JP2009222194A - ボール型等速ジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】ボールが受ける最大荷重を小さくすることができるボール型等速ジョイントを提供する。
【解決手段】外輪ボール溝２３を転動する際のボール４０の中心軌跡Ｃ１は、外輪２０の軸心から径方向外側に向かって外輪ボール溝２３を見た場合に、外輪ボール溝２３の一端から他端に亘って周方向に湾曲するＵ字状に形成されている。内輪ボール溝３２を転動する際のボール４０の中心軌跡Ｃ２は、内輪３０の径方向外側から軸心に向かって内輪ボール溝３２を見た場合に、内輪ボール溝３２の一端から他端に亘って周方向に湾曲するＵ字状に形成されている。そして、外輪ボール溝２３のＵ字状の開口側と、内輪３０を外輪２０の内側に配置した状態における内輪ボール溝３２のＵ字状の開口側とが、周方向の同方向に向いている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボール型等速ジョイントに関するものである。

ボール型等速ジョイントとして、例えば、特開２００３−１９４０８９号公報（特許文献１）や特開２００１−１５３１４９号公報（特許文献２）などに記載されているものがある。これら特許文献などに記載の一般的なボール型等速ジョイントにおいては、外輪ボール溝および内輪ボール溝におけるボール軌跡は、回転軸に対して周方向に平行に設定されている。すなわち、それぞれのボール軌跡は、回転軸を通る同一平面状に位置するように設定されている。

なお、内輪ボール溝におけるボール軌跡が、回転軸に対して周方向に平行に設定されていないものが、特許文献３、４に開示されている。
特開２００３−１９４０８９号公報 特開２００１−１５３１４９号公報 特開平１０−２５２７６９号公報 特開平１１−２３６９２７号公報

特許文献１などに記載のボール型等速ジョイントにおいては、ジョイント角をとった状態でのトルク伝達時に、ボール溝との間で、ジョイントの回転位相によって大きな荷重を受けるボールと小さな荷重しか受けないボールが存在することがある。そして、外輪および内輪の強度は、最大荷重を受けるボールに対応した強度を確保しなければならず、特に外輪の開口部側ではボール溝の耐荷重の確保が容易ではない。つまり、ボールが受ける最大荷重が小さくなれば、外輪および内輪の強度を下げることができるため、ジョイント全体として小型化、軽量化を図ることができる。

また、最大ジョイント角を大きく確保しようとすると、外輪のボール溝のボール軌道長さを確保することが困難となる。引用文献２に記載の発明では、外輪の開口部を直線状に拡径したテーパ状とすることで最大ジョイント角を広角化しようとしているが、このような外輪の形状では強度の低下を招来するおそれがある。なお、特許文献３、４には、ボールが受ける荷重に関することは何ら記載されていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ジョイント全体として小型化、軽量化し得るボール型等速ジョイントを提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

１．ボール型等速ジョイントは、
軸方向一方に開口部を備える筒状からなり、内周面に外輪ボール溝が複数形成された外輪と、
前記外輪の内側に配置され、外周面に内輪ボール溝が複数形成された内輪と、
それぞれの前記外輪ボール溝および前記内輪ボール溝を転動し、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、
を備えるボール型等速ジョイントにおいて、
前記外輪ボール溝を転動する際の前記ボールの中心軌跡は、前記外輪の軸心から径方向外側に向かって前記外輪ボール溝を見た場合に、前記外輪ボール溝の一端から他端に亘って周方向に湾曲するＵ字状に形成され、
前記内輪ボール溝を転動する際の前記ボールの中心軌跡は、前記内輪の径方向外側から軸心に向かって前記内輪ボール溝を見た場合に、前記内輪ボール溝の一端から他端に亘って周方向に湾曲するＵ字状に形成され、
前記外輪ボール溝の前記Ｕ字状の開口側と、前記内輪を前記外輪の内側に配置した状態における前記内輪ボール溝の前記Ｕ字状の前記開口側とが、周方向の同方向に向いていることを特徴とする。

手段１において、それぞれの外輪ボール溝を転動する際のボール中心軌跡が、外輪の回転軸を通る同一平面上に位置するのではなく、当該平面からＵ字状にずれるように設定されている。また、それぞれの内輪ボール溝を転動する際のボール中心軌跡が、内輪の回転軸を通る同一平面上に位置するのではなく、当該平面状からＵ字状にずれるように設定されている。

そして、手段１によれば、ジョイント角が最大になった状態で外輪ボール溝の開口部に最も近い位置に存在するボールとボール溝との接触点が、ボール軌跡が回転軸に対して周方向に平行に設定されている従来のボール型等速ジョイントよりも外輪の内側（反開口側）となり得、接点余裕を大きく確保できるため、同じ性能、容量を有するボール型等速ジョイントの場合に、本手段を採用することにより、小型化、軽量化を図ることができる。また、従来と同じサイズであれば最大ジョイント角を拡大することができる。

なお、手段１に記載のボール型等速ジョイントにおいて、前記外輪ボール溝および前記内輪ボール溝の前記Ｕ字状は、ジョイント角０ｄｅｇの場合に、前記ボールの中心がそれぞれの前記Ｕ字状の開口側から周方向に最も離間した底部に位置するように設定されることが望ましい。

２．手段１のボール型等速ジョイントにおいて、
前記ボールが前記外輪の前記開口部側に位置する場合に、当該ボールが位置する部位における前記外輪ボール溝のピッチ円半径と前記内輪ボール溝のピッチ円半径との差は、ジョイント角が０ｄｅｇの場合に前記ボールが位置する部位における前記差より大きく設定されている。

ここで、外輪ボール溝のピッチ円半径とは、外輪ボール溝を転動する際のボールの中心軌跡の半径、すなわち、外輪の回転軸からボールの中心軌跡までの距離である。内輪ボール溝のピッチ円半径とは、内輪ボール溝を転動する際のボールの中心軌跡の半径、すなわち、内輪の回転軸からボールの中心軌跡までの距離である。

そして、外輪ボール溝と内輪ボール溝とのピッチ円半径差が大きくなると、ボールとボール溝との隙間が大きくなることになる。本手段によれば、ボールが外輪の開口部側に位置する場合のピッチ円半径差が、ジョイント角０ｄｅｇの場合のピッチ円半径差より大きく設定されている。つまり、ボールとボール溝との隙間が、ジョイント角０ｄｅｇの状態におけるボール位置の場合に比べて、ボールが開口部側に位置する場合の方が大きく設定されている。ここで、外輪の開口部側においては、ボール溝の耐荷重の確保が容易でない。

そこで、当該部位においてボールとボール溝との隙間を大きくすることで、ボールが当該ボール溝に当たりにくくし、その結果、ボールが当該ボール溝に位置する場合の荷重を低減することができる。すなわち、内輪から外輪にトルクが伝達される場合であってジョイントがＵ字状の開口側に回転する場合に、ボール溝との間でボールが受ける最大荷重を低減できる。さらに、Ｕ字状の開口側に回転する場合に、保持器との間においても、ボールが受ける最大荷重を低減できる。これにより、外輪、内輪、保持器、ボールの強度を、当該最大荷重に合わせることができる。従って、同じ性能、容量を有するボール型等速ジョイントの場合に、本手段を採用することにより、小型化、軽量化を図ることができる。なお、ピッチ円半径の差を大きくするには、外輪ボール溝のピッチ円半径を大きくするか、内輪ボール溝のピッチ円半径を小さくすることによりなし得る。

３．手段２のボール型等速ジョイントにおいて、前記ボールが前記外輪の前記開口部とは反対側に位置する状態からジョイント角が０ｄｅｇの状態までの間、前記差は一定に設定されている。

手段３によれば、ボールが外輪の開口部と反対側に位置する状態からジョイント角が０ｄｅｇの状態までの間、ボールとボール溝との隙間は一定としている。これにより、ボールが受ける最大荷重を確実に低減できる。

４．手段１〜３の何れかのボール型等速ジョイントにおいて、前記Ｕ字状の開口側は、前記内輪から前記外輪にトルクが伝達される場合における主たる回転方向に向いている。

上述したように、上記手段によれば、内輪から外輪にトルクが伝達される場合であって、ジョイントがＵ字状の開口側に回転する場合に、ボール溝との間でボールが受ける最大荷重、および、保持器との間でボールが受ける最大荷重を低減できる。そこで、ボール型等速ジョイントが内輪から外輪にトルクが伝達され且つ両方向に回転する部位に適用される場合には、本手段によれば、その回転方向のうち主たる回転方向がＵ字状の開口側を向いているように設定する。これにより、内輪から外輪にトルクが伝達される場合であって主たる回転方向において、確実に、ボールが受ける最大荷重を低減できる。例えば、本発明のボール型等速ジョイントが車両のドライブシャフトやプロペラシャフトに適用される場合には、車両が前進する場合に回転する方向を主たる回転方向とする。

５．手段４のボール型等速ジョイントにおいて、前記内輪から前記外輪にトルクが伝達される場合における前記主たる回転方向と反対側の前記外輪ボール溝と前記ボールとの第二の接触角は、前記主たる回転方向側における前記外輪ボール溝と前記ボールとの第一の接触角より小さく設定されている。

ここで、「外輪ボール溝とボールとの接触角」とは、外輪の軸心およびボールの中心を通る平面と、外輪ボール溝のうちボールとの接触点とボールの中心とを結ぶ直線と、のなす鋭角である。つまり、当該接触角が小さいほど、外輪の軸心およびボールの中心を通る平面から外輪ボール溝の当該接触点までの距離が短くなる。

そして、上述したように、外輪ボール溝のボール中心軌跡を周方向においてＵ字状に形成しているため、仮に、主たる回転方向側における外輪ボール溝とボールとの第一の接触角とその反対側における外輪ボール溝とボールとの第二の接触角を同じにすると、主たる回転方向と反対側に回転する場合にボールと外輪ボール溝との接触点を確保できないおそれがある。この場合、ボールが外輪ボール溝の端部（エッジ部）に接触してしまい、ボールの円滑な転がり、ボールによる円滑な荷重伝達を妨げるおそれがある。その結果、ボールや外輪ボール溝の損傷を引き起こすおそれがある。

そこで、本手段によれば、内輪から外輪にトルクが伝達される場合における主たる回転方向と反対側の外輪ボール溝とボールとの第二の接触角は、主たる回転方向側における外輪ボール溝とボールとの第一の接触角より小さく設定されている。つまり、主たる回転方向の反対側における接触点を中心線に近づけるようにして、外輪ボール溝とボールとの接触点を確保するようにしている。これにより、ボールが外輪ボール溝の端部に接触することを防止している。

６．手段４または５のボール型等速ジョイントにおいて、前記内輪から前記外輪にトルクが伝達される場合における前記主たる回転方向側の前記内輪ボール溝と前記ボールとの第四の接触角は、前記主たる回転方向と反対側における前記内輪ボール溝と前記ボールとの第三の接触角より小さく設定されている。

手段５においては、外輪ボール溝とボールとの接触角についてのものであったが、内輪ボール溝とボールとの接触角についても同様のことが言える。ここで、「内輪ボール溝とボールとの接触角」とは、内輪の軸心およびボールの中心を通る平面と、内輪ボール溝のうちボールとの接触点とボールの中心とを結ぶ直線と、のなす鋭角である。つまり、当該接触角が小さいほど、内輪の軸心およびボールの中心を通る平面から内輪ボール溝の当該接触点までの距離が短くなる。そこで、本手段によれば、主たる回転方向の反対側における接触点を中心線に近づけるようにして、内輪ボール溝とボールとの接触点を確保するようにしている。これにより、ボールが内輪ボール溝の端部に接触することを防止している。

７．手段１〜３の何れかのボール型等速ジョイントにおいて、前記Ｕ字状の開口側は、前記外輪から前記内輪にトルクが伝達される場合における主たる回転方向の逆側に向いている。

上記手段によれば、外輪から内輪にトルクが伝達される場合であって、ジョイントがＵ字状の開口側とは逆側に回転する場合に、ボール溝との間でボールが受ける最大荷重、および、保持器との間でボールが受ける最大荷重を低減できる。そこで、ボール型等速ジョイントが外輪から内輪にトルクが伝達され且つ両方向に回転する部位に適用される場合には、本手段によれば、その回転方向のうち主たる回転方向の逆側がＵ字状の開口側を向いているように設定する。これにより、外輪から内輪にトルクが伝達される場合であって主たる回転方向において、確実に、ボールが受ける最大荷重を低減できる。例えば、本発明のボール型等速ジョイントが車両のドライブシャフトやプロペラシャフトに適用される場合には、車両が前進する場合に回転する方向を主たる回転方向とする。

８．手段７のボール型等速ジョイントにおいて、前記外輪から前記内輪にトルクが伝達される場合における前記主たる回転方向側の前記外輪ボール溝と前記ボールとの第二の接触角は、前記主たる回転方向の反対側における前記外輪ボール溝と前記ボールとの第一の接触角より小さく設定されている。

上述したように、外輪ボール溝のボール中心軌跡を周方向においてＵ字状に形成しているため、仮に、主たる回転方向側における外輪ボール溝とボールとの第一の接触角とその反対側における外輪ボール溝とボールとの第二の接触角を同じにすると、主たる回転方向と反対側に回転する場合にボールと外輪ボール溝との接触点を確保できないおそれがある。この場合、ボールが外輪ボール溝の端部（エッジ部）に接触してしまい、ボールの円滑な転がり、ボールによる円滑な荷重伝達を妨げるおそれがある。その結果、ボールや外輪ボール溝の損傷を引き起こすおそれがある。

そこで、本手段によれば、外輪から内輪にトルクが伝達される場合における主たる回転方向側の外輪ボール溝とボールとの第二の接触角は、主たる回転方向の反対側における外輪ボール溝とボールとの第一の接触角より小さく設定されている。つまり、主たる回転方向側における接触点を中心線に近づけるようにして、外輪ボール溝とボールとの接触点を確保するようにしている。これにより、ボールが外輪ボール溝の端部に接触することを防止している。

９．手段７または８のボール型等速ジョイントにおいて、前記外輪から前記内輪にトルクが伝達される場合における前記主たる回転方向と反対側の前記内輪ボール溝と前記ボールとの第四の接触角は、前記主たる回転方向側における前記内輪ボール溝と前記ボールとの第三の接触角より小さく設定されている。

手段８においては、外輪ボール溝とボールとの接触角についてのものであったが、内輪ボール溝とボールとの接触角についても同様のことが言える。つまり、本手段によれば、主たる回転方向側における接触点を中心線に近づけるようにして、内輪ボール溝とボールとの接触点を確保するようにしている。これにより、ボールが内輪ボール溝の端部に接触することを防止している。

以下、本発明のボール型等速ジョイントを具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。

本実施形態のボール型等速ジョイント１０（以下、単に「等速ジョイント」と称す）の構成について、図１を参照して説明する。図１は、等速ジョイント１０の軸方向断面図である。なお、以下の説明において、外輪２０の開口側とは、図１の左側を意味し、外輪２０の奥側とは、図１の右側を意味する。また、本実施形態の等速ジョイント１０は、車両のドライブシャフトのアウトボード等速ジョイント、すなわち内輪３０から外輪２０へトルクを伝達する等速ジョイントに適用される場合について説明する。

図１に示すように、等速ジョイント１０は、固定式ボール型等速ジョイント（「ツェッパ形等速ジョイント」とも称す）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の左側に開口部を有するカップ状（有底筒状）からなる。この外輪２０のカップ底部の外方（図１の右側）には、連結軸２１が外輪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、球面凹状に形成されている。具体的には、外輪２０の球面凹状内周面の最内周面２２は、外輪軸方向に切断した断面で見た場合に円弧凹状に形成されている。

さらに、外輪２０の球面凹状内周面には、外輪軸直交方向断面がほぼ円弧凹状からなる複数の外輪ボール溝２３が、ほぼ外輪軸方向に延びるように形成されている。この外輪ボール溝２３の詳細については後述する。これら複数（本実施形態では６個）の外輪ボール溝２３は、径方向に切断した断面で見た場合に、周方向に等間隔（本実施形態においては６０度間隔）に形成されている。ここで、外輪軸方向とは、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、環状からなり、外輪２０の内側に配置されている。この内輪３０の外周面は、球面凸状に形成されている。具体的には、内輪３０の球面凸状外周面の最外周面３１は、内輪軸方向に切断した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の球面凸状外周面には、内輪軸直交方向断面がほぼ円弧凹状からなる複数の内輪ボール溝３２が、ほぼ内輪軸方向に延びるように形成されている。この内輪ボール溝３２の詳細については後述する。これら複数（本実施形態では６個）の内輪ボール溝３２は、径方向に切断した断面で見た場合に、周方向に等間隔（本実施形態では６０度間隔）に、且つ、外輪２０に形成される外輪ボール溝２３と同数形成されている。つまり、それぞれの内輪ボール溝３２が、外輪２０のそれぞれの外輪ボール溝２３に対向するように位置する。

また、内輪３０の内周面には、内輪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、図示しない動力伝達軸の外周スプラインに嵌合（噛合）する。ここで、内輪軸方向とは、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の外輪ボール溝２３と、当該外輪ボール溝２３に対向する内輪３０の内輪ボール溝３２には挟まれるように配置されている。そして、それぞれのボール４０は、それぞれの外輪ボール溝２３およびそれぞれの内輪ボール溝３２に対して、転動自在で周方向（外輪軸回りまたは内輪軸回り）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、すなわち球面凸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、すなわち球面凹状に形成されている。この保持器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、保持器５０は、周方向（保持器軸心の周方向）に等間隔に、略矩形の貫通孔である窓部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。

次に、外輪ボール溝２３の詳細形状について図２および図３を参照して説明する。図２は、外輪２０の軸方向断面図である。図３は、外輪ボール溝２３、内輪ボール溝３２およびボール４０の部分を軸方向から見た図である。

図２に示すように、外輪ボール溝２３を転動する際のボール４０の中心軌跡Ｃ１は、外輪２０の軸心から径方向外側に向かって外輪ボール溝２３を見た場合に、外輪ボール溝２３の一端から他端に亘って周方向に湾曲するＵ字状に形成されている。つまり、それぞれの外輪ボール溝２３のボール中心軌跡Ｃ１は、外輪２０の軸心を通る同一平面からずれるように設定されている。より詳細には、外輪２０の開口部側（図２の左側）から外輪ボール溝２３を見た場合に、Ｕ字状の開口側が半時計回り方向に向いている。ここで、「反時計回り方向」とは、車両が前進する場合に回転する方向、つまり、この方向とは、車両使用状態における主たる回転方向である。

外輪ボール溝２３のＵ字状軌跡Ｃ１は、ジョイント角０ｄｅｇの場合に、ボール４０の中心がＵ字状軌跡Ｃ１の開口側から周方向に最も離間した底部２３ａに位置するように設定されている。さらに、Ｕ字状軌跡Ｃ１のうち底部２３ａから一端側までの挙動と、Ｕ字状軌跡Ｃ１のうち底部２３ａから他端側までの挙動とは、Ｕ字状軌跡Ｃ１の底部２３ａを通り軸方向に直交する平面に対して対称に設定されている。ただし、この両挙動は常に対称に設定されるとは限られず、適宜調整される。さらに、図３に示すように、主たる回転方向と反対側（車両の後退方向）における外輪ボール溝２３とボール４０との第二の接触角θ２は、主たる回転方向側（車両の前進方向）における外輪ボール溝２３とボール４０との第一の接触角θ１より小さく設定されている。

ここで、「外輪ボール溝２３とボール４０との接触角」とは、外輪２０の軸心およびボール４０の中心を通る平面と、外輪ボール溝２３のうちボール４０との接触点Ｐ１、Ｐ２とボール４０の中心とを結ぶ直線と、のなす鋭角である。つまり、当該接触角が小さいほど、外輪２０の軸心およびボール４０の中心を通る平面から外輪ボール溝２３の当該接触点までの距離が短くなる。なお、接触点Ｐ１は、主たる回転方向側（車両の前進方向）における外輪ボール溝２３とボール４０との接触点であり、接触点Ｐ２は、主たる回転方向と反対側（車両の後退方向）における外輪ボール溝２３とボール４０との接触点である。

次に、内輪ボール溝３２の詳細形状について図３および図４を参照して説明する。図４は、内輪３０を径方向から見た図である。

図４に示すように、内輪ボール溝３２を転動する際のボール４０の中心軌跡Ｃ２は、内輪３０の径方向外側から軸心に向かって内輪ボール溝３２を見た場合に、内輪ボール溝３２の一端から他端に亘って周方向に湾曲するＵ字状に形成されている。つまり、それぞれの内輪ボール溝３２のボール中心軌跡Ｃ２は、内輪３０の軸心を通る同一平面からずれるように設定されている。より詳細には、内輪３０を外輪２０の内側に配置した状態において、外輪２０の開口部側（図１の左側）から内輪ボール溝３２を見た場合に、Ｕ字状の開口側が半時計回り方向に向いている。つまり、内輪３０を外輪２０の内側に配置した状態において、外輪ボール溝２３のＵ字状の開口側と内輪ボール溝３２のＵ字状の開口側とが、周方向の同方向に向いている。

内輪ボール溝３２のＵ字状軌跡Ｃ２は、ジョイント角０ｄｅｇの場合に、ボール４０の中心がＵ字状軌跡Ｃ２の開口側から周方向に最も離間した底部３２ａに位置するように設定されている。さらに、Ｕ字状軌跡Ｃ２のうち底部３２ａから一端側までの挙動と、Ｕ字状軌跡Ｃ２のうち底部３２ａから他端側までの挙動とは、Ｕ字状軌跡Ｃ２の底部３２ａを通り軸方向に直交する平面に対して対称に設定されている。ただし、この両挙動は常に対称に設定されるとは限られず、適宜調整される。さらに、図３に示すように、主たる回転方向と反対側（車両の後退方向）における内輪ボール溝３２とボール４０との第四の接触角θ４は、主たる回転方向側（車両の前進方向）における内輪ボール溝３２とボール４０との第三の接触角θ３より小さく設定されている。

ここで、「内輪ボール溝３２とボール４０との接触角」とは、内輪３０の軸心およびボール４０の中心を通る平面と、内輪ボール溝３２のうちボール４０との接触点とボール４０の中心とを結ぶ直線と、のなす鋭角である。つまり、当該接触角が小さいほど、内輪３０の軸心およびボール４０の中心を通る平面から内輪ボール溝３２の当該接触点までの距離が短くなる。なお、接触点Ｐ３は、主たる回転方向側（車両の前進方向）における内輪ボール溝３２とボール４０との接触点であり、接触点Ｐ４は、主たる回転方向と反対側（車両の後退方向）における内輪ボール溝３２とボール４０との接触点である。

さらに、外輪ボール溝２３のピッチ円半径と内輪ボール溝３２のピッチ円半径との差について、図５を参照して説明する。図５は、ある外輪ボール溝２３および内輪ボール溝３２において、ボール４０の位置に対するピッチ円半径差の関係を示す図である。

図５に示すように、ボール４０が外輪ボール溝２３のうち奥側に位置する状態からジョイント角０ｄｅｇの状態までの間において、ピッチ円半径差は一定に設定されている。そして、ボール４０がジョイント角０ｄｅｇの状態から外輪ボール溝２３のうち開口部側に位置する状態に向かって、ピッチ円半径差が徐々に大きくなるように設定している。つまり、ボール４０が外輪２０の開口部側に位置する場合に、当該ボール４０が位置する部位における外輪ボール溝２３のピッチ円半径と内輪ボール溝３２のピッチ円半径との差は、ジョイント角０ｄｅｇの場合にボール４０が位置する部位におけるピッチ円半径差より大きく設定されている。

この構成は、外輪ボール溝２３のピッチ円半径が、軸方向中央部より外輪２０の開口部側に行くに従って、大きくなるように形成することで達成できる。この他に、内輪ボール溝３２のピッチ円半径が、軸方向中央部より外輪２０の奥側に行くに従って、小さくなるように形成することで達成できる。さらには、外輪ボール溝２３および内輪ボール溝３２を上記のようにしてもよい。なお、ピッチ円半径差が大きくなると、ボール４０とボール溝２３、３２との隙間が大きくなることになる。

上述した等速ジョイント１０について、外輪ボール溝２３とボール４０との間に生じる荷重、および、保持器５０とボール４０との間に生じる荷重について解析を行った。比較対象として、外輪ボール溝２３が外輪軸方向に平行で、且つ、内輪ボール溝３２が内輪軸方向に平行に形成されたものを挙げる。

解析結果について図６および図７に示す。図６は、等速ジョイント１０の回転位相に応じた「ボール溝２３、３２とボール４０との間に生じる荷重」を示す解析結果である。図７は、等速ジョイント１０の回転位相に応じた「保持器５０とボール４０との間に生じる荷重」を示す解析結果である。図６および図７において、本実施形態における解析結果を菱形印および実線にて示し、比較対象における解析結果を丸印および破線にて示す。ここで、等速ジョイント１０の回転位相について、図８を参照して説明する。図８は、ジョイント角をとった状態において、等速ジョイント１０を外輪２０の軸方向のうち開口部側から見た図である。

まず、等速ジョイント１０の回転位相について説明する。図８に示すように、内輪３０に連結されたシャフトを図８の下側に屈曲させた状態において、その上端位置を回転位相０ｄｅｇとし、図８の左回りに回転させた場合に回転位相が進行するように定義する。なお、図８の左回りとは、上述にて説明した車両が前進する場合の回転方向に一致する。

図６に示すように、ボール４０が回転位相０ｄｅｇ付近および１８０ｄｅｇ付近に位置する場合が、他の回転位相に比べて、ボール溝２３、３２との間での荷重が大きくなっている。そして、比較例に比べて、本実施形態では、ボール４０がボール溝２３、３２から受ける最大荷重が低減している。詳細には、ボール４０の回転位相０ｄｅｇ付近においても、ボール４０の回転位相１８０ｄｅｇ付近においても、当該最大荷重が低減している。

また、図７に示すように、ボール４０が回転位相０ｄｅｇ付近および１８０ｄｅｇ付近に位置する場合が、他の回転位相に比べて、保持器５０との間での荷重が大きくなっている。そして、比較例に比べて、本実施形態では、ボール４０が保持器５０から受ける最大荷重が低減している。詳細には、ボール４０の回転位相０ｄｅｇ付近においても、ボール４０の回転位相１８０ｄｅｇ付近においても、当該最大荷重が低減している。

外輪ボール溝２３および内輪ボール溝３２を以上説明したようなＵ字状に形成することで、車両が前進する際に、ボール４０とボール溝２３、３２との間に生じる最大荷重を低減することができ、且つ、ボール４０と保持器５０との間に生じる最大荷重を低減することができる。さらに、外輪２０の開口部側においてボール溝２３、３２とボール４０との隙間を大きくすることで、ボール４０が当該ボール溝２３、３２に当たりにくくし、その結果、ボール４０が当該ボール溝２３、３２に位置する場合の荷重を低減することができる。

また、上述したように、外輪ボール溝２３のボール中心軌跡Ｃ１および内輪ボール溝３２のボール中心軌跡Ｃ２をＵ字状に形成しているため、仮に、主たる回転方向におけるボール溝２３、３２とボール４０との接触角θ１、θ３と、反対方向におけるボール溝２３、３２とボール４０との接触角θ２、θ４とを同じ角度にすると、主たる回転方向と反対側に回転する場合にボール４０とボール溝２３、３２との接触点を確保できないおそれがある。

この場合、ボール４０がボール溝２３、３２の端部（エッジ部）に接触してしまい、ボール４０の円滑な転がり、ボール４０による円滑な荷重伝達を妨げるおそれがある。その結果、ボール４０やボール溝２３、３２の損傷を引き起こすおそれがある。そこで、主たる回転方向と反対側（後退方向）におけるボール溝２３、３２とボール４０との接触角θ２、θ４は、主たる回転方向側（前進方向）におけるボール溝２３、３２とボール４０との接触角θ１、θ３より小さく設定されている。つまり、主たる回転方向とは反対側における接触点を中心線に近づけるようにして、ボール溝２３、３２とボール４０との接触点を確保するようにしている。これにより、車両が後退する際に、ボール４０がボール溝２３、３２の端部に接触することを防止している。

なお、上記実施形態では、主として内輪３０から外輪２０へトルクを伝達する、例えば車両のドライブシャフトのアウトボード等速ジョイントに本発明を適用した場合について説明したが、主として外輪２０から内輪３０へトルクを伝達する等速ジョイント、すなわちインボード等速ジョイントに本発明を適用することもできる。インボード等速ジョイントに適用する場合には、外輪ボール溝２３および内輪ボール溝３２のＵ字状の開口側は、主たる回転方向の逆側に向くようにすべきである。また、主たる回転方向側の外輪ボール溝２３とボール４０との第二の接触角θ２は、主たる回転方向の反対側における外輪ボール溝２３とボール４０との第一の接触角θ１より小さく設定すべきである。またさらに、主たる回転方向と反対側の内輪ボール溝３２とボール４０との第四の接触角θ４は、主たる回転方向側における内輪ボール溝３２とボール４０との第三の接触角θ３より小さく設定すべきである。

等速ジョイント１０の軸方向断面図である。 外輪２０の軸方向断面図である。 外輪ボール溝２３、内輪ボール溝３２およびボール４０の部分を軸方向から見た図である。 内輪３０を径方向から見た図である。 ある外輪ボール溝２３および内輪ボール溝３２において、ボール４０の位置に対するピッチ円半径差の関係を示す図である。 等速ジョイント１０の回転位相に応じた「ボール溝２３、３２とボール４０との間に生じる荷重」を示す解析結果である。 等速ジョイント１０の回転位相に応じた「保持器５０とボール４０との間に生じる荷重」を示す解析結果である。 ジョイント角をとった状態において、等速ジョイント１０を外輪２０の軸方向のうち開口部側から見た図である。

符号の説明

１０：ボール型等速ジョイント
２０：外輪、 ２１：連結軸、 ２２：最内周面、 ２３：外輪ボール溝
３０：内輪、 ３１：最外周面、 ３２：内輪ボール溝、 ３３：内周スプライン
４０：ボール、 ５０：保持器、 ５３：窓部

Claims (10)

1. 軸方向一方に開口部を備える筒状からなり、内周面に外輪ボール溝が複数形成された外輪と、
   前記外輪の内側に配置され、外周面に内輪ボール溝が複数形成された内輪と、
   それぞれの前記外輪ボール溝および前記内輪ボール溝を転動し、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、
   を備えるボール型等速ジョイントにおいて、
   前記外輪ボール溝を転動する際の前記ボールの中心軌跡は、前記外輪の軸心から径方向外側に向かって前記外輪ボール溝を見た場合に、前記外輪ボール溝の一端から他端に亘って周方向に湾曲するＵ字状に形成され、
   前記内輪ボール溝を転動する際の前記ボールの中心軌跡は、前記内輪の径方向外側から軸心に向かって前記内輪ボール溝を見た場合に、前記内輪ボール溝の一端から他端に亘って周方向に湾曲するＵ字状に形成され、
   前記外輪ボール溝の前記Ｕ字状の開口側と、前記内輪を前記外輪の内側に配置した状態における前記内輪ボール溝の前記Ｕ字状の前記開口側とが、周方向の同方向に向いていることを特徴とするボール型等速ジョイント。
2. 前記外輪ボール溝および前記内輪ボール溝の前記Ｕ字状は、ジョイント角０ｄｅｇの場合に、前記ボールの中心がそれぞれの前記Ｕ字状の開口側から周方向に最も離間した底部に位置するように設定される請求項１に記載のボール型等速ジョイント。
3. 前記ボールが前記外輪の前記開口部側に位置する場合に、当該ボールが位置する部位における前記外輪ボール溝のピッチ円半径と前記内輪ボール溝のピッチ円半径との差は、ジョイント角が０ｄｅｇの場合に前記ボールが位置する部位における前記差より大きく設定されている請求項１または２に記載のボール型等速ジョイント。
4. 前記ボールが前記外輪の前記開口部とは反対側に位置する状態からジョイント角が０ｄｅｇの状態までの間、前記差は一定に設定されている請求項３に記載のボール型等速ジョイント。
5. 前記Ｕ字状の開口側は、前記内輪から前記外輪にトルクが伝達される場合における主たる回転方向に向いている請求項１〜４の何れか一項に記載のボール型等速ジョイント。
6. 前記内輪から前記外輪にトルクが伝達される場合における前記主たる回転方向と反対側の前記外輪ボール溝と前記ボールとの第二の接触角は、前記主たる回転方向側における前記外輪ボール溝と前記ボールとの第一の接触角より小さく設定されている請求項５に記載のボール型等速ジョイント。
7. 前記内輪から前記外輪にトルクが伝達される場合における前記主たる回転方向側の前記内輪ボール溝と前記ボールとの第四の接触角は、前記主たる回転方向と反対側における前記内輪ボール溝と前記ボールとの第三の接触角より小さく設定されている請求項５または６に記載のボール型等速ジョイント。
8. 前記Ｕ字状の開口側は、前記外輪から前記内輪にトルクが伝達される場合における主たる回転方向の逆側に向いている請求項１〜４の何れか一項に記載のボール型等速ジョイント。
9. 前記外輪から前記内輪にトルクが伝達される場合における前記主たる回転方向側の前記外輪ボール溝と前記ボールとの第二の接触角は、前記主たる回転方向の反対側における前記外輪ボール溝と前記ボールとの第一の接触角より小さく設定されている請求項８に記載のボール型等速ジョイント。
10. 前記外輪から前記内輪にトルクが伝達される場合における前記主たる回転方向と反対側の前記内輪ボール溝と前記ボールとの第四の接触角は、前記主たる回転方向側における前記内輪ボール溝と前記ボールとの第三の接触角より小さく設定されている請求項８または９に記載のボール型等速ジョイント。

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