JP2009127762A - 等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を減らし、作動角度が制限されることのない、等速自在継手の連結構造を提供する。
【解決手段】等速自在継手は、駆動軸または従動軸とトルク伝達可能に接続する外側継手部材と、従動軸または駆動軸とトルク伝達可能に接続する内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルクを伝達するトルク伝達要素130と、一端にて前記内側継手部材とトルク伝達可能に接続し、他端に、内周にメススプライン154を形成し、外径におねじ156を形成したスタブシャフト150とを具備している。
【選択図】図１

Description

この発明は自動車や各種産業機械の動力伝達装置に利用される等速自在継手に関する。

等速自在継手は、角度変位のみ可能な固定式と、角度変位だけでなく軸方向変位（プランジング）も可能なしゅう動式とがある。前者の例としてはバーフィールド型やアンダーカットフリー型などが知られている。後者の例としてはトリポード型やダブルオフセット型、クロスグルーブ型などが知られている。トリポード型はトルク伝達要素としてローラを使用し、その他はトルク伝達要素としてボールを使用している。

４ＷＤ車やＦＲ車では、トランスミッションからディファレンシャルへトルクを伝えるためにプロペラシャフトを用いる。プロペラシャフトはトランスミッションとディファレンシャルとの間の相対位置の変化による長さと角度の変化に対応する必要があるため、必要とされるしゅう動量と作動角に応じて、固定式としゅう動式を組み合わせて使用する。図４はクロスグルーブ型等速自在継手の例で、外輪１と、内輪２と、ボール３と、ケージ４とを主要な構成要素としている。外輪１はディスクタイプで、軸方向に貫通したボルト穴を有し、二点鎖線で示すようにこのボルト穴にボルト６を通し、ディファレンシャルギアのドライブピニオンの軸端に形成したコンパニオンフランジ（図示せず）と締結するようになっている。内輪２はスタブシャフト５を有し、スタブシャフト５は一端にてスプライン（またはセレーション。以下同じ。）５ａにより内輪２とトルク伝達可能に結合し、他端には中間軸（図示せず）と溶接するための管部５ｂが形成してある。なお、ボルト締結を採用する場合には管部５ｂに代えてフランジを形成する。

内部に充填した潤滑グリースの漏洩を防止するため、外輪１の一方の端部には密封装置７が、外輪１のもう一方の端部にはキャップ８が取り付けてある。密封装置７はブーツアダプタ７ａとブーツ７ｂとからなり、ブーツアダプタ７ａの大径部を外輪２に固定し、小径部にブーツ７ｂの大径部を保持させてある。ブーツ７ｂの小径部はスタブシャフト５のブーツ溝５ｃに装着してブーツバンド９で締め付けてある。図３の下部に示すように、ブーツアダプタ７ａのフランジ部分およびキャップ８のフランジ部分もボルトで締結される。

図５は、バーフィールド型の例で、外側継手部材としての外輪１１と、内側継手部材としての内輪１２と、トルク伝達要素としてのボール１３と、ボール１３を保持するためのケージ１４とを主要な構成要素としている。外輪１１は球面状の内周面を有し、その内周面の円周方向に等間隔に、軸方向に延びるボール溝が形成してある。内輪１２は球面状の外周面を有し、その外周面の円周方向に等間隔に、軸方向に延びるボール溝が形成してある。外輪１１のボール溝と内輪１２のボール溝は対をなし、各対のボール溝間にボール１３が介在させてある。ケージ１４は半径方向に貫通したポケットを有し、各ポケットに１個のボール１３を収容させることにより、すべてのボール１３が同一平面内に保持される。外輪１１のボール溝の中心Ｏ₁と内輪１２のボール溝の中心Ｏ₂は、継手中心Ｏから互いに反対側に、軸方向に等距離（Ｆ）だけオフセットさせてある。

図６は、ダブルオフセット型の例で、外側継手部材としての外輪２１と、内側継手部材としての内輪２２と、トルク伝達要素としてのボール２３と、ボール２３を保持するためのケージ２４とを主要な構成要素としている。外輪２１は円筒状の内周面を有し、その内周面の円周方向に等間隔に、軸方向に延びるボール溝が形成してある。内輪２２は球面状の外周面を有し、その外周面の円周方向に等間隔に、軸方向に延びるボール溝が形成してある。外輪２１のボール溝と内輪２２のボール溝は対をなし、各対のボール溝間にボール２３が介在させてある。ケージ２４は半径方向に貫通したポケットを有し、各ポケットに１個のボール２３を収容させることにより、すべてのボール２３が同一平面内に保持される。ケージ２４の球面状の外周面は外輪２１の円筒状内周面と接し、ケージ２４の球面状の内周面は内輪２２の球面状外周面と接している。ケージ２４の球面状外周面の中心と球面状内周面の中心は、継手中心から互いに反対側に、軸方向に等距離だけオフセットさせてある。

図７はトリポード型の例で、外側継手部材としての外輪３１と、内側継手部材としてのトリポード３２と、トルク伝達要素としてのローラ３３とを主要な構成要素としている。外輪３１は内周の円周方向三等分位置にトラック溝が形成してあり、各トラック溝の両側壁がローラ案内面となる。トリポード３２は円周方向の三等分位置から半径方向に突出した脚軸を有する。各脚軸にはローラ３３が回転自在に取り付けてある。ローラ３３はトラック溝に収容され、外輪３１の軸方向に移動可能で、その際にローラ案内面に沿って転動する。

従来、トランスミッションとプロペラシャフトとの間、ディファレンシャルとプロペラシャフトとの間は、それぞれ、コンパニオンフランジを介してボルト締結するのが一般的である。また、特許文献１ではコンパニオンフランジを不要とした構造が提案されている。
特表２００７−５０５２７２号公報

トランスミッションとプロペラシャフトとの締結、ディファレンシャルとプロペラシャフトとの締結をフランジ式とした場合、コンパニオンフランジと締結用のボルトが必要となり、部品点数が増える。また、フランジあたり数本のボルトを用いて締結するため、組立時の作業性も悪い。
なお、特許文献１に記載されている構造は、コンパニオンフランジを不要としたものであるが、内部形状が制限されるため、作動角度が制限され、しゅう動式等速自在継手を採用する場合でもしゅう動量が制限される。また、ブーツ形状も制約を受けるため、シール性の確保が難しい。

そこで、この発明の課題は、部品点数を減らし、作動角度が制限されることのない、等速自在継手の連結構造を提供することにある。

この発明の等速自在継手は、駆動軸または従動軸とトルク伝達可能に接続する外側継手部材と、従動軸または駆動軸とトルク伝達可能に接続する内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルクを伝達するトルク伝達要素と、一端にて前記内側継手部材とトルク伝達可能に接続し、他端に、内周にメススプラインを形成し、外径にねじ部を形成したスタブシャフトとを具備したことを特徴とするものである。

スタブシャフトの、ブーツ小径部を固定するためのブーツ溝を、前記おねじと略同径にしてもよい。

この発明は固定式等速自在継手およびしゅう動式等速自在継手のいずれにも適用することができる。固定式等速自在継手が外側継手部材と前記内側継手部材が角度変位のみ可能であるのに対し、しゅう動式等速自在継手は外側継手部材と内側継手部材が角度変位のみならず軸方向変位も可能である。固定式は外側継手部材と内側継手部材が角度変位のみ可能である。しゅう動式は外側継手部材と内側継手部材が角度変位と軸方向変位が可能である。トルク伝達要素としてボールを使用したボールタイプのほか、トルク伝達要素としてローラを用いたトリポード型でもよい。

ボールタイプの場合、６個のボールを使用するのが一般的であるが、８個または１０個のボールを使用するものにも適用することができ、負荷容量を確保しつつジョイントサイズの小型、軽量化が可能となる。

この発明によれば、スタブシャフトのメススプラインとおねじを利用して、そこへトランスミッションからのアウトプットシャフトまたはディファレンシャルのインプットシャフトを直接接続することができる。したがって、コンパニオンフランジが不要となり、それに伴って締結用のボルトも不要となるため、部品点数が減少するばかりでなく重量も減少する。また、何本もボルトを締める作業が不要となり、作業性が改善される。さらに、接続用のメススプラインとおねじをスタブシャフトに形成しているため、継手内部構造が制限を受けることが無く、既存の内部構造を流用することができるため、しゅう動量、作動角も制限を受けることがない。

以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。

図１を参照してボールタイプのしゅう動式等速自在継手の例としてクロスグルーブ型等速自在継手の基本構成を説明する。
クロスグルーブ型等速自在継手は、外側継手部材としての外輪１１０と、内側継手部材としての内輪１２０と、トルク伝達要素としてのボール１３０と、ボール１３０を保持するケージ１４０を主要な構成要素としている。

外輪１１０は、一方の端部に円筒形の内周面１１２を有し、その内周面１１２の円周方向に所定間隔で、軸線に対して傾斜した直線状のボール溝１１４が形成してある。外輪１１０の他方の端部には接続用の管部１１６が形成してある。

内輪１２０は円筒形の外周面１２２を有し、その外周面１２２の円周方向に所定間隔で、軸線に対して外輪１１０のボール溝１１４とは逆方向に傾斜した直線状のボール溝１２４が形成してある。内輪１２０の中心部にはスプライン孔１２６が形成してある。

外輪１１０のボール溝１１４と内輪１２０のボール溝１２４は対をなし、各対のボール溝１１４，１２４間に１個のボール１３０が介在させてある。１つのクロスグルーブ型等速自在継手に使用するボールの数、したがってまた、外輪１１０および内輪１２０のボール溝１１４、１２４の数は任意であるが、ここでは例として８または１０を挙げておくこととする。

ケージ１４０は円周方向に所定間隔に配設したポケット１４２を有し、各ポケット１４２はケージ１４０を半径方向に貫通している。ボール１３０はケージ１４０のポケット１４２に収容され、その結果、すべてのボール１３０が同一平面内に保持される。ケージ１４０の外周面１４４は外輪１１０の内周面１１２と接触する。ケージ１４０の内周面１４６と内輪１２０の外周面１２２との間には所定のすきまが存在している。

内輪１１０は、スプライン孔１２６にてスタブシャフト１５０のスプライン軸部１５２とトルク伝達可能に接続してある。スタブシャフト１５０は、スプライン軸部１５２とは反対側の端部で、内周にメススプライン１５４、外周におねじ１５６が形成してある。

外輪１１０とスタブシャフト１５０との間には密封装置１６０が設けてある。密封装置１６０は金属製のブーツアダプタ１６２とゴムまたは樹脂製のブーツ１６４とからなり、ブーツアダプタ１６２は大径側を外輪１１０に装着し、小径側にブーツ１６４の大径端部を保持している。ブーツ１６４の小径端部はスタブシャフト１５０のブーツ溝１５８に装着してブーツバンド１６６で締め付けてある。

図２は、ブーツ１６４の小径部を装着するためのスタブシャフト１５０のブーツ溝１５８を、おねじ１５６とほぼ同径にした例である。図１と図２を比較すれば分かるように、図２の方がスタブシャフト１５０の全長が短い。このように、ブーツ溝１５８をおねじ１５６とほぼ同径にして、図１におけるおねじ１５６からブーツ溝１５８へのテーパ状移行部を省略することにより、スタブシャフトの全長の短縮と軽量化が達成される。

スタブシャフト１５０のスプライン１５４およびおねじ１５６と相手方部材１７０との接続要領を例示するならば図３に示すとおりである。相手方部材１７０としては、たとえばトランスミッションからのアウトプットシャフトまたはディファレンシャルへのインプットシャフトが該当する。相手方部材１７０の端部に、係合溝１７２とスプライン軸部１７４が形成してある。係合溝１７２にはナット１７６のフランジ１７８を係合させてある。スプライン軸部１７４のオススプラインはスタブシャフト１５０のスプライン１５４と対応し、ナット１７６のめねじはスタブシャフト１５０のおねじ１５６と対応する。

図３（Ｂ）に示すように、スタブシャフト１５０のスプライン１５４に相手方部材１７０のスプライン軸部１７４を嵌合させた後、ナット１７８を回して締め付けることにより、スタブシャフト１５０と相手方部材１７０を回転方向および軸方向に固定する。このような作業は、従来のようにフランジを突き合わせて複数のボルトを１本ずつ締め付けて締結するのに比べて、非常に能率的である。

クロスグルーブ型等速自在継手に適用した場合を例にとって述べたが、この発明は固定式等速自在継手およびしゅう動式等速自在継手のいずれにも適用することができる。固定式等速自在継手の例としてはバーフィールド型等速自在継手（図５）が挙げられ、しゅう動式等速自在継手の例としてはダブルオフセット型（図６）、トリポード型等速自在継手（図７）が挙げられる。いずれも基本的構成に関しては図５〜図７に関連して既に述べたところと変わりがないので重複した説明は省略する。

実施例を示すクロスグルーブ型等速自在継手の縦断面図である。 別の実施例を示すクロスグルーブ型等速自在継手の縦断面図である。 （Ａ）は図、（Ｂ）は図である。 従来の技術を示すクロスグルーブ型等速自在継手の縦断面図である。 バーフィールド型等速自在継手の縦断面図である。 ダブルオフセット型等速自在継手の縦断面図である。 （Ａ）はトリポード型等速自在継手の縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。

符号の説明

１１０ 外輪（外側継手部材）
１１２ 内周面
１１４ ボール溝
１１６ 管部
１１８ 止め輪
１２０ 内輪（内側継手部材）
１２２ 外周面
１２４ ボール溝
１２６ スプライン孔
１３０ ボール（トルク伝達要素）
１４０ ケージ
１４２ ポケット
１４４ 外周面
１４６ 内周面
１５０ スタブシャフト
１５２ セレーション軸部
１５４ メススプライン
１５６ おねじ
１５８ ブーツ溝
１６０ 密封装置
１６２ ブーツアダプタ
１６４ ブーツ
１６６ ブーツバンド
１７０ シャフト
１７２
１７４ スプライン軸部
１７６ ナット
１７８ フランジ

Claims (6)

1. 駆動軸または従動軸とトルク伝達可能に接続する外側継手部材と、
   従動軸または駆動軸とトルク伝達可能に接続する内側継手部材と、
   外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルクを伝達するトルク伝達要素と、
   一端にて前記内側継手部材とトルク伝達可能に接続し、他端に、内周にメススプラインを形成し、外径にねじ部を形成したスタブシャフトとを具備した等速自在継手。
2. 前記スタブシャフトの、ブーツ小径部を固定するためのブーツ溝を、前記おねじと略同径にした請求項１の等速自在継手。
3. 前記外側継手部材と前記内側継手部材が角度変位のみ可能である請求項１または２の等速自在継手。
4. 前記外側継手部材と前記内側継手部材が角度変位と軸方向変位が可能である請求項１または２の等速自在継手。
5. 前記トルク伝達要素として８または１０のボールを使用した請求項３または４の等速自在継手。
6. 前記トルク伝達要素としてローラを用いたトリポード型等速自在継手である請求項４の等速自在継手。

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