JP2009144894A - 動力伝達シャフト - Google Patents

Abstract

【課題】止め輪と他部材との干渉を回避し、且つ、止め輪を止め輪溝に強固に固定することのできる動力伝達シャフトを提供する。
【解決手段】シャフト３０は、外周に、雄スプライン部３４と、雄スプライン部３４の軸端側に設けられた小径部３８と、小径部３８に設けられた止め輪溝３２とを有する。止め輪溝３２は軸端側に形成した丘部３６の外径を、雄スプライン部３４の谷部３４ｂよりも外径側、且つ、雄スプライン部３４の山部３４ａよりも内径側に位置するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、雌側部材とスプライン結合してトルクを伝達する動力伝達シャフトに関する。

例えば、特許文献１や特許文献２に示されている等速自在継手に組み込まれた動力伝達シャフト（以下、単にシャフトと言う。）は、外周に雄スプライン部が形成され、内側継手部材（雌側部材）の内周に形成された雌スプライン部とトルク伝達可能に嵌合している。このシャフトの外周には止め輪溝が形成され、この止め輪溝に装着された止め輪が内側継手部材と係合することにより、シャフトと内側継手部材との抜け止めが行われる。

実開平４−１１６０１７号公報 特開２００７−４０４２５号公報

図５に、特許文献１に示されているシャフトと同様のシャフト１３０を示す。このシャフト１３０は、外周に雄スプライン部１３４が形成され、この雄スプライン部１３４が内側継手部材１２０（図中に一点鎖線で示す）の内周に形成された雌スプライン部１２６と嵌合する。雄スプライン部１３４は、シャフト１３０の軸端まで形成され、この雄スプライン部１３４の途中に形成された止め輪溝１３２に、止め輪１６０が装着される。このような等速自在継手のシャフト１３０に外部から図中に矢印で示すような軸力が加わった場合、止め輪溝１３２に装着された止め輪１６０は、止め輪溝１３２の軸端側の内壁１３２ａと内側継手部材１２０の軸端側端面１２０ａとから抗力を受ける。このとき、止め輪溝１３２の軸端側内壁１３２ａと内側継手部材１２０の軸端側端面１２０ａとが軸方向で対向する部分を有するため、これらの面の間に止め輪１６０が挟持される。従って、止め輪１６０には曲げモーメントがほとんど働かず、上記のような軸力が加わっても止め輪１６０を止め輪溝１３２内に固定しておくことができる。しかしながら、上記のシャフト１３０は、軸端まで雄スプライン部１３４が形成されているため、シャフト１３０の外径寸法は軸端まで一定径となり、止め輪溝１３２の溝底の径が比較的大きくなる。これに伴って止め輪１６０も大径化する必要があるため、止め輪１６０の外径端が内側継手部材１２０の付属部品（例えばローラ１４０）と干渉する恐れがある。

図６に、特許文献２に示されているシャフトと同様のシャフト２３０を示す。このシャフト２３０は、雄スプライン部２３４の軸端側に円筒状領域２３６が設けられる。円筒状領域２３６の外径寸法は、雄スプライン部２３４の谷部２３４ａよりもわずかに小径とされ、この円筒状領域２３６に止め輪溝２３２が形成される。このように円筒状領域２３６を小径化することで止め輪溝２３２の溝底も小径化され、止め輪２６０を小径化することができるので、止め輪２６０の外径端が内側継手部材１２０のローラ１４０等と干渉する事態を回避できる。しかし、止め輪溝２３２が雄スプライン部２３４の谷部２３４ａよりも小径な円筒状領域２３６に形成されているため、止め輪溝２３２の軸端側内壁２３２ａと内側継手部材１２０の軸端側端面１２０ａとが軸方向で対向する部分を有さない。従って、図中に矢印で示すような軸力が加わると止め輪２６０にモーメント力が働き、止め輪１６０が止め輪溝２３２から外れる恐れがある。

本発明の課題は、止め輪と他部材との干渉を回避すると共に、止め輪を止め輪溝に強固に固定することのできる動力伝達シャフトを提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明は、外周に、雌側部材の内周に形成された雌スプライン部と嵌合する雄スプライン部と、雄スプライン部の軸端側に形成され、雌側部材との抜け止めを行う止め輪を装着するための止め輪溝と、止め輪溝の軸端側に形成された丘部とを有する動力伝達シャフトにおいて、前記丘部の外径が、雄スプライン部の谷部よりも外径側、且つ、雄スプライン部の山部よりも内径側に位置することを特徴とする。

このように、本発明のシャフトは、止め輪溝の軸端側に形成した丘部の外径を、雄スプライン部の谷部よりも外径側とする。これにより、止め輪溝の軸端側内壁と雌側部材の軸端側端面とを軸方向で部分的に対向させることができるため、軸力が加わったときでも止め輪にモーメント力はほとんど働かず、止め輪を止め輪溝に強固に固定することができる。また、本発明のシャフトは、前記丘部の外径を雄スプライン部の山部よりも内径側とする。これにより、図５の従来品のように軸端まで雄スプライン部を形成したものと比べて丘部を小径化することができ、止め輪溝の溝底を図５に示す従来品よりも小径にできるため、止め輪溝に装着される止め輪の外径が小径化され、止め輪と他部材とが干渉する恐れを低減できる。

止め輪溝の溝深さが深すぎると、止め輪を装着することが困難となるため、止め輪溝の軸端側の丘部の外径は、止め輪溝の溝底の直径に対して１１１％以下に設定することが好ましい。一方、止め輪溝の溝深さが浅すぎると、止め輪の固定力が不足する恐れがあるため、丘部の外径は止め輪溝の溝底の直径に対して１０７％以上に設定することが好ましい。

このように本発明のシャフトは、止め輪溝の軸端側の丘部の外径が雄スプライン部の谷部よりも大径であるため、例えばこの丘部を円筒状に形成すると、シャフトの軸端側から雌側部材を組み込む際、雌側部材の内周に設けた雌スプライン部の山部と円筒状の丘部とが干渉する恐れがある。かかる事態を回避するためには、雌スプライン部の山部を、シャフトの円筒状丘部の外径よりも外径側に位置するように設定する必要があるが、これによると、雌スプライン部の山部と谷部との径差が小さくなり、雄スプライン部との結合力が弱まることとなる。この点に鑑み、雄スプライン部の谷部を軸端まで延長して形成すれば、シャフトの軸端側から雌側部材を組み込む際、軸端まで形成された雄スプライン部の谷部に雌側部材の内周の雌スプライン部を嵌合させながら両者を組み付けることができるため、雌スプライン部を大径にすることなく、雌スプライン部とシャフトの丘部とが干渉する事態を回避することができる。

上記のようなシャフトは、シャフトをスプライン結合した内側継手部材と、内側継手部材を内周に配した外側継手部材と、内側継手部材と外側継手部材との間でトルクを伝達するトルク伝達部材とを備えた等速自在継手に好適に使用することができる。

以上のように、本発明によると、止め輪溝の反軸端側に雄スプライン部が形成された動力伝達シャフトにおいて、止め輪と他部材との干渉を回避すると共に、止め輪を止め輪溝に強固に固定することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に、本発明に係るシャフト３０が組み込まれた等速自在継手１を示す。この等速自在継手１は摺動型等速自在継手、詳しくはトリポード型等速自在継手であって、外側継手部材１０と、外側継手部材１０の内周に収容された雌側部材としての内側継手部材２０と、内側継手部材２０に固定されたシャフト３０と、トルク伝達部材としてのローラ４０とを主に備える。

外側継手部材１０は、有底筒状のカップ状に形成され、内周面１２の円周方向等間隔の３箇所に軸方向に延びる複数のトラック溝１４が形成される。内側継手部材２０は、円周方向等間隔の３箇所に外径へ向けて突出した脚軸２２を有し、各脚軸２２にローラ４０が取り付けられる。脚軸２２の外周面とローラ４０の内周面との間には複数のころ５０が配され、これによりローラ４０が脚軸２２に対して転動自在とされる。各ローラ４０は、それぞれ外側継手部材１０のトラック溝１４に収容され、これにより外側継手部材１０と内側継手部材２０とがトルク伝達可能に連結される。脚軸２２の軸端には環状の止め具２８が装着され、これにより脚軸２２とローラ４０及びころ５０の抜け止めがなされている。

内側継手部材２０の内周にはシャフト３０が挿入され、内側継手部材２０の内周面２４に形成した雌スプライン部２６とシャフト３０の外周面に形成した雄スプライン部３４とを嵌合させることにより、両部材がトルク伝達可能に結合される。また、シャフト３０の軸端付近に止め輪溝３２が形成され、この止め輪溝３２に取り付けた止め輪６０により、シャフト３０と内側継手部材２０との抜け止めがなされている。止め輪６０は、金属等の弾性材料で断面矩形のリング状に形成され、円周方向の一部を切り欠くことで拡径・縮径可能とされる。

図２にシャフト３０の軸端付近の拡大図を示す。シャフト３０は、外周に、雄スプライン部３４と、雄スプライン部３４の軸端側に設けられた小径部３８と、小径部３８に設けられた止め輪溝３２とを有し、これらが例えば転造加工により形成される。止め輪溝３２は、シャフト３０の軸端付近の全周に断面コの字状に形成される。雄スプライン部３４の谷部３４ｂは軸端まで延長して形成され、すなわち、小径部３８にも谷部３４ｂが形成される。小径部３８の外径は、雄スプライン部３４の谷部３４ｂよりも外径側で、且つ雄スプライン部３４の山部３４ａよりも内径側に位置する。この小径部３８のうち、止め輪溝３２の軸端側の部分で丘部３６が構成される。

このように、丘部３６（小径部３８）の外径が、雄スプライン部３４の谷部３４ｂよりも外径側にあることで、止め輪溝３２の軸端側内壁３２ａと内側継手部材２０の軸端側端面２０ａとをシャフト３０の軸方向で部分的に対向させることができる。これにより、シャフト３０に軸力が加わった際、これらの面の軸方向に対向した部分で止め輪６０が挟持されるため、止め輪６０にモーメント力はほとんど働かず、止め輪６０を止め輪溝３２内に強固に固定することができる。また、丘部３６の外径が雄スプライン部３４の山部３４ａよりも内径側にあることで、軸端まで雄スプライン部が形成される従来品（図６参照）と比べて軸端部の外径寸法が小径となるため、止め輪６０を小径化することができ、止め輪６０の外径端が他部材（例えばローラ４０）と干渉する事態を回避できる。また、止め輪溝３２の溝深さが深すぎると止め輪６０の装着が困難となり、溝深さが浅すぎると止め輪６０の固定力が不足する恐れがあるため、丘部３６の外径Ｄ_２は、止め輪溝３２の溝底の直径Ｄ_１の１０７％以上、１１１％以下に設定される（１．０７Ｄ_１≦Ｄ_２≦１．１１Ｄ_１）。

また、雄スプライン部３４の谷部３４ｂが軸端まで形成されることにより、シャフト３０の軸端側から内側継手部材２０を組み込む際、シャフト３０の雄スプライン部３４と内側継手部材２０の雌スプライン部２６とを嵌合させながら組み込むことができるため、内側継手部材２０の雌スプライン部２６とシャフト３０の丘部３６とが干渉する事態を回避することができる。

以上の実施形態では、本発明のシャフトが摺動型等速自在継手に適用されているが、これに限らず、固定型等速自在継手などの他の等速自在継手に適用することもできる。

本発明の有用性を証明するために、以下のような試験を行った。まず、ＪＩＳ Ｂ２８０４の呼び径２６のＣ形止め輪を用い、図２に示す本発明に係る実施品としてのシャフトＡと、図６に示す従来例に係る比較品としてのシャフトＢとを用意した。シャフトＡの丘部外径は止め輪溝の溝底径に対して１０９％に設定し、シャフトＢの丘部（雄スプライン部）外径は止め輪溝の溝底径に対して１０４％に設定した。なお、シャフトＢの比率１０４％は、ＪＩＳ Ｂ２８０４の軸径ｄ１と溝径ｄ２から算出した比率と一致させている。これらのシャフトに図３に示す方法で繰り返し軸力を加え、止め輪の破損までの回数を比較した。具体的には、内周に雌スプライン部７２を有する雌側部材としての内側継手部材７０を、シャフト８０の外周の雄スプライン部８２に嵌合し、シャフトの止め輪溝に止め輪９０を装着する。この一体品の内側継手部材７０の反軸端側端面７４に円筒状の治具Ｇの端面を当接させて、内側継手部材７０を軸方向で拘束し、この状態でシャフト８０の端面に矢印で示すような軸力を繰り返し加え、止め輪９０が破損するまでの回数を記録した。

上記の試験結果のグラフを図４に示す。このグラフにおいて、横軸は止め輪が破損するまでの回数を表し、縦軸は、加えた軸力の大きさを、最も小さい負荷を１としたときの比で表している。このグラフより、本発明の実施品Ａは、比較品Ｂと比べて、軸力で約２倍（負荷回数が１０³回のときの軸力を比較）、破損までの負荷回数で約１０倍（軸力が１のときの負荷回数を比較）の強度向上が確認された。

等速自在継手の断面図である。 シャフトの軸端付近を拡大した部分側面図である。 止め輪の破損試験の方法を示す断面図である。 止め輪の破損試験の結果を示すグラフである。 従来のシャフトの断面図である。 従来のシャフトの断面図である。

符号の説明

１ 等速自在継手
１０ 外側継手部材
２０ 内側継手部材（雌側部材）
３０ シャフト
３２ 止め輪溝
３４ 雄スプライン部
３６ 丘部
３８ 小径部
４０ ローラ
６０ 止め輪

Claims (4)

1. 外周に、雌側部材の内周に形成された雌スプライン部と嵌合する雄スプライン部と、雄スプライン部の軸端側に形成され、雌側部材との抜け止めを行う止め輪を装着するための止め輪溝と、止め輪溝の軸端側に形成された丘部とを有する動力伝達シャフトにおいて、
   前記丘部の外径が、雄スプライン部の谷部よりも外径側、且つ、雄スプライン部の山部よりも内径側に位置することを特徴とする動力伝達シャフト。
2. 丘部の外径が、止め輪溝の溝底の直径に対して１０７％以上、１１１％以下である請求項１記載の動力伝達シャフト。
3. 雄スプライン部の谷部を軸端まで延長して形成した請求項１又は２に記載の動力伝達シャフト。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の動力伝達シャフトと、該シャフトとスプライン結合した内側継手部材と、内側継手部材を内周に配した外側継手部材と、内側継手部材と外側継手部材との間でトルクを伝達するトルク伝達部材とを備えた等速自在継手。

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