JP2007010081A - ステアリング用固定型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールを脱落させることなく外側継手部材の外側に出すことにより、従来以上の高作動角を実現可能なステアリング用固定型等速自在継手を提供すること。
【解決手段】本発明のステアリング用固定型等速自在継手は、球面状の内周面１ａに軸方向に延びる複数の案内溝１ｂを形成した軸付きカップ状の外側継手部材１と、球面状の外周面２ａに軸方向に延びる複数の案内溝２ｂを形成した内側継手部材２と、外側継手部材１の案内溝１ｂと内側継手部材２の案内溝２ｂとが協働して形成する複数のボールトラックに１個ずつ配されたトルク伝達用のボール４と、前記ボール４を保持する保持器５とを備えたステアリング用固定型等速自在継手において、前記ボール４を収容する保持器５の窓６の外周側窓開き寸法を、窓６の内側に張出す張出し部６ａ２、６ｂ２によって前記ボール４の径より小さくしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高折曲角が可能なステアリング用固定型等速自在継手に関する。

ステアリング装置はステアリングホイールの回転運動をタイロッドの往復運動に変換するものであって、ステアリングホイールとステアリングギヤとの間には、操舵力の伝達のために、一または複数のステアリングシャフトからなるステアリングコラムが配設される。車載スペース等との兼ね合いでステアリングシャフトを一直線に配置できない場合は、ステアリングシャフト間に一または複数の軸継手を配置し、ステアリングシャフトを屈曲させた状態でもステアリングギヤに正確な回転運動を伝達できるようにしている。この軸継手としては固定型等速自在継手が一般に使用されるが、近年、車両の衝突時における搭乗者の安全性を高める見地から、ステアリング用等速自在継手の高作動角化の要求が高まっている。

固定型等速自在継手としてはゼッパ型等速自在継手を改良したいわゆるダブルオフセット型等速自在継手が知られている（特許文献１参照）。この継手は、外側継手部材と内側継手部材の二つの案内溝のボール中心軌跡を、継手中心から継手軸線方向反対方向にそれぞれ等距離だけ離れた点を中心とする同じ半径の円にしたものである。

このダブルオフセット型等速自在継手においては、継手を高作動角で回転させる場合、ボールが外側継手部材の案内溝から外側にはみ出すと、ボールが保持器の窓から半径方向外方に飛出すのを防止することができない。このため、従来のダブルオフセット型等速自在継手では、ボールは必ず外側継手部材の案内溝の中に収めておく必要があり、これにより継手の最大作動角が抑えられ、せいぜい４８°程度が限界であった。

継手の作動角をさらに大きく、例えば６０°程度にするには、ボールを外側継手部材の案内溝から外側に出さざるを得ない。そのとき、保持器の軸方向に対向する一対のボール案内面が保持器の半径方向に平行な平面であると、ボールが保持器の窓から外側に脱落してしまい、等速自在継手はその機能を失う。

特開２００３−１３００８２号公報

本発明の目的は、ボールを脱落させることなく外側継手部材の外側に出すことにより、従来以上の高作動角を実現可能なステアリング用固定型等速自在継手を提供することにある。

前記課題を解決するため、請求項１の発明は、球面状の内周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した軸付きカップ状の外側継手部材と、球面状の外周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝とが協働して形成する複数のボールトラックに１個ずつ配されたトルク伝達用のボールと、前記ボールを保持する保持器とを備えたステアリング用固定型等速自在継手において、前記ボールを収容する保持器の窓の外周側窓開き寸法を、窓の内側に張出す張出し部によって前記ボールの径より小さくしたことを特徴とする。

本発明のステアリング用固定型等速自在継手では、外側継手部材と内側継手部材を高作動角又は限界作動角に折曲げた状態で、折曲角の外側に位置するボールを外側継手部材の開口端から外側に出した場合でも、窓の外周側窓開き寸法を、窓の内側に張出す張出し部によってボールの径よりも小さくしているので、ボールを内側継手部材の案内溝に保持することができ、保持器の窓から半径方向外方に脱落するのを防止することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記保持器の外周面及び内周面を、前記外側継手部材の内周球面及び前記内側継手部材の外周球面に、それぞれ摺接する外周球面及び内周球面とし、かつ、前記内側継手部材の案内溝のボール中心軌跡を、前記ボールの全移動領域において、前記保持器の外周球面と内周球面の中間に位置する仮想球面に包摂させたことを特徴とする。
これにより、保持器の内外でボールの突出量を均等にすることができ、ボールの転動状態を安定なものにすることができる。

請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記内側継手部材と保持器との間に、内側継手部材と保持器を軸線方向に相対変位させる方向に附勢する弾性部材を介装したことを特徴とする。

これにより、保持器が継手奥側に附勢されるとともに、内側継手部材が弾性部材からの反力により継手外側に附勢される結果、ボールが保持器の窓の張出し部によって内側に押圧され、内側継手部材の案内溝とボールとの間のバックラッシュ隙間が解消される。この隙間が解消されることにより、継手の回転方向のガタツキが低減される。なお、内側継手部材と保持器との間に、両者が軸方向に相対移動可能なようにわずかな隙間を形成しておく。

請求項４の発明は、請求項１または２の発明において、前記外側継手部材と保持器との間に、外側継手部材と保持器を軸線方向に相対変位させる方向に附勢する弾性部材を介装したことを特徴とする。

これにより、保持器が弾性部材により継手外側（または内側）に附勢される結果、外側継手部材の案内溝とボールとの間のバックラッシュ隙間が解消される。この隙間が解消されることにより、継手の回転方向のガタツキが低減される。なお、外側継手部材と保持器との間に、両者が軸方向に相対移動可能なようにわずかな隙間を形成しておく。

請求項５の発明は、請求項１または２の発明において、前記ボールと保持器との間に、ボールと保持器を軸線方向に相対変位させる方向に附勢する弾性部材を介装したことを特徴とする。

これにより、ボールが弾性部材によって継手奥側または継手開口側に附勢される結果、保持器の窓の案内面とボールとの間のバックラッシュ隙間が解消されるとともに、ボールが保持器の窓の張出し部によって保持器内側に押圧されることにより、内側継手部材の案内溝とボールとの間のバックラッシュ隙間も解消される。この隙間が解消されることにより、継手の回転方向のガタツキが低減される。なお、ボールと保持器との間に、両者が軸方向に相対移動可能なようにわずかな隙間を形成しておく。

本発明のステアリング用固定型等速自在継手は、保持器の窓の外周側窓開き寸法を窓の内側に張出す張出し部によってボールの径よりも小さくしているので、ボールを外側継手部材の開口端から外側に出した場合でも、ボールを内側継手部材の案内溝に保持することができて保持器の窓から半径方向外方に脱落するのを防止することができるから、外側継手部材と内側継手部材の作動角を極限まで増大することができ、この高作動角化により、車両の衝突時における搭乗者の安全性を高めることができる。

また、本発明は、保持器と、内側継手部材、外側継手部材またはボールとの間に、これらを軸線方向に相対変位させる方向に附勢する弾性部材を介装したので、ボール回りのバックラッシュ隙間を解消することができ、シュアなハンドリングを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１は本発明に係るステアリング用固定型等速自在継手を示したもので、図１（Ａ）が作動角０°の状態、図１（Ｂ）が限界作動角（６０°）をとった状態である。この固定型等速自在継手は、図２のように、内周球面１ａに８本の曲線状の案内溝１ｂを軸方向に形成した軸付きカップ状の外側継手部材１と、外周球面２ａに８本の曲線状の案内溝２ｂを軸方向に形成し、スプライン（またはセレーション）孔２ｃを有する内側継手部材２と、スプライン孔２ｃに一端が嵌合されたシャフト３と、外側継手部材１の案内溝１ｂと内側継手部材２の案内溝２ｂとが協働して形成する８本のボールトラックに１個ずつ配されたトルク伝達用ボール４と、ボール４を保持する保持器５とで構成される。図では、案内溝の数が８の場合を示しているが、溝の数は、９、１０、１１、１２、…と増やす場合もある。

固定型等速自在継手はダブルオフセット型と呼ばれるもので、図１（Ａ）のように、外側継手部材１と内側継手部材２の二つの案内溝１ｂ，２ｂの中心Ｏ₁、Ｏ₂は、外側継手部材１の内周球面１ａと内側継手部材２の外周球面２ａの共通の中心Ｏに対して、それぞれ、軸方向反対側に等距離だけオフセットされる。これにより、案内溝１ｂと、これに対応する案内溝２ｂとが協働して形成するボールトラックは、継手の開口側に向って開いた楔状となる。

図１（Ａ）に示すように、二軸が角度変位しない場合、すなわち二軸の回転軸線が一直線となった状態では、すべてのトルク伝達ボール４の中心が継手中心Ｏを含み回転軸線に垂直な平面内にある。外側継手部材１と内側継手部材２とが図１（Ｂ）のように例えば角度θだけ角度変位すると、保持器５によってトルク伝達ボール４が、角度θを二等分する平面内に配向せしめられ、これにより継手の等速性が確保される。

保持器５は円環状部材で構成され、その外周面は外側継手部材１の内周球面１ａと摺接する外周球面５ａとされるとともに、内周面は内側継手部材２の外周球面２ａと摺接する内周球面５ｂとされる。保持器５の周壁に、ボール４と同数の窓６が研削やミーリング等で貫通形成される。窓６の形状は例えば矩形であって、保持器５の円周方向に等間隔で形成される。

保持器５の継手入口側内周面は、内側継手部材２を同軸状態で挿入可能な大きさの円筒面５ｃとされる。この円筒面５ｃに、継手の組立完了後に止め輪７を嵌合するための溝部５ｄが形成される。保持器５の円筒面５ｃに、内側継手部材２の外周球面２ａと摺接する座面用部材８が嵌合され、この座面用部材８の外側に止め輪７が装着される。

本発明では、保持器５の窓６の外側窓開き寸法を、図３のように、窓６の内側に張出す張出し部（６ａ２と６ｂ２）によって、ボール４の径（間隔Ｄ１と等しい）よりもやや狭くしている。すなわち、保持器５の窓６の継手軸方向に対向する一対のボール案内面６ａ、６ｂを、保持器５の外周球面５ａと内周球面５ｂの中間に位置する仮想球面Ｓの内側部分６ａ１、６ｂ１では互いに平行にするが（間隔Ｄ１）、仮想球面の外側部分６ａ２、６ｂ２ではボール４の表面曲率に合わせた円筒面とする（最小間隔Ｄ２）。図３ではボール案内面６ａ、６ｂの内側部分６ａ１、６ｂ１を仮想球面Ｓよりもやや外側寄りまで延在した状態で図示するが、これは保持器５の内外のボール突出量を等しくするためである。保持器５の内外のボール突出量は継手の機能上は必ずしも等しくする必要はないので、仮想球面Ｓを境として内側部分６ａ１、６ｂ１と外側部分６ａ２、６ｂ２を分けてもよい。

ボール中心軌跡は、ボール４の全移動領域において、保持器５の外周球面５ａと内周球面５ｂの中間に位置する仮想球面Ｓに包摂させる。これにより、仮想球面Ｓにボール４の中心が位置し、ボール４の外周がボール案内面６ａ、６ｂの曲面の始まり部分である内側部分６ａ１、６ｂ１と外側部分６ａ２、６ｂ２の境界に当接する。

本発明に係る等速自在継手は以上のように構成され、外側継手部材１と内側継手部材２が図１（Ａ）の作動角０°の状態では、ボール４が、外側継手部材１の案内溝１ｂと内側継手部材２の案内溝２ｂの曲率中心Ｏ₁、Ｏ₂のオフセットによる効果で、継手中心Ｏを含み回転軸線に垂直な平面内に保持され、この状態でトルク伝達が行なわれる。

次に、外側継手部材１と内側継手部材２が図１（Ｂ）のように限界作動角θまで折曲げられた状態では、シャフト３が外側継手部材１の開口端に当接する。トルク伝達ボール４は保持器５によって角度θを二等分する平面内に配向せしめられ、これによって継手の等速性が確保される。この際、折曲角の外側に位置するボール４は外側継手部材１の開口端から外側に出ても、本発明の等速自在継手では窓６の外周側窓開き寸法Ｄ２をボール４の径（Ｄ１）よりも小さくしているので、ボール４が保持器５の窓６から半径方向外方に脱落することがない。したがって、ボール４は内側継手部材２の案内溝２ｂに保持され、継手の回転が進むと再び外側継手部材１の案内溝１ｂに入っていく。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。以下に本発明の変形例を図４〜図６に基づき順に説明する。これら変形例は、いずれも、ボール回りのバックラッシュ隙間を解消してシュアなハンドリングを実現するものである。

図４は、内側継手部材２と保持器５との間に、内側継手部材２と保持器５を軸線方向に相対的に離間する方向に附勢する円柱状の弾性部材１１と、この弾性部材１１の力を保持器５に作用させる皿状部材１２を介装したものである。弾性部材１１としては、天然ゴムやウレタンゴムなどの各種合成ゴムの他、コイルばね等を採用することができる。弾性部材１１の基部はシャフト３の先端凹所３ａに固定的に嵌合され、弾性部材１１の先端が外側継手部材１の奥側に向って延在する。皿状部材１２がその凹面を弾性部材１１側にして弾性部材１１の先端に被嵌し、皿状部材１２の中央に弾性部材１１の先端が摺動自在に当接する。弾性部材１１の先端面に、必要に応じて、フッ素樹脂のテフロン（登録商標）（米国デュポン社の登録商標）などの低摩擦材を貼付ける。皿状部材１２の周縁部は、保持器５の継手奥側内径に形成された段部５ｅに係合される。皿状部材１２の凹面は継手の中心Ｏを中心とする球面であって、内側継手部材２の外周球面２ａと同曲率で連続的に延在する。弾性部材１１には初期セッティングで所定の圧縮力が付与され、弾性部材１１の復元伸長力が保持器５に対して内側継手部材２から相対的に離間する方向の附勢力として作用する。

この第１変形例によれば、内側継手部材２が弾性部材１１からの反力により継手外側に附勢される結果、内側継手部材２の案内溝２ｂとボール４との間のバックラッシュ隙間が解消される。

図５は、外側継手部材１と保持器５との間に、外側継手部材１と保持器５を軸線方向に相対的に離間する方向に附勢する杯状の弾性部材１３を介装したものである。弾性部材１３としては、天然ゴムやウレタンゴムなどの各種合成ゴムの他、コイルばね等を採用することができる。弾性部材１３の軸状基部１３ａが外側継手部材１の奥側凹所１ｃに嵌合され、弾性部材１３の杯部１３ｂが外側継手部材１の内側に拡がる。杯部１３ｂの球状凹面に椀状部材１４の球状凸面が摺動自在に嵌合し、この椀状部材１４の周縁部が、保持器５の継手奥側に形成された段部５ｆに係合する。杯部１３ｂの球状凹面ないし椀状部材１４の球状凸面の曲率中心は、継手の中心Ｏに一致する。杯部１３ｂの球状凹面に、必要に応じてフッ素樹脂のテフロン（登録商標）（米国デュポン社の登録商標）などの低摩擦材を貼付ける。なお、杯部１３ｂを弾性部材１３と一体ではなく、別体の金属製又は樹脂製部材とすることも可能である。この場合、軸状基部１３ａと杯部１３ｂとを嵌合、接着又はねじ止めなどで一体連結する。

この第２変形例によれば、保持器５が弾性部材１３により継手外側に附勢される結果、外側継手部材１の案内溝１ｂとボール４との間のバックラッシュ隙間が解消される。

図６は、ボール４と保持器５との間に、ボール４と保持器５を軸線方向に相対的に変位させる方向に附勢する弾性部材１５を介装したものである。弾性部材１５としては、天然ゴムやウレタンゴムなどの各種合成ゴムを採用することができる。すなわち、保持器５の窓６の外径側縁部に段部６ｃが形成され、この段部６ｃを埋めるように弾性部材１５が嵌合される。ボール４と保持器５との間には、このようなボールの変位を許容するわずかな隙間を設けておく。弾性部材１５の内面は、ボール４を嵌合する前の初期状態で、窓６の外周側窓開き寸法を図３の状態よりもさらに狭めるように張出す。ボール４を嵌合することで、弾性部材１５の内面がやや圧縮されて図３の状態と等しくなる。この状態で、弾性部材１５の復元力がボール４に対して図６で左方すなわち継手奥側方向の附勢力として作用する。なお、弾性部材１５の内面に必要に応じてフッ素樹脂のテフロン（登録商標）（米国デュポン社の登録商標）などの低摩擦材を貼付ける。

この第３変形例によれば、ボール４が弾性部材１５によって継手奥側に附勢される結果、保持器５の窓６の案内面６ａとボール４との間のバックラッシュ隙間が解消される。

以上、本発明の実施形態と変形例につき説明したが、本発明は前記実施形態又は変形例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想に基づき種々の変形が可能であって、例えば図４〜図６の３つの変形例のうち、任意の２例を組合わせるか、あるいは３例すべてを組合わせた構成とすることも可能である。

（Ａ）（Ｂ）は、本発明に係るステアリング用固定型等速自在継手の縦断面図。 本発明に係るステアリング用固定型等速自在継手の横断面図。 ボール回りの拡大断面図。 本発明の第１変形例に係るステアリング用固定型等速自在継手の縦断面図。 本発明の第２変形例に係るステアリング用固定型等速自在継手の縦断面図。 本発明の第３変形例に係るステアリング用固定型等速自在継手の縦断面図。

符号の説明

１ 外側継手部材
１ａ 外側継手部材の内周球面
１ｂ 外側継手部材の案内溝
２ 内側継手部材
２ａ 内側継手部材の外周球面
２ｂ 内側継手部材の案内溝
２ｃ 内側継手部材のスプライン孔
３ シャフト
４ トルク伝達ボール
５ 保持器
５ａ 保持器の外周球面
５ｂ 保持器の内周球面
５ｃ、５ｄ 保持器の段部
６ 保持器の窓
６ａ、６ｂ 窓のボール案内面
６ａ１、６ｂ１ ボール案内面の内側部分
６ａ２、６ｂ１ ボール案内面の外側部分
７ 止め輪
８ 座面用部材
１１、１３、１５ 弾性部材
１２ 皿状部材
１４ 椀状部材
Ｓ 仮想球面

Claims (5)

1. 球面状の内周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した軸付きカップ状の外側継手部材と、球面状の外周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝とが協働して形成する複数のボールトラックに１個ずつ配されたトルク伝達用のボールと、前記ボールを保持する保持器とを備えたステアリング用固定型等速自在継手において、前記ボールを収容する保持器の窓の外周側窓開き寸法を、窓の内側に張出す張出し部によって前記ボールの径より小さくしたことを特徴とするステアリング用固定型等速自在継手。
2. 前記保持器の外周面及び内周面を、前記外側継手部材の内周球面及び前記内側継手部材の外周球面に、それぞれ摺接する外周球面及び内周球面とし、かつ、前記内側継手部材の案内溝のボール中心軌跡を、前記ボールの全移動領域において、前記保持器の外周球面と内周球面の中間に位置する仮想球面に包摂させたことを特徴とする請求項１のステアリング用固定型等速自在継手。
3. 前記内側継手部材と保持器との間に、内側継手部材と保持器を軸線方向に相対変位させる方向に附勢する弾性部材を介装したことを特徴とする請求項１または２のステアリング用固定型等速自在継手。
4. 前記外側継手部材と保持器との間に、外側継手部材と保持器を軸線方向に相対変位させる方向に附勢する弾性部材を介装したことを特徴とする請求項１または２のステアリング用固定型等速自在継手。
5. 前記ボールと保持器との間に、ボールと保持器を軸線方向に相対変位させる方向に附勢する弾性部材を介装したことを特徴とする請求項１または２のステアリング用固定型等速自在継手。

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