WO2019208277A1 - プロペラシャフト用摺動式等速自在継手 - Google Patents

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    • Y10S464/00Rotary shafts, gudgeons, housings, and flexible couplings for rotary shafts
    • Y10S464/904Homokinetic coupling
    • Y10S464/906Torque transmitted via radially spaced balls

Definitions

  • This invention relates to a sliding type constant velocity universal joint dedicated to a propeller shaft.
  • Propeller shafts used in automobiles such as four-wheel drive vehicles (4WD vehicles) and front engine rear wheel drive vehicles (FR vehicles) use sliding constant velocity universal joints that can handle axial displacement and angular displacement. Yes.
  • sliding constant velocity universal joint double offset type sliding constant velocity universal joint (DOJ), tripod type sliding constant velocity universal joint (TJ), cross groove type sliding constant velocity universal joint (LJ) ) Etc. are used.
  • DOJ double offset type sliding constant velocity universal joint
  • TJ tripod type sliding constant velocity universal joint
  • LJ cross groove type sliding constant velocity universal joint
  • each part (outer joint member, inner joint member, cage, etc.) used in the sliding type constant velocity universal joint for drive shafts is the mounting part of the outer joint member. Only the shape has been changed, and the others have been used as they are in a sliding constant velocity universal joint for a propeller shaft.
  • DOJ double offset type sliding constant velocity universal joint
  • the DOJ can take a relatively large amount of sliding in the axial direction, has a long track record of use, has stable performance, and can be reduced in size and weight by using eight balls. .
  • the present inventors have examined various current DOJs used for propeller shafts in order to meet the demands of further reducing fuel consumption of automobiles, reducing the size, weight and speed of propeller shafts.
  • the object of the present invention is to provide a sliding constant velocity universal joint dedicated to a small and lightweight propeller shaft that can contribute to further demands for lower fuel consumption of automobiles and higher speed rotation of the propeller shaft.
  • the inventors of the present invention have made various studies in order to achieve the above object, and have reached the present invention based on the following knowledge and ideas.
  • the current eight-ball type propeller shaft DOJ shown in FIGS. 11A, 11B, and 12 has a maximum operating angle of about 25 ° so that it can be used for a drive shaft.
  • the inventors of the present invention focused on the point that the function of the DOJ can be limited by specializing the DOJ to the necessary characteristics for the propeller shaft. Specifically, by dedicating the DOJ to the propeller shaft, it was found that the maximum operating angle can be limited to a low value (for example, 15 ° or less), whereby the DOJ can be reduced in size and weight.
  • the propeller shaft was conceived to use in combination the axial pocket clearance ⁇ 1 between the cage pocket and the ball and the axial clearance ⁇ 2 between the spherical surfaces of the cage and the inner joint member.
  • the advantageous effects of the present invention have been achieved by verifying the effects of improved lifetime, high speed rotation, reduced slide resistance, and vehicle vibration characteristics as a dedicated DOJ.
  • the present invention is a sliding type constant velocity universal joint for a propeller shaft, and is formed by eight linear shapes formed along the axial direction on a cylindrical inner peripheral surface.
  • An outer joint member having track grooves, and a connection formed with eight linear track grooves and female splines formed on the spherical outer peripheral surface along the axial direction and facing the linear track grooves of the outer joint member
  • An inner joint member having a hole, eight torque transmission balls incorporated between the linear track groove of the outer joint member and the linear track groove of the inner joint member, and a pocket for accommodating the torque transmission ball
  • a retainer having a spherical outer peripheral surface that is contact-guided to the cylindrical inner peripheral surface of the outer joint member, and a spherical inner peripheral surface that is contact-guided to the spherical outer peripheral surface of the inner joint member, Spherical outer circumference And the center of curvature of the spherical inner peripheral surface have an offset amount (f) equal to the opposite side
  • the above configuration realizes a slidable constant velocity universal joint dedicated to propeller shafts that is qualitatively smaller and lighter than conventional ones, which can contribute to further demands for lower fuel consumption and higher speed rotation of propeller shafts. be able to.
  • the axial pocket clearance ⁇ 1 is provided between the axially opposing wall surface of the cage pocket and the torque transmission ball, and the spherical interior of the cage is provided. It is desirable to provide an axial clearance ⁇ 2 between the peripheral surface and the spherical outer peripheral surface of the inner joint member. As a result, temperature rise due to sliding between the cage and the ball and sliding between the cage and the inner joint member is suppressed, which is effective for improving the life of the joint and increasing the rotation speed. Slide resistance is reduced. Further, since the vibration from the engine can be absorbed by the pocket clearance ⁇ 1 and the axial clearance ⁇ 2, the vibration characteristics of the vehicle can be improved. In particular, it is desirable that the pocket clearance ⁇ 1 is 0 to 0.050 mm and the axial clearance ⁇ 2 is 0.5 to 1.5 mm.
  • the function of the sliding type constant velocity universal joint can be limited,
  • the sliding constant velocity universal joint can be reduced in size and weight.
  • the ratio Ti / Db between the wall thickness Ti of the inner joint member and the ball diameter Db of the torque transmission ball is set to 0.30 or more and 0.45 or less, thereby achieving reduction in size and weight in the radial direction. be able to.
  • the present invention is a sliding type constant velocity universal joint for a propeller shaft, and is formed of eight pieces formed along the axial direction on a cylindrical inner peripheral surface.
  • An outer joint member having a linear track groove, eight linear track grooves formed on the spherical outer peripheral surface along the axial direction, and opposed to the linear track groove of the outer joint member, and a female spline are formed.
  • the center of curvature of the outer peripheral surface and the center of curvature of the spherical inner peripheral surface have an offset amount (f) equal to the opposite side in the axial direction with respect to the center of the pocket, respectively, and the thickness Ti of the inner joint member and the
  • the ratio Ti / Db of the torque transmission ball to the ball diameter Db is not less than 0.30 and not more than 0.45, and the ratio of the pitch circle diameter PCD BALL of the torque transmission ball to the diameter Db of the torque transmission ball PCD BALL / Db is 3.3 or more and 3.6
  • each ball receives a load evenly when the operating angle is 0 °.
  • the difference increases as the angle increases. Therefore, when the operating angle is high, the maximum load applied to one ball also increases, so that the inner joint member, the outer joint member, and the cage that come into contact with the ball can only withstand the load received from the ball.
  • a thick wall is required.
  • the maximum operating angle can be limited to a low value, so the maximum load on one ball is reduced.
  • bowl becomes small, these thickness can be made small and the size reduction and weight reduction of the radial direction of DOJ can be achieved.
  • the circumferential movement amount of the ball in the pocket of the cage is reduced, so that the circumferential length of the pocket can be shortened.
  • the inner joint member can have a sufficient strength, so the inner diameter of the connecting hole of the inner joint member to which the shaft is connected, that is, the pitch circle diameter of the female spline is increased. be able to.
  • the shaft which is the weakest part at the time of a low operating angle can be enlarged and strengthened, the durability of the propeller shaft is improved.
  • the center of curvature of the spherical outer peripheral surface of the cage and the center of curvature of the spherical inner peripheral surface are offset in the axial direction, so that the ball is held on the bisector of the operating angle at any operating angle, and so on. Torque transmission at high speed is realized. Since the DOJ of the propeller shaft has a small operating angle and is substantially constant, smooth torque transmission is possible even if the offset amount (f) between the center of curvature of the outer peripheral surface of the cage and the center of curvature of the inner peripheral surface is reduced. It becomes possible.
  • the present inventors can reduce the axial dimension and radial thickness of the cage without impeding the function and durability of the DOJ. As a result, DOJ was further reduced in size and weight. Further, by reducing the offset amount (f) of the cage, the force acting on the pocket of the cage and the inner peripheral surface of the outer joint member is reduced. Therefore, in the DOJ for the propeller shaft used at high speed rotation The amount of generated heat can be suppressed.
  • the present invention is a sliding type constant velocity universal joint for a propeller shaft, and is formed of eight pieces formed along the axial direction on a cylindrical inner peripheral surface.
  • An outer joint member having a linear track groove, eight linear track grooves formed on the spherical outer peripheral surface along the axial direction, and opposed to the linear track groove of the outer joint member, and a female spline are formed.
  • the center of curvature of the outer peripheral surface and the center of curvature of the spherical inner peripheral surface each have an offset amount (f) equal to the opposite side of the axial direction with respect to the center of the pocket, and the axial width Wi of the inner joint member,
  • the ratio Wi / Db with respect to the ball diameter Db of the torque transmission ball is 1.2 or more and 1.4 or less
  • the ratio PCD BALL between the pitch circle diameter PCD BALL of the torque transmission ball and the diameter Db of the torque transmission ball / Db is 3.3 or more and 3.6
  • the maximum operating angle can be limited to a low value by using DOJ exclusively for the propeller shaft, the axial movement of the ball relative to the inner joint member is reduced. As a result, the axial length of the track groove of the inner joint member, and consequently the axial width Wi of the inner joint member, can be reduced, thereby achieving reduction in the axial size and weight of the DOJ.
  • the circumferential movement amount of the ball in the pocket of the cage is reduced, so that the circumferential length of the pocket can be shortened.
  • the cage can be reduced in diameter, and the pitch circle diameter PCD BALL of the ball can be reduced, so that the DOJ can be reduced in size and weight in the radial direction.
  • the load applied to the wall surface facing the axial direction of the pocket of the cage is reduced, so that the region of the cage that receives the axial load from the ball (specifically The axial width of the annular portions provided on both axial sides of the pockets can be reduced.
  • retainer is reduced and the further size reduction and weight reduction of the axial direction of DOJ can be achieved.
  • the present invention is a sliding type constant velocity universal joint for a propeller shaft, and is formed of eight pieces formed along the axial direction on a cylindrical inner peripheral surface.
  • An outer joint member having a linear track groove, eight linear track grooves formed on the spherical outer peripheral surface along the axial direction, and opposed to the linear track groove of the outer joint member, and a female spline are formed.
  • the center of curvature of the outer peripheral surface and the center of curvature of the spherical inner peripheral surface each have an offset amount (f) equal to the opposite side in the axial direction with respect to the center of the pocket, and the thickness To of the outer joint member and the
  • the ratio To / Db of the torque transmission ball to the ball diameter Db is not less than 0.25 and not more than 0.29, and the ratio of the pitch circle diameter PCD BALL of the torque transmission ball to the diameter Db of the torque transmission ball PCD BALL / Db is 3.3 or more and 3.6 or
  • each ball receives a load evenly when the operating angle is 0 °.
  • the difference increases as the angle increases. Therefore, when the operating angle is high, the maximum load applied to one ball also increases, so that the inner joint member, the outer joint member, and the cage that come into contact with the ball can only withstand the load received from the ball.
  • a thick wall is required.
  • the maximum operating angle can be limited to a low value, so the maximum load on one ball is reduced.
  • bowl becomes small, these thickness can be made small and the size reduction and weight reduction of the radial direction of DOJ can be achieved.
  • the circumferential movement amount of the ball in the pocket of the cage is reduced, so that the circumferential length of the pocket can be shortened.
  • the inner joint member can have a sufficient strength, so the inner diameter of the connecting hole of the inner joint member to which the shaft is connected, that is, the pitch circle diameter of the female spline is increased. be able to.
  • the shaft which is the weakest part at the time of a low operating angle can be enlarged and strengthened, the durability of the propeller shaft is improved.
  • a slidable constant velocity universal joint dedicated to propeller shafts which is qualitatively small and light, can contribute to further demands for lower fuel consumption and higher speed rotation of propeller shafts. can do.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view taken along line NBB of FIG. 2B, showing a sliding type constant velocity universal joint for a propeller shaft according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a transverse sectional view taken along line AA in FIG. 2A. The vertical section of the upper half from the axis NN of the sliding constant velocity universal joint in FIG. 2A is shown on the upper side, and the vertical section of the upper half from the axis NN of the sliding constant velocity universal joint in FIG. FIG. The vertical section of the lower half from the axis NN of the sliding constant velocity universal joint of FIG.
  • FIG. 11B is a cross-sectional view comparing axial movement states of the sliding constant velocity universal joint (upper half) of FIG. 2A and the inner joint member and ball of the sliding constant velocity universal joint (lower half) of FIG. 11A. It is the longitudinal cross-sectional view which expanded the inner joint member of FIG. 2A, a holder
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an inner joint member, a cage and a ball of standard specifications not provided with a pocket clearance ⁇ 1 and an axial clearance ⁇ 2.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an inner joint member, a cage, and a ball having specifications with a pocket clearance ⁇ 1 and an axial clearance ⁇ 2.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing an inner joint member, a cage and a ball of another specification provided with a pocket clearance ⁇ 1 and an axial clearance ⁇ 2. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the maximum operating angle of the sliding-type constant velocity universal joint of FIG. 2A, 2B.
  • FIG. 12 is a longitudinal sectional view taken along the line FNF in FIG. 11B, showing the current sliding type constant velocity universal joint.
  • FIG. 11B is a transverse sectional view taken along line EE in FIG. 11A.
  • the drive system of the FF (front engine front wheel drive) based 4WD vehicle is engine 100 ⁇ transaxle 113 ⁇ differential 111 ⁇ transfer 112 ⁇ propeller shaft (rear propeller shaft) 102 ⁇ differential 103 ⁇ drive shaft. Transmission of driving force 104 ⁇ rear wheel 105 is performed. Further, on the front side, the driving force is transmitted as follows: engine 100 ⁇ transaxle 113 ⁇ differential 111 ⁇ drive shaft 109 ⁇ front wheel 110.
  • the drive system of an FR (front engine rear wheel drive) based 4WD vehicle is engine 100 ⁇ transmission 101 ⁇ propeller shaft (rear propeller shaft) 102 ⁇ differential 103 ⁇ drive shaft 104 ⁇ rear wheel 105
  • the driving force is transmitted. Further, on the front side, the driving force is transmitted as follows: engine 100 ⁇ transmission 101 ⁇ transfer 106 ⁇ propeller shaft (front propeller shaft) 107 ⁇ differential 108 ⁇ drive shaft 109 ⁇ front wheel 110.
  • the constant velocity universal joints 45, 46, 47 used for the drive shafts 104, 109 that have passed through the differentials 103, 108, 111 as the final reduction gears have a maximum rotational speed of 2000 min. -1 and the maximum working angle is about 15 °.
  • the constant velocity universal joints 45, 46, and 47 used for the drive shafts 104 and 109 require an operating angle that follows the vertical movement of the wheels 105 and 110, and the operating angle constantly varies.
  • the fixed type constant velocity universal joint 46 attached to the front wheel 110 requires a large operating angle for turning.
  • the maximum operating angle of the fixed type constant velocity universal joint 46 attached to the front wheel 110 is about 45 °
  • the maximum operating angles of the other constant velocity universal joints 46 and 47 are about 20 to 25 °. It is.
  • the propeller shafts 102 and 107 are disposed in front of the differentials 103, 108, and 111 that are the final reduction gears, the propeller shafts 102 and 107 are used at a high speed, and specifically, the maximum rotational speed is about 8000 min ⁇ 1 .
  • the differentials 103, 108, and 111 are attached to the vehicle body side, and the propeller shafts 102 and 107 have a long overall length. Therefore, the operating angle of the constant velocity universal joint 1 used for the propeller shafts 102 and 107 is It is small and almost constant. Specifically, the normal maximum operating angle of the constant velocity universal joint 1 is 10 ° or less, and the maximum operating angle is about 15 °.
  • the constant velocity universal joint 1 used for the propeller shafts 102 and 107 has a much smaller transmission torque than the constant velocity universal joints 45, 46 and 47 used for the drive shafts 104 and 109.
  • the universal joints 43, 44, 48, and 49 used for the propeller shafts 102 and 107 are illustrated as cross joints, but as at least a part of these universal joints 43, 44, 48, and 49 In some cases, a constant velocity universal joint is used.
  • the outline of the propeller shaft will be described with reference to FIG. 1, taking the propeller shaft of an FF-based 4WD vehicle as an example.
  • the propeller shaft 102 includes a first propeller shaft 41 located on the front side (right side in the figure, the engine 100 side in FIG. 13) and a second propeller shaft located on the rear side (left side in the figure, on the differential 103 side in FIG. 13). 42.
  • the main part of the first propeller shaft 41 is constituted by a hollow pipe 64, and one end (front end) is connected to the output side of the engine 100 (transfer 112, see FIG. 13) via a cross joint 43.
  • the sliding type constant velocity universal joint 1 is connected to the other end (rear end) of the hollow pipe 64 of the first propeller shaft 41.
  • This sliding type constant velocity universal joint 1 is a sliding type constant velocity universal joint for propeller shafts according to this embodiment.
  • the main part of the second propeller shaft 42 is constituted by a hollow pipe 65, and one end (front end) is rotatably supported by a bearing support 60.
  • the bearing support 60 includes a bracket 61, an elastic member 62, and a rolling bearing 63.
  • the outer ring 62 a of the elastic member 62 is fitted to the bracket 61, and the inner ring 62 b of the elastic member 62 is fitted to the rolling bearing 63.
  • the shaft 20 is provided at one end of the second propeller shaft 42, and the outer periphery of the shaft 20 is fitted to the rolling bearing 63 and elastically supported in the radial direction.
  • One end (front end) of the shaft 20 is connected to the connection hole of the inner joint member of the sliding type constant velocity universal joint 1.
  • the other end (rear end) of the second propeller shaft 42 is connected to the differential 103 (see FIG. 13) via a cross joint 44.
  • the first propeller shaft 41 and the second propeller shaft 42 are connected in the axial direction
  • a sliding type constant velocity universal joint for propeller shafts (hereinafter simply referred to as a sliding type constant velocity universal joint) 1 according to this embodiment is a so-called double offset type sliding type constant velocity universal joint (hereinafter also referred to as DOJ).
  • the outer joint member 2, the inner joint member 3, the torque transmission ball 4 and the cage 5 are the main components.
  • Eight linear track grooves 7 are formed in the cylindrical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 at equal intervals in the circumferential direction and along the axial direction.
  • Eight linear track grooves 9 facing the track grooves 7 of the outer joint member 2 are formed on the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 at equal intervals in the circumferential direction and along the axial direction.
  • One torque transmission ball (hereinafter also simply referred to as a ball) 4 is incorporated between the linear track groove 7 of the outer joint member 2 and the linear track groove 9 of the inner joint member 3. The ball 4 is accommodated in the pocket 5 a of the cage 5.
  • the cage 5 has a spherical outer peripheral surface 12 and a spherical inner peripheral surface 13, and the spherical outer peripheral surface 12 is fitted and guided with the cylindrical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2, and the spherical inner peripheral surface 13 is The inner joint member 3 is in contact with the spherical outer peripheral surface 8 and guided by contact.
  • the spherical outer peripheral surface 12 of the cage 5 has a center of curvature O1, and the spherical inner peripheral surface 13 has a center of curvature O2.
  • the curvature centers O1 and O2 have an offset amount f equal to the opposite side in the axial direction with respect to the center O3 of the pocket 5a of the cage 5.
  • the center O3 of the pocket 5a means the intersection of the plane including the axial center of each of the eight pockets 5a and the joint axis NN.
  • a large-diameter portion 2a to be joined to the hollow pipe 64 of the first propeller shaft 41 is formed at one end (the right end in FIG. 2A) of the outer joint member 2, and an inner portion in the vicinity of the large-diameter portion 2a.
  • a seal cover 16 is attached to the peripheral hole.
  • a female spline (including serrations) 11 is formed in the connecting hole 10 penetrating the axis of the inner joint member 3, and the male spline 21 of the shaft 20 (see FIGS. 1 and 8) is fitted and connected to It is fixed in the axial direction by a ring 22.
  • a retaining ring groove 14 is provided on the inner periphery of the other end (opening side end) of the outer joint member 2. Due to the retaining ring 23 (see FIG. 8) attached to the retaining ring groove 14, the inner assembly composed of the inner joint member 3, the ball 4, and the cage 5 is prevented from coming out of the opening side end of the outer joint member 2. To prevent.
  • a cylindrical surface notch 5c for incorporating the inner joint member 3 is provided on the inner periphery of the large-diameter side end (the right end in FIG. 2A) of the cage 5.
  • a boot mounting groove 15 is provided on the outer periphery of the opening side end of the outer joint member 2. As shown in FIG.
  • the boot 25 is mounted in the boot mounting groove 15 of the outer joint member 2 and the boot mounting groove 20 a of the shaft 20, and is fastened and fixed by boot bands 27 and 26.
  • the boot 25 and the seal cover 16 cooperate to prevent external leakage of grease sealed inside the joint and entry of foreign matter from the outside of the joint.
  • Double offset type sliding constant velocity universal joints can take a relatively large amount of sliding in the axial direction, have a long track record of use, have stable performance, and reduce the number of balls. By using eight, it is possible to reduce the size and weight. Focusing on these points, it is used in the current propeller shafts shown in FIGS. 11 and 12 in order to meet the demands for further reduction in fuel consumption of automobiles, miniaturization, weight reduction, and high-speed rotation of propeller shafts.
  • DOJ Double offset type sliding constant velocity universal joints
  • the current DOJ has a maximum operating angle of about 25 ° so that it can also be used for drive shafts.
  • the maximum operating angle can be limited to a low value (for example, 15 ° or less), whereby the DOJ can be reduced in size and weight.
  • the current sliding type constant velocity universal joint 201 is a double offset type sliding type constant velocity universal joint using eight torque transmission balls 204, an outer joint member 202, an inner side
  • the joint member 203, the torque transmission ball 204, and the cage 205 are the main components, and the maximum operating angle is about 25 °.
  • the diameter Db of the torque transmission ball 4 of the sliding constant velocity universal joint 1 according to the present embodiment is equal to the diameter Db ′ of the torque transmission ball 204 of the current sliding type constant velocity universal joint 201.
  • the portion having the same function as the sliding-type constant velocity universal joint 1 for propeller shafts of the present embodiment is used. Is a symbol obtained by adding 200 to the symbol attached to the present embodiment, and alphabetic symbols such as the pocket center, the center of curvature, and the offset amount are appended with a dash (').
  • FIG. 3A is a diagram showing a vertical section in the upper half of the axis NN in FIG. 2A on the upper side and an inverted vertical section in the upper half of the axis NN in FIG. 11A on the lower side.
  • 3B is a diagram in which the vertical section of the lower half of the axis NN in FIG. 2A is inverted and shown on the upper side, and the vertical section of the lower half of the axis NN in FIG. 11A is shown on the lower side.
  • the maximum operating angle is regulated by the contact between the cylindrical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 and the conical stopper surface 5d on the outer periphery of the cage 5.
  • the maximum operating angle has the above meaning.
  • the operating angle that can be taken is regulated by the boot 25 and the shaft 20 coming into contact with each other. , Smaller than the above maximum operating angle.
  • the maximum operating angle of the current sliding type constant velocity universal joint 201 shown on the lower side of the joint axis NN in FIG. 3B is set to about 25 ° so that it can be used for the drive shaft.
  • the inclination angle ⁇ ′ of the conical stopper surface 205d on the outer peripheral surface of the cage 205 is 12.5 °, which is 1 ⁇ 2 of the maximum operating angle of 25 °.
  • each ball is equally loaded when the operating angle is 0 °.
  • the maximum load applied to the ball at one location also increases, so that the inner joint member, the outer joint member, and the cage that come into contact with the ball can withstand the maximum load received from the ball. Only a thick wall is required.
  • the required strength of the outer joint member 2, the inner joint member 3 and the cage 5 which are constituent parts is suppressed by limiting the maximum operating angle to be low. Therefore, these wall thicknesses can be reduced.
  • the amount of radial movement of the ball 4 in the pocket 5a of the cage 5 at the maximum operating angle is also reduced, so that the thickness of the cage 5 can be reduced. .
  • the thickness To of the outer joint member 2 of the sliding type constant velocity universal joint 1 of this embodiment (specifically, the groove of the track groove 7 of the outer joint member 2).
  • the radial distance between the bottom and the outer peripheral surface), the wall thickness Ti of the inner joint member 3 (specifically, the radial distance between the groove bottom of the track groove 9 of the inner joint member 3 and the pitch circle of the female spline 11).
  • the thickness To ′ of the outer joint member 202 of the sliding constant velocity universal joint 201 and the thickness Ti ′ of the inner joint member 203 are thinner.
  • the ratio Ti / Db between the wall thickness Ti and the ball diameter Db of the inner joint member 3 is 0.30 to 0.45.
  • the ratio To / Db between the wall thickness To of the outer joint member 2 and the ball diameter Db is 0.25 to 0.29.
  • the higher the operating angle the greater the amount of movement of the ball in the circumferential direction relative to the cage.
  • the circumferential movement amount of the ball 204 with respect to the cage 205 is large, and the ball 204 is accommodated. It is necessary to increase the circumferential length of the pocket 205a of the holder 205 to be held.
  • the column part 205b see FIG. 11B
  • the outer diameter of the cage 205 is increased, and the sliding type constant velocity universal joint 201 cannot be sufficiently reduced in size. Accordingly, the thickness Ti ′ of the inner joint member 203 is also thicker than necessary.
  • the amount of movement of the ball 4 in the pocket 5a of the cage 5 in the circumferential direction is reduced.
  • the circumferential length can be shortened, and the cage 5 can be reduced in diameter, and the sliding type constant velocity universal joint 1 can be reduced in the radial direction.
  • the thickness of the inner joint member 3 can be optimized and the pitch circle diameter PCD BALL of the ball 4 can be reduced. Accordingly, the outer diameter Do of the outer joint member 2 can be reduced.
  • the ratio PCD BALL / Db between the pitch circle diameter PCD BALL of the ball 4 and the diameter Db of the ball 4 is 3.3 or more and 3.6 or less.
  • the cross sections of the sliding constant velocity universal joint 1 of the present embodiment and the current sliding constant velocity universal joint 201 are shown in comparison with FIG.
  • the sliding type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment achieves a reduction of 5% or more in the outer diameter Do of the outer joint member 2 as compared with the current sliding type constant velocity universal joint 201.
  • the optimum value of the ratio Do / Db between the outer diameter Do of the outer joint member 2 and the diameter Db of the ball 4 is not less than 2.7 and not more than 3.0.
  • the strength of the inner joint member 3 can be afforded, and the shaft 20 which is the weakest component at the low operating angle is reinforced. can do. That is, the pitch circle diameter (PCD SPL ) of the female spline 11 of the inner joint member 3 can be increased, and as a result, the strength of the propeller shaft at a low operating angle can be improved.
  • the ratio PCD SPL / Db between the pitch circle diameter PCD SPL of the female spline 11 and the diameter Db of the ball 4 is 1.75 or more and 1.85 or less.
  • the pitch circle diameter (PCD SPL ) of the female spline 11 can be kept as it is, and the inner joint member 3 can be reduced in size in the radial direction.
  • the axial width of the inner joint member 3 and the cage 5 can be shortened, and the sliding type constant velocity universal is possible.
  • the weight of the joint 1 and the axial size can be reduced.
  • the axial width Wi of the inner joint member 3 of the sliding type constant velocity universal joint 1 and the axial width Wc of the cage 5 are the same as those of the current sliding type constant velocity universal joint 201.
  • the axial width Wi ′ of the inner joint member 203 and the axial width Wc ′ of the cage 205 are significantly shortened.
  • FIG. 4 shows the axial direction of each inner joint member and ball in the sliding type constant velocity universal joint 1 according to the present embodiment and the current sliding type constant velocity universal joint 201 used in the propeller shaft. It is the figure which contrasted the movement state.
  • the amount of axial movement of the ball 4 in the sliding type constant velocity universal joint 1 is Zi
  • the amount of axial movement of the ball 204 in the current sliding type constant velocity universal joint 201 is Zi ′.
  • the axial movement amount Zi is shorter than the axial movement amount Zi ′ because the maximum operating angle is low. Since the axial width Wi of the inner joint member 3 and the axial width Wi ′ of the inner joint member 203 are set according to the respective axial movement amounts Zi and Zi ′, the sliding type constant velocity universal joint 1 The axial width Wi of the inner joint member 3 is significantly shortened compared to the axial width Wi ′ of the inner joint member 203 of the current sliding type constant velocity universal joint 201.
  • the axial width Wi of the inner joint member 3 is too short, the spline fitting length between the female spline 11 of the inner joint member 3 and the male spline 21 of the shaft 20 is insufficient, and the inner joint member 3 and the shaft 20 are coupled. Insufficient strength occurs.
  • the strength of the inner joint member 3 can be afforded, so that the pitch circle diameter (PCD SPL ) of the female spline 11 is usually set. Can be set larger.
  • the spline fitting length can be shortened, so the axial width of the inner joint member Wi can be shortened to reduce weight.
  • the ratio Wi / Db between the axial width Wi of the inner joint member 3 and the ball diameter Db is 1.2 to 1.4.
  • the ball load applied to the pocket 5a of the cage 5 is reduced.
  • the axial thickness between the wall surface facing the axial direction of the pocket 5a and the end surface of the cage 5 that is, the axial thickness of the annular portion provided on both axial sides of the pocket 5a
  • the weight can be reduced.
  • the axial width Wc of the cage 5 of the sliding type constant velocity universal joint 1 is equal to the axial width Wc of the cage 205 of the current sliding type constant velocity universal joint 201.
  • 'It has been significantly shortened compared to'.
  • the ratio Wc / Db between the axial width Wc of the cage 5 and the ball diameter Db is 1.8 to 2.0.
  • the offset amount f of the cage 5 of the sliding type constant velocity universal joint 1 is set smaller than the offset amount f ′ of the cage 205 of the current sliding type constant velocity universal joint 201. ing.
  • the ratio f / PCD BALL between the offset amount f of the cage 5 and the pitch circle diameter PCD BALL (see FIG. 3A) of the ball 4 is 0.07 as a specification for the propeller shaft. As described above, it is set to 0.09 or less.
  • the propeller shaft used for high-speed rotation is used.
  • the amount of heat generated can be suppressed in the sliding type constant velocity universal joint 1.
  • the ratio f ′ / PCD BALL ′ between the offset amount f ′ of the cage 205 of the current sliding type constant velocity universal joint 201 and the pitch circle diameter PCD BALL ′ (see FIG. 3A) of the ball 204 is 0.09. It is set to a value exceeding.
  • Table 1 shows dimensional ratios between the sliding type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment and the current sliding type constant velocity universal joint 201.
  • an axial pocket clearance ⁇ ⁇ b> 1 is provided between the axially opposing wall surface of the pocket 5 a of the cage 5 and the ball 4.
  • an axial clearance ⁇ ⁇ b> 2 is provided between the spherical inner peripheral surface 13 of the cage 5 and the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3.
  • the axial clearance ⁇ 2 is, for example, in a state where the cage 5 is fixed, the inner joint member 3 is moved to one side in the axial direction, and the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 is changed to the spherical inner peripheral surface 13 of the cage 5. Relative movement in the axial direction from the contacted position to the position where the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 contacts the spherical inner peripheral surface 13 of the cage 5 by moving the inner joint member 3 to the other axial side. Amount.
  • the sliding resistance of the sliding type constant velocity universal joint 1 can be reduced, and the vibration characteristics of the vehicle can be improved.
  • the improvement of the life of the quick universal joint 1 can be expected.
  • the propeller shaft is effective because it is used at a higher speed than the drive shaft.
  • the pocket clearance ⁇ 1 is preferably set to 0 to 0.05 mm. If the pocket clearance ⁇ 1 is provided even a little, the effect can be exhibited. Further, when the pocket clearance ⁇ 1 is larger than 0.05 mm, the amount of the ball 4 coming off from the bisector of the operating angle increases, and the constant velocity and durability of the sliding type constant velocity universal joint 1 are reduced. There is a possibility of connection.
  • the axial clearance ⁇ 2 is preferably set to about 0.5 to 1.5 mm.
  • the amount of vibration (axial amplitude) from the engine cannot be absorbed by the amount of axial relative movement between the inner joint member 3 and the cage 5, and vibration is not generated. May propagate.
  • the axial clearance ⁇ 2 is larger than 1.5 mm, the amount of disengagement of the ball 4 from the bisector of the operating angle increases, and the constant velocity performance and durability of the sliding type constant velocity universal joint 1 decrease. May lead to
  • the axial pocket clearance ⁇ 1 is not provided between the ball 4 and the wall surface facing the axial direction of the pocket 5 a of the cage 5.
  • the radius of curvature Rc of the spherical inner peripheral surface 13 of the cage 5 and the radius of curvature Ri of the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 are substantially Rc although there is a slight spherical clearance for sliding guide. ⁇ Ri, and no axial clearance ⁇ 2 is provided.
  • the sliding type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment has a specification provided with a pocket clearance ⁇ 1 and an axial clearance ⁇ 2 (see FIG. 5) as shown in FIGS. 7B and 7C. 7B, the pocket clearance ⁇ 1 is provided, the radius of curvature Rc ′ of the spherical inner peripheral surface 13 of the cage 5 is made larger than the radius of curvature Ri of the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3, and the radius of curvature is set.
  • the center of curvature of Rc ′ is offset in the radial direction from the axis of the cage 5.
  • FIG. 7C shows another specification in which a pocket clearance ⁇ 1 and an axial clearance ⁇ 2 are provided.
  • the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 is formed as a single spherical surface having a radius of curvature Ri, but the spherical inner peripheral surface 13 of the cage 5 is at the center in the axial direction of the inner joint member 3.
  • a cylindrical portion 13a is formed in a corresponding position in the range of S, and spherical surfaces having a curvature radius Rc are smoothly connected to both ends of the cylindrical portion 13a.
  • the curvature radius Rc of the spherical inner circumferential surface 13 of the cage 5 and the curvature radius Ri of the spherical outer circumferential surface 8 of the inner joint member 3 are substantially Rc ⁇ Ri although there is a slight spherical clearance for sliding guide. It is.
  • the center in the axial direction of the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 is slidably guided by the cylindrical portion 13a. Can move relative.

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Abstract

プロペラシャフト用摺動式等速自在継手1は、外側継手部材2と、内側継手部材3と、8個のトルク伝達ボール4と、保持器5とを備える。保持器5の球状外周面12の曲率中心O1と球状内周面13の曲率中心O2とが、それぞれ前記ポケット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。保持器5の前記オフセット量(f)とトルク伝達ボール4のピッチ円直径(PCDBALL)との比f/PCDBALLが、0.07以上、0.09以下である。

Description

プロペラシャフト用摺動式等速自在継手
 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化、軽量化が求められている。従来、構成部品の共通化という観点から、ドライブシャフト用の摺動式等速自在継手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のみを変更し、その他はそのままプロペラシャフト用の摺動式等速自在継手に用いられてきた。
 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)がある。下記の特許文献1には、DOJのボール個数を8個として小型化、軽量化を図ったものが提案されている。
特開平10-73129号公報
 DOJは、軸方向のスライド量を比較的大きく取ることができ、使用実績が豊富で性能が安定しており、さらに、ボール個数を8個とすることで小型化、軽量化を図ることができる。本発明者らは、自動車の更なる低燃費化、プロペラシャフトの小型化、軽量化、高速回転化の要求に対応すべく、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で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11A、図11B、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も使用できるように最大作動角を25°程度としている。本発明者らは、DOJを、プロペラシャフト用としての必要特性に特化させることで、DOJの機能が限定できる点に着目した。具体的には、DOJをプロペラシャフト専用とすることで、最大作動角を低く制限する(例えば15°以下とする)ことができ、これによりDOJの小型化、軽量化を達成できることを見出した。
(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得ることができる。
 (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小型化、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小型化、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小型化、軽量化
 (d)ポケット荷重の低減による保持器の軸方向の小型化、軽量化
(3)加えて、プロペラシャフト用DOJは、作動角が小さく、かつ略一定で、高速回転するという動的な要因に着目して、更なる小型化・軽量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小型化・軽量化が達成できることが判明した。(4)さらに性能面で、保持器のポケットとボールとの間の軸方向のポケットすきま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、円筒状内周面に軸方向に沿って形成された8本の直線状トラック溝を有する外側継手部材と、球状外周面に軸方向に沿って形成され、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、及び、雌スプラインが形成された連結孔を有する内側継手部材と、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収容するポケット、前記外側継手部材の円筒状内周面に接触案内される球状外周面、及び、前記内側継手部材の球状外周面に接触案内される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)を有し、前記保持器の前記オフセット量(f)と前記トルク伝達ボールのピッチ円直径(PCDBALL)との比f/PCDBALLが、0.07以上、0.09以下であ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。
 上記のプロペラシャフト用摺動式等速自在継手では、保持器のポケットの軸方向で対向する壁面とトルク伝達ボールとの間に軸方向のポケットすきま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、保持器とボールとの摺動、及び、保持器と内側継手部材との摺動による温度上昇が抑制されるため、継手の寿命の向上や高速回転化に有効であると共に、継手のスライド抵抗が低減される。また、上記のポケットすきまδ1及び軸方向すきまδ2により、エンジンからの振動を吸収することができるため、車両の振動特性の向上を図ることができる。特に、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。
 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、摺動式等速自在継手の小型化、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以下に設定することにより、半径方向の小型化、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以下に設定することにより、軸方向の小型化、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以下に設定することにより、軸方向のコンパクト、軽量化を達成することができる。
 また、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、円筒状内周面に軸方向に沿って形成された8本の直線状トラック溝を有する外側継手部材と、球状外周面に軸方向に沿って形成され、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、及び、雌スプラインが形成された連結孔を有する内側継手部材と、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収容するポケット、前記外側継手部材の円筒状内周面に接触案内される球状外周面、及び、前記内側継手部材の球状外周面に接触案内される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)を有し、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以下であり、前記トルク伝達ボールのピッチ円直径PCDBALLと前記トルク伝達ボールの直径Dbとの比PCDBALL/Dbが3.3以上、3.6以下であることを特徴とする。
 ボールを介してトルクを伝達する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最大荷重も大きくなるため、ボールと接触する内側継手部材、外側継手部材、及び保持器は、ボールから受ける荷重に耐え得るだけの厚い肉厚が要求される。
 そこで、DOJをプロペラシャフト専用とすることで、最大作動角を低く制限することができるため、1か所のボールにかかる最大荷重が小さくなる。これにより、内側継手部材や外側継手部材がボールから受ける荷重が小さくなるため、これらの肉厚を小さくすることができ、DOJの半径方向の小型化、軽量化を達成することができる。
 また、DOJの最大作動角を低く制限することにより、保持器のポケット内のボールの周方向移動量が小さくなるので、ポケットの周方向長さを短くすることができる。これにより、保持器を小径化することが可能になるため、ボールのピッチ円直径PCDBALL、ひいては、外側継手部材の外径を小さくすることができるため、DOJの半径方向のさらなる小型化、軽量化を達成することができる。
 また、DOJの最大作動角を低く制限することにより、内側継手部材の強度に余裕ができるため、シャフトが連結される内側継手部材の連結孔の内径、すなわち、雌スプラインのピッチ円径を大きくすることができる。これにより、低作動角時の最弱部品であるシャフトを大径化して強化することができるため、プロペラシャフトの耐久性が向上する。
 DOJでは、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を軸方向でオフセットさせることで、あらゆる作動角においてボールを作動角の二等分面上に保持し、これにより等速でのトルク伝達を実現している。プロペラシャフトのDOJは、作動角が小さくかつ略一定であるため、保持器の外周面の曲率中心と内周面の曲率中心とのオフセット量(f)を小さくしても、スムーズなトルク伝達が可能となる。本発明者らは、保持器のオフセット量(f)を小さくすることで、DOJの機能や耐久性を阻害することなく、保持器の軸方向寸法や半径方向肉厚を低減することが可能となることを見出し、これによりDOJのさらなる小型軽量化を実現した。また、保持器のオフセット量(f)を小さくすることで、保持器のポケットや外側継手部材の内周面に作用する力が低減されるため、高速回転で使用されるプロペラシャフト用のDOJにおいて発熱量を抑制することができる。
 また、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、円筒状内周面に軸方向に沿って形成された8本の直線状トラック溝を有する外側継手部材と、球状外周面に軸方向に沿って形成され、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、及び、雌スプラインが形成された連結孔を有する内側継手部材と、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収容するポケット、前記外側継手部材の円筒状内周面に接触案内される球状外周面、及び、前記内側継手部材の球状外周面に接触案内される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)を有し、前記内側継手部材の軸方向幅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以下であり、前記トルク伝達ボールのピッチ円直径PCDBALLと前記トルク伝達ボールの直径Dbとの比PCDBALL/Dbが3.3以上、3.6以下であることを特徴とする。
 DOJをプロペラシャフト専用とすることで、最大作動角を低く制限することができるため、内側継手部材に対するボールの軸方向移動量が小さくなる。これにより、内側継手部材のトラック溝の軸方向長さ、ひいては内側継手部材の軸方向幅Wiを縮小することができ、これによりDOJの軸方向の小型化、軽量化を達成することができる。
 また、DOJの最大作動角を低く制限することにより、保持器のポケット内のボールの周方向移動量が小さくなるので、ポケットの周方向長さを短くすることができる。これにより、保持器を小径化することが可能になるため、ボールのピッチ円直径PCDBALLを小さくすることができるため、DOJの半径方向の小型化、軽量化を達成することができる。
 また、DOJの最大作動角を低く制限することにより、保持器のポケットの軸方向で対向する壁面に加わる荷重が低減されるため、保持器のうち、ボールから軸方向荷重を受ける領域(具体的には、ポケットの軸方向両側に設けられた環状部分)の軸方向幅を低減することができる。これにより、保持器の軸方向幅が低減され、DOJの軸方向のさらなる小型化、軽量化を達成することができる。
 また、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、円筒状内周面に軸方向に沿って形成された8本の直線状トラック溝を有する外側継手部材と、球状外周面に軸方向に沿って形成され、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、及び、雌スプラインが形成された連結孔を有する内側継手部材と、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収容するポケット、前記外側継手部材の円筒状内周面に接触案内される球状外周面、及び、前記内側継手部材の球状外周面に接触案内される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)を有し、前記外側継手部材の肉厚Toと前記トルク伝達ボールのボール径Dbとの比To/Dbが0.25以上、0.29以下であり、前記トルク伝達ボールのピッチ円直径PCDBALLと前記トルク伝達ボールの直径Dbとの比PCDBALL/Dbが3.3以上、3.6以下であることを特徴とする。
 ボールを介してトルクを伝達する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最大荷重も大きくなるため、ボールと接触する内側継手部材、外側継手部材、及び保持器は、ボールから受ける荷重に耐え得るだけの厚い肉厚が要求される。
 そこで、DOJをプロペラシャフト専用とすることで、最大作動角を低く制限することができるため、1か所のボールにかかる最大荷重が小さくなる。これにより、内側継手部材や外側継手部材がボールから受ける荷重が小さくなるため、これらの肉厚を小さくすることができ、DOJの半径方向の小型化、軽量化を達成することができる。
 また、DOJの最大作動角を低く制限することにより、保持器のポケット内のボールの周方向移動量が小さくなるので、ポケットの周方向長さを短くすることができる。これにより、保持器を小径化することが可能になるため、ボールのピッチ円直径PCDBALL、ひいては、外側継手部材の外径を小さくすることができるため、DOJの半径方向のさらなる小型化、軽量化を達成することができる。
 また、DOJの最大作動角を低く制限することにより、内側継手部材の強度に余裕ができるため、シャフトが連結される内側継手部材の連結孔の内径、すなわち、雌スプラインのピッチ円径を大きくすることができる。これにより、低作動角時の最弱部品であるシャフトを大径化して強化することができるため、プロペラシャフトの耐久性が向上する。
 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。 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示し、図2BのB-N-B線における縦断面図である。 図2AのA-A線における横断面図である。 図2Aの摺動式等速自在継手の軸線N-Nより上半分の縦断面を上側に示し、図11Aの摺動式等速自在継手の軸線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ある。 図2Aの摺動式等速自在継手の軸線N-Nより下半分の縦断面を反転させて上側に示し、図11Aの摺動式等速自在継手の軸線N-Nより下半分の縦断面を下側に示した図である。 図2Aの摺動式等速自在継手(上半分)と図11Aの摺動式等速自在継手(下半分)の内側継手部材及びボールとの軸方向移動状態を対比した断面図である。 図2A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。 図5のC部の拡大図である。 図5のD部の拡大図である。 ポケットすきまδ1及び軸方向すきまδ2を設けていない標準仕様の内側継手部材、保持器およびボールを示す縦断面図である。 ポケットすきまδ1と軸方向すきま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ある。 ポケットすきまδ1と軸方向すきま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2A,2Bの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。 図2A,2Bの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。 図2Bの摺動式等速自在継手の横断面と図11Bの摺動式等速自在継手の横断面とを比較した図である。 現行の摺動式等速自在継手を示し、図11BのF-N-F線における縦断面図である。 図11AのE-E線における横断面図である。 図11の摺動式等速自在継手を組み立てた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。
 本発明の実施の形態を図面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に示すように、FF(フロントエンジン前輪駆動)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(フロントエンジン後輪駆動)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車においても、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°程度である。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、車輪105、110の上下動に追従する作動角が必要であり、かつ、作動角が常時変動する。加えて、フロント側車輪110に取り付けられる固定式等速自在継手46は、転舵のための大きな作動角が必要になる。本実施形態では、フロント側車輪110に取り付けられる固定式等速自在継手46の最大作動角は45°程度であり、それ以外の等速自在継手46、47の最大作動角は20~25°程度である。
 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、具体的には最大回転数が8000min-1程度である。また、独立懸架車ではデファレンシャル103、108、111が車体側に取付けられ、かつ、プロペラシャフト102、107は全長が長いので、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。具体的には、等速自在継手1の常用最大作動角は10°以下であり、最大作動角は15°程度である。さらに、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、伝達トルクが大幅に小さい。尚、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の少なくとも一部として、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、前方(図中右側、図13のエンジン100側)に位置する第1のプロペラシャフト41と、後方(図中左側、図13のデファレンシャル103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は、主要部が中空パイプ64で構成され、一端(前端)が、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は、主要部が中空パイプ65で構成され、一端(前端)が、ベアリングサポート60により回転自在に支持されている。具体的には、ベアリングサポート60は、ブラケット61、弾性部材62および転がり軸受63とからなる。弾性部材62の外環62aはブラケット61に嵌合し、弾性部材62の内環62bは転がり軸受63に嵌合している。第2のプロペラシャフト42の一端にはシャフト20が設けられ、シャフト20の外周が転がり軸受63に嵌合して半径方向に弾性支持されている。シャフト20の一端(前端)は、摺動式等速自在継手1の内側継手部材の連結孔に連結されている。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2A、図2Bに基づいて説明する。
 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(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。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、二軸間で回転トルクが等速で伝達される。
 図2Aに示すように、外側継手部材2の一端(図2A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の軸心を貫通する連結孔10には雌スプライン(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)の内周には止め輪溝14が設けられる。この止め輪溝14に装着された止め輪23(図8参照)により、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2Aの右側端部)の内周には、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、ブーツバンド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)ダブルオフセット型摺動式等速自在継手(DOJ)は、軸方向のスライド量を比較的に大きく取ることができ、使用実績が豊富で性能が安定しており、さらに、ボール個数を8個とすることで小型化、軽量化を図ることができる。これらの点に着目し、自動車の更なる低燃費化、プロペラシャフトの小型化、軽量化、高速回転化の要求に対応すべく、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も使用できる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としての必要特性に特化させることで、DOJの機能が限定できる点に着目した。具体的には、DOJをプロペラシャフト専用とすることで、最大作動角を低く制限する(例えば15°以下とする)ことができ、これによりDOJの小型化、軽量化を達成できることを見出した。
(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得ることができる。
 (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小型化、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小型化、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小型化、軽量化
 (d)ポケット荷重の低減による保持器の軸方向の小型化、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小型化・軽量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)の技術的効果を促進させ、DOJのさらなる小型化・軽量化が達成できることが判明した。
 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。本実施形態に係る摺動式等速自在継手1のトルク伝達ボール4の直径Dbと、現行の摺動式等速自在継手201のトルク伝達ボール204の直径Db’とは等しい。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3A、図3Bに基づいて対比して説明する。図3Aは、図2Aの軸線N-Nより上半分の縦断面を上側に示し、図11A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ある。図3Bは、図2A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11A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3B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。
 上記に対して、図3B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。
 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最大荷重も大きくなるために、ボールと接触する内側継手部材、外側継手部材、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。これに対し、本実施形態の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るため、これらの肉厚を薄くすることができる。また、最大作動角を低く制限することで、最大作動角時の保持器5のポケット5a内におけるボール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3A、図3B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(詳しくは、外側継手部材2のトラック溝7の溝底と外周面との半径方向距離)、内側継手部材3の肉厚Ti(詳しくは、内側継手部材3のトラック溝9の溝底と雌スプライン11のピッチ円との半径方向距離)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’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、外側継手部材2の肉厚Toとボール径Dbとの比To/Dbは0.25~0.29である。
 ボールタイプの等速自在継手では、作動角が高くなるほど、保持器に対するボールの周方向移動量が大きくなる。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に対するボール204の周方向移動量が大きく、ボール204を収容する保持器205のポケット205aの周方向長さを長くする必要がある。また、保持器205の柱部205b(図11B参照)の強度を確保するために、柱部205bの周方向寸法の縮小には限界がある。その結果、保持器205の外径が大きくなり、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。
 これに対し、上記のように摺動式等速自在継手1の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の小径化、ひいては摺動式等速自在継手1の半径方向の小型化が可能になる。また、保持器5を小径化することにより、内側継手部材3の肉厚を適正化して、ボール4のピッチ円直径PCDBALLを小さくすることができる。これに伴って、外側継手部材2の外径Doを小さくすることができる。最適値としては、ボール4のピッチ円直径PCDBALLとボール4の直径Dbとの比PCDBALL/Dbが3.3以上、3.6以下である。
 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%以上の小型化を実現した。外側継手部材2の外径Doとボール4の直径Dbとの比Do/Dbの最適値は、2.7以上、3.0以下である。
 また、上記のように摺動式等速自在継手1の最大作動角を低く制限することにより、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、内側継手部材3の雌スプライン11のピッチ円直径(PCDSPL)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。最適値としては、雌スプライン11のピッチ円直径PCDSPLとボール4の直径Dbとの比PCDSPL/Dbが1.75以上、1.85以下である。一方、雌スプライン11のピッチ円直径(PCDSPL)を現行のままとし、内側継手部材3の半径方向の小型化の促進を図ることも可能である。
 また、上記のように摺動式等速自在継手1の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の軸方向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、軸方向の小型化が図られる。図3A、図3Bに示すように、摺動式等速自在継手1の内側継手部材3の軸方向幅Wi、保持器5の軸方向幅Wcは、現行の摺動式等速自在継手201の内側継手部材203の軸方向幅Wi’、保持器205の軸方向幅Wc’に比べて大幅に短縮されている。
 上記の摺動式等速自在継手1では、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の軸方向幅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の軸方向幅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とにおいて、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の軸方向幅Wi、内側継手部材203の軸方向幅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の軸方向幅Wiは、現行の摺動式等速自在継手201の内側継手部材203の軸方向幅Wi’に比べて大幅に短縮される。
 内側継手部材3の軸方向幅Wiが短すぎると、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、内側継手部材3とシャフト20との結合強度不足が生じる。しかし、上記のように摺動式等速自在継手1の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るため、雌スプライン11のピッチ円直径(PCDSPL)を通常より大きく設定できる。これが、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ことで、スプライン嵌合長さを短縮することができるため、内側継手部材の軸方向幅Wiを短縮して軽量化を図ることができる。最適値としては、内側継手部材3の軸方向幅Wiとボール径Dbとの比Wi/Dbは1.2~1.4である。
 上記のように摺動式等速自在継手1の最大作動角を制限することにより、保持器5のポケット5aに掛かるボール荷重が低減される。これにより、ポケット5aの軸方向で対向する壁面と保持器5の端面との間の軸方向肉厚(すなわち、ポケット5aの軸方向両側に設けられた環状部分の軸方向肉厚)を低減でき、もって軽量化が図られる。具体的には、図3Bに示すように、摺動式等速自在継手1の保持器5の軸方向幅Wcは、現行の摺動式等速自在継手201の保持器205の軸方向幅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の軸方向幅Wcとボール径Dbとの比Wc/Dbは1.8~2.0である。
 以上に説明した本実施形態の摺動式等速自在継手1の軽量化、小型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3B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、小型化・軽量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、これが上述した技術的効果を飛躍的に促進させ、摺動式等速自在継手1のさらなる小型化・軽量化が達成できることが判明した。
 図3B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PCDBALL(図3A参照)との比f/PCDBALL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、摺動式等速自在継手1のさらなる小型化、軽量化が達成できる。また、保持器5のオフセット量fを小さくすることで、保持器5のポケット5aや外側継手部材2の内周面6に作用する力が低減されるため、高速回転で使用されるプロペラシャフト用の摺動式等速自在継手1において発熱量を抑制することができる。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PCDBALL’(図3A参照)との比f’/PCDBALL’は、0.09を超える値に設定されている。
 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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001









 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に示すように、保持器5のポケット5aの軸方向で対向する壁面とボール4との間には、軸方向のポケットすきまδ1が設けられている。保持器5のポケット5aの軸方向で対向する壁面の間の寸法を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で表される。
 図6に示すように、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との間には、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を軸方向一方側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に当接させた位置から、内側継手部材3を軸方向他方側に移動させて内側継手部材3の球状外周面8が保持器5の球状内周面13に当接する位置までの軸方向の相対移動量である。
 上記のようなポケットすきまδ1及び軸方向すきまδ2を設けることにより、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と共に、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は、少しでも設けておけば効果を発揮することができる。また、ポケットすきまδ1が0.05mmより大きい場合は、作動角の二等分面からのボール4の外れ量が大きくなり、摺動式等速自在継手1の等速性、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(軸方向振幅量)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る。一方、軸方向すきまδ2が1.5mmより大きい場合は、作動角の二等分面からのボール4の外れ量が大きくなり、摺動式等速自在継手1の等速性、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7A、図7B、図7Cに基づいて説明する。図7Aに示す標準仕様では、保持器5のポケット5aの軸方向で対向する壁面とボール4との間に軸方向のポケットすきま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7B、図7C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7Bに示す仕様では、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の軸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7C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の軸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の軸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、請求の範囲によって示され、さらに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
102   プロペラシャフト
107   プロペラシャフト
O1    保持器の球状外周面の曲率中心
O2    保持器の球状内周面の曲率中心
O3    保持器のポケットの中心

Claims (10)

  1.  プロペラシャフト用摺動式等速自在継手であって、
     円筒状内周面に軸方向に沿って形成された8本の直線状トラック溝を有する外側継手部材と、球状外周面に軸方向に沿って形成され、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、及び、雌スプラインが形成された連結孔を有する内側継手部材と、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収容するポケット、前記外側継手部材の円筒状内周面に接触案内される球状外周面、及び、前記内側継手部材の球状外周面に接触案内される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)を有し、
     前記保持器の前記オフセット量(f)と前記トルク伝達ボールのピッチ円直径(PCDBALL)との比f/PCDBALLが、0.07以上、0.09以下であるプロペラシャフト用摺動式等速自在継手。
  2.  プロペラシャフト用摺動式等速自在継手であって、
     円筒状内周面に軸方向に沿って形成された8本の直線状トラック溝を有する外側継手部材と、球状外周面に軸方向に沿って形成され、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、及び、雌スプラインが形成された連結孔を有する内側継手部材と、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収容するポケット、前記外側継手部材の円筒状内周面に接触案内される球状外周面、及び、前記内側継手部材の球状外周面に接触案内される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)を有し、
     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以下であり、
     前記トルク伝達ボールのピッチ円直径PCDBALLと前記トルク伝達ボールの直径Dbとの比PCDBALL/Dbが3.3以上、3.6以下であるプロペラシャフト用摺動式等速自在継手。
  3.  プロペラシャフト用摺動式等速自在継手であって、
     円筒状内周面に軸方向に沿って形成された8本の直線状トラック溝を有する外側継手部材と、球状外周面に軸方向に沿って形成され、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、及び、雌スプラインが形成された連結孔を有する内側継手部材と、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収容するポケット、前記外側継手部材の円筒状内周面に接触案内される球状外周面、及び、前記内側継手部材の球状外周面に接触案内される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)を有し、
     前記内側継手部材の軸方向幅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以下であり、
     前記トルク伝達ボールのピッチ円直径PCDBALLと前記トルク伝達ボールの直径Dbとの比PCDBALL/Dbが3.3以上、3.6以下であるプロペラシャフト用摺動式等速自在継手。
  4.  プロペラシャフト用摺動式等速自在継手であって、
     円筒状内周面に軸方向に沿って形成された8本の直線状トラック溝を有する外側継手部材と、球状外周面に軸方向に沿って形成され、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、及び、雌スプラインが形成された連結孔を有する内側継手部材と、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収容するポケット、前記外側継手部材の円筒状内周面に接触案内される球状外周面、及び、前記内側継手部材の球状外周面に接触案内される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)を有し、
     前記外側継手部材の肉厚Toと前記トルク伝達ボールのボール径Dbとの比To/Dbが0.25以上、0.29以下であり、
     前記トルク伝達ボールのピッチ円直径PCDBALLと前記トルク伝達ボールの直径Dbとの比PCDBALL/Dbが3.3以上、3.6以下である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雌スプラインのピッチ円直径PCDSPLと前記トルク伝達ボールのボール径Dbとの比PCDSPL/Dbが1.75以上、1.85以下である請求項1~4の何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。
  6.  前記外側継手部材の外径Doと前記内側継手部材の雌スプラインのピッチ円直径PCDSPLとの比Do/PCDSPLが2.7以上、3.0以下である請求項1~5の何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。
  7.  前記保持器の軸方向幅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以下である請求項1~6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。
  8.  前記ポケットの軸方向で対向する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が設けられている請求項1~7の何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。
  9.  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である請求項8に記載のプロペラシャフト用摺動式等速自在継手。
  10.  最大作動角が15°以下に設定されている請求項1~9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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