(57)【要約】【課題】トルク伝達部材との接触部におけるすべり抵抗を減じることができる等速自在継手を提供する。【解決手段】内側継手部材１の外周面の円周方向複数箇所に内側トルク伝達面１１を形成し、外側継手部材２の内周面に、内側トルク伝達面１１のそれぞれと対向する複数の外側トルク伝達面２１を形成する。内側継手部材１の内側トルク伝達面１１と外側継手部材２の外側トルク伝達面２１との間にトルク伝達部材３を配置し、トルク伝達部材３の内側面３ａを内側トルク伝達面１１に接触させると共に、外側面３ｂを外側トルク伝達面２１に接触させる。外側トルク伝達面２１を曲面で形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面の円周方向複数箇所に内側トルク伝達面が形成された内側継手部材と、内周面に前記内側トルク伝達面のそれぞれと対向する複数の外側トルク伝達面が形成された外側継手部材と、内側継手部材の内側トルク伝達面に接触する内側面、および外側継手部材の外側トルク伝達面に接触する外側面をそれぞれに有する複数のトルク伝達部材とを備え、各内側トルク伝達面が、継手中心面上で継手中心から等距離オフセットされた複数位置のうちいずれかの位置に曲率中心を有する球面であり、各内側トルク伝達面が、同じ曲率中心を有する二つを一組として異なる位置に前記曲率中心を有する複数組からなる等速自在継手において、
前記外側トルク伝達面を、凸曲面で形成したことを特徴とする等速自在継手。
【請求項２】
前記トルク伝達部材の外側面が平坦面である請求項１に記載の等速自在継手。
【請求項３】
前記凸曲面として、軸方向に中心線を持つ部分円筒面を用いた請求項１または２に記載の等速自動継手。
【請求項４】
継手の作動角０°の状態で、外側トルク伝達面の円筒面の曲率中心を、対応する内側トルク伝達面の曲率中心からＰＣＤの接線方向に延びる直線上に存在させた請求項３に記載の等速自在継手。
【請求項５】
前記円筒面の曲率半径が、対応する内側トルク伝達面の曲率半径よりも大きい請求項３または４に記載の等速自在継手。
【請求項６】
外側継手部材の外側トルク伝達面に、潤滑剤を保持する保持部を設けた請求項１〜５のいずれか１項に記載の等速自在継手。
【請求項７】
前記保持部を、多数の微小ディンプルで形成した請求項６に記載の等速自在継手。
【請求項８】
前記外側トルク伝達面のトルク伝達部材が接触する領域に硬化層を設けた請求項１〜７のいずれか１項に記載の等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両や各種産業機械において動力伝達に用いられる等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
等速自在継手には、角度変位のみを許容する固定型等速自在継手と角度変位および軸方向変位（プランジング）の双方を許容する摺動型等速自在継手とがある。この二種類の等速自在継手は用途に応じて適宜使い分けがなされており、例えば自動車のドライブシャフトではその車輪側に固定型等速自在継手が使用され、そのディファレンシャルギア側に摺動型等速型自在継手が使用されている。
【０００３】
ドライブシャフトに使用される摺動型等速自在継手の一例としてトリポード型等速自在継手が知られている。しかしながら、このタイプの等速自在継手は、部品点数が多い、内輪シャフトの径寸法に比べて継手の外径寸法が大きい、内輪の内壁面の形状が複雑である等の問題点を有する。
【０００４】
これらの問題点を解消するため、軸線の直角方向の断面が正多角形状で、この正多角形の各辺をなす外壁面がそれぞれ軸方向に円弧状に湾曲した内輪と、内輪の各外壁面との間にそれぞれ円周方向にくさび空間を形成する複数の円筒面をその内壁に備え、かつこれらくさび空間の向きが隣り合った円筒面間で相反する外輪と、前記各くさび空間に配され、内輪の外壁面に接触する平坦な内壁面および外輪の円筒面に適合して接触する円筒面状の外側面を備えたブロック状のトルク伝達部材とを有する摺動型等速自在継手が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−２２１３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の等速自在継手では、接触部の面圧軽減のために内輪と外輪との間にブロック状のトルク伝達部材を介在させている。かかる構成において、作動角をとった状態で等速自在継手を回転させると、トルク伝達部材と内輪または外輪との接触部ですべり接触を生じ、大きな抵抗を生じる。そのためすべり接触部での摩耗が進行し、あるいは回転駆動時のトルクロスが大きくなる問題がある。また、この抵抗が異音や振動の発生原因となり、車両に搭載した際にＮＶＨ特性に悪影響を与える。
【０００７】
そこで、本発明は、トルク伝達部材との接触部におけるすべり抵抗を減じることができる等速自在継手を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、外周面の円周方向複数箇所に内側トルク伝達面が形成された内側継手部材と、内周面に前記内側トルク伝達面のそれぞれと対向する複数の外側トルク伝達面が形成された外側継手部材と、内側継手部材の内側トルク伝達面に接触する内側面、および外側継手部材の外側トルク伝達面に接触する外側面をそれぞれに有する複数のトルク伝達部材とを備え、各内側トルク伝達面が、継手中心面上で継手中心から等距離オフセットされた複数位置のうちいずれかの位置に曲率中心を有する球面であり、各内側トルク伝達面が、同じ曲率中心を有する二つを一組として異なる位置に前記曲率中心を有する複数組からなる等速自在継手において、外側トルク伝達面を、凸曲面で形成したことを特徴とする。
【０００９】
かかる構成から、トルク伝達部材の外側面と外側継手部材の外側トルク伝達面とがすべり接触部において線接触し、このすべり接触部周辺に微小な隙間が形成される。この隙間に外側継手部材の内部に封入した潤滑剤が補足されるため、すべり接触部に潤沢な潤滑剤を供給することができる。そのため、すべり接触部の摩耗を防止すると共に、低トルク化を達成することが可能となる。さらには振動や異音の発生を防止することができる。
【００１０】
このとき、トルク伝達部材の外側面を平坦面とすることができる。
【００１１】
また、凸曲面として、軸方向に中心線を持つ部分円筒面を用いることができる。
【００１２】
以上に述べた等速自在継手では、継手の作動角０°の状態で、外側トルク伝達面の円筒面の曲率中心を、対応する内側トルク伝達面の曲率中心からＰＣＤの接線方向に延びる直線上に存在させるのが好ましい。この場合、円筒面の曲率半径を、対応する内側トルク伝達面の曲率半径よりも大きくする。
【００１３】
外側継手部材の外側トルク伝達面に、潤滑剤を保持する保持部を設けることで、すべり接触部における潤滑性がさらに向上する。この場合の保持部は、多数の微小ディンプルで形成することができる。
【００１４】
この他、外側トルク伝達面のトルク伝達部材が接触する領域に硬化層を設けることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、トルク伝達部材と外側継手部材との接触部におけるすべり抵抗を減じ、摩耗やトルクロスを小さくすることができる。これにより等速自在継手の長寿命化、さらには低トルク化による省エネルギー性の向上を図ることができる。また、振動も生じにくく、等速自在継手を車両に搭載した際のＮＨＶ特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかる等速自在継手をマウス部の開口側から見た正面図である。
【図２】図１中のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】内側継手部材の斜視図である。
【図４】内側継手部材をマウス部の開口側から見た正面図である。
【図５】トルク伝達部材を示す図であり、（ａ）図は断面図、（ｂ）図は内径側から見た平面図である。
【図６】本発明にかかる等速自在継手を示す図であり、（ａ）図はマウス部の開口側から見た正面図、（ｂ）図はすべり接触部周辺の要部拡大図である。
【図７】微小ディンプルを拡大して示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１および図２に示すように、本実施形態の等速自在継手は、内側継手部材１と、外側継手部材２と、内側継手部材１と外側継手部材２との間に介在し、両部材１，２間でトルクを伝達する複数のブロック状のトルク伝達部材３とを主要な要素として構成される。内側継手部材１、外側継手部材２、およびトルク伝達部材３はいずれも鋼等の金属材料で形成される。内側継手部材１の外周面と外側継手部材２の内周面との間の空間には、グリース等の潤滑剤が封入されている。なお、図１は作動角０°の状態における等速自在継手の正面図である。また、図２は、図１中のＸ−Ｘ線の断面図であり、等速自在継手が最大作動角θｍａｘをとった状態を示す。図２中の符号Ｏ’は、図１に示す継手中心Ｏを該断面上に投影したものを表し、図２中の符号Ｐ’は、図１に示す継手中心線Ｐ（継手中心Ｏを通る図１の紙面鉛直方向の線）を該断面上に投影したものを表す。
【００１９】
内側継手部材１は、軸方向の貫通孔１ａを有する中空状に形成されている。内側継手部材１の内周面には、軸４が挿入され、この軸４はセレーション１ｂ（図３参照）等のトルク伝達手段を介して内側継手部材１にトルク伝達可能に結合される。
【００２０】
図３および図４に示すように、内側継手部材１の外周面には複数（本実施形態では６つ）の内側トルク伝達面１１が形成されている。図４に示すように、各内側トルク伝達面１１は、継手中心線Ｐと直交する断面において、ＰＣＤ上に等ピッチで設けられた三つの点Ｃ１〜Ｃ３のいずれかを曲率中心とする半径ｒの円弧である。ここでＰＣＤは継手中心面（継手中心Ｏを含み、継手中心線Ｐと直交する平面）上で継手中心Ｏを中心とする円であり、その半径ｑは継手の使用条件（特に負荷条件）によって定まる。具体的には６つの内側トルク伝達面１１のうち、対向する二つの内側トルク伝達面１１（ａ）は点Ｃ１を曲率中心とする円弧である。同様に対向する二つの内側トルク伝達面１１（ｂ）は点Ｃ２を曲率中心とする円弧であり、残りの二つの内側トルク伝達面１１（ｃ）は点Ｃ３を曲率中心とする円弧である。このように、本実施形態の内側トルク伝達面１１は、同じ曲率中心（Ｃ１〜Ｃ３の何れか）を有する二つを一組として、異なる位置に曲率中心を有する三組で構成される。円周方向で隣接する二つの内側トルク伝達面１１は、その外径端同士を突き合わせて山状に形成されている。
【００２１】
また、各内側トルク伝達面１１は、図２に示すように、継手中心線Ｐ方向に沿った断面において継手中心Ｏを中心とする円弧である。
【００２２】
以上から、内側継手部材１の各内側トルク伝達面１１のうち、時計回りで一番目の内側トルク伝達面１１（ａ）と四番目の内側トルク伝達面１１（ａ）とが継手中心面上の点Ｃ１を中心とする凸球状面をなし、三番目の内側トルク伝達面１１（ｂ）と六番目の内側トルク伝達面１１（ｂ）とが継手中心面上の点Ｃ２を中心とする凸球状面をなし、五番目の内側トルク伝達面１１（ｃ）と二番目の内側トルク伝達面１１（ｃ）とが継手中心面上の点Ｃ３を中心とする凸球状面をなす。
【００２３】
図１および図２に示すように、図示例の外側継手部材２は軸方向一端が開口したカップ状のマウス部２ａと、マウス部２ａの底から延びるステム部２ｂとを備える。マウス部２ａの内周面の軸方向二箇所にはクリップ５が装着されている。
【００２４】
外側継手部材２の内周面には、内側トルク伝達面１１と同数の外側トルク伝達面２１が形成される。各外側トルク伝達面２１は、継手中心線Ｐと直交する方向の断面において略正多角形状（本実施形態では略正六角形状）をなし、継手中心線Ｐ方向に沿った断面においてストレート形状をなす。かかる構成から、各外側トルク伝達面２１は、対向する内側トルク伝達面１１との間にくさび空間Ｓを形成する。
【００２５】
図５に示すように、トルク伝達部材３は略円板状をなし、各くさび空間Ｓに一つずつ配置される。トルク伝達部材３の内側面３ａは内側継手部材１の内側トルク伝達面１１と球面接触する凹球面状に形成され、本実施形態では、トルク伝達部材３の外側面３ｂは平坦面状に形成されている。
【００２６】
以上の構成において、図２に示すように作動角をとった等速自在継手が回転すると、トルク伝達部材３を介して内側継手部材１の内側トルク伝達面１１と外側継手部材２の外側トルク伝達面２１との間でトルク伝達が行われる。トルク伝達中のトルク伝達部材３は、作動角に応じた一定ストロークで継手中心線Ｐ方向に往復移動する。その時の摩擦によってトルク伝達部材３をその中心線Ｑ（図５（ａ）（ｂ）参照）を中心として回転（自転）させることが可能である。
【００２７】
また、トルク伝達部材３の外側面３ｂが外側継手部材２の外側トルク伝達面２１に対して軸方向に摺動可能であるため、等速自在継手のプランジングも可能となる。
【００２８】
本発明においては、図６（ａ）に示すように、外側継手部材２の外側トルク伝達面２１は、継手中心線Ｐと直交する方向の断面において、内径側を凸とする曲面状をなしており、その頂点でトルク伝達部材３の外側面３ｂと接触する。本実施形態では、凸曲面として、継手中心線Ｐ方向に中心線を持つ部分円筒面状に形成した場合を例示している。かかる構成により、外側トルク伝達面２１は、トルク伝達部材３との間のすべり接触部においてトルク伝達部材３の外側面３ｂと線接触し、図６（ｂ）に示すように、このすべり接触部周辺に隙間Ｄが形成される。これにより、継手内部に封入されたグリース等の潤滑剤Ｌがこの隙間Ｄに入り込んで保持される。そのため、潤沢な潤滑剤Ｌをすべり接触部周辺に介在させることができ、すべり接触部に逐次潤滑剤Ｌを供給してその摩耗を抑制し、等速自在継手の長寿命化を達成すると共に低トルク化を図ることが可能となる。また、振動や異音の発生も防止することができ、車両搭載時のＮＶＨ特性の改善を図ることができる。
【００２９】
本実施形態のように外側トルク伝達面２１を部分円筒面状に形成した場合、図６（ａ）に示すように、その曲率中心Ｔは、作動角０°の状態で、対応する内側トルク伝達面１１の曲率中心ＣからＰＣＤの接線方向（当該外側トルク伝達面２１に向う方向）に延ばした直線上に存在する。この直線上にトルク伝達部材３の中心線Ｑも存在する。これにより、外側トルク伝達面２１とトルク伝達部材３の外側面３ｂとの間のすべり接触部周辺の隙間Ｄが中心線Ｑ中心とする円上で同じ幅を持つため、すべり接触部の周辺に存在する潤滑剤Ｌの量をバランスさせることができる。なお、中心線Ｑから離れるに従って隙間Ｄの幅は大きくなる（図６（ｂ）参照）。図６（ａ）では、上記一番目および四番目の内側トルク伝達面１１（ａ）に対応する外側トルク伝達面２１の曲率中心Ｔ１，Ｔ２のみを示しているが、他の外側トルク伝達面２１の曲率中心Ｔも上記の条件を満たす位置に存在する。
【００３０】
各外側トルク伝達面２１の曲率半径Ｒは、対応する内側トルク伝達面１１の曲率半径ｒよりも大きくする。曲率半径Ｒがこれよりも小さいと、外側トルク伝達面２１とトルク伝達部材３の外側面３ｂとの接触面圧が上昇して、継手部材の耐久性の悪化を招くためである。一方、曲率半径Ｒが大きすぎると、本願発明の効果が十分に得られないため、外側トルク伝達面２１の曲率半径Ｒは、内側トルク伝達面１１の曲率半径ｒの９５倍以下とする（Ｒ／ｒ≦９５）。
【００３１】
外側トルク伝達面２１には、図７に示すように、潤滑剤を保持する保持部６を設けることもできる。それにより、外側トルク伝達面２１とトルク伝達部材３の外側面３ｂとのすべり接触部における潤滑性を向上させることができる。この場合の保持部は、多数の微小ディンプル６１で形成することもできる。この微小ディンプル６１は、バレル加工、ショットブラスト、ショットピーニングなどの手法で形成することができる。
【００３２】
また、外側トルク伝達面２１に、硬化層を設けることもできる。硬化層は、トルク伝達部材３が接触する領域に設けることが好ましい。これにより、耐摩耗性を向上させることができる。この場合の硬化層は、焼入れなどの熱処理を行って表面を硬化させることで形成することができる。
【００３３】
以上の説明では、外側トルク伝達面２１を部分円筒面状に形成した場合を例示したが、外側継手部材２の半径方向断面における外側トルク伝達面２１の形状は、円弧に限らず、放物線、双曲線、楕円などの形状にすることができる。いずれの形状であっても、外側トルク伝達面２１とトルク伝達部材３の外側面３ｂとの間に隙間Ｄを形成することができるため、すべり接触部に潤沢な潤滑剤を供給してすべり接触部におけるすべり抵抗を減じることができる。
【００３４】
以上に説明した本発明にかかる等速自在継手は、自動車のトルク伝達系に装備されるドライブシャフト、あるいはプロペラシャフトに用いることができる。これ以外にも自動車のステアリング用シャフトにも使用することが可能である、もちろん等速自在継手の用途は自動車用には限定されず、産業機器一般の動力伝達系に広く用いることが可能である。また潤滑剤としては、グリースの他に潤滑油や固体潤滑剤を使用することもできる。
【符号の説明】
【００３５】
１      内側継手部材
１ａ    貫通孔
２      外側継手部材
２ａ    マウス部
２ｂ    ステム部
３      トルク伝達部材
３ａ    内側面
３ｂ    外側面
４      軸
５      クリップ
６      保持部
１１    内側トルク伝達面
２１    外側トルク伝達面
６１    微小ディンプル
Ｏ      継手中心
Ｐ      継手中心線
Ｓ      くさび空間
【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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【図６】
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【図７】
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