JP2008039119A - 十字軸自在継手 - Google Patents
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Abstract
【課題】大きなトルクが作用しても、軸受の外輪の底部内面と十字軸の軸部の先端面との金属接触を防止することを可能にした十字軸自在継手を提供する。
【解決手段】大きなトルクが十字軸自在継手１５に作用すると、スラストピース７の裁頭円錐部７４は、上端の裁頭部７４１が塑性変形し、直径の大きな下部が弾性変形する。その結果、図８に示すように、ニードル軸受６の底部内面６４１の中心部の周囲がフランジ部７３の上端面（当接面）７３２に当接する。従って、ニードル軸受６の底部内面６４１の中心部の周囲が、フランジ部７３の上端面７３２に広い面積で当接し、大きなスラスト力が作用しても、ニードル軸受６の底部内面６４１やスラストピース７の破損を防止することが可能となる。
【選択図】図８
【解決手段】大きなトルクが十字軸自在継手１５に作用すると、スラストピース７の裁頭円錐部７４は、上端の裁頭部７４１が塑性変形し、直径の大きな下部が弾性変形する。その結果、図８に示すように、ニードル軸受６の底部内面６４１の中心部の周囲がフランジ部７３の上端面（当接面）７３２に当接する。従って、ニードル軸受６の底部内面６４１の中心部の周囲が、フランジ部７３の上端面７３２に広い面積で当接し、大きなスラスト力が作用しても、ニードル軸受６の底部内面６４１やスラストピース７の破損を防止することが可能となる。
【選択図】図８
Description
本発明は十字軸自在継手、特に、車両用ステアリング装置に組み込まれる十字軸自在継手に関する。
ステアリング装置は、ステアリングホイールの回転をステアリングギヤに伝達するアッパーシャフトとロアーシャフトとの間に、十字軸自在継手を介在させ、同一軸線上にない二つのシャフトの間で、回転トルクを伝達可能にしている。十字軸自在継手は、ヨークの軸受孔に、複数のニードルを有するニードル軸受を介して、十字状に配置された４本の軸部を有する十字軸が回転自在に軸支されている。
このような十字軸自在継手は、特許文献１の十字軸自在継手に示すように、十字軸の軸部の軸心に形成した有底の軸方向孔に、合成樹脂製のスラストピースを挿入し、ニードル軸受のカップ形外輪の底部内面と軸方向孔の底部との間に、このスラストピースを予圧を付与して挟持している。これにより、ニードル軸受に対して十字軸のスラスト方向の移動を阻止し、シールの変形を防止して、良好なシール性能を維持している。
しかしながら、据え切りをしたり、電動パワーステアリング装置の操舵補助トルクが作用して、十字軸自在継手に大きなトルクが作用すると、合成樹脂製のスラストピースが軸方向に大きく変形することがある。すると、ニードル軸受の外輪の底部内面と十字軸の軸部の先端面が金属接触して、摩擦抵抗が大きくなって、操舵トルクが大きくなったり、シールが変形して、シール性能が悪化する問題があった。
本発明は、大きなトルクが作用しても、軸受の外輪の底部内面と十字軸の軸部の先端面との金属接触を防止することを可能にした十字軸自在継手を提供することを課題とする。
上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、ヨークに形成された軸受孔、上記軸受孔に内嵌する有底筒状の外輪を有する軸受、上記軸受に内嵌する十字状の軸部を有する十字軸、上記十字軸の軸部の先端面と軸受外輪の底部内面との間に挟持されて、上記軸部と軸受との間に予圧を付与する合成樹脂製のスラストピース、上記スラストピースに形成され、上記軸部の先端面に当接する第２の当接面を有し、スラストピースが軸部に対して軸方向へ移動することを阻止するフランジ部、上記スラストピースに形成され、上記軸受外輪の底部内面の略中心部に当接する第３の当接面、上記フランジ部に上記第２の当接面の反対側の面に形成され、上記ヨークに所定値以上のトルクが作用した時に、上記軸受外輪の底部内面の中心部の周囲に当接して、上記軸部が軸受に対して軸方向へ移動することを阻止する第４の当接面を備えたことを特徴とする十字軸自在継手である。
第２番目の発明は、第１番目の発明の十字軸自在継手において、上記第４の当接面は、上記軸受外輪の底部内面の中心部の周囲の接線方向に形成されていることを特徴とする十字軸自在継手である。
第３番目の発明は、ヨークに形成された軸受孔、上記軸受孔に内嵌する有底筒状の外輪を有する軸受、上記軸受に内嵌する十字状の軸部を有する十字軸、上記軸部の軸心に形成された有底の軸方向孔、上記軸方向孔に内嵌され、軸方向孔の底部と軸受外輪の底部内面との間に挟持されて、上記軸部と軸受との間に予圧を付与する合成樹脂製のスラストピース、上記スラストピースに形成され、上記軸方向孔の底部に当接する第１の当接面、上記スラストピースに形成され、上記軸方向孔よりも大径で、上記軸部の先端面に当接する第２の当接面を有し、スラストピースが軸方向孔の底部側へ移動することを阻止するフランジ部、上記スラストピースに形成され、上記軸受外輪の底部内面の略中心部に当接する第３の当接面、上記フランジ部に上記第２の当接面の反対側の面に形成され、上記ヨークに所定値以上のトルクが作用した時に、上記軸受外輪の底部内面の中心部の周囲に当接して、上記軸部が軸受に対して軸方向へ移動することを阻止する第４の当接面を備えたことを特徴とする十字軸自在継手である。
第４番目の発明は、第３番目の発明の十字軸自在継手において、上記第１の当接面は塑性変形し、第３の当接面は弾性変形することを特徴とする十字軸自在継手である。
第５番目の発明は、第３番目の発明の十字軸自在継手において、上記第１の当接面は、スラストピースの他の部位よりも小径に形成されていることを特徴とする十字軸自在継手である。
第６番目の発明は、第３番目の発明の十字軸自在継手において、上記第３の当接面は、上記第１の当接面よりも大径の裁頭円錐部の裁頭部であることを特徴とする十字軸自在継手である。
第７番目の発明は、第３番目の発明の十字軸自在継手において、上記第４の当接面は、上記軸受外輪の底部内面の中心部の周囲の接線方向に形成されていることを特徴とする十字軸自在継手である。
第８番目の発明は、第３番目の発明の十字軸自在継手において、上記スラストピースは、上記軸方向孔の底部側の形状と上記軸受外輪の底部内面側の形状が互いに対称構造であることを特徴とする十字軸自在継手である。
第９番目の発明は、第１番目から第８番目までのいずれかの発明の十字軸自在継手において、上記十字軸自在継手は、ステアリングホイールの操舵力をステアリングギヤに伝達するステアリング装置のステアリングシャフトに連結されていることを特徴とする十字軸自在継手である。
第１０番目の発明は、第９番目の発明の十字軸自在継手において、操舵補助トルクをステアリングシャフトに付与する操舵補助部が、上記十字軸自在継手よりもステアリングホイール側に設けられていることを特徴とする十字軸自在継手である。
本発明の十字軸自在継手では、十字軸の軸部の先端面と軸受外輪の底部内面との間に挟持されて、軸部と軸受との間に予圧を付与する合成樹脂製のスラストピースに、軸部の先端面に当接する第２の当接面を有し、スラストピースが軸部に対して軸方向へ移動することを阻止するフランジ部と、軸受外輪の底部内面の略中心部に当接する第３の当接面と、フランジ部に第２の当接面の反対側の面に形成され、ヨークに所定値以上のトルクが作用した時に、軸受外輪の底部内面の中心部の周囲に当接して、軸部が軸受に対して軸方向へ移動することを阻止する第４の当接面を備えている。
従って、大きなスラスト力が作用した時に、軸受の底部内面は、金属製の軸部の先端面には当接せず、合成樹脂製のフランジ部に当接するため、摩擦抵抗が大きくならず、操舵トルクの増加を抑えることができる。また、軸受に対する十字軸のスラスト方向の移動量を、シールの追従許容範囲に抑えることができるため、シール性能を維持することが可能となる。
以下、図面に基づいて本発明の実施例１から実施例２を説明する。
図１は、本発明の十字軸自在継手を有するステアリング装置の全体を示し、一部を断面した正面図であって、電動パワーステアリング装置に適用した実施例を示す。
図１に示すように、本発明の十字軸自在継手を有するステアリング装置は、車体後方側（図１の右側）にステアリングホイール１１を装着可能なステアリングシャフト１２と、このステアリングシャフト１２を挿通したステアリングコラム１３と、このステアリングシャフト１２に補助トルクを付与する為のアシスト装置（操舵補助部）２０と、このステアリングシャフト１２の車体前方側（図１の左側）に、図示しないラック／ピニオン機構を介して連結されたステアリングギヤ３０とを備える。
ステアリングシャフト１２は、雌ステアリングシャフト１２Ａと雄ステアリングシャフト１２Ｂとを、回転トルクを伝達可能に、かつ軸方向に関して相対移動可能にスプライン嵌合している。従って、上記雌ステアリングシャフト１２Ａと雄ステアリングシャフト１２Ｂとは、衝突時に、このスプライン嵌合部が相対移動して、全長を縮めることができる。
また、上記ステアリングシャフト１２を挿通した筒状のステアリングコラム１３は、アウターコラム１３Ａとインナーコラム１３Ｂとをテレスコピック移動可能に組み合わせており、衝突時に軸方向の衝撃が加わった場合に、この衝撃によるエネルギを吸収しつつ全長が縮まる、所謂コラプシブル構造としている。
そして、上記インナーコラム１３Ｂの車体前方側端部を、ギヤハウジング２１の車体後方側端部に圧入嵌合して固定している。また、上記雄ステアリングシャフト１２Ｂの車体前方側端部を、このギヤハウジング２１の内側に通し、アシスト装置２０の図示しない入力軸の車体後方側端部に連結している。
ステアリングコラム１３は、その中間部を支持ブラケット１４により、ダッシュボードの下面等、車体１８の一部に支承している。また、この支持ブラケット１４と車体１８との間に、図示しない係止部を設けて、この支持ブラケット１４に車体前方側に向かう方向の衝撃が加わった場合に、この支持ブラケット１４が上記係止部から外れ、車体前方側に移動するようにしている。
また、上記ギヤハウジング２１の上端部も、上記車体１８の一部に支承している。また、本実施例の場合には、チルト機構及びテレスコピック機構を設けることにより、上記ステアリングホイール１１の車体前後方向位置、及び、高さ位置の調節を自在としている。このようなチルト機構及びテレスコピック機構は、従来から周知であり、本発明の特徴部分でもない為、詳しい説明は省略する。
上記ギヤハウジング２１の車体前方側端面から突出した出力軸２３は、十字軸自在継手１５を介して、中間シャフト１６の後端部に連結している。また、この中間シャフト１６の前端部に、別の十字軸自在継手１５を介して、ステアリングギヤ３０の入力軸３１を連結している。中間シャフト１６は、雄中間シャフト（雄シャフト）１６Ａの車体前方側に、雌中間シャフト（雌シャフト）１６Ｂの車体後方側が外嵌し、回転トルクを伝達可能に、かつ、軸方向に関して相対移動可能に嵌合している。
図示しないピニオンが、入力軸３１に結合している。また、図示しないラックが、このピニオンに噛み合っており、ステアリングホイールの回転が、タイロッド３２を移動させて、図示しない車輪を操舵する。
アシスト装置２０のギヤハウジング２１には、電動モータ２６のケース２６１が固定され、この電動モータ２６の図示しない回転軸にウォームが結合されている。出力軸２３には図示しないウォームホイールが取り付けられ、このウォームホイールに電動モータ２６の回転軸のウォームが噛合っている。
また、出力軸２３の中間部の周囲には、図示しないトルクセンサが設けられている。上記ステアリングホイール１１からステアリングシャフト１２に加えられるトルクの方向と大きさを、トルクセンサで検出し、この検出値に応じて、電動モータ２６を駆動し、ウォームとウォームホイールから成る減速機構を介して、出力軸２３に、所定の方向に所定の大きさで補助トルクを発生させる。
図２は、本発明の実施例１の十字軸自在継手１５の一部を断面した側面図である。図３は図２の十字軸自在継手の要部の分解図である。図４は図２のスラストピースの拡大斜視図である。図５は図２の十字軸自在継手の要部の組立途中の状態を示し、軸受外輪の底部内面でスラストピースを押し、スラストピースの下端が軸方向孔の底部に当接した状態を示す断面図である。図６は図２の十字軸自在継手の要部の組立途中の状態を示し、図５の状態からさらに軸受を圧入し、スラストピースのフランジ部下端面が十字軸軸部の先端面に当接した状態を示す断面図である。
図７は図２の十字軸自在継手の要部の組立が完了した状態を示し、図６の状態からさらに軸受を圧入し、スラストピース上端の裁頭円錐部を押し潰した状態を示す断面図である。図８は組立が完了した実施例１の十字軸自在継手に、大きな回転トルクが作用した状態を示す断面図である。図９はスラストピースと軸受外輪の底部内面との間に作用するスラスト力とスラストピースの押し潰し量との関係を示すグラフである。図１０はスラストピースの変形例を示す部品図である。
図２から図３に示すように、十字軸自在継手１５は、先端が二股状に分かれたアームを有する一対のヨーク４、４の間に、十字状の十字軸５が介装してある。すなわち、ヨーク４の軸受孔４１に、ニードル軸受６を介して、十字軸５両端の軸部５１、５１が揺動自在に嵌合し、軸部５１、５１の下部外周には、シール５２、５２が嵌合している。本実施例のヨーク４は、板金、鍛造もしくは鋳造のいずれで製造しても良く、またヨーク４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。
ニードル軸受６の外輪６１は、有底筒状（円筒カップ状）の金属製で、軸受孔４１に締まりばめ嵌合する筒状部６３と、図３で見て、筒状部６３の上端に閉鎖して形成された底部６４と、筒状部６３の下端に形成され、開放した内向き折り曲げ部６５で構成されている。底部６４は、球面状に形成されている。ニードル軸受６の筒状部６３を軸受孔４１に圧入すると、内向き折り曲げ部６５の下端面にシール５２が軽く接触し、外部からニードル軸受６内に塵埃が浸入するのを防止する。
この筒状部６３の内側転動面６３１には、複数のニードル６２が転動可能に配列されている。また、ニードル６２の内周と十字軸５の軸部５１の外周５１１は、適度な隙間で嵌合する寸法関係に形成されている。ニードル６２の内周と十字軸５の軸部５１の外周５１１との嵌合は、締まりばめ嵌合にしてもよい。
軸部５１の軸芯には、有底の軸方向孔５３が形成され、この軸方向孔５３に、合成樹脂製のスラストピース７が挿入される。軸方向孔５３はドリル加工によって形成され、軸方向孔５３の底部５３１は円錐形状に形成されている。
スラストピース７の材質としては、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）等の合成樹脂が好ましい。
図３から図４に示すように、スラストピース７は全体として円柱状に形成され、図３の下端側から、小径円柱部７１、大径円柱部７２、フランジ部７３、裁頭円錐部（頭を切った円錐部）７４の順に形成されている。
フランジ部７３の直径は、軸方向孔５３の内径よりも大径に形成されている。従って、軸方向孔５３にスラストピース７の大径円柱部７２を挿入していくと、軸部５１の先端面５１２にフランジ部７３の下端面（第２の当接面）７３１が当接して、軸部５１に対するスラストピース７の相対移動を規制する。
大径円柱部７２の直径は軸方向孔５３の内径よりも若干小径に形成され、大径円柱部７２の外周には、９０度間隔に（図３のＡ−Ａ断面図参照）、その軸方向の全長にわたって、４本の矩形断面の突条７２１が形成されている。突条７２１の外周の直径は軸方向孔５３の内径よりも若干大径に形成されている。
軸方向孔５３の開口部にスラストピース７の大径円柱部７２を軽く挿入した後、ニードル軸受６の筒状部６３を軸受孔４１に圧入すると、ニードル軸受６の底部内面６４１の中心部が、スラストピース７の裁頭円錐部７４上端の裁頭部（第３の当接面）７４１に当接して、スラストピース７を軸方向孔５３に押し込む。さらに筒状部６３を軸受孔４１に圧入すると、図５に示すように、スラストピース７の小径円柱部７１の下面（第１の当接面）７１１が、軸方向孔５３の底部５３１に当接する。
この状態から、さらに筒状部６３を軸受孔４１に圧入すると、スラストピース７の小径円柱部７１が、軸方向孔５３の底部５３１の円錐形状に倣って押し潰される。図９はスラストピース７とニードル軸受６の底部内面６４１との間に作用するスラスト力と、スラストピース７の押し潰し量（変形量）との関係を示すグラフである。
スラストピース７の小径円柱部７１は、スラストピース７の他の部位よりも小径に形成されている。従って、ニードル軸受６の底部内面６４１でスラストピース７を押し込むと、突条７２１が軸方向孔５３の内周面に圧入されて、締まりばめ嵌合し、図９のグラフのＰ１からＰ２に示すように、まず最初に、小径円柱部７１が、軸方向孔５３の底部５３１の円錐形状に倣って押し潰される。スラスト力が小さい間は、図９のグラフのＰ１からＰ２に示すように弾性変形し、スラスト力がＦ１になると、グラフのＰ２からＰ３に示すように、小径円柱部（塑性変形部）７１が塑性変形する。
この小径円柱部７１の変形によって、図６に示すように、軸部５１の先端面５１２にフランジ部７３の下端面７３１が当接し、軸部５１に対するスラストピース７の相対移動が規制される。このように、スラストピース７とニードル軸受６の底部内面６４１との間に作用するスラスト力を、フランジ部７３の下端面７３１と小径円柱部７１の両方で支持している。従って、大きなスラスト力が作用しても、フランジ部７３は破損しない。
また、軸方向孔５３の深さよりも、フランジ部７３の下端面７３１から小径円柱部７１の下面７１１までの長さを大きく形成している。従って、軸方向孔５３の深さのバラツキがあっても、スラスト力を、フランジ部７３の下端面７３１と小径円柱部７１の両方で確実に支持することができるとともに、十字軸５やスラストピース７の加工精度を必要としないため、これらの部品の製造を楽に行うことができる。
この状態から、さらに筒状部６３を軸受孔４１に圧入すると、図９のグラフのＰ３からＰ４に示すように、スラストピース７の裁頭円錐部７４上端の裁頭部（弾性変形部）７４１が弾性変形し、図９のグラフで、スラスト力がＦ２で押し潰し量がδ１の位置で、十字軸自在継手１５の組立が完了する。図７が十字軸自在継手１５の組立が完了した状態を示し、ニードル軸受６の底部内面６４１とフランジ部７３の上端面（当接面）７３２との間には、若干の隙間が形成されている。本発明の実施例のスラストピース７は、十字軸５の４本の軸部５１のうちの少なくとも１本に装着すればよいし、４本の軸部５１全てに装着してもよい。
図７に示すように、十字軸自在継手１５の組立が完了すると、上記したスラストピース７の各部の弾性変形によって、ニードル軸受６の底部内面６４１の中心部と十字軸５の軸部５１との間に、所定の予圧が付与される。これにより、ニードル軸受６に対する十字軸５のスラスト方向の移動を阻止している。
運転中に、運転者が据え切りをしたり、アシスト装置２０が作動して操舵補助力が作用すると、大きなトルクが十字軸自在継手１５に作用する。その結果、スラスト力がＦ２よりも大きくなると、図９のグラフのＰ４からＰ５に示すように、スラストピース７の裁頭円錐部７４上端の裁頭部７４１が弾性変形し、十字軸５の軸部５１が図７の上方に移動する。
スラスト力がＦ３よりも大きくなると、図９のグラフのＰ５からＰ６に示すように、スラストピース７の裁頭円錐部７４は、上端の裁頭部７４１が塑性変形し、直径の大きな下部が弾性変形する。その結果、スラスト力がＦ４になると、図９のグラフのＰ６の位置で、図８に示すように、ニードル軸受６の底部内面６４１の中心部の周囲がフランジ部７３の上端面（第４の当接面）７３２に当接する。
フランジ部７３の上端面７３２は、なだらかな傾斜面になっていて、ニードル軸受６の底部内面６４１の中心部の周囲の接線方向に近似させた傾斜面に形成している。従って、ニードル軸受６の底部内面６４１の中心部の周囲が、フランジ部７３の上端面７３２に広い面積で当接し、大きなスラスト力が作用しても、ニードル軸受６の底部内面６４１やスラストピース７の破損を防止することが可能となる。
図９のグラフのＰ６からＰ７に示すように、スラスト力がＦ５になるまでフランジ部７３は若干弾性変形可能であって、ニードル軸受６に対する十字軸５のスラスト方向の移動を阻止する。従って、十字軸５のスラスト方向の移動量を、シール５２の追従許容範囲に抑えることができるため、シール性能を維持することが可能となる。
また、大きなスラスト力が作用した時に、ニードル軸受６の底部内面６４１は、金属製の軸部５１の先端面５１２には当接せず、合成樹脂製のフランジ部７３の上端面７３２に当接するため、摩擦抵抗が大きくならず、操舵トルクの増加を抑えることができる。
十字軸自在継手１５に作用すトルクが通常のトルクに戻ると、図９のグラフのＰ７、Ｐ８、Ｐ９に示すように、スラストピース７は、スラストピース７の弾性変形量分だけ長さが元に戻る。
再び大きなトルクが十字軸自在継手１５に作用すると、図９のグラフのＰ９、Ｐ６、Ｐ７に示すように、スラストピース７の裁頭円錐部７４上端の裁頭部７４１、及びフランジ部７３が弾性変形し、ニードル軸受６の底部内面６４１の中心部の周囲がフランジ部７３の上端面７３２に当接して、ニードル軸受６に対する十字軸５のスラスト方向の移動を阻止する。
図１０はスラストピース７の変形例を示す部品図である。図１０（１Ｂ）は図１０（１Ａ）のＢ−Ｂ断面図、図１０（２Ｂ）は図１０（２Ａ）のＰ矢視図である。実施例１では、フランジ部７３の下端面７３１は平面に形成されて、十字軸１５に大きなスラスト力が作用すると、軸部５１の先端面５１２にフランジ部７３の下端面７３１が面で当接して、スラスト力を受けている。
図１０（１Ａ）、（１Ｂ）に示すスラストピース７では、フランジ部７３の下端面７３１に、複数の半球状凸部７３３を形成し、十字軸１５に大きなスラスト力が作用すると、軸部５１の先端面５１２に複数の半球状凸部７３３が点で当接して、スラスト力を受ける。
また、実施例１では、フランジ部７３の上端面７３２は傾斜面に形成されて、十字軸１５に大きなスラスト力が作用すると、ニードル軸受６の底部内面６４１の中心部の周囲にフランジ部７３の上端面７３２が面で当接して、スラスト力を受けている。
図１０（２Ａ）、（２Ｂ）に示すスラストピース７では、フランジ部７３の上端面７３２をスラストピース７の中心軸線に直交する平面に形成している。そして、この平面に形成した上端面７３２に、複数の半球状凸部７３４を形成している。図１０（２Ａ）に示すように、フランジ部７３の上端面７３２からこの半球状凸部７３４の上端までの寸法ａは、フランジ部７３の上端面７３２から裁頭円錐部７４の裁頭部７４１までの寸法ｂよりも小さく形成している。従って、十字軸１５に大きなスラスト力が作用すると、ニードル軸受６の底部内面６４１の中心部の周囲に複数の半球状凸部７３４が点で当接して、スラスト力を受ける。
次に本発明の実施例２について説明する。図１１は本発明の実施例２の十字軸自在継手の要部の分解図である。図１２は図１１の十字軸自在継手の要部の組立途中の状態を示し、軸受外輪の底部内面でスラストピースを押し、スラストピースの下端が軸方向孔の底部に当接した状態を示す断面図である。
図１３は図１１の十字軸自在継手の要部の組立が完了した状態を示し、スラストピースのフランジ部下端面が十字軸軸部の先端面に当接するまで軸受を圧入し、その状態からさらに軸受を圧入して、スラストピースの下端の小径円筒部と、スラストピースの上端の裁頭円錐部を押し潰した状態を示す断面図である。図１４は組立が完了した実施例２の十字軸自在継手に、大きな回転トルクが作用した状態を示す断面図である。以下の説明では、上記実施例と異なる構造部分と作用についてのみ説明し、重複する説明は省略する。
実施例２は、スラストピースを上下対称構造にした例である。すなわち、図１１から図１４に示すように、実施例２の十字軸自在継手１５は、ニードル軸受６は実施例１と同一形状で、スラストピース７の形状、軸部５１の軸方向孔５３の形状が実施例１とは異なる。
合成樹脂製のスラストピース７は、フランジ部７３を中心にして、図１１の上方及び下方に、大径円柱部７２、裁頭円錐部（頭を切った円錐部）７４、小径円柱部７１の順に、上下対称構造に形成されている。すなわち、フランジ部７３の下端面７３１から下方の小径円柱部７１の下面７１１までの長さ、及び、フランジ部７３の上端面７３２から上方の小径円柱部７１の上面７１２までの長さが同一に形成されている。
また、十字軸５の軸部５１の軸方向孔５３の深さは、実施例１の軸方向孔５３の深さよりも浅く形成され、フランジ部７３の下端面７３１から下方の小径円柱部７１の下面７１１までの長さ、及び、フランジ部７３の上端面７３２から上方の小径円柱部７１の上面７１２までの長さよりも若干大きく形成している。
大径円柱部７２の直径は軸方向孔５３の内径よりも若干小径に形成され、大径円柱部７２の外周には、９０度間隔に、その軸方向の全長にわたって、４本の矩形断面の突条７２１が形成されている。突条７２１の外周の直径は軸方向孔５３の内径よりも若干大径に形成されている。
軸方向孔５３の開口部にスラストピース７の大径円柱部７２を軽く挿入した後、ニードル軸受６の筒状部６３を軸受孔４１に圧入すると、ニードル軸受６の底部内面６４１の中心部が、スラストピース７の上方の小径円筒部７１の上面７１２に当接して、スラストピース７を軸方向孔５３に押し込む。さらに筒状部６３を軸受孔４１に圧入すると、図１２に示すように、スラストピース７の下方の小径円柱部７１の下面（第１の当接面）７１１が、軸方向孔５３の底部５３１に当接する。
この状態から、さらに筒状部６３を軸受孔４１に圧入し、ニードル軸受６の底部内面６４１でスラストピース７を押し込むと、スラストピース７の下方の小径円柱部７１は、軸方向孔５３の底部５３１の円錐形状に倣って押し潰され、同時に、上方の小径円柱部７１が、ニードル軸受６の底部内面６４１に倣って押し潰される。スラスト力が小さい間は、下方の小径円柱部（塑性変形部）７１及び上方の小径円柱部７１は弾性変形し、スラスト力が大きくなると塑性変形する。
この下方の小径円柱部７１及び上方の小径円柱部７１の変形によって、図１３に示すように、軸部５１の先端面５１２にフランジ部７３の下端面（第２の当接面）７３１が当接し、軸部５１に対するスラストピース７の相対移動が規制される。このように、スラストピース７とニードル軸受６の底部内面６４１との間に作用するスラスト力を、フランジ部７３の下端面７３１と下方の小径円柱部７１の両方で支持している。従って、大きなスラスト力が作用しても、フランジ部７３が破損しないようにしている。
この状態から、さらに筒状部６３を軸受孔４１に圧入すると、スラストピース７の上方の裁頭円錐部７４上端の裁頭部（第３の当接面）７４１が弾性変形し、十字軸自在継手１５の組立が完了する。図１３が十字軸自在継手１５の組立が完了した状態を示し、ニードル軸受６の底部内面６４１とフランジ部７３の上端面（当接面）７３２との間には、若干の隙間が形成されている。
図１３に示すように、十字軸自在継手１５の組立が完了すると、上記したスラストピース７の各部の弾性変形によって、ニードル軸受６の底部内面６４１の中心部と十字軸５の軸部５１との間に、所定の予圧が付与される。これにより、ニードル軸受６に対する十字軸５のスラスト方向の移動を阻止している。
運転中に、運転者が据え切りをしたり、アシスト装置２０が作動して操舵補助力が作用すると、大きなトルクが十字軸自在継手１５に作用する。その結果、スラスト力が大きくなると、スラストピース７の裁頭円錐部７４上端の裁頭部７４１がさらに弾性変形し、十字軸５の軸部５１が図１３の上方に移動する。
スラスト力が大きくなると、スラストピース７の上方の裁頭円錐部７４は、上端の裁頭部７４１が塑性変形し、直径の大きな下部が弾性変形する。その結果、ニードル軸受６の底部内面６４１の中心部の周囲が、フランジ部７３の上端面７３２外周の面取り部（第４の当接面）７３５に当接する。
従って、ニードル軸受６の底部内面６４１の中心部の周囲が、フランジ部７３の上端面７３２に広い面積で当接し、大きなスラスト力が作用しても、ニードル軸受６の底部内面６４１やスラストピース７の破損を防止することが可能となる。
スラスト力がさらに大きくなっても、フランジ部７３は若干弾性変形可能であって、ニードル軸受６に対する十字軸５のスラスト方向の移動を阻止する。従って、十字軸５のスラスト方向の移動量を、シール５２の追従許容範囲に抑えることができるため、シール性能を維持することが可能となる。
また、大きなスラスト力が作用した時に、ニードル軸受６の底部内面６４１は、金属製の軸部５１の先端面５１２には当接せず、合成樹脂製のフランジ部７３の上端面７３２に当接するため、摩擦抵抗が大きくならず、操舵トルクの増加を抑えることができる。
実施例２では、スラストピース７が上下対称構造になっているため、部品の方向性を考えずにスラストピース７を組み立てることができるため、組立ミスが防止でき、組立作業性が向上する。
上記実施例では、車両用ステアリング装置に使用される十字軸自在継手に本発明を適用した例について説明したが、動力伝達軸に使用される十字軸自在継手に適用してもよい。また、上記実施例では、アシスト装置２０を有する車両用ステアリング装置に使用される十字軸自在継手に本発明を適用した例について説明したが、アシスト装置２０の無い車両用ステアリング装置に適用してもよい。
さらに上記実施例では、軸部５１に軸方向孔５３が形成されている十字軸自在継手に本発明を適用した例について説明したが、軸部５１に軸方向孔５３が形成されていない十字軸自在継手に適用してもよい。その場合には、スラストピース７の第１の当接面７１１は不要になる。
１１ ステアリングホイール
１２ ステアリングシャフト
１２Ａ 雌ステアリングシャフト
１２Ｂ 雄ステアリングシャフト
１３ ステアリングコラム
１３Ａ アウターコラム
１３Ｂ インナーコラム
１４ 支持ブラケット
１５ 十字軸自在継手
１６ 中間シャフト
１６Ａ 雄中間シャフト
１６Ｂ 雌中間シャフト
１８ 車体
２０ アシスト装置
２１ ギヤハウジング
２３ 出力軸
２６ 電動モータ
２６１ ケース
３０ ステアリングギヤ
３１ 入力軸
３２ タイロッド
４ ヨーク
４１ 軸受孔
５ 十字軸
５１ 軸部
５１１ 外周
５１２ 先端面
５２ シール
５３ 軸方向孔
５３１ 底部
６ ニードル軸受
６１ 外輪
６２ ニードル
６３ 筒状部
６３１ 内側転動面
６４ 底部
６４１ 底部内面
６５ 内向き折り曲げ部
７ スラストピース
７１ 小径円柱部
７１１ 下面（第１の当接面）
７１２ 上面
７２ 大径円柱部
７２１ 突条
７３ フランジ部
７３１ 下端面（第２の当接面）
７３２ 上端面（第４の当接面）
７３３、７３４ 半球状凸部
７３５ 面取り部（第４の当接面）
７４ 裁頭円錐部
７４１ 裁頭部（第３の当接面）
１２ ステアリングシャフト
１２Ａ 雌ステアリングシャフト
１２Ｂ 雄ステアリングシャフト
１３ ステアリングコラム
１３Ａ アウターコラム
１３Ｂ インナーコラム
１４ 支持ブラケット
１５ 十字軸自在継手
１６ 中間シャフト
１６Ａ 雄中間シャフト
１６Ｂ 雌中間シャフト
１８ 車体
２０ アシスト装置
２１ ギヤハウジング
２３ 出力軸
２６ 電動モータ
２６１ ケース
３０ ステアリングギヤ
３１ 入力軸
３２ タイロッド
４ ヨーク
４１ 軸受孔
５ 十字軸
５１ 軸部
５１１ 外周
５１２ 先端面
５２ シール
５３ 軸方向孔
５３１ 底部
６ ニードル軸受
６１ 外輪
６２ ニードル
６３ 筒状部
６３１ 内側転動面
６４ 底部
６４１ 底部内面
６５ 内向き折り曲げ部
７ スラストピース
７１ 小径円柱部
７１１ 下面（第１の当接面）
７１２ 上面
７２ 大径円柱部
７２１ 突条
７３ フランジ部
７３１ 下端面（第２の当接面）
７３２ 上端面（第４の当接面）
７３３、７３４ 半球状凸部
７３５ 面取り部（第４の当接面）
７４ 裁頭円錐部
７４１ 裁頭部（第３の当接面）
Claims (10)
- ヨークに形成された軸受孔、
上記軸受孔に内嵌する有底筒状の外輪を有する軸受、
上記軸受に内嵌する十字状の軸部を有する十字軸、
上記十字軸の軸部の先端面と軸受外輪の底部内面との間に挟持されて、上記軸部と軸受との間に予圧を付与する合成樹脂製のスラストピース、
上記スラストピースに形成され、上記軸部の先端面に当接する第２の当接面を有し、スラストピースが軸部に対して軸方向へ移動することを阻止するフランジ部、
上記スラストピースに形成され、上記軸受外輪の底部内面の略中心部に当接する第３の当接面、
上記フランジ部に上記第２の当接面の反対側の面に形成され、上記ヨークに所定値以上のトルクが作用した時に、上記軸受外輪の底部内面の中心部の周囲に当接して、上記軸部が軸受に対して軸方向へ移動することを阻止する第４の当接面を備えたこと
を特徴とする十字軸自在継手。 - 請求項１に記載された十字軸自在継手において、
上記第４の当接面は、
上記軸受外輪の底部内面の中心部の周囲の接線方向に形成されていること
を特徴とする十字軸自在継手。 - ヨークに形成された軸受孔、
上記軸受孔に内嵌する有底筒状の外輪を有する軸受、
上記軸受に内嵌する十字状の軸部を有する十字軸、
上記軸部の軸心に形成された有底の軸方向孔、
上記軸方向孔に内嵌され、軸方向孔の底部と軸受外輪の底部内面との間に挟持されて、上記軸部と軸受との間に予圧を付与する合成樹脂製のスラストピース、
上記スラストピースに形成され、上記軸方向孔の底部に当接する第１の当接面、
上記スラストピースに形成され、上記軸方向孔よりも大径で、上記軸部の先端面に当接する第２の当接面を有し、スラストピースが軸方向孔の底部側へ移動することを阻止するフランジ部、
上記スラストピースに形成され、上記軸受外輪の底部内面の略中心部に当接する第３の当接面、
上記フランジ部に上記第２の当接面の反対側の面に形成され、上記ヨークに所定値以上のトルクが作用した時に、上記軸受外輪の底部内面の中心部の周囲に当接して、上記軸部が軸受に対して軸方向へ移動することを阻止する第４の当接面を備えたこと
を特徴とする十字軸自在継手。 - 請求項３に記載された十字軸自在継手において、
上記第１の当接面は塑性変形し、第３の当接面は弾性変形すること
を特徴とする十字軸自在継手。 - 請求項３に記載された十字軸自在継手において、
上記第１の当接面は、
スラストピースの他の部位よりも小径に形成されていること
を特徴とする十字軸自在継手。 - 請求項３に記載された十字軸自在継手において、
上記第３の当接面は、
上記第１の当接面よりも大径の裁頭円錐部の裁頭部であること
を特徴とする十字軸自在継手。 - 請求項３に記載された十字軸自在継手において、
上記第４の当接面は、
上記軸受外輪の底部内面の中心部の周囲の接線方向に形成されていること
を特徴とする十字軸自在継手。 - 請求項３に記載された十字軸自在継手において、
上記スラストピースは、
上記軸方向孔の底部側の形状と上記軸受外輪の底部内面側の形状が互いに対称構造であること
を特徴とする十字軸自在継手。 - 請求項１から請求項８までのいずれかに記載された十字軸自在継手において、
上記十字軸自在継手は、ステアリングホイールの操舵力をステアリングギヤに伝達するステアリング装置のステアリングシャフトに連結されていること
を特徴とする十字軸自在継手。 - 請求項９に記載された十字軸自在継手において、
操舵補助トルクをステアリングシャフトに付与する操舵補助部が、上記十字軸自在継手よりもステアリングホイール側に設けられていること
を特徴とする十字軸自在継手。
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-
2006
- 2006-08-08 JP JP2006216076A patent/JP4899706B2/ja active Active
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| US10184525B2 (en) | 2013-08-30 | 2019-01-22 | Nsk Ltd. | Method of manufacturing cross shaft universal joint |
Also Published As
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