JP2003194090A - 自在継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造コストの高騰を招来することなく、トラ
ニオンクロスの軸部とニードルの衝突による異音の発生
を確実に防止すると共に、ステアリングシャフトの折曲
トルクを小さくして滑らかな操舵感を得ることができる
自在継手を提供することを課題とする。 【解決手段】 トラニオン軸６の外側転動面６１と軸受
孔４内側との間に、ニードル１０、ベアリングカップ９
を介在させて組み立てられた自在継手１００において、
ニードル１０を保持するための保持器１２を設けてニー
ドル１０の大きな傾斜と相互の接触を防止し、外側転動
面６１、ニードル１０、及び、内側転動面９２１の三者
間のラジアル方向隙間を零又は実質的に零になるように
設定することにより、ガタを防止する。保持器１２を設
けた構成により、折り曲げトルクの増加は抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車輌用ステアリン
グ装置等において用いられる自在継手に関する。

【０００２】

【従来の技術】車輌用ステアリング装置では、ステアリ
ングホィールの回転は、アッパーシャフト及び中間シャ
フトを通して、操舵機構へとつながるロアーシャフトに
伝達される。アッパーシャフトの下端と中間シャフトの
上端との間、及び中間シャフトの下端及びロアーシャフ
トの上端との間にはそれぞれ自在継手機構が構成されて
おり、これにより上記シャフトが非平行であってもこれ
らの間で回転を伝達できるようになっている。

【０００３】各シャフトの互いに向かい合う端部にはヨ
ーク部が備えられており、ヨーク部は二股に分かれた一
対の脚を有している。各脚には軸受孔が設けられてお
り、軸受孔によってトラニオンクロスの互いに反対側に
ある軸部が支持される。このように自在継手機構ではト
ラニオンクロスを介在させることによって、互いに平行
でなくても一つのシャフトと他のシャフトの間で回転を
伝達することができる。

【０００４】脚部の軸受孔とトラニオンクロスの軸部の
間には多数のニードルを介在させることにより総コロ型
の軸受機構が構成されている。この軸受機構には部材間
に微小間隙が生じるため、車輪から振動が伝わった際、
ガタつき、異音を生じ操舵感を悪化させる。

【０００５】このようなガタの問題に対処するために、
特開２０００−１７０７８６号公報、及び、実開昭５７
−０６１２２８号公報にはこのための対処法が提案され
ている。また、トルク負荷（の変動）に関して特開昭５
６−０３１５２８号公報が提案されている。

【０００６】特開２０００−１７０７８６号公報では、
トラニオンクロスの軸部端面に形成した円錐状孔に、ニ
ードル軸受のベアリングカップ内面に形成した球面上突
起を圧接し、これによりトラニオンクロスの軸部とニー
ドル軸受の間の微小間隙を一様に維持し、両者の衝突に
よる異音の発生を防止している。実開昭５７−０６１２
２８号公報では、トラニオンクロスの軸部端面に形成し
た中心孔に樹脂ピースを圧入しベアリングカップの受け
形状で動きを押さえている。また、特開昭５６−０３１
５２８号公報ではトルクの変動を吸収し、軸受の負荷能
力を向上させる（軸受寿命を向上させる）ために、局部
的に隙間を設けている。

【０００７】一般に自在継手用の軸受としては、保持器
の無い（つまり、総コロ型の）ニードル軸受が使用され
ている。総コロ型のニードル軸受を用いると軸受の負荷
容量を大きくできるという利点が有り、少ないスペース
での設計が可能になる。一方、総コロ型の場合はコロ
（ニードル）の姿勢が規制されていないため、ニードル
の軸芯が内輪（又は軸）の軸芯と平行にならずに角度を
有するようになる現象（スキューと言う）が起こること
がある。経験的に、このスキューは軸受隙間を小さく設
定すると起き易くなる。総コロ型のニードル軸受の場合
は、ニードル同士が接触し、接触部で互いに反対方向の
運動をするため、ニードル相互間の摩擦力が大きく、ま
たスキューを生じ易い。さらにニードルをグリースの付
着により保持する形式のものは、その取り扱い時に、ニ
ードルが脱落し易い欠点がある。

【０００８】従来は軸受隙間をある程度大きく設定する
ことによって、自在継手としての滑らかな動作（折り曲
げトルクの少なさ）を優先し、その結果ガタ付きはある
程度許容していた。近年、継手部のガタ付きが、自動車
の操舵感覚に与える悪影響が重視されるようになり、ガ
タ付きの無い、自在継手が要求されるようになってき
た。

【０００９】従来の方法の延長でガタつきを小さく抑え
るためには、各部品の寸法バラツキを現状の半分以下に
抑えなければならないので、生産性の大幅な低下とコス
トアップを招く。その場合でもガタ付きは無くなるもの
の、今度は構成部材の組み合わせによって過シメシロと
なり、継手の折り曲げトルクが大きくなり、操縦安定性
が低下する。更に、軸受部の隙間が零、または、シメシ
ロ状態で構成部品を圧入嵌合するため、カジリ等が発生
し易くなり、しかも選択嵌合となるため、大幅に生産性
が低下する。

【００１０】上述の特開２０００−１７０７８６号公報
では、円錐状孔や球面状突起の同軸度の影響を受け易
く、バラ付いた場合、折り曲げトルクが大きくなる。更
に局部的なすべり嵌合であるため、耐久性も低下する。
組立時も、金属部品同士の接触であるため、精度の良い
組立が求められ、生産性が低下する。

【００１１】さらに、実開昭５７−０６１２２８号公報
では、樹脂ピースを介しての接触であるため、精度はあ
まり必要とされないものの、耐久性や耐熱性の点で限界
がある。さらに、特開昭５６−０３１５２８号公報で
は、ヨークの軸受孔と軸受外面との間に隙間が発生する
ため、軸受が軸方向及び径方向に動き易いといった問題
がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな事情に鑑みてなされた発明であって、製造コストの
高騰を招来することなく、トラニオンクロスの軸部とニ
ードルの衝突による異音の発生を確実に防止すると共
に、ステアリングシャフトの折曲トルクを小さくして滑
らかな操舵感を得ることができる自在継手を提供するこ
とを課題とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題は以下の手段に
より解決される。すなわち、第１番目の発明の解決手段
は、略平行な一対の脚を有する第１ヨーク、上記第１ヨ
ークの脚のそれぞれに、その中心軸を共通にして形成さ
れた第１軸受孔対、略平行な一対の脚を有する第２ヨー
ク、上記第２ヨークの脚のそれぞれに、その中心軸を共
通にして形成された第２軸受孔対、十字状に互いに直交
した４本のトラニオン軸を備えたトラニオンクロス、上
記トラニオン軸のそれぞれに形成された外側転動面、上
記第１軸受孔対及び第２軸受孔対にそれぞれ嵌合するた
めの筒状壁部と、この筒状壁部の一方に設けられた底部
と、他方が開放された開放部とを有する４つのベアリン
グカップ、上記ベアリングカップの内面に形成された内
側転動面、上記内側転動面上を転動するための複数のニ
ードル、とを有し、上記トラニオン軸のそれぞれの外側
転動面と上記軸受孔対のそれぞれの内側との間に、上記
ニードル、上記ベアリングカップを介在させて組み立て
られた自在継手において、この自在継手が、更に、上記
ニードルのそれぞれを保持するためのポケットを有する
環状の保持器を備えており、上記トラニオン軸の外側転
動面、上記ニードル、及び、上記ベアリングカップの内
側転動面の三者間のラジアル方向隙間は、零又は実質的
に零になるように設定されているものである。

【００１４】第２番目の発明の自在継手は、第１番目の
発明の自在継手において、上記ニードルは、上記保持器
のポケット内に保持されて傾きが規制されるとともにニ
ードルが互いに接触しない構成とすることによってスキ
ューが防止されているものである。

【００１５】第３番目の発明の自在継手は、第１番目又
は第２番目の発明の自在継手において、特に、車両用の
ステアリング装置において用いるための自在継手とした
ものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の自在継手を図面に
基づいて説明する。図１は以下に示す一部を切り欠いた
自在継手の全体図である。なお、図１には、自在継手１
００の第１ヨーク１とトラニオンクロス３の一部断面が
点線囲いａ内に示されている。図２は、実施形態を説明
するための部分断面図であって、上記点線囲いａの部分
をＢ−Ｂ方向から拡大して示した図である。

【００１７】図１に示すように、自在継手１００には、
第１シャフト１０１及び第２シャフト１０２とそれらの
端部に一対のヨーク（第１ヨーク１及び第２ヨーク２）
が備えられており、トラニオンクロス３を介在させるこ
とにより２つのシャフトが結合されている。

【００１８】各ヨーク１、２は二股状に分かれて略平行
な一対のヨーク脚１１からなり、各ヨーク脚１１にはそ
の中心軸を共通にして軸受孔４が設けられている。トラ
ニオンクロス３は、本体から十字状に伸び互いに直交し
た４本のトラニオン軸６を備えている。各トラニオン軸
６のそれぞれを上記軸受孔４に嵌合させ、第１シャフト
１０１と第２シャフト１０２とを結合することによって
自在継手が構成される。

【００１９】図２に示すように、上記トラニオン軸６の
外面には外側転動面６１と軸受孔４の内面４１との間に
は、複数個のニードル１０及びスチール製のベアリング
カップ９がこの順で介在しており、これにより軸受部５
が形成されている。ベアリングカップ９は筒状壁部９２
と一方に設けられた底部９１と他方に設けられた開放部
９３を備えたカップ状体であり、底部９１は外部から軸
受部５内にゴミが進入するのを防止している。また、ト
ラニオン軸６の外側転動面６１と筒状壁部９２の内側転
動面９２１は上記ニードル１０が転動するための転動面
となっている。なお、図中、環状のシール部材７は下方
外部から軸受部５にゴミが進入するのを防止するもので
あり、センター孔８はトラニオン軸６の外側転動面６１
を仕上げ研削等するためにトラニオンクロス３を製造す
る工程で設けられたものである。

【００２０】上記ニードル１０は保持器１２のポケット
１２１内に納められている。図３はニードル１０とこれ
を納める保持器１２の近傍を展開して示した部分図であ
る。環状の保持器１２には複数のポケット１２１が形成
されており、各ポケット１２１内にそれぞれ一つのニー
ドル１０が納められる。ポケット１２１の内側とニード
ル１０との間には小さな遊びが設けられており、ある程
度の自由度が与えられているが、大きく傾くようなこと
はない。また、ポケット１２１間に形成されている格子
１２２によって、ニードル１０同士は隔てられており、
互いに接触することはない。このため、保持器１２を備
えないもの（比較のために図４に示す）のように、各ニ
ードル１０が他のニードル１０の影響を受けることによ
って一斉に同じ方向を向くような現象が生じないように
規制される。

【００２１】保持器を備えない従来の総コロ型軸受と比
較すると、本発明の自在継手では、使用できるニードル
１０の数が少なくなるため、軸受部５の耐荷重が低下す
るが、ヨーク脚１１の強度との比較によればはるかに余
裕があり、この点が問題になることはない。

【００２２】更に、本発明では、トラニオン軸６の外側
転動面６１、ニードル１０、及び、ベアリングカップ９
の内側転動面９２１の三者間のラジアル方向隙間は、零
又は実質的に零になるように設定される。従来であれば
これはスキューの発生に結びつきやすいが、本発明で
は、保持器１２が、上述のようにニードル１０の傾きを
規制し、各ニードル１０は独立な動きをする（一斉に同
じ方向に向く現象が生じない）ことから、上のようなス
キューの発生が抑制される。また、スキュー発生による
過シメシロ状態が避けられるため、摩耗や折り曲げトル
クの増加も抑制される。

【００２３】さらに、従来の総コロ型では、組立時つま
り軸受部の嵌合時には芯ズレ等により、ニードルが傾い
て挿入される結果、元々カジリ易いものであるが、加え
て、ガタを抑えるために、シメシロ嵌合にすると、増々
ニードルが傾き易くなっていっそうカジリ易くなる。こ
れに対し、本発明によれば、ニードル１０は保持器１２
により傾きが規制されており、トラニオン軸６と軸受部
５の嵌合初期状態においても、スキューを起こすことが
無いため、また、保持器１２があるためニードル１０が
偏った状態で組み立てられることがないため、組立は従
来法よりも容易に行うことができる。

【００２４】図５は、ガタの程度と軸受隙間の大きさに
応じた製品の管理範囲を示すグラフである。先に述べた
ように、従来、ガタに対しての要求ｂが比較的寛容であ
ったため、大きい軸受隙間を持たせることが可能であっ
た。つまり図５において範囲Ｂに収まるように軸受隙間
を管理すればよかった。ところが、近年になってこの寛
容さは許容されなくなったことから、要求ｃのようにガ
タを非常に狭い範囲に入れることが要求されるようにな
った。従来の自在継手の構造によると、この新しい要求
ｃに適合させようと単に軸受隙間の管理範囲を狭める
と、代わって折り曲げトルクに関しての不具合（現場
で’ゴリ’といわれている現象）が発生するようになる
ため、この点から規格が満たされにくくなる。つまり、
範囲Ｄのように非常に狭い範囲の公差内で軸受隙間を管
理することが必要になり、自在継手の製造コストの大き
な上昇を招く。

【００２５】本発明、実施形態では、保持器を設けたこ
とによってスキューが防止されるため、管理範囲Ｃのよ
うに軸受隙間が狭い方に管理範囲を広げたとしても、折
り曲げトルクを規格の範囲内に容易に収めることができ
る。

【００２６】車輌のステアリング装置では、操舵操作に
よって正逆両方向に回転が伝達されるため、中立、正
転、逆転間の切替時にガタが舵輪の遊びとなり、操舵性
あるいは操舵感を悪化させる。本自在継手を車輌のステ
アリング装置において用いた場合、既述のようにガタが
抑えられるため、操舵性あるいは操舵感を良好にするこ
とができる。

【００２７】以上、本自在継手によると以下のようなメ
リットが得られる。 １） ガタ零又は実質的に零の自在継手が安定して得ら
れる。 ２） 折り曲げトルクの低い自在継手が安定して得られ
る。 ３） 従来では互いに相反すると考えられていたガタの
少なさと折り曲げトルクの低さを両立した自在継手が得
られる。 ４） ヨークに特別な追加工を施す必要がないため、新
らたに加工設備を作る必要がないので、生産性、生産コ
ストの点で有利である。 ５） 従来のものより組み立てが容易なため、生産性、
生産コストの点で有利である。 ６） 摩擦が少ないため熱劣化のおそれがない。 ７） そのため、耐久性に優れ初期性能が維持される。 ８） 車輌のステアリング装置に用いた場合、操舵性あ
るいは操舵感が良好である。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、ニードルは保持器によって保持され、トラニオン軸
の外側転動面、ニードル、及び、ベアリングカップの内
側転動面の三者間のラジアル方向隙間が零又は実質的に
零にされているため、ガタの発生がない。更に、ニード
ルが保持器によって規制されているため、ニードルの大
きな傾斜がなく、自在継手組み立て時に圧入の応力が一
様に及び、周方向及び軸方向の一様なシメシロとなり、
逃げ場のない過シメシロが避けられる。そのため、折り
曲げトルクの増加も避けられる。転がり接触を主とする
ため、摩耗の発生と折り曲げトルクの増加が抑制され、
耐久性に優れる。ガタから来る異音の発生が防止され、
しかも折り曲げトルクが小さいので滑らかな操舵感がえ
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一部を切り欠いた実施形態の自在継手の全体図
である。

【図２】実施形態を説明するための部分拡大断面図であ
る。

【図３】ニードルとこれを納める保持器の近傍を展開し
て示した部分図である。

【図４】従来の保持器を備えない軸受部において、ニー
ドルが一斉に同じ方向を向くことを示す部分図である。

【図５】ガタの程度と軸受隙間の大きさに応じた製品の
管理範囲を説明するためのグラフである。

【符号の説明】

１、２ 第１、第２ヨーク ３ トラニオンクロス ４ 軸受孔 ５ 軸受部 ６ トラニオン軸 ７ シール部材 ８ センター孔 ９ ベアリングカップ １０ ニードル １１ ヨーク脚 １２ 保持器 ４１ 内面 ６１ 外側転動面 ９１ 底部 ９２ 筒状壁部 ９２１ 内側転動面 ９３ 開放部 １００ 自在継手 １０１、１０２ 第１、第２シャフト １２１ ポケット １２２ 格子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｃ 33/46 Ｆ１６Ｃ 33/46 Ｆターム(参考） 3D030 DC39 3J101 AA14 AA24 AA32 AA42 AA52 AA62 AA72 BA01 BA34 BA44 BA47 BA54 BA63 EA02 FA02 FA31 FA41 GA01 GA14

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略平行な一対の脚を有する第１ヨーク、 上記第１ヨークの脚のそれぞれに、その中心軸を共通に
   して形成された第１軸受孔対、 略平行な一対の脚を有する第２ヨーク、 上記第２ヨークの脚のそれぞれに、その中心軸を共通に
   して形成された第２軸受孔対、 十字状に互いに直交した４本のトラニオン軸を備えたト
   ラニオンクロス、 上記トラニオン軸のそれぞれに形成された外側転動面、 上記第１軸受孔対及び第２軸受孔対にそれぞれ嵌合する
   ための筒状壁部と、この筒状壁部の一方に設けられた底
   部と、他方が開放された開放部とを有する４つのベアリ
   ングカップ、 上記ベアリングカップの内面に形成された内側転動面、 上記内側転動面上を転動するための複数のニードル、と
   を有し、上記トラニオン軸のそれぞれの外側転動面と上
   記軸受孔対のそれぞれの内側との間に、上記ニードル、
   上記ベアリングカップを介在させて組み立てられた自在
   継手において、この自在継手は、更に、 上記ニードルのそれぞれを保持するためのポケットを有
   する環状の保持器を備えており、 上記トラニオン軸の外側転動面、上記ニードル、及び、
   上記ベアリングカップの内側転動面の三者間のラジアル
   方向隙間は、零又は実質的に零になるように設定されて
   いることを特徴とする自在継手。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された自在継手におい
   て、 上記ニードルは、上記保持器のポケット内に保持されて
   傾きが規制されるとともにニードルが互いに接触しない
   ことによってスキューが防止されていることを特徴とす
   る自在継手。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載された自在
   継手において、 この自在継手は、車両用のステアリング装置において用
   いるためのものであることを特徴とする自在継手。