JP4429749B2 - 固定型等速自在継手 - Google Patents

Description

本発明は固定型等速自在継手に関し、詳しくは、自動車のステアリング装置に組み込まれる固定型等速自在継手に関する。

等速自在継手は、入出力軸間の角度変位のみを許容する固定型と、角度変位および軸方向変位を許容する摺動型に大別され、それぞれ用途・使用条件等に応じて機種選定される。固定型等速自在継手としては、ツェッパ型（以下、「ＢＪ」と称す）やアンダーカットフリー型（以下、「ＵＪ」と称す）が広く知られている。

ＢＪおよびＵＪのいずれも、内周に複数の曲線状のトラック溝を有する外輪と、外周に複数の曲線状のトラック溝を有する内輪と、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝との間に組み込まれたボールと、そのボールを保持する保持器とで構成される。外輪のトラック溝中心は外輪内球面中心に対して外輪開口側、また、内輪のトラック溝中心は内輪外球面中心に対して外輪奥側に位置し、軸方向で互いに逆方向に等距離だけオフセットしている。これにより、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝とで構成されるボールトラックは、外輪の開口側に向けて拡開する楔形となっている。ＢＪでは各トラック溝の全域が曲線状になっているが、ＵＪでは各トラック溝の一方の端部が軸線と平行なストレート状になっている。

一般的に自動車のステアリング装置に組み込まれる軸継手にはカルダンジョイントを２個以上使用している。このジョイントは、単体では不等速なことから、等速性を確保するために互いの変動成分を打ち消し合うよう配置し使用している。このため車両の設計自由度が損なわれるという問題がある。任意の角度で等速性が確保できる等速自在継手をステアリング用軸継手として用いることで、車両の設計自由度が増すことは可能であるが、等速自在継手は回転方向ガタが大きいため、車両直進付近のステアリング操作感の悪化や、異音の原因となることが懸念される。これを解決するため、等速自在継手内部に予圧手段を設けてトラック溝すきまを詰めることを提案している（例えば、特許文献１参照）。

固定型等速自在継手には機能及び加工面から、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝間にはボールを介してすきまがあり、また、外輪の内球面と保持器の外球面、内輪の外球面と保持器の内球面にもすきまが存在する。これらすきまは、継手の中立状態で内輪または外輪のどちらか一方を固定して他方をラジアル方向またはアキシャル方向に移動させたときの移動量をいい、移動させる方向によって、ラジアルすきま、アキシャルすきまのように呼ばれる。これらすきまは、内・外輪間の円周方向のガタツキ（回転バックラッシュ）に大きく影響を与え、特にトラック溝すきまが大きい程回転バックラッシュも大きくなる。このため、一定以上の回転バックラッシュは避けられないことから、この種の固定型等速自在継手は、例えば自動車のステアリング装置のように回転バックラッシュを嫌う用途には一般採用されるには至っていない。
特開２００３−１３００８２号公報

ところで、前述の特許文献１に記載された発明は、回転バックラッシュを詰めることを目的にした固定型等速自在継手であり、等速自在継手内部に予圧手段を設けてトラック溝すきまを詰めるようにしている。この特許文献１には、弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部を内方部材側に設けると共に、その押圧部からの押圧力を受ける受け部を保持器側に設けた予圧手段が開示されている。なお、以下で付する符号は、特許文献１中で記載されているものである。

その予圧手段の一形態として、内方部材を構成する内輪２の内周に結合されたシャフト５の軸端に円筒状の収容部材１７が埋め込まれており、この収容部材１７の内部に押圧部材１０および弾性部材１２が収容されている。押圧部材１０の頭部の端面は凸球面状に形成され、この凸球面部分が弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部１１として機能する。一方、保持器４の端部には、シャフト５と対向する凹球面状の球面部１４ａを有する受け部材１４が取り付けられ、この受け部材１４の凹球面部分が押圧部１１からの押圧力を受ける受け部１５として機能する（特許文献１の段落番号［００３３］および図５参照）。

前述のような構造により、回転バックラッシュを防止するようにしているが、円筒状の収容部材１７をシャフト５の軸端に強固に埋め込むためには、その収容部材１７をシャフト５内に圧入する必要がある。しかしながら、収容部材１７をシャフト５内に圧入すると、押圧部材１０が配された収容部材１７の開口部近傍がわずかに縮径することが考えられる。この収容部材１７の開口部近傍では、受け部材１４の球面部１４ａに当接する押圧部材１０が動作する部位であり、この部位で収容部材１７が縮径していると、押圧部材１０の動作を阻害するおそれがあり、適正な予圧を付与することが困難になることが考えられる。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、特許文献１に開示された押圧部および受け部からなる予圧手段の構造を改善し、押圧部材の機能を阻害することなく、適正な予圧を確実に付与し得るようにした固定型等速自在継手を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、複数のトラック溝が形成された球状内面を備えた外方部材と、複数のトラック溝が形成された球状外面を備えた内方部材と、外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝の協働で形成された楔形のボールトラックに配置したボールと、外方部材の球状内面と内方部材の球状外面との間に配置され、ボールを保持する保持器とを備え、弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部を前記内方部材側に、かつ、押圧部からの押圧力を受ける受け部を保持器側に設けた固定型等速自在継手において、前記押圧部を先端に有する押圧部材を有底筒状のケース内に弾性部材を介して突出退入自在に収容し、前記押圧部材の先端を弾性部材による弾性力でもってケース開口端から突出させる方向に付勢したプランジャユニットを、前記押圧部が突出退入動作する先端側部位を除く部位で内方部材の凹陥部に圧入し、前記先端側部位でユニットの外周面と内方部材の凹陥部の内周面との間に隙間を設けたことを特徴とする。

本発明の固定型等速自在継手では、押圧部を先端に有する押圧部材を有底筒状のケース内に弾性部材を介して突出退入自在に収容し、前記押圧部材の先端を弾性部材による弾性力でもってケース開口端から突出させる方向に付勢したプランジャユニットを、前記押圧部が突出退入動作する先端側部位を除く部位で内方部材の凹陥部に圧入し、前記先端側部位でユニットの外周面と内方部材の凹陥部の内周面との間に隙間を設けたことにより、前記押圧部が突出退入動作する先端側部位で、ユニット外径が縮径することはないので、プランジャユニット先端に位置する押圧部の突出退入動作を阻害する可能性が少なくなる。その結果、プランジャユニット先端の押圧部が適正な押圧力でもって受け部を押圧するので、予圧を確実に付与することができる。なお、この隙間は、内方部材の凹陥部内周面を拡径させるか、あるいは、ユニット外周面を縮径させることにより形成可能である。

以上で説明した固定型等速自在継手は、自動車のステアリング装置に組み込めば、等速自在継手内のトラック溝すきまを詰めて回転バックラッシュを防止する上で、より一層顕著な効果を発揮する。自動車のステアリング装置は、モータによる操舵補助力を付与するようにした電動パワーステアリング装置であってよいし、油圧式のパワーステアリング装置であってもよい。

本発明によれば、押圧部を先端に有する押圧部材を有底筒状のケース内に弾性部材を介して突出退入自在に収容し、前記押圧部材の先端を弾性部材による弾性力でもってケース開口端から突出させる方向に付勢したプランジャユニットを、前記押圧部が突出退入動作する先端側部位を除く部位で内方部材の凹陥部に圧入し、前記先端側部位でユニットの外周面と内方部材の凹陥部の内周面との間に隙間を設けたことにより、押圧部が突出退入動作する先端側部位で、ユニット外径が縮径することはないので、プランジャユニット先端に位置する押圧部の突出退入動作を阻害する可能性が少なくなり、プランジャユニット先端の押圧部が適正な押圧力でもって受け部を押圧するので、予圧を確実に付与することができる。従って、等速自在継手内のトラック溝すきまを詰めて回転バックラッシュを確実に防止できるので、信頼性の高い固定型等速自在継手を提供できる。

本発明に係る固定型等速自在継手の実施形態を詳述する。以下の実施形態では、ステアリング用固定型等速自在継手の一種であるツェッパ型（ＢＪ）に適用した場合を例示するが、本発明はこれに限定されることなく、アンダーカットフリー型（ＵＪ）にも適用可能である。また、本発明の固定型等速自在継手は、ステアリング用に限らず、ドライブシャフト用あるいはプロペラシャフト用としても使用することが可能である。

まず、固定型等速自在継手が組み込まれるステアリング装置を簡単に説明する。ステアリング装置は、図９に示すようにステアリングホイール６の回転運動を、一または複数のステアリングシャフト２からなるステアリングコラムを介してステアリングギヤ８に伝達することにより、タイロッド９の往復運動に変換するようにしたものである。車載スペース等との兼ね合いでステアリングシャフト２を一直線に配置できない場合は、ステアリングシャフト２間に一または複数の軸継手１を配置し、ステアリングシャフト２を屈曲させた状態でもステアリングギヤ８に正確な回転運動を伝達できるようにしている。この軸継手１に固定型等速自在継手を使用する。図９（Ｂ）における符号αは継手の折り曲げ角度を表しており、折り曲げ角度αが３０°を越える大角度も設定可能である。

次に固定型等速自在継手について説明する。この実施形態の固定型等速自在継手１はツェッパ型ジョイント（ＢＪ）で、図１に示すように外方部材としての外輪１０と、内方部材を構成する内輪２０およびシャフト２と、トルクを伝達するボール３０と、ボール３０を支持する保持器４０を主要な構成要素として成り立っている。外輪１０は入力軸または出力軸と接続し、内輪２０は出力軸または入力軸と接続する。この実施形態では、内輪２０の内周にセレーションやスプライン等のトルク伝達手段を介してシャフト２を結合することにより、内方部材を構成している。

前述の外輪１０は一端にて開口したカップ状で、球状内面１２の円周方向等配位置に、軸方向に延びるトラック溝１４が形成されている。また、内輪２０は、球状外面２２の円周方向等配位置に、軸方向に延びるトラック溝２４が形成されている。外輪１０のトラック溝１４と内輪２０のトラック溝２４とは対をなして軸方向の一方から他方へ楔状に拡がるボールトラックを形成し、各ボールトラックに一個のボール３０がそれぞれ組み込んである。保持器４０は外輪１０の球状内面１２と内輪２０の球状外面２２との間に摺動自在に介在し、各ボール３０は保持器４０のポケット４６に収容されて円周方向で等間隔に保持されている。

保持器４０の外周面４２は外輪１０の球状内面１２と球面接触し、保持器４０の内周面４４は内輪２０の球状外面２２と球面嵌合している。そして、外輪１０の球状内面１２の中心と、内輪２０の球状外面２２の中心は継手中心Ｏと一致している。これに対して、外輪１０のトラック溝１４の中心Ｏ₁と、内輪２０のトラック溝２４の中心Ｏ₂は、軸方向で、互いに逆方向に等距離だけオフセットしている。このため、一対のトラック溝１４，２４により形成されるボールトラックは、外輪１０の奥部側から開口側に向かって拡がる楔状を呈している。

この固定型等速自在継手において、図２に示すように外輪１０と内輪２０とがどのような折り曲げ角、つまり作動角θをとっても、保持器４０に案内されたボール３０は常に作動角θの二等分線に垂直な平面内に維持され、継手の等速性が確保される。

この固定型等速自在継手では、図１に示すようにシャフト２の軸端にプランジャユニット５０を取り付けている。このプランジャユニット５０は、図３に示すように先端に押圧部５２を有する押圧部材としてのボール５３、弾性部材としての圧縮コイルばね５４、ボール５３と圧縮コイルばね５４を収容するケース５５からなるアッセンブリ体である。この圧縮コイルばね５４は、ボール５３を外輪１０の奥部側（ボール突出方向）へ押圧する弾性力の発生源としている。ケース５５は、内輪２０とセレーション結合で一体化されたシャフト２の軸端に形成された凹陥部２ａに圧入することにより固定される。また、ケース５５は有底筒状をなし、その開口端縁部に内径側へ突出する係止部５５ａを設けることにより、ボール５３の突出を規制する。これにより、ボール５３、圧縮コイルばね５４およびケース５５をユニット化したアッセンブリ体としている。さらに、開口端縁部に外径側へ張り出したフランジ５５ｂを設けることにより、シャフト２の軸端面を基準としてプランジャユニット５０を位置決めしている。

保持器４０の外輪１０の奥側端部には受け部材５６を取り付けている。この受け部材５６は、保持器４０の端部開口を覆う蓋状をなし（図１参照）、部分球面状の球面部５６ａとその外周に環状に形成された取付け部５６ｂとで構成される。球面部５６ａの内面（シャフト２と対向する面）は凹球面で、この凹球面は押圧部５２からの押圧力を受ける受け部５８として機能する。取付け部５６ｂは、保持器４０の端部に圧入、溶接等の適宜の手段で固定されている。

この等速自在継手のシャフト２が作動角をとった際に、プランジャユニット５０の押圧部５２と受け部材５６の受け部５８間をスムーズに摺動させるため、図４に示すように凹球面状の受け部５８の内径寸法Ｒｏは、押圧部５２を有するボール５３の外径寸法ｒ（図３参照）よりも大きくする（Ｒｏ＞ｒ）。また、作動角θ（図２参照）をとった際の受け部材５６と内輪２０との干渉を防止するため、受け部５８の内径寸法Ｒｏは、内輪２０の球状外面２２の外径寸法Ｒｉよりも大きくする（Ｒｏ＞Ｒｉ）。

以上の構成において、シャフト２のセレーション軸部と内輪２０をセレーション結合し、止め輪４を装着して両者が完全に結合されると、プランジャユニット５０の押圧部５２と受け部材５６の受け部５８とが互いに当接し、ボール５３が退入して圧縮コイルばね５４が圧縮される。これにより、シャフト２と一体化された内輪２０が、弾性力により外輪１０の開口側に軸方向変位し、この変位によりトラック溝１４，２４に配置されたボール３０とトラック溝１４，２４のすきまが縮小されるため、トラック溝１４，２４のアキシャルすきまが詰められ、回転バックラッシュが防止される。

前述のプランジャユニット５０をシャフト２に取り付ける構造は次のとおりである。図５はプランジャユニット５０をシャフト２に取り付ける前の状態、図６はプランジャユニット５０をシャフト２に取り付けた後の状態をそれぞれ示す。プランジャユニット５０の基端近傍のみをシャフト２の凹陥部２ａに圧入するため、シャフト２の凹陥部２ａの開口側部位ｂを、プランジャユニット５０の圧入後にケース５５の基端近傍が位置する奥側部位ａよりも拡径させる。また、シャフト２の凹陥部２ａの奥側部位ａでの内径をプランジャユニット５０のケース５５の外径よりも若干小さくすると共に、凹陥部２ａの開口側部位ｂでの内径をケース５５の外径よりも若干大きく設定する。

以上のような構造としたことにより、図７に示すようにプランジャユニット５０をシャフト２の凹陥部２ａに圧入すると、シャフト２の凹陥部２ａの奥側部位ａでの内径をプランジャユニット５０のケース５５の外径よりも若干小さくしていることから、プランジャユニット５０のケース５５の基端近傍が縮径するように若干変形し、シャフト２に確実に固定されて抜け止めとなる。一方、ケース５５の基端近傍を除く先端側部位では、凹陥部２ａの開口側部位ｂでの内径をケース５５の外径よりも若干大きくしていることから、ケース５５が縮径するように変形することはなく、ケース５５の外径と凹陥部２ａの内径との間に隙間６１が形成される。なお、ケース５５の内径をボール５３の外径よりも若干大きく設定することによりクリアランスｍを設け、ケース５５内でボール５３がスムーズに移動できるようにしている。

従って、等速自在継手の各構成部材を組み付けた状態で、プランジャユニット５０の押圧部５２と受け部材５６の受け部５８とが互いに当接し、ボール５３が圧縮コイルばね５４の弾性力に抗して退入動作する際に、前述したようにプランジャユニット５０をシャフト２に圧入で組み付けた構造であっても、ボール５３の動作領域でケース５５と凹陥部２ａ間に隙間６１があってそのケース５５が縮径されていないので、プランジャユニット５０の先端に位置するボール５３の突出退入動作を阻害する可能性はなく、そのプランジャユニット５０の押圧部５２が適正な押圧力でもって受け部５を押圧して予圧を確実に付与する。

なお、前述では、ケース５５の基端近傍を除く先端側部位で、凹陥部２ａの開口側部位での内径をケース５５の外径よりも若干大きくすることにより、ケース５５の外径と凹陥部２ａの内径との間に隙間６１を凹陥部側で形成しているが、図８に示すようにケース５５の基端近傍を除く先端側部位で、ケース５５の外径を縮径させた形状とすることにより、ケース５５の外径と凹陥部２ａの内径との間に隙間６２をケース側で形成するようにしてもよい。

本発明に係る固定型等速自在継手の実施形態で、ステアリング用等速自在継手の全体構成を示す断面図である。 図１の等速自在継手で二軸が作動角をとった状態を示す断面図である。 図１の要部拡大図である。 図１の要部拡大図である。 プランジャユニットをシャフトに取り付ける前の状態を示す拡大図である。 プランジャユニットをシャフトに取り付けた後の状態を示す拡大図である。 プランジャユニットの圧入構造で、図６の要部拡大図である。 プランジャユニットの他の圧入構造を示す拡大図である。 （Ａ）はステアリング装置の平面図、（Ｂ）はステアリング装置の側面図、（Ｃ）はステアリング装置の斜視図である。

符号の説明

２ 内方部材（シャフト）
１０ 外方部材（外輪）
１２ 球状内面
１４ トラック溝
２０ 内方部材（内輪）
２２ 球状外面
２４ トラック溝
３０ ボール
４０ 保持器
５０ プランジャユニット
５２ 押圧部
５３ 押圧部材（ボール）
５４ 弾性部材（圧縮コイルばね）
５５ ケース
５６ 受け部材
５８ 受け部

Claims (4)

1. 複数のトラック溝が形成された球状内面を備えた外方部材と、複数のトラック溝が形成された球状外面を備えた内方部材と、外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝の協働で形成された楔形のボールトラックに配置したボールと、外方部材の球状内面と内方部材の球状外面との間に配置され、ボールを保持する保持器とを備え、弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部を前記内方部材側に、かつ、押圧部からの押圧力を受ける受け部を保持器側に設けた固定型等速自在継手において、前記押圧部を先端に有する押圧部材を有底筒状のケース内に弾性部材を介して突出退入自在に収容し、前記押圧部材の先端を弾性部材による弾性力でもってケース開口端から突出させる方向に付勢したプランジャユニットを、前記押圧部が突出退入動作する先端側部位を除く部位で内方部材の凹陥部に圧入し、前記先端側部位でユニットの外周面と内方部材の凹陥部の内周面との間に隙間を設けたことを特徴とする固定型等速自在継手。
2. 前記隙間は、内方部材の凹陥部の内周面を拡径させることにより形成した請求項１に記載の固定型等速自在継手。
3. 前記隙間は、ユニットの外周面を縮径させることにより形成した請求項１に記載の固定型等速自在継手。
4. 自動車のステアリング装置に組み込まれた請求項１〜３のいずれか一項に記載の固定型等速自在継手。