JP2019163777A - 等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】トラック溝の開口縁近傍への応力集中を抑えることができる等速自在継手を提供する。【解決手段】トラック溝９、１５は、溝底部に形成されるゴシックアーチ部１０、１６と、ゴシックアーチ部１０、１６の両側に形成される円弧部１１、１７とを備え、ゴシックアーチ部１０、１６は、ボール中心Ｏを中心とする溝底中心ＢＣからの角度が２０°以上３５°以下の範囲内にされ、円弧面半径Ｒ１が、ボール半径Ｒより０．１％以上０．３％以下大きく設定されたものである。【選択図】図１

Description

本開示は回転駆動軸同士を接続する等速自在継手に関する。

等速自在継手には、入力側のアウターレース又はインナーレースから出力側のインナーレースまたはアウターレースに複数のボールを介してトルクを伝達するものがある。かかる等速自在継手のアウターレース及びインナーレースには、前記ボールを収容する複数のトラック溝が形成される。前記トルクは、ボールとトラック溝との接点で伝達される。このため、ボールとトラック溝との接点には大きなトルク負荷がかかり易い。このトルク負荷による面圧は、等速自在継手の寿命を左右する。

特許文献１及び特許文献２は、前記面圧の低減を課題とするものであり、溝底部にゴシックアーチ状のゴシックアーチ部を形成する。これにより、ボールとトラック溝とを３点以上の複数点で多点接触させることができ、面圧を多数の接触点に分散させることができる。

特開２００７−２７１０４０号公報 特開２００５−２０１３７１号公報

ところで、図８に示すように、アウターレース４に回転駆動力が伝達された場合、アウターレース４はインナーレース５に対して捻れ方向に僅かに変位され、ボール６とトラック溝９、１５との接点Ｐの中心ＰＣが溝底側から溝幅方向に移動される。このとき、ボール６とトラック溝９、１５との接点Ｐはトラック溝９、１５の周方向に長い楕円形となる。この楕円形の接点Ｐの面積は、ボール６の半径とトラック溝９、１５の半径との比に依存し、トラック溝９、１５の半径がボール６の半径に近い程大きくなる。そして、接点Ｐの面積が大きい程、トルク負荷による面圧は低くなる。

しかしながら、接点Ｐがゴシックアーチ部１０、１６の両側に形成される円弧部１１、１７からはみ出す場合、接点Ｐの面積は小さくなり、トルク負荷による面圧が高くなる。この場合、トルク負荷方向のトラック溝９、１５の開口縁１３、１９近傍に接触応力が集中しやすいという課題がある。また、入力側と出力側で相対的に交角を有している場合、ボール６はトルク負荷を受けると同時に転動速度を持ち、１回転中のトルク変動により接点Ｐの面圧は一定ではない。このため、接触応力が集中するトラック溝９、１５の開口縁１３、１９近傍にはフレーキングが発生し易く、等速自在継手の長寿命化を阻んでいる。

そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、トラック溝の開口縁近傍への応力集中を抑えることができる等速自在継手を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、筒状に形成され軸方向に延びる外周側トラック溝が内周面に形成されたアウターレースと、前記アウターレース内に収容され軸方向に延びる内周側トラック溝が外周面に形成されたインナーレースと、前記内周側トラック溝内及び前記外周側トラック溝内に収容されるボールとを備えた等速自在継手であって、
前記内周側トラック溝及び前記外周側トラック溝の少なくともいずれか一方は、溝底部に断面ゴシックアーチ状に形成されるゴシックアーチ部と、前記ゴシックアーチ部の両側に断面円弧状に形成される円弧部とを備え、
前記ゴシックアーチ部は、ボール中心を中心とする溝底中心からの角度が２０°以上３５°以下の範囲内に形成され、
前記ゴシックアーチ部を構成する２つの円弧面の半径が、前記ボールの半径より０．１％以上０．３％以下大きく設定された
ことを特徴とする等速自在継手が提供される。

好ましくは、前記内周側トラック溝及び前記外周側トラック溝の両方が、前記ゴシックアーチ部と、前記円弧部とを備えるとよい。

好ましくは、前記円弧部の半径は、前記円弧面の半径より大きく形成されるとよい。

好ましくは、前記インナーレースが前記アウターレースに対して軸方向及び径方向に僅かに移動可能に形成されるとよい。

また、前記インナーレースが前記アウターレースに対して軸方向及び径方向に移動不能に形成されてもよい。

本開示によれば、トラック溝の開口縁近傍への応力集中を抑えることができる。

本開示の一実施の形態に係る等速自在継手の側断面図である。 等速自在継手の分解斜視図である。 インナーレースの正面図である。 アウターレースの正面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。 図５の要部拡大説明図である。 等速自在継手の作用を説明する模式図である。 等速自在継手の比較例の模式図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。

図１は、本実施形態に係る等速自在継手の概略側断面図である。図２は、図１に示す等速自在継手を分解した分解斜視図である。

図１及び図２に示すように、等速自在継手１は、入力軸２と出力軸３を屈曲可能に接続する。等速自在継手１は、例えば車両のプロペラシャフトや、ドライブシャフト等に用いられる。

等速自在継手１は、入力軸２に連結される筒状のアウターレース４と、アウターレース４内に収容されるインナーレース５と、アウターレース４及びインナーレース５間に介在される複数のボール６と、ボール６を保持するケージ７とを備える。

ボール６は、鋼鉄等の金属にて真円球に形成される。

ケージ７は、筒状に形成されると共に、外周面７ａ及び内周面７ｂを球面状に形成される。また、ケージ７には、内周側に位置されるボール６の一部を外周側に突出させるためのボール窓７ｃが周方向に複数形成される。

アウターレース４は、軸方向の一端にフランジ４ａを有する。フランジ４ａは、入力軸２と締結される。なお、フランジ４ａは、出力軸（図示せず）と締結されてもよい。この場合、後述するインナーレース５には、入力軸（図示せず）がスプライン嵌合される。アウターレース４の軸方向の他端には、ブーツ８が設けられる。また、アウターレース４の内周面４ｂは、軸方向両端の内径よりも軸方向中央の内径が大きくなるように形成される。

また、アウターレース４の内周面４ｂには、ケージ７の外周側に突出されるボール６を収容するための外周側トラック溝９が軸方向に延びて形成される。外周側トラック溝９は、アウターレース４の周方向に複数形成される。具体的には、外周側トラック溝９はアウターレース４の周方向に等間隔に複数個所形成される。これら外周側トラック溝９は、全て同じ形状（回転対称）に形成される。

アウターレース４の内周面４ｂと外周側トラック溝９は、図１に示すように、周方向から視た断面形状が円弧状に形成される。具体的には、アウターレース４の内周面４ｂを形成する円弧の中心を第１中心Ｏ_4bとし、外周側トラック溝９を形成する円弧の中心を第２中心Ｏ₉としたとき、第２中心Ｏ₉は、第１中心Ｏ_4bよりも軸方向においてフランジ４ａに近接する方向にオフセットされる。

図３、図５及び図６に示すように、外周側トラック溝９は、軸方向の正面方向から視た断面形状をゴシックアール状に形成される。本実施の形態において、ゴシックアール状とは、複数の円弧を組み合わせて概ね円弧状となっている形状をいい、特に、２つの円弧を重ね合わせた尖頭アーチ形状（ゴシックアーチ形状）部分を有するものをいう。

外周側トラック溝９は、溝底部に形成されると共にゴシックアーチ状に形成されるゴシックアーチ部１０と、ゴシックアーチ部１０の周方向の両側に形成されると共に円弧状に形成される円弧部１１とを備える。

ゴシックアーチ部１０は、ボール中心Ｏを中心とする溝底中心ＢＣからの角度（繋ぎ角度）θが２０°以上３５°以下の範囲内に形成される。

また、ゴシックアーチ部１０を構成する２つの円弧面１２の半径Ｒ１は、ボール６の半径Ｒより０．１％以上０．３％以下大きく設定される。

またさらに、円弧面１２の円中心Ｏ１は、ボール中心Ｏから溝幅方向Ｘにずれて配置されると共に、溝幅方向Ｘと直交する方向Ｙにおいてボール中心Ｏよりも溝底中心ＢＣから離間された位置に配置される。ここで、円弧面１２の円中心Ｏ１とは、円弧面１２の半径Ｒ１における円の中心をいう。また、円弧面１２の円中心Ｏ１は、溝幅方向において、溝底中心ＢＣとボール中心Ｏを結ぶ線を境としてその円弧面１２とは反対側に位置される。

円弧部１１は、ゴシックアーチ部１０を構成する２つの円弧面１２と同径または大径に形成される。すなわち、円弧部１１の半径Ｒ２と、円弧面１２の半径Ｒ１と、ボール６の半径Ｒとの関係は、Ｒ２≧Ｒ１＞Ｒである。ただし、円弧部１１の半径Ｒ２とボール６の半径Ｒとの差は極僅かである。これにより、円弧部１１とボール６とが接触したときの接点Ｐ（図７参照）は周方向に長い楕円状となり、半径Ｒ２と半径Ｒとの差が大きい場合よりもボール６と円弧部１１との接触面積を大きくできる。

ゴシックアーチ部１０を上述のように形成することにより、ゴシックアーチ部１０とボール６とのクリアランス（バーチカルクリアランス）を十分確保しつつ、外周側トラック溝９の開口縁１３からゴシックアーチ部１０を遠ざけることができる。バーチカルクリアランスは、潤滑油を溜める油溜めとして機能する。

図８に示す比較例のように、仮にゴシックアーチ部１０が外周側トラック溝９の開口縁１３に近接されている場合、円弧部１１の周方向の寸法は小さくなる。この場合、トルクを受けたボール６が円弧部１１にせり上がると、面圧が高い接点Ｐの中心ＰＣが急激に外周側トラック溝９の開口縁１３に接近することとなり、開口縁１３の面圧が急激に高まる。そしてさらに、ボール６と円弧部１１との接点Ｐは、周方向に長い楕円形であることから、円弧部１１外にはみ出し易くなる。接点Ｐが円弧部１１外にはみ出した場合、接点Ｐの面積が狭くなり、接点Ｐ全体で面圧が高まり、外周側トラック溝９の開口縁１３近傍に応力集中が発生し易くなる。

しかし、本実施の形態に係る等速自在継手１は、外周側トラック溝９の開口縁１３からゴシックアーチ部１０を遠ざける。このため、図７に示すように、ボール６が円弧部１１にせり上がった場合でも、接点Ｐの中心ＰＣが急激に外周側トラック溝９の開口縁１３に接近することを抑制でき、開口縁１３の面圧が急激に高まることを防止又は抑制できる。そして、接点Ｐが円弧部１１からはみ出すことを抑制でき、外周側トラック溝９の開口縁１３近傍に作用する面圧が更に高まることを抑えることができ、外周側トラック溝９の開口縁１３近傍に応力集中が発生し易くなることを防止又は抑制できる。

図１、図２及び図４に示すように、インナーレース５は、概ね筒状に形成される。インナーレース５の内周面５ａには、出力軸３とスプライン嵌合されるスプライン溝１４が周方向に複数形成される。インナーレース５の外周面５ｂは、軸方向両端よりも軸方向中央の外径を大きく形成される。インナーレース５の外周面５ｂには、ケージ７の内周側に位置されるボール６を収容するための内周側トラック溝１５が軸方向に延びて形成される。内周側トラック溝１５は、インナーレース５の周方向に複数形成される。具体的には、内周側トラック溝１５は周方向に等間隔に複数個所（外周側トラック溝９と同数）形成される。これら内周側トラック溝１５は、全て同じ形状（回転対称）に形成される。

インナーレース５の外周面５ｂと内周側トラック溝１５は、図１に示すように周方向から視た断面が円弧状に形成される。具体的には、内周側トラック溝１５を形成する円弧の中心を第３中心Ｏ₁₅とした場合、第３中心Ｏ₁₅は、第１中心Ｏ_4bよりも軸方向においてフランジ４ａから離間する方向（第２中心Ｏ₉とは逆方向）にオフセットされる。

図４、図５及び図６に示すように、内周側トラック溝１５は、軸方向の正面方向から視た断面形状をゴシックアール状に形成される。内周側トラック溝１５は、外周側トラック溝９と対をなすように外周側トラック溝９と同数形成される。また、内周側トラック溝１５は、対向する外周側トラック溝９に対して半径方向内側に対称に形成される。

内周側トラック溝１５は、溝底部に形成されると共にゴシックアーチ状に形成されるゴシックアーチ部１６と、ゴシックアーチ部１６の周方向の両側に形成されると共に円弧状に形成される円弧部１７とを備える。

ゴシックアーチ部１６は、ボール中心Ｏを中心とする溝底中心ＢＣからの角度（繋ぎ角度）θが２０°以上３５°以下の範囲内に形成される。

また、ゴシックアーチ部１６を構成する２つの円弧面１８の半径Ｒ１は、ボール６の半径Ｒより０．１％以上０．３％以下大きく設定される。

またさらに、円弧面１８の円中心Ｏ１は、ボール中心Ｏから溝幅方向Ｘにずれて配置されると共に、Ｙ方向においてボール中心Ｏよりも溝底中心ＢＣから離間された位置に配置される。また、円弧面１８の円中心Ｏ１は、溝幅方向において、溝底中心ＢＣとボール中心Ｏを結ぶ線を境としてその円弧面１８とは反対側に位置される。

円弧部１７は、ゴシックアーチ部１６を構成する２つの円弧面１８より大径に形成される。

ゴシックアーチ部１６を上述のように形成することにより、ゴシックアーチ部１６とボール６とのクリアランス（バーチカルクリアランス）を十分確保しつつ、内周側トラック溝１５の開口縁１９からゴシックアーチ部１６を遠ざけることができる。

これにより、図７に示すように、トルクを受けたボール６が円弧部１７にせり上がった場合でも、接点Ｐの中心ＰＣが急激に内周側トラック溝１５の開口縁１９に接近することを抑制でき、開口縁１９の面圧が急激に高まることを防止又は抑制できる。そして、接点Ｐが円弧部１７からはみ出すことを抑制でき、内周側トラック溝１５の開口縁１９近傍に作用する面圧が更に高まることを抑えることができ、内周側トラック溝１５の開口縁１９近傍に応力集中が発生し易くなることを防止又は抑制できる。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示は以下のような他の実施形態も可能である。

（１）上述の実施の形態では、等速自在継手１が、インナーレース５がアウターレース４に対して軸方向に移動不能な固定式等速自在継手である場合について説明したが、これに限るものではない。等速自在継手１は、インナーレース５がアウターレース４に対して軸方向に移動可能な摺動式等速自在継手であってもよい。

（２）出力軸３はインナーレース５にスプライン嵌合されるものとしたが、これに限るものではない。例えばインナーレース５は出力軸３と溶接等にて一体に設けられるものであってもよい。この場合、インナーレース５は、円柱状に形成されてもよい。

（３）内周側トラック溝１５及び外周側トラック溝９の両方にゴシックアーチ部１０、１６が形成されるものとしたが、いずれか一方のみにゴシックアーチ部１０、１６が形成されるものとしてもよい。この場合、他方は正面から視た断面形状を円弧状に形成されるとよい。

（４）入力軸２がアウターレース４に接続され、出力軸３がインナーレース５に接続されるものとしたが、逆に入力軸２がインナーレース５に接続され、出力軸３がアウターレース４に接続されてもよい。

前述の各実施形態の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ 等速自在継手
４ アウターレース
４ｂ アウターレースの内周面
５ インナーレース
５ｂ インナーレースの外周面
６ ボール
７ ケージ
９ 外周側トラック溝
１０ ゴシックアーチ部
１１ 円弧部
１２ 円弧面
１５ 内周側トラック溝
１６ ゴシックアーチ部
１７ 円弧部
１８ 円弧面
ＢＣ 溝底中心
Ｏ ボールの中心
Ｏ１ 円弧面の中心
Ｒ ボールの半径
Ｒ１ 円弧面の半径
Ｒ２ 円弧部の半径

Claims (5)

1. 筒状に形成され軸方向に延びる外周側トラック溝が内周面に形成されたアウターレースと、前記アウターレース内に収容され軸方向に延びる内周側トラック溝が外周面に形成されたインナーレースと、前記内周側トラック溝内及び前記外周側トラック溝内に収容されるボールとを備えた等速自在継手であって、
   前記内周側トラック溝及び前記外周側トラック溝の少なくともいずれか一方は、溝底部に断面ゴシックアーチ状に形成されるゴシックアーチ部と、前記ゴシックアーチ部の両側に断面円弧状に形成される円弧部とを備え、
   前記ゴシックアーチ部は、ボール中心を中心とする溝底中心からの角度が２０°以上３５°以下の範囲内に形成され、
   前記ゴシックアーチ部を構成する２つの円弧面の半径が、前記ボールの半径より０．１％以上０．３％以下大きく設定された
   ことを特徴とする等速自在継手。
2. 前記内周側トラック溝及び前記外周側トラック溝の両方が、前記ゴシックアーチ部と、前記円弧部とを備える請求項１に記載の等速自在継手。
3. 前記円弧部の半径は、前記円弧面の半径より大きく形成された請求項１又は２に記載の等速自在継手。
4. 前記インナーレースが前記アウターレースに対して軸方向に移動不能に形成された請求項１から３のいずれか一項に記載の等速自在継手。
5. 前記インナーレースが前記アウターレースに対して軸方向に移動可能に形成された請求項１から３のいずれか一項に記載の等速自在継手。

Images