JP3922009B2 - ステアリング装置用自在継手 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輌用ステアリング装置において用いられる自在継手及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車輌用ステアリング装置では、ステアリングホィールの回転は、アッパーシャフト及び中間シャフトを通して、操舵機構へとつながるロアーシャフトに伝達される。アッパーシャフトの下端と中間シャフトの上端との間、及び中間シャフトの下端及びロアーシャフトの上端との間にはそれぞれ自在継手機構が構成されており、これにより上記シャフトが非平行であってもこれらの間で回転を伝達できるようになっている。
【０００３】
各シャフトの互いに向かい合う端部にはヨーク部が備えられており、ヨーク部は二股に分かれた一対の脚を有している。各脚には軸受孔が設けられており、軸受孔によってトラニオンクロスの互いに反対側にある軸部が支持される。このように自在継手機構ではトラニオンクロスを介在させることによって、互いに平行でなくても一つのシャフトと他のシャフトの間で回転を伝達することができる。
【０００４】
脚部の軸受孔とトラニオンクロスの軸部の間には多数のニードルを介在させることにより総コロ型の軸受機構が構成されている。この軸受機構には後述の理由により部材間に微小間隙が生じるため、車輪から振動が伝わった際、ガタつき、異音を生じ操舵感を悪化させる。
【０００５】
このようなガタの問題に対処するためには、軸受孔、軸部、ニードルの精度を上げればよいが、他方ではコストの面からこのような対処法を容易には採用できない。特開２０００−１７０７８６号公報、及び、実開昭５７−０６１２２８号公報にはこのための対処法が提案されている。また、トルク負荷（の変動）に関して特開昭５６−０３１５２８号公報が提案されている。
【０００６】
特開２０００−１７０７８６号公報では、トラニオンクロスの軸部端面に形成した円錐状孔に、ニードル軸受のベアリングカップ内面に形成した球面上突起を圧接し、これによりトラニオンクロスの軸部とニードル軸受の間の微小間隙を一様に維持し、両者の衝突による異音の発生を防止している。実開昭５７−０６１２２８号公報では、トラニオンクロスの軸部端面に形成した中心孔に樹脂ピースを圧入しベアリングカップの受け形状で動きを押さえている。また、特開昭５６−０３１５２８号公報ではトルク変動を吸収し、軸受の負荷能力を向上させる（軸受寿命を向上させる）ために、局部的に隙間を設けている。
【０００７】
しかしながら、部品の精度を上げてガタつきを小さく抑えるためには、各部品の寸法バラツキを現状の数分の一以下に抑えなければならず、生産性が大幅に低下するため、コストアップになる。その場合でも組み合わせによっては、過シメシロが発生し、ガタ付きは無くなるものの、継手の折り曲げトルクが大きくなり、操縦安定性が低下する。また、軸受部の隙間が零、または、シメシロ状態で構成部品を圧入嵌合するため、カジリ等が発生し易くなり、生産性が低下する。もちろん、適正シメシロの組み合わせを行えば、これらの不具合は解消するが、選択嵌合となるため、大幅に生産性が低下する。
【０００８】
上記特開２０００−１７０７８６号公報では、円錐状孔や球面状突起の同軸度の影響を受け易く、バラ付いた場合、折り曲げトルクが大きくなる、また、局部的なすべり嵌合であるため、耐久性も低下する、更に、組立時も、金属部品同士の接触であるため、精度の良い組立が求められ、生産性が低下するといった問題がある。
【０００９】
上記実開昭５７−０６１２２８号公報では、樹脂ピースを介しての接触であるため、精度はあまり必要とされないが、耐久性や耐熱性の点で限界があるといった問題がある。
【００１０】
さらに、上記特開昭５６−３１５２８号公報では、ヨークの軸受孔と軸受外面との間に隙間が発生するため、軸受が軸方向及び後方向に動き易いといった問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、製造コストの高騰を招来することなく、トラニオンクロスの軸部とニードルの衝突による異音の発生を確実に防止すると共に、ステアリングシャフトの折曲トルクを小さくして滑らかな操舵感を得ることができるステアリング装置用自在継手を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の手段により解決される。すなわち、第１番目の発明の解決手段は、略平行な一対の脚を有する第１ヨーク、上記第１ヨークの脚のそれぞれに、その中心軸を共通にして形成された第１軸受孔対、略平行な一対の脚を有する第２ヨーク、上記第２ヨークの脚のそれぞれに、その中心軸を共通にして形成された第２軸受孔対、十字状に互いに直交した４本のトラニオン軸を備えたトラニオンクロス、上記トラニオン軸のそれぞれに形成された外側転動面、上記第１軸受孔対及び第２軸受孔対にそれぞれ嵌合するための筒状壁部と、この筒状壁部の一方に設けられた底部と、他方が開放された開放部とを有する４つのベアリングカップ、上記ベアリングカップの内面に形成された内側転動面、上記内側転動面上を転動するための複数のニードル、とを有し、上記トラニオン軸のそれぞれの外側転動面と上記軸受孔対のそれぞれの内側との間に、上記ニードル、上記ベアリングカップを介在させて組み立てられたステアリング装置用自在継手において、上記第１軸受孔及び上記第２軸受孔は、第１ヨーク及び第２ヨークのそれぞれの外側において大径部となり、その内側において小径部となるテーパ内面を備えており、上記小径部は、上記ベアリングカップが押し込まれて組み立てられる時、ベアリングカップを上記開放部近傍において局部的に変形させてラジアル方向の隙間をなくすとともに、上記開放部から離れた内側転動面へは上記変形が及ばずニードルの転動に影響を及ぼさない範囲で、組み立て前における上記ベアリングカップの外径よりもわずかに小さい内径を備えていることを特徴とするステアリング装置用自在継手である。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
第２番目の発明の解決手段は、第１番目の発明のステアリング装置用自在継手において、上記第１軸受孔及び上記第２軸受孔のテーパ内面は、更に、第１シャフト及び第２シャフトの軸方向に長径を有する実質的な楕円形状を備えていることを特徴とするステアリング装置用自在継手である。
【００１６】
第３番目の発明の解決手段は、第１番目の発明のステアリング装置用自在継手の軸受孔の加工方法であって、上記軸受孔をプレスにより仕上げ加工するに際し、スプリングバックを利用して上記テーパ形状にこの軸受孔の内面を仕上げることを特徴とするステアリング装置用自在継手の軸受孔の加工方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のステアリング装置用自在継手を図面に基づいて説明する。図１は以下に示す２つの実施形態に共通する一部を切り欠いた自在継手の全体図である。なお、図１には、ステアリング装置用の自在継手１００の第１ヨーク１とトラニオンクロス３の一部断面が点線囲いａ内に示されている。
【００１８】
第１実施形態
図２は、第１実施形態を説明するための部分断面図であって、上記点線囲いａの部分をＢ−Ｂ方向から拡大して示した図である。また、図３及び図４は、それぞれ図１のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿ってみたヨークのみを示した断面図である。
【００１９】
図１に示すように、自在継手１００には、第１シャフト１０１及び第２シャフト１０２とそれらの端部に一対のヨーク（第１ヨーク１及び第２ヨーク２）が備えられており、トラニオンクロス３を介在させることにより２つのシャフトが結合されている。
【００２０】
各ヨーク１、２は二股状に分かれて略平行な一対のヨーク脚１１からなり、各ヨーク脚１１にはその中心軸を共通にして軸受孔４が設けられている。トラニオンクロス３は、本体から十字状に伸び互いに直交した４本のトラニオン軸６を備えている。後述のように各トラニオン軸６のそれぞれを上記軸受孔４に嵌合させ、第１シャフト１０１と第２シャフト１０２とを結合することによって自在継手が構成される。なお、図３、図４にはヨークの一つと点線で輪郭が示されるトラニオンクロス３との相互位置関係が示されている。
【００２１】
図２に示すように、上記トラニオン軸６の外面には外側転動面６１と軸受孔４の内面４１との間には、複数個のニードル１０及びスチール製のベアリングカップ９がこの順で介在しており、これにより軸受部５が形成されている。ベアリングカップ９は筒状壁部９２と一方に設けられた底部９１と他方に設けられた開放部９３を備えたカップ状体であり、底部９１は外部から軸受部５内にゴミが進入するのを防止している。また、トラニオン軸６の外側転動面６１と筒状壁部９２の内側転動面９２１は上記ニードル１０が転動するための転動面となっている。なお、図中、環状のシール部材７は下方外部から軸受部５にゴミが進入するのを防止するものであり、センター孔８はトラニオン軸６の外側転動面６１を仕上げ研削等するためにトラニオンクロス３を製造する工程で設けられたものである。
【００２２】
本実施形態では、軸受孔４の内面４１は、第１ヨーク１、第２ヨーク２の外側において大径部４１２となり、その内側において小径部４１１となる角度αのテーパ面となっている。小径部４１１は、組み立て前におけるベアリングカップ９の外径と等しいか、わずかに小さい径、例えば１０〜２０μｍ程度小さい径、に加工されている。
【００２３】
自在継手１００は、トラニオン軸６のそれぞれの外側転動面６１と軸受孔４の内面４１との間に、ニードル１０、ベアリングカップ９を介在させることにより組み立てられる。組み立て時、ベアリングカップ９は大径部４１２側から押し込まれるので、ベアリングカップ９の開放部９３はテーパ面に沿って案内されこの面から力を受け徐々に内側にわずかに変形する。軸受孔４の開放部９３の近傍では、ベアリングカップ９の筒状壁部９２と軸受孔４の内面４１とがラジアル方向の隙間なしに接触することになるため、ガタつきが防止される。
【００２４】
開放部９３はベアリングカップ９の内側転動面９２１からある程度離れており、上記変形が途中で吸収されて局部的に止まるため、内側転動面９２１側に波及して転動性能に影響を及ぼすようなことは実質的に避けられる。つまり、局部的なシメシロとなるため、逃げ場のない過シメシロ状態に陥ることが避けられる。このため、自在継手１００内では、精度に起因する無効なトルク（折り曲げトルク）やガタの発生が防止され、更に、これに起因する摩耗の発生も防止される。
【００２５】
また、ベアリングカップ９、その他はスチール製であるため、耐熱性の問題もない。また、自在継手のガタを押さえるためシメシロ嵌合させる構造とすると、従来のものではトラニオン軸とヨークの軸受孔を組み立てるときカジリ現象が発生しやすい。本実施形態によると、小径部４１１においては軽いシメシロ嵌合を行う一方、他方では大径部４１２において大きめの隙間が設けられているので従来のようなカジリ現象を生じさせることなく組み立てを行うことができる。
【００２６】
更に、トラニオン軸６や軸受孔４の同軸度の誤差も上述の局部的変形によって吸収されるので、その影響を受けてシール性能の低下や折り曲げトルクの増加を抑制することができる。
【００２７】
なお、上述の先行例（特開昭５６−３１５２８号公報）に開示される自在継手では、ベアリングカップ（同公報上では軸受ブッシュ７）の筒状壁部と軸受孔との間に部分的な三日月状の負荷方向の隙間を作り、この隙間によって形成される橋状部分が弾性変形することによって、負荷トルクの変動を吸収し、軸受の負荷能力を向上させ（軸受の寿命を向上させ）るようになっているので、負荷の変動に関わらずこの方向の隙間を無くしている本発明（第１実施形態及び後述の実施形態）自在継手とは容易に区別される。また、本発明自在継手はステアリング用であるため、低速回転と正逆両方向の負荷を繰り返し受けることから、上記特徴は高速回転、一定方向負荷を受ける通常の自在継手とは異なる意味を持つ。
【００２８】
第２実施形態
軸受孔４が第１実施形態においてはテーパ孔となっていたが、第２実施形態ではこれを楕円孔としている。この点を除きこの自在継手１００は第１実施形態と同様であるので重複する説明をしない。図５は、ヨーク脚１１の一部を拡大して示した説明図であり、同一の符号は第１実施形態と同様のものを指している。
【００２９】
軸受孔４は図５に示されるように第１シャフト１０１（あるいは第２シャフト１０２）の方向に長径Ｒが、その直角方向に短径ｒがとられている。本実施形態における楕円の程度は短長径差が１０〜２０μｍ程度とされる。
【００３０】
上記楕円の短径ｒはベアリングカップ９の外径（円形）よりもわずかに小さく形成されているため、両者の間の隙間はゼロとなっており、わずかな変形が生じている。そして、自在継手１００にトルクがかかったときにトラニオン軸６との間で作用する力ｆの方向は短径ｒの方向と一致している。このため、この方向には軸受孔４の面に至るまで隙間がなく、車軸からの力を受けて自在継手１００のトルクが変動した場合でも、ガタ付きが発生しない。
【００３１】
なお、上述のように軸受孔４を楕円とするとともに同時に第１実施形態に示すようにテーパ面とすることも可能である。
【００３２】
第３実施形態
上記軸受孔４をテーパ状にあるいは楕円状に加工する方法の一例を図６を用いて説明する。第１ヨーク１（あるいは第２ヨーク２）は、仕上げ打ち抜きダイ１３５に２つのヨーク脚１１を密着させた状態で図６のようにセットされる。このとき、ヨーク１の荒仕上げ孔１３４（軸受孔４になる）にはすでに荒仕上げ孔が加工されている。仕上げ打ち抜きダイ１３５にはダイ孔１３６が設けられていて、ヨーク脚１１の荒仕上げ孔１３４と同芯になるように位置決めされる。ヨーク脚１１の両外側には仕上げ打ち抜きポンチ１３７が対向する状態で離れて配置されており、その軸芯はヨーク脚の荒仕上げ孔１３４及び仕上げ打ち抜きダイのダイ孔１３６と同芯になるようにセットされる。仕上げ打ち抜きポンチ１３７にはその先端にランド部１３８が設けられている。
【００３３】
この状態で、２つの仕上げ打ち抜きポンチ１３７は両側から同時にヨーク脚１１側に移動し、仕上げ打ち抜きポンチ１３７のランド部１３８がワークに食い込んで軸受孔４の仕上げ加工を行う。軸受孔４のプレス加工は３工程に分けて行い、最後の工程はシェービング仕上げとなっている。
【００３４】
軸受孔４の回りでは、ヨーク脚１１の肉の量が異なる。仕上げ打ち抜きポンチ１３７が進入するとき、この進行方向とは直角な方向にも力が発生する。この力はヨーク脚１１に変形を起こし、そこの肉をわずかに押し広げる。このような押し広げられた状態でポンチが進入するため、ポンチが抜き去られたとき、この変形部分が収縮し、いわゆるスプリングバックといわれる現象を生じる。
【００３５】
スプリングバックの量（収縮量あるいは変形量）は場所あるいは方向により異なるため、これに応じて仕上げ形成される孔の形状が異なることになる。スプリングバックの量は、軸受孔４回りの肉の量、ポンチの切れ味、取り代（仕上げ代ｃ）、ランド部１３８の大きさ、ワークの保持状態、ワークとの接触状態、材質、切削油の有無、厚さ方向に応じて異なるため、これらを調整することにより、仕上げ形状をコントロールすることができる。
【００３６】
ヨーク脚１１に関しては、軸受孔４の負荷方向（図５でｆの方向）の幅が最も少ないため、この方向に広がりやすく、したがってスプリングバック量が多くなるため、仕上がる形状はシャフト（例えばシャフト１０１）方向に長い楕円状となる。また、厚さ方向に関しても加工条件が異なる。図４に示すように厚さ方向に沿ってヨーク軸の厚さｄが異なるため、外側から内側にポンチが進入するにつれて、変形しやすくなる。このため内側のスプリングバック量が多くなり、仕上がり寸法について内側の方が外側よりも小さくなるため、軸受孔４はテーパ状となる。
【００３７】
以上の通りであるから、厚さ方向に応じた軸受孔４回りの肉の量、ポンチの切れ味、取り代（仕上げ代）、ランド部１３８の大きさ、ワークの保持状態、ワークとの接触状態、材質、切削油の有無を考慮した加工条件あるいはヨーク脚１１と軸受孔４の寸法、材質を加味することにより、軸受孔４にテーパ形状及び／又は楕円度を与えることができる。
【００３８】
こうして作ったヨークを用いて、ニードル軸受を介してトラニオンクロスを組み立てて自在継手を得、その性能を調査した結果、ガタ付き零または略零及び折り曲げトルク小の継手を得ることができた。また、この加工方法によればプレス加工によりテーパ及び／又は楕円が同時に得られるので、品質が安定し、生産性が向上し、その結果製造コストを低くすることができた。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、通常の加工精度でできた部品のうち、ヨーク脚の軸受孔をプレス加工で行い、所定のテーパ及び／又は楕円を有する軸受孔にしているため、軸受孔に、ニードルを介してトラニオンクロスのトラニオン軸を圧入すると、局部的な変形の影響がベアリングカップ開放部近傍の範囲に止まり、軸受の隙間が殆ど無く若しくは零とすることができ、ガタ付きの発生を防止することができるという効果を奏する。
【００４０】
変形も、軸受孔の周囲一部であるため、周方向及び軸方向の局部的なシメシロとなり、逃げ場の無い過シメシロ状態が避けられるため、折り曲げトルクのアップも避けられるという効果を奏する。接触面は全てコロガリ接触であるため、摩耗は抑えられ、折り曲げトルクのアップも抑えられるという効果を奏する。
【００４１】
更に、軸受孔をプレス加工で行うことにより、旋削加工では得られないような特性を持つ軸受孔形状が得られ、また、切削加工を省略でき、大幅な生産性の向上が期待できるという効果を奏する。組立時においても圧入初期の食いつきが無くなるため、安定して稼動できる。結局、本発明では、製造コストの高騰を招来すること無く、トラニオン軸とニードルの衝突による異音の発生を確実に防止することができると共に、ステアリングシャフトの折り曲げトルクを小さくして滑らかな操舵感を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２つの実施形態に共通する一部を切り欠いたステアリング装置用の自在継手の全体図である。
【図２】 第１実施形態を説明するための部分断面図であって、図１の点線囲いａの部分をＢ−Ｂ方向から拡大して示した図である。
【図３】 図１のＡ−Ａ線に沿ってみたヨークのみを示した断面図である。
【図４】 図１のＢ−Ｂ線に沿ってみたヨークのみを示した断面図である。
【図５】 第２実施形態におけるヨーク脚１１の一部を拡大して示した説明図である。
【図６】 第３実施形態における軸受孔４をテーパ状にあるいは楕円状に加工する方法の一例を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ 第１ヨーク
２ 第２ヨーク
３ トラニオンクロス
４ 軸受孔
５ 軸受部
６ トラニオン軸
７ シール部材
８ センター孔
９ ベアリングカップ
１０ ニードル
１１ ヨーク脚
４１ 内面
６１ 外側転動面
９１ 底部
９２ 筒状壁部
９３ 開放部
１００ 自在継手
１０１ 第１シャフト
１０２ 第２シャフト
１３４ 荒仕上げ孔
１３５ 仕上げ打ち抜きダイ
１３６ ダイ孔
１３７ 仕上げ打ち抜きポンチ
１３８ ランド部
４１１ 小径部
４１２ 大径部
９２１ 内側転動面
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輌用ステアリング装置において用いられる自在継手及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車輌用ステアリング装置では、ステアリングホィールの回転は、アッパーシャフト及び中間シャフトを通して、操舵機構へとつながるロアーシャフトに伝達される。アッパーシャフトの下端と中間シャフトの上端との間、及び中間シャフトの下端及びロアーシャフトの上端との間にはそれぞれ自在継手機構が構成されており、これにより上記シャフトが非平行であってもこれらの間で回転を伝達できるようになっている。
【０００３】
各シャフトの互いに向かい合う端部にはヨーク部が備えられており、ヨーク部は二股に分かれた一対の脚を有している。各脚には軸受孔が設けられており、軸受孔によってトラニオンクロスの互いに反対側にある軸部が支持される。このように自在継手機構ではトラニオンクロスを介在させることによって、互いに平行でなくても一つのシャフトと他のシャフトの間で回転を伝達することができる。
【０００４】
脚部の軸受孔とトラニオンクロスの軸部の間には多数のニードルを介在させることにより総コロ型の軸受機構が構成されている。この軸受機構には後述の理由により部材間に微小間隙が生じるため、車輪から振動が伝わった際、ガタつき、異音を生じ操舵感を悪化させる。
【０００５】
このようなガタの問題に対処するためには、軸受孔、軸部、ニードルの精度を上げればよいが、他方ではコストの面からこのような対処法を容易には採用できない。特開２０００−１７０７８６号公報、及び、実開昭５７−０６１２２８号公報にはこのための対処法が提案されている。また、トルク負荷（の変動）に関して特開昭５６−０３１５２８号公報が提案されている。
【０００６】
特開２０００−１７０７８６号公報では、トラニオンクロスの軸部端面に形成した円錐状孔に、ニードル軸受のベアリングカップ内面に形成した球面上突起を圧接し、これによりトラニオンクロスの軸部とニードル軸受の間の微小間隙を一様に維持し、両者の衝突による異音の発生を防止している。実開昭５７−０６１２２８号公報では、トラニオンクロスの軸部端面に形成した中心孔に樹脂ピースを圧入しベアリングカップの受け形状で動きを押さえている。また、特開昭５６−０３１５２８号公報ではトルク変動を吸収し、軸受の負荷能力を向上させる（軸受寿命を向上させる）ために、局部的に隙間を設けている。
【０００７】
しかしながら、部品の精度を上げてガタつきを小さく抑えるためには、各部品の寸法バラツキを現状の数分の一以下に抑えなければならず、生産性が大幅に低下するため、コストアップになる。その場合でも組み合わせによっては、過シメシロが発生し、ガタ付きは無くなるものの、継手の折り曲げトルクが大きくなり、操縦安定性が低下する。また、軸受部の隙間が零、または、シメシロ状態で構成部品を圧入嵌合するため、カジリ等が発生し易くなり、生産性が低下する。もちろん、適正シメシロの組み合わせを行えば、これらの不具合は解消するが、選択嵌合となるため、大幅に生産性が低下する。
【０００８】
上記特開２０００−１７０７８６号公報では、円錐状孔や球面状突起の同軸度の影響を受け易く、バラ付いた場合、折り曲げトルクが大きくなる、また、局部的なすべり嵌合であるため、耐久性も低下する、更に、組立時も、金属部品同士の接触であるため、精度の良い組立が求められ、生産性が低下するといった問題がある。
【０００９】
上記実開昭５７−０６１２２８号公報では、樹脂ピースを介しての接触であるため、精度はあまり必要とされないが、耐久性や耐熱性の点で限界があるといった問題がある。
【００１０】
さらに、上記特開昭５６−３１５２８号公報では、ヨークの軸受孔と軸受外面との間に隙間が発生するため、軸受が軸方向及び後方向に動き易いといった問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、製造コストの高騰を招来することなく、トラニオンクロスの軸部とニードルの衝突による異音の発生を確実に防止すると共に、ステアリングシャフトの折曲トルクを小さくして滑らかな操舵感を得ることができるステアリング装置用自在継手を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の手段により解決される。すなわち、第１番目の発明の解決手段は、略平行な一対の脚を有する第１ヨーク、上記第１ヨークの脚のそれぞれに、その中心軸を共通にして形成された第１軸受孔対、略平行な一対の脚を有する第２ヨーク、上記第２ヨークの脚のそれぞれに、その中心軸を共通にして形成された第２軸受孔対、十字状に互いに直交した４本のトラニオン軸を備えたトラニオンクロス、上記トラニオン軸のそれぞれに形成された外側転動面、上記第１軸受孔対及び第２軸受孔対にそれぞれ嵌合するための筒状壁部と、この筒状壁部の一方に設けられた底部と、他方が開放された開放部とを有する４つのベアリングカップ、上記ベアリングカップの内面に形成された内側転動面、上記内側転動面上を転動するための複数のニードル、とを有し、上記トラニオン軸のそれぞれの外側転動面と上記軸受孔対のそれぞれの内側との間に、上記ニードル、上記ベアリングカップを介在させて組み立てられたステアリング装置用自在継手において、上記第１軸受孔及び上記第２軸受孔は、第１ヨーク及び第２ヨークのそれぞれの外側において大径部となり、その内側において小径部となるテーパ内面を備えており、上記小径部は、上記ベアリングカップが押し込まれて組み立てられる時、ベアリングカップを上記開放部近傍において局部的に変形させてラジアル方向の隙間をなくすとともに、上記開放部から離れた内側転動面へは上記変形が及ばずニードルの転動に影響を及ぼさない範囲で、組み立て前における上記ベアリングカップの外径よりもわずかに小さい内径を備えていることを特徴とするステアリング装置用自在継手である。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
第２番目の発明の解決手段は、第１番目の発明のステアリング装置用自在継手において、上記第１軸受孔及び上記第２軸受孔のテーパ内面は、更に、第１シャフト及び第２シャフトの軸方向に長径を有する実質的な楕円形状を備えていることを特徴とするステアリング装置用自在継手である。
【００１６】
第３番目の発明の解決手段は、第１番目の発明のステアリング装置用自在継手の軸受孔の加工方法であって、上記軸受孔をプレスにより仕上げ加工するに際し、スプリングバックを利用して上記テーパ形状にこの軸受孔の内面を仕上げることを特徴とするステアリング装置用自在継手の軸受孔の加工方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のステアリング装置用自在継手を図面に基づいて説明する。図１は以下に示す２つの実施形態に共通する一部を切り欠いた自在継手の全体図である。なお、図１には、ステアリング装置用の自在継手１００の第１ヨーク１とトラニオンクロス３の一部断面が点線囲いａ内に示されている。
【００１８】
第１実施形態
図２は、第１実施形態を説明するための部分断面図であって、上記点線囲いａの部分をＢ−Ｂ方向から拡大して示した図である。また、図３及び図４は、それぞれ図１のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿ってみたヨークのみを示した断面図である。
【００１９】
図１に示すように、自在継手１００には、第１シャフト１０１及び第２シャフト１０２とそれらの端部に一対のヨーク（第１ヨーク１及び第２ヨーク２）が備えられており、トラニオンクロス３を介在させることにより２つのシャフトが結合されている。
【００２０】
各ヨーク１、２は二股状に分かれて略平行な一対のヨーク脚１１からなり、各ヨーク脚１１にはその中心軸を共通にして軸受孔４が設けられている。トラニオンクロス３は、本体から十字状に伸び互いに直交した４本のトラニオン軸６を備えている。後述のように各トラニオン軸６のそれぞれを上記軸受孔４に嵌合させ、第１シャフト１０１と第２シャフト１０２とを結合することによって自在継手が構成される。なお、図３、図４にはヨークの一つと点線で輪郭が示されるトラニオンクロス３との相互位置関係が示されている。
【００２１】
図２に示すように、上記トラニオン軸６の外面には外側転動面６１と軸受孔４の内面４１との間には、複数個のニードル１０及びスチール製のベアリングカップ９がこの順で介在しており、これにより軸受部５が形成されている。ベアリングカップ９は筒状壁部９２と一方に設けられた底部９１と他方に設けられた開放部９３を備えたカップ状体であり、底部９１は外部から軸受部５内にゴミが進入するのを防止している。また、トラニオン軸６の外側転動面６１と筒状壁部９２の内側転動面９２１は上記ニードル１０が転動するための転動面となっている。なお、図中、環状のシール部材７は下方外部から軸受部５にゴミが進入するのを防止するものであり、センター孔８はトラニオン軸６の外側転動面６１を仕上げ研削等するためにトラニオンクロス３を製造する工程で設けられたものである。
【００２２】
本実施形態では、軸受孔４の内面４１は、第１ヨーク１、第２ヨーク２の外側において大径部４１２となり、その内側において小径部４１１となる角度αのテーパ面となっている。小径部４１１は、組み立て前におけるベアリングカップ９の外径と等しいか、わずかに小さい径、例えば１０〜２０μｍ程度小さい径、に加工されている。
【００２３】
自在継手１００は、トラニオン軸６のそれぞれの外側転動面６１と軸受孔４の内面４１との間に、ニードル１０、ベアリングカップ９を介在させることにより組み立てられる。組み立て時、ベアリングカップ９は大径部４１２側から押し込まれるので、ベアリングカップ９の開放部９３はテーパ面に沿って案内されこの面から力を受け徐々に内側にわずかに変形する。軸受孔４の開放部９３の近傍では、ベアリングカップ９の筒状壁部９２と軸受孔４の内面４１とがラジアル方向の隙間なしに接触することになるため、ガタつきが防止される。
【００２４】
開放部９３はベアリングカップ９の内側転動面９２１からある程度離れており、上記変形が途中で吸収されて局部的に止まるため、内側転動面９２１側に波及して転動性能に影響を及ぼすようなことは実質的に避けられる。つまり、局部的なシメシロとなるため、逃げ場のない過シメシロ状態に陥ることが避けられる。このため、自在継手１００内では、精度に起因する無効なトルク（折り曲げトルク）やガタの発生が防止され、更に、これに起因する摩耗の発生も防止される。
【００２５】
また、ベアリングカップ９、その他はスチール製であるため、耐熱性の問題もない。また、自在継手のガタを押さえるためシメシロ嵌合させる構造とすると、従来のものではトラニオン軸とヨークの軸受孔を組み立てるときカジリ現象が発生しやすい。本実施形態によると、小径部４１１においては軽いシメシロ嵌合を行う一方、他方では大径部４１２において大きめの隙間が設けられているので従来のようなカジリ現象を生じさせることなく組み立てを行うことができる。
【００２６】
更に、トラニオン軸６や軸受孔４の同軸度の誤差も上述の局部的変形によって吸収されるので、その影響を受けてシール性能の低下や折り曲げトルクの増加を抑制することができる。
【００２７】
なお、上述の先行例（特開昭５６−３１５２８号公報）に開示される自在継手では、ベアリングカップ（同公報上では軸受ブッシュ７）の筒状壁部と軸受孔との間に部分的な三日月状の負荷方向の隙間を作り、この隙間によって形成される橋状部分が弾性変形することによって、負荷トルクの変動を吸収し、軸受の負荷能力を向上させ（軸受の寿命を向上させ）るようになっているので、負荷の変動に関わらずこの方向の隙間を無くしている本発明（第１実施形態及び後述の実施形態）自在継手とは容易に区別される。また、本発明自在継手はステアリング用であるため、低速回転と正逆両方向の負荷を繰り返し受けることから、上記特徴は高速回転、一定方向負荷を受ける通常の自在継手とは異なる意味を持つ。
【００２８】
第２実施形態
軸受孔４が第１実施形態においてはテーパ孔となっていたが、第２実施形態ではこれを楕円孔としている。この点を除きこの自在継手１００は第１実施形態と同様であるので重複する説明をしない。図５は、ヨーク脚１１の一部を拡大して示した説明図であり、同一の符号は第１実施形態と同様のものを指している。
【００２９】
軸受孔４は図５に示されるように第１シャフト１０１（あるいは第２シャフト１０２）の方向に長径Ｒが、その直角方向に短径ｒがとられている。本実施形態における楕円の程度は短長径差が１０〜２０μｍ程度とされる。
【００３０】
上記楕円の短径ｒはベアリングカップ９の外径（円形）よりもわずかに小さく形成されているため、両者の間の隙間はゼロとなっており、わずかな変形が生じている。そして、自在継手１００にトルクがかかったときにトラニオン軸６との間で作用する力ｆの方向は短径ｒの方向と一致している。このため、この方向には軸受孔４の面に至るまで隙間がなく、車軸からの力を受けて自在継手１００のトルクが変動した場合でも、ガタ付きが発生しない。
【００３１】
なお、上述のように軸受孔４を楕円とするとともに同時に第１実施形態に示すようにテーパ面とすることも可能である。
【００３２】
第３実施形態
上記軸受孔４をテーパ状にあるいは楕円状に加工する方法の一例を図６を用いて説明する。第１ヨーク１（あるいは第２ヨーク２）は、仕上げ打ち抜きダイ１３５に２つのヨーク脚１１を密着させた状態で図６のようにセットされる。このとき、ヨーク１の荒仕上げ孔１３４（軸受孔４になる）にはすでに荒仕上げ孔が加工されている。仕上げ打ち抜きダイ１３５にはダイ孔１３６が設けられていて、ヨーク脚１１の荒仕上げ孔１３４と同芯になるように位置決めされる。ヨーク脚１１の両外側には仕上げ打ち抜きポンチ１３７が対向する状態で離れて配置されており、その軸芯はヨーク脚の荒仕上げ孔１３４及び仕上げ打ち抜きダイのダイ孔１３６と同芯になるようにセットされる。仕上げ打ち抜きポンチ１３７にはその先端にランド部１３８が設けられている。
【００３３】
この状態で、２つの仕上げ打ち抜きポンチ１３７は両側から同時にヨーク脚１１側に移動し、仕上げ打ち抜きポンチ１３７のランド部１３８がワークに食い込んで軸受孔４の仕上げ加工を行う。軸受孔４のプレス加工は３工程に分けて行い、最後の工程はシェービング仕上げとなっている。
【００３４】
軸受孔４の回りでは、ヨーク脚１１の肉の量が異なる。仕上げ打ち抜きポンチ１３７が進入するとき、この進行方向とは直角な方向にも力が発生する。この力はヨーク脚１１に変形を起こし、そこの肉をわずかに押し広げる。このような押し広げられた状態でポンチが進入するため、ポンチが抜き去られたとき、この変形部分が収縮し、いわゆるスプリングバックといわれる現象を生じる。
【００３５】
スプリングバックの量（収縮量あるいは変形量）は場所あるいは方向により異なるため、これに応じて仕上げ形成される孔の形状が異なることになる。スプリングバックの量は、軸受孔４回りの肉の量、ポンチの切れ味、取り代（仕上げ代ｃ）、ランド部１３８の大きさ、ワークの保持状態、ワークとの接触状態、材質、切削油の有無、厚さ方向に応じて異なるため、これらを調整することにより、仕上げ形状をコントロールすることができる。
【００３６】
ヨーク脚１１に関しては、軸受孔４の負荷方向（図５でｆの方向）の幅が最も少ないため、この方向に広がりやすく、したがってスプリングバック量が多くなるため、仕上がる形状はシャフト（例えばシャフト１０１）方向に長い楕円状となる。また、厚さ方向に関しても加工条件が異なる。図４に示すように厚さ方向に沿ってヨーク軸の厚さｄが異なるため、外側から内側にポンチが進入するにつれて、変形しやすくなる。このため内側のスプリングバック量が多くなり、仕上がり寸法について内側の方が外側よりも小さくなるため、軸受孔４はテーパ状となる。
【００３７】
以上の通りであるから、厚さ方向に応じた軸受孔４回りの肉の量、ポンチの切れ味、取り代（仕上げ代）、ランド部１３８の大きさ、ワークの保持状態、ワークとの接触状態、材質、切削油の有無を考慮した加工条件あるいはヨーク脚１１と軸受孔４の寸法、材質を加味することにより、軸受孔４にテーパ形状及び／又は楕円度を与えることができる。
【００３８】
こうして作ったヨークを用いて、ニードル軸受を介してトラニオンクロスを組み立てて自在継手を得、その性能を調査した結果、ガタ付き零または略零及び折り曲げトルク小の継手を得ることができた。また、この加工方法によればプレス加工によりテーパ及び／又は楕円が同時に得られるので、品質が安定し、生産性が向上し、その結果製造コストを低くすることができた。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、通常の加工精度でできた部品のうち、ヨーク脚の軸受孔をプレス加工で行い、所定のテーパ及び／又は楕円を有する軸受孔にしているため、軸受孔に、ニードルを介してトラニオンクロスのトラニオン軸を圧入すると、局部的な変形の影響がベアリングカップ開放部近傍の範囲に止まり、軸受の隙間が殆ど無く若しくは零とすることができ、ガタ付きの発生を防止することができるという効果を奏する。
【００４０】
変形も、軸受孔の周囲一部であるため、周方向及び軸方向の局部的なシメシロとなり、逃げ場の無い過シメシロ状態が避けられるため、折り曲げトルクのアップも避けられるという効果を奏する。接触面は全てコロガリ接触であるため、摩耗は抑えられ、折り曲げトルクのアップも抑えられるという効果を奏する。
【００４１】
更に、軸受孔をプレス加工で行うことにより、旋削加工では得られないような特性を持つ軸受孔形状が得られ、また、切削加工を省略でき、大幅な生産性の向上が期待できるという効果を奏する。組立時においても圧入初期の食いつきが無くなるため、安定して稼動できる。結局、本発明では、製造コストの高騰を招来すること無く、トラニオン軸とニードルの衝突による異音の発生を確実に防止することができると共に、ステアリングシャフトの折り曲げトルクを小さくして滑らかな操舵感を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２つの実施形態に共通する一部を切り欠いたステアリング装置用の自在継手の全体図である。
【図２】 第１実施形態を説明するための部分断面図であって、図１の点線囲いａの部分をＢ−Ｂ方向から拡大して示した図である。
【図３】 図１のＡ−Ａ線に沿ってみたヨークのみを示した断面図である。
【図４】 図１のＢ−Ｂ線に沿ってみたヨークのみを示した断面図である。
【図５】 第２実施形態におけるヨーク脚１１の一部を拡大して示した説明図である。
【図６】 第３実施形態における軸受孔４をテーパ状にあるいは楕円状に加工する方法の一例を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１ 第１ヨーク
２ 第２ヨーク
３ トラニオンクロス
４ 軸受孔
５ 軸受部
６ トラニオン軸
７ シール部材
８ センター孔
９ ベアリングカップ
１０ ニードル
１１ ヨーク脚
４１ 内面
６１ 外側転動面
９１ 底部
９２ 筒状壁部
９３ 開放部
１００ 自在継手
１０１ 第１シャフト
１０２ 第２シャフト
１３４ 荒仕上げ孔
１３５ 仕上げ打ち抜きダイ
１３６ ダイ孔
１３７ 仕上げ打ち抜きポンチ
１３８ ランド部
４１１ 小径部
４１２ 大径部
９２１ 内側転動面
Claims (3)
- 略平行な一対の脚を有する第１ヨーク、
上記第１ヨークの脚のそれぞれに、その中心軸を共通にして形成された第１軸受孔対、
略平行な一対の脚を有する第２ヨーク、
上記第２ヨークの脚のそれぞれに、その中心軸を共通にして形成された第２軸受孔対、
十字状に互いに直交した４本のトラニオン軸を備えたトラニオンクロス、
上記トラニオン軸のそれぞれに形成された外側転動面、
上記第１軸受孔対及び第２軸受孔対にそれぞれ嵌合するための筒状壁部と、この筒状壁部の一方に設けられた底部と、他方が開放された開放部とを有する４つのベアリングカップ、
上記ベアリングカップの内面に形成された内側転動面、
上記内側転動面上を転動するための複数のニードル、
とを有し、上記トラニオン軸のそれぞれの外側転動面と上記軸受孔対のそれぞれの内側との間に、上記ニードル、上記ベアリングカップを介在させて組み立てられたステアリング装置用自在継手において、
上記第１軸受孔及び上記第２軸受孔は、第１ヨーク及び第２ヨークのそれぞれの外側において大径部となり、その内側において小径部となるテーパ内面を備えており、
上記小径部は、上記ベアリングカップが押し込まれて組み立てられる時、ベアリングカップを上記開放部近傍において局部的に変形させてラジアル方向の隙間をなくすとともに、上記開放部から離れた内側転動面へは上記変形が及ばずニードルの転動に影響を及ぼさない範囲で、組み立て前における上記ベアリングカップの外径よりもわずかに小さい内径を備えていること
を特徴とするステアリング装置用自在継手。 - 請求項１に記載されたステアリング装置用自在継手において、
上記第１軸受孔及び上記第２軸受孔のテーパ内面は、更に、第１シャフト及び第２シャフトの軸方向に長径を有する実質的な楕円形状を備えていること
を特徴とするステアリング装置用自在継手。 - 請求項１に記載されたステアリング装置用自在継手の軸受孔の加工方法であって、
上記軸受孔をプレスにより仕上げ加工するに際し、スプリングバックを利用して上記テーパ形状にこの軸受孔の内面を仕上げること
を特徴とするステアリング装置用自在継手の軸受孔の加工方法。
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