JP5214336B2 - 固定式等速自在継手 - Google Patents

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Description

本発明は、固定式等速自在継手に関し、詳しくは、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用されるもので、駆動側と従動側の二軸間で角度変位のみを許容する固定式等速自在継手に関する。
例えば、自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達する手段として使用される等速自在継手の一種に固定式等速自在継手がある。この固定式等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結してその二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し得る構造を備えている。一般的に、前述した固定式等速自在継手としては、バーフィールド型（ＢＪ）やアンダーカットフリー型（ＵＪ）が広く知られている。
また、バーフィールド型（ＢＪ）の固定式等速自在継手は、図６に示すように、内径面１に複数のトラック溝２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪３と、外径面４に外輪３のトラック溝２と対をなす複数のトラック溝５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材としての内輪６と、外輪３のトラック溝２と内輪６のトラック溝５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、外輪３の内径面１と内輪６の外径面４との間に介在してボール７を保持するケージ８とを備えている。ケージ８には、ボール７が収容される窓部９が周方向に沿って複数配設されている。
外輪３のトラック溝２の開口端縁（側縁）および内輪６のトラック溝５の開口端縁（側縁）には、それらの両側縁での応力集中を回避するために、図７及び図８に示すように、チャンファ１０、１０、１１、１１が設けられている。
従来には、チャンファをＲ形状に仕上げたものがある（特許文献１〜特許文献３）。このように、チャンファをＲ形状に仕上げることによって、高負荷時（車両からの過大なトルク入力時）の応力集中を緩和し易くしている。また、Ｒ形状のチャンファは、高負荷時にボールがトラック溝に押し付けられてトラックエッジ（トラック溝側縁）に乗り上がったときに、エッジ欠けを防止して寿命の低下を防ぐようにしている。
ところで、図７に示すように、外輪３の開口側にはシャフトが角度をとったとき、ある角度以上の角度がとれないように角度制限のストッパーの役割をする入口テーパ部１２が設けられている。この入口テーパ部１２におけるトラック溝対応エッジ部１２ａ（トラック溝の軸方向端部のエッジ部）は、通常はシャープエッジとなっているが、高角時の応力集中を緩和するために、機械加工により面取される場合もある。また、内輪６のトラック溝５の軸方向端縁１３は、図８に示すように、シャープなエッジ部形状となっている。
実開平６−２４２３７号公報 実公平７−２５４５８号公報 特開２００８−２６２５号公報
等速自在継手が高負荷(車両からの過大なトルク入力)を受けたとき、ボール７がトラック溝２、５においてトラック側縁部まで乗り上がる現象が生じ、トラック両側縁部のチャンファ１０、１１までボール７が達してしまうことがある。そこで、従来では、チャンファ１０、１１をＲ形状にすることで応力集中を緩和し、チャンファ１０、１１のエッジ部が欠けてしまうのを防いでいる。
一方、予期せぬ高角作動時、特に等速自在継手の使用で想定される角度をなんらかの理由で超えてしまった場合、ボール７は、外輪３のトラック溝２の入口テーパ部１２におけるトラック溝対応エッジ部１２ａ、または内輪６のトラック溝６の軸方向端縁（エッジ部）１３まで移動し、ボール７がトラック溝対応エッジ部１２ａや軸方向端縁１３と接することになる。この状態で高トルクが負荷されると、ボール７がトラック溝対応エッジ部１２ａ等に食い込み、トラック溝対応エッジ部１２ａ等に欠けが生じてしまう。一度、過大な角度をとってトラック溝対応エッジ部１２ａ等に欠けが生じると、その欠けた部分からダメージが進行し、継手全体の耐久寿命が低下してしまう。
本発明は、上記課題に鑑みて、予期せぬ高角作動時、特に継手の使用で想定される角度を越えてしまった場合でも、ボールとエッジ部（トラック溝の軸方向端部のエッジ部）との干渉時の応力を緩和できて、エッジ部に欠けが生じ難く、継手全体の寿命を向上させることが可能な固定式等速自在継手を提供する。
本発明の第１の固定式等速自在継手は、内径面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、ボールを保持する保持器とを備えた固定型等速自在継手であって、外側継手部材のトラック溝のトラック入口端において、少なくともボール接触点対応部位に切欠アール部を設けるとともに、この切欠アール部は冷間鍛造成形にて仕上げられており、かつ、外側継手部材のトラック溝の研削加工に対して取り代を設け、このトラック溝の研削加工後も前記切欠アール部が冷間鍛造仕上げ部として残るものである。
本発明の第２の固定式等速自在継手は、内径面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、ボールを保持する保持器とを備えた固定型等速自在継手であって、内側継手部材のトラック溝のトラック入口端において、少なくともボール接触点対応部位に切欠アール部を設けるとともに、この切欠アール部は冷間鍛造成形にて仕上げられており、かつ、内側継手部材のトラック溝の研削加工に対して取り代を設け、このトラック溝の研削加工後も前記切欠アール部が冷間鍛造仕上げ部として残るものである。
本発明の第３の固定式等速自在継手は、内径面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、ボールを保持する保持器とを備えた固定型等速自在継手であって、外側継手部材のトラック溝のトラック入口端において、少なくともボール接触対応部位に切欠アール部を設けるとともに、内側継手部材のトラック溝のトラック入口端において、少なくともボール接触点対応部位に切欠アール部を設け、かつ、各切欠アール部は冷間鍛造成形にて仕上げられており、さらに、外側継手部材および内側継手部材の各トラック溝の研削加工に対して取り代を設け、各トラック溝の研削加工後も前記各切欠アール部が冷間鍛造仕上げ部として残るものである。
本発明によれば、予期せぬ高角作動時、特に使用時において想定されている角度をなんらかの理由で越えて、ボールが外側継手部材及び／又は内側継手部材のトラック溝の軸方向端部に位置したとしても、切欠アール部によって、ボールがこの軸方向端部に食い込むことを防止できる。
トラック溝全体が冷間鍛造成形にて仕上げられているものであってもよい。また、外側継手部材の入口端部に、奥側から入口側に向かって拡開するテーパ部を設け、このテーパ部が冷間鍛造成形にて仕上げられていたりしてもよい。
外側継手部材のトラック溝のピッチ円径と内側継手部材のトラック溝のピッチ円径との差であるＰＣＤすきまを、−０．０２ｍｍ〜＋０．３ｍｍとするのが好ましい。このように設定することによって、外側継手部材、内側継手部材、ボールおよび保持器（ケージ）からなる各構成要素間でのガタツキを必要最小限に抑制することが可能となる。なお、ＰＣＤすきまが−０．０２ｍｍよりも小さいと、等速自在継手の作業性を確保することが困難となり、逆に、＋０．３ｍｍよりも大きいと、各構成要素間でのガタツキが大きくなる。
本発明では、高角作動時等で、ボールが外側継手部材及び／又は内側継手部材のトラック溝の軸方向端部に位置したとしても、切欠アール部によって、ボールがこの軸方向端部に食い込むことを防止できる。すなわち、このような場合であっても、ボールとトラック溝のエッジ部（軸方向端部のエッジ部）との干渉時の応力を緩和し、エッジ部に欠けを生じにくくすることで、等速自在継手全体の寿命の向上を図ることができる。
切欠アール部は冷間鍛造成形で仕上げることができ、成形の複雑化を招かない。特に、トラック溝、切欠アール部、及び入口テーパ部を冷間鍛造で同時に仕上げれば、その後の後加工（旋削や熱処理後の研削仕上げ）を省略することができ、成形時間の短縮及び低コスト化を図ることができる。
また、トラック溝を研削加工にて仕上げる場合、トラック溝の研削加工に対して取り代を設け、トラック溝の研削加工後も前記切欠アール部が冷間鍛造仕上げ部として残るようにするのが好ましい。これによって、切欠アール部を安定して成形することができる。
ＰＣＤすきまを、−０．０２〜＋０．３ｍｍとすることによって、各構成要素間でのガタツキを必要最小限に抑制することが可能となり、この等速自在継手を車両に装着した際に、ガタ打ち音の発生を抑えることができる。
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。
本発明に係る固定式等速自在継手は、図１に示すように内径面２１に複数のトラック溝２２が軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪２３と、外径面２４に複数のトラック溝２５が軸方向に沿って形成された内側継手部材としての内輪２６とを備える。そして、外輪２３のトラック溝２２と内輪２６のトラック溝２５とが対をなし、トルクを伝達するボール２７が外輪２３のトラック溝２２と内輪２６のトラック溝２５との間に介在する。外輪２３の内径面２１と内輪２６の外径面２４との間にケージ（保持器）２８が介在され、この保持器２８の周方向に沿って所定ピッチで配設された複数の窓部（ポケット）２９にボール２７が保持される。
外輪２３のトラック溝２２や内輪２６のトラック溝２５は、鍛造加工のみ、又は鍛造加工後の削り加工等にて成形したゴシックアーチ状である。図４に示すように、ゴシックアーチ状とすることによって、トラック溝２２、２５とボール２７はアンギュラ接触となっている。すなわち、ボール２７は、外輪２３のトラック溝２２と２点Ｃ１１，Ｃ１２で接触し、内輪２６のトラック溝２５と２点Ｃ２１，Ｃ２２で接触している。ボール２７の中心Ｏ１と各トラック溝２２，２５との接触点Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２とのなす角度が、接触角αである。
外輪２３のトラック溝２２は、その両側縁（溝開口端縁）にチャンファ（面取部）３０、３０が設けられ、内輪２６のトラック溝２５は、その両側縁（溝開口端縁）にチャンファ（面取部）３１、３１が設けられている。また、外輪２３の開口端には、奥側から入口側に向かって拡開する入口テーパ部３５が設けられている。この入口テーパ部３５は角度制限のストッパーの役割をする。
図２（ａ）に示すように、外輪２３のトラック溝２２のトラック入口端２２ａにおいて、ボール接触点対応部位に切欠アール部３２，３２を設けている。また、図３（ａ）に示すように、内輪２６のトラック溝２５のトラック入口端２５ａにおいて、ボール接触点対応部位に切欠アール部３３，３３を設けている。
外輪２３の切欠アール部３２としては、図２（ｂ）に示すように、トラック入口端２２ａ全体に設けられるものであってもよい。また、内輪２６の切欠アール部３３としても、図３（ｂ）に示すように、トラック入口端２５ａ全体に設けられるものであってもよい。
ところで、外輪２３の切欠アール部３２や内輪２６の切欠アール部３３は、鍛造時に他の部分と同時に鍛造成形することによって成形することができる。また、トラック溝２２、２５を鍛造加工のみ、又は鍛造加工後の削り加工等にて成形する場合、鍛造後に切欠アール部３２、３３を切削、研削等の加工によって成形してもよい。
切欠アール部３２、３３を冷間鍛造で仕上げた後に、トラック溝２２、２５を研削加工で仕上げる場合、研削後に冷間鍛造で仕上げた切欠アール部が確実に残るように、トラック溝研削部に取り代を設定するのが好ましい。
例えば、図５（ａ）に示すような外輪２３の場合、図５（ｂ）に示すように、取り代３６をトラック溝２２に設定し、トラック溝２２の研削加工で取り代３６を除去すれば、冷間鍛造にて仕上げた切欠アール部３２に、トラック溝２２の研削加工の影響が及ばず、切欠アール部３２は冷間鍛造で仕上げた形を維持することができる。なお、図示省略したが、内輪２６においても、取り代３６をトラック溝２５の研削工程で残すようにしてもよい。
ところで、この等速自在継手では、ＰＣＤすきまを、−０．０２ｍｍ〜＋０．３ｍｍとする。ここで、ＰＣＤすきまとは、外輪２３のトラック溝２２のピッチ円径と内輪２６のトラック溝２５のピッチ円径との差、すなわち、外輪２３のトラック溝２２と接触する状態でのボール２７のピッチ円径（外輪ＰＣＤ）と内輪２６のトラック溝２５と接触する状態でのボール２７のピッチ円径（内輪ＰＣＤ）との差である。ＰＣＤすきまを０又は負とすることはＰＣＤすきまを詰めることを意味する。
ところで、前記実施形態では、外輪２３及び内輪２６に切欠アール部３２、３３を設けたが、他の実施形態として、外輪２３のみに切欠アール部３２を設けた等速自在継手であっても、内輪２６のみに切欠アール部３３に設けた等速自在継手であってもよい。
また、前記実施形態では、ボール２７とトラック溝２２、２５がアンギュラコンタクトする場合であったが、等速自在継手には、ボール２７とトラック溝２２、２５がサーキュラコンタクトするものもある。このようにサーキュラコンタクトするものでは、ボールと内輪及びボールと外輪トラックの接触点が一点で、接触点がトラック溝断面全域で移動することになる。このため、図２（ｂ）や図３（ｂ）に示すように、トラック入口端２２ａ、２５ａ全体に切欠アール部３２、３３を形成することによって対応できる。
本発明では、高角作動時に、ボール２７が外輪２３及び／又は内輪２６のトラック溝２２、２５の軸方向端部に位置したときにおいて、ボール２７がこの軸方向端部に食い込むことを防止できる。すなわち、ボール２７とトラック溝２２、２５のエッジ部（軸方向端部のエッジ部）との干渉時の応力を緩和し、エッジ部に欠けを生じにくくすることで、等速自在継手全体の寿命の向上を図ることができる。
切欠アール部３２、３３は冷間鍛造成形や切削加工等で仕上げることができ、成形の複雑化を招かない。特に、トラック溝２２、２５、切欠アール部３２、３３、及び入口テーパ部３５を冷間鍛造で同時に仕上げれば、その後の後加工（旋削や熱処理後の研削仕上げ）を省略することができ、成形時間の短縮及び低コスト化を図ることができる。
切欠アール部３２、３３を冷間鍛造で仕上げた後に、トラック溝２２、２５を研削加工で仕上げる場合、トラック溝研削部に取り代を設定するのが好ましい。トラック溝２２、２５の研削加工で取り代を除去すれば、冷間鍛造にて仕上げた切欠アール部３２、３３に、トラック溝２２、２５の研削加工の影響が及ばず、切欠アール部３２、３３は冷間鍛造で仕上げた形を維持することができ、切欠アール部を低コストで成形することができる。
ＰＣＤすきまを、−０．０２〜＋０．３ｍｍとすることによって、各構成要素間でのガタツキを必要最小限に抑制することが可能となり、この等速自在継手を車両に装着した際に、ガタ打ち音の発生を抑えることができる。すなわち、このようにＰＣＤすきまを小さくすることで、ボール２７の荷重が抜ける位相領域を減少あるいは無くすことができる。その結果、外輪２３のトラック溝２２から一旦外れた後に再びトラック溝２２に収まるまでボール２７の挙動を安定化させることができ、ボール２７の荷重が抜ける位相領域を減少あるいは無くすことによってもボール２７の挙動を安定化させることができ、振動や異音の発生を抑制することができる。
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、例えば、成形される切欠アール部３２，３３の大きさ、曲率半径等はボールが食い込みにくく、ボールの転動や作動角をとる場合等に支障を来さない範囲で種々変更可能である。また、等速自在継手として、継手作動角の高角化を図るために、トラック溝底がそれぞれ円弧部とストレート部とを備えるアンダーカットフリー型であっても、アンダーカットフリー型の直線部分がテーパ形状を呈している形状のものであってもよい。また、トラック溝底がそれぞれ曲率半径が相違する複数の円弧部を備えたものであっても、外輪２３のトラック溝２２の曲率中心および内輪２６のトラック溝２５の曲率中心をそれぞれ継手軸線よりも径方向にオフセット（径方向にオフセット）させたものであってもよい。さらには、トラック溝２２，２５の周方向配設ピッチが等ピッチであっても不等ピッチであってもよく、ボール数の増減、つまりトラック溝２２，２５の増減も任意である。
本発明の実施形態を示す固定式等速自在継手の断面図である。 前記固定式等速自在継手の外輪に成形される切欠アール部を示し、（ａ）はボール接触点対応部位に設けた場合の要部斜視図であり、（ｂ）は軸方向端部全体に設けた場合の要部斜視図である。 前記固定式等速自在継手の内輪に成形される切欠アール部を示し、（ａ）はボール接触点対応部位に設けた場合の要部斜視図であり、（ｂ）は軸方向端部全体に設けた場合の要部斜視図である。 前記固定式等速自在継手のトラック溝の形状を説明する断面図である。 前記固定式等速自在継手の外輪の成形方法を示し、（ａ）は完成品の要部拡大断面図であり、（ｂ）は取り代分を有する状態の要部拡大断面図である。 従来の固定式等速自在継手の断面図である。 従来の固定式等速自在継手の外輪の簡略斜視図である。 従来の固定式等速自在継手の内輪の簡略斜視図である。
符号の説明
２１ 内径面
２２，２５ トラック溝
２２ａ トラック入口端
２４ 外径面
２５ａ トラック入口端
２７ ボール
２８ 保持器
３２，３３ 切欠アール部
３６ 取り代

Claims (6)

  1. 内径面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、ボールを保持する保持器とを備えた固定型等速自在継手であって、
    外側継手部材のトラック溝のトラック入口端において、少なくともボール接触点対応部位に切欠アール部を設けるとともに、この切欠アール部は冷間鍛造成形にて仕上げられており、かつ、外側継手部材のトラック溝の研削加工に対して取り代を設け、このトラック溝の研削加工後も前記切欠アール部が冷間鍛造仕上げ部として残ることを特徴とする固定式等速自在継手。
  2. 内径面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、ボールを保持する保持器とを備えた固定型等速自在継手であって、
    内側継手部材のトラック溝のトラック入口端において、少なくともボール接触点対応部位に切欠アール部を設けるとともに、この切欠アール部は冷間鍛造成形にて仕上げられており、かつ、内側継手部材のトラック溝の研削加工に対して取り代を設け、このトラック溝の研削加工後も前記切欠アール部が冷間鍛造仕上げ部として残ることを特徴とする固定式等速自在継手。
  3. 内径面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、ボールを保持する保持器とを備えた固定型等速自在継手であって、
    外側継手部材のトラック溝のトラック入口端において、少なくともボール接触対応部位に切欠アール部を設けるとともに、内側継手部材のトラック溝のトラック入口端において、少なくともボール接触点対応部位に切欠アール部を設け、かつ、各切欠アール部は冷間鍛造成形にて仕上げられており、さらに、外側継手部材および内側継手部材の各トラック溝の研削加工に対して取り代を設け、各トラック溝の研削加工後も前記各切欠アール部が冷間鍛造仕上げ部として残ることを特徴とする固定式等速自在継手。
  4. トラック溝全体が冷間鍛造成形にて仕上げられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
  5. 外側継手部材の入口端部に、奥側から入口側に向かって拡開するテーパ部を設け、このテーパ部が冷間鍛造成形にて仕上げられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
  6. 外側継手部材のトラック溝のピッチ円径と内側継手部材のトラック溝のピッチ円径との差であるＰＣＤすきまを、−０．０２ｍｍ〜＋０．３ｍｍとしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
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