花鍵接頭及潤滑劑組成物的製作方法
2023-10-06 15:21:34
專利名稱：花鍵接頭及潤滑劑組成物的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種花鍵接頭和潤滑劑組成物，其中，花鍵接頭例如用於汽車的轉向軸等，具備在軸方向可以伸縮、且在以軸為中心的旋轉方向上能夠傳遞動力地連結的外花鍵軸和內花鍵軸；潤滑劑組成物填充在該花鍵接頭的外花鍵軸和內花鍵軸的嚙合部。
背景技術：
花鍵接頭的構成是，在外花鍵軸的外周和內花鍵軸的內周，分別形成允許向兩花鍵軸的軸方向滑動、同時用於在旋轉方向上嚙合來傳遞動力的花鍵部，並使各花鍵部互相嚙合。
在這樣的花鍵接頭中，為了降低因兩花鍵軸嚙合時撞擊產生的噪音、降低滑動阻力，在兩個花鍵軸的花鍵部中的至少一個的與另一個的接觸面上，用例如摩擦係數小的樹脂的被膜或固體潤滑劑的膜等進行覆蓋。
例如，專利文獻1中有如下記載，在形成於外花鍵軸的外周的花鍵部的表面覆蓋聚苯硫醚、聚對苯二甲酸丁二醇酯等樹脂的被膜，在上述被膜中含有碳酸鈣等填充材料和固體潤滑劑。
專利文獻1特開2001-336543號公報(權利要求1～3，第0005欄～第0010欄)但是，由於兩個花鍵軸在軸方向上滑動，因此，若花鍵接頭長時間使用，則有時被膜磨損而厚度變小，或局部脫落，在該情況下，可能會發生噪音變大，並在滑動時產生發澀。而且，在例如用於汽車的轉向軸、特別是用於電動動力轉向裝置的轉向軸的花鍵軸中，如果在汽車轉向操作時產生噪音和發澀，則存在駕駛員感覺不協調的問題。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種花鍵接頭和潤滑劑組成物，其中，花鍵接頭不會如被膜那樣磨損或脫落，能夠更長時間地保持穩定，降低噪音，同時也能夠降低滑動阻力；潤滑劑組成物填充在該花鍵接頭的外花鍵軸和內花鍵軸的嚙合部。
本發明的花鍵接頭，其特徵在於具備在軸方向能夠伸縮、且能夠在以軸為中心的旋轉方向上傳遞動力地連結的外花鍵軸和內花鍵軸，並且在上述外花鍵軸和內花鍵軸的嚙合部填充含有潤滑劑和緩衝材料粒子的潤滑劑組成物。
緩衝材料粒子的平均粒徑優選為在外花鍵軸和內花鍵軸的嚙合部設定的間隙的80～120％。另外，緩衝材料粒子的揚氏模量優選為0.1～1000MPa。
作為緩衝材料粒子，優選為由熱硬化性聚氨酯樹脂的硬化物構成的粒子。另外，作為緩衝材料粒子，優選球狀粒子。潤滑劑組成物優選相對於潤滑劑100重量份、以20～300重量份的比例含有緩衝材料粒子。
本發明的潤滑劑組成物，其特徵在於含有潤滑劑和緩衝材料粒子，該潤滑劑組成物填充於具備在軸方向能夠伸縮、且能夠在以軸為中心的旋轉方向上傳遞動力地連結的外花鍵軸和內花鍵軸的花鍵接頭的上述外花鍵軸和內花鍵軸的嚙合部。
在本發明的花鍵接頭中，由於潤滑劑組成物中含有的緩衝材料粒子存在於外花鍵軸和內花鍵軸的嚙合部，緩衝因兩者的嚙合而產生的撞擊，因此，可以降低噪音。另外，緩衝材料粒子在使兩個花鍵軸在軸方向上滑動時具有微型軸承的功能，因此，填充潤滑劑還能夠降低滑動阻力。
而且，對於緩衝材料粒子來說，只將一定量的潤滑劑組成物填充到外花鍵軸和內花鍵軸的嚙合部，就能夠持續地將降低噪音或降低滑動阻力所需要的量供給到嚙合部，而且，即使產生潤滑缺失也只要補充同樣的潤滑劑組成物，就能夠再次將其適量供給到嚙合部。因此，若一但磨損或脫落，則與失去功能的被膜不同，可以長時間地維持降低噪音、且降低滑動阻力的功能。
因此，根據本發明的花鍵接頭，通過上述緩衝材料粒子的功能，與被膜相比，能夠保持較長時間穩定地降低噪音、且降低滑動阻力。
對於緩衝材料粒子的平均粒徑來說，若考慮該緩衝材料粒子儘可能均勻地填充到外花鍵軸和內花鍵軸的嚙合部，進一步更好地降低噪音，同時更好地降低滑動阻力，則優選在外花鍵軸和內花鍵軸的嚙合部設定的間隙的80～120％。
作為緩衝材料粒子，在使用由熱硬化性聚氨酯樹脂的硬化物形成的粒子時，該硬化物作為緩衝材料兼有適度的硬度和柔軟性，因此，能夠更好地降低噪音。另外，在使用球狀粒子作為緩衝材料粒子時，還能夠提高潤滑劑組成物的流動性，更好地降低滑動阻力。
對於潤滑劑組成物來說，若考慮將緩衝材料粒子儘可能均勻地填充到外花鍵軸和內花鍵軸的嚙合部，更好地降低噪音，同時更好地降低滑動阻力，則優選相對於潤滑劑100重量份、以20～300重量份的比例含有緩衝材料粒子。
本發明的潤滑劑組成物含有潤滑劑和緩衝材料粒子，因此，只將其一定量填充到外花鍵軸和內花鍵軸的嚙合部，就能夠持續地將降低噪音或降低滑動阻力所需要的量的緩衝材料粒子供給到嚙合部，而且，即使產生潤滑缺失也只要補充同樣的潤滑劑組成物，就能夠再次將其適量供給到嚙合部。因此，若一但磨損或脫落，則與失去功能的被膜不同，可以長時間地維持降低噪音、且降低滑動阻力的功能。
圖1是表示本發明的一個實施方式的花鍵接頭的主要部位，即將外花鍵軸的花鍵部和內花鍵軸的花鍵部連結，且在兩者的縫隙間填充了潤滑劑組成物的狀態下的放大剖面圖；圖2是表示上述例的花鍵接頭中外花鍵軸的花鍵部的立體圖；圖3是將與上述外花鍵軸連結的內花鍵軸的花鍵部局部切開表示的立體圖；圖4是表示連結上述兩花鍵軸的花鍵部的狀態的剖面圖。
具體實施例方式
圖1是表示本發明的一個實施方式的花鍵接頭的主要部位，即將外花鍵軸的花鍵部和內花鍵軸的花鍵部連結，且在兩者的縫隙間填充了潤滑劑組成物的狀態下的放大剖面圖。另外，圖2是表示上述例的花鍵接頭中外花鍵軸的花鍵部的立體圖。圖3是將與上述外花鍵軸連結的內花鍵軸的花鍵部局部切開表示的立體圖。圖4是表示連結上述兩花鍵軸的花鍵部的狀態的剖面圖。
參照上述各圖，該例的花鍵接頭1其自身與現有的結構相同。即，參照圖1、圖2及圖4，花鍵接頭1具備外花鍵軸2和內花鍵軸3，其中，在外花鍵軸2的與內花鍵軸3連結的端部的外周面，從該外周面向徑方向外側，與外花鍵軸2的軸方向平行、且在周方向上等間隔地突出設置有多個鍵齒21，構成外花鍵部22。
另外，參照圖1、圖3及圖4，內花鍵軸3的與外花鍵軸2連結的端部30形成為插入外花鍵部22的筒狀，同時，在筒的內周面，從該內周面向徑方向外側，與內花鍵軸3的軸方向平行、且在周方向上等間隔地凹入設置有多個與上述外花鍵部22的鍵齒21嚙合的鍵槽31，構成內花鍵部32。
而且，參照圖1及圖4，通過使構成上述外花鍵部22的鍵齒21與構成內花鍵部32的鍵槽31嚙合，同時將外花鍵部22插入內花鍵部32，由此，兩個花鍵軸2、3在軸方向能夠伸縮，且在以軸為中心的旋轉方向上可傳遞動力地連結。
參照圖1，在外花鍵部22的鍵齒21和內花鍵部32的鍵槽31的嚙合部設定有間隙(clearance)C。詳細地說，在鍵齒21的兩側面21a和與其相對的鍵槽31的兩側面31a之間、在鍵齒21的頂面21b和與其相對的鍵槽31的底面31b之間、及在相當於外花鍵軸2的外周面的相鄰的鍵齒21間的底面21c和與其相對的相鄰的鍵槽31間的凸條33的頂面31c之間，分別設定有間隙C。
而且，在通過上述間隙C，連結外花鍵部22和內花鍵部32時，在兩個花鍵部22、32之間形成的間隙D內填充有含有多個緩衝材料粒子B的潤滑劑組成物。
潤滑劑組成物中含有的緩衝材料粒子B，其平均粒徑優選為在外花鍵部22的鍵齒21和內花鍵部32的鍵槽32的嚙合部設定的間隙C的80～120％。
在緩衝材料粒子B的平均粒徑不足間隙C的80％時，由於整體粒徑過小，因此，該緩衝材料粒子B存在於外花鍵軸2和內花鍵軸3的嚙合部，有可能無法充分得到通過緩衝兩者的嚙合引起的撞擊來降低噪音的效果。另外，在緩衝材料粒子B的平均粒徑超過間隙C的120％時，由於整體粒徑過大，不能進入間隙D內的成分的比例增加，所以需要量的緩衝材料粒子B不能填充到間隙D內，因此反而得不到充分降低噪音的效果。
再有，無論哪一種情況，例如在施加有外力等時，難以維持使兩個花鍵軸2、3的軸線一致的狀態，從而軸線容易發生錯位。而且，如果軸線在錯位的狀態下滑動，則鍵齒21和鍵槽31恐怕就會發生卡住等而破損。
此外，若將粒徑大的緩衝材料粒子B勉強填充到間隙D內，則該緩衝材料粒子B就會成為在構成間隙D的鍵齒21的外表面和鍵槽31的內表面之間被壓碎的狀態，在使兩個花鍵軸2、3在軸方向滑動時，不僅不能發揮微型軸承的功能，相反，還會起到妨礙滑動的作用，因此，反而可能會使滑動阻力上升。
對此，將平均粒徑在上述範圍內的緩衝材料粒子B大致均勻地填充到間隙D內。而且，這樣的緩衝材料粒子B，因為完全不含有超出上述範圍的降低噪音的效果低的小粒徑的成分，或與之相反的可能妨礙滑動、使滑動阻力上升的大粒徑的成分，或者只含有極少量，因此，可以進一步良好地降低噪音，同時，可以更好地降低滑動阻力。而且，由於降低滑動阻力，因此可以緩和滑動時的拉伸感。
再有，在平均粒徑處於上述範圍內的緩衝材料粒子B大致均勻地填充到了間隙D內的狀態下，例如即使施加外力等，也能夠防止兩花鍵軸2、3的軸線錯位，能夠維持軸線一致的狀態。因此，在滑動時，還能夠防止鍵齒21和鍵槽31發生卡住等而破損的情況。
另外，如果考慮防止軸線錯位等，同時更好地降低噪音，則緩衝材料粒子B的平均粒徑在上述的範圍內，特別是優選在間隙C的90％以上，更優選在95％以上。另外，如果考慮進一步更好地降低噪音，同時更進一步降低滑動阻力，則緩衝材料粒子B的平均粒徑在上述範圍內，特別是優選在間隙C的110％以下，更優選在105％以下。
緩衝材料粒子B的具體的平均粒徑的範圍沒有特別限定，但如果考慮在與間隙C之間維持上述比例，則優選為5～200μm，更優選為10～50μm。
緩衝材料粒子B的形狀，當考慮以下情況時，即提高潤滑劑組成物的流動性，使其容易填充在間隙D內；和在已填充在間隙D內的狀態下，能發揮微型軸承的功能，降低兩花鍵軸2、3的滑動阻力，則優選為球狀、粒狀、圓柱狀、桶狀等，特別優選為球狀。
另外，緩衝材料粒子B優選規定彈性率的揚氏模量為0.1～1000MPa。若揚氏模量不到0.1MPa時，由於緩衝材料粒子B過軟，因此，例如即使在間隙D內按圖1的狀態大致均勻地填充，可能也無法充分得到緩和因外花鍵軸2和內花鍵軸3的嚙合引起的撞擊、降低噪音的效果。
另外，在施加有外力等時，不能充分得到防止兩花鍵軸2、3的軸線錯位、維持軸線一致的狀態的效果，從而在軸線錯開了的狀態下滑動，鍵齒21和鍵槽31也可能發生卡住等而破損。另一方面，在揚氏模量超過1000MPa時，由於緩衝材料粒子B過硬，因此，可能反而無法充分得到降低噪音的效果。
另外，在考慮使緩衝材料粒子B變硬，防止軸線錯位等，同時更好地降低噪音時，該緩衝材料粒子B的揚氏模量在上述範圍內，特別是優選在10MPa以上，更優選是在20MPa以上。此外，在考慮使緩衝材料粒子B變軟，更好地降低噪音時，該緩衝材料粒子B的揚氏模量優選在100MPa以下，更優選在70MPa以下。
緩衝材料粒子B的其他特性沒有特別限定，但形成該緩衝材料粒子B的緩衝材料的拉伸強度優選為1～50MPa。另外，緩衝材料的硬度以肖氏D硬度表示時，優選在10以上，並且，以洛氏硬度(R度)表示時，優選在110以下。
作為緩衝材料粒子B，具有橡膠彈性的由各種橡膠或軟質樹脂構成的材料都可以使用。其中，作為軟質樹脂，可以舉出例如聚烯烴樹脂、聚醯胺樹脂、聚酯樹脂、聚縮醛樹脂、聚苯醚樹脂、聚醯亞胺樹脂、氟樹脂、熱塑性或者熱固化性的聚氨酯樹脂等。
另外，還可使用例如烯烴類、聚氨酯類、聚酯類、聚醯胺類、氟類等耐油性的熱塑性彈性體。另一方面，作為橡膠，可以列舉出如乙烯-丙烯共聚物(EPM)、三元乙丙橡膠(EPDM)、矽橡膠、聚氨酯橡膠(U)等。
其中，作為緩衝材料粒子B，優選使用由熱硬化性聚氨酯樹脂的硬化物構成的粒子。這樣的緩衝材料粒子B不僅耐熱性、耐久性等好，而且還具有通過調節聚酯樹脂的交聯度等，能夠任意設定揚氏模量、拉伸強度及硬度的優點。
緩衝材料粒子B優選以相對於潤滑劑100重量份為20～300重量份的比例配合。在緩衝材料粒子B的配合比例不足20重量份時，由於該緩衝材料粒子B過少，因此，可能無法充分得到使其介於兩花鍵軸2、3之間的嚙合部分來吸收撞擊、由此降低噪音的效果。
再有，在施加有外力等時，有可能無法充分得到防止兩花鍵軸2、3的軸線錯開、維持軸線一致的狀態的效果，從而可能在軸線錯開了的狀態下滑動，鍵齒21和鍵槽31發生卡住等而破損。另一方面，在超過300重量份時，緩衝材料粒子B過多，潤滑劑組成物的流動性降低，因此，可能會使兩花鍵軸2、3的滑動阻力上升。
另外，對於緩衝材料粒子B相對於潤滑劑100重量份的配合比例來說，如果考慮防止軸線錯位等，同時進一步良好地降低噪音，則在上述範圍內，特別是優選在25重量份以上。還有，如果考慮降低滑動阻力，則優選在100重量份以下。
作為使上述緩衝材料粒子B分散的潤滑劑，在液狀的潤滑油和半固體狀的潤滑脂中，特別優選潤滑脂。另外，作為潤滑脂來說，作為添加了緩衝材料粒子B的潤滑劑組成物的稠度，以NLGI(National Lubricating GreaseInstitute)的潤滑脂級號表示時，優選使用No.2～No.000，特別優選使用No.2～No.0。
稠度比該範圍大的潤滑劑組成物由於其流動性低下，因此，兩花鍵軸2、3的滑動阻力可能上升。另外，稠度比上述範圍小的潤滑劑組成物，其在兩花鍵軸2、3滑動時，容易從嚙合部壓出，隨之，緩衝材料粒子B也會早期地從嚙合部壓出，因此，可能在早期失去通過該緩衝材料粒子B防止軸線錯位等、同時降低噪音的效果。
在該情況下，如前所述，只要對嚙合部補給同樣的潤滑劑組成物即可，但若考慮儘可能地節省補給的工夫，填充一次就能夠得到長期良好效果，則潤滑劑組成物的稠度優選在上述範圍內。
潤滑脂通過在與目前相同的潤滑基油中添加增稠劑而形成。作為潤滑基油，優選合成烴油(如聚α烯烴油)，但也可以使用矽油、氟油、酯油、醚油等合成油或礦物油等。潤滑基油除可以分別單獨使用以外，也可以將兩種以上混合使用。潤滑基油的運動粘度優選為5～200mm2/s(40℃)、特別優選為20～100mm2/s(40℃)。另外，作為增稠劑，可以使用目前公知的各種增稠劑(皂類、非皂類)。
還有，在潤滑脂中，根據需要也可以添加固體潤滑劑(二硫化鉬、石墨、PTFE等)、磷類或硫類的特壓添加劑、磷酸三丁酯、甲基苯酚等防氧化劑、防鏽劑、金屬減活劑、粘度指數改善劑、油性劑等。
權利要求
1.一種花鍵接頭，其特徵在於具備在軸方向能夠伸縮、且能夠在以軸為中心的旋轉方向上傳遞動力地連結的外花鍵軸和內花鍵軸，並且在上述外花鍵軸和內花鍵軸的嚙合部填充含有潤滑劑和緩衝材料粒子的潤滑劑組成物。
2.如權利要求1所述的花鍵接頭，其特徵在於緩衝材料粒子的平均粒徑為在外花鍵軸和內花鍵軸的嚙合部設定的間隙的80～120％。
3.如權利要求1所述的花鍵接頭，其特徵在於緩衝材料粒子的揚氏模量為0.1～1000MPa。
4.如權利要求1所述的花鍵接頭，其特徵在於緩衝材料粒子是由熱硬化性聚氨酯樹脂的硬化物構成的粒子。
5.如權利要求1所述的花鍵接頭，其特徵在於緩衝材料粒子是球狀粒子。
6.如權利要求1所述的花鍵接頭，其特徵在於潤滑劑組成物，相對於潤滑劑100重量份、以20～300重量份的比例含有緩衝材料粒子。
7.一種潤滑劑組成物，其特徵在於含有潤滑劑和緩衝材料粒子，該潤滑劑組成物填充於具備在軸方向能夠伸縮、且能夠在以軸為中心的旋轉方向上傳遞動力地連結的外花鍵軸和內花鍵軸的花鍵接頭的上述外花鍵軸和內花鍵軸的嚙合部。
全文摘要
本發明涉及一種花鍵接頭及潤滑劑組成物，其中，花鍵接頭(1)在外花鍵軸(2)和內花鍵軸(3)的嚙合部填充有包含潤滑油和緩衝材料粒子(B)的潤滑劑組成物；上述潤滑劑組成物填充在花鍵接頭(1)的外花鍵軸(2)和內花鍵軸(3)的嚙合部，通過介於兩個花鍵軸(2、3)的嚙合部的緩衝材料粒子(B)，緩衝因兩個花鍵軸(2、3)的嚙合而引起的撞擊，由此，不會如被膜那樣磨損或脫落，能夠長時間地保持穩定，降低噪音，同時能夠降低滑動阻力。
文檔編號F16D3/06GK1977114SQ20058002131
公開日2007年6月6日 申請日期2005年6月27日 優先權日2004年6月29日
發明者北畑浩二, 笠原文明, 白井良昌 申請人:株式會社捷太格特