(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板素材から円筒部および底部を有するカップ状に成形され、底部の内面にクロスジョイントのスパイダ軸の軸端面と予圧状態で接触する環状の接触部を有するシェル型の外輪と、外輪の円筒部の内周面に組み込まれた複数のころとを備えたクロスジョイント用ころ軸受において、
上記環状の接触部はその内径から外径に亘って凸領域と凹領域とで構成され、上記軸端面との接触面となる該凸領域の前記底部の内面に対する高さが、内径側から外径側に向かって漸次減少することを特徴とするクロスジョイント用ころ軸受。
【請求項２】
所定の予圧量を与えた時の上記接触部の弾性変位によって、上記凸領域がスパイダ軸の軸端面と全面接触する請求項１記載のクロスジョイント用ころ軸受。
【請求項３】
金属板素材から円筒部および底部を有するカップ状に成形され、底部の内面にクロスジョイントのスパイダ軸の軸端面と予圧状態で接触する環状の接触部を有し、円筒部の内周面にころの軌道面を有するシェル型のクロスジョイント用ころ軸受の外輪において、
上記環状の接触部はその内径から外径に亘って凸領域と凹領域とで構成され、上記軸端面との接触面となる該凸領域の前記底部の内面に対する高さが、内径側から外径側に向かって漸次減少することを特徴とするクロスジョイント用ころ軸受の外輪。
【請求項４】
所定の予圧量を与えた時の上記接触部の弾性変位によって、上記凸領域がスパイダ軸の軸端面と全面接触する請求項３記載のクロスジョイント用ころ軸受の外輪。
【請求項５】
金属板素材から円筒部および底部を有するカップ状に成形され、底部の内面に環状の接触部を有し、かつ、該環状の接触部がその内径から外径に亘って凸領域と凹領域とで構成され、該凸領域の前記底部の内面に対する高さが内径側から外径側に向かって漸次減少するシェル型の外輪、及び、外輪の円筒部の内周面に組み込まれた複数のころを備えたころ軸受と、クロスジョイントのスパイダ軸とで構成され、
上記ころの内径にスパイダ軸を嵌挿すると共に、上記接触部の凸領域にスパイダ軸の軸端面を所定の予圧量で接触させ、上記接触部の弾性変位によって、上記凸領域と軸端面とを全面接触させたクロスジョイント用ころ軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のプロペラシャフト等を連結するクロスジョイントにおいて、スパイダの軸部とヨークとの間に介装されるころ軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、前部機関後輪駆動の自動車等では、通常、機関・クラッチ・変速機が前方に、減速歯車装置・駆動車軸が後方に集中しているため、この間の動力伝達にプロペラシャフトを用いている。プロペラシャフトは、車体造形上、角度θをもった状態で変速機および減速歯車装置に連結されるが、この連結用にクロスジョイント（ユニバーサルジョイント、フック継手、カルダン継手とも呼ばれる。）が多く用いられている。
【０００３】
一般に、クロスジョイントは、図６に示すように、入力軸側および出力軸側の一対のヨーク１１、十字状の４つのスパイダ軸１２ａを備えた１個のスパイダ１２（十字軸あるいはクロスとも呼ばれる。）、および４個の針状ころ軸受１３からなり、スパイダ１２の４つのスパイダ軸１２ａがそれぞれ針状ころ軸受１３を介してヨーク１１に連結される。針状ころ軸受１３は、円筒部１３ａ１および底部１３ａ２を有するカップ状の外輪１３ａと、外輪１３ａの円筒部１３ａ１の内周面に組み込まれた複数の針状ころ１３ｂとを備え、針状ころ１３ｂがスパイダ軸１２ａの外周面に接触し、外輪１３ａの底部１３ａ２の内面がスパイダ軸１２ａの軸端面１２ａ１に接触する。
【０００４】
クロスジョイントが作動角θをとって回転する際、スパイダ軸１２ａと外輪１３ａとの間に相対的な揺動運動が生じ｛揺動角は作動角θの２倍（２θ）である。）、軸端面１２ａ１と底部１３ａ２の内面との接触部分に滑り摩擦が発生するので、これを低減するため、通常、上記接触部分をグリースにより潤滑している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この種の針状ころ軸受の外輪には、鋼板等の金属板素材をカップ状に成形（プレス加工等）したシェル型と、鋼材等の鍛造・削り出しによるソリッド型の２種類があるが、シェル型の外輪では、底部の内面に設けた環状の接触部をスパイダ軸の軸端面に予圧状態で押し付けて接触させており、予圧荷重による接触部の弾性変位によって、接触部は外径側領域でスパイダ軸の軸端面と接触する。そのため、接触部の外径側領域の接触面圧が高くなり、摩耗が促進されるという問題がある。
【０００６】
本発明は、スパイダ軸の軸端面と外輪の接触部との接触面圧を低減し、接触部分の摩耗を低減することをその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、シェル型の外輪の底部内面に設けられる環状の接触部をその内径から外径に亘って凸領域と凹領域とで構成すると共に、凸領域の底部の内面に対する高さを、内径側から外径側に向かって漸次減少する形状とし、その凸領域をスパイダ軸の軸端面に予圧状態で接触させた。スパイダ軸の軸端面を所定の予圧量で接触部に接触させると、軸端面から受ける予圧荷重によって接触部が弾性変位し（底部が予圧荷重によって弾性変形するため）、接触部の凸領域がスパイダ軸の軸端面に全面接触する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１は、この実施形態に係わるクロスジョイント用針状ころ軸受を示す。この針状ころ軸受は、円筒部１ａ、底部１ｂ、及び鍔部１ｃを有するカップ状の外輪１と、円筒部１ａの内周面に配された複数の針状ころ２とで構成される。針状ころ２の内径には、図６に示すスパイダ１２の軸部（スパイダ軸）１２ａが嵌挿される。尚、外輪１の開口（鍔部１ｃ）側にシールを装着しても良い。
【００１０】
この実施形態において、外輪１は鋼板素材からプレス成形したシェル型のもので、円筒部１ａの内周面には針状ころ２が接触する軌道面１ａ１が形成され、底部１ｂの内面の中心部分にはスパイダ軸１２ａの軸端面１２ａ１が接触する環状の接触部１ｂ１が形成されている。また、接触部１ｂ１の内径側および外径側には、それぞれ、グリース溜り１ｂ２、１ｂ３が形成されている。
【００１１】
図２に拡大して示すように、底部１ｂの接触部１ｂ１には、多数の凸領域Ａ（領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ３）と凹領域Ｂ（領域Ｂ１、領域Ｂ２）からなるパターンが形成されている。凸領域Ａは略Ｙ字状の領域であり、その断面は略台形状をなしている（図２ｂ参照）。凸領域ＡのＹ字頭をなす領域Ａ１および領域Ａ２はそれぞれ接触部１ｂ１の外径に到り、Ｙ字脚をなす領域Ａ３は接触部１ｂ１の内径に到っている。凹領域Ｂは、凸領域Ａによって囲まれた領域であり、円周方向に隣り合った２つの凸領域Ａに囲まれた領域Ｂ１と、凸領域Ａの領域Ａ１と領域Ａ２とに囲まれた領域Ｂ２とからなる。領域Ｂ１は略菱形をなし、接触部１ｂ１の内径と外径の双方に通じ、かつ、内径から外径にゆくにしたがって、その幅が狭くなっている。領域Ｂ２は略扇形をなし、接触部１ｂ１の外径に通じている。このような、パターンを有する接触部１ｂ１において、凸領域Ａはスパイダ軸１２ａの軸端面１２ａ１と接触し、凹領域Ｂはグリースを保持・流通する役割をなす。
【００１２】
接触面となる凸領域Ａのパターンは、図３に拡大して示す基準で設定されている。まず、底部１ｂの内面中心Ｏから放射方向にピッチ角α１で多数の基準線Ｒ１を設定する。つぎに、各基準線Ｒ１に対して、円周方向の一方（例えば、同図で反時計方向）に傾斜角α２をもった基準線Ｒ２と、円周方向の他方（例えば、同図で時計方向）に傾斜角α２をもった基準線Ｒ３とを設定する。そして、基準線Ｒ２に沿って一定幅で領域Ａ１を設け、基準線Ｒ３に沿って一定幅で領域Ａ２を設け、かつ、領域Ａ１と領域Ａ２とを、接触部１ｂ１の内径側領域で合流させて（基準線Ｒ２と基準線Ｒ３は点Ｏ１で交わる。）、基準線Ｒ１に沿った領域Ａ３を設ける。このようにすることにより、接触部１ｂ１の内径と外径とに到る略Ｙ字状の凸領域Ａが、ピッチ角α１で多数形成される。この実施形態において、ピッチ角α１は１２°、傾斜角α２は３°に設定されている。したがって、凸領域Ａの総数は３０本、領域Ａ１と領域Ａ２の合計数は６０本である。また、凹領域Ｂの領域Ｂ１と領域Ｂ２はそれぞれ３０本である。
【００１３】
また、図４（ａ）に示すように、接触部１ｂ１の接触面となる凸領域Ａは、内径側から外径側に向かって、底部１ｂの内面からの高さｈが減少する方向のテーパ角δをもったテーパ面である。図４（ｂ）に示すように、スパイダ軸１２ａの軸端面１２ａ１を所定の予圧量Ｐで接触部１ｂ１に接触させると、軸端面１２ａ１から受ける予圧荷重Ｐによって接触部１ｂ１が弾性変位し（底部１ｂが予圧荷重Ｐによって弾性変形するため）、凸領域Ａが軸端面１２ａ１に全面接触する。そのため、接触部１ｂ１における接触面圧が均一化され、接触部分の摩耗が低減される。
【００１４】
接触面となる凸領域Ａのテーパ角δは、使用条件、予圧荷重Ｐ、外輪１の材質、肉厚、内径寸法、接触部１ｂ１の内・外径寸法等を考慮し、上記のような効果を達成し得る範囲内の値に設定される。具体的には、テーパ角δは、▲１▼所定の予圧荷重Ｐを付与した状態で、凸領域Ａと軸端面１２ａ１とが全面接触し、▲２▼ジョイント回転時の傾き荷重を受けた場合でも、接触面圧のバランスが保たれ、凸領域Ａと軸端面１２ａ１とが外径側領域で偏当たりを起こさないような値に設定され、例えばδ≦１°の範囲内の値に設定するのが望ましい。尚、接触面となる凸領域Ａはテーパ面に限らず、上記のような効果を達成し得る限りにおいて、多少曲率をもった面（円弧面等）でも良い。
【００１５】
図５に示す実施形態では、接触部１ｂ１のパターンが上記実施形態とは逆になっている。すなわち、上記実施形態の略Ｙ字状の凸領域Ａ（Ａ１、Ａ２、Ａ３）が凹領域Ａ’（Ａ’１、Ａ’２、Ａ’３）、上記実施形態の凹領域Ｂ（Ｂ１、Ｂ２）が凸領域Ｂ’（Ｂ’１、Ｂ’２）になっている。凹領域Ａ’は略Ｙ字状の領域であり、その断面は略逆台形状をなしている。凹領域Ａ’のＹ字頭をなす領域Ａ’１およびＡ’２はそれぞれ接触部１ｂ１の外径に通じ、Ｙ字脚をなす領域Ａ’３は接触部１ｂ１の内径に通じている。凸領域Ｂ’は凹領域Ａ’によって仕切られた領域であり、円周方向に隣り合った２つの凹領域Ａ’に仕切られた領域Ｂ’１と、凹領域Ａ’の領域Ａ’１と領域Ａ’２とに仕切られた領域Ｂ’２とからなる。領域Ｂ’１は略菱形をなし、領域Ｂ’２は略扇形をなす。このような、パターンを有する接触部１ｂ１において、凸領域Ｂ’はスパイダ軸１２ａの軸端面１２ａ１と接触し、凹領域Ａ’はグリースを保持・流通する役割をなす。接触面となる凸領域Ｂ’は、上記実施形態の凸領域Ａに準じ、図４に示すテーパ角δをもったテーパ面であり、また、凹領域Ａ’のパターンは、上記実施形態の凸領域Ａに準じ、図３に示す基準で設定される。接触面となる凸領域Ｂ’は、曲率をもった（円弧面等）としても良い。
【００１６】
尚、接触部のパターンは上述した略Ｙ字状に限らず、放射状やディンプル状等、任意の形状にすることができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シェル型の外輪の底部内面に設けられる環状の接触部をその内径から外径に亘って凸領域と凹領域とで構成すると共に、凸領域の底部の内面に対する高さを、内径側から外径側に向かって漸次減少させ、その凸領域をスパイダ軸の軸端面に予圧状態で接触させたので、接触面圧が均一化され、接触部分の摩耗が低減され、耐久寿命が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる針状ころ軸受を示す断面図（図ａ）、図ａにおける外輪の拡大断面図（図ｂ）である。
【図２】外輪の底部内面の接触部を示す平面図（図ａ）、部分拡大断面図（図ｂ）である。
【図３】接触部の部分拡大平面図である。
【図４】接触部の半径方向に沿った断面図（図ａ）、接触部にスパイダ軸の軸端面を予圧状態で接触させた時の接触状態を示す図（図ｂ）である。
【図５】本発明の他の実施例に係わる外輪の底部内面の接触部を示す平面図（図ａ）、部分拡大断面図（図ｂ）である。
【図６】クロスジョイントの一般的構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１    外輪
１ａ  円筒部
１ｂ  底部
１ｂ１  接触部
２    針状ころ
【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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