JP5623010B2 - 等速自在継手 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、自動車のドライブシャフト等に使用される等速自在継手に関する。
等速自在継手は、入出力軸間の角度変位のみを許容する固定式と、角度変位および軸方向変位を許容する摺動式に大別され、それぞれ用途・使用条件等に応じて機種選定される。
固定式、摺動式のいずれの等速自在継手も、外側継手部材、内側継手部材、トルク伝達部材、シャフト及びブーツを主な構成要素とする。外側継手部材は、一端で開口するカップ状の部位を有する。内側継手部材は、このカップ状部位の内方に配置される。トルク伝達部材は、前記外側継手部材と前記内側継手部材との間でトルクを伝達する。シャフトは、前記内側継手部材にトルク伝達可能に連結され前記外側継手部材のカップ状部位の開口から延出する。ブーツは、一端が前記外側継手部材の外周面に固定されると共に他端が前記シャフトの外周面に固定され、弾性的に屈曲自在である。
ブーツは、等速自在継手の内部に封入した潤滑剤（グリース等）の外部への漏洩や異物の継手内部への侵入を防止するためのものである。等速自在継手が作動角を取ったり、摺動したりする場合には、その動きに追従してブーツは変形する。例えば、等速自在継手が作動角を取った場合、外側継手部材に対してシャフトが傾斜した側のブーツは小さく圧縮され、反対側のブーツは逆に伸張される。この際、圧縮された側のブーツの内面がシャフトの外周面に接触しやすい。この接触により、ブーツの内面に摩耗が発生する可能性がある。これらのブーツ内面の摩耗は、ブーツにおける耐久性の低下の原因になる。
一方、近年、特に自動車用の等速自在継手ではその小型軽量化のニーズが高度化している。ブーツに関しても外径や軸方向寸法でのコンパクト設計が求められる。一方、上記のブーツ内面の摩耗を抑制するためには通常はブーツを大径化する。即ち、ブーツのコンパクト化とブーツ内面の摩耗抑制を両立させるためには別の解決策が必要となる。
ブーツの大径化以外でブーツの摩耗を抑制する方法としては、種々の提案がなされている。例えば、特許文献１に開示された発明では、ブーツの材料にブーツの摩耗や異音を抑制するための成分を添加している。特許文献２に開示された発明では、ジエン系ゴム材料からできたブーツの表面に四フッ化エチレン樹脂粉末を配合した合成樹脂組成物を不連続被膜として設けている。特許文献３，４に開示された発明ではブーツの形状に特徴をもたせることにより、ブーツの摩耗を抑制することを目的としている。
特開２００１−１７３６７２号公報
特開平８−８６３１９号公報
特開２００２−２５７１５２号公報
特開平５−１４９３４６号公報
しかし、特許文献１の発明では、摩耗や異音の抑制にある程度の期待ができるものの十分では無く、ブーツの耐疲労性や耐老化性を低下させたり、外側継手部材やシャフトに対するブーツの固定部におけるシール性を低下させる要因となり、十分な対策とは言い難い。特許文献２の発明における不連続被膜をブーツ内面に形成した場合でも、ブーツ内面の摩耗を十分に抑制することは出来ない。また、特許文献３，４の発明では、いずれもブーツ内面の摩耗抑制の手段として十分では無く、ブーツの耐久性向上やコンパクト化は難しい。
本発明は、上記事情に鑑み、ブーツの摩耗を抑制することによりブーツの耐久性向上やコンパクト化が可能な等速自在継手を提供することを課題とする。
前記課題を解決するため、請求項１の発明は、外側継手部材と、該外側継手部材の内方に配置した内側継手部材と、前記外側継手部材と前記内側継手部材との間でトルクを伝達するトルク伝達部材と、前記内側継手部材にトルク伝達可能に連結され前記外側継手部材の開口から延出したシャフトと、一端が前記外側継手部材に固定されると共に他端が前記シャフトに固定されたブーツとを備えた等速自在継手において、前記等速自在継手がドライブシャフト用であり、前記等速自在継手の内部に潤滑剤が封入され、前記ブーツが、山部と該山部の相互間に設けられた谷部から構成される蛇腹状の部位を有し、前記シャフトにおける前記内側継手部材に連結された部位と前記ブーツの他端が固定された部位との間における外周面の少なくとも一部を、Ｒｓｋ＜０且つＲｐｋ＜２μｍ且つＲａ＜４μｍの表面粗さ調製部位とし、前記表面粗さ調製部位を、前記シャフトを被覆する被覆膜の表面とし、前記表面粗さ調製部位が、前記等速自在継手が作動角を取った場合に前記ブーツにおける前記谷部の内面が接触する部位の全てを含むことを特徴とする。
ここで、Ｒｓｋ，Ｒａの定義については、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１に準ずる。Ｒｐｋの定義については、ＪＩＳ Ｂ０６７１−２：２００２に準ずる。また、接触する部位を規定するブーツは、等速自在継手を使用することにより製造直後とは形状が変化したものも含む。
請求項１の発明によれば、前記外周面にブーツ内面が接触しても、ブーツ内面の摩耗が抑制される。これによりブーツの耐久性向上やブーツのコンパクト化が可能になる。
請求項１の発明によれば、シャフト自体の表面粗さの向上が不要になるため、表面粗さ向上のためのシャフトに対する旋削加工条件（送り速度等）が緩和できるので、シャフト自体の製造コストを抑制することができる。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記表面粗さ調製部位を、Ｒｓｋ＜０且つＲｐｋ＜２μｍ且つＲａ＜４μｍに代えてＲｓｋ＜０且つＲｐｋ＜２μｍ且つＲａ＜３μｍとしたものである。
請求項２の発明によれば、請求項１と同様の作用効果がより効果的に享受できる。
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記表面粗さ調製部位を、Ｒｓｋ＜０且つＲｐｋ＜２μｍ且つＲａ＜４μｍに代えてＲｓｋ＜０且つＲｐｋ＜１μｍ且つＲａ＜１μｍとしたものである。
請求項３の発明によれば、請求項１と同様の作用効果がより効果的に享受できる。
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか一の発明において、前記ブーツが熱可塑性ポリエステル系エラストマーから成るものである。
請求項４の発明によれば、ブーツの耐摩耗性、耐疲労性、耐熱老化性を向上させることができる。
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか一の発明において、前記等速自在継手を、４５°以上の作動角を取り得る固定式等速自在継手としたものである。
請求項５の発明によれば、等速自在継手が高作動角をとることが多くなるため、ブーツ内面が前記外周面に接触しやすいので、請求項１と同様の作用効果がより顕著に享受できる。
本発明によれば、ブーツの摩耗を抑制することによりブーツの耐久性向上やコンパクト化が可能な等速自在継手を提供することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る固定式等速自在継手を示すものである。この固定式等速自在継手は、４５°以上の作動角を取り得るバーフィールド型である。この等速自在継手は、外側継手部材１、内側継手部材２、トルク伝達部材であるボール３、保持器４、シャフト５及びブーツ６を主要な構成要素とするものである。
外側継手部材１は、一端で開口するカップ状のマウス部１ａを有し、その中に複数のトラック溝１ｂを形成した球状内面１ｃを備える。内側継手部材２は、外側継手部材１のマウス部１ａの径方向内方に配置され、複数のトラック溝２ａを形成した球状外面２ｂと軸孔２ｃを備える。ボール３は、外側継手部材１のトラック溝１ｂと内側継手部材２のトラック溝２ａとの協働で形成されるボールトラックに配され、外側継手部材１と内側継手部材２との間でトルクを伝達する。保持器４は、外側継手部材１の球状内面１ｃと内側継手部材２の球状外面２ｂとの間に配置されると共にボール３を収容するためのポケット４ａを円周方向に有する。
シャフト５は、内側継手部材２の軸孔２ｃに、例えばスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結され外側継手部材１のマウス部１ａの開口から延出する。ブーツ６は、大径の端部６ａが外側継手部材１のマウス部１ａの外周面にブーツバンド７ａにより固定されると共に小径の端部６ｂがシャフト５の外周面にブーツバンド７ｂにより固定されている。ブーツ６は、大径端部６ａと小径端部６ｂの間に、弾性的に屈曲自在であって蛇腹状の形状をなす蛇腹部６ｃを有する。蛇腹部６ｃは、例えば２〜７個の山部６ｄと山部６ｄ相互間に設けられた谷部６ｅから構成される。蛇腹部６ｃの蛇腹形状は、任意のものが適用可能である。ブーツ６により、等速自在継手の内部に封入した潤滑剤の外部への漏洩や異物の継手内部への侵入が防止される。ブーツ６の材質は、耐疲労性、耐摩耗性、耐熱老化性等に優れた熱可塑性ポリエステル系エラストマーが好ましい。しかし、ブーツ６の材質は、特にこれに限定されることなく、例えば、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、エチレンアクリルゴム等であってもよい。
シャフト５は、内側継手部材２の軸孔２ｃに連結された部位とブーツ６の小径端部６ｂが固定された部位との間で所定の軸方向長さを有する部位を有する。この部位の外周面５ａ（表面粗さ調製部位）は、等速自在継手が作動角を取った場合にブーツ６の谷部６ｅの内面が接触する部位を含む。外周面５ａの表面粗さは、Ｒｓｋ＜０且つＲｐｋ＜２μｍ且つＲａ＜４μｍ、好ましくはＲｓｋ＜０且つＲｐｋ＜２μｍ且つＲａ＜３μｍである。更に好ましくはＲｓｋ＜０且つＲｐｋ＜１μｍ且つＲａ＜１μｍである。
上記構成により、等速自在継手が作動角を取って回転する際に、シャフト５とブーツ６の谷部６ｅの内面が接触しても、谷部６ｅの内面の摩耗が抑制される。これにより、ブーツ６の耐久性が向上する。また、ブーツ６の谷部６ｅの直径を小さく設計することが可能となり、それに応じてブーツ６の山部６ｄの直径も小さく設計が可能となり、ブーツ６のコンパクト化が可能になる。
シャフト５の外周面５ａは、如何なる方法で加工しても良い。例えば、旋削後に焼入れ処理しても良いし、焼入れ後に旋削や研削などの加工を施しても良い。あるいはスウェージング加工やプレス加工をしても良い。
シャフト５の外周面５ａを被覆する被覆膜を形成し、この被覆膜の表面粗さの条件が、上記の外周面５ａの表面粗さの条件であってもよい。この場合には、被覆されていない状態の外周面５ａは、上記の外周面５ａの表面粗さの条件を満たす必要は無い。被覆膜の材質やその形成方法は、その表面粗さの条件が上記の外周面５ａの表面粗さの条件を満たせば、特に限定されるものではない。例えば、被膜の形成方法は、燐酸マンガン被膜処理や塗装等である。また、塗装の場合には、例えば、粉体塗装、カチオン電着塗装、アニオン電着塗装、静電塗装、焼付け塗装、吹付け塗装等である。
ブーツの摩耗量の評価試験を次の条件で行なった。
作動角：４０°、回転数：６００ｒｐｍ、雰囲気温度：２５℃
使用したシャフトの外周面の表面粗さの条件を図２に示す。なお、Ｓ５は、Ｓ１に粉体塗装を施して製作したもので、上記のＳ５の表面粗さは塗装による被覆膜の表面のものである。シャフト以外のブーツや等速自在継手は、全て同仕様品である。
作動角：４０°、回転数：６００ｒｐｍ、雰囲気温度：２５℃
使用したシャフトの外周面の表面粗さの条件を図２に示す。なお、Ｓ５は、Ｓ１に粉体塗装を施して製作したもので、上記のＳ５の表面粗さは塗装による被覆膜の表面のものである。シャフト以外のブーツや等速自在継手は、全て同仕様品である。
所定時間運転後のＳ１〜５のブーツの谷部内面の摩耗量を図２の右欄に示す。このＳ１〜５の摩耗量の関係を図３に示す。図３から分かるようにＳ１〜５の摩耗量の関係は以下の通りであった。
Ｓ１≫Ｓ２＞Ｓ３＞Ｓ４≒Ｓ５
この結果から次のことが分かる。Ｒｓｋ＜０且つＲｐｋ＜１μｍ且つＲａ＜１μｍの条件を満たすＳ４，Ｓ５の摩耗量は略同じであり、この条件を満たさないが、Ｒｓｋ＜０且つＲｐｋ＜２μｍ且つＲａ＜３μｍの条件を満たすＳ３の摩耗量はＳ４，Ｓ５より多い。この条件を満たさないがＲｓｋ＜０且つＲｐｋ＜２μｍ且つＲａ＜４μｍの条件を満たすＳ２の摩耗量はＳ３より多い。この条件を満たさない比較例Ｓ１はＳ２より著しく摩耗量が多い。
Ｓ１≫Ｓ２＞Ｓ３＞Ｓ４≒Ｓ５
この結果から次のことが分かる。Ｒｓｋ＜０且つＲｐｋ＜１μｍ且つＲａ＜１μｍの条件を満たすＳ４，Ｓ５の摩耗量は略同じであり、この条件を満たさないが、Ｒｓｋ＜０且つＲｐｋ＜２μｍ且つＲａ＜３μｍの条件を満たすＳ３の摩耗量はＳ４，Ｓ５より多い。この条件を満たさないがＲｓｋ＜０且つＲｐｋ＜２μｍ且つＲａ＜４μｍの条件を満たすＳ２の摩耗量はＳ３より多い。この条件を満たさない比較例Ｓ１はＳ２より著しく摩耗量が多い。
上記実施形態では、ブーツ６は蛇腹形状の蛇腹部６ｃを有し、また大径端部６ａが外側継手部材１のマウス部１ａの外周面に直接固定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ブーツ６の大径端部６ａが金属環等を介して外側継手部材１のマウス部１ａの外周面に固定されていてもよい。
上記実施形態では、等速自在継手としてバーフィールド型固定式等速自在継手に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ツェッパ型、アンダーカットフリー型など、他型式の固定式等速自在継手にも適用可能である。また、ダブルオフセット型、クロスグルーブ型、トリポード型などの摺動式等速自在継手にも適用可能である。
その他にも、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内であれば、様々な変形が可能である。
１ 外側継手部材
２ 内側継手部材
３ ボール（トルク伝達部材）
５ シャフト
５ａ 外周面
６ ブーツ
２ 内側継手部材
３ ボール（トルク伝達部材）
５ シャフト
５ａ 外周面
６ ブーツ
Claims (5)
- 外側継手部材と、該外側継手部材の内方に配置した内側継手部材と、前記外側継手部材と前記内側継手部材との間でトルクを伝達するトルク伝達部材と、前記内側継手部材にトルク伝達可能に連結され前記外側継手部材の開口から延出したシャフトと、一端が前記外側継手部材に固定されると共に他端が前記シャフトに固定されたブーツとを備えた等速自在継手において、
前記等速自在継手がドライブシャフト用であり、
前記等速自在継手の内部に潤滑剤が封入され、
前記ブーツが、山部と該山部の相互間に設けられた谷部から構成される蛇腹状の部位を有し、
前記シャフトにおける前記内側継手部材に連結された部位と前記ブーツの他端が固定された部位との間における外周面の少なくとも一部を、Ｒｓｋ＜０且つＲｐｋ＜２μｍ且つＲａ＜４μｍの表面粗さ調製部位とし、
前記表面粗さ調製部位を、前記シャフトを被覆する被覆膜の表面とし、
前記表面粗さ調製部位が、前記等速自在継手が作動角を取った場合に前記ブーツにおける前記谷部の内面が接触する部位の全てを含むことを特徴とする等速自在継手。 - 請求項１に記載の等速自在継手において、前記表面粗さ調製部位を、Ｒｓｋ＜０且つＲｐｋ＜２μｍ且つＲａ＜４μｍに代えてＲｓｋ＜０且つＲｐｋ＜２μｍ且つＲａ＜３μｍとした等速自在継手。
- 請求項１に記載の等速自在継手において、前記表面粗さ調製部位を、Ｒｓｋ＜０且つＲｐｋ＜２μｍ且つＲａ＜４μｍに代えてＲｓｋ＜０且つＲｐｋ＜１μｍ且つＲａ＜１μｍとした等速自在継手。
- 前記ブーツが熱可塑性ポリエステル系エラストマーから成る請求項１〜３の何れか一に記載の等速自在継手。
- 前記等速自在継手を、４５°以上の作動角を取り得る固定式等速自在継手とした請求項１〜４の何れか一に記載の等速自在継手。
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