JP2009156403A - 摺動式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向変位が可能で、しかも、回転方向ガタのない等速自在継手を提供する。
【解決手段】摺動式等速自在継手は、円筒状内周面14に軸方向に延びるボール溝16を形成した外輪10と、球面状外周面24に軸方向に延びるボール溝26を形成した内輪と、対をなす外輪10のボール溝16と内輪20のボール溝26との間に介在させたボール30と、外輪10の内周面14と内輪20の外周面24との間に介在してボール30を所定の位置に保持するケージ32とを具備し、外輪10のボール溝16に別体のプレート40を配置し、かつ、外輪10とプレート40との間に弾性部材46が介在させてある。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車のステアリング系や動力伝達系で使用される摺動式等速自在継手に関する。

ステアリング装置は、図５に示すように、ステアリングホイール５０の回転運動を、一または複数のステアリングシャフト５２を介してステアリングギアに伝達することにより、タイロッド部の往復運動に変換するものである。車載スペース等との兼ね合いでステアリングシャフト５２を一直線に配置できない場合、一または複数の自在継手５４を使用して、図示するようにステアリングシャフト５２が屈曲した状態でもステアリングギアに正確な回転運動を伝達できるようにしている。この自在継手５４に等速自在継手を使用することができる。

等速自在継手は駆動軸と従動軸を連結して２軸が角度をとった状態でも等速でトルクを伝達することができるようにしたもので、角度変位のみ許容する固定式と、角度変位に加えて軸方向変位も許容する摺動式とに大別できる。

ステアリング装置に用いた例として、特許文献１に、回転方向ガタを低減させた固定式等速自在継手が記載されている。この等速自在継手はトルク伝達要素としてボールを用いたいわゆるボールタイプで、図６に示すように、外側継手部材としての外輪１１０と、内側継手部材としての内輪１２０と、トルク伝達要素としてのボール１３０と、ボール１３０を保持するためのケージ１３２とを主要な構成要素としている。

外輪１１０はマウス部１１２とステム部１１８とからなり、図面には現れていないステム部１１８のスプライン（またはセレーション。以下同じ。）軸部にて駆動軸または従動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。マウス部１１２は球面状の内周面１１４を有し、その球面状内周面の円周方向に等間隔に、軸方向に延びるボール溝１１６が形成してある。

内輪１２０はスプライン孔１２２にてシャフト（従動軸または駆動軸）１２８とトルク伝達可能に接続するようになっている。内輪１２０は球面状の外周面１２４を有し、その球面状外周面の円周方向に等間隔に、軸方向に延びるボール溝１２６が形成してある。

外輪１１０のボール溝１１６と内輪１２０のボール溝１２６は対をなし、各対のボール溝１１６、１２６間に１個ずつ、ボール１３０が介在させてある。外輪１１０のボール溝１１６の中心Ｏ１と内輪１２０のボール溝１２６の中心Ｏ２は、継手中心Оを挟んで互いに反対側に、軸方向に等距離だけオフセットさせてある。このため、対をなす外輪１１０のボール溝１１６と内輪１２０のボール溝１２６とで形成されるボールトラックは、軸方向の一方から他方へ漸次縮小したくさび形を呈している。

ケージ１３２は半径方向に貫通したポケット１３４を有し、各ポケット１３４に１個のボール１３０を収容させることにより、すべてのボール１３０が同一平面内に保持される。ケージ１３２は外輪１１０と内輪１２０との間に介在させてあり、球面状の外周面１３６で外輪１１０の球面状内周面１１４と、球面状の内周面３８で内輪１２０の球面状外周面１２４と球面嵌合している。したがって、外輪１１０と内輪１２０は角度変位のみが可能である。

内輪１２０が、圧縮コイルバネ１５６のバネ力を、押圧部材１５０を介して、ケージ１３２に装着された受け部材１６０が受けることで、内輪１２０が外輪１１０カップ開口側に向かって軸方向変位し、この変位により、くさび状に成形されたボールトラックに介在するボール１３０と、ボールトラックが常に当接する機構が設けてある。この機構は、図７に示すように、内輪１２０側に設けた押圧部材１５０と、ケージ１３２側に設けた受け部材１６０と、両者間に介在させた圧縮コイルばね１５６とで構成される。押圧部材１５０は円柱状の胴部１５２と、胴部１５２よりも大径の頭部１５４からなり、胴部１５２がシャフト１２８に形成した軸孔に挿入してある。頭部１５４とシャフト１２８の端面との間に介在させた圧縮コイルばね１５６が、押圧部材１５０をシャフト１２８の端面から突出する向きに加圧している。そして、押圧部材１５０の頭部１５４に形成した凸球面状の受け面１５８が、受け部材１６０の受け面１６２に弾性的に接している。受け面１６２は内輪１２０の軸線上に曲率中心をもった凹球面状である。受け部材１６０は、外周縁を保持器１３２の端部内周に形成した環状溝に嵌め込んで固定してある。
特開２００３−１３００８２号公報

特許文献１の等速自在継手は固定式であるため軸方向変位ができない。ところが、ステアリングシャフトには走行中の車体の捩れや撓みなどに起因する軸方向荷重が加わることがある。この軸方向荷重を吸収するための軸方向変位を可能とするために摺動式を採用したいところであるが、摺動式では特許文献１の等速自在継手が提案している回転ガタを詰める構造を採用することはできない。すなわち、特許文献１のものは、圧縮コイルばね１５６を利用して内輪１２０とケージ１３２を軸方向に相対移動させ、ケージ１３２を介してボール１３０をくさび形のボールトラックの狭い側に向けて押すことにより、ボール溝１１６、１２６とボール１３０との間のすきまをなくして回転方向ガタを詰めるようにしている。しかし、これは固定型であるからこそ可能であって、外輪と内輪の軸方向変位が可能な摺動式では採用することができない。

この発明の目的は、軸方向変位が可能で、しかも、回転方向ガタのない等速自在継手を提供することにある。

この発明は、摺動式等速自在継手の一つであるダブルオフセット型等速自在継手の外側継手部材のボール溝に別体のプレート部材を配置し、その間に弾性変形可能な中間部材を介在させることにより、スライド（軸方向変位）可能で、かつ、回転方向ガタのない、摺動式等速自在継手の構造を実現した。

すなわち、この発明は、円筒状内周面に軸方向に延びるボール溝を形成した外側継手部材と、球面状外周面に軸方向に延びるボール溝を形成した内側継手部材と、対をなす外側継手部材のボール溝と内側継手部材のボール溝との間に介在させたボールと、外側継手部材の内周面と内側継手部材の外周面との間に介在して前記ボールを所定の位置に保持するケージとを具備した摺動式等速自在継手において、
外側継手部材のボール溝の壁面を別体のプレートで構成させ、かつ、外側継手部材とプレートとの間に弾性部材を介在させたことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の摺動式等速自在継手において、外側継手部材のボール溝の横断面で見て、ボール溝の壁面とプレートの内側面がそれぞれ円弧状で、弾性部材が多角形または波形であることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１に記載の摺動式等速自在継手において、外側継手部材のボール溝の横断面で見て、ボール溝の壁面とプレートの内側面がそれぞれ多角形または波形で、弾性部材が平板状であることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１、２または３に記載の摺動式等速自在継手において、弾性部材によってボールに締め代が付与されていることを特徴とするものである。言い換えるならば、ボールを取り除いた状態で、外側継手部材のボール溝と内側継手部材のボール溝との間の寸法がボールの外径よりも小さい。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の摺動式等速自在継手において、弾性部材がプラスチック製であることを特徴とするものである。

請求項６の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の摺動式等速自在継手において、弾性部材がゴム製であることを特徴とするものである。

請求項７の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の摺動式等速自在継手において、弾性部材が熱硬化処理を施した炭素含有率１％以下の鋼板製であることを特徴とするものである。

請求項８の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の摺動式等速自在継手において、弾性部材がばね鋼板製であることを特徴とするものである。

請求項９の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の摺動式等速自在継手において、ボールの数が３個以上であることを特徴とするものである。

請求項１０の発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載の摺動式等速自在継手において、自動車のステアリング装置用であることを特徴とするものである。

この発明によれば、荷重を吸収するための軸方向変位が可能で、しかも、回転ガタのない摺動式等速自在継手を提供することができる。

以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。

まず、図４を参照してダブルオフセット型等速自在継手の基本構成について述べる。ダブルオフセット型等速自在継手は、外側継手部材としての外輪１０と、内側継手部材としての内輪２０と、トルク伝達要素としてのボール３０と、ボール３０を保持するためのケージ３２とを主要な構成要素としている。

外輪１０はマウス部１２と接続部１８とからなり、接続部１８にて駆動軸または従動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。マウス部１２は円筒状の内周面１４を有し、その内周面の円周方向に等間隔に、軸方向に延びるボール溝１６が形成してある。

内輪２０はスプライン孔２６にて従動軸または駆動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。内輪２０は球面状の外周面２２を有し、その外周面の円周方向に等間隔に、軸方向に延びるボール溝２４が形成してある。

外輪１０のボール溝１６と内輪２０のボール溝１６は対をなし、各対のボール溝１６、２４間に１個ずつ、ボール３０が介在させてある。ケージ３２は半径方向に貫通したポケット３８を有し、各ポケット３８に１個のボール３０を収容させることにより、すべてのボール３０が同一平面内に保持される。

ケージ３２は外輪１０と内輪２０との間に介在させてあり、球面状の外周面３４で外輪１０の円筒状内周面１４と嵌合し、球面状の内周面３６で内輪２０の球面状外周面２２と球面嵌合している。ケージ３２の球面状外周面３４の中心と球面状内周面３６の中心は、継手中心Оを挟んで互いに反対側に、軸方向に等距離だけオフセットさせてある。

図１に示す実施例は、外輪１０のボール溝１６の壁面を、外輪１０とは別体のプレート４０で形成したものである。また、外輪１０とプレート４０との間には弾性部材４６が介在させてある。ここでは、外輪１０のボール溝１６の横断面は略円弧状で、それと対向するプレート４０の内側面４２の横断面も略円弧状である。プレート４０の外側面４４の横断面は、所期の曲率半径の、ボール３０のための転動面を提供し得る形状に成形してある。なお、図４から分かるように、プレート４０の縦断面は直線状である。

外輪１０のボール溝１６の壁面とプレート４０の内側面４２との間に、たとえば平板状の弾性部材４６を介在させる。弾性部材４６の材料としては、ゴムやプラスチックのような弾性材料のほか、ばね鋼板なども採用することができる。そして、外輪１０と内輪２０とボール３０とケージ３２からなる等速自在継手の完成状態（図１）において、ボール３０に締め代が付与されるような寸法関係に設定する。このような完成状態においては、プレート４０や弾性部材４６が脱落するおそれはないが、たとえば分解したときでも簡単に分散してしまわないように、外輪１０と弾性部材４６、弾性部材４６とプレート４０とを、接着剤等を使用して連結しておくのが好ましい。弾性材料４６の材料がゴムの場合には焼付けを利用することもできる。

この状態では、外輪１０のボール溝１６に弾性部材４６を介して装着されたプレート４０と内輪２０のボール溝２６で形成されるボールトラックとボール３０との関係を、わずかに締め代とすることにより、回転方向ガタのないダブルオフセット型等速自在継手とすることができる。

トルクが加わると、弾性部材が弾性変形することによってわずかにすきまができるため、ボール３０は締め代が解けて容易に転がることができる。したがって、継手のプランジングが可能となる。弾性部材４６の弾性係数を調整することにより、当該等速自在継手を搭載する車両の特性に合わせて「回転トルク―ねじれ角」線図を調整することができる。

図１に示したプレート４０は略半円筒状であったが、図２に示すように、弾性部材４６を多角形断面または波形断面の筒体を約半分に割ったような形態にしてもよい。ここでの弾性部材４６の材料の例としては、ばね鋼板や、炭素含有率１％以下の鋼板に熱硬化処理を施したものを挙げることができる。この場合、弾性部材４６自体の厚さは変化せず、多角形状の断面形状が弾性変形することになる。

あるいは、図３に示すように、互いに対向する外輪１０のボール溝１６の壁面とプレート４０の内側面４２を多角形断面または波形断面に成形し、それらの間に半円筒状の弾性部材４６を介在させるようにしてもよい。この場合も、弾性部材４６自体の厚さは変化せず、多角形状の断面形状が弾性変形することになる。したがって、弾性部材４６の材料の例としては、ばね鋼板や、炭素含有率１％以下の鋼板に熱硬化処理を施したものを挙げることができる。

図１〜図３にはボール３０の数を６とした場合が例示してあるが、ボール３０の数は３以上の任意の数とすることができる。

（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は部分拡大図である。 （Ａ）は横断面図、（Ｂ）は部分拡大図である。 （Ａ）は横断面図、（Ｂ）は部分拡大図である。 一般的なダブルオフセット型等速自在継手の縦断面図である。 ステアリング装置の斜視図である。 固定式等速自在継手の縦断面図である。 図６の部分拡大図である。

符号の説明

１０ 外輪（外側継手部材）
１２ マウス部
１４ 内周面
１６ ボール溝
１８ 接続部
２０ 内輪（内側継手部材）
２２ スプライン孔
２４ 外周面
２６ ボール溝
３０ ボール（トルク伝達要素）
３２ ケージ
３４ 外周面
３６ 内周面
３８ ポケット
４０ プレート
４２ 内側面
４４ 外側面
４６ 弾性部材

Claims (10)

1. 円筒状内周面に軸方向に延びるボール溝を形成した外側継手部材と、球面状外周面に軸方向に延びるボール溝を形成した内側継手部材と、対をなす外側継手部材のボール溝と内側継手部材のボール溝との間に介在させたボールと、外側継手部材の内周面と内側継手部材の外周面との間に介在して前記ボールを所定の位置に保持するケージとを具備した摺動式等速自在継手において、
   外側継手部材のボール溝の壁面を別体のプレートで構成させ、かつ、外側継手部材とプレートとの間に弾性部材を介在させた摺動式等速自在継手。
2. 外側継手部材のボール溝の横断面で見て、ボール溝とプレートの内側面がそれぞれ円弧状で、弾性部材が多角形または波形をした請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
3. 外側継手部材のボール溝の横断面で見て、ボール溝とプレートの内側面面がそれぞれ多角形または波形で、弾性部材が平板状である請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
4. ボールに締め代が付与された請求項１、２または３に記載の摺動式等速自在継手。
5. 弾性部材がプラスチック製である請求項１から４のいずれか１項に記載の摺動式等速自在継手。
6. 弾性部材がゴム製である請求項１から４のいずれか１項に記載の摺動式等速自在継手。
7. 弾性部材が熱硬化処理を施した炭素含有率１％以下の鋼板製である請求項１から４のいずれか１項に記載の摺動式等速自在継手。
8. 弾性部材がばね鋼板製である請求項１から４のいずれか１項に記載の摺動式等速自在継手。
9. ボールの数が３個以上である請求項１から８のいずれか１項に記載の摺動式等速自在継手。
10. 自動車のステアリング装置用である請求項１から９のいずれか１項に記載の摺動式等速自在継手。

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