JP5310712B2 - 十字軸自在継手 - Google Patents

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Description

本発明は十字軸自在継手、特に、車両用ステアリング装置に組み込まれる十字軸自在継手に関する。
ステアリング装置は、ステアリングホイールの回転をステアリングギヤに伝達するアッパーシャフトとロアーシャフトとの間に、十字軸自在継手を介在させ、同一軸線上にない二つのシャフトの間で、回転トルクを伝達可能にしている。十字軸自在継手は、ヨークの軸受孔に、複数の針状ころを有する針状ころ軸受を介して、十字状に配置された４本の軸部を有する十字軸が回転自在に軸支されている。
このような十字軸自在継手は、十字軸で連結されるヨーク同士のがたつき音の発生を防止するために、十字軸の軸部と針状ころ軸受を締まりばめ嵌合にしている。締まりばめ嵌合にすると、がたつき音の発生を防止することはできるが、針状ころ軸受の回転トルクが大きくなるため、ステアリングホイールを操作するのに要する力が大きなってしまう。また、圧入時の十字軸の軸部や針状ころの傷付きを防止するためには、組み込み速度を遅くする必要があり、また、高い部品精度が必要なため、製造コストが上昇する問題があった。
特許文献１の十字軸自在継手は、外輪と十字軸の軸部との間に針状ころとボールを介挿し、ボールには予圧を付与し、針状ころにはラジアルすきまを付与している。これによって、伝達トルクが小さい時には、外輪と軸部との間でボールのみを介してトルクを伝達し、回転トルクを小さくする。一方、伝達トルクが大きい時には、外輪と軸部との間でボールおよび針状ころを介してトルクを伝達して、高い負荷容量を実現している。
しかし、特許文献１の十字軸自在継手は、伝達トルクを大きくした時に、ボールの弾性限度内で、ボールと針状ころを、外輪と軸部に同時に当接させるためには、各部品を高精度に製造する必要があるため、製造コストが上昇する問題があった。
特開２００７−７８１３６号公報
本発明は、大トルクの伝達が可能で、十字軸で連結されるヨーク同士のがたつき音の発生を防止するとともに、ステアリングホイールを操作するのに要する力を抑制することを可能にした十字軸自在継手を提供することを課題とする。
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、一対のヨーク、上記一対のヨークに各々形成され、二股状に対向する一対のアーム部、上記一対のアーム部に各々形成され、同一軸線上に配置された一対の軸受孔、および、上記軸受孔に軸受を介して揺動自在に嵌合される軸部を有する十字軸を備えた十字軸自在継手であって、上記軸受は、上記一対の軸受孔に各々内嵌する有底筒状の外輪、上記外輪の内周面と上記十字軸の軸部外周面との間に締まりばめ嵌合で介挿され、軸部外周面を環状に取り囲む弾性部材製のボール、上記外輪の内周面と十字軸の軸部外周面との間にすきまばめ嵌合で介挿され、軸部外周面を環状に取り囲む高剛性部材製のボール、上記弾性部材製のボールと高剛性部材製のボールを回転可能に保持し、弾性部材製のボールと高剛性部材製のボールとの間の間隔を一定に保持する保持器を備え、更に、上記十字軸の先端面が上記外輪の底部内面に当接しているとともに、上記高剛性部材製のボールが軸方向の両端に配置され、上記弾性部材製のボールがその間に配置された軸受であることを特徴とする十字軸自在継手である。
本発明の十字軸自在継手は、軸受孔に内嵌する有底筒状の外輪と、外輪の内周面と十字軸の軸部外周面との間に締まりばめ嵌合で介挿され、軸部外周面を環状に取り囲む弾性部材製のボールと、外輪の内周面と十字軸の軸部外周面との間にすきまばめ嵌合で介挿され、軸部外周面を環状に取り囲む高剛性部材製のボールと、弾性部材製のボールと高剛性部材製のボールを回転可能に保持し、弾性部材製のボールと高剛性部材製のボールとの間の間隔を一定に保持する保持器とから構成されている。
従って、伝達トルクが小さい時には、軸部は締まりばめ嵌合している弾性部材製のボールを介して回転するため、軸部のがたつき音の発生が防止され、軸部の回転トルクを抑制することができる。また、伝達トルクが大きくなると、弾性部材製のボールが弾性変形し、軸部は、高剛性部材製のボールと弾性部材製のボールの両方を介して回転するため、大きな伝達トルクを伝えることができる。
本発明の十字軸自在継手を有するステアリング装置の全体を示し、一部を断面した正面図であって、電動パワーステアリング装置に適用した実施例を示す。 本発明の実施例１の十字軸自在継手の一部を断面した側面図である。 図２の十字軸自在継手の十字軸近傍の拡大断面図である。 図３の十字軸の軸部の拡大断面図である。 本発明の実施例２の十字軸の軸部の拡大断面図である。 本発明の実施例３の十字軸の軸部の拡大断面図である。 本発明の実施例４の十字軸の軸部の拡大断面図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施例１から実施例４を説明する。
図１は、本発明の十字軸自在継手を有するステアリング装置の全体を示し、一部を断面した正面図であって、電動パワーステアリング装置に適用した実施例を示す。
図１に示すように、本発明の十字軸自在継手を有するステアリング装置は、車体後方側（図１の右側）にステアリングホイール１１を装着可能なステアリングシャフト１２と、このステアリングシャフト１２を挿通したステアリングコラム１３と、このステアリングシャフト１２に補助トルクを付与する為のアシスト装置（操舵補助部）２０と、このステアリングシャフト１２の車体前方側（図１の左側）に、図示しないラック／ピニオン機構を介して連結されたステアリングギヤ３０とを備える。
ステアリングシャフト１２は、雌ステアリングシャフト１２Ａと雄ステアリングシャフト１２Ｂとを、回転トルクを伝達可能に、かつ軸方向に関して相対移動可能にスプライン嵌合している。従って、上記雌ステアリングシャフト１２Ａと雄ステアリングシャフト１２Ｂとは、衝突時に、このスプライン嵌合部が相対移動して、全長を縮めることができる。
また、上記ステアリングシャフト１２を挿通した筒状のステアリングコラム１３は、アウターコラム１３Ａとインナーコラム１３Ｂとをテレスコピック移動可能に組み合わせており、衝突時に軸方向の衝撃が加わった場合に、この衝撃によるエネルギを吸収しつつ全長が縮まる、所謂コラプシブル構造としている。
そして、上記インナーコラム１３Ｂの車体前方側端部を、ギヤハウジング２１の車体後方側端部に圧入嵌合して固定している。また、上記雄ステアリングシャフト１２Ｂの車体前方側端部を、このギヤハウジング２１の内側に通し、アシスト装置２０の図示しない入力軸の車体後方側端部に連結している。
ステアリングコラム１３は、その中間部を支持ブラケット１４により、ダッシュボードの下面等、車体１８の一部に支承している。また、この支持ブラケット１４と車体１８との間に、図示しない係止部を設けて、この支持ブラケット１４に車体前方側に向かう方向の衝撃が加わった場合に、この支持ブラケット１４が上記係止部から外れ、車体前方側に移動するようにしている。
また、上記ギヤハウジング２１の上端部も、上記車体１８の一部に支承している。また、本実施例の場合には、チルト機構及びテレスコピック機構を設けることにより、上記ステアリングホイール１１の車体前後方向位置、及び、高さ位置の調節を自在としている。このようなチルト機構及びテレスコピック機構は、従来から周知であり、本発明の特徴部分でもない為、詳しい説明は省略する。
上記ギヤハウジング２１の車体前方側端面から突出した出力軸２３は、十字軸自在継手１５を介して、中間シャフト１６の後端部に連結している。また、この中間シャフト１６の前端部に、別の十字軸自在継手１５を介して、ステアリングギヤ３０の入力軸３１を連結している。中間シャフト１６は、雄中間シャフト（雄シャフト）１６Ａの車体前方側に、雌中間シャフト（雌シャフト）１６Ｂの車体後方側が外嵌し、回転トルクを伝達可能に、かつ、軸方向に関して相対移動可能に嵌合している。
図示しないピニオンが、入力軸３１に結合している。また、図示しないラックが、このピニオンに噛み合っており、ステアリングホイールの回転が、タイロッド３２を移動させて、図示しない車輪を操舵する。
アシスト装置２０のギヤハウジング２１には、電動モータ２６のケース２６１が固定され、この電動モータ２６の図示しない回転軸にウォームが結合されている。出力軸２３には図示しないウォームホイールが取り付けられ、このウォームホイールに電動モータ２６の回転軸のウォームが噛合っている。
また、出力軸２３の中間部の周囲には、図示しないトルクセンサが設けられている。上記ステアリングホイール１１からステアリングシャフト１２に加えられるトルクの方向と大きさを、トルクセンサで検出し、この検出値に応じて、電動モータ２６を駆動し、ウォームとウォームホイールから成る減速機構を介して、出力軸２３に、所定の方向に所定の大きさで補助トルクを発生させる。
図２は本発明の実施例１の十字軸自在継手の一部を断面した側面図、図３は図２の十字軸自在継手の十字軸近傍の拡大断面図、図４は図３の十字軸の軸部の拡大断面図である。図２から図４に示すように、十字軸自在継手１５は、先端が二股状に分かれたアーム部を有する一対のヨーク４、４の間に、十字状の十字軸５が介装してある。すなわち、ヨーク４の軸受孔４１に、軸受６を介して、十字軸５両端の軸部５１、５１が揺動自在に嵌合している。
軸受６の外輪６１は、有底筒状（円筒カップ状）の金属製で、軸受孔４１に締まりばめ嵌合する筒状部６２と、図４で見て、筒状部６２の上端に閉鎖して形成された底部６３と、筒状部６２の下端に形成され、開放した内向き折り曲げ部６４で構成されている。
この筒状部６２の内周面（内側転動面）６２１と、軸部５１の外周面５１１との間には、２種類のボール７１、７２が介挿されている。ハッチングを付与して示すボール７１は、弾性部材製で、内周面６２１と軸部５１の外周面５１１との間に締まりばめ嵌合で介挿され、外周面５１１を環状に取り囲んで配置されている。ボール７１の材質としては、合成ゴムや合成樹脂が好ましい。また、金属製のボールの外周面に、弾性部材を被覆してもよい。
ハッチングの無いボール７２は、高剛性部材製で、直径が弾性部材製のボール７１よりも小径に形成され、内周面６２１と軸部５１の外周面５１１との間にすきまばめ嵌合で介挿され、外周面５１１を環状に取り囲んで配置されている。ボール７２の材質としては、軸受鋼（ＳＵＪ２）、ステンレス鋼、耐熱鋼、セラミックス等が好ましい。
外輪６１の底部６３側から、弾性部材製のボール７１、高剛性部材製のボール７２、弾性部材製のボール７１、高剛性部材製のボール７２の順で交互に配置され、保持器７３によって、弾性部材製のボール７１と高剛性部材製のボール７２との間の間隔が一定に保持されている。また、軸部５１の先端面５１２が底部６３の底部内面６３１に当接して、大きなトルクを伝達可能にしている。
伝達トルクが小さい時には、軸部５１は弾性部材製のボール７１を介して回転する。弾性部材製のボール７１は、内周面６２１と軸部５１の外周面５１１との間に締まりばめ嵌合で介挿されているため、軸部５１のがたつき音の発生が防止される。また、ボール７１が、内周面６２１と外周面５１１との間に締まりばめ嵌合で介挿していても、ボール７１が弾性部材製であるため、軸部５１の回転トルクを抑制することができ、ステアリングホイール１１を操作するのに要する力が抑制される。
伝達トルクが大きくなると、弾性部材製のボール７１が弾性変形し、高剛性部材製のボール７２と弾性部材製のボール７１が、内周面６２１と軸部５１の外周面５１１に同時に当接し、軸部５１は、弾性部材製のボール７１と高剛性部材製のボール７２の両方を介して回転する。
ボール７２は高剛性部材製であるため、大きな伝達トルクを伝えることができる。弾性部材製のボール７１は、伝達トルクが大きくなると、比較的容易に弾性変形する。従って、多少の製造誤差があっても、高剛性部材製のボール７２と弾性部材製のボール７１を、内周面６２１と軸部５１の外周面５１１に同時に当接させることが容易になるため、製造コストの上昇を抑制することができる。
また、ボール７１が弾性部材製であるため、軸部５１を外輪６１に圧入するのが容易で、圧入時の軸部５１の傷付きを防止することができる。さらに、伝達トルクが元に戻って小さくなると、弾性部材製のボール７１の弾性変形が元に戻り、弾性部材製のボール７１の締まりばめ嵌合が維持されるため、軸部５１のがたつき音の発生はない。
次に本発明の実施例２について説明する。図５は本発明の実施例２の十字軸の軸部の拡大断面図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。
実施例２は、弾性部材製のボール７１と高剛性部材製のボール７２の配置を変更した例である。すなわち、図５に示すように、実施例２においても、外輪６１の筒状部６２の内周面６２１と軸部５１の外周面５１１との間には、弾性部材製のボール７１と高剛性部材製のボール７２が介挿されている。
実施例２では、外輪６１の底部６３側から、高剛性部材製のボール７２、弾性部材製のボール７１、弾性部材製のボール７１、高剛性部材製のボール７２の順で配置され、保持器７３によって、弾性部材製のボール７１と高剛性部材製のボール７２との間の間隔が一定に保持されている。また、軸部５１の先端面５１２が底部６３の底部内面６３１に当接して、大きなトルクを伝達可能にしている。
実施例２においても、伝達トルクが小さい時には、軸部５１は弾性部材製のボール７１を介して回転する。弾性部材製のボール７１は、内周面６２１と軸部５１の外周面５１１との間に締まりばめ嵌合で介挿されているため、軸部５１のがたつき音の発生が防止される。また、ボール７１が、内周面６２１と外周面５１１との間に締まりばめ嵌合で介挿していても、ボール７１が弾性部材製であるため、軸部５１の回転トルクを抑制することができ、ステアリングホイール１１を操作するのに要する力が抑制される。
伝達トルクが大きくなると、弾性部材製のボール７１が弾性変形し、高剛性部材製のボール７２と弾性部材製のボール７１が、内周面６２１と軸部５１の外周面５１１に同時に当接し、軸部５１は、弾性部材製のボール７１と高剛性部材製のボール７２の両方を介して回転する。
ボール７２は高剛性部材製であるため、大きな伝達トルクを伝えることができる。弾性部材製のボール７１は、伝達トルクが大きくなると、比較的容易に弾性変形する。従って、多少の製造誤差があっても、高剛性部材製のボール７２と弾性部材製のボール７１を、内周面６２１と軸部５１の外周面５１１に同時に当接させることが容易になるため、製造コストの上昇を抑制することができる。
また、ボール７１が弾性部材製であるため、軸部５１を外輪６１に圧入するのが容易で、圧入時の軸部５１の傷付きを防止することができる。さらに、伝達トルクが元に戻って小さくなると、弾性部材製のボール７１の弾性変形が元に戻り、弾性部材製のボール７１の締まりばめ嵌合が維持されるため、軸部５１のがたつき音の発生はない。
次に本発明の実施例３について説明する。図６は本発明の実施例３の十字軸の軸部の拡大断面図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。
実施例３は、弾性部材製のボール７１と高剛性部材製のボール７２の配置を変更した例である。すなわち、図６に示すように、実施例３においても、外輪６１の筒状部６２の内周面６２１と軸部５１の外周面５１１との間には、弾性部材製のボール７１と高剛性部材製のボール７２が介挿されている。
実施例３では、外輪６１の底部６３側から、弾性部材製のボール７１、高剛性部材製のボール７２、高剛性部材製のボール７２、弾性部材製のボール７１の順で配置され、保持器７３によって、弾性部材製のボール７１と高剛性部材製のボール７２との間の間隔が一定に保持されている。また、軸部５１の先端面５１２が底部６３の底部内面６３１に当接して、大きなトルクを伝達可能にしている。
実施例３においても、伝達トルクが小さい時には、軸部５１は弾性部材製のボール７１を介して回転する。弾性部材製のボール７１は、内周面６２１と軸部５１の外周面５１１との間に締まりばめ嵌合で介挿されているため、軸部５１のがたつき音の発生が防止される。また、ボール７１が、内周面６２１と外周面５１１との間に締まりばめ嵌合で介挿していても、ボール７１が弾性部材製であるため、軸部５１の回転トルクを抑制することができ、ステアリングホイール１１を操作するのに要する力が抑制される。
伝達トルクが大きくなると、弾性部材製のボール７１が弾性変形し、高剛性部材製のボール７２と弾性部材製のボール７１が、内周面６２１と軸部５１の外周面５１１に同時に当接し、軸部５１は、弾性部材製のボール７１と高剛性部材製のボール７２の両方を介して回転する。
ボール７２は高剛性部材製であるため、大きな伝達トルクを伝えることができる。弾性部材製のボール７１は、伝達トルクが大きくなると、比較的容易に弾性変形する。従って、多少の製造誤差があっても、高剛性部材製のボール７２と弾性部材製のボール７１を、内周面６２１と軸部５１の外周面５１１に同時に当接させることが容易になるため、製造コストの上昇を抑制することができる。
また、ボール７１が弾性部材製であるため、軸部５１を外輪６１に圧入するのが容易で、圧入時の軸部５１の傷付きを防止することができる。さらに、伝達トルクが元に戻って小さくなると、弾性部材製のボール７１の弾性変形が元に戻り、弾性部材製のボール７１の締まりばめ嵌合が維持されるため、軸部５１のがたつき音の発生はない。
次に本発明の実施例４について説明する。図７は本発明の実施例４の十字軸の軸部の拡大断面図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。
実施例４は、弾性部材製のボール７１と高剛性部材製のボール７２の配置を変更した例である。すなわち、図７に示すように、実施例４においても、外輪６１の筒状部６２の内周面６２１と軸部５１の外周面５１１との間には、弾性部材製のボール７１と高剛性部材製のボール７２が介挿されている。
実施例４では、外輪６１の底部６３側から、高剛性部材製のボール７２、弾性部材製のボール７１、高剛性部材製のボール７２、弾性部材製のボール７１の順で配置され、保持器７３によって、弾性部材製のボール７１と高剛性部材製のボール７２との間の間隔が一定に保持されている。また、軸部５１の先端面５１２が底部６３の底部内面６３１に当接して、大きなトルクを伝達可能にしている。
実施例４においても、伝達トルクが小さい時には、軸部５１は弾性部材製のボール７１を介して回転する。弾性部材製のボール７１は、内周面６２１と軸部５１の外周面５１１との間に締まりばめ嵌合で介挿されているため、軸部５１のがたつき音の発生が防止される。また、ボール７１が、内周面６２１と外周面５１１との間に締まりばめ嵌合で介挿していても、ボール７１が弾性部材製であるため、軸部５１の回転トルクを抑制することができ、ステアリングホイール１１を操作するのに要する力が抑制される。
伝達トルクが大きくなると、弾性部材製のボール７１が弾性変形し、高剛性部材製のボール７２と弾性部材製のボール７１が、内周面６２１と軸部５１の外周面５１１に同時に当接し、軸部５１は、弾性部材製のボール７１と高剛性部材製のボール７２の両方を介して回転する。
ボール７２は高剛性部材製であるため、大きな伝達トルクを伝えることができる。弾性部材製のボール７１は、伝達トルクが大きくなると、比較的容易に弾性変形する。従って、多少の製造誤差があっても、高剛性部材製のボール７２と弾性部材製のボール７１を、内周面６２１と軸部５１の外周面５１１に同時に当接させることが容易になるため、製造コストの上昇を抑制することができる。
また、ボール７１が弾性部材製であるため、軸部５１を外輪６１に圧入するのが容易で、圧入時の軸部５１の傷付きを防止することができる。さらに、伝達トルクが元に戻って小さくなると、弾性部材製のボール７１の弾性変形が元に戻り、弾性部材製のボール７１の締まりばめ嵌合が維持されるため、軸部５１のがたつき音の発生はない。
上記実施例では、車両用ステアリング装置に使用される十字軸自在継手に本発明を適用した例について説明したが、動力伝達軸に使用される十字軸自在継手に適用してもよい。また、上記実施例では、アシスト装置２０を有する車両用ステアリング装置に使用される十字軸自在継手に本発明を適用した例について説明したが、アシスト装置２０の無い車両用ステアリング装置に適用してもよい。
１１ ステアリングホイール
１２ ステアリングシャフト
１２Ａ 雌ステアリングシャフト
１２Ｂ 雄ステアリングシャフト
１３ ステアリングコラム
１３Ａ アウターコラム
１３Ｂ インナーコラム
１４ 支持ブラケット
１５ 十字軸自在継手
１６ 中間シャフト
１６Ａ 雄中間シャフト
１６Ｂ 雌中間シャフト
１８ 車体
２０ アシスト装置
２１ ギヤハウジング
２３ 出力軸
２６ 電動モータ
２６１ ケース
３０ ステアリングギヤ
３１ 入力軸
３２ タイロッド
４ ヨーク
４１ 軸受孔
５ 十字軸
５１ 軸部
５１１ 外周面
５１２ 先端面
６ 軸受
６１ 外輪
６２ 筒状部
６２１ 内周面（内側転動面）
６３ 底部
６３１ 底部内面
６４ 内向き折り曲げ部
７１ ボール（弾性部材製のボール）
７２ ボール（高剛性部材製のボール）
７３ 保持器

Claims (1)

  1. 一対のヨーク、
    上記一対のヨークに各々形成され、二股状に対向する一対のアーム部、
    上記一対のアーム部に各々形成され、同一軸線上に配置された一対の軸受孔、および、
    上記軸受孔に軸受を介して揺動自在に嵌合される軸部を有する十字軸
    を備えた十字軸自在継手であって、
    上記軸受は、
    上記一対の軸受孔に各々内嵌する有底筒状の外輪、
    上記外輪の内周面と上記十字軸の軸部外周面との間に締まりばめ嵌合で介挿され、軸部外周面を環状に取り囲む弾性部材製のボール、
    上記外輪の内周面と十字軸の軸部外周面との間にすきまばめ嵌合で介挿され、軸部外周面を環状に取り囲む高剛性部材製のボール、
    上記弾性部材製のボールと高剛性部材製のボールを回転可能に保持し、弾性部材製のボールと高剛性部材製のボールとの間の間隔を一定に保持する保持器
    を備え、更に、
    上記十字軸の先端面が上記外輪の底部内面に当接しているとともに、上記高剛性部材製のボールが軸方向の両端に配置され、上記弾性部材製のボールがその間に配置された軸受であること
    を特徴とする十字軸自在継手。
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