JP2009191901A

JP2009191901A - 等速自在継手のケージ、プロペラシャフトアッセンブリー、およびドライブシャフトアッセンブリー

Info

Publication number: JP2009191901A
Application number: JP2008031746A
Authority: JP
Inventors: Masazumi Kobayashi; 正純小林
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】ケージの外球面（外径面）の仕上げ加工に環境にやさしく、かつコストを安くおさえることが可能な等速自在継手のケージ、プロペラシャフトアッセンブリー、およびドライブシャフトアッセンブリーを提供する。
【解決手段】等速自在継手は、内輪３１の外周面と外輪３２の内周面の各々に直線状のトラック溝３６，３７を軸方向に対して互いに反対方向に傾斜させた状態で軸方向に形成し、両トラック溝３６，３７の交叉部にボール３３を組み込んだものである。ケージ３４は、外径面３４ａのうちジョイント機能必要部４８を、熱処理後に切削を行う焼入鋼切削加工が施されている加工面４６とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、等速自在継手のケージ、プロペラシャフトアッセンブリー、およびドライブシャフトアッセンブリーに関する。

自動車や各種産業機械などに用いられる動力伝達装置である等速自在継手には、固定タイプのものと摺動タイプのものとがある。固定タイプとしては、ツェパー型等速自在継手（ＢＪ）やアンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）等があり、摺動タイプとしては、ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）、トリポード型等速自在継手（ＴＪ）、及びクロスグルーブ型等速自在継手（ＬＪ）（特許文献１）等がある。

クロスグルーブ型等速自在継手はプロペラシャフト用やドライブシャフト用に使用されている。クロスグルーブ型等速自在継手には、フロートタイプとノンフロートタイプの二種類に大別され、両タイプはプロペラシャフトやドライブシャフトが装備される車両の特性（スライド量や負荷荷重など）に応じて使い分けられている。

フロートタイプの等速自在継手を図７に示し、ノンフロートタイプの等速自在継手を図８に示す。この両タイプの等速自在継手は、内輪１，１１、外輪２，１２、ボール３，１３およびケージ４，１４を主要な構成要素としている。

内輪１，１１は、その外周面に複数のトラック溝６，１６が形成されている。この内輪１，１１の中心孔５，１５に例えばプロペラシャフトのスタブシャフト（図示省略）を挿入してスプライン嵌合させ、そのスプライン嵌合により両者間でトルク伝達可能としている。

そして、外輪２，１２は、内輪１，１１の外周に位置し、その内周面に内輪１，１１のトラック溝６，１６と同数のトラック溝７、１７が形成されている。内輪１，１１のトラック溝６，１６と外輪２，１２のトラック溝７，１７は軸線に対して反対方向に傾斜した角度をなし、対をなす内輪１，１１のトラック溝６，１６と外輪２，１２のトラック溝７，１７との交叉部にボール３，１３が組み込まれている。内輪１，１１と外輪２，１２の間にケージ４，１４が配置され、ボール３，１３は、ケージ４，１４のポケット９，１９に保持されている。なお、外輪２，１２には、ボルト締結用の貫通孔１０，２０が設けられている。

図７に示すように、フロートタイプはケージ４の最小内径が内輪１の最大外径よりも小さく設定され、図８に示すように、ノンフロートタイプはケージ１４の最小内径が内輪１１の最大外径よりも大きく設定されている。
Ｅ．Ｒ．Ｗａｇｎｅｒ"ＵｎｉｖｅｒａｓｌＪｏｉｎｔａｎｄＤｒｉｖｅｓｈａｆｔｄｅｓｉｇｎＭａｎｕａｌ"，ＳＡＥ，１９９１，１６３−１６６頁実公平７−４７６１９号公報

ところで、摺動タイプにはダブルオフセット型（ＤＯＪ）がある。このダブルオフセット型等速自在継手は、外輪と内輪にそれぞれ直線状のトラック溝を軸方向と平行に設け、ケージの外径球面中心と内径球面中心とがポケット中心に対して軸方向に等距離だけ逆方向にオフセットさせたものである。このため、作動角をとった場合にボールをその２等分面上に位置規制して等速性が確保できる構造となっており、作動角付与時は、内輪はケージ内球面で、ケージは外輪内径面で接触案内される。そのため、ＤＯＪ用のケージは、外径球面及び内径球面に熱処理後の仕上げ加工を施しているのが一般的である。

これに対して、クロスグルーブ型（ＬＪ）は、外輪トラック溝と内輪トラック溝とが互いに軸方向に対して交叉することでボールの位置規制（ボールを作動角の２等分面上に規制）をして、等速性を得る、いわゆるトラックステアタイプの等速自在継手である。そのため、基本的にはケージは外輪や内輪に対しては非接触で成立する。そこで、ＬＪに用いられるケージでは、外径球面及び内径球面に、加工コストの低減のため熱処理後の仕上げ加工を施していないのが一般的である。

近年では、車両の振動特性向上のため、クロスグルーブ型の等速自在継手では、ケージの外径面に熱処理後の仕上げ加工（主に研削加工）を実施しているものがある。これは、ＬＪに用いられるケージは、外輪および内輪とは非接触状態であるため、外輪・ケージ間では比較的大きなすきまがある。すなわち外輪・ケージ間で比較的大きなラジアルガタが存在する。そのためそれを抑える方法として、コストアップとはなるが、ケージの外球面に研削加工を施して外輪・ケージ間のラジアルガタを抑えることで車両の振動特性の向上を図ったものもある。

しかしながら、金属部品の熱処理後の仕上げ加工として一般的であった研削加工は、研削加工時に発生する環境上好ましくない研削クーラントを使用する必要があった。

本発明は、上記課題に鑑みて、ケージの外球面（外径面）の仕上げ加工に環境にやさしく、かつコストを安くおさえることが可能な等速自在継手のケージ、プロペラシャフトアッセンブリー、およびドライブシャフトアッセンブリーを提供する。

本発明の等速自在継手のケージは、内輪の外周面と外輪の内周面の各々に直線状のトラック溝を軸方向に対して互いに反対方向に傾斜させた状態で軸方向に形成し、両トラック溝の交叉部にボールを組み込んだ等速自在継手のケージにおいて、外径面のうち少なくともジョイント機能必要部を、熱処理後に切削を行う焼入鋼切削加工が施されている加工面としたものである。ところで、等速自在継手には一般的に密封装置が付設される。密封装置には、ブーツとブーツ用金属環アダプタとで構成されるものがある。このような場合、アダプタと、ブーツバンドとの干渉により最大作動角が規制される。この作動範囲に対応する範囲がケージの外径面のジョイント機能必要部である。また、焼入鋼切削は、単に切削のことであり、切削は通常生材の状態で行うので、熱処理後（焼入れ後）の切削であることを明確にするために焼入鋼切削と称した。

本発明の等速自在継手のケージによれば、外径面のうち少なくともジョイント機能必要部が焼入鋼切削加工であるので、ジョイント機能必要部においては研削加工する必要がない為、研削クーラントを使用する必要がない。しかも、ジョイント機能必要部を焼入鋼切削加工することによって、外径面におけるジョイント機能必要部の外輪との接触を許容することができる。このため、外輪との間の隙間を小さくすることができて、ラジアルガタを抑えることができる。

ジョイント機能必要部の面粗度をＲａ０．８以下とするのが好ましい。ここで、面粗度とは、算術平均粗さであって、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を長さで割った値であって、マイクロメートル（μm）で表わす。

プロペラシャフトとして使用する場合、作動角の範囲は、最大でも１５°以下となり、通常は、１０°〜１３°程度までにおさえている。このため、プロペラシャフト用等速自在継手のケージであって、前記ジョイント機能必要部が、軸心を中心とした１５°の範囲であるのが好ましい。

ドライブシャフトとして使用する場合、作動角の範囲は、最大でも２５°以下となり、通常は、２０°〜２３°程度までにおさえている。このため、ドライブシャフト用等速自在継手のケージであって、前記ジョイント機能必要部が、軸心を中心とした２５°の範囲であるのが好ましい。

６個、８個、又は１０個のボールの保持を可能とできる。

本発明のプロペラシャフトアッセンブリーは、前記ケージを組み込んだものである。本発明のドライブシャフトアッセンブリーは、前記ケージを組み組み込んだものである。

本発明の等速自在継手のケージによれば、外径面のうち少なくともジョイント機能必要部が焼入鋼切削加工であるので、研削クーラントを使用する必要がない。このため、環境にやさしい加工が可能となるとともに、加工コストの低減を図ることができる。しかも、ジョイント機能必要部の焼入鋼切削加工によって、ラジアルガタを抑えることができ、車両の振動特性の向上を図ることができる。

ジョイント機能必要部の面粗度をＲａ０．８以下とすることによって、本発明のケージを組み込んだ等速自在継手では、高精度の機能を発揮することができる。

また、６個、８個、又は１０個のボールの保持を可能とでき、種々のタイプのクロスグルーブ型（ＬＪ）に対応することができる。

プロペラシャフトアッセンブリーであっても、ドライブシャフトアッセンブリーであっても、最小のジョイント機能必要部があり、この範囲のみを面粗度を小さくすることができ、作業性の向上を図ることができる。

以下本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１に第１実施形態の等速自在継手（クロスグローブ型等速自在継手）を示し、この等速自在継手は、内輪３１、外輪３２、ボール３３およびケージ３４を主要な構成要素としている。この場合、フロートタイプであり、プロペラシャフトに用いている。

内輪３１は、その外周面に複数のトラック溝３６が形成されている。この内輪３１の中心孔３５にプロペラシャフトのスタブシャフト４０を挿入してスプライン嵌合させ、そのスプライン嵌合により両者間でトルク伝達可能としている。すなわち、スタブシャフト４０の雄スプライン４１を形成するとともに、内輪３１の中心孔３５の内径面に雌スプライン４２を形成する。そして、スタブシャフト４０を内輪３１の中心孔３５に挿入することによって、スタブシャフト４０側の雄スプライン４１と内輪３１側の雌スプライン４２とを嵌合させることになる。また、スタブシャフト４０の端部に抜け止め用の止め輪４３が装着されている。

外輪３２は、内輪３１の外周に位置し、その内周面に内輪３１のトラック溝３６と同数のトラック溝３７が形成されている。内輪３１のトラック溝３６と外輪３２のトラック溝３７は軸線に対して反対方向に傾斜した角度をなし、対をなす内輪３１のトラック溝３６と外輪３２のトラック溝３７との交叉部にボール３３が組み込まれている。内輪３１と外輪３２の間にケージ３４が配置され、ボール３３は、ケージ３４のポケット４４内に保持されている。

ケージ３４は、周方向に沿って所定ピッチで複数（例えば６個）のポケット４４が設けられ、各ポケット４４にボール３３が収容されている。この場合、外径面全域が球面状をなし、ケージ３４の最小内径Ｄ１が内輪３１の最大外径Ｄ２よりも小さく設定されている。なお、ポケット数としては、６個以外、８個であっても、１０個であってもよい。すなわち、ポケット数に応じてボール数が決定される。このため、ボール数として、６個、８個、１０個等となる。

外輪３２の反シャフト突出側にはキャップ（エンドキャップ）４５が装着され、反シャフト突出側の開口部が塞がれている。このキャップ４５は、外輪３２の外径面の嵌合する短円筒状の嵌着部４５ａと、この嵌着部４５ａから内径方向に延びる内鍔部４５ｂと、この内鍔部４５ｂの内径部に連設されて反継手側へ膨出する膨出部４５ｃとからなる。

また、外輪３２のシャフト突出側には密封装置５０が装着されている。この密封装置５０はブーツ５１と金属製のブーツアダプタ５２とからなる。ブーツ５１は、小径端部５１ａと、大径端部５１ｂと、小径端部５１ａと大径端部５１ｂとを連結する中間折り返し部５１ｃとからなる。ブーツアダプタ５２は、円筒状の本体部５２ａと、外輪嵌合部５２ｂとを有し、本体部５２ａの反外輪側の端部５３が加締られてブーツ５１の大径部５１ｂと連結される。外輪嵌合部５２ｂは、外輪３２の外径面の嵌合する短円筒状の嵌着部５４と、この嵌着部５４から内径方向に延びる内鍔部５５とを備える。

ブーツアダプタ５２の外輪嵌合部５２ｂを外輪３２に外嵌した状態で、ブーツ５１の小径端部５１ａをスタブシャフト４０に外嵌させ、この小径端部５１ａをブーツバンド５８にて締め付けることによって、ブーツ５１をシャフト４０に取り付けることができる。なお、ブーツアダプタ５２の内鍔部５５と、キャップ４５の内鍔部４５ｂには、それぞれ貫孔６４，６５が設けられている。ブーツアダプタ５２の貫孔６４、外輪３２に設けられた貫通孔５６、及びキャップ４５の貫孔６５にボルト部材（図示省略）が挿通されることによるボルト締めによって、外輪３２に対してブーツアダプタ５２とキャップ４５とが一体化される。

ところで、ケージ３４の表面には硬化処理が施される。そして、図２に示すように、外径面３４ａのうちジョイント機能必要部４８においては、焼入鋼切削される。焼入鋼切削は、単に切削のことであり、切削は通常生材の状態で行うので、熱処理後（焼入れ後）の切削であることを明確にするために焼入鋼切削と称した。焼き入れ後に切削を行うため、素材の熱処理変形をこの切削過程で除去することができる。焼入れを行うと、引張残留応力が残り易く、そのままでは疲労強度が低下する。このため、表面を切削すれば、最表面部に圧縮残留応力を付与させることができ、これにより疲労強度が向上する。なお、切削工具として、このような切削が可能なバイトを使用する。焼入鋼切削の可能なバイトとして、例えばＣＢＮ（立方晶窒化硼素）に特殊セラミックス結合材を加えた焼結体工具等を使用することができる。

硬化処理としては、高周波焼入れや浸炭焼入れ等にて行われる。高周波加熱による焼き入れとは、高周波電流の流れているコイル中に焼入れに必要な部分を入れ、電磁誘導作用により、ジュール熱を発生させて、伝導性物体を加熱する原理を応用した焼入れ方法である。浸炭焼入れとは、性化した炭素を多く含むガス、液体、固体などの浸炭剤中で鋼を長時間加熱することにより、表面層から炭素を含浸させる処理（浸炭処理）を行い、この浸炭した鋼に対して、焼入れ焼もどしを行う方法である。

ところで、このような等速自在継手では、密封装置５０におけるアダプタ５２と、ブーツバンド５８との干渉により最大作動角が規制される。このときの角度は、最大でも１５°以下となり、通常は、１０°〜１３°程度までにおさえている。すなわち、ケージ３４には、図２に示すように、範囲（面粗度必要範囲）Ｈ１のジョイント機能必要部４８と範囲Ｈ２のジョイント機能不必要部４９とがあり、ジョイント機能必要部４８の範囲Ｈ１が、このようなプロペラシャフト用等速自在継手のケージ３４であれば、軸心を中心としたβ（１５°）の範囲になる。

そこで、本発明では、ジョイント機能必要部４８のみを焼入鋼切削の加工面４６とし、その加工面４６の面粗度をＲａ０．８以下とする。ここで、面粗度とは、算術平均粗さであって、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を長さで割った値であって、マイクロメートル（μm）で表わす。このように、面粗度がＲａ０．８以下であれば、研削加工と同じ程度の小さい面粗度となっている。

この場合、焼入れ後においては、ジョイント機能必要部４８を残して図２の上半部で示すように、範囲Ｈ２のジョイント機能不必要部４９を旋削する。このため、ジョイント機能必要部４８のみが膨出状となっている。その後、ジョイント機能必要部４８を切削（焼入鋼切削）を行い、その膨出部位４７を切削することになる。

本発明の等速自在継手のケージ３４によれば、外径面３４ａのうちジョイント機能必要部が焼入鋼切削加工であるので、この加工においては研削クーラントを使用する必要がない。このため、環境にやさしい加工が可能となるとともに、加工コストの低減を図ることができる。しかも、ジョイント機能必要部４８の焼入鋼切削加工によって、外径面３４ａにおけるジョイント機能必要部４８の外輪３２との接触を許容することができる。このため、外輪３２との間の隙間を小さくすることができて、ラジアルガタを抑えることができ、車両の振動特性の向上を図ることができる。

ジョイント機能必要部４８の面粗度をＲａ０．８以下とすることによって、本発明のケージ３４を組み込んだ等速自在継手では、高精度の機能を発揮することができる。

次に図３は第２実施形態を示し、この場合も、ドライブシャフトに用いていているものであって、この内輪３１の中心孔３５にドライブシャフトのシャフト６０を挿入してスプライン嵌合させ、そのスプライン嵌合により両者間でトルク伝達可能としている。すなわち、シャフト６０の雄スプライン６１を形成し、シャフト６０を内輪３１の中心孔３５に挿入することによって、シャフト６０側の雄スプライン６１と内輪３１側の雌スプライン４２とを嵌合させることになる。また、シャフト６０の端部に抜け止め用の止め輪６３が装着されている。

この場合も、外輪３２の反シャフト突出側にはキャップ（エンドキャップ）４５が装着され、外輪３２のシャフト突出側には密封装置５０が装着されている。この密封装置５０は、ブーツ７１と金属製のブーツアダプタ７２とからなる。ブーツ７１は、小径部７１ａと、大径部７１ｂと、小径部７１ａと大径部７１ｂとを連結する蛇腹部７１ｃとからなる。ブーツアダプタ７２は、円筒状の本体部７２ａと、外輪嵌合部７２ｂとを有する。本体部７２ａの嵌合部７３にブーツ７１の大径部７１ｂの反蛇腹部側の端部７６が嵌着され、ブーツ７１とブーツアダプタ７２とが連結される。また、外輪嵌合部７２ｂは、外輪３２の外径面の嵌合する短円筒状の嵌着部７４と、この嵌着部７４から内径方向に延びる内鍔部７５とを備える。

ブーツアダプタ７２の外輪嵌合部７２ｂを外輪３２に外嵌した状態で、ブーツ７１の小径部７１ａをシャフト６０に外嵌させ、この小径部７１ａをブーツバンド７８にて締め付けることによって、ブーツ７１をシャフト６０に取り付けることができる。なお、ブーツアダプタ７２の内鍔部７５と、キャップ４５の内鍔部４５ｂには、それぞれ貫孔８０，６５が設けられている。ブーツアダプタ７２の貫孔８０、外輪３２に設けられた貫通孔５６、及びキャップ４５の貫孔６５にボルト部材（図示省略）が挿通されることによるボルト締めによって、外輪３２に対してブーツアダプタ７２とキャップ４５とが一体化される。

この場合も、ジョイント機能必要部４８の面粗度Ｒａ０．８以下とした加工面としている。ところで、密封装置５０のアダプタ７２と、ブーツバンド７８との干渉により最大作動角が規制される。このときの角度は、最大でも２５°以下となり、通常は、２０°〜３３°程度までにおさえている。このため、ジョイント機能必要部４８の範囲Ｈ１が、このようなドライブシャフト用等速自在継手のケージ３４であれば、軸心を中心としたβ（２５°）の範囲になる。

図３に示す等速自在継手であっても、図１に示す等速自在継手と同様の作用効果を奏する。このように、プロペラシャフトアッセンブリーであっても、ドライブシャフトアッセンブリーであっても、最小のジョイント機能必要部があり、この範囲の面粗度を小さくすることができ、作業性の向上を図ることができる。

ところで、前記実施形態では、旋削にて形成されたジョイント機能必要部４８の膨出部を切削にて除去していたが、図４に示すケージ３４では図５に示すように膨出部４７ａを残したままのものであってもよい。

前記実施形態では、外径面全域が球面状をなし、ケージ３４の最小内径Ｄ１が内輪３１の最大外径Ｄ２よりも小さく設定されているフロートタイプであったが、図６に示すようなノンフロートタイプのケージ８４を使用したものであってもよい。ノンフロートタイプのケージ８４は、フロートタイプのケージ３４と同様、周方向に沿って所定ピッチで複数のポケット９４が形成されるが、外径面８４ａが球面部９０とテーパ面９１、９１とで構成される。

このため、ケージ８４の最小内径Ｄ１１が内輪３１の最大外径Ｄ２（図１参照）よりも大きく設定されている。この場合も、外径面８４ａのジョイント機能必要部４８が焼入切削を行っている。

したがって、このようなケージ８４を使用しても、図２に示すケージ３４を使用した場合と同様の作用効果を奏する。なお、このケージ８４としは、図１に示すようなプロペラシャフトアッセンブリーであっても、図３に示すようなドライブシャフトアッセンブリーであってもよい。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、ジョイント不必要部４９においても焼入鋼切削を行ってもよい。また、ケージ３４の内径面を焼入鋼切削にて仕上げもよい。

本発明の第１実施形態を示す等速自在継手の断面図である。前記図１に示す等速自在継手のケージの断面図である。本発明の第２実施形態を示す等速自在継手の断面図である。ケージの他の実施形態を示す断面図である。前記図４の要部拡大図である。ケージの別の実施形態を示す断面図である。従来のフロートタイプのクロスグルーブ型等速自在継手の断面図である。従来のノンフロートタイプのクロスグルーブ型等速自在継手の断面図である。

符号の説明

３１内輪
３２外輪
３３ボール
３４ケージ
３４ａ外径面
３６，３７トラック溝
４６加工面
４８ジョイント機能必要部
４９ジョイント機能不必要部

Claims

内輪の外周面と外輪の内周面の各々に直線状のトラック溝を軸方向に対して互いに反対方向に傾斜させた状態で軸方向に形成し、両トラック溝の交叉部にボールを組み込んだ等速自在継手のケージにおいて、
外径面のうち少なくともジョイント機能必要部を、熱処理後に切削を行う焼入鋼切削加工が施されている加工面としたことを特徴とする等速自在継手のケージ。
前記加工面の面粗度をＲａ０．８以下としたことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手のケージ。
プロペラシャフト用等速自在継手のケージであって、前記ジョイント機能必要部が、軸心を中心とした１５°の範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の等速自在継手のケージ。
ドライブシャフト用等速自在継手のケージであって、前記ジョイント機能必要部が、軸心を中心とした２５°の範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の等速自在継手のケージ。
６個、８個、又は１０個のボールの保持が可能であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の等速自在継手のケージ。
前記請求項１〜請求項３、又は請求項５のいずれか１項に記載のケージを組み込んだことを特徴とするプロペラシャフトアッセンブリー。
前記請求項１、請求項２、請求項４、又は請求項５のいずれか１項に記載のケージを組み込んだことを特徴とするドライブシャフトアッセンブリー。