JP4603441B2

JP4603441B2 - 等速ジョイント

Info

Publication number: JP4603441B2
Application number: JP2005220651A
Authority: JP
Inventors: 繁夫小林
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: JP2007032794A

Description

この発明は、駆動軸と被駆動軸の２軸を連結して、駆動軸の動力を被駆動軸に伝達する等速ジョイントに関するものである。

自動車のドライブシャフトの回転トルクを車軸に伝達する部品として等速ジョイントが従来から知られている。

上記等速ジョイントは、駆動軸と被駆動軸との等速性を維持しながら両軸の角度変位を許容する部材であるため、自動車以外の各種産業機械にも多用されている。

等速ジョイントには、角度変位のみを許容する固定型等速ジョイントと、角度変位と軸方向変位を許容する摺動型等速ジョイントとが存在し、その摺動型等速ジョイントとして、特許文献１に記載されたものが知られている。

上記特許文献１に記載された等速ジョイントは、軸線に平行な６つの平坦面で囲まれた６角形の中空穴を有する外輪と、その外輪の中空穴内に組込まれたトラニオン部材とから成り、上記トラニオン部材の外周には３つの第１球面と３つの第２球面を周方向に交互に形成し、上記３つの第１球面を上記平坦面の円周方向中央位置から円周方向の一方にずれた位置で各平坦面に接触させ、上記３つの第２球面を上記平坦面の円周方向中央位置から円周方向の他方にずれた位置で各平坦面に接触させて、外輪とトラニオン部材の相互間でトルク伝達を行なうようにしている。

上記等速ジョイントにおいては、部品点数が少ないため、小型、軽量化を図ることができると共に、外輪とトラニオン部材の相互間で角度変位あるいは軸方向変位が生じると、トラニオン部材の球面が平坦面に接触案内されるため、スムーズに変位させることができるという特徴を有している。
特許第３０５８２１３号公報

ところで、上記特許文献１に記載された等速ジョイントは、主として、自動車に用いられることから強度が要求され、外輪およびトラニオン部材のそれぞれが鉄鋼等の金属によって形成されている。

金属から成る等速ジョイントにおいては、強度が高いものの、重く、グリース潤滑が必要であり、動作音が大きい等の問題を有し、使用箇所への制限があった。例えば、事務機、音響機器、医療機器、家庭用電化製品等への使用には問題があった。

また、食品製造機器への使用においては、グリースの漏洩によって食品が汚染されるため、ブーツ等の取付けによるグリースの漏洩防止対策が必要となり、部品点数が多くなってコストも高く、等速ジョイントが大型化するという問題があった。

この発明の課題は、グリース潤滑を不要とすることができる軽量で小型の動作音の小さな、使用に制限を受けることが少ない等速ジョイントを提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明においては、軸線に平行な６つの平坦面で囲まれた６角形の中空穴を有する外輪と、その外輪の中空穴に組み込まれたトラニオン部材とから成り、前記トラニオン部材の外周に６つの球面が形成され、その６つの球面のうち、３つの第１球面は、前記各平坦面の円周方向中央位置から円周方向の一方にずれた位置で前記各平坦面とそれぞれ接触し、他の３つの第２球面は、前記各平坦面の円周方向中央位置から円周方向の他方にずれた位置で前記各平坦面とそれぞれ接触し、かつ、前記第１球面と前記第２球面とが円周方向に交互に配された等速ジョイントにおいて、前記外輪およびトラニオン部材のそれぞれを合成樹脂の成形品とし、前記外輪成形用の合成樹脂とトラニオン部材成形用の合成樹脂のベース樹脂を相違させた構成を採用したのである。

ここで、合成樹脂として、射出成形可能な合成樹脂を採用すると、量産性に優れ、均一な品質の等速ジョイントを得ることができる。

また、外輪とトラニオン部材のいずれか一方を潤滑性樹脂の成形品とすると、動作音のより小さな等速ジョイントを得ることができる。

さらに、外輪とトラニオン部材のうちいずれか一方を潤滑性樹脂の成形品とし、他方を潤滑性樹脂以外のエンジニアリングプラスチックの成形品とすると、機械的強度に優れ、等速性を長期にわたって維持することができる耐久性に優れた動作音の小さな等速ジョイントを得ることができる。

上記のように、外輪とトラニオン部材の双方を合成樹脂としたことにより、軽量であってトルク伝達時の動作音の小さな等速ジョイントを得ることができると共に、グリース潤滑を不要とすることができるので、ブーツの取付けを不要とすることができ、簡単な構造の小型、軽量の等速ジョイントを得ることができる。

このため、使用に制限を受けることが少なく、これまで使用が困難であった事務機、音響機器、医療機器、家庭用電化製品等の各機器への使用が可能となり、これら機器の設計の自由度を高め、小型化、低コスト化を図ることができる。

また、外輪成形用の合成樹脂とトラニオン部材成形用の合成樹脂のベース樹脂を相違させたことにより、外輪とトラニオン部材の摺接部での凝着を防止し、摩耗による等速性の低下を抑制することができる。このため、等速性を長期にわたって維持することができる耐久性に優れた等速ジョイントを得ることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、等速ジョイントは、外輪１とトラニオン部材１１とから成り、上記外輪１は、軸線に平行な６つの平坦面２で囲まれた正六角形の中空穴を有し、その中空穴内に上記トラニオン部材１１が組込まれている。

トラニオン部材１１の外周には、平坦面２と接触する３つの第１球面１２ａおよび３つの第２球面１２ｂが円周方向に交互に形成されている。

第１球面１２ａは、平坦面２の円周方向中央位置から円周方向の一方（同図では時計方向）にずれた位置で平坦面２と接触する。また、第２球面１２ｂは、平坦面２の円周方向中央位置から円周方向の他方（同図では反時計方向）にずれた位置で平坦面２と接触する。等速ジョイントが同図で時計方向に回転する場合、第１球面１２ａは回転方向に湾曲した形状をなし、第２球面１２ｂは反回転方向に湾曲した形状をなす。

第１球面１２ａと第２球面１２ｂとは周方向に対象であり、等速ジョイントが同図で反時計方向に回転する場合には、第１球面１２ａが反回転方向に湾曲した形状をなし、第２球面１２ｂが回転方向に湾曲した形状をなす。また、各平坦面２と各球面１２ａ、１２ｂとの各接触部における接触角線Ｃは継手内部で交わり、その交点を結ぶ線は、継手中心Ｏを重心とする正三角形をなす。また、トラニオン部材１１の中心部には貫通孔１３が設けられ、その貫通孔１３に挿入されたシャフト１４はトラニオン部材１１にスプライン結合される。

上記シャフト１４が同図で時計方向に回転すると、第１球面１２ａと平坦面２との接触部において、シャフト１４と外輪１との間のトルク伝達がなされる。逆に、シャフト１４が同図で反時計方向に回転すると、第２球面１２ｂと平坦面２との接触部においてトルク伝達がなされる。

図２（ａ）、（ｂ）は、図１に示す等速ジョイントが作動角を取った状態を示す。シャフト１４と外輪１との間に作動角θが付与されると、トラニオン部材１１の各球面１２ａ、１２ｂがそれぞれ、外輪１の各平坦面２に接触案内され、スムーズな角度変位を可能にする。また、シャフト１４と外輪１との間に軸方向変位が付与された場合にも、同様に、各球面１２ａ、１２ｂがそれぞれ各平坦面２に接触案内され、スムーズな軸方向変位を可能にする。

図３（ａ）、（ｂ）は、上述のトラニオン部材１１とシャフト１４とを一体化した例を示し、トラニオン部材１１の軸方向幅ｗを図１に示すトラニオン部材１１より小さくしてある。そのため、トラニオン部材１１の形状は、図１に示すものに比べて、円柱に近付き、より一層小さなものとすることができる。

図４（ａ）、（ｂ）は、図３に示すものと同様にトラニオン部材１１とシャフト１４とを一体化した例を示すが、シャフト１４を断面六角形としている点で相違している。

外輪１およびトラニオン部材１１は、合成樹脂の成形品から成り、外輪成形用の合成樹脂とトラニオン部材成形用の合成樹脂はベース樹脂が相違している。合成樹脂は等速ジョイントの使用条件によって適切なものを選択し、射出成形可能な合成樹脂が望ましい。射出成形可能な樹脂であれば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよい。

射出成形可能な樹脂には結晶性樹脂、非結晶性樹脂があり、いずれの樹脂を使用してもよいが、非結晶性樹脂は靱性が低く、許容量以上のトルクがかかった場合、急激な破壊が生じるため、結晶性樹脂を用いるのが好ましい。

好ましい合成樹脂として、潤滑特性の高い合成樹脂、例えば、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ナイロン樹脂、ＰＦＡやＦＥＰ、ＥＴＦＥ等の射出成形可能なフッ素樹脂、射出成形可能なポリイミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）、全芳香族ポリエステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド樹脂等を挙げることができる。

これらの各樹脂は単独で使用してもよく、２種類以上混合したポリマーアロイであってもよい。あるいは、上記以外の潤滑特性の低い合成樹脂に上記の合成樹脂を配合したポリマーアロイであってもよい。

また、潤滑特性の低い合成樹脂であっても、固体潤滑剤や潤滑油を添加することで潤滑特性を高めることにより使用可能である。固体潤滑剤として、ポリテトラフルオロエチレン、黒鉛、二硫化モリブデン等を挙げることができる。

また、合成樹脂にガラス繊維、炭素繊維、各種鉱物性繊維（ウィスカー）を配合して強度を高めてもよく、固体潤滑剤等と併用してもよい。

この発明で最も使用に適した材料は、ＰＯＭ、ナイロン樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫである。ナイロン樹脂はナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６、分子鎖中に芳香族環を有する半芳香族ナイロン等のいずれでもよい。ＰＯＭ、ナイロン樹脂、ＰＰＳは、耐熱性、潤滑性に優れ、比較的安価であるため、コストパフォーマンスに優れた等速ジョイントを得ることができる。

また、ＰＥＥＫは、補強材や潤滑剤を配合しなくても機械的強度や潤滑性に優れるため高機能な等速ジョイントを得ることができる。

上記のように、外輪１およびトラニオン部材１１を合成樹脂の成形品とすることによって、軽量であって、トルク伝達時の動作音の小さな等速ジョイントを得ることができると共に、グリース潤滑を不要とすることができる。また、グリース潤滑する必要がないため、ブーツの取付けを不要とすることができ、部品点数の少ない簡単な構造の小型の等速ジョイントを得ることができる。

このため、使用に制限を受けることが少なく、食品製造機器等の各種の機器に使用することが可能である。

また、外輪１およびトラニオン部材１１を合成樹脂の成形品とすることにより、樹脂の弾性力を利用して平坦面２と球面１２ａ、１２ｂの接触部に与圧を付与することができる。具体的には、トラニオン部材１１の各球面１２ａ、１２ｂが平坦面２と接触する接触点の外接円径を外輪１の各平坦面２が各球面１２ａ、１２ｂと接触する接触点の内接円径より大きくすることによって与圧を付与することができる。外接円径と内接円径の寸法差は、１／１００以下であることが好ましく、円滑な動作を得るためには０〜１／２００であることがより好ましい。

ここで、外輪１を、例えば、射出成形可能なポリイミド樹脂やＰＰＳ等で成形し、一方、トラニオン部材１１を全芳香族ポリエステル樹脂、ＰＥＥＫ、ポリアミドイミド樹脂等で成形して、外輪成形用の合成樹脂とトラニオン部材成形用の合成樹脂のベース樹脂を相違させることにより、外輪１とトラニオン部材１１の摺接部での凝着を防止し、摩耗による等速性の低下を抑制することができる。その結果、等速性を長期にわたって維持することができる耐久性に優れた等速ジョイントを得ることができる。

（ａ）はこの発明に係る等速ジョイントの縦断正面図、（ｂ）は同縦断側面図（ａ）は図１の等速ジョイントが作動角をとった状態の縦断正面図、（ｂ）は同縦断側面図（ａ）はシャフトが一体化されたトラニオン部材の正面図、（ｂ）は同側面図（ａ）はシャフトが一体化されたトラニオン部材の他の例を示す正面図、（ｂ）は同側面図

符号の説明

１外輪
２平坦面
１１トラニオン部材
１２ａ第１球面
１２ｂ第２球面

Claims

軸線に平行な６つの平坦面で囲まれた６角形の中空穴を有する外輪と、その外輪の中空穴に組み込まれたトラニオン部材とから成り、前記トラニオン部材の外周に６つの球面が形成され、その６つの球面のうち、３つの第１球面は、前記各平坦面の円周方向中央位置から円周方向の一方にずれた位置で前記各平坦面とそれぞれ接触し、他の３つの第２球面は、前記各平坦面の円周方向中央位置から円周方向の他方にずれた位置で前記各平坦面とそれぞれ接触し、かつ、前記第１球面と前記第２球面とが円周方向に交互に配された等速ジョイントにおいて、
前記外輪およびトラニオン部材のそれぞれを結晶性合成樹脂の射出成形品としてグリース潤滑およびブーツを不要とし、前記外輪成形用の合成樹脂とトラニオン部材成形用の合成樹脂のベース樹脂を相違させ、一方を潤滑性樹脂とし、他方をエンジニアリングプラスチックとしたことを特徴とする等速ジョイント。
前記等速ジョイントが、事務機、音響機器、医療機器、家庭用電化製品用の等速ジョイントであることを特徴とする請求項１に記載の等速ジョイント。
前記トラニオン部材の各球面が平坦面と接触する接触点の外接円径を、外輪の各平坦面が各球面と接触する接触点の内接円径より１／１００以下大きくすることによって与圧を付与したことを特徴とする請求項１又は２に記載の等速ジョイント。
軸線に平行な６つの平坦面で囲まれた６角形の中空穴を有する外輪と、その外輪の中空穴に組み込まれたトラニオン部材とから成り、前記トラニオン部材の外周に６つの球面が形成され、その６つの球面のうち、３つの第１球面は、前記各平坦面の円周方向中央位置から円周方向の一方にずれた位置で前記各平坦面とそれぞれ接触し、他の３つの第２球面は、前記各平坦面の円周方向中央位置から円周方向の他方にずれた位置で前記各平坦面とそれぞれ接触し、かつ、前記第１球面と前記第２球面とが円周方向に交互に配された等速ジョイントにおいて、
前記外輪およびトラニオン部材のそれぞれを合成樹脂の射出成形品としてグリース潤滑およびブーツを不要とし、前記外輪成形用の合成樹脂とトラニオン部材成形用の合成樹脂のベース樹脂を相違させ、前記トラニオン部材の各球面が平坦面と接触する接触点の外接円径を、外輪の各平坦面が各球面と接触する接触点の内接円径より１／１００以下大きくすることによって与圧を付与したことを特徴とする等速ジョイント。