JP7437868B2 - プロペラシャフト用摺動式等速自在継手 - Google Patents

Description

この発明は、プロペラシャフト専用の摺動式等速自在継手に関する。

四輪駆動車（４ＷＤ車）やフロントエンジン後輪駆動車（ＦＲ車）などの自動車に使用されるプロペラシャフトには軸方向変位と角度変位に対応できる摺動式等速自在継手が使用されている。この摺動式等速自在継手として、ダブルオフセット型摺動式等速自在継手（ＤＯＪ）や、トリポード型摺動式等速自在継手（ＴＪ）、クロスグルーブ型摺動式等速自在継手（ＬＪ）などが使用されている。

近年、自動車の低燃費化に伴い、プロペラシャフトにおいても小型、軽量化が求められている。従来においては、構成部品の共通化という観点からドライブシャフト用に使用されている各部品（外側継手部材、内側継手部材、保持器など）が、外側継手部材の取付け部形状を変えて、その他の部品は、そのままプロペラシャフト用に用いられてきた。

プロペラシャフトに用いられる摺動式等速自在継手の一つとしてダブルオフセット型摺動式等速自在継手（以下、ＤＯＪともいう）があり、このＤＯＪタイプでボール個数を８個として小型、軽量化を図ったものとして特許文献１が提案されている。

特開平１０－７３１２９号公報

自動車の更なる低燃費化、プロペラシャフトの小型、軽量化、高速回転化の要求に対して、プロペラシャフトに用いられるＤＯＪは、スライド量を比較的に大きく取れることや、使用実績が豊富で性能が安定していること、さらに、ＤＯＪタイプでボール個数を８個として小型、軽量化を図れることに着目し、図１１、図１２に示すプロペラシャフトに用いられている現行のＤＯＪを種々検討した。

本発明は、自動車の更なる低燃費化、プロペラシャフトの高速回転化の要求に貢献できる小型、軽量なプロペラシャフト専用の摺動式等速自在継手を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討し、以下の知見と着想によって、本発明に至った。
（１）図１１、図１２に示す現行の８個ボールタイプのプロペラシャフト用ＤＯＪは、ドライブシャフトに使用可能なように最大作動角を２５°程度としているが、プロペラシャフト用で使用されるＤＯＪを必要特性に特化させることで、ＤＯＪの機能が限定でき、小型、軽量化を達成できるということを着想し、プロペラシャフト専用のＤＯＪとして、最大作動角を１５°以下とすることを見出した。
（２）プロペラシャフト専用のＤＯＪの最大作動角を低く制限することにより、次の具体的な技術的効果を検証した。
（ａ）各構成部品（外側継手部材、内側継手部材、保持器）の肉厚の低減による半径方向のコンパクト化、軽量化
（ｂ）ボールの軸方向移動量の低減による内側継手部材の軸方向のコンパクト化、軽量化
（ｃ）ボールの周方向移動量の低減による保持器の半径方向のコンパクト化、軽量化
（ｄ）ポケット荷重の低減による保持器の軸方向のコンパクト化、軽量化
（３）加えて、プロペラシャフト用ＤＯＪの作動角が小さく、かつ略一定で、高速回転という動的な要因に着目して更なる軽量・コンパクト化の可能性を検討した。その結果、保持器のオフセット量を小さくすることを着想し、これが、上記の（２）の技術的効果を飛躍的に促進させ、従来とは質的に異なる軽量・コンパクト化が達成できることが判明し、本発明に至った。
（４）さらに性能面で、ポケットとボール間のポケットすきまδ１と、保持器と内側継手部材の球面間の軸方向すきまδ２を併用することを着想し、プロペラシャフト専用ＤＯＪとしての寿命の向上、高速回転化、スライド抵抗の低減、車両の振動特性の効果を検証し、本発明の有利な構成に至った。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、プロペラシャフト用摺動式等速自在継手であって、前記摺動式等速自在継手は、円筒状内周面に８本の直線状トラック溝が軸方向に沿って形成された外側継手部材と、球状外周面に前記外側継手部材の直線状トラック溝に対向する８本の直線状トラック溝が軸方向に沿って形成されると共に中心部にシャフトを連結する連結孔が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材の直線状トラック溝と前記内側継手部材の直線状トラック溝との間に組み込まれた８個のトルク伝達ボールと、前記トルク伝達ボールをポケットに収容し、前記外側継手部材の円筒状内周面と前記内側継手部材の球状外周面に接触案内される球状外周面と球状内周面を有する保持器とを備え、前記保持器の球状外周面の曲率中心と球状内周面の曲率中心とが、それぞれ前記ポケットの中心に対して軸方向の反対側に等しいオフセット量（ｆ）を有するダブルオフセット型摺動式等速自在継手で構成され、前記保持器は、プロペラシャフト専用の仕様として、前記オフセット量（ｆ）と前記トルク伝達ボールのピッチ円直径（ＰＣＤ_BALL）との比ｆ／ＰＣＤ_BALLが、０．０７以上、０．０９以下に設定され、前記保持器の幅Ｗｃと前記トルク伝達ボールのボール径Ｄｂとの比Ｗｃ／Ｄｂが１．８以上、２．０以下に設定されていることを特徴とする。

上記の構成により、自動車の更なる低燃費化、プロペラシャフトの高速回転化の要求に貢献できる、従来とは質的に異なる小型、軽量なプロペラシャフト専用の摺動式等速自在継手を実現することができる。特に、保持器の幅Ｗｃとトルク伝達ボールのボール径Ｄｂとの比Ｗｃ／Ｄｂを１．８以上、２．０以下に設定したことにより、軸方向のコンパクト、軽量化を達成することができる。

上記のポケットの軸方向壁面とトルク伝達ボールとの間にポケットすきまδ１を設けると共に、上記の保持器の球状内周面と内側継手部材の球状外周面との間に軸方向すきまδ２を設けることが望ましい。これにより、抑温効果による継手の寿命の向上、高速回転に有効である。また、継手のスライド抵抗が低減され、車両の振動特性の向上が図れる。

上記のポケットすきまδ１を０～０．０５０ｍｍとすると共に軸方向すきまδ２を０．５～１．５ｍｍとすることが望ましい。これにより、等速性、耐久性の低下を防止すると共に、エンジンからの振動吸収が可能で、抑温効果による継手の寿命の向上、高速回転化、継手のスライド抵抗が低減、車両の振動特性の向上を図ることができる。

上記のプロペラシャフト用摺動式等速自在継手の最大作動角を１５°以下に設定し、プロペラシャフト用の必要機能に特化させることにより、摺動式等速自在継手の機能が限定でき、小型、軽量化を達成することができる。

上記の内側継手部材の肉厚Ｔｉとトルク伝達ボールのボール径Ｄｂとの比Ｔｉ／Ｄｂを０．３０以上、０．４５以下に設定したことにより、半径方向のコンパクト化、軽量化を達成することができる。

上記の内側継手部材の幅Ｗｉとトルク伝達ボールのボール径Ｄｂとの比Ｗｉ／Ｄｂを１．２以上、１．４以下に設定したことにより、軸方向のコンパクト化、軽量化を達成することができる。

上記の保持器の幅Ｗｃとトルク伝達ボールのボール径Ｄｂとの比Ｗｃ／Ｄｂを１．８以上、２．０以下に設定したことにより、軸方向のコンパクト、軽量化を達成することができる。

本発明によれば、自動車の更なる低燃費化、プロペラシャフトの高速回転化の要求に貢献できる、従来とは質的に異なる小型、軽量なプロペラシャフト専用の摺動式等速自在継手を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るプロペラシャフト用摺動式等速自在継手が装着されたプロペラシャフトを示す図である。 （ａ）図は本実施形態に係るプロペラシャフト用摺動式等速自在継手を示し、（ｂ）図のＢ－Ｎ－Ｂ線における縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図のＡ－Ａ線における横断面図である。 本実施形態に係るプロペラシャフト用摺動式等速自在継手とプロペラシャフトに用いられている現行の摺動式等速自在継手のそれぞれの縦断面を対比したもので、（ａ）図は、図２（ａ）の軸線Ｎ－Ｎより上半分の縦断面を上側に示し、図１１（ａ）の軸線Ｎ－Ｎより上半分の縦断面を反転させて下側に示した図で、（ｂ）図は、図２（ａ）の軸線Ｎ－Ｎより下半分の縦断面を反転させて上側に示し、図１１（ａ）の軸線Ｎ－Ｎより下半分の縦断面を下側に示した図である。 本実施形態に係るプロペラシャフト用摺動式等速自在継手とプロペラシャフトに用いられている現行の摺動式等速自在継手のそれぞれの内側継手部材とボールとの軸方向移動状態を対比した図である。 図２（ａ）の内側継手部材、保持器およびボールを拡大した縦断面図である。 （ａ）図は、図５のＣ部における内側継手部材と保持器を拡大した縦断面図で、（ｂ）図は、図５のＤ部における内側継手部材と保持器を拡大した縦断面図である。 （ａ）図は、ポケットすきまδ１と球面間の軸方向すきまδ２を設けていない標準仕様を示す内側継手部材、保持器およびボールの縦断面図で、（ｂ）図は、本実施形態に係るポケットすきまδ１と球面間の軸方向すきまδ２を設けた仕様の内側継手部材、保持器およびボール示す縦断面図で、（ｃ）図は、本実施形態に係るポケットすきまδ１と球面間の軸方向すきまδ２を設けた別の仕様の内側継手部材、保持器およびボール示す縦断面図である。 本実施形態に係るプロペラシャフト用摺動式等速自在継手の最大作動角を示す縦断面図である。 本実施形態に係るプロペラシャフト用摺動式等速自在継手のブーツ装着状態で取れる作動角を示す縦断面図である。 本実施形態に係るプロペラシャフト用摺動式等速自在継手と現行の摺動式等速自在継手のそれぞれの横断面を比較した図である。 （ａ）図は、現行の摺動式等速自在継手を示し、（ｂ）図のＦ－Ｎ－Ｆ線における縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図のＥ－Ｅ線における横断面図である。 現行の摺動式等速自在継手の組み立て状態を示す縦断面図である。 ＦＦベースの４ＷＤ車の駆動系の概要を示す平面図である。 ＦＲベースの４ＷＤ車の駆動系の概要を示す平面図である。

本発明の一実施形態に係るプロペラシャフト用摺動式等速自在継手を図１～図１０に基づいて説明する。まず、プロペラシャフトを用いた四輪駆動車（以下、４ＷＤ車ともいう）を例にして駆動系の概要を図１３、図１４に基づいて説明する。図１３は、ＦＦ（フロントエンジン前輪駆動）ベースの４ＷＤ車の駆動系の概要を示す平面図で、図１４は、ＦＲ（フロントエンジン後輪駆動）ベースの４ＷＤ車の駆動系の概要を示す平面図である。

図１３に示すように、ＦＦベースの４ＷＤ車の駆動系は、エンジン１００→トランスアクスル１１３→デファレンシャル１１１→トランスファ１１２→プロペラシャフト（リヤプロペラシャフト）１０２→デファレンシャル１０３→ドライブシャフト１０４→リヤ側車輪１０５という駆動力の伝達が行われる。また、フロント側において、エンジン１００→トランスアクスル１１３→デファレンシャル１１１→ドライブシャフト１０９→フロント側車輪１１０という駆動力の伝達が行われる。

図１４に示すように、ＦＲベースの４ＷＤ車の駆動系は、エンジン１００→トランスミッション１０１→プロペラシャフト（リヤプロペラシャフト）１０２→デファレンシャル１０３→ドライブシャフト１０４→リヤ側車輪１０５という駆動力の伝達が行われる。また、フロント側において、エンジン１００→トランスミッション１０１→トランスファ１０６→プロペラシャフト（フロントプロペラシャフト）１０７→デファレンシャル１０８→ドライブシャフト１０９→フロント側車輪１１０という駆動力の伝達が行われる。

ＦＦベース、ＦＲベースのいずれの４ＷＤ車においも、最終減速機となるデファレンシャル１０３、１０８、１１１を経たドライブシャフト１０４、１０９に用いられる等速自在継手４５、４６、４７は、最大回転数が２０００ｍｉｎ^-1程度、常用最大作動角が１５°程度、最大作動角が２５°程度である。作動角の挙動として、ドライブシャフト１０４、１０９に用いられる等速自在継手４５、４６、４７では、車輪１０５、１１０の上下動があるので、これに追従する作動角が必要で、かつ、作動角が常時変動する。加えて、フロント側車輪１１０の場合は、車輪側の固定式等速自在継手４６には転舵のための大きな作動角が必要になる。

一方、プロペラシャフト１０２、１０７は、最終減速機となるデファレンシャル１０３、１０８、１１１の手前に配置されるので、高速回転で使用され、最大回転数は８０００ｍｉｎ^-1程度で、常用最大作動角が１０°以下、最大作動角が１５°程度である。また、デファレンシャル１０３、１０８、１１１は独立懸架車では車体側に取付けられ、プロペラシャフト１０２、１０７の全長は長いので、プロペラシャフト１０２、１０７に用いられる等速自在継手１の作動角は、小さく、かつ略一定である。さらに、伝達トルク面でも、プロペラシャフト１０２、１０７に用いられる等速自在継手１は、ドライブシャフト１０４、１０９に用いられる等速自在継手４５、４６、４７より大幅に小さい。図１３、図１４では、プロペラシャフト１０２、１０７に用いられる自在継手４３、４４、４８、４９をクロスジョイントで例示したが、これらの自在継手４３、４４、４８、４９の少なくとも一部は、等速自在継手が用いられる場合もある。

ＦＦベースの４ＷＤ車のプロペラシャフトを例にして、プロペラシャフトの概要を図１に基づいて説明する。プロペラシャフト１０２は、エンジン１００（図１３、図１４参照）側に位置する第１のプロペラシャフト４１と、デファレンシャル１０３（図１３、図１４参照）側に位置する第２のプロペラシャフト４２とから構成されている。第１のプロペラシャフト４１の一端（前端）は、クロスジョイント４３を介してエンジン１００の出力側（トランスファ１１２、図１３参照）に連結されている。第１プロペラシャフト４１の中空パイプ６４の他端（後端）には、摺動式等速自在継手１が接続されている。この摺動式等速自在継手１が、本実施形態に係るプロペラシャフト用摺動式等速自在継手である。

第２のプロペラシャフト４２の他端（後端）は、クロスジョイント４４を介してデファレンシャル１０３（図１３参照）に接続されている。以上のように、第１のプロペラシャフト４１と第２のプロペラシャフト４２とは、軸方向に連結した構成となっている。

本実施形態に係るプロペラシャフト用摺動式等速自在継手１の全体構成を図２（ａ）、図２（ｂ）に基づいて説明する。図２（ａ）は本実施形態に係るプロペラシャフト用摺動式等速自在継手を示し、図２（ｂ）のＢ－Ｎ－Ｂ線における縦断面図で、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ線における横断面図である。

図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、本実施形態に係るプロペラシャフト用摺動式等速自在継手（以下、単に摺動式等速自在継手ともいう）１は、いわゆる、ダブルオフセット型摺動式等速自在継手（以下、ＤＯＪともいう）であり、外側継手部材２、内側継手部材３、トルク伝達ボール４および保持器５を主な構成とする。外側継手部材２の円筒状内周面６には、８本の直線状トラック溝７が円周方向に等間隔で、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材３の球状外周面８には、外側継手部材２のトラック溝７と対向する８本の直線状トラック溝９が円周方向に等間隔で、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材２の直線状トラック溝７と内側継手部材３の直線状トラック溝９との間にトルク伝達ボール（以下、単にボールともいう）４が１個ずつ組み込まれている。ボール４は保持器５のポケット５ａに収容されている。

保持器５は、球状外周面１２と球状内周面１３を有し、球状外周面１２は外側継手部材２の円筒状内周面６と嵌合して接触案内され、球状内周面１３は内側継手部材３の球状外周面８と嵌合して接触案内されている。保持器５の球状外周面１２は曲率中心Ｏ１を有し、球状内周面１３は曲率中心Ｏ２を有している。曲率中心Ｏ１、Ｏ２は、保持器５のポケット５ａの中心Ｏ３に対して軸方向の反対側に等しいオフセット量ｆを有する。ここで、ポケット５ａの中心Ｏ３は、８個のポケット５ａのそれぞれの軸方向の中心を含む平面と継手の軸線Ｎ－Ｎとの交点を意味する。本明細書および特許請求の範囲においてポケットの中心は、この意味で用いる。これにより、継手が作動角を取った場合、外側継手部材２と内側継手部材３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール４が常に案内され、二軸間が等速回転で伝達される。

図２（ａ）に示すように、外側継手部材２の一端〔図２（ａ）の右端〕に第１のプロペラシャフト４１の中空パイプ６４と接合される大径部２ａが形成され、大径部２ａの近傍の内周孔にシールカバー１６が装着されている。内側継手部材３の中心部の内周孔１０に雌スプライン（セレーションを含む）１１が形成されており、シャフト２０（図１、図８参照）の雄スプライン２１が嵌合連結され、止め輪２２により軸方向に固定されている。

外側継手部材２の他端（開口側端部）の内周に止め輪溝１４が設けられ、止め輪２３（図８参照）が装着されて、内側継手部材３、ボール４および保持器５からなる内側組立体が、外側継手部材２の開口側端部から抜け出すのを防止する。保持器５の大径側端部〔図２（ａ）の右側端部〕の内周に内側継手部材３を組み込むための円筒面状の切欠き５ｃが設けられている。外側継手部材２の開口側端部の外周にブーツ装着溝１５が設けられている。図９に示すように、外側継手部材２のブーツ装着溝１５とシャフト２０のブーツ装着溝２０ａにブーツ２５が装着され、ブールバンド２７、２６により締付け固定されている。ブーツ２５とシールカバー１６とが協働して、継手内部に封入されたグリースの外部漏洩や継手外部からの異物侵入が防止される。

本実施形態の摺動式等速自在継手１の全体的な構成は以上のとおりであるが、次に特徴的な構成を説明する。本実施形態の摺動式等速自在継手１の特徴的な構成に至った開発過程の知見と着想は次のとおりである。
（１）自動車の更なる低燃費化、プロペラシャフトの小型、軽量化、高速回転化の要求に対して、プロペラシャフトに用いられるダブルオフセット型摺動式等速自在継手（ＤＯＪ）は、スライド量を比較的に大きく取れることや、使用実績が豊富で性能が安定していること、さらに、ＤＯＪタイプでボール個数を８個として小型、軽量化を図れることに着目し、図１１、図１２に示す現行のプロペラシャフトに用いられているＤＯＪを種々検討した。その結果、現行のＤＯＪは、ドライブシャフトに使用可能なように最大作動角を２５°程度としているが、プロペラシャフト用で使用されるＤＯＪを必要特性に特化させることで、ＤＯＪの機能が限定でき、小型、軽量化を達成できるということを着想し、プロペラシャフト専用のＤＯＪとして、最大作動角を１５°以下とすることを見出した。
（２）プロペラシャフト専用のＤＯＪの最大作動角を低く制限することにより、次の具体的な技術的効果を検証した。
（ａ）各構成部品（外側継手部材、内側継手部材、保持器）の半径方向肉厚の低減による半径方向のコンパクト化、軽量化
（ｂ）ボールの軸方向移動量の低減による内側継手部材の軸方向のコンパクト化、軽量化
（ｃ）ボールの周方向移動量の低減による保持器の半径方向のコンパクト化、軽量化
（ｄ）ポケット荷重の低減による保持器の軸方向のコンパクト化、軽量化
（３）加えて、プロペラシャフト用ＤＯＪの作動角が小さく、かつ略一定で、高速回転という動的な要因に着目して更なる軽量・コンパクト化の可能性を検討した。その結果、保持器のオフセット量を小さくすることを着想し、これが、上記の（２）の技術的効果を飛躍的に促進させ、従来とは質的に異なる軽量・コンパクト化が達成できることが判明し、本実施形態の特徴的な構成に至った。

本実施形態の摺動式等速自在継手の特徴的な構成は、要約すると、プロペラシャフト用摺動式等速自在継手を８個のトルク伝達ボールを使用したダブルオフセット型摺動式等速自在継手で構成し、その保持器が、プロペラシャフト専用の仕様として、オフセット量ｆとトルク伝達ボールのピッチ円直径ＰＣＤ_BALLとの比ｆ／ＰＣＤ_BALLが、０．０７以上、０．０９以下に設定されていることである。

上記の特徴的な構成について、図１１、図１２に示す現行の摺動式等速自在継手と比較して説明する。図１１、図１２に示すように、現行の摺動式等速自在継手２０１は、８個のトルク伝達ボール２０４を使用したダブルオフセット型摺動式等速自在継手で、外側継手部材２０２、内側継手部材２０３、トルク伝達ボール２０４および保持器２０５を主な構成とし、最大作動角は２５°程度である。基本的な内部構成は、本実施形態のプロペラシャフト用摺動式等速自在継手１と同様であるので、本実施形態のプロペラシャフト用摺動式等速自在継手１と同じ機能を有する部位には本実施形態に付した符号に２００を加算した符号を付し、ポケットの中心、曲率中心、オフセット量などのアルファベット符号については本実施形態の符号にダッシュ（’）を付している。

本実施形態に係る摺動式等速自在継手１と現行の摺動式等速自在継手２０１のそれぞれの縦断面を図３（ａ）、図３（ｂ）に基づいて対比して説明する。図３（ａ）は、図２（ａ）の軸線Ｎ－Ｎより上半分の縦断面を上側に示し、図１１（ａ）の軸線Ｎ－Ｎより上半分の縦断面を反転させて下側に示した図で、図３（ｂ）は、図２（ａ）の軸線Ｎ－Ｎより下半分の縦断面を反転させて上側に示し、図１１（ａ）の軸線Ｎ－Ｎより下半分の縦断面を下側に示した図である。

図３（ｂ）の継手の軸線Ｎ－Ｎの上側に示す本実施形態の摺動式等速自在継手１の最大作動角は１５°に設定されている。これに伴い、保持器５の外周の円錐状ストッパ面５ｄの傾斜角βは、最大作動角１５°の１／２である７．５°に形成されている。そのため、図８に示すように、摺動式等速自在継手１は、ブーツを装着前の状態で最大作動角θｍａｘ＝１５°を取ることができる。ただし、最大作動角は１５°以下の適宜の角度に設定してもよい。このように、作動角を取ったとき、外側継手部材２の円筒状内周面６と保持器５の外周の円錐状ストッパ面５ｄが当接することにより最大作動角が規制される。本明細書および特許請求の範囲において最大作動角とは上記の意味を有する。なお、摺動式等速自在継手１にブーツを装着した完成状態では、図９に示すように、作動角を取ったとき、ブーツ２５とシャフト２０が当接することにより、取れる作動角が規制され、上記の最大作動角より小さくなる。

本実施形態の摺動式等速自在継手１の最大作動角は、プロペラシャフト用で使用される摺動式等速自在継手を必要特性に特化させることで、その機能が限定でき、小型、軽量化を達成できるということを着想し、プロペラシャフト専用の摺動式等速自在継手として、最大作動角を１５°以下とすることを見出した。

上記に対して、図３（ｂ）の継手の軸線Ｎ－Ｎの下側に示す現行の摺動式等速自在継手２０１の最大作動角はドライブシャフトに使用可能なように２５°程度に設定されており、保持器２０５の外周面の円錐状ストッパ面２０５ｄの傾斜角β’は、最大作動角２５°の１／２である１２．５°に形成されている。

摺動式等速自在継手１では、最大作動角を低く制限することにより、構成部品である外側継手部材２、内側継手部材３および保持器５の必要強度を抑制でき、各肉厚も薄くすることができる。この理由は、ボールタイプの等速自在継手では、作動角０°のときは各ボールが均等に負荷を受けるが、作動角を取ると各ボールに不均等な荷重が掛かり、作動角が高くなるほど、その差が大きくなる。したがって、高い作動角の場合には、１か所のボールに掛かる荷重も大きくなるために、そのトラック溝部や保持器のポケット部がその荷重に耐え得るだけの厚い肉厚の設定が要求されることによる。また、最大作動角時の保持器５のポケット５ａ内のボール４の半径方向移動量も小さくなることから、保持器５の肉厚を薄くすることができる。

具体的には、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、本実施形態の摺動式等速自在継手１の外側継手部材２の肉厚Ｔｏ、内側継手部材３の肉厚Ｔｉ、保持器５の肉厚Ｔｃは、現行の摺動式等速自在継手２０１の外側継手部材２０２の肉厚Ｔｏ’、内側継手部材２０３の肉厚Ｔｉ’、保持器２０５の肉厚Ｔｃ’より、それぞれ薄くなっている。最適値としては、内側継手部材３の肉厚Ｔｉとボール径Ｄｂとの比Ｔｉ／Ｄｂは０．３０～０．４５である。

また、最大作動角を低く制限することにより、保持器５のポケット５ａ内のボール４の周方向移動量が小さくなるので、ポケット５ａの周方向長さを短くすることができ、保持器５の半径方向のコンパクト化が可能になる。その理由は、現行の８個ボールを使用した摺動式等速自在継手２０１では、最大作動角を２５°程度に設定しているため、保持器２０５のポケット２０５ａの周方向長さが長く、保持器２０５の柱部２０５ｂ〔図１１（ｂ）参照〕の強度を確保する上で保持器２０５の外径を大きくする必要があったため、摺動式等速自在継手２０１の十分な小型化ができなかった。また、それに伴って、内側継手部材２０３の肉厚Ｔｉ’も必要以上に厚いものとなっていたことによる。

内側継手部材３の強度に余裕ができ、低作動角時の最弱部品であるシャフト２０を強化することができる。すなわち、スプラインピッチ円直径（ＰＣＤ_SPL）をアップさせることができ、その結果、低作動角時のプロペラシャフトの強度向上を図ることができる。一方、スプラインピッチ円直径（ＰＣＤ_SPL）を現行のままとし、内側継手部材３の半径方向のコンパクト化の促進を図ることも可能である。

最大作動角を低く制限することにより、内側継手部材３、保持器５の幅を短縮することができ、摺動式等速自在継手１の軽量化、軸方向のコンパクト化が図れる。図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、摺動式等速自在継手１の内側継手部材３の幅Ｗｉ、保持器５の幅Ｗｃは、現行の摺動式等速自在継手２０１の内側継手部材２０３の幅Ｗｉ’、保持器２０５の幅Ｗｃ’に比べて大幅に短縮されている。

内側継手部材３においては、最大作動角によってボール４の軸方向移動量が決まってくるため、それに合わせて内側継手部材３の幅Ｗｉを設定すればよい。ボール４の軸方向移動量と内側継手部材３の幅Ｗｉの関係を図４に基づいて具体的に説明する。図４は、本実施形態に係る摺動式等速自在継手１とプロペラシャフトに用いられている現行の摺動式等速自在継手２０１のそれぞれの内側継手部材とボールとの軸方向移動状態を対比した図である。摺動式等速自在継手１におけるボール４の軸方向移動量はＺｉであり、現行の摺動式等速自在継手２０１におけるボール２０４の軸方向移動量はＺｉ’である。軸方向移動量Ｚｉは、最大作動角が低い分、軸方向移動量Ｚｉ’に比べて短くなる。内側継手部材３の幅Ｗｉ、内側継手部材２０３の幅Ｗｉ’は、軸方向移動量Ｚｉ、Ｚｉ’のそれぞれに合わせて設定されているので、摺動式等速自在継手１の内側継手部材３の幅Ｗｉは、現行の摺動式等速自在継手２０１の内側継手部材２０３の幅Ｗｉ’に比べて大幅に短縮される。

内側継手部材３の幅Ｗｉは短すぎると、内側継手部材３の雌スプライン１１とシャフト２０の雄スプライン２１とのスプライン嵌合長さが不足し、それによる強度不足が生じる。しかし、最大作動角を低く制限することで内側継手部材３の強度に余裕ができ、スプラインピッチ円直径（ＰＣＤ_SPL）を通常より大きく設定できるので、低作動角時の最弱部品であるシャフト２０の捩り強度、並びにスプライン歯面圧について有利に働くため、スプライン嵌合長さの短縮化が図れ、軽量化となる。最適値としては、内側継手部材３の幅Ｗｉとボール径Ｄｂとの比Ｗｉ／Ｄｂは１．２～１．４である。

保持器５においては、最大作動角の制限により、保持器５のポケット５ａに掛かるボール荷重が低減できるため、ポケット５ａの軸方向壁面と保持器５の幅面との間の軸方向肉厚を低減できることにより軽量化が図れる。具体的には、図３（ｂ）に示すように、摺動式等速自在継手１の保持器５の幅Ｗｃは、現行の摺動式等速自在継手２０１の保持器２０５の幅Ｗｃ’に比べて大幅に短縮されている。最適値としては、保持器５の幅Ｗｃとボール径Ｄｂとの比Ｗｃ／Ｄｂは１．８～２．０である。

以上説明した本実施形態の摺動式等速自在継手１の軽量化、コンパクト化の技術的効果を飛躍的に促進させた保持器の小オフセット量化について、図３（ｂ）に基づいて説明する。開発過程において、プロペラシャフト用摺動式等速自在継手１の最大作動角が小さく、かつ角度が略一定で、高速回転という動的な要因に着目し、軽量・コンパクト化の可能性を抜本的に検討した。その結果、保持器５のオフセット量ｆを小さくすることが可能であることを着想した。これが、上述した技術的効果を飛躍的に促進させ、従来とは質的に異なる軽量・コンパクト化が達成できることが判明した。

図３（ｂ）に示すように、摺動式等速自在継手１の保持器５のオフセット量ｆは、現行の摺動式等速自在継手２０１の保持器２０５のオフセット量ｆ’に比べて小さく設定されている。摺動式等速自在継手１では、プロペラシャフト専用の仕様として、保持器５のオフセット量ｆとボール４のピッチ円直径ＰＣＤ_BALL〔図３（ａ）参照〕との比ｆ／ＰＣＤ_BALLが、０．０７以上、０．０９以下に設定されている。このような保持器５の小オフセット量化により、前述した技術的効果を飛躍的に促進させ、従来とは質的に異なる軽量・コンパクト化が達成できた。なお、現行の摺動式等速自在継手２０１の保持器２０５のオフセット量ｆ’とボール２０４のピッチ円直径ＰＣＤ_BALL’〔図３（ａ）参照〕との比ｆ’／ＰＣＤ_BALL’は、０．０９を超える値に設定されている。

次に、プロペラシャフト用摺動式等速自在継手１としての振動特性、低発熱化、高速回転化という性能面での特徴を図５～図７に基づいて説明する。図５は、図２（ａ）の内側継手部材、保持器およびボールを拡大した縦断面図で、図６（ａ）は、図５のＣ部における内側継手部材と保持器を拡大した縦断面図で、図６（ｂ）は、図５のＤ部における内側継手部材と保持器を拡大した縦断面図である。図７（ａ）は、ポケットすきまδ１と球面間の軸方向すきまδ２を設けていない標準仕様を示す内側継手部材、保持器およびボールの縦断面図で、図７（ｂ）は、本実施形態に係るポケットすきまδ１と球面間の軸方向すきまδ２を設けた仕様の内側継手部材、保持器およびボール示す縦断面図で、図７（ｃ）は、本実施形態に係るポケットすきまδ２と球面間の軸方向すきまδ２を設けた別の仕様の内側継手部材、保持器およびボール示す縦断面図である。

図５に示すように、保持器５のポケット５ａの軸方向壁面とボール４との間にポケットすきまδ１が設けられている。ポケットすきまδ１は、保持器５のポケット５ａの軸方向壁面の間の寸法をＬｃとし、ボール４のボール径Ｄｂとすると、ポケットすきまδ１は、δ１＝Ｌｃ－Ｄｂとなる。本明細書および特許請求の範囲において、ポケットすきまδ１は上記の意味を有する。さらに、保持器５の球状内周面１３と内側継手部材３の球状外周面８との間に軸方向すきまδ２が設けられている。軸方向すきまδ２は、例えば、保持器５を固定した状態で、内側継手部材３の球状外周面８を保持器５の球状内周面１３の一方側に当接させた位置から内側継手部材３を軸方向に移動させて内側継手部材３の球状外周面８を保持器５の球状内周面１３の他方側に当接するまでの軸方向の相対移動量である。本明細書および特許請求の範囲において、軸方向すきまδ２は上記の意味を有する。

軸方向すきまδ２を設けることにより、軸方向すきまδ２の範囲内でボール４の転がりが可能になり、摺動式等速自在継手１のスライド抵抗が低減され、車両の振動特性の向上が図れる。また、ポケットすきまδ１を設けることにより、抑温効果による摺動式等速自在継手１の寿命の向上が期待できる。特に、プロペラシャフトでは、ドライブシャフトに比べて高速回転で使用されるために有効である。

ポケットすきまδ１は、０～０．０５ｍｍに設定することが好ましい。ポケットすきまδ１の下限については、少しでもすきま側にしておけば効果は発揮でき、ポケットすきまδ１が０．０５ｍｍより大きい場合は、ボール４の二等分面からの外れ量が大きくなり、等速性、耐久性の低下につながる可能性がある。

軸方向すきまδ２は、０．５～１．５ｍｍ程度に設定することが好ましい。軸方向すきまδ２が０．５ｍｍより小さい場合は、エンジンからの振動量（軸方向振幅両）を内側継手部材３と保持器５との間の軸方向の相対移動量で吸収できず、振動を伝播してしまう可能性があり、一方、軸方向すきまδ２が１．５ｍｍより大きい場合は、ボール４の二等分面からの外れ量が大きくなり、等速性、耐久性の低下につながる可能性がある。

ポケットすきまδ１と軸方向すきまδ２の各仕様について、図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）に基づいて説明する。図７（ａ）に示す標準仕様では、保持器５のポケット５ａの軸方向壁面とボール４との間にポケットすきまδ１が設けられていない。また、保持器５の球状内周面１３の曲率半径Ｒｃと内側継手部材３の球状外周面８の曲率半径Ｒｉとは、摺動案内のための僅かな球面すきまはあるが、実質的にＲｃ≒Ｒｉであり、軸方向すきまδ２は設けられていない。

本実施形態の摺動式等速自在継手１は、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように、ポケットすきまδ１と軸方向すきまδ２（図５参照）を設けた仕様となっている。図７（ｂ）に示すように、ポケットすきまδ１を設けると共に、保持器５の球状内周面１３の曲率半径Ｒｃ’を内側継手部材３の球状外周面８の曲率半径Ｒｉより大きくし、かつ、曲率半径Ｒｃ’の曲率中心を保持器５の軸心より半径方向にオフセットさせている。これにより、内側継手部材３の幅方向の中央で内側継手部材３の球状外周面８と保持器５の球状内周面１３が当接するが、内側継手部材３の両側では軸方向すきまδ２（図５参照）が形成される。

図７（ｃ）は、ポケットすきまδ１と軸方向すきまδ２を設けた別の仕様を示す。この仕様では、内側継手部材３の球状外周面８は曲率半径Ｒｉの単一の球面で形成されているが、保持器５の球状内周面１３は、内側継手部材３の幅方向の中央に対応する位置に、Ｓの範囲で円筒部１３ａが形成され、円筒部１３ａの両端部に曲率半径Ｒｃの球面が滑らかに接続されている。保持器５の球状内周面１３の曲率半径Ｒｃと内側継手部材３の球状外周面８の曲率半径Ｒｉとは、摺動案内のための僅かな球面すきまはあるが、実質的にＲｃ≒Ｒｉである。この仕様では、保持器５と内側継手部材３とが軸方向に相対移動する際、内側継手部材３の球状外周面８の幅方向の中央が円筒部１３ａによって摺動案内されるため、滑らかに相対移動できる。

本実施形態の摺動式等速自在継手１と現行の摺動式等速自在継手２０１のそれぞれの横断面を図１０に対比して示す。本実施形態の摺動式等速自在継手１は、現行の摺動式等速自在継手２０１に比べて、外側継手部材２の外径Ｄｏで５％以上のコンパクト化を実現した。

要約として、本実施形態のプロペラシャフト用摺動式等速自在継手１は、従来とは質的に異なる軽量・コンパクト化が達成でき、高速回転に適すると共に、振動特性と耐久性に優れる。本実施形態の摺動式等速自在継手１と現行の摺動式等速自在継手２０１との各寸法比率を表１に示す。

本発明は前述した実施形態に何ら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内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１ プロペラシャフト用摺動式等速自在継手
２ 外側継手部材
３ 内側継手部材
４ トルク伝達ボール
５ 保持器
５ａ ポケット
６ 球状内周面
７ トラック溝
８ 球状外周面
９ トラック溝
１２ 球状外周面
１３ 球状内周面
２０ シャフト
２１ 雄スプライン
１０２ プロペラシャフト
１０７ プロペラシャフト
Ｄｂ ボール径
Ｏ１ 曲率中心
Ｏ２ 曲率中心
Ｏ３ ポケットの中心
ＰＣＤ_BALL トルク伝達ボールのピッチ円直径
ＰＣＤ_SPL スプラインピッチ円直径
Ｔｉ 内側継手部材の肉厚
Ｗｉ 内側継手部材の幅
Ｗｃ 保持器の幅
ｆ オフセット量
θｍａｘ 最大作動角
δ１ ポケットすきま
δ２ 軸方向すきま

Claims (5)

1. プロペラシャフト用摺動式等速自在継手であって、
   前記摺動式等速自在継手は、円筒状内周面に８本の直線状トラック溝が軸方向に沿って形成された外側継手部材と、球状外周面に前記外側継手部材の直線状トラック溝に対向する８本の直線状トラック溝が軸方向に沿って形成されると共に中心部にシャフトを連結する連結孔が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材の直線状トラック溝と前記内側継手部材の直線状トラック溝との間に組み込まれた８個のトルク伝達ボールと、前記トルク伝達ボールをポケットに収容し、前記外側継手部材の円筒状内周面と前記内側継手部材の球状外周面に接触案内される球状外周面と球状内周面を有する保持器とを備え、前記保持器の球状外周面の曲率中心と球状内周面の曲率中心とが、それぞれ前記ポケットの中心に対して軸方向一方側及び他方側に等しいオフセット量（ｆ）を有するダブルオフセット型摺動式等速自在継手で構成され、
   前記保持器の内周面のうち、前記球状内周面の軸方向一方側に、前記球状内周面の軸方向一方側の端部よりも大径な円筒面状の切り欠きが設けられ、
   前記プロペラシャフト用摺動式等速自在継手の最大作動角が１５°以下に設定され、
   前記保持器は、プロペラシャフト専用の仕様として、前記オフセット量（ｆ）と前記トルク伝達ボールのピッチ円直径（ＰＣＤ_BALL）との比ｆ／ＰＣＤ_BALLが、０．０７以上、０．０９以下に設定され、
   前記保持器の幅Ｗｃと前記トルク伝達ボールのボール径Ｄｂとの比Ｗｃ／Ｄｂが１．８以上、２．０以下に設定されていることを特徴とするプロペラシャフト用摺動式等速自在継手。
2. 前記ポケットの軸方向壁面とトルク伝達ボールとの間にポケットすきまδ１が設けられると共に、前記保持器の球状内周面と前記内側継手部材の球状外周面との間に軸方向すきまδ２が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプロペラシャフト用摺動式等速自在継手。
3. 前記ポケットすきまδ１が０～０．０５０ｍｍであると共に前記軸方向すきまδ２が０．５～１．５ｍｍであることを特徴とする請求項２に記載のプロペラシャフト用摺動式等速自在継手。
4. 前記内側継手部材の肉厚Ｔｉと前記トルク伝達ボールのボール径Ｄｂとの比Ｔｉ／Ｄｂが０．３０以上、０．４５以下に設定されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のプロペラシャフト用摺動式等速自在継手。
5. 前記内側継手部材の幅Ｗｉと前記トルク伝達ボールのボール径Ｄｂとの比Ｗｉ／Ｄｂが１．２以上、１．４以下に設定されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のプロペラシャフト用摺動式等速自在継手。

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