JP2020148283A - 等速自在継手用外側継手部材 - Google Patents

Abstract

【課題】等速自在継手の電食を効果的に防止し得る外側継手部材を低コストに提供する。【解決手段】内径面に複数の案内溝２１が設けられたカップ部５と、他部材をトルク伝達可能に連結するための連結要素２３が設けられた軸部６とを備えた外側継手部材４において、カップ部５および軸部６を金属材料で一体に形成し、連結要素２３を絶縁被膜Ｃで被覆する。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、自動車や各種産業機械などの動力伝達系に組み込んで使用され、駆動側と従動側の二軸間で回転動力を等速で伝達する等速自在継手の外側継手部材に関する。

周知のように、等速自在継手は、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手と、角度変位および軸方向変位を許容する摺動式等速自在継手とに大別される。等速自在継手は、固定式であるか摺動式であるかに関わらず、カップ部および軸部を有し、カップ部の内径面に複数の案内溝が設けられた外側継手部材と、上記カップ部の内周に収容される内側継手部材やトルク伝達部材などの継手内部部品とを主要な構成部材として備える。

ところで、自動車や各種産業機械には多くの電気機器が装着されており、電源（バッテリー）や電気系統などから漏洩した電流が等速自在継手に流れ込んでくる可能性がある。例えば、図７に模式的に示すような電気自動車１００、すなわち、バッテリー１０１から供給される電流Ｅによってモータ１０２が駆動され、その回転動力を受けて動力伝達装置としてのドライブシャフト１０３、さらには駆動輪（前輪）１０４が回転駆動される電気自動車１００において、バッテリー１０１から供給される電流Ｅの一部がモータ１０２から漏洩すると、その漏洩電流Ｅ’は、図８に示すように、図示外の他部材（例えば、差動装置のサイドギヤ）を介してドライブシャフト１０３を構成する摺動式等速自在継手（図示例はトリポード型等速自在継手）１１０の外側継手部材１１１に流れ込み、以降、トルク伝達部材としてのローラ１１２→内側継手部材としてのトリポード部材１１３→中間シャフト１１５→固定式等速自在継手１２０の内側継手部材１２３→トルク伝達部材としてのボール１２２→外側継手部材１２１の順に流れていく。

また、図示は省略するが、例えば駆動輪に制動力を付与するためのブレーキに電動ブレーキが装着された自動車において、電動ブレーキに供給される電流の一部が漏洩すると、その漏洩電流が上記とは逆の経路を辿ってドライブシャフト内を流れるおそれがある。

上記のようにしてドライブシャフト内を漏洩電流（以下、単に「電流」という）が流れた場合には、例えば、外側継手部材と他部材との接触部や、外側継手部材（および内側継手部材）とトルク伝達部材との接触部等で発生するスパークによって電食が生じ、等速自在継手（ドライブシャフト）の耐久寿命が著しく低下するおそれがある。近年、自動車の電動化が急速に進展し、等速自在継手に電流が流れ込む可能性が増していることから、等速自在継手に適切な電食防止対策を講じることが急務となっている。

そこで、本発明者らは、等速自在継手のうち、継手外部からの電流の入力対象である外側継手部材で電流の流通を阻止するようにすれば、等速自在継手の電食を防止する上で有効であると考えた。なお、電流が外側継手部材を流通するのを阻止するための技術手段としては、例えば下記の特許文献１に開示されたものが公知である。すなわち、特許文献１には、外側継手部材に設けられる案内溝の表面を、絶縁材料としてのセラミックス材料で形成（案内溝をセラミックス被膜で被覆）することが記載されている。

実開平６−２８３５１号公報

しかしながら、等速自在継手の運転時（外側継手部材と内側継手部材の間でのトルク伝達時）、トルク伝達部材と案内溝の表面は点接触となり、高い面圧が作用する。また、運転時にトルクは繰り返し負荷されるため、案内溝を被覆するセラミックス被膜は損傷・剥離等し易く、等速自在継手の電食を適切に防止することができない可能性がある。

上記の実情に鑑み、本発明の主な目的は、等速自在継手全体の電食を効果的に防止し得る外側継手部材を実現し、もって等速自在継手の耐久性および信頼性向上に寄与することにある。

上記の目的を達成するために創案された本願の第１発明は、内径面にトルク伝達部材の転動を案内する案内溝が複数設けられたカップ部と、カップ部の底部から軸方向外向きに延びた軸部とを備え、軸部に、他部材をトルク伝達可能に連結するための連結要素が設けられた等速自在継手用外側継手部材において、カップ部および軸部を金属材料で一体に形成し、連結要素を絶縁被膜で被覆したことを特徴とする。なお、ここでいう「連結要素」としては、軸方向に延びる凸部（歯）と凹部（歯底）が周方向に交互に形成されたスプラインやセレーションを挙げることができる。後述する本願の第２発明においても同様である。

上記のように、連結要素を絶縁被膜で被覆しておけば、他部材から外側継手部材への電流の入力を阻止することができる。これにより、外側継手部材からトルク伝達部材への電流伝達、さらにはトルク伝達部材から内側継手部材への電流伝達も当然に阻止することができるので、外側継手部材を含む等速自在継手全体の電食を効果的に防止することができる。なお、等速自在継手の運転時、連結要素には他部材から回転動力（トルク）が入力されるが、そのときの連結要素と他部材との接触は面接触となり、各部に作用する面圧は、外側継手部材と内側継手部材の間でのトルク伝達時に案内溝に作用する点接触による面圧ほど高くはならない。これにより、連結要素の変形量は、外側継手部材または内側継手部材の案内溝より大きくならないため、連結要素を被覆した絶縁被膜が剥離・損傷等する可能性は低い。このため、電流入力阻止機能を長期間に亘って安定的に維持することができる。また、上記の電食防止効果を享受可能とする絶縁被膜は、カップ部および軸部を一体に有する金属製の母材（外側継手部材）のうち、軸部に設けられる連結要素を被覆するように形成すれば足りるので、外側継手部材全体をセラミックス材料で形成するような電食防止対策を講じる場合に比べれば、電食防止対策を講じることによるコスト増を大幅に抑えることができる。

また、上記の目的を達成するために創案された本願の第２発明は、内径面にトルク伝達部材の転動を案内する案内溝が複数設けられたカップ部と、カップ部の底部から軸方向外向きに延びた軸部とを備え、軸部に、他部材をトルク伝達可能に連結するための連結要素が設けられた等速自在継手用外側継手部材において、絶縁材料で形成され、連結要素を有する軸状の第１部材と、金属材料で形成され、カップ部の筒状部を有する第２部材とが一体回転可能に連結されていることを特徴とする。なお、「カップ部の筒状部」とは、内径面に案内溝が設けられた部位である。

上記のように、連結要素を有する軸状の第１部材を絶縁材料で形成しておけば、他部材から外側継手部材への電流の入力を阻止することができる。これにより、外側継手部材からトルク伝達部材への電流伝達、さらにはトルク伝達部材から内側継手部材への電流伝達も当然に阻止することができるので、外側継手部材を含む等速自在継手全体の電食を効果的に防止することができる。また、外側継手部材を構成するカップ部の筒状部は、金属製の第２部材で構成されている関係上、上記の電食防止効果を享受可能とする第１部材は、外側継手部材の一部を構成するに過ぎないので、外側継手部材全体をセラミックス材料で形成するといった電食防止対策を講じる場合に比べ、電食防止対策を講じることによるコスト増を大幅に抑えることができる。

上記構成において、第１部材と第２部材を一体回転可能に連結するための技術手段としては、例えば、第２部材に非真円形状の孔部を設けると共に、第１部材に上記孔部に対して嵌合される非真円形状の嵌合部を設けることが考えられる。

第２発明に係る外側継手部材には、第１部材に設けた嵌合部の外径面および第２部材に設けた孔部の内壁面と軸方向で係合する係合部材をさらに設けることができる。このようにすれば、第１部材と第２部材の軸方向の相対移動を規制することができるので、等速自在継手の運転時等に外側継手部材に軸方向荷重が作用しても、第１部材と第２部材が分離する可能性を効果的に低減することができる。

以上で説明した本願の第１および第２発明は、摺動式等速自在継手の外側継手部材および固定式等速自在継手の外側継手部材の何れにも適用することができる。

以上から、本発明によれば、比較的低コストでありながら、等速自在継手の電食を効果的に防止し得る外側継手部材を実現することができる。これにより、耐久性および信頼性に富む等速自在継手を低コストに提供することが可能となる。

ドライブシャフトの一例を示す断面図である。 （ａ）図は、本願の第１発明の一実施形態に係る外側継手部材の正面図、（ｂ）図は、同外側継手部材の縦断面図である。 第１発明の他の実施形態に係る外側継手部材の縦断面図である。 本願の第２発明の一実施形態に係る外側継手部材の縦断面図である。 図４に示す外側継手部材の分解斜視図である。 第２発明の他の実施形態に係る外側継手部材の縦断面図である。 電気自動車の概略図である。 従来のドライブシャフトに電流（漏洩電流）が流れる様子を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態を図面（図１〜図６）に基づいて説明する。

図１に、動力伝達装置の一種であるドライブシャフト１の一例を示す。このドライブシャフト１は、エンジンや電動モータ等の回転駆動源から出力される回転動力（トルク）を駆動輪に伝達するものであり、インボード側（図１の紙面右側）に配置される摺動式等速自在継手３と、アウトボード側（図１の紙面左側）に配置される固定式等速自在継手１０と、両等速自在継手３，１０をトルク伝達可能に連結する中間シャフト２とを備える。

図１に示す摺動式等速自在継手３はいわゆるトリポード型であり、カップ部５および軸部６を有する外側継手部材４と、カップ部５の内周に収容された内側継手部材としてのトリポード部材８と、トルク伝達部材としてのローラ７とを備える。トリポード部材８には径方向に延びる脚軸が周方向等間隔で３本設けられており、各脚軸の外周にローラ７が１個ずつ回転自在に嵌合されている。

図１に示す固定式等速自在継手１０はいわゆるバーフィールド型であり、カップ部１２および軸部１３を有する外側継手部材１１と、カップ部１２の内周に収容された内側継手部材１４と、カップ部１２と内側継手部材１４の間に複数個配置されたトルク伝達部材としてのボール１５と、カップ部１２の内径面と内側継手部材１４の外径面の間に配置され、ボール１５を保持する保持器１６とを備える。この固定式等速自在継手１０には、アンダーカットフリー型等、他の形式の固定式等速自在継手が用いられる場合もある。

中間シャフト２のインボード側およびアウトボード側の端部外周面には雄スプラインがそれぞれ設けられている。インボード側の雄スプライン（図示せず）は、摺動式等速自在継手３のトリポード部材８の孔部に設けられた雌スプライン（図示せず）に嵌合され、アウトボード側の雄スプラインは、固定式等速自在継手１０の内側継手部材１４の孔部に設けられた雌スプラインに嵌合されている。係る構成により、トリポード部材８と中間シャフト２の間、および中間シャフト２と内側継手部材１４の間でトルクが伝達される。

両等速自在継手３，１０の内部にはグリース等の潤滑剤が封入されている。潤滑剤の外部漏洩や継手外部からの異物侵入を防止するため、摺動式等速自在継手３の外側継手部材４と中間シャフト２の間、および固定式等速自在継手１０の外側継手部材１１と中間シャフト２の間には、筒状のブーツ９，１７がそれぞれ装着されている。

以下、本願の第１発明を適用した外側継手部材、ここでは、摺動式等速自在継手（トリポード型等速自在継手）３の外側継手部材４について詳細に説明する。

第１発明の一実施形態に係る外側継手部材４は、図２（ｂ）に示すように、有底筒状のカップ部５と、カップ部５の底部から軸方向外向きに延びた中実の軸部６とを備え、カップ部５および軸部６は金属材料で一体に形成されている。上記金属材料としては、加工性や焼入性が良好な炭素含有量０．２０〜０．６０質量％の鋼材（浸炭鋼、中炭素鋼、合金鋼など）が好ましく使用される。すなわち、外側継手部材４は、上記の金属材料からなる棒材に鍛造等の塑性加工や切削等の機械加工を施すことによって完成品形状を有する素形材を得る素形材作製工程、特に高い機械的強度や硬度が必要とされる部位（カップ部５の内径面や軸部６の外径面）に焼入れ硬化処理等を施す熱処理工程、さらには後述する絶縁被膜Ｃを形成する表面処理工程を順に経ることによって得られる。

軸部６の自由端側の外径面には、図示しない他部材（例えば、差動装置のサイドギヤ）をトルク伝達可能に連結するための連結要素（ここでは雄スプライン）２３が形成されている。

図２（ａ）に示すように、カップ部５の内径面には、ローラ７の転動を案内するための案内溝２１が周方向に離間した三箇所に形成されている。各案内溝２１は、互いに対向する一対のローラ案内面２２，２２を有し、ローラ案内面２２，２２も含めて軸方向に延びた直線状に形成されている。本実施形態のカップ部５は、断面非真円形状、より具体的には、大径部と小径部とを周方向で交互に三つずつ配して構成される花冠状とされ、各大径部の内径面で案内溝２１の溝底面が構成されている。

外側継手部材４は、連結要素２３を被覆する絶縁被膜Ｃをさらに有する。本実施形態では、絶縁被膜Ｃを、軸部６の外表面のうち、連結要素２３の自由端側の端部から軸部６の肩面（大径部の端面）に至って連続的に設けている。絶縁被膜Ｃは、例えば、絶縁性に富むセラミックス粉末（セラミックスの微粒子）を軸部６に対して噴射する、といった表面処理を施すことにより形成することができる。このようにすれば、セラミックス粒子の集合体からなる絶縁被膜（実質的にセラミックスのみからなる絶縁被膜）Ｃを得ることができるので、高い絶縁性を確保することができる。なお、絶縁被膜Ｃは、上記以外の方法、例えば、セラミックス粉末を分散させた溶媒を軸部６に塗布・乾燥することによって形成することもできる。

上記のように、連結要素２３を絶縁被膜Ｃで被覆しておけば、他部材から外側継手部材４への電流の入力を阻止することができる。これにより、外側継手部材４からローラ７（図１参照）への電流伝達、さらにはローラ７からトリポード部材８（図１参照）への電流伝達も当然に阻止することができるので、外側継手部材４を含む等速自在継手３全体の電食を効果的に防止することができる。等速自在継手３の運転時、連結要素２３には他部材から回転動力（トルク）が入力されるが、そのときに他部材と面接触する連結要素２３の各部の変形量は、外側継手部材４とトリポード部材８の間でのトルク伝達時に点接触する案内溝２１ほど大きくはならないため、連結要素２３を被覆した絶縁被膜Ｃが剥離・損傷等する可能性は低い。このため、電流入力阻止機能を長期間に亘って安定的に維持することができる。

その一方、上記の電食防止効果を享受可能とする絶縁被膜Ｃは、カップ部５および軸部６を一体に有する金属製の母材（外側継手部材４）のうち、軸部６に設けられる連結要素２３を被覆するように形成すれば足りるので、例えば外側継手部材全体をセラミックス材料で形成するといった電食防止対策を講じる場合に比べ、電食防止対策を講じることによるコスト増を大幅に抑えることができる。従って、上記の外側継手部材４は、比較的低コストでありながら、等速自在継手３の電食を効果的に防止することができる。

以上で説明した本願の第１発明は、図３に示すような外側継手部材４、すなわち、カップ部５と一体に設けられる軸部６が中空状をなし、連結要素２３が軸部６の内径面（中空部の内壁面）に設けられる外側継手部材４にも同様に適用することができる。

次に、本願の第２発明の実施形態に係る外側継手部材、ここでは、図１に示す摺動式等速自在継手３に組み込んで使用可能な外側継手部材４について、図４〜図６を参照しながら詳細に説明する。すなわち、第２発明の実施形態に係る外側継手部材４は、図２に示す外側継手部材４の代替品として使用可能である。

図４に示す第２発明の一実施形態に係る外側継手部材４は、内径面に複数（ここでは３つ）の案内溝２１が設けられたカップ部５と、他部材をトルク伝達可能に連結するための連結要素２３が設けられた軸部６とを備える点において図２（ａ）（ｂ）に示す第１発明の実施形態に係る外側継手部材４と共通するが、複数部品のアセンブリからなる点において、第１発明の実施形態に係る外側継手部材４と構成を異にしている。

すなわち、図４に示す外側継手部材４は、絶縁材料で形成され、連結要素２３を有する軸状の第１部材３１と、金属材料で形成され、カップ部５の筒状部（内径面に案内溝２１が形成された部分）を有する第２部材３２とを一体回転（トルク伝達）可能に連結したものとされる。第１部材３１を形成するための絶縁材料としては、高硬度で耐熱性や耐食性に優れたセラミックスが好ましく使用され、また、第２部材３２を形成するための金属材料としては、例えば、加工性や焼入性が良好な炭素含有量０．２０〜０．６０質量％の鋼材（浸炭鋼、中炭素鋼、合金鋼など）が好ましく使用される。

より詳細に説明すると、第２部材３２は、内径面に案内溝２１が設けられた筒状部３２ａと、底部３２ｂとを一体に有する有底筒状に形成され、底部３２ｂにはその両端面に開口した孔部（貫通孔）３２ｃが設けられている。図３に示すように、孔部３２ｃ（の輪郭線）は非真円形状（ここでは正六角形状）をなす。一方、第１部材３１は、連結要素２３が設けられた軸部６（に相当する部分）と、上記孔部３２ｃの形状に対応し、カップ部５の底部の一部を構成する非真円形状の嵌合部３１ａとを一体に有し、嵌合部３１ａを第２部材３２の孔部３２ｃに嵌合することで第２部材３２と一体回転可能に連結されている。なお、等速自在継手３の運転時に第１部材３１と第２部材３２が相対回転することによるトルク伝達性能の低下を防止するため、嵌合部３１ａを孔部３２ｃに対して圧入するようにしても良いし、嵌合部３１ａの外径面と孔部３２ｃの内壁面との間に接着剤を介在させるようにしても良い。

上記のように、連結要素２３を有する軸状の第１部材３１を絶縁材料で形成しておけば、他部材から外側継手部材４への電流の入力を阻止することができる。これにより、外側継手部材４からローラ７（図１参照）への電流伝達、さらにはローラ７からトリポード部材８（図１参照）への電流伝達も当然に阻止することができるので、外側継手部材４を含む等速自在継手３全体の電食を効果的に防止することができる。その一方、外側継手部材４を構成するカップ部５の筒状部は、金属製の第２部材３２で構成されている関係上、上記の電食防止効果を享受可能とする第１部材３１は、外側継手部材４の一部を構成するに過ぎない。そのため、外側継手部材全体をセラミックス材料で形成するといった電食防止対策を講じる場合に比べ、電食防止対策を講じることによるコスト増を大幅に抑えることができる。従って、本願の第２発明に係る外側継手部材４は、比較的低コストでありながら、等速自在継手３の電食を効果的に防止することができる。

図４および図５に示すように、本実施形態の外側継手部材４は、第１部材３１および第２部材３２と軸方向で係合した係合部材３３をさらに有する。

係合部材３３は、周方向で有端のクリップ（いわゆるＣ型クリップ）で構成され、第１部材３１の嵌合部３１ａの外径面に設けられた環状溝３１ｂと、環状溝３１ｂと対向するように第２部材３２の孔部３２ｃの内壁面に設けられた環状溝３２ｄとで画成される環状の空隙に嵌合固定されている。外側継手部材４が上記の係合部材３３をさらに備えていることにより、外側継手部材４の組立時に必要となる第１部材３１と第２部材３２の軸方向の位置決めを容易にかつ正確に行うことができ、また、外側継手部材４の組立完了後には、第１部材３１と第２部材３２が軸方向に相対移動するのを効果的に防止することができる。これにより、第１部材３１と第２部材３２を連結することで形成される外側継手部材４のトルク伝達性能を向上することができるので、等速自在継手３の信頼性を一層高めることができる。

以上で説明した本願の第２発明は、図６に示すような外側継手部材４、すなわち、軸部６が中空状をなし、連結要素２３が軸部６の内径面（中空部の内壁面）に設けられる外側継手部材４にも同様に適用することができる。この場合、第１部材３１は、軸部６が中空状に形成されるのに倣って中空軸状に形成される。

以上で説明した実施形態では、有底筒状をなす第２部材３２の底部３２ｂに貫通孔からなる孔部３２ｃを設け、この孔部３２に対して第１部材３１に設けた嵌合部３１ａを嵌合するようにしたが、孔部３２ｃは有底穴（凹状穴）に形成することも可能である。

以上では、摺動式等速自在継手３のうち、トリポード型等速自在継手の外側継手部材４に本発明（第１および第２発明）を適用した場合について説明したが、本発明は、他の形式の摺動式等速自在継手、例えばダブルオフセット型等速自在継手やクロスグルーブ型等速自在継手の外側継手部材に適用することも可能である。さらに、本発明は、摺動式等速自在継手の外側継手部材のみならず、固定式等速自在継手の外側継手部材（例えば、図１に示すバーフィールド型等速自在継手１０の外側継手部材１１や、アンダーカットフリー型等速自在継手の外側継手部材）に適用することも可能である。

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。すなわち、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。

３ 摺動式等速自在継手
４ 外側継手部材
５ カップ部
６ 軸部
７ ローラ（トルク伝達部材）
１０ 固定式等速自在継手
１１ 外側継手部材
２１ 案内溝
２３ 連結要素
３１ 第１部材
３１ａ 嵌合部
３２ 第２部材
３２ａ 筒状部
３２ｂ 底部
３２ｃ 孔部
３３ 係合部材
Ｃ 絶縁被膜

Claims (4)

1. 内径面にトルク伝達部材の転動を案内する案内溝が複数設けられたカップ部と、該カップ部の底部から軸方向外向きに延びた軸部とを備え、該軸部に、他部材をトルク伝達可能に連結するための連結要素が設けられた等速自在継手用外側継手部材において、
   前記カップ部および前記軸部を金属材料で一体に形成し、前記連結要素を絶縁被膜で被覆したことを特徴とする等速自在継手用外側継手部材。
2. 内径面にトルク伝達部材の転動を案内する案内溝が複数設けられたカップ部と、該カップ部の底部から軸方向外向きに延びた軸部とを備え、該軸部に、他部材をトルク伝達可能に連結するための連結要素が設けられた等速自在継手用外側継手部材において、
   絶縁材料で形成され、前記連結要素を有する軸状の第１部材と、金属材料で形成され、前記カップ部の筒状部を有する第２部材とが一体回転可能に連結されていることを特徴とする等速自在継手用外側継手部材。
3. 前記第２部材に非真円形状の孔部が設けられ、該孔部に対して前記第１部材に設けた非真円形状の嵌合部を嵌合することにより、前記第１部材と前記第２部材とが一体回転可能に連結されている請求項２に記載の等速自在継手用外側継手部材。
4. 前記嵌合部の外径面および前記孔部の内壁面と軸方向で係合した係合部材をさらに備える請求項３に記載の等速自在継手用外側継手部材。

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