JP2012233550A

JP2012233550A - ボール型等速ジョイント

Info

Publication number: JP2012233550A
Application number: JP2011104308A
Authority: JP
Inventors: Hironari Ogawa; 裕也小川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2012-11-29

Abstract

【課題】ボール型等速ジョイントを車両に組み付ける際のボールの飛び出し等を防止でき、軽量化を実現することができるボール型等速ジョイントを提供する。
【解決手段】本発明のボール型等速ジョイントは、外輪２０が、各外輪ボール溝２３の一部が形成された第一外輪部材２０１と、各外輪ボール溝２３の残りが形成された第二外輪部材２０２と、を備え、第一外輪部材２０１の外輪ボール溝２３ａは、ジョイント角が０°から最大作動角θ_１まで変化した際のボール４０の転動範囲を含み、第二外輪部材２０２の外輪ボール溝２３ｂは、ジョイント角が最大作動角θ_１を超えた角度から最大組付角θ_２まで変化した際に、ボール４０が転動可能となるように形成され、第二外輪部材２０２の単位体積当りの質量は、第一外輪部材２０１の単位体積当りの質量よりも小さいことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の駆動力伝達軸部に使用されるボール型等速ジョイントに関する。

従来のボール型等速ジョイントとしては、例えば特開平３−１１３１２４号公報（特許文献１）などに記載されているものが知られている。外輪の軸線と内輪の軸線の交差角度をジョイント角とすると、トルク伝達時に必要となるジョイント角の最大値（最大作動角）は、例えばボール型等速ジョイントが設置される箇所によって異なる。例えば、フロント側に設置されるボール型等速ジョイントは、前輪の操舵に対応して大きな最大作動角（４５°〜５０°程度）が必要になるのに対して、リヤ側に設置されるボール型等速ジョイントは、後輪の操舵が全く無いか有っても非常に小さいことから、最大作動角はおよそ２０°程度である。リヤ側の最大作動角はフロント側の最大作動角よりも小さいため、フロント側のボール型等速ジョイントと同一仕様のものをリヤ側に転用することが可能となる。

また、ボール型等速ジョイントを車両に組み付ける際には、ジョイント角をフロント側の最大作動角程度（５０°程度）とることとなる。つまり、フロント側のボール型等速ジョイントは、組み付ける際に必要なジョイント角の最大値（最大組付角）と最大作動角とがほぼ等しい。フロント用として製造されたボール型等速ジョイントは、最大作動角でトルク伝達可能に設計されており、最大組付角をとった際でもボールの飛び出し等は防止される。

特開平３−１１３１２４号公報

しかしながら、フロント側と最大作動角が異なる例えばリヤ側のボール型等速ジョイントに、フロント側と同一仕様のものを用いるだけでは、車両の軽量化を図ることは困難である。

また一方で、ボール型等速ジョイントを車両に組み付ける際に、ブーツ内において、ボールが外輪または保持器から飛び出したり、ボールが外輪に対してロックしたりすることを防止することが求められている。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、最大作動角と最大組付角が異なるボール型等速ジョイントにおいて、ボール型等速ジョイントを車両に組み付ける際のボールの飛び出し等を防止できるとともに、軽量化を実現することができるボール型等速ジョイントを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、軸方向一方に開口部を備える筒状に形成され、内周面に外輪ボール溝が複数形成された外輪と、前記外輪の内側に配置され、外周面に内輪ボール溝が複数形成された内輪と、それぞれの前記外輪ボール溝および前記内輪ボール溝を転動し、前記外輪と前記内輪との間でトルクを伝達する複数のボールと、環状に形成され、前記外輪と前記内輪との間に配置され、周方向に前記ボールをそれぞれ収容する複数の窓部が形成された保持器と、前記外輪の開口部を覆ってシールするブーツと、を備えるボール型等速ジョイントにおいて、前記ボール型等速ジョイントは、前記外輪の軸線と前記内輪の軸線との交差角度をジョイント角とし、トルク伝達時に必要となる前記ジョイント角の最大値を最大作動角とし、前記ボール型等速ジョイントを車両に組み付ける際に必要となる前記ジョイント角の最大値を最大組付角とすると、前記最大組付角が前記最大作動角よりも大きいボール型等速ジョイントであって、前記外輪は、各前記外輪ボール溝の一部が形成された第一外輪部材と、前記第一外輪部材から軸方向一方に延び、各前記外輪ボール溝の残りが形成された第二外輪部材と、を備え、前記第一外輪部材の外輪ボール溝は、前記ジョイント角が０°から前記最大作動角まで変化した際の前記ボールの転動範囲を含み、前記第二外輪部材の外輪ボール溝は、前記ジョイント角が前記最大作動角を超えた角度から前記最大組付角まで変化した際に、前記ボールが転動可能となるように形成され、前記第二外輪部材の単位体積当りの質量は、前記第一外輪部材の単位体積当りの質量よりも小さいことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、前記ブーツは、前記第一外輪部材に固定され、前記第二外輪部材は、前記ブーツと一体的に形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、組み付け作業時に、ジョイント角を最大組付角とした場合でも、第二外輪部材の外輪ボール溝がボールを転動可能に形成されているため、ボールの外輪外への飛び出し等を防止することができる。そして、第二外輪部材の単位体積当りの質量が第一外輪部材の単位体積当りの質量よりも小さいことから、軽量化が可能となる。すなわち、請求項１に係る発明によれば、組み付け時のボールの飛び出し等を防止しつつ、軽量化を実現することができる。

請求項２に係る発明によれば、組み付け時の部品点数を減らすことが可能となる。

本実施形態に係る等速ジョイント１０の所定角度のジョイント角θをとった状態の軸方向断面図である。外輪２０内を省略して表した等速ジョイント１０の軸方向断面図である。第二外輪部材２０２を軸方向から見た模式図である。本実施形態の変形態様におけるブーツ７０の一端部を示す軸方向断面図である。参考例に係る等速ジョイントの所定角度のジョイント角θをとった状態の軸方向断面図である。

本実施形態のボール型等速ジョイント１０（以下、単に「等速ジョイント」と称す）の構成について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る等速ジョイント１０の所定角度のジョイント角θをとった状態の軸方向断面図である。図２は、外輪２０内を省略して表した等速ジョイント１０の軸方向断面図である。図３は、第二外輪部材２０２を軸方向から見た模式図である。なお、説明上、一部図面の上下左右の寸法を適宜拡大・縮小して表現する。

以下の説明において、外輪２０の開口側とは、図１の左側を意味し、外輪２０の奥側とは、図１の右側を意味する。また、図１において、ブーツ７０は一部省略して表されている。また、ジョイント角θとは、外輪２０の軸線Ｌ１と内輪３０の軸線Ｌ２との交差角度を意味する。そして、トルク伝達時に必要となるジョイント角θの最大値を最大作動角θ_１と称し、等速ジョイント１０を車両に組み付ける際に必要となるジョイント角θの最大値を最大組付角θ_２と称する。

本実施形態の等速ジョイント１０は、図１に示すように、ジョイント中心固定式ボール型等速ジョイント（「ツェッパ形等速ジョイント」とも称す）であって、車両のリヤ用ドライブシャフトのアウタボードジョイントとして好適に使用されるものである。そのため、等速ジョイント１０のトルク伝達可能なジョイント角θは、０〜２０°前後の小さい角度範囲となるように設定されている。つまり、等速ジョイント１０の最大作動角θ_１は、およそ２０°である。また、リヤ用の等速ジョイントであっても、車両への組み付け時には、ジョイント角θを５０°程度にする必要がある。つまり、等速ジョイント１０の最大組付角θ_２は、およそ５０°である。

等速ジョイント１０は、複数の外輪ボール溝２３を有する外輪２０と、複数の内輪ボール溝３２を有する内輪３０と、複数のボール４０と、保持器５０と、シャフト６０と、ブーツ７０と、から構成されている。以下、各構成部品について詳細に説明する。

外輪２０は、図１の左側（本発明の「軸方向一方側」に相当）に開口部を備えるカップ状（有底筒状）に形成されている。この外輪２０のカップ底部の外方（図１の右側）には、連結軸２１が外輪軸方向に延びるように一体形成されている。この連結軸２１は、他の動力伝達軸に連結される。外輪２０の内周面は、凹球面状に形成されている。具体的には、外輪２０の凹球面状内周面２２は、外輪軸線Ｌ１と内輪軸線Ｌ２との交点Ｏを曲率中心として描かれる球面の一部により形成されており、外輪軸方向に切断した断面で見た場合に凹円弧状に形成されている。

さらに、外輪２０の内周面には、外輪軸直交方向断面が凹円弧状の複数の外輪ボール溝２３が、ほぼ外輪軸方向に延びるように形成されている。これら複数（本実施形態では６本）の外輪ボール溝２３は、径方向に切断した断面で見た場合（図３参照）に、周方向に等間隔（本実施形態においては６０度間隔）に形成されている。ここで、外輪軸方向とは、外輪２０の中心軸を通る方向、すなわち、外輪２０の回転軸方向を意味する。外輪２０の詳細については後述する。

内輪３０は、環状に形成され、外輪２０の内側に配置されている。この内輪３０の外周面３１は、凸球面状に形成されている。具体的には、内輪３０の凸球面状外周面３１は、外輪軸線Ｌ１と内輪軸線Ｌ２との交点Ｏを曲率中心として描かれる球面の一部により形成されており、内輪軸方向に切断した断面で見た場合に凸円弧状に形成されている。

また、内輪３０の外周面には、内輪軸直交方向断面がほぼ円弧凹状の複数の内輪ボール溝３２が、ほぼ内輪軸方向に延びるように形成されている。これら複数（本実施形態では６本）の内輪ボール溝３２は、径方向に切断した断面で見た場合に、周方向に等間隔（本実施形態では６０度間隔）に、且つ、外輪２０に形成される外輪ボール溝２３と同数形成されている。つまり、それぞれの内輪ボール溝３２が、外輪２０のそれぞれの外輪ボール溝２３に対向するように位置する。また、内輪３０の内周面には、内輪軸方向に延びる内歯スプライン３５が形成されている。この内歯スプライン３５は、シャフト６０の外歯スプラインに嵌合（噛合）されている。ここで、内輪軸方向とは、内輪３０の中心軸を通る方向、すなわち、内輪３０の回転軸方向を意味する。

複数のボール４０は、それぞれ、外輪２０の外輪ボール溝２３と、当該外輪ボール溝２３に対向する内輪３０の内輪ボール溝３２に挟まれるように配置されている。そして、それぞれのボール４０は、それぞれの外輪ボール溝２３およびそれぞれの内輪ボール溝３２に対して、転動自在で周方向（外輪軸回りまたは内輪軸回り）に係合している。従って、ボール４０は、外輪２０と内輪３０との間でトルクを伝達する。

保持器５０は、環状に形成されている。この保持器５０の外周面５１は、外輪２０の凹球面状内周面２２にほぼ対応する部分球面状、すなわち凸球面状に形成されている。一方、保持器５０の内周面５２は、内輪３０の凸球面状外周面３１にほぼ対応する部分球面状、すなわち凹球面状に形成されている。この保持器５０は、外輪２０の凹球面状内周面２２と内輪３０の凸球面状外周面３１との間に配置されている。この保持器５０は、周方向（保持器軸心の周方向）に等間隔に配置された、ほぼ矩形の貫通孔である複数の窓部５３を有する。保持器５０の窓部５３は、ボール４０と同数形成されている。そして、それぞれの窓部５３に、ボール４０が１つずつ収容されている。

ブーツ７０は、外輪２０の開口部を覆ってシールする部材である。ブーツ７０は、図２に示すように、蛇腹筒状に一体形成されている。ブーツ７０は、合成樹脂やゴムなどを用いて、ブロー成形、射出成形などの公知の成形方法により成形される。なお、合成樹脂としては、例えば、ＴＰＥ（ポリエステル系熱可塑性エラストマー）、ＴＰＯ（ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー）などの熱可塑性樹脂が用いられる。

ブーツ７０の右端部（軸方向他方側）は、クランプ部材７１により、外輪２０開口端部側の外周面に締め付け固定されている。ブーツ７０の左端部（軸方向一方側）は、クランプ部材７２により、シャフト６０の外周面に締め付け固定されている。つまり、ブーツ７０は、外輪２０の開口部とシャフト６０との間を覆蓋して、外輪２０の内部を密封している。そして、この外輪２０の内部には、グリースなどの潤滑剤が充填されている。

（外輪２０の詳細）
ここで、外輪２０の詳細について説明する。外輪２０は、第一外輪部材２０１と、第二外輪部材２０２と、から構成されている。第一外輪部材２０１は、カップ状であって、外輪２０の右側（軸方向他方）部位を構成している。第一外輪部材２０１の内周面には、各外輪ボール溝２３の一部（右側部分）２３ａが形成されている。第一外輪部材２０２は、鉄鋼で形成されている。

第二外輪部材２０２は、外輪２０の左側部位を構成している。第二外輪部材２０２は、筒状であって、第一外輪部材２０１左端面から左側（軸方向一方）に延びている。第二外輪部材２０２の内周面には、図１〜図３に示すように、各外輪ボール溝２３の残り（左側部分）２３ｂが形成されている。

つまり、第二外輪部材２０２の外輪ボール溝２３ｂ（以下、「第二外輪ボール溝２３ｂ」と称する）は、外輪ボール溝２３全体から第一外輪部材２０１の外輪ボール溝２３ａ（以下、「第一外輪ボール溝２３ａ」と称する）を除いた残りの部分を構成している。第二外輪ボール溝２３ｂは、第一外輪ボール溝２３ａから連続的に延びている。このように、外輪ボール溝２３は、第一外輪ボール溝２３ａと第二外輪ボール溝２３ｂにより構成されている。

第二外輪部材２０２は、樹脂で形成されている。樹脂の比重は、鉄鋼の比重よりも小さい。つまり、第二外輪部材２０２の単位体積当りの質量は、第一外輪部材２０１の単位体積当りの質量よりも小さい。なお、第二外輪部材２０２の軸方向他端面には、軸方向他方に突出する複数の凸部２０２ａ（図４参照）を周方向（軸線Ｌ１の周方向）に均等に設けられている。凸部２０２ａは、第一外輪部材２０１の軸方向一端面に凸部２０２ａに対応して形成された凹部（図示せず）に圧入されている。第一外輪部材２０１と第二外輪部材２０２は、凸部２０２ａと凹部が嵌合して組み付けられている。

ここで、第一外輪ボール溝２３ａは、ジョイント角θが０°から最大作動角θ_１まで変化した際のボール４０の転動範囲（以下、「作動転動範囲」と称する）を含むよう形成されている。「外輪ボール溝２３がボール４０の転動範囲を含む」とは、当該転動範囲において、各ボール４０と各外輪ボール溝２３が周方向（トルク伝達方向）に係合することを意味する。作動転動範囲は、トルク伝達可能な範囲である。

ここで、軸線Ｌ１と軸線Ｌ２の交点Ｏおよびボール４０の中心Ｐを通る直線ＯＰが、外輪２０の上側内周面と交わる点を交点Ｑとする。また、交点Ｏを含み軸線Ｌ１に直交する平面を平面Ｆとする。外輪ボール溝２３上における作動転動範囲の左端（軸方向他端）は、図１に示すように、直線ＯＰと平面Ｆとの為す角がθ_１／２（およそ１０°）となるように、直線ＯＰを交点Ｏ中心に（交点Ｏを通り紙面に直交する軸を中心に）反時計回りに傾けた際の交点Ｑの位置（以下、「交点Ｑ１」と称する）となる。

本実施形態において、第一外輪ボール溝２３ａの左端は、作動転動範囲の左端、すなわち交点Ｑ１の位置に設定されている。第一外輪部材２０１の左端面は、平面Ｆに平行で且つ交点Ｑ１を含む平面状に形成されている。第一外輪部材２０１の右端は、外輪２０の右端に相当する。

第二外輪ボール溝２３ｂは、ジョイント角θが最大作動角θ_１を超えた角度から最大組付角θ_２まで変化した際に、ボール４０が転動可能となるように形成されている。ボールが転動可能とは、転動範囲同様、各ボール４０と各外輪ボール溝２３とが周方向に係合することを意味する。

第二外輪ボール溝２３ｂの左端は、おおよそ、直線ＯＰと平面Ｆとの為す角がθ_２／２（およそ２５°）となるように、直線ＯＰを交点Ｏ中心に（交点Ｏを通り紙面に直交する軸を中心に）反時計回りに傾けた際の交点Ｑの位置（以下、「交点Ｑ２」と称する）となる。この第二外輪ボール溝２３ｂは、第一外輪ボール溝２３ａの左端から連続的に延びている。

このように、第二外輪ボール溝２３ｂは、外輪２０の左側における、ジョイント角θが最大作動角θ_１を超えた角度から最大組付角θ_２まで変化した際のボール４０の転動範囲を含んでいる。第二外輪部材２０２は、軸方向において、交点Ｑ１位置から交点Ｑ２位置の若干左側位置まで延在している。

なお、ブーツ７０の一端部は、クランプ部材７１により、第一外輪部材２０１の開口側端部の外周面に固定されている。また、第二外輪部材２０２は、ブーツ７０における平面Ｆと略平行な内周面７０ａにより、右側（軸方向他方）に押し付けられている。

（作用効果）
本実施形態によれば、第一外輪ボール溝２３ａが作動転動範囲を含んでいるため、ボール４０は、トルク伝達時に、通常の強度を有する当該外輪ボール溝２３ａと周方向に係合する。ボール４０と第一外輪部材２０１とが係合することにより、トルク伝達は確実に実行される。

一方、組み付け作業時には、ジョイント角θを最大組付角θ_２とした場合でも、第二外輪ボール溝２３ｂがあるため、ボール４０の外輪２０外への飛び出し等を防止することができる。組み付け時にはブーツ７０が外輪２０に取り付けられた後であり、ボール４０が外輪２０から飛び出すと元に戻すのが困難となる。本実施形態では、このような組み付け時の不具合も防止することができる。

そして、第二外輪部材２０２（樹脂製）の単位体積当りの質量は、第一外輪部材２０１（鉄鋼製）の単位体積当りの質量よりも小さくなっている。これにより、等速ジョイント１０の軽量化が可能となる。

このように、第二外輪ボール溝２３ｂをもつ第二外輪部材２０２を第一外輪部材２０１よりも軽量部材とすることで、トルク伝達時に必要な強度を維持し且つ組み付け時の不具合を防止しつつ、等速ジョイント１０の軽量化が可能となる。

（変形態様）
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、図４に示すように、第二外輪部材２０２は、ブーツ７０と一体的に形成されていてもよい。例えば、ブーツ７０に対して第二外輪部材２０２をインサート成型してもよい。これにより、組み付け時の部品点数を減らすことが可能となる。ブーツ７０と第二外輪部材２０２とは、互いに異なる材料であってもよい。

また、第二外輪部材２０２は、中空形状に形成されていてもよい。第二外輪部材２０２の内部を空洞とすることで、第二外輪部材２０２の材料に第一外輪部材２０１と同材料を用いた場合でも、第二外輪部材２０２の単位体積当りの質量を小さくすることができる。また、第二外輪部材２０２の材料は、ゴムであってもよい。

また、第一外輪部材２０１と第二外輪部材２０２とは、組み付けの他、接着、溶着、または一体成形等によって接続されていてもよい。また、外輪ボール溝２３のうち作動転動範囲の左端は、直線ＯＱ１上の点Ｐ（θ_１／２傾けた際の点Ｐ）を通る「軸線Ｌ１の垂線」と、外輪２３の内周面との交点位置であってもよい。同様に、外輪ボール溝２３のうち最大組付角の際の転動範囲は、θ_２／２傾けた際の点Ｐを通る「軸線Ｌ１の垂線」と、外輪２３の内周面との交点位置であってもよい。

（参考例）
図５に示すように、第二外輪部材２０２は、板状部材によって板状に形成されたものでもよい。すなわち、第二外輪部材２０２は、板状部材により形成され、第二外輪部材２０２の単位体積当りの質量は、第一外輪部材２０１の単位体積当りの質量以下であり、第二外輪部材２０２の板厚は、第一外輪部材２０１の軸方向一方端部（左端部）の厚さ（径方向の長さ）よりも小さい。また、第二外輪部材２０２の第二外輪ボール溝２３ｂを含む軸方向断面における厚さ（右端部を除く）は、第一外輪部材２０１の軸方向一方端部の厚さよりも小さい。

図５では、板状部材が、第二外輪部材２０２の内周面（第二外輪ボール溝２３ｂを含む）とフランジ状の軸方向他端面（右端面）を形成している。第二外輪部材２０２の軸方向他端面と第一外輪部材２０１の軸方向一端面とが嵌合・接着等されている。

このような第二外輪部材２０２は、例えば具体的に、図５に示すような軸方向断面形状がＬ字型のもの、あるいは、Ｕ字型（開口が径方向外側となるコの字型）のものであってもよい。換言すると、第二外輪部材２０２は、中空形状において、外周面部分を無くしたもの（断面Ｕ字型）、あるいは外周面部分および軸方向一方側端部分を無くしたもの（断面Ｌ字型）であってもよい。また、第二外輪部材２０２は、軸方向両端部にフランジ部分を有さない断面一字型であってもよい。

これらの構成により、第二外輪部材２０２の材料に第一外輪部材２０１と同材料を用いた場合（ここでは鉄鋼）でも、第二外輪部材２０２の質量を小さくすることができる。つまり、本実施形態と同様の効果が発揮される。また、このような板状部材からなる第二外輪部材２０２は、ブーツ７０と一体的に形成されていてもよい。

１０：ボール型等速ジョイント、
２０：外輪、２０１：第一外輪部材、２０２：第二外輪部材、
２３：外輪ボール溝、２３ａ：第一外輪ボール溝、２３ｂ：第二外輪ボール溝、
３０：内輪、３１：凸球面状外周面、３２：内輪ボール溝、
４０：ボール、５０：保持器、５３：窓部、６０：シャフト、
７０：ブーツ、Ｌ１：外輪軸線、Ｌ２：内輪軸線

Claims

軸方向一方に開口部を備える筒状に形成され、内周面に外輪ボール溝が複数形成された外輪と、
前記外輪の内側に配置され、外周面に内輪ボール溝が複数形成された内輪と、
それぞれの前記外輪ボール溝および前記内輪ボール溝を転動し、前記外輪と前記内輪との間でトルクを伝達する複数のボールと、
環状に形成され、前記外輪と前記内輪との間に配置され、周方向に前記ボールをそれぞれ収容する複数の窓部が形成された保持器と、
前記外輪の開口部を覆ってシールするブーツと、
を備えるボール型等速ジョイントにおいて、
前記ボール型等速ジョイントは、前記外輪の軸線と前記内輪の軸線との交差角度をジョイント角とし、トルク伝達時に必要となる前記ジョイント角の最大値を最大作動角とし、前記ボール型等速ジョイントを車両に組み付ける際に必要となる前記ジョイント角の最大値を最大組付角とすると、前記最大組付角が前記最大作動角よりも大きいボール型等速ジョイントであって、
前記外輪は、各前記外輪ボール溝の一部が形成された第一外輪部材と、前記第一外輪部材から軸方向一方に延び、各前記外輪ボール溝の残りが形成された第二外輪部材と、を備え、
前記第一外輪部材の外輪ボール溝は、前記ジョイント角が０°から前記最大作動角まで変化した際の前記ボールの転動範囲を含み、
前記第二外輪部材の外輪ボール溝は、前記ジョイント角が前記最大作動角を超えた角度から前記最大組付角まで変化した際に、前記ボールが転動可能となるように形成され、
前記第二外輪部材の単位体積当りの質量は、前記第一外輪部材の単位体積当りの質量よりも小さいことを特徴とするボール型等速ジョイント。
請求項１において、
前記ブーツは、前記第一外輪部材に固定され、
前記第二外輪部材は、前記ブーツと一体的に形成されているボール型等速ジョイント。