JP2019138346A

JP2019138346A - 等速自在継手

Info

Publication number: JP2019138346A
Application number: JP2018020678A
Authority: JP
Inventors: 千佳也榛葉; Chikaya Shinba
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2018-02-08
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2019-08-22

Abstract

【課題】等速自在継手のシャフトに想定を超える過大な荷重が加わるようなことがあっても、シャフトが抜け難くする安全対策を講じることにより、シャフト嵌合部の信頼性を高める。【解決手段】内側継手部材２０の軸孔２２にシャフト５０を挿入し、内側継手部材２０とシャフト５０とをスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結した構造を具備し、前記内側継手部材２０の軸孔２２内に位置するシャフト５０の外周面に、弾性的に縮径可能な止め輪６０を装着する環状凹溝５２を設け、このシャフト５０の環状凹溝５２に装着された止め輪６０が拡径して嵌合する係合溝を、前記内側継手部材２０の軸孔２２のシャフト端面側の位置する第１の係合溝２４と、軸方向の途中位置にある少なくとも１つ以上の第２の係合溝２５とによって構成したことを特徴とする。【選択図】図１

Description

この発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用され、例えばドライブシャフトやプロペラシャフトに組み込まれ、シャフトがトルク伝達可能に連結された内側継手部材を備えた等速自在継手、特に、等速自在継手のシャフト抜け防止構造に関するものである。

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類がある。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）に摺動式等速自在継手を、駆動車輪側（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。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はスライドしない。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。

ドライブシャフトを構成するシャフトの両端に設けられた等速自在継手は、図１０に示すように、軸方向に延びる円弧状のトラック溝１１１が球面状内周面の円周方向複数箇所に形成された外側継手部材１１０と、外側継手部材１１０のトラック溝１１１と対をなして軸方向に延びる円弧状のトラック溝１２１が球面状外周面の円周方向複数箇所に形成された内側継手部材１２０と、外側継手部材１１０のトラック溝１１１と内側継手部材１２０のトラック溝１２１との間に介在する複数のトルク伝達部材であるボール１３０と、外側継手部材１１０の球面状内周面と内側継手部材１２０の球面状外周面との間に配されてボール１３０を保持するケージ１４０とで主要部が構成されている。

等速自在継手では、図１１に示すように、内側継手部材１２０の軸孔１２２にシャフト１５０の先端部を挿入することにより、内側継手部材１２０にシャフト１５０をスプライン嵌合によりトルク伝達可能に結合している。シャフト１５０の内側継手部材１２０への組み付けは、図１０に示すように、外側継手部材１１０の内部に、内側継手部材１２０、ボール１３０およびケージ１４０からなる内部部品を組み込んだ後に行われることから、シャフト１５０の抜け止め機構を採用している（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００６−２０７７２１号公報特開２０１６−１７６５１６号公報

このシャフト１５０の抜け止め機構は、次のような構成になっている。なお、説明の都合上、先端側といった場合は、シャフト１５０の先端側、図中左側を、反先端側といった時は、シャフト１５０の先端側と反対側、図中右側を示すものとして説明をする。

図１０に示すように、シャフト１５０の先端側には、外周面にスプライン部１５１が形成されている。このスプライン部１５１の先端側には、弾性的に縮径可能なＣ字形のサークリップ等の止め輪１６０を装着する環状凹溝１５２が形成されている。

この環状凹溝１５２は、シャフト１５０のスプライン部１５１と内側継手部材１２０の軸孔１２２のスプライン部１２３とを合わせて、図１０の矢印Ａに示す方向に、シャフト１５０を内側継手部材１２０の軸孔１２２内に押し込む際に、止め輪１６０が縮径して、シャフト１５０が内側継手部材１２０の軸孔１２２内に挿し込まれるように、縮径した止め輪１６０が干渉しない深さ、すなわち、環状凹溝１５２内に止め輪１６０が凹んで収納される深さに形成されている。

この環状凹溝１５２の軸方向の位置は、内側継手部材１２０の軸孔１２２の長さの範囲内にあればよく、図１０および図１１に示す例では、シャフト１５０を内側継手部材１２０の軸孔１２２への挿入が完了した状態、すなわち、図１１の状態において、内側継手部材１２０の軸孔１２２の先端側の端部に位置している。

環状凹溝１５２内に装着された止め輪１６０は、前記のように、Ｃ字形で一部が切欠かれており、環状凹溝１５２の内径側に縮径して入り込むようになっている。止め輪１６０は、縮径の力が付与されない状態において、図１０に示すように、シャフト１５０の外径（スプライン部１５１を含んだ外径）よりも外径側へ一部が飛び出しており、シャフト１５０を内側継手部材１２０の軸孔１２２に挿し込む際には、シャフト１５０の外径側に飛び出した止め輪１６０を環状凹溝１５２の内径側へ縮径させるようにしている。

内側継手部材１２０の軸孔１２２内面のスプライン部１２３には、シャフト１５０の軸孔１２２への挿入が完了する箇所において、縮径されていた止め輪１６０が弾性により拡径して嵌る係合溝１２４を形成している。

内側継手部材１２０の軸孔１２２内面の係合溝１２４に、シャフト１５０の止め輪１６０が嵌った状態では、図１２の矢印Ｂに示すシャフト１５０に引き抜き方向の力が加わった際に、止め輪１６０が、シャフト１５０の環状凹溝１５２内におけるシャフト１５０の先端側の壁面１５２ａに押されて、内側継手部材１２０の軸孔１２２の係合溝１２４の反先端側の壁面１２４ａに当接することにより、シャフト１５０の抜け止めがなされている。

そして、シャフト１５０に、図１２の矢印Ｂに示す引き抜き方向の力が加わった時に、止め輪１６０が当接する内側継手部材１２０の係合溝１２４における反先端側の壁面１２４ａは、内径側に向かってシャフト１５０の反先端側（シャフト１５０の引き抜き方向側）に傾斜し、止め輪１６０は、軸孔１２２内面の係合溝１２４の壁面１２４ａとシャフト１５０の環状凹溝１５２の壁面１５２ａとの間に、楔角度γで挟まれている。

この楔角度γを大きくすると、シャフト１５０に、図１２の矢印Ｂに示す引き抜き方向の力が加わった時に、止め輪１６０に作用する力Ｆ（縮径方向に向く力）が大きくなり、シャフト１５０が内側継手部材１２０から抜け易くなる。逆に、止め輪１６０が挟まれる楔角度γを小さくすると、止め輪１６０に作用する力Ｆが小さくなり、シャフト１５０が内側継手部材１２０から抜け難くなる。

このような止め輪１６０による抜け止め機構では、シャフト１５０の引き抜き荷重が低く、内側継手部材１２０から簡単に分解できる構造であると、内側継手部材１２０とシャフト１５０とをトルク伝達可能に連結する機能を果たすことが困難となることから、シャフト１５０の引き抜き荷重は、通常の使用では、シャフト１５０が抜けないように設計されている。

このように、止め輪１６０による抜け止め機構では、シャフト１５０の引き抜き荷重が通常の使用では、シャフト１５０が抜けないように設計されているものの、イレギュラーな使われ方で想定を超える過大な荷重が加わるようなことがあると、シャフト１５０が抜け出てしまう恐れがある。

そこで、この発明は、万一、想定を超える過大な荷重が加わるようなことがあっても、シャフトを抜け難くする安全対策を講じることにより、シャフト嵌合部の信頼性を高めることを課題とするものである。

この発明は、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、前記内側継手部材の軸孔にシャフトを挿入し、内側継手部材とシャフトとをスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結した構造を具備し、前記内側継手部材の軸孔内に位置するシャフトの外周面に、弾性的に縮径可能な止め輪を装着する環状凹溝を設け、このシャフトの環状凹溝に装着された止め輪が拡径して嵌合する係合溝を、前記内側継手部材の軸孔の内周面のスプライン部に設けた等速自在継手において、前記係合溝を、前記内側継手部材の軸孔のシャフト端面側に位置する第１の係合溝と、軸方向の途中に位置する少なくとも１つ以上の第２の係合溝とによって構成したことを特徴とする。

また、前記シャフトに引き抜き方向の力が加わった時に、前記止め輪が当接する側の係合溝の当接面が、引き抜き方向に対して直角な面を基準にしてシャフトの引き抜き方向に傾斜する傾斜角θ₁、θ₂を有し、前記内側継手部材の軸孔の軸方向の途中に位置する係合溝の前記当接面と反対側の壁面が、シャフトの引き抜き方向に対して直角な面を基準にしてシャフトの引き抜き方向と反対側に向かって傾斜する傾斜角θ₃を有し、前記係合溝の当接面の傾斜角θ₁、θ₂よりも、前記係合溝の前記当接面と反対側の壁面の傾斜角θ₃を大きくすることにより、軸方向の途中の位置に、止め輪が拡径して嵌合する係合溝を設けても、シャフトを挿入する際に、止め輪が縮径し、シャフトの挿入をスムーズに行うことができる。

この発明は、イレギュラーな使われ方で想定を超える過大な荷重が加わって、内側継手部材の軸孔の先端側の第１の係合溝から止め輪が抜け出したとしても、抜け出した止め輪が、軸方向の途中の位置に設けた第２の係合溝に嵌るので、抜け出し防止効果が高く、シャフト嵌合部の信頼性を高めることができる。

内側継手部材にシャフトを挿入する前の全体構成を示すこの発明の等速自在継手の断面図である。図１の内側継手部材の要部拡大断面図である。図１のシャフトの要部拡大断面図である。内側継手部材にシャフトを挿入して組立てた後の全体構成を示すこの発明の等速自在継手の断面図である。図４に示す組立て状態からシャフトに引き抜き方向の力を加えた状態を示す要部拡大断面図である。図４に示す組立て状態からシャフトに引き抜き方向の力を加えて止め輪が第１の係合溝から抜け出した状態を示す断面図である。図７の要部拡大断面図である。図６の状態から止め輪が第２の係合溝に嵌った状態を示す断面図である。図８の要部拡大断面図である。内側継手部材にシャフトを挿入する前の全体構成を示す従来の等速自在継手の断面図である。内側継手部材にシャフトを挿入して組立てた後の全体構成を示す従来の等速自在継手の断面図である。図１１に示す組立て状態からシャフトに引き抜き方向の力を加えた状態を示す要部拡大断面図である。

以下、この発明の実施の形態を図１〜図９に基づいて説明する。なお、説明の都合上、先端側といった場合は、シャフト５０の先端側、図中左側を、反先端側といった時は、シャフト５０の先端側と反対側、図中右側を示すものとして説明をする。

等速自在継手は、図１に示すように、軸方向に延びる円弧状のトラック溝１１が球面状内周面の円周方向複数箇所に形成された外側継手部材１０と、外側継手部材１０のトラック溝１１と対をなして軸方向に延びる円弧状のトラック溝２１が球面状外周面の円周方向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との間に介在する複数のトルク伝達部材であるボール３０と、外側継手部材１０の球面状内周面と内側継手部材２０の球面状外周面との間に配されてボール３０を保持するケージ４０とで主要部が構成されている。

この実施形態の等速自在継手では、図１に示すように、内側継手部材２０の軸孔２２にシャフト５０の先端部を挿入することにより、内側継手部材２０にシャフト５０をスプライン嵌合によりトルク伝達可能に結合している。そして、シャフト５０の内側継手部材２０への組み付けは、図１に示すように、外側継手部材１０の内部に、内側継手部材２０、ボール３０およびケージ４０からなる内部部品を組み込んだ後に行われることから、シャフト５０の抜け止め機構を採用している。

このシャフト５０の抜け止め機構は、次のとおりである。
図１に示すように、シャフト５０の先端側には、外周面にスプライン部５１が形成されている。このスプライン部５１の先端側の外周面には、弾性的に縮径可能なＣ字形のサークリップ等の止め輪６０を装着する環状凹溝５２が形成されている。

この環状凹溝５２は、シャフト５０のスプライン部５１と内側継手部材２０の軸孔２２の内周面に形成したスプライン部２３とを合わせて、シャフト５０を、図１の矢印Ａに示す方向に、内側継手部材２０の軸孔２２内に押し込む際に、止め輪６０が縮径して、シャフト５０が内側継手部材２０の軸孔２２内に挿し込まれるように、縮径した止め輪６０が干渉しない深さ、すなわち、環状凹溝５２内に止め輪６０が凹んで収納される深さに形成されている（図３参照）。

環状凹溝５２の軸方向の位置は、内側継手部材２０の軸孔２２の長さの範囲内にあればよく、この実施形態では、図４に示すように、内側継手部材２０の軸孔２２へのシャフト５０の挿入が完了した状態で、内側継手部材２０の軸孔２２の先端側の端部に位置している。

環状凹溝５２内に装着された止め輪６０は、前記のように、Ｃ字形で一部が切欠かれており、環状凹溝５２の内径側に縮径して入り込むようになっている（図３参照）。止め輪６０は、縮径の力が付与されない状態においては、図３に示すように、シャフト５０の外径（スプライン部５１を含んだ外径）よりも外径側へ一部が飛び出しており、シャフト５０を内側継手部材２０の軸孔２２（図１参照）に差し込む際には、シャフト５０の外径側に飛び出した止め輪６０を環状凹溝５２の内径側に縮径させるようにしている。

内側継手部材２０の軸孔２２内面のスプライン部２３には、図４に示すように、シャフト５０の軸孔２２への挿入が完了する箇所、すなわち、内側継手部材２０の軸孔２２の先端側の端部に、縮径されていた止め輪６０が弾性により拡径して嵌る第１の係合溝２４が形成されている（図２、図５参照）。

また、内側継手部材２０の軸孔２２の第１の係合溝２４から反先端側に離れた、軸方向の途中位置の軸孔２２内面のスプライン部２３に、第２の係合溝２５が形成されている。

この第２の係合溝２５は、この実施形態では、一つだけ形成しているが、２つ以上形成してもよい。

図４および図５に示すように、内側継手部材２０の軸孔２２内面の第１の係合溝２４に、シャフト５０の止め輪６０が嵌った状態で、図５の矢印Ｂに示すように、シャフト５０に引き抜き方向の力が加わると、止め輪６０が、シャフト５０の環状凹溝５２内におけるシャフト５０の先端側の壁面５２ａに押されて、軸孔２２の第１の係合溝２４における反先端側の壁面２４ａに当接し、シャフト５０の抜け止めがなされている。

そして、シャフト５０に引き抜き方向の力が加わった時に、止め輪６０が当接する内側継手部材２０の第１の係合溝２４における反先端側の壁面２４ａは、内径側に向かってシャフト５０の反先端側（シャフト５０の引き抜き方向側）に傾斜している（図２の傾斜角θ₁）。

図５に示すように、止め輪６０が挟まれる第１の係合溝２４の壁面２４ａとシャフト５０の壁面５２ａとの間の楔角度γを大きくすると、止め輪６０に作用する力Ｆ（縮径方向に向く力）が大きくなり、シャフト５０が内側継手部材２０から抜け易くなる。逆に、止め輪６０が挟まれる楔角度γを小さくすると、止め輪６０に作用する力Ｆが小さくなり、シャフト５０が内側継手部材２０から抜け難くなる。

このため、第１の係合溝２４の楔角度γは、シャフト５０の引き抜き荷重が、通常の使用では、シャフト５０が抜けないように設計されているが、この発明では、イレギュラーな使われ方で想定を超える過大な荷重が加わって、第１の係合溝２４から止め輪６０が、図６および図７に示すように、抜け出したとしても、シャフト５０が内側継手部材２０から抜け出ないように、軸孔２２の第１の係合溝２４から反先端側に離れた、軸方向の途中位置の軸孔２２内面のスプライン部２３に、第２の係合溝２５を設けており、第１の係合溝２４から抜け出した止め輪６０が、図８および図９に示すように、第２の係合溝２５に嵌まって、シャフト５０の抜け出しを防止している。

シャフト５０に引き抜き方向の力が加わった時に、止め輪６０が当接する内側継手部材２０の第２の係合溝２５における反先端側の壁面２５ａは、内径側に向かってシャフト５０の反先端側（シャフト５０の引き抜き方向側）に傾斜している（図２の傾斜角θ₂）。

この実施形態では、第１の係合溝２４の傾斜角θ₁と第２の係合溝２５の傾斜角θ₂とは、図２に示すように同一に設定している。
また、第１の係合溝２４の傾斜角θ₁よりも第２の係合溝２５の傾斜角θ₂を小さくすると、第１の係合溝２４から止め輪６０が抜け出す引き抜き荷重よりも第２の係合溝２５止め輪６０が抜け出す引く抜き荷重の方が大きくなるので、第２の係合溝２５による抜け出し防止効果を高めることができる。

一方、第２の係合溝２５の先端側の壁面２５ｂは、内径側が先端側に向かって傾斜しており、この傾斜角θ₃は、第１の係合溝２４の壁面２４ａの傾斜角θ₁と第２の係合溝２５の壁面２５ａの傾斜角θ₂よりも大きく設定している。

第２の係合溝２５の先端側の壁面２５ｂの傾斜角θ₃を大きくすることにより、図１に示すように、シャフト５０を、内側継手部材２０の軸孔２２に挿入して組立てる際に、第２の係合溝２５に嵌った止め輪６０が第２の係合溝２５から抜け出し易く、組み立てをスムーズに行える。

以上のように、この発明によれば、イレギュラーな使われ方で想定を超える過大な荷重が加わって、第１の係合溝２４から止め輪６０が、図６および図７に示すように、抜け出したとしても、図８および図９に示すように、第１の係合溝２４から抜け出した止め輪６０が、第２の係合溝２５に嵌るので、抜け出し防止効果が高く、シャフト嵌合部の信頼性を高めることができる。

この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、図１では固定式等速自在継手を示したが、アンダーカットフリータイプの等速自在継手であっても、摺動式等速自在継手でもよい。また、摺動式等速自在継手としてはダブルオフセットタイプ、クロスグルーブタイプ、トリポードタイプ（シングルローラタイプ、ダブルローラタイプ）の等速自在継手であってもよい。この発明の要旨を逸脱しない範囲において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、この発明の範囲は、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、および範囲内の全ての変更を含む。

２０：内側継手部材
２２：軸孔
２３：スプライン部
２４：第１の係合溝
２５：第２の係合溝
３０：ボール
５０：シャフト
５１：スプライン部
５２：環状凹溝
６０：止め輪

Claims

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、前記内側継手部材の軸孔にシャフトを挿入し、内側継手部材とシャフトとをスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結した構造を具備し、前記内側継手部材の軸孔内に位置するシャフトの外周面に、弾性的に縮径可能な止め輪を装着する環状凹溝を設け、このシャフトの環状凹溝に装着された止め輪が拡径して嵌合する係合溝を、前記内側継手部材の軸孔の内周面のスプライン部に設けた等速自在継手において、前記係合溝を、前記内側継手部材の軸孔のシャフト端面側に位置する第１の係合溝と、軸方向の途中に位置する少なくとも１つ以上の第２の係合溝とによって構成したことを特徴とする等速自在継手。
前記シャフトに引き抜き方向の力が加わった時に、前記止め輪が当接する側の第１および第２の係合溝の当接面が、引き抜き方向に対して直角な面を基準にしてシャフトの引き抜き方向に傾斜する傾斜角度θ₁、θ₂を有することを特徴とする請求項１記載の等速自在継手。
前記内側継手部材の軸孔の軸方向の途中位置に設けた第２の係合溝の前記当接面と反対側の壁面が、シャフトの引き抜き方向に対して直角な面を基準にしてシャフトの引き抜き方向と反対側に向かって傾斜する傾斜角度θ₃を有することを特徴とする請求項１または２記載の等速自在継手。
前記第１および第２の係合溝の当接面の傾斜角度θ₁、θ₂よりも、前記第２の係合溝の前記当接面と反対側の壁面の傾斜角度θ₃を大きくしたことを特徴とする請求項３記載の等速自在継手。