JP2011080556A - 等速自在継手、ドライブシャフトアッセンブリ、およびプロペラシャフト - Google Patents

等速自在継手、ドライブシャフトアッセンブリ、およびプロペラシャフト Download PDF

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Abstract

【課題】軽量・コンパクト化を図ることができ、しかも、ボール落下を有効に防止でき、また、内部部品のガタを抑えることが可能な等速自在継手、このような等速自在継手を用いたドライブシャフトアッセンブリおよびプロペラシャフトを提供する。
【解決手段】内側継手部材とシャフト31との間に、シャフト31の内側継手部材に対する軸方向の変位を規制する規制手段35を設ける。規制手段35は、内側継手部材に対するシャフト31の継手奥側への変位を規制する開口側規制部材36と、内側継手部材に対するシャフト31の継手開口側への変位を規制する奥側規制部材37とを備える。開口側規制部材36は、ボール23に当接して所定作動角以上の変位を規制するボール落下防止部材47を兼ねる。
【選択図】図1

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用され、駆動側と従動側の二軸間で作動角変位を許容しながら回転トルクを伝達する等速自在継手、このような等速自在継手を用いたドライブシャフトアッセンブリおよびプロペラシャフトに関する。
自動車及びこれに準ずる各種車両においては、エンジンからの駆動力をホイールに伝達する動力伝達経路に、二軸間で角度変位や軸方向変位があった場合でも等速で回転動力を伝達することが可能な等速自在継手を配設することが行われている。等速自在継手には、プランジング運動(軸方向変位)を行わない固定式等速自在継手とプランジング運動を行う摺動式等速自在継手がある。固定式等速自在継手としては、バーフィールド型(BJ)やアンダーカットフリー型(UJ)が広く知られている。
例えば、BJタイプの固定式等速自在継手は、図8に示すように、内球面1に複数のトラック溝2が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪3と、外球面4に外輪3のトラック溝2と対をなす複数のトラック溝5が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材としての内輪6と、外輪3のトラック溝2と内輪6のトラック溝5との間に介在してトルクを伝達する複数のボール7と、外輪3の内球面1と内輪6の外球面4との間に介在してボール7を保持するケージ8とを備えている。ケージ8には、ボール7が収容されるポケット9が周方向に沿って複数配設されている。
内輪6の孔部6aの内径面には、トルク伝達部位である雌セレーション(雌スプライン)(図示省略)が形成されている。そして、内輪26の孔部6aにシャフト10が嵌入され、このシャフト10に設けられた雄セレーション(図示省略)が、内輪6の雌セレーションに嵌合する。これによって、シャフト10と内輪6間のトルクが伝達される。
ところで、リアドライブシャフト用やプロペラシャフト用の等速自在継手は機能上大きな角度をとらない。このため、フロントドライブシャフト用の等速自在継手と同じトラック長さ(外輪3のトラック溝2とこれに対向する内輪6のトラック溝5とから構成されるボールトラック)は必要ない。
そのため、図9に示すように、外輪3の継手開口側の端部3aを省略する、つまり余分なトラック部(ボールトラック)をカットして、軽量化を狙ったものがある。図9における仮想線は、図5に示す等速自在継手の省略した外輪3の継手開口側の端部3aを示している。
また、従来には、ボールに当接して継手許容角度を規制する角度抑制機構を内輪に設けたものがある(特許文献1)。
特開2003−13962号公報 特開平9−31775号公報
図9に示すように、外輪3の継手開口側の端部3aを省略したものでは、確かに軽量化を図ることができる。しかしながら、図10に示すように作動角をとった場合、外輪3から露出した状態となるボール7が生じる。このような場合、この露出した状態のボール7が外輪3から落下するおそれがある。落下すれば、その等速自在継手としての機能を発揮しない。
また、前記特許文献1に記載の等速自在継手では、角度抑制機構によって、作動角の角度規制がなされる。しかしながら、この角度規制は、この等速自在継手に装着されるブーツが挟まれるのを防止するものである。このため、ボール落下を規制しようとするものではない。
ところで、リアドライブシャフトやプロペラシャフトに用いられる等速自在継手は、後輪駆動や4輪駆動車に適用される。このため、等速自在継手の内部部品(外輪に組み込まれる部品であって、内輪とボールとケージ等の組合わせ体)にガタがあると、自動車の運動対応性などNVH性能に影響を与える可能性がある。
そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、軽量・コンパクト化を図ることができ、しかも、ボール落下を有効に防止でき、また、内部部品のガタを抑えることが可能な等速自在継手、このような等速自在継手を用いたドライブシャフトアッセンブリおよびプロペラシャフトを提供しようとするものである。
本発明の等速自在継手は、内径面に複数のトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に複数のトラック溝を形成した内側継手部材と、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の対で形成されるボールトラックに配置したトルク伝達ボールと、前記外側継手部材の内球面と前記内側継手部材の外球面との間に介在すると共に前記トルク伝達ボールを保持するケージを備え、内側継手部材の孔部にシャフトが嵌入される等速自在継手において、内側継手部材とシャフトとの間に、シャフトの内側継手部材に対する軸方向の変位を規制する規制手段を設けるとともに、この規制手段は、内側継手部材に対するシャフトの継手奥側への変位を規制する開口側規制部材と、内側継手部材に対するシャフトの継手開口側への変位を規制する奥側規制部材とを備え、開口側規制部材は、ボールに当接して所定作動角以上の変位を規制するボール落下防止部材を兼ねるものである。
本発明の等速自在継手によれば、開口側規制部材であるボール落下防止部材にて所定作動角以上の変位を規制することができ、これによって、外側継手部材の開口部側において必要としないトラック溝が生じる。このため、この必要としない余分なトラック溝を省略することができる。すなわち、外側継手部材の開口部側の端部を省略することができる。しかも、このように、外側継手部材の開口部側の端部を省略しても、ボールの落下が防止される。また、奥側規制部材によって、内側継手部材に対するシャフトの引き抜きを規制でき、開口側規制部材によって、内側継手部材に対するシャフトの継手奥側への押し込みを規制することができる。これによって、シャフトの内側継手部材に対する軸方向の変位が規制され、内側継手部材とシャフト間の軸方向ガタを低減することができる。
前記奥側規制部材は、例えば、外側継手部材のマウス部の奥側において、内側継手部材の孔部の内径面の係合部とシャフト外径面の係合部とに係合する止め輪からなる。また、ボール落下防止部材を兼ねる開口側規制部材は、例えば、内側継手部材の継手開口側において内側継手部材のトラック溝に径方向に沿って突出してボールのトラック溝からの外れを規制する弾性変形可能な規制部を有するリング状体からなる。
前記リング状体は、前記シャフト側に嵌り込む嵌り込み部を有するものであっても、内側継手部材側に嵌り込む嵌り込み部を有するものであってもよい。ボール落下防止部材は、例えば、樹脂又は金属製とされる。また、トルク伝達ボールが6個から10個のいずれかから選択される。最大作動角を30deg以下とすることができる。
外側継手部材に、内側継手部材とケージとボールとを有する内部部品が組み込まれてなる等速自在継手であって、前記ボール落下防止部材は、内部部品を外側継手部材に組み込んだ後に装着されているのもであってもよい。
ホイール側及びデファレンシャル側の等速自在継手の少なくともいずれか一方に前記等速自在継手を用いることができる。さらに、プロペラシャフトアッセンブリとして、前記等速自在継手を用いたものとすることができる。
本発明の等速自在継手では、外側継手部材の開口部側の端部を省略することができるので、軽量化・コンパクト化を図ることができ、しかも、ボールの落下が有効に防止され、等速自在継手としての機能を有効に発揮することができる。
シャフトの内側継手部材に対する軸方向の変位が規制され、内側継手部材とシャフト間の軸方向ガタを低減することができる。これによって、自動車適応時の運動応答性などNVH性能を向上させることができる。
前記奥側規制部材を止め輪にて構成すれば、構成の簡略化を図ることができて、低コスト化を達成できる。また、開口側規制部材が弾性変形可能な規制部を有するリング状体からなるものであれば、この規制部が内側継手部材に弾性的に接触して、内側継手部材のシャフトの軸方向の変位を弾性的に吸収することができ、軸方向ガタを安定して低減することができる。
リング状体が、シャフト側に嵌り込み部を有するものであっても、内側継手部材側に嵌り込み部を有するものであってもよく、また、ボール落下防止部材が樹脂又は金属製であってもよく、トルク伝達ボールの数としても6個から10個のいずれかから選択することができ、使用される用途、使用される環境等に応じて種々の構成や種々の材質のものが選択でき、設計の自由度が大となる。
ボール落下防止部材を、内部部品を外側継手部材に組み込んだ後に装着するものでは、従来の等速自在継手と同様の組み込み方法であり、組立工程を変更する必要がなく、生産性の低下を招かないとともに、コスト高となることを回避することができる。すなわち、従来の組み込み方法をそのまま使用することができるので、組立工程において困難性を有さず、生産性に優れる。
軽量化及びコントラスト化を図ったドライブシャフトアッセンブリやプロペラシャフトを構成することができる。
本発明の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内輪の断面図である。 前記図1に示す等速自在継手に連結されるシャフトの要部断面図である。 前記図1に示す等速自在継手の開口側規制部材の断面図である。 前記図1に示す等速自在継手の開口側規制部材の正面図である。 前記図1に示す等速自在継手の作動角を取った状態の断面図である。 他の実施形態を示す等速自在継手の断面図である。 従来の等速自在継手の断面図である。 従来の他の等速自在継手の断面図である。 前記図9に示す等速自在継手が作動角を取った状態の断面図である。
以下本発明の実施の形態を図1〜図7に基づいて説明する。
この等速自在継手は、図1に示すように、内径面21に複数(例えば6個)のトラック溝22が軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪23と、外径面24に外輪23のトラック溝22と対をなす複数(例えば6個)のトラック溝25が軸方向に沿って形成された内側継手部材としての内輪26と、外輪23のトラック溝22と内輪26のトラック溝25との間に介在してトルクを伝達する複数(例えば6個)のボール27と、外輪23の内径面21と内輪26の外径面24との間に介在してボール27を保持するポケット29を有するケージ28とを備えている。すなわち、外輪23のマウス部20(内径面に前記トラック溝22が形成されたお碗部)に、内輪26とボール27とケージ28とを有する内部部品Sを組み込むことになる。
内輪26の孔部30の内径面には、トルク伝達部位である雌セレーション(雌スプライン)32が形成されている。すなわち、内輪26の孔部30にシャフト31が嵌入され、このシャフト31に設けられた雄セレーション33が、内輪26の雌セレーション32に嵌合する。これによって、シャフト31と内輪26間のトルクが伝達される。
内輪26とシャフト31との間に、シャフト31の内輪26に対する軸方向変位を規制する規制手段35を設けている。この規制手段35は、内輪26に対するシャフト31の継手奥側への変位を規制する開口側規制部材36と、内輪26に対するシャフト31の継手開口側への変位を規制する奥側規制部材37とを備える。
奥側規制部材37は、周方向一部に欠損部を有するリング体、つまり止め輪(スナップリング)40にて構成することができる。この場合、止め輪40が、内輪26の孔部30の継手奥側端に設けられた係合部(切欠部)38(図2参照)に係合するとともに、シャフト31の雄セレーション33の端部(継手奥側端部)に設けた係合部(周方向凹溝)39(図3参照)に係合する。
すなわち、止め輪40は、前記したように周方向一部に欠損部を有するものであるので、拡縮が可能とされる。そして、シャフト周方向凹溝39にこの止め輪40が装着(係合)された状態では、止め輪40の外周部がシャフト31の雄セレーション33の外径よりも外径側へ突出した状態となる。また、この状態では、止め輪40の内周面とシャフト周方向凹溝39の底との間に隙間が形成される。このため、シャフト周方向凹溝39に係合している状態では、止め輪40は縮径可能な状態となっている。
そこで、シャフト31の雄セレーション33を内輪26の孔部30に押し込めば、止め輪40が内輪26の雌セレーション32に内径側と押圧されて縮径して、シャフト31の内輪26への挿入が許容される。そして、止め輪40が内輪26の係合部38に位置するまで、挿入されれば、止め輪40が拡径して、係合部38にも係合する。この状態では、止め輪40の継手開口端側が係合部38の切欠面部38aに係合する。このため、シャフト31の矢印A方向(図1参照)の抜け(変位)を規制する。
開口側規制部材36は図4と図5に示すように、短筒部42aと、この短筒部42aの継手奥側の端部から継手奥側に向かって拡径するテーパ部42bと、このテーパ部42bの継手奥側の端部から外径方向に延びる外鍔部42cとからなるリング状体42にて構成される。
また、シャフト31には周方向嵌合凹部43が設けられ、図1に示すように、この周方向嵌合凹部43にリング状体42の短筒部42aが圧入されている。すなわち、このリング状体42は、その短筒部42aがシャフト31に嵌め込む嵌り込み部となる。また、リング状体42は、奥側規制部材37である止め輪40が図1に示すように装着された状態で、その外鍔部42cが内輪26の継手開口側端面26aに当接する。すなわち、シャフト31の矢印B方向(図1参照)の変位を規制する。この際、外鍔部42cの外径側が、トラック溝25に径方向に沿って突出してボール27のトラック溝25からの外れを規制する弾性変形可能な規制部45を構成する。
このため、この規制部45は、ボール27に当接して所定作動角以上の変位を規制するボール落下防止部材46を兼ねることになる。この所定作動角以上とは、リアドライブシャフト用やプロペラシャフト用等において機能上必要としない角度以上である。
このように、開口側規制部材36が装着されていれば、図6に示すように作動角θ(前記所定作動角であって、例えば、30°)をとった際に、開口側規制部材36のボール落下防止部材46に接触するボール27が生じる。この際、最開口部側に位置するボール27が、外輪23の開口端23aから落下しない位置、つまり、ボールの重心(中心)が外輪23の開口端23aから外方へ突出しない位置に位置するように設定する。
開口側規制部材36のボール落下防止部材46にて所定作動角以上の変位を規制することができ、これによって、外輪23の開口部側において必要としないトラック溝が生じる。このため、この必要としない余分なトラック溝を省略することができる。すなわち、外輪23の開口部側の端部を省略することができる。これによって、軽量化・コンパクト化を図ることができる。しかも、このように、外輪23の開口部側の端部を省略しても、ボール27の落下が防止される。
奥側規制部材37によって、内輪26に対するシャフト31の引き抜きを規制でき、開口側規制部材36によって、内輪26に対するシャフト31の継手奥側への押し込みを規制することができる。これによって、シャフト31の内輪26に対する軸方向の変位が規制され、内輪26とシャフト31間の軸方向ガタを低減することができる。これによって、自動車適応時の運動応答性などNVH性能を向上させることができる。
前記奥側規制部材37を止め輪40にて構成すれば、構成の簡略化を図ることができて、低コスト化を達成できる。また、開口側規制部材36が弾性変形可能な規制部45を有するリング状体からなるものであれば、この規制部45が内輪26に弾性的に接触して、内輪26のシャフト31の軸方向の変位を弾性的に吸収することができ、軸方向ガタを安定して低減することができる。
ところで、この種の等速自在継手においては、前記したように、内輪26とボール27とケージ28等からなる内部部品Sを外輪23のマウス部20に組み込むことになる。この場合、前記奥側規制部材37の止め輪40、及び開口側規制部材36のリング状体42はシャフト31に装着されるものである。このため、外輪23に、内輪26、ケージ28、ボール27を外輪23のマウス部20に組み込んだ後、開口側規制部材36を組み込むことができる。すなわち、従来の組み込み方法をそのまま使用することができ、組立工程における困難性を排除することができ、生産性に優れる。
ところで、前記各実施形態では、固定式の等速自在継手であったが、図7に示すような摺動式の等速自在継手であってもよい。この摺動式の等速自在継手は、円筒状内周面61に複数の直線状トラック溝62が軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪63と、球面状外周面64に複数の直線状トラック溝65が外輪63のトラック溝62と対をなして軸方向に沿って形成された内側継手部材としての内輪66と、前記外輪のトラック溝62と前記内輪66のトラック溝65との間に介在してトルクを伝達する複数のボール67と、前記外輪63の円筒状内周面61と内輪66の球面状外周面64との間に介在してボール67を保持するケージ68とからなる。
内輪66の孔部70の内径面には、トルク伝達部位である雌セレーション(雌スプライン)32が形成されている。すなわち、内輪66の孔部70にシャフト31が嵌入され、このシャフト31に設けられた雄セレーション33が、内輪66の雌セレーション32に嵌合する。これによって、シャフト31と内輪66間のトルクが伝達される。
この場合も、内輪66とシャフト31との間に、シャフト31の内輪66に対する軸方向変位を規制する規制手段35を設けている。この規制手段35も、内輪66に対するシャフト31の継手奥側への変位を規制するリング状体からなる開口側規制部材36と、内輪66に対するシャフト31の継手開口側への変位を規制する止め輪からなる奥側規制部材37とを備える。
この場合も、外輪63に、内輪66とケージ68とボール67とを有する内部部品Sが組み込まれてなる等速自在継手であって、ボール落下防止部材46は、内部部品Sを外輪63に組み込んだ後に装着されている。
このため、このような摺動式の等速自在継手であっても、図1の固定式の等速自在継手
と同様の作用効果を奏する。
前記図1に示す開口側規制部材36や図7に示す開口側規制部材36は、POM(ポリアセタール)等の樹脂からなるものであっても、ステンレスや鋼等の金属であってもよい。また、各等速自在継手におけるボール数としても、例えば、6個〜10個のいずれかから選択されることになる。すなわち、使用される用途、使用される環境等に応じて種々の構成や種々の材質のもの選択でき、設計の自由度が大となる。
ところで、自動車において、エンジンからの動力を駆動車輪に伝達するドライブシャフトが用いられる。ドライブシャフトとは、アウトボード側の固定式等速自在継手と、インボード側の摺動式等速自在継手とを中間軸で結合したものである。車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、中央寄り側をインボード側と呼ぶ。
また、車輪取付用フランジを有するハブ輪に、アウトボード側の固定式等速自在継手が一体化されてドライブシャフトアセンブリを構成する。このため、前記図1等に示す固定式等速自在継手を、ドライブシャフトアセンブリのアウトボード側の固定式等速自在継手に用いることができ、図7に示す摺動式等速自在継手を、ドライブシャフトアセンブリのインボード側の摺動式等速自在継手に用いることができる。
このように、ドライブシャフトアセンブリに前記本発明にかかる等速自在継手を用いれば、軽量化及びコンパクト化を図ったドライブシャフトアッセンブリを構成することができる。
また、FR車では、エンジン、クラッチ、変速機(トランスミッション)が前方に、減速歯車装置(ディファレンシャル)、駆動車軸が後方にそれぞれ配置されているため、この間の動力伝達にプロペラシャフトを用いるのが通例である。また、FRベースの4WD車では、リアプロペラシャフトとフロントプロペラシャフトが必要である。これらプロペラシャフトの動力伝達シャフトとしては、近年、軽量化等の観点から、中実のスタブシャフトの基端部に中空シャフトを連結した構造のものが広く利用されている。さらに、スタブシャフトの先端部には、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長さと角度変化に対応するために、等速自在継手が結合される。
そこで、このようなリアプロペラシャフトとフロントプロペラシャフトに、前記図1や図7に示す等速自在継手を用いることができる。このように、プロペラシャフトアセンブリに前記本発明にかかる等速自在継手を用いれば、軽量化及びコンパクトを図ったプロペラシャフトアッセンブリを構成することができる。
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、図1に示す等速自在継手においては、トラック溝の溝底が円弧面からなるゼッパ式等速自在継手を示したが、トラック溝の溝底が円弧面とストレート面とを有するアンダーカットフリータイプの等速自在継手であってもよい。
また、前記実施形態では、開口側規制部材36を構成するリング状体42をシャフト31側に嵌め込むことによって装着して、その外鍔部42cを内輪26の継手開口側の端面に当接させるものであったが、開口側規制部材36として、内輪26側に嵌め込むようにしてもよい。この場合、例えば、内輪26の継手開口側に、開口側規制部材36に設けられる筒状部(嵌り込み部)が外嵌される嵌合部を形成するとともに、この開口側規制部材36に、内側継手部材の継手開口側において内側継手部材のトラック溝に径方向に沿って突出してボールのトラック溝からの外れを規制する規制部を設け、さらには、シャフト31に係合す係合片部を設ければよい。
21 内径面
22 トラック溝
23 外輪
24 外径面
25 トラック溝
26 内輪
27 ボール
28 ケージ
30 孔部
31 シャフト
35 規制手段
36 開口側規制部材
37 奥側規制部材
38 係合部
39 係合部(周方向凹溝)
40 止め輪
42 リング状体
45 規制部
46 ボール落下防止部材

Claims (11)

  1. 内径面に複数のトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に複数のトラック溝を形成した内側継手部材と、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の対で形成されるボールトラックに配置したトルク伝達ボールと、前記外側継手部材の内球面と前記内側継手部材の外球面との間に介在すると共に前記トルク伝達ボールを保持するケージを備え、内側継手部材の孔部にシャフトが嵌入される等速自在継手において、
    内側継手部材とシャフトとの間に、シャフトの内側継手部材に対する軸方向の変位を規制する規制手段を設けるとともに、この規制手段は、内側継手部材に対するシャフトの継手奥側への変位を規制する開口側規制部材と、内側継手部材に対するシャフトの継手開口側への変位を規制する奥側規制部材とを備え、開口側規制部材は、ボールに当接して所定作動角以上の変位を規制するボール落下防止部材を兼ねることを特徴とする等速自在継手。
  2. 前記奥側規制部材は、外側継手部材のマウス部の奥側において、内側継手部材の孔部の内径面の係合部とシャフト外径面の係合部とに係合する止め輪からなることを特徴とする請求項1に記載の等速自在継手。
  3. 前記ボール落下防止部材を兼ねる開口側規制部材は、内側継手部材の継手開口側において内側継手部材のトラック溝に径方向に沿って突出してボールのトラック溝からの外れを規制する弾性変形可能な規制部を有するリング状体からなることを特徴とする請求項1に記載の等速自在継手。
  4. 前記リング状体は、前記シャフト側に嵌り込む嵌り込み部を有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の等速自在継手。
  5. 前記リング状体は、前記内側継手部材側に嵌り込む嵌り込み部を有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の等速自在継手。
  6. 前記リング状体は樹脂又は金属製とされることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の等速自在継手。
  7. トルク伝達ボールが6個から10個のいずれかから選択されることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の等速自在継手。
  8. 最大作動角を30deg以下としたことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の等速自在継手。
  9. 外側継手部材に、内側継手部材とケージとボールとを有する内部部品が組み込まれてなる等速自在継手であって、前記ボール落下防止部材は、内部部品を外側継手部材に組み込んだ後に装着されていることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の等速自在継手。
  10. ホイール側及びデファレンシャル側の等速自在継手の少なくともいずれか一方に前記請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の等速自在継手を用いたことを特徴とするリアドライブシャフトアッセンブリ。
  11. 前記請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の等速自在継手を用いたことを特徴とするプロペラシャフトアッセンブリ。
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