JP2011132986A - 等速自在継手及び等速自在継手の外側継手部材 - Google Patents

Abstract

【課題】強度の低下を伴わず、高精度で、且つ軽量化が可能な等速自在継手の外側継手部材およびこのような外側継手部材を用いた等速自在継手を提供する。
【解決手段】外側継手部材は、内径面にトラック溝を形成したカップ部と、カップ部の外径側へ突設されるフランジ部とを備える。カップ部形成部とフランジ部形成部とを備えた薄板プレス成形品を複数枚重ね合わせる。重ね合わされる複数のカップ部形成部にてカップ部を形成し、重ね合わされる複数のフランジ部形成部にてフランジ部を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用される等速自在継手及び等速自在継手の外側継手部材に関する。

トルク伝達部材にボールが用いられる等速自在継手は、一般には、内球面に複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪と、外球面に外輪のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材としての内輪と、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外輪の内球面と内輪の外球面との間に介在してボールを保持するケージとを備えている。

ところで、近年の環境意識の高まりとガソリンの高騰を受け、自動車製造メーカは自動車燃費の向上を目的として大幅な軽量化を図るのが好ましい。このため、自動車の動力伝達系において使用される等速自在継手にも大幅な軽量化が必要となる。

そこで、等速自在継手の外輪に対して軽量化を図るようにしたものがある（特許文献１〜特許文献３等）。これらは、外輪のカップ部（マウス部）をプレス成形体として、薄肉化を図ったものである。

すなわち、特許文献１では、軸部とフランジ部を有する素材に対して、絞り加工によって中間品を成形し、次に、その中間品に対して前方押出加工を行って成形品を成形するものである。特許文献２では、２種類のパンチおよびダイス等を用いて絞り加工するものである。特許文献３では、鋼板の深絞りにより成形するものである。

特開２００３−８３３５７号公報 特開平４−３５１２４２号公報 特開平９−５３６４７号公報

しかしながら、ボールタイプの等速自在継手の外輪は、コンパクト性を重視する設計においては、トラック溝と内球径（内径面）の繋ぎＲを小さくする必要がある。そのため、特許文献１から特許文献３に記載されているようなプレス成型において、必要な精度を得るには薄肉素材とする必要がある。しかしながら、薄肉素材を用いれば、強度が不足するか、または、強度確保のためにコンパクト性を犠牲にする必要があり、軽量化が困難であった。

また、強度確保を目的に、厚肉素材にてプレス成形すると、必要寸法精度が得られないか、無理に高い荷重にてプレスすると、素材に割れが生じてしまう等、実現するには限界があった。

そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、強度の低下を伴わず、高精度で、且つ軽量化が可能な等速自在継手の外側継手部材を提供しようとするものである。

本発明の等速自在継手の外側継手部材は、カップ部形成部とフランジ部形成部とを備えた薄板プレス成形品を複数枚重ね合わせて重ね合わせ体を構成し、重ね合わされる複数のカップ部形成部にて前記カップ部を形成するとともに、重ね合わされる複数のフランジ部形成部にて前記フランジ部を形成したものである。

本発明の等速自在継手の外側継手部材によれば、複数の薄板プレス成形品の重ね合せ体にて構成されているので、強度的に優れる。しかも、各薄板プレス成形品は、プレス成形しやすい薄肉板の使用が可能であり、寸法精度を得易い利点がある。

前記フランジ部がカップ部の開口側に設けられるようにできる。

前記重ね合せ体にプレス加工が施されてなるものが好ましい。このようにプレス加工を施せば、重ね合せ体全体が加締られた状態となって、薄板プレス成形品同士の密着性が向上する。また、重ね合せ体を構成する薄板プレス成形品が接着一体化されているものであって、溶接一体化されているものであってもよい。ここで、接着一体化とは接着剤を用いた接合であり、溶接一体化とは溶接（例えば、レーザー溶接）を用いた接合である。

前記重ね合せ体の最内径層の薄板プレス成形品に浸炭焼入れ材を用いたり、高周波焼入れ材を用いたりすることによって、最内径層に焼入れ硬化層を設けるのが好ましい。このように、最内径層の焼入れ硬化層を設けることによって、最内径層の強度及び耐久性を確保することができる。

前記重ね合せ体の最内径層と最外径層の間に軽量素材を介装しても、重ね合せ体の外周を軽量素材に被覆してもよい。軽量素材は、自動車の量産車等に使用される軽量素材であって、アルミニウムやマグネシウムに代表される軽金属類、各種のＦＲＰ(繊維強化プラスチック)やエンジニアリング・プラスチック、高張力鋼などである。

前記フランジ部に周方向に沿って複数個の貫通孔が開設されているものであってもよい。また、周方向に隣合う貫通孔間のフランジ部外径面に切欠部が設けられているもの、すなわち、フランジ部を花形形状としたものであってもよい。

カップ部のトラック溝の溝底が円弧形状部とストレート形状部とを有するものであってもよい。すなわち、いわゆるアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手を構成することができる。また、カップ部のトラック溝の溝底全範囲がストレート形状であってもよい。この場合、ダブルオフセット型等の摺動式等速自在継手を構成することができる。

本発明の等速自在継手は、前記記載の等速自在継手の外側継手部材を用いたものである。この際、トルク伝達部材としてボールを用い、ボール数を３個以上とすることができる。本発明の等速自在継手は、自動車の駆動系またはプロペラシャフトに適用するのが好ましい。

本発明の等速自在継手の外側継手部材では、寸法精度を得易すく、必要な形状（等速自在継手の外側継手部材の形状）の精度を得ることができる。しかも、このように重ね合わせ体を構成することによって、小型でも高い強度をもった製品（外側継手部材）を提供できる。プレス加工を施せば、薄板プレス成形品同士の密着性が向上して、一層の強度向上を図ることができる。

最内径層の薄板プレス成形品に焼入れ材等を用いることによって、最内径層の強度及び耐久性を確保することができ、長期にわたって安定して等速自在継手を構成できる。最内径層の焼入れと共に、軽量素材を最内径層以外に使用することによって、強度の低下を招く事なく軽量化を図ることができる。

前記フランジ部をカップ部の開口側に設ければ、最大角は制限されるが、大きな角度を必要としないリア駆動軸やプロペラシャフト用に適した構造となる。このため、この外側継手部材にて等速自在継手を構成すれば、自動車の駆動系またはプロペラシャフトに最適な等速自在継手となる。

ところで、この等速自在継手の外側継手部材はフランジ部を有するものであり、このフランジ部を、車両または産業機械等の動力出力部に取付けることができる。このため、フランジ部に貫通孔が開設されているものであれば、この貫通孔をいわゆるボルト孔として使用して、このフランジ部を前記動力出力部に固定でき、組立て性の向上を図ることができる。また、フランジ部を花形形状としたものであれば、前記貫通孔（ボルト孔）周辺を残して、強度的に不要な部分を削除することで、軽量化を図ることができる。

この外側継手部材としては、ボールを用いた固定式等速自在継手や摺動式等速自在継手（ダブルオフセット型）を構成することができ、種々のタイプの等速自在継手に対応することができる。さらに、ボール数も任意に設定でき、設計の自由度が拡がる。

本発明の実施形態を示す等速自在継手の外側継手部材の正面図である。 前記図１のＡ−Ｏ−Ａ線の断面図である。 前記図１に示す外側継手部材を用いた等速自在継手の断面図である。 本発明の他の実施形態を示す等速自在継手の外側継手部材の正面図である。 前記図４のＡ１−Ｏ−Ａ１線の断面図である。 本発明の別の実施形態を示す等速自在継手の外側継手部材の断面図である。 本発明のさらに別の実施形態を示す等速自在継手の外側継手部材の断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。

図１と図２に本発明に係る等速自在継手の外側継手部材を示している。この等速自在継手は、図３に示すように、いわゆるアンダーカットフリー型の等速自在継手であって、内径面１に複数のトラック溝２が外側継手部材３と、外径面４に複数のトラック溝５が軸方向に沿って形成された内側継手部材６と、外側継手部材のトラック溝２と内側継手部材６のトラック溝５との対で形成されるボールトラックに配置される複数のトルク伝達ボール７と、外側継手部材３の内径面１と内側継手部材６の外径面４との間に介在すると共に前記トルク伝達ボール７を保持するケージ８を備える。

外側継手部材３は、図１と図２に示すように、内径面１に複数のトラック溝２が軸方向に沿って形成されたカップ部１０と、カップ部１０の開口部側に連設される円盤形状のフランジ部１１とを備える。カップ部１０は、トラック溝２が形成された本体部１０ａと、この本体部１０ａの奥側（反フランジ側）の短円筒部１０ｂとからなる。

外側継手部材３のトラック溝２は、トラック溝底が奥側の円弧部２ａと、継手軸方向と平行な開口側のストレート部２ｂとからなる。フランジ部１１は周方向に沿って所定ピッチで複数個（図例では、６個）の貫通孔１２が設けられている。なお、この貫通孔１２の数は６個に限るものではない。

内側継手部材６のトラック溝５は、図３に示すように、トラック溝底が奥側のストレート部５ａと、開口側の円弧部５ｂとからなる。また、内側継手部材６の孔部内径面に雌スプライン１６が形成され、孔部にシャフト１４の端部が嵌入される。そして、シャフト１４の端部には雄スプライン１５が形成され、この雄スプライン１５は内側継手部材６の雌スプライン１６と嵌合している。

図２に示すように、外側継手部材３は複数枚（図例では３枚）の薄板プレス成形品２５の重ね合せ体２６にて構成している。薄板プレス成形品２５は、例えば、鋼板を既存のプレス成形機のプレス加工にて成形することができる。すなわち、各薄板プレス成形品２５は、完成品の外側継手部材と同一形状品であって、その肉厚が小であるものである。各薄板プレス成形品２５は、カップ部本体形成部５１ａと、短円筒部形成部５１ｂと、フランジ部形成部５１ｃとからなる。なお、薄板プレス成形品２５には、超高強度鋼板を用いることができる。高張力鋼板は、「ハイテン」（High Tensile Strength Steel Sheets）とも呼ばれる引っ張り強さが高い鋼板のことである。普通鋼板が引張り強さ270MPa以上であるのに対して、一般的には３４０ＭＰａ〜７９０ＭＰａのものが高張力鋼板と定義されている。なお、引張り強さ９８０ＭＰａ以上のものは通常「超高張力鋼板」と呼ばれる。

高張力鋼板の種類としては、炭素の他にニッケル（Ｎｉ）やシリコン（Ｓｉ）、マンガン(Ｍｎ)などの元素を添加して強化した固溶強化型や析出強化型鋼板、プレス成形後に焼入れして強化した複合組織鋼板などがある。また、プレス成形する前に材料を加熱して、成形後急冷して強度を高める熱間プレス成形法が開発され、採用が広がっている。なお、薄板プレス成形品２５としては、このような超高強度鋼板に限るものではなく、プレス成形機のプレス加工にて成形することができるものであればよい。

重ね合せ体２６としては、薄板プレス成形品２５を重ね合せた後に、プレス加工が施されて、薄板プレス成形品２５同士の密着性を向上させるのが好ましい。また、薄板プレス成形品２５間に接着剤を介在させ、薄板プレス成形品２５を接着一体化するようにしてもよい。このように接着一体化する場合、接着剤としては、例えば、エポキシ系、ウレタン系またはアクリル系等を用いることができる。

また、接着一体化することなく、溶接一体化するようにしてもよい。この場合、例えば、強度確保に適した箇所に部分的なレーザー溶接を行えばよい。ここで、レーザー溶接とは、レーザー光を熱源として主として金属に集光した状態で照射し、金属を局部的に溶融・凝固させることによって接合する方法のことである。

図４と図５に示す外側継手部材３は、周方向に隣合う貫通孔１２間のフランジ部外径面に切欠部１３が設けられている。すなわち、フランジ部１１がいわゆる花形形状とされている。この図４と図５に示す外側継手部材３の他の構成は、図１と図２に示す外側継手部材３と同様であるので、同一部材については図１と図２と同一の符号を付して説明を省略する。

本発明の等速自在継手の外側継手部材では、複数の薄板プレス成形品２５の重ね合せ体２６にて構成されているので、強度的に優れる。しかも、各薄板プレス成形品２５は、プレス成形しやすい薄肉板の使用が可能であり、寸法精度を得易い利点がある。このため、本発明の等速自在継手の外側継手部材では、寸法精度を得易すく、必要な形状（等速自在継手の外側継手部材の形状）の精度を得ることができる。しかも、このように重ね合せ体２６を構成することによって、小型でも高い強度をもった製品（外側継手部材）を提供できる。プレス加工を施せば、重ね合せ体２６全体が加締られた状態となって、薄板プレス成形品同士の密着性が向上して、一層の強度向上を図ることができる。薄板プレス成形品２５が接着一体化や溶接一体化されているものであれば、一体化が安定して耐久性の向上を図ることができる。

この等速自在継手の外側継手部材３はフランジ部１１を有するものであり、このフランジ部１１を、車両または産業機械等の動力出力部に取付けることができる。このため、実施形態のように、フランジ部１１に貫通孔１２が開設されているものであれば、この貫通孔１２をいわゆるボルト孔として使用して、このフランジ部１１を前記動力出力部に固定できる。また、図４に示すように、フランジ部１１を花形形状としたものであれば、前記貫通孔（ボルト孔）１２周辺を残して、強度的に不要な部分を削除することで、軽量化を図ることができる。

ところで、前記重ね合せ体２６の最内径層の薄板プレス成形品２５に浸炭焼入れ材（例えば、ＳＣｒ４２０等）を用いたり、高周波焼入れ材（例えば、Ｓ４８Ｃ等）を用いたりするのが好ましい。このように、最内径層の薄板プレス成形品に焼入れ材等を用いることによって、最内径層に焼き入れ硬化層を形成することができ、最内径層の強度及び耐久性を確保することができ、長期にわたって安定して等速自在継手を構成できる。

実施形態のように、前記フランジ部１１をカップ部１０の開口側に設ければ、最大角は制限されるが、大きな角度を必要としないリア駆動軸やプロペラシャフト用に適した構造となる。このため、この外側継手部材にて等速自在継手を構成すれば、自動車の駆動系またはプロペラシャフトに最適な等速自在継手となる。

また、図６に示すように、前記重ね合せ体２６の最内径層２６ａと最外径層２６ｂの間に、軽量素材２９を介装してもよい。軽量素材２９は、自動車の量産車等に使用される軽量素材であって、アルミニウムやマグネシウムに代表される軽金属類、各種のＦＲＰ(繊維強化プラスチック)やエンジニアリング・プラスチック、高張力鋼などである。軽量素材を使用することによって、強度低下することなく軽量化を図ることができる。なお、アルミニウム等を用いる場合、カーボンナノチューブ添加アルミニウム等を用いるのが好ましい。

このように、軽量素材２９を用いる場合、図７に示すように、重ね合せ体２６の外径側、つまり最外径層２６ｂを軽量素材２９としてもよい。

前記実施形態では、カップ部１０のトラック溝２の溝底が円弧形状部とストレート形状部とを有するものであったが、カップ部１０のトラック溝２の溝底全範囲が円弧形状であるものであってもよい。すなわち、これらの場合は、ボール７を用いた固定式等速自在継手を構成することができる。

また、外側継手部材として、ダブルオフセット型の摺動式等速自在継手に用いるものであってもよい。この場合のカップ部は、その内径面に軸方向に沿ってストレート状に延びるトラック溝が周方向に沿って複数形成されたものである。この場合も、前記実施形態と同様、複数枚（例えば３枚）の薄板プレス成形品の重ね合せ体にて構成することができる。各薄板プレス成形品は、完成品の外側継手部材と同一形状品であって、その肉厚が小であるものである。なお、この薄板プレス成形品も超高強度鋼板等を用いることができる。

外側継手部材として、トリポード型の摺動式等速自在継手に用いるものであってもよい。この場合のカップ部は、内周に軸方向に延びた３本のトラック溝を有するものであって、各トラック溝の向かい合った側壁がローラ案内面となる。なお、トリポード型等速自在継手は、一般的には、このような外側継手部材と、半径方向に突出した三本の脚軸を有するトリポード部材と、トリポード部材の脚軸に回転自在に支持されるローラとを備え、ローラが外側継手部材のトラック溝に転動自在に挿入されてローラ案内面に沿って案内されるものである。

この場合も、外側継手部材は、前記実施形態と同様、複数枚（図例では３枚）の薄板プレス成形品（超高強度鋼板等を用いたもの）の重ね合せ体にて構成することができる。この場合の各薄板プレス成形品も、完成品の外側継手部材と同一形状品であって、その肉厚が小であるものである。

ダブルオフセット型の摺動式等速自在継手の外側継手部材であっても、トリポード型の摺動式等速自在継手の外側継手部材であっても、図２や図４に示す外側継手部材と同様の作用効果を奏することができる。また、これらの外側継手部材であっても、重ね合せ体の最内径層と最外径層の間に、軽量素材を介装しても、重ね合せ体の外径側に軽量素材を配置してもよい。

このように、本発明に係る外側継手部材は種々のタイプの等速自在継手に対応することができ、トルク伝達部材としてボール７を用いる場合においてはボール数も任意に設定でき、設計の自由度が拡がる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、重ね合せ体２６を構成する薄板プレス成形品２５の数の増減は任意である。また、薄板プレス成形品２５の肉厚も任意であり、さらには、使用する複数枚の薄板プレス成形品２５において、すべてが同一の肉厚のものを用いても、すべてが異なる肉厚のものを用いても、任意の数のものが同一の肉厚であるものを用いてもよい。重ね合せ体２６をプレスする場合、密着性を考慮して、内側の薄板プレス成形品２５の外径側の凸部（内径側にトラック溝を形成するための凸部）が、この薄板プレス成形品２５の外側の薄板プレス成形品２５の内径面の凹部（トラック溝を形成するための凹部）に圧入状となるのが好ましい。圧入する場合、圧入後のトラック溝形状及びトラック溝のピッチダイヤ径が規定の値になるように、予め変形量を考慮した形状としておくのが好ましい。

軽量素材２９を用いる場合、一枚に限るものではなく、２枚以上の複数枚であってもよい。このように複数枚の軽量素材２９を用いる場合、その肉厚が同一であっても相違するものであってもよい。また、軽量素材２９の肉厚と薄板プレス成形品２５の肉厚とが同一であっても相違するものであってもよい。浸炭焼入れ材や高周波焼入れ材を用いる場合、最内径層に用いることとし、この最内径層に加えて、最外径層や、最内径層と最外径層との間の中間層にも用いてもよい。

１ 内径面
２ トラック溝
１０ カップ部
１１ フランジ部
１２ 貫通孔
２５ 薄板プレス成形品
２６ 重ね合わせ体
２６ａ 最内径層
２６ｂ 最外径層
２９ 軽量素材

Claims (15)

1. 内径面にトラック溝を形成したカップ部と、カップ部の外径側へ突設されるフランジ部とを備えた等速自在継手の外側継手部材であって、
   カップ部形成部とフランジ部形成部とを備えた薄板プレス成形品を複数枚重ね合わせて重ね合わせ体を構成し、重ね合わされる複数のカップ部形成部にて前記カップ部を形成するとともに、重ね合わされる複数のフランジ部形成部にて前記フランジ部を形成したことを特徴とする等速自在継手の外側継手部材。
2. 前記フランジ部がカップ部の開口側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手の外側継手部材。
3. 前記重ね合せ体にプレス加工が施されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の等速自在継手の外側継手部材。
4. 前記重ね合せ体を構成する薄板プレス成形品が接着一体化されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の等速自在継手の外側継手部材。
5. 前記重ね合せ体を構成する薄板プレス成形品が溶接一体化されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の等速自在継手の外側継手部材。
6. 前記重ね合せ体の最内径層に焼入れ硬化層を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の等速自在継手の外側継手部材。
7. 前記重ね合せ体の最内径層と最外径層の間に、軽量素材を介装したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の等速自在継手の外側継手部材。
8. 前記重ね合せ体の外周を軽量素材にて被覆したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の等速自在継手の外側継手部材。
9. 前記フランジ部に周方向に沿って複数個の貫通孔が開設されていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の等速自在継手の外側継手部材。
10. 周方向に隣合う貫通孔間のフランジ部外径面に切欠部が設けられていることを特徴とする請求項９の等速自在継手の外側継手部材。
11. カップ部のトラック溝の溝底が円弧形状部とストレート形状部とを有することを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の等速自在継手の外側継手部材。
12. カップ部のトラック溝の溝底全範囲がストレート形状であることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の等速自在継手の外側継手部材。
13. 前記請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の等速自在継手の外側継手部材を用いたことを特徴とする等速自在継手。
14. トルク伝達部材としてボールを用い、ボール数を３個以上としたことを特徴とする前記請求項１３に記載の等速自在継手。
15. 自動車の駆動系またはプロペラシャフトに適用したことを特徴とする前記請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の等速自在継手。

Images