WO2006022351A1

WO2006022351A1 - 自在継手

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Publication number: WO2006022351A1
Application number: PCT/JP2005/015474
Authority: WO
Inventors: Mitsuharu Ozaki
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd; JTEKT Corp
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd; JTEKT Corp
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2007-02-25
Also published as: CN100497982C; EP1783387A1; CN1950620A; KR20070039871A; EP1783387A4; JP2006064020A; US20080248883A1

Abstract

　自在継手(4;6) が、ヨーク(20;21) の嵌合孔(25)に保持され、針状ころ(27)を介してトラニオン(24)を回転自在に支持する外輪(28)を備える。外輪(28)は、上記嵌合孔(25)に嵌合された本体(281) と、本体(281) の一端に設けられた閉塞端(282) とを含む。トラニオン(24)は、ボール保持孔(29;29A)が形成された端面(24a) を含む。外輪(28)の閉塞端(282) に、上記ボール保持孔(29;29A)に保持されたボール(30)を弾性的に受けるボール受け部(31;31A)が設けられている。ボール受け部(31;31A)は、円錐状テーパ面(31)および凹湾曲面(31A) の何れか一方を含む。上記凹湾曲面(31A) の曲率半径(Rb)は、上記ボール(30)の半径(Ra)よりも大きい。

Description

自在継手

技術分野

[0001] 本発明は十字軸を用いた自在継手に関する。

背景技術

[0002] この種の自在継手では、十字軸の各トラ-オンが、ヨークの対応する嵌合孔に嵌合された外輪によって、針状ころを介して支持されている（例えば 2004年 1月 15日に公開された特許文献 1を参照。 ) o

上記外輪は、閉塞端を有している。通例、回転トルクの上昇を抑えるために、トラ- オンと外輪の閉塞端との間に、隙間が設けられている。また、トラ-オンの外周面と外輪の内周面との間の径方向隙間が、針状ころの直径よりも大きくされている。このため、トラ-オンが軸方向ゃ径方向にがたつき、騒音を発生するおそれがある。

[0003] 逆に、各部品の公差のばらつきの影響で、トラ-オンと外輪との間に、軸方向ゃ径方向に締め代が生ずる場合には、トラ-オンと外輪とが相対回転したときに、抵抗トルクが大きくなるという問題がある。

特許文献 1：特開 2004— 11670号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 本発明の目的は、騒音を低減でき且つ抵抗トルクの小さ!/、自在継手を提供することである。

課題を解決するための手段

[0005] 上記目的を達成するため、本発明の好ましい態様は、十字軸を備える自在継手を提供する。自在継手は、上記十字軸に設けられたトラ-オンと、上記トラ-オンの外周面の周囲を取り囲んで環状に配置された複数の針状ころと、ヨークの嵌合孔に保持され、上記針状ころを介して上記トラ-オンを回転自在に支持する外輪とを備える上記外輪は、上記ヨークの上記嵌合孔に嵌合された筒状の本体と、上記本体の一端を閉塞する閉塞端とを含む。上記トラニオンは、ボール保持孔が形成された端面を含む。上記ボール保持孔にボールが保持されている。上記外輪の上記閉塞端に、上記ボール保持孔に保持された上記ボールを弹性的に受けるボール受け部が設けられている。上記ボール受け部は、円錐状テーパ面および凹湾曲面の何れか一方を含む。上記凹湾曲面の曲率半径は、上記ボールの半径よりも大きい。

[0006] 本態様では、伝達トルクが所定量よりも比較的小さいときは、トラ-オン力ボールを介して外輪にトルクが伝達される。伝達トルクが所定量よりも大きいときは、トラ-ォン力針状ころを介して外輪にトルクが伝達される。トラ-オンのボール保持孔に保持されたボールを、例えば円錐状テーパ面力もなるボール受け部によって、トラ-ォンの軸方向および径方向に弾性的に付勢する。したがって、トラ-オンの軸方向および径方向のがたをなくすことができ、その結果、騒音を低減することができる。

[0007] また、トラ-オンの外径と外輪の内径との差が、針状ころの直径の 2倍よりも大きヽ場合でも、トラ-オンが径方向にがたつくことがな、。

さらに、ボール受け部がボールに対して線接触するので、抵抗トルクの上昇を抑えることがでさる。

図面の簡単な説明

[0008] [図 1]図 1は本発明の一実施の形態の自在継手が適用されたステアリング装置の模式図である。

[図 2]図 2はステアリングシャフト、中間シャフトおよびピ-オンシャフトとこれらを連結する自在継手の概略側面図である。

[図 3]図 3は自在継手の一部破断側面図である。

[図 4]図 4は自在継手の要部の模式的な分解断面図である。

[図 5]図 5は本発明の別の実施の形態の自在継手の要部の断面図である。

[図 6]図 6は本発明のさらに別の実施の形態の自在継手の要部の断面図であり、付勢部材として圧縮コイルばねが用いられる。

[図 7]図 7A、図 7Bおよび図 7Cは、それぞれ、本発明のさらに別の実施の形態の自在継手の要部の断面図であり、付勢部材として皿ばねが用いられる。

[図 8]図 8は、本発明のさらに別の実施の形態の自在継手の要部の断面図である。発明を実施するための最良の形態

[0009] 本発明の好ま、実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。

図 1は本発明の一実施の形態の自在継手 4, 6が適用された自動車のステアリング装置 1の模式図である。図 1を参照して、ステアリング装置 1は、一端 3aがステアリングホイール等の操舵部材 2に連結されたステアリングシャフト 3と、一端 5aがステアリングシャフト 3の他端 3bに、本実施の形態の自在継手 4を介して連結された中間シャフト 5 とを備えている。

[0010] また、ステアリング装置 1は、中間シャフト 5の他端 5bに、本実施の形態の自在継手 6を介して連結されたピ-オンシャフト 7と、ピ-オンシャフト 7の端部近傍に設けられたピ-オン 7aに嚙み合うラック歯 8aを有し、車両の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー 8とを備えている。

ピニオンシャフト 7およびラックバー 8によって、操舵機構としてのラックアンドピニォン機構 Aが構成されている。ラックバー 8は、車体に固定されるハウジング 9内に、図示しない複数の軸受を介して、直線往復動自在に支持されている。ラックバー 8の両端部は、ハウジング 9の両側へ突出している。ラックバー 8の各端部には、それぞれタィロッド 10が結合されている。各タイロッド 10は、対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する操向輪 11に連結されて、る。

[0011] 操舵部材 2が操作されてステアリングシャフト 3が回転されると、この回転がピ-オン 7aおよびラック歯 8aによって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー 8の直線運動に変換される。これにより、操向輪 11の転舵が達成される。

図 2を参照して、自在継手 4は、ステアリングシャフト 3の他端 3bに設けられたヨーク 20 (図では一方のみを示す）と、中間シャフト 5の一端 5aに設けられたヨーク 21と、ョーク 20およびヨーク 21の間を連結する十字軸 22とを備える。

[0012] 同様に、自在継手 6は、ピ-オンシャフト 7の端部に設けられたヨーク 20と、中間シャフト 5の他端 5bに設けられたヨーク 21 (図では一方のみを示す）と、ヨーク 20およびヨーク 21の間を連結する十字軸 22とを備える。

各ヨーク 20, 21は、 U字状をなし、それぞれ一対のタブ 23を有している。一対のタブ 23は互いに平行である。 [0013] 自在継手 4および自在継手 6については、全く同様の構成であるので、自在継手 4 に則して説明する。図 3を参照して、各タブ 23には、十字軸 22の対応するトラ-オン 24のための嵌合孔 25が形成されている（図 3では、簡略化のため、 1つのタブ 23のみを示す)。この嵌合孔 25に嵌合され保持された軸受 26を介して十字軸 22の対応するトラ-オン 24が回転自在に支持される。

[0014] 軸受 26は、トラ-オン 24の周囲に環状に並べて配列された複数の針状ころ 27と、これらの針状ころ 27を保持したカップ状の外輪 28とを含む。外輪 28は、嵌合孔 25に嵌合され固定されている。外輪 28は、嵌合孔 25に嵌合された本体 281と、この本体 281の軸方向の一端に設けられた閉塞端 282とを含む。

トラ-オン 24の端面 24aに形成されたボール保持孔 29に、ボール 30が保持されている。このボール 30を弹性的に受けるためのボール受け部 31が、外輪 28の閉塞端 282の内面 283【こ形成されて!ヽる。

[0015] 上記のボール保持孔 29は、トラニオン 24と同心の円孔からなる。この円孔からなるボール保持孔 29に、ボール 30が圧入されている。すなわち、ボール 30は、締め代を有してボール保持孔 29に保持されている。ボール 30は、トラ-オン 24の軸方向 A1 および径方向 R1への移動が規制されている。また、ボール 30の一部は、ボール保持孔 29から外輪 28の閉塞端 282側へ突出しており、上記ボール 30の上記一部は、上記のボール受け部 31によって受けられて!/、る。

[0016] ボール保持孔 29の奥部には、当該ボール保持孔 29としての円孔をカ卩ェするときに設けられたセンタ孔が連なるように形成されて!、る。

ボール受け部 31は、外輪 28の中心軸線 C1を中心とする円錐状テーパ面力もなり、ボール 30に対して線接触している。外輪 28の閉塞端 282の外面 284には、閉塞端 282の内面 283にボール受け部 31を形成するために膨出された突起 32が設けられている。

[0017] 外輪 28の本体 281の他端に、内向きの環状フランジ 33が延設されている。この環状フランジ 33とトラ-オン 24の肩部との間に、環状のオイルシール 34が保持されている。オイルシール 34によって、外輪 28とトラ-オン 24との間が液密的に封止されている。本実施の形態によれば、伝達トルクが小さいときは、トラ-オン 24からボール 30を介して外輪 28にトルクが伝達される。一方、伝達トルクが大きいときは、トラ-オン 24 力も針状ころ 27を介して外輪 28にトルクが伝達される。

[0018] トラ-オン 24のボール保持孔 29に保持されたボール 30を、円錐状テーパ面からなるボール受け部 31によって、トラ-オン 24の軸方向 A1および径方向 R1に弹性的に付勢するので、トラ-オン 24の軸方向 A1および径方向 R1のがたをなくすことができ、騒音を低減することができる。

特に、トラ-オン 24の外周面 24bと外輪 28の本体 281の内周面 28bとの間の径方向 R1の隙間が、針状ころ 27の直径よりも大きい場合でも、すなわち、図 4に示すように、外輪 28の内径 D1とトラ-オン 24の外径 D2との差力針状ころ 27の直径 D3の 2 倍よりも大き、場合 (D1— D2 > 2 · D3)でも、トラ-オン 24が径方向 R1にがたつくことがない。また、円錐状テーパ面力もなるボール受け部 31が、ボール 30に対して線接触するので、ボール受け部がボールに面接触する場合と比較して、抵抗トルクの上昇を抑えることができる。

[0019] また、ボール 30を円孔からなるボール保持孔 29に圧入するようにしたので、下記の利点がある。すなわち、自在継手 4の組立時において、トラ-オン 24の軸方向 A1に関して各部品の公差のばらつきがあっても、外輪 28によるボール保持孔 29へのボール 30の押し込み量が自動的に調整されることで、上記のばらつきを吸収することができる。したがって、ボール 30から外輪 28に負荷される荷重が過大となることがなぐ回転時の抵抗トルクを抑制しつつトラ-オン 24および外輪 28間の軸方向 A1のガタをなくすことができる。

[0020] 図 3の実施の形態では、ボール受け部 31が、円錐状テーパ面力もなつていた力これに限らず、図 5に示すように、ボール 30の半径 Raよりも大きい曲率半径 Rbを有する凹湾曲面力もなるボール受け部 31Aを用いてもよい。上記凹湾曲面は、例えば球面の一部である。

また、図 3の実施の形態では、ボール 30が圧入されるボール保持孔 29を設けたが、図 6に示すように、ボール 30をトラ-オン 24の軸方向 A1に摺動自在に保持するボール保持孔 29Aを設けてもよい。この場合、ボール保持孔 29Aに収容された付勢部材としての圧縮コイルばね 35によって、ボール 30をボール受け部 31へ弹性的に付勢するようにしてもよい。圧縮コイルばね 35は、ボール保持孔 29Aの底 291とボール 30との間に介在する。

[0021] また、弾性部材として、上記の圧縮コイルばね 35に代えて、図 7Aに示すような皿ばね 36を用いてもよ!、。皿ばね 36の内周縁 36aがボール 30に接触して!/、る。

また、図 7Bに示すような、付勢部材 37を用いてもよい。付勢部材 37は、ボール保持孔 29Aの底 291によって受けられた環状板力もなる支持部としてのベース 37aと、ベース 37aの内周縁から円錐テーパ状に拡がるように延設された皿ばね 37bとを含む。皿ばね 37bは、ボール 30を受ける円錐状テーパ面を有している。

[0022] また、図 7Cに示すような付勢部材 38を用いてもよい。付勢部材 38は、ボール保持孔 29Aの底 291によって受けられた円板状のベース 38aと、ベース 38aの外周縁から直交状に延設された筒状部 38bと、筒状部 38bの一端縁からボール保持孔 29Aの底 291に向かって円錐テーパ状に縮径された皿ばね 38cを含む。皿ばね 38cは、ボール 30を受ける円錐状テーパ面を有している。ベース 38aおよび筒状部 38bによつて、皿ばね 38cを支持するための支持部が構成されている。

[0023] 図 6、図 7A,図 7B,図 7Cの各実施の形態においても、図 3の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、伝達トルクが小さいときは、トラ-オン 24 力圧縮コイルばね 35ないし板ばね 36〜38およびボール 30を介して外輪 28にトルクが伝達される一方、伝達トルクが大きいときは、トラ-オン 24から針状ころ 27を介して外輪 28にトルクが伝達される。

[0024] トラ-オン 24のボール保持孔 29Aに、圧縮コイルばね 35または皿ばね 36、 37b若しくは 38cを介して保持されたボール 30を、円錐状テーパ面等力もなるボール受け部 31によって、トラ-オン 24の軸方向 A1および径方向 R1に弹性的に付勢するので、トラ-オン 24の軸方向 A1および径方向 R1のがたをなくすことができる。

特に、外輪 28の内径 D1とトラ-オン 24の外径 D2との差力針状ころ 27の直径 D3 の 2倍よりも大きい場合でも（Dl— D2> 2'D3)、トラ-オン 24が径方向 R1にがたつくことがない。

[0025] また、ボール受け部 31がボール 30に対して線接触するので、面接触する場合と比較して、抵抗トルクの上昇を抑えることができる。その結果、騒音を低減でき且つ抵抗トルクの小さ、自在継手 4を実現することができる。

次いで、図 8は本発明の別の実施の形態を示している。図 8を参照して、本実施の形態の特徴とするところは、ベース 39a、筒状部 39b、ボール付勢用突起 39cおよびボール抜脱防止用突起 39dを含む付勢部材 39を用いる点にある。

[0026] ベース 39aは、ボール保持孔 29Aの底 291によって受けられる環状板力もなる。筒状部 39bは、ベース 39aの外周縁から直交状に延設されボール 30を包囲する状態でボール保持孔 29Aの内周面に嵌め合わされている。

ボール付勢用突起 39cは、筒状部 39bの軸方向途中部から内側へ山形状に突出し、ボール 30をボール受け部 31側（トラ-オン 24の軸方向 A1)へ弹性的に付勢すると共に、ボール 30をトラ-オン 24の径方向 R1に弹性的に付勢する。

[0027] ボール抜脱防止用突起 39dは、筒状部 39bの一端に内側へ山形状に突出するように形成され、ボール 30に係合してボール 30がボール保持孔 29からの抜脱を防止する。突起 39c, 39dは筒状部 39bの全周に形成されていてもよいし、周方向に等間隔で複数が形成されて、てもよ、。

本実施の形態においても、図 7A〜図 7Cの各実施の形態と同様に、騒音を低減でき且つ抵抗トルクの小さい自在継手 4を実現することができる。また、組み立て時において、ボール付勢用突起 39cおよびボール抜脱防止用突起 39dの間で、ボール 30 を筒状部 39b内に保持しておくことができる。すなわち、付勢部材 39を用いて、ボール 30をボール保持孔 29Aに保持しておくことができるので、組み立て時の作業性を良くすることができる。

[0028] 本発明の自在継手は、ステアリング装置に限らず、自動車の推進軸等、他の回転体における自在継手としても好適に適用される。

以上、本発明を具体的な態様により詳細に説明したが、上記の内容を理解した当業者は、その変更、改変及び均等物を容易に考えられるであろう。したがって、本発明はクレームの範囲とその均等の範囲とするべきである。

[0029] 本出願は 2004年 8月 25日に日本国特許庁に提出された 2004— 244883号に対応しており、この出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。

Claims

請求の範囲

[1] 十字軸を備える自在継手が、

上記十字軸に設けられたトラ-オンと、

上記トラニオンの外周面の周囲を取り囲んで環状に配置された複数の針状ころと、ヨークの嵌合孔に保持され、上記針状ころを介して上記トラ-オンを回転自在に支持する外輪とを備え、

上記外輪は、上記ヨークの上記嵌合孔に嵌合された筒状の本体と、上記本体の一端を閉塞する閉塞端とを含み、

上記トラ-オンは、ボール保持孔が形成された端面を含み、

上記ボール保持孔にボールが保持されており、

上記外輪の上記閉塞端に、上記ボール保持孔に保持された上記ボールを弹性的に受けるボール受け部が設けられ、

上記ボール受け部は、円錐状テーパ面および凹湾曲面の何れか一方を含み、上記凹湾曲面の曲率半径は、上記ボールの半径よりも大きい。

[2] 上記外輪の内径と上記トラ-オンの外径との差が、上記針状ころの直径の 2倍よりも大きい、請求の範囲第 1項に記載の自在継手。

[3] 上記トラ-オンおよび上記ヨークの間に伝達されるトルクが所定量よりも小さいときは、上記トラ-オンおよび上記ヨークの間に、上記ボールを介してトルクが伝達され、上記トラ-オンおよび上記ヨークの間に伝達されるトルクが上記所定量を超えるときは、上記トラ-オンおよび上記ヨークの間に、上記針状ころを介してトルクが伝達される、請求の範囲第 1項に記載の自在継手。

[4] 上記外輪の上記閉塞端は、弾性変形可能である、請求の範囲第 1項に記載の自在継手。

[5] 上記ボール保持孔は、上記トラニオンと同心の円孔を含み、

上記円孔に、上記ボールが圧入されている、請求の範囲第 1項に記載の自在継手

[6] 上記ボール保持孔は、上記トラニオンと同心の円孔を含み、

上記円孔に、ボールが摺動自在に収容されている、請求の範囲第 5項に記載の自在継手。

[7] 上記円孔内に収容され、上記ボールを上記ボール受け部へ付勢する付勢部材を備える、請求の範囲第 6項に記載の自在継手。

[8] 上記付勢部材は、上記円孔からの上記ボールの抜脱を防止するための突起を有している、請求の範囲第 7項に記載の自在継手。

[9] 上記付勢部材は、弾性部材を含む、請求の範囲第 7項に記載の自在継手。

[10] 上記付勢部材は、圧縮コイルばねを含む、請求の範囲第 7項に記載の自在継手。

[11] 上記付勢部材は、板ばねを含む、請求の範囲第 7項に記載の自在継手。

[12] 上記付勢部材は、皿ばねを含む、請求の範囲第 7項に記載の自在継手。

[13] 上記皿ばねは、上記ボールを受ける円錐状テーパ面を有する皿ばねを含む、請求の範囲第 12項に記載の自在継手。

[14] 上記付勢部材は、上記円孔に保持された支持部と、上記支持部から延設された皿ばねとを含む、請求の範囲第 7項に記載の自在継手。

[15] 上記支持部は、上記円孔の底によって受けられた環状板力なるベースを含み、上記皿ばねは、上記ベースの内周縁から円錐テーパ状に拡がるように延設された皿ばねを含む、請求の範囲第 14項に記載の自在継手。

[16] 上記支持部は、上記円孔に嵌め合わされた筒状部を有する支持部を含み、

上記皿ばねは、上記筒状部の一端力上記円孔の上記底に向力つて円錐テーパ状に縮径された皿ばねを含む、請求の範囲第 14項に記載の自在継手。

[17] 上記付勢部材は、上記円孔に嵌め合わされて上記円孔に保持された筒状部と、上記筒状部に設けられ、上記筒状部の径方向内方へ突出するボール付勢用の突起とを含み、

上記ボール付勢用の突起は、上記ボールをトラ-オンの軸方向および径方向に弾性的に付勢する、請求の範囲第 7項に記載の自在継手。

[18] 上記筒状部の一端に設けられ、上記円孔からの上記ボールの抜脱を防止するためのボール抜脱防止用の突起を備える、請求の範囲第 17項に記載の自在継手。

[19] 上記ボールは、上記ボール付勢用の突起とボール抜脱防止用の突起との間で、上記筒状部内に保持されている、請求の範囲第 18項に記載の自在継手。