WO2003064877A1

WO2003064877A1 - Accouplement croise

Info

Publication number: WO2003064877A1
Application number: PCT/JP2003/000346
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Sekine
Original assignee: Nsk Ltd.
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2003-08-07
Also published as: US20040152526A1; DE60308459T2; EP1548310A1; JPWO2003064877A1; EP1394430B2; EP1394430A1; DE60308459T3; EP1394430A4; DE60308459D1; EP1394430B1; US7101285B2

Description

明十字軸継手技術分野

本発明は、車両用ステアリング装置等に用いられる十字軸継手に関する。特に本発明は、一対のヨークと十字状のスパイダーとから成り、ユニバーサルジョイントとしての機能を有する十字軸継手に関するものである。背景技術

一般に、車両用ステアリング装置においては、例えば、ステアリングシャフトのアッパーシャフトとロアーシャフトの間に、一対のヨークと十字状のスパイダ一とから成り、所定の折曲角度で回転しながらトルクを伝達する十字軸継手が介装されている。 . この十字軸継手は、例えば、特開 2 0 0 0— 1 .7 0 7 8 6号公報においては、ヨークの軸受孔に、複数のコロ転動体を含む二一ドル軸受を介して、スパイダ '一のスパイダー軸部が回転自在に嵌合され、このスパイダー軸部の軸芯に形成した円錐状孔に、ニードル軸受のカップ内面の軸芯に形成した球面状突部が嵌合 -圧接した構成のものが開示されている。これにより、車輪から振動が伝わつたとしても、スパイダー軸部と二一ドル軸受の間の微小隙間を一様に維持し、両者の干渉による異音の発生を防止している。

しかしながら、上記従来の十字軸継手においては、各部品の寸法精度が低い場合には、スパイダ一をヨークに組み込む際、スパイダー軸部の円錐状孔に、ニードル軸受のカップ内面の球面状突部を適当な予圧で接触させることが困難になるため、スパイダー軸部とニードル軸受の間の微小隙間を一様に維持することができず、両者の干渉による異音が発生するという問題点があった。，一方、各部品の寸法精度を高くすると、異音の発生は防止することができるが、製造コストの高騰を招くという問題点があつた。

また、スパイダー軸とニードル軸受がシメシロ（締め代）で当接する、いわゆるシメシ口嵌合の場合には、異音の発生を防止することはできるが、この場合、折り曲げトルクが大きく成る場合がある。また、通常の組み立てでは、コ口転動体、カップ、スパイダー軸に傷が付く可能性がある。このため、組み立て時に、スパイダー軸と二一ドル軸の心合わせを正確に行い、場合によっては組み込み速度を遅くする必要があり、結果として、組み立てに時間が掛かり、コス卜高となっていた。発明の開示

本発明は、上述した従来の不都合に鑑みてなされたものであって、製造コストの高騰を招くことなく、組み立てが容易で、スパイダー軸部とニードル軸受の干渉による異音の発生を確実に防止することができ、滑ら'かな操舵感が得られる十字軸継手を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明では、

各々が分岐したアームを一体に有し各アームに対向する丸孔が形成された一対のヨークと、

4つの端部軸部を有するスパイダーと、

該ョ一クの丸孔内にスパイダーの前記端部軸部をそれぞれ回転可能に支持する 4つの軸受と、

該軸受の各々はヨークの丸孔に内嵌された筒状部を有するカップと、該カツプの筒状部の内周面とスパイダーの前記端部軸部との間に介装された複数のコ口転動体とから成る十字軸継手において、

前記ニードル軸受と前記スパイダー軸部とが前記転動体を介してシメシ口嵌 •あり、そして前記コロ転動体は、その径が中央部近傍から両端部にかけて徐々に小さくなる形状に成形されていることを特徴としている。

本発明の十字軸継手において、前記ニードル軸受と前記スパイダー軸部とが前記コ口転動体を介してシメシ口嵌合となっているので、スパイダー軸部はコ口転動体の中央部近傍のみにてシメシ口嵌合しているため、すなわちニードル軸受の中央部近傍のみにてシメシ口嵌合しているため、本発明の十字軸継手を車両用ステアリング装置に用いた場合、車輪から振動が伝わっても、コロ転動体の両端部近傍で、スパイダ一軸部とコロ転動体との間及び力ップ内径とコロ転動体との間の各々の微小隙間が一様に維持され、両者の干渉による異音の発生が防止される。

また、この構成によれば、二一ドル軸受にスパイダー軸部を組み込む際、コ口転動体の先細り形状が、互いに挿入スペースを許容し、案内することになるため、コロ転動体、ベアリングカップ、スパイダ一軸部に傷が付くことがないという効果がある。

本発明の十字軸継手において、前記スパイダー軸部は、その先端部外周辺に所定幅の先細リテーパ形状の面取り部が形成されていることが好ましい。この構成により上記効果をさらに高めることができる。

本発明の十字軸継手を採用したステアリング装置は、高速走行時ステアリングホイールを操舵した時、敏速に操舵でき操縦安定性が向上する。

さらに、本発明の十字軸継手において、前記ベアリングカップ内のコロ転動体の前記スパイダー軸部の軸心方向の移動可能量が、少なくとも 0 . 6 mm あることが好ましい。この構成によれば、コロ転動体の移動を許容するスペースが設けられているため、 .コロ転動体がベアリンダカップ内側端面に接触しなくなり、折り曲げトルクがより小さくなり、滑らかな操舵感が得られる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施形態を示す十字軸継手の部分切欠き断面を含む側面図である。

図 2は、図 1の十字軸継手の A部を示す部分拡大図である。

図 3は、第 2の実施形態を示す十字軸継手の部分切欠き断面図である。

図 4は、第 3の実施形態を示す十字軸継手の部分切欠き断面図である。

図 5は、第 4の実施形態を示す十字軸継手の部分切欠き断面図である。

図 6は、本発明の第 5実施形態に係る十字軸継手の部分切り欠き断面図である。

図 7は、本発明の上記実施形態の十字軸継手を少なぐとも一つ採用した 3つのジョイントを有するステアリング装置の概略図である。発明の実施の形態

以下、本発明の十字軸継手の実施形態を図面を参照して説明する。

図 1は本発明の第 1の実施形態を示す十字軸継手の部分切欠き断面を含む側面図、図 2は図 1の十字軸継手の A部を示す部分拡大図、図 3は第 2の実施形態を示す十字軸継手の部分切欠き断面図、図 4は第 3の実施形態を示す十字軸継手の部分切欠き断面図、図 5は第 4の実施形態を示す十字軸継手の部分切欠き断面図である。

先ず、本発明の第 1の実施の形態について図 1及び図 2を参照して説明する。図 1及び図 2に示すように、十字軸継手（ステアリング用ジョイント） 1は、一対の板金製のヨーク 7 , 8間に、十字状のスパイダー 2を介装した構成である。ヨーク 7は、筒状基部 7 aと該筒状基部から軸方向に延び直径方向に対向する一対のアーム 7 b、 7 bを一体に有している。この筒状基部 7 aは、軸 6に緩衝部 1 9を介して連結されている。緩衝部 1 9は、外筒 2 1と内筒 2 0及びこれらに挟持されたゴムより成るラバ一ブッシュ 9から構成されている。内筒 2 0は軸 6に外嵌 ·固定され、この内筒 2 0にピン 1 0が固定されている。軸 6 の内周面にはメススプライン 2 5が形成されている。ヨーク 8は略筒状周面を形成し、周方向の一部で対向する一対の締付部を有する基部 8 aと、該基部から軸方向に延び直径方向に対向する一対のアーム 8 bを一体に有している。

ヨーク 7の各アーム 7 bの端部およびヨーク 8のアーム 8 bの端部には、それぞれ対向して円形の軸受孔 18が形成されている。ヨーク 7、 8の軸受孔 1 8にはスパイダ一 2の端部の軸部 14がそれぞれ挿入されており、スパイダー軸部 14はそれぞれヨーク 7、 8の対応する軸受孔 18内にニードル軸受 3を介して回転自在に支持されている。

ヨーク 7、 8の円形軸受孔 18とそれぞれ軸 S3を介して回転自在に支持されたスパイダー 2の端部軸部 14との構成は、すべて同じであるので、本明細書ではそのうち 1つについて以下に詳細に説明する。

図 2に示すように、スパイダー 2のスパイダ一軸部 14が、ヨーク 7の軸受孔 18に、複数のコロ転動体 12を含むニードル軸受 3を介して回転自在に嵌合されている。スパイダー軸部 14の先端部外周辺には、先細りテ一パ形状の面取り部 15が形成されている。この面取り.部 15は、その軸方向の幅は Lで、そのテーパ面は軸心方向に対して 0.5° 〜1.2° の角度 Sをなすように設定されている。

スパイダー軸部 14の軸径は 9〜10匪、その真円度、円筒度はそれぞれ 0. 005mm以下、好適には 0. 002mm以下である。また対向する 2力所の軸部 14の同軸度は 0. 05mm以下、好適には 0. 02 mm以下である。面取り部 15の幅 Lは 0.5 ~ 3.0 mmで、好適には 1.0〜2.0匪である。尚、面取り部 15の断面形状は直線であるが、曲線形状であっても良い。

スパイダー軸部 14の軸心に形成した軸方向孔 16にはスラストピース 17 が挿入されている。スパイダー軸部 14の下部外周囲には、シール部材 4が設けられている。

スラストピース 17は、ポリアセタール樹脂又はポリアミド樹脂等の合成樹脂製のピンである。スラストピース 17は、軸方向孔 16に挿入された状態では、スラストピース 1 7の端部が軸部 1 4の端面から突出するとともに、リングカップ 1 1の底面に係合する。軸受カップ 1 1を圧入する際、スラストピース 1 7に圧縮弾塑性変形を生じさせるので、スパイダー 2の軸部に軸方向の中心に向かう予圧が付与され、ヨークアーム 7 b、 7 bに挟まれたスパイダ一 2を軸方向の所定位置に保持することができる。

ニードル軸受 3は、ベアリングカップ 1 1、複数のコロ転動体 1 2、ベアリングカップ 1 1とスパイダー軸部 1 4間に充填されたグリース 1 3から成っている。グリース 1 3として、二硫化モリブデンを添加したものを用いることにより、より滑らかな操舵感が得られる。ベアリングカップ 1 1は有底筒状体であり、外径は 1 5〜1 6画である。ベアリングカップ 1 1はヨークのアームに形成された円形軸受孔 1 8内に圧入され、力シメ部 1 1 aによりヨーク 1 1に抜け防止されている。ベアリングカップ 1 1の筒状部内周面とスパイダー軸部 1 4の外周面との間には複数のコロ転動体 1 2が介装されている。このような構成により、スパイダー軸部 1 4はヨークアームの対応する軸受孔 1 4内に軸受 3を介して回転自在に支持されている。

コロ転動体 1 2 (以後、コロ 1 2と言う）は、その径 Rが中央部近傍から両端部にかけて徐々に微小量だけ小さくなる形状に成形されている。径 Rの減少量は、コロ 1 2の端面より中央部に向かって 0 . 8 mmの位置で 0 . 0 0 4〜0 . 0 2 2 mmである。コロ 1 2は、その中央部近傍、即ち、コロ 1 2全長の 1 3〜 7 0 %の領域Mで、スパイダー軸部 1 4及び二一ドル軸受 3とシメシ口嵌合するように設定されている。このため、ニードル軸受 3にスパイダー軸部 1 4を組み込む際の荷重を小さくすることができ、組立作業が容易となる。コロ 1 2 の数は 1 6〜2 5本であり、その材料は J I S S U J 1 ~ S U J 5である。この構成において、スパイダー軸部 1 4の面取り部 1 5は、切削でも設けることが出来るが、スパイダー軸部 1 4と同時研削により設けることが出来、高精度のものが低コストで得られる。二一ドル軸受 3にスパイダ一軸部 1 4を組み込む際、コロ 1 2の先細り形状、及びスパイダー軸部 1 4の面取り部 1 5が、互いに挿入スペースを許容し、案内することになるため、コロ 1 2、ベアリングカップ 1 1、スパイダー軸部 1 4に傷が付き難く、付いたとしても微小なものに留めることができる。

また、スパイダー軸部 1 4は、ニードル軸受 3と共に、コロ 1 2の中央部の領域 Mにてシメシ口嵌合しているため、車輪から振動が伝わっても、コロ 1 2 の両端部近傍で、スパイダー軸部 1 4とコロ 1 2との間及びベアリングカップ 1 1内径とコロ 1 2との間にできる微小隙間が一様に維持され、両者の干渉による異音の発生を防止することができる。

本実施形態の十字軸継手を採用したステアリング装置は、高速走行時ステアリングホイールを操舵した時、敏速に操舵でき操縦安定性が向上する。

さらに、領域 Mが従来のコ口より小さいので、シメシ口嵌合にも拘わらず転がり抵抗の増加が小さく、そのため折り曲げトルクが小さく滑らかな操舵感を得ることができる。

尚、この実施形態では、緩衝部 1 9を示したが、代わりにラバ一カップリングを組み付けても良い。又、本実施形態を適用したステアリング装置の任意の部位に、ラバーカップリング、この実施形態の緩衝部、他の形式の緩衝機構、スプライン嵌合に代表されるスライド機構、あるいは衝突時の変位吸収機構等を設けても良い。

また、この実施形態のようなガ夕の無い十字軸継手と、前記スライド機構のガ夕の無いものを併用することにより、ステアリング装置の全体系として異音 ' 発生をより効果的に防止することができる。また、一つの十字軸継手はそれぞれ 4個の二一ドル軸受 3 , スパイダ^ "軸部 1 4を有しているが、本実施の形態の十字軸継手は少なくともその 1力所以上に適用する。

さらに、本実施形態の十字軸継手を採用するステアリング装置は、油圧式パワーステアリング、電動式パワーステアリング、その他いずれの形式のものでも良い。

次に、第 2の実施形態について図 3を参照して説明する。

この第 2実施形態は上記第 1の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。異なっているのは、二一ドル軸受 2 2のベアリングカップ 2 6底面の内側中央部に形成された内向き突起 2 3と、スパイダー軸部 2 4の端面が接触する形式のシェル型の十字軸継手 3 0 に、本発明を適用している点である。

この実施形態においても、コロ 1 2は、その径 Rが中央部近傍から両端部にかけて徐々に小さくなる形状とされ、スパイダ一軸部 2 4の先端部外周辺には、幅 Lの先細リテーパ形状の面取り部 1 5が形成されている。この第 2の実施形態においても、第 1の実施形態と同様の効果を期待することができる。

尚、この第 2の実施形態では、シェル型の十字軸継手を示したが、ソリッド型のものにも適用することができる。

次に、第 3の実施形態について図 4を参照して説明する。 .

この実施形態は上記第 1の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。コロ 1 2は、上記実施形態同様、その径 Rが中央部近傍から両端部にかけて徐々に小さくなる形状とされている。本実施形態が上記実施形態と異なっているのは、スパイダー軸部 1 4の面取り部 1 5を設けず、コロ 1 2の、ベアリングカップ 1 1内でのスパイダー 1 4軸方向の移動可能な合計量を 0 . 6醒とした点である。但し、この移動可能合計量は少なくとも 0 . 6 ΐ ΐであって、 0 . 6腿以上あることが望ましい。即ち、コ口 1 2の長さを T、ベアリングカップ 1 1内のスパイダ一軸部 1 4の軸心方向の内側スペースの幅を Sとすると、（S— Τ)≥0 . 6讓である。

したがって、コロ 1 2がベアリングカップ 1 1スペース内のスパイダー 1 4 軸心方向の中央に配置されているとすると、コロ 1 2はスパイダ一 1 4軸心方向に 0 . 3匪移動可能になる。 Mは、スパイダー軸部 14がニードル軸受 3と共にコロ 12の中央部でシメシロ嵌合している範囲である。コロ 12の転動面 12 ' の表面粗さは J I Sにょる10点平均の粗さで1^0.4 111程度、スパイダー軸 14の表面 14' は Rz 1 m程度である。

この構成の場合、上記実施形態よりも組み立て時間が長くなり、コスト高となる場合があるが、コロ 12がベアリングカップ 11内側端面に接触しなくなるので、折り曲げトルクがより小さくなり、滑らかな操舵感を得ることができる。

第 4の実施形態について図 5を参照して説明する。この実施形態は、上記第 2の実施形態と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。異なっているのは、スパイダ一軸部 24の面取り部 15 は設けず、コロ 12の列を複数列（この実施形態の場合 2列）として、コロ 1 21列及びコロ 122列を配置している点である。コロ 121， 122は、上記実施形態同様、その径 Rが中央部近傍から両端部にかけて徐々に小さくなる形状とされている。コロ 121 , 122のそれぞれの長さを T1, T2とすると、上記第 3の実施形態と同様に、 S—（Tl + T2)≥0.6匪としている。

Ml, M は、スパイダー軸部 24がニードル軸受 22と共にコロ 121， 12 2の中央部でシメシ口嵌合している範囲である。コロ 121， 122の長さ T1, T2は、異なる長さでも良いが、同じ長さの方が低コストになる。

この構成においても、上記第 3の実施形態と同様の効果を期待することができるが、コ口数が増加することと、コロをベアリングカップ 2 6に組み付ける時間が長くなることからコスト高となる。

しかし、この実施形態ではコロ 121径とコ口 122径は略同一にしているが、コロ 122径（カップ 25開放端側）をコロ 121径よりもやや大きくすると効果的である。そのコロ 121とコロ 122の径差は 0.002〜0.01 0誦に設定するのが好適である。この場合、コストは増加することになるが、捩じりトルクが負荷された場合のスパイダー軸部 2 4、コロ 1 2 1、及びベアリングカップ 2 2の互いの接触面圧が低下するため、耐久性や使用寿命を向上させることができる。

また、コロ 1 2 1列， 1 2 2列の一方の列を隙間嵌合、他方の列をシメシ口嵌合の構成としても良い。

尚、上記 4つの実施形態において、ヨーク 7 , 8は板金製としたが、鍛造、铸造の何れで作っても良く、その材料は鉄系、アルミ系の何れであっても良い。図 6は本発明の第 5実施形態に係る十字軸継手の部分断面図である。

第 5実施形態について図 6を参照して説明する。この実施形態は、上記第 2 の実施形態と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、その部分の説明は省略する。本実施形態においても、コロ 1 2は、上記実施形態同様、その径 Rが中央部近傍から両端部にかけて徐々に小さくなる形状とされている _t 本実施形態では、ニードル軸受 2 2にケージ 3 3が設けてある。この場合、力ップ両端内面間隔を M、コロ 1 2の中央部を支えるケージ 3 3の枠部分の軸方向幅をそれぞれ S I , S 2 , そしてローラ 1 2の長さを Nとするとき、 M— N 一 S I— S 2≥0 . 6 mm

としている。

本実施の形態では、ケージ 3 3付きであるため、他の実施形態に比べコスト高である。しかし、コロ 1 2は互いに関係なく傾くため、総コロ型のように傾きが一方向になる場合は少ない。このため、スパイダー軸部 2 4が軸方向に動こうとする力は小さく、カップ 2 6の底壁の中央突起部 2 3とスパイダー軸部 2 4の端面との接触部の耐摩耗性が向上する。また、第 7図に示すような 3つのジョイント J t l， J t 2 , J t 3を有するステアリング装置あるいは 2つのジョイントを有するステアリング装置において、当該ジョイントの少なくとも一つが本実施の形態の十字軸継手である。

以上説明したように、本発明によれば、十字軸継手において、ニードル軸受とスパイダー軸部とがコロ転動体を介してシメシ口嵌合となっているので、スパイダー軸部はコロ転動体（すなわちニードル軸受）の中央部近傍のみにてシメシロ嵌合しているため、車輪から振動が伝わっても、コロ転動体の両端部近傍で、スパイダー軸部とコロ転動体との間及び力ップ内径とコロ転動体との間の各々の微小隙間が一様に維持され、両者の干渉による異音の発生が防止される。

本発明によれば、コロ転動体は、その径が中央部近傍から両端部にかけて徐々に小さくなる形状に成形されているので、二一ドル軸受にスパイダー軸部を組み込む際、コロ転動体の先細り形状、コロ転動体、カップ、スパイダ一軸部に傷が付き難く、付いたとしても微小なものに留めることができ、又その揷入荷重を小さくすることができる。したがって、滑らかな操蛇感を得ることができ、又製作コストの高騰を招くことなく、組み付け作業を容易に、短時間で行うことができる。

Claims

請求の範囲

1 . ヨークの軸受孔に、ベアリングカップ及び当該カップ内の複数のコロを含む二一ドル軸受を介して、スパイグー軸部を回転自在に嵌合することにより. ヨークにスパイダーを係合した構成の十字軸継手において、

前記ニードル軸受と前記スパイダー軸部とが前記コロを介してシメシ口嵌合とし、そして

前記コ口は、その径が中央部近傍から両端部にかけて徐々に小さくなる形状に成形されていることを特徴とする十字軸継手。

2 . 前記スパイダ一軸部は、その先端部外周辺に、所定幅の先細リテ一パ形状の面取り部が形成されていることを特徴とする請求項 1に記載の十字軸継手

3 . 前記面取り部は、そのテーパ面が前記スパイダ一軸部の軸心方向に対して 0 . 5 ° 〜1 . 2 ° の角度を有することを特徴とする請求項 2に記載の十字軸継手。 . 前記ベアリングカップ内のコロ転動体の前記スパイダー軸部の軸心方向の移動可能な合計量が、少なくとも 0 . 6皿有ることを特徴とする請求項 1〜 3のいずれかに記載の十字軸継手。

5 . 前記ベアリングカップ内のコロ列は、複数列配置されていることを特徴とする請求項 1〜 3のいずれかに記載の十字軸継手。 6 . 各々が分岐したアームを一体に有し各アームに対向する丸孔が形成された一対のヨークと、端部軸部を有するスパイダーと、 . 該ヨークの丸孔内にスパイダーの前記端部軸部をそれぞれ回転可能に支持する軸受と、

' 該軸受の各々はヨークの丸孔に内嵌されたカップと、該カップの内周面とス

5 パイダーの前記端部軸部との間に介装された複数の転動体とから成る十字軸継手において、

スパイダーの前記端部軸部は前記軸受内に前記転動体を介してシメシ口嵌合. されている十字軸継手。

1 0 7 . 各々が分岐したアームを一体に有し各アームに対向する丸孔が形成された一対のヨークと、

端部軸部を有するスパイダーと、

該ヨークの丸孔内にスパイダーの前記端部軸部をそれぞれ回転可能に支持する軸受と、

1 5 該軸受の各々はヨークの丸孔に内嵌されたカップと、該カップの内周面とスパイダーの前記端部軸部との間に介装された複数の転動体とから成る十字軸継手において、

前記転動体はコ口であって、その径が長さ方向において中央部から両端部にかけて徐々に小さくなる形状である十字軸継手。

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8 . スパイダーの各端部軸部を該スパイダーを介して接続される一対のョークの各端部に形成された対応する丸孔に回転可能に支持するために、ヨークの各端部に形成された丸孔に内嵌された力ップと該力ップの内周面とスパイダーの前記端部軸部との間に介装された複数の転動体とから成る軸受において、 5 スパイダーの前記端部軸部を前記転動体を介してシメシ口嵌合している十字軸継手用軸受。

9 . スパイダーの各端部軸部分を該スパイダーを介して接続される一対のョ —クの各端部に形成された対応する丸孔に回転可能に支持するために、ヨークの各端部に形成された丸孔に内嵌された力ップと該力ップの内周面とスパイダ一の前記端部軸部との間に介装された複数の転動体とから成る十字軸継手用軸受において、

前記転動体はコ口であって、その径が長さ方向において中央部から両端部にかけて徐々に小さくなる形状である十字軸継手用軸受。