JP2014202262A - 十字軸式自在継手及び十字軸式自在継手の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ガタを抑制しながらも作動トルクが過度に大きくなるのを防ぐ十字軸式自在継手及び十字軸式自在継手の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】二股の先端部の対向する位置のそれぞれに貫通孔部（１７ａ）を有する一対のヨーク（１１ａ）と、該ベアリングカップ（２０）の底部が前記ヨークの外側表面から凹んだ凹部を形成する位置で前記貫通孔部（１７ａ）のそれぞれに圧入された軸受（１８ａ）と、前記一対のヨークを連結する十字軸（１２）とを備え、前記凹部の周囲の前記貫通孔部（１７ａ）から前記貫通孔部の孔内へ張り出したカシメ部（１９）が形成された十字軸式自在継手において、前記十字軸とベアリングカップの底部は接触させ、前記カシメ部は前記底部と非接触とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、ステアリング装置等に用いられる十字軸式自在継手、十字軸式自在継手の製造方法、十字軸式自在継手の製造に用いるカシメ治具、十字軸式自在継手を備えたステアリング装置用中間シャフト、及び十字軸式自在継手を備えたステアリング装置に関する。

従来、一対のヨークの間に十字軸を介装して連結し、一対のヨークの相対的な角度変化を許容しながら一方のヨークから他方のヨークへトルクを伝達する十字軸式自在継手があり、ステアリング装置の中間シャフト等に用いられている。

このような十字軸式自在継手において、ヨークに形成された貫通孔部内に配置され、十字軸端部を覆うベアリングカップを備え、ベアリングカップと十字軸との間にスライディングブッシュを介在させることで十字軸とヨークとを相対回転し易くしつつ、貫通孔部の一部から孔内へ張り出してベアリングカップの底部に接したカシメ部を設けることでベアリングカップ等がヨークから抜け出るのを防止するものがある（特許文献１参照）。

また、十字軸とヨークとの間に十字軸の端部を覆うベアリングカップを有するニードル軸受を介在させることで、十字軸とヨークとを相対回転し易くしつつ、貫通孔部の一部から孔内へ張り出してベアリングカップの底部に接したカシメ部を設けることでベアリングカップがヨークから抜け出るのを防止するものがある（特許文献２参照）。

米国特許３、７３３、６６８号 実願平５−６６７４１号公報

しかしながら、従来の十字軸式自在継手においては、カシメ部がベアリングカップを十字軸に押圧するように形成されているため、ベアリングカップの底部と十字軸の先端部との接触圧が高くなり、摩擦力が大きくなることで、十字軸とヨークとの相対回転を重くしていた。十字軸とヨークとの相対回転が重くなると、十字軸式自在継手の作動トルクが大きくなり、車両用ステアリング装置においては、ハンドルの戻り性能等に悪影響を及ぼすおそれがある。

ベアリングカップの底部と十字軸の先端部とを接触させないように微小隙間を設けることも可能であるが、部品が小さいために組立性が悪く、十字軸とベアリングカップが相対移動することでガタが生じるおそれもある。当該ガタは、車両用ステアリング装置においては、操舵フィーリングを悪化させる要因となる。また、ニードル軸受を用いる場合にはニードル周辺の隙間を詰めることによりガタ詰めを行うことができるが、当該ガタ詰めによっても十字軸式自在継手の作動トルクが大きくなるため、車両用ステアリング装置においてはハンドルの戻り性能等に悪影響を及ぼすおそれがある。

このように、十字軸式自在継手においては、ガタを防止しようとすると十字軸式自在継手の作動トルクが大きくなり、作動トルクを小さくしようとするとガタが生じ易くなるといった背反があり、ガタを防止することと作動トルクを小さくすることとの両立は困難であった。

このような問題に鑑みて、本発明は、ガタを抑制しながらも作動トルクが過度に大きくなるのを防ぐ十字軸式自在継手、十字軸式自在継手の製造方法、及び十字軸式自在継手用カシメ治具、並びに、操舵フィーリングが良く、操舵後のハンドル戻り性能を確保したステアリング装置用中間シャフト及びステアリング装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明では、
それぞれ二股に分かれた先端部を有し、該二股の先端部の対向する位置のそれぞれに貫通孔部を有する一対のヨークと、
略有底円筒状のベアリングカップを有し、該ベアリングカップの底部を前記二股の先端部の外側に向け、該底部が前記先端部の外側表面から凹んだ凹部を形成する位置で前記貫通孔部のそれぞれに圧入された軸受と、
４つの先端部が前記軸受のそれぞれに嵌入され、前記一対のヨークを連結する十字軸とを備え、
前記凹部の周囲の前記貫通孔部から孔内へ張り出したカシメ部が形成された十字軸式自在継手において、
前記十字軸とベアリングカップの底部を接触させ、
前記カシメ部と前記底部とを非接触とする。

これにより、ベアリングカップの底部と十字軸との間に隙間を設けた場合に生じるガタを防ぎつつ、ベアリングカップの底部と十字軸の先端部との接触圧が高くなるのを防いで、作動トルクの小さい十字軸式自在継手を提供することができる。前記カシメ部が前記ベアリングカップを押圧しなければ前記カシメ部と前記底部とは接触していても良いが、非接触とすることで確実に押圧しないものとすることができる。

好ましくは、前記軸受をシェル形ニードル軸受とする。

これにより、軸受の径方向の寸法を小さくしながら、高い許容荷重と高い許容回転数を持たせることが可能となり、軸受の取り付けも容易となる。なお、「シェル形ニードル軸受」とは、薄い板材から外輪を形成し、当該外輪内部に複数の針状ころを配置した軸受を指す。

また、好ましくは、前記十字軸を前記軸受に中間ばめで嵌入する。

これにより、十字軸の側面と軸受との間に生じるすきまによって生じるガタの発生を防止することができる。

また、好ましくは、前記カシメ部を複数形成する。

これにより、外部からの衝撃などによってベアリングカップがカシメ部に当接しても軸受が傾きにくくなり、十字軸に対して軸受が傾くのを防ぐことができる。

また、好ましくは、前記底部中央には、前記十字軸に向かって突出した凸部を形成する。

これにより、前記底部と前記十字軸との接触部の径方向の寸法を小さくし、当該接触部の摩擦によって生じる回転抵抗を小さくすることができる。

また、上記課題を解決するために本発明では、上記の十字軸式自在継手の製造方法において、
前記カシメ部を形成するカシメ治具に、前記凹部の深さに対応して、前記カシメ部が前記底部と非接触の所定深さまでカシメられたときに前記ヨーク表面に当接するストッパーを設け、
該ストッパーが前記ヨークに当接したところでカシメを終了させる。

これにより、容易かつ確実にカシメ部と底部との非接触を確保して、十字軸式自在継手の作動トルクを低下させることができる。

また、上記課題を解決するために本発明では、上記の十字軸式自在継手の製造に用いるカシメ治具において、
前記カシメ部が前記底部と非接触の所定深さまでカシメられたときに前記ヨーク表面に当接するストッパーを備えるものとする。

このカシメ治具により、容易かつ確実にカシメ部と底部との非接触を確保して、十字軸式自在継手の作動トルクを低下させることができる。

また、上記課題を解決するために本発明では、ステアリング装置用中間シャフトが上記十字軸式自在継手を備えたものとする。

これにより、当該中間シャフトを備えたステアリング装置は、ガタの発生を防ぎ、操舵フィーリングが良く、また、十字軸式自在継手の作動トルクが小さくなり、操舵後のハンドル戻り性能が確保される。なお、「ステアリング装置用中間シャフト」とは、車両等に用いられるステアリング装置において操舵トルクの伝達経路内に配置されるシャフト状の部材を指す。

また、上記課題を解決するために本発明では、ステアリング装置が上記ステアリング装置用中間シャフトを備えたものとする。

これにより、当該ステアリング装置は、ガタの発生を防ぎ、操舵フィーリングが良く、また、十字軸式自在継手の作動トルクが小さくなり、操舵後のハンドル戻り性能が確保される。

本発明によれば、ガタを抑制しながらも作動トルクが過度に大きくなるのを防ぐ十字軸式自在継、十字軸式自在継手の製造方法、及び十字軸式自在継手用カシメ治具、並びに、操舵フィーリングが良く、操舵後のハンドル戻り性能を確保したステアリング装置用中間シャフト及びステアリング装置を提供することができる。

本願の実施形態に係る十字軸式自在継手を備えた車両用ステアリング装置を示す斜視図である。 本願の実施形態に係る十字軸式自在継手を備えた車両用ステアリング装置用中間シャフトの平面及び断面を示す図である。 本願の実施形態に係る十字軸式自在継手の平面及び断面を示す図である。 本願の実施形態に係る十字軸式自在継手のヨーク及びニードル軸受を示す拡大断面図である。 本願の実施形態に係る十字軸式自在継手の製造方法を示すフローチャートである。 本願の実施形態に係る十字軸式自在継手のカシメ部の形成方法を示す図である。（ａ）はカシメ部を形成する様子を示す断面図であり、（ｂ）はカシメ治具の拡大底面図である。

本願の実施形態に係る十字軸式自在継手を図１ないし４を参照しつつ説明する。図１は本願の実施形態に係る十字軸式自在継手を備えた車両用ステアリング装置１を示す斜視図である。

図１に示すように、本願の実施形態に係る十字軸式自在継手を備えた車両用ステアリング装置１は、ステアリングホイール２と、ステアリングホイール２からの操舵トルクを伝達する不図示のステアリングシャフトと、ステアリングシャフトを回転可能に支持するステアリングコラム３と、ステアリングコラム３に取り付けられ操舵をアシストする電動モータ４と、ステアリングシャフトに連結し操舵トルクを伝達する中間シャフト５と、中間シャフト５に連結したピニオン軸６と、ピニオン軸６の回転に伴って軸方向に往復移動する不図示のラック軸を収容したステアリングギヤ７と、ラック軸の軸力を舵輪に伝えて舵輪を転舵させるタイロッド８ａ、８ｂとを有している。

図２は、中間シャフト５の平面及び断面を示す図である。平面と断面との境界は２点鎖線によって示している。図２に示すように、中間シャフト５は、車両後方側（図２に向かって右側）に配置された雄シャフト９と車両前方側（図２に向かって左側）とを有し、雄シャフト９の車両前方側に雌シャフト１０の車両後方側が操舵トルクを伝達可能、かつ、軸方向に相対移動可能に外嵌している。

雄シャフト９の車両後方側端部には二股の先端部を有するヨーク１１ａが形成されており、ヨーク１１ａは、さらに車両後方側に配置された二股の先端部を有するヨーク１１ｂに十字軸１２を介して連結され、本実施形態に係る十字軸式自在継手１３を構成している。ヨーク１１ｂはステアリングシャフトに連結される。ヨーク１１ａ及びヨーク１１ｂは、鍛造、鋳造、板金加工などの製法を用いて、鉄系、アルミ系などの金属材料から形成することができる。

雌シャフト１０の車両前方側にも二股の先端部を有するヨーク１４ａが形成されており、ヨーク１４ａは、さらに車両前方側に配置されたヨーク１４ｂに十字軸１５を介して連結され、十字軸式自在継手１６を構成している。ヨーク１４ｂは図１に示すピニオン軸６に連結される。

図３は、本願の実施形態に係る十字軸式自在継手１３の平面及び断面を示す図である。平面と断面との境界は２点鎖線によって示している。ヨーク１１ａ及び１１ｂは、二股の先端部を互いに９０°ずらして向き合っており、二股の先端部にはそれぞれ貫通孔１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ（１７ｃ、１７ｄは不図示）が形成されており、貫通孔１７ａないし１７ｄには十字軸１２の先端がそれぞれ挿入されている。

貫通孔１７ａないし１７ｄの周壁面と十字軸１２の対応する先端との間にはニードル軸受１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ（１８ｄは不図示）が介装されている。貫通孔１７ａないし１７ｄの縁部分には、それぞれニードル軸受１８ａないし１８ｄの移動を制限するカシメ部１９が４箇所形成されている。

図４は、ヨーク１１ａ及びニードル軸受１８ａを示す拡大断面図である。ニードル軸受１８ａは、ベアリングカップ２０の底部をヨーク１１ａの回転中心軸線から離れる側（ヨーク１１ａの外側）に向けて配置され、ベアリングカップ２０の底部はヨーク１１ａの外側表面（図４の上面）から凹んだ位置に配置され、凹部を形成している。

カシメ部１９は、貫通孔１７ａの縁をカシメにより変形させて貫通孔１７ａの孔内に張り出すように形成されており、ニードル軸受１８ａの移動を制限し、ニードル軸受１８ａがヨーク１１ａから抜け出るのを防いでいる。ニードル軸受１８ａは、貫通孔１７ａに圧入されており、当該圧入によっても移動は制限されているが、カシメ部１９を設けることで２重安全構造としている。本実施形態においてカシメ部１９は、径方向に対向する位置に４箇所形成されている（図３参照）。

ニードル軸受１８ａは、略有底円筒状をしたベアリングカップ２０と、このベアリングカップ２０の内側に複数配列されたニードル２１とから形成された、保持器の無い総ころ形のシェル形ニードル軸受である。ベアリングカップ２０は、底部中央に十字軸１２側へ向けて突出した凸部２２が形成されており、凸部２２は十字軸１２の端面に接している。凸部２２と十字軸１２とが接することでベアリングカップ２０と十字軸１２との端面とが干渉することで生じるガタを防ぐことができる。十字軸１２の端面全体がベアリングカップ２０の底部に接する構成とすることもできるが、凸部２２を設けることでベアリングカップ２０の底部と十字軸１２との接触部の径方向の寸法を小さくして十字軸１２とベアリングカップ２０との相対回転における摩擦による回転抵抗を低減することができる。

ベアリングカップ２０の開口側端部２３は十字軸１２と接触しない程度にすぼまっており、ベアリングカップ２０の内部に異物が侵入するのを防いでいる。ベアリングカップ２０は、鋼板を絞り加工した後、熱処理を行って表面を硬化させ、ニードル２１が転動する内径の軌道面の耐久性を向上させるのが好ましい。

上述のように十字軸１２はニードル軸受１８ａに中間ばめにて嵌入されているため、ニードル２１は、十字軸１２の径方向（図４の左右方向）においては、略隙間ゼロに組み付けられているが、十字軸１２の軸方向（図４の上下方向）においては、上部のみベアリングカップ２０の底面に接し、下部はベアリングカップ２０の開口側端部２３との間に隙間を設けているため、ニードル２１は、当該隙間の範囲内で十字軸１２の軸方向に移動できる。上述のように、円周上の離れた位置にカシメ部１９を複数箇所設けているため、仮にニードル軸受１８ａが軸方向に移動してカシメ部１９に当接してもニードル軸受１８ａが傾くのを防止することができ、ニードルとベアリングカップ２０の内周面との間を略隙間ゼロ状態に保つことができる。

カシメ部１９は、ベアリングカップ２０との間に隙間を設けて配置されており、カシメ部１９とベアリングカップ２０とは非接触となっている。これにより、ベアリングカップ２０はカシメ部によって十字軸１２側へ押圧されず、ベアリングカップ２０の底部と十字軸１２の先端部との接触圧が高くならないため、当該接触圧の上昇によってベアリングカップ２０と十字軸１２との相対回転が過度に重くなることはない。また、過剰な予圧を防止できるため、ベアリングの耐久性の向上を図ることができる。特に上述のようにニードル２１が略隙間ゼロで拘束される場合には、カシメによる作動トルクの変動が顕著となるため、より効果を発揮し、ステアリング装置１においては、ガタ感が無く、操舵安定性が良く、ハンドル戻りも良いものとなる。なお、カシメ部１９とベアリングカップ２０は、ベアリングカップ２０の底部が十字軸１２の先端部に押圧されないのであれば接していてもよいが、上述のように隙間を設けることでベアリングカップ２０の底部が十字軸１２の先端部に押圧されるのを確実に防ぐことができる。

図５は、本願の実施形態に係る十字軸式自在継手１３の製造方法を示す図である。本願の実施形態に係る十字軸式自在継手１３の製造は、初めに十字軸１２、ヨーク１１ａ、１１ｂ、ニードル軸受１８ａないし１８ｄ、及びカシメ治具２４を準備し（Ｓ１）、不図示の保持具を用いてヨーク１１ａに形成された貫通孔１７ａ、１７ｃ内に中心を合わせて十字軸１２の端部を配置する（Ｓ２）。そして、不図示の軸受圧入装置を用いてヨーク１１ａの外側から内側（図４では上側から下側）へ向かってニードル軸受１８ａ、１８ｃをそれぞれ所定の位置まで圧入する（Ｓ３）。図４に示すように、十字軸１２は、先端の外周部に面取り加工が施されており、ニードル２１も端部外周部に面取り加工が施されているため、ニードル軸受１８ａ、１８ｃと、十字軸受１２との間に多少の芯ズレが生じても圧入することができる。その後、ヨーク１１ａと同様に、ヨーク１１ｂに形成された貫通孔１７ｂ、１７ｄ内に、中心を合わせて十字軸１２の先端を配置し（Ｓ４）、ニードル軸受１８ｂ、１８ｄを所定の位置まで圧入する（Ｓ５）。最後に、カシメ治具２４を用いてカシメ部１９を形成して終了する（Ｓ６）。

図６は、本願の実施形態に係る十字軸式自在継手１３のカシメ部１９の形成方法を示す図である。（ａ）はカシメ部１９を形成する様子を示す断面図である。（ｂ）はカシメ治具２４の拡大底面図である。カシメ部１９は、カシメ治具２４を用いて形成する。カシメ治具２４は、下部先端に突起２５とストッパー２６とが形成されている。

カシメ部１９の形成は、カシメ治具２４の突起２５をヨーク１１ａの貫通孔１７ａ周縁の所定箇所に押し当てることによって行う。各カシメ部１９の形成は、カシメ治具２４のストッパー２６がヨーク１１ａ表面に当接したところで終了する。これにより、カシメ部１９とニードル軸受１８ａのベアリングカップ２０との間に確実に隙間を設けることができ、十字軸式自在継手の作動トルクの上昇を安定して抑制することができる。なお、他のニードル軸受１８ｂ、１８ｃ、１８ｄも同様にカシメ部１９を形成することができる。また、図２に示した車両前方側（図２に向かって左側）の十字軸式自在継手１６も本実施形態に係る十字軸式自在継手１３と同様に製造することができる。

以上、具体的な実施形態を示して本願発明を説明したが、本願発明はこれに限定されるものではなく、種々の改良、変更が可能である。

例えば、軸受は、保持器の無い総ころ形のシェル形ニードル軸受に限らず、保持器を有するシェル型ニードル軸受、ソリッド形ニードル軸受、玉軸受、ころ軸受、すべり軸受などを用いることができる。

また、軸受と十字軸とは、中間ばめに限らず、すきまばめ、締まりばめとすることもできる。

カシメ部の形状も上記実施形態に示すものに限られず、例えば貫通孔の全周に亘って形成されていてもよい。また、カシメ部の数は適宜変更することができ、１箇所とすることもできるし、複数個所とすることもできる。それに合わせて、カシメ治具の形状も変更することができる。

ベアリングカップの底部に形成された凸部は、ベアリングカップとは別体として形成された円盤状の部品を取り付けても良いし、また、作動トルクによっては凸部を設けなくても良い。

ベアリングカップ内に異物が侵入するのを防止するために、十字軸とベアリングカップとの間の隙間を覆うシールを設けても良い。

ヨークと十字軸との配置及びニードル軸受の圧入は、ヨーク１１ｂ側を先に行っても良く、また、全てのニードル軸受の圧入が終わってからカシメ部を形成するのではなく、ニードル軸受の圧入が終わったところからカシメ部を形成しても良い。

以上のように、本発明によれば、ガタを抑制しながらも作動トルクが過度に大きくなるのを防ぐ十字軸式自在継手及び十字軸式自在継手の製造方法、並びに、操舵フィーリングが良く、操舵後のハンドル戻り性能を確保したステアリング装置用中間シャフト及びステアリング装置を提供することができる。

１ 車両用ステアリング装置
２ ステアリングホイール
３ ステアリングコラム
４ 電動モータ
５ 中間シャフト
６ ピニオン軸
７ ステアリングギヤ
８ａ、８ｂ タイロッド
９ 雄シャフト
１０ 雌シャフト
１１ａ、１１ｂ、１４ａ、１４ｂ ヨーク
１２、１５ 十字軸
１３、１６ 十字軸式自在継手
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ 貫通孔
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ ニードル軸受
１９ カシメ部
２０ ベアリングカップ
２１ ニードル
２２ 凸部
２３ 開口側端部
２４ カシメ治具
２５ 突起
２６ ストッパー

Claims (9)

1. それぞれ二股に分かれた先端部を有し、該二股の先端部の対向する位置のそれぞれに貫通孔部を有する一対のヨークと、
   略有底円筒状のベアリングカップを有し、該ベアリングカップの底部を前記二股の先端部の外側に向け、該底部が前記先端部の外側表面から凹んだ凹部を形成する位置で前記貫通孔部のそれぞれに圧入された軸受と、
   ４つの先端部が前記軸受のそれぞれに嵌入され、前記一対のヨークを連結する十字軸とを備え、
   前記凹部の周囲の前記貫通孔部から孔内へ張り出したカシメ部が形成された十字軸式自在継手において、
   前記十字軸とベアリングカップの底部は接触しており、
   前記カシメ部は前記底部と非接触であることを特徴とする十字軸式自在継手。
2. 前記軸受はシェル形ニードル軸受であることを特徴とする請求項１に記載の十字軸式自在継手。
3. 前記十字軸は、前記軸受に中間ばめで嵌入されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の十字軸式自在継手。
4. 前記カシメ部は複数形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の十字軸式自在継手。
5. 前記底部中央には、前記十字軸に向かって突出した凸部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の十字軸式自在継手。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の十字軸式自在継手の製造方法において、
   前記カシメ部を形成するカシメ治具に、前記凹部の深さに対応して、前記カシメ部が前記底部と非接触の所定深さまでカシメられたときに前記ヨーク表面に当接するストッパーを設け、
   該ストッパーが前記ヨークに当接したところでカシメを終了させることを特徴とする十字軸式自在継手の製造方法。
7. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の十字軸式自在継手の製造に用いるカシメ治具において、
   前記カシメ部が前記底部と非接触の所定深さまでカシメられたときに前記ヨーク表面に当接するストッパーを備えることを特徴とする十字軸式継手用カシメ治具。
8. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の十字軸式自在継手を備えたことを特徴とするステアリング装置用中間シャフト。
9. 請求項８に記載のステアリング装置用中間シャフトを備えたことを特徴とするステアリング装置。

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