JP2004068871A - 十字軸継手 - Google Patents

Abstract

【課題】作動時における回転トルクが低く、軸部のがたつきを抑え、コストを低減することのできる十字軸継手を提供する。
【解決手段】クロス軸１の軸部１ｂとヨーク２の孔２ｙとの間に配置される樹脂製軸受カップ４を、その開口側端部４ｃに周方向のシール部４ｄ，４ｄを有する形状に形成する。また、この軸受カップ４の円筒部４ａの内周面４ｙおよび外周面４ｘに、それぞれ軸方向に伸びる複数の突起４ｆおよび外周溝４ｈを、周方向に所定の間隔で形成する。この構成により、十字軸１とヨーク２との連結に必要とされる部品点数が削減され、組み込みを容易化することができる。また、軸受カップ４の孔２ｙへの圧入に起因する円筒部４ａの変形が抑制され、クロス軸１とヨーク２の間の回転トルクを低減しつつ、回転時のがたつきの発生を防止することができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的小荷重下での使用に適した十字軸継手に関し、更に詳しくは、自動車のステアリング装置等に組み込まれる十字軸継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のステアリング装置等に用いられる自在継手（ユニバーサルジョイント）として、一般に十字軸継手が使用されている。十字軸継手は、図４の一部断面図に示すように、柱部１ａから各軸部１ｂが四方に突出したクロス軸１によって、二又状となった一対のヨーク２，３を相互に連結した構造である。
【０００３】
これら各ヨーク２，３の両外側端部２ａ，３ａには、内面にシャフト（図示省略）を嵌め入れることのできる開口孔２ｘ，３ｘがそれぞれ形成されているとともに、二又状となった端部２ｂ，３ｂには、クロス軸１の各軸部１ｂを嵌め入れる孔２ｙがそれぞれ形成されている。また、これらクロス軸１の各軸部１ｂとヨーク２の孔２ｙとは、針状ころ１１を用いたラジアル軸受を介在させて連結されている。この針状ころ軸受は、クロス軸１の軸部１ｂを内輪とし、金属製の軸受カップ（シェルカップ）１２を外輪として、これら内外輪の間に複数の針状ころ１１を配置したものである。
【０００４】
図５は、この十字軸継手におけるクロス軸１とヨーク２の連結部の拡大断面図である。金属製のシェルカップ１２は、円筒部１２ａと底部１２ｂからなる有底円筒体であり、その円筒部１２ａの外周面１２ｘを孔２ｙに圧入して、ヨーク２の端部２ｂに固定されている。また、シェルカップ１２の開口側端部１２ｃは、径方向内側に折り曲げられているとともに、円筒部１２ａの内周面１２ｙと対向する軸部外周面１ｘとから形成される環状空間内には、複数の針状ころ１１，１１，・・・が周方向に一定の間隔で配置されている。なお、この環状空間内には、グリース等の潤滑剤が充填されるとともに、シェルカップ１２の開口部は、クロス軸１の肩部１ｃに配置されたリング状のシール部材１３により密閉され、グリース漏れの防止と水分や塵埃の浸入防止が図られている。
【０００５】
また、特開平６−２６５２７号公報や特開平７−１５８６５５号公報に開示されているように、連結部に用いられる部品点数を削減して、組み立て作業を容易化するための提案がなされている。これらの提案は、十字軸とヨークの連結部に配置される金属製のシェルカップと針状ころに代えて、円筒部内周面に潤滑溝を有する樹脂製軸受カップを、クロス軸の軸部に被せることによって、これら軸受カップとクロス軸との相対滑りにより軸部を回転自在に支持する構成をとる。
【０００６】
図６は、従来の樹脂製軸受カップ１４を用いた十字軸継手のクロス軸１とヨーク２の連結部を示す断面図である。この樹脂製軸受カップ１４も、前述の金属製シェルカップと同様、円筒部１４ａと底部１４ｂとからなる有底円筒体であり、その円筒部１４ａの外周面１４ｘが孔２ｙに挿入されている。また、円筒部１４ａの内周面１４ｙには、軸方向の潤滑溝１４ｃが、周方向に所定の間隔で複数形成されている。これら樹脂製軸受カップ１４とクロス軸１の軸部１ｂとの間には、前記した針状ころ軸受と同様、グリース等の潤滑剤が充填されており、これらカップ１４と軸部１ｂとの相対すべり回転時には、このグリースが摺動面に循環するように構成されている。なお、軸受カップ１４の開口部は、このグリースの漏出防止および水分・塵埃等の浸入防止のために、クロス軸１の肩部１ｃに配置されたリング状のシール部材１５により密閉されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような十字軸継手においては、金属製シェルカップをヨークの孔に圧入することに起因して、このカップの円筒部の内径寸法に部分的なばらつきが生じ、十字軸継手の回転にがたつきが発生してしまう等の問題があった。この十字軸継手のがたつきは、自動車のステアリング装置等の回転にも影響を及ぼし、いわゆる「ごり」あるいは「がた」といわれる操作感の悪化を招いてしまうことになる。
【０００８】
また、連結部に樹脂製軸受カップを介在させた十字軸継手においては、軸受カップと軸部の摺動面が面接触により形成されているため、相対回転時の滑り抵抗が大きく、針状ころ軸受を用いた連結方法に比べ、回転トルクも大きくなってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、作動時における回転トルクが低く、軸部のがたつきを抑え、コストを低減することのできる十字軸継手を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、クロス軸の各軸部に、円筒部と底部とからなる樹脂製の軸受カップを嵌め入れ、二又状となった一対のヨークの各端部に設けられた孔に、前記軸受カップをそれぞれ嵌合した十字軸継手において、前記軸受カップ円筒部の開口部には、周方向のシール部が形成されているとともに、この円筒部の内周面には、周方向に所定の間隔で突起が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、クロス軸とヨークとの連結に樹脂製軸受カップを介在させた十字軸継手において、この樹脂製軸受カップを、従来の十字軸継手におけるシェルカップ、針状ころおよびシール部材に代わる機能を備える形状に形成することによって、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１２】
すなわち、請求項１に記載の発明によれば、クロス軸の軸部とヨークの孔との間に配置される樹脂製軸受カップを、内周面の周方向に突起を有する有底円筒体として形成することにより、従来の十字軸継手における針状ころと同様、クロス軸の軸部を低摩擦の状態で相対回転自在に支持することができる。また、この軸部を、周方向に複数の接点により支持したことにより、ヨークへの圧入による軸受カップの変形の影響を緩和し、相対回転時のがたつきの発生を抑えることができる。しかも、この軸受カップは、その開口部に周方向のシール部が形成されているため、従来、別途配置されていたリング状のシール部材を不用とすることができ、十字軸継手の部品点数の削減と組み込み作業の容易化によるコストの低減を達成することができる。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、前記突起が軸方向に連続し、かつ、その断面がＲ形状であることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、樹脂製軸受カップの円筒部内周面が、山部と谷部が交互に連続するウエーブ形状となり、この円筒部内周面に嵌め入れられるクロス軸の軸部を、多数の軸方向の線接触で支持することができる。また、この形状により、ヨークへの圧入後も、軸受カップと軸部との接触における周方向の偏りが発生せず、相対回転時の滑り抵抗を低減しつつ軸部のがたつきを防止することができる。更に、このウエーブ形状の谷部が、軸方向の潤滑溝として機能することにより、この樹脂製軸受カップの寿命を向上させる効果も併せて奏することができる。
【００１５】
一方、前記円筒部の外周面は、軸方向の溝あるいは突起が、周方向に複数形成されている形状（請求項３）であることが好ましい。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、この樹脂製軸受カップがヨークの二又状の端部に設けられた孔に圧入された場合、この軸方向の溝あるいは突起が変形または押し潰されることにより、軸受カップの円筒部全体の変形を抑制することができる。従って、この軸受カップは、圧入後も円筒部の内径寸法の変化が少なく、クロス軸の軸部は、この円筒部の突起によって周方向に均一にかつバランス良く支持されることになる。また、この構成は、樹脂製軸受カップの外周面とヨークの孔との間の滑りを防止し、軸受カップを確実に固定する効果も併せて奏することができる。
【００１７】
また、前記軸受カップの底部の形状として、その底部の内側面に潤滑剤を循環させる溝が形成されている形状（請求項４）を好適に採用することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、クロス軸の軸部と摺接する軸受カップ底部の内側面に溝を形成することにより、これら軸受カップとクロス軸の軸部との間に封入される潤滑剤の循環性が向上し、十字軸継手の寿命を延ばす効果を奏することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつこの本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の十字軸継手におけるクロス軸とヨークの連結部の構造を示す断面図であり、図２はこの十字軸継手に用いられている軸受カップの軸方向断面図、図３は図２のＸ−Ｘ線矢視断面図である。なお、従来例と同様の機能を有する構成部材には、同じ符号を付記する。
【００２０】
この実施の形態における十字軸継手の全体としての構成は、従来例と同様である。この十字軸継手も、図４に示すように、二又状となった一対のヨーク２，３と、柱部１ａから各軸部１ｂが四方に突出したクロス軸１とからなる。これら各ヨーク２，３の外側に位置する一方の端部２ａ，３ａには、シャフト（図示省略）を嵌め入れることのできる開口孔２ｘ，３ｘがそれぞれ形成されている。また、各ヨーク２，３の二又状となった他方の端部２ｂ，３ｂには、クロス軸１の各軸部１ｂを嵌め入れる孔２ｙがそれぞれ形成されている。
【００２１】
本実施の形態における十字軸継手も、図１に示すように、クロス軸１とヨーク２との間に配置される軸受カップ４は、樹脂を用いて形成されている。この樹脂製軸受カップ４も、円筒部４ａと底部４ｂからなる有底円筒体として形成されている。また、この軸受カップ４は、ラジアル滑り軸受として、クロス軸１の軸部１ｂを覆うように配置され、その円筒部４ａの外周面４ｘをヨーク２の孔２ｙに圧入して固定されている。
【００２２】
樹脂製軸受カップ４の開口側端部４ｃ（図示下方）の内側には、環状の溝形状のシール部４ｄ，４ｄが形成されており、これら軸受カップ４と軸部１ｂとの間に充填されるグリースの漏出と水分・塵埃等の浸入を防止している。また、図示上方の底部４ｂ内面の径方向中央近傍には、グリースを保持するための円形の凹部４ｅが形成されているとともに、この凹部４ｅに対向するクロス軸１の軸部端面１ｙの略中央にも、グリース溜めとなる凹部１ｄが設けられている。
【００２３】
次に、樹脂製軸受カップ４の内面および外面の詳細な構造について説明する。この樹脂製軸受カップ４の内面には、図２に示すように、その円筒部４ａの内周面４ｙの全周にわたって、軸方向に連続する多数の突起４ｆ，４ｆ，・・・が形成されている。これらの突起４ｆは、それぞれの軸直行方向断面が略半円状に形成されており、内周面４ｙ全体としては、図３に示すように、山部と谷部とが交互するウエーブ形状となっている。また、この樹脂製軸受カップ４の底部４ｂの内面には、前述した円形の凹部４ｅから外側に向かって放射状の潤滑溝４ｇ，４ｇ，・・・が形成されている。
【００２４】
更にまた、この樹脂製軸受カップ４の外面には、開口側端部４ｃを除く外周面４ｘの全周にわたって、軸方向に伸びる多数の外周溝４ｈ，４ｈ，・・・が形成されている。これらの外周溝４ｈは、圧入による円筒部４ａの変形を緩和するために形成されているもので、ヨーク２の孔２ｙへの圧入時に変形または押し潰されることにより、この円筒部４ａの内径寸法の変化を抑制し、この軸受カップ４を孔２ｙに確実に固定する効果を発揮する。
【００２５】
以上の構成により、この樹脂製軸受カップ４は、クロス軸１とヨーク２との間に介在配置された場合、その内周面４ｙに嵌め入れられるクロス軸１の軸部１ｂを、内周面４ｙに設けられた突起４ｆによって、多数の軸方向の線接触で支持することとなる。従って、本実施の形態における十字軸継手は、このクロス軸１の軸部１ｂを、低摩擦の状態で相対回転自在に支持することができる。また、前記した外周溝４ｈによる圧入時の円筒部４ａの変形抑制効果に加え、これらの突起４ｆによって軸部１ｂの支持部位を周方向に分散させたことにより、ヨーク２への圧入後も、軸受カップ４と軸部１ｂとの接触が周方向に均一となり、軸部１ｂの回転をスムーズに維持することができる。
【００２６】
一方、この内周面４ｙに設けられた突起４ｆと突起４ｆの間の谷部は、相対回転時における軸方向の潤滑溝として機能し、底部４ｂ内側面に形成された径方向の潤滑溝４ｇと同様、これら軸受カップ４と軸部１ｂの間におけるグリースの循環を円滑にして、十字軸継手の寿命を延ばす効果を発揮する。
【００２７】
なお、軸受カップ４を構成する樹脂の種類は、特に限定されるものではないが、耐熱性や耐久性を考慮した場合、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）やポリエステルカーボネート（ＰＥＳ）等のエンジニアリングプラスチックが好ましく、更に好ましくは、例えばガラス繊維入りＰＡ、炭素繊維入りＰＰＳ等の繊維強化プラスチックが用いられる。
【００２８】
以上の実施の形態においては、樹脂製軸受カップ４の円筒部内周面４ｙの形状を、全周にわたり略半円状の突起４ｆが形成されたウエーブ形状としたが、本発明において円筒部内周面４ｙに形成される突起の配置や形状は、これに限定されるものではなく、内周面４ｙの周方向に均一に分散配置するように形成すれば、どのような形状であっても良い。また、樹脂製軸受カップ４の底部４ｂ内面の形状も、本実施の形態における形状に限定されることなく、潤滑溝４ｇ等の配置や断面形状は、グリースの循環を考慮して決定すれば良い。
【００２９】
また、樹脂製軸受カップ４の外周面４ｘの形状も、本実施の形態においては、軸方向に伸びる外周溝４ｈを形成した例を示したが、この溝の配置や形状も限定されるものではなく、この溝に代わって軸方向に伸びる突起を、周方向に一定の間隔で形成しても同様の効果を奏することができる。
【００３０】
また更に、樹脂製軸受カップ４の開口側端部４ｃに形成されるシール部４ｄ，４ｄの形状も、本実施の形態における形状に限定されることなく、内部に封入される潤滑剤の性状や、この軸受カップ４を形成する樹脂の性質および使用環境等を勘案して決定すれば良い。だたし、この樹脂製軸受カップ４がヨーク２の孔２ｙに圧入されることを考慮して、その圧入による変形を避けるため、圧入後も孔２ｙの外側に留まる位置に、このシール部４ｄを形成することが望ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の十字軸継手によれば、クロス軸の軸部とヨークの孔との間に配置される樹脂製軸受カップを、その円筒部の内周面の周方向に複数の突起を有する有底円筒体として形成することにより、クロス軸とヨークの間の回転トルクを低減しつつ、回転時のがたつきの発生を防止することができる。
【００３２】
また、この軸受カップの開口に配置されていたリング状シール部材の代わりに、軸受カップの一部としてシール部を一体に成形することにより、部品点数の削減と組み込みの容易化が可能で、十字軸継手のコストダウンを達成することができる。
【００３３】
更にまた、樹脂製軸受カップの円筒部の外周面に、軸方向に伸びる溝あるいは突起を周方向に複数形成することにより、軸受カップの圧入時にこれらの形状が変形または押し潰され、この円筒部の内径寸法の変化を抑えることができる。
【００３４】
そして、クロス軸軸部の端部と摺接する樹脂製軸受カップ底部の内側面に、潤滑溝を形成することにより、封入された潤滑剤の循環性が向上し、十字軸継手の寿命を延ばすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の十字軸継手におけるクロス軸とヨークの連結部の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の十字軸継手に用いられる軸受カップの軸方向断面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【図４】従来の十字軸継手の構造を示す一部断面図である。
【図５】針状ころ軸受を介在させた従来の十字軸継手におけるクロス軸とヨークの連結部の構造を示す断面図である。
【図６】樹脂製軸受カップを介在させた従来の十字軸継手におけるクロス軸とヨークの連結部の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１　クロス軸
１ａ　柱部
１ｂ　軸部
１ｃ　肩部
１ｄ　凹部
１ｘ　軸部外周面
１ｙ　軸部端面
２，３　ヨーク
２ｘ，３ｘ　開口孔
２ｙ　孔
４　軸受カップ
４ａ　円筒部
４ｂ　底部
４ｃ　開口側端部
４ｄ　シール部
４ｅ　凹部
４ｆ　突起
４ｇ　潤滑溝
４ｈ　外周溝
４ｘ　外周面
４ｙ　内周面
１１　針状ころ
１２　シェルカップ
１３　シール部材
１４　軸受カップ
１５　シール部材

Claims (4)

1. クロス軸の各軸部に、円筒部と底部とからなる樹脂製の軸受カップを嵌め入れ、二又状となった一対のヨークの各端部に設けられた孔に、前記軸受カップをそれぞれ嵌合した十字軸継手において、
   前記軸受カップ円筒部の開口部には、周方向のシール部が形成されているとともに、この円筒部の内周面には、周方向に所定の間隔で突起が形成されていることを特徴とする十字軸継手。
2. 前記突起が軸方向に連続し、かつ、その断面がＲ形状であることを特徴とする請求項１に記載の十字軸継手。
3. 前記円筒部の外周面に、軸方向の溝あるいは突起が、周方向に複数形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の十字軸継手。
4. 前記軸受カップの底部内側面には、この軸受カップと前記軸部の相対回転時に潤滑剤を循環させる溝が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の十字軸継手。

Images