JP2008019982A - 固定型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】押圧部および受け部からなる予圧手段の構造を改善し、押圧部材の機能を阻害することなく、適正な予圧を確実に付与し得ることができ、しかも組立性の向上を達成できる固定型等速自在継手を提供する。
【解決手段】弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部５２を内輪２０側に、かつ、押圧部５２からの押圧力を受ける受け部５８を保持器４０側に設けた固定型等速自在継手である。ケース５５と、ケース５５の先端開口部に配置される押圧部材５３と、ケース５５に収納されて押圧部材５３に弾性的な押圧力を付与する弾性部材５４とを有するプランジャユニット５０を備える。プランジャユニット５０の基端近傍のみを内方部材の凹陥部２ａに圧入するとともに、ケース５５の圧入嵌合部７０に圧入力緩和用のスリット６７を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は固定型等速自在継手に関し、詳しくは、自動車のステアリング装置に組み込まれる固定型等速自在継手に関する。

等速自在継手は、入出力軸間の角度変位のみを許容する固定型と、角度変位および軸方向変位を許容する摺動型に大別され、それぞれ用途・使用条件等に応じて機種選定される。固定型等速自在継手としては、ツェッパ型（以下、「ＢＪ」と称す）やアンダーカットフリー型（以下、「ＵＪ」と称す）が広く知られている。

ＢＪおよびＵＪのいずれも、内周に複数の曲線状のトラック溝を有する外輪と、外周に複数の曲線状のトラック溝を有する内輪と、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝との間に組み込まれたボールと、そのボールを保持する保持器とで構成される。外輪のトラック溝中心は外輪内球面中心に対して外輪開口側、また、内輪のトラック溝中心は内輪外球面中心に対して外輪奥側に位置し、軸方向で互いに逆方向に等距離だけオフセットしている。これにより、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝とで構成されるボールトラックは、外輪の開口側に向けて拡開する楔形となっている。ＢＪでは各トラック溝の全域が曲線状になっているが、ＵＪでは各トラック溝の一方の端部が軸線と平行なストレート状になっている。

一般的に自動車のステアリング装置に組み込まれる軸継手にはカルダンジョイントを２個以上使用している。このジョイントは、単体では不等速なことから、等速性を確保するために互いの変動成分を打ち消し合うよう配置し使用している。このため車両の設計自由度が損なわれるという問題がある。任意の角度で等速性が確保できる等速自在継手をステアリング用軸継手として用いることで、車両の設計自由度が増すことは可能であるが、等速自在継手は回転方向ガタが大きいため、車両直進付近のステアリング操作感の悪化や、異音の原因となることが懸念される。これを解決するため、等速自在継手内部に予圧手段を設けてトラック溝すきまを詰めることを提案している（例えば、特許文献１参照）。

固定型等速自在継手には機能及び加工面から、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝間にはボールを介してすきまがあり、また、外輪の内球面と保持器の外球面、内輪の外球面と保持器の内球面にもすきまが存在する。これらすきまは、継手の中立状態で内輪または外輪のどちらか一方を固定して他方をラジアル方向またはアキシャル方向に移動させたときの移動量をいい、移動させる方向によって、ラジアルすきま、アキシャルすきまのように呼ばれる。これらすきまは、内・外輪間の円周方向のガタツキ（回転バックラッシュ）に大きく影響を与え、特にトラック溝すきまが大きい程回転バックラッシュも大きくなる。このため、一定以上の回転バックラッシュは避けられないことから、この種の固定型等速自在継手は、例えば自動車のステアリング装置のように回転バックラッシュを嫌う用途には一般採用されるには至っていない。
特開２００３−１３００８２号公報

ところで、前述の特許文献１に記載された発明は、回転バックラッシュを詰めることを目的にした固定型等速自在継手であり、等速自在継手内部に予圧手段を設けてトラック溝すきまを詰めるようにしている。この特許文献１には、弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部を内方部材側に設けると共に、その押圧部からの押圧力を受ける受け部を保持器側に設けた予圧手段が開示されている。

特許文献１に記載の予圧手段は、図１１に示すように、内方部材を構成する内輪１００の内周に結合されたシャフト１０１の軸端に円筒状の収容部材１０２が埋め込まれており、この収容部材１０２の内部に押圧部材１０３および弾性部材１０４が収容されている。押圧部材１０３の頭部の端面は凸球面状に形成され、この凸球面部分が弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部１０５として機能する。一方、保持器１０６の端部には、シャフト１０１と対向する凹球面状の球面部１０７ａを有する受け部材１０７が取り付けられ、この受け部材１０７の凹球面部分が押圧部１０５からの押圧力を受ける受け部１０８として機能する。

前述のような構造により、回転バックラッシュを防止するようにしているが、円筒状の収容部材１０２をシャフト１０１の軸端に強固に埋め込むためには、その収容部材１０２をシャフト１０１の端面に設けられた凹陥部１０９内に圧入する必要がある。しかしながら、収容部材１０２を凹陥部１０９内に圧入すると、押圧部１０５が配された収容部材１０２の開口部近傍がわずかに縮径することが考えられる。この収容部材１０２の開口部近傍では、受け部材１０７の球面部１０７ａに当接する押圧部材１０３が動作する部位であり、この部位で収容部材１０２が縮径していると、押圧部材１０３の動作を阻害するおそれがあり、適正な予圧を付与することが困難になることが考えられる。

そこで、従来には、収容部材１０２の基端側（凹陥部の奥側対応部）のみを圧入して、収容部材１０２の開口側を縮径させないようにして、押圧部１０５の突出退入動作を滑らかに行わせようとしたものがある。

しかしながら、収容部材１０２の圧入部位における寸法公差のばらつきによっては、この収容部材１０２を凹陥部１０９内に圧入する際に過大な圧入荷重が発生するおそれがある。このように、過大な圧入荷重が発生すれば、圧入作業が困難であって、組立性に劣る。また、圧入の際に収容部材１０２が変形する場合がある。このように変形すれば、この収容部材１０２内の弾性部材１０４（ばね部材）に影響を及ぼして、押圧部１０５としての押圧部材１０３に安定した押圧力を付与できなくなるおそれがある。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、特許文献１に開示された押圧部および受け部からなる予圧手段の構造を改善し、押圧部材の機能を阻害することなく、適正な予圧を確実に付与し得ることができ、しかも組立性の向上を達成できる固定型等速自在継手を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、複数のトラック溝が形成された球状内面を備えた外方部材と、複数のトラック溝が形成された球状外面を備えた内方部材と、外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝の協働で形成された楔形のボールトラックに配置したボールと、外方部材の球状内面と内方部材の球状外面との間に配置され、ボールを保持する保持器とを備え、弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部を前記内方部材側に、かつ、押圧部からの押圧力を受ける受け部を保持器側に設けた固定型等速自在継手において、ケースと、ケースの先端開口部に配置される前記押圧部と、ケースに収納されて押圧部に弾性的な押圧力を付与する弾性部材とを有するプランジャユニットを備え、このプランジャユニットの基端近傍のみを内方部材の凹陥部に圧入するとともに、前記ケースの圧入嵌合部に圧入力緩和用のスリットを設けたことを特徴とする。ここで、前述の「プランジャユニットの基端近傍」とは、プランジャユニット先端に位置する押圧部が突出退入動作する先端側部位を除く部位を意味する。

本発明の固定型等速自在継手では、プランジャユニットの基端近傍のみを内方部材の凹陥部に圧入したことにより、前記プランジャユニットの基端近傍を除く先端側部位で、ユニット外径が縮径することはないので、プランジャユニット先端に位置する押圧部の突出退入動作を阻害する可能性が少なくなる。その結果、プランジャユニット先端の押圧部が適正な押圧力でもって受け部を押圧するので、予圧を確実に付与することができる。しかも、プランジャユニットのケースの圧入嵌合部には、圧入力緩和用のスリットを設けているので、プランジャユニットを凹陥部に圧入する際、圧入嵌合部が僅かに縮径して、圧入力を緩和することができる。

また、前記スリットを、円周上の少なくとも２箇所に設けるのが好ましい。このように、スリットを複数設ければ、圧入嵌合部は凹陥部の形状に追従した縮径が可能となる。

以上で説明した固定型等速自在継手は、自動車のステアリング装置に組み込めば、等速自在継手内のトラック溝すきまを詰めて回転バックラッシュを防止する上で、より一層顕著な効果を発揮する。自動車のステアリング装置は、モータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置であってよいし、油圧式のパワーステアリング装
置であってもよい。

本発明によれば、プランジャユニットの基端近傍のみを内方部材の凹陥部に圧入したことにより、プランジャユニットの基端近傍を除く先端側部位で、ユニット外径が縮径することはないので、プランジャユニット先端に位置する押圧部の突出退入動作を阻害する可能性が少なくなり、プランジャユニット先端の押圧部が適正な押圧力でもって受け部を押圧するので、予圧を確実に付与することができる。

プランジャユニットを凹陥部に圧入する際、圧入嵌合部が僅かに縮径して、圧入力を緩和することができる。このため、組立性の改善を図ることができて、生産性の向上を達成できる。しかも、圧入嵌合部に過大な圧入力が作用しないので、圧入による圧入嵌合部の変形を防止できて、このケース内に収容される弾性部材に影響を及ぼさない。このため、弾性部材は安定して押圧部に押圧力を付与することができる。従って、等速自在継手内のトラック溝すきまを詰めて回転バックラッシュを確実に防止でき、信頼性の高い固定型等速自在継手を提供できる。

また、スリットを複数設けることによって、圧入嵌合部は凹陥部の形状に追従した縮径が可能となるので、組立性の一層の向上を図ることができる。

本発明に係る固定型等速自在継手の実施形態を詳述する。以下の実施形態では、ステアリング用固定型等速自在継手の一種であるツェッパ型（ＢＪ）に適用した場合を例示するが、本発明はこれに限定されることなく、アンダーカットフリー型（ＵＪ）にも適用可能である。また、本発明の固定型等速自在継手は、ステアリング用に限らず、ドライブシャフト用あるいはプロペラシャフト用としても使用することが可能である。

まず、固定型等速自在継手が組み込まれるステアリング装置を簡単に説明する。ステアリング装置は、図１０に示すようにステアリングホイール６の回転運動を、一または複数のステアリングシャフト２からなるステアリングコラムを介してステアリングギヤ８に伝達することにより、タイロッド９の往復運動に変換するようにしたものである。車載スペース等との兼ね合いでステアリングシャフト２を一直線に配置できない場合は、ステアリングシャフト２間に一または複数の軸継手１を配置し、ステアリングシャフト２を屈曲させた状態でもステアリングギヤ８に正確な回転運動を伝達できるようにしている。この軸継手１に固定型等速自在継手を使用する。図１０（Ｂ）における符号αは継手の折り曲げ角度を表しており、折り曲げ角度αが３０°を越える大角度も設定可能である。

次に固定型等速自在継手について説明する。この実施形態の固定型等速自在継手１はツェッパ型ジョイント（ＢＪ）で、図５に示すように外方部材としての外輪１０と、内方部材を構成する内輪２０およびシャフト２と、トルクを伝達するボール３０と、ボール３０を支持する保持器４０を主要な構成要素として成り立っている。外輪１０は入力軸または出力軸と接続し、内輪２０は出力軸または入力軸と接続する。この実施形態では、内輪２０の内周にセレーションやスプライン等のトルク伝達手段を介してシャフト２を結合することにより、内方部材を構成している。

前述の外輪１０は一端にて開口したカップ状で、球状内面１２の円周方向等配位置に、軸方向に延びるトラック溝１４が形成されている。また、内輪２０は、球状外面２２の円周方向等配位置に、軸方向に延びるトラック溝２４が形成されている。外輪１０のトラック溝１４と内輪２０のトラック溝２４とは対をなして軸方向の一方から他方へ楔状に拡がるボールトラックを形成し、各ボールトラックに一個のボール３０がそれぞれ組み込んである。保持器４０は外輪１０の球状内面１２と内輪２０の球状外面２２との間に摺動自在に介在し、各ボール３０は保持器４０のポケット４６に収容されて円周方向で等間隔に保持されている。

保持器４０の外周面４２は外輪１０の球状内面１２と球面接触し、保持器４０の内周面４４は内輪２０の球状外面２２と球面嵌合している。そして、外輪１０の球状内面１２の中心と、内輪２０の球状外面２２の中心は継手中心Ｏと一致している。これに対して、外輪１０のトラック溝１４の中心Ｏ₁と、内輪２０のトラック溝２４の中心Ｏ₂は、軸方向で、互いに逆方向に等距離だけオフセットしている。このため、一対のトラック溝１４，２４により形成されるボールトラックは、外輪１０の奥部側から開口側に向かって拡がる楔状を呈している。

この固定型等速自在継手において、図６に示すように外輪１０と内輪２０とがどのような折り曲げ角、つまり作動角θをとっても、保持器４０に案内されたボール３０は常に作動角θの二等分線に垂直な平面内に維持され、継手の等速性が確保される。

この固定型等速自在継手では、図５と図６に示すようにシャフト２の軸端にプランジャユニット５０を取り付けている。このプランジャユニット５０は、図１と図２に示すように先端に押圧部５２を有する押圧部材としてのボール５３、弾性部材としての圧縮コイルばね５４、ボール５３と圧縮コイルばね５４を収容するケース５５からなるアッセンブリ体である。この圧縮コイルばね５４は、ボール５３を外輪１０の奥部側（ボール突出方向）へ押圧する弾性力の発生源としている。

また、ケース５５は図１〜図３に示すように、底壁６５と、円筒体からなる周壁６６と、この周壁６６の開口端縁部に外径側へ張り出したフランジ５５ｂとを備える。なお、フランジ５５ｂは、このプランジャユニット５０をシャフト２の軸端に取り付けた際にプランジャユニット５０の位置決めとなる。また、周壁６６の開口端縁部に内径側へ突出する係止部５５ａ（図７参照）を設けることにより、ボール５３の突出を規制する。これによって、押圧部５２がケース５５の先端開口部に配設されることになる。

そして、ケース５５には圧入力緩和用のスリット６７が設けられている。このスリット６７は、周壁６６に形成される軸方向部６７ａと、この軸方向部６７ａから連設されて底壁６５に形成される径方向部６７ｂとからなり、周方向に沿って、９０度ピッチで配設されている。また、各スリット６７の径方向部６７ｂは、底壁６５の中心部で連結されている。

前記のように構成されたプランジャユニット５０は、図１に示すように、その基端近傍のみをシャフト２の凹陥部２ａに圧入することになる。ここで、「プランジャユニットの基端近傍」とは、プランジャユニット先端に位置する押圧部が突出退入動作する先端側部位を除く部位を意味する。

すなわち、プランジャユニット５０の基端近傍のみをシャフト２の凹陥部２ａに圧入するため、シャフト２の凹陥部２ａの開口側部位ｂを、図４に示すように、プランジャユニット５０の圧入後にケース５５の基端近傍が位置する奥側部位ａよりも拡径させる。また、シャフト２の凹陥部２ａの奥側部位ａでの内径をプランジャユニット５０のケース５５の外径よりも若干小さくすると共に、凹陥部２ａの開口側部位ｂでの内径をケース５５の外径よりも若干大きく設定する。

以上のような構造としたことにより、プランジャユニット５０をシャフト２の凹陥部２ａに圧入すると、前記スリット６７が凹陥部２ａの奥側部位ａに対応する。すなわち、圧入嵌合部７０に前記スリット６７が形成されていることになる。なお、この図例では、スリット６７の軸方向範囲Ｈ(図２参照)は、圧入嵌合部７０の範囲、つまり奥側部位ａの範囲よりも僅かに大きく設定されている。

この等速自在継手では、シャフト２の凹陥部２ａの奥側部位ａでの内径をプランジャユニット５０のケース５５の外径よりも若干小さくしていることから、圧入の際には、プランジャユニット５０のケース５５の基端近傍が縮径する必要がある。しかしながら、このプランジャユニット５０のケース５５の圧入嵌合部７０には、スリット６７が設けられているので、圧入時に圧入嵌合部７０が僅かに縮径（縮径量ｍ１の縮径）して、圧入力を緩和することができる。従って、過大な圧入力で圧入することなく、シャフトに抜けが規制された状態で確実に固定される。

一方、ケース５５の基端近傍を除く先端側部位では、凹陥部２ａの開口側部位ｂでの内径をケース５５の外径よりも若干大きくしていることから、ケース５５が縮径するように変形することはなく、ケース５５の外径と凹陥部２ａの内径との間に隙間６１が形成される。なお、ケース５５の内径をボール５３の外径よりも若干大きく設定することによりクリアランスｍを設け、ケース５５内でボール５３がスムーズに移動できるようにしている。この実施形態では、クリアランスｍと縮径量ｍ１とを同一に設定しているが、相違させてもよい。この場合、ｍ＞ｍ１であっても、ｍ＜ｍ１であってもよい。

そして、この固定型等速自在継手では、図７に示すように、保持器４０の外輪１０の奥側端部には受け部材５６を取り付けている。この受け部材５６は、保持器４０の端部開口を覆う蓋状をなし、部分球面状の球面部５６ａとその外周に環状に形成された取付け部５６ｂとで構成される。球面部５６ａの内面（シャフト２と対向する面）は凹球面で、この凹球面は押圧部５２からの押圧力を受ける受け部５８として機能する。取付け部５６ｂは、保持器４０の端部に圧入、溶接等の適宜の手段で固定されている。

この等速自在継手のシャフト２が作動角をとった際に、プランジャユニット５０の押圧部５２と受け部材５６の受け部５８間をスムーズに摺動させるため、図８に示すように凹球面状の受け部５８の内径寸法Ｒｏは、押圧部５２を有するボール５３の外径寸法ｒ（図７参照）よりも大きくする（Ｒｏ＞ｒ）。また、作動角θ（図６参照）をとった際の受け部材５６と内輪２０との干渉を防止するため、受け部５８の内径寸法Ｒｏは、内輪２０の球状外面２２の外径寸法Ｒｉよりも大きくする（Ｒｏ＞Ｒｉ）。

以上の構成において、シャフト２のセレーション軸部と内輪２０をセレーション結合し、シャフト２の周方向溝３に止め輪４を装着して両者が完全に結合されると、プランジャユニット５０の押圧部５２と受け部材５６の受け部５８とが互いに当接し、ボール５３が退入して圧縮コイルばね５４が圧縮される。これにより、シャフト２と一体化された内輪２０が、弾性力により外輪１０の開口側に軸方向変位し、この変位によりトラック溝１４，２４に配置されたボール３０とトラック溝１４，２４が当接するため、トラック溝１４，２４のアキシャルすきまが無くなり、回転バックラッシュが防止される。

本発明の固定型等速自在継手では、各構成部材を組み付けた状態で、プランジャユニット５０の押圧部５２と受け部材５６の受け部５８とが互いに当接し、ボール５３が圧縮コイルばね５４の弾性力に抗して退入動作する際に、前述したようにプランジャユニット５０をシャフト２に圧入で組み付けた構造であっても、ボール５３の動作領域でケース５５と凹陥部２ａ間に隙間６１があってそのケース５５が縮径されていないので、プランジャユニット５０の先端に位置するボール５３の突出退入動作を阻害する可能性はなく、そのプランジャユニット５０の押圧部５２が適正な押圧力でもって受け部５８を押圧して予圧を確実に付与する。

特に、プランジャユニット５０を凹陥部２ａに圧入する際、圧入嵌合部７０が僅かに縮径して、圧入力を緩和することができる。このため、組立性の改善を図ることができて、生産性の向上を達成できる。しかも、圧入嵌合部７０に過大な圧入力が作用しないので、圧入による圧入嵌合部７０の変形を防止できて、このケース５５内に収容される弾性部材に影響を及ぼさない。このため、弾性部材は安定して押圧部５２に押圧力を付与することができる。従って、等速自在継手内のトラック溝すきまを無くして回転バックラッシュを確実に防止でき、信頼性の高い固定型等速自在継手を提供できる。

また、スリット６７を複数設けることによって、圧入嵌合部７０は凹陥部の形状に追従した縮径が可能となるので、組立性の一層の向上を図ることができる。

なお、前述では、ケース５５の基端近傍を除く先端側部位で、凹陥部２ａの開口側部位での内径をケース５５の外径よりも若干大きくすることにより、ケース５５の外径と凹陥部２ａの内径との間に隙間６１を凹陥部側で形成しているが、図９に示すようにケース５５の基端近傍を除く先端側部位で、ケース５５の外径を縮径させた形状とすることにより、ケース５５の外径と凹陥部２ａの内径との間に隙間６２をケース側で形成するようにしてもよい。なお、この場合であっても、ケース５５の内径をボール５３の外径よりも若干大きく設定することによりクリアランスｍを設けている。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では、スリット６７を周方向に９０度ピッチで４本設けているが、このスリット６７の数の増減は任意である。すなわち、プランジャユニット５０を圧入する際に、このケース５５が僅かに縮径して、圧入力を緩和できればよい。このため、スリット６７は１本であってもよい。また、スリット６７の幅寸法、長さ寸法（軸方向部６７ａの軸方向長さ）も、圧入力を緩和できる範囲で任意に設定できる。なお、スリット６７の数が多くなりすぎたり、幅寸法や長さ寸法が大きくなりすぎたりして、圧入嵌合部７０の剛性が小さくなりすぎて、引き抜き抗力が小さくなりすぎないように設定する必要がある。さらに、スリット６７の配設ピッチとして、周方向（円周上）に等ピッチでなくてもよい。しかしながら、スリット６７を等ピッチに配設することによって、全周において均等に縮径し易くなる利点がある。

本発明の固定型等速自在継手のプランジャユニットをシャフトに取り付けた状態を示す拡大図である。 前記プランジャユニットの側面図である。 前記プランジャユニットの背面図である。 プランジャユニットの圧入状態を示す要部拡大図である。 本発明に係る固定型等速自在継手の断面図である。 前記固定型等速自在継手で二軸が作動角をとった状態を示す断面図である。 前記固定型等速自在継手の要部拡大断面図である。 前記固定型等速自在継手の他の要部拡大断面図である。 プランジャユニットの他の圧入構造を示す要部拡大図である。 （Ａ）はステアリング装置の平面図、（Ｂ）はステアリング装置の側面図、（Ｃ）はステアリング装置の斜視図である。 従来の固定型等速自在継手の断面図である。

符号の説明

２ａ 凹陥部
１４、２４ トラック溝
２０ 内輪
３０ ボール
４０ 保持器
５０ プランジャユニット
５２ 押圧部
５５ ケース
５８ 受け部
６７ スリット
７０ 圧入嵌合部

Claims (3)

1. 複数のトラック溝が形成された球状内面を備えた外方部材と、複数のトラック溝が形成された球状外面を備えた内方部材と、外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝の協働で形成された楔形のボールトラックに配置したボールと、外方部材の球状内面と内方部材の球状外面との間に配置され、ボールを保持する保持器とを備え、弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部を前記内方部材側に、かつ、押圧部からの押圧力を受ける受け部を保持器側に設けた固定型等速自在継手において、
   ケースと、ケースの先端開口部に配置される前記押圧部と、ケースに収納されて押圧部に弾性的な押圧力を付与する弾性部材とを有するプランジャユニットを備え、このプランジャユニットの基端近傍のみを内方部材の凹陥部に圧入するとともに、前記ケースの圧入嵌合部に圧入力緩和用のスリットを設けたことを特徴とする固定型等速自在継手。
2. 前記スリットを、円周上の少なくとも２箇所に設けたことを特徴とする請求項１に記載の固定型等速自在継手。
3. 自動車のステアリング装置に組み込まれた請求項１又は請求項２に記載の固定型等速自在継手。

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