JP2000266071A - 等速自在継手 - Google Patents
等速自在継手Info
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- JP2000266071A JP2000266071A JP6703299A JP6703299A JP2000266071A JP 2000266071 A JP2000266071 A JP 2000266071A JP 6703299 A JP6703299 A JP 6703299A JP 6703299 A JP6703299 A JP 6703299A JP 2000266071 A JP2000266071 A JP 2000266071A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- joint member
- ball
- constant velocity
- velocity universal
- joint
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
- F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
- F16D3/20—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
- F16D3/22—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
- F16D3/223—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
- F16D2003/22303—Details of ball cages
Landscapes
- Steering Controls (AREA)
Abstract
は、収容されるトルク伝達ボール3の直径DBALLと等し
いか、又はそれよりも大きい(L≧DBALL)。ポケット
4bとトルク伝達ボール3との間の軸方向ポケット隙間
δ(=L−DBALL)は、0≦δ≦55μmの範囲内の値
に設定される。
Description
ュを嫌う用途に適した等速自在継手に関し、特に自動車
のステアリング装置に好適である。
動車のステアリング装置において、ステアリングホイー
ル(ハンドル)20に与えられた回転トルクは、ステア
リングコラムの主軸(メインシャフト)21から中間軸
(インターミディエイトシャフト)22を介してステア
リングギヤ23のギヤ軸(ピニオン軸等)24に入力さ
れ、さらにステアリングギヤ23の機構で直線運動に変
換されることにより、リンク機構(ナックル等)25を
介して車輪26に転舵力として伝えられる。ステアリン
グギヤ23には、ラックピニオン式、ボールスクリュー
式、ウォームローラ式など多くの種類があり、最近で
は、剛性が高く、軽量であることから、ラックピニオン
式が主流になっている。中間軸22は、主軸21及びギ
ヤ軸24に対して角度をもった状態で配設され、また衝
突時の衝撃エネルギーを吸収する目的から、自在継手2
7、28を介して主軸21及びギヤ軸24にそれぞれ連
結される。
(27、28)としては、従来、カルダン継手(十字軸
を用いた自在継手)が主流であったが、継手部分の高角
化を図り(車両レイアウト等との関係)、また継手部分
の作動性を高めるため(操舵フィーリング等との関
係)、カルダン継手に代えて等速自在継手を使用する傾
向が強くなってきた。
伝達ボールとボールトラックとの間に僅かなクリアラン
ス(内部隙間)があり、回転方向の変化時、継手内部に
回転バックラッシュ(円周方向のガタツキ)が生じるこ
とが不可避である。そのため、一般構成の等速自在継手
をそのままステアリング装置に用いると、操舵時の操縦
安定性やダイレクト感・シャープ感などが損なわれると
いう問題がある。
はドライブシャフト用に多くの実績があり、通常、一般
構成の等速自在継手はドライブシャフト用としての要求
特性を満足できる設計仕様になっている。しかし、ステ
アリング装置では、ドライブシャフトに比較して、継手
に負荷されるトルクが小さく、また継手の回転数も低い
ので、一般構成の等速自在継手では要求特性に対してオ
ーバスペックの感があり、継手重量や製造コストを低減
する観点から改良の余地がある。
問題点に鑑み、回転バックラッシュがなく、軽量・コン
パクト、かつ低コストで、特にステアリング装置に好適
な等速自在継手を種々開発し既に出願している(特願平
7−339319号、特願平9−351010号等)。
本発明は、この種の等速自在継手(固定型等速自在継
手)における回転抵抗の低減を図り、かつ、良好なフィ
ーリング(回転の滑らかさ)を確保し、特にステアリン
グ装置に用いられた場合に、操舵力、ハンドル戻り、操
舵フィーリング等の性能向上に寄与しようとするもので
ある。
め、本発明は、球面状の内径面に曲線状の案内溝を軸方
向に形成した外側継手部材と、球面状の外径面に曲線状
の案内溝を軸方向に形成した内側継手部材と、外側継手
部材の案内溝とこれに対向する内側継手部材の案内溝と
が協働して形成され、軸方向の一方に向かって楔状に縮
小したボールトラックと、ボールトラックに配されたト
ルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するための
ポケットを有する保持器と、トルク伝達ボールとボール
トラックとの間の隙間を詰める予圧付与手段とを備え、
保持器のポケットとトルク伝達ボールとの間の軸方向ポ
ケット隙間δが0≦δ≦55μmである等速自在継手を
提供する。
とした理由は次にある。すなわち、この種の等速自在継
手(固定型等速自在継手)では、通常、保持器によるト
ルク伝達ボールの案内機能{トルク伝達ボールを作動角
θの2等分面(θ/2)に維持する機能:これにより継
手の等速性が確保される。}を重視する見地から、軸方
向ポケット隙間δをδ<0(負隙間)に設定し、保持器
のポケットとトルク伝達ボールとの間に僅かな締代を与
えている。しかし、軸方向ポケット隙間δを負にするこ
とにより、トルク伝達ボールがボールトラック上を転動
しにくくなるので、この種の継手が作動角を取りつつ回
転トルクを伝達する際の回転抵抗(トルク)の点では不
利になる。継手の回転抵抗は、ステアリング装置では、
操舵力、ハンドル戻り等の性能に影響するので、可及的
に小さい方が好ましい。一方、軸方向ポケット隙間δを
δ≧0(正隙間)に設定することにより、トルク伝達ボ
ールの転動性を高めて、継手の回転抵抗を低減すること
はできるが、軸方向ポケット隙間δを過大にすると、保
持器によるトルク伝達ボールの案内機能が低下して、継
手の等速性が崩れる。継手の等速性の崩れは、ステアリ
ング装置では、異音の発生、引っ掛かり感等の操舵フィ
ーリング低下につながる。従って、軸方向ポケット隙間
δは、継手の回転抵抗を低減し、かつ、良好なフィーリ
ング(回転の滑らかさ)を得る観点から、最適範囲に設
定する必要がある。
を確認するため試験を行った。その結果を下表1にまと
めて示す。試験は、図1及び図2に示す実施形態の等速
自在継手を用いて行なった。軸方向ポケット隙間δ(δ
=L−DBALL:図6参照)が種々異なる試験継手を製作
し、各試験継手に所定の作動角θ、所定の回転トルクを
与えて、回転抵抗、フィーリング(回転の滑らかさ)の
評価を行った。尚、回転抵抗の評価は大、小で示し、大
は回転抵抗の大きさが評価基準値より大きかった場合、
小は回転抵抗の大きさが評価基準値より小さかった場合
を表している。また、フィーリングの評価は○、△、▲
で示し、○は評価基準をクリアーできた場合、△は評価
基準を若干下回った場合、▲は評価基準をかなり下回っ
た場合を表している。総合評価は、回転抵抗とフィーリ
ングとを併せた評価で、○は総合評価基準をクリアーで
きた場合、△は総合評価基準をクリアーできなかった場
合を表している。
ット隙間δを0≦δ≦55μmとした場合に、回転抵抗
およびフィーリング共に良好な結果が得られた。δ<0
の場合は、トルク伝達ボールが転動しにくくなることに
より、継手の回転抵抗は増大傾向を示し、逆にδ>55
μmの場合は、継手の良好な等速性が崩れることによ
り、引っ掛かり感等が生じ、フィーリングは低下傾向を
示した。継手の回転抵抗を低減し、かつ、継手の等速性
を維持して良好なフィーリング(回転の滑らかさ)を得
る観点から、0≦δ≦55μmが軸方向ポケット隙間δ
の最適範囲である。
部材、保持器、トルク伝達ボールのうち何れか2つの構
成部材相互間に相対的な変位を与えることにより、トル
ク伝達ボールとボールトラックとの間の内部隙間を詰め
るものである。予圧付与手段は、例えば、内側継手部材
と保持器との間に設けられた軸方向隙間と、内側継手部
材と保持器との間に介在し、内側継手部材をその案内溝
の中心のオフセット方向と反対方向に押圧付勢する弾性
部材とで構成することができる。この場合、内側継手部
材は、弾性部材の押圧付勢力を受けて、案内溝の反オフ
セット方向に軸方向に相対変位してトルク伝達ボールを
押圧し、トルク伝達ボールと内・外側継手部材の案内溝
(ボールトラック)との間の内部隙間がなくなる位置で
止まる。その結果、トルク伝達ボールに軸方向の一定の
予圧が与えられ、回転バックラッシュ(円周方向のガタ
ツキ)がなくなる。
アンダーカットフリーの領域を設けることができる。こ
れにより、継手作動角の高角化を図ることができる。
を、保持器の外径面に適合する円筒面にすることができ
る。これにより、保持器の外側継手部材への組み込みが
容易になる。
シュがなく、軽量・コンパクト、低コストで、しかも回
転抵抗が小さく、かつ、回転が滑らかで、また高作動角
を取ることができるので、特に自動車のステアリング装
置に好適である。
従って説明する。
ば図10に示す自動車のステアリング装置において、中
間軸(22)とステアリングギヤ(23)のギヤ軸(2
4)とを角度変位自在に連結するものである。
内径面1aに例えば3本の曲線状の案内溝1bを軸方向
に形成した外側継手部材1と、球面状の外径面2aに例
えば3本の曲線状の案内溝2bを軸方向に形成した内側
継手部材2と、外側継手部材1の案内溝1bとこれに対
向する内側継手部材2の案内溝2bとが協働して形成さ
れるボールトラックに配された例えば3個のトルク伝達
ボール3と、トルク伝達ボール3を保持する保持器4
と、内側継手部材2の外径面2aと保持器4の内径面4
aとの間に介装された弾性部材5とを備えている。
て、外側継手部材1は一端が開口したカップ状のもの
で、ステアリングギヤ(例えばラックピニオン式ステア
リングギヤ)のギヤ軸(例えばピニオン軸)を連結する
ためのヨーク1cが他端に一体に形成されている。外側
継手部材1にヨーク1cを一体形成することにより、製
造工数、部品点数、組立工数を削減して、コスト低減を
図ることができる。また、両者の同軸度も確保すること
ができる。
中心O1’に対して、軸方向に(この実施形態では継手
の奥部側に)所定距離f1だけオフセットされている。
また、内径面1aの開口側領域は円筒面1a1になって
いる。円筒面1a1の内径(半径)D1は、後述する保
持器4の外径{図6(a)の方向}を包含できる径に設
定されている。
間鍛造又は亜熱間鍛造によってほぼ所定形状に予備成形
され、内径面1aおよび案内溝1bを冷間鍛造加工によ
って成形される。内径面1aについては、さらに精度確
保のための後加工(研削加工等)が施されるが、案内溝
1bについては、上記の冷間鍛造加工を最終仕上げ加工
とすることもできる。その場合、製品として完成された
状態で、案内溝1bの表面は冷間鍛造加工による成形面
となる。従来に比べ、案内溝の後加工(研削加工等)が
不要になるので、外側継手部材の製造コスト低減にな
る。
て、内側継手部材2には中間軸(22:図10参照)を
兼ねる軸部2cが一体に形成されている。軸部2cの一
端(図示省略)には、例えばステアリングホイール側の
等速自在継手(この実施形態の等速自在継手と同様の構
成)の外側継手部材(ヨークが一体形成)に連結される
(ヨークに連結される)連結部が形成される。内側継手
部材2に軸部2cを一体形成することにより、製造工
数、部品点数、組立工数を削減して、コスト低減を図る
ことができる。
面中心O2’に対して、軸方向に(この実施形態では継
手の開口側に)所定距離f2だけオフセットされてい
る。案内溝2bのオフセット方向は、外側継手部材1の
案内溝1bとは逆方向になっている(案内溝1bは奥部
側、案内溝2bは開口側にオフセットされている。)。
間鍛造又は亜熱間鍛造によってほぼ所定形状に予備成形
され、外径面2aおよび案内溝2bを冷間鍛造加工によ
って成形される。外径面2aについては、さらに精度確
保のための後加工(研削加工等)が施されるが、案内溝
2bについては、上記の冷間鍛造加工を最終仕上げ加工
とすることもできる。その場合、製品として完成された
状態で、案内溝2bの表面は冷間鍛造加工による成形面
となる。従来に比べ、案内溝の後加工(研削加工等)が
不要になるので、内側継手部材の製造コスト低減にな
る。
て、保持器4はトルク伝達ボール3を収容する3つの窓
形のポケット4bを備えている。保持器4の内径面4a
は、開口側領域が円筒面4a1、奥部側領域が円錐面4
a2になっている。円筒面4a1の内径(半径)D5
は、内側継手部材2の外径面2aの外径(半径)D2に
対して、D5>D2に設定されている。奥部側領域は球
面又は円筒面としても良い。保持器4の外径面4cは半
径D4の球面である。保持器4は金属材料で形成しても
良いが、より一層の軽量・低コスト化を図るため樹脂材
料で形成することもできる。
は、収容されるトルク伝達ボール3の直径DBALLと等し
いか、又はそれよりも大きい(L≧DBALL)。ポケット
4bとトルク伝達ボール3との間の軸方向ポケット隙間
δ(=L−DBALL)は、前述した理由から0≦δ≦55
μmの範囲内の値に設定される。
7に示すような縮拡径自在な分割リングを採用してい
る。この弾性部材5はバネ鋼等で形成され、1つの割り
口5aと、軸方向に突出した3つの爪部5bを備えてい
る。各爪部5bの先端は、内側継手部材2の外径面2a
と同じ曲率をもった凹球状の球面部5cになっている。
尚、弾性部材5は樹脂、ゴム等の弾性材料で形成しても
良い。また、弾性部材5は割り口5aを設けない一体リ
ングとしても良い。その場合、爪部(5b)の弾性によ
って必要な弾性力を得る構造としても良いし、あるい
は、波板ばね、ゴムリング、樹脂リング等の弾性リング
を併用して必要な弾性力を得る構造としても良い。さら
に、各爪部(5b)の先端部(5c)を、内側継手部材
2の外径面2aと線接触する形状、例えば円錐形状(円
錐面部)としても良い。
を外側継手部材1の内径面1aに組み込む工程、トルク
伝達ボール3を保持器の4のポケット4bに組み込む工
程、内側継手部材2を保持器4の内径面4aに組み込む
工程、保持器4の内径面4a(円筒面4a1)に弾性部
材5を組み込み、止め輪6で抜け止め固定する工程を経
て組み立てられる。外側継手部材1の内径面1aの開口
側領域が保持器4の外径{図6(a)の方向)を包含で
きる円筒面1a1になっているため、保持器4を外側継
手部材1に容易に組み込むことができる。また、トルク
伝達ボール3は、保持器4の内径側からそのままポケッ
ト4bに組み込むことができる。さらに、保持器4の内
径面4aの開口側領域が半径D5(>D2)の円筒面4
a1であり、かつ、内側継手部材2の案内溝2bの中心
O2が開口側にオフセットされているため、内側継手部
材2の軸線を保持器4及び外側継手部材1の軸線に一致
させた状態で、内側継手部材2を軸方向に進めて保持器
4の内径面4aおよびトルク伝達ボール3の内側に組み
込むことができる。弾性部材5は、保持器4の内径面4
a(円筒面4a1)に組み込み、その球面部(又は円錐
面部)5cで内側継手部材2の外径面2aを継手の奥部
側に向けて軸方向に押圧付勢して、止め輪6で抜け止め
固定する。尚、止め輪6に代えて、弾性部材5を保持器
4の円筒面4a1に加締め、固着(溶着等)、凹凸係合
(例えば、弾性部材5に設けた突出部を保持器4の円筒
面4a1に設けた係合溝に係合させる。)等の手段で抜
け止め固定しても良い。
伝達ボール3、保持器4、および弾性部材5を上述した
ような態様で組立てると、図1及び図2に示すこの実施
形態の等速自在継手が完成する。外側継手部材1の案内
溝1bの中心O1と内側継手部材2の案内溝2bの中心
O2とは、トルク伝達ボール3の中心O3を含む継手中
心面Oに対して軸方向に等距離fだけ反対側(中心O1
は継手の奥部側、中心O2は継手の開口側)にオフセッ
トされている。そのため、案内溝1bと案内溝2bとが
協働して形成されるボールトラックは奥部側が広く、開
口側に向かって楔状に漸次縮小した形状になる。また、
外側継手部材1の外周と、内側継手部材2の軸部2cの
外周にブーツ10が装着され、ブーツバンド11、12
によって締付け固定される。
θだけ角度変位すると、保持器4に案内されたトルク伝
達ボール3は常にどの作動角θにおいても、角度θの2
等分面(θ/2)内に維持され、そのため継手の等速性
が確保される。
径面4a(円錐面4a2)と内側継手部材2の外径面2
aとの間に軸方向隙間Sが設けられ、内側継手部材2の
保持器4(及び外側継手部材1)に対する軸方向の相対
変位が許容されている。この軸方向隙間Sと弾性部材5
とにより、予圧付与手段が構成される。
内径面4a(円筒面4a1)との間に介在する弾性部材
5の弾性力Eによって、内側継手部材2の外径面2aが
案内溝2bの中心O2のオフセット方向(継手の開口
側)と反対方向(継手の奥部側)に押圧付勢されてい
る。内側継手部材2は、弾性部材5の押圧付勢力Eを受
けて中心O2の反オフセット方向(継手の奥部側)に軸
方向に相対変位してトルク伝達ボール3を押圧し、トル
ク伝達ボール3と外・内側継手部材1、2の案内溝1
b、2bとの間の内部隙間がなくなる位置で止まる。そ
の結果、トルク伝達ボール3に軸方向の一定の予圧Eが
与えられ、回転バックラッシュ(円周方向のガタツキ)
がなくなる。
持器4のポケット4bとトルク伝達ボール3との間の軸
方向ポケット隙間δ(=L−DBALL)を0≦δ≦55μ
mの範囲内に設定しているので、作動角を取りつつ回転
トルクを伝達する際の回転抵抗が小さく、かつ、フィー
リング(回転の滑らかさ)も良好である。
る。この実施形態では、外側継手部材1の案内溝1b、
内側継手部材2の案内溝2bに、それぞれ、アンダーカ
ットフリーの領域1b1、2b1が設けられている。例
えば、領域1b1は、案内溝1bの中心線O1から継手
の奥部側に設けられ、外側継手部材1の軸線と平行であ
る。また、領域2b1は、案内溝2bの中心線O2から
継手の開口側に設けられ、内側継手部材2の軸線と平行
である。アンダーカットフリーの領域1b1、2b1を
設けることにより、継手の作動角を高角化することがで
きる。
る。この実施形態では、保持器4の内径面4aの全領域
を円筒面に形成し、内径面4aの開口側領域4a1に上
述した弾性部材5を装着すると共に、内径面4aの奥部
側領域4a2’に補助リング7を装着したものである。
補助リング7は、例えば、上述した弾性部材5と同様の
爪部7bと球面部(又は円錐面部)7cを有する一体リ
ングで、奥部側領域4a2’に嵌着され、止め輪8によ
って抜け止め固定される。補助リング7の球面部(又は
円錐面部)7cと内側継手部材2の外径面2aとの間に
は軸方向隙間Sが設けられる。この軸方向隙間Sと弾性
部材5とにより、予圧付与手段が構成される。前述した
実施形態に比べて、保持器4の形状を簡略化することが
できるという利点がある。
置において、主軸(21)と中間軸(22)とを角度変
位自在に連結する自在継手(28)として、上述した実
施形態と同様の等速自在継手を用いることができる。
との間の隙間を詰める予圧付与手段を備えているので、
回転バックラッシュ(円周方向のガタツキ)がない。
ルとの間の軸方向ポケット隙間δを0≦δ≦55μmの
範囲内に設定することにより、継手が作動角を取りつつ
回転トルクを伝達する際の回転抵抗を低減し、かつ、良
好なフィーリング(回転の滑らかさ)を得ることができ
る。
内溝にアンダーカットフリーの領域を設けることによ
り、継手作動角の高角化を図ることができる。
を、保持器の外径面に適合する円筒面にすることによ
り、保持器の外側継手部材への組み込みを容易にするこ
とができる。
クラッシュがなく、軽量・コンパクト、低コストで、し
かも回転抵抗が小さく、かつ、回転が滑らかで、また高
作動角を取ることができるので、特に自動車のステアリ
ング装置に用いられた場合に、操縦安定性、操舵フィー
リング、操舵力、ハンドル戻り等の性能向上、車両レイ
アウトの自由度向上に寄与する。
面図である。
略)。
の右方向矢視図{図6(b)}である。
のb−b断面図{図7(b)}である。
要部拡大断面図である。
要部拡大断面図である。
示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 球面状の内径面に曲線状の案内溝を軸方
向に形成した外側継手部材と、球面状の外径面に曲線状
の案内溝を軸方向に形成した内側継手部材と、外側継手
部材の案内溝とこれに対向する内側継手部材の案内溝と
が協働して形成され、軸方向の一方に向かって楔状に縮
小したボールトラックと、ボールトラックに配されたト
ルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するための
ポケットを有する保持器と、トルク伝達ボールとボール
トラックとの間の隙間を詰める予圧付与手段とを備えた
等速自在継手において、 前記保持器のポケットとトルク伝達ボールとの間の軸方
向ポケット隙間δが、0≦δ≦55μmであることを特
徴とする等速自在継手。 - 【請求項2】 前記予圧付与手段が、前記内側継手部材
と保持器との間に設けられた軸方向隙間と、前記内側継
手部材と保持器との間に介在し、前記内側継手部材をそ
の案内溝の中心のオフセット方向と反対方向に押圧付勢
する弾性部材とで構成されている請求項1記載の等速自
在継手。 - 【請求項3】 前記外側継手部材及び内側継手部材の案
内溝がアンダーカットフリーの領域を有する請求項1記
載の等速自在継手。 - 【請求項4】 前記外側継手部材の内径面の開口側領域
が保持器の外径面に適合する円筒面である請求項1記載
の等速自在継手。 - 【請求項5】 自動車のステアリング装置に用いられる
請求項1から請求項4の何れかに記載の等速自在継手。
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