JP3767168B2 - 等速ジョイント及び等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明に係る等速ジョイントは、例えば独立懸架式サスペンションに駆動輪を支持する為の車輪用転がり軸受ユニットに一体的に組み込み、トランスミッションから駆動輪に駆動力を伝達するのに利用する。又、本発明に係る等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットは、上記等速ジョイントと車輪用転がり軸受ユニットとを一体的に組み合わせたものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のトランスミッションと、独立懸架式サスペンションにより支持した駆動輪との間には等速ジョイントを設けて、デファレンシャルギヤと駆動輪との相対変位や車輪に付与された舵角に拘らず、エンジンの駆動力を駆動輪に、全周に亙り同一角速度で伝達自在としている。この様な部分に使用される等速ジョイントとして従来から、例えば実開昭５７−１４５８２４〜５号公報、同５９−１８５４２５号公報、同６２−１２０２１号公報、特開平９−１７７８１４号公報、同９−３１７７８３号公報等に記載されたものが知られている。
【０００３】
この様な従来から知られた等速ジョイント１は、例えば図４〜６に示す様に、内輪２と外輪３との間の回転力伝達を６個のボール４、４を介して行なう様に構成している。上記内輪２は、トランスミッションにより回転駆動される一方の軸５の外端部（図４の左端部）に固定する。又、上記外輪３は、駆動輪を固定する他方の軸６の内端部（図４の右上端部）に固定する。上記内輪２の外周面２ａには、断面円弧形の内側係合溝７、７を６本、円周方向等間隔に、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成している。又、上記外輪３の内周面３ａで、上記各内側係合溝７、７と対向する位置には、やはり断面円弧形の外側係合溝８、８を６本、円周方向に対し直角方向に形成している。
【０００４】
又、上記内輪２の外周面２ａと外輪３の内周面３ａとの間には、断面が円弧状で全体が円環状の保持器９を挟持している。この保持器９の円周方向６箇所位置で、上記内側、外側両係合溝７、８に整合する位置には、それぞれポケット１０、１０を形成し、各ポケット１０、１０の内側にそれぞれ１個ずつ、合計６個のボール４、４を保持している。これらのボール４、４は、それぞれ上記各ポケット１０、１０に保持された状態で、上記内側、外側両係合溝７、８に沿い転動自在である。
【０００５】
上記各ポケット１０、１０は図６に示す様に、円周方向に長い矩形とし、次述する軸交角αの変化に伴なって、円周方向に隣り合うボール４、４同士の間隔が変化した場合でも、この変化を吸収できる様にしている。即ち、上記内側係合溝７、７の底面７ａ、７ａ同士の位置関係、並びに上記各外側係合溝８、８の底面８ａ、８ａ同士の位置関係は、図７に一点鎖線で示す様に、地球儀の経線の如き関係になっている。上記内輪２の中心軸と外輪３の中心軸とが一致している（軸交角α＝１８０°）場合に上記各ボール４、４は、図７に二点鎖線で示した、地球儀の赤道に対応する位置の近傍に存在する。これに対して、上記内輪２の中心軸と外輪３の中心軸とが不一致になる（軸交角α＜１８０°）と、等速ジョイント１の回転に伴って上記各ボール４、４が、図７の上下方向に往復変位（地球儀の北極方向と南極方向とに交互に変位）する。この結果、円周方向に隣り合うボール４、４同士の間隔が拡縮するので、上記各ポケット１０、１０を、それぞれ円周方向に長い矩形として、上記間隔の拡縮を行なえる様にしている。尚、上記内側係合溝７、７の底面７ａ、７ａと上記各外側係合溝８、８の底面８ａ、８ａとは、前述の説明から明らかな通り、互いに同心ではない。従って、上記経線に相当する線は、これら各係合溝７、８毎に、互いに少しずつずれた位置に存在する。
【０００６】
更に、図４に示す様に、前記一方の軸５と他方の軸６との変位に拘らず、上記各ボール４、４を、これら両軸５、６の軸交角α、即ち、上記一方の軸５の中心線ａと他方の軸６の中心線ｂとの交点Ｏで両線ａ、ｂのなす角度αを二等分する、二等分面ｃ内に配置している。この為に、上記内側係合溝７、７の底面７ａ、７ａは、上記中心線ａ上で、上記交点Ｏからｈだけ離れた点Ｏi を中心とする球面上に位置させ、上記外側係合溝８、８の底面８ａ、８ａは、上記中心線ｂ上で、前記交点Ｏからｈだけ離れた点Ｏe を中心とする球面上に位置させている。但し、前記内輪２の外周面２ａ、外輪３の内周面３ａ、並びに前記保持器９の内外両周面は、それぞれ上記交点Ｏを中心とする球面上に位置させて、上記内輪２の外周面２ａと保持器９の内周面との摺動、並びに外輪３の内周面３ａと保持器９の外周面との摺動を自在としている。
【０００７】
上述の様に構成する等速ジョイント１の場合、上記一方の軸５により内輪２を回転させると、この回転運動は６個のボール４、４を介して外輪３に伝達され、他方の軸６が回転する。両軸５、６同士の位置関係（上記軸交角α）が変化した場合には、上記各ボール４、４が内側、外側両係合溝７、８に沿って転動し、上記一方の軸５と他方の軸６との変位を許容する。
【０００８】
等速ジョイントの基本的な構造及び作用は上述の通りであるが、この様な等速ジョイントと、車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為の車輪用転がり軸受ユニットとを一体的に組み合わせる事が、近年研究されている。即ち、自動車の車輪を懸架装置に回転自在に支持する為には、外輪と内輪とを転動体を介して回転自在に組み合わせた車輪用転がり軸受ユニットを使用する。この様な車輪用転がり軸受ユニットと上述の様な等速ジョイントとを一体的に組み合わせれば、これら車輪用転がり軸受ユニットと等速ジョイントとを、全体として小型且つ軽量に構成できる。この様な車輪用転がり軸受ユニットと等速ジョイントとを一体的に組み合わせた、所謂第四世代のハブユニットと呼ばれる等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットとして従来から、特開平７−３１７７５４号公報に記載されたものが知られている。
【０００９】
図８は、この公報に記載された従来構造を示している。車両への組み付け状態で、懸架装置に支持した状態で回転しない外輪１１は、外周面にこの懸架装置に支持する為の第一の取付フランジ１２を、内周面に複列の外輪軌道１３、１３を、それぞれ有する。上記外輪１１の内側には、第一、第二の内輪部材１４、１５を組み合わせて成るハブ１６を配置している。このうちの第一の内輪部材１４は、外周面の一端寄り（図８の左寄り）部分に車輪を支持する為の第二の取付フランジ１７を、同じく他端寄り（図８の右寄り）部分に第一の内輪軌道１８を、それぞれ設けた円筒状に形成している。これに対して、上記第二の内輪部材１５は、一端部（図８の左端部）を、上記第一の内輪部材１４を外嵌固定する為の円筒部１９とし、他端部（図８の右端部）を等速ジョイント１ａの外輪３Ａとし、中間部外周面に第二の内輪軌道２０を設けている。そして、上記各外輪軌道１３、１３と上記第一、第二の内輪軌道１８、２０との間にそれぞれ複数個ずつの転動体２１、２１を設ける事により、上記外輪１１の内側に上記ハブ１６を、回転自在に支持している。
【００１０】
又、上記第一の内輪部材１４の内周面と上記第二の内輪部材１５の外周面との互いに整合する位置には、それぞれ係止溝２２、２３を形成すると共に、止め輪２４を、これら両係止溝２２、２３に掛け渡す状態で設けて、上記第一の内輪部材１４が上記第二の内輪部材１５から抜け出るのを防止している。更に、上記第二の内輪部材１５の一端面（図８の左端面）外周縁部と、上記第一の内輪部材１４の内周面に形成した段部２５の内周縁部との間に溶接２６を施して、上記第一、第二の内輪部材１４、１５同士を結合固定している。
【００１１】
更に、上記外輪１１の両端開口部と上記ハブ１６の中間部外周面との間には、ステンレス鋼板等の金属製で略円筒状のカバー２７ａ、２７ｂと、ゴム、エラストマー等の弾性材製で円環状のシールリング２８ａ、２８ｂとを設けている。これらカバー２７ａ、２７ｂ及びシールリング２８ａ、２８ｂは、上記複数の転動体２１、２１を設置した部分と外部とを遮断し、この部分に存在するグリースが外部に漏出するのを防止すると共に、この部分に雨水、塵芥等の異物が侵入する事を防止する。又、上記第二の内輪部材１５の中間部内側には、この第二の内輪部材１５の内側を塞ぐ隔板部２９を設けて、この第二の内輪部材１５の剛性を確保すると共に、この第二の内輪部材１５の先端（図８の左端）開口からこの第二の内輪部材１５の内側に入り込んだ異物が、前記等速ジョイント１ａ部分にまで達する事を防止している。尚、この等速ジョイント１ａは、前述の図４〜６に示した等速ジョイント１と同様に構成している。又、図８は、第四世代のハブユニットの１例を示したもので、第四世代のハブユニットに関しては、これ以外にも、従来から種々考えられている。
【００１２】
上述の様に構成する等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットを車両に組み付ける際には、第一の取付フランジ１２により外輪１１を懸架装置に支持し、第二の取付フランジ１７により駆動輪である車輪を第一の内輪部材１４に固定する。又、エンジンによりトランスミッションを介して回転駆動される、図示しない駆動軸の先端部を、等速ジョイント１ａを構成する内輪２の内側にスプライン係合させる。自動車の走行時には、この内輪２の回転を、複数のボール４、４を介して第二の内輪部材１５を含むハブ１６に伝達し、上記車輪を回転駆動する。
【００１３】
上述の様な第四世代のハブユニットである、等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットをより小型化する為には、上記等速ジョイント１ａを構成する複数個のボール４、４の外接円の直径を小さくする事が有効である。そして、この外接円の直径を小さくする為、上記各ボール４、４の直径を小さくし、しかも上記等速ジョイント１ａにより伝達可能なトルクを確保する為には、上記ボール４、４の数を増やす必要がある。この様な事情に鑑みて、例えば特開平９−１７７８１４号公報には、ボールの数を８個とした等速ジョイントに関する発明が記載されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
等速ジョイント１、１ａを構成するボール４、４の数を、例えば６個から８個若しくはそれ以上へと増加させると、保持器９の耐久性を確保する事が難しくなる。この理由は、次の通りである。
先ず第一に、上記ボール４、４の数が例えば６個から８個に増加すると、これら各ボール４、４の外径Ｄa を多少小さくしても、上記保持器９の円周方向に関して、これら各ボール４、４が占める割合が多くなる。この結果、円周方向に隣り合うポケット１０、１０同士の間に存在する柱部３０、３０（図５〜６）の円周方向に亙る幅が狭くなり、これら各柱部３０、３０の強度や耐久性を確保する事が難しくなる。
【００１５】
上記各柱部３０、３０の幅が小さい場合でも強度及び耐久性を確保する為には、上記保持器９の肉厚を大きくし、上記各柱部３０、３０の断面積を増大させる事が考えられる。但し、この断面積を増大させるべく、上記保持器９の外径を大きくしたり、或は内径を小さくすると、新たに次の様な問題を生じる。
先ず、上記保持器９の外径の増大は、外輪３、３Ａの内周面３ａの直径の増大に結び付き、この内周面３ａの直径の増大は、外側係合溝８、８の深さの減少に結び付く。同様に、上記保持器９の内径の減少は、内輪２の外周面２ａの直径の減少に結び付き、この外周面２ａの直径の減少は、内側係合溝７、７の深さの減少に結び付く。
【００１６】
上記外側、内側両係合溝８、７の深さが小さくなると、これら両係合溝８、７と上記各ボール４、４との係合に基づく、等速ジョイント１、１ａの回転方向に亙る剛性が低くなる。又、上記内輪２と外輪３、３Ａとの間での大きなトルク伝達時に、上記各ボール４、４の転動面がこれら各係合溝８、７の開口端縁部に乗り上げ易くなる。この結果、これら各ボール４、４の転動面の転がり疲れ寿命が短くなる等、等速ジョイント１、１ａの耐久性を確保する事が難しくなる。
従って、上記保持器９の肉厚を確保する為、この保持器９の外径を大きくしたり内径を小さくしたりする事は、上記各係合溝８、７の必要深さの面から規制しなければならない。
【００１７】
一方、上記保持器９の最低肉厚も、等速ジョイント１、１ａの耐久性確保の面から規制する必要がある。即ち、上記保持器９を、例えば高機能樹脂や高張力鋼等、強度の大きな材料により造れば、前記各柱部３０、３０自体の強度及び耐久性を確保できるが、その場合でも、肉厚が小さ過ぎると、次の様な問題を生じる。
即ち、前述の説明から明らかな通り、本発明の対象となる、ツェッパ型の等速ジョイント１、１ａの運転時に、上記各ボール４、４は、上記保持器９の円周方向に変位するだけでなく、直径方向にも変位する。この様な変位に伴って、上記各ボール４、４の最大外径部分が、当該ボール４、４を保持しているポケット１０、１０の開口縁部に突き当たると、この開口縁部が削り取られる可能性がある。
【００１８】
先ず、上記保持器９の外径が小さ過ぎると、図４の上側に存在するボール４の最大外径部分がポケット１０の外径側開口周縁部に突き当たる。反対に、上記保持器９の内径が大き過ぎると、図４の下側に存在するボール４の最大外径部分がポケット１０の内径側開口周縁部に突き当たる。このポケット１０の開口周縁部は、何れも尖った形状である為、上記ボール４の転動面により強く押されると、欠損して小さな破片を生じる可能性がある。特に、外径側開口周縁部の断面形状は、上記ポケット１０を打ち抜き加工した場合に鋭角となる為、保持器９が焼き入れ処理された鋼製である場合等は、この様な欠損が生じ易い。
そして、この様な欠損により生じた破片が、前記各係合溝８、７と上記各ボール４、４との間に入り込むと、これら各係合溝８、７の内面及び各ボール４、４の転動面を傷めて上記等速ジョイント１、１ａの耐久性を損なう原因となる。
従って、上記保持器９の外径を小さくしたり内径を大きくしたりする事は、上記各ボール４、４の転動面と上記各ポケット１０の開口周縁部との衝合を防止する面から規制しなければならない。
【００１９】
以上に述べた様に、保持器９の外径及び内径の最大値及び最小値は、それぞれ等速ジョイント１、１ａの剛性並びに耐久性確保の面から規制する必要があるが、従来はこの様な点に関する考慮は行なってはいなかった。
本発明の等速ジョイントは、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の等速ジョイントは、前述した従来の等速ジョイントと同様に、内輪と、この内輪の外周面の円周方向複数個所に、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成された断面円弧形の内側係合溝と、上記内輪の周囲に設けられる外輪と、この外輪の内周面で上記各内側係合溝と対向する位置に、円周方向に対し直角方向に形成された断面円弧形の外側係合溝と、上記内輪の外周面と外輪の内周面との間に挟持され、上記内側、外側両係合溝に整合する位置にそれぞれポケットを形成した保持器と、これら各ポケットの内側に保持された状態で、内側、外側両係合溝に沿う転動を自在とされた、上記内側、外側両係合溝と同数のボールとから成る。そして、これら各ボールを、上記内輪の中心軸と上記外輪の中心軸との軸交角を二等分し、これら両中心軸を含む平面に対し直交する二等分面内に配置している。
【００２１】
特に、本発明の等速ジョイントのうち、請求項１に記載した等速ジョイントに於いては、上記保持器の外周面の直径Ｄc と上記複数個のボールのピッチ円直径ｄm との比Ｄc ／ｄm をＲ1 とし、上記保持器の内周面の直径ｄc と上記ピッチ円直径ｄm との比ｄc ／ｄm をｒ1 とした場合に、１．０６＜Ｒ1 ＜１．１１、且つ、０．９４５＜ｒ1 ＜０．９９８である。尚、上記ピッチ円直径ｄm とは、等速ジョイントが中立状態（ジョイント角が０の状態）で、内側係合溝又は外側係合溝の底面の曲率中心（図１〜４の点０i 又は０e ）と各ボールの中心との距離の２倍の寸法を言う。
【００２２】
更に、請求項２に記載した等速ジョイントに於いては、上記構成に加えて、保持器の外周面の直径Ｄc とこの保持器の内周面の直径ｄc との差の１／２で表されるこの保持器の平均肉厚ｔc と各ボールの外径Ｄa との比ｒt が、０．１６＜ｒt ＜０．３０である。
又、本発明の等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットは、上述の様な等速ジョイントと、車輪用転がり軸受ユニットとを一体的に組み合わせて成る。
【００２３】
【作用】
上述の様に構成する本発明の等速ジョイント及び等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットによれば、例えばボールを保持するポケットの数を８個にする事で隣り合うポケット同士の間に設ける柱部の幅が狭くなった場合でも、これら各柱部の断面積を確保して、これら各柱部の強度及び耐久性を確保できる。同時に、上記各ボールの転動面と上記各ポケットの開口周縁部との衝合を防止して、この開口周縁部が欠損する事を防止できる。
【００２４】
先ず、保持器の外周面の直径Ｄc と上記複数個のボールのピッチ円直径ｄm との比Ｄc ／ｄm （＝Ｒ1 ）を、１．０６＜Ｒ1 ＜１．１１とした理由に就いて説明する。
等速ジョイントを設計する場合に、上記ピッチ円直径ｄm は、伝達すべきトルクの大きさに対応した負荷容量を得るべく、ボールの数及び外径Ｄa に対応する主要諸元として決定する。従って、上記比Ｄc ／ｄm （＝Ｒ1 ）は、主として上記保持器の外周面の直径Ｄc の大小により定まる値である。
Ｒ1 ≦１．０６となる程、上記保持器の外周面の直径Ｄc が小さくなると、この保持器の断面積確保が難しくなるだけでなく、上記各ボールの転動面と上記各ポケットの外径側開口周縁部とが衝合してこの周縁部に欠損を生じ易くなる。これら転動面と周縁部との衝合は、内側、外側両係合溝の底面の曲率の中心点のオフセット量（図４のｈ）を小さくして、上記保持器の直径方向に亙る上記各ボールの変位量を少なくする事により防止できるが、オフセット量の減少は、等速ジョイントの円滑な作動を阻害する原因になる為、採用できない。
反対に、Ｒ1 ≧１．１１になる程、上記保持器の外周面の直径Ｄc が大きくなると、上記各外側係合溝の深さが小さくなり過ぎて、前述の様に、等速ジョイントの回転方向に亙る剛性が低くなるだけでなく、上記各ボールの転動面がこれら各外側係合溝の開口端縁部に乗り上げ易くなって、これら各ボールの転動面の転がり疲れ寿命が短くなる等、等速ジョイントの耐久性を確保する事が難しくなる。
本発明の場合には、１．０６＜Ｒ1 ＜１．１１としているので、等速ジョイントの負荷容量並びに円滑な作動を確保しつつ、上記欠損に結び付く上記転動面と周縁部との衝合を防止し、しかも上記各ボールの転動面が上記各外側係合溝の開口端縁部に乗り上げる事を防止できる。
【００２５】
次に、上記保持器の内周面の直径ｄc と前記ピッチ円直径ｄm との比ｄc ／ｄm （＝ｒ1 ）を０．９４５＜ｒ1 ＜０．９９８とした理由に就いて説明する。
前述した様に上記ピッチ円直径ｄm は、等速ジョイントの主要諸元として決定する為、上記比ｄc ／ｄm （＝ｒ1 ）は、主として上記保持器の内周面の直径ｄc の大小により定まる値である。
先ず、０．９４５≧ｒ1 になる程、上記保持器の内周面の直径ｄc が小さくなると、上記各内側係合溝の深さが小さくなり過ぎて、前述の様に、等速ジョイントの回転方向に亙る剛性が低くなるだけでなく、上記各ボールの転動面がこれら各内側係合溝の開口端縁部に乗り上げ易くなって、これら各ボールの転動面の転がり疲れ寿命が短くなる等、等速ジョイントの耐久性を確保する事が難しくなる。
反対に、ｒ1 ≧０．９９８になる程、上記保持器の内周面の直径ｄc が大きくなると、この保持器の断面積確保が難しくなるだけでなく、上記各ボールの転動面と上記各ポケットの内径側開口周縁部とが衝合してこの周縁部に欠損を生じ易くなる。これら転動面と周縁部との衝合を防止すべく、オフセット量の減少を行なえない事は、上述した通りである。
本発明の場合には、０．９４５＜ｒ1 ＜０．９９８としているので、等速ジョイントの負荷容量並びに円滑な作動を確保しつつ、上記欠損に結び付く上記転動面と周縁部との衝合を防止し、しかも上記各ボールの転動面が上記各外側係合溝の開口端縁部に乗り上げる事を防止できる。
【００２６】
更に、保持器の外周面の直径Ｄc とこの保持器の内周面の直径ｄc との差の１／２で表されるこの保持器の平均肉厚ｔc と各ボールの外径Ｄa との比ｒt （＝ｔc ／Ｄa ）を、０．１６＜ｒt ＜０．３０とすれば、各柱部の強度と内側、外側両係合溝の耐久性との釣り合いを、等速ジョイント全体として良好にできる。即ち、ｒt ≦０．１６となる程、上記各ボールの外径Ｄa に比べて上記保持器の平均肉厚ｔc が小さくなると、円周方向に隣り合うポケット同士の間に存在する柱部の断面積が小さくなり、この柱部を含む保持器の強度及び耐久性を確保する事が難しくなる。
反対に、ｒt ≧０．３０となる程、上記各ボールの外径Ｄa に比べて上記保持器の平均肉厚が大きくなると、上記内側係合溝及び上記外側係合溝の深さを確保しにくくなって、大きなトルクを伝達する事が難しくなる。
即ち、前述の図４〜６の説明から明らかな通り、上記内側係合溝及び外側係合溝の深さは全長に亙って均一ではなく、それぞれの長さ方向一端で深く、他端で浅くなっている。この様なツェッパ型の等速ジョイントにより大きなトルクを伝達自在と（十分な負荷容量を確保）し、しかも十分な耐久性を確保する為には、上記内側係合溝及び外側係合溝の深さを、最も浅くなったそれぞれの他端側でも十分に確保する必要がある。一方、等速ジョイントの円滑な作動を確保すべく、前述したオフセット量ｈを大きくすると、上記内側係合溝及び外側係合溝の深さの差が、一端と他端とで大きくなる。この様な状態で上記保持器の平均厚さを大きくし、上記内側係合溝及び外側係合溝の深さを小さくすると、上記最も浅くなったそれぞれの他端側で、この深さを十分に確保する事が難しくなる。
これに対して、上記比ｒt を０．１６＜ｒt ＜０．３０にすれば、上記柱部を含む保持器の強度及び耐久性確保と、上記両係合溝の深さを確保する事による等速ジョイントの負荷容量確保とを両立させる事ができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の場合には、内輪２の外周面２ａの曲率中心と、外輪３Ａの内周面３ａの曲率中心とを、それぞれ同一の中心点Ｏ上に位置させている。これに合わせて、保持器９の外周面９ａ及び内周面９ｂの曲率中心も、何れも等速ジョイント１ａの揺動の中心点Ｏ上に位置させている。従って、上記保持器９の肉厚は（軸方向両端縁部を除き）軸方向に亙って均一である。即ち、この保持器９の肉厚（＝平均肉厚ｔc ）は、上記外周面９ａの直径Ｄc と内周面９ｂの直径ｄc との差の１／２である｛ｔc ＝（Ｄc −ｄc ）／２｝。
【００２８】
この様な等速ジョイント１ａの運転時にボール４は、図１に実線で示した中立位置を中心に角度θの範囲で、同図に鎖線で示す様に、上記保持器９と共に往復揺動する。そして、この往復揺動に伴って上記ボール４は、内側係合溝７の底面７ａと外側係合溝８の底面８ａとを倣いつつ、上記保持器９の直径方向に亙り変位する。これら往復揺動及び直径方向に亙る変位に伴って上記保持器９は、上記外輪３Ａの内周面３ａに案内されて揺動し、中立状態で図１の点Ｑ0 に存在した部分が、上記保持器９がθ／２分だけ揺動するのに伴い、同図の点Ｑ部分に移動する。そして、この点Ｑ部分で上記ボール４の転動面とポケット１０の内径側開口周縁部が最接近し、同じく点Ｐ部分でこの転動面とポケット１０の外径側開口周縁部が最接近する。
【００２９】
この様な構造で、上記保持器９の外周面９ａの直径Ｄc と複数個のボール４のピッチ円直径ｄm との比Ｒ1 （＝Ｄc ／ｄm ）を１．０６＜Ｒ1 ＜１．１１とすれば、等速ジョイント１ａの円滑な作動を確保しつつ、上記点Ｐで、上記ポケット１０の外径側開口周縁部の欠損に結び付く、上記転動面と外径側開口周縁部との衝合を防止し、しかも上記各ボール４の転動面が上記各外側係合溝８の開口端縁部に乗り上げる事を防止できる。
又、上記保持器９の内周面９ｂの直径ｄc と上記ピッチ円直径ｄm との比ｒ1 （＝ｄc ／ｄm ）を０．９４５＜ｒ1 ＜０．９９８とすれば、等速ジョイント１ａの円滑な作動を確保しつつ、上記点Ｑで、上記ポケット１０の内径側周縁部の欠損に結び付く、上記各ボール４の転動面とこの内径側周縁部との衝合を防止し、しかも上記各ボール４の転動面が上記各係合溝７、８の開口端縁部に乗り上げる事を防止できる。
【００３０】
更に、上記保持器９の外周面９ａの直径Ｄc とこの保持器９の内周面９ｂの直径ｄc との差の１／２で表されるこの保持器９の平均肉厚ｔc と上記各ボール４の外径Ｄa との比ｒt を、０．１６＜ｒt ＜０．３０の範囲に規制すれば、円周方向に隣り合うポケット１０同士の間に存在する柱部を含む保持器９の強度及び耐久性確保と、上記内側、外側両係合溝７、８の深さを確保する事による等速ジョイント１ａの負荷容量確保とを両立させる事ができる。
【００３１】
次に、図２は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、外輪３Ａの内周面３ａ及び保持器９の外周面９ａの曲率中心Ａを、等速ジョイント１ａの揺動の中心点Ｏと、外側係合溝８の底面８ａの曲率中心Ｏe との間に位置させている。又、内輪２の外周面２ａ及び上記保持器９の内周面９ｂの曲率中心Ｂを、上記等速ジョイント１ａの揺動の中心点Ｏと、内側係合溝７の底面７ａの曲率中心Ｏi との間に位置させている。従って、上記保持器９の肉厚は、上記外輪３Ａの開口側（図２の右側）で厚く、奥側（図２の左側）で薄くなっている。この様な保持器９の平均肉厚ｔc は、軸方向中央部の肉厚となり、上記外周面９ａの直径Ｄc と内周面９ｂの直径ｄc との差の１／２｛ｔc ＝（Ｄc −ｄc ）／２｝で求められる。
【００３２】
次に、図３は、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、外輪３Ａの内周面３ａ及び保持器９の外周面９ａの曲率中心Ａを、内側係合溝７の底面７ａの曲率中心Ｏi に関して、等速ジョイント１ａの揺動の中心点Ｏと反対側に位置させている。又、内輪２の外周面２ａ及び上記保持器９の内周面９ｂの曲率中心Ｂを、外側係合溝８の底面８ａの曲率中心Ｏe に関して、上記等速ジョイント１ａの揺動の中心点Ｏと反対側に位置させている。従って、上記保持器９の肉厚は、上記外輪３Ａの開口側（図３の右側）で薄く、奥側（図３の左側）で厚くなっている。この様な保持器９の平均肉厚ｔc も、軸方向中央部の肉厚となり、上記外周面９ａの直径Ｄc と内周面９ｂの直径ｄc との差の１／２｛ｔc ＝（Ｄc −ｄc ）／２｝で求められる。
【００３３】
これら第２〜３図に記載した第２〜３例の構造の場合も、前述した第１例の場合と同様に、１．０６＜Ｒ1 ＜１．１１、０．９４５＜ｒ1 ＜０．９９８、０．１６＜ｒt ＜０．３０とする事により、保持器９のうちの肉厚が小さくなった側でも、ボール４の転動面とポケット１０の内径側、外径側両開口部との衝合を防止して、上記第１例の場合と同様の作用・効果を奏する事ができる。尚、各周面２ａ、３ａ、９ａ、９ｂの曲率中心の配置は、図示の例に限らず、他にも存在し、それぞれに就いて本発明を適用可能である。又、各ポケット１０は、必ずしも円周方向に亙り等間隔に配置する必要はない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の等速ジョイント及び等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットは、以上に述べた通り構成され作用するので、例えば回転力伝達用のボールの数を８個若しくはそれ以上とする事により外径を小さくできる構造で、負荷容量及び各ボールを保持する為の保持器の耐久性の確保を図れる。従って、第四世代のハブユニットと呼ばれる、等速ジョイントを一体的に組み込んだ等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットの小型・軽量化を、十分な耐久性を確保しつつ実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す、図８のＡ部に相当する部分断面図。
【図２】同第２例を示す、図１と同様の図。
【図３】同第３例を示す、図１と同様の図。
【図４】従来の等速ジョイントの第１例を、ジョイント角を付与した状態で示す断面図。
【図５】同じくジョイント角を付与しない状態で示す、図４のＢ−Ｂ断面に相当する図。
【図６】保持器の一部を外周側から見た図。
【図７】内側、外側両係合溝の底面の位置関係を示す模式図。
【図８】等速ジョイントを一体的に組み込んだ等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。
【符号の説明】
１、１ａ 等速ジョイント
２ 内輪
２ａ 外周面
３、３Ａ 外輪
３ａ 内周面
４ ボール
５ 軸
６ 軸
７ 内側係合溝
７ａ 底面
８ 外側係合溝
８ａ 底面
９ 保持器
９ａ 外周面
９ｂ 内周面
１０ ポケット
１１ 外輪
１２ 第一の取付フランジ
１３ 外輪軌道
１４ 第一の内輪部材
１５ 第二の内輪部材
１６ ハブ
１７ 第二の取付フランジ
１８ 第一の内輪軌道
１９ 円筒部
２０ 第二の内輪軌道
２１ 転動体
２２ 係止溝
２３ 係止溝
２４ 止め輪
２５ 段部
２６ 溶接
２７ａ、２７ｂ カバー
２８ａ、２８ｂ シールリング
２９ 隔板部
３０ 柱部
【産業上の利用分野】
この発明に係る等速ジョイントは、例えば独立懸架式サスペンションに駆動輪を支持する為の車輪用転がり軸受ユニットに一体的に組み込み、トランスミッションから駆動輪に駆動力を伝達するのに利用する。又、本発明に係る等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットは、上記等速ジョイントと車輪用転がり軸受ユニットとを一体的に組み合わせたものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のトランスミッションと、独立懸架式サスペンションにより支持した駆動輪との間には等速ジョイントを設けて、デファレンシャルギヤと駆動輪との相対変位や車輪に付与された舵角に拘らず、エンジンの駆動力を駆動輪に、全周に亙り同一角速度で伝達自在としている。この様な部分に使用される等速ジョイントとして従来から、例えば実開昭５７−１４５８２４〜５号公報、同５９−１８５４２５号公報、同６２−１２０２１号公報、特開平９−１７７８１４号公報、同９−３１７７８３号公報等に記載されたものが知られている。
【０００３】
この様な従来から知られた等速ジョイント１は、例えば図４〜６に示す様に、内輪２と外輪３との間の回転力伝達を６個のボール４、４を介して行なう様に構成している。上記内輪２は、トランスミッションにより回転駆動される一方の軸５の外端部（図４の左端部）に固定する。又、上記外輪３は、駆動輪を固定する他方の軸６の内端部（図４の右上端部）に固定する。上記内輪２の外周面２ａには、断面円弧形の内側係合溝７、７を６本、円周方向等間隔に、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成している。又、上記外輪３の内周面３ａで、上記各内側係合溝７、７と対向する位置には、やはり断面円弧形の外側係合溝８、８を６本、円周方向に対し直角方向に形成している。
【０００４】
又、上記内輪２の外周面２ａと外輪３の内周面３ａとの間には、断面が円弧状で全体が円環状の保持器９を挟持している。この保持器９の円周方向６箇所位置で、上記内側、外側両係合溝７、８に整合する位置には、それぞれポケット１０、１０を形成し、各ポケット１０、１０の内側にそれぞれ１個ずつ、合計６個のボール４、４を保持している。これらのボール４、４は、それぞれ上記各ポケット１０、１０に保持された状態で、上記内側、外側両係合溝７、８に沿い転動自在である。
【０００５】
上記各ポケット１０、１０は図６に示す様に、円周方向に長い矩形とし、次述する軸交角αの変化に伴なって、円周方向に隣り合うボール４、４同士の間隔が変化した場合でも、この変化を吸収できる様にしている。即ち、上記内側係合溝７、７の底面７ａ、７ａ同士の位置関係、並びに上記各外側係合溝８、８の底面８ａ、８ａ同士の位置関係は、図７に一点鎖線で示す様に、地球儀の経線の如き関係になっている。上記内輪２の中心軸と外輪３の中心軸とが一致している（軸交角α＝１８０°）場合に上記各ボール４、４は、図７に二点鎖線で示した、地球儀の赤道に対応する位置の近傍に存在する。これに対して、上記内輪２の中心軸と外輪３の中心軸とが不一致になる（軸交角α＜１８０°）と、等速ジョイント１の回転に伴って上記各ボール４、４が、図７の上下方向に往復変位（地球儀の北極方向と南極方向とに交互に変位）する。この結果、円周方向に隣り合うボール４、４同士の間隔が拡縮するので、上記各ポケット１０、１０を、それぞれ円周方向に長い矩形として、上記間隔の拡縮を行なえる様にしている。尚、上記内側係合溝７、７の底面７ａ、７ａと上記各外側係合溝８、８の底面８ａ、８ａとは、前述の説明から明らかな通り、互いに同心ではない。従って、上記経線に相当する線は、これら各係合溝７、８毎に、互いに少しずつずれた位置に存在する。
【０００６】
更に、図４に示す様に、前記一方の軸５と他方の軸６との変位に拘らず、上記各ボール４、４を、これら両軸５、６の軸交角α、即ち、上記一方の軸５の中心線ａと他方の軸６の中心線ｂとの交点Ｏで両線ａ、ｂのなす角度αを二等分する、二等分面ｃ内に配置している。この為に、上記内側係合溝７、７の底面７ａ、７ａは、上記中心線ａ上で、上記交点Ｏからｈだけ離れた点Ｏi を中心とする球面上に位置させ、上記外側係合溝８、８の底面８ａ、８ａは、上記中心線ｂ上で、前記交点Ｏからｈだけ離れた点Ｏe を中心とする球面上に位置させている。但し、前記内輪２の外周面２ａ、外輪３の内周面３ａ、並びに前記保持器９の内外両周面は、それぞれ上記交点Ｏを中心とする球面上に位置させて、上記内輪２の外周面２ａと保持器９の内周面との摺動、並びに外輪３の内周面３ａと保持器９の外周面との摺動を自在としている。
【０００７】
上述の様に構成する等速ジョイント１の場合、上記一方の軸５により内輪２を回転させると、この回転運動は６個のボール４、４を介して外輪３に伝達され、他方の軸６が回転する。両軸５、６同士の位置関係（上記軸交角α）が変化した場合には、上記各ボール４、４が内側、外側両係合溝７、８に沿って転動し、上記一方の軸５と他方の軸６との変位を許容する。
【０００８】
等速ジョイントの基本的な構造及び作用は上述の通りであるが、この様な等速ジョイントと、車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為の車輪用転がり軸受ユニットとを一体的に組み合わせる事が、近年研究されている。即ち、自動車の車輪を懸架装置に回転自在に支持する為には、外輪と内輪とを転動体を介して回転自在に組み合わせた車輪用転がり軸受ユニットを使用する。この様な車輪用転がり軸受ユニットと上述の様な等速ジョイントとを一体的に組み合わせれば、これら車輪用転がり軸受ユニットと等速ジョイントとを、全体として小型且つ軽量に構成できる。この様な車輪用転がり軸受ユニットと等速ジョイントとを一体的に組み合わせた、所謂第四世代のハブユニットと呼ばれる等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットとして従来から、特開平７−３１７７５４号公報に記載されたものが知られている。
【０００９】
図８は、この公報に記載された従来構造を示している。車両への組み付け状態で、懸架装置に支持した状態で回転しない外輪１１は、外周面にこの懸架装置に支持する為の第一の取付フランジ１２を、内周面に複列の外輪軌道１３、１３を、それぞれ有する。上記外輪１１の内側には、第一、第二の内輪部材１４、１５を組み合わせて成るハブ１６を配置している。このうちの第一の内輪部材１４は、外周面の一端寄り（図８の左寄り）部分に車輪を支持する為の第二の取付フランジ１７を、同じく他端寄り（図８の右寄り）部分に第一の内輪軌道１８を、それぞれ設けた円筒状に形成している。これに対して、上記第二の内輪部材１５は、一端部（図８の左端部）を、上記第一の内輪部材１４を外嵌固定する為の円筒部１９とし、他端部（図８の右端部）を等速ジョイント１ａの外輪３Ａとし、中間部外周面に第二の内輪軌道２０を設けている。そして、上記各外輪軌道１３、１３と上記第一、第二の内輪軌道１８、２０との間にそれぞれ複数個ずつの転動体２１、２１を設ける事により、上記外輪１１の内側に上記ハブ１６を、回転自在に支持している。
【００１０】
又、上記第一の内輪部材１４の内周面と上記第二の内輪部材１５の外周面との互いに整合する位置には、それぞれ係止溝２２、２３を形成すると共に、止め輪２４を、これら両係止溝２２、２３に掛け渡す状態で設けて、上記第一の内輪部材１４が上記第二の内輪部材１５から抜け出るのを防止している。更に、上記第二の内輪部材１５の一端面（図８の左端面）外周縁部と、上記第一の内輪部材１４の内周面に形成した段部２５の内周縁部との間に溶接２６を施して、上記第一、第二の内輪部材１４、１５同士を結合固定している。
【００１１】
更に、上記外輪１１の両端開口部と上記ハブ１６の中間部外周面との間には、ステンレス鋼板等の金属製で略円筒状のカバー２７ａ、２７ｂと、ゴム、エラストマー等の弾性材製で円環状のシールリング２８ａ、２８ｂとを設けている。これらカバー２７ａ、２７ｂ及びシールリング２８ａ、２８ｂは、上記複数の転動体２１、２１を設置した部分と外部とを遮断し、この部分に存在するグリースが外部に漏出するのを防止すると共に、この部分に雨水、塵芥等の異物が侵入する事を防止する。又、上記第二の内輪部材１５の中間部内側には、この第二の内輪部材１５の内側を塞ぐ隔板部２９を設けて、この第二の内輪部材１５の剛性を確保すると共に、この第二の内輪部材１５の先端（図８の左端）開口からこの第二の内輪部材１５の内側に入り込んだ異物が、前記等速ジョイント１ａ部分にまで達する事を防止している。尚、この等速ジョイント１ａは、前述の図４〜６に示した等速ジョイント１と同様に構成している。又、図８は、第四世代のハブユニットの１例を示したもので、第四世代のハブユニットに関しては、これ以外にも、従来から種々考えられている。
【００１２】
上述の様に構成する等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットを車両に組み付ける際には、第一の取付フランジ１２により外輪１１を懸架装置に支持し、第二の取付フランジ１７により駆動輪である車輪を第一の内輪部材１４に固定する。又、エンジンによりトランスミッションを介して回転駆動される、図示しない駆動軸の先端部を、等速ジョイント１ａを構成する内輪２の内側にスプライン係合させる。自動車の走行時には、この内輪２の回転を、複数のボール４、４を介して第二の内輪部材１５を含むハブ１６に伝達し、上記車輪を回転駆動する。
【００１３】
上述の様な第四世代のハブユニットである、等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットをより小型化する為には、上記等速ジョイント１ａを構成する複数個のボール４、４の外接円の直径を小さくする事が有効である。そして、この外接円の直径を小さくする為、上記各ボール４、４の直径を小さくし、しかも上記等速ジョイント１ａにより伝達可能なトルクを確保する為には、上記ボール４、４の数を増やす必要がある。この様な事情に鑑みて、例えば特開平９−１７７８１４号公報には、ボールの数を８個とした等速ジョイントに関する発明が記載されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
等速ジョイント１、１ａを構成するボール４、４の数を、例えば６個から８個若しくはそれ以上へと増加させると、保持器９の耐久性を確保する事が難しくなる。この理由は、次の通りである。
先ず第一に、上記ボール４、４の数が例えば６個から８個に増加すると、これら各ボール４、４の外径Ｄa を多少小さくしても、上記保持器９の円周方向に関して、これら各ボール４、４が占める割合が多くなる。この結果、円周方向に隣り合うポケット１０、１０同士の間に存在する柱部３０、３０（図５〜６）の円周方向に亙る幅が狭くなり、これら各柱部３０、３０の強度や耐久性を確保する事が難しくなる。
【００１５】
上記各柱部３０、３０の幅が小さい場合でも強度及び耐久性を確保する為には、上記保持器９の肉厚を大きくし、上記各柱部３０、３０の断面積を増大させる事が考えられる。但し、この断面積を増大させるべく、上記保持器９の外径を大きくしたり、或は内径を小さくすると、新たに次の様な問題を生じる。
先ず、上記保持器９の外径の増大は、外輪３、３Ａの内周面３ａの直径の増大に結び付き、この内周面３ａの直径の増大は、外側係合溝８、８の深さの減少に結び付く。同様に、上記保持器９の内径の減少は、内輪２の外周面２ａの直径の減少に結び付き、この外周面２ａの直径の減少は、内側係合溝７、７の深さの減少に結び付く。
【００１６】
上記外側、内側両係合溝８、７の深さが小さくなると、これら両係合溝８、７と上記各ボール４、４との係合に基づく、等速ジョイント１、１ａの回転方向に亙る剛性が低くなる。又、上記内輪２と外輪３、３Ａとの間での大きなトルク伝達時に、上記各ボール４、４の転動面がこれら各係合溝８、７の開口端縁部に乗り上げ易くなる。この結果、これら各ボール４、４の転動面の転がり疲れ寿命が短くなる等、等速ジョイント１、１ａの耐久性を確保する事が難しくなる。
従って、上記保持器９の肉厚を確保する為、この保持器９の外径を大きくしたり内径を小さくしたりする事は、上記各係合溝８、７の必要深さの面から規制しなければならない。
【００１７】
一方、上記保持器９の最低肉厚も、等速ジョイント１、１ａの耐久性確保の面から規制する必要がある。即ち、上記保持器９を、例えば高機能樹脂や高張力鋼等、強度の大きな材料により造れば、前記各柱部３０、３０自体の強度及び耐久性を確保できるが、その場合でも、肉厚が小さ過ぎると、次の様な問題を生じる。
即ち、前述の説明から明らかな通り、本発明の対象となる、ツェッパ型の等速ジョイント１、１ａの運転時に、上記各ボール４、４は、上記保持器９の円周方向に変位するだけでなく、直径方向にも変位する。この様な変位に伴って、上記各ボール４、４の最大外径部分が、当該ボール４、４を保持しているポケット１０、１０の開口縁部に突き当たると、この開口縁部が削り取られる可能性がある。
【００１８】
先ず、上記保持器９の外径が小さ過ぎると、図４の上側に存在するボール４の最大外径部分がポケット１０の外径側開口周縁部に突き当たる。反対に、上記保持器９の内径が大き過ぎると、図４の下側に存在するボール４の最大外径部分がポケット１０の内径側開口周縁部に突き当たる。このポケット１０の開口周縁部は、何れも尖った形状である為、上記ボール４の転動面により強く押されると、欠損して小さな破片を生じる可能性がある。特に、外径側開口周縁部の断面形状は、上記ポケット１０を打ち抜き加工した場合に鋭角となる為、保持器９が焼き入れ処理された鋼製である場合等は、この様な欠損が生じ易い。
そして、この様な欠損により生じた破片が、前記各係合溝８、７と上記各ボール４、４との間に入り込むと、これら各係合溝８、７の内面及び各ボール４、４の転動面を傷めて上記等速ジョイント１、１ａの耐久性を損なう原因となる。
従って、上記保持器９の外径を小さくしたり内径を大きくしたりする事は、上記各ボール４、４の転動面と上記各ポケット１０の開口周縁部との衝合を防止する面から規制しなければならない。
【００１９】
以上に述べた様に、保持器９の外径及び内径の最大値及び最小値は、それぞれ等速ジョイント１、１ａの剛性並びに耐久性確保の面から規制する必要があるが、従来はこの様な点に関する考慮は行なってはいなかった。
本発明の等速ジョイントは、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の等速ジョイントは、前述した従来の等速ジョイントと同様に、内輪と、この内輪の外周面の円周方向複数個所に、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成された断面円弧形の内側係合溝と、上記内輪の周囲に設けられる外輪と、この外輪の内周面で上記各内側係合溝と対向する位置に、円周方向に対し直角方向に形成された断面円弧形の外側係合溝と、上記内輪の外周面と外輪の内周面との間に挟持され、上記内側、外側両係合溝に整合する位置にそれぞれポケットを形成した保持器と、これら各ポケットの内側に保持された状態で、内側、外側両係合溝に沿う転動を自在とされた、上記内側、外側両係合溝と同数のボールとから成る。そして、これら各ボールを、上記内輪の中心軸と上記外輪の中心軸との軸交角を二等分し、これら両中心軸を含む平面に対し直交する二等分面内に配置している。
【００２１】
特に、本発明の等速ジョイントのうち、請求項１に記載した等速ジョイントに於いては、上記保持器の外周面の直径Ｄc と上記複数個のボールのピッチ円直径ｄm との比Ｄc ／ｄm をＲ1 とし、上記保持器の内周面の直径ｄc と上記ピッチ円直径ｄm との比ｄc ／ｄm をｒ1 とした場合に、１．０６＜Ｒ1 ＜１．１１、且つ、０．９４５＜ｒ1 ＜０．９９８である。尚、上記ピッチ円直径ｄm とは、等速ジョイントが中立状態（ジョイント角が０の状態）で、内側係合溝又は外側係合溝の底面の曲率中心（図１〜４の点０i 又は０e ）と各ボールの中心との距離の２倍の寸法を言う。
【００２２】
更に、請求項２に記載した等速ジョイントに於いては、上記構成に加えて、保持器の外周面の直径Ｄc とこの保持器の内周面の直径ｄc との差の１／２で表されるこの保持器の平均肉厚ｔc と各ボールの外径Ｄa との比ｒt が、０．１６＜ｒt ＜０．３０である。
又、本発明の等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットは、上述の様な等速ジョイントと、車輪用転がり軸受ユニットとを一体的に組み合わせて成る。
【００２３】
【作用】
上述の様に構成する本発明の等速ジョイント及び等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットによれば、例えばボールを保持するポケットの数を８個にする事で隣り合うポケット同士の間に設ける柱部の幅が狭くなった場合でも、これら各柱部の断面積を確保して、これら各柱部の強度及び耐久性を確保できる。同時に、上記各ボールの転動面と上記各ポケットの開口周縁部との衝合を防止して、この開口周縁部が欠損する事を防止できる。
【００２４】
先ず、保持器の外周面の直径Ｄc と上記複数個のボールのピッチ円直径ｄm との比Ｄc ／ｄm （＝Ｒ1 ）を、１．０６＜Ｒ1 ＜１．１１とした理由に就いて説明する。
等速ジョイントを設計する場合に、上記ピッチ円直径ｄm は、伝達すべきトルクの大きさに対応した負荷容量を得るべく、ボールの数及び外径Ｄa に対応する主要諸元として決定する。従って、上記比Ｄc ／ｄm （＝Ｒ1 ）は、主として上記保持器の外周面の直径Ｄc の大小により定まる値である。
Ｒ1 ≦１．０６となる程、上記保持器の外周面の直径Ｄc が小さくなると、この保持器の断面積確保が難しくなるだけでなく、上記各ボールの転動面と上記各ポケットの外径側開口周縁部とが衝合してこの周縁部に欠損を生じ易くなる。これら転動面と周縁部との衝合は、内側、外側両係合溝の底面の曲率の中心点のオフセット量（図４のｈ）を小さくして、上記保持器の直径方向に亙る上記各ボールの変位量を少なくする事により防止できるが、オフセット量の減少は、等速ジョイントの円滑な作動を阻害する原因になる為、採用できない。
反対に、Ｒ1 ≧１．１１になる程、上記保持器の外周面の直径Ｄc が大きくなると、上記各外側係合溝の深さが小さくなり過ぎて、前述の様に、等速ジョイントの回転方向に亙る剛性が低くなるだけでなく、上記各ボールの転動面がこれら各外側係合溝の開口端縁部に乗り上げ易くなって、これら各ボールの転動面の転がり疲れ寿命が短くなる等、等速ジョイントの耐久性を確保する事が難しくなる。
本発明の場合には、１．０６＜Ｒ1 ＜１．１１としているので、等速ジョイントの負荷容量並びに円滑な作動を確保しつつ、上記欠損に結び付く上記転動面と周縁部との衝合を防止し、しかも上記各ボールの転動面が上記各外側係合溝の開口端縁部に乗り上げる事を防止できる。
【００２５】
次に、上記保持器の内周面の直径ｄc と前記ピッチ円直径ｄm との比ｄc ／ｄm （＝ｒ1 ）を０．９４５＜ｒ1 ＜０．９９８とした理由に就いて説明する。
前述した様に上記ピッチ円直径ｄm は、等速ジョイントの主要諸元として決定する為、上記比ｄc ／ｄm （＝ｒ1 ）は、主として上記保持器の内周面の直径ｄc の大小により定まる値である。
先ず、０．９４５≧ｒ1 になる程、上記保持器の内周面の直径ｄc が小さくなると、上記各内側係合溝の深さが小さくなり過ぎて、前述の様に、等速ジョイントの回転方向に亙る剛性が低くなるだけでなく、上記各ボールの転動面がこれら各内側係合溝の開口端縁部に乗り上げ易くなって、これら各ボールの転動面の転がり疲れ寿命が短くなる等、等速ジョイントの耐久性を確保する事が難しくなる。
反対に、ｒ1 ≧０．９９８になる程、上記保持器の内周面の直径ｄc が大きくなると、この保持器の断面積確保が難しくなるだけでなく、上記各ボールの転動面と上記各ポケットの内径側開口周縁部とが衝合してこの周縁部に欠損を生じ易くなる。これら転動面と周縁部との衝合を防止すべく、オフセット量の減少を行なえない事は、上述した通りである。
本発明の場合には、０．９４５＜ｒ1 ＜０．９９８としているので、等速ジョイントの負荷容量並びに円滑な作動を確保しつつ、上記欠損に結び付く上記転動面と周縁部との衝合を防止し、しかも上記各ボールの転動面が上記各外側係合溝の開口端縁部に乗り上げる事を防止できる。
【００２６】
更に、保持器の外周面の直径Ｄc とこの保持器の内周面の直径ｄc との差の１／２で表されるこの保持器の平均肉厚ｔc と各ボールの外径Ｄa との比ｒt （＝ｔc ／Ｄa ）を、０．１６＜ｒt ＜０．３０とすれば、各柱部の強度と内側、外側両係合溝の耐久性との釣り合いを、等速ジョイント全体として良好にできる。即ち、ｒt ≦０．１６となる程、上記各ボールの外径Ｄa に比べて上記保持器の平均肉厚ｔc が小さくなると、円周方向に隣り合うポケット同士の間に存在する柱部の断面積が小さくなり、この柱部を含む保持器の強度及び耐久性を確保する事が難しくなる。
反対に、ｒt ≧０．３０となる程、上記各ボールの外径Ｄa に比べて上記保持器の平均肉厚が大きくなると、上記内側係合溝及び上記外側係合溝の深さを確保しにくくなって、大きなトルクを伝達する事が難しくなる。
即ち、前述の図４〜６の説明から明らかな通り、上記内側係合溝及び外側係合溝の深さは全長に亙って均一ではなく、それぞれの長さ方向一端で深く、他端で浅くなっている。この様なツェッパ型の等速ジョイントにより大きなトルクを伝達自在と（十分な負荷容量を確保）し、しかも十分な耐久性を確保する為には、上記内側係合溝及び外側係合溝の深さを、最も浅くなったそれぞれの他端側でも十分に確保する必要がある。一方、等速ジョイントの円滑な作動を確保すべく、前述したオフセット量ｈを大きくすると、上記内側係合溝及び外側係合溝の深さの差が、一端と他端とで大きくなる。この様な状態で上記保持器の平均厚さを大きくし、上記内側係合溝及び外側係合溝の深さを小さくすると、上記最も浅くなったそれぞれの他端側で、この深さを十分に確保する事が難しくなる。
これに対して、上記比ｒt を０．１６＜ｒt ＜０．３０にすれば、上記柱部を含む保持器の強度及び耐久性確保と、上記両係合溝の深さを確保する事による等速ジョイントの負荷容量確保とを両立させる事ができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の場合には、内輪２の外周面２ａの曲率中心と、外輪３Ａの内周面３ａの曲率中心とを、それぞれ同一の中心点Ｏ上に位置させている。これに合わせて、保持器９の外周面９ａ及び内周面９ｂの曲率中心も、何れも等速ジョイント１ａの揺動の中心点Ｏ上に位置させている。従って、上記保持器９の肉厚は（軸方向両端縁部を除き）軸方向に亙って均一である。即ち、この保持器９の肉厚（＝平均肉厚ｔc ）は、上記外周面９ａの直径Ｄc と内周面９ｂの直径ｄc との差の１／２である｛ｔc ＝（Ｄc −ｄc ）／２｝。
【００２８】
この様な等速ジョイント１ａの運転時にボール４は、図１に実線で示した中立位置を中心に角度θの範囲で、同図に鎖線で示す様に、上記保持器９と共に往復揺動する。そして、この往復揺動に伴って上記ボール４は、内側係合溝７の底面７ａと外側係合溝８の底面８ａとを倣いつつ、上記保持器９の直径方向に亙り変位する。これら往復揺動及び直径方向に亙る変位に伴って上記保持器９は、上記外輪３Ａの内周面３ａに案内されて揺動し、中立状態で図１の点Ｑ0 に存在した部分が、上記保持器９がθ／２分だけ揺動するのに伴い、同図の点Ｑ部分に移動する。そして、この点Ｑ部分で上記ボール４の転動面とポケット１０の内径側開口周縁部が最接近し、同じく点Ｐ部分でこの転動面とポケット１０の外径側開口周縁部が最接近する。
【００２９】
この様な構造で、上記保持器９の外周面９ａの直径Ｄc と複数個のボール４のピッチ円直径ｄm との比Ｒ1 （＝Ｄc ／ｄm ）を１．０６＜Ｒ1 ＜１．１１とすれば、等速ジョイント１ａの円滑な作動を確保しつつ、上記点Ｐで、上記ポケット１０の外径側開口周縁部の欠損に結び付く、上記転動面と外径側開口周縁部との衝合を防止し、しかも上記各ボール４の転動面が上記各外側係合溝８の開口端縁部に乗り上げる事を防止できる。
又、上記保持器９の内周面９ｂの直径ｄc と上記ピッチ円直径ｄm との比ｒ1 （＝ｄc ／ｄm ）を０．９４５＜ｒ1 ＜０．９９８とすれば、等速ジョイント１ａの円滑な作動を確保しつつ、上記点Ｑで、上記ポケット１０の内径側周縁部の欠損に結び付く、上記各ボール４の転動面とこの内径側周縁部との衝合を防止し、しかも上記各ボール４の転動面が上記各係合溝７、８の開口端縁部に乗り上げる事を防止できる。
【００３０】
更に、上記保持器９の外周面９ａの直径Ｄc とこの保持器９の内周面９ｂの直径ｄc との差の１／２で表されるこの保持器９の平均肉厚ｔc と上記各ボール４の外径Ｄa との比ｒt を、０．１６＜ｒt ＜０．３０の範囲に規制すれば、円周方向に隣り合うポケット１０同士の間に存在する柱部を含む保持器９の強度及び耐久性確保と、上記内側、外側両係合溝７、８の深さを確保する事による等速ジョイント１ａの負荷容量確保とを両立させる事ができる。
【００３１】
次に、図２は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、外輪３Ａの内周面３ａ及び保持器９の外周面９ａの曲率中心Ａを、等速ジョイント１ａの揺動の中心点Ｏと、外側係合溝８の底面８ａの曲率中心Ｏe との間に位置させている。又、内輪２の外周面２ａ及び上記保持器９の内周面９ｂの曲率中心Ｂを、上記等速ジョイント１ａの揺動の中心点Ｏと、内側係合溝７の底面７ａの曲率中心Ｏi との間に位置させている。従って、上記保持器９の肉厚は、上記外輪３Ａの開口側（図２の右側）で厚く、奥側（図２の左側）で薄くなっている。この様な保持器９の平均肉厚ｔc は、軸方向中央部の肉厚となり、上記外周面９ａの直径Ｄc と内周面９ｂの直径ｄc との差の１／２｛ｔc ＝（Ｄc −ｄc ）／２｝で求められる。
【００３２】
次に、図３は、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、外輪３Ａの内周面３ａ及び保持器９の外周面９ａの曲率中心Ａを、内側係合溝７の底面７ａの曲率中心Ｏi に関して、等速ジョイント１ａの揺動の中心点Ｏと反対側に位置させている。又、内輪２の外周面２ａ及び上記保持器９の内周面９ｂの曲率中心Ｂを、外側係合溝８の底面８ａの曲率中心Ｏe に関して、上記等速ジョイント１ａの揺動の中心点Ｏと反対側に位置させている。従って、上記保持器９の肉厚は、上記外輪３Ａの開口側（図３の右側）で薄く、奥側（図３の左側）で厚くなっている。この様な保持器９の平均肉厚ｔc も、軸方向中央部の肉厚となり、上記外周面９ａの直径Ｄc と内周面９ｂの直径ｄc との差の１／２｛ｔc ＝（Ｄc −ｄc ）／２｝で求められる。
【００３３】
これら第２〜３図に記載した第２〜３例の構造の場合も、前述した第１例の場合と同様に、１．０６＜Ｒ1 ＜１．１１、０．９４５＜ｒ1 ＜０．９９８、０．１６＜ｒt ＜０．３０とする事により、保持器９のうちの肉厚が小さくなった側でも、ボール４の転動面とポケット１０の内径側、外径側両開口部との衝合を防止して、上記第１例の場合と同様の作用・効果を奏する事ができる。尚、各周面２ａ、３ａ、９ａ、９ｂの曲率中心の配置は、図示の例に限らず、他にも存在し、それぞれに就いて本発明を適用可能である。又、各ポケット１０は、必ずしも円周方向に亙り等間隔に配置する必要はない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の等速ジョイント及び等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットは、以上に述べた通り構成され作用するので、例えば回転力伝達用のボールの数を８個若しくはそれ以上とする事により外径を小さくできる構造で、負荷容量及び各ボールを保持する為の保持器の耐久性の確保を図れる。従って、第四世代のハブユニットと呼ばれる、等速ジョイントを一体的に組み込んだ等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットの小型・軽量化を、十分な耐久性を確保しつつ実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す、図８のＡ部に相当する部分断面図。
【図２】同第２例を示す、図１と同様の図。
【図３】同第３例を示す、図１と同様の図。
【図４】従来の等速ジョイントの第１例を、ジョイント角を付与した状態で示す断面図。
【図５】同じくジョイント角を付与しない状態で示す、図４のＢ−Ｂ断面に相当する図。
【図６】保持器の一部を外周側から見た図。
【図７】内側、外側両係合溝の底面の位置関係を示す模式図。
【図８】等速ジョイントを一体的に組み込んだ等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。
【符号の説明】
１、１ａ 等速ジョイント
２ 内輪
２ａ 外周面
３、３Ａ 外輪
３ａ 内周面
４ ボール
５ 軸
６ 軸
７ 内側係合溝
７ａ 底面
８ 外側係合溝
８ａ 底面
９ 保持器
９ａ 外周面
９ｂ 内周面
１０ ポケット
１１ 外輪
１２ 第一の取付フランジ
１３ 外輪軌道
１４ 第一の内輪部材
１５ 第二の内輪部材
１６ ハブ
１７ 第二の取付フランジ
１８ 第一の内輪軌道
１９ 円筒部
２０ 第二の内輪軌道
２１ 転動体
２２ 係止溝
２３ 係止溝
２４ 止め輪
２５ 段部
２６ 溶接
２７ａ、２７ｂ カバー
２８ａ、２８ｂ シールリング
２９ 隔板部
３０ 柱部
Claims (4)
- 内輪と、この内輪の外周面の円周方向複数個所に、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成された断面円弧形の内側係合溝と、上記内輪の周囲に設けられる外輪と、この外輪の内周面で上記各内側係合溝と対向する位置に、円周方向に対し直角方向に形成された断面円弧形の外側係合溝と、上記内輪の外周面と外輪の内周面との間に挟持され、上記内側、外側両係合溝に整合する位置にそれぞれポケットを形成した保持器と、これら各ポケットの内側に保持された状態で、内側、外側両係合溝に沿う転動を自在とされた、上記内側、外側両係合溝と同数のボールとから成り、これら各ボールを、上記内輪の中心軸と上記外輪の中心軸との軸交角を二等分し、これら両中心軸を含む平面に対し直交する二等分面内に配置した等速ジョイントに於いて、この等速ジョイントのジョイント角が０である中立状態で、上記内側係合溝又は上記外側係合溝の底面の曲率中心と上記各ボールの中心との距離の２倍の寸法を上記複数個のボールのピッチ円直径ｄ m として、上記保持器の外周面の直径Ｄc とこのピッチ円直径ｄm との比Ｄc ／ｄm をＲ1 とし、上記保持器の内周面の直径ｄc とこのピッチ円直径ｄm との比ｄc ／ｄm をｒ1 とした場合に、１．０６＜Ｒ1 ＜１．１１、且つ、０．９４５＜ｒ1 ＜０．９９８である事を特徴とする等速ジョイント。
- 保持器の外周面の直径Ｄc とこの保持器の内周面の直径ｄc との差の１／２で表されるこの保持器の平均肉厚ｔc と、各ボールの外径Ｄa との比ｒt が、０．１６＜ｒt ＜０．３０である、請求項１に記載した等速ジョイント。
- 車輪用転がり軸受ユニットと等速ジョイントとを一体的に組み合わせて成り、
上記車輪用転がり軸受ユニットは、内周面に複列の外輪軌道を有し、車両への組み付け状態で、懸架装置に支持された状態で回転しない軸受用外輪と、外周面に第一、第二の内輪軌道を有し、車両への組み付け状態で車輪と共に回転するハブと、これら各内輪軌道と上記各外輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けられた転動体とを備えたものであり、
上記等速ジョイントは、内輪と、この内輪の外周面の円周方向複数個所に、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成された断面円弧形の内側係合溝と、上記内輪の周囲に設けられ、上記ハブの内端部に固設された外輪と、この外輪の内周面で上記各内側係合溝と対向する位置に、円周方向に対し直角方向に形成された断面円弧形の外側係合溝と、上記内輪の外周面と外輪の内周面との間に挟持され、上記内側、外側両係合溝に整合する位置にそれぞれポケットを形成した保持器と、これら各ポケットの内側に保持された状態で、内側、外側両係合溝に沿う転動を自在とされた、上記内側、外側両係合溝と同数のボールとから成り、これら各ボールを、上記内輪の中心軸と上記外輪の中心軸との軸交角を二等分し、これら両中心軸を含む平面に対し直交する二等分面内に配置したものである
等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニットに於いて、
上記等速ジョイントのジョイント角が０である中立状態で、上記内側係合溝又は上記外側係合溝の底面の曲率中心と上記各ボールの中心との距離の２倍の寸法を上記複数個のボールのピッチ円直径ｄ m として、上記保持器の外周面の直径Ｄc とこのピッチ円直径ｄm との比Ｄc ／ｄm をＲ1 とし、上記保持器の内周面の直径ｄc とこのピッチ円直径ｄm との比ｄc ／ｄm をｒ1 とした場合に、１．０６＜Ｒ1 ＜１．１１、且つ、０．９４５＜ｒ1 ＜０．９９８である事を特徴とする等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニット。 - 保持器の外周面の直径Ｄc とこの保持器の内周面の直径ｄc との差の１／２で表されるこの保持器の平均肉厚ｔc と、各ボールの外径Ｄa との比ｒt が、０．１６＜ｒt ＜０．３０である、請求項３に記載した等速ジョイント付車輪用転がり軸受ユニット。
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