JP2007321944A - 十字軸継手の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受カップを取り付ける際に生じる軸部や針状ころの損傷を防止する製造方法を提供する。
【解決手段】一対の腕部４の相互間隔の中心線Ａから、腕部４の軸受孔４ａの外端縁４ａ１までの幅寸法をＤ１、中心線Ａから、十字軸３を軸部５の軸方向一方側に最大限移動させて軸受孔４ａの外端縁４ａ１から軸部５の先端を突出させた突出位置としたときの当該軸部５の先端までの軸方向寸法をＤ２、軸方向に沿って軸受カップ６の底面側に最大限移動させた状態の針状ころ７における軸受カップ６開口側の端面７ｂから軸受カップ６の接触部６ａ３の端縁６ｄまでの軸方向寸法をＸ、としたとき、上記各値が下記式（１）を満たすように設定する。 Ｄ２ − Ｄ１＞ Ｘ ・・・・（１）
【選択図】図３

Description

本発明は、十字軸継手の製造方法に関する。

自動車等の車輪の操舵を行うための車両用操舵装置においては、ステアリングホイールが取り付けられるコラムシャフトと、ステアリングギヤボックス等の操舵機構を介して操舵車輪を操舵するためのステアリングシャフトとを傾動自在に連結した十字軸継手を有するものがある。
上記十字軸継手は、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動する複数の針状ころと、これら複数の針状ころに外嵌した有底円筒状の軸受カップと、を有している。前記軸受カップが外嵌された前記軸部は、前記両シャフトのそれぞれに設けられたヨークに形成された軸受孔に挿入固定されており、これによって、両シャフトのヨークを互いに連結し、両シャフトを傾動自在に連結している。
このような十字軸継手においては、伝達トルクが大きくなると、針状ころに滑りが生じ、がたつきや脈動等のトルク伝達不良が発生する場合があり、当該車両用操舵装置の操舵感を悪化させることがあった。このため、軸受カップをヨークの軸受孔に挿入することでその内径を縮径させ、針状ころ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（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１４８５１８号公報（図４，図５）

上記従来例の十字軸継手を組み立てるには、図４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、当該十字軸継手の耐久性を低下させてしまうおそれがあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸受カップを十字軸の軸部に取り付ける際に生じる軸部や転動体の損傷を防止することができる十字軸継手の製造方法を提供することにある。

本発明は、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、内周面に配列された複数の針状ころを介して前記軸部に外嵌された有底円筒状の軸受カップと、前記軸受カップが挿入された軸受孔がそれぞれ同心に設けられるとともに互いに対向する一対の腕部を有する一対のヨークと、を備え、前記軸受カップが前記軸受孔によって縮径されることで、前記針状ころが前記軸部及び前記軸受カップの間で締り嵌めの状態に維持されている十字軸継手の製造方法において、前記一対の腕部の相互間隔の中心線から、前記腕部の外側面側に位置する前記軸受孔の外端縁までの幅寸法をＤ１、前記十字軸を当該軸部の軸方向一方側に最大限移動させて前記軸受孔の外端縁から前記軸部の先端を突出させた突出位置としたときの当該軸部の先端から、前記中心線までの軸方向寸法をＤ２、軸方向に沿って軸受カップの底面側に最大限移動させた状態の前記針状ころにおける前記軸受カップ開口側の端面から、前記軸受カップを前記軸受孔に挿入するときに当該軸受孔の内周面に接する前記軸受カップ外周面における接触部の開口側の端縁までの軸方向寸法をＸ、としたとき、上記各値が下記式（１）を満たすように設定するとともに、前記腕部の軸受孔のそれぞれに軸部を挿入し、前記十字軸を前記突出位置に移動させることで、いずれかの前記腕部の軸受孔の外端縁から前記軸部の先端を突出させ、内周面に前記複数の針状ころが配列された前記軸受カップを、前記軸部に外嵌するとともに前記軸受孔に挿入し、前記ヨークの腕部と前記軸部との間に介在させることを特徴としている。
Ｄ２ − Ｄ１＞ Ｘ ・・・・（１）

上記のように構成された十字軸継手の製造方法によれば、上記式（１）を満たすように上記各寸法を設定したので、内周面側に複数の針状ころが配列された軸受カップを軸部に外嵌しつつ軸受孔に挿入する際、当該軸受カップは、その外周面における接触部が軸受孔に到達する前に、内周面側に配列された針状ころが軸部に接し、針状ころを介した状態で軸部に外嵌する。そして、さらに軸受カップを押し込むように軸方向に移動させると、軸部に外嵌した状態の軸受カップの接触部の端縁は、軸受孔の内周面に到達し、当該軸受カップは軸受孔に挿入されて軸部と軸受孔との間に介在した状態となる。ここで、軸受カップは、軸受孔に挿入され接触すると縮径されて針状ころを締り嵌め状態とするが、軸受カップは、軸受孔によって縮径される前の状態で軸部に外嵌するので、軸部の外周面と針状ころの外周面とが強く接触することがなく、軸部の外周面や、針状ころの外周面に傷が付いたり変形したりするのを防止することができる。この結果、当該十字軸継手１の耐久性の低下を抑制することができる。

本発明の十字軸継手の製造方法によれば、軸受カップを十字軸の軸部に取り付ける際に生じる軸部や針状ころの損傷を防止することができる。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明により製造された十字軸継手が用いられた車両用操舵装置の要部構成を示す側面図である。
図１中、車両用操舵装置Ｓは、自動車などの車両の操舵車輪を操舵するための装置であり、車両のステアリングホイール（図示せず）が一体回転可能に取り付けられるコラムシャフト３２と、ステアリングギヤボックス等を介して操舵車輪を操舵するためのステアリングシャフト３１と、両シャフト３１，３２を傾動自在に連結している十字軸継手１と、を備えている。

図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。なお、図２において、理解を容易にするために、後述する一対のヨーク２の一方を省略して示している。図１及び図２を参照して、十字軸継手１は、ステアリングシャフト３１及びコラムシャフト３２の端部それぞれに固定された一対のヨーク２と、これら一対のヨーク２を繋ぐ十字軸３とを有している。
一対のヨーク２は、鋼板等によって形成されたＵ字型の部材であり、それぞれ互いに対向する一対の腕部４を備えている。一対の腕部４の端部それぞれには、互いに同心とされた軸受孔４ａが設けられている。一対のヨーク２は、それぞれ腕部４が互い違いとなるように組み合わせられ、十字軸３によって繋がれている。

十字軸３は、胴体部３ａと、この胴体部３ａの側周面から四方へ突出した四つの軸部５とを有している。十字軸３は鋼製であり、胴体部３ａと四つの軸部５とは鍛造により一体成形されている。この十字軸３の軸部５には、内周面６ａ１に複数の針状ころ７が配列された有底円筒状の軸受カップ６が外嵌されている。

軸受カップ６は、鋼板をプレス等によって形成したものであり、内周側に配列された複数の針状ころ７を介して軸部５が挿入された円筒部６ａと、この円筒部６ａの端部に連続して形成された底部６ｂとを有して、有底円筒状とされている。軸受カップ６と、軸部５との間に介在した複数の針状ころ７は、軸受鋼等によって形成されており、その外周面７ａが転動面とされて、円筒部６ａの内周面６ａ１、及び軸部５の外周面５ａの両面間に転動自在に配置されている。円筒部６ａの端部には、針状ころ７の軸方向位置を保持する折曲部６ｃが形成されるとともに、この折曲部６ｃと軸部５の外周面５ａとの開口を閉塞するシール部材１５が配設されている。

また、軸受カップ６は、軸部５に外嵌した状態で、一対のヨーク２の各軸受孔４ａに挿入されており、各軸部５に軸受カップ６が外嵌された十字軸３によって、一対のヨーク２を互いに繋いでいる。つまり、各軸部５とこれら軸部５が挿入された軸受孔４ａとの間には、内周側に複数の針状ころ７が配列された軸受カップ６が介在しており、十字軸３とヨーク２とは、軸部５の軸線回りに回動自在である。

また、軸受カップ６の円筒部６ａの外径寸法は、当該軸受カップ６がヨーク２の軸受孔４ａに挿入された状態で、複数の針状ころ７を軸部５及び軸受カップ６の間で締り嵌め状態に維持するように設定されている。すなわち、円筒部６ａの外径寸法は、軸受孔４ａの内径寸法に対して僅かに大きく設定されており、軸受カップ６は、軸受孔４ａに挿入されることによって円筒部６ａが僅かに縮径されている。これによって、複数の針状ころ７は、この針状ころ７が転動する軌道面となる軸受カップ６の内周面６ａ１、及び軸部５の外周面５ａに対するラジアル隙間が、負隙間とされている。

上記構成の十字軸継手１は、ステアリングシャフト３１及びコラムシャフト３２のそれぞれに固定された一対のヨーク２を、当該ヨーク２それぞれに回動自在な十字軸３を介して繋ぐことで、ステアリングシャフト３１とコラムシャフト３２とを傾動自在に連結している。

次に、上記十字軸継手１の製造方法について説明する。この十字軸継手１を組み立てるには、まず、ステアリングシャフト３１及びコラムシャフト３２のそれぞれに固定された一対のヨーク２を、それぞれの腕部４が互い違いとなるように組み合わせる。
次に、一対のヨーク２の軸受孔４ａそれぞれに各軸部５を挿入し、各軸部５と軸受孔４ａとの位置関係が当該十字軸継手１が組み立てられたときの位置関係となる状態を保持するように一対のヨーク２及び十字軸３を固定する。
そして次に、一の軸部５の先端部５ｂ（紙面左側の軸部５）が、腕部４の外側面４ｂ側に位置する軸受孔４ａの外端縁４ａ１から突出するように、十字軸３を、ヨーク２の軸受孔４ａに対して軸方向一方側に最大限移動させる。

図３は、十字軸３を上記のように軸方向一方側に最大限移動させて、十字軸３及びヨーク２を保持固定した状態を示す図である。なお、この図３は、理解を容易にするため、一対のヨーク２の内、一方のヨーク２を省略するとともに、後述する軸方向寸法Ｘ等を誇張して示している。図３においては、十字軸３及び一対のヨーク２を、治具等を用いて上述のように十字軸継手１が組み立てられたときの位置関係となる状態で保持固定した後、十字軸３を軸方向一方側（紙面右側方向）に最大限移動させて軸部５の先端部５ｂを軸受孔４ａの外端縁４ａ１から突出させた突出位置に保持している。なお、この突出位置は、紙面と直交する軸部５にヨーク２（図示省略）が取り付けられた状態で、軸方向一方側に最大限移動させることができる位置である。

図３中の軸受カップ６は、軸部５に外嵌すべく当該軸部５の先端部５ｂに接近させた状態で示している。この軸受カップ６は、その内周面６ａ１に複数の針状ころ７が予め配列されており、これら針状ころ７は、例えば内周面６ａ１に塗布したグリース等の粘性によって、内周面６ａ１に接着固定されている。また、複数の針状ころ７は、内周面６ａ１において、軸受カップ６の底部６ｂの壁部６ｂ１に当接するように軸方向に沿って底面６ｂ側に最大限移動させて配列されている。

ここで、軸受カップ６は、後述のように当該軸受カップ６を軸受孔４ａに挿入するときに、その外周面６ａ２における接触部６ａ３が軸受孔４ａの内周面に実質的に接した状態で挿入される。このとき、図中の針状ころ７における軸受カップ６開口側の端面７ｂから、接触部６ａ３の軸受カップ６開口側の端縁６ｄまでの軸方向寸法をＸとする。
また、一対の腕部４の相互間隔の中心線Ａから、軸受孔４ａの外側縁４ａ１までの幅寸法をＤ１、突出位置としたときの軸部５の先端面５ｂ１から、中心線Ａまでの軸方向寸法をＤ２とする。
このとき、上記Ｄ２とＤ１との差の値は、突出位置としたときの軸部５の先端面５ｂ１から、軸受孔４ａの外側縁４ａ１までの軸方向寸法Ｙであり、本実施形態の十字軸継手１は、上記各値が下記式（２）を満たすように十字軸３及びヨーク２の各寸法が設定されている。
Ｙ ＝ Ｄ２ − Ｄ１ ＞ Ｘ ・・・・（２）

そして、上述のように、十字軸３を突出位置に保持固定した後、軸受孔４ａの外側縁４ａ１から突出した前記軸部５に、軸受カップ６を軸方向に沿って移動、接近させて、当該軸部５に外嵌させるとともに軸受孔４ａに挿入し、軸受カップ６をヨーク２と軸部５との間に介在させる。

このとき、十字軸継手１における上記各値Ｄ１，Ｄ２，Ｘが上記式（２）の関係を満たしているので、図３のように、軸受カップ６を軸部５に接近させると、まず、軸部５の外周面５ａに針状ころ７の外周面７ａが接触し、軸受カップ６が軸部５に外嵌する。すなわち、軸部５の先端面５ｂ１から腕部４の外側面４ｂまでの軸方向寸法Ｙが、針状ころ７の端面７ｂから当該軸受カップ６の開口側の軸方向の端縁６ｄまでの軸方向寸法Ｘよりも大きいので、当該軸受カップ６は、その外周面６ａ２の接触部６ａ３が軸受孔４ａに到達する前に、軸部５の先端部５ｂに外嵌する。なお、上記の軸方向寸法Ｘは、針状ころ７が底面６ｂ側に最大限移動した状態のときの寸法であり、針状ころ７の端面７ｂから軸受カップ６の端縁６ｄまでの寸法における最大値であるため、軸受カップ６は、接触部６ａ３の端縁６ｄが軸受孔４ａに到達するより前に、確実に軸部５の先端部５ｂに外嵌する。
上記のように軸部５に外嵌した状態の軸受カップ６をさらに軸方向に移動させると、当該軸受カップ６の接触部６ａ３が、腕部４の軸受孔４ａに到達し、軸受カップ６は、接触部６ａ３を軸受孔４ａの内周面に摺接させつつ、軸受孔４ａに挿入される。
そして、上記のように軸部５と軸受孔４ａとの間に挿入される軸受カップ６は、図２に示すように、腕部４の外側面４ｂと、底部６ｂとがほぼ面一となる位置まで、軸受孔４ａに挿入される。

上記のようにして、軸受カップ６は、腕部４の軸受孔４ａと軸部５との間に介在される。またこのとき、軸受カップ６の円筒部６ａの外径寸法は、上述したように、軸受孔４ａの内径寸法に対して僅かに大きく設定されており、軸受カップ６は、軸受孔４ａに挿入されることによって円筒部６ａが僅かに縮径されるので、針状ころ７が軸部５及び軸受カップ６の間で締り嵌めの状態となる。

さらに、上記軸受カップ６を取り付けた上記軸部５の軸方向反対側に位置する軸部５においても、一方側に軸受カップ６を取り付けた状態で、軸受孔４ａの外側縁４ａ１から突出させた突出位置まで、十字軸３を軸方向他方側に移動させ、上記と同様にして軸受カップ６を軸部５と軸受孔４ａとの間に挿入し、介在させる。
また、紙面に直交する軸部５においても、それぞれ上記同様にして軸受カップ６を挿入し、介在させる。
以上のようにして、四つの軸部５と、これら軸部５が挿入された軸受孔４ａとの間に、軸受カップ６を介在させることで、十字軸継手１は組み立てられる。

上記のように構成された本実施形態による十字軸継手１の製造方法によれば、上記式（１）を満たすように十字軸３、ヨーク２、及び軸受カップ６の各寸法を設定したので、内周面６ａ１に針状ころ７が配列された軸受カップ６を、軸部５に外嵌しつつ腕部４の軸受孔４ａに挿入する際、当該軸受カップ６は、その接触部６ａ３が軸受孔４ａに到達する前に、内周側に配列された針状ころ７が軸部５に接し、針状ころ７を介した状態で軸部５に外嵌する。そして、さらに軸受カップ６を押し込むように軸方向に移動させると、軸部５に外嵌した状態の軸受カップ６の接触部６ａ３の端縁６ｄは軸受孔４ａに到達し、軸受カップ６は軸受孔４ａに挿入されて軸部５と軸受孔４ａとの間に介在した状態となる。ここで、軸受カップ６は、軸受孔４ａに挿入され接触すると縮径されて針状ころを締り嵌め状態とするが、本実施形態では、軸受カップ６は、軸受孔４ａによって縮径される前の状態で軸部５に外嵌するので、軸部５の外周面５ａと針状ころ７の外周面７ａとが強く接触することがなく、軸部５の外周面５ａや、針状ころ７の外周面７ａに傷が付いたり変形したりするのを防止することができる。この結果、当該十字軸継手１の耐久性の低下を抑制することができる。

なお、本発明の十字軸継手の製造方法は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、軸受カップ６の円筒部６ａの端部には、折曲部６ｃが形成されたものを例示したが、上記折曲部を備えていない軸受カップを用いた構成の十字軸継手に適用することもできるし、上記式（１）を満たすように構成されていれば、その他軸受カップや、軸部、針状ころ、ヨーク等の形状や寸法は、適宜変更することができる。

本発明により製造された十字軸継手が用いられた車両用操舵装置の要部構成を示す側面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 十字軸３軸方向一方側に最大限移動させて、十字軸及びヨークを保持固定した状態を示す図である。 従来の十字軸継手の製造方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 十字軸継手
２ ヨーク
３ 十字軸
３ａ 胴体部
４ 腕部
４ａ 軸受孔
４ａ１ 外端縁
４ｂ 外側面
５ 軸部
６ 軸受カップ
６ａ１ 内周面
６ａ３ 接触部
６ｄ 端縁
７ 針状ころ
７ｂ 端面
Ａ 中心線

Claims (1)

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、
   内周面に配列された複数の針状ころを介して前記軸部に外嵌された有底円筒状の軸受カップと、
   前記軸受カップが挿入された軸受孔がそれぞれ同心に設けられるとともに互いに対向する一対の腕部を有する一対のヨークと、を備え、
   前記軸受カップが前記軸受孔によって縮径されることで、前記針状ころが前記軸部及び前記軸受カップの間で締り嵌めの状態に維持されている十字軸継手の製造方法において、
   前記一対の腕部の相互間隔の中心線から、前記腕部の外側面側に位置する前記軸受孔の外端縁までの幅寸法をＤ１、
   前記十字軸を当該軸部の軸方向一方側に最大限移動させて前記軸受孔の外端縁から前記軸部の先端を突出させた突出位置としたときの当該軸部の先端から、前記中心線までの軸方向寸法をＤ２、
   軸方向に沿って軸受カップの底面側に最大限移動させた状態の前記針状ころにおける前記軸受カップ開口側の端面から、前記軸受カップを前記軸受孔に挿入するときに当該軸受孔の内周面に接する前記軸受カップ外周面における接触部の開口側の端縁までの軸方向寸法をＸ、
   としたとき、
   上記各値が下記式（１）を満たすように設定するとともに、
   前記腕部の軸受孔のそれぞれに軸部を挿入し、前記十字軸を前記突出位置に移動させることで、いずれかの前記腕部の軸受孔の外端縁から前記軸部の先端を突出させ、内周面に前記複数の針状ころが配列された前記軸受カップを、前記軸部に外嵌するとともに前記軸受孔に挿入し、前記ヨークの腕部と前記軸部との間に介在させることを特徴とする十字軸継手の製造方法。
   Ｄ２ − Ｄ１＞ Ｘ ・・・・（１）

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