JP6618810B2

JP6618810B2 - 等速自在継手

Info

Publication number: JP6618810B2
Application number: JP2016004470A
Authority: JP
Inventors: 光正栗木
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2016-01-13
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2019-12-11
Anticipated expiration: 2036-01-13
Also published as: JP2017125543A

Description

本発明は、等速自在継手に関し、特に、ドライブアクスルに使用される等速自在継手に関する。

建機やトラクターなどの車輪を駆動して、操舵が必要なドライブアクスルでは自在継手としてカルダンが適用されている。カルダンジョイントはクロス軸（スパイダー）を有し、スパイダーのジャーナル部にニードルころを転動体としたベアリングがスパイダー１個当り計８個使用されている。このベアリングは転動体を保持する保持器と転動体をコの字形状の外輪及び転動面をシールするオイルシールで構成されている。

ベアリングは潤滑剤としてグリースが使用されているが、転動体の空間容積が少なく適宜給脂が必要で、これを怠ると耐久性能を損ねるという問題がある。そのため、スパイダー中央部一箇所に給脂用ニップルを設け、このニップルからスパイダーの各ジャーナルの給脂穴を介して給脂する構造となっている。

ところがベアリング（ジャーナル）部は４箇所あり、一箇所のグリースニップルから給脂しても４箇所のベアリング部に均等に十分なグリースが行き渡らないという問題がある。このため４個のベアリングに潤滑剤が行き渡るようベアリング外輪部に給脂用グリースニップルを設けたものがある。

しかし、この場合にはスパイダー当り４箇所、カルダンＡＳＳＹでは８箇所の給脂が必要で、給脂に手間が掛かるという問題がある。等速自在継手を使用していた場合でも、ハウジング内の等速自在継手はむき出しで、ハウジング内へのゴミの侵入等で等速自在継手の損傷に繋がる。また、ハウジング全体にグリース量を添付することでグリース量が多くなる。

このため、樹脂ブーツやゴムブーツ（ＣＲブーツ）にて開口部をシールする等速自在継手があり（特許文献１及び特許文献２）、さらには、金属球面シール構造にて密封される等速自在継手が提案されている（特許文献３）。金属球面シール構造は、凸球面状のシール面を有する球面シール内環と、この球面シール内環のシール面と相対的に摺接する凹球面状のシール面を有する球面シール外環とを備えたものである。

特開２００７−１５５００２号公報特開２００８−２５７４２号公報特開２０１３−９６５４５号公報

しかしながら、樹脂ブーツやゴムブーツを用いたものでは、ハウジング全体にグリース量を添付することでグリース量が多くなること等で、樹脂ブーツやゴムブーツが破れることある。しかも、樹脂ブーツやゴムブーツを装着した場合、ブーツをハウジング内で使用する為、軸方向や径方向の制限を受けやすく成立が困難である。

また、金属球面シール構造のものでは、樹脂ブーツやゴムブーツを用いるものに比べて、耐久性に優れる。しかしながら、このような金属球面シール構造では、金属製シール面同士の球面接触であるので、回転数や作動角度によるが、安定したシール性能を発揮しにくいおそれがある。そこで、金属製シール面間にＯリング等のシール部材を介装することが提案された。

このようなシール部材を介装する場合に、車両のドライブアクスルに用いた場合には、シール部材が外れるおそれがあった。このため、シール部材を有する金属球面シール構造では、このようなドライブアクスルに用いることができない場合があった。

そこで、本発明では、樹脂ブーツやゴムブーツを用いることができない環境下で使用されるドライブアクスルに最適な等速自在継手を提供する。

本発明の等速自在継手は、外側継手部材と、この外側継手部材との間でトルク伝達部材を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材とを備え、前記外側継手部材の開口部が金属球面シール構造にて密封される等速自在継手であって、前記金属球面シール構造は、凸球面状のシール面を有する球面シール内環と、この球面シール内環のシール面と相対的に摺接する凹球面状のシール面を有する球面シール外環とを備え、前記球面シール内環のシール面が外側継手部材の開口端側の外径面にて構成され、かつ、この球面シール内環に、前記球面シール外環のシール面に摺接するシール部材を装着し、シール脱落防止のための角度規制手段を設けたものである。

本発明の等速自在継手によれば、シール脱落防止のための角度規制手段を設けたので、球面シール内環に、前記球面シール外環のシール面に摺接するシール部材を装着しても、外れることを有効に防止できる。しかも、樹脂ブーツやゴムブーツを用いる必要がない。

前記球面シール外環は、内側継手部材から延びる軸部材に装着され、かつ、この球面シール外環のシール面を球面シール内環のシール面に押し付ける弾性部材を配設するのが好ましい。このように、弾性部材を配設するものでは、シールの信頼性の向上を図ることができる。

前記弾性部材が、前記球面シール外環の外部に配設されるものであっても、前記球面シール外環の内部に配設されるものであってもよい。球面シール外環の外部に配設されるものでは、圧縮コイルバネ等にて構成でき、球面シール外環の内部に配設されるものでは、引張コイルバネ等にて構成できる。

前記球面シール外環は、内側継手部材から延びる軸部材に外嵌される短筒部と、この短筒部に連設される椀形状部とを備え、この椀形状部の内周面を前記シール面として、短筒部の内径面と前記軸部材の外径面との間にオイルシールを配設したものであってもよい。このように、オイルシールを配設したものでは、このオイルシールによって、継手内部からのグリース漏れや継手内部へのダスト侵入等を有効に防止することができる。

金属球面シール構造がハウジング内に収納され、このハウジングの内径部と、金属球面シール構造の外径部との間にラビリンスシール構造を設けてもよい。このようにラビリンスシール構造を設ければ、水や泥等の異物の侵入を防止できる。

球面シール内環に、前記球面シール外環のシール面に摺接するシール部材を装着しても、外れることなく、しかも、金属球面シール構造であるので、樹脂ブーツやゴムブーツを用いることができない環境下で使用されるドライブアクスルに最適な等速自在継手を提供できる。

本発明の第１の等速自在継手の断面図である。図１に示す等速自在継手の要部拡大断面図である。図１に示す等速自在継手が作動角を取った状態の断面図である。本発明の第２の等速自在継手の断面図である。図４に示す等速自在継手の要部断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１は、本発明に係る等速自在継手を示し、この等速自在継手は、軸方向に延びる複数のトラック溝１が内径面２に円周方向等間隔で形成された外側継手部材３と、その外側継手部材３のトラック溝１と対応させて軸方向に延びる複数のトラック溝４が外径面５に円周方向等間隔で形成された内側継手部材６と、外側継手部材３のトラック溝１と内側継手部材６のトラック溝４とが協働して形成されたボールトラックに配されたトルク伝達部材である複数のボール７と、外側継手部材３の内径面２と内側継手部材６の外径面５との間に介在してボール７を保持するケージ８とを備えている。

外側継手部材３は、内径面２にトラック溝１が形成されたマウス部３ａと、このマウス部３ａの底部から突設されるステム部３ｂとを備える。この外側継手部材３の開口部、つまり、マウス部３ａの開口部を金属球面シール構造Ｍにて密封している。

金属球面シール構造Ｍは、凸球面状のシール面１０ａを有する球面シール内環１０と、この球面シール内環１０のシール面１０ａと相対的に摺接する凹球面状のシール面１１ａを有する球面シール外環１１とを備える。

球面シール内環１０のシール面１０ａが外側継手部材３の開口端側の外径面にて構成される。なお、外側継手部材３の外径面には、前記シール面１０ａより後方側に切欠部９が設けられている。これは、球面シール外環１１のシール面１１ａとの摺接面積を少なくしている。

球面シール外環１１は、内側継手部材６から延びる軸部材１２に外嵌される短筒部１３と、この短筒部１３に連設される椀形状部１４とを備え、この椀形状部１４の内周面を前記シール面１１ａとしている。内側継手部材６の中心孔６ａの内径面には、雌スプライン１５が設けられ、軸部材１２の端部には雄スプライン１６が設けられ、軸部材１２の雄スプライン１６が内側継手部材６の中心孔６ａに嵌入され、この雄スプライン１６が内側継手部材６の雌スプライン１５に噛合している。

軸部材１２の雄スプライン１６の近傍に外環嵌着用円筒面１７が設けられ、この外環嵌着用円筒面１７に球面シール外環１１の短筒部１３が外嵌される。また、短筒部１３の内径面の反継手側に周方向切欠部２０が設けられ、この周方向切欠部２０にオイルシール１８が嵌合されている。

球面シール外環１１の椀形状部１４の開口側の外径部には、図２に示すように、外径側に膨出する周方向膨出部２１が設けられ、この周方向膨出部２１が凸球面とされる。ところで、この等速自在継手はハウジングＨに収容される。このため、周方向膨出部２１の外径面２１ａと、ハウジングＨの内径面２２との間に微小隙間Ｃ（例えば、０．１０ｍｍ〜０．２０ｍｍ程度の隙間が好ましく、さらには、０．１５ｍｍ程度の隙間）が設けられる。このため、ハウジングＨの内径部と、金属球面シール構造Ｍの外径部との間にラビリンスシール構造Ｓが設けられることになる。

また、球面シール内環１０に、球面シール外環１１のシール面１１ａに摺接するＯリング等からなるシール部材２３が装着されている。すなわち、球面シール内環１０のシール面１０ａに周方向凹溝２４を設け、この周方向凹溝２４にシール部材２３を嵌合させている。

ところで、この等速自在継手では、図１に示すように、球面シール外環１１のシール面１１ａを球面シール内環１０のシール面１０ａに押し付ける弾性部材２５を配設している。図１に示す実施形態では、軸部材１２の外環嵌着用円筒面１７よりも反雄スプライン側の軸部材本体２６における外環嵌着用円筒面１７近傍に支持リング２７が外嵌され、この支持リング２７と球面シール外環１１の椀形状部１４の基端肩部１４ａとの間に介在される。この場合、支持リング２７は、リング本体部２７ａと、このリング本体部２７ａの外径面の反継手側から外径側へ突出する外鍔部２７ｂとからなる。なお、ハウジングＨは、金属球面シール構造Ｍが収納されるシール構造収納室３０と、前記支持リング２７の外鍔部２７ｂが収納されるリング収納部３１と、軸部材本体２６に装着されるオイルシール３２を収納するシール収納部３３を備える。

弾性部材２５は図例では、圧縮コイルバネ２５Ａからなり、球面シール外環１１の短筒部１３及び支持リング２７のリング本体部２７ａに外嵌され、基端肩部１４ａと支持リング２７の外鍔部２７ｂとの間に配設される。このため、弾性部材２５の弾性押圧力によって、球面シール外環１１を継手側へ押圧することになり、シール面１０ａ，１１ａとの密着性を高めることができる。

図３は、作動角を取った場合を示し、この場合の作動角θは２２．５°であり、この等速自在継手の最大作動角である。このように、最大作動角を取った際に、外側継手部材３に装着されたシール部材２３は、球面シール外環１１の椀形状部１４の内径面（シール面１１ａ）の開口側に位置している部位において、球面シール外環１１の椀形状部１４からはみ出すことがなく、このシール部材２３が球面シール外環１１のシール面１１ａから外れることがない。また、ハウジングＨのシール構造収納室３０の開口部には内鍔部３４が設けられ、図３に示すように、作動角を取った場合、外側継手部材３の外径面の段付部３ｃが内鍔部３４の内端エッジ部３４ａに当接する状態となる。このため、この外側継手部材３の段付部３ｃとシール構造収納室３０の内端エッジ部３４ａとで、シール脱落防止のための角度規制手段５０が構成される。

このように、金属球面シール構造Ｍは、球面シール内環１０のシール面１０ａと球面シール外環１１のシール面１１ａとが摺接するものであるので、球面シール内環１０のシール面１０ａと球面シール外環１１のシール面１１ａは、耐腐食性に優れたＳＵＳ系材料が好適であるが、耐熱性を目的とする場合には機械構造用炭素鋼であってもよく、さらに炭素鋼に自己潤滑性のあるテフロン（登録商標）系コーティングを施すようにしてもよい。

本発明では、シール脱落防止のための角度規制手段５０を設けたので、球面シール内環１０に、球面シール外環１１のシール面１１ａに摺接するシール部材２３を装着しても、外れることなく、しかも、金属球面シール構造Ｍであるので、樹脂ブーツやゴムブーツを用いることができない環境下で使用されるドライブアクスルに最適な等速自在継手を提供できる。

球面シール外環１１は、内側継手部材６から延びる軸部材１２に装着され、かつ、この球面シール外環１１のシール面１１ａを球面シール内環１０のシール面１０ａに押し付ける弾性部材２５を配設しているので、等速自在継手が作動角を取った場合でも、シールに優れ、安定したシール機能を発揮する。

短筒部１３の内径面と軸部材１２の外径面との間にオイルシール１８を配設したことによって、継手内部からのグリース漏れや継手内部へのダスト侵入等を有効に防止することができる。また、このハウジングＨの内径部と、金属球面シール構造Ｍの外径部との間にラビリンスシール構造Ｓが設けられ、これによって、水や泥等の異物の侵入を防止できる。

前記実施形態では、弾性部材２５が球面シール外環の外部に配設されていたが、図４に示すように、弾性部材２５が、前記球面シール外環の内部に配設されるものであってもよい。この場合、弾性部材２５に引張りコイルバネ２５Ｂを用いている。

引張りコイルバネ２５Ｂは、内側継手部材６側から球面シール外環１１の椀形状部１４の基端肩部に向って拡径するコイル部３５と、コイル部３５の内側継手部材６側の端部に連設されるフック部３６と、コイル部３５の椀形状部１４の基端肩部側の端部に連設されるフック部３７とからなる。

このため、内側継手部材６の端面（球面シール外環１１の椀形状部１４の基端肩部側の端面）６ｂに一方のフック部３６が嵌入する孔部３８が設けられ、球面シール外環１１の椀形状部１４の基端肩部に他方のフック部３７が嵌入する孔部３９が設けられている。この場合、フック部３６は、コイル部３５の小径側端部から径方向外方に延びる径方向直線部３６ａと、この径方向直線部３６ａから軸方向に延びる軸方向直線部３６ｂとからなり、孔部３８は軸方向直線部３６ｂが嵌入する軸方向孔を有するものである。また、他方のフック部３７は、コイル部３５の大径側端部から径方向外方に延びる径方向直線部３７ａと、この径方向直線部３７ａから軸方向に延びる軸方向直線部３７ｂとからなり、この孔部３９は軸方向直線部３７ｂが嵌入する軸方向孔を有するものである。なお、コイル部３５の大径側端部が、短円筒部１３の椀形状部内部部位に外嵌されている。

このため、球面シール外環１１が、内側継手部材６に対して、離間する方向に押圧され、シール面１０ａ，１１ａとの密着性を高めることができる。したがって、このように、弾性部材２５が球面シール外環１１の内部に配設される場合であっても、前記図１に示すように、弾性部材２５が球面シール外環１１の外側に配設されている場合と同様、等速自在継手が作動角を取った場合でも、シールに優れ、安定したシール機能を発揮する。

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、等速自在継手として、固定式等速自在継手であっても、摺動式等速自在継手であってもよい。また、固定式等速自在継手として、バーフィールドタイプであってもアンダーカットフリータイプであってもよく、摺動式等速自在継手として、ダブルオフセットタイプであっても、クロスグルーブタイプであっても、トリポードタイプであってもよい。なお、トリポードタイプである場合、シングルローラタイプであっても、ダブルローラタイプであってもよい。また、本発明の等速自在継手としては、土砂の飛散にあるような条件下で使用されるドライブアクスルに最適であるが、これに限るものではない。

３外側継手部材
６内側継手部材
１０球面シール内環
１０ａ，１１ａシール面
１１球面シール外環
１２軸部材
１３短筒部
１４椀形状部
１８オイルシール
２３シール部材
２５弾性部材
５０角度規制手段
Ｈハウジング
Ｍ金属球面シール構造
Ｓラビリンスシール構造

Claims

外側継手部材と、この外側継手部材との間でトルク伝達部材を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材とを備え、前記外側継手部材の開口部が金属球面シール構造にて密封される等速自在継手であって、
前記金属球面シール構造は、凸球面状のシール面を有する球面シール内環と、この球面シール内環のシール面と相対的に摺接する凹球面状のシール面を有する球面シール外環とを備え、前記球面シール内環のシール面が外側継手部材の開口端側の外径面にて構成され、かつ、この球面シール内環に、前記球面シール外環のシール面に摺接するシール部材を装着し、シール脱落防止のための角度規制手段を設けたことを特徴とする等速自在継手。
前記球面シール外環は、内側継手部材から延びる軸部材に装着され、かつ、この球面シール外環のシール面を球面シール内環のシール面に押し付ける弾性部材を配設したことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
前記弾性部材が、前記球面シール外環の外部に配設されることを特徴とする請求項２に記載の等速自在継手。
前記弾性部材が、前記球面シール外環の内部に配設されることを特徴とする請求項２に記載の等速自在継手。
前記球面シール外環は、内側継手部材から延びる軸部材に外嵌される短筒部と、この短筒部に連設される椀形状部とを備え、この椀形状部の内周面を前記シール面として、短筒部の内径面と前記軸部材の外径面との間にオイルシールを配設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。
金属球面シール構造がハウジング内に収納され、このハウジングの内径部と、金属球面シール構造の外径部との間にラビリンスシール構造を設けた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。