JP4613875B2 - 十字軸継手及びこれを備えた車両用操舵装置 - Google Patents

十字軸継手及びこれを備えた車両用操舵装置 Download PDF

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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ローラと、これら複数のローラ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、内周に複数のローラ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、ローラ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、従来ではローラ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７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、内周に複数のローラ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内のローラ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が縮径することでローラ４５と軸部４４とが圧接した状態、つまり、前記締り嵌め状態又は隙間がゼロの状態としている。
しかし、軸受カップ４６内のローラ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の内周にあるローラ４５と、軸部４４の先端面の外周縁（角部）４７とが強く接触し、転動面となる軸部４４の外周面や、ローラ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、ローラ４５が軸部４４の先端に接触する嵌合初期において、ローラ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、ローラ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、ローラを内周に有する軸受カップを十字軸に取り付ける際、軸部やローラを損傷させてしまうことを防止できる十字軸継手及びこれを備えた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、内周に軌道面を有し前記胴体部側に向かって開口した有底円筒状の軸受カップと、前記軸受カップの開口側を一端部側として当該軸受カップの前記軌道面に沿って配列され前記軸部に外嵌し当該軌道面及び当該軸部の外周面を転走する複数のニードルローラとを備え、前記軸受カップの内周面は、前記軌道面から拡径し、かつ、当該軸受カップの内周に沿って複数配列した前記ニードルローラを前記軸部に外嵌させる際に、前記一端部側を径方向外側へ逃がして前記ニードルローラを傾かせるテーパ面部を、前記軸受カップの開口側にのみ有し、前記軌道面は、前記テーパ面部の小径側端部から前記軸受カップの底部側へ向かって直線的に連続して形成されているものである。
この十字軸継手によれば、軸受カップの内周に沿って複数配列したニードルローラを、十字軸の軸部にその先端部から外嵌させる際に、軸受カップの内周面にあるテーパ面部により、ニードルローラは、その一端部側を径方向外側へ逃がして傾くことができる。これにより、ニードルローラの一端部側の端面と、軸部の先端面の外周縁（角部）とが引っ掛かって、相互が強く接触することを防ぎ、軸部の先端部及びニードルローラの損傷を防止できる。
また、前記十字軸継手では、前記テーパ面部の小径側端部に連続させて前記軌道面が形成されているので、軸受カップ内のニードルローラを十字軸の軸部に外嵌させる際に、ニードルローラが前記テーパ面部により傾いた状態で軸受カップをさらに軸部の基端部側へ押し込むと、ニードルローラは軸受カップの軌道面と軸部の外周面との間に挟まれて、当該ニードルローラの軸線が軸受カップの軸線に平行な姿勢となって、前記軌道面に沿うことができる。すなわち、軸受カップを軸部の基端部側へ押し込むことで、所定の組み立て状態が得られる。
また、前記軌道面のうちの前記ニードルローラと接触する接触部分の軸方向長さは、前記テーパ面部のうちの前記ニードルローラと径方向で対向している部分の軸方向長さ以上に設定されているのが好ましい。
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、十字軸の軸部及びこの軸部の外周面を転走するニードルローラ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。
この発明によれば、軸受カップの内周に沿って複数配列したニードルローラを、十字軸の軸部にその先端部から外嵌させる際に、ニードルローラは、その一端部側を径方向外側へ逃がして傾くことができることから、ニードルローラの一端部側の端面と、軸部の先端面の外周縁とが引っ掛かって、相互が強く接触することを防ぎ、軸部の先端部及びニードルローラの損傷を防止できる。これにより、十字軸継手における品質、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。
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の内周面の一部がニードルローラ６の軌道面１２となる。ニードルローラ６、及び、軸受カップ５は鋼製である。また、軸受カップ５の開口部側をニードルローラ６の軸方向一端部７側とし、軸受カップ５の底部側を軸方向他端部２７側とする。
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に嵌入されており、十字軸継手１０の組み立て完了状態で、円筒部８ａ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。
図３において、軸受カップ５は、その円筒部８ａの内周面において、開口側のテーパ面部１１と、底部側（円板部８ｂ側）の前記軌道面１２とを有している。
図４は、十字軸継手の要部の拡大断面図である。テーパ面部１１は、開口側に向かって直線的に拡径したテーパ面であり、軌道面１２は、軸受カップ５の軸線に平行な方向に直線状の円筒面である。テーパ面部１１は、その大径側端部１６から、拡径状の凹部１９を介して、前記内鍔部９の内側面１７へと続く。また、テーパ面部１１の小径側端部１３から、軌道面１２が軸受カップ５の底部側へ向かって直線的に連続して形成されており、内アール面部１４を介して、軸受カップ５の円板部８ｂの内底面１５に連続している。
また、軌道面１２のうちのニードルローラ６と接触する接触部分の軸方向長さＬ１は、テーパ面部１１のうちのニードルローラ６と径方向で対向している部分の軸方向長さＬ２以上に設定している。
次に、この自在継手Ｊの組み立て方法について説明する。図５の二点差線で示しているように、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。そして、対向する一対のヨーク２１，２２のうち、一方のヨーク２２に向かって斜めから十字軸１を接近させ、その十字軸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に挿入する。そして、軸受孔２１ａに十字軸１の軸部３を先に挿入した状態で、この軸部３の軸線方向の外側から、内周に複数のニードルローラ６を配列した軸受カップ５を当該軸部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る。
そして、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際、図６に示しているように、ニードルローラ６は、その一端部７側が軸部３の先端面の外周縁部に乗り上がって、軸受カップ５の前記テーパ面部１１によって、ニードルローラ６は、その一端部７側の部分を径方向外側へ逃がして傾くことができる。この際、ニードルローラ６は、テーパ面部１１に線接触して、最大で当該テーパ面部１１の傾斜角度と同じ角度で傾くことができる。これにより、軸受カップ５内のニードルローラ６のそれぞれは、軸部３の先端部に対して、径方向外側へ開いた状態で外嵌していくことができる。
なお、軸受カップ５を軸受孔２１ａに嵌入開始する際、軸受カップ５は弾性的に縮径し、その内周にある複数のニードルローラ６のそれぞれは、前記縮径によって径方向内方へ僅かに移動し、ニードルローラ６の一端部７側の部分は、軸部３の先端部にさらに接近する。
そこで、テーパ面部１１の形状は、ヨーク２１の軸受孔２１ａに軸受カップ５を嵌入しながら、当該軸受カップ５内にあるニードルローラ６を軸部３に外嵌させる際に、縮径する軸受カップ５内にあるニードルローラ６の一端部７側の端面が、軸部３の先端面の外周縁部に強く接触することがないように、つまり、各ニードルローラ６の一端部７が軸部３の先端よりも大きく径方向外側へ開くように、当該ニードルローラ６をテーパ面部１１に沿って傾けさせることができる傾斜形状としている。
これにより、ニードルローラ６の一端部７側の端面と、軸部３の先端面の外周縁とが引っ掛かって、相互が強く接触することを防ぐことができるため、軸部３の先端部、及び、ニードルローラ６の損傷を防止できる。
なお、このテーパ面部１１の形状について図４により具体的に説明すると、テーパ面部１１において、大径側端部１６の内径Ｄと、小径側端部１３の内径ｄとの差（Ｄ−ｄ）は、ニードルローラ６と十字軸１の軸部３との間の締め代の二倍の値、及び、軸受カップ５と軸受孔２１ａとの間の締め代の二倍の値のうちのいずれか大きい方の値よりも大きく設定しており、前記差（Ｄ−ｄ）を例えば１５〜４０μｍ程度とできる。これにより、ヨーク２１の軸受孔２１ａに軸受カップ５を嵌入しながら、当該軸受カップ５内にあるニードルローラ６を軸部３に、両者間で傷が付くことを防止し、かつ、スムーズに外嵌させることができる。
そして、図６の状態から、軸受カップ５内のニードルローラ６を十字軸１の軸部３に完全に外嵌させる際に、軸受カップ５をさらに軸部３の基端部側へ押し込むと（進めると）、前記テーパ面部１１によって傾いていたニードルローラ６は、軸受カップ５の軌道面１２と軸部３の外周面３ａとの間に挟まれて、当該ニードルローラ６の軸線が軸受カップ５の軸線に平行な姿勢となって、前記軌道面１２に沿うことができる（図３の状態）。また、ニードルローラ６の一端部７側の部分が軸部３の先端部に一旦外嵌した状態となると、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。これにより、図３に示した、軸受カップ５の軌道面１２にニードルローラ６が沿った組み立て完了状態を得ることができる。
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、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。さらに、十字軸１の軸部３及びこの軸部３の外周面３ａを転走するニードルローラ６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。
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、組み立て完了状態で、ニードルローラ６と軸受カップ５との間、及び、ニードルローラ６と軸部３との間を締り嵌めの状態（負隙間の状態）、又は、隙間がゼロの状態となる構成について説明したが、他の自在継手として、ニードルローラ６と軸部３との間が正隙間となる構成であってもよい。
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。 自在継手の組み立て方法を説明する断面図である。 自在継手の組み立て方法を説明する断面図である。 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
１０ 十字軸継手
１１ テーパ面部
１２ 軌道面
１３ 小径側端部
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、内周に軌道面を有し前記胴体部側に向かって開口した有底円筒状の軸受カップと、前記軸受カップの開口側を一端部側として当該軸受カップの前記軌道面に沿って配列され前記軸部に外嵌し当該軌道面及び当該軸部の外周面を転走する複数のニードルローラと、を備え、
    前記軸受カップの内周面は、前記軌道面から拡径し、かつ、当該軸受カップの内周に沿って複数配列した前記ニードルローラを前記軸部に外嵌させる際に、前記一端部側を径方向外側へ逃がして前記ニードルローラを傾かせるテーパ面部を、前記軸受カップの開口側にのみ有し、
    前記軌道面は、前記テーパ面部の小径側端部から前記軸受カップの底部側へ向かって直線的に連続して形成されていることを特徴とする十字軸継手。
  2. 前記軌道面のうちの前記ニードルローラと接触する接触部分の軸方向長さは、前記テーパ面部のうちの前記ニードルローラと径方向で対向している部分の軸方向長さ以上に設定されている請求項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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