嵌合した筒状部を含むヨークと、
前記スリットに交差して前記筒状部を前記シャフトに締め付ける締付軸と、を備えるシャフトとヨークの締結構造におけるセレーションの角度ピッチ設定方法であって、
前記雄セレーションの角度ピッチをθ１とし、前記雌セレーションの非締結時角度ピッチをθ２とし、前記雄セレーションのピッチ円直径をＤ１とし、非締結時から締結時への雌セレーションのピッチ円の円周長の減少量をΔＬ（ΔＬ＞０）とし、円周率をπとして、次式の関係に基づいて、前記雄セレーションの角度ピッチθ１及び前記雌セレーションの非締結時角度ピッチθ２を設定することを特徴とする、シャフトとヨークの締結構造におけるセレーションの角度ピッチ設定方法。
θ１／θ２＝（Ｄ１×π＋ΔＬ）／（Ｄ１×π）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はシャフトとヨークの締結構造におけるセレーションの角度ピッチ設定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

車両のステアリング装置では、操舵部材の操作力を伝達する軸間を十字軸式の自在継手で接続している。その十字軸式の自在継手のヨークとシャフトとの締結構造として、締付軸によってヨークの筒状部を締め付けて縮径させて、筒状部にセレーション嵌合されたシャフトを締結するシャフトとヨークの締結構造が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−３７０４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

通例、締付軸による締結前の状態において、筒状部の雌セレーションと、シャフトの雄セレーションとは、互いに等しい角度ピッチとされている。一方、締付軸による締結時には、シャフトの外周上において、筒状部の雌セレーション形成領域の円周方向の長さ（周長）が引き伸ばされる。このため、両セレーションの角度ピッチにずれが生じ、両セレーションの実質的な接触領域の面積が減少する。その結果、ヨークとシャフトとの間にガタ等を生じて、操舵フィーリングの低下を招くおそれがある。

【0005】

そこで、本発明の目的は、両セレーションの実質的な接触領域を広く確保できるシャフトとヨークの締結構造におけるセレーションの角度ピッチ設定方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記目的を達成するため、請求項１の発明は、雄セレーション（８）が形成された外周（２ｂ）を有するシャフト（２）と、前記雄セレーションに噛み合う雌セレーション（１８；１８Ｂ，１８Ｃ）が形成された内周（１０ａ；１０Ｂａ）を有し、軸方向（Ｘ１）に延びるスリット（１１；１１Ｂ）を形成して前記シャフトに嵌合した筒状部（１０；１０Ｂ）を含むヨーク（５）と、前記スリットに交差して前記筒状部を前記シャフトに締め付ける締付軸（１６）と、を備えるシャフトとヨークの締結構造におけるセレーションの角度ピッチ設定方法であって、前記雄セレーションの角度ピッチをθ１とし、前記雌セレーションの非締結時角度ピッチをθ２とし、前記雄セレーションのピッチ円直径をＤ１とし、非締結時から締結時への雌セレーションのピッチ円の円周長の減少量をΔＬ（ΔＬ＞０）とし、円周率をπとして、次式の関係に基づいて、前記雄セレーションの角度ピッチθ１及び前記雌セレーションの非締結時角度ピッチθ２を設定することを特徴とする、シャフトとヨークの締結構造におけるセレーションの角度ピッチ設定方法を提供する。
θ１／θ２＝（Ｄ１×π＋ΔＬ）／（Ｄ１×π）

【発明の効果】

【0010】

請求項１の発明によれば、筒状部がシャフトを締め付ける締結時において、雄セレーションの角度ピッチと雌セレーションの角度ピッチ（前記非締結時角度ピッチよりも長い締結時角度ピッチに相当）とを略一致させることができるので、両セレーションの実質的な接触面積を効率良く増大することができる。このため、ガタ等の発生を抑制して操舵フィーリングを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態のセレーションの角度ピッチ設定方法が適用されたシャフトとヨークの締結構造の概略側面図である。

【図2】図１の締結構造の概略断面図であり、締結時の状態を示している。

【図3】図１の締結構造の要素であるシャフトの断面図である。

【図4】図１の締結構造の要素であるヨークの筒状部の断面図であり、非締結時の状態を示している。

【図5】本発明の別の実施形態のセレーションの角度ピッチ設定方法が適用されたシャフトとヨークの締結構造の要素である、ヨークの筒状部の断面図であり、非締結時の状態を示している。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の好ましい実施形態の添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施形態のセレーションの角度ピッチ設定方法が適用されたシャフトとヨークの締結構造１の概略側面図である。シャフトとヨークの締結構造１は、ステアリング装置の操舵力を伝達する一対のシャフト２，３を自在継手４を介して連結する場合において、何れか一方のシャフト（例えばシャフト２）と自在継手４の対応するヨーク（例えば第１ヨーク５）とを結合する構造である。

【0016】

図示していないが、一対のシャフト２，３は、ステアリングシャフトのロアーシャフトとインターミディエイトシャフトとである場合がある。また、一対のシャフト２，３は、インターミディエイトシャフトとピニオンシャフトである場合がある。また、一対のシャフト２，３は、インターミディエイトシャフトとエクステンションシャフトとである場合がある。

【0017】

図１に示すように、自在継手４は、シャフト２の端部２ａが連結された第１ヨーク５と、シャフト３の端部３ａが連結された第２ヨーク６と、第１ヨーク５と第２ヨーク６とを連結する十字軸７とを備えている。シャフト２の端部２ａの外周２ｂには、雄セレーション８が形成されている。また、シャフト２の端部２ａの外周２ｂには、雄セレーション８を横切る周溝９が形成されている。

【0018】

締結構造１の概略断面図である図２を参照して、第１ヨーク５は、シャフト２の端部２ａが嵌合される筒状部１０を有している。筒状部１０には、筒状部１０の径方向Ｒ１に沿い且つ筒状部１０の軸方向（図２において紙面とは直交する方向。シャフト２の軸方向Ｘ１に一致する方向）に延びるスリット１１が設けられている。第１ヨーク５は、スリット１１を挟んだ両側に一対のタブ１２，１３を有している。

【0019】

各タブ１２，１３に設けられたボルト挿通孔１４，１５に、締付軸としての締付ボルト１６が挿通されている。締付ボルト１６の先端に係合されたナット１７と締付ボルト１６の頭部１６ａとの間で、一対のタブ１２，１３が締め付けられ、これにより、筒状部１０が縮径されて、シャフト２の端部２ａが筒状部１０内で締め付けられている。筒状部１０の内周１０ａには、シャフト２の雄セレーション８と噛み合わせるための雌セレーション１８が形成されている。

【0020】

図３に示すように、雄セレーション８は、角度ピッチθ１でシャフト２の外周２ｂに配列されている。雄セレーション８の諸元は、ピッチ円ＰＣ１、ピッチ円直径Ｄ１、角度ピッチθ１である。
一方、図４は非締結時（無負荷状態）の筒状部１０の断面を示している。図４に示すように、筒状部１０の内周１０ａに雌セレーション１８が配列されている。筒状部１０の内周１０ａにおいて、スリット１１を除く領域が雌セレーション形成領域ＳＡとされ、その雌セレーション形成領域ＳＡの少なくとも一部（本実施形態では雌セレーション形成領域ＳＡの全領域）が、非締結時において雄セレーション８の角度ピッチθ１よりも小さい非締結時角度ピッチθ２をなす雌セレーション１８を有する非締結時小角度ピッチ領域ＳＡ１を含んでいる。

【0021】

具体的に説明すると、例えば、非締結時から締結時への状態変化で、筒状部１０が周方向に伸長されることで、スリット１１のスリット幅Ｗ（一対のタブ１２，１３間の隙間に相当）が、減少量ΔＷ（ΔＷ＞０）で減少するとする。このとき、雌セレーション１８のピッチ円の円周長の減少量ΔＬ（ΔＬ＞０）は、筒状部１０の中心からスリット１１までの距離Ａ１（図示せず）と、筒状部１０の中心から雌セレーション１８のピッチ円までの距離Ａ２（図示せず。ピッチ円直径の１／２に相当）との比例計算式である次式（１）を用いて求められる。

【0022】

ΔＬ＝ΔＷ×（Ａ２／Ａ１) …（１）
ここで、減少量ΔＬに相当する増加量ΔＬで予め増加した円周長を有するピッチ円を想定し、このピッチ円を非締結時の雌セレーション１８のピッチ円ＰＣ２と置き換える。
そのピッチ円ＰＣ２のピッチ円直径Ｄ２は、円周長を増加しない場合の雌セレーションのピッチ円直径に相当する、雄セレーション８のピッチ円直径をＤ１として、次式（２）を用いて求められる。

【0023】

Ｄ２＝（Ｄ１×π＋ΔＬ）／π …（２）
モジュールは不変であるので、雌セレーション１８の歯数Ｚ２は、円周長を増加しない場合の雌セレーションの歯数に相当する、雄セレーション８の歯数をＺ１として、次式（３）を用いて求められる。
Ｚ２＝Ｚ１（Ｄ２／Ｄ１） …（３）
雌セレーション１８の非締結時角度ピッチθ２は、次式（４）を用いて求められる。

【0024】

θ２＝３６０°／Ｚ２ …（４）
円周長を増加しない場合の雌セレーションの非締結時角度ピッチは、雄セレーション８の角度ピッチθ１に一致し、その雄セレーション８の角度ピッチθ１は、次式（５）を用いて、求められる。
θ１＝３６０°／Ｚ１ …（５）
式（２）〜（５）を用いて、雄セレーション８の角度ピッチθ１と、雌セレーション１８の非締結時角度ピッチθ２とが、次式（６）の関係を満たすことになる。

【0025】

θ１／θ２＝（Ｄ１×π＋ΔＬ）／（Ｄ１×π） …（６）
例えば雄セレーション８の諸元が、歯数Ｚ１＝３６枚、角度ピッチθ１＝１０°、ピッチ円直径Ｄ１＝１７で、ΔＬ＝０．２３である場合、雌セレーション１８のピッチ円直径Ｄ２は、式（２）を用いて、Ｄ２＝１７．０７３となる。さらに、式（３）を用いて、雌セレーション１８の歯数Ｚ２は、Ｚ２＝３６．１５５となる。さらに、雌セレーション１８の非締結時角度ピッチθ２は、式（４）を用いて、θ２≒９．９６°となる。

【0026】

換言すると、締結時に筒状部１０の雌セレーション形成領域ＳＡが周方向に伸びたときに、締結時の雌セレーション１８の角度ピッチ（締結時角度ピッチ）が、丁度、雄セレーション８の角度ピッチθ１に一致するように、非締結時の雌セレーション１８の角度ピッチ（非締結時角度ピッチθ２）を予め小さく設定しておく趣旨である。
本実施形態によれば、筒状部１０のセレーション形成領域ＳＡが、非締結時小角度ピッチ領域ＳＡ１を含んでいるので、その非締結時小角度ピッチ領域ＳＡ１の雌セレーション１８が、非締結時から締結時に移行するに伴って、その角度ピッチを非締結時角度ピッチθ２から締結時角度ピッチへと増大させても、雄セレーション８の角度ピッチθ１に対する、雌セレーション１８の角度ピッチ（締結時角度ピッチ）のずれを少なく抑制することができる。これにより、両セレーション８，１８の実質的な接触領域の面積を増大できるので、ガタ等の発生を抑制して操舵フィーリングを向上することができる。

【0027】

例えば図２に模式的に示すように、非締結時の雌雄のセレーションの角度ピッチが等しくされた従来の場合、締結時において両セレーションが強く噛み合う実質的な接触領域Ｅは狭い。これに対して、本実施形態では、両セレーション８，１８が強く噛み合う実質的な接触領域Ｆを従来の実質的な接触領域Ｅと比較して、格段に拡げることができる。
また、雌セレーション形成領域ＳＡの全領域を非締結時小角度ピッチ領域ＳＡ１とすることで、両セレーション８，１８の実質的な接触領域の面積を最大限に増大することができる。また、雌セレーション形成領域ＳＡの全領域の雌セレーション１８が等角度ピッチとなるので製造し易く安価である。

【0028】

また、雄セレーション８の角度ピッチθ１と非締結時小角度ピッチ領域ＳＡ１の雌セレーション１８の非締結時角度ピッチθ２とが、前記の式（６）の関係を満たす。すなわち、締結時に筒状部１０の雌セレーション形成領域ＳＡが周方向に伸びたときに、締結時の雌セレーション１８の角度ピッチ（締結時角度ピッチ）が、丁度、雄セレーション８の角度ピッチθ１に一致するように、非締結時の雌セレーション１８の角度ピッチ（非締結時角度ピッチθ２）を予め小さく設定しておく。

【0029】

したがって、筒状部１０がシャフト２を締め付ける締結時において、雄セレーション８の角度ピッチθ１と非締結時小角度ピッチ領域の雌セレーションの締結時角度ピッチとを略一致させることができるので、両セレーション８，１８の実質的な接触領域の面積を効率的に増大することができる。
本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、図４の実施形態では、雌セレーション形成領域ＳＡの全領域が非締結時小角度ピッチ領域ＳＡ１とされていた。これに対して、図５に示すように、雌セレーション形成領域ＳＡにおいて、非締結時に非締結時角度ピッチθ２が実現される非締結時小角度ピッチ領域として、第１ヨーク５Ｂの筒状部１０Ｂのスリット１１Ｂに隣接しスリット１１Ｂの両側に配置された一対の領域ＳＢ１，ＳＢ２を設けてもよい。その場合、非締結時小角度ピッチ領域としての一対の領域ＳＢ１，ＳＢ２が、筒状部１０Ｂのスリット１１Ｂ側の半周に配置されていれば好ましい。筒状部１０Ｂの残りの半周の雌セレーション１８Ｃの角度ピッチθ３は、雄セレーション８の角度ピッチθ１と等しくされる。

【0030】

図５の実施形態の構成要素において、図４の実施形態の構成要素と同じ構成要素には、図４の実施形態の構成要素の参照符号と同じ参照符号を付してある。
図５の実施形態によれば、下記の利点がある。すなわち、筒状部１０Ｂの内周１０Ｂａのセレーション形成領域ＳＡのうち、スリット１１Ｂの両側に配置された一対の領域ＳＢ１，ＳＢ２は、締結時に最も周方向に伸ばされ易くて雄セレーション８に対する角度ピッチのずれを生じ易い領域である。その一対の領域ＳＢ１，ＳＢ２を含む領域を非締結時小角度ピッチ領域とすることで、両セレーション８，１８の実質的な接触面積を十分に増大することができる。

【0031】

特に、一対の領域ＳＢ１，ＳＢ２が、筒状部１０Ｂのスリット１１Ｂ側の半周に配置されている場合、両セレーション８，１８の実質的な接触面積を効率良く増大することができる。
本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、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。

【符号の説明】

【0032】

１…シャフトとヨークの締結構造、２，３…シャフト、２ｂ…外周、４…自在継手、５…第１ヨーク、６…第２ヨーク、７…十字軸、８…雄セレーション、１０；１０Ｂ…筒状部、１０ａ；１０Ｂａ…内周、１１；１１Ｂ…スリット、１２，１３…タブ、１６…締付ボルト（締付軸）、１８；１８Ｂ，１８Ｃ…雌セレーション、Ｄ１…（雄セレーションの）ピッチ円直径、Ｄ２…（雌セレーションの）ピッチ円直径、ＳＡ…雌セレーション形成領域、ＳＡ１…非締結時小角度ピッチ領域、ＳＢ１，ＳＢ２…一対の領域（非締結時小角度ピッチ領域）、θ１…（雄セレーションの）角度ピッチ、θ２…（雌セレーションの）非締結時角度ピッチ、ΔＬ…（ピッチ円の円周長の）減少量、Ｘ１…軸方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】