JP2016133127A - 等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 フェールセーフ機構として十分な機能を発揮し、製品のコスト低減を図る。【解決手段】 外側継手部材１１と、その外側継手部材１１との間でボール１３を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材１２とを備え、外周面に軸方向に延びる複数の凸部２０が形成されたシャフト１９を内側継手部材１２の軸孔２１に圧入し、その軸孔２１の内周面に凸部２０の形状を転写することにより凹部２２を形成し、凸部２０と凹部２２との嵌合接触部位全域Ｍが密着するトルク伝達可能な凹凸嵌合部２３を具備した等速自在継手であって、シャフト１９の圧入時に内側継手部材１２の軸孔２１に対してシャフト１９を調芯する鍔部２７をシャフト１９の先端に設け、軸孔２１の内周面よりも小さい内径を有する段差部２８を軸孔２１の端部の内周面に形成し、鍔部２７を段差部２８に圧入して内側継手部材１２の端面２９で係止させる。【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車、航空機、船舶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等に組み込まれて駆動側と従動側の二軸間で角度変位を許容する等速自在継手に関する。

例えば、自動車のエンジンから駆動車輪に動力を伝達するドライブシャフトは、エンジンと車輪との相対的位置関係の変化による角度変位と軸方向変位に対応する必要がある。そのため、ドライブシャフトは、一般的に、エンジン側（インボード側）に摺動式等速自在継手を、駆動車輪側（アウトボード側）に固定式等速自在継手をそれぞれ装備し、両者の等速自在継手をシャフトで連結した構造を具備する。

本出願人は、外側継手部材、内側継手部材、ボールおよびケージで主要部を構成する固定式等速自在継手として、内側継手部材とシャフトとをトルク伝達可能に結合する凹凸嵌合構造、および内側継手部材に対するシャフトの抜け止め構造を具備した等速自在継手を先に提案している（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１で開示された凹凸嵌合構造では、シャフトの外周面に軸方向に延びる複数の凸部（スプライン）を周方向に沿って形成し、そのシャフトを内側継手部材の軸孔に圧入している。この圧入でもって、内側継手部材の軸孔の内周面に凸部の形状を転写することにより凹部を形成している。このようにして、凸部と凹部との嵌合接触部位全域が密着するトルク伝達可能な凹凸嵌合構造を形成している。

このような凹凸嵌合構造により、内側継手部材とシャフトとの連結部位でガタが発生し難く、異音の発生を抑制することができ、内側継手部材とシャフトとの連結部位の強度が向上するようにしている。

一方、特許文献１で開示されたシャフトの抜け止め構造では、シャフトの外周面に形成された凸部の軸方向の一部に、軸方向に沿う凹凸部を鋸歯状に形成している。シャフトを内側継手部材の軸孔に圧入するに際して、その内側継手部材の軸孔の内周面に凸部の形状を転写することにより凹部を形成し、凸部と凹部との嵌合接触部位全域が密着する凹凸嵌合構造を形成している。

この凹凸嵌合構造の形成時、鋸歯状の凹凸部が、内側継手部材の軸孔の内周面に形成された凹部に食い込むことになる。このようにして、内側継手部材に対するシャフトの抜け止め構造を形成している。

特開２００８−１７５２７７号公報

ところで、特許文献１で開示されたシャフトの抜け止め構造では、前述したように、シャフトの凸部の軸方向の一部に形成された鋸歯状の凹凸部が、内側継手部材の軸孔の内周面に形成された凹部に食い込むようにしている。

この凹凸部の食い込み量は、シャフトの圧入開始時、内側継手部材の内周面が弾性変形で拡径し、シャフトの圧入終了時に元に戻ろうとした時の収縮量と、シャフトの圧入時、シャフトの凹凸部が内側継手部材の凹部の内周面に食い込むと同時に再度拡径する拡径量との差分に相当する。

そのため、大きな食い込み量を期待することが困難である。このように、凹凸部の食い込み量が少ないと、内側継手部材に対するシャフトの抜け耐力が低くなり、フェールセーフ機構として十分な機能を発揮させ難くなるおそれがある。また、シャフトの凸部の軸方向の一部に鋸歯状の凹凸部を形成するのに加工費が嵩み、製品のコストアップを招くおそれがある。

そこで、本発明は前述の改善点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、フェールセーフ機構として十分な機能を発揮し、製品のコスト低減を図り得るシャフトの抜け止め構造を具備した等速自在継手を提供することにある。

本発明に係る等速自在継手は、外側継手部材と、その外側継手部材との間でトルク伝達部材を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材とを備え、外周面に軸方向に延びる複数の凸部が形成されたシャフトを内側継手部材の軸孔に圧入し、その軸孔の内周面に凸部の形状を転写することにより凹部を形成し、凸部と凹部との嵌合接触部位全域が密着するトルク伝達可能な凹凸嵌合部を具備する。

この凹凸嵌合部では、シャフトを内側継手部材の軸孔に圧入するに際して、シャフトの凸部により内側継手部材の軸孔の内周面を極僅かに切削加工し、凸部による軸孔の内周面の極僅かな塑性変形や弾性変形を付随的に伴いながら、その軸孔の内周面に凸部の形状が転写された凹部が形成されることになる。

この時、凸部が軸孔内周面に食い込んでいくことによって軸孔の内周面が僅かに拡径した状態となって、凸部の軸方向の相対的移動が許容される。この凸部の軸方向相対移動が停止すれば、軸孔の内周面が元の径に戻ろうとして縮径することになる。これによって、凸部と凹部との嵌合接触部位全域で密着した凹凸嵌合部が形成される。

その結果、内側継手部材とシャフトとの嵌合部分でガタが生じる隙間が形成されないので、安定したトルク伝達が可能であり、耳障りな歯打ち音などの異音を長期に亘り防止できる。また、嵌合接触部位全域で密着していることから、内側継手部材とシャフトとのトルク伝達部位の強度が向上する。

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、シャフトの圧入時に内側継手部材の軸孔に対してシャフトを調芯する鍔部をシャフトの先端に設け、内側継手部材の軸孔の内周面よりも小さい内径を有する段差部を軸孔の端部の内周面に形成し、鍔部を段差部に圧入して段差部の端面で係止させたことを特徴とする。なお、段差部の端面と内側継手部材の端面が面一である場合には、鍔部を内側継手部材の端面で係止させることになる。

本発明では、シャフトの先端に設けられた鍔部は、シャフトの圧入時、内側継手部材の軸孔の内周面にガイドされ、内側継手部材の軸孔に対してシャフトを調芯する機能を発揮する。この鍔部は、芯出し機能に加えて、シャフトの抜け止め機能も発揮する。

つまり、本発明では、内側継手部材の軸孔の内周面よりも小さい内径を有する段差部を軸孔の端部の内周面に形成したことにより、シャフトの圧入時、鍔部は、軸孔の段差部の塑性変形や弾性変形を伴いながら圧入される。この時、鍔部が段差部の内周面に食い込んでいくことによってその段差部の内周面が拡径した状態となって、鍔部の軸方向の相対的移動が許容される。

そして、シャフトの圧入終了時、鍔部が段差部から外れて段差部の端面から突出すると、段差部の内周面がスプリングバックにより元の径に戻ろうとして縮径する。これによって、鍔部が段差部の端面に係止され、鍔部は、シャフトを内側継手部材に対して抜け止めする機能を発揮する。

本発明において、シャフトの鍔部の先端に、その先端に向けて縮径するテーパ部を設けることが望ましい。このようにすれば、シャフトの圧入時、内側継手部材の軸孔の内周面に鍔部がガイドされ易くなり、内側継手部材の軸孔に対してシャフトを調芯する鍔部の芯出し機能を確実に発揮させることができる。

本発明において、シャフトの鍔部に熱硬化処理を施すことが望ましい。このようにすれば、鍔部の外周面に硬化層を形成することで、鍔部が変形し難くなることから、シャフトの圧入時、軸孔の段差部の塑性変形や弾性変形を伴う鍔部の圧入が容易となる。

本発明において、シャフトの圧入時に凸部形状の転写によって生じる食み出し部を収容するポケット部を、シャフトの凸部と鍔部との間に設けることが望ましい。このようにすれば、食み出し部をポケット部に保持することができ、その食み出し部が装置外の車両内などへ入り込んだりすることを阻止できる。また、食み出し部の除去処理が不要となり、作業工数の削減を図ることができ、作業性の向上およびコスト低減を図ることができる。

本発明において、内側継手部材の軸孔の開口部位にチャンファを設けると共に、シャフトの凸部の基端側に肩部を設け、シャフトの圧入終了時、シャフトの肩部を内側継手部材のチャンファに当接させることが望ましい。このようにすれば、内側継手部材に対するシャフトの軸方向位置決めが可能となり、シャフトの圧入長さを容易に管理することができる。

本発明では、内側継手部材の軸孔の内周面よりも小さい内径を有する段差部を軸孔の端部の内周面に形成し、鍔部を段差部に圧入して段差部の端面で係止させたことにより、内側継手部材に対するシャフトの抜け耐力を向上させることができ、フェールセーフ機構として十分な機能を発揮させることが容易となる。また、従来のような鋸歯状の凹凸部をシャフトに形成する必要がなく、単純な段差部を形成するだけで済む。そのため、加工費の削減が容易となり、製品のコスト低減が図れる。その結果、信頼性の高い安価な等速自在継手を提供できる。

本発明の実施形態で、ツェッパ型の固定式等速自在継手の全体構成を示す断面図である。 図１の内側継手部材およびシャフトを示す断面図である。 図２のＡ部を示す部分拡大断面図である。 内側継手部材の軸孔にシャフトを圧入する前の状態を示す断面図である。 内側継手部材の軸孔に対するシャフトの圧入を開始する状態を示す断面図である。 内側継手部材の軸孔に対するシャフトの圧入途中の状態を示す断面図である。 内側継手部材の軸孔に対するシャフトの圧入を終了した状態を示す断面図である。 図６のＢ部を示す部分拡大断面図である。 図７のＣ部を示す部分拡大断面図である。 図７のＤ部を示す部分拡大断面図である。

本発明に係る等速自在継手の実施形態を以下に詳述する。以下の実施形態では、固定式等速自在継手の一種であるツェッパ型等速自在継手（ＢＪ）を例示する。

なお、本発明は、ツェッパ型等速自在継手以外の他の固定式等速自在継手であるアンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）や、摺動式等速自在継手であるダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）、トリポード型等速自在継手（ＴＪ）、クロスグルーブ型等速自在継手（ＬＪ）にも適用可能である。

等速自在継手は、図１に示すように、外側継手部材１１、内側継手部材１２、トルク伝達部材としてのボール１３およびケージ１４で主要部が構成されている。

外側継手部材１１は、一端が開口したカップ状をなし、軸方向に延びるトラック溝１５が球状内周面１６の複数箇所に円周方向等間隔で形成されている。内側継手部材１２は、軸方向に延びるトラック溝１７が外側継手部材１１のトラック溝１５と対をなして球状外周面１８の複数箇所に円周方向等間隔で形成されている。ボール１３は、外側継手部材１１のトラック溝１５と内側継手部材１２のトラック溝１７との間に配されている。ケージ１４は、外側継手部材１１の球状内周面１６と内側継手部材１２の球状外周面１８との間に介在してボール１３を保持している。

自動車のドライブシャフトを構成する等速自在継手においては、以下のような内側継手部材１２とシャフト１９とのトルク伝達可能な結合構造を具備する。

シャフト１９の外周面に軸方向に延びる複数の凸部２０（スプライン）を周方向に沿って形成し、そのシャフト１９を内側継手部材１２の軸孔２１に圧入する。この圧入でもって、図２および図３に示すように、内側継手部材１２の軸孔２１の内周面に凸部２０の形状を転写することにより凹部２２を形成する。

このようにして、凸部２０と凹部２２との嵌合接触部位全域Ｍ（図３参照）が密着するトルク伝達可能な凹凸嵌合部２３を形成する。なお、シャフト１９の凸部２０（スプライン）のモジュールを、０．３５〜０．７程度の小さい歯としている。ここで、モジュールとは、ピッチ円直径を歯数で除算したものである。

内側継手部材１２は、トラック溝１７を熱硬化処理して硬化層３３（図２のクロスハッチング部分）を形成すると共に軸孔２１を未硬化としている。このようなヒートパターンを得るには、内側継手部材１２を高周波焼入れすることが好ましい。その場合、０．４〜０．５５Ｃ程度の炭素鋼を使用すればよい。なお、肌焼鋼を浸炭焼入れする場合には、軸孔２１が硬くなり過ぎないように、防炭処理を施すか、あるいは焼入れ後に軸孔周辺部位だけ焼戻しすればよい。

一方、シャフト１９は、０．３〜０．５５Ｃ程度の炭素鋼を高周波焼入れしたもの、あるいは、肌焼鋼を浸炭焼入れしたものを使用する。この熱硬化処理により、シャフト１９の外周面に硬化層２４（図２および図３のクロスハッチング部分）が形成されている。これにより、未硬化の軸孔２１に、硬化層２４が形成されたシャフト１９を圧入することが容易となる。

具体的には、シャフト１９を内側継手部材１２の軸孔２１に圧入するに際して、シャフト１９の凸部２０により内側継手部材１２の軸孔２１の内周面を極僅かに切削加工し、凸部２０による軸孔２１の内周面の極僅かな塑性変形や弾性変形を付随的に伴いながら、その軸孔２１の内周面に凸部２０の形状が転写された凹部２２が形成される。その結果、シャフト１９と内側継手部材１２との間に、凸部２０と凹部２２との嵌合接触部位全域Ｍで密着する凹凸嵌合部２３が形成される。

この時、凸部２０が軸孔２１の内周面に食い込んでいくことによって軸孔２１の内周面が僅かに拡径した状態となって、凸部２０の軸方向の相対的移動が許容される。この凸部２０の軸方向相対移動が停止すれば、軸孔２１の内周面が元の径に戻ろうとして縮径することになる。これによって、凸部２０と凹部２２との嵌合接触部位全域Ｍで密着した凹凸嵌合部２３が形成される。

その結果、内側継手部材１２とシャフト１９との嵌合部分でガタが生じる隙間が形成されないので、安定したトルク伝達が可能であり、耳障りな歯打ち音などの異音を長期に亘り防止できる。また、嵌合接触部位全域Ｍで密着していることから、内側継手部材１２とシャフト１９とのトルク伝達部位の強度が向上する。

図４〜図７は、内側継手部材１２の軸孔２１に対するシャフト１９の凸部２０の圧入を説明するもので、図４は圧入前、図５は圧入開始時、図６は圧入途中、図７は圧入終了時の各状態を示す。

この等速自在継手では、前述した凹凸嵌合部２３の形成時、圧入による凸部形状の転写によって生じる食み出し部２５を収容する凹状のポケット部２６を、シャフト１９の凸部２０の先端側に周方向に沿って設けている。

このように、シャフト１９の凸部２０の先端側にポケット部２６を設けたことにより、食み出し部２５をポケット部２６に保持することができ（図６および図７参照）、その食み出し部２５が装置外の車両内などへ入り込んだりすることを阻止できる。また、食み出し部２５の除去処理が不要となり、作業工数の削減を図ることができ、作業性の向上およびコスト低減を図ることができる。

また、内側継手部材１２の軸孔２１に対してシャフト１９を調芯する円柱形状の鍔部２７を、ポケット部２６の先端側に設けている。この調芯時、鍔部２７の外周面と軸孔２１の内周面との間の隙間は、０．０１〜０．２ｍｍとすることが好ましい。

このように、ポケット部２６の先端側に鍔部２７を設けたことにより、シャフト１９の凸部２０の圧入前（図４参照）、鍔部２７は、内側継手部材１２の軸孔２１の内周面にガイドされ、内側継手部材１２の軸孔２１に対してシャフト１９を調芯する機能を発揮する。なお、シャフト１９の凸部２０の圧入開始時（図５参照）および圧入途中（図６参照）においても、シャフト１９の鍔部２７は軸孔２１の内周面にガイドされている。

この鍔部２７は、内側継手部材１２の軸孔２１に対してシャフト１９を調芯する芯出し機能に加えて、シャフト１９の抜け止め機能も発揮する。つまり、そのシャフト１９の抜け止め構造は、内側継手部材１２の軸孔２１の内周面よりも小さい内径を有する段差部２８を軸孔２１の端部の内周面に形成し、鍔部２７を段差部２８に圧入して内側継手部材１２の端面２９で係止させた構成をなす。

この抜け止め構造では、内側継手部材１２の軸孔２１の内周面よりも小さい内径を有する段差部２８を軸孔２１の端部の内周面に形成したことにより、シャフト１９の圧入途中（図６参照）、鍔部２７が段差部２８に達した時点（図８参照）から、鍔部２７は、軸孔２１の段差部２８の塑性変形や弾性変形を伴いながら圧入される。この時、鍔部２７が段差部２８の内周面に食い込んでいくことによってその段差部２８の内周面が拡径した状態となって、鍔部２７の軸方向の相対的移動が許容される。

凹凸嵌合部２３の形成が完了する直前に、この鍔部２７が段差部２８から外れて内側継手部材１２の端面２９から突出すると、段差部２８がシャフト１９のポケット部２６に嵌まり、段差部２８の内周面がスプリングバックにより元の径に戻ろうとして縮径する。これにより、シャフト１９のポケット部２６は段差部２８と食み出し部２５の両者を保持することになる。このシャフト１９の圧入終了時（図７参照）、鍔部２７が内側継手部材１２の端面２９に係止され（図９参照）、鍔部２７は、シャフト１９を内側継手部材１２に対して抜け止めする機能を発揮する。

このように、鍔部２７を段差部２８に圧入して内側継手部材１２の端面２９で係止させた抜け止め構造において、内側継手部材１２の端面２９に対する鍔部２７の引掛り代は、塑性変形や弾性変形を伴う段差部２８のスプリングバック量となる。そのため、鍔部２７の引掛り代は、従来のような鋸歯状の凹凸部の食い込み量よりも大きくなる。その結果、内側継手部材１２に対するシャフト１９の抜け耐力を向上させることができ、フェールセーフ機構として十分な機能を発揮させることが容易となる。なお、この実施形態では、内側継手部材１２の端面２９に鍔部２７を係止させた例を示したが、段差部２８の端面と内側継手部材１２の端面２９が面一でない場合、つまり、段差部２８の端面が内側継手部材１２の端面２９よりも凹んでいる場合、あるいは突出している場合でもよく、その場合は、鍔部２７は段差部２８の端面に係止してもよい。

なお、鍔部２７の引掛り代は、段差部２８のスプリングバック量で決まることから、必要な抜け耐力に応じて設定することができる。また、凸部２０と凹部２２との嵌合接触部位全域Ｍで密着する凹凸嵌合部２３での摩擦力でも十分な抜け耐力があるが、主に、ドライブシャフトの取り扱い時などで予期せぬ衝撃抜け荷重が入力された場合であっても、前述した抜け止め構造により、内側継手部材１２からシャフト１９が抜けることを確実に防止することができる。

また、従来のような鋸歯状の凹凸部をシャフトに形成する必要がなく、単純な段差部２８を形成するだけで済む。そのため、加工費の削減が容易となり、製品のコスト低減が図れる。さらに、内側継手部材１２の軸孔２１の内周面はスプラインがない円筒面であるため、内側継手部材１２とシャフト１９の組み立て時にスプラインの位相合わせが不要となり、ドライブシャフトの組み立ての自動化が容易となる。

このシャフト１９の鍔部２７の先端には、その先端に向けて縮径するテーパ部３０を設けている。これにより、シャフト１９の凸部２０の圧入前（図４参照）、内側継手部材１２の軸孔２１の内周面に鍔部２７がガイドされ易くなり、鍔部２７の芯出し機能を確実に発揮させることができる。また、図８に示すように、鍔部２７が段差部２８の内周面を拡径する際も、鍔部２７の先端にテーパ部３０を設けているので段差部２８の内周面の拡径が容易にできる。

また、前述したように、このシャフト１９の鍔部２７には熱硬化処理が施されている。このような熱硬化処理、つまり、鍔部２７の外周面に硬化層２４（図２参照）を形成することで、鍔部２７が変形し難くなる。このことから、シャフト１９の圧入時、未硬化の軸孔２１の段差部２８の塑性変形や弾性変形を伴う鍔部２７の圧入が容易となる。

さらに、内側継手部材１２の軸孔２１の開口部位にチャンファ３１を設けると共に、シャフト１９の凸部２０の基端側に肩部３２を設けている。そして、シャフト１９の圧入終了時（図７参照）、シャフト１９の肩部３２を内側継手部材１２のチャンファ３１に当接させている（図１０参照）。これにより、内側継手部材１２に対するシャフト１９の軸方向位置決めが可能となり、シャフト１９の圧入長さを容易に管理することができ、その圧入長さのバラツキを抑制することができる。

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、さらに種々なる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。

１１ 外側継手部材
１２ 内側継手部材
１３ トルク伝達部材（ボール）
１９ シャフト
２０ 凸部
２１ 軸孔
２２ 凹部
２３ 凹凸嵌合部
２５ 食み出し部
２６ ポケット部
２７ 鍔部
２８ 段差部
２９ 内側継手部材の端面
３０ テーパ部
３１ チャンファ
３２ 肩部

Claims (6)

1. 外側継手部材と、前記外側継手部材との間でトルク伝達部材を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する内側継手部材とを備え、外周面に軸方向に延びる複数の凸部が形成されたシャフトを前記内側継手部材の軸孔に圧入し、その軸孔の内周面に凸部の形状を転写することにより凹部を形成し、凸部と凹部との嵌合接触部位全域が密着するトルク伝達可能な凹凸嵌合部を具備する等速自在継手であって、
   前記シャフトの圧入時に前記内側継手部材の軸孔に対してシャフトを調芯する鍔部をシャフトの先端に設け、前記軸孔の内周面よりも小さい内径を有する段差部を軸孔の端部の内周面に形成し、前記鍔部を段差部に圧入して前記段差部の端面で係止させたことを特徴とする等速自在継手。
2. 前記シャフトの鍔部の先端に、その先端に向けて縮径するテーパ部を設けた請求項１に記載の等速自在継手。
3. 前記シャフトの鍔部に熱硬化処理を施した請求項１又は２に記載の等速自在継手。
4. 前記シャフトの圧入時に凸部形状の転写によって生じる食み出し部を収容するポケット部を、前記シャフトの凸部と鍔部との間に設けた請求項１〜３のいずれか一項に記載の等速自在継手。
5. 前記内側継手部材の軸孔の開口部位にチャンファを設けると共に、前記シャフトの凸部の基端側に肩部を設け、シャフトの圧入終了時、シャフトの肩部を内側継手部材のチャンファに当接させた請求項１〜４のいずれか一項に記載の等速自在継手。
6. 前記段差部の端面と前記内側継手部材の端面が面一であって、前記鍔部を内側継手部材の端面で係止させた請求項１〜５のいずれか一項に記載の等速自在継手。

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