JP2007239924A - 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】外方部材のトラック溝２２は第１トラック溝４１と第２トラック溝４２の２種類を有する。第１トラック溝４１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４１ａ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４１ｂとを備える。第２トラック溝４２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４２ａと、曲率中心をボール中心より外径側に設けた開口側トラック溝４２ｂと、奥側トラック溝４２ａと開口側トラック溝４２ｂとの間に設けられて奥側から開口側に向かって浅くなるテーパ溝４２ｃ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７と図８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７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等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９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第１トラック溝と第２トラック溝の２種類を有し、第１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、第２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、曲率中心をボール中心より外径側に設けた開口側トラック溝と、奥側トラック溝と開口側トラック溝との間に設けられて開口側から奥側に向かって浅くなるテーパ溝とを備えるものである。

本発明では、外輪の第１トラック溝及び第２トラック溝において、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、外輪奥側において、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、第１トラックの開口側において、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、第２トラック溝の開口側において、曲率中心をボール中心より外径側に設けた開口側トラック溝を設けているので、この各第１トラック溝及び第２トラック溝の開口側では外径方向に広がっており、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第１トラック溝と第２トラック溝の２種類を有し、内方部材の第１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第１トラック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、内方部材の第２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第２トラック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、曲率中心をボール中心より外径側に設けた奥側トラック溝と、奥側トラック溝と開口側トラック溝との間に設けられて奥側から開口側に向かって浅くなるテーパ溝とを備える。

このように、内方部材のトラック溝が、第１トラック溝と第２トラック溝の２種類を有することにより、この内方部材の第１トラック溝とこれに対応する外方部材の第１トラック溝とで構成されるボールトラック及び内方部材の第２トラック溝とこれに対応する外方部材の第２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（第１トラック溝及び第２トラック溝の全部または一部）を鍛造にて仕上げすることができる。

外方部材の第１トラック溝及び第２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おいては、第１トラック溝及び第２トラック溝は外径方向に広がっており、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。

外方部材のトラック溝は第１トラック溝と第２トラック溝の２種類を有することにより、保持器にかかる荷重をバランスさせることができて、耐久性および効率の向上を図ることができる。特に、第１トラック溝と第２トラック溝とを周方向に沿って交互に配設すれば、低角度における保持器にかかる荷重のバランス性に優れ、耐久性および効率の一層の向上が可能となる。

内方部材の第１トラック溝とこれに対応する外方部材の第１トラック溝とで構成されるボールトラック及び内方部材の第２トラック溝とこれに対応する外方部材の第２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。

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（第１トラック溝及び第２トラック溝の全部または一部）を鍛造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６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、図１と図４に示すように、第１トラック溝４１と第２トラック溝４２とを有する。すなわち、第１トラック溝４１と第２トラック溝４２とが周方向に沿って交互に配設されている。なお、トラック溝２２としては、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く、８個が最適である。このため、第１トラック溝４１を４個とし、第２トラック溝４２を４個とするのがよい。

また、内輪２６のトラック溝２５も、図１と図４に示すように、第１トラック溝５１と第２トラック溝５２とを有する。この場合、第１トラック溝５１は外輪２３の第１トラック溝４１に対応して、第１トラック溝４１、５１でボールトラックを形成し、第２トラック溝５２は外輪２３の第２トラック溝４２に対応して、第２トラック溝４２、５２でボールトラックを形成する。

第１トラック溝４１は、図１〜図３に示すように、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４１ａ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４１ｂとを備える。また、内輪２６の第１トラック溝５１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４１ａ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５１ｂ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５１ａとを備える。

この場合、外輪２３の第１トラック溝４１の奥側トラック溝４１ａ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から開口側トラック溝４１ｂが始まる。また、内輪２６の第１トラック溝５１の開口側トラック溝５１ｂ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から奥側トラック溝５２ａが始まる。

これによって、外輪２３の第１トラック溝５１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の第１トラック溝５２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α１と前記傾斜角度α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の第１トラック溝４１ａとこれに対応する内輪２６の第１トラック溝５１ａ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。なお、この範囲よりも小さければ、トラック開口部が狭くなって、取れる作動角が小さくなり、また、ボール２７の滑らかな転動を損なうおそれがある。この範囲よりも大きければ、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。

外輪２３の第１トラック溝４１は鍛造にて仕上げされている。内輪２６の第１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７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。

外輪２３の第２トラック溝４２は、図４〜図６に示すように、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４２ａと、曲率中心Ｏ３（図６参照）をボール中心より外径側に設けた開口側トラック溝４２ｂと、奥側トラック溝４２ａと開口側トラック溝４２ｂとの間に設けられて、傾斜角度α３（図６参照）でもって奥側から開口側に向かって浅くなるテーパ溝４２ｃとを備える。

また、内輪２６の第２トラック溝５２は、曲率中心Ｏ２を継手中心から軸方向に外輪２３の第２トラック４２の奥側トラック溝４２ａの曲率中心Ｏ１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５２ｂと、曲率中心をボール中心より外径側に設けた奥側トラック溝５２ａと、奥側トラック溝５２ａと開口側トラック溝５２ｂとの間に設けられて、傾斜角度α４でもって奥側から開口側に向かって浅くなるテーパ溝５２ｃとを備える。

この場合、傾斜角度α３、α４は任意に設定することができるが、外輪２３の第２トラック溝４２とこれに対応する内輪２６の第２トラック溝５２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。なお、この範囲外であれば、奥側トラック溝と開口側トラック溝とが滑らかに連続させることができない。

これによって、前記外輪２３の第２トラック溝４２にて形成するトラック中心線Ｌ３を、図３に示すように、曲率中心Ｏ１が継手中心Ｏ側に中心がある奥側曲部Ｌ３ａと、曲率中心Ｏ３がボール中心よりも外径側にある開口側曲部Ｌ３ｂと、奥側曲部Ｌ３ａと開口側曲部Ｌ３ｂとの間に配設されるストレート部Ｌ３ｃとを備えたものとすることができる。また、前記内輪２６の第２トラック溝５２にて形成するトラック中心線Ｌ４を、曲率中心Ｏ２が継手中心Ｏ側に中心がある開口側曲部Ｌ４ｂと、曲率中心がボール中心よりも外径側にある奥側曲部Ｌ４ａと、開口側曲部Ｌ４ｂと奥側曲部Ｌ４ａとの間に配設されるストレート部Ｌ４ｃとを備えたものとすることができる。この際、外輪２３の第２トラック溝４２においては、図６に示すように、奥側曲部Ｌ３ａの曲率半径Ｒ１を開口側曲部Ｌ３ｂの曲率半径Ｒ２より大きくしている。

外輪２３の第２トラック溝４２の全部または一部（例えば、ボールが転動する部位）は鍛造にて仕上げされている。この際、内輪２６の第２トラック溝５２の全部または一部（例えば、ボールが転動する部位）を鍛造にて仕上げされるのが好ましい。なお、図４において、図７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、外方部材の第１トラック溝４１及び第２トラック溝４２の奥側を深くすることができる。このため、奥側において、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る。図７に示す従来のものと図１及び図４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７に示した深さをａ１とし、図１及び図４に示した深さを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、外方部材の開口側においては、第１トラック溝４１及び第２トラック溝４２は外径方向に広がっており、作動角をとる際に、シャフト１１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と図５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。

外方部材のトラック溝は第１トラック溝４１と第２トラック溝４２の２種類を有することにより、ケージ２８にかかる荷重をバランスさせることができて、耐久性および効率の向上を図ることができる。特に、第１トラック溝４１と第２トラック溝４２とを周方向に沿って交互に配設すれば、低角度におけるケージ２８にかかる荷重のバランス性に優れ、耐久性および効率の一層の向上が可能となる。

内方部材のトラック溝２５が、第１トラック溝５１と第２トラック溝５２の２種類を有し、この内方部材の第１トラック溝５１とこれに対応する外方部材の第１トラック溝４１とで構成されるボールトラック及び内方部材の第２トラック溝５２とこれに対応する外方部材の第２トラック溝４２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。

外輪２３および内輪２６の少なくとも一方の第１トラック溝４１及び第２トラック溝４２の全部または一部（例えば、ボールが転動する部位）は鍛造にて仕上げされているので、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の第１・第２トラック溝４１、４２及び内輪２６の第１・第２トラック溝５１、５２を、それぞれ、奥側トラック溝４１ａ、４２ａと開口側トラック溝４１ｂ、４２ｂ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、第１トラック溝４１、５１と第２トラック溝４２、５２とを交互に配設しなくてもよく、また、第１トラック溝４１、５１と第２トラック溝４２、５２の数を相違させてもよい。

本発明の実施形態を示す固定式等速自在継手の第１トラック溝での断面図である。 前記固定式等速自在継手の作動角をとった状態の第１トラック溝での断面図である。 前記固定式等速自在継手の外方部材の第１トラック溝を示す拡大断面図である。 前記固定式等速自在継手の第２トラック溝での断面図である。 前記固定式等速自在継手の作動角をとった状態の第２トラック溝での第１トラック溝での断面図である。 前記固定式等速自在継手の外方部材の第２トラック溝を示す拡大断面図である。 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９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、２５ トラック溝
２４ 外球面
２７ ボール
２８ ケージ
４１、５１ 第１トラック溝
４１ａ、４２ａ 奥側トラック溝
４１ｂ、４２ｂ 開口側トラック溝
４２、５２ 第２トラック溝

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第１トラック溝と第２トラック溝の２種類を有し、第１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、第２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、曲率中心をボール中心より外径側に設けた開口側トラック溝と、奥側トラック溝と開口側トラック溝との間に設けられて開口側から奥側に向かって浅くなるテーパ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第１トラック溝と第２トラック溝の２種類を有し、内方部材の第１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第１トラック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、内方部材の第２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第２トラック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、曲率中心をボール中心より外径側に設けた奥側トラック溝と、奥側トラック溝と開口側トラック溝との間に設けられて奥側から開口側に向かって浅くなるテーパ溝とを備えた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第１トラック溝と第２トラック溝の全部又は一部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。

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