JP5196264B2 - 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、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、例えば針状ころ軸受が用いられており、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軸受が備えられている。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。さらに、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。

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（３）は、円柱状をなす４つのトラニオン（７）を有し、各トラニオンは、軸受（８）を介して対応するヨーク（９）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（９）と、前記トラニオンの外周面と前記カップとの間に介在する複数の針状ころ（１０）とを有し、前記カップは、円筒状の周壁（１１）、および円板状の底部（１２）を含み、前記底部の中心部には、前記カップの内側に向かって突出する凸部（１４）が設けられ、前記トラニオンの端面中心部には、前記凸部が押し付けられた被押圧部（７ａ）が設けられ、前記被押圧部は、前記トラニオンの端面中心部に中心を有する同心状に配置された複数の環状凹部（１６）を含み、前記トラニオンは、前記凸部により前記カップに対する径方向への移動が規制されている、自在継手（１）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、カップの底部に設けられた凸部を、トラニオンの端面中心部に設けられた被押圧部に押し付けることにより、カップに対するトラニオンの径方向の移動を規制することができる。また、底部全体をトラニオンの端面に押し付けるのではなく、底部の一部である凸部を被押圧部に押し付けるので、トラニオンとカップとの接触面積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することができる。

さらに、凸部が球面状にされているので、トラニオンの端面に凸部を点接触させて、トラニオンとカップとの接触面積を一層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確実に抑制することができる。また、トラニオンの端面に同心状に配置された複数の環状凹部が設けられているので、これらの環状凹部を滑り止めとして機能させて、カップに対するトラニオンの径方向への移動を抑制または防止することができる。これにより、十字軸や針状ころが振動して、自在継手から異音が生じることを確実に抑制または防止できる。

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、本発明の第１実施形態に係る自在継手１の図解的な平面図である。また、図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿う自在継手１の図解的な一部断面図である。
図１および図２を参照して、自在継手１は、一対のヨーク２と、これらのヨーク２を連結する十字軸３とを備えている。自在継手１は、２つの軸Ｓを動力伝達可能に連結するものであり、各ヨーク２には、軸Ｓが連結されている。２つの軸Ｓは、一対のヨーク２と十字軸３とを介して動力伝達可能に連結されている。

一対のヨーク２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２は、間隔を隔てて向かい合う一対のタブ４を有しており、各タブ４には、嵌合孔５が形成されている。
また、十字軸３は、金属からなるものであり、胴部６と、この胴部６を中心として十字方向に延びる４つのトラニオン７とを有している。各トラニオン７は、円柱状であり、その端面７ａ（先端面）は、ほぼ平坦面にされている。胴部６を挟んで対向する２つのトラニオン７は、同一軸線上に配置されている。

十字軸３は、一方の対をなす２つのトラニオン７がそれぞれ軸受８を介して一方のヨーク２に連結されており、他方の対をなす２つのトラニオン７がそれぞれ軸受８を介して他方のヨーク２に連結されている。十字軸３は、一方のヨーク２に対して、２つのトラニオン７の中心を通る所定の軸線まわりに揺動可能となっており、他方のヨーク２に対して、残り２つのトラニオン７の中心を通る所定の軸線まわりに揺動可能となっている。

軸受８は、針状ころ軸受であり、有底円筒状のカップ９と、複数の針状ころ１０とを有している。カップ９は、たとえば鋼板からなるものであり、円筒状の周壁１１と、円板状の底部１２と、円環状のフランジ１３とを有している。
底部１２は、周壁１１の一端を閉塞しており、その中央部には、カップ９の内側に向かって突出する凸部１４が設けられている。凸部１４の表面（底部１２の内側表面の中心部に相当）は、球面状に形成されている。

また、フランジ１３は、周壁１１の他端に沿って設けられており、周壁１１の他端から内方に延びている。フランジ１３の内側の空間が、カップ９の開口となっている。カップ９は、開口をヨーク２の内側（対向するタブ４の方）に向けた状態で、周壁１１が対応する嵌合孔５に例えば圧入されている。これにより、カップ９が対応するタブ４に保持されている。各トラニオン７の端部は、対応するカップ９に挿入されている。

一方、複数の針状ころ１０は、トラニオン７の外周面に沿って環状に配列されている。各針状ころ１０は、トラニオン７の外周面と、周壁１１との間に位置しており、底部１２の周縁部と、フランジ１３との間で保持されている。トラニオン７は、複数の針状ころ１０を介して、その中心軸線まわりに回転可能にカップ９に支持されている。また、各トラニオン７の基端部には、環状のシール１５が外嵌されている。フランジ１３の内周面とトラニオン７の外周面との間の隙間は、このシール１５によって封止されている。

この実施形態では、カップ９が嵌合孔５に嵌合された状態において、トラニオン７の外周面とカップ９の周壁１１の内周面との間の径方向への間隔が、針状ころ１０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（図３参照）。これにより、トラニオン７と針状ころ１０との間の隙間が正隙間にされている。
一対のヨーク２と十字軸３との連結は、例えば、最初に一方のヨーク２と十字軸３とが連結され、その後、他方のヨーク２と十字軸３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７が、タブ４の内側から対応する嵌合孔５に挿入される。そして、複数の針状ころ１０が収容されたカップ９が、前記一方のヨーク２に形成された２つの嵌合孔５に嵌合される。トラニオン７の端部は、カップ９が対応する嵌合孔５に嵌合される過程で、カップ９に挿入される。これにより、一方のヨーク２と十字軸３とが、２つの軸受８を介して連結される。

嵌合孔５に対するカップ９の嵌合は、底部１２に形成された凸部１４がトラニオン７の端面中央部に接触して、トラニオン７の端面中央部が凸部１４によって押し付けられるまで行われる。この実施形態では、トラニオン７の端面中央部が被押圧部となっている。
また、トラニオン７の端面７ａに対する凸部１４の押付力は、２つのカップ９間の距離、具体的には、一方のカップ９の底部１２の外側表面から他方のカップ９の底部１２の外側表面までの距離Ｄ１（以下では、「組幅Ｄ１」という。）により管理される。組幅Ｄ１が小さくなると、トラニオン７の端面７ａに対する凸部１４の押付力が大きくなり、組幅Ｄ１が大きくなると、トラニオン７の端面７ａに対する凸部１４の押付力が小さくなる。

次に、他方のヨーク２と十字軸３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７が、タブ４の内側から対応する嵌合孔５に挿入される。そして、複数の針状ころ１０が収容されたカップ９が、前記他方のヨーク２に形成された２つの嵌合孔５に嵌合される。トラニオン７の端部は、カップ９が対応する嵌合孔５に嵌合される過程で、カップ９に挿入される。これにより、他方のヨーク２と十字軸３とが、２つの軸受８を介して連結される。嵌合孔５に対するカップ９の嵌合は、一方のヨーク２と同様に、底部１２に形成された凸部１４がトラニオン７の端面中央部に接触して、トラニオン７の端面中央部が凸部１４によって押し付けられるまで行われる。

図３は、図２の一部を拡大した図である。また、図４は、トラニオン７の端面７ａの図解的な平面図である。
図３および図４を参照して、トラニオン７の端面７ａには、複数の環状凹部１６が形成されている。複数の環状凹部１６は、それぞれトラニオン７の端面中心部に中心を有している。複数の環状凹部１６は、同心状に配置されている。複数の環状凹部１６は、例えば、トラニオン７の端面７ａに対して旋盤加工を施すことにより形成されている。

各環状凹部１６の深さは、トラニオン７の直径に対して小さくされている。すなわち、各環状凹部１６の深さは、例えば数マイクロメートル〜数十マイクロメートル程度にされている。したがって、各トラニオン７の端面７ａは、微細な凹凸のある平坦面になっている。トラニオン７の端面７ａの表面粗さは、Ｒａ（算術平均粗さ）で表すと例えば０．２〜２５程度、Ｒｚ（十点平均粗さ）で表すと例えば０．８〜１００程度にされている。

十字軸３が各ヨーク２に連結された状態において、各トラニオン７の端面中心部には、所定の押し付け力で対応するカップ９の凸部１４が押し付けられている。したがって、十字軸３は、対をなすトラニオン７がカップ９の凸部１４によって軸方向に挟持された状態で、各ヨーク２に連結されている（図２参照）。また、この実施形態では、各凸部１４が球面状にされ、各トラニオン７の端面７ａがほぼ平坦面にされているので、凸部１４は、トラニオン７の端面７ａに対して点接触している。

以上のように、この第１実施形態では、トラニオン７の端面中心部が凸部１４によって押し付けられている。これにより、カップ９に対するトラニオン７の径方向への移動が規制されている。さらに、この第１実施形態では、同心状をなす複数の環状凹部１６がトラニオン７の端面７ａに形成されているので、複数の環状凹部１６が滑り止めとして機能して、カップ９に対するトラニオン７の径方向への移動が一層確実に規制されている。

一方、この第１実施形態では、凸部１４がトラニオン７の端面７ａに対して点接触しており、トラニオン７の端面７ａに対する凸部１４の接触面積が小さくされている。したがって、トラニオン７と凸部１４との間に生じる摩擦力が小さくなるようにされている。これにより、十字軸３がヨーク２に対して揺動するときのトルク（揺動トルク）の上昇が抑制されている。

カップ９に対するトラニオン７の径方向への移動を規制することにより、トラニオン７と針状ころ１０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３や針状ころ１０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１にトルクが加わったときに、トラニオン７と針状ころ１０や、カップ９と針状ころ１０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７と針状ころ１０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、揺動トルクを低減させることができ、さらに、軸受８の寿命を向上させることができる。

図５は、本発明の第２実施形態に係る自在継手２０１の要部の図解的な断面図である。また、図６は、本発明の第２実施形態に係る自在継手２０１の組立て途中における図解的な断面図である。この図５および図６において、前述の図１〜図４に示された各部と同等の構成部分については、図１〜図４と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
この第２実施形態と前述の第１実施形態との主要な相違点は、各トラニオン７の端面中心部に保持凹部１７が形成されており、この保持凹部１７に、被押圧部としての弾性体１８が埋設されていることにある。図５に示すように、カップ９に設けられた凸部１４は、弾性体１８の端部に押し付けられている。凸部１４の一部（先端部）は、弾性体１８に食い込んでいる。凸部１４と弾性体１８とは面接触している。

保持凹部１７は、トラニオン７の端面中心部に位置しており、トラニオン７の端面７ａからトラニオン７の中心軸線に沿って凹んでいる。弾性体１８は、例えば圧入により保持凹部１７に保持されている。弾性体１８は、トラニオン７の端面中心部に位置している。
弾性体１８は、例えば円柱状であり、トラニオン７に対して同軸となるように保持凹部１７で保持されている。弾性体１８の各端面（軸方向端面）は、例えば平面にされている。図６に示すように、凸部１４が弾性体１８に押し付けられていない状態において、弾性体１８の一方の端面は、トラニオン７の端面７ａと同一平面状に配置されている。

弾性体１８は、例えば、合成樹脂や合成ゴムからなるものであり、この実施形態では、合成樹脂を含む材料により形成されている。合成樹脂としては、例えば、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）などが挙げられる。
以上のように、この第２実施形態では、弾性体１８に凸部１４を押し付けて凸部１４の先端部を弾性体１８に食い込ませることにより、カップ９に対するトラニオン７の径方向への移動が規制されている。これにより、トラニオン７と針状ころ１０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３や針状ころ１０の振動を抑制することができる。

また、凸部１４の先端部が弾性体１８に食い込んでいるため、凸部１４と弾性体１８とは面接触となるものの、合成樹脂を含む材料により弾性体１８を形成することにより、凸部１４と弾性体１８との間に生じる摩擦力が小さくされている。すなわち、合成樹脂を含む材料により弾性体１８を形成することにより、鉄などの金属によって弾性体１８を形成した場合に比べて、弾性体１８の摩擦係数を小さくすることができる。これにより、凸部１４と弾性体１８とが面接触となる場合であっても、凸部１４と弾性体１８との間に生じる摩擦力を小さくして、揺動トルクが上昇することを抑制または防止することができる。

さらに、凸部１４を弾性体１８に押し付けることにより、凸部１４と弾性体１８との接触部における圧力の変動幅を小さくすることができる。すなわち、前述の第１実施形態のように、金属であるトラニオン７の端面７ａに凸部１４を直接押し付けた場合、トラニオン７に対する凸部１４の押し付け量が大きくなると、凸部１４とトラニオン７との接触部における圧力は急激に上昇してしまう。したがって、第１実施形態では、組幅Ｄ１（図２参照）を精度良く管理しないと、揺動トルクが急激に上昇してしまう場合がある。

一方、この第２実施形態では、弾性体１８に対する凸部１４の押し付け量が大きくなったとしても、弾性体１８の撓みにより凸部１４からの押付力を逃がすことができるので、凸部１４と弾性体１８との接触部における圧力が急激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、揺動トルクが急激に上昇することを抑制または防止できる。さらに、第１実施形態に係る自在継手１に比べて、組幅Ｄ１を精度良く管理しなくても揺動トルクを所望の範囲内に設定できるので、組幅Ｄ１の精度を緩和でき、自在継手２０１の組立てを容易にすることができる。

図７は、本発明の第３実施形態に係る自在継手３０１の要部の図解的な断面図である。この図７、および以下に示す図８において、前述の図１〜図６に示された各部と同等の構成部分については、図１〜図６と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
この第３実施形態と前述の第２実施形態との主要な相違点は、弾性体１８が例えば円筒状とされており、その中心軸線に沿って延びる凹部としての貫通孔１９が形成されていることにある。貫通孔１９は、弾性体１８が保持凹部１７に保持された状態でトラニオン７と同軸になっている。カップ９に設けられた凸部１４は、弾性体１８の端部に押し付けられている。凸部１４は、先端部が貫通孔１９に進入しており、貫通孔１９に入り込んだ部分の周囲の部分が弾性体１８の端部に食い込んでいる。

図８は、本発明の第３実施形態に係る自在継手３０１の組立工程を説明するための図解的な断面図である。
この第３実施形態に係る自在継手３０１では、弾性体１８に対して凸部１４を押し付けることにより、カップ９の中心軸線Ｌ１とトラニオン７の中心軸線Ｌ２とを一致させて、トラニオン７の芯だしを行うことができる。

すなわち、図８（ａ）に示すように、カップ９の中心軸線Ｌ１とトラニオン７の中心軸線Ｌ２とが一致していない状態で、凸部１４を弾性体１８に押し付けると、図８（ｂ）に示すように、凸部１４の先端部が貫通孔１９に進入しつつ、カップ９の中心軸線Ｌ１とトラニオン７の中心軸線Ｌ２とが一致する方向にトラニオン７が移動する。したがって、凸部１４を弾性体１８に押し付けていくことにより、カップ９の中心軸線Ｌ１とトラニオン７の中心軸線Ｌ２とが近づいていき、図８（ｃ）に示すように、カップ９の中心軸線Ｌ１とトラニオン７の中心軸線Ｌ２とが一致する。このようにして、トラニオン７の芯だしが行われる。

以上のように、この第３実施形態では、第２実施形態と同様に、弾性体１８に凸部１４を押し付けて凸部１４の一部を弾性体１８に食い込ませることにより、カップ９に対するトラニオン７の径方向への移動を規制することができる。これにより、トラニオン７と針状ころ１０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３や針状ころ１０の振動を抑制することができる。

また、弾性体１８に対して凸部１４を押し付けることにより、トラニオン７の芯だしを行うことができるので、カップ９の中心軸線Ｌ１とトラニオン７の中心軸線Ｌ２とが一致していない状態や、トラニオン７の中心軸線Ｌ２がカップ９の中心軸線Ｌ１に対して傾いた状態で、十字軸３がヨーク２に対して揺動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、ヨーク２に対して十字軸３をスムーズに揺動させることができる。すなわち、揺動トルクを一層低減することができる。

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、前述の第１〜第３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、前述の第１〜第３実施形態では、凸部１４の表面が球面状にされている場合について説明したが、これに限らない。具体的には、例えば、図９に示す凸部１４Ａのように、倒立円錐状にされていてもよいし、図１０に示す凸部１４Ｂのように、倒立円錐台状
にされていてもよい。

また、前述の第２および第３実施形態では、弾性体１８の外周面が円筒状である場合について説明したが、これに限らず、例えば図１１に示す弾性体１８Ａのように、環状の逃がし溝２０が形成されていて、弾性体１８Ａの外周面が軸方向中央部でくびれていてもよい。この場合、凸部１４によって弾性体１８Ａが押されたときに、弾性体１８Ａの一部を逃がし溝２０に逃がして、弾性体１８Ａを容易に撓ませることができる。これにより、弾性体１８Ａが凸部１４によって押されたときに、弾性体１８Ａの一部が保持凹部１７からはみ出すことを抑制または防止できる。したがって、保持凹部１７からはみ出した弾性体１８Ａの一部が凸部１４に接触して、弾性体１８Ａと凸部１４との接触面積が増加することを抑制または防止できる。

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。

本発明の第１実施形態に係る自在継手の図解的な平面図である。 図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿う自在継手の図解的な一部断面図である。 図２の一部を拡大した図である。 トラニオンの端面の図解的な平面図である。 本発明の第２実施形態に係る自在継手の要部の図解的な断面図である。 本発明の第２実施形態に係る自在継手の組立て途中における図解的な断面図である。 本発明の第３実施形態に係る自在継手の要部の図解的な断面図である。 本発明の第３実施形態に係る自在継手の組立工程を説明するための図解的な断面図である。 本発明の他の実施形態に係る凸部およびそれに関連する構成の図解的な断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る凸部およびそれに関連する構成の図解的な断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る弾性体およびそれに関連する構成の図解的な断面図である。

符号の説明

１・・・自在継手、２・・・ヨーク、３・・・十字軸、７・・・トラニオン、７ａ・・・端面（被押圧部）、８・・・軸受、９・・・カップ、１０・・・針状ころ、１１・・・周壁、１２・・・底部、１４・・・凸部、１４Ａ・・・凸部、１４Ｂ・・・凸部、１６・・・環状凹部、１７・・・保持凹部、１８・・・弾性体（被押圧部）、１８Ａ・・・弾性体（被押圧部）、１９・・・貫通孔（凹部）、２０１・・・自在継手、３０１・・・自在継手

Claims (1)

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、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との間に介在する複数の針状ころとを有し、
   前記カップは、円筒状の周壁、および円板状の底部を含み、
   前記底部の中心部には、前記カップの内側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心部には、前記凸部が押し付けられた被押圧部が設けられ、
   前記被押圧部は、前記トラニオンの端面中心部に中心を有する同心状に配置された複数の環状凹部を含み、
   前記トラニオンは、前記凸部により前記カップに対する径方向への移動が規制されている、自在継手。

Images