JP4222027B2

JP4222027B2 - ユニバーサルジョイント

Info

Publication number: JP4222027B2
Application number: JP2002381190A
Authority: JP
Inventors: 展央米山; 彰英永山; 靖史梶川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004211782A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ユニバーサルジョイントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ユニバーサルジョイントは、十字軸の一方の軸と他方の軸とをそれぞれ駆動軸及び従動軸に接続して駆動力を伝達する基本構成を有している。ここで、十字軸の各軸が軸周りに相対的に回動することを許容すべく、当該各軸の両端部には、ころ軸受が装着されている。ころ軸受の外輪は、両側からボルト及びナットで互いに締めつけたヨークとキャップとによって挟まれており、このヨークが、駆動軸や従動軸に接続される（例えば、特許文献１参照。）。また、ヨークとキャップとの接続面にはセレーション又はキーが設けられ、トルクによって接続面に平行な方向へ付与される力に耐え得るようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２９８７８０３号公報（第１〜３頁、図３〜５）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のユニバーサルジョイントでは、駆動軸と十字軸の一方との間、及び、十字軸の他方と従動軸との間でのトルク伝達において、上記ボルトには曲げ応力や引っ張り応力が作用する。また、セレーションやキーにも力が付与されている。このような構成において、許容トルクを増大させたい場合、ボルトを太くするとともに、セレーションやキーの寸法を拡大する必要がある。しかしながら、そうすると、ユニバーサルジョイント全体の外形寸法が大きくなり、コンパクト化の要請に反する。すなわち、外形寸法を維持して許容トルクを増大させることは困難である。
【０００５】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、ユニバーサルジョイントの外形寸法を大きくすることなく、許容トルクを増大させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のユニバーサルジョイントは、第１トラニオン軸を有し、駆動軸に取り付けるための第１トラニオン部材と、前記第１トラニオン部材と対向して配置され、第２トラニオン軸を有し、被駆動軸に取り付けるための第２トラニオン部材と、前記第１トラニオン軸及び第２トラニオン軸を互いに直交させた状態で各トラニオン軸をその中心線周りに回動可能に保持するとともに、各トラニオン軸に共に直交する中心軸方向に互いに噛み合うように結合する一対の中間輪と、前記一対の中間輪を前記中心軸方向に締結する締結部材とを備え、前記一対の中間輪の各々には、前記第１トラニオン軸の両端部を保持するための２個の半円形状に凹んだ保持面と、前記第２トラニオン軸の両端部を保持するための２個の半円形状に凹んだ保持面とが、前記中心軸方向に互いに所定のオフセット量だけオフセットした位置に形成され、前記中心軸方向に平行で、かつ、前記オフセット量に相当する長さの噛み合い面が形成されているものである（請求項１）。
上記のように構成されたユニバーサルジョイントでは、一対の中間輪が中心軸方向に噛み合うように結合することで、トルクは、中間輪の結合体を介して伝達され、締結部材にはほとんど及ばない。従って、締結部材を細くすることができ、その分、各トラニオン軸を太くすることができる。
【０００７】
また、オフセットにより、各トラニオン軸は相互に制限されることなく所望の太さの軸径を確保することができる。従って、許容トルク増大に寄与することができる。また、オフセットにより、トルク伝達時に中間輪の結合体に生じる応力が分散される。従って、応力集中により許容トルクが低下することを避け、許容トルク増大に寄与することができる。
【０００８】
また、中心軸方向に平行な噛み合い面がトルクに対する受圧面となり、締結部材には実質的にトルクが及ばない。従って、締結部材を最小限度まで細くすることができ、その分、各トラニオン軸を太くすることができる。また、この噛み合い面の長さは、オフセット量に相当する。従って、トルクに対して十分な受圧面積を確保することができる。
【０００９】
また、一対の中間輪を締結部材によって互いに締結することにより、半円形状に凹んだ保持面同士を対向させた円内に各トラニオン軸の端部を位置決めすることができる。
【０００１０】
また、上記ユニバーサルジョイント（請求項１）において、各トラニオン軸の両端には軸受が装着され、当該軸受の外輪が保持面により保持されるように構成されていてもよい（請求項２）。
この場合、完成品である軸受単位での交換が容易である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態によるユニバーサルジョイントの分解斜視図であり、また、図２は当該ユニバーサルジョイントを組み立てた状態の斜視図である。図１において、Ｘ，Ｙ，Ｚを互いに直交する３方向とする。右端の第１トラニオン部材１は、Ｙ方向に貫通孔１ｈを有する軸保持部１ａと、この軸保持部１ａと一体に形成されたフランジ部１ｂとを有している。フランジ部１ｂは、図示しない駆動軸に接続される。軸保持部１ａは、図示のように上下面及び−Ｚ方向の端面が平面であり、両側面はフランジ部１ｂ側が円柱面で、端面側へ先細り状にテーパ面が形成されている。Ｙ方向の中心線Ａｙを有する第１トラニオン軸２は、上記貫通孔１ｈに嵌入（焼嵌め）され、貫通孔１ｈから突出する両端部２ａに、内輪３１、ころ３２及び外輪３３を組み立てた完成品としてのころ軸受３が装着される。
【００１２】
一方、第１トラニオン部材１と対向して配置される左端の第２トラニオン部材４も軸保持部４ａとフランジ部４ｂとを有する実質的に第１トラニオン部材１と同一の部材であり、軸保持部４ａの貫通孔４ｈには第１トラニオン軸２と実質同一部材である第２トラニオン軸５が嵌入される。また、第２トラニオン軸５の両端にはころ軸受３が装着される。但し、図示のように、第２トラニオン軸５は、中心線ＡｘがＸ方向であって第１トラニオン軸２とは直交するように配置され、第２トラニオン部材４のフランジ部４ｂは図示しない被駆動軸に接続される。
【００１３】
次に、実質同一の部材である一対の中間輪６は、基本的にはリング状若しくは筒状とも言える形態であり、Ｚ方向に平行な中心軸Ａｚ方向の端面に所定の凹凸が形成されている。具体的には、外側（各トラニオン部材１，４側）の端面６ａは周方向に約９０度ごとに段差のある形状であり、中心軸Ａｚ方向に平行にボルト７を貫通させるための８個の孔６ｈが形成されている。また、内側（互いに向き合う側）は、周方向に９０度の範囲で一対の端面６ｂの間に第２トラニオン軸５を保持するための半円形状（すなわち円形孔の半割）に凹んだ外輪保持面６ｃを備えた部分と、同様に９０度の範囲で上記端面６ｂからＺ方向にオフセットした一対の端面６ｄの間に第１トラニオン軸２を保持するための半円形状に凹んだ外輪保持面６ｅを備えた部分とが、周方向に交互に配置された形状である。径方向に互いに対向する一対二組の外輪保持面６ｃ及び６ｅは、相互に位相が９０度ずれている。また、周方向において互いに隣接する端面６ｂ，６ｄ間には、中心軸Ａｚ方向に平行な噛み合い面６ｆが形成されている。なお、噛み合い面６ｆは、その延長面上に中心軸Ａｚを含んでいる。
【００１４】
上記噛み合い面６ｆの中心軸Ａｚ方向における長さは、上記オフセットの量（以下、オフセット量という。）に相当する。また、オフセット量は、ユニバーサルジョイントを組み立てたとき、各トラニオン部材１，４の軸保持部１ａ，４ａの端面同士が干渉しないような、所定の値となっている。一方、中間輪６の内周側の面は、各軸保持部１ａ，４ａを嵌挿させ、かつ、これを貫通孔１ｈ，４ｈの中心線Ａｘ，Ａｙ周りに揺動させることができる程度に内寸法に余裕のある形状となっている。
上記一対の中間輪６は、互いに周方向に位相を９０度ずらして対向するように配置される。以下、便宜上、第１トラニオン部材１側の中間輪６を第１中間輪、第２トラニオン部材４側の中間輪６を第２中間輪と称する。
【００１５】
上記のように構成されたユニバーサルジョイントを図２に示す状態に組み立てるには、第１トラニオン部材１の軸保持部１ａを第１中間輪６に挿通して、軸保持部１ａに第１トラニオン軸２を嵌入し、その両端にころ軸受３を装着する。同様に、第２トラニオン部材４の軸保持部４ａを第２中間輪６に挿通して、軸保持部４ａに第２トラニオン軸５を嵌入し、その両端にころ軸受３を装着する。そして、第１中間輪６と第２中間輪６とを互いに緊密に噛み合わせるように結合させ、ボルト７及びナット８等の締結部材を用いて締結する。
【００１６】
このようにして互いに締結された一対の中間輪６は、第１トラニオン軸２及び第２トラニオン軸５を互いに直交させ、かつ、各トラニオン軸２，５に共に直交する中心軸Ａｚ方向にオフセットさせた状態で保持する。また、ころ軸受３の外輪３３が、Ｚ方向において互いに対向する一対の外輪保持面６ｃ又は６ｅ間に挟持され、かつ、締結によって締め付けられる。こうして、各トラニオン軸２，５は、一対の中間輪６に対して各トラニオン軸２，５の中心線Ａｘ，Ａｙ周りに回動可能に保持される。なお、前述のように所定のオフセット量が確保されていることにより、各トラニオン部材１，４の軸保持部２，５の端面同士は互いに干渉しない。
【００１７】
このように組み立てられたユニバーサルジョイントにおいて、例えば駆動軸から第１トラニオン部材１にトルクが付与されると、このトルクは第１トラニオン軸からころ軸受３を介して中間輪６の結合体に伝えられ、さらに第２トラニオン軸５側のころ軸受３を経て第２トラニオン軸５に伝えられ、第２トラニオン部材４から被駆動軸に伝えられる。ここで、各トラニオン軸２，５が中心軸Ａｚ方向に互いに所定量オフセットさせた状態で保持されていることにより、各トラニオン軸２，５は相互に制限されることなく所望の太さの軸径を確保することができる。従って、許容トルク増大に寄与することができる。また、オフセットにより、トルク伝達時に中間輪６の結合体に生じる応力が分散される。従って、応力集中により許容トルクが低下することを避け、許容トルク増大に寄与することができる。
【００１８】
また、トルク伝達は一対の中間輪６の間でもなされるが、一対の中間輪６が中心軸Ａｚ方向に互いに噛み合うように結合していることにより、両者を締結するボルト７に曲げ・引っ張り応力はほとんど作用しない。とりわけ、上記噛み合い面６ｆは中心軸Ａｚ方向に平行であり、ここで全トルクを垂直に受け止める。従って、変形しない限り、ボルト７には力の成分を及ぼさない構造である。すなわち、ボルト７には実質的に曲げ・引っ張り応力が作用しない。この噛み合い面６ｆは、オフセット量を噛み合い面６ｆの長さとして、これに中間輪６の肉厚を乗じた面積を有している。従って、オフセット量に応じて十分に広い受圧面積を確保することができ、面圧を小さく抑えることができる。これにより、ユニバーサルジョイント全体の外形寸法を大きくしなくても、許容トルクを増大させることができる。さらに、周方向のどちらの方向へのトルク伝達時でも、その受圧面となる噛み合い面６ｆは常に１８０度位相がずれた位置にある。そのため、中間輪６全体にバランス良く力がかかる。従って、高トルクにも耐え得る。
【００１９】
上記のように、ボルト７にほとんど曲げ・引っ張り応力が作用しないことにより、ボルト７は最小限度の細いものが使用可能である。従って、ボルト７を細くすることができる分だけ、各トラニオン軸２，５の外径を太くして剛性を高め、許容トルクを増大させることができる。
また、トラニオン軸２，５の両端にころ３２及び外輪３３のみを装着する（内輪なし）場合と比べて、上記のように内輪３１も含む完成品としてのころ軸受３の採用により、損傷時にはころ軸受３単位での交換が容易であり、便利である。
また、ころ軸受３の外輪３３は一対の外輪保持面６ｃ，６ｅ間に保持され、かつ、締結によって締め付けられるので、外輪３３と中間輪６との間でクリープが発生しない。従って、外輪３３の焼き付きや、外輪保持面６ｃ，６ｅの摩耗を防止することができる。
【００２０】
なお、上記実施形態では各トラニオン軸２，５は軸保持部１ａ，４ａに嵌入されるものとして説明したが、各トラニオン軸２，５を軸保持部１ａ，４ａと一体化してもよい。図３は、第１トラニオン部材１の軸保持部１ａに第１トラニオン軸２が一体に形成されている構成を示す斜視図である。この場合、トラニオン軸２を嵌入する手間が省けるとともに、部材点数も減るが、トラニオン軸２を中間輪６に通す（くぐらせる）作業がやや面倒になる。また、このような構成では、トラニオン軸２，５同士を当接させれば、オフセット量をトラニオン軸２の軸径に等しくすることも可能である。また、オフセット量をトラニオン軸２の軸径以下として、両トラニオン軸２，５の中心線を接近させることもできるが、その場合には、各トラニオン軸２，５の中央に相互の逃がし用の凹部２ｂ，５ｂを設ける必要がある。凹部２ｂ，５ｂを設けると、その分軸径が細くなるので、機械的強度は若干低下する。
【００２１】
また、上記実施形態では、一対の中間輪６を中心軸Ａｚ方向に互いに噛み合わせるように結合させたが、中間輪６の構成数や形態はこれに限られることなく、他の中間輪構造も可能である。例えば、図４は、他の中間輪構造の一例を示す平面図である。この場合、Ｚ方向に３分割された３つの中間輪６１，６２，６３が、互いの境界面に形成されたセレーション６１ａ，６２ａ，６３ａで噛み合わせられ、ボルト７等で締結される。この場合、厳密にはトルクによりセレーション６１ａ，６２ａ，６３ａの溝に沿って中間輪６１〜６３を互いに開離させようとする力の成分が生じ、ボルト７に曲げ・引っ張り応力が作用するが、中間輪６１〜６３の端面の非常に広い範囲にセレーション６１ａ，６２ａ，６３ａを設けることができるので、摩擦抵抗により上記成分が減殺され、ボルト７に作用する曲げ・引っ張り応力を極めて小さく抑えることができる。従って、上記実施形態の場合と同様に、ボルト７を細くして、その分各トラニオン軸２，５を太くすることにより剛性を高め、許容トルクを増大させることができる。
【００２２】
また、さらに、図４における中央の中間輪６２を無くして、第１トラニオン軸２と第２トラニオン軸５とを交差部で例えば互いに大きくえぐるように切り欠いてオフセットなしで交差させれば、図５に示すようなＺ方向にコンパクトな構成とすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は以下の効果を奏する。
請求項１のユニバーサルジョイントによれば、トルクは、中間輪の結合体を介して伝達され、締結部材にはほとんど及ばないので、締結部材を細くすることができ、その分、各トラニオン軸を太くして剛性を高め、許容トルクを増大させることができる。こうして、外形寸法を大きくすることなく剛性を高め、許容トルクを増大させることができる。
【００２４】
また、オフセットにより、各トラニオン軸は相互に制限されることなく所望の太さの軸径を確保することができるので、許容トルク増大に寄与することができる。また、オフセットにより、トルク伝達時に中間輪の結合体に生じる応力が分散されるので、応力集中により許容トルクが低下することを避け、許容トルク増大に寄与することができる。
【００２５】
また、中心軸方向に平行な噛み合い面がトルクに対する受圧面となり、締結部材には実質的にトルクが及ばないので、締結部材を最小限度まで細くすることができ、その分、各トラニオン軸を太くして剛性を高め、許容トルクを増大させることができる。また、この噛み合い面の長さは、オフセット量に相当する。従って、トルクに対する十分な受圧面積を確保して、許容トルクを増大させることができる。
【００２６】
また、一対の中間輪を締結部材によって互いに締結することにより、半円形状に凹んだ保持面同士を対向させた円内に各トラニオン軸の端部を位置決めすることができる。
【００２７】
請求項２のユニバーサルジョイントによれば、完成品である軸受単位での交換が容易であるので、便利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるユニバーサルジョイントの分解斜視図である。
【図２】図１のユニバーサルジョイントを組み立てた図である。
【図３】図１の構成を一部変更した例であり、トラニオン軸がトラニオン部材と一体構成された斜視図である。
【図４】中間輪構造が異なる他の構成のユニバーサルジョイントを示す平面図である。
【図５】中間輪構造が異なるさらに他の構成のユニバーサルジョイントを示す平面図である。
【符号の説明】
１第１トラニオン部材
２第１トラニオン軸
３ころ軸受
４第２トラニオン部材
５第２トラニオン軸
６中間輪
６ｃ，６ｅ外輪保持面
６ｆ噛み合い面
７ボルト
８ナット

Claims

第１トラニオン軸を有し、駆動軸に取り付けるための第１トラニオン部材と、
前記第１トラニオン部材と対向して配置され、第２トラニオン軸を有し、被駆動軸に取り付けるための第２トラニオン部材と、
前記第１トラニオン軸及び第２トラニオン軸を互いに直交させた状態で各トラニオン軸をその中心線周りに回動可能に保持するとともに、各トラニオン軸に共に直交する中心軸方向に互いに噛み合うように結合する一対の中間輪と、
前記一対の中間輪を前記中心軸方向に締結する締結部材とを備え、
前記一対の中間輪の各々には、
前記第１トラニオン軸の両端部を保持するための２個の半円形状に凹んだ保持面と、前記第２トラニオン軸の両端部を保持するための２個の半円形状に凹んだ保持面とが、前記中心軸方向に互いに所定のオフセット量だけオフセットした位置に形成され、
前記中心軸方向に平行で、かつ、前記オフセット量に相当する長さの噛み合い面が形成されていることを特徴とするユニバーサルジョイント。
前記各トラニオン軸の両端には軸受が装着され、当該軸受の外輪が前記保持面により保持される請求項１記載のユニバーサルジョイント。