JP2010159775A - 摺動式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 過大な作動角をとった場合や内輪がスライドアウトした場合でも、ボールとトラック溝の開口端縁との干渉による応力を緩和でき、そのトラック溝の開口端縁にエッジ欠けが生じ難く、継手全体の耐久寿命を向上させる。
【解決手段】 内周面１４に複数のトラック溝１２が形成された外輪１０と、その外輪１０のトラック溝１２と対をなして外周面２４に複数のトラック溝２２が形成された内輪２０と、外輪１０のトラック溝１２と内輪２０のトラック溝２２との間に介在してトルクを伝達する複数のボール３０と、外輪１０の内周面１４と内輪２０の外周面２４との間に介在してボール３０を保持するケージ４０とを備えた摺動式等速自在継手であって、外輪１０のトラック溝１２の開口端縁において、少なくともボール接触点対応部位に切欠アール部１１ａを設けると共に、内輪２０のトラック溝２２の開口端縁において、少なくともボール接触点対応部位に切欠アール部２１ａを設ける。
【選択図】 図１

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、角度変位および軸方向変位を許容する摺動式等速自在継手に関する。

４ＷＤ車やＦＲ車などの自動車で使用されるドライブシャフトは、トランスミッションとディファレンシャル間の相対位置変化による軸方向変位と角度変位に対応できる構造とするために摺動式等速自在継手を具備する。この摺動式等速自在継手には、トルク伝達要素としてボールを用いたボールタイプのダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）やクロスグルーブ型等速自在継手（ＬＪ）がよく知られている。

例えば、ダブルオフセット型等速自在継手は、図７および図８に示すように外側継手部材としての外輪１１０と、内側継手部材としての内輪１２０と、外輪１１０および内輪１２０の間に組み込まれた複数のボール１３０と、外輪１１０と内輪１２０との間に介在してボール１３０を保持するケージ１４０とを主要な構成要素としている。

外輪１１０は、その軸線に平行な複数の直線状トラック溝１１２が円筒状内周面１１４に円周方向等間隔で形成された円筒形状を有する。また、内輪１２０は、外輪１１０のトラック溝１１２と対応させて軸線に平行な複数の直線状トラック溝１２２が球面状外周面１２４に形成されている。この外輪１１０のトラック溝１１２と内輪１２０のトラック溝１２２とが協働して形成するボールトラックに、トルクを伝達するボール１３０が配されている。各ボール１３０は、外輪１１０の内周面１１４と内輪１２０の外周面１２４との間に介装されたケージ１４０のポケット１４６に収容されている。

この種の等速自在継手では、図９に示すように外輪１１０のトラック溝１１２の開口側縁（トラック溝１１２と円筒状内周面１１４との境界部分）にチャンファ１１６を設けると共に、図１０に示すように内輪１２０のトラック溝１２２の開口側縁（トラック溝１２２と球面状外周面１２４との境界部分）にチャンファ１２６を設けている。このように、トラック溝１１２，１２２の開口側縁にチャンファ１１６，１２６を設けることにより、それらトラック溝１１２，１２２の開口側縁での応力集中を回避するようにしている。

従来の等速自在継手では、前述した外輪１１０のトラック溝１１２の開口側縁および内輪１２０のトラック溝１２２の開口側縁に設けられたチャンファ１１６，１２６をＲ形状に仕上げたものがある（例えば、特許文献１〜３参照）。このようにチャンファ１１６，１２６をＲ形状に仕上げることによって、高負荷時（車両からの過大なトルク入力時）の応力集中を緩和し易くしている。また、Ｒ形状のチャンファ１１６，１２６により、高負荷時にボール１３０がトラック溝１１２，１２２に押し付けられてトラックエッジ（チャンファ１１６，１２６）に乗り上がった時に、エッジ欠けを防止して寿命の低下を防ぐようにしている。

一方、図９および図１０に示すように外輪１１０のトラック溝１１２の開口端縁（トラック溝１１２と端面１１８との境界部分）および内輪１２０のトラック溝１２２の開口端縁（トラック溝１２２と両端面１２８との境界部分）は、通常、シャープなエッジ形状となっている。

実開平６−２４２３７号公報 実公平７−２５４５８号公報 特開２００８−２６２５号公報

ところで、前述した等速自在継手では、高負荷（車両からの過大なトルク入力）を受けた時、ボール１３０がトラック溝１１２，１２２の開口側縁まで乗り上がる現象が生じ、そのトラック溝１１２，１２２の開口側縁に形成されたチャンファ１１６，１２６までボール１３０が達してしまうことがある。

そこで、従来の等速自在継手では、外輪１１０のトラック溝１１２の開口側縁および内輪１２０のトラック溝１２２の開口側縁に形成されたチャンファ１１６，１２６をＲ形状とすることで高負荷時の応力集中を緩和し、エッジ欠けを防止して寿命の低下を防ぐようにしている。

一方、予期せぬ高角作動時、特に等速自在継手の使用で想定される角度を何等かの理由で超えてしまった場合、ボール１３０は、内輪１２０のトラック溝１２２の開口端縁まで移動し、ボール１３０がトラック溝１２２の開口端縁と接することになる。また、車両のサスペンションが過剰にストロークした状態となった時に車両足回りのブッシュによる撓みなどの影響で内輪１２０が外輪１１０の開口部までスライドアウトした場合、ボール１３０は、外輪１１０のトラック溝１１２の開口端縁まで移動し、ボール１３０がトラック溝１１２，１２２の開口端縁と接することになる。

この状態で高トルクが負荷されると、ボール１３０がトラック溝１１２，１２２の開口端縁に食い込み、そのトラック溝１１２，１２２の開口端縁に欠けが生じてしまう。一度、過大な作動角をとってトラック溝１１２，１２２の開口端縁に欠けが生じると、その欠けた部分からダメージが進行し、継手全体の耐久寿命が低下してしまうことになる。

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、過大な作動角をとった場合や内輪がスライドアウトした場合でも、ボールとトラック溝の開口端縁との干渉による応力を緩和でき、そのトラック溝の開口端縁にエッジ欠けが生じ難く、継手全体の耐久寿命を向上させ得る摺動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、本発明は、内周面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、その外側継手部材のトラック溝と対をなして外周面に複数のトラック溝が形成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、外側継手部材の内周面と内側継手部材の外周面との間に介在してボールを保持するケージとを備えた摺動式等速自在継手であって、外側継手部材のトラック溝の開口端縁または内側継手部材のトラック溝の開口端縁のいずれか一方、あるいは外側継手部材のトラック溝の開口端縁および内側継手部材のトラック溝の開口端縁の両方において、少なくともボール接触点対応部位に切欠アール部を設けたことを特徴とする。

ここで、「少なくともボール接触点対応部位」とは、切欠アール部を設ける部位がボール接触点対応部位を最小限とすることを意味し、ボール接触点対応部位を含む部位であればよい。

本発明では、外側継手部材のトラック溝の開口端縁または内側継手部材のトラック溝の開口端縁のいずれか一方、あるいは外側継手部材のトラック溝の開口端縁および内側継手部材のトラック溝の開口端縁の両方において、少なくともボール接触点対応部位に切欠アール部を設けたことにより、過大な作動角をとった場合や内側継手部材がスライドアウトした場合、ボールが外側継手部材あるいは内側継手部材のトラック溝の開口端縁に位置したとしても、切欠アール部によって、ボールがトラック溝の開口端縁に食い込むことを防止できる。

本発明における切欠アール部は冷間鍛造仕上げにより形成されていることが望ましい。また、本発明における外側継手部材および内側継手部材のトラック溝は、切欠アール部との同時冷間鍛造仕上げにより形成されていることが望ましい。さらに、本発明における外側継手部材および内側継手部材の端面は、切欠アール部との同時冷間鍛造仕上げにより形成されていることが望ましい。なお、切欠アール部は切削加工により形成することも可能である。

このように切欠アール部、外側継手部材および内側継手部材のトラック溝および端面を冷間鍛造仕上げにより形成すれば、トラック溝の形成後に旋削や熱処理後の研削仕上げによる機械加工を行う必要がなく、トラック溝と切欠アール部および端面と切欠アール部の形成が同時冷間鍛造仕上げのみとなるので、切欠アール部形成の簡略化が実現でき、等速自在継手の低コスト化を図ることができる。

本発明におけるトラック溝の研削加工に対して取り代を設け、トラック溝の研削加工後の状態で冷間鍛造仕上げの切欠アール部が残存していることが望ましい。このようにすれば、トラック溝の研削加工の影響が及ぶことなく、切欠アール部を冷間鍛造仕上げにより形成した状態を維持することができる。

本発明によれば、外側継手部材のトラック溝の開口端縁または内側継手部材のトラック溝の開口端縁のいずれか一方、あるいは外側継手部材のトラック溝の開口端縁および内側継手部材のトラック溝の開口端縁の両方において、少なくともボール接触点対応部位に切欠アール部を設けたことにより、過大な作動角をとった場合や内側継手部材がスライドアウトした場合、ボールが外側継手部材あるいは内側継手部材のトラック溝の開口端縁に位置したとしても、切欠アール部によって、ボールがトラック溝の開口端縁に食い込むことを防止できる。その結果、ボールとトラック溝の開口端縁との干渉による応力を緩和でき、そのトラック溝の開口端縁にエッジ欠けが生じ難く、継手全体の耐久寿命を向上させることができる。

本発明の実施形態で、摺動式等速自在継手の全体構成を示し、図２のＢ−Ｏ−Ｂ線に沿う縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。 トラック溝とボールの接触状態を示す要部拡大断面図である。 外輪の開口部を示す部分拡大斜視図で、（ａ）は切欠アール部の一例を示し、（ｂ）は切欠アール部の他例を示す。 内輪の端部を示す部分拡大斜視図で、（ａ）は切欠アール部の一例を示し、（ｂ）は切欠アール部の他例を示す。 外輪の成形方法を説明するためのもので、（ａ）は完成品の要部拡大断面図、（ｂ）は取り代分を有する状態の要部拡大断面図である。 従来の摺動式等速自在継手の全体構成を示し、図８のＤ−Ｏ−Ｄ線に沿う縦断面図である。 図７のＣ−Ｃ線に沿う横断面図である。 図７の外輪を示す部分斜視図である。 図７の内輪を示す斜視図である。

本発明に係る摺動式等速自在継手の実施形態を詳述する。以下の実施形態では、摺動式等速自在継手の一つとして、ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）を例示するが、他の摺動式等速自在継手であるクロスグルーブ型等速自在継手（ＬＪ）にも適用可能である。図１はダブルオフセット型等速自在継手を示す縦断面図であり、図２は図１のダブルオフセット型等速自在継手の横断面図である。

図１および図２に示す実施形態の等速自在継手は、外側継手部材としての外輪１０と、内側継手部材としての内輪２０と、外輪１０および内輪２０の間に組み込まれた複数のボール３０と、外輪１０と内輪２０との間に介在してボール３０を保持するケージ４０とを主要な構成要素としている。

外輪１０は、その軸線に平行な複数の直線状トラック溝１２が円筒状内周面１４に円周方向等間隔で形成された円筒形状を有する。また、内輪２０は、外輪１０のトラック溝１２と対応させて軸線に平行な複数の直線状トラック溝２２が球面状外周面２４に形成されている。これら外輪１０のトラック溝１２および内輪２０のトラック溝２２は、冷間鍛造仕上げにより形成されている。このようにトラック溝１２，２２を冷間鍛造仕上げにより形成すれば、旋削や熱処理後の研削仕上げを不要とすることから、等速自在継手の低コスト化を図ることができる。

この外輪１０のトラック溝１２と内輪２０のトラック溝２２とが協働して形成するボールトラックに、トルクを伝達するボール３０が配されている。各ボール３０は、外輪１０の内周面１４と内輪２０の外周面２４との間に介装したケージ４０のポケット４６に収容されている。なお、図示の実施形態では、複数個のボール３０として６個を用いた場合を例示しているが、ボール３０の個数は任意である。

また、外輪１０のトラック溝１２および内輪２０のトラック溝２２の横断面形状は、図３に示すようにボール３０とアンギュラ接触するゴシックアーチ形状としている。このゴシックアーチ形状を有するトラック溝１２，２２では、ボール３０とアンギュラ接触する二つのボール接触点Ｐ，Ｑ（ボール接触角α）を持っている。このようなアンギュラ接触は、トラック溝１２，２２に対するボール３０の接触状態を安定化させる点で好適である。

さらに、図４（ａ）（ｂ）に示すように外輪１０のトラック溝１２の開口側縁（トラック溝１２と円筒状内周面１４との境界部分）にチャンファ１６を設けると共に、図５（ａ）（ｂ）に示すように内輪２０のトラック溝２２の開口側縁（トラック溝２２と球面状外周面２４との境界部分）にチャンファ２６を設けている。このようなチャンファ１６，２６を設けることにより、トラック溝１２，２２の開口側縁でのボール接触による応力集中を回避することができる。

図示のチャンファ１６，２６は、直線的に形成した場合を例示しているが、トラック溝１２と外輪１０の内周面１４、トラック溝２２と内輪２０の外周面２４を滑らかに連続的に繋ぐＲ状に形成することも可能である。

このチャンファ１６，２６は、外輪１０のトラック溝１２および内輪２０のトラック溝２２との同時冷間鍛造仕上げにより形成すればよい。このようにすれば、旋削や熱処理後の研削仕上げが不要となることから、等速自在継手の低コスト化に寄与する。

図４（ａ）に示すように外輪１０のトラック溝１２の開口端縁（トラック溝１２と端面１８との境界部分）において、ボール接触点対応部位に切欠アール部１１ａを設けている。また、図５（ａ）に示すように内輪２０のトラック溝２２の開口端縁（トラック溝２２と両端面２８との境界部分）において、ボール接触点対応部位に切欠アール部２１ａを設けている。

なお、前述のボール接触点対応部位は、前述したようにトラック溝１２，２２とボール３０とがアンギュラ接触することから、図中の一点鎖線で示すように二つのボール接触点Ｐ，Ｑ（図中では接触点の軌跡を示す）がトラック溝１２，２２の開口端縁と交わる部位となる。

このように外輪１０のトラック溝１２の開口端縁および内輪２０のトラック溝２２の開口端縁に切欠アール部１１ａ，２１ａを設けることにより、等速自在継手の高角作動時、特に使用時において想定されている角度を何等かの理由で超えた場合、ボール３０が移動して内輪２０のトラック溝２２の開口端縁に位置したとしても、切欠アール部２１ａによって、ボール３０がその開口端縁に食い込むことを防止できる。

また、車両のサスペンションが過剰にストロークした状態となった時に車両足回りのブッシュによる撓みなどの影響で内輪２０が外輪１０の開口部までスライドアウトした場合、ボール３０が移動して外輪１０のトラック溝１２の開口端縁に位置したとしても、切欠アール部１１ａによって、ボール３０がその開口端縁に食い込むことを防止できる。

なお、切欠アール部１１ａ，２１ａは、冷間鍛造仕上げにより形成する以外に、冷間鍛造後に旋削や熱処理後の研削仕上げによる切削加工を行うことにより形成してもよい。

切欠アール部１１ａ，２１ａを冷間鍛造仕上げにより形成する場合には、外輪１０のトラック溝１２と切欠アール部１１ａ、および内輪２０のトラック溝２２と切欠アール部２１ａを同時冷間鍛造仕上げにより形成すればよい。また、外輪１０の開口端面１８と切欠アール部１１ａ、および内輪２０の両端面２８と切欠アール部２１ａを同時冷間鍛造仕上げにより形成するようにしてもよい。

このように切欠アール部１１ａと外輪１０のトラック溝１２あるいは開口端面１８、および切欠アール部２１ａと内輪２０のトラック溝２２あるいは両端面２８を同時冷間鍛造仕上げにより形成することにより、トラック溝１２，２２の形成後に旋削や熱処理後の研削仕上げによる機械加工を行う必要がなく、切欠アール部１１ａ，２１ａと他の部分の形成が同時冷間鍛造仕上げのみとなるので、切欠アール部形成の簡略化が実現でき、等速自在継手の低コスト化を図ることができる。

なお、前述の場合、切欠アール部１１ａ，２１ａを外輪１０のトラック溝１２の開口端縁および内輪２０のトラック溝２２の開口端縁においてボール接触点対応部位のみに形成しているが、図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、外輪１０のトラック溝１２の開口端縁全体および内輪２０のトラック溝２２の開口端縁全体に切欠アール部１１ａ，２１ａを設けてもよい。

ところで、外輪１０の切欠アール部１１ａや内輪２０の切欠アール部２１ａは、前述したように他の部分と同時冷間鍛造により形成することが可能であるが、切欠アール部１１ａ，２１ａを冷間鍛造仕上げにより形成した後に、トラック溝１２，２２を研削加工仕上げで形成する場合、その研削後に冷間鍛造で仕上げた切欠アール部１１ａ，２１ａが確実に残るように、トラック溝１２，２２の研削部分に取り代を設定することが望ましい。

例えば、図６（ａ）に示す外輪１０の場合、図６（ｂ）に示すように取り代１３をトラック溝１２に設定し、トラック溝１２の研削加工で取り代１３を除去すれば、冷間鍛造にて仕上げた切欠アール部１１ａに、トラック溝１２の研削加工の影響が及ばず、切欠アール部１１ａは冷間鍛造で仕上げた状態を維持することができる。なお、図示しないが、内輪２０においても取り代をトラック溝２２の研削工程で残すようにしてもよい。

なお、以上の実施形態では、トラック溝１２，２２とボール３０とがアンギュラ接触する場合について説明したが、トラック溝１２，２２とボール３０とがサーキュラ接触する場合には、一つのボール接触点がトラック溝１２，２２の全域で移動するため、外輪１０のトラック溝１２の開口端縁全体および内輪２０のトラック溝２２の開口端縁全体に切欠アール部１１ｂ，２１ｂのように設けるようにすればよい。

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。

１０ 外側継手部材（外輪）
１１ａ 切欠アール部
１２ トラック溝
１３ 取り代
１４ 内周面
１８ 端面
２０ 内側継手部材（内輪）
２１ａ 切欠アール部
２２ トラック溝
２４ 外周面
２８ 端面
３０ ボール
４０ ケージ

Claims (10)

1. 内周面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、その外側継手部材の前記トラック溝と対をなして外周面に複数のトラック溝が形成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前記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周面と前記内側継手部材の外周面との間に介在して前記ボールを保持するケージとを備えた摺動式等速自在継手であって、
   前記外側継手部材のトラック溝の開口端縁において、少なくともボール接触点対応部位に切欠アール部を設けたことを特徴とする摺動式等速自在継手。
2. 内周面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、その外側継手部材の前記トラック溝と対をなして外周面に複数のトラック溝が形成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前記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周面と前記内側継手部材の外周面との間に介在して前記ボールを保持するケージとを備えた摺動式等速自在継手であって、
   前記内側継手部材のトラック溝の開口端縁において、少なくともボール接触点対応部位に切欠アール部を設けたことを特徴とする摺動式等速自在継手。
3. 内周面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、その外側継手部材の前記トラック溝と対をなして外周面に複数のトラック溝が形成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前記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周面と前記内側継手部材の外周面との間に介在して前記ボールを保持するケージとを備えた摺動式等速自在継手であって、
   前記外側継手部材のトラック溝の開口端縁において、少なくともボール接触点対応部位に切欠アール部を設けると共に、前記内側継手部材のトラック溝の開口端縁において、少なくともボール接触点対応部位に切欠アール部を設けたことを特徴とする摺動式等速自在継手。
4. 前記切欠アール部が冷間鍛造仕上げにより形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
5. 前記トラック溝は、前記切欠アール部との同時冷間鍛造仕上げにより形成されている請求項４に記載の摺動式等速自在継手。
6. 前記外側継手部材の端面は、前記切欠アール部との同時冷間鍛造仕上げにより形成されている請求項４又は５に記載の摺動式等速自在継手。
7. 前記内側継手部材の端面は、前記切欠アール部との同時冷間鍛造仕上げにより形成されている請求項４又は５に記載の摺動式等速自在継手。
8. 前記外側継手部材の端面と前記内側継手部材の端面は、前記切欠アール部との同時冷間鍛造仕上げにより形成されている請求項４又は５に記載の摺動式等速自在継手。
9. 前記切欠アール部が切削加工により形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
10. 前記トラック溝の研削加工に対して取り代を設け、トラック溝の研削加工後の状態で冷間鍛造仕上げの前記切欠アール部が残存している請求項４に記載の摺動式等速自在継手。

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