JP5348365B2 - ユニバーサルジョイント用密封装置 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車のプロペラシャフトやステアリングシャフトなどの連結手段として用いられるユニバーサルジョイントの軸受部をシールするユニバーサルジョイント用密封装置に関する。
自動車のプロペラシャフト等におけるユニバーサルジョイントは、駆動側回転軸の軸端に設けられるヨークと、従動側回転軸の軸端に設けられるヨークとを、十字形スパイダを介して互いに角変位可能に連結し、前記十字形スパイダを介して駆動側から従動側へ回転力を伝達するものである。十字形スパイダにおける互いに十字形をなすように突出した四本の軸部は、前記駆動側又は従動側のヨークにおける二股状のアームに開設された連結孔にそれぞれニードルベアリングを介して挿入されている。そしてニードルベアリングは、その内部に封入されたグリースが漏洩するのを防止すると共に外部からの泥水等の侵入を防止するために、密封装置によってシールされている。
図６及び図７は、それぞれユニバーサルジョイント用密封装置の典型的な従来技術を示す装着状態の半断面図、図８は、図６の密封装置の装着過程を示す半断面図である。
図６及び図７において、参照符号１１０はユニバーサルジョイントの十字形スパイダ、参照符号１２０は十字形スパイダ１１０の軸部１１１に遊嵌状態に配置されると共に不図示のヨークの連結孔に嵌着される外輪１２１と、この外輪１２１と前記軸部１１１との間に介在された多数の円柱状転動体１２２からなるニードルベアリングである。なお、図６に示されるニードルベアリング１２０は乗用車用であって比較的小型のものであり、外輪１２１がプレス成形品からなる比較的薄肉の部品であり、図７に示されるニードルベアリング１２０は、貨物自動車など、大型の車両用であって、外輪１２１が鋳造品からなる比較的厚肉の部品である。
そして図６に示される密封装置１００Ａは、ニードルベアリング１２０の外輪１２１が比較的薄肉であることから十字形スパイダ１１０の軸部１１１に取り付けられるようになっていて、前記外輪１２１の端部に円柱状転動体１２２の抜け止めのためにプレスにより屈曲形成された内向き屈曲部１２１ａのＲ面に摺動可能に密接される複数のシールリップ１０２，１０３と、前記軸部１１１の外周面に圧入嵌着される内周シール部１０４を、金属環１０１にゴム状弾性材料で一体成形したものである（例えば特許文献１参照）。
一方、図７に示される密封装置１００Ｂは、ニードルベアリング１２０の外輪１２１に圧入により取り付けられるようになっていて、すなわち前記外輪１２１の端部内周面に圧入嵌着される金属環１０５に、十字形スパイダ１１０の軸部１１１からボス部１１２にかけての湾曲面１１０ａ及びその近傍に摺動可能に密接される複数のシールリップ１０６〜１０８を、ゴム状弾性材料で一体成形したものである（例えば特許文献２，３参照）。
特開平１１−１２５３３８号公報 特開２００６−１１８６６２号公報 特開２００６−１６２０７９号公報
しかしながら、図６のような密封装置１００Ａの場合は、シールリップ１０２，１０３が密接される外輪１２１の内向き屈曲部１２１ａは、プレス加工によって形成されたものであるため、そのＲ面の曲率の精度が低く、このためシールリップ１０２，１０３の密接面圧のバラツキも大きく、泥水シール性が不安定であるという問題があった。また、この密封装置１００Ａは、図８に示されるように、治具２００を用いて十字形スパイダ１１０の軸部１１１へ圧入する際に、シールリップ１０２を押圧せざるを得ず、このためシールリップ１０２が押しつぶされて損傷を受けるおそれがあった。
一方、図７に示される密封装置１００Ｂの場合は、ニードルベアリング１２０の外輪１２１の端部内周面に圧入されるものであり、外輪１２１をプレス成形品とした場合は圧入による変形のおそれがあるためこの外輪１２１を比較的厚肉の鋳造品としているが、金属環１０５との嵌合部が、シールリップ１０６〜１０８によるシール部よりも外側にあり、しかも外輪１２１が鋳造品であるため表面粗さが粗く、したがって金属環１０５との嵌合部における泥水シール性が不十分になるおそれがあった。また、シールリップ１０６〜１０８による十分な泥水シール性を得るには、前記湾曲面１１０ａに対する密封装置１００Ｂの位置精度を高精度にする必要があった。
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題とするところは、装着過程でのシールリップの損傷等を防止でき、かつ泥水シール性に優れたユニバーサルジョイント用密封装置を提供することにある。
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るユニバーサルジョイント用密封装置は、ユニバーサルジョイントにおける十字形スパイダの軸部の外周面に嵌着される金属環と、前記金属環に一体に設けられたゴム状弾性材料からなる複数のシールリップとを備え、前記シールリップは、前記軸部を相対回転可能に支持するベアリングの外輪の端部内周面に摺動可能に密接される内側シールリップと、前記金属環の嵌着位置より外側で前記軸部からその外径方向へ立ち上がる前記十字形スパイダのボス部の立ち上がり面に摺動可能に密接される外側シールリップとからなり、前記外輪の端部に、前記内側シールリップとの密接位置より外側へ延在されて前記ボス部における外側シールリップとの密接位置より外側部分と近接対向されるフランジ及びその外径端部から前記ボス部の外周側へ延びる筒状縁部が形成され、前記ボス部と前記フランジ及び筒状縁部の間に断面略Ｌ字形の屈曲形状をなすラビリンス隙間が形成されたものである。
請求項２の発明に係るユニバーサルジョイント用密封装置は、請求項１に記載の構成において、十字形スパイダの軸部の先端側を向いた金属環の内端に鍔部が形成されたものである。
請求項３の発明に係るユニバーサルジョイント用密封装置は、請求項１に記載の構成において、十字形スパイダの軸部の先端と反対側を向いた金属環の外端が前記十字形スパイダの軸部とボス部の間に形成された径方向段差面に当接されるものである。
請求項１の発明に係るユニバーサルジョイント用密封装置によれば、金属環と十字形スパイダの軸部の外周面との金属嵌合部が、前記十字形スパイダのボス部の立ち上がり面とこれに密接する外側シールリップによるシール部より内側にあるため、前記金属嵌合部における泥水シール性が問題にならず、優れたシール性を発揮することができる。また、金属環が十字形スパイダの軸部に取り付けられるので、ベアリングの外輪はプレス成形品でも良く、その結果、前記外輪を鋳造品とした場合に比較して内側シールリップの密接摺動部における高い泥水シール性が確保される。しかも、十字形スパイダのボス部と、ベアリングの外輪の端部のフランジ及び筒状縁部との間に、外側シールリップの外部へ延びる断面略Ｌ字形の屈曲形状をなすラビリンス隙間が形成されるので、外側シールリップへの泥水等の浸入を困難にして泥水シール性を一層高めることができる。
請求項２の発明に係るユニバーサルジョイント用密封装置によれば、装着の際に、金属環の内端の鍔部を治具などで押圧することによって十字形スパイダの軸部の外周面に圧入することができ、シールリップを押圧する必要はないので、請求項１の発明による効果に加え、シールリップが押しつぶされて損傷を受けるおそれがなくなるといった効果が実現される。
請求項３の発明に係るユニバーサルジョイント用密封装置によれば、請求項１の発明による効果に加え、密封装置を十字形スパイダの軸部に対して高精度に位置決めすることができ、その結果、十字形スパイダのボス部に対する外側シールリップの締め代のバラツキを小さくして安定したシール性を得ることができる。
以下、本発明に係るユニバーサルジョイント用密封装置の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、ユニバーサルジョイントを示す斜視図、図２は、本発明に係るユニバーサルジョイント用密封装置を示す装着状態の半断面図、図３は、本発明に係るユニバーサルジョイント用密封装置を単独で示す半断面図、図４は、本発明に係るユニバーサルジョイント用密封装置の装着過程を示す半断面図である。
まずユニバーサルジョイントの概略構成を説明すると、このユニバーサルジョイントは、図１に示されるように、駆動側回転軸及び従動側回転軸のうち一方の軸端に設けられるヨーク１３０と、他方の軸端に設けられるヨーク１４０とを、十字形スパイダ１１０を介して互いに角変位可能に連結したものである。十字形スパイダ１１０は、十字形をなすように互いに直角方向へ突出した四本の軸部（図２等における参照符号１１１）と、その互いの交差部側から外径方向へ立ち上がるボス部１１２とを有し、各軸部は、ヨーク１３０，１４０における二股状のアーム１３１，１４１に開設された連結孔１３１ａ，１４１ａにそれぞれニードルベアリング１２０を介して嵌挿されている。
図２に示されるように、ニードルベアリング１２０は、十字形スパイダ１１０の軸部１１１の外周に配置されると共に図１のヨーク１３０又は１４０の連結孔１３１ａ又は１４１ａに嵌着される金属プレス成形品からなる有底円筒状の外輪（シェルカップとも呼ばれる）１２１と、この外輪１２１と前記軸部１１１との間に介在された鋼製の多数の円柱状転動体１２２からなり、内部が不図示のグリースで潤滑されている。
本発明に係るユニバーサルジョイント用密封装置（以下、単に密封装置という）１は、図２及び図３に示されるように、鋼板等の金属板の打ち抜きプレス成形によって製作された金属環１１と、この金属環１１に一体成形（加硫接着）により設けられたゴム状弾性材料からなる第一の内側シールリップ１２、第二の内側シールリップ１３及び外側シールリップ１４とを備える。
十字形スパイダ１１０の軸部１１１の外周面には、ニードルベアリング１２０の円柱状転動体１２２が転動可能に接触する位置のボス部１１２側の端部に位置して、ボス部１１２側が僅かに大径となるような円錐状段差面１１１ａが形成されている。そして、密封装置１における金属環１１は、軸部１１１における前記円錐状段差面１１１ａよりもボス部１１２側の根元部１１１ｂの外周面に適当な締め代をもって圧入嵌着される嵌合筒部１１ａと、前記軸部１１１の先端側を向いた前記嵌合筒部１１ａの内端から外径方向へ展開した鍔部１１ｂとからなり、第一の内側シールリップ１２、第二の内側シールリップ１３及び外側シールリップ１４は、前記嵌合筒部１１ａの外周側に位置して形成されている。
十字形スパイダ１１０の軸部１１１の根元部１１１ｂとボス部１１２の間には径方向段差面１１３が円周方向へ連続して形成されており、密封装置１の装着状態において、金属環１１の嵌合筒部１１ａの外端（鍔部１１ｂと反対側の端部）１１ｃが、前記径方向段差面１１３と当接されるようになっている。
第一の内側シールリップ１２及び第二の内側シールリップ１３は、密封装置１の装着状態においてニードルベアリング１２０の外側を向き、先端側が大径となるような円錐筒状をなすものであって、その先端部が、ニードルベアリング１２０の外輪１２１における端部内周面に摺動可能に密接されるようになっている。
また、外側シールリップ１４は、第一の内側シールリップ１２及び第二の内側シールリップ１３より軸方向外側に位置して形成され、密封装置１の装着状態においてニードルベアリング１２０の外側を向き、先端側が大径となるような円錐筒状をなすものであって、その先端部が、十字形スパイダ１１０のボス部１１２の立ち上がり面１１２ａに摺動可能に密接されるようになっている。
ニードルベアリング１２０の外輪１２１の端部には、第一の内側シールリップ１２及び第二の内側シールリップ１３との密接位置より外側から外径方向へ延びて、外側シールリップ１４より外側で十字形スパイダ１１０のボス部１１２の立ち上がり面１１２ａと軸方向に近接対向するフランジ１２１ａと、その外径端部から前記ボス部１１２の外周側へ向けて軸方向へ屈曲した筒状縁部１２１ｂが形成されている。したがって、前記フランジ１２１ａ及び筒状縁部１２１ｂとボス部１１２との間には、断面略Ｌ字形の屈曲形状をなすラビリンス隙間Ｇが形成されるようになっている。
以上のように構成された密封装置１は、ニードルベアリング１２０の内部に封入されたグリースが外輪１２１の外部へ漏洩するのを防止すると共に外部からの泥水等の侵入を防止するものである。
ここで、第一の内側シールリップ１２及び第二の内側シールリップ１３は、外輪１２１における円筒面状の内周面に密接され、この外輪１２１には圧入などによる過大な力が作用することはないのでプレス成形品が採用可能であり、その結果、外輪１２１を鋳造品とした場合に比較して、内側シールリップ１２，１３との密接摺動部における泥水シール性が高いものとなる。また、外側シールリップ１４は、十字形スパイダ１１０のボス部１１２における平面状の立ち上がり面１１２ａに密接されることに加え、金属環１１の嵌合筒部１１ａの外端１１ｃが十字形スパイダ１１０の径方向段差面１１３と当接されることによって、密封装置１の位置決め精度が高いものとなっている。したがって、先に説明した図６又は図７に示される従来技術のようにシールリップが屈曲面や湾曲面に密接されるものと異なり、締め代のバラツキが少なく、安定したシール性が得られる。
また、十字形スパイダ１１０のボス部１１２と、外輪１２１の端部から延びるフランジ１２１ａ及び筒状縁部１２１ｂにより形成されるラビリンス隙間Ｇは、第一の内側シールリップ１２及び第二の内側シールリップ１３による摺動シール部及び外側シールリップ１４による摺動シール部への泥水等の浸入を困難にするラビリンスシール機能を有するので、泥水等によるこれらシールリップ１２〜１４の摩耗が抑制され、安定した泥水シール性が長期間にわたって維持される。
しかも図２に示される装着状態において、金属環１１の嵌合筒部１１ａと、十字形スパイダ１１０の軸部１１１における根元部１１１ｂの外周面との金属嵌合部が、十字形スパイダ１１０のボス部１１２の立ち上がり面１１２ａとこれに密接する外側シールリップ１４によるシール部より内側にあるため、前記金属嵌合部における泥水シール性が問題になることはない。
この密封装置１は、十字形スパイダ１１０の軸部１１１への装着に際しては、図４に示されるように、まずシールリップ１２〜１４がボス部１１２側を向くように密封装置１を外挿してから、前記軸部１１１の先端側を向いた金属環１１の内端の鍔部１１ｂを治具２００などで押圧することによって、前記軸部１１１の根元部１１１ｂの外周面に対する金属環１１の嵌合筒部１１ａの締め代による摩擦力に抗して圧入する。そして、この嵌合筒部１１ａの外端１１ｃが十字形スパイダ１１０の径方向段差面１１３と当接される位置まで圧入することによって、外側シールリップ１４が適切な面圧で前記ボス部１１２の立ち上がり面１１２ａに密接されることになる。したがって、シールリップ１２〜１４が治具２００で押しつぶされて損傷を受けるといったおそれがなく、上述のように高い位置決め精度で装着することができる。
なお、第一の内側シールリップ１２及び第二の内側シールリップ１３がニードルベアリング１２０の外側を向いているので、ニードルベアリング１２０内へのグリースの注入時の内圧上昇によって、第一の内側シールリップ１２及び第二の内側シールリップ１３が押し開かれ、余剰グリースが容易に排出される。
また、ニードルベアリング１２０の円柱状転動体１２２は、十字形スパイダ１１０の軸部１１１に形成された円錐状段差面１１１ａによる小径側の外周面を転動し、前記円錐状段差面１１１ａによって軸方向の挙動が規制されるが、金属環１１の鍔部１１ｂも、前記円柱状転動体１２２の軸方向挙動を規制する機能を有する。
図５は、本発明に係るユニバーサルジョイント用密封装置の他の形態を示す装着状態の半断面図である。
この形態において、上述した図２の形態と異なるところは、装着状態において最もニードルベアリング１２０の内部側となる第一の内側シールリップ１２が、第二の内側シールリップ１３及び外側シールリップ１４と反対側、言い換えればベアリング内を向いている点にある。その他の部分は図２の形態と同様に構成されている。すなわち、内部にグリースを封入しないタイプのベアリングの場合は、グリース注入時の内圧を開放して余剰グリースを逃がす必要がないので、図示のように第一の内側シールリップ１２を逆向きにしても良い。
ユニバーサルジョイントを示す斜視図である。 本発明に係るユニバーサルジョイント用密封装置を示す装着状態の半断面図である。 本発明に係るユニバーサルジョイント用密封装置を単独で示す半断面図である。 本発明に係るユニバーサルジョイント用密封装置の装着過程を示す半断面図である。 本発明に係るユニバーサルジョイント用密封装置の他の形態を示す装着状態の半断面図である。 ユニバーサルジョイント用密封装置の従来技術を示す装着状態の半断面図である。 ユニバーサルジョイント用密封装置の他の従来技術を示す装着状態の半断面図である。 図６の密封装置の装着過程を示す半断面図である。
符号の説明
１ 密封装置
１１ 金属環
１１ａ 嵌合筒部
１１ｂ 鍔部
１２ 第一の内側シールリップ（内側シールリップ）
１３ 第二の内側シールリップ（内側シールリップ）
１４ 外側シールリップ
１１０ 十字形スパイダ
１１１ 軸部
１１２ ボス部
１１２ａ 立ち上がり面
１１３ 径方向段差面
１２０ ニードルベアリング（ベアリング）
１２１ 外輪
１２１ｃ 端縁部
Ｇ ラビリンス隙間

Claims (3)

  1. ユニバーサルジョイントにおける十字形スパイダの軸部の外周面に嵌着される金属環と、前記金属環に一体に設けられたゴム状弾性材料からなる複数のシールリップとを備え、前記シールリップは、前記軸部を相対回転可能に支持するベアリングの外輪の端部内周面に摺動可能に密接される内側シールリップと、前記金属環の嵌着位置より外側で前記軸部からその外径方向へ立ち上がる前記十字形スパイダのボス部の立ち上がり面に摺動可能に密接される外側シールリップとからなり、前記外輪の端部に、前記内側シールリップとの密接位置より外側へ延在されて前記ボス部における外側シールリップとの密接位置より外側部分と近接対向されるフランジ及びその外径端部から前記ボス部の外周側へ延びる筒状縁部が形成され、前記ボス部と前記フランジ及び筒状縁部の間に断面略Ｌ字形の屈曲形状をなすラビリンス隙間が形成されたことを特徴とするユニバーサルジョイント用密封装置。
  2. 十字形スパイダの軸部の先端側を向いた金属環の内端に鍔部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルジョイント用密封装置。
  3. 十字形スパイダの軸部の先端と反対側を向いた金属環の外端が前記十字形スパイダの軸部とボス部の間に形成された径方向段差面に当接されることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルジョイント用密封装置。
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