JP2007100797A - 摺動式等速自在継手 - Google Patents

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Abstract

【課題】 等速性の向上を図り、構成部品間の力のバランス状態を改善し、回転トルクの伝達効率を改善する。
【解決手段】 円筒状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成された外輪と、球面状外周面２８に軸方向に延びる複数のトラック溝を形成した内輪２２と、外輪のトラック溝と内輪２２のトラック溝との対で形成されるボールトラックに一個ずつ組み込んだ複数のボール２３と、ボール２３を保持するポケット２９を有するケージ２４とを備え、内輪２２とケージ２４との間に軸方向ガタを設けた摺動式等速自在継手において、ケージ２４の外周球面部３１の中心ＣＯと、ケージ２４の外周球面部３１と反対側に位置するケージ２４の内周球面部３０ｂに内輪２２の球面状外周面２８を接触させた時の内輪２２の球面状外周面２８の中心ＣＩとの二等分面に、ボール２３の中心ＣＢを配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、自動車や各種産業機械の動力伝達機構において使用されるもので、駆動側と従動側の二軸間で軸方向変位および角度変位を許容するダブルオフセット型の摺動式等速自在継手に関する。
自動車や各種産業機械の動力伝達系、例えば前輪駆動車や独立懸架方式の後輪駆動車の駆動軸には、角度変位および軸方向変位の両方を許容する摺動式等速自在継手が使用されている。この摺動式等速自在継手には、トルク伝達要素としてボールを用いたボールタイプのダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）がよく知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。
このタイプの等速自在継手は、図７に示すように車体側のディファレンシャルに取り付けられる外方部材としての外輪１と、中間シャフトの一端に取り付けられる内方部材としての内輪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を保持するケージ４とを主要な構成要素としている。
外輪１は、その軸線に平行な複数の直線状トラック溝５が円筒状内周面６に円周方向等間隔で形成された円筒形状を有する。また、内輪２は、外輪１のトラック溝５と対応させて軸線に平行な複数の直線状トラック溝７が球面状外周面８に形成されている。この外輪１のトラック溝５と内輪２のトラック溝７とが協働して形成するボールトラックに、トルクを伝達するボール３が配されている。各ボール３は、外輪１の内周面６と内輪２の外周面８との間に介装されたケージ４のポケット９に収容することにより円周方向等間隔に保持されている。
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、ケージ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構造となっている。また、この等速自在継手では、走行時や停止時のアイドリング時の振動を吸収するため、ケージ４と内輪２との間に約１ｍｍ程度の軸方向ガタを設けると共に、ケージ４のポケット９とボール３との間に微量のポケットすきまを設けている。
前述したケージ４と内輪２との間における約１ｍｍ程度の軸方向ガタは、図８に示すようにケージ４の内周面１０の中央部に円筒面部１０ａを設けることにより形成されている。つまり、ケージ４の内周面１０は、その軸方向中央部に位置して軸方向長さＬ（約１ｍｍ程度）を有する円筒面部１０ａと、その軸方向両側に位置して中心をＯとする曲率半径Ｒの球面部１０ｂとからなる。
図９は内輪２、ボール３およびケージ４の位置関係を示すものであるが、ケージ４のポケット９は以下の位置関係を満足するように設けられている。つまり、ケージ４の外周球面部１１の中心ＣＯと内周面１０の中心ＣＣ（内周面１０の中央部に設けた円筒面部１０ａの中央位置）の二等分面に、ボール３の中心ＣＢが配置されるようにポケット９がケージ４に設けられている。ここで、前述した「中心」とは、継手の軸線に対して垂直な面の軸方向位置を意味する。
前述のような位置関係を満足することにより、ボール３の中心ＣＢとケージ４の外周球面部１１の中心ＣＯとの軸方向距離Ａと、ボール３の中心ＣＢとケージ４の内周球面部１０ｂの中心ＣＣとの軸方向距離Ａとは等しい関係となる。
特公昭６１−１４３６５号公報 特開昭５７−７６３２３号公報 実公平５−６４２０号公報 実公昭６３−２６６５号公報
ところで、前述した等速自在継手では、走行時や停止時のアイドリング時の振動を吸収するため、ケージ４と内輪２との間に約１ｍｍ程度の軸方向ガタを設けると共に、ケージ４のポケット９とボール３との間に微量のポケットすきまを設けたことにより、内輪２がケージ４に対してその軸方向にスライド移動可能となっている。
図１０は、ケージ４に対して内輪２がケージ４の外周球面部１１側（図中右側）へスライドしてその内輪２の球面状外周面８がケージ４の内周球面部１０ｂに当接した状態を示す。この状態では、内輪２の球面状外周面８の中心は、ケージ４の内周球面部１０ｂの中心ＣＣから、ケージ４の内周面の円筒面部１０ａの軸方向寸法Ｌの１／２のスライド量だけ移動して中心ＣＩに一致する。
図１１は、ケージ４に対して内輪２がケージ１０の外周球面部１１と反対側（図中左側）へスライドしてその内輪２の球面状外周面８がケージ４の内周球面部１０ｂに当接した状態を示す。この状態では、内輪２の球面状外周面８の中心は、ケージ４の内周球面部１０ｂの中心ＣＣから、ケージ４の内周面の円筒面部１０ａの軸方向寸法Ｌの１／２のスライド量だけ移動して中心ＣＩに一致する。
この等速自在継手では、回転トルクが負荷された運転中、内輪２がケージ４の外周球面部１１と反対側へスライドしてその内輪２の球面状外周面８がケージ４の内周球面部１０ｂに当接した図１１の状態となる。このことから、従来の等速自在継手では、ケージ４の外周球面部１１の中心ＣＯと、その運転中にケージ４と内輪２が球面接触している時の内輪２の球面状外周面８の中心ＣＩの二等分面上に、ボール４の中心ＣＢがないことが判る。
すなわち、ボール３の中心ＣＢとケージ４の外周球面部１１の中心ＣＯとの軸方向距離Ａと、ボール３の中心ＣＢと内輪２の球面状外周面８の中心ＣＩとの軸方向距離Ｂとが等しくない状態になる（Ｂ＞Ａ）。
このようにボール３の中心ＣＢが、ケージ４の外周球面部１１の中心ＣＣと、運転中にケージ４と内輪２が球面接触している時の内輪２の球面状外周面８の中心ＣＩの二等分面上にないと、等速性を維持することが困難となり、外輪１、内輪２、ケージ４およびボール３間の力のバランスがみだれ、回転トルクの伝達効率が低下する可能性がある。
そこで、本発明はこの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、等速性の向上を図り、構成部品間の力のバランス状態を改善し、回転トルクの伝達効率を改善し得る摺動式等速自在継手を提供することにある。
前述の目的を達成するため、本発明は、円筒状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成された外方部材と、球面状外周面に軸方向に延びる複数のトラック溝を形成した内方部材と、前記外方部材のトラック溝と前記内方部材のトラック溝との対で形成されるボールトラックに一個ずつ組み込んだ複数のトルク伝達ボールと、前記トルク伝達ボールを保持するポケットを有するケージとを備え、前記内方部材とケージとの間に軸方向ガタを設けた摺動式等速自在継手において、前記ケージの外周球面部の中心と、前記ケージの外周球面部と反対側に位置するケージの内周球面部に内方部材の球面状外周面を接触させた時の内方部材の球面状外周面の中心との二等分面に、前記ボールの中心を配置したことを特徴とする。
ここで、前述の「中心」とは、継手の軸線に対して垂直な面の軸方向位置を意味する。また、「ケージの外周球面部と反対側に位置するケージの内周球面部」とは、ケージの軸方向一端側に形成された外周球面部に対して、ケージの軸方向他端側に形成された内周球面部を意味する。
本発明では、ケージの外周球面部の中心と、ケージの外周球面部と反対側に位置するケージの内周球面部に内方部材の球面状外周面を接触させた時の内方部材の球面状外周面の中心との二等分面に、ボールの中心を配置したことにより、回転トルクが負荷された運転中であっても、等速自在継手の等速性を維持することができ、外方部材、内方部材、ケージおよびボールからなる各構成部品間の力のバランスが改善され、回転トルクの伝達効率も改善される。
なお、本発明は、（i）内周面を二つの球面部とそれら二つの球面部間に位置する円筒面部とで構成したケージ、および外周面を単一の球面で構成した内方部材を有する等速自在継手、（ii）内周面を二つの球面部で構成したケージ、および外周面を単一の球面部で構成した内方部材を有する等速自在継手、（iii）内周面を単一の球面部で構成したケージ、および外周面を二つの球面部で構成した内方部材を有する等速自在継手に適用可能である。
本発明によれば、ケージの外周球面部の中心と、ケージの外周球面部と反対側に位置するケージの内周球面部に内方部材の球面状外周面を接触させた時の内方部材の球面状外周面の中心との二等分面に、ボールの中心を配置したことにより、回転トルクが負荷された運転中であっても、等速自在継手の等速性を維持することができ、外方部材、内方部材、ケージおよびボールからなる各構成部品間の力のバランスが改善され、回転トルクの伝達効率も改善される。例えば、前輪駆動車や独立懸架方式の後輪駆動車の駆動軸に適用した場合、車の燃費削減や操縦安定性に寄与することから、その実用的価値は大きい。
図１〜図３は本発明の一つの実施形態してのダブルオフセット型の摺動式等速自在継手で、図１は内方部材としての内輪２２、ケージ２４およびボール２３を示し、図２は図１の内輪２２、ケージ２４およびボール２３を外方部材としての外輪２１に組み込んだ全体構成を示し、図３は図１のケージ２４を示す。図４〜図６は本発明の他の実施形態で、図４は内周面の形状が異なるケージ３４、図５および図６は外周面の形状が異なる二つの内輪３２，４２をそれぞれ示す。
図２に示す実施形態の等速自在継手は、車体側のディファレンシャルに取り付けられる外輪２１と、中間シャフトの一端に取り付けられる内輪２２と、外輪２１および内輪２２の間に組み込まれた複数のボール２３と、外輪２１と内輪２２との間に介在してボール２３を保持するケージ２４とを主要な構成要素としている。
外輪２１は、その軸線に平行な複数の直線状トラック溝２５が円筒状内周面２６に円周方向等間隔で形成された円筒形状を有する。また、内輪２２は、外輪２１のトラック溝２５と対応させて軸線に平行な複数の直線状トラック溝２７が球面状外周面２８に形成されている。この外輪２１のトラック溝２５と内輪２２のトラック溝２７とが協働して形成するボールトラックに、トルクを伝達するボール２３が配されている。各ボール２３は、外輪２１の内周面２６と内輪２２の外周面２８との間に介装したケージ２４のポケット２９に収容することにより円周方向等間隔に保持されている。
この等速自在継手では、外輪２１と内輪２２との間に作動角が付与された場合、ケージ２４によりボール２３を作動角の二等分面上に制御させて等速性を維持する構造となっている。また、この等速自在継手では、走行時や停止時のアイドリング時の振動を吸収するため、ケージ２４と内輪２２との間に約１ｍｍ程度の軸方向ガタを設けると共に、ケージ２４のポケット２９とボール２３との間に微量のポケットすきまを設けている。前述したケージ２４と内輪２２間における約１ｍｍ程度の軸方向ガタは、図３に示すようにケージ２４の内周面１０の中央部に円筒面部３０ａを設けることにより形成されている。つまり、ケージ２４の内周面３０は、その軸方向中央部に位置して軸方向長さＬ（約１ｍｍ程度）を有する円筒面部３０ａと、その軸方向両側に位置して中心をＯとする曲率半径Ｒの球面部３０ｂとからなる。
ここで、走行時や停止時のアイドリング時の振動を吸収するため、前述したようにケージ２４と内輪２２との間に約１ｍｍ程度の軸方向ガタを設けると共に、ケージ２４のポケット２９とボール２３との間に微量のポケットすきまを設けている。その結果、内輪２２がケージ２４に対してその軸方向にスライド移動可能となっている。回転トルクが負荷された運転中では、内輪２２がケージ２４の外周球面部３１と反対側へスライドしてその内輪２２の球面状外周面２８がケージ２４の内周球面部３０ｂに当接した状態、つまり、図１の状態となる。この状態では、内輪２２の球面状外周面２８の中心は、ケージ２４の内周球面部３０ｂの中心ＣＣから、ケージ２４の内周面の円筒面部３０ａの軸方向寸法Ｌの１／２のスライド量だけ移動して中心ＣＩに一致する。
この実施形態における等速自在継手では、回転トルクが負荷された運転中、図１に示すようにケージ２４の外周球面部３１の中心ＣＯと、ケージ２４の外周球面部３１と反対側に位置するケージ２４の内周球面部３０ｂに内輪２２の球面状外周面２８が接触した時の内輪２２の球面状外周面２８の中心ＣＩとの二等分面に、ボール２３の中心ＣＢを配置している。
すなわち、ボール２３の中心ＣＢとケージ２４の外周球面部３１の中心ＣＯとの軸方向距離Ａと、ボール２３の中心ＣＢと内輪２２の球面状外周面２８の中心ＣＩとの軸方向距離Ｂとが等しくなる（Ｂ＝Ａ）。これは、ケージ２４の内周球面部３０ｂの位置を、その内周面３０の中央部に設けられた円筒面部３０ａの軸方向長さＬの約１／２だけ軸方向内側へ移動させることで実現可能である。
このようにして、回転トルク伝達時の運転中であっても、ケージ２４の外周球面部３１の中心ＣＯと、ケージ２４の外周球面部３１と反対側に位置するケージ２４の内周球面部３０ｂに内輪２２の球面状外周面２８が接触した時の内輪２２の球面状外周面２８の中心ＣＩとの二等分面に、ボール２３の中心ＣＢを配置したことにより、等速自在継手の等速性を維持することができ、外輪２１、内輪２２、ケージ２４およびボール２３からなる各構成部品間の力のバランスが改善され、回転トルクの伝達効率も改善される。
なお、前述した実施形態では、内周面３０を二つの球面部３０ｂとそれら二つの球面部３０ｂ間に位置する円筒面部３０ａとで構成したケージ２４（図３参照）、および外周面２８を単一の球面で構成した内輪２２を有する等速自在継手に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、以下のケージと内輪の組み合わせを持つ等速自在継手にも適用可能である。
例えば、内周面を曲率中心Ｏ１で曲率半径Ｒ１を有する二つの球面部４０ｂで構成したケージ３４（図４参照）を使用することも可能である。この場合、前述した実施形態における内輪２２、つまり、外周面２８を単一の球面部で構成した内輪２２を組み合わせて使用すればよい。
また、内周面を単一の球面部で構成したケージ（図示せず）を使用する場合には、外周面を曲率中心Ｏ３で曲率半径Ｒ３を有する二つの球面部３８で構成した内輪３２（図５参照）、あるいは、外周面を曲率中心Ｏ４で曲率半径Ｒ４を有する二つの球面部４８で構成した内輪４２（図６参照）を組み合わせて使用することが可能である。
これら内周面を二つの球面部４０ｂで構成したケージ３４（図４参照）を使用する場合、あるいは、外周面を二つの球面部３８，４８で構成した内輪３２，４２（図５、図６参照）を使用する場合にも、前述した実施形態の場合（ケージ２４の内周面に円筒面部３０ａを設けた場合）と同様、ケージと内輪との間で軸方向ガタを設けることが可能である。
本発明に係る摺動式等速自在継手の実施形態で、内輪、ケージおよびボールの位置関係を説明するための断面図である。 本発明の実施形態で、摺動式等速自在継手の全体構成を示す断面図である。 図１および図２の実施形態で使用したケージを示す断面図である。 本発明の他の実施形態におけるケージの一例を示す断面図である。 本発明の他の実施形態における内輪の一例を示す断面図である。 本発明の他の実施形態における内輪の他例を示す断面図である。 従来の摺動式等速自在継手の全体構成を示す断面図である。 図７のケージを示す断面図である。 図７の内輪、ケージおよびボールの位置関係を説明するための断面図である。 図９の状態からケージに対して内輪が図中右側へスライドした状態を示す断面図である。 図９の状態からケージに対して内輪が図中左側へスライドした状態を示す断面図である。
符号の説明
２１ 外方部材（外輪）
２２ 内方部材（内輪）
２３ ボール
２４ ケージ
２５ トラック溝
２６ 円筒状内周面
２７ トラック溝
２８ 球面状外周面
２９ ポケット
３０ｂ ケージの内周球面部
３１ ケージの外周球面部
ＣＢ ボールの中心
ＣＯ ケージの外周球面部の中心
ＣＩ 内方部材の球面状外周面の中心

Claims (4)

  1. 円筒状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成された外方部材と、球面状外周面に軸方向に延びる複数のトラック溝を形成した内方部材と、前記外方部材のトラック溝と前記内方部材のトラック溝との対で形成されるボールトラックに一個ずつ組み込んだ複数のトルク伝達ボールと、前記トルク伝達ボールを保持するポケットを有するケージとを備え、前記内方部材とケージとの間に軸方向ガタを設けた摺動式等速自在継手において、
    前記ケージの外周球面部の中心と、前記ケージの外周球面部と反対側に位置するケージの内周球面部に内方部材の球面状外周面を接触させた時の内方部材の球面状外周面の中心との二等分面に、前記ボールの中心を配置したことを特徴とする摺動式等速自在継手。
  2. 前記ケージの内周面を、二つの球面部とそれら二つの球面部間に位置する円筒面部とで構成し、かつ、内方部材の外周面を単一の球面部で構成した請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
  3. 前記ケージの内周面を二つの球面部で構成し、かつ、内方部材の外周面を単一の球面部で構成した請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
  4. 前記ケージの内周面を単一の球面部で構成し、かつ、内方部材の外周面を二つの球面部で構成した請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
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