JP2007255645A

JP2007255645A - 自在継手

Info

Publication number: JP2007255645A
Application number: JP2006083389A
Authority: JP
Inventors: Sadahiro Kawahara; 禎弘川原; Kazuhiro Hanatani; 和浩花谷
Original assignee: JTEKT Corp; Koyo Machine Industries Co Ltd
Current assignee: JTEKT Corp; JTEKT Machine Systems Corp
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】自在継手において、異音の発生を防止でき、フリクションが小さいこと。
【解決手段】トラニオン２４のボール保持孔３３にボール３４の一部を収容する。ボール３４の残りの部分によって凸部３５を構成する。凸部３５が、外輪カップ２８の底壁３０に形成された凹部３６に嵌合する。凸部３５と凹部３６とはトラニオン２４の中心軸線Ｃ１を中心とする環状の接触部３５ａ，３６ａで接触する。凹部３６の凹湾曲面の曲率中心Ｅ１が、中心軸線Ｃ１から所定のオフセット量Ｄだけ離間し、凸部３５の曲率中心Ａ１が中心軸線Ｃ１上に位置する。接触部３５ａ，３６ａには、外輪カップ２８の弾性によって中心軸線Ｃ１と交差する方向に押圧力Ｆが働く。
【選択図】図４

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。
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底壁の内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底壁の内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。

そこで、外輪カップの底壁の内面の球面状の凸部を、トラニオンの端面の円錐状の凹部に係合させて、トラニオンと外輪カップとを調心する自在継手が提案されている（例えば特許文献１参照）。
しかしながら、特許文献１では、トラニオンと外輪カップとの間に、接触予圧が与えられていないので、ガタとり効果が不十分であり、異音が発生するおそれがある。

また、トラニオンの端面と外輪カップの底壁の内面との間に介在して、これらに係合する係合部材を設け、トラニオンと係合部材との係合中心を、トラニオンの中心軸線上にレイアウトし、係合部材と外輪カップとの係合中心を、上記中心軸線から所定距離オフセットさせた自在継手が提案されている（例えば特許文献２参照）。
しかしながら、特許文献２では、係合部材を円錐状として、この円錐状の係合部材の円錐面からなる外周面を、トラニオンの端面の円錐状の凹部の、円錐面からなる内周面に合致させているので、回転抵抗トルクが大きくなるおそれがある。
特開２０００−１７０７８６号公報特開２００５−１５５８３０号公報

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、異音発生がなく、フリクション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、十字軸に設けられたトラニオンと、このトラニオンの外周面の周囲を取り囲んで環状に配置された複数の針状ころと、ヨークの嵌合孔に保持され、上記針状ころを介して上記トラニオンを回転自在に支持する有底円筒状の外輪カップと、トラニオンの端面および外輪カップの底壁の内面の何れか一方に設けられた凸部、および他方に設けられ上記凸部を受ける凹部とを備え、凸部および凹部は、トラニオンの中心軸線を中心とする環状の接触部で接触しており、凸部および凹部の接触部には、外輪カップの弾性によって、トラニオンの中心軸線と交差する方向に押圧力が働いていることを特徴とするものである。

本発明では、外輪カップの弾性によってトラニオンを軸方向および径方向に加圧することができ、トラニオンが軸方向および径方向にがたつくのを防止することができる。このため、自在継手から振動や異音が発生するのをより効果的に防止することができる。また、凸部と凹部とを、環状の接触部で接触させるので、円錐面どうしを互いに一致させて接触させていた特許文献２の場合と比較して接触面積を狭くでき、その結果、回転抵抗トルクを格段に低減することができる。

上記接触部と上記接触部を含む近傍における上記凸部および凹部の何れか一方の曲率中心がトラニオンの中心軸線から所定量だけ離間し、他方の曲率中心がトラニオンの中心軸線上に位置していてもよい（請求項２）。この場合、上記の所定量（上記凸部および凹部の何れか一方の曲率中心の、トラニオンの中心軸線からのオフセット量に相当）を調整することにより、トラニオンの径方向への予圧力を所望に調整することができる。

また、上記凸部および凹部の何れか一方が円錐状テーパ面を含み、他方が湾曲面を含む場合がある（請求項３）。この場合には、当該凹部と凸部の凸湾曲面との間に、接触面積の狭い環状の接触部を容易に形成することができる。
また、上記凸部が凸湾曲面を含み、上記凹部が凹湾曲面を含み、この凹湾曲面の曲率半径が、凸部の凸湾曲面の曲率半径よりも大きくされており、上記凸部の頂部と凹部の底との間に、上記環状の接触部で取り囲まれた空隙が形成されている場合がある（請求項４）。湾曲面であれば、円錐状テーパ面と比較して加工が容易である。

また、上記凸部が、トラニオンの端面に形成されたボール保持孔に保持されたボールの一部を含む場合がある（請求項５）。ボールの場合、凸部の凸湾曲面として、精度の高い球面を安価に得ることができる。

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歯７ａに噛み合うラック歯８ａを有して自動車の左右方向に延びる転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によってラックアンドピニオン機構からなる転舵機構５０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歯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。

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。

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。
外輪カップ２８は、タブ２３の嵌合孔２５に嵌合された筒状部２９と、上記筒状部２９の一端を閉塞する底壁３０とを有する。外輪カップ２８の筒状部２９の内周面２９ａとトラニオン２４の外周面２４ｂとの間に、針状ころ２７が所定の径方向隙間を有して介在している。外輪カップ２８の開口側となる、筒状部２９の他端には、内向きの環状フランジ３１が形成されている。この環状フランジ３１とトラニオン２４の肩部との間に環状のオイルシール３２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。

トラニオン２４の端面２４ａには、ボール保持孔３３が形成されており、このボール保持孔３３に、ボール３４が圧入状態で保持されている。トラニオン２４の軸方向Ｂ１について、ボール３４の一部は、ボール保持孔３３から外輪カップ２８の底壁３０の内面３０ａのある側へ突出し、トラニオン２４の端面２４ａに設けられた凸部３５として機能する。ボール保持孔３３は、円孔からなり、ボール保持孔３３の中心軸線Ｃ２は、トラニオン２４の中心軸線Ｃ１と一致している。

また、ボール保持孔３３に保持されたボール３４を弾性的に受けるための凹湾曲面からなる凹部３６が、外輪カップ２８の底壁３０の内面３０ａに形成されている。外輪カップ２８は、ボール３４を弾性的に付勢するように嵌合孔２５に圧入されて保持されている。これにより、外輪カップ２８は、ボール３４を介して、トラニオン２４を軸方向および径方向に弾力的に押圧している。外輪カップ２８の底壁３０には、上記の凹部３６を形成するために、外方へ膨出された突起３７が形成されている。

図４は、トラニオン２４の中心軸線Ｃ１に沿って切断された自在継手４の要部の断面を示している。図４に示すように、凹部３６の凹湾曲面の曲率中心Ｅ１は、トラニオン２４の中心軸線Ｃ１から所定のオフセット量Ｄだけオフセットされている。また、凹部３６の凹湾曲面の曲率半径Ｒ２は、ボール３４の一部により構成される凸部３５の曲率半径Ｒ１よりも大きくされている（Ｒ２＞Ｒ１）。また、凸部３５の頂部と凹部３６の底との間には、空隙Ｓが設けられている。

凸部３５と凹部３６とは、トラニオン２４の中心軸線Ｃ１（ボール保持孔３３の中心軸線Ｃ２に相当）を中心とする環状の接触部３５ａ，３６ａで互いに接触している。凸部３５および凹部３６の互いの接触部３５ａ，３６ａには、外輪カップ２８の底壁３０の弾性によって、トラニオン２４の中心軸線Ｃ１と交差する方向に押圧力Ｆが働いている。したがって、トラニオン２４が軸方向だけでなく、径方向にも予圧を受けることになっている。

以上より、本実施の形態によれば、トラニオン２４を軸方向および径方向に加圧することができ、軸受２６に対して各トラニオン２４が軸方向と径方向の双方においてがたつくのを防止することができる。このため、自在継手４，６から振動や異音が発生するのをより効果的に防止することができる。
また、凸湾曲面を含む凸部３５と凹部３６とを、接触面積の狭い環状の接触部３５ａ，３６ａで接触させるので、円錐面どうしを互いに一致させて接触させる場合と比較して、回転抵抗トルクを格段に低減することができる。

さらに、トラニオン２４の中心軸線Ｃ１を含む断面において、接触部３６ａと接触部３６ａを含む近傍における凹部３６の凹湾曲面の曲率中心Ｅ１が、トラニオン２４の中心軸線Ｃ１から所定のオフセット量Ｄだけ離間し、凸部３５の凸湾曲面の曲率中心Ａ１（ボール３４の中心に相当）がトラニオン２４の中心軸線Ｃ１上に位置している。したがって、上記の所定のオフセット量Ｄを所望に設定することにより、トラニオン２４の径方向への予圧力を所望に調整することができる。

図４の実施の形態では、トラニオン２４の中心軸線Ｃ１を含む断面において、凹部３６の凹湾曲面の曲率中心Ｅ１が、トラニオン２４の中心軸線Ｃ１から所定のオフセット量Ｄだけオフセットし、凸部３５の曲率中心Ａ１（ボール３４の中心に相当）がトラニオン２４の中心軸線Ｃ１上に位置するようにしたが、これに限らない。例えば、図６に示すように、トラニオン２４の中心軸線Ｃ１を含む断面において、凸部３５０の凸湾曲面の曲率中心Ａ１０が、トラニオン２４の中心軸線Ｃ１から所定のオフセット量Ｄ１だけオフセットし、凹部３６０の凹湾曲面の曲率中心Ｅ１０が、トラニオン２４の中心軸線Ｃ１上に位置するようにしてもよい。なお、図６において、凸部３５０はトラニオン２４と単一の部材で一体に形成されているが、図４の実施の形態と同様に、別体のボールを用いて凸部が形成されていてもよい。

また、図４の実施の形態と図６の実施の形態を組み合わせてもよい。すなわち、図示していないが、凸部の曲率中心および凹部の曲率中心の双方が、トラニオン２４の中心軸線Ｃ１から所定のオフセット量でオフセットされるようにしてもよい。
本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図７に示すように、円錐状のボール保持孔３３０を用いてもよい。

また、図８に示すように、外輪カップ２８の底壁３０の内面３０ａに単一の部材で一体に形成された凸湾曲面を含む凸部３８を、トラニオン２４の端面２４ａに形成された円錐テーパ面を含む凹部３９に嵌合させて、環状の接触部３８ａ，３９ａを形成する態様であってもよい。
また、図９に示すように、外輪カップ２８の底壁３０の内面３０ａに円錐テーパ状の凹部４１を設け、この凹部４１の周縁のＲ状の面取り部４２に、トラニオン２４の端面２４ａに単一の部材で一体に形成された円錐テーパ面を含む凸部４０を嵌合させ、環状の接触部４０ａ，４１ａを形成する態様であってもよい。この場合、トラニオン２４の中心軸線Ｃ１を含む断面において、曲率半径Ｒ２０を有する面取り部４２の曲率中心Ａ２０（面取り中心に相当）が、トラニオン２４の中心軸線Ｃ１から所定のオフセット量Ｄ２でオフセットされている。

また、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。

図１は本発明の一実施の形態の自在継手が適用されたステアリング装置の模式図である。ステアリングシャフト、中間シャフトおよびピニオンシャフトとこれらを連結する自在継手の概略側面図である。自在継手の一部破断側面図である。自在継手の要部の拡大断面図である。接触部、接触部の中心軸線およびトラニオンの中心軸線の関係を示す概略図である。本発明の別の実施の形態の自在継手の要部の拡大断面図である。本発明のさらに別の実施の形態の自在継手の要部の拡大断面図である。本発明のさらに別の実施の形態の自在継手の要部の拡大断面図である。本発明のさらに別の実施の形態の自在継手の要部の拡大断面図である。

符号の説明

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、２５…嵌合孔、２６…軸受、２７…針状ころ、２８…外輪カップ、２９…筒状部、３０…底壁、３０ａ…（底壁の）内面、３３，３３０…ボール保持孔、３４…ボール、３５，３８，４０，３５０…凸部、３６，３９，４１，３６０…凹部、３５ａ，３６ａ；３８ａ，３９ａ；４０ａ，４１ａ…接触部、Ａ１，Ａ１０…（凸部の凸湾曲面の）曲率中心、Ｃ１…（トラニオンの）中心軸線、Ｃ２…（ボール保持孔の）中心軸線、Ｄ…所定のオフセット量、Ｅ１，Ｅ１０…（凹部の凹湾曲面の）曲率中心、Ｆ…押圧力、Ｒ１…（ボールの）曲率半径、Ｒ２…（凹部の凹湾曲面の）曲率半径、Ｓ…空隙

Claims

十字軸に設けられたトラニオンと、
このトラニオンの外周面の周囲を取り囲んで環状に配置された複数の針状ころと、
ヨークの嵌合孔に保持され、上記針状ころを介して上記トラニオンを回転自在に支持する有底円筒状の外輪カップと、
トラニオンの端面および外輪カップの底壁の内面の何れか一方に設けられた凸部、および他方に設けられ上記凸部を受ける凹部とを備え、
凸部および凹部は、トラニオンの中心軸線を中心とする環状の接触部で接触しており、凸部および凹部の接触部には、外輪カップの弾性によって、トラニオンの中心軸線と交差する方向に押圧力が働いていることを特徴とする自在継手。
請求項１において、上記接触部と上記接触部を含む近傍における上記凸部および凹部の何れか一方の曲率中心がトラニオンの中心軸線から所定量だけ離間し、他方の曲率中心がトラニオンの中心軸線上に位置していることを特徴とする自在継手。
請求項１または２において、上記凸部および凹部の何れか一方が円錐状テーパ面を含み、他方が湾曲面を含むことを特徴とする自在継手。
請求項１から３の何れか１項において、上記凸部が凸湾曲面を含み、上記凹部が凹湾曲面を含み、この凹湾曲面の曲率半径が、凸部の凸湾曲面の曲率半径よりも大きくされており、上記凸部の頂部と凹部の底との間に、上記環状の接触部で取り囲まれた空隙が形成されていることを特徴とする自在継手。
請求項１から４の何れか１項において、上記凸部が、トラニオンの端面に形成されたボール保持孔に保持されたボールの一部を含むことを特徴とする自在継手。