JP2010127311A - 固定式等速自在継手およびこれを用いた車輪軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シャフトを、連結する相手部材の形状に合わせる設計が採り易くて部品点数の削減が容易に図れ、軸方向のコンパクト化を図る。
【解決手段】 円筒状外輪３０を共通にしてその一端側に固定式継手部１０を配設すると共に他端側に摺動式継手部２０を配設し、摺動式継手部２０の内輪２２にシャフト２１をスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結し、その摺動式継手部２０のシャフト２１の端部に凸球面部２５を設けると共に固定式継手部１０に凹球面部１５を設け、凸球面部２５と凹球面部１５からなる球対偶４０を介して固定式継手部１０と摺動式継手部２０を連結し、凸球面部２５を、凹球面部１５の内球面に球面嵌合された中空形状の頭部２５ａとその頭部２５ａの中空部２５ｂに嵌挿された首部２１ａとで構成し、首部２１ａの最大径Ｄ₁を摺動式継手部２０の内輪２２のスプライン最小内径Ｄ₂よりも小さくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、自動車などの動力伝達系において使用され、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、およびこの等速自在継手を車輪用軸受に組み付けた車輪軸受装置に関する。

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には、固定式等速自在継手と摺動式等速自在継手の二種がある。これら両者の等速自在継手は、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。

自動車のエンジンから駆動車輪に動力を伝達するドライブシャフトは、エンジンと車輪との相対的位置関係の変化による角度変位と軸方向変位に対応する必要があるため、エンジン側（インボード側）に摺動式等速自在継手を、駆動車輪側（アウトボード側）に固定式等速自在継手をそれぞれ装備し、両者の等速自在継手をシャフトで連結した構造を具備する。

一般的に、前述した固定式等速自在継手としては、バーフィールド型等速自在継手（以下、ＢＪと称す）や作動角の大きなアンダーカットフリー型等速自在継手（以下、ＵＪと称す）が広く知られている。また、摺動式等速自在継手としては、ダブルオフセット型等速自在継手（以下、ＤＯＪと称す）やレブロ型等速自在継手（以下、ＬＪと称す）が広く知られている。

近年、自動車の乗車空間拡大の観点からホイールベースを長くすることがあるが、それに伴って車両回転半径が大きくならないようにするため、自動車のドライブシャフトの連結用継手として使用されている固定式等速自在継手の高角化による前輪の操舵角の増大が求められている。

この要望に対して、本出願人は、前述の問題点を改善するため、二つの等速自在継手、例えばＵＪとＤＯＪを組み合わせて、構造が簡単で高角化を実現容易にした軽量コンパクトな固定式等速自在継手を先に提案している（例えば、特許文献１参照）。

この等速自在継手１８０は、図１０に示すように、単一の円筒状外輪１３０を共通にしてその一端側に固定式継手部１１０（ＵＪ）を配設すると共に他端側に摺動式継手部１２０（ＤＯＪ）を配設し、その固定式継手部１１０の内輪１１２にスプライン嵌合されたシャフト１１１のＤＯＪ側端部に凹球面部１１５を設けると共に摺動式継手部１２０の内輪１２２にスプライン嵌合されたシャフト１２１のＵＪ側端部に凸球面部１２５を設け、その凹球面部１１５と凸球面部１２５からなる球対偶１４０を介して固定式継手部１１０のシャフト１１１と摺動式継手部１２０のシャフト１２１とを連結した構造を具備する。

このように固定式継手部１１０と摺動式継手部１２０を共通の外輪１３０に組み込み、両者の固定式継手部１１０と摺動式継手部１２０を球対偶１４０で連結した構造としたことにより、固定式継手部１１０と摺動式継手部１２０のそれぞれの作動角を加えた大きな作動角を実現することができ、固定式継手部１１０と摺動式継手部１２０との間に凸球面部１１５と凹球面部１２５からなる球対偶１４０が介在するのみであるため、構造が簡単で軽量コンパクトな等速自在継手を実現している。

固定式継手部１１０における内輪１１２から延びるシャフト１１１と外輪１３０との間には、内部からのグリース漏洩および外部からの異物侵入を防止するために蛇腹状のブーツ１５０が装着されている。このブーツ１５０の大径端部１５２は外輪１３０の外周面にブーツバンド１５４により固定され、その小径端部１５６はシャフト１１１に取り付けられたアダプタ１５１の外周面にブーツバンド１５８により固定されている。

また、摺動式継手部１２０における内輪１２２から延びるシャフト１２１と外輪１３０との間にも、内部からのグリース漏洩および外部からの異物侵入を防止するために蛇腹状のブーツ１６０が装着されている。このブーツ１６０の大径端部１６２は外輪１３０の外周面にブーツバンド１６４により固定され、その小径端部１６６はシャフト１２１の外周面にブーツバンド１６８により固定されている。

この種の等速自在継手１８０をドライブシャフトの駆動車輪側（アウトボード側）に装着した場合、図１１に示すように等速自在継手１８０における固定式継手部１１０の内輪１１２から延びるシャフト１１１を車輪用軸受１７０に連結する。

この車輪用軸受１７０は、ハブ輪１７１、内輪１７２、転動体１７３および外輪１７４で主要部が構成されている。ハブ輪１７１の車輪取付フランジに植設されたハブボルト１７５を利用して車輪（図示せず）が取り付けられる。ハブ輪１７１の小径段部に一対の内輪１７２が圧入により嵌合され、その内輪１７２の外周面に形成された複列の内側軌道面と外輪１７４の内周面に形成された複列の外側軌道面との間に転動体１７３が回転自在に配置されている。外輪１７４は、車体の懸架装置（図示せず）から延びるナックル１７６に固定される。

この車輪用軸受１７０のハブ輪１７１に、等速自在継手１８０の固定式継手部１１０の内輪１１２から延びるシャフト１１１をスプライン嵌合により連結し、そのシャフト１１１の先端部をナット１７７で締め付け固定することにより車輪用軸受１７０と等速自在継手１８０とを一体化している。この時、インボード側に位置する内輪１７２をアダプタ１５１に当接させることにより、ナット１７７による締め付け力でもって車輪用軸受１７０に予圧を付与するようにしている。
特開２００８−１９６５９１号公報

ところで、前述した特許文献１に開示された等速自在継手１８０と車輪用軸受１７０とを一体化するに際しては、固定式継手部１１０の側に位置するブーツ１５０の小径端部１５６をシャフト１１１に取り付けるためのアダプタ１５１に、車輪用軸受１７０においてインボード側に位置する内輪１７２を当接させることにより、ナット１７７による締め付け力でもって車輪用軸受１７０に予圧を付与するようにしている。

この車輪用軸受１７０のハブ輪１７１に連結されたシャフト１１１の継手側端部に凹球面部１１５を形成していることから、等速自在継手１８０の組み立てに際しては、外輪１３０の内部に収容された状態にある内輪１１２に対して、前述のシャフト１１１を摺動式継手部側から挿入して内輪１１２にスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結し、凹球面部１１５の外周面を内輪１１２の摺動式継手部側端面に当接させるようにしている。このようにしてシャフト１１１を内輪１１２に組み付けなければならないことから、ブーツ１５０の小径端部１５６をシャフト１１１に取り付けるためのアダプタ１５１をシャフト１１１とは別部材で後付けしているのが現状である。

なお、前述したように固定式継手部１１０の内輪１１２に連結されたシャフト１１１に球対偶１４０の凹球面部１１５を形成するのは、球対偶１４０の中心と固定式継手部１１０の中心との軸方向寸法をできるだけ短くすることにより等速自在継手全体の軸方向コンパクト化を図るためであり、また、球対偶１４０の強度確保のために凸球面部１２５の支持部の軸径を大きくする必要があることから、凹球面部１１５の球面径を大きくしなければならないからである。

しかしながら、従来の等速自在継手１８０のように、車輪用軸受１７０のハブ輪１７１に連結されるシャフト１１１は、摺動式継手部側から挿入して内輪１１２にスプライン嵌合させ得る形状に限定されるため、ブーツ１５０の小径端部１５６をシャフト１１１に取り付けるためのアダプタ１５１をシャフト１１１とは別部材で後付けする構造を採用せざるを得ない。その結果、前述のシャフト１１１を、連結する相手部材の形状に合わせる設計が採り難く、場合によっては部品点数の増加を招く可能性がある。

そこで、本発明は前述の点を改善して提案されたもので、その目的とするところは、シャフトを、連結する相手部材の形状に合わせる設計が採り易くて部品点数の削減が容易に図れ、軸方向にコンパクトな固定式等速自在継手およびこれを用いた車輪軸受装置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、本発明は、円筒状外方部材を共通にしてその一端側に固定式継手部を配設すると共に他端側に摺動式継手部を配設し、継手部の少なくとも一方の内方部材に軸部材をスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結し、その一方の継手部の軸部材の端部に凸球面部を設けると共に他方の継手部に凹球面部を設け、凸球面部と凹球面部からなる球対偶を介して固定式継手部と摺動式継手部を連結し、凸球面部を、凹球面部の内球面に球面嵌合された中空形状の頭部とその頭部の中空部に嵌挿された首部とで構成し、その首部の最大径を内方部材のスプライン最小内径よりも小さくしたことを特徴とする。

本発明では、固定式継手部と摺動式継手部とで円筒状外方部材を共通にしたことにより、その外方部材内に固定式と摺動式の二つの継手部を組み合わせた構造を具備する。さらに、固定式継手部あるいは摺動式継手部の少なくとも一方の内方部材に軸部材をスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結し、その一方の継手部の軸部材の端部に凸球面部を設けると共に他方の継手部に凹球面部を設け、凸球面部と凹球面部からなる球対偶を介して固定式継手部と摺動式継手部を連結したことにより、凸球面部と凹球面部からなる球対偶は、固定式継手部と摺動式継手部とを連結し、固定式継手部と摺動式継手部で共通の一点を中心とした球面案内機構とすることで、この球面中心を作動角の中心とする固定式等速自在継手となる。

このように固定式継手部と摺動式継手部を共通の外方部材に組み込み、両者の固定式継手部と摺動式継手部を球対偶で連結した構造としたことにより、固定式継手部と摺動式継手部のそれぞれの作動角を加えた大きな作動角を実現することができ、固定式継手部と摺動式継手部との間に凸球面部と凹球面部からなる球対偶が介在するのみであるため、構造が簡単で軽量コンパクトな固定式等速自在継手を提供できる。

さらに、この固定式等速自在継手では、凸球面部を、凹球面部の内球面に球面嵌合された中空形状の頭部とその頭部の中空部に嵌挿された首部とで構成し、その首部の最大径を内方部材のスプライン最小内径よりも小さくしたことにより、凸球面部の球面径を大きくすることで球対偶の強度を確保することができると共に、軸部材の組み付け時、その軸部材の端部に設けられ、凸球面部の頭部から分離可能な首部から継手部の内方部材へ挿入することができる。

その結果、軸部材の反首部側に位置する部位の外径を大きくしたり、あるいは軸部材に車輪用軸受を連結する場合、その車輪用軸受の内方部材を当接させるフランジ部を軸部材に一体的に形成したりすることができ、軸部材を、連結する相手部材の形状に合わせる設計が採り易くて部品点数の削減が容易に図れる。

本発明における凸球面部が設けられた一方の継手部は８個のボールを有することが望ましい。８個ボールの継手部とすることで、６個ボールの継手部と比べてボール径が小さく径方向外方に位置するため、内方部材のスプライン内径を大きくすることができる。ここで、首部先端とスプライン形成部分との間に位置する首部根元を凹球面部との干渉を防止するために縊れた形状とするが、内方部材のスプライン内径を大きくすることで軸部材の首部の外径を大きくできることにより、その首部根元とスプライン形成部分とを繋ぐＲ状の隅部の曲率半径を大きくすることができ、トルク負荷時に曲げ荷重が発生して応力が集中する前記隅部の強度が向上し、トルク負荷容量が向上する。

本発明では、一方の継手部の軸部材と外方部材との間に、継手内部からの潤滑材漏洩および継手外部からの異物侵入を防止するブーツを装着し、そのブーツの端部を内方へ折り返し成形して軸部材にブーツバンドにより固定した構造が可能である。このように、ブーツの端部を内方へ折り返し成形して軸部材にブーツバンドにより固定した構造とすれば、ブーツの端部をブーツ内部で軸部材にブーツバンドにより固定することになり、ブーツを軸方向にコンパクトに配置することができる。これにより、固定式等速自在継手を前輪の駆動車輪側用としてその軸部材を車輪用軸受に連結した場合、その車輪用軸受から継手中心までの軸方向寸法を短くすることができ、転舵角に対する等速自在継手の作動角が小さくなり、大きな転舵角をとることが可能となる。なお、前述のブーツバンドは、折り返し成形されたブーツの端部に装着された金属管でもよい。

なお、前述したように凸球面部が設けられた一方の継手部が８個のボールを有する構造や、一方の継手部の軸部材と外方部材との間に、継手内部からの潤滑材漏洩および継手外部からの異物侵入を防止するブーツを装着し、そのブーツの端部を内方へ折り返し成形して軸部材にブーツバンドにより固定した構造では、一方の継手部を摺動式継手部とすることが好ましい。

本発明における固定式等速自在継手の内方部材から延びる軸部材を車輪用軸受に連結することにより車輪軸受装置を構成する。このようにすれば、軸部材を、連結する相手部材の形状に合わせる設計が採り易くて部品点数の削減が容易に図れ、軸方向にコンパクトな車輪軸受装置を提供することができる。

本発明における車輪用軸受は、内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、外周に外側軌道面と対向する複列の内側軌道面を有し、ハブ輪および内輪からなる内方部材と、外方部材の外側軌道面と内方部材の内側軌道面との間に介装された複列の転動体とを備え、ハブ輪の小径段部に内輪を圧入し、内輪の端部を、軸部材に一体的に形成されたフランジ部に当接させることにより内輪をハブ輪に軸方向に固定した構造が望ましい。このようにすれば、車輪用軸受に予圧を付与するためのフランジ部を軸部材に一体的に形成したことで、部品点数の削減を容易に実現することができる。

本発明における車輪用軸受は、内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、外周に外側軌道面と対向する複列の内側軌道面を有し、ハブ輪および内輪からなる内方部材と、外方部材の外側軌道面と内方部材の内側軌道面との間に介装された複列の転動体とを備え、ハブ輪の小径段部に内輪を圧入し、ハブ輪の小径段部の端部を径方向外方へ塑性変形させることで加締め部を形成し、その加締め部で内輪をハブ輪に軸方向に固定した構造が望ましい。このようにすれば、ハブ輪の小径段部の端部を径方向外方へ塑性変形させることで形成した加締め部により車輪用軸受に予圧を付与することができる。その結果、従来のようなアダプタや前述のフランジ部が不要となり、軸部材にフランジ部を形成する必要がなくなってコスト低減が図れ、車輪軸受装置を軸方向にコンパクトにすることができる。

本発明によれば、固定式継手部と摺動式継手部を共通の外方部材に組み込み、両者の固定式継手部と摺動式継手部を球対偶で連結した構造としたことにより、固定式継手部と摺動式継手部のそれぞれの作動角を加えた大きな作動角を実現することができ、固定式継手部と摺動式継手部との間に凸球面部と凹球面部からなる球対偶が介在するのみであるため、構造が簡単で軽量コンパクトな固定式等速自在継手を提供できる。

しかも、この固定式等速自在継手では、凸球面部を、凹球面部の内球面に球面嵌合された中空形状の頭部とその頭部の中空部に嵌挿された首部とで構成し、その首部の最大径を内方部材のスプライン最小内径よりも小さくしたことにより、凸球面部の球面径を大きくすることで球対偶の強度を確保することができると共に、軸部材の組み付け時、首部先端から継手部の内方部材へ挿入することができる。その結果、軸部材の反首部側に位置する部位の外径を大きくしたり、あるいは軸部材に車輪用軸受を連結する場合、その車輪用軸受の内方部材を当接させるフランジ部を軸部材に一体的に形成したりすることができ、軸部材を、連結する相手部材の形状に合わせる設計が採り易くて部品点数の削減が容易に図れる。

その結果、例えば、近年における自動車のドライブシャフトに使用される固定式等速自在継手の高角化による前輪の操舵角の増大への要望に迅速に対応することができる。

また、この固定式等速自在継手の軸部材を車輪用軸受に連結した車輪軸受装置に適用する場合、軸部材を、連結する相手部材の形状に合わせる設計が採り易くて部品点数の削減が容易に図れ、軸方向にコンパクトな車輪軸受装置を提供することができる。

本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態を以下に詳述する。図１に示す実施形態の固定式等速自在継手８０は、固定式継手部１０としてＵＪ、摺動式継手部２０としてＤＯＪをそれぞれ適用して組み合わせた構造を例示する。なお、固定式継手部１０としてはＢＪ、摺動式継手部２０としてはＬＪを適用して組み合わせることも可能である。

この実施形態の固定式等速自在継手８０は、以下の構造を具備する。図１に示すように円筒状外方部材である単一の外輪３０を共通にしてその一端側（図示右側）に固定式継手部１０（ＵＪ）を配設すると共に他端側（図示左側）に摺動式継手部２０（ＤＯＪ）を配設し、その固定式継手部１０の内方部材である内輪１２にスプライン嵌合された軸部材であるシャフト１１の端部に凹球面部１５を一体的に設けると共に摺動式継手部２０の内方部材である内輪２２にスプライン嵌合された軸部材であるシャフト２１の端部に凸球面部２５を一体的に設け、その凹球面部１５と凸球面部２５からなる球対偶４０を介して固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１を連結した構造を具備する。

固定式継手部１０は、軸方向に延びる複数のトラック溝３１が円筒状内周面に円周方向等間隔に形成された外輪３０を摺動式継手部２０と共通にし、外輪３０のトラック溝３１と対をなして軸方向に延びる複数のトラック溝１６が球面状外周面に円周方向等間隔に形成された内輪１２と、外輪３０のトラック溝３１と内輪１２のトラック溝１６との間に介在してトルクを伝達する複数のボール１４と、外輪３０の円筒状内周面と内輪１２の球面状外周面との間に介在して各ボール１４を保持するケージ１３とを備えている。複数のボール１４は、ケージ１３に形成されたポケット１７に収容されて円周方向等間隔に配置されている。

内輪１２の軸孔１８には、駆動側あるいは従動側のシャフト１１がスプライン嵌合により結合されており、それらシャフト１１と外輪３０との間で作動角度変位を許容しながらトルク伝達が可能な構造となっている。なお、シャフト１１の外周面のスプライン端部に形成された環状凹溝にサークリップ等の止め輪１９を嵌合させ、内輪１２の外輪開口側端部で止め輪１９を係止させることにより、内輪１２に対するシャフト１１の抜け止め構造としている。

また、凹球面部１５の外周面１５ａは内輪１２の外輪反開口側端部のテーパ状端面１２ａに常時接触させた状態をなし、その凹球面部１５の外周面１５ａには、作動角をとった時にボール１４との干渉を回避するための複数の凹所１５ｂがボール１４の配列ピッチに合わせて円周方向に形成されている。

外輪３０とシャフト１１との間には、内部からのグリース漏洩および外部からの異物侵入を防止するために樹脂あるいはゴム製の蛇腹状ブーツ５０が装着され、このブーツ５０により外輪３０の開口部を閉塞している。この蛇腹状ブーツ５０の大径端部５２は外輪３０の外周面にブーツバンド５４により固定され、その小径端部５６はシャフト１１の外周面にブーツバンド５８により固定されている。

この固定式継手部１０では、外輪３０のトラック溝３１の曲率中心Ｏ₁₁と内輪１２のトラック溝１６の曲率中心Ｏ₁₂とを、継手中心Ｏ₁₀に対して等距離ｆだけ軸方向に互いに反対向きにオフセットしており、シャフト１１と外輪３０とが角度変位すると、ケージ１３のポケット１７に収容されたボール１４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。

また、外輪３０のトラック溝３１は、外輪開口側（図示右側）に位置して曲率中心Ｏ₁₁を持つ円弧部分と、その曲率中心Ｏ₁₁から径方向に延びる線分がトラック溝３１の底部と交わる部位を境として外輪奥側（図示左側）に位置する軸方向と平行な直線部分とで構成されている。同様に、内輪１２のトラック溝１６は、外輪奥側に位置して曲率中心Ｏ₁₂を持つ円弧部分と、その曲率中心Ｏ₁₂から径方向に延びる線分がトラック溝１６の底部と交わる部位を境として外輪開口側に位置する軸方向と平行な直線部分とで構成されている。

一方、摺動式継手部２０は、軸線と平行に延びる複数の直線状トラック溝３１が円筒状内周面に円周方向等間隔に形成された外輪３０を前述の固定式継手部１０と共通にし、外輪３０のトラック溝３１と対をなして軸線と平行に延びる複数の直線状トラック溝２６が球面状外周面に円周方向等間隔に形成された内方部材である内輪２２と、外輪３０のトラック溝３１と内輪２２のトラック溝２６との間に介在してトルクを伝達する複数のボール２４と、外輪３０の円筒状内周面と内輪２２の球面状外周面との間に介在して各ボール２４を保持するケージ２３とを備えている。複数のボール２４は、ケージ２３に形成されたポケット２７に収容されて円周方向等間隔に配置されている。

内輪２２の軸孔２８には、従動側あるいは駆動側のシャフト２１がスプライン嵌合により結合されており、それらシャフト２１と外輪３０との間で作動角度変位を許容しながらトルク伝達が可能な構造となっている。また、シャフト２１の外周面のスプライン端部に形成された環状凹溝にサークリップ等の止め輪２９を嵌合させ、内輪２２の外輪奥側端部に形成された凹段部２２ａで止め輪２９を係止させることにより、内輪２２に対するシャフト２１の抜け止め構造としている。

また、外輪３０とシャフト２１との間には、内部からのグリース漏洩および外部からの異物侵入を防止するために樹脂あるいはゴム製の蛇腹状ブーツ６０が装着され、このブーツ６０により外輪３０の開口部を閉塞している。この蛇腹状ブーツ６０の大径端部６２は外輪３０の外周面にブーツバンド６４により固定され、その小径端部６６は内方へ折り返し成形されてシャフト２１の外周面にブーツバンド６８により固定されている。

このようにブーツ６０の小径端部６６を内方へ折り返し成形して固定した構造としたことにより、ブーツ６０の小径端部６６をブーツ内部でシャフト２１にブーツバンド６８により固定することになり、ブーツ６０を軸方向にコンパクトに配置することができる。このような構造のブーツ６０を摺動式継手部２０に適用することで、等速自在継手８０が作動角をとった状態（図２参照）で外輪３０の内部スペースを利用することができるのでブーツ６０の軸方向コンパクト化が促進される。

この摺動式継手部２０では、ケージ２３の球面状外周面の曲率中心Ｏ₂₁と球面状内周面の曲率中心Ｏ₂₂とを継手中心Ｏ₂₀に対して等距離Ｆだけ軸方向にオフセットさせている。このケージオフセットにより、シャフト２１と外輪３０とが角度変位すると、ケージ２３のポケット２７に収容されたボール２４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。

これら固定式継手部１０と摺動式継手部２０を組み込んだ固定式等速自在継手８０では、摺動式継手部２０の凸球面部２５を、凹球面部１５の内球面に球面嵌合された中空形状の頭部２５ａと、その頭部２５ａの中空部２５ｂに嵌挿され、シャフト２１の先端に設けられた首部２１ａとで構成している。この首部２１ａは止め輪２５ｃにより頭部２５ａに対して抜け止めされている。

この頭部２５ａの中空部２５ｂに嵌挿された首部先端２１ａ₁と、内輪２２にスプライン嵌合したスプライン形成部分との間に位置する首部根元２１ａ₂は、等速自在継手８０が作動角をとった時に凹球面部１５との干渉を回避するために縊れた形状をなし、首部先端２１ａ₁はスプライン形成部分よりも小径となっている。この小径の首部根元２１ａ₂と大径のスプライン形成部分とを繋ぐ隅部２１ｄはＲ形状をなす。

この凸球面部２５の球面中心Ｏはシャフト２１の中心軸Ｍ₂上に配置されている。一方、固定式継手部１０のシャフト１１の先端部（摺動式継手部２０のシャフト２１との対向端部）に、凸球面部２５を受ける凹球面部１５が一体的に形成されている。この凹球面部１５の球面中心Ｏはシャフト１１の中心軸Ｍ₁上に配置され、シャフト１１の中心軸Ｍ₁は摺動式継手部２０のシャフト２１の中心軸Ｍ₂と一致する。凸球面部２５の球面中心Ｏと凹球面部１５の球面中心Ｏは一致して継手中心、つまり、球対偶４０の中心となる。

凹球面部１５と凸球面部２５からなる球対偶４０を、固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１で共通の一点を中心Ｏとして球面案内機構とし、球対偶４０の凸球面部２５の頭部２５ａにシャフト２１の首部２１ａを嵌挿したことにより、この球対偶４０の中心Ｏを作動角の中心とする固定式等速自在継手となる。

このように固定式継手部１０と摺動式継手部２０を共通の外輪３０に組み込み、固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１を球対偶４０で連結した構造とすることにより、固定式継手部１０の作動角と摺動式継手部２０の作動角を加えた大きな作動角を実現することができ、構造が簡単で軽量コンパクトな固定式等速自在継手８０を提供できる。

図２は固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１が作動角θをとった状態を示す。この作動角θは、固定式継手部１０の作動角と摺動式継手部２０の作動角の合計となり、図１に示すように固定式継手部１０の作動角が０°での球対偶４０の球面中心Ｏから固定式継手部１０の継手中心Ｏ₁₀までの距離Ｌ₁と、摺動式継手部２０の作動角が０°での球対偶４０の球面中心Ｏから摺動式継手部２０の継手中心Ｏ₂₀までの距離Ｌ₂との関係によって決定される。なお、図２に示すように固定式継手部１０と摺動式継手部２０が作動角をとった時に、シャフト２１の首部先端２１ａ₁とスプライン形成部分との間に形成された首部根元２５ａ₂が凹球面部１５との干渉を回避している。

通常、固定式継手部１０（限界作動角５０°）が摺動式継手部２０（限界作動角３０°）よりも構造上大きな作動角をとることができることから、球対偶４０の球面中心Ｏから固定式継手部１０の継手中心Ｏ₁₀までの距離Ｌ₁と、球対偶４０の球面中心Ｏから摺動式継手部２０の継手中心Ｏ₂₀までの距離Ｌ₂については、Ｌ₁＜Ｌ₂の条件を満足するように設定すればよい。

このように設定することにより、固定式継手部１０に摺動式継手部２０よりも大きな作動角を分担させることになり（固定式継手部１０の作動角＞摺動式継手部２０の作動角）、例えば、固定式継手部１０の作動角を３５°、摺動式継手部２０の作動角を２５°とすることで、固定式等速自在継手８０としては、より大きな作動角（θ＝６０°）が得られる。

作動角θは、固定式継手部１０と摺動式継手部２０に分配されることから、それぞれの作動角が限界作動角よりも小さくて済むため、ボールトラック端部に余裕ができ、また、荷重が各ボールトラックに均一に付与されることから強度の向上が図れる。また、固定式継手部１０と摺動式継手部２０の各作動角が限界作動角よりも小さくて済むことから、固定式継手部１０および摺動式継手部２０の構成部材間の相対変位が小さくなるため、耐久性の向上も図れる。これは、車両の常用角（直進状態での作動角）が大きい場合に特にその効果が顕著である。

なお、ボール１４，２４が８個の場合には、６個ボールタイプに比べて内輪１２，２２のシャフトスペースを広く確保することができるので、固定式継手部１０と摺動式継手部２０のシャフト１１，２１間に位置する球対偶４０（凹球面部１５および凸球面部２５）を形成し易くなる。特に、８個ボールの摺動式継手部２０とすることで、６個ボールの摺動式継手部と比べてボール径が小さく径方向外方に位置するため、内輪２２のスプライン内径を大きくすることができる。

ここで、首部先端２１ａ₁とスプライン形成部分との間に位置する首部根元２１ａ₂を凹球面部１５との干渉を防止するために縊れた形状としているが、内輪２２のスプライン内径を大きくすることでシャフト２１の首部２１ａの外径を大きくできることにより、その首部根元２１ａ₂とスプライン形成部分とを繋ぐＲ状の隅部２１ｄの曲率半径を大きくすることができ、トルク負荷時に曲げ荷重が発生して応力が集中する隅部２１ｄの強度が向上し、トルク負荷容量が向上する。

この固定式等速自在継手８０では、凸球面部２５を、凹球面部１５の内球面に球面嵌合された中空形状の頭部２５ａと、その頭部２５ａの中空部２５ｂに嵌挿された首部２１ａとで構成したことにより、等速自在継手全体の軸方向寸法および径方向寸法を大きくすることなく、凸球面部２５の付け根部、つまり、首部根元２１ａ₂の大径化が可能となる。その結果、等速自在継手８０が作動角をとり負荷トルクが増大した場合であっても、凸球面部２５の首部２１ａに加わる大きな曲げ荷重に対して首部２１ａの強度を十分に確保することができる。

また、固定式継手部１０の凹球面部１５の外周面１５ａを内輪１２の外輪反開口側端部のテーパ状端面１２ａに常時接触させた状態としていることから、その凹球面部１５と内輪１２との隙間を詰めて径方向および軸方向に隙間のない集約した構造としている。その結果、図２に示すように固定式継手部１０と摺動式継手部２０とが作動角θをとった時、凸球面部２５の首部２１ａに加わる大きな曲げ荷重に対して首部２１ａの強度を確保するため、等速自在継手全体の軸方向寸法および径方向寸法も大きくなることなく、凸球面部２５およびその首部２１ａの大径化が容易となり、さらに、首部２１ａとスプライン形成部分とを繋ぐＲ状の隅部２１ｄの曲率半径を大径化することも容易となってその強度を向上させることができる。この首部２１ａとスプライン形成部分とを繋ぐＲ状の隅部２１ｄの曲率半径の大径化は、摺動式継手部２０のボール２４の数を８個とすることにより、内輪２２の軸孔２８の内径、つまり、シャフト２１のスプライン形成部分の外径を大きくすることで実現容易となる。

この固定式等速自在継手８０では、凸球面部２５を、凹球面部１５の内球面に球面嵌合された中空形状の頭部２５ａとその頭部２５ａの中空部２５ｂに嵌挿された首部２１ａとで構成し、その首部２１ａの最大径Ｄ₁を内輪２２のスプライン最小内径Ｄ₂よりも小さくしたことにより、凸球面部２５の球面径を大きくすることで球対偶４０の強度を確保することができると共に、シャフト２１の組み付け時、首部先端２１ａ₁から摺動式継手部２０の内輪２２へ挿入することができる。その結果、シャフト２１の反首部側に位置する部位の外径を大きくしたり、あるいはシャフト２１に車輪用軸受７０を連結する場合（図８参照）、その車輪用軸受７０の内輪７２を当接させるフランジ部２１ｅをシャフト２１に一体的に形成したりすることができ、シャフト２１を、連結する相手部材の形状に合わせる設計が採り易くて部品点数の削減が容易に図れる。

凸球面部２５を、凹球面部１５の内球面に球面嵌合された中空形状の頭部２５ａと、その頭部２５ａの中空部２５ｂに嵌挿された首部２１ａとで構成したことで、図３（ａ）（ｂ）に示すように、凸球面部２５の頭部２５ａに球面嵌合される凹球面部１５は単純な内球面を有し、その内球面に凸球面部入れ込みのための切り欠きが形成されていないことから、球対偶４０における凸球面部２５と凹球面部１５の球面保持面積を確保することが容易となり、等速自在継手８０が作動角をとったとしても、その球面保持面積の減少量は小さく抑えられ、球面保持力の向上が図れると共に凹球面部１５に切り欠きによる薄肉部も無くなって強度向上も図れる。

一方、図４（ａ）（ｂ）に示すように、凸球面部２５の頭部２５ａの外球面に凹球面部入れ込みのための切り欠き溝２５ｄを軸方向全周に亘って形成する。この切り欠き溝２５ｄを利用して凸球面部２５の頭部２５ａを凹球面部１５に組み込む。つまり、図５（ａ）（ｂ）に示すように凸球面部２５の頭部２５ａの軸線を凹球面部１５の軸線に対して９０°傾けた状態でその頭部２５ａを凹球面部１５に挿入する。この時、頭部２５ａの外球面に切り欠き溝２５ｄが形成されていることから、頭部２５ａを凹球面部１５に干渉することなく挿入することが可能である。その後、頭部２５ａの軸線を凹球面部１５の軸線に対して逆方向に９０°傾けることにより頭部２５ａの軸線を凹球面部１５の軸線に一致させて頭部２５ａを凹球面部１５に対して正規の姿勢に配置して凸球面部２５を凹球面部１５に球面嵌合させる。

この固定式等速自在継手８０の組み立ては、以下の要領でもって行う。まず、図６に示すように摺動式継手部２０のシャフト２１にブーツ６０の小径端部６６をブーツバンド６８によりブーツ内部で固定した上で、そのシャフト２１の先端に形成された首部２１ａを、内輪２２、ボール２４およびケージ２３を組み付けたアッセンブリ体における内輪２２の軸孔２８に挿通させ、そのシャフト２１のスプライン形成部分と内輪２２のスプライン内径とを嵌合させる。

その上で、内輪２２から突出するシャフト２１の首部２１ａを、シャフト１１先端の凹球面部１５に球面嵌合された凸球面部２５の頭部２５ａの中空部２５ｂに嵌挿する。この時、首部２１ａの最大径Ｄ₁、つまり、首部先端２１ａ₁の外径Ｄ₁を内輪２２のスプライン最小内径Ｄ₂（スプライン歯先の内径）よりも小さくしたことにより、首部先端２１ａ₁から摺動式継手部２０の内輪２２へ挿入することができる。

次に、図７に示すように外輪３０の一端側（図示右側）に固定式継手部１０を組み込む。この固定式継手部１０の組み込みは、通常のＵＪを組み立てる場合と同様で、ケージ１３に内輪１２を組み込み（ケージ１３の軸線に対して内輪１２を９０°傾けた状態でケージ１３に内輪１２を挿入し、その後、内輪１２を９０°逆方向に傾けて正規の姿勢に配置する）、外輪３０にケージ１３を組み込む（外輪３０の軸線に対してケージ１３を９０°傾けた状態で外輪３０にケージ１３を挿入し、その後、ケージ１３を９０°逆方向に傾けて正規の姿勢に配置する）。そして、ケージ１３および内輪１２を作動角以上に大きく傾けた状態で外輪３０の開口端側にケージ１３のポケット１７を覗かせてボール１４を組み込む。

その後、摺動式継手部２０にシャフト２１を組み付け、そのシャフト２１に球対偶４０を介してシャフト１１を連結したアッセンブリ体を、外輪３０および固定式継手部１０に組み付ける。つまり、シャフト１１を固定式継手部１０の内輪１２の軸孔１８に挿通させてそのシャフト１１のスプライン形成部分を内輪１２のスプライン内径に嵌合させる。その後、ブーツ６０の大径端部６２を外輪３０の外周面にブーツバンド６４により固定し、固定式継手部１０のブーツ５０の小径端部５６をシャフト１１の外周面にブーツバンド５８により固定すると共にその大径端部５２を外輪３０の外周面にブーツバンド５４により固定することにより、固定式等速自在継手８０の組立を完了する。

以上の実施形態で述べた固定式等速自在継手８０は、自動車の車輪に動力を伝達するドライブシャフトに適用可能である。図８は、固定式等速自在継手８０の摺動式継手部２０のシャフト２１に車輪用軸受７０を連結した車輪軸受装置を例示する。

車輪用軸受７０は、ハブ輪７１、内輪７２、転動体７３および外輪７４で主要部が構成されている。ハブ輪７１の車輪取付フランジに植設されたハブボルト７５を利用して車輪（図示せず）が取り付けられる。ハブ輪７１の小径段部に一対の内輪７２が圧入により嵌合され、その内輪７２の外周面に形成された複列の内側軌道面と外輪７４の内周面に形成された複列の外側軌道面との間に転動体７３が回転自在に配置されている。外輪７４は、車体の懸架装置（図示せず）から延びるナックル７６に固定される。この車輪用軸受７０のハブ輪７１に、固定式等速自在継手８０の摺動式継手部２０の内輪２２から延びるシャフト２１をスプライン嵌合により連結し、そのシャフト２１の先端部をナット７７で固定することにより車輪用軸受７０と固定式等速自在継手８０とを一体化している。

この車輪軸受装置では、等速自在継手８０の摺動式継手部２０から延びるシャフト２１にフランジ部２１ｅを一体的に形成し、そのフランジ部２１ｅに車輪用軸受７０の内輪７２を当接させることにより、ナット７７による締め付け力でもって車輪用軸受７０に予圧を付与している。車輪用軸受７０に予圧を付与するためのフランジ部２１ｅをシャフト２１に一体的に形成したことで、部品点数の削減を容易に実現することができる。

また、固定式等速自在継手８０を前輪の駆動車輪側用としてそのシャフト２１を車輪用軸受７０に連結した場合、摺動式継手部２０のシャフト２１をハブ輪７１に連結したことにより、摺動式継手部２０の作動角が固定式継手部１０の作動角よりも小さいので、ブーツ６０の圧縮および引張に伴う伸縮量が小さいことから、ブーツスペースが小さくて済み、ブーツ６０の軸方向コンパクト化が図れる。その結果、車輪用軸受７０から継手中心までの軸方向寸法を短くすることができ、転舵角に対する等速自在継手８０の作動角が小さくなり、大きな転舵角をとることが可能となる。

図９は、図８の車輪用軸受７０とは異なるタイプの車輪用軸受９０を例示する。この車輪用軸受９０は、ハブ輪９１、内輪９２、転動体９３および外輪９４で主要部が構成されている。ハブ輪９１の車輪取付フランジに植設されたハブボルト９５を利用して車輪（図示せず）が取り付けられる。ハブ輪９１の小径段部に内輪９２が圧入により嵌合され、そのハブ輪９１の小径段部の端部を径方向外方へ塑性変形させることにより加締め部９１ａを形成し、その加締め部９１ａによりハブ輪９１に内輪９２を固定する。ハブ輪９１および内輪９２の外周面に形成された複列の内側軌道面と外輪９４の内周面に形成された複列の外側軌道面との間に転動体９３が回転自在に配置されている。外輪９４は、車体の懸架装置（図示せず）から延びるナックル９６に固定される。この車輪用軸受９０のハブ輪９１に、固定式等速自在継手８０の摺動式継手部２０の内輪２２から延びるシャフト２１をスプライン嵌合により連結し、そのシャフト２１の先端部をボルト９７で固定することにより車輪用軸受９０と固定式等速自在継手８０とを一体化している。

このように、ハブ輪９１の小径段部の端部を径方向外方へ塑性変形させることで加締め部９１ａを形成し、その加締め部９１ａで内輪９２をハブ輪９１に軸方向に固定した構造では、加締め部９１ａにより車輪用軸受９０に予圧を付与することができる。その結果、従来のようなアダプタ１５１（図１１参照）や前述のフランジ部２１ｅ（図８参照）が不要となり、シャフト２１にフランジ部を形成する必要がなくなってコスト低減が図れ、車輪軸受装置を軸方向にコンパクトにすることができる。

以上の実施形態における固定式等速自在継手８０では、固定式継手部１０と摺動式継手部２０とで共通にした単一の外輪３０を使用した場合について説明したが、外輪３０を固定式継手部１０と摺動式継手部２０のそれぞれで二部材により分割構成し、両部材を同軸的に突き合わせて溶接などにより接合一体化した構成とすることも可能である。

また、以上で説明した全ての実施形態では、外輪３０における摺動式継手部２０のトラック溝３１は、固定式継手部１０のトラック溝３１と共通して形成されているが、固定式継手部１０と摺動式継手部２０とで個別に形成することも可能である。

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。

本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態を示す断面図である。 図１の固定式等速自在継手が作動角をとった状態を示す断面図である。 （ａ）は図１の固定式等速自在継手における凹球面部を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。 （ａ）は図１の固定式等速自在継手における凸球面部の頭部を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。 （ａ）は図１の固定式等速自在継手における凹球面部に頭部を組み付ける要領を説明するための断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。 図１の固定式等速自在継手を組み立てる要領を説明するためのもので、摺動式継手部の構成部品および図５のアッセンブリ体を示す断面図である。 図１の固定式等速自在継手を組み立てる要領を説明するためのもので、図６のアッセンブリ体および固定式継手部の構成部品を示す断面図である。 図１の固定式等速自在継手に車輪用軸受を組み付けた車輪軸受装置を示す断面図である。 図８の車輪用軸受と異なるタイプの車輪用軸受を図１の固定式等速自在継手に組み付けた他の車輪軸受装置を示す断面図である。 従来の固定式等速自在継手を示す断面図である。 図１０の固定式等速自在継手に車輪用軸受を組み付けた車輪軸受装置を示す断面図である。

符号の説明

１０ 固定式継手部（ＵＪ）
１１ 固定式継手部の軸部材（シャフト）
１２ 固定式継手部の内方部材（内輪）
１４ ボール
１５ 凹球面部
２０ 摺動式継手部（ＤＯＪ）
２１ 摺動式継手部の軸部材（シャフト）
２１ａ 首部
２２ 摺動式継手部の内方部材（内輪）
２４ ボール
２５ 凸球面部
２５ａ 頭部
２５ｂ 中空部
３０ 外方部材（外輪）
４０ 球対偶
６０ ブーツ
６６ ブーツの端部（小径端部）
６８ ブーツバンド
７０，９０ 車輪用軸受
７１，９１ ハブ輪（内方部材）
７２，９２ 内輪（内方部材）
７３，９３ 転動体
７４，９４ 外方部材（外輪）
Ｄ₁ 首部の最大径
Ｄ₂ 内方部材のスプライン最小内径

Claims (7)

1. 円筒状外方部材を共通にしてその一端側に固定式継手部を配設すると共に他端側に摺動式継手部を配設し、前記継手部の少なくとも一方の内方部材に軸部材をスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結し、その一方の継手部の軸部材の端部に凸球面部を設けると共に他方の継手部に凹球面部を設け、前記凸球面部と凹球面部からなる球対偶を介して前記固定式継手部と摺動式継手部を連結し、前記凸球面部を、前記凹球面部の内球面に球面嵌合された中空形状の頭部とその頭部の中空部に嵌挿された首部とで構成し、前記首部の最大径を前記内方部材のスプライン最小内径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。
2. 前記凸球面部が設けられた一方の継手部は、８個のボールを有する請求項１に記載の固定式等速自在継手。
3. 前記一方の継手部の軸部材と外方部材との間に、継手内部からの潤滑材漏洩および継手外部からの異物侵入を防止するブーツを装着し、前記ブーツの端部を内方へ折り返し成形して前記軸部材にブーツバンドにより固定した請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
4. 前記軸部材が摺動式継手部の内方部材にスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
5. 請求項１〜４に記載の固定式等速自在継手の内方部材から延びる軸部材を車輪用軸受に連結した車輪軸受装置。
6. 前記車輪用軸受は、内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、外周に前記外側軌道面と対向する複列の内側軌道面を有し、ハブ輪および内輪からなる内方部材と、前記外方部材の外側軌道面と内方部材の内側軌道面との間に介装された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の小径段部に内輪を圧入し、前記内輪の端部を、軸部材に一体的に形成されたフランジ部に当接させることにより内輪をハブ輪に軸方向に固定した請求項５に記載の車輪軸受装置。
7. 前記車輪用軸受は、内周に複列の外側軌道面が形成された外方部材と、外周に前記外側軌道面と対向する複列の内側軌道面を有し、ハブ輪および内輪からなる内方部材と、前記外方部材の外側軌道面と内方部材の内側軌道面との間に介装された複列の転動体とを備え、前記ハブ輪の小径段部に内輪を圧入し、ハブ輪の小径段部の端部を径方向外方へ塑性変形させることで加締め部を形成し、その加締め部で内輪をハブ輪に軸方向に固定した請求項５に記載の車輪軸受装置。

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