JP2013155806A

JP2013155806A - 十字軸式自在継手

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Publication number: JP2013155806A
Application number: JP2012017148A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Moriyama; 誠一森山; Atsushi Maeda; 篤志前田; Yasushi Shigeta; 泰志重田; Kiyoshi Sadakata; 清定方
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2013-08-15
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: JP5834968B2

Abstract

【課題】大きな負荷が加わった場合の破壊強度を大きくして、信頼性及び耐久性の確保と、小型・軽量化との両立を図り易い構造を実現する。
【解決手段】十字軸９ａを構成する各軸部１２の基端部外周面と結合基部１３の外面である段差面３８とを、それぞれ断面形状が部分円弧形である凹曲面２８ａにより連続させる。これら各凹曲面２８ａの外面のうちの少なくとも一部を、前記結合基部１３のうちでこれら各凹曲面２８ａの周囲部分よりも、前記各軸部１２の軸方向に関して、この結合基部１３の中心寄りに存在させる。そして、前記段差面３８のうちで前記各軸部１２の基端部の周囲部分に、それぞれ環状凹部２９を形成する。この構成により、これら各軸部１２の長さ寸法を大きくせずに、前記各凹曲面２８ａの断面形状の曲率半径を大きくして、これら各軸部１２の基端部に、亀裂等の損傷が発生しにくくする。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えばステアリングシャフトの動きをステアリングギヤに伝達する為、自動車のステアリング装置に組み込んだ状態で使用する十字軸式自在継手の改良に関する。具体的には、十字軸を構成する４本の軸部の基端部の疲労強度を向上させる事により、この十字軸を組み込んだ十字軸式自在継手の信頼性及び耐久性の向上、或いは小型・軽量化を可能にするものである。

自動車のステアリング装置は、例えば特許文献１に記載されている如く、図７に示す様に構成している。運転者が操作するステアリングホイール１の動きは、ステアリングシャフト２、自在継手３、中間シャフト４、別の自在継手３を介して、ステアリングギヤユニット５の入力軸６に伝達される。そして、このステアリングギヤユニット５に内蔵したラック＆ピニオン機構により左右１対のタイロッド７、７を押し引きし、左右１対の操舵輪（一般的には前輪）に、前記ステアリングホイール１の操作量に応じて、適切な舵角を付与する様に構成している。

この様なステアリング装置に組み込む自在継手として一般的には、カルダン継手と呼ばれる十字軸継手が、広く使用されている。図８〜９は、前記特許文献１に記載される等により、従来から広く知られている自在継手の１例を示している。尚、図８〜９に示した構造は、振動の伝達を防止する、所謂防振継手であるが、本発明の対象となる自在継手は、必ずしも防振構造を具備する必要はない。そこで、以下の説明は防振構造を省略して、自在継手３の本体部分の構造に就いて行う。

この自在継手３は、十分な剛性を有する金属材によりそれぞれが二又状に形成された１対のヨーク８ａ、８ｂと、軸受鋼の如き合金鋼等の硬質金属により造られた十字軸９とから構成される。これら両ヨーク８ａ、８ｂの両端部には、互いに同心の円孔１０、１０を形成している。そしてこれら各円孔１０、１０に、やはり軸受鋼、肌焼鋼等の硬質金属製の板材により有底円筒状に造られた軸受カップ１１、１１を、互いの開口を対向させた状態で内嵌固定している。又、前記十字軸９は、１対の柱部の中間部同士を互いに直交させた如き形状を有し、それぞれが円柱状である、４箇所の軸部１２、１２を有する。即ち、中心部に設けた結合基部１３の円周方向等間隔４箇所位置に、それぞれ前記各軸部１２、１２の基端部を結合固定している。これら各軸部１２、１２の中心軸は、同一平面上に存在する。

この様な各軸部１２、１２の軸方向中間部乃至先端部は、前記各軸受カップ１１、１１内に挿入している。そして、これら各軸受カップ１１、１１の内周面と前記各軸部１２、１２の先半部外周面との間に、ニードル軸受等のラジアル軸受１４、１４を設け、前記十字軸９に対して前記両ヨーク８ａ、８ｂが、軽い力で揺動変位する様にしている。この様に構成する為、これら両ヨーク８ａ、８ｂの中心軸同士が一致しない状態でも、これら両ヨーク８ａ、８ｂの間で回転力の伝達を、伝達ロスを僅少に抑えた状態で行える。

上述の様な自在継手３、３のうち、車室外に設置する（図７で下側の）自在継手３の場合には、前記十字軸９を構成する前記各軸部１２、１２の基端部（前記結合基部１３側の端部）と前記各軸受カップ１１、１１の開口部との間に、それぞれシールリング１５、１５を設けている。そして、これら各シールリング１５、１５により、前記各ラジアル軸受１４、１４の設置部分に泥水等が進入するのを防止し、前記自在継手３の耐久性の確保を図っている。前記各シールリング１５、１５はそれぞれ、金属製で円環状の芯金１６と、ゴムの如きエラストマー製の弾性材１７とから成る。このうちの芯金１６は、軟鋼板等の金属板を曲げ形成する事により、断面Ｌ字形で全体を円環状に形成したもので、円輪部１８と、この円輪部１８の内周縁側から前記各軸部１２、１２の先端側に向けて折れ曲がった円筒部１９とから成る、断面Ｌ字形としている。又、前記弾性材１７は、前記芯金１６を包埋する事でこの芯金１６により補強された基部２０と、この基部２０から延出した、それぞれが特許請求の範囲に記載したシールリップである、ラジアルシールリップ２１とスラストシールリップ２２とから成る。

それぞれがこの様な構成を有する、前記各シールリング１５、１５は、前記芯金１６を包埋した基部を前記各軸部１２、１２の基端部に締り嵌めで（弾性材１７の一部を弾性変形させた状態で）外嵌する事により、これら各軸部１２、１２の基端部に、嵌合部のシール性を確保した状態で支持している。この様にこれら各軸部１２、１２の基端部に前記各シールリング１５、１５を支持し、前記十字軸９と前記各軸受カップ１１、１１とを組み合わせた状態で、前記各シールリップ２１、２２のうちのラジアルシールリップ２１のシール縁は、前記各軸受カップ１１、１１の外周面のうちで開口寄り端部に、全周に亙り弾性的に当接する。又、前記スラストシールリップ２２のシール縁は、前記各軸受カップ１１、１１の開口部に形成された内向鍔部２３の外面（前記結合基部１３に対向する面）に、全周に亙り弾性的に当接する。

更に、前記各軸部１２、１２の中心部にはそれぞれ有底の挿入孔２４、２４を、これら各軸部１２、１２の先端面に開口する状態で、前記各軸部１２、１２の軸方向に形成している。そして、これら各挿入孔２４、２４の内側に、合成樹脂製のピン２５、２５を挿入している。これら各ピン２５、２５は、前記各軸受カップ１１、１１と前記各軸部１２、１２との間で突っ張る事により、これら各軸受カップ１１、１１の開口端部と前記基部１３との距離が縮まり過ぎる事を防止する。そして、前記各シーリング１５、１５のスラストシールリップ２２が過度に圧縮されたり、反対に圧縮量が低下し過ぎる事を防止する。即ち、自在継手３の使用時に前記十字軸９と前記各軸受カップ１１、１１との間に加わるスラスト荷重に基づき、スラスト荷重作用側（アンカ側）のシールリング１５が過度に圧縮されて耐久性が損なわれ、反対側（反アンカ側）のシールリング１５の圧縮量が低下し過ぎて、このシールリング１５によるシール性が損なわれる事を防止する。

但し、上述の様なピン２５、２５を設けない、十字軸式の自在継手に就いても、従来から広く知られている。即ち、図１０に示した従来構造の第２例の如く、軸受カップ１１ａの底部２６の内面中央寄り部分に突条２７、２７を形成し、これら各突条２７、２７の先端縁を、十字軸９を構成する軸部１２の先端面に当接させている。この様な構造によっても、自在継手の構成部材の寸法精度及び組立精度を確保さえすれば、前記軸受カップ１１ａと前記軸部１２との間に設けるシールリング１５の圧縮量を適性範囲に保持できる。

何れの構造の場合でも、十字軸９を構成する軸部１２、１２の基端部にシールリング１５、１５を、締り嵌めで外嵌支持する。そして、これら各軸部１２、１２に対するこれら各シールリング１５、１５の位置決めを適正にする事が、十字軸式の自在継手３の変位抵抗を抑えると共に、これら各シールリング１５、１５のシール性能を確保する面から重要になる。これらの事を考慮すると、図８〜１０に示した従来構造では、十字軸式自在継手に関して、十分な信頼性及び耐久性を確保しつつ、小型・軽量化を図る事が難しい。この点に就いて、図１１を参照しつつ説明する。

十字軸９を構成する軸部１２のうち、軸方向中間部乃至先端部である、図１１のＬ範囲部分は、ラジアル軸受１４（図８〜１０参照）の内輪軌道としての役目を有する為、超仕上等の研削加工を施す。十字軸式自在継手によるトルク伝達は、前記ラジアル軸受１４を介して行うので、伝達可能なトルク（トルク容量）を確保する必要上、前記Ｌ範囲の長さ寸法は或る程度必要である。又、このＬ範囲で表された内輪軌道部分よりも基端寄り部分には、シールリング１５の基部２０を外嵌支持する。この支持力を十分に確保する為、及び、この嵌合部のシール性を確保する為には、前記軸部１２と前記基部２０との嵌合幅Ｗを、或る程度以上確保する必要がある。又、これら基部２０と軸部１２とを嵌合させた状態で、この基部２０に包埋した芯金１６の円輪部１８の片面を、前記十字軸９を構成する、前記結合基部１３の外面である段差面３８に当接させて、前記軸部１２の軸方向に関する、前記シールリング１５の位置決めを図る。この位置決めの精度を確保する為には、前記円輪部１８の片面と前記段差面３８との当接状態を安定させる必要上、これら両面同士を均一に当接させる必要がある。

以上の事を考慮し、しかも、前記十字軸９の全長を少しでも短く抑えて、この十字軸９を組み込んだ自在継手３（図７〜１０参照）の小型・軽量化を図る為に従来は、図１１に示す様に、前記軸部１２の外周面と前記段差面３８とを連続させる凹曲面２８の曲率半径を小さくしていた。一方、前記自在継手３によりトルクを伝達する際に、前記軸部１２と前記結合基部１３との連続部には、この結合基部１３に対しこの軸部１２を倒す方向のモーメントが、繰り返し加わる。そして、このモーメントにより、前記凹曲面２８部分に応力が加わる。この応力の大きさは、この凹曲面２８の断面形状の曲率半径が小さい程、又、前記軸部１２の外径が小さい程、それぞれ大きくなる。従って、前記凹曲面２８部分に亀裂等の損傷が発生するのを防止すべく、この凹曲面２８部分に加わる応力を低く抑える為には、前記凹曲面２８の断面形状の曲率半径を大きくするか、又は、前記軸部１２の外径を大きくする必要があり、自在継手３の小型・軽量化を図る面からは不利になる。

特許文献２には、十字軸の軸部の全長を確保して、この軸部がヨークの円孔から抜け出難くする為、この軸部の先端部に面取り部を設ける発明が記載されている。この様な特許文献２に記載された発明の構造によれば、大きなトルク伝達時に於ける、十字軸とヨークとの分離防止を図るべく、この十字軸を構成する各軸部の全長を長くした場合でも、この十字軸をヨークに組み込む事ができる。但し、前記特許文献２に記載された発明の構造にしても、前記図１１により説明した様な理由で、大きな負荷が加わった場合に於ける破壊強度（大負荷時破壊強度）を大きくし難く、信頼性及び耐久性の確保と、小型・軽量化との両立を図り難い。

特開２０１０−１８１０１６号公報特開平１１−０３７１７１号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、大負荷時破壊強度を大きくして、信頼性及び耐久性の確保と、小型・軽量化との両立を図り易い構造を実現すべく発明したものである。

本発明の十字軸式自在継手は、１対のヨークと、４個の円孔と、４個の軸受カップと、十字軸と、４組のラジアル軸受とを備える。
このうちの１対のヨークは、それぞれが二股状に形成されている。
又、前記各円孔は、これら両ヨークの両端部に、互いに同心に形成されている。
又、前記各軸受カップは、それぞれが有底円筒状で、互いの開口を対向させた状態で、前記各円孔の内側に内嵌固定されている。
又、前記十字軸は、結合基部の外周面に４本の軸部を放射状に固設して成る。そして、これら各軸部を前記各軸受カップ内に挿入した状態で、前記両ヨークと組み合わされている。
更に、前記各ラジアル軸受は、前記各軸部の外周面と前記各軸受カップの内周面との間に設けられている。

特に、本発明の十字軸式自在継手に於いては、前記十字軸を構成する前記各軸部の基端部外周面と前記結合基部の外面である段差面とを、それぞれ断面形状が部分円弧形である凹曲面により連続させている。又、これら各凹曲面のうちの少なくとも一部を、前記段差面のうちでこれら各凹曲面の周囲部分よりも、前記各軸部の軸方向に関して、この結合基部の中心寄りに存在させている。そして、前記段差面のうちで前記各軸部の基端部の周囲部分に、それぞれ環状凹部を形成している。

この様な本発明を実施する場合、具体的には、請求項２に記載した発明の様に、前記十字軸を構成する前記各軸部と前記各軸受カップとを、これら各軸部の軸方向に関する相対変位を実質的に抑えた状態で（構成部材の弾性変形に基く僅かな相対変位を除き阻止した状態で）組み合わせる。又、４個のシールリングを、前記各軸部の基端部にそれぞれの基部を外嵌支持した状態で、これら各軸部の基端部と前記各軸受カップの開口部との間に設ける。前記各シールリングは、金属製で円環状の芯金と、この芯金を包埋する事でこの芯金により補強された基部及びこの基部から延出したシールリップを備えた弾性材とから構成する。そして、前記各シールリングを、前記基部を前記各軸部の基端部に締り嵌めで外嵌支持すると共に、前記各シールリップを前記各軸受カップの外面に全周に亙って当接させた状態で、前記十字軸と前記両ヨークとの間に組み付ける。
この様な請求項２に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した発明の様に、前記段差面のうちで前記環状凹部の周囲部分と、前記芯金を構成する円輪部のうちでこの周囲部分と当接する部分の軸方向片側面とを、平坦面若しくは部分円すい面状の傾斜面とする。そして、前記周囲部分とこの軸方向片側面とを面同士で当接させる。

上述の様な請求項２〜３に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項４に記載した発明の様に、前記各凹曲面を、断面形状の曲率半径が互いに異なる複数の曲面同士を滑らかに連続させた複合曲面とする。そして、これら各複合曲面を構成するそれぞれ複数の曲面のうち、前記各軸部に連続する内径側曲面の曲率半径を、これら各内径側曲面の周囲に存在する外径側曲面の曲率半径よりも大きくする。又、請求項２〜３に記載した発明を実施する場合には、前記芯金を、円輪部と、この円輪部の内周縁側から前記各軸部の先端側に向けて折れ曲がった円筒部とから成る断面Ｌ字形とする。そして、前記円輪部のうちの少なくとも外径寄り部分を、前記十字軸の結合基部の外面である段差面に当接させる。

或いは、前記請求項２〜３に記載した発明を実施する場合に、請求項５に記載した発明の様に、前記各環状凹部の開口を前記各シールリップの基部の軸方向端面により塞いだ環状空間内に、グリースを封入する。
或いは、請求項６に記載した発明の様に、前記各シールリングを構成する弾性材の一部で、前記各基部の軸方向端面の内径寄り部分に、前記十字軸の結合基部の側に突出する凸部を設ける。そして、これら各凸部を前記各環状凹部内に進入させる。
或いは、請求項７に記載した発明の様に、前記シールリングを構成する弾性材の基部の一部で、前記芯金よりも径方向外側部分に、前記十字軸の結合基部の側に突出する第二シールリップを全周に亙って形成する。そして、これら各第二シールリップの先端縁を、前記段差面のうちで前記環状凹部の周囲部分に、全周に亙って当接させる。

又、前述の様な本発明を実施する別の具体的構造として、請求項８に記載した発明の様に、前記十字軸を構成する前記各軸部と前記各軸受カップとを、これら各軸部の軸方向に関する相対変位を可能に組み合わせる。そして、これら各軸部に、弾性材製のシールリングを外嵌し、これら各シールリングを、前記各軸受カップの開口部側端面と、前記十字軸の段差面との間で、軸方向に関して弾性的に圧縮した状態で挟持する。
この様な請求項８に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項９に記載した発明の様に、前記各凹曲面を、断面形状の曲率半径が互いに異なる複数の曲面同士を滑らかに連続させた複合曲面とする。そして、これら各複合曲面を構成するそれぞれ複数の曲面のうち、前記各軸部に連続する内径側曲面の曲率半径を、これら各内径側曲面の周囲に存在する外径側曲面の曲率半径よりも大きくする。

上述の様に構成する本発明の十字軸式自在継手によれば、大負荷時破壊強度を大きくして、信頼性及び耐久性の確保と、小型・軽量化との両立を図り易い構造を実現できる。
即ち、本発明の十字軸式自在継手の場合には、十字軸を構成する結合基部の外面である段差面のうちで各軸部の基端部の周囲部分にそれぞれ環状凹部を形成し、この環状凹部を利用して、これら各軸部の基端部外周面と段差面とを、それぞれ断面形状が部分円弧形である凹曲面により連続させている。従って、前記各軸部の軸方向中間部乃至先端部に存在する内輪軌道の軸方向長さ、及び、シールリングを装着可能な部分の軸方向幅を確保し、しかも、前記凹曲面の断面形状の曲率半径を大きくできる。この為、トルク伝達時に前記各軸部に加わる、倒れ方向のモーメントに拘らず、これら各軸部の基端部外周面と段差面との連続部に発生する応力を低く抑えられる。この結果、前記各軸部の長さ寸法や外径を特に大きくしなくても、前記連続部に亀裂等の損傷を発生し難くできて（大負荷時破壊強度を大きくして）、前記十字軸を組み込んだ十字軸式自在継手の信頼性及び耐久性を確保できる。言い換えれば、必要とする信頼性及び耐久性を同じとした場合には、前記十字軸の寸法を小さく抑えて、この十字軸を組み込んだ、十字軸式自在継手の小型・軽量化を図れる。

本発明の実施の形態の第１例を、十字軸及びシールリングを取り出した状態で示す部分断面図。同第２例を示す、図１と同様の図（Ａ）と、環状凹部の断面形状の別例を示す部分断面図（Ｂ）。同第３例を示す、図１と同様の図。同第４例を示す、図１と同様の図。同第５例を示す、図１と同様の図（Ａ）及び第二シールリップの形状の別例を示す部分断面図（Ｂ）。同第６例を示す、図１と同様の図（Ａ）及びシールリングの別例を示す部分断面図（Ｂ）。自在継手を組み込んだステアリング装置の１例を示す斜視図。従来から知られている自在継手の第１例を示す、部分切断側面図。一部を省略して示す、図８の拡大Ｘ−Ｘ断面図。従来から知られている自在継手の第２例を示す、図９のＹ−Ｙ断面に相当する図。従来構造の場合に生じる問題を説明する為の、図１と同様の図。

［実施の形態の第１例］
図１は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の特徴は、十字軸を構成する各軸部の基端部外周面と結合基部の外面である段差面との連続部の形状を工夫する事により、前記十字軸の寸法を大きくせずに、前記各軸部に加わるモーメントに基いて前記連続部に発生する応力を低く抑えられる構造を実現する点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図１０〜１１に示した従来構造の第２〜３例とほぼ同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例の場合には、十字軸式の自在継手を構成する十字軸９ａを構成する各軸部１２の基端部外周面と、結合基部１３の外面の一部で、これら各軸部１２の基端部の周囲部分である段差面３８とを、それぞれ断面形状が部分円弧形である凹曲面２８ａにより連続させている。又、これら各凹曲面２８ａのうちの一部を、前記段差面３８のうちでこれら各凹曲面２８ａの周囲部分よりも、前記各軸部１２の軸方向に関して、前記結合基部１３の中心寄り（図１の左寄り）に存在させている。そして、前記段差面３８のうちで前記各軸部１２の基端部の周囲部分に、それぞれ環状凹部２９を形成している。前記各凹曲面２８ａの内外両周縁部のうち、内周縁は、前記各軸部１２と滑らかに連続している。言い換えれば、これら各軸部１２の母線は、前記各凹曲面２８ａの内周縁の接線方向に存在する。一方、前記段差面３８とこれら各凹曲面２８ａの外周縁側との連続部の断面形状は、微分不能な（単一の接線を描けない）、少しだけ尖った形状としている。

又、前記各軸部１２の基端部に、芯金１６と弾性材１７ａとから成るシールリング１５ａを外嵌支持している。このシールリング１５ａの構成は、ラジアルシールリップ２１ａの先端部が二股になっている点以外、前述の図９〜１０に示した従来構造とほぼ同様である。前記シールリング１５ａは、前記弾性材１７ａの基部２０を前記各軸部１２の基端部に締り嵌めで外嵌すると共に、前記芯金１６の円輪部１８の軸方向片側面（図１の左側面）の外径寄り部分を、前記段差面３８のうちで前記環状凹部２９の周囲部分に突き当てた状態で、前記各軸部１２の基端部に組み付けている。この状態で、前記円輪部１８の軸方向片側面と前記段差面３８のうちで前記環状凹部２９の周囲部分とが、面同士で当接する。尚、この段差面３８のうちでこの環状凹部２９の周囲部分と、前記円輪部１８の軸方向片側面とは、前記各軸部１２の中心軸に対し直交する方向に存在する平坦面とする事が、各部の加工を容易にする面からは好ましい。但し、当接状態を安定させる為に、前記段差面３８のうちでこの環状凹部２９の周囲部分と前記円輪部１８の軸方向片側面とのうちの一方を部分円すい状の凸面とし、他方を同じ角度だけ傾斜した部分円すい状の凹面とする事もできる。何れの場合でも、十字軸式の自在継手を組み立てた状態では、前記弾性材１７ａのラジアルシールリップ２１ａの先端縁が軸受カップ１１ａの端部外周面に、同じくスラストシールリップ２２が内向鍔部２３の外面に、それぞれ全周に亙って弾性的に当接する。

前記自在継手の伝達効率を良好にすると共に、前記各シールリング１５ａによるシール性能を確保する為には、前記各シールリップ２１ａ、２２の弾性変形量を適正に規制する必要がある。そして、この為には、前記各シールリング１５ａと前記各軸受カップ１１ａとの位置関係を適正に規制する必要がある。このうちの各シールリング１５ａの軸方向位置は、前記円輪部１８の軸方向片側面と前記段差面３８との当接により、適正に規制できる。又、前記各軸受カップ１１ａの軸方向位置は、ヨーク８ａの円孔１０（図１０参照）に対する嵌合位置を調節し、座部２６ａの内面中央部と前記軸部１２の端面中央部とを当接させる事により規制できる。この為、本例の構造によれば、前記各シールリップ２１ａ、２２の弾性変形量を適正に規制して、前記自在継手の伝達効率を良好にすると共に、前記各シールリング１５ａによるシール性能を確保できる。

更に、前記各環状凹部２９の存在により、前記各軸部１２の軸方向寸法を大きくしなくても、これら各軸部１２の基端部外周面と前記段差面３８との連続部に存在する凹曲面部２８ａの断面形状の曲率半径を大きくできる。この為、前記自在継手によるトルク伝達時に、前記各軸部１２に加わる、倒れ方向のモーメントに拘らず、これら各軸部１２の基端部外周面と前記段差面３８との連続部に発生する応力を低く抑えられる。この結果、前記各軸部１２の長さ寸法や外径を特に大きくしなくても、大負荷時破壊強度を大きくして、前記連続部に亀裂等の損傷を発生し難くできて、前記十字軸９ａを組み込んだ十字軸式自在継手の信頼性及び耐久性を確保できる。逆に、必要とする大負荷時破壊強度、延いては信頼性及び耐久性を同じとした場合には、前記十字軸９ａの寸法を小さく抑えて、この十字軸９ａを組み込んだ、十字軸式自在継手の小型・軽量化を図れる。何れにしても、前記凹曲面部２８ａの断面形状の曲率半径を大きくする為に、前記各軸部１２の軸方向中間部乃至先端部に存在するラジアル軸受１４の為の内輪軌道の軸方向長さ、及び、前記各シールリング１５ａを構成する弾性材１７ａの基部２０を外嵌する部分の軸方向幅を確保できる。従って、前記十字軸式自在継手のトルク容量を確保すると共に、前記各シールリング１５ａの位置決め性（姿勢の安定化）も図れる。

［実施の形態の第２例］
図２は、請求項１〜４に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、十字軸９ｂを構成する段差面３８のうちで、各軸部１２の基端部を囲む部分に形成した各凹曲面２８ｂの断面形状を、曲率半径が互いに異なる複数の曲面同士を滑らかに連続させた複合曲面としている。そして、これら各複合曲面を構成するそれぞれ複数の曲面のうち、前記各軸部１２に連続する内径側曲面３０の曲率半径を、これら各内径側曲面３０の周囲に存在する外径側曲面３１の曲率半径よりも大きくしている。これら内径側、外径側両曲面３０、３１のうち、内径側曲面３０に関する曲率半径は、上述した実施の形態の第１例の凹曲面２８ａ｛図２の（Ａ）の鎖線参照｝の曲率半径と同じとし、外径側曲面３１に関する曲率半径を、この凹曲面２８ａの曲率半径よりも十分に小さくしている。又、前記各内径側曲面３０の外周縁と前記各外径側曲面３１の内周縁とを、互いに接線方向で滑らかに連続させている。

上述の様に構成する本例の構造によれば、前記各軸部１２の基端部の断面形状の曲率半径を大きくし、十字軸式自在継手によるトルク伝達時にこの基端部に大きな応力が発生するのを防止しつつ、図２の（Ａ）に鎖線で示した第１例の構造に比べて、環状凹部２９ａの外径を小さくできる。そして、この外径を小さくできる分、シールリング１５ａを構成する芯金１６の円輪部１８の軸方向片側面と、前記段差面３８との接触面積を広くし、前記シールリング１５ａの姿勢をより安定させて、このシールリング１５ａによるシール性能の向上を図れる。

尚、本例の如く、前記各凹曲面２８ｂの断面形状を複合曲面とする場合に、この複合曲面を構成する曲面の種類は２種類に限らない。３種類以上であっても良いし、内周縁側から外周縁側に向けて曲率半径を連続的に変化させても良い。更には、図２の（Ｂ）に示す様に、環状凹部２９ｂの外径側端部を、各軸部１２の中心軸をその中心とする円筒面３２としても良い。
その他の部分の構成及び作用は、上述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。

［実施の形態の第３例］
図３は、請求項１〜３、５に対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合も、十字軸９ａを構成する各軸部１２の基端部にシールリング１５ａの基部２０を、締り嵌めで外嵌支持している。そして、この基部２０により、段差面３８のうちで、前記各軸部１２の基端部を囲む部分に形成した各環状凹部２９の開口を塞いでいる。特に、本例の場合には、これら各環状凹部２９の開口を塞ぐ事で画成した環状空間３３内に、グリース３４を封入している。

この様な本例の構造によれば、前記基部２０の端面と前記段差面３８との突合せ部のシール性を向上させて、外部空間に存在する泥水等の異物が、この突合せ部を通じて、ラジアル軸受１４側に入り込む事を防止できる。尚、本例の様にグリースによりシール性を向上させる構造は、上述の図２に示した実施の形態の第２例の構造と組み合わせて実施する事もできる。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。

［実施の形態の第４例］
図４は、請求項１〜３、６に対応する、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合も、十字軸９ａを構成する各軸部１２の基端部にシールリング１５ｂの基部２０ａを、締り嵌めで外嵌支持している。特に、本例の場合には、これら各シールリング１５ｂを構成する弾性材１７ｂの一部で、前記各基部２０ａの軸方向端面の内径寄り部分に、十字軸９ａの結合基部１３の側に突出する凸部３５を、全周に亙って設けている。そして、これら各凸部３５を、前記十字軸９ａを構成する段差面３８のうちで、前記各軸部１２の基端部の周囲部分に形成した、各環状凹部２９内に進入させている。そして、前記基部２０ａによりこれら各環状凹部２９の開口を塞ぐ事で画成した環状空間３３の容積を、実質的に低減している。

この様な本例の構造によれば、温度変化に基づく前記各環状空間３３内の圧力変化に伴って外部空間に存在する泥水等の異物が、前記各基部２０ａの端面と前記段差面３８との突合せ部を通じて、前記各環状空間３３内に入り込む事を抑えられる。即ち、これら各環状空間３３内に存在する空気の容積が多いと、温度変化（温度上昇後の低下）に伴ってこれら各環状空間３３内に外気が吸入され易くなる。そして、この外気と共に外部空間に浮遊する異物が、これら各環状空間３３を通じて各ラジアル軸受１４側に入り込むと、これら各ラジアル軸受１４の耐久性が損なわれる。これに対して本例の構造によれば、前記各凸部３５の分だけ、前記各環状隙間３３の容積を低減し、温度変化に伴う、これら各環状隙間３３内と前記外部空間との間での空気の出入りを少なく抑えて、これら各環状隙間３３を通じ、この外部空間に浮遊する異物（周囲に存在する水滴等を含む）が、前記各ラジアル軸受１４側に入り込む事を防止できる。尚、この様な機構による異物進入防止効果（シール性）を確保する為には、前記各凸部３５により、前記各環状空間３３全体を塞ぐ事が好ましい。この様な本例の構造に関しても、前述の図２に示した実施の形態の第２例の構造と組み合わせて実施する事もできる。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。

［実施の形態の第５例］
図５は、請求項１〜３、７に対応する、本発明の実施の形態の第５例を示している。本例の場合には、各シールリング１５ｃを構成する弾性材１７ｃの基部２０ｂの一部で、芯金１６の円輪部１８の外周縁よりも径方向外側部分に、十字軸９ａの結合基部１３の側に突出する第二シールリップ３６を、それぞれ全周に亙って形成する。そして、これら各第二シールリップ３６の先端縁を、前記十字軸９ａを構成する段差面３８のうちで環状凹部２９の周囲部分に、全周に亙って当接させている。この様な、前記各第二シールリップ３６により、前記環状凹部２９の存在に拘らず、前記各シールリング１５ｃによるシール性能の確保を図っている。

尚、図５のうちの（Ａ）に示した構造の場合には、前記各第二シールリップ３６の方向を、先端縁に向かうに従って径方向外側に向かう方向に傾斜させている。そして、前記基部２０と前記環状凹部２９とにより画成された環状空間３３内に存在する余分なグリースや空気を、温度上昇時に外部空間に逃がすが、温度低下時にこの外部空間に浮遊する異物を前記環状空間内に吸い込み難くして、必要とするシール性の確保を図っている。但し、各第二シールリップの形状は、上述の様な形状に限定するものではない。例えば図５の（Ｂ）に示す様な形状の、第二シールリップ３６ａを採用する事もできる。尚、この図５の（Ｂ）に示した第二のシールリップ３６ａは、長さ寸法を大きくする事で、段差面３８との当接に基づく締め代の変化に追従し易く（撓み易く）している。要は、前記各シールリング１５ｃを、前記十字軸９ａを構成する各軸部１２の基端部に外嵌支持した状態で、前記各第二シールリップ３６、３６ａの先端縁が、前記段差面３８のうちで環状凹部２９の周囲部分に、全周に亙って弾性的に当接できる形状であれば良い。この様な本例の構造に関しても、前述の図２に示した実施の形態の第２例の構造と組み合わせて実施する事もできる。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。

［実施の形態の第６例］
図６は、請求項１、８に対応する、本発明の実施の形態の第６例を示している。先に述べた実施の形態の第１〜５例の構造が何れも、シール性能の高いシールリングを組み込んで成り、車室外（エンジンルーム内）に設置するのに適切な構造であるのに対して、本例の構造は、車室内に設置するのに適切な構造である。この様な本例の十字軸式自在継手の場合には、十字軸９ａを構成する各軸部１２と各軸受カップ１１ｂとを、これら各軸部１２の軸方向に関する相対変位を可能に組み合わせている。そして、これら各軸部１２に、弾性材製のシールリングであるＯリング３７を外嵌し、これら各Ｏリング３７を、前記各軸受カップ１１ｂの開口部側端面である、この開口部に形成した内向鍔部２３の外側面と、前記十字軸９ａを構成する段差面３８との間に挟持している。十字軸式自在継手を組み立てた状態で前記Ｏリング３７は、この段差面３８と前記内向鍔部２３の外側面との間で、軸方向に関して弾性的に圧縮する。又、前記各軸部１２の先端部と前記各軸受カップ１１ｂの内面とは離隔したままとなる。前記十字軸式自在継手によるトルク伝達時に、これら各軸部１２の先端部と各軸受カップ１１ｂとの間に作用するスラスト荷重は、前記各Ｏリング３７が支承する。尚、これら各Ｏリング３７の断面形状は、図６の（Ａ）に示した様な円形に限らず、（Ｂ）に示した様な角形でも良い。又、本例の構造と、前記図２に示した、断面形状の曲率半径が互いに異なる複数の曲面同士を滑らかに連続させた複合曲面である、環状凹部２９ａ、２９ｂとを組み合わせて実施する事もできる。この様にすれば、前記段差面３８のうちで、前記Ｏリング３７を当接させられる部分の幅寸法を確保し易い。
その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分に関する説明は省略する。

本発明の十字軸式自在継手は、ステアリング装置に限らず、各種トルク伝達機構に組み付けた状態で使用できる。

１ステアリングホイール
２ステアリングシャフト
３自在継手
４中間シャフト
５ステアリングギヤユニット
６入力軸
７タイロッド
８ａ、８ｂヨーク
９、９ａ、９ｂ十字軸
１０円孔
１１、１１ａ、１１ｂ軸受カップ
１２軸部
１３結合基部
１４ラジアル軸受
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃシールリング
１６芯金
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ弾性材
１８円輪部
１９円筒部
２０、２０ａ、２０ｂ基部
２１、２１ａラジアルシールリップ
２２スラストシールリップ
２３内向鍔部
２４挿入孔
２５ピン
２６、２６ａ底部
２７突条
２８、２８ａ、２８ｂ凹曲面
２９、２９ａ、２９ｂ環状凹部
３０内径側曲面
３１外径側曲面
３２円筒面
３３環状空間
３４グリース
３５凸部
３６、３６ａ第二シールリップ
３７Ｏリング
３８段差面

Claims

それぞれが二股状に形成された１対のヨークと、これら両ヨークの両端部に互いに同心に形成された４個の円孔と、互いの開口を対向させた状態でこれら各円孔の内側に内嵌固定された、それぞれが有底円筒状である４個の軸受カップと、結合基部の外周面に４本の軸部を放射状に固設して成り、これら各軸部をこれら各軸受カップ内に挿入した状態で前記両ヨークと組み合わされた十字軸と、これら各軸部の外周面とこれら各軸受カップの内周面との間に設けられた４組のラジアル軸受とを備えた十字軸式自在継手に於いて、前記十字軸を構成する前記各軸部の基端部外周面と前記結合基部の外面である段差面とを、それぞれ断面形状が部分円弧形である凹曲面により連続させており、これら各凹曲面のうちの少なくとも一部を、前記段差面のうちでこれら各凹曲面の周囲部分よりも、前記各軸部の軸方向に関し、この結合基部の中心寄りに存在させて、前記段差面のうちで前記各軸部の基端部の周囲部分にそれぞれ環状凹部を形成した事を特徴とする十字軸式自在継手。
前記十字軸を構成する前記各軸部と前記各軸受カップとが、これら各軸部の軸方向に関する相対変位を実質的に抑えた状態で組み合わされており、これら各軸部の基端部にそれぞれの基部を外嵌支持された状態で、これら各軸部の基端部と前記各軸受カップの開口部との間に設けられた４個のシールリングを備え、これら各シールリングは、金属製で円環状の芯金と、この芯金を包埋する事でこの芯金により補強された基部及びこの基部から延出したシールリップを備えた弾性材とから成るものであり、前記各シールリングは、前記基部を前記各軸部の基端部に締り嵌めで外嵌支持すると共に、前記各シールリップを前記各軸受カップの外面に全周に亙って当接させた状態で、前記十字軸と前記両ヨークとの間に組み付けている、請求項１に記載した十字軸式自在継手。
前記段差面のうちで前記環状凹部の周囲部分と、前記芯金を構成する円輪部のうちでこの周囲部分と当接する部分の軸方向片側面とが、平坦面若しくは部分円すい面状の傾斜面であって、前記周囲部分とこの軸方向片側面とが面同士で当接している、請求項２に記載した十字軸式自在継手。
前記各凹曲面が、断面形状の曲率半径が互いに異なる複数の曲面同士を滑らかに連続させた複合曲面であり、これら各複合曲面を構成するそれぞれ複数の曲面のうち、前記各軸部に連続する内径側曲面の曲率半径が、これら各内径側曲面の周囲に存在する外径側曲面の曲率半径よりも大きく、前記芯金は、円輪部と、この円輪部の内周縁側から前記各軸部の先端側に向けて折れ曲がった円筒部とから成る断面Ｌ字形で、前記円輪部のうちの少なくとも外径寄り部分が、前記段差面に当接している、請求項２〜３のうちの何れか１項に記載した十字軸式自在継手。
前記各環状凹部の開口を前記各シールリップの基部の軸方向端面により塞いだ環状空間内に、グリースを封入している、請求項２〜４のうちの何れか１項に記載した十字軸式自在継手。
前記各シールリングを構成する弾性材の一部で、前記各基部の軸方向端面の内径寄り部分に、前記十字軸の結合基部の側に突出する凸部を設け、これら各凸部を前記各環状凹部内に進入させている、請求項２〜５のうちの何れか１項に記載した十字軸式自在継手。
前記各シールリングを構成する弾性材の基部の一部で、前記芯金よりも径方向外側部分に、前記十字軸の結合基部の側に突出する第二シールリップを全周に亙って形成し、これら各第二シールリップの先端縁を、前記段差面のうちで前記環状凹部の周囲部分に、全周に亙って当接させている、請求項２〜６のうちの何れか１項に記載した十字軸式自在継手。
前記十字軸を構成する前記各軸部と前記各軸受カップとを、これら各軸部の軸方向に関する相対変位を可能に組み合わせており、これら各軸部に、弾性材製のシールリングを外嵌し、これら各シールリングを、前記各軸受カップの開口部側端面と、前記十字軸の段差面との間で、軸方向に関して弾性的に圧縮した状態で挟持している、請求項１に記載した十字軸式自在継手。
前記各凹曲面が、断面形状の曲率半径が互いに異なる複数の曲面同士を滑らかに連続させた複合曲面であり、これら各複合曲面を構成するそれぞれ複数の曲面のうち、前記各軸部に連続する内径側曲面の曲率半径が、これら各内径側曲面の周囲に存在する外径側曲面の曲率半径よりも大きい、請求項８に記載した十字軸式自在継手。