JP2005299799A

JP2005299799A - 等速自在継手の外側継手部材

Info

Publication number: JP2005299799A
Application number: JP2004117084A
Authority: JP
Inventors: Motohiko Okada; 元彦岡田; Minoru Ishijima; 実石島
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-04-12
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】プレスなどの冷間加工における成形性を低下させることなく、機能面において有利なマウス部材の開口端部形状を提供する。
【解決手段】冷間加工により成形した薄肉のマウス部材1aとステム部材1bとを接合してなる外側継手部材１であって、前記マウス部材1aが、一端にて開口し、円周方向に複数配置された軸方向に延びるトラック溝部６を有し、隣接するトラック溝部６間に、開口端側に向かって拡径したテーパ部８を設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は等速自在継手の外側継手部材に関する。より詳しくは、内径部とトルク伝達要素と係合するトラック溝部とを円周方向に交互に配置したカップ状または筒状のマウス部分を板材または管材からプレスなどの冷間加工により成形した薄肉の外側継手部材に関する。

内径部とトルク伝達要素と係合するトラック溝部とを円周方向に交互に配置したカップ状または筒状のマウス部分を有する外側継手部材を製造するための従来の技術としては、一体素材として温間鍛造または熱間鍛造により成形を行う方法や、カップ状または筒状のマウス部材を板材または管材からプレスなどの冷間加工により成形し、別体として製作したステム部材と接合して外側継手部材を得る方法などがある。

近年、自動車業界においては、等速自在継手の小型・軽量化が要求されるようになってきている。後者の冷間加工により得られる外側継手部材はこのようなニーズに応えるものである。また、冷間加工では、工程削減、工具の長寿命化および合理化の点から全体としてコストダウンを図ることができる。これに対して前者の温間または熱間鍛造による成形方法では、鍛造型が熱により劣化することや、多品種にわたる製品形状に対して一品一様で鍛造型が必要になること、鍛造工程および前処理などが煩雑な多工程となること、などの理由から製造コストを低減できないという問題点がある。

従来の技術として、特開平９−７６０２６号公報の図４には、マウス開口端部に外周側に湾曲する鍔状部分を有する形状が開示されている。特開２０００−３２９１５２号公報には、マウス部材の開口端部に断面略円形状のフランジ部を形成することが開示されている。特開２０００−２４７３６号公報には、鍔状部分やフランジ部を設けず、開口端部に向かって同一断面形状に成形されたマウス部材が開示されている。
特開平９−７６０２６号公報（図４）特開２０００−３２９１５２号公報（図１）特開２０００−２４７３６号公報（図４）

プレスなどの冷間加工においては、材料に大きな変形を与える部分において割れが生じやすいため、温間または熱間鍛造に比べて材料に加えることのできる変形量が小さい。結果として、プレスなどの冷間加工により得られるカップ状または筒状のマウス部材は、温間または熱間鍛造により得られる外側継手部材のカップ状マウス部分に比べ、その横断面において、薄肉であり、かつ、円周方向における肉厚の差が小さい略均一な肉厚の断面形状となる。

深絞りやしごきなどの加工方法により冷間加工されたマウス部材においては、特にその開口端部において、成形による歪が集中して、加工硬化による割れが発生しやすい。そのため、マウス部材の開口端部の形状によって、成形のしやすさは大きく左右される。

また、等速自在継手としてより大きなトルクを伝達するためには、内側継手部材からマウス部材に加わる荷重に対する破壊強度を高める必要がある。マウス部材を厚肉にすることで強度は高められるが、冷間加工における成形のしやすさは大きく低下する。

特開平９−７６０２６号公報における鍔状部分または特開２０００−３２９１５２号公報におけるフランジ部は、マウス内部の密閉を目的としたブーツを固定するために、ブーツの一端との係合形状として機能するが、継手としてのトルク伝達機能に直接関与する部分ではない。また、前者の鍔状部分は、マウス部材が厚肉になるほど湾曲部の曲率半径を小さく成形することが難しいことから、プレス工程で成形した大きな鍔部をその後の旋削工程で成形するなど、材料の歩留まりを低下させる原因となる。また、後者のフランジ部は、マウス開口端部に連接されているため、外側継手部材が軸方向に長くなり、コンパクトさが失われる。そのため、継手構造としてのコンパクト化、軽量化、材料削減の点から、より有利な形状が必要であった。

また、特開２０００−２４７３６号公報に記載された従来の技術の場合、トラック溝部の開口端部外周面に設けた係合溝によりブーツの一端を固定する。また、隣接するトラック溝部の間に位置する小内径部分の開口端部内周部には、シャフトとの干渉を抑制するためのチャンファ部が設けてあるが、冷間加工により成形されるマウス部材は薄肉であるため、大きなチャンファ部を形成してシャフトとの干渉を十分に防ぐことができず、継手の可動範囲が制約される。また、チャンファ部が部分的に薄肉となるため、マウス部材の強度が低下するなどの問題があった。

本発明の目的は、プレスなどの冷間加工における成形性を低下させることなく、機能面において有利なマウス部材の開口端部形状を提供することにある。

この発明の等速自在継手の外側継手部材は、冷間加工により成形した薄肉のマウス部材とステム部材とを接合してなる外側継手部材であって、前記マウス部材が、一端にて開口し、円周方向に複数配置された軸方向に延びるトラック溝部を有し、隣接するトラック溝部間に、開口端側に向かって拡径したテーパ部を設けたことを特徴とするものである。

前記テーパ部は、マウス部材の一部として冷間加工により一体成形することにより（請求項２）、除去加工などによりチャンファ部を設ける場合のように肉厚が減少することがないため、強度低下を防ぐことができる。また、テーパ部の大きさはマウス部材の肉厚に制約されず、シャフトとの干渉を十分に抑えることができる。

また、前記トラック溝部の外周面に、ブーツを固定するための円周方向に走る溝を形成することにより（請求項３）、この溝とテーパ部により、ブーツの一端をマウス部材に確実に固定することができ、高いシール性を得ることができる。トラック溝部の外周面の溝は、マウス部材を冷間加工により成形した後旋削などの除去加工により形成することができる。

本発明によれば、冷間加工における成形性と、製造コスト削減、機能改善を図ることができ、軽量、コンパクト、低コストで優れた性能をもつ等速自在継手を提供することができる。

まず、図１に示すトリポード型等速自在継手に適用した場合を例にとって本発明の実施の形態を説明する。

トリポード型等速自在継手は、駆動軸または従動軸と接続される外側継手部材１と、従動軸または駆動軸となるシャフト２と接続されるトリポード部材３とで構成される。外側継手部材１はここでは有底筒状またはカップ状で、内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝部６を有する（図２、図３参照）。トリポード部材３は円周方向の三等分位置から半径方向に突出した三本の脚部を有する。各脚部にはニードルローラ４を介して回転自在にリング５が取り付けてある。外側継手部材１の内部にトリポード部材３を挿入し、リング５を外側継手部材１のトラック溝部６に転動自在に係合させることにより、外側継手部材１とトリポード部材３との間で回転トルクの伝達が可能となる。

外側継手部材１はマウス部材１ａとステム部材１ｂとで構成される。マウス部材１ａは板材より連続プレス加工によりカップ状に成形され、それとは別体として製作されたステム部材１ｂと一体的に接合されている。マウス部材１ａの開口端部側で、トラック溝部６の外周面に、円周方向に走る溝７が形成してある。そして、隣接するトラック溝部６間にはテーパ部８が形成してある。

プレス加工により成形されるマウス部材１ａは、前述した加工上の制約により、図２および図３に示すように、略均一な肉厚の横断面形状を有している。また、プレス加工においては炭素含有量の低い材料の方がより加工が容易であるため、浸炭焼入れ処理用の低炭素鋼が用いられることが多いが、高周波焼入れ処理用の高炭素鋼を用いてもよい。マウス部材１ａは、プレス加工において、円盤状の素材から数工程の深絞り加工、しごき加工、打ち抜き加工などを経て、所要のカップ形状に成形される。さらに旋削などの成形加工の後に、浸炭焼入れにより全表面に硬化層を設けた後、ステム部材１ｂと接合される。

マウス部材１ａとステム部材１ｂとの接合方法を例示するならば次のとおりである。図１０に示すように、マウス部材１ａは、薄肉の鋼板からなるパイプ素材または有底の円筒状素材をプレス加工して全体がカップ状に成形されている。マウス部材１ａは、内周面に複数のトラック溝６が形成され、その結果、横断面は花冠状を呈している（図１１参照）。マウス部材１ａの底の中央には、プレスの打抜き加工によって孔４０が設けてある。孔４０の内周面には、図１１（Ａ）に示すような多角形面または図１１（Ｂ）に示すようなセレーション溝が形成され、いずれの場合も浸炭焼入れや高周波焼入れ等の表面硬化処理が施してある。

マウス部材１ａと接合されるステム部材１ｂは、一方の端部の外周面にセレーション部が形成され、他方の端部に大径部１ｃが形成され、その大径部１ｃの先端にマウス部材１ａの孔４０に嵌合する突出部１ｄが形成されている。この突出部１ｄは生材のままであり、表面の硬化処理はされていない。また、その外径寸法は、孔４０の内接円径よりも若干大きく設定してある。大径部１ｃと突出部１ｄとの間の段部に周溝１ｅが形成され、その周溝１ｅにＯリングその他のシール部材４２が装着される。

そして、図１０（Ａ）に示すように、マウス部材１ａの孔４０にステム部材１ｂの突出部１ｄを圧入した後、マウス部材１ａの内側に突出した突出部１ｄの先端をかしめ工具４６により軸方向に打撃する。そうすることにより、図１０（Ｂ）に符号４４で示すように突出部１ｄの端部をかしめてマウス部材１ａとステム部材１ｂとを接合する。このようにして接合した状態では、孔４０の内周面に設けた多角形面やセレーション溝が突出部１ｄに転写されてマウス部材１ａとステム部材１ｂとの回り止めがなされ、また、軸方向にはカシメ部４４によって嵌合部のガタが殺され、マウス部材１ａとステム部材１ｂとは一体で回転する。ステム部材１ｂの突出部１ｄのかしめは、圧入によって生じるマウス部材１ａの底の変形を矯正する効果もある。

図１２（Ａ）（Ｂ）は、マウス部材１ａとステム部材１ｂとの別の接合構造を示すものである。この場合のステム部材１ｂは、先端部のセレーション部も含め、マウス部材１ａの孔４０より若干小径に形成され、また、ステム部材１ｂの他端部には孔４０の内径より若干大径の嵌合部１ｃが形成され、さらに、その先端に抜止め用のつば１ｆが形成してある。また、マウス部材１ａの孔４０には、前述の図１１と同様の多角形面またはセレーション溝が形成され、かつ、表面硬化処理が施してある。このステム部材１ｂを図１２（Ａ）に矢印で示すようにマウス部材１ａの内側から孔４０に挿入し、嵌合部１ｃの部分では、図１２（Ｂ）に示すように、ダイス５０に嵌めるとともにかしめ工具４６によりステム部材１ｂを打撃して符号４８で示すようにかしめる。嵌合部１ｃには孔４０の多角形面またはセレーション溝が転写される。

次に、図４に示すように、図１に示したトリポード型等速自在継手は継手内部の密閉を目的としたブーツ９を装着して使用する。ブーツ９は一方の開口端部をマウス部材１ａの開口端部に装着し、他方の開口端部をシャフト２の外径部に装着し、それぞれ固定バンド１３，１４で締結する。ブーツ９は、外側継手部材１に対するシャフト２の角度変位θ、軸方向変位Ｘの変動を許容するため、大端側取付け部１０，１１と小端側取付け部１２の間に蛇腹状の構造を有しており、屈曲耐久性に優れたゴム材料を用いて射出成形などにより製造される。マウス部材１ａの開口端部外周面に係合する大端側取付け部１０，１１は、それぞれ円周方向溝７とテーパ部８の周囲に密着する内周形状に成形されている。

マウス部材１ａの開口端部に形成されたテーパ部８は、図４に示すように、外側継手部材１に対するシャフト２の角度変位θが大きい場合に、シャフト２の外径とマウス部材１の開口端部との干渉を防ぐ機能を果たす。これにより、より大きな可動範囲が得られ、幅広い用途に適用できる等速自在継手とすることができる。

図５に比較例としてのマウス部材１５ａを備えたトリポード型等速自在継手を示す。このマウス部材１５ａは、開口端部にテーパ部を有さず、隣接するトラック溝部間の小内径部１８の内周面に、プレス加工の後の旋削などの除去加工によりチャンファ１６を設けてある。図示のとおり、チャンファ１６の開口端側は薄肉となるため、マウス部材１５ａの強度低下の問題から、チャンファ１６を大きくすることは難しい。その結果、テーパ部８を有するマウス部材１ａに比べてシャフト２との干渉を十分に抑えることができない。

また、マウス部材１ａのテーパ部８はプレス加工工程において一体に成形されるが、テーパ部８を有しないマウス部材１５ａの開口端部形状に比べて、深絞り加工やしごき加工における開口端部のひずみ量を抑えることができ、その結果、割れが発生しにくく成形が容易となる。

一方、マウス部材１ａ，１５ａの開口端部に対するブーツ９，１９の係合に関して、円周方向溝７，１７に対するブーツ大端側取付け部１０，２０の係合状態は同一であるが、マウス部材１ａのテーパ部８に対するブーツ大端側取付け部１１の係合状態は、マウス部材１５ａのストレート部１８に対するブーツ大端側取付け部２１の係合状態に比べて軸方向の固定保持力が強く、継手の使用状況において、マウス部材１ａに対してブーツ大端側取付け部１１が軸方向にずれにくい。そのため、テーパ部８を有するマウス部材１ａとブーツ９の方が、より高いシール性を得ることができる。

図６に、トラック溝２３部の外周面に円周方向溝（７：図１参照）を設けない構造のマウス部材２２ａを示す。前述のとおり、図１の実施の形態では、継手の使用状況においてブーツ９の大端側取付け部１０がマウス部材１ａに対して軸方向にずれにくい。これに対して図６のマウス部材２２ａは、円周方向溝が設けられていないためブーツ２５の大端側取付け部２６がマウス部材２２ａに対してずれやすく、シール性が劣る。とはいえ、開口端部に向かって大きく拡大するテーパ部２４とブーツ大端側取付け部２７とが係合しているため、これによりブーツ大端側取付け部２６のずれが防止されるという効果が期待できる。一方、図６の実施の形態におけるマウス部材２２ａは、トラック溝２３部の外周面に円周方向溝がないのでマウス部材の開口端部付近に薄肉の部分がなく、図１の実施の形態におけるマウス部材１ａよりも高い強度が得られる。したがって、継手の使用条件に応じて、円周方向溝を有しないマウス部材２２ａの構造を採用することも可能である。

図７ないし図９に、バーフィールド型等速自在継手に適用した実施の形態を示す。図示するように、マウス部材２８ａの開口端部は、トラック溝部２９とテーパ部３１が円周方向で交互に現れる。ここでもテーパ部３１は隣接するトラック溝部２９間に位置し、マウス部材２８ａの開口端側に向かって拡径している。トラック溝部２９の外周面には円周方向溝３０が設けてある。この実施の形態は、前述のトリポード型等速自在継手の実施の形態と同様に、冷間加工により成形しやすく、マウス部材２８ａの強度低下を抑えて継手の可動範囲を確保し、ブーツ（図示省略）のシール性を良好に保つことができる。図８および図９は、マウス部材２８ａに６本のトラック溝部２９を設けた場合を例示しているが、トラック溝部２９の数は６本に限らず５本あるいは８本など任意でよい。また、継手の使用条件に応じて、図６の実施の形態と同様、トラック溝部２９の外周面に円周方向溝３０を設けない構造を採用することも可能である。

以上に本発明の実施例を解説したが、本発明の等速自在継手は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

発明の実施の形態を示すトリポード型等速自在継手の縦断面図である。図１の継手の側面図である。図１のIII−III断面図である。作動角をとった状態の図１の継手の縦断面図である。比較例を示す図４と類似の継手の縦断面図である。別の実施の形態を示す図４と類似の継手の縦断面図である。別の実施の形態を示すバーフィールド型等速自在継手の縦断面図であって図８のVII−VII断面にあたる。図７の継手の側面図である。図７のIX−IX断面図である。マウス部材とステム部材を接合する方法を説明するための縦断面図であって、Ａはかしめ前、Ｂはかしめ後を示す。Ａ、Ｂはマウス部材の側面図である。マウス部材とステム部材を接合する別の方法を説明するための縦断面図であって、Ａはかしめ前、Ｂはかしめ後を示す。

符号の説明

１外側継手部材
１ａ，１５ａ，２２ａ，２８ａマウス部材
１ｂステム部材
２シャフト
３トリポード部材
４ニードルローラ
５リング
６，２３，２９トラック溝部
７，１７，３０円周方向溝
８，２４，３１テーパ部
９，１９，２５ブーツ

Claims

冷間加工により成形した薄肉のマウス部材とステム部材とを接合してなる外側継手部材であって、前記マウス部材が、一端にて開口し、円周方向に複数配置された軸方向に延びるトラック溝部を有し、隣接するトラック溝部間に、開口端側に向かって拡径したテーパ部を設けたことを特徴とする等速自在継手の外側継手部材。
前記テーパ部は、前記マウス部材の一部として冷間加工により一体に成形されることを特徴とする請求項１の等速自在継手の外側継手部材。
前記トラック溝部の外周面に、ブーツを固定するための円周方向に走る溝を形成したことを特徴とする請求項２の等速自在継手の外側継手部材。