JP2007292213A - 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、製品精度の安定化を図る。
【解決手段】前記ポケット１２のケージ外径側の開口端１２ａ及びケージ内径側の開口端１２ｂの内径ｄを前記ボール２０の直径Ｄより小さくし、ポケット内周のケージ径方向の中間部から各開口端１２ａ、１２ｂに向けて内径が縮まる穴とした。
【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、一般的な課題として、ケージ５２等の成形に合成樹脂の射出成形を採用する場合、製品精度を安定させることが求められる。

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、製品精度の安定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、前記ケージを合成樹脂の射出成形品とした等速ジョイントにおいて、前記ポケットのケージ外径側の開口端及びケージ内径側の開口端の内径を前記ボールの直径より小さくし、ポケット内周のケージ径方向の中間部から各開口端に向けて内径が縮まる穴とした構成を採用したものである。

具体的には、前記ポケットのケージ外径側の開口端及びケージ内径側の開口端の内径を前記ボールの直径より小さくした構成の採用により、ボールは、径方向に押されない限り両開口端を通過することができなくなる。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、ポケットの内面のうち、ケージ径方向の中間部分は前記ボールの直径に対応して設けられるため、この中間部分より内接円径が小さい部分はケージの射出成形に際してアンダーカットになる。この場合、ポケットを形成するコアピンは無理抜きされる。このため、ポケットの両開口端の内周の一部を突出させてボールを抜け止めすると、コアピンの形状が複雑になり、成形された突出部分の変形も生じ易くなる。その結果、肝要なボールの抜け止め部分における製品精度を安定させるのが難しくなる。

そこで、この発明では、ポケット内周のケージ径方向の中間部から各開口端に向けて内径が縮まる穴とした構成を採用することにより、コアピンのキャビティ挿入部分の外周形状が簡単になる。
したがって、上記構成によれば、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、製品精度の安定化を図ることができる。

ここで、前記ケージ外径側の開口端及びケージ内径側の開口端の内径は、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、成形後の脱型時にポケットの開口端が破損する恐れがあり、ボールをポケットに入れ難くなる。また、前記内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、製品精度の安定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。

上記外輪１およびケージ１０は射出成形可能な合成樹脂の成形品とされている。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製としたが、金属製にしてもよい。

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の内周は、ポケット中心軸を含む断面で視ると、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、ケージ外径側の開口端１２ａとケージ内径側の開口端１２ｂ間が略単一円弧の辺で連続しており、ポケット内周のケージ径方向の中間部ではボール２０との間に周方向隙間が設けられている。ポケット１２の内周は、そのケージ径方向の中間部から各開口端１２ａ、１２ｂに向けて内径が縮まる穴となっている。

ここで、ケージ外径側の開口端１２ａ及びケージ内径側の開口端１２ｂの内径ｄは、図２（ａ）に示すように、前記ボール２０の直径Ｄより小さくなっている。このため、図２（ｂ）に示すように、ボール２０は、ポケット１２から脱落しようとしても、ケージ径方向に押されない限り、ケージ外径側の開口端１２ａ及びケージ内径側の開口端１２ｂを通過することができず、抜け止めされる。したがって、この実施形態に係る等速ジョイントは、その組立て及び分解を簡単に行うことができる。

前記内径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、成形後の脱型時に開口端１２ａ、１２ｂが破損する恐れがあり、ボール２０をポケット１２に入れ難くなる。また、前記内径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。

前記ポケット１２は、図３に示すように、雄型３１と雌型３２とで形成されるケージ金型のキャビティ３３に突き出されるコアピン３４により形成されている。コアピン３４は、バリ防止のため、雄型３１と雌型３２のランド３５を外して挿入される。

具体的には、コアピン３４のうち、キャビティ３３内へ挿入される部分の外周は、軸断面形状が前記ポケット１２の内周に対応する中間部が外側に膨らみ、雄型３１のコア３１ａと雌型３２の内面３２ａとに近づくにつれてアンダーカットが深くなる緩やかな曲面となっており、突出部がない。このため、コアピン３４の挿入部分の外周を簡単に形成することができ、加工精度を安定させ易い。その結果、成形される製品精度において、抜け止め機能を奏するポケット１２の両開口端１２ａ、１２ｂ付近の精度を安定させることができる。

なお、この実施形態では、前記ポケット１２の内周のケージ径方向の中間部から各開口端１２ａ、１２ｂに向けて内径が縮まる穴とすればよい。例えば、図４に別例を示すように、ポケット１２は、ケージ径方向の中間部からケージ外径側の開口端１２ａとケージ内径側の開口端１２ｂのそれぞれに近づくに連れて内径が直線的に縮径する穴にすることもできる。

上記コアピン３４により外径側からポケット１２を形成する方法は、事務機器用に製造される等速ジョイントのように、内径側からコアピンをスライドさせることができない場合に有効である。係る方法は、特にケージ１０の環状部内径が特に小さいものに好適である。

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の両開口端１２ａ、１２ｂの内径をボール２０の直径Ｄより小さくしたことにより、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、上記抜け止め効果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１３、１４が設けられている。

テーパ面１３、１４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１３、１４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１３、１４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。

（ａ）実施形態に係る等速ジョイントの縦断面図、（ｂ）前記（ａ）に示したｂ−ｂ線の断面図 （ａ）図１のポケットを外径側から見た平面図、（ｂ）図１のポケット内でボールが抜け止めされる様子を示した作用図 図１のケージを形成する金型構造を示す断面図 図１のポケットの別例をポケット中心軸を含む断面で示した部分拡大断面図 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 開口端
２０ ボール
３１ 雄型
３２ 雌型
３３ キャビティ
３４ コアピン

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、前記ケージを合成樹脂の射出成形品とした等速ジョイントにおいて、
   前記ポケットのケージ外径側の開口端及びケージ内径側の開口端の内径を前記ボールの直径より小さくし、ポケット内周のケージ径方向の中間部から各開口端に向けて内径が縮まる穴としたことを特徴とする等速ジョイント。
2. 前記ケージ外径側の開口端及びケージ内径側の開口端の内径は、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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