JP2007205457A

JP2007205457A - 等速自在継手の内側継手部材と軸部材の嵌合構造

Info

Publication number: JP2007205457A
Application number: JP2006024828A
Authority: JP
Inventors: Masazumi Kobayashi; 正純小林
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】内輪の突起部の軸方向長さ（内輪幅）を短縮しても、サークリップの自動組み付けを容易にする。
【解決手段】外輪との間で角度変位を許容しながらトルクを伝達する等速自在継手に装備された内輪とその内輪の内径に形成された軸孔にスプライン嵌合してサークリップにて抜け止めされたシャフト１３とを備え、内輪の軸孔の一方の開口端部にチャンファを設け、そのチャンファにサークリップを自動調心させながらシャフト１３を挿入し、そのシャフト１３に形成された止め溝１４にサークリップを嵌入させて軸孔の他方の開口端部に係合させた等速自在継手の内輪とシャフト１３の嵌合構造であって、シャフト１３の止め溝１４よりも軸端側部位に、サークリップを仮止めする凹状の仮止め溝２１を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用され、例えば４ＷＤ車やＦＲ車などで使用されるドライブシャフトやプロペラシャフトに組み込まれる固定式あるいは摺動式等速自在継手の内側継手部材と軸部材の嵌合構造に関する。

例えば、自動車のドライブシャフト等の連結用継手として使用されている固定式等速自在継手（ツェパー型等速自在継手：ＢＪ）は、球面状の内径面に曲線状のボール溝を軸方向に形成した外側継手部材としての外輪と、球面状の外径面に曲線状のボール溝を軸方向に形成した内側継手部材としての内輪と、外輪のボール溝とこれに対応する内輪のボール溝とが協働して形成されるトラックに配された複数のトルク伝達用ボールと、それらのボールを保持するポケットを備えた保持器とで構成される。複数のボールは、保持器に形成されたポケットに収容されて円周方向等間隔に配置されている。

この等速自在継手をドライブシャフトに使用する場合、外輪の一端から軸方向に一体的に延びる軸部（従動軸）を車輪軸受装置に連結すると共に、内輪の軸孔にスプライン嵌合された軸部材としてのシャフト（駆動軸）を摺動式等速自在継手に連結するようにしている。この外輪の軸部と内輪側のシャフトの二軸間で外輪と内輪とが角度変位すると、保持器のポケットに収容されたボールは常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。ここで、作動角とは、外輪の軸部と内輪のシャフトとがなす角度を意味する。

前述したように等速自在継手の内輪の軸孔にシャフトがスプライン嵌合により連結されている。この内輪とシャフトの嵌合構造では、内輪の軸孔にシャフトがスプライン嵌合され、サークリップにて抜け止めされる（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示された嵌合構造では、サークリップの自動組み込みが容易なように内輪の軸孔のシャフト挿入側端部にチャンファを設けるようにしている。

図１０〜図１３は、特許文献１に開示された形状を有する内輪１０６にシャフト１１３を組み付ける要領を説明したものである。

同図に示すように内輪１０６の軸孔１１２の内周面にスプライン１１７が形成され、その軸孔１１２のシャフト挿入側端部にチャンファ１２０を設けている。そのチャンファ角βは、３２．５°以下、好ましくは１５°以上３２．５°以下に設定している。また、チャンファ１２０の開口端半径Ｒ_２は、シャフト１１３の端部に形成した止め溝１１４に予め取り付けられたサークリップ１１５がその自重により垂れ下がった状態でも、シャフト１１３を内輪１０６の軸孔１１２にそのまま挿入できるように、シャフト１１３にサークリップ１１５が自重で垂れ下がった時の半径Ｒ_１よりも大きく設定している（図１０参照）。

この内輪１０６の軸孔１１２にシャフト１１３を組み付けるに際しては、まず、図１０に示すように内輪１０６の軸孔１１２に対してシャフト１１３を同軸上に配置すると、そのシャフト１１３の軸端部にサークリップ１１５が垂れ下がった状態となる。

この状態から、図１１に示すように内輪１０６の軸孔１１２にシャフト１１３を挿入すると、サークリップ１１５は内輪１０６のチャンファ１２０のテーパ面に案内されて自動調心される。

その後、図１２に示すように内輪１０６の軸孔１１２にシャフト１１３をさらに挿入すると、サークリップ１１５は内輪１０６のスプライン小径まで縮径されて軸孔１１２を通過する。

そして、図１３に示すようにシャフト１１３の軸端部を内輪１０６から突出する位置まで挿入すると、サークリップ１１５は内輪１０６の軸孔開口端に形成された段部１１６の位置で拡径されて、シャフト１１３がこのサークリップ１１５にて抜け止めされる。
特許第３１８８００１号公報

ところで、前述した等速自在継手では、サークリップ１１５の自動組み込みを行うに際して、内輪１０６のチャンファ１２０のテーパ面長さを稼いでサークリップ１１５が自動調心されながらスムーズに縮径するように、その内輪１０６のシャフト挿入側端部に突起部１１９を設けている。なお、内輪１０６の端部を突起形状としているのは、内輪１０６とケージの組み込み性を考慮したものである。

一方、サークリップ１１５の自動組み込み性を向上させるためには、内輪１０６のチャンファ１２０におけるテーパ角、つまりチャンファ角βを小さくするほうがよい。しかしながら、内輪１０６のスプライン有効嵌合長を確保したまま、チャンファ角βを小さくすればするほど、前述した突起部１１９の軸方向長さが大きくなり、その結果、内輪１０６の軸方向長さ、つまり内輪幅が拡大することになる。これは、継手の製造面においてコストアップを招き、継手全体の重量増加にもなる。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、内輪の突起部の軸方向長さ（内輪幅）を短縮しても、サークリップの自動組み込みを容易にし得る等速自在継手の内側継手部材と軸部材の嵌合構造を提供することにある。

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、外側継手部材との間で角度変位を許容しながらトルクを伝達する等速自在継手に装備された内側継手部材とその内側継手部材の内径に形成された軸孔にスプライン嵌合して係止部材にて抜け止めされた軸部材とを備え、内側継手部材の軸孔の一方の開口端部にチャンファを設け、そのチャンファに係止部材を自動調心させながら軸部材を挿入し、その軸部材に形成された止め溝に係止部材を嵌入させて軸孔の他方の開口端部に係合させた等速自在継手の内側継手部材と軸部材の嵌合構造であって、軸部材の止め溝よりも軸端側部位に、係止部材を仮止めする凹状の仮止め溝を設けたことを特徴とする。

この等速自在継手の内側継手部材と軸部材の嵌合構造では、軸部材の止め溝よりも軸端側部位に設けられた仮止め溝が以下のような機能を発揮する。

まず、軸部材の仮止め溝に係止部材を拡径させた状態で仮止めし、この状態から軸部材を内側継手部材の軸孔に挿入すると、係止部材が軸孔の一方の開口端部に位置するチャンファに当接する。さらに軸部材を軸孔に挿入すると、係止部材がチャンファで反軸端側へ押されることにより仮止め溝から離脱し、その仮止め溝の反軸端側に位置する止め溝へ移動すると共に縮径して止め溝に嵌まり込む。

その後は従来と同様にして、係止部材は、軸孔の内径に押されて縮径しながらその軸孔を通過してその他方の開口端部で拡径する。これにより、その係止部材で軸部材が内側継手部材に抜け止めされる。

以上のように内側継手部材の軸孔に軸部材を挿入するに際して、係止部材を軸部材の仮止め溝に嵌め込んで仮止めすることにより、軸孔の一方の開口端部に設けられたチャンファの開口径を従来よりも小さくすることができる。その結果、内側継手部材の軸方向長さを短縮しても、軸部材の軸孔への挿入がスムーズかつ確実に行えて従来と同等となるような係止部材の自動組み込み性が得られる。

前述した内側継手部材と軸部材の嵌合構造において、仮止め溝の深さを０．２〜０．５ｍｍとすることが望ましい。

この仮止め溝は、軸部材を内側継手部材の軸孔に挿入するに際して、係止部材を軸部材に仮止めし、かつ、係止部材が軸孔の開口端部のチャンファで押された時にその係止部材を離脱させる機能を持つ。

このことから、仮止め溝の深さが０．２ｍｍより小さいと、係止部材を軸部材に仮止めすることが困難となり、逆に、０．５ｍｍより大きいと、チャンファで押された時に係止部材を離脱させることが困難となる。

また、内側継手部材と軸部材の嵌合構造において、仮止め溝の反軸端側にテーパを設けることが望ましい。

前述したように軸部材を内側継手部材の軸孔に挿入するに際して、係止部材が軸孔の開口端部のチャンファで押された時に係止部材を仮止め溝から離脱させるようにすることから、仮止め溝の反軸端側にテーパを設けておけば、係止部材を仮止め溝から容易に離脱させることができる。

さらに、内側継手部材と軸部材の嵌合構造において、仮止め溝のテーパの切り上がり位置を止め溝よりも軸端側に配置することが望ましい。

つまり、仮止め溝のテーパの切り上がり位置と止め溝を軸方向で離間させるようにする。この仮止め溝のテーパが止め溝に繋がるように連続して形成されていると、軸部材を内側継手部材に係止部材で抜け止めした後、止め溝に嵌まり込んだ係止部材の引っ掛かりが少なくなり、小さな力で軸部材が抜脱する可能性がある。

そこで、仮止め溝のテーパの切り上がり位置と止め溝を軸方向で離間させてその仮止め溝と止め溝を独立させて形成しておけば、軸部材を内側継手部材に係止部材で抜け止めした状態で、止め溝に嵌まり込んだ係止部材の引っ掛かりが大きく、軸部材の抜け止めが強固となる。

本発明によれば、軸部材の止め溝よりも軸端側部位に、係止部材を仮止めする凹状の仮止め溝を設けたことにより、従来品と同等となるような係止部材の自動組み込み性を確保することができると共に、内側継手部材の軸方向長さの短縮化により、内側継手部材の軽量化および低コスト化を図ることができ、係止部材の自動組み込み性が良好で軽量コンパクトな等速自在継手を提供できる。

本発明の実施形態を以下に詳述する。なお、以下の実施形態は、固定式（ツェパー型）等速自在継手（ＢＪ）に適用した場合を例示するが、他の等速自在継手、例えば、固定式（アンダーカットフリー型）等速自在継手（ＵＪ）、摺動式（クロスグルーブ型）等速自在継手（ＬＪ）や摺動式（ダブルオフセット型）等速自在継手（ＤＯＪ）、摺動式（トリポード型）等速自在継手（ＴＪ）も適用可能である。

図８および図９に示す実施形態の等速自在継手は、球面状の内径面１に曲線状のボール溝２を軸方向に形成した外側継手部材としての外輪３と、球面状の外径面４に曲線状のボール溝５を軸方向に形成した内側継手部材としての内輪６と、外輪３のボール溝２とこれに対応する内輪６のボール溝５とが協働して形成されるトラックに配された８個のトルク伝達用ボール７と、それらのボール７を保持するポケット８を備えた保持器９とで構成される。８個のボール７は、保持器９に形成されたポケット８に一個ずつ収容されて円周方向等間隔に配置されている。なお、ボール７の数は、８個に限らず６個でもよい。

外輪３のボール溝２の曲率中心Ｏ_１と内輪６のボール溝５の曲率中心Ｏ_２とは、ボール７の中心を含む継手中心Ｏに対して軸方向に等距離だけ反対側にオフセットされ、そのため、トラックは開口側が広く奥側に向かって漸次縮小した楔形状になっている。また、外輪３の内径面１および内輪６の外径面４の球面中心はいずれも継手中心Ｏと一致する。

前述の構成からなる等速自在継手を自動車のドライブシャフトに使用する場合、前述の外輪３のマウス部１０の底部から一体的に延びる軸部１１（従動軸）を車輪軸受装置（図示せず）に連結すると共に、内輪６の軸孔１２にスプライン嵌合された軸部材としてのシャフト１３（駆動軸）を摺動型等速自在継手（図示せず）を連結する。この内輪６とシャフト１３をスプライン嵌合により連結したことにより両者間でトルク伝達可能となっている。

この等速自在継手では、外輪３の軸部１１と内輪側のシャフト１３の二軸間で作動角度変位を許容しながらトルク伝達が可能な構造となっている。つまり、外輪３と内輪６とが角度θだけ角度変位すると、保持器９に案内されたボール７は常にどの作動角θにおいても、その作動角θの二等分面（θ／２）内に維持され、継手の等速性が確保される。

内輪６の軸孔１２に挿入されてスプライン嵌合したシャフト１３は、その先端部に設けられた環状の止め溝１４に嵌め込まれた係止部材としてのサークリップ１５を、内輪６の軸孔１２の奥側に位置する開口端部に設けられた段部１６に係止させることにより、抜け止めされている。

図１はサークリップ１５の自動組み込み性を従来品と同等となるような形状としたシャフト１３で、同図（ａ）はシャフト１３の挿入側軸端部、同図（ｂ）はサークリップ１５の止め溝１４および仮止め溝２１を示す。また、図２は図１のシャフト１３を使用した場合の実施形態における内輪形状を従来品と比較するため、軸線より上半分に実施形態の内輪６を示し、軸線より下半分に従来の内輪１０６を示す。さらに、図３はこの実施形態で使用するサークリップ１５を示し、自然状態で半径Ｒ_５を有する。

この実施形態における内輪６とシャフト１３の嵌合構造では、図１（ａ）に示す形状を具備したシャフト１３を使用する。シャフト１３は、従来と同様に設けられた止め溝１４よりも軸端側部位に、サークリップ１５を仮止めする凹状の仮止め溝２１を有する。一方、内輪６は、図２に示すようにその軸孔１２の内周面にスプライン１７が形成され、その軸孔１２のシャフト挿入側に位置する開口端部に、シャフト１３の挿入時にサークリップ１５を自動調心するためのチャンファ２０が設けられている。このチャンファ２０は、サークリップ１５の縮径を容易にするため、従来品と同等の１５°〜３２．５°のチャンファ角βを有する。

図１（ｂ）に示すように、この仮止め溝２１の深さｎは、０．２〜０．５ｍｍとする。この仮止め溝２１は、シャフト１３を内輪６の軸孔１２に挿入するに際して、サークリップ１５をシャフト１３に仮止めし、かつ、サークリップ１５が軸孔１２の開口端部のチャンファ２０で押された時にそのサークリップ１５を離脱させる機能を持つ。このことから、仮止め溝２１の深さｎが０．２ｍｍより小さいと、サークリップ１５をシャフト１３に仮止めすることが困難となり、逆に、０．５ｍｍより大きいと、チャンファ２０で押された時にサークリップ１５を離脱させることが困難となる。

また、仮止め溝２１のシャフト反軸端側、つまり、止め溝側にテーパ２２を設ける。シャフト１３を内輪６の軸孔１２に挿入するに際して、サークリップ１５が軸孔１２の開口端部のチャンファ２０で押された時に、仮止め溝２１の止め溝側にテーパ２２を設けておけば、サークリップ１５を仮止め溝２１から容易に離脱させることができる。なお、そのテーパ角度αとしては、例えば１５°程度が好適である。

この仮止め溝２１のテーパ２２の切り上がり位置は、止め溝１４よりもシャフト軸端側に配置する。つまり、仮止め溝２１のテーパ２２の切り上がり位置と止め溝１４を軸方向で離間させるようにする。この仮止め溝２１のテーパ２２が止め溝１４に繋がるように連続して形成されていると、シャフト１３を内輪６にサークリップ１５で抜け止めした後、止め溝１４に嵌まり込んだサークリップ１５の引っ掛かりが少なくなり、小さな力でシャフト１３が抜脱する可能性がある。

そこで、仮止め溝２１のテーパ２２の切り上がり位置と止め溝１４を軸方向で離間させてその仮止め溝２１と止め溝１４を独立させて形成しておけば、シャフト１３を内輪６にサークリップ１５で抜け止めした状態で、止め溝１４に嵌まり込んだサークリップ１５の引っ掛かりが大きく、シャフト１３の抜け止めが強固となる。

図４〜図７は、この実施形態の内輪６にシャフト１３を組み付ける要領を説明したものである。この内輪６とシャフト１３の嵌合構造では、シャフト１３の止め溝１４よりも軸端側部位に設けられた仮止め溝２１が以下のように機能する。

この内輪６の軸孔１２にシャフト１３を組み付けるに際しては、まず、図４に示すようにシャフト１３の仮止め溝２１にサークリップ１５を拡径させた状態で仮止めして内輪６の軸孔１２に対してシャフト１３を同軸上に配置する。

この時、仮止め溝２１の深さを０．２〜０．５ｍｍと設定したことにより、シャフト１３を内輪６の軸孔１２に挿入するに際して、サークリップ１５をシャフト１３に確実に仮止めすることができる。ここで、シャフト１３に仮止めされたサークリップ１５の最大半径Ｒ_０は、内輪６の開口端部のチャンファ２０の開口端半径Ｒ_３よりも小さく設定されている。

この状態からシャフト１３を内輪６の軸孔１２に挿入すると、図５に示すようにサークリップ１５は内輪６の一方の開口端部に位置するチャンファ２０のテーパ面に当接する。さらにシャフト１３を軸孔１２に挿入すると、図６に示すようにサークリップ１５はチャンファ２０でシャフト反軸端側へ押されることにより仮止め溝２１から離脱し、その仮止め溝２１のシャフト反軸端側に位置する止め溝１４へ移動する。

この時、仮止め溝２１の深さｎを０．２〜０．５ｍｍと設定したことにより、サークリップ１５がチャンファ２０のテーパ面で押された時にそのサークリップ１５を仮止め溝２１から容易に離脱させることができる。また、仮止め溝２１のシャフト反軸端側にテーパ２２を設けたことにより、サークリップ１５の仮止め溝２１からの離脱をより一層容易にすることができる。

そして、図７に示すようにサークリップ１５はチャンファ２０のテーパ面に案内されて自動調心されながら縮径して止め溝１４に嵌まり込む。その後は従来と同様にして、サークリップ１５を縮径させた状態で軸孔１２を通過させ、シャフト１３の軸端部が内輪６から突出する位置に達すると、サークリップ１５は内輪６の軸孔１２の開口端部に形成された段部１６の位置で拡径され、シャフト１３がこのサークリップ１５にて抜け止めされる（図１２および図１３参照）。

この内輪６の開口端部でサークリップ１５がシャフト１３の止め溝１４に嵌まり込むと共に段部１６で係止されることにより、シャフト１３が内輪６に対して抜け止めされた状態では、仮止め溝２１のテーパ２２の切り上がり位置を止め溝１４よりもシャフト軸端側に配置して離間させるようにしていることから、シャフト１３に軸方向の引張力が作用しても、サークリップ１５が止め溝１４から離脱して仮止め溝２１へ移動することなく、止め溝１４に嵌まり込んだサークリップ１５の引っ掛かりが大きく、シャフト１３の抜け止めが強固となっている。

以上のように内輪６の軸孔１２にシャフト１３を挿入するに際して、サークリップ１５をシャフト１３の仮止め溝２１に嵌め込んで仮止めすることにより、従来のようにサークリップ１１５の自重による垂れ下がりがなくなるため（図４と図１０の比較参照）、図２に示すように軸孔１２の一方の開口端部に設けられたチャンファ２０の開口端半径Ｒ_３を従来におけるチャンファ１２０の開口径Ｒ_２よりも小さくすることができる（Ｒ_３＜Ｒ_２）。

そのチャンファ２０の開口端半径を小さくすることができる分、図２に示すように内輪６の突起部１９の軸方向長さｍ_１（内輪幅Ｌ_１）を従来品における内輪１０６の突起部１１９の軸方向長さｍ_２（内輪幅Ｌ_２）よりも短くすることができる（ｍ_１＜ｍ_２，Ｌ_１＜Ｌ_２）。その結果、内輪６の軸方向長さを短縮しても、シャフト１３の軸孔１２への挿入がスムーズかつ確実に行えて従来と同等となるようなサークリップ１５の自動組み込み性が得られる。

（ａ）は本発明の実施形態におけるシャフトの軸端部を示す部分正面図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。本発明の実施形態における内輪形状を従来品と比較するため、軸線より上半分に本発明の実施形態における内輪を、軸線より下半分に従来における内輪をそれぞれ示す断面図である。本発明の実施形態で、サークリップを示す断面図である。本発明の実施形態で、内輪に対してシャフトを同軸上に配置した状態を示す断面図である。本発明の実施形態で、シャフトの仮止め溝に仮止めされたサークリップが内輪のチャンファに当接した状態を示す断面図である。本発明の実施形態で、シャフトの仮止め溝からサークリップが離脱した状態を示す断面図である。本発明の実施形態で、シャフトの止め溝にサークリップが嵌まり込んだ状態を示す断面図である。固定型等速自在継手の構造例で、図９のＢ−Ｏ−Ｂ線に沿う断面図である。図８のＡ−Ａ線に沿う断面図である。従来の内輪に対してシャフトを同軸上に配置した状態を示す断面図である。従来の内輪のチャンファでサークリップを自動調心しながらシャフトを挿入する状態を示す断面図である。従来の内輪でサークリップを縮径させながらシャフトを挿入する状態を示す断面図である。従来の内輪に対するシャフトの挿入を完了してサークリップにより抜け止めした状態を示す断面図である。

符号の説明

３外側継手部材（外輪）
６内側継手部材（内輪）
７トルク伝達部材（ボール）
１２軸孔
１３シャフト
１４止め溝
１５係止部材（サークリップ）
２０チャンファ
２１仮止め溝
２２テーパ

Claims

外側継手部材との間で角度変位を許容しながらトルクを伝達する等速自在継手に装備された内側継手部材とその内側継手部材の内径に形成された軸孔にスプライン嵌合して係止部材にて抜け止めされた軸部材とを備え、前記内側継手部材の軸孔の一方の開口端部にチャンファを設け、そのチャンファに係止部材を自動調心させながら軸部材を挿入し、その軸部材に形成された止め溝に前記係止部材を嵌入させて軸孔の他方の開口端部に係合させた等速自在継手の内側継手部材と軸部材の嵌合構造であって、
前記軸部材の止め溝よりも軸端側部位に、前記係止部材を仮止めする凹状の仮止め溝を設けたことを特徴とする等速自在継手の内側継手部材と軸部材の嵌合構造。
前記仮止め溝の深さを０．２〜０．５ｍｍとした請求項１に記載の等速自在継手の内側継手部材と軸部材の嵌合構造。
前記仮止め溝の反軸端側にテーパを設けた請求項１又は２に記載の等速自在継手の内側継手部材と軸部材の嵌合構造。
前記仮止め溝のテーパの切り上がり位置を止め溝よりも軸端側に配置した請求項３に記載の等速自在継手の内側継手部材と軸部材の嵌合構造。