(57)【要約】【課題】十字軸を用いた自在継手において、揺動トルクのばらつきを抑制すること。【解決手段】十字軸２２の４つのトラニオン１９のそれぞれの先端部に形成された球面状部２５は、対応するヨーク２０，２１の嵌合孔２６にそれぞれ挿入されている。各嵌合孔２６に支持部材２７が保持されている。各支持部材２７は、対応する球面状部２５を摺動可能に支持する凹湾曲面３１を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
十字軸の４つのトラニオンのそれぞれの先端部に形成された球面状部と、
各トラニオンの球面状部が挿入されたヨークの嵌合孔にそれぞれ保持された支持部材と、を備え、
各支持部材は、対応するトラニオンの球面状部を摺動可能に支持する支持部を含むことを特徴とする自在継手。
【請求項２】
請求項１において、上記支持部材は、嵌合孔によって嵌合孔の軸方向に位置調整可能に保持されている自在継手。
【請求項３】
請求項２において、上記嵌合孔の周面は雌ねじ部を含み、上記支持部材の外周面は上記雌ねじ部に螺合する雄ねじ部を含む自在継手。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項において、上記支持部は、凹湾曲面または円錐状テーパ面を含み、凹湾曲面または円錐状テーパ面と球面状部との互いの接触部が、対応するトラニオンの軸線を中心とする円形形状をなす自在継手。
【請求項５】
十字軸の４つのトラニオンの先端部に形成された球面状部をそれぞれヨークの対応する嵌合孔に挿入する工程と、
各支持部材の支持部を対応するトラニオンの球面状部に摺動可能に接触させるように、各支持部材を対応する嵌合孔に挿入する工程と、を含むことを特徴とする自在継手の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自在継手およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの軸を互いに連結する自在継手が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２１４２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらの自在継手には、十字軸を用いるものがある。具体的には、十字軸の各トラニオンが、ヨークの対応する嵌合孔に圧入されたベアリングカップによってニードルローラを介して支持される。
上記の嵌合孔の穿孔位置がずれていたりすると、ベアリングカップから各ニードルローラに作用する負荷に偏りが生じる等して、ヨークとトラニオンとの相対回転時のトルク（揺動トルク）が所望の値と異なったものとなる。揺動トルクにばらつきが生じてしまう。
【０００４】
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、揺動トルクのばらつきを抑制することのできる自在継手およびその製造方法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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は、十字軸（２２）の４つのトラニオン（１９）のそれぞれの先端部に形成された球面状部（２５）と、各トラニオンの球面状部が挿入されたヨーク（２０，２１）の嵌合孔（２６）にそれぞれ保持された支持部材（２７）と、を備え、各支持部材は、対応するトラニオンの球面状部を摺動可能に支持する支持部（３１；３５）を含むことを特徴とする自在継手（４，６）を提供するものである（請求項１）。
【０００６】
なお、括弧内の英数字は、後述の実施の形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
本発明によれば、球面状部と支持部との相対移動の自由度を高くできる結果、ヨークとトラニオンとの相対位置の精度に関わらず、球面状部と支持部との接触部に作用する力に偏りが生じることを抑制できる。これにより、ヨークとトラニオンとを相対回動したときの揺動トルクのばらつきを抑制できる。
【０００７】
また、本発明において、上記支持部材は、嵌合孔によって嵌合孔の軸方向（Ｓ）に位置調整可能に保持されている場合がある（請求項２）。この場合、支持部から球面状部に負荷される予圧を調整することができる。
また、本発明において、上記嵌合孔の周面は雌ねじ部（２９）を含み、上記支持部材の外周面は上記雌ねじ部に螺合する雄ねじ部（２８）を含む場合がある（請求項３）。この場合、雄ねじ部を雌ねじ部に対して回転させる簡易な作業で予圧を調整できる。
【０００８】
また、本発明において、上記支持部は、凹湾曲面（３１）または円錐状テーパ面（３５）を含み、凹湾曲面または円錐状テーパ面と球面状部との互いの接触部（３２；３２Ａ）が、対応するトラニオンの軸線（Ｌ）を中心とする円形形状をなす場合がある（請求項４）。この場合、球面状部と支持部との接触部の面積を少なくして、球面状部と支持部との摺動抵抗をより低くできる。また、球面状部を安定して支持できる。
【０００９】
また、本発明において、十字軸の４つのトラニオンの先端部に形成された球面状部をそれぞれヨークの対応する嵌合孔に挿入する工程と、各支持部材の支持部を対応するトラニオンの球面状部に摺動可能に接触させるように、各支持部材を対応する嵌合孔に挿入する工程と、を含む場合がある（請求項５）。
この場合、支持部材が挿入されていない状態の広い嵌合孔に球面状部を容易に挿入できる。また、支持部材を嵌合孔に挿入する簡易な作業で、支持部材の支持部を球面状部に接触させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態を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に係る自在継手４，６が適用される自動車のステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。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軸５と、中間軸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ニオンシャフト７と、ピニオンシャフト７の端部近傍に設けられたピニオン７ａに噛み合うラック歯８ａを有して車幅方向（左右方向）に延びる転舵軸としてのラックバー８とを有している。
【００１１】
ピニオンシャフト７およびラックバー８を含む舵取り機構としてのラックアンドピニオン機構Ａが設けられている。ラックバー８は、車体（図示せず）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、各端部にはそれぞれタイロッド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）を介して対応する車輪１１に連結されている。
【００１２】
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、この回転がピニオン７ａおよびラック歯８ａによって、車両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、車輪１１の転舵が達成される。
図２は、中間軸５の周辺の側面図である。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と、中間軸５の一端５ａに設けられたヨーク２１と、両ヨーク２０，２１間を連結する十字軸２２とを備えている。
【００１３】
同様に、自在継手６は、ピニオンシャフト７の端部に設けられたヨーク２０と、中間軸５の他端５ｂに設けられたヨーク２１と、両ヨーク２０，２１間を連結する十字軸２２とを備えている。
各ヨーク２０，２１はＵ字状をなし、それぞれ互いに平行な一対のタブ２３を有している。図２において、自在継手４のヨーク２０については一方のタブ２３のみを示し、自在継手６のヨーク２１については一方のタブ２３のみを示している。
【００１４】
自在継手４，６については全く同様の構成であるので、以下では自在継手４に則して説明する。
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う一部断面図である。図３を参照して、十字軸２２は、４つのトラニオン１９を含んでいる。
なお、各タブ２３と対応するトラニオン１９とを連結する構成はそれぞれ同様であるので、以下では、主に１つのタブ２３および対応するトラニオン１９に則して説明する。
【００１５】
トラニオン１９は、柱状部２４と球面状部２５とを含んでいる。柱状部２４は、中実の円錐の一部を含む形状とされ、先端に進むに従い外径が小さくなる先細り形状をなしており、軸線Ｌを有している。柱状部２４の先端部２４ａに球面状部２５が形成されている。
球面状部２５は、球面の一部を含む形状をなしてトラニオン１９の先端部を構成しており、柱状部２４の先端部２４ａの外径よりも大径に形成されている。球面状部２５は、柱状部２４と単一の部材を用いて一体に形成されている。球面状部２５の中心２５ａは、柱状部２４の軸線Ｌ上に配置されている。
【００１６】
球面状部２５は、対応するタブ２３に形成された嵌合孔２６に挿入されている。嵌合孔２６には、支持部材２７が保持されており、この支持部材２７によって球面状部２５が支持されている。支持部材２７は、筒状をなしている。
支持部材２７の外周面には、雄ねじ部２８が形成されており、タブ２３の嵌合孔２６の周面に形成された雌ねじ部２９に螺合している。支持部材２７は、嵌合孔２６の軸方向Ｓに関して、嵌合孔２６に対して位置調整可能に保持されている。
【００１７】
本実施の形態において、雌ねじ部２９は、嵌合孔２６の軸方向Ｓに関する嵌合孔２６の一部に形成されているが、全域に亘って形成されていてもよい。
支持部材２７には、貫通孔３０が形成されて肉抜きが施されている。貫通孔３０の軸線は、柱状部２４の軸線Ｌと一致している。支持部材２７の一端面には、球面状部２５を摺動可能に支持する支持部としての凹湾曲面３１が形成されている。
【００１８】
図４Ａは、図３の要部の拡大図であり、図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿う断面図である。図４Ａを参照して、凹湾曲面３１は、断面形状がすり鉢状をなしている。
凹湾曲面３１は、球面状部２５と比べて、より緩やかに湾曲している。球面状部２５の一部は、貫通孔３０に挿入されている。凹湾曲面３１と球面状部２５とが互いに線接触して接触部３２が形成されている。図４Ａに示す断面（軸線Ｌを含む断面）において、接触部３２は、軸線Ｌを中心として互いに対称に配置されており、２箇所に接触部３２が存在する。
【００１９】
図４Ｂを参照して、図４Ｂに示す断面（軸線Ｌに直交する断面）において、接触部３２は、軸線Ｌを中心とする円形形状をなしている。凹湾曲面３１と球面状部２５とは、互いにすべり接触する。
再び図３を参照して、凹湾曲面３１と球面状部２５とは、実質的に剛体連結されている。球面状部２５には、所定の予圧が付与されるようになっている。具体的には、軸方向Ｓに関して、嵌合孔２６に対する支持部材２７の位置を調整することにより（支持部材２７のねじ込み量を調整することにより）、凹湾曲面３１による球面状部２５の付勢量が所定の値に設定されている。予圧調整後の支持部材２７は、ロックナット３３を用いてタブ２３に止定される。
【００２０】
上記の概略構成を有する自在継手４は、以下のようにして製造される。すなわち、まず、図５に示すように、単品のヨーク２０と十字軸２２とを用意する。この十字軸２２の１つの球面状部２５を、矢印Ｂ１に示すように動かし、図６に示すように対応するタブ２３の嵌合孔２６に挿入する。このとき、上記１つの球面状部２５をその一部がタブ２３から露出するように嵌合孔２６に深く挿入しておく。この状態で、反対側の球面状部２５を矢印Ｂ２に示すように動かし、図７に示すように、対応するタブ２３の嵌合孔２６に挿入する。
【００２１】
２つの球面状部２５，２５が対応する嵌合孔２６，２６にそれぞれ挿入された十字軸２２と、図８に示す単品のヨーク２１とを用意し、上記と同様にして、残りの２つの球面状部２５，２５を、ヨーク２１の対応する嵌合孔２６，２６にそれぞれ挿入する。
具体的には、１つの球面状部２５を、矢印Ｂ３に示すように動かし、図９に示すように対応するタブ２３の嵌合孔２６に挿入する。このとき、上記球面状部２５をその一部がタブ２３から露出するように嵌合孔２６に深く挿入しておく。この状態で、反対側の球面状部２５を矢印Ｂ４に示すように動かし、図１０に示すように、対応するタブ２３の嵌合孔２６に挿入する。
【００２２】
次に、図１１に示すように、各嵌合孔２６の雌ねじ部２９に支持部材２７の雄ねじ部２８をそれぞれねじ込み、各支持部材２７を対応する嵌合孔２６に挿入する（図１１において、２つの嵌合孔２６と２つの支持部材２７のみを図示）。このとき、各支持部材２７の凹湾曲面３１を、対応する球面状部２５に摺動可能に接触させる。
各支持部材２７のねじ込み量を適宜調整し、対応する球面状部２５への予圧量を所望の値にした後、図１２に示すように、各支持部材２７にロックナット３３を螺合し、この支持部材２７を対応するタブ２３にそれぞれ止定する。
【００２３】
以上の次第で、本実施の形態によれば、各球面状部２５と対応する凹湾曲面３１とが摺動可能に接触している。各球面状部２５と対応する凹湾曲面３１との相対移動の自由度を高くできる結果、ヨーク２０，２１とトラニオン２４との相対位置の精度に関わらず、球面状部２５と凹湾曲面３１との接触部３２に作用する力に偏りが生じることを抑制できる。これにより、ヨーク２０，２１とトラニオン２４とを相対回動したときの揺動トルクのばらつきを抑制できる。
【００２４】
また、支持部材２７を嵌合孔２６の軸方向Ｓに位置調整可能に保持していることにより、凹湾曲面３１から球面状部２５に負荷される予圧を調整できる。予圧を適宜調整することにより、揺動トルクをより少なくすることができる。しかも、支持部材２７の雄ねじ部２８を嵌合孔２６の雌ねじ部２９に対して回転させる簡易な作業で予圧を調整できる。
さらに、凹湾曲面３１と球面状部２５との互いの接触部３２が、対応するトラニオン２４の軸線Ｌを中心とする円形形状をなしている。これにより、球面状部２５と凹湾曲面３１との接触部３２の面積を少なくして、球面状部２５と凹湾曲面３１との摺動抵抗をより低くできる。また、球面状部２５を安定して支持できる。
【００２５】
また、自在継手４を製造する工程として、各球面状部２５をそれぞれヨーク２０，２１の対応する嵌合孔２６に挿入する工程と、各支持部材２７の凹湾曲面３１を対応する球面状部２５に摺動可能に接触させるように、各支持部材２７を対応する嵌合孔２６に挿入する工程と、を設けている。
これにより、支持部材２７が挿入されていない状態の広い嵌合孔２６に球面状部２５を容易に挿入できる。また、各支持部材２７を対応する嵌合孔２６に挿入する簡易な作業で、各支持部材２７の凹湾曲面３１を対応する球面状部２５に接触させることができる。
【００２６】
ところで、十字軸を用いる自在継手は、従来、十字軸の各トラニオンが、ヨークの対応する嵌合孔に圧入されたベアリングカップによってニードルローラを介して支持されたものとなっている。ベアリングカップは、嵌合孔に圧入されることで、ヨークに保持されている。
このような上記従来の構成では、自在継手に連結されている軸から振動や衝撃が入力されること等に起因してベアリングカップが嵌合孔内で動いたときに、ベアリングカップやニードルローラ等に付与されている予圧が抜けたり、ベアリングカップとニードルローラとの間にガタ（隙間）が生じたりしてしまう。これら予圧抜けやガタは、異音の発生の原因となる。特に、自動車のステアリングシャフトと中間軸とを連結する自在継手においては、予圧抜けやガタが操舵フィーリングの悪化の原因となる。
【００２７】
これに対し、本実施の形態によれば、各支持部材２７が対応する嵌合孔２６にそれぞれ堅固に支持されており、予圧抜けが生じることを防止でき、凹湾曲面３１と球面状部２５との間でガタが生じることを防止できる。異音の発生や操舵フィーリングの悪化を確実に防止できる。また、球面状部２５と凹湾曲面３１とを滑らかに摺動でき、自在継手４を屈曲させた状態でスムーズに回転させることができる。
【００２８】
本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、十字軸２２の球面状部２５をヨーク２０（２１）のタブ２３の嵌合孔２６に挿入する際に、図１３に示すように、治具３４，３４を用いて一対のタブ２３，２３一端の間隔を互いに拡げてもよい。この場合、ヨーク２０（２１）に生じる応力は、弾性限度より低い値となるようにされる。これにより、各球面状部２５を対応する嵌合孔２６に、より容易に挿入できる。
【００２９】
また、球面状部２５と凹湾曲面３１とは、面接触となるように互いに接触していてもよい。さらに、球面状部２５および凹湾曲面３１の少なくとも一方に、合成樹脂等の低摩擦部材を設け、球面状部２５および凹湾曲面３１の相対摺動による摩擦抵抗をより小さくしてもよい。また、球面状部２５の少なくとも１つと対応する柱状部２４とを別体に形成し、これら球面状部２５および対応する柱状部２４を一体移動可能に結合してもよい。このときの結合は、例えば、ねじ結合や、接着剤を用いた結合等とされる。
【００３０】
また、球面状部２５を支持する支持部として、図１４Ａに示す円錐状テーパ面３５を用いてもよい。この場、円錐状テーパ面３５と球面状部２５との互いの接触部３２Ａが、図１４Ｂに示すように、対応する柱状部２４の軸線Ｌを中心とする円形形状をなす。
さらに、本発明は、ステアリング装置の自在継手に限らず、他の一般の装置の軸継手として適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に係る自在継手が適用される自動車のステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】中間軸の周辺の側面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う一部断面図である。
【図４】Ａは、図３の要部の拡大図であり、Ｂは、図４ＡのＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿う断面図である。
【図５】自在継手の製造について説明するための一部断面図であり、単品の十字軸とヨークとを示している。
【図６】嵌合孔に１つの球面状部を挿入する工程を示す一部断面図である。
【図７】嵌合孔に別の球面状部を挿入する工程を示す一部断面図である。
【図８】嵌合孔に別の球面状部を挿入する工程を示す一部断面図である。
【図９】嵌合孔に別の球面状部を挿入する工程を示す一部断面図である。
【図１０】各嵌合孔に球面状部が挿入された状態を示す一部断面図である。
【図１１】支持部材を対応する嵌合孔にそれぞれ挿入する工程を示す一部断面図である。
【図１２】各支持部材を対応するタブに止定する工程を示す一部断面図である。
【図１３】は、本発明の別の実施の形態の要部の一部断面図である。
【図１４】Ａは、本発明のさらに別の実施の形態の要部の断面図であり、Ｂは、図１４ＡのＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
４，６…自在継手、１９…トラニオン、２０，２１…ヨーク、２２…十字軸、２５…球面状部、２６…嵌合孔、２７…支持部材、２８…雄ねじ部、２９…雌ねじ部、３１…凹湾曲面（支持部）、３２，３２Ａ…接触部、３５…円錐状テーパ面（支持部）、Ｌ…軸線、Ｓ…軸方向。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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