(57)【要約】【課題】十字軸継手を構成するスナップリングに過大な荷重がかかった場合であっても、スナップリングを介してヨークに伝達される荷重を低減して、十字軸継手の耐久性の低下を抑制できる構造を提供する。【解決手段】スナップリング３０に伝達される荷重Ｆが、スナップリング３０に形成されているテーパ面５２に対して垂直に作用することで、その荷重Ｆが、スパイダ１６の軸部３２の軸方向に作用する第１分力Ｆ１と、スナップリング３０の外周側に作用する第２分力Ｆ２とに分力される。従って、第２分力Ｆ２が、スナップリング３０の外周面を溝４８の溝底４８ａに押し付ける方向に作用し、第１分力が、溝４８の溝底の端部である点Ｘ３から作用するため、第１ヨーク２４に作用する荷重を大幅に低減することができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
十字形状に形成されているスパイダと、互いに向かい合う一対の保持部を有し、該保持部に前記スパイダの軸部が嵌め入れられる軸穴がそれぞれ形成されている一対のヨークと、前記スパイダの前記軸部の軸端を覆うように嵌め付けられ、組付状態において前記スパイダの前記軸部と前記ヨークの軸穴とを位置決めする有底円筒状のカップと、前記ヨークの軸穴の内周面に形成されている環状の溝に嵌め付けられ、組付状態において前記カップと接触することで該カップの脱落を防止するスナップリングとを、備える十字軸継手であって、
前記スナップリングの内周側であって前記カップと対向する部位には、前記スパイダの前記軸部の軸端側から前記スパイダの中心側に向かうに従って、前記軸穴の中心と前記スナップリングの内周面との間の距離が長くなるテーパ面が形成されている
ことを特徴とする十字軸継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、十字軸継手に係り、特に、十字軸継手の耐久性向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロペラシャフトの軸端に連結されトルクを伝達する十字軸継手がよく知られている。特許文献１の十字軸継手がそれである。特許文献１には、十字形状に形成されているスパイダ（特許文献１ではトラニオン）の軸端を覆うように嵌め付けられるカップと、ヨークの軸穴の内周面に嵌め付けられ、前記カップのスパイダからの脱落を防止するスナップリングとを、含んで構成される十字軸継手において、スナップリングの外周面に面取りが施された構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６８８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の十字軸継手において、十字軸継手に連結されているプロペラシャフトに、共振などに起因する曲げ荷重が発生し、スパイダに形成される軸部に対して軸方向に作用する過大な荷重が入力された場合には、スナップリングがカップによって押し付けられ、スナップリングのカップとの接触面に、その接触面に対して垂直な方向の荷重が作用する。このとき、スナップリングとスナップリングを嵌め付けるために形成される溝との接触部に作用するモーメント荷重が過大になり、ヨークにかかる応力が大きくなることで十字軸継手の耐久性が低下する可能性がある。
【０００５】
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、プロペラシャフトの軸端に連結される十字軸継手において、十字軸継手を構成するスナップリングに過大な荷重がかかった場合であっても、スナップリングを介してヨークに伝達される荷重を低減して、十字軸継手の耐久性の低下を抑制できる構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明の要旨とするところは、（ａ）十字形状に形成されているスパイダと、互いに向かい合う一対の保持部を有し、その保持部に前記スパイダの軸部が嵌め入れられる軸穴がそれぞれ形成されている一対のヨークと、前記スパイダの前記軸部の軸端を覆うように嵌め付けられ、組付状態において前記スパイダの前記軸部と前記ヨークの軸穴とを位置決めする有底円筒状のカップと、前記ヨークの軸穴の内周面に形成されている環状の溝に嵌め付けられ、組付状態において前記カップと接触することでそのカップの脱落を防止するスナップリングとを、備える十字軸継手であって、（ｂ）前記スナップリングの内周側であって前記カップと対向する部位には、前記スパイダの前記軸部の軸端側から前記スパイダの中心側に向かうに従って、前記軸穴の中心と前記スナップリングの内周面との間の距離が長くなるテーパ面が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１発明の十字軸継手によれば、スパイダの軸部に軸端側へ作用する荷重が伝達され、その荷重がカップを介してスナップリングに伝達された場合、荷重がスナップリングに形成されているテーパ面に対して垂直に作用することで、その荷重が、スパイダの軸部の軸方向に作用する第１分力と、スナップリングの外周側に作用する第２分力とに分力される。従って、第２分力が、スナップリングの外周面とヨークに形成される溝の溝底との間で、スナップリングの外周面を溝の溝底に押し付ける方向に作用する。第２分力によって、スナップリングの外周面が溝の溝底に押し付けられることで、第１分力が、溝の溝底に作用するため、モーメント荷重がスラスト荷重に変換され、ヨークに作用する荷重を大幅に低減することができる。よって、十字軸継手の耐久性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明が適用された車両に備えられるプロペラシャフトの外観図である。
【図２】図１の十字軸継手を構成する各部品の構造を説明するための分解図である。
【図３】図２のスナップリングの外観図である。
【図４】第１ヨークの軸穴の内周面に形成される溝、または、第２ヨークの軸穴の内周面に形成される溝にスナップリングが嵌め付けられた状態を示す断面図である。
【図５】テーパ面が形成されない従来構造のヨークおよびスナップリングの断面図である。
【図６】第１、第２ヨークの保持部のうち軸穴にスナップリングが嵌め付けられている部位を拡大した断面図であって、且つ、カップからスナップリングに荷重が伝達されたときの力の作用状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【実施例】
【００１０】
図１は、本発明が適用された車両に備えられるプロペラシャフト１２の外観図である。プロペラシャフト１２は、例えば図示しないトランスミッションと図示しないデファレンシャル装置との間に介挿され、トランスミッションとデファレンシャル装置との間で動力を伝達する回転軸である。プロペラシャフト１２は、車両の進行方向と平行に配置されており、軸方向の一端がトランスミッションの出力軸に連結されるとともに、軸方向の他端がデファレンシャル装置のファイナルギヤと噛み合うドライブピニオンに連結されている。
【００１１】
トランスミッションの出力軸とプロペラシャフト１２の一端との間、および、プロペラシャフト１２の他端とデファレンシャル装置のドライブピニオンとの間には、それぞれ十字軸継手１４が設けられている。十字軸継手１４は、出力軸およびドライブピニオンとプロペラシャフト１２との間の角度変化を許容しつつ動力を伝達するよく知られた自在継手である。このようなプロペラシャフト１２の両端に十字軸継手１４が設けられている形式を、２ジョイントタイプのプロペラシャフトと称する。
【００１２】
図２は、図１の十字軸継手１４を構成する各部品の構造を説明するための分解図である。十字軸継手１４は、十字形状に形成されているスパイダ１６と、互いに向かい合う一対の保持部３６を有する第１ヨーク２４と、互いに向かい合う一対の保持部４２を有する第２ヨーク２６と、スパイダ１６の後述する各軸部３２の軸端を覆うように嵌め付けられる４個のカップ２８と、組付状態においてカップ２８の脱落を防止するために第１ヨーク２４および第２ヨーク２６にそれぞれ嵌め付けられる４個のスナップリング３０とを、備えている。なお、図２にあっては、１個のカップ２８および１個のスナップリング３０が記載されており、他の３個のカップ２８および３個のスナップリング３０については省略されている。上記第１ヨーク２４および第２ヨーク２６が、本発明の一対のヨークに対応している。
【００１３】
スパイダ１６は、４本の軸部３２ａ〜３２ｄ（区別しない場合には軸部３２と称す）を有する十字形状に形成された部材である。各軸部３２ａ〜３２ｄは、一平面上において９０度間隔に配置され、各軸部３２ａ〜３２ｄの軸径（外径）および軸の長さは、いずれも同じ寸法とされている。
【００１４】
第１ヨーク２４は、基部３４と、基部３４から垂直に伸びる一対の保持部３６とから構成される二股状の部材である。保持部３６は、所定の間隔をあけて互いに向かい合うように形成されている。一対の保持部３６には、組付時においてスパイダ１６の軸部３２が嵌め入れられる軸穴３８が、それぞれ形成されている。これら一対の軸穴３８は、同じ軸線を中心にして形成されており、各軸穴３８の内径は、軸部３２の外径よりも大きく形成されている。具体的には、軸穴３８の内径は、一対の軸部３２ａ、３２ｂを軸穴３８内に嵌め入れることができる大きさに設定されている。
【００１５】
第２ヨーク２６は、基部４０と、基部４０から垂直に伸びる一対の保持部４２とから構成される二股状の部材である。保持部４２は、所定の間隔をあけて互いに向かい合うように形成されている。一対の保持部４２には、組付時においてスパイダ１６の軸部３２が嵌め入れられる軸穴４６が、それぞれ形成されている。これら一対の軸穴４６は、同じ軸線を中心にして形成されており、各軸穴４６の内径は、軸部３２の外径よりも大きく形成されている。具体的には、軸穴４６の内径は、一対の軸部３２ｃ、３２ｄを軸穴４６内に嵌め入れることができる大きさに設定されている。本実施例では、軸穴３８の内径と軸穴４６の内径とが等しくされている。
【００１６】
カップ２８は、いずれも有底円筒状に形成されており、開口側から軸部３２の軸端を覆うようにして嵌め付けられる。具体的には、スパイダ１６の各軸部３２が、第１ヨーク２６の軸穴３８および第２ヨーク２６の軸穴４６に嵌め入れられた状態で、カップ２８が各軸部３２の軸端に嵌め付けられる。なお、カップ２８の内周側には、図示しないころ軸受が設けられており、カップ２８は、ころ軸受を介して各軸部３２に対して相対回転可能な状態で嵌め付けられる。また、カップ２８の外径は、カップ２８の外周面と軸穴３８、４６の内周面３８ａ、４６ａとが摺動可能な状態で嵌合する寸法に設定されている。これより、スパイダ１６の各軸部３２が、第１ヨーク２６の軸穴３８および第２ヨーク２６の軸穴４６に嵌め入れられた状態で、各カップ２８が各軸部３２の軸端に嵌め付けられる組付状態における、第１、第２ヨーク２４、２６の軸穴３８、４６に対するスパイダ１６の各軸部３２の相対的な位置が、カップ２８によって位置決めされる。
【００１７】
スナップリング３０は、スパイダ１６の軸部３２ａ、３２ｂおよびカップ２８が第１ヨーク２４の軸穴３８内に組み付けられた状態で、第１ヨーク２４の軸穴３８の内周面３８ａに形成されている環状の溝４８に、外周部が嵌め付けられる。また、スナップリング３０は、スパイダ１６の軸部３２ｃ、３２ｄおよびカップ２８が第２ヨーク２６の軸穴４６内に組み付けられた状態で、第２ヨーク２６の軸穴４６の内周面４６ａに形成されている環状の溝５０に、外周部が嵌め付けられる。
【００１８】
図３は、スナップリング３０の外観図である。スナップリング３０は、長手状に伸びる１本の鉄製の部材から成り、その両端部が接近するように略環状（略Ｃ型形状）に形成された部材である。スナップリング３０は、軸穴３８の溝４８および軸穴４６の溝５０に嵌め付けられるように、周方向の大部分が溝４８、５０の形状に沿った形状とされている。また、スナップリング３０の周方向の一部、具体的には、互いに接近するスナップリング３０の両端部が、内周側に突き出すように変形させられている。
【００１９】
スナップリング３０の内周側には、テーパ面５２が形成されている。図４は、第１ヨーク２４の軸穴３８の内周面３８ａに形成される溝４８、または、第２ヨーク２６の軸穴４６の内周面４６ａに形成される溝５０にスナップリング３０が嵌め付けられた状態を示す断面図である。なお、組付状態において、図４の一点鎖線で示す部位に、スパイダ１６の軸部３２およびカップ２８が配置される。溝４８、５０にスナップリング３０が嵌め付けられることで、組付状態においてカップ２８が軸部３２の軸方向（図４において紙面上側）に移動した場合であっても、カップ２８がスナップリング３０の対向する面と接触することで、カップ２８の軸部３２からの脱落が防止される。
【００２０】
図４に示すように、組付状態において、スナップリング３０の外周側の面は、溝４８、５０の溝底４８ａ、５０ａと平行となるように形成されている。一方、組付状態において、スナップリング３０の内周側であって、スパイダ１６およびカップ２８と対向する部位には、テーパ面５２が形成されている。すなわち、スナップリング３０のテーパ面５２が、スパイダ１６およびカップ２８と対向するように、スナップリング３０が嵌め付けられる。テーパ面５２は、スパイダ１６の軸部３２の軸端側からスパイダ１６の中心側（図４おいて紙面上側から下側）に向かうに従って、軸穴３８、４６の中心Ｃとスナップリング３０の内周面との間の距離Ｄが長くなるように形成されている。
【００２１】
スナップリング３０にテーパ面５２が形成されることで得られる効果について、以下から説明する。図５は、比較対象としてテーパ面が形成されない従来構造のヨーク１００およびスナップリング１０２の断面図である。図５に示すように、ヨーク１００の保持部１０１には軸穴１０４が形成されており、その軸穴１０４の内周面１０４ａに形成される環状の溝１０６に、スナップリング１０２の外周側が嵌め付けられている。スナップリング１０２についてはテーパ面が形成されないため、スナップリング１０２の図示しないカップと対向する面が、軸穴１０４の内周面１０４ａに対して垂直となる。
【００２２】
ここで、走行中において、プロペラシャフトに共振などに起因する曲げ荷重が発生すると、その荷重がプロペラシャフトに連結されたヨークを介してスパイダに伝達される。この荷重は、スパイダの軸部に対して軸方向に作用し、スパイダの軸部に嵌め付けられたカップにも荷重が伝達される。これより、カップが、スナップリング１０２のカップと対向する面を垂直方向に押し付けることで、スナップリング１０２に荷重Ｆが伝達される。スナップリング１０２に荷重Ｆが伝達されると、スナップリング１０２が僅かに変形し、溝１０６の開口側に位置する点Ｘ１とスナップリング１０２とが接触することとなる。このとき、荷重Ｆが、ヨーク１００の溝１０６の入口側（開口側）に位置する点Ｘ１において軸部の軸方向（軸穴１０４の軸方向）に作用するモーメント荷重となる。
【００２３】
この荷重Ｆは、ヨーク１００の溝１０６の入口側に位置する点Ｘ１において、軸部３２の軸方向に作用するため、溝１０６の溝底１０６ａの端に位置する点Ｘ２を中心にして曲げモーメントＭ（Ｎ・ｍ）が作用する。曲げモーメントＭの大きさは、下式（１）から求められる。ここで、ｔ（ｍｍ）は、図４に示す溝１０６の深さに対応している。下式（２）は、曲げモーメントＭが作用する部位の断面係数Ｚ（ｍｍ３）を求める公知の式である。式（２）において、ｄ２（ｍｍ）は、ヨークの溝１０６の溝底１０６ａの内径（直径）に対応している。ｓは、溝１０６の点Ｘ１からヨーク１００の軸穴１０４の軸方向の端部までの距離に対応している。これら式（１）で求められた曲げモーメントＭ、および、式（２）で求められた断面係数Ｚを、公知の式（３）に適用することでヨーク１００にかかる曲げ応力σが算出される。このように、テーパ面が形成されない場合、ヨーク１００には曲げモーメントＭに起因する式（３）で算出される曲げ応力σが作用する。
Ｍ＝Ｆ×ｔ・・・（１）
Ｚ＝（π×ｄ２×ｓ２）／６・・・（２）
σ＝Ｍ／Ｚ＝６×Ｆ×ｔ／（π×ｄ２×ｓ２）・・・（３）
【００２４】
次いで、本実施例のスナップリング３０にテーパ面５２が形成されている場合であって、スナップリング３０にカップ２８からの荷重Ｆが伝達された場合について、図６を用いて説明する。図６は、第１ヨーク２４の保持部３６のうち軸穴３８にスナップリング３０が嵌め付けられている部位を拡大した断面図であって、且つ、カップ２８（図６では図示せず）からスナップリング３０に荷重Ｆが伝達されたときの力の作用状態を示している。
【００２５】
スナップリング３０にカップ２８から荷重Ｆが伝達されると、その荷重Ｆは、テーパ面５２に対して垂直方向に作用する。これより、この荷重Ｆが、スパイダ１６の軸部３２の軸方向と平行に作用する第１分力Ｆ１と、溝４８の溝底４８ａに対して垂直方向（すなわち軸部３２の径方向）に作用する第２分力Ｆ２とに分力される。第２分力Ｆ２が、溝４８の溝底４８ａに対して垂直方向に作用することで、スナップリング３０の外周側が溝４８の溝底４８ａに押し付けられる。
【００２６】
このように、第２分力Ｆ２によってスナップリング３０の外周側が溝４８の溝底４８ａに押し付けられることで、スナップリング３０を介して第１ヨーク２４に作用する第１分力Ｆ１は、溝４８の溝底４８ａの端点である図６の点Ｘ３から作用するため、第１ヨーク２４の点Ｘ３を中心とする曲げモーメントＭは、殆ど生じない。よって、テーパ面が形成されない従来構造では、荷重Ｆが、曲げモーメントＭを発生させるモーメント荷重として作用していたのに対して、スナップリング３０にテーパ面５２が形成されることで、荷重Ｆが、点Ｘ３において軸部３２の軸方向に作用するせん断荷重（スラスト荷重）としての第１分力Ｆ１、および、溝４８の溝底４８ａに対して垂直に作用する第２分力Ｆ２に変換される。
【００２７】
図６の点Ｘ３において、せん断荷重としての第１分力Ｆ１が作用する場合、第１ヨーク２４には、第１分力Ｆ１による下式（４）で算出されるせん断応力τが作用する。
τ＝Ｆ１／（π×ｄ２×ｓ）・・・（４）
【００２８】
前記曲げ応力σとせん断応力τとを比較すると、その比Ｌ（σ／τ）が下式（５）となる。式（５）からわかるように、曲げ応力σがせん断応力τに比べて十分に大きいため、スナップリング３０にテーパ面５２が形成されることで、第１ヨーク２４に作用する荷重が大幅に低減されることとなる。
Ｌ＝６×（Ｆ／Ｆ１）×（ｔ／ｓ）・・・（５）
【００２９】
スナップリング１０２にテーパ面が形成されない従来構造では、上述したように曲げ応力σが大きくなる。従って、テーパ面が形成されない従来構造では、プロペラシャフトの曲げ荷重による十字軸継手への荷重が低減されるように、３ジョイントタイプのプロペラシャフトが使用されていた。しかしながら、３ジョイントタイプのプロペラシャフトは、シャフトの間にさらに継手が設けられるために部品点数が多く、製造コストも高くなる。これに対して、本実施例のようにスナップリング３０にテーパ面５２が形成されることで、２ジョイントタイプのプロペラシャフトであっても第１ヨーク２４にかかる荷重が低減される。よって、２ジョイントタイプのプロペラシャフトの適用範囲を拡げることが可能となる。なお、２ジョイントタイプのプロペラシャフトは、３ジョイントタイプのプロペラシャフトに比べて部品点数が少なく、製造コストも３ジョイントタイプに比べて安くなる。
【００３０】
なお、図６は、第１ヨーク２４の軸穴３８に嵌め付けられるスナップリング３０に、テーパ面５２が形成される場合の力の作用状態を説明するものであったが、第２ヨーク２６の軸穴４６に嵌め付けられるスナップリング３０についてもテーパ面５２が形成されることで、カップ２８からスナップリング３０に荷重Ｆが伝達された場合において、第２ヨーク２６に作用する荷重が低減されるという同様の効果が得られる。
【００３１】
上述のように、本実施例によれば、スパイダ１６の軸部３２に軸端側へ作用する荷重Ｆが伝達され、その荷重Ｆがカップ２８を介してスナップリング３０に伝達された場合、荷重Ｆがスナップリング３０に形成されているテーパ面５２に対して垂直に作用することで、その荷重Ｆが、スパイダ１６の軸部３２の軸方向に作用する第１分力Ｆ１と、スナップリング３０の外周側に作用する第２分力Ｆ２とに分力される。従って、第２分力Ｆ２が、スナップリング３０の外周面と第１ヨーク２４に形成される溝４８の溝底４８ａとの間で、スナップリング３０の外周面を溝４８の溝底４８ａに押し付ける方向に作用する。よって、スナップリング３０から第１ヨーク２４に軸部３２の軸方向に作用する第１分力Ｆ１が、図５の点Ｘ１で作用するモーメント荷重から、図６の点Ｘ３において作用するスラスト荷重に変換されるため、第１ヨーク２４に作用する荷重を大幅に低減することができる。
【００３２】
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００３３】
例えば、前述の実施例では、プロペラシャフト１２は、トランスミッションとデファレンシャル装置との間に介挿されていたが、プロペラシャフト１２は、これに限定されるものではなく、例えば４輪駆動車両のトランスファーとデファレンシャル装置との間に介挿されるものであっても構わない。すなわち、トランスファーとデファレンシャル装置との間に介挿されるプロペラシャフトの軸端部に、十字軸継手１４が適用されるものであっても構わない。
【００３４】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１４：十字軸継手
１６：スパイダ
２４：第１ヨーク（ヨーク）
２６：第２ヨーク（ヨーク）
３０：スナップリング
３２：軸部
３６、４２：保持部
３８、４６：軸穴
３８ａ、４６ａ：内周面
４８、５０：溝（環状の溝）
５２：テーパ面
【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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