(57)【要約】【課題】軸部と針状ころのラジアル隙間（負隙間）を十分に小さくすることを可能にしながら、スキューの発生を抑制することができる十字軸継手を提供する。【解決手段】十字状に配置された４本の軸部３を有する十字軸１と、各軸部３の外周面を転動する複数の針状ころ６と、円筒部５ａとこの円筒部５ａの一端側の開口を閉塞する底部５ｂとを有し、前記針状ころ６を介して前記軸部３に外嵌される軸受カップ５と、この軸受カップ５が挿入される軸受孔２２，２４が設けられたヨーク２１，２３と、を備え、前記針状ころ６が前記軸部３及び前記軸受カップ５の間で締まり嵌めの状態に維持されている十字軸継手１０において、前記円筒部５ａの内周側に径方向内方へ湾曲状に突出する突出部５ｄが設けられ、突出部５ｄの頂面が、前記針状ころ６の軸方向中心を含む軸方向の範囲で当該針状ころ６に接触している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
十字状に配置された４本の軸部を有する十字軸と、各軸部の外周面を転動する複数の針状ころと、円筒部とこの円筒部の一端側の開口を閉塞する底部とを有し、前記針状ころを介して前記軸部に外嵌される軸受カップと、この軸受カップが挿入される軸受孔が設けられたヨークと、を備え、前記針状ころが前記軸部及び前記軸受カップの間で締まり嵌めの状態に維持されている十字軸継手において、
前記円筒部の内周側に径方向内方へ湾曲状に突出する突出部が設けられ、突出部の頂面が、前記針状ころの軸方向中心部を含む軸方向の範囲で当該針状ころに接触していることを特徴とする十字軸継手。
【請求項２】
前記突出部の頂点を中心として前記針状ころの長さの６０〜７０％に相当する軸方向の範囲内における前記突出部の高さｈが、０＜ｈ≦０．００５ｍｍに設定されている、請求項１に記載の十字軸継手。
【請求項３】
前記軸受カップ内部の前記針状ころのラジアル隙間ｓが、−０．０３ｍｍ≦ｓ＜０に設定されている、請求項１又は２に記載の十字軸継手。
【請求項４】
ステアリングホイールが取り付けられるコラムシャフトと、
操舵機構を介して操舵車輪を操舵するためのステアリングシャフトと、
前記コラムシャフト及びステアリングシャフトの間に介在し両者を傾動自在に繋ぐ十字軸継手と、を有する車両用操舵装置において、
前記十字軸継手が、請求項１〜３のいずれか１項に記載の十字軸継手であることを特徴とする車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、十字軸継手及びこれを用いた車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車輪の操舵を行うための車両用操舵装置においては、ステアリングホイールが取り付けられるコラムシャフトと、ステアリングギヤボックス等の操舵機構を介して操舵車輪を操舵するためのステアリングシャフトと、コラムシャフト及びステアリングシャフトを傾動自在に連結した十字軸継手とを有するものがある。
車両用操舵装置に用いられる十字軸継手は、胴体部の側周面から四方へ十字状に突出した４つの軸部を有する十字軸と、軸部の外周面を転動する複数の針状ころと、これら複数の針状ころに外嵌した有底円筒状の軸受カップとを有している。そして、軸受カップが、両シャフトのそれぞれに設けられたヨークの軸受孔に挿入されることによって、軸部がヨークに対して回動自在とされている。この十字軸継手は、上記のように十字軸によって両シャフトのヨークを互いに連結することで、両シャフトを傾動自在に連結する。
【０００３】
以上のような十字軸継手においては、伝達トルクが大きくなると、針状ころに滑りが生じ、がたつきや、脈動等のトルク伝達不良が発生する場合があり、当該車両用操舵装置の操舵感を悪化させることがあった。このため、下記の特許文献１には、軸受カップにおける円筒部の軸方向中央部に、径内方向に突出するように湾曲する湾曲部を形成し、この湾曲部によって針状ころを弾性的に径内方向に押圧することで、針状ころと軸部との間を絞り嵌めの状態（負隙間の状態）とする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２７５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の技術では、軸受カップの湾曲部の弾性変形によって針状ころを軸部に押圧している。そのため、十字軸継手に過大な負荷が加わると湾曲部が径方向外方へ湾曲することによって応力を緩和し、耐久性の低下を抑制することができる利点がある。
しかしながら、図５に示されるように、軸受カップの湾曲部１０１は、針状ころ１０２に対して略点接触の状態となり、しかも、その点接触位置Ｐが針状ころの軸方向（長さ方向）中心位置Ｘから軸方向にずれて配置されている。そのため、針状ころ１０２には、点接触位置Ｐを中心としてスキューが生じやすくなり、このスキューが十字軸継手におけるトルク変動の原因となっていた。また、スキューに起因するトルク変動は、針状ころのラジアル隙間が小さくなるほど大きくなっていた。
【０００６】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたものであり、軸受カップ内部の針状ころのラジアル隙間（負隙間）を十分に小さくすることを可能にしながら、スキューの発生を抑制することができる十字軸継手及び車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明は、十字状に配置された４つの軸部を有する十字軸と、各軸部の外周面を転動する複数の針状ころと、円筒部とこの円筒部の一端側の開口を閉塞する底部とを有し、前記針状ころを介して前記軸部に外嵌される軸受カップと、この軸受カップが挿入される軸受孔が設けられたヨークと、を備え、前記針状ころが前記軸部及び前記軸受カップの間で締まり嵌めの状態に維持されている十字軸継手において、前記円筒部の内周側に径方向内方へ湾曲状に突出する突出部が設けられ、突出部の頂面が、前記針状ころの軸方向中心を含む軸方向範囲で当該針状ころに接触していることを特徴とする。
【０００８】
本発明の上記構成によれば、軸受カップの円筒部に形成された突出部の頂面が、針状ころの軸方向中心を含む軸方向範囲で当該針状ころに接触するので、針状ころのスキューを好適に抑制することができ、このスキューに起因するトルク変動も抑制することができる。
【０００９】
（２）前記突出部の頂点を中心として針状ころ長さの６０％〜７０％に相当する軸方向の範囲内における前記突出部の高さｈが、０＜ｈ≦０．００５ｍｍに設定されていることが好ましい。
このような構成を採用することによって、針状ころと軸受カップの円筒部との接触面圧を均一化しつつそのピークを抑制することができ、針状ころ及び軸受カップの摩耗、損傷を抑制し、耐久性を向上させることができる。
【００１０】
（３）本発明においては、前記軸受カップ内部の前記針状ころのラジアル隙間ｓは、−０．０３ｍｍ≦ｓ＜０に設定することができる。
針状ころのラジアル隙間が非常に小さい場合（例えば、−０．０３ｍｍ〜−０．０２ｍｍ）、従来の十字軸継手ではトルク変動が極めて大きくなり、実用に耐えなかったが、本発明においては、このような小さなラジアル隙間でも好適に針状ころのスキューを抑制することができる。
【００１１】
（４）本発明は、ステアリングホイールが取り付けられるコラムシャフトと、操舵機構を介して操舵車輪を操舵するためのステアリングシャフトと、前記コラムシャフト及びステアリングシャフトの間に介在し両者を傾動自在に繋ぐ十字軸継手と、を有する車両用操舵装置において、前記十字軸継手が、上記（１）〜（３）のいずれかの十字軸継手であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、針状ころのラジアル隙間を十分に小さくすることを可能にしながら、針状ころのスキューの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の要部構成を示す側面図である。
【図２】図１のII−II線矢視断面図である。
【図３】図２のＡ部における軸受カップの拡大図である。
【図４】針状ころと軸受カップとの間の面圧分布を示すグラフである。
【図５】従来技術を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の要部構成を示す側面図である。
車両用操舵装置Ｓは、自動車などの車両の操舵車輪を操舵するための装置であり、車両のステアリングホイール（図示せず）が一体回転可能に取り付けられるコラムシャフト３２と、ステアリングギヤボックス等を介して操舵車輪を操舵するためのステアリングシャフト３１と、両シャフト３１，３２の間に介在した中間シャフト３３と、ステアリングシャフト３１と中間シャフト３３との間、及びコラムシャフト３２と中間シャフト３３との間、それぞれに配置され各シャフトを傾動自在に連結している十字軸継手１０と、を備えている。すなわち、十字軸継手１０は、ステアリングシャフト３１及びコラムシャフト３２の間に介在し両シャフト３１，３２を傾動自在に連結している。
【００１５】
以下、上記の十字軸継手１０について詳述する。
ステアリングシャフト３１と中間シャフト３３との間に配置された十字軸継手１０は、ステアリングシャフト３１の端部に固定された一対の対向するヨーク２１と、この一対のヨーク２１と互いに組み合わされるとともに中間シャフト３３の端部に固定された一対のヨーク２３と、後述する軸受カップ５等を介して取り付けられヨーク２１，２３を繋ぐ十字軸１とを有している。
【００１６】
また、コラムシャフト３２と中間シャフト３３との間に配置された十字軸継手１０においても、上記同様、コラムシャフト３２の端部に固定された一対の対向するヨーク２１と、中間シャフト３３の端部に固定された一対のヨーク２３と、軸受カップ５等を介してヨーク２１，２３を繋ぐ十字軸１とを有している。
【００１７】
図２は、図１のII−II線矢視断面図である。ステアリングシャフト３１に固定された一対のヨーク２１の端部には、互いに同一の軸線を有する軸受孔２２が設けられている。また、中間シャフト３３に固定された一対のヨーク２３の端部それぞれにおいても、互いに軸線を同一とする軸受孔２４が設けられている。
十字軸１は、胴体部２と、この胴体部２の側周面から四方へ十字状に突出した４つの軸部３とを有している。十字軸１は鋼製であり、胴体部２と４つの軸部３とは鍛造等により一体成形されている。この十字軸１の軸部３には、その外周面３ａ上を転動する複数の針状ころ６が当該外周面３ａに沿って配列されている。さらに、軸部３には、有底円筒状の軸受カップ５が、複数の針状ころ６を介して外嵌されている。
【００１８】
軸受カップ５は、鋼板をプレス等によって形成したものであり、内周側に配列された複数の針状ころ６を介して軸部３が挿入される円筒部５ａと、この円筒部５ａの一端側の開口を閉塞する底部５ｂとを有し、有底円筒状に形成されている。軸受カップ５と、軸部３との間に介在した複数の針状ころ６は、軸受鋼等によって形成されており、その外周面６ａが転動面とされて、軸受カップ５と軸部３との間に転動自在に配置されている。円筒部５ａの端部には、針状ころ６の軸方向位置を保持する折曲部５ｃが形成されるとともに、この折曲部５ｃと軸部３の外周面３ａとの開口を閉塞するシール部材１５が配設されている。
【００１９】
各軸受カップ５は、それぞれ軸部３に外嵌した状態でヨーク２１，２３の軸受孔２２，２４に圧入されている。すなわち、各軸部３は、この軸受カップ５及び軸受カップ５の内周側に転動自在に配列された複数の針状ころ６を介して、各ヨーク２１，２３の軸受孔２２，２４に挿入されており、各軸部３は、各ヨーク２１，２３に対して回動自在に支持されている。
なお、中間シャフト３３とコラムシャフト３２との間に配置された十字軸継手１０の構造についても、上記同様であるので、説明を省略する。
【００２０】
図３は、図２のＡ部における軸受カップの拡大図である。なお、図３では、理解を容易にするため、後述の突出部５ｄの高さｈを誇張して示している。
図３において、軸受カップ５の円筒部５ａの内周側には、径方向内方へ湾曲状（円弧状）に突出する突出部５ｄが形成されている。一方、円筒部５ａの外周面５ａ１は、その断面形状が略一直線状に形成されている。したがって、軸受カップ５の円筒部５ａは、軸方向の略中央部（突出部５ｄの頂点５ｄ１）において最も肉厚が大きくなり、その軸方向両側において肉厚が小さくなっている。ただし、本実施形態においても、従来技術（特許文献１参照）と同様に、円筒部５ａの外周面５ａ１を凹状に湾曲させた形状としてもよい。
【００２１】
突出部５ｄは、その頂点５ｄ１を中心として軸方向の所定範囲Ｂにおける高さｈが規定されている。この範囲Ｂは、針状ころ６の長さＬの６０〜７０％に相当する範囲である。そして、当該範囲Ｂにおける突出部５ｄの高さｈは、０＜ｈ≦０．００５ｍｍに設定されている。また、突出部５ｄは、十字軸継手１０を組み立てた状態で、その頂点５ｄ１が針状ころ６の外周面６ａに当接している。
【００２２】
また、針状ころ６は、軸部３に対して締り嵌めの状態に維持されている。つまり、針状ころ６は、軸受カップ５内における軸部３の外周面３ａ及び突出部５ｄの内周面に対するラジアル隙間が負隙間とされている。そして、針状ころ６及び突出部５ｄの弾性変形によって両者は軸方向にある程度の幅をもって接触（図３の断面視において線接触）している。また、突出部５ｄと針状ころ６との接触範囲内に、当該針状ころ６の軸方向中心Ｘが含まれている。なお、突出部５ｄの頂点５ｄ１と針状ころ６の軸方向中心Ｘとは軸方向の位置が一致していてもよいし、ずれていてもよい。
【００２３】
針状ころ６は、長さ方向（軸方向）の両側部にクラウニング６ｃが形成され、両クラウニング６ｃ間の長さ方向中央部６ｂにおける外周面は、断面形状が略平坦に形成されている。針状ころ６の各側部に形成されたクラウニング６ｃの長さＬ２は、例えば針状ころ６の全長Ｌの約１／４とされている。また、針状ころ６の長さ方向中央部（平坦部）６ｂの長さＬ１は、針状ころ６の全長Ｌの約１／２とされている。そして、軸受カップ５の円筒部５ａに形成された突出部５ｄは、針状ころ６ａが底部５ｂと折曲部５ｃとの間で軸方向に移動したとしても、その頂点５ｄ１が、針状ころ６ａの平坦部６ｂに接するように形状が設定されている。
【００２４】
以上の構成において、軸受カップ５の円筒部５ａの内周側には、径方向内方に湾曲状に突出する突出部５ｄが設けられ、この突出部５ｄと針状ころ６とは、当該針状ころ６の軸方向中心Ｘを含む軸方向範囲で接触しているので、針状ころ６のラジアル隙間（負隙間）が小さくなったとしても針状ころ６がスキューし難くなり、十字軸継手１０の伝達トルクの変動を抑制することができる。すなわち、突出部５ｄと針状ころ６との接触位置と、針状ころ６の長さ方向（軸方向）中心位置Ｘとが軸方向にずれていたとすると、突出部５ｄと針状ころ６との間で周方向の力が作用したときに、突出部５ｄと針状ころ６との接触位置を中心として針状ころ６を回転させようとする力（スキューモーメント）が大きくなるが、本実施形態のように突出部５ｄと針状ころ６とが、当該針状ころ６の長さ方向中心を含む軸方向範囲で接触することによって、このようなスキューモーメントを小さくすることができる。
【００２５】
また、従来技術（特許文献１参照）においては、軸受カップ５の円筒部５ａに径方向内方に湾曲する湾曲部が形成され、この湾曲部は、円筒部５ａの外周面５ａ１において凹状に形成されていたので、針状ころ６のラジアル隙間が小さくなったり、軸受カップ５や針状ころ６に付与されるラジアル荷重が大きくなったとしても、湾曲部全体が径方向外方に変形してしまい、針状ころ６と湾曲部との接触面積はあまり拡大されない。そのため、上記のようなスキューの問題がより顕著となる。これに対して、本実施形態では、円筒部５ａの外周面５ａ１は、断面形状が一直線状に形成されているので、針状ころ６のラジアル隙間が小さくなったり、軸受カップ５や針状ころ６に付与されるラジアル荷重が大きくなったときに、当該円筒部５ａ全体が径方向外方に変形することはほとんどなく、突出部５ｄの内周面と針状ころ６の外周面６ａとの接触部分の弾性変形量が大きくなり、両者の接触面積が拡大する。そのため、針状ころ６のスキューの発生を好適に抑制することができる。
【００２６】
なお、従来技術（特許文献１参照）と本実施形態とでラジアル隙間とトルク変動との関係について試験を行ったところ、ラジアル隙間が−２４μｍであるとき、従来技術の十字軸継手では、トルク変動の値が０．２〜０．３Ｎ・ｍであったのに対し、本実施形態の十字軸継手では、トルク変動の値が０．１Ｎ・ｍ以下となり、十分な効果が得られることが分かった。
【００２７】
また、本実施形態では、所定の範囲Ｂにおける円筒部５ａにおける突出部５ｄの高さｈが、０＜ｈ≦０．００５ｍｍに設定されているので、針状ころ６と円筒部５ａとの接触面圧を均一化しつつ、接触面圧のピークを抑制することが可能となる。この効果について、図４を参照して説明する。
図４は、針状ころ６と軸受カップ５（円筒部５ａ）との間の面圧分布を示すグラフである。図４（ａ）は、針状ころ６のラジアル隙間を−０．００８ｍｍとした場合、図４（ｂ）は、同ラジアル隙間を−０．０３０ｍｍとした場合であり、各場合において、突出部５ｄの高さｈを、０ｍｍ、０．００５ｍｍ（５μｍ）、０．０１０ｍｍ（１０μｍ）、０．０３０ｍｍ（３０μｍ）とし、針状ころ６の長さ方向中心からの距離を横軸に、面圧の大きさを縦軸に示している。
【００２８】
この図４から明らかなように、突出部５ｄの高さｈが１０μｍ、３０μｍの場合は、針状ころの長さ方向中心位置に面圧のピークが現れ、突出部５ｄの高さｈが０の場合は、針状ころ６の長さ方向中心位置から両側に離れた位置に面圧のピークが現れている。これに対して、突出部５ｄの高さｈが５μｍの場合、針状ころ６の長さ方向中心を含む広い範囲で面圧が均一化され、かつそのピークが、他の場合に比べて低くなっていることが分かる。したがって、針状ころ６や軸受カップ５の摩耗、針状ころ６のエッジロード等を抑制し、十字軸継手１０の耐久性を向上させることができる。
【００２９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において適宜変更できるものである。
【符号の説明】
【００３０】
１：十字軸、３：軸部、５：軸受カップ、５ａ：円筒部、５ｂ：底部、５ｄ：突出部、５ｄ１：頂点、６：針状ころ、１０：十字軸継手、２１：ヨーク、２２：軸受孔、２３：ヨーク、２４：軸受孔、Ｓ：車両用操舵装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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