JPH0960650A

JPH0960650A - 自在継手

Info

Publication number: JPH0960650A
Application number: JP7217089A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Uchiyama; 貴彦内山; Hiroshi Sekine; 博関根
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 1997-03-04
Anticipated expiration: 2015-08-25
Also published as: JP3480140B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高温下で使用してもがたつきが発生しない自
在継手の実現を図る。【構成】ピン１６ａが十字軸８の軸部１１、１１に形
成した挿入孔１５の底面と軸受カップ１０、１０の底面
との間で突っ張り、がたつき防止を図る。上記ピン１６
ａは、８０〜１００重量％の直鎖型ポリフェニレンサル
ファイド樹脂と、０〜１０重量％の繊維状充填材と、０
〜１０重量％の粒子状充填材とから成る組成物により造
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係る自在継手は、例え
ば自動車のステアリング装置に組み込み、ハンドル軸の
動きをステアリングギヤに伝達する為に利用する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のステアリング装置に使用する自
在継手として従来から、カルダン継手と呼ばれる十字軸
継手が、広く知られている。例えば実開平５−３６５２
号公報には、図１０に示す様なステアリング装置に組み
込む、図１１に示す様な自在継手が記載されている。ス
テアリング装置は図１０に示す様に、ステアリングホイ
ール１の動きを、ステアリングシャフト２、中間シャフ
ト３を介してステアリングギヤ４に伝達し、このステア
リングギヤ４によって車輪を操舵する様に構成してい
る。上記ステアリングシャフト２とステアリングギヤ４
の入力シャフト５とは、互いに同一直線上に設けられな
いのが通常である。この為、上記両シャフト２、５の間
に中間シャフト３を設け、この中間シャフト３の両端部
とステアリングシャフト２及び入力シャフト５の端部と
を、本発明の対象となる自在継手６、６を介して結合し
ている。

【０００３】これら各自在継手６、６の構造に就いて、
上記図１１に図１２を加えて説明する。尚、図１１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。従って、以下の説明は防振構
造を省略して、この自在継手６に就いて説明する。この
自在継手６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７ａ、７ｂと、合
金鋼等の硬質金属により造られた十字軸８とから構成さ
れる。上記各ヨーク７ａ、７ｂの両端部には、互いに同
心の円孔９、９を形成している。そして各円孔９、９
に、やはり軸受鋼等の硬質金属により有底円筒状に造ら
れた軸受カップ１０、１０を、互いの開口を対向させた
状態で内嵌固定している。又、上記十字軸８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個所の軸部１１、１１を有
する。この４個所の軸部１１、１１は、上記各軸受カッ
プ１０、１０内に挿入されている。そして、これら各軸
受カップ１０、１０の内周面と上記各軸部１１、１１の
外周面との間に、ニードル軸受等のラジアル軸受１２、
１２を設け、上記十字軸８に対して上記各ヨーク７ａ、
７ｂが、軽い力で揺動する様にしている。この様に構成
する為、これら両ヨーク７ａ、７ｂの中心軸同士が一致
しない状態でも、これら両ヨーク７ａ、７ｂの間で回転
力の伝達を、殆ど伝達ロスを生じる事なく行なえる。

【０００４】自在継手６の基本構成は上述の通りである
が、この様な自在継手６に於いては、上記十字軸８の基
部１３と上記各軸受カップ１０、１０の開口部との間
に、それぞれシールリング１４、１４を設けている。そ
して、これら各シールリング１４、１４により、上記各
ラジアル軸受１２、１２の設置部分に泥水等が進入する
のを防止し、自在継手６の耐久性の確保を図っている。
更に、上記４個所の軸部１１、１１中心部にはそれぞれ
有底の挿入孔１５、１５を、これら各軸部１１、１１の
端面に開口する状態で、上記各軸部１１、１１の軸方向
に亙って形成している。そして、これら各挿入孔１５、
１５の内側には、例えば実公昭６４−２９８２号公報に
詳しく記載されている様に、合成樹脂製のピン１６、１
６を挿入している。

【０００５】これら各ピン１６、１６は従来、図１３又
は図１４に示す様な形状に造られていた。即ち、円柱状
の小径部１７の軸方向両端部にフランジ状の大径部１
８、１８を形成し、これら各大径部１８、１８の外端面
を、円錐台状の突出面１９、１９としている。図１３に
示した例は、上記小径部１７の軸方向両端から上記各大
径部１８、１８の基端部に亙ってリブ２０、２０を形成
したもの、図１４に示した例は、この様なリブ２０、２
０を省略したものである。何れにしても、上記自在継手
６の組立時にこれら各ピン１６、１６は、各挿入孔１
５、１５に挿入されて、一端をこれら各挿入孔１５、１
５の奥端に突き当てられ、他端を上記各軸受カップ１
０、１０の底面に突き当てられる。

【０００６】この様なピン１６、１６は、上記各軸受カ
ップ１０、１０と上記各軸部１１、１１との間で突っ張
る事により、これら各軸受カップ１０、１０の開口端部
と前記基部１３との距離が縮まり過ぎる事を防止する。
これは、前記各シールリング１４、１４が過度に圧縮さ
れたり、反対に圧縮量が低下し過ぎる事を防止する為で
ある。即ち、自在継手６の使用時に前記十字軸８と上記
各軸受カップ１０、１０との間にはスラスト荷重が加わ
る。この為、何ら対策を施さないと、スラスト荷重作用
側（アンカ側）のシールリング１４が過度に圧縮されて
耐久性が損なわれ、反対側（反アンカ側）のシールリン
グ１４の圧縮量が低下し過ぎて、このシールリング１４
によるシール性が損なわれる為である。上記各ピン１
６、１６は、この様なスラスト荷重を支承する事によ
り、上記各シールリング１４、１４の圧縮量を適性範囲
に保持する役目を有する。

【０００７】この様な役目を果たす上記各ピン１６、１
６の装着作業を行なうには、先ず、これら各ピン１６、
１６を、軸方向反対位置に存在する上記各挿入孔１５、
１５に挿入する。この際、図１３に示したピン１６を使
用する場合には、前記各リブ２０、２０の外周端縁部を
塑性変形させつつ、各ピン１６、１６を上記各挿入孔１
５、１５内に、これら各挿入孔１５、１５の奥端にまで
圧入する。圧入後はこれら各ピン１６、１６が各挿入孔
１５、１５から不用意に脱落する事はない。リブ２０、
２０を持たない、図１４に示したピン１６を使用する際
には、上記各挿入孔１５、１５にピン１６、１６を挿入
した後、次述する様に軸受カップ１０、１０を装着する
迄の間、ピン１６、１６の脱落を防止すべく、これら各
ピン１６、１６を抑え付けておく。

【０００８】この様にして、各挿入孔１５、１５内にピ
ン１６、１６を挿入した状態で、前記各軸部１１、１１
を当該ヨーク７ａ（７ｂ）の円孔９、９内に位置させ
る。そして、上記各軸受カップ１０、１０を上記円孔
９、９内に、外端開口側から圧入し、更にこれら各軸受
カップ１０、１０を上記各軸部１１、１１に向け、互い
に近付ける方向に押圧する。勿論、この押圧作業に先立
って上記各軸部１１、１１の基端部には、前記シールリ
ング１４、１４を外嵌しておく。又、押圧作業の際に
は、上記各軸受カップ１０、１０の内側に、前記ラジア
ル軸受１２、１２をセットしておく。更に、上記各軸受
カップ１０、１０の開口端部は、予め直径方向内方に絞
っておく。

【０００９】上記押圧作業により、軸方向反対側の軸受
カップ１０、１０が上記各円孔９、９内の所定位置に内
嵌固定されると同時に上記各ピン１６、１６が、軸方向
に圧縮される。即ち、上記各ピン１６、１６の小径部１
７、１７が、上記各軸受カップ１０、１０の底面と上記
各挿入孔１５、１５の奥面との間で強く挟持される事
で、図１２に示す様にビヤ樽状に変形する。この状態で
上記各ピン１６、１６は、上記各軸受カップ１０、１０
の底面と上記各挿入孔１５、１５の奥面との間で突っ張
り、前記スラスト荷重に拘らず、これら各軸受カップ１
０、１０が軸方向に変位する事を防止する。この結果、
上記各シールリング１４、１４の圧縮量が適正に保たれ
る。

【００１０】尚、従来はこれらピン１６、１６を構成す
る合成樹脂として、ポリアセタール樹脂を使用してい
た。ポリアセタール樹脂製のピン１６、１６に圧縮荷重
を加えた場合に於ける、圧縮荷重と圧縮量との関係は、
図１５に鎖線ａで示す様に、滑らかなものとなる。言い
換えれば、圧縮荷重の僅かな差が圧縮量に大きく影響す
る事はない。従って、前記押圧作業に伴って、軸方向反
対位置に存在する１対のピン１６、１６の圧縮量に大き
な差が生じる事はない。即ち、これら各ピン１６、１６
の圧縮特性は、製造上避けられない誤差（寸法誤差、材
料の品質誤差）により、多少異なる事がある。圧縮荷重
と圧縮量との関係が、上記鎖線ａに示す様に滑らかであ
れば、上記１対のピン１６、１６の圧縮量に大きな差が
生じる事はなく、軸方向反対位置に存在する１対のシー
ルリング１４、１４の圧縮量に大きな差が生じる事もな
い。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の様に
構成され作用する従来の自在継手の場合には、ピン１
６、１６を構成する合成樹脂の材質に起因して、次に述
べる様な解決すべき点がある。即ち、これらピン１６、
１６を構成する合成樹脂として従来使用されていたポリ
アセタール樹脂は耐熱性が必ずしも十分でないのに対し
て、ステアリング装置を構成する自在継手６は、高温の
エンジンルーム内に設けられる。特に、近年に於けるエ
ンジン出力の向上、或は補機類の増大によるエンジンル
ーム内の空間減少等により、エンジンルーム内の温度が
高くなる傾向にある。しかも、ステアリング装置用の自
在継手は、しばしば排気管に隣接して配置される為、相
当の高温に曝らされる事も考慮しなければならない。ポ
リアセタール樹脂製のピン１６、１６の場合、高温に曝
らされると軟化して変形し、その結果、各ピン１６、１
６の端部と軸受カップ１０、１０の底面との間に隙間が
生じる可能性がある。そして、隙間が生じた場合には、
自在継手６部分でがたつきを生じ、ステアリングホイー
ル１（図１０）を操作する運転者に不快感を与える等、
好ましくない現象が発生する。

【００１２】上記各ピン１６、１６を構成する合成樹脂
として、耐熱性合成樹脂を使用すれば、上述の様な問題
を解決できるが、代わりに、耐熱性合成樹脂の特性に起
因して、次に述べる様な問題が発生する。即ち、一般的
な耐熱性合成樹脂製のピンに圧縮荷重を加えた場合に於
ける、圧縮荷重と圧縮量との関係は、図１５に破線ｂで
示す様になる。この破線ｂから明らかな通り、一般的な
耐熱性合成樹脂の材料特性として、降伏点が明瞭に現れ
る。この結果として、圧縮荷重及び圧縮量が一定値を越
えると急に、圧縮荷重の変化量が小さい（少ない）にも
拘らず圧縮量が大きく（多く）なる。上記降伏点が使用
範囲から外れた部分に存在すれば、特に問題とはならな
いが、ステアリング装置用等として一般的に使用される
自在継手６に組み込むピン１６、１６を耐熱性合成樹脂
により構成すると、この降伏点が使用範囲内に表われ
る。

【００１３】この様に使用範囲内に降伏点が表われる
と、軸方向反対側に設けられる１対のピン１６、１６の
うち、一方のピン１６の圧縮量が他方のピン１６の圧縮
量に比較して、大きく異なり易い。即ち、製造上避けら
れない誤差に起因して、軸受カップ１０、１０を円孔
９、９内に押し込む押し込み作業時に、一方（例えば図
１２の上方）のピン１６の小径部１７が降伏点に達する
以前に、他方（例えば図１２の下方）のピン１６の小径
部１７が降伏点に達する場合がある。この様な場合に
は、他方のピン１６の小径部１７が降伏点に達した以後
も続行される押し込み作業に伴って、上記一方のピン１
６の圧縮量に比べて上記他方のピン１６の圧縮量が多く
なる。上記１対のピン１６、１６の小径部１７、１７の
降伏点が極く近ければ良いが、離れていた場合には、こ
れら１対のピン１６、１６の圧縮量が、図１２に示す様
に、大きく異なってしまう。この結果、上記他方のピン
１６に対応するシールリング１４の圧縮量が多く（過大
になり）、上記一方のピン１６に対応するシールリング
１４の圧縮量が少なくなる（不足する）。

【００１４】この様なピン１６、１６の圧縮量の偏りに
基づくシールリング１４、１４の圧縮量のばらつきは、
当該シールリング１４の耐久性不足（圧縮量が過大であ
る場合）やシール性能の悪化（圧縮量が不足する場合）
を招く。そこで、上記各ピン１６、１６の圧縮特性のば
らつきに拘らず、軸方向反対側に設けられたピン１６、
１６の圧縮量がばらつかない様にする為には、十字軸８
を固定した状態で上記軸受カップ１０、１０の押し込み
作業を行なう事が考えられる。即ち、十字軸８を構成す
る４本の軸部１１、１１のうち、押し込み作業を行なわ
ない（例えば図１２の水平方向に配置された）２本の軸
部１１、１１を支持固定し、上記押し込み作業を行な
う。この様にして押し込み作業を行なえば、上記圧縮量
のばらつきを防止できるが、十字軸８を固定する作業が
必要になり、自在継手６の製造工程が複雑化して、自在
継手６の製作費を高くしてしまう。本発明の自在継手
は、この様な事情に鑑みて発明したものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の自在継手は、前
述した従来の自在継手と同様に、それぞれが二又状に形
成された１対のヨークと、各ヨークの両端部に互いに同
心に形成された円孔と、互いの開口を対向させた状態で
上記各円孔の内側に内嵌固定された、有底円筒状の軸受
カップと、それぞれが円柱状に形成された４個所の軸部
を有し、各軸部を上記各軸受カップ内に挿入された十字
軸と、上記各軸受カップの内周面と上記各軸部の外周面
との間に設けられたラジアル軸受と、上記十字軸の基部
と上記各軸受カップの開口部との間に設けられたシール
リングと、上記各軸部の端面に開口する状態で上記十字
軸の内側に、軸方向に亙って形成された有底の挿入孔
と、各挿入孔に挿入されてそれぞれの一端をこの挿入孔
の奥端に突き当てられ、それぞれの他端を上記各軸受カ
ップの底面に突き当てられた合成樹脂製のピンとを備え
ている。

【００１６】特に、本発明の自在継手に於いては、これ
ら各ピンは、８０〜１００重量％の直鎖型ポリフェニレ
ンサルファイド樹脂（以下「直鎖型ＰＰＳ」とする。）
と、０〜１０重量％の繊維状充填材と、０〜１０重量％
の粒子状充填材とにより構成される。

【００１７】更に好ましくは、上記各ピンは、軸方向両
端部に形成された、上記各挿入孔に挿入自在な大断面積
部と、両大断面積部同士の間に軸方向に亙って互いに直
列に設けられた、小断面積部及び中断面積部とを備え
る。

【００１８】尚、本発明に使用する直鎖型ＰＰＳは、重
合時に架橋剤や分岐剤などが添加されていない。又、重
合後、高温下での熱処理を受けていない。この為、分子
中に架橋や分岐構造を含まない高重合体である。この様
な直鎖型ＰＰＳは、特開昭６１−７３３２号公報、或は
特開昭６１−６６７２０号公報等に開示された製造方法
により製造されるものが、好ましく使用できる。又、こ
の方法により造られる直鎖型ＰＰＳの分子量の尺度とな
る溶融粘度は、樹脂が３１０℃、剪断速度２００（秒）
^-1で測定した場合で、５００ポアズ以上である。この様
なＰＰＳとしては、例えば、呉羽化学工業社製の「フォ
ートロンＫＰＳ（登録商標）」を使用できる。

【００１９】又、本発明に使用する繊維状充填材は特に
限定しないが、例えばガラス繊維、炭素繊維、グラファ
イト繊維、ウォラストナイト、炭化珪素繊維、アルミナ
繊維、ボロン繊維、炭化珪素ウイスカ、窒化珪素ウイス
カ、硼化チタンウイスカ、窒化アルミニウムウイスカ、
窒化チタンウイスカ、酸化アルミニウムウイスカ、チタ
ン酸カリウムウイスカ、硼酸アルミニウムウイスカ、酸
化マグネシウムウイスカ、ムライトウイスカ、酸化亜鉛
ウイスカ、マグネシウム・オキシサルフェートウイスカ
等の無機繊維及びウイスカ類、鋼繊維、銅繊維、ステン
レス繊維等の金属繊維、アラミド繊維、全芳香族ポリエ
ステル繊維等の耐熱性有機繊維等が使用可能である。特
に好ましくは、このうちの耐熱性有機繊維を使用する。
本発明に使用可能な耐熱性有機繊維としては、例えば、
デュポン社製のケブラー或はノーメックス、帝人社製の
テクノーラ或はコーネックス等の高耐熱性のアラミド繊
維、及びクラレ社製のベクトラン（何れも商品名）等の
全芳香族ポリエステル繊維等を例示できる。又、繊維状
充填材の形態としては、何れの場合でも、長さが１０mm
以下（好ましくは５mm以下）で、直径が０．１〜２０μ
ｍである事が望ましい。この理由は、繊維状充填材と直
鎖型ＰＰＳとを溶融混練し、更に射出成形する作業を容
易に行なえる様にする為である。又、繊維状充填材と直
鎖型ＰＰＳとの親和性を向上させ、得られるピンの品質
を向上させる為には、この繊維状充填材をカップリング
剤等で処理したり、或は繊維状充填材と直鎖型ＰＰＳと
を配合する際に、上記カップリング剤等を直接添加する
事が望ましい。

【００２０】更に、本発明に使用する粒子状充填材は特
に限定されないが、例えばガラスビーズ、シリカ、アル
ミナ、炭化珪素、窒化珪素、シリカバルーン、カーボ
ン、グラファイト、珪藻土、石綿、炭酸カルシウム、炭
酸マグネシウム、マイカ、タルク、クレー、球状の等方
性無定形炭素粒子等の無機質粉末、金、銀、鉛、銅、黄
銅、青銅、亜鉛、マグネシウム等の金属若しくは酸化物
粉末、芳香族ポリエーテルケトン系樹脂、芳香族ポリア
リールエーテルニトリル樹脂、ポリエーテルサルフォン
樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、
ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、アラミド系樹
脂、全芳香族ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、シリ
コーン樹脂、弗素樹脂等の有機質耐熱性高分子粉末等が
使用可能である。このうちで特に好ましくは、球状の等
方性無定形炭素粒子、球状シリカ、球状シリコーン樹
脂、球状アルミナ等のうちから選択された１種又は２種
以上を使用する。又、粒子の形態としては、直径が０．
１〜５０μm である球形が望ましい。この理由は、直鎖
型ＰＰＳと溶融混練した場合に於ける分散性や射出成形
の容易性、更には成形品であるピンの平滑性を確保する
為である。更に、これら粒子状充填材と直鎖型ＰＰＳと
の親和性の向上の為に、これら粒子状充填材をカップリ
ング剤等で処理したり、或はこれら粒子状充填材と直鎖
型ＰＰＳとを配合する際に、上記カップリング剤等を直
接添加する事が望ましい。尚、粒子状充填材として好ま
しく使用できる、球状の等方性無定形炭素粒子は、フェ
ノール類を用いて、例えば特開昭５８−１７１１４号公
報及び特開昭５７−１７７０１１号公報に開示の方法に
より製造される球状のフェノール硬化物粒子を、不活性
雰囲気中で５００℃以上の温度で焼成し炭化させて得ら
れる、平均粒径が１〜３０μm の粒子である。この様な
粒子としては、鐘紡社製の「ベルパール−Ｃ（登録商
標）」がある。

【００２１】更に、本発明の直鎖型ＰＰＳに繊維状充填
材と粒子状充填材とを配合する場合の配合割合として特
に好ましくは、直鎖型ＰＰＳを８０〜９８重量％、繊維
状充填材を１〜１０重量％、粒子状充填材を１〜１０重
量％とする。この理由は次の通りである。繊維状充填材
は、衝撃強度、圧縮強度等の機械的性質を向上させる為
に添加するが、この繊維状充填材の添加量が１重量％未
満の場合には、これら機械的性質の向上は殆ど期待でき
ない。これに対して、上記繊維状充填材を１０重量％を
越えて添加した場合には、この繊維状充填材を添加した
直鎖型ＰＰＳの成形性が悪化し、更に圧縮破壊歪みが低
下すると共に圧縮永久歪みの増加を招来する。そこで、
上記繊維状充填材の特に好ましい添加量を１〜１０重量
％の範囲とした。又、粒子状充填材は耐摩耗性を向上さ
せる為に添加するが、この粒子状充填材の添加量が１重
量％未満の場合には、耐摩耗性の向上は殆んど期待でき
ない。これに対して、上記粒子状充填材を１０重量％を
越えて添加しても耐摩耗性の顕著な改良は見られず、む
しろ成形性の悪化や圧縮破壊歪みの低下を招来してしま
う。そこで、上記粒子状充填材の特に好ましい添加量を
１〜１０重量％の範囲とした。

【００２２】尚、本発明の目的を損なわない範囲で、必
要に応じて上記以外の各種充填材或は充填剤、更には各
種安定剤を配合する事もできる。但し、一般にその添加
量は、合計でも全量の１０重量％以下が望ましい。この
様な充填材（剤）や安定剤としては、有機充填材、無機
充填材、靭性改良材（例えばエラストマー）、酸化防止
剤、紫外線吸収剤、光保護剤、耐熱安定剤、難燃剤、帯
電防止剤、過酸化物分解剤、流動性改良剤、非粘着性付
与剤、離型剤、増核剤、可塑剤、固体潤滑剤、顔料、染
料等が存在する。

【００２３】更に、本発明の自在継手を構成するピンの
組成物に使用する原材料の配合方法は、特に限定されな
い。例えば、予め直鎖型ＰＰＳ、繊維状充填材、粒子状
充填材等の原料を、ヘンシェルミキサ、リボンブレン
ダ、タンブラーミキサ等の乾式混合機で予備混合した後
に、溶融混合機へ供給する方法が採用できる。溶融混合
機としては、単軸または二軸押出機、混合ロール、加圧
ニーダ、バンバリーミキサ、ブラベンダプラストグラフ
等、任意の装置を使用できる。溶融混合した材料は例え
ばペレット状にし、通常のスクリュウインライン式等の
射出成形機等で、自在継手のピンとしての所定の形状に
成形する。又、成形条件は特に限定されず、直鎖型ＰＰ
Ｓの通常の成形条件で実施すれば良い。

【００２４】

【作用】上述の様に構成される本発明の自在継手が、同
一直線上に存在しない１対のシャフト同士の間で回転力
を伝達する作用、並びに各ピンが挿入孔の奥端と軸受カ
ップの内面との間で突っ張る事により、シールリングの
圧縮量を適性範囲に規制する作用は、前述した従来の自
在継手と同様である。

【００２５】特に、本発明の自在継手を構成するピン
は、１５０℃以上の耐熱性を有し、且つ靭性に優れ、高
温雰囲気での圧縮永久歪みが小さい直鎖型ＰＰＳを使用
している為、急激な圧縮荷重や過大な圧縮歪みが作用し
た場合でも破損する事がない。又、永久変形が小さい
為、自在継手の組立時に、各ピンの圧縮量に差が生じて
も、組立を完了した状態では、ピンの突出面と軸受カッ
プの底面との間に隙間が生じにくい。更に、繊維状充填
材と粒子状充填材とを添加した場合には、靭性を低下さ
せる事なく、圧縮強度、耐衝撃性、耐摩耗性の何れもが
極めて優れたものとなる。

【００２６】更に、上記各ピンを大断面積部と中断面積
部と小断面積部とを直列に配置して構成した場合には、
これら各ピンの圧縮荷重と圧縮量との関係を滑らかにで
きる。即ち、これら各ピンに圧縮荷重が加わると、先ず
小断面積部が変形し、次いで中断面積部が変形する。中
断面積部が変形し始める時点で、上記１対のピンは何れ
も、或る程度圧縮されている。中断面積部の変形が開始
される以前に、変形し易い小断面積部で直鎖型ＰＰＳの
降伏点を通過するが、小断面積部が十分に圧縮された後
に、上記１対のピンの中断面積部は、更に圧縮荷重を加
えられる事で圧縮され始める。言い換えれば、小断面積
部の降伏後、中断面積部の降伏が引き続いて発生する。
この結果、ピン全体としての見掛け上の特性は、降伏点
が存在しない様な、滑らかな特性となり、上記１対のピ
ンの中断面積部の圧縮量に大きな差を生じる事がなくな
る。

【００２７】

【実施例】先ず、本発明の効果を確認する為に行なった
実験に就いて説明する。尚、本発明は、下述する実施例
に限定されるものではない。実施例及び比較例に用いた
原材料は次の通りである。各原材料名の後に記載した括
弧内の符号は、当該原材料の略号である。・直鎖型ＰＰＳ（Ｌ−ＰＰＳ）：呉羽化学工業社製の
「フォートロン（登録商標）ＫＰＳＷ−２１４」・分岐型ＰＰＳ（Ｂ−ＰＰＳ）：フィリップス石油社製
の「ライトン（登録商標）Ｐ４」・ポリアセタールコポリマー（ＰＯＭ）：ポリプラスチ
ックス社製の「ジュラコン（登録商標）Ｍ９０−４４」・ナイロン６６（ＰＡ６６）：東レ社製の「アミラン
（登録商標）３００１−Ｎ」・ガラス繊維（ＧＦ）：旭ファイバーグラス社製の「Ｍ
Ｆ−ＫＡＣ（直径１３μｍ、長さ５０〜１２０μｍ）」・アラミド繊維（ＡｒＡ）：帝人社製の「コーネックス
（登録商標）カットファイバー（直径２デニール、長さ
０．６mm）」・球状の等方性無定形炭素粒子（ＢＰ）：鐘紡社製の
「ベルパール（登録商標）Ｃ−８００（直径１〜３０μ
m ）」・黒鉛（Ｇｒ）：中越黒鉛社製の「ＢＦ」

【００２８】上記原材料を次の表１に示す様な割合で混
合する事により、本発明の実施例に就いて６種類、本発
明から外れる比較例に就いて６種類、合計１２種類の試
料を作成した。

【００２９】

【表１】

【００３０】上記表１に記載した実施例１〜６及び比較
例１〜６を、三井三池製作所社製のヘンシェルミキサで
予備混合した後、池貝鉄工社製の２軸押出機（ＰＣＭ−
３０）を用い混練押し出して、ストランドとした。そし
て、このストランドを、押し出し直後に連続的に切断し
て、上記表１に記載した組成を有するペレットを得た。
そして、このペレットを、テクノプラス社製の射出成形
機（ＭＯＤＥＬＳＩＭ−４７４９）を用いて、次述す
る各試験方法に応じた形状及び寸法を有する試験片に成
形した。そして、得られた試験片の各種物性を、以下の
試験方法に基づいて測定した。この測定結果を、組成と
共に上記表１に記載した。

【００３１】耐熱老化試験表１に記載した組成を有する１２種類の原材料により、
ＡＳＴＭＩ型ダンベル状引張試験片を作製し、１５
０℃の熱風循環式恒温槽中で２０００時間の耐熱老化試
験を行なった。そしてＡＳＴＭＤ６３８に基づき、上
記各試験片引張強度と引張伸びとを測定し、引張強度及
び引張伸びのそれぞれに就いて、保持率を求めた。その
結果を、表１の物性の欄中、第１段目と第２段目とに記
載した。尚、この表１に記載した結果の値は、次式によ
り算出した。保持率（％）＝｛（試験後の物性値）／（初期の物性
値）｝×１００

【００３２】衝撃試験上記１２種類の原材料により、Ｉ−ｚｏｄ衝撃試験片を
作製し、ＡＳＴＭＤ２５６に基づきＩ−ｚｏｄ衝撃強
度を測定した。測定結果を、表１の物性の欄中、第３段
目に記載した。

【００３３】圧縮破壊歪み試験上記１２種類の原材料により、直径１２．７mm、長さ２
５．４mmの円柱状試験片を作製し、ＡＳＴＭＤ６９５
に基づき圧縮破壊歪みを測定した。測定結果を、表１の
物性の欄中、第４段目に記載した。尚、この表１に記載
した試験の結果は、次式により算出した。圧縮破壊歪み（％）＝｛25.4−（圧縮破壊時の試験片長
さ）／25.4｝×１００

【００３４】圧縮永久歪み試験上記１２種類の原材料により、直径１２．７mm、長さ２
５．４mmの円柱状試験片を作製した。そして、各試験片
に、長さ方向に１０％の圧縮歪みを負荷した状態のま
ま、１５０℃の熱風循環式恒温槽中に１時間放置した
後、各試験片を取り出して、３０分間経過後の試験片の
長さを測定し、圧縮永久歪みを求めた。測定結果を、表
１の物性の欄中、第５段目に記載した。尚、表１に記載
した結果は、次式により算出した。尚、２．５４なる数
値は、１０％の圧縮歪みに相当する。圧縮永久歪み（％）＝｛（25.4−試験後の試験片長さ）
／2.54｝×１００

【００３５】摩擦摩耗試験上記１２種類の原材料により、直径３０mm、厚さ３mmの
円盤状試験片と、内径２０mm、外径２５．６mm、高さ１
５mmの中空円筒状相手材試験片（Ｓ４５Ｃ、摺動面粗さ
０．８Ｒａ、硬さＨＲＣ２０）とを作製した。これら両
試験片に耐熱グリース（日本石油社製ＥＮＳグリース）
を薄く塗布して、鈴木式摩擦摩耗試験機により、滑り速
度毎分２０m 、荷重８０kgf/cm² 、雰囲気温度１５０℃
の条件で５時間運転した後、摩擦係数及び比摩耗量（mm
³/kgf・km）を求めた。測定結果を、表１の物性の欄中、
第６〜７段目に記載した。

【００３６】以上に述べた各試験の結果を示した表１の
記載から明らかな様に、実施例１〜６は、ベース樹脂に
直鎖型ＰＰＳを使用している為、良好な耐熱老化性を示
す。又、実施例１〜６と比較例４〜６とを比較すると、
実施例１〜６は、高温環境下で良好な耐圧縮永久歪み性
を示す。又、実施例１、３と比較例２、３とを比較した
場合、実施例１、３が衝撃強度の値が向上している事か
ら分る様に、同じＰＰＳであっても、分岐型ＰＰＳに代
えて直鎖型ＰＰＳを用いる事により、靭性が改良されて
いる。又、実施例１〜６と比較例１とを比較する事で、
繊維状充填材と粒子状充填材との充填量が何れも１０重
量％以下の範囲では良好な圧縮特性を示すが、これらの
充填量が多くなる（比較例１は１５重量％ずつ）と、圧
縮特性が低下する事が分る。更に実施例１〜６に於いて
も、繊維状充填材と粒子状充填材とを含有している実施
例２〜６は、優れた耐摩耗性を示す。特に、実施例２、
３、６は、繊維状充填材として耐熱性有機繊維であるア
ラミド繊維と、粒子状充填材として球状の等方性無定形
炭素粒子とを併用している為、一般的な強化繊維である
ガラス繊維や、代表的な固体潤滑材である非球状の黒鉛
を添加したものよりも優れた耐摩耗性を示す事が分る。

【００３７】上述の様に、本発明の自在継手に組み込む
ピンを構成する組成物は、直鎖型ＰＰＳの持つ耐熱性及
び靭性を損なう事なく、優れた圧縮特性、耐摩耗性を有
する。この為、この組成物をピンに成形し、自在継手に
組込んだ場合に、高温雰囲気下での圧縮永久歪みが小さ
く、急激な圧縮荷重が作用した場合や、シールリングの
圧縮量を適正にする為、次述する具体的構造の様に、ピ
ンに小断面積部を設け、その結果このピンの一部の圧縮
量が過大となった場合でも、この小断面積部が破損する
事がない。又、ピンの永久変形が小さく、しかも耐摩耗
性が良好となる為、高温雰囲気下での耐久性が向上す
る。従って、エンジンルーム内等の高温雰囲気下で長期
間使用される自在継手の耐久性及び信頼性の向上を図れ
る。

【００３８】次に、本発明の自在継手の具体的構造に関
する実施例に就いて説明する。尚、本発明は、下述する
実施例に示した構造で実施する事が、最も良好な結果を
得られるが、ピンの構成材料が特許請求の範囲に記載し
た組成を満たす限り、必ずしも図示の実施例に限定され
るものではない。図１〜４は、具体的構造に関する第一
実施例を示している。尚、具体的構造に関する実施例の
特徴は、ピン１６ａ、１６ａとして直鎖型ＰＰＳを主体
とする組成物を使用し、しかも十字軸８の軸方向反対位
置に設けた１対のシールリング１４、１４の圧縮量を何
れも適性範囲に納めるべく、上記各ピン１６ａ、１６ａ
の形状を工夫した点にある。その他の部分の構造及び作
用は、前述した従来構造と同じである為、同等部分には
同一符号を付して重複する説明を省略若しくは簡略化
し、以下、実施例の特徴部分を中心に説明する。尚、図
１に示した自在継手６は防振構造を備えていないが、前
記図１１に示す様に防振構造を持たせる事は自由であ
る。

【００３９】直鎖型ＰＰＳ製のピン１６ａ、１６ａの軸
方向（図１〜３の上下方向）両端部には、円柱形の大断
面積部２１、２１を形成している。この大断面積部２
１、２１の外径は、十字軸８を構成する４本の軸部１
１、１１の端面中央部に開口した挿入孔１５、１５の内
径と同じか、この内径よりも僅かに小さくしている。従
ってこれら各大断面積部２１、２１は、上記各挿入孔１
５、１５に挿入自在である。又、上記各ピン１６ａ、１
６ａの軸方向中央部には、やはり円柱状の小断面積部２
２を形成している。そして、この小断面積部２２の軸方
向両端と上記各大断面積部２１、２１との間に、それぞ
れ中断面積部２３、２３を設けている。

【００４０】この様な形状を有する上記各ピン１６ａ、
１６ａは、それぞれ各軸部１１、１１に形成した挿入孔
１５、１５に挿入し、これら各挿入孔１５、１５の奥端
と各軸受カップ１０、１０の底面との間で突っ張らせ
る。図示の実施例の場合には、上記各中断面積部２３、
２３から上記各大断面積部２１、２１に亙ってリブ２
０、２０を形成している。従って、上記各挿入孔１５、
１５内に挿入した上記各ピン１６ａ、１６ａが、上記各
軸受カップ１０、１０の装着前に、不用意に脱落する事
はない。又、各ピン１６ａ、１６ａを構成する直鎖型Ｐ
ＰＳは、分岐型ＰＰＳに比べて優れた衝撃強度（靭性）
を有するので、各ピン１６ａ、１６ａを挿入孔１５、１
５に挿入する際に、上記小断面積部が折損する事はな
い。

【００４１】上述の様なピン１６ａ、１６ａを含んで構
成される本実施例の自在継手の場合には、これら各ピン
１６ａ、１６ａの圧縮荷重と圧縮量との関係を滑らかに
できて、軸方向反対側に設けられた１対のピン１６ａ、
１６ａの圧縮量をほぼ均等にできる。即ち、ヨーク７
ａ、７ａにそれぞれ１対ずつ形成した円孔９、９内への
上記各軸受カップ１０、１０の押し込み作業に伴って、
上記各ピン１６ａ、１６ａに圧縮荷重が加わると、先
ず、上記小断面積部２２が圧縮変形する。そして、この
小断面積部２２が或る程度圧縮変形し切った状態で、上
記各中断面積部２３、２３が圧縮変形を開始する。尚、
小断面積部２２が圧縮変形している間に、上記中断面積
部２３、２３も僅かに圧縮変形するが、小断面積部２２
の変形量に比べれば遥かに少ない。

【００４２】従って、上記各中断面積部２３、２３が実
質的に圧縮変形し始める時点では、上記１対のピン１６
ａ、１６ａは何れも、上記小断面積部２２の圧縮変形に
より、或る程度圧縮されている。尚、この様に上記各中
断面積部２３、２３の圧縮変形が開始される以前に、上
記小断面積部２２で直鎖型ＰＰＳの降伏点を通過する。
尚、上記各中断面積部２３、２３の圧縮変形が開始され
る段階で、上記各ピン１６ａ、１６ａ全体としての圧縮
量は未だ使用範囲に達しない。

【００４３】言い換えれば、上記各中断面積部２３、２
３が実質的に圧縮変形を開始する時点で上記小断面積部
２２は、殆ど圧縮変形し切っている。従って、上記１対
のピン１６ａ、１６ａの小断面積部２２の降伏点に差が
あっても、１対の軸受カップ１０、１０の押し込み完了
時点で、この差がピン１６ａ、１６ａ全体の圧縮量に影
響を及ぼす事は殆どない。

【００４４】上記小断面積部２２が圧縮変形し切った後
に、上記１対のピン１６ａ、１６ａの各中断面積部２
３、２３は、上記１対の軸受カップ１０、１０の押し込
み作業続行に伴って更に圧縮荷重を加えられる事で、実
質的に圧縮され始める。そして、これら１対のピン１６
ａ、１６ａは、それぞれの小断面積部２２に加えて各中
断面積部２３、２３が圧縮される事で、それぞれ全体と
して所定量ずつ圧縮される。即ち、これら各ピン１６
ａ、１６ａは、上記小断面積部２２部分での圧縮量に、
上記各中断面積部２３、２３部分での圧縮量を加えた分
だけ、全体として圧縮される。

【００４５】この様な、各ピン１６ａ、１６ａ毎の全体
としての圧縮量のうち、上記小断面積部２２での圧縮量
が或る程度を占める為、上記各中断面積部２３、２３の
圧縮量は限られたものとなる。従って、これら各中断面
積部２３、２３の圧縮では降伏点を通過しないか、通過
したとしても上記１対の軸受カップ１０、１０の押し込
み作業の完了間際に通過するだけである。従って、上記
１対のピン１６ａ、１６ａの中断面積部２３、２３の圧
縮量に大きな差を生じる事はない。この様に、これら１
対のピン１６ａ、１６ａは、上記小断面積部２２による
圧縮量を確保した状態で更に中断面積部２３、２３を圧
縮するので、これら各ピン１６ａ、１６ａの見掛け上の
圧縮特性は、図１５に実線ｃで示す如く、降伏点が存在
しない様な滑らかなものとなる。

【００４６】従って、優れた耐熱性を有する直鎖型ＰＰ
Ｓを使用し、しかもポリアセタール樹脂を使用した場合
と同様に、軸方向反対位置に存在する１対のピン１６
ａ、１６ａの圧縮量に大きな差を生じない様にできる。
この結果、やはり軸方向反対位置に設けた１対のシール
リング１４、１４の圧縮量を、何れも適性範囲内に納め
る事ができる。この為、何れかのシールリング１４が過
度に圧縮されて耐久性が低下したり、或は反対側のシー
ルリング１４の圧縮量が不足してシール性能が損なわれ
る事がない。

【００４７】尚、直鎖型ＰＰＳ製のピン１６ａの見掛け
上の圧縮特性を滑らかなものにする為には、このピン１
６ａの寸法を次の様に規制すれば良い事が、本発明者の
実験により確認された。先ず、軸方向両端に形成した大
断面積部２１、２１同士の間隔Ｄ₂₁を１．０とした場合
に、小断面積部２２の長さ寸法Ｌ₂₂を０．２５〜０．４
の範囲に納める（Ｌ₂₂＝（０．２５〜０．４）Ｄ₂₁）。
この長さ寸法Ｌ₂₂の絶対値は、ピン１６ａ全体として必
要な圧縮量Ｌ₀ よりも小さい（Ｌ₂₂＜Ｌ₀ ）。要は、上
記小断面積部２２が完全に圧縮されて（それ以上圧縮す
る為には極く大きな荷重を必要とする様になって）も、
その圧縮量が上記必要な圧縮量Ｌ₀ に達しない様に、上
記長さ寸法Ｌ₂₂を規制する。又、上記小断面積部２２の
軸方向両側に存在する中断面積部２３、２３の長さ寸法
は互いに等しくする。更に、これら各中断面積部２３、
２３の断面積Ｓ₂₃を１とした場合に、上記小断面積部２
２の断面積Ｓ₂₂を０．５〜０．７の範囲に納める（Ｓ₂₂
＝（０．５〜０．７）Ｓ₂₃）。

【００４８】次に、図５〜７は具体的構造の第二実施例
を示している。本実施例の場合には、直鎖型ＰＰＳ製の
ピン１６ｂの小断面積部２２の外周面４個所位置に、そ
れぞれが軸方向に亙る補強リブ２４、２４を形成してい
る。本実施例の場合には、この様な補強リブ２４、２４
の存在に基づき、上記ピン１６ｂを挿入孔１５に圧入す
る際に、上記小断面積部２２が折れ曲がりにくくなる。
本実施例の場合には、小断面積部２２の断面積は、これ
ら補強リブ２４、２４を含んだものとする。即ち、上記
断面積規制の式（Ｓ₂₂＝（０．５〜０．７）Ｓ₂₃）は、
補強リブ２４、２４の断面積を含んだ断面積で満たす必
要がある。尚、上記補強リブ２４、２４の数は、ピン１
６ｂの機能の面からは特に規制されない。但し、補強リ
ブ２４、２４の数を２本又は４本とし、円周方向等間隔
に配置すれば、射出成形時にアンダーカット部分がなく
なり、単純な二つ割れの型で成形できる為、有利であ
る。その他の構成及び作用は、上述した第一実施例と同
様である。

【００４９】次に、図８〜９は本発明の第三実施例を示
している。本実施例の場合には、直鎖型ＰＰＳ製のピン
１６ｃの小断面積部２２の断面形状を正方形にしてい
る。その他の構成及び作用は、前述した第一実施例の場
合と同様である。尚、図示の各実施例は何れも、１対の
中断面積部２３、２３により小断面積部２２を、軸方向
両側から挟んでいるが、本発明の作用効果を得る為に
は、必ずしもこの様な配置でなくても良い。要は、少な
くとも１個ずつの小断面積部２２と中断面積部２３と
が、両端の大断面積部２１、２１同士の間に、軸方向に
亙り互いに直列に設けられていれば良い。但し、図示の
実施例の様な配置にすれば、軸方向に隣り合う断面積部
同士の間の段差を少なくして、成形に伴う変形を小さく
できる等の効果がある。

【００５０】尚、上述した各実施例の様な具体的構造に
組み込むピン１６ａ〜１６ｃを、例えば前記表１に比較
例２〜３として示した様な、一般的な耐熱性合成樹脂組
成物である分岐型ＰＰＳにより構成した場合には、靭性
不足により、上述の様に変形し易い小断面積部２２部分
の圧縮永久歪みが過大となり、ピンの破損を招く可能性
がある。更に、ポリアセタール又はナイロン６６の単体
により造った場合には、各軸受カップ１０、１０の底面
と上記各ピン１６ａ〜１６ｃの突出面１９、１９との滑
り接触に基づいて、突出面１９、１９の著しい摩耗を来
し、その結果、上記各ピン１６ａ〜１６ｃの突出面１
９、１９と軸受カップ１０、１０の底面との間に隙間が
生じる可能性がある。この様な摩耗に基づく隙間が発生
した場合には、ピンが軟化して変形した場合と同様に、
がたつき等の好ましくない現象が発生する。本発明の場
合には、上記ピン１６ａ〜１６ｃを、優れた靱性を有す
る直鎖型ＰＰＳを主体とした組成物により構成する為、
小断面積部２２を有するピンの破損を有効に防止でき
る。更に、適当な充填材を添加する事で摩耗を防止し、
摩耗に基づくがたつきの発生を防止できる。

【００５１】

【発明の効果】本発明の自在継手は、以上に述べた通り
構成され作用するので、次の〜の効果を同時に得ら
れる。直鎖型ＰＰＳ製のピンの使用により十分な耐熱性を
確保できる為、エンジンルーム内等の高温環境下で長期
間使用してもがたつき等の不具合を発生しにくい。シールリングの圧縮量を適正にできる為、このシー
ルリングの耐久性及びシール性能の確保を図れる。組立時に十字軸を固定する等の面倒な作業を必要と
しない為、製品の歩留が向上する事と合わせて、価格の
低減を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的構造の第一実施例を示す部分切
断側面図。

【図２】十字軸に一方のヨークのみを装着した状態を示
す、図１のＡ−Ａ断面に相当する図。

【図３】第一実施例に使用するピンの拡大側面図。

【図４】図３のＢ−Ｂ断面図。

【図５】本発明の具体的構造の第二実施例を、軸受カッ
プの押し込み途中の状態で示す部分拡大断面図。

【図６】第二実施例に使用するピンの拡大側面図。

【図７】一部を省略して示す、図６のＣ−Ｃ断面図。

【図８】本発明の具体的構造の第三実施例を示す、ピン
の拡大側面図。

【図９】一部を省略して示す、図８のＤ−Ｄ断面図。

【図１０】自在継手を組み込んだステアリング装置の斜
視図。

【図１１】従来から知られた自在継手の１例を示す部分
切断側面図。

【図１２】従来の自在継手を示す、図２と同様の図。

【図１３】従来使用されていたピンの第１例を示す側面
図。

【図１４】同第２例を示す側面図。

【図１５】ピンの軸方向に加わる圧縮荷重とピンの軸方
向に亙る圧縮量との関係を示す線図。

【符号の説明】

１ステアリングホイール２ステアリングシャフト３中間シャフト４ステアリングギヤ５入力シャフト６自在継手７ａ、７ｂヨーク８十字軸９円孔１０軸受カップ１１軸部１２ラジアル軸受１３基部１４シールリング１５挿入孔１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃピン１７小径部１８大径部１９突出面２０リブ２１大断面積部２２小断面積部２３中断面積部２４補強リブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれが二又状に形成された１対のヨ
ークと、各ヨークの両端部に互いに同心に形成された円
孔と、互いの開口を対向させた状態で上記各円孔の内側
に内嵌固定された、有底円筒状の軸受カップと、それぞ
れが円柱状に形成された４個所の軸部を有し、各軸部を
上記各軸受カップ内に挿入された十字軸と、上記各軸受
カップの内周面と上記各軸部の外周面との間に設けられ
たラジアル軸受と、上記十字軸の基部と上記各軸受カッ
プの開口部との間に設けられたシールリングと、上記各
軸部の端面に開口する状態で上記十字軸の内側に、軸方
向に亙って形成された有底の挿入孔と、各挿入孔に挿入
されてそれぞれの一端をこの挿入孔の奥端に突き当てら
れ、それぞれの他端を上記各軸受カップの底面に突き当
てられた合成樹脂製のピンとを備えた自在継手に於い
て、これら各ピンは、８０〜１００重量％の直鎖型ポリ
フェニレンサルファイド樹脂と、０〜１０重量％の繊維
状充填材と、０〜１０重量％の粒子状充填材とにより構
成される事を特徴とする自在継手。