JP2016142371A

JP2016142371A - 等速ジョイント

Info

Publication number: JP2016142371A
Application number: JP2015019743A
Authority: JP
Inventors: 佳享篠田; Yoshitaka Shinoda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2016-08-08
Anticipated expiration: 2035-02-03
Also published as: JP6287877B2

Abstract

【課題】ジョイント角が大角度となるときのボールによる荷重を低減することができる等速ジョイントを提供する。
【解決手段】等速ジョイント１０のＰＣＲクリアランスは、ボール溝２２，２６の回転軸心Ｃout，Ｃin方向の中央領域よりも両端領域の方が小さくされるので、ボール１６がボール溝２２，２６の両端領域に位置するときには中央領域に位置するときと比較して、アウターレース１２のボール溝２２とインナーレース１４のボール溝２６との間隔が大きくなることが抑制又は回避され、ボール溝２２，２６内でのボール１６の可動領域が制限される。これにより、ボール溝２２，２６へのボール１６による荷重が低減される。又、ボール溝２２，２６のエッジにボール１６が乗り上げ難くされる。よって、本実施例の等速ジョイント１０では、ジョイント角が大角度となるときのボール１６による荷重を低減することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、アウターレースとインナーレースとボールとを備えた等速ジョイントの改良に関するものである。

軸心が交差する入力軸(駆動軸)及び出力軸(被駆動軸)を結合して回転を伝える機能を有し、車両等に用いられるジョイントの一種として、駆動軸と被駆動軸との屈曲角(ジョイント角)の変化を許容しつつ、駆動軸と被駆動軸との間で等角速度で回転を伝達する等速ジョイントが良く知られている。例えば、特許文献１に記載された等速自在継手がそれである。この等速ジョイントの一形態は、回転軸心方向に延びる複数のボール溝がそれぞれ形成されたアウターレース及びインナーレースと、そのボール溝内に転動可能に嵌め入れられたボールと、そのボールを保持するケージとを備える等速ジョイントであり、複数のボールを介して、駆動軸側からのトルクが被駆動軸側へ伝達される。このような等速ジョイントでは、ジョイント角に拘わらず、アウターレースのボール溝の曲率中心点とそのボール溝に沿って転動するボールの中心軌跡との距離と、インナーレースのボール溝の曲率中心点とそのボール溝に沿って転動するボールの中心軌跡との距離との差を一定に設定(設計)することが提案されている。

特開２００１−１５３１４９号公報

ところで、インナーレースがアウターレースに対して大角度で回動した場合(すなわち、ジョイント角が大角度の場合)、ジョイント角が小角度又は中角度の場合と比較して、アウターレースのボール溝とインナーレースのボール溝との間隔が大きくなることが分かった。この間隔が大きいと、ボールがボール溝内で動き易くなる。その為、ボール溝やケージへのボールによる荷重が大きくなるおそれがある。又、ボール溝のエッジにボールが乗り上げ易くなり、ボールからの荷重がボール溝のエッジに集中するおそれがある。このような、大角度でのボールによる荷重に対して、ケージを厚くするなどで強度アップを図ると、等速ジョイントの小型化が難しくなる可能性がある。尚、上述したような課題は未公知であり、等速ジョイントの小型化や強度を確保する為に、ジョイント角が大角度となるときのボールによる荷重を低減することについて未だ提案されていない。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、ジョイント角が大角度となるときのボールによる荷重を低減することができる等速ジョイントを提供することにある。

前記目的を達成する為の第１の発明の要旨とするところは、(a) 回転軸心方向に延びるボール溝が周方向に所定の間隔で球面状の内周面に形成されたアウターレースと、回転軸心方向に延びて前記アウターレースのボール溝にそれぞれ対をなすボール溝が球面状の外周面に形成されたインナーレースと、前記アウターレースのボール溝と前記インナーレースのボール溝との間の空間に前記ボール溝に沿って転動可能に嵌め入れられたボールとを備えた等速ジョイントであって、(b) 前記アウターレースのボール溝の曲率中心点と前記アウターレースのボール溝に沿って転動する前記ボールの中心を通る軌跡との距離と、前記インナーレースのボール溝の曲率中心点と前記インナーレースのボール溝に沿って転動する前記ボールの中心を通る軌跡との距離との差は、前記ボール溝の前記回転軸心方向の中央領域よりも前記ボール溝の前記回転軸心方向の両端領域の方が小さいことにある。

このようにすれば、ボールがボール溝の回転軸心方向の両端領域に位置するときには、ボールがボール溝の回転軸心方向の中央領域に位置するときと比較して、アウターレースのボール溝とインナーレースのボール溝との間隔が大きくなることが抑制又は回避されるので、ボール溝内でのボールの可動領域が制限される。これにより、ボール溝へのボールによる荷重が低減される。又、ボール溝のエッジにボールが乗り上げ難くされる。よって、本発明の等速ジョイントでは、ジョイント角が大角度となるときのボールによる荷重を低減することができる。尚、ボール溝の回転軸心方向の何れの領域においても、前記アウターレースにおける距離と前記インナーレースにおける距離との差を小さくすると、ボールがボール溝の回転軸心方向の中央領域に位置するときにおいて常にボールからアウターレース及びインナーレースに大きな力が作用することになり、これに対する等速ジョイントの強度アップが必要になる可能性がある。従って、ボール溝の回転軸心方向の両端領域でのみ、前記アウターレースにおける距離と前記インナーレースにおける距離との差を小さくする。

本発明が適用される等速ジョイントの概略構成を説明する図であり、アウターレースを回転軸心に垂直な方向から視た部分断面図である。本発明が適用される等速ジョイントの概略構成を説明する図であり、インナーレースを回転軸心に垂直な方向から視た部分断面図である。本実施例のＰＣＲクリアランスの設定値の一例を示す図である。比較例における課題を説明する為の図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される等速ジョイント１０の概略構成を説明する図であり、アウターレース１２を回転軸心Ｃoutに垂直な方向から視た部分断面図である。図２は、本発明が適用される等速ジョイント１０の概略構成を説明する図であり、インナーレース１４を回転軸心Ｃinに垂直な方向から視た部分断面図である。図１，図２において、アウターレース１２の回転軸心Ｃoutは、アウターレース１２と一体的に形成された出力軸(不図示)の回転軸心である。インナーレース１４の回転軸心Ｃinは、インナーレース１４と一体的に回転させられる入力軸(不図示)の回転軸心である。前記入力軸と前記出力軸とは、等速ジョイント１０を介して、各回転軸心Ｃout，Ｃin回りの相対回転不能且つ回転軸心Ｃout，Ｃinを含む平面内において相対回動可能に連結されている。つまり、前記入力軸からの回転力は、前記入力軸と前記出力軸とにおける軸屈曲角(回転軸心Ｃinと回転軸心Ｃoutとが成す角度)であるジョイント角の変化が許容される所定範囲において、等角速度で前記出力軸側に伝達される。等速ジョイント１０は、好適には、車両用である。車両においては、前記入力軸は、例えば車軸であり、ディファレンシャルギヤや変速機等を介してエンジンに連結され、又、前記出力軸は、例えば駆動輪(例えばＦＦ車両や４ＷＤ車両の前輪)に連結される。

等速ジョイント１０は、外側継手部材であるアウターレース１２と、内側継手部材であるインナーレース１４と、アウターレース１２とインナーレース１４との間に介挿されたトルク伝達部材である複数のボール１６と、複数のボール１６を転動可能に保持する保持器である環状のケージ(不図示)とを備えている。

アウターレース１２は、一端に設けられた開口部１８と、球面状の内周面２０と、内周面２０に周方向に所定の間隔で且つ回転軸心Ｃout方向に延びる形で溝状に形成されたボール溝２２とを備えている。インナーレース１４は、球面状の外周面２４と、外周面２４に周方向に所定の間隔で且つ回転軸心Ｃin方向に延びてアウターレース１２のボール溝２２にそれぞれ対を成す形で溝状に形成されたボール溝２６とを備えている。ボール１６は、アウターレース１２のボール溝２２とインナーレース１４のボール溝２６との間の空間に、ボール溝２２，２６に沿って転動可能に嵌め入れられている。前記ケージは、アウターレース１２の内周面２０に全体的に摺接する球面状の外周面と、インナーレース１４の外周面２４に全体的に摺接する球面状の内周面と、複数のボール１６を相互に同一平面上に配設する為に周方向に所定の間隔で貫通して設けられた複数の窓部とを備えている。

アウターレース１２のボール溝２２の円弧状部分の曲率中心点Ｏout、及びインナーレース１４のボール溝２６の円弧状部分の曲率中心点Ｏinは、それぞれ、アウターレース１２の内周面２０及びインナーレース１４の外周面２４に共通の曲率中心点から回転軸心Ｃout，Ｃinに沿って所定距離ずらされている。ボール１６が前記ケージによってジョイント角の補角を二等分する同一平面上に保持されるように、曲率中心点Ｏout，Ｏin及び前記共通の曲率中心点が定められる。

アウターレース１２のボール溝２２の円弧状部分における、曲率中心点Ｏoutとアウターレース１２のボール溝２２に沿って転動するボール１６の中心を通る軌跡Ｌoutとの距離、及びアウターレース１２のボール溝２２の略直線状部分における、回転軸心Ｃoutと軌跡Ｌoutとの距離を、アウターレース１２のボール溝２２の曲率半径(以下、アウターＰＣＲ)という。又、インナーレース１４のボール溝２６の円弧状部分における、曲率中心点Ｏinとインナーレース１４のボール溝２６に沿って転動するボール１６の中心を通る軌跡Ｌinとの距離、及びインナーレース１４のボール溝２６の略直線状部分における、回転軸心Ｃinと軌跡Ｌinとの距離を、インナーレース１４のボール溝２６の曲率半径(以下、インナーＰＣＲ)という。インナーＰＣＲは、ボール１６の滑らかな転動(移動)を許容する為に、アウターＰＣＲよりも所定値小さくなるように設計される。すなわち、ボール１６は、径方向に若干のクリアランス(隙間)を有した状態で、アウターレース１２のボール溝２２とインナーレース１４のボール溝２６との間に配設されている。このようなクリアランス、すなわちアウターＰＣＲとインナーＰＣＲとの差を、ＰＣＲクリアランス(＝アウターＰＣＲ−インナーＰＣＲ)という。

このように構成された等速ジョイント１０は、前記ケージの外周面とアウターレース１２の内周面２０と摺動すること、及び前記ケージの内周面とインナーレース１４の外周面２４とが摺動することにより、ジョイント角の変化が可能とされる。又、等速ジョイント１０では、複数のボール１６が前記ケージにより前記同一平面上に保持されることにより、前記入力軸と前記出力軸との等速性が保たれる。すなわち、等速ジョイント１０は、ジョイント角の変化を許容しつつ、複数のボール１６を介して、前記入力軸から前記出力軸への等角速度動力伝達が可能とされる。

ここで、本実施例に対する比較例について説明する。この比較例では、ジョイント角が何れの角度域でもＰＣＲクリアランスが一定に設定されている(すなわちＰＣＲクリアランスの設定値が一定値で設計されている)。図１，２において、軌跡Ｌout，Ｌinにおける破線は、ＰＣＲクリアランスの設定値を一定値とする場合の比較例を示している。尚、図１，２において、ボール１６の位置は、ジョイント角が取り得る最大となっているときの一例である。ジョイント角０度のときに相当するボール１６の位置に対して、アウターレース１２の開口部１８側を口元側と称し、開口部１８とは反対側を奥側と称す。図１，２における口元側のボール１６の位置は、あるボール１６が最も口元側に位置するときの位置であり、この位置を、回転軸心Ｃout，Ｃin回りの回転位相0[deg]又は360[deg]とした。

ところで、比較例において、ジョイント角が大角度領域にある場合、ジョイント角が小角度領域又は中角度領域にある場合と比較して、アウターレース１２のボール溝２２とインナーレース１４のボール溝２６との間隔(以下、溝クリアランスという)が大きくなることが分かった。この溝クリアランスが大きいと、ボール１６がボール溝２２，２６内で動き易くなる。そうすると、ジョイント角が大角度領域にあるときには、回転位相0[deg]又は360[deg]付近の領域や回転位相180[deg]付近の領域において(すなわち、ボール１６の位置が最も口元側付近又は奥側付近の領域となる、ボール溝２２，２６の回転軸心Ｃout，Ｃin方向の両端領域において)、ボール１６の位置がジョイント角０度のときに相当する位置付近の領域となる、ボール溝２２，２６の回転軸心Ｃout，Ｃin方向の中央領域よりも、ボール溝２２，２６や前記ケージへのボール１６による荷重が大きくなるおそれがある(図４(ａ)参照)。又、回転位相180[deg]付近では、ボール溝２２，２６のエッジへのボール１６の乗り上げ可能量(すなわちエッジ乗り上げ角度；図４(ｂ)参照)が大きくなり(図４(ｃ)参照)、ボール１６からの荷重がボール溝２２，２６のエッジに集中するおそれがある。このような、ジョイント角が大角度領域にあるときのボール１６による荷重に対して、前記ケージを厚くするなどで強度アップを図ることは可能である。反面、等速ジョイント１０の小型化が難しくなる可能性がある。本実施例では、等速ジョイント１０の小型化や強度を確保する為に、ジョイント角が大角度領域にあるときのボール１６による荷重を低減することについて提案するものである。

本実施例では、等速ジョイント１０のＰＣＲクリアランスは、ボール溝２２，２６の回転軸心Ｃout，Ｃin方向の中央領域よりも、ボール溝２２，２６の回転軸心Ｃout，Ｃin方向の両端領域の方が小さくされている。つまり、ジョイント角が大角度領域のときのＰＣＲクリアランスは、小角度領域や中角度領域である常用角度領域のときよりも小さく設定されている。

図３は、本実施例を実現するＰＣＲクリアランスの設定値の一例を示す図である。図３において、ボール１６の位置がジョイント角０度のときに相当する位置付近の領域では、ＰＣＲクリアランスの設定値は、一定の値(所定値)とされる。又、ボール１６の位置が最も口元側付近又は奥側付近の領域では、ＰＣＲクリアランスの設定値は、最も口元側又は奥側となる程上記所定値から漸減された値とされる。ＰＣＲクリアランスを小さくする方法としては、ボール１６の位置が最も口元側付近又は奥側付近の領域において、図２の軌跡Ｌinにおける実線に示すようにインナーＰＣＲを大きく設定する方法、又、図１の軌跡Ｌoutにおける実線に示すようにアウターＰＣＲを小さく設定する方法がある。従って、本実施例では、インナーＰＣＲのみを大きく設定するか、又、アウターＰＣＲのみを小さく設定するか、又、インナーＰＣＲを大きく設定し且つアウターＰＣＲを小さく設定することで、ＰＣＲクリアランスを小さくする。

尚、ジョイント角が大角度領域にあるときの溝クリアランスを適切にすることを主に考えて、ボール溝２２，２６の回転軸心Ｃout，Ｃin方向の何れの領域においても、ＰＣＲクリアランスの設定値を小さくすることも考えられる。しかしながら、このように設定すると、ボール１６がボール溝２２，２６の回転軸心Ｃout，Ｃin方向の中央領域に位置するときには、常にボール１６からアウターレース１２及びインナーレース１４に大きな力が作用する可能性がある。そうすると、これに対する等速ジョイント１０の強度アップが必要になる可能性がある。従って、本実施例では、ボール溝２２，２６の回転軸心Ｃout，Ｃin方向の両端領域でのみ、ＰＣＲクリアランスを小さくするのである。

上述のように、本実施例によれば、等速ジョイント１０のＰＣＲクリアランスは、ボール溝２２，２６の回転軸心Ｃout，Ｃin方向の中央領域よりも、ボール溝２２，２６の回転軸心Ｃout，Ｃin方向の両端領域の方が小さくされるので、ボール１６がボール溝２２，２６の回転軸心Ｃout，Ｃin方向の両端領域に位置するときには、ボール１６がボール溝２２，２６の回転軸心Ｃout，Ｃin方向の中央領域に位置するときと比較して、溝クリアランスが大きくなることが抑制又は回避され、ボール溝２２，２６内でのボール１６の可動領域が制限される。これにより、ボール溝２２，２６へのボール１６による荷重が低減される。又、ボール溝２２，２６のエッジにボール１６が乗り上げ難くされる。よって、本実施例の等速ジョイント１０では、ジョイント角が大角度となるときのボール１６による荷重を低減することができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

例えば、前述の実施例では、等速ジョイントとして固定式の等速ジョイント１０を例示したが、これに限らない。要は、アウターレースとインナーレースとの間の空間に複数個のボールを配設し、そのボールを介して動力伝達が可能な等速ジョイントであれば、本発明は適用され得る。

尚、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：等速ジョイント
１２：アウターレース
１４：インナーレース
１６：ボール
２０：内周面
２２：アウターレースのボール溝
２４：外周面
２６：インナーレースのボール溝
Ｃin：インナーレースの回転軸心
Ｃout：アウターレースの回転軸心
Ｌin：インナーレースにおけるボールの中心を通る軌跡
Ｌout：アウターレースにおけるボールの中心を通る軌跡
Ｏin：インナーレースのボール溝の曲率中心点
Ｏout：アウターレースのボール溝の曲率中心点

Claims

回転軸心方向に延びるボール溝が周方向に所定の間隔で球面状の内周面に形成されたアウターレースと、回転軸心方向に延びて前記アウターレースのボール溝にそれぞれ対をなすボール溝が球面状の外周面に形成されたインナーレースと、前記アウターレースのボール溝と前記インナーレースのボール溝との間の空間に前記ボール溝に沿って転動可能に嵌め入れられたボールとを備えた等速ジョイントであって、
前記アウターレースのボール溝の曲率中心点と前記アウターレースのボール溝に沿って転動する前記ボールの中心を通る軌跡との距離と、前記インナーレースのボール溝の曲率中心点と前記インナーレースのボール溝に沿って転動する前記ボールの中心を通る軌跡との距離との差は、前記ボール溝の前記回転軸心方向の中央領域よりも前記ボール溝の前記回転軸心方向の両端領域の方が小さいことを特徴とする等速ジョイント。