JP5850181B2 - 十字軸式自在継手の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用ステアリング装置を構成する回転軸同士をトルク伝達可能に接続する為の十字軸式自在継手の製造方法に関する。

自動車のステアリング装置は、図１２に示す様に構成している。運転者が操作するステアリングホイール１の動きは、ステアリングシャフト２、自在継手３ａ、中間シャフト４、別の自在継手３ｂを介して、ステアリングギヤユニット５の入力軸６に伝達される。そして、ステアリングギヤユニット５に内蔵したラックアンドピニオン機構により左右１対のタイロッド７、７を押し引きし、左右１対の操舵輪に、ステアリングホイール１の操作量に応じた、適切な舵角を付与する様に構成している。

図１３は、上述の様なステアリング装置に組み込む中間シャフト４の構造の１例を示している。図示の例の場合、中間シャフト４は、衝突事故の際にステアリングホイール１が運転者側に突き上げられる事を防止する為に、伸縮式としている。中間シャフト４は、先端部（図１３の左端部）外周面に雄スプライン部８を設けたインナシャフト９と、内周面に雄スプライン部８を挿入可能な雌スプライン部１０を形成した円管状のアウタチューブ１１とから成る。そして、雄スプライン部８と雌スプライン部１０とをスプライン係合する事で、インナシャフト９とアウタチューブ１１とを、伸縮自在に組み合わせている。又、インナシャフト９とアウタチューブ１１との基端部に、それぞれ自在継手３ａ、３ｂを構成する一方のヨーク１２ａ、１２ｂの基端部を溶接固定している。

図１４〜１５は、両自在継手３ａ、３ｂとして使用可能な、従来から知られている自在継手の１例として、特許文献１〜２に記載されたものを示している。尚、図１４〜１５に示した構造は、振動の伝達を防止する、所謂防振継手であるが、本発明の対象となる自在継手は、必ずしも防振構造を具備する必要はない。そこで、以下の説明は防振構造を省略して、自在継手３の本体部分の構造に就いて説明する。

自在継手３は、十分な剛性を有する金属材によりそれぞれが二又状に形成された１対のヨーク１２ａ、１２ｂを、軸受鋼の如き合金鋼等の硬質金属により造られた十字軸１３を介して、トルク伝達自在に結合して成る。両ヨーク１２ａ、１２ｂはそれぞれ、基部１４、１４と、両ヨーク１２ａ、１２ｂ毎に１対ずつの結合腕部１５、１５とを備える。両基部１４、１４は、回転軸である、インナシャフト９若しくはアウタチューブ１１の基端部（或いは、ステアリングシャフト２の前端部若しくは入力軸６の後端部、図１２参照）をトルクの伝達を自在に支持固定する。又、各結合腕部１５、１５の先端にそれぞれ円孔１６、１６を、両ヨーク１２ａ、１２ｂ毎に互いに同心に形成している。そして、各円孔１６、１６に、軸受鋼、肌焼鋼等の硬質金属製の板材により有底円筒状に造られた軸受カップ１７、１７を、互いの開口を対向させた状態で、締り嵌めにより内嵌固定している。又、十字軸１３は、１対の柱部の中間部同士を互いに直交させた如き形状を有し、それぞれが円柱状である、４箇所の軸部１８、１８を有する。即ち、中心部に設けた結合基部１９の円周方向等間隔４箇所位置に（隣り合う軸部１８、１８の中心軸同士が互いに直交する状態で）、それぞれ各軸部１８、１８の基端部を結合固定している。各軸部１８、１８の中心軸は、同一平面上に存在する。

この様な軸部１８、１８の軸方向中間部乃至先端部は、各軸受カップ１７、１７内に挿入している。そして、各軸受カップ１７、１７の内周面と各軸部１８、１８の先半部外周面との間に、それぞれが転動体である複数個のニードル２０、２０を配置してラジアル軸受２１、２１を構成し、十字軸１３に対して両ヨーク１２ａ、１２ｂが、軽い力で揺動変位する様にしている。この様に構成する為、両ヨーク１２ａ、１２ｂの中心軸同士が一致しない状態でも、両ヨーク１２ａ、１２ｂの間での回転力の伝達を、伝達ロスを抑えた状態で行える。

上述の様な自在継手３は、各軸部１８、１８の中心部にそれぞれ有底の挿入孔２２、２２を、各軸部１８、１８の先端面に開口する状態で、各軸部１８、１８の軸方向に形成している。そして、各挿入孔２２、２２の内側に、合成樹脂製のピン２３、２３を挿入している。各ピン２３、２３は、各軸受カップ１７、１７と各軸部１８、１８との間で突っ張る事により、各軸部１８、１８に対する各軸受カップ１７、１７のがたつき、延いては、十字軸１３に対する両ヨーク１２ａ、１２ｂのがたつきを防止すると共に、各軸受カップ１７、１７の開口端部と結合基部１９との距離が縮まり過ぎる事を防止している。即ち、前述の図１２に示したステアリング装置を構成する自在継手３ａ、３ｂのうち、車室外に設置する（図１２の下側の）自在継手３ｂの場合には、十字軸１３を構成する各軸部１８、１８の基端部と各軸受カップ１７、１７の開口部との間に、それぞれシールリング２４、２４を設けている。図示の例の場合、各ピン２３、２３を設ける事で、各シールリング２４、２４が過度に圧縮され、各シールリング２４、２４の耐久性が損なわれたり、反対に各シールリング２４、２４の圧縮量が低下し過ぎて、各シールリング２４、２４のシール性が損なわれる事を防止している。

図１６〜１７は、特許文献３に記載された、自在継手の従来構造の第２例を示している。この従来構造の第２例の場合、ラジアル軸受２１を構成する軸受カップ１７の底部内面と、十字軸１３ａを構成する軸部１８ａの先端面との間に、図１７に示す様な、略円盤状で、且つ、弾性を有する合成樹脂製のスラストピース２５を挟持している。この様な従来構造の第２例の場合、スラストピース２５が軸受カップ１７の底部内面と軸部１８ａの先端面との間で突っ張る事により、十字軸１３ａに対するヨーク１２のがたつきを防止する。

何れの構造の場合でも、軸受カップ１７と軸部１８、１８ａとの間で、ピン２３若しくはスラストピース２５が突っ張る事により、十字軸１３、１３ａに対するヨーク１２、１２ａ、１２ｂのがたつきを防止できる。但し、製造コストの増大を抑えつつ、十字軸に対する１対のヨークのがたつきを抑える機能を向上させる面からは、改良の余地がある。即ち、十字軸に対する両ヨークのがたつきを抑える為には、スラストピースの軸受カップ及び十字軸の軸部に対する締め代を大きくする事が考えられるが、単に締め代を大きくすると、両ヨークの各軸部に対する回転抵抗（揺動抵抗）が増大する。従って、がたつきを抑えつつ、回転抵抗の増大を防止する為には、スラストピース（或いはピン及び挿入孔）を精度良く形成すると共に、十字軸とヨークとの組み付け精度（軸部の軸受カップへの挿入量）を高くする必要があり、十字軸式自在継手の製造コストが増大する。

日本国特開平８−１３５６７４号公報 日本国特開平９−６０６５０号公報 日本国特開２００６−２５０１９７号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、製造コストの増大を抑えつつ、十字軸に対するヨークのがたつきを抑える機能を向上させられる、十字軸式自在継手の製造方法を実現すべく発明したものである。

本発明の十字軸式自在継手の製造方法によれば、１対のヨークと、十字軸と、４個のラジアル軸受と、４個のスラストピースとを備え、
前記１対のヨークはそれぞれ、回転軸の端部を結合固定する基部と、前記基部の軸方向一端縁のうちで、前記回転軸の直径方向反対側２箇所位置から軸方向に延出した１対の結合腕部と、前記１対の結合腕部の先端部に互いに同心に形成された１対の円孔とを備え、
前記十字軸は、結合基部の外周面に４本の軸部を放射状に固設して成るものであり、
前記各ラジアル軸受はそれぞれ、前記各円孔の内側に内嵌固定された有底円筒状の軸受カップの内周面と、前記各軸部の外周面との間に配置され、前記各軸受カップと前記各軸部との間に加わるラジアル荷重を支承し、
前記各スラストピースはそれぞれ、合成樹脂製で、前記各軸受カップの底部内面と前記各軸部との間に配置される、
十字軸式自在継手の製造方法であって、
前記十字軸式自在継手を組み立てる際に、前記スラストピースの少なくとも一つを加熱し変形させる事により、前記軸部の軸方向に関する前記スラストピースの寸法を調整する。

具体的に、第１の態様としては、前記１対のヨーク、前記十字軸、前記各ラジアル軸受、及び前記各スラストピースを組み立てた状態で、前記スラストピースの少なくとも一つを加熱し変形させる事により、前記軸部の軸方向に関する前記スラストピースの寸法を調整する。

また、第２の態様としては、前記スラストピースの少なくとも一つを前記軸受カップと前記軸部との間に設ける以前の状態で、前記スラストピースが配置される前記軸部を加熱し、前記スラストピースと前記軸部とを組み立て、その後、前記軸受カップと前記軸部とを組み立てて、前記スラストピースを加熱し変形させる事により、前記軸部の軸方向に関する前記スラストピースの寸法を調整する。

さらに、第３の態様としては、前記各軸受カップと前記十字軸とを組み立てる以前の状態で、前記スラストピースの少なくとも一つ及び前記スラストピースが配置される前記軸受カップを加熱し、その後、前記各軸受カップと前記十字軸とを組み立てて、前記スラストピースを変形させる事により、前記軸部の軸方向に関する前記スラストピースの寸法を調整する。

上述の様な十字軸式自在継手の製造方法を実施する場合に、好ましくは、スラストピースに、前記軸受カップ及び前記軸部に対する締め代を持たせ、前記スラストピースを加熱する以前の状態に於ける前記締め代の大きさが、加熱した後の前記締め代の大きさよりも大きく設定される。

また、前記スラストピースの端面と、前記端面に対向する面とのうちの何れか一方の面の中心部に凸部を、他方の面の中心部に凹部を、それぞれ設けており、前記凸部と前記凹部との係合に基づいて、前記軸部と前記ラジアル軸受との中心軸同士を一致させることが好ましい。

さらに、前記スラストピースを加熱し、前記凸部と前記凹部とを係合させた状態で、前記１対のヨークのうちの一方のヨークを他方のヨークに対し揺動変位させることが好ましい。

また、前記スラストピースは、前記軸受カップの底部内面と、前記軸部の先端面との間に配置され、且つ、
前記スラストピースは、前記軸受カップの底部内面に沿った部分球面状の外側面と、先端に向かう程外径が小さくなる方向に傾斜した円すい台状の内側面と、を持った略円盤状に形成されることが好ましい。

また、前記スラストピースは、中心部に凸部が設けられた前記軸受カップの底部内面と、中心部に凹部が設けられた前記軸部の先端面との間に配置され、且つ、
前記スラストピースは、前記軸受カップの底部内面の凸部に係合する凹部を中心部に有する外側面と、前記軸部の先端面の凹部に係合する凸部を中心部に有する内側面と、を持った略円盤状に形成されることが好ましい。

本発明の十字軸式自在継手の製造方法によれば、十字軸式自在継手を組み立てる際に、スラストピースの少なくとも一つを加熱し変形させる事により、軸部の軸方向に関する前記スラストピースの寸法を調整する。
これにより、スラストピースの形状精度及び寸法精度や十字軸と両ヨークとの組み付け精度を過度に高くせずに、製造コストを抑えつつ、十字軸に対する１対のヨークのがたつきを抑えた良質の十字軸式自在継手を提供することができる。

本発明の第１実施形態を示す、自在継手の部分切断側面図。 図１のＩＩ部を、ピンを切断した状態で示す拡大断面図 本発明の第２実施形態を、ピンを切断しない状態で示す、図２と同様の図。 本発明の第３実施形態を示す、図２と同様の図。 本発明の第３実施形態における、自在継手の製造方法を工程順に示す部分断面図。 本発明の第４実施形態を示す、図２と同様の図。 本発明の第５実施形態を示す、図２と同様の図。 本発明の第６実施形態を示す、図２と同様の図。 本発明の第７実施形態を示す、図２と同様の図。 本発明の第８実施形態を示す、図２と同様の図。 本発明の第９実施形態を示す、図２と同様の図。 従来から知られているステアリング装置の１例を示す要部斜視図。 中間シャフトを取り出して示す部分切断側面図。 従来から知られている自在継手の第１例を示す、部分切断側面図。 一部を省略して示す、図１４の拡大ＸＶ−ＸＶ断面図。 従来から知られている自在継手の第２例を示す、要部拡大断面図。 図１６のスラストピースを取り出して示す、平面図（Ａ）と、（Ａ）のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ断面図（Ｂ）。

［第１実施形態］
図１〜２は、本発明の第１実施形態を示している。尚、以下の説明では、前述の図１３〜１６に示した構造を含め、従来から知られている構造と同様である部分については、重複する図示並びに説明を省略若しくは簡略にし、以下、本実施形態の特徴部分を中心に説明する。

本実施形態の自在継手３ｃは、前述の図１４〜１５に示した従来構造の第１例の場合と同様に、十字軸１３を構成する各軸部１８、１８の中心部にそれぞれ挿入孔２２を形成し、各挿入孔２２の内側に、本発明のスラストピースに相当する、ピン２３ａ、２３ａを挿入している。そして、各軸部１８、１８を、両ヨーク１２、１２を構成する結合腕部１５、１５に設けた円孔１６、１６に、ラジアル軸受２１、２１を介して回転自在に支持する事により、自在継手３ｃを構成している。この状態で、各ピン２３ａ、２３ａは、ラジアル軸受２１、２１を構成する各軸受カップ１７、１７と、各軸部１８、１８との間で突っ張る事により、十字軸１３に対する両ヨーク１２、１２のがたつきを防止している。

この為に、各軸受カップ１７、１７の底部内面を、各底部内面の中心部が各軸部１８、１８の軸方向に関して最も凹んだ（曲率中心が各軸受カップ１７、１７の中心軸上に存在する）部分球状の凹面とし、各ピン２３ａ、２３ａの先端面（図２の上面）を、各先端面の中心部が各軸部１８、１８の軸方向に関して最も突出した、円すい状若しくは円すい台状の凸面としている。即ち、本実施形態の場合には、各軸受カップ１７、１７の底部内面全体が、本発明の凹部に、各ピン２３ａ、２３ａの先端部が、本発明の凸部に、それぞれ相当する。そして、各軸受カップ１７、１７の底部内面と、各ピン２３ａ、２３ａの先端面とを、締め代を持って（各ピン２３ａ、２３ａを軸方向に弾性圧縮した状態で）当接させている。本実施形態の場合、各軸受カップ１７、１７の底部内面に対する各ピン２３ａ、２３ａの締め代を１〜５００μｍ程度としている。但し、締め代を１μｍより小さく（例えば０に）したり、各軸受カップ１７、１７の底部内面と各ピン２３ａ、２３ａの先端面とを、若干の隙間を介して対向させる事もできる。尚、各状態での締め代の値は、十字軸式自在継手の使用状態である、常温時の状態での値である。

又、本実施形態の場合、各ピン２３ａ、２３ａは、加熱し、熱膨張乃至塑性変形させる事で、締め代の調整を可能にする為、適度な熱膨張率（１〜２０×１０^−５／℃）を有し、且つ、各ラジアル軸受２１、２１の回転抵抗の増大を抑えるべく、十字軸或いは各軸受カップ１７、１７を構成する金属材料に対する摩擦係数の小さい（この金属材料に対する摩擦係数が０．０１〜０．１５程度である）、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）等の弾性及び熱可塑性を有する合成樹脂製としている。

上述の様な本実施形態の自在継手３ｃは、次の様にして造る。先ず、十字軸１３を構成する各軸部１８、１８の中心部にそれぞれ挿入孔２２を形成し、各挿入孔２２の内側に、合成樹脂製のピン２３ａ、２３ａを挿入する。次に、各軸部１８、１８を、両ヨーク１２、１２を構成する各結合腕部１５、１５の先端部に設けた円孔１６、１６の内側に挿入する。そして、軸受鋼、肌焼鋼等の硬質金属製の板材に、プレス加工による打ち抜き加工や曲げ加工を施す事で造った各軸受カップ１７、１７の内周面に複数個のニードル２０、２０を配置し、各軸受カップ１７、１７を各円孔１６、１６に、各結合腕部１５、１５の外側から圧入して内嵌固定する。この時、各軸受カップ１７、１７の底部内面と各ピン２３ａ、２３ａの先端面とを締め代を持って（各ピン２３ａ、２３ａを軸方向に弾性圧縮した状態で）当接させる。尚、各軸受カップ１７、１７内に各ニードル２０、２０を配置した後、各軸受カップ１７、１７の開口縁部を径方向内方に折り曲げて、各軸受カップ１７、１７の開口部に内向鍔部２６、２６を形成し、各ニードル２０、２０の脱落を防止しておく。これにより、各軸部１８、１８と各結合腕部１５、１５との間に、各ラジアル軸受２１、２１を設ける。この状態では、各軸受カップ１７、１７の底部内面に対する各ピン２３ａ、２３ａの締め代を２〜１０００μｍ程度とし、完成後の締め代よりも大きくしておく。

次に、各ピン２３ａ、２３ａの先端部を、各軸受カップ１７、１７の底部を介して、４０〜２５０℃程度｛各ピン２３ａ、２３ａを構成する合成樹脂の融点（ＰＰＳ：２７５℃、ＰＥＥＫ：３３４℃、ＰＡＩ：３００℃）以下の温度｝に加熱する。具体的には、各軸受カップ１７、１７を高周波誘導加熱により発熱させたり、加熱した金属部材を各軸受カップ１７、１７の底部に接触させ、熱伝導により加熱する、或いは各軸受カップ１７、１７の底部をプラズマ加熱する事で、各ピン２３ａ、２３ａの先端部を加熱する。そして、各ピン２３ａ、２３ａの先端部を軟化し、更に塑性変形させる。この状態で、両ヨーク１２、１２のうちの一方のヨーク１２を他方のヨーク１２に対し揺動変位させる事により、各軸部１８、１８（に支持したピン２３ａ、２３ａ）を各軸受カップ１７、１７に対し相対回転させて、各軸受カップ１７、１７の底部内面と各ピン２３ａ、２３ａの先端面とを摺接させる。これにより、各ピン２３ａ、２３ａの先端部を塑性変形させて、締め代の大きさを適切な大きさに調整すると共に、各ピン２３ａ、２３ａの先端面の性状を整える（先端面を、各軸受カップ１７、１７の底部内面に倣って部分球面状にする）。これと同時に、各軸受カップ１７、１７の底部内面と、各ピン２３ａ、２３ａの先端面との係合に基づいて（各ピン２３ａ、２３ａを、各ピン２３ａ、２３ａの先端面を摺接させた各軸受カップ１７、１７の底部内面により案内する事で）、各軸受カップ１７、１７と各軸部１８、１８の中心軸同士を一致させる（心合わせを行う）。この状態で、各ピン２３ａ、２３ａの先端部を冷却して固化する。各ピン２３ａ、２３ａの先端部の冷却は、放冷により緩徐に行う事もできるが、例えば液体窒素を蒸発させて得た低温窒素ガス等の気体冷媒により行ったり、内部に冷却水を流通させた治具等を各軸受カップ１７、１７の底部に接触させ、熱を奪う事により行う事が、冷却温度や冷却時間の管理の容易化を図る面から好ましい。

尚、各ピン２３ａ、２３ａの先端部を加熱・冷却する際には、変形量を適切な大きさにすべく、温度（加熱温度、冷却温度）及び時間（加熱時間、冷却時間）を調整する。即ち、加熱量が多かったり（加熱温度が高かったり、加熱時間が長い）、冷却量が少ない（冷却温度が高かったり、冷却時間が短い）場合、各ピン２３ａ、２３ａの先端部の変形量が過度に大きくなり、各軸受カップ１７、１７の底部内面に対する各ピン２３ａ、２３ａの締め代が小さくなって、各軸受カップ１７、１７と各ピン２３ａ、２３ａとの間でがたつきが生じる可能性がある。一方、加熱量が少なかったり（加熱温度が低かったり、加熱時間が短い）、冷却量が多い（冷却温度が低かったり、冷却時間が長い）場合、締め代が大きくなって、トルクの伝達時に、伝達ロスが大きくなったり、各軸受カップ１７、１７に大きな力が加わって、各軸受カップ１７、１７の耐久性が損なわれる可能性がある。

尚、各ピン２３ａ、２３ａを加熱する為には、各挿入孔２２に各ピン２３ａ、２３ａを挿入する以前に、十字軸１３の軸部１８、１８を加熱しておき、その後、各挿入孔２２に各ピン２３ａ、２３ａを挿入する事で、各ピン２３ａ、２３ａを加熱した後、更に各軸部１８、１８と各軸受カップ１７、１７とを組み立てる様にする事もできる。この場合、上述の様な冷却方法に代えて、或いはこの冷却方法を実施すると共に、加熱した各軸部１８、１８及び各ピン２３ａ、２３ａに、（必要に応じて予め冷却しておいた）各軸受カップ１７、１７を組み付け、各軸受カップ１７、１７により熱を奪う事により、各ピン２３ａ、２３ａの先端部を冷却する事もできる。
又、各軸受カップ１７、１７を各円孔１６、１６に圧入する以前に、各軸受カップ１７、１７及び各ピン２３ａ、２３ａを加熱しておき、その後、各軸部１８、１８と各軸受カップ１７、１７とを組み立てる様にする事もできる。この場合も、同様に、各軸受カップ１７、１７を各軸部１８、１８に組み付ける事で、各軸部１８、１８により熱を奪い、各ピン２３ａ、２３ａの先端部を冷却しても良い。
又、各ピン２３ａ、２３ａのみを加熱する事もできる。この場合も、自在継手３ｃの組み立て後に、この自在継手３ｃを構成する他の部材により熱を奪う事で、各ピン２３ａ、２３ａの先端部を冷却しても良い。

なお、上述したいずれかの製造方法によって、各ピン２３ａ、２３ａやスラストピースの寸法を調整することができる点は、以下の実施形態においても同様である。

上述の様な本実施形態の十字軸式自在継手の製造方法によれば、十字軸１３に対するヨーク１２、１２のがたつきを抑えつつ、自在継手３ｃの製造コストの低減できる。即ち、本実施形態の自在継手３ｃは、自在継手３ｃを構成する各部材を組み立てた後、合成樹脂製のピン２３ａ、２３ａの先端部を加熱する事で、或いは、予め各ピン２３ａ、２３ａを加熱した後、各部材を組み立てる事で、各ピン２３ａ、２３ａを軟化させた状態で、両ヨーク１２、１２のうちの一方のヨーク１２を他方のヨーク１２に対し揺動変位させる事により、ラジアル軸受２１、２１を構成する軸受カップ１７、１７の底部内面と、各ピン２３ａ、２３ａの先端面とを摺接させる。

これにより、各ピン２３ａ、２３ａの先端部を塑性変形させ、各軸受カップ１７、１７に対する各ピン２３ａ、２３ａの締め代を適切な大きさとすると共に、各ピン２３ａ、２３ａの先端面の性状を整える。従って、各ピン２３ａ、２３ａの形状精度及び寸法精度や十字軸１３とヨーク１２、１２との組み付け精度を過度に高くする必要がなく、自在継手３ｃの製造コストが徒に高くなる事を抑えられる事ができる。又、各軸受カップ１７、１７の底部内面と、各ピン２３ａ、２３ａとの摺接部の摩擦抵抗を低く抑え、各ラジアル軸受２１、２１の回転抵抗（一方のヨーク１２に対する他方のヨーク１２の揺動抵抗）を低く抑えられる。更に、一方のヨーク１２に対する他方のヨーク１２の揺動変位に伴い、各ピン２３ａ、２３ａの先端部を各軸受カップ１７、１７の底部内面に沿って移動させる事により、各軸受カップ１７、１７と各軸部１８、１８との心合わせを行える。従って、この面からも、十字軸１３と両ヨーク１２、１２との組み付け精度を過度に高くする必要がなくなり、自在継手３ｃの製造コストの上昇を抑えられる。

［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態を示している。本実施形態の自在継手３ｄは、ラジアル軸受２１（図１参照）を構成する軸受カップ１７ａの底部内面の中心部に、開口部に向かう程内径が大きくなる方向に傾斜した擂鉢状の凹部２７を設けている。本実施形態の場合、自在継手３ｄを構成する各部材を組み立てた状態で、各凹部２７と、十字軸１３を構成する軸部１８の挿入孔２２に挿入したピン２３ａの先端部とを係合させている。この状態で、各ピン２３ａの先端部を加熱する事で、当該部分を膨張させ、各軸受カップ１７ａに対する締め代を調整すると共に、凹部２７とピン２３ａとの係合に基づいて、軸受カップ１７ａと軸部１８との心合わせを行う。この様な本実施形態によれば、上述した第１実施形態に係る構造と比較して、この心合わせをより精度良く行う事ができる。
その他の部分の構成及び作用は、第１実施形態と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

［第３実施形態］
図４〜５は、本発明の第３実施形態を示している。本実施形態の自在継手３ｅは、ラジアル軸受２１（図１参照）を構成する軸受カップ１７の底部内面と、十字軸１３ａを構成する軸部１８ａの先端面との間に、略円盤状のスラストピース２５ａを挟持している。即ち、スラストピース２５ａの外側面（図４の上側面）は、軸受カップ１７の底部内面に沿った部分球面状とし、スラストピース２５ａの内側面は、先端に向かう程外径が小さくなる方向に傾斜した円すい台状としている。本実施形態の場合、スラストピース２５ａは、前述した第１実施形態に係るピン２３ａ（図１〜２参照）と同様に、適度な熱膨張率を有し、且つ、摩擦係数の小さな、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡＩ、ＰＩ等の合成樹脂製により造っている。

自在継手３ｅを造る場合には、先ず、図５の（Ａ）に示す様に、軸受カップ１７の底部内面にスラストピース２５ａを固着した状態で、第１実施形態の場合と同様の方法により、軸受カップ１７及びスラストピース２５ａを加熱する。次に、図５の（Ｂ）に示す様に、軸受カップ１７を軸部１８ａに組み付ける。そして、１対のヨーク１２、１２（図１参照）のうちの一方のヨーク１２を他方のヨーク１２に対し揺動変位させ、軸部１８ａの先端面と、スラストピース２５ａの先端面とを摺接させる。これにより、図５の（Ｂ）→（Ｃ）に示す様に、スラストピース２５ａの先端面を塑性変形させ、軸受カップ１７に対するスラストピース２５ａの締め代を適切な大きさとすると共に、スラストピース２５ａの先端面の性状を整える。更に、軸部１８ａにより、軸受カップ１７及びスラストピース２５ａの熱を奪い、軸受カップ１７及びスラストピース２５ａを冷却する。この場合、必要に応じて軸部１８ａを予め冷却しておく事もできる。
但し、本実施形態を実施する場合、第１実施形態の場合と同様に、軸受カップ１７と軸部１８ａとを組み立てた状態で加熱したり、スラストピース２５ａと軸部１８ａとを加熱する事もできる。
その他の部分の構成及び作用は、第１実施形態と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

［第４実施形態］
図６は、本発明の第４実施形態を示している。本実施形態の自在継手３ｆは、十字軸１３ｂを構成する軸部１８ｂの先端面の中央部に、開口部に向かう程内径が大きくなる方向に傾斜した擂鉢状の凹部２７ａを設け、先端面に対向するスラストピース２５ｂの内側面に、先端に向かう程外径が小さくする方向に傾斜した略円すい台状の凸部２８を設け、凹部２７ａと凸部２８とを係合している。上述の様な自在継手３ｆを造る場合、スラストピース２５ｂを、軸受カップ１７ｂの底部内面の中心部に支持し、軸部１８ｂを軸受カップ１７ｂの内側に挿入すると共に、凹部２７ａと凸部２８とを係合させる。この状態で、スラストピース２５ａを加熱すると共に、１対のヨーク１２、１２（図１参照）のうちの一方のヨーク１２を他方のヨーク１２に対し揺動変位させて、スラストピース２５ａを変形させる。これにより、凹部２７ａと凸部２８との間の締め代を適切な大きさに調整すると共に、凹部２７ａと凸部２８との係合に基づいて軸部１８ｂと軸受カップ１７ｂとの中心軸同士を一致させる。
その他の部分の構成及び作用は、第１〜３実施形態と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

［第５実施形態］
図７は、本発明の第５実施形態を示している。本実施形態の自在継手３ｇは、第４実施形態の場合と同様に、十字軸１３ｂを構成する軸部１８ｂの先端面中心部に凹部２７ａを、スラストピース２５ｃの内側面中心部に凸部２８ａを、それぞれ設け、凹部２７ａと凸部２８ａとを係合している。更に本実施形態の場合は、スラストピース２５ｃの外側面中心部に凹部２７ｂを、ラジアル軸受２１を構成する軸受カップ１７ｃの底部内面の中心部に凸部２８ｂを、それぞれ設け、凹部２７ｂと凸部２８ｂとを係合している。この様な本実施形態の場合、スラストピース２５ｃを軸受カップ１７ｃの底部内面の中心部に、予め中心軸同士を一致させた状態で支持する必要がない為、組立作業が容易になる。
その他の部分の構成及び作用は、第４実施形態の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

［第６実施形態］
図８は、本発明の第６実施形態を示している。本実施形態の自在継手３ｈも、第４〜５実施形態の場合と同様に、十字軸１３ｂを構成する軸部１８ｂの先端面中心部に凹部２７ａを、スラストピース２５ｄの内側面中心部に凸部２８ａを、それぞれ設け、凹部２７ａと凸部２８ａとを係合している。又、本実施形態の場合、スラストピース２５ｄの外側面中心部に凸部２８ｂを、ラジアル軸受２１（図１参照）を構成する軸受カップ１７ｃの底部内面の中心部に凹部２７ｃを、それぞれ設け、凹部２７ｃと凸部２８ｂとを係合している。
その他の部分の構成及び作用は、第５実施形態の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

［第７実施形態］
図９は、本発明の第７実施形態を示している。本実施形態の自在継手３ｉは、第６実施形態の場合と同様に、スラストピース２５ｅの外側面中心部に凸部２８ｂを、ラジアル軸受２１を構成する軸受カップ１７ｃの底部内面の中心部に凹部２７ｃを、それぞれ設け、凹部２７ｃと凸部２８ｂとを係合している。又、本実施形態の場合、十字軸１３ｃを構成する軸部１８ｃの先端面中心部に凸部２８ｃを、スラストピース２５ｅの内側面中心部に凹部２７ｄを、それぞれ設け、凹部２７ｄと凸部２８ｃとを係合している。
その他の部分の構成及び作用は、第６実施形態の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

［第８実施形態］
図１０は、本発明の第８実施形態を示している。本実施形態の自在継手３ｊは、ラジアル軸受２１（図１参照）を構成する軸受カップ１７ｄの底部内面と、十字軸１３ｄを構成する軸部１８ｄの先端面との間に、略円盤状のスラストピース２５ｆを挟持している。即ち、スラストピース２５ｆの外側面（図１５の上側面）は、軸受カップ１７ｄの底部内面に沿った部分球面状の凸部２８ｂとし、スラストピース２５ｆの内側面は、先端に向かう程外径が小さくなる方向に傾斜した円すい台状の凸部２８としている。軸部１８ｄの先端面の中央部に、開口部に向かう程内径が大きくなる方向に傾斜した擂鉢状の凹部２７ａを設け、凸部２８と係合している。この様な本実施形態によれば、スラストピース２５ｆの外側面が、軸受カップ１７ｄの底部内面に沿った部分球面状であるので、軸受カップ１７ｄ内にスラストピース２５ｆを入れるだけで調芯されやすい。さらに、軸受カップ１７ｄと軸部１８ｄとを組み立てる際、凸部２８と凹部２７ａとが互いに傾斜しているので、嵌合しやすくなる。そのため、組み立て作業が容易になる。

［第９実施形態］
図１１は、本発明の第９実施形態を示している。本実施形態の自在継手３ｋは、第１実施形態の場合に於ける挿入孔２２を設けていない。それに伴い、ピン２３ａの形状をピン２３ａの挿入孔２２に挿入される部分を削除したスラストピース２５の形状としている。
本実施形態においても、自在継手３ｋの組み立て完成後に、スラストピース２５の先端部を、各軸受カップ１７、１７の底部を介して、４０〜２５０℃程度｛各スラストピース２５を構成する合成樹脂の融点（ＰＰＳ：２７５℃、ＰＥＥＫ：３３４℃、ＰＡＩ：３００℃）以下の温度｝に加熱し、当該部分を軟化し、更に塑性変形させることができる。
また、各スラストピース２５を組み入れる以前に、十字軸１３の軸部１８、１８を加熱しておき、その後、各軸部１８、１８と軸受カップ１７、１７とを組み立てる様にする事もできる。或いは、各軸受カップ１７、１７を各円孔１６、１６に圧入する以前に、各軸受カップ１７、１７及び各スラストピース２５を加熱しておき、その後、各軸部１８、１８と各軸受カップ１７、１７とを組み立てる様にする事もできる。
また、本実施形態においても第２実施形態と同じ様に、軸受カップ１７ａの底部内面の中心部に、擂鉢状の凹部２７を設け、自在継手３ｄを構成する各部材を組み立てた状態で、各凹部２７と、スラストピース２５の先端部とを係合させることもできる。この状態で、スラストピース２５の先端部を加熱する事で、当該部分を膨張させ、各軸受カップ１７ａに対する締め代を調整すると共に、凹部２７とスラストピース２５との係合に基づいて、軸受カップ１７ａと軸部１８との心合わせを行うことが可能である。
本実施形態においては４箇所の軸部１８に夫々挿入孔２２を加工する必要が無くなる為、加工コストが安価になる。

上述した各実施形態の場合、ヨークの円孔と十字軸の軸部との間に設けるラジアル軸受を、ラジアルニードル軸受としている。但し、ラジアル軸受を、軸部の外周面と、円孔に内嵌固定した軸受カップの内周面との間に複数個の球を配置して成る、ラジアル玉軸受等の他種のラジアル転がり軸受とする事もできる。又、合成樹脂、含油メタル等の低摩擦材を円筒状に形成したスリーブを両周面同士の間に配置した、ラジアル滑り軸受とする事もできる。
更には、本発明に係る自在継手を自動車用ステアリング装置に組み込む場合に於いて、自在継手を車室外に設置する場合には、十字軸の軸部の基端部と、軸受カップの開口縁部との間にシールリングを設ける事もできる。

また、スラストピースの寸法を調整する本発明の方法は、４個のスラストピースの全てに適用してもよいが、これに限らず、少なくとも１箇所のスラストピースに適用されればよい。
例えば、４個のスラストピースのうち、一方のヨークに対応して軸受カップと軸部との間に配置される２個のスラストピースのうちのいずれかのスラストピースと、他方のヨークに対応して軸受カップと軸部との間に配置される２個のスラストピースのうちのいずれかのスラストピースとに、本発明の方法が適用されてもよい。

上記実施形態では、上述したように、以下のいずれかの方法によって軸部の軸方向に関するスラストピースの寸法を適切な大きさに調整している。
（ｉ）１対のヨーク、十字軸、各ラジアル軸受、及び各スラストピースを組み立てた状態で、スラストピースの少なくとも一つを加熱し変形させる。
（ｉｉ）スラストピースの少なくとも一つを軸受カップと軸部との間に設ける以前の状態で、スラストピースが配置される軸部を加熱し、スラストピースと軸部とを組み立て、その後、軸受カップと軸部とを組み立てて、スラストピースを加熱し変形させる。
（ｉｉｉ）各軸受カップと十字軸とを組み立てる以前の状態で、スラストピースの少なくとも一つ及びスラストピースが配置される軸受カップを加熱し、その後、各軸受カップと十字軸とを組み立てて、スラストピースを変形させる。
しかしながら、本発明は、十字軸式自在継手を組み立てる際に、スラストピースの少なくとも一つを直接、又は、軸受カップ又は十字軸を介して、加熱し変形させる事により、軸部の軸方向に関するスラストピースの寸法を調整するものであれば、上述した方法以外の方法であってもよい。

本出願は、２０１３年８月３０日出願の日本特許出願２０１３−１７８８２２号、２０１４年１月６日出願の日本特許出願２０１４−１０９号、２０１４年４月９日出願の日本特許出願２０１４−７９９０４号、及び、２０１４年５月２７日出願の日本特許出願２０１４−１０８６５６号に基づき、その内容は参照としてここに取り込まれる。

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
３、３ａ〜３ｉ 自在継手
４ 中間シャフト
５ ステアリングギヤユニット
６ 入力軸
７ タイロッド
８ 雄スプライン部
９ インナシャフト
１０ 雌スプライン部
１１ アウタチューブ
１２、１２ａ、１２ｂ ヨーク
１３、１３ａ、１３ｂ 十字軸
１４ 基部
１５ 結合腕部
１６ 円孔
１７、１７ａ〜１７ｃ 軸受カップ
１８、１８ａ〜１８ｃ 軸部
１９ 結合基部
２０ ニードル
２１ ラジアル軸受
２２ 挿入孔
２３、２３ａ ピン
２４ シールリング
２５、２５ａ〜２５ｅ スラストピース
２６ 内向鍔部
２７、２７ａ〜２７ｄ 凹部
２８、２８ａ〜２８ｃ 凸部

Claims (9)

1. １対のヨークと、十字軸と、４個のラジアル軸受と、４個のスラストピースとを備え、
   前記１対のヨークはそれぞれ、回転軸の端部を結合固定する基部と、前記基部の軸方向一端縁のうちで、前記回転軸の直径方向反対側２箇所位置から軸方向に延出した１対の結合腕部と、前記１対の結合腕部の先端部に互いに同心に形成された１対の円孔とを備え、
   前記十字軸は、結合基部の外周面に４本の軸部を放射状に固設して成るものであり、
   前記各ラジアル軸受はそれぞれ、前記各円孔の内側に内嵌固定された有底円筒状の軸受カップの内周面と、前記各軸部の外周面との間に配置され、前記各軸受カップと前記各軸部との間に加わるラジアル荷重を支承し、
   前記各スラストピースはそれぞれ、合成樹脂製で、前記各軸受カップの底部内面と前記各軸部との間に配置される、
   十字軸式自在継手の製造方法であって、
   前記十字軸式自在継手を組み立てる際に、前記スラストピースの少なくとも一つを加熱し変形させる事により、前記軸部の軸方向に関する前記スラストピースの寸法を調整する十字軸式自在継手の製造方法。
2. 前記１対のヨーク、前記十字軸、前記各ラジアル軸受、及び前記各スラストピースを組み立てた状態で、前記スラストピースの少なくとも一つを加熱し変形させる事により、前記軸部の軸方向に関する前記スラストピースの寸法を調整する請求項１に記載の十字軸式自在継手の製造方法。
3. 前記スラストピースの少なくとも一つを前記軸受カップと前記軸部との間に設ける以前の状態で、前記スラストピースが配置される前記軸部を加熱し、前記スラストピースと前記軸部とを組み立て、その後、前記軸受カップと前記軸部とを組み立てて、前記スラストピースを加熱し変形させる事により、前記軸部の軸方向に関する前記スラストピースの寸法を調整する請求項１に記載の十字軸式自在継手の製造方法。
4. 前記各軸受カップと前記十字軸とを組み立てる以前の状態で、前記スラストピースの少なくとも一つ及び前記スラストピースが配置される前記軸受カップを加熱し、その後、前記各軸受カップと前記十字軸とを組み立てて、前記スラストピースを変形させる事により、前記軸部の軸方向に関する前記スラストピースの寸法を調整する請求項１に記載の十字軸式自在継手の製造方法。
5. 前記スラストピースに、前記軸受カップ及び前記軸部に対する締め代を持たせており、前記スラストピースを加熱する以前の状態に於ける前記締め代の大きさが、加熱した後の前記締め代の大きさよりも大きい、請求項１〜４のうちの何れか１項に記載した十字軸式自在継手の製造方法。
6. 前記スラストピースの端面と、前記端面に対向する面とのうちの何れか一方の面の中心部に凸部を、他方の面の中心部に凹部を、それぞれ設けており、前記凸部と前記凹部との係合に基づいて、前記軸部と前記ラジアル軸受との中心軸同士を一致させる、請求項１に記載した十字軸式自在継手の製造方法。
7. 前記スラストピースを加熱し、前記凸部と前記凹部とを係合させた状態で、前記１対のヨークのうちの一方のヨークを他方のヨークに対し揺動変位させる、請求項６に記載した十字軸式自在継手の製造方法。
8. 前記スラストピースは、前記軸受カップの底部内面と、前記軸部の先端面との間に配置され、且つ、
   前記スラストピースは、前記軸受カップの底部内面に沿った部分球面状の外側面と、先端に向かう程外径が小さくなる方向に傾斜した円すい台状の内側面と、を持った略円盤状に形成される請求項１〜４の何れか１項に記載した十字軸式自在継手の製造方法。
9. 前記スラストピースは、中心部に凸部が設けられた前記軸受カップの底部内面と、中心部に凹部が設けられた前記軸部の先端面との間に配置され、且つ、
   前記スラストピースは、前記軸受カップの底部内面の凸部に係合する凹部を中心部に有する外側面と、前記軸部の先端面の凹部に係合する凸部を中心部に有する内側面と、を持った略円盤状に形成される請求項１〜４の何れか１項に記載した十字軸式自在継手の製造方法。

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