JP4048008B2

JP4048008B2 - Ａｔｖ用ドライブアクスル

Info

Publication number: JP4048008B2
Application number: JP27917499A
Authority: JP
Inventors: 幸弘渡辺; 正純小林; 英樹近藤
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP2001097063A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＴＶ（All Terrain Vehicle ：不整地走行用鞍乗り型車両、四輪バギー車とも呼ばれる）用のドライブアクスルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＴＶは不整地走行用の四輪ないし三輪の鞍乗り型車両であって、バルーンタイヤを装備して荒れ地や砂浜などの不整地を自在に走破可能にされている。このＡＴＶの動力伝達装置は例えば図６に概念的に示すように、エンジン２１の動力が内部の変速機構を経てフロント側およびリヤ側の出力軸から出力され、チェーンまたはプロペラシャフト等の動力伝達手段２２、２３を介してフロント側とリヤ側のディファレンシャル２４、２５にそれぞれ入力される。そして、ディファレンシャル２４、２５に入力されたエンジン動力は、ディファレンシャル２４、２５の機構によって減速され、さらに直角方向の回転動力に変換され、左右のドライブアクスル２６、２７を介してホイール２８、２９に伝達される。同図に示す例では、フロント側ドライブアクスル２６とディファレンシャル２４との連結部Ａ、およびホイール２８との連結部Ｂにそれぞれ等速自在継手を用いている。尚、リヤ側ドライブアクスル２７とディファレンシャル２５との連結部Ｃ、およびホイール２９との連結部Ｄにそれぞれ等速自在継手を用いる場合もある。また、動力伝達手段２２、２３として、プロペラシャフトを用いる場合は、プロペラシャフトとエンジン（変速機構）２１の出力軸との連結部Ｅ、Ｆ、ディファレンシャル２４、２５との連結部Ｇ、Ｈにそれぞれ等速自在継手を用いる場合もある。
【０００３】
図７は、フロント側のドライブアクスル２６を示している。コーナリング走行時や不整地走行時等におけるホイール２８の動きに追随して、ドライブアクスル２６が角度変位および軸方向変位できるように、ドライブアクスル２６の連結には、摺動式等速自在継手（二軸間の角度変位及び軸方向変位を許容する等速自在継手）３０と、固定式等速自在継手（二軸間の角度変位を許容する等速自在継手）３１を対にして使用する。同図に示す例では、ドライブアクスル２６の一端（インボード側）を摺動式等速自在継手（ダブルオフセット型等速自在継手、以下、「ＤＯＪ」と称する）３０を介してディファレンシャル２４に連結し（連結部Ａ）、ドライブアクスル２６の他端（アウトボード側）を固定式等速自在継手（ツェッパー型等速自在継手：ボールフィックスドジョイント、以下、「ＢＪ」と称する）３１を介してホイール２８に連結している（連結部Ｂ）。
【０００４】
従来では、上記ＤＯＪやＢＪとして、乗用車仕様のものを転用して使用する場合が多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＡＴＶ車では車体重量制限が厳しいため、そのドライブアクスルにおいてもさらなる軽量化・コンパクト化が要求されている。また、ＡＴＶは小型で車幅が狭く、ドライブシャフトに装備される等速自在継手の使用作動角が乗用車用の概ね二倍にも達するため、乗用車仕様では使用条件等によって等速自在継手の作動安定性が害されるおそれがある。さらに、上記ＡＴＶ用等速自在継手では、市場実績や保証期間等との兼ね合いで耐久性（寿命）は乗用車用の約１／２で足りるので、乗用車仕様のままでは過剰品質の感がある。使用回転数についても、車速との兼ね合いから乗用車仕様の約１／２で足り、同様のことがいえる。その一方、捩り強度等の強度面では乗用車仕様と同程度のものが要求される。
【０００６】
そこで、本発明は、上記ＡＴＶに特有の事情を加味し、軽量・コンパクトで良好な作動性を有するＡＴＶ用ドライブアクスルを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、不整地走行用の鞍乗り型車両に装備され、インボード側およびアウトボード側の等速自在継手を介して駆動力をホイールに伝達するドライブアクスルにおいて、インボード側に、ケージオフセット角を６°〜８°にしたダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）を、アウトボード側に、ケージオフセット量を０として保持器の肉厚を均一にしたアンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）を使用し、アンダーカットフリー型等速自在継手が、トラック溝のうち、開口側の端部の溝底をストレートにすると共に、これよりも奥部側の溝底を円弧状にした外側部材と、トラック溝のうち、奥部側の端部の溝底をストレートにすると共に、これよりも開口側の溝底を円弧状にした内側部材と、トルク伝達ボールと、外側部材の内周面および内側部材の外周面とそれぞれ球面嵌合し、トルク伝達ボールを保持する保持器とを具備すると共に、トラックオフセット角を５°〜７°にしたものであることを特徴とする。
【０００８】
図４中の実線は、従来のドライブアクスルのアウトボード側で使用されるＢＪが最大作動角（例えば４６．５°）をとった状態を示す。この状態では、ボール４は外輪２のトラック溝２ｂの外輪開口側の端部に位置し、この時、ボール４はトラック溝２ｂに接触角をもってアンギュラコンタクトしており、その接触点は●で表わされる。この場合、接触点●とトラック溝２ｂの外輪開口側の端部との間の距離Ｌ_BJを拡大させることができれば、許容最大作動角を増大させることができる。
【０００９】
一方、ＵＪでは、同図に破線で示すように、外輪２のトラック溝２ｂの外輪開口側（および内輪トラック溝の奥側）がストレートに形成される。このＵＪにおいて、ボール４の軸方向位置を上記ＢＪのボールと同じにした場合、ボール４とトラック溝２ｂとの接触点○は、ＢＪの接触点●よりも外輪２の奥部側に後退する。従って、接触点○からトラック溝２ｂの開口端部までの距離Ｌ_UJもＢＪよりも大きくなる（Ｌ_UJ＞Ｌ_BJ）。これは、同じボール径、溝深さであってもＵＪの方がＢＪよりも許容最大作動角が大きくなることを意味する。従って、上記のようにアウトボード側の等速自在継手として、従来のＢＪに代えて許容最大作動角の大きいＵＪを使用すれば、ＡＴＶのように使用作動角が大きい場合にもドライブシャフトの角度変位に対する追従性を余裕をもって確保することができる。
【００１０】
従来のＵＪでは、図５に実線で示すように、保持器５の外球面５ａと内球面５ｂの各球面中心Ｏ_CO、Ｏ_CIを継手中心Ｏに対してそれぞれ軸方向反対側に等距離だけオフセットさせている。これをケージオフセットといい、従来のケージオフセット量ｆは０．３〜０．７mmであり、また、ケージオフセット角φ_Cは、１°以上である。このケージオフセットにより、開口側（図５の右側）の保持器５の肉厚が厚くなるので、最大作動角をとった際にボール４が保持器５のポケット５ｃから脱落するのを防止することができる。
【００１１】
これに対し、本発明では、ＵＪのケージオフセット量を０にした。このようにケージオフセットを０にすれば、同図に破線で示すように、保持器５の肉厚が均一となるため、加工性の向上、並びに保持器５の方向性がなくなることによる組立性の改善を図ることができる。この場合、保持器５の外輪開口側の肉厚が薄くなるため、最大作動角をとった際のボール４の脱落が懸念されるが、上記のようにＡＴＶ用では等速自在継手の耐久性を低く設定（例えば乗用車用の７０〜８０％）できるので、外輪２や内輪３のトラック溝２ｂ、３ｂの深さを従来より浅く設定することができ、その分だけ保持器５の肉厚を厚くして肉厚減少分を回復させ、ボール４の脱落を確実に防止することができる。
【００１２】
従来のＢＪでは、内外輪のトラック溝中心Ｏ_TI、Ｏ_TOと継手中心とが相互に等距離オフセットされており（トラックオフセット）、∠Ｏ_TOＱＯ（または∠Ｏ_TIＱＯ）からなるトラックオフセット角φ_Tは８°以上に設定されている（トラック溝中心Ｏ_TI、Ｏ_TOおよびトラックオフセット角φ_Tについては図２参照）。トラックオフセット角φ_Tが大きい場合、折れ曲がりトルクが軽減されるので作動性は向上するが、その反面、トラックオフセット角φ_Tが大きすぎると、トラック溝の深さが浅くなるため、継手の軸方向幅が大きくなり、軽量化・コンパクト化が要望されているＡＴＶ用としては好ましくない。これより本発明では、トラックオフセット角φ_Tを７°以下とした。その一方、トラックオフセット角φ_Tが小さすぎると、ＡＴＶ用として許容される以上に耐久性や強度が低下するおそれがあるので、トラックオフセット角φ_Tは５°以上とする。以上から、ＵＪのトラックオフセット角φ_Tは、５〜７°に設定するのがよい。
【００１３】
上述したようにインボード側の等速自在継手には、従来と同様にＤＯＪが使用される。従来では、ＤＯＪのケージオフセット角φ_Cを９°以上としているが、本発明では従来より小さいφ_C＝６°〜８°に設定し、軽量化・コンパクト化を図ることとした。このようにケージオフセット角φ_Cを小さくしても、上記のように耐久性を従来よりも低く設定することにより、内外輪のトラック溝深さを浅くし、保持器の肉厚を厚くすることができるので、保持器ポケットからのボールの飛び出しを防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１乃至図３に基づいて説明する。
【００１５】
本発明にかかるＡＴＶ用ドライブアクスルは、図１に示すように、アウトボード側およびインボード側の等速自在継手Ｊ₁、Ｊ₂と、両継手Ｊ₁、Ｊ₂を結合する中間軸１とで構成される。アウトボード側の等速自在継手Ｊ₁は図示しないホイールに結合され、インボード側の等速自在継手Ｊ₂は図示しないディファレンシャルに結合される。
【００１６】
アウトボード側の等速自在継手Ｊ₁は、アンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）で構成される。ＵＪは、図２に示すように、球面状の内周面２ａに複数（通常は６本）の曲線状のトラック溝２ｂを軸方向に形成した外側部材２（外輪）と、球面状の外周面３ａに複数（通常は６本）の曲線状のトラック溝３ｂを軸方向に形成した内側部材３（内輪）と、外側部材２のトラック溝２ｂと内側部材３のトラック溝３ｂとが協働して形成されるボールトラックにそれぞれ配された複数（通常は６個）のトルク伝達ボール４と、トルク伝達ボール４を保持する複数のポケット５ｃを有するケージ５（保持器）とで構成される。内側部材３の内周にセレーション等を介して上記中間軸１が結合され、外側部材２のステム部２ｃにホイールが結合される。
【００１７】
外側部材２のトラック溝２ｂの中心Ｏ_TOと内側部材３のトラック溝３ｂの中心Ｏ_TIとは、継手中心Ｏに対して軸方向に等距離だけ反対側（中心Ｏ_TOは継手の開口側、Ｏ_TIは継手の奥部側）にオフセットされている（トラックオフセット）。そのため、ボールトラックは開口側が広く、奥部側に向かって漸次縮小した形状（くさび状）になっている。外側部材２のトラック溝２ｂの一部領域Ｕ_Oおよび内側部材３のトラック溝３ｂの一部領域Ｕ_Iには、それぞれ縦断面で見て溝底が直線状のストレート部２b1，３b1が形成される。外側部材２のストレート部２b1は、トラック溝２ｂの一端側（継手の開口側の端部）に形成され、内側部材３のストレート部３b1は、トラック溝３ｂの他端側（継手の奥部側の端部）に形成される。このストレート部２b １、３b １の存在により、ＵＪの許容最大作動角は、従来の乗用車用ＢＪのそれ（４６．５°）よりも大きくとることができる（例えば５０°）。
【００１８】
外側部材２のトラック溝中心Ｏ_TO（または内側部材３のトラック溝中心Ｏ_TI）、ボール中心Ｑ（継手平面ＰとＰＣＤの交点）、および継手中心Ｏで形成されるトラックオフセット角φ_T（∠Ｏ_TOＱＯまたは∠Ｏ_TIＱＯ）は、５°以上７°以下に設定される。このトラックオフセット角φ_Tは従来の乗用車用ＢＪのトラックオフセット角（８°以上）よりも小さく、これより軽量・コンパクト化と、耐久性（例えば従来の７０％）の確保という相反する目的が同時に達成され、かつ良好な作動性も確保される。
【００１９】
保持器５の外球面５ａの球面中心Ｏ_CO（外側部材２の内周面２ａの球面中心と同じ）と、保持器５の内球面５ｂの球面中心Ｏ_CI（内側部材３の外周面の球面中心と同じ）とは、通常のＵＪでは継手中心Ｏに対して軸方向に等距離だけ反対側にオフセットされるが（図５実線）、本発明ではこのケージオフセット量ｆを０に設定する。つまり、保持器５の外球面５ａおよび内球面５ｂの球面中心Ｏ_CO、Ｏ_CIを継手中心Ｏに一致させる。これより、保持器５の肉厚が均一となるため、加工性の向上、並びに保持器５の方向性がなくなることによる組立性の改善を図ることができる。この場合、保持器５の外輪開口側の肉厚が薄くなるため、最大作動角をとった際のボール４の保持器ポケット５ｃからの脱落が懸念されるが、ＡＴＶ用では等速自在継手の耐久性を低く設定（例えば乗用車用の７０％）できるので、内輪３や外輪２のトラック溝の深さを従来より浅く設定することができ、その分だけ保持器５の肉厚を厚くして肉厚減少分を回復させ、ボール４の脱落を確実に防止することができる。
【００２０】
インボード側の等速自在継手Ｊ₂は、ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）で構成される。ＤＯＪは、図３に示すように、円筒状の内周面１２ａに複数（例えば６本）の直線状のトラック溝１２ｂを軸方向に形成した外側部材１２（外輪）と、球面状の外周面１３ａに複数（例えば６本）の直線状のトラック溝１３ｂを軸方向に形成した内側部材１３（内輪）と、外側部材１２のトラック溝１２ｂと内側部材１３のトラック溝１３ｂとの協働で形成されるボールトラックに配された複数（例えば６個）のトルク伝達ボール１４と、トルク伝達ボール１４を保持するケージ１５（保持器）とで構成される。外側部材１２のステム部１２ｃがディファレンシャルに結合され、内側部材１３の内周に上記中間軸１がセレーション等を介して結合される。
【００２１】
保持器１５は、外側部材１２の内周面１２ａに接触案内される外球面１５ａと、内側部材１３の外周面１３ａに接触案内される内球面１５ｂと、トルク伝達ボール１４を収容する複数（例えば６個）のポケット１５ｃを備えた環体である。外球面１５ａの球面中心Ｏ_COと内球面１５ｂの球面中心Ｏ_CIとは、それぞれ継手中心Ｏに対して軸方向に等距離だけ反対側にオフセットされている。
【００２２】
この継手が作動角をとりつつ回転トルクを伝達する際、保持器１５は、内側部材１３の傾きに応じてボールトラック上を移動するトルク伝達ボール１５の位置まで回転し、トルク伝達ボール１４を作動角の角度二等分面に保持する。これにより、継手の等速性が確保される。また、外側部材１２と内側部材１３とが軸方向に相対移動すると、保持器１５の外球面１５ａと外側部材１２の内周面１２ａとの間で滑りが生じ、円滑な軸方向移動（プランジング）を可能にする。
【００２３】
インボード側に配置されるＤＯＪの許容最大作動角は、アウトボード側の等速自在継手（ＵＪ）のそれよりも小さく、例えば３０．５°に設定される。
【００２４】
上記ＤＯＪにおいては、保持器外球面１５ａの球面中心Ｏ_CO、ボール中心Ｑ、および継手中心Ｏで形成されるケージオフセット角φ_C（∠Ｏ_COＱＯまたは∠Ｏ_CIＱＯ）は６°以上で８°以下に設定される。このケージオフセット角φ_Cは、従来の乗用車仕様ＤＯＪでは９°以上とされていたが、本発明では軽量化・コンパクト化を図るべく、従来より小さく設定したものである。このようにケージオフセット角φ_Cを小さくしても、耐久性を乗用車仕様の７０％程度に設定するのであれば、内外輪のトラック溝深さを浅くすることができ、これにより保持器５の肉厚を厚くすることができるので、許容最大作動角をとった際の保持器ポケット５ｃからのボール１４の飛び出しを確実に防止することができる。
【００２５】
以上説明したドライブアクスルは、ＡＴＶのフロント側のみならずリヤ側にも使用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、アウトボード側の等速自在継手にアンダーカットフリー型を使用しているので、許容最大作動角を増大させることができる。従って、コーナリング走行時や不整地走行時等によって使用作動角が大きくなるＡＴＶにおいても、ホイールの動きに追随したドライブアクスルの角度変位を余裕を持って許容することが可能となる。
【００２７】
アンダーカットフリー型等速自在継手のケージオフセット量を０にすることにより、保持器の肉厚が均一となり、保持器の加工性や組立性を向上させることができる。この場合、最大作動角をとった際のボールの保持器ポケットからの脱落が懸念されるが、ＡＴＶ用では等速自在継手の耐久性を乗用車用よりも低く設定できるので、トラック溝の深さを浅くしてその分だけ保持器の肉厚を厚くすることができ、これよりボールの脱落を確実に防止することができる。
【００２８】
アンダーカットフリー型等速自在継手のトラックオフセット角φ_Tを５°以上７°以下に設定すれば、軽量・コンパクト化と、耐久性（従来の７０％程度）の確保という相反する目的を同時に達成することができる。
【００２９】
インボード側のダブルオフセット型等速自在継手のケージオフセット角φ_Cをφ_C＝６°〜８°に設定すれば、当該等速自在継手を軽量化・コンパクト化することができる。この場合でも、上記のように耐久性を従来よりも低く設定することにより、内外輪のトラック溝深さを浅くし、保持器の肉厚を厚くすることができるので、保持器ポケットからのボールの飛び出しを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるＡＴＶ用ドライブアクスルの断面図である。
【図２】上記ドライブアクスルのアウトボード側に用いられるＵＪの断面図である。
【図３】上記ドライブアクスルのインボード側に用いられるＤＯＪの断面図である。
【図４】ＢＪおよびＵＪの要部拡大断面図である。
【図５】ＵＪの要部拡大断面図である。
【図６】ＡＴＶの動力伝達装置の概念図である。
【図７】従来のＡＴＶ用とライブアクスルの断面図である。
【符号の説明】
Ｊ₁アウトボード側等速自在継手（ＵＪ）
Ｊ₂インボード側等速自在継手（ＤＯＪ）
ｆケージオフセット量
φ_Cケージオフセット角
φ_Tトラックオフセット角

Claims

不整地走行用の鞍乗り型車両に装備され、インボード側およびアウトボード側の等速自在継手を介して駆動力をホイールに伝達するドライブアクスルにおいて、
インボード側に、ケージオフセット角を６°〜８°にしたダブルオフセット型等速自在継手を、アウトボード側に、ケージオフセット量を０として保持器の肉厚を均一にしたアンダーカットフリー型等速自在継手を使用し、
アンダーカットフリー型等速自在継手が、トラック溝のうち、開口側の端部の溝底をストレートにすると共に、これよりも奥部側の溝底を円弧状にした外側部材と、トラック溝のうち、奥部側の端部の溝底をストレートにすると共に、これよりも開口側の溝底を円弧状にした内側部材と、トルク伝達ボールと、外側部材の内周面および内側部材の外周面とそれぞれ球面嵌合し、トルク伝達ボールを保持する保持器とを具備すると共に、トラックオフセット角を５°〜７°にしたものであることを特徴とするＡＴＶ用ドライブアクスル。