JP2007224995A

JP2007224995A - 等速ジョイント

Info

Publication number: JP2007224995A
Application number: JP2006045798A
Authority: JP
Inventors: Satoru Fukuzawa; 覚福澤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】グリース潤滑を不要とし、軽量、小型、動作音の小さな、使用の制限を受けることが少ない組立ての容易な等速ジョイントを提供することである。
【解決手段】外輪１の円筒状内面３に軸方向に延びる複数の案内溝４を形成し、内輪１１の球形外面１５に外輪案内溝４とでボールトラックを形成する案内溝１６を設ける。外輪１と内輪１１間に組込んだ保持器２１には上記ボールトラックと対向する位置にポケット２２を形成し、各ポケット２２内にボール３１を組込む。各ポケット２２の開口端部の内周に突出部２６を設けてボール３１を抜止めし、等速ジョイントの組立ての容易化を図る。また、外輪１および内輪１１を合成樹脂の成形品としてグリース潤滑を不要とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、駆動軸と被駆動軸の２軸を連結して、駆動軸の動力を被駆動軸に伝達する等速ジョイントに関するものである。

自動車のドライブシャフトの回転トルクを車軸に伝達する部品として等速ジョイントが従来から知られている。

上記等速ジョイントは、駆動軸と被駆動軸の等速性を維持しながら両軸の角度変位を許容する部材であるため、自動車以外の各種産業機械にも多用されている。

等速ジョイントには、角度変位のみを許容する固定式等速ジョイントと、角度変位および軸方向変位を許容する摺動式等速ジョイントとが知られている。

摺動式等速ジョイントとして、特許文献１に記載されたものが従来から知られている。この摺動式等速ジョイントは、外輪の円筒状内面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成し、外輪の内側に組み込まれた内輪の球形外面には外輪案内溝との間でボールトラックを形成する案内溝を設け、その内輪案内溝と外輪案内溝とで形成されるボールトラックにボールを組み込み、そのボールを保持器で保持している。

ここで、保持器には、外輪の円筒状内面で接触案内される球形外面と、内輪の球形外面で接触案内される球形内面とが形成され、その球形外面の曲率中心と球形内面の曲率中心はジョイント中心に対して左右に等距離オフセットされている。
実公昭６３−２６６５号公報

ところで、特許文献１に記載された等速ジョイントにおいては、内輪の外側に保持器を嵌合し、その保持器の各ポケット内にボールを組込んだのち、その内輪、保持器およびボールからなる組立て品を外輪内に組込むようにしているが、組立て品を外輪内に組込む際にポケットからボールが脱落することが多く、組立てに非常に手間が係る問題があった。

また、外輪、内輪、保持器およびボールの各部品が金属から成るため、グリース潤滑を必要とし、ブーツバンドの締付けによって取付けとされるブーツにより外輪の開口端を閉塞してグリースの漏洩を防止する必要がある。

このため、等速ジョイントの組立ておよび分解の際には、ブーツの取付け、取外しの煩雑な作業が必要となり、上記等速ジョイントに動力を入力する入力側部品や等速ジョイントからの出力によって回転駆動される出力側部品の破損等の取替えには非常に手間がかかるという問題があった。

さらに、従来の金属製の等速ジョイントにおいては、強度が高いものの、重く、動作音が大きく、さらには、グリース漏洩の懸念もあるため、事務機、音響機器、医療機器、食品製造機、家庭用電化製品への使用に問題があり、使用箇所に制限を受けることが多くあった。

この発明は、組立ての容易な摺動式等速ジョイントを提供すること、およびグリース潤滑を不要とし、軽量、小型、動作音の小さな、使用の制限を受けることが少ない等速ジョイントを提供することを技術的課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、円筒状内面に軸方向に延びる複数の案内溝が形成された外輪と、その外輪案内溝とでボールトラックを形成する複数の案内溝が球形外面に設けられた内輪と、その内輪と外輪間に組込まれ、前記ボールトラックと対向する位置のそれぞれにポケットが形成された保持器と、その保持器のポケット内に組み込まれて外輪案内溝と内輪案内溝に沿って転動可能なボールとから成る等速ジョイントにおいて、前記保持器に形成された各ポケットの保持器外径側および保持器内径側の開口端部にボールの脱落を防止する抜け止め手段を設けた構成を採用したのである。

ここで、前記抜け止め手段として、ポケットの開口端部の内面に周方向に間隔をおいて形成された複数の突出部から成るものを採用することができる。

前記等速ジョイントにおいて、外輪に形成された各案内溝の開口端部に、その開口端を大径端とするテーパ面を設けると、予め組立てられた内輪、保持器およびボールからなる組立て品を外輪内に挿入する際、ボールはテーパ面で案内され、その案内状態で外輪と組立て品を相対的に回転させると、ボールは案内溝に挿入されることになり、ボールと案内溝の相互に位相ずれがある場合も等速ジョイントを容易に組立てることができる。

また、前記等速ジョイントにおいて、外輪を合成樹脂の成形品とすることによって、等速ジョイントの無潤滑化と、トルク伝達時の動作音の低減化および軽量化を図ることができる。

この場合、保持器も合成樹脂の成形品とすることによって、トルク伝達時の動作音のより低減化と、等速ジョイントのさらなる軽量化を図ることができる。

保持器が合成樹脂の成形品から成る場合、前記突出部は保持器の成形時にアンダーカットとなるため、その突出部の突出長さが必要以上に長くなると成形後の脱型時に突出部が破損するおそれがあり、また、短過ぎるとボールが脱落するおそれがある。このため、突出部の内接円径をボール径の７０〜９９％の範囲とするのがよい。

また、この発明に係る等速ジョイントにおいて、合成樹脂として射出成形可能な合成樹脂とすることにより、外輪および保持器を容易に成形することができる。また、潤滑性樹脂を採用することによって、ボール転動面の潤滑性をより高めることができるため、動作音のより小さい等速ジョイントを得ることができる。

ここで、合成樹脂から成る外輪の弾性によってボールに予圧を付与することにより、円周方向にガタのない等速性に優れた等速ジョイントを得ることができる。

上記のように、保持器に形成されたポケットの開口端部にボールの脱落を防止する抜け止め手段を設けたことにより、上記ポケット内においてボールを抜止め状態に保持することができるため、摺動式等速ジョイントをきわめて簡単に組立てることができる。

また、外輪を合成樹脂の成形品とすることによってグリース潤滑を不要とすることができるため、ブーツの取付けによるグリースの漏洩防止対策を必要とせず、軽量でトルク伝達時の動作音が小さく、トルク伝達ロスの極めて少ない等速ジョイントを得ることができる。

したがって、使用に制限を受けることが少なく、これまで使用が困難であった事務機、音響機器、医療機器、家庭用電化製品等の各機器への使用が可能となり、これら機器の設計の自由度を高め、小型化、低コスト化を図ることができる。

また、ブーツが不要なため、組立ておよび分解の容易な摺動式等速ジョイントを得ることができる。

以下、この発明の実施形態を図面基づいて説明する。図１および図２に示すように、外輪１は円筒状をなし、その一方の端部は閉塞し、その閉塞端に第１軸２が設けられている。

また、外輪１の円筒状内面３には、軸方向に延びる複数の案内溝４が周方向に等間隔に形成されている。

外輪１の内側に組み込まれた内輪１１には、スプライン孔１２が設けられ、そのスプライン孔１２内に第２軸１３の端部に設けられたスプライン端部１３ａが嵌合され、軸端部に取付けた止め輪１４によって抜止めされている。

内輪１１は球形外面１５を有し、その球形外面１５に上記外輪案内溝４とでボールトラックを形成する案内溝１６が設けられている。

外輪１と内輪１１間には、保持器２１が組込まれ、その保持器２１には、外輪１の案内溝４と内輪１１の案内溝１６とで形成されるボールトラックのそれぞれと対向する位置にポケット２２が形成され、各ポケット２２内に組込まれたボール３１は上記ボールトラックに沿って転動可能とされ、そのボール３１を介して外輪１と内輪１１の相互間でトルクが伝達されるようになっている。

保持器２１は、内輪１１の球形外面１５に接触案内される球形内面２３を内周に有し、外周には外輪１の円筒状内面３に接触案内される部分球面２４が設けられ、その部分球面２４の曲率中心Ｏ_１と、上記球形内面２３の曲率中心Ｏ_２は、ジョイント中心Ｏ_０に対して左右に等距離オフセットされている。

このため、外輪１と内輪１１とが作動角をとってトルクを伝達するとき、ボール３１は作動角の二等分面上に常に配置され、外輪１と内輪１１との間で等速回転が伝達される。

なお、保持器２１の内周面は、前述の特許文献１に記載されてように、円筒面と、その円筒面の軸方向両端に連続して設けられた部分球面とで形成して、内輪外周面と部分球面との間に、内輪の軸方向変位を許容する軸方向隙間を設けるようにしてもよい。

図３に示すように、保持器２１のポケット２２とボール３１との間には、軸方向のポケット隙間ｇが設けられている。ポケット隙間ｇは、ボール３１の拘束を解除すると共に、ボール３１と保持器２１との衝突の影響を受けないように、５乃至５０μｍの範囲とするのが好ましい。即ち、ポケット隙間ｇを５０μｍ以上にすると、ボール３１と保持器２１との衝突時の打音が大きくなると共に、ポケット隙間ｇが５μｍ以下になると、保持器２１のポケット２２の製造管理が困難になる。

図３および図４に示すように、各ポケット２２の保持器外径側および保持器内径側の開口端部にはボール３１の脱落を防止する抜け止め手段２５が設けられている。

抜け止め手段２５は、ポケット２２の内周対向位置に設けられた一対の突出部２６から成る。

外輪１、内輪１１および保持器２１は、金属から成るものであってもよく、あるいは合成樹脂の成形品から成るものであってもよい。合成樹脂の成形品とすると、グリース潤滑を必要とせず、無潤滑化とトルク伝達時の動作音の低減化および軽量化を図ることができる。

そのため、実施の形態では、外輪１、内輪１１および保持器２１のそれぞれを合成樹脂の成形品としているが、外輪１および内輪１１を合成樹脂の成形品としてもよい。合成樹脂は等速ジョイントの使用条件によって適切なものを選択し、射出成形可能な合成樹脂が望ましい。射出成形可能な樹脂であれば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよい。

射出成形可能な樹脂には、結晶性樹脂、非結晶性樹脂があり、いずれの樹脂を用いてもよいが、非結晶性樹脂は靱性が低く、許容量以上のトルクがかかった場合、急激な破壊が生じるため、結晶性樹脂を用いるのが好ましい。

好ましい合成樹脂として、潤滑特性の高い合成樹脂、例えば、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ナイロン樹脂、ＰＦＡやＦＥＰ、ＥＴＦＥ等の射出成形可能なフッ素樹脂、射出成形可能なポリイミド樹脂、ポニフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）、全芳香族ポリエステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド樹脂等を挙げることができる。

これらの各樹脂は単独で使用してもよく、２種類以上混合したポリマーアロイであってもよい。あるいは、上記以外の潤滑特性の低い合成樹脂に上記の合成樹脂を配合したポリマーアロイであってもよい。

また、潤滑特性の低い合成樹脂であっても、固体潤滑剤や潤滑油を添加することで潤滑特性を高めることにより使用可能である。固体潤滑剤として、ポリテトラフルオロエチレン、黒鉛、二硫化モリブデンなどを挙げることができる。

また、合成樹脂にガラス繊維、炭素繊維、各種鉱物性繊維（ウィスカー）を配合して強度を高めてもよく、固体潤滑剤等と併用してもよい。

この発明で最も使用に適した材料は、ＰＯＭ、ナイロン樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫである。ナイロン樹脂はナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６、分子鎖中に芳香族環を有する半芳香族ナイロンなどのいずれでもよい。ＰＯＭ、ナイロン樹脂、ＰＰＳは、耐熱性、潤滑性に優れ、比較的安価であるため、コストパフォーマンスの高い等速ジョイントを得ることができる。また、ＰＥＥＫは補強材や潤滑剤を配合しなくても機械的強度や潤滑性に優れるため、高機能な等速ジョイントを得ることができる。

上記のように、外輪１および内輪１１を合成樹脂の成形品とすることにより、軽量であって、トルク伝達時の動作音の小さな等速ジョイントを得ることができると共に、グリース潤滑を不要とすることができる。また、グリース潤滑する必要がないため、ブーツの取付けを不要とすることができ、部品点数の少ない簡単な構成の等速ジョイントを得ることができる。このため、使用に制限を受けることが少なく、食品製造機器等の各種の機器に使用することが可能である。

また、外輪１、内輪１１および保持器１０を焼結含油金属で形成すれば、金属製であってもグリースやブーツが不要となるため、等速ジョイントの部品の交換に支障が生じない。

ボール３１は軸受鋼、ステンレススチール、セラミックス、合成樹脂等のボールを使用できるが、ステンレススチール、セラミックス、合成樹脂にすることで無潤滑でも錆の心配が不要で好ましい。合成樹脂であればさらに軽量化、静粛性となるため特に好ましい。

等速ジョイントを医療機器や食品製造機器に使用する場合は、ボール３１をステンレススチールやセラミックスにすることで環境的懸念が払拭されるので好ましい。また、衛生的な印象を与えるため、合成樹脂は白色系のものを用いるのが好ましい。ＰＯＭであれば、白色系であると共に、潤滑性も高く、グリースレス化が可能のため最適である。

図３および図４に示す抜け止め手段２５の突出部２６は、保持器２１を射出成形可能な合成樹脂で形成した場合、保持器２１の成形時にアンダーカットとなるため、突出部２６のポケット径方向の長さが必要以上に長くなると成形後の脱型時に突出部２６が破損し、また、短かくなり過ぎると、ボール３１の脱落を防止することができなくなる。

このため、突出部２６は、その内接円径ｄがボール３１の球径（ボール径）Ｄの７０〜９９％の範囲としている。

なお、突出部２６の数は任意であり、周方向に連続する環状のものであってもよい。また、抜け止め手段２５は突出部２６に限定されるものではない。例えば、ポケット２２の開口端部に止め輪やＯリングを取付けるようにしてもよい。あるいは、ポケット２２に合わせて孔が形成されたカバーを保持器２１に被せるようにしてもよい。

上記のように、ポケット２２に抜け止め手段２５を設けることによって、上記ポケット２２内においてボール３１を抜止め状態に保持することができるため、内輪１１の外側に保持器２１を嵌合し、その保持器２１の各ポケット２２内にボール３１を組込み、その組込み品を外輪１内に挿入する等速ジョイントの組立て時や、外輪１内から組立て品を引抜く分解時に、ボール３１が脱落するという不都合の発生はなく、等速ジョイントの組立ておよび分解を容易に行うことができる。

また、外輪１、内輪１１および保持器２１を合成樹脂の成形品とすることにより、グリース潤滑を不要とすることができる。このため、ブーツの取付けによるグリースの漏洩防止対策を必要とせず、軽量でトルク伝達時の動作音が小さい等速ジョイントを得ることができる。

また、ブーツが不要であるため、組立ておよび分解の容易な等速ジョイントを得ることができ、上記等速ジョイントに動力を入力する入力側部品や等速ジョイントからの出力によって回転駆動される出力側部品の破損などの取替えを容易に行なうことができる。

ここで、図１および図５に示すように、外輪１に形成された各案内溝４の開口端部に、その開口端を大径端とするテーパ面５を設けると、予め組立てられた内輪１１、保持器２１およびボール３１からなる組立て品を外輪１内に挿入する際、ボール３１はテーパ面５で案内され、その案内状態で外輪１と組立て品を相対的に回転させると、ボール３１は案内溝４に挿入されることになり、ボール３１と案内溝４の相互に位相ずれがある場合も等速ジョイントを容易に組立てることができる。

図５に示すように、各案内溝４の端部において、ボール３１のピッチ円から半径方向内方に片寄った位置に軸心を有するテーパ面５を形成し、隣接するテーパ面５間に微小なガイド突部６を設けることによって、内輪１１、保持器２１およびボール２１の組立て品を外輪１の開口端と軸方向で対向して、組立て品を軸方向に押込むことにより、ボール３１は案内溝４内に自然に進入することになり、等速ジョイントをより簡単に組立てることができる。

実施の形態では、外輪１と第１軸２を合成樹脂で一体に形成したが、外輪１を合成樹脂で形成し、第１軸２をセラミックスや鉄鋼、ステンレススチール、アルミニウム合金等の金属で形成してもよい。

また、内輪１１に対して第２軸１３を別体とし、その第２軸１３を内輪１１にスプライン結合するようにしたが、内輪１１と第２軸１３を合成樹脂により一体に成形してもよい。

実施の形態で示すように、外輪１および内輪１１を合成樹脂の成形品とすることにより、その外輪１および内輪１１の弾性を利用してボール３１との接触部に予圧を付与することができる。

具体的には、外輪１の内周に形成された案内溝４と内輪１１の球形外面１５に形成された案内溝１６の内径をボール３１の球径より小さくすることでボール３１に予圧を付与することができる。

このように、ボール３１に予圧を付与することで円周方向にガタのない等速性に優れた等速ジョイントを得ることができる。このような仕様は外輪１および内輪１１が合成樹脂から形成されるために可能である。

図３および図４は、この発明に係る等速ジョイントの他の例を示す。この例においては、外輪１の隣接する案内溝４間に、外輪１の開口端から軸方向に延びる３本のスリット７を周方向に１２０°の間隔をおいて形成して、隣接するスリット７間に案内溝４を内周に有する弾性片８を設けている点、および各弾性片８の先端部内周に周方向に延びる突出部９を設けている点で図１および図２に示す等速ジョイントと相違している。

他の構成は図１および図２に示す等速ジョイントと同じであるため、同一の部品には同一の符号を付して説明を省略する。

上記のように、外輪１にその開口端から軸方向に延びる３本のスリット７を形成して、隣接するスリット７間に弾性片８を設け、各弾性片８の先端部内周に突出部９を設けることにより、外輪１の開口端から内部に、内輪１１、保持器２１およびボール３１の組立て品を挿入する等速ジョイントの組立て時、突出部９に対するボール３１との接触によって各弾性片８は半径方向外方に弾性変形する。

このため、外輪１内に対して内輪１１、保持器２１およびボール３１の組立て品を容易に組付けることができる。また、突出部９によって組立て品を抜止めすることができるため、輸送の段階で等速ジョイントが分解するのを防止することができる。

図６および図７に示す等速ジョイントにおいて、外輪１を弾性率の高い樹脂材料で形成することや、外輪１を厚肉とすることで、弾性片８の弾性力を利用してボール３１に予圧を付与することができ、回転方向にガタのない等速性に優れた等速ジョイントを得ることができる。

また、外輪１の弾性率で許容できる回転トルク以上の回転トルクが負荷された場合、各弾性片８が半径方向外方に弾性変形して、外輪１と内輪１１の相互間でのトルク伝達を遮断することができる。

このため、等速ジョイントにトルクリミッタとしての機能を付加することができ、等速ジョイントの破損防止に効果を挙げることができる。
なお、ボール３１に予圧を付与するため、外輪１の開口端部の外周に止め輪を取付けて、各弾性片８を半径方向内方に弾性変形させるようにしてもよい。

この発明に係る等速ジョイントの縦断正面図図１のII−II線に沿った断面図図１にボール組込み部を拡大して示す断面図図３の縦断側面図図１の左側面図この発明に係る等速ジョイントの他の例を示す縦断正面図図６の縦断側面図

符号の説明

１外輪
３円筒状内面
４案内溝
１１内輪
１５球形外面
１６案内溝
２１保持器
２２ポケット
２５抜止め手段
２６突出部

Claims

円筒状内面に軸方向に延びる複数の案内溝が形成された外輪と、その外輪案内溝とでボールトラックを形成する複数の案内溝が球形外面に設けられた内輪と、その内輪と外輪間に組込まれ、前記ボールトラックと対向する位置のそれぞれにポケットが形成された保持器と、その保持器のポケット内に組み込まれて外輪案内溝と内輪案内溝に沿って転動可能なボールとから成る等速ジョイントにおいて、
前記保持器に形成された各ポケットの保持器外径側および保持器内径側の開口端部にボールの脱落を防止する抜け止め手段を設けたことを特徴とする等速ジョイント。
前記抜け止め手段が、ポケットの周方向に間隔をおいて形成された複数の突出部から成る請求項１に記載の等速ジョイント。
前記外輪に形成された各案内溝の開口端部に、その開口端を大径端とするテーパ面を設けた請求項１又２に記載の等速ジョイント。
前記外輪および内輪のそれぞれを合成樹脂の成形品とした請求項１乃至３のいずれかに記載の等速ジョイント。
前記保持器を合成樹脂の成形品とした請求項１乃至４のいずれかに記載の等速ジョイント。
前記合成樹脂が、射出成形可能な合成樹脂からなる請求項４又は５に記載の等速ジョイント。
前記合成樹脂が、潤滑性樹脂である請求項４乃至６のいずれかに記載の等速ジョイント。
前記突出部の内接円径をボール径の７０〜９９％とした請求項５乃至７のいずれかに記載の等速ジョイント。
前記案内溝とボールの接触部間に予圧を付与した請求項１乃至８のいずれかに記載の等速ジョイント。