JP2008175362A - 固定型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 二つの等速自在継手を組み合わせて、構造が簡単で高角化を実現容易にする。
【解決手段】 円筒状外輪３０を共通にしてその一端側および他端側に固定型継手部１０，２０をそれぞれ配設し、二つの固定型継手部１０，２０のいずれか一方のシャフト１１の対向端部に凸球面部１５を設けると共に他方のシャフト２１の対向端部に凹球面部２５を設け、凹球面部２５をシャフト２１の対向端部に対して軸方向移動可能とし、凸球面部１５と凹球面部２５からなる球対偶４０を介して二つの固定型継手部１０，２０のシャフト１１，２１同士を連結する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車や各種産業機械などの動力伝達系において使用されるもので、駆動側と従動側の二軸間で作動角度変位のみを許容する固定型等速自在継手に関する。

例えば、自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達する手段として使用される等速自在継手には、固定型等速自在継手と摺動型等速自在継手の二種がある。これら両者の等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結してその二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し得る構造を備えている。

自動車のエンジンから駆動車輪に動力を伝達するドライブシャフトでは、エンジンと車輪との相対的位置関係の変化による角度変位と軸方向変位に対応する必要があるため、エンジン側（インボード側）に摺動型等速自在継手を、駆動車輪側（アウトボード側）に固定型等速自在継手をそれぞれ装備し、両者の等速自在継手をシャフトで連結した構造を具備する。

一般的に、前述した固定型等速自在継手としては、バーフィールド型（以下、ＢＪと称す）や作動角の大きなアンダーカットフリー型（以下、ＵＪと称す）が広く知られている。また、摺動型等速自在継手としては、ダブルオフセット型（以下、ＤＯＪと称す）やレブロ型（以下、ＬＪと称す）が広く知られている。

近年、自動車の乗車空間拡大の観点からホイールベースを長くすることがあるが、それに伴って車両回転半径が大きくならないようにするため、自動車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固定型等速自在継手の高角化による前輪の操舵角の増大が求められている。この要望に対して、二個のＢＪを組み合わせたものがある（例えば、特許文献１，２参照）。なお、二つの等速自在継手を組み合わせた構造例では、摺動型等速自在継手として、ＢＪとＤＯＪを組み合わせたものもある（例えば、特許文献３参照）。
特開平４−１９１５２３号公報 特開平１−２１０６１９号公報 特開平７−２６９５８５号公報

ところで、前述した特許文献に開示された等速自在継手では、二個のＢＪを組み合わせたり、あるいはＢＪとＤＯＪを組み合わせたりすることにより、通常のＵＪ単体よりも大きな作動角をとることができるという利点がある。

しかしながら、特許文献１，２に開示された固定型等速自在継手のように二個のＢＪを組み合わせた構造では、二つのＢＪが作動角をとった時に、入出力軸であるＢＪのそれぞれの軸間での軸方向変位を吸収するための機構を二つのＢＪ間に配設しなければならない。このように二つのＢＪの作動角を制御する機構を外輪であるハウジングに支持した構造を有することから、全体の重量が大きくなると共に大型化し、また、構造も複雑となって部品点数の増加により製品のコストアップを招来する。

一方、特許文献３に開示された摺動型等速自在継手のようにＢＪとＤＯＪを組み合わせた構造では、前述したように二つのＢＪを組み合わせた固定型等速自在継手のように二軸間の角度変位のみを許容する機能はなく、また、入出力軸の軸周りの回転自由度以外（例えば、軸方向、角度位置など）を固定しないと、入力軸に対する出力軸の位置が定まらない。

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、二つの等速自在継手を組み合わせて、構造が簡単で高角化を実現容易にし得る軽量コンパクトな固定型等速自在継手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、円筒状外方部材を共通にしてその一端側および他端側に二つの固定型継手部をそれぞれ配設し、それら固定型継手部のいずれか一方の内方部材の対向端部に凸球面部を設けると共に他方の内方部材の対向端部に凹球面部を設け、凸球面部あるいは凹球面部のいずれか一方を内方部材の対向端部に対して軸方向移動可能とし、凸球面部と凹球面部からなる球対偶を介して二つの固定型継手部の内方部材同士を連結したことを特徴とする。

この固定型等速自在継手では、凸球面部あるいは凹球面部のいずれか一方を内方部材の対向端部に対して軸方向移動可能とすることから、凸球面部あるいは凹球面部のいずれか他方を内方部材の対向端部に一体に形成することが可能である。このように凸球面部あるいは凹球面部のいずれか他方を内方部材の対向端部に一体に形成すれば、部品点数の低減化がより一層図れる。

また、本発明は、円筒状外方部材を共通にしてその一端側および他端側に二つの固定型継手部をそれぞれ配設し、それら固定型継手部のいずれか一方の内方部材の対向端部に凸球面部を設けると共に他方の内方部材の対向端部に凸球面部と相対的に軸方向移動可能な凹円筒面部を設け、凸球面部と凹円筒面部からなる対偶を介して二つの固定型継手部の内方部材同士を連結したことを特徴とする。

この固定型等速自在継手では、凸球面部と相対的に軸方向移動可能な凹円筒面部を内方部材の対向端部に一体に形成することが可能である。このように凹円筒面部を内方部材の対向端部に一体に形成すれば、部品点数の低減化がより一層図れる。

ここで、前述の内方部材とは、外方部材としての外輪の内周側に配置された内輪だけではなく、その内輪の軸孔にスプライン嵌合で連結一体化されたシャフトを含む。また、前述の外方部材は、単一の部材で構成することが可能であるが、二つの固定型継手部側のそれぞれで二部材により分割構成し、両部材を同軸的に突き合わせて接合一体化した構成とすることも可能である。

本発明では、二つの固定型継手部で円筒状外方部材を共通にしたことにより、その外方部材内に二つの固定型継手部を組み合わせた構造を具備する。さらに、二つの固定型継手部のうちのいずれか一方の内方部材の対向端部に凸球面部を設けると共に他方の内方部材の対向端部に凹球面部あるいは凹円筒面部を設け、凸球面部と凹球面部からなる球対偶あるいは凸球面部と凹円筒面部からなる対偶を介して二つの固定型継手部の内方部材同士を連結した構造を具備する。

これにより、凸球面部と凹球面部からなる球対偶あるいは凸球面部と凹円筒面部からなる対偶を、連結された二つの固定型継手部で共通の一点を中心とした球面案内機構とすることで、この球面中心を作動角の中心とする固定型等速自在継手となる。

このように二つの固定型継手部を共通の外方部材に組み込み、両者の固定型継手部を凸球面部と凹球面部からなる球対偶あるいは凸球面部と凹円筒面部からなる対偶で連結した構造としたことにより、二つの固定型継手部のそれぞれの作動角を加えた大きな作動角を実現することができ、二つの固定型継手部間に凸球面部と凹球面部からなる球対偶あるいは凸球面部と凹円筒面部からなる対偶が介在するのみであるため、構造が簡単で軽量コンパクトな固定型等速自在継手を提供できる。

本発明では、円筒状外方部材を共通にしてその一端側および他端側に二つの固定型継手部をそれぞれ配設し、それら固定型継手部のいずれか一方の内方部材の対向端部に凸球面部を設けると共に他方の内方部材の対向端部に凹球面部を設け、凸球面部あるいは凹球面部のいずれか一方を内方部材の対向端部に対して軸方向移動可能とし、凸球面部と凹球面部からなる球対偶を介して二つの固定型継手部の内方部材同士を連結した構造を具備する。

また、本発明では、円筒状外方部材を共通にしてその一端側および他端側に二つの固定型継手部をそれぞれ配設し、それら固定型継手部のいずれか一方の内方部材の対向端部に凸球面部を設けると共に他方の内方部材の対向端部に凸球面部と相対的に軸方向移動可能な凹円筒面部を設け、凸球面部と凹円筒面部からなる対偶を介して二つの固定型継手部の内方部材同士を連結した構造を具備する。

これらの構造を具備したことにより、二つの固定型継手部のそれぞれの作動角を加えた大きな作動角を実現することができ、二つの固定型継手部間に対偶が介在するのみであるため、構造が簡単で部品点数が少なく、外方部材の外径を大きくすることなく軽量コンパクトな固定型等速自在継手を提供でき、例えば、近年における自動車のドライブシャフトに使用される固定型等速自在継手の高角化による前輪の操舵角の増大への要望に迅速に対応することができる。

本発明に係る固定型等速自在継手の実施形態を以下に詳述する。図１に示す実施形態の固定型等速自在継手は、二つの固定型継手部のそれぞれにＵＪを適用して組み合わせた構造を例示する。なお、二つの固定型継手部のそれぞれにＢＪを適用して組み合わせることも可能である。

この実施形態の固定型等速自在継手は、円筒状外方部材である単一の外輪３０を共通にしてその一端側（図示左側）に固定型継手部１０（以下、単に継手部と称す）を配設すると共に他端側（図示右側）に固定型継手部２０（以下、単に継手部と称す）を配設し、継手部１０の内方部材であるシャフト１１の端部に凸球面部１５を設けると共に継手部２０の内方部材であるシャフト２１の端部に凹球面部２５を設け、その凸球面部１５と凹球面部２５からなる球対偶４０を介して一方の継手部１０のシャフト１１と他方の継手部２０のシャフト２１を連結した構造を具備する。

前述した二つの継手部１０，２０は、凸球面部１５および凹球面部２５からなる球対偶４０を除いて同一の構造を具備する。これら二つの継手部１０，２０は、同一構造（ＵＪとＵＪ）とする以外に、異なる構造（ＵＪとＢＪ）とすることも可能であるが、同一構造とすれば、製品コストの低減化が図れる。

この固定型等速自在継手に組み込まれた二つの継手部１０，２０のそれぞれは、軸方向中央部分に形成された内円筒面３１の両側に内球面３２，３３が形成され、それぞれの内球面３２，３３に複数のトラック溝３４，３５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外輪３０を共通にしている。

これら継手部１０，２０は、共通の外輪３０と、外球面１８，２８に外輪３０のトラック溝３４，３５と対をなす複数のトラック溝１６，２６が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内方部材である内輪１２，２２と、外輪３０のトラック溝３４，３５と内輪１２，２２のトラック溝１６，２６間に介在してトルクを伝達する複数のボール１４，２４と、外輪３０の内球面３２，３３と内輪１２，２２の外球面１８，２８との間に介在して各ボール１４，２４を保持するケージ１３，２３とを備えている。複数のボール１４，２４は、ケージ１３，２３に形成されたポケット１７，２７に収容されて円周方向等間隔に配置されている。

前述の内輪１２，２２の軸孔１９，２９には、駆動側あるいは従動側のシャフト１１，２１がスプライン嵌合により結合されており、それらシャフト１１，２１と外輪３０との間で作動角度変位を許容しながらトルク伝達が可能な構造となっている。なお、この内輪１２，２２とシャフト１１，２１で内方部材を構成する。また、シャフト１１，２１は、内輪１２，２２の軸孔１９，２９に対して、丸サークリップ等の止め輪５１，５２により抜け止めされている。

これら継手部１０，２０では、外輪３０のトラック溝３４，３５の曲率中心Ｏ₁₁，Ｏ₂₁と内輪１２，２２のトラック溝１６，２６の曲率中心Ｏ₁₂，Ｏ₂₂とを、継手中心Ｏ₁₀，Ｏ₂₀に対して等距離ｆ₁₀，ｆ₂₀だけ軸方向に逆向きにオフセットさせている。このオフセットにより、外輪３０のトラック溝３４，３５と内輪１２，２２のトラック溝１６，２６とで形成されたボールトラックが外輪３０の開口側に向けて拡開する楔形状となっており、各継手部１０，２０において作動角の高角化を図っている。

各継手部１０，２０では、シャフト１１，２１と外輪３０とが角度変位すると、ケージ１３，２３のポケット１７，２７に収容されたボール１４，２４は常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。

また、外輪３０のトラック溝３４，３５は、曲率中心Ｏ₁₁，Ｏ₂₁を持つ円弧部分と、その曲率中心Ｏ₁₁，Ｏ₂₁から径方向に延びる線分がトラック溝３４，３５の底部と交わる部位を境として軸方向と平行なストレート部分とで構成されている。同様に、内輪１２，２２のトラック溝１６，２６は、曲率中心Ｏ₁₂，Ｏ₂₂を持つ円弧部分と、その曲率中心Ｏ₁₂，Ｏ₂₂から径方向に延びる線分がトラック溝１６，２６の底部と交わる部位を境として軸方向と平行なストレート部分とで構成されている。

この固定型等速自在継手を構成する二つの継手部１０，２０のうち、一方の継手部１０側では、凸球面部１５から一体的に延びる軸部１５ａをシャフト１１の軸端に形成された凹孔１１ａに圧入して丸サークリップ等の止め輪５３で抜け止めすることにより凸球面部１５をシャフト１１に固定している。一方、他方の継手部２０側では、凹球面部２５から一体的に延びる軸部２５ａをシャフト２１の軸端に形成された凹孔２１ａに挿入することにより凹球面部２５をシャフト２１に対して軸方向摺動自在に取り付けている。

この凸球面部１５と凹球面部２５からなる球対偶４０を、一方の継手部１０のシャフト１１と他方の継手部２０のシャフト２１で共通の一点を中心Ｏとして球面案内機構とすることにより、この球面中心Ｏを作動角の中心とする固定型等速自在継手となる。このように二つの継手部１０，２０を共通の外輪３０に組み込み、両者の継手部１０，２０を球対偶４０で連結した構造としたことにより、二つの継手部１０，２０のそれぞれの作動角を加えた大きな作動角を実現することができ、二つの継手部１０，２０間に球対偶４０が介在するのみであるため、構造が簡単で部品点数が少なく、外輪３０の外径を大きくすることなく軽量コンパクトな固定型等速自在継手とすることができる。

この固定型等速自在継手における球対偶４０では、一方の継手部１０の凸球面部１５がシャフト１１に固定され、他方の継手部２０の凹球面部２５がシャフト２１に軸方向移動可能に取り付けられた構造を具備する。

ここで、図１は一方の継手部１０のシャフト１１と他方の継手部２０のシャフト２１との作動角が０°の状態を示し、図２は一方の継手部１０のシャフト１１と他方の継手部２０のシャフト２１が作動角をとった状態を示す。

前述したように、一方の継手部１０の凸球面部１５がシャフト１１に固定されていることから、継手部１０の継手中心Ｏ₁₀と球対偶４０の球面中心Ｏとの距離Ｌ₁は常に一定である。これに対して、他方の継手部２０の凹球面部２５がシャフト２１に軸方向移動可能に取り付けられていることから、作動角をとればとるほど、継手部２０の継手中心Ｏ₂₀と球対偶４０の球面中心Ｏとの距離Ｌ₃は、作動角が０°の時における継手部２０の継手中心Ｏ₂₀と球対偶４０の球面中心Ｏとの距離Ｌ₂よりも長くなる（Ｌ₃＞Ｌ₂）。

この固定型等速自在継手では、一方の継手部１０の凸球面部１５の球面中心Ｏを作動角の中心としていることから、高作動角を確保するためには、シャフト端面から作動角の中心までの距離が短くすることになる。通常の自動車で使用される固定型等速自在継手は内輪駆動で使用されることが多いことから、この実施形態の固定型等速自在継手では、継手部１０の継手中心Ｏ₁₀と球対偶４０の球面中心Ｏとの距離Ｌ₁は常に一定であり、継手部２０の継手中心Ｏ₂₀と球対偶４０の球面中心Ｏとの距離Ｌ₂よりも短くできるため、図１の右側を車輪側とすることが好ましい。

以上で説明した実施形態の固定型等速自在継手では、一方の継手部１０の凸球面部１５がシャフト１１に固定され、継手部１０の継手中心Ｏ₁₀と球対偶４０の球面中心Ｏとの距離Ｌ₁は常に一定である。従って、図３に示すようにシャフト部１１１と凸球面部１１５とを一体で形成することも可能である。このようにシャフト部１１１と凸球面部１１５とを一体に形成すれば、部品点数をより一層低減することが容易となる。

一方、他方の継手部２０の凹球面部２５がシャフト２１に軸方向移動可能に取り付けられている。つまり、凹球面部２５から一体的に延びる軸部２５ａをシャフト２１の軸端に形成された凹孔２１ａに挿入することにより凹球面部２５をシャフト２１に対して軸方向摺動自在に取り付けている。この場合、図４（ａ）（ｂ）に示すようにシャフト２１の凹孔２１ａの円周方向等配位置（図では四箇所）に複数の溝５４を軸方向に沿って形成するようにしてもよい。このような溝５４を形成することにより、凹球面部２５の軸部２５ａが凹孔２１ａ内で摺動する際、溝５４は空気逃げおよびグリース循環の作用を呈する。これにより、凹球面部２５のスムーズな作動を実現することができる。なお、図４（ａ）（ｂ）では、４つの溝５４を例示しているが、この溝５４の数は任意である。

また、凹球面部２５をシャフト２１に対してスムーズに動作させるためには、図５に示すような構造も好ましい。つまり、同図に示すように凹球面部２５の軸部２５ａの外周面とシャフト２１の凹孔２１ａの内周面との間に複数のボール５５からなるボール列５６を介在させるようにしてもよい。このボール列５６は、軸部２５ａの外周面と凹孔２１ａの内周面との間の円周方向等配位置に複数配設されている。なお、ボール５５の数およびボール列５６の配列数については任意である。このように、軸部２５ａの外周面と凹孔２１ａの内周面との間にボール５５を介在させれば、そのボール５５の転がりにより、凹球面部２５のシャフト２１に対する動作を円滑に行うことができる。

以上で説明した実施形態の固定型等速自在継手では、他方の継手部２０の凹球面部２５がシャフト２１に軸方向移動可能に取り付けられた構造、つまり、凸球面部１５と凹球面部２５とで軸方向移動を拘束し、凹球面部２５の軸部２５ａで軸方向移動を可能にした構造を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、図６に示すような構造とすることも可能である。

図６に示す構造では、前述した実施形態における凹球面部２５を凹円筒面部１２５とし、凸球面部１５と凹円筒面部１２５とで軸方向移動を可能にし、凹円筒面部１２５の軸部１２５ａで軸方向移動を拘束している。つまり、同図に示すように、凹円筒面部１２５は、その内径に軸方向に沿う円筒面を形成している。この凹円筒面部１２５に凸球面部１５を挿入配置することにより、凸球面部１５と凹円筒面部１２５とを軸方向に沿って摺動自在としている。一方、その凹円筒面部１２５の軸部１２５ａについては、シャフト１２１に対して軸方向移動を可能にする必要がないことから、その軸部１２５ａをシャフト１２１の凹孔１２１ａに圧入して丸サークリップ等の止め輪５６により抜け止めすることで軸方向移動を拘束して固定している。

ここで、図３に示す実施形態では、継手部２０の凹球面部２５は、継手部１０の凸球面部１１５を抱え込む形状となっている。これにより、継手部１０のシャフト１１１と継手部２０のシャフト２１とが高作動角をとった場合、凹球面部２５と凸球面部１１５の付け根部１１５ｂとが干渉することから、その干渉に対する逃げとして、凸球面部１１５のシャフト１１１との付け根部１１５ｂの外径Ｌ₄を小さくする必要がある。

この凸球面部１１５の付け根部１１５ｂは、二つの継手部１０，２０の曲げモーメントが作用して応力が集中し易い部位であることから、その外径は可能な限り大きい方がよい。そこで、図６に示す実施形態のように凸球面部１５と凹円筒面部１２５とで対偶１４０を設けた場合、その凹円筒面部１２５に対して凸球面部１５が軸方向移動する構造となっていることから、継手部１０のシャフト１１と継手部２０のシャフト１２１とが高作動角をとった場合であっても、凹円筒面部１２５と凸球面部１５の付け根部１５ｂとが干渉することがないので、その干渉に対する逃げを設ける必要がない。その結果、凸球面部１５のシャフト１１との付け根部１５ｂの外径Ｌ₅を大きくすることが可能である。

図６に示す実施形態のように、継手部２０の凹円筒面部１２５をシャフト１２１に固定した構造とする場合には、図７に示すようにシャフト部２２１と凹円筒面部２２５とを一体で形成することも可能である。このようにシャフト部２２１と凹円筒面部２２５とを一体に形成すれば、部品点数をより一層低減することが容易となる。

以上で説明した各実施形態では、一方の継手部１０と他方の継手部２０で共通した単一の外輪３０を備え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、例えば、二つの継手部１０，２０側のそれぞれで二部材により分割構成し、両部材を同軸的に突き合わせて接合一体化した外輪を使用することも可能である。

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。

本発明に係る固定型等速自在継手の実施形態を示す断面図である。 図１の固定型等速自在継手が作動角をとった状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態で、凸球面部とシャフトとを一体化した構造を示す部分断面図である。 本発明の他の実施形態で、（ａ）は（ｂ）の左側面図、（ｂ）は凹球面部が取り付けられるシャフトの凹孔に溝を形成した構造を示す部分断面図である。 本発明の他の実施形態で、凹球面部の軸部とシャフトの凹孔との間にボールを介在させた構造を示す部分断面図である。 本発明の他の実施形態で、凸球面部と凹円筒面部とで対偶を形成した構造を示す部分断面図である。 本発明の他の実施形態で、図６の凹円筒面部とシャフトとを一体化した構造を示す部分断面図である。

符号の説明

１０ 固定型継手部
１１ 固定型継手部の内方部材
１５ 凸球面部
２０ 固定型継手部
２１ 固定型継手部の内方部材
２５ 凹球面部
３０ 円筒状外方部材
４０ 球対偶
１２５ 凹円筒面部
１４０ 対偶
２２５ 凹円筒面部

Claims (5)

1. 円筒状外方部材を共通にしてその一端側および他端側に二つの固定型継手部をそれぞれ配設し、前記固定型継手部のいずれか一方の内方部材の対向端部に凸球面部を設けると共に他方の内方部材の対向端部に凹球面部を設け、前記凸球面部あるいは凹球面部のいずれか一方を内方部材の対向端部に対して軸方向移動可能とし、前記凸球面部と凹球面部からなる球対偶を介して二つの固定型継手部の内方部材同士を連結したことを特徴とする固定型等速自在継手。
2. 前記凸球面部あるいは凹球面部のいずれか一方を内方部材の対向端部に対して軸方向移動可能とし、かつ、凸球面部あるいは凹球面部のいずれか他方を内方部材の対向端部に一体に形成した請求項１に記載の固定型等速自在継手。
3. 円筒状外方部材を共通にしてその一端側および他端側に二つの固定型継手部をそれぞれ配設し、前記固定型継手部のいずれか一方の内方部材の対向端部に凸球面部を設けると共に他方の内方部材の対向端部に前記凸球面部と相対的に軸方向移動可能な凹円筒面部を設け、前記凸球面部と凹円筒面部からなる対偶を介して二つの固定型継手部の内方部材同士を連結したことを特徴とする固定型等速自在継手。
4. 前記凹円筒面部を内方部材の対向端部に一体に形成した請求項３に記載の固定型等速自在継手。
5. 前記外方部材は、二つの固定型継手部側のそれぞれで二部材により分割構成し、両部材を同軸的に突き合わせて接合一体化した請求項１〜４のいずれか一項に記載の固定型等速自在継手。

Images