JP2008039115A - 十字軸継手とこれを備えた車両用軸受装置及びその十字軸継手の組立方法 - 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とこれを備えた車両用軸受装置、及びその十字軸継手の組立方法を提供する。
【解決手段】胴体部１６の側周面から四方に突出した４つの軸部１７を有する十字軸１５と、前記軸部１７の外周面１７ａを転走する複数の転動体１８と、前記複数の転動体１８に外嵌される円筒部１９ａとこの円筒部１９ａの端部に連続する円板部１９ｂとを有する軸受カップ１９と、を備え、前記転動体１８が前記軸部１７に対して締り嵌めの状態で維持されている。前記軸受カップ１９の円板部１９ｂに、当該軸受カップ１９と前記軸部１７とを相対回転させながら前記軸受カップ１９を前記軸部１７に外嵌させるための回転工具が係合される係合部２２が形成されている。
【選択図】図６

Description

この発明は、十字軸継手とこれを備えた車両用軸受装置、及びその十字軸継手の組立方法に関する。

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とピニオン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４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アームを有するヨークが設けられており、各アーム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８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、例えば圧入用シリンダ４７で軸受カップ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４８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。

そこで本発明は、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、軸部や転動体が損傷することを防止することができる十字軸継手とこれを備えた車両用軸受装置、及びその十字軸継手の組立方法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、胴体部の側周面から四方に突出した４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される円筒部とこの円筒部の端部に連続する円板部とを有する軸受カップと、を備え、前記転動体が前記軸部に対して締り嵌めの状態で維持されている十字軸継手において、前記軸受カップの円板部に、当該軸受カップと前記軸部とを相対回転させながら前記軸受カップを前記軸部に外嵌させるための回転工具が係合される係合部が形成されていることを特徴としている。

この構成によれば、転動体を内周に有する軸受カップの係合部に回転工具を係合させて、軸受カップと軸部とを相対回転させながら軸受カップを軸部に外嵌することができる。軸受カップと軸部とを相対回転させない場合には転動体が軸線方向に滑りながら軸部に外嵌されるのに対して、軸受カップと軸部とを相対回転させる場合には転動体が自転しながら軸部の外周面に接触することになるため、両者が強く接触することを防ぐことができ、これにより軸部及び転動体の損傷を防ぐことができる。

本発明の車両用操舵装置は、ステアリングシャフトと、ピニオンシャフトと、前記ステアリングシャフトと前記ピニオンシャフトとを繋ぐための継手と、を備え、前記継手が上記十字軸継手であることを特徴としている。
この構成によれば、十字軸の軸部及びこの軸部の外周面を転走する転動体の損傷を防ぐことができ、車両用操舵装置の品質、耐久性を向上させることができる。

本発明の十字軸継手の組立方法は、十字軸を構成する軸部と、転動体を内周に有する軸受カップとを相対回転させながら、前記軸受カップを前記軸部に外嵌させることを特徴としている。
この組立方法によれば、十字軸の軸部と転動体を内周に有する軸受カップとを相対回転させながら軸受カップを軸部に外嵌することで転動体が自転しながら軸部の外周面に接触するため、両者が強く接触することを防ぐことができ、これにより軸部及び転動体の損傷を防ぐことができる。

また、上記十字軸継手の組立方法において、前記軸受カップとして、その円板部に、当該軸受カップと前記軸部とを相対回転させながら前記軸受カップを前記軸部に外嵌させるための回転工具が係合される係合部が形成されているものを用いることが好ましい。
これにより、軸受カップと回転工具とを係合させた状態で回転させることができるため、回転工具の回転力を軸受カップに効率よく伝えることができる。

本発明によれば、十字軸の軸部と転動体を内周に有する軸受カップとを相対回転させながら軸受カップを軸部に外嵌することにより、転動体が自転しながら軸部の外周面に接触するため、両者が強く接触することを防ぐことができ、これにより軸部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備えた車両用操舵装置の模式図である。車両用操舵装置１は、一端部が操舵輪（ステアリングホイール）２に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を有している。そして、前記第１ヨーク１１のアーム１３のそれぞれに軸線を同一とする軸受孔１３ａが形成され、前記第２ヨーク１２のアーム１４のそれぞれに軸線を同一とする軸受孔１４ａが形成されている。
そして、これらの軸受孔１３ａ，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、図３に示すように、胴体部１６の側周面から四方に突出した４つの軸部１７を有する十字軸１５と、前記軸部１７の外周面１７ａを転走する複数の転動体１８と、前記複数の転動体１８に外嵌した有底円筒状の軸受カップ１９とを備えている。
そして、前記軸受孔１３ａ，１４ａのそれぞれにおいて、内周に複数の転動体１８を配列した前記軸受カップ１９を介して、十字軸１５の各軸部１７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２０とピニオンシャフト６の端部に設けられた第４ヨーク２１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の断面図であり、前記アーム１３における十字軸継手４を示している。十字軸１５は、胴体部１６と、この胴体部１６の側周面から四方に突出する４つの軸部１７を有している。十字軸１５は鋼製であり、胴体部１６と４つの軸部１７とは鍛造により一体成形されている。軸受カップ１９は有底円筒状をしており、円筒部１９ａと、この円筒部１９ａの端部と連続している円板部１９ｂとを有している。転動体１８はニードルローラよりなり、軸受カップ１９の内周面に沿って複数配列されている。そして、軸受カップ１９の円筒部１９ａの内周面が転動体１８の軌道面となる。転動体（ニードルローラ）１８及び軸受カップ１９は鋼製である。

また、軸受カップ１９の円板部１９ｂには、図５に示すように、軸受カップ１９と軸部１７とを相対回転させながら前記軸受カップ１９を前記軸部１７に外嵌させるための回転工具を係合するための係合部として、周方向に４つの溝２２が等間隔で形成されている。軸受カップ１９に溝２２を形成すれば、組み立て時にこの溝２２に回転工具を係合させることにより、軸受カップ１９と回転工具とを係合させた状態で回転させることができるため、回転工具の回転力を軸受カップ１９に効率よく伝えることができる。また、軸受カップ１９の円板部１９ｂの中央部には、軸部１７の先端面１７ｂに当接する突起部２３が設けられている。

軸受カップ１９は、円筒部１９ａにおいて前記アーム１３の軸受孔１３ａに嵌入されており、十字軸継手４の組み立て完了状態で、円筒部１９ａと軸受孔１３ａ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１９内においては、複数の転動体１８と十字軸１５の軸部１７との間、及び転動体１８と軸受カップ１９との間が締り嵌めの状態に維持されている。つまり、組み立て後の転動体１８におけるラジアル隙間を負隙間としている。または、転動体１８におけるラジアル隙間をゼロの状態にしてもよい。

上記十字軸継手４は、胴体部１６の側周面から四方に突出した４つの軸部１７を有する十字軸１５と、転動体１８を内周に有する軸受カップ１９とを相対回転させながら、前記軸受カップ１９を前記軸部１７に外嵌することにより組立てることができる。なお、ここでの回転には、３６０度回転させる場合だけでなく、揺動する場合も含まれる。要するに、第１ヨーク１１への軸受カップ１９の取り付けを、一対のアーム１３に形成された軸受孔１３ａの内部に、十字軸１５を構成する同じ軸心方向の各軸部１７をセットした状態で、十字軸１５を回転若しくは揺動させるか又は軸受カップ１９を回転若しくは揺動させながら軸受カップ１９を軸部１７に外嵌させて行い、第２ヨーク１２への軸受カップ１９の取り付けを、一対のアーム１４に形成された軸受孔１４ａの内部に、十字軸１５を構成する残りの同じ軸心方向の各軸部１７をセットした状態で、十字軸１５を揺動させるか又は軸受カップ１９を回転若しくは揺動させながら軸部１７に外嵌させて行うのである。この方法によれば、転動体１８が自転しながら軸部１７の外周面１７ａに接触するため、両者１７，１８が強く接触することを防ぐことができ、これにより軸部１７及び転動体１８の損傷を防ぐことができる。

組立方法をさらに詳しく説明する。図６は、十字軸継手４の一つの組立方法を説明する説明図である。
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の軸受孔１３ａの内部に十字軸１５を構成する同じ軸心方向の軸部１７をセットする。そして、一方の軸部１７の軸線方向の外側から、内周に沿って複数の転動体１８を配列した軸受カップ１９を軸部１７に接近させる。そして、回転工具（図示せず）の例えば爪部を軸受カップ１９の溝２２に係合させ、軸受カップ１９を低速度で回転させながら軸受孔１３ａに圧入していく。ここで、軸受カップ１９を軸受孔１３ａに圧入しながら当該軸受カップ１９内の転動体１８を軸部１７の先端部側から外嵌させ、軸受カップ１９が縮径することで転動体１８と軸部１７とが圧接した状態、つまり、締り嵌め状態となる。この回転圧入は、軸受カップ１９の突起部２３が軸部１７の先端面１７ｂに当接するまで行われ、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１９の抜けを防止する。
また、第２ヨーク１２のアーム１４の軸受孔１４ａにおいても第１ヨーク１１の場合と同様に、内周に複数の転動体１８を配列した軸受カップ１９（図示せず）を回転させながら軸部１７に外嵌させる。なお、取り付ける順番は、第２ヨークが先でもかまわない。第３ヨーク２０及び第４ヨーク２１の取り付けについても同様であり、説明を省略する。

なお、この組み立て前において、十字軸１５の軸部１７の基端側には環状のシール部材２４が予め取り付けられている。また、軸受カップ１９の開口側の端部には、円筒部１９ａの端部から径方向内方に折り曲げられた円環状の鍔部１９ｄが形成されている。そして、このシール部材２４と鍔部１９ｄとが接触することにより、転動体１８側へ異物が侵入することを防いでいる。

上記の方法によれば、転動体１８を内周に有する軸受カップ１９を十字軸１５の軸部１７に取り付ける際、軸受カップ１９を回転させながら軸受孔１３ａに圧入していくので、転動体１８が自転しながら軸部１７の外周面１７ａに接触するため、両者１７，１８が強く接触することを防ぐことができ、これにより軸部１７及び転動体１８の損傷を防ぐことができる。
さらに、軸受カップ１９の円板部１９ｂに、当該軸受カップ１９を回転させながら前記軸部１７に挿入させる回転工具を係合するための係合部（溝）２２が形成されているので、軸受カップ１９と回転工具とを係合させた状態で回転させることができるため、回転工具の回転力を軸受カップ１９に効率よく伝えることができる。
そして、上記方法で組立てられた十字軸継手４及びこれを備えた車両用軸受装置１は、軸部１７や転動体１８に傷が発生し難い。また、軸部１７と転動体１８との間が負隙間とされているので、継手の操舵感が向上する。

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、係合部として、溝２２が軸受カップ１９の円板部１９ｂに、周方向に等間隔で４つ形成されているが、溝２２の数及び形状はこれに限定されるわけではなく、回転工具を係合して軸受カップ１９を回転させながら軸部１７に外嵌できればかまわない。また、係合部は、溝２２でなくてもよい。
また、前記実施の形態では、第１ヨーク１１への取り付け及び第２ヨーク１２への取り付けを、いずれも軸受カップ１９を回転させて行っているが、いずれか一方又は両方の取り付けを、図７に示すように軸部１７を回転させるか又は揺動させながら軸受カップ１９を軸部１７に外嵌させて行うとも可能である。

本発明の十字軸継手を備えた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 本発明の十字軸継手の断面図である。 軸受カップの正面図である。 十字軸継手の一つの組立方法を説明する説明図である。 十字軸継手の他の組立方法を説明する説明図である。 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 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
１７ 軸部
１８ 転動体
１９ 軸受カップ
２２ 溝（係合部）

Claims (4)

1. 胴体部の側周面から四方に突出した４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される円筒部とこの円筒部の端部に連続する円板部とを有する軸受カップと、を備え、
   前記転動体が前記軸部に対して締り嵌めの状態で維持されている十字軸継手において、
   前記軸受カップの円板部に、当該軸受カップと前記軸部とを相対回転させながら前記軸受カップを前記軸部に外嵌させるための回転工具が係合される係合部が形成されていることを特徴とする十字軸継手。
2. ステアリングシャフトと、ピニオンシャフトと、前記ステアリングシャフトと前記ピニオン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。
3. 十字軸を構成する軸部と、転動体を内周に有する軸受カップとを相対回転させながら、前記軸受カップを前記軸部に外嵌させることを特徴とする十字軸継手の組立方法。
4. 前記軸受カップとして、その円板部に、当該軸受カップと前記軸部とを相対回転させながら前記軸受カップを前記軸部に外嵌させるための回転工具が係合される係合部が形成されているものを用いる請求項３に記載の十字軸継手の組立方法。

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