JP2014149012A - 等速自在継手および等速自在継手用外側継手部材 - Google Patents

Abstract

【課題】大掛かりな設備を必要とせず、しかも、簡単な作業にて接合一体化及び分離を行うことができる等速自在継手用外側継手部材およびこのような外側継手部材を用いた等速自在継手を提供する。
【解決手段】別部材にて構成されたカップ部と軸部とが連結一体化されてなる等速自在継手用外側継手部材であって、カップ部の底壁外面に、径方向に延びる複数の凸部と径方向に延びる複数の凹部とが周方向に沿って交互に配設される第１フェーススプラインを形成する。軸部の基部外端面に、径方向に延びる複数の凹部と径方向に延びる複数の凸部とが周方向に沿って交互に配設される第２フェーススプラインを形成する。カップ部の底壁外面と軸部の基部外端面とを突き合わせてカップ部の第１フェーススプラインと軸部の第２フェーススプラインとを嵌合させた状態で、カップ部と軸部とをボルト部材の螺着にて連結一体化した。
【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る等速自在継手および等速自在継手用外側継手部材に関する。

外側継手部材は等速自在継手の機能を担うカップ部と相手部品に駆動力を伝達する機能を有するステム部（軸部）からなる。カップ部の形状は等速自在継手として同程度の負荷に対応できる、いわゆる同一サイズの場合、標準化可能であり種類は少なくて済む(例えば低振動タイプと普及タイプ)。しかしながら、軸部はその性質上、相手部品例えばトランスミッションに形状や寸法をあわせる必要があるため、種類が多数必要となる。

カップ部と軸部とを一体で加工するとその組み合わせから膨大な種類の外側継手部材を製造することとなり、生産性向上の妨げとなる。一方、カップ部と軸部を別体で加工した場合、各カップ部と軸部との種類が少なくても、これらの組み合わせで、複数種の外側継手部材を構成することがでる。しかしながら、カップ部と軸部を別体で加工した場合、それらを接合する必要がある。

そこで、カップ部と軸部を接合する方法として、従来には、レーザ装置を用いて接合する方法（特許文献１）、及びプレス設備により圧入および加締めにより接合する方法（特許文献２）等が提案されている。この場合、特許文献１では、大掛かりな設備を用いて接合することになる。また、特許文献２では、駆動力を伝達するために外側継手部材に、内周面に多角形又はセレーション溝を形成した孔部を設け、軸の端部の突出部をこの孔部に挿入した状態で、突出部を加締ることによって、カップ部と軸を一体化する構造としている。

特開２０００−３２９１５１号公報 特開平８−４９７２７号公報

特許文献１のようなレーザ接合であっても、特許文献２のような加締接合であっても、一度接合すれば、カップ部と軸部とを分離させることができず、分離して他の組み合わせにて再度外側継手部材を構成することはできなかった。また、接合には大掛かりな設備が必要であった。

本発明は、上記課題に鑑みて、大掛かりな設備を必要とせず、しかも、簡単な作業にて接合一体化及び分離を行うことができる等速自在継手用外側継手部材およびこのような外側継手部材を用いた等速自在継手を提供する。

本発明の等速自在継手用外側継手部材は、別部材にて構成されたカップ部と軸部とが連結一体化されてなる等速自在継手用外側継手部材であって、カップ部の底壁外面に、径方向に延びる複数の凸部と径方向に延びる複数の凹部とが周方向に沿って交互に配設される第１フェーススプラインを形成するとともに、軸部の基部外端面に、径方向に延びる複数の凹部と径方向に延びる複数の凸部とが周方向に沿って交互に配設される第２フェーススプラインを形成し、カップ部の底壁外面と軸部の基部外端面とを突き合わせてカップ部の第１フェーススプラインと軸部の第２フェーススプラインとを嵌合させた状態で、カップ部と軸部とを別体の締結手段を介して連結一体化したものである。締結手段としては、例えば、ボルト部材の螺着によるものであってもよい。

本発明の等速自在継手によれば、カップ部の底壁外面と軸部の基部外端面とを突き合わせてカップ部の第１フェーススプラインと軸部の第２フェーススプラインとを嵌合させた状態で、ボルト部材の螺着作業を行えば、カップ部と軸部とが一体化した等速自在継手用外側継手部材を構成できる。しかも、この一体化した状態では、カップ部の第１フェーススプラインと軸部の第２フェーススプラインとを嵌合した状態であるので、外側継手部材に回転力が作用してもカップ部と軸部は安定した状態で一体に回転することになる。また、ボルト部材を螺退させてその螺着状態を解除すれば、カップ部と軸部とを分離することができる。

フェーススプラインの圧力角を０°以上４５°以下に設定するのが好ましい。ここで、圧力角とは、凸部（凸歯）の歯面のピッチ点において、その高さ方向線と歯面の接線と成す角度である。

また、カップ部の底壁に段部付き軸方向貫通孔を設けるとともに、軸部の基部外端面に軸方向ボルト孔を設け、カップ部の内部から前記貫通孔を介して軸部の軸方向ボルト孔にボルト部材を螺合するのが好ましい。このように設定することによって、ボルト部材を螺着すれば、カップ部とは軸方向に相互に接近する方向の締付力が作用し、フェーススプライン嵌合が安定する。

複数種のカップ部と、複数種の軸部とを備え、各カップ部の第１フェーススプラインが共通化されるとともに、各軸部の第２フェーススプラインが共通化され、複数種のカップ部から選択した任意のカップ部と、複数種の軸部から選択した任意の軸部とが組み合わされ、カップ部の第１フェーススプラインと軸部の第２フェーススプラインとを嵌合させた状態で、カップ部と軸部とをボルト部材の螺着にて連結一体化するものであってもよい。

このように設定すれば、複数種のカップ部から選択した任意のカップ部と、複数種の軸部から選択した任意の軸部とを組み合わせることができるので、種々のタイプの外側継手部材を簡単に形成することができる。

本発明の等速自在継手は、前記等速自在継手用外側継手部材を用いたものである。

本発明の等速自在継手用外側継手部材によれば、カップ部と軸部の一体化及び分離を、複雑で高価な設備を使用することなく、簡単に行うことができるので、生産性の向上および低コスト化を図ることができる。

フェーススプラインの圧力角を０°以上４５°以下に設定することによって、フェーススプラインの嵌合性を向上するとともに、フェーススプラインの嵌合状態が安定する。すなわち、フェーススプラインの圧力角が０°未満では、凸部の断面形状が歯先側に向かって拡大する倒立台形状となって、嵌合させることができず、４５°を越えれば、凸部の断面形状が扁平台形状となって、トルク伝達機能が低下する。

カップ部の底壁に軸方向貫通孔を設けるとともに、軸部の基部外端面に軸方向ボルト孔を設けたことによって、フェーススプライン嵌合が安定し、カップ部と軸部とが強固に一体化する。

複数種のカップ部から選択した任意のカップ部と、複数種の軸部から選択した任意の軸部とを組み合わせることができるので、種々のタイプの外側継手部材を簡単に形成することができる。また、カップ部と軸部とのいずれか一方が損傷等して交換の必要が生じた場合、簡単に交換作業を行うことができる。すなわち、種々のタイプの外側継手部材を簡単に構成でき、特に、カップ部の標準化をはかって、例えば、低振動タイプと普及タイプの２種類として、軸部を、各種の相手部品、例えば、トラミッションに対応する複数種用意すれば、相手部品に対応する軸部を選択して、この軸部と標準化を図っているカップ部とを組み合わせることによって、この相手部品にあった外側継手部材を構成できる。このため、生産性を犠牲にすることなく、種々の相手部品へ容易に対応することができる。

本発明の等速自在継手によれば、複雑で高価な設備を使用することなく、簡単に構成できる外側継手部材を用いて等速自在継手を提供できる。

本発明の等速自在継手の実施形態を示す断面図である。 前記図１に示す等速自在継手の横断面図である。 前記図１に示す等速自在継手の外側継手部材の分離状態を示す断面図である。 前記図１に示す等速自在継手の外側継手部材のフェーススプラインの拡大断面図である。 圧力角を説明するための断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１に本発明に係る等速自在継手を示し、この場合の等速自在継手はトリポード型の摺動式等速自在継手である。

図１に示すように、外側継手部材１と、内側継手部材としてのトリポード部材２と、トルク伝達部材としてのローラ３を主要な構成要素としている。

外側継手部材１はカップ部４とステム部（軸部）５とからなる。図２に示すように、カップ部４は一端で開口したカップ状であり、内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝６が形成してある。カップ部４は、大径部４ａと小径部４ｂとが交互に表れる非円筒形状であり、大径部４ａの径方向内側にトラック溝６が形成されている。各トラック溝６の円周方向に向き合う側壁に、ローラ案内面７，７が形成されている。

トリポード部材２は図１に示すようにボス８と脚軸９とを有する。ボス８の軸孔には雌スプライン１１が形成され、このボス８の軸孔にシャフト１０の端部の雄スプライン１０ａが嵌入され、雌スプライン１１に嵌合している。なお、雄スプライン１０ａの端部には、止め輪１８が装着され、シャフト抜け止め構造が形成されている。

脚軸９はボス８の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。トリポード部材２の各脚軸９はローラ３を回転可能に支持している。脚軸９とローラ３との間には複数の針状ころ１２が配設されている。これらの針状ころ１２は、脚軸９の基端方向では、脚軸９の基端側外周面に装着されたインナーワッシャ１３で位置規制される。脚軸９の先端方向では、脚軸９の先端側に設けられたアウターワッシャ１４によって位置規制と抜け止めがされる。脚軸９の先端側外周面には周方向溝１５が形成され、この周方向溝１５に止め輪１６が装着される。止め輪１６の内側（脚軸基端側）の脚軸９外周面に上記アウターワッシャ１４が嵌合される。

この外側継手部材１においては、カップ部４とステム部（軸部）５とが別部材にて構成され、締結手段としてのボルト部材２０と、フェーススプライン嵌合構造Ｍとを用いて連結している。すなわち、図１と図２に示すように、カップ部４の底壁２１の外面（つまりカップ部４の底壁２１の外面凸隆部外端面）２１ａに第１フェーススプライン２２が形成され、また、軸部５の端部ボス部２３の外端面２３ａに第２フェーススプライン２４が形成され、第１フェーススプライン２２と第２フェーススプライン２４とが噛合（嵌合）して前記フェーススプライン嵌合構造Ｍを構成する。なお、軸部５は、端部ボス部２３の反対側の端部には、雄スプライン２５が形成されている。

第１フェーススプライン２２は、図４に示すように、径方向に延びる複数の凸部２６と径方向に延びる複数の凹部２７とが周方向に沿って交互に配設されたものであり、第２フェーススプライン２４は、径方向に延びる複数の凹部２８と径方向に延びる複数の凸部２９とが周方向に沿って交互に配設されるものである。そして、図４に示すように、第１フェーススプライン２２と第２フェーススプライン２４とが噛合する。すなわち、第１フェーススプライン２２の凸部２６が第２フェーススプライン２４の凹部２８に嵌合し、第２フェーススプライン２４の凸部２９が第２フェーススプライン２４の凹部２８に嵌合する。

径方向に延びる複数の凸部２６及び第２フェーススプライン２４の凸部２９の圧力角αを０°以上４５°以下に設定している。圧力角について図５を用いて説明する。なお、この場合のフェーススプライン３０の凸部４１は、前記第１フェーススプライン２２の凸部２６と第２フェーススプライン２４の凸部２９の形状は相違している。すなわち、図４に示す凸部２６、２８では、その歯面が平坦面であったが、図５に示す凸部４１の歯面が凸円弧面である。

圧力角αとは、凸部４１の歯面（側面）の１点（ピッチ点）において、その高さ方向線Ｌと歯形への接線Ｌ１との成す角度である。なお、基準円（ピッチ円）の接線Ｌ２と、歯面の法線Ｌ３との成す角度α´も圧力角と呼ぶことができる。すなわち、９０°−α＝９０°−α´となり、α＝α´となる。

また、図１と図３に示すように、カップ部４の底壁２１には、軸方向貫通孔３５が設けられ、軸部５の端部ボス部２３の外端面２３ａには、軸方向ボルト孔３６が設けられている。軸方向貫通孔３５は、段部付き軸方向貫通孔であって、内部側の大径の第１孔３５ａと、底壁２１の外面２１ａ側の小径の第２孔３５ｂとからなる。図１に示すように、前記ボルト部材２０は、頭部２０ａとねじ軸部２０ｂと有する六角穴付きボルト等からなる。ねじ軸部２０ｂが軸方向ボルト孔３６に螺合され、頭部２０ａが軸方向貫通孔３５の第１孔３５ａに嵌合している。

次に、前記したように構成されたカップ部４と軸部５との組立方法を説明する。カップ部４の底壁外面２１ａと軸部５の外端面２３ａとを突き合わせてカップ部４の第１フェーススプライン２２と軸部５の第２フェーススプライン２４とを嵌合する。この状態で、カップ部４に内部からボルト部材２０を軸方向貫通孔３５の挿入し、このボルト部材３４のねじ軸部２０ｂを軸方向ボルト孔３６に螺着する。この際、図１に示すように、ボルト部材２０の頭部２０ａが軸方向貫通孔３５の第１孔３５ａに嵌合した状態となって、カップ部と軸部とは軸方向に相互に接近する方向の締付力が作用し、密着した噛合状態を得ることができ、フェーススプライン嵌合が安定する。

また、ボルト部材２０として六角穴付きボルトを用いているので、このボルト部材２０の螺着状態では、ボルト部材２０の頭部２０ａが第１孔３５ａに埋設状となり、ボルト部材２０が、トリポード部材２とローラ３等からなる内部部部品の外側継手部材１のカップ部４内での動作を邪魔しない。

そして、図１に示す状態から、ボルト部材２０を螺退させれば、ボルト部材２０を軸方向ボルト孔３６から抜くことができ、カップ部４と軸部５とを分離することができる。

本発明によれば、カップ部４の底壁２１外面２１ａと軸部５の基部外端面２３ａとを突き合わせてカップ部４の第１フェーススプライン２２と軸部５の第２フェーススプライン２４とを嵌合させた状態で、ボルト部材２０の螺着作業を行えば、カップ部４と軸部５とが一体化した等速自在継手用外側継手部材１を構成できる。しかも、この一体した状態では、カップ部４の第１フェーススプライン２２と軸部５の第２フェーススプライン２４とを嵌合した状態であるので、外側継手部材１に回転力が作用してもカップ部４と軸部５は安定した状態で一体に回転することになる。また、ボルト部材２０を螺退させてその螺着状態を解除すれば、カップ部４と軸部５とを分離することができる。すなわち、カップ部４と軸部の一体化及び分離を、複雑で高価な設備を使用することなく、簡単に行うことができるので、生産性の向上を図ることができる。

フェーススプライン２２，２４の圧力角を０°以上４５°以下に設定することによって、フェーススプライン嵌合構造Ｍの嵌合性を向上するとともに、フェーススプライン嵌合構造Ｍの嵌合状態が安定する。すなわち、フェーススプライン２２，２４の圧力角が０°未満では、凸部２６、２９の断面形状が歯先側に向かって拡大する倒立台形状となって、嵌合させることができず、４５°を越えれば、凸部２６、２９の断面形状が扁平台形状となって、トルク伝達機能が低下する。

カップ部４の底壁２１に軸方向貫通孔３５を設けるとともに、軸部５の基部外端面２３ａに軸方向ボルト孔３６を設けたことによって、フェーススプライン嵌合が安定し、カップ部４と軸部５とが強固に一体化する。

ところで、本発明では、複数種のカップ部４と、複数種の軸部５とを備え、各カップ部４の第１フェーススプライン２２が共通化されるとともに、各軸部５の第２フェーススプライン２４が共通化されるものであってもよい。そして、複数種のカップ部５から選択した任意のカップ部５と、複数種の軸部５から選択した任意の軸部５とが組み合わせるようにしてもよい。

このように設定すれば、複数種のカップ部４から選択した任意のカップ部４と、複数種の軸部５から選択した任意の軸部５とを組み合わせることにより、種々のタイプの外側継手部材１を簡単に形成することができる。また、カップ部４と軸部５とのいずれか一方が損傷等して交換の必要が生じた場合、簡単の交換作業を行うことができる。

すなわち、種々のタイプの外側継手部材を簡単に構成でき、特に、カップ部４の標準化をはかって、例えば、低振動タイプと普及タイプの２種類として、軸部５を、各種の相手部品、例えば、トラミッションに対応する複数種用意すれば、相手部品に対応する軸部を選択して、この軸部５と標準化を図っているカップ部４とを組み合わせることによって、この相手部品にあった外側継手部材を構成できる。このため、生産性を犠牲にすることなく、種々の相手部品へ容易に対応することができる。

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、等速自在継手としては、前記実施形態では、トリポード型等速自在継手であったが、例えば、他の摺動式等速自在継手のダブルオフセット型等速自在継手やクロスグルーブ型等速自在継手であってもよい。また摺動式等速自在継手に限らず、ツェッパ型等速自在継手やアンダーカットフリー型等速自在継手の固定式等速自在継手であってもよい。なお、前記実施形態のトリポード型等速自在継手は、脚軸９に針状ころ１２を介して単一のローラ３が外嵌された構造であるシングルローラタイプであったが、二つのローラ（アウタローラおよびインナローラ）を有するダブルローラタイプであってもよい。

フェーススプライン２２、２４の凸部２６，２９の断面形状としても、図４や図５に示すものに限らず、正方形状、長方形状、正三角状、二等辺三角形状、富士山形状等の種々のものを採用できる。フェーススプライン２２、２４の凸部２６，２９の数、大きさ、及び配設ピッチ等は任意に設定できる。また、前記実施形態では、締結手段として、軸部５の軸方向ボルト孔３６に螺着されるボルト部材２０を用いたが、フェーススプライン嵌合を損なわない範囲で、ピン締結法やボルトナット結合等の他の締結手段を用いてもよい。

４ カップ部
５ 軸部
２０ ボルト部材
２１ 底壁
２１ａ 外面
２２、２４、３０ フェーススプライン
２３ 端部ボス部
２３ａ 外端面
２６、２９ 凸部
２７、２８ 凹部
３４ ボルト部材
３５ 軸方向貫通孔
３６ 軸方向ボルト孔
α 圧力角

Claims (6)

1. 別部材にて構成されたカップ部と軸部とが連結一体化されてなる等速自在継手用外側継手部材であって、
   カップ部の底壁外面に、径方向に延びる複数の凸部と径方向に延びる複数の凹部とが周方向に沿って交互に配設される第１フェーススプラインを形成するとともに、軸部の基部外端面に、径方向に延びる複数の凹部と径方向に延びる複数の凸部とが周方向に沿って交互に配設される第２フェーススプラインを形成し、カップ部の底壁外面と軸部の基部外端面とを突き合わせてカップ部の第１フェーススプラインと軸部の第２フェーススプラインとを嵌合させた状態で、カップ部と軸部とを別体の締結手段を介して連結一体化したことを特徴とする等速自在継手用外側継手部材。
2. 前記締結手段がボルト部材の螺着によるものであることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手用外側継手部材。
3. フェーススプラインの圧力角を０°以上４５°以下に設定した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用外側継手部材。
4. カップ部の底壁に段部付きの軸方向貫通孔を設けるとともに、軸部の基部外端面に軸方向ボルト孔を設け、カップ部の内部から前記貫通孔を介して軸部の軸方向ボルト孔にボルト部材を螺合した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用外側継手部材。
5. 複数種のカップ部と、複数種の軸部とを備え、各カップ部の第１フェーススプラインが共通化されるとともに、各軸部の第２フェーススプラインが共通化され、複数種のカップ部から選択した任意のカップ部と、複数種の軸部から選択した任意の軸部とが組み合わされ、カップ部の第１フェーススプラインと軸部の第２フェーススプラインとを嵌合させた状態で、カップ部と軸部とをボルト部材の螺着にて連結一体化した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用外側継手部材。
6. 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用外側継手部材を用いたことを特徴とする等速自在継手。

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