JP2009008144A - 等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】ブーツのシール性と、ブーツの過大変形を抑制するための通気性とを同時に達成し得る等速自在継手を提供する。
【解決手段】シャフト５に結合される内輪１と、内輪１の外周に配置された外輪２と、内輪１と外輪２との間でトルク伝達を行う複数のボール３と、小径端部８ｂと大径端部８ａを有し、小径端部８ｂがシャフト５に取付けられると共に、大径端部８ａがブーツアダプタ９を介して外輪２の一端開口部に取付けられたブーツ８とを備えた等速自在継手であって、ブーツ８のうち、小径端部８ｂと大径端部８ａとの間に設けられたテーパ部８ｃ２に通気孔１１を設け、通気孔１１の継手外部側の開口部１１ａに面してシール部材１２を配置し、通気孔１１を継手回転時のブーツ８の弾性変形によりシール部材１２に押し付けて閉鎖する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば自動車のプロペラシャフトやドライブシャフト、或いは各種産業機械に用いられる等速自在継手に関する。

周知のように、ＦＲ車では、エンジン、クラッチ、変速機（トランスミッション）が前方に、減速歯車装置（ディファレンシャル）、駆動車軸が後方にそれぞれ配置されているため、この間の動力伝達にプロペラシャフトを用いるのが通例である。また、ＦＲベースの４ＷＤ車では、リアプロペラシャフトとフロントプロペラシャフトが必要である。これら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間の相対位置変化による長さと角度変化に対応するために等速自在継手を具備する。

かかる等速自在継手は、外輪と、シャフトに結合される内輪と、これら外輪と内輪との間でトルク伝達を行うトルク伝達部材（例えば複数のボール）と、弾性材料で形成され、継手内外を区画すると共に一端がシャフトに嵌合されるブーツとを備えている。

上記構成のうち、ブーツは、継手内部に充填した潤滑剤（例えばグリース）の漏洩を防ぐと共に継手外部からの異物の侵入を防止するために設けられている。

そして、継手回転時に発生する発熱による膨張変形によるブーツの過大変形を防止するために、ブーツには通気孔が設けられているのが通例であり、当該通気孔を介して継手内外圧の均衡を確保している。

この通気孔としては、例えば、下記の特許文献１に開示されているように、ブーツとシャフトとの間に、軸方向に形成したものや、下記の特許文献２に開示されているように、ブーツとシャフトとの間に、格子状に形成したものなどが挙げられる。

しかしながら、かかる構成では、通気孔によって継手内外が常時連通されているため、潤滑剤の漏洩や異物の侵入を防止するというブーツに本来的に要求されるシール性自体が損なわれるおそれがある。

そこで、通気孔を適宜開閉し得る構成を採用したものが提案されている。具体的には、例えば下記の特許文献３には、伸縮バンドを用いてブーツにおけるシャフトとの嵌合部を外周側から締め付けることが開示されている。そして、かかる構成によって、継手の回転によってブーツに所定値を超える遠心力が作用した場合に、伸縮バンドが伸びてその締め付け力が弱められるようにしている。これにより、ブーツとシャフトとの間に、伸縮バンドの伸び量に対応した隙間（通気孔に相当）を形成するようにしている。
実開平７−４４９６９号公報 特開２００６−２７５２５９号公報 実開平５−９００５３号公報

ところで、上記の特許文献３の構成では、ブーツに所定値を超える遠心力が作用した場合、すなわち継手が高速回転している場合に、通気孔が連通状態となる。しかしながら、継手が高速回転している状態では、継手内部に充填されている潤滑剤にも大きな遠心力が作用していることから、遠心力によって通気孔から潤滑剤が押し出され、外部に漏洩するという事態が生じ得る。

また、継手の高速回転時には、それだけ継手外部からブーツに向けて飛散する異物の量も多くなる。そのため、継手の高速回転時に通気孔が連通状態にあると、異物が通気孔を介して継手内部に侵入するおそれがある。

したがって、高速回転時に通気孔が連通状態となる上記の特許文献３の構成では、常時通気孔が連通状態となる上記の特許文献１、２の構成と同様に、ブーツのシール性を十分に確保することができない。

なお、以上は、プロペラシャフトに使用される等速自在継手を例にとって説明したが、ドライブシャフトやその他各種産業機械に使用される等速自在継手においても、ブーツ８に上述のような通気孔１１を形成した場合には、同様の問題が生じ得る。

本発明は、上記実情に鑑み、ブーツのシール性と、ブーツの過大変形を抑制するための通気性とを同時に達成し得る等速自在継手を提供することを技術的課題とする。

上記課題を解決するために創案された本発明は、シャフトに結合される内側部材と、該内側部材の外周に配置された外側部材と、前記内側部材と前記外側部材との間でトルク伝達を行うトルク伝達部材と、小径端部と大径端部を有し、前記小径端部がシャフトに取付けられると共に、前記大径端部が前記外側部材の一端開口部に取付けられたブーツとを備えた等速自在継手において、前記ブーツのうち、前記小径端部と前記大径端部との間で、且つ、継手回転時に弾性変形する部分に通気路を設け、該通気路の継手外部側の開口部に面してシール部材を配置し、前記通気路を継手回転時のブーツの弾性変形によりシール部材に押し付けて閉鎖することに特徴づけられる。

このような構成によれば、継手が低速回転には、遠心力によるブーツの膨張変形（弾性変形）は実質的に生じないため、通気路は連通状態となる。これにより、継手の回転によって生じた熱も当該通気路を通じて外部に逃がすことができ、継手内外圧の均衡が確保される。したがって、継手の低速回転時に生じた熱によって継手が過大変形するという事態を効果的に抑制することができる。また、この状態では、潤滑剤に作用する遠心力も小さいので、通気路が連通状態にあっても潤滑剤が外部に漏洩するという事態を適正に抑制することができる。

一方、継手が高速回転してブーツに遠心力による膨張変形が生じると、通気路がシール部材に押し付けられ、通気路が閉鎖される。したがって、遠心力によって潤滑剤が通気路を介して外部に漏洩するという事態を確実に防止することができる。そして、この状態から継手の回転数が減少すると、ブーツに作用する遠心力が低下し、ブーツの弾性復元力によりブーツの変形量は減少する。その結果、通気路がシール部材から離れ、通気路が再び連通状態となる。これにより、継手の高速回転時に生じた熱も、通気路を介して外部に逃がすことができる。したがって、継手の高速回転時に生じた熱によって、継手が過大変形を来たすという事態も好適に抑制することができる。

また、ブーツの高速回転時には、シール部材によって通気路が閉鎖されているので、当該状態における異物の侵入を確実に防止することができる。そして、ブーツに対する異物の飛散量は、継手の回転数が減少するに連れて少なくなるので、通気路が連通状態となった場合であっても、通気路を通じて異物が侵入するという事態を適正に抑制し得る。

上記の構成において、前記ブーツは、前記小径部と前記大径部との間に設けられた折り返し部と、前記小径部から徐々に拡径して前記折り返し部に至るテーパ部とを備え、前記通気路を前記テーパ部に設けることが好ましい。

このような形態のブーツでは、テーパ部が継手回転時に弾性変形する部分となる。したがって、かかるテーパ部に通気路を設けることにより、通気路をシール部材に押し付けて閉鎖する作用を確実に得ることができる。

上記の構成において、前記通気路の継手外部側の開口部が、前記シール部材の形状に対応した凹部をなすことが好ましい。

このようにすれば、遠心力によってブーツに膨張変形が生じた際に、通気路とシール部材との密着性が増し、ブーツのシール性の向上を適正に図ることができる。

この場合、前記シール部材の少なくとも一部が前記通気路の継手外部側の開口部に収容されていることが好ましい。

このようにすれば、ブーツに遠心力による膨張変形が生じていない状態で、シール部材が、通気路の継手外部側の開口部に少なくとも一部収容されるため、シール部材の位置ずれを的確に防止することができる。したがって、シール部材による通気路の開閉動作を繰り返し安定して行うことが可能となる。

上記の構成において、前記シール部材が、前記ブーツの外径面に沿って周方向に連続するリング状部材であってもよい。

このようにすれば、シール部材を配置位置に沿ったブーツの外径面の周方向寸法よりも、シール部材の内径面の周方向寸法を僅かに大きくすれば、ブーツに遠心力による膨張変形が生じていない状態で、シール部材と通気路との間に、容易に隙間を形成することができる。そして、ブーツに遠心力による膨張変形が生じた場合には、通気路がシール部材に押し付けられることから、通気路を容易且つ確実に閉鎖することができる。

上記の構成を備えた等速自在継手は、プロペラシャフト用として好適に使用することができる。

すなわち、プロペラシャフト用の等速自在継手にあっては、高速回転動作が要求されることから、高速回転時に通気路が閉鎖状態となり潤滑剤の漏洩を確実に防止し得る上述の構成は極めて有用となる。

以上のように本発明によれば、継手の高速回転してブーツが遠心力によって膨張変形した場合には、シール部材で通気路が閉鎖されるので、遠心力による潤滑剤の漏洩と、異物の侵入の双方を確実に防止することができる。したがって、継手の高速回転時におけるブーツのシーツ性を確実に確保することができる。また、継手の停止時または低速回転時には、通気路は連通状態となるため、高速回転時に生じた熱等を通気路を介して外部に逃がすことができ、ブーツの内外圧の均衡を確保することができる。したがって、高速回転時に生じた熱等によってブーツが過大変形を来たすという事態を効果的に抑制することができる。さらに、継手の停止時または低速回転時には、連通している通気路を通じて潤滑剤が漏洩したり、異物が侵入するという事態は、高速回転時に比して極めて少ないので、継手の停止時または低速回転時におけるブーツのシール性も適正に確保することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施形態で、バーフィールド型の固定式等速自在継手（ＢＪ）に適用した場合を例示する。なお、本発明はこのバーフィールド型等速自在継手に限らず、例えば、ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）などの摺動式等速自在継手や他の固定式等速自在継手を含む、プロペラシャフトに使用され得る等速自在継手全般に広く適用可能である。

このバーフィールド型等速自在継手は、内側部材としての内輪１、外輪２、トルク伝達部材としての複数のボール３、およびケージ４を主たる構成要素として備えている。なお、この実施形態では、外側部材は、外輪２と後述するブーツアダプタ９によって構成される。

内輪１は、その外周面（外球面）に複数のトラック溝１ａが形成されている。この内輪１の中心孔の内径にスプライン１ｂを形成すると共にシャフト５の軸部５ａの外径にスプライン５ｂを形成することにより、その内輪１の中心孔にシャフト５の軸部５ａを挿入してスプライン嵌合により連結して両者間でのトルク伝達を可能にしている。このシャフト５の軸部５ａの先端には輪溝５ｃが設けられ、この輪溝５ｃに装着されたスナップリング６を内輪１の端面にて係止させることにより、シャフト５は内輪１に対して抜け止めされている。

外輪２は、内輪１の外周に配置され、その内周面（内球面）に内輪１のトラック溝１ａと同数のトラック溝２ａが形成されている。内輪１のトラック溝１ａと外輪２のトラック溝２ａは、軸線に対して反対方向に傾斜した角度をなし、対をなす内輪１のトラック溝１ａと外輪２のトラック溝２ａとの交叉部にボール３が組み込まれる。内輪１の外周面と外輪２の内周面との間にケージ４が配置され、ボール３はケージ４のポケット４ａ内で転動自在に保持される。

そして、継手内部に充填した潤滑剤（例えばグリース）の漏洩を防ぐと共に継手外部からの異物侵入を防止するために、外輪２の一端開口部には、通気キャップ７ａを有するシールプレート７がボルト締めにより固定され、外輪２の他端開口部とシャフト５との間には、ブーツ８が金属製のブーツアダプタ９を介して装着されている。

通気キャップ７ａは、図示しないが、ゴム等の弾性材料で形成されており、シールプレート７の中心部に形成された貫通孔に挿入された状態で嵌合固定されている。そして、この通気キャップ７ａには、開閉可能に構成されたスリットが設けられている。

ブーツ８は、大径端部８ａ、小径端部８ｂ、および大径端部８ａと小径端部８ｂとを連結する中間部８ｃを有する。そして、この中間部８ｃは、折り返し部８ｃ１と、小径端部８ｂから徐々に拡径しながら折り返し部８ｃ１に至るテーパ部８ｃ２とを有する。ブーツアダプタ９は円筒形で、一端に外輪２の外周面と嵌合するフランジ９ａを有し、シールプレート７と共にボルト締めにより外輪２に固定される。ブーツ８の小径端部８ｂはシャフト５に取り付けてブーツバンド１０で締め付けられている。ブーツ８の大径端部８ａはブーツアダプタ９の端部９ｂを加締めて保持されている。

ブーツ８は、ゴム材料又は樹脂材料等の弾性材料にて構成され、例えば、エステル系、オレフィン系、ウレタン系、アミド系、スチレン系等の熱可塑性エラストマー、あるいは熱可塑性エラストマーよりも圧縮永久歪み量が小さいＣＲ、ＮＢＲ、シリコンあるいはフッ素ゴム、クロロプレン等のゴム材料が好適である。前述した熱可塑性エラストマーは、ブーツ８の素材として、疲労性や摩耗性などの耐久性、耐熱老化性、耐油性、高速回転性（回転時振れ廻り性）に優れ、安定した機能を発揮する。

シャフト５の外周面には環状凹部５ｄが形成され、この環状凹部５ｄにブーツ８の小径端部８ｂが外嵌され、ブーツバンド１０で締め付けられている。小径端部８ｂは肉厚の円筒部からなり、自由状態でその内径が環状凹部５ｄの外径よりもわずかに小さく設定されており、これによって、環状凹部５ｄに対する嵌着性を担保している。また、小径端部８ｂの外周面には周方向溝８ｄが形成され、この周方向溝８ｄにブーツバンド１０が嵌合している。

そして、上述のように構成されたブーツ８には、図２に拡大して示すように、継手の高速回転時の熱等による内圧膨張によるブーツ８の過大変形を防止するために、通気孔（通気路）１１が設けられている。この通気孔１１は、ブーツ８のテーパ部８ｃ２に形成されている。

そして、通気孔１１の継手外部側の開口部１１ａには、断面が円環状をなし且つブーツ８の外径面に周方向に沿って連続するリング状のシール部材１２が配置されている。詳述すると、通気孔１１の継手外部側の開口部１１ａは、上記のシール部材１２の形状に対応した断面半円弧状の凹部を呈している。そして、シール部材１２の内径面の周方向寸法は、ブーツ８の外径面の周方向寸法よりも僅かに大きくなっている。これにより、ブーツ８に膨張変形が生じていない状態では、シール部材１２と通気孔１１の継手外部側の開口部１１ａとの間に隙間Ｇが形成されるようになっている。また、この状態で、シール部材１２の一部は、断面半円弧状の凹部を呈する通気孔１１の開口部１１ａに収容されており、シール部材１２に位置ずれが生じないようにしている。

そして、この実施形態では、シール部材１２は、ブーツ８（テーパ部８ｃ２）よりも剛性の高い材料（例えば、金属等）で形成されており、継手の回転による遠心力によってブーツ８のテーパ部８ｃ２が外径側へ膨張した場合に、通気孔１１の継手外部側の開口部１１ａがシール部材１２に押し付けられて密着し、当該開口部１１ａを閉鎖するようになっている。

つまり、図２に示すように、継手が停止時或いは低速回転（例えば４０００〜５０００ｒｐｍ）時には、ブーツ８に遠心力による膨張変形が実質的に生じず、通気孔１１の継手外部側の開口部１１ａとシール部材１２との間には隙間Ｇが形成された状態となり、通気孔１１は連通状態となる。これにより、連通状態にある通気孔１１を介して、継手内外の通気性が確保され、継手回転時の発熱によるブーツ８の過大変形を未然に防止することができる。また、この状態では、潤滑剤に遠心力そのものが作用しないか、作用したとしても小さいので、通気孔１１が連通状態にあっても潤滑剤が通気孔１１を通じて外部に漏洩することもない。また、異物の侵入に関しても、継手の停止時および低速回転時には、ブーツ８に対して飛散する異物の量自体が少ないので、通気孔１１を通じて異物が侵入することも低減される。したがって、ブーツ８のシール性を十分に発揮することができる。

一方、継手が高速回転（例えば、８０００〜１０００ｒｐｍ以上）すると、図３に示すように、その回転に伴う遠心力によってブーツ８が外径側に膨張変形し、通気孔１１の継手外部側の開口部１１ａとシール部材１２との間の隙間Ｇがなくなり、開口部１１ａがシール部材１２に押し付けられて密着する。これにより、継手外部側の開口部１１ａがシール部材１２によって閉鎖される。したがって、高速回転時に作用する大きな遠心力によって潤滑剤がブーツ８の内面に押し付けられるように移動しても、かかる潤滑剤が通気孔１１を介して外部に漏洩するという事態を確実に防止することができる。また、異物の侵入に関しても、通気孔１１が閉鎖されているので、確実に防止することができる。したがって、ブーツ８のシール性を維持することができる。

そして、この状態から継手が停止状態に向かうと、シール部材１２が通気孔１１の継手外部側の開口部１１ａから離反し、シール部材１２と開口部１１ａとの間に再び隙間Ｇが形成され、通気孔１１が連通状態となる（図２参照）。したがって、継手の高速回転時に生じた熱も通気孔１１を通じて外部に逃がすことができ、継手の高速回転時に生じた熱によってブーツ８が過大変形を来たすという事態も効果的に抑制することができる。

なお、この実施形態では、高速回転時に通気孔１１が閉鎖された状態であっても、シールプレート７に嵌合された通気キャップ７ａに設けられたスリットによって通気性を補助的に確保するようになっている。詳述すると、通気キャップ７ａのスリットは、継手内部の気体が膨張した場合に、その膨張量に応じてスリットが開口するようになっており、通気孔１１による通気性に加えて、補助的にスリットで通気性を確保するようになっている。ここで、通気キャップ７ａは、回転中心に配置されていることから、高速回転時に仮にスリットが開口しても、遠心力によって外径側に押し付けられている潤滑剤が、スリットから漏洩するという事態は実質的に生じ得ない。また、シールプレート７は、通常コンパニオンフランジの内部空間に収容される形で取付けられるので、通気キャップ７ａのスリットから異物が侵入するという割合も極めて少ない。

本発明は上記の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することができる。例えば、シール部材１２は、断面円形状のものに限らず、断面平面状の帯状体であってもよい。この場合、ブーツ８の継手外部側の開口部１１ａも、シール部材１２に対応した形状に変更することが好ましい。

また、ブーツ８の外周面のうち、通気孔１１の継手外部側の開口部１１ａを除く領域にも、シール部材１２の形状に対応した凹部を、シール部材１２が配置されるブーツ８の外周面に周方向に沿って断続的或いは連続的に形成することが好ましい。このようにすれば、シール部材１２の位置ずれをより適正に防止することが可能となる。

さらに、通気孔１１は、ブーツ８の１箇所のみに設けるようにしてもよく、或いはブーツ８の周方向に断続的に複数箇所設けるようにしてもよい。

本発明の第１実施形態で、バーフィールド型等速自在継手の全体構成を模式的に示す縦断面図である。 図１の等速自在継手の停止時または低速回転時におけるブーツの状態を模式的に示す要部（図１の領域Ａ）拡大縦断面図である。 図１の等速自在継手の高速回転時におけるブーツの状態を模式的に示す要部（図１の領域Ａ）拡大縦断面図である。

符号の説明

１ 内輪
１ａ トラック溝
２ 外輪
２ａ トラック溝
３ ボール
４ ケージ
５ シャフト
８ ブーツ
８ａ 大径端部
８ｂ 小径端部
８ｃ 中間部
８ｃ１ 折り返し部
８ｃ２ テーパ部
１１ 通気孔
１１ａ 継手外部側の開口部
１２ シール部材

Claims (6)

1. シャフトに結合される内側部材と、該内側部材の外周に配置された外側部材と、前記内側部材と前記外側部材との間でトルク伝達を行うトルク伝達部材と、小径端部と大径端部を有し、前記小径端部がシャフトに取付けられると共に、前記大径端部が前記外側部材の一端開口部に取付けられたブーツとを備えた等速自在継手において、
   前記ブーツのうち、前記小径端部と前記大径端部との間で、且つ、継手回転時に弾性変形する部分に通気路を設け、該通気路の継手外部側の開口部に面してシール部材を配置し、前記通気路を継手回転時のブーツの弾性変形によりシール部材に押し付けて閉鎖することを特徴とする等速自在継手。
2. 前記ブーツは、前記小径部と前記大径部との間に設けられた折り返し部と、前記小径部から徐々に拡径して前記折り返し部に至るテーパ部とを備え、前記通気路を前記テーパ部に設けたことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
3. 前記通気路の継手外部側の開口部が、前記シール部材の形状に対応した凹部をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載の等速自在継手。
4. 前記シール部材の少なくとも一部が前記通気路の継手外部側の開口部に収容されていることを特徴とする請求項３に記載の等速自在継手。
5. 前記シール部材が、前記ブーツの外径面に沿って周方向に連続するリング状部材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の等速自在継手。
6. プロペラシャフトに使用されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の等速自在継手。

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