JP2007303575A - 十字軸継手及びこれを有する車両用操舵装置 - 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、軸部や転動体が損傷することを防止することができる十字軸継手及びこれを有する車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】４つの軸部１６を有する十字軸１５と、この各軸部１６の外周面１６ａに配置された複数の転動体１７と、前記複数の転動体１７を前記軸部１６の外周側から覆う軸受カップ１８とを備えている。先端側に向かって漸次拡径するように前記各軸部１６の軸端面１６ｂに形成されたテーパ孔２２に、このテーパ孔２２を拡径させて前記複数の転動体１７のすべてに対して前記軸部１６の外周面１６ａとの間の負すきまを発生させる拡径部材２３が挿入されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、十字軸継手及びこれを有する車両用操舵装置に関する。

例えば、ラックアンドピニオン形式の自動車の操舵装置は、操舵部材を有するステアリングシャフトと、ラックアンドピニオン機構を構成するピニオン歯を有するピニオンシャフトと、これらの両シャフトの間に介在された中間シャフトとを備えており、この中間シャフトの両端部をステアリングシャフトとピニオンシャフトの各端部にそれぞれ十字軸継手で連動連結することによって構成されている。

上記十字軸継手は、四方に突出する４つの軸部を有する十字軸と、この各軸部の外周面に転動自在に配置された複数の転動体と、前記複数の転動体を前記軸部の外周側から覆った状態で当該軸部に対して同軸心状に配置された軸受カップとを備えている。
このような十字軸継手においては、十字軸の軸部が軸方向や径方向にがたつき、騒音を発生するおそれがあり、これを解決するために軸受カップと十字軸の軸部との間に係合部材を介在させ、十字軸に対して軸方向及び径方向に与圧を与える十字軸継手が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１の十字軸継手は、十字軸の各軸部をヨークの対応する嵌合孔に嵌合された軸受カップによってニードルローラを介して支持する十字軸継手において、各軸部の端面と対応する軸受カップの内底面との間に介在しこれらを押圧状態で係合する係合部材を備え、係合部材は、軸受カップの内底面の第１の被係合部に凹凸係合する第１の係合部と、軸部の端面の第２の被係合部に凹凸係合する第２の係合部とを含み、第１及び第２の係合部の係合中心が互いにオフセットされており、第１の被係合部の被係合中心は軸受カップの中心軸線に沿うと共に、第２の被係合部の被係合中心は軸部の中心軸線に沿い、上記第２の係合部及び第２の被係合部の何れか一方は先細り状の凸部を含み、他方は上記凸部に嵌合する凹部を含み、凸部及び凹部は軸部の中心軸線を中心とし互いに合致する円錐状テーパ面を含んでいる。これにより、軸部に対して軸方向及び径方向に安定的に加圧することができるため、振動及び異音はある程度解消される。しかし、この場合、係合部材による径方向への加圧が一方向であり、軸部の外周面と複数の転動体との間の一部においてしか負すきまが達成できないため、伝達トルクが大きくなると、軸部の外周面との間に正すきまが存在する転動体において滑りが生じてトルク伝達不良によるガタツキが発生したり、脈動が発生するおそれがある。

そこでこれを解決するために、例えば特許文献２に示しているように、複数の転動体のすべてと十字軸の軸部の外周面との間に負すきまを発生させた十字軸継手が提案されている。
特許文献２の十字軸継手を備えた継手構造の組み立ては、図６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のすべてを軸部４４に圧接させている。

特開２００５−１５５８３０号公報 再表０３／０６４８７７号公報

しかしながら、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、耐久性を低下させるおそれがある。

そこで本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、複数の転動体のすべてと十字軸の軸部の外周面との間に負すきまを発生させるタイプの十字軸継手において、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、軸部や転動体が損傷することを防止することができる十字軸継手及びこれを有する車両用操舵装置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本発明の十字軸継手は、四方に突出する４つの軸部を有する十字軸と、この各軸部の外周面に転動自在に配置された複数の転動体と、前記複数の転動体を前記軸部の外周側から覆った状態で当該軸部に対して同軸心状に配置された軸受カップとを備えている十字軸継手において、先端側に向かって漸次拡径するように前記各軸部の軸端面に形成されたテーパ孔に、このテーパ孔を拡径させて前記複数の転動体のすべてに対して前記軸部の外周面との間の負すきまを発生させる拡径部材が挿入されているものである。

この構成によれば、転動体を内周に有する軸受カップを軸部に取り付ける際、軸部のテーパ孔を拡径部材で拡径させることにより複数の転動体のすべてと軸部の外周面との間に負すきまを発生させているので、軸受カップを軸部に挿入する段階で負すきまを発生させる必要がなく、転動体と軸部の外周面とを接触させずに挿入することができるため、軸部の先端及び転動体の損傷を防ぐことができる。

また、この十字軸継手において、前記複数の転動体は、前記各軸部の拡径後における当該各軸部の外周面の湾曲形状に適合するクラウニングが外周面に形成されたニードルローラよりなることが好ましい。
これによれば、ニードルローラの外周面に形成されたクラウニングが、拡径後の軸部外周面の湾曲形状に適合することにより、軸部の外周面をニードルローラの外周面に沿わせて接触面圧を小さくすることができる。

前記複数の転動体は、前記各軸部に対するエッジロードを低減するための部分的なクラウニングが外周面の軸方向端部に形成されたニードルローラよりなっていてもよい。
これにより、ニードルローラの外周面の軸方向端部への応力集中を防いで各軸部に対する接触面圧を適正化することができる。

また、この十字軸継手において、前記軸受カップ及び前記拡径部材に、この両部材を同軸心状に位置決めする位置決め手段が設けられていることが好ましい。
位置決め手段によって軸受カップ及び拡径部材が偏心することなく同軸心状に位置決めされ、拡径部材によりテーパ孔を外径側に均一に拡径することができるので、複数の転動体のすべてに対して前記軸部の外周面との間の負すきまをより確実に発生させることができる。

本発明の車両用操舵装置は、操舵部材を有するステアリングシャフトと、ラックアンドピニオン機構を構成するピニオン歯を有するピニオンシャフトと、これらの両シャフトの間に介在された中間シャフトと、この中間シャフトの両端部を前記ステアリングシャフトと前記ピニオンシャフトの各端部にそれぞれ連動連結する上記十字軸継手とを備えている。
この構成によれば、上記十字軸継手を備えているので、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、軸部や転動体が損傷することを防止することができる。

本発明によれば、転動体を内周に有する軸受カップを軸部に取り付ける際、軸部のテーパ孔を拡径部材で拡径させることにより複数の転動体のすべてと軸部の外周面との間に負すきまを発生させているので、軸受カップを軸部に挿入する段階で負すきまを発生させる必要がなく、転動体と軸部の外周面とを接触させずに挿入することができるため、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、本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は本発明の十字軸継手を有する車両用操舵装置の模式図である。車両用操舵装置１は、一端部が操舵部材（ステアリングホイール）２を連結されたステアリングシャフト３と、一端部が当該ステアリングシャフト３の他端部に本発明の十字軸継手４を介して連結された中間シャフト５と、この中間シャフト５の他端部に本発明の十字軸継手４を介して連結されたピニオンシャフト６と、このピニオンシャフト６の端部近傍に設けられたピニオン歯６ａに噛合うラック歯７ａを有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー７とを有している。

前記ピニオンシャフト６及びラックバー７により舵取り機構としてのラックアンドピニオン機構が構成されている。ラックバー７は車体に固定されるハウジング８内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー７の両端部はハウジング８の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド９が結合されている。各タイロッド９は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する操向輪１０に連結されている。
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転すると、この回転がピニオン歯６ａ及びラック歯７ａによって自動車の左右方向に沿ったラックバー７の直線運動に変換される。これにより、操向輪１０の転舵が達成される。

図２は、本発明の車両用操舵装置１の要部の側面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面における断面図である。図２においては、ステアリングシャフト３と、ピニオンシャフト６と、これらの両シャフト３，６の間に中間シャフト５が介在しており、この中間シャフト５の両端部をステアリングシャフト３とピニオンシャフト６の各端部にそれぞれ十字軸継手４で連動連結している。

前記ステアリングシャフト３の端部には、Ｕ字状の第１ヨーク１１が設けられており、この第１ヨーク１１は、一対の対向するアーム１３，１３を有している。一方、前記中間シャフト５の一端部にはＵ字状の第２ヨーク１２が設けられており、第２ヨーク１２は一対の対向するアーム１４，１４を有している。そして、前記第１ヨーク１１のアーム１３，１３のそれぞれに軸線を同一とする軸受孔１３ａ，１３ａが形成され、前記第２ヨーク１２のアーム１４，１４のそれぞれに軸線を同一とする軸受孔１４ａ，１４ａが形成されている。
そして、これらの軸受孔１３ａ，１３ａ，１４ａ，１４ａに前記十字軸継手４が嵌合されている。

前記十字軸継手４は、四方に突出する４つの軸部１６を有する十字軸１５と、この軸部１６の外周面１６ａに転動自在に配置された複数の転動体１７と、これら複数の転動体１７を軸部１６の外周側から覆った状態で当該軸部１６に対して同軸心状に配置された軸受カップ１８とを備えている。
そして、前記軸受孔１３ａ，１３ａ，１４ａ，１４ａのそれぞれにおいて、内周に複数の転動体１７を配列した前記軸受カップ１８を介して、十字軸１５の各軸部１６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５の他端部に設けられた第３ヨーク１９とピニオンシャフト６の端部に設けられた第４ヨーク２０との間における構造も同様であり、説明を省略する。

図４は十字軸継手４の要部の分解断面図であり、前記第１ヨーク１１のアーム１３における十字軸継手４の要部を示している。
十字軸１５は、胴体部２１と、この胴体部２１の側周面から四方に突出する４つの軸部１６を有している。十字軸１５は鋼製であり、胴体部２１と４つの軸部１６とは鍛造により一体成形されている。
転動体１７は、各軸部１６の拡径後における当該各軸部１６の外周面１６ａの湾曲形状に適合するクラウニングが外周面１７ａに形成されたニードルローラよりなる。そして、ニードルローラ１７の外周面１７ａの軸方向端部１７ｂに、各軸部１６に対するエッジロードを低減するための部分的なクラウニングが形成されている。
軸受カップ１８は、例えば有底円筒状をしており、円筒部１８ａと、この円筒部１８ａの端部と連続している円板部１８ｂとを有している。そして、円筒部１８ａの内周面が軌道面とされている。ニードルローラ１７及び軸受カップ１８は鋼製である。

前記軸部１６の軸端面１６ｂにはテーパ孔２２が形成されており、このテーパ孔２２には拡径部材２３が挿入されている。この拡径部材２３は、テーパ孔２２を拡径させて複数の転動体１７のすべてに対して軸部１６の外周面１６ａとの間の負すきまを発生させるものである。
テーパ孔２２は、先端側に向かって漸次拡径するように軸部１６の軸端面１６ｂに形成されている。すなわちこのテーパ孔２２は、大径の開口部２２ａと、先端側に向かって漸次拡径するテーパ面２２ｂと、小径の底面２５ｃとから構成されている。
拡径部材２３は、例えば断面逆円錐台形状をした金属製（例えば鋼製）のものであり、大径端面２３ａと、テーパ孔２２のテーパ面２２ｂに合致するテーパ面２３ｂと小径端面２３ｃとから構成されている。
そして、拡径部材２３の一部分がテーパ孔２２に挿入されるように、テーパ孔２２の開口部２２ａの直径ｄ１は、拡径部材２３の大径端面２３ａの直径ｄ２よりも小さく、テーパ孔２２の底面部２２ｃの直径ｄ３は、拡径部材２３の小径端面２３ｃの直径ｄ４よりも小さくなるように設定されている。

そして、軸受カップ１８及び拡径部材２３に、この両部材１８，２３を同軸心状に位置決めする位置決め手段が設けられている。すなわち、拡径部材２３の大径端面２３ａに、軸部１６の軸線Ｌと同心に突起部２４が形成されており、軸受カップ１８の内底面１８ｃに、軸部１６の軸線Ｌと同心に前記突起部２４と凹凸係合する凹部２５が形成されている。

組み立て完了状態で、軸受カップ１８は、円筒部１８ａにおいて前記アーム１３の軸受孔１３ａに嵌入された状態にある。また、軸受カップ１８内においては、各軸部１６に形成されたテーパ孔２２に、このテーパ孔２２を拡径させる拡径部材２３が挿入されており、テーパ孔２２の拡径によって複数の転動体１７のすべてに対して軸部１６の外周面１６ａとの間の負すきまを発生させている。

図５は、十字軸継手４の組み立て方法を説明する説明図であり、（ａ）は軸受カップ１８を挿入する前の状態を示しており、（ｂ）は軸受カップ１８を挿入している途中の状態を示しており、（ｃ）は拡径部材２３が押圧されてテーパ孔２２が拡径している状態を示している。
十字軸継手４の組み立ては、まず、第１ヨーク１１の対向するアーム１３，１３の軸受孔１３ａ，１３ａの内部に十字軸１５を構成する同じ軸心方向の軸部１６，１６をセットする。そして、一方の軸部１６の軸線方向の外側から拡径部材２３を軸部１６に接近させ、拡径部材２３を軸部１６に形成されたテーパ孔２２のテーパ面２２ｂに沿わせて拡径部材２３の一部分を挿入する。そして、内周に沿って複数のニードルローラ１７を配列した軸受カップ１８を軸部１６に接近させ（図５（ａ）参照）、拡径部材２３の突起部２４と軸受カップ１８の凹部２５とが係合するまで軸受カップ１８を軸受孔１３ａに圧入する（図５（ｂ）参照）。この状態では、ニードルローラ１７の内径ｄ５が軸部１６の軸径ｄ６よりも大きいため（図４参照）、複数のニードルローラ１７と軸部１６の外周面１６ａとの間は正すきまである。そして、拡径部材２３の大径端面２３ａに軸受カップ１８の内底面１８ｃが当接した状態で軸受カップ１８を拡径部材２３側に加圧する（図５（ｃ）参照）。これによりテーパ孔２２を拡径させて複数のニードルローラ１７のすべてに対して軸部１６の外周面１６ａとの間の負すきまを発生させることができる。その後、軸受孔１３ａの開口端側の内周部をかしめ加工して軸受カップ１８の抜けを防止する。また、他方のアーム１３の軸受孔１３ａにおいても同様に、内周に複数のニードルローラ１７を配列した軸受カップ（図示せず）を軸部１６に取り付ける。

なお、この組み立て前に、十字軸１５の軸部１６の基端側には環状のシール部材２６が予め取り付けられている。また、軸受カップ１８の開口側の端部には、円筒部１８ａの端部から径方向内方に折り曲げられた円環状の鍔部１８ｅが形成されている。そして、このシール部材２６と鍔部１８ｅとが接触することにより、ニードルローラ１７側へ異物が侵入することを防いでいる。

前記のとおり、軸部１６のテーパ孔２２を拡径部材２３で拡径させることにより複数の転動体（ニードルローラ）１７のすべてと軸部１６の外周面１６ａとの間に負すきまを発生させているので、軸受カップ１８を軸部１６に挿入する段階で負すきまを発生させる必要がなく、転動体１７と軸部１６の外周面１６ａとを接触させずに挿入することができるため、軸部１６の先端及び転動体１７の損傷を防ぐことができる。

そして、この十字軸継手４においては、複数の転動体１７が、各軸部１６の拡径後における当該各軸部１６の外周面１６ａの湾曲形状に適合するクラウニングが外周面１７ａに形成されたニードルローラよりなるため、軸部１６の外周面１６ａをニードルローラ１７の外周面１７ａに沿わせて接触面圧を小さくすることができる。また、このニードルローラ１７の外周面１７ａの軸方向端部１７ｂに、各軸部１６に対するエッジロードを低減するための部分的なクラウニングが形成されているので、ニードルローラ１７の外周面１７ａの軸方向端部１７ｂへの応力集中を防いで各軸部１６に対する接触面圧を適正化することができる。

また、この十字軸継手４には、軸受カップ１８及び拡径部材２３に、この両部材１８，２３を同軸心状に位置決めする位置決め手段としてそれぞれ突起部２４及び凹部２５が設けられている。これにより、軸受カップ１８及び拡径部材２３が偏心することなく同軸心状に位置決めされ、拡径部材２３によりテーパ孔２２を外径側に均一に拡径することができるので、複数の転動体１７のすべてに対して軸部１６の外周面１６ａとの間の負すきまをより確実に発生させることができる。

なお、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よい。前記実施の形態では、拡径部材２３として鋼製のものを用いているが鋼製に限定されず、テーパ孔２２を拡径させて複数の転動体１７のすべてに対して軸部１６の外周面１６ａとの間の負すきまを発生させるものであればどのような素材を使用してもかまわない。また、位置決め手段として、拡径部材２３に突起部２４を、軸受カップ１８に凹部２５を形成しているが、軸受カップ１８及び拡径部材２３を同軸心状に位置決めできればよく、例えば、拡径部材２３に凹部２５を形成し、軸受カップ１８に突起部２４を形成することも可能である。

本発明の十字軸継手を有する車両用操舵装置の模式図である。 本発明の車両用操舵装置の要部の側面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面における断面図である 十字軸継手の要部の分解断面図である。 十字軸継手の組み立て方法を説明する説明図であり、（ａ）は軸受カップを挿入する前の状態を示し、（ｂ）は軸受カップを挿入している途中の状態を示し、（ｃ）は拡径部材が押圧されてテーパ孔が拡径している状態を示す。 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 車両用操舵装置
３ ステアリングシャフト
４ 十字軸継手
５ 中間シャフト
６ ピニオンシャフト
１１ 第１ヨーク
１３ アーム
１３ａ 軸受孔
１５ 十字軸
１６ 軸部
１７ 転動体（ニードルローラ）
１８ 軸受カップ
２３ 拡径部材
２４ 突起部（位置決め手段）
２５ 凹部（位置決め手段）

Claims (5)

1. 四方に突出する４つの軸部を有する十字軸と、この各軸部の外周面に転動自在に配置された複数の転動体と、前記複数の転動体を前記軸部の外周側から覆った状態で当該軸部に対して同軸心状に配置された軸受カップとを備えている十字軸継手において、
   先端側に向かって漸次拡径するように前記各軸部の軸端面に形成されたテーパ孔に、このテーパ孔を拡径させて前記複数の転動体のすべてに対して前記軸部の外周面との間の負すきまを発生させる拡径部材が挿入されていることを特徴とする十字軸継手。
2. 前記複数の転動体は、前記各軸部の拡径後における当該各軸部の外周面の湾曲形状に適合するクラウニングが外周面に形成されたニードルローラよりなる請求項１に記載の十字軸継手。
3. 前記複数の転動体は、前記各軸部に対するエッジロードを低減するための部分的なクラウニングが外周面の軸方向端部に形成されたニードルローラよりなる請求項１又は２に記載の十字軸継手。
4. 前記軸受カップ及び前記拡径部材に、この両部材を同軸心状に位置決めする位置決め手段が設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の十字軸継手。
5. 操舵部材を有するステアリングシャフトと、
   ラックアンドピニオン機構を構成するピニオン歯を有するピニオンシャフトと、
   これらの両シャフトの間に介在された中間シャフトと、
   この中間シャフトの両端部を前記ステアリングシャフトと前記ピニオンシャフトの各端部にそれぞれ連動連結する請求項１〜４のいずれか１項に記載の十字軸継手とを備えている車両用操舵装置。

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