JP2008267407A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 高作動角、高トルク負荷時においても、ケージへの負荷を低減する。
【解決手段】 一端が開口し、内球面に軸方向に延びる複数のトラック溝が円周方向に形成された外輪と、外球面に外輪のトラック溝と対をなして軸方向に延びる複数のトラック溝が円周方向に形成され、複数の外球面部が円周方向に配設された内輪と、外輪のトラック溝と内輪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、外輪の内球面と内輪の外球面との間に介在してボールを保持するポケット１８が円周方向に形成されたケージ１７とを備え、ケージ１７のポケット１８は、円周方向に対向する二辺部１８ｃ，１８ｄの少なくとも内球面２２とのエッジ部に凹溝２３あるいは凹み２４を形成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば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作動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、ＢＪタイプの固定式等速自在継手は、一端が開口し、内球面に軸方向に延びる複数のトラック溝が円周方向等間隔に形成された外側継手部材としての外輪と、外球面に外輪のトラック溝と対をなして軸方向に延びる複数のトラック溝が円周方向等間隔に形成された内側継手部材としての内輪と、外輪のトラック溝と内輪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、外輪の内球面と内輪の外球面との間に介在してボールを保持するケージとを備えている。

各ボールは、ケージに形成された複数のポケットのそれぞれに収容されて円周方向等間隔に配置されている。また、これら内輪、ボールおよびケージからなる内部部品は、外輪の内部に相対動作可能に収容されている。内輪は、外球面が形成された複数の突状部をトラック溝間に有する形状となっている。

この種の等速自在継手を、例えば自動車のドライブシャフトに使用した場合、外輪を従動軸に連結し、内輪に車体側のディファレンシャルに取り付けられた摺動式等速自在継手から延びる駆動軸をスプライン嵌合で連結した構造が一般的である。この等速自在継手では、外輪と内輪との間に作動角が付与されると、ケージに収容されたボールは常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。

この固定式等速自在継手において、内輪は、一般的に以下の要領でもってケージに組み付けられる。まず、ケージの軸方向に対して内輪を９０°回転させた向きに相対配置した上で、内輪のトラック溝間に位置する突状部をケージのポケットの一つに落とし込んだ状態でケージ内に内輪を挿入し、内輪の中心とケージの中心とが一致したところで内輪をケージの軸方向に対して９０°回転させることにより、ケージの軸線に内輪の軸線を一致させて正規の姿勢で配置する（例えば、特許文献１，２参照）。
ドイツ特許ＤＥ１９５１４８６８Ｃ１ 特開平９−１７７８１０号公報 特許第３６７８０２６号公報

ところで、前述した特許文献１，３で開示されているように、内輪のケージへの組み付けにおいて、内輪の突状部をケージのポケットに落とし込むことを容易にするため、内輪の外球面の外輪開口側端部に大きな切欠き部を形成するようにしている。

しかしながら、外球面の外輪開口側端部に大きな切欠き部を形成した内輪形状の場合、前述の切欠き部を形成した分だけ内輪の外球面がケージの内球面に当接する接触面積が小さくなる。その結果、継手が高作動角をとって高トルクが負荷された場合、内輪からの球面力を、小さな接触面積でケージの内球面が受けることになり、ケージに過大な負荷が加わる。このケージに加わる過大な負荷により、ケージの十分な強度を確保することが困難になる可能性がある。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、高作動角、高トルク負荷時においても、ケージへの負荷を低減し得る固定式等速自在継手を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明に係る固定式等速自在継手は、一端が開口し、内球面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外球面に外側継手部材のトラック溝と対をなして軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、複数の外球面部が円周方向に配設された内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝と内側継手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、外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に介在してボールを保持するポケットが円周方向に形成されたケージとを備え、ケージの少なくとも一つのポケットは、円周方向に対向する二辺部の少なくとも内球面とのエッジ部に凹部を形成したことを特徴とする。

ここで、内側継手部材の「外球面部」とは、複数のトラック溝間に配設され、径方向外側に向けてトラック溝底から隆起した突状部位を意味し、その突状部位の外周球状面を「外球面」と称す。

この固定式等速自在継手において、内側継手部材をケージに組み付けるに際しては、内側継手部材の外球面部をケージのポケットの一つに落とし込んだ状態でその内側継手部材をケージに挿入するようにしている。

本発明では、ケージの少なくとも一つのポケットについて、円周方向に対向する二辺部の少なくとも内球面とのエッジ部に凹部を形成したことにより、内側継手部材のケージへの組み付け時、そのポケットに内側継手部材の外球面部を落とし込むようにする。このようにすれば、そのポケットにおける円周方向二辺部の内球面とのエッジ部に形成された凹部に内側継手部材の外球面部を接触させることで、内側継手部材の外球面部をポケットに深く落とし込むことができる。従って、内側継手部材の外球面に形成される切欠き部を小さくしても、内側継手部材をケージに容易に組み付けることができる。

本発明におけるケージは、外側継手部材に対して、前述した凹部が外側継手部材の反開口側となるように配置することが望ましい。等速自在継手においてトラックオフセットを設けた場合、一対のトラック溝でもって外側継手部材の開口側に向けて径方向間隔が徐々に増加する楔状のボールトラックが形成される。

この場合、ケージのポケットに収容されたボールは、トルク負荷時、楔状のボールトラックが開く方向、つまり、外側継手部材の開口側に向けて負荷を受けることになる。そのため、負荷を受ける外側継手部材の開口側には、円周方向二辺部の内球面とのエッジ部に凹部が形成されていない柱部を配置することにより、負荷に対するケージ強度を確保することが容易となる。

なお、本発明は、軸方向の縦断面が単一の円弧面形状を有するトラック溝を持つ外側継手部材および内側継手部材を具備したバーフィールド型の固定式等速自在継手（ＢＪ）や、軸方向と平行な直線部分を有するトラック溝を持つ外側継手部材および内側継手部材を具備したアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手（ＵＪ）のいずれにも適用可能である。

本発明によれば、ケージの少なくとも一つのポケットについて、円周方向に対向する二辺部の少なくとも内球面とのエッジ部に凹部を形成したことにより、内側継手部材のケージへの組み付け時、そのポケットに内側継手部材の外球面部を深く落とし込むことができる。これにより、内側継手部材の外球面に形成された切欠き部を小さくできることから、高作動角、高トルク負荷時において、内側継手部材の外球面からケージの内球面へ大きな球面力が作用しても、内側継手部材の外球面がケージの内球面に接触する面積を十分確保することができる。

このように、接触面積の確保により、ケージへの過大な負荷を軽減することができるので、内側継手部材の外球面からケージの内球面へ大きな球面力に耐え得るケージ強度を確保することができる固定式等速自在継手を提供できる。

本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態を詳述する。図１に示す実施形態は、軸方向と平行な直線部分を有するトラック溝を持つ外側継手部材および内側継手部材を具備したアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手（ＵＪ）を例示する。

なお、図示しないが、軸方向の縦断面が単一の円弧面形状を有するトラック溝を持つ外側継手部材および内側継手部材を具備したバーフィールド型の固定式等速自在継手（ＢＪ）についても適用可能である。また、これらアンダーカットフリー型やバーフィールド型以外のトラック溝形状を有する他の固定式等速自在継手にも適用可能である。

図１に示すＵＪタイプの固定式等速自在継手は、一端が開口し、内球面１０に軸方向に延びる複数のトラック溝１１が円周方向等間隔に形成された外側継手部材としての外輪１２と、外球面１３に外輪１２のトラック溝１１と対をなして軸方向に延びる複数のトラック溝１４が円周方向等間隔に形成された内側継手部材としての内輪１５と、外輪１２のトラック溝１１と内輪１５のトラック溝１４との間に介在してトルクを伝達する複数のボール１６と、外輪１２の内球面１０と内輪１５の外球面１３との間に介在してボール１６を保持するケージ１７とを備えている。

各ボール１６は、ケージ１７に形成された複数のポケット１８のそれぞれに収容されて円周方向等間隔に配置されている。このボール１６の数、換言すれば、トラック溝１１，１４、ケージ１７のポケット１８の数は任意であるが、例を挙げるならば５〜８である。この実施形態では、６個の場合を例示しているが、ボール１６が８個の場合、コンパクトな等速自在継手を実現することができる。また、これら内輪１５、ボール１６およびケージ１７からなる内部部品は、外輪１２の内部に相対動作可能に収容されている。

内輪１５は、図２に示すように複数のトラック溝１４間に配設され、径方向外側に向けてトラック溝底から隆起した複数の突状部位を有し、以下の説明において、外球面部１９はこの突状部位を指し、外球面１３はその突状部位である外球面部１９の外周球状面を指す。なお、図１に示すように、内輪１５の外球面１３の外輪開口側端部には、内輪１５のケージ１７への組み付けを容易にするための切欠き部１３ａが形成されている。

このＵＪタイプの等速自在継手におけるトラック溝１１，１４は、軸方向と平行な直線部分１１ａを有する。つまり、外輪１２のトラック溝１１は、その外輪開口側に位置する直線部分１１ａと外輪奥側に位置する円弧部分１１ｂとからなり、内輪１５のトラック溝１４は、その外輪奥側に位置する直線部分１４ａと外輪開口側に位置する円弧部分１４ｂとからなる。

外輪１２のトラック溝１１の円弧部分の曲率中心Ｏ₁および内輪１５のトラック溝１４の円弧部分の曲率中心Ｏ₂は、ボール中心を含む継手中心Ｏに対して等距離ｆだけ軸方向逆向きにオフセットされている（トラックオフセット）。なお、外輪１２の内球面１０（ケージ１７の外球面２１）の曲率中心および内輪１５の外球面１３（ケージ１７の内球面２２）の曲率中心は前述の継手中心Ｏと一致している。このように、トラックオフセットを設けることにより、一対のトラック溝１１，１４でもって外輪１２の奥側から開口側に向けて径方向間隔が徐々に増加する楔状のボールトラックが形成されている。

なお、ＢＪタイプの等速自在継手では、外輪および内輪が、軸方向の縦断面が単一の円弧面形状を有するトラック溝を持つ点でＵＪタイプの等速自在継手と異なるのみであり、他の構成部品についてはＵＪタイプの等速自在継手と同一である。

等速自在継手を、例えば自動車のドライブシャフトに使用した場合、外輪１２を従動軸に連結し、車体側のディファレンシャルに取り付けられた摺動式等速自在継手から延びる駆動軸（シャフト）を内輪１５にスプライン嵌合で連結した構造としている。この等速自在継手では、外輪１２と内輪１５との間に作動角が付与されると、ケージ１７に収容されたボール１６は常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。

前述した構成を具備した固定式等速自在継手の一部品であるケージ１７，１１７を図３（ａ）〜（ｃ）に示す。同図（ａ）（ｂ）は図１に示すＵＪタイプの等速自在継手に組み込まれたケージ１７〔（ａ）は本発明品の一例、（ｂ）は本発明品の他例〕を示し、その本発明品と比較するため、従来のケージ１１７（従来品）を同図（ｃ）に示す。

従来品のケージ１１７は、同図（ｃ）に示すように、軸方向に対向する二辺部１１８ａ，１１８ｂと円周方向に対向する二辺部１１８ｃ，１１８ｄとからなり、四隅部をＲ形状に面取りされた矩形のポケット１１８を有する。なお、二つのポケット１１８の隣接する辺部１１８ｃと辺部１１８ｄ間は柱部１２０を構成している。

これに対して、本発明品のケージ１７は、同図（ａ）（ｂ）に示すように、軸方向に対向する二辺部１８ａ，１８ｂと円周方向に対向する二辺部１８ｃ，１８ｄとからなり、四隅部をＲ形状に面取りされたポケット１８を有し、円周方向に対向する二辺部１８ｃ，１８ｄの少なくとも内球面２２とのエッジ部に凹部を形成している。なお、二つのポケット１８の隣接する辺部１８ｃと辺部１８ｄ間は柱部２０を構成している。

同図（ａ）に示す本発明品のケージ１７では、円周方向に対向する二辺部１８ｃ，１８ｄの内球面２２とのエッジ部を含む柱部２０の内球面２２、つまり、二つのポケット１８の隣接する辺部１８ｃと辺部１８ｄとの間で柱部２０の内球面２２に円周方向に延びる凹溝２３を形成している。

また、同図（ｂ）に示す本発明品のケージ１７では、円周方向に対向する二辺部１８ｃ，１８ｄの内球面２２とのエッジ部、つまり、ポケット１８の辺部１８ｃの内球面２２とのエッジ部、および辺部１８ｄの内球面２２とのエッジ部に凹み２４を形成している。

これら凹溝２３および凹み２４は、後述するように内輪１５のケージ１７への組み付け時、内輪１５の外球面部１９をケージ１７のポケット１８に落とし込むに際して、その内輪１５の外球面部１９がケージ１７のポケット１８の辺部１８ｃ，１８ｄと接触する位置に設けられている。

ここで、内輪１５は、以下の要領でもってケージ１７に組み付けられる。つまり、ケージ１７の軸方向に対して内輪１５を９０°回転させた向きに相対配置した上で、図４〜図６に示すようにその内輪１５のトラック溝１４間に位置する一つの外球面部１９をケージ１７のポケット１８の一つに落とし込んだ状態でその内輪１５をケージ１７に挿入するようにしている。その後、内輪１５の中心とケージ１７の中心とが一致したところで内輪１５をケージ１７の軸方向に対して９０°回転させることにより、ケージ１７の軸線に内輪１５の軸線を一致させて正規の姿勢で配置する。

この内輪１５のケージ１７への組み付け時、内輪１５の外球面部１９をケージ１７のポケット１８に落とし込むと、図６に示すように、内輪１５の外球面部１９のエッジ部、つまり、外球面１３のエッジ部と切欠き部１３ａのエッジ部が、ケージ１７の端面から寸法Ｔだけ離隔した位置でポケット１８の円周方向に対向する二辺部１８ｃ，１８ｄの内球面２２とのエッジ部に接触する。

図７（ａ）は本発明品のケージ１７のポケット１８に内輪１５の外球面部１９を落とし込んだ状態を示し（図５参照）、図７（ｂ）は従来品のケージ１１７のポケット１１８に内輪１１５の外球面部１１９を落とし込んだ状態を示す。

なお、図７（ａ）に示す内輪１５と図７（ｂ）に示す内輪１１５とは、大きさが同じ切欠き部１３ａ，１１３ａを有する同一形状のものである。また、図７（ａ）では、図３（ａ）に示す本発明品（凹溝２３を形成したタイプ）を例示しているが、図３（ｂ）に示す本発明品（凹み２４を形成したタイプ）を使用した場合であっても同様の作用効果を奏する。

本発明品におけるケージ１７のポケット１８は、円周方向に対向する二辺部１８ｃ，１８ｄの内球面２２とのエッジ部を含む柱部２０の内球面２２、つまり、二つのポケット１８の隣接する辺部１８ｃと辺部１８ｄとの間で柱部２０の内球面２２に円周方向に延びる凹溝２３を形成している〔図３（ａ）参照〕。この凹溝２３は、内輪１５の外球面部１９がケージ１７のポケット１８の辺部１８ｃ，１８ｄと接触する位置に形成されている。

このことから、図７（ａ）（ｂ）に示すように、本発明品におけるケージ１７のポケット１８の円周方向に対向する二辺部１８ｃ，１８ｄと内輪１５の外球面部１９との二つの接触点Ｘ，Ｙが、従来品におけるケージ１１７のポケット１１８の円周方向に対向する二辺部１１８ｃ，１１８ｄと内輪１１５の外球面部１１９との二つの接触点Ｍ，Ｎよりも径方向外側に位置することになり、本発明品のケージ１７のポケット１８に内輪１５の外球面部１９を従来品よりもΔｄだけ深く落とし込むことができる。

従って、内輪１５の外球面部１９をポケット１８にΔｄだけ深く落とし込める分だけ、
内輪１５の外球面１３に形成される切欠き部１３ａ（特許文献１，３参照）を小さくしても、内輪１５をケージ１７に容易に組み付けることができる。

このように内輪１５の外球面１３に形成される切欠き部１３ａを小さくできることから、高作動角、高トルク負荷時において、内輪１５の外球面１３からケージ１７の内球面へ大きな球面力が作用しても、内輪１５の外球面１３がケージ１７の内球面に接触する面積を前述の球面力に耐え得る十分な面積として確保することができる。この接触面積の確保により、ケージ１７に過大な負荷が加わることを回避することができる。

このように、接触面積の確保により、ケージ１７への過大な負荷を軽減することができるので、内輪１５の外球面１３からケージ１７の内球面へ大きな球面力に耐え得るケージ強度を確保することができる。

なお、円周方向に対向する二辺部１８ｃ，１８ｄの内球面２２とのエッジ部に凹部（凹溝２３または凹み２４）を形成したポケット１８は、ケージ１７に形成された複数のポケット１８のうち、少なくとも一つポケット１８について形成すればよい。一つのポケット１８について凹溝２３または凹み２４を形成した場合、そのケージ１７に内輪１５を組み付けるに際して、そのポケット１８に対して落とし込む内輪１５の外球面部１９を位置合わせする必要がある。一方、前述した実施形態のように、全てのポケット１８について凹溝２３または凹み２４を形成した場合には、内輪１５のケージ１７への組み付け時、ポケット１８に対して落とし込む内輪１５の外球面部１９を位置合わせする必要がないので、組み付け作業性の向上が図れる。

このケージ１７を外輪１２に組み込むに際しては、外輪１２に対して、ポケット１８の凹溝２３または凹み２４が外輪１２の反開口側となるように配置することが好ましい。等速自在継手においてトラックオフセットを設けていることにより、一対のトラック溝１１，１４でもって外輪１２の開口側に向けて径方向間隔が徐々に増加する楔状のボールトラックが形成される。

これにより、ケージ１７のポケット１８に収容されたボール１６は、トルク負荷時、楔状のボールトラックが角度α（ボール１６とトラック溝１１の接線と、ボール１６とトラック溝１４の接線とがなす角度）で開く方向、つまり、外輪１２の開口側に向けて負荷を受けることになる（図１の白抜き矢印参照）。

そのため、負荷を受ける外輪１２の開口側にケージ１７の凹溝２３または凹み２４が形成されていない側を配置すれば、その凹溝２３または凹み２４が形成されていない分、柱部２０の厚みが充分であり、負荷に対するケージ強度を確保することが容易となる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明の実施形態で、アンダーカットフリー型等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。 図１の等速自在継手の構成部品である内輪を示す側面図である。 （ａ）は図１の等速自在継手の構成部品であるケージ（本発明品の一例）を示す正面図、（ｂ）は図１の等速自在継手の構成部品であるケージ（本発明品の他例）を示す正面図、（ｃ）は従来の等速自在継手の構成部品であるケージ（従来品）を示す正面図である。 図１の等速自在継手の内輪をケージに組み付ける状態を示す正断面図である。 図４の右側断面図である。 図４の底面図である。 （ａ）は図３（ａ）の本発明品のケージのポケットに内輪を落とし込んだ状態を示す要部断面図、（ｂ）は従来品のケージのポケットに内輪を落とし込んだ状態を示す要部断面図である。

符号の説明

１０ 内球面
１１ トラック溝
１２ 外側継手部材（外輪）
１３ 外球面
１４ トラック溝
１５ 内側継手部材（内輪）
１６ ボール
１７ ケージ
１８ ポケット
１８ｃ，１８ｄ 円周方向に対向する二辺部
２２ 内球面
２３ 凹部（凹溝）
２４ 凹部（凹み）

Claims (5)

1. 一端が開口し、内球面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外球面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなして軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、複数の外球面部が円周方向に配設された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手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、前記外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に介在してボールを保持するポケットが円周方向に形成されたケージとを備え、前記ケージの少なくとも一つのポケットは、円周方向に対向する二辺部の少なくとも内球面とのエッジ部に凹部を形成したことを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記ケージは、外側継手部材に対して、前記凹部が外側継手部材の反開口側となるように配置した請求項１に記載の固定式等速自在継手。
3. 前記ボールの個数を５〜８とした請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
4. 前記外側継手部材および内側継手部材のトラック溝が軸方向の一方に向かって楔形状に開いている請求項１〜３のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
5. 前記外側継手部材および内側継手部材のトラック溝が軸方向の一方に向かって楔形状に開いており、かつ、前記外側継手部材及び内側継手部材の各トラック溝に直線部分が設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。

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