JP2007100966A

JP2007100966A - 十字軸継手

Info

Publication number: JP2007100966A
Application number: JP2007015556A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sekine; 博関根
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】製造コストの高騰を招来することなく、スパイダー軸部とニードル軸受の干渉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。
【解決手段】ヨーク１の軸受孔４に、総コロ型のニードル軸受５を介して、スパイダー軸部６が揺動自在に嵌合してある。ニードル軸受５とスパイダー軸部６は、シメシロ嵌合にしてあり、ニードル軸受５のベアリングカップ１０内のコロ１１は、軸方向に０．６ｍｍ以上移動可能に構成してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、車両用ステアリング装置に用いる十字軸継手に関する。

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アーシャフトの間に、一対のヨークと十字状のスパイダーとからなり、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装してある。

例えば、特開２０００−１７０７８６号公報に開示した十字軸継手では、ヨークの軸受孔に、ニードル軸受を介して、スパイダーの軸部が揺動自在に嵌合してある。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して圧接してある。

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。

しかしながら、上記特開２０００−１７０７８６号公報の構成では、各部品の寸法精度が低い場合には、十字軸継手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であり、その結果、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が発生するといったことがある。

一方、各部品の寸法精度を高くすれば、異音の発生を防止することができるが、反面、製造コストの高騰を招来するといったことがある。

また、車両のステアリングシャフト操舵時、ステアリングホイールを回転させると、スパイダー軸部が揺動する。その揺動角は、車両でのジョイント取付角により定まり、通常の乗用車の場合、±３０度程度である。スパイダー軸部の揺動により、ニードル軸受のコロは、滑らかに自転する。

しかしながら、上記特開２０００−１７０７８６号公報では、コロの軸心は、スパイダー軸部に対し平行でなく、傾いている場合が多く、コロは、その自転に伴なって、ニードル軸受のカップ内を軸方向に移動する。このコロの軸方向の移動により、コロがカップ壁に当接し、コロとカップ壁との間で滑りが発生する。その結果、ステアリングシャフトの折曲トルクが大きくなって、滑らかな操舵感が得られないといったことがある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、製造コストの高騰を招来することなく、スパイダー軸部とニードル軸受の干渉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、本発明では、本発明に係る十字軸継手は、ヨークの軸受孔に、ニードル軸受を介して、スパイダー軸部を揺動自在に嵌合した十字軸継手において、
ニードル軸受とスパイダー軸部は、シメシロ嵌合にしてあり、
ニードル軸受のベアリングカップ内のコロは、軸方向に０．６ｍｍ以上移動可能に構成したことを特徴とする。

このように、本発明によれば、ニードル軸受とスパイダー軸部は、シメシロ嵌合にしてあるため、製造コストの高騰を招来することなく、スパイダー軸部とニードル軸受の干渉による異音の発生を確実に防止することができる。

しかも、ニードル軸受のベアリングカップ内のコロは、軸方向に０．６ｍｍ以上移動可能に構成してあるため、スパイダー軸部の揺動時にコロが自転してカップ内を軸方向に移動したとしても、コロがカップ壁に当接することがなく、コロとカップ壁との間に滑りが生じることがない。従って、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。

また、本発明に係る十字軸継手は、前記ニードル軸受内に封入する潤滑剤に、極圧添加剤が加えてあることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、ニードル軸受とスパイダー軸部は、シメシロ嵌合にしてあるため、製造コストの高騰を招来することなく、スパイダー軸部とニードル軸受の干渉による異音の発生を確実に防止することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る十字軸継手を図面を参照しつつ説明する。

（第１実施の形態）
図１（ａ）は、本発明の第１実施の形態に係る十字軸継手の部分切欠き断面を含む側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した十字軸継手の断面図である。

図１（ａ）に示すように、十字軸継手では、一対のヨーク１，２の間に、十字状のスパイダー３が介装してある。具体的には、図１（ｂ）に示すように、ヨーク１の軸受孔４に、ニードル軸受５を介して、スパイダー軸部６が揺動自在に嵌合してあり、スパイダー軸部６の下部外周囲には、シール部材７が設けてある。本実施形態、および以下の各実施形態において、ヨークは板金、鍛造もしくは鋳造のいずれで作っても良く、またヨークの材料は鉄系、もしくはアルミ系のいずれであっても良い。

スパイダー軸部６の軸芯に形成した軸方向孔８には、合成樹脂製ピン９が挿入してある。ニードル軸受５には、軸受孔４に嵌合した金属製のベアリングカップ１０が設けてあり、このカップ１０の内側に、複数のコロ転動体１１が配列してある。

従来、スパイダー軸部６とニードル軸受５が隙間嵌合の場合、車両での走行時に異音が発生する場合がある。

本実施の形態の場合、ニードル軸受５とスパイダー軸部６は、シメシロ嵌合にしてあるため、製造コストの高騰を招来することなく、スパイダー軸部６とニードル軸受５の干渉による異音の発生を確実に防止することができる。シメシロは、０〜０.０３５ｍｍであり、、好適には、０．００２〜０.０２５ｍｍである。

ニードル軸受５は、総コロ型で、カップ１０の外径は、約１５〜１６ｍｍであり、コロ１１の内接円径は、約１０ｍｍであり、コロ１１の外径は、１.４〜２.３ｍｍであり、コロ１１の数は、１６〜２５本である。

車両のステアリングシャフト操舵時、ステアリングホイール（図示せず）を回転させると、スパイダー軸部６が揺動する。その揺動角は、車両でのジョイント取付角により定まり、通常の乗用車の場合±３０度程度である。

スパイダー軸部６の揺動により、コロ１１が滑らかに自転するが、コロ１１の軸心は、スパイダー軸６に対して平行ではなく、傾いている場合が多く、コロ１１は、その自転に伴なって、カップ１０内を軸方向に移動する。

このコロ１１の傾きは、実験の結果、前記シメシロ嵌合でも発生しており、コロ１１間の円周方向隙間によりほぼ定まっている。本実施の形態の場合、この円周方向隙間は、０．０５〜０．２１ｍｍである。

従来のステアリングジョイントの場合、揺動時のコロ１１の軸方向の移動により、コロ１１がカップ１０の壁１０ａ，１０ｂに当接し、コロ１１とカップ１０の壁１０ａ，１０ｂとの間で滑りが発生し、又、コロ１１、スパイダー軸部６間の軸方向の滑りが発生し、折曲げトルクが大（揺動時の抵抗が大）となる。嵌合隙間がマイナス（シメシロ）の場合、この傾向が特に著しい。

本実施の形態の場合、カップ１０内のコロ軸方向隙間（ＭーＮ）が０.６ｍｍ以上にしてある。この隙間（Ｍ−Ｎ）は、数多くの実験結果より決定したものであり、好適には０.９ｍｍ以上である。即ち、ニードル軸受のベアリングカップ内のコロは、軸方向に０．６ｍｍ以上移動可能に構成してある。この結果、ジョイント折曲げ時、スパイダー軸部６の揺動時にコロ１１が自転してカップ１０内を軸方向に移動したとしても、コロ１１がカップ１０の壁１０ａ，１０ｂに当接することがなく、コロ１１とカップ１０の壁１０ａ，１０ｂとの間に滑りが生じることがない。従って、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。

なお、組立直後、コロ１１がすでにカップ１０の壁１０ａ，１０ｂに当接している場合、又は、壁１０ａ，１０ｂの近傍にある場合もある。この時、ジョイントを折曲げることにより、一旦は、壁１０ａ，１０ｂに当接して、折曲げトルクは、重くなるが、その折曲げの戻し時には、壁１０ａ，１０ｂから離れて、コロ１１の傾きにより、逆方向（即ち中央方向）に動く。次に、最初と同方向に折曲げても、その折曲角は、コロ１１がカップ１０の壁１０ａ，１０ｂに当接するまでであるため、折曲トルクが大となることはない。

（第２実施の形態）
図２は、本発明の第２実施の形態に係る十字軸継手の断面図である。本実施の形態では、合成樹脂製ピン９を使用していない。その他の構成・作用は、第１実施の形態と同様である。

（第３実施の形態）
図３は、本発明の第３実施の形態に係る十字軸継手の断面図である。本実施の形態では、カップ１０の底壁に、スパイダー軸部６の端面に当接する突起部１０ｃが形成してある。また、軸受のコロ１１の端面が球面となっている。その他の構成・作用は、第１実施の形態と同様である。

（第４実施の形態）
図４（ａ）（ｂ）は、それぞれ、本発明の第４実施の形態に係る十字軸継手の断面図である。本実施の形態では、スパイダー軸部６を段付にし、コロ１１との接触長さが短かくしてある。即ち、図４（ａ）では、スパイダー軸部６の先端側の外径が小さくしてあり、図４（ｂ）では、スパイダー軸部６の基部側の外径が小さくしてある。これにより、軸受組付時、スパイダー軸部６との接触長さが短かいので、その圧入荷重が小さく、組立容易である。その他の構成・作用は、第１実施の形態と同様である。

（第５実施の形態）
図５（ａ）は、本発明の第５実施の形態に係る十字軸継手の断面図である。本実施の形態では、合成樹脂製のピン９に代えて、合成樹脂製のピース１２を用いている。即ち、カップ１０の底面とスパイダー軸部６の端面との間に、ピース１２が設けてある。その他の構成・作用は、第１実施の形態と同様である。

また、ニードル軸受５の内部空間５ａ内に封入するグリース（潤滑剤）には、極圧添加剤が加えてある。これにより、折曲トルクをより一層低減することができる。極圧添加剤の具体的な材料としては、例えば、
・二硫化モリブデン
・イオウ系（Ｓ）極圧添加剤
・イオウ−リン系（Ｓ−Ｐ）極圧添加剤
・亜鉛−イオウ−リン系（Ｚｎ−Ｓ−Ｐ）極圧添加剤
などである。

なお、このグリースは、他の実施の形態においても使用してもよい。また、シメシロ部の嵌合長さ（Ｌ）は、計算および数多くの試験結果から１．５ｍｍ以上、好適には、２ｍｍ以上としている。これにより、耐久性を確保できる。

（第６実施の形態）
図５（ｂ）は、本発明の第６実施の形態に係る十字軸継手の断面図である。本実施の形態では、ニードル軸受５に、ケージ１３が設けてある。この場合、
Ｍ−Ｎ−Ｓ１−Ｓ２≧０．６ｍｍ
としている。

本実施の形態では、ケージ１３付きであるため、他の実施の形態に比べコスト高である。しかし、コロ１１の傾き方向は、互いに関係なく傾くため、総コロ型のように一方向になる場合は少ない。このため、スパイダー軸部６が軸方向に動こうとする力は小さく、カップ１０の底壁の突起部１０ｃとスパイダー軸部６の端面との接触部の耐摩耗性が向上する。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。例えば、第１〜第６実施の形態では、シェル型のニードル軸受を使用しているが、ソリッド型ニードル軸受を使用してもよい。また、対向する二軸をシェル型ニードル軸受、これと略直交する二軸をソリッド型ニードル軸受としてもよい。

（ａ）は、本発明の第１実施の形態に係る十字軸継手の部分切欠き断面を含む側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した十字軸継手の断面図である。本発明の第２実施の形態に係る十字軸継手の断面図である。本発明の第３実施の形態に係る十字軸継手の断面図である。（ａ）（ｂ）は、それぞれ、本発明の第４実施の形態に係る十字軸継手の断面図である。（ａ）は、本発明の第５実施の形態に係る十字軸継手の断面図であり、（ｂ）は、本発明の第６実施の形態に係る十字軸継手の断面図である。

符号の説明

１，２ヨーク
３スパイダー
４軸受孔
５ニードル軸受
５ａ内部空間
６スパイダー軸部
７シール部材
８軸方向孔
９合成樹脂製ピン
１０ベアリングカップ
１０ａ，１０ｂ壁
１０ｃ突起部
１１コロ転動体
１２ピース
１３ケージ

Claims

ヨークの軸受孔に、ニードル軸受を介して、スパイダー軸部を揺動自在に嵌合した十字軸継手において、
ニードル軸受とスパイダー軸部は、シメシロ嵌合にしてあり、
ニードル軸受のベアリングカップ内のコロは、軸方向に０．６ｍｍ以上移動可能に構成したことを特徴とする十字軸継手。
前記ニードル軸受内に封入する潤滑剤に、極圧添加剤が加えてあることを特徴とする請求項１に記載の十字軸継手。