JP2006275170A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】固定式等速自在継手において、回転トルク入力のない場合の折り曲げ作動時に発生する作動不良（十字作動不良）を低減させ、作動しやすくする。
【解決手段】外側継手部材10のボール溝13の中心Ｏ₁を内球面12の中心Ｏに対して、内側継手部材20のボール溝24の中心Ｏ₂を外球面22の中心Ｏに対して、それぞれ、軸方向に反対側にオフセットさせ、かつ、外側継手部材10のオフセット量Ｆ₁よりも内側継手部材20のオフセット量Ｆ₂を大きくする。
【選択図】 図１

Description

この発明は固定式等速自在継手に関する。等速自在継手は、自動車や各種産業機械の動力伝達系において、駆動側の回転軸と従動側の回転軸を連結して等角速度でトルクを伝達するもので、固定式と摺動式があり、摺動式が角度変位と軸方向変位を許容するのに対して固定式は角度変位のみを許容するタイプである。

一般に、固定式等速自在継手は、駆動側または従動側の軸とトルク伝達可能に結合する外側継手部材と、従動側または駆動側の軸とトルク伝達可能に結合する内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルクを伝達する複数のトルク伝達要素と、複数のトルク伝達要素を駆動軸と従動軸とがなす角度の二等分面内に保持するケージとを備えている。

等速自在継手は、内部に封入した潤滑用のグリースが漏れないようにブーツを被せた状態で使用する。従来、このブーツは耐久性等の観点から樹脂を材料としたものが多く採用されている。
特開平１１−１６６６２４号公報

樹脂製ブーツはゴム製ブーツと比較すると材料が硬い。また、樹脂製ブーツは、固定式等速自在継手の折り曲げによるブーツ蛇腹部の噛み込みや擦れ等の問題を回避するため、実際にブーツを取り付けた状態の全長よりも長い全長で成型し、軸方向に圧縮して固定式等速自在継手に取り付けるようにしている。このため、取り付け時に圧縮された樹脂製ブーツが全長を復元して戻ろうとする力により、内側継手部材が外側継手部材の開口側に引張られる（図１の白抜き矢印参照）。また、入力トルクがない場合に固定式等速自在継手を折り曲げようとする際も、同様に内側継手部材が外側継手部材の開口側に引張られる（図５参照）。このときの継手の作動は、横断面（図３参照）で見ると外側継手部材に対して内側継手部材を十字方向に動かす操作となることから、十字作動と呼ぶこととする。

一方、固定式等速自在継手は、作動・組立・発熱の問題を考慮して、各部品間にすきまを設定して成立している（図６ないし図９参照）。そして、これらの各種すきまの存在により、内側継手部材が軸方向にある程度動くことが可能となっている。ところが、トルク入力がない場合には、ブーツの復元力により内側継手部材が引張られて軸方向のすきまが詰まる。その結果、内側継手部材のオフセット量が減少し、内側継手部材のオフセット量と外側継手部材のオフセット量がアンバランスとなり、十字方向に折り曲げるときの作動不良を発生させる原因となることがある。

本発明の主要な目的は、固定式等速自在継手において、トルク入力のない場合の折り曲げ作動時に発生することのある作動不良、とくに十字作動不良を低減させ、作動しやすくすることにある。

この発明の固定式等速自在継手は、内球面に、開口端まで軸方向に延びた複数のボール溝を円周方向等間隔に形成した外側継手部材と、外球面に、軸方向に延びた複数のボール溝を円周方向等間隔に形成した内側継手部材と、対をなす外側継手部材のボール溝と内側継手部材のボール溝との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、ボールを収容するポケットを円周方向に配設したケージと、大径取付部を外側継手部材に取り付け、小径取付部を第二の回転軸に取り付けた、外側継手部材の開口端を密封する樹脂製ブーツとを備え、
外側継手部材のボール溝の中心を内球面の中心に対して、内側継手部材のボール溝の中心を外球面の中心に対して、それぞれ、軸方向に反対側にオフセットさせ、かつ、外側継手部材のオフセット量より内側継手部材のオフセット量を大きくしたことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の固定式等速自在継手において、内側継手部材のオフセット量が、正規のオフセット量に、内側継手部材がブーツによって引張られる結果減少する分を加えた量であることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の固定式等速自在継手において、外側継手部材のボール溝および内側継手部材のボール溝が、溝底が直線状をしたストレート部を有することを特徴とするものである。つまり、この発明は、高角化を図ったアンダーカットフリージョイント（ＵＪ）にも適用することができる。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの固定式等速自在継手において、ケージのポケットの軸方向寸法がボールの直径より小さい、言い換えるならば、締めしろを与えたことを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの固定式等速自在継手において、すべてのケージの、ボールから推力を受けるポケットの側壁が、同一平面上にあることを特徴とするものである。

この発明は、６個のボールを用いる固定式等速自在継手（請求項６）、あるいは、８個のボールを用いる固定式等速自在継手（請求項７）のいずれにも適用することができる。

この発明によれば、固定式等速自在継手の十字作動不良を低減させ、円滑に作動させることができる。

とくに８個のボールを用いる固定式等速自在継手では、コンパクト化、高効率化を達成するためにトラックオフセットはできる限り小さくする必要がある。また、各部品間のすきまはその性能、加工性、組立性を考慮して設定されている。樹脂製ブーツは、固定式等速自在継手を折り曲げたときの蛇腹部の噛み込みや擦れ等の問題を回避するため、圧縮した状態で取り付ける必要がある。この発明は、これらの制限を変えることなく、トルク無負荷時の十字作動性を改善したものである。したがって、この発明は、従来の樹脂製ブーツの取り付け方法や固定側等速自在継手の設計を変えることなく、適用をし、実施をすることができる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。

図１に示す固定式等速自在継手は、外輪１０と、内輪２０と、ボール３０と、ケージ４０と、ブーツ５０を主要な構成要素としている。この固定式等速自在継手によって連結すべき二軸を第一の回転軸と第二の回転軸と呼ぶならば、第一の回転軸を外輪１０と結合し、第二の回転軸２８を内輪２０と結合して、両者が角度をなした状態でも等速でトルクを伝達するようになっている。なお、図２に図１の要部を拡大して示し、図３に図１の継手の横断面を示す。また、図４に、継手を折り曲げて第一の回転軸（Ｘ）と第二の回転軸２８（Ｙ）とが作動角θをとった状態を示し、図１には両者が同軸で作動角θが０の状態を示してある。

外側継手部材としての外輪１０はマウス部１６とステム部１８とからなり、ステム部１８にて図示しないハブ輪その他の第一の回転軸とトルク伝達可能に結合する。マウス部１６は一端にて開口したベル型で、その凹球面状内周面（以下、内球面という。）１２に、軸方向に延びた複数のボール溝１４が円周方向等間隔に形成してある。ボール溝１４はマウス部１６の開口端１５まで延びている。

内側継手部材としての内輪２０は、凸球面状外周面（以下、外球面という。）２２を有し、その外球面２２には軸方向に延びた複数のボール溝２４が円周方向等間隔に形成してある。ボール溝２４は内輪２０の軸方向に切り通してある。内輪２０はシャフト２８とトルク伝達可能に結合するためのスプライン（またはセレーション）孔２６を有している。

外輪１０のボール溝１４と内輪２０のボール溝２４とは対をなし、各対のボール溝１４，２４で構成されるトラックに１個ずつ、トルク伝達要素としてのボール３０が転動可能に組み込んである。ボール３０は外輪１０のボール溝１４と内輪２０のボール溝２４との間に介在してトルクを伝達する。各ボール３０はケージ４０の円周方向に配設したポケット４６内に収容されている。ボール３０の数、したがってまたボール溝１４，２４の数は任意であるが、例を挙げるならば６あるいは８である。図３は８個の場合を例示したものである。

ケージ４０は外輪１０と内輪２０との間に摺動可能に介在し、外球面４２にて外輪１０の内球面１２と接し、内球面４４にて内輪２０の外球面２２と接する。図２では、外輪１０の内球面１２とケージ４０の外球面４２との間、内輪２０の外球面２２とケージ４０の内球面４４との間のすきまが誇張して示してある。

また、ボール３０と、対をなす外輪１０のボール溝１４と内輪２０のボール溝２４で形成されるトラックとの間に、ＰＣＤすきまに起因するすきまが存在する。ＰＣＤすきまとは、外輪１０のボール溝１４のピッチ円径と内輪２０のボール溝２４のピッチ円径との差をいう。図２に、ボール３０の中心Ｏ₃から外輪１０のボール溝１４の中心（外輪トラックセンタ）Ｏ₁までの距離を符号ＰＣＲ₁で、ボール３０の中心か０₃から内輪２０のボール溝２４の中心（内輪トラックセンタ）Ｏ₂までの距離を符号ＰＣＲ₂で表してある。

外輪トラックセンタＯ₁と内輪トラックセンタＯ₂は、継手中心Ｏに対して軸方向に逆向きにオフセットさせてある（これをトラックオフセットと呼ぶ。なお、オフセット量については後に詳しく述べる）。その結果、対をなす外輪１０のボール溝１４と内輪２０のボール溝２４とで構成されるトラックは、外輪１０のマウス部１６の奥側から開口端１５側に向かって徐々に拡大する楔状を呈している。そして、継手が作動角θをとった状態でトルクを伝達するとき、楔状のトラックの狭い方から広い方へボール３０を押し出そうとする推力（Ｍ）が作用する。

この実施の形態では、図２に示すように、外輪１０のボール溝１４は円弧部分１４ａと直線部分１４ｂとからなり、円弧部分１４ａはマウス部１６の奥側つまり反開口端側に位置し、直線部分１４ｂは開口端１５側に位置する。同様に、内輪２０のボール溝２４は円弧部分１４ａと直線部分２４ｂとからなり、円弧部分２４ａは外輪１０の開口端１５側に位置し、直線部分２４ｂは反開口端側に位置する。

図４に示すように、第一の回転軸Ｘと第二の回転軸Ｙが０°以外のある作動角θをとったとき、両回転軸Ｘ，Ｙのなす角度θの二等分線に垂直な平面すなわち継手中心面Ｐ内にすべてのボール３０があれば、ボール中心から両回転軸Ｘ，Ｙまでの距離が相等しく、したがって、両回転軸Ｘ，Ｙ間で等角速度で回転運動の伝達が行われる。継手中心面Ｐと回転軸Ｘ，Ｙとの交点が継手中心Ｏとなる。固定式等速自在継手では、作動角θに関わりなく継手中心Ｏは固定されている。

外輪１０の開口端１５を覆って内部に封入したグリースの漏れを防止し、また、外部からの異物の侵入を防止するため、樹脂製ブーツ５０が装着してある。樹脂製ブーツ５０は熱可塑性ポリエステル系エラストマーから一体成型してあり、大径取付部５２と蛇腹部５４と小径取付部５６とからなる。大径取付部５２は外輪１０の開口端１５付近に被せてブーツバンド５８で締め付けてある。小径取付部５６は第二の回転軸２８に嵌めてブーツバンド５８で締め付けてある。

樹脂製ブーツ５０の大径取付部５２の端面から小径取付部５６の端面までの軸方向寸法は、図５に示す固定式等速自在継手に取り付ける前の自然状態ではＬ₁であるのに対し、図１に示す固定式等速自在継手に取り付けた状態ではＬ₂であり、両者はＬ₁＞Ｌ₂の関係にある。これは、既述のとおり、固定式等速自在継手の折り曲げによるブーツ蛇腹部の噛み込みや擦れ等の問題を回避するため、実際のブーツ取付け寸法（Ｌ₂）より長い寸法（Ｌ₁）で成型し、軸方向に圧縮して固定式等速自在継手に取り付けるようにしているためである。このため、取り付け時に圧縮された樹脂製ブーツ５０が復元しようとして発生する力により、内輪２０が外輪１０のマウス部１６の奥側から開口端１５側に向けて引張られる。

樹脂製ブーツ５０を圧縮した状態で固定式等速自在継手に取り付けることにより発生する軸方向の引張り力による内輪オフセット量Ｆ₂の減少分（Ｆ₂−Ｆ₂´）を加味して、あらかじめ内輪オフセット量を増加させておく（図２）。すなわち、このときの内輪オフセット量はＦ₂＋（Ｆ₂−Ｆ₂´）＝２Ｆ₂−Ｆ₂´となる。ここに、Ｆ₂は正規の内輪オフセット量（Ｆ₂＝Ｆ₁）を意味する。また、Ｆ₂´は樹脂製ブーツ５０により引張られて減少した内輪オフセット量を意味し、したがって、Ｆ₂−Ｆ₂´は樹脂製ブーツ５０による引張り量を意味する。

樹脂製ブーツ５０による引張り量は樹脂製ブーツ５０の材料、大きさ、形状により変化する。最小値は、樹脂製ブーツ５０による引張り力と引張られる内輪２０および第二の回転軸２８の重量から生ずる摩擦抵抗等が釣り合う場合で、０となる。最大値は各部品間で発生する最大すきまの合計より、軸方向に発生するすきま量となる。この範囲で、樹脂製ブーツ５０が内輪２０を軸方向に引張る量Ｆ２−Ｆ₂´を設定して正規の内輪オフセット量Ｆ₂に加算するのである。

また、樹脂製ブーツ５０によって発生する力は、ボール３０を介して向かい合う外・内輪１０，２０のボール溝１４，２４とボール３０との接触位置を理想の状態から外れさせてしまう。図６および図７は樹脂製ブーツ５０により内輪２０が軸方向に引張られていない状態を、図８および図９は樹脂製ブーツ５０により内輪２０が軸方向に引張られている状態を示す。図６と図８を対比すれば、樹脂製ブーツ５０により内輪２０が軸方向に引張られる結果、外・内輪１０，２０でボール３０を挟んでいる挟み角γが変化し、γ₁＜γ₂となることがわかる。

挟み角γはケージ４０を動かす力Ｍを発生させるが、挟み角の変化（γ₁＜γ₂）に伴って、この力もＭ₁＞Ｍ₂となる。一方で、ボール３０と外・内輪１０，２０のボール溝１４，２４との間のすきま（ＰＣＤすきま）は軸方向の引張りにより減少して、２×（Ｇ₁＋Ｇ₂）＞２×（Ｇ₁´＋Ｇ₂´）となっている。なお、ＰＣＤすきまＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₁´，Ｇ₂´は、図７および図９に、本来設定している接触角方向のすきまの垂直成分のみ表示してある。

この状態でトルクを負荷することなく継手を折り曲げた場合、図１０に示すように、内輪２０／ケージ４０間すきまが確保されている状態では内輪２０のみが先行して角度βをとり、ボール３０と内輪２０が接触してＰＣＤすきまがなくなった状態では、挟み角γによって発生する力Ｍによりケージ４０を動かして、ケージ４０とボール３０が本来の作動角θの二等分面Ｐ上に制御される（図１１）。

挟み角γは樹脂製ブーツ５０による軸方向の引張り力によってγ₁＜γ₂となり、ケージ４０を動かす力Ｍも小さくなる（Ｍ₁＞Ｍ₂）。

また、ＰＣＤすきまは２×（Ｇ₁＋Ｇ₂）＞２×（Ｇ₁´＋Ｇ₂´）になっているため、樹脂製ブーツ５０による引張り力が作用している状態では、作動初期段階でＰＣＤすきまが詰まり、かつ、その時のケージ４０を動かす力Ｍ´が小さいため、場合によってはケージ４０を動かすことができなくなり、この時に十字作動不良が発生する。

ケージ４０とボール３０が作動角の二等分面Ｐ上に制御されない現象は、ケージ４０のポケット４６とボール３０との間に軸方向すきまが存在する場合や、ポケット４６の軸方向位置が一致していない場合にも発生する。それゆえ、ケージ４０のポケット４６とボール３０との間に軸方向すきまを設けず、言い換えれば、締めしろを与える。また、すべてのポケット４６の軸方向位置を一致させる。具体的には、ポケット４６の軸方向に向かい合った側壁のうち、ボール３０から力Ｍを受ける方の側壁４８（図７，図９）が同一平面上があるように設定する。

この発明の実施の形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図である。 図１の要部拡大図である。 図１の継手の横断面図である。 図１の継手を折り曲げた状態の縦断面図である。 図１における樹脂製ブーツの自然状態の縦断面図である。 図２と類似の要部拡大図である。 図６の要部拡大図である。 図２と類似の要部拡大図である。 図８の要部拡大図である。 内輪のみ先行して角度をとった状態の図１の継手の縦断面図である。 角度付与時の理想状態を示す図１の継手の縦断面図である。

符号の説明

１０ 外輪
１２ 内球面
１４ ボール溝
１５ 開口端
１６ マウス部
１８ ステム部
２０ 内輪
２２ 外球面
２４ ボール溝
２６ スプライン（セレーション）孔
２８ 第二の回転軸
３０ ボール
４０ ケージ
４２ 外球面
４４ 内球面
４６ ポケット
４８ 側壁

Claims (7)

1. 第一の回転軸とトルク伝達可能に結合し、内球面に軸方向に延びた複数のボール溝を円周方向等間隔に形成した外側継手部材と、第二の回転軸とトルク伝達可能に結合し、外球面に軸方向に延びた複数のボール溝を円周方向等間隔に形成した内側継手部材と、対をなす外側継手部材のボール溝と内側継手部材のボール溝との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、ボールを収容するポケットを円周方向に配設したケージと、大径取付部を外側継手部材に取り付け、小径取付部を第二の回転軸に取り付けた、外側継手部材の開口端を密封する樹脂製ブーツとを備え、
   外側継手部材のボール溝の中心を内球面の中心に対して、内側継手部材のボール溝の中心を外球面の中心に対して、それぞれ、軸方向に反対側にオフセットさせ、かつ、外側継手部材のオフセット量より内側継手部材のオフセット量を大きくしたことを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 内側継手部材のオフセット量が、正規のオフセット量に、内側継手部材がブーツによって引張られる結果減少する分を加えた量であることを特徴とする請求項１の固定式等速自在継手。
3. 外側継手部材のボール溝および内側継手部材のボール溝が、溝底が直線状をしたストレート部を有することを特徴とする請求項１または２の固定式等速自在継手。
4. ケージのポケットの軸方向寸法がボールの直径より小さいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの固定式等速自在継手。
5. すべてのケージの、ボールから推力を受けるポケットの側壁が、同一平面上にあることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの固定式等速自在継手。
6. ６個のボールを用いる請求項１ないし５のいずれかの固定式等速自在継手。
7. ８個のボールを用いる請求項１ないし５のいずれかの固定式等速自在継手。

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