JP2008095737A - 自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】自在継手において、十字軸のトラニオンとヨークの嵌合孔との間に設けられる軸受の外輪カップは、ヨークの嵌合孔に圧入されているが、振動や衝撃によって外輪カップが嵌合孔に対して動くことがある。外輪カップが動くと、軸受に予圧抜けやガタが生じてしまう。
【解決手段】有底円筒状の外輪カップ２８は、ヨークのタブ２３の嵌合孔２５に圧入嵌合され、針状ころ２７を介して十字軸のトラニオン２４を回転自在に支持する。嵌合孔２５の入口縁部３３に形成されたかしめ部３４が、外輪カップ２８の底壁３２の外周縁に係合される。嵌合孔２５の入口３３ａを覆う円板状に形成された固着材３５が、外輪カップ２８をタブ２３に止定する。外輪カップ２８が嵌合孔２５内で動くことを防止する。
【選択図】図４

Description

本発明は、十字軸を用いる自在継手に関する。

２つの軸を互いに連結する自在継手として種々のものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１には、十字軸を用いた自在継手が記載されている。この自在継手は、十字軸の各トラニオンを、ヨークの対応する嵌合孔に圧入されたベアリングカップによってニードルローラーを介して支持している。
特開２０００−１７０７８６号公報 特開２００５−２１４２９８号公報

ベアリングカップは、嵌合孔に圧入されてヨークに保持されている。また、ヨークの嵌合孔の周囲の肉を塑性変形して形成したかしめ突起がベアリングカップの端面に対向しており、ベアリングカップを受けるようにしてある。これにより、自在継手に連結されている軸から振動や衝撃が入力されること等に起因してベアリングカップが嵌合孔内で動いたときでも、ベアリングカップが嵌合孔から抜け出さないようにしている。

しかしながら、ベアリングカップが嵌合孔に対して相対移動することを完全には規制できておらず、ベアリングカップの移動に起因して、ベアリングカップやニードルローラー等に付与されている予圧が抜けたり、ベアリングカップとニードルローラーとの間にガタ（隙間）が生じてしまう。これら予圧抜けやガタは、異音の発生の原因となる。特に、自動車のステアリングシャフトとインターミディエイトシャフトとを連結する自在継手においては、上記予圧抜けやガタが操舵フィーリングの悪化の原因となる。

本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、十字軸のトラニオンを支持するためのカップとヨークとを確実に固定することのできる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（２２）に設けられたトラニオン（２４）と、このトラニオン（２４）の外周面（２４ａ）の周囲を取り囲んで環状に配置された複数の針状ころ（２７）と、ヨーク（２０，２１）の嵌合孔（２５）に保持され、上記針状ころ（２７）を介して上記トラニオン（２４）を回転自在に支持する有底円筒状の外輪カップ（２８）と、ヨーク（２０，２１）の嵌合孔（２５）の入口縁部（３３）の周方向（Ｃ）の一部に突出形成され、外輪カップ（２８）の底部（３２）の外周縁に係合される塑性変形部（３４）と、ヨーク（２０，２１）の嵌合孔（２５）の入口縁部（３３）に沿う環状またはヨーク（２０，２１）の嵌合孔（２５）の入口（３３ａ）を覆う円板状に形成され、外輪カップ（２８）をヨーク（２０，２１）に止定する固着材（３５）とを備えることを特徴とする自在継手（４，６）を提供するものである（請求項１）。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
本発明によれば、固着材によって外輪カップをヨークに固定でき、振動や衝撃が生じても、外輪カップが嵌合孔内で動くことを防止できる。外輪カップがヨークに対して相対移動することを防止できる結果、外輪カップや針状ころ等に付与されている予圧が抜けたり、外輪カップところとの間にガタ（隙間）が生じたりすることを防止できる。

また、本発明において、上記固着材（３５）は接着剤を含む場合がある（請求項２）。この場合、嵌合孔に接着剤を充填するという簡易な作業で固着材を形成することができる。
また、本発明において、上記固着材（３５）は成形樹脂を含む場合がある（請求項３）。この場合、嵌合孔内に溶融樹脂を射出して固着材を形成でき、固着材を外輪カップおよび嵌合孔の入口縁部の双方に確実に固着することができる。

また、本発明において、上記ヨーク（２０，２１）の嵌合孔（２５）の入口（３３ａ）の内周面（２５ａ）、外輪カップ（２８）の外周面（２９ａ）および外輪カップ（２８）の外底面（３２ａ）の少なくとも１つに、固着材（３５）との固着面積を拡げるための起伏部（３７，３８，３９）が形成されている場合がある（請求項４）。この場合、対応するヨークの嵌合孔の入口の内周面、外輪カップの外周面および外輪カップの外底面と固着材との固着力をより強くできる。

また、本発明において、上記起伏部（３７，３８，３９）は、凹部および凸部の少なくとも一方を含む場合がある（請求項５）。この場合、起伏部を簡易な形状で構成することができる。

本発明の好ましい実施の形態を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に係る自在継手４，６が適用される自動車のステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。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軸５と、中間軸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７ａに噛み合うラック歯８ａを有して車幅方向（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を含む舵取り機構としてのラックアンドピニオン機構Ａが設けられている。ラックバー８は、車体（図示せず）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）を介して対応する車輪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７ａおよびラック歯８ａによって、車両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、車輪１１の転舵が達成される。
図２は、中間軸５の周辺の側面図である。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と、中間軸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とを備えている。

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、中間軸５の他端５ｂ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とを備えている。
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。図２において、自在継手４のヨーク２０については一方のタブ２３のみを示し、自在継手６のヨーク２１については一方のタブ２３のみを示している。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、以下では自在継手４に則して説明する。図３は、自在継手４の要部の一部破断側面図である。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が挿通される嵌合孔２５がそれぞれ形成されている（図３では、１つのタブ２３のみを示している）。
なお、各タブ２３と対応するトラニオン２４とを連結する構成はそれぞれ同様であるので、以下では、１つのタブ２３および対応するトラニオン２４に則して主に説明する。

図４は、図３の要部の拡大図である。図４を参照して、トラニオン２４は円筒状に形成されている。タブ２３は、嵌合孔２５に嵌合されて保持された軸受２６を介して、対応するトラニオン２４を回転自在に支持している。
軸受２６は、トラニオン２４の外周面２４ａの周囲を取り囲んで環状に並べて配列された複数の転動体としての針状ころ２７と、これらの針状ころ２７を保持すると共に嵌合孔２５に圧入嵌合されて保持された有底円筒状の外輪カップ２８とを含んでいる。

外輪カップ２８は、薄板の板金部材からなり、円筒状の周壁２９を有している。周壁２９の一端には、周壁２９の径方向内方を向く環状フランジ部３０が形成されている。図３を参照して、環状フランジ部３０は、トラニオン２４の基端部に外嵌された環状のオイルシール３１と液密的に接触しており、外輪カップ２８とトラニオン２４との間を封止している。

図４を参照して、周壁２９の外周面２９ａの一部が、タブ２３の嵌合孔２５の内周面２５ａに圧接されている。周壁２９の内周面２９ｂおよびトラニオン２４の外周面２４ａの双方に、針状ころ２７が転がり接触している。外輪カップ２８は、針状ころ２７を介してトラニオン２４を回転自在に支持している。周壁２９の他端には外輪カップ２８の底部としての底壁３２が設けられ、周壁２９の他端が塞がれている。

図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。なお、図４は、図５のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面を示している。図４および図５を参照して、タブ２３の嵌合孔２５の一端の入口縁部３３には、塑性変形部としてのかしめ部３４が突出形成されている。このかしめ部３４は、外輪カップ２８の底壁３２の外周縁にかしめ付けられて係合される場合がある。あるいは、かしめ部３４と外輪カップ２８の底壁３２の外周縁との間に微小な隙間が生じている場合がある。

かしめ部３４は、嵌合孔２５の周辺のタブ２３の肉を塑性変形してなる突起であり、嵌合孔２５の周方向Ｃに関して等間隔に複数（本実施の形態において、例えば４つ）設けられている。なお、かしめ部３４は、周方向Ｃに等間隔に２つ、３つまたは５つ以上設けられていてもよい。
かしめ部３４と外輪カップ２８の底壁３２の外周縁との係合により、外輪カップ２８が嵌合孔２５からタブ２３の外側面２３ａ側に抜けてしまうことを防止している。

本実施の形態の特徴とするところは、嵌合孔２５の一端の入口３３ａを覆う薄皮の円板状に形成され、外輪カップ２８をタブ２３（ヨーク）に止定する固着材３５が設けられている点にある。
固着材３５は、例えば、接着剤、成形樹脂または焼結体を用いて形成されており、嵌合孔２５の内周面２５ａと外輪カップ２８の外表面とに区画された空間に充填されている。

接着剤として、エポキシ樹脂系やシアノアクリレート系接着剤を例示することができる。固着材３５として接着剤を用いる場合には、接着剤を外輪カップ２８の外表面や嵌合孔２５の内周面２５ａに塗布して固着材３５を形成してもよい。
成形樹脂として、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）および耐熱性樹脂（ＰＰＳ等）を例示することができる。成形樹脂を用いて固着材３５を形成する場合には、固着材３５は、例えば、射出成形によって形成される。

焼結体の材料として、一般的な金属製の焼結体またはファインセラミックを例示することができる。
固着材３５は、嵌合孔２５の内周面２５ａおよび外輪カップ２８の外表面の双方と固着しており、タブ２３と外輪カップ２８との相対移動を規制している。具体的には、入口３３ａの内周面２５ａ、かしめ部３４、および内周面２５ａの後述する凹部３６と、固着材３５とが互いに固着している。また、外輪カップ２８の周壁２９の外周面２９ａのうち、嵌合孔２５の内周面２５ａに接触していない部分２９ｃと、固着材３５とが互いに固着している。さらに、外輪カップ２８の底壁３２の外底面３２ａの略全面と、固着材３５とが互いに固着している。

嵌合孔２５の入口３３ａの内周面２５ａ、外輪カップ２８の外周面２９ａおよび外輪カップ２８の外底面３２ａの少なくとも１つ（本実施の形態において、内周面２５ａ、外周面２９ａおよび外底面３２ａのそれぞれ）には、固着材３５との固着面積を拡げるための起伏部が設けられている。
嵌合孔２５の入口３３ａの内周面２５ａの起伏部３７は、内周面２５ａの一端側に設けられた凹部３６を含んでいる。この凹部３６は、内周面２５ａの全周に亘って形成されている。なお、凹部３６は、断面円弧状に形成されて内周面２５ａの周方向に等間隔に複数形成されていてもよい。

図４および図６を参照して、外輪カップ２８の外周面２９ａの起伏部３８は、この外周面２９ａのうち、少なくとも嵌合孔２５の内周面２５ａに接触していない部分２９ｃに例えばローレット加工を施してなり、凹部と凸部とを含んでいる。
図４および図７を参照して、外輪カップ２８の外底面３２ａの起伏部３９は、この外底面３２ａのうち固着材３５に接する部分（本実施の形態において、全部）に例えばローレット加工を施してなり、凹部と凸部とを含んでいる。

固着材３５の充填は、外輪カップ２８を嵌合孔２５に圧入嵌合し、且つかしめ部３４を形成した後に行われる。
以上の次第で、本実施の形態によれば、以下の作用効果を発揮することができる。すなわち、固着材３５によって外輪カップ２８を対応するヨーク２０，２１にそれぞれ固定でき、振動や衝撃が生じても、外輪カップ２８がこれらヨーク２０，２１の嵌合孔２５内で動くことを防止できる。外輪カップ２８が対応するヨーク２０，２１に対して相対移動することを防止できる結果、外輪カップ２８や針状ころ２７等に付与されている予圧が抜けたり、外輪カップ２８ところとの間にガタ（隙間）が生じたりすることを防止できる。予圧抜けやガタに起因する異音の発生を防止できる。特に、ステアリング装置１の自在継手４，６として用いることにより、操舵フィーリングの悪化を防止することができる。

また、固着材３５として接着剤を用いた場合には、嵌合孔２５に接着剤を充填するという簡易な作業で固着材３５を形成することができる。さらに、固着材３５として成形樹脂を用いた場合には、嵌合孔２５内に溶融樹脂を射出して固着材３５を形成でき、固着材３５を外輪カップ２８および嵌合孔２５の入口縁部３３の双方に確実に固着することができる。また、固着材３５として焼結金属を用いた場合には、ヨーク２０，２１と対応する外輪カップ２８とを堅固に結合することができる。

さらに、嵌合孔２５の入口３３ａの内周面２５ａ、外輪カップ２８の外周面２９ａおよび外輪カップ２８の外底面３２ａのそれぞれに起伏部３７，３８，３９を設けていることにより、これら嵌合孔２５の入口３３ａの内周面２５ａ、外輪カップ２８の外周面２９ａおよび外輪カップ２８の外底面３２ａと固着材３５との固着力をより強くできる。
また、凹部３６を用いて起伏部３７を形成すると共に、凹部および凸部を用いて起伏部３８，３９を形成することにより、起伏部３７，３８，３９を簡易な形状で構成することができる。

本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、図８に示すように、固着材３５を、タブ２３の嵌合孔２５の入口縁部３３に沿う環状に形成してもよい。この場合、固着材３５の使用量を少なくして材料費を少なくすることができる。固着材３５は、円環状でもよいし、多角環状でもよい。

また、上記各実施の形態において、嵌合孔２５の入口３３ａの内周面２５ａにローレット加工を施して起伏部としてもよい。さらに、起伏部３７を嵌合孔２５の内周面２５ａに設けなくてもよいし、起伏部３８を外輪カップ２８の外周面２９ａに設けなくてもよいし、起伏部３９を外輪カップ２８の外底面３２ａに設けなくてもよい。さらに、外輪カップ２８の外周面２９ａおよび外底面３２ａの何れか一方が、固着材３５に固着されていなくてもよい。

その他、本発明は、ステアリング装置以外の他の一般の装置の軸同士を連結する自在継手に適用することができる。

本発明の一実施の形態に係る自在継手が適用される自動車のステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 中間軸の周辺の側面図である。 自在継手の要部の一部破断側面図である。 図３の要部の拡大図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 外輪カップの外周面の起伏部を示す図である。 外輪カップの外底面の起伏部を示す図である。 本発明の別の実施の形態の要部の断面図である。

符号の説明

４，６…自在継手、２０，２１…ヨーク、２２…十字軸、２４…トラニオン、２４ａ…（トラニオンの）外周面、２５…（ヨークの）嵌合孔、２５ａ…（嵌合孔の）内周面、２７…針状ころ、２８…外輪カップ、２９ａ…（周壁の）外周面（外輪カップの外周面）３２…底壁（底部）、３２ａ…（底壁の）外底面、３３…入口縁部、３３ａ…入口、３４…かしめ部（塑性変形部）、３５…固着材、３７，３８，３９…起伏部、Ｃ…周方向。

Claims (5)

1. 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、
   ヨークの嵌合孔の入口縁部の周方向の一部に突出形成され、外輪カップの底部の外周縁に係合される塑性変形部と、
   ヨークの嵌合孔の入口縁部に沿う環状またはヨークの嵌合孔の入口を覆う円板状に形成され、外輪カップをヨークに止定する固着材とを備えることを特徴とする自在継手。
2. 請求項１において、上記固着材は接着剤を含むことを特徴とする自在継手。
3. 請求項１において、上記固着材は成形樹脂を含むことを特徴とする自在継手。
4. 請求項１〜３の何れか１項において、上記ヨークの嵌合孔の入口の内周面、外輪カップの外周面および外輪カップの外底面の少なくとも１つに、固着材との固着面積を拡げるための起伏部が形成されていることを特徴とする自在継手。
5. 請求項４において、上記起伏部は、凹部および凸部の少なくとも一方を含むことを特徴とする自在継手。

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