JP2019027443A - 十字軸及び十字軸式自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】軸部とニードルとの間に負の隙間を設定した自在継手を、低コストで得る。【解決手段】十字軸９を構成する４本の軸部２３ａ〜２３ｄのそれぞれに関して、外周面の母線形状を凸円弧状とし、軸方向先端部及び軸方向基端部の外径寸法を軸方向中間部の外径寸法よりも小さくする。また、胴部２２を挟んで互いに反対側に設けられた１組の１対の軸部２３ａ、２３ｂに関して、中心軸Ｃ23a、Ｃ23b同士を互いに不一致にする。【選択図】図４

Description

本発明は、互いに同一直線上に存在しない回転軸同士を回転力の伝達を可能に連結するために使用する十字軸式自在継手、及び、十字軸式自在継手を構成する十字軸に関する。

例えば自動車用のステアリング装置では、同一直線上に存在しないステアリングシャフトとステアリングギヤを構成するピニオン軸との間で、回転力の伝達を行うため、これらステアリングシャフトとピニオン軸との間に、中間シャフトを設けるとともに、中間シャフトと、ステアリングシャフト及びピニオン軸とを、それぞれカルダン継手と呼ばれる十字軸式自在継手を介して連結することが行われている。

十字軸式自在継手は、１対のヨークを、十字軸を介して、トルク伝達を可能に連結することにより構成されている。具体的には、十字軸式自在継手は、それぞれが略Ｕ字状に構成された１対のヨークを、円周方向に関する位相を９０度ずらして対向配置した状態で、これら両ヨークを構成する１対のアーム部にそれぞれ設けられた軸受孔の内側に、軸受カップとニードルから成るニードル軸受を介して、十字軸を構成する棒状の軸部を回転自在に支持することで構成されている。また、特開平４−８７７４１号公報には、十字軸式自在継手の使用時のがたつきを抑えることを目的として、軸部とニードルとの間の隙間を負の隙間に設定する（締め代を設ける）技術が記載されている。

特開平４−８７７４１号公報

ところで、上述のような構成を有する十字軸式自在継手は、アーム部に設けられた軸受孔の内側に、十字軸を構成する軸部を緩く挿入した後、軸部と軸受孔との間部分にニードル軸受を組み込む作業を行うことで組み立てられる。このため、軸部とニードルとの間に負の隙間を設定する場合には、ニードル軸受の組み込み時に、ニードルの外周面や軸部の外周面に、傷などの損傷を生じさせる可能性がある。

また、従来から、軸部とニードルとの間に負の隙間を設定する場合には、負の隙間の大きさ（絶対値）が適正となる十字軸とニードル軸受との組み合わせを、複数の十字軸及びニードル軸受の中から選択（マッチング）する作業が行われている。このため、組立工数が増加し、コスト上昇の原因になっている。また、軸部の外径寸法は、軸部とニードルとの間の隙間の大きさに直接影響を与えるため、軸部の外周面には、高い寸法精度を満足すべく研削加工を施すことが行われており、やはり加工コストが嵩む原因となっている。

本発明は、上述のような事情に鑑みて、軸部とニードルとの間に負の隙間を設定した十字軸式自在継手を、低コストで得られる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の十字軸は、胴部と、該胴部の外周面から四方に突出した４本の軸部とを備える。
前記胴部を挟んで互いに反対側に設けられた少なくとも１組の１対の軸部に関して、中心軸同士を例えば傾斜又は平行偏心させるなどの態様で互いに不一致としている。
換言すれば、前記４本の軸部のうち少なくとも１本の軸部に関して、同軸度又は位置度を、通常生じ得る製造誤差よりも十分に大きく設定している。
また、少なくとも中心軸同士が互いに不一致の前記１対の軸部に関して、外周面の母線形状を凸円弧状とし、軸方向先端部及び軸方向基端部の外径寸法を軸方向中間部の外径寸法よりも小さくしている。

本発明の十字軸では、前記４本の軸部のそれぞれの軸方向先端面に、弾性材製のピンを挿入することができる。
あるいは、前記４本の軸部のそれぞれの軸方向先端面を、凸曲面とすることもできる。

本発明の十字軸式自在継手は、ヨークと、十字軸と、ニードル軸受とを備える。
このうちのヨークは、例えば円形状の軸受孔がそれぞれの先端部に設けられた１対のアーム部を有している。
前記十字軸は、胴部と、該胴部の外周面から四方に突出した４本の軸部を有している。
前記ニードル軸受は、前記各軸受孔に内嵌固定された有底円筒状の軸受カップと、これら各軸受カップの内周面と前記各軸部の外周面との間に転動自在に配置された複数本のニードルとを有している。
本発明の十字軸式自在継手では、前記十字軸として、本発明の十字軸を使用している。

本発明の十字軸式自在継手では、前記十字軸として、前記４本の軸部のそれぞれの先端面に弾性材製のピンを挿入したものを使用する場合には、これら各軸部の先端面から突出した前記各ピンの先端部を、前記各軸受カップの底部の内面に弾性的に当接させることができる。
あるいは、前記十字軸として、前記４本の軸部のそれぞれの先端面を凸曲面としたものを使用する場合には、前記各軸受カップの底部の内面を凹曲面とし、該凹曲面と前記各軸部の先端面である凸曲面とを、直接摺接させることもできる。

上述のような構成を有する本発明の十字軸及び十字軸式自在継手によれば、軸部とニードルとの間に負の隙間を設定した十字軸式自在継手を、低コストで得られる。

図１は、実施の形態の第１例の十字軸式自在継手を備えた自動車用操舵装置を示す断面図である。 図２は、図１のＡ部拡大図である。 図３は、図２のＢ−Ｂ断面図である。 図４は、図２のＣ−Ｃ断面図である。 図５は、図４の上部拡大図である。 図６は、実施の形態の第１例に関する自在継手の分解斜視図である。 図７は、実施の形態の第１例に関する変形例の第１例を示す、胴部の中心を通る中心軸に対し直交する仮想平面に関する十字軸の断面図である。 図８は、実施の形態の第１例に関する変形例の第２例を示す、図７と同様の図である。 図９は、実施の形態の第１例に関する変形例の第３例を示す、傾斜した軸部に隣接する軸部の軸方向先端面側から見た、十字軸の側面図である。 図１０は、実施の形態の第１例に関する変形例の第４例を示す、図７と同様の図である。 図１１は、実施の形態の第２例を示す、図７と同様の図である。 図１２は、実施の形態の第２例に関して、十字軸式自在継手の組立状態を示す図である。 図１３は、実施の形態の第２例に関する変形例を示す、胴部の中心を通る中心軸を含む仮想平面に関する十字軸の断面図である。 図１４は、実施の形態の第３例を示す、図４に相当する図である。

［実施の形態の第１例］
本発明の実施の形態の第１例について、図１〜図６を用いて説明する。図示の自動車用操舵装置１は、ステアリングホイール２と、ステアリングシャフト３と、ステアリングコラム４と、１対の自在継手５ａ、５ｂと、中間シャフト６と、電動アシスト装置７とを備えている。

ステアリングホイール２は、ステアリングコラム４の内側に回転自在に支持されたステアリングシャフト３の後端部に取り付けられている。ステアリングシャフト３の前端部は、１対の自在継手５ａ、５ｂ及び中間シャフト６を介して、ステアリングギヤユニットの入力軸に接続されている。このため、ステアリングホイール２を回転させることで、入力軸を回転させることができる。入力軸の回転は、図示しないラックの直線運動に変換され、１対のタイロッドを押し引きする。これにより、操舵輪にステアリングホイール２の操作量に応じた舵角を付与する。また、図示の例では、電動アシスト装置７を備えているため、電動モータなどの動力源から補助トルクを付与することで、ステアリングホイール２を操作するのに要する力の低減を図れる。

上述のような自動車用操舵装置１に組み込まれた１対の自在継手５ａ、５ｂは何れも、本発明の対象になる十字軸式のものであるが、これら１対の自在継手５ａ、５ｂは、連結対象となる軸が異なる以外、基本的な構成は同じである。このため、本例では、自在継手５ａのみを対象に詳しい説明を行う。

自在継手５ａは、一般的にカルダン継手と呼ばれ、同一直線上に存在しない１対の軸同士の間で回転力の伝達を可能にするもので、１対の金属製（例えば炭素鋼鋳鋼材製）のヨーク８ａ、８ｂと、十字軸９と、４個のニードル軸受１０ａ〜１０ｄとを備えている。

１対のヨーク８ａ、８ｂのうち、一方のヨーク８ａは、全体が略Ｕ字状に構成されており、基部１１ａと、該基部１１ａの軸方向一端縁（図１及び図２の左端縁）から延出した１対のアーム部１２ａ、１２ｂとを備えている。

基部１１ａは、円周方向１個所を不連続部とした欠円筒状に構成されており、その内側に軸方向に貫通した取付孔１３ａが設けられている。そして、この取付孔１３ａに、電動アシスト装置７を構成する出力軸１４の端部が挿入されている。また、基部１１ａのうち、円周方向に関して不連続部の両側に位置する部分に、互いに略平行に配置された１対の側板部１５ａ、１５ｂが設けられている。そして、このうちの一方の側板部１５ａに形成された通孔１６ａを挿通したボルト１７ａを、他方の側板部１５ｂに形成された通孔１６ｂの内周面に形成された雌ねじ、または通孔１６ｂに内嵌固定されたナットに形成された雌ねじに螺合させている。これにより、基部１１ａを縮径して、出力軸１４の端部外周面を取付孔１３ａの内周面により強く抑え付けている。また、出力軸１４の端部とトーションバー１８の端部とを跨いで設けられた連結軸１９の一部を、１対の側板部１５ａ、１５ｂ同士の間に配置して、ヨーク８ａと出力軸１４との相対回転を防止している。

アーム部１２ａ、１２ｂは、基部１１ａの軸方向一端部で径方向反対側となる２個所位置から軸方向に延出する状態で設けられており、それぞれが略平板状で、互いの内側面同士を対向させている。また、アーム部１２ａ、１２ｂの先端部には、アーム部１２ａ、１２ｂを板厚方向に貫通する、円形の貫通孔である軸受孔２０ａ、２０ｂが設けられている。これら１対の軸受孔２０ａ、２０ｂは、互いに同軸上に設けられている。

自在継手５ａを構成する他方のヨーク８ｂも、基本的には、上述した一方のヨーク８ａと同じ構成を有しており、基部１１ｂと１対のアーム部１２ｃ、１２ｄとを備えている。

基部１１ｂは、円周方向１個所を不連続部とした欠円筒状に構成されており、その内側に軸方向に貫通した取付孔１３ｂが設けられている。そして、この取付孔１３ｂに、中間シャフト６を構成するインナシャフト２１の端部が挿入されている。また、基部１１ｂのうち、円周方向に関して不連続部の両側に位置する部分に、互いに略平行に配置された１対の側板部１５ｃ、１５ｄが設けられている。そして、このうちの一方の側板部１５ｃに形成された通孔を挿通したボルト１７ｂを、他方の側板部１５ｄに形成された通孔１６ｃの内周面に形成された雌ねじ、または通孔１６ｃに内嵌固定されたナットに形成された雌ねじに螺合させている。これにより、基部１１ｂを縮径して、インナシャフト２１の端部外周面を取付孔１３ｂの内周面により強く抑え付けている。

アーム部１２ｃ、１２ｄは、基部１１ｂの軸方向他端部で径方向反対側となる２個所位置から軸方向に延出する状態で設けられており、それぞれが略平板状で、互いの内側面同士を対向させている。また、アーム部１２ｃ、１２ｄの先端部には、アーム部１２ｃ、１２ｄを板厚方向に貫通する、円形の貫通孔である軸受孔２０ｃ、２０ｄが設けられている。これら１対の軸受孔２０ｃ、２０ｄに関しても、互いに同軸上に設けられている。

十字軸９は、全体が十字状に構成されており、胴部２２と、該胴部２２の外周面から四方に突出した４本の軸部２３ａ〜２３ｄとを有している。４本の軸部２３ａ〜２３ｄは、胴部２２の中心Ｏで互いに直交する２本の基準線である、第１基準線Ａ又は第２基準線Ｂ上にそれぞれ存在している。具体的には、４本の軸部２３ａ〜２３ｄのうち、胴部２２を挟んで互いに反対側に設けられた１対の軸部２３ａ、２３ｂは、第１基準線Ａ上にそれぞれ存在しており、胴部２２を挟んで互いに反対側に設けられた１対の軸部２３ｃ、２３ｄは、第２基準線Ｂ上にそれぞれ存在している。第１基準線Ａ及び第２基準線Ｂは、４本の軸部２３ａ〜２３ｄの中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23b、Ｃ_23ｃ、Ｃ_23dが本来同軸に配置されるはずの基準線である。

特に本例では、第１基準線Ａ上に配置された２本の軸部２３ａ、２３ｂの中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23bを、第１基準線Ａに対して同軸に配置せずに、第１基準線Ａに対してそれぞれ傾斜させている。具体的には、軸部２３ａの軸方向先端部を軸方向基端部に対して、胴部２２の円周方向（図４の矢印α１方向）に傾けるように、軸部２３ａの中心軸Ｃ_23aを、第１基準線Ａ及び第２基準線Ｂを含む仮想平面内にて、第１基準線Ａに対して反時計方向（左回り）に０．１〜２度程度傾斜させている。また、軸部２３ｂの軸方向先端部を軸方向基端部に対して、胴部２２の円周方向（図４の矢印α２方向）に傾けるように、軸部２３ｂの中心軸Ｃ_23bを、第１基準線Ａ及び第２基準線Ｂを含む仮想平面内にて、第１基準線Ａに対して時計方向（右回り）に０．１〜２度程度傾斜させている。これにより、胴部２２を挟んで互いに反対側に配置された１対の軸部２３ａ、２３ｂに関して、中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23b同士を互いに傾斜させている。換言すれば、２本の軸部２３ａ、２３ｂのそれぞれの同軸度｛データム軸直線（＝第１基準線Ａ）からのずれの大きさ｝を、通常生じ得る製造誤差よりも十分に大きく設定している。これに対して、第２基準線上に配置された残りの２本の軸部２３ｃ、２３ｄに関しては、それぞれの中心軸Ｃ_23ｃ、Ｃ_23dを、第２基準線Ｂと同軸に配置し、互いに一致させている。

さらに本例では、４本の軸部２３ａ〜２３ｄを、外径寸法が全長にわたり変化しない円柱状ではなく、それぞれの外周面の母線形状が凸円弧状で、かつ、軸方向先端部及び軸方向基端部の外径寸法が軸方向中間部の外径寸法よりも小さくなった、樽形状（部分楕円球状）としている。

軸部２３ａ〜２３ｄの軸方向先端面は、これら各軸部２３ａ〜２３ｄの中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23b、Ｃ_23ｃ、Ｃ_23dに直交する仮想平面上に存在する平坦面であり、それぞれの中央部に開口する状態で、有底の挿入孔２４が形成されている。そして、挿入孔２４内に、弾性材製で略円柱状のピン２５を、それぞれのピン２５の先端部が軸部２３ａ〜２３ｄの軸方向先端面よりも軸方向に突出した状態で挿入（圧入）している。このようなピン２５は、後述する軸受カップ２６と軸部２３ａ〜２３ｄとの間で突っ張り、軸受カップ２６の底部の内面と軸部２３ａ〜２３ｄの軸方向先端面との距離が縮まり過ぎることを防止する。

上述のような構成を有する軸部２３ａ〜２３ｄの先端部を、軸受孔２０ａ〜２０ｄの内側に、ニードル軸受１０ａ〜１０ｄを使用して回転自在に支持している。

ニードル軸受１０ａ〜１０ｄはそれぞれ、有底円筒状の軸受カップ２６と、複数本のニードル２７とを備えている。このうちの軸受カップ２６は、金属板を深絞り加工などの塑性加工により曲げ形成して成るもので、円筒状の嵌合筒部２８と、円板状の底部２９と、内向鍔部３０とを有している。

底部２９は、嵌合筒部２８の軸方向一端側（軸受孔２０ａ〜２０ｄ内への組み付け状態で、アーム部１２ａ〜１２ｄの外側面側）を塞ぐもので、外径側部分の屈曲部３１と、中央部の円弧部３２とを有している。屈曲部３１は、ニードル２７の端面と対向する内面が凸面となるように屈曲している。これに対し、円弧部３２は、軸部２３ａ〜２３ｄの先端面と対向する内面が凹面（軸方向一端側が凸面）となるように湾曲している。そして、自在継手５ａの組立状態で、円弧部３２の内面である凹曲面に対して、軸部２３ａ〜２３ｄに挿入されたピン２５の先端部を弾性的に当接させるようにしている。また、円弧部３２の内面の曲率半径は、ピン２５の先端部の曲率半径よりも十分に大きくなっている。また、内向鍔部３０は、嵌合筒部２８の軸方向他端側（軸受孔２０ａ〜２０ｄ内への組み付け状態で、アーム部１２ａ〜１２ｄの内側面側）から径方向内方に折れ曲がる状態で設けられており、ニードル２７と対向する面が凹面となる方向に湾曲している。

ニードル２７は、それぞれの転動面の母線形状が直線状で、嵌合筒部２８の内周面と軸部２３ａ〜２３ｄの外周面との間に転動自在に配置される。

本例では、上述のようなニードル軸受１０ａ〜１０ｄを、軸受孔２０ａ〜２０ｄの内側に軸部２３ａ〜２３ｄをそれぞれ緩く挿入した状態で組み込む。すなわち、ヨーク８ａに関して、同軸上に存在する１対の軸受孔２０ａ、２０ｂの内側に、それぞれの中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23bが互いに傾斜するとともに、外周面の母線形状が凸円弧状となった軸部２３ａ、２３ｂをそれぞれ緩く挿入した状態で、アーム部１２ａ、１２ｂの外側面側からニードル軸受１０ａ、１０ｂを組み込む。同様に、ヨーク８ｂに関しても、同軸上に存在する１対の軸受孔２０ｃ、２０ｄの内側に、それぞれの中心軸Ｃ_23c、Ｃ_23dが互いに同軸上に配置されるとともに、外周面の母線形状が凸円弧状となった軸部２３ｃ、２３ｄをそれぞれ緩く挿入した状態で、アーム部１２ｃ、１２ｄの外側面側からニードル軸受１０ｃ、１０ｄを組み込む。

本例では、図４及び図５に示すように、ニードル軸受１０ａ、１０ｂの組み込み状態で、これらニードル軸受１０ａ、１０ｂ（軸受孔２０ａ、２０ｂ）の中心軸に対し、軸部２３ａ、２３ｂの中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23bが傾斜した状態になる。ただし、軸部２３ａ、２３ｂの外周面の母線形状が凸円弧状になっているため、ニードル２７の外周面に対し軸部２３ａ、２３ｂの外周面を、軸部２３ａ、２３ｂの傾斜状態に応じた適正な位置で接触させることができる。したがって、軸部２３ａ、２３ｂは、ニードル軸受１０ａ、１０ｂの内側で、エッジロードの問題などを生じることなく回転可能となる。

さらに本例では、ニードル軸受１０ａ、１０ｂの中心軸に対し軸部２３ａ、２３ｂの中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23bが傾斜しているため、軸部２３ａ、２３ｂの外周面によってニードル軸受１０ａ、１０ｂに、内径を押し拡げるような径方向外向きの力を作用させられる。このため、軸部２３ａ、２３ｂとニードル２７との間に負の隙間を設定することができ、これら軸部２３ａ、２３ｂとニードル２７との間のがたつきを有効に防止できる。また、このような負の隙間の大きさは、第１基準線Ａに対する軸部２３ａ、２３ｂの中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23bの傾斜角度や、軸部２３ａ、２３ｂの外径、母線の曲率半径の大きさなどを調整することで容易に設定することができる。

一方、本例では、ニードル軸受１０ｃ、１０ｄ（軸受孔２０ｃ、２０ｄ）の中心軸と軸部２３ｃ、２３ｄの中心軸Ｃ_23c、Ｃ_23dとは同軸に配置される。このため、軸部２３ｃ、２３ｄに関しては、上述した軸部２３ａ、２３ｂの場合のように、中心軸を傾斜させることに基づく径方向外向の力を、ニードル軸受１０ｃ、１０ｄに作用させることはできない。ただし、軸部２３ｃ、２３ｄに関しては、軸部２３ｃ、２３ｄの外周面のうちの軸方向中間部に設けられた最大径部を、ニードル２７の外周面に接触することで、軸部２３ｃ、２３ｄとニードル２７との間に負の隙間を設定することができる。また、このような負の隙間の大きさは、軸部２３ｃ、２３ｄの最大径部の大きさを調整することで容易に調整できる。

また、本例では、軸部２３ａ〜２３ｄの軸方向先端部の外径寸法を、軸方向中間部（最大径部）の外径寸法よりも小さくしているため、ニードル軸受１０ａ〜１０ｄの組み込み時に、ニードル２７の外周面や軸部２３ａ〜２３ｄの外周面に、傷などの損傷が生じることを有効に防止できる。

また、軸部２３ａ、２３ｂとニードル２７との間に、軸部２３ａ、２３ｂの傾斜を利用して、負の隙間を設定できるため、軸部２３ａ、２３ｂの外周面に対して要求される寸法精度を低くすることができる。このため、従来から行われていたマッチング作業を省略したり、軸部２３ａ、２３ｂの外周面に対して行う切削加工や研削加工を省略したりすることも可能になる。つまり、軸部２３ａ、２３ｂに関しては、凸円弧状の外周面を含む全体を、成形加工の精度のまま使用することが可能になる。したがって、本例では、軸部２３ａ〜２３ｄとニードル２７との間に負の隙間を設定した自在継手５ａを、低コストで得ることができる。さらに、使用に伴って、軸部２３ａ、２３ｂの外周面に摩耗が生じた場合にも、ニードル２７の外周面に対する軸部２３ａ、２３ｂの外周面の接触位置が変化することで、ニードル軸受１０ａ、１０ｂに対して径方向外向きの力を作用させることができる。

さらに、軸受カップ２６を構成する底部２９の内面に対し、軸部２３ａ〜２３ｄの先端面を直接摺接させず、軸部２３ａ〜２３ｄの先端部に設けられたピン２５の先端部を摺接させられるため、軸部２３ａ〜２３ｄが軸受カップ２６に対して相対回転する際の摺接トルクを低く抑えられる。しかも、底部２９を構成する円弧部３２の内面の曲率半径を、ピン２５の先端部の曲率半径よりも十分に大きくしているため、軸部２３ａ〜２３ｄの中心軸とニードル軸受１０ａ〜１０ｄの中心軸とがずれている場合にも、軸部２３ａ〜２３ｄが軸受カップ２６に対して相対回転する際の摺接トルクを低く抑えられる。

本発明を実施する場合に、胴部を挟んで反対側に設けられた１組の１対の軸部に関してのみ、中心軸同士を互いに傾斜させても良いし、２組の１対の軸部に関して、中心軸同士を互いに傾斜させても良い。また、この場合に、中心軸を基準線に対して傾斜させる軸部の数及び軸部の位置は、特に限定されない。例えば、４本の軸部のうち、何れか１本の軸部、胴部を挟んで互いに反対側に配置された２本の軸部、円周方向に隣り合う２本の軸部、３本の軸部、さらには、４本の軸部を対象として、中心軸を基準線に対して傾斜させることで、胴部を挟んで反対側に配置された１対の軸部同士の間で、中心軸同士を互いに傾斜させることができる。また、基準線に対する中心軸の傾斜方向に関しても、特に限定されない。軸部の軸方向先端部を軸方向基端部に対して、胴部の円周方向（図４の矢印α１、α２方向）に傾けるように傾斜させても良いし、胴部の軸方向（図４の表裏方向、図９の矢印β１、β２方向）に傾けるように傾斜させても良い。さらには、軸部の軸方向先端部を軸方向基端部に対して、胴部の円周方向かつ軸方向に傾けるように傾斜させても良い。また、本発明を実施する場合に、４本の軸部のそれぞれの外周面の母線形状を凸円弧状とする必要はなく、少なくとも中心軸同士が互いに傾斜した１対の軸部に関してのみ、外周面の母線形状を凸円弧状とすることができる。

図７には、実施の形態の第１例に関する変形例の第１例の十字軸９ａを示している。十字軸９ａは、４本の軸部２３ａ〜２３ｄのうち、１本の軸部２３ｂに関してのみ、その中心軸Ｃ_23bを、第１基準線Ａに対して傾斜させている。具体的には、軸部２３ｂの軸方向先端部を軸方向基端部に対して、胴部２２の円周方向（図７の矢印α２方向）に傾けるように、軸部２３ｂの中心軸Ｃ_23bを、第１基準線Ａ及び第２基準線Ｂを含む仮想平面内にて、第１基準線Ａに対して時計方向に０．１〜２度程度傾斜させている。これにより、胴部２２を挟んで互いに反対側に配置された１対の軸部２３ａ、２３ｂに関して、中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23b同士を互いに傾斜させている。

これに対して、図８に示した変形例の第２例の十字軸９ｂでは、４本の軸部２３ａ〜２３ｄのうち、１本の軸部２３ｃに関してのみ、その中心軸Ｃ_23cを、第２基準線Ｂに対して傾斜させている。具体的には、軸部２３ｃの軸方向先端部を軸方向基端部に対して、胴部２２の円周方向（図８の矢印α１方向）に傾けるように、軸部２３ｃ中心軸Ｃ_23cを、第１基準線Ａ及び第２基準線Ｂを含む仮想平面内にて、第２基準線Ｂに対して反時計方向に０．１〜２度程度傾斜させている。これにより、胴部２２を挟んで互いに反対側に配置された１対の軸部２３ｃ、２３ｄに関して、中心軸Ｃ_23c、Ｃ_23d同士を互いに傾斜させている。

また、図９に示した変形例の第３例の十字軸９ｃでは、変形例の第２例と同様に、４本の軸部２３ａ〜２３ｄのうち、１本の軸部２３ｃに関してのみ、その中心軸Ｃ_23cを、第２基準線Ｂに対して傾斜させている。ただし、本例では、軸部２３ｃの軸方向先端部を軸方向基端部に対して、胴部２２の軸方向（図９の矢印β１方向）に傾けるように、軸部２３ｃ中心軸Ｃ_23cを、第２基準線Ｂを含みかつ第１基準線Ａに対して直交する仮想平面内にて、第２基準線Ｂに対して時計方向に０．１〜２度程度傾斜させている。これにより、胴部２２を挟んで互いに反対側に配置された１対の軸部２３ｃ、２３ｄに関して、中心軸Ｃ_23c、Ｃ_23d同士を互いに傾斜させている。
なお、上述した変形例の第１例から第３例のように、４本の軸部のうち、１本の軸部に関してのみ、その中心軸を基準線に対して傾斜させた場合には、当該傾斜した軸部に関してのみ、その外周面の母線形状を凸円弧状にしても良い。

さらに、図１０に示した変形例の第４例の十字軸９ｄでは、実施の形態の第１例と同様に、４本の軸部２３ａ〜２３ｄのうち、２本の軸部２３ａ、２３ｂの中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23bを、第１基準線Ａに対して傾斜させているが、軸部２３ｂの傾斜方向が、実施の形態の第１例の場合とは異なる。具体的には、軸部２３ｂの中心軸Ｃ_23bを、第１基準線Ａ及び第２基準線Ｂを含む仮想平面内にて、第１基準線Ａに対して反時計方向（図１０の矢印α１方向）に０．１〜２度程度傾斜させている。軸部２３ａの中心軸Ｃ_23aに関しては、実施の形態の第１例と同様に、第１基準線Ａ及び第２基準線Ｂを含む仮想平面内にて、第１基準線Ａに対して反時計方向（図１０の矢印α１方向）に０．１〜２度程度傾斜させている。これにより、胴部２２を挟んで互いに反対側に配置された１対の軸部２３ａ、２３ｂに関して、中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23b同士を互いに傾斜させている。なお、実施の形態の第１例では、軸部２３ａの中心軸Ｃ_23aと軸部２３ｂの中心軸Ｃ_23bとの傾斜方向を逆位相としていたのに対し、本例では、軸部２３ａの中心軸Ｃ_23aと軸部２３ｂの中心軸Ｃ_23bとの傾斜方向を同位相としている。

［実施の形態の第２例］
実施の形態の第２例について、図１１及び図１２を用いて説明する。本例では、十字軸９ｅを構成する４本の軸部２３ａ〜２３ｄのうち、２本の軸部２３ａ、２３ｂのそれぞれの中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23bを、第１基準線Ａに対して同軸に配置せずに、第１基準線Ａに対してそれぞれ平行偏心（オフセット）させている。具体的には、軸部２３ａの中心軸Ｃ_23aを、第１基準線Ａから胴部２２の円周方向（図１１の矢印α１方向）に離隔させるように、第１基準線Ａ及び第２基準線Ｂを含む仮想平面内にて、第１基準線Ａから所定量だけ平行偏心させている。また、軸部２３ｂの中心軸Ｃ_23bを、第１基準線Ａから胴部２２の円周方向（図１１の矢印α１方向）に離隔させるように、第１基準線Ａ及び第２基準線Ｂを含む仮想平面内にて、第１基準線Ａから所定量だけ平行偏心させている。これにより、胴部２２を挟んで互いに反対側に配置された１対の軸部２３ａ、２３ｂに関して、中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23b同士を互いに平行偏心させている。換言すれば、軸部２３ａ、２３ｂのそれぞれの位置度｛データム軸直線（＝第１基準線Ａ）からのずれの大きさ｝を、通常生じ得る製造誤差よりも十分に大きく設定している。これに対して、第２基準線Ｂ上に配置された残りの２本の軸部２３ｃ、２３ｄに関しては、それぞれの中心軸Ｃ_23ｃ、Ｃ_23dを、第２基準線Ｂと同軸に配置し、互いに一致させている。

また、４本の軸部２３ａ〜２３ｄを、外径寸法が全長にわたり変化しない円柱状ではなく、それぞれの外周面の母線形状が凸円弧状で、かつ、軸方向先端部及び軸方向基端部の外径寸法が軸方向中間部の外径寸法よりも小さくなった、樽形状（部分楕円球状）としている。

本例では、軸受孔２０ａ、２０ｂの内側に、軸部２３ａ、２３ｂをそれぞれ緩く挿入した状態では、軸部２３ａ、２３ｂの中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23bは、軸受孔２０ａ、２０ｂの中心軸に対して平行偏心した状態になるが、軸部２３ａ、２３ｂの外周面の母線形状を凸円弧状としているため、ニードル軸受１０ａ、１０ｂの組み込み時に、図１２に示すように、十字軸９ｅは胴部２２の中心Ｏ回りに傾斜する。具体的には、十字軸９ｅは、軸部２３ａ、２３ｂの中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23bと軸受孔２０ａ、２０ｂの中心軸とのずれを解消（調心）するように、時計方向に傾斜する。そして、このように十字軸９ｅが傾斜することで、ニードル２７の外周面に対し軸部２３ａ、２３ｂの外周面を、軸部２３ａ、２３ｂの傾斜状態に応じた適正な位置で接触させる。

さらに、十字軸９ｅが傾斜することで、軸部２３ａ、２３ｂの外周面によって、ニードル軸受１０ａ、１０ｂに対して内径を押し拡げるような径方向外向きの力を作用させる。このため、軸部２３ａ、２３ｂとニードル２７との間に負の隙間を設定することができ、これら軸部２３ａ、２３ｂとニードル２７との間のがたつきを有効に防止できる。また、このような負の隙間の大きさは、第１基準線Ａに対する軸部２３ａ、２３ｂの中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23bの偏心量や、軸部２３ａ、２３ｂの外径、母線の曲率半径の大きさなどを調整することで容易に設定することができる。その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第１例と同じである。

本発明を実施する場合に、胴部を挟んで反対側に設けられた１組の１対の軸部に関してのみ、中心軸同士を互いに平行偏心させても良いし、２組の１対の軸部に関して、中心軸同士を互いに平行偏心させても良い。また、この場合に、中心軸を基準線に対して平行偏心（オフセット）させる軸部の数及び軸部の位置は、特に限定されない。例えば、４本の軸部のうち、何れか１本の軸部、胴部を挟んで互いに反対側に配置された２本の軸部、円周方向に隣り合う２本の軸部、３本の軸部、さらには、４本の軸部を対象として、中心軸を基準線に対して平行偏心させることで、胴部を挟んで反対側に配置された１対の軸部同士の間で、中心軸同士を互いに平行偏心させることができる。また、基準線に対する中心軸の偏心方向に関しても、特に限定されない。中心軸を、基準線から胴部の円周方向に離隔させるように偏心させても良いし、胴部の軸方向に離隔するように偏心させても良い。さらには、胴部の円周方向かつ軸方向に偏心させても良い。また、本発明を実施する場合に、４本の軸部のそれぞれの外周面の母線形状を凸円弧状とする必要はなく、少なくとも中心軸同士が互いに平行偏心した１対の軸部に関してのみ、外周面の母線形状を凸円弧状とすることができる。

図１３には、実施の形態の第２例に関する変形例の十字軸９ｆを示している。変形例の十字軸９ｆは、４本の軸部２３ａ〜２３ｄのうち、２本の軸部２３ａ、２３ｂの中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23bを、第１基準線Ａに対して平行偏心させているが、偏心させる方向が、実施の形態の第２例とは異なる。具体的には、軸部２３ａの中心軸Ｃ_23aを、第１基準線Ａから胴部２２の軸方向（図１３のβ１方向）に離隔させるように、第１基準線Ａを含みかつ第２基準線Ｂに対して直交する仮想平面内にて、第１基準線Ａから所定量だけ平行偏心させている。また、軸部２３ｂの中心軸Ｃ_23bを、第１基準線Ａから胴部２２の軸方向（図１３のβ２方向、中心軸Ｃ_23aの偏心方向とは逆方向）に離隔させるように、第１基準線Ａを含みかつ第２基準線Ｂに対して直交する仮想平面内にて、第１基準線Ａから所定量だけ平行偏心させている。これにより、胴部２２を挟んで互いに反対側に配置された１対の軸部２３ａ、２３ｂに関して、中心軸Ｃ_23a、Ｃ_23b同士を互いに平行偏心させている。

［実施の形態の第３例］
実施の形態の第３例について、図１４を用いて説明する。本例では、実施の形態の第１例の構造に関して、十字軸９ｇを構成する軸部２３ａ〜２３ｄの先端部からピン２５（図４及び図５参照）を省略し、軸部２３ａ〜２３ｄの先端面を、ニードル軸受１０ａ〜１０ｄを構成する軸受カップ２６の底部２９の内面に対し直接摺接させている。このために、本例では、軸部２３ａ〜２３ｄの先端面を、母線形状が凸円弧状の凸曲面３３とし、その曲率半径を、底部２９の中央部に設けられた凹曲面である円弧部３２の内面の曲率半径よりも小さくしている。

以上のような本例では、軸部２３ａ〜２３ｄの中心軸とニードル軸受１０ａ、１０ｂ（１０ｃ、１０ｄ）の中心軸とがずれた場合にも、円弧部３２の内面に対して軸部２３ａ〜２３ｄの先端面をエッジ当たりさせずに済む。このため、軸部２３ａ〜２３ｄが軸受カップ２６に対して相対回転する際の摺接トルクを低く抑えられる。また、軸部２３ａ〜２３ｄの先端部に挿入孔を形成する作業を省略できるとともに、ピンを省略できるため、加工コストの低減、及び、部品点数の低減に基づくコストの低減を図れる。その他の構成及び作用効果については、実施の形態の第１例と同じである。

本発明を実施する場合に、胴部を挟んで互いに反対側に配置された１対の軸部に関して、中心軸同士を互いに不一致にする態様としては、実施の形態の第１例及び第３例で示したように、軸部の中心軸同士を互いに傾斜させる態様の他、実施の形態の第２例で示したように、軸部の中心軸同士を互いに平行偏心させる態様や、傾斜と平行偏心とを同時に実施する態様などがあり、何れを実施しても良い。また、傾斜方向や偏心方向については、実施の形態の各例で示した方向に限定されない。さらに、本発明は、十字軸式自在継手を構成する１対のヨークのうち、一方のヨークにのみ本発明を適用しても良いし、両方のヨークに適用しても良い。また、本発明の対象となる十字軸式自在継手は、ステアリング装置に限らず、プロペラシャフトや各種トルク伝達機構に組み込んで使用することもできる。

１ 自動車用操舵装置
２ ステアリングホイール
３ ステアリングシャフト
４ ステアリングコラム
５ａ、５ｂ 自在継手
６ 中間シャフト
７ 電動アシスト装置
８ａ、８ｂ ヨーク
９、９ａ〜９ｇ 十字軸
１０ａ〜１０ｄ ニードル軸受
１１ａ、１１ｂ 基部
１２ａ〜１２ｄ アーム部
１３ａ、１３ｂ 取付孔
１４ 出力軸
１５ａ〜１５ｄ 側板部
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ 通孔
１７ａ、１７ｂ ボルト
１８ トーションバー
１９ 連結軸
２０ａ〜２０ｄ 軸受孔
２１ インナシャフト
２２ 胴部
２３ａ〜２３ｄ 軸部
２４ 挿入孔
２５ ピン
２６ 軸受カップ
２７ ニードル
２８ 嵌合筒部
２９ 底部
３０ 内向鍔部
３１ 屈曲部
３２ 円弧部
３３ 凸曲面

Claims (5)

1. 胴部と、該胴部の外周面から四方に突出した４本の軸部とを有しており、
   前記胴部を挟んで互いに反対側に設けられた少なくとも１組の１対の軸部に関して、中心軸同士が互いに不一致であり、
   少なくとも中心軸同士が互いに不一致の前記１対の軸部は、外周面の母線形状が凸円弧状で、軸方向先端部及び軸方向基端部の外径寸法が軸方向中間部の外径寸法よりも小さくなっている、十字軸。
2. 前記少なくとも１組の１対の軸部に関して、中心軸同士が互いに傾斜又は平行偏心している、請求項１に記載した十字軸。
3. 前記４本の軸部のそれぞれは、軸方向先端面に弾性材製のピンが挿入されている、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した十字軸。
4. 前記４本の軸部のそれぞれは、軸方向先端面が凸曲面である、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した十字軸。
5. 軸受孔がそれぞれ設けられた１対のアーム部を有するヨークと、
   胴部と、該胴部の外周面から四方に突出した４本の軸部とを有する十字軸と、
   前記各軸受孔に内嵌固定された有底円筒状の軸受カップと、これら各軸受カップの内周面と前記各軸部の外周面との間に転動自在に配置されたニードルとを有するニードル軸受と、を備える十字軸式自在継手であって、
   前記十字軸が、請求項１〜４のうちの何れか１項に記載した十字軸である、十字軸式自在継手。

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