JP2003021158A - 固定型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな作動角をとり、トルクを負荷した時に
ボールの接触楕円がトラック溝外へ乗り上げにくくし、
トラックエッジ部の欠け発生を抑制する。 【解決手段】 内球面２１に複数のトラック溝２３を円
周方向等間隔に軸方向に沿って形成した外側継手部材２
５と、外球面２２に複数のトラック溝２４を円周方向等
間隔に軸方向に沿って形成した内側継手部材２６と、内
外側継手部材２６，２５の両トラック溝２４，２３間に
介在する複数のボール２８と、外側継手部材２５の内球
面２１と内側継手部材２６の外球面２２との間に介在す
るケージ２９とを備え、両トラック溝２４，２３が軸方
向と平行なストレート底２４ｂ，２３ｂを有する固定型
等速自在継手において、外側継手部材２５のトラック溝
２３の曲率中心Ｏ_TOと内側継手部材２６のトラック溝２
４の曲率中心Ｏ_TIとを、継手中心Ｏ_Jに対して軸方向に
等距離だけ正方向にオフセットさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固定型等速自在継手
に関し、詳しくは、自動車や各種産業機械の動力伝達系
において使用されるもので、駆動側と従動側の二軸間で
作動角度変位のみを許容する固定型の等速自在継手に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、固定型等速自在継手として、図
７に示すようなＵＦ（アンダーカットフリー）タイプの
ものがある。この固定型等速自在継手は、内球面１に複
数のトラック溝３を円周方向等間隔に軸方向に沿って形
成したマウス部７を有する外側継手部材５と、外球面２
に外側継手部材５のトラック溝３と対をなす複数のトラ
ック溝４を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内
側継手部材６と、外側継手部材５と内側継手部材６の両
トラック溝３，４間に介在してトルクを伝達する複数の
ボール８と、外側継手部材５の内球面１と内側継手部材
６の外球面２との間に介在して各ボール８を保持するケ
ージ９とを備えている。複数のボール８は、ケージ９に
形成されたポケット１０に収容されて円周方向等間隔に
配置されている。

【０００３】前記外側継手部材５のマウス部７から一体
的に延びるステム部（図示せず）に例えば従動側の回転
軸が連設され、前記内側継手部材６に駆動側の回転軸が
セレーション等で結合されることにより、両回転軸間で
作動角度変位を許容しながらトルク伝達が可能な構造と
なっている。

【０００４】この固定型等速自在継手では、大きな作動
角を取り得る構造とするため、外側継手部材５のトラッ
ク溝３の曲率中心Ｏ_TOと内側継手部材６のトラック溝４
の曲率中心Ｏ_TIとは、ボール中心Ｏ_Bを含む継手中心Ｏ_J
に対して軸方向に等距離Ｆだけ逆方向にオフセットされ
ている。つまり、外側継手部材５のトラック溝３の曲率
中心Ｏ_TOは継手中心Ｏ_Jから外側継手部材５の開口側１
１へ距離Ｆだけ離隔した位置にあり、内側継手部材６の
トラック溝４の曲率中心Ｏ_TIは継手中心Ｏ_Jから外側継
手部材５の奥側１２へ距離Ｆだけ離隔した位置にある。

【０００５】これにより、一対のトラック溝３，４でも
って外側継手部材５の奥側１２から開口側１１へ向けて
拡開した楔状トラックが形成されている。各ボール８は
一対のトラック溝３，４間に転動可能に組み込まれてお
り、外側継手部材５と内側継手部材６が作動角をとった
状態でトルクを伝達する時、楔状トラックの間隔の広い
方へ移動させようとする軸力の作用を受ける。

【０００６】従って、外側継手部材５のトラック溝３
は、外側継手部材５の奥側１２でトラック溝３の曲率中
心Ｏ_TOを持つ円弧底３ａと、その曲率中心Ｏ_TOから径方
向に延びる線分がトラック溝３の底部と交わる部位Ａを
境として、外側継手部材５の開口側１１で軸方向と平行
なストレート底３ｂとを有する。内側継手部材６の各ト
ラック溝４は、外側継手部材５の開口側１１でトラック
溝４の曲率中心Ｏ_TIを持つ円弧底４ａと、その曲率中心
Ｏ_TIから径方向に延びる線分がトラック溝４の底部と交
わる部位Ｂを境として、外側継手部材５の奥側１２で軸
方向と平行なストレート底４ｂとを有する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の固定
型等速自在継手では、外側継手部材５のトラック溝３の
曲率中心Ｏ_TOと内側継手部材６のトラック溝４の曲率中
心Ｏ_TIとは、ボール中心Ｏ_Bを含む継手中心Ｏ_Jに対して
軸方向に等距離Ｆだけ逆向きでオフセットされた構造を
具備している。このオフセットにより、外側継手部材５
と内側継手部材６とが小さい作動角をとった時、外側継
手部材５のトラック溝３の円弧底３ａ部分と内側継手部
材６のトラック溝４の円弧底４ａ部分でボール８を保持
することにより、ボール８の軸方向移動を抑制するよう
にしている。

【０００８】ここで、前述のように外側継手部材５のト
ラック溝３と内側継手部材６のトラック溝４とがそれぞ
れオフセットされていることから、これら一対のトラッ
ク溝３，４により外側継手部材５の奥側１２から開口側
１１へ向けて拡開した楔状トラックが形成されている。
特に、外側継手部材５の奥側１２ではトラック溝３が浅
くなっていることから、外側継手部材５と内側継手部材
６とが大きな作動角をとった時、すなわち、ある位相で
ボール８が外側継手部材５のトラック溝３の奥側１２へ
位置した時、ボール８のトラック溝３との接触点、つま
り、ボール８による接触楕円がトルク負荷時にトラック
溝３外へ乗り上げ易くなっているため、トラックエッジ
部が欠ける虞がある。

【０００９】そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案
されたもので、その目的とするところは、トルク負荷時
にボールの接触楕円をトラック溝外へ乗り上げにくく
し、トラックエッジ部の欠け発生を抑制し得る固定型等
速自在継手を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の技術的手段として、本発明は、内球面に複数のトラッ
ク溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した外側継
手部材と、外球面に前記外側継手部材のトラック溝と対
をなす複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿
って形成した内側継手部材と、前記外側継手部材と内側
継手部材の両トラック溝間に介在してトルクを伝達する
複数のボールと、外側継手部材の内球面と内側継手部材
の外球面との間に介在してボールを保持するケージとを
備え、前記外側継手部材の開口側に向けて拡開した楔状
トラックを形成する前記両トラック溝が軸方向と平行な
ストレート底を有する固定型等速自在継手において、前
記外側継手部材のトラック溝の曲率中心と前記内側継手
部材のトラック溝の曲率中心とを、前記ボール中心を含
む継手中心に対して軸方向に等距離だけ正方向にオフセ
ットさせたことを特徴とする。

【００１１】ここで、「正方向のオフセット」とは、外
側継手部材のトラック溝の曲率中心と内側継手部材のト
ラック溝の曲率中心とが、継手中心に対してそれら曲率
中心を持つトラック溝の円弧底と同一側に存在すること
を意味する。つまり、外側継手部材のトラック溝の曲率
中心は、継手中心に対して外側継手部材の奥側に位置
し、内側継手部材のトラック溝の曲率中心は、継手中心
に対して外側継手部材の開口側に位置する。

【００１２】本発明では、前記構成のように外側継手部
材および内側継手部材の両トラック溝のオフセットを従
来とは軸方向逆向きに付与したことにより、外側継手部
材のトラック溝の奥側深さを確保することができる。そ
の結果、外側継手部材と内側継手部材とが作動角をとっ
た時、ボールの接触楕円がトルク負荷時にトラック溝外
へ乗り上げにくくなる。

【００１３】また、前記構成において、前記ケージの外
球面の曲率中心と内球面の曲率中心とを、ボール中心を
含む継手中心に対して軸方向に等距離で、かつ、トラッ
ク溝のオフセット距離以上だけ正方向にオフセットさせ
たことを特徴とする。このようにすれば、外側継手部材
と内側継手部材とが小さい作動角をとった時、ケージが
ボールの軸方向位置を規制し、外側継手部材と内側継手
部材のトラック溝の円弧底部分でボールを保持すること
により、ボールの軸方向移動を抑制することができてボ
ールの軸方向位置を安定化させることができる。

【００１４】さらに、前記構成において、前記外側継手
部材のトラック溝のストレート底を継手開口側に向けて
拡径したテーパ状とし、かつ、前記内側継手部材のトラ
ック溝のストレート底を継手奥側に向けて拡径したテー
パ状としたことを特徴とする。このようにすれば、ケー
ジにオフセットを設けなくても、外側継手部材と内側継
手部材とが小さい作動角をとった時、外側継手部材と内
側継手部材のテーパ状のトラック溝でボールの軸方向位
置を規制することができ、ボールの軸方向移動を抑制す
ることができてボールの軸方向位置の安定化が図れる。

【００１５】なお、前記構成において、固定型等速自在
継手のボールが８個であれば、ボール１個にかかる負荷
の低減や効率アップを図ることができ、強度、負荷トル
ク、耐久性に優れており、ボール径も小さくすることが
できて継手全体を小型化できる点で有効である。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明に係る固定型等速自在継手
はＵＦ（アンダーカットフリー）タイプのものであり、
その実施形態を以下に詳述する。

【００１７】図１に示す第一の実施形態は、内球面２１
に複数のトラック溝２３を円周方向等間隔に軸方向に沿
って形成したマウス部２７を有する外側継手部材２５
と、外球面２２に外側継手部材２５のトラック溝２３と
対をなす複数のトラック溝２４を円周方向等間隔に軸方
向に沿って形成した内側継手部材２６と、外側継手部材
２５と内側継手部材２６の両トラック溝２３，２４間に
介在してトルクを伝達する複数のボール２８と、外側継
手部材２５の内球面２１と内側継手部材２６の外球面２
２との間に介在して各ボール２８を保持するケージ２９
とを備えている。複数のボール２８は、ケージ２９に形
成されたポケット３０に収容されて円周方向等間隔に配
置されている。

【００１８】前記外側継手部材２５のマウス部２７から
一体的に延びるステム部（図示せず）に例えば従動側の
回転軸が連設され、前記内側継手部材２６に駆動側の回
転軸がセレーション等で結合されることにより、両回転
軸間で作動角度変位を許容しながらトルク伝達が可能な
構造となっている。

【００１９】この固定型等速自在継手では、外側継手部
材２５のトラック溝２３の曲率中心Ｏ_TOと内側継手部材
２６のトラック溝２４の曲率中心Ｏ_TIとを、ボール中心
Ｏ_Bを含む継手中心Ｏ_Jに対して軸方向に等距離Ｆだけ正
方向にオフセットさせている。つまり、外側継手部材２
５のトラック溝２３の曲率中心Ｏ_TOは継手中心Ｏ_Jから
外側継手部材２５の奥側３２へ距離Ｆだけ離隔した位置
にあり、内側継手部材２６のトラック溝２４の曲率中心
Ｏ_TIは継手中心Ｏ_Jから外側継手部材２５の開口側３１
へ距離Ｆだけ離隔した位置にある。

【００２０】これにより、一対のトラック溝２３，２４
により外側継手部材２５の奥側３２から開口側３１へ拡
開した楔状トラックが形成される。各ボール２８は一対
のトラック溝２３，２４間に転動可能に組み込まれてお
り、外側継手部材２５と内側継手部材２６が作動角をと
った状態でトルクを伝達する時、楔状トラックの間隔の
広い方へ移動させようとする軸力の作用を受ける。

【００２１】従って、外側継手部材２５の各トラック溝
２３は、外側継手部材２５の奥側３２でトラック溝２３
の曲率中心Ｏ_TOを持つ円弧底２３ａと、その曲率中心Ｏ
_TOから径方向に延びる線分がトラック溝２３の底部と交
わる部位Ａを境として、外側継手部材２５の開口側３１
で軸方向と平行なストレート底２３ｂとを有する。内側
継手部材２６の各トラック溝２４は、外側継手部材２５
の開口側３１でトラック溝２４の曲率中心Ｏ_TIを持つ円
弧底２４ａと、その曲率中心Ｏ_TIから径方向に延びる線
分がトラック溝２４の底部と交わる部位Ｂを境として、
外側継手部材２５の奥側３２で軸方向と平行なストレー
ト底２４ｂとを有する。

【００２２】この第一の実施形態では、外側継手部材２
５および内側継手部材２６のトラック溝２３，２４のオ
フセットを従来とは軸方向逆向きに付与したことにな
る。つまり、この実施形態では、外側継手部材２５のト
ラック溝２３の円弧底２３ａの曲率中心Ｏ_TOが、継手中
心Ｏ_Jから外側継手部材２５の奥側３２へ距離Ｆだけ離
隔した位置にあり、内側継手部材２６のトラック溝２４
の円弧底２４ａの曲率中心Ｏ_TIが、継手中心Ｏ_Jから外
側継手部材２５の開口側３１へ距離Ｆだけ離隔した位置
にあるのに対して、従来例（図７参照）では、外側継手
部材５のトラック溝３の円弧底３ａの曲率中心Ｏ_TOが、
継手中心Ｏ_Jから外側継手部材５の開口側１１へ距離Ｆ
だけ離隔した位置にあり、内側継手部材６のトラック溝
４の円弧底４ａの曲率中心Ｏ_TIが、継手中心Ｏ_Jから外
側継手部材５の奥側１２へ距離Ｆだけ離隔した位置にあ
る。

【００２３】これにより、外側継手部材２５のトラック
溝２３の奥側深さを従来よりも大きくすることができ
る。その結果、外側継手部材２５と内側継手部材２６と
が大きな作動角をとった時、すなわち、ある位相でボー
ル２８が外側継手部材２５のトラック溝２３の奥側へ位
置した時、ボール２８による接触楕円がトルク負荷時に
トラック溝２３外へ乗り上げにくくなる。

【００２４】この実施形態では、外側継手部材２５のト
ラック溝２３の曲率中心Ｏ_TOと内側継手部材２６のトラ
ック溝２４の曲率中心Ｏ_TIとを、ボール中心Ｏ_Bを含む
継手中心Ｏ_Jに対して軸方向に等距離Ｆだけ正方向にオ
フセットしたことにより、図１に示すように外側継手部
材２５のトラック溝２３の曲率中心Ｏ_TOと、内側継手部
材２６のトラック溝２４の曲率中心Ｏ_TIとの間で各トラ
ック溝２３，２４がストレート底２３ｂ，２４ｂとなる
ため、外側継手部材２５と内側継手部材２６とが小さい
作動角をとった時、各トラック溝２３，２４のストレー
ト底２３ｂ，２４ｂでボール２８を支持することから、
トラック溝２３，２４の円弧底２３ａ，２４ａでボール
２８を支持するまでの間、ボール２８が軸方向で移動す
る虞がある。

【００２５】図２はケージ２９が反時計回りで最大回転
した状態を示し、図３はケージ２９が時計回りで最大回
転した状態を示す。ケージ２９が図中の破線で示す状態
から図中実線で示す状態まで回転すると、トラック溝２
３，２４の円弧底２３ａ，２４ａでボール２８を支持す
るまでの間、つまり、破線で示すボール２８がトラック
溝２３，２４のストレート底２３ｂ、２４ｂと接触する
接触点Ｘから、実線で示すボール２８がトラック溝２
３，２４の円弧底２３ａ，２４ａと接触する接触点Ｙま
で、ボール２８が軸方向で移動することがある。この
時、ボール２８がケージ２９により、二軸のなす角度の
二等分面上に常に位置するように規制されているため、
等速性は確保されているが、ボール２８の軸方向位置が
安定しないことから、異音の発生や作動性の低下を招来
する虞がある。

【００２６】そこで、第二の実施形態では、図４に示す
ように外側継手部材２５のトラック溝２３の曲率中心Ｏ
_TOと内側継手部材２６のトラック溝２４の曲率中心Ｏ_TI
とを、ボール中心Ｏ_Bを含む継手中心Ｏ_Jに対して軸方向
に等距離Ｆだけ正方向にオフセットさせると共に、前記
ケージ２９’の外球面３３の曲率中心Ｏ_KOと内球面３４
の曲率中心Ｏ_KIとを、ボール中心Ｏ_Bを含む継手中心Ｏ_J
に対して軸方向に等距離ｆだけトラックオフセットと反
対方向にオフセットさせる。ここで、ｆ≧Ｆとする。

【００２７】これにより、外側継手部材２５と内側継手
部材２６とが小さい作動角をとった時、ケージ２９’が
ボール２８の軸方向位置を規制し、外側継手部材２５と
内側継手部材２６のトラック溝２３，２４の円弧底２３
ａ，２４ａでボール２８を保持することにより、ボール
２８の軸方向移動を抑制することができてボール２８の
軸方向位置を安定化させることができる。なお、ｆ＜Ｆ
であれば、前述したように外側継手部材２５と内側継手
部材２６とが小さい作動角をとった時、各トラック溝２
３，２４のストレート底２３ｂ，２４ｂでボール２８を
支持することから、トラック溝２３，２４の円弧底２３
ａ，２４ａでボール２８を支持するまでの間、ボール２
８が軸方向で移動する虞があるので好ましくない。

【００２８】また、ケージ２９にオフセットを設けない
他の実施形態として、図５に示す第三の実施形態のよう
な構造であってもよい。この第三の実施形態では、同図
に示すように外側継手部材２５のトラック溝２３の曲率
中心Ｏ_TOと内側継手部材２６のトラック溝２４の曲率中
心Ｏ_TIとを、ボール中心Ｏ_Bを含む継手中心Ｏ_Jに対して
軸方向に等距離Ｆだけ正方向にオフセットさせると共
に、外側継手部材２５のトラック溝２３のストレート底
２３ｂ’を外側継手部材２５の開口側３１に向けて拡径
したテーパ状（断面傾斜角度θ°）とし、かつ、内側継
手部材２６のトラック溝２４のストレート底２４ｂ’を
外側継手部材２５の奥側３２に向けて拡径したテーパ状
（断面傾斜角度θ°）とする。

【００２９】これにより、ケージ２９にオフセットを設
けなくても、外側継手部材２５と内側継手部材２６とが
小さい作動角をとった時、外側継手部材２５と内側継手
部材２６のテーパ状のトラック溝２３ｂ’，２４ｂ’で
ボール２８の軸方向位置を規制することができ、ボール
２８の軸方向移動を抑制することができてボール２８の
軸方向位置の安定化が図れる。

【００３０】なお、第一乃至第三の各実施形態では、図
６に示すように８個のボール２８がケージ２９により保
持されている。なお、本発明は６個のボールを有する場
合についても適用可能である。８個のボール２８を有す
る場合は、６個のボールを有する場合よりも、ボール１
個にかかる負荷の低減や効率アップを図ることができ、
強度、負荷トルク、耐久性に優れており、ボール径も小
さくすることができて継手全体を小型化できる点で有効
である。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、外側継手部材のトラッ
ク溝の曲率中心と内側継手部材のトラック溝の曲率中心
とを、ボール中心を含む継手中心に対して軸方向に等距
離だけ正方向にオフセットさせたことにより、外側継手
部材のトラック溝の奥側深さを確保することができる。
その結果、外側継手部材と内側継手部材とが大きな作動
角をとった時、すなわち、ある位相でボールが外側継手
部材のトラック溝の奥側へ位置した時、ボールによる接
触楕円がトルク負荷時にトラック溝外へ乗り上げにくく
なり、トラックエッジ部の欠けが発生することを抑制で
き、耐久性に優れた長寿命の固定型等速自在継手を提供
することができる。

【００３２】また、前記トラック溝のオフセットに加え
て、ケージの外球面中心と内球面中心とを、ボール中心
を含む継手中心に対して軸方向に等距離で、かつ、トラ
ック溝のオフセット距離以上だけ正方向にオフセットさ
せるか、あるいは、外側継手部材のトラック溝のストレ
ート底をテーパ状とすることにより、外側継手部材と内
側継手部材とが小さい作動角をとった時、ボールの軸方
向位置を規制することにより、ボールの軸方向移動を抑
制することができてボールの軸方向位置を安定化させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固定型等速自在継手の第一の実施
形態を示す断面図である。

【図２】図１の第一の実施形態において、ケージを反時
計方向に回転させた時のボールの軸方向移動を示す断面
図である。

【図３】図１の第一の実施形態において、ケージを時計
方向に回転させた時のボールの軸方向移動を示す断面図
である。

【図４】本発明の第二の実施形態を示す断面図である。

【図５】本発明の第三の実施形態を示す断面図である。

【図６】第一乃至第三の各実施形態において、ケージに
保持された８個のボールを示す断面図である。

【図７】固定型等速自在継手の従来例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

２１ 外側継手部材の内球面 ２２ 内側継手部材の外球面 ２３ 外側継手部材のトラック溝 ２３ｂ 外側継手部材のトラック溝のストレート底 ２４ 内側継手部材のトラック溝 ２４ｂ 内側継手部材のトラック溝のストレート底 ２５ 外側継手部材 ２６ 内側継手部材 ２８ ボール ２９ ケージ ３１ 外側継手部材の開口側 ３２ 外側継手部材の奥側 ３３ ケージの外球面 ３４ ケージの内球面 Ｏ_B ボール中心 Ｏ_J 継手中心 Ｏ_TO 外側継手部材のトラック溝の曲率中心 Ｏ_TI 内側継手部材のトラック溝の曲率中心 Ｏ_KO ケージの外球面中心 Ｏ_KI ケージの内球面中心

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内球面に複数のトラック溝を円周方向等
   間隔に軸方向に沿って形成した外側継手部材と、外球面
   に前記外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラ
   ック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内側
   継手部材と、前記外側継手部材と内側継手部材の両トラ
   ック溝間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、
   外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に
   介在してボールを保持するケージとを備え、前記外側継
   手部材の開口側に向けて拡開した楔状トラックを形成す
   る前記両トラック溝が軸方向と平行なストレート底を有
   する固定型等速自在継手において、 前記外側継手部材のトラック溝の曲率中心と前記内側継
   手部材のトラック溝の曲率中心とを、前記ボール中心を
   含む継手中心に対して軸方向に等距離だけ正方向にオフ
   セットさせたことを特徴とする固定型等速自在継手。
2. 【請求項２】 前記ケージの外球面の曲率中心と内球面
   の曲率中心とを、ボール中心を含む継手中心に対して軸
   方向に等距離だけトラックオフセットと反対方向にオフ
   セットさせたことを特徴とする請求項１に記載の固定型
   等速自在継手。
3. 【請求項３】 前記外側継手部材のトラック溝のストレ
   ート底を継手開口側に向けて拡径したテーパ状とし、か
   つ、前記内側継手部材のトラック溝のストレート底を継
   手奥側に向けて拡径したテーパ状としたことを特徴とす
   る請求項１又は２に記載の固定型等速自在継手。
4. 【請求項４】 前記ボールが８個であることを特徴とす
   る請求項１乃至３のいずれかに記載の固定型等速自在継
   手。