JP2006090430A

JP2006090430A - 十字軸継手

Info

Publication number: JP2006090430A
Application number: JP2004276718A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Komori; 宏道小森; Hiroshi Sekine; 博関根
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2004-09-24
Publication date: 2006-04-06

Abstract

【課題】ステアリング装置における操蛇性能や操蛇感覚、経時安定性をより高め、更にメンテナンスフリーを実現する十字軸継手を提供する。
【解決手段】（ａ）分子中にヒドロキシル基を有する炭素数１２〜２４の脂肪酸と、炭素数２〜１２の脂肪族ジカルボン酸のリチウム塩とからなる増ちょう剤と、（ｂ）４０℃における動粘度が３００〜５００ｍｍ²／ｓの鉱油と、４０℃における動粘度が２０〜３００ｍｍ²／ｓの合成炭化水素油とを必須成分として含み、かつ、４０℃における動粘度が６０〜２００ｍｍ²／ｓである基油と、（ｃ）テルルのジチオカルバミン酸塩と、（ｄ）リン酸エステルとを含有するグリースを封入した軸受を備える十字軸継手。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用ステアリング装置等に用いられる十字軸継手に関する。

一般に、車両用ステアリング装置においては、例えば、ステアリングシャフトのアッパーシャフトとローシャフトとの間に、一対のヨークと十字状のスパーダーとからなり、所定の折曲角度で回転しながらトルクを伝達する十字軸継手が介挿されている。

この十字軸継手として、例えば、ヨークの軸受孔に、複数のコロ転動体を含むニードル軸受を介して、スパイダーのスパーダー軸部が揺動自在に嵌合され、このスパイダー軸部の軸芯に形成した円錐状孔に、ニードル軸受のカップ内面の軸芯に形成した球面状突部が嵌合・圧接した構成のものが知られている（特許文献１参照）。これにより、車輪から振動が伝わったとしても、スパイダー軸部とニードル軸受の間の微小隙間を一様に維持し、両者の干渉による異音の発生を防止している。

しかし、上記十字軸継手では、各部品の寸法精度が低い場合には、スパイダーをヨークに組込む際、スパイダー軸部の円錐状孔に、ニードル軸受のカップ内面の球面状突部を適当な予圧で接触させることが困難になるため、スパイダー軸部とニードル軸受の間の微小隙間を一様に維持できず、両者の干渉による異音や振動（ガタツキ）が発生することがある。ステアリングは運転手に路面状態や車両の挙動をタイヤと路面との接触やセルフアライメントの感覚を感じ取るセンサの役目も果たすため、感度面からは、異音やガタツキが少ない方が望ましい。そこで、本出願人は先に、スパイダーの端部軸部を軸受内に転動体を介してシメシロ嵌合してガタツキを抑えた十字軸継手を提案している（特許文献２参照）。

特開２０００−１７０７８６号公報ＷＯ０３／６４８７７号公報

しかし、本出願人による特許文献２に記載の十字軸継手においても、シメシロが過大になると、各ニードルが正規の自転軸に対して傾いて円滑な転動が阻害される現象（スキュー）が発生しやすく、特にステアリング操作のように回転角が微小で、方向が一定でない場合には、所謂ゴリ感が運転手に伝わるようになる。また、組み込まれるニードル軸受は、保持器が装着されていないため、滑り摩擦により鉄粉が発生し易く、運転手は所謂ザラツキ感を感じやすくなる。

また、ニードル軸受には、潤滑のためにグリースが封入されるが、鉄粉がグリースに混入すると、鉄がイオン化して増ちょう剤に作用し、グリースのちょう度を上昇させ、操蛇性を経時的に低下させるようになる。更に、ニードル軸受は離脱／再結合不能に組み付られるため、給脂できず、メンテナンスフリーも要求されるが、エンジンルームの取り回し上、十字軸継手は排気管に近接して車両後方側に配置され、運転時に絶えず高温に曝されることから、グリースは熱による劣化を受けやすく、高温耐久性が重要となる。

ステアリング装置の操蛇感は、車両全体としての商品性に大きく影響するため、上記のようなゴリ感やザラツキ感の低減、経時安定性、メンテナンスフリーに対する要求は特に強く、シメシロ嵌合による対策にも改善の余地が残されている。

また従来から、極圧剤として一般的な二硫化モリブデン等の固体潤滑剤、イオウ、リン系、イオウ−リン系有機モリブデン、有機亜鉛等の化合物が知られている。しかしながら、これらの化合物は何れも化学的な活性が強く、単独で使用すると、短期的には滑り部分の潤滑性を向上する効果があるが、比較的長期にわたる使用条件では、軸受の腐食、グリースの劣化促進等を引き起こし、焼き付きはしないものの早期に円滑な回転が不能になりやすい。その結果、滑らかなステアリング操作を阻害すると言った問題があった。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ステアリング装置における操蛇性能や操蛇感覚、経時安定性をより高め、更にメンテナンスフリーを実現する十字軸継手を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の十字軸継手は、ヨークの軸受孔に、ベアリングカップ及び当該ベアリングカップ内の複数のコロを含む軸受を介してスパイダー軸部を回転自在に嵌合することにより、前記ヨークにスパイダーを嵌合した構成の十字軸継手において、（ａ）分子中にヒドロキシル基を有する炭素数１２〜２４の脂肪酸と、炭素数２〜１２の脂肪族ジカルボン酸のリチウム塩とからなる増ちょう剤と、（ｂ）４０℃における動粘度が３００〜５００ｍｍ²／ｓの鉱油と、４０℃における動粘度が２０〜３００ｍｍ²／ｓの合成炭化水素油とを必須成分として含み、かつ、４０℃における動粘度が６０〜２００ｍｍ²／ｓである基油と、（ｃ）テルルのジチオカルバミン酸塩と、（ｄ）リン酸エステルとを含有するグリースを前記軸受に封入したことを特徴とする。

本発明の十字軸継手は、鉄粉を発生に難く、ちょう度の上昇を抑制する添加剤を含有するグリースを軸受に封入したことにより、ゴリ感やザラツキ感が低減し、ステアリング装置の操蛇性能や操蛇感覚、経時安定性を高めることができる。また、グリースの基油は耐熱性に優れるため、高温耐久性にも優れ、メンテナンスフリーも実現できる。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

本発明において、十字軸継手自体の構成には制限はないが、ガタツキの少ないことから、ニードル軸受とスパイダー軸部とがコロを介してシメシロ嵌合しているものが好ましい。ここで、ニードル軸受とはコロ転動体が介在する軸受のことである。図１はその第１の実施形態を示す一部断面図であり、図２はＡ部分の拡大図である。図示されるように、十字軸継手１は一対の板金製のヨーク７，８間に、十字状のスパイダー２を介装した構成である。ヨーク７は、筒状基部７ａと該筒状基部から軸方向に延び直径方向に対向する一対のアーム７ｂ、７ｂを一体に有している。この筒状基部７ａは、軸６に緩衝部１９を介して連結されている。緩衝部１９は、外筒２１と内筒２０及びこれらに挟持されたゴムより成るラバーブッシュ９から構成されている。内筒２０は軸６に外嵌・固定され、この内筒２０にピン１０が固定されている。軸６の内周面にはメススプラィン２５が形成されている。ヨーク８は略筒状周面を形成し、周方向の一部で対向する一対の締付部を有する基部８ａと、該基部から軸方向に延び直径方向に対向する一対のアーム８ｂを一体に有しており、軸との継手機能を有する。

ヨーク７の各アーム７ｂの端部およびヨーク８のアーム８ｂの端部には、それぞれ対向して円形の軸受孔１８が形成されている。ヨーク７、８の軸受孔１８にはスパイダー２の端部の軸部１４がそれぞれ挿入されており、スパイダー軸部１４はそれぞれヨーク７、８の対応する軸受孔１８内にニードル軸受３を介して回転自在に支持される。

ヨーク７、８の円形軸受孔１８とそれぞれ軸受３を介して回転自在に支持されたスパイダー２の端部軸部１４との構成は、すべて同じであるので、本明細書ではそのうち１つについて以下に詳細に説明する。

図２に示すように、スパイダー２のスパイダー軸部１４が、ヨーク７の軸受孔１８に、複数のコロ転動体１２を含むニードル軸受３を介して回転自在に嵌合されている。スパイダー軸部１４の先端部外周辺には、先細りテーパ形状の面取り部１５が形成されている。この面取り部１５は、その軸方向の幅はＬで、そのテーパ面は軸心方向に対して０．５°〜１．２°の角度θをなすように設定されている。

スパイダー軸部１４の軸径は９〜１０ｍｍ、その真円度、円筒度はそれぞれ０．０５ｍｍ以下、好適には０．００２ｍｍ以下である。また対向する２カ所の軸部１４の同軸度は０．０５ｍｍ以下、好適には０．０２ｍｍ以下である。面取り部１５の幅Ｌは０．５〜３．０ｍｍで、好適には１．０〜２．０ｍｍである。尚、面取り部１５の断面形状は直線であるが、曲線形状であっても良い。

スパィダー軸部１４の軸心に形成れた軸方向孔１６にはスラストピース１７が挿入されている。スパイダー軸部１４の下部外周囲には、シール部材４が設けられている。

スラストピース１７は、ポリアセタール樹脂またはポリアミド樹脂等の合成樹脂製のピンである。スラストピース１７は、軸方向孔１６に挿入された状態では、スラストピース１７の端部が軸部１４の端面から突出するとともに、ベアリングカップ１１の底面に係合する。軸受カップ１１を圧入する際、スラストピース１７に圧縮弾塑性変形を生じさせるので、スパイダー２の軸部に軸方向の中心に向かう予圧が付与され、ヨーク７ｂ、７ｂに挟まれたスパイダー２を軸方向の所定位置に保持することができる。

ニードル軸受３は、ベアリングカップ１１、複数のコロ転動体１２、ベアリングカップ１１とスパイダー軸部１４とを備え、後述するグリース１３が充填されている。ベアリングカップ１１は有底筒状体であり、外径は１５〜１６ｍｍである。ベアリングカップ１１はヨークのアームに形成された円形軸受孔１８内に圧入され、カシメ部１１ａによりヨーク１１に抜け防止されている。ベアリングカップ１１の筒状部内周面とスパイー軸部１４の外周面との間には複数のコロ転動体１２が介装されている。このような構成により、スパイダー軸部１４はヨークアームの対応する軸受孔１４内に軸受３を介して回転自在に支持されている。

コロ転動体１２（以後、コロ１２と言う）は、その径Ｒが中央部近傍から両端部にかけて徐々に微小量だけ小さくなる形状に成形されている。径Ｒの減少量は、コロ１２の端面より中央部に向かって０．８ｍｍの位置で０．００４〜０．０２２ｍｍである。コロ１２は、その中央部近傍、即ち、コロ１２全長の１３〜７０％の領域Ｍで、スパイダー軸部１４及びニードル軸受３とシメシロ嵌合するように設定されている。このため、ニードル軸受３にスパイダー軸部１４を組み込む際の荷重を小さくすることができ、組立作業が容易となる。コロ１２の数は１６〜２５本であり、その材料はＪＩＳＳＵＪ１〜ＳＵＪ５である。尚、直径や長さには制限がない。

この構成において、スパイダー軸部１４の面取り部１５は、切削でも設けることが出来るが、スパイダー軸部１４と同時研削により設けることが出来、高精度のものが低コストで得られる。

ニードル軸受３にスパイダー軸部１４を組み込む際、コロ１２の先細り形状、及びスパイダー軸部１４の面取り部１５が、互いに挿入スペースを許容し、案内することになるため、コロ１２、ベアリングカップ１１、スパイダー軸部１４に傷が付き難く、付いたとしても微小なものに留めることができる。

また、スパイダー軸部１４は、ニードル軸受３と共に、コロ１２の中央部の領域Ｍにてシメシロ嵌合しているため、車輪から振動が伝わっても、コロ１２の両端部近傍で、スパイダー軸部１４とコロ１２との間及びベアリングカップ１１内径とコロ１２との間にできる微小隙間が一様に維持され、両者の干渉による異音の発生を防止することができる。
本実施形態の十字軸継手を採用したステアリング装置は、高速走行時ステアリングホイールを操舵した時、敏速に操舵でき操縦安定性が向上する。

さらに、領域Ｍが従来のコロより小さいので、シメシロ嵌合にも拘わらず転がり抵抗の増加が小さく、そのため折り曲げトルクが小さく滑らかな操舵感を得ることができる。
尚、この実施形態では、緩衝部１９を示したが、代わりラバーカップリングを組み付けても良い。また、本実施形態を適用したステアリング装置の任意の部位に、ラバーカップリング、この実施形態の緩衝部、他の形式の緩衝機構、スプライン嵌合に代表されるスライド機構、あるいは衝突時の変位吸収機構等を設けても良い。

また、この実施形態のようなガタの無い十字軸継手と、前記スライド機構のガタの無いものを併用することにより、ステアリング装置の全体系として異音発生をより効果的に防止することができる。また、一つの十字軸継手はそれぞれ４個のニードル軸受３、スパイダー軸部１４を有しているが、本実施の形態の十字軸継手は少なくともその１カ所以上に適用する。

さらに、本実施形態の十字軸継手を採用するステアリング装置は、油圧式パワーステアリシグ、電動式パワーステアリング、その他いずれの形式のものでも良い。

十字軸継手は、図３に示す第２の実施形態とすることができる。第２の実施形態の十字軸継手は、第１の実施形態の十字軸継手と略同様であり、図３において同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。本実施形態が第１の実施形態と異なっているのは、ニードル軸受２２のベアリングカップ２６底面の内側中央部に形成された内向き突起２３と、スパイダー軸部２４の端面が接触する形式のシェル型の十字軸継手３０に、本発明を適用している点である。

この十字軸継手においても、コロ１２は、その径Ｒが中央部近傍から両端部にかけて徐々に小さくなる形状とされ、スパイダー軸部２４の先端部外周辺には、幅Ｌの先細りテーパ形状の面取り部１５が形成されており、第１の実施形態の十字軸継手と同様の効果を期待することができる。

尚、第２の実施形態では、シェル型の十字軸継手を示したが、ソリッド型の十字軸継手にも適用することができる。

また、十字軸継手は図４に示す第３の実施形態とすることもできる。第３の実施形態の十字軸継手は、第１の実施形態の十字軸継手と略同様であり、図４において同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。コロ１２は、第１の実施形態同様、その径Ｒが中央部近傍から両端部にかけて徐々に小さくなる形状とされている。本実施形態が第１の実施形態と異なっているのは、スパイダー軸部１４の面取り部１５を設けず、コロ１２の、ベアリングカップ１１内でのスパイダー１４軸方向の移動可能な合計量を０．６ｍｍとした点である。但し、この移動可能合計量は少なくとも０．６ｍｍであって、０．６ｍｍ以上あることが望ましい。即ち、コロ１２の長さをＴ、ベアリングカップ１１内のスパイダー軸部１４の軸心方向の内側スペースの幅をＳとすると、（Ｓ−Ｔ）≧０．６ｍｍである。

したがって、コロ１２がベアリングカップ１１スペース内のスパイダー１４軸心方向の中央に配置されているとすると、コロ１２はスパイダー１４軸心方向に０．３ｍｍ移動可能になる。

Ｍは、スパイダー軸部１４がニードル軸受３と共にコロ１２の中央部でシメシロ嵌合している範囲である。コロ１２の転動面１２′の表面粗さはＪＩＳによる１０点平均の粗さでＲｚ０．４μｍ程度、スパイダー軸１４の表面１４′はＲｚ１μｍ程度である。

この構成の場合、第１の実施形態の十字軸継手よりも組み立て時間が長くなり、コスト高となる場合があるが、コロ１２がベアリングカップ１１内側端面に接触しなくなるので、折り曲げトルクがより小さくなり、滑らかな操舵感を得ることができる。

以下、封入するグリースについて説明する。

グリースの基油は、安価な鉱油と、耐熱性能の上で有利な合成炭化水素油とを必須成分とする混合油を用いる。十字軸継手は、エンジンルームの取り回し上、排気管の後方に近接して配置されることが一般的であり、ニードル軸受も高温に曝されることが多く、更には離脱／再結合不能に組み付けられるため給脂ができないため、封入グリースには高温での耐久性も要求される。そこで本発明では、鉱油は、４０℃における動粘度が３００〜５００ｍｍ²／ｓ、好ましくは４００〜４５０ｍｍ²／ｓのものを使用する。この動粘度は、グリースに使用される一般的な鉱油の動粘度よりはかなり高く、これにより基油全体としての蒸発を抑える。従って、４０℃における動粘度が３００ｍｍ²／ｓ未満では、蒸発抑制効果が得られない。一方、４０℃における動粘度が５００ｍｍ²／ｓを越える場合は、低温下での始動性が悪くなる。また、鉱油は、上記の動粘度であれば、その種類は特に限定されるものではなく、グリースの基油として通常使用される鉱油を使用できる。中でも、減圧蒸留、溶剤脱歴、溶剤抽出、水素化分解、溶剤脱ろう、硫酸洗浄、白土精製、水素化精錬等により精製した鉱油が好ましい。

合成炭化水素油としては、４０℃における動粘度が２０〜３００ｍｍ²／ｓ、好ましくは２５〜７５ｍｍ²／ｓのものを使用する。４０℃における動粘度が２０ｍｍ²／ｓ未満では高温下での蒸発減量が多く、早期にグリースが固化してしまう。一方、４０℃における動粘度が３００ｍｍ²／ｓを越える場合は、スラッジが発生したり、低温下での始動性が悪くなる。また、合成炭化水素油は、上記の動粘度であれば、その種類は特に限定されるものではなく、グリースの基油として通常使用される合成炭化水素油を使用できる。好ましい合成炭化水素油としては、例えばノルマルパラフィン、イソパラフィン、ポリブテン、ポリイソブチレン、１−デセンオリゴマー、１−デセンとエチレンとのコオリゴマー等のポリ−α−オレフィンまたはこれらの水素化物等を例示できる。

基油は上記の鉱油と合成炭化水素油とを必須として含むが、更に基油としての４０℃における動粘度が６０〜２００ｍｍ²／ｓ、好ましくは１５０〜２００ｍｍ²／ｓであることを特徴とする。基油としての４０℃における動粘度が６０ｍｍ²／ｓ未満では、高温下での蒸発減量が多く、早期にグリースが固化してしまう。一方、４０℃における動粘度が３００ｍｍ²／ｓを越える場合は、低温下での始動が悪くなる。従って、鉱油と合成炭化水素油との配合割合は、基油とした時に上記動粘度となるように適宜選択される。但し、コストの面では鉱油の割合を多くした方が有利であり、耐熱性の観点からは合成炭化水素油の割合を多くした方が有利である。

また、基油には鉱油と合成炭化水素油の他にも、必要に応じて、グリースの基油として通常使用されるような潤滑油を配合することもできる。好ましくは、以下に例示するような芳香族系、エステル系またはエーテル系の合成潤滑油である。前記芳香族系油としては、例えばモノアルキルベンゼン、ジアルキルベンゼン、ポリアルキルベンゼン等のアルキルベンゼン、あるいはモノアルキルナフタレン、ジアルキルナフタレン、ポリアルキルナフタレン等のアルキルナフタレン等が挙げられる。前記エステル系油としては、例えばジブチルセバケート、ジ−２−エチルヘキシルセバケート、ジオクチルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジトリデシルアジペート、ジトリデシルグルタレート、メチル・アセチルリシノレート等のジエステル、あるいはトリオクチルトリメリテート、トリデシルトリメリテート、テトラオクチルピロメリテート等の芳香族エステル油、さらにはトリメチロールプロパンカプリレート、トリメチロールプロパンペラルゴネート、ペンタエリスリトール−２−エチルヘキサノエート、ペンタエリスリトールベラルゴネート等のポリオールエステル、さらにまた、多価アルコールと二塩基酸・一塩基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステルであるコンプレックスエステル等が挙げられる。前記エーテル系油としては、例えばポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリコールモノエーテル等のポリグリコール、あるいはモノアルキルトリフェニルエーテル、アルキルジフェニルエーテル、ジアルキルジフェニルエーテル、ペンタフェニルエーテル、テトラフェニルエーテル、モノアルキルテトラフェニルエーテル、ジアルキルテトラフェニルエーテル等のフェニルエーテル等が挙げられる。中でも、エステル系油、エーテル系油が好ましい。その他にも、トリクレジルフォスフェート、シリコーン油、パーフルオロアルキルエーテル油等の合成潤滑油も使用することができる。

これらを配合する場合は、基油としての４０℃における動粘度が上記の範囲となるように注意する必要がある。

上記の基油には、増ちょう剤が配合される。この増ちょう剤は、分子中にヒドロキシル基を有する炭素数１２〜２４の脂肪酸と、炭素数２〜１２の脂肪族ジカルボン酸のリチウム塩とからなる。上記炭素数１２〜２４のヒドロキシ脂肪酸としては、最も好ましいものは１２−ヒドロキシステアリン酸であるが、その他のものも全て使用し得る。その他の使用し得るものとしては、例えば１２−ヒドロキシラウリン酸、１６−ヒドロキシパルミチン酸等を挙げることができる。また、上記炭素数２〜１２の脂肪族ジカルボン酸としては、アゼライン酸が最も好ましいが、その他のものも全て使用し得る。その他の使用し得るものとしては、例えばセバシン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸等を挙げることができる。ここで、炭素数１２〜２４のヒドロキシ脂肪酸と炭素数２〜１２の脂肪族ジカルボン酸との比率は、炭素数２〜１２の脂肪族ジカルボン酸が２０〜４０質量％とすることが好ましい。この比率が２０質量％未満または６０質量％を越える場合には、熱的に安定な増ちょう剤が得られず、グリース組成物の高温での長寿命化を実現できない。

そして、上記炭素数１２〜２４のヒドロキシ脂肪酸と炭素数２〜１２の脂肪族ジカルボン酸とを、例えば水酸化リチウム等のリチウム化合物と反応させることにより本発明で使用する増ちょう剤が得られる。このような増ちょう剤は、一般的にはリチウムコンプレックスと呼ばれており、リチウム石鹸と比べて耐熱性に優れるという特徴を有する。この増ちょう剤であるリチウムコンプレックスのグリース組成物中の配合量はグリース性状が得られる範囲であれば特に制限されるものではなく、通常５〜３５質量％である。

また、グリースには、必須添加剤として、テルルのジチオカルバミン酸塩及びリン酸エステルが添加される。テルルのジチオカルバミン酸塩及びリン酸エステルは共に極圧剤であり、併用することにより効果が一層高まる。また、テルルのジチオカルバミン酸塩は、鉄粉の発生を抑える効果が高く、鉄粉（鉄イオン）が増ちょう剤に作用して混和ちょう度が上昇することが抑制され、グリースの安定化に有効である。更に、鉄粉による、所謂ゴリやザラツキ感といったものを抑えることもできる。尚、一般に極圧剤を添加すると基油の蒸発量が多くなる傾向にあるが、上記の基油は蒸発し難いため蒸発量の増加を抑えることができる。

テルルのジチオカルバミン酸塩としては、例えばジエチルジチオカルバミン酸テルル、ジブチルジチオカルバミン酸テルル、ジメチルジチオカルバミン酸テルル等を挙げることができる。また、リン酸エステルは酸性リン酸エステル、亜リン酸エステル、酸性亜リン酸エステル等を含み、例えばジフェニルモノデシルフォスファイト、トリオクチルフォスフェート、トリクレジルフォスフェート等を挙げることができる。

これら必須添加剤の配合量は、グリース全量に対して０．５〜１０質量％程度が好ましい。配合量が０．５質量％未満では、その効果が得られない。一方、配合量が１０質量％を越える場合には、増量に見合う効果の向上が得られず不経済であるとともに、基油や増ちょう剤の占める量が相対的に少なくなり潤滑性能を低下させる。

また、グリースには、例えば、アミン系酸化防止剤，フェノール系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、ジチオリン酸亜鉛、ベンゾトリアゾール、亜硝酸ソーダ等の酸化防止剤、石油スルフォネート、ジノニルナフタレンスルフォネート、ソルビタンエステル等の防錆剤、塩素系極圧剤、リン系極圧剤、ジチオリン酸亜鉛、有機モリブデン等の極圧剤、脂肪酸、動植物油等の油性向上剤、金属不活性剤等、グリースに一般に使用される添加剤を添加することもできる。尚、これらその他の添加剤の添加量は、本発明の目的を損なわない程度であれば特に限定されるものではない。

本発明の十字軸継手は上記の如く構成されるが、（ａ）分子中にヒドロキシル基を有する炭素数１２〜２４の脂肪酸と、炭素数２〜１２の脂肪族ジカルボン酸のリチウム塩とからなる増ちょう剤と、（ｂ）４０℃における動粘度が３００〜５００ｍｍ²／ｓの鉱油と、４０℃における動粘度が２０〜３００ｍｍ²／ｓの合成炭化水素油とを必須成分として含み、かつ、４０℃における動粘度が６０〜２００ｍｍ²／ｓである基油と、（ｃ）テルルのジチオカルバミン酸塩と、（ｄ）リン酸エステルとを含有するグリースを封入したことにより、鉄粉の発生が抑えられ、ゴリ感やザラツキ感が大幅に低減する。また、グリースは基油に由来して耐熱性が高く、ちょう度の上昇も抑えられることから、経時安定性に優れ、メンテナンスフリーとなる。

尚、本発明の十字軸継手を用いてステアリング装置を構成するには、例えば、図５に示すような３つのジョイントＪｔ１，Ｊｔ２，Ｊｔ３の少なくとも１つを、上記した十字軸継手で構成すればよい。

また、図６に示すように、電動パワーステアリング装置において、２つのジョイントの少なくとも一方を上記の十字軸継手とし、伸縮軸と連結する構成とすることもできる。尚、電動パワーステアリング装置は、電動モータによりハンドルからの操蛇力をアシストするものである。

伸縮軸は図７（Ａ）に縦断面図で示すように、相互に回転不能に且つ摺動自在に嵌合した雄軸４１と雌軸４２とからなる。また、図８（図７のＸ−Ｘ線に沿った横断面図）に示すように、雄軸４１の外周面には、周方向に１２０°間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝４３が延在して形成してある。これに対応して、雌軸４２の内周面にも、周方向に１２０°間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝４５が延在して形成してある。

雄軸４１の軸方向溝４３と、雌軸４２の軸方向溝４５との間に、両軸４１，４２の軸方向相対移動の際に転動する複数の剛体の球状体４７（転動体、ボール）が転動自在に介装してある。尚、雌軸４２の軸方向溝４５は、断面略円弧状若しくはゴシックアーチ状である。雄軸４１の軸方向溝４３は、傾斜した一対の平面状側面４３ａと、これら一対の平面状側面４３ａの間に平坦に形成した底面４３ｂとから構成してある。

雄軸４１の軸方向溝４３と、球状体４７との間には、球状体４７に接触して予圧するための板バネ４９が介装してある。この板バネ４９は、図７（Ｂ）に斜視図にて示すように、球状体４７に２点で接触する球状体側接触部４９ａと、球状体側接触部４９ａに対して略周方向に所定間隔をおいて離間してあると共に雄軸１の軸方向溝４３の平面状側面４３ａに接触する溝面側接触部４９ｂと、球状体側接触部４９ａと溝面側接触部４９ｂを相互に離間する方向に弾性的に付勢する付勢部４９ｃと、軸方向溝４３の底面４３ｂに対向した底部４９ｄと、を有している。この付勢部４９ｃは、略Ｕ字形状で略円弧状に折曲した折曲形状であり、付勢部４９ｃによって球状体側接触部４９ａと溝面側接触部４９ｂを相互に離間するように弾性的に付勢することができる。

また、図８に示すように、雄軸４１の外周面には、周方向に１２０°間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝４４が延在して形成してある。これに対応して、雌軸４２の内周面にも、周方向に１２０°間隔（位相）で等配した３個の軸方向溝４６が延在して形成してある。雄軸４１の軸方向溝４４と、雌軸４２の軸方向溝４６との間に、両軸４１，４２の軸方向相対移動の際に滑り摺動する複数の剛体の円柱体４８（摺動体、ニードルローラ）が微小隙間をもって介装してある。なお、これら軸方向溝４４，４６は、断面略円弧状若しくはゴシックアーチ状である。

また、図７（Ａ）に示すように、雄軸４１の端部には、弾性体付ストッパープレート５０が設けてあり、この弾性体付ストッパープレート５０により、球状体４７、円柱体４８、板バネ４９の脱落を防止している。更に、雄軸４１の軸方向溝４３、雌軸４２の軸方向溝４５、板バネ４９及び球状体４７の間には、潤滑剤が塗布してあることから、トルク非伝達時（摺動時）、雄軸と雌軸は、ガタツキのない安定した摺動荷重で軸方向に摺動することができる。

以上のように構成した伸縮軸では、雄軸４１と雌軸４２の間に球状体４７を介装し、板バネ４９により、球状体４７を雌軸４２に対してガタツキのない程度に予圧してあり、トルク非伝達時における雄軸４１と雌軸４２の間のガタツキを防止し、雄軸４１と雌軸４２は軸方向に相対移動する際には、ガタツキのない安定した摺動荷重で摺動する。

一方、トルク伝達時には、板バネ４９が弾性変形して球状体４７を周方向に拘束すると共に、雄軸４１と雌軸４２の間に介装した３列の円柱体４８が主なトルク伝達の役割を果たす。例えば、雄軸４１からトルクが入力された場合、初期の段階では、板バネ４９の予圧がかかっているため、ガタツキはなく、板バネ４９がトルクに対する反力を発生させてトルクを伝達する。この時は、雄軸４１・板バネ４９・球状体４７・雌軸４２間の伝達トルクと入力トルクがつりあった状態で全体的なトルク伝達がなされる。更にトルクが増大していくと、円柱体４８を介した雄軸４１、雌軸４２の回転方向のすきまがなくなり、以後のトルクキ増加分を、雄軸４１、雌軸４２を介して、円柱体４８が伝達する。そのため、雄軸４１と雌軸４２の回転方向ガタを確実に防止するとともに、高剛性の状態でトルクを伝達することができる。

尚、この伸縮軸にも、十字軸継手に充填した上記グリースを充填することができ、それにより鉄粉の発生やちょう度の上昇が抑えられる、耐熱性が向上する、等の効果が付与される。

以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に説明する。
（実施例１〜２及び比較例１〜３）
表１に示す如く増ちょう剤、基油及び添加剤を配合して試験グリースを調製した。また、比較例３として、市販の極圧グリースを用意した。そして、実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２の各試験グリースをＳＰＣＣ板上に５ｍｍの厚さに塗布し、１６０℃の恒温槽にて２５０時間加熱して加熱前後の重量からその蒸発量を測定した。同時に加熱前後の混和ちょう度の変化を測定した。また、加熱後の全酸化も測定した。それぞれの測定結果を表１に示す。

実施例１及び実施例２と、比較例２とを比較すると、基油が本発明で規定する動粘度を有する鉱油と合成炭化水素油とを含み、かつリチウムコンプレックス石けんを増ちょう剤とするグリースは蒸発減量が少なく、ちょう度変化も少なく、また全酸化も小さいことから高温での耐久性に優れることが分かる。また、本発明で規定する添加剤（極圧剤）を添加することにより、全酸化が更に改善されることが分かる。

また、実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２の各試験グリースについて、高速高温軸受耐久試験を行った。即ち、円すいころ軸受（呼び番号：３０２０５）に各グリースを２．０ｇ封入し、内転回転６８００ｒｐｍ、軸受外輪温度１２０℃、ラジアル荷重９８０Ｎ、アキシャル荷重１４７０Ｎの条件で連続回転させ、軸受外輪温度が１３０℃を超えた時、もしくはモータ過電流となったときを焼き付き寿命と見做し、それまでの時間を求めた。結果を表１に示すが、実施例の試験グリースを封入した円すいころ軸受は、比較例の試験グリースを封入した円すいころ軸受に比較して高温耐久性能に優れることが分かる。

更に、実施例１、実施例２、比較例１及び比較例３の各試験グリースについて、ザラツキ感応評価を行った。即ち、各試験グリースを封入したステアリング装置用ニードル軸受をステアリング装置に組み込み、ジョイント角３０°でセットしたステアリング装置の一方に３ｋｇの慣性盤を取り付け、もう一方から±１８０°の回転を１００万サイクル行った後（耐久後）、実際の車両に搭載してテストドライブを実施した。また、この耐久前についても同様のテストドライブを行なった。そして、ステアリング感が滑らかな場合を「◎」。まれにザラツキ感がある場合を「○」、ザラツキ感がある場合を「△」、ゴリ感がある場合を「×」と評価した。結果を表１に示すが、特に実施例１の試験グリースを用いた場合に初期のザラツキ感がなく、優れた耐久性が得られた。また、実施例２の試験グリースも良好な結果が得られた。これに対し、比較例１の試験グリースを用いた場合には、ニードル軸受とスパイダー軸部とがシメシロ嵌合となっているためゴリが発生し、耐久によるナラシや摩耗からゴリ感は解消してもザラツキ感が残っていた。また、比較例３の試験グリースを用いた場合、極圧剤によってシメシロ嵌合に効果が見られるが、耐久性に劣っていた。

（実施例３及び比較例４）
表２に示す如く増ちょう剤、基油及び添加剤を配合して試験グリースを調製した。この時、基油を構成する鉱油及び合成炭化水素油それぞれの動粘度は特定せず、混合後の基油動粘度を表１に示す値に調整した。そして、各試験グリースについて、下記の試験を行った。
（鉄粉混入加熱試験）
鉄粉が混合したグリースを加熱すると、鉄粉（鉄イオン）の悪影響を受けて混和ちょう度が上昇する。そこで、加熱前後の混和ちょう度の上昇量により、鉄粉（鉄イオン）による悪影響の受け難さを評価した。先ず、５０ｍｌビーカに試験グリースを２０ｇ取り、そこへ２ｗｔ％の鉄粉を加えて混合した。２４時間室温に静置した後、混和ちょう度（初期混和ちょう度）を測定した。次に、このビーカを１００℃の恒温槽に２４時間静置した後、室温まで放冷して混和ちょう度を測定し、初期混和ちょう度と比較した。
（軸受回転鉄分発生試験）
空間容積の２５％の試験グリースを封入した密閉深溝玉軸受（呼び番号：６０８ＶＶ）を、８０℃の恒温槽内で、ラジアル荷重無し、アキシャル荷重９８Ｎ、回転数３６００回転（ｒｐｍ）の条件で、３００時間回転させた。回転後、前記軸受の外側を清浄してから封入した試験グリースを石油ベンジンに溶解して取り出した。そして、液体分を蒸発乾固させて鉄分（軸受の回転によって発生した鉄粉）を採取した。

結果を表２に示すが、実施例３の試験グリースは混和ちょう度の上昇も無く、またこれを封入した軸受も、鉄分の発生が抑えられていることが分かる。

本発明の十字軸継手の一例を示す一部断面図である。図１のＡ部分の拡大図である本発明の十字軸継手の他の例を示す一部断面図である。本発明の十字軸継手の更に他の例を示す一部断面図である。ステアリング装置の一例を示す概略図である。電動パワーステアリング装置の一例を示す概略図である。（Ａ）伸縮軸の縦断面図及び（Ｂ）板バネの斜視図である。図７のＸ−Ｘ線に沿った横断面図である。

符号の説明

１十字軸継手
２スパイダー
３ニードル軸受
６軸
７，８ヨーク
１１ベアリングカップ
１２コロ
１４スパイダー軸部
１８軸受孔
１９緩衝部

Claims

ヨークの軸受孔に、ベアリングカップ及び当該ベアリングカップ内の複数のコロを含む軸受を介してスパイダー軸部を回転自在に嵌合することにより、前記ヨークにスパイダーを嵌合した構成の十字軸継手において、
（ａ）分子中にヒドロキシル基を有する炭素数１２〜２４の脂肪酸と、炭素数２〜１２の脂肪族ジカルボン酸のリチウム塩とからなる増ちょう剤と、（ｂ）４０℃における動粘度が３００〜５００ｍｍ²／ｓの鉱油と、４０℃における動粘度が２０〜３００ｍｍ²／ｓの合成炭化水素油とを必須成分として含み、かつ、４０℃における動粘度が６０〜２００ｍｍ²／ｓである基油と、（ｃ）テルルのジチオカルバミン酸塩と、（ｄ）リン酸エステルとを含有するグリースを前記軸受に封入してなることを特徴とする十字軸継手。