JP4248924B2 - 固定型等速自在継手 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、いわゆるプランジングを行わない固定型の等速自在継手に関するもので、自動車や各種産業機械における動力伝達に利用できる。
【0002】
【従来の技術】
固定型等速自在継手として、従来、ゼッパ型とUF(アンダーカットフリー)型のボールジョイントが知られている(特公平6−25567号公報)。それらの特徴は、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝が、それぞれ軸方向に等距離離れた点を中心とする二つの球の子午線に沿って形成されていることである。図17および図18に示すように、従来の固定型等速自在継手は、外輪1と、内輪2と、ケージ3と、ボール4を主要な構成要素としており、外輪1のトラック溝1aと内輪2のトラック溝2aとの間に1個ずつボール4が介在させてある。図17からよく分かるように、外輪1のトラック溝1aの曲率中心と内輪2のトラック溝2aの曲率中心は、継手の折り曲げ中心を挟んで軸方向に互いに逆方向にオフセットしている。その結果、外輪1、内輪2共にトラック溝1a,2aの深さが軸方向で変化している。
【0003】
上述の等速自在継手の改良として、特許第2916579号公報のものが知られている。その特徴は、従来子午線上にあった一つのボールを二つのボールに置き換えた構造である。つまり、トラック溝は互いに平行な二本のトラック溝の対で形成され、各ボールは一方向のトルクのみ負荷されるよう、溝の半分の面のみで接触するようにしている。また、そのケージは二つのボールを一つの窓で抱える形態としている。
【0004】
特許第2916579号公報のものをさらに改良したものとして、ドイツ公開特許公報第10033491号のものがある。その特徴は、従来のゼッパ型とUF型のトラック溝の中心線が二本ずつ対で互いに平行な平面上にあり、そのケージは二つのボールを一つの窓で抱える形態としている。各溝はボールに両方向のトルクを伝えるような通常の等速自在継手の溝である。
【0005】
【特許文献1】
特公平6−25567号公報(第1図、第4図)
【0006】
【特許文献2】
特許第2916579号公報(第1図、第2図)
【0007】
【特許文献3】
ドイツ公開特許公報第10033491号(Fig. 2a)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来のゼッパ型あるいはUF型の固定型等速自在継手の外輪と内輪のトラック溝は、継手の軸方向で深さが変化している。そこには継手の強度あるいはトルクの伝達上で次のような問題がある。
▲1▼ 一般に、図19に示すようにトラック溝1a,2aはボール4をアンギュラーで抱えるが、その接触角αが大きいほどトルクの負荷能力が高くなる。しかし、接触角αの大きさはトラック溝1a,2aの最も浅い部分で決まる。つまり、トルクを受けたときの乗り上げ強度を考慮した場合、最弱部に合わせた強度対策が必要となるため、最弱部以外のところは設計的な無駄が入る。
▲2▼ トラック溝の曲率中心が軸方向にオフセットしているため、継手が折り曲げ角をとって回転するときボール4はケージ3のポケット内で半径方向に移動する。折り曲げ角が大きくなるほどボールがケージ3のエッジ部分に当たることとなり(図20参照)、ケージ3のエッジ強度を確保する上で不利である。
▲3▼ トラック溝1a,2aの曲率中心がオフセットしているため、トラック溝1a,2aは軸方向の一方が狭く他方が広い楔状を呈する。その結果、継手にトルクがかかるとボール4に継手軸方向の分力が発生し、ボール4がケージ3に押し付けられる。これはケージ3の窓枠部の強度に不利に作用する。
【0009】
特許第2916579号の等速自在継手は、半数のトラック溝しかトルクを受けず、トルク負荷能力が劣る。
【0010】
ドイツ公開特許公報第10033491号の等速自在継手は、上記ゼッパ型あるいはUF型等速自在継手の強度上の課題があるとともに、外輪のマウスの隣り合うトラック間の内球面の幅の変動が大きいという問題がある。これは内輪の外球面についても同様のことがいえる。トラック溝深さの不均一性と球面部の幅の大きな変動は鍛造加工をより難しくする。
【0011】
従来の等速自在継手は、図20に示すように、大きな折り曲げ角を付けようとすると、ボール4が外輪1のトラック溝1aから外れたときケージ3のポケットからも脱落してしまうため、外輪1のトラック溝1aからのボール4の外れが折り曲げ角の限界になっている。
【0012】
この発明の目的は、従来の固定型等速自在継手よりも、高強度、長寿命、高折り曲げ角で、さらに低コストである固定型等速自在継手を実現することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
【0014】
請求項1の発明は、ボール40を案内する複数のトラック溝14をもった外輪10と、ボール40を案内する複数のトラック溝24をもった内輪20と、外輪10のトラック溝14と内輪20のトラック溝24との間に介在してトルクを伝達するボール40と、複数のボール40を継手の折り曲げ角の二等分面上に配置するケージ30とから構成される固定型等速自在継手において、外輪10のトラック溝14のボール軌道中心線と内輪20のトラック溝24のボール軌道中心線とが、継手の折り曲げ点を中心とする球と、継手の中心線を含まず、継手の中心線を含む平面からボール40の半径以上離れた平面との交線をなすことを特徴とするものである。
【0015】
請求項2の発明は、請求項1に記載の固定型等速自在継手において、前記ケージ30が、組になる二つのボール40を一つのポケット36でかかえることを特徴とするものである。
【0016】
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の固定型等速自在継手において、各対のトラック溝14,24が継手中心線と平行であることを特徴とするものである。
【0017】
請求項4の発明は、請求項1または2に記載の固定型等速自在継手において、各対のトラック溝14,24が継手中心線に対して傾斜していることを特徴とするものである。
請求項5の発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の固定型等速自在継手において、内輪20とシャフト5を一体化させたことを特徴とするものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【0019】
まず、図1および図2に示す実施の形態について説明する。図1は固定型等速自在継手の縦断面(図2のI−I断面)、図2は横断面を示す。この等速自在継手は、外輪10と、内輪20と、ケージ30と、ボール40を主要な構成要素として成り立っており、外輪10が一方の回転軸(図示省略)と結合し、内輪20が他方の回転軸5と結合することにより、二軸を折り曲げ可能に連結する。
【0020】
図3に外輪10の縦断面を示し、図4に外輪10の横断面(図3のIV−IV断面)を示す。図3に示すように、外輪10は軸方向の一端にて開口したカップ状で、部分球形の内周面12を有する。内周面12には軸方向に延びるトラック溝14が形成されている。外輪10の内周面12の曲率中心とトラック溝14の曲率中心の位置は軸方向で一致しており、さらに、これらと継手の折り曲げ中心Oとも一致している。したがって、トラック溝14の深さは軸方向位置によって変化せず一定である。トラック溝14の溝底の曲率半径を図1に符号Roで示してある。図4から分かるように、トラック溝14は円周方向に四対等配してあり、各対のトラック溝14は、継手の中心線を挟んで互いに平行に走っている。継手の中心線から各トラック溝14のボール軌道中心線までは、ボール40の半径以上の距離Lを隔てている。言い換えるならば、外輪10のトラック溝14のボール軌道中心線は、継手の折り曲げ点を中心とする球(図4の場合、PCDを直径とする球)と、継手の中心線を含まず、継手の中心線を含む平面からボール40の半径以上離れた平面との交線をなす。
【0021】
図5は内輪20の正面図、図6は内輪20の側面図である。内輪20は部分球形の外周面22を有し、その外周面22には軸方向に延びるトラック溝24が形成されている。内輪20のトラック溝24は外輪10のトラック溝14と対応している。すなわち、図6から分かるように、トラック溝24は円周方向に四対等配してあり、各対のトラック溝24は、継手の中心線を挟んで互いに平行に走っている。継手の中心線から各トラック溝24のボール軌道中心線までは、ボール40の半径以上の距離(L)を隔てている。言い換えるならば、内輪20のトラック溝24のボール軌道中心線は、継手の折り曲げ点を中心とする球(図4のPCDを直径とする球)と、継手の中心線を含まず、継手の中心線を含む平面からボール40の半径以上離れた平面との交線をなす。また、外輪10の場合と同様に、内輪20の外周面22の曲率中心とトラック溝24の曲率中心の位置は軸方向で一致し、さらに、これらと継手の折り曲げ中心Oとが一致している。したがって、図1から分かるように、トラック溝24の深さは軸方向位置によって変化せず一定である。トラック溝24の溝底の曲率半径を図1に符号Riで示してある。
【0022】
図1に示すように、内輪20のトラック溝24は折り曲げ角を取るのに必要な量のみを形成してあり、そのことによって、それ以外の部分については肉厚を上げて強度を高めることができる。この点についてさらに詳細に説明するならば次のとおりである。従来のこの種の継手はボールを最後に組み込むため、内輪を外輪に対して70°以上折り曲げなければならず、機能上必要な折り曲げ角(たとえば50°)に対し、組み立て用に約20°分のトラックの延長を必要とした。しかし、この実施の形態ではボールを先に組むため、作動に必要な分のトラックのみを形成すればよい。したがって、残りの約20°分のトラック部は肉を残せるため強度面で有利になる。
【0023】
外輪10のトラック溝14と内輪20のトラック溝24とが対をなし、各対に1個のボール40が組み込まれる。ボール40はトラック溝14,24間に介在してトルクを伝達する働きをする。すなわち、回転方向によって、外輪10から内輪20に、または、内輪20から外輪10に、トルクを伝達する。
【0024】
図7はケージ30の縦断面図、図8(a)はケージ30の横断面図、図8(b)は図8(a)のb−b断面図である。ケージ30は、球状の外周面32と、球状の内周面34と、円周方向に等配した四つのポケット36を有する。各ポケット36は二つのボール40を収容するので(図2参照)、ケージ30全体としては合計8個のボール40を保持することになる。一つのポケット36に二つのボール40を収容させることで、一つのポケットに一つのボールを収容させる場合に比べてポケット36間の柱の数が少なくてすみ、その分、柱を太くすることができる。また、トラック溝14,24の曲率中心が一致していることから、継手が折り曲げ角を付けた状態で回転してもボール40が半径方向に移動しない。そのため、図8(b)に示すように、半径方向にボール40を抱える構造を採用することができる。図8(b)は、ボール40の半径方向外側への移動を規制することができるように、ポケット36の円周方向の内壁面をボール40の外径より僅かに大きい円弧形の断面形状とした場合を例示している。
【0025】
ケージ30の外周面32と内周面34は同心であり、図7において、外周面32の曲率半径および内周面34の曲率半径をそれぞれ符号CoおよびCiで示してある。ケージ30の外周面32と外輪10の内周面12とは、曲率中心が一致し、かつ、所定のすきまを設けたほぼ同一の曲率半径である。また、ケージ30の内周面34と内輪20の外周面22とは、曲率中心が同一で、かつ、所定のすきまを設けたほぼ同一の曲率半径である。したがって、外輪10の内周面12はケージ30の外周面32により、さらにケージ30の内周面34は内輪20の外周面22により、拘束される。
【0026】
図1および図7に示すように、ケージ30の内周面34はケージ30とリング38に分割されている。符号39はリング38の止め輪を示す。このような構成とすることによって組立が容易となる。すなわち、外輪10にケージ30を組み込み、8個のボール40を所定の位置にすべて入れた後に、内輪20とシャフト5をセレーション26により結合した上で組み込むことができる。最後にリング38を挿入し、止め輪39で固定する。なお、図示は省略したが、内輪20とシャフト5は一体化した構造とすることも可能である。
【0027】
次に、図9および図10に示す実施の形態について説明する。この実施の形態の固定型等速自在継手は、上述の実施の形態における互いに平行なトラック溝の対を、継手の中心線に対して傾斜させたものである。
【0028】
図11に外輪50の縦断面を、図12に外輪50の横断面(図11のXII−XII断面)を示す。外輪50は部分球形の内周面52を有し、その内周面52に四対のトラック溝54が形成されているのは上述の実施の形態と同じであるが、各対のトラック溝54が、上述の実施の形態では互いに平行であったのに対し、ここでは継手の中心線に対して傾斜している。言い換えるならば、一対のトラック溝54は、外輪50の奥端(図11の左)側から開口端(図11の右)側に向かって末広がりとなっている。
【0029】
図13に内輪60の正面を、図14に内輪60の側面を示す。内輪60は部分球形の外周面62を有し、その外周面62に四対のトラック溝64が形成されている。外輪50の場合と同様に、各対のトラック溝64が、上述の実施の形態では互いに平行であったのに対し、ここでは継手中心線に対して傾斜している。言い換えるならば、一対のトラック溝64は、外輪50の開口側に対応する一端(図13の左)側から外輪50の奥側に対応する他端(図13の右)側に向かって末広がりとなっている。組になる二つのトラック溝54はマウス(開口)側に開いたハの字形状であるが、反対にマウス側に閉じた形状でも、また同方向に傾いた形状でもよい。ただし、内輪60のトラック溝64についてはそれぞれに対応した形状をなす。
【0030】
図15にケージ70の正面を、図16にケージ70の横断面を示す。ケージ70は、球状の外周面72と、球状の内周面74と、円周方向に等配した四つのポケット76を有する。各ポケット76は二つのボール80を収容するので(図10参照)、ケージ70としては合計8個のボール80を保持することになる。ここでも、各ポケットに一つのボールを収容する場合に比べてポケット間の柱の数が少なくなるため、柱を太くすることができる。外輪50の内周面52はケージ70の外周面72により、さらにケージ70の外周面72と同心である内周面74は内輪60の外周面62により、拘束される。
【0031】
【発明の効果】
既に述べたとおり、一般にトラック溝はボールをアンギュラーで抱え、その接触角が大きいほど負荷能力が高くなる。しかし、図17、図18に関連して述べたようにトラック溝深さが不均一の場合、接触角の大きさはトラック溝の最も浅い部分で決まり、設計的な無駄が入る。本発明によれば、内外輪ともにトラック溝深さは軸方向に一定であるため、折り曲げ角を大きくとっても接触点が乗り上げることがなく、強度面において有利である。また、強度確保ができたことに伴い、その分を最低限削ることによってPCDを小さくすることができる。PCDが小さくできるため、外輪外径を小さくしてコストダウンを図ることができる。
【0032】
本発明では隣り合う二つのトラック溝は平行であるので球面幅が一定であるので、鍛造時の押しつぶされたときの材料の流れ込みがしやすくなる。さらに、トラック深さが一定であるためつぶしやすく、従来の不均一なトラック溝よりも製造しやすい。
【0033】
従来の固定型等速自在継手の場合、折り曲げ角をとって回転するとき、ボールがケージのポケット内で半径方向に移動する必要があり、ケージのエッジ強度を確保する上で不利であった。本発明によれば、ボールは半径方向に移動することはなく、したがって、ケージのエッジ強度を確保しやすい。また、ボールが半径方向に移動しないため、ボールをケージで抱えて半径方向外方への移動を規制することができる。したがって、ボールが外輪トラック溝を外れても外に飛び出る心配がないので、高折り曲げ角を保証することができる。さらに、ケージ窓枠部に軸方向の分力がかからないため、強度面において有利である。
【0034】
トラック溝深さが一定であるため、その分、ケージ厚さを増すことができる。しかも、ポケット数を4にして柱を太くできるため、従来のポケット数8のケージに比べて加工面、コスト面において有利である。
【0035】
トラック溝半径方向の最大径が内外輪ともにジョイントセンターと一致するため、外輪にケージを組み込んだ状態で先にボールを入れ、後から内輪を入れる、といった組立が可能である。この場合、ケージを分解構造にして幅中央から一端側の内周面を分離可能な部材で構成させる。このようなボール先行の組立が可能となったことに伴い、内輪とシャフトを一体構造とすることが可能となる。さらに、内輪とシャフトを一体構造とすると、セレーションが不要となるため、外輪外径を小さくでき、部品点数の削減、コストダウンができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の実施の形態を示す固定型等速自在継手の縦断面図である。
【図2】図1のI−II断面図である。
【図3】図1に示す固定型等速自在継手の外輪の縦断面図である。
【図4】図3のIV−IV矢視図である。
【図5】図1に示す固定型等速自在継手の内輪の正面図である。
【図6】図5の内輪の側面図である。
【図7】図1に示す固定型等速自在継手のケージの縦断面図である。
【図8】(a)は図7のケージの横断面図、
(b)は図8(a)のb−b断面図である。
【図9】第二の実施の形態を示す固定型等速自在継手の縦断面図である。
【図10】図9のX−X断面図である。
【図11】図9に示す固定型等速自在継手の外輪の縦断面図である。
【図12】図11のXII−XII矢視図である。
【図13】図9に示す固定型等速自在継手の内輪の正面図である。
【図14】図13の内輪の側面図である。
【図15】図9に示す固定型等速自在継手のケージの正面図である。
【図16】図15のケージの横断面図である。
【図17】従来の技術を示す固定型等速自在継手の縦断面図である。
【図18】図17の固定型等速自在継手の横断面図である。
【図19】ボールとトラック溝のアンギュラーコンタクトを示す断面図である。
【図20】折り曲げ角をとった状態を示す図17と類似の縦断面図である。
【符号の説明】
10,50 外輪
12,52 内周面
14,54 トラック溝
20,60 内輪
22,62 外周面
24,64 トラック溝
30,70 ケージ
32,72 外周面
34,74 内周面
36,76 ポケット
38 リング
39 止め輪
40,80 ボール
Claims (5)
- ボールを案内する複数のトラック溝をもった外輪と、ボールを案内する複数のトラック溝をもった内輪と、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝との間に介在してトルクを伝達するボールと、複数のボールを継手の折り曲げ角の二等分面上に配置するケージとから構成される固定型等速自在継手において、外輪のトラック溝のボール軌道中心線と内輪のトラック溝のボール軌道中心線とが、継手の折り曲げ点を中心とする球と、継手の中心線を含まず、継手の中心線を含む平面からボールの半径以上離れた平面との交線をなすことを特徴とする固定型等速自在継手。
- 前記ケージが、組になる二つのボールを一つのポケットでかかえることを特徴とする請求項1に記載の固定型等速自在継手。
- 各対のトラック溝がジョイント中心線と平行であることを特徴とする請求項1または2に記載の固定型等速自在継手。
- 各対のトラック溝がジョイント中心線に対して傾斜していることを特徴とする請求項1または2に記載の固定型等速自在継手。
- 内輪とシャフトを一体化させたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の固定型等速自在継手。
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