JP2008075820A

JP2008075820A - 固定型等速自在継手

Info

Publication number: JP2008075820A
Application number: JP2006257808A
Authority: JP
Inventors: Takemi Konomoto; 武美此本
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】内輪の案内溝に曲率中心の異なる二つの円弧を有する固定型等速自在継手をスムーズに作動させる
【解決手段】内輪ボール中心軌跡Ｃ２が、これを構成する主円弧Ｃ２１及び副円弧Ｃ２２の境界部Ｐで、副円弧Ｃ２２が主円弧Ｃ２１に内接する。これにより、内輪ボール中心軌跡Ｃ２が段差のない滑らかな形状となる。すなわち、内輪案内溝２ｂが段差のない滑らかな形状に形成されるため、内輪案内溝２ｂ上でボール４をスムーズに移動させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動側の回転軸と従動側の回転軸とを連結し、両軸が角度をなした状態でも等角速度でトルク伝達可能な固定型等速自在継手に関する。

固定型等速自在継手は、自動車をはじめ各種産業機械の動力伝達用として利用される。例えば特許文献１に示されている固定型等速自在継手は、外側継手部材と、外側継手部材の内周にトルク伝達可能に保持された内側継手部材と、内側継手部材に連結され、外側継手部材の開口部から突出したシャフトと、外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝とが協働して形成する複数のボールトラックに１個ずつ配したトルク伝達ボールとを備える。この等速自在継手では、外側継手部材の案内溝の曲率中心と内側継手部材の案内溝の曲率中心を、継手中心から軸方向反対側に等距離だけオフセットさせることにより、作動角０°においてトルク伝達ボールを所定の位置で保持する。尚、以下の説明において、外側継手部材の開口部からシャフトが突出した側を継手開口側とし、その軸方向反対側を継手奥側とする。

特開２００６−８４００８号公報

このような固定型等速自在継手では、作動角を高角化すると、ボールを外側継手部材の案内溝から外側に出さざるを得ない。本出願人が先に出願した特願２００５−１４０１６２では、内側継手部材の案内溝の継手奥側部分を継手中心を曲率中心とする円弧とした固定型等速自在継手を提案している。これにより、大きな作動角を取ったときでもボールの中心位置が継手中心から離れていかないため、ボールが外側継手部材の案内溝から外側に出ても、保持器と内側継手部材の案内溝との間にボールを保持することができる。

前述の高角型等速自在継手では、内側継手部材の案内溝が曲率中心の異なる二つの円弧で形成される。このため、二つの円弧の境界部に段差が形成され、案内溝上をボールがスムーズに移動せず、継手の作動時にガタツキを生じる恐れがある。

本発明の課題は、案内溝に曲率中心の異なる二つの円弧を有する固定型等速自在継手をスムーズに作動させることにある。

前記課題を解決するために、本発明は、球面状の内周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した外側継手部材と、球面状の外周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した内側継手部材と、内側継手部材に連結され、外側継手部材の開口部から突出したシャフトと、外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝とが協働して形成する複数のボールトラックに１個ずつ配したトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持する保持器とを備えた固定型等速自在継手において、内側継手部材の案内溝におけるボール中心軌跡が、主円弧と、主円弧と異なる曲率中心を有し、且つ主円弧よりも曲率半径の小さい副円弧とを備え、この主円弧と副円弧の境界部で、副円弧が主円弧に内接することを特徴とする。

このように、本発明の固定型等速自在継手では、内側継手部材の案内溝におけるボール中心軌跡を構成する主円弧と副円弧の境界部で、副円弧が主円弧に内接することにより、案内溝におけるボール中心軌跡が滑らかに連続する。すなわち、内側継手部材の案内溝が、段差のない滑らかな形状に形成されるため、案内溝上でボールをスムーズに移動させることができる。

この固定型等速自在継手において、外側継手部材の案内溝におけるボール中心軌跡を、前記主円弧と半径が等しく、且つ継手中心から前記主円弧の曲率中心に対して軸方向反対側に等距離だけオフセットした点を曲率中心とする円弧を備えた構成とすると、継手の作動角が０°の状態において、トルク伝達ボールを所定の位置で保持することができる。

また、この内側継手部材の案内溝におけるボール中心軌跡において、主円弧の継手奥側に副円弧を形成すると、大きな作動角を取ったときでもボールの中心位置が継手中心から離れていかないため、ボールを内側継手部材の案内溝側に抱え込んでおくことができる。従って、ボールを脱落させることなく外側継手部材の案内溝から外側へ出すことができ、継手の作動角の高角化が図られる。

以上のように、本発明によると、案内溝に曲率中心の異なる二つの円弧を有する固定型等速自在継手をスムーズに作動させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は本発明に係る固定型等速自在継手を示したもので、図１（Ａ）が作動角０°の状態、図１（Ｂ）が限界作動角（６０°）をとった状態である。この固定型等速自在継手は、内周球面１ａに複数本（例えば８本）の曲線状の案内溝１ｂを軸方向に形成した外側継手部材１と、外周球面２ａに複数本（例えば８本）の曲線状の案内溝２ｂを軸方向に形成し、スプライン（またはセレーション）孔２ｃを有する内側継手部材２と、内側継手部材２のスプライン孔２ｃに一端が嵌合し、外側継手部材の開口部から突出したシャフト３と、外側継手部材１の案内溝１ｂと内側継手部材２の案内溝２ｂとが協働して形成する複数本（例えば８本）のボールトラックに１個ずつ配されたトルク伝達用ボール４と、ボール４を保持する保持器５とで構成される。案内溝の数は８本に限らず、９、１０、１１、１２、…と増やしてもよい。

外側継手部材１の案内溝１ｂ（以下、外輪案内溝１ｂ）は円弧状に形成され、その継手開口側には、半径方向外方へ開いたガイド部１ｃが形成される。内側継手部材２の案内溝２ｂ（以下、内輪案内溝２ｂ）は、主円弧部２ｂ１と、主円弧部２ｂ１の継手奥側に形成された副円弧部２ｂ２とで構成される。

以下、内輪案内溝２ｂの形状を、図２を用いて、内輪案内溝２ｂのボール中心軌跡（以下、内輪ボール中心軌跡Ｃ２）に基づいて説明する。内輪ボール中心軌跡Ｃ２は、内輪案内溝２ｂの主円弧部２ｂ１に対応した主円弧Ｃ２１と、副円弧部２ｂ２に対応した副円弧Ｃ２２からなる。外輪案内溝１ｂのボール中心軌跡（以下、外輪ボール中心軌跡、図示省略）は円弧状に形成され、その曲率半径は内輪ボール中心軌跡Ｃ２の主円弧Ｃ２１の曲率半径と等しい。また、内輪ボール中心軌跡Ｃ２の主円弧Ｃ２１の曲率中心Ｏ_２と、外輪ボール中心軌跡の曲率中心Ｏ_１は、継手中心Ｏを挟んで軸方向反対側に等距離だけオフセットし、且つ曲率中心Ｏ_１が曲率中心Ｏ_２よりも継手開口側に配される。これにより、外輪案内溝１ｂと、これに対応する内輪案内溝２ｂの主円弧部２ｂ１とが協働して形成するボールトラックは、継手開口側に向かって開いた楔状となる。さらに、曲率中心Ｏ_１及びＯ_２は、曲率半径が長くなる方向に等しくオフセットしている。これにより、外輪案内溝１ｂの溝深さを深くすることができるため、トルク負荷によるボール４の乗り上げを防止できると共に、内輪案内溝２ｂがボール４から受ける面圧を低減することができる。

内輪ボール中心軌跡Ｃ２の副円弧Ｃ２２曲率中心Ｏ_３は、曲率半径が主円弧Ｃ２１の曲率半径よりも短くなる方向へオフセットされ、且つ、境界部Ｐと主円弧Ｃ２１の曲率中心Ｏ_２とを結ぶ直線上に設けられる。これにより、内輪ボール中心軌跡Ｃ２の副円弧Ｃ２２は、主円弧Ｃ２１との境界部Ｐで主円弧Ｃ２１に内接するため、主円弧Ｃ２１と副円弧Ｃ２２との境界部を、段差のない滑らかな形状に形成することができる。すなわち、内輪案内溝２ｂが段差のない滑らかな形状に形成されるため、内輪案内溝２ｂ上でボール４をスムーズに移動させることができ、継手をスムーズに作動させることができる。

保持器５は円環状部材で構成され、その外周面は外側継手部材１の内周球面１ａと摺接する外周球面５ａとされるとともに、内周面は内側継手部材２の外周球面２ａと摺接する内周球面５ｂとされる。保持器５の外周球面５ａ及び内周球面５ｂの曲率中心は、何れも継手中心Ｏである。保持器５の周壁に、ボール４と同数の窓５ｃが研削やミーリング等で貫通形成される。窓５ｃの形状は例えば矩形であって、保持器５の円周方向に等間隔で形成される。

保持器５の継手開口側の内径面は、所定幅にわたって内径一定の円筒面５ｄとされ、この円筒面５ｄに形成した溝部５ｄ１に止め輪７（サークリップ）が嵌合される。この止め輪７の内側であって保持器５の窓５ｃまでの間にできた奥狭まりの環状楔空間に、案内リング６が嵌合される。この案内リング６は、その内周面が内側継手部材２の球面状外周面２ａに嵌合し、外周面が保持器５の円筒面５ｄに嵌合する。また、案内リング６の外端は止め輪７の内面に当接する。案内リング６の内端とボール４との間には一定の隙間が確保される。

保持器５の窓５ｃは、その外周側窓開き寸法がボール４の径より小さくなっている。すなわち、保持器５の軸方向に対向するボール案内面は、ボール径と等しい間隔を明けて互いに平行直線状であるが、ボール案内面の外径側はボール径よりもやや狭い間隔となるように先すぼまりとなっている。この先すぼまりの部分は、傾斜した直線で構成してもよいが、ボールとの当り面圧を下げるために、ボールの外周曲率に符合した凹円弧状にするのがよい。

本発明に係る等速自在継手は以上のように構成され、外側継手部材１と内側継手部材２が図１（Ａ）の作動角０°の状態では、ボール４が、外輪ボール中心軌跡の曲率中心Ｏ_１と内輪ボール中心軌跡Ｃ２の主円弧Ｃ２１の曲率中心Ｏ_２がオフセットして配されることによる効果で、継手中心Ｏを含み回転軸線に垂直な平面内に保持され、この状態でトルク伝達が行なわれる。

外側継手部材１と内側継手部材２が図１（Ｂ）のように限界作動角θまで折曲げられた状態では、シャフト３が外側継手部材１の開口端に当接する。トルク伝達ボール４は保持器５によって角度θを二等分する平面内に配向せしめられ、これによって継手の等速性が確保される。

図１（Ｂ）に示す状態では、一部のボール４は、外輪案内溝１ｂから外側へ出ると共に、内輪案内溝２ｂの副円弧部２ｂ２と接する。このとき、上記のように、副円弧部２ｂ２に対応するボール中心軌跡Ｃ２の副円弧Ｃ２２の曲率半径が、主円弧Ｃ２１の曲率半径よりも短いことにより、ボール４の中心位置が継手中心Ｏから離れていかない。従って、ボール４を内輪案内溝２ｂ及び保持器５との間に保持することができる。また、上記のように、保持器５の窓５ｃの窓開き寸法をボール径よりも狭くしておくことにより、外側継手部材１の外側であってもボール４を保持器５で内輪案内溝２ｂ側に抱え込んでおくことができる。以上より、ボール４を脱落させることなく外側継手部材１の案内溝１ｂから外側へ出すことができ、継手の作動角の高角化が図られる。さらに、外輪案内溝１ｂの開口端部にガイド部１ｃが形成されることにより、外輪案内溝１ｂの外側に出たボール４が再び外輪案内溝１ｂに戻る際、ボール４と外側継手部材１との干渉が回避され、継手をスムーズに作動させることができる。

（Ａ）は、本発明に係る固定型等速自在継手が作動角０°である状態を示す断面図、（Ｂ）は限界作動角（６０°）をとった状態を示す断面図。内側継手部材２の断面図。

符号の説明

１外側継手部材
１ａ内周球面
１ｂ外輪案内溝
１ｃガイド部
２内側継手部材
２ａ外周球面
２ｂ内輪案内溝
２ｂ１主円弧部
２ｂ２副円弧部
３シャフト
４ボール
５保持器
Ｃ２内輪ボール中心軌跡
Ｃ２１主円弧
Ｏ_２曲率中心
Ｃ２２副円弧
Ｏ_３曲率中心
Ｏ継手中心
Ｏ_１外輪ボール中心軌跡の曲率中心
Ｐ境界部

Claims

球面状の内周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した外側継手部材と、球面状の外周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した内側継手部材と、内側継手部材に連結され、外側継手部材の開口部から突出したシャフトと、外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝とが協働して形成する複数のボールトラックに１個ずつ配したトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持する保持器とを備えた固定型等速自在継手において、
内側継手部材の案内溝におけるボール中心軌跡が、主円弧と、主円弧と異なる曲率中心を有し、且つ主円弧よりも曲率半径の小さい副円弧とを備え、この主円弧と副円弧の境界部で、副円弧が主円弧に内接することを特徴とする固定型等速自在継手。
外側継手部材の案内溝におけるボール中心軌跡が、内側継手部材の案内溝におけるボール中心軌跡の前記主円弧と半径が等しく、且つ継手中心から前記主円弧の曲率中心に対して軸方向反対側に等距離だけオフセットした点を曲率中心とする円弧を備えたことを特徴とする請求項１記載の固定型等速自在継手。
内側継手部材の案内溝におけるボール中心軌跡において、前記主円弧の継手奥側に、前記副円弧を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の固定型等速自在継手。