JP5136857B2 - 自在継手 - Google Patents

Description

この発明は、一対のヨークと十字軸とを有する自在継手に関する。
本発明に係る自在継手は、例えば、車両用操舵装置において用いられるものである。

自在継手には、一対のヨークと、これらのヨークを連結する十字軸とを備えるものがある（例えば特許文献１、２参照）。十字軸は、円柱状をなす４つのトラニオンを有しており、各ヨークに揺動可能に連結されている。各トラニオンは、個々に設けられた軸受を介して対応するヨークに連結されている。
軸受としては、例えば、有底円筒状のカップと、カップ内に収容された複数の針状ころからなる針状ころ軸受が用いられている。各トラニオンの端部は、カップに挿入され、複数の針状ころを介してカップに回転可能に支持されている。

特開昭５０−５０５３１号公報 実開平３−６２２３２号公報

前述のような自在継手に用いられる軸受には、トラニオンの外周面と針状ころとの間の隙間が正隙間にされているものがある。すなわち、トラニオンの外周面とカップとの間の径方向の間隔が針状ころの外径よりも大きくされているものがある。
しかしながら、トラニオンと針状ころとの間の隙間が正隙間にされている場合には、例えば自在継手にトルクが加わったときに、十字軸や針状ころが振動して、トラニオンと針状ころや、カップと針状ころとの衝突による異音が生じるおそれがある。

このような異音は、例えばトラニオンの端面をカップにより押さえつけて、カップに対するトラニオンの径方向への移動を規制することにより抑制できると考えられるが、トラニオンの端面をカップにより押さえつけた場合には、トラニオンとカップとの間に生じる摩擦力によって、ヨークに対して十字軸を揺動させるときのトルク（揺動トルク）が大きくなってしまう。特に、車両用操舵装置に用いられる自在継手において、揺動トルクが大きくなると、操舵フィーリングが低下してしまう。

また、トラニオンの外周面とカップとの間の径方向の間隔を針状ころの外径よりも小さくすれば（負隙間にすれば）、十字軸や針状ころの振動を抑えられるものの、負隙間にした場合には、トラニオンと針状ころとの摩擦により、揺動トルクが大きくなったり、揺動トルクがばらついたりするおそれがある。また、トラニオンや針状ころの摩耗により軸受の寿命が短くなるおそれがある。さらに、トラニオンやカップなどの各部の寸法を精度良く管理する必要がある。

そこで、この発明の目的は、揺動トルクの上昇を抑制しつつ、カップに対するトラニオンの径方向への移動を規制することができる自在継手を提供することである。

前記目的を達成するための請求項１記載の発明は、一対のヨークが十字軸によって連結された自在継手であって、十字軸（１５）は、円柱状をなす４つのトラニオン（１９）を有し、各トラニオンは、個々に設けられた軸受（２０）を介して対応するヨーク（１４）に連結され、前記軸受は、前記トラニオンの端部（１９ｂ）が挿入された有底円筒状のカップ（２３）と、前記トラニオンの外周面と前記カップの内周面との間に介在する複数の転動体（２４）とを有し、前記カップの底部中央部には、当該カップの内部に向かって突出する凸部（２８）が設けられ、前記トラニオンの端面中央部には、凹部（２１）が形成され、前記凹部には、弾性を有する埋設体（２２）が埋設されていて、この埋設体は、前記トラニオンの端面とほぼ同一平面上に位置する平坦面（２２ａ，３４ａ）を有し、当該平坦面に前記凸部が押し付けられることによりその一部が押し潰されて塑性変形している、自在継手（６，７）である。

この項において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものである。なお、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
この発明によれば、トラニオンの端部に埋設された埋設体の平坦面に対して、カップの底部中央部に設けられた凸部を押し付けることにより、埋設体の一部を押し潰して塑性変形させることができる。これにより、凸部が押し付けられた位置に凸部に合う形状の凹部を形成して、この凹部に凸部を入り込ませることができる。また、凸部が押し付けられた位置に凸部に合う形状の凹部が形成されるので、埋設体に対して凸部を片当りさせることなく、均一な接触圧で面接触させることができる。したがって、凸部と埋設体との係合によりカップに対するトラニオンの径方向への移動を確実に規制することができる。また、埋設体が弾性を有しているから、埋設体の弾性による抵抗によってトラニオンのガタつきを吸収することができる。さらに、トラニオンは、その中心軸線回りに揺動するようになっており、凸部は、トラニオンの中心軸線を通る位置で埋設体に接触するようになっているので、凸部と埋設体との摺動により生じる揺動トルクを小さくすることができる。これにより、揺動トルクの上昇を抑制しつつ、カップに対するトラニオンの径方向への移動を規制することができる。

請求項２記載の発明は、前記凸部は、半球状に形成されたものである、請求項１記載の自在継手である。この発明によれば、埋設体に対して凸部が片当りすることを防止して、凸部と埋設体との接触圧を両者の接触部の全域にわたって均一にすることができる。
請求項３記載の発明は、前記凹部は、前記埋設体を支持する平坦な支持面（３３）を有するものであり、前記埋設体は、前記支持面によって支持される平坦な被支持面（２２ｂ，３５ａ）を有するものである、請求項１または２記載の自在継手である。この発明によれば、凹部に設けられた支持面によって埋設体の被支持面を支持することにより、凸部からの荷重を逃がさずに確実に埋設体に作用させることができる。これにより、埋設体の一部を凸部によって確実に押し潰して塑性変形させることができる。

本発明の一実施形態に係る自在継手を備える車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る自在継手の図解的な平面図である。 図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う自在継手の図解的な部分断面図である。 保持凹部に埋設体が埋設された状態を示すトラニオンの端部および埋設体の縦断面図である。 保持凹部に埋設体を埋設する前の状態を示すトラニオンの端部および埋設体の縦断面図である。 埋設体に対して凸部が押し付けられている状態を示す自在継手の一部の縦断面図である。 埋設体に凸部を押し付けた後に埋設体から凸部を離反させた状態を示す自在継手の一部の縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る自在継手の剛性について説明するためのグラフである。 参考形態に係る自在継手の一部の断面図である。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る自在継手を備える車両用操舵装置１の概略構成を示す模式図である。
図１を参照して、車両用操舵装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、転舵機構としてのラックアンドピニオン機構３とを備えている。

ステアリングホイール２は、ステアリングシャフト４および中間軸５を介して、ラックアンドピニオン機構３に連結されている。ステアリングシャフト４は、自在継手６を介して中間軸５に連結されており、中間軸５は、自在継手７を介してラックアンドピニオン機構３に連結されている。ステアリングホイール２の回転は、ステアリングシャフト４および自在継手６を介して中間軸５に伝達される。また、中間軸５の回転は、自在継手７を介してラックアンドピニオン機構３に伝達される。これにより、ステアリングホイール２の回転がラックアンドピニオン機構３に伝達される。

ラックアンドピニオン機構３は、ピニオン軸８およびラック軸９を備えている。ピニオン軸８は、自在継手７を介して中間軸５に連結された軸部１０と、この軸部１０の端部に設けられたピニオン１１とを含む。また、ラック軸９には、ラック１２が形成されている。ピニオン１１は、ラック１２に噛み合わされている。ステアリングホイール２の回転は、ステアリングシャフト４および中間軸５を介してピニオン軸８に伝達され、ラック１２およびピニオン１１により、ラック軸９の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪１３の転舵が達成される。

図２は、本発明の一実施形態に係る自在継手６の図解的な平面図である。以下では図２を参照して、ステアリングシャフト４と中間軸５とを連結する自在継手６について説明する。中間軸５とピニオン軸８とを連結する自在継手７については、自在継手６と構成が同様であるのでその説明を省略する。
自在継手６は、一対のヨーク１４と、これらのヨーク１４を連結する十字軸１５とを備えている。一方のヨーク１４には、ステアリングシャフト４の端部が連結されており、他方のヨーク１４には、中間軸５の端部が連結されている。ステアリングシャフト４および中間軸５は、自在継手６を介してトルク伝達可能に連結されている。

一対のヨーク１４は、それぞれ二股状をなしており、互いに噛み合うようにして組み合わされている。各ヨーク１４は、間隔を隔てて向かい合う一対のタブ１６を有している。各タブ１６には、嵌合孔１７が形成されている。
図３は、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う自在継手６の図解的な部分断面図である。以下では図３を参照して、自在継手６の構成について詳細に説明する。

十字軸１５は、金属からなるものであり、胴部１８と、この胴部１８を中心として十字方向に延びる４つのトラニオン１９とを有している。各トラニオン１９は、円柱状であり、トラニオン１９の端面１９ａ（先端面）は、ほぼ平坦面にされている。胴部１８を挟んで対向する２つのトラニオン１９は、同一軸線上に配置されている。また、胴部１８を挟んで対向する２つのトラニオン１９が対をなしている。

一方の対をなす２つのトラニオン１９は、個々に設けられた軸受２０を介して、それぞれ一方のヨーク１４の一対のタブ１６に連結されている。また、他方の対をなす２つのトラニオン１９は、個々に設けられた軸受２０を介して、それぞれ他方のヨーク１４の一対のタブ１６に連結されている。十字軸１５は、一方のヨーク１４に対して、当該ヨーク１４に連結された２つのトラニオン１９の中心を通る所定の軸線回りに揺動可能となっており、他方のヨーク１４に対して、残り２つのトラニオン１９の中心を通る所定の軸線回りに揺動可能となっている。

また、各トラニオン１９の端部１９ｂには、トラニオン１９の端面１９ａ中央部からトラニオン１９の中心軸線に沿って凹む保持凹部２１（凹部）が形成されている。各保持凹部２１には弾性を有する埋設体２２が埋設されている。各埋設体２２は、対応するトラニオン１９に対して径方向への移動が規制されており、当該トラニオン１９に一体回転可能に連結されている。したがって、トラニオン１９がその中心軸線回りに揺動すると、当該トラニオン１９とこれに対応する埋設体２２とが一体的に揺動するようになっている。各埋設体２２は例えば柱状に形成されており、各埋設体２２の一方の軸方向端面２２ａ（平坦面）は平坦に形成されている。各埋設体２２は、一方の軸方向端面２２ａが対応するトラニオン１９の端面１９ａと同一平面上に位置するように、対応する保持凹部２１に埋設されている。

軸受２０は、例えば針状ころ軸受であり、有底円筒状のカップ２３と、複数の針状ころ２４（転動体）とを有している。カップ２３は、例えば鋼板からなるものであり、円筒状の周壁２５と、円板状の底部２６と、円環状のフランジ２７とを有している。
底部２６は、周壁２５の一端を閉塞しており、その中央部には、カップ２３の内部に向かって突出する凸部２８が設けられている。凸部２８の表面（底部２６の内側表面の中央部に相当）は、所定の半径を有する半球状に形成されている。

また、フランジ２７は、周壁２５の他端に沿って設けられており、周壁２５の他端から内方に延びている。フランジ２７の内側の空間が、カップ２３の開口となっている。カップ２３は、開口をヨーク１４の内側（対向するタブ１６の方）に向けた状態で、周壁２５が対応する嵌合孔１７に例えば圧入されている。これにより、カップ２３が対応するタブ１６に保持されている。また、各トラニオン１９の端部１９ｂは、対応するカップ２３に挿入されている。各トラニオン１９の基端部（胴部１８側の端部）には、環状のシール２９が外嵌されており、フランジ２７の内周面とトラニオン１９の外周面との間の隙間は、このシール２９によって封止されている。

複数の針状ころ２４は、対応するトラニオン１９の中心軸線と平行になる姿勢で、当該トラニオン１９の外周面に沿って環状に配列されている。各針状ころ２４は、トラニオン１９の外周面と、周壁２５の内周面との間に介在している。また、各針状ころ２４は、底部２６の外周部と、フランジ２７との間で保持されている。トラニオン１９は、複数の針状ころ２４を介して、その中心軸線回りに回転可能にカップ２３に支持されている。

トラニオン１９の外周面と周壁２５の内周面との間の径方向への間隔は、針状ころ２４の外径よりも大きくなるように各部の寸法が設定されている。これにより、トラニオン１９と針状ころ２４との間の隙間が正隙間にされている。トラニオン１９と針状ころ２４との間の隙間を正隙間にすることにより、負隙間の場合に比べて、軸受２０の寿命を向上させることができる。さらに、ヨーク１４に対して十字軸１５を揺動させるときのトルク（揺動トルク）を低減させることができる。これにより、車両用操舵装置１の操舵フィーリングを向上させることができる。

次に、一対のヨーク１４と十字軸１５との連結方法について説明する。
一対のヨーク１４と十字軸１５との連結は、例えば、最初に一方のヨーク１４と十字軸１５とが連結され、その後、他方のヨーク１４と十字軸１５とが連結される。具体的には、一方の対をなす２つのトラニオン１９が、一方のヨーク１４に対して、２つタブ１６の内側から対応する嵌合孔１７に挿入される。そして、複数の針状ころ２４が収容された２つのカップ２３が、それぞれ、一方のヨーク１４に形成された２つの嵌合孔１７に外側から嵌合される。トラニオン１９の端部１９ｂは、カップ２３が対応する嵌合孔１７に嵌合される過程で、カップ２３内に挿入される。これにより、一方のヨーク１４と十字軸１５とが、２つの軸受２０を介して連結される。

また、嵌合孔１７に対するカップ２３の嵌合は、底部２６に形成された凸部２８が保持凹部２１に埋設された埋設体２２の一方の軸方向端面２２ａに接触して、凸部２８が埋設体２２に押し付けられるまで行われる。埋設体２２に対する凸部２８の押付力は、２つのカップ２３間の距離、具体的には、一方のカップ２３の底部２６の外側表面から他方のカップ２３の底部２６の外側表面までの距離Ｗ１（以下では、「組幅Ｗ１」という。）により管理される。組幅Ｗ１が小さくなると、埋設体２２に対する凸部２８の押付力が大きくなり、組幅Ｗ１が大きくなると、埋設体２２に対する凸部２８の押付力が小さくなる。

このように、トラニオン１９の端部１９ｂに埋設された埋設体２２に対してカップ２３に設けられた凸部２８を押し付けることにより、カップ２３に対するトラニオン１９の径方向への移動を規制することができる。また、カップ２３に対するトラニオン１９の径方向への移動を規制することにより、トラニオン１９と針状ころ２４との間の隙間が正隙間にされている場合であっても、十字軸１５の振動を抑制することができる。これにより、例えば自在継手６にトルクが加わったときに、トラニオン１９と針状ころ２４とが衝突して異音が生じることを抑制または防止することができる。

また、トラニオン１９の中心軸線を通る位置で凸部２８と埋設体２２とを接触させることにより、カップ２３と対応するトラニオン１９とが相対回転したときに、凸部２８と埋設体２２との摺動により生じる揺動トルクを小さくすることができる。さらに、埋設体２２は弾性を有しているから、埋設体２２に対する凸部２８の押し付け量が大きくなったとしても、埋設体２２を弾性変形させて、凸部２８と埋設体２２との接触圧が大幅に上昇することを抑制または防止することができる。これにより、凸部２８と埋設体２２との摺動抵抗が大幅に上昇して、揺動トルクが大幅に上昇することを抑制または防止することができる。したがって、組幅Ｗ１を精度良く管理しなくても、揺動トルクを所定の範囲内に収めることができるので、組幅Ｗ１の寸法精度を緩和でき、自在継手６の組立てを容易にすることができる。

次に、他方のヨーク１４と十字軸１５とが連結される。すなわち、他方の対をなす２つのトラニオン１９が、他方のヨーク１４に対して、２つのタブ１６の内側から対応する嵌合孔１７に挿入される。そして、複数の針状ころ２４が収容された２つカップ２３が、それぞれ、他方のヨーク１４に形成された２つの嵌合孔１７に外側から嵌合される。トラニオン１９の端部１９ｂは、カップ２３が対応する嵌合孔１７に嵌合される過程で、カップ２３内に挿入される。これにより、他方のヨーク１４と十字軸１５とが、２つの軸受２０を介して連結される。嵌合孔１７に対するカップ２３の嵌合は、一方のヨーク１４と同様に、底部２６に形成された凸部２８が保持凹部２１に埋設された埋設体２２の一方の軸方向端面２２ａに接触して、凸部２８が埋設体２２に押し付けられるまで行われる。

図４は、保持凹部２１に埋設体２２が埋設された状態を示すトラニオン１９の端部１９ｂおよび埋設体２２の縦断面図である。また、図５は、保持凹部２１に埋設体２２を埋設する前の状態を示すトラニオン１９の端部１９ｂおよび埋設体２２の縦断面図である。以下では、図４および図５を参照して、保持凹部２１および埋設体２２について詳細に説明する。

保持凹部２１は、例えばトラニオン１９と同軸の円柱状に形成されている。図５に示すように、保持凹部２１は、円柱状の大径部３０と、円錐台状の中間部３１と、円柱状の小径部３２とを有している。大径部３０、中間部３１、および小径部３２は、それぞれトラニオン１９と同軸になるように形成されており、保持凹部２１の底側から小径部３２、中間部３１、大径部３０の順で配置されている。

大径部３０は、中間部３１および小径部３２に比べて軸長（中心軸線に沿う長さ）が長くされている。大径部３０は、中間部３１によって小径部３２に連結されている。中間部３１は、大径部３０から小径部３２に向かって直径が連続的に小さくなるように傾斜している。また、小径部３２は、保持凹部２１の底部を形成している。小径部３２には、保持凹部２１の底に相当する平坦な底面３３（支持面）が設けられている。底面３３は、トラニオン１９の中心軸線Ｌ１に対して直交する面であり、例えば平面視円形に形成されている。

埋設体２２は、例えば合成樹脂や合成ゴムからなるものであり、弾性を有している。この実施形態では、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、フェノール樹脂（ＰＦ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などにより例示される合成樹脂によって埋設体２２が形成されている。埋設体２２は、保持凹部２１に対応する形状（保持凹部２１が円柱状であれば円柱状）に形成されており、同軸的に連結された円柱状の大径嵌合部３４および小径嵌合部３５を有している。図４に示すように、埋設体２２は、トラニオン１９と同軸になるように保持凹部２１に埋設されている。埋設体２２は、小径嵌合部３５が保持凹部２１に圧入されることにより、保持凹部２１内で保持されている。

すなわち、図５に示すように、自由状態における小径嵌合部３５の外径Ｄ１は、保持凹部２１の小径部３２の直径Ｄ２よりも大きくされている。また、小径嵌合部３５の軸長は、小径部３２の軸長よりも長くされている。図４に示すように、小径嵌合部３５の先端部（図４では下端部）は、小径部３２に嵌合されている。これにより、小径嵌合部３５の先端部が小径部３２に圧入され、埋設体２２が保持凹部２１内で保持されている。トラニオン１９がその中心軸線Ｌ１回りに揺動すると、当該トラニオン１９とこれに対応する埋設体２２とは一体的に揺動するようになっている。

また、図４に示すように、小径嵌合部３５の基端部（大径嵌合部３４側の端部）は、中間部３１に位置している。小径嵌合部３５の基端部の周囲には環状の空間Ｓ１が形成されている。さらに、小径嵌合部３５の先端面３５ａ（図４および図５では下端面。被支持面）は、平面視円形の平坦面に形成されている。図４に示すように、小径嵌合部３５の先端面３５ａは、保持凹部２１の底面３３によって面接触で支持されている。これにより、埋設体２２が、保持凹部２１の底面３３に対して位置決めされている。小径嵌合部３５の先端面３５ａは、埋設体２２の他方の軸方向端面２２ｂに相当する。

一方、大径嵌合部３４は、図４に示すように、大径部３０内に位置している。図５に示すように、大径嵌合部３４の外径Ｄ３は、大径部３０の直径Ｄ４よりもやや小さくされている、また、大径嵌合部３４の軸長は、大径部３０の軸長とほぼ同じ長さにされている。図４に示すように、大径嵌合部３４は、大径部３０に対して隙間嵌めされている。大径嵌合部３４の外径Ｄ３が大径部３０の直径Ｄ４よりも小さくされているので、埋設体２２を保持凹部２１に挿入するときに、大径部３０内に大径嵌合部３４をスムーズに入り込ませることができる。また、埋設体２２を保持凹部２１に挿入するときに、埋設体２２がトラニオン１９の端面１９ａに当たって傷や欠けが埋設体２２に生じることが防止されている。

また、大径嵌合部３４の先端面３４ａ（図４および図５では上端面。平坦面）は、平面視円形の平坦面に形成されている。図４に示すように、大径嵌合部３４の先端面３４ａは、埋設体２２が保持凹部２１に埋設された状態でトラニオン１９の端面１９ａとほぼ同一平面上に位置している。すなわち、埋設体２２の軸長は、埋設体２２が保持凹部２１に埋設された状態で、大径嵌合部３４の先端面３４ａがトラニオン１９の端面１９ａとほぼ同一平面上に位置するように設定されている。カップ２３の底部２６に設けられた凸部２８は、大径嵌合部３４の先端面３４ａに押し付けられるようになっている。大径嵌合部３４の先端面３４ａは、埋設体２２の一方の軸方向端面２２ａに相当する。

図６は、埋設体２２に対して凸部２８が押し付けられている状態を示す自在継手６の一部の縦断面図である。また、図７は、埋設体２２に凸部２８を押し付けた後に埋設体２２から凸部２８を離反させた状態を示す自在継手６の一部の縦断面図である。以下では図６および図７を参照して、埋設体２２に対する凸部２８の押し付け状態について説明する。
前述のように、カップ２３の底部２６に設けられた凸部２８は、埋設体２２に押し付けられている。したがって、同一軸線上に配置された対をなす２つのトラニオン１９は、それぞれの端部１９ｂに埋設された埋設体２２を介して対応する２つのカップ２３によって軸方向Ａ１に挟持されている（図３参照）。そのため、対をなす２つのトラニオン１９は、対応する２つのカップ２３から受ける挟持力によって、カップ２３に対する径方向Ｒ１への移動が規制されている。また、埋設体２２が弾性を有しているから、対をなす２つのトラニオン１９が軸方向Ａ１に振動したときに、埋設体２２の弾性によってこの振動が吸収される。

また、埋設体２２が弾性を有しているので、凸部２８が埋設体２２に押し付けられることにより、凸部２８と保持凹部２１の底面３３とによって埋設体２２が軸方向Ａ１に圧縮されて埋設体２２が弾性変形する。このとき、埋設体２２の一部は、保持凹部２１内に設けられた環状の空間Ｓ１に入り込む。すなわち、この実施形態では、環状の空間Ｓ１が、埋設体２２が圧縮されたときに埋設体２２の一部を逃がす逃がし空間として機能している。この逃がし空間を設けることにより、埋設体２２が圧縮されたときに、埋設体２２を容易に撓ませることができる。

また、この実施形態では、埋設体２２の端部が凸部２８により押し潰されて塑性変形するように、埋設体２２に対する凸部２８の押付力が設定されている。したがって、埋設体２２の端部には、凸部２８が押し付けられた位置に、凸部２８に合う形状（この実施形態では、半径が凸部２８の表面とほぼ等しい半球状）の凹部３６が形成される。そのため、凸部２８の先端部（図６では下端部）は、この凹部３６に入り込んだ状態で、埋設体２２に片当りすることなく、ほぼ均一な接触圧で面接触する。

凸部２８の先端部を凹部３６に入り込ませることにより、凸部２８の先端部を引っ掛かり部として機能させて、カップ２３に対するトラニオン１９の径方向Ｒ１への移動を規制することができる。また、対をなす２つのトラニオン１９は、対応する２つのカップ２３によって軸方向Ａ１に挟持されており、軸方向Ａ１への移動が規制されているので、各トラニオン１９は、軸方向Ａ１および径方向Ｒ１への移動が規制される。本実施形態に係る自在継手６は、このようにしてカップ２３に対するトラニオン１９のガタつきが確実に防止されており、剛性が高められている。

凸部２８の表面の半径をＲとすると（図６参照）、埋設体２２の潰し量Ｐ１（埋設体２２から凸部２８を離反させた状態での軸方向端面２２ａから凹部３６の底までの軸方向Ａ１に沿う距離。図７参照）は、０．０８×Ｒ以上に設定されている。後述するように、埋設体２２の潰し量Ｐ１を０．０８×Ｒ以上に設定することにより、カップ２３に対するトラニオン１９の径方向Ｒ１への移動を非常に小さくすることができる。これにより、カップ２３に対するトラニオン１９の径方向Ｒ１へのガタつきを少なくして、自在継手６から異音が生ずることを確実に抑制または防止することができる。

また、埋設体２２が弾性を有しているから、凸部２８の先端部を凹部３６に入り込ませて埋設体２２に接触させることにより、トラニオン１９が径方向Ｒ１に振動したときに、この振動を埋設体２２の弾性によって吸収することができる。すなわち、本実施形態に係る自在継手６では、前述のように、埋設体２２の弾性によってトラニオン１９の軸方向Ａ１の振動が吸収されるようになっているので、トラニオン１９の径方向Ｒ１および軸方向Ａ１の振動を吸収することができる。これにより、トラニオン１９の振動による異音の発生を確実に抑制または防止することができる。

また、対をなす２つのトラニオン１９が２つの埋設体２２を介して２つのカップ２３によって支持されているので、自在継手６に作用するトルクが小さい場合には、針状ころ２４を介さずに、埋設体２２を介してカップ２３およびトラニオン１９間で動力を伝達させることができる。また、自在継手６に作用するトルクが大きい場合には、針状ころ２４を介してカップ２３およびトラニオン１９間で動力が伝達されることになるが、埋設体２２の弾性変形による抵抗よって、トラニオン１９が針状ころ２４に衝突するときのトラニオン１９の速度を低下させることができる。これにより、トラニオン１９が針状ころ２４に衝突するときの衝撃を弱めて、両者の衝突による音を小さくすることができる。

また、前述のように、埋設体２２の端部には、凸部２８が押し付けられた位置に凸部２８に合う形状の凹部３６が形成されるので、埋設体２２に対して凸部２８を片当りさせることなく、ほぼ均一な接触圧で面接触させることができる。すなわち、例えば埋設体２２に予め凹部３６を形成して、この凹部３６に凸部２８を入り込ませる場合には、凸部２８および凹部３６の寸法、形状および位置を精度良く管理しないと、埋設体２２に対して凸部２８が片当りしてしまう。しかしながら、埋設体２２に対して凸部２８が片当りしていると、カップ２３に対するトラニオン１９のガタつきを十分に規制できないおそれがある。また、凸部２８と埋設体２２との接触圧が非常に高くなるので、凸部２８と埋設体２２とが摺動したときに埋設体２２が摩耗し易くなってしまう。したがって、この実施形態のように、凸部２８によって埋設体２２を押し潰して凹部３６を形成することにより、埋設体２２に対して凸部２８を片当りさせることなく確実に面接触させることができる。また、凸部２８が押し付けられた位置に凸部２８に合う形状の凹部３６が形成されるので、寸法などの精密な管理が不要である。したがって、凸部２８および埋設体２２の精度に依存せずに、埋設体２２に対して凸部２８が片当りすることを防止することができる。

図８は、本発明の一実施形態に係る自在継手６の剛性について説明するためのグラフである。この図８において示された各グラフの縦軸は、ステアリングホイール２に作用させたトルクの大きさ（単位はＮｍ）を示しており、横軸は、自在継手６の回転変位量（一方のヨーク１４と他方のヨーク１４の相対回転量。単位は分）を示している。各グラフにおける測定値は、約±１Ｎｍの範囲でステアリングホイール２にトルクを作用させたときの自在継手６の回転変位量である。

図８（ａ）、図８（ｂ）および図８（ｃ）における測定値は、それぞれ埋設体２２の潰し量Ｐ１（図７参照）を変化させたときのものであり、図８（ａ）は、埋設体２２の潰し量Ｐ１が０．７ｍｍのときの測定値であり、図８（ｂ）は、埋設体２２の潰し量Ｐ１が約０．１ｍｍのときの測定値である。図８（ｂ）の測定値における埋設体２２の潰し量Ｐ１が、凸部２８の表面の半径Ｒ（図６参照）に対して０．０８を掛けたときの値である。したがって、図８（ａ）の測定値における埋設体２２の潰し量Ｐ１は、凸部２８の半径Ｒに対して０．０８を掛けた値よりも大きくなっている。また、図８（ｃ）に示す測定値は、埋設体２２を塑性変形させずに埋設体２２に対して凸部２８を押し付けて弾性変形させたときのものである。すなわち、図８（ｃ）の測定値における埋設体２２の潰し量Ｐ１は零である。

埋設体２２の潰し量Ｐ１が０．７ｍｍのときに約±１Ｎｍの範囲でステアリングホイール２にトルクを作用させたときの自在継手６の回転変位量の絶対値（正側への回転変位量の絶対値と、負側への回転変位量の絶対値とを足した値）は、約２分であった（図８（ａ）参照）。また、埋設体２２の潰し量Ｐ１が約０．１ｍｍのときに約±１Ｎｍの範囲でステアリングホイール２にトルクを作用させたときの自在継手６の回転変位量の絶対値は、約５分であった（図８（ｂ）参照）。また、埋設体２２の潰し量Ｐ１が零のときに約±１Ｎｍの範囲でステアリングホイール２にトルクを作用させたときの自在継手６の回転変位量の絶対値は、約５分であった（図８（ｃ）参照）。

各グラフをより詳細に見ると、それぞれ２つの線Ｌ２が横軸を縦軸方向に跨いでいる。各線Ｌ２と横軸との交点を見ると、いずれも自在継手６の回転変位量が零になっておらず、正または負の値をとっている。しかしながら、各線Ｌ２と横軸との交点は、ステアリングホイール２に作用するトルクが零のときの自在継手６の回転変位量であり、ステアリングホイール２に作用するトルクが零であれば自在継手６の回転変位量も零になるはずである。したがって、ステアリングホイール２に作用するトルクが零のときに変位量が零になっていないということは、自在継手６にガタがあると判断される。また、横軸上における２つの線Ｌ２の間隔が広いということは、自在継手６のガタが大きいと判断される。

このような観点で図８（ａ）、図８（ｂ）および図８（ｃ）の測定値を見ると、図８（ｃ）の測定値では、横軸上における２つの線Ｌ２の間隔が非常に大きくなっている。したがって、埋設体２２を塑性変形させずに埋設体２２に対して凸部２８を単に押し付けただけでは、カップ２３に対するトラニオン１９のガタつきを十分に規制できないことが分かる。一方、図８（ａ）および図８（ｂ）の測定値を見ると、横軸上における２つの線Ｌ２の間隔が非常に狭くなっている。すなわち、凸部２８によって埋設体２２を押し潰して塑性変形させ、埋設体２２の潰し量Ｐ１を０．０８×Ｒ以上に設定することにより、カップ２３に対するトラニオン１９の径方向Ｒ１への移動を非常に小さくすることができる。これにより、カップ２３に対する径方向Ｒ１へのトラニオン１９のガタつきを少なくして、自在継手６の剛性を高めることができる。したがって、自在継手６から異音が生ずることを確実に抑制または防止することができる。

以上のように、この実施形態では、トラニオン１９の端部１９ｂに埋設された埋設体２２の軸方向端面２２ａに対して、カップ２３の底部２６中央部に設けられた凸部２８を押し付けることにより、埋設体２２の一部を押し潰して塑性変形させることができる。これにより、凸部２８が押し付けられた位置に凸部２８に合う形状の凹部３６を形成して、この凹部３６に凸部２８を入り込ませることができる。また、凸部２８が押し付けられた位置に凸部２８に合う形状の凹部３６が形成されるので、埋設体２２に対して凸部２８を片当りさせることなく、均一な接触圧で面接触させることができる。したがって、凸部２８と埋設体２２との係合によりカップ２３に対するトラニオン１９の径方向Ｒ１への移動を確実に規制することができる。また、埋設体２２が弾性を有しているから、埋設体２２の弾性による抵抗によってトラニオン１９のガタつきを吸収することができる。さらに、トラニオン１９は、その中心軸線Ｌ１回りに揺動するようになっており、凸部２８は、トラニオン１９の中心軸線Ｌ１を通る位置で埋設体２２に接触するようになっているので、凸部２８と埋設体２２との摺動により生じる揺動トルクを小さくすることができる。しかも、この実施形態では、埋設体２２が合成樹脂によって形成されているので、金属などのその他の材料によって埋設体２２が形成されている場合に比べて、埋設体２２の摩擦係数が小さくなっている。したがって、凸部２８と埋設体２２との摺動による摩擦抵抗が小さくなっており、揺動トルクが一層小さくなっている。さらに、埋設体２２が合成樹脂によって形成されているので、凸部２８と埋設体２２との摺動による異音の発生が防止さている。このようにして、揺動トルクの上昇が抑制され、カップ２３に対するトラニオン１９の径方向Ｒ１への移動が規制されている。

また、この実施形態では、保持凹部２１の底面３３によって埋設体２２を支持しているので、凸部２８からの荷重を埋設体２２に確実に作用させることができる。すなわち、図９の参考形態に示すように、トラニオン３７の端部３７ａにドリルによって保持凹部３８を形成し、この保持凹部３８に円柱状の埋設体３９を埋設した場合には、埋設体３９が線接触で支持された状態で保持凹部３８内に保持される。したがって、このような支持状態の埋設体３９に凸部４０を押し付けると、埋設体３９の一部が保持凹部３８の底側である倒立円錐状の空間に入り込んで（図９中の○で囲んだ範囲を参照）、凸部４０から埋設体３９に与えた荷重が逃げてしまう。そのため、凸部４０によって埋設体３９を確実に押し潰すことができなくなる。したがって、この実施形態のように、凸部２８から埋設体２２に与えられる荷重の方向に直交する平坦な底面３３を設けて、この底面３３によって埋設体２２を面接触で支持することにより、凸部２８からの荷重を確実に埋設体２２に作用させることができる。これにより、凸部２８によって埋設体２２を確実に押し潰して塑性変形させることができる。

この発明の実施の形態の説明は以上であるが、この発明は、前述の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、前述の実施形態では、車両用操舵装置１に備えられた自在継手６，７に本発明が適用された場合について説明したが、車両用操舵装置１以外の装置に備えられた自在継手に本発明が適用されてもよい。また、前述の実施形態では、軸受２０が針状ころ軸受である場合について説明したが、針状ころ２４以外の転動体を用いたその他のラジアル転がり軸受を軸受２０として用いてもよい。さらに、前述の実施形態では、凸部２８の表面が半球状に形成されている場合について説明したが、円錐状や円錐台状などのその他の形状に凸部２８の表面が形成されていてもよい。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

６，７・・・自在継手、１４・・・ヨーク、１５・・・十字軸、１９・・・トラニオン、１９ｂ・・・端部（トラニオンの端部）、２０・・・軸受、２１・・・保持凹部（凹部）、２２・・・埋設体、２２ａ・・・軸方向端面（平坦面）、２２ｂ・・・軸方向端面（被支持面）、２３・・・カップ、２４・・・針状ころ（転動体）、２８・・・凸部、３３・・・底面（支持面）、３４ａ・・・先端面（平坦面）、３５ａ・・・先端面（被支持面）

Claims (3)

1. 一対のヨークが十字軸によって連結された自在継手であって、
   十字軸は、円柱状をなす４つのトラニオンを有し、
   各トラニオンは、個々に設けられた軸受を介して対応するヨークに連結され、
   前記軸受は、前記トラニオンの端部が挿入された有底円筒状のカップと、前記トラニオンの外周面と前記カップの内周面との間に介在する複数の転動体とを有し、
   前記カップの底部中央部には、当該カップの内部に向かって突出する凸部が設けられ、
   前記トラニオンの端面中央部には、凹部が形成され、
   前記凹部には、弾性を有する埋設体が埋設されていて、この埋設体は、前記トラニオンの端面とほぼ同一平面上に位置する平坦面を有し、当該平坦面に前記凸部が押し付けられることによりその一部が押し潰されて塑性変形している、自在継手。
2. 前記凸部は、半球状に形成されたものである、請求項１記載の自在継手。
3. 前記凹部は、前記埋設体を支持する平坦な支持面を有するものであり、
   前記埋設体は、前記支持面によって支持される平坦な被支持面を有するものである、請求項１または２記載の自在継手。

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