(57)【要約】【課題】ガタツキを防ぎつつ、軸方向寸法のバラツキによる軸方向荷重の変化を小さく抑えて回転抵抗の低減を図ることができる耐久性の高いユニバーサルジョイントを提供すること。【解決手段】両端部が二股状に形成された一対のヨーク２，３の各両端部に互いに同心的に形成された各軸受孔３ａにカップ状の軸受４を嵌合し、該軸受４を介して十字軸５の軸部５Ａを前記各ヨーク２，３に回転可能に支承させるとともに、前記軸受４の軸受カップ６と前記十字軸５の軸部５Ａ端面との間にガタ詰め部材９を介設して成るユニバーサルジョイント１において、前記ガタ詰め部材９は、前記軸受カップ６の内面と前記十字軸５端面との間に挟まれて潰れ変形可能な高剛性部９Ｂと、該高剛性部９Ｂを前記軸受カップ６側へ付勢するように前記十字軸５端面に当接する撓み変形可能な低剛性部９Ａとで構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端部が二股状に形成された一対のヨークの各両端部に互いに同心的に形成された各軸受孔にカップ状の軸受を嵌合し、該軸受を介して十字軸の軸部を前記各ヨークに回転可能に支承させるとともに、前記軸受の軸受カップと前記十字軸の軸部端面との間にガタ詰め部材を介設して成るユニバーサルジョイントにおいて、
前記ガタ詰め部材は、前記軸受カップの内面と前記十字軸端面との間に挟まれて潰れ変形可能な高剛性部と、該高剛性部を前記軸受カップ側へ付勢するように前記十字軸端面に当接する撓み変形可能な低剛性部とで構成されることを特徴とするユニバーサルジョイント。
【請求項２】
前記十字軸の軸部端面に球面状凹部を形成する一方、前記ガタ詰め部材の前記球面状凹部に対向する面に、前記球面状凹部の曲率よりも大きな曲率の球面状凸部を形成することによって、前記ガタ詰め部材の高剛性部が前記十字軸端面の球面上凹部内面側に押されることで低剛性部が撓み変形して反力を発生するようにしたことを特徴とする請求項１記載のユニバーサルジョイント。
【請求項３】
前記ガタ詰め部材を樹脂にて一体成形したことを特徴とする請求項１又は２記載のユニバーサルジョイント。
【請求項４】
前記ガタ詰め部材の低剛性部を金属バネで構成し、同ガタ詰め部材の高剛性部を樹脂にて構成して両者を結合一体化したことを特徴とする請求項１又は２記載のユニバーサルジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非同軸的に配された２つの回転軸の連結に使用されるユニバーサルジョイントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両用ステアリング装置において、非同軸的に配された２つの回転軸の連結にはユニバーサルジョイントが使用されるが、このユニバーサルジョイントの従来例を図７に示す。
【０００３】
即ち、図７は従来のユニバーサルジョイントの破断側面図であり、図示のユニバーサルジョイント１０１は、二股状に成形された一対のヨーク１０２，１０３の各軸受孔１０３ａ（図７には一方のヨーク１０３の軸受孔のみを示す）にカップ状の軸受１０４を嵌合し、該軸受１０４を介して十字軸１０５の軸部１０５Ａを前記各ヨーク１０２，１０３に回転可能に支承させて構成されている。ここで、各軸受１０４は、十字軸１０５の軸部１０５Ａに外嵌された有底筒状の軸受カップ１０６と、該軸受カップ１０６の内周面と十字軸１０５の軸部１０５Ａの外周面との間に介在する複数のニードルローラ１０７とで構成されている。
【０００４】
斯かるユニバーサルジョイント１０１においては、軸受カップ１０６を軸受孔１０３ａに圧入する際に軸受カップ１０６の内底面と十字軸１０５の軸部１０５Ａ端面とが圧接することで軸受１０４の圧入位置を定める構造であるため、両者間の摺動抵抗が大きいという問題がある。又、十字軸１０５の軸部１０５Ａのヨーク１０２，１０３への支承部における軸方向の剛性が高い構造となっているため、十字軸１０５の軸方向寸法のバラツキや軸受カップ１０６の圧入位置のバラツキによって軸方向荷重が大きく変化し、ユニバーサルジョイント１０１の回転荷重も大きくばらついて安定しないという問題の他、圧入荷重を下げて軸受カップ１０６の内底面と十字軸１０５の軸部１０５Ａ端面との接触抵抗を下げると、逆に軸受カップ１０６と十字軸１０５の軸部１０５Ａ端面との間に軸方向隙間が発生してガタツキが発生するという問題がある。
【０００５】
そこで、特許文献１には、図８の破断側面図に示すように、十字軸２０５の各軸部２０５Ａの端部に有底の挿入孔２０５ａをそれぞれ形成し、各挿入孔２０５ａにガタ詰め部材として樹脂製のピン２０９を圧入し、十字軸２０５の軸部２０５Ａと軸受カップ２０６との間に加わるスラスト荷重（軸方向荷重）をピン２０９で支承することによってガタツキの発生を抑えるようにしたユニバーサルジョイント２０１が提案されている。ここで、図９に示すように、ピン２０９の軸方向中央には小径の小断面積部２０９ａが形成され、十字軸２０５の軸方向寸法のバラツキは小断面積部２０９ａの圧潰によって吸収されるよう構成されている。
【特許文献１】特開平８−１３５６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１において提案された図８及び図９に示す構成においては，十字軸２０５の軸方向寸法のバラツキ及び軸受カップ１０６の圧入位置のバラツキ等をピン２０９の小断面積部２０９ａの潰れによって吸収しているため、十字軸２０５の軸部２０５Ａのヨーク２０２，２０３への支承部における軸方向の剛性が高い構造となっている。即ち、軸方向のガタツキを防止するために、軸受カップ２０６の内底面が必ずピン２０９に接触する位置まで軸受カップ２０６を圧入するが、この圧入位置のバラツキをピン２０９の小断面積部２０９ａの圧潰で吸収している。そのため、十字軸２０５の軸方向寸法のバラツキによって軸方向荷重が大きく変化し、ユニバーサルジョイント２０１の回転荷重が大きくばらついて一定しないという問題がある。即ち、ピン２０９の軸方向圧縮量と軸方向荷重との関係は図１０において直線ａにて示されるが、ピン２０９の軸方向の剛性が高いためにバネ定数も大きい（直線ａの勾配が大きい）ため、例えば図示の軸方向寸法のバラツキの範囲ΔＬ’に対する軸方向荷重の変化量ΔＰ’が大きくなる。
【０００７】
そして、軸方向荷重が大きくなるとピン２０９と軸受カップ２０６間の摩擦抵抗が大きくなるため、ユニバーサルジョイント２０１の回転によって軸受カップ２０６との摺動でピン２０９が摩耗し易くなる。そのため、長期の使用でピン２０９と軸受カップ２０６との間に隙間が発生するが、ピン２０９は小断面積部２０９ａが圧潰、即ち塑性変形しているため、弾性によって隙間を無くす作用を行うことができず、ユニバーサルジョイントの回転にガタツキが発生するという問題が発生する。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、ガタツキを防ぎつつ、軸方向寸法のバラツキによる軸方向荷重の変化を小さく抑えて回転抵抗の低減を図ることができる耐久性の高いユニバーサルジョイントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、両端部が二股状に形成された一対のヨークの各両端部に互いに同心的に形成された各軸受孔にカップ状の軸受を嵌合し、該軸受を介して十字軸の軸部を前記各ヨークに回転可能に支承させるとともに、前記軸受の軸受カップと前記十字軸の軸部端面との間にガタ詰め部材を介設して成るユニバーサルジョイントにおいて、前記ガタ詰め部材は、前記軸受カップの内面と前記十字軸端面との間に挟まれて潰れ変形可能な高剛性部と、該高剛性部を前記軸受カップ側へ付勢するように前記十字軸端面に当接する撓み変形可能な低剛性部とで構成されることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記十字軸の軸部端面に球面状凹部を形成する一方、前記ガタ詰め部材の前記球面状凹部に対向する面に、前記球面状凹部の曲率よりも大きな曲率の球面状凸部を形成することによって、前記ガタ詰め部材の高剛性部が前記十字軸端面の球面上凹部内面側に押されることで低剛性部が撓み変形して反力を発生するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記ガタ詰め部材を樹脂にて一体成形したことを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記ガタ詰め部材の低剛性部を金属バネで構成し、同ガタ詰め部材の高剛性部を樹脂にて構成して両者を結合一体化したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガタ詰め部材を撓み変形可能な低剛性部とこれよりも剛性の高い高剛性部とで構成し、高剛性部で軸受カップを受けるとともに、高剛性部が軸受カップの内底面と十字軸端面との間に挟まれて潰れて変形可能であるため、十字軸の軸方向寸法のバラツキや軸受カップの圧入位置のバラツキはガタ詰め部材の高剛性部の潰れ変形（塑性変形）によって吸収され、十字軸の軸方向のガタツキが防がれるとともに、軸受カップの内底面と十字軸の軸部端面との間の摺動抵抗を小さく抑えることができる。ここで、ガタ詰め部材の低剛性部は十字軸の軸部端面と軸受カップの内底面との間で圧接荷重を直接受けず、高剛性部を軸受カップの摺動で高剛性部が摩耗しても隙間が生じることはなく、ガタツキは発生しない。
【００１４】
従って、軸方向荷重とその変化量が小さく抑えられ、ガタ詰め部材と軸受カップ間の摩擦抵抗も小さく抑えられるため、ユニバーサルジョイントの回転が軽くなって円滑な回転が長期間に亘って可能となる。
【００１５】
又、ガタ詰め部材の低剛性部は圧縮荷重を直接受けないため、軸受カップに当接するガタ詰め部材の高剛性部と該低剛性部とを樹脂にて一体に構成することができる。更に、ガタ詰め部材の低剛性部を金属バネで構成することによって、該低剛性部の熱によるバネ特性の変化を防止することができ、ガタ詰め部材の耐久性の向上を図ることができる。
【００１６】
以上のように、本発明によれば、十字軸の軸方向寸法のバラツキや軸受カップの圧入位置等をガタ詰め部材の高剛性部の潰れ変形（塑性変形）によって吸収することができ、高剛性部の摩耗等による隙間の発生をガタ詰め部材の低剛性部の撓み変形（弾性変形）によって吸収することができるため、十字軸の軸方向寸法のバラツキ等に伴う軸方向荷重の変化が小さく抑えられてユニバーサルジョイントの回転抵抗の低減を図るとともに、長期間に亘ってガタツキの発生を防いで当該ユニバーサルジョイントの耐久性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は本発明に係るユニバーサルジョイントを備えた車両用ステアリング装置の斜視図であり、図示の車両用ステアリング装置は、ステアリングホイール１０の回転をステアリングシャフト１１と中間シャフト１２を介してステアリングギヤ１３に伝達し、このステアリングギヤ１３によって不図示の前輪を操舵するものである。
【００１９】
ところで、上記ステアリングシャフト１１とステアリングギヤ１３の入力シャフト１４とは、互いに同一直線上に設けられていないのが一般的である。このため、これらのステアリングシャフト１１と入力シャフト１４の間に中間シャフト１２を設け、この中間シャフト１２の両端とステアリングシャフト１１及び入力シャフト１４の各端部とをユニバーサルジョイント１によって連結する構成が採用されている。
【００２０】
ここで、本発明に係るユニバーサルジョイント１の詳細を図２〜図６に基づいて説明する。
【００２１】
図２は本発明に係るユニバーサルジョイントの破断側面図、図３は同ユニバーサルジョイントの十字軸の断面図、図４（ａ），（ｂ）は同ユニバーサルジョイントのガタ詰め部材の作用を示す図３のＸ部拡大詳細図、図５はガタ詰め部材のバネ特性（軸方向圧縮量と軸方向荷重との関係）を示す図である。
【００２２】
本発明に係るユニバーサルジョイント１は、図２に示すように、二股状に成形された一対のヨーク２，３の両端部に互いに同心的に形成された各軸受孔３ａ（図２には一方のヨーク３の軸受孔のみを示す）にカップ状の軸受４を嵌合し、該軸受４を介して十字軸５の軸部５Ａを前記各ヨーク２，３に回転可能に支承させて構成されている。ここで、各軸受４は、十字軸５の軸部５Ａに外嵌された有底筒状の軸受カップ６と、該軸受カップ６の内周面と十字軸５の軸部５Ａの外周面との間に介在する複数のニードルローラ７とで構成されている。又、十字軸５の各軸部５Ａの基部外周には、軸受４内への異物の侵入と軸受４内からの潤滑油の漏出を防ぐためのシール部材８が嵌着されている。
【００２３】
而して、本実施の形態においては、図３に示すように、十字軸５の各軸部５Ａの端面には球面状凹部５ａがそれぞれ形成されており、各球面状凹部５ａにはガタ詰め部材９がそれぞれ嵌め込まれている。このガタ詰め部材９は、全体が樹脂にて一体成形されており、図２に示すように軸受４の軸受カップ６と十字軸５の軸部５Ａ端面との間に圧縮状態で介設されている。
【００２４】
各ガタ詰め部材９は、剛性が低くて撓み変形可能な略皿状の低剛性部９Ａと、該低剛性部９Ａの中央に位置する突起状の高剛性部９Ｂとで構成されており、軸部５Ａの軸線方向においては、この高剛性部９Ｂの剛性はその形状から低剛性部９Ａの剛性よりも高く設定されている。そして、このガタ詰め部材９の低剛性部９Ａの底面（十字軸５の軸部５Ａ端面に形成された球面状凹部５ａに対向する面）は球面状凸部９ａとして形成されており、この球面状凸部９ａの曲率は十字軸５の軸部５Ａ端面に形成された球面状凹部５ａの曲率よりも大きく設定されている（球面状凸部９ａの曲率半径は球面状凹部５ａの曲率半径よりも小さく設定されている）。
【００２５】
従って、ガタ詰め部材９に軸方向荷重が作用しない無負荷時においては、図４（ａ）に示すように、ガタ詰め部材９の低剛性部９Ａの球面状凸部９ａと十字軸５の軸部５Ａ端面に形成された球面状凹部５ａとの間には所定の軸方向隙間δが形成されている。
【００２６】
又、ガタ詰め部材９の突起状の高剛性部９Ｂの頂部は半球状に形成されており、図２に示すように、この半球状の頂部が軸受４の軸受カップ６の内底面の中心部に当接している。
【００２７】
以上のように構成されたユニバーサルジョイント１においては、図３に示す十字軸５の軸方向寸法Ｌに対して軸受カップ６の圧入位置は製造上のバラツキが不可避的に発生するが、本発明に係るユニバーサルジョイント１においては、ガタ詰め部材９を撓み変形可能な低剛性部９Ａと潰れ変形可能な剛性の高い高剛性部９Ｂとで構成し、高剛性部９Ｂで軸受カップ６を受けるとともに、高剛性部９Ｂが軸受カップ６の内底面と十字軸５の軸部５Ａ端面との間に挟まれて潰れ変形可能であるため、十字軸５の軸方向のガタツキが防がれるとともに、軸受カップ６の内底面と十字軸５の軸部５Ａ端面との間の摺動抵抗が小さく抑えられる。又、ガタ詰め部材９の低剛性部９Ａは、十字軸５の軸部５Ａ端面と軸受カップ６の内底面との間で圧縮荷重を直接受けず、高剛性部９Ｂを軸受カップ６側へ付勢することができるため、軸受カップ６との摺動で高剛性部９Ｂが摩耗しても変形して隙間を生じることはなく、ガタツキは発生しない。即ち、大きな軸方向の荷重が作用した場合、高剛性部９Ｂの底部が十字軸５の球面状凹部５ａに当接するため、高剛性部９Ｂの球面状凹部９ａが潰れ変形（塑性変形）しても、低剛性部９Ａが撓み変形（弾性変形）を越えて潰れ変形するのを防ぐことができる。
【００２８】
ここで、ガタ詰め部材９の軸方向圧縮量と軸方向荷重との関係を図５に示すが、ガタ詰め部材９の軸方向圧縮量が軸方向隙間δの範囲にあるときには、該ガタ詰め部材９の低剛性部９Ａが主に撓み変形（弾性変形）し、該低剛性部９Ａのバネ定数は小さいために軸方向荷重は軸方向圧縮量に対して緩やかな直線Ａに沿って変化する。
【００２９】
従って、図５に示すように、直線Ｂの範囲の中でガタ詰め部材９の高剛性部９Ｂに潰れが発生しても、ガタ詰め部材９の低剛性部９Ａは、該低剛性部９Ａと十字軸５の軸部５Ａ端面との間の軸方向隙間δの範囲内でガタツキの発生を防止することができる。例えば、図５に示すように、十字軸５の軸方向の隙間の範囲ΔＬで軸方向荷重によって低剛性部９Ａが高剛性部９Ｂを軸受カップ６側へ押してガタツキの発生を防止することができる。
【００３０】
つまり、ガタ詰め部材９の高剛性部９Ｂと十字軸５の軸部５Ａ端面との間の軸方向隙間はガタ詰め部材９の低剛性部９Ａの撓み変形（弾性変形）によって吸収され、この結果、軸方向荷重が小さく抑えられ、ガタ詰め部材９と軸受カップ６間の摩擦抵抗も小さく抑えられるため、ユニバーサルジョイント１の回転が軽くなって円滑な回転が長期に亘って可能となる。
【００３１】
又、本実施の形態では、ガタ詰め部材９の低剛性部９Ａは圧縮荷重を直接受けないため、軸受カップ６に当接するガタ詰め部材９の高剛性部９Ｂと低剛性部９Ａとを一体で樹脂にて構成することができる。
【００３２】
以上のように、本発明によれば、十字軸５の軸方向寸法Ｌのバラツキや軸受カップ６の圧入位置のバラツキ等をガタ詰め部材９の高剛性部９Ｂの潰れ変形（塑性変形）によって吸収することができるとともに、高剛性部９Ｂの摩耗等による隙間の発生をガタ詰め部材９の低剛性部９Ａの撓み変形（弾性変形）によって吸収することができるため、十字軸５の軸方向寸法Ｌのバラツキ等に伴う軸方向荷重の変化が小さく抑えられてユニバーサルジョイント１の回転抵抗の低減を図るとともに、長期に亘って軸方向のガタツキの発生を防いで耐久性の向上を図ることができる。
【００３３】
尚、本実施の形態では、ガタ詰め部材９を樹脂にて一体成形したが、図６に示すように、ガタ詰め部材９の低剛性部９Ａを金属バネで構成し、高剛性部９Ｂを樹脂にて構成し、両者を嵌め込み、差し込み、モールド、熱カシメ等によって結合一体化するようにしても良い。この場合、低剛性部９Ｂを金属バネで構成することによって、熱によるバネ特性の変化を防止することができるとともに、耐久性の向上を図ることができる。
【００３４】
又、以上は本発明を車両用ステアリング装置に用いられるユニバーサルジョイントに対して適用した形態について説明したが、本発明は、他の任意の装置に使用されるユニバーサルジョイントに対しても同様に適用されることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るユニバーサルジョイントを備えた車両用ステアリング装置の斜視図である。
【図２】本発明に係るユニバーサルジョイントの破断側面図である。
【図３】本発明に係るユニバーサルジョイントの破断側面図の十字軸の断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は本発明に係るユニバーサルジョイントのガタ詰め部材の作用を示す図３のＸ部拡大詳細図である。
【図５】本発明に係るユニバーサルジョイントのガタ詰め部材のバネ特性（軸方向圧縮量と軸方向荷重との関係）を示す図である。
【図６】本発明の別形態を示すユニバーサルジョイントの十字軸端部の断面図である。
【図７】従来のユニバーサルジョイントの破断側面図である。
【図８】従来のユニバーサルジョイントの破断側面図である。
【図９】従来のユニバーサルジョイントのガタ詰め部材の側面図である。
【図１０】ガタ詰め部材のバネ特性（軸方向圧縮量と軸方向荷重との関係）を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１        ユニバーサルジョイント
２，３    ヨーク
３ａ      ヨークの軸受孔
４        軸受
５        十字軸
５Ａ      十字軸の軸部
５ａ      十字軸の球面状凹部
６        軸受カップ
７        ニードルローラ
８        シール部材
９        ガタ詰め部材
９Ａ      ガタ詰め部材の低剛性部
９Ｂ      ガタ詰め部材の高剛性部
９ａ      ガタ詰め部材の球面状凸部
１０      ステアリングホイール
１１      ステアリングシャフト
１２      中間シャフト
１３      ステアリングギヤ
１４      入力シャフト
Ｌ        十字軸の軸方向寸法
δ        軸方向隙間
【図１】
2010084818.tif 000003
【図２】
2010084818.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010084818.tif 000009
【図８】
2010084818.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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