(57)【要約】【課題】  一層の高角仕様で、かつ、回転バックラッシの少ない固定式等速自在継手を提供する。【解決手段】  固定式等速自在継手８は、一対の固定式等速自在継手8A,8Bからなり、各固定式等速自在継手8A,8Bが、内周面12にボール溝14をもった外輪10と、外周面22にボール溝24をもった内輪20と、外輪10のボール溝14と内輪20のボール溝24との間に介在させたボール30と、ボール30を収容するためのポケット46をもったケージ40と、内輪20とケージ40を相対的に軸方向に変位させて回転バックラッシをなくするためのガタ詰め機構50とを有し、前記一対の固定式等速自在継手の外輪10同士を一体化し、かつ、前記一対の固定式等速自在継手8A,8Bの作動角θを略均等にするためのセンタリング機構60が設けてある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の固定式等速自在継手からなり、各固定式等速自在継手が、内周面にボール溝をもった外輪と、外周面にボール溝をもった内輪と、対をなす外輪のボール溝と内輪のボール溝とで形成されるくさび状のボールトラックに組み込んだボールと、ボールを収容するためのポケットをもったケージと、内輪とケージを相対的に軸方向に変位させて回転バックラッシをなくするためのガタ詰め機構とを有し、前記一対の固定式等速自在継手の外輪同士を一体化し、かつ、前記一対の固定式等速自在継手の折り曲げ角を略均等にするためのセンタリング機構を設けた固定式等速自在継手。
【請求項２】
前記ガタ詰め機構が、内輪側に設けた押圧部材と、前記押圧部材を受けるためにケージに設けた受け部材とで構成され、内輪をボールトラックの拡開側に弾性的に押す作用をする請求項１の固定式等速自在継手。
【請求項３】
前記センタリング機構が、一方の固定式等速自在継手のケージに設けたパイロットレバーと、前記パイロットレバーを受容するために他方の固定式等速自在継手のケージに設けた案内部材とで構成される請求項２の固定式等速自在継手。
【請求項４】
一方の固定式等速自在継手のボール溝位相と他方の固定式等速自在継手のボール溝間位相を一致させた請求項１ないし３のいずれかの固定式等速自在継手。
【請求項５】
一方の固定式等速自在継手のボール溝位相と他方の固定式等速自在継手のボール溝間位相とのずれ範囲を±２０degとした請求項４の固定式等速自在継手。
【請求項６】
ステアリングシステムにおけるステアリングシャフトの連結に使用する請求項１ないし４のいずれかの固定式等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は固定式等速自在継手に関するもので、たとえばステアリングジョイントのように常時高角使用でガタ詰め特性が必要な用途に利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
等速自在継手は、入出力軸間の角度変位のみを許容する固定式と、角度変位および軸方向変位を許容するスライド式に大別され、それぞれ用途・使用条件等に応じて機種選定される。固定式等速自在継手としては、ツェッパ型（以下、「ＢＪ」と称する）やアンダーカットフリー型（以下、「ＵＪ」と称する）が広く知られている。
【０００３】
ＢＪおよびＵＪのいずれも、内周に複数の曲線状のボール溝を有する外輪と、外周に複数の曲線状のボール溝を有する内輪と、外輪のボール溝と内輪のボール溝との間に組み込まれたボールと、ボールを保持するケージとで構成される。外輪のボール溝中心は外輪内球面中心に対して外輪開口側、また、内輪のボール溝中心は内輪外球面中心に対して外輪奥側に位置し、軸方向で互いに逆方向に等距離だけオフセットしている。したがって、外輪のボール溝と内輪のボール溝とで構成されるボールトラックは外輪の開口側に向けて拡開する楔形となっている。ＢＪでは各ボール溝の全域が曲線状になっているが、ＵＪでは各ボール溝の一方の端部が軸線と平行なストレート状になっている。
【０００４】
ステアリングシステムは、図８に示すように、ステアリングホイール６２の回転運動を、一または複数のステアリングシャフト６４からなるステアリングコラムを介してステアリングギヤ６６に伝達することにより、タイロッド６８の往復運動に変換するようにしたものである。車載スペース等との兼ね合いでステアリングシャフト６４を一直線に配置できない場合、ステアリングシャフト６４間に一または複数のステアリングジョイント６０を配置し、ステアリングシャフト６４を屈曲させた状態でもステアリングギヤ６６に正確な回転運動を伝達できるようにしている。
【０００５】
一般に、自動車用ステアリングジョイントにはカルダンジョイントを２個以上使用している。カルダンジョイントは、単体では不等速であることから、等速性を確保するために互いの変動成分を打ち消し合うように配置して使用している。このため車両の設計自由度が損なわれるという問題がある。任意の角度で等速性が確保できる等速自在継手をステアリングジョイントとして用いることで、車両の設計自由度を高めることは可能であるが、等速自在継手は回転方向ガタが大きいため、車両直進付近のステアリング操作感の悪化や、異音の原因となることが懸念される。
【０００６】
固定式等速自在継手には機能および加工面から、外輪のボール溝と内輪のボール溝との間にはボールを介してすきま（ボール溝間すきま）があり、また、外輪の内球面とケージ外球面との間、内輪の外球面とケージ内球面との間にもすきまが存在する。これらのすきまは、継手の中立状態で内輪または外輪のどちらか一方を固定して他方をラジアル方向またはアキシアル方向に移動させたときの移動量として現われ、移動の方向によって、ラジアルすきま、アキシアルすきまのように呼ばれる。これらのすきまは、内・外輪間の円周方向のガタツキ（回転バックラッシ）に大きく影響を与え、とくにボール溝間すきまが大きいほど回転バックラッシも大きくなる。このため、一定以上の回転バックラッシは避けられない。
【０００７】
そこで、これを解決するため、固定式等速自在継手のボール溝間すきまを詰めることにより回転バックラッシをなくすることが提案されている（特許文献１）。
【０００８】
一方、一対の固定式等速自在継手の外輪同士を一体化し、その外輪（ハウジング）の中央部に設けたセンタリングプレートと各固定式等速自在継手の軸部先端に設けたパイロットレバーとを協働させて、双方の固定式等速自在継手の折り曲げ角が等しくなるように制御するセンタリング機構を構成させることにより、高角対応可能な固定式等速自在継手を提供することが提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００３−１３００８２号公報
【特許文献２】特開平０１−２１０６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２の提案は、（１）ガタ詰め機構を有しない、（２）センタリングプレートを用いることから外輪外径が大きくなる、（３）軸部先端にパイロットレバーが設けてあることから単位継手当たりの折り曲げ角が大きく取れない、といった問題がある。
【００１０】
この発明の主要な目的は、従来の技術における上記問題点を除去することにあり、より具体的には、一層の高角仕様で、かつ、回転バックラッシの少ない固定式等速自在継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の固定式等速自在継手は、一対の固定式等速自在継手からなり、各固定式等速自在継手が、内周面にボール溝をもった外輪と、外周面にボール溝をもった内輪と、対をなす外輪のボール溝と内輪のボール溝とで形成されるくさび状のボールトラックに組み込んだボールと、ボールを収容するためのポケットをもったケージと、内輪とケージを相対的に軸方向に変位させて回転バックラッシをなくするためのガタ詰め機構とを有し、前記一対の固定式等速自在継手の外輪同士を一体化し、かつ、前記一対の固定式等速自在継手の折り曲げ角を略均等にするためのセンタリング機構を設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の固定式等速自在継手において、前記ガタ詰め機構が、内輪側に設けた押圧部材と、前記押圧部材を受けるためにケージに設けた受け部材とで構成され、内輪をボールトラックの拡開側に弾性的に押す作用をすることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２の固定式等速自在継手において、前記センタリング機構が、一方の固定式等速自在継手のケージに設けたパイロットレバーと、前記パイロットレバーを受容するために他方の固定式等速自在継手のケージに設けた案内部材とで構成されることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの固定式等速自在継手において、一方の固定式等速自在継手のボール溝位相と他方の固定式等速自在継手のボール溝間位相を一致させたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項４の固定式等速自在継手において、一方の固定式等速自在継手のボール溝位相と他方の固定式等速自在継手のボール溝間位相とのずれ範囲を±２０degとしたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１ないし４のいずれかの固定式等速自在継手において、ステアリングシステムにおけるステアリングシャフトの連結に使用することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、ガタ詰め機構を有する一対の固定型等速自在継手の外輪同士を一体化し、センタリング機構により一対の固定型等速自在継手の折り曲げ角を略均等にしたことにより、１ジョイントで高角かつガタ（回転バックラッシ）なしの固定式等速自在継手を提供することが可能となる。また、センタリング機構をケージ間に設けることにより、センタリング機構の１ジョイントあたりの作動範囲（角度）は従来の技術の半分（θ／２）の範囲で済む。さらに、センタリングプレートを使用しないセンタリング機構を採用したため、外輪外径を大きくする必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
まず、図４（ａ）を参照してステアリングシステムについて簡単に説明する。ステアリングシステムは、ステアリングホイール２の回転運動を、複数のステアリングシャフト４からなるステアリングコラムを介してステアリングギヤ６に伝達する。ステアリングシャフト４間に２つの固定式等速自在継手８が配置してあり、ステアリングシャフト４が屈曲した状態でもステアリングギヤ６に正確な回転運動を伝達できるようになっている。図１（ａ）における符号αは継手の折り曲げ角度を表し、折り曲げ角度αが３０°を越える大角度も設定可能である。
【００２０】
つぎに、固定式等速自在継手８について説明する。なお、ＵＪその他の固定式等速自在継手であっても同様に適用することができ、同様の効果を奏するが、ここではＢＪを例にとって説明する。また、図１に示す実施の形態は、共通の外輪を有する一対の固定式等速自在継手８Ａ，８Ｂで一つの固定式等速自在継手８を構成したものである。以下では一対の固定式等速自在継手８Ａ，８Ｂを単位継手と呼ぶこともある。
【００２１】
各単位継手８Ａ，８Ｂは、外側継手部材としての外輪１０と、内側継手部材としての内輪２０と、トルク伝達要素としてのボール３０と、ケージ４０とを主要な構成要素として成り立っている。外輪１０は入力軸または出力軸と接続し、内輪２０は出力軸または入力軸と接続する。ここでは内輪２０はステアリングシャフト４とセレーション結合している。
【００２２】
外輪１０は一対の単位継手８Ａ，８Ｂに共通である。言い換えれば、全体として単一の円筒状を呈し、一方の端部に単位継手８Ａの外輪部分を、他方の端部に単位継手８Ｂの外輪部分を備えている。そして、各外輪部分は、内球面１２の円周方向等配位置に、軸方向に延びるボール溝１４が形成してある。内輪２０は、外球面２２の円周方向等配位置に、軸方向に延びるボール溝２４が形成してある。対をなす外輪１０のボール溝１４と内輪２０のボール溝２４との間にボール３０が組み込んである。ケージ４０は外輪１０の内球面１２と内輪２０の外球面２２との間に摺動自在に介在し、ボール３０を収容するためのポケット４６を円周方向に複数有する。ケージ４０はすべてのボール３０を同一平面内に保持する。
【００２３】
ケージ４０の外球面４２は外輪１０の内球面１２と球面接触し、ケージ４０の内球面４４は内輪２０の外球面２２と球面接触している。そして、外輪１０の内球面１２の中心と、内輪２０の外球面２２の中心は、継手中心Ｏと一致している。外輪１０のボール溝１４の中心Ｏ１と、内輪２０のボール溝２４の中心Ｏ２は、軸方向で、互いに逆方向に等距離だけオフセットさせてある。このため、一対のボール溝１４，２４により形成されるボールトラックは、外輪１０の開口側から奥部側に向かって縮小する、換言すれば外輪１０の奥部側から開口側に向かって拡開するくさび状を呈している。
【００２４】
この固定式等速自在継手において、図１に示すように、外輪１０と内輪２０とが作動角θをとると、ボール３０が作動角θの二等分線に垂直な平面内に維持され、継手の等速性が確保される。
【００２５】
図２に例示したガタ詰め機構５０について説明する。このガタ詰め機構５０は押圧部材５２と受け部材５４とで構成される。
【００２６】
押圧部材５２はステアリングシャフト４の軸端に設けてあり、押圧部５２ａと弾性部材５２ｂとケース５２ｃとを含む。ここでは押圧部５２ａとしてボールが例示してあるが、一部に凸球状部分をもったその他の形状のものを採用することもできる。弾性部材５２ｂとしては圧縮コイルばねが例示してあるが、押圧部５２ａにケース５２ｃから突出する向きの弾性力を作用させ得るものであればよい。ケース５２ｃの開口端部をかしめて押圧部５２ａが脱落しないようにしてある。したがって、押圧部５２ａと弾性部材５２ｂとケース５２ｃはユニットハンドリングが可能なサブアセンブリを構成する。ケース５２ｃは、内輪２０とセレーション結合により一体化したステアリングシャフト４の先端部に圧入あるいは接着剤等の適宜の手段で固定される。
【００２７】
受け部材５４はケージ４０の、外輪１０の奥側の端部に取り付けてある。この受け部材５４は、ケージ４０の端部開口を覆うキャップ状で、部分球面状の球面部５４ａとその外周に環状に形成された取付け部５４ｂとからなる。球面部５４ａの内面つまりステアリングシャフト４と対向する面は凹球面で、押圧部５２ａからの押圧力を受ける受け部として機能する。取付け部５４ｂは、ケージ４０の開口端部に圧入、溶接等の適宜の手段で固定される。
【００２８】
継手が作動角θをとったとき、押圧部材５２と受け部材５４をスムーズに摺動させるため、図３に示すように、球面部５４ａの半径Ｒｏは押圧部５２ａの半径ｒよりも大きくしてある（Ｒｏ＞ｒ）。また、作動角θをとったとき受け部材５４と内輪２０とが干渉するのを防止するため、球面部５４ａの半径Ｒｏは内輪２０の外球面２２の半径Ｒｉよりも大きくしてある（Ｒｏ＞Ｒｉ）。
【００２９】
以上の構成において、ステアリングシャフト４のセレーション軸部と内輪２０をセレーション結合し、止め輪を装着して両者が完全に結合されると、押圧部材５２の押圧部５２ａと受け部材５４の球面部５４ａとが互いに当接し、弾性部材５２ｂが圧縮される。これにより、ステアリングシャフト４と一体化した内輪２０が、弾性力により外輪１０の開口側に軸方向変位し、この変位により、ボールとボール溝との間のすきまが詰まる方向に内輪が移動するため、ボール溝のアキシアルすきまが詰められ、回転バックラッシが防止される。
【００３０】
続いてセンタリング機構６０について説明する。図１の左側に現れている固定式等速自在継手８Ａにおいては、受け部材５４の球面部５４ａにパイロットレバー６２が固定してある。パイロットレバー６２は固定式等速自在継手８Ａの中心軸線と同軸に延び、先端に球体６４が固定してある。一方、図１の右側に現れている固定式等速自在継手８Ｂにおいては、受け部材５４の球面部５４ａにパイプ６６が固定してある。パイプ６６は固定式等速自在継手８Ｂの中心軸線と同軸に延び、内部に孔６８を有する。パイプ６６は孔６８内にパイロットレバー６２の球体６４をスライド自在に受容し、パイロットレバー６２の案内部材として機能する。このようにして、センタリング機構６０は、固定式等速自在継手８Ａ，８Ｂの作動角θを略均等にする役割を果たす。
【００３１】
図１から明らかなとおり、固定式等速自在継手８の作動角は符号αで示され、これは各単位継手８Ａ，８Ｂの作動角θと比較して格段に高角である。
【００３２】
上述の固定式等速自在継手８において、単位継手８Ａのボール溝１４と単位継手８Ｂのボール溝１４を同位相とした場合、ステアリングジョイントとして車両に取り付けるにあたっては、車両の直進状態でのステアリングシャフト４の折れ曲がり位相が等速自在継手８のボール溝１４，２４方向になるように合わせておくのが好ましい。言い換えれば、ステアリングシャフト４の折り曲げ方向がボール溝１４，２４方向となる回転方向位相と、車両の直進状態のステアリングホイール回転位相を一致させるのである。これにより、ヒステリシスの増加に伴う操安性の悪化を回避することができる。
【００３３】
車両に取り付けた状態すなわちステアリングコラムとステアリングギヤ間に取り付けたときの回転方向位相によっては、継手のトルク−捩れ角曲線のヒステリシスが変化することは知られている（特許文献２）。車両に取り付けたときのステアリングシャフトの折り曲げ方向が図４（ｂ）に示すようにボール溝方向である場合には、ヒステリシスが小さい（図５）。しかし、ステアリングシャフトの折り曲げ方向が図４（ｃ）に示すようにボール溝間方向である場合には、ヒステリシスが大きくなる（図６）。そして、このような傾向は、とくに設定継手角度（α：図４（ａ））が３０°を越える大角度の場合に顕著である。
【００３４】
自動車の直進状態で、継手のトルク−捩れ角線図におけるヒステリシスの増大はハンドル操作性（ダイレクト感）に影響を与えることから、このヒステリシスは小さい方が望ましい。このため、自動車の直進状態でのステアリングシャフトの折れ曲がり位相がボール溝方向になるように合わせておくことで、ヒステリシスの増加に伴う操安性の悪化を回避することができる。
【００３５】
図４に示す実施の形態では、一方の単位継手８Ａのボール溝位相（図４（ｂ））と、他方の単位継手８Ｂのボール溝間位相（図４（ｃ））とが一致するようにして、外輪１０のボール溝１４を加工してある。この場合、ボール溝位相とボール溝間位相との位相のずれをボール溝位相基準で±２０°以下におさめるのが望ましい。
【００３６】
図７に、ステアリングシャフト折り曲げ位相を、ボール溝方向からボール溝間方向に１０°毎に変化させたときのガタ線図を示す。位相０°（図７（ａ））がボール溝方向の場合で、位相３０°（図７（ｄ））がボール溝間方向の場合である。これらより、ヒステリシスの変化はボール溝方向から２０°位相でわずかに大きくなっていることがわかる。したがって、ステアリングシャフトの方向をボール溝方向基準で±２０°以下とすることにより、ヒステリシスの増加に伴う操安性の悪化を回避ないしは緩和することができる。
【００３７】
なお、６個のボールを用いる固定式等速自在継手を例にとって説明したが、６個以外の多数個のボールを用いる場合にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の実施の形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図
【図２】図１の継手の要部拡大図
【図３】図１の継手の要部拡大図
【図４】（ａ）はステアリングシステムの略図、（ｂ）はステアリング用固定式等速自在継手の略図、（ｃ）はステアリング用固定式等速自在継手の略図
【図５】図１（ａ）の継手のトルク−捩れ角線図
【図６】図１（ｂ）の継手のトルク−捩れ角線図
【図７】位相を１０°ごとに変えた場合のトルク−捩れ角線図
【図８】（ａ）はステアリング装置の平面図、（ｂ）はステアリング装置の側面図、（ｃ）はステアリング装置の斜視図
【符号の説明】
【００３９】
２  ステアリングホイール
４  ステアリングシャフト
６  ステアリングギヤ
８  固定式等速自在継手
１０  外輪（外側継手部材）
１２  内球面
１４  ボール溝
２０  内輪（内側継手部材）
２２  外球面
２４  ボール溝
３０  ボール（トルク伝達要素）
４０  ケージ
４２  外球面
４４  内球面
４６  ポケット
５０  ガタ詰め機構
５２  押圧部材
５２ａ  押圧部
５２ｂ  弾性部材
５２ｃ  ケース
５４  受け部材
５４ａ  球面部
５４ｂ  取付け部
６０  センタリング機構
６２  パイロットレバー
６４  球体
６６  パイプ（案内部材）
６８  孔
【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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