JP2007309338A - 十字軸継手及び車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受カップの内周にあるニードルローラを十字軸の軸部に外嵌させる際に、当該軸部の先端側外周面に傷が付いた場合であっても、この傷による性能の低下及び耐久性の低下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の外周面３ａのうち軸方向中間部を転走する複数のニードルローラ６と、これらニードルローラ６に外嵌し当該ニードルローラ６の軌道面を内周に有する有底円筒状の軸受カップ５とを備えている。軸受カップ５は、前記軌道面よりも径方向内側に規制部７を有している。規制部７は、ニードルローラ６の軸部先端側への移動を規制して当該ニードルローラ６が軸部先端側の外周面を転走することを防止する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、十字軸継手、及び、この十字軸継手を備えた車両用操舵装置に関する。

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繋ぐために、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５（ａ）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の先端の角部４７とが強く接触し、軸部４４の先端側外周面４４ａにおいて傷（圧痕）が付いたり変形したりするなど損傷するおそれがある。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の先端側外周面４４ａに傷が付きやすい。そして、従来では、図５（ｂ）に示しているように、軸部４４の先端側外周面４４ａを含む外周面が転動体４５の軌道面となるため、先端側外周面４４ａに傷などが生じ、この上を転動体４５が転走すると、十字軸継手の性能及び耐久性を低下させてしまい、また、操舵装置における操舵感を悪化させるおそれがある。

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、軸受カップの内周にある転動体を十字軸の軸部に外嵌させる際に、軸部先端側の外周面が損傷した場合であっても、この損傷による性能の低下及び耐久性の低下を防止できる構造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、前記軸部の外周面のうち軸方向中間部を転走する複数の転動体と、前記複数の転動体に外嵌し当該転動体の軌道面を内周に有する有底円筒状の軸受カップとを備え、前記軸受カップは、前記軌道面よりも径方向内側に、前記転動体の軸部先端側への移動を規制して当該転動体が前記軸部先端側の外周面を転走することを防止する規制部を有しているものである。
これによれば、軸受カップの規制部は、十字軸の軸部の軸方向中間部を転走する転動体が軸部先端側へ移動することを規制でき、転動体が軸部先端側の外周面を転走することを防ぐことができる。したがって、転動体を十字軸の軸部に外嵌させる際に、軸部先端側の外周面が損傷した場合であっても、この損傷部分を転動体が転走することがなく、前記損傷による十字軸継手の性能の低下及び耐久性の低下を防止できる。

また、前記十字軸継手において、前記規制部は、前記軸受カップの底部側を縮径して形成した段付き部であるのが好ましい。
これによれば、軸受カップの底部側を縮径させるだけで、前記規制部を得ることができ、規制部を簡単に構成できる。

また、この発明の車両用操舵装置は、ステアリングシャフトと、コラムシャフトと、前記ステアリングシャフトと前記コラムシャフトとを繋ぐための継手とを備え、前記継手が前記十字軸継手である。
これによれば、転動体を十字軸の軸部に外嵌させる際に、当該軸部の先端側外周面が損傷した場合であっても、この先端側外周面を転動体が転走することがなく、この損傷による性能の低下、耐久性の低下、及び、操舵感の悪化を防止できる。

この発明によれば、転動体を十字軸の軸部に外嵌させる際に、当該軸部の先端側外周面が損傷した場合であっても、軸受カップの規制部は、転動体が軸部の先端側外周面を転走することを防ぐことができるため、この損傷による性能の低下及び耐久性の低下を防止できる。

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とを繋ぐため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とを端部において連結、及び、中間シャフト３３とコラムシャフト３２とを端部において連結するために、それぞれ十字軸継手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に外嵌し外周面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、これら複数のニードルローラ６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は十字軸継手の断面図であり、前記ヨーク２１における要部を示している。図２と図３において、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。なお、ニードルローラ６、及び、軸受カップ５は鋼製である。
軸受カップ５は、段付き形状の円筒部８ａと、この円筒部８ａの端部と連続している段付き形状の円板部８ｂとを有しており、軸方向一方側が開口した有底円筒状である。この軸受カップ５は、十字軸１への取り付け状態で、十字軸１の胴体部２側に向かって開口している。軸受カップ５の開口部には、径方向内側へ折り曲げ形成した内鍔部９がある。

ニードルローラ６は、軸受カップ５の円筒部８ａの内周面に沿って複数配列されており、この円筒部８ａの内周面のうちの一部がニードルローラ６の軌道面１７となる。ニードルローラ６は、その軸線方向の長さを従来よりも短くしており、十字軸１の軸部３の外周面３ａのうち先端側を除いて軸方向中間部１５を転走する。

軸受カップ５は、円筒部８ａにおいて、前記軌道面１７よりも径方向内側にある規制部７を有している。なお、図３に示す規制部７は、軸受カップ５の底部側を縮径して形成している。具体的に説明すると、軸受カップ５の円筒部８ａは、開口部側の大径筒部１１と、底部側にあり前記大径筒部１１よりも小径の小径筒部１２と、大径筒部１１と小径筒部１２との間の径方向に延びる円環部１３とを有している。そして、軸受カップ５の円筒部８ａにおいて段付き形状としている円環部１３を前記規制部７としている。このように、円筒部８ａの形成の際に、底部側を大径筒部１１よりも縮径させて小径筒部１２を形成することで、規制部７を簡単に構成でき、製造工数の低減が可能となる。

大径筒部１１は、その内周面をニードルローラ６の軌道面１７としており、大径筒部１１の内周面は、軸部３の外周面３ａのうちの軸方向中間部１５の径方向外側の位置に存在している。小径筒部１２の内周面は、軸部３の先端側の外周面１４よりも直径が大きく、この外周面１４の径方向外側の位置に存在している。

規制部７は、各ニードルローラ６の軸部３の先端側（図３において右側）への移動を規制して、当該ニードルローラ６が軸部３の先端側の外周面１４を転走することを防止している。すなわち、ニードルローラ６の軸方向外側の端面が規制部７（円環部１３）に接触することで、ニードルローラ６は軸部３の先端側へ移動できず先端側の外周面１４上を転走することがない。
さらに、ニードルローラ６は、軸受カップ５の円筒部８ａの開口側にある前記内鍔部９によって、軸方向内側（十字軸１の胴体部２側）への移動が規制されており、前記規制部７と前記内鍔部９との間にニードルローラ６を存在させることで、当該ニードルローラ６を軸部３の外周面３ａにおいて軸方向中間部１５の位置に維持している。

図４は十字軸継手の要部の拡大断面図である。軸受カップ５の円環部１３の開口側（図４の左側）の面１６は、その軸方向位置が、軸部３の先端面３ｂよりも所定寸法だけ当該軸部３の基端側（図４の左側）の位置にある。さらに説明すると、軸部３の外周面３ａの先端には当該軸部３の先端面３ｂへ繋がるアール部３ｃ（又は面取り部）が形成されており、この軸部３の外周面３ａのうちの、前記アール部３ｃ（又は面取り部）を除いた軸部３の軸線に平行な直線部分において、その先端側部１８から所定寸法Ｌだけ軸部３の基端部側の軸方向位置１９と、同じ軸方向位置に前記円環部１３の開口側の面１６が存在している。前記所定寸法Ｌは、例えば２ｍｍ〜１０ｍｍに設定することができ、この所定寸法Ｌの範囲が、後に説明するが、ニードルローラ６を軸部３に外嵌させる際に傷が付きやすい部分となる。
また、軸部３の外周面３ａのうち傷が付きやすい部分の境界となる前記軸方向位置１９の直ぐ近傍に、傷が生じた場合であっても、ニードルローラ６の軸方向外側の端部をアール面部（又は面取り部）としていることにより、ニードルローラ６の外周面が、軸部３の前記傷が生じた部分に接触することを防止している。

そして、この自在継手Ｊの組み立て方法は、図２と図３において、ヨーク２１の軸受孔２１ａに、先に十字軸１の軸部３のみを挿入した状態で、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、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る。この際、ニードルローラ６の軸方向内側の端部が軸部３の先端の周縁部に強く接触し、軸部先端側の外周面１４に傷（圧痕）が付いたり変形したりするおそれがある。特に、ニードルローラ６が軸部３の先端に接触する嵌合初期において接触面圧が大きく、軸部先端側の外周面１４に傷が付きやすい。
そして、軸受カップ５の内周にあるニードルローラ６が軸部３の外周面３ａのうち軸方向中間部１５の位置となるまで、すなわち、ニードルローラ６の軸方向外側の端部が軸部先端側の外周面１４を越える位置まで、軸受カップ５を軸受孔２１ａ内に嵌入する。

なお、この軸受カップ５内のニードルローラ６を軸部３に外嵌させる際、軸受カップ５の大径筒部１１をヨーク２１の軸受孔２１ａに圧入している。これにより、十字軸継手１０の組み立て完了状態で、大径筒部１１と軸受孔２１ａとの間は締り嵌めの状態に維持されている。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、及び、ニードルローラ６と軸受カップ５との間が締り嵌めの状態に維持されている。つまり、組み立て後のニードルローラ６におけるラジアル隙間を負隙間としている。または、ニードルローラ６におけるラジアル隙間をゼロの状態としてもよい。

そして、図４に示しているように、ヨーク２１の軸受孔２１ａの開口部の一部を、径方向内方へ突出させるようにかしめ加工を行い（塑性変形させ）、そのかしめ部２７を軸受カップ５の円環部１３の軸方向外側面２８の外周縁部に接触させている。これにより、軸受カップ５がヨーク２１の軸受孔２１ａから軸方向外側へ抜け出ることを防止できる。

このような自在継手Ｊによれば、軸受カップ５の規制部７は、十字軸１の軸部３の軸方向中間部１５を転走するニードルローラ６が軸方向外側へ移動することを規制でき、ニードルローラ６が軸部３の先端側の外周面１４を転走することを防ぐことができる。したがって、ニードルローラ６を十字軸１の軸部３に外嵌させる際に、当該軸部３の先端側の外周面１４において傷が付いたり変形したりなど損傷した場合であっても、この損傷による性能の低下、及び、耐久性の低下を防止できる。
また、ニードルローラ６はその軸方向長さを短くしているが、ヨーク２１の軸受孔２１ａと十字軸１の軸部３との間において、ニードルローラ６が十分な軸方向長さを有して存在しているため、ヨーク２１と軸部３との間で生じるラジアル荷重を安定して伝達できる。

そして、図１に示しているように、このような十字軸継手１０を用いて、ステアリングシャフト３１と中間シャフト２３とを連結し、この中間シャフト２３とコラムシャフト３２とを連結した車両用操舵装置とすることで、ニードルローラ６を十字軸１の軸部３に外嵌させる際に、当該軸部３の先端側の外周面１４が損傷した場合であっても、この先端側の外周面１４をニードルローラ６が転走することがなく、この損傷による性能の低下、耐久性の低下、及び、操舵感の悪化を防止できる。
また、軸受カップ５の内周にあるニードルローラ６と十字軸１の軸部３との間を締り嵌め状態（負隙間）、又は、隙間がゼロの状態とすることができることから、ニードルローラ６と軸部３との間において滑りが生じることを抑制でき、トルク伝達不良によるガタツキや脈動の発生を防止でき、良好な操舵感を得ることができる。

また、本発明は、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。例えば、前記実施の形態では、規制部７を軸受カップ５の底部側において縮径した部分としたが、これに限らず、図示しないが、軸受カップ５の円筒部８ａを直線的な円筒形状とし、この円筒部８ａの内周面の軸方向所定位置（前記円環部１３に相当する軸方向位置）に当該内周面から径方向内側へ突出する部材を固定し、この部材を規制部としてもよい。

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。 十字軸継手の要部の拡大断面図である。 従来の十字軸継手を備えた自在継手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
５ 軸受カップ
６ ニードルローラ（転動体）
７ 規制部
１０ 十字軸継手
１４ 先端側の外周面
１５ 軸方向中間部
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 (3)

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、前記軸部の外周面のうち軸方向中間部を転走する複数の転動体と、前記複数の転動体に外嵌し当該転動体の軌道面を内周に有する有底円筒状の軸受カップと、を備え、
   前記軸受カップは、前記軌道面よりも径方向内側に、前記転動体の軸部先端側への移動を規制して当該転動体が前記軸部先端側の外周面を転走することを防止する規制部を有していることを特徴とする十字軸継手。
2. 前記規制部は、前記軸受カップの底部側を縮径して形成した段付き部である請求項１に記載の十字軸継手。
3. ステアリングシャフトと、コラムシャフトと、前記ステアリングシャフトと前記コラムシャフトとを繋ぐための継手と、を備え、前記継手が請求項１又は２に記載の十字軸継手であることを特徴とする車両用操舵装置。

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