JP2007239873A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】高作動角を保ちつつ、高角時の耐久性の向上を図ることが可能な固定式等速自在手を提供する。
【解決手段】内球面２１に複数のトラック溝２２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外方部材と、外球面２４に複数のトラック溝２５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内方部材と、外方部材のトラック溝２２と内方部材のトラック溝２５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール２７と、前記外方部材の内球面と内方部材の外球面との間に介在してボール２７を保持するケージ２８とを備えた固定式等速自在継手である、外方部材のトラック溝２２は、曲率中心を継手中心から軸方向に外方部材の球面中心より奥側にずらして設けた奥側トラック溝２２ａと、奥側から開口側に向かって深くなるテーパ状の開口側トラック溝２２ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は固定式等速自在継手に関し、詳しくは、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用されるもので、駆動側と従動側の二軸間で角度変位のみを許容する固定式等速自在継手に関する。

例えば、自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達する手段として使用される等速自在継手の一種に固定式等速自在継手がある。この固定式等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結してその二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し得る構造を備えている。一般的に、前述した固定式等速自在継手としては、バーフィールド型（ＢＪ）やアンダーカットフリー型（ＵＪ）が広く知られている。

例えば、ＢＪタイプの固定式等速自在継手は、図４と図５に示すように内球面１に複数のトラック溝２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外方部材としての外輪３と、外球面４に外輪３のトラック溝２と対をなす複数のトラック溝５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内方部材としての内輪６と、外輪３のトラック溝２と内輪６のトラック溝５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、外輪３の内球面１と内輪６の外球面４との間に介在してボール７を保持するケージ８とを備えている。また、内輪６にはシャフト１１が嵌入されている。

このような等速自在継手では、トラック溝とボールの接点がトラックから外れずに大きな作動角を取り得る構造とするため、外輪３のトラック溝２の曲率中心Ｏ１と内輪６のトラック溝５の曲率中心Ｏ２とを、継手中心Ｏに対して等距離ｆだけ軸方向に逆向きにオフセットさせている（特許文献１）。このようにトラックオフセットを設けたことにより、両トラック溝２、５のそれぞれは、その軸方向中央から外輪底側（奥側）で浅く、外輪開口側で深くなっており、その結果、外輪３の底側（奥側）から開口側へ向けて径方向間隔が徐々に増加する楔状のボールトラックが形成されている。なお、図４において、ある角度γの時の外輪トラック深さがａ１である。
特開平１０−１０３３６５号公報

特許文献１に記載のようにオフセットしたものでは、前記したように、トラック溝とボールの接点がトラック溝から外れずに継手作動角を大きく取るため、外輪３のトラック溝２の曲率中心Ｏ１を開口側とし、内輪６のトラック溝５の曲率中心Ｏ２を奥側にしている。そのため、外輪３のトラック奥側の溝深さａ１が浅くなり、このように浅くなれば、トラック奥側において許容負荷トルクが小さくなる。

これを解決するためには、図６に示すように、外輪３のトラック溝２の曲率中心Ｏ１を継手中心Ｏより奥側とし、内輪６のトラック溝５の曲率中心Ｏ２を開口側とすることにより、外輪３のトラック溝２の奥側を深くすることが考えられる。しかしながら、外輪３のトラック溝２の奥側を深くすれば、トラック溝２、５にて形成されるボールトラックは、外輪３の奥側から開口側に向けて径方向間隔が徐々に減少する形状となる。このため、このようなものでは、作動性を確保できない、もしくは、作動角をとった場合、ボールトラックからボール７の負荷点が外れるおそれがあるので、高作動角をとることができない。

本発明は、上記課題に鑑みて、高作動角を保ちつつ、高角時の耐久性の向上を図ることが可能な固定式等速自在継手を提供する。

本発明の固定式等速自在継手は、内球面に複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外方部材と、外球面に複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内方部材と、前記外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、前記外方部材の内球面と内方部材の外球面との間に介在してボールを保持するケージとを備えた固定式等速自在継手において、前記外方部材のトラック溝は、曲率中心を継手中心から軸方向に奥側にずらして設けた奥側トラック溝と、奥側から開口側に向かって深くなるテーパ状の開口側トラック溝とを備えるものである。

本発明では、外方部材の奥側トラック溝の曲率中心を継手中心から軸方向に外方部材の奥側にずらして設けることによって、外方部材のトラック溝の奥側を深くすることができる。これによって、外方部材奥側において、ボールの乗り上げを防止しつつ許容負荷トルクを大きくできる。また、開口側において、奥側から開口側に向かって深くなるテーパ状の開口側トラック溝を設けているので、作動角をとる際に、シャフトの揺動が外方部材の開口部に規制されずに、つまりボールの負荷点がはずれずに作動角を大きくとることができる。

前記内方部材のトラック溝は、曲率中心を継手中心から軸方向に前記外方部材の奥側トラック溝の曲率中心と反対側の開口部側に等距離だけ離して設けた開口側トラック溝と、開口側から奥側に向かって浅くなるテーパ状の奥側トラック溝とを備える。

このように、内方部材のトラック溝が、開口側トラック溝とテーパ状の奥側トラック溝とを備えるものであれば、この内方部材のトラック溝とこれに対応する外方部材のトラック溝とで構成されるボールトラックを、ボールが滑らかに転動する形状とすることができる。

また、外方部材および内方部材の少なくとも一方のトラック溝を鍛造にて仕上げすることができる。

外方部材のトラック溝の奥側を深くすることができ、外方部材奥側において、ボールの乗り上げを防止しつつ許容負荷トルクを大きくできる。これによって、作動角をとった状態においても、外方部材と内方部材との安定したトルク伝達が可能となる。また、外方部材の開口側に奥側から開口側に向かって深くなるテーパ状の開口側トラック溝を設けることによって、シャフトの揺動が外方部材の開口部に規制されず、作動角を大きくとることができ、この固定式等速自在継手の使用範囲が拡大する。

内方部材のトラック溝が、開口側トラック溝とテーパ状の奥側トラック溝とを備えるものであれば、この内方部材のトラック溝と、これに対応する外方部材のトラック溝とで構成されるボールトラックを、ボールが滑らかに転動する形状とすることができる。このため、種々の作動角を滑らかにとることができる。

トラック溝は開口側に対し開いた形状のため鍛造にて仕上げることができる。これによって、ボールが転動する範囲のボールトラックを滑らかに形成することができる。

本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。

この固定式等速自在継手は、図１に示すように内球面２１に複数のトラック溝２２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外方部材としての外輪２３と、外球面２４に外輪２３のトラック溝２２と対をなす複数のトラック溝２５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内方部材としての内輪２６と、外輪２３のトラック溝２２と内輪２６のトラック溝２５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール２７と、外輪２３の内球面２１と内輪２６の外球面２４との間に介在してボール２７を保持するケージ２８とを備えている。複数のボール２７は、ケージ２８に形成されたポケット２９に収容されて円周方向等間隔に配置されている。なお、外輪２３の開口端には、外輪２３と内輪２６が高作動角をとった時に、内輪２６に連結されたシャフト３１が外輪２３と干渉することを防止するためにチャンファ部３０が設けられている。

前記外輪２３のトラック溝２２は、曲率中心Ｏ１を継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の反開口部（奥）側にずらして設けた奥側トラック溝２２ａと、奥側から開口側に向かって深くなるテーパ状の開口側トラック溝２２ｂとを備える。また、内輪２６のトラック溝２５は、曲率中心Ｏ２を継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の奥側トラック溝２２ａの曲率中心Ｏ１と反対側の開口部側に等距離ｆだけ離して設けた開口側トラック溝２５ｂと、開口側から奥側に向かって浅くなるテーパ状の奥側トラック溝２５ａとを備える。

この場合、外輪２３のトラック溝２２の奥側トラック溝２２ａは、奥側の始点３３から継手軸線（外輪軸線）ＬＡと直交して継手中心Ｏを含む平面Ｓとα傾いたＯ１を通る平面まであり、この終点３４からと開口側トラック溝２２ｂが始まる。また、内輪２６のトラック溝２５の開口側トラック溝２５ｂは、開口側の始点３５から平面Ｓとα１傾いたＯ２を通る平面まであり、この終点３６からと奥側トラック溝２５ａが始まる。

これによって、外輪２３のトラック溝２２にて形成するトラック中心線Ｌを、曲率中心がＯ１である奥側曲部Ｌａと、この奥側曲部Ｌａに連続する開口側ストレート部Ｌｂとすることができる。すなわち、開口側ストレート部Ｌｂは、傾斜角度（継手軸線ＬＡに対する傾斜角度）α（図３参照）でもって奥側から開口側に向かって外径側に傾斜している。

また、内輪２６のトラック溝２５にて形成するトラック中心線Ｌ１を、曲率中心がＯ２である開口側曲部Ｌ１ｂと、この開口側曲部Ｌ１ｂに連続する奥側ストレート部Ｌ１ａとすることができる。すなわち、奥側ストレート部Ｌ１ａは、傾斜角度（継手軸線ＬＡに対する傾斜角度）α１（図１参照）でもって開口側から奥側に向かって外径側に傾斜している。この傾斜角度αと前記傾斜角度α１とは同一角度である。

この場合、傾斜角度α、α１は任意に設定することができるが、外輪２３のトラック溝２２とこれに対応する内輪２６のトラック溝２４とで構成されるボールトラック内をボール２７が滑らかに転動するため等によって、例えば、３度〜６度程度に設定するのが好ましい。すなわち、この範囲より大きければ、ボール２７の半径方向移動量が大きくなるため、ケージ肉厚が必要となる。また、この範囲よりも小さければ、ジョイント（継手）の作動性が悪くなり、取付け時に問題となるからである。

そして、外輪２３のトラック溝２２は鍛造にて仕上げられている。この場合、内輪２６のトラック溝２５も鍛造にて仕上するのが好ましい。なお、図１において、図４と同様なある角度γの時の外輪トラック深さがａ２である。

本発明では、前記外輪２３の奥側トラック溝２２ａの曲率中心Ｏ１を継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の反開口部側に設けることによって、トラック溝２２の奥側を深くすることができる。図４に示す従来のものと図１に示したものとのトラック溝の奥側の深さを比較した場合、図４に示した深さをａ１とし、図１に示した深さａ２とすれば、ａ２＞ａ１となっている。このように、奥部側において、ボール２７の乗り上げを防止しつつ許容負荷トルクを大きくでき、作動角をとった状態においても、外輪２３と内輪２６との安定したトルク伝達が可能となる。

また、外輪２３の開口部側には、奥側から開口側に向かって深くなるテーパ状の開口側トラック溝２２ｂが形成されている。これによって、作動角をとる際に、シャフト３１の揺動が外輪２３の開口に規制されずに作動角を大きくとることができる。すなわち、図７に示したものでは、最大作動角がθ１であるに対して、本発明の最大作動角は図２に示すようにθ２となっている。この場合、θ２＞θ１となり、最大作動角を大きくとることができる。

内輪２６のトラック溝２５が、開口側トラック溝２５ｂとテーパ状の奥側トラック溝２５ａとを備えるものであれば、この内輪２６のトラック溝２５と、これに対応する外輪２３のトラック溝２２とで構成されるボールトラックを、ボール２７が滑らかに転動する形状とすることができる。このため、種々の作動角を滑らかにとることができる。

外輪２３のトラック溝２２は、開口側に対し開いた形状のため鍛造にて仕上げることができ、これによって、ボール２７が転動する範囲のボールトラックを滑らかに形成することができる。

外輪２３のトラック溝２２及び内輪２６のトラック溝２５は、それぞれ、奥側トラック溝２２ａ、２５ａと開口側トラック溝２２ｂ、２５ｂとが連続しているので、滑らかに作動角をとることができる。

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って、例えば、ボール２７の数は限定されないが、トルク伝達機能を考慮すれば６個以上とするのが好ましい。また、外輪２３及び内輪２６のトラック溝を鍛造にて仕上げるのが好ましいが、外輪２３と内輪２６のどちらか一方のみ鍛造にて仕上げるようにしてもよい。

本発明の実施形態を示す固定式等速自在継手の要部断面図である。 前記固定式等速自在継手の作動角をとった状態の要部断面図である。 前記固定式等速自在継手の外方部材の要部拡大断面図である。 従来の固定式等速自在継手の要部断面図である。 従来の固定式等速自在継手の要部簡略正面図である。 外輪のトラック溝の曲率中心を奥側とし、内輪のトラック溝の曲率中心を開口側した固定式等速自在継手の要部断面図である。 前記図６の固定式等速自在継手において作動角をとった状態の要部断面図である。

符号の説明

２１ 内球面
２２ トラック溝
２２ａ、２５ａ 奥側トラック溝
２２ｂ、２５ｂ 開口側トラック溝
２４ 外球面
２５ トラック溝
２７ ボール
２８ ケージ

Claims (3)

1. 内球面に複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外方部材と、外球面に複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内方部材と、前記外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、前記外方部材の内球面と内方部材の外球面との間に介在してボールを保持するケージとを備えた固定式等速自在継手において、
   前記外方部材のトラック溝は、曲率中心を継手中心から軸方向に奥側にずらして設けた奥側トラック溝と、奥側から開口側に向かって深くなるテーパ状の開口側トラック溝とを備えることを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記内方部材のトラック溝は、曲率中心を継手中心から軸方向に前記外方部材の奥側トラック溝の曲率中心と反対側の開口部側に等距離だけ離して設けた開口側トラック溝と、開口側から奥側に向かって浅くなるテーパ状の奥側トラック溝とを備えることを特徴とする請求項１の固定式等速自在継手。
3. 外方部材および内方部材の少なくとも一方のトラック溝を鍛造にて仕上げることを特徴とする請求項１又は請求項２の固定式等速自在継手。

Images