JP6899675B2 - 後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手 - Google Patents

後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手 Download PDF

Info

Publication number
JP6899675B2
JP6899675B2 JP2017052645A JP2017052645A JP6899675B2 JP 6899675 B2 JP6899675 B2 JP 6899675B2 JP 2017052645 A JP2017052645 A JP 2017052645A JP 2017052645 A JP2017052645 A JP 2017052645A JP 6899675 B2 JP6899675 B2 JP 6899675B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
joint member
ball
constant velocity
velocity universal
universal joint
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017052645A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018155320A (ja
Inventor
智茂 小林
智茂 小林
正純 小林
正純 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NTN Corp filed Critical NTN Corp
Priority to JP2017052645A priority Critical patent/JP6899675B2/ja
Priority to PCT/JP2018/008935 priority patent/WO2018168629A1/ja
Publication of JP2018155320A publication Critical patent/JP2018155320A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6899675B2 publication Critical patent/JP6899675B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F16D3/224Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts the groove centre-lines in each coupling part lying on a sphere
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F16D3/224Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts the groove centre-lines in each coupling part lying on a sphere
    • F16D3/2245Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts the groove centre-lines in each coupling part lying on a sphere where the groove centres are offset from the joint centre

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Arrangement And Driving Of Transmission Devices (AREA)

Description

本発明は、固定式等速自在継手に関し、特に、自動車の後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手に関する。
一般に、自動車のドライブシャフトは、車輪に取り付けられるアウトボード側の等速自在継手と、デファレンシャルギヤに取り付けられるインボード側の等速自在継手と、両等速自在継手を連結する中間シャフトとで構成される。通常、アウトボード側の等速自在継手には、大きな作動角を取れるが軸方向に変位しない固定式等速自在継手が使用される。一方、インボード側の等速自在継手には、最大作動角は比較的小さいが、作動角を取りつつ軸方向変位が可能な摺動式等速自在継手が使用される。
ドライブシャフトには、前輪に取り付けられる前輪用ドライブシャフトと、後輪に取り付けられる後輪用ドライブシャフトとがある。前輪用ドライブシャフトのアウトボード側の固定式等速自在継手は、操舵輪である前輪に取り付けられるため、最大作動角が大きいもの(例えば45°以上)が使用される。一方、後輪用ドライブシャフトのアウトボード側の固定式等速自在継手は、操舵されない後輪に取り付けられるため、前輪用ドライブシャフトの固定式等速自在継手よりも最大作動角が小さいもので足りる。しかし、現状では、量産コスト等の観点から、前輪用ドライブシャフトと後輪用ドライブシャフトとで同じ仕様の固定式等速自在継手が用いられている。すなわち、後輪用ドライブシャフトにも、前輪用ドライブシャフトに使用される高作動角の固定式等速自在継手が用いられている。
一方で、自動車の軽量化の要求は依然として高く、ドライブシャフトを含む動力伝達機構に対しても軽量・コンパクト化が求められている。このため、ドライブシャフトのアウトボード側端部に組み込まれる固定式等速自在継手に対しても、さらなる軽量・コンパクト化が求められている。
代表的な固定式等速自在継手として、ゼッパ型等速自在継手がある。ゼッパ型等速自在継手では、外側継手部材のトラック溝の曲率中心と内側継手部材のトラック溝の曲率中心とが、継手中心に対して軸方向反対側に等距離だけオフセットしている。これにより、ボールが常に作動角の二等分面内に保持され、外側継手部材と内側継手部材との間での等速性が確保される。ゼッパ型等速自在継手は、通常、6個のトルク伝達ボールを有しているが、下記の特許文献1には、ゼッパ型等速自在継手のトルク伝達ボールの数を8個にしたものが示されている。このようにボールの数を8個にすることで、6個のボールを備えたゼッパ型等速自在継手と同等以上の強度、負荷容量、及び耐久性を確保しながら、軽量・コンパクト化を図ることができる。
また、下記の特許文献2には、後輪用ドライブシャフトが示されている。この後輪用ドライブシャフトでは、中間シャフト(中空シャフト)の両端部に設けられたスプライン径を大径化することで、中空シャフトの強度に余裕が生じるため薄肉化が可能となり、もって中空シャフトの軽量化が図られる。
特開平10−103365号公報 特開2012−97797号公報
上記特許文献1に示されているような8個のボールを備えたゼッパ型等速自在継手は、量産品として実用化されている。本発明は、この種の固定式等速自在継手のさらなる軽量・コンパクト化を検討したものである。
上記特許文献2で提案された発明は、後輪用ドライブシャフトに用いられる中空シャフトの軽量化及び高強度化を目的としたものである。しかし、同文献には、固定式等速自在継手を軽量・コンパクト化するという課題については触れられていない。
そこで、本発明が解決すべき課題は、後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手、特に8個ボールのゼッパ型等速自在継手において、内部仕様を検討することで、より一層の軽量・コンパクト化を図ることにある。
前記課題を解決するために、本発明は、後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手であって、軸方向一方に開口したカップ状のマウス部を有し、球面状の内周面に軸方向に延びる8本のトラック溝が形成された外側継手部材と、球面状の外周面に軸方向に延びる8本のトラック溝が形成され、軸心にスプライン穴が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と前記内側継手部材のトラック溝とで形成されるボールトラックに配された8個のボールと、前記ボールを収容する8個のポケットを有し、前記外側継手部材の内周面及び前記内側継手部材の外周面に摺接する保持器とを備え、前記外側継手部材のトラック溝の曲率中心と前記内側継手部材のトラック溝の曲率中心とがそれぞれ継手中心に対して軸方向反対側に等距離だけオフセットされ、前記ボールのピッチ円径PCDBALLと前記ボールの直径DBALLとの比PCDBALL/DBALLが3.70〜3.87であり、前記継手中心から前記外側継手部材のマウス部の開口側端面までの軸方向長さW1と前記ボールの直径DBALLとの比W1/DBALLが0.35〜0.52である固定式等速自在継手を提供する。
固定式等速自在継手では、作動角が0°の状態では各ボールに均等に荷重が加わるが、作動角が付くと各ボールには不均等な荷重が加わり、作動角が大きくなるほど各ボールに加わる荷重の差が大きくなる。従って、高作動角の場合には、各ボールに加わる最大荷重が大きくなるため、ボールと接触する部材(外側継手部材、内側継手部材、及び保持器)は、ボールから受ける最大荷重に耐え得るだけの厚い肉厚が要求される。そこで、上記のように固定式等速自在継手を後輪用ドライブシャフト専用として最大作動角を小さくすることにより、ボールに加わる最大荷重が小さくなり、ボールと接触する各部材の強度に余裕が生じるため、負荷容量や耐久性の低下を招くことなく、各部材の肉厚、例えば内側継手部材の半径方向の肉厚(詳しくは、内側継手部材のトラック溝の溝底とスプライン穴のピッチ円との半径方向距離)を低減することができる。これにより、内側継手部材の外周面に形成されるトラック溝を内径側に寄せることができるため、トラック溝のピッチ円径、すなわち、トラック溝に配されるボールのピッチ円径を、従来品(前輪用ドライブシャフト及び後輪用ドライブシャフトの何れにも適用可能な高作動角の8個ボールのゼッパ型等速自在継手)よりも小さくすることができる。これにより、固定式等速自在継手を半径方向にコンパクト化して軽量化を図ることができる。
図7に、本発明品に係る固定式等速自在継手3が最大作動角(20°)を取った状態を示し、図8に、従来品に係る固定式等速自在継手3’が最大作動角(47°)を取った状態を示す。これらの図から明らかなように、固定式等速自在継手を後輪用ドライブシャフト専用として最大作動角を小さくすることにより、外側継手部材に対するボールの軸方向移動量が小さくなり、トラック溝とボールとの接点軌跡の長さが短くなるため(L2<L2’)、外側継手部材のトラック溝の軸方向長さ、特に、継手中心から外側継手部材のマウス部の開口側端面までの軸方向長さを短くすることができる。これにより、外側継手部材を軸方向にコンパクト化して、軽量化を図ることができる。
ところで、等速自在継手は多量生産される製品であるため、通常、トルク負荷容量に応じて段階的にサイズが設定され、サイズごとに内部仕様(各部材の寸法や形状等)が設定される(シリーズ化される)。各サイズの等速自在継手の軽量・コンパクト化を図るにあたり、ボール径を小さくすると、ボールとトラック溝との接触部における面圧が上昇するため、トルク負荷容量の低減に直結する。このため、等速自在継手の設計変更を検討する際には、トルク負荷容量を維持するために、ボール数を増やさない限り、ボール径は変更しないことが一般的である。従って、各部材の寸法をボール径に対する比率で表すことで、トルク負荷容量(すなわち、等速自在継手のサイズ)に応じた等速自在継手の内部仕様を表すことができる。上記のように、固定式等速自在継手を後輪用ドライブシャフト専用として最大作動角を小さくし、ボール径に対する各部材の寸法{具体的には、ボール径に対するボールのピッチ円径(PCDBALL/DBALL)及び継手中心から外側継手部材のマウス部の開口側端面までの軸方向長さ(W1/DBALL)}を従来品よりも小さくすることで、固定式等速自在継手の軽量・コンパクトな新たなシリーズを構築することができる。
従来の固定式等速自在継手では、継手中心から外側継手部材のマウス部の開口側端面までの軸方向長さが長いため、球面状の内周面が内径側に大きく迫り出し、外側継手部材の開口部の内径が小さくなっていた。このため、組立時には、図11(A)(B)に示すように、外側継手部材101と保持器104とを互いの軸線を直交させ、この状態で保持器104を外側継手部材101の開口側から挿入し、その後、保持器104を外側継手部材101の内周で90°回転させるという複雑な方法で行われていた。
これに対し、上記のように、継手中心から外側継手部材のマウス部の開口側端面までの軸方向長さを短くすることで、球面状の内周面の開口端の内径側への迫り出しが減じられる。これにより、外側継手部材の開口部の内径が大きくなるため、図10(A)(B)に示すように、外側継手部材31の内周面31cの開口端における直径D31cを、保持器34を軸方向から見たときのポケット34aの周方向中央部における外径D34bよりも大きくすることができる(図10では、外側継手部材31の内径D31cと保持器34の外径D34bとが略同一であるように示されているが、実際には、外側継手部材31の内径D31cが保持器34の外径D34bよりも僅かに大きくなっている。)。また、外側継手部材31の内周面31cの周方向長さ(隣接するトラック溝31d間の周方向間隔)が、保持器34のポケット34aの周方向長さよりも小さい。この場合、保持器34と外側継手部材31とを同軸上に並べて配置し、この状態で保持器34を外側継手部材31の内周に挿入することができるため、外側継手部材31の内周で保持器34を回転させる工程が不要となり、組立工程を簡略化できる。
上記の固定式等速自在継手は、最大作動角を20°以下とすることができる。
以上のように、本発明では、後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手において、従来とは異なる設計思想で内部仕様(ボール径を基準としたときのボールのピッチ円径及び継手中心から外側継手部材のマウス部の開口側端面までの軸方向長さ)を設定することにより、トルク負荷容量を維持しながら、より一層の軽量・コンパクト化を図ることができる。
後輪駆動車の動力伝達機構を概略的に示す平面図である。 後輪用ドライブシャフトの断面図である。 (A)は、上記後輪用ドライブシャフトに組み込まれた摺動式等速自在継手の縦断面図{(B)図のX−X線における断面図}であり、(B)は同横断面図{(A)図の継手中心平面における断面図}である。 (A)は、上記後輪用ドライブシャフトに組み込まれた固定式等速自在継手の縦断面図{(B)図のY−Y線における断面図}であり、(B)は同横断面図{(A)図の継手中心平面における断面図}である。 (A)は、固定式等速自在継手の縦断面図であり、上半分が本発明品、下半分が従来品を示す。(B)は、固定式等速自在継手の継手中央平面における横断面図であり、上半分が本発明品、下半分が従来品を示す。 固定式等速自在継手の内側継手部材及び保持器の縦断面図であり、上半分が本発明品、下半分が従来品を示す。 本発明品に係る固定式等速自在継手が最大作動角(20°)を取った状態を示す断面図である。 従来品に係る固定式等速自在継手が最大作動角(47°)を取った状態を示す断面図である。 (A)は、本発明品の保持器のポケット面とボールとの接点の軌跡であり、(B)は、従来品の保持器のポケット面とボールとの接点の軌跡である。 (A)は、本発明品の外側継手部材の内周に保持器を組み込む様子を示す縦断面図であり、(B)は、(A)図を軸方向から見た正面図である。 (A)は、従来品の外側継手部材の内周に保持器を組み込む様子を示す縦断面図であり、(B)は、(A)図を軸方向から見た正面図である。 本発明品の固定式等速自在継手にボールを組み込む様子を示す縦断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に、独立懸架式の後輪駆動車(例えばFR車)の動力伝達機構を示す。この動力伝達機構では、エンジンEから出力された回転駆動力が、トランスミッションM及びプロペラシャフトPSを介してデファレンシャルギヤGに伝達され、そこから左右の後輪用ドライブシャフト1を介して左右の後輪(車輪W)に伝達される。
後輪用ドライブシャフト1は、図2に示すように、インボード側(図中右側)に軸方向変位および角度変位の両方を許容する摺動式等速自在継手2を、アウトボード側(図中左側)に角度変位のみを許容する固定式等速自在継手3をそれぞれ設け、両等速自在継手2,3を中間シャフト4で連結した構造を具備する。インボード側の摺動式等速自在継手2はデファレンシャルギヤGに連結され、アウトボード側の固定式等速自在継手3は車輪Wに連結される(図1参照)。
図3に示すように、摺動式等速自在継手2は、デファレンシャルギヤG(図1参照)に取り付けられる外側継手部材21と、中間シャフト4(図2参照)のインボード側端部に取り付けられる内側継手部材22と、外側継手部材21と内側継手部材22との間でトルクを伝達する8個のボール23と、8個のボール23を保持する保持器24とを備える。
外側継手部材21は、軸方向一方{アウトボード側、図3(A)では左側}が開口したカップ状のマウス部21aと、マウス部21aの底部から軸方向他方{インボード側、図3(A)では右側}に延びるステム部21bとを一体に有する。マウス部21aの円筒状の内周面21cには、軸方向に延びる8本の直線状のトラック溝21dが設けられる。ステム部21bのインボード側端部の外周面には、デファレンシャルギヤGのスプライン穴に挿入されるスプライン21eが設けられる。尚、マウス部21a及びステム部21bは、同一材料で一体形成する他、これらを別体に形成した後、溶接等により接合してもよい。
内側継手部材22の軸心には、中間シャフト4が挿入されるスプライン穴22cが設けられる。内側継手部材22の球面状の外周面22dには、軸方向に延びる8本の直線状のトラック溝22eが設けられる。すなわち、内側継手部材22は、スプライン穴22cを有する円筒部22aと、円筒部22aから外径に突出した複数の突出部22bとを一体に有し、複数の突出部22bの円周方向間にトラック溝22eが設けられる。複数の突出部22bの外径面が、内側継手部材22の球面状の外周面22dとなる。
外側継手部材21のトラック溝21dと内側継手部材22のトラック溝22eとが半径方向で対向して8本のボールトラックが形成され、各ボールトラックにボール23が一個ずつ配される。トラック溝21d,22eの横断面形状は、楕円形状やゴシックアーチ形状とされ、これにより、トラック溝21d,22eとボール23とは、30〜45°程度の接触角をもって接触する、いわゆるアンギュラコンタクトとされる。尚、トラック溝21d,22eの横断面形状を円弧形状とし、トラック溝21d,22eとボール23とをいわゆるサーキュラコンタクトとしてもよい。
保持器24は、ボール23を保持する8個のポケット24aを有する。8個のポケット24aは、全て同形状をなし、円周方向等間隔に配されている。保持器24の外周面には、外側継手部材21の円筒状の内周面21cと摺接する球面部24bと、球面部24bの軸方向両端部から接線方向に延びる円すい部24cとが設けられる。円すい部24cは、摺動式等速自在継手2が最大作動角を取ったときに、外側継手部材21の内周面21cと線接触して、それ以上作動角が大きくなることを規制するストッパとして機能する。保持器24の軸心に対する円すい部24cの傾斜角度は、摺動式等速自在継手2の最大作動角の1/2の値に設定される。保持器24の内周面には、内側継手部材22の球面状の外周面22dと摺接する球面部24dが設けられる。
保持器24の外周面の球面部24bの曲率中心O24bと、保持器24の内周面の球面部24dの曲率中心O24d(すなわち、内側継手部材22の球面状外周面22dの曲率中心)は、継手中心O(s)に対して軸方向反対側に等距離だけオフセットしている。図示例では、保持器24の外周面の球面部24bの曲率中心O24bが継手中心O(s)に対してインボード側(継手奥側)にオフセットし、保持器24の内周面の球面部24dの曲率中心O24dが継手中心O(s)に対してアウトボード側(継手開口側)にオフセットしている。これにより、任意の作動角において、保持器24で保持されたボール23が常に作動角の二等分面内に配置され、外側継手部材21と内側継手部材22との間での等速性が確保される。
図4に示すように、固定式等速自在継手3は、車輪W(図1参照)に取り付けられる外側継手部材31と、中間シャフト4(図2参照)のアウトボード側端部に取り付けられる内側継手部材32と、外側継手部材31と内側継手部材22との間でトルクを伝達する8個のボール33と、8個のボール33を保持する保持器34とを備える。
外側継手部材31は、軸方向一方{インボード側、図4(A)では右側}が開口したカップ状のマウス部31aと、マウス部31aの底部から軸方向他方{アウトボード側、図4(A)では左側}に延びるステム部31bとを一体に有する。マウス部31aの球面状の内周面31cには、軸方向に延びる8本の円弧状のトラック溝31dが形成されている。各トラック溝31dは、マウス部31aの開口側端面まで延びている。すなわち、外側継手部材31のトラック溝31dとマウス部31aの開口側端面との間には、加工上必要な僅かな面取り部は設けられているが、従来品のように、ボールを組み込むために必要なテーパ面K1{図5(A)参照}は設けられていない。また、外側継手部材31の内周面31cの開口端には、従来品のように、中間シャフトに当接して固定式等速自在継手の最大作動角を規定するようなテーパ面K2{図5(A)参照}は設けられていない。ステム部31bの外周面には、車輪W側のスプライン穴に挿入されるスプライン31eが設けられる。尚、マウス部31a及びステム部31bは、同一材料で一体形成する他、これらを別体に形成した後、溶接等により接合してもよい。また、マウス部31a及びステム部31bの軸心に、軸方向の貫通孔を形成してもよい。
内側継手部材32の軸心には、中間シャフト4が挿入されるスプライン穴32cが設けられる。内側継手部材32の球面状の外周面32dには、軸方向に延びる8本の円弧状のトラック溝32eが設けられる。すなわち、内側継手部材32は、スプライン穴32cを有する円筒部32aと、円筒部32aから外径に突出した複数の突出部32bとを一体に有し、複数の突出部32bの円周方向間にトラック溝32eが設けられる。複数の突出部32bの外径面が、内側継手部材32の球面状の外周面32dとなる。
外側継手部材31のトラック溝31dと内側継手部材32のトラック溝32eとが半径方向で対向して8本のボールトラックが形成され、各ボールトラックにボール33が一個ずつ配される。トラック溝31d,32eの横断面形状は、楕円形状やゴシックアーチ形状とされ、これにより、トラック溝31d,32eとボール33とは、30〜45°程度の接触角をもって接触する、いわゆるアンギュラコンタクトとされる。尚、トラック溝31d,32eの横断面形状を円弧形状とし、トラック溝31d,32eとボール33とをいわゆるサーキュラコンタクトとしてもよい。
外側継手部材31のトラック溝31dの曲率中心O31dと、内側継手部材32のトラック溝32eの曲率中心O32eは、継手中心O(f)に対して軸方向反対側に等距離だけオフセットしている。図示例では、外側継手部材31のトラック溝31dの曲率中心O31dが、継手中心O(f)に対してインボード側(継手開口側)にオフセットし、内側継手部材32のトラック溝32eの曲率中心O32eが、継手中心O(f)に対してアウトボード側(継手奥側)にオフセットしている。これにより、任意の作動角において、保持器34で保持されたボール33が常に作動角の二等分面内に配置され、外側継手部材31と内側継手部材32との間での等速性が確保される。
保持器34は、ボール33を保持する8個のポケット34aを有する。8個のポケット34aは、全て同形状をなし、円周方向等間隔に配されている。保持器34の球面状の外周面34bは、外側継手部材31の球面状の内周面31cと摺接する。保持器34の球面状の内周面34cは、内側継手部材32の球面状の外周面32dと摺接する。保持器34の外周面34bの曲率中心(すなわち、外側継手部材31の球面状の内周面31cの曲率中心)及び内周面34cの曲率中心(すなわち、内側継手部材32の球面状の外周面32dの曲率中心)は、それぞれ継手中心O(f)と一致している。
中間シャフト4は、図2に示すように、軸方向の貫通孔41を有する中空シャフトを使用することができる。中間シャフト4は、軸方向中央に設けられた大径部42と、軸方向両端に設けられた小径部43と、大径部42と小径部43とを連続するテーパ部44とを備える。中間シャフト4の小径部43には、ブーツ装着用の環状溝45及びスプライン46が設けられる。小径部43の外径は、環状溝45及びスプライン46を除いて一定とされる。尚、中間シャフト4は、中空シャフトに限らず、中実シャフトを使用することもできる。
中間シャフト4のインボード側端部のスプライン46は、摺動式等速自在継手2の内側継手部材22のスプライン穴22cに圧入される。これにより、中間シャフト4と内側継手部材22とがスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結される。中間シャフト4のインボード側の端部には環状の凹溝が形成され、この凹溝に止め輪47が装着される。この止め輪47を内側継手部材22のインボード側(軸端側)から係合させることで、中間シャフト4と内側継手部材22との抜け止めが行われる。
中間シャフト4のアウトボード側端部のスプライン46は、固定式等速自在継手3の内側継手部材32のスプライン穴32cに圧入される。これにより、中間シャフト4と内側継手部材32とがスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結される。中間シャフト4のアウトボード側の端部には環状の凹溝が形成され、この凹溝に止め輪47が装着される。この止め輪47を内側継手部材32のアウトボード側(軸端側)から係合させることで、中間シャフト4と内側継手部材32との抜け止めが行われる。
上記の摺動式等速自在継手2及び固定式等速自在継手3は、後輪用ドライブシャフト専用であるため、前輪用ドライブシャフトにも使用可能であった従来品よりも最大作動角を小さく設定することができる。本実施形態では、摺動式等速自在継手2及び固定式等速自在継手3の最大作動角が、何れも20°以下に設定される。これにより、負荷容量を維持しながら、摺動式等速自在継手2及び固定式等速自在継手3の軽量・コンパクト化を図ることが可能となる。以下、固定式等速自在継手3の内部仕様について、詳しく説明する。
下記の表1、図5及び図6に、本発明品に係る固定式等速自在継手3の内部仕様を、ボール径が等しい従来品(最大作動角47°の8個ボールのゼッパ型等速自在継手)と比較して示す。尚、図5及び図6の上半分は、本発明品に係る固定式等速自在継手3の断面図であり、下半分は、従来品に係る固定式等速自在継手3’の断面図である。従来品の各部位には、本発明品の各部位の符号に「’(ダッシュ)」を付した符号を付している。
Figure 0006899675
各パラメータの定義は、以下のとおりである。
(1)ボールPCD(ボールのピッチ円径)PCDBALL:外側継手部材31のトラック溝31dの曲率中心O31d又は内側継手部材32のトラック溝32eの曲率中心O32eとボール33の中心とを結ぶ線分の長さ(外側継手部材31のトラック溝31dの曲率中心O31dとボール33の中心とを結ぶ線分の長さと、内側継手部材32のトラック溝32eの曲率中心O32eとボール33の中心とを結ぶ線分の長さとは等しく、この寸法をPCRと言う。)の2倍の値である(PCDBALL=2×PCR)。
(2)内輪トラック長さ(内側継手部材のトラック溝の軸方向長さ)WI・TRUCK:厳密には、内側継手部材32のトラック溝32eとボール33との接点軌跡の軸方向長さであるが、本明細書では、内側継手部材32の球面状の外周面32dの軸方向長さ、すなわち、外周面32dの軸方向両端から内径側に延びる端面間の軸方向距離のことを言う。
(3)内輪幅(内側継手部材の軸方向幅)W:内側継手部材32の最大軸方向寸法であり、図示例では、内側継手部材32の円筒部32aの両端面間の軸方向距離である。
(4)内輪肉厚(内側継手部材の半径方向の肉厚)T:継手中心平面P{継手中心O(f)を通り、軸線と直交する平面}におけるトラック溝32eの溝底とスプライン穴32cのピッチ円との半径方向距離である。
(5)スプラインPCD(内側継手部材のスプライン穴のピッチ円径)PCDSPL:内側継手部材32のスプライン穴32cと中間シャフト4のスプライン46との噛み合いピッチ円の直径である。
(6)外輪外径D:外側継手部材31の最大外径である。
(7)継手中心〜外輪開口端面長さW1:継手中心O(f)と外側継手部材31のマウス部31aの開口側端面(インボード側の端面)との軸方向距離である。
(8)保持器肉厚T:保持器34の継手中心平面Pにおける半径方向の肉厚である。
(9)保持器幅W:保持器34の最大軸方向寸法であり、図示例では保持器34の両端面間の軸方向距離である。
以下、上記のような内部仕様に至った設計思想を詳しく説明する。
固定式等速自在継手3では、作動角が大きくなるほど各ボール33に加わる最大荷重が大きくなるため、上記のように最大作動角を小さくすることで、各ボール33に加わる最大荷重が小さくなる。これにより、ボール33と接触する内側継手部材32の強度に余裕が生じるため、従来品と同等の耐久性を維持しながら、内側継手部材32の半径方向の肉厚を薄くすることができる{T<T’、上記表1の(4)参照}。このように内側継手部材32を薄肉化することで、負荷容量や耐久性の低下を招くことなく、内側継手部材32のトラック溝32eのピッチ円径、すなわち、トラック溝32eに配されるボール33のピッチ円径を従来よりも小さくすることができる{PCDBALL<PCDBALL’、上記表1の(1)参照}。これにより、固定式等速自在継手3を半径方向にコンパクト化して、軽量化を図ることができる。
固定式等速自在継手3の最大作動角を小さくすることで、各ボール33に加わる最大荷重が小さくなり、ボール33と接触する保持器34の強度に余裕が生じるため、従来品と同等の耐久性を維持しながら、保持器34の半径方向の肉厚を低減することが可能となる{T<T’、上記表1の(8)参照}。また、図9(A)に示す本発明品(最大作動角20°)の保持器のポケット面Sとボールとの接点の軌跡Cと、図9(B)に示す従来品(最大作動角47°)の保持器のポケット面S’とボールとの接点の軌跡C’とから明らかなように、固定式等速自在継手3の最大作動角を小さくすることで、保持器34のポケット34a内におけるボール33の半径方向(図9の上下方向)の移動量が小さくなる。この観点からも、保持器34の半径方向の肉厚を低減することが可能となる。以上のように、保持器34の肉厚Tを薄くしながら、ボール33のピッチ円径PCDBALLを小さくすることにより、外側継手部材31及び内側継手部材32のトラック溝31d、32eの深さを確保してボール33のトラック溝エッジ部への乗り上げを防止しつつ、固定式等速自在継手3の軽量・コンパクト化を図ることができる。
図7に、本発明品に係る固定式等速自在継手3が最大作動角(20°)を取った状態を示し、図8に、従来品に係る固定式等速自在継手3’が最大作動角(47°)を取った状態を示す。これらの図から明らかなように、本発明品における内側継手部材32のトラック溝32eとボール33との接点軌跡L1の長さは、従来品における内側継手部材32’のトラック溝32e’とボール33’との接点軌跡L1’の長さよりも短い。このように、固定式等速自在継手3の最大作動角を小さくすることで、ボール33の軸方向移動量が小さくなるため、内側継手部材32のトラック溝32eの軸方向長さを短くすることができる{WI・TRUCK<WI・TRUCK’、上記表1の(2)参照}。これにより、内側継手部材32を軸方向にコンパクト化して軽量化を図ることが可能となる。
また、図7及び図8に示すように、本発明品における外側継手部材31のトラック溝31dとボール33との接点軌跡L2の長さは、従来品における外側継手部材31’のトラック溝31d’とボール33’との接点軌跡L2’の長さよりも短い。このように、固定式等速自在継手3の最大作動角を小さくすることで、外側継手部材31に対するボール33の軸方向移動量が短くなるため、外側継手部材31のトラック溝31dの軸方向長さ、特に、トラック溝31dの継手中心O(f)よりも開口側部分の軸方向長さ、具体的には、継手中心O(f)から外側継手部材31のマウス部31aの開口側端面までの軸方向長さを短くすることができる{W1<W1’、上記表1の(7)参照}。これにより、外側継手部材31を軸方向にコンパクト化して軽量化を図ることが可能となる。
固定式等速自在継手3の最大作動角を小さくすることで、上記のように保持器34の強度に余裕が生じるため、従来品と同等の耐久性を維持しながら、保持器34の軸方向幅を小さくすることができる{W<W’、上記(9)参照}。これにより、保持器34を軸方向にコンパクト化して軽量化を図ることが可能となる。
固定式等速自在継手3の最大作動角を小さくすることで、上記のように内側継手部材32の半径方向の肉厚Tを減じることができるため、内側継手部材32のスプライン穴32cを大径化することができる{PCDSPL>PCDSPL’、上記表1の(5)参照}。これにより、スプライン穴32cに挿入される中間シャフト4を大径化して、捩じり強度を高めることができる。また、固定式等速自在継手3の最大作動角を小さくすることで、上記のようにボール33のピッチ円径を縮小することができるため、外側継手部材31を小径化することができる。以上より、本発明品では、外側継手部材31の外径Dと内側継手部材32のスプライン穴32cのピッチ円径PCDSPLとの比D/PCDSPLを、従来品よりも小さくすることができる{D/PCDSPL<D’/PCDSPL’、上記表1の(6)参照}。これにより、固定式等速自在継手3の軽量・コンパクト化と、中間シャフト4の強度向上とを同時に達成することができる。
また、上記のように内側継手部材32のスプライン穴32cを大径化することで、内側継手部材32のスプライン穴32cと中間シャフト4のスプライン46との嵌合部のピッチ円径が大きくなるため、スプライン歯同士の接触部の面圧が低減される。これにより、スプライン歯一つ当たりの面圧を維持しながら、内側継手部材32のスプライン穴32cの軸方向長さを短くすることができるため、内側継手部材32の円筒部32aの軸方向幅を短縮することができる。このように、内側継手部材32のトラック溝32eの軸方向長さを短くするだけでなく、スプライン穴32cの軸方向長さを短くすることで、内側継手部材32全体の軸方向幅Wを短くすることができる{W<W’、上記表1の(3)参照}。
また、上記のように、外側継手部材31の継手中心O(f)よりも開口側部分の軸方向長さW1を短くすることで、球面状の内周面31cの開口端の内径側への迫り出しが減じられる。これにより、外側継手部材31の開口部の内径が大きくなるため、図10に示すように、外側継手部材31の内周面31cの開口端における直径D31cを、保持器34を軸方向から見たときのポケット34aの周方向中央部における外径D34bよりも大きくすることができる。また、外側継手部材31の球面状内周面31cの、隣接するトラック溝31d間領域の周方向長さL31cは、保持器34のポケット34aの周方向長さL34aよりも短い。この場合、外側継手部材31と保持器34とを同軸上に並べて配置し、保持器34のポケット34aの周方向間に設けられた柱部34dを外側継手部材31のトラック溝31dの周方向位置(好ましくは周方向中央)に配した状態で、保持器34の外周面34bのうち、外側継手部材31の球面状の内周面31cと対向する領域を、内周面31cの開口端よりも内径側に配することができる。これにより、保持器34を、外側継手部材31と同軸に配した状態で、外側継手部材31の内周面31cの開口端に干渉することなく、外側継手部材31の内周に組み込むことができる。
また、図11に示す従来品のように、保持器104と外側継手部材101とを互いの軸線を直交させた状態で組み付ける場合、外側継手部材101の内部には、軸線を直交させた状態の保持器104を収容できる空間を確保する必要がある。具体的には、図11(A)に示すように、外側継手部材101の内底面101fは、内周面101cを延長した仮想球面Q’よりも奥側に配する必要がある。これに対し、図10に示す本発明品のように、保持器34と外側継手部材31とを互いの軸心を一致させた状態で組み付ければ、外側継手部材31の内部には、軸線を直交させた保持器34を収容可能な空間を設ける必要がないため、図11に示す従来品よりも外側継手部材31の内部空間を小さく(浅く)することができる。具体的には、図10(A)に示すように、外側継手部材31の内底面31fを、外側継手部材31の内周面31cを延長した仮想球面Qと干渉する位置まで継手開口側(インボード側)に寄せて配することができる。これにより、外側継手部材31の軸方向寸法を縮小して軽量化を図ることができる。
また、本発明品に係る固定式自在継手3にボール33を組み込む際には、図12に示すように、外側継手部材31と内側継手部材32とを最大作動角よりも大きい角度で屈曲させて、保持器34のポケット34aの一つを外側継手部材31から露出させる必要がある。このように、固定式自在継手3の作動角を大きくしたとき、両部材31,32の軸心を含む平面上にあるボール33(図12に現れているボール33)、及びこれらのボール33と位相が90°異なるボール33は、作動角0°のときと位相(すなわち、保持器34に対する周方向位置)は変わらない。一方、これらの4個のボール33の周方向間にあるボール33は、作動角0°の状態に対して位相がずれる(すなわち、保持器34に対して周方向に移動する)。従って、保持器34のポケット34aの周方向寸法は、上記のようなボール33の組み込み時の周方向移動を許容する大きさとする必要がある。
しかし、全てのポケット34aの周方向寸法を大きくすると、ポケット34a間の柱部が細くなって強度が不足する恐れがある。このため、従来の固定式等速自在継手(8個ボールのゼッパ型等速自在継手)では、周方向寸法が大きいポケットと、周方向寸法が小さいポケットとを交互に配することで、柱部の強度を確保していた。この場合、まず、周方向寸法が大きい4個のポケットにボールを組み込んだ後、周方向寸法が小さい4個のポケットにボールを組み込むことで、全てのポケットにボールを組み込むことができる。しかし、ボールを組み込むポケットの順序を間違えると、ボールを組み込むことができなくなるため、組み込み作業に手間がかかる。
上記の固定式等速自在継手3では、最大作動角を小さくすることで、ボールを組み込む際の作動角が従来品よりも小さくなるため、保持器34のポケット34aの周方向寸法を従来品よりも小さくすることができる。これにより、全てのポケット34aの周方向寸法を等しくしても、ポケット34a間の柱部の強度を確保することができる。この場合、どのポケット34aからボール33を組み込んでもよいため、ボール33の組み込み作業が容易になる。尚、本実施形態では、図12に示すように、固定式等速自在継手3にボール33を組み込む際、保持器34の外周面34bの継手奥側端部が外側継手部材31の底面31fに当接し、それ以上作動角が大きくなることが規制されている。
以上のように、本発明は、等速自在継手の最大作動角を小さくすることにより得られる様々な条件を考慮して、等速自在継手の内部仕様を検討することで、従来品と同等のトルク負荷容量を維持しながら等速自在継手を軽量・コンパクト化したものである。これにより、後輪用ドライブシャフト専用として使用できる、軽量・コンパクトな固定式等速自在継手の新たなシリーズを構築することができる。
本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、上記の固定式等速自在継手は、後輪のみで駆動する後輪駆動車(例えばFR車)の後輪用ドライブシャフトに限らず、四輪駆動車の後輪用ドライブシャフト(特に、後輪が主駆動輪となる四輪駆動車)にも用いることができる。尚、SUV車は車輪の上下動が大きく、ドライブシャフトの角度変位が大きいため、上記のような低作動角の固定式等速自在継手は適用できない場合がある。従って、上記の固定式等速自在継手は、後輪駆動あるいは四輪駆動の乗用車の後輪用ドライブシャフトに適用することが好ましい。
1 後輪用ドライブシャフト
2 摺動式等速自在継手
21 外側継手部材
22 内側継手部材
23 ボール
24 保持器
3 固定式等速自在継手
31 外側継手部材
31d トラック溝
32 内側継手部材
32c スプライン穴
32e トラック溝
33 ボール
34 保持器
34a ポケット
4 中間シャフト
E エンジン
M トランスミッション
PS プロペラシャフト
G デファレンシャルギヤ
W 車輪

Claims (2)

  1. 後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手であって、
    軸方向一方に開口したカップ状のマウス部を有し、球面状の内周面に軸方向に延びる8本のトラック溝が形成された外側継手部材と、球面状の外周面に軸方向に延びる8本のトラック溝が形成され、軸心にスプライン穴が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と前記内側継手部材のトラック溝とで形成されるボールトラックに配された8個のボールと、前記ボールを収容する8個のポケットを有し、前記外側継手部材の内周面及び前記内側継手部材の外周面に摺接する保持器とを備え、
    前記外側継手部材のトラック溝の曲率中心と前記内側継手部材のトラック溝の曲率中心とがそれぞれ継手中心に対して軸方向反対側に等距離だけオフセットされ、
    前記ボールのピッチ円径PCDBALLと前記ボールの直径DBALLとの比PCDBALL/DBALLが3.70〜3.87であり、
    前記継手中心から前記外側継手部材のマウス部の開口側端面までの軸方向長さW1Oと前記ボールの直径DBALLとの比W1O/DBALLが0.35〜0.52であり、
    前記内側継手部材の半径方向の肉厚T I と前記ボールの直径D BALL との比T I /D BALL が1.40〜1.55であり、
    最大作動角が20°以下である固定式等速自在継手。
  2. 前記外側継手部材の内周面の開口端における直径が、前記保持器を軸方向から見たときのポケットの周方向中央部における外径よりも大きい請求項1に記載の固定式等速自在継手。
JP2017052645A 2017-03-17 2017-03-17 後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手 Active JP6899675B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017052645A JP6899675B2 (ja) 2017-03-17 2017-03-17 後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手
PCT/JP2018/008935 WO2018168629A1 (ja) 2017-03-17 2018-03-08 後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017052645A JP6899675B2 (ja) 2017-03-17 2017-03-17 後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018155320A JP2018155320A (ja) 2018-10-04
JP6899675B2 true JP6899675B2 (ja) 2021-07-07

Family

ID=63523414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017052645A Active JP6899675B2 (ja) 2017-03-17 2017-03-17 後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6899675B2 (ja)
WO (1) WO2018168629A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021132253A1 (ja) 2019-12-26 2021-07-01 Ntn株式会社 固定式等速自在継手

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3460107B2 (ja) * 1996-05-28 2003-10-27 Ntn株式会社 等速自在継手
JP2011080556A (ja) * 2009-10-08 2011-04-21 Ntn Corp 等速自在継手、ドライブシャフトアッセンブリ、およびプロペラシャフト
JP2017020543A (ja) * 2015-07-08 2017-01-26 Ntn株式会社 固定式等速自在継手

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018168629A8 (ja) 2019-09-26
WO2018168629A1 (ja) 2018-09-20
JP2018155320A (ja) 2018-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5073190B2 (ja) 摺動式等速自在継手
JP6800789B2 (ja) 後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手
JP6863785B2 (ja) 固定式等速自在継手
JP6808531B2 (ja) 摺動式等速自在継手
JP6899675B2 (ja) 後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手
JP5355876B2 (ja) 等速自在継手
JP7154778B2 (ja) 後輪用ドライブシャフト
JP7292008B2 (ja) 後輪用ドライブシャフト専用の摺動式等速自在継手
WO2018168640A1 (ja) 後輪用ドライブシャフト
JP6736509B2 (ja) 後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手
CN110431324B (zh) 用于后轮用驱动轴的滑动式等速万向联轴器
JP7224107B2 (ja) 後輪用ドライブシャフト専用の摺動式等速自在継手
JP7437868B2 (ja) プロペラシャフト用摺動式等速自在継手
WO2019208277A1 (ja) プロペラシャフト用摺動式等速自在継手
WO2018168634A1 (ja) 後輪用ドライブシャフトに用いられる摺動式等速自在継手
JP6711747B2 (ja) 固定式等速自在継手
JP2008196591A (ja) 固定式等速自在継手及びその製造方法
JP2011069404A (ja) 固定式等速自在継手
JP2008261390A (ja) 固定式等速自在継手
JP2007078023A (ja) 固定型等速自在継手及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200226

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201013

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201203

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210527

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210615

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6899675

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250