JP2015001300A - 軸受カップおよび十字軸継手 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受カップの内周面と転動体との間のフリクションの低減（特に、負隙間荷重がかかった場合）を図ることができる軸受カップおよび十字軸継手を提供すること。【解決手段】軸受カップ２４は、円筒部４８と底部４９とを含む。円筒部４８は、十字軸継手６の継手ヨーク２０の嵌込孔３１，４２内で軸部４６に対して外嵌されて軸部４６との間で転動体５３を保持する円筒状である。円筒部４８では、軸方向Ｘにおける一端に、軸部４６を受け入れる開口部５０が形成されていて、軸方向Ｘにおける他端が底部４９によって塞がれている。嵌込孔３１，４２に圧入される前の自由状態の軸受カップ２４では、円筒部４８の内周面４８Ａの直径Ｒは、底部４９側よりも開口部５０側において小さい。【選択図】図５

Description

この発明は、十字軸継手に用いられる軸受カップ、および、この軸受カップを備える十字軸継手に関する。

たとえば、特許文献１に開示された自在継手は、第一、第二のヨークと、これらのヨーク同士を変位自在に結合する十字軸とで構成されている。各ヨークには、円孔が形成されていて、円孔の内側には、軸受カップが内嵌固定されている。軸受カップは、円筒部と、円筒部の一端を塞ぐ底部とを備える有底円筒状に形成されている。円孔に内嵌固定された軸受カップの内側には、円筒部の他端の開口から十字軸の軸部が受け入れられる。軸受カップの内周面と十字軸の軸部の外周面との間には、複数本のニードルが設けられている。軸受カップの内周面と十字軸の軸部の外周面とによって構成された軌道において各ニードルが転動することによって、十字軸と各ヨークとの揺動が自在となる。

特開平１１−１４８５１８号公報

自在継手の組み立ての際、軸受カップは、ヨークの円孔に対して圧入されるのだが、組み立て後の軸受カップでは、底部と底部側における筒部とが円孔に対して部分的に圧入されているものの、円筒部の開口側部分が円孔からはみ出ている場合がある。この場合、軸受カップにおいてニードルの軌道となる内周面は、底部と開口との間でくびれた形状や、底部から開口へ向けてラッパのように拡径した形状となり得る。軸受カップの内周面がこのような形状であっても、通常の使用では特に問題はない。しかし、軸受カップとニードルとのガタ詰めのために軸受カップの開口（厳密には内周面のニードル）に対して十字軸の軸部が圧入される場合（いわゆる負隙間が発生している場合）には、軸受カップの内周面において内径が小さい部分だけがニードルに偏って接触する状況（いわゆる局部当たりの状況）が発生し得る。これでは、軸受カップの内周面とニードルとの接触圧が、軸受カップにおいて内径が小さい部分において極端に大きくなってしまう。すると、軸受カップの内周面とニードルとの間のフリクションが大きくなるので、十字軸とヨークとが互いに揺動するときの揺動トルクが必要以上に大きくなってしまうし、軸受カップまわりにおける耐久性の向上を図ることが困難である。

この発明は、かかる背景のもとでなされたもので、軸受カップの内周面と転動体との間のフリクションの低減を図ることができる軸受カップおよび十字軸継手を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、十字状に配置された４つの軸部（４６）を有する十字軸（２３）と、前記軸部が１つずつ嵌め込まれる嵌込孔（３１，４２）が形成された継手ヨーク（２０）とを備える十字軸継手（６）の前記嵌込孔に圧入され、転動体（５３）を介して前記軸部を回転自在に支持する軸受カップ（２４）であって、前記嵌込孔内で前記軸部に対して外嵌されて前記軸部との間で前記転動体を保持する円筒状であり、軸方向（Ｘ）における一端に、前記軸部を受け入れる開口部（５０）が形成された円筒部（４８）と、前記円筒部の前記軸方向における他端を塞ぐ底部（４９）と、を含み、前記嵌込孔に圧入される前の自由状態の前記軸受カップでは、前記円筒部の内周面（４８Ａ）の直径（Ｒ）は、前記底部側よりも前記開口部側において小さいことを特徴とする、軸受カップである。

請求項２記載の発明は、自由状態の前記軸受カップでは、前記円筒部の内周面の直径は、前記底部から前記開口部へ向けて徐々に小さくなっていることを特徴とする、請求項１記載の軸受カップである。
請求項３記載の発明は、前記嵌込穴に圧入された状態の前記軸受カップでは、前記開口部側における前記内周面の直径（ＲＢ２）から前記底部側における前記内周面の直径（ＲＡ２）を差し引いて得られる値は、０以上２１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２記載の軸受カップである。

請求項４記載の発明は、十字状に配置された４つの軸部を有する十字軸と、前記軸部が１つずつ嵌め込まれる嵌込孔が形成された継手ヨークと、前記嵌込孔に圧入され、転動体を介して前記軸部を回転自在に支持する請求項１〜３のいずれかに記載の軸受カップと、を備えることを特徴とする、十字軸継手である。
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。

請求項１記載の発明によれば、圧入前で自由状態にある軸受カップでは、円筒部の内周面の直径が、底部側よりも開口部側において小さい。そのため、円筒部の開口部側が継手ヨークの嵌込孔からはみ出すように軸受カップが嵌込孔に圧入されると、円筒部の内周面の直径が底部側と開口部側とでほぼ同じになるまで、円筒部の開口部側（嵌込孔に圧入されていない部分）が拡径する。これにより、円筒部の内周面は、軸方向における全域においてフラットになるため、円筒部の内周面と転動体とは、局部当たりすることなく、当該軸方向における円筒部の内周面の全域においてほぼ均一に接触できる。その結果、軸受カップでは、軸受カップの内周面と転動体との間のフリクションの低減を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、自由状態の軸受カップにおける円筒部の内周面の直径が、底部から開口部へ向けて徐々に小さくなっていると、軸受カップを嵌込孔に圧入したときに、円筒部の内周面の直径を、底部側と開口部側とで確実にほぼ同じ大きさにすることができる。
請求項３記載の発明によれば、嵌込穴に圧入された状態の軸受カップにおいて、開口部側における内周面の直径から底部側における内周面の直径を差し引いて得られる値が、０以上２１μｍ以下であれば、円筒部の内周面の直径は、底部側と開口部側とでほぼ同じになっている。この場合、円筒部の内周面と転動体とは、局部当たりすることなく、当該軸方向における円筒部の内周面の全域においてほぼ均一に接触できる。

請求項４記載の発明によれば、十字軸継手において、軸受カップでは、軸受カップの内周面と転動体との間のフリクションの低減を図ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る操舵装置１の概略構成を示す模式図である。 図２は、操舵装置１において十字軸継手６およびこの周囲の部分を抜き出して示した図である。 図３は、十字軸継手６の周辺における操舵装置１の分解斜視図である。 図４は、図２のＡ−Ａ線における断面図である。 図５（ａ）は、継手ヨーク２０に圧入される前の自由状態における軸受カップ２４およびその周囲の模式図であり、図５（ｂ）は、継手ヨーク２０に圧入された状態における軸受カップ２４およびその周囲の模式図である。 図６は、継手ヨーク２０を揺動させた場合における継手ヨーク２０の揺動角度θと、継手ヨーク２０に生じるフリクショントルクとの関係を示すグラフである。 図７は、圧入状態の軸受カップ２４の形状の評価結果を示す図である。

本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る操舵装置１の概略構成を示す模式図である。
図１を参照して、この実施形態における操舵装置１は、操舵部材２と、入力軸３と、自在継手４と、中間軸５と、十字軸継手６と、ピニオン軸７と、ラックバー８と、ラックハウジング９とを主に含んでいる。

操舵部材２として、たとえば、ステアリングホイールを用いることができる。操舵部材２には、入力軸３の一端が連結されている。入力軸３の他端と中間軸５の一端とが自在継手４によって連結されている。中間軸５の他端とピニオン軸７の一端とが十字軸継手６によって連結されている。つまり、中間軸５は、入力軸３とピニオン軸７との間に介在されて、入力軸３とピニオン軸７とをつないでいる。なお、入力軸３と、中間軸５と、ピニオン軸７とは、同一直線上に存在しない。

ピニオン軸７の他端にはピニオン７Ａが一体的に設けられている。ラックバー８は、車幅方向（図１の左右方向）に長手の棒状である。ラックバー８には、ピニオン７Ａと噛み合うラック８Ａが形成されており、ピニオン軸７およびラックバー８によってラックアンドピニオン機構が構成されている。
ラックハウジング９は、車幅方向に長手の中空体であり、車体（図示せず）に固定されている。ラックバー８は、ラックハウジング９内に挿通され、ラックハウジング９によって、軸受等（図示せず）を介して支持されている。この状態で、ラックバー８は、車幅方向にスライド可能である。ラックバー８の両端部は、ラックハウジング９の両外側へ突出しており、ラックバー８の各端部には、タイロッド１０が連結されている。タイロッド１０は、ナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪１１に連結されている。

このような操舵装置１において、操舵部材２が操舵されて入力軸３が回転されると、ピニオン軸７も回転し、ピニオン軸７の回転がピニオン７Ａおよびラック８Ａによって、車幅方向に沿ったラックバー８のスライド（直線運動）に変換される。これにより、ラックバー８の両側の転舵輪１１の転舵が達成される。
図２は、操舵装置１において十字軸継手６およびこの周囲の部分を抜き出して示した図である。図３は、十字軸継手６の周辺における操舵装置１の分解斜視図である。図４は、図２のＡ−Ａ線における断面図である。

以下では、操舵装置１における十字軸継手６およびこの周囲の部分について詳しく説明する。
図２では、中間軸５の一部、十字軸継手６の全体およびピニオン軸７の一部が図示されている。
図３を参照して、中間軸５は、金属製の細長い円柱であり、その外径は、必要に応じて、軸線方向における任意の部分において縮径されたり拡径されたりしている。図３では、説明の便宜上、入力軸３および操舵部材２を点線によって追加で示している。中間軸５において、十字軸継手６に連結される端部５Ａの外周面には、全周に亘ってセレーション１５が形成されている。端部５Ａには、位置決め溝１６が形成されている。位置決め溝１６は、Ｕ字状に窪みつつ端部５Ａの周方向に延びる環状である。位置決め溝１６は、端部５Ａに形成されたセレーション１５を、中間軸５の軸線方向において二分している。

十字軸継手６は、１対の継手ヨーク２０と、十字軸２３と、軸受カップ２４とを備えている。
以下では、１対の継手ヨーク２０のうち、一方（図３における右側の継手ヨーク２０）を第１継手ヨーク２１といい、他方（図３における左側の継手ヨーク２０）を第２継手ヨーク２２ということがある。

第１継手ヨーク２１は、たとえば金属の鋳造や鍛造によって形成されている。第１継手ヨーク２１は、図３において中間軸５寄りにある基部２５と、１対の腕部２６と、１対のフランジ２８とを一体的に含んでいる。
基部２５は、中空体であり、この実施形態では、略円筒状である。図３では、略円筒状の基部２５の中心軸と、中間軸５とが同一直線上に位置している。基部２５には、その中心軸が通る位置に挿通孔２９が形成されている。挿通孔２９は、基部２５を貫通する丸穴であり、挿通孔２９が、基部２５の中空部分を構成している。丸い挿通孔２９の中心軸（軸線）と基部２５の中心軸とは平行に延びている。基部２５において挿通孔２９を区画する内周面の全域には、セレーション３０が形成されている。

１対の腕部２６のそれぞれは、基部２５の軸線方向に細長い薄板状であり、基部２５に一体的に設けられている。腕部２６は、図３の基部２５における中間軸５から遠い側の端部（図３における左端部）において、周方向に１８０°隔てた位置に１つずつ設けられており、基部２５から離れる方向（図３における左側）へ向けて延び出ている。そのため、第１継手ヨーク２１を基部２５の径方向外側から見ると、第１継手ヨーク２１は、略Ｕ字状をなしている。基部２５では、１対の腕部２６の間の位置において、挿通孔２９が露出されている。１対の腕部２６は、平行に延びていて、それぞれの長さ方向における同じ位置には、嵌込孔３１が形成されている。嵌込孔３１は、基部２５の径方向において腕部２６を貫通する丸穴であり、腕部２６において基部２５から離れた先端部に形成されている。

基部２５には、スリット２７が形成されている。スリット２７は、基部２５の周上１箇所を、基部２５の軸線方向における一端２５Ａ側（図３において中間軸５寄りの右端側）から切り込んでいる。当該周上１箇所は、この実施形態では、１対の腕部２６のうちのいずれかの腕部２６（図３における上側の腕部２６）と周方向で同じ位置（同じ位置でなくもよい）である。スリット２７は、挿通孔２９に沿って（換言すれば、基部２５の中心軸に沿って）延びていて、基部２５の当該周上１箇所を切断している。そのため、スリット２７は、その全域において挿通孔２９と連通している。なお、スリット２７は、周方向で同じ位置にある腕部２６の嵌込孔３１には届いていない（連通していない）。一端２５Ａに関連して、基部２５の他端には、符号２５Ｂを付している。他端２５Ｂから各腕部２６が延び出ている。

１対のフランジ２８は、基部２５において、スリット２７を形成するのに応じて必然的に形成された部分である。換言すれば、１対のフランジ２８は、基部２５においてスリット２７を挟んで対向する両側の部分である。１対のフランジ２８は、基部２５の軸線方向に沿って平行に延びる板状である。以降では、１対のフランジ２８のうち、一方（図３における手前側）をフランジ２８Ａとし、他方をフランジ２８Ｂと区別することがある。各フランジ２８には、ボルト孔３３が形成されている。各ボルト孔３３は、挿通孔２９の延びる方向（挿通孔２９の軸線方向）と直交する直交方向（１対のフランジ２８の対向方向でもある）に延びている。

第２継手ヨーク２２は、金属製であり、第１継手ヨーク２１と同様に、たとえば鋳造や鍛造で形成されている。第２継手ヨーク２２は、基部４０と、１対の腕部４１とを含んでいる。基部４０は、ピニオン軸７と直交する方向に延びる棒状である。腕部４１は、基部４０の長手方向における両端部に１つずつ設けられており、基部４０と直交する方向（図３では第１継手ヨーク２１側）に延びる板状である。１対の腕部４１は、平行に延びていて、それぞれの長さ方向における同じ位置には、嵌込孔４２が形成されている。嵌込孔４２は、基部４０の長手方向において腕部４１を貫通する丸穴であり、腕部４１において基部４０から離れた先端部に形成されている。第２継手ヨーク２２の嵌込孔４２は、第１継手ヨーク２１の嵌込孔３１と同じ大きさである。

十字軸２３は、たとえば金属の鋳造や金属塊からの削り出し等によって形成されている。なお、十字軸２３の先端は、必要に応じて、面取りが施されたり、部分的にテーパー状に形成されたりしてもよい。十字軸２３は、球体に近い略立方体をなすブロック状の中心部４５と、中心部４５から放射状に延び出た４つの軸部４６とを一体的に有している。各軸部４６は円柱状であり、４つの軸部４６のうち、１対の軸部４６Ａは同一直線上にあり、残り１対の軸部４６Ｂは、軸部４６Ａと直交する方向に延びる同一直線上にある。そのため、４つの軸部４６は、十字状に配置されている。各軸部４６では、中心部４５に連結された部分が、根元部分であり、中心部４５から最も離れた部分が、先端部分である。図３では、各軸部４６の先端部分の端面４６Ｃが、軸部４６の軸線方向（軸部４６が延びる方向）と直交する方向に沿って平坦になっている。

軸受カップ２４は、有底円筒状であり、金属で形成されている。軸受カップ２４は、第１継手ヨーク２１の２つの腕部２６の嵌込孔３１と、第２継手ヨーク２２の２つの腕部４１の嵌込孔４２とに応じて、十字軸継手６全体で４つある。各軸受カップ２４は、円筒部４８と、底部４９とを一体的に含んでいる。
円筒部４８は、円筒状であり、その軸方向Ｘにおける一端には、円筒部４８の内部空間を露出させる円形状の開口部５０が形成されている。円筒部４８の当該一端が、全周に亘って円筒部４８の円中心側（径方向内側）へ略直角に折り曲げられており、環状のフランジ５１になっている。フランジ５１の内周縁に区画された領域が、開口部５０である。

図４において最も上に位置している軸受カップ２４（ハッチングが付された部分）を参照して、円筒部４８の内周面４８Ａでは、開口部５０側の端部に、溝５２が形成されている。
底部４９は、軸受カップ２４の底をなす円板形状であり、円筒部４８の軸方向Ｘにおける他端（開口部５０とは反対側の端）を塞いでいる。底部４９において、円筒部４８の内部空間を臨む面を内面４９Ａといい、内面４９Ａとは反対側の面を外面４９Ｂということにする。外面４９Ｂを内面４９Ａ側へ２段階へこませることによって、内面４９Ａには、第１凸状面４９Ｃと、第２凸状面４９Ｄとが形成されている。第１凸状面４９Ｃは、底部４９より若干小径の円形状であり、円筒部４８の内部空間へ向けて膨出している。第２凸状面４９Ｄは、第１凸状面４９Ｃより小径の円形状であり、第１凸状面４９Ｃの円中心部分において円筒部４８の内部空間へ向けてさらに膨出している。

円筒部４８の内周面４８Ａには、軸方向Ｘに沿って延びるニードル状（必要に応じてクラウニングをつけたものも含む）の転動体５３が、複数本配置されている。これらの転動体５３は、内周面４８Ａの周方向に並んでいて、全体として環状をなしている。各転動体５３は、フランジ５１と第１凸状面４９Ｃの外周部とによって軸方向Ｘから挟まれているので、円筒部４８から外れないように保持されている。軸受カップ２４と、軸受カップ２４に保持された転動体５３とは、軸受アセンブリー７０を構成している。

このような十字軸継手６を組み立てつつ、中間軸５およびピニオン軸７と連結する手順について説明する。
図３を参照して、まず、十字軸２３における１対の軸部４６Ａのうち、一方の軸部４６を、一方の腕部２６の嵌込孔３１に対して、１対の腕部２６の間から嵌め込み、他方の軸部４６を、他方の腕部２６の嵌込孔３１に対して、１対の腕部２６の間から嵌め込む。つまり、第１継手ヨーク２１では、各嵌込孔３１に対して軸部４６（４６Ａ）が１つずつ嵌め込まれる。

そして、各腕部２６の嵌込孔３１に対して、軸受カップ２４を外側から対向させる。このとき、軸受カップ２４では、開口部５０が最初に嵌込孔３１に対向するようにする。この状態で、軸受カップ２４を嵌込孔３１に接近させて、嵌込孔３１に嵌め込む。このとき、軸受カップ２４は、嵌込孔３１に対して圧入される。軸受カップ２４が嵌込孔３１に対して圧入されるのに応じて、対応する（当該嵌込孔３１に嵌め込まれている）軸部４６Ａが、軸受カップ２４の円筒部４８の開口部５０に受け入れられ、円筒部４８内に開口部５０から挿入される。

軸受カップ２４の圧入が完了した状態では、図４に示すように、各嵌込孔３１に嵌め込まれた軸受カップ２４の内側（厳密には、環状に配置された複数の転動体５３の内側）に、対応する軸部４６Ａが挿通されている。各軸部４６Ａの外周面４６Ｄと軸受カップ２４の円筒部４８の内周面４８Ａとの間には、環状に配置された複数の転動体５３が転動可能に介在されている。軸部４６Ａの外周面４６Ｄと円筒部４８の内周面４８Ａとは、転動体５３の軌道となっている。

このように、円筒部４８は、嵌込孔３１内で軸部４６Ａに対して外嵌されて、軸部４６Ａとの間で転動体５３を保持している。そのため、十字軸２３の各軸部４６Ａは、第１継手ヨーク２１の各腕部２６の軸受カップ２４によって、転動体５３を介して、回転自在に支持されている。
また、軸受カップ２４の圧入が完了した状態では、各嵌込孔３１に嵌め込まれた軸受カップ２４の円筒部４８において、底部４９側の部分（底側部分４８０ということにする）は、周方向全域に亘って嵌込孔３１に収まっている。しかし、円筒部４８において、開口部５０側の部分（「開口側部分４８１」ということにする）は、周方向全域に亘って嵌込孔３１から十字軸２３の中心部４５側へはみ出している。つまり、軸受カップ２４は、底側部分４８０のみにおいて嵌込孔３１に対して部分的に圧入されている。

そして、図３を参照し、第１継手ヨーク２１と同じ手順で、十字軸２３における残り１対の軸部４６Ｂのうち、一方の軸部４６を、一方の腕部４１の嵌込孔４２に対して、１対の腕部４１の間から嵌め込み、他方の軸部４６を、他方の腕部４１の嵌込孔４２に対して、１対の腕部４１の間から嵌め込む。つまり、第２継手ヨーク２２では、各嵌込孔４２に対して軸部４６が１つずつ嵌め込まれる。

そして、第１継手ヨーク２１と同じ手順で、各腕部４１の嵌込孔４２に軸受カップ２４を圧入によって嵌め込む。軸受カップ２４が嵌込孔４２に対して圧入されるのに応じて、対応する（当該嵌込孔４２に嵌め込まれている）軸部４６Ｂが、軸受カップ２４の円筒部４８の開口部５０に受け入れられ、円筒部４８内に開口部５０から挿入される。
軸受カップ２４の圧入が完了した状態では、各嵌込孔４２に嵌め込まれた軸受カップ２４の内側（厳密には、円筒部４８の内周面４８Ａに沿って環状に配置された複数の転動体５３の内側）に、対応する軸部４６Ｂが挿通されている。各軸部４６Ｂの外周面４６Ｄと軸受カップ２４の円筒部４８の内周面４８Ａとの間には、環状に配置された複数の転動体５３が転動可能に介在されている。軸部４６Ｂの外周面４６Ｄと円筒部４８の内周面４８Ａとは、転動体５３の軌道となっている。このように、円筒部４８は、嵌込孔４２内で軸部４６Ｂに対して外嵌されて、軸部４６Ｂとの間で転動体５３を保持している。そのため、十字軸２３の各軸部４６Ｂは、図４に示すように、第２継手ヨーク２２の各腕部４１の軸受カップ２４によって、転動体５３を介して、回転自在に支持されている。

また、軸受カップ２４の圧入が完了した状態では、各嵌込孔４２に嵌め込まれた軸受カップ２４の円筒部４８において、前述した底側部分４８０は、周方向全域に亘って嵌込孔４２に収まっている。しかし、円筒部４８において、前述した開口側部分４８１は、周方向全域に亘って嵌込孔４２から十字軸２３の中心部４５側へはみ出している。つまり、第２継手ヨーク２２においても、軸受カップ２４は、底側部分４８０のみにおいて嵌込孔４２に対して部分的に圧入されている。

以上のように嵌込孔３１および４２のそれぞれに対する軸受カップ２４の圧入が完了すると、十字軸継手６が完成する。なお、各軸受カップ２４の底部４９の内面４９Ａでは、円中心に位置する第２凸状面４９Ｄだけが軸部４６の先端の端面４６Ｃに接触するので、底部４９と軸部４６との間の摺動抵抗が低減されている。
前述したように、軸受カップ２４は、嵌込孔３１および４２のそれぞれに対し部分的に圧入される。そのため、軸受カップ２４の円筒部４８では、嵌込孔３１や４２に圧入された底側部分４８０は、継手ヨーク２０から圧力を受けているのに対し、嵌込孔３１や４２からはみ出した開口側部分４８１には継手ヨーク２０からの圧力がほとんど作用していない。よって、圧入後の軸受カップ２４では、開口側部分４８１が拡径しようと変形している。開口側部分４８１が拡径した円筒部４８の全体形状は、開口側部分４８１と底側部分４８０との境界周辺でくびれた形状や、底部４９から開口部５０へ向けてラッパ状に拡径した形状になっている。

円筒部４８がこのような形状になっている状態で、軸受カップ２４および転動体５３の周辺におけるガタを詰めるために、十字軸２３の各軸部４６が軸受カップ２４の内側（環状に配置された複数の転動体５３の内側）に圧入される場合がある。このとき、軸部４６の直径は、複数の転動体５３に対する内接円の直径よりも大きいので、軸部４６が軸受カップ２４の内側に圧入されると、いわゆる負隙間が発生する。負隙間が発生した状態では、円筒部４８の内周面４８Ａでは、最も縮径された部分だけが、各転動体５３に接触している。このように内周面４８Ａが各転動体５３に局部当たりしていると、内周面４８Ａと各転動体５３との間の面圧（フリクション）が大きくなり、その分、十字軸２３と継手ヨーク２０とを互いに揺動させたときにおける揺動トルクが大きくなってしまう。

そこで、嵌込孔３１，４２に圧入される前の自由状態の軸受カップ２４は、圧入による変形（特に、開口側部分４８１の変形量）を加味した形状となっている。
図５（ａ）は、継手ヨーク２０に圧入される前の自由状態における軸受カップ２４およびその周辺の模式図であり、図５（ｂ）は、継手ヨーク２０に圧入された状態における軸受カップ２４およびその周辺の模式図である。なお、図５の軸受カップ２４では、前述したフランジ５１（図３参照）の図示を省略している。

具体的な説明に先立って、図５（ａ）に示す円筒部４８において、その軸方向Ｘにおける２カ所の位置Ａ，Ｂを定めておく。軸方向Ｘにおいて、位置Ａは、底側部分４８０におけるいずれかの部分であり、位置Ｂは、開口側部分４８１におけるいずれかの部分であり、位置Ａと位置Ｂとの間には、軸方向Ｘにおける所定の高さ（間隔）Ｈがある。この実施形態における高さＨは、４〜６ｍｍである。また、自由状態の軸受カップ２４において、位置Ａにおける内周面４８Ａの直径Ｒを、直径ＲＡ１とし、位置Ｂにおける内周面４８Ａの直径Ｒを、直径ＲＢ１とする。直径ＲＢ１は、直径ＲＡ１よりも小さく設定されている。

このような軸受カップ２４を、図５（ａ）の白抜き矢印で示すように、嵌込孔３１，４２に圧入する。図５（ｂ）に示す圧入後の軸受カップ２４において、位置Ａ（圧入前の位置Ａと同じ位置）における内周面４８Ａの直径Ｒを、直径ＲＡ２とし、位置Ｂ（圧入前の位置Ｂと同じ位置）における内周面４８Ａの直径Ｒを、直径ＲＢ２とする。
前述したように、圧入後の軸受カップ２４では、開口側部分４８１が拡径するように変形している。しかし、自由状態の軸受カップ２４において直径ＲＢ１が直径ＲＡ１よりも小さく設定されているので（図５（ａ）参照）、圧入後に開口側部分４８１が拡径すると、直径ＲＢ２は、直径ＲＡ２とほぼ同じ大きさになっている。

以上のように、圧入前で自由状態にある軸受カップ２４では、図５（ａ）に示すように、円筒部４８の内周面４８Ａの直径Ｒが、底部４９側よりも開口部５０側において小さい。そのため、図５（ｂ）に示すように、円筒部４８の開口部５０側が継手ヨーク２０の嵌込孔３１，４２からはみ出すように軸受カップ２４が嵌込孔３１，４２に圧入されると、円筒部４８の内周面４８Ａの直径Ｒが底部４９側と開口部５０側とでほぼ同じ大きさになるまで、円筒部４８の開口部５０側（嵌込孔３１，４２に圧入されていない開口側部分４８１）が拡径する。これにより、円筒部４８において転動体５３の軌道となる内周面４８Ａは、軸方向Ｘにおける全域においてフラット（軸方向Ｘに沿ってストレート）になる。よって、負隙間が発生した状態であっても、円筒部４８の内周面４８Ａと転動体５３とは、局部当たりすることなく、軸方向Ｘにおける円筒部４８の内周面４８Ａの全域においてほぼ均一に接触できる。その結果、軸受カップ２４では、軸受カップ２４の内周面４８Ａと転動体５３との間の面圧（フリクション）の低減を図ることができるので、十字軸２３と継手ヨーク２０とを互いに揺動させたときにおける揺動トルクを低い値で安定させることができる。これにより、軸受カップ２４、転動体５３および継手ヨーク２０のそれぞれの耐久性の向上を図ることもできる。さらに、軸受カップ２４の内周面４８Ａと転動体５３との間の面圧を低減することにより、軸受カップ２４を継手ヨーク２０に組み付ける際に関係してくる寸法公差（たとえば、嵌込孔３１，４２の孔径等の公差）を拡大すること（緩く設定すること）ができる。

そして、自由状態の軸受カップ２４における円筒部４８の内周面４８Ａの直径Ｒが、図５（ａ）に示すように、底部４９から開口部５０へ向けて徐々に小さくなっているとよい。そうすると、軸受カップ２４を嵌込孔３１，４２に圧入したときに、円筒部４８の内周面４８Ａの直径Ｒを、図５（ｂ）に示すように底部４９側と開口部５０側とで確実にほぼ同じ大きさにすることができる。

ただし、直径ＲＢ２と直径ＲＡ２とが完全に同じ（差がない）ことが好ましいが、直径ＲＢ２が直径ＲＡ２より若干大きくても問題はない。その理由を、図６のグラフを参照しながら説明する。
十字軸継手６におけるどちらかの継手ヨーク２０を、当該継手ヨーク２０の嵌込孔３１または４２に挿入された（十字軸２３の）軸部４６まわりに揺動させたときの当該継手ヨーク２０の揺動角度θ（図２参照）および揺動トルクを測定した。揺動トルクは、軸受カップ２４の内周面４８Ａと転動体５３との間のフリクションに相当し、フリクショントルクとも呼ぶことができる。ここでの測定条件として、揺動角度θを０〜±４５°程度とし、継手ヨーク２０の揺動速度を０．５〜１５ｒｐｍ（ここでは２．８ｐｍで一定）としている。

前述したように、直径ＲＡ２および直径ＲＢ２は、嵌込孔３１，４２に圧入された軸受カップ２４における主な寸法である（図５（ｂ）参照）。直径ＲＢ２から直径ＲＡ２を差し引いて得られた値（「Ｂ−Ａ値」ということにする）が異なる軸受カップ２４のサンプルを複数種類用意した。各サンプルについて、前述した揺動角度θを変化させた場合における揺動トルク（フリクショントルク）を測定した。そして、各サンプルにおいて、揺動トルクの測定値が、目標とする揺動トルクＴ（±０．１Ｎｍ以上０．４Ｎｍ以下、ここでは±０．１Ｎｍ）の範囲（図６において２本の点線で挟まれた領域）内に収まっているか否かを確認した。

各サンプルについて複数回測定を行った結果、いずれの測定結果でも、揺動トルクの測定値が、目標とする揺動トルクＴ内に収まっていれば、そのサンプルについては、〇（合格）と判定した。揺動トルクの測定値が、目標とする揺動トルクＴ内に収まらない場合が１度でもあれば、そのサンプルについては、△（不合格）と判定した。いずれの測定結果でも、揺動トルクの測定値が、目標とする揺動トルクＴ内に収まらなければ、そのサンプルについては、×（完全不合格）と判定した。

全てのサンプルについての判定結果が、図７に示されている。図７より、Ｂ−Ａ値が２１μｍ以下のサンプルは、全て合格である（合格率：９９．３％以上）。
よって、嵌込孔３１，４２に圧入された状態の軸受カップ２４では、開口部５０側における内周面４８Ａの直径ＲＢ２から底部４９側における内周面４８Ａの直径ＲＡ２を差し引いて得られる値（Ｂ−Ａ値）は、０以上２１μｍ以下であればよい。

そうすれば、嵌込孔３１，４２に圧入された状態の軸受カップ２４において、円筒部４８の内周面４８Ａの直径Ｒは、図５（ｂ）に示すように、底部４９側と開口部５０側とでほぼ同じ大きさになっている。この場合、円筒部４８の内周面４８Ａと転動体５３とは、局部当たりすることなく、当該軸方向Ｘにおける円筒部４８の内周面４８Ａの全域においてほぼ均一に接触できる。

ちなみに、Ｂ−Ａ値が０以上２１μｍ以下となるために、圧入前の自由状態にある軸受カップ２４における前述した直径ＲＡ１および直径ＲＢ１をどの値に設定するかについて説明する。
図５を参照して、軸受カップ２４を圧入する前における継手ヨーク２０の嵌込孔３１，４２の孔径（直径）をＤとする。ついで、各位置Ａ，Ｂにおける軸受カップ２４の収縮係数を定める。収縮係数とは、軸受カップ２４が自由状態から圧入状態に変わったとき、位置ＡおよびＢのそれぞれにおける円筒部４８がどれだけ収縮するかを示す係数である。前述したように軸受カップ２４が部分的に圧入されることから、位置Ａでの収縮係数αと、位置Ｂでの収縮係数βとは異なる。

今まで言及したＤ，ＲＡ１、ＲＢ１、ＲＡ２およびＲＢ２を用いて、収縮係数αおよびβのそれぞれを定義すると、以下の式（１）および（２）が得られる。
α＝（ＲＡ１−ＲＡ２）／（ＲＡ１−Ｄ）…式（１）
β＝（ＲＢ１−ＲＢ２）／（ＲＢ１−Ｄ）…式（２）
なお、αおよびβを、式（１）および（２）で定義する以外に、予め実験で得られた実験値としてもよい。

Ｂ−Ａ値が０以上２１μｍ以下であることから、次の式（３）が成立する。
０≦ＲＢ２−ＲＡ２≦２１μｍ…式（３）
式（３）に式（１）および（２）を代入すると、次の式（４）が得られ、式（４）から式（５）および（６）が得られる。
０≦ＲＢ１（１−β）−ＲＡ１（１−α）−Ｄ（α−β）≦２１μｍ…式（４）
ＲＡ１≦（ＲＢ１（１−β）−Ｄ（α−β））／（１−α）…式（５）
ＲＡ１≧（ＲＢ１（１−β）−Ｄ（α−β）−２１）／（１−α）…式（６）
式（５）および（６）に基づいて、直径ＲＡ１および直径ＲＢ１を設定すればよい。

そして、以上のように完成した十字軸継手６において、図３に示すように、第１継手ヨーク２１の挿通孔２９に対して、基部２５の一端２５Ａ側から中間軸５の端部５Ａを挿通する。挿入後の中間軸５は、挿通孔２９と同軸状になっており、中間軸５では、端部５Ａのセレーション１５と、基部２５の挿通孔２９のセレーション３０とが、噛み合っている。つまり、基部２５は、挿通孔２９に挿通された中間軸５とセレーション嵌合している。このとき、端部５Ａの位置決め溝１６は、第１継手ヨーク２１の各フランジ２８のボルト孔３３と、中間軸５の軸線方向において同じ位置にある。

次いで、ボルト６１をフランジ２８にねじ込むことで、ボルト６１は、中間軸５の端部５Ａの位置決め溝１６に嵌り込んでからフランジ２８Ｂのボルト孔３３に通される。これにより、中間軸５は、軸線方向において位置決めされ、基部２５の挿通孔２９から外れなくなる。
以上により、十字軸継手６に対する中間軸５の連結が完了する（図２参照）。

また、図３を参照して、第２継手ヨーク２２の基部４０の長手方向中央部に、金属製のピニオン軸７の一端部７Ｂを連結する。第２継手ヨーク２２とピニオン軸７とは、第１継手ヨーク２１の場合と同様にセレーション嵌合してもよいし、ねじ嵌合してもよい。これにより、十字軸継手６に対するピニオン軸７の連結が完了する。なお、第２継手ヨーク２２とピニオン軸７とは、セレーション嵌合またはねじ嵌合によって連結する以外に、当初から一体成形品であってもよい。

なお、先に第１継手ヨーク２１に中間軸５を連結するとともに、第２継手ヨーク２２にピニオン軸７を連結してから、第１継手ヨーク２１および第２継手ヨーク２２に十字軸２３を組み付けてもよい。
また、図１を参照して、自在継手４は、十字軸継手６と同じ構成（第１継手ヨーク２１、第２継手ヨーク２２、十字軸２３および軸受カップ２４）を有していてもよい。

以上のように十字軸継手６に対して中間軸５およびピニオン軸７が連結され、かつ、自在継手４に対して入力軸３および中間軸５が連結された状態において、操舵部材２を操作して所定方向に回転させる。すると、操舵部材２とともに、入力軸３が回転し、操舵部材２の操舵トルクが自在継手４を介して中間軸５にも伝達されて、中間軸５が操舵部材２と同じ方向に回転する。これにより、図３を参照して、中間軸５に連結された十字軸継手６の第１継手ヨーク２１が、操舵部材２と同じ方向に回転する。第１継手ヨーク２１の回転に連動して、十字軸２３において第１継手ヨーク２１の１対の腕部２６に支持された１対の軸部４６Ａが、中心部４５を中心として回転する。これにより、十字軸２３全体が中心部４５を中心として操舵部材２と同じ方向に回転することになり、十字軸２３の１対の軸部４６Ｂを支持する第２継手ヨーク２２が、十字軸２３と同じ方向、つまり、操舵部材２と同じ方向に回転し、ピニオン軸７が第２継手ヨーク２２と一体回転する。

ここで、前述したように中間軸５とピニオン軸７とは同一直線上にないことから（図１参照）、十字軸２３は、厳密には、中間軸５およびピニオン軸７のそれぞれを回転中心として、立体的に回転する。
このように、操舵装置１では、図１を参照して、操舵部材２の操舵トルクが、自在継手４によって入力軸３から中間軸５に伝達され、さらに、十字軸継手６によって中間軸５からピニオン軸７にも伝達されてピニオン軸７を回転させる。その結果、操舵装置１では、ピニオン軸７の回転に伴って、前述したようにラックバー８がスライドし、各転舵輪１１の転舵が達成される。

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、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
たとえば、図３に示す十字軸継手６において、第２継手ヨーク２２の構成が、第１継手ヨーク２１と同じであってもよい。また、この十字軸継手６は、操舵装置１に限らず、同一直線上に存在しない２つの軸を連結するどのような装置にも適用可能である。

６…十字軸継手、２０…継手ヨーク、２３…十字軸、２４…軸受カップ、３１…嵌込孔、４２…嵌込孔、４６…軸部、４８…円筒部、４８Ａ…内周面、４９…底部、５０…開口部、５３…転動体、Ｒ…直径、ＲＡ２…直径、ＲＢ２…直径、Ｘ…軸方向

Claims (4)

1. 十字状に配置された４つの軸部を有する十字軸と、前記軸部が１つずつ嵌め込まれる嵌込孔が形成された継手ヨークとを備える十字軸継手の前記嵌込孔に圧入され、転動体を介して前記軸部を回転自在に支持する軸受カップであって、
   前記嵌込孔内で前記軸部に対して外嵌されて前記軸部との間で前記転動体を保持する円筒状であり、軸方向における一端に、前記軸部を受け入れる開口部が形成された円筒部と、
   前記円筒部の前記軸方向における他端を塞ぐ底部と、
   を含み、
   前記嵌込孔に圧入される前の自由状態の前記軸受カップでは、前記円筒部の内周面の直径は、前記底部側よりも前記開口部側において小さいことを特徴とする、軸受カップ。
2. 自由状態の前記軸受カップでは、前記円筒部の内周面の直径は、前記底部から前記開口部へ向けて徐々に小さくなっていることを特徴とする、請求項１記載の軸受カップ。
3. 前記嵌込穴に圧入された状態の前記軸受カップでは、前記開口部側における前記内周面の直径から前記底部側における前記内周面の直径を差し引いて得られる値は、０以上２１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２記載の軸受カップ。
4. 十字状に配置された４つの軸部を有する十字軸と、
   前記軸部が１つずつ嵌め込まれる嵌込孔が形成された継手ヨークと、
   前記嵌込孔に圧入され、転動体を介して前記軸部を回転自在に支持する請求項１〜３のいずれかに記載の軸受カップと、
   を備えることを特徴とする、十字軸継手。

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