JP2012141051A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

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Abstract

【課題】高負荷時や高速回転時の発熱が抑制され、耐久性が向上し、また、トルク損失量が低下する固定式等速自在継手を提供する。
【解決手段】外側継手部材23のトラック溝22と内側継手部材26のトラック溝25との対で形成されるボールトラックに配置されるトルク伝達ボール27が8個や12個とした固定式等速自在継手である。外側継手部材23のトラック溝22の曲率中心O1と、内側継手部材26のトラック溝25の曲率中心O2とは、軸方向のオフセットを0とする。トルク伝達ボールが8個である場合、外側継手部材23及び内側継手部材26は、それぞれ、周方向に沿って90°ピッチで配設されるトラック溝22、25を、軸線に対して互いに逆方向に傾いた傾斜トラックとする。傾斜トラックとの間の他のトラック溝22、25を軸線に対して平行なトラックとする。
【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固定式等速自在継手に関する。
固定式等速自在継手には、バーフィールド式(BJ)やアンダーカットフリー式(UJ)が広く知られている。図18と図19にバーフィールド式(BJ)の固定式等速自在継手を示す。
この固定式等速自在継手は、内径面1に複数(6個)のトラック溝2が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材3と、外径面4に外側継手部材3のトラック溝2と対をなす複数(6個)のトラック溝5が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材6と、外側継手部材3のトラック溝2と内側継手部材6のトラック溝5との間に介在してトルクを伝達する複数(6個)のボール7と、外側継手部材3の内径面1と内側継手部材6の外径面4との間に介在してボール7を保持するケージ8とを備えている。ケージ8には、ボール7が収容されるポケット9が周方向に沿って複数配設されている。
内側継手部材6のトラック溝5の曲率中心O2と外側継手部材3のトラック溝2の曲率中心O1とは、継手中心Oに対して等距離F、Fだけ軸方向に逆向きにオフセットされている。すなわち、このように、オフセットされているものをトラックオフセット有りと呼ぶ。
このように、図18と図19に示すバーフィールド式(BJ)の固定式等速自在継手では、トラック溝2,5の溝底が円弧部にて構成されるものである。これに対して、アンダーカットフリー式(UJ)は、トラック溝2,5の溝底が円弧部及び直線部(ストレート部)を有するものである。
近年では、軽量・コンパクト化を図る目的のため、図20と図21に示すように、トルク伝達部材としてのボール7を8個としたものが提案されている。すなわち、高性能化、コンパクト化を目的にボールを小型化し、1個当たりの負荷容量の低下を抑えるため、ボール数を8個としている。
そして、従来には、8個ボールとした固定式等速自在継手において、外側継手部材の案内溝の中心を内径面の球面中心に対して継手開口側に、内側継手部材の案内溝の中心を外径面の球面中心に対して継手奥部側に、それぞれ、軸方向に等距離だけ反対側にオフセットし、さらには、ボールのピッチ円径とボールの直径との比を所定の範囲内であるように設定したものである(特許文献1)。
特許文献1に記載のものは、運転時の温度上昇とトルク損失が低く、6個ボールの固定型等速自在継手と同等以上の強度、負荷容量、耐久性および作動角を確保しつつ、より一層コンパクトな自動車用固定型等速自在継手を提供することができる。
また、従来には、トラック溝を螺旋状や傾斜状としたものがある(特許文献2)。この場合、トラック溝を螺旋状や傾斜状とするとともに、周方向に沿って隣接するトラック溝を面対称としている。このように設定することによって、当接部位の疲労や剥離が低減され、等速自在継手の耐久性およびトルク伝達機能を向上させている。
特許3859264号公報 特許3300663号公報
ところで、特許文献1等に示すように、内側継手部材6のトラック溝5の曲率中心O2と外側継手部材3のトラック溝2の曲率中心O1とが、継手中心Oに対して等距離F、Fだけ軸方向に逆向きにオフセットされているものでは、図22に示すように、ボール7は、内側継手部材6のトラック溝5と外側継手部材3のトラック溝2に挟まれた状態でくさび角τを形成する。このくさび角τにより、ボール7は継手開口側へ押圧される。すなわち、ボール7に生じる力Wにより、ケージ8が継手開口側へ押圧される。
このように、ケージ8が継手開口側へ押圧されれば、ケージ8の外球面8aと外側継手部材3の内径面1とが接触するとともに、ケージ8の内球面8bと内側継手部材6の外径面4とが接触する。このため、負荷が高いときや高速で回転する場合に発熱の要因となり耐久性が低下する。
なお、図23に示すように、外側継手部材3のトラック溝2の曲率中心O1と、内側継手部材6のトラック溝5の曲率中心O2とが継手中心Oに一致して、トラックオフセットが無いものであれば、図22に示すようなくさび角τが発生しない。しかしながら、このようなものでは、ケージ8を抑制する力が発生しないため、この等速自在継手が作動しなくなる。
また、特許文献2に示すものでも、トラックオフセット有りであるが、トラック溝のボール接触力が低下することで、ケージ8に掛かる力が低下する。しかしながら、このような場合でも、負荷が高いときや高速で回転する場合に、ケージ8の外球面8aと外側継手部材3の内径面1とが接触、及びケージ8の内球面8bと内側継手部材6の外径面4とが接触することにより、発熱が発生し、耐久性が低下するおそれがある。
そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、高負荷時や高速回転時の発熱が抑制され、耐久性が向上し、また、トルク損失量が低下する固定式等速自在継手を提供しようとするものである。
本発明の第1の固定式等速自在継手は、内径面に8個のトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に8個のトラック溝を形成した内側継手部材と、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対で形成されるボールトラックに配置される8個のトルク伝達ボールと、前記外側継手部材の内径面と前記内側継手部材の外径面との間に介在すると共に前記トルク伝達ボールを保持するケージを備えた固定式等速自在継手において、外側継手部材のトラック溝の曲率中心と、内側継手部材のトラック溝の曲率中心とは、軸方向のオフセットを0とし、かつ、前記外側継手部材及び内側継手部材は、それぞれ、周方向に沿って90°ピッチで配設されるトラック溝を、軸線に対して互いに逆方向に傾いた傾斜トラックとするとともに、この傾斜トラックとの間の他のトラック溝を軸線に対して平行なトラックとしたものである。
本発明の第2の固定式等速自在継手は、内径面に12個のトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に12個のトラック溝を形成した内側継手部材と、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対で形成されるボールトラックに配置される12個のトルク伝達ボールと、前記外側継手部材の内径面と前記内側継手部材の外径面との間に介在すると共に前記トルク伝達ボールを保持するケージを備えた固定式等速自在継手において、外側継手部材のトラック溝の曲率中心と、内側継手部材のトラック溝の曲率中心とは、軸方向のオフセットを0とし、かつ、前記外側継手部材及び内側継手部材は、それぞれ、周方向に沿って60°ピッチで配設されるトラック溝を、軸線に対して互いに逆方向に傾いた傾斜トラックとするとともに、この傾斜トラックとの間の他のトラック溝を軸線に対して平行なトラックとしたものである。
第1及び第2の固定式等速自在継手によれば、交差した傾斜トラックは低角度では隣合うケージの窓部(ポケット)に交互に力が作用し、ケージ位置が内外側継手部材の二等分面位置で安定するように働く。また、トラック溝には、軸線に対して平行なトラックを有するものであり、この軸線に対して平行なトラックにおけるボールの軌道は円周方向に大きく移動しない。このため、この軸線に対して平行なトラックに嵌合するボールを収容するためのポケットの周方向長さを短くできる。すなわち、周方向に隣り合うポケットの周方向長さを相違させることができる。
外側継手部材のトラック溝の曲率中心と、内側継手部材のトラック溝の曲率中心とを継手中心に対して径方向にずらせたものであってもよい。
外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面に曲線部とストレート部を有するアンダーカットフリータイプとすることができる。
外側継手部材のトラック溝のストレート部が、奥側から開口側に向かって外径側へ傾斜するテーパ部であるとともに、内側継手部材のトラック溝のストレート部が、開口側から奥側に向かって外径側へ傾斜するテーパ部であってもよい。
トラック溝が鍛造にて成形されても、トラック溝が機械加工にて成形されていてもよい。
本発明の固定式等速自在継手では、ケージ位置が内外側継手部材の二等分面位置で安定するように働くことになり、ケージ外球面と外側継手部材の内径面との球面接触、及びケージ内球面と内側継手部材の外径面との球面接触が抑制され、高負荷時や高速回転時に円滑に作動し、発熱が抑えられ、耐久性が向上する。
また、軸方向トラックに嵌合するボールを収容するためのポケットの周方向長さを短くできるため、ケージの強度に影響を与えるケージ柱部分の幅(ケージ周方向長さ)を比較的大きくとるができて、ケージの強度を向上させることができる。
外側継手部材のトラック溝の曲率中心と、内側継手部材のトラック溝の曲率中心とを継手中心に対して径方向にずらせたものでは、外側継手部材および内側継手部材のトラック溝の負荷容量を大きくしたり、トラック溝の底部の肉厚を厚くしたりすることができる。
アンダーカットフリータイプとすることによって、大きな作動角をとることができ、また、トラック溝のストレート部をテーパ部とすることによって、さらなる作動角の高角化を図ることができる。
トラック溝を鍛造で成形することにより、後加工が不要となり、その分だけコスト削減が可能となる。機械加工の具体例としては、トラック溝を高精度で仕上げることのできる、研削加工や焼入れ鋼切削が挙げられる。研削加工ではクーラントが必要であるのに対して、焼入れ鋼切削はクーラントを使用しないいわゆるドライ加工であるため、環境に対する負荷を減らすことができる。
本発明の第1の実施形態を示す固定式等速自在継手の正面図である。 前記図1のA−O−B線断面図である。 前記固定式等速自在継手の外側継手部材の正面図である。 前記固定式等速自在継手の外側継手部材の断面図である。 前記図3のX方向矢視図である。 前記図3のY方向矢視図である。 前記図3のZ方向矢視図である。 前記固定式等速自在継手の内側継手部材の正面図である。 前記固定式等速自在継手の内側継手部材の断面図である。 前記図8のX1方向矢視図である。 前記図8のY1方向矢視図である。 前記図8のZ1方向矢視図である。 前記固定式等速自在継手のケージの斜視図である。 前記固定式等速自在継手のケージの正面図である。 前記固定式等速自在継手のケージの断面図である。 前記固定式等速自在継手のトルク負荷状態の断面図である。 前記固定式等速自在継手のトルク負荷状態の簡略展開図である。 トルク伝達部材としてのボールが6個である従来の固定式等速自在継手の正面図である。 前記図18に示す固定式等速自在継手の断面図である。 トルク伝達部材としてのボールが8個である従来の固定式等速自在継手の正面図である。 前記図20に示す固定式等速自在継手の断面図である。 くさび角が生じている場合の問題点説明図である。 くさび角が生じない等速自在継手の断面図である。
以下本発明の実施の形態を図1〜図17に基づいて説明する。
本発明に係る第1の実施形態の固定式等速自在継手は、図1と図2に示すように内径面21に複数(8個)のトラック溝22が軸方向に沿って形成された外側継手部材23と、外径面24に複数(8個)のトラック溝25が軸方向に沿って形成された内側継手部材26と、外側継手部材23のトラック溝22と内側継手部材26のトラック溝25との対で形成されるボールトラックに配置される複数(8個)のトルク伝達ボール27と、外側継手部材23の内径面21と内側継手部材26の外径面24との間に介在すると共にトルク伝達ボール27を保持するケージ28を備える。ケージ28には周方向に沿って所定ピッチ(45度ピッチ)に配設されるポケット29が設けられ、このポケット29にボール27が収容されている。
外側継手部材23においては、周方向に沿って90°ピッチで配設されるトラック溝22を、軸線に対して互いに逆方向に傾いた傾斜トラック22A1、22A2としている。図6に示すように、一方の傾斜トラック22A1の軸線22La1は、継手軸線と平行な直線22L1に対してγだけ時計廻り方向に傾斜している。図7に示すように、他方の傾斜トラック22A2の軸線22La2は、継手軸線と平行な直線22L2に対してγだけ反時計廻り方向に傾斜している。
また、傾斜トラック22A1、22A2の間に、図5に示すように、軸線に対して平行なトラック22Bが配設される。このため、この軸線に対して平行なトラック22Bは、周方向に沿って90°ピッチで4個配設されることになる。なお、外側継手部材23のトラック溝22の曲率中心O1と、外側継手部材23の内径面21の曲率中心O3とを、継手中心Oに一致させている。
内側継手部材26においては、周方向に沿って90°ピッチで配設されるトラック溝25を、軸線に対して互いに逆方向に傾いた傾斜トラック25A1、25A2としている。図11に示すように、一方の傾斜トラック25A1の軸線25La1は、継手軸線と平行な直線25L1に対してγだけ反時計廻り方向に傾斜している。図12に示すように、他方の傾斜トラック25A2の軸線25La2は、継手軸線と平行な直線25L2に対してγだけ時計廻り方向に傾斜している。
また、傾斜トラック25A1、25A2の間に、図10に示すように、軸線に対して平行なトラック25Bが配設される。このため、この軸線に対して平行なトラック25Bは、周方向に沿って90°ピッチで4個配設されることになる。なお、内側継手部材26のトラック溝25の曲率中心O2と、内側継手部材26の外径面24の曲率中心O4とを、継手中心Oに一致させている。そして、対向する傾斜トラック22A1、25A1間及び傾斜トラック22A2、25A2間にそれぞれボール27が配置される。
トラック溝22,25が鍛造にて成形されても、トラック溝22,25が機械加工にて成形されていてもよい。トラック溝22,25を鍛造で成形することにより、後加工が不要となり、その分だけコスト削減が可能となる。機械加工の具体例としては、トラック溝22,25を高精度で仕上げることのできる、研削加工や焼入れ鋼切削が挙げられる。研削加工ではクーラントが必要であるのに対して、焼入れ鋼切削はクーラントを使用しないいわゆるドライ加工であるため、環境に対する負荷を減らすことができる。
図13から図15はケージ28を示す。ケージ28には、前記したように、周方向に沿って45°ピッチでポケット(窓部)29が8個設けられている。ポケット29には、周方向長さが長い長ポケット29aと、周方向長さが短い短ポケット29bとを備え、長ポケット29aと短ポケット29bとが周方向に沿って交互に配設される。この場合、長ポケット29aに収容されるボール27が、傾斜トラック22A1、22A2、25A1、25A2にて構成される傾斜ボールトラックに嵌合する。また、短ポケット29bに収容されるボール27が、軸線に対して平行なトラック22B、25Bにて構成される軸線に対して平行なボールトラックに嵌合する。また、ケージ28は、その外球面28aの曲率中心O5とその内球面28bの曲率中心O6とが、同一中心であって、継手中心Oに一致する。
このように、前記固定式等速自在継手では、外側継手部材23のトラック溝22の曲率中心O1と、内側継手部材26のトラック溝25の曲率中心O2とは、軸方向のオフセットを0としているが、図16と図17に示すように、ボール27と、外側継手部材23の傾斜トラック22A1、22A2との接触点P1、及び、ボール27と、内側継手部材26の傾斜トラック25A1、25A2との接触点P2は、作動角をとらない状態における継手中心Oとボール27のボール中心Obとを通る平面Sよりも所定量eだけずれる。すなわち、傾斜トラック22A1、25A1の接触点P1、P2は、平面Sに対して継手開口側に所定量eだけずれている。また、傾斜トラック22A2、25A2の接触点P1、P2は、平面Sに対して奥側に所定量eだけずれている。
このため、交差角γの影響によって、周方向に隣合うボール27は互いに逆方向にくさび角τ、τ´が形成される。すなわち、隣合うポケット29に交互に力が作用して、交互に逆方向のくさび角τ、τ´が発生する。従って、傾斜トラック22A1、25A1においては、力W1が作用し、傾斜トラック22A2、25A2においては、前記力W1と相反する方向に力W2が作用する。このため、ケージ位置が内外側継手部材の二等分面位置で安定する。
また、ボール27と軸線に対して平行なトラック22B、25Bとの接触点P1、P2は前記平面S上に配設され、くさび角が発生しない。このため、ボール27からケージ28へ力W1(W2)等が発生しない。
本発明の固定式等速自在継手では、交差した傾斜トラック22A1、22A2、25A1、25A2は低角度では隣合うケージ28の窓部(ポケット)29に交互に力が作用し、ケージ位置が内外側継手部材26の二等分面位置で安定するように働く。このため、ケージ外球面28aと外側継手部材23の内径面21との球面接触、及びケージ内球面28bと内側継手部材26の外径面24との球面接触が抑制され、高負荷時や高速回転時に円滑に作動し、発熱が抑えられ、耐久性が向上する。
軸線に対して平行なトラック22B、25Bにおけるボール27の軌道は円周方向に大きく移動しない。このため、この軸線に対して平行なトラック22B、25Bに嵌合するボール27を収容するためのポケット29の周方向長さを短くできる。すなわち、周方向に沿って配設されるポケット29のうち軸線に対して平行なトラック22B、25Bに嵌合するボール27を収容するためのポケット29の周方向長さを短くできるため、ケージ28の強度に影響を与えるケージ柱部分の幅(ケージ周方向長さ)を比較的大きくとるができて、ケージ28の強度を向上させることができる。
前記実施形態では、バーフィールド式(BJ)の固定式等速自在継手であったが、外側継手部材23のトラック溝底面及び内側継手部材26のトラック溝底面に曲線部とストレート部を有するアンダーカットフリータイプであってもよい。さらには、外側継手部材23のトラック溝22のストレート部が、奥側から開口側に向かって外径側へ傾斜するテーパ部であるとともに、内側継手部材26のトラック溝25のストレート部が、開口側から奥側に向かって外径側へ傾斜するテーパ部であってもよい。
アンダーカットフリータイプとすることによって、大きな作動角をとることができ、また、トラック溝22,25のストレート部をテーパ部とすることによって、さらなる作動角の高角化を図ることができる。
外側継手部材23のトラック溝22の曲率中心O1と、内側継手部材26のトラック溝25の曲率中心O2とを継手中心に対して径方向にずらせたもの(径方向オフセット)であってもよい。このように設定されるものでは、外側継手部材23および内側継手部材26のトラック溝22,25の負荷容量を大きくしたり、トラック溝の底部の肉厚を厚くしたりすることができる。
また、前記実施形態では、トルク伝達部材としてのボール27の数は8個であったが、12個としてもよい。このようにボール27を12個とする場合、外側継手部材23のトラック溝22の曲率中心と、内側継手部材26のトラック溝25の曲率中心とは、軸方向のオフセットを0とする。かつ、外側継手部材23及び内側継手部材26は、それぞれ、周方向に沿って60°ピッチで配設されるトラック溝22を、軸線に対して互いに逆方向に傾いた傾斜トラックとするとともに、この傾斜トラックとの間の他のトラック溝を軸方向トラックとする。
このため、ボール27を12個とした固定式等速自在継手であっても、ボール27の数が8個である固定式等速自在継手と同様の作用効果を奏する。また、固定式等速自在継手において、ボール数を8個や12個とすることによって、ボール1個にかかる負荷の低減や効率アップを図ることができ、強度、負荷トルク、耐久性に優れており、ボール径も小さくすることができて継手全体の小型化を図ることができる。
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、本発明の固定式等速自在継手は、ドライブシャフトやプロペラシャフト等に用いることができ、さらには、他の各種の産業機械の動力伝達系に使用できる。径方向オフセットを有するものである場合、外側継手部材23および内側継手部材26のトラック溝22,25の負荷容量を大きくしたり、トラック溝22,25の底部の肉厚を厚くしたりすることができる範囲で、径方向オフセット量を任意に設定できる。なお、アンダーカットフリータイプにおいて、トラック溝底の直線部(ストレート部)をテーパ部とする場合、テーパ部の傾斜角度としても任意に設定できるが、あまり大きすぎると、外側継手部材23の開口側の肉厚が薄くなって、強度的に劣ることになる。このため、テーパ部を形成する場合、高角度化と、外側継手部材23の開口側の強度とを考慮して設定することができる。
21 内径面
22 トラック溝
22A1、22A2 傾斜トラック
22B 軸線に対して平行なトラック
23 外側継手部材
24 外径面
25 トラック溝
25A1、25A2 傾斜トラック
25B 軸線に対して平行なトラック
26 内側継手部材
27 トルク伝達ボール
28 ケージ
29 ポケット

Claims (8)

  1. 内径面に8個のトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に8個のトラック溝を形成した内側継手部材と、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対で形成されるボールトラックに配置される8個のトルク伝達ボールと、前記外側継手部材の内径面と前記内側継手部材の外径面との間に介在すると共に前記トルク伝達ボールを保持するケージを備えた固定式等速自在継手において、
    外側継手部材のトラック溝の曲率中心と、内側継手部材のトラック溝の曲率中心とは、軸方向のオフセットを0とし、かつ、前記外側継手部材及び内側継手部材は、それぞれ、周方向に沿って90°ピッチで配設されるトラック溝を、軸線に対して互いに逆方向に傾いた傾斜トラックとするとともに、この傾斜トラックとの間の他のトラック溝を軸線に対して平行なトラックとしたことを特徴とする固定式等速自在継手。
  2. 内径面に12個のトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に12個のトラック溝を形成した内側継手部材と、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対で形成されるボールトラックに配置される12個のトルク伝達ボールと、前記外側継手部材の内径面と前記内側継手部材の外径面との間に介在すると共に前記トルク伝達ボールを保持するケージを備えた固定式等速自在継手において、
    外側継手部材のトラック溝の曲率中心と、内側継手部材のトラック溝の曲率中心とは、軸方向のオフセットを0とし、かつ、前記外側継手部材及び内側継手部材は、それぞれ、周方向に沿って60°ピッチで配設されるトラック溝を、軸線に対して互いに逆方向に傾いた傾斜トラックとするとともに、この傾斜トラックとの間の他のトラック溝を軸線に対して平行なトラックとしたことを特徴とする固定式等速自在継手。
  3. 前記ケージはボールを収容するポケットを有し、周方向に隣り合うポケットの周方向長さを相違させたことを特徴とする請求項1に記載の固定式等速自在継手。
  4. 外側継手部材のトラック溝の曲率中心と、内側継手部材のトラック溝の曲率中心とを継手中心に対して径方向にずらせたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の固定式等速自在継手。
  5. 外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面に曲線部とストレート部を有するアンダーカットフリータイプ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項に記載の固定式等速自在継手。
  6. 外側継手部材のトラック溝のストレート部が、奥側から開口側に向かって外径側へ傾斜するテーパ部であるとともに、内側継手部材のトラック溝のストレート部が、開口側から奥側に向かって外径側へ傾斜するテーパ部であることを特徴とする請求項5に記載の固定式等速自在継手。
  7. トラック溝が鍛造にて成形されていることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の固定式等速自在継手。
  8. トラック溝が機械加工にて成形されていることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の固定式等速自在継手。
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