JP4920465B2

JP4920465B2 - 摺動式等速ジョイント

Info

Publication number: JP4920465B2
Application number: JP2007073517A
Authority: JP
Inventors: 康昭武川
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2027-03-20
Also published as: US20080234057A1; US8029375B2; JP2008232303A

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用される摺動式等速ジョイント、より詳しくは、連結すべき駆動軸と従動軸とが角度(作動角)をなした状態でも等速度で回転運動を伝えることができ、かつ駆動軸と従動軸との間で相対的に軸方向移動が可能な摺動式等速ジョイントに関する。

従来の農機トラクタ等の車両の動力伝達系には、例えば、図５に示すように、二つの動力伝達軸１２０，１３０と、それらの間に配置したプロペラシャフト１５０の両端とを、それぞれクロスジョイント１００ａ，１００ｂを介して連動連結して構成したものがある（例えば、特許文献１，２参照）。各クロスジョイントと動力伝達軸との取り付け構造を図５を参照して説明すると、一方（図の左側）のクロスジョイント１００ａは、雌スプライン溝を形成した円筒部１０１ａを、相手側の動力伝達軸１２０の雄スプライン溝を形成したスプライン軸１２１に外嵌し、スプライン軸１２１の外周に形成した凹部１２２にボルト１０５を係合して固着していた。

また、他方（図の右側）のクロスジョイント１００ｂは、雌スプライン溝を形成した円筒部１０１ｂを、相手側の動力伝達軸１３０の雄スプライン溝を形成したスプライン軸１３１に外嵌して取り付けていた。すなわち、右側のクロスジョイント１００ｂが動力伝達軸１３０に対し軸方向にスライド自在となっていることによって、エンジンの振動等によって二つの動力伝達軸の相対的位置が変動しても、その相対的位置ずれによる各連結部の不具合を吸収することができる。これにより、各部材の嵌め合いを適性に維持して、回転トルクを良好に伝達していた。

しかしながら、図５に示す従来例では、右側のクロスジョイント１００ｂをスプライン軸１３１に対し摺動するように嵌合しているので、その嵌合箇所にて磨耗が発生するといった問題があった。また、左側のクロスジョイント１００ａと動力伝達軸１２０とはボルト１０５で固定しなければならないため、その取付作業が面倒であった。

上記の問題点を解決するため、本件出願人は、図６に示すように、シャフト２００の端部と、外輪２０２内に配設した受け部材２０５との間に、コイルばね２０１を内装した摺動式等速ジョイントを既に提案している（特願２００６−２９９３５１号参照）。この摺動式等速ジョイントは、コイルばね２０１を用いることにより、両端の摺動式等速ジョイント間の長さを伸縮自在にして構成して、所定間隔に離間した二つの動力伝達部材２０３，２０３に、容易に取り付けることができるようにしたものである。
特開平５−１７８１０５号公報特開２００３−３００４２２号公報

図６に示す摺動式等速ジョイントは、シャフト２００が作動角をとった場合、コイルばね２０１の先端に付設したキャップ部材２０４が、外輪２０２内に配設した受け部材２０５上を摺動する。つまり、コイルばね２０１もシャフト２００に追従して傾斜するので、キャップ部材２０４の受け部材２０５に対する摺動が円滑に行われないと、コイルばね２０１が屈曲し安定姿勢を保持できない場合がある。このことは、トルク伝達の安定性の低下に繋がる虞がある。

本発明は、斯かる実情に鑑み、シャフトが首振り運動をしても、弾発部材（コイルばね）を安定姿勢に保持し、トルク伝達の安定性の向上を図ることができる摺動式等速ジョイントを提供しようとするものである。

請求項１の発明は、動力伝達部材に連結される外側継手部材と、シャフトの端部に連結される内側継手部材を有し、前記外側継手部材と内側継手部材との間で、角度変位及び軸方向変位を許容しつつトルク伝達可能に構成された摺動式等速ジョイントにおいて、前記外側継手部材内に、前記内側継手部材に連結された前記シャフトの先端と外側継手部材との間で軸方向に伸縮する弾性部材を設け、さらに、前記弾性部材と前記シャフトの先端との間に介在し、シャフトの先端を接触案内する軸受部材を設け、所定間隔で離間した二つの動力伝達部材の一方に他の摺動式等速ジョイントを介して一端が連結されたシャフトの他端に対して連結された状態で、前記弾性部材を軸方向に圧縮することにより、前記外側継手部材の先端とそれに対向する他方の動力伝達部材との間に隙間が生じるように構成したものである。

シャフトが動力伝達部材に対して首振り運動をした場合、シャフトの先端は軸受部材に接触案内される。従って、弾性部材は、シャフトの首振り運動の影響を受けることがほとんど無く、常に安定姿勢を保持することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の摺動式等速ジョイントにおいて、先端に球状凸面部を形成したキャップ部材を前記シャフトの先端に付設し、前記軸受部材に前記球状凸面部を接触案内する球状凹面部を形成したものである。

キャップ部材の球状凸面部と、軸受部材の球状凹面部とが接触していることにより、各部材相互間の接触摩擦を低減させ、スムーズな摺動が可能となる。これにより、シャフトが首振り運動することによる弾性部材への影響を一層軽減することができる。

請求項３の発明は、請求項２に記載の摺動式等速ジョイントにおいて、前記キャップ部材の先端中央にフラット面部を形成すると共に、当該フラット面部の周囲に環状の球状凸面部を形成したものである。

キャップ部材は、軸受部材に対し、フラット面部では接触せずに環状の球状凸面部にて接触する。このように、キャップ部材と軸受部材とが、環状に接触することができ、安定した摺動が可能となる。

請求項４の発明は、請求項２又は３に記載の摺動式等速ジョイントにおいて、前記球状凸面部の曲率半径を、前記球状凹面部の曲率半径より小さく設定したものである。

このように設定したことにより、キャップ部材と軸受部材との接触範囲を小さくすることができ、各部材相互間の接触摩擦を一層低減することができる。

本発明によれば、シャフトが動力伝達部材に対し首振りしても、弾性部材は、シャフトの首振り運動の影響をほとんど受けず、常に安定姿勢を保持することができる。従って、図６に示した摺動式等速ジョイントのように、弾性部材（コイルばね）が屈曲することが無く、トルク伝達の安定性を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
本発明は、乗用自動車や農機トラクタ等の車両に使用される動力伝達系、例えばプロペラシャフトに用いられる摺動式等速ジョイントに係り、一方が駆動軸、他方が従動軸となる二つの動力伝達部材の間に配置したシャフトの両端を、動力伝達部材のそれぞれに首振り自在に連結するものである。このシャフトの両端に連結される一対の摺動式等速ジョイントは、互いに同様の構造（対称）となっているので、シャフトの片端側の摺動式等速ジョイントについて説明する。

図１に示すように、本発明の摺動式等速ジョイントは、外輪４と、内輪５と、トルク伝達部材としてのボール６と、保持器７を主要な構成要素としている。
外側継手部材としての外輪４は、大径筒部８と小径筒部９とを同軸上に一体形成した部材である。小径筒部９の内周面には、軸線方向に延びる雌スプライン溝１０が形成され、動力伝達部材２のスプライン軸１１の外周面には、この雌スプライン溝１０と係合する雄スプライン溝１２が形成されている。つまり、動力伝達部材２と外輪４は、軸線方向にスライドして着脱自在に構成されている。

外輪４の大径筒部８は、その内部に内輪５とボール６と保持器７等を収納することができる収納空間１３を有し、大径筒部８の内周面には、軸線方向に延びる複数本のボール溝１４を周方向に等間隔に形成している。また、大径筒部８の開口端とシャフト１の間には、ゴム製等のブーツ２０が装着されている。

内側継手部材としての内輪５は、その内周面にシャフト１の端部外周面に形成した雄スプライン溝１５と係合する軸線方向に延びた雌スプライン溝１６が形成されている。そして、内輪５の内方に挿入したシャフト１の先端近傍には、シャフト１が内輪５から抜け出ないようにするための止め輪１７が装着されている。

また、内輪５の外周面には、軸線方向に延びる複数本のボール溝１８が周方向に等間隔に形成されており、内輪５のボール溝１８と前記外輪４のボール溝１４は、対向して配置される。この内外輪４，５の対向するボール溝１４，１８によって形成されたトラックには、それぞれ１個のボール６が転動自在に組み込まれている。

保持器７は、周方向に等間隔に複数個のポケット１９が貫設してある。保持器７は、外輪４と内輪５との間に介装され、各ポケット１９にボール６を１個ずつ収容する。保持器７の内周面と内輪５の外周面は球面接触しており、これにより、シャフト１は作動角をとる（角度変位する）ことができる。また、ボール６が外輪４のボール溝１４に沿って転動可能となっていることにより、ボール６・シャフト１・内輪５・保持器７は一体となって、外輪４に対し軸線方向に移動する（軸方向変位する）ことができる。すなわち、摺動式等速ジョイントは、外輪４と内輪５との間で、角度変位及び軸方向変位を許容しつつトルク伝達可能に構成されている。

また、外輪４の開口端の内周縁には、サークリップ等の止め輪３０を装着し、この止め輪３０とボール６とが干渉することにより、内輪５やシャフト１等の外輪４からの脱落を防止している。

外輪４の収納空間１３内には、軸線方向に伸縮可能な弾性部材２１が内装されている。図１において、弾性部材２１はコイルばねである。外輪４の大径筒部８内周面と小径筒部９の内周面とを繋ぐ段差面に形成した窪部２２には、浅皿状のシールプレート２３が嵌合され、このシールプレート２３にコイルばね２１の一端が装着してある。また、コイルばね２１の他端には、浅皿状の軸受部材２４が装着されている。この軸受部材２４は、シールプレート２４側に凸球面状に湾曲した形状となっている。このように形成された軸受部材２４のシャフト１側の面には、球状凹面部２５を有する。前記シールプレート２３と軸受部材２４は、それぞれ短筒状の縁部２３ａ，２４ａを有している。この縁部２３ａ，２４ａ内にコイルばね２１の各端部を保持することにより、コイルばね２１の軸線と直交方向の移動（芯ずれ）を防止している。

シャフト１の先端にはキャップ部材２６が付設され、シャフト１はこのキャップ部材２６を介して軸受部材２４と接触している。このキャップ部材２６の先端には、中央に形成したフラット面部２７と、フラット面部２７の周囲に形成した円環状の球状凸面部２８とを有する。キャップ部材２６の形成素材としては、シャフト１への取付性や成形性の点から樹脂製が好ましい。

図１の状態では、コイルばね２１は軸線方向に圧縮されており、このコイルばね２１の弾発付勢によって、キャップ部材２６と軸受部材２４とは互いに圧接している。詳しくは、キャップ部材２６の球状凸面部２８と、軸受部材２４の球状凹面部２５とが接触している。また、球状凸面部２８の曲率半径は、球状凹面部２５の曲率半径よりも小さく設定されているため、球状凸面部２８と球状凹面部２５とは、円環状に線接触する。

なお、コイルばね２１は、圧縮した状態で外輪４に内装されている。すなわち、ボール６の軸線方向の移動可能範囲、言い換えれば、摺動式等速ジョイント３の摺動ストロークの全範囲において、コイルばね２１は軸線方向両側へ弾発力を付与可能な状態にある。

このようにシャフトの両端に付設した摺動式等速ジョイントを、所定間隔で離間した二つの動力伝達部材に取り付ける方法について説明する。
まず、一方の摺動式等速ジョイント３の小径筒部９を、相手側の動力伝達部材２のスプライン軸１１に軸線方向にスライドして外嵌する（図１参照）。この状態では、一方の速ジョイント３の先端から他方の摺動式等速ジョイント３の先端までの軸線方向長さは、動力伝達部材２，２相互間の間隔寸法よりも長い。そこで、図２に示すように、他方の摺動式等速ジョイント３に、軸線方向の押圧力Ａを付与し、両方の摺動式等速ジョイント３内のコイルばね２１を圧縮した状態にする。つまり、押圧力Ａを付与してコイルばね２１を圧縮することで、摺動式等速ジョイント３，３の各先端相互間の軸線方向長さを、動力伝達部材２，２相互間の間隔寸法よりも短くすることができる。そして、他方の摺動式等速ジョイント３の小径筒部９を、相手側の動力伝達部材２のスプライン軸１１に軸線方向にスライドして外嵌し、取付作業を完了する。

取付完了状態では、コイルばね２１の弾発付勢によって、摺動式等速ジョイント３の外輪４は相手側の動力伝達部材２へ押し当てられ、摺動式等速ジョイント３と動力伝達部材２との嵌め合いを保持する。また、シャフト１は両端のコイルばね２１，２１の向かい合う弾発力の釣り合った位置で保持される。

なお、上述の取付方法に限らず、例えば、両側の摺動式等速ジョイント３，３をシャフト１側へ押圧して軸線方向に短くし、その後、各摺動式等速ジョイント３，３を動力伝達部材２，２に順次ないし同時に外嵌してもよい。

また、取付完了した摺動式等速ジョイント３を動力伝達部材２から取り外す方法は、上述した取付時の手順と逆手順で行えばよいので説明を省略する。

図３は、二つの動力伝達部材が角度(作動角)をなした状態、つまり、シャフト１が作動角θをとった状態を示す。図１の作動角０°の状態から、図３の作動角θの状態となるとき、シャフト１の先端に付設したキャップ部材２６が、軸受部材２４の球状凹面部２５上を摺動する。球状凹面部２５に対し、キャップ部材２６の球状凸面部２８が円環状に線接触することにより、円滑でかつ安定した摺動運動が行われる。一方、コイルばね２１は軸線方向に平行に配置され、安定姿勢に保持される。

また、図４は、シャフト１が最大作動角θ´をとった場合であり、キャップ部材２６の球状凸面部２８は、軸受部材２４の球状凹面部２５と線接触した状態にある。また、この場合も同様に、コイルばね２１は軸線方向に平行な安定姿勢に保持されている。このように、シャフト１が動力伝達部材２に対し首振りしても、コイルばね２１は常に安定姿勢に保持されるので、安定したトルク伝達を実現できる。なお、径寸法の小さいコイルばね２１より、径寸法の大きいコイルばね２１の方が安定姿勢を保持する上で望ましい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に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で、種々の変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明の摺動式等速ジョイントを、シャフトの両端でなく、片端のみに連結してもよい。また、弾発部材を、蛇腹状に形成した弾性金属部材等、コイルばね以外のものであってもよい。また、シャフトの先端を軸受部材に直接接触させてもよく、さらにその場合、シャフトの先端にフラット面部と球状凸面部とを形成してもよい。

本発明の摺動式等速ジョイントを示す実施の一形態を示す断面図である。前記摺動式等速ジョイント内のコイルばねを圧縮した状態を示す断面図である。シャフトが作動角をとった状態を示す断面図である。シャフトが最大作動角をとった状態を示す断面図である。従来のプロペラシャフトを示す断面図である。比較例の摺動式等速ジョイントをプロペラシャフトに適用した状態を示す断面図である。

符号の説明

１シャフト
２動力伝達部材
３摺動式等速ジョイント
４外輪
５内輪
６ボール
７保持器
２１コイルばね
２３シールプレート
２４軸受部材
２５球状凹面部
２６キャップ部材
２７フラット面部
２８球状凸面部

Claims

動力伝達部材に連結される外側継手部材と、シャフトの端部に連結される内側継手部材を有し、前記外側継手部材と内側継手部材との間で、角度変位及び軸方向変位を許容しつつトルク伝達可能に構成された摺動式等速ジョイントにおいて、
前記外側継手部材内に、前記内側継手部材に連結された前記シャフトの先端と外側継手部材との間で軸方向に伸縮する弾性部材を設け、
さらに、前記弾性部材と前記シャフトの先端との間に介在し、シャフトの先端を接触案内する軸受部材を設け、
所定間隔で離間した二つの動力伝達部材の一方に他の摺動式等速ジョイントを介して一端が連結されたシャフトの他端に対して連結された状態で、前記弾性部材を軸方向に圧縮することにより、前記外側継手部材の先端とそれに対向する他方の動力伝達部材との間に隙間が生じるように構成したことを特徴とする摺動式等速ジョイント。
先端に球状凸面部を形成したキャップ部材を前記シャフトの先端に付設し、前記軸受部材に前記球状凸面部を接触案内する球状凹面部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の摺動式等速ジョイント。
前記キャップ部材の先端中央にフラット面部を形成すると共に、当該フラット面部の周囲に環状の球状凸面部を形成したことを特徴とする請求項２に記載の摺動式等速ジョイント。
前記球状凸面部の曲率半径を、前記球状凹面部の曲率半径より小さく設定したことを特徴とする請求項２又は３に記載の摺動式等速ジョイント。