JP2009287641A - クロスグルーブ型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】伝達トルクが小さい場合においても、ガタ打ち音や振動の発生を抑制できるクロスグルーブ型等速自在継手を提供すること。
【解決手段】互いに逆方向に傾いたボール溝２ａ，２ｂを円周方向に交互に形成した内輪２と、互いに逆方向に傾いたボール溝４ａ，４ｂを円周方向に交互に形成した外輪４とを備える。互いに逆方向に傾いた内輪２と外輪４のボール溝２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂの交差部にトルク伝達ボール６を組み込み、トルク伝達ボール６を保持するケージ８を設ける。ケージ８のポケット８１の周方向に対向する一対の周方向部８１ｂ,８１ｂに、弾性部材８３を設ける。伝達トルクが小さくなってケージ８の位置決めが不安定になったとき、外部からの振動の作用や回転数の変動が生じても、弾性部材８３により、トルク伝達ボール６からケージ８に作用する衝撃を緩和してガタ打ち音や振動の発生を抑制できる。
【選択図】図４

Description

この発明は、自動車や各種産業機械等の動力伝達装置に使用される等速自在継手に関し、特に、内輪と外輪が軸線に対し互いに逆方向に傾いたボール溝を有するクロスグルーブ型等速自在継手に関する。

クロスグルーブ型等速自在継手は、対をなす内輪のボール溝と外輪のボール溝が軸線に対して互いに逆方向に傾いており、両ボール溝の交差部に、互いのボール溝の間にくさび角を形成することにより、トルク伝達ボールを保持するようになっている。このような構造により、トルク伝達ボールとボール溝との間のガタツキを少なくすることができ、特に、ガタツキを嫌う自動車のドライブシャフトに用いられる。

ドライブシャフトに用いられるクロスグルーブ型等速自在継手としては、内輪のボール溝と外輪のボール溝が内輪の軸線又は外輪の軸線に対して各々なす交差角βを１０°以上１５°以下とし、トルク伝達ボールの個数を１０とすることにより、継手の最大作動角を確保すると共に、摺動ストロークを稼ぐようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

クロスグルーブ型等速自在継手では、ある位相にトルク伝達ボールが存在した状態で作動角を大きくすると、内輪のボール溝と外輪のボール溝との間のくさび角が反転してしまい、トルク伝達ボールから保持器に使用する力のバランスが崩れ、保持器が不安定になる。内輪のボール溝と外輪のボール溝の夫々の交差角βが小さくなると、トルク伝達ボールが６個以下の場合は、この現象が顕著に現れる。一方、トルク伝達ボールを１０個とした場合、内輪のボール溝と外輪のボール溝の夫々の交差角βが小さくなっても、ある交差角βの値までは保持器の駆動が安定する。これは、くさび角が反転してしまったトルク伝達ボールの駆動力を、他のトルク伝達ボールが分担して、保持器の駆動を安定させるからである。このような特徴に鑑み、上記従来のクロスグルーブ型等速自在継手は、交差角βを１０°以上１５°以下とし、かつ、トルク伝達ボールの個数を１０としている。
特開２００６−２６６４２３号公報

クロスグルーブ型等速自在継手では、トルク伝達時に対を成す内輪のボール溝と外輪のボール溝との交差部に形成されるくさび角の作用で、トルク伝達ボールが溝の交差部から飛び出そうとし、これにより、ケージのポケットの内周面が軸線方向に押しやられる。内輪および外輪は、軸線に対して互いに逆方向にねじれた溝が円周方向に交互に配置されるため、隣り合うボールは溝の交差部から互いに逆方向に飛び出そうとする。このため、ケージの隣り合うポケットに互いに逆方向の力が作用し、これらの力がつり合って、ケージが位置決めされる。溝の交差部は、常に作動角の二等分面上に形成される。従って、トルク伝達ボールは常にボール溝の交差部に保持され、内・外輪間に角度変位が生じたときでも常に作動角の二等分面内に維持される。これらにより、クロスグルーブ型等速自在継手は、等速性があり、しかも、ガタツキが少ない優れた特性を有する。

しかしながら、クロスグルーブ型等速自在継手は、伝達するトルクが小さくなると、ケージのポケット面を押し付ける力が小さくなってケージの位置決めが不安定になる。位置決めが不安定になったケージは、外部からの振動や回転数の変動に追従することが不可能になり、ケージポケットとトルク伝達ボールとの隙間が詰まり、ガタ打ち音や振動が発生する問題が生じる。

そこで、本発明の課題は、伝達トルクが小さい場合においても、ガタ打ち音や振動の発生を抑制できるクロスグルーブ型等速自在継手を提供することにある。

上記課題を達成するため、請求項１の発明のクロスグルーブ型等速自在継手は、軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝を円周方向に交互に形成した外周面を有する内輪と、軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝を円周方向に交互に形成した内周面を有する外輪と、軸線に対して互いに逆方向に傾いた内輪のボール溝と外輪のボール溝との交差部に組み込んだトルク伝達ボールと、内輪の外周面と外輪の内周面との間に介在してトルク伝達ボールを収容するポケットを有し、このトルク伝達ボールを円周方向で所定間隔に保持するケージとを備えたクロスグルーブ型等速自在継手において、上記ケージのポケットの内周面に、上記トルク伝達ボールの接触に対する緩衝機構を設けたことを特徴としている。

上記構成によれば、ケージのポケットの内周面に緩衝機構を設けたので、伝達トルクが小さくなるに伴い、ケージの位置決めが不安定になり、外部からの振動や回転数の変動によってポケットの内周面とトルク伝達ボールとの隙間が詰まっても、トルク伝達ボールからケージへ作用する衝撃が緩衝機構により緩和される。したがって、ガタ打ち音や振動の発生を効果的に抑制できる。

請求項２の発明のクロスグルーブ型等速自在継手は、上記緩衝機構が、上記トルク伝達ボールの接触に伴って弾性変形する弾性部材で形成されたものである。

上記実施形態によれば、弾性部材で形成された緩衝機構により、トルク伝達ボールからケージへ作用する衝撃を効果的に緩和することができ、ガタ打ち音や振動の発生を、より効果的に抑制できる。

請求項３の発明のクロスグルーブ型等速自在継手は、上記緩衝機構を、上記ポケットの内周面の周方向に対向する部分に夫々設けたものである。

クロスグルーブ型等速自在継手では、伝達トルクが小さくなる場合のゲージの位置決めの不足が、特に、ケージの周方向において顕著となる。上記実施形態によれば、ポケットの内周面の周方向に対向する部分に緩衝機構を夫々設けたので、ケージの位置決めが周方向において不安定になっても、トルク伝達ボールからケージへ作用する衝撃を効果的に緩和できる。

請求項４の発明のクロスグルーブ型等速自在継手は、上記トルク伝達ボールの個数が、６、８又は１０である。

上記実施形態によれば、トルク伝達ボールの個数が６であって、くさび角が反転し易くてケージが比較的不安定になり易い場合において、外部からの振動の作用や回転数の変動が生じても、緩衝機構によりトルク伝達ボールからケージへ作用する衝撃を効果的に緩和できる。また、トルク伝達ボールの個数が８又は１０であって、くさび角が比較的小さくてトルク伝達ボールからケージへ作用する位置決めの力が比較的小さい場合において、外部からの振動の作用や回転数の変動が生じても、緩衝機構によりトルク伝達ボールからケージへ作用する衝撃を効果的に緩和できる。

請求項５の発明のクロスグルーブ型等速自在継手は、上記弾性部材が、加硫接着により上記ケージに固定されたゴム材からなる。

上記実施形態によれば、衝撃緩衝効果の高いゴム材をケージに強固に固定できるので、トルク伝達ボールからケージへ作用する衝撃を長期に渡って安定して緩和することができ、クロスグルーブ型等速自在継手の耐久性を高めることができる。

請求項６の発明のクロスグルーブ型等速自在継手は、上記緩衝機構が、上記ケージのポケットの内周面に施された表面処理部により形成されたものである。

上記実施形態によれば、ケージのポケットの内周面に表面処理を施して緩衝機構を形成することにより、少ない部品点数により、ガタ打ち音や振動の発生を抑制可能なクロスグルーブ型等速自在継手が得られる。

本発明のクロスグルーブ型等速自在継手によれば、伝達トルクが小さくなってケージの位置決めが不安定になり易い場合においても、ケージのポケットの内周面に設けた緩衝機構により、外部からの振動や回転数の変動に伴ってトルク伝達ボールからケージへ作用する衝撃を緩和できて、ガタ打ち音や振動の発生を効果的に抑制できる。したがって、自動車に適用された場合、静粛性の向上と振動の低減が可能なクロスグルーブ型等速自在継手が得られる。

この発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１は、ディスクタイプのクロスグルーブ型等速自在継手１を示す断面図であり、図２は、図１のクロスグルーブ型等速自在継手１を端面側から観察した様子を示す正面図である。なお、クロスグルーブ型等速自在継手１には、ディスクタイプの他に、フランジタイプ、ベルタイプがある。

このクロスグルーブ型等速自在継手１は、内輪２と外輪４とトルク伝達ボール６とケージ８とを主要な構成要素として成り立っている。このクロスグルーブ型等速自在継手１は、内輪２が第一の軸１２（スタブシャフト）に結合され、その第一の軸１２と等速自在継手とに内部を密封するアダプタ付きブーツ１１が装着されている。クロスグルーブ型等速自在継手１の外輪４の端部には、コンパニオンフランジが設けられた図示しない第二の軸が結合されるようになっている。この第二の軸のコンパニオンフランジとクロスグルーブ型等速自在継手１との間に位置して内部を密封するエンドプレート１０が外輪４の端部に装着されている。

内輪２は、中心部にスプライン孔２１を有し、球面状の外周面に複数のボール溝２ａ，２ｂが形成されている。なお、この内輪２のスプライン孔２１に第一の軸１２をトルク伝達可能に嵌合させ、その第一の軸１２の輪溝に装着されたスナップリングまたはサークリップにより第一の軸１２を内輪２に軸線方向に位置決め固定する。外輪４は内輪２の外周に位置し、内周面に内輪２のボール溝２ａ，２ｂと同数のボール溝４ａ，４ｂが形成されている。

外輪４の軸線方向一端部と第一の軸１２との間には、クロスグルーブ型等速自在継手１内部に充填したグリースの漏洩を防ぐと共に外部からの異物の侵入を防止するために、内部を一端側から密封するアダプタ付きブーツ１１が装着されている。このアダプタ付きブーツ１１は、小径端部と大径端部を有する蛇腹状のゴムまたは樹脂からなるブーツ本体と、大径円筒部と小径円筒部を有する金属製アダプタとからなる。ブーツ本体の大径端部がアダプタの小径円筒部に接合されており、ブーツ本体の小径端部をブーツバンドにより第一の軸１２に締着している。アダプタは、大径円筒部を外輪４の一端部に外嵌させて、ボルト孔１３に螺合するボルトで外輪４に固定される。

外輪４の軸線方向他端部と図示しない第二の軸のコンパニオンフランジとの間には、クロスグルーブ型等速自在継手１に充填したグリースの漏洩を防ぐと共に外部からの異物の侵入を防止するために、内部を他端側から密封するエンドプレート１０が装着されている。このエンドプレート１０は、一端側に形成された円筒部を外輪４の他端部に外嵌させて、コンパニオンフランジと外輪４の他端部との間に挟み込まれた状態で、ボルト孔１３に螺合するボルトで固定される。

図３（ａ）はボール溝の展開図であり、実線で示すように、内輪２の軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝２ａ，２ｂが円周方向に交互に位置している。また、破線で示すように、外輪４の軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝４ａ，４ｂが円周方向に交互に位置している。符号βは、軸線に対する各ボール溝２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂの交差角である。

対を成すボール溝２ａとボール溝４ａ、またはボール溝２ｂとボール溝４ｂの交差部にトルク伝達ボール６が組み込まれる。図１に示すように、本実施形態では内輪２のボール溝２ａ，２ｂと、外輪４のボール溝４ａ，４ｂがそれぞれ６本あり、トルク伝達ボール６も６個ある。トルク伝達ボール６は、内輪２と外輪４の間に介在されたケージのポケット８１内に保持されている。

図４（ａ）はケージ８の横断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のケージ８のＡ−Ａ線における縦断面図である。図４（ａ）は、図４（ｂ）のＢ−Ｂ線である。

図４（ａ）に示すように、ケージ８は、トルク伝達ボール６を収容保持する窓状のポケット８１が、周方向に等間隔でトルク伝達ボール６と同数だけ形成されている。隣り合うポケット間の部位は柱部となっている。ケージ８の外周面は球状とされ、外輪４の内周面がケージ８の外周面の案内面となっている。ケージ８の内周面もまた球状とされ、内輪２の外周面がケージ８の内周面の案内面となっている。

ケージのポケット８１は、周方向寸法が軸線方向寸法よりも長い長穴状に形成されている。ポケット８１の内周面の軸線方向に対向する一対の軸方向部８１ａは、互いに平行面に形成されている。ポケット８１の内周面の周方向に対向する一対の周方向部８１ｂは、概ねトルク伝達ボール６の外周面に沿った曲面に形成されている。ポケット８１の内周面の軸方向部８１ａと周方向部８１ｂは、ポケット８１の周方向の中心を通る径と平行に形成されている。

図４（ｃ）は、ケージのポケット８１を径方向から見た様子を示す拡大図である。図４（ａ）乃至（ｃ）に示すように、ケージのポケット８１の内周面には、周方向に対向する一対の周方向部８１ｂ,８１ｂに、緩衝機構としての弾性部材８３が夫々設けられている。この弾性部材８３は矩形に成形されたシート状のゴム材であり、加硫接着によりケージ８の内周面に固定されている。弾性部材８３は、ポケット８１の内周面の周方向部８１ｂを外周側から内周側に渡って被覆するように、軸線方向の中央に配置されている。

上記構成のクロスグルーブ型等速自在継手１が動作すると、作動角θが０°の場合、図３（ａ）に示すように、対をなす内輪のボール溝２ａ，２ｂと外輪のボール溝４ａ，４ｂとの交差部に形成されたくさび角２βの作用により、ボール溝２ａ，２ｂ,４ａ，４ｂからトルク伝達ボール６に、周方向の回転力と、軸線方向分の分力が作用する。この軸線方向分の分力により、トルク伝達ボール６が溝の交差部から飛び出そうとし、ケージ８のポケット８１の内周面の軸方向部８１ａに押しやられる。ここで、内輪２と外輪４には、軸線に対して互いに逆方向にねじれたボール溝２ａ，２ｂ,４ａ，４ｂが円周方向に交互に配置されているため、隣り合うトルク伝達ボール６からポケット８１の内周面の軸方向部８１ａには、互いに逆方向の力Ｆ１，Ｆ２が作用する。このように、トルク伝達ボール６からケージ８へ互いに逆方向に作用する力Ｆ１，Ｆ２により、ケージ８の軸線方向の力がつり合って、ケージ８が内輪２及び外輪４と同一面内に保持される。

クロスグルーブ型等速自在継手１の作動角θがつくと、図３（ｂ）に示すように、内輪のボール溝２ａ，２ｂ,と外輪のボール溝４ａ，４ｂとの交差部が作動角θの二等分面上に形成され、この二等分面上にトルク伝達ボール６が保持される。ここで、内輪のボール溝２ａ，２ｂ,と外輪のボール溝４ａ，４ｂとの交差角度が、交差部に応じて異なることとなり、くさび角の小さくなる交差部では軸線方向の分力が小さくなり、トルク伝達ボール６からポケット８１の軸方向部８１ａに作用する力が小さくなる。このとき、クロスグルーブ型等速自在継手１の伝達トルクが小さいと、図３（ｂ）に示すように、ポケット８１の軸方向部８１ａに作用する力Ｆ１１，Ｆ１２が過小となり、ケージ８の位置決めが不安定になる。

ケージのポケット８１は、図５（ａ）に示すように、周方向が長い長穴状に形成されているため、トルク伝達ボール６とポケット８１の内周面の周方向部８１ｂとの間には隙間Ｄが形成される。したがって、ケージ８の位置決めが不安定な場合、外部からの振動や回転数の変動により隙間Ｄが詰まることとなる。ここで、図５（ｃ）に示した従来のポケット８１においては、トルク伝達ボール６がポケット８１の内周面の周方向部８１ｂに衝突して、ガタ打ち音や振動の発生を招来する問題がある。これに対して、本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、ポケット８１の内周面の周方向部８１ｂに弾性部材８３が設けられているので、隙間Ｄが詰まっても、トルク伝達ボール６が弾性部材８３に接触することにより、ケージ８に作用する衝撃が効果的に緩和される。したがって、ガタ打ち音や振動の発生を効果的に抑制することができる。

上記実施形態のクロスグルーブ型等速自在継手１において、緩衝機構としての弾性部材８３を加硫接着によりケージ８に固定したが、他の接着手段により弾性部材８３をケージ８に固定してもよい。また、弾性部材８３をゴム材で形成したが、樹脂等の他の弾性体で弾性部材８３を形成してもよい。

また、上記実施形態のクロスグルーブ型等速自在継手１において、トルク伝達ボール６を６個配設したが、トルク伝達ボール６の個数は８又は１０であってもよい。トルク伝達ボール６が８又は１０個である場合、６個の場合と比較して、ボール溝２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂのくさび角の反転は生じ難くなる。しかしながら、ボール溝２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂの軸線に対する交差角βが小さくなることから、くさび角が小さくなり、ボール溝２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂからトルク伝達ボール６へ作用する軸線方向の分力が小さくなって、ケージ８の位置決め力が小さくなる。このクロスグルーブ型等速自在継手１の伝達トルクが小さくなると、ケージ８の位置決め力が更に小さくなる部分が生じる。このとき、外部からの振動の作用や回転数の変動が生じて、トルク伝達ボール６とケージ８との隙間Ｄが詰まっても、ケージ８に設けた弾性部材８３により、トルク伝達ボール６からケージ８に作用する衝撃を効果的に緩和して、ガタ打ち音や振動の発生を効果的に抑制することができる。

本発明の実施形態のクロスグルーブ型等速自在継手を示す断面図である。 クロスグルーブ型等速自在継手を端面側から観察した様子を示す正面図である。 図３（ａ）は作動角θが０°のときのボール溝の展開図であり、図３（ｂ）は作動角θがついたときのボール溝の展開図である。 図４（ａ）はケージの横断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のケージのＡ−Ａ線における縦断面図であり、図４（ｃ）はケージのポケットを径方向から見た様子を示す拡大図である。 図５（ａ）は実施形態のトルク伝達ボール及びポケットを示す図であり、図５（ｂ）は実施形態のトルク伝達ボールとポケットとの隙間が詰まった様子を示す図であり、図５（ｃ）は従来のトルク伝達ボールとポケットとの隙間が詰まった様子を示す図である。

符号の説明

１ クロスグルーブ型等速自在継手
２ 内輪
２ａ，２ｂ ボール溝
４ 外輪
４ａ，４ｂ ボール溝
６ トルク伝達ボール
８ ケージ
８１ ポケット
８１ａ ポケットの内周面の軸方向部
８１ｂ ポケットの内周面の周方向部
８３ 弾性部材

Claims (6)

1. 軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝を円周方向に交互に形成した外周面を有する内輪と、軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝を円周方向に交互に形成した内周面を有する外輪と、軸線に対して互いに逆方向に傾いた内輪のボール溝と外輪のボール溝との交差部に組み込んだトルク伝達ボールと、内輪の外周面と外輪の内周面との間に介在してトルク伝達ボールを収容するポケットを有し、このトルク伝達ボールを円周方向で所定間隔に保持するケージとを備えたクロスグルーブ型等速自在継手において、
   上記ケージのポケットの内周面に、上記トルク伝達ボールの接触に対する緩衝機構を設けたことを特徴とするクロスグルーブ型等速自在継手。
2. 請求項１に記載のクロスグルーブ型等速自在継手において、
   上記緩衝機構が、上記トルク伝達ボールの接触に伴って弾性変形する弾性部材で形成されたことを特徴とするクロスグルーブ型等速自在継手。
3. 請求項１に記載のクロスグルーブ型等速自在継手において、
   上記緩衝機構を、上記ポケットの内周面の周方向に対向する部分に夫々設けたことを特徴とするクロスグルーブ型等速自在継手。
4. 請求項１に記載のクロスグルーブ型等速自在継手において、
   上記トルク伝達ボールの個数が、６、８又は１０であることを特徴とするクロスグルーブ型等速自在継手。
5. 請求項２に記載のクロスグルーブ型等速自在継手において、
   上記弾性部材が、加硫接着により上記ケージに固定されたゴム材からなることを特徴とするクロスグルーブ型等速自在継手。
6. 請求項１に記載のクロスグルーブ型等速自在継手において、
   上記緩衝機構が、上記ケージのポケットの内周面に施された表面処理部により形成されたことを特徴とするクロスグルーブ型等速自在継手。

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