JP2004036690A

JP2004036690A - 等速自在継手

Info

Publication number: JP2004036690A
Application number: JP2002192253A
Authority: JP
Inventors: Haruo Hase; 長谷　陽夫; Keisuke Sone; 曽根　啓助; Masafumi Nakakoji; 中小路　雅文
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】保持器の位置決めを可能とし、かつ、軸方向のスライド範囲全域でボールの転動を可能にする。
【解決手段】トラック溝１５が設けられた円筒状の外輪１１と、トラック溝１７が設けられ、部分球面状の外表面１８を持つ内輪１２と、トラック溝１７，１５が協働して形成するボールトラックに配されたボール１３と、ボール１３を収容するポケット１９を備え、内輪１２と外輪１１で接触案内され、軸方向に等距離オフセットした部分球面状の内外表面２０，２１を持つ保持器１４とからなる等速自在継手において、内外輪１２，１１のトラック溝１７，１５を交叉状の配置で設け、両トラック溝１７，１５の交叉部分にボール１３を組み込み、かつ、内輪１２は、トラック溝１７が外周面に形成されたトラック部材２５と、トラック部材２５に対して軸方向に相対移動可能に係合され、部分球面状の外表面１８を持つ球面部材２６とからなる分割構造とする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車のドライブシャフトなどの動力伝達機構において使用され、駆動側と従動側の二軸間で角度変位および軸方向変位を許容する摺動型等速自在継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のエンジンから駆動車輪に動力を伝達するドライブシャフトは、エンジンと車輪との相対的位置関係の変化による角度変位と軸方向変位に対応する必要があるため、エンジン側と駆動車輪側との間に中間軸を介装し、その中間軸の一端部を摺動型等速自在継手を介してディファレンシャルに連結し、他端部を固定型等速自在継手および車輪軸受を介して駆動車輪に連結した構造を具備する。
【０００３】
この摺動型等速自在継手には各種タイプのものがあるが、ドライブシャフトに使用する場合、他の摺動型等速自在継手であるトリポード型等速自在継手に比べて安価であるダブルオフセット型等速自在継手が多用されている。このダブルオフセット型等速自在継手の一例を図８および図９に示す。
【０００４】
このダブルオフセット型等速自在継手は、車体側のディファレンシャルに取り付けられた外輪１と、中間軸の一端に取り付けられた内輪２と、外輪１および内輪２の間に組み込まれた複数のボール３と、外輪１と内輪２との間に介在してボール３を支持する保持器４とを主要な構成要素としている。
【０００５】
外輪１は、その軸線に平行な複数の直線状トラック溝５が円周方向等間隔に形成された円筒状孔６を有する。内輪２は、外輪１のトラック溝５に対応させて軸線に平行な複数の直線状トラック溝７が円周方向等間隔に形成され、かつ、部分球面状の外表面８を有する。図示しないが、内輪２の内径には、トルク伝達可能なように中間軸の一端がセレーション嵌合により圧入される。
【０００６】
ボール３は、外輪１のトラック溝５と内輪２のトラック溝７が協働して形成するボールトラックに配され、トルクを伝達する。保持器４は、ボール３を収容するポケット９を有し、このポケット９とボール３との間にポケットすきまＸを設け、かつ、内輪２の外表面８と外輪１の円筒状孔６でそれぞれ接触案内され、ボール中心Ｃを含む継手中心面Ｐに対して軸線方向に等距離オフセット（オフセット量ｆ）した曲率中心Ａ，Ｂを有する部分球面状の内表面１０ａおよび外表面１０ｂを備えている。
【０００７】
この等速自在継手では、外輪１と内輪２との間に作動角が付与された場合、保持器４によりボール３を作動角の二等分面上に制御させて等速性を維持すると共に、ボール３のボールトラックからの飛び出しを保持器４のオフセットにより防止している。さらに、外輪１と内輪２が軸方向に相対変位すると、保持器４の外表面１０ｂと外輪１の内表面５との間で滑りが生じ、円滑な軸方向変位を可能にしている。
【０００８】
このダブルオフセット型等速自在継手は、他の摺動型等速自在継手であるトリポード型等速自在継手と比べて安価である反面、軸方向変位時における内輪２のスライド抵抗が大きい。ここで、スライド抵抗とは、ボール３がボールトラックに沿って転動する際、内輪２と一体になって移動する保持器４に拘束されるために生じる抵抗を意味する。このスライド抵抗が大きいと、エンジンのアイドリング時の振動を等速自在継手で吸収できず、そのアイドリング振動が車体側に伝達されて乗員に不快感を与えるという問題がある。
【０００９】
この問題を解消する手段として、従来から、継手内部のスライド抵抗を低減させるための種々の提案がなされている。例えば、前述したように保持器４のポケット９とボール３との間にポケットすきまＸを設けると共に、保持器４の内表面１０ａの曲率半径を内輪２の外表面８の曲率半径よりも大きくすることにより、両者の間に軸方向すきまＹを形成したものがある。
【００１０】
この軸方向すきまＹの存在により、内輪２と保持器４との相対的な軸方向変位が許容され、かつ、ポケットすきまＸの存在によりボール３のスムーズな転動が確保されるので、外輪１と内輪２が角度変位および軸方向変位を伴いながら回転トルクを伝達する際の継手内部のスライド抵抗が低減される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前述したダブルオフセット型等速自在継手では、保持器４とボール３間のポケットすきまＸや、その保持器４と内輪２間の軸方向すきまＹを拡げることによりボール３の転動を容易にしてスライド抵抗の低減化を図ることができる。しかしながら、外輪１と内輪２が角度変位および軸方向変位を伴いながら回転トルクを伝達する際に、保持器４の内表面１０ａの曲率中心と内輪２の外表面８の曲率中心とが一致することはほとんどなく、保持器４の位置が全く定まらない。
【００１２】
そのため、外輪１に対して内輪２が軸方向変位するに際して、内輪２が外輪１の円筒状孔奥側に移動した場合と内輪２が外輪１の円筒状孔開口側に移動した場合とで、内輪２の外表面８が保持器４の内表面１０ａに接触するまでの軸方向の移動距離が異なってくる。このことから、外輪１に対して内輪２が軸方向変位するに際して、内輪２と保持器４間の軸方向すきまＹが大きくなったり小さくなったりしてその軸方向すきまＹが変動し、エンジンのアイドリング振動に起因する車両振動が不安定になるという現象が内在し、スライド範囲全域でボールの転動を可能にすることが困難であった。
【００１３】
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、保持器の位置決めを可能とし、かつ、スライド範囲全域でボールの転動を可能にし得る等速自在継手を提供することにある。
【００１４】
【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、複数の直線状トラック溝が軸方向に設けられた円筒状孔を備えた外方部材と、この外方部材のトラック溝と対応した直線状トラック溝が軸方向に設けられ、かつ、部分球面状の外表面を備えた内方部材と、前記外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝が協働して形成するボールトラックに配されてトルクを伝達する複数のボールと、これらのボールを収容するポケットを備え、かつ、前記内方部材の部分球面状外表面と前記外方部材の円筒状孔でそれぞれ接触案内され、前記ボール中心を含む継手中心面に対して軸方向に等距離オフセットした曲率中心を有する部分球面状の内表面および外表面を備えた保持器とからなる等速自在継手において、前記外方部材の直線状トラック溝と内方部材の直線状トラック溝とを交叉状の配置で設け、両トラック溝の交叉部分にボールを組み込み、かつ、前記内方部材は、直線状トラック溝が外周面に形成されたトラック部材と、そのトラック部材に対して軸方向に相対移動可能に係合され、部分球面状の外表面を備えた球面部材とからなる分割構造としたことを特徴とする。
【００１５】
本発明では、外方部材と内方部材の両トラック溝を交叉状の配置で設け、その交叉部分にボールを組み込んだことにより、保持器、ボールおよび球面部材の相互間で軸方向位置が決められるため、外方部材に対して内方部材が軸方向変位するに際して、内方部材が外方部材の奥側または開口側のいずれに移動しても、内方部材と保持器間の軸方向すきまが大きくなったり小さくなったり変動することがなくなってその軸方向すきまの安定化が図れる。
【００１６】
このように保持器の位置決めを可能にすると共に、内方部材をトラック部材と球面部材からなる分割構造とし、前記トラック部材を球面部材に対して軸方向に相対移動可能に係合したことにより、外方部材に対して内方部材が軸方向変位するに際して、球面部材に対するトラック部材の軸方向移動が得られるので、軸方向のスライド範囲全域でボールの転動が可能となる。
【００１７】
なお、この内方部材の軸方向変位時、ボールがボールトラックから脱落することを未然に防止するため、内方部材のトラック部材の軸方向長さを大きくすることが望ましい。ここで、「スライド範囲全域」とは、製造業者が、保証している等速自在継手のスライド可能な範囲またはそれに準ずる範囲を意味する。また、内方部材は、中間軸と一体化することも可能である。
【００１８】
なお、トラック部材と球面部材の係合は、トラック部材の外表面または球面部材の内表面のいずれか一方に凹部を形成すると共に他方に凸部を形成し、それら凹凸部を相互に嵌合させることにより、トラック部材と球面部材を軸方向に相対移動可能に係合させた構造でもって容易に実現することができる。
【００１９】
前記構成における球面部材は、樹脂製の一体成形品であることが望ましい。このように球面部材が樹脂製であれば、球面部材が複雑な形状となっても、その加工製作が容易となる。また、トラック部材との間で良好な滑りも得られる。
【００２０】
球面部材は、トラック部材のトラック溝に嵌入する肉厚部を有する環状基部と、その環状基部から軸方向に延びて前記トラック部材と係合する係合部とからなる構造とすることが望ましい。このようにすれば、環状基部の肉厚部により球面部材自体の強度を確保することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１および図２は本発明の実施形態で、摺動型等速自在継手の一例としてダブルオフセット型等速自在継手を示す。このダブルオフセット型等速自在継手は、車体側のディファレンシャルに取り付けられた外方部材である外輪１１と、中間軸の一端に取り付けられた内方部材である内輪１２と、外輪１１および内輪１２の間に組み込まれた複数のボール１３と、外輪１１と内輪１２との間に介在してボール１３を支持する保持器１４とを主要な構成要素としている。
【００２２】
外輪１１は、複数の直線状トラック溝１５が円周方向等間隔に形成された円筒状孔１６を有する。内輪１２は、外輪１１のトラック溝１５に対応させて複数の直線状トラック溝１７が円周方向等間隔に形成され、かつ、部分球面状の外表面１８を有する。内輪１２の内径には、トルク伝達可能なように中間軸２３の一端がセレーション嵌合により圧入されている。
【００２３】
ボール１３は、外輪１１のトラック溝１５と内輪１２のトラック溝１７が協働して形成するボールトラックに配され、トルクを伝達する。保持器１４は、ボール１３を収容するポケット１９を有し、このポケット１９とボール１３との間にポケットすきまＸを設け、かつ、内輪１２の外表面１８と外輪１１の円筒状孔１６でそれぞれ接触案内され、ボール中心Ｃを含む継手中心面Ｐに対して軸線方向に等距離オフセット（オフセット量ｆ）した曲率中心Ａ，Ｂを有する部分球面状の内表面２０および外表面２１を備えている。
【００２４】
また、前述したように保持器１４のポケット１９とボール１３との間にポケットすきまＸを設けると共に、保持器１４の内表面２０の曲率半径を内輪１２の外表面１８の曲率半径よりも大きくすることにより、両者の間に軸方向すきまＹを形成している。この軸方向すきまＹの存在により、内輪１２と保持器１４との相対的な軸方向変位が許容され、かつ、ポケットすきまＸの存在によりボール１３のスムーズな転動が確保されるので、外輪１１と内輪１２が角度変位および軸方向変位を伴いながら回転トルクを伝達する際の継手内部のスライド抵抗が低減される。
【００２５】
この等速自在継手では、外輪１１と内輪１２との間に作動角が付与された場合、保持器１４によりボール１３を作動角の二等分面上に制御させて等速性を維持すると共に、ボール１３のボールトラックからの飛び出しを保持器１４のオフセットにより防止する。さらに、外輪１１と内輪１２が軸方向に相対変位すると、保持器１４の外表面２１と外輪１１の内表面２２との間で滑りが生じ、円滑な軸方向変位を可能にしている。
【００２６】
この実施形態では、軸方向のスライド範囲全域でボールの転動を可能にする目的から、以下のような構造を採用している。つまり、図３に示すように前述の内輪１２を、直線状トラック溝１７が外周面に形成されたトラック部材２５（図４参照）と、そのトラック部材２５に対して軸方向に相対移動可能に係合され、部分球面状の外表面１８を備えた球面部材２６（図５参照）とからなる分割構造とする。
【００２７】
このように内輪１２をトラック部材２５と球面部材２６からなる分割構造とし、トラック部材２５を球面部材２６に対して軸方向に相対移動可能に係合したことにより、外輪１１に対して内輪１２が軸方向変位するに際して、球面部材２６に対するトラック部材２５の軸方向移動が得られるので、スライド範囲全域でボールの転動が可能となる。
【００２８】
トラック部材２５の内径には、中間軸２３の一端がトルク伝達可能なように嵌合するセレーション（図示せず）が形成されている。なお、トラック部材２５は、中間軸２３と一体化することも可能である。また、トラック部材２５の外径には、外輪１２のトラック溝１５と対応させて複数のトラック溝１７が円周方向等間隔に形成されているが、前述したように軸方向のスライド範囲全域でボールの転動を可能とするに際して、外輪１１に対する内輪１２の軸方向変位時、保持器１４の位置決めを実現する手段として、トラック部材２５のトラック溝１７と外輪１１のトラック溝１５とを相互にわずかに交叉するように配置する。
【００２９】
つまり、トラック部材２５のトラック溝１７を軸方向に対してわずかに傾斜させて配し、かつ、外輪１１のトラック溝１５を軸方向に対して前述のトラック溝１７の傾斜方向と反対にわずかに傾斜させて配する（図２参照）。また、外輪１１のトラック溝１５およびトラック部材２５のトラック溝１７はともに、円周方向等間隔に配置されているが、その円周方向一つおきに軸方向に対して傾斜する向きを同一とし、円周方向で隣接する相互間では軸方向に対して傾斜する向きが反対となっている（図２乃至図４参照）。
【００３０】
このように内輪１２のトラック溝１７と外輪１１のトラック溝１５の交叉部分にボール１３を組み込むことにより、保持器１４、ボール１３および球面部材２６の相互間で軸方向位置が決められるため、外輪１１に対して内輪１２が軸方向変位するに際して、内輪１２が外輪１１の奥側または開口側のいずれに移動しても、内輪１２と保持器１４間の軸方向すきまＹが大きくなったり小さくなったり変動することがなくなってその軸方向すきまＹの安定化が図れる。
【００３１】
ここで、外輪１１に対する内輪１２の軸方向変位時、ボール１３がボールトラックから脱落することを未然に防止するため、内輪１２のトラック部材２５の軸方向長さを、例えば保持器１４の軸方向長さよりも大きくする（図１参照）。なお、内輪１２のトラック部材２５の軸方向長さを大きくした分、外輪１１と内輪１２が角度変位および軸方向変位を伴いながら回転トルクを伝達する際に、トラック部材２５の外径と保持器１４の内径とが干渉することを防止するため、保持器１４の大径側（外輪１１の円筒状孔１６の奥側）の内径を拡径させてテーパ状とする。
【００３２】
球面部材２６は、複雑な形状となってもその加工製作が容易で、また、トラック部材２５との間で良好な滑りが得られるように樹脂製の一体成形品とする。この球面部材２６は、トラック部材２５のトラック溝１７に嵌入する肉厚部２７を有する環状基部２８と、その環状基部２８から軸方向に延びてトラック部材２５と係合してそのトラック溝１７間に配置される係合部２９とからなる構造を具備する。前述したように環状基部２８に肉厚部２７を形成したことにより、球面部材２６の強度を確保することができる。
【００３３】
トラック部材２５と球面部材２６については、例えばトラック部材２５の外周面でトラック溝１７間で軸方向に延びる直線溝状の凹部３０を形成し、球面部材２６の係合部２９の内周面に軸方向に延びる直状の凸部３１を形成し、それら凹部３０と凸部３１を相互に嵌合させることにより、トラック部材２５と球面部材２６を軸方向に相対移動可能に係合させた構造とする。なお、前述の構造とは逆に、トラック部材２５の外周面に凸部を形成し、球面部材２６の内周面に凹部を形成するようにして両者を係合させる構造であってもよい。
【００３４】
【実施例】
本発明者は、本発明の等速自在継手（実施例）と従来の等速自在継手（比較例１〜３）について、加振なしの静的スライド抵抗を測定した。この試験では、等速自在継手における作動角θ＝０°、回転数Ｎ＝０ｒｐｍ、負荷トルクＴ＝９．８Ｎ・ｍを測定条件とした。また、比較例１には、保持器４が実公昭６３−２６６５号公報に記載のＲＰＣＦ（ローリング・プランジ・クリアランス・フラット）タイプのものを使用し、比較例２，３には、保持器４が特開平９−２８０２６１号公報に記載のＲＰＥ（ローリング・プランジ・エクステンド）タイプのものを二つ使用した。
【００３５】
この試験結果を図６に示す。同図に示すように比較例１では、スライド量が約２ｍｍ程度でスライド抵抗が急激に上昇し、比較例２，３では、スライド量が約６ｍｍ程度でスライド抵抗が急激に上昇した。これに対して、実施例では、スライド抵抗の急激な上昇が見られず、スライド範囲全域でボールのスムーズな転動が可能となっている。
【００３６】
次に、アイドリング時のエンジンからのトルク相当分を等速自在継手に負荷した状態で、アイドリング振動を想定した正弦波状の加振ありのスライド抵抗を測定した。この試験では、等速自在継手における作動角θ＝６°、負荷トルクＴ＝１９６Ｎ・ｍ、振幅＝±０．２５ｍｍ、周波数＝２０Ｈｚを測定条件とした。また、比較例１には、保持器４がＳＴ（スタンダード）タイプのものを使用し、比較例２には、保持器４がＲＰＣＦ（ローリング・プランジ・クリアランス・フラット）タイプのものを使用した。
【００３７】
この試験結果を図７に示す。同図に示すように比較例１ではスライド抵抗が２０００〜３０００Ｎであり、比較例２ではスライド抵抗が３００〜５００Ｎであったのに対して、実施例ではスライド抵抗が２００〜２５０Ｎであり、スライド抵抗の低減が見られた。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、外方部材と内方部材の両トラック溝を交叉状の配置で設け、その交叉部分にボールを組み込んだことにより、保持器、ボールおよび球面部材の相互間で軸方向位置決めを可能とし、内方部材をトラック部材と球面部材からなる分割構造とし、トラック部材を球面部材に対して軸方向に相対移動可能に係合したことにより、外方部材に対する内方部材の軸方向変位時、球面部材に対するトラック部材の軸方向移動が得られるので、内方部材のスライド範囲全域でボールの転動を可能とすることができ、エンジンのアイドリング振動に起因する車両振動の安定化が図れる。
【００３９】
また、前述の球面部材を樹脂製の一体成形品とすれば、球面部材が複雑な形状となっても、その加工製作が容易となり、トラック部材との間で良好な滑りも得られる。さらに、球面部材は、トラック部材のトラック溝に嵌入する肉厚部を有する環状基部と、その環状基部から軸方向に延びて前記トラック部材と係合する係合部とからなる構造とすれば、環状基部の肉厚部により球面部材の強度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る等速自在継手の実施形態で、図２のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】トラック部材と球面部材を組み付けた内輪を示す斜視図である。
【図４】内輪のトラック部材を示す斜視図である。
【図５】内輪の球面部材を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施例で、加振なしの静的スライド抵抗についての測定結果を示す特性図である。
【図７】本発明の他の実施例で、加振ありのスライド抵抗についての測定結果を示す特性図である。
【図８】従来の等速自在継手で、ダブルオフセット型の等速自在継手を示す断面図である。
【図９】図８の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１１　外方部材（外輪）
１２　内方部材（内輪）
１３　ボール
１４　保持器
１５　外方部材の直線状トラック溝
１６　円筒状孔
１７　内方部材の直線状トラック溝
１８　内方部材の外表面
１９　ポケット
２０　保持器の内表面
２１　保持器の外表面
２５　トラック部材
２６　球面部材
２７　肉厚部
２８　環状基部
２９　係合部
３０　凹部
３１　凸部
Ａ，Ｂ　曲率中心
Ｃ　ボール中心
Ｐ　継手中心面

Claims

複数の直線状トラック溝が軸方向に設けられた円筒状孔を備えた外方部材と、この外方部材のトラック溝と対応した直線状トラック溝が軸方向に設けられ、かつ、部分球面状の外表面を備えた内方部材と、前記外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝が協働して形成するボールトラックに配されてトルクを伝達する複数のボールと、これらのボールを収容するポケットを備え、かつ、前記内方部材の部分球面状外表面と前記外方部材の円筒状孔でそれぞれ接触案内され、前記ボール中心を含む継手中心面に対して軸方向に等距離オフセットした曲率中心を有する部分球面状の内表面および外表面を備えた保持器とからなる等速自在継手において、
前記外方部材の直線状トラック溝と内方部材の直線状トラック溝とを交叉状の配置で設け、両トラック溝の交叉部分にボールを組み込み、かつ、前記内方部材は、直線状トラック溝が外周面に形成されたトラック部材と、そのトラック部材に対して軸方向に相対移動可能に係合され、部分球面状の外表面を備えた球面部材とからなる分割構造としたことを特徴とする等速自在継手。
前記トラック部材の外表面または球面部材の内表面のいずれか一方に凹部を形成すると共に他方に凸部を形成し、それら凹凸部を相互に嵌合させることにより、トラック部材と球面部材を軸方向に相対移動可能に係合させたことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
前記トラック部材は、中間軸と一体化されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の等速自在継手。
前記球面部材は、樹脂製の一体成形品であることを特徴とする請求項１又は２に記載の等速自在継手。
前記球面部材は、トラック部材のトラック溝に嵌入する肉厚部を有する環状基部と、その環状基部から軸方向に延びて前記トラック部材と係合する係合部とからなることを特徴とする請求項１、２又は４のいずれかに記載の等速自在継手。