(57)【要約】【課題】十字継手で連結される回転シャフトに曲げモーメントが加わったときに破損させることができる十字継手を提供する。【解決手段】本明細書が開示する十字継手は、十字軸と、２個のヨーク（第１ヨーク、第２ヨーク）と、スナップリングを備えている。十次軸は、第１軸と第２軸が直交している部品である。第１ヨークは、一対のアーム（第１アーム）を備えている。夫々の第１アームに、十字軸の第１軸が挿通される第１貫通孔が設けられている。第２ヨークは、一対のアーム（第２アーム）を備えている。夫々の第２アームに、十字軸の第２軸が挿通される第２貫通孔が設けられている。スナップリングは、第１貫通孔の内周面に設けられている溝に嵌合しており、第１軸の軸線方向の一方側への移動を規制する。第１貫通孔の内周面に、十字軸の中心よりも遠い側の貫通孔端から溝まで延びている切欠が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸と第２軸が直交している十字軸と、
一対の第１アームを備えており、夫々の前記第１アームに、前記第１軸が挿通される第１貫通孔が設けられている第１ヨークと、
一対の第２アームを備えており、夫々の前記第２アームに、前記第２軸が挿通される第２貫通孔が設けられている第２ヨークと、
前記第１貫通孔の内周面に設けられている溝に嵌合しており、前記第１軸の軸線方向の一方側への移動を規制するスナップリングと、
を備えており、
前記第１貫通孔の内周面に、前記十字軸の中心よりも遠い側の貫通孔端から前記溝まで延びている切欠が設けられている、十字継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は十字継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転軸が非平行な関係にある２本の回転シャフトを連結するのに十字継手が用いられる。例えば、自動車の変速機の出力軸とプロペラシャフト、あるいは、プロペラシャフトとデファレンシャルギアが十字継手で連結される（特許文献１）。特許文献２には、ステアリングホイールの軸と転舵輪側の機構の軸とが十字継手で連結されている構造が開示されている。
【０００３】
特許文献２では、劣化が進行したときに十字継手の特定の箇所が最初に破壊するように、十字継手の十字軸に脆弱部を設けることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１６２２０号公報
【特許文献２】特開２０１３−０４７０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
十字軸に脆弱部を設けると、十字軸の強度が下がってしまい、回転力を伝達するという通常の使用によっても脆弱部の劣化が促進されるおそれがある。一方、十字継手で連結される回転シャフトに曲げモーメントが加わったときには、特定部位、すなわち、十字継手で破損が生じるようにできれば、予期しない部位の破損を防止することができる。本明細書は、回転力を伝達する使用態様には影響を及ぼさず、十字継手で連結される回転シャフトに曲げモーメントが加わったときに破損させることができる十字継手を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する十字継手は、十字軸と、２個のヨーク（第１ヨーク、第２ヨーク）と、スナップリングを備えている。十次軸は、第１軸と第２軸が直交している部品である。第１ヨークは、一対のアーム（第１アーム）を備えている。一対の第１アームの夫々に、十字軸の第１軸が挿通される第１貫通孔が設けられている。第２ヨークは、一対のアーム（第２アーム）を備えている。一対の第２アームの夫々に、十字軸の第２軸が挿通される第２貫通孔が設けられている。スナップリングは、第１貫通孔の内周面に設けられている溝に嵌合しており、第１軸の軸線方向の一方側への移動を規制する。第１貫通孔の内周面に、十字軸の中心（十字の中心）よりも遠い側の貫通孔端から溝まで延びている切欠が設けられている。
【０００７】
十字継手が回転するときには十字継手の第１軸と第２軸に曲げモーメントが加わるが、軸線方向には大きな力は作用しない。従って、上記した切欠は、回転力を伝達する使用態様には影響しない。一方、十字継手で連結されている一方の回転シャフトに曲げモーメントが加わると、ヨークに対して十字軸が第１軸（あるいは第２軸）の方向に移動しようとする力が加わる。そのような力はスリップリングに加わる。スリップリングが十字軸の軸線方向に荷重を受けるとスリップリングを係止しているヨークの上記切欠の周囲に応力が集中し、ヨークが破壊する。本明細書が開示する十字継手は、回転力を伝達する使用態様には影響を及ぼさず、十字継手で連結される回転シャフトに曲げモーメントが加わったときに特定部位（ヨークの切欠の周辺）を破損させることができる。
【０００８】
なお、第１ヨーク、第２ヨーク（第１アーム、第２アーム）との呼称は、２個のヨーク（２個のアーム）を区別するための便宜であり、第１ヨークと第２ヨーク（第１アームと第２アーム）は、同じ構造を有していてよい。また、ヨークが耐え得る軸方向荷重は、切欠の大きさ、あるいは、切欠の個数で調整することができる。ヨークが耐え得る軸方向荷重は、十字継手の使用態様あるいは使用環境に応じて適宜に定められてよい。
【０００９】
十字継手は合計４個のアームを備えているが、それらのアームの少なくとも１個が上記した溝を備えていればよいが、複数のアームに上記した溝が備えられていてもよい。
【００１０】
本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例の十字継手の斜視図である。
【図２】実施例の十字継手の分解斜視図である。
【図３】実施例の十字継手の平面図である。
【図４】実施例の十字継手の適用例を示す側面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照して実施例の十字継手１０を説明する。図１に、十字継手１０の斜視図を示し、図２に十字継手１０の分解斜視図を示す。十字継手１０は、回転軸線が非平行な関係にある２本のシャフトを連結するとともに一方のシャフトから他方のシャフトへ回転力を伝達する部品である。図１、図２では、理解を助けるために、スナップリング５０（後述）をグレーで示してある。
【００１３】
十字継手１０は、十字軸４０、第１ヨーク２０、第２ヨーク３０を備えている。第１ヨーク２０は基部２５と、基部２５から平行に延びている一対の第１アーム２１ａ、２１ｂを備えている。一対の第１アーム２１ａ、２１ｂのそれぞれの先端には、同じ方向に貫通している第１貫通孔２２が設けられている。
【００１４】
一対の第１アーム２１ａ、２１ｂの間に十字軸４０が配置される。十字軸４０は、円柱状の第１軸４１と第２軸４２が、夫々の軸線方向の中央で直交している部品である。第１軸４１と第２軸４２のそれぞれの端部にカップ４３が嵌められる。第１ヨーク２０の一対の第１アーム２１ａ、２１ｂのそれぞれの貫通孔２２に、十字軸４０の第１軸４１の端がカップ４３ごと挿入される。なお、図示は省略しているが、一対の第１アーム２１ａ、２１ｂの一方は基部２５から外れるようになっており、第１アーム２１ａ、２１ｂの一方を外すと、十字軸４０を第１ヨーク２０に組み付けることができる。十字軸４０を組み付けた後、外してあった一方の第１アーム２１ａ（あるいは２１ｂ）を基部２５に組み付ける。
【００１５】
貫通孔２２の内周面には、内周面を一巡する溝２３が設けられている。溝２３にはスナップリング５０が嵌合する。スナップリング５０は一部が切りかかれた金属製のリングであり、外周から中心に向かって荷重を加えるとリングが縮径するように変形する。縮径したリングを貫通孔２２に嵌め込み、加えていた荷重を解放するとリングが拡径し、溝２３に嵌合する。
【００１６】
スナップリング５０は、カップ４３に当接しており、第１軸４１の軸線方向の動きを規制する。第１軸４１の両側にスナップリング５０が配置されており、第１ヨーク２０に対する第１軸４１の軸線方向の移動が規制される。
【００１７】
基部２５の第１アーム２１ａ、２１ｂとは反対側にはフランジ２６が設けられている。フランジ２６には複数の孔２７が設けられている。複数の孔２７にボルトが挿通され、第１ヨーク２０が一方のシャフトに連結される。
【００１８】
第２ヨーク３０は第１ヨーク２０と同じ構造を有しており、基部３５と、基部３５から平行に延びている一対の第２アーム３１ａ、３１ｂを備えている。一対の第２アーム３１ａ、３１ｂのそれぞれの先端には、同じ方向に貫通している第２貫通孔３２が設けられている。
【００１９】
一対の第２アーム３１ａ、３１ｂの間に十字軸４０が配置される。一対の第２アーム３１ａ、３１ｂのそれぞれの貫通孔３２に、第２軸４２の端が挿入される。先に述べたように、第２軸４２の両端にもカップ４３が嵌められている。第２軸４２は、カップ４３とともに貫通孔３２に挿入される。
【００２０】
貫通孔３２の内周面にも、溝３３が設けられている。溝３３にスナップリング５０が嵌合する。スナップリング５０は、カップ４３に当接しており、第２軸４２の軸線方向の動きを規制する。第２軸４２の両側にスナップリング５０が配置されており、第２ヨーク３０に対する第２軸４２の軸線方向の移動が規制される。
【００２１】
基部３５の第２アーム３１ａ、３１ｂとは反対側にはフランジ３６が設けられている。フランジ３６には複数の孔３７が設けられている。複数の孔３７に別のボルトが挿通され、第２ヨーク３０が他方のシャフトに連結される。
【００２２】
図３に、十字継手１０の平面図を示す、図３では、第１ヨーク２０の基部２５が連結されている一方のシャフト６１と、第２ヨーク３０の基部３５が連結されている他方のシャフト６２も描かれている。図３では、２本のシャフト６１、６２は、それぞれの軸線が一致するように描かれているが、十字継手１０は、２本のシャフト６１、６２の軸線が交差する配置であっても、シャフト６１、６２の間で回転力を伝達することができる。図３でも、理解を助けるために、スナップリング５０をグレーで示してある。
【００２３】
第１ヨーク２０の貫通孔２２の内周面には、切欠２４が設けられている。切欠２４は、十字軸４０の十字の中心よりも遠い側の貫通孔端から溝２３まで延びている。同様に、第２ヨーク３０の貫通孔３２の内周面にも切欠３４が設けられている。切欠３４は、十字軸４０の十字の中心よりも遠い側の貫通孔端から溝３３まで延びている。溝２３（３３）に対して、複数の切欠２４（３４）が設けられている。
【００２４】
切欠２４、３４は、シャフト６１、６２の間の回転力の伝達に対して影響しないが、シャフト６１（あるいはシャフト６２）に所定値以上の曲げモーメントが加わったときに十字継手１０の破損を誘起する。図３を参照して切欠２４、３４の効果を説明する。
【００２５】
図３の符号Ｍが示す太矢印線は、一方のシャフト６２に加わる曲げモーメントを示している。シャフト６２に曲げモーメントＭが加わると、シャフト６２の先端に連結されている第２ヨーク３０は十字継手１０とともに図中の＋Ｚ方向に押し付けられる。その押し付け力は第１ヨーク２０の第１アーム２１ａの溝２３に嵌合しているスナップリング５０が支えることになり、スナップリング５０に、符号Ｆが示す荷重が加わる。スナップリング５０が嵌合している溝２３の十字継手１０の十字中心から遠い側の縁には切欠２４が設けられているため、溝２３よりも十字中心から遠い側では、アーム２１ａの強度が下がっている。切欠２４により荷重Ｆに対するアーム２１ａの強度が下がっているため、スナップリング５０に加わっている荷重Ｆが特定の閾値以上になるとアーム２１ａが破損する。すなわち、十字継手１０が破損する。切欠２４により、シャフト６２に所定値以上の曲げモーメントが加わったときに十字継手１０を破損させることができる。
【００２６】
シャフト６１、６２とともに十字継手１０は回転する。アーム２１ａ、２１ｂ（３１ａ、３１ｂ）のそれぞれに切欠２４（３４）が設けられており、十字継手１０の回転に伴ってそれぞれのアームが図３の荷重Ｆを順次に受ける。いずれかのアームで上記した破断が生じ、十字継手１０が破損する。
【００２７】
一方、シャフト６１、６２が回転すると、十字軸４０の第１軸４１、第２軸４２には曲げモーメントが生じる。第１軸４１、第２軸４２に生じる曲げモーメントは切欠２４、３４とは相互に影響を及ぼさない。切欠２４、３４は、シャフト６１、６２の間の回転力の伝達には影響を及ぼさない。
【００２８】
（適用例）図４、図５を参照して十字継手１０の適用例を説明する。十字継手１０は、自動車１００に適用されている。図４は、自動車１００の側面図である。図５は、図５のＶ−Ｖ線でカットした自動車１００の断面図である。図４、図５では、自動車１００のボディとダッシュパネル１０２を仮想線で描いてある。また、図４、図５では、十字継手１０の説明に不要な部品は図示を省略してある。
【００２９】
十字継手１０は、トランスミッション１１０の出力軸１１２と、プロペラシャフト１２２の間に連結されている。出力軸１１２とプロペラシャフト１２２は、軸線が非平行であり、十字継手１０は、それらの間で回転力を伝達する。なお、プロペラシャフト１２２の後端は、別の十字継手を介してデファレンシャルギア１２０の入力軸１２４に連結されている。
【００３０】
プロペラシャフト１２２の十字継手１０の側の端部の下方には、ワイヤ１３０が配置されている。ワイヤ１３０のそれぞれの端は、ダッシュパネル１０２に固定されており、ワイヤ１３０は、プロペラシャフト１２２の下方を横断するように配置されている。
【００３１】
走行中に何らかの不具合によりプロペラシャフト１２２に所定値以上の曲げモーメントが加わったとき、十字継手１０が最初に破断するように、切欠２４、３４（図１−３参照）の大きさと数が設定されている。十字継手１０が破断すると、プロペラシャフト１２２の先端側が支持を失い、落下する。プロペラシャフト１２２の十字継手１０の側の下方にはワイヤ１３０が準備されているため、落下したプロペラシャフト１２２の先端はワイヤ１３０に引っ掛かり、地面との接触が回避される。走行中に落下したプロペラシャフト１２２が地面と接触すると、車両の走行挙動が大きく乱れるおそれがあるが、ワイヤ１３０を備えることにより、十字継手１０が破断したときにプロペラシャフト１２２の地面との
接触を回避することができる。
【００３２】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の十字継手１０は、アーム２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３１ｂの全てに切欠２４（３４）を設けている。切欠は、少なくとも１個のアームに設けられていればよい。切欠２４（３４）の大きさと個数は、スナップリング５０が受ける軸線方向の荷重の上限に応じて定められればよい。
【００３３】
第１アーム２１ａ、２１ｂの先端に設けられている貫通孔２２が第１貫通孔の一例であり、第２アーム３１ａ、３１ｂの先端に設けられている貫通孔３２が第２貫通孔の一例である。第１ヨーク／第２ヨークとの呼称は、それぞれを区別するための便宜のためであり、第１ヨークと第２ヨークは同形状であってよい。第１アーム／第２アームとの呼称、及び、第１貫通孔／第２貫通孔との呼称についても同様である。
【００３４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３５】
１０：十字継手    ２０：第１ヨーク    ２１ａ、２１ｂ：第１アーム    ２２、３２：貫通孔    ２３、３３：溝    ２４、３４：切欠    ２５、３５：基部    ２６、３６：フランジ    ２７、３７：孔    ３０：第２ヨーク    ３１ａ、３１ｂ：第２アーム    ４０：十字軸    ４１：第１軸    ４２：第２軸    ４３：カップ    ５０：スナップリング    ６１、６２：シャフト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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