(57)【要約】【課題】スキューの発生のおそれがなく軸受の構造を簡素化することができる自在継手を提供する。【解決手段】第１自在継手４は、第１ヨーク２１同士を連結する十字軸３０と、第１ヨーク２１の第１腕部２３と十字軸３０の第１軸部３１とを連結する第１軸受４１とを備える。第１軸受４１は、第１腕部２３の第１嵌合孔２３ａに嵌合され第１軸部３１が挿入される円筒部５２を含む有底の外輪カップ５０と、外輪カップ５０内に単列で収容された複数のボール６０とを含む。十字軸３０の第１軸部３１の軸方向端部３６ｂの外周には、外輪カップ５０の内底面５１ａ側に向かって開く軌道面３７が設けられている。複数のボール６０は、外輪カップ５０の内底面５１ａと接触した状態で、十字軸３０の第１軸部３１の軌道面３７と、円筒部５２の円筒面からなる内周面５２ｂとの間に転動可能に介在している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
嵌合孔が形成された一対の腕部をそれぞれ含む一対のヨークと、
４つの軸部を含み、前記ヨーク同士を連結する十字軸と、
前記ヨークの前記腕部と前記十字軸の前記軸部とを連結する軸受と、を備え、
前記軸受は、
前記腕部の前記嵌合孔に嵌合され前記軸部が挿入される円筒部を含む有底の外輪カップと、
前記外輪カップ内に単列で収容された複数のボールと、を含み、
前記十字軸の前記軸部の軸方向端部の外周には、前記外輪カップの内底面側に向かって開く軌道面が設けられており、
前記複数のボールは、前記外輪カップの前記内底面と接触した状態で、前記十字軸の前記軸部の前記軌道面と、前記外輪カップの前記円筒部の円筒面からなる内周面との間に転動可能に介在している、自在継手。
【請求項２】
請求項１において、前記複数のボールは、前記外輪カップの前記内底面から前記軸部の軸方向に与圧を付されている、自在継手。
【請求項３】
請求項１または２において、前記軸部の軸方向端面と前記外輪カップの前記内底面との間には、隙間が設けられている、自在継手。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項において、前記複数のボールよりも前記外輪カップの開口側で前記円筒部と前記軸部との間を密封するＯリングを備える、自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１〜３には、転動体としてニードルローラを単独で用いたり、ニードルローラとボールとを併用したりする軸受が開示されている。
下記特許文献４には、ボールのみを転動体として含む軸受が開示されている。この軸受では、複数のボールが、十字軸のトラニオンの外周面に設けられた内輪軌道溝と外輪カップの円筒部の内周面に設けられた外輪軌道溝との間に介在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１８０３１６号公報
【特許文献２】特開２００７−２３９９５３号公報
【特許文献３】特開２００７−７８１３６号公報
【特許文献４】特開２０１０−１１２４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜３に記載の自在継手に用いられる軸受では、十字軸の軸部を受けるニードルローラにスキューが発生することがある。スキューとは、ニードルローラが軸部の軸方向に対して傾くことである。スキューが発生すると、ニードルローラは、外輪カップ内で軸部の軸方向に移動して外輪カップの内底面に接触し、ニードルローラがスムーズに転動しなくなるおそれがある。
【０００５】
転動体としてボールのみを用いる特許文献４では、外輪カップの円筒部および軸部の外周面の両方に軌道溝が加工されており、軸受の構造が複雑である。
この発明は、スキューの発生のおそれがなく軸受の構造を簡素化することができる自在継手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】
【０００６】
請求項１記載の発明は、嵌合孔（２３ａ，２５ａ）が形成された一対の腕部（２３，２５）をそれぞれ含む一対のヨーク（２１，２２）と、４つの軸部（３１，３２）を含み、前記ヨーク同士を連結する十字軸（３０）と、前記ヨークの前記腕部と前記十字軸の前記軸部とを連結する軸受（４１，４２）と、を備え、前記軸受は、前記腕部の前記嵌合孔に嵌合され前記軸部が挿入される円筒部（５２）を含む有底の外輪カップ（５０）と、前記外輪カップ内に単列で収容された複数のボール（６０）と、を含み、前記十字軸の前記軸部の軸方向端部（３６ｂ）の外周には、前記外輪カップの内底面（５１ａ）側に向かって開く軌道面（３７；３７Ｐ）が設けられており、前記複数のボールは、前記外輪カップの前記内底面と接触した状態で、前記十字軸の前記軸部の前記軌道面と、前記外輪カップの前記円筒部の円筒面からなる内周面（５２ｂ）との間に転動可能に介在している、自在継手（４，６）である。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１において、前記複数のボールは、前記外輪カップの前記内底面から前記軸部の軸方向（Ｘ１，Ｘ２）に与圧を付されている、自在継手である。
請求項３記載の発明は、請求項１または２において、前記軸部の軸方向端面（３６ａ）と前記外輪カップの前記内底面との間には、隙間（Ｓ）が設けられている、自在継手である。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項において、前記複数のボールよりも前記外輪カップの開口（５０ａ）側で前記円筒部と前記軸部との間を密封するＯリング（７０）を備える、自在継手である。
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、軸受では、転動体としてボールのみを使用しているため、スキューの発生のおそれがない。
また、ボールが、外輪カップの内底面と、外輪カップの内底面側に向かって開く軌道面との間で、軸方向の荷重を受ける。これにより、軸受は、軸部と外輪カップとの間に発生する軸方向の荷重と径方向の荷重との両方をボールを介して受けることができる。そのため、外輪カップの円筒部の内周面は、ボールを転動させるための軌道溝が設けられる必要がなく、円筒面で良いので、軸受の構造を簡素化することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、軸部の軸方向への与圧によって、軸部の軸方向および径方向におけるボールのがたつきの発生が抑制される。
請求項３記載の発明によれば、軸部の軸方向端面と外輪カップの内底面との間に隙間が設けられているため、十字軸の軸部が外輪カップの内底面に押し付けられることに起因して外輪カップが破損することを防止できる。
【００１１】
請求項４記載の発明によれば、Ｏリングによって、外輪カップ内の密封性の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る自在継手を含むステアリング装置の概略正面図である。
【図２】図１に示すステアリング装置の要部を拡大した図である。
【図３】第１自在継手の分解斜視図である。
【図４】十字軸の第１軸部の中心軸線を含む平面に沿って第１軸受付近を切断した概略断面図である。
【図５】本実施形態の変形例の自在継手を示した概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る自在継手を含むステアリング装置１の概略正面図である。図１を参照して、ステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２が一端３ａに連結されたステアリングシャフト３と、第１自在継手４（自在継手）と、インターミディエイトシャフト５と、第２自在継手６（自在継手）と、ピニオン軸７と、ラックバー８とを備える。
【００１４】
ステアリングシャフト３の他端３ｂは、第１自在継手４を介してインターミディエイトシャフト５の一端５ａに連結されている。また、インターミディエイトシャフト５の他端５ｂは、第２自在継手６を介してピニオン軸７の一端７ａに連結されている。
ピニオン軸７の他端の外周面には、ピニオン７ｂが設けられている。ラックバー８の外周面の周上１箇所には、ピニオン７ｂと噛み合うラック８ａが形成されている。ピニオン７ｂおよびラック８ａは、互いに噛み合うことでラックアンドピニオン式の転舵機構Ａを構成している。
【００１５】
ラックバー８は、車体に固定される略円筒体のハウジング９に収容されている。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継手を介してタイロッド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）を介して対応する転舵輪１１に連結されている。
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、この回転が第１自在継手４、インターミディエイトシャフト５および第２自在継手６を介してピニオン軸７に伝達され、ピニオン７ｂおよびラック８ａによって、車体の幅方向に沿ったラックバー８の直線運動に変換される。これにより、転舵輪１１の転舵が達成される。
【００１６】
図２は、図１に示すステアリング装置１の要部を拡大した図である。図３は、第１自在継手４の分解斜視図である。
図２を参照して、第１自在継手４は、ステアリングシャフト３の他端３ｂに設けられた第１ヨーク２１（ヨーク）と、インターミディエイトシャフト５の一端５ａに設けられた第２ヨーク２２（ヨーク）とを備える。
【００１７】
第２自在継手６は、第１自在継手４と同様の構造を有している。第２自在継手６が第１自在継手４と主に異なる点は、第２自在継手６の第１ヨーク２１が、インターミディエイトシャフト５の他端５ｂに設けられている点と、第２ヨーク２２が、ピニオン軸７の一端７ａに設けられている点である。以下では、第１自在継手４に即して各部材の説明をする。
【００１８】
図３を参照して、第１自在継手４の第１ヨーク２１は、互いに平行な一対の第１腕部２３（腕部）と、第１腕部２３同士を連結しステアリングシャフト３の他端３ｂに固定された連結部２４とを含む。第２ヨーク２２は、互いに平行な一対の第２腕部２５（腕部）と、第２腕部２５同士を連結しインターミディエイトシャフト５の一端５ａに固定された連結部２６とを含む。
【００１９】
第１ヨーク２１の一対の第１腕部２３のそれぞれには、互いに同軸上に位置する第１嵌合孔２３ａ（嵌合孔）が形成されている。第２ヨーク２２の一対の第２腕部２５のそれぞれには、互いに同軸上に位置する第２嵌合孔２５ａ（嵌合孔）が形成されている。
第１自在継手４は、ヨーク２１，２２同士を連結する十字軸３０と、各ヨーク２１，２２と十字軸３０とを連結する一対の第１軸受４１（軸受）および一対の第２軸受４２（軸受）とを備える。
【００２０】
十字軸３０は、十字形状の中央部に配置される胴部３３と、この胴部３３から十字形状をなして突出する一対の第１軸部３１および一対の第２軸部３２（４つの軸部）とを含む。
一対の第１軸部３１は、同軸上に配置されており、中心軸線Ｃ１を有する。中心軸線Ｃ１が延びる方向を軸方向Ｘ１とする。各第１軸部３１は、互いに離れるように胴部３３から軸方向Ｘ１に延びている。一対の第２軸部３２は、同軸上に配置されており、中心軸線Ｃ１に直交する中心軸線Ｃ２を有する。中心軸線Ｃ２が延びる方向を軸方向Ｘ２とする。各第２軸部３２は、互いに離れるように胴部３３から軸方向Ｘ２に延びている。
【００２１】
一対の第１軸部３１および一対の第２軸部３２のそれぞれは、胴部３３側の大径部３５と、大径部３５よりも先端側に配置された小径部３６とを含む。
一対の第１軸部３１の小径部３６のそれぞれは、対応する第１嵌合孔２３ａに挿通され、対応する第１軸受４１を介して回転自在に支持されている。一対の第２軸部３２の小径部３６のそれぞれは、対応する第２嵌合孔２５ａに挿通され、対応する第２軸受４２を介して回転自在に支持されている。
【００２２】
一対の第１軸受４１のそれぞれは、第１ヨーク２１の対応する第１腕部２３と、対応する第１軸部３１（厳密には小径部３６）とを連結する。一対の第２軸受４２のそれぞれは、第２ヨーク２２の対応する第２腕部２５と、対応する第２軸部３２（厳密には小径部３６）とを連結する。
図４は、十字軸３０の第１軸部３１の中心軸線Ｃ１を含む平面に沿って第１軸受４１付近を切断した概略断面図である。一対の第１軸受４１および一対の第２軸受４２は、同様の構成を有しているので、以下では、一方の第１軸受４１に即して説明する。
【００２３】
図４を参照して、第１軸受４１は、有底の外輪カップ５０と、外輪カップ５０内で単列に収容された複数（例えば７個）のボール６０を含む。外輪カップ５０内には、グリースＧが封入されている。
外輪カップ５０は、開口５０ａを有するカップ状である。外輪カップ５０は、例えば金属板をプレス加工することによって形成されている。外輪カップ５０は、内底面５１ａを有する底部５１と、対応する第１腕部２３の第１嵌合孔２３ａに嵌合された円筒部５２とを一体に含む。円筒部５２には、第１軸部３１（厳密には小径部３６）が挿入される。円筒部５２は、開口５０ａ側における端部に、円筒部５２から径方向Ｒの内側へ張り出したフランジ部５２ａを含む。
【００２４】
第１自在継手４は、外輪カップ５０の内部において外輪カップ５０内を密封するＯリング７０と、外輪カップ５０の外部から外輪カップ５０内を密封するシール部材８０とを備える。
Ｏリング７０は、複数のボール６０よりも外輪カップ５０の開口５０ａ側で、かつ、円筒部５２のフランジ部５２ａよりも外輪カップ５０の内底面５１ａ側で、外輪カップ５０の円筒部５２と第１軸部３１（厳密には小径部３６）との間を密封している。
【００２５】
シール部材８０は、フランジ部５２ａと大径部３５の軸方向端部３５ａとの間に配置されており、フランジ部５２ａと大径部３５の軸方向端部３５ａおよび小径部３６との間を密封している。
第１軸部３１の小径部３６の軸方向端面３６ａと、対応する外輪カップ５０の底部５１の内底面５１ａとの間には、隙間Ｓが設けられている。
【００２６】
第１軸部３１の小径部３６の軸方向端部３６ｂの外周には、対応する外輪カップ５０の内底面５１ａ側に向かって開く軌道面３７が設けられている。軌道面３７は、第１軸部３１の中心軸線Ｃ１を含む平面に沿った断面が２つの円弧を組み合わせたゴシックアーク状を形成する湾曲面である。すなわち、軌道面３７は、互いに異なる曲率中心を有する第１円弧状軌道面３７ａおよび第２円弧状軌道面３７ｂを含む。また、軌道面３７は、中心軸線Ｃ１を含む平面に沿った断面が単一の円弧状を形成する湾曲面であってもよい。
【００２７】
複数のボール６０は、外輪カップ５０の内底面５１ａと接触した状態で、十字軸３０の第１軸部３１の軌道面３７と、外輪カップ５０の円筒部５２の内周面５２ｂとの間に転動可能に介在している。内周面５２ｂは、円筒面からなる。この状態で、各ボール６０は、外輪カップ５０の内底面５１ａから軸方向Ｘ１に与圧を付されている。
各ボール６０は、軌道面３７の第１円弧状軌道面３７ａと第２円弧状軌道面３７ｂとの両方に接触している。つまり、各ボール６０は、軌道面３７と２点接触している。また、各ボール６０は、円筒部５２の内周面５２ｂに接触している。この状態で、各ボール６０は、径方向Ｒに与圧されている。したがって、軸方向Ｘ１および径方向Ｒの両方における各ボール６０のがたつきが抑制される。
【００２８】
本実施形態によれば、軸受４１，４２では、転動体としてボール６０のみを使用しており、転動体としてニードルローラを使用していないため、スキューの発生のおそれがない。
また、ボール６０が、外輪カップ５０の内底面５１ａと、外輪カップ５０の内底面５１ａ側に向かって開く軌道面３７との間で、軸方向Ｘ１，Ｘ２の荷重を受ける。これにより、軸受４１，４２は、対応する軸部３１，３２と外輪カップ５０との間に発生する軸方向Ｘ１，Ｘ２の荷重と径方向Ｒの荷重との両方をボール６０を介して受けることができる。そのため、外輪カップ５０の円筒部５２の内周面５２ｂは、ボール６０を転動させるための軌道溝が設けられる必要がなく、円筒面で良いので、第１軸受４１および第２軸受４２の構造を簡素化することができる。
【００２９】
また、軸部３１，３２の軸方向Ｘ１，Ｘ２への与圧によって、軸部３１，３２の軸方向Ｘ１，Ｘ２および径方向Ｒにおけるボール６０のがたつきの発生が抑制される。
また、複数のボール６０は、軸方向Ｘ１，Ｘ２および径方向Ｒの両方に与圧された状態で組み付けられるので、組み付けの際の寸法管理がしやすい。すなわち、組み付けの寸法公差を大きくしても複数のボール６０が外輪カップ５０内でがたつきにくい。
【００３０】
また、複数のボール６０は、径方向Ｒに与圧された状態で組み付けられるので、密封性を向上させるためにＯリング７０を外輪カップ５０の円筒部５２に押し付けてもボール６０と円筒部５２とが接触した状態を維持できる。
また、各軸部３１，３２の軸方向端面３６ａと外輪カップ５０の内底面５１ａとの間に隙間Ｓが設けられているため、各軸部３１，３２が対応する外輪カップ５０の内底面５１ａに押し付けられることに起因して外輪カップ５０が破損することを防止できる。
【００３１】
また、隙間Ｓが設けられているため、軸受４１，４２は、対応する軸部３１，３２の軸方向端面３６ａと外輪カップ５０の内底面５１ａとが摺動することなく機能する。そのため、軸受４１，４２を使用する際のトルクを低減できる。
また、各軸部３１，３２の軸方向端面３６ａと対応する外輪カップ５０の内底面５１ａとの間に隙間Ｓが設けられている。そのため、軸部３１，３２と対応する外輪カップ５０の内底面５１ａとの摺動摩擦を低減するための凸部（以下、ワッフルという）を外輪カップ５０の底部５１に形成する必要がない。これにより、外輪カップ５０の強度の低減を抑制できる。また、ワッフルが設けられていない、汎用性および強度が高い外輪カップを本実施形態のように外輪カップ５０として用いることができるので、コストを削減することができる。
【００３２】
また、ワッフルが設けられた図示しない外輪カップを外輪カップ５０として用いたとしても、外輪カップ５０は、複数のボール６０を介して軌道面３７と接触する（接触面が分散する）ため、内底面５１ａが受ける応力が低減され、外輪カップ５０の破損を効果的に抑制できる。
また、Ｏリング７０によって、外輪カップ５０内の密封性の向上が図れる。これにより、軸受４１，４２を車室内環境で使用する場合は、シール部材８０を省略することができる。
【００３３】
また、Ｏリング７０が開口５０ａ側に配置されているため、軸受４１，４２を対応する軸部３１，３２に組み付ける際に、ボール６０を外輪カップ５０に保持しやすい。
また、複数のボール６０が外輪カップ５０内に単列で収容されている。そのため、ボール６０を外輪カップ５０内に複数列で収容した際に発生する列間でのがたつきを防止できる。
【００３４】
この発明は、以上に説明した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の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、本実施形態の変形例を示した図５に示すように、第１軸部３１の小径部３６の軸方向端部３６ｂの外周には、外輪カップ５０の内底面５１ａ側へ向かうにつれて細くなるテーパ面からなる軌道面３７Ｐが設けられている。軌道面３７Ｐは、外輪カップ５０の内底面５１ａ側に向かって開いている。なお、図示しないが、第２軸部３２の小径部３６の軸方向端部３６ｂに軌道面３７Ｐを設けてもよい。
【００３５】
また、自在継手４，６は、シール部材８０を備えていない場合も有り得る。この場合、軸部３１，３２は、大径部３５を含んでいなくてもよく、小径部３６のみによって構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
４…第１自在継手、６…第２自在継手、２１…第１ヨーク、２２…第２ヨーク、２３…第１腕部、２３ａ…第１嵌合孔、２５…第２腕部、２５ａ…第２嵌合孔、３０…十字軸、３１…第１軸部、３２…第２軸部、３６ａ…軸方向端面、３６ｂ…軸方向端部、３７；３７Ｐ…軌道面、４１…第１軸受、４２…第２軸受、５０…外輪カップ、５０ａ…開口、５１ａ…内底面、５２…円筒部、５２ｂ…内周面、６０…ボール、７０…Ｏリング、Ｓ…隙間、Ｘ１…軸方向、Ｘ２…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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