JP2000257644A

JP2000257644A - 等速自在継手

Info

Publication number: JP2000257644A
Application number: JP11060291A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kadota; 哲郎門田; Kenta Yamazaki; 健太山崎
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 1999-03-08
Publication date: 2000-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】継手作動角の高角化【解決手段】外側継手部材１の案内溝１ｂには、アン
ダーカットフリーの領域１ｂ１が設けられている。アン
ダーカットフリーの領域１ｂ１は、案内溝１ｂの中心線
Ｏ１から継手の奥部側に設けられ、外側継手部材１の軸
線と平行である。また、内側継手部材２の案内溝２ｂに
は、アンダーカットフリーの領域２ｂ１が設けられてい
る。アンダーカットフリー領域２ｂ１は、案内溝２ｂの
中心線Ｏ２から継手の開口側に設けられ、内側継手部材
２の軸線と平行である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転バックラッシ
ュを嫌う用途に適した等速自在継手に関し、特に自動車
のステアリング装置に好適である。

【０００２】

【従来の技術】例えば図１０に概念的に示すように、自
動車のステアリング装置において、ステアリングホイー
ル（ハンドル）２０に与えられた回転トルクは、ステア
リングコラムの主軸（メインシャフト）２１から中間軸
（インターミディエイトシャフト）２２を介してステア
リングギヤ２３のギヤ軸（ピニオン軸等）２４に入力さ
れ、さらにステアリングギヤ２３の機構で直線運動に変
換されることにより、リンク機構（ナックル等）２５を
介して車輪２６に転舵力として伝えられる。ステアリン
グギヤ２３には、ラックピニオン式、ボールスクリュー
式、ウォームローラ式など多くの種類があり、最近で
は、剛性が高く、軽量であることから、ラックピニオン
式が主流になっている。中間軸２２は、主軸２１及びギ
ヤ軸２４に対して角度をもった状態で配設され、また衝
突時の衝撃エネルギーを吸収する目的から、自在継手２
７、２８を介して主軸２１及びギヤ軸２４にそれぞれ連
結される。

【０００３】ステアリング装置に用いられる自在継手
（２７、２８）としては、従来、カルダン継手（十字軸
を用いた自在継手）が主流であったが、継手部分の高角
化を図り（車両レイアウト等との関係）、また継手部分
の作動性を高めるため（操舵フィーリング等との関
係）、カルダン継手に代えて等速自在継手を使用する傾
向が強くなってきた。

【０００４】一方、一般構成の等速自在継手は、トルク
伝達ボールとボールトラックとの間に僅かなクリアラン
ス（内部隙間）があり、回転方向の変化時、継手内部に
回転バックラッシュ（円周方向のガタツキ）が生じるこ
とが不可避である。そのため、一般構成の等速自在継手
をそのままステアリング装置に用いると、操舵時の操縦
安定性やダイレクト感・シャープ感などが損なわれると
いう問題がある。

【０００５】また、自動車用途において、等速自在継手
はドライブシャフト用に多くの実績があり、通常、一般
構成の等速自在継手はドライブシャフト用としての要求
特性を満足できる設計仕様になっている。しかし、ステ
アリング装置では、ドライブシャフトに比較して、継手
に負荷されるトルクが小さく、また継手の回転数も低い
ので、一般構成の等速自在継手では要求特性に対してオ
ーバスペックの感があり、継手重量や製造コストを低減
する観点から改良の余地がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、上述した
問題点に鑑み、回転バックラッシュがなく、軽量・コン
パクト、かつ低コストで、特にステアリング装置に好適
な等速自在継手を種々開発し既に出願している（特願平
７−３３９３１９号、特願平９−３５１０１０号等）。
しかし、車両レイアウト等との関係から、継手部分のさ
らなる高角化が要求される場合がある。

【０００７】そこで、本発明は、この種の等速自在継手
における作動角の高角化を達成しようとするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、球面状の内径面に曲線状の案内溝を軸方
向に形成した外側継手部材と、球面状の外径面に曲線状
の案内溝を軸方向に形成した内側継手部材と、外側継手
部材の案内溝とこれに対向する内側継手部材の案内溝と
が協働して形成され、軸方向の一方に向かって楔状に縮
小したボールトラックと、ボールトラックに配されたト
ルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持する保持器
と、トルク伝達ボールとボールトラックとの間の隙間を
詰める予圧付与手段とを備え、外側継手部材及び内側継
手部材の案内溝にアンダーカットフリーの領域を設けた
構成を提供する。案内溝にアンダーカットフリーの領域
を設けることにより、継手作動角の高角化を図ることが
できる。

【０００９】予圧付与手段は、外側継手部材、内側継手
部材、保持器、トルク伝達ボールのうち何れか２つの構
成部材相互間に相対的な変位を与えることにより、トル
ク伝達ボールとボールトラックとの間の内部隙間を詰め
るものである。予圧付与手段は、例えば、内側継手部材
と保持器との間に設けられた軸方向隙間と、内側継手部
材と保持器との間に介在し、内側継手部材をその案内溝
の中心のオフセット方向と反対方向に押圧付勢する弾性
部材とで構成することができる。この場合、内側継手部
材は、弾性部材の押圧付勢力を受けて、案内溝の反オフ
セット方向に軸方向に相対変位してトルク伝達ボールを
押圧し、トルク伝達ボールと内・外側継手部材の案内溝
（ボールトラック）との間の内部隙間がなくなる位置で
止まる。その結果、トルク伝達ボールに軸方向の一定の
予圧が与えられ、回転バックラッシュ（円周方向のガタ
ツキ）がなくなる。

【００１０】また、外側継手部材の内径面の開口側領域
を、保持器の外径面に適合する円筒面にすることができ
る。これにより、保持器の外側継手部材への組み込みが
容易になる。

【００１１】本発明の等速自在継手は、回転バックラッ
シュがなく、軽量・コンパクト、低コストで、また高作
動角を取ることができるので、特に自動車のステアリン
グ装置に好適である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
従って説明する。

【００１３】図１及び図２に示す等速自在継手は、例え
ば図１０に示す自動車のステアリング装置において、中
間軸（２２）とステアリングギヤ（２３）のギヤ軸（２
４）とを角度変位自在に連結するものである。

【００１４】この実施形態の等速自在継手は、球面状の
内径面１ａに例えば３本の曲線状の案内溝１ｂを軸方向
に形成した外側継手部材１と、球面状の外径面２ａに例
えば３本の曲線状の案内溝２ｂを軸方向に形成した内側
継手部材２と、外側継手部材１の案内溝１ｂとこれに対
向する内側継手部材２の案内溝２ｂとが協働して形成さ
れるボールトラックに配された例えば３個のトルク伝達
ボール３と、トルク伝達ボール３を保持する保持器４
と、内側継手部材２の外径面２ａと保持器４の内径面４
ａとの間に介装された弾性部材５とを備えている。

【００１５】図４に示すように、この実施形態におい
て、外側継手部材１は一端が開口したカップ状のもの
で、ステアリングギヤ（例えばラックピニオン式ステア
リングギヤ）のギヤ軸（例えばピニオン軸）を連結する
ためのヨーク１ｃが他端に一体に形成されている。外側
継手部材１にヨーク１ｃを一体形成することにより、製
造工数、部品点数、組立工数を削減して、コスト低減を
図ることができる。また、両者の同軸度も確保すること
ができる。

【００１６】案内溝１ｂの曲率中心Ｏ１は内径面１ａの
球面中心Ｏ１’に対して、軸方向に（この実施形態では
継手の奥部側に）所定距離ｆ１だけオフセットされてい
る。また、案内溝１ｂにはアンダーカットフリーの領域
１ｂ１が設けられている。図８に拡大して示すように、
アンダーカットフリーの領域１ｂ１は、案内溝１ｂの中
心線Ｏ１から継手の奥部側に設けられ、外側継手部材１
の軸線と平行である。また、内径面１ａの開口側領域は
円筒面１ａ１になっている。円筒面１ａ１の内径（半
径）Ｄ１は、後述する保持器４の外径｛図６（ａ）の方
向｝を包含できる径に設定されている。

【００１７】外側継手部材１は、例えば、鋼材料から熱
間鍛造又は亜熱間鍛造によってほぼ所定形状に予備成形
され、内径面１ａおよび案内溝１ｂを冷間鍛造加工によ
って成形される。内径面１ａについては、さらに精度確
保のための後加工（研削加工等）が施されるが、案内溝
１ｂについては、上記の冷間鍛造加工を最終仕上げ加工
とすることもできる。その場合、製品として完成された
状態で、案内溝１ｂの表面は冷間鍛造加工による成形面
になる。従来に比べ、案内溝の後加工（研削加工等）が
不要になるので、外側継手部材の製造コスト低減にな
る。

【００１８】図５に示すように、この実施形態におい
て、内側継手部材２には中間軸（２２：図１０参照）を
兼ねる軸部２ｃが一体に形成されている。内側継手部材
２に軸部２ｃを一体形成することにより、製造工数、部
品点数、組立工数を削減して、コスト低減を図ることが
できる。

【００１９】案内溝２ｂの曲率中心Ｏ２は、外径面２ａ
の球面中心Ｏ２’に対して、軸方向に（この実施形態で
は継手の開口側に）所定距離ｆ２だけオフセットされて
いる。案内溝２ｂのオフセット方向は、外側継手部材１
の案内溝１ｂとは逆方向になっている（案内溝１ｂは奥
部側、案内溝２ｂは開口側にオフセットされてい
る。）。また、案内溝２ｂにはアンダーカットフリーの
領域２ｂ１が設けられている。図８に拡大して示すよう
に、アンダーカットフリー領域２ｂ１は、案内溝２ｂの
中心線Ｏ２から継手の開口側に設けられ、内側継手部材
２の軸線と平行である。

【００２０】内側継手部材２は、例えば、鋼材料から熱
間鍛造又は亜熱間鍛造によってほぼ所定形状に予備成形
され、外径面２ａおよび案内溝２ｂを冷間鍛造加工によ
って成形される。外径面２ａについては、さらに精度確
保のための後加工（研削加工等）が施されるが、案内溝
２ｂについては、上記の冷間鍛造加工を最終仕上げ加工
とすることもできる。その場合、製品として完成された
状態で、案内溝２ｂの表面は冷間鍛造加工による成形面
になる。従来に比べ、案内溝の後加工（研削加工等）が
不要になるので、内側継手部材の製造コスト低減にな
る。

【００２１】図６に示すように、この実施形態におい
て、保持器４はトルク伝達ボール３を収容する３つの窓
形のポケット４ｂを備えている。保持器４の内径面４ａ
は、開口側領域が円筒面４ａ１、奥部側領域が円錐面４
ａ２になっている。円筒面４ａ１の内径（半径）Ｄ５
は、内側継手部材２の外径面２ａの外径（半径）Ｄ２に
対して、Ｄ５＞Ｄ２に設定されている。奥部側領域は球
面又は円筒面としても良い。保持器４の外径面４ｃは半
径Ｄ４の球面である。保持器４は金属材料で形成しても
良いが、より一層の軽量・低コスト化を図るため樹脂材
料で形成することもできる。

【００２２】この実施形態では、弾性部材５として、図
７に示すような縮拡径自在な分割リングを採用してい
る。この弾性部材５はバネ鋼等で形成され、１つの割り
口５ａと、軸方向に突出した３つの爪部５ｂを備えてい
る。各爪部５ｂの先端は、内側継手部材２の外径面２ａ
と同じ曲率をもった凹球状の球面部５ｃになっている。
尚、弾性部材５は樹脂、ゴム等の弾性材料で形成しても
良い。また、弾性部材５は割り口５ａを設けない一体リ
ングとしても良い。その場合、爪部（５ｂ）の弾性によ
って必要な弾性力を得る構造としても良いし、あるい
は、波板バネ、ゴムリング、樹脂リング等の弾性リング
を併用して必要な弾性力を得る構造としても良い。さら
に、各爪部（５ｂ）の先端部（５ｃ）を、内側継手部材
２の外径面２ａと線接触する形状、例えば円錐形状（円
錐面部）としても良い。

【００２３】この実施形態の等速自在継手は、保持器４
を外側継手部材１の内径面１ａに組み込む工程、トルク
伝達ボール３を保持器の４のポケット４ｂに組み込む工
程、内側継手部材２を保持器４の内径面４ａに組み込む
工程、保持器４の内径面４ａ（円筒面４ａ１）に弾性部
材５を組み込み、止め輪６で抜け止め固定する工程を経
て組み立てられる。外側継手部材１の内径面１ａの開口
側領域が保持器４の外径｛図６（ａ）の方向｝を包含で
きる円筒面１ａ１になっているため、保持器４を外側継
手部材１に容易に組み込むことができる。また、トルク
伝達ボール３は、保持器４の内径側からそのままポケッ
ト４ｂに組み込むことができる。さらに、保持器４の内
径面４ａの開口側領域が半径Ｄ５（＞Ｄ２）の円筒面４
ａ１であり、かつ、内側継手部材２の案内溝２ｂの中心
Ｏ２が開口側にオフセットされているため、内側継手部
材２の軸線を保持器４及び外側継手部材１の軸線に一致
させた状態で、内側継手部材２を軸方向に進めて保持器
４の内径面４ａおよびトルク伝達ボール３の内側に組み
込むことができる。弾性部材５は、保持器４の内径面４
ａ（円筒面４ａ１）に組み込み、その球面部（又は円錐
面部）５ｃで内側継手部材２の外径面２ａを継手の奥部
側に向けて軸方向に押圧付勢して、止め輪６で抜け止め
固定する。尚、止め輪６に代えて、弾性部材５を保持器
４の円筒面４ａ１に加締め、固着（溶着等）、凹凸係合
（例えば、弾性部材５に設けた突出部を保持器４の円筒
面４ａ１に設けた係合溝に係合させる。）等の手段で抜
け止め固定しても良い。

【００２４】外側継手部材１、内側継手部材２、トルク
伝達ボール３、保持器４、および弾性部材５を上述した
ような態様で組立てると、図１及び図２に示すこの実施
形態の等速自在継手が完成する。外側継手部材１の案内
溝１ｂの曲率中心Ｏ１と内側継手部材２の案内溝２ｂの
曲率中心Ｏ２とは、トルク伝達ボール３の中心Ｏ３を含
む継手中心面Ｏに対して軸方向に等距離ｆだけ反対側
（中心Ｏ１は継手の奥部側、中心Ｏ２は継手の開口側）
にオフセットされている。そのため、案内溝１ｂと案内
溝２ｂとが協働して形成されるボールトラックは奥部側
が広く、開口側に向かって楔状に漸次縮小した形状にな
る。また、外側継手部材１の外周と、内側継手部材２の
軸部２ｃの外周にブーツ１０が装着され、ブーツバンド
１１、１２によって締付け固定される。

【００２５】図３に拡大して示すように、保持器４の内
径面４ａ（円錐面４ａ２）と内側継手部材２の外径面２
ａとの間に軸方向隙間Ｓが設けられ、内側継手部材２の
保持器４（及び外側継手部材１）に対する軸方向の相対
変位が許容されている。この軸方向隙間Ｓと弾性部材５
とにより、予圧付与手段が構成される。

【００２６】内側継手部材２の外径面２ａと保持器４の
内径面４ａ（円筒面４ａ１）との間に介在する弾性部材
５の弾性力Ｅによって、内側継手部材２の外径面２ａが
案内溝２ｂの中心Ｏ２のオフセット方向（継手の開口
側）と反対方向（継手の奥部側）に押圧付勢されてい
る。内側継手部材２は、弾性部材５の押圧付勢力Ｅを受
けて中心Ｏ２の反オフセット方向（継手の奥部側）に軸
方向に相対変位してトルク伝達ボール３を押圧し、トル
ク伝達ボール３と外・内側継手部材１、２の案内溝１
ｂ、２ｂとの間の内部隙間がなくなる位置で止まる。そ
の結果、トルク伝達ボール３に軸方向の一定の予圧Ｅが
与えられ、回転バックラッシュ（円周方向のガタツキ）
がなくなる。

【００２７】また、図８に拡大して示すように、外側継
手部材１の案内溝１ｂ、内側継手部材２の案内溝２ｂ
に、アンダーカットフリーの領域１ｂ１、２ｂ１が設け
られているので、高角な角度変位が可能であり、車両レ
イアウトの自由度向上に寄与する。

【００２８】図９は、本発明の他の実施形態を示してい
る。この実施形態では、保持器４の内径面４ａの全領域
を円筒面に形成し、内径面４ａの開口側領域４ａ１に上
述した弾性部材５を装着すると共に、内径面４ａの奥部
側領域４ａ２’に補助リング７を装着したものである。
補助リング７は、例えば、上述した弾性部材５と同様の
爪部７ｂと球面部（又は円錐面部）７ｃを有する一体リ
ングで、奥部側領域４ａ２’に嵌着され、止め輪８によ
って抜け止め固定される。補助リング７の球面部（又は
円錐面部）７ｃと内側継手部材２の外径面２ａとの間に
は軸方向隙間Ｓが設けられる。この軸方向隙間Ｓと弾性
部材５とにより、予圧付与手段が構成される。前述した
実施形態に比べて、保持器４の形状を簡略化することが
できるという利点がある。

【００２９】尚、図１０に示す自動車のステアリング装
置において、主軸（２１）と中間軸（２２）とを角度変
位自在に連結する自在継手（２８）として、上述した実
施形態と同様の等速自在継手を用いることができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は以下に示す効果を有する。

【００３１】（１）トルク伝達ボールとボールトラック
との間の隙間を詰める予圧付与手段を備えているので、
回転バックラッシュ（円周方向のガタツキ）がない。

【００３２】（２）外側継手部材及び内側継手部材の案
内溝にアンダーカットフリーの領域を設けたので、継手
作動角の高角化を図ることができる。

【００３３】（３）外側継手部材の内径面の開口側領域
を、保持器の外径面に適合する円筒面にすることによ
り、保持器の外側継手部材への組み込みを容易にするこ
とができる。

【００３４】（４）本発明の等速自在継手は、回転バッ
クラッシュがなく、軽量・コンパクト、低コストで、ま
た高作動角を取ることができるので、特に自動車のステ
アリング装置に用いられた場合に、操縦安定性、操舵フ
ィーリング等の向上、車両レイアウトの自由度向上に寄
与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係わる等速自在継手の縦断
面図である。

【図２】図１のＯ−Ｏ横断面図である（ブーツは省
略）。

【図３】図１における要部拡大縦断面図である。

【図４】外側継手部材の縦断面図（一部側面）である。

【図５】内側継手部材の縦断面図（一部側面）である。

【図６】保持器の縦断面図｛図６（ａ）｝、図６（ａ）
の右方向矢視図｛図６（ｂ）｝である。

【図７】弾性部材の正面図｛図７（ａ）｝、図７（ａ）
のｂ−ｂ断面図｛図７（ｂ）｝である。

【図８】本発明の他の実施形態に係わる等速自在継手の
要部拡大断面図である。

【図９】本発明の他の実施形態に係わる等速自在継手の
要部拡大断面図である。

【図１０】自動車のステアリング装置の一例を概念的に
示す図である。

【符号の説明】

１外側継手部材１ａ内径面１ｂ案内溝１ｂ１アンダーカットフリーの領域１ｃヨーク２内側継手部材２ａ外径面２ｂ案内溝２ｂ１アンダーカットフリーの領域２ｃ軸部３トルク伝達ボール４保持器５弾性部材Ｓ軸方向隙間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】球面状の内径面に曲線状の案内溝を軸方
向に形成した外側継手部材と、球面状の外径面に曲線状
の案内溝を軸方向に形成した内側継手部材と、外側継手
部材の案内溝とこれに対向する内側継手部材の案内溝と
が協働して形成され、軸方向の一方に向かって楔状に縮
小したボールトラックと、ボールトラックに配されたト
ルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持する保持器
と、トルク伝達ボールとボールトラックとの間の隙間を
詰める予圧付与手段とを備えた等速自在継手において、前記外側継手部材及び内側継手部材の案内溝がアンダー
カットフリーの領域を有することを特徴とする等速自在
継手。
【請求項２】前記予圧付与手段が、前記内側継手部材
と保持器との間に設けられた軸方向隙間と、前記内側継
手部材と保持器との間に介在し、前記内側継手部材をそ
の案内溝の中心のオフセット方向と反対方向に押圧付勢
する弾性部材とで構成されている請求項１記載の等速自
在継手。
【請求項３】前記外側継手部材の内径面の開口側領域
が保持器の外径面に適合する円筒面である請求項１記載
の等速自在継手。
【請求項４】自動車のステアリング装置に用いられる
請求項１から請求項３の何れかに記載の等速自在継手。