JP2016041972A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 最大作動角より大きくなることを規制するストッパ構造を持ち、軽量化およびコスト低減を容易に実現する。
【解決手段】 軸方向に延びるトラック溝１１が内周面１２の複数箇所に形成された外側継手部材１０と、軸方向に延びるトラック溝２１が外側継手部材１０のトラック溝１１と対をなして外周面２２の複数箇所に形成された内側継手部材２０と、外側継手部材１０のトラック溝１１と内側継手部材２０のトラック溝２１との間に介在してトルクを伝達する複数のボール３０と、ボール３０を収容するポケット４１が周方向複数箇所に形成され、外側継手部材１０の内周面１２と内側継手部材２０の外周面２２との間に介在してボール３０をポケット４１で保持するケージ４０とを備え、最大作動角より大きくなることを規制するストッパ５０をケージ４０のポケット４１に設ける。
【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使用され、特に自動車リア用ドライブシャフトや自動車用プロペラシャフトに組み込まれる固定式等速自在継手に関する。

自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達する手段として使用される等速自在継手には、固定式等速自在継手と摺動式等速自在継手の二種がある。これら両者の等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結してその二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し得る構造を備えている。

自動車のエンジンから駆動車輪に動力を伝達するドライブシャフトは、エンジンと車輪との相対的位置関係の変化による角度変位と軸方向変位に対応する必要があるため、一般的に、エンジン側（インボード側）に軸方向変位および角度変位の両方を許容する摺動式等速自在継手を、駆動車輪側（アウトボード側）に角度変位のみを許容する固定式等速自在継手をそれぞれ装備し、両者の等速自在継手をシャフトで連結した構造を具備する。

固定式等速自在継手は、軸方向変位を許容できないが大きな作動角（最大作動角４５°以上）を許容することができる点で、主に自動車フロント用ドライブシャフトの駆動車輪側に適用される。一方、この種の等速自在継手は、自動車リア用ドライブシャフトの駆動車輪側や、自動車用プロペラシャフトに適用される場合もある。その場合、自動車フロント用ドライブシャフトに適用される時のように最大作動角を４５°以上とする必要がなく、車両によっても異なるが３０°以下でも十分である。

そのため、自動車リア用ドライブシャフトでは、等速自在継手の軽量化およびコスト低減を目的として、自動車フロント用ドライブシャフトで使用される外側継手部材に対して最大作動角が３０°以下と小さいことから、トラック溝を短くして軸方向寸法を小さくした外側継手部材を自動車リア用ドライブシャフトの駆動車輪側に使用している。

等速自在継手の組み立て時には、最大作動角以上の角度をとり、ボールの組み込みをするため、等速自在継手の組み立て後、その等速自在継手の搬送時や、等速自在継手の車両への組み付け時などのように等速自在継手の取り扱い時、等速自在継手を構成する外側継手部材、内側継手部材、ケージおよびボールがフリーな状態であることから、それら構成部品の自重で等速自在継手が最大作動角を超える状態となる場合がある。その場合、ボールが外側継手部材のトラック溝から外れて脱落することになる。

そこで、等速自在継手の取り扱い時に外側継手部材のトラック溝からボールが外れて脱落することを未然に防止する手段として、最大作動角より大きくなることを規制するストッパを設けた等速自在継手が種々提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開平３−１１３１２４号公報 特開２００１−２８０３５９号公報 特開２００８−２１５４０３号公報

ところで、等速自在継手の取り扱い時に外側継手部材のトラック溝からボールが外れて脱落することを未然に防止する手段として、最大作動角より大きくなることを規制するストッパを設けた特許文献１〜３の等速自在継手は、以下のような構造および課題を持つ。

まず、特許文献１で開示された等速自在継手は、内側継手部材に嵌合されたシャフトの軸端部を外側継手部材の奥側へ延設し、そのシャフトの軸端部を外側継手部材の奥側底部に当接可能としたストッパ構造を具備する。この等速自在継手では、最大作動角をとった時、シャフトの軸端部が外側継手部材の奥側底部と干渉することにより、最大作動角より大きくなることを規制するようにしている。

しかしながら、この特許文献１の等速自在継手の場合、シャフトの軸端部を外側継手部材の奥側へ延設した分、そのシャフトの軸端部が必要以上に長くなる。その結果、シャフトの重量が増加することになり、自動車リア用ドライブシャフトに適用するために外側継手部材のトラック溝を短くしているにも拘わらず、等速自在継手の軽量化およびコスト低減を困難なものにしている。

次に、特許文献２で開示された等速自在継手は、内側継手部材から延びるシャフトの外側継手部材の開口部近傍部位に突起を設け、その突起を外側継手部材の開口端部に当接可能としたストッパ構造を具備する。この等速自在継手では、最大作動角をとった時、シャフトの突起が外側継手部材の開口端部と干渉することにより、最大作動角より大きくなることを規制するようにしている。

しかしながら、この特許文献２の等速自在継手の場合、シャフトに突起を形成するため、そのシャフトを切削加工する前の素材径を大きくする必要がある。その結果、突起を形成するためのシャフトの切削加工が必要であり、また、シャフトの素材に大径のものを用意する必要があることから、等速自在継手のコスト低減を困難なものにしている。

最後に、特許文献３で開示された等速自在継手は、外側継手部材と内側継手部材との間に位置するケージを外側継手部材の開口側へ延設し、そのケージの延設端部の内周をシャフトの外周に当接可能としたストッパ構造を具備する。この等速自在継手では、最大作動角をとった時、シャフトの外周がケージの延設端部の内周と干渉することにより、最大作動角より大きくなることを規制するようにしている。

しかしながら、この特許文献３の等速自在継手の場合、ケージを外側継手部材の開口側へ延設した分、そのケージが必要以上に軸方向に長い特殊な形状となる。その結果、ケージの重量が増加することになり、自動車リア用ドライブシャフトに適用するために外側継手部材のトラック溝を短くしているにも拘わらず、等速自在継手の軽量化およびコスト低減を困難なものにしている。

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、最大作動角より大きくなることを規制するストッパ構造を持ち、軽量化およびコスト低減を容易に実現し得る等速自在継手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、軸方向に延びるトラック溝が内周面複数箇所に形成された外側継手部材と、軸方向に延びるトラック溝が外側継手部材のトラック溝と対をなして外周面複数箇所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、ボールを収容するポケットが周方向複数箇所に形成され、外側継手部材の内周面と内側継手部材の外周面との間に介在してボールをポケットで保持するケージとを備え、最大作動角より大きくなることを規制するストッパをケージのポケットに設けたことを特徴とする。

本発明では、等速自在継手が作動角をとった時に、ケージのポケットに収容されたボールがそのポケット内でケージ周方向に移動する。このように、ケージのポケット内でケージ周方向に移動するボールが当接するストッパをケージのポケットに設けたことにより、そのボールがストッパと干渉することで、等速自在継手の取り扱い時に、最大作動角より大きくなることを規制するようにしている。

本発明におけるストッパは、ポケットの内壁面の周方向対向部位に取り付けられていることが望ましい。このようにすれば、等速自在継手が作動角をとった時に、ケージのポケット内でケージ周方向に移動するボールがポケットの内壁面の周方向対向部位に当接することから、そのポケットの内壁面の周方向対向部位が、ストッパを設ける上で最適位置となる。

本発明におけるストッパは、ボールと当接可能な円盤状突起で構成されていることが望ましい。このようにすれば、ケージのポケット内でのボールの周方向移動を簡易な構造でもって規制することができる。

本発明におけるケージは、自動車リア用外側継手部材と内側継手部材との間に組み込まれていることが望ましい。自動車リア用ドライブシャフトに組み込まれる等速自在継手の場合、その外側継手部材のトラック溝が短いことから、等速自在継手の取り扱い時に最大作動角を超える状態となり易い。そのため、ケージのポケットにストッパを設けることは自動車リア用ドライブシャフトに適用する上で有効である。

本発明によれば、等速自在継手が作動角をとった時に、ケージのポケットに収容されたボールがそのポケット内でケージ周方向に移動することから、ケージのポケット内でケージ周方向に移動するボールが当接するストッパをケージのポケットに設けたことにより、そのボールがストッパと干渉することで、等速自在継手の取り扱い時に、最大作動角より大きくなることを規制することができる。

このように、最大作動角より大きくなることを規制するストッパをケージのポケットに設けたことにより、等速自在継手の軽量化およびコスト低減を図りつつ、等速自在継手の取り扱い時に外側継手部材のトラック溝からボールが外れて脱落することを未然に防止することができる。

本発明の実施形態で、（Ａ）は固定式等速自在継手の全体構成を示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ線に沿う横断面図である。 図１のケージを示す斜視図である。 図２のケージのポケットに取り付けられたストッパを示す斜視図である。 （Ａ）は図１（Ａ）の状態から作動角３０°をとった状態を示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のII−II線に沿う横断面図である。 図４（Ｂ）のＸ部分を示す要部拡大断面図である。 （Ａ）は図１（Ａ）の状態から作動角２０°をとった状態を示す縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のIII−III線に沿う横断面図である。 図６（Ｂ）のＹ部分を示す要部拡大断面図である。

本発明の実施形態を以下に詳述する。以下の実施形態では、固定式等速自在継手の一つであるツェッパ型等速自在継手（ＢＪ）を例示するが、他の固定式等速自在継手としてアンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）にも適用可能である。また、以下の実施形態では、８個ボールの等速自在継手に適用した場合を例示するが、６個ボールの等速自在継手にも適用可能であり、ボールの個数については任意である。

自動車のエンジンから駆動車輪に動力を伝達するドライブシャフトは、エンジンと車輪との相対的位置関係の変化による角度変位と軸方向変位に対応する必要があるため、一般的に、エンジン側（インボード側）に軸方向変位および角度変位の両方を許容する摺動式等速自在継手を、駆動車輪側（アウトボード側）に角度変位のみを許容する固定式等速自在継手をそれぞれ装着し、両者の等速自在継手をシャフトで連結した構造を具備する。

このドライブシャフトに組み込まれる固定式等速自在継手は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、軸方向に延びる円弧状トラック溝１１が球面状内周面１２の円周方向８箇所に等間隔で形成された外側継手部材１０と、その外側継手部材１０のトラック溝１１と対をなして円弧状トラック溝２１が球面状外周面２２の円周方向８箇所に等間隔で形成された内側継手部材２０と、外側継手部材１０のトラック溝１１と内側継手部材２０のトラック溝２１との間に介在してトルクを伝達する８個のボール３０と、外側継手部材１０の球面状内周面１２と内側継手部材２０の球面状外周面２２との間に介在してボール３０を保持するケージ４０とで主要部が構成されている。ケージ４０には、ボール３０を収容するポケット４１が円周方向８箇所に等間隔で形成されている。

以上の構成からなる等速自在継手では、外側継手部材１０と内側継手部材２０との間に作動角が付与されると、ケージ４０に保持されたボール３０は常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、外側継手部材１０と内側継手部材２０との間での等速性が確保される。外側継手部材１０と内側継手部材２０との間では、前述のようにして等速性が確保された状態で回転トルクがボール３０を介して伝達される。

この種の等速自在継手は、主に自動車フロント用ドライブシャフトに適用されるが、自動車リア用ドライブシャフトや自動車用プロペラシャフトに適用される場合もある。自動車リア用ドライブシャフトの場合、最大作動角が３０°以下と小さいことから、自動車フロント用ドライブシャフトで使用される外側継手部材に対してトラック溝を短くして軸方向寸法を小さくした外側継手部材１０を使用している。これにより、等速自在継手の軽量化およびコスト低減を図っている。

ここで、等速自在継手の組み立て時には、最大作動角以上の角度をとり、ボールの組み込みをしている。このような組み立て構造を採用するため、等速自在継手の組み立て後、その等速自在継手の搬送時や、等速自在継手の車両への組み付け時などのように等速自在継手の取り扱い時、等速自在継手を構成する外側継手部材、内側継手部材、ケージおよびボールがフリーな状態であることから、それら構成部品の自重で等速自在継手が最大作動角を超える状態となる場合がある。その場合、ボール３０が外側継手部材１０のトラック溝１１から外れて脱落することから、等速自在継手の取り扱い時に外側継手部材１０のトラック溝１１からボール３０が外れて脱落することを未然に防止する手段として、最大作動角より大きくなることを規制するストッパ５０をケージ４０に設けている。

ストッパ５０は、図３に示すように、所定の厚みを有する円盤状の鋼製部品である。等速自在継手の軽量化を図るためには、強化プラスチック製部品とすることが有効である。ストッパ５０の背面には、ケージ４０への取り付け用軸部５１が設けられている。以上のような材質および形状を有するストッパ５０は、図２に示すように、ケージ４０の各ポケット４１の内壁面の周方向対向部位４２に取り付けられる。このストッパ５０は、ケージ４０のポケット４１に形成された小孔に軸部５１を圧入することによりケージ４０に取り付けられる。なお、ストッパ５０の取り付けは、圧入以外にも接着などの適宜の手段で行ようにしてもよい。以上のようにして、ストッパ５０をケージ４０のポケット４１の内壁面に取り付けることにより、ボール３０と当接可能な円盤状突起を構成する。

以上のようなストッパ構造を具備した等速自在継手の組み立て後、その等速自在継手の搬送時や、等速自在継手の車両への組み付け時などのように等速自在継手の取り扱い時、等速自在継手を構成する外側継手部材、内側継手部材、ケージおよびボールがフリーな状態であることから、それら構成部品の自重で等速自在継手が作動角をとる際には、ストッパ５０が以下の機能を発揮する。

図４（Ａ）（Ｂ）は、等速自在継手が３０°の最大作動角をとった状態を示す。この時、位相角４５°、１３５°、２２５°および３１５°の位置〔図１（Ｂ）参照〕にあるボール３０は、ケージ４０のポケット４１内でケージ周方向に移動する。図５で拡大して示すように、ケージ４０のポケット４１内で移動するボール３０がストッパ５０に当接して干渉することにより、等速自在継手が３０°の最大作動角を超える状態となることを阻止する。その結果、等速自在継手の取り扱い時に外側継手部材１０のトラック溝１１からボール３０が外れて脱落することを未然に防止できる。

このように、ストッパ５０は、ボール３０と当接可能な円盤状突起で構成されていることから、ケージ４０のポケット４１内でのボール３０の周方向移動を簡易な構造でもって規制することができる。また、ストッパ５０は、ボール３０の周方向移動端位置、つまり、ポケット４１の内壁面の周方向対向部位４２に設けられていることにより、ストッパ５０を設ける上で最適位置となっている。なお、ストッパ５０は、ポケット４１内での周方向移動により、ボール３０が当接するに際して変形することがない程度の強度を有すればよい。このストッパ５０は、ボール３０の周方向移動を規制するだけであるため、ボール３０の当接時に荷重がかかることはない。

ここで、等速自在継手が作動角をとる時、ボール３０がポケット４１内でケージ周方向に移動するため、ポケット４１の周方向長さはボール３０の組み込みに必要な寸法に設定する必要がある。一方、前述したように、位相角４５°、１３５°、２２５°および３１５°の位置にあるボール３０がポケット４１内でケージ周方向に移動してストッパ５０に当接することにより、等速自在継手が最大作動角３０°に規制される。このように、等速自在継手が最大作動角３０°をとった時にボール３０がストッパ５０に当接するように、そのストッパ５０の突起寸法Ｌ₁（ポケット４１の内壁面からの突出寸法）（図５参照）が決まる。ポケット４１の内壁面の周方向対向部位４２に設けられたストッパ間寸法が、ポケット４１の周方向最大寸法となる。

以上のように、等速自在継手に要求される最大作動角の大きさに応じて、ケージ４０のポケット４１の周方向最大寸法が決まり、その結果、ストッパ５０の突起寸法が決まる。図６（Ａ）（Ｂ）は、等速自在継手が２０°の最大作動角をとった状態を示す。等速自在継手の最大作動角が２０°の場合には、図７で拡大して示すように、その等速自在継手が最大作動角２０°をとった時にボール３０がストッパ５０に当接する。この時、等速自在継手の最大作動角が３０°の場合よりも、ボール３０の周方向移動量は少なくなり、その分、ストッパ５０の突起寸法Ｌ₂（図７参照）は大きくなる（Ｌ₁＜Ｌ₂）。このように、ストッパ５０の突起寸法を任意に設定することにより、等速自在継手の最大作動角を任意に調整することが可能である。

なお、以上で説明した実施形態では、全てのポケット４１の周方向長さを同一としたケージ４０に対して、それら全てのポケット４１にストッパ５０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、ボール組み込み時に必要な周方向長さを有する長窓状のポケットと、等速自在継手が最大作動角をとる作動時に必要な周方向長さを有する短窓状のポケットとを組み合わせたケージ、つまり、ポケットの周方向長さが異なるケージについても適用可能であり、その場合、長窓状のポケットにストッパを設けるようにすればよい。

また、全てのポケット４１にストッパ５０を設ける必要もなく、８個ボールの場合、最低でも４つのポケット４１（均等に）にストッパ５０を設ければ最大作動角より大きくなることを規制することができ、６個ボールの場合、最低でも３つのポケット４１（均等に）にストッパ５０を設ければ最大作動角より大きくなることを規制することができる。このように全てのポケット４１にストッパ５０を設けない場合、必ずしもポケット４１の内壁面の周方向対向部位に取り付ける必要もなく、一つのポケット４１には一方の周方向内壁面にストッパ５０を設け、他のポケット４１には他方の周方向内壁面にストッパ５０を設け、交互に配置してもよい。

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。

１０ 外側継手部材
１１ トラック溝
１２ 内周面
２０ 内側継手部材
２１ トラック溝
２２ 外周面
３０ ボール
４０ ケージ
４１ ポケット
４２ 周方向対向部位
５０ ストッパ

Claims (4)

1. 軸方向に延びるトラック溝が内周面複数箇所に形成された外側継手部材と、軸方向に延びるトラック溝が前記外側継手部材のトラック溝と対をなして外周面複数箇所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前記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、前記ボールを収容するポケットが周方向複数箇所に形成され、前記外側継手部材の内周面と前記内側継手部材の外周面との間に介在してボールを前記ポケットで保持するケージとを備え、最大作動角より大きくなることを規制するストッパをケージのポケットに設けたことを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記ストッパは、ポケットの内壁面の周方向対向部位に取り付けられている請求項１に記載の固定式等速自在継手。
3. 前記ストッパは、ボールと当接可能な円盤状突起で構成されている請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
4. 前記ケージは、自動車リア用外側継手部材と内側継手部材との間に組み込まれている請求項１〜３のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。

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