JP2007292211A - 等速ジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】ケージが合成樹脂の成形品からなる等速ジョイントにおいて、組立て及び分解作業時にボールがポケットから脱落することを防ぎつつ、金型の長寿命化を図る。
【解決手段】各ポケット１２のケージ外径側及びケージ内径側の開口端部に、内接円径ｄが前記ボールの直径Ｄより小さい抜け止め部１３、１３を形成し、前記ケージ１０のうち、各ポケット１２が配列された環状部１４は、各ポケット１２のケージ外径側の抜け止め部１３が形成された外環部材１４ａと、各ポケット１２のケージ内径側の抜け止め部１３が形成された内環部材１４ｂとからなり、外環部材１４ａ側の各ポケットの各分割穴１２ａを、ケージ径方向で内径側から視たときに隠れる部分がない形状とし、内環部材１４ｂ側の各ポケット１２の各分割穴１２ｂを、ケージ径方向で外径側から視たときに隠れる部分がない形状とした。
【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。

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、駆動軸と被駆動軸と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型等速ジョイントと、角度変位と軸方向変位を許容する摺動型等速ジョイントとが存在している。

上記摺動型等速ジョイントとしては、図５、図６に示すように、外輪５１と、ケージ５２と、３つのボール５３とを備えたものが知られている。外輪５１には、内部軸心上にガイド軸５４を設けることにより環状空間５５が形成されている。環状空間５５内に組込まれるケージ５２には、ボール５３を保持するポケット５６が周方向に１２０°間隔で形成されている。環状空間５５の外壁面と内壁面の少なくとも一方には、各ポケット５６に対応する位置に軸方向に延びる３本のトラック溝５７、５８が周方向に１２０°の間隔をおいて設けられている。各ポケット５６内に組込まれたボール５３は、前記トラック溝５７、５８に沿って転動自在であり、そのボール５３を介して外輪５１とケージ５２の相互間で回転トルクの伝達を行なうようになっている。

図５、図６に示すような等速ジョイントにおいては、各種部品を鉄鋼等の金属から構成すると、強度が高いものの重くなり、グリース潤滑が必要である。このようなものは、動作音が大きい等の特徴が有り、使用箇所が制限される。例えば、食品製造機器、医療機器、事務機器、家庭用電化製品、音響機器などのように静粛性やグリースの飛散が許されない条件下で使用される機器には適していない。

このため、等速ジョイントの各種部品を合成樹脂の成形品とし、各種部品の軽量化を図ることにより、グリース潤滑を不要とし、動作音の低減を図ったものもある（特許文献１参照）。

特開２００６−３８２０４号公報

しかしながら、図５、図６に示すような等速ジョイントは、破損、消耗品の交換等のために組立て及び分解作業を行う際、外輪５１とケージ５２とを分離させると、ポケット５６が外輪５１の外に出たときにボール５３がポケット５６からばらばらと脱落してケージ５２の内側に落ち込んだり、ケージ５２から落下したりするため、作業性が悪い問題があった。
また、ケージ５２等を射出成形により形成する場合には、製造コスト低減のため、金型寿命が長いほどよい。

そこで、この発明の課題は、ケージが合成樹脂の成形品からなる等速ジョイントにおいて、組立て及び分解作業時にボールがポケットから脱落することを防ぎつつ、金型の長寿命化を図ることにある。

上記の課題を達成するため、この発明は、一端が開口する環状空間を有し、その環状空間の外壁面と内壁面の少なくとも一方に軸方向に延びる３本のトラック溝を周方向に１２０゜の間隔をおいて形成した外輪と、前記外輪の前記環状空間内に組込まれ、前記トラック溝のそれぞれと対応する位置にポケットが形成されたケージと、前記ケージの各ポケット内に組込まれて前記トラック溝に沿って転動可能なボールとを備え、前記ケージが合成樹脂の成形品からなる等速ジョイントにおいて、各ポケットのケージ外径側及びケージ内径側の開口端部に、内接円径が前記ボールの直径より小さい抜け止め部を形成し、前記ケージのうち、各ポケットが配列された環状部は、各ポケットのケージ外径側の抜け止め部が形成された外環部材と、各ポケットのケージ内径側の抜け止め部が形成された内環部材とからなり、前記外環部材側の各ポケットの各分割穴を、ケージ径方向で内径側から視たときに隠れる部分がない形状とし、前記内環部材側の各ポケットの各分割穴を、ケージ径方向で外径側から視たときに隠れる部分がない形状とした構成を採用したものである。

具体的には、各ポケットのケージ外径側及びケージ内径側の開口端部に、内接円径が前記ボールの直径より小さい抜け止め部を形成した構成の採用により、ボールは、ケージ径方向に押されない限り各ポケットから脱落しない。したがって、前記ケージを備えた等速ジョイントは、組立て及び分解作業時にボールがポケットから脱落することを防ぐことができ、その結果、これらの作業を簡単に行うことができる。
ここで、各ポケットをケージキャビティ内にケージ径方向に挿入されるコアピンで形成する場合を考えると、前記抜け止め部は、その内接円径が前記ボールの直径より小さいため、アンダーカットになる。その結果、コアピンを無理抜きすることになるため、成形金型が消耗し易い。
そこで、前記ケージのうち、各ポケットが配列された環状部は、各ポケットのケージ外径側の抜け止め部が形成された外環部材と、各ポケットのケージ内径側の抜け止め部が形成された内環部材とからなる構成の採用により、各ポケットをケージ径方向に離型させられる金型で形成することが可能になる。
さらに、前記外環部材側の各ポケットの各分割穴を、ケージ径方向で内径側から視たときに隠れる部分がない形状とし、前記内環部材側の各ポケットの各分割穴を、ケージ径方向で外径側から視たときに隠れる部分がない形状とした構成の採用により、換言すれば、ケージ径方向への離型に際し、前記抜け止め部を含む各ポケットの各分割穴にはアンダーカットがないようにしたことにより、無理抜きをすることなく前記抜け止め部を形成することができる。
したがって、上記構成によれば、ケージが合成樹脂の成形品からなる等速ジョイントにおいて、組立て及び分解作業時にボールがポケットから脱落することを防ぎつつ、成形金型の長寿命化を図ることができる。

前記抜け止め部における内接円径は、前記ボールの直径の７０〜９９％であることが好ましい。前記内接円径が前記ボールの直径の７０％未満になると、必要以上に小さくなり過ぎ、ボールをポケットに入れ難くなる。また、前記内接円径が前記ボールの直径の９９％を超えると、製造誤差によりボールの抜け止め効果が得られない恐れがある。

上述のように、この発明は、上記構成の採用により、ケージが合成樹脂の成形品からなる等速ジョイントにおいて、組立て及び分解作業時にボールがポケットから脱落することを防ぎつつ、成形金型の長寿命化を図ることができる。

以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、この発明の実施形態に係る等速ジョイントの全体構造を示す。図示のように、実施形態に係る等速ジョイントは、外輪１、ケージ１０およびボール２０から構成されている。

外輪１は、一端が開口するカップ部２を有し、そのカップ部２の閉塞端に第１軸３が一体に設けられている。

また、カップ部２内には中心軸上にガイド軸４が設けられ、そのガイド軸４とカップ部２間に環状空間５が形成され、上記環状空間５の外壁面を形成するカップ部２の内周面と環状空間５の内壁面を形成するガイド軸４の外周面に軸方向に延びる３本のトラック溝６、７が周方向に１２０°の間隔をおいて設けられている。なお、環状空間５の外壁面と内壁面のそれぞれにトラック溝６、７を形成したが、上記外壁面と内壁面の一方にトラック溝を設けるようにしてもよい。

ケージ１０は外輪１の環状空間５内に組込まれ、そのケージ１０の上記環状空間５の開口端側に位置する端部に第２軸１１が一体に設けられている。

また、ケージ１０には、外輪１の３本のトラック溝６、７のそれぞれに対応してポケット１２が形成され、各ポケット１２内に前記ボール２０が組込まれている。ボール２０のそれぞれは各トラック溝６、７に沿って転動自在とされている。

前記ポケット１２は、全体として視ると概ね円筒穴になっており、ポケット中心軸を含み、ケージ軸方向に直交する平面（図１中のII−II線に係る切断面が相当する）に関して対称に形成されている。

ポケット１２のケージ外径側の開口端部とケージ内径側の開口端には、全周に亘ってポケット内径側に突出する爪状の抜け止め部１３が形成されている。

上記ケージ１０のうち、各ポケット１２が配列された環状部１４は、各ポケット１２のケージ外径側の抜け止め部１３が形成された外環部材１４ａと、各ポケット１２のケージ内径側の抜け止め部１３が形成された内環部材１４ｂとからなる。

外環部材１４ａおよび内環部材１４ｂは、合成樹脂の成形品からなる。具体的には、外環部材１４ａおよび内環部材１４ｂは、ケージ径方向に離型させられる金型で射出成形により形成されている。

外環部材１４ａは、上記第２軸１１と一体に設けられている。ケージ１０は外環部材１４ａと内環部材１４ｂとを一体化することにより形成されている。この一体化には、外環部材１４ａの内径面と内環部材１４ｂの外径面間における圧入嵌合、接着等を用いることができる。

各ポケット１２は、ケージ径方向で外環部材１４ａ側の分割穴１２ａと内環部材１４ｂ側の分割穴１２ｂとで形成されている。

この実施形態では、外環部材１４ａ側の抜け止め部１３の内接円径ｄは、図３（ａ）に示すように、分割穴１２ａの開口端における内径であり、前記ボール２０の直径Ｄより小さくなっている。また、図３（ｂ）に示すように、内環部材１４ｂ側の抜け止め部１３の内接円径ｄは、分割穴１２ｂの開口端における内径であり、前記ボール２０の直径Ｄより小さくなっている。

ポケット１２からボール２０が脱落しようとしても、両抜け止め部１３により内外径いずれの側においても防止される。したがって、このケージ１０を備えた等速ジョイントは、その組立て及び分解を簡単に行うことができる。

なお、両抜け止め部１３の形態は、適宜に変更することができる。例えば、ポケット１２の各開口端部の周方向の一部に突出させることもできる。図４に別例のポケット１２をケージ１０の外径側から視た様子を示すように、外環部材１４ａ側の抜け止め部１３が、周方向に間隔をおいて対向配置で形成された一対の突出部１３ａ、１３ａからなり、内環部材１４ｂ側の抜け止め部１３が、前記一対の突出部１３ａ、１３ａと９０゜の位相差をもって配置された一対の突出部１３ｂ、１３ｂからなる構成を採用することができる。この例では、抜け止め部１３の内接円径ｄが、一対の突出部１３ａ、１３ａのポケット径方向の最内点を通る内接円の直径である。

前記内接円径ｄは、ボール２０の直径Ｄの７０〜９９％であることが好ましい。前記内接円径ｄが前記ボールの直径の７０％未満になると、必要以上に小さくなり過ぎ、ボール２０をポケット１２に入れ難くなる。また、前記内接円径ｄがボール２０の直径Ｄの９９％を超えると、製造誤差によりボール２０の抜け止め効果が得られない恐れがある。

ここで、図３（ａ）は、前記外環部材１４ａ側のポケット１２の分割穴１２ａをケージ径方向で内径側から視た様子を示している。分割穴１２ａは、係る視線において隠れる部分がない形状となっている。すなわち、ケージ径方向への離型に際し、前記抜け止め部１３を含む分割穴１２ａにはアンダーカットがない。このため、各ポケット１２の分割穴１２ａには、無理抜きをすることなく抜け止め部１３が形成される。

一方、図３（ｂ）は、前記内環部材１４ｂ側のポケット１２の分割穴１２ｂをケージ径方向で外径側から視た様子を示している。分割穴１２ｂは、係る視線において隠れる部分がない形状となっている。すなわち、ケージ径方向への離型に際し、前記抜け止め部１３を含む分割穴１２ｂにはアンダーカットがない。このため、各ポケット１２の分割穴１２ｂには、無理抜きをすることなく抜け止め部１３が形成される。

したがって、この実施形態に係る等速ジョイントは、各ポケット１２に無理抜きをすることなく両抜け止め部１３を形成することができ、金型の長寿命化を図ることができる。

なお、外輪１は、グリース潤滑を避けるため、軽量化を優先して合成樹脂の成形品としたが、金属製にしてもよい。

上記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すればよい。例えば、合成樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよく、さらに結晶性樹脂、非結晶性樹脂のいずれでもよい。なお、非結晶性樹脂は靭性が比較的低いため、急激な破壊を回避することができる点で結晶性樹脂の方が好ましい。

好ましい合成樹脂としては、潤滑特性に優れた合成樹脂、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、ポリ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が挙げられる。

上記の各樹脂は、単独または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樹脂に前記の樹脂を配合したポリマーアロイであってもよい。

また、潤滑特性の低い樹脂であっても、固体潤滑剤や潤滑油を添加することにより潤滑性能を高めれば、使用することができる。固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、黒鉛、二硫化モリブデン等が挙げられる。

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、上記固体潤滑剤等と併用することもできる。

このケージ１０等の成形に最も適した材料は、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等のいずれでもよい。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、これらを用いると費用対効果に優れた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、これを用いると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及びケージ１０を合成樹脂の成形品にすることにより、軽量かつ動作音の小さな等速ジョイントを得ることができ、その結果、グリース潤滑を不要にすることができる。このため、この実施形態に係る等速ジョイントは、使用箇所の制限を受け難く、各種の機器に使用することができる。

ボール２０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することができるが、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問題が生じない点で好ましい。合成樹脂であれば、さらに軽量化、静粛性が実現される点で好ましい。

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２０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、合成樹脂を用いる場合、白色系のものが好ましい。ＰＯＭは、白色系であると共に、潤滑性も高く、グリースレス化も可能である点で好適である。

上記のように、ポケット１２に抜け止め部１３を設けたことにより、ボール２０のポケット１２からの脱落が防止されるので、外輪１の環状空間５内に対するケージ１０の抜き差しによって等速ジョイントの組立て及び分解作業を容易に行うことができる。

特に、この実施形態は、少なくとも外輪１及びケージ１０を合成樹脂の成形品として軽量化を積極的に図り、グリース潤滑を不要にしたことにより、ブーツ等を不要とし、外輪１の環状空間５内に対するケージ１０の抜き差しを直接行うことが可能なため、上記抜け止め部１３と相俟って等速ジョイントの組立て及び分解を手早く行うことができる。その結果、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による取替えを容易に行うことができる。このため、この実施形態に係る等速ジョイントは、設置現場で分解及び組立てが行われることが多く、ボールが機器内に脱落すると取り出しに手間取る事務機器に好適である。

また、この実施形態では、図１に示すように、カップ部２の内周面に形成されたトラック溝６及びこのガイド軸４の外周面に形成されたトラック溝７の開口端部に環状空間における外壁面および内壁面の開口端を大径端とするテーパ面１５、１６が設けられている。

テーパ面１５、１６は、カップ部２内に対するケージ１０の組込み時、ボール２０をトラック溝６、７の開口端に向けて案内するようになっている。このため、ボール２０がテーパ面１５、１６に案内される状態で外輪１とケージ１０を相対的に回転することにより、ボール２０がトラック溝６、７内に挿入される。したがって、この実施形態では、トラック溝６、７とボール２０の相互に位相ずれがある状態でも等速ジョイントを容易に組み立てることができる。

なお、テーパ面１５、１６は、例えば、外輪１の中心軸上に軸心を有するテーパ面や、ボール２０のピッチ円上に軸心を有するテーパ面にすることができる。隣接するテーパ面間にガイド突部を形成することもできる。

この実施形態では、ケージ１０と第２軸１１を合成樹脂で一体に成形したが、第２軸１１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、合成樹脂で成形されたケージ１０とボルト等の結合手段で結合してもよい。

また、外輪１においては、カップ部２とガイド軸４を合成樹脂で一体に成形したが、ガイド軸４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で形成して、カップ部２に結合するようにしてもよい。

また、この実施形態では、外輪１を合成樹脂の成形品とすることにより、その外輪１の弾性を利用してボール２０に予圧を付与することができる。具体的には、カップ部２の内周に形成されたトラック溝６とガイド軸４の外周に形成されたトラック溝７間の内径をボール２０の球径より小さくすることでボール２０に予圧を付与することができる。その結果、等速ジョイントの等速性を高めることができる。このような仕様は、外輪１が合成樹脂から形成されるために可能である。

実施形態に係る等速ジョイントの縦断面図 図１のII−II線の断面図 （ａ）図１の外環部材の分割穴をケージ内径側から視た平面図、（ｂ）図１の内環部材の分割穴をケージ外径側から視た平面図 図１のポケットの別例をケージ外径側から視た平面図 従来例の等速ジョイントの縦断面図 図５のVI−VI線の断面図

符号の説明

１ 外輪
２ カップ部
４ ガイド軸
５ 環状空間
６、７ トラック溝
１０ ケージ
１２ ポケット
１２ａ、１２ｂ 分割穴
１３ 抜け止め部
１３ａ、１３ｂ 突出部
１４ 環状部
１４ａ 外環部材
１４ｂ 内環部材
２０ ボール

Claims (2)

1. 一端が開口する環状空間を有し、その環状空間の外壁面と内壁面の少なくとも一方に軸方向に延びる３本のトラック溝を周方向に１２０゜の間隔をおいて形成した外輪と、前記外輪の前記環状空間内に組込まれ、前記トラック溝のそれぞれと対応する位置にポケットが形成されたケージと、前記ケージの各ポケット内に組込まれて前記トラック溝に沿って転動可能なボールとを備え、前記ケージが合成樹脂の成形品からなる等速ジョイントにおいて、
   各ポケットのケージ外径側及びケージ内径側の開口端部に、内接円径が前記ボールの直径より小さい抜け止め部を形成し、
   前記ケージのうち、各ポケットが配列された環状部は、各ポケットのケージ外径側の抜け止め部が形成された外環部材と、各ポケットのケージ内径側の抜け止め部が形成された内環部材とからなり、
   前記外環部材側の各ポケットの各分割穴を、ケージ径方向で内径側から視たときに隠れる部分がない形状とし、前記内環部材側の各ポケットの各分割穴を、ケージ径方向で外径側から視たときに隠れる部分がない形状としたことを特徴とする等速ジョイント。
2. 前記抜け止め部における内接円径は、前記ボールの直径の７０〜９９％である請求項１に記載の等速ジョイント。

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