JP2011033147A - 等速ジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の少ない簡易な構成であり、小型化も容易でありながら、大きな作動角を形成することが可能な全く新規な等速ジョイントを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明にかかる等速ジョイント１００の代表的な構成は、一対のヨーク１０２、２０２と、少なくとも表面の一部が球面である１つの中心球面部材１３０と、４つのトルクボール１４０とを備え、ヨーク１０２、２０２はそれぞれ、駆動軸または被駆動軸に連結される基端部１１０、２１０と、基端部から他方のヨークに向かって延設された二股の爪部１１２、２１２と、二股の爪部の内側に互いに対向するように形成され、中心球面部材の球面を保持して、この中心球面部材の軸方向の移動を規制する中心球面部材保持部１２０、２２０と、二股の爪部の両側面に形成され、中心球面部材を中心としてトルクボールを円運動させる摺動溝１２２、２２２と、を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動軸からの動力を被駆動軸に伝達する等速ジョイントに関するものである。

車両等においてエンジンの動力を車輪に伝達するために、等速ジョイントが利用されている。かかる等速ジョイントによれば、等速性を確保して駆動軸からの動力を被駆動軸へと伝達することができる。

従来から、等速ジョイントにおいては、その駆動軸と被駆動軸が成す角（以下、作動角と称する）の上限角度の拡大が当業者における課題となっている。これは、上限角度を拡大できれば、車両等において最小旋回半径を縮小してさらなる小回りが可能になり、またはホイールベースを拡大して広範な室内空間を確保できるためである。

故に、これまでに種々の技術が検討され、また開示されている。例えば、非特許文献１には、最大作動角を５４°とするバーフィールド型等速ジョイントが開示されている。かかるバーフィールド型等速ジョイントは、概して、内輪、外輪、ケージ、トルクボールより構成される。

また、非特許文献２には、ベンデックスワイズジョイント（Weiss-type CV joints）と呼ばれる等速ジョイントが開示されている。

星野 学、船橋 雅司、「超高作動角（54°）固定式等速ジョイント（ＴＵＪ）」、[online]、［平成21年7月22日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.ntn.co.jp/japan/products/tech/review/pdf/NTN_TR75_P016.pdf#search='ＮＴＮ'＞ Victor Hillier、Peter Coombs、「Hillier's Fundamentals of Motor Vehicle Technology」、（英国）、改定第5版、Nelson Thornes、2004年5月30日、p.334

しかしながら、非特許文献１または非特許文献２に記載の等速ジョイントによって作動角の上限角度の拡大の要請が充足されたわけではなく、依然としてさらなる向上が望まれている。なお、非特許文献２のベンデックスワイズジョイントは、作動角の上限角度が３２°程度であり、現在ではより大きな作動角を実現可能なバーフィールド型等速ジョイントが主流となっている。

しかし、バーフィールド型等速ジョイントは、駆動軸または被駆動軸を内輪に挿通するので強度を確保する必要があり、その径が所定値以上に限られる。そして、内輪や外輪、ケージの寸法は、挿通する駆動軸または被駆動軸の径に依存するため、必然的に寸法が大きくなり小型化に難があった。その上、複数の部品を要するのでコストの点でも難があった。

また、駆動軸および被駆動軸（以下まとめて「シャフト」と呼ぶ）を中空のパイプ状にすることでその曲げ共振に伴う振動を低減できることは当業者に公知である。しかし、バーフィールド型等速ジョイントで中空のシャフトを用いるには、スタブシャフト（連結アダプター）を介さなければならなかった。また、中実のシャフトを用いる場合には、振動を低減するダンパーを取り付ける必要があった。そのため、どちらにせよ部品点数が増大することとなった。

なお、振動の低減と部品点数の削減を両立させるため、ジョイントとの連結部分のみを中実にしたシャフトも提案されている。しかし、かかるシャフトは、全体が中実または中空のシャフトに比して製造時の工数がかかり、コストの点で難があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、部品点数の少ない簡易な構成であり、小型化も容易でありながら、大きな作動角を形成することが可能な全く新規な等速ジョイントを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明にかかる等速ジョイントの代表的な構成は、一対のヨークと、少なくとも表面の一部が球面である１つの中心球面部材と、４つのトルクボールとを備え、ヨークはそれぞれ、駆動軸または被駆動軸に連結される基端部と、基端部から他方のヨークに向かって延設された二股の爪部と、二股の爪部の内側に互いに対向するように形成され、中心球面部材の球面を保持して、この中心球面部材の軸方向の移動を規制する中心球面部材保持部と、二股の爪部の両側面に形成され、中心球面部材を中心としてトルクボールを円運動させる摺動溝と、を有することを特徴とする。

かかる構成によれば、中心球面部材の球面を四方から保持する一対のヨークと、１つの中心球面部材と、４つのトルクボールという極めて少ない部品点数から等速ジョイントを構成することができる。よって、コストの削減を図り得る。

上記二股の爪部の先端の外面は中心球面部材を中心とする球面であって、先細りになっているとよい。これにより、他方のヨークへの爪部の干渉を回避でき、作動角を好適に形成することができる。

当該等速ジョイントは、基端部と、中心球面部材および中心球面部材保持部との間が空洞になっているとよい。これにより、作動角を形成した際にそれぞれの爪部がかかる空洞に滑り込めるため、従来よりも作動角の上限角度を拡大することができる。すなわち、最小旋回半径の縮小またはホイールベースの拡大が可能となる。

上記基端部は、中空の駆動軸または被駆動軸を連結する軸連結部を有するとよい。かかる構成によれば、従来の等速ジョイントのように、駆動軸または被駆動軸をジョイント内部に挿通するわけではなく、軸連結部で駆動軸や被駆動軸と連結する。そのため、これらに直接大きな負荷がかかり得ず、容易に小型化を実現することができる。また、スタブシャフトやダンパーを要することなく、駆動軸や被駆動軸の曲げ共振に伴う振動を低減できるので、部品点数の削減、コストの削減を図り得る。

上記中心球面部材は、球体を欠損させた、対向する中心球面部材保持部の間隔よりも幅の狭い形状を有し、中心球面部材は、欠損させた部分に取り付けられ、球体の球面よりも突出する脱落規制部材を有するとよい。これにより、中心球面部材保持部へ中心球面部材を好適に挿抜することができ、また使用中における中心球面部材保持部からの中心球面部材の脱落を確実に防止できる。

上記中心球面部材は、対向する中心球面部材保持部の間隔よりも幅が狭い基球と、基球に取り付けられ、中心球面部材保持部と面接触する一組のカバー部材とを有するとよい。これにより、中心球面部材保持部へ中心球面部材を好適に挿抜することができ、また中心球面部材の耐久性も確保することができる。

本発明によれば、部品点数の少ない簡易な構成であり、小型化も容易でありながら、大きな作動角を形成することが可能な全く新規な等速ジョイントを提供することができる。

本実施形態にかかる等速ジョイントの外観を示す図である 本実施形態にかかる等速ジョイントの分解斜視図である。 ヨークの側面図である。 ヨークの断面図である。 中心球面部材保持部への中心球面部材の挿入について説明する図である。 中心球面部材の他の例について説明する図である。 本実施形態にかかる等速ジョイントの作動角について説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。係る実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は本実施形態にかかる等速ジョイント１００の外観を示す図、図２は等速ジョイント１００の分解斜視図である。図１、図２に示すように、等速ジョイント１００は、一対のヨーク１０２、２０２と、１つの中心球面部材１３０と、４つのトルクボール１４０とを包含する。

一対のヨーク１０２、２０２は、それぞれが基端部１１０、２１０（軸連結部１１０ａ、２１０ａ）と、爪部１１２、２１２と、中心球面部材保持部１２０、２２０と、摺動溝１２２、２２２とを有する。そして、互いの爪部１１２、２１２および中心球面部材保持部１２０、２２０により、トルクボール１４０、中心球面部材１３０を介して向き合った状態で係合する。

図３はヨーク１０２の側面図、図４はヨーク１０２の断面図である。特に、図４（ａ）は図３のＡ−Ａ断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。以下、図３、図４を用いて、ヨーク１０２、２０２について説明する。なお、ヨーク１０２とヨーク２０２は同様の構成を有するため、ここではヨーク１０２を代表として説明するものとする。

基端部１１０は、円板形状を成し、その中心に立設した軸連結部１１０ａで駆動軸または被駆動軸と連結する。軸の連結には極めて高い精密性が要求されるが、かかる軸連結部１１０ａの径を増減させることにより、駆動軸または被駆動軸の径に限らず連結することが可能となる。

また、従来の等速ジョイントでは、概して駆動軸または被駆動軸がジョイント内部に挿通（例えば、バーフィールド型等速ジョイントでは内輪に挿通）されるため、挿通部分に荷重がかかり一定の強度を確保する必要があった。故に、通常、挿通部分を所定以上の径で中実に形成する必要があり、中空のシャフトを用いるにはスタブシャフトを介して連結しなければならなかった。

しかし、等速ジョイント１００は、軸連結部１１０ａに駆動軸または被駆動軸を溶接等で直接連結することができる。そのため、スタブシャフトやダンパーを要することなく、駆動軸や被駆動軸の曲げ共振に伴う振動を低減でき、部品点数の削減、コストの削減を図り得る。また、駆動軸または被駆動軸に直接大きな荷重がかかり得ず、等速ジョイント１００を構成する各部品の寸法がその径に依存することもないので、容易に小型化を実現することができる。

爪部１１２は、基端部１１０から他方のヨーク２０２側に、互いに対向するように二股に延設される（図１参照）。そして、爪部１１２の先端の外面は、中心球面部材１３０を中心とする球面に形成され、先細りになっている。これにより、対向するヨーク２０２への爪部１１２の干渉を回避でき、作動角を好適に形成することができるが、その詳細については後程図６と併せて説明する。

なお、本実施形態では、爪部１１２の付け根部分が絞られている。これにより、軽量化を図ることができる。しかし、ヨーク１０２がかかる形状に限定されないことはいうまでもなく、強度や、作動角を形成した際の他方のヨーク２０２との干渉等を考慮して適宜変更可能である。

中心球面部材保持部１２０は、二股の爪部１１２の内側に互いに対向するように形成され、中心球面部材１３０の球面を保持してこれの軸方向の移動を規制する。すなわち、中心球面部材１３０と面接触して対向する位置より挟持することで、軸方向の移動を規制している。

摺動溝１２２は、爪部１１２の両側面に所定の曲率で形成された溝であって、他方のヨーク２０２の隣接する摺動溝２２２と二方からトルクボール１４０を容易に脱落しないように挟持する（図１参照）。そして、ヨーク１０２、２０２が回転する際には、中心球面部材１３０を中心としてトルクボール１４０を円運動（回転）させる。

図１、図２を再び参照する。中心球面部材１３０は、球体を欠損させた形状を成す基体１３２と、脱落規制部材としてのボルト１３４ａおよびナット１３４ｂからなる。基体１３２は、かかる欠損により、対向する中心球面部材保持部１２０、２２０の間隔よりも一部の幅が狭くなっている。そして、ボルト１３４ａおよびナット１３４ｂは、この幅が狭くなった部分に取り付けられ、球体の球面よりも突出するように構成される。

以下、中心球面部材保持部１２０、２２０への中心球面部材１３０の挿入について説明する。図５は、中心球面部材保持部１２０、２２０への中心球面部材１３０の挿入について説明する図である。特に、図５（ａ）〜（ｄ）は、中心球面部材１３０の挿入過程を順に例示している。

まず、図５（ａ）に示すように、基体１３２を、球体を欠損させた（幅が狭くなった）部分を通じて中心球面部材保持部１２０の間に配置する。次に、図５（ｂ）に示すように、基体１３２を回転させて、中心球面部材保持部１２０に挟持させる。そして、同様の過程により、他方のヨーク２０２の中心球面部材保持部２２０にも係合させる。これにより、基体１３２（中心球面部材１３０）を中心として、ヨーク１０２とヨーク２０２の相対位置が定められる。

次に、図５（ｃ）に示すように、基体１３２の球体を欠損させた部分にボルト１３４ａおよびナット１３４ｂを取り付ける。なお、図５（ｃ）では理解を容易にするために、他方のヨーク２０２については図示を省略している。

すると、図５（ｄ）に示すように、中心球面部材１３０を中心球面部材保持部１２０に好適に挿入することができる。ここでは、ボルト１３４ａおよびナット１３４ｂが球体の球面よりも突出するため、使用中における中心球面部材保持部１２０からの中心球面部材１３０の脱落を確実に防止することができる。なお、上述した過程を逆に行うことにより、中心球面部材１３０を中心球面部材保持部１２０から好適に抜去することができる。

図６は、中心球面部材１３０の他の例について説明する図である。すなわち、上述の中心球面部材１３０に代えて、図６に示す中心球面部材３３０を採用してもよい。

図６に示すように、中心球面部材３３０は、基球１３６と、一組のカバー部材１３８、２３８からなる。基球１３６は、対向する中心球面部材保持部１２０、２２０の間隔よりも幅（直径）が狭い球であって、その外面にはカバー部材１３８、２３８が取り付けられる。

カバー部材１３８、２３８は、それぞれ、４本の爪１３８ａ、２３８ａにより基球１３６の外面を把持する。カバー部材１３８、２３８の表面は球面であって、中心球面部材保持部１２０、２２０と面接触する。これにより、中心球面部材３３０は、中心球面部材保持部１２０、２２０に保持される。中心球面部材保持部１２０、２２０へ中心球面部材３３０を挿抜する方法は、カバー部材１３８、２３８の性質（材質）等を考慮して適宜選択してよい。

例えば、まず中心球面部材保持部１２０、２２０の間に、基球１３６を挿入する。基球１３６の直径はこれら中心球面部材保持部１２０、２２０の間隔より狭いため、この挿入は難なく可能である。

次に、基球１３６、カバー部材１３８、２３８を、それぞれ、図５（ｃ）の基体１３２、ボルト１３４ａ、ナット１３４ｂと同様に配置する。カバー部材１３８、２３８の爪１３８ａ、２３８ａを撓うような弾性部材で形成しておき、この性質を利用して、カバー部材１３８、２３８を、基球１３６と中心球面部材保持部１２０、２２０との間に撓わせながら進入させる。

これによって基球１３６にカバー部材１３８、２３８が装着され、基球１３６より一回り大きな球体としての中心球面部材３３０が形成され、これが中心球面部材保持部１２０にぴったり適合する。中心球面部材３３０によれば、ボルト１３４ａ、ナット１３４ｂを利用する中心球面部材１３０以上に優れた耐久性を確保することができる。

図１、図２を再び参照する。トルクボール１４０は、摺動溝１２２、２２２上に摺動可能に配置され、一方のヨーク１０２、２０２から他方のヨーク２０２、１０２へと動力を伝達する役割を担う。

ここで、従来の等速ジョイント、例えばバーフィールド型等速ジョイントでは、概して６つ〜８つのトルクボールをアンギュラコンタクトさせて動力を伝達していた。そのため、通常トルクボールと、外輪および内輪の間にはバーチカルクリアランス（隙間）が設けられていて、かかるトルクボールは点接触により動力を伝達する構成であった。

一方、等速ジョイント１００は、上述した４つのトルクボール１４０をラジアルコンタクトさせて動力を伝達する。故に、バーチカルクリアランスを要せず、トルクボール１４０を摺動溝１２２と線接触させて動力を伝達することができる。その上、４つのトルクボール１４０の径は、概して、従来の６つ〜８つのトルクボールの径より大きくなる。故に、耐重荷重特性、耐衝撃荷重特性を向上させることができる。

図６は、本実施形態にかかる等速ジョイント１００の作動角について説明する図である。特に、図６（ａ）は作動角を形成した等速ジョイント１００の外観を示す図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の等速ジョイント１００を下方向から見た外観を示す図である。

図６（ａ）に示すように、作動角を形成した際にトルクボール１４０は、互いのヨーク１０２、２０２が対称となる面（図６（ａ）一点鎖線で記す）上の軌跡を描く。

また、図６（ｂ）に示すように、等速ジョイント１００は、基端部２１０と、中心球面部材１３０および中心球面部材保持部１２０、２２０との間が空洞Ｓになっている。そのため、作動角を形成した際にそれぞれの爪部１１２、２１２が、かかる空洞Ｓ（図６（ｂ）中矢印の方向）に滑り込むことができる。

ここで、上述したように爪部１１２、２１２の先端の外面は、中心球面部材１３０を中心とする球面であり、内側に向かって湾曲している。そのため、爪部１１２、２１２が空洞Ｓに滑り込む際に他方のヨーク２０２、１０２の基端部１１０、２１０と干渉することを回避できる。また、上述したように爪部１１２、２１２の先端は、先細りになっている。そのため、滑り込んだ爪部１１２、２１２が、隣接する爪部２１２、１１２と干渉することを回避できる。よって、作動角を好適に形成することができる。

かかる構成により、等速ジョイント１００は、従来よりも作動角の上限角度を拡大することができる。具体的には、６０°以上の最大作動角を実現することができる。これにより、最小旋回半径の縮小またはホイールベースの拡大が可能となる。

以上、上述したように、等速ジョイント１００は、中心球面部材保持部１２０、２２０が、中心球面部材１３０の球面を四方から保持することにより一対のヨーク１０２、２０２と、１つの中心球面部材１３０と、４つのトルクボール１４０の極めて少ない部品点数より構成することができる。

また、従来の等速ジョイントでは、作動角の形成によって破損し得る部品が異なっていた。具体的には、例えば、バーフィールド型等速ジョイントでは、作動角０°の場合シャフトが破損するおそれが高く、作動角５０°の場合ケージが破損するおそれが高かった。しかし、等速ジョイント１００では、軸連結部１１０ａに駆動軸または被駆動軸（シャフト）が連結されるため、これにほとんど荷重がかかり得ず、破損する部品は総じてヨーク１０２、２０２となる。そのため、強度設計が極めて容易となる。

なお、本発明は係る実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、駆動軸からの動力を被駆動軸に伝達する等速ジョイントに利用することができる。

１００…等速ジョイント、１０２、２０２…ヨーク、１１０、２１０…基端部、１１０ａ、２１０ａ…軸連結部、１１２、２１２…爪部、１２０、２２０…中心球面部材保持部、１２２、２２２…摺動溝、１３０、３３０…中心球面部材、１３２…基体、１３４ａ…ボルト、１３４ｂ…ナット、１３６…基球、１３８、２３８…カバー部材、１３８ａ、２３８ａ…爪、１４０…トルクボール、Ｓ…空洞

Claims (6)

1. 一対のヨークと、少なくとも表面の一部が球面である１つの中心球面部材と、４つのトルクボールとを備え、
   前記ヨークはそれぞれ、
   駆動軸または被駆動軸に連結される基端部と、
   前記基端部から他方のヨークに向かって延設された二股の爪部と、
   前記二股の爪部の内側に互いに対向するように形成され、前記中心球面部材の球面を保持して、該中心球面部材の軸方向の移動を規制する中心球面部材保持部と、
   前記二股の爪部の両側面に形成され、前記中心球面部材を中心としてトルクボールを円運動させる摺動溝と、
   を有することを特徴とする等速ジョイント。
2. 前記二股の爪部の先端の外面は、前記中心球面部材を中心とする球面であって、先細りになっていることを特徴とする請求項１に記載の等速ジョイント。
3. 当該等速ジョイントは、前記基端部と、前記中心球面部材および前記中心球面部材保持部との間が空洞になっていることを特徴とする請求項１または２に記載の等速ジョイント。
4. 前記基端部は、中空の前記駆動軸または前記被駆動軸を連結する軸連結部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の等速ジョイント。
5. 前記中心球面部材は、球体を欠損させた、前記対向する中心球面部材保持部の間隔よりも幅の狭い形状を有し、
   前記中心球面部材は、前記欠損させた部分に取り付けられ、前記球体の球面よりも突出する脱落規制部材を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の等速ジョイント。
6. 前記中心球面部材は、
   前記対向する中心球面部材保持部の間隔よりも幅が狭い基球と、
   前記基球に取り付けられ、前記中心球面部材保持部と面接触する一組のカバー部材と、
   を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の等速ジョイント。

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