JP2017155856A - 等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 大きな作動角をとる状態で、ブーツの筒状端部を強固に接合し、ブーツのシール性を確保する。
【解決手段】 開口部１１を有する外側継手部材１２と、その外側継手部材１２との間でボール１４を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材１３とを備え、外側継手部材１２の開口部１１を閉塞するブーツ２３の端部２４，２５を、外側継手部材１２の外周面と内側継手部材１３から延びるシャフト１７の外周面とに接合した等速自在継手であって、ブーツ２３は、外側継手部材１２の外周面およびシャフト１７の外周面にそれぞれ接合された一対の筒状端部２４，２５と、一方の筒状端部２４と他方の筒状端部２５を繋ぐ伸縮自在な蛇腹部２６とで構成され、シャフト１７の外周面に接合された筒状端部２５の外周面の軸方向中間部位に蛇腹部２６を繋ぐ。
【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、例えば自動車のドライブシャフトやプロペラシャフトにおいて使用され、継手外部からの異物侵入や継手内部からの潤滑剤漏洩を防止するブーツを備えた等速自在継手に関する。

例えば、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。

エンジンから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。そのため、ドライブシャフトは、一般的に、エンジン側（インボード側）に摺動式等速自在継手を、車輪側（アウトボード側）に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。

ここで、固定式等速自在継手は、大きな作動角が取れるが軸方向にスライドしない構造を具備する。一方、摺動式等速自在継手は、軸方向にスライド可能であるが、あまり大きな作動角が取れない構造を具備する。

図７は、従来の固定式等速自在継手を例示する。この種の等速自在継手では、継手内部に封入されたグリース等の潤滑剤の漏洩を防止すると共に継手外部からの異物侵入を防止するため、外側継手部材１１２とシャフト１１７との間にゴム製あるいは樹脂製の蛇腹状ブーツ１２３を装着し、外側継手部材１１２の開口部１１１をブーツ１２３で閉塞した構造が一般的である。

ブーツ１２３は、作動角をとることが可能なように伸縮自在な蛇腹部１２６と、その蛇腹部１２６の両側に一体的に形成された一対の筒状端部１２４，１２５とで構成されている。蛇腹部１２３の一方の側から延びる大径の筒状端部１２４は、外側継手部材１１２の外周面に接合され、蛇腹部１２３の他方の側から延びる小径の筒状端部１２５は、シャフト１１７の外周面に接合されている。

ブーツ１２３の筒状端部１２４と外側継手部材１１２の外周面との接合、およびブーツ１２３の筒状端部１２５とシャフト１１７の外周面との接合は、従来、金属製のブーツバンドによる締め付け固定が一般的であった。

このブーツバンドは、鋼製の帯板状部材であり、ブーツバンドの内径収縮機構を加締めることにより、鋼製の外側継手部材１１２およびシャフト１１７に対してゴム製あるいは樹脂製のブーツ１２３の筒状端部１２４，１２５を締め付け固定するようにしている。

しかしながら、このブーツバンドによる締め付け固定では、専用設備を必要とするだけでなく、ブーツバンドの仮装着や加締め位置の微調整など人手に依存することから、自動化が困難である。そのため、近年では、ブーツバンドを使用せず、ブーツ１２３の筒状端部１２４，１２５を外側継手部材１１２およびシャフト１１７に電磁誘導加熱により接合する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−５２６８８号公報

ところで、従来の等速自在継手では、特許文献１で開示されているように、ブーツ１２３の筒状端部１２４の内周面と外側継手部材１１２の外周面との間、およびブーツ１２３の筒状端部１２５の内周面とシャフト１１７の外周面との間に、電磁誘導加熱による接合部１２９，１３０を形成するようにしている。

このような電磁誘導加熱による接合部１２９，１３０の形成は、ブーツバンドを使用しないことから、部品点数の削減だけでなく、等速自在継手の組み立て工程の自動化が図れ、生産性の向上およびコスト低減に寄与する。

しかしながら、前述したように、固定式等速自在継手では、大きな作動角をとって回転する場合がある。この場合、図８に示すように、シャフト１１７の傾倒に伴い蛇腹部１２６の筒状端部近傍が大きく変形することになる。

このように、ブーツ１２３の蛇腹部１２６の筒状端部近傍がシャフト１１７の傾倒により大きく変形すると、筒状端部１２５の蛇腹部側部位Ｘが捲れる可能性がある。

その結果、大きな作動角をとる状態が繰り返されると、ブーツ１２３の筒状端部１２５に作用する捲り力が増大し、ひいては、ブーツ１２３の筒状端部１２５が接合部１３０で剥がれてブーツ１２３のシール性が低下するおそれがある。

そこで、本発明は前述の改善点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、大きな作動角をとる状態で、ブーツの筒状端部を強固に接合し、ブーツのシール性を確保し得る等速自在継手を提供することにある。

本発明に係る等速自在継手は、開口部を有する外側継手部材と、その外側継手部材との間でトルク伝達部材を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材とを備え、外側継手部材の開口部を閉塞するブーツの端部を、外側継手部材の外周面と内側継手部材から延びる軸部材の外周面とに接合した構造を具備する。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明におけるブーツは、外側継手部材の外周面および軸部材の外周面にそれぞれ接合された一対の筒状端部と、一方の筒状端部と他方の筒状端部を繋ぐ伸縮自在な蛇腹部とで構成され、少なくとも軸部材の外周面に接合された筒状端部の外周面の軸方向中間部位に蛇腹部を繋いだことを特徴とする。

本発明では、ブーツの蛇腹部を筒状端部の外周面の軸方向中間部位に繋いだことにより、大きな作動角をとった状態で、蛇腹部の筒状端部近傍が軸部材傾倒側の反対側（蛇腹部伸長側）で大きく変形しても、筒状端部の軸方向内側部位が蛇腹部の伸長により引張られることを抑制することができる。そのため、筒状端部の軸方向内側部位に捲り力が作用することを回避できる。

その結果、大きな作動角をとる状態が繰り返されても、筒状端部の軸方向内側部位に作用する捲り力を低減でき、その筒状端部が軸部材の外周面から剥がれることを未然に防止できるので、ブーツのシール性を確保することができる。

なお、軸部材の外周面に接合された筒状端部が小径であることから、少なくともその筒状端部の外周面の軸方向中間部位に蛇腹部を繋ぐことが有効である。ただし、外側継手部材の外周面に接合された大径の筒状端部についても、その筒状端部の外周面の軸方向中間部位に蛇腹部を繋ぐようにしてもよい。

本発明において、軸部材の外周面と筒状端部の内周面との間に、電磁誘導加熱による接合部を形成した構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、ブーツバンドを使用しないことから、部品点数の削減だけでなく、等速自在継手の組み立て工程の自動化が図れ、生産性の向上およびコスト低減に寄与する点で有効である。

また、本発明において、筒状端部の蛇腹部の一端が繋がれた部位よりも軸方向内側に位置する軸方向内側部位がブーツの内部に配置され、筒状端部の蛇腹部の一端が繋がれた部位よりも軸方向外側に位置する軸方向外側部位がブーツの外部に配置され、軸方向内側部位の内周面および軸方向外側部位の内周面を電磁誘導加熱による接合部とすることが有効である。

本発明によれば、ブーツの蛇腹部を筒状端部の外周面の軸方向中間部位に繋いだことにより、大きな作動角をとった状態で、蛇腹部の筒状端部近傍が大きく変形しても、筒状端部の軸方向内側部位が蛇腹部の変形により伸縮させられることを抑制することができるので、筒状端部の軸方向内側部位に捲り力が作用することを回避できる。

その結果、大きな作動角をとる状態が繰り返されても、筒状端部の軸方向内側部位に作用する捲り力を低減でき、その筒状端部が軸部材の外周面から剥がれることを未然に防止できるので、ブーツのシール性を確保した長寿命で信頼性の高い等速自在継手を提供できる。

本発明の実施形態で、等速自在継手の全体構成を示す断面図である。 図１の要部拡大断面図である。 図２の状態から作動角をとった状態を示す断面図である。 図２のブーツの筒状端部を電磁誘導加熱により接合する手段の一例を示す断面図である。 図２のブーツの筒状端部を電磁誘導加熱により接合する手段の他例を示す断面図である。 図２のブーツの筒状端部を電磁誘導加熱により接合する手段の他例を示す断面図である。 従来の等速自在継手の全体構成を示す断面図である。 図７の要部拡大断面図である。

本発明に係る等速自在継手の実施形態を図面に基づいて以下に詳述する。

以下の実施形態では、自動車用ドライブシャフトに組み込まれ、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することができる構造を備えた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を例示する。

なお、本発明は、ツェッパ型等速自在継手以外に、アンダーカットフリー型等速自在継手などの他の固定式等速自在継手にも適用可能である。また、自動車用プロペラシャフトに組み込まれるダブルオフセット型およびクロスグルーブ型等速自在継手などの摺動式等速自在継手にも適用可能である。

この実施形態の等速自在継手は、図１に示すように、開口部１１を有する外側継手部材１２、内側継手部材１３、トルク伝達部材である複数個のボール１４、およびケージ１５で主要部が構成されている。ボール１４は、６個、８個あるいはそれ以外であってもよく、その個数は任意である。内側継手部材１３の軸孔１６には、軸部材であるシャフト１７の一端がスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結されている。シャフト１７は、止め輪１８により内側継手部材１３に対して抜け止めされている。

外側継手部材１２は、軸方向に延びる円弧状トラック溝１９が球面状内周面２０の円周方向複数箇所に形成されている。内側継手部材１３は、外側継手部材１２のトラック溝１９と対をなして軸方向に延びる円弧状トラック溝２１が球面状外周面２２の円周方向複数箇所に形成されている。ボール１４は、外側継手部材１２のトラック溝１９と内側継手部材１３のトラック溝２１との間に介在して回転トルクを伝達する。ケージ１５は、外側継手部材１２の内周面２０と内側継手部材１３の外周面２２との間に配されてボール１４を保持する。

以上の構成からなる等速自在継手は、継手内部に封入されたグリース等の潤滑剤の漏洩を防止すると共に継手外部からの異物侵入を防止するため、外側継手部材１２とシャフト１７との間に、樹脂製あるいはゴム製の蛇腹状ブーツ２３を装着した構造を具備する。このブーツ２３により、外側継手部材１２の開口部１１を閉塞している。

この等速自在継手では、外側継手部材１２の内部空間に潤滑剤を封入することにより、継手作動時において、継手内部の摺動部位、つまり、外側継手部材１２に対して、内側継手部材１３、ボール１４およびケージ１５で構成される内部部品の摺動部位での潤滑性を確保するようにしている。

ブーツ２３は、外側継手部材１２の開口部１１の外周面に接合された大径の筒状端部２４と、内側継手部材１３から延びるシャフト１７の外周面に接合された小径の筒状端部２５と、一方の筒状端部２４と他方の筒状端部２５とを繋ぎ、大径の筒状端部２４から小径の筒状端部２５へ向けて縮径した伸縮自在な蛇腹部２６とで構成されている。

前述した構成からなるブーツ２３において、大径の筒状端部２４は、蛇腹部２６の一端を軸方向に一体的に延在させることにより形成されている。一方、小径の筒状端部２５は、その外周面の軸方向中間部位に蛇腹部２６の一端を一体的に繋ぐことにより形成されている。

つまり、この実施形態では、小径の筒状端部２５において、蛇腹部２６の一端が繋がれた部位よりも軸方向内側（図示左側）に位置する軸方向内側部位２７がブーツ２３の内部に配置され、蛇腹部２６の一端が繋がれた部位よりも軸方向外側（図示右側）に位置する軸方向外側部位２８がブーツ２３の外部に配置されている（図２参照）。

以上の構成からなるブーツ２３では、大径の筒状端部２４を電磁誘導加熱により外側継手部材１２の開口部１１の外周面に接合すると共に、小径の筒状端部２５を電磁誘導加熱によりシャフト１７の外周面に接合する。つまり、筒状端部２４の内周面と外側継手部材１２の外周面との間、および筒状部材２５の内周面とシャフト１７の外周面との間に、電磁誘導加熱による接合部２９，３０を形成している。

このように、電磁誘導加熱による接合部２９，３０を形成したことにより、ブーツバンドを使用することなく、ブーツ２３を外側継手部材１２およびシャフト１７に装着することができる。その結果、部品点数の削減だけでなく、等速自在継手の組み立て工程の自動化が図れ、生産性の向上およびコスト低減に寄与する。

ここで、固定式等速自在継手では、大きな作動角をとって回転する場合がある。図２に示す作動角０°の状態から、図３に示すように、大きな作動角をとった状態では、シャフト１７の傾倒に伴い蛇腹部２６の筒状端部近傍が大きく変形することになる。

この実施形態では、ブーツ２３の蛇腹部２６を小径の筒状端部２５の外周面の軸方向中間部位に繋いだことにより、シャフト１７が大きな作動角をとった状態（図３参照）で、ブーツ２３の蛇腹部２６の筒状端部近傍が大きく変形しても、筒状端部２５の軸方向内側部位２７が蛇腹部２６の変形により伸縮させられることを抑制することができる。そのため、筒状端部２５の軸方向内側部位２７に捲り力が作用することを抑制できる。

その結果、大きな作動角をとる状態が繰り返されても、筒状端部２５の軸方向内側部位２７に作用する捲り力を低減することができ、その筒状端部２５がシャフト１７の外周面剥がれることを未然に防止できるので、ブーツ２３のシール性を確保することができる。

一方、ブーツ２３における小径の筒状端部２５を電磁誘導加熱によりシャフト１７の外周面に接合するには、図４〜図６に示すように、以下の要領でもって実現される。まず、ブーツ２３の筒状端部２５をシャフト１７の外周面に外嵌する。

この状態で、図４〜図６に示すように、ブーツ２３の筒状端部２５の外周に電磁誘導加熱コイル３１（以下、単にコイルと称す）を配置する。このコイル３１の通電に基づく高周波での電磁誘導加熱により、ブーツ２３の筒状端部２５を介してシャフト１７の外周面のみを間接的に加熱する。

電磁誘導加熱は、被加熱物に発生する誘導電流を利用した自己発熱により、導電性材料からなる物質のみを加熱し、非導電性材料からなる物質は加熱されることがない方法である。この電磁誘導加熱では、急速加熱、表面加熱が可能であり、その加熱温度は、発振周波数と高周波電流、コイル３１と被加熱物との距離（クリアランス）により適宜設定可能である。

このような高周波での電磁誘導加熱により、導電性材料（機械構造用炭素鋼）からなる被加熱物であるシャフト１７の外周面のみが加熱され、非導電性材料（樹脂材）からなるブーツ２３の筒状端部２５は加熱されることがない。

シャフト１７の材質は、機械構造用炭素鋼以外でも、電磁誘導加熱が可能な金属であればよい。ブーツ２３の材質は、熱可塑性ポリエステル系エラストマーが好ましい。これは、ブーツ２３として必要な耐熱性、耐久性および屈曲強度を備えている上に、分解温度が４００〜５００℃程度であり、電磁誘導加熱で得られ易い温度帯である。

この電磁誘導加熱により、シャフト１７の外周面は、鉄損（過電流損とヒステリシス損の和）により発熱し、その熱でシャフト１７の外周面に接しているブーツ２３の筒状端部２５の境界部が分解温度以上に急速に加熱して分解され、泡が発生する。

これにより、泡の周辺部分の高温の融液とシャフト１７の外周面に高温および高圧の条件が発生して、図４〜図６に示すように、シャフト１７の外周面とブーツ２３の筒状端部２５の内周面との間に接合部３０が形成される。

ここで、前述した加熱方法である電磁誘導加熱では、高周波電流が流れているコイル３１にシャフト１７が接触すると、コイル３１が破損することになる。そのため、コイル３１の破損を未然に防止するため、図４に示すように、コイル３１とシャフト１７との間に一定のクリアランス（隙間）を設ける必要がある。

なお、図５に示すように、コイル３１の内周面をブーツ２３の蛇腹部２６の筒状端部近傍に当接させることにより、コイル３１とシャフト１７との間に一定のクリアランスを設けるようにしてもよい。このようにすれば、一定のクリアランスを確保することが容易となる。

また、図６に示すように、内周に絶縁体部３２を一体的に設けたコイル３１を使用することにより、コイル３１とシャフト１７との間に一定のクリアランスを設けるようにしてもよい。このようにすれば、一定のクリアランスを確保することがより一層容易となる。

図６の場合、ブーツ２３の筒状端部２５およびコイル３１の絶縁体部３２の肉厚が一定であるため、コイル３１の内周面とシャフト１７の外周面とのクリアランスを周方向で均一に保持することができる。その結果、ブーツ２３の筒状端部２５とシャフト１７との接触力を周方向で均一にすることができ、良好な接合状態を確保することができる。

以上の実施形態では、ブーツ２３における小径の筒状端部２５について説明したが、本発明は、ブーツ２３における大径の筒状端部２４にも適用可能である。つまり、大径の筒状端部２４の外周面の軸方向中間部位に蛇腹部２６を繋ぎ、その大径の筒状端部２４を外側継手部材１２の開口部１１の外周面に電磁誘導加熱により接合するようにしてもよい。

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。

１１ 開口部
１２ 外側継手部材
１３ 内側継手部材
１４ トルク伝達部材（ボール）
１７ 軸部材（シャフト）
２３ ブーツ
２４ 端部（大径の筒状端部）
２５ 端部（小径の筒状端部）
２６ 蛇腹部
２７ 軸方向内側部位
２８ 軸方向外側部位
２９，３０ 接合部

Claims (3)

1. 開口部を有する外側継手部材と、前記外側継手部材との間でトルク伝達部材を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材とを備え、前記外側継手部材の開口部を閉塞するブーツの端部を、前記外側継手部材の外周面と前記内側継手部材から延びる軸部材の外周面とに接合した等速自在継手であって、
   前記ブーツは、外側継手部材の外周面および軸部材の外周面にそれぞれ接合された一対の筒状端部と、一方の筒状端部と他方の筒状端部を繋ぐ伸縮自在な蛇腹部とで構成され、少なくとも軸部材の外周面に接合された筒状端部の外周面の軸方向中間部位に蛇腹部を繋いだことを特徴とする等速自在継手。
2. 前記軸部材の外周面と前記筒状端部の内周面との間に、電磁誘導加熱による接合部を形成した請求項１に記載の等速自在継手。
3. 前記筒状端部の前記蛇腹部の一端が繋がれた部位よりも軸方向内側に位置する軸方向内側部位が前記ブーツの内部に配置され、前記筒状端部の前記蛇腹部の一端が繋がれた部位よりも軸方向外側に位置する軸方向外側部位が前記ブーツの外部に配置され、前記軸方向内側部位の内周面および前記軸方向外側部位の内周面が電磁誘導加熱による接合部である請求項２に記載の等速自在継手。

Images