JP2020067115A - 摺動式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクト化と製造コストの抑制を図りつつ、車両への組み付け時や搬送などの取り扱い時にエンドプレートが外れること未然に防止すると共に、車両の衝突時における緩衝機能を発揮する摺動式等速自在継手を提供すること。【解決手段】 内周面１４にトルク伝達要素３０が係合する複数のトラック溝１２が形成され、このトラック溝１２の軸方向の両端に一方の開口部１６と他方の開口部１１を有する外側継手部材１０に内部構成部材ｍを収容し、外側継手部材１０の一方の開口部１６に可撓性ブーツ６０を装着すると共に他方の開口部１１にエンドプレート９０を装着して開口部１１、１６を密閉した摺動式等速自在継手１において、エンドプレート９０が、他方の開口部１１の内周面１１ａに嵌合されると共に、外側継手部材１０に施した塑性変形による突起部１９で係止されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

この発明は、４ＷＤ車やＦＲ車などの自動車のプロペラシャフト等に使用され、軸方向変位を吸収し得る構造を備えた摺動式等速自在継手に関する。

４ＷＤ車やＦＲ車などの自動車のプロペラシャフトは、トランスミッションとデ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備えている。この摺動式等速自在継手は、トルク伝達要素としてボールを用いたダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）、クロスグルーブ型等速自在継手（ＬＪ）やトルク伝達要素としてローラを用いたトリポード型等速自在継手（ＴＪ）が知られている。

プロペラシャフトに組み込まれるダブルオフセット型等速自在継手は、例えば、特許文献１に記載されている。図９に示すように、ダブルオフセット型等速自在継手１０１は、外側継手部材１１０と、内側継手部材１２０と、外側継手部材１１０および内側継手部材１２０の間に組み込まれた複数のボール１３０と、外側継手部材１１０と内側継手部材１２０との間に介在してボール１３０を保持する保持器１４０とを主な構成とする。

外側継手部材１１０は、その軸線に平行な複数の直線状トラック溝１１２が円筒状内周面１１４に円周方向等間隔で形成された円筒形状を有する。内側継手部材１２０は、外側継手部材１１０のトラック溝１１２対応して軸線に平行な複数の直線状トラック溝１２２が球状外周面１２４に形成されている。外側継手部材１１０のトラック溝１１２と内側継手部材１２０のトラック溝１２２とが協働して形成するボールトラックに、トルクを伝達するボール１３０が１個ずつ組み込まれている。各ボール１３０は、外側継手部材１１０の円筒状内周面１１４と内側継手部材１２０の球状外周面１２４との間に配置された保持器１４０のポケット１４２に収容されている。

保持器１４０には球状外周面１４３と球状内周面１４４が形成されている。球状外周面１４３は外側継手部材１１０の球状内周面１１４に摺動自在に嵌合され、球状内周面１４４は内側継手部材１２０の球状外周面１２４に摺動自在に嵌合されている。球状外周面１４３の曲率中心Ｏ１と球状内周面１４４の曲率中心Ｏ２は、継手中心Ｏに対して互いに反対側に等しい寸法ｆでオフセットされている。これにより、継手が作動角を取ったとき、ボール１３０の中心を含む平面が、外側継手部材１１０と内側継手部材１２０の二軸がなす角度の二等分平面に案内され、二軸間で等速に回転運動が伝達されることになる。

内側継手部材１２０の内周穴１２６には、シャフト１５０がスプライン嵌合され、止め輪１５２により抜け止めされている。内側継手部材１２０から延びるシャフト１５０と外側継手部材１１０の一方の開口端部１１６（図中左側）との間にブーツ１６０が装着され、ブーツ１６０により外部からの異物の侵入や継手内部からのグリースの漏洩を防止するようにしている。

外側継手部材１１０の一方の開口部１１６の内周面に環状溝１１８を設け、環状溝１１８にサークリップ１７０を装着している。これにより、内側継手部材１２０、ボール１３０および保持器１４０からなる内部構成部材ｍの軸方向変位時、ボール１３０がサークリップ１７０と干渉することでボール１３０の軸方向変位量を規制し、外側継手部材１１０のトラック溝１１２に配されたボール１３０が外側継手部材１１０の開口端部１１６から飛び出すスライドオーバーを規制している。

外側継手部材１１０の他方の開口部１１１から延びる中空状の短軸部１１７には、プロペラシャフトを構成する中空状の軸部１８０が摩擦圧接によって同軸的に連結固定されている。外側継手部材１１０の開口部１１１には、その内周面に環状溝１１９を設け、環状溝１１９にサークリップ１７１を嵌着した構造となっており、外部からの異物の侵入や継手内部からのグリースの漏洩を防止するため、エンドプレート１９０が嵌着されている。

上記の構造により、プロペラシャフトの車両への組み付け時や搬送などの取り扱い時に、内部構成部材ｍが軸方向にスライドしても、ボール１３０がサークリップ１７１と干渉することでボール１３０の軸方向変位を規制することができ、内部構成部材ｍとエンドプレート１９０との接触によるエンドプレート１９０の抜け出しを防止することができる。

プロペラシャフトに組み込まれる摺動式等速自在継手では、例えば、車両衝突などにより生じたトランスミッションとデファレンシャル間の相対位置変位による軸方向変位を外側継手部材１１０に対して内部構成部材ｍをその軸方向にスライドオーバーさせて中空状の軸部１８０の内部に入り込ませることにより吸収し、これにより、車体に生じる衝撃を大幅に低減させて安全性の向上を図るようにしている。

特開２００８−２４０８９３号公報

ところが、特許文献１の構造では、外側継手部材１１０の他方の開口部１１１の内周面にサークリップ１７１を嵌着するための環状溝１１９を設ける必要がある。このため、環状溝１１９の加工やサークリップ１７１による部品点数の増加、外側継手部材１１０の軸方向長さの増加により、コンパクト化の妨げや製造コストの増加を招く。

本発明は、上記の問題に鑑みて、コンパクト化と製造コストの抑制を図りつつ、車両への組み付け時や搬送などの取り扱い時にエンドプレートが外れること未然に防止すると共に、車両の衝突時における緩衝機能を発揮する摺動式等速自在継手を提供することを目的とする。

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、内周面にトルク伝達要素が係合する複数のトラック溝が形成され、このトラック溝の軸方向の両端に一方の開口部と他方の開口部を有する外側継手部材に内部構成部材を収容し、前記外側継手部材の前記一方の開口部に可撓性ブーツを装着すると共に前記他方の開口部にエンドプレートを装着して前記開口部を密閉した摺動式等速自在継手において、前記エンドプレートが、前記他方の開口部の内周面に嵌合されると共に、前記外側継手部材に施した塑性変形による突起部で係止されていることを特徴とする。

上記の構成により、コンパクト化と製造コストの抑制を図りつつ、車両への組み付け時や搬送などの取り扱い時にエンドプレートが外れること未然に防止すると共に、車両の衝突時における緩衝機能を発揮する摺動式等速自在継手を実現することができる。

上記の突起部は、エンドプレートの外周面の円周方向に複数形成されていることが望ましい。これにより、突起部の成形加工を容易に行うことができる。

上記の突起部の形態は、エンドプレートの外側継手部材に対する抜け出し力に応じて設定されていることが望ましい。これにより、エンドプレートの外側継手部材に対する必要な抜け出し力を突起部の形状、突出量、周方向寸法、個数などの突起部の形態により容易に設定することができる。

上記の摺動式等速自在継手がダブルオフセット型等速自在継手であることにより、スライド量を比較的に大きく取れると共に使用実績が豊富で性能が安定した摺動式等速自在継手とすることができる。

上記の摺動式等速自在継手を自動車用プロペラシャフトに用いることが望ましい。コンパクト化と製造コストの抑制を図りつつ、車両への組み付け時や搬送などの取り扱い時にエンドプレートが外れること未然に防止すると共に、車両の衝突時における緩衝機能を発揮することができ、自動車用プロペラシャフトとして好適である。

本発明によれば、コンパクト化と製造コストの抑制を図りつつ、車両への組み付け時や搬送などの取り扱い時にエンドプレートが外れること未然に防止すると共に、車両の衝突時における緩衝機能を発揮する摺動式等速自在継手を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る摺動式等速自在継手の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線で矢視した横断面図である。 図１のＢ部における突起部の加工前の状態を示す拡大図である。 図１のＢ部における突起部の加工後の状態を示す拡大図である。 図９の従来の摺動式等速自在継手と図１の摺動式等速自在継手を比較した縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線で矢視した突起部の変形例を示す横断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る摺動式等速自在継手の縦断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る摺動式等速自在継手の縦断面図である。 従来の摺動式等速自在継手の縦断面図である。

本発明の第１の実施形態に係る摺動式等速自在継手を図１〜図６に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る摺動式等速自在継手の縦断面図で、図２は、図１のＡ−Ａ線で矢視した横断面図である。図３は、図１のＢ部における突起部の加工前の状態を示す拡大図で、図４は、図１のＢ部における突起部の加工後の状態を示す拡大図である。図５は、図９の従来の摺動式等速自在継手と図１の摺動式等速自在継手を比較した縦断面図である。図６は、図１のＡ−Ａ線で矢視した突起部の変形例を示す横断面図である。

図１に示すように、本実施形態の摺動式等速自在継手１は、ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）であり、外側継手部材１０と、内側継手部材２０と、外側継手部材１０および内側継手部材２０の間に組み込まれた複数のボール３０と、外側継手部材１０と内側継手部材２０との間に介在してボール３０を保持する保持器４０とを主な構成とする。摺動式等速自在継手１としてダブルオフセット型等速自在継手を例示するが、ダブルオフセット型等速自在継手は、スライド量を比較的に大きく取れると共に使用実績が豊富で性能が安定した摺動式等速自在継手である。

外側継手部材１０は、その軸線に平行な複数の直線状トラック溝１２が円筒状内周面１４に円周方向等間隔で形成された円筒形状を有する。内側継手部材２０は、外側継手部材１０のトラック溝１２対応して軸線に平行な複数の直線状トラック溝２２が球状外周面２４に形成されている。外側継手部材１０のトラック溝１２と内側継手部材２０のトラック溝２２とが協働して形成するボールトラックに、トルクを伝達するボール３０が１個ずつ組み込まれている。各ボール３０は、外側継手部材１０の円筒状内周面１４と内側継手部材２０の球状外周面２４との間に配置された保持器４０のポケット４２に収容されている。

保持器４０には球状外周面４３と球状内周面４４が形成されている。球状外周面４３は外側継手部材１０の球状内周面１４に摺動自在に嵌合され、球状内周面４４は内側継手部材２０の球状外周面２４に摺動自在に嵌合されている。保持器４０の球状外周面４３の曲率中心Ｏ１と球状内周面４４の曲率中心Ｏ２は、継手中心Ｏに対して互いに反対側に等しい寸法ｆでオフセットされている。これにより、継手が作動角を取ったとき、ボール３０の中心を含む平面が、外側継手部材１０と内側継手部材２０の二軸がなす角度の二等分平面に案内され、二軸間で等速に回転運動が伝達されることになる。

内側継手部材２０の内周穴２６には、シャフト５０がスプライン嵌合され、止め輪５２により抜け止めされている。内側継手部材２０から延びるシャフト５０と外側継手部材１０の一方の開口部１６（図中左側）との間に可撓性ブーツ（以下、単にブーツともいう）６０が装着されている。ブーツ６０の大径部は外側継手部材１０の一方の開口部１６の外周にカシメ固定され、小径部はシャフト５０の外周にブーツバンドにより締付け固定されている。ブーツ６０により外部からの異物の侵入や継手内部からのグリースの漏洩を防止するようにしている。

外側継手部材１０の一方の開口部１６の内周面に環状溝１８を設け、環状溝１８にサークリップ７０を装着している。これにより、内側継手部材２０、ボール３０および保持器４０からなる内部構成部材ｍの軸方向変位時、ボール３０がサークリップ７０と干渉することでボール３０の軸方向変位量を規制し、外側継手部材１０のトラック溝１２に配されたボール３０を含む内部構成部材ｍが外側継手部材１０の開口端部１６から飛び出すスライドオーバーを規制している。

外側継手部材１０の他方の開口部１１から延びる中空状の短軸部１７には、プロペラシャフトを構成する中空状の軸部８０が摩擦圧接、アーク溶接などによって同軸的に連結固定されている。本実施形態では、開口部１１の内周面に従来設けられていた環状溝およびこれに嵌着するサークリップは廃止されている。

次に、本実施形態の特徴的な構成を説明する。図１に示すように、外側継手部材１０の他方の開口部１１の内周面に１１ａにエンドプレート９０が嵌合され、このエンドプレート９０は、外側継手部材１０の他方の開口部１１の端面１１ｂに施された塑性変形による突起部１９で係止されている。エンドプレート９０が嵌着されているので、外部からの異物の侵入や継手内部からのグリースの漏洩を防止することができる。

図２に示すように、突起部１９は、エンドプレート１９の外周面の周方向に複数（図２では４個）形成されている。エンドプレート９０は、他方の開口部１１の内周面に１１ａに圧入で嵌合され、突起部１９によって係止されているので、エンドプレート９０の外側継手部材１０に対する必要な抜け出し力が付与できる。これにより、内部構成部材ｍが外側継手部材１０の他方の開口端部１１から抜け出すことを十分に規制することができ、車両への組み付け時や搬送などの取り扱い時に内部構成部材ｍとエンドプレート９０との接触によりエンドプレート９０が外れることを未然に防止することができる。

突起部１９の加工方法を図３、図４に基づいて説明する。図３に示すように、エンドプレート９０を外側継手部材１０の他方の開口部１１の内周面１１ａに圧入する。その後、図４に示すように、端面１１ｂにカシメ工具６１を用いたプレス等によって塑性加工（カシメ加工）する。カシメ工具６１は略円すい形状の先端部を有し、突起部１９は、図２に示すように円形状となり、図４に示すように、エンドプレート９０の外表面の角部が突起部１９で係止される。

本実施形態の摺動式等速自在継手１と図９の従来の摺動式等速自在継手１０１の軸方向寸法ついて図５を参照して説明する。図５の上側に示すように、従来の摺動式等速自在継手１０１は、外側継手部材１１０の他方の開口部１１１の内周面に環状溝１１９、これに嵌着するサークリップ１７１およびエンドプレート１９０が軸方向に設けられている。これに対して、本実施形態の摺動式等速自在継手１の外側継手部材１０では、上記の環状溝１１９、サークリップ１７１が廃止されているので、従来の摺動式等速自在継手１０１の外側継手部材１１０より軸方向寸法Ｌだけ短縮できる。このため、従来品よりコンパクト化できる。また、環状溝の加工やサークリップの部品点数が減り、製造コストを低減することができる。

次に、突起部１９の変形例について図６を参照して説明する。本変形例の突起部１９は略矩形状で、突起部１９の周方向寸法が、図２に示す突起部１９より長く形成されている。突起部１９は周方向に３個形成されている。さらに、これに限られず、突起部の形状、突出量、周方向寸法、個数などの突起部の形態は、適宜設定することができる。

プロペラシャフトに組み込まれる摺動式等速自在継手１では、例えば、車両衝突などにより生じたトランスミッションとデファレンシャル間の相対位置変位による軸方向変位を外側継手部材１０に対して内部構成部材ｍをその軸方向にスライドオーバーさせて中空状の軸部８０の内部に入り込ませることにより吸収し、これにより、車体に生じる衝撃を大幅に低減させて安全性の向上を図る場合がある。この場合には、車両への組み付け時や搬送などの取り扱い時に内部構成部材ｍとエンドプレート９０との接触によりエンドプレート９０が外れることを防止できる突起部１９の抜け耐力（抜け出し力）を設定し、車両衝突などでは、内部構成部材ｍとエンドプレート９０との接触によりエンドプレート９０が外れるように突起部１９の抜け耐力を設定することができる。

本実施形態の摺動式等速自在継手１では、エンドプレート９０の外側継手部材１０に対する抜け出し耐力に応じて、突起部の形状、突出量、周方向寸法、個数などの突起部の形態を設定することができる。このように、エンドプレートの外側継手部材に対する必要な抜け出し力を適宜の突起部の形態により容易に設定することができる。

本発明の第２の実施形態に係る摺動式等速自在継手を図７に基づいて説明する。本実施形態の摺動式等速自在継手１では、外側継手部材１０の他方の開口部１１の端面１１ｂと中空状の軸部８０を直接摩擦圧接した構成が第１の実施形態と異なる。その他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同様の機能を有する部位には同一の符号を付し、第１の実施形態で説明した内容をすべて準用し、異なる点のみ説明する。

図７に示すように、本実施形態における外側継手部材１０では、他方の開口部１１の近傍の外径１０ａを部分的に大きくし肉厚を増加させている。これにより、他方の開口部１１の端面１１ｂのうち突起部１９を設けた部分の半径方向外側に残る端面１１ｂに中空状の軸部８０を直接摩擦圧接している。このため、本実施形態では、外側継手部材１０の軸方向長さを短縮することができる。

本発明の第３の実施形態に係る摺動式等速自在継手を図８に基づいて説明する。本実施形態の摺動式等速自在継手１では、外側継手部材１０の他方の開口部１１の近傍の半径方向外側に取付けフランジ部を設けた構成が第１の実施形態と異なる。その他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同様の機能を有する部位には同一の符号を付し、第１の実施形態で説明した内容をすべて準用し、異なる点のみ説明する。

図８に示すように、本実施形態における外側継手部材１０では、他方の開口部１１の近傍の半径方向外側に取付けフランジ部１０ｂが設けられ、この取付けフランジ部１０ｂに複数のボルト挿通孔１０ｃが設けられている。取付けフランジ部１０ｂに対応して中空状の接続フランジ８２にも取付けフランジ部８２ａが設けられ、この取付けフランジ部８２ａにボルト挿通孔１０ｃに対応してねじ孔８２ｂが設けられている。

外側継手部材１０の他方の開口部１１の端面１１ｂの突起部１９の半径方向外側にインロー凸部１０ｄが形成され、中空状の接続フランジ８２の取付けフランジ部８２ａにインロー凹部８２ｃが形成されている。

本実施形態の摺動式等速自在継手１では、外側継手部材１０のインロー凸部１０ｄと接続フランジ８２のインロー凹部８２ｃを嵌合させて両部材の芯出しを行い、取付けフランジ部１０ｂと取付けフランジ部８２ａを当接させ、ボルト挿通孔１０ｃに挿通したボルト８１をねじ孔８２ｂに螺合させて、摺動式等速自在継手１と接続フランジ８２を締付け固定する。

以上説明した実施形態は、いずれも、エンドプレートが、外側継手部材の他方の開口部の内周面に嵌合されると共に、外側継手部材に施した塑性変形による突起部で係止された構成にしたので、コンパクト化と製造コストの抑制を図りつつ、車両への組み付け時や搬送などの取り扱い時にエンドプレートが外れること未然に防止すると共に、車両の衝突時における緩衝機能を発揮する摺動式等速自在継手を実現することができる。

以上説明した実施形態では、摺動式等速自在継手としてダブルオフセット型等速自在継手を例示したが、これに限られず、トラック溝を有する外側継手部材と、内側継手部材としてのトリポード部材とこのトリポード部材に装着したトルク伝達要素としての３個のローラを外側継手部材のトラック溝に係合させた構成のトリポード型等速自在継手（ＴＪ）や、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が交差し、この交差部に保持器で保持したボールを係合させた構成のクロスグルーブ型等速自在継手（ＬＪ）としてもよい。

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、さらに種々の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。

１ 摺動式等速自在継手
１０ 外側継手部材
１１ 他方の開口部
１１ａ 内周面
１１ｂ 端面
１２ トラック溝
１４ 円筒状内周面
１６ 一方の開口部
１９ 突起部
２０ 内側継手部材
２２ トラック溝
３０ ボール（トルク伝達要素）
４０ 保持器
６０ 可撓性ブーツ
９０ エンドプレート
Ｏ 継手中心
Ｏ１ 曲率中心
Ｏ２ 曲率中心
ｍ 内部構成部材

Claims (5)

1. 内周面にトルク伝達要素が係合する複数のトラック溝が形成され、このトラック溝の軸方向の両端に一方の開口部と他方の開口部を有する外側継手部材に内部構成部材を収容し、前記外側継手部材の前記一方の開口部に可撓性ブーツを装着すると共に前記他方の開口部にエンドプレートを装着して前記開口部を密閉した摺動式等速自在継手において、
   前記エンドプレートが、前記他方の開口部の内周面に嵌合されると共に、前記外側継手部材に施した塑性変形による突起部で係止されていることを特徴とする摺動式等速自在継手。
2. 前記突起部が、前記エンドプレートの外周面の円周方向に複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
3. 前記突起部の形態が、前記エンドプレートの前記外側継手部材に対する抜け出し力に応じて設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の摺動式等速自在継手。
4. 前記摺動式等速自在継手がダブルオフセット型等速自在継手であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
5. 前記摺動式等速自在継手が自動車用プロペラシャフトに用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。

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