JP2007278444A - 十字軸継手 - Google Patents

Abstract

【課題】転動体を内側に有するカップ軸受を十字軸の軸部に取り付ける際、軸部や転動体を損傷させてしまうことを防止できる十字軸継手を提供する。
【解決手段】十字軸１の軸部３の先端に保護カバー７が取り付けられている。保護カバー７は、樹脂製であり、軸部３の端面４の外周縁部４ａを覆うと共に外周面が軸部３の外周面と面一になる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、十字軸継手に関する。

例えば自動車の操舵装置において、コラムシャフトとステアリングシャフトとを連結するために、胴体部の側周面から四方へ突出した四つの軸部を有する十字軸と、前記軸部の外周面を転走する複数の転動体と、これら複数の転動体に外嵌した有底円筒状の軸受カップとを有した十字軸継手が用いられている。前記各シャフトの端部には一対の対向するヨークが設けられており、各ヨークに形成した軸受孔に、内周に複数の転動体を配列した軸受カップを介して、十字軸の軸部がその軸線回りに回動自在に支持されている。
このような十字軸継手を備えた継手構造において伝達トルクが大きくなると、転動体において滑りが生じトルク伝達不良によるガタツキが発生したり、脈動が発生したりする。
そこでこれを解決するために、例えば特許文献１に示しているように、従来では転動体と十字軸の軸部との間を締り嵌め状態とした構造が提案されている。

国際公開第ＷＯ２００３−０６４８７７号

特許文献１の十字軸継手を備えた継手構造の組み立ては、図１０に示しているように、ヨーク４１の軸受孔４２に十字軸４３の軸部４４を挿入した状態で、この軸部４４の軸線方向の外側から、内周に複数の転動体４５を配列した軸受カップ４６を軸部４４に接近させ、軸受カップ４６を軸受孔４２に圧入しながら当該軸受カップ４６内の転動体４５を軸部４４の先端部から外嵌させることで行う。これにより軸受カップ４６が縮径することで転動体４５と軸部４４とが圧接した状態、つまり、前記締り嵌め状態としている。
しかし、軸受カップ４６内の転動体４５を軸部４４に外嵌させる際に、軸受カップ４６は軸受孔４２への圧入によって縮径するため、その軸受カップ４６の内周にある転動体４５と、軸部４４の端面の角部４７とが強く接触し、転動面となる軸部４４の外周面や、転動体４５に傷（圧痕）が付いたり変形したりするおそれがある。特に、転動体４５が軸部４４の先端に接触する嵌合初期において、転動体４５と軸部４４との接触面圧が大きいので当該軸部４４の先端に傷が付きやすい。このように、軸部４４の転動面や、転動体４５に傷が生じると、継手構造の性能、耐久性を低下させてしまうおそれがある。

そこでこの発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、転動体を内周に有する軸受カップを十字軸の軸部に取り付ける際、軸部や転動体を損傷させてしまうことを防止できる十字軸継手を提供することを目的とする。

前記目的を達成するためのこの発明の十字軸継手は、胴体部の側周面から四方へ突出した四つの軸部を有する十字軸と、前記軸部の外周面を転走する複数の転動体と、前記複数の転動体に外嵌した有底円筒状の軸受カップと、を備え、前記転動体が前記軸部に対して締り嵌めの状態に維持されている十字軸継手において、前記軸部の端面の少なくとも外周縁部を覆うと共に外周面が前記軸部の外周面と面一になる樹脂製のカバーが、前記軸部の先端に取り付けられているものである。

この構成によれば、軸受カップの内周に複数の転動体を配列し、これを十字軸の軸部の先端部側から外嵌させる際、転動体はまず樹脂製のカバーに接触するため、このカバーにより軸部の先端及び転動体の損傷を防ぐことができる。特に、組み立て完了状態で転動体が軸部に対して締り嵌めの状態とされるため、内周に沿って転動体を配列した軸受カップを軸部に取り付ける際に、転動体は軸部の端面の外周縁部に接触しようとするが、この外周縁部がカバーで覆われているため、軸部の端面及び転動体の損傷を防ぐことができる
さらに、カバーの外周面と軸部の外周面とが面一であるため、軸受カップ内の転動体がカバーに一旦外嵌すると、その軸受カップを軸線方向に移動させるだけで、転動体をスムーズに軸部に外嵌させることができる。

また、この十字軸継手において、前記カバーは、前記軸受カップの内底面に接触する接触面を有しているのが好ましい。
これによれば、軸受カップの内底面と十字軸の軸部との間に作用する軸方向荷重を、樹脂製のカバーの突出部を介して軸受カップが受けることができ、軸受カップの内底面及び軸部の端面の損傷や焼付きを防止できる。このため、従来、軸方向荷重を受けるために必要であったスラストワッシャを不要とできる。

また、この十字軸継手において、前記カバーは、前記軸部の軸線方向外方へ突出した突出部を有し、この突出部の先端面を前記接触面とし、この接触面は前記軸部よりも直径が小さい円形の面であるのが好ましい。
これにより、カバーの突出部と軸受カップの内底面との間の接触面積を小さくして、軸受カップの内底面と十字軸の軸部との間における回転抵抗を小さくできる。

また、この十字軸継手において、前記突出部の前記軸部側の面と当該軸部の端面との間に、当該突出部の当該軸部側への弾性変形を許容する空間部が形成されているのが好ましい。
これによれば、軸受カップの内底面と十字軸の軸部との間に軸方向荷重が作用すると、突出部において、前記空間部を軸線方向に潰す弾性変形が生じる。これにより、例えば、十字軸の軸部の基端部に環状のシール部材を設け、このシール部材に軸受カップの端面が接触している場合、大きな前記軸方向荷重が急激に作用しても、カバーの突出部による前記弾性変形により、その衝撃を吸収でき、軸受カップの端面がシール部材に衝撃を与えず、シール部材を保護できる。

また、この十字軸継手において、前記カバーは、前記軸部の先端に形成された縮径部の外周面に密着して嵌合されているのが好ましい。
これによれば、軸受カップ内の転動体をカバーに外嵌させることで当該カバーが径方向内側へ押されるが、当該カバーは軸部の縮径部の外周面に外嵌しているため、カバーの形状が縮径部によって維持され、大きく変形してしまうのを抑えることができる。また、
軸部の先端の縮径部にカバーを外嵌させることで、当該カバーが軸部に取り付いた状態が得られる。

この発明によれば、軸受カップの内周に複数の転動体を配列し、これを十字軸の軸部の先端部側から外嵌させる際、転動体はまず樹脂製のカバーに接触するため、このカバーにより軸部の先端及び転動体の損傷を防ぐことができる。これにより、十字軸継手の品質を高め、耐久性を向上させることができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明の十字軸継手を備えた自在継手の実施の一形態を示す側面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面における断面図である。この自在継手Ｊは、例えば自動車の操舵装置において、ステアリングシャフト３１とコラムシャフト３２との連結に用いることができる。図１の形態では、両シャフト３１，３２の間に中間シャフト３３が介在し、この中間シャフト３３とステアリングシャフト３１との間、及び、中間シャフト３３とコラムシャフト３２との間に、十字軸継手１０が設けられている。

ステアリングシャフト３１の端部には、一対の対向するヨーク２１，２２が設けられており、ヨーク２１，２２のそれぞれに軸線を同一とする軸受孔２１ａ，２２ａが形成されている。一方、中間シャフト３３の端部には、一対の対向するヨーク２３，２４が設けられており、ヨーク２３，２４のそれぞれに軸線を同一とする軸受孔２３ａ，２４ａが形成されている。

前記十字軸継手１０は、四つの軸部３を有する十字軸１と、前記軸部３の外周面３ａを転走する複数の転動体としてのニードルローラ６と、これら複数の転動体に外嵌した有底円筒状の軸受カップ５とを備えている。
そして、前記軸受孔２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａのそれぞれに、内周に複数のニードルローラ６を配列した有底円筒状の軸受カップ５を介して、十字軸１の各軸部３がその軸線回りに回動自在に支持されている。なお、中間シャフト３３とコラムシャフト３２との間における構造も同様であり、説明を省略する。

図３は十字軸継手の要部を示す断面図であり、前記ヨーク２１における十字軸継手１０の要部を示している。十字軸１は、胴体部２と、この胴体部２の側周面から四方へ突出した四つの軸部３とを有している。十字軸１は鋼製であり、胴体部２と四つの軸部３とは鍛造により一体成形されている。軸受カップ５は、円筒部８ａと、この円筒部８ａの端部と連続している円板部８ｂとを有して、有底円筒状とされている。そして、円筒部８ａの内周面が軌道面とされている。ニードルローラ６及び軸受カップ５は鋼製である。

組み立て完了状態で、軸受カップ５は、円筒部８ａにおいて前記ヨーク２１の軸受孔２１ａに嵌入された状態にあり、また、軸受カップ５内においては、複数のニードルローラ６と十字軸１の軸部３との間が締り嵌めの状態に維持されている。つまり、この軸受カップ５のニードルローラ６における組み立て後のラジアル隙間を、負隙間としている。

十字軸１の軸部３の先端には、樹脂製のカバー７が取り付けられている。カバー７は、軸部３の端面４の外周縁部４ａを覆う円環部１４と、この円環部１４と一体であり軸部３の端面４の中央部を覆う円板部１６とを有している。さらに円環部１４の外周面１４ａは、軸部３の外周面３ａと面一（同一円周面上にある構造）とされている。このカバー７は軸部３の端面４の全面を覆っている構造となる。

また、図３において、十字軸１の軸部３の端面４は段付き形状とされ、当該端面４の中央部には外径が小さくされた断面円形の縮径部１３が形成されている。この縮径部１３の外周面１３ａにカバー７の円環部１４が密着して外嵌することで、当該カバー７は軸部３の先端に取り付いた状態となる。これにより、カバー７を軸部３の先端に取り付けた状態で、軸受カップ５を当該軸部３に外嵌させて取り付ける作業が容易となる。さらに、軸受カップ５内のニードルローラ６をカバー７に外嵌させることで当該カバー７が径方向内側へ押されるが、当該カバー７は軸部３の縮径部１３の外周面１３ａに外嵌しているため、カバー７の形状が縮径部１３によって維持され、大きく変形してしまうのを抑えることができる。

カバー７は、軸受カップ５の内底面に接触する接触面１１ａを有している。具体的に説明すると、カバー７の円板部１６は、軸部３の軸線方向外方へ突出した突出部１１を有し、この突出部１１の先端を前記接触面１１ａとしている。この接触面１１ａは円形の面としており、軸部３及びカバー７の円環部１４よりも直径を小さくしている。また、突出部１１は円板部１６の中央部から突出しており、突出部１１の端面である前記接触面１１ａが、軸受カップ５の円板部８ｂの内側面の中心部と接触している。

カバー７を樹脂製としているが、機械的性質、耐熱性に優れたものが好ましく、さらには自己潤滑性を有し、耐摩擦摩耗性および耐疲労性に優れたものがより好ましい。具体的には、ポリアセタールや、ポリフェニレンサルファイド系樹脂などの合成樹脂とすることができる。

図４は、十字軸継手１０を備えた自在継手Ｊの組み立て方法を説明する説明図である。この図において、自在継手Ｊの組み立ては、まず、対向する一対のヨーク２１，２２のうち、十字軸１を一方のヨーク２２に向かって斜めから接近させ、十字軸１の一つの軸部３を当該ヨーク２２の軸受孔２２ａに挿入してから、反対にある他の軸部３を他方のヨーク２１の軸受孔２１ａに挿入させる。そして、軸受孔２１ａに十字軸１の軸部３を挿入した状態で、この軸部３の軸線方向の外側から、内周に沿って複数のニードルローラ６を配列した軸受カップ５を軸部３に接近させ、軸受カップ５を軸受孔２１ａに圧入しながら当該軸受カップ５内のニードルローラ６を軸部３の先端部側から外嵌させ、軸受カップ５が縮径することでニードルローラ６と軸部３とが圧接した状態、つまり、締り嵌め状態となる。また、ヨーク２２側の軸受孔２２ａにおいても同様に、内周に複数のニードルローラを配列した軸受カップ（図示せず）を軸部３に取り付ける。なお、この組み立て前において、十字軸１の軸部３の基端部には、環状のシール部材１５が予め設けられている。

組み立て完了状態で軸受カップ５のニードルローラ６と十字軸１の軸部３とを締り嵌めの状態にするために、前記のとおり軸受カップ５を軸部３に取り付ける際、軸受カップ５を軸受孔２１ａへ圧入し当該軸受カップ５を縮径させている。このため、その内周にあるニードルローラ６は軸部３の端面４の外周縁部４ａに接触しようとするが、この外周縁部４ａが樹脂製のカバー７の円環部１４によって覆われているため、転動体６はまず当該円環部１４に接触し、軸部３の端面４及びニードルローラ６の損傷を防ぐことができる
さらに、カバー７の外周面１４ａと軸部３の先端の外周面３ａとが面一であるため、ニードルローラ６がカバー７の円環部１４に一旦外嵌すると、軸受カップ５を軸線方向に移動させるだけで、スムーズにニードルローラ６を軸部３に外嵌させることができる。

図１で示しているシャフト３１，３３間の十字軸継手１０には、これらシャフト３１，３３の軸線に直交する方向の荷重が作用する。図２と図３において、これらシャフト３１，３３のヨークの各軸受孔には軸受カップ５が嵌入した固定状態とされ、この軸受カップ５の内底面に、十字軸１の軸部３の先端に固定したカバー７の突出部１１が接触した状態にある。このため、前記荷重は、軸受カップ５と十字軸１の軸部３との間で当該軸部３の軸線方向の荷重（以下、これを軸方向荷重という）として作用する。
そこで、この十字軸継手１０によれば、軸受カップ５の内底面と十字軸１の軸部３との間の前記軸方向荷重を、樹脂製のカバー７の突出部１１を介して軸受カップ５の内底面は受けることができる。これにより、軸受カップ５の内底面及び軸部３の端面４の損傷を防止できる。

さらに、この突出部１１の軸受カップ５の内底面に対する接触面１１ａは、軸部３の直径よりも小さい円形の面とされていることから、接触面積を小さくでき、前記軸方向荷重が作用するとともに軸受カップ５と十字軸１の軸部３との間に回動が生じても、軸受カップ５の内底面と十字軸１の軸部３との間における回転抵抗を小さくできる。
さらに、カバー７の円板部１６は、軸部３の端面４に周方向で連続した面で接触しているため、大きな前記軸方向荷重が作用した場合であっても、その荷重を軸部３の端面４に均一に作用させて分散させることができ、面圧を低下させることができる。また、カバー７と軸部３の端面４との間は周方向で連続した面で接触し、その間に隙間がないため、軸方向荷重が作用した状態で軸部３と軸受カップ５との間で回動しても、これらの間で異音を生じさせることがない。さらに、前記軸方向荷重を軸部３の端面４に均一に作用させて分散させ均一な面圧とでき、十字軸継手１０における伝達トルク変動を抑制できる。なお、従来において、周方向に複数の凹凸を形成して周方向に波形としたバネ性を備えた座金を用いる構造が提案されている。しかし、この場合、前記異音が発生したり、伝達トルク変動が大きく生じたりしてしまうおそれがある。
また、この発明において、カバー７の突出部１１と軸受カップ５の内底面との間に、図示しないが固体潤滑剤やグリースを介在させてもよく、これにより潤滑性をさらに向上させることができる。

また、図３において、軸受カップ５の開口側の端部には、円筒部８ａの端部から径方向内方へ折り曲げられた円環状の鍔部１８が形成されている。そして、軸部３の基端部に環状のシール部材１５が外嵌し、シール部材１５と鍔部１８とは接触している。これにより、ニードルローラ６側へ異物が侵入することを防止できる。さらに、軸部３の先端にあるカバー７の突出部１１が、軸受カップ５の内底面に接触することで、この軸受カップ５は軸部３の軸線方向基端部側への移動が制限される。これにより、前記軸方向荷重によって、軸受カップ５の前記鍔部１８がシール部材１５を押し潰しすぎることを防止できる。

また、図５は十字軸継手の他の実施形態の要部を示す断面図である。この十字軸継手１０は、前記実施の形態とカバー７について相異しているが、その他の構成は同一である。このカバー７は、突出部１１の軸部３側の面（裏面）１１ｂと、当該軸部３の端面４の中心部との間に空間部１２が形成されている。これにより、前記軸方向荷重が生じると、突出部１１において、空間部１２を軸線方向に潰す変形が行われることによって弾性圧縮変形が可能となる。
ここで、十字軸１の軸部３の基端部に環状のシール部材１５が設けられており、このシール部材１５に軸受カップ５の前記鍔部１８が軸線に平行な方向から接触しているため、急激に大きな前記軸方向荷重が作用すると、その衝撃により前記鍔部１８がシール部材１５を急に押し潰そうとする。しかし、この場合であっても、カバー７の突出部１１による前記弾性圧縮変形により、その衝撃を吸収でき、シール部材１５を急に押し潰すことがなく、当該シール部材１５を保護できる。

また、図６は十字軸継手の別の実施形態の要部を示す断面図である。この十字軸継手１０は、前記実施の形態とカバー７及び軸部３の先端部について相異しているが、その他の構成は同一である。この実施の形態では、軸部３の端面４の中央部に凹部２６が形成されている。そして、カバー７にこの凹部２６に嵌合する突起部２７を形成している。これにより、カバー７の突起部２７を軸部３の端面４における凹部２６に嵌合させることで、当該カバー７を、軸部３の先端において、外周縁部４ａを含む端面４を覆って取り付けることができる。
これにより、ニードルローラ６を内周に配列した軸受カップ５を、ヨーク２１の軸受孔２１ａに圧入するとともに、ニードルローラ６を軸部３の先端側から外嵌させる際、当該ニードルローラ６は、カバー７の外周面１４ａ上を摺動する。これにより、カバー７がニードルローラ６に引き連れられて、所定の位置からずれしようとしても、軸部３の凹部２６の内周面にカバー７の突起部２７の外周面が引っ掛かって、カバー７が位置ずれすることを防ぐことができる。
なお、軸部３の前記凹部２６、及び、カバー７の前記突起部２７については、図３に示した実施の形態においても採用できる。

図７及び図８は、十字軸継手のさらに別の実施形態の要部を示す断面図である。これらはそれぞれ図６の実施形態の変形例であり、十字軸１の軸部３の先端における外周部に、面取り部２８（図７参照）やアール面部２９などの環状の逃げ部３０を形成している。
この構成において、図７（ｂ）と図８（ｂ）に示しているように、ニードルローラ６を内周に配列した軸受カップ（図示せず）を、ヨークの軸受孔（図示せず）に圧入するとともに、ニードルローラ６を軸部３の先端側から外嵌させる際、当該ニードルローラ６は、カバー７の外周面１４ａ上を摺動し、カバー７の外周部がニードルローラ６に引き連れられるが、前記逃げ部３０によれば、カバー７の外周縁の一部が当該逃げ部３０へ移動することができる。これにより、ニードルローラ６と軸部３との間の抵抗を低減でき、ニードルローラ６の軸部３への外嵌をスムーズにできる。さらに、ニードルローラ６を軸部３の先端側から外嵌させる際に、カバー７の外周部が当該ニードルローラ６に擦れて、当該外周部が剥がれてしまうことを抑えることができる。

さらに、図７及び図８の実施の形態において、図６に示したように、軸部３に前記凹部２６を設け、カバー７に前記突起部２７を設けることによって、カバー７が位置ずれすることを防ぐことができると共に、前記逃げ部３０によって、ニードルローラ６の軸部３への外嵌をスムーズにでき、カバー７の外周部の剥がれを抑えることができる。
なお、図７と図８の実施の形態では、十字軸継手１０が備えている樹脂製のカバー７は、十字軸１の軸部３の端面４の外周縁部４ａを覆うと共に、カバー７の外周面１４ａが軸部３の外周面３ａと前記逃げ部３０を介して同一円周面上にある構造となる。

以上各実施の形態によれば、内周にニードルローラ６を配列した軸受カップ５を、十字軸１の軸部３の先端部側から外嵌させて取り付ける際、ニードルローラ６はまずカバー７の外周縁部に接触する。このカバー７は、樹脂製とされていることにより鋼製のニードルローラ６よりも充分に軟らかく、ニードルローラ６は接触しても損傷することがない。そして、このカバー７の外周部（円環部１４）が縮径する弾性変形することで、このカバー７の外周に、ニードルローラ６が外嵌できる。そして、軸受カップ５を十字軸１の軸部３の基端部側へ移動させることで、ニードルローラ６は、カバー７の外周面１４ａから軸部３の外周面３ａにスムーズに誘導される。これにより、軸部３の先端及び外周面３ａ（つまり軌道面）、並びに、ニードルローラ６の損傷を防ぐことができる。
以上より、組み立てられた十字軸継手１０は品質の高いものとでき、耐久性を向上させることができる。また、カバー７を軸部３の先端に取り付ける構造であるため、構成が簡単であり安価に製造可能となる。
さらに、四つの軸部３のそれぞれの先端に樹脂製のカバー７を設け、そのカバー７に軸受カップ５の内底面との接触面１１ａを設けていることから、軸部３の先端について精度の高い機械加工が不要となり、低コストで製造可能となる。

また、本発明の十字軸継手は、図示する形態に限らずこの発明の範囲内において他の形態のものであっても良い。前記実施の形態では、ニードルローラ６の端部外周面がカバー７の外周面１４ａと接触しているが、図示しないが、ニードルローラが軸部の外周面にのみ接触している構造とすることができる。

また、例えば、樹脂製のカバー７は軸部３の端面４の少なくとも外周縁部４ａを覆う構造であればよく、前記実施形態と同様の外周縁部４ａを覆う円環状の円環部１４と、中央の突出部１１と、これら円環部１４と突出部１１とを繋ぐ連結部（図示せず）とを有したカバー７とすることもできる。
または、図９に示しているように、軸部３の端面４の外周縁部４ａのみを覆う円環状のカバー７とすることもできる。この場合、軸部３の先端に形成した縮径部１３の外周面に、カバー７を密着して嵌合させればよい。

この発明の十字軸継手を備えた自在継手の実施の一形態を示す側面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面における断面図である 十字軸継手の要部を示す断面図である。 十字軸継手を備えた自在継手の組み立て方法を説明する説明図である。 十字軸継手の他の実施形態の要部を示す断面図である。 十字軸継手の別の実施形態の要部を示す断面図である。 十字軸継手のさらに別の実施形態の要部を示す断面図である。 十字軸継手のさらに別の実施形態の要部を示す断面図である。 カバーの変形例を説明する断面図である。 従来の十字軸継手を備えた継手構造の組み立てを説明する説明図である。

符号の説明

１ 十字軸
２ 胴体部
３ 軸部
３ａ 外周面
４ 端面
４ａ 外周縁部
５ 軸受カップ
６ ニードルローラ（転動体）
７ カバー
１０ 十字軸継手
１１ 突出部
１１ａ 接触面
１２ 空間部
１３ 縮径部
１３ａ 外周面
１４ 円環部
２１，２２，２３，２４ ヨーク
２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ 軸受孔
３１ ステアリングシャフト
３２ コラムシャフト
３３ 中間シャフト

Claims (5)

1. 胴体部の側周面から四方へ突出した四つの軸部を有する十字軸と、
   前記軸部の外周面を転走する複数の転動体と、
   前記複数の転動体に外嵌した有底円筒状の軸受カップと、を備え、
   前記転動体が前記軸部に対して締り嵌めの状態に維持されている十字軸継手において、
   前記軸部の端面の少なくとも外周縁部を覆うと共に外周面が前記軸部の外周面と面一になる樹脂製のカバーが、前記軸部の先端に取り付けられていることを特徴とする十字軸継手。
2. 前記カバーは、前記軸受カップの内底面に接触する接触面を有している請求項１に記載の十字軸継手。
3. 前記カバーは、前記軸部の軸線方向外方へ突出した突出部を有し、この突出部の先端面を前記接触面とし、この接触面は前記軸部よりも直径が小さい円形の面である請求項２に記載の十字軸継手。
4. 前記突出部の前記軸部側の面と当該軸部の端面との間に、当該突出部の当該軸部側への弾性変形を許容する空間部が形成されている請求項３に記載の十字軸継手。
5. 前記カバーは、前記軸部の先端に形成された縮径部の外周面に密着して嵌合されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の十字軸継手。

Images