JP2018204616A - 等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】強度的にも安定し、しかも、許容作動角を２０ｄｅｇよりも大きくとることができる等速自在継手（高角度トリボールジョイント）を提供する。【解決手段】一方に軸方向に延びる３本のトラック溝が周方向に１２０°の間隔をおいて形成された外輪と、外輪のトラック溝のそれぞれと対応する位置にポケットが形成されたトルクチューブと、トルクチューブのポケット内に組込まれてトラック溝に沿って転動可能なボールとを備えた等速自在継手である。中心軸部とトルクチューブとの干渉範囲を増大させる範囲増大構造を前記外輪とトルクチューブとの間に設けた。【選択図】図２

Description

本発明は、等速自在継手に関し、特にトリボールジョイントに関する。

等速自在継手として、特許文献１及び特許文献２等に示されるように「トリボールジョイント」と称されるものがある。トリボールジョイントは、図６〜図８に示すように、中心軸部１と一体となった外輪２と、３個のボール穴（ポケット）３が形成されたトルクチューブ４が、３個のボール５を介して伝達力を伝えるようになっている。

すなわち、外輪２は、外周壁２ａと、底壁２ｂと、底壁２ｂから突設される前記中心軸部１とを備え、これらによって、一端が開口する環状空間６が形成される。環状空間６の外壁面９ａと内壁面９ｂに軸方向に延びる３本のトラック溝７，８が周方向に１２０°の間隔をおいて形成される。なお、底壁２ｂには、孔部１０ａが形成された短筒形状のボス部１０が設けられている。

また、中心軸部１は、継手奥側、つまり底壁２ｂ側の小径軸部１ａと、この小径軸部１ａの先端に連設される大径部１ｂと、この大径部１ｂの先端面から突設される膨出部１ｃとからなる。そして、小径軸部１ａの一部から大径部１ｂに渡って軸方向に延びるトラック溝８が、周方向に沿って１２０°ピッチで３個形成されている。膨出部１ｃの端面は、凸曲面１１とされている。

トルクチューブ４は、周方向に沿って１２０°ピッチで、３個のポケット３を有する円環部１３と、円環部１３よりも継手奥側に外径が継手奥側に向かって縮径する第１テーパ部１４と、円環部１３よりも継手開口側に外径が継手開口側に向かって縮小する第２テーパ部１５と、この第２テーパ部１５から継手開口側へ延びる連結軸部１６と、この連結軸部１６から反円環部側に連結されるボス部１７とを備える。トルクチューブ４の内径面（中心軸部１が嵌入する孔部２０の内径面）の端縁に継手奥側に向かって拡径する端縁テーパ部２２が形成されている。なお、ボス部１７には、貫通孔１７ａが設けられている。

トルクチューブ４の孔部２０は、底面２０ａと、この底面２０ａから立ち上がる凹球面２０ｂと、本体円筒面部２０ｃとを備え、本体円筒面部２０ｃの開口縁部に前記端縁テーパ部２２が形成される。そして、トルクチューブ４の孔部２０の凹球面２０ｂの曲率半径Ｋ１を膨出部１ｃの凸曲面１１の曲率半径よりも大きく設定している。

また、外輪２の開口側の外周壁内径面に、ボール抜け止め用にストップリング３０が配設され、外輪２の開口部はブーツ３１にて密封されている。すなわち、ブーツ３１は、大径部３１ａと、小径部３１ｂと、大径部３１ａと小径部３１ｂとを連結する蛇腹部３１ｃとからなる。そして、大径部３１ａを外輪２の開口端部に外嵌してブーツバンド３２で締め付け、小径部３１ｂをトルクチューブ４の所定位置に外嵌してブーツバンド３２で締め付ける。なお、ストップリング３０は、外輪２の開口側の外周壁内径面に設けられた周方向溝２９に嵌合している。また、外輪２の外周壁２ａの外径面の開口側に設けられた周方向凹溝３３にブーツ３１の大径部３１ａの内径面に形成された凸隆部３１ａ１が嵌合するとともに、ボス部１７の外径面に設けられた周方向凹溝３４にブーツ３１の小径部３１ｂの内径面に形成された凸隆部３１ｂ１が嵌合している。

ところで、図８（ａ）に示す状態から作動角をとった場合、トルクチューブ４は偏心することになる。すなわち、図８（ｂ）に示すように、トラック溝７を有さない部位（周方向に隣り合うトラック溝７，７間）側に傾斜させた場合、トルクチューブ４の軸心が、矢印Ｘ１側（トラック溝７，７間に対して１８０°反対方向のトラック溝側）に偏心する。この偏心量は次の数１で表すことができる。なお、図８においては、ブーツ３１およびブーツバンド３２の記載を省略している。

また、図８（ｃ）に示すように、一つのトラック７側に傾斜させた場合、トルクチューブ４の軸心が、矢印Ｘ２側（トラック溝に対して１８０°反対方向のトラック溝７を有さない部位）に偏心する。この場合の偏心量も前述の数１で表すことができる。

特開２０１３−４４３４９号公報 特開２０１４−２５４８６公報

トリボールジョイントにおいては、作動角を付与することによって、偏心して等速性を保つ機構となっている。しかしながら、外輪２とトルクチューブ４の形状から最大許容角度が制限され、高角度化は難しく許容作動角が２０ｄｅｇが標準となっていた。許容作動角は、図８（ｂ）（ｃ）に示すように、トルクチューブ４のテーパ面１４、１５の外輪２の環状空間６の外壁面９ａへの接触、トルクチューブ４のテーパ面２２と外輪２の小径軸部１ａとの接触、および、トルクチューブ４の孔部２０の開口端部の中心軸部１への接触等によって決定される。このため、外輪２の中心軸部１とトルクチューブ４の内径面との干渉を避ける必要があるとともに、強度面を考慮すると、許容作動角が２０ｄｅｇとなる設計が限度であった。一方、強度面を落としても、等速自在継手の高角度化の要求も多い。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、コンパクト性を維持しつつ必要強度を確保でき、しかも、許容作動角を２０ｄｅｇよりも大きくとることができる高角度トリボールジョイントを提供するものである。

本発明の等速自在継手は、底壁から中心軸部を突出させることによって一端が開口する環状空間を形成し、その環状空間の外壁面と内壁面のそれぞれに軸方向に延びる３本のトラック溝が周方向に１２０°の間隔をおいて形成された外輪と、その外輪の前記環状空間内に端部が組込まれ、前記トラック溝のそれぞれと対応する位置にポケットが形成されたトルクチューブと、このトルクチューブのポケット内に組込まれて前記トラック溝に沿って転動可能なボールとを備えた等速自在継手であって、前記中心軸部とトルクチューブとの干渉範囲を増大させる範囲増大構造を前記外輪とトルクチューブの間に設けたものである。ここで、干渉範囲を増大させるとは、作動角と取った際に中心軸部とトルクチューブとが接触するまでの範囲を増大させることであり、許容作動角の増大を図るものである。

本発明の等速自在継手によれば、範囲増大構造を設けたことによって、許容作動角を大きくとることができる。しかも、外輪の中心軸部は、範囲増大構造以外の部位を、少なくとも、従来のこの種のトリボールジョイントの中心軸部と同程度とすることができ、強度面でも安定することになる。

前記中心軸部は、継手奥側の小径軸部と、この小径軸部の継手開口側に連設されて継手開口側に向かって拡径する奥側テーパ部と、この奥側テーパ部の継手開口側に連設される大径軸部と、この大径軸部の継手開口側に連設されて継手開口側に向かって縮径する開口側テーパ部とを有し、この開口側テーパ部と前記奥側テーパ部とで前記範囲増大構造を構成することができる。このため、奥側テーパ部と開口側テーパ部とで、中心軸部とトルクチューブとの接触余裕を増やす構造となる。

トルクチューブは、前記ポケットが形成される円環部と、円環部よりも継手奥側に外径が継手奥側に向かって縮径する第１テーパ部と、円環部よりも継手開口側に外径が継手開口側に向かって縮小する第２テーパ部と、この第２テーパ部から継手開口側へ突出する連結軸部と、この連結軸部から反円環部側に連結されるボス部とを備え、前記連結軸部を、外輪の開口端部との接触を回避するための連結軸側ぬすみ部とするとともに、前記中心軸部の小径軸部を、トルクチューブの開口端部の接触を回避する小径軸部側ぬすみ部とし、各ぬすみ部の外径寸法を、許容作動角が２０ｄｅｇである継手の各ぬすみ部の外径寸法の１／１．５倍とし、かつ、前記外輪のトラック溝の軸方向長さを、許容作動角が２０ｄｅｇである継手の外輪のトラック溝の軸方向長さの１．２倍〜１．３倍とするのが好ましい。

本発明では、コンパクト性を維持しつつ必要強度を確保でき、しかも、許容作動角を大きくとることができるトリボールジョイントの等速自在継手を提供できる。

本発明の等速自在継手（トリボールジョイント）の断面図である。 図１のトリボールジョイントの要部拡大図である。 図１のトリボールジョイントの外輪を示し、（ａ）は断面図であり、（ｂ）が正面図である。 図１のトリボールジョイントのトルクチューブの断面図である。 図１のトリボールジョイントを示し、（ａ）は作動角をとっていない状態の断面図であり、（ｂ）は許容作動角をとった状態の断面図であり、（ｃ）は（ｂ）と相違する方向の許容作動角をとった状態の断面図である。 従来のトリボールジョイントの断面図である。 従来のトリボールジョイントの一部断面で示す斜視図である。 従来のトリボールジョイントを示し、（ａ）は作動角をとっていない状態の断面図であり、（ｂ）は許容作動角をとった状態の断面図であり、（ｃ）は（ｂ）と相違する方向の許容作動角をとった状態の断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。図１は、本発明に係る等速自在継手（トリボールジョイント）を示す。この等速自在継手は、中心軸部５１と一体となった外輪５２と、３個のボール穴（ポケット）５３が形成されたトルクチューブ５４が、３個のボール５５を介して伝達力を伝えるようになっている。

すなわち、外輪５２は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、外周壁５２ａと、底壁５２ｂと、底壁５２ｂから突設される前記中心軸部５１とを備え、これらによって、一端が開口する環状空間５６が形成される。環状空間５６の外壁面５９ａと内壁面５９ｂに軸方向に延びる３本のトラック溝５７，５８が周方向に１２０°の間隔をおいて形成される。なお、底壁５２ｂには、孔部６０ａが形成された短筒形状のボス部６０が設けられている。

また、中心軸部５１は、継手奥側、つまり底壁５２ｂ側の小径軸部５１ａと、この小径軸部５１ａの継手開口側に連設される奥側テーパ部５１ｂと、この奥側テーパ部５１ｂの継手開口側に連設される大径軸部５１ｃと、この大径軸部５１ｃの継手開口側に連設される開口側テーパ部５１ｄとを有する。奥側テーパ部５１ｂは、小径軸部５１ａ側から継手開口側に向かって拡径するテーパ部であり、開口側テーパ部５１ｄは、大径軸部５１ｃ側から継手開口側に向かって縮径するテーパ部である。そして、奥側テーパ部５１ｂから開口側テーパ部５１ｄに渡って軸方向に延びるトラック溝５８が、周方向に沿って１２０°ピッチで３個形成されている。

トルクチューブ５４は、図４に示すように、周方向に沿って１２０°ピッチで、３個のポケット５３を有する円環部６３と、円環部６３よりも継手奥側に外径が継手奥側に向かって縮径する第１テーパ部６４と、円環部６３よりも継手開口側に外径が継手開口側に向かって縮小する第２テーパ部６５と、この第２テーパ部６５から継手開口側から突出する連結軸部６６と、この連結軸部６６から反円環部側に連結されるボス部６７とを備える。なお、ボス部６７には、貫通孔６７ａが設けられている。トルクチューブ５４は、外輪５２の中心軸部５１が嵌入される孔部７０が形成される。

トルクチューブ５４の孔部７０は、底面７０ａと、この底面７０ａから立ち上がる凹球面７０ｂと、本体円筒面部７０ｃとを備え、本体円筒面部７０ｃの開口縁部に前記端縁テーパ部７２が形成される。また、図３に示すように、中心軸部５１の先端部が凸曲面５１ｅとされる。そして、トルクチューブ５４の孔部７０の凹球面７０ｂの曲率半径Ｋ（図２参照）を凸曲面５１ｅの曲率半径よりも大きく設定している。

この場合、小径軸部５１ａは、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、この等速自在継手が作動角をとった際に、中心軸部５１が嵌入されるトルクチューブ５４の孔部７０における開口端部を接触させない小径軸側ぬすみ部を構成する。また、トルクチューブ５４の内径面（孔部７０の内径面）の端縁に端縁テーパ部７２は継手奥側に向かって拡径するように形成されている。

図１及び図２に示すように、外輪５２の開口側の外周壁内径面に、ボール抜け止め用のストップリング８０が配設され、外輪５２の開口部はブーツ８１にて密封されている。すなわち、ブーツ８１は、大径部８１ａと、小径部８１ｂと、大径部８１ａと小径部８１ｂとを連結する蛇腹部８１ｃとからなる。そして、大径部８１ａを外輪５２の開口端部に外嵌してブーツバンド８２で締め付け、小径部８１ｂをトルクチューブ５４の所定位置に外嵌してブーツバンド８２で締め付ける。なお、ストップリング８０は、外輪５２の開口側の外周壁内径面に設けられた周方向溝７９に嵌合している。また、外輪５２の外周壁５２ａの開口側の外径面に設けられた周方向凹溝８３にブーツ８１の大径部８１ａの内径面に形成された凸隆部８１ａ１が嵌合するとともに、トルクチューブ５４のボス部６７の外径面に設けられた周方向凹溝８４にブーツ８１の小径部８１ｂの内径面に形成された凸隆部８１ｂ１が嵌合している。

ところで、前記のように構成された等速自在継手が、図５（ａ）に示す作動角をとっていない状態から図５（ｂ）（ｃ）に示す作動角をとった場合、トルクチューブ５４は偏心することになる。すなわち、図５（ｂ）に示すように、トラック溝５７、５８を有さない部位（周方向に隣り合うトラック溝５７，５７間）側に傾斜させた場合、トルクチューブ５４の軸心が、矢印Ｘ１側（トラック溝５７，５７間に対して１８０°反対方向のトラック溝５７側）に偏心する。この偏心量は前述の数１で表すことができきる。なお、図５においては、ブーツ８１およびブーツバンド８２の記載を省略している。

また、図５（ｃ）に示すように、一つのトラック５７側に傾斜させた場合、トルクチューブ５４の軸心が、矢印Ｘ２側（トラック溝に対して１８０°反対方向のトラック溝５７を有さない部位）に偏心する。この場合の偏心量も前述の数１で表すことができる。

このように、前記のように構成された等速自在継手は、許容作動角が３０ｄｅｇになっている。このため、許容作動角が２０ｄｅｇである図６に示すトリボールジョイントと比較する。図６の外輪２において、外輪２のトラック溝７の有効長さをＡ１とし、中心軸部１の付け根部の外径寸法をＢ１とし、図２に示す等速自在継手において、外輪５２のトラック溝５７の有効長さをＡとし、中心軸部５１の付け根部、つまり小径軸部５１ａの外径寸法をＢとしたときに、ＡをＡ１の約１．２倍から約１．３倍程度とし、ＢをＢ１の１／１．５倍程度としている。

また、図６のトルクチューブ４において、連結軸部１６の外径寸法をＤ１とし、図２のトルクチューブ５４において、連結軸部６６の外径寸法をＤとしたときに、ＤをＤ１の１／１．５倍程度としている。図６のトルクチューブ４において、テーパ部１４の傾斜角度をＥ１とし、端縁テーパ部２２の傾斜角度をＦ１とし、テーパ部１５の傾斜角度をＧ１としたとき、各Ｅ，Ｆ，Ｇを２０ｄｅｇとしている。これに対して、図２のトルクチューブ５４において、テーパ部６４の傾斜角度をＥとし、端縁テーパ部７２の傾斜角度をＦとし、テーパ部６５の傾斜角度をＧとしたときに、Ｅ，Ｆ，ＧをＥ１，Ｆ１，Ｇ１よりも大きい３０ｄｅｇとしている。

図６の中心軸部１の膨出部１ｃの凸曲面１１の曲率中心の継手中心からのずれ量をＬ１とし、図２の中心軸部５１の先端部が凸曲面５１ｅの曲率中心の継手中心からのずれ量をＬとしたときに、ＬをＬ１よりも例えば、２倍程度に大きくしている。

ところで、本発明に係る等速自在継手の外輪５２の中心軸部５１においては、図２に示すように従来の等速自在継手の外輪の中心軸部に設けられていない奥側テーパ部５１ｂおよび開口側テーパ部５１ｄが設けられている。この場合、奥側テーパ部５１ｂの傾斜角度をＨとし、開口側テーパ部５１ｄの傾斜角度をＪとした場合、ＨおよびＪを３０ｄｅｇ程度としている。

このため、図５（ａ）に示す状態から、図５（ｂ）（ｃ）に示すように作動角をとった場合、許容作動角が３０ｄｅｇとなる。すなわち、中心軸部５１の付け根部である小径軸部５１ａの外径寸法を小さくすることによって、トルクチューブ５４の開口端部の接触を回避することができ小径軸側ぬすみ部Ｎ２を構成することができる。また、トルクチューブ５４の連結軸部６６の外径寸法を小さくすることによって、外輪の開口端部との接触を回避するための連結軸側ぬすみ部Ｎ１を構成することができる。

さらには、中心軸部５１に、傾斜角度が３０ｄｅｇの奥側テーパ部５１ｂおよび開口側テーパ部５１ｄを設けているので、中心軸部５１とトルクチューブ５４との干渉範囲を増大させる範囲増大構造Ｍ、Ｍを、外輪５２とトルクチューブ５４との間に設けることになる。すなわち、この範囲増大構造Ｍ、Ｍは、奥側テーパ部５１ｂおよび開口側テーパ部５１ｄにて構成することになる。このため、奥側テーパ部５１ｂ及び開口側テーパ部５１ｄが、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、外輪５２の環状空間５６の外壁面５９ａに平行になるまで、作動角をとることができ、これが３０ｄｅｇである。このように、干渉範囲を増大させるとは、作動角と取った際に中心軸部５１とトルクチューブ５４とが接触するまでの範囲を増大させることであり、許容作動角の増大を図るものである。

本発明では、範囲増大構造Ｍを設けたことによって、許容作動角を大きくとることができる。しかも、中心軸部５１は、範囲増大構造Ｍ以外の部位を、少なくとも、従来のこの種のトリボールジョイントの中心軸部と同程度とすることができ、強度面でも安定することになる。このため、許容作動角を大きくとることができ、しかも、強度面でも安定したトリボールジョイントの等速自在継手を提供できる。

寸法Ａ，Ｂ，Ｄ、Ｌ、及び、角度Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｊを前記のように設定することによって、３０ｄｅｇの許容作動角をとるまで、外輪５２とトルクチューブ５４との接触を安定して回避でき、しかも、外輪５２およびトルクチューブ５４の強度においても、安定させることができる。

ところで、作動角付与状態での偏心量γ（図５及び図８参照）は、計算上、ボールＰＣＲおよび作動角が大きくなるほど大きくなる。このため、図５に示すように許容作動角が３０ｄｅｇのものを設計しようとすれば、偏心量γが大きくなる。そこで、この偏心量を許容作動角時の外輪５２とトルクチューブ５４との接触（干渉）を考慮して、前記寸法Ａ，Ｂ，Ｄ、Ｌ、及び、角度Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｊを設定することになる。また、図６に示す従来品と同様の強度を有し、かつ許容作動角が３０ｄｅｇのものを設計しようとすれば、外輪の外径寸法は、従来品の１．５倍程度となる。

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、実施形態では、等速自在継手として、フランジ部を有さないいわゆるボス形であったが、フランジ部を有するいわゆるフランジ形であっても、半成フランジ付きであってもよい。なお、許容作動角を変更する場合、その作動角に応じて、寸法Ａ，Ｂ，Ｄ、Ｌ、及び、角度Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｊ等を変更すればよい。

５１ 中心軸部
５１ａ 小径軸部
５１ｂ 奥側テーパ部
５１ｃ 大径軸部
５１ｄ 開口側テーパ部
５２ 外輪
５２ｂ 底壁
５３ ポケット
５４ トルクチューブ
５５ ボール
５６ 環状空間
５７，５８ トラック溝
５９ａ 外壁面
５９ｂ 内壁面
６３ 円環部
６４ 第１テーパ部
６５ 第２テーパ部
６６ 連結軸部
６７ ボス部
７２ 端縁テーパ部
Ｎ１ 連結軸側ぬすみ部
Ｎ２ 小径軸側ぬすみ部
Ｍ 範囲増大構造

Claims (3)

1. 底壁から中心軸部を突出させることによって一端が開口する環状空間を形成し、その環状空間の外壁面と内壁面のそれぞれに軸方向に延びる３本のトラック溝が周方向に１２０°の間隔をおいて形成された外輪と、その外輪の前記環状空間内に端部が組込まれ、前記トラック溝のそれぞれと対応する位置にポケットが形成されたトルクチューブと、このトルクチューブのポケット内に組込まれて前記トラック溝に沿って転動可能なボールとを備えた等速自在継手であって、
   前記中心軸部とトルクチューブとの干渉範囲を増大させる範囲増大構造を前記外輪とトルクチューブとの間に設けたことを特徴とする等速自在継手。
2. 前記中心軸部は、継手奥側の小径軸部と、この小径軸部の継手開口側に連設されて継手開口側に向かって拡径する奥側テーパ部と、この奥側テーパ部の継手開口側に連設される大径軸部と、この大径軸部の継手開口側に連設されて継手開口側に向かって縮径する開口側テーパ部とを有し、この開口側テーパ部と前記奥側テーパ部とで前記範囲増大構造を構成したことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
3. トルクチューブは、前記ポケットが形成される円環部と、円環部よりも継手奥側に外径が継手奥側に向かって縮径する第１テーパ部と、円環部よりも継手開口側に外径が継手開口側に向かって縮小する第２テーパ部と、この第２テーパ部から継手開口側へ延びる連結軸部と、この連結軸部から反円環部側に連結されるボス部とを備え、前記連結軸部を、外輪の開口端部との接触を回避するためのぬすみ部とするとともに、前記中心軸部の小径軸部を、トルクチューブの開口端部の接触を回避するぬすみ部とし、各ぬすみ部の外径寸法を、許容作動角が２０ｄｅｇである継手の各ぬすみ部の外径寸法の１／１．５倍とし、かつ、前記外輪のトラック溝の軸方向長さを、許容作動角が２０ｄｅｇである継手の外輪のトラック溝の軸方向長さの１．２倍〜１．３倍としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の等速自在継手。

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