JP6531543B2

JP6531543B2 - クロスベアリング

Info

Publication number: JP6531543B2
Application number: JP2015147302A
Authority: JP
Inventors: 圭一古川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2035-07-27
Also published as: JP2017026088A

Description

この発明は、ユニバーサルジョイントに用いられるクロスベアリングに関する。

従来、自動車の操舵装置においては、例えばコラムシャフトとステアリングギヤとを屈折自在に連結するために、ユニバーサルジョイントが用いられている（特許文献１図４参照）。このユニバーサルジョイントは、例えば図３に示すように、一対のシャフトのそれぞれの端部に双脚状のヨークを設け、各ヨークにクロスベアリングを取り付けたものである。

前記クロスベアリングは、ヨークの軸受穴に嵌合されたカップ形の軸受と、この軸受に軸部が嵌合された十字軸とを備えている。前記軸部の基端部には、芯金付きのシール部材が装着されているものがある（特許文献２図８参照）。
このシール部材は、軸受の外輪外周側に接触する第１のリップ部と、前記外輪の一端面に接触する第２のリップ部とを有しており、前記芯金を十字軸の胴部の四方に設けた側端部に接触させた状態で、各リップ部を前記軸受の外輪に弾性的に接触させることによって、軸受の内部に泥水等の異物が侵入するのを防止している。また、前記十字軸は鍛造品からなり、そのシール部材が接触する胴部の側端部及び軸部の基端部は、それぞれ未切削の鍛造肌として加工コストを削減することが行われている。

前記クロスベアリングにおいては、前記第１のリップ部および第２のリップ部の接触部位の面圧が低下すると、泥水等が軸受の内部に侵入し易くなる。このため、当該リップ部は前記一端面に対してできるだけ接触部位の面圧を高めるのが好ましい。ところが、前記第１のリップ部および第２のリップ部は、その製法および組み込み方法に起因して軸方向の寸法ばらつきが大きくなることから、当該第２のリップ部が外輪の一端面に対して十分な面圧を確保できない場合が生じ、これにより耐泥水性等のシール性能が低下するという問題があった。

第１のリップ部および第２のリップ部の前記軸部の軸線方向の動きを拘束するために、十字軸の軸部の基部に溝が形成されたクロスベアリングがある。（特許文献２参照）

特開２００６−２９５１１号公報特開２０１４−２１４８１２号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載のクロスベアリングは、十字軸の軸部の基部に溝を形成することにより、前記軸部の強度が低下し、クロスベアリングの信頼性が低下する。
また、前記前記特許文献１に記載のクロスベアリングは、シール部材のリップ部を挿圧してシール部材を十字軸に組み込む必要があり、リップ部に損傷が生じることが想定できる。

さらに、前記特許文献１に記載のクロスベアリングにおいても、前記第１のリップ部および第２のリップ部は、その製法に起因して軸方向の寸法ばらつきが大きくなることから、当該第１および第２のリップ部が外輪の一端面に対して十分な面圧を確保できないという問題は解消されない。また、前記特許文献１に記載のクロスベアリングにおいても、シール部材の芯金を接触させる胴部の側端部が、粗面からなる鍛造肌であるので、前記芯金と側端部との間を通して軸受の内部に泥水等が侵入し易いという問題がある。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、組立てが容易な、軸受の密封性をさらに高めることができる、クロスベアリングを提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、胴体部の四方の各側端面から突出する軸部を有する十字軸と、前記軸部に取り付けられ、外輪と複数のころを有し前記外輪の開放側の端部に外輪側面を有するカップ形の軸受と、前記軸部の基部に装着されたシール部材と、を備えクロスベアリングであって、前記シール部材は、金属製の芯金と、前記芯金と一体的に形成された合成ゴムからなるシール部と、を有し、前記芯金は、円筒部と、前記円筒部の軸方向両端から拡径して形成された一対の円盤部と、を有し、前記シール部は前記円筒部の内周に第１接触面、一方の前記円盤部の端部に第２接触面、他方の前記円盤部の端部に第３接触面を有し、前記第１接触面は前記軸部の基部の外周面に、前記第２接触面は前記側端面に、前記第３接触面は前記外輪側面に、それぞれ弾性的に接触することである。

本発明の構成によれば、前記シール部材は、挿入冶具を前記芯金に当接して前記軸部の基端面の方向に押圧する事により、前記十字軸の軸部へ組み込むことができる。すなわち、
シール部材のリップ部を挿圧してシール部材を十字軸に組み込む必要がなく、組み込み時に、リップ部に損傷が生じにくい。
また、前記シール部材は前記十字軸の軸部へ組込まれた状態で、シール部材の芯金と、粗面からなる鍛造肌である側端面が直接接触することがなく、前記シール部材と前記側端面との間を通して軸受の内部に泥水等が侵入しにくい。

さらに、前記芯金の軸方向の弾性によって、前記第２接触面と前記側端面の間、および、前記第３接触面と前記外輪側面との間の面圧が大きくなり、シール部材の密封性が高まる。加えて、前記芯金は外周側の軸方向の弾性が内周側より大きく、前記外輪側面の外周側が軸方向に突出した形状の場合、前記第３接触面は、容易に前記外輪側面に沿って接触し、前記第３接触面と前記外輪側面との間の密封性が高まる。

上記の課題を解決するため、請求項２に係る発明の構成上の特徴は、前記円筒部は、軸方向に直径の異なる部位を有することである。

本発明の構成によれば、芯金の軸方向の弾性がさらに大きくなり、前記側端面と前記外輪側面の間の間隔のばらつきを吸収できる。すなわち、前記第２接触面と前記側端面の間、および前記第３接触面と前記外輪側面との間に、適正な面圧を確保できる。

上記の課題を解決するため、請求項３に係る発明の構成上の特徴は、前記シール部の前記第３接触面は、平面に形成されていることである。

本発明の構成によれば、前記第３接触面の形状は簡素で、成形が容易である。また、リップ等を有する構成にくらべ、シール部の軸方向の厚みにばらつき少なく、前記第３接触面と前記外輪側面との間の面圧がさらに安定する。

本発明によれば、組立てが容易な、軸受の密封性をさらに高めることができるクロスベアリングを提供することができる。

本発明の一実施形態のクロスベアリングの断面図である。本発明の一実施形態のクロスベアリングの主要部の拡大断面図である。本発明の一実施形態のクロスベアリングのシール部材の組込みを説明する説明図である。本発明の一実施形態のクロスベアリングを適用したユニバーサルジョイントの側面図である。

この発明の一実施形態を、以下図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態のクロスベアリング１の軸方向の断面図である。図２は図１の本発明の一実施形態のクロスベアリング１の主要部の拡大断面図である。

図４はこの発明のクロスベアリング１を適用したユニバーサルジョイント１００を示す側面図である。このユニバーサルジョイント１００は、自動車の操舵装置において、ステアリングシャフト２とコラムシャフト３とを連結するものであり、長さ調整可能な中間シャフト４の両端部側のそれぞれに、この発明のクロスベアリング１が設けられている。前記中間シャフト４の一端側には、互いに対をなして一方のクロスベアリング１の十字軸１０を支持する第１のヨーク５Ａ及び第２のヨーク５Ｂが設けられている。

中間シャフト４の他端側には互いに対をなして他方のクロスベアリングの十字軸１０を支持する第３のヨーク５Ｃ及び第４のヨーク５Ｄが設けられている。
前記第２のヨーク５Ｂ及び第３のヨーク５Ｃは、中間シャフト４の一端及び他端にそれぞれ溶接されている。また、前記第１のヨーク５Ａは軸継手９に溶接されており、この軸継手９にステアリングシャフト２の一端部がクランプされている。さらに、前記第４のヨーク５Ｄは、コラムシャフト３の一端部に溶接されている。

図１を参照して、ヨーク５Ａ、５Ｂとクロスベアリング１の構成を説明する。ヨーク５Ａ、５Ｂとクロスベアリング１の構成と、ヨーク５Ｃ、５Ｄとクロスベアリング１の構成は同一であり、図１ではヨーク５Ａ、５Ｂとクロスベアリング１の構成を説明し、ヨーク５Ｃ、５Ｄとクロスベアリング１の構成の説明は省略する。
ヨーク５Ａ、５Ｂは、それぞれの互いに対向する脚部５１に、軸受穴５２が形成されており、この軸受穴５２にはクロスベアリング１に取り付けられた軸受２０が嵌入されている。また、図１によると、クロスベアリング１は、十字軸１０と、軸受２０と、シール部材３０とを有している。

図１、図２によると、十字軸１０は前記軸部１１と胴体部１２とを有しており、前記軸部１１は胴体部１２の四方の側端面１３からそれぞれ突出している。この十字軸１０は軸部１１及び胴体部１２を鍛造にて一体成形したものであり、軸部１１の基部の外周面である基端面１４及びこの基端面１４に連続して拡径する前記胴体部１２の側端面１３は、鍛造後において切削加工を施すことなく鍛造肌のままになっている。

軸受２０はカップ形のものであり、外輪２１は、底部２２と、円筒部２３と、円筒部２３の開放側の端部から径方向内方に延在する曲げ端部２４を有する。円筒部２３の内周２５に沿ってころとしてのニードルローラ２６が配列され、ニードルローラ２６は外輪２１の曲げ端部２４によって軸方向に拘束されている。曲げ端部２４は、内周側より外周側が軸方向に突出したテーパー形状に形成され、曲げ端部２４の軸方向外方の側面はテーパー形状の外輪側面２７となっている。

各ニードルローラ２６の内方には、前記十字軸１０の軸部１１が挿入されており、これにより、十字軸１０が各ヨーク５Ａ〜５Ｄに対して回動自在になっている。

軸部１１の基端面１４には、軸受２０の内部を密封するためのシール部材３０が装着されている。シール部材３０は、金属製の芯金３２と、芯金３２と一体的に加硫成形されたＮＢＲ等の合成ゴム製のシール部３１とを有している。

芯金３２は炭素鋼板等の金属からなる環体である。芯金３２は、円筒部３３と、一対の円盤部３４、３５を有している。一対の円盤部３４、３５は、円筒部３３の軸方向両端から略軸線に直角に拡径して形成されている。円筒部３３は、芯金３２の軸線方向の部位において内周の直径が異なり、本実施形態においては、前記軸線方向中央部の直径より、前記軸線方向両端部の直径が大きい円弧状の断面を有している。すなわち芯金３２の断面は、径方向外方に開放するＵ字形状となっている。

シール部３１は、芯金３２の円筒部３３の内周、円盤部３４、３５のそれぞれの軸方向外方を覆うように、芯金３２と一体的に加硫成形されている。円筒部３３の内周側の内周面は、第１接触部３６となっている。円盤部３４、３５のそれぞれの軸方向外方側の側面は、第２接触面３７、第３接触面３８と、なっている。第１接触面３６は円筒面に、第２接触面３７、第３接触面３８は、第１接触面３６の両端から略軸線に直角に拡径する平面に形成されている。

図３は、本発明の一実施形態のクロスベアリング１のシール部材３０の組込みを説明する説明図である。図１、図３に基づき、この発明の一実施の形態のクロスベアリング１の組立て方法の一例と、作用、効果について説明する。
シール部材３０は、シール挿入冶具１１０を用いて、軸部１１の先端から十字軸１０の基端面１４に向けて挿入される。シール挿入冶具１１０は円周上複数に分割され、先端部にシール挿圧面１１１が形成されている。

各シール挿入冶具１１０は、シール部材３０の芯金３２の軸方向中間の径方向外方から、円盤部３４、３５の間にシール挿圧面１１１を挿入し、シール挿圧面１１１を円盤部３４の内側側面３９に当接して配置される。
シール挿入冶具１１０は、円盤部３４の内側側面３９を、基端面１４の方向（図３矢印方向）に押圧し、シール部材３０を基端面１４に向けて移動する。第２接触部３７が胴体部１２の側端部１３に接してシール部材３０の組込みを完了する。

このように、シール部材３０の、十字軸１０への装着においては、挿入冶具が、シール部材３０のシール部３１に直接接触することがなく、装着時におけるシール部３１の損傷を防止することができる。

以下図１、図２に基づきクロスベアリング１の組立てを説明する。それぞれの軸受２０において、複数のニードルローラ２６は、外輪２１の底部２２と、曲げ端部２４によって軸方向に拘束されている。シール部材３０が、各軸部１１に組込まれた十字軸１０を、それぞれ、図１に示したヨーク５Ａ〜５Ｄの軸受穴５２に挿入する。次に、軸受２０を、ヨーク５Ａ〜５Ｄのそれぞれの軸受穴５２と、十字軸１０の軸部１１の間に挿入する。

軸受２０の組付けは、開放側すなわち外輪側面２７側を、軸部１１の先端から挿入し、外輪２１の底部２２の外方端面２８を、十字軸１０の胴体部１２の方向に挿圧しておこなう。
軸受２０は、ニードルローラ２６を各軸部１１の外周に外接して、軸受２０を基端面１４の方向に移動する。

軸受２０が軸方向の所定の位置に達すると軸受２０の移動を停止する。所定の位置は、シール部材３０が、テーパー形状の外輪側面２７と、平面形状の側端面１３の間で軸線方向に弾性的に、所定の圧縮量だけ圧縮される位置に設定されている。軸受２０の前記所定の位置への取り付けが完了すると、ヨーク５Ａ〜５Ｄのそれぞれの軸受穴５２の周囲のかしめ等の方法で、軸受２０をヨーク５Ａ〜５Ｄに固定し、クロスベアリング１の組立てを完了する。

軸受２０と、シール部３１が、ヨーク５Ａ〜５Ｄおよび十字軸１０に組付けられた状態において、第１接触部３６は、軸部１１の基端面１４に弾性的に接触し、第２接触部３７は、胴体部１２の側端面１３に弾性的に接触し、第３接触部３８は、軸受２０の外輪２１の外輪側面２７に弾性的に接触している。

第２接触部３７は、胴体部１２の側端面１３に弾性的に接触し、金属製の芯金３２と、粗面からなる鍛造肌である側端面１３が直接接触することがなく、シール部材３０と側端部１３との間を通して軸受２０の内部に泥水等が侵入しにくい。

さらに、芯金３２の軸方向の弾性によって、第２接触面３７と側端面１３の間、および、第３接触面３８と外輪の外輪端面２７との間の面圧が大きく、シール部材３０の密封性が高まる。加えて、芯金３２は外周側の軸方向の弾性が内周側より大きく、外輪端面２７は外周側が軸方向に突出したテーパー形状のとなっているため、第３接触面は、容易に外輪端面２７に沿って接触し、第３接触面３８と外輪端面２７との間の密封性が高まる。

本発明の一実施形態のクロスベアリング１によれば、シール部材３０と、十字軸１０との間の接触面圧を高めることができ、当該の耐泥水性を良好に確保することができる。

上述の実施形態では、芯金３２の断面は、径方向外方に開放するＵ字形状となっているが、この発明では、芯金の断面は、径方向外方に開放するＭ字形状、コの字形状等他の形状であっても良い。

上述の実施形態では、第１接触部３６は円筒面に、第２接触部３７、第３接触部３８は、第１接触部３６の両端部から略軸線に直角に拡径する平面に形成されているが、この発明では、第１接触部３６、第２接触部３７および第３接触部３８は、リップ等の円周状の突起を有する形状等、他の形状であっても良い。

本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは当然である。

１ ‥ クロスベアリング
１０ ‥ 十字軸
１１ ‥ 軸部
１２ ‥ 胴体部
１３ ‥ 側端面
１４ ‥ 基端面
２０ ‥ 軸受
２１ ‥ 外輪
２６ ‥ ニードルローラ（ころ）
２７ ‥ 外輪側面
３０ ‥ シール部材
３１ ‥ シール部
３２ ‥ 芯金
３３ ‥ 円筒部
３４、３５ ‥ 円盤部
３６ ‥ 第１接触面
３７ ‥ 第２接触面
３８ ‥ 第３接触面

Claims

胴体部の四方の各側端面から突出する軸部を有する十字軸と、前記軸部に取り付けられ、外輪と複数のころを有し、前記外輪の開放側の端部に外輪側面を有するカップ形の軸受と、前記軸部の基部に装着されたシール部材と、を備えるクロスベアリングであって、
前記シール部材は、金属製の芯金と、前記芯金と一体的に形成された合成ゴムからなるシール部と、を有し、
前記芯金は、円筒部と、前記円筒部の軸方向両端から拡径して形成された一対の円盤部と、を有し、
前記シール部は前記円筒部の内周に第１接触面、一方の前記円盤部の端部に第２接触面、他方の前記円盤部の端部に第３接触面を有し、
前記第１接触面は前記軸部の基部の外周面に、前記第２接触面は前記側端面に、前記第３接触面は前記外輪側面に、それぞれ弾性的に接触することを特徴とするクロスベアリング。
前記円筒部は、軸方向に直径の異なる部位を有することを特徴とする請求項１に記載のクロスベアリング。
前記第１接触面は円筒形に形成され、前記第２接触面と前記第３接触面の少なくとも一方は、平面に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のクロスベアリング。