JP2005351421A - スラストワッシャおよびそれを用いた十字軸継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 スラストワッシャのクラック発生を防止しつつその板厚を薄くすることで、十字軸継手の小型化を図る。
【解決手段】 本発明の十字軸継手１のスラストワッシャ６において、スラストワッシャ６をその端面から平面視した時に、スラストワッシャ６の一方側端面に形成された油溝６ｆと他方側端面に形成された油溝６ｆとを、内周縁６ｄと外周縁６ｅとの中間で互いに交差させた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、駆動軸の連結等に用いられる十字軸継手用のスラストワッシャおよびそれを用いた十字軸継手に関する。

従来の十字軸継手は、一対の回転軸をこれらの成す角度の変化を互いに順応させるように相互に連結する動力伝達軸等に使用されている。このような十字軸継手は、十字状に配置された四本の軸部を有する十字軸と、この十字軸の各軸部の先端に複数の針状ころ等を介して回転自在に取り付けられる軸受カップと、この軸受カップと軸部端面との間に配置されたスラストワッシャと、を備えている。このスラストワッシャの両端面には、中央の貫通孔から外縁に向かって延びた油溝を設けて、潤滑油が軸受カップ内の各摺動部に流れるようにし、その内部の潤滑を行うように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２３４９４２号公報（第３頁）

近年の省力化等の観点から、回転軸等に用いられる十字軸継手においても小型化のニーズが高まってきている。その中で、十字軸継手の小型化の方策として、前記のスラストワッシャの板厚を薄くすることが考えられる。
しかしながら、スラストワッシャには上述のように油溝が設けられており、過度に板厚を薄くすると当該スラストワッシャの内外周縁付近の油溝の端部を起点としてクラックが発生する等、その強度が低下し使用に耐えることができない場合があった。このため、ある一定以上にスラストワッシャの板厚を薄くすることは困難であり、このスラストワッシャの板厚が十字軸継手の小型化を阻む要因の一つとなっていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その板厚を薄くしてもクラックの発生が抑制できる十字軸継手用のスラストワッシャ、およびそれを用いることで小型化できる十字軸継手の提供をその目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、その中心に貫通孔が形成された円板状であって、その両端面には前記貫通孔側の内周縁からその外周縁に向かって延びる複数の溝部が形成された十字軸継手用のスラストワッシャにおいて、一方側端面に形成された前記溝部と他方側端面に形成された前記溝部とが、その端面から平面視した時に、前記外周縁と前記内周縁との中間で交差していることを特徴としている。

上記のように構成されたスラストワッシャによれば、前記一方側端面に形成された前記溝部と前記他方側端面に形成された前記溝部とが交差している交差部は、スラストワッシャとしての厚みが部分的に薄くなっており、その部分における剛性を低下させることができる。これによって、当該スラストワッシャの使用に伴って外部から応力が作用した際、前記交差部が位置する前記外周縁と前記内周縁との中間付近の応力が増加するので、比較的応力集中しやすい前記内周縁や前記外周縁に応力が集中するのを緩和できる。

さらに、上記スラストワッシャにおいて、前記一方側端面に形成された前記溝部と前記他方側端面に形成された前記溝部とが、その端面から平面視した時に、前記外周縁と前記内周縁とのほぼ中央で交差していることが好ましい。
この場合、剛性が低下して応力が増加する前記交差部を前記外周縁と前記内周縁とのほぼ中央に配置することで、当該スラストワッシャの径方向における応力分布をより均等にすることができる。従って、当該スラストワッシャの板厚を薄くした場合にも、応力が一部分に集中してクラックが発生するのを抑制することができる。

上記スラストワッシャでは、その径方向における応力の分布を均等にできる。その一方、その周方向における応力の分布を均等にするために、前記一方側端面に形成された前記溝部の前記内周縁側端部と、前記他方側端面に形成された前記溝部の前記内周縁側端部とが、その端面から平面視した時に、前記内周縁の円周方向に対して交互かつほぼ等ピッチで配置されていることが好ましい。
この場合、前記溝部の内周縁側端部が等ピッチで配置されるので、当該スラストワッシャの周方向における応力が部分的に集中するのを防止でき、応力集中によるクラックの発生をより抑制することができる。

また本発明は、十字状に配置された四本の軸部を有する十字軸と、これら軸部に回転自在に取り付けられた有底筒状の軸受カップと、その中心には貫通孔が形成されその両端面には前記貫通孔側の内周縁からその外周縁に向かって延びる複数の溝部が形成されているとともに前記軸受カップの底面と前記軸部の端面との間に配置された円板状のスラストワッシャとを備える十字軸継手において、前記スラストワッシャは、上述した十字軸継手用のスラストワッシャであることを特徴としている。

上記のように構成された十字軸継手は、上述した十字軸継手用のスラストワッシャを用いているので、クラックが発生するのを抑制しつつ、前記スラストワッシャの板厚をより薄くして当該十字軸継手に用いることができる。

以上のように、本発明のスラストワッシャは、その径方向における応力の分布をより均等にできるので、その板厚を薄くしても応力が一部分に集中してクラックが発生するのを抑制することができる。また、本発明の十字軸継手は、板厚を薄くできる前記スラストワッシャを用いることで、その小型化を図ることができる。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態である十字軸継手用のスラストワッシャを用いた十字軸継手の一部断面図である。このような十字軸継手は自動車、建設機械、鉄道車両等の動力伝達軸やステアリングシャフト等の連結に用いられている。
図中、本実施形態に係る十字軸継手１は、十字状に配置された四本の軸部２を有する十字軸３と、これら軸部２の軸周りに配列された複数の針状ころ４を介して回転自在に取り付けられた有底筒状の軸受カップ５と、この軸受カップ５の底面５ａと軸部２の端面２ａとの間に配置されそれらの間に生ずる径方向のスラスト力を吸収する円板状の本発明に係るスラストワッシャ６と、を備えている。なお、十字軸３の四本の軸部２に取り付けられる軸受カップ５等の構成はそれぞれほぼ同一なので、図１ではその中の一の部分についてのみ示し、他の部分を省略している。

軸部２と軸受カップ５とは、複数の針状ころ４を介することで転がり軸受を構成しており、この軸受カップ５に一対の回転軸等（図示せず）をそれぞれヨーク等（図示せず）を介して取り付けることで、当該十字軸継手１は、前記一対の回転軸が成す角度の変化を互いに順応できるように相互に連結する。
また、軸受カップ５の開口端部５ｂと軸部２の基端部２ｂとの間にはリング状のシール部材７が取り付けられており、軸受カップ５の内部を密封できるように構成されている。
なお、軸部２と軸受カップ５とは複数の針状ころ４によって転がり軸受を構成したが、例えば、円筒ころ等を用いて転がり軸受を構成してもよい。

図２（ａ）はスラストワッシャ６の平面図、（ｂ）はスラストワッシャ６の側面図を示している。このスラストワッシャ６（以下、ワッシャ６とも言う。）は、硬質樹脂等を用いてその中心部に貫通孔６ａを有する円板状に成形されている。ワッシャ両端面６ｂ，６ｃには、貫通孔６ａ側の内周縁６ｄからワッシャ６の外周縁６ｅに向かって直線状に延びた複数の断面凹状の油溝６ｆがワッシャ端面６ｂ，６ｃの円周方向に対して等ピッチで形成されている。この油溝６ｆは、軸部２の中心部に開口する潤滑剤通路２ｃ（図１参照）から供給される潤滑油を針状ころ４等に供給するための通路を構成している。また、油溝６ｆの溝深さは、ワッシャ６の厚み方向に対して１／２より小さく設定されている。

また、この複数の油溝６ｆのワッシャ端面から平面視したときの配置は、ワッシャ両端面６ｂ，６ｃそれぞれにおいてほぼ同じ配置とされている。他方、ワッシャ端面６ｂの油溝６ｆとワッシャ端面６ｃの油溝６ｆとの位置関係は、以下のような関係をもって形成されている。すなわち、図２中、内周縁６ｄにおける、ワッシャ端面６ｂ側の油溝端部６ｆ１とワッシャ端面６ｃ側の油溝端部６ｆ１とのピッチＡ，Ｂが等しくなるように、油溝６ｆはワッシャ端面６ｂ，６ｃにそれぞれ形成されている。つまり、ワッシャ端面６ｂ側の油溝端部６ｆ１と、ワッシャ端面６ｃ側の油溝端部６ｆ１とが、ワッシャ端面６ｂから平面視した時に、内周縁６ｄの円周方向に対して交互かつ等ピッチで配置されている。
この場合、油溝端部６ｆ１が、内周縁６ｄの円周方向に対して等間隔で配置されるので、ワッシャ６の周方向における応力が部分的に集中するのを防止できる。

また、上記のように平面視した時に、ワッシャ端面６ｂ側の油溝６ｆとワッシャ端面６ｃ側の油溝６ｆとは、相互に交差する交差部Ｋを有している。この交差部Ｋは内周縁６ｄと外周縁６ｅとの中間に位置していればよいが、本実施形態に示すように、内周縁６ｄと外周縁６ｅとのほぼ中央に位置するように設定されていることが好ましい。その理由は、交差部Ｋが内周縁６ｄと外周縁６ｅとのほぼ中央に位置していない場合と比較して、後述するワッシャ６の径方向における応力分布をより均等にすることができるからである。

このように構成された本実施形態に係るワッシャ６は、その交差部Ｋでは、油溝６ｆが交差しているため、ワッシャ６としての厚みが部分的に薄くなっており、その部分における剛性を低下させることができる。これによって、十字軸継手１の使用によりワッシャ６に応力が作用した場合、交差部Ｋが位置する外周縁６ｅと内周縁６ｄとのほぼ中央付近の応力が増加するので、比較的応力集中しやすい内周縁６ｄや外周縁６ｅに応力が集中するのを緩和でき、ワッシャ６の径方向における応力の分布をより均等にすることができる。従って、ワッシャ６の板厚を薄くした場合にも応力集中によるワッシャ６のクラック発生を抑制することが可能となる。
また、ワッシャ６の板厚を薄くすることができるので、ワッシャ６を成形するために必要な材料を減らすことができ、その製造コストを低減できる。

また、本実施形態の十字軸継手１は、上述のようにワッシャ６の板厚を薄くすることができるので、その小型化を図ることができる。

次に、本発明者らが本実施形態である十字軸継手１におけるワッシャ６に作用する応力分布を解析し、検証した結果について説明する。実施例のモデルは上記の本実施形態で示したワッシャ６とし、比較例のモデルは図３に示す油溝６ｆが等ピッチに形成されかつ交差部Ｋを有していないワッシャとした。また、これら両者は油溝６ｆの配置以外の各部寸法等はすべて同条件となるように設定した。そして、実際にこれらを十字軸継手１にて使用した際にワッシャの応力分布がどのようになるかをＣＡＥ等によってＦＥＭ解析を行い、比較した。

図４は、応力解析を行った結果をワッシャの部位ごとに数値として示したグラフ図である。図中、縦軸は応力値を示しており、横軸はワッシャの部位（内周縁部、中央部、および外周縁部）を示している。図中、内周縁部において、実施例のモデルは比較例のモデルより小さい応力値となっている。また、中央部では、逆に実施例のモデルは比較例のモデルより大きくなっており、交差部Ｋでの剛性低下によって応力が増加していることが確認できる。外周縁部では、実施例のモデルの方が比較例のモデルより若干小さくなっている。
このように、実施例のモデルの応力分布は、内周縁部から外周縁部にかけて、比較例品と比較して全体として均等な応力値となるように改善されていることが判る。

以上のように、ワッシャ端面６ｂ側の油溝６ｆとワッシャ端面６ｃ側の油溝６ｆとが、相互に交差する交差部Ｋを有するように油溝６ｆを形成することで、ワッシャ６の応力分布を全体として比較的均等にできることが確認できた。

尚、本発明のスラストワッシャおよびそれを用いた十字軸継手は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、油溝６ｆはワッシャ６端面において直線状に延ばされた形状でなくてもよく、交差部Ｋが内周縁６ｄと外周縁６ｅとの間の中間に位置するようにされていれば曲線形状としてもよい。また、油溝６ｆの断面形状は凹状としたが、応力集中を防止するために、例えば断面半円状としてもよい。また、十字軸継手１の構成や、スラストワッシャの材質、形状等は、本発明の趣旨に基づいて適宜変更することができる。

本発明の一実施形態である十字軸継手用のスラストワッシャを用いた十字軸継手の一部断面図である。 （ａ）はスラストワッシャの平面図、（ｂ）はスラストワッシャの側面図を示している。 比較例のモデルとしたスラストワッシャの油溝の配置を示す平面図である。 応力解析を行った結果をスラストワッシャの部位ごとに数値として示したグラフ図である。

符号の説明

１ 十字軸継手
２ 軸部
３ 十字軸
４ 軸受カップ
６ スラストワッシャ
６ａ 貫通孔
６ｂ，６ｃ ワッシャ端面
６ｄ 内周縁
６ｅ 外周縁
６ｆ 油溝（溝部）

Claims (4)

1. その中心に貫通孔が形成された円板状であって、その両端面には前記貫通孔側の内周縁からその外周縁に向かって延びる複数の溝部が形成された十字軸継手用のスラストワッシャにおいて、
   一方側端面に形成された前記溝部と他方側端面に形成された前記溝部とが、その端面から平面視した時に、前記外周縁と前記内周縁との中間で交差していることを特徴とするスラストワッシャ。
2. 前記一方側端面に形成された前記溝部と前記他方側端面に形成された前記溝部とが、その端面から平面視した時に、前記外周縁と前記内周縁とのほぼ中央で交差している請求項１記載のスラストワッシャ。
3. 前記一方側端面に形成された前記溝部の前記内周縁側端部と、前記他方側端面に形成された前記溝部の前記内周縁側端部とが、その端面から平面視した時に、前記内周縁の円周方向に対して交互かつほぼ等ピッチで配置されている請求項１もしくは２のいずれかに記載のスラストワッシャ。
4. 十字状に配置された四本の軸部を有する十字軸と、これら軸部に回転自在に取り付けられた有底筒状の軸受カップと、その中心には貫通孔が形成されその両端面には前記貫通孔側の内周縁からその外周縁に向かって延びる複数の溝部が形成されているとともに前記軸受カップの底面と前記軸部の端面との間に配置された円板状のスラストワッシャとを備える十字軸継手において、
   前記スラストワッシャは、請求項１〜３のいずれかに記載のスラストワッシャであることを特徴とする十字軸継手。

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