JP2008121794A - ツェッパ形等速ジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】ジョイント角を制限しつつ、シャフト６０が内輪３０から離脱することを防止できるツェッパ形等速ジョイントを提供する。
【解決手段】シャフト６０は、内輪３０との嵌合位置より外輪２０のカップ奥側に位置する端部に、外周面が該シャフト６０の軸方向に対して平行もしくは端側に向かって拡径する軸延長部６２を備える。さらに、ツェッパ形等速ジョイント１０は、外輪２０のカップ底部に配置され、外輪２０の中心軸と内輪３０の中心軸との傾斜角度が所定角度θに達したときに軸延長部６２の外周面に当接する環状ストッパ７０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定式のボール形の等速ジョイントであるツェッパ形等速ジョイントに関するものである。

この種の等速ジョイントにおいては、組み付けの際および組み付け後の搬送の際に、等速ジョイントを構成するボールが外れることを防止する必要がある。この問題を解決するために、例えば、特許文献１および２に開示されたものがある。特許文献１および２に開示された等速ジョイントは、ジョイント角を制限することにより、ボールが外れることを防止している。具体的には、当該等速ジョイントは、内輪に嵌合されるシャフトの端部に軸延長部を設け、ジョイント角が所定角度に達したときに当該軸延長部が外輪の底面に当接するようにしている。つまり、軸延長部が外輪に当接することにより、ストッパ機能を発揮し、ジョイント角を制限している。そして、ボールが外れることを防止している。
特開平３−１１３１２４号公報 特開２００５−１８０６４１号公報

しかし、特許文献１および２において、シャフトの軸延長部が外輪の底面に当接した場合に、シャフトが外輪から受ける力に、シャフトの軸方向のうちシャフトの端部から内輪嵌合位置への方向の力が含まれている。つまり、シャフトが外輪から受ける力は、シャフトを内輪から離脱させる方向の力となる。そのため、組み付けの際または搬送の際に、シャフトが外輪から大きな荷重を受けた場合には、シャフトが内輪から離脱するおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ジョイント角を制限しつつ、シャフトが内輪から離脱することを防止できるツェッパ形等速ジョイントを提供することを目的とする。

（１）本発明のツェッパ形等速ジョイントは、カップ状からなり、凹球面状内周面に第一軸方向に延びるように複数の第一ボール溝が形成された外輪と、外輪の内側に配置され、凸球面状外周面に第二軸方向に延びるように第一ボール溝と同数の第二ボール溝が形成された内輪と、それぞれの第一ボール溝およびそれぞれの第二ボール溝に対して周方向に係合して、外輪と内輪との間でトルクを伝達する複数のボールと、環状からなり、外輪と内輪との間に配置され、周方向にボールをそれぞれ収容する複数の窓部が形成された保持器と、内輪の内周に嵌合されるシャフトとを備える。

そして、本発明のツェッパ形等速ジョイントの特徴的な構成は、シャフトが、内輪との嵌合位置より外輪のカップ奥側に位置する端部に、外周面が該シャフトの軸方向に対して平行に形成されもしくは端側に向かって拡径するように形成された軸延長部を備えることである。さらに、当該ツェッパ形等速ジョイントは、外輪のカップ底部に配置され、外輪の中心軸と内輪の中心軸との傾斜角度が所定角度に達したときに軸延長部の外周面に当接する環状ストッパを備えることである。

つまり、本発明のツェッパ形等速ジョイントによれば、外輪の中心軸と内輪の中心軸との傾斜角度が所定角度に達したとき、すなわちジョイント角が所定角度に達したときに、シャフトの軸延長部の外周面が環状ストッパに当接する。従って、ジョイント角の最大角度が所定角度に制限される。このように、ジョイント角を制限することにより、確実に、組み付けの際および組み付け後の搬送の際などに、ボールが外れることを防止できる。

さらに、本発明のツェッパ形等速ジョイントによれば、シャフトの軸延長部の外周面が、シャフトの軸方向に対して平行に形成されるか、もしくは、端側に向かって拡径するように形成されている。まず、軸延長部の外周面がシャフトの軸方向に平行に形成されている場合について説明する。この場合、当該軸延長部の外周面が環状ストッパに当接したときにシャフトが環状ストッパから受ける力の方向は、当該当接面の法線方向、すなわちシャフトの軸方向に直交する方向となる。従って、シャフトが環状ストッパから受ける力は、シャフトが内輪から抜ける方向、すなわちシャフトの軸方向のうちシャフトの端部から内輪嵌合位置への方向の力を含まない。つまり、シャフトの軸延長部が環状ストッパに当接したとしても、シャフトが内輪から抜けることを確実に防止できる。

また、軸延長部の外周面が端側に向かって拡径するように形成されている場合には、当該軸延長部の外周面が環状ストッパに当接したときにシャフトが環状ストッパから受ける力の方向は、当該当接面の法線方向となる。このシャフトが環状ストッパから受ける力を、シャフトの軸方向とシャフトの軸直交方向とに分解する。そうすると、当該受ける力は、シャフトの軸直交方向の力と、シャフトの軸方向のうち内輪嵌合位置からシャフトの端部への方向の力とに分解できる。つまり、当該受ける力は、シャフトの軸方向のうちシャフトの端部から内輪嵌合位置への方向の力を含まない。従って、シャフトの軸延長部が環状ストッパに当接したとしても、シャフトが内輪から抜けることを確実に防止できる。

（２）また、本発明のツェッパ形等速ジョイントにおいて、環状ストッパは、外輪のカップ奥側から開口側に向かって縮径するように形成され、外輪の中心軸と内輪の中心軸との傾斜角度が所定角度に達したときに軸延長部の外周面に当接する縮径部を備えるようにするとよい。つまり、ジョイント角が所定角度に達したとき、縮径部が、シャフトの軸延長部の外周面に当接する。そして、縮径部は、外輪のカップ奥側から開口側に向かって縮径しているので、確実に、ジョイント角が所定角度に達したときにシャフトの軸延長部の外周面に当接する状態を形成することができる。そして、この状態において、確実に、シャフトが環状ストッパから受ける力は、シャフトが内輪から抜ける方向、すなわちシャフトの軸方向のうちシャフトの端部から内輪嵌合位置への方向の力を含まないようにできる。

（３）また、縮径部の内周面は、外輪の中心軸と内輪の中心軸との傾斜角度が所定角度に達したときに当接する軸延長部の外周面に倣う形状に形成されるようにするとよい。これにより、ジョイント角が所定角度に達したときに、軸延長部の外周面と環状ストッパの縮径部の内周面とが線接触または複数点接触となる。従って、軸延長部の外周面と環状ストッパの縮径部とが、相互に受ける面圧を低減できる。つまり、両者の強度を低くすることができ、低コスト化を図ることができる。

（４）また、縮径部の内周面は、軸延長部の外周面に倣う形状に形成される場合、以下のようにするとよい。すなわち、縮径部は、外輪のカップ奥側から開口側に向かって縮径テーパ状に形成されるようにするとよい。テーパ状とすることにより、容易に縮径部を形成できる。また、縮径部の内周面に倣う形状であるシャフトの軸延長部の外周面を、容易に形成できる。ただし、縮径部は、テーパ状に限られず、曲面状とすることもできる。

（５）特に、縮径部が、縮径テーパ状に形成される場合には、軸延長部は、円柱状または円筒状、もしくは、部分円錐状からなるようにするとよい。ここで、円柱状または円筒状、もしくは、部分円錐状の形状は、何れも非常に容易に形成できる形状である。従って、シャフトの軸延長部を容易に形成できる。なお、軸延長部が端側に向かって拡径する場合には、軸延長部は部分円錐状に限られず、曲面状に拡径するようにすることもできる。

（６）また、環状ストッパは、外輪に一体に形成されるようにしてもよい。これにより、部品点数の増加を防止できる。従って、低コスト化を図ることができる。

本発明のツェッパ形等速ジョイントによれば、ジョイント角を制限しつつ、シャフトが内輪から離脱することを防止できる。

（１）第１実施形態
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。第１実施形態のツェッパ形等速ジョイント１０（以下、単に「等速ジョイント」と称す）の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、ジョイント角θの場合における等速ジョイント１０の軸方向断面図を示す。図２は、等速ジョイント１０を構成する環状ストッパ７０の軸方向断面図を示す。

図１に示すように、等速ジョイント１０は、固定式ボール形等速ジョイントからなる。この等速ジョイント１０は、外輪２０と、内輪３０と、複数のボール４０と、保持器５０と、シャフト６０と、環状ストッパ７０とから構成される。以下、各構成部品について詳細に説明する。

外輪２０は、図１の右側に開口部を有するカップ状からなる。この外輪２０のカップ底部の外方（図１の左側）には、連結軸２１が第一軸方向に延びるように一体成形されている。この連結軸２１は、他の動力伝達軸に連結される。さらに、外輪２０の内周面は、凹球面状に形成されている。具体的には、外輪２０の凹球面状内周面の最内周面２２は、第一軸方向断面で見た場合に一様な円弧、つまり凹状の部分球面状に形成されている。さらに、外輪２０の凹球面状内周面には、複数の円弧凹状からなる第一ボール溝２３が、第一軸方向に平行に延びるように形成されている。これら複数の第一ボール溝２３は、径方向断面で見た場合に、周方向に等間隔に形成されている。また、外輪２０のカップ底部には、径方向断面が円形の凹部２４が形成されている。この凹部２４は、第一ボール溝２３のカップ奥端よりもさらにカップ奥側に形成されている。つまり、凹部２４の直径は、第一ボール溝２３のカップ奥端における、外輪２０の内周面の直径よりも小さく形成されている。ここで、第一軸方向とは、外輪２０の中心軸を通る方向、すなわち、外輪２０の回転軸方向を意味する。

内輪３０は、筒状からなり、外輪２０の内側に配置されている。この内輪３０の外周面は、凸球面状に形成されている。具体的には、内輪３０の凸球面状外周面の最外周面３１は、第二軸方向断面で見た場合に一様な円弧、つまり凸状の部分球面状に形成されている。さらに、内輪３０の凸球面状外周面には、複数の円弧凹状からなる第二ボール溝３２が、第二軸方向に平行に延びるように形成されている。これら複数の第二ボール溝３２は、径方向断面で見た場合に、周方向に等間隔に、且つ、外輪２０に形成される第一ボール溝２３と同数形成されている。つまり、それぞれの第二ボール溝３２が、外輪２０のそれぞれの第一ボール溝２３に対向するように位置する。また、内輪３０の内周面には、第二軸方向に延びる内周スプライン３３が形成されている。この内周スプライン３３は、後述するシャフト６０の外周スプライン６１に嵌合（噛合）する。ここで、第二軸方向とは、内輪３０の中心軸を通る方向、すなわち、内輪３０の回転軸方向を意味する。

複数のボール４０は、それぞれ、外輪２０の第一ボール溝２３および内輪３０の第二ボール溝３２に配置されている。そして、それぞれのボール４０は、それぞれの第一ボール溝２３およびそれぞれの第二ボール溝３２に対して、転動自在で周方向（第一軸回り且つ第二軸回り）に係合している。従って、ボール４０は、外輪２０と内輪３０との間でトルクを伝達する。

保持器５０は、環状からなる。この保持器５０の外周面５１は、外輪２０の最内周面２２にほぼ対応する部分球面状、すなわち凸球面状に形成されている。一方、保持器５０の内周面５２は、内輪３０の最外周面３１にほぼ対応する部分球面状、すなわち凹球面状に形成されている。そして、保持器５０は、外輪２０の最内周面２２と内輪３０の最外周面３１との間に配置されている。さらに、この保持器５０は、周方向（第三軸の周方向）に等間隔に、略矩形孔の窓部５３を複数形成している。この窓部５３は、ボール４０と同数形成されている。そして、それぞれの窓部５３に、ボール４０が１つずつ収容されている。

シャフト６０は、動力伝達シャフトである。このシャフト６０の一端側の外周面には、外周スプライン６１が形成されている。この外周スプライン６１が内輪３０の内周スプライン３３に嵌合（噛合）されることにより、シャフト６０は内輪３０に連結される。このとき、シャフト６０の一端側のうち、外周スプライン６１よりも端側（図１の左側）は、外輪２０の内側に挿入された状態となる。

さらに、シャフト６０には、一端側の最端部に、円柱状の軸延長部６２が一体形成されている。この軸延長部６２は、外周スプライン６１の形成位置よりも外輪２０のカップ奥側に位置する端部、すなわち、内輪３０との嵌合位置より外輪２０のカップ奥側に位置する端部に形成されている。さらに、軸延長部６２は、外周スプライン６１の外径より小さな直径からなり、シャフト６０の中心軸と同軸上に形成されている。そして、軸延長部６２の外周面は、シャフト６０の軸方向に対して平行に形成されている。また、軸延長部６２の外径は、外輪２０のカップ底部に形成される凹部２４の内径よりも小さく形成されている。そして、軸延長部６２の一部分は、凹部２４の内側に挿入されている。

環状ストッパ７０は、全体として環状からなる。この環状ストッパ７０については、図１に加えて、図２を参照して説明する。環状ストッパ７０は、円筒部７１と、縮径部７２とから構成される。円筒部７１の外径は、外輪２０のカップ底部に形成される凹部２４の内径とほぼ同等に形成されている。そして、円筒部７１の一部（図１の左側部分）は、外輪２０の凹部２４に嵌合されている。

縮径部７２は、円筒部７１と同じ肉厚からなり、円筒部７１の図１および図２の右端に一体成形されている。そして、縮径部７２は、図１および図２の右側へ行くに従って徐々に縮径するようにテーパ状に形成されている。つまり、縮径部７２は、外輪２０のカップ奥側から開口側に向かって縮径するように形成されている。さらに、縮径部７２の内周面の最内径は、シャフト６０の軸延長部６２の外径、さらにはシャフト６０の外周スプライン６１の外径よりも大きく形成されている。ここで、縮径部７２のテーパ角、すなわち、縮径部７２の内周面と環状ストッパ７０の中心軸とのなす角度のうち鋭角側の角度は、θとされている。

さらに、縮径部７２は、外輪２０のカップ底部の凹部２４よりも、外輪２０の開口側に突出して配置されている。そして、この縮径部７２の内周面には、ジョイント角が所定角度θに達したとき、すなわち、外輪２０の中心軸と内輪３０の中心軸との傾斜角度が所定角度θに達したときに、軸延長部６２の外周面が当接する。つまり、縮径部７２が、シャフト６０のストッパとしての機能を発揮する。

ここで、縮径部７２によるシャフト６０のストッパとしての機能について、図３を参照してより詳細に説明する。図３は、縮径部７２と軸延長部６２とが当接した状態の軸方向部分断面の拡大図を示す。

まず、ジョイント角が０度の場合について説明する。この場合、シャフト６０の中心軸は、環状ストッパ７０の中心軸と同軸上に位置している。ここで、縮径部７２の最内径は、シャフト６０の外周スプライン６１および軸延長部６２の外径よりも大きく形成されている。従って、縮径部７２は、シャフト６０に当接することはない。

次に、ジョイント角を徐々に大きくして行き、ジョイント角がθとなった場合について説明する。この場合、縮径部７２の内周面に、軸延長部６２の外周面が当接する。従って、縮径部７２と軸延長部６２とにより、ジョイント角がθより大きくなることが防止される。ここで、縮径部７２の内周面のテーパ角は、θとしている。また、軸延長部６２の外周面は、シャフト６０の軸方向に対して平行に形成されている。従って、縮径部７２の内周面は、ジョイント角がθに達したときにおける軸延長部７２の外周面に倣う形状になっている。つまり、縮径部７２の内周面と軸延長部６２の外周面とは、線接触状態となる。

そして、軸延長部６２を基準として見た場合に、軸延長部６２が縮径部７２に当接することで、軸延長部６２は縮径部７２から押圧力を受ける。この押圧力の方向は、図３の矢印にて示すように、軸延長部６２のうち縮径部７２に当接する当接面の法線方向、すなわちシャフト６０の軸方向に直交する方向となる。これは、軸延長部６２の外周面が、シャフト６０の軸方向に平行に形成されているためである。つまり、軸延長部６２が縮径部７２から受ける押圧力は、シャフト６０が内輪３０から抜ける方向を含まない。ここで、シャフト６０が内輪３０から抜ける方向とは、シャフト６０の軸方向のうち、シャフト６０の端部（軸延長部６２の位置）から内輪３０との嵌合位置（外周スプライン６１形成位置）への方向である。

このように、軸延長部６２が縮径部７２から受ける押圧力は、シャフト６０が内輪３０から抜ける方向を含まないため、軸延長部６２が縮径部７２に当接した場合であっても、シャフト６０が内輪３０から抜けることを確実に防止できる。また、ジョイント角がθに達したときに軸延長部６２を縮径部７２に当接させることで、確実に、ジョイント角を制限することができる。これにより、ボール４０が外れることを防止できる。

さらに、上述したように、縮径部７２の内周面と軸延長部６２の外周面とは線接触状態となる。従って、軸延長部６２の外周面と縮径部７２の内周面とが、相互に受ける面圧を低減できる。つまり、両者の強度を低くすることができ、低コスト化を図ることができる。

（２）第２実施形態
次に、第２実施形態の等速ジョイントについて図４を参照して説明する。図４は、第２実施形態の等速ジョイントの軸方向部分断面図を示す。第２の等速ジョイントは、第１実施形態の等速ジョイント１０に対して、軸延長部６２および縮径部７２のみが相違する。そこで、以下に相違箇所のみについて説明する。

図４に示すように、第２実施形態の軸延長部６３の外周面は、シャフト６０の端側（外周スプライン６１側から端部側）（図４の右側から左側）に向かって、拡径するように形成している。第２実施形態においては、軸延長部６３の端側は、部分円錐状に形成されている。また、第２実施形態の縮径部７３は、円筒部７１の右端から環状ストッパ７０の中心側に向かって、且つ、円筒部７１に直交するように屈曲形成されている。この縮径部７３の最内径は、シャフト６０の軸延長部６３の最外径、さらにはシャフト６０の外周スプライン６１の外径よりも大きく形成されている。

このような構成からなる等速ジョイントにおいて、ジョイント角がθに達した場合について説明する。この場合、縮径部７３の内周面に、軸延長部６３の部分円錐状部分の外周面が当接する。従って、縮径部７３と軸延長部６３とにより、ジョイント角がθより大きくなることが防止される。

そして、軸延長部６３を基準として見た場合に、軸延長部６３が縮径部７３に当接することで、軸延長部６３は縮径部７３から押圧力を受ける。この押圧力の方向は、図４の矢印にて示すように、軸延長部６３のうち縮径部７３に当接する当接面である部分円錐状部分の法線方向となる。ここで、軸延長部６３が縮径部７３から受ける押圧力を、シャフト６０の軸方向とシャフト６０の軸直交方向とに分解する。そうすると、当該受ける押圧力は、シャフト６０の軸直交方向の力と、シャフト６０の軸方向のうち内輪３０との嵌合位置（外周スプライン６１形成位置）からシャフト６０の端部（軸延長部６３の位置）への方向の力とに分解できる。つまり、当該受ける押圧力は、シャフト６０が内輪３０から抜ける方向を含まない。従って、軸延長部６３が縮径部７３に当接した場合であっても、シャフト６０が内輪３０から抜けることを確実に防止できる。

（３）その他
なお、第１実施形態における軸延長部６２を、第２実施形態における軸延長部６３に適用することもでき、その逆も可能である。また、第１実施形態における縮径部７２を、第２実施形態における縮径部７３に適用することもでき、その逆も可能である。また、上記実施形態において、環状ストッパ７０は、外輪２０に対して別体として説明したが、両者は一体に形成されるようにしてもよい。また、第１実施形態の軸延長部６２は、円柱状としたが、円筒状であってもよい。円筒状からなる軸延長部６２は、実質的に、円柱状からなる軸延長部６２と同様の効果を発揮する。

ジョイント角θの場合における第１実施形態のツェッパ形等速ジョイント１０の軸方向断面図を示す。 環状ストッパ７０の軸方向断面図を示す。 縮径部７２と軸延長部６２とが当接した状態の軸方向部分断面の拡大図を示す。 第２実施形態のツェッパ形等速ジョイントの軸方向部分断面の拡大図を示す。

符号の説明

１０：ツェッパ形等速ジョイント、
２０：外輪、 ２１：連結軸、 ２２：最内周面、 ２３：第一ボール溝、 ２４：凹部、
３０：内輪、 ３１：最外周面、 ３２：第二ボール溝、 ３３：内周スプライン、
４０：ボール、 ５０：保持器、 ５１：外周面、 ５２：内周面、 ５３：窓部、
６０：シャフト、 ６１：外周スプライン、 ６２、６３：軸延長部、
７０：環状ストッパ、 ７１：円筒部、 ７２、７３：縮径部

Claims (6)

1. カップ状からなり、凹球面状内周面に第一軸方向に延びるように複数の第一ボール溝が形成された外輪と、
   前記外輪の内側に配置され、凸球面状外周面に第二軸方向に延びるように前記第一ボール溝と同数の第二ボール溝が形成された内輪と、
   それぞれの前記第一ボール溝およびそれぞれの前記第二ボール溝に対して周方向に係合して、前記外輪と前記内輪との間でトルクを伝達する複数のボールと、
   環状からなり、前記外輪と前記内輪との間に配置され、周方向に前記ボールをそれぞれ収容する複数の窓部が形成された保持器と、
   前記内輪の内周に嵌合されるシャフトと、
   を備えるツェッパ形等速ジョイントにおいて、
   前記シャフトは、前記内輪との嵌合位置より前記外輪のカップ奥側に位置する端部に、外周面が該シャフトの軸方向に対して平行に形成されもしくは端側に向かって拡径するように形成された軸延長部を備え、
   さらに、前記外輪のカップ底部に配置され、前記外輪の中心軸と前記内輪の中心軸との傾斜角度が所定角度に達したときに前記軸延長部の前記外周面に当接する環状ストッパを備えることを特徴とするツェッパ形等速ジョイント。
2. 前記環状ストッパは、前記外輪のカップ奥側から開口側に向かって縮径するように形成され、前記外輪の中心軸と前記内輪の中心軸との傾斜角度が前記所定角度に達したときに前記軸延長部の前記外周面に当接する縮径部を備える請求項１に記載のツェッパ形等速ジョイント。
3. 前記縮径部の内周面は、前記外輪の中心軸と前記内輪の中心軸との傾斜角度が前記所定角度に達したときに当接する前記軸延長部の外周面に倣う形状に形成される請求項２に記載のツェッパ形等速ジョイント。
4. 前記縮径部は、前記外輪のカップ奥側から開口側に向かって縮径テーパ状に形成される請求項３に記載のツェッパ形等速ジョイント。
5. 前記軸延長部は、円柱状または円筒状、もしくは、部分円錐状からなる請求項４に記載のツェッパ形等速ジョイント。
6. 前記環状ストッパは、前記外輪に一体に形成される請求項１〜５の何れか一項に記載のツェッパ形等速ジョイント。

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