JP2008051222A

JP2008051222A - 二部材の連結構造

Info

Publication number: JP2008051222A
Application number: JP2006228100A
Authority: JP
Inventors: Minoru Ishijima; 実石島; Kenta Yamazaki; 健太山崎; Takahiro Matsui; 隆浩松井
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】ガタを発生しにくくし、内輪とシャフトを堅固に連結すると共に、止め輪を用いることなく確実な抜け止めを実現する。
【解決手段】等速自在継手に装備され、外輪との間で角度変位を許容しながらトルクを伝達する内輪２０とその内輪２０の軸孔内径２６に圧入されたシャフト５０とを備え、内輪２０の軸孔内径２６を未硬化とし、かつ、シャフト５０の軸部外径５２に円周方向に沿う凹凸部５４を形成すると共にその軸部外径５２に硬化層ｎを形成し、シャフト５０の軸部外径５２を内輪２０の軸孔内径２６に圧入してシャフト５０と内輪２０と塑性結合させ、シャフト５０の軸部外径５２の凹凸部先端側に、シャフト５０の先端に向けて縮径するテーパ面５８を有し、凹凸部５４の外径よりも小さな外径を有する突起５６を設けると共に、内輪２０の軸孔内径２６のシャフト挿入側端部に、シャフト５０の突起５６よりも小さい円筒状内径部２８を形成し、シャフト５０の突起５６を内輪２０の円筒状内径部２８に嵌合させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、二部材の連結構造に関し、例えば自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用され、ＦＦ車や４ＷＤ車、ＦＲ車などで使用されるドライブシャフトやプロペラシャフトに組み込まれる固定式あるいは摺動式等速自在継手の内側継手部材とシャフトの連結構造に関する。

例えば、自動車のドライブシャフトは、シャフトの一方の軸端に摺動式等速自在継手を装着し、他方の軸端に固定式等速自在継手を装着した構造を具備する。

このドライブシャフトの連結用継手として使用されている摺動式等速自在継手の一つであるトリポード型等速自在継手（ＴＪ）は、内周面に三本のトラック溝が軸方向に形成され、各トラック溝の両側にそれぞれ軸方向のローラ案内面を有する外側継手部材（外輪）と、半径方向に突出した三本の脚軸を有する内側継手部材（トリポード部材）と、その内側継手部材の脚軸と外側継手部材のローラ案内面との間に回転自在に収容された転動体（ローラ）とを主要な部材として構成される。

また、固定式等速自在継手の一つであるバーフィールド型等速自在継手（ＢＪ）は、内球面に複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した外側継手部材（外輪）と、外球面に外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内側継手部材（内輪）と、外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に介在してボールを保持するケージとを主要な部材として構成される。

これら摺動式等速自在継手あるいは固定式等速自在継手の内側継手部材とシャフトの結合は、スプラインあるいはセレーションにより嵌合されており、両者間でトルクを伝達可能としている（例えば、特許文献１の図２参照）。

これら雌スプラインが形成された内側継手部材の軸孔内径と、雄スプラインが形成されたシャフトの軸部外径には、例えば高周波焼き入れあるいは浸炭焼入れにより硬化処理が施されて硬化層が形成されている。この硬化層の形成により内側継手部材の軸孔内径およびシャフトの軸部外径の強度を確保するようにしている。

また、このような内側継手部材とシャフトとの連結構造では、シャフトの軸端部に取り付けられた断面丸形の止め輪を、内側継手部材に設けられた係止面に当接させることにより抜け止めとしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−３１４５８０号公報特開平８−６８４２６号公報

ところで、前述した等速自在継手の内側継手部材とシャフトとの嵌合構造では、内側継手部材の軸孔内径に硬化処理された雌スプラインと、シャフトの軸部外径に硬化処理された雄スプラインを係止嵌合することにより、回転トルクを伝達するようにしている。

しかしながら、これら内側継手部材とシャフトとの嵌合構造は、硬化処理された雌スプラインと硬化処理された雄スプラインとによる凹凸嵌合であるため、ガタが発生し易いという問題があり、このようなガタがあると、回転トルクを確実に伝達することが困難になると共に、異音が発生するおそれがあった。

また、内側継手部材とシャフトの連結構造に止め輪による抜け止めを設けた場合、内側継手部材に係止面を形成する工程が必要であり、工数が増加すると共に、止め輪が必要なことから、部品点数も多くなり、製品のコストアップを招く。等速自在継手の組み立て工程においても、止め輪を組み付ける工程が必要であり、この点でも製品のコストアップを招くと共にサイクルタイムが余分に必要となる。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、ガタを発生しにくくし、内側継手部材とシャフトを堅固に連結すると共に、止め輪を用いることなく確実な抜け止めを実現し得る二部材の連結構造を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、軸孔を有する第一部材と、その軸孔に圧入された軸部を有する第二部材とを備え、第一部材の軸孔内径を未硬化とし、かつ、第二部材の軸部外径に円周方向に沿う凹凸部を形成すると共にその軸部外径に硬化層を形成し、第二部材の軸部を第一部材の軸孔内径に圧入して両部材を塑性結合させ、第二部材の軸部外径の凹凸部先端側に、その軸部先端に向けて縮径するテーパ面を有し、かつ、凹凸部の外径よりも小さな外径を有する突起を設けると共に、第一部材の軸孔内径の第二部材反挿入側端部に、第二部材の突起よりも小さい円筒状内径部を形成し、第二部材の突起を第一部材の円筒状内径部に嵌合させたことを特徴とする。

本発明は、第一部材を等速自在継手の内側継手部材とし、かつ、第二部材をシャフトとした二部材の連結構造に適用可能である。また、第一部材を車輪軸受装置のハブ輪とし、かつ、第二部材を等速自在継手の外側継手部材とした二部材の連結構造にも適用可能である。

なお、第一部材の軸孔内径は、冷間鍛造仕上げにより形成されていることが好ましい。このようにすれば、第一部材の軸孔内径を未加工とすることができる。また、第一部材の軸孔内径寸法は、第二部材の軸部外径の凹凸部における最大径と最小径間に規定することが望ましい。このようにすれば、第一部材と第二部材の良好な塑性結合が得られる。

本発明では、第一部材の内径を未硬化とし、かつ、第二部材の軸部外径に円周方向に沿う凹凸部を形成すると共にその軸部外径に硬化層を形成する。第二部材の軸部を第一部材の軸孔内径に圧入すると、硬化層が形成された第二部材の軸部外径の凹凸部が、未硬化の第一部材の軸孔内径に食い込んでその第一部材の軸孔内径を塑性変形させる。

このようにして第一部材と第二部材とを塑性結合させたことにより第一部材と第二部材とが一体化されることで、両者間のガタをなくし、第一部材と第二部材を堅固に連結することができる。

また、本発明では、第二部材の軸部外径の凹凸部先端側に、その軸部先端に向けて縮径するテーパ面を有し、かつ、凹凸部の外径よりも小さな外径を有する突起を設けると共に、第一部材の軸孔内径の第二部材反挿入側端部に、第二部材の突起よりも小さい円筒状内径部を形成する。第二部材の突起を第一部材の円筒状内径部に嵌合させると、第二部材の突起が第一部材の円筒状内径部に食い込んで抜け止めとして機能する。

このようにして第二部材の突起を第一部材の円筒状内径部に嵌合させたことにより、第一部材と第二部材を塑性結合させる凹凸部とは別に、第二部材の突起と第一部材の円筒状内径部との塑性結合による抜け止め構造が実現でき、第一部材に対する第二部材の抜け止めをより一層確実なものとする。

前述の構成において、第二部材の突起の付根隅部をＲ形状とすることが望ましい。このようにすれば、第一部材と第二部材の間での回転トルク伝達時、第二部材の突起の付根隅部での応力集中を緩和させることができて高強度の等速自在継手が実現できる。

また、前述の構成において、第一部材の円筒状内径部の段差面を、第二部材の突起のテーパ面と同一角度を有するテーパ面とすることが望ましい。このようにすれば、第一部材の円筒状内径部のテーパ面に第二部材の突起のテーパ面を押し当てることで第一部材への第二部材の挿入位置を規制することができ、第一部材の円筒状内径部のテーパ面に対する第二部材の突起のテーパ面の荷重管理で両者の軸方向相対位置を確実にコントロールすることができる。

本発明によれば、第一部材の軸孔内径を未硬化とし、かつ、第二部材の軸部外径に円周方向に沿う凹凸部を形成すると共にその軸部外径に硬化層を形成し、第二部材の軸部を第一部材の軸孔内径に圧入して第一部材と第二部材を塑性結合させたことにより、第一部材と第二部材が一体化されることで、両者間のガタをなくし、第一部材と第二部材を堅固に連結することができる。その結果、剛性の高い二部材の連結構造を提供することができる。また、従来のように第一部材の軸孔内径に、スプライン形成や硬化処理を施す必要がなくなるため、コスト低減化が図れる。

また、第二部材の軸部外径の凹凸部先端側に、その軸部先端に向けて縮径するテーパ面を有し、かつ、凹凸部の外径よりも小さな外径を有する突起を設けると共に、第一部材の軸孔内径の第二部材反挿入側端部に、第二部材の突起よりも小さい円筒状内径部を形成することにより、第二部材の突起を第一部材の円筒状内径部に嵌合させることで、第一部材に対する第二部材の抜け止めをより一層確実なものとすることができる。従来のような止め輪が不要となることから、部品点数の低減が図れて製品のコスト低減化が実現容易となる。

本発明の実施形態を以下に詳述する。なお、以下の実施形態は、固定式（バーフィールド型）等速自在継手（ＢＪ）に適用した場合を例示するが、他の固定式等速自在継手、例えばアンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）に適用可能であり、さらに、摺動式等速自在継手、例えば、クロスグルーブ型等速自在継手（ＬＪ）やダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）にも適用可能である。これら等速自在継手に適用する場合、第一部材が後述の内側継手部材に相当し、第二部材がシャフトに相当する。

図８はバーフィールド型等速自在継手の全体構成を例示する。この等速自在継手は、外側継手部材としての外輪１０と、外輪１０の内側に配された内側継手部材としての内輪２０と、外輪１０と内輪２０との間に介在してトルクを伝達する複数のボール３０と、外輪１０と内輪２０との間に介在してボール３０を保持するケージ４０とを主要な部材として構成される。この固定式等速自在継手をドライブシャフトに適用する場合、外輪１０を車輪軸受装置（図示せず）に結合させ、内輪２０に後述の嵌合構造でもってシャフト５０を結合させることにより、外輪１０と内輪２０の回転軸が角度をなした状態でも等速でトルクを伝達するようになっている。

外輪１０はマウス部１６とステム部１８とからなり、ステム部１８にて車輪軸受装置とトルク伝達可能に結合する。マウス部１６は一端にて開口した椀状で、その内球面１２に、軸方向に延びた複数のトラック溝１４が円周方向等間隔に形成されている。そのトラック溝１４はマウス部１６の開口端まで延びている。内輪２０は、その外球面２２に、軸方向に延びた複数のトラック溝２４が円周方向等間隔に形成されている。

外輪１０のトラック溝１４と内輪２０のトラック溝２４とは対をなし、各対のトラック溝１４，２４で構成されるボールトラックに１個ずつ、トルク伝達要素としてのボール３０が転動可能に組み込んである。ボール３０は外輪１０のトラック溝１４と内輪２０のトラック溝２４との間に介在してトルクを伝達する。ケージ４０は外輪１０と内輪２０との間に摺動可能に介在し、外球面４２にて外輪１０の内球面１２と接し、内球面４４にて内輪２０の外球面２２と接する。

前述した内輪２０はその軸孔内径２６にシャフト５０の軸部５２を圧入することによりシャフト５０とトルク伝達可能に結合されている。この内輪２０の軸孔内径２６は、冷間鍛造仕上げにより形成されているが、旋削、研磨仕上げにより形成されていてもよい。内輪２０とシャフト５０との連結構造は以下のとおりである。

図１は内輪２０とシャフト５０を連結する前の状態、図２は内輪２０とシャフト５０を連結した後の状態をそれぞれ示す。また、図３（ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿う断面、同図（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿う断面、図４は図２のＣ−Ｃ線に沿う断面である。

内輪２０は、トラック溝２４およびそのトラック溝２４間の外球面２２に高周波焼入れにより硬化層ｍ（図１のクロスハッチング部分）が形成され、その軸孔内径２６を未硬化としている。つまり、内輪２０の軸孔内径２６については、高周波焼入れによる硬化処理がなされていない。なお、内輪２０における硬化層ｍの形成については、高周波焼入れ以外に浸炭焼入れにより行うことも可能である。この場合、軸孔内径２６における未硬化については、防炭処理により行うことが可能である。

一方、シャフト５０の外径にはその軸方向全周に亘って高周波焼入れにより硬化層ｎ（図１のクロスハッチング部分）が形成されている。また、シャフト５０の軸部外径５２には円周方向に沿う凹凸部５４が形成されている。その結果、シャフト５０の軸部外径５２には、高周波焼入れにより硬化処理された凹凸部５４が形成されている。なお、この凹凸部５４は、スプライン形状としてもよい。

以上のように、内輪２０の軸孔内径２６は硬化処理がなされていない状態であり、シャフト５０の軸部外径５２は硬化処理された凹凸部５４が形成された状態である。また、内輪２０の軸孔内径寸法ｄ_１は、シャフト５０の軸部外径５２の凹凸部５４における最大径ｄ_２と最小径ｄ_３との間になるように規定されている。

また、シャフト５０の軸部外径５２の凹凸部５４先端側に、その凹凸部５４とは別に突起５６を設けている。この突起５６は、シャフト５０の先端に向けて縮径するテーパ面５８を有し、かつ、凹凸部５４の外径ｄ_２よりも小さな外径ｄ_４を有する。なお、この実施形態の突起５６では、テーパ面５８と反対側の面を軸部外径５２と直角をなす起立面５１としている（図２の拡大図参照）。

この突起５６では、シャフト５０の先端側（図中左側）をテーパ面５８とすることにより、シャフト５０の内輪２０への挿入を容易にし、シャフト５０の反先端側（図中右側）を起立面５１とすることにより、内輪２０に対するシャフト５０の抜け止めを確実にする。また、凹凸部５４の外径ｄ_２よりも小さな外径ｄ_４を有することで、内輪２０の円筒状内径部２８への食い込みを確実にすることができる。

一方、内輪２０の軸孔内径２６のシャフト反挿入側端部（シャフト５０の挿入方向に対して奥側に位置する端部）に、シャフト５０の突起５６よりも小さい内径ｄ_５を有する円筒状内径部２８を形成する。この円筒状内径部２８は、シャフト５０の突起５６の外径ｄ_４よりも小さい内径面２１と、その内径面２１に対して直角をなす段差面２３とで構成されている。この円筒状内径部２８では、シャフト５０の突起５６よりも小さい内径ｄ_５を有することで、シャフト５０の突起５６の食い込みを確実にすることができる。

図２に示すように、このシャフト５０の軸部外径５２を内輪２０の軸孔内径２６に圧入する。この圧入により、硬化層ｎが形成されたシャフト５０の軸部外径５２の凹凸部５４が、図４に示すように未硬化の内輪２０の軸孔内径２６に食い込んでその内輪２０の軸孔内径２６を塑性変形させる。このようにしてシャフト５０と内輪２０とを塑性結合させることによりシャフト５０と内輪２０とが一体化されることで、両者間のガタをなくし、シャフト５０と内輪２０とを堅固に連結することができる。

この圧入時、シャフト５０の突起５６が内輪２０の円筒状内径部２８に圧入嵌合される。これにより、シャフト５０の突起５６が内輪２０の円筒状内径部２８に食い込んで抜け止めとして機能する。この場合、シャフト５０の先端側をテーパ面５８とすることにより、シャフト５０の内輪２０への挿入を容易にしている。また、シャフト５０の反先端側を起立面５１とすることにより、内輪２０に対するシャフト５０の抜け止めを確実にしている。

このようにしてシャフト５０の突起５６が内輪２０の円筒状内径部２８に嵌合されることにより、シャフト５０と内輪２０とを塑性結合させる凹凸部５４とは別に、シャフト５０の突起５６と内輪２０の円筒状内径部２８との塑性結合による抜け止め構造が実現でき、内輪２０に対するシャフト５０の抜け止めをより一層確実なものとする。

なお、図５に示すように、シャフト５０の突起５６の付根隅部５３をＲ形状とすることが好ましい。このようにすれば、シャフト５０と内輪２０との間での回転トルク伝達時、シャフト５０の突起５６の付根隅部５３での応力集中を緩和させることができて高強度の等速自在継手が実現できる。また、前述したシャフト５０の突起５６は、その円周方向全周に亘って連続して形成された環状のものや、それ以外に円周方向に沿って複数に分割形成されたものであってもよい。

以上で説明した第一の実施形態では、内輪２０の円筒状内径部２８の段差面２３を内輪２０の軸方向と直交する面としたが、本発明はこれに限定されることなく、内輪２０の円筒状内径部２８の段差面２３を、シャフト５０の突起５６のテーパ面５８と同一角度を有するテーパ面としてもよい。

図６および図７は、内輪２０の円筒状内径部２８の段差面を、シャフト５０の突起５６のテーパ面５８と同一角度を有するテーパ面２５とした第二の実施形態を示す。なお、第一の実施形態と同一部分には同一参照を符号を付して重複説明は省略する。

この第二の実施形態のように、内輪２０の円筒状内径部２８の段差面を、シャフト５０の突起５６のテーパ面５８と同一角度を有するテーパ面２５とすれば、シャフト５０の内輪２０への圧入時、内輪２０の円筒状内径部２８のテーパ面２５にシャフト５０の突起５６をテーパ面５８に押し当てることで内輪２０へのシャフト５０の挿入位置を規制することができる。その結果、圧入時のシャフト５０の挿入ストロークを管理することなく、内輪２０の円筒状内径部２８のテーパ面２５に対するシャフト５０の突起５６のテーパ面５８の荷重管理で両者の軸方向相対位置を確実にコントロールすることができる。

なお、以上の各実施形態では、ドライブシャフトの等速自在継手に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、プロペラシャフトの等速自在継手にも適用可能である。

また、本発明は、前述した実施形態のような連結構造、つまり、等速自在継手における内輪２０とシャフト５０との連結構造に限らず、駆動用車輪軸受装置におけるハブ輪と等速自在継手の外側継手部材との連結構造にも適用可能である。その場合、第一部材がハブ輪に相当し、第二部材が等速自在継手の外側継手部材に相当する。

本発明は前述した実施形態に何ら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内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明の第一の実施形態で、内輪とシャフトを連結する前の状態を示す断面図である。本発明の第一の実施形態で、内輪とシャフトを連結した後の状態を示す断面図である。（ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。本発明の第一の実施形態で、シャフトの突起の付根隅部をＲ形状とした変形例を示す断面図である。本発明の第二の実施形態で、内輪とシャフトを連結する前の状態を示す断面図である。本発明の第二の実施形態で、内輪とシャフトを連結した後の状態を示す断面図である。固定式等速自在継手（バーフィールド型等速自在継手）の全体構成を示す断面図である。

符号の説明

１０外側継手部材（外輪）
２０第一部材（内輪）
２５テーパ面
２６軸孔内径
２８円筒状内径部
５０第二部材（シャフト）
５２軸部外径
５４円周方向に沿う凹凸部
５６突起
５８テーパ面
ｍ、ｎ硬化層

Claims

軸孔を有する第一部材と、その軸孔に圧入された軸部を有する第二部材とを備え、前記第一部材の軸孔内径を未硬化とし、かつ、前記第二部材の軸部外径に円周方向に沿う凹凸部を形成すると共にその軸部外径に硬化層を形成し、前記第二部材の軸部を第一部材の軸孔内径に圧入して両部材を塑性結合させ、
前記第二部材の軸部外径の凹凸部先端側に、その軸部先端に向けて縮径するテーパ面を有し、かつ、前記凹凸部の外径よりも小さな外径を有する突起を設けると共に、前記第一部材の軸孔内径の第二部材反挿入側端部に、第二部材の突起よりも小さい円筒状内径部を形成し、第二部材の突起を第一部材の円筒状内径部に嵌合させたことを特徴とする二部材の連結構造。
前記第二部材の突起の付根隅部をＲ形状とした請求項１に記載の二部材の連結構造。
前記第一部材の円筒状内径部の段差面を、前記第二部材の突起のテーパ面と同一角度を有するテーパ面とした請求項１又は２に記載の二部材の連結構造。
前記第一部材の軸孔内径は、冷間鍛造仕上げにより形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の二部材の連結構造。
前記第一部材の軸孔内径寸法を第二部材の軸部外径の凹凸部における最大径と最小径間に規定した請求項１〜４のいずれか一項に記載の二部材の連結構造。
前記第一部材は等速自在継手の内側継手部材であり、第二部材はシャフトである請求項１〜５のいずれか一項に記載の二部材の連結構造。
前記第一部材は車輪軸受装置のハブ輪であり、第二部材は等速自在継手の外側継手部材である請求項１〜５のいずれか一項に記載の二部材の連結構造。