JP2018017369A - 等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 作動角をとった状態でブーツの接合部の強度を確保し、ブーツの耐久性およびシール性を向上させる。【解決手段】 開口部１１を有するカップ状の外側継手部材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の外周面とにブーツ２３の大径端部２４および小径端部２５を接合した等速自在継手であって、ブーツ２３の大径端部２４の外周面にリブ３０を設け、ブーツ２３の大径端部２４の内周面と、外側継手部材１２の開口部１１の外周面との間に電磁誘導加熱による接合部２７を形成する。【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、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、外側継手部材とシャフトとの間にゴム製あるいは樹脂製の蛇腹状ブーツを装着した構造が一般的である。

ブーツは、作動角をとることが可能なように伸縮自在な蛇腹部と、その蛇腹部の両側に一体的に形成された筒状の大径端部および小径端部とで構成されている。蛇腹部の一方の側から延びる大径端部は、外側継手部材の開口部の外周面に接合され、蛇腹部の他方の側から延びる小径端部は、シャフトの外周面に接合されている。

ブーツの大径端部と外側継手部材の開口部の外周面との接合、およびブーツの小径端部とシャフト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。つまり、ブーツバンドをブーツの大径端部および小径端部に装着し、そのブーツバンドを加締めることにより、ブーツの大径端部を外側継手部材の開口部の外周面に締め付け固定し、ブーツの小径端部をシャフトの外周面に締め付け固定している。

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、自動化および簡素化が困難である。

そのため、近年では、ブーツバンドを使用せず、ブーツの大径端部および小径端部を外側継手部材の開口部の外周面およびシャフトの外周面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、ブーツの大径端部の内周面と外側継手部材の開口部の外周面との間、およびブーツの小径端部の内周面とシャフトの外周面との間に、電磁誘導加熱による接合部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および簡素化が図れ、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、電磁誘導加熱によるブーツの接合部は、等速自在継手が作動角をとって回転する際にブーツの変形により大きな力を受けることになる。このような大きな力がブーツの接合部に作用すると、その接合部が変形し易くなり、接合部に剥がれが生じ易くなる。その結果、ブーツの耐久性および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、作動角をとった状態でブーツの接合部の強度を確保し、ブーツの耐久性およびシール性を向上させ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、開口部を有するカップ状の外側継手部材と、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ブーツの端部を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、本発明は、ブーツの少なくとも一方の端部の外周面にリブを設け、ブーツの少なくとも一方の端部の内周面と、外側継手部材の開口部の外周面あるいは軸部材の外周面との間に、電磁誘導加熱による接合部を形成したことを特徴とする。

本発明では、電磁誘導加熱による接合部を形成したことにより、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および簡素化が図れ、生産性の向上およびコスト低減に寄与する。

しかも、ブーツの端部の外周面にリブを設けたことにより、ブーツの端部での剛性を高めることができる。この剛性アップにより、作動角をとった状態でブーツの接合部が大きな力が受けても、その接合部が変形し難くなり、接合部に剥がれが生じ難くなる。その結果、ブーツの耐久性およびシール性の向上が図れる。

本発明におけるリブは、軸方向に延びる形状をなし、ブーツの端部の外周面の円周方向複数箇所に形成されている構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、ブーツの端部での軸方向の剛性を高めることができる。作動角をとった状態で受ける軸方向力に対して、ブーツの接合部が軸方向に変形し難くなり、その接合部に剥がれが生じ難くなって、接合部の強度を確保することが容易となる。

本発明におけるリブは、軸方向に沿って連続的あるいは非連続的に形成されている構造が望ましい。

軸方向に連続的に延びるリブの場合、ブーツの端部（接合部）の軸方向の剛性を高めることが容易となる。一方、軸方向に非連続的に延びるリブの場合、リブ形成に伴ってブーツの端部の内周面に凹みが発生することで生じる可能性のあるシール性低下を抑制できるので、ブーツの接合部の強度を確保することが容易となる。

本発明によれば、ブーツの端部の外周面にリブを設けたことにより、ブーツの端部での剛性を高めることができる。この剛性アップにより、作動角をとった状態でブーツの接合部が大きな力を受けても、その接合部が変形し難くなり、接合部に剥がれが生じ難くなる。その結果、ブーツの耐久性およびシール性の向上が図れ、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のブーツを示す斜視図である。 図１のブーツの大径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３のＰ−Ｐ線に沿う断面図である。 本発明の他の実施形態で、等速自在継手の全体構成を示す断面図である。 図５のブーツを示す斜視図である。 図５のブーツの小径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７のＱ−Ｑ線に沿う断面図である。 ブーツの別の実施形態を示す斜視図である。 ブーツの別の実施形態を示す斜視図である。

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や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。

この実施形態の固定式等速自在継手（以下、単に等速自在継手と称す）は、図１に示すように、開口部１１を有するカップ状の外側継手部材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。

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。この内側継手部材１３から延びるシャフト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等間隔で形成されている。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等間隔で形成されている。

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。なお、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。

以上の構成からなる等速自在継手では、外側継手部材１２の内部空間にグリース等の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からな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。

この等速自在継手は、継手内部に封入された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の開口部１１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。

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筒状の大径端部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筒状の小径端部２５と、大径端部２４と小径端部２５とを繋ぎ、大径端部２４から小径端部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。

この等速自在継手では、ブーツ２３の大径端部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、ブーツ２３の小径端部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、大径端部２４の内周面と外側継手部材１２の開口部１１の外周面との間、および小径端部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２７，２８を形成している。

このように、電磁誘導加熱による接合部２７，２８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の開口部１１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および簡素化が図れ、生産性の向上およびコスト低減に寄与する。

ここで、電磁誘導加熱によるブーツ２３の接合部２７，２８は、等速自在継手が作動角をとって回転する際にブーツ２３の変形により大きな力を受けることになる。

そこで、図１に示す実施形態の等速自在継手では、ブーツ２３の大径端部２４の外周面のみにリブ３０を設けている。この実施形態のブーツ２３においては、図２に示すように、軸方向に連続的に延びるリブ３０を大径端部２４の外周面の円周方向複数箇所に等間隔で形成している。

このように、ブーツ２３の大径端部２４の外周面にリブ３０を設けたことにより、ブーツ２３の大径端部２４で軸方向の剛性を高めることができる。この剛性アップにより、等速自在継手が作動角をとった状態でブーツ２３の接合部２７が大きな力を受けても、その接合部２７が変形し難くなり、接合部２７に剥がれが生じ難くなる。その結果、ブーツ２３の大径端部２４の耐久性およびシール性の向上が図れる。

ブーツ２３の大径端部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には、図３および図４に示すように、以下の要領でもって行う。なお、ブーツ２３の小径端部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要領についても同様である。

ブーツ２３の大径端部２４を外側継手部材１２の開口部１１の外周面に外嵌すると共に、その小径端部２５をシャフト１７の外周面に外嵌する。ここで、大径端部２４の内径を外側継手部材１２の開口部１１の外径よりも若干小さく設定する。また、小径端部２５の内径をシャフト１７の外径よりも若干小さく設定する。

このようにして締め代を設けることにより、ブーツ２３と外側継手部材１２の開口部１１およびシャフト１７との密着度を上げることで、電磁誘導加熱によりブーツ２３の接合部２７，２８を形成することが容易となる。

この状態で、ブーツ２３の大径端部２４および小径端部２５の外周に電磁誘導加熱コイル３２，３３（以下、単にコイルと称す）を配置する。この実施形態のコイル３２，３３は、リング状をなす非分割タイプのもので、ブーツ２３の大径端部２４および小径端部２５との間に隙間を有する非接触式である。

以上の実施形態では、ブーツ２３の大径端部２４の外周面のみにリブ３０を設けた場合について説明したが、図５に示すように、ブーツ２３の小径端部２５の外周面のみにリブ３１を設けてもよい。この実施形態のブーツ２３においては、図６に示すように、軸方向に連続的に延びるリブ３１を小径端部２５の外周面の円周方向複数箇所に等間隔で形成している。

このように、ブーツ２３の小径端部２５の外周面にリブ３１を設けたことにより、ブーツ２３の小径端部２５での軸方向の剛性を高めることができる。この剛性アップにより、等速自在継手が作動角をとった状態でブーツ２３の接合部２８が大きな力が受けても、その接合部２８が変形し難くなり、接合部２８に剥がれが生じ難くなる。その結果、ブーツ２３の小径端部２５の耐久性およびシール性の向上が図れる。

ブーツ２３の小径端部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７および図８に示すように、以下の要領でもって行う。なお、ブーツ２３の大径端部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要領についても同様である。

ブーツ２３の大径端部２４を外側継手部材１２の開口部１１の外周面に外嵌すると共に、ブーツ２３の小径端部２５をシャフト１７の外周面に外嵌する。この時、前述した実施形態の場合と同様、外側継手部材１２の開口部１１の外径およびシャフト１７の外径に対して、ブーツ２３の大径端部２４および小径端部２５の内径を所定の寸法に設定することにより締め代を設ける。

このような締め代を設けることにより、ブーツ２３と外側継手部材１２の開口部１１およびシャフト１７との密着度を上げることで、電磁誘導加熱によりブーツ２３の接合部２７，２８を形成することが容易となる。

この状態で、ブーツ２３の大径端部２４および小径端部２５の外周にコイル３４，３５を配置する。この実施形態のコイル３４，３５は、リング状をなす二分割（縦半割）タイプのもので、小径端部２５のリブ３１および大径端部２４の外周面と密着する接触式である。

ここで、ブーツ２３の大径端部２４および小径端部２５の外径をコイル３４，３５の内径よりも若干大きく設定する。このようにして締め代を設けることにより、ブーツ２３とコイル３４，３５との密着度を上げることで、電磁誘導加熱によりブーツ２３の接合部２７，２８を形成することが容易となる。なお、ブーツ２３の小径端部２５にリブ３１を設けることで、そのリブ３１の変形により締め代を上げることが容易となり、密着度をより一層上げることができる。

以上の各実施形態では、コイル３２〜３５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の大径端部２４および小径端部２５を介して外側継手部材１２の開口部１１の外周面およびシャフト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３２〜３５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外側継手部材１２の開口部１１の外周面およびシャフト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の大径端部２４および小径端部２５は加熱されることがない。

外側継手部材１２およびシャフト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、外側継手部材１２およびシャフト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、その熱で外側継手部材１２およびシャフト１７の外周面に接しているブーツ２３の大径端部２４および小径端部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外側継手部材１２およびシャフト１７の外周面に高温および高圧の条件が発生して、外側継手部材１２およびシャフト１７の外周面とブーツ２３の大径端部２４および小径端部２５の内周面との間に接合部２７，２８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、一般的に、高周波電流が流れているコイル３２〜３５に被加熱物が接触すると、コイル３２〜３５が破損することになる。そのため、コイル３２〜３５の破損を未然に防止するため、コイル３２〜３５と被加熱物との間に一定のクリアランス（隙間）を設ける必要がある。

この実施形態では、コイル３２〜３５と被加熱物である外側継手部材１２の開口部１１およびシャフト１７との間にブーツ２３の大径端部２４および小径端部２５が存在するため、このブーツ２３の大径端部２４および小径端部２５が前述のクリアランス（隙間）の機能を発揮する。このブーツ２３は非導電性材料からなるため、コイル３２〜３５と接触してもコイル３２〜３５が破損することはない。

また、ブーツ２３の大径端部２４および小径端部２５の肉厚が一定であるため、コイル３２〜３５の内周面と外側継手部材１２の開口部１１の外周面およびシャフト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の大径端部２４および小径端部２５と外側継手部材１２の開口部１１およびシャフト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。

以上の各実施形態では、ブーツ２３の大径端部２４のみあるいは小径端部２５のみにリブ３０，３１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９に示すように、ブーツ２３の大径端部２４および小径端部２５の両方にリブ３０，３１を設けるようにしてもよい。また、リブ３０，３１を軸方向に延びるものについて説明したが、軸方向に対し傾斜した方向に延びる形状、湾曲した形状、へリングボーンのような形状であってもよい。

また、以上の各実施形態では、軸方向に連続的に延びるリブ３０，３１を設けた場合について説明したが、図１０に示すように、軸方向に非連続的に延びるリブ３０ａ，３０ｂを設けるようにしてもよい。同図は、軸方向に沿って二段に設けたリブ３０ａ，３０ｂをブーツ２３の大径端部２４に設けた構造を例示するが、小径端部２５に設けたリブ３１についても軸方向に沿って二段に設けてもよい。

ここで、ブーツ２３は、ブロー成形により製作される特性上、ブーツ２３の内周面には、リブ３０，３１と対応する箇所に凹みが発生する可能性がある。このブーツ２３の内周面に大きな凹みが発生した場合、その凹みによりブーツ２３の接合部２７，２８の強度が低下するおそれがある。

そこで、前述したように、リブ３０ａ，３０ｂを軸方向に非連続的に延びる形状とすることにより、ブーツ２３の内周面に発生する凹みをリブ３０ａ，３０ｂの非連続部位で発生しないようにすることができる。これにより、ブーツ２３の接合部２７の剛性が低下することを抑制しながら、ブーツ２３のシール性を確保することができる。また、リブ３０ａ，３０ｂは周方向に位相が異なったものでもよく、例えば千鳥のように周方向にリブ３０ａ，３０ｂが交互に配置されてもよい。また、リブ３０ａ，３０ｂの両方が同数である必要はなく、他方が一方の半数などでもよい。

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（大径端部）
２５ 端部（小径端部）
２７，２８ 接合部
３０，３１ リブ

Claims (4)

1. 開口部を有するカップ状の外側継手部材と、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ブーツの端部を接合した等速自在継手であって、
   前記ブーツの少なくとも一方の端部の外周面にリブを設け、ブーツの少なくとも一方の端部の内周面と、前記外側継手部材の開口部の外周面あるいは軸部材の外周面との間に、電磁誘導加熱による接合部を形成したことを特徴とする等速自在継手。
2. 前記リブは、軸方向に延びる形状をなし、ブーツの端部の外周面の円周方向複数箇所に形成されている請求項１に記載の等速自在継手。
3. 前記リブは、軸方向に沿って連続的に形成されている請求項１又は２に記載の等速自在継手。
4. 前記リブは、軸方向に沿って非連続的に形成されている請求項１又は２に記載の等速自在継手。

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