JP2010112470A - 摺動式等速自在継手およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フロートタイプのものであっても、ボールやケージに過大な力が加わらないようにシャフトを内輪に組み付けることができる。
【解決手段】 軸方向に延びる複数の直線状トラック溝１２が円筒状内周面１４に形成されたカップ状の外輪１０に、その外輪１０のトラック溝１２と対をなして軸方向に延びる複数の直線状トラック溝２２を球面状外周面２４に形成された内輪２０と、外輪１０のトラック溝１２と内輪２０のトラック溝２２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の円筒状内周面１４と内輪２０の球面状外周面２４との間に介在してボール３０を保持するケージ４０とからなる内部要素５０を軸方向変位可能に収容した摺動式等速自在継手であって、外輪１０の内周面で内部要素５０の必要な軸方向変位領域を超える位置に、作動角が０°の状態で内輪２０の内径にシャフト６０を圧入する時にケージ４０の外周面４２が当接可能な規制面１８を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば４ＷＤ車やＦＲ車などの自動車で使用されるプロペラシャフトやドライブシャフト等の動力伝達軸に組み込まれ、駆動軸と被駆動軸との間で角度変位および軸方向変位を可能にした摺動式等速自在継手およびその製造方法に関する。

例えば４ＷＤ車やＦＲ車などの自動車で使用され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間の相対位置変化による角度変位に対応できる構造とするためにクロスグルーブ型と称される等速自在継手を具備するものがある。この等速自在継手は、通常、車両全体の重量軽減という観点から、軽量で、しかも回転バランスおよび振動特性がよく、また、衝突時の軸方向衝撃によるトランスミッションとディファレンシャル間の軸方向変位を吸収できる構造を採用している。

このクロスグルーブ型等速自在継手は、図７（ａ）（ｂ）に示すように外輪１１０，２１０、内輪１２０，２２０、ボール１３０，２３０およびケージ１４０，２４０を主要な構成要素とし、内輪１２０，２２０、ボール１３０，２３０およびケージ１４０，２４０からなる内部要素１５０，２５０を外輪１１０，２１０に軸方向変位可能に収容した構造を具備する。

外輪１１０，２１０は、複数の直線状トラック溝１１２，２１２が軸線に対して傾斜した状態で軸方向に沿って円筒状内周面１１４，２１４に形成されている。内輪１２０，２２０は、複数の直線状トラック溝１２２，２２２が軸線に対して外輪１１０，２１０のトラック溝１１２，２１２と反対方向に傾斜した状態で軸方向に沿って球面状外周面１２４，２２４に形成されている。ボール１３０，２３０は、外輪１１０，２１０のトラック溝１１２，２１２と内輪１２０，２２０のトラック溝１２２，２２２との交叉部に組み込まれて両者間でトルクを伝達する。ケージ１４０，２４０は、外輪１１０，２１０の円筒状内周面１１４，２１４と内輪１２０，２２０の球面状外周面１２４，２２４との間に介在してボール１３０，２３０を保持する。内輪１２０，２２０の内径にはシャフト（図示せず）がスプライン嵌合により連結される。

この種の等速自在継手をプロペラシャフトに組み込んだ場合、自動車に衝撃が生じたとき、その衝撃を受けたシャフトを介して、内輪１２０，２２０、ボール１３０，２３０およびケージ１４０，２４０からなる内部要素１５０，２５０が外輪１１０，２１０に対して軸方向にスライド移動しようとする。このスライド移動により、トランスミッションとディファレンシャルとの間の軸方向変位が吸収され、ディファレンシャルを介して車体に入力する衝撃力が低減され、車体に生じる衝撃が大幅に低減して安全性が向上する。

前述した構成を具備する二つの等速自在継手は、図７（ａ）に示すようにケージ１４０の最小内径を内輪１２０の最大外径よりも小さく設定することにより、ケージ１４０と内輪１２０の干渉により軸方向変位量を規制するフロートタイプと、図７（ｂ）に示すようにケージ２４０の最小内径を内輪２２０の最大外径よりも大きく設定することにより、ボール２３０とケージ２４０の干渉により軸方向変位量を規制するノンフロートタイプの二種類に大別される。

また、前述した二つの等速自在継手は、外輪のタイプで区別するとディスクタイプである。この種の等速自在継手は、ディスクタイプの他に、図８（ａ）（ｂ）に示すカップタイプのものがある。なお、図８（ａ）はフロートタイプであり、図８（ｂ）はノンフロートタイプを例示している。これらカップタイプの等速自在継手において、図７（ａ）（ｂ）と同一または相当部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。カップ状の外輪２１０を有するノンフロートタイプの等速自在継手には、例えば特許文献１で開示されるものがある。

前述したディスクタイプの等速自在継手では、通常、別部品であるコンパニオンフランジをボルト締結により外輪１１０，２１０に結合させて使用される。一方、カップタイプの等速自在継手では、外輪１１０，２１０をコンパニオンフランジと一体化したものであることから、ボルトの廃止による等速自在継手の小型化、軽量化、部品点数の削減による低コスト化、組立性の簡略化を実現している。
特開２００３−５６５９０号公報

ところで、前述した特許文献１で開示された等速自在継手、つまり、カップ状の外輪２１０を有するノンフロートタイプの等速自在継手では、図９（ａ）に示すようにシャフト２６０を内輪２２０の内径に圧入するに際して、ボール２３０やケージ２４０に過大な力が加わらないように内輪２２０の奥側端面２２６を外輪２１０の底面２１６に当接させることにより軸方向への移動を規制した状態でシャフト２６０を内輪２２０の内径に圧入し、サークリップ２７０によりシャフト２６０を内輪２２０に対して抜け止めするようにしている。なお、図９（ｂ）はこの等速自在継手が作動角θをとった状態を示す。

前述のようなシャフト２６０の組み付けは、ケージ２４０の最小内径を内輪２２０の最大外径よりも大きく設定したノンフロートタイプのもので可能となっている。これは、図１０に示すように等速自在継手を車両に組み込む上で必要な軸方向変位および角度領域（図中斜線部分）に対して、その作動角が０°の状態〔図９（ａ）参照〕では必要な軸方向変位領域Ｌ₂以上にスライド可能であるため、その軸方向変位領域Ｌ₂を超える位置〔図１０の軸方向変位領域Ｌ₁（Ｌ₂＜Ｌ₁）〕で内輪２２０の奥側端面２２６が外輪２１０の底面２１６に当接するように設定することができるからである。

しかしながら、ケージ１４０の最小内径を内輪１２０の最大外径よりも小さく設定したフロートタイプの等速自在継手の場合、前述したノンフロートタイプのようにシャフトを組み付けることが困難である。つまり、図１１（ａ）に示すように内輪１２０の奥側端面１２６を外輪１１０の底面１１６に当接させることができるように設定しようとすると、図１２に示すように等速自在継手を車両に組み込む上で必要な軸方向変位および角度領域（図中斜線部分）において、等速自在継手の外輪奥側で、必要な軸方向変位領域（図１２の軸方向変位領域Ｌ₃）を確保することができないためである〔軸方向変位領域Ｌ₄参照（Ｌ₃＞Ｌ₄）〕。なお、図１１（ｂ）はこの等速自在継手が作動角θをとった状態を示す。

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、フロートタイプのものであっても、ボールやケージに過大な力が加わらないようにシャフトを内輪に組み付け得る摺動式等速自在継手およびその製造方法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、軸方向に延びる複数の直線状トラック溝が円筒状内周面に形成されたカップ状の外側継手部材に、その外側継手部材のトラック溝と対をなして軸方向に延びる複数の直線状トラック溝を球面状外周面に形成された内側継手部材と、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との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外側継手部材の円筒状内周面と内側継手部材の球面状外周面との間に介在してボールを保持するケージとからなる内部要素を軸方向変位可能に収容した摺動式等速自在継手であって、外側継手部材の内周面で内部要素の軸方向変位領域を超える位置に、作動角が０°の状態で内側継手部材の内径に軸部材を圧入する時にケージの外周面が当接可能な規制面を設けたことを特徴とする。

また、本発明は、軸方向に延びる複数の直線状トラック溝が円筒状内周面に形成されたカップ状の外側継手部材に、その外側継手部材のトラック溝と対をなして軸方向に延びる複数の直線状トラック溝を球面状外周面に形成された内側継手部材と、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との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外側継手部材の円筒状内周面と内側継手部材の球面状外周面との間に介在してボールを保持するケージとからなる内部要素を軸方向変位可能に収容した摺動式等速自在継手の製造方法であって、作動角が０°の状態で内側継手部材の内径に軸部材を圧入により嵌合させるに際して、外側継手部材の内周面で内部要素の軸方向変位領域を超える位置に設けられた規制面にケージの外周面を当接させるようにしたことを特徴とする。

本発明では、外側継手部材の内周面で内部要素の必要な軸方向変位領域を超える位置にケージの外周面が当接可能な規制面を設けたことにより、作動角が０°の状態で内側継手部材の内径に軸部材を圧入するに際して、ケージの外周面が規制面に当接することで、ボールやケージに過大な力が加わらないように軸部材を内側継手部材に組み付けることが可能となる。

本発明における規制面は、ケージの外周面の曲率半径以上の曲率半径を持つ球面形状、あるいは、外側継手部材の底面側へ向けて直線的に縮径する円錐面形状とすることが望ましい。このような簡易な形状を有する規制面でもって、ボールやケージに過大な力が加わらないようにケージの外周面を当接させることが容易となる。

本発明における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とは、軸線に対して互いに反対方向に角度をなす溝中心線を有し、両トラック溝の交叉部にボールが組み込まれていることが望ましい。つまり、本発明はクロスグルーブ型等速自在継手に適用することが有効である。

本発明におけるケージの最小内径を内側継手部材の最大外径よりも小さく設定することが望ましい。つまり、本発明はフロートタイプのクロスグルーブ型等速自在継手に適用することがより一層有効である。

本発明によれば、外側継手部材の内周面で内部要素の必要な軸方向変位領域を超える位置にケージの外周面が当接可能な規制面を設けたことにより、作動角が０°の状態で内側継手部材の内径に軸部材を圧入するに際して、ケージの外周面が規制面に当接することで、ボールやケージに過大な力が加わらないように軸部材を内側継手部材に組み付けることが可能となる。その結果、組み付け性の向上が図れ、信頼性の向上が図れると共に高品質の摺動式等速自在継手を提供できる。

本発明に係る摺動式等速自在継手およびその製造方法の実施形態を詳述する。なお、以下の実施形態では、摺動式等速自在継手の一つであるフロートタイプのクロスグルーブ型等速自在継手に適用した場合について説明するが、ノンフロートタイプのものにも適用可能である。また、他の摺動式等速自在継手であるダブルオフセット型等速自在継手にも適用可能である。

図１に示す実施形態の等速自在継手は、外側継手部材である外輪１０、内側継手部材である内輪２０、ボール３０およびケージ４０を主要な構成要素とし、内輪２０、ボール３０およびケージ４０からなる内部要素５０を外輪１０に軸方向変位可能に収容した構造を具備する。外輪１０は、複数の直線状トラック溝１２が軸線に対して傾斜した状態で軸方向に沿って円筒状内周面１４に形成されている。内輪２０は、外輪１０の内周に位置し、外輪１０のトラック溝１２と同数の直線状トラック溝２２が軸線に対して外輪１０のトラック溝１２と反対方向に傾斜した状態で軸方向に沿って球面状外周面２４に形成されている。ボール３０は、外輪１０のトラック溝１２と内輪２０のトラック溝２２との交叉部に組み込まれて両者間でトルクを伝達する。ケージ４０は、外輪１０の円筒状内周面１４と内輪２０の球面状外周面２４との間に介在してボール３０を保持する。ボール３０の数は、６個、８個あるいは１０個が好適であるが、その数は任意である。

内輪２０の内径には軸部材であるシャフト６０がスプライン嵌合により連結されている。つまり、内輪２０の軸孔の内周面に雌スプライン２１を形成すると共にシャフト６０の軸端部の外周面に雄スプライン６１を形成し、シャフト６０の軸端部を内輪２０の軸孔に圧入することにより、内輪２０の雌スプライン２１とシャフト６０の雄スプライン６１とを凹凸嵌合させてトルク伝達可能に連結する。

なお、シャフト６０の雄スプライン６１の先端部には環状の凹溝６３が形成され、この凹溝６３にサークリップ７０を嵌合させ、このサークリップ７０を内輪２０の奥側端部に形成された凹段部２３に係止させることにより、内輪２０に対してシャフト６０を抜け止めする構造としている。

この種の等速自在継手をプロペラシャフトに組み込んだ場合、自動車に衝撃が生じたとき、その衝撃を受けたシャフト６０を介して、内輪２０、ボール３０およびケージ４０からなる内部要素５０が外輪１０に対して軸方向にスライド移動しようとする。このスライド移動により、トランスミッションとディファレンシャルとの間の軸方向変位が吸収され、ディファレンシャルを介して車体に入力する衝撃力が低減され、車体に生じる衝撃が大幅に低減して安全性が向上する。

この実施形態の等速自在継手は、カップ状の外輪１０を有するカップタイプで、外輪１０をディスクタイプで使用するコンパニオンフランジと一体化することにより、ボルトの廃止による小型化、軽量化、部品点数の削減による低コスト化、組立性の簡略化を実現したものである。

一方、この等速自在継手は、ケージ４０の最小内径を内輪２０の最大外径よりも小さく設定したフロートタイプであることから、車両において必要な軸方向変位および角度領域において、等速自在継手の外輪奥側で、必要な軸方向変位および角度領域を確保することができないことから、内輪２０の内径にシャフト６０を圧入するに際して、ノンフロートタイプのように内輪の奥側端面を外輪の底面に当接させることができない。

そこで、図１に示す実施形態の等速自在継手では、外輪１０の内周面で内部要素５０の軸方向変位領域を超える位置に、シャフト６０の圧入時にケージ４０の外周面４２が当接可能な規制面１８を設ける。この規制面１８は、図２に示すようにケージ４０の外周面４２の曲率半径と同じ曲率半径Ｒを持つ球面形状をなし、円筒状内周面１４と底面１６との間に形成されている。

このような規制面１８を設けたことにより、図３に示すように等速自在継手の作動角が０°の状態で内輪２０の軸孔にシャフト６０の軸端部を圧入するに際して、ケージ４０の外周面４２を規制面１８に当接させることで、ボール３０やケージ４０に過大な力が加わらないようにシャフト６０を内輪２０に組み付けることが可能となる。

なお、この実施形態のようにケージ４０の外周面４２の曲率半径と同じ曲率半径Ｒを持つ球面形状をなす規制面１８とした場合、シャフト６０の圧入時、ケージ４０の外周面４２と規制面１８とは面接触状態となる。規制面１８の形状は、ケージ４０の外周面４２の曲率半径と同じ曲率半径Ｒを持つ球面形状に限らず、ケージ４０の外周面４２の曲率半径以上の曲率半径を持つ球面形状であればよい。この場合、シャフト６０の圧入時、ケージ４０の外周面４２と規制面１８とは環状の線接触状態となる。

前述した実施形態では、ケージ４０の外周面４２の曲率半径と同じ曲率半径Ｒを持つ球面形状をなす規制面１８を設け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、図４に示す他の実施形態であってもよい。この実施形態では、外輪１０の底面側へ向けて直線的に縮径する円錐面形状をなす規制面１８’を設けている。なお、図１と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。

この実施形態の等速自在継手では、外輪１０の内周面で内部要素５０の軸方向変位領域を超える位置に、シャフト６０の圧入時にケージ４０の外周面４２が当接可能な規制面として、図５に示すように外輪１０の底面側へ向けて直線的に縮径する円錐面形状をなす規制面１８’を設ける。

このような規制面１８’を設けたことにより、図６に示すように等速自在継手の作動角が０°の状態で内輪２０の軸孔にシャフト６０の軸端部を圧入するに際して、ケージ４０の外周面４２を規制面１８’に当接させることで、ボール３０やケージ４０に過大な力が加わらないようにシャフト６０を内輪２０に組み付けることが可能となる。なお、この規制面１８’は外輪１０の軸線に対して傾斜角αをなし、シャフト６０の圧入時、ケージ４０の外周面４２と規制面１８’とは環状の線接触状態となる。

なお、以上の実施形態では、プロペラシャフトに適用した等速自在継手について説明したが、この等速自在継手はドライブシャフトにも適用可能である。

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。

本発明の実施形態で、フロートタイプのクロスグルーブ型等速自在継手を示す断面図である。 図１の外輪を示す断面図である。 図１の内輪にシャフトを圧入する状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態で、フロートタイプのクロスグルーブ型等速自在継手を示す断面図である。 図４の外輪を示す断面図である。 図４の内輪にシャフトを圧入する状態を示す断面図である。 従来の摺動式等速自在継手で、（ａ）はフロートタイプのクロスグルーブ型等速自在継手を示す断面図、（ｂ）はノンフロートタイプのクロスグルーブ型等速自在継手を示す断面図である。 従来の摺動式等速自在継手で、（ａ）はカップ状の外輪を有するフロートタイプのクロスグルーブ型等速自在継手を示す断面図、（ｂ）はカップ状の外輪を有するノンフロートタイプのクロスグルーブ型等速自在継手を示す断面図である。 カップ状の外輪を有するノンフロートタイプのクロスグルーブ型等速自在継手で、（ａ）は作動角が０°の状態を示す断面図、（ｂ）は作動角がθ°の状態を示す断面図である。 図９の等速自在継手における軸方向変位および角度領域を示す特性図である。 カップ状の外輪を有するフロートタイプのクロスグルーブ型等速自在継手で、（ａ）は作動角が０°の状態を示す断面図、（ｂ）は作動角がθ°の状態を示す断面図である。 図１１の等速自在継手における軸方向変位および角度領域を示す特性図である。

符号の説明

１０ 外側継手部材（外輪）
１２ トラック溝
１４ 円筒状内周面
１８ 規制面
２０ 内側継手部材（内輪）
２２ トラック溝
２４ 球面状外周面
３０ ボール
４０ ケージ
４２ 外周面
５０ 内部要素
６０ 軸部材

Claims (10)

1. 軸方向に延びる複数の直線状トラック溝が円筒状内周面に形成されたカップ状の外側継手部材に、その外側継手部材のトラック溝と対をなして軸方向に延びる複数の直線状トラック溝を球面状外周面に形成された内側継手部材と、前記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との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、前記外側継手部材の円筒状内周面と内側継手部材の球面状外周面との間に介在してボールを保持するケージとからなる内部要素を軸方向変位可能に収容した摺動式等速自在継手であって、
   前記外側継手部材の内周面で前記内部要素の軸方向変位領域を超える位置に、作動角が０°の状態で前記内側継手部材の内径に軸部材を圧入する時にケージの外周面が当接可能な規制面を設けたことを特徴とする摺動式等速自在継手。
2. 前記規制面は、前記ケージの外周面の曲率半径以上の曲率半径を持つ球面形状とした請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
3. 前記規制面は、外側継手部材の底面側へ向けて直線的に縮径する円錐面形状とした請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
4. 前記外側継手部材のトラック溝と前記内側継手部材のトラック溝とは、軸線に対して互いに反対方向に角度をなす溝中心線を有し、両トラック溝の交叉部に前記ボールが組み込まれている請求項１〜３のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
5. 前記ケージの最小内径を内側継手部材の最大外径よりも小さく設定した請求項４に記載の摺動式等速自在継手。
6. 軸方向に延びる複数の直線状トラック溝が円筒状内周面に形成されたカップ状の外側継手部材に、その外側継手部材のトラック溝と対をなして軸方向に延びる複数の直線状トラック溝を球面状外周面に形成された内側継手部材と、前記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との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、前記外側継手部材の円筒状内周面と内側継手部材の球面状外周面との間に介在してボールを保持するケージとからなる内部要素を軸方向変位可能に収容した摺動式等速自在継手の製造方法であって、
   作動角が０°の状態で前記内側継手部材の内径に軸部材を圧入により嵌合させるに際し、前記外側継手部材の内周面で前記内部要素の軸方向変位領域を超える位置に設けられた規制面に前記ケージの外周面を当接させるようにしたことを特徴とする摺動式等速自在継手の製造方法。
7. 前記規制面は、前記ケージの外周面の曲率半径以上の曲率半径を持つ球面形状とした請求項６に記載の摺動式等速自在継手の製造方法。
8. 前記規制面は、外側継手部材の底面側へ向けて直線的に縮径する円錐面形状とした請求項６に記載の摺動式等速自在継手の製造方法。
9. 前記外側継手部材のトラック溝と前記内側継手部材のトラック溝とは、軸線に対して互いに反対方向に角度をなす溝中心線を有し、両トラック溝の交叉部に前記ボールが組み込まれている請求項６〜８のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手の製造方法。
10. 前記ケージの最小内径を内側継手部材の最大外径よりも小さく設定した請求項９に記載の摺動式等速自在継手の製造方法。

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