特許 7142593 等速自在継手用外側継手部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-15

(45)【発行日】2022-09-27

(54)【発明の名称】等速自在継手用外側継手部材

(51)【国際特許分類】

   F16D 3/20 20060101AFI20220916BHJP

【ＦＩ】

F16D3/20 Z

F16D3/20 H

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019047210

(22)【出願日】2019-03-14

(65)【公開番号】P2020148282

(43)【公開日】2020-09-17

【審査請求日】2021-09-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(72)【発明者】

【氏名】井上 昌矢

(72)【発明者】

【氏名】藤尾 輝明

(72)【発明者】

【氏名】船橋 雅司

【審査官】糟谷 瑛

(56)【参考文献】

【文献】特開平３－２７２３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２９３７２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｄ ３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内径面にトルク伝達部材が転動する複数の案内溝が設けられたカップ部と、該カップ部の底部から軸方向外向きに延びた軸部とを備え、該軸部に、他部材をトルク伝達可能に連結するための連結要素が設けられた等速自在継手用外側継手部材において、
前記複数の案内溝を有する金属製の第１部材と、前記連結要素を有する金属製の第２部材との間に絶縁材料で形成された絶縁部材が介在しており、
前記絶縁部材は、前記第１部材と前記第２部材とを非接触に保持した状態で、前記第１部材および前記第２部材と一体回転可能であり、
前記第１部材、前記第２部材および前記絶縁部材は、何れも、前記カップ部を構成する筒状部を有し、前記絶縁部材の筒状部の内径面が、内径面に前記複数の案内溝が設けられた前記第１部材の筒状部の外径面に嵌合されると共に、前記第２部材の筒状部の内径面が、前記絶縁部材の筒状部の外径面に嵌合されており、
前記第１部材の筒状部と前記絶縁部材の筒状部との間に両者と軸方向で係合した第１係合部材が設けられると共に、前記絶縁部材の筒状部と前記第２部材の筒状部との間に両者と軸方向で係合した第２係合部材が設けられていることを特徴とする等速自在継手用外側継手部材。

【請求項2】

前記絶縁部材の筒状部の内径面およびこれに嵌合される前記第１部材の筒状部の外径面、並びに前記絶縁部材の筒状部の外径面およびこれに嵌合される前記第２部材の筒状部の内径面が断面非真円状に形成されている請求項１に記載の等速自在継手用外側継手部材。

【請求項3】

前記絶縁部材の筒状部および前記第２部材の筒状部の軸方向寸法が、前記第１部材の筒状部の軸方向寸法よりも小さい請求項１又は２に記載の等速自在継手用外側継手部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、自動車や各種産業機械などの動力伝達系に組み込んで使用され、駆動側と従動側の二軸間で回転動力を等速で伝達する等速自在継手の外側継手部材に関する。

【背景技術】

【0002】

周知のように、等速自在継手は、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手と、角度変位および軸方向変位を許容する摺動式等速自在継手とに大別される。等速自在継手は、固定式であるか摺動式であるかに関わらず、カップ部および軸部を有し、カップ部の内径面に複数の案内溝が設けられた外側継手部材と、上記カップ部の内周に収容される内側継手部材やトルク伝達部材などの継手内部部品とを主要な構成部材として備える。

【0003】

ところで、自動車や各種産業機械には多くの電気機器が装着されており、電源（バッテリー）や電気系統などから漏洩した電流が等速自在継手に流れ込んでくる可能性がある。例えば図７に模式的に示すような電気自動車１００、すなわち、バッテリー１０１から供給される電流Ｅによってモータ１０２が駆動され、その回転動力を受けて動力伝達装置としてのドライブシャフト１０３、さらには駆動輪（前輪）１０４が回転駆動される電気自動車１００において、バッテリー１０１から供給される電流Ｅの一部がモータ１０２から漏洩すると、その漏洩電流Ｅ’は、図８に示すように、図示外の他部材（例えば、差動装置のサイドギヤ）を介してドライブシャフト１０３を構成する摺動式等速自在継手（図示例はトリポード型等速自在継手）１１０の外側継手部材１１１に流れ込み、以降、トルク伝達部材（ローラ）１１２→内側継手部材（トリポード部材）１１３→中間シャフト１１５→固定式等速自在継手１２０の内側継手部材１２３→トルク伝達部材（ボール）１２２→外側継手部材１２１の順に流れていく。

【0004】

また、図示は省略するが、例えば駆動輪に制動力を付与するためのブレーキに電動ブレーキが装着された自動車において、電動ブレーキに供給される電流の一部が漏洩すると、その漏洩電流が上記とは逆の経路を辿ってドライブシャフト内を流れるおそれがある。

【0005】

上記のようにしてドライブシャフト内を漏洩電流（以下、単に「電流」という）が流れた場合には、例えば、外側継手部材と他部材との接触部や、外側継手部材（および内側継手部材）とトルク伝達部材との接触部等で発生するスパークによって電食が生じ、等速自在継手の耐久寿命が著しく低下するおそれがある。そして、近年、自動車の電動化が急速に進展し、等速自在継手に電流が流れ込む可能性が増している関係上、等速自在継手に適切な電食防止対策を講じることが急務となっている。

【0006】

そこで、本発明者らは、等速自在継手のうち、継手外部からの電流の入力対象である外側継手部材で電流の流通を阻止するようにすれば、等速自在継手の電食を防止する上で有効であると考えた。なお、電流が外側継手部材を流通するのを阻止するための技術手段としては、例えば下記の特許文献１に開示されたものが公知である。すなわち、特許文献１には、外側継手部材に設けられる案内溝の表面を絶縁材料としてのセラミックス材料で形成（案内溝をセラミックス被膜で被覆）することや、外側継手部材全体をセラミックス材料で形成することなどが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】実開平６－２８３５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、等速自在継手の運転時（外側継手部材と内側継手部材の間でのトルク伝達時）、案内溝の表面には高い面圧が繰り返し作用する。そのため、案内溝を被覆するセラミックス被膜は損傷・剥離等し易く、等速自在継手の電食を適切に防止することができない可能性がある。また、外側継手部材全体をセラミックス材料で形成した場合、外側継手部材が著しく高コスト化する他、外側継手部材に必要とされる機械的強度が不足し、等速自在継手のトルク伝達性能に悪影響を及ぼす可能性がある。

【0009】

上記の実情に鑑み、本発明の目的は、必要とされるトルク伝達性能を具備するものでありながら、等速自在継手の電食を効果的に防止し得る外側継手部材を実現し、もって等速自在継手の耐久性および信頼性向上に寄与することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の目的を達成するために創案された本発明は、内径面にトルク伝達部材が転動する複数の案内溝が設けられたカップ部と、カップ部の底部から軸方向外向きに延びた軸部とを備え、軸部に、他部材をトルク伝達可能に連結するための連結要素が設けられた等速自在継手用外側継手部材において、上記複数の案内溝を有する金属製の第１部材と、上記連結要素を有する金属製の第２部材との間に絶縁材料で形成された絶縁部材が介在しており、絶縁部材は、第１部材と第２部材とを非接触に保持した状態で、第１部材および第２部材と一体回転可能であることを特徴とする。なお、本発明でいう「連結要素」としては、軸方向に延びる凸部（歯）と凹部（歯底）が周方向に交互に形成されたスプラインやセレーションを挙げることができる。

【0011】

上記構成によれば、連結要素（を有する第２部材）を介して外側継手部材に電流が入力されても、第１部材と第２部材の間に介在し、両者を非接触に保持した絶縁部材によって、第２部材から第１部材への電流伝達が阻止される。これにより、案内溝を有する第１部材からトルク伝達部材への電流伝達、さらにはトルク伝達部材から内側継手部材への電流伝達等も当然に阻止することができるので、等速自在継手の電食を効果的に防止することができる。その一方、トルク伝達部材が転動する複数の案内溝およびトルク伝達用の連結要素は金属製の第１部材および第２部材にそれぞれ設けられ、また、絶縁部材は第１部材および第２部材と一体回転可能であることから、外側継手部材に必要とされる機械的強度やトルク伝達性能は問題なく確保することができる。

【0012】

上記構成において、第１部材、第２部材および絶縁部材は、何れも、カップ部を構成する筒状部を有するものとすることができる。この場合には、絶縁部材の筒状部の内径面を、内径面に複数の案内溝が設けられた第１部材の筒状部の外径面に嵌合し、第２部材の筒状部の内径面を、絶縁部材の筒状部の外径面に嵌合することができる。このとき、絶縁部材の筒状部の内径面およびこれに嵌合される第１部材の筒状部の外径面、並びに絶縁部材の筒状部の外径面およびこれに嵌合される第２部材の筒状部の内径面を（何れも）断面非真円形状に形成しておけば、第１部材と絶縁部材の相対回転、および絶縁部材と第２部材の相対回転を規制することができるので、安定したトルク伝達が可能となる。

【0013】

本発明に係る外側継手部材には、第１部材の筒状部および絶縁部材の筒状部と軸方向で係合した第１係合部材と、絶縁部材の筒状部および第２部材の筒状部と軸方向で係合した第２係合部材とをさらに設けることができる。このようにすれば、第１部材と絶縁部材の軸方向の相対移動や、絶縁部材と第２部材の軸方向の相対移動を規制することができるので、等速自在継手の運転時に外側継手部材に作用する軸方向荷重により外側継手部材が分解等するのを防止することができる。

【0014】

絶縁部材の筒状部および第２部材の筒状部の軸方向寸法は、第１部材の筒状部の軸方向寸法よりも小さくすることができる。このようにすれば、絶縁部材を設けたこと（外側継手部材を複数の部材で構成したこと）による外側継手部材の重量化を防止する上で有利となる。

【発明の効果】

【0015】

以上から、本発明によれば、必要とされるトルク伝達性能を具備するものでありながら、等速自在継手の電食を効果的に防止し得る外側継手部材を実現することができる。これにより、等速自在継手の耐久性および信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】ドライブシャフトの一例を示す断面図である。

【図2】（ａ）図は、本発明の一実施形態に係る外側継手部材の横断面図[（ｂ）図のＡ－Ａ線断面図]、（ｂ）図は、同外側継手部材の縦断面図である。

【図3】図２に示す外側継手部材の分解斜視図である。

【図4】（ａ）図は、図２に示す外側継手部材を構成する第１部材と絶縁部材のアセンブリの縦断面図、（ｂ）図は、第２部材の縦断面図である。

【図5】本発明の他の実施形態に係る外側継手部材を構成する第１部材と絶縁部材のアセンブリの縦断面図である。

【図6】本発明の他の実施形態に係る外側継手部材を構成する第２部材の縦断面図である。

【図7】電気自動車の概略図である。

【図8】従来のドライブシャフトに電流（漏洩電流）が流れる様子を説明するための図である。

【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図面（図１～図６）に基づいて説明する。

【0018】

図１に、動力伝達装置の一種であるドライブシャフト１の一例を示す。このドライブシャフト１は、エンジンや電動モータ等の回転駆動源から出力される回転動力（トルク）を駆動輪に伝達するものであり、インボード側（図１の紙面右側）に配置される摺動式等速自在継手３と、アウトボード側（図１の紙面左側）に配置される固定式等速自在継手１０と、両等速自在継手３，１０をトルク伝達可能に連結する中間シャフト２とを備える。

【0019】

図１に示す摺動式等速自在継手３はいわゆるトリポード型であり、カップ部５および軸部６を有する外側継手部材４と、カップ部５の内周に収容された内側継手部材としてのトリポード部材８と、トルク伝達部材としてのローラ７とを備える。トリポード部材８には径方向に延びる脚軸が周方向等間隔で３本設けられており、各脚軸の外周にローラ７が１個ずつ回転自在に嵌合されている。

【0020】

図１に示す固定式等速自在継手１０はいわゆるバーフィールド型であり、カップ部１２および軸部１３を有する外側継手部材１１と、カップ部１２の内周に収容された内側継手部材１４と、カップ部１２と内側継手部材１４の間に複数個配置されたトルク伝達部材としてのボール１５と、カップ部１２の内径面と内側継手部材１４の外径面の間に配置され、ボール１５を保持する保持器１６とを備える。この固定式等速自在継手１０には、アンダーカットフリー型等、他の形式の固定式等速自在継手が用いられる場合もある。

【0021】

中間シャフト２のインボード側およびアウトボード側の端部外周面には雄スプラインがそれぞれ設けられている。インボード側の雄スプライン（図示せず）は、摺動式等速自在継手３のトリポード部材８の孔部に設けられた雌スプライン（図示せず）に嵌合され、また、アウトボード側の雄スプラインは、固定式等速自在継手１０の内側継手部材１４の孔部に設けられた雌スプラインに嵌合されている。係る構成により、トリポード部材８と中間シャフト２の間、および中間シャフト２と内側継手部材１４の間でトルクが伝達される。

【0022】

両等速自在継手３，１０の内部にはグリース等の潤滑剤が封入されている。潤滑剤の外部漏洩や継手外部からの異物侵入を防止するため、摺動式等速自在継手３の外側継手部材４と中間シャフト２の間、および固定式等速自在継手１０の外側継手部材１１と中間シャフト２の間には、筒状のブーツ９，１７がそれぞれ装着されている。

【0023】

以下、本発明が適用された外側継手部材、ここでは、摺動式等速自在継手（トリポード型等速自在継手）３の外側継手部材４について詳細に説明する。

【0024】

図２（ｂ）に示すように、外側継手部材４は、有底筒状のカップ部５と、カップ部５の底部から軸方向外向きに延びた軸部６とを備える。軸部６の自由端側の外径面には、図示しない他部材（例えば、差動装置のサイドギヤ）と外側継手部材４とをトルク伝達可能に連結するための連結要素（ここでは雄スプライン）２３が形成されている。図２（ａ）に示すように、カップ部５の内径面には、ローラ７の転動を案内するための案内溝２１が周方向に離間した三箇所に形成されている。各案内溝２１は、互いに対向する一対のローラ案内面２２，２２を有し、ローラ案内面２２，２２も含めて軸方向に延びた直線状に形成されている。本実施形態のカップ部５は、断面非真円形状、より具体的には、大径部と小径部とを周方向で交互に三つずつ配して構成される花冠状とされ、各大径部の内径面で案内溝２１の溝底面が構成されている。

【0025】

図３にも示すように、本実施形態の外側継手部材４は、第１部材３１、第２部材３２および絶縁部材３３のアセンブリからなり、絶縁材料で形成された絶縁部材３３を介して金属製の第１部材３１と第２部材３２との間でトルクを伝達可能とした点に主たる特徴がある。上記の絶縁材料としては、高硬度で耐熱性や耐食性に優れたセラミックスが好ましく使用され、また、第１部材３１および第２部材３２を形成するための金属材料としては、例えば、加工性や焼入性が良好な炭素含有量０．２０～０．６０ 質量％の鋼材（浸炭鋼、中炭素鋼、合金鋼など）が好ましく使用される。

【0026】

図２（ｂ）および図４（ａ）に示すように、第１部材３１は、内径面に案内溝２１が設けられた筒状部３１ａと、底部３１ｂとを一体に有する有底筒状に形成され、また、絶縁部材３３は、筒状部３３ａおよび底部３３ｂを一体に有する有底筒状に形成されている。図２（ａ）に示すように、第１部材３１の筒状部３１ａおよび絶縁部材３３の筒状部３３ａは、何れも、カップ部５の断面形状に倣った断面非真円形状（花冠状）に形成されており、同種の非真円形状に形成された筒状部３１ａの外径面に筒状部３３ａの内径面が嵌合されている。これにより、第１部材３１と絶縁部材３３が周方向（外側継手部材４の回転方向）で係合するので、両部材３１，３３が一体回転可能となる。なお、等速自在継手３の運転時における第１部材３１と絶縁部材３３の相対回転や軸方向の相対移動によるトルク伝達性能の低下を防止するため、絶縁部材３３の筒状部３３ａの内径面を、第１部材３１の筒状部３１ａの外径面に対して適宜の手段（例えば、圧入、接着、圧入接着等）で固定するようにしても良い。

【0027】

図２（ｂ）および図４（ｂ）に示すように、第２部材３２は、筒状部３２ａおよび底部３２ｂを一体に有するカップ状部３２ｃと、軸部６とを一体に有する。図２（ａ）に示すように、筒状部３２ａは、カップ部５の断面形状に倣った断面非真円形状（花冠状）に形成されており、同種の非真円形状に形成された絶縁部材３３の筒状部３３ａの外径面に第２部材３２の筒状部３２ａの内径面が嵌合されている。これにより、絶縁部材３３と第２部材３２が周方向で係合するので、第２部材３２と絶縁部材３３、さらには第１部材３１、第２部材３２および絶縁部材３３が一体回転可能となる。なお、等速自在継手３の運転時における第２部材３２と絶縁部材３３の相対回転や軸方向の相対移動によるトルク伝達性能の低下を防止するため、第２部材３２の筒状部３２ａの内径面を、絶縁部材３３の筒状部３３ａの外径面に対して適宜の手段（例えば、圧入、接着、圧入接着等）で固定するようにしても良い。

【0028】

上記構成により、第１部材３１の筒状部３１ａと第２部材３２の筒状部３２ａとの間には絶縁部材３３の筒状部３３ａが介在し、第１部材３１の底部３１ｂと第２部材３２の底部３２ｂとの間には絶縁部材３３の底部３３ｂが介在するので、第１部材３１と第２部材３２は非接触の状態に保持される。

【0029】

以上を小括すると、外側継手部材４においては、案内溝２１を有する金属製の第１部材３１と、他部材と外側継手部材４とをトルク伝達可能に連結するための連結要素（雄スプライン）２３を有する金属製の第２部材３２との間に絶縁材料で形成された絶縁部材３３が介在し、絶縁部材３３は、第１部材３１と第２部材３２とを非接触に保持した状態で第１部材３１および第２部材３２と一体回転可能とされている。

【0030】

このような構成によれば、他部材を介して外側継手部材４（を構成する第２部材３２）に電流が入力されても、第１部材３１と第２部材３２の間に介在する絶縁部材３３によって、第２部材３２から第１部材３１への電流伝達が阻止される。これにより、案内溝２１を有する第１部材３１からローラ７への電流伝達、さらにはローラ７からトリポード部材へ８の電流伝達等も阻止することができるので、等速自在継手４の電食を効果的に防止することができる。その一方、ローラ７が転動する案内溝２１および連結要素２３は金属製の第１部材３１および第２部材３２にそれぞれ設けられ、また、絶縁部材３３は第１部材３１および第２部材３２と一体回転可能であることから、外側継手部材４に必要とされる機械的強度やトルク伝達性能は問題なく確保することができる。

【0031】

従って、本発明によれば、必要とされるトルク伝達性能を具備するものでありながら、等速自在継手３の電食を効果的に防止し得る外側継手部材４を実現することができる。これにより、等速自在継手３の耐久性および信頼性を向上することができる。

【0032】

図２（ｂ）、図３および図４（ａ）に示すように、本実施形態の外側継手部材４は、第１部材３１の筒状部３１ａおよび絶縁部材３３の筒状部３３ａと軸方向で係合した第１係合部材３４と、絶縁部材３３の筒状部３３ａおよび第２部材３２の筒状部３２ａと軸方向で係合した第２係合部材３５とをさらに有する。

【0033】

第１係合部材３４は、周方向で有端のクリップ（いわゆるＣ型クリップ）で構成され、第１部材３１の筒状部３１ａの外径面に設けられた環状溝３１ｃと、環状溝３１ｃと対向するように絶縁部材３３の筒状部３３ａの内径面に設けられた環状溝３３ｃとで画成される環状の空隙に嵌合固定されている。また、第２係合部材３５は、第１係合部材３４と同様のＣ型クリップで構成され、絶縁部材３３の筒状部３３ａの外径面に設けられた環状溝３３ｄと、環状溝３３ｄと対向するように第２部材３２の筒状部３２ａの内径面に設けられた環状溝３２ｄとで画成される環状の空隙に嵌合固定されている。

【0034】

外側継手部材４が上記の第１および第２係合部材３４，３５をさらに備えていることにより、外側継手部材４の組立時に必要となる第１部材３１と絶縁部材３３の軸方向の位置決め、および絶縁部材３３と第２部材３２の軸方向の位置決めを容易にかつ正確に行うことができ、また、外側継手部材４の組立完了後には、第１部材３１と絶縁部材３３、および絶縁部材３３と第２部材３２が軸方向に相対移動するのを効果的に防止することができる。これにより、複数部材からなる外側継手部材４のトルク伝達性能を向上することができるので、等速自在継手３の信頼性を一層高めることができる。

【0035】

なお、本発明に係る外側継手部材４は、金属製の第１部材３１と第２部材３２の間に絶縁部材３３を介在させている関係上、絶縁部材３３を有さない金属製の外側継手部材に比べて重量化する可能性がある。外側継手部材が重量化すると、等速自在継手、さらにはドライブシャフトの重量化を招き、自動車の燃費（電費）を悪化させる懸念がある。そこで、本実施形態の外側継手部材４では、第２部材３２の筒状部３２ａおよび絶縁部材３３の筒状部３３ａの軸方向寸法を、第１部材３１の筒状部３１ａの軸方向寸法よりも小さくすることによって重量化を抑えている。

【0036】

以上、本発明の一実施形態に係る外側継手部材４について説明を行ったが、本発明の実施の形態はこれに限られない。

【0037】

例えば、第１部材３１および絶縁部材３３は、図５に示すように、底部３１ｂ，３３ｂにその両端面に開口した孔部（貫通孔）を有するものに置き換えることが可能である。また、第２部材３２は、図６に示すように、底部３２ｂの内底面および軸部６の端面（自由端側の端面）に開口した孔部（貫通孔）を有し、等速自在継手３（外側継手部材４）と他部材とをトルク伝達可能に連結する連結要素２３が軸部６の内径面（孔部の内壁面）に設けられたものに置き換えることが可能である。

【0038】

また、以上では、有底筒状に形成した絶縁部材３３を用いるようにしたが、絶縁部材３３は、第１部材３１と第２部材３２とを非接触の状態に保持しつつ、第１部材３１および第２部材３２と一体回転可能である限り、任意形状をとることが可能である。従って、図示は省略するが、絶縁部材３３は例えば円盤状に形成することも可能である。

【0039】

以上では、摺動式等速自在継手３のうち、トリポード型等速自在継手の外側継手部材４に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、他の形式の摺動式等速自在継手、例えばダブルオフセット型等速自在継手やクロスグルーブ型等速自在継手の外側継手部材に適用することも可能である。さらに、本発明は、摺動式等速自在継手の外側継手部材のみならず、固定式等速自在継手（例えば、図１に示すバーフィールド型やアンダーカットフリー型）の外側継手部材に適用することも可能である。

【0040】

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得る。すなわち、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

【符号の説明】

【0041】

１ ドライブシャフト
３ 摺動式等速自在継手
４ 外側継手部材
５ カップ部
６ 軸部
７ ローラ（トルク伝達部材）
３１ 第１部材
３１ａ 筒状部
３２ 第２部材
３２ａ 筒状部
３３ 絶縁部材
３３ａ 筒状部
３４ 第１係合部材
３５ 第２係合部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】