JP2014020434A

JP2014020434A - 等速自在継手

Info

Publication number: JP2014020434A
Application number: JP2012158444A
Authority: JP
Inventors: Masato Fukugami; 雅登福上
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2014-02-03
Anticipated expiration: 2032-07-17
Also published as: JP6050043B2

Abstract

【課題】適用箇所が制限されず、組み付けも容易で、高角作動が可能な等速自在継手を提供する。
【解決手段】二つの等速自在継手J1、J2を、作動角０の状態で第一の等速自在継手J1の外周に同軸状に第二の等速自在継手J2が位置するように配置して内外二重構造となす。第一の等速自在継手J1の外側継手部材20と第二の等速自在継手J2の内側継手部材40は同一部品である。
【選択図】図1

Description

この発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達系で用いられる等速自在継手に関する。

等速自在継手は、各種のものが知られているが、角度変位だけが可能な固定式と、軸方向変位（プランジング）も可能なしゅう動式とに大別できる。固定式等速自在継手としては、ツェッパ型、アンダーカットフリー型などがある。しゅう動式等速自在継手としては、ダブルオフセット型、クロスグルーブ型、トリポード型などがある。トリポード型を除いてトルク伝達部材としてボールを使用するボールタイプであるが、トリポード型はトルク伝達部材としてローラを使用する。

特許文献１にはダブルドラム形等速自在継手が記載されている。ダブルドラム形等速自在継手は、一対の等速自在継手の外輪どうしを背面合わせに結合した構造で、同一軸線上に一対の等速自在継手の外輪部を形成した共通外輪を有する。これは、一対の等速自在継手を軸方向に連結している点でタンデムと呼ぶべき形態である。一対の等速自在継手の組み合わせとしては、固定式と固定式、固定式としゅう動式がある。

特開平７−２６９５８５号公報

ダブルドラム形等速自在継手は、２個の等速自在継手を使用しているため高角作動が可能である。しかし、等速自在継手の本体の回転時の振れ回りを防ぐために、本体部の内輪から伸び出したシャフトをそれぞれ軸受等で支持する必要があることから、適用箇所に制限があった。しかも、軸受と等速自在継手の回転中心の芯出し作業が必要となるため、組み付けが複雑になるという問題があった。さらに、タンデムであるため必然的に軸方向寸法が長くなってしまう。

この発明の目的は、適用箇所を広げ、組み付けも容易で、高角作動が可能な等速自在継手を提供することにある。

この発明は、二つの等速自在継手を内外二重構造とすることによって課題を解決したものである。すなわち、この発明の等速自在継手は、作動角０の状態で第一の等速自在継手の外側に同軸状に第二の等速自在継手が位置する、内外二重構造の第一の等速自在継手と第二の等速自在継手を有し、第一の等速自在継手は、内側継手部材と、外側継手部材と、トルク伝達部材を有し、第二の等速自在継手は、内側継手部材と、外側継手部材と、トルク伝達部材を有し、第一の等速自在継手の外側継手部材と第二の等速自在継手の内側継手部材は同一部品である。

二つの等速自在継手を使用して内外二重構造とすることで、従来適用できなかった高作動角域への適用が可能になる。
すでに述べたとおり、固定式等速自在継手は、角度は大きく取れる（５０°程度）が軸方向にしゅう動できない。しゅう動式等速自在継手は軸方向にしゅう動できるが角度が大きく取れない。この発明によれば、たとえば、内側に位置する第一の等速自在継手をしゅう動式、外側に位置する第二の等速自在継手を固定式とすることで、角度が大きく取れ、かつ、軸方向にしゅう動できる構造となる。

この発明によれば、ダブルドラム形と同等の高角度作動が可能である。すなわち、第一の等速自在継手と第二の等速自在継手を内外二重構造にしたことにより、その作動角は第一の等速自在継手の作動角と第二の等速自在継手の作動角の複合したものとなる。しかも、ダブルドラム形に比べて軸方向寸法が小さい。また、シャフトを軸受等で支持する必要がないため適用箇所の制限が少なく、組み付けが容易である。
この発明は二つの等速自在継手を使用した内外二重構造を基本とするものであるが、三重以上の構造とすることも可能であり、そうすることによってさらに大きな作動角を取り得る等速自在継手を提供することができる。

この発明の実施例を示す等速自在継手の縦断面図である。図１の等速自在継手が最大作動角をとった状態を示す縦断面図である。図１の等速自在継手における共通リングの正面図である。別の実施例を示す等速自在継手の縦断面図である。さらに別の実施例を示す等速自在継手の縦断面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
図１に示す等速自在継手は一対の等速自在継手Ｊ１、Ｊ２の複合体であって、図１のように作動角が０の状態では、第一の等速自在継手Ｊ１の外側に同軸状に第二の等速自在継手Ｊ２が位置している。図１において、符号Ｏ１は第一の等速自在継手Ｊ１のジョイントセンタを示し、符号Ｏ２は第二の等速自在継手Ｊ２のジョイントセンタを示す。ここでは第一の等速自在継手Ｊ１はしゅう動式、第二の等速自在継手Ｊ２は固定式である。より詳しく述べるならば、第一の等速自在継手Ｊ１はダブルオフセット型等速自在継手、第二の等速自在継手Ｊ２はツェッパ型等速自在継手である。

第一の等速自在継手Ｊ１は、内側継手部材としての内輪１０と、外側継手部材としての外輪２０と、トルク伝達部材としてのボール３０と、ボール３０を保持するためのケージ３２とからなり、内輪１０をシャフト１８にトルク伝達可能に結合してある。

内輪１０は、その軸心部にセレーション孔１２が形成してあり、このセレーション孔１２でシャフト１８の端部に形成したセレーション軸とトルク伝達可能に結合し、止め輪で抜け止めがしてある。セレーションに代えてスプラインその他の凹凸結合を採用することも可能で、このことは明細書を通じてあてはまる。内輪１０の外周面１４は球面状で、軸線方向に延びるボール溝１６が円周方向に等間隔に形成してある。ボール溝１６の溝底は図示するように軸線と平行で、ボール溝１６の横断面は円形、楕円形またはゴシックアーチ形である。

外輪２０は円筒形状の内周面２２を有し、その内周面２２に、軸線方向に延びるボール溝２４が円周方向に等間隔に形成してある。ボール溝２４の溝底は図示するように軸線と平行で、ボール溝２４の横断面は円形、楕円形またはゴシックアーチ形である。外輪２０の内周面２２の両端付近に環状溝２６が形成してあり、その環状溝２６にサークリップ２８が装着してある。サークリップ２８は等速自在継手の取付取外し時や軸方向に荷重がかかった際、ボール３０を含む第一の等速自在継手Ｊ１がボール溝２４から脱落することを防止する役割を果たす。

内輪１０のボール溝１６と外輪２０のボール溝２４は対をなし、各対のボール溝１６、２４間に１個ずつ、ボール３０が介在させてある。各ボール３０はケージ３２の円周方向に所定間隔で形成したポケット３４に収容され、ケージ３２によってすべてのボール３０が同一平面に保持される。ケージ３２は内輪１０と外輪２０との間に介在し、球面状内周面３６で内輪１０の球面状外周面１２と球面接触し、球面状外周面３８で外輪２０の円筒状内周面２２と線接触する。ケージ３２の球面状内周面３６の曲率中心はジョイントセンタＯ１から図１の右側にオフセットした軸線上の位置にあり、球面状外周面３８の曲率中心はジョイントセンタＯ１から図１の左側にオフセットした軸線上の位置にある。

第一の等速自在継手Ｊ１は、内輪１０と外輪２０との間で角度変位が可能であり、かつ、軸方向変位（プランジング）が可能である。上述のサークリップ２８によって最大プランジング量が定まる。第一の等速自在継手Ｊ１（ダブルオフセット型等速自在継手）のその他の構成や機能は周知のとおりであるため詳細な説明は省略する。

第二の等速自在継手Ｊ２は、内側継手部材としての内輪４０と、外側継手部材としての外輪５０と、トルク伝達部材としてのボール６０と、ボール６０を保持するためのケージ６２とからなり、外輪５０を図示しない回転軸にトルク伝達可能に結合する。

内輪４０は球面状の外周面４２を有し、その外周面４２に、軸線方向に延びるボール溝４４が円周方向に等間隔に形成してある。ボール溝４４の溝底は図示するように円弧状で、その曲率中心はジョイントセンタＯ２から外輪５０の反開口側（図１では左側）にオフセットした軸線上の位置にある。ボール溝４４の横断面は円形、楕円形、またはゴシックアーチ形状である。内輪４０の端面に円板４６がボルト４８で固定してある。円板４６は後に述べる圧縮コイルばね７０の一方のばね座を提供するためのものである。

外輪５０は軸方向の一方（図１では右側）に向かって開口した凹部５２を有し、その凹部５２の内周面５４は球面状である。凹部５２の内周面５４には、軸線方向に延びる円弧状のボール溝５６が円周方向に等間隔に形成してある。ボール溝５６の溝底は図示するように円弧状で、その曲率中心はジョイントセンタＯ２から外輪５０の開口側（図１では右側）にオフセットした軸線上の位置にある。ボール溝５６の横断面は円形、楕円形、またはゴシックアーチ形状である。凹部５２の反開口側の壁面すなわち底面５８は、縦断面（図１）で見て楕円形状である。

内輪４０のボール溝４４と外輪５０のボール溝５６は対をなし、各対のボール溝４４、５６間に１個ずつ、ボール６０が介在させてある。各ボール６０はケージ６２の円周方向に所定間隔で形成したポケット６４に収容され、ケージ６２によってすべてのボール６０が同一平面に保持される。ケージ６２は内輪４０と外輪５０との間に介在し、球面状内周面６６で内輪４０の球面状外周面４２と球面接触し、球面状外周面６８で外輪５０の球面状内周面５４と球面接触する。

第二の等速自在継手Ｊ２は、内輪４０と外輪５０との間で、ジョイントセンタＯ２を中心とする角度変位が可能である。第二の等速自在継手Ｊ２（ツェッパ型等速自在継手）のその他の構成や機能は周知のとおりであるため詳細な説明は省略する。

第一の等速自在継手Ｊ１の外輪２０と第二の等速自在継手Ｊ２の内輪４０は、同一の部品であって、以下では共通リング（２０／４０）と呼ぶこととする。この共通リング（２０／４０）は、図３から分かるように、内周に第一の等速自在継手Ｊ１の外輪２０の構造を有し、外周に第二の等速自在継手Ｊ２の内輪４０の構造を有し、両者を兼ねている。図３は図１から共通リング（２０／４０）だけを取り出して示したもので、第一の等速自在継手Ｊ１が６個のボール３０を使用し、第二の等速自在継手Ｊ２が１２個のボール６０を使用する場合を例示している。

共通リング（２０／４０）の端面に固定した円板４６と、外輪５０の凹部５２の底面５８との間に、圧縮コイルばね７０が介在させてある。圧縮コイルばね７０は、共通リング（２０／４０）を外輪５０の開口側（図１では右側）に弾性的に押す作用をし、これにより、共通リング（２０／４０）の振れ回りを抑制する役割を果たす。とくに、作動角が０°に戻った際のシャフト１８の回転時振れ回りを抑制する手段として有効である。

さらに、圧縮コイルばね７０の端部と底面５８との間に、ばね座としてキャップ７２が介在させてある。底面５８と接する側のキャップ７２の座面７４は球面状である。すでに述べたように底面５８は楕円形状であるため、座面７４との間にくさび状のすきまが形成されている。このように、キャップ７２の座面７４が接触する凹部５２の底面５８の断面形状を楕円にすることで、圧縮コイルばね７０の角度ひいては外輪５０に対する共通リング（２０／４０）の角度が０°に戻るための反力を得ることができる。したがって、作動角γ（図２）が０°に戻った際に、外輪５０に対する共通リング（２０／４０）の角度もほぼ０°に戻り、回転時の振れ回りを抑制できる。

なお、中速回転以上で回転する場合には、第一の等速自在継手Ｊ１のジョイントセンタＯ１と第二の等速自在継手Ｊ２のジョイントセンタＯ２のずれ（図１に符号Ａで示す）は全体の大きさにもよるが小さくすることが望ましい。

図２は図１の等速自在継手が最大作動角γをとった状態を示している。符号αは第一の等速自在継手Ｊ１の作動角を表し、符号βは第二の等速自在継手Ｊ２の作動角を表す。この実施例の等速自在継手は二重構造であるため角度付与時に２段階で作動する。なお、三重構造とした場合には３段階で作動する。

上述の実施例は、第一の等速自在継手Ｊ１をしゅう動式、第二の等速自在継手Ｊ２を固定式としたもので、作動角が大きく取れ、かつ、軸方向しゅう動も可能である。しゅう動式と固定式のそれぞれを利点を併せ持ち、自動車や各種産業機械用等速自在継手で高角度作動が必要な個所に適用できる。図２に示す作動角γは６０°であるが、単体で使用する従来の等速自在継手は一般的に５０°が限界であるので作動性能が大きく向上する。たとえば、各種農機における芝刈り機補機を歯のメンテナンス時に実施するフリップアップ機能があるが、この実施例を適用することで、継手を外さずに実施することができる。また、自動車のアクスル部にこの実施例を適用することで最小回転半径を小さくできる。

次に、図４に示す実施例は、第一の等速自在継手Ｊ１の内輪１０とシャフト１８を一体化したものである。この場合、セレーションを廃止できるばかりでなく、シャフト１８の外径ｄを大きくして強度を向上させることができる。

図５に示す実施例は、第一の等速自在継手Ｊ１と第二の等速自在継手Ｊ２を共にしゅう動式とした例である。具体的には、第二の等速自在継手Ｊ２にもしゅう動式のダブルオフセット式等速自在継手を採用している。この場合、第一の等速自在継手Ｊ１の軸方向しゅう動可能範囲と第二の等速自在継手Ｊ２の軸方向しゅう動可能範囲が加算され、全体として軸方向のしゅう動可能範囲（プランジング量）が大きくなる。

第一の等速自在継手Ｊ１については、すでに述べたように一対のサークリップ２８でボール３０の転動範囲が規制される。第二の等速自在継手Ｊ２では、ボール６０の転動範囲を規制するため、外輪５０の開口端部付近に環状溝を形成してサークリップを装着してある。なお、ボール６０は圧縮コイルばね７０によって円板４６とケージ６２を介して外輪５０の開口側に押されているため、反開口側にはサークリップを設ける必要がない。

また、第二の等速自在継手Ｊ２の外輪５０をフランジ式とし、外輪５０の端部に別体の球面座７６を取り付けている。球面座７６は、外輪５０をフランジ型としたことに伴い、上述の実施例における外輪５０の凹部５２の底面７８を提供するための部材である。このように外輪５０とは別体の球面座７６を採用することにより、一体物の外輪に比べて製造コストを削減することができるばかりでなく、内部部品の組付性が向上する。

また、図５の実施例では、圧縮コイルばね７０の一方のばね座に相当する円板４６を第二の等速自在継手Ｊ２のケージ６２に取り付けている。ここではボルトを用いることなくケージ６２の端部内周に形成した環状凹部に円板４６をはめ込み、止め輪４９で固定するようになっている。

図示は省略するが、第一の等速自在継手を固定式等速自在継手とし、第二の等速自在継手をしゅう動式等速自在継手としてもよい。また、第一の等速自在継手Ｊ１と第二の等速自在継手Ｊ２を共にしゅう動式としてもよい。さらに、第一の等速自在継手Ｊ１と第二の等速自在継手Ｊ２を共に固定式としてもよく、この場合、作動可能角度をさらに大きくとることができる。

以上、固定式等速自在継手としてツェッパ型を、しゅう動式等速自在継手としてダブルオフセット型を例にとって説明したが、これに限るものではなく、ツェッパ型以外の固定式等速自在継手や、ダブルオフセット型以外のしゅう動式等速自在継手を採用することももちろん可能であり、それらの組み合わせも任意である。
また、この発明は二つの等速自在継手を使用した内外二重構造を基本とするものであるが、三重以上の構造とすることも可能であり、そうすることによってさらに大きな作動角を取り得る等速自在継手を提供することができる。

Ｊ１第一の等速自在継手
１０内輪（内側継手部材）
１２セレーション孔
１４外周面
１６ボール溝
１８シャフト
２０外輪（共通リング）
２２内周面
２４ボール溝
２６環状溝
２８サークリップ
３０ボール
３２ケージ
３４ポケット
３６内周面
３８外周面
Ｊ２第二の等速自在継手
４０内輪（共通リング）
４２外周面
４４ボール溝
４６円板
４８ボルト
４９止め輪
５０外輪（外側継手部材）
５２凹部
５４内周面
５６ボール溝
５８底面
６０ボール
６２ケージ
６４ポケット
６６内周面
６８外周面
７０圧縮コイルばね
７２キャップ
７４座面
７６球面座
７８底面

Claims

作動角０の状態で第一の等速自在継手の外側に同軸状に第二の等速自在継手が位置する、内外二重構造の第一の等速自在継手と第二の等速自在継手を有し、
第一の等速自在継手は、内側継手部材と、外側継手部材と、トルク伝達部材を有し、
第二の等速自在継手は、内側継手部材と、外側継手部材と、トルク伝達部材を有し、
第一の等速自在継手の外側継手部材と第二の等速自在継手の内側継手部材は同一部品である等速自在継手。
第一の等速自在継手をしゅう動式等速自在継手とし、第二の等速自在継手を固定式等速自在継手とした請求項１の等速自在継手。
第一の等速自在継手を固定式等速自在継手とし、第二の等速自在継手をしゅう動式等速自在継手とした請求項１の等速自在継手。
第一の等速自在継手および第二の等速自在継手をしゅう動式等速自在継手とした請求項１の等速自在継手。
第一の等速自在継手および第二の等速自在継手を固定式等速自在継手とした請求項１の等速自在継手。
前記同一部品を第一の等速自在継手の外側継手部材の開口側に向けて押すばねを設けた請求項１ないし５のいずれか１項の等速自在継手。
第二の等速自在継手の外側継手部材と前記同一部品との間に圧縮コイルばねを配置した請求項６の等速自在継手。
第二の等速自在継手の外側継手部材と前記第二の等速自在継手のケージとの間に圧縮コイルばねを配置した請求項６の等速自在継手。
第二の等速自在継手の外側継手部材に別体の球面座を取り付けた請求項１ないし８のいずれか１項の等速自在継手。
第一の等速自在継手の内側継手部材とシャフトを同一部品とした請求項１ないし９のいずれか１項の等速自在継手。