JP2010025238A - 自在継手およびこれを用いた車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】剛性や回転時の抵抗トルク等の性能のばらつきが少ない自在継手を提供する。
【解決手段】自在継手のヨーク２０のタブ２３に形成された軸受保持孔２５に、十字軸のトラニオンを支持するための軸受が圧入される。軸受保持孔２５の内周２５ａに、軸受保持孔２５の軸方向に沿って延びる突条としてのセレーション３３を形成する。軸受保持孔２５の内周２５ａは、タブ２３の延びる方向Ｗ１に対向する第１および第２の領域４１，４２を含む。相対的にタブの先端２３１側に配置された第１の領域４１におけるセレーション３３の高さｈ１を、第２の領域４２におけるセレーション３３の高さｈ２よりも高くした。
【選択図】図４

Description

本発明は十字軸を用いた自在継手およびこれを用いた車両用操舵装置に関する。

十字軸の各トラニオンを、ヨークの対応する軸受保持孔に嵌合された軸受カップによって、針状ころを介して支持した自在継手が提案されている（例えば特許文献１）。特許文献１では、軸受カップの外周にセレーション加工を施している。
また、内外周に軸方向に延びる突起を設けた樹脂製軸受カップによって、十字軸の各トラニオンを、針状ころを介さないで直接支持した自在継手が提案されている（例えば特許文献２を参照）。

また、ボルトにより締結される成形ベアリングとヨークとの合わせ面に、セレーションを施した自在継手が提案されている（例えば特許文献３を参照）。
特開２００１−２２７５４４号公報 特開２００４−６８８７１号公報 実開昭６１−４０２２号公報

外周に軸方向の突起を設けた軸受カップを軸受保持孔に圧入する場合、軸受カップの変形が比較的少ないという利点がある。しかし、単に軸方向の突起を設けただけでは、軸受カップの真円度のばらつきを解消することはできない。軸受カップの真円度がばらつくと、トラニオンと針状ころとの間のラジアル隙間がばらつく。このため、自在継手の剛性や回転時の抵抗トルクがばらつく等、自在継手の性能のばらつきが大きくなるという問題がある。

一方、このような自在継手を用いてステアリングホイールの操舵力を伝達する車両用操舵装置では、操舵フィーリングが悪くなるという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、性能のばらつきの少ない自在継手およびこれを用いた車両用操舵装置を提供することを目的とする。

本願発明者は鋭意研究の結果、軸受保持孔に外輪カップを圧入したときの、外輪カップの変形量が、軸受保持孔の内周の周方向位置に応じて一定の傾向で異なるという知見を得た。
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、それぞれ一対のタブ（２３）を有してＵ字状をなす一対のヨーク（２０，２１）と、各タブ（２３）に設けられた軸受保持孔（２５）に圧入された外輪カップ（２８）と、各外輪カップの内周（２８ａ）と十字軸の対応するトラニオン（２４）との間に介在する針状ころ（２７）とを備え、上記軸受保持孔の内周（２５ａ）に、所定の方向（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）に沿って延びる突条（３３，３４，３５）が形成され、上記軸受保持孔の内周は、タブの延びる方向（Ｗ１）に対向する第１および第２の領域（４１，４２）を含み、上記第１の領域は相対的にタブの先端（２３１）側に配置されるとともに、上記第２の領域は相対的にタブの基端（２３２）側に配置され、上記第１の領域における突条の高さ（ｈ１）が、第２の領域における突条の高さ（ｈ２）よりも高くされていることを特徴とする自在継手（４，６）を提供する。

本発明によれば、タブの先端側である第１の領域における突条の高さを相対的に高くしたので、外輪カップが圧入された軸受保持孔の内周の真円度を高くすることができる。すなわち、外輪カップが圧入されたときの変形量が大きくなる傾向にある、タブの先端側の部分に対応して、軸受保持孔の内周の突起の高さを相対的に高くすることにより、変形代を十分に確保することができ、これにより、軸受保持孔の内周の真円度を高くすることができる。その結果、剛性や抵抗トルク等の性能のばらつきを少なくすることができる。

ここで、上記所定の方向とは、軸受保持孔の軸方向（Ｘ１）、軸受保持孔の周方向（Ｙ１）、並びに上記軸方向および上記周方向の双方に対して傾斜する方向（Ｚ１）の、３つの方向の少なくとも１つを含んでいればよい。例えば、突条としては、上記軸受保持孔の軸方向に延びるセレーション（３３）を用いてもよいし、また、上記傾斜する方向に沿って延びる螺旋状のねじ山（３４）を用いてもよいし、また、上記軸方向および上記周方向の何れか一方に沿って延びる並目のローレット（３５）を用いてもよいし、上記傾斜する方向に沿って延びる文目のローレットを用いてもよい。

また、上記軸受保持孔の内周は、タブの延びる方向とは直交する方向（Ｖ１）に対向する第３および第４の領域（４３，４４）を含み、上記第３および第４の領域における突条の高さ（ｈ３，ｈ４）が互いに等しくされ、上記第３および第４の領域における突条の高さが、上記第１の領域における突条の高さよりも低く、且つ上記第２の領域における突条の高さよりも高くされている場合がある。この場合、第１および第２の領域でそれぞれ要求される変形代の中間の変形代が要求される第３および第４の領域における、突条の高さとして、第１の領域で突条の高さと第２の領域での突条の高さの中間の高さを採用することで、上記真円度の向上に一層寄与することができる。

上記自在継手を用いて、操舵部材（２）の操舵力を伝達する車両用操舵装置（１）であれば、操舵フィーリングを向上させることができる。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

本発明の好ましい実施の形態の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の自在継手４，６が適用される自動車の車両用操舵装置１の模式図である。図１を参照して、車両用操舵装置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シャフト５とを備えている。また、車両用操舵装置１は、中間シャフト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とを備えている。

ピニオンシャフト７およびラックバー８によりラックアンドピニオン機構からなる転舵機構Ａが構成されている。ラックバー８は車体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）を介して対応する操向輪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、自動車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、操向輪１１の転舵が達成される。
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（図では一方のみを示す）と、中間シャフト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、中間シャフト５の他端５ｂに設けられたヨーク２１（図では一方のみを示す）と、両ヨーク２０，２１間を連結する十字軸２２とを備える。
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。一対のタブ２３は、板状をなし互いに平行である。ヨーク２０，２１はプレス成形を用いて形成されている。

自在継手４，６については同じ構成であるので、自在継手４に則して説明する。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のための軸受保持孔２５が形成されている。軸受保持孔２５に嵌合され保持された軸受２６によって、十字軸２２の対応するトラニオン２４が回転可能に支持されている。
軸受２６はトラニオン２４の周囲に環状に並べて配列された複数の針状ころ２７と、これらの針状ころ２７を保持すると共に軸受保持孔２５に嵌合され固定された有底円筒状の外輪カップ２８とを含む。外輪カップ２８の内周２８ａとトラニオン２４の外周との間に複数の針状ころ２７が介在している。外輪カップ２８の開口側端縁には、内向きの環状フランジ２９が形成されている。

各タブ２３は、当該タブ２３の延びる方向Ｗ１に関しての先端２３１と、ヨーク２０のＵ字状の底に連なる基端２３２とを有しており、上記軸受保持孔２５は先端２３１に近接して設けられている。
図４に示すように、タブ２３において、当該タブ２３の延びる方向Ｗ１に関して、軸受保持孔２５の中心軸線Ｃ１よりも先端２３１側にある半部３０は、半円筒状とされている。また、上記半部３０の板厚ｔ１が、残りの半部３１の板厚ｔ２よりも薄くされている（ｔ１＜ｔ２）。そのために、一対のタブ２３の対向面２３ａに凹部３２が形成されている。

軸受保持孔２５の内周２５ａに、軸受保持孔２５の所定の方向としての軸方向Ｘ１に延びる、突条としてのセレーション３３が形成されている。本実施の形態の特徴とするところは、セレーション３３の高さを場所によって変えている点にある。
具体的には、軸受保持孔２５の内周２５ａは、タブ２３の延びる方向Ｗ１に対向する第１および第２の領域４１，４２を含んでいる。第１の領域４１が、相対的にタブ２３の先端２３１側に配置されるとともに、第２の領域４２が、相対的にタブ２３の基端２３２側に配置されている。

また、軸受保持孔２５の内周２５ａは、タブ２３の延びる方向Ｗ１とは直交する方向Ｖ１に対向する第３および第４の領域４３，４４を含んでいる。
第１の領域４１におけるセレーション３３の高さをｈ１とし、第２の領域４２におけるセレーション３３の高さをｈ２とし、第３の領域４３におけるセレーション３３の高さをｈ３とし、第４の領域４３におけるセレーション３３の高さをｈ４としたときに、下記の関係がある。

すなわち、第１の領域４１におけるセレーション３３の高さはｈ１が、第２の領域４２におけるセレーション３３の高さｈ２よりも高くされている（ｈ１＞ｈ２）。
また、第３の領域におけるセレーション３３の高さｈ３と、第４の領域４４におけるセレーション３３の高さｈ４とが、互いに等しくされている（ｈ３＝ｈ４）。
また、第３および第４の領域４３，４４におけるセレーション３３の高さｈ３，ｈ４が、第１の領域４１におけるセレーション３３の高さｈ１よりも低く、且つ第２の領域４２におけるセレーション３３の高さｈ２よりも高くされている（ｈ１＞ｈ３＝ｈ４＞ｈ２）。

本実施の形態によれば、タブ２３の先端２３１側である第１の領域４１におけるセレーション３３の高さｈ１を相対的に高くしたので、外輪カップ２８が圧入された軸受保持孔２５の内周２５ａの真円度を高くすることができる。
すなわち、外輪カップ２８が圧入されたときの変形量が大きくなる傾向にある、タブ２３の先端２３１側の部分に対応して、軸受保持孔２５の内周２５ａの第１の領域４１におけるセレーション３３の高さｈ１を相対的に高くすることにより、第１の領域４１における変形代を十分に確保することができ、これにより、軸受保持孔２５の内周２５ａの真円度を高くすることができる。その結果、剛性や抵抗トルク等の性能のばらつきの少ない自在継手４，６を実現することができる。

また、第１および第２の領域でそれぞれ要求される変形代の中間の変形代が要求される第３および第４の領域における、セレーション３３の高さｈ３，ｈ４として、第１の領域４１での高さｈ１と第２の領域４２での高さｈ２の中間の高さを採用したので、上記真円度の向上に一層寄与することができる。
ここで、軸受保持孔２５の内周２５ａに形成する突条として、軸受保持孔２５の軸方向Ｘ１に延びるセレーション３３に変えて、図５および図６に示すような螺旋状のねじ山３４を用いてもよい。この場合、突条としてのねじ山３４は、軸受保持孔２５の軸方向Ｘ１および周方向Ｙ１の双方に対して傾斜する方向Ｚ１（所定の方向に相当）に沿って延びていることになる。

また、突条として、図７に示すように、軸受保持孔２５の所定の方向としての周方向Ｙ１に沿って延びる並目のローレット３５を用いるようにしてもよい。ローレット３５としては、図示していないが、軸受保持孔２５の軸方向Ｘ１に沿って延びる並目のローレットであってもよいし、また、軸受保持孔２５の軸方向Ｘ１および周方向Ｙの双方に対して傾斜する方向Ｚ１に沿って延びる文目のローレットであってもよい。

本発明の自在継手は、車両用操舵装置に限らず、自動車の推進軸等、他の回転体における自在継手としても好適に適用される。

図１は本発明の一実施の形態に係る自在継手が適用された車両用操舵装置の模式図である。 ステアリングシャフト、中間シャフトおよびピニオンシャフトとこれらを連結する自在継手の概略側面図である。 自在継手の一部破断正面図である。 自在継手のヨークの側面図である。 本発明のさらに別の実施の形態の自在継手の一部破断正面図である。 図５の実施の形態の自在継手のヨークの側面図である。 本発明のさらに別の実施の形態の自在継手の一部破断正面図である。

符号の説明

１…車両用操舵装置、２…操舵部材、３…ステアリングシャフト、４，６…自在継手、５…中間シャフト、７…ピニオンシャフト、８…ラックバー、１１…操向輪、Ａ…転舵機構、２０，２１…ヨーク、２２…十字軸、２３…タブ、Ｗ１…タブの延びる方向、Ｖ１…タブの延びる方向とは直交する方向、２３１…先端、２３２…基端、２４…トラニオン、２５…軸受保持孔、２５ａ…内周、Ｘ１…軸方向（所定の方向）、Ｙ１…周方向（所定の方向）、Ｚ１…軸方向および周方向の双方に対して傾斜する方向（所定の方向）、２６…軸受、２７…針状ころ、２８…外輪カップ、２８ａ…内周、３０，３１…半部、３２…凹部、３３…セレーション（突条）、３４…ねじ山（突条）、３５…ローレット（突条）、４１…第１の領域、４２…第２の領域、４３…第３の領域、４４…第４の領域、ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４…高さ

Claims (3)

1. それぞれ一対のタブを有してＵ字状をなす一対のヨークと、
   各タブに設けられた軸受保持孔に圧入された外輪カップと、
   各外輪カップの内周と十字軸の対応するトラニオンとの間に介在する針状ころとを備え、
   上記軸受保持孔の内周に、所定の方向に沿って延びる突条が形成され、
   上記軸受保持孔の内周は、タブの延びる方向に対向する第１および第２の領域を含み、 上記第１の領域は相対的にタブの先端側に配置されるとともに、上記第２の領域は相対的にタブの基端側に配置され、
   上記第１の領域における突条の高さが、第２の領域における突条の高さよりも高くされていることを特徴とする自在継手。
2. 請求項１において、上記軸受保持孔の内周は、タブの延びる方向とは直交する方向に対向する第３および第４の領域を含み、
   上記第３および第４の領域における突条の高さが互いに等しくされ、
   上記第３および第４の領域における突条の高さが、上記第１の領域における突条の高さよりも低く、且つ上記第２の領域における突条の高さよりも高くされていることを特徴とする自在継手。
3. 請求項１または２記載の自在継手を用いて、操舵部材の操舵力を伝達することを特徴とする車両用操舵装置。

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