JP2007321924A - 十字軸継手及びこれを備えた車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転動体を内側に有するカップ軸受を十字軸の軸部に取り付ける際、軸部や転動体が損傷することを防止することができる十字軸継手及びこれを備えた車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】胴体部１６の側周面から四方に突出した４つの軸部１７を有する十字軸１５と、前記軸部１７の外周面１７ａを転走する複数の転動体１８と、前記複数の転動体１８に外嵌した有底円筒状の軸受カップ１９と、を備え、前記転動体１８が前記軸部１７に対して締り嵌めの状態で維持されている。前記軸部１７の少なくとも先端部に、前記転動体１８を内周に有する前記軸受カップ１９を前記軸部１７に外嵌する際に当該軸部１７が弾性的に縮径するのを許容する溝２２が前記軸部１７の先端面１７ｂから前記胴体部１６に向かって形成されている。
【選択図】図６

Description

この発明は、十字軸継手及びこの十字軸継手を備えた車両用操舵装置に関する。

例えば自動車の操舵装置において、ステアリングシャフトとピニオンシャフトとを繋ぐために、胴体部の側周面から四方へ突出した４つの軸部を有する十字軸と、前記軸部の外周面を転走する複数の転動体と、これら複数の転動体に外嵌した有底円筒状の軸受カップとを有した十字軸継手が用いられている。前記各シャフトの端部には一対のアームを有するヨークが設けられており、各アームに形成した軸受孔に、内周に複数の転動体を配列した軸受カップを介して、十字軸の軸部がその軸線回りに回動自在に支持されている。
このような十字軸継手を備えた継手構造において伝達トルクが大きくなると、転動体において滑りが生じトルク伝達不良によるガタツキが発生したり、脈動が発生したりする。
そこでこれを解決するために、例えば特許文献１に示しているように、従来では転動体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。

国際公開第ＷＯ２００３−０６４８７７号

特許文献１の十字軸継手を備えた継手構造の組み立ては、図７に示しているように、ヨーク４１の軸受孔４２に十字軸４３の軸部４４を挿入した状態で、この軸部４４の軸線方向の外側から、内周に複数の転動体４５を配列した軸受カップ４６を軸部４４に接近させ、軸受カップ４６を軸受孔４２に圧入しながら当該軸受カップ４６内の転動体４５を軸部４４の先端部から外嵌させることで行う。これにより軸受カップ４６が縮径することで転動体４５と軸部４４とが圧接した状態、つまり、前記締り嵌め状態としている。
しかし、軸受カップ４６内の転動体４５を軸部４４に外嵌させる際に、軸受カップ４６は軸受孔４２への圧入によって縮径するため、その軸受カップ４６の内周にある転動体４５と、軸部４４の先端の角部４７とが強く接触し、軌道面となる軸部４４の外周面や転動体４５に傷（圧痕）が付いたり変形したりするおそれがある。特に、転動体４５が軸部４４の先端に接触する嵌合初期において、転動体４５と軸部４４との接触面圧が大きいので当該軸部４４の先端に傷が付きやすい。このように、軸部４４の転動面や、転動体４５に傷が生じると、継手構造の性能、耐久性を低下させてしまうおそれがある。

そこで本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、転動体を内周に有する軸受カップを十字軸の軸部に取り付ける際、軸部や転動体が損傷することを防止することができる十字軸継手及びこれを備えた車両用操舵装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明の十字軸継手は、胴体部の側周面から四方に突出した４つの軸部を有する十字軸と、前記軸部の外周面を転走する複数の転動体と、前記複数の転動体に外嵌した有底円筒状の軸受カップと、を備え、前記転動体が前記軸部に対して締り嵌めの状態で維持されている十字軸継手において、前記軸部の少なくとも先端部に、前記転動体を内周に有する前記軸受カップを前記軸部に外嵌する際に当該軸部が弾性的に縮径するのを許容する溝が前記軸部の先端面から前記胴体部に向かって形成されているものである。

この構成によれば、転動体を内周に有する軸受カップを、十字軸の軸部にその先端部から外嵌する際に、転動体が軸部の外周面に接触しながら圧入されるが、軸部に形成された溝により両者の接触時に当該軸部が弾性的に縮径して接触面圧の上昇を抑えることができるため、軸部の先端部及び転動体の損傷を防ぐことができる。

この十字軸継手において、前記溝に、樹脂製の支持部材が挿入されていることが好ましい。
これによれば、樹脂製の支持部材が溝に挿入されていることによって、転動体の圧入時における軸部の過度の縮径が抑制され、圧入後に支持部材が外周側に適度の剛性を与えることにより、接触面圧の上昇を抑えつつ転動体と軸部との間を負隙間又はゼロ隙間に保持することができる。

また、この十字軸継手において、前記軸部の先端面に、前記軸受カップの内底面に当接する当接部が設けられていることが好ましい。
軸部の当接部と軸受カップとを当接させることで、スラスト方向の負荷を軸受カップの内底面で受け止めることができる。

本発明の車両用操舵装置は、ステアリングシャフトと、ピニオンシャフトと、前記ステアリングシャフトと前記ピニオンシャフトとを繋ぐための継手と、を備え、前記継手が上記十字軸継手である。
この構成によれば、十字軸の軸部及びこの軸部の外周面を転走する転動体の損傷を防ぐことができ、車両用操舵装置の品質、耐久性を向上させることができる。

本発明によれば、転動体を内周に有する軸受カップを軸部に取り付ける際、軸部に形成された溝により、転動体と軸部の外周面との接触時に当該軸部が弾性的に縮径して接触面圧の上昇を抑えながら圧入することができるため、軸部の先端及び転動体の損傷を防ぐことができる。これにより、十字軸継手の品質を高め、耐久性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の十字軸継手を備えた車両用操舵装置の模式図である。車両用操舵装置１は、一端部が操舵輪（ステアリングホイール）２に連結されたステアリングシャフト３と、一端部が当該ステアリングシャフト３の他端部に本発明の十字軸継手４を介して連結された中間シャフト５と、この中間シャフト５の他端部に本発明の十字軸継手４を介して連結されたピニオンシャフト６と、このピニオンシャフト６の端部近傍に設けられたピニオン歯６ａに噛合うラック歯７ａ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７とを有している。

前記ピニオンシャフト６及びラックバー７により舵取り機構としてのラックアンドピニオン機構が構成されている。ラックバー７は車体に固定されるハウジング８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７の両端部はハウジング８の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド９が結合されている。各タイロッド９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１０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が回転すると、この回転がピニオン歯６ａ及びラック歯７ａによって自動車の左右方向に沿ったラックバー７の直線運動に変換される。これにより、操向輪１０の転舵が達成される。

図２は、本発明の車両用操舵装置１の要部の側面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面における断面図である。図２においては、ステアリングシャフト３と、ピニオンシャフト６と、これらの両シャフト３，６の間に中間シャフト５が介在しており、この中間シャフト５の両端部をステアリングシャフト３とピニオンシャフト６の各端部にそれぞれ十字軸継手４で連動連結している。

前記ステアリングシャフト３の端部には、Ｕ字状の第１ヨーク１１が設けられており、この第１ヨーク１１は、一対の対向するアーム１３を有している。一方、前記中間シャフト５の一端部にはＵ字状の第２ヨーク１２が設けられており、第２ヨーク１２は一対の対向するアーム１４を有している。そして、前記第１ヨーク１１のアーム１３のそれぞれに軸線を同一とする軸受孔１３ａが形成され、前記第２ヨーク１２のアーム１４のそれぞれに軸線を同一とする軸受孔１４ａが形成されている。
そして、これらの軸受孔１３ａ，１４ａに前記十字軸継手４が嵌合されている。

前記十字軸継手４は、図３に示すように、胴体部１６の側周面から四方に突出した４つの軸部１７を有する十字軸１５と、前記軸部１７の外周面１７ａを転走する複数の転動体１８と、前記複数の転動体１８に外嵌した有底円筒状の軸受カップ１９とを備えている。
そして、前記軸受孔１３ａ，１４ａのそれぞれにおいて、内周に複数の転動体１８を配列した前記軸受カップ１９を介して、十字軸１５の各軸部１７がその軸線回りに回動自在に支持されている。なお、中間シャフト５の他端部に設けられた第３ヨーク２０とピニオンシャフト６の端部に設けられた第４ヨーク２１との間における構造も同様であり、説明を省略する。

図４は十字軸継手４の断面図であり、前記アーム１３における十字軸継手４を示している。十字軸１５は、胴体部１６と、この胴体部１６の側周面から四方に突出する４つの軸部１７を有している。十字軸１５は鋼製であり、胴体部１６と４つの軸部１７とは鍛造により一体成形されている。軸受カップ１９は有底円筒状をしており、円筒部１９ａと、この円筒部１９ａの端部と連続している円板部１９ｂとを有している。転動体１８はニードルローラよりなり、軸受カップ１９の内周面に沿って複数配列されている。そして、軸受カップ１９の円筒部１９ａの内周面が転動体１８の軌道面となる。転動体（ニードルローラ）１８及び軸受カップ１９は鋼製である。

軸受カップ１９は、円筒部１９ａにおいて前記アーム１３の軸受孔１３ａに嵌入されており、十字軸継手４の組み立て完了状態で、円筒部１９ａと軸受孔１３ａとの間は締り嵌めの状態に維持されている。また、軸受カップ１９内においては、複数の転動体１８と十字軸１５の軸部１７との間、及び転動体１８と軸受カップ１９との間が締り嵌めの状態に維持されている。つまり、組み立て後の転動体１８におけるラジアル隙間を負隙間としている。または、転動体１８におけるラジアル隙間をゼロの状態にしてもよい。

十字軸１５の軸部１７の少なくとも先端部に、転動体１８を内周に有する軸受カップ１９を軸部１７に外嵌する際に当該軸部１７が弾性的に縮径するのを許容する溝２２が軸部１７の先端面１７ｂから前記胴体部１６に向かって形成されている。ここでは、溝２２は軸部１７と転動体１８との転動面幅に略等しい深さに形成されており、この溝２２によって、軸部１７には、外周側の薄肉部１７ｃと、内周側の中央部１７ｄとが形成される。
溝２２の外周側の薄肉部１７ｃは、転動面幅に略等しい長さで薄肉となるように形成されており、転動体１８を内周に有する軸受カップ１９を軸部１７に外嵌する際に内周側に撓んで縮径する程度の弾性を有している。そして、内周側の中央部１７ｄの先端面１７ｂには、軸受カップ１９の内底面１９ｃに外方から内側に向けて設けられた突起部２３に当接する当接部としての凹部２４が設けられている。

溝２２は、内周側がテーパ状の円錐溝とされており、その中に樹脂製の支持部材２５が挿入されている。ここで、支持部材２５は、前記溝２２に圧入されているわけでも、また軸部１７の薄肉部１７ｃ又は中央部１７ｄに接着されているわけでもなく、支持部材２５と薄肉部１７ｃ及び中央部１７ｄとの間に微少な正隙間を有する状態で挿入されている。

図５は、十字軸継手４の組み立て方法を説明する説明図であり、（ａ）は軸受カップ１９を挿入する前の状態を示しており、（ｂ）は軸受カップ１９を挿入している途中の状態を示している。
十字軸継手４の組み立ては、まず、第１ヨーク１１の対向するアーム１３の軸受孔１３ａの内部に十字軸１５を構成する同じ軸心方向の軸部１７をセットする。そして、一方の軸部１７の軸線方向の外側から、内周に沿って複数の転動体１８を配列した軸受カップ１９を軸部１７に接近させる（図５（ａ）参照）。そして、軸受カップ１９を軸受孔１３ａに圧入しながら当該軸受カップ１９内の転動体１８を軸部１７の先端部側から外嵌させ（図５（ｂ）参照）、軸受カップ１９が縮径することで転動体１８と軸部１７とが圧接した状態となる。その後、軸受孔１３ａの開口端側の内周部をかしめ加工して軸受カップ１９の抜けを防止する。また、他方のアーム１３の軸受孔１３ａにおいても同様に、内周に複数の転動体１８を配列した軸受カップ１９（図示せず）を軸部１７に取り付ける。
なお、この組み立て前において、十字軸１５の軸部１７の基端側には環状のシール部材２６が予め取り付けられている。また、軸受カップ１９の開口側の端部には、円筒部１９ａの端部から径方向内方に折り曲げられた円環状の鍔部１９ｄが形成されている。そして、このシール部材２６と鍔部１９ｄとが接触することにより、転動体１８側へ異物が侵入することを防いでいる。

組み立て完了状態で軸受カップ１９の内周に配設した転動体１８と十字軸１５の軸部１７とを締り嵌め状態にするために、前記のとおり軸受カップ１９を軸部１７に取り付ける際、軸受カップ１９を軸受孔１３ａに圧入して当該軸受カップ１９を縮径させている。このため、その内周にある転動体１８が軸部１７の外周面１７ａに接触するが、軸部１７に形成された溝２２により軸部１７の外周側に薄肉部１７ｃが形成されているので、転動体１８と軸部１７の外周面１７ａとの接触時に当該軸部１７の薄肉部１７ｃが弾性的に縮径する。これにより接触面圧の上昇を抑えながら軸受カップ１９を圧入することができるため、軸部１７や転動体１８が損傷することを防ぐことができる。

また、軸部１７に形成された溝２２に、樹脂製の支持部材２５が挿入されていることによって、転動体１８の圧入時における薄肉部１７ｃの内周側への撓みが抑制され、圧入後に支持部材２５が外周側に適度の剛性を与えることにより、接触面圧の上昇を抑えつつ転動体１８と軸部１７との間を負隙間又はゼロ隙間に保持することができる。
さらに、軸部１７の中央部１７ｄの先端面１７ｂに、軸受カップ１９の内底面１９ｃに設けられた突起部２３に当接する当接部（凹部）２４が設けられているので、軸部１７の当接部（凹部）２４と軸受カップ１９とを当接させることで、スラスト方向の負荷を軸受カップ１９の内底面１９ｃで受け止めることができる。

なお、本発明の十字軸継手は、図示する形態に限らずこの発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。前記実施の形態では、溝２２の形状を内周側がテーパ状の円錐溝にしているが、この形状に限定されるわけではなく、例えば、図６に示すような円筒溝であってもよい。また、前記実施の形態では、軸部１７と転動体１８との転動面幅に略等しい深さの溝２２が形成されているが、これに限られるものではなく、軸部１７の少なくとも先端側に形成されていればよい。溝２２には、支持部材２５が挿入されていなくても勿論かまわない。
また、前記実施の形態では、軸受カップ１９に突起部２３を設け、軸部１７の先端面１７ｂに当接部としての凹部２４を形成しているが、当接状態は凹凸係合に限られず、軸受カップ１９の突起部２３に軸部１７の中央部１７ｄの先端面１７ｂが当接することも可能である。また、軸受カップ１９の内底面１９ｃを平らにして、軸部１７の中央部１７ｄに突起部を設けて当接させることもできる。さらに、応力が問題とならない場合には、軸受カップ１９及び軸部１７の両方に突起部を設けて当接させてもかまわない。

本発明の十字軸継手を備えた車両用操舵装置の模式図である。 本発明の車両用操舵装置の要部の側面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面における断面図である 本発明の十字軸継手の断面図である。 十字軸継手の組み立て方法を説明する説明図であり、（ａ）は軸受カップを挿入する前の状態を示し、（ｂ）は軸受カップを挿入している途中の状態を示す。 軸部の溝の他の形状を示す断面図である。 従来の十字軸継手を備えた継手構造の組み立てを説明する説明図である。

符号の説明

１ 車両用操舵装置
３ ステアリングシャフト
４ 十字軸継手
５ 中間シャフト
６ ピニオンシャフト
１１ 第１ヨーク
１３ アーム
１３ａ 軸受孔
１５ 十字軸
１７ 軸部
１８ 転動体
１９ 軸受カップ
２２ 溝

Claims (4)

1. 胴体部の側周面から四方に突出した４つの軸部を有する十字軸と、
   前記軸部の外周面を転走する複数の転動体と、
   前記複数の転動体に外嵌した有底円筒状の軸受カップと、を備え、
   前記転動体が前記軸部に対して締り嵌めの状態で維持されている十字軸継手において、
   前記軸部の少なくとも先端部に、前記転動体を内周に有する前記軸受カップを前記軸部に外嵌する際に当該軸部が弾性的に縮径するのを許容する溝が前記軸部の先端面から前記胴体部に向かって形成されていることを特徴とする十字軸継手。
2. 前記溝に、樹脂製の支持部材が挿入されている請求項１に記載の十字軸継手。
3. 前記軸部の先端面に、前記軸受カップの内底面に当接する当接部が設けられている請求項１又は２に記載の十字軸継手。
4. ステアリングシャフトと、ピニオンシャフトと、前記ステアリングシャフトと前記ピニオンシャフトとを繋ぐための継手と、を備え、前記継手が請求項１〜３のいずれか１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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