JP2007263163A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

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Abstract

【課題】小型化を図ることができ、しかも小型化しても、作動角をとった際において負荷容量の低下が少なく、また高角時のトラックへのボールの乗り上げを緩和することによって、高角度強度、耐久性を向上させることができる固定式等速自在継手を提供する。
【解決手段】固定式等速自在継手である。ケージ28のポケット29は、周方向間隔が大の一対の長ポケット30と、周方向間隔が小の一対の短ポケット31との4個を有する。一対の長ポケット30を周方向に沿って180度ずらせるとともに、一対の短ポケット31を周方向に沿って180度ずらせる。長ポケット30と短ポケット31とを周方向に沿って交互に配置する。長ポケット30には2個のボール27を収容するとともに、短ポケット31には1個のボールを収容した。ケージのオフセット量をトラック溝のオフセット量と略同一となるように大きくして、継手奥側のトラック溝を深くすると共に、開口側のケージ肉厚大きくした。
【選択図】図1

Description

本発明は固定式等速自在継手及びその製造方法に関し、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、UJタイプの固定式等速自在継手は、図6と図7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。ケージ8には、ボール7が収容されるポケット9が周方向に沿って複数配設されている。
前記外輪3のトラック溝2は、トラック溝底が円弧部となる奥側トラック溝2aと、トラック溝底が外輪軸線と平行なストレート部となる開口側トラック溝2bとからなる。奥側トラック溝2aは、その曲率中心O1を継手中心Oから軸方向に外輪3の開口側にずらしている。また、内輪6のトラック溝5は、トラック溝底が内輪軸線と平行なストレート部となる奥側トラック溝5aと、トラック溝底が円弧部となる開口側トラック溝5bとからなる。開口側トラック溝5bの曲率中心O2を継手中心Oから軸方向に外輪3の奥側トラック溝2aの曲率中心O1と反対側の奥側に等距離kだけ離して設けている。
また、ケージ外球面8aは、その曲率半径O3を継手中心Oから軸方向にケージ8の開口側にずらし、ケージ内球面8bは、その曲率中心O4を継手中心Oから軸方向にケージ外球面8aの曲率中心O3と反対側の奥側に等距離k1だけ離して設けている。従来のこの種の等速自在継手では、内外輪のトラックオフセット量を大きく、ケージのオフセット量を小さくしている。また、隣合う2個のボール7のピッチ角は、60度である。すなわち、ボール7が周方向に沿って60度ピッチで6個配置されている。
ところで、固定式等速自在継手において、近年では、小型化できてしかもトルク負荷容量を上げることが求められている。6個のボールを有する固定式等速自在継手を小型化し、かつトルク負荷容量を上げる方法として、出来るだけ大きなボールを出来るだけ小さなPCD上に配置することが考えられる。しかしながら、大きなボールを使用すると、ケージのポケット間の柱(窓柱)が細くなり、ケージの剛性が低下する。特に高角時の捩りトルク負荷に対しては、ケージの破損が生じ易く、等速自在継手の強度低下の要因となっている。
特に、図6に示すように、内外輪のトラックオフセット量が大きく、ケージのオフセット量が小さい場合、外輪奥側のトラック溝深さが浅くなり、高角時のトルク負荷容量が小さくなる。つまり、高角時のトルク負荷に対してボールがトラックエッジに乗り上げ易く、エッジ部に過大な応力が発生する。そのため、エッジ部の欠けによる損傷や、塑性変形が生じることによるケージとのロック現象が発生する。これらの損傷やロック現象は、作動性を悪くし、耐久寿命を低下させたり、ケージ破損の要因となっている。また、内輪においても奥側のトラック深さも浅くなっており、外輪と同様の欠点を有する。このため、高角度域での継手強度および耐久性の向上は従来からの課題である。
そこで、従来には、周方向に隣合うポケット同士の間に存在する柱部の周方向長さ寸法を大きくして、ケージの耐久性の確保を図って、等速自在継手全体の耐久性の向上を図るようにしたものがある(特許文献1)。すなわち、この特許文献1に記載のものは、一つのポケットに複数個のボールを収納することによって、同一のポケット内に収容したボールの間隔を狭くして、周方向に隣合うポケット同士の間に存在する柱部の周方向長さ寸法を大きくするものであり、ボールの数を7個以上としている。
また、従来には、ケージの各ポケットに2個ずつ収納して、回転中のモーメントの周期的変動を抑制するようにしたものがある(特許文献2)。すなわち、この特許文献2に記載のものは、ケージの全ポケットをその周方向間隔を大とした長窓として、一つの窓柱の周方向長さを大きくしている。
特開平11−303882号公報 英国特許1537067
ところで、図6に示す構造の等速自在継手において、内輪6をケージ8に組み込むに際しては、ケージ8の軸線に対して内輪6をその軸線が垂直になるように配置した状態(ケージ8に対して内輪6を90°回転させた状態)で、その内輪6の外球面4の一部をケージ8のポケット9に落とし込み、この状態で内輪6をケージ8に挿入し、その後、内輪6をケージ8に対して90°回転させて、ケージ8の軸線に内輪6の軸線を一致させて正規の姿勢に配置する方法が一般的である。
このため、ケージ8内に内輪6が挿入し易くなるように、図8に示すように、内輪6の外球面4に断面矩形状の切欠部11を設けたり、図9に示すように、内輪6の外球面4に断面三角形状の切欠部(チャンファ)12を設けたりしていた。さらには、図10に示すように、通常の周方向間隔bのポケット9と、周方向間隔aが通常のポケット9より大きい長窓(長ポケット)13とを有するものとしたり、図11に示すように、ケージ8の一方の入口部の内面に内輪組込み用のインロー径14を設けて、この入口部の径を拡大させたりする必要があった。
また、外輪3においては、内輪6が組み込まれたケージ8の外輪3への組込み性の向上を図るために、図12に示すように、外輪3の開口部にチャンファ15を形成する場合もあった。
しかしながら、図8に示すように、切欠部11を設ければ、高角時の内輪負荷容量の低下、及び内輪とケージ内球面の接触面圧の増加を招き、図9に示すようなチャンファ12でも内輪とケージ内球面の接触面圧の増加を招く。また、図10に示すように長窓13を設ければ、ケージ窓柱が細くなって、ケージの強度低下を招く。さらに、図11に示すように、一方の入口の内面に内輪組込み用のインロー径14を設ければ、この入口側の強度が低下するとともに、内輪とケージ内球面の接触面圧の増加を招く。
ところで、特許文献1に記載のものでは、ポケットに複数個のボールを収納することによって、周方向に隣合うポケット同士の間に存在する柱部の周方向長さ寸法を大きくして、ケージの耐久性確保を図って、等速自在継手全体の耐久性の向上を図るようにしている。しかしながら、特許文献1に記載のものでは、ボールを7個以上とすることを前提としており、6個のボールを有するものにおいて、高角度時の負荷容量の低下、及び内輪とケージ内球面の接触面圧の増加の防止等ができるようにしたものではない。
また、特許文献2に記載のものでは、ケージの各ポケットに2個ずつ収納して、前記特許文献1と同様、全体のポケット数を少なくして窓柱の周方向長さを大きくしている。このため、この場合であっても、高角度時の負荷容量の低下、および内輪とケージ内球面の接触面圧の増加の防止等ができるものではない。
本発明は、上記課題に鑑みて、小型化を図ることができ、しかも小型化しても、作動角をとった際においても、負荷容量の低下が少なく、また高角時のトラックへのボールの乗り上げを緩和することによって、高角度強度及び耐久性を向上させることができる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形成された外方部材と、外球面に複数のトラック溝が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、このボールを収容するポケットを有するとともに外方部材と内方部材との間に介装されるケージとを備えた固定式等速自在継手において、前記ケージのポケットは、周方向間隔が大の一対の長ポケットと、周方向間隔が小の一対の短ポケットとの4個を有し、一対の長ポケットを周方向に沿って180度ずらせるとともに、一対の短ポケットを周方向に沿って180度ずらせて、長ポケットと短ポケットとを周方向に沿って交互に配置し、かつ長ポケットには2個のボールを収容するとともに、短ポケットには1個のボールを収容したものである。
本発明の固定式等速自在継手では、ケージのポケット間の窓柱の数を4つとすることができ、1本あたりの窓柱の周方向長さを長くすることができる。これにより、各ケージ窓柱の剛性を大きくすることができる。また、長ポケットを有することによって、内輪のケージへの組込みが容易となる。
長ポケットに収容される2個のボールのPCD上のピッチ角を60度よりも小さくするとともに、その他のボールのピッチ角を60度よりも大きくした。これにより、長ポケットに収納した2個のボールのピッチ間距離が小さくなり、これに対応する外方部材のトラック溝のピッチ間距離が小さくなる。
長ポケットの周方向間隔よりも前記内方部材の軸方向長さを短くした。これにより、内方部材のケージへの組込みが一層容易となる。さらに、ケージの長ポケットに対応する外方部材の2つのトラック溝間肩幅寸法を、ケージ軸方向におけるポケット幅よりも小さく設定した。これにより、ケージの外輪への組込みが容易となる。
外方部材のトラック溝の曲率中心と内方部材のトラック溝の曲率中心とを、継手中心に対して等距離だけ軸方向に逆向きにオフセットさせるとともに、ケージの外球面の曲率中心とケージの内球面の曲率中心とを、継手中心に対して等距離だけ軸方向に逆向きにオフセットさせ、このケージのオフセット量を、トラック溝のオフセット量と略同一となるように大きくした。これによって、継手奥側のトラック溝深さが浅くなるのを防止できるとともに、開口側のケージの肉厚(径方向厚さ)を大きくすることができる。
固定式等速自在継手として、内方部材および外方部材のトラック溝底が円弧部とストレート部とを備えたものであっても、内方部材および外方部材のトラック溝底が円弧部とテーパ部とを備えたものであってもよい。
本発明では、各ケージ窓柱の剛性を大きくすることができるので、小さなPCDに大きなボールを配置することができ、負荷容量を低下させずにコンパクト化が可能となる。しかも、高角度時の捩りトルク負荷に対して、ケージの破損を防止できる。また、長ポケットを有することによって、内輪のケージへの組込みが容易となる。特に、長ポケットの周方向間隔の最小長さよりも前記内輪の軸方向長さを短くすることにより、内輪のケージへの組込みが一層容易となって、組立作業性を向上することができる。
長ポケットに収納した2個のボールのピッチ間距離を小さくでき、これに対応する外方部材のトラック溝のピッチ間距離を小さくできる。これにより、ケージの外輪への組込みが容易となる。特に、このピッチ間距離(トラック溝間肩幅寸法)を、ケージ軸方向におけるポケット幅よりも小さくでき、これにより、ケージの外輪への組込みが一層容易となって、組立作業性を向上することができる。
ケージのオフセット量を、トラック溝のオフセット量と略同一となるように大きくしたので、継手奥側のトラック溝深さが浅くなるのを防止できるとともに、開口側のケージの肉厚(径方向厚さ)を大きくすることができる。このため、高角時のボールがトラックエッジに乗り上げるのを防止でき、エッジに過大な応力は作用することがなくなる。すなわち、高角時の捩りトルク負荷容量の低下を防ぎ、高角耐久寿命の向上(改善)や高角時の内方部材と外方部材のトラック溝の塑性変形に起因する破損強度の向上(改善)を図ることができる。
また、継手開口側のケージの肉厚(径方向厚さ)を大きくすることができるので、継手開口側のケージ窓枠の剛性を大きくすることができる。このため、各ケージ窓柱の剛性が大となるのと相俟って、高角時の捩りトルク負荷に対するケージ破損強度の向上を大幅に図ることができる。
なお、長ポケットに2個のボールを収納させれば、このボール間に窓柱が存在しないので、ボールからの大きな負荷を受ける継手開口側の窓枠の剛性を上げる必要があるが、前記したように、ケージのオフセット量を、トラック溝のオフセット量と略同一となるように大きくすることにより、継手開口側の窓枠の剛性を上げることができ、長ポケットに2個のボールを収納する構造であっても、ケージの強度を十分保つことができる。
本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態を図1〜図7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が円周方向不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が円周方向不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。
前記外輪23のトラック溝22は、トラック溝底が円弧部となる奥側トラック溝22aと、トラック溝底が外輪軸線と平行なストレート部となる開口側トラック溝22bとからなる。奥側トラック溝22aは、その曲率中心O1を継手中心Oから軸方向に外輪23の開口側にずらしている。また、内輪26のトラック溝25は、トラック溝底が内輪軸線と平行なストレート部となる奥側トラック溝25aと、トラック溝底が円弧部となる開口側トラック溝25bとからなる。開口側トラック溝25bの曲率中心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と反対側の奥側に等距離kだけ離して設けている。
ケージ28は、外球面28aの曲率中心O3と内球面28bの曲率中心O4とを、継手中心(ケージ中心)Oに対して等距離k2だけ軸方向に逆向きにオフセットさせ、このケージ28のオフセット量をトラック溝のオフセット量と略同一として大きくしている。
このため、ケージ28の外球面28aは、外輪23の奥側トラック溝22aの溝底とほぼ同心円弧(曲率半径は相違する同心円弧)を形成することができ、継手奥側のトラック溝深さが浅くなるのを防止できるとともに、ケージの28の開口側の肉厚(径方向厚さ)を大きくすることができる。
また、ケージ28にはボール27を収容するポケット9が設けられている。この場合、ケージ28のポケット9は、図2と図3に示すように、周方向間隔が大の一対の長ポケット30と、周方向間隔が小の一対の短ポケット31との4個を有している。そして、一対の長ポケット30を周方向に沿って180度ずらせるとともに、一対の短ポケット31を周方向に沿って180度ずらせて、長ポケット30と短ポケット31とを周方向に沿って交互に配置している。このため、ポケット間に設けられる窓柱(ケージ窓柱)が4個となる。そして、長ポケット30には2個のボール27を収容するとともに、短ポケット31には1個のボール27を収容する。
長ポケット30に収容される2個のボール27のPCD上のピッチ角eを60度よりも小さくするとともに、その他のボール27のピッチ角dを60度よりも大きくている。また、長ポケット30の周方向間隔h(図3参照)よりも内輪26の軸方向長さi(図4参照)を短くしている。さらに図5に示すように、ケージ8の長ポケット30に対応する外輪23の2つのトラック溝間肩幅寸法fを、ケージ軸方向におけるポケット幅gよりも小さく設定している。
本発明の固定式等速自在継手によれば、ケージ28のポケット間の窓柱33の数を4つとすることができ、1本あたりの窓柱33の周方向長さを長くすることができる。これにより、各ケージ窓柱33の剛性を大きくすることができるので、小さなPCDに大きなボール27を配置することができ、負荷容量を低下させずにコンパクト化が可能となる固定式等速自在継手として小型化を図ることができ、しかも、高角度時の捩りトルク負荷に対して、ケージ28の破損を防止できる。
また、長ポケット30を有することによって、内輪26のケージ28への組込みが容易となる。特に、長ポケット30の周方向間隔hよりも内輪26の軸方向長さiを短くすることにより、内輪26のケージ28への組込みが一層容易となって、組立作業性を向上させることができる。
すなわち、内輪26をケージ28に組み込むに際しては、ケージ28の軸線に対して内輪26をその軸線が垂直になるように配置した状態(ケージ28に対して内輪26を90°回転させた状態)で、その内輪26の外球面24の一部をケージ28のポケット29に落とし込み、この状態で内輪26をケージ28に挿入し、その後、内輪26をケージ28に対して90°回転させて、ケージ28の軸線に内輪26の軸線を一致させて正規の姿勢に配置する。このため、内輪26をケージ28に組み込む際に、長ポケット30に内輪26の外球面24の一部を落とし込むようにでき、内輪26のケージへの組込みが容易となる。
また、長ポケット30に収納した2個のボール27のピッチ間距離を小さくでき、これに対応する外輪23のトラック溝22のピッチ間距離を小さくできる。これにより、ケージ28の外輪23への組込みが容易となる。特に、このピッチ間距離(トラック肩幅寸法f)を、ケージ軸方向におけるポケット幅gよりも小さくでき、これにより、ケージ28の外輪23への組込みが一層容易となって、組立作業性を向上することができる。
ケージ28のオフセット量を、トラック溝22、25のオフセット量と略同一となるように大きくしたので、継手奥側のトラック溝深さが浅くなるのを防止できるとともに、開口側のケージ28の肉厚(径方向厚さ)を大きくすることができる。このため、高角時のボールがトラックエッジに乗り上げるのを防止でき、エッジに過大な応力は作用することがなくなる。すなわち、高角時の捩りトルク負荷容量の低下を防ぎ、高角耐久寿命の向上(改善)や高角時の内方部材と外方部材のトラック溝の塑性変形に起因する破損強度の向上(改善)を図ることができる。
また、継手開口側のケージ28の肉厚(径方向厚さ)を大きくすることができるので、継手開口側のケージ窓枠の剛性を大きくすることができる。このため、各ケージ窓柱の剛性が大となるのと相俟って、高角時の捩りトルク負荷に対するケージ破損強度の向上を大幅に図ることができる。
なお、長ポケット30に2個のボール27を収納させれば、このボール間に窓柱33が存在しないので、ボール27からの大きな負荷を受ける継手開口側の窓枠の剛性を上げる必要があるが、前記したように、ケージ28のオフセット量を、トラック溝22、25のオフセット量と略同一となるように大きくすることにより、継手開口側の窓枠の剛性を上げることができ、長ポケット30に2個のボール27を収納する構造であっても、ケージ28の強度を十分保つことができる。
ところで、前記実施形態では、固定式等速自在継手として、トラック溝22、25にストレート溝22b、25aを有するアンダーカットフリー型(UJ)であったが、このようなストレート溝を有さないバーフィールド型(BJ)であってもよい。また、内輪26および外輪23のトラック溝底が円弧部とテーパ部とを備えたものであってもよい。この場合、外輪23のトラック溝22のテーパ部を開口側に設け、かつ奥側から開口側に向かって拡大するようにするのが好ましい。これは作動角を大きくとれるからである。
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、前記実施形態では、曲率中心O1と曲率中心O3とは僅かにずれた位置に配置されるとともに、曲率中心O2と曲率中心O4とは僅かにずれた位置に配置されているが、曲率中心O1と曲率中心O3とが同一位置であっても、曲率中心O2と曲率中心O4とが同一位置であってもよい。また、曲率中心O1と曲率中心O3とがずれたり、曲率中心O2と曲率中心O4とがずれたりする場合、そのずれ量は、任意に設定できるが、オフセット量kとずれ量(k-k2)との比は(k-k2)/k≦0.3と設定するのが好ましい。(k-k2)/k>0.3になると、図6に示す従来の固定式等速自在継手と差異が無くなって、継手奥側のトラック溝深さが浅くなるとともに、開口側のケージ28の肉厚を大きくできなくなり、ジョイントの必要強度を下回る(図13)。
また、長ポケット30の周方向間隔hとしても、内輪26へのケージ28の組込み性の向上が図れて、しかも、窓柱33の剛性が低下しない範囲で種々設定できる。さらに、トラック溝間肩幅寸法fやケージ28のケージ軸方向におけるポケット幅g等も、ケージ28の外輪23への組込み性等を考慮して設定できる。
本発明の実施形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図である。 前記固定式等速自在継手の横断面図である。 前記固定式等速自在継手のケージの断面図である。 前記固定式等速自在継手の内輪の断面図である。 外輪へのケージ組み込み状態を示す断面図である。 従来の固定式等速自在継手の縦断面図である。 前記固定式等速自在継手の横断面図である。 従来の内輪の断面図である。 他の従来の内輪の断面図である。 従来のケージの横断面図である。 従来のケージの縦断面図である。 従来の外輪の要部断面図である。 オフセット量kとずれ量(k-k2)の関係を示す図である。
符号の説明
21 内球面
22 トラック溝
24 外球面
25 トラック溝
27 ボール
28 ケージ
28a 外球面
28b 内球面
29 ポケット
30 長ポケット
31 短ポケット

Claims (7)

  1. 内球面に複数のトラック溝が形成された外方部材と、外球面に複数のトラック溝が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、このボールを収容するポケットを有するとともに外方部材と内方部材との間に介装されるケージとを備えた固定式等速自在継手において、
    前記ケージのポケットは、周方向間隔が大の一対の長ポケットと、周方向間隔が小の一対の短ポケットとの4個を有し、一対の長ポケットを周方向に沿って180度ずらせるとともに、一対の短ポケットを周方向に沿って180度ずらせて、長ポケットと短ポケットとを周方向に沿って交互に配置し、かつ長ポケットには2個のボールを収容するとともに、短ポケットには1個のボールを収容したことを特徴とする固定式等速自在継手。
  2. 前記長ポケットに収容される2個のボールのPCD上のピッチ角を60度よりも小さくするとともに、その他のボールのピッチ角を60度よりも大きくしたことを特徴とする請求項1の固定式等速自在継手。
  3. 前記長ポケットの周方向間隔よりも前記内方部材の軸方向長さを短くした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。
  4. 前記ケージの長ポケットに対応する外方部材の2つのトラック溝間肩幅寸法を、ケージ軸方向におけるポケット幅よりも小さく設定したことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかの固定式等速自在継手。
  5. 外方部材のトラック溝の曲率中心と内方部材のトラック溝の曲率中心とを、継手中心に対して等距離だけ軸方向に逆向きにオフセットさせるとともに、ケージの外球面の曲率中心とケージの内球面の曲率中心とを、継手中心に対して等距離だけ軸方向に逆向きにオフセットさせ、このケージのオフセット量をトラック溝のオフセット量と略同一として大きくしたことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかの固定式等速自在継手。
  6. 内方部材および外方部材のトラック溝底が円弧部とストレート部とを備えたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかの固定式等速自在継手。
  7. 内方部材および外方部材のトラック溝底が円弧部とテーパ部とを備えたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかの固定式等速自在継手。
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