JP2006118662A - 自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 十字軸軸部と摺接する部材の摩耗が少なく、従来品より寿命の長い自在継手を提供する。
【解決手段】 軸受カップ２の底部内面２ｙと対向する十字軸軸部１ａの端面１ｙに、クラウニングを施す。この構成により、十字軸１の軸部１ａは、摺接する軸受カップ底部１ｂの内面２ｙの外縁領域に、局部的な高面圧をかけることがなく、従来の自在継手に比べ、この外縁領域の摩耗を低減することができる。また、本発明の自在継手は、軸部端面１ｙに対向する部材の摩耗に起因する不具合が防止されるとともに、その耐久性および寿命が向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車等のプロペラシャフトに用いられる自在継手に関する。

自動車や各種産業機械に使用される自在継手（ユニバーサルジョイント）として、十字軸を用いた十字軸自在継手が使用されている（例えば、特許文献１〜２等を参照。）。

図５は、従来の自在継手の構造例を示す一部断面図である。
この自在継手は、各軸部１ａが四方に突出した十字軸１によって、二又状となった一対のヨーク４，４を相互に連結した構造である。これら各ヨーク４の両外側端部４ｂには、溶接、スプライン等により、トルク伝達部材（プロペラシャフト，トランスミッションのアウトプットシャフト等）がそれぞれ連結されている。

また、これらヨーク４の二又状となった端部４ａ，４ａには、十字軸１の各軸部１ａを支持するための嵌合孔４ｘがそれぞれ形成されており、十字軸１とヨーク４とは、十字軸１の軸部１ａを内輪とし、金属製の軸受カップ２を外輪として、これら内外輪の間に複数の針状ころ３，３，・・・を配置したラジアル軸受を介在させて連結されている。

図６は、この自在継手における軸受部の拡大断面図である。
軸受カップ２は、円筒部２ａと底部２ｂからなる有底円筒体であり、削り出し加工により形成されている。また、ヨーク４の二又状端部４ａに設けられた嵌合孔４ｘの内周面４ｙには、円周溝４ｚが形成されており、この円周溝４ｚの中に配置された止め輪５により、前記軸受カップ２の位置決めと抜け止めがなされている。

軸受カップ２の内周面２ｘと軸部１ａの外周面１ｘとによって形成される環状空間の中には、複数の針状ころ３が配置され、この軸受カップ２の開口部は、複数のリップを備える環状シール部材６により密封されている。また、このシール部材６の外側には、泥水等の浸入を防止するダストシールド７が配置されている。

なお、自在継手の中には、図７にように、軸部１ａのガタ量低減と耐焼付き性の向上のために、十字軸軸部１ａの端面１ｙと軸受カップ底部２ｂの内面２ｙとの間に、輪状のスラストワッシャ８が介在配置されたものもある。

特開２００２−１８１０７０号公報 特開２００３−１２０７１０号公報

ところで、十字軸軸部と摺接するスラストワッシャ端面の外縁領域は、ワッシャ内径部位に比べてすべり速度（周速）が速く、また、十字軸軸部より受ける面圧も、エッジロードによってワッシャ内径部位より高いことが知られており、本来、摩耗が発生し易い場所である。

また、十字軸軸部の回転を支持する軸受部にラジアルすきまがあることから、ヨークに連結されたトルク伝達部材のトルクを負荷した際に、十字軸軸部の回転軸がこのすきま分傾く場合があり、この軸部の端面と摺接する部材の対向面（軸受カップの底部内面あるいはスラストワッシャ端面）の外縁領域の摩耗が、その内径側の部位より進行してしまう可能性があった。

本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、十字軸軸部と摺接する部材の摩耗が少なく、従来品より寿命の長い自在継手を提供することを目的としている。

本発明は、十字軸軸部と摺接する対向面における外縁領域の接触面圧を低減し、エッジロードによる摩擦を緩和することによって、所期の目的を達成しようとするものである。

すなわち、前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ヨークの二又状端部に設けられた嵌合孔に嵌め入れられた有底円筒状の軸受カップと、この軸受カップの内周に配置された転動体あるいは筒状体によって、十字軸の軸部を回転自在に支持する自在継手において、互いに摺接する前記十字軸の軸部端面と前記軸受カップの底部内面のいずれか一方に、クラウニングが施されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、ヨークの二又状端部に設けられた嵌合孔に嵌め入れられた有底円筒状の軸受カップと、この軸受カップの内周に配置された転動体あるいは筒状体によって、十字軸の軸部を回転自在に支持するとともに、前記十字軸の軸部端面と前記軸受カップの底部内面との間に、輪状のスラストワッシャが介在配置されてなる自在継手において、互いに摺接する前記十字軸の軸部端面と前記スラストワッシャの軸部側端面のいずれか一方に、クラウニングが施されていることを特徴とする。

これら請求項１および請求項２に記載の発明によれば、十字軸の軸部端面とこの端面に摺接する対向面のいずれか一方をクラウニング形状に形成することによって、前記対向面の外縁領域が十字軸軸部から受ける局部的な高面圧を緩和することができる。従って、本発明の自在継手は、軸部端面に対向する部材の摩耗に起因する不具合が防止されるとともに、自在継手自身の耐久性および寿命が向上する。

次に、請求項３および請求項４に記載の発明は、十字軸の軸部端面とこの端面に摺接する対向面の両者を、互いに全面で接触する球面とすることにより、これら摺接する領域全体の接触面圧を低減しようとするものである。

すなわち、請求項３に記載の方法は、ヨークの二又状端部に設けられた嵌合孔に嵌め入れられた有底円筒状の軸受カップと、この軸受カップの内周に配置された転動体あるいは筒状体によって、十字軸の軸部を回転自在に支持する自在継手において、前記十字軸の軸部端面が凸球面に形成され、この軸部端面に摺接する前記軸受カップの底部内面が、前記凸球面と対称の凹球面に形成されていることを特徴とする。

同様に、請求項４に記載の発明は、ヨークの二又状端部に設けられた嵌合孔に嵌め入れられた有底円筒状の軸受カップと、この軸受カップの内周に配置された転動体あるいは筒状体によって、十字軸の軸部を回転自在に支持するとともに、前記十字軸の軸部端面と前記軸受カップの底部内面との間に、輪状のスラストワッシャが介在配置されてなる自在継手において、前記十字軸の軸部端面が凸球面に形成され、この軸部端面に摺接する前記スラストワッシャの軸部側端面が、前記凸球面と対称の凹球面に形成されていることを特徴とする。

以上の構成により、これらの自在継手は、従来の自在継手に比べ、十字軸の軸部端面とこの端面に摺接する対向面（軸受カップの底部内面あるいはスラストワッシャの軸部側端面）の間の接触面圧が、これらの摺接する領域全体において低減される。従って、前記請求項１および２に記載の自在継手と同様、軸部端面に対向する部材の摩耗に起因する不具合が防止されるとともに、自在継手自身の耐久性および寿命を向上させることができる。

以上のように、本発明によれば、トルクを負荷した場合でも、十字軸軸部と摺接する軸受カップの底部内面あるいはスラストワッシャ端面の摩耗が抑制され、長期に渡り安定して使用可能な自在継手とすることができる。

以下、図面を参照しつつこの発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態における自在継手の軸受部の構造を示す軸方向断面図であり、図２は、本発明の第２実施形態における自在継手の軸受部の構造を示す軸方向断面図である。なお、従来例と同様の機能を有する構成部材には、同じ符号を付記する。また、これらの実施形態における自在継手全体の構成は、従来例（図５）と同様であるため、その詳細な説明は省略する。

これらの自在継手における十字軸軸部周辺（軸受部）は、基本的に従来と同様の構成であり、十字軸１の軸部１ａと、円筒部２ａと底部２ｂからなる有底円筒状の軸受カップ２と、これら軸受カップ２の内周面２ｘと十字軸軸部１ａの外周面１ｘの間に配置された複数の針状ころ３と、軸受カップ２の開口近傍に配設された環状シール部材６とダストシールド７と、を主体として構成されている。また、軸受カップ２は、自在継手のヨーク４の二又状端部４ａに設けられた嵌合孔４ｘに嵌め入れられ、その内周４ｙに配置された止め輪５により、軸方向の位置決めと抜け止めがなされている。

第１実施形態における自在継手の特徴は、図１に示すように、十字軸端部１ａの端面１ｙにクラウニングが施されている点である。このクラウニングは、軸部外周の面取り部位を除く端面１ｙ全体に施されている。なお、クラウニング加工の加工量（ドロップ量）は、実際には数μｍ〜２０μｍ程度であるが、この図では誇張して描かれている。

以上の構成により、この自在継手は、十字軸軸部１ａと摺接する軸受カップ底部１ｂの内面２ｙの外縁領域に、局部的な高面圧がかかることなく、この外縁領域の摩耗を低減することができる。従って、本実施形態における自在継手は、軸部端面１ｙに対向する部材の摩耗に起因する不具合が防止されるとともに、その耐久性および寿命が向上する。

なお、このクラウニング加工は、十字軸軸部１ａの端面１ｙに摺接する軸受カップ底部１ｂの内面２ｙ側に施しても良いが、この底部内面２ｙには、供給されるグリース等を針状ころ３周辺にまで運ぶ潤滑剤供給溝が形成されている自在継手もあり、その場合は加工が難しい。

また、図２のように、十字軸１の軸部端面１ｙと軸受カップ２の底部内面２ｙとの間に、輪状のスラストワッシャ８が介在配置された自在継手（第２実施形態）の場合は、外周の面取り部位を除く軸部端面１ｙ（図２）あるいはスラストワッシャ８の軸部側端面８ｙのいずれか一方にクラウニングを施せば良い。

次に、本発明の第３および第４実施形態について説明する。
図３は、本発明の第３実施形態における自在継手の軸受部の構造を示す軸方向断面図であり、図４は、本発明の第４実施形態における自在継手の軸受部の構造を示す軸方向断面図である。なお、これら実施形態における自在継手全体の構成も、従来例（図５）と同様である。

この第３実施形態における自在継手が、前記第１実施形態の自在継手と異なる特徴は、十字軸軸部１ａの端面１ｙが凸球面に形成されているとともに、この軸部端面１ｙに対向する軸受カップ底部２ｂの内面２ｙが、前記凸球面と対称になる凹球面に形成されている点である。

以上の構成により、この自在継手は、従来の自在継手に比べ、十字軸１の軸部端面１ｙと軸受カップ底部２ｂの内面２ｙとの間の接触面圧が、これらが摺接する領域全体において低減される。従って、本実施形態における自在継手も、前記請求項１および２に記載の自在継手と同様、軸部端面１ｙに対向する部材の摩耗に起因する不具合が防止されるとともに、自在継手自身の耐久性および寿命を向上させることができる。

なお、図４のように、十字軸１の軸部端面１ｙと軸受カップ２の底部内面２ｙとの間に、輪状のスラストワッシャ８が介在配置された自在継手（第４実施形態）の場合は、十字軸軸部１ａの端面１ｙを凸球面に形成するとともに、この軸部端面１ｙに対向するスラストワッシャ８の軸部側端面８ｙを、前記凸球面と対称になる凹球面に形成すれば良い。この構成により、第３実施形態と同様の効果を奏することができる。

本発明の第１実施形態の自在継手における軸受部の構造を示す軸方向断面図である。 本発明の第２実施形態の自在継手における軸受部の構造を示す軸方向断面図である。 本発明の第３実施形態の自在継手における軸受部の構造を示す軸方向断面図である。 本発明の第４実施形態の自在継手における軸受部の構造を示す軸方向断面図である。 自在継手の構成例を示す一部断面図である。 従来の自在継手における軸受部の構造を示す軸方向断面図である。 スラストワッシャを備える従来の自在継手における軸受部の構造を示す軸方向断面図である。

符号の説明

１ 十字軸
１ａ 軸部
１ｘ 軸部外周面
１ｙ 軸部端面
２ 軸受カップ
２ａ 円筒部
２ｂ 底部
２ｘ 筒状部内周面
２ｙ 底部内面
３ 針状ころ
４ ヨーク
４ａ，４ｂ 端部
４ｘ 嵌合孔
４ｚ 円周溝
５ 止め輪
６ シール部材
７ ダストシールド
８ スラストワッシャ
８ｙ 端面

Claims (4)

1. ヨークの二又状端部に設けられた嵌合孔に嵌め入れられた有底円筒状の軸受カップと、この軸受カップの内周に配置された転動体あるいは筒状体によって、十字軸の軸部を回転自在に支持する自在継手において、
   互いに摺接する前記十字軸の軸部端面と前記軸受カップの底部内面のいずれか一方に、クラウニングが施されていることを特徴とする自在継手。
2. ヨークの二又状端部に設けられた嵌合孔に嵌め入れられた有底円筒状の軸受カップと、この軸受カップの内周に配置された転動体あるいは筒状体によって、十字軸の軸部を回転自在に支持するとともに、前記十字軸の軸部端面と前記軸受カップの底部内面との間に、輪状のスラストワッシャが介在配置されてなる自在継手において、
   互いに摺接する前記十字軸の軸部端面と前記スラストワッシャの軸部側端面のいずれか一方に、クラウニングが施されていることを特徴とする自在継手。
3. ヨークの二又状端部に設けられた嵌合孔に嵌め入れられた有底円筒状の軸受カップと、この軸受カップの内周に配置された転動体あるいは筒状体によって、十字軸の軸部を回転自在に支持する自在継手において、
   前記十字軸の軸部端面が凸球面に形成され、この軸部端面に摺接する前記軸受カップの底部内面が、前記凸球面と対称の凹球面に形成されていることを特徴とする自在継手。
4. ヨークの二又状端部に設けられた嵌合孔に嵌め入れられた有底円筒状の軸受カップと、この軸受カップの内周に配置された転動体あるいは筒状体によって、十字軸の軸部を回転自在に支持するとともに、前記十字軸の軸部端面と前記軸受カップの底部内面との間に、輪状のスラストワッシャが介在配置されてなる自在継手において、
   前記十字軸の軸部端面が凸球面に形成され、この軸部端面に摺接する前記スラストワッシャの軸部側端面が、前記凸球面と対称の凹球面に形成されていることを特徴とする自在継手。
   

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