JP6302339B2 - 十字軸継手 - Google Patents

Description

本発明は、十字軸継手に関する。

前部に原動機、変速装置を搭載し、後部に終減速装置を搭載する車両では、前後方向に延びる推進軸を備え、この推進軸により変速装置で減速された原動機の動力を終減速装置に伝達している。
また、変速装置と終減速装置との間隔が一定でないこと、変速装置の出力軸と終減速装置の入力軸との回転軸が同一直線上にないことから、推進軸の両端には、自在継手が設けられている。
なお、自在継手としては、例えば、取付角度がずれても回転二次振動の発生し難い等速継手が知られているが、等速継手は高コストである。このため、カルダン方式と称される十字軸継手が一般的に使用されている。

十字軸継手は、４つの軸部を有する十字軸と、貫通孔が形成され、その貫通孔に十字軸の軸部が収容される一対のヨークと、軸部とヨークとの間に介装されるニードルローラーベアリングと、を備えている。
また、ニードルローラーベアリングは、十字軸の軸部が挿入する有底円筒状のベアリングカップと、ベアリングカップと軸部との間に介在する複数のニードルローラーと、を備える。なお、ベアリングカップの底面には、軸部の端面が当接（摺接）している。
そして、ベアリングカップ内にグリースが充填され、軸部の回動やニードルローラーの転動が潤滑になっている。

また、下記特許文献１の十字軸継手によれば、上述した構成のほかに、十字軸の軸部に外嵌されるシール部材を備え、ベアリングカップからグリースが漏出し難く、かつ、泥水等がベアリングカップ内に浸入し難くなっている。

特開２０１３−１４５０４０号公報

ところで、十字軸継手の組み立ては、最初にシール部材を十字軸の軸部に外嵌し、その外嵌後に十字軸の軸部を一対のヨークの貫通孔に挿入する。
つぎに、ニードルローラーベアリングをヨークの外側から貫通孔に挿入し、ニードルローラーベアリングを軸部に外嵌させる。そして、ヨークからニードルローラーベアリングが抜け落ちないように加締めし、ニードルローラーベアリングをヨークに固定させる。
つぎに、推進軸を回転させて推進軸のバランスを調整し、その調整後に十字軸継手の塗装を行い、十字軸継手の組み立て作業を終える。

ここで、ニードルローラーベアリングを軸部に外嵌させる際、ベアリングカップ内に挿入された軸部がベアリングカップ内の空気を押圧し、ベアリングカップ内のグリースがベアリングカップ外に押し出される場合がある。
また、ベアリングカップ外に押し出されたグリースの量が多いと、ベアリングカップに当接（摺接）するシール部材を押し分けてシール部材の外に漏出し、シール部材から溢れ出すおそれがある。

そして、シール部材から溢れ出したグリースは、推進軸のバランス調整時の推進軸の回転により飛散し、ヨークに付着する。この結果、塗装において脱脂作業を行うものの脱脂が不十分となり、塗装されない個所が発生する。
また、グリースがシール部材から溢れ出すと、潤滑に供されるグリースが不足してしまい、ニードルローラーベアリングの耐久性を損なう。

本発明は、このような課題を解決するために創作されたものであり、シール部材から溢れ出すグリースの量を低減させることができる推進軸用の十字軸継手を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る十字軸継手は、４つの軸部を有する十字軸と、
前記軸部に挿通されるシール部材と、前記軸部に外嵌されるニードルローラーベアリングと、を備え、前記十字軸は、前記軸部の基部に連続し、前記軸部よりも外径が大きいボス部を有し、前記シール部材は、前記ボス部の端面に着座し、前記軸部との間に隙間を有する環状の本体部と、環状を呈し、前記ボス部に外嵌される外嵌部と、を有し、前記本体部と前記ボス部の端面との間は全周に亘って封止され、前記外嵌部と前記ボス部の外周面との間は全周に亘って封止されていることを特徴とする。

前記発明によれば、外嵌部がボス部に外嵌されることで、シール部材は十字軸に固定される。また、本体部がボス部の端面に着座していることから、シール部材は、ニードルローラーベアリングから離間するように移動せず、ニードルローラーベアリングが確実にシール（封止）される。
そして、ニードルローラーベアリングから漏出するグリースは、本体部と軸部と間の隙間に浸入するため、シール部材から溢れ出すグリースの量が低減する。
このため、推進軸のバランスを調整するために推進軸を回転させたとしても、グリースがヨークに付着し難く、塗装されない個所が発生し難い。また、潤滑に供されるグリースの量が低減するという事態も抑制され、ニードルローラーベアリングの耐久性が損なわれ難い。

また、シール部材に埋設されている芯金は、前記外嵌部に延在していることが好ましい。

前記構成によれば、外嵌部の弾性力が向上するため、外嵌部がボス部を締め付ける力も向上し、十字軸に対するシール部材の固定力が高まる。

本発明によれば、シール部材から溢れ出すグリースの量を低減させることができる十字軸継手を提供することができる。

本実施形態に係る推進軸の平面図である。 本実施形態に係る継手の拡大平面図である。 本実施形態に係る十字軸及びシールの正面図であり、図２のＡ−Ａ線の断面に対応している。 本実施形態に係る十字軸及びシールの拡大正面図である。 本実施形態に係る芯金の一部の拡大斜視図である。 図４のＢ―Ｂ線矢視断面図である。 第１の変形例に係るシール部材の断面図である。 第２の変形例に係る芯金の断面図である。 第３の変形例に係る芯金の断面図である。 第４の変形例に係る芯金の断面図である。 第５の変形例に係る芯金の断面図である。

本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、推進軸（プロペラシャフト）２００は、ＦＦベースの四輪駆動の車両に搭載され、車両前部に搭載された変速装置（不図示）から出力される動力を、車両後部に搭載された終減速装置（不図示）に伝達させる動力伝達軸である。
また、変速装置の出力軸及び終減速装置の入力軸には、コンパニオンフランジ３１０、３２０が連結されており、推進軸２００は、そのコンパニオンフランジ３１０、３２０の間に配置されて、水平状態で前後方向に延びている。

なお、コンパニオンフランジ３１０（又はコンパニオンフランジ３２０）は、図２に示すように、変速装置の出力軸（又は終減速装置の入力軸）に連結する円筒部３１１と、円筒部３１１の後端部（又は前端部）に設けられたリング状のフランジ部３１２と、を備える。

図１に示すように、推進軸２００は、２ピース構造であり、前側の第１軸２１１と、後側の第２軸２１２と、第１軸２１１及び第２軸２１２を連結する等速ジョイント２２０と、推進軸２００の前後方向中間に配置されて推進軸２００を車体に対し回転自在で支持する中間軸受ユニット２３０と、第１軸２１１の前方に配置された第１十字軸継手１と、第２軸２１２の後方に配置された第２十字軸継手２と、を備える。
なお、第１十字軸継手１と第２十字軸継手２とは、同様の構成であり、特許請求の範囲に記載される「十字軸継手」に相当する構成である。

等速ジョイント２２０は、例えば、トリポート型、ダブルオフセット型、レブロ型、バーフィールド型で構成されている。なお、推進軸２００は、等速ジョイント２２０の代わりに十字軸継手で、第１軸２１１と第２軸２１２を連結してもよい。

第１十字軸継手１は、変速装置の出力軸に連結されたコンパニオンフランジ３１０と、第１軸２１１と、を連結するジョイントである。
第２十字軸継手２は、第２軸２１２と、終減速装置の入力軸に連結されたコンパニオンフランジ３２０と、を連結するジョイントである。
以下、第１十字軸継手１の構成を説明し、第２十字軸継手２の説明については省略する。

図２に示すように、第１十字軸継手１は、フランジヨーク１０と、スタブヨーク２０と、胴体部３１（図３参照）及び４つの軸部３３（図３参照）を有する十字軸３０と、各軸部３３に外嵌されるニードルローラーベアリング４０と、各軸部３３に挿通されるシール部材５０と、を備える。

フランジヨーク１０は、ボルト１０１及びナット１０２によりコンパニオンフランジ３１０のフランジ部３１２に締結されたリング状のフランジ部１１と、フランジ部１１から後方に延出して上下方向に二又に分かれるＵ字形のヨーク１２と、を備える。
なお、図３に示すように、ヨーク１２において、上下方向に二又に分かれている部位を一対のアーム部１３、１３と称する。
一対のアーム部１３、１３のそれぞれには、上下方向に貫通して十字軸３０が装着される貫通孔１３ａが形成されている。

図２に示すように、スタブヨーク２０は、第１軸２１１の前端に固定された円筒状の円筒部２１と、円筒部２１から前方に延出して左右方向に二又に分かれるＵ字形のヨーク２２と、を備える。
なお、図３に示すように、ヨーク２２において、左右方向に二又に分かれている部位を一対のアーム部２３、２３と称する。
一対のアーム部２３、２３のそれぞれには、左右方向に貫通して十字軸３０が装着される貫通孔２３ａが形成されている。

図３に示すように、十字軸３０は、フランジヨーク１０とスタブヨーク２０とを連結させるための部材であり、前後方向から視て十字形に形成されている。
図３、図４に示すように、十字軸３０は、推進軸２００の回転軸線上に配置される略立方体状の胴体部３１と、胴体部３１から四方（上下方向及び左右方向）に突出する４つのボス部３２と、各ボス部３２から推進軸２００の径方向外側に延びて先端が貫通孔１３ａ、２３ａ内に収容される四本の軸部３３と、を備える。
なお、図３、図４に図示される十字軸３０には、ボス部３２の領域を明確にするため、胴体部３１とボス部３２との境界に境界線Ｌ１を引き、ボス部３２と軸部３３との境界に境界線Ｌ２を引いた。

軸部３３は、推進軸２００の径方向に延在する円柱体であり、軸部３３の外径は、貫通孔１３ａ、２３ａの内径よりも小さい。

ボス部３２は、軸部３３の基部に連続し、軸部３３と同心円状の円柱体である。
図４に示すように、ボス部３２の外径は、軸部３３の外径よりも大きく、ボス部３２の外周面３３ａが軸部３３の外周面３３ａよりも径方向外側に位置している。
ボス部３２の端面３２ｂは、リング状を呈し、シール部材５０が着座するための着座面を構成している。

図３に示すように、ニードルローラーベアリング４０は、軸部３３と、フランジヨーク１０のアーム部１３（又はスタブヨーク２０のアーム部２３）との間に介装され、軸部３３とアーム部１３（又はアーム部２３）とを相対的に揺動（回動）自在にする軸受である。

ニードルローラーベアリング４０は、軸部３３の先端に被せられた有底円筒状のベアリングカップ４１と、ベアリングカップ４１の内周面に沿って配置された複数のニードルローラー４２と、を備える。

ベアリングカップ４１は、軸部３３の外周を周回する円筒状の周壁部４３と、周壁部４３の一端側（軸部３３が延びる軸線方向の先端側）の開口を閉塞する円盤状の底壁部４４と、周壁部４３の他端側（軸部３３が延びる軸線方向の基端側）端縁から軸部３３に向かって延出する内向鍔部４５と、を備える。

底壁部４４には、軸部３３の端面が当接（摺接）しており、十字軸３０がニードルローラーベアリング４０を支持するフランジヨーク１０（又はスタブヨーク２０）に対し、位置ずれしないように規制されている。
内向鍔部４５は、ニードルローラー４２の脱落を防止するための部位である。図４に示すように、内向鍔部４５の内径は、軸部３３の外径よりも大きく、内向鍔部４５と軸部３３との間には、環状の隙間Ｓ１が形成されている。

ニードルローラー４２は、細長円柱体であって、周壁部４３と軸部３３との間に介在している。そして、軸部３３とアーム部１３とが相対的に回動すると、ニードルローラー４２が転動するようになっている。
ベアリングカップ４１内には、グリースが充填され、底壁部４４に当接する軸部３３の回転や、周壁部４３及び軸部３３に当接するニードルローラー４２の転動する部位を潤滑している。

なお、ニードルローラーベアリング４０の取り付けは、アーム部１３、２３の外側から貫通孔１３ａ、２３ａに挿入し、ニードルローラーベアリング４０を軸部３３に外嵌させる。その外嵌後に、アーム部１３、２３からニードルローラーベアリング４０が抜け落ちないように加締めして、アーム部１３、２３にニードルローラーベアリング４０が固定される。
また、ニードルローラーベアリング４０を軸部３３に外嵌した場合、ベアリングカップ４１内の空気ではなくグリースが、隙間Ｓ１を介してベアリングカップ４１外に漏出する場合がある。

シール部材５０は、隙間Ｓ１と外部との連通を防止するゴム製の部品である。図４に示すように、シール部材５０の一部には、金属製の芯金５１が埋設され、シール部材５０の弾性力が高められている。なお、シール部材５０は、芯金５１にゴムを加硫溶着させることで形成される。

図４、図５に示すように、芯金５１は、軸部３３の径方向に延びるリング部５３と、リング部５３の内周端から軸部３３の先端側に延出する内周環状部５４と、リング部５３の外周端から軸部３３の先端側に延出する複数の先端側壁部５５と、リング部５３の外周端から胴体部３１側に延出する複数のボス部側壁部５６と、を備える。

リング部５３及び内周環状部５４とは、環状を呈し、軸部３３の外周を周回している。
また、先端側壁部５５とボス部側壁部５６とは、軸部３３の軸線方向から見て円弧状を呈し、リング部５３の周方向に交互に配置されている。

図４に示すように、シール部材５０は、複数のボス部側壁部５６に溶着する外嵌部５７と、リング部５３、内周環状部５４、及び先端側壁部５５に溶着する環状の本体部５８と、本体部５８の端面から斜め外向きにゴムが延在して変形しつつ内向鍔部４５に摺接する第１リップ５９と、第１リップ５９の外側で斜め外向きにゴムが延在し周壁部４３と内向鍔部４５とがなす角部に変形しつつ摺接する第２リップ６０と、を備える。

外嵌部５７は、シール部材５０を十字軸３０に固定するための部位である。
外嵌部５７は、複数のボス部側壁部５６に溶着するとともに複数のボス部側壁部５６間に亘って延在し、環状を呈している。
外嵌部５７の内径は、十字軸３０のボス部３２の外径よりも若干小さい。
外嵌部５７は、弾性変形しつつボス部３２に外嵌され、シール部材５０が十字軸３０に固定されている。
また、外嵌部５７に複数のボス部側壁部５６が内在し、外嵌部５７がボス部３２を強く締め付けるため、ボス部３２に対するシール部材５０の固定力が高くなっている。

本体部５８は、外嵌部５７よりも径方向内側に肉厚に形成され、シール部材５０が軸部３３に挿通された場合に、本体部５８がボス部３２の端面３２ｂに着座するようになっている。このため、シール部材５０は、ニードルローラーベアリング４０に対して離間するように移動することが規制され、第１リップ５９及び第２リップ６０によるニードルローラーベアリング４０のシール（封止）が確実となる。

本体部５８の内径は、軸部３３の外径よりも大きい。このため、図６に示すように、本体部５８の内周面５８ａと軸部３３の外周面３３ａとの間に、環状の隙間Ｓ２が形成されている。
図４に示すように、隙間Ｓ２は、ニードルローラーベアリング４０の内向鍔部４５と軸部３３との隙間Ｓ１に連通するとともに、第１リップ５９及び第２リップ６０により外部から塞がれている。このため、隙間Ｓ１を介してベアリングカップ４１外に漏出したグリースは、隙間Ｓ２に流入するようになっている。

なお、本体部５８の内周側は、内向鍔部４５に変形しながら摺接する第１リップ５９から反力を受ける。そして、その反力が大きいと、本体部５８の内周側が変形し、本体部５８の内周面５８ａが軸部３３の外周面３３ａに当接し、隙間Ｓ２が形成されないおそれ、又は隙間Ｓ１と隙間Ｓ２とが連通しないおそれがある。
しかしながら、本実施形態の本体部５８は、内周面５８ａ近傍に内周環状部５４が埋設され、本体部５８の内周側が変形し難くなっている。
このため、第１リップ５９から受ける反力が大きくても、本体部５８と軸部３３との間には確実に隙間Ｓ２が形成されるとともに、隙間Ｓ１と隙間Ｓ２とが確実に連通するようになっている。

以上、実施形態に係る推進軸２００によれば、ベアリングカップ４１外に漏出したグリースが隙間Ｓ２に流入するため、シール部材５０から外部に溢れ出すグリースの量を低減させることができる。
このため、推進軸２００のバランスを調整するために推進軸２００を回転させたとしても、十字軸継手（第１十字軸継手１、第２十字軸継手２）にグリースが付着し難く、十字軸継手（第１十字軸継手１、第２十字軸継手２）の塗装を確実に行うことができる。
また、潤滑に供されるグリースの量の低減が抑制され、ニードルローラーベアリング４０の耐久性を維持することができる。

なお、本発明に係る十字軸継手は、実施形態で説明した例に限定されない。
実施形態に係るシール部材５０は、本体部５８の内周面５８ａの全周が軸部３３の外周面３３ａから離間し、隙間Ｓ２が環状になっているが、本発明はこれに限定されない。
たとえば、図７に示すように、シール部材５０Ａは、本体部５８の内周面の一部から内周側に突出し、軸部３３の外周面３３ａに当接する複数の突出部６１を備えてもよい。
このような変形例に係るシール部材５０Ａであっても、本体部５８と軸部３３との間には、断面視円弧状の隙間Ｓ２が周方向に複数形成され、この複数の隙間Ｓ２にグリースを収容することができる。
なお、上記した変形例に関し、突出部６１の内径を軸部３３の外径よりも若干小さめに形成し、突出部６１を介して本体部５８が軸部３３に外嵌するようにしてもよい。

また、実施形態のシール部材５０の芯金５１は、ボス部側壁部５６を備え、外嵌部５７の弾性力が高められているが、本発明は、ボス部側壁部５６を備えていない芯金５１であってもよい。

また、実施形態のシール部材５０では、リング部５３と、内周環状部５４と、複数の先端側壁部５５と、複数のボス部側壁部５６とが一体に形成された芯金５１を用いているが、本発明はこれに限定されない。
たとえば、図８に示すように、芯金５１Ａは、断面視クランク状で軸部３３の外周を周回するクランク部材７０と、クランク部材７０の外周側壁部７０ａに溶接により一体となった円筒状の円筒部材７１とにより構成されてもよい。
または、図９に示すように、芯金５１Ｂは、断面視Ｕ字状で軸部３３の外周を周回するＵ字部材７２と、Ｕ字部材７２の外周壁部７２ａに溶接により一体となった円筒部材７３と、により構成されてもよい。
または、図１０に示すように、芯金５１Ｃは、円筒状の金属板７４の一端側を内周側に折り返すとともにその折り返した部位を断面視Ｕ字状に形成してなるものであってもよい。
さらに、図１１に示すように芯金５１Ｄは、円筒状の金属板７５の他端側お内周側に折り返すとともにその折り返した部位を断面視クランク状に形成してなるものであってもよい。

１ 第１十字軸継手（十字軸継手）
２ 第２十字軸継手（十字軸継手）
３０ 十字軸
３１ 胴体部
３２ ボス部
３３ 軸部
４０ ニードルローラーベアリング
５０、５０Ａ シール部材
５１、５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ 芯金
５６ ボス部側壁部
５７ 外嵌部
５８ 本体部
６１ 突出部
Ｓ１ 隙間
Ｓ２ 隙間

Claims (2)

1. ４つの軸部を有する十字軸と、
   前記軸部に挿通されるシール部材と、
   前記軸部に外嵌されるニードルローラーベアリングと、を備え、
   前記十字軸は、前記軸部の基部に連続し、前記軸部よりも外径が大きいボス部を有し、
   前記シール部材は、
   前記ボス部の端面に着座し、前記軸部との間に隙間を有する環状の本体部と、
   環状を呈し、前記ボス部に外嵌される外嵌部と、を有し、
   前記本体部と前記ボス部の端面との間は全周に亘って封止され、
   前記外嵌部と前記ボス部の外周面との間は全周に亘って封止されている
   ことを特徴とする十字軸継手。
2. 前記シール部材に埋設されている芯金は、前記外嵌部に延在していることを特徴とする請求項１に記載の十字軸継手。

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