JP2005337300A

JP2005337300A - Ａｔｖ用ドライブシャフト

Info

Publication number: JP2005337300A
Application number: JP2004153875A
Authority: JP
Inventors: Akira Nakagawa; 亮中川; Masazumi Kobayashi; 正純小林; Takaaki Shibata; 貴章柴田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-05-24
Filing date: 2004-05-24
Publication date: 2005-12-08
Also published as: US7413515B2; US20050261068A1

Abstract

【課題】低コストで、軽量・コンパクトなＡＴＶ用ドライブシャフトを提供する。
【解決手段】不整地走行用の鞍乗り型車両に装備され、インボード側およびアウトボード側の等速自在継手を介して駆動力を車輪に伝達するドライブシャフトにおいて、インボード側にダブルオフセット型等速自在継手を、アウトボード側にアンダーカットフリー型等速自在継手を使用し、前記ダブルオフセット型等速自在継手のＰＣＤとボール径の比（ＰＣＤ／ｄ＝ｒ₁）を３．０＜ｒ₁＜３．２の範囲とした。
【選択図】図３

Description

この発明はＡＴＶ（All Terrain Vehicle:不整地走行用鞍乗り型車両、四輪バギー車とも呼ばれる。）用のドライブシャフトに関する。

ＡＴＶは不整地走行用の四輪ないし三輪の鞍乗り型車両であって、バルーンタイヤを装備して荒れ地や砂地などの不整地を自在に走破可能にされている。このＡＴＶの動力伝達装置は、たとえば図４に概念的に示すように、エンジン２１の動力が内部の変速機構を経てフロント側およびリヤ側の出力軸から出力され、チェーンまたはプロペラシャフト等の動力伝達手段２２，２３を介してフロント側とリヤ側のディファレンシャル２４，２５に入力される。そして、ディファレンシャル２４，２５に入力されたエンジン動力は、ディファレンシャル２４，２５の機構によって減速され、さらに直角方向の回転動力に変換され、ドライブシャフト２６，２７を介して前輪２８，後輪２９に伝達される。同図に示す例では、フロント側ドライブシャフト２６とディファレンシャル２４との連結部Ａおよび前輪２８との連結部Ｂにそれぞれ等速自在継手を用いている。なお、リヤ側ドライブシャフト２７とディファレンシャル２５との連結部Ｃおよび後輪２９との連結部Ｄにそれぞれ等速自在継手を用いる場合もある。また、動力伝達手段２２，２３としてプロペラシャフトを用いる場合は、プロペラシャフトとエンジン（変速機構）２１の出力軸との連結部Ｅ，Ｆ、ディファレンシャル２４，２５との連結部Ｇ，Ｈにそれぞれ等速自在継手を用いる場合もある。

図５はフロント側のドライブシャフト２６を示している。コーナリング走行時や不整地走行時等における前輪２８の動きに追随して、ドライブシャフト２６が角度変位および軸方向変位できるように、ドライブシャフト２６の連結には摺動式等速自在継手３０と、固定式等速自在継手３１を対にして使用する。ここで、固定式等速自在継手とは二軸間の角度変位だけを許容する等速自在継手をいい、摺動式等速自在継手とは二軸間の角度変位だけでなく軸方向変位（プランジング）をも許容する等速自在継手をいう。同図に示す例では、ドライブシャフト２６のインボード側を摺動式等速自在継手（ダブルオフセット型等速自在継手、以下、「ＤＯＪ」と称する。）３０を介してディファレンシャル２４に連結し（連結部Ａ）、ドライブシャフト２６のアウトボード側を固定式等速自在継手（ツェッパ型等速自在継手：ボールフィクスドジョイント、以下、「ＢＪ」と称する。）３１を介して車輪２８に連結している（連結部Ｂ）。

従来、上記ＤＯＪやＢＪとして乗用車用のものをそのまま転用して使用する場合が多い。
特開２００１−９７０６３号公報（図６、図７）

ＡＴＶでは車体重量制限が厳しいため、そのドライブシャフトにおいてもさらに軽量化、コンパクト化が要求されている。とりわけドライブシャフトは車体重量の割合を多く占めることから軽量化の要求が非常に強くなってきている。また、ＡＴＶは小型で車幅が狭く、しかも車高が高いため、ドライブシャフトに装備される等速自在継手の常時使用作動角が乗用車用の概ね二倍にも達する。そのため、乗用車仕様では使用条件等によって等速自在継手の作動安定性が害されるおそれがある。さらに、ＡＴＶ用等速自在継手では、市場実績や保証期間等との兼ね合いで耐久性（寿命）は乗用車等の約１／２で足りるので、乗用車仕様のままでは過剰品質の感がある。使用回転数についても、車速との兼ね合いから乗用車仕様の約１／２で足り、同様のことがいえる。その一方、捩り強度等の強度面では乗用車仕様と同程度のものが要求される。

本発明の主要な目的は、上記ＡＴＶに特有の事情を加味し、軽量・コンパクトなＡＴＶ用ドライブシャフトを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、不整地走行用の鞍乗り型車両に装備され、インボード側およびアウトボード側の等速自在継手を介して駆動力を車輪に伝達するドライブシャフトにおいて、インボード側にダブルオフセット型等速自在継手を、アウトボード側にアンダーカットフリー型等速自在継手を使用し、前記ダブルオフセット型等速自在継手のＰＣＤとボール径の比（ＰＣＤ／ｄ＝ｒ₁）を３．０＜ｒ₁＜３．２の範囲としたことを特徴とする。

従来の高角用ＤＯＪ（たとえば最大作動角３０．５°）の場合、ＰＣＤとボール径の比（ＰＣＤ／ｄ＝ｒ₁）は２．７＜ｒ₁＜２．９の範囲とされていたところ、本発明では３．０＜ｒ₁＜３．２の範囲とし、ＰＣＤも小さくするがボール径をそれ以上に小さくする。耐久性の低下をＡＴＶ用ということで許容される範囲内にとどめるためにボール径の方を大きく縮小し、ＰＣＤの下げ幅は、強度を確保するために、最小限に抑えるのが望ましい。

請求項２の発明は、請求項１のＡＴＶ用ドライブシャフトにおいて、前記ダブルオフセット型等速自在継手における外輪外径と内輪セレーションＰＣＤ寸法の比（Ｄ_outer／ＰＣＤ_serr＝ｒ₂）を３．２＜ｒ₂＜３．４としたことを特徴とする。内輪セレーションＰＣＤ寸法（ＰＣＤ_serr）は、サイズによって固定される寸法である。したがって、外輪外径と内輪セレーションＰＣＤ寸法の比（Ｄ_outer／ＰＣＤ_serr＝ｒ₂）の値が小さいほど外輪外径が小さいことを意味する。

請求項３の発明は、請求項１のＡＴＶ用ドライブシャフトにおいて、前記ダブルオフセット型等速自在継手におけるケージオフセット量とＰＣＲ（トラック溝のＰＣＤ／２）の比の値を０．１５２〜０．１５３の範囲としたことを特徴とする。従来の高角用ＤＯＪ（たとえば最大作動角３０．５°）の場合、ケージオフセット量とＰＣＲの比の値は０．１９３〜０．１９６とされていたところ、本発明では０．１５２〜０．１５３とし、ケージオフセット量を小さくしている。本発明では、軽量化・コンパクト化を図るべく、ケージオフセット量を従来より小さく設定したものである。このようにケージオフセット量を小さくしても、耐久性を乗用車仕様の７０％程度に設定することができ、これにより保持器の最大作動角をとった際の保持器ポケットからのボールの飛び出しを確実に防止することができる。

既に述べたように、従来、自動車用の高角用ＤＯＪをＡＴＶ用に転用していた。自動車用ＤＯＪはジョイント最大角度で４種類程度あるが、ＡＴＶは高角が必要なため最大角度が最も大きなタイプを適用していた。このとき、同サイズの自動車用ＤＯＪでも、ジョイント最大角度により、外輪外径寸法は異なっている。言い換えれば、高角品は外輪外径および肉厚関係が大となる。ＡＴＶ用ＤＯＪのニーズは、高角が必要で、強度は同等、耐久性は６０％であるため、外輪外径およびＰＣＤ、ボール径を縮小し、低コストでコンパクトなＡＴＶ用ＤＯＪの仕様を確立したものである。

なお、外輪外径を小さくしたが、ボール径およびＰＣＤを小さくすることで、外輪肉厚は現状レベルを確保し、外輪強度をある程度維持することができる。このとき、ＰＣＤとボール径を小さくしたことにより、面圧が高くなることから耐久性が低下するが、この低下量はＡＴＶ用としては許容範囲内である。

上に述べたところから明らかなように、本発明によれば、軽量・コンパクトなＡＴＶ用ドライブシャフトを提供することができる。

以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。

ＡＴＶ用ドライブシャフトは、図１に示すように、アウトボード側の等速自在継手Ｊ₁と、インボード側の等速自在継手Ｊ₂と、両継手Ｊ₁，Ｊ₂を結合する中間軸１とで構成される。アウトボード側の等速自在継手Ｊ₁は車輪と結合され、インボード側の等速自在継手Ｊ₂はディファレンシャルと結合される（図４参照）。

アウトボード側の等速自在継手Ｊ₁はアンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）で構成される。図２はアンダーカットフリー型等速自在継手の作動角θが０°の時の状態を例示している。この等速自在継手Ｊ₁は、球面状の内周面２ａに複数（６本または８本）の底部湾曲状のトラック溝３が軸方向に形成された外側継手部材２（外輪）と、球面状の外周面４ａに複数（６本または８本）の底部湾曲状のトラック溝５が軸方向に形成された内側継手部材４（内輪）と、両継手部材２、４の対向するトラック溝３、５により形成される各ボールトラックにそれぞれ配された複数（６個または８個）のトルク伝達ボール６と、両継手部材２、４の相互間に介在し且つ各トルク伝達ボール６をそれぞれ複数の窓形のポケット７に収納保持する保持器８（ケージ）とを備える。そして、内側継手部材４の内周にセレーション４ｃ（またはスプライン）を介してドライブシャフトの中間軸１（図１参照）が結合されると共に、外側継手部材２のステム部２ｘにホイール側部材が結合される。

図２に示すように、外側継手部材２のトラック溝３と内側継手部材４のトラック溝５とから形成されるボールトラックは、インボード側（同図右側）が広く、アウトボード側（同図左側）に向かって漸次縮小した形状（くさび形状）を呈している。この場合、外側継手部材２のトラック溝３のインボード側部位と、内側継手部材４のトラック溝５のアウトボード側部位とには、それぞれ縦断面において溝底が直線状のストレート部２ｂ、４ｂが形成されており、このストレート部２ｂ、４ｂの存在により、最大作動角が、従来の乗用車用ＢＪの最大作動角（４６．５°）よりも大きい５０°に設定されている。

上記保持器８の内周側の球面８ｂの中心Ｏｄは、継手中心Ｏから軸方向に沿ってアウトボード側に距離Ｌｃだけオフセットしており、この内周側の球面８ｂの中心Ｏｄとトルク伝達ボール６の中心Ｑと継手中心Ｏとのなす∠ＯｄＱＯからなるケージオフセット角φｃ、つまり保持器８の内球面８ｂのオフセット角は、０°を超え且つ１°未満（好ましくは、０．５°〜０．８°、この実施形態では、０．７°）に設定されている。また、保持器８の外周側の球面８ａの中心Ｏｃは、継手中心Ｏから軸方向に沿ってインボード側に上記と等距離Ｌｃだけオフセットしており、この外周側の球面８ａの中心Ｏｃとトルク伝達ボール６の中心Ｑと継手中心Ｏとのなす∠ＯｃＱＯからなるケージオフセット角も、上記と同様に、０°を超え且つ１°未満（好ましくは、０．５°〜０．８°、この実施形態では、０．７°）に設定されている。尚、図示しないが、外側継手部材２の球面状の内周面２ａの径、及び保持器８の内周側の球面８ｂの径は、それぞれ軸方向中央部よりも両端部が小さくされているのに対して、保持器８の外周側の球面８ａの径、及び内側継手部材４の球面状の外周面４ａの径は、それぞれ軸方向中央部よりも両端部が大きくされている。これにより、外側継手部材２の内周面２ａと保持器８の外球面８ａとは軸方向両端部のみで接触し、また保持器８の内球面８ｂと内側継手部材４の外周面４ａとについても軸方向両端部のみで接触している。

一方、上記外側継手部材２のトラック溝３の中心Ｏａは、継手中心Ｏから軸方向に沿ってインボード側に距離Ｌａだけオフセットしており、この外側継手部材２のトラック溝３の中心Ｏａとトルク伝達ボール６の中心Ｑと継手中心Ｏとのなす∠ＯａＱＯからなるトータルオフセット角φａから、外側継手部材３のトラックオフセット角はφａ−φｃとなり、この外側継手部材３のトラック溝３のオフセット角は、４°〜６°（この実施形態では５°）に設定されている。また、上記内側継手部材４のトラック溝５の中心Ｏｂは、継手中心Ｏから軸方向に沿ってアウトボード側に上記と等距離Ｌａだけオフセットしており、この内側継手部材４のトラック溝５の中心Ｏｂとトルク伝達ボール６の中心Ｑと継手中心Ｏとのなす∠ＯｂＱＯからなるトータルオフセット角から求めた内側継手部材４のトラックオフセット角も、上記と同様に、４°〜６°（この実施形態では５°）に設定されている。

上記保持器８のアウトボード側の端部における開口部８ｘの径Ｄｘは、インボード側の端部における開口部８ｙの径Ｄｙよりも大きく設定され、アウトボード側の開口部８ｘを通じて内側継手部材４が保持器８の内部に挿脱される構成とされている。この場合、インボード側の開口部８ｙの径Ｄｙは、内側継手部材４が保持器８の内部に挿脱不能な程度に小さく設定されている。

詳述すると、保持器８の外周面８ａは、略全域（軸方向両端の面取り部を除く領域）が球面とされているのに対して、その内周面８ｂは、軸方向中央領域（ポケット７の軸方向幅と同等またはそれよりも僅かに広い領域）が球面８ｂ１とされ、この球面８ｂ１に連続する面は、アウトボード側では円筒面８ｂ２とされ、インボード側では球面８ｂ３とされている。この場合、アウトボード側の円筒面８ｂ２は、その端縁まで略同径で連続して延びているのに対して、インボード側の球面８ｂ３の更にインボード側には、上記アウトボード側の円筒面８ｂ２よりも小径で且つ軸方向幅の小さな円筒面８ｂ４が連続して形成されている。

従って、保持器８の肉厚は、軸方向中央領域からアウトボード側に向かって移行するに連れて漸次減少するのに対して、軸方向中央領域からインボード側に向かって所定寸法移行するまでの間はケージオフセットに起因して漸次増大している。換言すれば、保持器８の軸方向中央領域よりもインボード側部位の平均肉厚は、アウトボード側部位の平均肉厚よりも大きくなるように設定されている。更に、保持器８の内周面８ｂと、内側継手部材４の外周面４ａとの接触面積は、インボード側よりもアウトボード側の方が狭くなるように設定されている。これに伴って、保持器８の内周面８ｂにおけるポケット７の軸方向両側と、内側継手部材４の外周面４ａとの接触面積は、アウトボード側が極めて狭いのに対して、インボード側はそれよりも広くなるように設定されている。

また、保持器８のインボード側の端部は、外側継手部材２のインボード側の端部から突出しており、これにより保持器８の軸方向幅は、相対的に長尺とされている。更に、保持器８の周方向に等間隔で形成されている複数のポケット７は、全てが同一の大きさ（軸方向幅及び周方向長さが同一）に設定されている。

インボード側の等速自在継手Ｊ₂は、ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）で構成される。ＤＯＪは、図３に示すように、円筒状の内周面１２ａに複数（たとえば６本）の直線状のトラック溝１２ｂを軸方向に形成した外輪（外側部材）１２と、球面状の外周面１３ａに複数（たとえば６本）の直線状のトラック溝１３ｂを軸方向に形成した内輪（内側部材）１３と、外輪１２のトラック溝１２ｂと内輪１３のトラック溝１３ｂとの協働で形成されるボールトラックに配された複数（たとえば６個）のトルク伝達ボール１４と、トルク伝達ボール１４を保持する保持器（ケージ）１５とで構成される。外輪１２のステム部１２ｃがディファレンシャルに結合され、内輪１３の内周に上記中間軸１がセレーション等を介して結合される。

保持器１５は、外輪１２の内周面１２ａに接触案内される外球面１５ａと、内輪１３の外周面１３ａに接触案内される内球面１５ｂと、トルク伝達ボール１４を収容する複数（たとえば６個）のポケット１５ｃを備えた環体である。外球面１５ａの球面中心Ｏ_COと内球面１５ｂの球面中心Ｏ_CIとは、それぞれ継手中心Ｏに対して軸方向に等距離だけ反対側にオフセットさせてある。

この継手が作動角をとりつつトルクを伝達する際、保持器１５は、内輪１３の傾きに応じてボールトラック上を移動するトルク伝達ボール１５の位置まで回転し、トルク伝達ボール１４を作動角の角度二等分面に保持する。これにより、継手の等速性が確保される。また、外輪１２と内輪１３とが軸方向に相対移動すると、保持器１５の外球面１５ａと外輪１２の内周面１２ａとの間で滑りが生じ、円滑な軸方向移動（プランジング）を可能にする。

インボード側に配置されるＤＯＪの許容最大作動角は、アウトボード側の等速自在継手（ＵＪ）のそれよりも小さく、たとえば３０．５°に設定される。

ＤＯＪにおいては、保持器外球面１５ａの球面中心Ｏ_CO、ボール中心Ｑ、継手中心Ｏで形成されるケージオフセット角φ_C（∠Ｏ_COＱＯまたは∠Ｏ_CIＱＯ）は７°≦φＣ＜９°に設定される。このケージオフセット角φ_Cは、従来の乗用車仕様の高角用ＤＯＪ（最大作動角３０．５°）の場合１１．１°〜１１．３°程度とされていたが、ここでは軽量化、コンパクト化を図るため従来より小さく設定したものである。このようにケージオフセット角φ_Cを小さくしても、耐久性を乗用車仕様の７０％程度に設定するのであれば、内外輪のトラック溝深さを浅くすることができ、これにより保持器１５の肉厚を厚くすることができるので、許容最大作動角をとった際の保持器ポケット１５ｃからのボール１４の飛び出しを確実に防止することができる。このケージオフセットは、ケージオフセットとＰＣＲの比が０．１５２〜０．１５３の範囲内となるようにする。ちなみに、従来のＤＯＪ（最大作動角３０．５°）の場合、ケージオフセットとＰＣＲの比の値は０．１９３〜０．１９６とされていた。

また、ＰＣＤとボール径の比（ＰＣＤ／ｄ＝ｒ₁）を３．０＜ｒ₁＜３．２の範囲に設定する。従来のＤＯＪ（最大作動角３０．５°）の場合、ＰＣＤとボール径の比（ＰＣＤ／ｄ＝ｒ₁）は２．７＜ｒ₁＜２．９の範囲とされていた。これを３．０＜ｒ₁＜３．２の範囲とし、ＰＣＤも小さくするがボール径をそれ以上に小さくする。耐久性の低下をＡＴＶ用ということで許容される範囲内にとどめるためにボール径の方を大きく縮小し、ＰＣＤの下げ幅は、強度を確保するために、最小限に抑える。

外輪外径と内輪セレーションＰＣＤ寸法の比（Ｄ_outer／ＰＣＤ_serr＝ｒ₂）を３．２＜ｒ₂＜３．４とする。内輪セレーションＰＣＤ寸法（ＰＣＤ_serr）は、サイズによって固定される寸法であるため、外輪外径の縮小度合いを表すために利用できる。つまり、外輪外径と内輪セレーションＰＣＤ寸法の比（Ｄ_outer／ＰＣＤ_serr＝ｒ₂）の値が小さいということは、ＤＯＪの外径が小さいことを意味する。

以上説明したドライブシャフトは、ＡＴＶのフロント側のみならずリヤ側にも使用することができる。

本発明の実施の形態を示すＡＴＶ用ドライブシャフトの縦断面図である。図１のドライブシャフトにおけるＵＪの縦断面図である。図１のドライブシャフトにおけるＤＯＪの縦断面図である。ＡＴＶの動力伝達装置の概念図である。従来のＡＴＶ用ドライブシャフトの縦断面図である。

符号の説明

Ｊ₁ アウトボード側等速自在継手
Ｊ₂ インボード側等速自在継手
１中間軸
ＰＣＤダブルオフセット型等速自在継手のピッチ円径
ＰＣＲＰＣＤ/２
ＰＣＤ_SERR 内輪セレーションのピッチ円径
Ｄ_outer 外輪外径
ｄトルク伝達ボール径

Claims

不整地走行用の鞍乗り型車両に装備され、インボード側およびアウトボード側の等速自在継手を介して駆動力を車輪に伝達するドライブシャフトにおいて、インボード側にダブルオフセット型等速自在継手を、アウトボード側にアンダーカットフリー型等速自在継手を使用し、前記ダブルオフセット型等速自在継手のＰＣＤとボール径の比（ＰＣＤ／ｄ＝ｒ₁）を３．０＜ｒ₁＜３．２の範囲としたことを特徴とするＡＴＶ用ドライブシャフト。
前記ダブルオフセット型等速自在継手における外輪外径と内輪セレーションＰＣＤ寸法の比（Ｄ_outer／ＰＣＤ_serr＝ｒ₂）を３．２＜ｒ₂＜３．４としたことを特徴とする請求項１のＡＴＶ用ドライブシャフト。
前記ダブルオフセット型等速自在継手におけるケージオフセットとＰＣＲの比を０．１５２〜０．１５３の範囲としたことを特徴とする請求項１のＡＴＶ用ドライブシャフト。