JP6486694B2 - 等速自在継手 - Google Patents

Description

本発明は、等速自在継手に関し、特に自動車や各種産業機械等に用いられる動力伝達機構である推進軸用等速自在継手に関する。

４ＷＤ車（４輪駆動車）やＦＲ車(後輪駆動車)では、トランスミッションからディファレンシャルに回転駆動力を伝達するプロペラシャフトが使用される。そして、従来には、車両衝突時の安全性向上のために、プロペラシャフトには衝撃力を逃がす為に、衝突時の軸方向変位を吸収するように構成したものがある（特許文献１〜特許文献３）。

特許文献１に記載のものは、図４に示すように、プロペラシャフトであって、駆動シャフトである鋼管シャフト１と、鋼管シャフト１に等速自在継手２を介して連結される従動シャフト３等を備える。

等速自在継手２は、内径面にトラック溝５を有する円筒状の外側継手部材６と、外径面にトラック溝７を有する内側継手部材８と、外側継手部材６のトラック溝５と内側継手部材８のトラック溝７との間に介在してトルクを伝達する複数のボール９と、外側継手部材６の内径面と内側継手部材８の外径面との間に介在してボール９を保持する保持器１０とを備える。

内側継手部材８には鋼管シャフト１の端部が嵌入される。この場合、シャフト１の端部には雄セレーション部１６が形成されるとともに、内側継手部材８の内径面には雌セレーション部１７が形成され、この雄セレーション部１６と雌セレーション部１７とが嵌合している。また、内側継手部材８よりもパイプ材１１側へ突出したシャフト突出部に止め輪１４が装着され、シャフト１の抜け止めが施されている。

外側継手部材６は、その反シャフト側の開口部が隣設するパイプ材１１に連結され、この開口部側には、シールプレート１２が嵌着されている。すなわち、外側継手部材６の反シャフト側の開口部側に環状の段差部１３が設けられ、この段差部１３にシールプレート１２が圧入固定される。また、外側継手部材６のシャフト側開口部は、ゴムブーツ１５を有する密封装置Ｓにて塞がれている。

車両の衝撃時等において、トランスミッション側から軸方向に沿って衝突荷重Ｚが作用した場合、その反作用で従動シャフト３に反対の反力Ｗが作用する。これによって、パイプ材(コンパニオンフランジ)１１に対して、等速自在継手の内部品（内側継手部材８とボール９と保持器１０等からなるユニット体）がパイプ材１１側へスライドし、図５に示すように、ゴムブーツ１５が破断されて、内部品にてシールプレート１２がパイプ材１１側へ押圧されて、シールプレート１２が段差部１３から外れる。これによって、衝撃が一旦吸収される。そして、図６に示すように、等速自在継手の内部品のさらなるパイプ材１１側への移動が許容され、衝撃を吸収することができる。

特許文献２では、シールプレートが、芯金とゴムとを一体化したものである。衝撃時に、シールプレートは、芯金がリム部のゴムと切り離され、継手内部部品（内側継手部材と保持器とボール等で構成される部品）とともに、コンパニオンフランジの内部への侵入を許容するものである。

特許文献３では、シールプレートが、芯金とゴムとを一体化したものであり、芯金の中央部に貫通穴が設けられたものである。衝撃時に、シャフトがこのゴムを突き破って、芯金の貫通穴を介してコンパニオンフランジの内部への侵入を許容するものである。

すなわち、従来においては、車両衝突時においてこのプロペラシャフトが突っ張ることにより、車両に大きな衝撃力が生じたり、パイプ部分が“くの字”に座屈して、車室内に入り込むなどの安全上の問題が考えられる。そこで、この衝突時に発生する軸方向変位を吸収する為に、等速ジョイントの内部部材がコンパニオンフランジの中空部やパイプ部に進入する機構が提案されていた。

特開２００３−１４６０９８号公報 特開平１１−２２７４７８号公報 特開平１１−２２７４７９号公報

前記特許文献１〜特許文献３に記載の従来の技術では、摺動機構を持つ等速自在継手にグリース保持機能を持つシールプレートを圧入するものである。そして、衝撃荷重が生じた際には、そのシールプレートが抜けたり、シールプレートのゴム部材をシャフトが突き破ったりすることによって等速自在継手の内部部材（継手内部部品）やシャフトがコンパニオンフランジの内部に進入し、軸方向変位を吸収する。また、従来においては、通常走行時や取扱い時に発生するような軸方向荷重を受ける為に、カップ底部に止め輪を装着することになる。

前記のような従来での製造上の工程は以下のようになり、コスト高となっている。すなわち、外側継手部材の加工工程は、熱間鍛造→旋削→トラック部のブローチ加工→熱処理となる。さらには、シールプレートや止め輪等の部品を必要として、そのための調達コストがかかり、しかも、外側継手部材へのシールプレート圧入作業及び止め輪装着作業を必要として組立作業性に劣ることになる。

そこで、本発明は、衝撃荷重が生じた際には軸方向変位を吸収することができ、しかも組み立て工数の減少を図ることができて組立作業性に優れる等速自在継手を提供する。

本発明の等速自在継手は、外側継手部材と、この外側継手部材内に収容される継手内部部品とを備え、継手内部部品にシャフトが嵌入された等速自在継手であって、外側継手部材の反シャフト嵌入側の開口部を塞ぎ、非平常状態での衝撃が付与されない平常状態では、継手内部部品の反シャフト嵌入側への移動を規制するカップ底を、外側継手部材の反シャフト嵌入側に形成するとともに、カップ底は、継手内部部品の反シャフト嵌入側へ移動する非平常状態での衝撃にて切断される切断部位を有し、外側継手部材とは別部材であるシールプレートを不要としたものである。

本発明の等速自在継手によれば、車両衝突時等にシャフトに衝撃力が加わった場合、継手内部部品の反シャフト嵌入側への移動によって、カップ底が、切断部位にて切断されて、継手内部部品とともに反シャフト嵌入側へ移動することが可能となる。また、非平常状態での衝撃が付与されない平常状態では、継手内部部品の反シャフト嵌入側への移動を規制する。しかも、カップ底にて、反シャフト嵌入側の開口部を塞ぐものであるので、このカップ底が従来のシールプレートの機能を発揮する。また、このカップ底は、シールプレートのような圧入作業で装着する必要がない。さらには、平常状態において、継手内部部品の反シャフト嵌入側への移動が規制されるので、この移動を規制する止め輪等を必要としない。

外側継手部材の反シャフト嵌入側には鋼管シャフトが連結され、切断部位を、継手内部部品の最大外径よりも外径側に設け、非平常状態での衝撃付与時には、切断部位を介して切断されたカップ底および継手内部部品がこの鋼管シャフト内部への侵入を許容するものが好ましい。

切断部位を、継手内部部品の最大外径よりも外径側に設けることによって、非平常状態での衝撃付与時、カップ底が切断された際に、カップ底および継手内部部品が他の部位に接触乃至衝突することなく、鋼管シャフト内部へ侵入することができる。

外側継手部材の内径面に冷間鍛造にて仕上げられてなるトラック溝が形成されているのが好ましい。また、カップ底の切断部位は削り加工にて仕上げられていたり、熱処理範囲の調整にて形成されていたりするのが好ましい。

本発明では、車両衝突時等にシャフトに衝撃力が加わった場合、継手内部部品が反シャフト嵌入側へ移動することが可能となって、衝撃荷重が生じた際には軸方向変位を吸収することができる。しかも、従来において必要としていたシールプレートや止め輪を必要としていないので、部品点数の減少を図ることができる。このため、低コスト化を図るとともに、シールプレートの圧入作業や止め輪の装着作業を省略でき、組み立て作業性の向上を図ることができる。

切断部位を、継手内部部品の最大外径よりも外径側に設けることによって、カップ底および継手内部部品が他の部位に接触乃至衝突することなく、鋼管シャフト内部へ侵入することができ、衝撃吸収機能が安定する。

外側継手部材の内径面のトラック溝が形成されているものでは、熱間鍛造後に行っていたトラック溝のブローチ加工が不要になり、生産性の向上を図ることができる。また、カップ底の切断部位が削り加工にて仕上げられるものであれば、切断部位の切断強度の設定が容易であり、使用部位に応じた設定が可能であり設計性に優れる。さらに、熱処理範囲の調整にて形成されるものでは、加工性と切断部位の切断強度の両者を調節することができる。例えば、未熱処理部を広げることにより、加工性を確保できる。

本発明の等速自在継手の断面図である。 前記図１の等速自在継手の外側継手部材の断面図である。 前記図１の等速自在継手に対して衝撃荷重が付与された状態の断面図である。 従来の等速自在継手の断面図である。 前記図４に示す等速自在継手に対して衝撃荷重が付与されて継手内部部品とシールリングが圧接カール部を潜り抜けた状態の断面図である。 前記図４に示す等速自在継手に対して衝撃荷重が付与されて、継手内部部品とシールリングとが鋼管シャフト内に侵入した状態の断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。

等速自在継手は、内側継手部材５１、外側継手部材５２、ボール５３およびケージ５４を主要な構成要素としている。すなわち、この実施形態の等速自在継手は、トルク伝達にボール５３を用いる摺動式等速自在継手（ダブルオフセット型）である。

内側継手部材５１は、その外周面（凸球状外周面）に複数のトラック溝５６が形成されている。この内側継手部材５１の中心孔にシャフト５８を挿入してスプライン嵌合（セレーション部結合）させている。すなわち、内側継手部材５１の内径面に雌セレーション部５５を形成するとともに、シャフト５８の端部に雄セレーション部６０が形成され、シャフト５８の端部が内側継手部材５１の中心孔に嵌入された際に、シャフト５８の端部の雄セレーション部６０と内側継手部材５１の雌セレーション部５５とが嵌合（セレーション部結合）される。

シャフト５８の雄セレーション部６０の端部には周方向凹溝４８が形成され、この周方向凹溝４８に止め輪４９が嵌着されている。このため、シャフト５８の内側継手部材５１に対する矢印Ｂ方向の抜けを規制している。また、内側継手部材５１の雌セレーション部５５の端部(後述するカップ底６３と反対側の端部)と、これに対応する雄セレーション部６０の端部とが嵌合し、シャフト５８の内側継手部材５１に対する矢印Ａ方向の抜けを規制している。

外側継手部材５２は、その内周面（円筒状内周面）に内側継手部材５１のトラック溝５６と同数のトラック溝５７が形成されている。外側継手部材５２のトラック溝５７と内側継手部材５１のトラック溝５６との間にトルクを伝達する複数のボール５３が組み込まれている。内側継手部材５１と外側継手部材５２との間にケージ５４が配置され、ボール５３は、ケージ５４のポケット５９内に保持されている。内側継手部材５１とケージ５４とボール５３とで、外側継手部材５２に収納される継手内部部品１００を構成する。また、外側継手部材５２には鋼管シャフト４０が連設される。

外側継手部材５２は、図２に示すように、内周面（円筒状内周面）にトラック溝５７が形成された本体筒部６１と、この本体筒部６１の鋼管シャフト側に配設される大径連結用リング部６２と、本体筒部６１と大径連結用リング部６２との間に配設されるカップ底６３とを備える。このカップ底６３は反シャフト嵌入側（鋼管シャフト側）の開口部を塞ぐものである。

本体筒部６１のカップ底６３側においては、カップ底６３に向って拡径するテーパ状凹部６１ａ及び短円筒面部６１ｂが設けられている。また、カップ底６３は円盤体からなり、その外径部に鋼管シャフト側の周方向切欠部６５が形成される。周方向切欠部６５としては、内径側から外径側に向って継手内部側（シャフト嵌入側）へ傾斜するテーパ面６６と、外径側の円筒面６７とを有する断面直角三角形状部である。このため、周方向切欠部６５と短円筒面部６１ｂとの間に薄肉の連結部が形成され、この連結部がカップ底６３の切断部位６８を構成することになる。

また、外側継手部材５２のシャフト嵌入側の開口部５２ａ側の内径面には、継手内部部品１００のこの開口部５２ａからの抜けを防止する止め輪６９が装着される。すなわち、外側継手部材５２の開口部内径面に周方向溝７０を形成し、この周方向溝７０に止め輪６９が嵌合している。なお、外側継手部材５２の内径面及びトラック溝５７には、図２に示すように、例えば、高周波焼入れ等の熱硬化処理による熱硬化部Ｈが形成されている。

この外側継手部材５２の開口部５２ａは、ブーツ７１とブーツアダプタ７２とからなる密封装置７３にて塞がれている。すなわち、ブーツアダプタ７２は、その大径部７２ａが外側継手部材５２のシャフト突出側の開口部５２ａに外嵌固着され、ブーツ７１は、その小径部７１ｂがシャフト５８のブーツ取付部５８ｂにブーツバンド７４を介して装着されている。また、ブーツ７１の大径部７１ａがブーツアダプタ７２の開口端部７２ｂに加締固定されている。なお、外側継手部材５２の開口部５２ａ側の外径面には、周方向凹溝７５が形成され、この凹溝７５にブーツアダプタ７２の大径部７２ａの端部縮径部７６が嵌入している。さらに、凹溝７５と開口端面５２ｃとの間には、シール部材７７が装着されている。

ところで、外側継手部材５２には鋼管シャフト４０が連結されるが、この場合、鋼管シャフト４０の筒部４０ａが外側継手部材５２の大径連結用リング部６２に接合される。この接合は、摩擦接合が用いられている。摩擦接合は、接合する部材(金属やセラミックス)を高速回転ですり合わせ、その時に生じる摩擦熱によって部材を溶融または軟化させた後、圧力を加えて接合する技術である。このため、接合部８０において、内径側カール部８０ａと外径側カール部８０ｂとが形成される。

外側継手部材５２の大径連結用リング部６２と筒部４０ａとは、外側継手部材５２の本体筒部６１よりも大径とされ、前記内径側カール部８０ａは、カップ底６３の切断部位６８、及び継手内部部品１００の最大外径よりも外径側に配置されている。また、カップ底６３の切断部位６８は、内部部品１００の最大外径よりも外径側にある。

ところで、旋削加工にて、テーパ状凹部６１ａ及び周方向切欠部６５を構成することによって、切断部位６８を形成することができる。このため、この外側継手部材５２は、冷間鍛造、旋削、及び熱処理加工のみで成形することができる。

このように構成された等速自在継手では、図１に示す状態から、外側継手部材５２に対して、継手内部部品１００は矢印Ａ方向にスライドすることができ、通常の使用状態において、このスライドによって、継手内部部品１００のカップ底６３側に端縁（シャフト５８の端面５８ａまたはケージ５４の端面５４ａ）が当接しても、このカップ底６３をこの継手内部部品１００の矢印Ａ方向への移動を規制することができる。すなわち、通常の使用状態において、負荷される外力では、継手内部部品１００にてカップ底６３を矢印Ａ方向へ押されても、カップ底６３の切断部位６８が切断されない強度に設定されている。

しかしながら、車両衝突時等にシャフト５８に衝撃力が加わった場合、継手内部部品１００が矢印Ａ方向に、つまり反シャフト嵌入側へ移動した際には、図３に示すように、ブーツ７１が破断するとともに、カップ底６３の切断部位６８が切断され、この継手内部部品１００と外側継手部材５２から分離したカップ底６３とが、鋼管シャフト４０の筒部４０ａに侵入することになる。

このため、衝撃荷重が生じた際には軸方向変位を吸収することができる。この場合、内径側カール部８０ａは、カップ底６３の切断部位６８及び継手内部部品１００の最大外径よりも外径側に配置されているので、継手内部部品１００及びカップ底６３の鋼管シャフト４０の筒部４０ａの侵入時に、継手内部部品１００やカップ底６３が内径側カール部８０ａに接触したり、衝突したりすることがなく、この吸収機能が安定する。

本発明では、車両衝突時等にシャフト５８に衝撃力が加わった場合、継手内部部品１００が反シャフト嵌入側へ移動することが可能となって、衝撃荷重が生じた際には軸方向変位を吸収することができる。しかも、従来において必要としていたシールプレートや止め輪を必要としないので、部品展点数の減少を図ることができ、低コスト化を図るとともに、シールプレートの圧入作業や止め輪の装着作業を省略でき、組み立て作業性の向上を図ることができる。

切断部位６８を、継手内部部品１００の最大外径よりも外径側に設けることによって、カップ底６３および継手内部部品１００が他の部位に接触乃至衝突することなく、鋼管シャフト４０内部へ侵入することができ、衝撃吸収機能が安定する。

外側継手部材５２の内径面のトラック溝５７が冷間鍛造にて形成されているものでは、熱間鍛造後に行っていたトラック溝５７のブローチ加工が不要になり、生産性の向上を図ることができる。また、カップ底６３の切断部位６８が削り加工にて仕上げられるものであれば、切断部位６８の切断強度の設定が容易であり、使用部位に応じた設定が可能であり設計性に優れる。

熱処理範囲の調整をすることによって、加工性と切断部位６８の切断強度の両者を調節することができる。例えば、未熱処理部を広げることにより、加工性を確保できる。

ところで、等速自在継手として前記実施形態では、ダブルオフセット型（ＤＯＪ）を示したが、トリポート型（ＴＪ）、クロスグルーブ型（ＬＪ）等の摺動式であっても、バーフィールド型（ＢＪ）、アンダーカットフリー型（ＵＪ）等の固定式であってもよい。

ここで、トリポート型（ＴＪ）とは、円周方向に向き合ったローラ案内面を有する３つのトラック溝が形成された外側継手部材と、半径方向に突出した３本の脚軸を有するトリポード部材と、前記脚軸にころを介して回転可能に外嵌されたローラとを備えた摺動式の等速自在継手である。

クロスグルーブ型（ＬＪ）とは、内輪のトラックと外輪のトラックが軸線に対して反対方向に角度をなしているものであって、対をなす内輪のトラックと外輪のトラックとの交叉部にボールが組み込まれている。

バーフィールド型（ＢＪ）は、トラック溝の溝底が円弧部のみで構成された固定式の等速自在継手である。また、アンダーカットフリー型（ＵＪ）は、トラック溝の溝底が円弧部とストレート部で構成された固定式の等速自在継手である。

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、切断部位６８を形成するために、外側継手部材５２の本体筒部６１側のテーパ状凹部６１ａの傾斜角度θ、周方向切欠部６５の傾斜角度θ１、および切断部位６８の肉厚寸法等は、外側継手部材５２、ひいてはカップ底６３の材質、設定される衝撃時の外力負荷力等に応じて種々変更することができる。

切断部位６８を形成するために周方向切欠部６５は、前記実施形態では、断面直角三角形状部にて構成されていたが、断面三角形状に限るものではなく、二等辺三角形状、正三角形状、円弧形状、楕円形状、矩形状等であってもよい。また、周方向切欠部６５は、鋼管シャフト側に設けていたが、逆に継手側（反鋼管シャフト側）にこのような周方向切欠部（周方向溝）を形成してもよい。さらには、周方向切欠部を、鋼管シャフト側と反鋼管シャフト側とに設けてもよい。

４０ 鋼管シャフト
５１ 内側継手部材
５２ 外側継手部材
５８ シャフト
６３ カップ底
６８ 切断部位
１００ 継手内部部品

Claims (5)

1. 外側継手部材と、この外側継手部材内に収容される継手内部部品とを備え、継手内部部品にシャフトが嵌入された等速自在継手であって、
   外側継手部材の反シャフト嵌入側の開口部を塞ぎ、非平常状態での衝撃が付与されない平常状態では、継手内部部品の反シャフト嵌入側への移動を規制するカップ底を、外側継手部材の反シャフト嵌入側に形成するとともに、カップ底は、継手内部部品の反シャフト嵌入側へ移動する非平常状態での衝撃にて切断される切断部位を有し、外側継手部材とは別部材であるシールプレートを不要としたことを特徴とする等速自在継手。
2. 外側継手部材の反シャフト嵌入側には鋼管シャフトが連結され、切断部位を、継手内部部品の最大外径よりも外径側に設け、非平常状態での衝撃付与時には、切断部位を介して切断されたカップ底および継手内部部品がこの鋼管シャフト内部への侵入を許容することを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
3. 外側継手部材の内径面に冷間鍛造にて仕上げられてなるトラック溝が形成されてい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。
4. カップ底の切断部位は削り加工にて仕上げられてなることを特徴とする請求項１〜請求項３に記載の等速自在継手。
5. カップ底の切断部位は、熱処理範囲の調整にて形成されてなることを特徴とする請求項１〜請求項３に記載の等速自在継手。

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