JP2019060468A - 等速自在継手 - Google Patents

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Abstract

【課題】 筒状部材の形状簡素化を図り、環状部材を止め輪なしで固定し得る脱着機構を備える。【解決手段】 外側継手部材12と、外側継手部材12との間でボール14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13とを備え、内側継手部材13に動力伝達軸25をトルク伝達可能に結合させ、内側継手部材13と動力伝達軸25との間に、内側継手部材13に対して動力伝達軸25を着脱する脱着機構33を設け、脱着機構33は、動力伝達軸25に外挿された筒状部材34と、筒状部材34に径方向移動可能に収容された球体35と、筒状部材34の外周に軸方向移動可能に配置された環状部材36とを備え、環状部材36の内側継手部材側端部に係止爪42を設けると共に、内側継手部材13の環状部材側端部に係止溝43を設け、環状部材36の係止爪42を内側継手部材13の係止溝43に嵌合させる。【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使用され、特に、自動車用プロペラシャフトに組み込まれる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。
自動車に組み込まれるプロペラシャフトは、トランスミッションとディファレンシャルとの相対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、プロペラシャフトは、一般的に、トランスミッション側に角度変位のみを許容する固定式等速自在継手を、ディファレンシャル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それぞれ装備し、両者の等速自在継手をプロペラ軸で連結した構造を具備する。
固定式等速自在継手は、外側継手部材、内側継手部材、複数のボールおよびケージを備えている。内側継手部材の軸孔には、トランスミッションから延びる出力軸である動力伝達軸がスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結されている。この動力伝達軸は、止め輪により内側継手部材に対して抜け止めされている。
ここで、プロペラシャフトの部品交換や保守点検のためには、トランスミッションの動力伝達軸に対して等速自在継手を着脱可能とする必要がある。
本出願人は、このプロペラシャフトにおける動力伝達軸と等速自在継手との連結構造として、例えば、特許文献1で開示したような脱着機構を具備した等速自在継手を先に提案している。
特許文献1の脱着機構は、動力伝達軸に外挿された筒状部材と、その筒状部材に内装された縮径可能な止め輪と、その止め輪の径方向外側に径方向移動可能に配置された押し込み部材と、筒状部材の外周面に軸方向移動可能に配置された環状部材とを備えている。
この脱着機構では、環状部材の軸方向移動により筒状部材の外周面から露呈する押し込み部材を径方向移動させることにより、動力伝達軸に対して止め輪を着脱可能とすることで、内側継手部材と動力伝達軸とを確実に固定し、かつ、容易に分離する。
特開2017−137944号公報
ところで、特許文献1で開示された脱着機構では、内側継手部材に係止溝を設けると共に筒状部材に係止爪を設け、筒状部材の係止爪を内側継手部材の係止溝に嵌合させることにより、内側継手部材と筒状部材とを連結した構造を具備する。
このように、止め輪および押し込み部材が内装され、動力伝達軸と環状部材との間に配置された筒状部材に係止爪を設けた構造を採用した場合、その筒状部材の形状が複雑となる懸念がある。
そのため、複雑な形状を有する筒状部材を金属で製作する場合、加工コストが高くなる。一方、複雑な形状を有する筒状部材を樹脂で製作する場合、動力伝達軸の抜け耐力を確保するための設計が難しい。
また、特許文献1で開示された脱着機構では、筒状部材の外周面に軸方向移動可能に配置された環状部材を動力伝達軸に対して固定するため、動力伝達軸に環状の凹溝を形成し、その凹溝に止め輪を嵌合させるようにしている。
このような環状部材の固定構造を採用した場合、動力伝達軸に対する凹溝の形成や、環状部材を位置規制するための止め輪を必要とすることから、加工コストの高騰および部品点数の増加を招くおそれがある。
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、筒状部材の形状簡素化を図り、環状部材を止め輪なしで固定し得る脱着機構を備え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、その内側継手部材に動力伝達軸をトルク伝達可能に結合させ、内側継手部材と動力伝達軸との間に、内側継手部材に対して動力伝達軸を着脱する脱着機構を設けた構造を具備する。
本発明における脱着機構は、動力伝達軸に外挿された筒状部材と、その筒状部材に径方向移動可能に収容された固定部材と、筒状部材の外周に軸方向移動可能に配置された環状部材とを具備する。
この脱着機構では、環状部材の軸方向移動により筒状部材内の固定部材を径方向移動させることで、動力伝達軸に対して固定部材を着脱可能とする。この固定部材の着脱により、動力伝達軸と内側継手部材との固定および分離が行われる。
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、環状部材の内側継手部材側端部に係止爪を設けると共に、内側継手部材の環状部材側端部に係止溝を設け、環状部材の係止爪を内側継手部材の係止溝に嵌合させたことを特徴とする。
本発明では、環状部材の内側継手部材側端部に係止爪を設けると共に、内側継手部材の環状部材側端部に係止溝を設けたことにより、動力伝達軸と内側継手部材との固定時、環状部材の係止爪を内側継手部材の係止溝に嵌合させることでもって環状部材を軸方向で固定する。
これにより、固定部材が径方向移動可能に収容され、動力伝達軸と環状部材との間に配置された筒状部材の形状簡素化が図れる。また、動力伝達軸に凹溝を形成してその凹溝に止め輪を嵌合させた環状部材の固定構造が不要となるので、環状部材を止め輪なしで固定することができる。
本発明において、内側継手部材の環状部材側端部に、環状部材の係止爪を拡径させながら係止溝に導入するための傾斜部を設けた構造が望ましい。
このような構造を採用すれば、動力伝達軸と内側継手部材との固定時、環状部材の係止爪を傾斜部に沿って拡径させながら最終的に内側継手部材の係止溝に嵌合させることで、環状部材を内側継手部材に確実かつ容易に固定することができる。
本発明において、内側継手部材の環状部材側端部に、環状部材の係止爪を係止溝から離脱させるためのスリット部を設けた構造が望ましい。
このような構造を採用すれば、動力伝達軸と内側継手部材との分離時、環状部材の係止爪をスリット部を介して内側継手部材の係止溝から離脱させることで、環状部材を内側継手部材から容易に分離することができる。
本発明によれば、内側継手部材に対して動力伝達軸を着脱する脱着機構を、筒状部材、固定部材および環状部材で構成したことにより、簡素な構造でもって内側継手部材と動力伝達軸を確実に固定し、かつ、容易に分離することができる。その結果、脱着機構における設計の自由度を向上させることができる。
また、環状部材の係止爪を内側継手部材の係止溝に嵌合させることにより、筒状部材の形状簡素化が図れる。その結果、筒状部材の製作が容易となってコスト低減が図れ、動力伝達軸の抜け耐力を確保するための設計も容易となる。
さらに、動力伝達軸に凹溝を形成してその凹溝に止め輪を嵌合させた環状部材の固定構造が不要となるので、環状部材を止め輪なしで簡素な構造により固定することができ、コスト低減および部品点数の削減が容易となり、組立性の向上が図れる。
本発明の実施形態で、等速自在継手の全体構成を示す断面図である。 図1の動力伝達軸、環状部材および内側継手部材を示す斜視図である。 内側継手部材に動力伝達軸を挿入する前の状態を示す正面図である。 図3のA−A線に沿う断面図である。 環状部材の係止爪を内側継手部材の係止溝に嵌合させる前の状態を示す正面図である。 図5のB−B線に沿う断面図である。 環状部材の係止爪を内側継手部材の係止溝に嵌合させた後の状態を示す正面図である。 図7のC−C線に沿う断面図である。 環状部材の係止爪を内側継手部材のスリット部に配置した状態を示す正面図である。 図9のD−D線に沿う断面図である。 環状部材の係止爪を内側継手部材のスリット部から引き抜いた状態を示す正面図である。 図11のE−E線に沿う断面図である。
本発明に係る等速自在継手の実施形態を図面に基づいて以下に詳述する。
以下の実施形態では、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。
また、摺動式等速自在継手としてのダブルオフセット型等速自在継手(DOJ)、クロスグルーブ型等速自在継手(LJ)やトリポード型等速自在継手(TJ)などにも適用可能である。
4WD車やFR車などの自動車に組み込まれるプロペラシャフトは、トランスミッションとディファレンシャルとの相対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、プロペラシャフトは、一般的に、トランスミッション側に角度変位のみを許容する固定式等速自在継手を、ディファレンシャル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それぞれ装備し、両者の等速自在継手を鋼製のプロペラ軸で連結した構造を具備する。
この実施形態の固定式等速自在継手11(以下、単に等速自在継手と称す)は、図1に示すように、外側継手部材12と、内側継手部材13と、トルク伝達部材である複数のボール14と、ケージ15とで主要部が構成されている。
外側継手部材12は、軸方向に延びる円弧状トラック溝16が球面状内周面17の円周方向複数箇所に等間隔で形成されている。この外側継手部材12の一方の開口端部18には、パイプ状のプロペラ軸19が摩擦溶接などによりトルク伝達可能に同軸的に結合されている。また、この開口端部18には、外側継手部材12の内部にグリース等の潤滑剤を封入するため、シールプレート20が圧入嵌合により取り付けられている。
内側継手部材13は、外側継手部材12のトラック溝16と対をなして軸方向に延びる円弧状トラック溝21が球面状外周面22の円周方向複数箇所に等間隔で形成されている。この内側継手部材13の軸孔23には、トランスミッション24から延びる出力軸である動力伝達軸25がスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結されている。この動力伝達軸25は、脱着機構33により内側継手部材13に対して着脱可能となっている。
ボール14は、外側継手部材12のトラック溝16と内側継手部材13のトラック溝21との間に介在する。このボール14は、外側継手部材12と内側継手部材13との間で回転トルクを伝達する。ボール14は、6個、8個あるいはそれ以外であってもよく、その個数は任意である。
ケージ15は、外側継手部材12の内周面17と内側継手部材13の外周面22との間に介在する。このケージ15は、ボール14を保持する複数のポケット26が円周方向複数箇所に等間隔で形成されている。
この等速自在継手11では、プロペラ軸19により外側継手部材12と内側継手部材13との間に作動角が付与されると、ケージ15に保持されたボール14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る。
その結果、外側継手部材12と内側継手部材13との間での等速性が確保される。外側継手部材12と内側継手部材13との間では、等速性が確保された状態で回転トルクがボール14を介して伝達される。
この等速自在継手11は、外側継手部材12の内部に封入された潤滑剤の漏洩を防ぐと共に外部からの異物侵入を防止するため、外側継手部材12と動力伝達軸25との間にシール機構27を装着した構造を具備する。
外側継手部材12の内部空間に潤滑剤を封入することにより、外側継手部材12に対して動力伝達軸25が作動角をとりながら回転する作動時において、継手内部の摺動部位での潤滑性を確保するようにしている。
この等速自在継手11は、プロペラシャフトに組み込まれることから、高回転で作動角が小さい。このことから、前述のシール機構27は、ゴム製のブーツ28と金属環29および脱着機構33の環状部材36とで構成されている。
ブーツ28は、小径端部30と大径端部31を有して中間でU字状に折り返した形状をなす。金属環29は、一端部が外側継手部材12の開口端部32の外周面に圧入嵌合により固定され、他端部がブーツ28の大径端部31に加締めにより固定されている。
ブーツ28の小径端部30は、脱着機構33の環状部材37に加硫接着により一体的に固定されている。この環状部材36は、シール機構27の一部を構成すると共に脱着機構33の一部を構成する。
等速自在継手11が組み付けられたプロペラシャフトの部品交換や保守点検のためには、トランスミッション24の動力伝達軸25に対して等速自在継手11を着脱する脱着機構33が必要である。この実施形態の等速自在継手11は、以下のような構造の脱着機構33を具備する。
この実施形態の脱着機構33は、図1に示すように、等速自在継手11の内側継手部材13とトランスミッション24の動力伝達軸25との間に設けられ、筒状部材34と、固定部材である複数個の球体35と、環状部材36とで主要部が構成されている。
このように、筒状部材34、球体35および環状部材36からなる簡素な構造でもって、内側継手部材13と動力伝達軸25を確実に固定し、かつ、容易に分離することができる。その結果、脱着機構33における設計の自由度を向上させることができる。
筒状部材34は、動力伝達軸25に外挿されている。この筒状部材34は、金属製あるいは樹脂製のいずれであってもよい。筒状部材34は、単純な円筒形状であるため、金属製の場合、その加工コストの低減が図れ、樹脂製の場合、動力伝達軸25の抜け耐力を確保するための設計が容易である。
筒状部材34は、動力伝達軸25に外挿された状態で、内側継手部材13のトランスミッション側の端面48と動力伝達軸25の大径部37の段差面38とで挟み込まれてその軸方向位置が規制されている。
筒状部材34の円周方向複数箇所に、筒状部材34の内外周に開口する貫通孔39を形成し、この貫通孔39に球体35を径方向移動可能に収容している。この球体35の径方向移動により、球体35を貫通孔39の内周側開口部に対して突出退入自在としている。
一方、動力伝達軸25のスプライン嵌合部40と大径部37との間の外周面に、筒状部材34の貫通孔39の軸方向位置と一致させて環状の凹溝41を形成し、この凹溝41に球体35が嵌まり込むことで筒状部材34を動力伝達軸25に係止させている。
なお、筒状部材34の貫通孔39に収容された球体35の個数は、筒状部材34を動力伝達軸25に係止させる上で必要とする固定力により適宜設定すればよい。
このように、球体35を筒状部材34の貫通孔39に収容することで、動力伝達軸25と内側継手部材13との固定時、球体35の径方向内側への移動により、球体35で動力伝達軸25を拘束する。また、動力伝達軸25と内側継手部材13との分離時、球体35の径方向外側への移動により、球体35による動力伝達軸25の拘束を解除する。
環状部材36により球体35の径方向外側への移動が拘束された状態では、球体35が筒状部材34の内周面から突出する。この状態で、球体35が動力伝達軸25の凹溝41に嵌まり込むことで筒状部材34を動力伝達軸25に係止させている。環状部材36による球体35の径方向外側への移動の拘束状態が解除された場合には、球体35が筒状部材34の内周面から突出しない。
環状部材36は、動力伝達軸25の大径部37および筒状部材34の外周面に軸方向移動可能に配置されている。この環状部材36の外周面には、前述したように、ブーツ28の小径端部30が加硫接着により一体的に固定されている。
環状部材36の内側継手部材側端部に係止爪42を設けると共に、内側継手部材13の環状部材側端部に係止溝43を設け、環状部材36の係止爪42を内側継手部材13の係止溝43に嵌合させることにより、環状部材36と内側継手部材13とを連結している。
環状部材36は、円筒形状部と円弧形状部とからなっており、円筒形状部が動力伝達軸25の大径部37および筒状部材34の外周面を軸方向移動する部分であり、円弧形状部はその先端が内側継手部材13の係止溝43に嵌合する係止爪42である。
このように、環状部材36の係止爪42を内側継手部材13の係止溝43に嵌合させることにより、動力伝達軸25に凹溝を形成してその凹溝に止め輪を嵌合させた従来構造が不要となる。その結果、環状部材36を止め輪なしで簡素な構造により固定することができ、コスト低減および部品点数の削減が容易となり、組立性の向上が図れる。
係止爪42は、図2に示すように、環状部材36の内側継手部材側端部の円周方向複数箇所に延設され、その先端部を径方向内側に屈曲させることにより、内側継手部材13の係止溝43に嵌入するようにしている。円周方向で隣接する係止爪42間には、切り欠き状の開口部44が設けられている。
この環状部材36の係止爪42と筒状部材34の球体35とは同数であり、環状部材36の係止爪42を内側継手部材13の係止溝43に嵌合させた状態では、その係止爪42と球体35との円周方向位相は一致している。
一方、図3に示すように、内側継手部材13の環状部材側端部には突部45が一体的に設けられている。この突部45の根元部位に前述の係止溝43が環状に形成されている。
この突部45には、その円周方向に沿って環状部材36の係止爪42と同数の傾斜部46が設けられている。この傾斜部46は、環状部材36の係止爪42を拡径させながら係止溝43に導入するため、トランスミッション側からプロペラ軸側に向けて拡径するように形成されている(図1参照)。
また、円周方向で隣接する傾斜部46間には、その円周方向に沿って環状部材36の係止爪42と同数のスリット部47が設けられている。このスリット部47は、環状部材36の係止爪42を係止溝43から離脱させるため、傾斜部46よりも小径となるように凹段状に形成されている(図8および図10参照)。
図1に示すように、動力伝達軸25の大径部37の外周面に環状の凹溝49を形成し、その凹溝49にOリング50を嵌合させている。このOリング50を介して、動力伝達軸25の大径部37の外周面に環状部材36の円筒形状部を外嵌させている。
この環状部材36は、動力伝達軸25と内側継手部材13とを固定および分離する脱着機構33による着脱機能だけでなく、Oリング50と共に、継手内部に封入された潤滑剤の漏洩を防止すると共に継手外部からの異物侵入を防止するシール機構27によるシール機能を発揮する。
以上のような構成、つまり、筒状部材34、球体35および環状部材36からなる脱着機構33により、図3〜図12に示す以下の要領でもって、動力伝達軸25と内側継手部材13との固定および分離が行われる。
なお、図3〜図12では、等速自在継手11の内側継手部材13のみを表し、ボール14やケージ15を含む他の構成部品を図示省略している。また、脱着機構33の環状部材36では、ブーツ28の小径端部30(図1参照)を図示省略している。
動力伝達軸25と内側継手部材13との固定は、以下のようにして行われる。
まず、図3および図4に示すように、動力伝達軸25の大径部37とスプライン嵌合部40との間の外周面に筒状部材34を外挿する。この筒状部材34の貫通孔39に球体35を収容し、その状態で動力伝達軸25の大径部37および筒状部材34の外周面に環状部材36を外挿する。
この時、環状部材36の係止爪42と筒状部材34の貫通孔39にある球体35との円周方向位相は一致している。この状態で、球体35は、環状部材36の係止爪42の内側に配され、環状部材36により径方向外側への移動が拘束されていない状態にある。つまり、球体35が筒状部材34の内周面から突出していない。
次に、図5および図6に示すように、内側継手部材13の軸孔23に動力伝達軸25のスプライン嵌合部40を挿入し、内側継手部材13と動力伝達軸25とをトルク伝達可能に連結する。この時、筒状部材34は、動力伝達軸25の大径部37の段差面38と内側継手部材13の突部45の端面48とで挟み込まれてその軸方向位置が規制される。
この状態から、図7および図8に示すように、環状部材36を内側継手部材13側に摺動させる(図中の白抜き矢印参照)。この環状部材36の軸方向移動により、環状部材36の係止爪42を内側継手部材13の突部45の傾斜部46に沿って弾性変形により拡径させながら最終的に係止溝43に導入する。環状部材36の係止爪42は、弾性復元力により内側継手部材13の係止溝43に嵌合する。
環状部材36の係止爪42が内側継手部材13の係止溝43に嵌合すると、環状部材36により球体35の径方向外側への移動が拘束された状態となる。このように、球体35が筒状部材34の貫通孔39内で径方向内側へ移動することにより、筒状部材34の内周面から突出して動力伝達軸25の凹溝41に嵌合する。
その結果、環状部材36により筒状部材34の球体35が動力伝達軸25の凹溝41に係止される。つまり、球体35により、動力伝達軸25と内側継手部材13とが筒状部材34を介して固定される。
一方、動力伝達軸25と内側継手部材13との分離は、以下のようにして行われる。
まず、図9および図10に示すように、内側継手部材13に対して環状部材36を円周方向に回転させる(図中の白抜き矢印参照)。この回転により、環状部材36の係止爪42を内側継手部材13の突部45のスリット部47に位置させる。
この環状部材36の回転により、環状部材36が軸方向移動可能となる。この状態で、図11および図12に示すように、環状部材36をトランスミッション側(図示左側)に摺動させる(図中の白抜き矢印参照)。
この環状部材36の軸方向移動でもって、環状部材36により径方向外側への移動が拘束されていた球体35が、環状部材36の係止爪42間に位置する開口部44により開放される。つまり、球体35は、環状部材36の開口部44により径方向外側への移動が拘束されない状態となる。
このようにして、筒状部材34の球体35が動力伝達軸25の凹溝41に係止された状態が解除される。この状態から、動力伝達軸25のスプライン嵌合部40を内側継手部材13の軸孔23から引き抜くことにより、動力伝達軸25と内側継手部材13とが分離される。
なお、筒状部材34の貫通孔39の外周側開口部を縮径させ、球体35の外径よりも若干小さい内径とした構造を採用すれば、図11および図12に示す状態の時、球体35が筒状部材34の貫通孔39から外側へ脱落することを防止できる。
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 等速自在継手
12 外側継手部材
13 内側継手部材
14 トルク伝達部材(ボール)
25 動力伝達軸
33 脱着機構
34 筒状部材
35 固定部材(球体)
36 環状部材
42 係止爪
43 係止溝
46 傾斜部
47 スリット部

Claims (3)

  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、前記内側継手部材に動力伝達軸をトルク伝達可能に結合させ、内側継手部材と前記動力伝達軸との間に、内側継手部材に対して動力伝達軸を着脱する脱着機構を設けた等速自在継手であって、
    前記脱着機構は、前記動力伝達軸に外挿された筒状部材と、前記筒状部材に径方向移動可能に収容された固定部材と、前記筒状部材の外周に軸方向移動可能に配置された環状部材とを備え、
    前記環状部材の内側継手部材側端部に係止爪を設けると共に、前記内側継手部材の環状部材側端部に係止溝を設け、環状部材の前記係止爪を内側継手部材の前記係止溝に嵌合させたことを特徴とする等速自在継手。
  2. 前記内側継手部材の環状部材側端部に、前記環状部材の係止爪を拡径させながら係止溝に導入するための傾斜部を設けた請求項1に記載の等速自在継手。
  3. 前記内側継手部材の環状部材側端部に、前記環状部材の係止爪を係止溝から離脱させるためのスリット部を設けた請求項1又は2に記載の等速自在継手。
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