JP2007024088A - 等速自在継手のシャフト嵌合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 内方継手部材やシャフトおよび止め輪の種類を増やすことなく、一度組み付けると分解不可能となる仕様と、組み付けた後も分解可能な仕様の、両仕様を成立させ得る等速自在継手の内方継手部材とシャフトとの嵌合構造を提供する。
【解決手段】 等速自在継手の内方継手部材とシャフトとの嵌合構造は、リング状の止め輪溝13を有するシャフト６と、シャフト６と嵌合するための貫通孔９を有する等速自在継手の内方継手部材３と、止め輪溝13内に配置した弾性的に拡径・縮径が可能な止め輪14とからなり、シャフト６に引抜き方向の力が加わったとき、内方継手部材３の貫通孔９に形成した当接部10ａと止め輪溝13との間に止め輪14が介在するようにしたものであって、前記止め輪14が、前記当接部10ａと接触したときに止め輪14を縮径させるに足る分力を発生させない側面と、前記当接部10ａと接触したときに線接触して止め輪14を縮径させるに足る分力を発生させる側面とを有する。
【選択図】 図１

Description

この発明は等速自在継手とそれに結合するシャフトとの嵌合構造に関する。

自動車の駆動軸、推進軸等に使用されている等速自在継手において、ブーツ交換時等の整備工数簡素化を目的として、等速自在継手の内方継手部材と、その内方継手部材と結合するシャフトとの、分解可能な嵌合構造が従来から採用されている。

特許文献１および２に記載のものは、シャフトの端部に形成した溝に止め輪を装着し、止め輪の弾性拡開により内方継手部材に形成した当接面と係合させる。そして、シャフトを引き抜く際に止め輪と干渉する当接面に角度を設けて、止め輪との干渉力の分力により止め輪を縮径させて係合を外す仕組みになっている。

特許文献３に記載のものでは、シャフトの端部に形成した溝に断面略矩形の止め輪を装着し、内方継手部材のスプラインの終端部に形成した傾斜面と止め輪を当接させる構造とし、止め輪と溝および止め輪と傾斜面がそれぞれ面接触する仕組みとなっている。
特開平０８−０６８４２６号公報 実公昭６４−００５１２４号公報 特開平０８−１４５０６５号公報

シャフトと内方継手部材との嵌合構造においては、一度組み込むと分解不可能な仕様のものと、分解可能な仕様のものの両方が要求される。しかし、特許文献１のものは、止め輪装着位置をシャフトの非端面側とし、内方継手部材の端面に止め輪を縮径させるための工具係合溝を設けることにより、組立および分解が可能な構造としているが、この場合、内方継手部材の工具係合溝の加工に時間と費用を費やさねばならない。

特許文献２では、止め輪を縮径させてシャフトを引き抜けるようにすることが開示されているが、分解不可能な仕様と分解可能な仕様を成立させるためには傾斜部の角度をどのように管理するのか明らかでない。

特許文献３では、止め輪が内方継手部材の傾斜面と当接するために、シャフトに引き抜き方向の力が加わった場合、止め輪が縮径して抜けるという構造が開示されているのみで、シャフトと内方継手部材が分解不可能な仕様と分解可能な仕様をどのように区別することができるのか明らかでない。

この発明の目的は、内方継手部材やシャフトおよび止め輪の種類を増やすことなく、一度組み付けると分解不可能となる仕様と、組み付けた後も分解可能な仕様の、両仕様を成立させ得る等速自在継手の内方継手部材とシャフトとの嵌合構造を提供することである。

この発明の等速自在継手のシャフト嵌合構造は、リング状の止め輪溝を有するシャフトと、シャフトと嵌合するための貫通孔を有する等速自在継手の内方継手部材と、止め輪溝内に配置した弾性的に拡径・縮径が可能な止め輪とからなり、シャフトに引抜き方向の力が加わったとき、内方継手部材の貫通孔に形成した当接部と止め輪溝との間に止め輪が介在するようにしたものであって、前記止め輪が、前記当接部と接触したときに止め輪を縮径させるに足る分力を発生させない側面と、前記当接部と接触したときに線接触して止め輪を縮径させるに足る分力を発生させる側面とを有することを特徴とするものである。そして、止め輪の形状とその組付け方向を選択することにより、シャフトと内方継手部材が一度組み付けると分解不可能となる仕様と、組み付けた後でも分解可能な仕様の、両仕様を成立させることができる。しかも、止め輪の向きによって、分解不可能な仕様と分解可能な仕様のいずれであるかを視覚的に容易に判別することが可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の等速自在継手のシャフト嵌合構造において、止め輪を縮径させるに足る分力を発生させない側面を前記当接部側に向けて組み付けたことを特徴とするものである。この場合、止め輪を縮径させるに足る分力が発生せず、分解不可能な仕様が成立する。

請求項３の発明は、請求項１の等速自在継手のシャフト嵌合構造において、止め輪を縮径させるに足る分力を発生させる側面を前記当接部側に向けて組み付けたことを特徴とするものである。この場合、止め輪を縮径させるに足る分力が発生し、分解可能な仕様が成立する。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの等速自在継手のシャフト嵌合構造において、前記当接部と接触したときに止め輪を縮径させるに足る分力を発生させない側面が、前記当接部の垂直方向から当接する平面であることを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの等速自在継手のシャフト嵌合構造において、前記当接部と接触したときに止め輪を縮径させるに足る分力を発生させる面が傾斜面であることを特徴とするものである。

請求項６の発明は、請求項１ないし４のいずれかの等速自在継手のシャフト嵌合構造において、前記当接部と接触したときに止め輪を縮径させるに足る分力を発生させる面が円弧面であることを特徴とするものである。

この発明によれば、止め輪の形状と方向を選択することにより、内方継手部材の貫通孔に形成した止め輪との当接部および接触状態を変化させることで、シャフトが引き抜き方向の力を受けた際の止め輪に掛かる縮径方向の分力をコントロールし、分解不可能な仕様と分解可能な仕様に分けることができる。したがって、それぞれの仕様毎に専用の内方継手部材、シャフト、止め輪を作製する必要がなく、部品管理工数やコスト等の負荷を増大させることなく、分解不可能な仕様と分解可能な仕様を成立させることができる。

止め輪の組み付け方向を選択することで、内方継手部材とシャフトとが分解不可能か分解可能かの識別ができるので、止め輪溝や貫通孔に特別な形状加工をすることなく、かつ、止め輪も一種類だけで、２つの要求仕様を満足することができる。したがって、部品管理が簡素化される。また、この発明は、止め輪の組み付け方向を視覚的に判別できるので、より容易かつ確実に実施をすることができる。

以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。初めに図１〜図３を参照しながら内方継手部材とシャフトの全体構造を説明し、次に、図２を参照しながら分解不可能な仕様、図４を参照しながら分解可能な仕様について説明する。説明の都合上、先端側とは図中左側を、反先端側とは図中右側を意味するものとする。

等速自在継手は、角度をなす回転軸間で等角速度でトルクの伝達を行うことができ、例えば自動車の駆動軸、推進軸などの動力伝達装置や各種産業機械の動力伝達装置等に用いられる。等速自在継手は固定式と摺動式に大別され、固定式にはツェッパ型、アンダーカットフリー型などがあり、摺動式にはダブルオフセット型、クロスグルーブ型、トリポード型などがある。この発明は等速自在継手の種類を問わず適用可能であるが、ここでは固定式等速自在継手の場合を例にとって説明する。なお、トリポード型以外では内輪が内方継手部材となるが、トリポード型ではトラニオンまたは脚軸と呼ばれる部分をもったスパイダまたはトリポード部材が内方継手部材となる。

固定式等速自在継手１は、図１に示すように、外方継手部材としての外輪２と、内方継手部材としての内輪３と、トルク伝達要素としてのボール４と、保持器５を主要な構成要素としている。外輪２または内輪３のいずれか一方を駆動側とし他方を従動側とすると、ボール４が両者間に介在してトルクを伝達する役割を果たす。

外輪２はここではベル型で、球面状の内周面に軸方向に延びるボール溝７を円周方向等間隔に形成してある。内輪３は、球面状の外周面に軸方向に延びるボール溝８を円周方向等間隔に形成してある。外輪２のボール溝７と内輪３のボール溝８は対をなし、各対のボール溝７，８間に１個のボール４が組み込んである。保持器５は外輪２と内輪３との間に介在し、すべてのボールが保持器５によって同一平面に保持される。

内輪３の中心部には貫通孔９が形成してあり、その内周面にはスプライン（またはセレーション。以下同じ。）１０が形成してある。このスプライン１０を、シャフト６の端部に形成したスプライン１１と嵌合させることにより、内輪３とシャフト６がトルク伝達可能に結合する。貫通孔９の先端側は、図２に示すように、貫通孔９よりも大きな径の孔１２を設けることにより、スプライン１０の終端の軸線に対して垂直な面１０ａと連続した面１２ａが形成してある。なお、孔１２はスプライン１０の小径（歯先の作る円の直径）より大きく大径（歯底の作る円の直径）より小さい径であってもよく、その場合、面１２ａは形成されず、面１０ａのみが存在することとなる。

シャフト６の先端側には、止め輪１４を装着するためのリング状の止め輪溝１３が形成してある。止め輪溝１３は、外径が内輪３のスプライン１０の小径より小さくなるまで止め輪１４の縮径を可能にする深さを有している。止め輪溝１３のシャフト６上の位置は、内輪３とシャフト６を組み付けた状態で貫通孔９の長さの範囲内にあればよく、シャフト６の先端の、スプライン１１の終端よりも軸端側であってもよい。

止め輪溝１３の両側壁すなわち先端側の壁１３ａと反先端側の壁１３ｂは、軸線に対して垂直に延在している。壁１３ａ，１３ｂの間の寸法は、止め輪１４の幅に対して若干すきまを与えてある。反先端側の壁１３ｂは、シャフト６を貫通孔９に挿入していく時に止め輪１４を挿入方向へ押す当接部となる。また、先端側の壁１３ａは、シャフト６に引き抜き力が加えられたときに止め輪１４を引き抜き方向へ押す当接部となる。

止め輪１４は、図３に示すように、一部を切り欠いたリング状で、弾性的に拡径、縮径が可能である。止め輪１４は、縮径させようとする力が付与されない状態で、シャフト６の外径（スプライン１１の大径）よりも外方へ部分的に飛び出している。

シャフト６と内輪３の組み付けに際しては、止め輪１４を止め輪溝１３に配置し、止め輪１４を縮径させた状態で、シャフト６を貫通孔９に挿入する。この時、止め輪１４は貫通孔９のスプライン１０の小径と弾性的に接して滑りながら移動していく。そして、シャフト６の先端が貫通孔９を抜けて、貫通孔９の反先端側の端部９ａがシャフト６の肩部６ａと当たると挿入が阻止される。シャフト６の挿入しろを規制するために、別途止め輪を取り付けておいて、その止め輪が貫通孔９の反先端側と当たってそれ以上の挿入を阻止するようにしてもよい。

シャフト６の貫通孔９への挿入が止まった時点では、止め輪１４はスプライン１０を脱して孔１２内に位置するため、弾性により拡径する。止め輪１４が拡径すると、止め輪１４の外周面が孔１２の周壁に接してシャフト６と内輪３の組み付けが完了する。なお、止め輪１４が拡径した際に、その外径がスプライン１０の小径よりも大きいならば、必ずしも止め輪１４の外周面が孔１２の周壁に接しなくてよい。

止め輪１４の断面形状としては種々採用できるが、同じ断面形状の止め輪を用い、その向きを選択することによって内輪３とシャフト６が分解不可能な仕様と分解可能な仕様を成立させるためには、以下に述べるようなものでなければならない。

分解不可能な仕様を成立させるための止め輪１４の断面形状は、止め輪１４を縮径させる向きの分力が発生しないか、発生しても止め輪を縮径させるに足らなければよい。例えば、図２に示すように、止め輪１４の断面形状が互いに平行な側面１４ａ，１４ｂをもった角形である場合、反先端側の側面１４ａが、貫通孔９の軸線に対して垂直な面１０ａおよびそれと連続した面１２ａと接触すればよい。シャフト６に引き抜き力すなわち図２の矢印Ｂ方向の力が加わると、止め輪１４の先端側の側面１４ｂが止め輪溝１３の壁１３ａによって押される。その結果、シャフト６が少しだけ図中右側へ平行移動する、つまり、止め輪溝１３の幅と止め輪１４の幅の差（すきま）の範囲内で移動する。しかし、止め輪１４の反先端側の側面１４ａが内輪３の面１０ａ，１２ａに当たり、引き抜き力の反力Ｆが引き抜き力と正反対の向きとなるので、止め輪１４を縮径させる分力が発生しない。したがって、シャフト６を内輪３から引き抜くことができない。この場合、側面１４ａは当接部（１０ａ，１２ａ）の垂直方向から当接する平面である。

分解可能な仕様を成立させるための止め輪１４の断面形状は、止め輪を縮径させるに足る力すなわち、止め輪１４自身の拡径しようする力と止め輪１４を縮径させるために必要な力の和よりも大きな止め輪１４を縮径させる向きの力が発生すればよい。例えば、図４に示すように、止め輪１４の断面形状を多角形とし、反先端側に軸線に対する傾斜角αが７０度以下の傾斜面１４ｄを設け、その傾斜面１４ｄが内輪３の軸線に対して垂直な面１０ａの端部１０ｂ（スプライン１０の歯先端部）に接するようにしてもよい。これは、上で図２を参照して分解不可能な仕様として述べた止め輪１４を左右反対に向けて装着した場合に相当する。

シャフト６に引き抜き力Ｂが加わると、シャフト６が図中右側へ平行移動し、止め輪１４の右側の傾斜面１４ｄと内輪３の面１０ａの端部１０ｂとが当接する。そして、止め輪１４の傾斜面１４ｄの傾斜角αが作用して止め輪１４を縮径させる向きの分力が発生する。したがって、図５に示すように、止め輪１４を縮径させてシャフト６を内輪３から引き抜くことが可能となる。傾斜面１４ｄの傾斜角αが７０度を越えると、止め輪１４を縮径させる向きの分力が小さくなるため、止め輪１４を縮径させることができずに分解不可能な仕様となってしまう。また、傾斜角αが４５度未満の場合、縮径させる向きの分力が大きくなりすぎて、小さな引き抜き力でも抜けてしまう可能性が出てくる。したがって、傾斜角αは４５度以上７０度以下、好ましくは６０度以上７０度以下に設定することが望ましい。

このように、同じ形状で、組み付ける向きを選択することにより、分解不可能な仕様と分解可能な仕様を成立させることができる止め輪１４の断面形状を、図６および図７に例示して説明する。図６（ａ）〜（ｈ）と図７の（ａ）〜（ｈ）は、それぞれ、同じ形状を左右反転させた関係にある。

図６（ａ）〜（ｈ）は分解可能な仕様を成立させる止め輪の断面形状と向きを示し、図４および図５に関連して説明したのと同じ作用が働く。図６（ａ）〜（ｄ）に示す断面形状は多角形（台形）、三角形で、内輪３の端部１０ｂに接する部分が傾斜面になっている。その傾斜面の傾斜角は７０度以下である。また、図６（ｅ）〜（ｈ）に示す断面形状では、内輪３の端部１０ｂに接する部分が円弧や楕円などの曲線になっている。その円弧や楕円の接線の傾斜角は７０度以下である。図６（ａ）〜（ｈ）に示した断面形状の止め輪を、左右反対向きに装着すると、図７（ａ）〜（ｈ）に示した断面形状となり、分解不可能な仕様が成立し、図２に関連して説明したのと同じ作用が働く。

なお、分解不可能な仕様と分解可能な仕様の両方で止め輪１４の形状が同一であり、その方向を変更することで両仕様に対応できることが好ましいが、より明確な区別をするために、分解不可能な仕様と分解可能な仕様とで異なる形状の止め輪を採用してもよい。その場合、分解不可能な仕様の止め輪の形状は、図６および図７に例示したものに限定されず、止め輪１４の側面１４ａが貫通孔９の軸線に対して垂直な面１０ａ、それと連続した面１２ａと接するものであればよい。

ところで、貫通孔９の軸線に対して垂直な面１０ａおよびそれと連続した面１２ａは、文字どおりの垂直でなくとも、貫通孔９の軸線に対して垂直な面から反先端側に向かって２０度以内で傾斜してもよく、それによってこれまで説明してきた効果が阻害されることはない。ただし、この場合、分解不可能な仕様において、図２に示される止め輪１４は、面１０ａまたは面１２ａと線接触することになる。

止め輪溝１３の位置は、内輪３とシャフト６を組み付けた状態における内輪３の貫通孔９の範囲内ならばどこにあってもよく、例えば図８，９に示すように、スプライン１０の途中に溝１５を設け、この溝１５と止め輪溝１３を対向させて止め輪１４が溝１５に入り込むようにすることもできる。その場合もこれまでに説明した内容と同じ作用効果を奏する。

等速自在継手の縦断面図 実施の形態を示す図１のＡ部拡大図 止め輪の斜視図 実施の形態を示す図２と類似の拡大図 実施の形態を示す図２と類似の拡大図 止め輪の断面図 止め輪の断面図 実施の形態を示す図２と類似の拡大図 実施の形態を示す図２と類似の拡大図

符号の説明

１ 等速自在継手
２ 外輪（外方継手部材）
７ ボール溝
３ 内輪（内方継手部材）
８ ボール溝
９ 貫通孔
９ａ 反先端側の端部
１０ スプライン
１０ａ 軸線に対して垂直な面
１２ 孔
１２ａ 面１０ａと連続した面
４ ボール
５ 保持器
６ シャフト
６ａ 肩部
１１ スプライン
１３ 止め輪溝
１３ａ 先端側の壁
１３ｂ 反先端側の壁
１４ 止め輪

Claims (6)

1. リング状の止め輪溝を有するシャフトと、シャフトと嵌合するための貫通孔を有する等速自在継手の内方継手部材と、止め輪溝内に配置した弾性的に拡径・縮径が可能な止め輪とからなり、シャフトに引抜き方向の力が加わったとき、内方継手部材の貫通孔に形成した当接部と止め輪溝との間に止め輪が介在するようにしたものであって、
   前記止め輪が、前記当接部と接触したときに止め輪を縮径させるに足る分力を発生させない側面と、前記当接部と接触したときに線接触して止め輪を縮径させるに足る分力を発生させる側面とを有する、等速自在継手のシャフト嵌合構造。
2. 止め輪を縮径させるに足る分力を発生させない側面を前記当接部側に向けて組み付けた、請求項１の等速自在継手のシャフト嵌合構造。
3. 止め輪を縮径させるに足る分力を発生させる側面を前記当接部側に向けて組み付けた、請求項１の等速自在継手のシャフト嵌合構造。
4. 前記当接部と接触したときに止め輪を縮径させるに足る分力を発生させない側面が、前記当接部の垂直方向から当接する平面である、請求項１ないし３のいずれかの等速自在継手のシャフト嵌合構造。
5. 前記当接部と接触したときに止め輪を縮径させるに足る分力を発生させる面が傾斜面である、請求項１ないし４のいずれかの等速自在継手のシャフト嵌合構造。
6. 前記当接部と接触したときに止め輪を縮径させるに足る分力を発生させる面が円弧面である、請求項１ないし４のいずれかの等速自在継手のシャフト嵌合構造。

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