JP2023045071A - 等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】パッキンのシール性をその全周で均一化する。【解決手段】外側継手部材２の端面に、環状のパッキン１１を介してブーツアダプタ９を配置し、外側継手部材２とブーツアダプタ９の間に作用させた軸力で、パッキン１１を圧縮する。パッキン１１に、内径寸法を小さくした小径部１１１と、内径寸法を小径部１１１よりも大きくした大径部１１２とを円周方向交互に設け、パッキン１１の肉厚を、パッキン１１の外径側よりも内径側で薄くする。【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機構において使用される等速自在継手、例えば４ＷＤ車やＦＲ車などで使用されるプロペラシャフトまたはドライブシャフトに組み込まれる等速自在継手に関する。

等速自在継手において、継手内部に充填した潤滑剤の漏洩を防ぐと共に、継手内部への異物の侵入を防止するため、等速自在継手を構成する外側継手部材の開口部は、シール装置により密封されるのが通例である。例えば、下記特許文献１に記載の等速自在継手では、外側継手部材の軸方向両端面に、金属製のシール部材（エンドプレートあるいはブーツアダプタ）を、パッキンを介して装着することで、外側継手部材の軸方向両側の開口部を密封したシール装置が開示されている。

このシール装置では、外側継手部材とシール部材の間にボルト部材のねじ込みにより軸力を作用させ、この軸力でパッキンを軸方向に圧縮することで、外側継手部材とシール部材の間のシール性を確保している。

特開２０１０－１３８９７４号公報

従来の等速自在継手におけるパッキンには、内径寸法を小さくした小径部と、内径寸法を小径部よりも大きくした大径部とが円周方向交互に設けられる（図３参照）。このパッキンは、外側継手部材とシール部材の間にボルト部材のねじ込みにより軸力を作用させることで圧縮される。

しかしながら、ボルト部材を締め付けると、実際には、外側継手部材の端面に対向するシール部材が、その内径側ほど外側継手部材側に寄るように僅かに傾くことが明らかとなった。このようにシール部材が傾くと、パッキンの小径部では圧縮量が大きくなるのに対し、大径部では軸方向の圧縮量が小さくなる。その結果、圧縮後の小径部の肉厚が、大径部の肉厚よりも薄くなる。これは、パッキンの圧縮率が円周方向でばらつくことを意味するため、パッキンのシール性に円周方向で強弱がつき、その程度によっては、シール性の低下を招くことになる。

そこで、本発明は、パッキンのシール性をその全周で均一化することを目的とする。

本発明は、軸方向の少なくとも一方の端部が開口し、内周面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外周面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成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トルクを伝達する複数のボールと、前記外側継手部材の内周面と前記内側継手部材の外周面との間に介在して前記ボールを保持するケージとを備え、前記外側継手部材の端面に、パッキンを介してシール部材が配置され、前記外側継手部材と前記シール部材の間に作用させた軸力で、前記パッキンを圧縮した等速自在継手において、前記パッキンに、前記軸力による前記シール部材の変形に伴う前記パッキンの周方向の圧縮率のバラツキを小さくするバラツキ低減構造を設けたことを特徴とする。

また、本発明は、軸方向の少なくとも一方の端部が開口し、内周面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外周面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成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トルクを伝達する複数のボールと、前記外側継手部材の内周面と前記内側継手部材の外周面との間に介在して前記ボールを保持するケージとを備え、前記外側継手部材の端面に、パッキンを介してシール部材が配置され、前記外側継手部材と前記シール部材の間に作用させた軸力で、前記パッキンを圧縮した等速自在継手において、前記パッキンが、その全周にわたって、２０％以上圧縮された領域を有することを特徴とする。

かかる構成から、軸力の付与に伴って、シール部材が傾いたとしても、パッキンの周方向での圧縮率のバラツキを小さくして、パッキンの周方向全体で均一なシール性を得ることが可能となる。

具体的には、前記パッキンに、内径寸法を小さくした小径部と、内径寸法を前記小径部よりも大きくした大径部とを円周方向交互に設け、前記パッキンの肉厚を、当該パッキンの外径側よりも内径側で薄くすることが考えられる。

これにより、内径側に位置する小径部の肉厚（特に小径部の内径端の肉厚Ｄ）が外径側に位置する大径部の肉厚（特に大径部の内径端の肉厚Ｅ）よりも薄くなるため（Ｄ＜Ｅ）、軸力の付与に伴って、シール部材が傾いたとしても、小径部と大径部の圧縮率のバラツキを小さくして、パッキンの周方向全体で均一なシール性を得ることが可能となる。

また、前記パッキンに、内径寸法を小さくした小径部と、内径寸法を前記小径部よりも大きくした大径部とを円周方向交互に設け、前記小径部を前記大径部よりも薄肉にすることも考えられる。

これにより、軸力の付与に伴ってシール部材が傾いたとしても、小径部と大径部の圧縮率のばらつきを小さくし、パッキンの周方向全体で均一なシール性を得ることが可能となる。

また、前記パッキンの内径端を円形に形成することも考えられる。

これにより、軸力の付与に伴ってシール部材が傾いたとしても、その変位量が等しくなる円周方向領域にパッキンが存在するため、パッキンの圧縮量をその全体で均一化して、パッキンの周方向全体で均一なシール性を得ることが可能となる。

以上のように、本発明によれば、パッキンのシール性をその全周で均一化することが可能となる。

この等速自在継手の軸方向に沿った断面図（図３のＹ－Ｏ－Ｘ線での断面図）である。 図２は図１に示す等速自在継手を車両に装着した状態を示す断面図である。 図３は、ブーツアダプタ側から見た外側継手部材の正面図である。 （ａ）図は図３のＯ－Ｘ線での断面図であり、（ｂ）図は図３のＯ－Ｙ線での断面図である。 （ａ）図は図３のＯ－Ｘ線での断面図であり、（ｂ）図は図３のＯ－Ｙ線での断面図である。 第一の実施形態を示すもので、（ａ）図は図３のＯ－Ｘ線での断面図、（ｂ）図は図３のＯ－Ｙ線での断面図である。 第二の実施形態を示すもので、（ａ）図は図３のＯ－Ｘ線での断面図、（ｂ）図は図３のＯ－Ｙ線での断面図である。 第三の実施形態に係るパッキンを軸方向から見た正面図である。 第三の実施形態に係る外側継手部材およびパッキンを軸方向から見た正面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１～図９に基づいて説明する。

先ず、本実施形態に係る等速自在継手１の一般的構造を図１および図２に基づいて説明する。図１は、この等速自在継手の軸方向に沿った断面図であり、図２は図１に示す等速自在継手を車両に装着した状態を示す断面図である。なお、図１および図２は、図３におけるＹ－Ｏ－Ｘ線での断面図に相当する。

図１に示すように、本実施形態に係る等速自在継手は、内周面２１に複数のトラック溝２２が形成された外側継手部材２と、外周面３１に外側継手部材２のトラック溝２２と対をなす複数のトラック溝３２が形成された内側継手部材３と、外側継手部材２のトラック溝２２と内側継手部材３のトラック溝３２との間に介在してトルクを伝達するトルク伝達部材としてのボール４と、外側継手部材２の内周面２１と内側継手部材３の外周面３１との間に介在してボール４を保持するケージ５とを備えている。

外側継手部材２の内周面２１と内側継手部材３の外周面３１は、何れも継手中心Ｏを中心とする球面状に形成される。外側継手部材２の内周面２１は、ケージ５の球面状外周面と篏合し、内側継手部材３の外周面３１は、ケージ５の球面状内周面と嵌合している。外側継手部材２のトラック溝２２の曲率中心と内側継手部材３のトラック溝３２の曲率中心は、継手中心Ｏに対して継手軸線上で軸方向反対側に等距離だけオフセットされている。本実施形態では、外側継手部材２のトラック溝２２の曲率中心が、継手中心Ｏよりも後述するエンドプレート７側に配置され、内側継手部材３のトラック溝３２の曲率中心が、継手中心Ｏよりも反エンドプレート側に配置されている。

内側継手部材３の軸心孔の内周面に雌スプライン３３が形成され、この軸心孔に図２に示すシャフト６の先端部の雄スプライン６１が嵌入される。雌スプライン３３と雄スプライン６１とが噛合することで、内側継手部材３とシャフト６がトルク伝達可能に結合される。

なお、図１および図２では、等速自在継手１として、ツェッパ型と呼ばれる固定式等速自在継手を例示しているが、等速自在継手の種類、構造は任意に選択することができる。等速自在継手１として、各種固定式等速自在継手の他、例えばクロスグルーブ型のような摺動式等速自在継手を使用することもできる。固定型等速自在継手では、二軸間の角度変位のみが許容され、摺動式等速自在継手では、二軸間の角度変位と軸方向変位の双方が許容される。

外側継手部材２は、軸方向の両端が開口したディスクタイプと呼ばれるものである。外側継手部材２の軸方向一方側（図１の右側）では、外側継手部材２の開口部が金属製のエンドプレート７（シール装置）で密封され、外側継手部材２の軸方向他方側（図１の左側）では、外側継手部材２とシャフト６の間の開口部がシール装置８によって密封されている。エンドプレート７およびシール装置８により、継手内部に充填したグリースの漏洩が防止され、かつ継手内部への異物の侵入が防止される。本実施形態において、エンドプレート７と、シール装置８のブーツアダプタ９（後で詳細に説明する）は、シールに寄与する部材であるので「シール部材」と総称する。

エンドプレート７は、外側継手部材２の開口部を塞ぐ蓋状の部材であり、外側継手部材２の外周面に嵌合される筒部７１と、外側継手部材２から離れる方向に膨出する皿状部７２と、筒部７１と皿状部７２とを連結する平板部７３とを一体に備える。

シール装置８は、金属製のブーツアダプタ９と、ゴムや樹脂等の可撓性材料で形成されたブーツ１０とを備える。ブーツアダプタ９およびブーツ１０の何れも、軸方向両端が開口した環状に形成される。ブーツアダプタ９は、高速回転時のブーツ１０の回転膨張を抑える役割を有する。ブーツアダプタ９は、外側継手部材２の外周面に嵌合される大径筒部９１と、ブーツ１０を支持する小径筒部９２と、大径筒部９１および小径筒部９２を連結する平板部９３とを一体に有する。ブーツ１０は大径端部１０ａと小径端部１０ｂを有し、大径端部１０ａと小径端部１０ｂの間で折り返した形状をなす。ブーツ１０の大径端部１０ａはブーツアダプタ９の小径筒部９２に取り付けられる。

エンドプレート７の大径筒部７１を外側継手部材２の外周面に圧入固定することで、エンドプレート７が外側継手部材２に取り付けられる。また、ブーツアダプタ９の大径筒部９１を外側継手部材２の外周面に圧入固定することで、ブーツアダプタ９が外側継手部材２に取り付けられる。この時、外側継手部材２は、その軸方向両側に配置されたエンドプレート７の平板部７３と、ブーツアダプタ９の平板部９３とで軸方向両側から挟まれた状態にある。

外側継手部材２の円周方向の複数個所には、軸方向に貫通するボルト孔２３が設けられている。エンドプレート７の平板部７３と、ブーツアダプタ９の平板部９３には、それぞれ、外側継手部材２のボルト孔２３と軸心が一致する貫通孔７３ａ、９３ａが設けられている。外側継手部材２の軸方向両側の端面の内径側には、それぞれ環状の凹部２４，２５が設けられ、これらの凹部２４，２５には、それぞれ環状のパッキン１１，１２が配置されている。外側継手部材２の両端面のうち、凹部２４，２５よりも外径側の領域は環状の凸部２６，２７を構成している。

図２に示すように、締結部材としてのボルト部材１３を、ボルト頭部とブーツアダプタ９との間にワッシャ１６を介在させつつ、ブーツアダプタ９の貫通孔９３ａ、ボルト孔２３，およびエンドプレート７の貫通孔７３ａに順次挿入し、さらに、ボルト部材１３の先端部を、車両側のコンパニオンフランジ１４に設けられたねじ孔１５に螺着することで、等速自在継手１が車両に取り付けられる。内側継手部材３と結合したシャフト６には、ブーツバンド１７を用いてブーツ１０の小径端部１０ｂが固定される。

ボルト部材１３のねじ孔１５への螺着に伴い、外側継手部材２の軸方向一方側の凹部２５に配置したパッキン１２は、外側継手部材２の端面とエンドプレート７の平板部７３とで挟持され、ボルト部材１３の螺着に伴う軸力を受けて軸方向に圧縮される。外側継手部材２の軸方向他方側の凹部２４に配置したパッキン１１は、外側継手部材２の端面と、ブーツアダプタ９の平板部９３とで挟持され、ボルト部材１３の螺着に伴う軸力を受けて軸方向に圧縮される。パッキン１１，１２の圧縮により、エンドプレート７と外側継手部材２の接触部、およびブーツアダプタ９と外側継手部材２の接触部がシールされる。

図３はシール装置８、内側継手部材３、ボール４、ケージ５、およびシャフト６を省略して、外側継手部材２、および外側継手部材２の軸方向他方側の凹部２４に配置したパッキン１１を軸方向から見た正面図である（パッキン１１はハッチングを付して表している）。また、図４（ａ）は図３のＯ－Ｘ線での断面図であり、図４（ｂ）は図３のＯ－Ｙ線での断面図である。図示は省略するが、外側継手部材２の軸方向一方側の凹部２５に配置したパッキン１２も、図３および図４（ａ）（ｂ）に示すパッキン１１と同じ形状を有する。

図３に示すように、外側継手部材２のボルト孔２３は、外側継手部材２のトラック溝２２の開口端２２ａよりも外径側で、かつ隣接するトラック溝２２間の円周方向中間部に配置される。ボルト孔２３は、外側継手部材２の端面に形成された凹部２４と凸部２６の双方に跨って形成される。

パッキン１１は、内径寸法を小さくした小径部１１１と、内径寸法を小径部１１１よりも大きくした大径部１１２とを円周方向交互に備える。小径部１１１の内径端は、隣接するトラック溝２２の間に配置され、外側継手部材２の球面状の内周面２１に沿う凹円弧状に形成される。大径部１１２の内径端は、トラック溝２２の開口端２２ａよりも外径側に位置した凹曲線状に形成される。パッキン１１の円周方向では、小径部１１１とボルト孔２３の位相が一致し、大径部１１２とトラック溝２２の位相が一致している。小径部１１１の外径端には、ボルト孔２３の輪郭に対応して、概略半円状の切欠き部１１３が設けられている。

既に述べたように、ボルト部材１３をコンパニオンフランジ１４のねじ孔１５に螺着すると、ブーツアダプタ９の平板部９３と外側継手部材２の間、およびエンドプレート７の平板部７３と外側継手部材２の間に、それぞれ軸力が作用し、パッキン１１，１２が軸方向に圧縮される。従来では、パッキン１１，１２の全体（パッキンの円周方向全体および半径方向全体）が均一厚さを有するため、図４（ａ）（ｂ）に示すように、ボルト部材１３の締付けに伴い、パッキン１１の小径部１１１（図４（ａ）参照）と、大径部１１２（図４（ｂ）参照）が均等に圧縮され、圧縮後の肉厚Ａが等しくなると考えられていた。

しかしながら、本発明者らの検証を通じて、実際には、ボルト部材１３の締め付け後は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、ブーツアダプタ９の平板部９３が、継手軸線と直交する平面に対し、平板部９３の内径側ほど外側継手部材２側に寄るように僅かに傾く（傾斜角α）ことが明らかとなった。これは、平板部９３のうち、継手外径側の領域が、外側継手部材２の端面の凸部２６と接触するのに対し、継手内径側の領域が、外側継手部材２の端面の凹部２４に配置されたパッキン１１と接触するため、ワッシャ１６から平板部９３に付与された軸力に対する支持剛性が継手外径側よりも継手内径側で低くなることによると考えられる。

このように平板部９３が傾くと、平板部９３の内径側が外径側よりも先にパッキン１１に接触するため、パッキン１１の内径側に位置する小径部１１１では軸方向の圧縮量が大きくなるのに対し、小径部１１１よりも外径側に位置する大径部１１２では軸方向の圧縮量が小さくなる。そのため、圧縮後の小径部１１１の肉厚Ｂが、大径部１１２の肉厚Ｃよりも薄くなる（Ｂ＜Ｃ）。これにより、パッキン１１の圧縮率が円周方向でばらつくため、パッキン１１のシール性に円周方向で強弱が生じ、その強弱の程度によっては、シール性の低下を招くことになる。

なお、以上の課題は、ブーツアダプタ９と接触するパッキン１１だけでなく、エンドプレート７と接触するパッキン１２でも同様に生じる。

以上に述べた課題を解決するため、本発明の第１の実施形態では、図３に示すように、内径寸法を小さくした小径部１１１と、内径寸法を小径部１１１よりも大きくした大径部１１２とを円周方向交互に備えるパッキン１１において、図６（ａ）（ｂ）に示すように、パッキン１１の肉厚を外径側よりも内径側ほど薄くするようにした。すなわち、この実施形態では、パッキン１１の端面が、内径側ほど外側継手部材２側に寄るような傾斜面状に形成されている。この場合、パッキン１１の端面の傾斜角αは、ブーツアダプタ９の平板部９３の傾斜角αと一致させるのが好ましい。

かかる構成から、内径側に位置する小径部１１１（図６（ａ）参照）の肉厚（特に小径部１１１の内径端の肉厚Ｄ）が外径側に位置する大径部１１２（図６（ｂ）参照）の肉厚（特に大径部１１２の内径端の肉厚Ｅ）よりも薄くなるため（Ｄ＜Ｅ）、ボルト部材１３の締め込みに伴って、ブーツアダプタ９の平板部９３が傾いたとしても、小径部１１１と大径部１１２の圧縮率のバラツキを小さくして、パッキンの周方向全体で均一なシール性を得ることが可能となる。

次に、本発明の第二の実施形態を図７（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。第一の実施形態ではパッキン１１の肉厚を半径方向で変化させているが、第二の実施形態ではパッキン１１の肉厚を周方向で変化させている点が第一の実施形態と異なる。具体的には、内径側に位置する小径部１１１（図７（ａ）参照）の肉厚Ｆを、外径側に位置する大径部１１２の肉厚Ｇよりも薄くしている（Ｆ＜Ｇ）。なお、小径部１１１および大径部１１２の平板部９３との接触側の端面は、何れも継手軸方向に対して直交する平面上にある。

かかる構成から、ボルト部材１３の締め込みに伴ってブーツアダプタ９の平板部９３が傾いたとしても、第一の実施形態と同様に、小径部１１１と大径部１１２の圧縮率のばらつきを小さくして、パッキン１１の周方向全体で均一なシール性を得ることが可能となる。

次に、第三の実施形態を図８および図９に基づいて説明する。第一および第二の実施形態では、パッキン１１の肉厚を変化させているが、第三の実施形態では、パッキン１１全体で肉厚を均一にしつつ、パッキン１１の形状を図３に示す形態から変更した点で第一および第二の実施形態と異なる。具体的には、第三の実施形態では、図８に示すように、パッキン１１の内径端１１４を円形に形成し、パッキン１１を均一な内径寸法で形成している。この際、図９に示すように、パッキン１１は、その内径端１１４が外側継手部材２のトラック溝２２の開口端２２ａよりも外径側に位置するような内径寸法で形成される。

かかる構成であれば、ボルト部材１３の締め込みに伴ってブーツアダプタ９の平板部９３が傾いたとしても、その変位量が等しくなる円周方向領域にパッキン１１が存在するため、パッキン１１の圧縮量をその全体で均一化して、パッキン１１の周方向全体で均一なシール性を得ることが可能となる。

以上に述べた各実施形態は、パッキン１１に、ボルト部材１３の軸力によるブーツアダプタ９の変形に伴うパッキン１１の周方向の圧縮率のバラツキを小さくするバラツキ低減構造を設けたもの、と言うことができる。このバラツキ低減構造の一例として、第一の実施形態では、パッキン１１の肉厚をパッキン１１の外径側よりも内径側で薄くし、第二の実施形態では、パッキン１１の小径部１１１を大径部１１２よりも薄肉にし、第三の実施形態では、パッキン１１の内径端を円形に形成している。

以上に述べたバラツキ低減構造であれば、パッキン１１には、２０％以上圧縮した領域がパッキン１１の全周にわたって設けられるようになる。

以上に述べた各実施形態の説明では、ブーツアダプタ９と接触するパッキン１１を例に挙げたが、エンドプレート７と接触するパッキン１２についても、パッキン１１と同じ構成を採用することができる。

本発明は上述の各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である。例えば、外側継手部材２として、軸方向両側を開口したディスクタイプを例示したが、軸方向の一方側のみ開口した外側継手部材を使用し、その開口部にシール部材（エンドプレート７、ブーツアダプタ９等）を配置した等速自在継手にも各実施形態を適用することができる。また、図４（ａ）および図５（ａ）では、ブーツアダプタ９の小径筒部９２と平板部９３の間のコーナー部をパッキン１１の小径部１１１上に配置する場合を例示しているが、このコーナー部をパッキン１１の小径部１１１よりも内径側に配置することもできる。

１ 等速自在継手
２ 外側継手部材
３ 内側継手部材
４ ボール
５ ケージ
７ シール部材（エンドプレート）
８ シール装置
９ シール部材（ブーツアダプタ）
１０ ブーツ
１１ パッキン
１２ パッキン
１１１ 小径部
１１２ 大径部
１１４ 内径端

Claims (5)

1. 軸方向の少なくとも一方の端部が開口し、内周面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外周面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成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トルクを伝達する複数のボールと、前記外側継手部材の内周面と前記内側継手部材の外周面との間に介在して前記ボールを保持するケージとを備え、
   前記外側継手部材の端面に、パッキンを介してシール部材が配置され、前記外側継手部材と前記シール部材の間に作用させた軸力で、前記パッキンを圧縮した等速自在継手において、
   前記パッキンに、前記軸力による前記シール部材の変形に伴う前記パッキンの周方向の圧縮率のバラツキを小さくするバラツキ低減構造を設けたことを特徴とする等速自在継手。
2. 軸方向の少なくとも一方の端部が開口し、内周面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外周面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成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トルクを伝達する複数のボールと、前記外側継手部材の内周面と前記内側継手部材の外周面との間に介在して前記ボールを保持するケージとを備え、
   前記外側継手部材の端面に、パッキンを介してシール部材が配置され、前記外側継手部材と前記シール部材の間に作用させた軸力で、前記パッキンを圧縮した等速自在継手において、
   前記パッキンが、その全周にわたって、２０％以上圧縮された領域を有することを特徴とする等速自在継手。
3. 前記パッキンに、内径寸法を小さくした小径部と、内径寸法を前記小径部よりも大きくした大径部とを円周方向交互に設け、前記パッキンの肉厚を、当該パッキンの外径側よりも内径側で薄くした請求項１または２に記載の等速自在継手。
4. 前記パッキンに、内径寸法を小さくした小径部と、内径寸法を前記小径部よりも大きくした大径部とを円周方向交互に設け、前記小径部を前記大径部よりも薄肉にした請求項１または２に記載の等速自在継手。
5. 前記パッキンの内径端を円形に形成した請求項１または２に記載の等速自在継手。

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