JP2019116973A - シールリング、十字軸継手及びステアリング装置 - Google Patents

シールリング、十字軸継手及びステアリング装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 成型性およびシール性に優れたシールリング、十字軸継手及びステアリング装置を提供する。【解決手段】 円輪状の芯金27と、芯金27に固着した弾性部28とを有し、弾性部28は、全周にわたってラジアル軸受に接触する軸受側シールリップ31、32、33と、芯金27よりも径方向外側に配置され、全周にわたって段差面に接触する段差面側のシールリップ34とを有し、芯金27は、径方向内側に軸部を通す円筒部27aと、中心軸線方向において段差面側の円筒部27aの端部から、全周にわたって径方向外側に突出した鍔部27bとを有し、鍔部27bは、軸部の径方向外側に向けて露出した位置決め部を有するものとする。【選択図】 図5

Description

本願は、ステアリング装置の操舵力を伝達するシャフトの連結部に用いる十字軸継手に組み込まれるシールリング、当該シールリングを備えた十字軸継手、及び、当該十字軸継手を備えたステアリング装置に関するものである。
従来、十字軸継手を構成する十字軸の端部に外嵌するラジアル軸受の軸受カップと、十字軸の軸部との間に形成される隙間をシールするシールリングがある。
このようなシールリングは、下記特許文献1のように、弾性シール部と、弾性シール部内に埋め込まれた補強環とを有している。
実用新案登録第3041732号公報
上記特許文献1に記載の弾性シール部を成型する際、型の内側で補強環の位置決めをする必要があるが、補強環全体を弾性シール部に埋め込む場合、補強環を型に接触させることができず、成型性が悪い。
また、補強環の一部を型に接触させて位置決めする場合、型に接触した補強環の部分に弾性シール部が固着せず、補強環が露出した状態になるため、シール性が低下するおそれがある。
以上に鑑みて、本願発明は、成型性およびシール性に優れたシールリング、十字軸継手及びステアリング装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本願は、中心部と、前記中心部からそれぞれ4方向に延びる4本の軸部とを有し、前記中心部が前記軸部の基端から前記軸部の径方向外方に広がる段差面を形成した十字軸と共に用いられ、
前記軸部に外嵌し、前記軸部の先端部に取り付けられるラジアル軸受と、前記段差面との間に配置されるシールリングであって、
円輪状の芯金と、
前記芯金に固着した弾性部とを有し、
前記弾性部は、全周にわたって前記ラジアル軸受に接触する軸受側のシールリップと、前記芯金よりも径方向外側に配置され、全周にわたって前記段差面に接触する段差面側のシールリップとを有し、
前記芯金は、前記軸部の径方向内側に前記軸部を通す円筒部と、前記軸部の中心軸線方向において前記段差面側の前記円筒部の端部から、全周にわたって径方向外側に突出した鍔部とを有し、
前記鍔部は、前記軸部の径方向外側に向けて露出した位置決め部を有することを特徴とするシールリングを提供する。
好ましくは、前記弾性部は、前記軸部の径方向において、前記段差面側のシールリップと前記鍔部との間に、全周にわたって凹部を形成し、
前記鍔部の径方向外側の少なくとも一部が前記凹部内に露出している。
また好ましくは、前記位置決め部は、前記段差面側の前記鍔部の面に形成された凹部により形成されている。
また好ましくは、前記位置決め部は、前記軸部の中心軸線方向に前記鍔部を貫通した穴部により形成されている。
また好ましくは、全周にわたって、径方向に切断した断面が概略U字状をして、前記軸部の中心軸線方向で前記段差面側に凸の湾曲部を介して、前記円筒部と前記鍔部が一体に形成されている。
また好ましくは、前記十字軸に取り付けられたときに、前記段差面側のシールリップが前記段差面に接触して弾性変形し、前記凹部内に入り込む。
また好ましくは、前記段差面側の前記芯金の部分は露出している。
また、上記課題を解決するため、本願は、上記シールリングを備えたことを特徴とする十字軸継手を提供する。
また、上記課題を解決するため、本願は、上記十時軸継手を備えたことを特徴とするステアリング装置を提供する。
以上に鑑みて、本願発明は、成型性およびシール性に優れたシールリング、十字軸継手及びステアリング装置を提供することを目的とする。
図1は本願の第1実施形態に係るステアリング装置を示す側面図である。 図2は本願の第1実施形態に係る中間シャフトと十字軸継手を示す斜視図である。 図3は本願の第1実施形態に係る十字軸、ラジアル軸受およびシールリングの断面図である。 図4は本願の第1実施形態に係るシールリング周辺の拡大断面図である。 図5は本願の第1実施形態に係るシールリングの断面図である。 図6は本願の第2実施形態に係るシールリングの断面図である。 図7は本願の第2実施形態に係るシールリング周辺の拡大断面図である。 図8は本願の第3実施形態に係るシールリングの断面図である。 図9は本願の第4実施形態に係るシールリングの断面図である。 図10は本願の第4実施形態に係るシールリングの芯金の図9に示すA矢視図である。 図11は本願の第5実施形態に係るシールリングの断面図である。 図12は本願の第5実施形態に係るシールリング周辺の拡大断面図である。 図13は本願の第6実施形態に係るシールリングの断面図である。
(第1実施形態)
以下、本願の第1実施形態を図面を参照しながら説明する。図1は本願の第1実施形態に係るステアリング装置100を示す側面図である。
図1に示すように、ステアリング装置100は、ステアリングホイール1と、ステアリングシャフト2と、ステアリングコラム3と、車体側ブラケット4と、第1の十字軸継手5と、中間シャフト6と、第2の十字軸継手7と、ピニオンギア8と、ラック軸9とを有している。ステアリングホイール1は、その回転を伝達するステアリングシャフト2に固定されている。ステアリングシャフト2は、ステアリングコラム3の内側を通り、中心軸線を中心として回転可能にステアリングコラム3に支持されている。ステアリングコラム3は、車体側ブラケット4により車体200に取り付けられる。ステアリングシャフト2の回転は第1の十字軸継手5によって中間シャフト6に伝達される。中間シャフト6の回転は、第2の十字軸継手7によってピニオンギア8に伝達される。ピニオンギア8は回転してラック軸9を車幅方向に移動させる。ラック軸9は不図示のタイロッドを介して不図示のナックルアームを動かし、不図示の前輪を転舵させる。
図2は本願の第1実施形態に係る中間シャフト6と、第1の十字軸継手5と、第2の十字軸継手7とを示す斜視図である。
第1の十字軸継手5は、第1のヨーク11と、第2のヨーク12とを備えている。第2の十字軸継手7は、第3のヨーク13と、第4のヨーク14とを備えている。第1のヨーク11は二股状に形成された一対のアーム11aを有している。第2のヨーク12は二股状に形成された一対のアーム12aを有している。第1のヨーク11と第2のヨーク12は、一対のアーム11aと一対のアーム12aに保持された後述の十字軸16を介して連結されている。これと同様に、第3のヨーク13と第4のヨーク14も一対のアーム13aと一対のアーム14aによって保持された後述の十字軸16によって連結されている。
図3は本願の第1実施形態に係る十字軸16、ラジアル軸受21およびシールリング26の断面図である。中間シャフト6の中心軸線に対して垂直な方向に切断した断面を示している。
十字軸16は、中心部17と、中心部17からそれぞれ4方向に延びる4本の円柱状の軸部18とを有している。具体的には、十字軸16は、中心部17から一方向に延びる第1の軸部18と、第1の軸部18と中心軸線を共通にして中心部17から第1の軸部18とは反対側に延びる第2の軸部18と、中心部17から第1、第2の軸部18に対して垂直な方向に延びる第3の軸部18と、第3の軸部18と中心軸線を共通にして中心部17から第3の軸部18とは反対側に延びる第4の軸部18とを有している。軸部18周辺の構成は、4本の軸部18において共通であるため、1箇所についてのみ説明し、他の軸部18周辺の構成の説明は省略する。軸部18の先端側にはラジアル軸受21が外嵌している。ラジアル軸受21としては、ニードル軸受を用いることができる。ラジアル軸受21は、軸受カップ22と、ローラ23とを有する。軸受カップ22は、先述のヨーク11乃至14の一対のアーム11a乃至14aに形成された円孔に内嵌する。ローラ23は、軸受カップ22と十字軸16の軸部18との間で、軸部18と略平行な向きで円周方向に複数配置されている。
軸部18の中心部には、先端側から基部側に向かって挿入孔18aが穿孔されている。挿入孔18aの内側には合成樹脂製のピン24が挿入されている。軸部18の基部にはシールリング26が外嵌している。シールリング26は、軸受カップ22と軸部18の間の隙間からラジアル軸受21内に異物が入るのを防ぐ。ピン24は、軸受カップ22と軸部18との間に介在して、軸受カップ22が軸部18の基部側に移動するのを防ぐ。これにより、シールリング26が軸受カップ22により圧縮されてシール性が損なわれるのを防ぐことができる。シールリング26は、図2に示す第1の十字軸継手5のように、車室内に設けられる十字軸継手には設けなくても良い。
図4は本願の第1実施形態に係るシールリング26周辺の拡大断面図である。図4に示す部分は全周にわたって同様の断面形状をしている。
シールリング26は、芯金27と弾性部28とを有している。芯金27は金属からなり、円輪状をしている。弾性部28はエラストマーからなり、芯金27を埋設固着している。弾性部28も円輪状をしている。十字軸16の中心部17は、軸部18の径方向において、軸部18よりも大きい寸法を有しており、軸部18の基端から径方向外方に広がる段差面17aを形成している。段差面17aは軸部18の中心軸線に対して略直角に配置されている。弾性部28は、軸受カップ22と段差面17aとに接して、軸受カップ22内に泥水などの異物が入り込むのを防ぐ。
図5は本願の第1実施形態に係るシールリング26の断面図である。シールリング26は全周にわたって同様の断面形状をしている。
芯金27は、金属板を曲げ加工する事により形成することができる。芯金27は、内径側で円筒状をした円筒部27aと、円筒部27aの外周から径方向外側に突出した鍔部27bとを有する。
弾性部28は、十字軸16に取り付けていない自然状態では、図5に示す断面形状をしている。弾性部28は、本体29と、軸受側の第1のシールリップ31と、軸受側の第2のシールリップ32と、軸受側の第3のシールリップ33と、段差面17a側の第4のシールリップ34を有している。弾性部28の本体29は、中心軸線方向でラジアル軸受21側(図5の上側)と、径方向内側で芯金27に固着している。本体29は、弾性部28の中心軸線方向で十字軸16の中心部17側(図5の下側)の芯金27の面を露出させている。また、本体29は、中心軸線方向でラジアル軸受21側の一部を除いて、鍔部27bの径方向外側面も露出させている。芯金27の露出面は、弾性部28を成型する際に、型に接触させて芯金27の位置決めをするのに用いることができる。特に、鍔部27bの径方向外側の面は、弾性部28の成型時に型に当てることで、芯金27の自動調芯に用いることができる位置決め部を構成する。
弾性部28の本体29は、芯金27から、全周にわたって、径方向外側に広がり、中心軸線方向でラジアル軸受21側(図5の上側)に立ち上がっている。第1のシールリップ31は、中心軸線方向において最もラジアル軸受21側に位置する本体29の部分から、全周にわたって径方向内側に突出している。第1のシールリップ31は、図4に示すように、ラジアル軸受21の軸受カップ22の外周面に接触する。
第2のシールリップ32は、芯金27と第1のシールリップ31の間で、第1のシールリップ31寄りの本体29の部分から、全周にわたって径方向内側に突出している。第2のシールリップ32は、軸部18の中心軸線方向においてラジアル軸受21側に向かうにつれて内径及び外径が小さくなるように軸部18の中心軸線に対して傾斜した円すい面状をしている。第2のシールリップ32は、図4に示すように、ラジアル軸受21の軸受カップ22の外周面に圧接する。
第3のシールリップ33は、軸部18の中心軸線方向において芯金27のラジアル軸受21側にある本体29の部分から、全周にわたって、ラジアル軸受21側に突出している。第3のシールリップ33は、軸部18の軸方向においてラジアル軸受21側に向かうにつれて内径及び外径が大きくなるように、軸部18の中心軸線に対して傾斜した円すい面状をしている。第3のシールリップ33は、図4に示すように、軸受カップ22の内側湾曲部22aに接触する。
段差面17a側の第4のシールリップ34は、芯金27の径方向外側の弾性部28の部分から、全周にわたって、十字軸16の中心部17側(図5の下側)に突出している。段差面17a側の第4のシールリップ34は、軸部18の軸方向において十字軸16の中心部17側に向かうにつれて内径及び外径が小さくなるように、軸部18の中心軸線に対して傾斜した円すい面状をしている。段差面17a側の第4のシールリップ34は先端が鋭角な断面形状をしている。なお、第4のシールリップ34は、上記形状に限らず、軸部18の中心軸線方向において十字軸16の中心部17側に向かうにつれて内径が大きくなり、外径が小さくなる形状としてもよい。また、第4のシールリップ34は、軸部18の中心軸線方向において十字軸16の中心部17側に向かうにつれて内径及び外径が大きくなる形状としてもよい。
軸部18の径方向において、段差面17a側の第4のシールリップ34と芯金27との間には、環状の凹部36が形成されている。図4に示すように、芯金27の露出面が十字軸16の中心部17に接触するようにシールリング26を十字軸16の軸部18に外嵌すると、段差面17a側の第4のシールリップ34は軸部18の径方向内側に弾性変形し凹部36内に入り込む。これにより、段差面17a側の第4のシールリップ34の締め代を大きくすることができ、安定したシール性を得ることができる。
(第2実施形態)
次に、本願の第2実施形態を図6および図7を参照して説明する。図6は本第2実施形態に係るシールリング226の断面図である。図7は本第2実施形態に係るシールリング226周辺の拡大断面図である。
本第2実施形態は、上記第1実施形態と多くの点で共通するため、ここでは上記第1実施形態と異なる点について説明する。上記第1実施形態において参照符号を付して説明した部分に対応する本第2実施形態の部分には、第1実施形態で使用した参照符号に「200」を足した数字からなる参照符号を付する。例えば、第1実施形態の芯金27に対応する本第2実施形態の芯金には「227」の参照符号を付する。
本第2実施形態においては、上記第1実施形態とは異なり、鍔部227bの径方向外側の面に弾性部228が固着している。また、段差面217a側の鍔部227bの面に凹部227cが形成されている。鍔部227bの径方向内側の凹部227cの部分は、弾性部228の成型時に型に当てることで、芯金227の自動調芯に用いることができる位置決め部を構成する。凹部227cは、芯金227と同心円上に連続して形成しても良いし、断続的に形成しても良い。また、凹部227cは、内側に円柱状、半球状、四角柱状などの空間を形成するように凹んだ部分であっても良く、この場合、凹部227cは円周方向に複数配置される。
(第3実施形態)
次に、本願の第3実施形態を図8を参照して説明する。図8は本第3実施形態に係るシールリング326の断面図である。
本第3実施形態は、上記第1実施形態と多くの点で共通するため、ここでは上記第1実施形態と異なる点について説明する。上記第1実施形態において参照符号を付して説明した部分に対応する本第3実施形態の部分には、第1実施形態で使用した参照符号に「300」を足した数字からなる参照符号を付する。例えば、第1実施形態の芯金27に対応する本第3実施形態の芯金には「327」の参照符号を付する。
本第3実施形態においては、上記第1実施形態とは異なり、鍔部327bの径方向外側に、鍔部327bと一体に環状部327dが形成されている。環状部327dの径方向外側の面には弾性部328が固着している。環状部327dは、中心軸線方向において、十字軸の段差面側(図8の下側)の面が、十字軸の段差面側の鍔部327bの面よりも、ラジアル軸受側(図8の上側)に配置されており、鍔部327bの径方向外側部分に凹部327cを形成している。鍔部327bの径方向内側の凹部327cの部分は、弾性部328の成型時に型に当てることで、芯金327の自動調芯に用いることができる位置決め部を構成する。
(第4実施形態)
次に、本願の第4実施形態を図9および図10を参照して説明する。図9は本第4実施形態に係るシールリング426の断面図である。図10は本第4実施形態に係るシールリング426の芯金427の図9に示すA矢視図である。
本第4実施形態は、上記第1実施形態と多くの点で共通するため、ここでは上記第1実施形態と異なる点について説明する。上記第1実施形態において参照符号を付して説明した部分に対応する本第4実施形態の部分には、第1実施形態で使用した参照符号に「400」を足した数字からなる参照符号を付する。例えば、第1実施形態の芯金27に対応する本第4実施形態の芯金には「427」の参照符号を付する。
本第4実施形態においては、上記第1実施形態とは異なり、鍔部427bの径方向外側の面に弾性部428が固着している。また、本第4実施形態においては、鍔部427bに、中心軸線方向に貫通した穴部427eが形成されている。穴部427eは、図10に示すように、円周方向に離隔して複数配置されている。鍔部427bの径方向内側の穴部427eの部分は、弾性部428の成型時に型に当てることで、芯金427の自動調芯に用いることができる位置決め部を構成する。
(第5実施形態)
次に、本願の第5実施形態を図11及び図12を参照して説明する。図11は本第5実施形態に係るシールリング526の断面図である。図12は本第5実施形態に係るシールリング526周辺を示す拡大断面図である。
本第5実施形態は、上記第1実施形態と多くの点で共通するため、ここでは上記第1実施形態と異なる点について説明する。上記第1実施形態において参照符号を付して説明した部分に対応する本第5実施形態の部分には、第1実施形態で使用した参照符号に「500」を足した数字からなる参照符号を付する。例えば、第1実施形態の芯金27に対応する本第5実施形態の芯金には「527」の参照符号を付する。
本第5実施形態においては、上記第1実施形態とは異なり、鍔部527bの径方向外側の面に弾性部528が固着している。また、本第5実施形態においては、全周にわたって、中心軸線方向で段差面側(図11の下側)に凸の湾曲部527fを介して、円筒部527aと鍔部527bが一体に形成されている。湾曲部527fは芯金527の径方向に切断した断面が概略U字状をしている。また、段差面517a側の鍔部527bの面に凹部527cが形成されている。凹部527cについては上記第2実施形態の凹部227cと同様である。
本第5実施形態によれば、シールリング526を十字軸に取り付けた際、図12に示すように、湾曲部527fにより鍔部527bと段差面517aの間に隙間ができ、その隙間に第4のシールリップ534が入り込む。
(第6実施形態)
次に、本願の第6実施形態を図13を参照して説明する。図13は本第6実施形態に係るシールリング626の断面図である。
本第6実施形態は、上記第1実施形態と多くの点で共通するため、ここでは上記第1実施形態と異なる点について説明する。上記第1実施形態において参照符号を付して説明した部分に対応する本第6実施形態の部分には、第1実施形態で使用した参照符号に「600」を足した数字からなる参照符合を付する。例えば、第1実施形態の芯金627に対応する本第6実施形態の芯金には「627」の参照符号を付する。
本第6実施形態においては、上記第1実施形態とは異なり、鍔部627bの径方向外側の面に弾性部628が固着している。また、本第6実施形態においては、全周にわたって、中心軸線方向で段差面側(図13の下側)に凸の湾曲部627fを介して、円筒部627aと鍔部627bが一体に形成されている。湾曲部627fは芯金627の径方向に切断した断面が概略U字状をしている。また、鍔部627bに穴部627eが形成されている。穴部627eについては上記第4実施形態の穴部427eと同様である。
本第6実施形態によれば、シールリング626を十字軸に取り付けた際、上記第5実施形態と同様に、湾曲部627fにより鍔部527bと段差面517aの間に隙間ができ、その隙間に第4のシールリップ634が入り込む。
以上の本願実施形態によれば、成型性およびシール性に優れたシールリング、中間シャフト及びステアリング装置を提供することができる。
なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ピン24の代わりに、軸部18の端面に対向する軸受カップ22の底部中央に軸部18側に突出した突部を設け、軸部18に挿入孔18aを設けないものとしても良い。
また、シールリング26のシールリップの数は4つに限られず、十字軸16の中心部17に接触するシールリップと軸受カップ22に接するシールリップがあれば良く、2つ、3つでも、5つ以上であっても良い。
1 ステアリングホイール
2 ステアリングシャフト
3 ステアリングコラム
4 車体側ブラケット
5 第1の十字軸継手
6 中間シャフト
7 第2の十字軸継手
8 ピニオンギア
9 ラック軸
11 第1のヨーク
12 第2のヨーク
13 第3のヨーク
14 第4のヨーク
11a、12a、13a、14a 一対のアーム
16 十字軸
17 中心部
17a、517a 段差面
18 軸部
18a 挿入孔
21 ラジアル軸受
22 軸受カップ
23 ローラ
24 ピン
26、226、326、426、526、626 シールリング
27、227、327、427、527、627 芯金
27a、227a、327a、427a、527a、627a 円筒部
27b、227b、327b、427b、527b、627b 鍔部
227c、327c、527c 凹部
327d 環状部
427e、627e 穴部
527f、627f 湾曲部
28、228、328、428、528、628 弾性部
29、229、329、429、529、629 本体
31、231、331、431、531、631 第1のシールリップ
32、232、332、432、532、632 第2のシールリップ
33、233、333、433、533、633 第3のシールリップ
34、234、334、434、534、634 第4のシールリップ
36 凹部
100 ステアリング装置
200 車体

Claims (9)

  1. 中心部と、前記中心部からそれぞれ4方向に延びる4本の軸部とを有し、前記中心部が前記軸部の基端から前記軸部の径方向外方に広がる段差面を形成した十字軸と共に用いられ、
    前記軸部に外嵌し、前記軸部の先端部に取り付けられるラジアル軸受と、前記段差面との間に配置されるシールリングであって、
    円輪状の芯金と、
    前記芯金に固着した弾性部とを有し、
    前記弾性部は、全周にわたって前記ラジアル軸受に接触する軸受側のシールリップと、前記芯金よりも径方向外側に配置され、全周にわたって前記段差面に接触する段差面側のシールリップとを有し、
    前記芯金は、前記軸部の径方向内側に前記軸部を通す円筒部と、前記軸部の中心軸線方向において前記段差面側の前記円筒部の端部から、全周にわたって径方向外側に突出した鍔部とを有し、
    前記鍔部は、前記軸部の径方向外側に向けて露出した位置決め部を有することを特徴とするシールリング。
  2. 前記弾性部は、前記軸部の径方向において、前記段差面側のシールリップと前記鍔部との間に、全周にわたって凹部を形成し、
    前記鍔部の径方向外側の少なくとも一部が前記凹部内に露出して前記位置決め部を構成していることを特徴とする請求項1に記載のシールリング。
  3. 前記位置決め部は、前記段差面側の前記鍔部の面に形成された凹部により形成されていることを特徴とする請求項1に記載のシールリング。
  4. 前記位置決め部は、前記軸部の中心軸線方向に前記鍔部を貫通した穴部により形成されていることを特徴とする請求項1に記載のシールリング。
  5. 全周にわたって、径方向に切断した断面が概略U字状をして、前記軸部の中心軸線方向で前記段差面側に凸の湾曲部を介して、前記円筒部と前記鍔部が一体に形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のシールリング。
  6. 前記十字軸に取り付けられたときに、前記段差面側のシールリップが前記段差面に接触して弾性変形し、前記凹部内に入り込むことを特徴とする請求項2に記載のシールリング。
  7. 前記段差面側の前記芯金の部分は露出していることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のシールリング。
  8. 請求項1から7のいずれか一項に記載のシールリングを備えたことを特徴とする十字軸継手。
  9. 請求項8に記載の十字軸継手を備えたことを特徴とするステアリング装置。
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