JP2007046713A - 固定型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 押圧部材の機能を阻害することなく、適正な予圧を確実に付与することができ、しかも、ケース圧入時の圧入荷重を低減できて、組立性の向上を図ることをできる固定型等速自在継手を提供する。
【解決手段】 弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部５２と、押圧部５２からの押圧力を受ける受け部５８とを有する与圧付与手段にて、トラック溝１４、２４のアキシャルすきまを詰める固定型等速自在継手である。与圧付与手段は、内方部材のケース圧入孔２ａに圧入されるケース５５と、ケース５５に収容されてケース開口部から突出した先端部が押圧部５２となる押圧部材５３と、ケース５５に収容されて押圧部５２に弾性的な押圧力を付与する弾性部材５４とを有する。ケース５５の周壁５９に、外径方向に突出してケース圧入孔２ａの内周面に圧接しケース５５が圧入状態となる突起片６５を設けた。
【選択図】 図４

Description

本発明は固定型等速自在継手に関し、詳しくは、自動車のステアリング装置に組み込まれる固定型等速自在継手に関する。

等速自在継手は、入出力軸間の角度変位のみを許容する固定型と、角度変位および軸方向変位を許容する摺動型に大別され、それぞれ用途・使用条件等に応じて機種選定される。固定型等速自在継手としては、ツェッパ型（以下、「ＢＪ」と称す）やアンダーカットフリー型（以下、「ＵＪ」と称す）が広く知られている。

ＢＪおよびＵＪのいずれも、内周に複数の曲線状のトラック溝を有する外輪と、外周に複数の曲線状のトラック溝を有する内輪と、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝との間に組み込まれたボールと、そのボールを保持する保持器とで構成される。外輪のトラック溝中心は外輪内球面中心に対して外輪開口側、また、内輪のトラック溝中心は内輪外球面中心に対して外輪奥側に位置し、軸方向で互いに逆方向に等距離だけオフセットしている。これにより、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝とで構成されるボールトラックは、外輪の開口側に向けて拡開する楔形となっている。ＢＪでは各トラック溝の全域が曲線状になっているが、ＵＪでは各トラック溝の一方の端部が軸線と平行なストレート状になっている。

一般的に自動車のステアリング装置に組み込まれる軸継手にはカルダンジョイントを２個以上使用している。このジョイントは、単体では不等速なことから、等速性を確保するために互いの変動成分を打ち消し合うよう配置し使用している。このため車両の設計自由度が損なわれるという問題がある。任意の角度で等速性が確保できる等速自在継手をステアリング用軸継手として用いることで、車両の設計自由度が増すことは可能であるが、等速自在継手は回転方向ガタが大きいため、車両直進付近のステアリング操作感の悪化や、異音の原因となることが懸念される。

固定型等速自在継手においては、機能及び加工面から、一般的に外輪のトラック溝と内輪のトラック溝間にはボールを介してすきまがあり、また、外輪の内球面と保持器の外球面、内輪の外球面と保持器の内球面にもすきまが存在する。これらすきまは、継手の中立状態で内輪または外輪のどちらか一方を固定して他方をラジアル方向またはアキシャル方向に移動させたときの移動量をいい、移動させる方向によって、ラジアルすきま、アキシャルすきまのように呼ばれる。これらすきまは、内・外輪間の円周方向のガタツキ（回転バックラッシュ）に大きく影響を与え、特にトラック溝すきまが大きい程回転バックラッシュも大きくなる。

そこで、等速自在継手内部に与圧手段を設けてトラック溝すきまを詰めることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された発明には、図９に示すように、弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部１０７を内方部材側に設けると共に、その押圧部１０７からの押圧力を受ける受け部１０８を保持器１０５側に設けた予圧手段が開示されている。

特許文献１に記載の固定型等速自在継手は、トラック溝１０１を有する外輪１００と、トラック溝１０３を有する内輪１０２と、外輪１００のトラック溝１０１と内輪１０２のトラック溝１０３との間に組み込まれたボール１０４と、そのボール１０４を保持する保持器１０５等で構成される。そして、その予圧手段の一形態として、内方部材を構成する内輪１０２の内周に結合されたシャフト１１０の軸端に円筒状の収容部材（ケース）１１１が埋め込まれており、このケース１１１の内部に押圧部材１１２および弾性部材１１３が収容されている。押圧部材１１２の頭部の端面は凸球面状に形成され、この凸球面部分が弾性的な押圧力を軸方向に作用させる前記押圧部１０７として機能する。一方、保持器１０５の端部には、シャフト１１０と対向する凹球面状の球面部を有する受け部材１１４が取付けられ、この受け部材１１４の凹球面部分が押圧部１０７からの押圧力を受ける前記受け部１０８として機能する。
特開２００３−１３００８２号公報

前述のような構造により、トラック溝すきまを詰めることができるようになって、回転バックラッシュを防止するようにしているが、円筒状の収容部材１１１をシャフト１１０の軸端に強固に埋め込むためには、その収容部材１１１をシャフト１１０内に圧入する必要がある。しかしながら、収容部材１１１をシャフト１１０内に圧入すると、押圧部材１１２が配された収容部材１１１の開口部近傍がわずかに縮径することが考えられる。この収容部材１１１の開口部近傍では、受け部材１１２の球面部に当接する押圧部材１１２が動作する部位であり、この部位で収容部材１１１が縮径していると、押圧部材１１２の動作を阻害するおそれがあり、適正な予圧を付与することが困難になることが考えられる。

本発明は、上記課題に鑑みて、押圧部材の機能を阻害することなく、適正な予圧を確実に付与することができ、しかも、ケース圧入時の圧入荷重を低減できて、組立性の向上を図ることができる固定型等速自在継手を提供する。

本発明の固定型等速自在継手は、複数のトラック溝が形成された球状内面を備えた外方部材と、複数のトラック溝が形成された球状外面を備えた内方部材と、外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝の協働で形成された楔形のボールトラックに配置したボールと、外方部材の球状内面と内方部材の球状外面との間に配置され、ボールを保持する保持器とを備え、弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部と、押圧部からの押圧力を受ける受け部とを有する与圧付与手段にて、トラック溝のアキシャルすきまを詰める固定型等速自在継手において、前記与圧付与手段は、前記内方部材のケース圧入孔に圧入されるケースと、ケースに収容されてケース開口部から突出した先端部が前記押圧部となる押圧部材と、ケースに収容されて前記押圧部に弾性的な押圧力を付与する弾性部材とを有し、前記ケースの周壁に、外径方向に突出してケース圧入孔の内周面に圧接しケースが圧入状態となる突起片を設けたものである。

ケースに収容されている弾性部材にて、押圧部に弾性的な押圧力を付与することができ、トラック溝のアキシャルすきまを詰めることができる。これにより、回転バックラッシュが防止される。突起片がケース圧入孔の内周面に圧接しケースが圧入状態となるので、ケースの内方部材への圧入状態が安定してケースの抜けが防止される。しかも、この圧入状態では、突起片のみがケース圧入孔の内周面に圧接されるので、ケース開口部の孔径が縮小（縮径）するのが防止される。

前記突起片は、ケースの周壁の一部を反圧入方向に向かって外径方向に順次傾斜するように起した傾斜片とすることが可能である。この場合、ケースをケース圧入孔に挿入する際に、突起片がケース圧入孔の内周面に引っ掛ることなく滑らかに挿入して行くことができる。

前記突起片が周方向に沿って複数個配置されたり、軸方向に沿って複数個配置されたりする。これによって、ケースの圧入状態が一層安定する。

本発明の固定型等速自在継手では、回転バックラッシュを防止できるので、自動車のステアリング装置に組み込むのが好ましい。

本発明は、トラック溝のアキシャルすきまを詰めることができ、回転バックラッシュが防止される。ケースの内方部材への圧入状態が安定してケースの抜けが防止され、回転バックラッシュの防止作用を長期にわたって発揮することができる。しかも、突起片が圧接した圧入状態では、ケース開口部の孔径が縮小（縮径）しないので、ケース内に収容される押圧部材はその動作が阻害されず、しかも弾性部材も安定して押圧部に押圧力を付与することができる。このため、与圧付与手段による回転バックラッシュの防止作用の信頼性が向上する。特に、突起片をケース圧入孔の内周面に圧接させればよいので、ケース外面全体をケース圧入孔の内周面に圧接させる必要がなく、圧入荷重の低減を図ることができ、この固定型等速自在継手の組立作業性の向上を図ることができる。

ケースをケース圧入孔に挿入する際に、突起片がケース圧入孔の内周面に引っ掛ることなく滑らかに挿入して行くことができ、ケース圧入（挿入）作業を一層行ない易くできる。また、圧入状態では、ケースに対して反圧入方向の抜け力が作用しても、突起片の外端部がケース圧入孔の内周面に引っ掛ることになって、抜けを有効に防止できる。突起片はケースの周壁の一部を起せばよいので、突起片形成作業（突起片加工作業）の簡略化を図ることができ、生産性の向上を達成できる。

突起片を複数個設けることによって、ケースの圧入状態が一層安定し、ケース抜けを確実に防止することができる。

本発明の固定型等速自在継手を自動車のステアリング装置に組み込めば、等速自在継手内のトラック溝すきまを詰めて回転バックラッシュを防止する上で、より一層顕著な効果を発揮する。

以下本発明の実施の形態を図１〜図８を参考に説明する。以下の実施形態では、ステアリング用固定型等速自在継手の一種であるツェッパ型（ＢＪ）に適用した場合を例示するが、本発明はこれに限定されることなく、アンダーカットフリー型（ＵＪ）にも適用可能である。また、本発明の固定型等速自在継手は、ステアリング用に限らず、ドライブシャフト用あるいはプロペラシャフト用としても使用することが可能である。

まず、固定型等速自在継手が組み込まれるステアリング装置を簡単に説明する。ステアリング装置は、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すようにステアリングホイール６の回転運動を、一または複数のステアリングシャフト２からなるステアリングコラムを介してステアリングギヤ８に伝達することにより、タイロッド９の往復運動に変換するようにしたものである。車載スペース等との兼ね合いでステアリングシャフト２を一直線に配置できない場合は、ステアリングシャフト２間に一または複数の軸継手１を配置し、ステアリングシャフト２を屈曲させた状態でもステアリングギヤ８に正確な回転運動を伝達できるようにしている。この軸継手１に固定型等速自在継手を使用する。図８（ｂ）における符号αは継手の折り曲げ角度を表しており、折り曲げ角度αが３０°を越える大角度も設定可能である。

次に固定型等速自在継手について説明する。この実施形態の固定型等速自在継手１はツェッパ型ジョイント（ＢＪ）で、図１に示すように外方部材としての外輪１０と、内方部材を構成する内輪２０およびシャフト２と、トルクを伝達するボール３０と、ボール３０を支持する保持器４０を主要な構成要素として成り立っている。外輪１０は入力軸または出力軸と接続し、内輪２０は出力軸または入力軸と接続する。この実施形態では、内輪２０の内周にセレーションやスプライン等のトルク伝達手段を介してシャフト２を結合することにより、内方部材を構成している。

前述の外輪１０は一端にて開口したカップ状で、球状内面１２の円周方向等配位置に、軸方向に延びるトラック溝１４が形成されている。また、内輪２０は、球状外面２２の円周方向等配位置に、軸方向に延びるトラック溝２４が形成されている。外輪１０のトラック溝１４と内輪２０のトラック溝２４とは対をなして軸方向の一方から他方へ楔状に拡がるボールトラックを形成し、各ボールトラックに一個のボール３０がそれぞれ組み込んである。保持器４０は外輪１０の球状内面１２と内輪２０の球状外面２２との間に摺動自在に介在し、各ボール３０は保持器４０のポケット４６に収容されて円周方向で等間隔に保持されている。

保持器４０の外周面４２は外輪１０の球状内面１２と球面接触し、保持器４０の内周面４４は内輪２０の球状外面２２と球面嵌合している。そして、外輪１０の球状内面１２の中心と、内輪２０の球状外面２２の中心は継手中心Ｏと一致している。これに対して、外輪１０のトラック溝１４の中心Ｏ₁と、内輪２０のトラック溝２４の中心Ｏ₂は、軸方向で、互いに逆方向に等距離だけオフセットしている。このため、一対のトラック溝１４、２４により形成されるボールトラックは、外輪１０の奥部側から開口側に向かって拡がる楔状を呈している。

この固定型等速自在継手において、図２に示すように外輪１０と内輪２０とがどのような折り曲げ角、つまり作動角θをとっても、保持器４０に案内されたボール３０は常に作動角θの二等分線に垂直な平面内に維持され、継手の等速性が確保される。

この固定型等速自在継手は、トラック溝１４、２４のラジアルすきまを詰める与圧付与手段が設けられている。与圧付与手段は、弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部５２と、押圧部からの押圧力を受ける受け部５８とを有する。すなわち、シャフト２の軸端に、この与圧付与手段の要部を構成するプランジャユニット５０を取付けている。

プランジャユニット５０は、図４に示すように、先端部が前記押圧部５２となるボールからなる押圧部材５３と、圧縮コイルバネからなる弾性部材５４と、押圧部材５３と弾性部材５４とを収容するケース５５とからなるアッセンブリ体である。

ケース５５は、円筒状の周壁５９と底壁６０とを有する有底筒状体からなる。底壁６０はその中央部に内部側へ凹む凹部６１が設けられ、これによって、底壁６０の内面の外周側に環状の凹溝６２が形成されている。また、ケース５５の開口縁部には、内径側に突出する係止部６３と、外径方向に突出するフランジ部６４とが形成されている。

ボールからなる押圧部材５３は、その直径（外径）をケース５５の周壁５９の内径と略同一又は周壁５９の内径よりも僅かに小さくしている。係止部６３の内径を押圧部材５３の外径よりも小さくしている。

前記弾性部材５４は、押圧部材５３と底壁６０との間においてケース５５内に収容される。弾性部材５４は、開口部側の端部５４ａに押圧部材５３の一部が嵌入し、その反開口部側の端部５４ｂが前記凹溝６２に嵌合している。これによって、弾性部材５４は押圧部材５３を軸方向に矢印Ａ方向に弾性的に押圧している。前記係止部６３は押圧部材５３のケース５５からの飛び出しを規制している。

周壁５９には、図４〜図６に示すように、周方向に沿って約１２０度ピッチに３個の突起片６５が設けられている。突起片６５は、ケース５５の周壁５９の一部を反圧入方向（前記矢印Ａ方向）に向かって外径方向に順次傾斜するように起した傾斜片である。具体的には、周壁５９の一部に略コの字状のスリット孔６６を形成し、このスリット孔６６に囲まれた部位を、反開口部側を起点として外径方向に起したものである。なお、スリット孔６６としては半円、半楕円状またはＶ字状であってもよい。

前記のように構成されたプランジャユニット５０は、図１等に示すように、シャフト２の軸端に形成されたケース圧入孔（凹陥部）２ａに圧入される。ケース５５の周壁５９の外径がケース圧入孔２ａの内径と略同一とされ、突起片６５の外周縁がケース圧入孔２ａの内径よりも僅かに大きくされている。

ケース５５をケース圧入孔２ａに圧入するには、図７の矢印Ｂで示す圧入方向に沿って、ケース５５をケース圧入孔２ａに挿入していく。この場合、突起片６５は、反圧入方向に向かって外径方向に順次傾斜するように起した傾斜片であるので、突起片６５がケース圧入孔２ａの内周面６７に引っ掛ることなく滑らかに挿入して行くことができる。そして、突起片６５がケース圧入孔２ａの内周面６７に圧接して、ケース圧入状態が形成される。この圧入状態では、周壁５９がケース圧入孔２ａに対して圧接せずに突起片６５のみが圧接するので、ケース開口部の孔径が縮小（縮径）するのが防止される。また、ケース５５のフランジ部６４がシャフト２の軸端に当接する。これによって、シャフト２の軸端面を基準としてプランジャユニット５０の位置決めがなされる。

図１等に示すように、保持器４０の外輪１０の奥側端部には受け部材５６を取り付けている。この受け部材５６は、保持器４０の端部開口を覆う蓋状をなし、部分球面状の球面部５６ａとその外周に環状に形成された取付け部５６ｂとで構成される。球面部５６ａの内面（シャフト２と対向する面）は凹球面で、この凹球面は押圧部５２からの押圧力を受ける受け部５８として機能する。取付け部５６ｂは、保持器４０の端部に圧入、溶接等の適宜の手段で固定されている。

この等速自在継手のシャフト２が作動角をとった際に、プランジャユニット５０の押圧部５２と受け部材５６の受け部５８間をスムーズに摺動させるため、図３に示すように凹球面状の受け部５８の内径寸法Ｒｏは、押圧部５２を有するボール５３の外径寸法ｒ（図１参照）よりも大きくする（Ｒｏ＞ｒ）。また、作動角θ（図２参照）をとった際の受け部材５６と内輪２０との干渉を防止するため、受け部５８の内径寸法Ｒｏは、内輪２０の球状外面２２の外径寸法Ｒｉよりも大きくする（Ｒｏ＞Ｒｉ）。

以上の構成において、シャフト２のセレーション軸部と内輪２０をセレーション結合し、止め輪４を装着して両者が完全に結合されると、プランジャユニット５０の押圧部５２と受け部材５６の受け部５８とが互いに当接し、押圧部材（ボール）５３が退入して弾性部材（圧縮コイルばね）５４が圧縮される。すなわち、等速自在継手の各構成部材を組み付けた状態で、プランジャユニット５０の押圧部５２と受け部材５６の受け部５８とが互いに当接し、ボール５３が圧縮コイルばね５４の弾性力に抗して退入動作し、そのプランジャユニット５０の押圧部５２が適正な押圧力でもって受け部５８を押圧して予圧を付与する。

このため、シャフト２と一体化された内輪２０が、弾性力により外輪１０の開口側に軸方向変位し、この変位によりトラック溝１４、２４に配置されたボール３０とトラック溝１４、２４のすきまが縮小されるため、トラック溝１４、２４のアキシャルすきまが詰められる。

このように、トラック溝１４、２４のアキシャルすきまを詰めることができ、回転バックラッシュが防止される。突起片６５がケース圧入孔２ａの内周面６７に圧接しケース５５が圧入状態となるので、ケース５５の内方部材への圧入状態が安定してケース５５の抜けが防止される。しかも、圧入状態ではケース開口部の孔径が縮小（縮径）しないので、ケース５５内に収容される押圧部材５３はその動作が阻害されず、安定して押圧部５２に押圧力を付与することができ、この与圧付与手段による回転バックラッシュの防止作用の信頼性が向上する。特に、突起片６５をケース圧入孔２ａに圧接させればよいので、ケース外面全体を圧接させる必要がなく、圧入荷重の低減を図ることができ、この固定型等速自在継手の組立作業性の向上を図ることができる。

ケース５５をケース圧入孔２ａに挿入する際に、突起片６５がケース圧入孔２ａの内周面に引っ掛ることなく滑らかに挿入して行くことができ、ケース圧入（挿入）作業を一層行ない易くできる。また、突起片６５が圧接した圧入状態では、ケース５５に対して反圧入方向の抜け力が作用しても、突起片６５の外端部がケース圧入孔２ａの内周面６７に引っ掛ることになって、抜けを有効に防止できる。突起片６５はケース５５の周壁５９の一部を起せばよいので、突起片形成作業（突起片加工作業）の簡略化を図ることができ、生産性の向上を達成できる。

突起片６５を複数個設けることによって、ケース５５の圧入状態が一層安定し、ケース抜けを確実に防止することができる。

前記実施の形態では、突起片６５を周方向に沿って３個配置しているが、その数は任意であって、すくなくとも１個あればよく、複数個配設する場合に同心円上に設けなくてもよい。また、軸方向に沿って複数個並べるようにしてもよい。

突起片６５の傾斜角度や傾斜角度に基づく外径方向突出寸法等は、ケース５５を圧入孔２ａに挿入することができ、かつ、挿入された状態で、突起片６５が圧入孔２ａの内周面６７に圧接するものであればよい。

突起片６５の配設位置は、前記実施の形態ではケース５５の周壁５９の軸方向中央部であったが、ケース圧入孔２ａの内周面６７に圧接してケース圧入状態が確保できれば、位置変更は可能である。

ケース５５の周壁５９として、円筒体とせずに角筒体にて構成してもよい。ケース５５の周壁５９を角筒体にて構成した場合、ケース圧入孔２ａをそれに対応した角孔とするか、または突起片６５の高さを調整し、ケース圧入孔２ａの内周面６７に圧接するように設定する必要がある。

本発明では、等速自在継手内のトラック溝すきまを詰めて回転バックラッシュを防止するので、自動車のステアリング装置の継手として最適となる。なお、自動車のステアリング装置は、モータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置であってよいし、油圧式のパワーステアリング装置であってもよい。

本発明の実施の形態を示す固定型等速自在継手の断面図である。 前記固定型等速自在継手で二軸が作動角をとった状態の断面図である。 前記固定型等速自在継手の要部拡大断面図である。 プランジャユニットの拡大断面図である。 プランジャユニットの要部拡大平面図である。 プランジャユニットの拡大背面図である。 プランジャユニットのシャフトへの取付け方法を示す説明図である。 ステアリング装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は斜視図である。 固定型等速自在継手の従来例を示す断面図である。

符号の説明

１ 固定型等速自在継手
１０ 外方部材（外輪）
１２ 球状内面
１４，２４ トラック溝
２０ 内方部材（内輪）
２２ 球状外面
３０ ボール
４０ 保持器
５０ 与圧付与手段（プランジャユニット）
５２ 押圧部
５３ 押圧部材
５４ 弾性部材
５５ ケース
５６ 受け部材
５８ 受け部
５９ 周壁
６５ 突起片

Claims (5)

1. 複数のトラック溝が形成された球状内面を備えた外方部材と、複数のトラック溝が形成された球状外面を備えた内方部材と、外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝の協働で形成された楔形のボールトラックに配置したボールと、外方部材の球状内面と内方部材の球状外面との間に配置され、ボールを保持する保持器とを備え、弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部と、押圧部からの押圧力を受ける受け部とを有する与圧付与手段にて、トラック溝のアキシャルすきまを詰める固定型等速自在継手において、
   前記与圧付与手段は、前記内方部材のケース圧入孔に圧入されるケースと、ケースに収容されてケース開口部から突出した先端部が前記押圧部となる押圧部材と、ケースに収容されて前記押圧部に弾性的な押圧力を付与する弾性部材とを有し、前記ケースの周壁に、外径方向に突出してケース圧入孔の内周面に圧接する突起片を設けたことを特徴とする固定型等速自在継手。
2. 前記突起片は、ケースの周壁の一部を反圧入方向に向かって外径方向に順次傾斜するように起した傾斜片であることを特徴とする請求項１に記載の固定型等速自在継手。
3. 前記突起片が周方向に沿って複数個配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固定型等速自在継手。
4. 前記突起片が軸方向に沿って複数個配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の固定型等速自在継手。
5. 自動車のステアリング装置に組み込まれた請求項１〜４のいずれか一項に記載の固定型等速自在継手。

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