JP2006336773A

JP2006336773A - 固定型等速自在継手

Info

Publication number: JP2006336773A
Application number: JP2005162969A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kadota; 哲郎門田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-06-02
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】
ボールを脱落させることなく外側継手部材の外側に出すことにより、従来以上の高作動角を実現可能な固定型等速自在継手を提供すること。
【解決手段】
本発明の固定型等速自在継手は、球面状の内周面１ａに軸方向に延びる複数の案内溝１ｂを形成した軸付きカップ状の外側継手部材１と、球面状の外周面２ａに軸方向に延びる複数の案内溝２ｂを形成した内側継手部材２と、外側継手部材１の案内溝１ｂと内側継手部材２の案内溝２ｂとが協働して形成する複数のボールトラックに１個ずつ配されたトルク伝達用のボール４と、前記ボール４を保持する保持器５とを備えた固定型等速自在継手において、前記ボール４を収容する保持器５の窓６の外周側窓開き寸法を、窓６の内側に張出す張出し部６ａ２、６ｂ２によって前記ボール４の径より小さくしたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明の固定型等速自在継手は、駆動側の回転軸と従動側の回転軸とを連結し、両軸が角度をなした状態でも等角速度でトルク伝達可能にしたもので、プランジングを行わず角度変位のみが可能であり、自動車をはじめ各種産業機械の動力伝達用の固定型等速自在継手として利用される。

自動車のドライブシャフトのアクスル連結部や、ステアリングシャフトのシャフト折曲げ連結部には、固定型等速自在継手が一般に使用される。この固定型等速自在継手として、従来、ゼッパ型等速自在継手やアンダーカットフリー型（以下ＵＪ型という）等速自在継手が知られている。ゼッパ型の特徴は、外側継手部材の案内溝のボール中心軌跡と内側継手部材の案内溝のボール中心軌跡が、それぞれ、継手中心から軸方向に等距離離れた点を中心とする二つの球の子午線となっていることである。（特許文献１参照）。

これに対してＵＪ型等速自在継手は、ゼッパ型等速自在継手よりも高作動角とするために発明されたもので、外側継手部材の案内溝のボール中心軌跡が、上記ゼッパ型の子午線の円弧のうち、継手中心を通る軸直角断面より外側継手部材の開口側の部分が継手軸と平行な直線となっている。（特許文献２参照）

ゼッパにより発明されたゼッパ型等速自在継手は、最初は、外側継手部材の案内溝のボール中心軌跡と、内側継手部材の案内溝のボール中心軌跡が、ともに継手中心に中心を持つ同一円弧であった。（特許文献３参照）。その自在継手は、作動角０°における保持器の回転位置が一定に定まらないという欠点があり、それを補うために、内側継手部材と外側継手部材の間に保持器の位置を制御するための別部品を追加していた（特許文献４のＦｉｇ．１、Ｆｉｇ．２のパイロットピンＫを参照）。

その後改良されたゼッパ型等速自在継手は、いわゆるダブルオフセット型と呼ばれるもので、外側継手部材と内側継手部材の二つの案内溝のボール中心軌跡を、継手中心から継手軸線方向反対方向にそれぞれ等距離だけ離れた点を中心とする同じ半径の円にしたものである。

このダブルオフセット型等速自在継手においては、継手を高作動角で回転させる場合、ボールが外側継手部材の案内溝から外側にはみ出すと、ボールが保持器の窓から半径方向外方に飛出すのを防止することができない。このため、従来のダブルオフセット型等速自在継手では、ボールは必ず外側継手部材の案内溝の中に収めておく必要があり、これにより継手の最大作動角が抑えられ、せいぜい４８°程度が限界であった。

一方、ＵＪ型等速自在継手は、ゼッパ型等速自在継手の作動角をさらに拡大するために発明されたもので、ボールが外側継手部材の案内溝から外れる位置を延長するために、外側継手部材の案内溝のボール中心軌跡を、外側継手部材入りロ部のみ、円弧状から直線状に変更した。しかし、ＵＪ型等速自在継手でも最大作動角は５２°程度であった。

継手の作動角をさらに大きく、例えば６０°程度にするには、ボールを外側継手部材の案内溝から外側に出さざるを得ない。そのとき、保持器の軸方向に対向する一対のボール案内面が保持器の半径方向に平行な平面であると、ボールが保持器の窓から外側に脱落してしまい、等速自在継手はその機能を失う。

米国特許第２０４６５８４号公報特開昭５３−６５５４７号公報米国特許第１６６５２８０号公報米国特許第２０１０８９９号公報

本発明の目的は、ボールを脱落させることなく外側継手部材の外側に出すことにより、従来以上の高作動角を実現可能な固定型等速自在継手を提供することにある。

前記課題を解決するため、請求項１の発明は、球面状の内周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した軸付きカップ状の外側継手部材と、球面状の外周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝とが協働して形成する複数のボールトラックに１個ずつ配されたトルク伝達用のボールと、前記ボールを保持する保持器とを備えた固定型等速自在継手において、前記ボールを収容する保持器の窓の外周側窓開き寸法を、窓の内側に張出す張出し部によって前記ボールの径より小さくしたことを特徴とする。

本発明の固定型等速自在継手では、外側継手部材と内側継手部材を高作動角又は限界作動角に折曲げた状態で、折曲角の外側に位置するボールを外側継手部材の開口端から外側に出した場合でも、窓の外周側窓開き寸法を、窓の内側に張出す張出し部によってボールの径よりも小さくしているので、ボールを内側継手部材の案内溝に保持することができ、保持器の窓から半径方向外方に脱落するのを防止することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記保持器の外周面及び内周面を、前記外側継手部材の内周球面及び前記内側継手部材の外周球面に、それぞれ摺接する外周球面及び内周球面とし、かつ、前記内側継手部材の案内溝のボール中心軌跡を、前記ボールの全移動領域において、前記保持器の外周球面と内周球面の中央に位置する仮想球面に包摂させたことを特徴とする。
これにより、保持器の内外でボールの突出量を均等にすることができ、ボールの転動状態を安定なものにすることができる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記保持器の窓の継手軸方向に対向する一対の案内面を、前記仮想球面の内側で互いに平行な平面にするとともに、前記仮想球面の外側で近接させて前記張出し部を形成したことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記保持器の窓の継手軸方向に対向する一対の案内面を、前記仮想球面の内側で互いに平行な平面にするとともに、前記仮想球面の外側でボールの表面曲率に沿わせた円筒面にして前記張出し部を形成したことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項３の発明において、前記保持器の窓の継手軸方向に対向する一対の案内面のうち、前記外側継手部材の開口側に位置する案内面を前記仮想球面の外側でボールの表面曲率に沿わせた円筒面にして前記張出し部を形成するとともに、残りの案内面を前記仮想球面の内外で互いに平行な平面にしたことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項３の発明において、前記保持器の窓の継手軸方向に対向する一対の案内面のうち、前記外側継手部材の奥側に位置する案内面を前記仮想球面の外側でボールの表面曲率に沿わせた円筒面にして前記張出し部を形成するとともに、残りの案内面を前記仮想球面の内外で互いに平行な平面にしたことを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項４から６のいずれかの発明において、前記保持器の窓の継手軸方向に対向する一対の案内面を、前記仮想球面の内側で互いに平行な平面にするとともに、前記仮想球面の外側で塑性変形にて近接させて前記張出し部を形成したことを特徴とする。

これにより、保持器の外側から保持器の窓にボールを装入することが可能になる。

請求項８の発明は、請求項４から７のいずれかの発明において、前記保持器の窓の継手軸方向に対向する一対の案内面のうち、互いに平行な案内面を保持器本体で形成するとともに、前記張出し部を別部材で形成したことを特徴とする。
これにより、保持器の外側から保持器の窓にボールを装入することが可能になる。

請求項９の発明は、請求項４から７のいずれかの発明において、前記保持器の窓の継手軸方向に対向する一対の案内面のうち、互いに平行な案内面を別部材で形成するとともに、前記張出し部を保持器本体で形成したことを特徴とする。

本発明の固定型等速自在継手は、保持器の窓の外周側窓開き寸法を窓の内側に張出す張出し部によってボールの径よりも小さくしているので、ボールを外側継手部材の開口端から外側に出した場合でも、ボールを内側継手部材の案内溝に保持することができて保持器の窓から半径方向外方に脱落するのを防止することができるから、外側継手部材と内側継手部材の作動角を極限まで増大することができる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図１４に基づいて説明する。図１及び図２は本発明に係る固定型等速自在継手を示したもので、図１（Ａ）が作動角０°の状態、図１（Ｂ）が限界作動角（６０°）をとった状態である。この固定型等速自在継手は、図２のように、内周球面１ａに８本の曲線状の案内溝１ｂを軸方向に形成した軸付きカップ状の外側継手部材１と、外周球面２ａに８本の曲線状の案内溝２ｂを軸方向に形成し、スプライン（またはセレーション）孔２ｃを有する内側継手部材２と、スプライン孔２ｃに一端が嵌合されたシャフト３と、外側継手部材１の案内溝１ｂと内側継手部材２の案内溝２ｂとが協働して形成する８本のボールトラックに１個ずつ配されたトルク伝達用ボール４と、ボール４を保持する保持器５とで構成される。図では、案内溝の数が８の場合を示しているが、溝の数は、９、１０、１１、１２、…と増やす場合もある。

固定型等速自在継手はダブルオフセット型と呼ばれるもので、図１（Ａ）のように、外側継手部材１と内側継手部材２の二つの案内溝１ｂ，２ｂの中心Ｏ₁、Ｏ₂は、外側継手部材１の内周球面１ａと内側継手部材２の外周球面２ａの共通の中心Ｏに対して、それぞれ、軸方向反対側に等距離だけオフセットされる。これにより、案内溝１ｂと、これに対応する案内溝２ｂとが協働して形成するボールトラックは、継手の開口側に向って開いた楔状となる。

図１に示すように、二軸が角度変位しない場合、すなわち二軸の回転軸線が一直線となった状態では、すべてのトルク伝達ボール４の中心が継手中心Ｏを含み回転軸線に垂直な平面内にある。外側継手部材１と内側継手部材２とが図１（Ｂ）のように例えば角度θだけ角度変位すると、保持器５によってトルク伝達ボール４が、角度θを二等分する平面内に配向せしめられ、これにより継手の等速性が確保される。

保持器５は円環状部材で構成され、その外周面は外側継手部材１の内周球面１ａと摺接する外周球面５ａとされるとともに、内周面は内側継手部材２の外周球面２ａと摺接する内周球面５ｂとされる。保持器５の周壁に、ボール４と同数の窓６が研削やミーリング等で貫通形成される。窓６の形状は例えば矩形であって、保持器５の円周方向に等間隔で形成される。

本発明では、保持器５の窓６の外側窓開き寸法を、図３のように、窓６の内側に張出す張出し部（６ａ２と６ｂ２）によって、ボール４の径（間隔Ｄ１と等しい）よりもやや狭くしている。すなわち、保持器５の窓６の継手軸方向に対向する一対のボール案内面６ａ、６ｂを、保持器５の外周球面５ａと内周球面５ｂの中間に位置する仮想球面Ｓの内側部分６ａ１、６ｂ１では互いに平行にするが（間隔Ｄ１）、仮想球面の外側部分６ａ２、６ｂ２ではボール４の表面曲率に合わせた円筒面とする（最小間隔Ｄ２）。図３ではボール案内面６ａ、６ｂの内側部分６ａ１、６ｂ１を仮想球面Ｓよりもやや外側寄りまで延在した状態で図示するが、これは保持器５の内外のボール突出量を等しくするためである。保持器５の内外のボール突出量は継手の機能上は必ずしも等しくする必要はないので、仮想球面Ｓを境として内側部分６ａ１、６ｂ１と外側部分６ａ２、６ｂ２を分けてもよい。

ボール中心軌跡は、ボール４の全移動領域において、保持器５の外周球面５ａと内周球面５ｂの中間に位置する仮想球面Ｓに包摂させる。これにより、仮想球面Ｓにボール４の中心が位置し、ボール４の外周がボール案内面６ａ、６ｂの曲面の始まり部分である内側部分６ａ１、６ｂ１と外側部分６ａ２、６ｂ２の境界に当接する。

本発明に係る等速自在継手は以上のように構成され、外側継手部材１と内側継手部材２が図１（Ａ）の作動角０°の状態では、ボール４が、外側継手部材１の案内溝１ｂと内側継手部材２の案内溝２ｂの曲率中心Ｏ₁、Ｏ₂のオフセットによる効果で、継手中心Ｏを含み回転軸線に垂直な平面内に保持され、この状態でトルク伝達が行なわれる。

次に、外側継手部材１と内側継手部材２が図１（Ｂ）のように限界作動角θまで折曲げられた状態では、シャフト３が外側継手部材１の開口端に当接する。トルク伝達ボール４は保持器５によって角度θを二等分する平面内に配向せしめられ、これによって継手の等速性が確保される。この際、折曲角の外側に位置するボール４は外側継手部材１の開口端から外側に出ても、本発明の等速自在継手では窓６の外周側窓開き寸法Ｄ２をボール４の径（Ｄ１）よりも小さくしているので、ボール４が保持器５の窓６から半径方向外方に脱落することがない。したがって、ボール４は内側継手部材２の案内溝２ｂに保持され、継手の回転が進むと再び外側継手部材１の案内溝１ｂに入っていく。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。以下、本発明の変形例を図４〜図１４に基づき順に説明する。

図４は、保持器５の窓６のボール案内面６ａ、６ｂのうち、外側継手部材１の開口側の面６ｂを図３と同様にするが、外側継手部材１の奥側の面６ａ（６ａ１、６ａ２）は、全面的に向かい側の面６ｂ１と平行にする。これにより、窓６の外側窓開き寸法がＤ３（Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ１）となる。

図５は、図４を左右逆にしたものであって、保持器５の窓６のボール案内面６ａ、６ｂのうち、外側継手部材１の奥側の面６ａを図３と同様にするが、外側継手部材１の開口側の面６ｂ（６ｂ１、６ｂ２）は、全面的に向かい側の面６ａ１と平行にする。これにより、窓６の外側窓開き寸法がＤ３（Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ１）となる。

図６は、形状的に図３と同じであるが、ボール案内面６ａ、６ｂの外側部分６ａ２、６ｂ２の円筒面を研削やミーリング等で加工する代わりに、図４の面６ａや図５の面６ｂのように、フラットに形成したボール案内面を保持器５の外側から先端がＲ面をした治具Ｔにより加締め、これによりボール案内面６ａ、６ｂの外側部分６ａ２、６ｂ２を内側に塑性変形させて張出させる。これにより、窓６の外側窓開き寸法がＤ２（＜Ｄ１）となる。

図７は、ボール案内面６ａ、６ｂのうち、外側継手部材１の奥側の面６ａのみ塑性変形させたものである。これにより、窓６の外側窓開き寸法がＤ３（Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ１）となる。

図８は、図７を左右逆にしたものであって、外側継手部材１の開口側の面６ｂのみ塑性変形させたものである。これにより、窓６の外側窓開き寸法がＤ３（Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ１）となる。

図９は、保持器５の窓６のボール案内面６ａ、６ｂに図３のように直接張り出し部（６ａ２、６ｂ２）を形成することに代えて、別部材としての幅広薄肉リング７によって張出し部を形成したものである。これにより、窓６の外側窓開き寸法がＤ２（＜Ｄ１）となる。すなわち、保持器５の外周面を研削して周方向に連続した段部５ｃを形成し、この段部５ｃに薄肉のリング７を片側から圧入にて装入する。リング７には予め窓形状と合う穴部（６ａ２、６ｂ２で示す部分）を形成しておく。穴部の継手軸方向に対向する内側面は、予め、プレス加工等により図３の面６ａ２、６ｂ２と同じように曲面としておく。段部５ｃの開口側に形成した環状溝８に止め輪９を嵌合してリング７の抜止めとする。止め輪９に代えてリング７を加締めることにより固定してもよい。

図１０は、窓６の開口側に段部５ｄを形成し、この段部５ｄに幅狭薄肉リング１０を圧嵌合したものである。これにより、窓６の外側窓開き寸法がＤ３（Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ１）となる。リング１０の内側面に予めプレス加工等により図３の面６ｂ２と同じような曲面を形成しておく。段部５ｄの開口側に形成した環状溝８に止め輪９を嵌合してリング１０の抜止めとする。止め輪９に代えてリング１０を加締めることにより固定してもよい。

図１１は、窓６のボール案内面６ａ、６ｂのうち、奥側の面６ａと開口側の面６ｂ１を図３と同様にし、面６ｂ２は、窓６の開口側の段部１２に充填した別部材１１により面６ｂ１と連続する平面を形成するものである。これにより、窓６の外側窓開き寸法がＤ３（Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ１）となる。

図１２は、図１１と同様に段部１２に充填した別部材１３をさらに治具Ｔで加締めて窓６の両側で張り出し部（６ａ２、６ｂ２）を形成するものである。これにより、窓６の外側窓開き寸法がＤ２（＜Ｄ１）となる。

図１３は、保持器５の外周面に、リング状の別部材１４、１４を一部が窓６に被さるように２列で装着して窓６の内側へ張り出す張り出し部を形成したものである。これにより、窓６の外側窓開き寸法がＤ２（＜Ｄ１）となる。窓６は、継手軸方向で対向する一対の平面状ボール案内面と、継手周方向で対向する一対の円筒面からなる。

図１４は、保持器５の窓６の外側に、窓６の形状に対応した枠状の別部材１５を装着して窓６の内側へ張り出す張り出し部を形成したものである。これにより、窓６の外側窓開き寸法がＤ２（＜Ｄ１）となる。窓６の形状は図１３と同じである。別部材１４、１５は、嵌合や加締めにより保持器５に固定する。

（Ａ）（Ｂ）は、本発明に係る固定型等速自在継手の縦断面図。本発明に係る固定型等速自在継手の横断面図。保持器の部分断面図。保持器の部分断面図。保持器の部分断面図。保持器の部分断面図。保持器の部分断面図。保持器の部分断面図。保持器の部分断面図。保持器の部分断面図。保持器の部分断面図。保持器の部分断面図。保持器の部分外面図。保持器の部分外面図。

符号の説明

１外側継手部材
１ａ外側継手部材の内周球面
１ｂ外側継手部材の案内溝
２内側継手部材
２ａ内側継手部材の外周球面
２ｂ内側継手部材の案内溝
２ｃ内側継手部材のスプライン孔
３シャフト
４トルク伝達ボール
５保持器
５ａ保持器の外周球面
５ｂ保持器の内周球面
５ｃ、５ｄ保持器の段部
６保持器の窓
６ａ、６ｂ窓のボール案内面
６ａ１、６ｂ１ボール案内面の内側部分
６ａ２、６ｂ１ボール案内面の外側部分
７幅広薄肉リング
８環状溝
９止め輪
１０幅狭薄肉リング
１１〜１５別部材
Ｓ仮想球面
Ｔ治具

Claims

球面状の内周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した軸付きカップ状の外側継手部材と、球面状の外周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝とが協働して形成する複数のボールトラックに１個ずつ配されたトルク伝達用のボールと、前記ボールを保持する保持器とを備えた固定型等速自在継手において、前記ボールを収容する保持器の窓の外周側窓開き寸法を、窓の内側に張出す張出し部によって前記ボールの径より小さくしたことを特徴とする固定型等速自在継手。
前記保持器の外周面及び内周面を、前記外側継手部材の内周球面及び前記内側継手部材の外周球面に、それぞれ摺接する外周球面及び内周球面とし、かつ、前記内側継手部材の案内溝のボール中心軌跡を、前記ボールの全移動領域において、前記保持器の外周球面と内周球面の中間に位置する仮想球面に包摂させたことを特徴とする請求項１の固定型等速自在継手。
前記保持器の窓の継手軸方向に対向する一対の案内面を、前記仮想球面の内側で互いに平行な平面にするとともに、前記仮想球面の外側で近接させて前記張出し部を形成したことを特徴とする請求項２の固定型等速自在継手。
前記保持器の窓の継手軸方向に対向する一対の案内面を、前記仮想球面の内側で互いに平行な平面にするとともに、前記仮想球面の外側でボールの表面曲率に沿わせた円筒面にして前記張出し部を形成したことを特徴とする請求項３の固定型等速自在継手。
前記保持器の窓の継手軸方向に対向する一対の案内面のうち、前記外側継手部材の開口側に位置する案内面を前記仮想球面の外側でボールの表面曲率に沿わせた円筒面にして前記張出し部を形成するとともに、残りの案内面を前記仮想球面の内外で互いに平行な平面にしたことを特徴とする請求項３の固定型等速自在継手。
前記保持器の窓の継手軸方向に対向する一対の案内面のうち、前記外側継手部材の奥側に位置する案内面を前記仮想球面の外側でボールの表面曲率に沿わせた円筒面にして前記張出し部を形成するとともに、残りの案内面を前記仮想球面の内外で互いに平行な平面にしたことを特徴とする請求項３の固定型等速自在継手。
前記保持器の窓の継手軸方向に対向する一対の案内面を、前記仮想球面の内側で互いに平行な平面にするとともに、前記仮想球面の外側で塑性変形にて近接させて前記張出し部を形成したことを特徴とする請求項４から６のいずれかの固定型等速自在継手。
前記保持器の窓の継手軸方向に対向する一対の案内面のうち、互いに平行な案内面を保持器本体で形成するとともに、前記張出し部を別部材で形成したことを特徴とする請求項４から７のいずれかの固定型等速自在継手。
前記保持器の窓の継手軸方向に対向する一対の案内面のうち、互いに平行な案内面を別部材で形成するとともに、前記張出し部を保持器本体で形成したことを特徴とする請求項４から７のいずれかの固定型等速自在継手。