JP2007309340A - 十字軸継手及びこれを用いた車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トルクの伝達不良を防止しつつ耐久性の低下を抑制することができる十字軸継手を提供する。
【解決手段】四つの軸部３を有する十字軸１と、軸部３の外周面３ａを転動する針状ころ６と、針状ころ６を介して軸部３に外嵌された有底円筒状の軸受カップ５と、端部に設けられた軸受孔２４に軸受カップ５が挿入されたヨーク２３と、を備える。軸受孔２４は、ヨーク内側面２３ａに開口するとともに軸受カップ５が圧入されて針状ころ６を軸部３及び軸受カップ５の間で締り嵌めの状態に維持する小径孔２４ａと、ヨーク２３の外側面２３ｂに開口するとともに軸受カップ５の外周面５ａ２に対して僅かな隙間を有する大径孔２４ｂと、大径孔２４ｂ及び小径孔２４ａを繋ぐ環状壁部２４ｃと、を有している。小径孔２４ａと、環状壁部２４ｃとの境界２４ｄは、針状ころ６の外周面６ａの端縁６ａ１の軸方向位置よりも基端側に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、十字軸継手及びこれを用いた車両用操舵装置に関する。

自動車等の車輪の操舵を行うための車両用操舵装置においては、ステアリングホイールが取り付けられるコラムシャフトと、ステアリングギヤボックス等の操舵機構を介して操舵車輪を操舵するためのステアリングシャフトと、前記コラムシャフト及びステアリングシャフトを傾動自在に連結した十字軸継手とを有するものがある。
上記車両用操舵装置に用いられる十字軸継手は、胴体部の側周面から四方へ突出した四つの軸部を有する十字軸と、前記軸部の外周面を転動する複数の針状ころと、これら複数の針状ころに外嵌した有底円筒状の軸受カップと、を有している。前記軸受カップが外嵌された前記軸部は、前記両シャフトのそれぞれに設けられたヨークに形成された軸受孔に挿入固定されており、これによって、両シャフトのヨークを互いに連結し、両シャフトを傾動自在に連結している。
このような十字軸継手においては、伝達トルクが大きくなると、針状ころに滑りが生じ、がたつきや、脈動等のトルク伝達不良が発生する場合があり、当該車両用操舵装置の操舵感を悪化させることがあった。このため、軸受カップをヨークの軸受孔に挿入することでその内径を縮径させ、針状ころと十字軸の軸部との間を締り嵌め状態とした構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１４８５１８号公報（図４，図５）

上記従来例では、軸受カップを縮径させることによって、針状ころを締り嵌めの状態とすることで、針状ころの滑りが防止され、トルクの伝達不良は抑制されるが、針状ころの転動面長手方向全域に渡って締り嵌め状態とされているため、針状ころがスラスト方向に僅かに移動することで、針状ころの転動面端縁と軸部外周面との間に、いわゆるエッジロードが生じ易く、当該十字軸継手の耐久性を低下させてしまうおそれがあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、トルクの伝達不良を防止しつつ耐久性の低下を抑制することができる十字軸継手及びこれを用いた車両用操舵装置を提供することを目的とする。

本発明は、胴体部の側周面から四方へ突出した四つの軸部を有する十字軸と、外周に転動面を有し、前記軸部の外周面を転動する複数の針状ころと、前記複数の針状ころを介して前記軸部に外嵌された有底円筒状の軸受カップと、端部に設けられた軸受孔に前記軸受カップが挿入されたヨークと、を備え、前記針状ころが前記軸部及び前記軸受カップの間で締り嵌めの状態に維持されている十字軸継手において、前記軸受孔が、前記軸部の基端側に向く前記ヨークの内側面に開口するとともに前記軸受カップが圧入され、前記針状ころを前記軸部及び前記軸受カップの間で締り嵌めの状態に維持する小径孔と、前記軸部の先端側に向く前記ヨークの外側面に開口するとともに前記軸受カップの外周面に対して僅かな隙間を有する大径孔と、前記大径孔及び小径孔を繋ぐ環状壁部と、を有し、前記小径孔と、前記環状壁部との境界が、前記軸部先端側に位置する前記転動面の端縁の軸方向位置よりも前記軸部の基端側に形成されていることを特徴としている。

上記のように構成された十字軸継手によれば、小径孔によって、針状ころを軸部と軸受カップとの間で締り嵌めの状態が維持されるので、針状ころの滑りを防止することができ、当該十字軸継手のトルク伝達不良が生じるのを抑制することができる。
また、小径孔と環状壁部との境界は、針状ころの転動面における軸部先端部側の端縁の軸方向位置よりも軸方向基端部側に形成されているので、針状ころの端縁近傍の軸方向位置は、大径孔の範囲に位置することとなる。軸受カップとの間に僅かな隙間を有する大径孔においては、針状ころを締り嵌めの状態に維持する小径孔と比較して、針状ころに対するしめしろが低減される。このため、大径孔の範囲に位置する、軸部先端側の転動面端縁においても、しめしろが低減され、当該転動面端縁と軸部外周面との間に生じる、いわゆるエッジロードの発生を抑制することができる。この結果、当該十字軸継手の耐久性の低下を抑制することができる。

また、上記十字軸継手において、前記小径孔の前記ヨーク内側面側の開口端縁の軸方向位置が、前記軸部の基端側に位置する前記転動面の端縁の軸方向位置よりも前記軸部先端側に位置していることが好ましい。
この場合、針状ころの転動面における軸部基端側の端縁の軸方向位置は、ヨークの軸受孔の外部に位置することとなる。このため、上記と同様、軸部基端側の転動面端縁近傍は、小径孔によって拘束されないため、転動面端縁に対するしめしろが低減され、当該部分におけるエッジロードの発生を抑制することができる。この結果、当該十字軸継手の耐久性の低下をより効果的に抑制することができる。

また、本発明は、ステアリングホイールが取り付けられるコラムシャフトと、操舵機構を介して操舵車輪を操舵するためのステアリングシャフトと、前記コラムシャフト及びステアリングシャフトの間に介在し両者を傾動自在に繋ぐ十字軸継手と、を有する車両用操舵装置において、前記十字軸継手が、上記十字軸継手であることを特徴としている。
このように構成された車両用操舵装置によれば、コラムシャフトとステアリングシャフトとを繋ぐために、上述の十字軸継手を用いたので、両シャフト間のトルク伝達不良を防止でき、操舵感の悪化を抑制できる。また、上述の十字軸継手によって、当該車両用操舵装置としての耐久性の低下を抑制することができる。

本発明の十字軸継手によれば、トルクの伝達不良を防止しつつ耐久性の低下を抑制することができる。また本発明の車両用操舵装置によれば、操舵感の悪化を防ぎつつ耐久性の低下を抑制することができる。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態である車両用操舵装置の要部構成を示す側面図である。
図１中、車両用操舵装置Ｓは、自動車などの車両の操舵車輪を操舵するための装置であり、車両のステアリングホイール（図示せず）が一体回転可能に取り付けられるコラムシャフト３２と、ステアリングギヤボックス等を介して操舵車輪を操舵するためのステアリングシャフト３１と、両シャフト３１，３２の間に介在した中間シャフト３３と、ステアリングシャフト３１と中間シャフト３３との間、及びコラムシャフト３２と中間シャフト３３との間、それぞれに配置され各シャフトを傾動自在に連結している十字軸継手１０と、を備えている。すなわち、十字軸継手１０は、ステアリングシャフト３１及びコラムシャフト３２の間に介在し両シャフト３１，３２を傾動自在に連結している。

以下、上記の十字軸継手１０について詳述する。ステアリングシャフト３１と中間シャフト３３との間に配置された十字軸継手１０は、ステアリングシャフト３１の端部に固定された一対の対向するヨーク２１と、この一対のヨーク２１と互いに組み合わされるとともに中間シャフト３３の端部に固定された一対のヨーク２３と、後述する軸受カップ５等を介して取り付けられヨーク２１，２３を繋ぐ十字軸１とを有している。
また、コラムシャフト３２と中間シャフト３３との間に配置された十字軸継手１０においても、上記同様、コラムシャフト３２の端部に固定された一対の対向するヨーク２１と、中間シャフト３３の端部に固定された一対のヨーク２３と、軸受カップ５等を介してヨーク２１，２３を繋ぐ十字軸１とを有している。

図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。ステアリングシャフト３１に固定された一対のヨーク２１の端部それぞれには、互いに軸線を同一とする軸受孔２２が設けられている。また、中間シャフト３３に固定された一対のヨーク２３の端部それぞれにおいても、互いに軸線を同一とする軸受孔２４が設けられている。
十字軸１は、胴体部２と、この胴体部２の側周面から四方へ突出した四つの軸部３とを有している。十字軸１は鋼製であり、胴体部２と四つの軸部３とは鍛造により一体成形されている。この十字軸１の軸部３には、前記軸部３の外周面３ａを転動する複数の針状ころ６が外周面３ａに沿って配列されている。さらに、軸部３には、有底円筒状の軸受カップ５が、複数の針状ころ６を介して外嵌されている。

軸受カップ５は、鋼板をプレス等によって形成したものであり、内周側に配列された複数の針状ころ６を介して軸部３が挿入された円筒部５ａと、この円筒部５ａの端部に連続して形成された円板部５ｂとを有して、有底円筒状とされている。軸受カップ５と、軸部３との間に介在した複数の針状ころ６は、軸受鋼等によって形成されており、その外周面６ａが転動面とされて、円筒部５ａの内周面５ａ１、及び軸部３の外周面３ａの両面間に転動自在に配置されている。円筒部５ａの端部には、針状ころ６の軸方向位置を保持する折曲部５ｃが形成されるとともに、この折曲部５ｃと軸部３の外周面との開口を閉塞するシール部材１５が配設されている。

軸受カップ５は、軸部３に外嵌した状態で、それぞれ、各ヨーク２１，２３の軸受孔２２，２４に圧入されている。すなわち、各軸部３は、この軸受カップ５及び軸受カップ５の内周側に転動自在に配列された複数の針状ころ６を介して、各ヨーク２１，２３の軸受孔２２，２４に挿入されており、各軸部３は、各ヨーク２１，２３に対して回動自在に支持されている。
なお、中間シャフト３３とコラムシャフト３２との間に配置された十字軸継手１０の構造についても、上記同様であるので、説明を省略する。

図３は、図２中、破線Ａで囲まれた部分を拡大した図である。なお、図３では、理解を容易にするため、後述の隙間Ｈ等を誇張して示している。
図において、針状ころ６は、端面６ｂと外周面６ａとの間を滑らかな曲面で繋ぐ面取り部６ｂ１が形成されている。すなわち、転動面としての外周面６ａの軸方向幅は、軸部３の先端方向側（以下、単に先端側ともいう）に位置する外周面６ａの端縁６ａ１と、軸部３の基端方向側（以下、単に基端側ともいう）に位置する外周面６ａの端縁６ａ２との間で画定されており、この両端縁６ａ１，６ａ２によって画定される範囲Ｉのほぼ全域に渡って、軸部３の外周面３ａ及び軸受カップ５の内周面５ａ１に接触している。

ヨーク２３の軸受孔２４は、基端側に向くヨーク内側面２３ａに開口する小径孔２４ａと、先端側に向くヨーク外側面２３ｂに開口する大径孔２４ｂと、これら小径孔２４ａ及び大径孔２４ｂを繋ぐ環状壁部２４ｃとによって構成されている。
大径孔２４ｂの内径寸法は、軸受カップ５の外径寸法に対して僅かに大径に形成されており、大径孔２４ｂの内周面と、軸受カップ５の外周面５ａ２との間には、僅かな隙間Ｈが設けられている。このため、大径孔２４ｂは、軸受カップ５を外周側から拘束しない。

一方、小径孔２４ａの内径寸法は、軸受カップ５が挿入された状態で、複数の針状ころ６を軸部３及び軸受カップ５の間で締り嵌め状態に維持するように設定されている。つまり、針状ころ６は、この針状ころ６が転動する軌道面となる軸受カップ５の内周面５ａ１、及び軸部３の外周面３ａに対するラジアル隙間が、負隙間とされている。
また、小径孔２４ａにおける、ヨーク内側面２３ａ側の開口端縁２３ｃは、針状ころ６の外周面６ａの端縁６ａ２の軸方向位置よりも、先端側に位置するように形成されている。
環状壁部２４ｃは、小径孔２４ａ及び大径孔２４ｂを滑らかに繋ぐテーパ形状に形成されている。さらに、環状壁部２４ｃは、この環状壁部２４ｃと小径孔２４ａとの境界２４ｄが、端縁６ａ１の軸方向位置よりも基端側に位置するように形成されている。

上記のように、小径孔２４ａの軸方向幅は、境界２４ｄから開口端縁２３ｃまでの範囲Ｊによって画定される。そして小径孔２４ａは、この範囲Ｊにおいて、軸受カップ５の外周面に接触、外嵌している。そして、小径孔２４ａは、軸受カップ５における範囲Ｊのみに外嵌することによって、軸受カップ５の外径を縮径させ、複数の針状ころ６を軸部３及び軸受カップ５の間で締り嵌め状態に維持している。このため、小径孔２４ａの範囲Ｊから外れている針状ころ６の両端付近においては、しめしろが低減されている。

上記構成の十字軸継手１０は、ヨーク２３に固定された中間シャフト３３、及び、ヨーク２１に固定されたステアリングシャフト３１（コラムシャフト３２）を傾動自在に連結する。また、上記車両用操舵装置Ｓは、運転者が車両のステアリングホイールを回転させることで生じる回転トルクを、コラムシャフト３２から、十字軸継手１０及び中間シャフト３３によって連結されたステアリングシャフト３１に伝達し、操舵車輪を操舵するように構成されている。

上記のように構成された本実施形態による十字軸継手１０によれば、小径孔２４ａによって、針状ころ６を軸部３と軸受カップ５との間で締り嵌めの状態が維持されるので、針状ころ６の滑りを防止することができ、当該十字軸継手１０のトルク伝達不良が生じるのを抑制することができる。
また、小径孔２４ａと環状壁部２４ｃとの境界２４ｄは、針状ころ６の外周面６ａの端縁６ａ１の軸方向位置よりも軸部３基端側に形成されているので、針状ころ６の端縁６ａ１近傍の軸方向位置は、大径孔２４ｂの範囲に位置することとなる。軸受カップ５との間に隙間Ｈを有する大径孔２４ｂにおいては、針状ころ６を締り嵌めの状態に維持する小径孔２４ａと比較して、針状ころ６に対するしめしろが低減される。このため、大径孔２４ｂの範囲に位置する、端縁６ａ１側の外周面６ａ端部においても、しめしろが低減され、端縁６ａ１と軸部３の外周面３ａとの間に生じる、いわゆるエッジロードの発生を抑制することができる。この結果、当該十字軸継手１０の耐久性の低下を抑制することができる。

また、上記十字軸継手１０において、小径孔２４ａのヨーク２３内側面２３ａ側の開口端縁２３ｃの軸方向位置は、針状ころ６の外周面６ａの端縁６ａ２の軸方向位置よりも、軸部３先端部側に位置するように形成されているので、針状ころ６の外周面６ａの端縁６ａ２の軸方向位置は、ヨーク２３の軸受孔２４の外部に位置することとなる。このため、上記と同様、外周面６ａの端縁６ａ２近傍は、小径孔２４ａによって拘束されないため、端縁６ａ２に対するしめしろが低減され、当該部分におけるエッジロードの発生を抑制することができる。よって、当該十字軸継手１０の耐久性の低下をより効果的に抑制することができる。

また、本実施形態の十字軸継手１０によれば、両端縁６ａ１，６ａ２近傍のしめしろを低減することができるので、針状ころ６を転動させるのに必要なトルクが低減され、ヨーク２３（２１）に対する軸部３の回転抵抗を低減することができる。つまり、本実施形態の十字軸継手１０は、エッジロードの発生を抑えるとともに回転抵抗を低減させることができるといった、針状ころ６にクラウニングを設けた場合と同様の効果が、上記のような比較的簡易な構成によって得ることができる。

また、本実施形態の車両用操舵装置Ｓによれば、上記のように構成された十字軸継手１０を用いたので、コラムシャフト３２と、ステアリングシャフト３１と間のトルク伝達不良を防止でき、操舵感が悪化するのを抑制できる。また、当該車両用操舵装置Ｓとしての耐久性の低下を抑制することができる。

図４は、上記本実施形態の十字軸継手１０の組み立て時の態様を示した断面図である。図において、十字軸継手１０を組み立てるには、まず、軸部３及びヨーク２３（２１）を所定の位置に配置し、この所定の位置に配置された軸部３及びヨーク２３対して、軸受カップ５を先端側から基端側に向かって軸受孔２４に挿入することで取り付けられる。このとき、軸受カップ５の内周面５ａ１には、予め複数の針状ころ６が配列されており、これら針状ころ６は、例えば内周面５ａ１に塗布したグリース等の粘性によって、内周面５ａ１に接着固定される。
針状ころ６が配列された軸受カップ５をヨーク２３の軸受孔２４に挿入すると、まず軸受カップ５は、軸受孔２４の大径孔２４ｂに挿入されるので、縮径等の拘束を受けない。
さらに、軸受カップ５を挿入すると、図４のように、軸部３の外周面３ａに針状ころ６の外周面６ａが接触し、軸受カップ５内に軸部３が挿入される。このとき、軸受カップ５の外周面５ａ２は、図のように、環状壁部２４ｃと小径孔２４ａとの境界２４ｄに到達せず、軸受カップ５は小径孔２４ａに圧入されず縮径されない。その理由は以下の通りである。すなわち、本実施形態の十字軸継手１０において、境界２４ｄの軸方向位置は、針状ころ６の外周面６ａの端縁６ａ１よりも、基端側となるように形成されており、境界２４ｄの軸方向位置は、この外周面６ａが転動する軌道面としての軸部３の外周面３ａの先端に対しても、基端側に位置しているためである。

上記によって、縮径されない軸部３は、軸受カップ５の内周側の針状ころ６に対して適度なクリアランスを維持しつつ軸受カップ５に挿入することができる。
上記の状態からさらに軸受カップ５を挿入すると、軸受カップ５は、小径孔２４ａに圧入状態で挿入され、その外周面５ａ２が縮径するので、針状ころ６が軸部３及び軸受カップ５の間で締り嵌めの状態となる。

以上のように、本実施形態の十字軸継手１０では、ヨーク２３の軸受孔２４に軸受カップ５を挿入する際、上述のように、軸受カップ５は、小径孔２４ａに圧入される前に、その内周側に軸部３が挿入されるので、軸部３は適度なクリアランスを維持しつつ軸受カップ５に挿入される。この結果、軸部３の外周面３ａや針状ころ６の外周面６ａに傷が付いたり変形したりするのを防止することができる。

なお、本発明の十字軸継手及び車両用操舵装置は、上記実施形態に限定されるものではない。本実施形態では、小径孔２４ａと大径孔２４ｂとを繋ぐ環状壁部２４ｃは、テーパ形状としたが、例えば、両孔２４ａ，２４ｂを滑らかに繋ぐＲ断面に形成する等、軸受カップ５が滑らかに挿入できる形状であればいかなる形状でもよい。

本発明の一実施形態である車両用操舵装置の要部構成を示す側面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 図２中、破線Ａで囲まれた部分を拡大した図である。 本実施形態の十字軸継手の組み立て時の態様を示した断面図である。

符号の説明

１ 十字軸
２ 胴体部
３ 軸部
３ａ 外周面
５ 軸受カップ
６ 針状ころ
６ａ 外周面（転動面）
６ａ１ 端縁
６ａ２ 端縁
１０ 十字軸継手
２１，２３ ヨーク
２１ａ，２３ａ ヨーク内側面
２１ｃ，２３ｃ 開口端縁
２２，２４ 軸受孔
２２ａ，２４ａ 小径孔
２２ｂ，２４ｂ 大径孔
２２ｃ，２４ｃ 環状壁部
２２ｄ，２４ｄ 境界
３１ ステアリングシャフト
３２ コラムシャフト
Ｓ 車両用操舵装置

Claims (3)

1. 胴体部の側周面から四方へ突出した四つの軸部を有する十字軸と、
   外周に転動面を有し、前記軸部の外周面を転動する複数の針状ころと、
   前記複数の針状ころを介して前記軸部に外嵌された有底円筒状の軸受カップと、
   端部に設けられた軸受孔に前記軸受カップが挿入されたヨークと、を備え、
   前記針状ころが前記軸部及び前記軸受カップの間で締り嵌めの状態に維持されている十字軸継手において、
   前記軸受孔が、
   前記軸部の基端側に向く前記ヨークの内側面に開口するとともに前記軸受カップが圧入され、前記針状ころを前記軸部及び前記軸受カップの間で締り嵌めの状態に維持する小径孔と、
   前記軸部の先端側に向く前記ヨークの外側面に開口するとともに前記軸受カップの外周面に対して僅かな隙間を有する大径孔と、
   前記大径孔及び小径孔を繋ぐ環状壁部と、を有し、
   前記小径孔と、前記環状壁部との境界が、前記軸部先端側に位置する前記転動面の端縁の軸方向位置よりも前記軸部の基端側に形成されていることを特徴とする十字軸継手。
2. 前記小径孔の前記ヨーク内側面側の開口端縁の軸方向位置が、前記軸部の基端側に位置する前記転動面の端縁の軸方向位置よりも前記軸部先端側に位置している請求項１に記載の十字軸継手。
3. ステアリングホイールが取り付けられるコラムシャフトと、
   操舵機構を介して操舵車輪を操舵するためのステアリングシャフトと、
   前記コラムシャフト及びステアリングシャフトの間に介在し両者を傾動自在に繋ぐ十字軸継手と、
   を有する車両用操舵装置において、
   前記十字軸継手が、請求項１〜２のいずれか一項に記載の十字軸継手であることを特徴とする車両用操舵装置。

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