JP2017020543A - 固定式等速自在継手 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ボールが外側継手部材から脱落することを未然に防止する簡易なストッパ構造を備え、コスト低減を容易に実現する。
【解決手段】 カップ状の外側継手部材10と、その外側継手部材10に収容され、外側継手部材10との間でボール30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20とを備え、その内側継手部材20から延びるシャフト50を有する固定式等速自在継手であって、外側継手部材10に対してシャフト50が最大作動角より大きな作動角をとった時に、ボール30と干渉する大径部51をシャフト50に一体的に設ける。
【選択図】 図2
【解決手段】 カップ状の外側継手部材10と、その外側継手部材10に収容され、外側継手部材10との間でボール30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20とを備え、その内側継手部材20から延びるシャフト50を有する固定式等速自在継手であって、外側継手部材10に対してシャフト50が最大作動角より大きな作動角をとった時に、ボール30と干渉する大径部51をシャフト50に一体的に設ける。
【選択図】 図2
Description
本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達系に使用され、特に自動車リア用ドライブシャフトや自動車用プロペラシャフトに組み込まれる固定式等速自在継手に関する。
自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達する手段として使用される等速自在継手には、固定式等速自在継手と摺動式等速自在継手の二種がある。これら両者の等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結してその二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し得る構造を備えている。
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)に軸方向変位および角度変位の両方を許容する摺動式等速自在継手を、駆動車輪側(アウトボード側)に角度変位のみを許容する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。
前述した固定式等速自在継手は、軸方向変位を許容できないが大きな作動角(最大作動角45°以上)を許容することができる点で、主に自動車フロント用ドライブシャフトの駆動車輪側に適用される。
一方、この固定式等速自在継手は、自動車リア用ドライブシャフトの駆動車輪側や自動車用プロペラシャフトに適用される場合もある。その場合、自動車フロント用のように最大作動角を45°以上とする必要がなく、自動車リア用であれば、最大作動角が30°以下、プロペラシャフト用であれば、最大作動角が10°以下である。
このように、自動車リア用ドライブシャフトでは、最大作動角が30°以下と小さいことから、等速自在継手の軽量化およびコスト低減を目的として、自動車フロント用ドライブシャフトで使用される外側継手部材よりもトラック溝を短くして軸方向寸法を小さくした外側継手部材を使用している。
通常、等速自在継手の組み立て時には、最大作動角以上の角度をとり、ボールの組み込みをする。そのボール組み込み後の等速自在継手の搬送時や車両への組み付け時など、等速自在継手の取り扱い時、外側継手部材、内側継手部材、ケージおよびボールからなる構成部品がフリーな状態となる。このフリーな状態では、構成部品の自重で等速自在継手が最大作動角を超える状態となる場合がある。
このように、等速自在継手が最大作動角より大きな作動角をとる状態になった場合でも、自動車フロント用ドライブシャフトに使用される等速自在継手では、ボールが脱落する角度よりも小さい角度でシャフトが外側継手部材と干渉することで、ボールが外側継手部材のトラック溝から外れて脱落することを防止している。
しかしながら、前述したように、軸方向寸法が小さい外側継手部材を持つ自動車リア用ドライブシャフトに使用される等速自在継手では、最大作動角より大きな作動角をとる状態になった場合、シャフトが外側継手部材と干渉する前にボールが脱落する角度を超える状態となり、ボールが外側継手部材のトラック溝から外れて脱落してしまう。
そこで、等速自在継手の取り扱い時に外側継手部材のトラック溝からボールが外れて脱落することを未然に防止する手段を設けた等速自在継手が種々提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。
ところで、等速自在継手の取り扱い時に外側継手部材のトラック溝からボールが外れて脱落することを未然に防止する手段を設けた特許文献1,2の等速自在継手は、以下のような構造および課題を持つ。
まず、特許文献1で開示された等速自在継手は、内側継手部材から延びるシャフトの外側継手部材の開口部近傍部位に突起を設け、その突起を外側継手部材の開口端部に当接可能としたストッパ構造を具備する。この等速自在継手では、外側継手部材に対してシャフトが最大作動角より大きな作動角をとった時、シャフトの突起が外側継手部材の開口端部と干渉することにより、ボールが外側継手部材のトラック溝から外れて脱落することを未然に防止している。
しかしながら、この特許文献1の等速自在継手の場合、シャフトに突起を形成するため、そのシャフトを切削加工する前の素材径を大きくする必要がある。その結果、突起を形成するためのシャフトの切削加工が必要であり、また、シャフトの素材に大径のものを用意する必要があることから、材料費や切削加工費の面で、等速自在継手のコスト低減を困難なものにしている。
次に、特許文献2で開示された等速自在継手は、内側継手部材とシャフトとの間に、シャフトの内側継手部材に対する軸方向の変位を規制する開口側規制部材を設け、その開口側規制部材をボールに当接可能としたストッパ構造を具備する。この等速自在継手では、外側継手部材に対してシャフトが最大作動角より大きな作動角をとった時、開口側規制部材がボールと干渉することにより、ボールが外側継手部材のトラック溝から外れて脱落することを未然に防止している。
しかしながら、この特許文献2の等速自在継手の場合、ボール落下防止部材を兼ねる開口側規制部材をシャフトに取り付けると共に内側継手部材に当接させた構造となっている。このように、シャフトとは別部材の開口側規制部材を必要とすることから、部品点数が増加し、等速自在継手のコスト低減を困難なものにしている。
そこで、本発明は前述の課題に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、ボールが外側継手部材から脱落することを未然に防止する簡易なストッパ構造を備え、コスト低減を容易に実現し得る等速自在継手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、カップ状の外側継手部材と、その外側継手部材に収容され、外側継手部材との間でボール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、その内側継手部材から延びるシャフトを有する固定式等速自在継手であって、外側継手部材に対してシャフトが最大作動角より大きな作動角をとった時に、ボールと干渉する大径部をシャフトに一体的に設けたことを特徴とする。
本発明では、外側継手部材に対してシャフトが最大作動角より大きな作動角をとった時に、シャフトに一体的に設けられた大径部がボールと干渉する。これにより、等速自在継手の取り扱い時、シャフトの大径部は、ボールが脱落する角度より小さな角度に規制するストッパとしての機能を発揮する。その結果、等速自在継手の取り扱い時にボールが外側継手部材から外れて脱落することを未然に防止できる。
以上のように、シャフトの大径部をボールと干渉させることにより作動角を規制するため、従来のように、外側継手部材との干渉により作動角を規制する場合よりも、シャフトの外径を小さくすることができるので、シャフトの素材径を小さくすることができる。また、ボールと干渉する大径部をシャフトに一体的に設けているため、従来のような別体構造とは異なり、部品点数の削減を図ることができる。
本発明における大径部は、内側継手部材の端面から、ボール直径の1/4以下の軸方向距離を隔ててシャフトに配置されていることが望ましい。このように、内側継手部材の端面から近接する位置に大径部を配置すれば、ボールが脱落する角度より小さな角度で規制するストッパ機能を発揮させる上で、大径部を最適な位置に配置することができる。
本発明におけるシャフトは、30°以下の最大作動角を持つことが望ましい。このようにすれば、30°以下の最大作動角を持つ自動車リア用ドライブシャフトに使用される固定式等速自在継手に適用する上で有効である。また、10°以下の最大作動角を持つ自動車用プロペラシャフトに使用される固定式等速自在継手に適用する上で有効である。
本発明によれば、等速自在継手の取り扱い時、シャフトの大径部は、ボールが脱落する角度より小さな角度に規制するストッパとしての機能を発揮することにより、等速自在継手の取り扱い時にボールが外側継手部材から外れて脱落することを未然に防止できる。このような簡易なストッパ構造により、シャフトの素材径を小さくすることができると共に部品点数の削減を図ることができるので、等速自在継手のコスト低減を容易に図ることができる。
本発明の実施形態を以下に詳述する。以下の実施形態では、例えば、自動車用ドライブシャフトに組み込まれる固定式等速自在継手の一つであるツェッパ型等速自在継手(BJ)を例示するが、他の固定式等速自在継手としてアンダーカットフリー型等速自在継手(UJ)にも適用可能である。
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)に軸方向変位および角度変位の両方を許容する摺動式等速自在継手を、駆動車輪側(アウトボード側)に角度変位のみを許容する固定式等速自在継手をそれぞれ装着し、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。
前述した固定式等速自在継手は、図1に示すように、カップ状の外側継手部材10と、その外側継手部材10に収容された内側継手部材20、複数のボール30およびケージ40とを備え、内側継手部材20から延びて外側継手部材10の開口部から突出するシャフト50を有する。
外側継手部材10は、軸方向に延びる円弧状トラック溝11が球面状内周面12の円周方向等間隔で複数箇所に形成されている。また、外側継手部材10のカップ状底部から軸13が軸方向に延びて一体に形成されている。軸13は図示しない駆動車輪を回転支持する車輪用軸受に連結される。内側継手部材20は、外側継手部材10のトラック溝11と対をなして円弧状トラック溝21が球面状外周面22の円周方向等間隔で複数箇所に形成されている。ボール30は、外側継手部材10のトラック溝11と内側継手部材20のトラック溝21との間に介在してトルクを伝達する。ケージ40は、外側継手部材10の球面状内周面12と内側継手部材20の球面状外周面22との間に介在してボール30を保持する。シャフト50は、内側継手部材20の軸孔に圧入されてスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結され、止め輪60により抜け止めされている。
以上の構成からなる等速自在継手では、シャフト50により外側継手部材10と内側継手部材20との間に作動角が付与されると、ケージ40に保持されたボール30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、外側継手部材10と内側継手部材20との間での等速性が確保される。外側継手部材10と内側継手部材20との間では、前述のようにして等速性が確保された状態で回転トルクがボール30を介して伝達される。
この固定式等速自在継手は、主に自動車フロント用ドライブシャフトに適用されるが、自動車リア用ドライブシャフトに適用される場合もある。自動車リア用ドライブシャフトで使用される等速自在継手の場合、最大作動角が30°以下と小さいことから、自動車フロント用ドライブシャフトで使用される等速自在継手よりもトラック溝11を短くして軸方向寸法を小さくした外側継手部材10を使用している。これにより、等速自在継手の軽量化およびコスト低減を図っている。
また、ボール30の個数を8個とした場合、6個ボールの等速自在継手よりも外側継手部材10のトラック溝11および内側継手部材20のトラック溝21を浅くすることができる。その分、外側継手部材10および内側継手部材20の肉厚も低減することができ、軽量コンパクト化を図る点で有効である。なお、8個ボールは一つの例示であり、6個ボールであってもよく、ボール30の個数については任意である。
ここで、等速自在継手の組み立て時には、最大作動角以上の角度をとり、ケージ40のポケットが外側継手部材10から見える位置にしてボール30の組み込みをしている。そのボール組み込み後の等速自在継手の搬送時や車両への組み付け時など、等速自在継手の取り扱い時、等速自在継手を構成する外側継手部材10、内側継手部材20、ケージ40およびボール30がフリーな状態となる。このフリーな状態では、構成部品の自重で等速自在継手が最大作動角を超える状態となる場合がある。
このように、等速自在継手の取り扱い時、その等速自在継手が最大作動角より大きな作動角をとる状態になった場合でも、ボール30が外側継手部材10のトラック溝11から外れて脱落することを未然に防止する手段として、この実施形態では、以下のようなストッパ構造を採用している。
図1に示す実施形態では、外側継手部材10に対してシャフト50が最大作動角より大きな作動角をとった時に、ボール30と干渉する大径部51をシャフト50に一体的に設けたストッパ構造を具備する。この実施形態では、シャフト50の内側継手部材20と連結される軸端部52を除く部位が大径部51をなし、その大径部51は外径D1を有する。また、この大径部51は、その端部53が、内側継手部材20の端面23から、ボール直径dの1/4以下の軸方向距離Lを隔ててシャフト50に近接配置されている。
この固定式等速自在継手では、図2に示すように、外側継手部材10に対してシャフト50が最大作動角より大きな作動角をとった時に、シャフト50に一体的に設けられた大径部51の端部53がボール30と干渉する。このように、大径部51の端部53がボール30と干渉する場合、内側継手部材20の端面23からボール30の半分程度が食み出す状態となる。
これにより、等速自在継手の搬送時や車両への組み付け時などのように等速自在継手の取り扱い時、シャフト50の大径部51の端部53は、ボール30が脱落する角度より小さな角度に規制するストッパとしての機能を発揮する。その結果、等速自在継手の取り扱い時にボール30が外側継手部材10のトラック溝11から外れて脱落することを未然に防止できる。
以上のように、シャフト50の大径部51をボール30と干渉させることにより作動角を規制するため、従来のように、外側継手部材10との干渉により作動角を規制する場合よりも、シャフト50の大径部51の外径(素材径)D1を小さくすることができるので、シャフト50の素材径を小さくすることができる。また、ボール30と干渉する大径部51をシャフト50に一体的に設けているため、従来のような別体構造とは異なり、部品点数の削減を図ることができる。
また、大径部51の端部53は、内側継手部材20の端面23から、ボール直径dの1/4以下の軸方向距離Lを隔ててシャフト50に配置されていることにより(図1参照)、ボール30が脱落する角度より小さな角度で規制するストッパ機能を発揮させる上で、大径部51を最適な位置に配置することができる。
なお、大径部51の端部53を、内側継手部材20の端面23から、ボール直径dの1/4よりも大きな軸方向距離を隔ててシャフト50に配置すると、ボール30が脱落する角度より小さな角度で大径部51をボール30と干渉させることが困難となる。
さらに、図2に示すように、大径部51の端部53は、ボール中心Oからシャフト50に下した垂線Hを基準0°とし、範囲M内でボール30に当接可能としている。このように、大径部51の端部53が接触するボール30の部位を前述の範囲Mに規定することにより、ボール30が脱落する角度より小さな角度で規制するストッパ機能を発揮させる上で、大径部51をボール30の最適な部位で接触させることができる。ここで、範囲Mは前輪(操舵輪)で使用される最大作動角よりも小さい角度の範囲である。
なお、大径部51の端部53が、範囲Mより大きな範囲でボール30に当接可能とすると、ボール30が脱落する角度より小さな角度に規制することが困難となり、所期のストッパ機能を発揮させることができない。
図1の実施形態では、シャフト50の内側継手部材20と連結される軸端部52を除く部位全体が大径部51をなす構造について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、図3、図4および図6に示す実施形態の構造であってもよい。
なお、図3、図4および図6は、図2に示す状態と同様、外側継手部材10に対してシャフト50が最大作動角より大きな作動角をとった時に、シャフト50に一体的に設けられた大径部54,56,58がボール30と干渉する状態を示す。図3、図4および図6において、図2と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。
図3に示す実施形態では、ボール30と干渉する大径部54をシャフト50の一部に形成している。この大径部54は、軸方向に幅を有することから、その端部55がボール30と当接することになる。このように、大径部54をシャフト50の一部に形成することにより、大径部54以外の部位の外径を小さくすることで、シャフト50の軽量化が図れる。
図4に示す実施形態では、ボール30と干渉する大径部56を突起形状としている。この大径部56は、軸方向に幅を有しない尖端形状としていることから、大径部56全体がボール30と当接することになる。大径部56は、塑性加工により成形することが可能である。
例えば、大径部56の軸方向両側に溝部57を設けた構造とした場合、転造加工により成形することが可能である。その場合、図5(A)に示すようにシャフト50を転造加工することにより大径部56および溝部57を成形する。その後、図5(B)に示すように軸端部52にスプラインおよび止め輪60用の周溝を形成すればよい。
このように、大径部56を塑性加工で成形することにより、素材径はD2となり、塑性加工を用いない場合の素材径(図1および図3の素材径D1)よりも低減することができ(D2<D1)、さらなるコスト低減を図ることができる。
その他の塑性加工として、軸肥大加工を採用することも可能である。図6に示す実施形態では、ボール30と干渉する大径部58を軸肥大加工により成形する。この大径部58は、軸方向に幅を有することから、その端部59がボール30と当接することになる。
この軸肥大加工とは、回転する軸材に軸方向の圧縮応力と回転曲げによる引張・圧縮の繰り返し交番応力を付与することにより、軸の一部に肥大部を形成する逐次的塑性加工法である。
この軸肥大加工を採用することにより、大径部58の盛り上がり量をさらに増大させることができる。その結果、素材径がD3となり、転造加工により成形する場合の素材径(図4の素材径D2)よりも低減することができ(D3<D2)、さらなるコスト低減を図ることができる。
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。
10 外側継手部材
20 内側継手部材
30 ボール
50 シャフト
51,54,56,58 大径部
20 内側継手部材
30 ボール
50 シャフト
51,54,56,58 大径部
Claims (3)
- カップ状の外側継手部材と、前記外側継手部材に収容され、外側継手部材との間でボール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、前記内側継手部材から延びるシャフトを有する固定式等速自在継手であって、
前記外側継手部材に対して前記シャフトが最大作動角より大きな作動角をとった時に、前記ボールと干渉する大径部をシャフトに一体的に設けたことを特徴とする固定式等速自在継手。 - 前記大径部は、内側継手部材の端面から、ボール直径の1/4以下の軸方向距離を隔ててシャフトに配置されている請求項1に記載の固定式等速自在継手。
- 前記シャフトは、30°以下の最大作動角を持つ請求項1又は2に記載の固定式等速自在継手。
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