(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
外周面に雄スプラインが形成されたシャフトが軸方向から挿入されるスリーブ及び該スリーブの内周面に形成されて、前記雄スプラインが係合する雌スプラインを備えた外輪部材と、
該外輪部材の内側に配置されて、トルク伝達部材を介して前記外輪部材からトルクが伝達される内輪部材と、
前記雌雄スプラインを介して前記シャフトを前記スリーブ内に挿入した際に、前記シャフトと外輪部材の軸方向の相対的な位置決めを行いつつ該両者を着脱自在に結合する結合機構を設け、
該結合機構は、前記スリーブの内周面に形成された円環状の保持溝と、前記シャフトの外周に形成された環状溝内に嵌着されて、前記保持溝に弾性的に係止するサークリップと、を備え、
前記保持溝は、底面と、該底面の前記内輪部材と反対側の前端縁から立ち上がった前端面と、前記底面の後端縁から立ち上がった後端面と、を有し、前記前端面の立ち上がり傾斜角度を、後端面の立ち上がり角度よりも小さく設定して、前記シャフトに抜け出し方向へ所定以上のトルクが作用した際に、前記サークリップに縮径方向の力を作用させる大きさに形成したことを特徴とするプロペラシャフト。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明に係るプロペラシャフト及びこのプロペラシャフトに用いられる等速ジョイントの実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態では、自動車用のプロペラシャフトに適用したものである。
【0012】
このプロペラシャフト1は、
図5に示すように、トランスミッションに接続されたシャフトである入力軸2と、該入力軸2に第1等速ジョイント3を介して連結されたドライブシャフト4と、該ドライブシャフト4に第2等速ジョイント5を介して連結されたドリブンシャフト6と、該ドリブンシャフト6に第3等速ジョイント7を介して連結されたデファレンシャルギア側の出力軸8と、前記第2等速ジョイント5付近に設けられたブラケット9aを介して車体10に支持されたセンターベアリング9と、を備えている。
【0013】
前記入力軸2は、
図1及び
図2に示すように、一端部が段差径状に形成されて、トランスミッションに結合される大径部11と、該大径部11の端部に一体に結合された中径部12と、該中径部12の端部に一体に結合された小径部13とを備えている。
【0014】
前記中径部12は、軸方向の長さが比較的短く形成されて、外周面の軸方向ほぼ中央位置に円環状の嵌着溝12aが形成されていると共に、該嵌着溝12aに合成ゴム材からなるシール部材であるシールリング14が嵌着保持されている。
【0015】
前記小径部13は、軸方向へ中径部12よりも比較的長く形成されて、外周面全体に雄スプライン15が軸方向に沿って形成されていると共に、先端部13a側が先端先細り状の傾斜状に形成されている。また、該先端部13aの基部側の外周に断面ほぼ矩形状の環状溝13bが形成されていると共に、該環状溝13bには、サークリップ16が嵌着されている。
【0016】
このサークリップ16は、金属の弾性材によってほぼ円環状に形成されて、
図4に示すように、断面円形状に形成されて前記環状溝13b内に嵌着保持されており、周方向所定の位置で所定隙間をもって分断されていると共に、径方向に拡縮変形可能に形成されている。
【0017】
前記第1等速ジョイント3は、
図1〜
図3に示すように、一端部が前記入力軸2に連結される第1継手部材である外輪部材17と、該外輪部材17の内側に配置されて、前記ドライブシャフト4の一端部に設けられたスタブシャフト4aに連結された第2継手部材である内輪部材18と、両部材17,18間に転動自在に設けられてケージ19を介して保持されたトルク伝達部材である複数のボール20と、から主として構成されている。
【0018】
前記外輪部材17は、ほぼカップ状の本体17aと、該本体17aの前記入力軸2側に一体に設けられたスリーブである円筒部21と、を備えている。
【0019】
前記本体17aは、外周面に円環状の嵌合溝17bが形成されていると共に、内周面17cが前記各ボール20を介して全体が揺動可能なように円弧面状に形成されている。また、前記本体17aは、前記円筒部21側の前端内部に円盤状のシールキャップ22が嵌着固定されていると共に、後端部と前記スタブシャフト4aとの間にゴムブーツ23が金属製リテーナ23aを介して設けられ、前記ゴムブーツ23とシールキャップ22によって内部充填されたグリースを保持するようになっている。なお、前記リテーナ23aは、外周部の先端部が前記嵌合溝17bに嵌合保持されている。
【0020】
前記円筒部21は、入力軸2方向へ所定長さで突出形成され、前記入力軸2の中径部12と小径部13が挿通固定されるようになっており、内周面が前記中径部12と小径部13の外径に合わせて段差径状に形成されて、中径部12が嵌入する軸方向の先端側に有する拡径部21aの内周面が平面状に形成されている一方、前記シールキャップ22側の位置には前記小径部13の雄スプライン15が係合する雌スプライン21bが軸方向に沿って形成されている。また、前記雌スプライン21bのシールキャップ22寄りの位置には、前記サークリップ16が嵌着する円環状の保持溝24が形成されている。
【0021】
この保持溝24は、
図4に示すように、横断面ほぼ矩形状に形成されて、底面24aまでの深さdが前記サークリップ16の断面約2/5程度に設定されていると共に、後端面24bが雌スプライン21bの底面に対してほぼ垂直βに立ち上がり設定されているのに対して、これに対向する前端面24cが雌スプライン21bの底面から約50°の傾斜角度αに設定されている。
【0022】
したがって、前記入力軸2に抜け出し方向(
図4中、矢印方向)へ所定以上のトルクが作用して、前記サークリップ16が外周面16aを介して前記前端面24cの傾斜角度αに沿って移動した際に、該サークリップ16に縮径方向の力が作用して、入力軸2の円筒部21からの抜け出しが可能になっている。
【0023】
また、前記円筒部21の先端部21cの外周縁21dは、図外の取り外し用治具を係入案内するテーパ面状に形成されていると共に、その内周縁21eも前記小径部13を挿通案内するテーパ面状に形成されている。
【0024】
前記サークリップ16と保持溝24によって基本的な結合機構が構成されているが、本実施形態では、前記雌雄スプライン15、21bも結合機構の一部を構成するものである。
【0025】
さらに、
図2及び
図3に示すように、前記入力軸2の小径部13と中径部12が、前記円筒部21の内部に雌雄スプライン15,21bが係合しつつ最大に挿入された際には、前記円筒部21の先端部21cの先端縁と入力軸2の前記大径部11の対向前端面11aとの間に円環状の隙間Cが形成されるようになっている。
【0026】
前記内輪部材18は、内部中央位置に前記スタブシャフト4aの先端部4bに形成されたスプライン凸部と結合されるスプライン凹部が形成された固定用孔18aが貫通形成されていると共に、前記各ボール20が転動する外周面18bが円弧面状に形成されている。
【0027】
なお、前記第1等速ジョイント3は、スタブシャフト4aを軸方向へ変位(摺動)させることができずに固定状態になっているが、所定角度範囲で角度変位が可能になっている、また、前記第2等速ジョイント5や第3等速ジョイント7は、それぞれ軸方向へ所定の長さ分だけ伸縮自在に形成されており、プロペラシャフト1の車体10への組付時に、それぞれが伸縮して組付性を容易なものとしている。
〔本実施形態の作用効果〕
以下、本実施形態に係るプロペラシャフト及び第1等速ジョイント3の作用について説明する。前記第1等速ジョイント3の内輪部材18には、予めと、ドライブシャフト4のスタブシャフト4aが固定用孔18aを介して圧入固定されている。
【0028】
この状態で、
図1に示すように、前記入力軸2を第1等速ジョイント3に連結するには、まず、入力軸2の小径部13を先端部側から前記外輪部材17の円筒部21の先端部21c内に軸方向から挿入すると、前記サークリップ16が円筒部21の内周面、つまり拡径部21aや縮径部(雌スプライン21b)の各内面に摺動しつつ自身の拡径方向への弾性力に抗して段階的に縮径変形する。この縮径状態を維持しながら挿入されると、該挿入途中から雄スプライン15と雌スプライン21bが僅かな挿入負荷を受けながら互いに係入する。
【0029】
このとき、サークリップ16は、雌スプライン21b上を摺接しながら縮径状態を維持しているが、前記小径部13が円筒部21内に最大位置まで挿入されて、前記保持溝24に達すると、
図2〜
図4に示すように、弾性復帰力によって拡径変形して、外周部が前記保持溝24内に嵌合しつつ係止する。この嵌合状態にあるサークリップ16は、完全に拡径変形されているのではなく、僅かに縮径した状態で、つまり、ばね力を維持した状態で外周縁が前記保持溝24の底面24aに弾接しながら保持されている。
【0030】
これによって、前記入力軸2と第1等速ジョイント3は、前記雌雄スプライン15,21bの係合圧接によって連結されるようになっていると共に、前記サークリップ16の保持溝24への弾性的な嵌着力によって連結されていると共に、入力軸2の円筒部21からの不用意な抜け出しが規制されるようになっている。
【0031】
したがって、前記入力軸2と第1等速ジョイント3は、雌雄スプライン13,21bの結合とサークリップ16と保持溝24とによって連結されることから、従来のようなボルトを用いずに、強固な連結が得られると共に、入力軸2からドライブシャフト4側への入力トルクを確実に伝達することができる。
【0032】
また、小径部13が円筒部21内に挿入した際に、前記サークリップ16が保持溝24に係止することによって、小径部13の最大軸方向の移動位置が規制されることから、軸方向の確実な位置決め行うことができる。
【0033】
しかも、前述のように、前記外輪部材17の円筒部21と入力軸2の連結を、該入力軸2の軸方向への押し込みによりワンタッチで連結させることができるので、この連結作業が極めて容易になる。
【0034】
さらに、前記入力軸2が、円筒部21内に最大に挿通された状態では、前記中径部12に保持されたシールリング14が、円筒部21の平面な拡径部21aに弾接していることから、外輪部材17内への泥水や塵芥などの浸入を防ぐことが可能になると共に、外輪部材17内に充填されたグリースの漏出を十分に抑制することができる。
【0035】
特に、前記シールリング14は、前記中径部12外周の嵌着溝12aに保持されていると共に、該中径部12の外周面全体をシーリングエリアとして機能させることができるので、シール性能が向上する。しかも、前記サークリップ16を前記シールリング14の位置から離間させて前記サークリップ16を外輪部材17の内部近くに配置したことから、外輪部材17内のグリースでサークリップ16を包む形にできるので腐食を抑制することが可能になる。
【0036】
このように、本実施形態にあっては、入力軸2と第1等速ジョイント3の連結を、ボルトなどを用いずに雌雄スプライン13,21bの係合とサークリップ16によって行うことから、部品点数を削減することができ、これに伴ってプロペラシャフト1の軽量化や車両組立作業の能率化が図れ、また、シールリング14などによる高防水性、グリースの漏洩防止性が図ることができる。
【0037】
また、前記小径部13の先端部13aに形成されたテーパ面や円筒部21の先端部21cの内周縁21eのテーパ面によって、前記小径部13を円筒部21内に速やかに案内することができるので、斯かる挿入作業も容易になる。
【0038】
また、前記第1等速ジョイント3のメインテナンスなどを行うために、前記入力軸2と第1等速ジョイント3とを切り離す場合には、前記入力軸2の大径部11の前端面11aと円筒部21の先端部21cとの間の隙間C内に、図外の取り外し治具の先端を挿入して、梃子の原理を利用して隙間Cを軸方向から開くように治具を操作することにより、入力軸2を、
図4に示す抜き方向(矢印方向)へ移動させる。
【0039】
そうすると、前記サークリップ16が、保持溝24の傾斜状の前端面24cに摺接しながら自身の弾性力に抗して縮径方向に変形しながら、つまり、環状溝13b内に入り込みながら前端面24cを乗り越えて保持溝24との係止状態を解除する。これによって、前記入力軸2と第1等速ジョイント3との連結を速やかに解除させることができる。
〔第2実施形態〕
図6及び
図7は第2実施形態を示し、まず、プロペラシャフト1の各ジョイントの配置と構造を変更したもので、第1等速ジョイント3の構造を
図6に示すスライド式にすると共に、第2等速ジョイント5をドリブンシャフト6の一端側に配置し、他端側のジョイントをカルダンジョイント7に変更したものである。
【0040】
前記第1等速ジョイント3は、外輪部材17が軸方向に長い円筒状に形成されていると共に、内輪部材18がほぼ円筒状に形成されて、この内部軸方向にドライブシャフト4のスタブシャフト4aが挿通される挿通孔18aが形成されている。
また、前記外輪部材17と内輪部材18との間に、ケージ19を介してトルク伝達部材である複数のボール20が転動自在に保持されている。
【0041】
前記外輪部材17は、内部に前記内輪部材18などを介して前記スタブシャフト4aが軸方向へ移動可能な移動用空間部25が形成されていると共に、後端部外周とスタブシャフト4aとの間に、リテーナ23aを介してゴムブーツ23が設けられている。
【0042】
また、前記外輪部材17の後端部内周には、前記各ボール20を介して前記スタブシャフト4aの最大右方向に移動を規制するストッパリング25が嵌着固定されている。
【0043】
したがって、外輪部材17と内輪部材18(前記スタブシャフト4a)とは軸方向へ相対変位可能になっていると共に、ストッパリング25によってその軸方向の相対変位長さ、つまり移動長さが規制されることから、これらによって調整機構が構成されている。
【0044】
さらに、外輪部材17は、第1実施形態と同じく、スタブシャフト4aと反対側の位置に円筒部21が一体に形成され、この円筒部21の内周面には、前端側の拡径部21aが形成されていると共に、後端側には雌スプライン21bが軸方向に沿って形成されている。また、この雌スプライン21bの先端部外周には、
図4に示したものと同じ形状の保持溝24が形成されている。
【0045】
前記内輪部材18は、前記挿通孔18aの内周面に雌スプライン18bが軸方向に沿って形成されている。一方、前記スタブシャフト4aは、先端部4b外周面に前記スプライン18bに係合する雄スプライン4cが同じく軸方向に沿って形成されていると共に、前記先端部4bの前記挿通孔18aから突出した突出部外周面には、挿通孔18aからの抜けを規制するスナップリング26が嵌着固定されている。
【0046】
前記入力軸2側の構成は、第1実施形態と同様であって、大径部11と中径部12及び小径部13を一体に有し、中径部12の外周に形成された嵌着溝12aにはシールリング14が嵌着固定されていると共に、前記小径部13の外周面には雄スプライン15が軸方向に沿って形成されている。また、前記小径部13の先端部13aの外周に形成された環状溝13bには、サークリップ16が嵌着保持されている。
【0047】
したがって、この実施形態によれば、第1実施形態と同様に、前記入力軸2と第1等速ジョイント3は、雌雄スプライン13,21bの結合とサークリップ16によって連結されることから、従来のようなボルトを用いずに、強固かつ安定的に連結することができる、などの作用効果が得られる。
【0048】
しかも、前記外輪部材17の内部において内輪部材18やボール20を介してスタブシャフト4aが軸方向に変位可能、つまり移動可能になっていることから、プロペラシャフト1の組立作業が容易になる。
【0049】
なお、前記第2等速ジョイント5も本実施形態の前記第1等速ジョイント3と同じく軸方向へ所定長さだけスライド移動が可能になっている。
〔第3実施形態〕
図8及び
図9は第3実施形態を示し、プロペラシャフト1の各ジョイントの配置と構造を変更したもので、第1等速ジョイント3を、
図8に示すカルダンジョイントに変更すると共に、第2等速ジョイント5をドライブシャフト4の他端側に配置し、ドリブンシャフト6の他端側を等速ジョイント7に変更したものである。
【0050】
前記第1等速ジョイント3は、前記ドライブシャフト4の一端部に取り付けられる入力側ヨーク27と、前記入力軸2側に配置されたスリーブヨーク28と、前記入力側ヨーク27とスリーブヨーク28とを連結する十字状のスパイダー軸29とから主として構成されている。
【0051】
前記入力側ヨーク27は、
図8にも示すように、アルミニウム合金材によって一体に形成され、後端部がドライブシャフト4の端末に摩擦接合された円筒状の基部27aと、該基部27aの前端部に有する一対のフォーク部27bと、から主として構成されている。前記フォーク部27bは、二股状に形成されて、先端部の径方向から対向する位置に前記2つのスパイダー軸29aが嵌挿される嵌挿孔27cがそれぞれ貫通形成されている。
【0052】
前記スリーブヨーク28は、同じくアルミ合金材によって一体に形成され、入力軸2に連結される前端側の円筒部30と、該円筒部30の後端側に一体に設けられた一対のフォーク部31と、から主として構成されている。
【0053】
前記円筒部30は、第1実施形態と同じく、内周面が先端側の平面状の拡径部30aと、フォーク部31側の雌スプライン31bが形成されている。
【0054】
前記各フォーク部31は、二股状に形成されて、先端部の径方向から対向する位置に前記2つのスパイダー軸29bが嵌挿される嵌挿孔31aがそれぞれ貫通形成されている。
【0055】
前記入力軸2側の構成は、第1実施形態と同様であって、大径部11と中径部12及び小径部13を一体に有し、中径部12の外周に形成された嵌着溝12aにはシールリング14が嵌着固定されていると共に、前記小径部13の外周面には雄スプライン15が軸方向に沿って形成されている。また、前記小径部13の先端部13aの外周に形成された環状溝13bには、サークリップ16が嵌着保持されている。
【0056】
したがって、この実施形態によれば、第1実施形態と同様に、前記入力軸2と第1等速ジョイント3は、雌雄スプライン13,30bの結合とサークリップ16によって連結されることから、従来のようなボルトを用いずに、強固かつ安定的に連結することができる、などの作用効果が得られる。
〔第4実施形態〕
図10は第4実施形態を示し、第2実施形態の構成を前提として、入力軸2の中径部12の先端側の第1シールリング14の他に、大径部11との付け根部に第2のシールリング32を設けたものである。この第2のシールリング32は、中径部12の付け根部と前記円筒部21の先端部21cのテーパ状内周縁21eとの間に介装されて、前記隙間Cの内周側を閉止するような状態で配置されている。他の構成は第2実施形態と同様であるから同一の符番を付けて具体的な説明を省略する。
【0057】
したがって、第2実施形態と同様に、前記入力軸2と第1等速ジョイント3は、雌雄スプライン13,21bの結合とサークリップ16によって連結されることから、従来のようなボルトを用いずに、強固かつ安定的に連結することができ、また、前記外輪部材17の内部において内輪部材18やボール20を介してスタブシャフト4aが軸方向へ変位可能、つまり移動可能になっていることから、プロペラシャフト1の組立作業が容易になる。
【0058】
しかも、この実施形態では、2つのシールリング14,32を設けて二重にシールしたことによって、前記隙間Cからの泥水や塵芥の浸入を十分に阻止することが可能になる。特に、前記第2シールリング32は、前記隙間Cの内周側を直接的に閉止することから、該隙間Cからの浸入をより確実に阻止することが可能になる。
〔第5実施形態〕
図11は第5実施形態を示し、基本構成は、第2実施形態のものとほぼ同一であるが、異なるところは、外輪部材17の軸方向の長さを短く設定したものである。他の構成は第2実施形態のものと同じであるから、同一箇所には同一の符号を付して具体的な説明は省略する。
【0059】
したがって、この実施形態によれば、第2実施形態と同様な作用効果が得られと共に、ドライブシャフト4(スタブシャフト4a)側が僅かながらも軸方向へ変位可能になることから、プロペラシャフト1の組付作業性が向上する。
【0060】
〔第6実施形態〕
図12は第6実施形態を示し、第1等速ジョイントとしていわゆるトリポート型のものを用いたものである。すなわち、軸方向に比較的長い円筒状の外輪部材17の内周に、軸方向溝33が形成されていると共に、スタブシャフト4aの先端部4b外周に内輪部材34がスプライン結合している。この内輪部材34は、外周面周方向120°の位置に3つの短軸34aが突設されて、この各短軸34aの外周に複数のニードルローラ35を介して円環状の転動ローラ36が回転自在に支持されている。この転動ローラ36は、外周面が断面円弧状に形成されて、前記軸方向溝33内に転動かつ摺動自在に保持されている。
【0061】
そして、前記スタブシャフト4aは、前記内輪部材34や短軸34a、転動ローラ36を介して軸方向に摺動可能になっている。
【0062】
前記入力軸2側の構成は、第1実施形態と同様であって、大径部11と中径部12及び小径部13を一体に有し、中径部12の外周に形成された嵌着溝12aにはシールリング14が嵌着固定されていると共に、前記小径部13の外周面には雄スプライン15が軸方向に沿って形成されている。また、前記小径部13の先端部13aの外周に形成された環状溝13bには、サークリップ16が嵌着保持されている。
【0063】
したがって、この実施形態も前記各実施形態と同様に、前記入力軸2と第1等速ジョイント3は、雌雄スプライン13,21bの結合とサークリップ16によって連結されることから、従来のようなボルトを用いずに、強固かつ安定的に連結することができる、などの作用効果が得られる。
【0064】
しかも、前記外輪部材17の内部において、軸方向溝33を介して内輪部材34や短軸34aなどが軸方向に摺動可能、つまり、スタブシャフト4aが軸方向に移動可能になっていることから、プロペラシャフト1の組立作業が容易になる。
【0065】
本発明は、前記各実施例の構成に限定されるものではなく、ジョイントの形態をさらにことなるものにも適用可能である。また、プロペラシャフト1の仕様や外径によって前記外輪部材17の外形や大きさなどを適宜変更することも可能である。
【0066】
さらに、前記各実施形態では、シャフトの対象を前記入力軸2としたが、これに限定されず、例えばドライブシャフトやドリブンシャフト側のスタブシャフトを対象にすることも可能である。
【0067】
また、前記シールリング14を中径部12の外周に嵌着固定したが、前記円筒部21の内周面に嵌着溝を設けて、ここに嵌着固定することも可能である。
【0068】
前記実施形態から把握される前記請求項以外の発明の技術的思想について以下に説明する。
〔請求項a〕請求項2に記載のプロペラシャフトにおいて、
前記調整機構は、前記外輪部材と内輪部材が前記トルク伝達部材を介して軸方向に相対変位可能に接続されていることを特徴とするプロペラシャフト。
〔請求項b〕請求項1に記載のプロペラシャフトにおいて、
前記シャフトと外輪部材の結合時に、前記スリーブの内周面と前記シャフトの外周面との間を液密的にシールするシール部材を設けたことを特徴とするプロペラシャフト。
〔請求項c〕請求項bに記載のプロペラシャフトにおいて、
前記シャフトは、前記スリーブ内に挿入される先端部が大径部と該大径部に軸方向に連続一体に形成された中径部とを備え、前記シール部材を前記中径部の大径部との結合付近の外周と前記スリーブの内周との間に設けたことを特徴とするプロペラシャフト。
〔請求項d〕請求項bに記載のプロペラシャフトにおいて、
前記シール部材を前記小径部の軸方向に複数設けたことを特徴とするプロペラシャフト。
〔請求項e〕請求項bに記載のプロペラシャフトにおいて、
前記スリーブの内周面に、前記雌スプラインが形成された雌スプライン形成部とこれ以外の非雌スプライン形成部とを有し、
前記シール部材は、前記非雌スプライン形成部に設けれていることを特徴とするプロペラシャフト。
〔請求項f〕請求項eに記載のプロペラシャフトにおいて、
前記シャフトの外周面に、前記雄スプラインが形成されていない非雄スプライン形成部を有し、前記シール部材を、前記非雄スプライン形成部と前記スリーブの非雌スプライン形成部との間に設けたことを特徴とするプロペラシャフト。
〔請求項g〕
内周面に雌スプラインが形成されたスリーブを備え、外周面に雄スプラインが形成されたシャフトを前記スリーブに挿入してスプライン結合した外輪部材と、
該外輪部材に転動体を介してトルク伝達可能に接続されて、軸部材に前記トルクを伝達する内輪部材と、
一端が前記外輪部材に固定され、他端が前記軸部材に固定され、前記外輪部材内にグリースを保持するためのブーツと、
前記シャフトと前記外輪部材とを前記軸方向に位置決め結合する結合機構と、を備え、
前記スリーブの内周面と前記シャフトとの間を液密的にシールするシール部材を有し、
前記結合機構を、前記シール部材よりも前記内輪部材側に配置したことを特徴とするプロペラシャフト。
〔請求項h〕請求項4に記載の等速ジョイントにおいて、
前記第1継手部材としての第1ヨークと、前記第2継手部材としての第2ヨークと、前記第1、第2ヨークに連結された前記トルク伝達部材としての十字軸とによって構成したことを特徴とする等速ジョイント。