JP4968100B2

JP4968100B2 - 十字軸自在継手

Info

Publication number: JP4968100B2
Application number: JP2008033954A
Authority: JP
Inventors: 雅裕井上
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2028-02-15
Also published as: JP2009191976A

Description

本発明は十字軸自在継手、特に、車両用ステアリング装置に組み込まれる十字軸自在継手に関する。

ステアリング装置は、ステアリングホイールの回転をステアリングギヤに伝達するアッパーシャフトとロアーシャフトとの間に、十字軸自在継手を介在させ、同一軸線上にない二つのシャフトの間で、回転トルクを伝達可能にしている。十字軸自在継手は、ヨークの軸受孔に、複数の針状ころを有する針状ころ軸受を介して、十字状に配置された４本の軸部を有する十字軸が回転自在に軸支されている。

このような十字軸自在継手は、通常は、ヨークの軸受孔に針状ころ軸受の外輪を圧入すると共に、十字軸の軸部と針状ころ軸受をすきまばめ嵌合にしている。すきまばめ嵌合だと、車軸側からの振動が十字軸自在継手に伝わる時に、十字軸の軸部と針状ころ軸受との間のすきまが干渉を起こしてしまい、操舵フィーリングが悪化する問題があった。

十字軸の軸部と針状ころ軸受を締まりばめ嵌合にすると、操舵フィーリングを改善することができる。しかし、圧入時の十字軸の軸部や針状ころの傷付きを防止するためには、組み込み速度を遅くする必要があり、また、高い部品精度が必要なため、製造コストが上昇する問題があった。

特許文献１の十字軸自在継手は、ヨークの軸受孔の入口付近を拡径することで、針状ころ軸受の外輪の圧入初期の針状ころ軸受の外輪の縮径量を緩和し、圧入時の十字軸の軸部や針状ころの傷付きを防止している。しかし、特許文献１の十字軸自在継手は、針状ころ軸受の外輪が圧入される軸方向長さが短くなるため、針状ころ軸受の剛性が低下してしまう。

特許文献２の十字軸自在継手は、十字軸の軸部の軸端に滑らかな面取り部を形成することにより、十字軸の軸部や針状ころの傷付きを防止している。しかし、特許文献２の十字軸自在継手は、滑らかな面取り部を形成するために加工工程が増加するため、製造コストが上昇してしまう。

特許文献３の十字軸自在継手は、十字軸の軸部の軸端にブッシュを圧入することにより、十字軸の軸部や針状ころの傷付きを防止している。しかし、特許文献３の十字軸自在継手は、部品数が増加すると共に加工工程が増加するため、製造コストが上昇してしまう。

特開２００５−１４７１７６号公報特開２００５−１４７１７７号公報特開２００６−１２５５１３号公報

本発明は、十字軸に針状ころ軸受を組み付ける時に、十字軸の軸部や針状ころが傷付くことを防止した十字軸自在継手を提供することを課題とする。

上記課題は以下の手段によって解決される。すなわち、第１番目の発明は、一対のヨーク、上記一対のヨークに各々形成され、二股状に対向する一対の腕部、上記一対の腕部に各々形成され、同一軸線上に配置された一対の軸受孔、上記一対の軸受孔に各々内嵌する外輪、上記外輪の円筒状の内周に内嵌する少なくとも３個の第１の針状ころ、上記外輪の円筒状の内周に内嵌して上記第１の針状ころの間に配置され、上記第１の針状ころよりも軸方向の長さが短く直径が大きい複数の第２の針状ころ、上記第１の針状ころと第２の針状ころに内嵌して、上記一対のヨークに揺動自在に嵌合する十字状の軸部を有する十字軸を備え、上記第１の針状ころの内接円の直径は、上記第２の針状ころの内接円の直径よりも大きく、かつ、上記十字軸の軸部の直径以上に形成されているとともに上記第２の針状ころは上記十字軸の軸部に対して圧入されていることを特徴とする十字軸自在継手である。

第２番目の発明は、第１番目の発明の十字軸自在継手において、上記第１の針状ころは上記外輪の円筒状の内周の円周上に等間隔に内嵌していることを特徴とする十字軸自在継手である。

第３番目の発明は、第１番目の発明の十字軸自在継手において、上記外輪は円筒カップ状に形成されていることを特徴とする十字軸自在継手である。

第４番目の発明は、第１番目から第３番目までのいずれかの発明の十字軸自在継手において、上記第１の針状ころには、上記軸部への圧入端側に面取り部が形成されていることを特徴とする十字軸自在継手である。

本発明の十字軸自在継手は、一対のヨークの軸受孔に内嵌する外輪と、外輪の円筒状の内周に内嵌する少なくとも３個の第１の針状ころと、外輪の円筒状の内周に内嵌して第１の針状ころの間に配置され、第１の針状ころよりも軸方向の長さが短く直径が大きい複数の第２の針状ころと、第１の針状ころと第２の針状ころに内嵌して、上記一対のヨークに揺動自在に嵌合する十字状の軸部を有する十字軸を備えている。

従って、第１の針状ころが軸部に先行して外嵌し、第２の針状ころの圧入時に第１の針状ころが案内の作用をする。そのため、第２の針状ころと十字軸の軸部が円滑に圧入され、第２の針状ころを十字軸の軸部に締まりばめ嵌合にしても、第２の針状ころや軸部に傷が付かない。従って、軸部の外周が針状ころに引っかかる結果生じる戻り不良、操舵トルクの上昇、ゴロゴロ感等の操舵フィーリングの悪化を回避することが可能となると共に、部品数の増加や加工工程の増加が無いため、製造コストの上昇が抑えられる。

以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。図１は、本発明の十字軸自在継手を有するステアリング装置の全体を示し、一部を断面した正面図であって、電動パワーステアリング装置に適用した実施例を示す。

図１に示すように、本発明の十字軸自在継手を有するステアリング装置は、車体後方側（図１の右側）にステアリングホイール１１を装着可能なステアリングシャフト１２と、このステアリングシャフト１２を挿通したステアリングコラム１３と、このステアリングシャフト１２に補助トルクを付与する為のアシスト装置（操舵補助部）２０と、このステアリングシャフト１２の車体前方側（図１の左側）に、図示しないラック／ピニオン機構を介して連結されたステアリングギヤ３０とを備える。

ステアリングシャフト１２は、雌ステアリングシャフト１２Ａと雄ステアリングシャフト１２Ｂとを、回転トルクを伝達可能に、かつ軸方向に関して相対移動可能にスプライン嵌合している。従って、上記雌ステアリングシャフト１２Ａと雄ステアリングシャフト１２Ｂとは、衝突時に、このスプライン嵌合部が相対移動して、全長を縮めることができる。

また、上記ステアリングシャフト１２を挿通した筒状のステアリングコラム１３は、アウターコラム１３Ａとインナーコラム１３Ｂとをテレスコピック移動可能に嵌合しており、衝突時に軸方向の衝撃が加わった場合に、この衝撃によるエネルギを吸収しつつ全長が縮まる、所謂コラプシブル構造としている。

そして、上記インナーコラム１３Ｂの車体前方側端部を、ギヤハウジング２１の車体後方側端部に圧入嵌合して固定している。また、上記雄ステアリングシャフト１２Ｂの車体前方側端部を、このギヤハウジング２１の内側に通し、アシスト装置２０の図示しない入力軸の車体後方側端部に連結している。

ステアリングコラム１３は、その中間部を支持ブラケット１４により、ダッシュボードの下面等、車体１８の一部に支承している。また、この支持ブラケット１４と車体１８との間に、図示しない係止部を設けて、この支持ブラケット１４に車体前方側に向かう方向の衝撃が加わった場合に、この支持ブラケット１４が上記係止部から外れ、車体前方側に移動するようにしている。

また、上記ギヤハウジング２１の上端部も、上記車体１８の一部に支承している。また、本実施例の場合には、チルト機構及びテレスコピック機構を設けることにより、上記ステアリングホイール１１の車体前後方向位置、及び、高さ位置の調節を自在としている。このようなチルト機構及びテレスコピック機構は、従来から周知であり、本発明の特徴部分でもない為、詳しい説明は省略する。

上記ギヤハウジング２１の車体前方側端面から突出した出力軸２３は、十字軸自在継手１５を介して、中間シャフト１６の後端部に連結している。また、この中間シャフト１６の前端部に、別の十字軸自在継手１５を介して、ステアリングギヤ３０の入力軸３１を連結している。中間シャフト１６は、雄中間シャフト（雄シャフト）１６Ａの車体前方側に、雌中間シャフト（雌シャフト）１６Ｂの車体後方側が外嵌し、回転トルクを伝達可能に、かつ、軸方向に関して相対移動可能に嵌合している。

図示しないピニオンが、入力軸３１に結合している。また、図示しないラックが、このピニオンに噛み合っており、ステアリングホイール１１の回転が、タイロッド３２を移動させて、図示しない車輪を操舵する。

アシスト装置２０のギヤハウジング２１には、電動モータ２６のケース２６１が固定され、この電動モータ２６の図示しない回転軸にウォームが結合されている。出力軸２３には図示しないウォームホイールが取り付けられ、このウォームホイールに電動モータ２６の回転軸のウォームが噛合っている。

また、出力軸２３の中間部の周囲には、図示しないトルクセンサが設けられている。上記ステアリングホイール１１からステアリングシャフト１２に加えられるトルクの方向と大きさを、トルクセンサで検出し、この検出値に応じて、電動モータ２６を駆動し、ウォームとウォームホイールから成る減速機構を介して、出力軸２３に、所定の方向に所定の大きさで補助トルクを発生させる。

図２は本発明の十字軸自在継手１５の一部を断面した側面図である。図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図３の変形例である。図５は二種類の針状ころの長さと直径寸法を示す説明図である。図６は針状ころの端面形状の例を示す説明図である。図７は二種類の針状ころの内接円直径を示す説明図である。図８は本発明の実施例の十字軸自在継手１５の組立方法を示す説明図である。

図２に示すように、十字軸自在継手１５は、一対のヨーク４、４の間に、十字状の十字軸５が介装してある。すなわち、ヨーク４、４は、二股状に対向して形成された一対の腕部４２、４２を有し、腕部４２、４２には軸受孔４１、４１が各々形成されている。軸受孔４１、４１は同一軸線上に配置され、軸受孔４１、４１には、針状ころ軸受６、６を介して、十字軸５の軸部５１、５１が揺動自在に嵌合している。本実施例のヨーク４は、板金、鍛造もしくは鋳造のいずれで製造しても良く、またヨーク４の材料は、鉄系、もしくはアルミ系のいずれであっても良い。

図２、図３、図５に示すように、針状ころ軸受６は、軸受孔４１に締まりばめ嵌合する円筒カップ状の金属製の外輪６１と、この外輪６１の円筒状の内周６１１の円周上に内嵌する、第１の針状ころ６２と第２の針状ころ６３で構成されている。

図３に示すように、第１の針状ころ（第２の針状ころ６３と識別しやすくするために、ハッチングを付して示している）６２は、外輪６１の円筒状の内周６１１の円周上に、等間隔（１２０度間隔）に３個内嵌している。第２の針状ころ（第１の針状ころ６２と識別しやすくするために、ハッチング無しで示している）６３は、第１の針状ころ６２の間に、７個ずつ、合計２１個内嵌している。

図４は図３の変形例であり、第１の針状ころ６２は、外輪６１の円筒状の内周６１１の円周上に、等間隔（６０度間隔）に６個内嵌している。第２の針状ころ６３は、第１の針状ころ６２の間に、３個ずつ、合計１８個内嵌している。第１の針状ころ６２は、外輪６１の円筒状の内周６１１に、少なくとも３個内嵌すればよい。また、第１の針状ころ６２は、外輪６１の円筒状の内周６１１の円周上に、不等間隔に内嵌してもよい。

図５に示すように、第１の針状ころ６２の軸方向の長さをＬ１、直径をφｄ１、第２の針状ころ６３の軸方向の長さをＬ２、直径をφｄ２とする。本発明の実施例では、第２の針状ころ６３の軸方向の長さＬ２は、第１の針状ころ６２の軸方向の長さＬ１よりもδＬだけ短い。

また、第２の針状ころ６３の直径φｄ２は、第１の針状ころ６２の直径φｄ１よりも若干大きい。従って、図７（１）、（２）示すように、第１の針状ころ６２の内接円６２４の直径φＤ１は、第２の針状ころ６３の内接円６３４の直径φＤ２よりも大きい。さらに、第１の針状ころ６２の内接円６２４の直径φＤ１は、十字軸５の軸部５１の直径φｄ３（図２参照）以上に形成されている。

ここで説明した、第１の針状ころ６２及び第２の針状ころ６３の軸方向の長さＬ１、Ｌ２は、図５に示すように、第１の針状ころ６２及び第２の針状ころ６３の軸方向の全長寸法では無い。すなわち、第１の針状ころ６２及び第２の針状ころ６３の一方の端面６２１、６３１から、他方の端面６２２、６３２の面取り部（図５の実施例では、面取りの大きさＲ１、Ｒ２）を除いた位置６２３、６３３までの寸法とする。

また、図５の実施例では、第１の針状ころ６２及び第２の針状ころ６３は、端面が平面で、Ｒ面取りが形成されているが、他の端面形状でもよい。すなわち、図６（１）は、端面が平面で、４５度面取りを施した第１の針状ころ６２及び第２の針状ころ６３を示す。図６（２）は、端面に丸面（球面）６４を形成した第１の針状ころ６２及び第２の針状ころ６３を示す。図６（３）は、端面が平面で、小径の円筒部６５を形成した第１の針状ころ６２及び第２の針状ころ６３を示す。

図８は本発明の実施例の十字軸自在継手１５の組立手順を示す説明図である。まず、十字軸５とヨーク４を所定の位置に仮組みし、図示しない十字軸押さえ治具で十字軸５を保持し、図示しないヨーク押さえ治具でヨーク４を保持することにより、ヨーク４の軸受孔４１の中心軸線と十字軸５の軸部５１の中心軸線を一致させる。

次に、図示しない軸受押さえ治具で針状ころ軸受６の外輪６１を保持することにより、ヨーク４の軸受孔４１の中心軸線に針状ころ軸受６の中心軸線を一致させる。実施例の針状ころ軸受６は、保持器の無い総ころ形のシェル形針状ころ軸受であり、外輪６１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、第１の針状ころ６２及び第２の針状ころ６３が転動する内周６１１の軌道面の耐久性を向上させている。

続いて、図８（１）の矢印Ｆに示すように、軸受孔４１の中心軸線に平行に、針状ころ軸受６を軸受孔４１に圧入する。すると、十字軸５の軸部５１の圧入端側の面取り部に、軸方向の長さが長い第１の針状ころ６２の圧入端側の面取り部が、最初に当接する。

図７（１）で説明したように、第１の針状ころ６２の内接円６２４の直径φＤ１は、十字軸５の軸部５１の直径φｄ３以上に形成されているため、嵌合が緩く、十字軸５の軸部５１に対して第１の針状ころ６２は円滑に挿入され、第１の針状ころ６２や軸部５１に傷は付かない。

続いて、図８（２）の矢印Ｆに示すように、針状ころ軸受６を軸受孔４１にさらに圧入すると、十字軸５の軸部５１の圧入端側の面取り部に、軸方向の長さが短い第２の針状ころ６３の圧入端側の面取り部が当接する。

上記したように、第１の針状ころ６２が軸部５１に先行して外嵌し、軸部５１と針状ころ軸受６の中心軸線が一致しているとともに、第１の針状ころ６２が圧入時の案内の作用をする。従って、第２の針状ころ６３と十字軸５の軸部５１を締まりばめ嵌合にしても、図８（３）に示すように、軸部５１に対して第２の針状ころ６３は円滑に圧入され、第２の針状ころ６３や軸部５１に傷は付かない。

従って、部品数の増加や加工工程の増加が無いため、製造コストの上昇が抑えられると共に、軸部５１の外周が針状ころに引っかかる結果生じる戻り不良、操舵トルクの上昇、ゴロゴロ感等の操舵フィーリングの悪化を回避することが可能となる。

また、十字軸５の軸部５１や第２の針状ころ６３のクラウニングを小さくしても、軸部５１に対して第２の針状ころ６３が円滑に圧入されるため、クラウニングにより発生しやすい針状ころのスキューを抑制できる。そのため、針状ころと針状ころが転動する軌道面との間の滑りが小さくなり、針状ころ軸受６の発熱を抑制することが可能となる。

上記実施例では、車両用ステアリング装置に使用される十字軸自在継手に本発明を適用した例について説明したが、動力伝達軸に使用される十字軸自在継手に適用してもよい。

本発明の十字軸自在継手を有するステアリング装置の全体を示し、一部を断面した正面図であって、電動パワーステアリング装置に適用した実施例を示す。本発明の十字軸自在継手の一部を断面した側面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。図３の変形例である。二種類の針状ころの長さと直径寸法を示す説明図である。針状ころの端面形状の例を示す説明図である。二種類の針状ころの内接円直径を示す説明図である。本発明の実施例の十字軸自在継手の組立手順を示す説明図である。

符号の説明

１１ステアリングホイール
１２ステアリングシャフト
１２Ａ雌ステアリングシャフト
１２Ｂ雄ステアリングシャフト
１３ステアリングコラム
１３Ａアウターコラム
１３Ｂインナーコラム
１４支持ブラケット
１５十字軸自在継手
１６中間シャフト
１６Ａ雄中間シャフト
１６Ｂ雌中間シャフト
１８車体
２０アシスト装置
２１ギヤハウジング
２３出力軸
２６電動モータ
２６１ケース
３０ステアリングギヤ
３１入力軸
３２タイロッド
４ヨーク
４１軸受孔
４２腕部
５十字軸
５１軸部
６針状ころ軸受
６１外輪
６１１内周
６２第１の針状ころ
６２１一方の端面
６２２他方の端面
６２３面取り部を除いた位置
６２４内接円
６３第２の針状ころ
６３１一方の端面
６３２他方の端面
６３３面取り部を除いた位置
６３４内接円
６４丸面
６５小径の円筒部

Claims

一対のヨーク、
上記一対のヨークに各々形成され、二股状に対向する一対の腕部、
上記一対の腕部に各々形成され、同一軸線上に配置された一対の軸受孔、
上記一対の軸受孔に各々内嵌する外輪、
上記外輪の円筒状の内周に内嵌する少なくとも３個の第１の針状ころ、
上記外輪の円筒状の内周に内嵌して上記第１の針状ころの間に配置され、上記第１の針状ころよりも軸方向の長さが短く直径が大きい複数の第２の針状ころ、
上記第１の針状ころと第２の針状ころに内嵌して、上記一対のヨークに揺動自在に嵌合する十字状の軸部を有する十字軸を備え、
上記第１の針状ころの内接円の直径は、上記第２の針状ころの内接円の直径よりも大きく、かつ、上記十字軸の軸部の直径以上に形成されているとともに上記第２の針状ころは上記十字軸の軸部に対して圧入されていること
を特徴とする十字軸自在継手。
請求項１に記載された十字軸自在継手において、
上記第１の針状ころは上記外輪の円筒状の内周の円周上に等間隔に内嵌していること
を特徴とする十字軸自在継手。
請求項１に記載された十字軸自在継手において、
上記外輪は円筒カップ状に形成されていること
を特徴とする十字軸自在継手。
請求項１から請求項３までのいずれかに記載された十字軸自在継手において、
上記第１の針状ころには、上記軸部への圧入端側に面取り部が形成されていること
を特徴とする十字軸自在継手。