JP2006064020A - 自在継手 - Google Patents
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Abstract
【課題】騒音を低減でき且つ抵抗トルクの小さい自在継手を提供すること。
【解決手段】トラニオン２４の端面２４ａに形成された円孔からなるボール保持孔２９に圧入されたボール３０を、外輪カップ２８の円錐状テーパ面からなるボール受け部３１によって、トラニオン２４の軸方向Ａ１および径方向Ｒ１に弾性的に付勢する。トラニオン２４の軸方向Ａ１および径方向Ｒ１のがたをなくす。伝達トルクが小さいときは、トラニオン２４からボール３０を介して外輪カップ２８にトルクを伝達する。伝達トルクが大きいときは、トラニオン２４から針状ころ２７を介して外輪カップ２８にトルクを伝達する。
【選択図】 図３
【解決手段】トラニオン２４の端面２４ａに形成された円孔からなるボール保持孔２９に圧入されたボール３０を、外輪カップ２８の円錐状テーパ面からなるボール受け部３１によって、トラニオン２４の軸方向Ａ１および径方向Ｒ１に弾性的に付勢する。トラニオン２４の軸方向Ａ１および径方向Ｒ１のがたをなくす。伝達トルクが小さいときは、トラニオン２４からボール３０を介して外輪カップ２８にトルクを伝達する。伝達トルクが大きいときは、トラニオン２４から針状ころ２７を介して外輪カップ２８にトルクを伝達する。
【選択図】 図３
Description
本発明は十字軸を用いた自在継手に関する。
この種の自在継手は、十字軸の各トラニオンをヨークの対応する嵌合孔に嵌合された有底円筒状の外輪カップによって針状ころを介して支持している（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−１１６７０号公報
通例、回転トルクの上昇を抑えるために、トラニオンと外輪カップの内底面との間に隙間が設けられ、トラニオンの外周面と外輪カップの内周面との間の径方向隙間が針状ころの直径よりも大きくされている。このため、トラニオンが軸方向や径方向にがたつき、騒音を発生するおそれがある。
逆に、各部品の公差のばらつきにより、トラニオンと外輪カップとの間に軸方向や径方向に締め代を生ずる場合には、回転時の抵抗トルクが大きくなるという問題がある。
逆に、各部品の公差のばらつきにより、トラニオンと外輪カップとの間に軸方向や径方向に締め代を生ずる場合には、回転時の抵抗トルクが大きくなるという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、騒音を低減でき且つ抵抗トルクの小さい自在継手を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、十字軸の各トラニオンをヨークの対応する嵌合孔に嵌合された有底円筒状の外輪カップによって転動体を介して支持する自在継手において、上記トラニオンの端面に形成されたボール保持孔と、ボール保持孔に保持されたボールと、外輪カップの内底面に形成されボールを弾性的に受けるボール受け部とを備え、ボール受け部は円錐状テーパ面およびボールの半径よりも大きい曲率半径を有する凹湾曲面の何れか一方を含むことを特徴とするものである。
本発明では、伝達トルクが小さいときは、トラニオンからボールを介して外輪カップにトルクが伝達される一方、伝達トルクが大きいときは、トラニオンから針状ころを介して外輪カップにトルクが伝達される。トラニオンのボール保持孔に保持されたボールを、円錐状テーパ面等からなるボール受け部によってトラニオンの軸方向および径方向に弾性的に付勢するので、トラニオンの軸方向および径方向のがたをなくすことができ、騒音を低減することができる。特に、トラニオンの外周面と外輪カップの内周面との間の径方向隙間が針状ころの直径よりも大きい場合でも、トラニオンが径方向にがたつくことがない。また、ボール受け部がボールに対して線接触する（べた当たりしない）ことから、抵抗トルクの上昇を抑えることができる。
また、本発明において、上記ボール保持孔はトラニオンと同心の円孔を含み、上記ボールは円孔に圧入されている場合がある。この場合、自在継手の組立時において、トラニオンの軸方向に関して各部品の公差のばらつきがあっても、外輪カップによる円孔へのボールの押し込み量が自動的に調整されることで、上記のばらつきを吸収することができる。したがって、ボールから外輪カップに負荷される荷重が過大となることがなく、その結果、回転時の抵抗トルクを低減しつつトラニオンの軸方向のガタをなくすことができる。
また、本発明において、上記ボール保持孔に収容されボールをボール受け部側へ付勢する弾性部材を備え、上記ボール保持孔はトラニオンと同心の円孔を含み、上記ボールは円孔に摺動自在に収容されている場合がある。この場合、伝達トルクが小さいときは、トラニオンから弾性部材およびボールを介して外輪カップにトルクが伝達される一方、伝達トルクが大きいときは、トラニオンから針状ころを介して外輪カップにトルクが伝達される。トラニオンのボール保持孔に弾性部材を介して保持されたボールを、円錐状テーパ面等からなるボール受け部によってトラニオンの軸方向および径方向に弾性的に付勢するので、トラニオンの軸方向および径方向のがたをなくすことができる。特に、トラニオンの外周面と外輪カップの内周面との間の径方向隙間が針状ころの直径よりも大きい場合でも、トラニオンが径方向にがたつくことがない。また、ボール受け部がボールに対して線接触する（べた当たりしない）ことから、抵抗トルクの上昇を抑えることができる。
上記弾性部材はボール保持孔からのボールの抜脱を防止するための突起を形成していれば、組立性を向上できるうえで好ましい。
本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の自在継手４，６が適用される自動車のステアリング装置１の模式図である。図１を参照して、ステアリング装置１は、一端３ａがステアリングホイール等の操舵部材２に連結されたステアリングシャフト３と、一端５ａがステアリングシャフト３の他端３ｂに本実施の形態の自在継手４を介して連結された中間シャフト５と、中間シャフト５の他端５ｂに本実施の形態の自在継手６を介して連結されたピニオンシャフト７と、ピニオンシャフト７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック歯８ａを有して車幅方向（左右方向）に延びる操舵軸としてのラックバー８とを有している。
図１は本発明の一実施の形態の自在継手４，６が適用される自動車のステアリング装置１の模式図である。図１を参照して、ステアリング装置１は、一端３ａがステアリングホイール等の操舵部材２に連結されたステアリングシャフト３と、一端５ａがステアリングシャフト３の他端３ｂに本実施の形態の自在継手４を介して連結された中間シャフト５と、中間シャフト５の他端５ｂに本実施の形態の自在継手６を介して連結されたピニオンシャフト７と、ピニオンシャフト７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック歯８ａを有して車幅方向（左右方向）に延びる操舵軸としてのラックバー８とを有している。
ピニオンシャフト７およびラックバー８により舵取り機構としてのラックアンドピニオン機構Ａが構成されている。ラックバー８は車体に固定されるハウジング９内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー８の両端部はハウジング９の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１０が結合されている。各タイロッド１０は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する操向輪１１に連結されている。
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン７ａおよびラック歯８ａによって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー８の直線運動に変換される。これにより、操向輪１１の転舵が達成される。
図２を参照して、自在継手４は、ステアリングシャフト３の他端３ｂに設けられたヨーク２０（図では一方のみを示す）と、中間シャフト５の一端５ａに設けられたヨーク２１と、両ヨーク２０，２１間を連結する十字軸２２とを備える。
図２を参照して、自在継手４は、ステアリングシャフト３の他端３ｂに設けられたヨーク２０（図では一方のみを示す）と、中間シャフト５の一端５ａに設けられたヨーク２１と、両ヨーク２０，２１間を連結する十字軸２２とを備える。
同様に、自在継手６は、ピニオンシャフト７の端部に設けられたヨーク２０と、中間シャフト５の他端５ｂに設けられたヨーク２１（図では一方のみを示す）と、両ヨーク２０，２１間を連結する十字軸２２とを備える。
各ヨーク２０，２１はＵ字状をなし、それぞれ一対のタブ２３を有している。一対のタブ２３は互いに平行である。
各ヨーク２０，２１はＵ字状をなし、それぞれ一対のタブ２３を有している。一対のタブ２３は互いに平行である。
自在継手４，６については全く同様の構成であるので、自在継手４に則して説明する。図３を参照して、各タブ２３には、十字軸２２の対応するトラニオン２４のための嵌合孔２５が形成されている（図３では、簡略化のため、１つのタブ２３のみを示す）。この嵌合孔２５に嵌合され保持された軸受２６を介して十字軸２２の対応するトラニオン２４が回転自在に支持される。
軸受２６はトラニオン２４の周囲に環状に並べて配列された複数の針状ころ２７と、これらの針状ころ２７を保持すると共に嵌合孔２５に嵌合され固定された有底円筒状の外輪カップ２８とを含む。
トラニオン２４の端面２４ａに形成されたボール保持孔２９にボール３０が保持されており、このボールを弾性的に受けるためのボール受け部３１が外輪カップ２８の内底面２８ａに形成されている。
トラニオン２４の端面２４ａに形成されたボール保持孔２９にボール３０が保持されており、このボールを弾性的に受けるためのボール受け部３１が外輪カップ２８の内底面２８ａに形成されている。
上記のボール保持孔２９はトラニオン２４と同心の円孔からなり、この円孔からなるボール保持孔２９にボール３０が圧入されている。すなわち、ボール３０は締め代を有してボール保持孔２９に保持され、トラニオン２４に対してトラニオン２４の軸方向Ａ１および径方向Ｒ１への移動が規制されている。また、ボール３０の一部はボール保持孔２９から外輪カップ２８側へ突出しており、上記のボール受け部３１により受けられている。
ボール保持孔２９の奥部には当該ボール保持孔２９としての円孔を加工するときに設けられたセンタ孔が連なっている。
ボール受け部３１は外輪カップ２８の中心軸線Ｃ１を中心とする円錐状テーパ面からなり、ボール３０に対して線接触している。外輪カップ２８の外底面２８ｂには、ボール受け部３１を形成するために外方へ膨出された突起３２が設けられている。
ボール受け部３１は外輪カップ２８の中心軸線Ｃ１を中心とする円錐状テーパ面からなり、ボール３０に対して線接触している。外輪カップ２８の外底面２８ｂには、ボール受け部３１を形成するために外方へ膨出された突起３２が設けられている。
外輪カップ２８は開口側端縁に内向きの環状フランジ３３を形成している。この環状フランジ３３とトラニオン２４の肩部との間に環状のオイルシール３４が保持され、外輪カップ２８とトラニオン２４との間が液密的に封止されている。
本実施の形態によれば、伝達トルクが小さいときは、トラニオン２４からボール３０を介して外輪カップ２８にトルクが伝達される。一方、伝達トルクが大きいときは、トラニオン２４から針状ころ２７を介して外輪カップ２８にトルクが伝達される。
本実施の形態によれば、伝達トルクが小さいときは、トラニオン２４からボール３０を介して外輪カップ２８にトルクが伝達される。一方、伝達トルクが大きいときは、トラニオン２４から針状ころ２７を介して外輪カップ２８にトルクが伝達される。
トラニオン２４のボール保持孔２９に保持されたボール３０を、円錐状テーパ面からなるボール受け部３１によってトラニオン２４の軸方向Ａ１および径方向Ｒ１に弾性的に付勢するので、トラニオン２４の軸方向Ａ１および径方向Ｒ１のがたをなくすことができ、騒音を低減することができる。
特に、トラニオン２４の外周面２４ｂと外輪カップ２８の内周面２８ｂとの間の径方向Ｒ１の隙間が針状ころ２７の直径よりも大きい場合でも、トラニオン２４が径方向Ｒ１にがたつくことがない。また、円錐状テーパ面からなるボール受け部３１がボール３０に対して線接触する（べた当たりしない）ことから、抵抗トルクの上昇を抑えることができる。
特に、トラニオン２４の外周面２４ｂと外輪カップ２８の内周面２８ｂとの間の径方向Ｒ１の隙間が針状ころ２７の直径よりも大きい場合でも、トラニオン２４が径方向Ｒ１にがたつくことがない。また、円錐状テーパ面からなるボール受け部３１がボール３０に対して線接触する（べた当たりしない）ことから、抵抗トルクの上昇を抑えることができる。
また、ボール３０を円孔からなるボール保持孔２９に圧入するようにしたので、下記の利点がある。すなわち、自在継手４の組立時において、トラニオン２４の軸方向Ａ１に関して各部品の公差のばらつきがあっても、外輪カップ２８によるボール保持孔２９へのボール３０の押し込み量が自動的に調整されることで、上記のばらつきを吸収することができる。したがって、ボール３０から外輪カップ２８に負荷される荷重が過大となることがなく、回転時の抵抗トルクを抑制しつつトラニオン２４および外輪カップ２８間の軸方向Ａ１のガタをなくすことができる。
図３の実施の形態では、ボール受け部３１が円錐状テーパ面からなっていたが、これに限らず、図４に示すように、ボール３０の半径Ｒａよりも大きい曲率半径Ｒｂを有する凹湾曲面（例えば球面）からなるボール受け部３１Ａを用いてもよい。
また、図３の実施の形態では、ボール３０が圧入されるボール保持孔２９を設けたが、図５に示すように、ボール３０をトラニオン２４の軸方向Ａ１に摺動自在に保持するボール保持孔２９Ａを設け、ボール保持孔２９Ａの底２９１とボール３０との間に介在する弾性部材としての圧縮コイルばね３５を用いて、ボール３０をボール受け部３１に弾性的に付勢するようにしてもよい。
また、図３の実施の形態では、ボール３０が圧入されるボール保持孔２９を設けたが、図５に示すように、ボール３０をトラニオン２４の軸方向Ａ１に摺動自在に保持するボール保持孔２９Ａを設け、ボール保持孔２９Ａの底２９１とボール３０との間に介在する弾性部材としての圧縮コイルばね３５を用いて、ボール３０をボール受け部３１に弾性的に付勢するようにしてもよい。
また、弾性部材として、上記の圧縮コイルばね３５に代えて、図６Ａ，図６Ｂおよび図６Ｃにそれぞれ示すような板ばね３６，３７および３８を用いるようにしてもよい。
図６Ａを参照して、板ばね３６はその内周縁３６ａにてボール３０に接触する皿ばねからなる。
図６Ｂを参照して、板ばね３７は、ボール保持孔２９Ａの底２９１によって受けられる環状板からなるベース３７ａと、ベース３７ａの内周縁から円錐テーパ状の拡がりボール３０を受ける皿ばね部３７ｂとを含む。
図６Ａを参照して、板ばね３６はその内周縁３６ａにてボール３０に接触する皿ばねからなる。
図６Ｂを参照して、板ばね３７は、ボール保持孔２９Ａの底２９１によって受けられる環状板からなるベース３７ａと、ベース３７ａの内周縁から円錐テーパ状の拡がりボール３０を受ける皿ばね部３７ｂとを含む。
図６Ｃを参照して、板ばね３８は、ボール保持孔２９Ａの底２９１によって受けられる円板状のベース３８ａと、ベース３８ａの外周縁から直交状に延設された筒状部３８ｂと、筒状部３８ｂの一端縁からボール保持孔２９Ａの底２９１に向かって円錐テーパ状に縮径しボール３０を受ける皿ばね部３８ｃとを含む。
図５、図６Ａ〜図６Ｃの各実施の形態においても、図３の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、伝達トルクが小さいときは、トラニオン２４から圧縮コイルばね３５ないし板ばね３６〜３８およびボール３０を介して外輪カップ２８にトルクが伝達される一方、伝達トルクが大きいときは、トラニオン２４から針状ころ２７を介して外輪カップ２８にトルクが伝達される。
図５、図６Ａ〜図６Ｃの各実施の形態においても、図３の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、伝達トルクが小さいときは、トラニオン２４から圧縮コイルばね３５ないし板ばね３６〜３８およびボール３０を介して外輪カップ２８にトルクが伝達される一方、伝達トルクが大きいときは、トラニオン２４から針状ころ２７を介して外輪カップ２８にトルクが伝達される。
トラニオン２４のボール保持孔２９Ａに弾性部材としての圧縮コイルばね３５ないし板ばね３６〜３８を介して保持されたボール３０を、円錐状テーパ面等からなるボール受け部３１によってトラニオン２４の軸方向Ａ１および径方向Ｒ１に弾性的に付勢するので、トラニオン２４の軸方向Ａ１および径方向Ｒ１のがたをなくすことができる。特に、トラニオン２４の外周面２４ｂと外輪カップ２８の内周面２８ｂとの間の径方向Ｒ１の隙間が針状ころ２７の直径よりも大きい場合でも、トラニオン２４が径方向Ｒ１にがたつくことがない。また、ボール受け部３１がボール３０に対して線接触する（べた当たりしない）ことから、抵抗トルクの上昇を抑えることができる。その結果、騒音を低減でき且つ抵抗トルクの小さい自在継手４を実現することができる。
次いで、図７は本発明の別の実施の形態を示している。図７を参照して、本実施の形態の特徴とするところは、弾性部材としての板ばね３９が、ベース３９ａと、筒状部３９ｂと、ボール付勢用の突起３９ｃおよびボール抜け止め用の突起３９ｄとを備える点にある。
ベース３９ａは、ボール保持孔２９Ａの底２９１によって受けられる環状板からなる。筒状部３９ｂは、ベース３９ａの外周縁から直交状に延設されボール３０を包囲する状態でボール保持孔２９Ａの内周面に嵌め合わされる。
ベース３９ａは、ボール保持孔２９Ａの底２９１によって受けられる環状板からなる。筒状部３９ｂは、ベース３９ａの外周縁から直交状に延設されボール３０を包囲する状態でボール保持孔２９Ａの内周面に嵌め合わされる。
突起３９ｃは、筒状部３９ｂの軸方向途中部から内側へ山形状に突出し、ボール３０をボール受け部３１側（トラニオン２４の軸方向Ａ１）へ弾性的に付勢すると共に、ボール３０をトラニオン２４の径方向Ｒ１に弾性的に付勢する。
突起３９ｄは、筒状部３９ｂの一端に内側へ山形状に突出するように形成され、ボール３０に係合してボール３０がボール保持孔２９からの抜脱を防止する。突起３９ｃ，３９ｄは筒状部３９ｂの全周に形成されていてもよいし、周方向に等間隔で複数が形成されていてもよい。
突起３９ｄは、筒状部３９ｂの一端に内側へ山形状に突出するように形成され、ボール３０に係合してボール３０がボール保持孔２９からの抜脱を防止する。突起３９ｃ，３９ｄは筒状部３９ｂの全周に形成されていてもよいし、周方向に等間隔で複数が形成されていてもよい。
本実施の形態においても、図６Ａ〜図６Ｃの各実施の形態と同様に、騒音を低減でき且つ抵抗トルクの小さい自在継手４を実現することができる。また、組み立て時において、板ばね３９を用いて、ボール３０をボール保持孔２９Ａに保持しておくことができ、組み立て時の作業性を良くすることができる。
本発明の自在継手は、ステアリング装置に限らず、自動車の推進軸等、他の回転体における自在継手としても好適に適用される。
本発明の自在継手は、ステアリング装置に限らず、自動車の推進軸等、他の回転体における自在継手としても好適に適用される。
１ ステアリング装置
３ ステアリングシャフト
４，６ 自在継手
５ 中間シャフト
７ ピニオンシャフト
２０，２１ ヨーク
２２ 十字軸
２３ タブ
２４ トラニオン
２４ａ 端面
２４ｂ 外周面
２５ 嵌合孔
２６ 軸受
２７ 針状ころ
２８ 外輪カップ
２８ａ 内底面
２８ｂ 内周面
２９，２９Ａ ボール保持孔
２９１ 底
３０ ボール
３１，３１Ａ ボール受け部
３２ 突起
３５ 圧縮コイルばね（弾性部材）
３６ 板ばね（弾性部材）
３７ 板ばね（弾性部材）
３７ａ ベース
３７ｂ 皿ばね部
３８ 板ばね（弾性部材）
３８ａ ベース
３８ｂ 筒状部
３８ｃ 皿ばね部
３９ 板ばね（弾性部材）
３９ａ ベース
３９ｂ 筒状部
３９ｃ 突起
３９ｄ 突起
Ｃ１ 中心軸線
Ａ１ 軸方向
Ｒ１ 径方向
Ｒａ （ボールの）半径
Ｒｂ （凹湾曲面の）曲率半径
３ ステアリングシャフト
４，６ 自在継手
５ 中間シャフト
７ ピニオンシャフト
２０，２１ ヨーク
２２ 十字軸
２３ タブ
２４ トラニオン
２４ａ 端面
２４ｂ 外周面
２５ 嵌合孔
２６ 軸受
２７ 針状ころ
２８ 外輪カップ
２８ａ 内底面
２８ｂ 内周面
２９，２９Ａ ボール保持孔
２９１ 底
３０ ボール
３１，３１Ａ ボール受け部
３２ 突起
３５ 圧縮コイルばね（弾性部材）
３６ 板ばね（弾性部材）
３７ 板ばね（弾性部材）
３７ａ ベース
３７ｂ 皿ばね部
３８ 板ばね（弾性部材）
３８ａ ベース
３８ｂ 筒状部
３８ｃ 皿ばね部
３９ 板ばね（弾性部材）
３９ａ ベース
３９ｂ 筒状部
３９ｃ 突起
３９ｄ 突起
Ｃ１ 中心軸線
Ａ１ 軸方向
Ｒ１ 径方向
Ｒａ （ボールの）半径
Ｒｂ （凹湾曲面の）曲率半径
Claims (4)
- 十字軸の各トラニオンをヨークの対応する嵌合孔に嵌合された有底円筒状の外輪カップによって針状ころを介して支持する自在継手において、
上記トラニオンの端面に形成されたボール保持孔と、
ボール保持孔に保持されたボールと、
外輪カップの内底面に形成されボールを弾性的に受けるボール受け部とを備え、
ボール受け部は円錐状テーパ面およびボールの半径よりも大きい曲率半径を有する凹湾曲面の何れか一方を含むことを特徴とする自在継手。 - 請求項１において、上記ボール保持孔はトラニオンと同心の円孔を含み、上記ボールは円孔に圧入されている自在継手。
- 請求項１において、上記ボール保持孔に収容されボールをボール受け部側へ付勢する弾性部材を備え、上記ボール保持孔はトラニオンと同心の円孔を含み、上記ボールは円孔に摺動自在に収容されている自在継手。
- 請求項３において、上記弾性部材はボール保持孔からのボールの抜脱を防止するための突起を形成している自在継手。
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