JP2011237017A - 摺動型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性に優れ、かつ成形のための装置の低コスト化を達成できる摺動型等速自在継手を提案する。
【解決手段】内径面１５にトラック溝１６を形成した外側継手部材１１と、外径面１７にトラック溝１８を形成した内側継手部材１２と、外側継手部材１１のトラック溝１６とこれに対応する内側継手部材１２のトラック溝１８とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックに配設されるトルク伝達ボール１３と、トルク伝達ボール１３を保持するケージ１４とを備えた等速自在継手である。外側継手部材１１におけるケージ保持部２２の内径を、周方向に沿って隣合うボール１３の継手外径側において結ぶ接線に内接する円の直径よりも大きく設定する。外側継手部材１１の内径形状は、外側継手部材１１のトラック溝の円弧とケージ保持部２２と、円弧とケージ保持部２２とを結ぶ接線とで構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、軽自動車やそれより小型な自動車、またはレジャー・農耕用の特殊車両に使用するドライブシャフト等に適用する摺動型等速自在継手に関する。

等速自在継手は固定型等速自在継手と摺動型等速自在継手とに大別される。固定型等速自在継手は、角度変位のみを許容し、ドライブシャフトの車輪側等に使用される。一方、摺動型等速自在継手は角度変位および軸方向変位を許容し、ドライブシャフトのディファレンシャル側等に使用される。

摺動型等速自在継手としては、特許文献１や特許文献２等に記載のようなダブルオフセットタイプのものがある。ダブルオフセットタイプの等速自在継手は、図７と図８に示すように、円筒形状内周面１に軸方向に延びる複数のトラック溝２を形成した外側継手部材３と、球面状外周面４に軸方向に延びる複数のトラック溝５を形成した内側継手部材６と、外側継手部材３と内側継手部材６との間に介在してトルク伝達を行うトルク伝達ボール７とを備える。トルク伝達ボール７は、ケージ９のポケット８に保持される。

ケージ９の球面状外周面９ａの曲率中心Ｏ１と球面状内周面９ｂの曲率中心Ｏ２を、継手中心Ｏを挟んで軸方向に互いに逆方向に等距離だけオフセットさせたものである。なお、外側継手部材３の内周面開口端部には、継手内部部品Ｓ（内側継手部材６とケージ９とボール７等）の抜け止めとしてのリング体（丸止め輪）１０が付設されている。

ダブルオフセットタイプの等速自在継手におけるトルク伝達ボール７の一般的な個数は６個又は８個であるが今までに、６個未満である３個〜５個であるダブルオフセットタイプの等速自在継手も提案されている（特許文献３〜特許文献５）。

特開平１０−７３１２９号公報 特開２００４−３４７１１４号公報 特開昭４５−２４８４公報 特開昭４８−３８６５３公報 特開平１−１８２９７公報

ところで、前記図７と図８等に示すダブルオフセットタイプの等速自在継手における外側継手部材は、一般的には熱間鍛造と冷間鍛造にて外径面と内径面とトラック溝とを同時成形している。このため、成形のための装置（鍛造装置）が高価となっていた。

本発明の課題は、生産性に優れ、かつ成形のための装置の低コスト化を達成できる摺動型等速自在継手を提案する。

本発明の第１の摺動型等速自在継手は、内径面にトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面にトラック溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックに配設されるトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するケージとを備えた等速自在継手であって、外側継手部材におけるケージ保持部の内径を、周方向に沿って隣合うボールの継手外径側において結ぶ接線に内接する円の直径よりも大きく設定するとともに、外側継手部材の内径形状は、外側継手部材のトラック溝の円弧と、前記ケージ保持部の内面と、前記円弧とケージ保持部の内面とを結ぶ接線とで構成したものである。

本発明の第２の摺動型等速自在継手は、内径面にトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面にトラック溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックに配設されるトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するケージとを備えた等速自在継手であって、外側継手部材におけるケージ保持部の内径を、周方向に沿って隣合うボールの継手外径側において結ぶ接線に内接する円の直径と同一に設定するとともに、外側継手部材の内径形状は、外側継手部材のトラック溝の円弧と前記ケージ保持部と、前記円弧とケージ保持部とを結ぶ接線とで構成したものである。

本発明の第１および第２の摺動型等速自在継手によれば、外側継手部材の内径形状は、円弧と直線で段差がなく構成される。なお、トルク伝達ボールとしては、第１の摺動型等速自在継手においては、３個から５個のいずれかであり、第２の摺動型等速自在継手においては、５個が好ましい。

外側継手部材の外径形状は前記外側継手部材の内径形状とほぼ相似形であって、外側継手部材の肉厚が全周においてほぼ同一であるように設定することができる。外側継手部材は、パイプ材を引抜き加工またはしごき加工で成形されてなる成形品としたり、鋼板からのプレス絞り加工での成形品としたりできる。外側継手部材は、形状形成後に少なくとも内径面に熱硬化処理を施すようにするのが好ましい。熱硬化処理としては、高周波焼入れや浸炭焼入れ等の種々の熱処理を採用することができる。

トラック溝の横断面形状は、ボールとアンギュラ接触するゴシックアーチ形状とすることができる。また、内側継手部材と、この内側継手部材から突設されるシャフトとが一体成形品とすることができる。

本発明の摺動型等速自在継手は、自動車のドライブシャフト用等速自在継手に用いたり、自動車のプロペラシャフト用等速自在継手に用いたりできる。

本発明の摺動型等速自在継手では、外側継手部材の内径形状は、円弧と直線で段差がなく構成されるので、外側継手部材の内径面の形状成形の容易化を図ることができ、高精度な内径面形成が可能となる。特に、外側継手部材の肉厚が全周においてほぼ同一であれば、外側継手部材の外径面の形状成形の容易化を図ることができる。

このため、外側継手部材の内径形状が円弧と直線からなって段差がなく、しかも、外側継手部材の肉厚が全周においてほぼ同一であるものであれば、パイプ材の引抜き加工やしごき加工、または、鋼板のプレス絞り加工等で成形が可能であるとともに、鍛造成形も可能で、製造方法の選択肢が広くなる。これによって、製造地域にあった最も安価な製造方法を選択することができ、生産性の向上を図ることができる。

ところで、トルク負荷によるボールとトラック溝の接触荷重で、弾性変形によるボールとトラック溝の接触面(接触楕円)が発生する。従来のダブルオフセットタイプの摺動型等速自在継手は、外側継手部材のトラック溝は有限円弧であり（半径方向断面にて）、接触荷重が非常に大きくなると接触楕円も大きくなり、接触部がトラック溝からはみ出す場合がある。この場合、ボール溝端（ボール溝と内径の繋がる角部）に応力が集中し剥離などの不具合が発生する場合がある。これに対して、本発明では、外側継手部材のトラック溝と、内径面とは接線で滑らかに繋がっているので、接触部にはみ出しによる応力集中が防止でき、高負荷時の不具合を防止できる。

トラック溝の数やケージのポケット数は、ボール数に対応して決定される。このため、ボール数が３個から５個とすることによって、部品点数の減少を図ることができ、しかも、外側継手部材、内側継手部材及びケージの加工箇所（トラック溝及びケージ窓）を減らすことができる。このため、この摺動型等速自在継手では、加工工程数の減少を図って生産性の向上及び生産コスト低減を達成できる。

外側継手部材として、形状形成後に熱硬化処理を施すものであれば、強度的に優れ、高品質な等速自在継手を提供できる。また、トラック溝の横断面形状はゴシックアーチ形状とすることによって、トラック溝に対するボールの接触状態を安定化することが可能となる。また、内側継手部材とシャフトとが一体成形品であれば、内側継手部材にシャフトを組み付ける工程を省略でき、加工工程数の減少を図って、組立て作業性の向上を図ることができる。しかも、内側継手部材とシャフトとを一体化することによって、ボールＰＣＤを小さくしてコンパクト化を図ることができる。

自動車のドライブシャフト用等速自在継手や自動車のプロペラシャフト用等速自在継手に最適となる。

本発明の第１の摺動型等速自在継手の横断面図である。 前記摺動型等速自在継手の縦断面図である。 前記摺動型等速自在継手の断面正面図である。 外側継手部材と内側継手部材との寸法関係を示す横断面図である。 本発明の第２の摺動型等速自在継手の横断面図である。 トラック溝の他の形状を示す断面図である。 従来のダブルオフセットタイプの摺動型等速自在継手の縦断面図である。 前記図７に示す摺動型等速自在継手の横断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

図１〜図３は本発明の等速自在継手であるダブルオフセットタイプの摺動型等速自在継手を示している。この摺動型等速自在継手は、外側継手部材１１と、内側継手部材１２と、トルク伝達ボール１３と、ケージ１４とを主要な構成要素としている。

外側継手部材１１は、その肉厚Ｔが全周においてほぼ同一の筒体からなり、その内径面１５に周方向に沿って１２０度ピッチでトラック溝１６が形成されている。また、内側継手部材１２は、その外径面１７に周方向に沿って１２０度ピッチでトラック溝１８が形成されたブロック体からなる。また、この内側継手部材１２には図２の仮想線で示すように、シャフト１９が突設されている。この場合、内側継手部材１２とシャフト１９とは一体成形品である。

ケージ１４は、周方向に沿って１２０度ピッチでボール１３が保持されるポケット１４ｃが設けられている。また、ケージ１４の外周球面１４ａの曲率中心Ｏ１と、ケージ１４の内周球面１４ｂの曲率中心Ｏ２は、継手中心Ｏ（ボール中心Ｏｂを通って継手軸線Ｌと直交する直線と、継手軸線Ｌとの交点）を挟んで、軸方向に互いに反対側に等距離だけオフセットされている。

ところで、外側継手部材１１は、その横断面形状を頂部２０が凸アール状の三角形において、頂部２０間の辺の中央部を凸状に膨出させた形状である。このため、頂部２０の内径部が前記トラック溝１６を構成し、頂部２０間の膨出部２１がケージ１４の外径面を保持するケージ保持部２２を構成する。

図４に示すように、外側継手部材１１におけるケージ保持部２２の内面２２ａの内径Ｄ１を、周方向に沿って隣合うボール１３、１３のトラック溝の円弧Ｃ１を結ぶ接線Ｌ１に内接する円Ｃの直径Ｄ２よりも大きく設定する。すなわち、Ｄ１＞Ｄ２としている。また、外側継手部材１１の内径形状は、外側継手部材１１のトラック溝の円弧Ｃ１と、ケージ保持部２２の内面２２ａと、前記円弧Ｃ１とケージ保持部２２の内面２２ａとを結ぶ接線Ｌ２とで構成している。

外側継手部材１１の外径形状は、外側継手部材１１の内径形状とほぼ相似形である。このため、外側継手部材１１が全周においてその肉厚Ｔがほぼ同じである。なお、この実施形態においては、内側継手部材１２の外径面１７に切欠部３０が設けられている。これによって、内側継手部材１２の外径面１７とケージ１４の内周球面１４ｂとの接触面積を減少させているが、このような切欠部３０を設けなくてもよい。

ところで、外側継手部材１１が半径方向断面において、ほぼ均一（均等）な肉厚Ｔであり、しかも、内径形状が円弧と直線で段差がない構成とされるものである。このため、外側継手部材１１は、パイプ材を引抜き加工またはしごき加工で成形したり、鋼板からのプレス絞り加工で成形したりできる。引抜き加工は、孔のあいた工具(ダイス)にパイプ材や線材を通し、その先端を保持した状態で引張り径を小さくすることによって、目的の断面形状を有する長尺材を作る加工法である。また、しごき加工とは、所定の板厚の板材の少なくとも一部を工具でしごくことにより、このしごいた部分の板厚を薄くする加工である。プレス絞り加工とは、ダイの上に金属の板材を支持し、周囲をしわ押えで押えた状態で、パンチにて板材を押し込んで加工する方法である。

また、外側継手部材１１においては、前記のように形状を形成した後は、少なくとも内径面１５に対して熱硬化処理を施すようにしている。熱硬化処理としては、高周波焼入れや浸炭焼入れ等の種々の熱処理を採用することができる。ここで、高周波焼入れとは、高周波電流の流れているコイル中に焼入れに必要な部分を入れ、電磁誘導作用により、ジュール熱を発生させて、伝導性物体を加熱する原理を応用した焼入れ方法である。また、浸炭焼入れとは、低炭素材料の表面から炭素を浸入／拡散させ、その後に焼入れを行う方法である。

本発明では、外側継手部材１１の内径形状は、円弧と直線で段差がなく構成される。外側継手部材１１の内径面１５の形状成形の容易化を図ることができ、高精度な内径面形成が可能となる。特に、外側継手部材１１の肉厚Ｔが全周においてほぼ同一であれば、外側継手部材１１の外径面の形状成形の容易化を図ることができる。

このため、外側継手部材１１の内径形状が円弧と直線からなって段差がないものであって、外側継手部材１１の肉厚Ｔが全周においてほぼ同一であるものであれば、パイプ材の引抜き加工やしごき加工、または、鋼板のプレス絞り加工等で成形が可能であるとともに、鍛造成形も可能で、製造方法の選択肢が広くなる。これによって、製造設備にあった最も安価な製造方法を選択することができ、生産性の向上を図ることができる。

また、内側継手部材１２とシャフト１９とが一体成形品であるので、内側継手部材１２にシャフト１９を組み付ける工程を省略でき、加工工程数の減少を図って、組立て作業性の向上を図ることができる。しかも、内側継手部材１２とシャフト１９とを一体化することによって、ボールＰＣＤを小さくしてコンパクト化を図ることができる。

次に、図５は他の実施形態を示し、この場合、前記実施形態ではボール１３が３個であるのに対して、５個である。このため、外側継手部材１１の内径面１５には５個のトラック溝１６が設けられるとともに、内側継手部材１２の外径面１７には５個のトラック溝１８が設けられている。

外側継手部材１１は、頂部２０が凸アール状の断面正五角形状の角筒体からなる。また、前記実施形態とは相違して、周方向に隣合う頂部２０間の各辺には膨出部が形成されず、直線状とされている。そして、頂部２０の内径部がトラック溝１６を構成する。

外側継手部材１１におけるケージ保持部２２の内面２２ａの内径Ｄ１を、周方向に沿って隣合うボール１３、１３のトラック溝の円弧Ｃ１を結ぶ接線Ｌ１に内接する円Ｃの直径Ｄ２と同一に設定している。すなわち、Ｄ１＝Ｄ２としている。この場合も、外側継手部材１１の内径形状は、外側継手部材１１のトラック溝の円弧Ｃ１と隣り合うトラック溝の円弧Ｃ１を結ぶ接線Ｌ２とで構成している。ここで、接線Ｌ１と接線Ｌ２は同一である。また、この場合も、外側継手部材１１の外径形状は、外側継手部材１１の内径形状とほぼ相似形である。このため、外側継手部材１１が全周においてその肉厚がほぼ同じである。

図５に示す摺動型等速自在継手であっても、外側継手部材１１の内径形状は、円弧と直線で段差がなく構成される。また、外側継手部材１１の肉厚Ｔが全周においてほぼ同一とされている。このため、この図５の摺動型等速自在継手であっても、前記図１〜図３に記載の摺動型等速自在継手と同様の作用効果を奏する。

トラック溝１２の数やケージ１４のポケット数は、ボール数に対応して決定される。このため、ボール数が３個から５個とすることによって、一般的な６個や８個の設計に較べ部品点数の減少を図ることができる。しかも、外側継手部材１１、内側継手部材１２及びケージ１４の加工箇所（トラック溝及びケージ窓）を減らすことができる。このため、加工工程数の減少を図って生産性の向上及び生産コスト低減を達成できる。

前記各実施形態では、各トラック溝１６、１８の溝底形状として単純円弧であったが、外側継手部材１１のトラック溝１６および内側継手部材１２のトラック溝１８の横断面形状を、図６に示すように、ボール１３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１６、１８では、ボール１３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１６、１８に対するボール１３の接触状態を安定化させる点で好適である。

前記のように構成した摺動型等速自在継手としては、自動車のドライブシャフト用等速自在継手や自動車のプロペラシャフト用等速自在継手に最適となる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、図５に示す等速自在継手において、Ｄ１＝Ｄ２としているが、Ｄ１＞Ｄ２であってもよい。また、ボール１３として４個であってもよい。ところで、図１等に示すように、Ｄ１＞Ｄ２とする場合、Ｄ１とＤ２との差としては、外側継手部材１１の外径、ボール径、内側継手部材１２の外径等によって設定できる。外側継手部材１１の肉厚としても、強度性、使用する材質、外側継手部材１１の外径、及び使用される部位等に応じて種々変更できる。

前記実施形態では、内側継手部材１２とシャフト１９とが一体成形品であったが、内側継手部材１２とシャフト１９とを別体として成形した後、これらを組み付けるようにしてもよい。また、外側継手部材１１に熱硬化処理を施す場合、内径面１７に加えて外径面にも熱硬化処理を施してもよい。さらには、内径面１７から外径面にかけて熱硬化処理が施されるものであってもよい。

１１ 外側継手部材
１２ 内側継手部材
１３ トルク伝達ボール
１４ ケージ
１５ 内径面
１６ トラック溝
１７ 外径面
１８ トラック溝
１９ シャフト
２２ ケージ保持部

Claims (12)

1. 内径面にトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面にトラック溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックに配設されるトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するケージとを備えた摺動型等速自在継手であって、
   外側継手部材におけるケージ保持部の内径を、周方向に沿って隣合うボールの継手外径側において結ぶ接線に内接する円の直径よりも大きく設定するとともに、外側継手部材の内径形状は、外側継手部材のトラック溝の円弧と、前記ケージ保持部の内面と、前記円弧とケージ保持部とを結ぶ接線とで構成したことを特徴とする摺動型等速自在継手。
2. 内径面にトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面にトラック溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックに配設されるトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するケージとを備えた摺動型等速自在継手であって、
   外側継手部材におけるケージ保持部の内径を、周方向に沿って隣合うボールの継手外径側において結ぶ接線に内接する円の直径と同一に設定するとともに、外側継手部材の内径形状は、外側継手部材のトラック溝の円弧と、前記ケージ保持部の内面と、前記円弧とケージ保持部の内面とを結ぶ接線とで構成したことを特徴とする摺動型等速自在継手。
3. 前記トルク伝達ボールが３個から５個のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の摺動型等速自在継手。
4. 前記トルク伝達ボールが５個であることを特徴とする請求項２に記載の摺動型等速自在継手。
5. 外側継手部材の外径形状は前記外側継手部材の内径形状とほぼ相似形であって、外側継手部材の肉厚が全周においてほぼ同一であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の摺動型等速自在継手。
6. 外側継手部材は、パイプ材を引抜き加工またはしごき加工で成形されてなる成形品であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の摺動型等速自在継手。
7. 外側継手部材は、鋼板からのプレス絞り加工での成形品であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の摺動型等速自在継手。
8. 外側継手部材は、形状形成後に少なくとも内径面に熱硬化処理が施されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の摺動型等速自在継手。
9. 前記トラック溝の横断面形状は、ボールとアンギュラ接触するゴシックアーチ形状としたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の摺動型等速自在継手。
10. 内側継手部材と、この内側継手部材から突設されるシャフトとが一体成形品であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の摺動型等速自在継手。
11. 自動車のドライブシャフト用等速自在継手に用いたことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の摺動型等速自在継手。
12. 自動車のプロペラシャフト用等速自在継手に用いたことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の摺動型等速自在継手。

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