JP2008275129A

JP2008275129A - 固定式等速自在継手

Info

Publication number: JP2008275129A
Application number: JP2007122651A
Authority: JP
Inventors: Kisao Yamazaki; 起佐雄山崎; Masashi Funabashi; 雅司船橋
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2008-11-13

Abstract

【課題】高作動角、高トルク負荷時においても、円滑な回転を確保することができると共にケージへの負荷を低減する。
【解決手段】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１３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１４が円周方向に形成され、複数の外球面部１９が円周方向に配設された内輪１５と、外輪のトラック溝と内輪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と、外輪の内球面と内輪１５の外球面１３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、内輪１５の複数の外球面部１９のうち、少なくとも一つの外球面部１９は、軸方向全長に亘って切欠き２０ａを形成することにより外球面１３ａの円周方向幅Ｗ₁を他の外球面部１９の外球面１３の円周方向幅Ｗ₂よりも小さくする。
【選択図】図５

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、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。また、このような組み付けにおいては、内輪の突状部をケージのポケットに落とし込むため、ケージのポケットの大きさは、落とし込む内輪の突状部よりも大きくなくてはならない。

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角度（軸方向角度）が小さくなる。なお、接触角度とは、内輪の外球面とケージの内球面とが当接する部位の軸方向両端位置が継手中心に対してなす角度を意味する。また、上述のように、ケージのポケット部の大きさが、落とし込む内輪の突状部の大きさにより制限されてしまう。

このように、内輪の外球面がケージの内球面に当接する接触角度が、外球面の外輪開口側端部に切欠き部を形成していない内輪形状の場合よりも小さくなると、継手が高作動角をとり、高トルクが負荷された場合、過大な負荷によるケージの変形を内輪の外球面で支えることが困難となる。

その結果、継手の円滑な回転を得ることが困難となって継手の作動性を損なう可能性があり、また、ケージの強度が低下する可能性がある。ケージの強度を向上させるには、ケージのポケットの大きさを小さくして、開口部面積を小さくすれば良いが、落とし込む内輪の突状部よりも小さくできないため、現状では、ケージの強度向上は困難である。

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、円滑な回転を確保することができると共に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、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、内側継手部材の複数の外球面部のうち、少なくとも一つの外球面部は、軸方向全長に亘って切欠きを形成することにより外球面の円周方向幅を他の外球面部よりも小さく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、内側継手部材の複数の外球面部のうち、少なくとも一つの外球面部は、軸方向全長に亘って切欠きを形成することにより外球面の円周方向幅を他の外球面部よりも小さくし、内側継手部材のケージへの組み付け時、外球面の円周方向幅を他の外球面部よりも小さくした外球面部をケージのポケットに落とし込むようにする。

このように、少なくとも一つの外球面部について、その外球面の円周方向幅を他の外球面部よりも小さくしたことにより、外球面の円周方向幅を小さくした分だけ、ケージにおける全てのポケットの開口面積を小さくすることができるので、ケージの強度向上が図れる。

なお、本発明では、「少なくとも一つの外球面部」としたことにより、例えば、全ての外球面部について、その外球面の円周方向幅を小さくすれば、内側継手部材のケージへの組み付け時、ポケットに対して落とし込む内側継手部材の外球面部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。

また、内側継手部材の複数の外球面部のうち、１８０°対向位置にある二つの外球面部について、軸方向全長に亘って切欠きを形成することにより外球面の円周方向幅を他の外球面部よりも小さくすれば、内側継手部材のケージへの組み付け時、二つの外球面部の両方をケージの１８０°対向位置にある二つのポケットにそれぞれ落とし込むことができるので、内側継手部材のケージへの組み付けが容易となる。

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。

本発明では、内側継手部材の複数の外球面部のうち、少なくとも一つの外球面部は、軸方向全長に亘って切欠きを形成することにより外球面の円周方向幅を他の外球面部よりも小さくしたことにより、内側継手部材のケージへの組み付け時、その外球面の円周方向幅を他の外球面部よりも小さくした外球面部をケージのポケットに落とし込むようにする。

これにより、外球面の円周方向幅を小さくした分だけ、ケージにおける全てのポケットの開口面積を小さくすることができ、ケージの強度が向上する。その結果、継手が高作動角をとり、高トルクが負荷された場合でも、過大な負荷に対して十分なケージ強度を確保することができ、円滑に回転して作動性が良好で、信頼性の高い長寿命の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）を例示する。

なお、図示しないが、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）についても適用可能である。また、これらバーフィールド型やアンダーカットフリー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ＢＪタイプの固定式等速自在継手は、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。

このＢＪタイプの等速自在継手におけるトラック溝１１，１４は、軸方向の縦断面が単一の円弧面形状を有する。外輪１２のトラック溝１１の曲率中心Ｏ₁および内輪１５のトラック溝１４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、ＵＪタイプの等速自在継手では、外輪および内輪が、軸方向と平行な直線部分を有するトラック溝を持つ点でＢＪ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ＢＪ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。

この等速自在継手の製造において、内輪１５は、次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２〜図４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、図示しないが、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。

この等速自在継手の一部品である内輪１５，１１５を図５（ａ）（ｂ）および図６（ａ）（ｂ）に示す。図５（ａ）（ｂ）は図１に示す等速自在継手に組み込まれた本発明品としての内輪１５〔（ａ）は内輪１５の正面図、（ｂ）は内輪１５の側面図〕を示し、その本発明品と比較するため、従来品としての内輪１１５〔（ａ）は内輪１１５の正面図、（ｂ）は内輪１１５の側面図〕を図６（ａ）（ｂ）に示す。

本発明品における内輪１５と従来品における内輪１１５は、複数のトラック溝１４，１１４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１９，１１９はこの突状部位を指し、外球面１３，１１３はその突状部位である外球面部１９，１１９の外周球状面を指す。

従来品の内輪１１５は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、全ての外球面部１１９について同一形状の外球面１１３を有する。これに対して、本発明品の内輪１５は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、複数の外球面部１９のうち、一つの外球面部１９について軸方向全長に亘って切欠き２０ａを形成することによりその外球面１３ａの円周方向幅Ｗ₁を他の外球面部１９における外球面１３の円周方向幅Ｗ₂よりも小さくしている（Ｗ₁＜Ｗ₂）。他の外球面部１９については、従来品における外球面部１１９の外球面１１３の円周方向幅Ｗ₂と同一である。

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が落とし込まれるケージ１７のポケット１８は、図４に示すように、軸方向で対向するフラットな長辺部１８ａと円周方向で対向するフラットな短辺部１８ｂとからなる矩形状をなし、隣接する長辺部１８ａと短辺部１８ｂとの間に位置する隅部１８ｃを所定の曲率半径を持つＲ形状としている。

図７は、本発明品の内輪１５の外球面部１９を落とし込んだ状態のケージ１７のポケット１８（図４参照）を示し、図８は、従来品の内輪１１５の外球面部１１９を落とし込んだ状態のケージ１１７のポケット１１８を示す。

ケージ１７，１１７のポケット１８，１１８は、内輪１５，１１５の外球面部１９，１１９を落とし込むためにその外球面１３ａ，１１３の軸方向長さＬ₁よりも大きな軸方向長さＬ₀を有し、また、外球面１３ａ，１１３の円周方向幅Ｗ₁，Ｗ₂よりも大きな円周方向幅Ｗ₃，Ｗ₄を有することにより、内輪１５，１１５の組み付けを可能にしている。

なお、ポケット１８，１１８の軸方向長さＬ₀は、フラットな長辺部１８ａ，１１８ａにその両端に位置する隅部１８ｃ，１１８ｃを含めた寸法であり、ポケット１８，１１８の円周方向幅Ｗ₃，Ｗ₄は、フラットな短辺部１８ｂ，１１８ｂのみでその両端に位置する隅部１８ｃ，１１８ｃを含まない寸法としている。

本発明品の内輪１５では、一つの外球面部１９について、軸方向全長に亘って切欠き２０ａを形成してその外球面１３ａの円周方向幅Ｗ₁を他の外球面部１９における外球面１３の円周方向幅Ｗ₂、つまり、従来品の内輪１１５の外球面部１１９における外球面１１３の円周方向幅Ｗ₂よりも小さくしている。

これにより、その外球面部１９を落とし込むケージ１７のポケット１８の短辺部１８ｂの円周方向幅Ｗ₃（図７参照）を、従来品の内輪１１５の外球面部１１９を落とし込むケージ１１７のポケット１１８の短辺部１１８ｂの円周方向幅Ｗ₄（図８参照）よりも小さくすることができる（Ｗ₃＜Ｗ₄）。

このように、外球面１３ａの円周方向幅Ｗ₁を小さくした分だけ、ケージ１７における全てのポケット１８の短辺部１８ｂの円周方向幅Ｗ₃を小さくすることができることから、隅部１８ｃの曲率半径を従来品よりも大きくすることができる（図７において、鎖線は従来品の隅部１１８ｃを示し、実線は本発明品の隅部１８ｃを示す）。

このように、ポケット１８の短辺部１８ｂの円周方向幅Ｗ₃を小さくして隅部１８ｃの曲率半径を大きくすることができることから、隅部１８ｃでの応力集中を緩和し、全てのポケット１８についてその開口面積を小さくすることができるため、ケージ１７の強度向上が図れる。

なお、内輪１５の外球面１３ａに形成される切欠き２０ａは、切削加工により形成することが可能であるが、コスト面から鍛造加工により仕上げることが望ましい。また、切欠き２０は、内輪１５の強度を考慮して、その内輪１５をケージ１７に組み付けることが可能な最小の深さで形成することが好ましい。

また、切欠き２０ａは、図５（ａ）（ｂ）に示すように、外球面１３ａの円周方向両側に形成して中央部分に外球面１３ａを残す形状としているが、これ以外に、例えば、図９（ａ）（ｂ）および図１０（ａ）（ｂ）に示す形態のものが可能である。図９（ａ）（ｂ）に示す切欠き２０ｂは、円周方向片側に形成して円周方向半分に外球面１３ｂを残す形状を有する。また、図１０（ａ）（ｂ）に示す切欠き２０ｃは、円周方向片側にテーパ状に形成して円周方向半分に外球面１３ｃを残す形状を有する。

この切欠き２０ａ〜２０ｃは、内輪１５の複数の外球面部１９のうち、一つの外球面部１９について形成すれば、ケージ１７への落とし込みが可能であるが、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、１８０°対向位置にある二つの外球面部１９について、切欠き２０ａを形成すれば、内輪１５のケージ１７への組み付け時、二つの外球面部１９の両方をケージ１７の１８０°対向位置にある二つのポケット１８にそれぞれ落とし込むことができるので、内輪１５のケージ１７への組み付けが容易となる。

また、図示しないが、全ての外球面部１９について、切欠き２０ａ〜２０ｃを形成して外球面１３ａ〜１３ｃの円周方向幅を小さくすれば、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。

ここで、外球面１３ａ〜１３ｃに切欠き２０ａ〜２０ｃを形成することによりその外球面１３ａ〜１３ｃの円周方向幅が小さくなるが、内輪１５の外球面１３ａ〜１３ｃがケージ１７の内球面２２に当接する接触角度（軸方向角度）は従来と同一であるため、内輪１５の外球面１３ａ〜１３ｃがケージ１７の内球面２２に当接する接触角度が小さくなることはなく、継手が高作動角をとり、高トルクが負荷された場合であっても、過大な負荷によるケージ１７の変形を内輪１５の外球面１３ａ〜１３ｃで支えることが容易で、ケージ強度を確保することができ、継手の円滑な回転を得て良好な作動性を確保できる。

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、バーフィールド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２の右側断面図である。図２の底面図である。本発明品の内輪の一例で、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。従来品の内輪で、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。図５に示す本発明品の内輪をケージのポケットに落とし込んだ状態を示す要部拡大図である。図６に示す従来品の内輪をケージのポケットに落とし込んだ状態を示す要部拡大図である。本発明品の内輪の他例で、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。本発明品の内輪の他例で、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。本発明品の内輪の他例で、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。

符号の説明

１０内球面
１１トラック溝
１２外側継手部材（外輪）
１３，１３ａ〜１３ｃ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
１９外球面部
２０ａ〜２０ｃ切欠き

Claims

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、前記内側継手部材の複数の外球面部のうち、少なくとも一つの外球面部は、軸方向全長に亘って切欠きを形成することにより外球面の円周方向幅を他の外球面部よりも小さくしたことを特徴とする固定式等速自在継手。
前記内側継手部材の複数の外球面部のうち、１８０°対向位置にある二つの外球面部は、軸方向全長に亘って切欠きを形成することにより外球面の円周方向幅を他の外球面部よりも小さくした請求項１に記載の固定式等速自在継手。
前記外側継手部材および内側継手部材は、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が形成されている請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
前記外側継手部材および内側継手部材は、軸方向と平行な直線部分を有するトラック溝が形成されている請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。