JP2020051463A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 等速自在継手の取り扱い時にボールが外側継手部材から脱落することを防止すると共に、等速自在継手の軽量化およびコスト低減を図る。【解決手段】 カップ状の外側継手部材１１と、その外側継手部材１１に収容された内側継手部材１２と、外側継手部材１１のトラック溝１６と内側継手部材１２のトラック溝１８との間に介在して回転トルクを伝達するボール１３とを備えた固定式等速自在継手であって、ボール１３と干渉可能な突起２３を外側継手部材１１のトラック溝１６の開口端部に塑性変形でもって一体的に形成する。【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。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、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エンジン側（インボード側）に、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手を車輪側（アウトボード側）に装備し、両者の等速自在継手をシャフトで連結している。

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車輪側に適用される。

一方、固定式等速自在継手は、自動車リア用ドライブシャフトの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、自動車フロント用のように最大作動角を４５°以上とする必要がなく、自動車リア用で最大作動角が３０°以下、プロペラシャフト用で最大作動角が１０°以下である。

自動車リア用ドライブシャフトでは、最大作動角が３０°以下と小さいことから、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よりも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使用している。

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った状態で、ボールを組み込むようにしている。シャフトの組み付け後は、シャフトと外側継手部材とがボール組み込み角度より低い角度で干渉するため、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を防止している。

しかしながら、軸方向寸法が小さい外側継手部材を持つ自動車リア用ドライブシャフトに使用される等速自在継手では、作動角を大きくとると、シャフトが外側継手部材と干渉する前にボールが脱落する角度を超える状態となり、ボールが外側継手部材のトラック溝から外れて脱落してしまう。

そこで、等速自在継手の取り扱い時、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２００８−２１５４０４号公報

ところで、等速自在継手の取り扱い時、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。

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端部を延在させ、そのシャフトの延在部を外側継手部材の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、外側継手部材に対してシャフトが最大作動角より大きな作動角をとった時、シャフトの延在部が外側継手部材の底部と干渉することにより、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を未然に防止している。

しかしながら、この特許文献１の等速自在継手の場合、シャフトの端部が必要以上に長くなり、その分、シャフトの重量増加を招くことになる。このシャフトの重量増加により、等速自在継手の軽量化が困難となる。

特許文献２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、外側継手部材に対してシャフトが最大作動角より大きな作動角をとった時、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、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を未然に防止している。

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、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。このように、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が必要であることから、切削加工費や材料費の面で、等速自在継手のコスト低減が困難となる。

特許文献３で開示された等速自在継手は、保持器の端部に係止部材を取り付け、その係止部材が内側継手部材の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、外側継手部材に対してシャフトが最大作動角より大きな作動角をとった時に、保持器の係止部材が内側継手部材の端部と干渉することにより、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を未然に防止している。

しかしながら、この特許文献３の等速自在継手の場合、等速自在継手の構成部品とは別体の係止部材が必要である。その結果、等速自在継手の部品点数が増加し、等速自在継手のコストアップを招くことになる。

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、等速自在継手の取り扱い時、ボールが外側継手部材から脱落することを防止すると共に、軽量化およびコスト低減を容易に図り得る固定式等速自在継手を提供することにある。

本発明に係る固定式等速自在継手は、カップ状の外側継手部材と、その外側継手部材に収容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回転トルクを伝達するボールとを備えている。

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、ボールと干渉可能な突起を外側継手部材のトラック溝の開口端部に一体的に形成したことを特徴とする。

本発明では、ボールと干渉可能な突起を外側継手部材のトラック溝の開口端部に一体的に形成したことにより、等速自在継手の取り扱い時、ボールの組み込み角度より小さな角度で、ボールが外側継手部材のトラック溝開口端部の突起と干渉する。これにより、ボールが外側継手部材から外れて脱落することを未然に防止できる。

このように、突起は、等速自在継手の取り扱い時、ボールと干渉するストッパ機能を発揮する。一方、継手使用時の最大作動角以下の作動角では、突起がボールと干渉することはない。これにより、車体などに組み付けられた等速自在継手が必要とする作動角をとることが可能となる。

以上のように、ボールと干渉可能な突起を外側継手部材に一体的に形成するため、従来のように、シャフトの端部を延在させる必要がないので、等速自在継手の軽量化が図れる。また、シャフトに突起を設ける必要がないので、シャフトの素材径を小さくすることができ、等速自在継手のコスト低減が図れる。さらに、等速自在継手の構成部品とは別の部材を必要としないので、部品点数の削減が図れる。

本発明における突起は、外側継手部材のトラック溝の開口端部を塑性変形させることにより形成された構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、突起を外側継手部材に一体的に形成する製作を簡易に行うことができる。

本発明における突起は、外側継手部材のトラック溝の開口端部の溝底対応部位を径方向内側へ膨出させることによりボールと干渉可能な構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、外側継手部材のトラック溝を転動するボールが突起で係止されることにより、突起がボールと干渉するストッパ機能を容易に発揮させることができる。

本発明によれば、等速自在継手の取り扱い時、ボールの組み込み角度よりも小さい角度で、ボールが外側継手部材のトラック溝開口端部の突起と干渉することにより、ボールが外側継手部材から外れて脱落することを未然に防止できる。

このように、外側継手部材のトラック溝を転動するボールとそのトラック溝の開口端部の突起との干渉によるストッパ構造により、等速自在継手の軽量化、コスト低減および部品点数の削減が図れる。

本発明の実施形態で、作動角が０°の状態にある固定式等速自在継手の全体構成を示す断面図である。 図１のＰ−Ｐ線に沿う断面図である。 図１の要部拡大断面図である。 図３の固定式等速自在継手をＸ方向から見た矢視図である。 図１の固定式等速自在継手が作動角をとってストッパ構造により角度規制された状態を示す断面図である。 図５の要部拡大断面図である。

本発明に係る固定式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。

自動車の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、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手を車輪側（アウトボード側）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エンジン側（インボード側）にそれぞれ装着し、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。

以下の実施形態では、例えば、自動車リア用ドライブシャフトに組み込まれる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。

この実施形態のツェッパ型等速自在継手（以下、単に等速自在継手と称す）は、図１および図２に示すように、カップ状の外側継手部材１１と、内側継手部材１２と、複数のボール１３と、ケージ１４とを備え、内側継手部材１２から延びて外側継手部材１１の開口部から突出するシャフト１５が結合されている。

外側継手部材１１は、軸方向に延びる円弧状トラック溝１６が球面状内周面１７の円周方向複数箇所に等間隔で形成されている。また、内側継手部材１２は、外側継手部材１１のトラック溝１６と対をなして円弧状トラック溝１８が球面状外周面１９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１６と内側継手部材１２のトラック溝１８との間に介在して回転トルクを伝達する。ボール１３は、６個、８個あるいはそれ以外でもよく、その個数は任意である。ケージ１４は、外側継手部材１１の内周面１７と内側継手部材１２の外周面１９との間に配されてボール１３をポケット２０で保持する。

シャフト１５は、内側継手部材１２の軸孔２１に圧入されて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。このシャフト１５は、止め輪２２により内側継手部材１２に対して抜け止めされている。

以上の構成からなる等速自在継手では、シャフト１５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る。

これにより、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。外側継手部材１１と内側継手部材１２との間では、等速性が確保された状態で回転トルクがボール１３を介して伝達される。

ここで、自動車フロント用ドライブシャフトで使用される等速自在継手が４７°まで作動角をとれるのに対して、自動車リア用ドライブシャフトで使用される等速自在継手は、最大作動角が３０°以下と小さい。

リア用の等速自在継手では、作動角３０°〜４７°間のトラック溝が不要となるため、外側継手部材１１、内側継手部材１２のトラック溝１６，１８をフロント用より短くし、外側継手部材１１、内側継手部材１２の軸方向寸法を短縮することができる。

外側継手部材１１、内側継手部材１２の軸方向寸法が小さくなると、ボール１３の組み込み角度も小さくすることができ、ケージ１４のポケット長さも短くすることができるため、ケージ１４の負荷容量が上がる。

また、使用する最大作動角が小さくなれば、各ボール１３に働く荷重値の変動が小さくなり、ピーク荷重が低下する。従って、等速自在継手のトルク負荷容量が上がった分、ボールＰＣＤを小さくし、径方向へのコンパクト化が可能となる。

ボール１３の個数を８個とすれば（図２参照）、６個の場合と比べて、ボール１個にかかる荷重が小さくなるため、ボール径を小さくすることができ、外側継手部材１１、内側継手部材１２のトラック溝１６，１８を浅くすることができる。

このように、リア用ドライブシャフトで使用される等速自在継手では、内側継手部材１２の軸方向寸法を小さくし、ボール１３の個数を８個とすることで、内側継手部材１２の両端部のトラック溝底部の肉厚を厚くできるため、スプラインのＰＣＤを大きくし、スプライン嵌合部のトルク負荷容量を上げることができる。

一方、リア用ドライブシャフトで使用され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った状態で、ケージ１４のポケット２０が外側継手部材１１から見える位置にしてボール１３の組み込みが行われる。

ここで、ボール１３の組み込み後、等速自在継手の搬送時や車体への組み付け時などの取り扱い時、内側継手部材１２、ボール１３およびケージ１４からなる内部部品がフリーな状態となる。この状態では、継手使用時の最大作動角が３０°以下であっても、内部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。

このように、等速自在継手の取り扱い時、その等速自在継手が最大作動角を超える状態となってボール１３が外側継手部材１１のトラック溝１６から外れて脱落することを未然に防止する手段として、この実施形態では、以下のストッパ構造を採用している。

この実施形態のリア用等速自在継手は、図３および図４に示すように、ボール１３と干渉可能な突起２３を外側継手部材１１のトラック溝１６の開口端部に一体的に形成した構造を具備する。この突起２３は、外側継手部材１１のトラック溝１６の開口端部を塑性変形させることにより形成されている。

つまり、外側継手部材１１のトラック溝１６の開口端部の溝底対応部位を圧潰する。この圧潰により、その溝底対応部位に窪み２４が形成されると共に、その窪み２４の余肉が径方向内側へ膨出する。このような塑性変形により、トラック溝１６の開口端部の溝底対応部位が径方向内側へ膨出するように突起２３が形成される。

突起２３は、この実施形態のように、トラック溝１６の開口端部の溝底対応部位の一部分のみに形成すればよいが、トラック溝１６の開口端部の全周に亘って形成してもよい。また、突起２３は、外側継手部材１１の全てのトラック溝１６に形成する必要はなく、例えば外側継手部材１１のトラック溝１６の一つ置きに形成すればよい。

以上のストッパ構造を有する等速自在継手では、その搬送時や車体への組み付け時などの取り扱い時、図５および図６に示すように、継手使用時の最大作動角より大きな角度で、かつ、ボール１３の組み込み角度より小さな角度で、外側継手部材１１のトラック溝１６を転動するボール１３がトラック溝１６の開口端部の突起２３と干渉する。

このようにして、突起２３は、ボール１３との干渉により、ボール１３が脱落する角度より小さな角度にシャフト１５を規制するストッパ機能を発揮する。その結果、等速自在継手の取り扱い時にボール１３が外側継手部材１１のトラック溝１６から外れて脱落することを未然に防止できる。

また、突起２３がボール１３と干渉する角度は、継手使用時の最大作動角よりも大きな角度であることから、等速自在継手の取り扱い後、車体に組み付けられた等速自在継手が必要とする作動角をとることが可能である。

以上のように、ボール１３と干渉可能な突起２３を外側継手部材１１に一体的に形成するため、従来のように、シャフトの端部を延在させる必要がないので、等速自在継手の軽量化が図れる。また、シャフトに突起を設ける必要がないので、シャフトの素材径を小さくすることができ、等速自在継手のコスト低減が図れる。さらに、等速自在継手の構成部品とは別の部材を必要としないので、部品点数の削減が図れる。

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 ボール
１６ トラック溝
２３ 突起

Claims (3)

1. カップ状の外側継手部材と、前記外側継手部材に収容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回転トルクを伝達するボールとを備えた固定式等速自在継手であって、
   前記ボールと干渉可能な突起を前記外側継手部材のトラック溝の開口端部に一体的に形成したことを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記突起は、前記外側継手部材のトラック溝の開口端部を塑性変形させることにより形成されている請求項１に記載の固定式等速自在継手。
3. 前記突起は、前記外側継手部材のトラック溝の開口端部の溝底対応部位を径方向内側へ膨出させることにより前記ボールと干渉可能とした請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。

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