特表 2024-535111 軸継手及び軸継手用シャフト

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-26

(54)【発明の名称】軸継手及び軸継手用シャフト

(51)【国際特許分類】

   F16D 1/02 20060101AFI20240918BHJP

【ＦＩ】

F16D1/02 100

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024519660

(86)(22)【出願日】2021-10-01

(85)【翻訳文提出日】2024-05-21

(86)【国際出願番号】 EP2021077153

(87)【国際公開番号】W WO2023051938

(87)【国際公開日】2023-04-06

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517175611

【氏名又は名称】ジーケーエヌ オートモーティブ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ハウプト，ジャン

(72)【発明者】

【氏名】アベンハウス，モーリッツ

(72)【発明者】

【氏名】ヴェッカーリング，トーマス

(72)【発明者】

【氏名】ヴェルクハウゼン，マクシミリアン

(57)【要約】

互いに同軸上に配置された第１シャフト（２）と第２シャフト（３）とを切換え可能に接続するための軸継手（１）である。軸継手（１）は、第１シャフト（２）を少なくとも備え、第１シャフト（２）は、周面（４）に、複数の第１ボールトラック（８）を有している。各第１ボールトラック（８）は、少なくとも第１区域（６）及び第２区域（７）にわたって、回転軸（５）に沿って延在している。各第１ボールトラック（８）は、第１区域（６）では複数の第１ウェブ（１０）によって、第２区域（７）では複数の第２ウェブ（１１）によって、周方向（９）に沿って互いに間隔を置いて配置されている。軸継手（１）は、第１区域（６）に配置された複数の第１ボール（１２）と、第２区域（７）に配置された複数の第２ボール（１３）とをさらに備える。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに同軸上に配置された第１シャフト（２）と第２シャフト（３）とを切換え可能に接続するための軸継手（１）であって、
該軸継手（１）は、前記第１シャフト（２）を少なくとも備え、
前記第１シャフト（２）は、周面（４）に、複数の第１ボールトラック（８）を有しており、
前記各第１ボールトラック（８）は、少なくとも第１区域（６）及び第２区域（７）にわたって、回転軸（５）に沿って延在しており、
前記各第１ボールトラック（８）は、前記第１区域（６）では複数の第１ウェブ（１０）によって、前記第２区域（７）では複数の第２ウェブ（１１）によって、周方向（９）に沿って互いに間隔を置いて配置されており、
該軸継手（１）は、
前記第１区域（６）に配置された複数の第１ボール（１２）と、
前記第２区域（７）に配置された複数の第２ボール（１３）とを
さらに備え、
前記各第１ボールトラック（８）は、
前記第１区域（６）では、前記周方向（９）に沿って互いに並んで配置された複数の第１開放部（１４）を介して、前記周方向（９）に沿って互いに接続されており、且つ、
前記第２区域（７）では、前記周方向（９）に沿って互いに並んで配置された複数の第２開放部（１５）を介して、前記周方向（９）に沿って互いに接続されており、
前記軸継手（１）は、少なくとも２つの位置の間で切り換え可能であり、
前記各ボール（１２、１３）は、それぞれの前記区域（６、７）内において、前記各ボールトラック（８）に沿って前記２つの位置の間で変位可能であり、
前記ボール（１２、１３）は、前記周方向（９）においては、
連結位置では前記各ウェブ（１０、１１）に並んで配置されており、且つ、
分離位置では前記各開放部（１４、１５）に並んで配置されており、
前記第１区域（６）における、前記各第１開放部（１４）に面する前記各第１ウェブ（１０）の第１端面（１６）は、前記第２区域（７）における、前記各第２開放部（１５）に面する第２端面（１７）よりも小さい、
ことを特徴とする軸継手。

【請求項2】

請求項１に記載の軸継手（１）であって、
前記第１ウェブ（１０）に隣接して配置された前記第１ボールトラック（８）のうちの少なくとも１つに向かって、面取り部（１８）は、前記第１端面（１６）に隣接しており、
前記面取り部（１８）によって、前記複数の第１ボールトラック（８）のうちの少なくとも１つの第１ボールトラック（８）の第１入口開口（１９）が形成されており、
前記第１入口開口（１９）は、前記周方向（９）に拡大されており、
前記第１ボールトラック（８）の幅（２０）は、前記面取り部（１８）によって、前記回転軸（５）に沿って前記第１入口開口（１９）から徐々に細くなっていく、
ことを特徴とする軸継手。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の軸継手（１）であって、
前記第１ウェブ（１０）に隣接して配置された前記第１ボールトラック（８）の両方に向かって、面取り部（１８）は、前記第１端面（１６）に隣接しており、
前記面取り部（１８）によって、前記複数の第１ボールトラック（８）の第１入口開口（１９）が形成されており、
前記第１入口開口（１９）は、前記周方向（９）に拡大されており、
前記複数の第１ボールトラック（８）の幅（２０）は、複数の前記面取り部（１８）によって、前記回転軸（５）に沿って前記第１入口開口（１９）から徐々に細くなっていく、
ことを特徴とする軸継手。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の軸継手（１）であって、
前記第１端面（１６）は、大きくとも、前記第２端面（１７）の９５％である、
ことを特徴とする軸継手。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか一項に記載の軸継手（１）であって、
前記分離位置において、
前記複数の第１ボール（１２）は、前記回転軸（５）に沿って複数の前記第１端面（１６）から第１距離（２１）のところに配置されており、且つ、
前記複数の第２ボール（１３）は、前記回転軸（５）に沿って複数の前記第２端面（１７）から第２距離（２２）のところに配置されており、
前記第１距離（２１）は、前記第２距離（２２）よりも小さい、
ことを特徴とする軸継手。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載の軸継手（１）であって、
前記軸継手（１）は、
前記回転軸（５）に沿って延在する複数の第２ボールトラック（２３）を有する前記第２シャフト（３）と、
前記回転軸（５）に沿って前記複数の第１ボールトラック（８）及び前記複数の第２ボールトラック（２３）を少なくとも部分的に覆うスリーブ（２４）と
を少なくとも備え、
前記スリーブ（２４）は、複数の第３ボールトラック（２５）と、複数の第３ボール（２６）を有しており、
前記複数の第１及び第２ボール（１２、１３）は、前記各第１ボールトラック（８）と前記各第３ボールトラック（２５）とによって形成される第１トラック対（２７）に配置されており、
前記複数の第３ボール（２６）は、前記各第２ボールトラック（２３）と前記各第３ボールトラック（２５）とによって形成される第２トラック対（２８）に配置されており、
前記各ボール（１２、１３、２６）は、前記スリーブ（２４）の前記回転軸（５）に沿った変位（２９）によって、前記各ボールトラック（８、２３、２５）に沿って前記２つの位置の間で変位可能であり、
その結果、前記連結位置では前記シャフト（２、３）は互いに回転不能に接続され、前記分離位置では相対的に回転可能である、
ことを特徴とする、軸継手。

【請求項7】

請求項６に記載の軸継手（１）であって、
前記シャフト（２、３）は、前記回転軸（５）に沿って並んで配置されており、
前記スリーブ（２４）は、半径方向（３０）外側に前記第１ボールトラック（８）及び前記第２ボールトラック（２３）を超えて延在しており、
前記各第３ボールトラック（２５）は、
外側の複数のボールトラックをなしており、
内側の前記各第１ボールトラック（８）とともに前記各第１トラック対（２７）を形成しており、
内側の前記各第２ボールトラック（２３）とともに前記各第２トラック対（２８）を形成している、
ことを特徴とする、軸継手。

【請求項8】

請求項６に記載の軸継手（１）であって、
前記複数の第１ボールトラック（８）と前記複数の第２ボールトラック（２３）は、前記回転軸（５）に沿って重なり合っており、
前記スリーブ（２４）は、半径方向（３０）に沿って、前記複数の第１ボールトラック（８）と前記複数の第２ボールトラック（２３）との間に配置されており、
前記シャフト（２、３）の一方は、複数の内側のボールトラックを有し、
前記シャフト（３、２）のもう一方は、複数の外側のボールトラックを有し、
前記スリーブ（２４）は、複数の内側の第３ボールトラック（２５）と、複数の外側の第３ボールトラック（２５）とを有する、
ことを特徴とする軸継手。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか一項に記載の軸継手（１）であって、
前記第１シャフト（２）は、前記回転軸（５）に沿って互いに隣り合って配置された複数の第２区域（７）を有する、
ことを特徴とする軸継手。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載の軸継手（１）であって、
ケージ（３１）が、スリーブ（２４）とシャフト（２、３）それぞれとの間に配置されており、
前記各ボール（１２、１３、２６）は、少なくとも前記回転軸（５）に沿って延びる軸方向（３２）に関して、前記ケージ（３１）を介して互いに対して決まった距離（３３）で配置されている、
ことを特徴とする軸継手。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか一項に記載の軸継手用のシャフトであって、
該シャフトは、周面（４）に、複数の第１ボールトラック（８）を有しており、
前記各第１ボールトラック（８）は、少なくとも第１区域（６）及び第２区域（７）にわたって、回転軸（５）に沿って延在しており、
前記各第１ボールトラック（８）は、前記第１区域（６）では複数の第１ウェブ（１０）によって、前記第２区域（７）では複数の第２ウェブ（１１）によって、周方向（９）に沿って互いに間隔を置いて配置されており、
前記各第１ボールトラック（８）は、
前記第１区域（６）では、前記周方向（９）に沿って互いに並んで配置された複数の第１開放部（１４）を介して、前記周方向（９）に沿って互いに接続されており、且つ、
前記第２区域（７）では、前記周方向（９）に沿って互いに並んで配置された複数の第２開放部（１５）を介して、前記周方向（９）に沿って互いに接続されており、
前記第１区域（６）における、前記各第１開放部（１４）に面する前記各第１ウェブ（１０）の第１端面（１６）は、前記第２区域（７）における、前記各第２開放部（１５）に面する第２端面（１７）よりも小さい、
ことを特徴とするシャフト。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、互いに同軸上に配置されており且つ共通の回転軸を有する第１シャフトと第２シャフトとを切換え可能に接続させるための軸継手に関する。また、本発明は、軸継手のシャフトに関する。軸継手を介して、シャフト同士は、トルクを伝達するために回転不能に互いに接続されているか（すなわち、互いに相対的に回転できない）（連結位置）、又は、互いに分離されている（分離位置）のいずれかである。分離位置では、シャフトは互いに独立して回転することができ、トルクは伝達されない。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、第１シャフトと第２シャフトとを切換え可能に接続するための軸継手が開示されている。各シャフトは、スリーブのボールトラックと対となるトラックをなるボールトラックを有する。各ボールは、スリーブを回転軸に沿って移動させることによって変位する。各シャフトの一方には、ボールトラック同士の間に開放部が設けられており、この中で各ボールを変位させることができる。各ボールが開放部の領域に配置されている場合、各シャフトは互いに独立して回転することができる。各ボールが開放部の外側に配置されている、すなわちボールトラックのウェブ同士の間に配置されている場合、シャフトは互いに連結されている。

【0003】

この種類の軸継手では、シャフトの個々のボールトラックは、周方向に沿って、互いに対してある角度距離を置いて配置される。従って、分離位置から連結位置に変更するためには、これらの角度距離を橋渡ししなければならず、その結果、各ボールトラック内に又はウェブ間の領域内に、各ボールを移動させることができる。角度距離が比較的大きい場合は、連結位置となるために長い切り換え時間を必要とする。切り換えは、非常に小さい角度範囲でのみ可能であり、この角度範囲は、ボールに対するボールトラックの入口開口の（余剰）サイズによって決定される。さらに、これは、連結される対象であるシャフト同士の、切り換えのために許容される回転速度の差を、厳しく制限する。

【0004】

しかし、入口開口を広げるか又はボールトラックの幅を広げるかすると、軸継手のＮＶＨ（騒音・振動・ハーシュネス）挙動が悪化するため（周方向に関して、ボールトラック内のボールの遊びが大きくなるため）、これを行うことはできない。角度距離を縮小させる、例えばボールトラックの数を増加させると、伝達可能なトルクの減少を引き起こす。有効直径が大きい場合に角度距離を縮小させる（ボールトラックはシャフトのより大きな直径上に配置される）と、設置スペースの要件が増大し、設置できなくなることがしばしばある。

【0005】

特許文献２には、切り換えスリーブを備えた継手が開示されている。

【0006】

特許文献３には、２つのシャフトを接続するための長手方向変位ユニットが開示されている。

【0007】

特許文献４には、２つのシャフト間に、回転方向については固定された接続を生成し且つ解除するための装置が開示されている。

【0008】

特許文献５には、２つのシャフトを互いに接続することができる振動分離装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】独国特許出願公開第１０ ２０１９ １２９８１８号明細書

【特許文献2】独国特許出願公開第３７ ０１８９８号明細書

【特許文献3】国際公開第ＷＯ２００６／０１８０９６号

【特許文献4】独国特許出願公開第１０ ２０１０ ０５１９４９号明細書

【特許文献5】独国特許出願公開第１０ ２０１６ １１０３８９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の目的は、先行技術に関して詳述した問題を少なくとも部分的に解決することである。特に、大きなトルクを伝達可能な小型の軸継手を提案する。特に、作動距離を短くし且つ切り換え力を小さくすることを実現するものである。さらに、各シャフトの回転速度に大きな違いがある場合でも、軸継手を切り換え可能にするものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

請求項１に係る特徴を有する軸継手及び請求項１１に係る特徴を有するシャフトは、これらの課題の解決に寄与する。従属請求項では、有利な展開を詳述する。請求項において個々に詳述する特徴は、技術的に好適な態様で組み合わせ可能であり、本発明の更なる変形例を詳述している、本明細書の説明的な技術内容及び図の詳細によって補完されうる。

【0012】

第１シャフトと第２シャフトとを切換え可能に接続するための軸継手を提案する。これらのシャフトは、互いに同軸上に配置されており、共通の回転軸を有する。

【0013】

軸継手は、少なくとも、第１シャフトと、複数の第１ボールと、複数の第２ボールとを備える。第１シャフトは、周面に、複数の第１ボールトラックを有しており、これらの第１ボールトラックは、少なくとも第１区域及び第２区域にわたって、回転軸に沿って延在している。各第１ボールトラックは、第１区域では第１ウェブによって、第２区域では第２ウェブによって、周方向に沿って互いに間隔を置いて配置されている。複数の第１ボールは、（軸継手のいずれの位置においても）第１区域に配置されている。複数の第２ボールは、（軸継手のいずれの位置においても）第２区域に配置されている。第１ボールトラック同士は互いに接続されている。第１区域では、周方向に沿って互いに並んで配置されている複数の第１開放部を介して接続されている。第２区域では、周方向に沿って互いに並んで配置されている複数の第２開放部を介して接続されている。

【0014】

軸継手は、２つの位置の間でのみ切り換え可能である。各ボールは、それぞれの区域内において、各ボールトラックに沿って、前述の位置の間で変位可能である。各ボールは、周方向においては、連結位置にあるときは各ウェブに並んで配置されており、分離位置にあるときは各開放部に並んで配置されている。第１区域における、各第１開放部に面する各第１ウェブの第１端面は、第２区域における、各第２開放部に面する第２端面よりも小さい。

【0015】

提案する軸継手は、小型でありながら、高いトルクの伝達を可能にする。トルクは、多数のボールを介して伝達することができる。

【0016】

各ボールトラックは、特に回転軸に平行に延在しており、好ましくは、周方向に垂直に延在している。各ボールトラックは、ウェブによって形成されたトラック側壁によって両側で挟まれたトラック基部を有する。トラック基部は、特に、回転軸からの一定の距離で延在しており、好ましくは、回転軸に平行に延在する。トラック基部は、ボールトラックの最小直径又は最大直径のいずれかに配置される。トラックの各側壁は、周方向に関して、各ボールを支持する。端面を有するウェブは、隣り合うボールトラックの側壁の間に配置される。

【0017】

特に、それぞれの第１ボールトラックには、いくつかのボールが配置されており、好ましくは、ボールが２つ以上配置されている。

【0018】

軸継手の動作中においては、各第１ボールは、特に、常に第１区域に配置されており、第２ボールは、常に第２区域に配置されている。軸継手が切り換えられると、各ボールは、回転軸に沿ってそれぞれの区域内で変位する。従って、各ボールが、軸継手の分離位置においてそれぞれの開放部に配置されている場合、各ボールは、第１シャフトに対して相対的に周方向に沿って移動させることができる。従って、第１シャフトは各ボールに対して自由に回転させることができる。軸継手を連結位置に切り換えるために、各ボールはそれぞれの区域のボールトラックに入る。連結位置では、各ボールは、周方向においてウェブと並んでいるため、各ボールに対して第１シャフトが回転することは不可能である。

【0019】

第１端面のサイズを第２端面に比べて小さくしたことにより、各第１ボールは第１ボールトラックに入りやすくなる。特に、２つの第１ボールトラック間の角度距離は、このように実際に小さくなる。また、それによって、第１ボールトラックの各ウェブと各第１ボールとの間の、周方向に関するクリアランスが、少なくとも第１端面の領域で増加する。

【0020】

一方では、これにより、シャフト同士を連結する際に、連結される対象であるシャフト同士の回転速度の差がより大きくなってもよい。他方では、角度距離が小さくなったことにより、連結位置にするための切り換え時間は短くなる。

【0021】

各第１ウェブの第１端面は、特に、第１ボールトラックの入口開口が拡大されるように小さくされる。特に、第１ボールトラックの入口開口は、周方向に拡大される。第２区域における第１ボールトラックの第２入口開口と比較して、第１入口開口は、特に少なくとも２％、好ましくは少なくとも４％、特に好ましくは少なくとも８％拡大される。

【0022】

特に、面取り部は、第１ウェブの第１端面に隣接している。特に、面取り部は、第１ウェブに隣接して配置された第１ボールトラックのうちの１つに向かって傾斜している。面取り部は、第１ボールトラックの第１入口開口を形成する。この第１入口開口は、周方向に拡大されている。面取り部によって、第１ボールトラックの幅は、回転軸に沿って第１入口開口から徐々に細くなっていく。従って、第１ボールトラックの、周方向に広がる幅は、回転軸に沿う方向に関して、第１端面がある位置で最大となり、そこから第１ボールトラックの（その後一定となる）最小幅まで徐々に細くなっていく。

【0023】

特に、面取り部は、第１端面それぞれに配置されている。これは、特に各第１ウェブの同じ側壁に配置されている。

【0024】

第１区域における第１ボールトラックの最小幅は、特に、第２区域における第１ボールトラックの（最小）幅と等しい。特に、第２区域における第１ボールトラックは一定の幅を有する。

【0025】

特に、面取り部は、端面とウェブの側壁との間の移行部を形成する、エッジの凹部からなる。回転軸に沿った位置に存在する端面は、特に、第１ボールトラックの入口開口のサイズ又は幅を定める。

【0026】

特に、２つの面取り部が、第１ウェブの第１端面に隣接している。特に、面取り部はそれぞれ、第１ウェブに隣接して配置された第１ボールトラックのうちの異なる１つに向かって傾斜している。各面取り部は、各第１ボールトラックの第１入口開口を形成する。この第１入口開口は、周方向に拡大されている。各面取り部によって、各第１ボールトラックの幅は、回転軸に沿って第１入口開口から徐々に細くなっていく。

【0027】

特に、２つの面取り部は、第１端面それぞれに配置されている。

【0028】

特に、第１端面（すなわち、第１端面の面積）は、大きくとも第２端面（すなわち、第２端面の面積）の９５％であり、好ましくは大きくとも８５％であり、特に好ましくは大きくとも７５％である。

【0029】

特に、分離位置において、各第１ボールは、回転軸に沿って各第１端面から第１距離に配置されており、各第２ボールは、回転軸に沿って各第２端面から第２距離に配置されている。特に、第１距離は、第２距離よりも小さい。

【0030】

第１距離と第２距離との間の差は、特に、各第１ボールが最初に回転軸に沿って第１開放部から出て、（拡大された第１入口開口を介して）第１ボールトラックに入るように寸法決めされている。幅が第１入口開口から次第に狭くなることにより、各第１ボールは、回転軸に沿った各第１ボールの変位が進むにつれて、第１ボールトラックに対して徐々に整列していく。特に、第２距離については、第１区域の各第１ボールが最小幅に達したときは各第２ボールが各第２開放部から第２区域の第１ボールトラックに入ることしかしないように、設計されている。

【0031】

これにより、各第１ボールを第１区域に通すことが容易になる。各第１ボールのみを各第１ボールトラックに通し、続いて、各第１ボールを各面取り部を介して第１シャフトに対して良好に整列させることにより、各第２ボールを第２区域において各第１ボールトラックに対して整列させることができる
これにより、切り換え時間を短縮し、切り換えプロセスを簡素化することができる。このプロセスでは、トルクの伝達は損なわれない。

【0032】

特に、軸継手は、さらに、回転軸に沿って延在する複数の第２ボールトラックを有する第２シャフトと、複数の第３ボールトラックを有するスリーブとを少なくとも備える。このスリーブは、各第１ボールトラック及び各第２ボールトラックを、回転軸に沿って少なくとも部分的に覆う。さらに、軸継手は、さらに複数の第３ボールを有する。各第１及び第２ボールは、各第１ボールトラックと各第３ボールトラックとによって形成される第１トラック対に配置されており、各第３ボールは、各第２ボールトラックと各第３ボールトラックとによって形成される第２トラック対に配置されている。各ボールは、スリーブを回転軸に沿って変位させることによって、各ボールトラックに沿って前述の位置の間で変位可能であり、その結果、連結位置では各シャフトは互いに回転不能に接続され、分離位置では第１シャフトと第２シャフトは相対的に回転可能である。

【0033】

特に、各ボールは、転がり運動の一部として（且つ滑り運動としてではなく）シャフトに沿って移動される。各ボールが転がり運動することにより、小さな力で軸継手を作動させることが可能となる。

【0034】

特に、各シャフトは回転軸に沿って互いに隣り合って配置されており、スリーブは半径方向外側に各第１及び第２ボールトラックを超えて延在している。各第３ボールトラックは、外側の（すなわち、半径方向外側に配置されている）ボールトラックをなしており、内側の（すなわち、半径方向内側に配置されている）各第１ボールトラックとともに各第１トラック対を形成しており、内側の各第２ボールトラックとともに各第２トラック対を形成している。

【0035】

別の態様としては、複数の第１ボールトラックと複数の第２ボールトラックは回転軸に沿って重なり合っており、且つ、スリーブは、半径方向に沿って、第１及び第２ボールトラック間の配置されている。一方のシャフトは内側の（半径方向内側に配置される）複数のボールトラックを有し、もう一方のシャフトは外側の（半径方向外側に配置される）複数のボールトラックを有する。スリーブは、複数の内側の第３ボールトラックと、複数の外側の第３ボールトラックとを有する。

【0036】

特に、第１シャフトは、回転軸に沿って互いに隣り合って配置された複数の第２区域を有する。

【0037】

特に、スリーブとシャフトそれぞれとの間に、ケージが配置されており、複数の（第１及び第２）ボールは、少なくとも回転軸に沿って延びる軸方向に関して、ケージを介して互いに対して決まった距離で配置されている。

【0038】

各第２ボールトラックに配置された各ボール間の距離は、各第１ボールトラックに配置された各ボール間の距離とは異なるように設計可能である（ただし、同じにすることも可能である）。

【0039】

特に、（それぞれの）ケージは、スリーブに接続されていないが、各ボールを介して軸方向に沿って変位する。各ボールは常に各第３ボールトラックに配置されているため、ケージはスリーブとともに回転する。スリーブを変位させることにより、特に（排他的に）転がり運動の一部として、特に各ボールと、各ボールを介したケージとを、軸方向に沿って変位させることができる。これにより、各ボールを前述の区域内で変位させて、軸継手の分離位置又は連結位置を実現することができる。

【0040】

特に、各第１ボールトラックのみは、開放部を介して、周方向に沿って互いに接続されている。各第１ボールトラックは、第１区域では各第１開放部を介して互いに接続されており、第２区域では周方向に沿って各第２開放部を介して互いに接続されている。これにより、各第１及び第２ボールを、周方向に沿った（第１ボールトラックのトラック基部に対応する）直径上で、周方向に沿って変位させることができる。第１区域の各第１開放部と第２区域の各第２開放部は、特に周方向に沿って、互いに並んで配置されている。従って、それぞれの区域の各開放部は、周方向にのみ延在しているボールトラックをなしている。

【0041】

スリーブを回転軸に沿って変位させることにより、各第１及び第２ボールを各（第１、第２、及び第３）ボールトラックに沿って変位させて、各第１及び第２ボールをそれぞれの開放部に配置することができる。これにより、開放部によって形成されており且つ周方向に延在するボールトラックに沿って、各ボールを変位させて、各ボールを周方向に沿って第１シャフトに対して変位させることができる。これにより、スリーブと第２シャフトを、第１シャフトに対して回転させることができる。特に、第１シャフトに配置されたボールは全て、開放部を有するそのような区域に配置されなければならず、これにより、各第１ボールトラックに配置された各ボールを有するスリーブを、第１シャフトに対して回転させることができる。

【0042】

各第１ボールトラックに配置された各ボールが、周方向に沿って、開放部の外側に且つウェブと並んで配置されている場合は、各シャフトは互いに対して回転不能に接続されている。

【0043】

特に、各ボールの複数の列が、複数のトラック対のうちの少なくとも１つに配置されており、このとき、１つの列の各ボールは、回転軸に沿った位置に配置され且つ周方向において互いに隣り合っている。特に、第１シャフト上の列の数は、第１シャフト上に設けられた（第１及び第２）区域の数に対応する。

【0044】

特に、スリーブは、作動装置によって、回転軸に沿って延びる軸方向に沿って、シャフトに対して変位可能である。

【0045】

様々な作動装置を使用することができる。ボールとボールトラック間の摩擦が低いため（滑り摩擦よりも低い転がり摩擦によるため）、軸継手を切り換えるために必要な作動力はわずかである。

【0046】

記載した軸継手用の（第１）シャフトも提案する。シャフトは、周面に、複数の第１ボールトラックを有しており、これらの第１ボールトラックは、少なくとも第１区域及び第２区域にわたって、回転軸に沿って延在している。第１ボールトラックは、第１区域では第１ウェブによって、第２区域では第２ウェブによって、周方向に沿って互いに間隔を置いて配置されている。第１ボールトラック同士は互いに接続されている。第１区域では、周方向に沿って互いに並んで配置されている複数の第１開放部を介して接続されている。第２区域では、周方向に沿って互いに並んで配置されている複数の第２開放部を介して接続されている。第１区域における、各第１開放部に面する各第１ウェブの第１端面は、第２区域における、各第２開放部に面する第２端面よりも小さい。

【0047】

軸継手に関する記載、特にそれに関連して述べられている第１シャフトに関する記載は、特に、シャフトに転用可能であり、逆もまた同様である。

【0048】

特に、特許文献１による軸継手を参照する。第１シャフト、第２シャフト、スリーブ、及びケージによる装置に関して特許文献１に述べられた記載は、ここで記載しているシャフト装置に特に転用可能である。

【0049】

特に、請求項及びこれらの請求項を再掲する記載において、不定冠詞（「ｅｉｎ」、「ｅｉｎｅ」、「ｅｉｎｅｒ」、「ｅｉｎｅｓ」）は、数詞として使用したものではなく、そのまま理解すべきであることを意図している。従って、これに対応して導入さてる用語や構成要素は、少なくとも一回は存在しているが、特に、数回存在することもありうると理解すべきことを意図している。

【0050】

疑義を回避するために言えば、本明細書において使用する序数詞（「第１」、「第２」、等）は、主として、幾つかの同じような対象物、数値、工程を区別するため（のみ）に供されるものであり、即ち、特に、これらの序数詞が、これら対象物、数値、工程の、互いに対する任意の依存関係や順序を必ずしも定めるものでない。依存関係や順序が必要である場合には、このことは本明細書に明記されるか、或いは、実際に記載されている構成を精査することにより、当業者にとって明らかになる。構成要素が１回以上（「少なくとも１つ」）生じ得る場合は、それらの構成要素の１つに関する記載は、これらの複数の構成要素の全て又は幾つかに等しく当てはまり得るが、必ずそのようであるわけではない。

【0051】

以下で、添付の図を参照して、本発明及び技術的背景をより詳細に説明する。詳述する実施形態により本発明が限定されることを意図したものではないことに留意すべきである。特段の記載のない限り、特に、図で説明する技術内容の部分的特長を抽出し、それらを他の構成要素及び本明細書の知見と組み合わせることも可能である。特に、図及び特に図示された比率は、単に概略的なものにすぎないことに留意すべきである。

【図面の簡単な説明】

【0052】

図面は、以下を示す。

【図1】軸継手の側面図であり、断面の一部を示している。

【図2】分離状態における軸継手の側面図であり、断面の一部を示している。

【図3】図２における軸継手の側面図である。

【図4】回転軸に沿って見た第１シャフトの第１設計変形例である。

【図5】回転軸に沿って見た第１シャフトの第２設計変形例である。

【図6】回転軸に沿って見た第１シャフトの第３設計変形例である。

【図7】半径方向に沿って見た、分離位置にある公知の軸継手の詳細を示したものである。

【図8】半径方向に沿って見た、連結位置にある軸継手の、図７における詳細を示したものである。

【図9】半径方向に沿って見た、分離位置にある軸継手の詳細を示したものである。

【発明を実施するための形態】

【0053】

図１は、軸継手の側面図であり、断面の一部を示している。軸継手１は、第１シャフト２と第２シャフト３とを切換え可能に接続するために使用される。これらのシャフトは、互いに同軸上に配置されており、共通の回転軸５を有する。

【0054】

軸継手１は、第１シャフト２と、複数の第１ボール１２と、複数の第２ボール１３とを備える。第１シャフト２は、周面４に、複数の第１ボールトラック８を有しており、これらの第１ボールトラック８は、少なくとも第１区域６及び第２区域７にわたって、回転軸５に沿って延在している。各第１ボールトラック８は、第１区域６では各第１ウェブ１０によって、第２区域７では各第２ウェブ１１によって、周方向９に沿って互いに間隔を置いて配置されている。複数の第１ボール１２は、（軸継手１のいずれの位置においても）第１区域６に配置されている。複数の第２ボール１３は、（軸継手１のいずれの位置においても）第２区域７に配置されている。第１ボールトラック８同士は互いに接続されている。第１区域６では、周方向９に沿って互いに並んで配置されている複数の第１開放部１４（ここでは不図示、図９参照）を介して接続されている。第２区域７では、周方向９に沿って互いに並んで配置されている複数の第２開放部１５を介して接続されている。

【0055】

軸継手１は、２つの位置の間でのみ切り換え可能である。ボール１２、１３は、それぞれの区域６、７内において、ボールトラック８、２３に沿って、前述の位置の間で変位可能である。ボール１２、１３は、周方向９においては、連結位置にあるときはウェブ１０、１１に並んで配置されており（ここでは図示されている）、分離位置（ここでは図示されている）にあるときは各開放部１４、１５に並んで配置されている。第１区域６における、各第１開放部１４に面する、各第１ウェブ１０の第１端面１６（図９参照）は、第２区域７における、各第２開放部１５に面する第２端面１７よりも小さい。

【0056】

軸継手１は、さらに、回転軸５に沿って延在する複数の第２ボールトラック２３を有する第２シャフト３と、複数の第３ボールトラック２５を有するスリーブ２４とを備える。スリーブ２４は、各第１ボールトラック８及び各第２ボールトラック２３を、回転軸５に沿って少なくとも部分的に覆う。さらに、軸継手１は、さらに複数の第３ボール２６を有する。各第１及び第２ボール１２、１３は、各第１ボールトラック８と各第３ボールトラック２５とによって形成される第１トラック対２７に配置されており、各第３ボール２６は、各第２ボールトラック２３と各第３ボールトラック２５とによって形成される第２トラック対２８に配置されている。各ボール１２、１３、２６は、スリーブ２４を回転軸５に沿って変位させることによって、各ボールトラック８、２３、２５に沿って前述の位置の間で変位可能であり、その結果、連結位置ではシャフト２、３は互いに回転不能に接続され、分離位置ではシャフト２、３は相対的に回転可能である。

【0057】

シャフト２、３は回転軸５に沿って互いに隣り合って配置されており、スリーブ２４は半径方向３０外側に第１及び第２ボールトラック８、２３を超えて延在している。各第３ボールトラック２６は、外側の（すなわち、半径方向３０外側に配置されている）ボールトラックをなしており、内側の（すなわち、半径方向３０内側に配置されている）第１ボールトラック８とともに第１トラック対２７を形成しており、内側の第２ボールトラック２３とともに第２トラック対２８を形成している。

【0058】

第１シャフト２は、回転軸５に沿って互いに隣り合って配置された複数の第２区域７を有する。

【0059】

スリーブ２４とシャフト２、３それぞれとの間に、ケージ３１が配置されており、複数の（第１及び第２）ボール１２、１３は、回転軸５に沿って延びる軸方向３２に関して、ケージ３１を介して互いに対して決まった距離３３で配置されている。

【0060】

軸継手１の動作中においては、各第１ボール１２は、特に、常に第１区域６に配置されており、第２ボール１３は、常に第２区域７に配置されている。軸継手１が切り換えられると、各ボール１２、１３は、回転軸５に沿ってそれぞれの区域６、７内で変位する。従って、各ボール１２、１３が、軸継手１の分離位置においてそれぞれの開放部１４、１５に配置されている場合、各ボール１２、１３は、第１シャフト２に対して相対的に周方向９に沿って移動させることができる。従って、第１シャフト２は各ボール１２、１３に対して自由に回転させることができる。軸継手１を連結位置に切り換えるために、各ボール１２、１３はそれぞれの区域６、７の第１ボールトラック８に入る。連結位置では、各ボール１２、１３は、周方向９においてウェブ１０、１１と並んで配置されているため、各ボール１２、１３に対して第１シャフト２が回転することは不可能である。

【0061】

各ボール１２、１３、２６は、各第１ボールトラック８又は各第２ボールトラック２３のいずれかに割り当てられる。従って、ボール１２、１３、２６はそれぞれ、第１ボールトラック８の１つ又は第２ボールトラック２３の１つのうちいずれかにのみ配置されており、それにより、軸継手１が切り換えられた場合でも、ボール１２、１３、２６は第１シャフト２から第２シャフト３に変位したりすることはなく、その逆もない。

【0062】

スリーブ２４は、作動装置３４によって、回転軸５に沿って延びる軸方向３２に沿って、シャフト２、３に対して変位可能である。スリーブ２４は、ばね要素３５の作用に抗して変位可能であり、これにより、スリーブ２４は自動的に戻ることができる。第１ばね要素３５は、圧縮ばねによって実現される。作動装置３４を介して、スリーブ２４は、軸継手１を切り換えるために、初期位置（図１に破線で示されているスリーブ２４の位置を参照）から変位２９の方向にばね力に抗して変位可能であり、それによって、スリーブ２４は、ばね力のみによって初期位置に戻ることができる。

【0063】

図２は、分離状態における軸継手１の側面図であり、断面の一部を示している。図３は、図２における軸継手１の側面図を示している。図２及び図３を以下にまとめて説明する。図１の説明を参照する。

【0064】

シャフト２及び３は、互いに同軸上に配置されており、共通の回転軸５を有する。軸継手１は、第１シャフト２と、複数の第１ボール１２と、複数の第２ボール１３とを備える。第１シャフト２は、周面４に、複数の第１ボールトラック８を有しており、これらの第１ボールトラック８は、少なくとも第１区域６及び第２区域７にわたって、回転軸５に沿って延在している。軸継手１は、さらに、回転軸５に沿って延在する複数の第２ボールトラック２３を有する第２シャフト３と、複数の第３ボールトラック２５を有するスリーブ２４とを備える。スリーブ２４は、各第１ボールトラック８及び各第２ボールトラック２３を、回転軸５に沿って少なくとも部分的に覆う。さらに、軸継手１は、さらに複数の第３ボール２６を有する。

【0065】

図１とは対照的に、ここでは、各ボール１２、１３、２６の２つの列が、各トラック対２７、２８のそれぞれに配置されている。各ボール１２、１３は、各第１ボールトラック８の、即ち第１シャフト２の、２つの区域６、７に配置されている。各第１ボールトラック８は、第１区域６では第１開放部１４を介して互いに接続されており、第２区域７では周方向９に沿って第２開放部１５を介して互いに接続されている。区域６、７は、軸方向３２に沿って互いに隣り合って配置されている。従って、各ボール１２、１３が各ウェブ１０、１１と並んで配置されている場合、トルクは、各ボール１２、１３を介して、スリーブ２４と第１シャフト２との間で伝達することができる。各ボール１２、１３が各開放部１４、１５と並んで配置されている場合、各ボール１２、１３は、第２シャフト３と、スリーブ２４と、ケージ３１とともに、第１シャフト２に対して自由に回転可能であるか又は周方向９に沿って変位可能である。

【0066】

スリーブ２４とシャフト２、３との間に、ケージ３１が配置されており、これにより、複数のボール１２、１３、２６は、回転軸５に沿って延びる軸方向３２に関して、ケージ３１を介して互いに対して決まった距離３３で配置されている。

【0067】

ケージ３１はスリーブ２４に接続されていないが、スリーブ２４によって移動される各ボール１２、１３、２６を介して軸方向３２に沿って変位する。スリーブ２４は、複数の止め部３６を有しており、これらの止め部３６で、ケージ３１が軸方向３２に対して支持される。ケージ３１は、止め部３６によって、軸方向３２に沿ってスリーブ２４と整列させることができる。

【0068】

各ボール１２、１３、２６は常に各第３ボールトラック２５に配置されているので、ケージ３１はスリーブ２４とともに回転する。ケージ３１は、変位２９を介して、軸方向３２に沿って変位可能であり、各ボール１２、１３、２６は、スリーブ２４を介して、軸方向３２に沿って変位可能である。これにより、各ボール１２、１３を区域６、７内で変位させて、軸継手１の分離位置を実現することができる（図２参照）。

【0069】

図４は、回転軸５に沿って見た第１シャフト２の第１設計変形例を示している。図５は、回転軸５に沿って見た第１シャフト２の第２設計変形例を示している。図６は、回転軸５に沿って見た第１シャフト２の第３設計変形例を示している。図１～図３の説明を参照する。図４～図６を以下にまとめて説明する。

【0070】

軸継手１では、第１シャフト２の個々の第１ボールトラック８は、周方向９に沿って、互いに対して角度距離３７を置いて配置される（図４参照）。従って、分離位置から連結位置に変更するためにこれらの角度距離３７を橋渡ししなければならず、その結果、各第１ボールトラック８内に又はウェブ１０、１１間の領域内に、各ボール１２、１３を移動させることができる。角度距離３７が比較的大きい場合は、連結位置となるために長い切り換え時間を必要とする。切り換えは、非常に小さい角度範囲３８でのみ可能であり、この角度範囲３８は、ボール１２、１３に対する第１ボールトラック８の第１入口開口１９の（余剰）サイズによって決定される。さらに、これは、連結される対象であるシャフト２、３の、切り換えのために許容される回転速度の差を、厳しく制限する。

【0071】

しかし、第１入口開口１９を広げるか又は第１ボールトラック８の幅２０を広げるかすると、軸継手１のＮＶＨ（騒音・振動・ハーシュネス）挙動が悪化するため（周方向９に関して、各第１ボールトラック８内の各ボール１２、１３の遊びが大きくなるため）、これを行うことはできない。角度距離３７を縮小させる、例えば第１ボールトラック８の数を増加させる（図５参照）と、伝達可能なトルクの減少を引き起こす。有効直径３９が大きい場合に角度距離３７を縮小させる（各第１ボールトラック８は第１シャフト２のより大きな直径上に配置される、図６参照）と、設置スペースの要件が増大し、設置できなくなることがしばしばある。

【0072】

図７は、半径方向３０に沿って見た、分離位置にある公知の軸継手１を詳細に示したものである。図８は、半径方向３０に沿って見た、連結位置にある軸継手１の、図７における詳細を示したものである。図７及び図８を以下にまとめて説明する。

【0073】

軸継手１は、第１シャフト２と、複数の第１ボール１２と、複数の第２ボール１３とを備える。第１シャフト２は、周面４に、複数の第１ボールトラック８を有しており、これらの第１ボールトラック８は、少なくとも第１区域６及び第２区域７にわたって、回転軸５に沿って延在している。軸継手１は、回転軸５に沿って延在する複数の第２ボールトラック２３を有する第２シャフト３をさらに備え、これらの第２ボールトラック２３には各第３ボール２６が配置されている。

【0074】

第１ボールトラック８は、第１区域６では各第１ウェブ１０によって、第２区域７では各第２ウェブ１１によって、周方向９に沿って互いに間隔を置いて配置されている。複数の第１ボール１２は、（軸継手１のいずれの位置においても）第１区域６に配置されている。複数の第２ボール１３は、（軸継手１のいずれの位置においても）第２区域７に配置されている。第１ボールトラック８同士は互いに接続されている。第１区域６では、周方向９に沿って互いに並んで配置されている複数の第１開放部１４を介して接続されている。第２区域７では、周方向９に沿って互いに並んで配置されている複数の第２開放部１５を介して接続されている。

【0075】

軸継手１は、２つの位置の間でのみ切り換え可能である。ボール１２、１３は、それぞれの区域６、７内において、ボールトラック８、２３に沿って、前述の位置の間で変位可能である。ボール１２、１３は、周方向９においては、連結位置にあるときはウェブ１０、１１に並んで配置されており（図８）、分離位置（図７）にあるときは各開放部１４、１５と並んで配置されている。各第１開放部１４に面する、各第１ウェブ１０の第１端面１６は、第２区域７における各第２開放部１５に面する第２端面１７と同じように設計されている。

【0076】

分離位置では、各第１ボール１２は、第１端面１６から第１距離２１のところに、回転軸５に沿って配置されており、各第２ボール１３は、第２端面１７から同じ大きさの第２距離２２のところに配置されている。

【0077】

各ボール１２、１３に第１ボールトラック８に沿って変位２９が生じると、同時に、各ボール１２、１３は、各第１ボールトラック８の、周方向９に対してウェブ１０、１１によって区切られた領域にねじ込まれる。

【0078】

図９は、半径方向３０に沿って見た、分離位置にある軸継手１の詳細を示したものである。図１～図８の説明を参照する。

【0079】

軸継手１は、第１シャフト２と、複数の第１ボール１２と、複数の第２ボール１３とを備える。第１シャフト２は、周面４に、複数の第１ボールトラック８を有しており、これらの第１ボールトラック８は、少なくとも第１区域６及び第２区域７にわたって、回転軸５に沿って延在している。軸継手１は、回転軸５に沿って延在する複数の第２ボールトラック２３を有する第２シャフト３をさらに備え、これらの第２ボールトラック２３には各第３ボール２６が配置されている。

【0080】

ボール１２、１３は、それぞれの区域６、７内で第１ボールトラック８に沿って前述の位置の間で変位可能である。ボール１２、１３は、示されている分離位置では、周方向９において開放部１４、１５と並んで配置されている。第１区域６における、各第１開放部１４に面する各第１ウェブ１０の第１端面１６は、第２区域７における、各第２開放部１５に面する第２端面１７よりも小さい。

【0081】

第１端面１６のサイズを第２端面１７と比べて小さくしたことにより、各第１ボール１２を第１ボールトラック８に（又は各第１ウェブ１０の間の領域に）入りやすくすることができる。特に、２つの第１ボールトラック８同士の間の角度距離３７（ここで示されている）は、このように実際に小さくなる。また、それによって、第１ボールトラック８の各第１ウェブ１０と各第１ボール１２との間の、周方向９に関するクリアランスが、少なくとも第１端面１６の領域で増加する。

【0082】

各第１ウェブ１０の第１端面１６は、第１ボールトラック８の第１入口開口１９が拡大されるように小さくされる。第１ボールトラック８の第１入口開口１９は、周方向９に拡大される。

【0083】

面取り部１８は、第１ウェブ１０の第１端面１６に隣接している。面取り部１８は、第１ウェブ１０に隣接して配置された第１ボールトラック８のうちの１つに向かって傾斜している。面取り部１８は、第１ボールトラック８の第１入口開口１９を形成する。この第１入口開口１９は、周方向９に拡大されている。面取り部１８によって、第１ボールトラック８の幅２０は、回転軸５に沿って第１入口開口１９から徐々に細くなっていく。従って、第１ボールトラック８の、周方向９に広がる幅２０は、回転軸５に沿う方向に関して、第１端面１６がある位置で最大となり、そこから第１ボールトラック８の（その後一定となる）最小幅２０まで徐々に細くなっていく。

【0084】

第１区域６における第１ボールトラック８の最小幅２０は、第２区域７における第１ボールトラック８の最小且つ一定の幅２０と同じ大きさである。

【0085】

面取り部１８は、第１端面１６と第１ウェブ１０のトラック側壁との間の移行部を形成する、エッジの凹部からなる。

【0086】

分離位置において、各第１ボール１２は、回転軸５に沿って各第１端面１６から第１距離２１のところに配置されており、且つ、各第２ボール１３は、回転軸５に沿って各第２端面１７から第２距離２２のところに配置されている。第２距離２２は、第１距離２１よりも大きい。

【0087】

第１距離２１と第２距離２２との間の差は、各第１ボール１２が最初に回転軸５に沿って第１開放部１４から出て、拡大された第１入口開口１９を介して第１ボールトラック８に入るように寸法決めされている。幅２０が第１入口開口１９から次第に狭くなることにより、各第１ボール１２は、回転軸５に沿った各第１ボール１２の変位２９が進むにつれて、第１ボールトラック８に対して徐々に整列していく。第２距離２２については、第１区域６の各第１ボール１２が最小幅２０に達したときは各第２ボール１３が各第２開放部１５から第２区域７の第１ボールトラック８に入ることしかしないように、設計されている。

【0088】

これにより、各第１ボール１２を第１区域６に通すことが容易になる。各第１ボール１２のみを各第１ボールトラック８に通し、続いて、各第１ボール１２を各面取り部１８を介して第１シャフト２に対して良好に整列させることにより、各第２ボール１３を第２区域７において各第１ボールトラック８に対して整列させることができる。これにより、切り換え時間を短縮し、切り換えプロセスを簡素化することができる。
このプロセスでは、トルクの伝達は損なわれない。

【符号の説明】

【0089】

１ 軸継手
２ 第１シャフト
３ 第２シャフト
４ 周面
５ 回転軸
６ 第１区域
７ 第２区域
８ 第１ボールトラック
９ 周方向
１０ 第１ウェブ
１１ 第２ウェブ
１２ 第１ボール
１３ 第２ボール
１４ 第１開放部
１５ 第２開放部
１６ 第１端面
１７ 第２端面
１８ 面取り部
１９ 第１入口開口
２０ 幅
２１ 第１距離
２２ 第２距離
２３ 第２ボールトラック
２４ スリーブ
２５ 第３ボールトラック
２６ 第３ボール
２７ 第１トラック対
２８ 第２トラック対
２９ 変位
３０ 半径方向
３１ ケージ
３２ 軸方向
３３ 距離
３４ 作動装置
３５ ばね要素
３６ 止め部
３７ 角度距離
３８ 角度範囲
３９ 有効直径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【国際調査報告】