JP5901875B2 - 等速自在継手用シャフト - Google Patents

Description

本発明は、駆動系に発生する捩り振動を抑制することが出来る等速自在継手用シャフトに関する。

自動車用における駆動輪への動力伝達手段は、ハーフシャフトにより連結された固定型等速自在継手と摺動型等速自在継手により、トルク変動することなく滑らかに伝達されている。このように、等速自在継手を含む駆動系では、エンジンからの振動を主に摺動型等速自在継手が吸収し、車体に不快な振動として伝えないようにしている。

しかし、摺動型等速自在継手における振動の吸収方向は、スライド方向（軸方向）が全てであり、捩り方向（回転方向）の変位を吸収することができない。つまり、エンジン側からの回転変動を伴ったトルクの変動、いわゆる捩り振動を吸収することができない。

このため、従来には、外側継手部材（外輪）を、外筒部と内筒部の２層構造とし、この外筒部と内筒部との間に、軸方向の相対移動及び軸心廻りの相対回転とを許容する案内装置を介在した等速自在継手がある（特許文献１）。また、この等速自在継手は、外筒部と内筒部との軸方向の相対移動及び軸心廻りの相対回転を抑制する抑制装置（ゴム素材からなる）を備えている。

この特許文献１に記載の案内装置１０２は、図８と図９に示すように、外筒部７６と内筒部８２との間に配設される摺動体１０６を備え、外筒部７６と摺動体１０６との間に軸方向溝１０８が形成されるとともに、内筒部８２と摺動体１０６との間に周方向溝１１０が形成され、各溝１０８、１１０に転動体１１２，１１４が嵌合されるものである。

また、図９に示すように、案内装置１０２における摺動体１０６の近傍には、摺動板１００、１００間に介在される第１ばね９６と第２ばね９８を有する相対抑制装置が配設されている。この相対抑制装置は、外筒部７６と内筒部８２との軸心廻りの相対回転を抑制する。

特許文献１に記載の等速自在継手では、前記のように構成することによって、「駆動系の一部である車両用等速自在継手のねじり剛性が低下して駆動系の共振周波数が低下し、ドライブシャフトのねじり共振が抑制されることになって、ロックアップこもり音等の騒音の発生を抑制しつつロックアップクラッチのロックアップ回転速度の低回転化が図れる」というものである。さらには、「外筒部と内筒部との軸心まわりの相対回転速度に応じて相対移動抵抗を発生する減衰要素を備えることになり、その減衰要素において駆動系に発生するねじり振動が吸収されるので、駆動系に発生する振動を十分に抑制することができる」というものである。

特開２０１０-１４４７６３号公報

しかしながら、前記特許文献１では、外輪の回転方向に対する相対変位量は転動体１１４の稼動範囲により規制され、この間の捩り剛性は相対抑制装置のバネ力により決まり、このバネ特性により狙いの捩り剛性が得られるように、チューニングすることになる。

また、ゴム素子（相対回転抑制装置）が、外筒部７６と内筒部８２との周方向の間隙に設けられていることから、駆動系に発生するねじり振動は必ずそのゴム素子を介して外筒部７６と内筒部８２との間を伝播するようになっている。このため、駆動系にて発生するねじり振動を抑制することができる。

ところが、前記特許文献１に記載のねじり振動吸収構造では、低トルク領域で回転方向に大きく捩れる構造であるため、トルク入力が正負で変わる状況においては回転方向の変位が大きくなる。このため、加減速を繰り返す（負荷トルクが正負で入れ替わる）ような走行状態では、剛性感（＝ダイレクト感）が損なわれてしまう。

本発明の課題は、捩り振動（回転方向の振動）を吸収しつつ剛性感を損なうことのない等速自在継手用シャフトを提案することにある。

本発明の等速自在継手用シャフトは、出力側端部および入力側端部にそれぞれ等速自在継手が接続される等速自在継手用シャフトであって、出力側端部と入力側端部との間の等速自在継手用シャフト中央部に、入力側端部からのトルク変動を回転方向の抵抗により抑制する減衰機構を設け、前記減衰機構は、少なくとも、シャフト本体にて構成される第１部材と、この第１部材を構成するシャフト本体に外嵌される筒状の外方部材にて構成される第２部材を備え、前記第２部材の一端側は前記第１部材の捩れ変位と同期し、他端側は前記第１部材と、結合されず、相対変位するものであって、この他端側の相対変位部において、位相差が生じることで摩擦抵抗を発生させ、前記相対変位部に、前記第１部材と前記第２部材との間に締め代が付与されて嵌合される第３部材を配置し、前記第３部材は周方向に沿って所定ピッチで配設される３個以上の球状部材であるものである。

本発明の等速自在継手用シャフトは、減衰機構を設けたことによって、入力トルクの変動に伴う回転変動を抑制することができる、つまり捩り方向の振動を吸収することができる。

前記第１部材は前記入力側端部と前記出力側端部とが一体成形されているのが好ましい。

また、第２部材は、トルク入力側又はトルク出力側において第１部材に結合され、第１部材に結合されていないトルク出力側又はトルク入力側において、第１部材と相対変位するように設定される。

第１部材と第２部材との相対変位部に、締め代が付与されて嵌合される第３部材を配置し第３部材は周方向に沿って所定ピッチで配設される３個以上の球状部材である。また、前記球状部材を周方向に沿って所定ピッチで配設した状態を保持するための保持器を備えてもよい。

前記減衰機構は、出力側端部と入力側端部とを連結する中実状シャフトからなる第１部材と、この第１部材に外嵌される円筒状の外方部材からなる第２部材と、第１部材と外方部材との相対変位部に締め代をもって嵌合する摺動部材としての球状部材からなる第３部材と、第３部材を保持する保持器とを備え、前記第２部材である外方部材が前記第１部材のトルク入力側又はトルク出力側に結合されるとともに、第２部材と結合されない側のトルク出力側又はトルク入力側に前記第３部材が配設される相対変位部としたものであってもよい。

また、第３部材を等速自在継手用シャフト軸心に沿って複数列配置したものであっても、第１部材と第２部材との結合はセレーション結合であっても、第１部材と第２部材との結合は溶接による結合であってもよい。

第１部材の外径面に前記球状部材からなる第３部材の軸方向の抜けを規制する係止部を設けたものであっても、第２部材の内径面に前記球状部材からなる第３部材の軸方向の抜けを規制する係止部を設けたものであってもよい。さらには、相対変位部における第２部材の開口端が内径側へ加締られてなる抜け止め部を設けてもよい。

入力側端部に摺動型等速自在継手を取り付け、出力側端部に固定式等速自在継手を取り付けたものとすることができ、入力側端部及び出力側端部に摺動型等速自在継手を取り付けたものとできる。

本発明の等速自在継手用シャフトでは、トルク変動を減衰させる機構を設けたことによって、トルク変動による捩り振動を吸収することができる。この等速自在継手用シャフトを、自動車における駆動輪への動力伝達手段に用いれば、加減速を繰り返すような走行状態においても剛性感（＝ダイレクト感）を損なうことなく優れた運転性が発揮され、しかも捩り振動を抑制することができる。

減衰機構が第１部材と第２部材を備え第１部材が一体成形されたトルク伝達シャフトからなるため、構成の簡略化を図ることができる。第２部材はトルク伝達シャフトとして機能する第１部材に対して外嵌されるものでは、コンパクト化を図ることができる。

第２部材は、一端側を第１部材に結合し、他端側を第１部材と相対変位するように設定でき、捩り方向の振動を吸収する機能を有効に発揮できる。また、第３部材を備えたものでは、捩り方向の振動を吸収する機能の信頼性の向上を図ることができる。特に、第３部材を周方向に沿って所定ピッチで配設される３個以上の球状部材とすることによって、より信頼性の向上を図ることができる。さらに、保持器を備えたものでは、球状部材を保持が安定する。

このように、第１部材と第２部材と第３部材等を備えたものでは、捩り方向の振動を吸収する機能を有効に発揮でき、信頼性の高い機能を発揮できる。

第３部材を等速自在継手用シャフト軸心に沿って複数列配置することで回転方向の抵抗力を調整できることから、大きなトルク変動も抑制することが可能となる。また、第１部材と第２部材との結合はセレーション結合であっても、溶接による結合であってもよく、この結合手段に公知・公用のものを用いることができ、低コスト化を図ることができる。

係止部や抜け止め部を設けたものでは、第１部材と第２部材との間からの第３部材の抜けを防止でき、長期にわたって安定して振動吸収機能を発揮できる。

入力側端部に摺動型等速自在継手を取り付け、出力側端部に固定型等速自在継手を取り付けたものとすることができ、また、入力側端部及び出力側端部に摺動型等速自在継手を取り付けたものとできので、種々のタイプの動力伝達手段を構成でき、汎用性に優れる。

本発明の等速自在継手用シャフトの縦断面図である。 前記等速自在継手用シャフトの要部横断面図である。 前記等速自在継手用シャフトの要部拡大断面図である。 前記等速自在継手用シャフトの簡略断面図である。 図４のＹ−Ｙ線拡大断面図である。 図４のＺ−Ｚ線拡大断面図である。 本発明の等速自在継手用シャフトの他の実施形態を示す要部拡大断面図である。 従来の車両用等速自在継手の要部断面図である。 前記図８に示す車両用等速自在継手の要部拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

図１は本発明に係る等速自在継手用シャフトの縦断面図を示し、この等速自在継手用シャフトは、シャフト本体１と、このシャフト本体１に外嵌される外方部材２とを備え、シャフト中央部３には減衰機構４が設けられている。

シャフト本体１は、出力側端部１ａと、入力側端部１ｂと、本体部１ｃと、出力側端部１ａと本体部１ｃとの間に配設される小径部１ｄ及び大径部１ｅと、入力側端部１ｂと本体部１ｃとの間に配設される小径部１ｆ及び大径部１ｇとを有するものである。

この場合、出力側端部１ａに図示省略の固定式等速自在継手が連結され、入力側端部１ｂに図示省略の摺動式等速自在継手が連結される。なお、固定式等速自在継手としては、トラック溝底が円弧部のみであるバーフィールド型やトラック溝底の一部に直線部分を有するアンダーカットフリー型等の種々のタイプものを用いることができる。また、摺動式等速自在継手としては、ダブルオフセット型、トリポード型、又はクロスグルーブ型等の種々のタイプものを用いることができる。

このため、出力側端部１ａはその外径面に雄スプライン５が形成されるとともに、止め輪（図示省略）が嵌合される周方向溝６が形成されている。また、入力側端部１ｂも同様に、その外径面に雄スプライン７が形成されるとともに、止め輪（図示省略）が嵌合される周方向溝８が形成されている。

出力側端部１ａ側の大径部１ｅは図示省略の固定式等速自在継手の開口部を塞ぐためのブーツ（図示省略）の装着部を構成する。このため、大径部１ｅには周方向溝９が形成されている。また、入力側端部１ｂ側の大径部１ｇは図示省略の摺動式等速自在継手の開口部を塞ぐためのブーツ（図示省略）の装着部を構成する。このため、大径部１ｇには周方向溝１０が形成されている。

また、本体部１ｃは、中央本体１２と、入力側端部１ｂ側の大径部１ｇに連設される大径部１３とを有する。そして、外方部材２は、本体筒状部２ａと、この本体筒状部２ａの入力側の支持用小径部２ｂとからなる。この支持用小径部２ｂが、本体部１ｃの大径部１３に結合される。この場合の結合はいわゆるセレーション結合１５である。すなわち、大径部１３の外周面に雄セレーションを形成して雄形結合部を構成するとともに、支持用小径部２ｂの内周面に雌セレーションを形成して雌形結合部を構成し、雄形結合部と雌形結合部とを嵌合（係合）させることによって、結合するものである。なお、大径部１３と支持用小径部２ｂとの結合手段は、セレーション結合１５に限るものではなく、溶接等の他の手段であってもよい。また、このセレーション結合１５における雄形結合部における雄セレーションには雄スプラインを含み、セレーション結合１５における雌形結合部における雌セレーションには雌スプラインを含むものとする。このため、セレーション結合１５にはスプライン結合を含む。

また、外方部材２の本体筒状部２ａの反支持用小径部側の開口部には、摺動部材としての球状部材（球体）２０が、図２に示すように、周方向に沿って所定ピッチで複数個（図例では、６０度ピッチで６個）配設されている。この場合、反支持用小径部側の開口部側において、本体部１ｃの中央本体１２と外方部材２の本体筒状部２ａとの間に保持器２１が介装され、この保持器２１に前記球状部材２０が保持される。すなわち、保持器２１は短円筒体であって、その周壁に周方向に沿って６０度ピッチでポケット２２が形成され、各ポケット２２に球状部材２０が嵌合保持されている。この球状部材２０は締め代をもって嵌合される。

ところで、図３に示すように、シャフト本体１側および外方部材２側にそれぞれ係止部２５，２６が設けられている。シャフト本体１側の係止部２５は、出力側端部１ａ側の大径部１ｅと中央本体１２との間に設けられる拡径部２５ａにて構成することができる。この拡径部は断面凹曲面状である。また、外方部材２側の係止部２６は、外方部材２の開口部側の内径面を大径部２７とし、この大径部２７の奥側に設けられる凹曲部２７ａにて構成することができる。

このように、係止部２５，２６を設けることによって、摺動部材としての球状部材２０の軸方向に抜けを防止できる。すなわち、係止部２５が球状部材２０の出力側への移動を規制し、係止部２６が球状部材２０の入力側への移動を規制する。なお、大径部２７の開口端には出力側に向かって拡径するテーパ部２７ｂが形成されている。

ところで、前記減衰機構４は、シャフト本体１の中央本体１２である第１部材３１と、外方部材２である第２部材３２と、保持器２１にて保持されている球状部材２０である第３部材３３等にて構成される。

次にこのシャフトの組立方法について説明する。まず、シャフト本体１に球状部材２０と保持器２１とを組み付ける。この場合、保持器２１をシャフト本体１の本体部１ｃの中央本体１２に外嵌した後、この保持器２１の各ポケット２２の球状部材２０を嵌合することになる。次に、球状部材２０と保持器２１とを組み付けたシャフト本体１に、入力側から第２部材３２である外方部材２を挿入する。この際、第３部材３３である摺動部材に対して外方部材２の開口部側を圧入するとともに、シャフト本体１の大径部１３の雄形結合部に対して外方部材２の支持用小径部２ｂの雌形結合部を圧入することになる。これによって、図１に示す等速自在継手用シャフトが完成する。なお、外方部材２の開口端縁には前記したようにテーパ部２７ｂが形成されているので、外方部材２の挿入時にこのテーパ部２７ｂがガイドとなって滑らかに組み立てることができる。

次に図４から図６を用いて、減衰機構４の機能を説明する。なお、入力側のセレーション結合１５と出力側の相対変位部との間は、任意の所定寸Ａに設定される。入力側において、第１部材３１と第２部材３２とがセレーション１５にて結合されているので、入力側において、図４に示すように、トルク負荷が付与された場合、図５に示すように、第２部材３２は第１部材３１の捩れ変位（θｔ）と同期する。図５において、Ｐ１は、トルク負荷時の第１部材３１と第２部材３２の位相を示す。これに対して、出力側において、結合されていないので、図６に示すように、第１部材３１と第２部材３２とには位相差（θｔ）が生じる。しかしながら、出力側において第１部材３１と第２部材３２との間に、締め代をもって球状部材２０が嵌合されているので、発生する摩擦力（抵抗力）によって、瞬間的に変動する捩り方向の変動エネルギーが相殺（吸収）されることになる。このため、捩り振動を抑制（減衰）することができる。図６において、Ｐ２はトルク負荷時の第１部材３１の位相を示し、Ｐ３はトルク負荷時の第２部材３２の位相を示す。

このように、本発明では、トルク変動を抑制するための減衰機構４を設けたことによって、トルク変動による捩り振動を吸収することができる。このため、この等速自在継手用シャフトを、自動車における駆動輪への動力伝達手段に用いれば、加減速を繰り返すような走行状態においての剛性感（＝ダイレクト感）を損なうことなく優れた運転性が発揮される。

減衰機構４が第１部材３１と第２部材３２を備え第１部材３１が一体成形されたトルク伝達用シャフトから成るため、構成の簡略化を図ることができる。第２部材３２はトルク伝達シャフトとして機能する第１部材３１に対して外嵌するため、コンパクト化を図ることができる。

第２部材３２は、一端側を第１部材３１に結合し、他端側を第１部材３１と相対変位するように設定できるので、捩り方向の振動を吸収する機能を有効に発揮できる。また、第３部材３３を備えたものでは、球状部材２０が締め代をもって嵌合されているので、この締め代に摩擦力を発生させることができ、捩り方向の振動を吸収する機能の信頼性の向上を図ることができる。このため、この締め代としては、第１部材３１と第２部材３２との間に、この相対変位部において位相差が生じる摩擦抵抗を発生させるものであればよい。さらに、保持器２１を備えたものでは、球状部材２０の保持が安定する。

このように、第１部材３１と第２部材３２と第３部材３３等を備えたものでは、捩り方向の振動を吸収する機能を有効に発揮でき、信頼性の高い機能を発揮できる。

次に、図７では、外方部材２の出力側の開口端部が内径側へ縮径されて（加締られて）なる抜け止め部４０が形成されている。これによって、球状部材２０の出力側への抜けを規制している。このように、前記係止部２５，２６やこの抜け止め部４０を設けたものでは、第１部材３１と第２部材３２との間からの第３部材３３の抜けを防止でき、長期にわたって安定して振動吸収機能を発揮できる。

ところで、前記実施形態では、複数個（図例では、６個）の球状部材２０を周方向に沿って６０°ピッチで配設したもの、つまり、第３部材３３が等速自在継手用シャフト軸心に沿って１列のみ配置したものであった。これに対して、このような複数の球状部材２０からなる第３部材３３を等速自在継手用シャフト軸心に沿って複数列配置するようにしてもよい。この場合、複数列の数としては任意に設定できる。また、各列の間隔としても任意であり、３列以上である場合、配置ピッチとしては、等ピッチであっても、不等ピッチであってもよい。このように、第３部材３３を周方向に沿って所定ピッチで配設される３個以上の球状部材とすることによって、より大きなトルク変動を抑制することができる。

また、この等速自在継手用シャフトは、前記実施形態では、入力側端部１ｂに摺動式等速自在継手を取付け、出力側端部１ａに固定式等速自在継手を取付けるものであったが、他の実施形態として、出力側端部１ａおよび入力側端部１ｂに摺動式等速自在継手を取付けるものとすることができる。また、この場合の摺動式等速自在継手としても、ダブルオスセット型、トリポード型、又はクロスグルーブ型等の種々のタイプものを用いることができる。このように、本発明の等速自在継手用シャフトは、種々のタイプの動力伝達手段を構成でき、汎用性に優れる。

前記実施形態では、第２部材３２を第１部材３１の入力側に結合していたが、別の実施形態として、第２部材３２を第１部材３１の出力側に結合し、第２部材３２の入力側に第３部材３３を配置するようにしてもよい。このような場合であっても、入力側端部からのトルク負荷による回転変動を抑制することができ、捩り方向の振動を吸収することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、第３部材３３を構成する球状部材２０の数の増減は任意で、少なくとも周方向に沿って１２０度ピッチで配設される３個あればよい。また、球状部材２０を複数列配設する場合、各列の球状部材２０の数としては、同数であっても、異数であってもよい。

１ａ 出力側端部
１ｂ 入力側端部
２ 外方部材
３ シャフト中央部
４ 減衰機構
１５ セレーション結合
２０ 球状部材
２１ 保持器
２５，２６ 係止部
３１ 第１部材
３２ 第２部材
３３ 第３部材
４０ 抜け止め部

Claims (12)

1. 出力側端部および入力側端部にそれぞれ等速自在継手が接続される等速自在継手用シャフトであって、
   出力側端部と入力側端部との間の等速自在継手用シャフト中央部に、入力側端部からのトルク変動を回転方向の抵抗により抑制する減衰機構を設け、前記減衰機構は、少なくとも、シャフト本体にて構成される第１部材と、この第１部材を構成するシャフト本体に外嵌される筒状の外方部材にて構成される第２部材を備え、前記第２部材の一端側は前記第１部材の捩れ変位と同期し、他端側は前記第１部材と、結合されず、相対変位するものであって、この他端側の相対変位部において、位相差が生じることで摩擦抵抗を発生させ、
   前記相対変位部に、前記第１部材と前記第２部材との間に締め代が付与されて嵌合される第３部材を配置し、前記第３部材は周方向に沿って所定ピッチで配設される３個以上の球状部材であることを特徴とする等速自在継手用シャフト。
2. 前記第１部材は前記入力側端部と前記出力側端部とが一体成形されていることを特徴と
   する請求項１に記載の等速自在継手用シャフト。
3. 前記一端側がトルク入力側であって、前記他端側がトルク出力側であることを特徴とす
   る請求項１又は請求項２に記載の等速自在継手用シャフト。
4. 前記球状部材を周方向に沿って所定ピッチで配設した状態を保持する保持器を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の等速自在継手用シャフト。
5. 前記第３部材を等速自在継手用シャフト軸心に沿って複数列配置したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の等速自在継手用シャフト。
6. 前記一端側において、前記第１部材と前記第２部材とセレーション結合による結合されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の等速自在継手用シャフト。
7. 前記一端側において、前記第１部材と前記第２部材とが溶接により結合されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の等速自在継手用シャフト。
8. 前記第１部材の外径面に前記球状部材からなる第３部材の軸方向の抜けを規制する係止部を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の等速自在継手用シャフト。
9. 前記第２部材の内径面に前記球状部材からなる第３部材の軸方向の抜けを規制する係止部を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に等速自在継手用シャフト。
10. 相対変位部における前記第２部材の開口端が内径側へ加締られてなる抜け止め部を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の等速自在継手用シャフト。
11. 入力側端部に摺動型等速自在継手を取り付け、出力側端部に固定式等速自在継手を取り付けたことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の等速自在継手用シャフト。
12. 入力側端部及び出力側端部に摺動型等速自在継手を取り付けたことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の等速自在継手用シャフト。

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