JP2019001394A - 摺動式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の仕様に応じて要求される軸方向強度を容易に確保することができ、緩衝機構の設計自由度を高めることができる。
【解決手段】 外側継手部材１１と、その外側継手部材１１との間でボール１３を介して軸方向変位および角度変位を許容しながら回転トルクを伝達する内側継手部材１２とを備え、外側継手部材１１の開口端部２７にシールプレート３６を嵌着した摺動式等速自在継手であって、外側継手部材１１の開口端部２７に、シールプレート３６の軸方向強度を調整する棒材３７をシールプレート３６の軸方向外側に隣接させて配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車や各種産業機械などの動力伝達系に使用され、特に、自動車用プロペラシャフトに組み込まれる摺動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。

４ＷＤ車やＦＲ車などの自動車に組み込まれるプロペラシャフトは、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軸方向変位と角度変位に対応できる構造とするために摺動式等速自在継手を具備する。

プロペラシャフトは、摺動式等速自在継手と鋼製の管状部材との組み合わせで構成され、車両進行方向に対して略平行に車両に取り付けられる。そのため、摺動式等速自在継手では、例えば車両衝突時に生じた軸方向変位を吸収するための緩衝機構を設けるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１で開示された緩衝機構は、外側継手部材の開口端部に断面コ字状のシールプレートを圧入により嵌着した構造を具備する。シールプレートは、外側継手部材の開口端部の内周面に対する摩擦力でもって軸方向荷重に対する強度が保持されている。

シールプレートは、外側継手部材の内部空間に封入された潤滑剤の漏洩を防止するシール機能を有する。また、このシールプレートは、車両衝突時に内側継手部材の軸方向変位により外側継手部材の開口端部から打ち抜かれる。

このように、軸方向荷重を受けたシールプレートが外側継手部材の開口端部から打ち抜かれることにより、車両衝突時に生じた軸方向変位を吸収することで、車体に生じる衝撃を低減させて安全性の向上を図っている。

特許第３９５８６２１号公報

ところで、特許文献１で開示された摺動式等速自在継手は、外側継手部材の開口端部に断面コ字状のシールプレートを圧入により嵌着した緩衝機構を具備する。この緩衝機構では、車両衝突時に内側継手部材の軸方向変位によりシールプレートが外側継手部材の開口端部から打ち抜かれる。

この緩衝機構におけるシールプレートは、外側継手部材の開口端部の内周面に対する摩擦力でもって軸方向荷重に対する強度が保持されている。つまり、シールプレートの肉厚変更によって車両の仕様に応じた軸方向強度を保持する。

このように、断面コ字状のシールプレートを圧入により外側継手部材に組み付け、その外側継手部材に対する摩擦力でもって軸方向強度を保持する構造では、シールプレートの製造可能な肉厚や、外側継手部材へのシールプレートの圧入強度に限界がある。

そのため、必要とする軸方向強度を常に満足させることが困難である。その結果、緩衝機構の設計自由度が低くなって適用範囲が制限される。

そこで、本発明は前述の課題に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、車両の仕様に応じて要求される軸方向強度を容易に確保することができ、緩衝機構の設計自由度を高めることができる摺動式等速自在継手を提供することにある。

本発明の摺動式等速自在継手は、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軸方向変位および角度変位を許容しながら回転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端部にシールプレートを嵌着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、外側継手部材の開口端部に、シールプレートの軸方向強度を調整する補強部材をシールプレートの軸方向外側に隣接させて配置したことを特徴とする。

本発明では、軸方向荷重がシールプレートの圧入強度を上回っても、軸方向荷重を受けるシールプレートを補強部材により支持することができる。この補強部材によるシールプレートの支持により、シールプレートの軸方向強度を調整することで、大きな軸方向強度を確保することができる。

本発明において、補強部材は棒状をなし、外側継手部材の開口端部の内周面に凹部を形成すると共に、補強部材の両端部を凹部に嵌入させた構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、補強部材が単純な形状である棒状をなすことから、コスト低減が図れる。また、棒状をなす補強部材の両端部を外側継手部材の内周面の凹部に嵌入させる簡易な取り付け構造を実現でき、補強部材の組み付け性が向上する。

本発明において、凹部は、外側継手部材の開口端部の全周に亘って形成された環状凹溝であり、環状凹溝の周方向一部に、補強部材の両端部を環状凹溝に軸方向から挿入するための開口部が設けられている構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、環状凹溝の開口部から軸方向に沿って補強部材を挿入した上で、その補強部材を周方向に沿って回動させることにより、環状凹溝に嵌合された補強部材を軸方向に対して係止させることができる。これにより、補強部材の組み付け性がより一層向上する。

本発明によれば、軸方向荷重がシールプレートの圧入強度を上回っても、軸方向荷重を受けるシールプレートを補強部材により支持することができる。この補強部材によるシールプレートの支持により、シールプレートの軸方向強度を調整することで、大きな軸方向強度を確保することができる。

これにより、車両の仕様に応じて要求される軸方向強度を容易に確保することができ、緩衝機構の設計自由度を高めることができる。その結果、製作が容易で信頼性の高い緩衝機構を装備した摺動式等速自在継手を実現することができる。

本発明の実施形態で、摺動式等速自在継手であるダブルオフセット型等速自在継手の全体構成を示す断面図である。 図１の外側継手部材の開口端部を示す側面図である。 本発明の他の実施形態で、外側継手部材の開口端部を示す側面図である。 シールプレートを打ち抜く途中の状態を示す断面図である。 シールプレートを打ち抜いた後の状態の一例を示す断面図である。 シールプレートを打ち抜いた後の状態の他例を示す断面図である。

本発明に係る摺動式等速自在継手の実施形態を図１〜図６に基づいて以下に詳述する。図１は摺動式等速自在継手であるダブルオフセット型等速自在継手の全体構成を示す断面図である。図２は図１の外側継手部材の開口端部を示す側面図である。

以下の実施形態では、例えば、自動車用プロペラシャフトに組み込まれる摺動式等速自在継手の一つであるボールタイプのダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）を例示する。なお、本発明は、他の摺動式等速自在継手としてローラタイプのトリポード型等速自在継手（ＴＪ）にも適用可能である。

自動車に組み込まれるプロペラシャフトは、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軸方向変位と角度変位に対応できる構造とするために摺動式等速自在継手を具備する。プロペラシャフトは、摺動式等速自在継手と鋼製の管状部材との組み合わせで構成され、車両進行方向に対して略平行に車両に取り付けられる。

この実施形態の摺動式等速自在継手（以下、単に等速自在継手と称す）は、図１に示すように、外側継手部材１１と、内側継手部材１２と、トルク伝達部材である複数個のボール１３と、ケージ１４とを備えている。なお、ボール１３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１２の軸孔１５には、シャフト１６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１２から延びるシャフト１６は、止め輪１７により内側継手部材１２に対して抜け止めされている。

内側継手部材１２、ボール１３およびケージ１４は、外側継手部材１１の内部に収容されて内部部品１８を構成する。この内部部品１８は、外側継手部材１１に対して角度変位および軸方向変位可能となっている。

外側継手部材１１は、軸方向に延びる直線状トラック溝１９が円筒状内周面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１２は、外側継手部材１１のトラック溝１９と対をなして直線状トラック溝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１３は、外側継手部材１１のトラック溝１９と内側継手部材１２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１４は、外側継手部材１１の内周面２０と内側継手部材１２の外周面２２との間に配されてボール１３を円周方向等間隔に保持する。

外側継手部材１１の一方の開口端部２３の内周面に環状溝２４を設け、その環状溝２４にサークリップ２５を嵌着した構造としている。この抜け止め機構により、内部部品１８の軸方向変位時、ボール１３がサークリップ２５と干渉することで内部部品１８の一方側の軸方向変位量を規制してスライドオーバーを防止している。

以上の構成からなる等速自在継手では、シャフト１６により外側継手部材１１と内側継手部材１２との間に作動角が付与されると、ケージ１４に保持されたボール１３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１１と内側継手部材１２との間での等速性が確保される。

この等速自在継手では、外側継手部材１１の内部空間に潤滑剤を封入することにより、外側継手部材１１に対してシャフト１６が作動角をとりながら回転する作動時において、継手内部の摺動部位での潤滑性を確保するようにしている。

一方、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ぐ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１１の一方の開口端部２３とシャフト１６との間に設けられたシール機構２６と、外側継手部材１１の他方の開口端部２７にシールプレート３６および棒材３７を装着した緩衝機構２８とを具備する。

シール機構２６は、樹脂製またはゴム製のブーツ２９と金属製のブーツアダプタ３０とからなる。

ブーツ２９は、小径端部３１と大径端部３２を有して中間で折り返した形状をなす。ブーツアダプタ３０は、基端部３３が外側継手部材１１の開口端部２３の外周面に嵌合され外周面に形成された溝部に加締めにより固定されている。

ブーツ２９の大径端部３２は、ブーツアダプタ３０の先端部３４に加締めて保持されている。ブーツ２９の小径端部３１は、シャフト１６の外周面に形成されたブーツ装着部にブーツバンド３５により締め付け固定されている。

緩衝機構２８は、円盤状の金属製部材であるシールプレート３６と、例えば樹脂製の補強部材である棒材３７とからなる。シールプレート３６は、断面コ字状をなす有底筒状部材である。棒材３７は、樹脂以外の材質であってもよく、その断面形状についても、円形や四角形など種々の形状が可能である。

シールプレート３６は、外側継手部材１１の開口端部２７の内周面に形成されたシールプレート装着面２７ａに圧入により嵌着されている。このシールプレート３６は、外側継手部材１１の開口端部２７の内周面に対する摩擦力でもって軸方向荷重に対する強度が保持されている。シールプレート装着面２７ａは、直線状トラック溝１９に隣接されて形成され、焼入れ硬化された後、研磨されている。

棒材３７は、図１および図２に示すように、外側継手部材１１の開口端部２７の内周面に全周に亘って形成された凹部である環状凹溝３８に嵌着されている。棒材３７は、環状凹溝３８によりシールプレート３６の軸方向外側に隣接配置されている。つまり、環状凹溝３８はシールプレート装着面２７ａに隣接して形成され、シールプレート装着面２７ａよりも大径の溝底を有している。この棒材３７は、その材質、断面形状や、その両端部３９が環状凹溝３８に嵌入した引掛かり代でもって軸方向荷重に対する強度が保持されている。なお、環状凹溝３８は、焼入れ硬化状態あるいは未焼入れ状態のいずれであってもよい。

このように、棒材３７が単純な形状であることから、コスト低減が図れる。また、棒材３７の両端部３９を外側継手部材１１の内周面の環状凹溝３８に嵌入させる簡易な取り付け構造を実現でき、棒材３７の組み付け性が向上する。

図２に示す実施形態では、棒材３７を外側継手部材１１の開口端部２７に以下の要領でもって組み付けることができる。つまり、棒材３７の両端部３９を径方向内側に押え込むことにより彎曲するように弾性変形させ、その状態でシールプレート３６の軸方向外側から挿入した上で、押え込み力の開放により棒材３７の両端部３９を環状凹溝３８に嵌め込むことができる。

この実施形態では、組み込み時に棒材３７を弾性変形させる必要があるが、図３に示す実施形態のような構造であれば、組み込み時に棒材３７の弾性変形が不要となる。この構造を採用することにより、棒材３７の外側継手部材１１への組み付け性をより一層向上させることができる。

図３に示す実施形態では、外側継手部材１１の開口端部２７の全周に亘って形成された環状凹溝３８の周方向一部（１８０°対向二箇所）に、棒材３７の両端部３９を環状凹溝３８に軸方向から挿入するための開口部４０が設けられている。つまり、開口部４０は、環状凹溝３８の溝底の径または棒材３７の長さと略同一の溝底を有する直線溝であり、かつ、環状凹溝３８から外側継手部材１１の開口端面に開口するように形成されている。なお、溝幅は、棒材３７よりも大きく形成されている。

この実施形態では、棒材３７を外側継手部材１１の開口端部２７に以下の要領でもって組み付けることができる。つまり、棒材３７の両端部３９を環状凹溝３８の開口部４０に軸方向から挿入して環状凹溝３８内に配置する（図中二点鎖線参照）。その上で、図中矢印で示すように、外側継手部材１１に対して棒材３７を９０°回動させることにより、棒材３７を軸方向に対して係止させることができる（図中実線参照）。

プロペラシャフトに組み込まれた等速自在継手では、図４に示すように、外側継手部材１１の開口端部２７に鋼製の管状部材４１を摩擦溶接やアーク溶接などの接合によって同軸的に連結固定している。この実施形態では、管状部材４１を摩擦溶接によって連結した構造を例示するが、フランジ接合により連結した構造であってもよい。

以上の構成からなる等速自在継手を備えたプロペラシャフトでは、車両衝突時に軸方向荷重が負荷された場合、図４に示すように、内側継手部材１２、ボール１３およびケージ１４からなる内部部品１８が軸方向変位し、内側継手部材１２から突出するシャフト１６の端部が緩衝機構２８のシールプレート３６に当接する。この時、シールプレート３６のシールプレート装着面２７ａに対する摩擦力に加え、シールプレート３６の軸方向外側で棒材３７がシールプレート３６を支持する。これにより、緩衝機構２８の大きな軸方向強度を確保することができる。

この緩衝機構２８では、車両衝突時の軸方向荷重が大きいと、図５および図６に示すように、シャフト１６の端部がシールプレート３６を外側継手部材１１から打ち抜くことになる。このように、シールプレート３６を外側継手部材１１から打ち抜くことにより、車両衝突時の軸方向荷重を緩衝機構２８で吸収する。なお、シールプレート３６が打ち抜かれる際には、ブーツ２９（図１参照）は破断する。

このシールプレート３６の打ち抜き時、図５に示すように、外側継手部材１１の環状凹溝３８に嵌合した棒材３７の両端部３９が変形し、その変形により棒材３７が環状凹溝３８から離脱する。あるいは、図６に示すように、外側継手部材１１の環状凹溝３８に嵌合した棒材３７の両端部３９が破断し、その破断により棒材３７が環状凹溝３８から離脱する。

以上で説明したように、この実施形態の緩衝機構２８では、シールプレート３６の軸方向強度を調整する棒材３７をシールプレート３６の軸方向外側に隣接させて配置した構造となっている。

このような構造を採用したことにより、軸方向荷重がシールプレート３６の圧入強度を上回っても、軸方向荷重を受けるシールプレート３６を棒材３７により支持することができる。この棒材３７によるシールプレート３６の支持により、シールプレート３６の軸方向強度を調整することで、シールプレート３６の肉厚や圧入強度と比較して、大きな軸方向強度を確保することができる。つまり、棒材３７の太さ、形状、材質、および環状凹溝３８に嵌入した引掛かり代などを調整することで、この実施形態の緩衝機構２８は、軸方向強度を調整することができる。

その結果、車両衝突時に軸方向荷重が負荷された場合、車両の仕様に応じて要求されるシールプレート３６の軸方向強度を容易に確保することができ、車両衝突時の軸方向荷重を吸収する緩衝機構２８の設計自由度を高めることが容易となる。

また、この緩衝機構２８では、大きな軸方向強度を確保するため、外側継手部材１１の開口端部２７に従来のようなサークリップを組み付ける必要がない。この実施形態では、サークリップを使用せずに大きな軸方向強度を確保できる点でも、等速自在継手の設計自由度を高めることができる。また、部品点数の削減によりコスト低減が容易である。

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 外側継手部材
１２ 内側継手部材
１３ トルク伝達部材（ボール）
２７ 開口端部
３６ シールプレート
３７ 補強部材（棒材）
３８ 凹部（環状凹溝）
３９ 端部
４０ 開口部

Claims (3)

1. 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軸方向変位および角度変位を許容しながら回転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端部にシールプレートを嵌着した摺動式等速自在継手であって、
   前記外側継手部材の開口端部に、前記シールプレートの軸方向強度を調整する補強部材を前記シールプレートの軸方向外側に隣接させて配置したことを特徴とする摺動式等速自在継手。
2. 前記補強部材は棒状をなし、前記外側継手部材の開口端部の内周面に凹部を形成すると共に、前記補強部材の両端部を前記凹部に嵌入させた請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
3. 前記凹部は、前記外側継手部材の開口端部の全周に亘って形成された環状凹溝であり、前記環状凹溝の周方向一部に、前記補強部材の両端部を環状凹溝に軸方向から挿入するための開口部が設けられている請求項２に記載の摺動式等速自在継手。

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