JP2005163971A - 十字軸自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 十分な強度を有しながら、回転径を小さくして、その製造コストも低減すること。
【解決手段】 スパイダー３の軸部５の根元の寸法（Ｓ）が著しく小さく形成してある。そのため、ニードル軸受７は、レイアウトとして、自在継手の中心側に移すことが可能となり、ニードル軸受７の最大回転径（Ｄ：カップ状外輪９の端縁の最大回転径）は、著しく小さくすることができる。これに伴って、ニードル軸受７の最大回転径（Ｄ）が小さくなった分、そのまま十字軸自在継手の最大回転径が小さくなり、ジョイント角が０度の時に於いては、ヨーク１のアーム部１ｂの最大回転径（Ｄ１）は、ニードル軸受７の最大回転径（Ｄ）以下になるように設定することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、車両用ステアリング装置に使用する十字軸自在継手に関する。

十字軸自在継手は、例えば、特許文献１及び２に開示してあるように、車両のステアリングシャフトに介装してあり、一対のヨークの間に、十字軸状のスパイダーがニードル軸受を介して装着してある。即ち、ヨークの軸受孔に、スパイダーの軸部がニードル軸受を介して嵌合してある。

特許文献１では、ヨークの軸受孔内周面に、軸方向溝が形成してあり、これにより、スパイダー軸部のスパイダー軸受孔への組み込みを容易にしている。

また、特許文献２では、スパイダーの軸部の先端面に、部分的な面取りが設けてあり、これにより、スパイダー軸部のヨーク軸受孔への組み込みを容易にしている。
特開２００２−５１８７号公報 特開平１１−３７１７１号公報

このようなステアリング用の十字軸自在継手は、一般的に使用部位周辺のスペース（余裕空間）が少なく、その回転径が小さいものが求められている。

特に、チルト式ステアリングコラムであって、チルトピボット（揺動中心）が比較的ステアリングホイールの近くに配置してある場合（参考公報：特開平１１−２０８４８３号公報等）、このチルトピボット（揺動中心）に用いる十字軸自在継手は、チルト式ステアリングコラムのコンパクト化のため、その必要性が著しく高くなっている。

しかしながら、十字軸自在継手の強度面から、スパイダーの軸部の径は、細くすることができず、ニードル軸受との嵌合長さも、短くすることができない。

また、ヨークも、強度、及びスパイダーの組み込みを行う必要上、アーム部の外幅、内幅寸法を小さくすることができない。

このようなことから、回転径が小さい十字軸自在継手の製造は、比較的困難になっている。

上記特許文献１及び２は、これらを解決するための一案である。しかしながら、部品に追加工が必要であり、製造コストの高騰を招来するといったことがあり、また、その効果は、小さく、チルト式ステアリングコラムをコンパクト化するには不十分であるといったことがある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、十分な強度を有し、回転径が小さく、製造コストも低減した十字軸自在継手を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る十字軸自在継手は、一対のヨークの間に、十字軸状のスパイダーが装着してあり、前記ヨークの軸受孔に、前記スパイダーの軸部が軸受を介して嵌合してある十字軸自在継手において、
前記ヨークの最大回転径は、ジョイント角が０度のとき、前記軸受の最大回転径以下になるように設定してあることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る十字軸自在継手は、前記スパイダーの軸部の径は、φ９ｍｍ〜φ１０.４ｍｍであることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る十字軸自在継手は、前記ヨークの軸受孔の径は、φ１４.８ｍｍ〜φ１６.４ｍｍであることを特徴とする。

本発明の請求項４に係る十字軸自在継手は、前記スパイダーの軸部に対する、前記ヨークの軸受孔の嵌合代は、３.５ｍｍ以上であることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、軸受の位置を、レイアウトとして、自在継手の中心側に移すことにより、軸受の最大回転径を小さくすると共に、スパイダーの軸部に対する、ヨークの軸受孔の嵌合代は、３．５ｍｍ以上にしてあることから、十分な強度を有しながら、十字軸自在継手の最大回転径を小さくすることができる。

これにより、スパイダー軸部のヨーク軸受孔への組み込みを容易にすることができ、しかも、製造コストの高騰を招来することがなく、チルト式ステアリングコラムのコンパクト化にも寄与することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る十字軸自在継手を図面を参照しつつ説明する。

（第１実施の形態）
図１（ａ）は、本発明の第１実施の形態に係る十字軸自在継手の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）の矢印ｃの矢視図である。

図２（ａ）は、図１に示したスパイダーとスパイダーピースとの側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）の矢印ｃの矢視図である。

図３（ａ）は、図１に示した十字軸自在継手であって、ジョイント角をつけた状態での側面図であり、（ｂ）は、図１に示したヨークに、スパイダーとスパイダーピースとを組み付ける状態を示す図である。

本実施の形態に係る十字軸継手は、車両のステアリングホイールの傾斜角度を調整できるチルト式ステアリングコラムであって、チルトピボット（揺動中心）が比較的ステアリングホイールの近くに配置してある場合（参考公報：特開平１１−２０８４８３号公報）に好適である。

本実施の形態では、図１に示すように、一対のヨーク１，２は、それぞれ、一対のシャフト１ａ，２ａに溶接等により連結した一対のアーム部１ｂ，２ｂと、これらアーム部１ｂ，２ｂの先端部に形成した一対の軸受孔１ｃ，２ｃと、を備えている。

図１（ｃ）に示すように、各アーム部１ｂの外周面は、円弧状に形成してあり、その回転径は、（Ｄ１）に設定してある。なお、この形状は、円弧に限られず、（Ｄ１）の円からはみ出さなければ、如何なる形状であってもよい。

スパーダー３は、胴部４と、この胴部４に十字状に夫々形成した４個の軸部５，５，５，５とからなり、各軸部５の先端部には、スパイダーピース６が埋設してある。なお、胴部４の外周面は、図２（ｂ）に示すように、球面状に形成してあり、その径は、（Ｎ）である。

各軸部５は、各ヨーク１の軸受孔１ｃに、ニードル軸受７を介して、嵌合してある。ニードル軸受７は、軸部５の外周軌道面で転動するニードル８と、このニードル８の外周側を支持するシェル又はカップ状の外輪９と、を備えている。

図１（ｂ）に示すように、ニードル軸受７では、カップ状の外輪９の端縁は、回転時、軸受としての最大径（Ｄ）をなす。

なお、ニードル８は、しめしろ嵌合にしてあってもよい。また、ニードル８の軸方向の隙間は、０．６ｍｍ以上あけてもよい。さらに、ニードル８の両端の径を除々に小さくするように、クラウニングを施してあってもよい。

本実施の形態では、従来軸部５の根元に装着していたシールリングを用いることなく、図１（ｂ）に示すように、軸部５の根元と外輪９との隙間の寸法（Ｓ）は、従来より著しく小さく形成してある。なお、従来のシールリングの参考公報として、特許文献２と、特開平９−１３３１５１号公報がある。

このように、軸部５の根元と外輪９との隙間の寸法（Ｓ）が従来より著しく小さく形成してあることから、ニードル軸受７は、レイアウトとして、自在継手の中心側に移すことが可能となり、ニードル軸受７の最大回転径（Ｄ：カップ状外輪９の端縁の最大回転径）は、従来より小さくすることができる。

これに伴って、ニードル軸受７の最大回転径（Ｄ）が小さくなった分、そのまま十字軸自在継手の最大回転径が小さくなり、ジョイント角が０度の時に於いては、図１（ｂ）に示すように、ヨーク１のアーム部１ｂの最大回転径（Ｄ１）は、ニードル軸受７の最大回転径（Ｄ）以下になるように設定することができる。

すなわち、ジョイント角が０度の時、即ち、シャフト１ａとシャフト２ａとの交差角度が０度の時、（Ｄ）≧（Ｄ１）にすることができる（但し、後述するように、ジョイント角がついた時は、除く）。

また、スパイダー３は、シールリングを使用しないことより、従来必要であったシール受面１０について考慮する必要がなく、スパイダー３を、ヨーク１の軸受孔１ｃに組み込むとき、干渉しないように、従来必要であったシール受面１０の外径（Ｍ）を十分小さくすることが出来る。

この外径（Ｍ）に関連する寸法として、胴部４の球面の径（Ｎ）も、小さくすることが可能となる。

また、スパイダー３のヨーク１の嵌合孔１ｃへの組み込み方法は、図３（ｂ）に示す矢印方向に、スパイダー３を動かして行う。

この際、スパイダー３の軸部５のヨーク１の軸受孔１ｃへの組み込みは、ニードル軸受７の最大回転径（Ｄ）が小さくしてあると共に、上記の径（Ｍ）（Ｎ）を十分に小さくしてあることから、容易に行うことができる。

また、本実施の形態では、スパイダー３は、素材を冷間鍛造により製造しているが、熱間鍛造でもよい。

また、図２（ｂ）に示すように、軸部５の径（ｄ）は、使用時の強度及び回転径の面から、φ９ｍｍ〜φ１０.４ｍｍに形成してある。軸部５の径が大きくなると、回転径も大きくなるからである。好適には、現在一般的に多くの乗用車用として使用されているものと同じ約φ１０ｍｍである。このことにより、従来のニードル軸受をそのまま使用することが出来、コストの上昇を防ぐことが出来る。

さらに、ヨーク１の軸受孔１ｃと、スパイダー３の軸部５との「嵌合代」（Ｋ）は、強度を確保するため、３.５ｍｍ以上としている。

以上から、本実施の形態によれば、ニードル軸受７の位置を、レイアウトとして、自在継手の中心側に移すことにより、ニードル軸受７の最大回転径（Ｄ）を小さくすると共に、スパイダー３の軸部５に対する、ヨーク１の軸受孔１ｃの嵌合代は、３．５ｍｍ以上にしてあることから、十分な強度を有しながら、十字軸自在継手の最大回転径を小さくすることができる。

これにより、スパイダー３の軸部５のヨーク１の軸受孔１ｃへの組み込みを容易にすることができ、しかも、製造コストの高騰を招来することがなく、チルト式ステアリングコラムのコンパクト化にも寄与することができる。

また、ヨーク１のアーム部１ｂの外径（Ｄ１）は、上記のように、ニードル軸受７の回転径（Ｄ）に対して、（Ｄ）≧（Ｄ１）の関係となっている。

したがって、ニードル軸受７の回転径（Ｄ）が小さくなった分、そのまま十字軸自在継手の回転径が小さくなっている。

ただし、最大回転径は、ジョイント角がついた場合、図３（ａ）に示すように、ヨーク１のアーム１ｂの先端部１ｄとなる場合がある。この場合には、ヨーク１のアーム１ｂの先端部１ｄの外径（Ｒ×２）が、最大回転径となる。

どこが最大回転径となるかは、使用ジョイント角、（Ｄ）、（Ｄ１）、（Ｅ）の寸法により決まる。ここで、（Ｅ）は、スパイダーピース６の中心と、アーム１ｂの先端部１ｄとの間の距離である。

本実施の形態の場合、最大回転径がアーム１ｂの先端部１ｄとなった場合、その回転径を出来るだけ小さくするため、（Ｅ）寸法の最大を、ヨーク１の軸受孔１ｃの半径に、（＋２.６ｍｍ）としている。

なお、図示していないが、アーム１ｂの先端部１ｄに、回転径を小さくするため、面取りを設けても良い（参考公報：実開平５−３６５２号公報）。

また、チルト用として使用される場合、その使用ジョイント角は、車種により異なるが、最大２０度程度である。

尚、図１（ａ）に示すように、ヨーク１，２の外径は、シャフト１ａ，２ａを中心とする円弧であるが、（Ｄ）≧（Ｄ１）を満足し、カシメ（１１）を行える段差（Ｔ）があれば、任意の形状でよい。段差（Ｔ）は、通常、０．５ｍｍ以上必要である。

ニードル軸受７の外径は、φ１４.８ｍｍ〜φ１６.４ｍｍであり、好適には、呼び径φ１５ｍｍ又はφ１６ｍｍである。

ヨーク１，２の素材は、冷間鍛造製であり、符号１ｅ，２ｅは、スパイダー組み込み時の逃げを示している。

ヨーク１，２とシャフト１ａ，２ａとの結合は、円周溶接部１ｅ，２ｅとしているが、セレーション嵌合と、カシメ結合との組合せから構成してもよい（参考公報：特開平１１−２０８４８３号公報）。

また、これらに代えて、ヨーク１，２とシャフト１ａ，２ａとの結合は、ボルト締付けによってもよい（参考公報：特許文献２）。尚、この場合は、ボルト部が最大回転径となり、自在継手全体で考えた場合、回転径は小さくならない。しかし、自在継手の中心部は、小さくなるため、その周辺部の小型化は、可能となる。

本実施の形態の最大回転径（Ｄ）は、呼び径で３８ｍｍにすることができた。従来（参考公報：特開平１１−２０８４８３号公報等）の最大回転径は、呼び径で４２ｍｍであり、従来に比べて、４ｍｍ小さくすることができた（ジョイント角０度の状態）。

（第２実施の形態）
図４（ａ）は、本発明の第２実施の形態に係る十字軸自在継手の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図である。

本実施の形態は、図面から明らかなように、上述した第１実施の形態と基本的構造が同じであり、相違する点についてのみ説明する。

本実施の形態では、ヨーク１、２は、プレスにより成形してある。

また、ヨーク１，２のアーム部１ｂ，２ｂに、切欠き部１ｆ，２ｆが形成してある。これにより、所定のジョイント角（この実施の形態の場合、２０度）が取れるようにしている。

（第３実施の形態）
図５（ａ）は、本発明の第３実施の形態に係る十字軸自在継手の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）の矢印ｃの矢視図である。

本実施の形態は、図面から明らかなように、上述した第１実施の形態と基本的構造が同じであり、相違する点についてのみ説明する。

本実施の形態では、ヨーク１、２は、冷間鍛造により成形してある。

また、スパイダーピースを用いておらず、ニードル軸受７のカップ状外輪９の底面９ａは、直接、スパイダー３の軸部５の先端面に接触してある。

さらに、ヨーク１，２のアーム部１ｂ，２ｂに、切欠き部１ｇ，２ｇが形成してある。これにより、所定のジョイント角が取れるようにしている。本実施の形態の最大回転径は、呼び径でφ３６にすることができた。

（第４実施の形態）
図６は、本発明の第３実施の形態に係る十字軸自在継手の断面図である。

本実施の形態は、図面から明らかなように、上述した第３（又は第１）実施の形態と基本的構造が同じであり、相違する点についてのみ説明する。

本実施の形態では、ヨーク１、２は、熱間鍛造により成形してある。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

（ａ）は、本発明の第１実施の形態に係る十字軸自在継手の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）の矢印ｃの矢視図である。 （ａ）は、図１に示したスパイダーとスパイダーピースとの側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）の矢印ｃの矢視図である。 （ａ）は、図１に示した十字軸自在継手であって、ジョイント角をつけた状態での側面図であり、（ｂ）は、図１に示したヨークに、スパイダーとスパイダーピースとを組み付ける状態を示す図である。 （ａ）は、本発明の第２実施の形態に係る十字軸自在継手の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図である。 （ａ）は、本発明の第３実施の形態に係る十字軸自在継手の側面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）の矢印ｃの矢視図である。 本発明の第３実施の形態に係る十字軸自在継手の断面図である。

符号の説明

１，２ ヨーク
１ａ，２ａ シャフト
１ｂ，２ｂ アーム部
１ｃ，２ｃ 軸受孔
１ｄ 先端部
１ｅ，２ｅ 円周溶接部
１ｆ，２ｆ 切欠き部
１ｇ，２ｇ 切欠き部
３ スパイダー
４ 胴部
５ 軸部
６ スパイダーピース
７ ニードル軸受
８ ニードル
９ カップ状外輪
９ａ 底面
１０ シール受け面
１１ カシメ部

Claims (4)

1. 一対のヨークの間に、十字軸状のスパイダーが装着してあり、前記ヨークの軸受孔に、前記スパイダーの軸部が軸受を介して嵌合してある十字軸自在継手において、
   前記ヨークの最大回転径は、ジョイント角が０度のとき、前記軸受の最大回転径以下になるように設定してあることを特徴とする十字軸自在継手。
2. 前記スパイダーの軸部の径は、φ９ｍｍ〜φ１０.４ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の十字軸自在継手。
3. 前記ヨークの軸受孔の径は、φ１４.８ｍｍ〜φ１６.４ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の十字軸自在継手。
4. 前記スパイダーの軸部に対する、前記ヨークの軸受孔の嵌合代は、３.５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の十字軸自在継手。

Images