JP2005214399A

JP2005214399A - 等速自在継手

Info

Publication number: JP2005214399A
Application number: JP2004025901A
Authority: JP
Inventors: Kenta Yamazaki; 健太山崎; Minoru Ishijima; 実石島
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-02-02
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】内輪及びシャフトのスプライン嵌合部における回転ガタを完全防止した等速自在継手であって、低トルクを伝達する用途に好適なものを提供すること。
【解決手段】内輪２０のスプライン２６及び／又はシャフト３０のスプライン３４を軸方向に対して相対的に捩って、内輪２０のスプライン２６とシャフト３０のスプライン３４とを片端部の一側及び他端部の反対側で接触させるようにした。これにより内輪２０及びシャフト３０のスプライン嵌合部における周方向の遊びがなくなり、内輪２０及びシャフト３０間での回転ガタを防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、外方部材のトラック溝と内輪のトラック溝とで形成された楔形のボールトラックに配置したボールを保持器によって保持するようにした固定型等速自在継手に関し、特に低トルクを伝達する用途で、かつ、回転ガタを嫌う用途に好適な固定型等速自在継手に関するものである。

等速自在継手は、入出力軸間の角度変位のみを許容する固定型と、角度変位および軸方向変位を許容する摺動型に大別され、それぞれ用途・使用条件等に応じて機種選定される。固定型等速自在継手としては、ツェッパ型継手やアンダーカットフリー型継手が広く知られている。

以下、従来の等速自在継手について、図５に示すツェッパ型継手１（以下、継手１という。）を例に挙げて説明する。この継手１は、球状内面１２に複数のトラック溝１４を形成した外方部材１０と、球状外面２２に複数のトラック溝２４を形成した内輪２０と、内輪２０の内径側にスプライン嵌合したシャフト３０と、外方部材１０及び内輪２０の両トラック溝１４，２４間に配置した複数個のボール４０と、外方部材１０の球状内面１２に対応した球状外面５２及び内輪２０の球状外面２２に対応した球状内面５４を有し、ボール４０を保持する複数のボールポケット５６を周方向に所定間隔を隔てて形成した保持器５０とを主要な構成要素としている（例えば特許文献１参照）。

上記の継手１は、外方部材１０の球状内面１２と、内輪２０の球状外面２２との球面中心Ｏが一致している。また、外方部材１０のトラックセンタＯ₁及び内輪２０のトラックセンタＯ₂は、球面中心Ｏに対してそれぞれ軸方向に等距離だけ反対側にオフセットされており、これによりトラック溝１４，２４で構成されるボールトラックが外方部材１０の奥部側又は開口側に向けて拡開する楔形となる。なお、ツェッパ型継手１は、各トラック溝１４，２４の縦断面形状を全域に渡ってトラックセンタＯ₁，Ｏ₂を中心とする曲線状に形成してあるのに対し、アンダーカットフリー型継手は、各トラック溝の一方の端部を軸方向にストレート状に形成したものである。

ところで、この種の等速自在継手は、作動角をつけた二軸間で回転トルクを精度良く伝達するために、回転ガタを防止することが求められる。このため、上記の継手１は、図５に示すように、シャフト３０の先端部に弾性的な押圧力を軸方向に作用させる押圧部３２を設けると共に、保持器５０にシャフト３０の押圧部３２からの押圧力を受ける球面板状の受け部５８を設けてある。すなわち、シャフト３０と一体になった内輪２０と保持器５０とを押圧部３２の弾性力によって軸方向に相対移動させることにより、ボール４０を介してトラック溝１４，２４間のアキシャル隙間（軸方向の隙間）を詰めてある。また、外方部材１０のトラック溝１４と内輪２０のトラック溝２４の各々にボール４０を線接触又は二点接触させることにより、外方部材１０及び内輪２０間のラジアル隙間（周方向の隙間）を詰めてある。このように、上記の継手１は、外方部材１０及び内輪２０間のアキシャル隙間及びラジアル隙間を詰めることにより回転ガタを防止している。

しかし、上記の継手１は、組立上の要請から内輪２０及びシャフト３０を別体に成形してあるために、内輪２０及びシャフト３０のスプライン嵌合部で回転ガタが発生し得る。従来、内輪２０及びシャフト３０のスプライン嵌合部は、例えば図６のように、内輪２０のスプライン２６を軸方向に形成する一方、シャフト３０のスプライン３４については、軸方向に対して捩れ角α_s（例えば１０°程度）をつけて形成するなど、内輪２０及びシャフト３０のうち、少なくとも一方の部材に軸方向に対して捩れ角をつけたスプラインを形成している。また、内輪２０及びシャフト３０のスプライン嵌合部には、継手１に大きな回転トルクが付与されたときに応力集中或いはスプラインの負荷容量不足を解消し、当該スプライン嵌合部の強度を向上するという観点から、捩れ角α_sを大きくできず、又加工公差も考慮すると、スプライン２６，３４相互間にラジアル隙間ｄが生じてしまうことがある。このラジアル隙間ｄは、内輪２０及びシャフト３０のスプライン嵌合部における回転ガタの原因となる。

また、内輪２０のスプライン嵌合部の締め代を大きくとると、シャフト３０を内輪２０に嵌入する際に過大な圧入荷重を要し、かかる過大な圧入荷重が外方部材１０及び内輪２０に作用して、各部材のトラック溝１４，２４間の隙間制御が困難になり、スムーズに回転できなくなったり、強度が低下するなどの問題が生ずる。このような問題を回避するために、従来は、内輪２０のスプライン嵌合部の締め代を小さくしているので、内輪２０及びシャフト３０のスプライン嵌合部での回転ガタを完全に防止した継手がない。

一方、上記のラジアル隙間ｄは、内輪２０及びシャフト３０の汎用性向上とスプライン加工の容易化を図るために、継手の用途に関係なしに設けられている。例えば自動車の場合、ドライブシャフトやステアリング装置などに等速自在継手の使用が考えられている。ドライブシャフトのように大きな回転トルクを伝達する用途の場合は、スプライン嵌合部にラジアル隙間ｄを設けることにより強度向上等の優れた効果が得られるが、ステアリング装置のように低トルクを伝達する用途の場合は、スプライン嵌合部の回転ガタのない特性が求められる。

特開２００３−１３００８２号公報

本発明は、かかる実情に鑑み創案されたものであって、その目的は、スムーズな回転と強度を向上させるべく内輪の締め代を小さくして内輪に対するシャフトの圧入荷重を低減させても回転ガタを防止できる低トルクの伝達に好適な等速自在継手を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するため、内径面に複数のトラック溝を形成した外方部材と、外径面に複数のトラック溝を形成した内輪と、前記内輪の内径側にスプライン嵌合したシャフトと、前記外方部材のトラック溝と前記内輪のトラック溝とが協働して形成される複数のボールトラックの各々に配置したボールと、前記外方部材と前記内輪との間に配置してボールを保持する保持器とを備えた低トルク伝達用の等速自在継手において、前記内輪のスプライン及び／又は前記シャフトのスプラインを軸方向に対して相対的に傾斜させて、前記内輪のスプライン及び／又は前記シャフトのスプラインに捩れ角をつけ、前記内輪のスプラインと前記シャフトのスプラインの各々の長手方向片端部の一側歯面同士及び他端部の反対側歯面同士を接触させるようにした。

より詳しくは、前記内輪のスプライン及び前記シャフトのスプラインのうちいずれか一方のスプラインの長さ及び間隔を基準にして、内輪及びシャフトの各々のスプラインの長手方向片端部の一側歯面同士及び他端部の反対側歯面同士が接触するように、他方のスプラインに捩れ角をつけるか、或いは前記内輪のスプライン及び前記シャフトのスプラインのうち少なくともいずれか一方のスプラインに所定の捩れ角をつけると共に、前記内輪のスプラインと前記シャフトのスプラインとを、片端部の一側及び他端部の反対側で接触する長さに形成する。

このように、内輪のスプラインとシャフトのスプラインとを長手方向の片端部の一側及び他端部の反対側で接触させると、内輪及びシャフトのスプライン嵌合部における周方向の遊びがなくなるので、回転ガタが発生しない。低トルク伝達用の等速自在継手であれば大きなトルクが付与されないので、スプライン嵌合部における周方向の遊びを無くしても、応力集中による強度低下等の不具合が生じない。また、内輪及びシャフトのスプライン相互間の遊びを無くして回転ガタを防止してあるから、内輪の締め代を大きくとる必要がなくなり、内輪に対するシャフトの圧入荷重を低減させて、等速自在継手の特性を向上できる。

また、前記内輪が前記シャフトの軸方向先端側及び基端側に端面を有し、前記内輪の先端面及び／又は基端面の軸孔端縁からシャフトの軸方向に環状の突出部を延設すると共に、前記環状の突出部を含めた内輪の内径側にスプラインを形成することで、内輪の小型軽量化を図りつつスプライン有効長さを確保することができる。

以上のような構成を、前記外方部材の内径面を球面状に形成すると共に、前記内輪の外径面を球面状に形成した固定型の等速自在継手に適用すると、例えば車両のステアリングホイールとステアリングギアとの間に配設されたステアリング装置のように、低トルクを伝達する用途で、かつ、回転ガタを嫌う用途に好適な等速自在継手を提供できる。なお、ステアリング装置は、モータによって補助力を付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）であってもよいし、油圧によって補助力を付与する油圧式パワーステアリング装置であってもよい。

本発明によれば、内輪のスプラインとシャフトのスプラインとを片端部の一側及び他端部の反対側で接触させて、内輪及びシャフトのスプライン嵌合部における周方向の遊びを無くしたので、内輪の締め代を小さくして内輪に対するシャフトの圧入荷重を低減させても回転ガタを防止でき、低トルクを伝達する用途で、かつ、回転ガタを嫌う用途に好適な等速自在継手を提供できる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、従来例と同一部位には、同一符号を付して詳しい説明を省略する。

本発明の等速自在継手は、従来例の図５に示すツェッパ型継手１と同様に、外方部材１０、内輪２０、シャフト３０、ボール４０及び保持器５０を主要な構成要素としている。図１は、本発明を説明するための要部拡大図であり、内輪２０及びシャフト３０のスプライン嵌合部を示している。

図１では、内輪２０のスプライン２６を軸方向に形成する一方、シャフト３０のスプライン３４を軸方向に対して傾斜させて捩れ角α_lをつけ、スプライン２６，３４の各々の長手方向の片端部の一側歯面同士及び他端部の反対側歯面同士を接触させてある。内輪２０のスプライン２６は、内輪２０の軸方向のほぼ全域に渡る長さＬ_sに形成され、その相互間には、設計上必要とされる間隔Ｄを設けてある。シャフト３０のスプライン３４は、内輪２０のスプライン２６の長さＬ_s及び間隔Ｄを基準にして、スプライン２６，３４の両端部同士が接触するように、捩れ角α_l（α_l＞α_s）をつけてある。すなわち、シャフト３０のスプライン３４の捩れ角α_lは、内輪２０のスプライン２６の長さＬ_s及び間隔Ｄが同じである従来例の場合と比較して、従来例の捩れ角α_s（例えば１０°程度）よりも大きくなっている。

このように、内輪２０のスプライン２６とシャフト３０のスプライン３４とを各々の両端部で接触させると、内輪２０及びシャフト３０のスプライン嵌合部における周方向の遊びがなくなるので、回転ガタが発生しない。

図２は、本発明の他の実施形態を示す図である。この実施形態は、シャフト３０のスプライン３４に、従来例と同じ捩れ角α_s又はそれより大きくかつ図１の場合よりも小さい所定の捩れ角α_m（α_s≦α_m＜α_l）をつけた点と、スプライン２６，３４の長さＬ_lを、図１のスプライン２６，３４の長さＬ_sよりも長くした点とが、図１の実施形態と相違している。すなわち、シャフト３０に所定の捩れ角α_mをつけたスプライン３４を形成し、かつ、内輪２０のスプライン２６の長さをＬ_sとした場合に、内輪２０及びシャフト３０のスプライン２６，３４が両端部で接触しないときは、スプライン２６，３４の長さをＬ_sよりも長いＬ_lとして、スプライン２６，３４の片端部の一側及び他端部の反対側で接触させる。

上記の如く内輪２０のスプライン２６を長く形成する場合は、図３に示すように、内輪２０の先端面の軸孔端縁からシャフト３０の軸方向に環状の突出部２８を延設すると共に、環状の突出部２８を含めた内輪２０の内径側にスプライン２６を形成し、環状の突出部２８の延設長さＬ_rによって内輪２０のスプライン２６の長さを変更する。この場合、図３の一点鎖線で示すように、内輪２０の球状外面２２を環状の突出部２８の端面と同レベルまで延設したものと比較して、内輪２０の小型軽量化を図りつつスプライン２６，３４の有効長さを延長できる。なお、環状の突出部２８は、内輪２０の基端面の軸孔端縁からシャフト３０の軸方向に延設することもできる。また、内輪２０の先端面及び基端面は、曲面状であってもよい。

このように、スプライン２６，３４の長さＬ_lを長く形成して、スプライン２６，３４の片端部の一側歯面同士及び他端部の反対側歯面同士を接触させると、内輪２０及びシャフト３０のスプライン２６，３４の強度を低減させることなく、回転ガタを防止できる。なお、上記の各実施形態では、内輪２０のスプライン２６を軸方向に形成し、シャフト３０のスプライン３４を軸方向に対して傾斜させたが、逆に、内輪２０のスプライン２６を軸方向に対して傾斜させ、シャフト３０のスプライン３４を軸方向に形成してもよい。

図４は、上記の各実施形態で説明した内輪２０及びシャフト３０のスプライン嵌合と、従来例のスプライン嵌合との比較結果を示している。図４において、グラフ中の実線は、本発明におけるシャフト３０の圧入荷重と締め代の関係を示す曲線で、破線は、従来例の場合を示す曲線である。従来例の場合、スプライン２６，３４の捩れ角による締め代を十分にとっていないので、内輪２０のスプラインＰＣＤ寸法とシャフト３０のスプラインＰＣＤ寸法の差を小さくして、内輪２０の拡径に伴う締め代によって回転ガタを抑制する必要がある。このため、従来例の場合は、内輪２０にシャフト３０を嵌入する際の圧入荷重が大きくなる。これに対し、本発明の場合は、内輪２０の拡径に伴う締め代をとる必要が殆どないので、内輪２０にシャフト３０を嵌入する際の圧入荷重を低減できる。これにより内輪２０のトラック溝２４の拡径を伴わないため、等速自在継手の回転トルク変動の低減や強度を向上できる。

上記の各実施形態で説明した内輪２０及びシャフト３０のスプライン嵌合は、例えば図５に示すツェッパ型継手に限らず、アンダーカットフリー型継手等の他の固定型等速自在継手や、或いは摺動型等速自在継手に適用することができる。そして、これらの等速自在継手は、内輪２０及びシャフト３０のスプライン嵌合部における回転ガタが発生しないので、例えばステアリング装置のような低トルクを伝達する用途で、かつ、回転ガタを嫌う用途に好適となる。

本発明の等速自在継手における内輪及びシャフトのスプライン嵌合部の要部を拡大した模式図である。本発明の他の実施形態を示す要部拡大模式図である。本発明の等速自在継手の内輪及びシャフトのスプライン嵌合部の全体を示す縦断面図である。本発明と従来例との比較結果を示すグラフ図である。固定型等速自在継手の一種であるツェッパ型継手の縦断面図である。従来の等速自在継手における内輪及びシャフトのスプライン嵌合部の要部を拡大した模式図である。

符号の説明

１０外方部材
１２球状内面
１４トラック溝
２０内輪
２２球状外面
２４トラック溝
２６スプライン
２８突出部
３０シャフト
３２押圧部
３４スプライン
４０ボール
５０保持器
５２球状外面
５４球状内面
５６ボールポケット
５８受け部

Claims

内径面に複数のトラック溝を形成した外方部材と、外径面に複数のトラック溝を形成した内輪と、内輪の内径側にスプライン嵌合したシャフトと、前記外方部材のトラック溝と前記内輪のトラック溝とが協働して形成される複数のボールトラックの各々に配置したボールと、前記外方部材と前記内輪との間に配置してボールを保持する保持器とを備えた低トルク伝達用の等速自在継手において、
前記内輪のスプライン及び／又は前記シャフトのスプラインを軸方向に対して相対的に傾斜させて、前記内輪のスプライン及び／又は前記シャフトのスプラインに捩れ角をつけ、前記内輪のスプラインと前記シャフトのスプラインの各々の長手方向片端部の一側歯面同士及び他端部の反対側歯面同士を接触させるようにしたことを特徴とする等速自在継手。
前記内輪のスプライン及び前記シャフトのスプラインのうちいずれか一方のスプラインの長さ及び間隔を基準にして他方のスプラインに捩れ角をつけたことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
前記内輪のスプライン及び前記シャフトのスプラインのうち少なくともいずれか一方のスプラインに所定の捩れ角をつけると共に、前記内輪のスプラインと前記シャフトのスプラインとを、片端部の一側及び他端部の反対側で接触する長さに形成したことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
前記内輪が前記シャフトの軸方向先端側及び基端側に端面を有し、前記内輪の先端面及び／又は基端面の軸孔端縁からシャフトの軸方向に環状の突出部を延設すると共に、前記環状の突出部を含めた内輪の内径側にスプラインを形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の等速自在継手。
前記外方部材の内径面を球面状に形成すると共に、前記内輪の外径面を球面状に形成した固定型の等速自在継手であって、車両のステアリングホイールとステアリングギアとの間に配設されたステアリング装置に使用することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の等速自在継手。