JP5241078B2 - 固定式等速自在継手 - Google Patents

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Description

この発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達系の駆動側と従動側の二軸間に配設されて角度変位のみを許容する固定式等速自在継手であって、高作動角時の捩り疲労強度または準静捩り強度の向上を図ったものである。
自動車のドライブシャフトのアクスル連結部や、ステアリングシャフトのシャフト折曲げ連結部には、固定式等速自在継手が一般に使用される。この固定式等速自在継手として、従来、ゼッパ型等速自在継手やアンダーカットフリー型（以下ＵＪ型という）等速自在継手が知られている。一方、自動車の乗り心地や衝突安全性向上の観点からホイールベースを長くした場合、そのままでは車両回転半径が大きくなる。車両回転半径を小さくするためには固定式等速自在継手の高角化による前輪の操舵角増大が求められる。
固定式等速自在継手であるゼッパ型等速自在継手は、外輪、内輪、ボールおよびケージから成る。外輪の内球面には複数の曲線状のボール溝が等間隔で形成される。内輪の外球面には同数の曲線状ボール溝が形成される。外輪ボール溝の曲率中心と、内輪ボール溝の曲率中心とは、継手の中心Ｏに対して左右に等距離オフセットされる。ボールは外輪ボール溝と内輪ボール溝間に組込まれ、ケージは外輪と内輪間に組込まれる。ケージは、外輪の内球面と内輪の外球面に接触案内される球面を内外に有する。また、ケージは、ボールを収容する窓を周方向等間隔に有する。
ＵＪ型等速自在継手は、ゼッパ型等速自在継手よりも高作動角とするために発明されたもので、外輪の案内溝のボール中心軌跡が、上記ゼッパ型の子午線の円弧のうち、外輪の案内溝中心を通る軸直角断面より外輪の開口側の部分が継手軸と平行な直線となっている。
図５（Ａ）、（Ｂ）に８個ボールの等速自在継手用外輪１０を示す。１２は内球面、１４はボール溝、１６ａは面取り、１６ｂは円筒部、α0は球面角、Ｄ0は外輪１０の中心から円筒部１６ｂ開始位置までの軸方向距離である。この外輪１０に対して図６のケージ２０を組み付ける場合、図７、図８のように、ケージ２０の軸線を外輪軸線に対して９０°傾斜させた状態で外輪１０の軸方向から装入する（特許文献１の図１２、特許文献２の図５、特許文献３の図５参照）。別法として、ケージ２０と外輪１０の軸線を同軸にして外輪１０の軸方向から装入する場合もある。
前者の挿入方法は、詳しくはケージ２０に対して図示しない内輪を９０度傾け、その状態でケージ２０内に内輪を挿入した後、ケージ２０の軸心と内輪の軸心とが一致する方向に両部品を相対的に９０度回転させてケージ２０内に内輪を組み込む。次に、ケージ２０付内輪と外輪１０とを図７、図８のように相対的に９０度に傾け、外輪１０内にケージ２０付内輪を挿入した後、外輪１０と内輪の軸心が一致する方向に両部品を９０度傾けて外輪１０内にケージ付内輪を組み込む。
特開平６−１９３６４５号公報 実開平５−４５２５３号公報 特開平９−１７７８１４号公報
トルク伝達部材としてボールを使用する等速自在継手の外輪１０に対して、前述のようにケージ２０を相対的に９０度に傾けて入れ込む場合、図８のように外輪開口の最小内径を形成する間口部としての円筒部１６ｂと、ケージ２０の最小外径となるボール保持窓２１の外縁隣接面２２とが互いに干渉しないように寸法関係を設定する。従来は外輪１０の間口円筒部１６ｂを一律に半径方向外方に後退させてケージ２０の最小外径たる外縁隣接面２２との干渉を回避している。外輪１０の間口円筒部１６ｂを後退させると外輪１０の球面角α0が減少し外輪強度が低下するが、従来の継手ではケージ２０の入れ込み作業性の観点から間口円筒部１６ｂを一律に後退させていた。
本発明は斯かる実情に鑑み、トルク伝達ボールを備えた固定式等速自在継手において、外輪開口側の一つ又は二つの間口部だけを後退させることにより、その分だけケージの最小外径を増大させてケージの強度向上を図るとともに、それ以外の外輪間口部ではケージの最小外径如何に拘わらず必要な内球面領域ないし球面角の確保により高作動角時の継手強度向上を図ることを目的とする。
一方、８個のトルク伝達ボールを備えた等速自在継手では６個ボールの等速自在継手に比べて継手内部の最適設計が進んでいる。このため、外輪開口側の1つ又は対向する開口部たけの後退に伴う外輪強度への影響は、８分の１又は８分の２という数量的な要因もあって６個ボールの継手ほど大きくはない。
請求項１に係る発明は、一端にて開口し内球面に軸方向に延びる８本のボール溝を形成した外輪と、外球面に軸方向に延びる８本のボール溝を形成した内輪と、対をなす外輪のボール溝と内輪のボール溝との間に組み込んだ８個のトルク伝達ボールと、外輪の内球面と内輪の外球面との間に介在してトルク伝達ボールを軸方向に保持するケージとを具備した固定式等速自在継手において、外輪開口側で内球面に隣接するとともに、内球面に形成された隣り合うボール溝間にあって外輪開口の最小内径を形成する間口部のうち、いずれか一つ又は互いに対向するいずれか二つの間口部を、当該一つ又は二つの間口部を通して、前記ケージ軸線を外輪軸線に対して直交状態とし、且つ、外輪中心に対してケージ軸線方向にオフセットさせていない状態のケージの入れ込みを許容するのに必要な寸法分だけ前記最小内径から半径方向外方に後退させ、前記半径方向外方に後退させた一つ又は二つの間口部を、外輪軸線と平行かつ外輪半径と垂直な平面にすると共に、ケージ外径面におけるボール保持窓の外縁の全周に対する隣接面のうち、ケージの入れ込みの際に前記半径方向外方に後退させた一つ又は二つの間口部を通る一つ又は二つの隣接面をケージ軸線と平行かつケージ半径と垂直な平面にしたことを特徴とする。
外輪の一つ又は二つの間口部を後退させることにより、当該間口部では球面角がある程度犠牲となるが、残りの間口部では必要な球面角を維持することができる一方、ケージ外径を全般的に増大させることができるからケージ強度の向上を図れ、継手全体として高作動角時の捩り疲労強度または準静捩り強度を向上させることができる。
また、上記のように、間口部を平面でカットした場合、円筒面でカットした場合に比べ、球面角が大きく寄与する間口部中央において外輪内球面の開口側領域を外側に向け延長することができる。このため、後退させた間口部が同じ内径であれば円筒面カットよりも平面カットの方が有利である。
また、上記のように、外輪の後退させた間口部が平面の場合は、ボール保持窓の外縁隣接面を円筒面にする必要はない。円筒面にすると必要以上にケージ肉厚を犠牲にすることになる。外輪の後退させた間口部が平面の場合は、ボール保持窓の外縁隣接面を間口部平面を通過可能な最大外径の平面とする。
前述のように、本発明は数個のボールの固定式等速自在継手の外輪開口の最小内径を形成する間口部のうち、いずれか一つ又は互いに対向するいずれか二つの間口部を所定寸法だけ半径方向外方に後退させたから、その分だけケージの最小外径を増大させてケージの強度向上を図るとともに、それ以外の外輪間口部ではケージの最小外径如何に拘わらず必要な内球面領域ないし球面角ができ、ケージ外球面と外輪内球面間の接触力のなす角α0が大きくなり軸方向の分力が増えることで接触力が減少し、強度・耐久性が向上する。また、球面部での摩擦損失が低減し効率が向上する。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１及び図２は参考例、図３及び図４は本発明を実施する形態の一例である。図１（Ａ）（Ｂ）は外輪間口部を円筒カットした参考例を示す。詳しくは、外輪１０はマウス部１０ａとこれに続くステム部（図示省略）とからなる。マウス部１０ａは一端にて開口した椀状で、その内周面は内球面１２とされる。この内球面１２に軸方向に延びる８本のボール溝１４が円周方向に等間隔に形成してある。
外輪１０のマウス部１０ａ開口側縁部には、内輪に結合するシャフトの最大作動角時にシャフトと当接する面取り１６ａが周方向に連続して形成される。この面取り１６ａと、マウス部１０ａの内球面１２の開口側との円弧状稜線１７がマウス部１０ａの最小内径φＢを形成する。これら円弧状稜線１７のうち、外輪１０の直径方向に互いに対向する一対の円弧状稜線１７が外輪軸線を中心とする円筒面１６ｃにカットされる。外輪１０の円筒部１６ｂの内側には内球面１２が続くので、円筒部１６ｂと内球面１２との境界は側面視でほぼ直線である。円筒面１６ｃ相互間距離φＡ１が、ボール溝１４を除くマウス部１０ａの開口側の最大内径を形成する（φＢ＜φＡ１）。なお、図１では内輪、ケージ及びボールは省略している。これらは従来のものを使用してよい。
前述のように円筒部１６ｂの内径を拡大してその面積を拡大すると、その分だけ内球面１２の開口側面積が奪われる関係にある。外輪１０に対してケージ２０を組込む場合、ケージ外径との干渉を避けるためには円筒部１６ｂの内径を大きくする必要がある。しかし、円筒部１６ｂの内径を一律に大きくすると、前述のように外輪内球面１２の面積減少を避けられないうえ、図５（Ａ）の球面角α0も小さくなる。これは、ケージ２０を外輪１０によって抜止め保持する面積が小さくなり面圧が高くなることを意味し、固定式等速自在継手の強度と耐久性が損なわれる結果となる。
したがって、所定の外輪内球面１２面積と球面角を確保するには、外輪円筒部１６ｂの内径を一定以下にする必要がある。外輪円筒部１６ｂ内径を小さくするには、ケージ２０の最小径を小さくしなければならない。ケージ外径面の窓外縁に軸方向で続く部分を削ればケージ２０の最小径を小さくすることができるが、ケージ２０の強度低下は免れない。
このように、外輪間口部内径とケージ外径は継手強度に関してトレードオフの関係にあるが、本発明は数個のボールの固定式等速自在継手という条件下で一つ又は二つの間口部を後退させることによりその分だけケージの最小外径を増大させてケージの強度向上を図ることが可能となった。後退させない外輪間口部ではケージの最小外径如何に拘わらず必要な内球面領域ないし球面角の確保により高作動角時の継手強度向上を図ることができる。
図２（Ａ）（Ｂ）は他の参考例を示すもので、外輪の間口部を平面１６ｄで構成した例である。その他は図１と同様である。すなわち、図１の円筒面１６ｃに代えて外輪間口部に平面１６ｄを形成したものである。平面１６ｄの相互間距離Ａ２が、ボール溝１４を除くマウス部１０ａの開口側の最大内径を形成する（φＢ＜Ａ２）。
なお、図１又は図２で互いに対向するいずれか二つの間口部を円筒面又は平面にする以外に、いずれか一つの間口部を円筒面又は平面にすることも可能である。
図３は本発明の実施形態に係る８個ボールの固定式等速自在継手に使用するケージを示すもので、ケージ２０のボール保持窓２１の隣接面のうち、ケージ２０の直径方向に位置する一対の隣接面をケージの軸線に対して平行かつケージ半径と垂直な平面２３にしたものである。その他は従来のケージと同じである。このケージ２０は図２の外輪１０と組み合わせて使用する。図４のようにケージ２０の軸線を外輪１０に対して９０度傾斜させた状態で外輪１０内に挿入する際、ケージ２０外径の後退した隣接面である平面２３が外輪１０の平面１６ｄと平行にすれ違う。ケージ２０の両側肩部はボール溝１４に一部入り込んだ状態で外輪１０内に挿入される。なお、外輪１０の円筒面１６ｃ又は平面１６ｄが一つの場合はケージ２０の平面２３も一つとする。外輪１０にケージ付内輪を入れ込む際の作業性を考慮して、すなわち、外輪１０の円筒面１６ｃ又は平面１６ｄとケージ２０の平面２３との位置合わせを容易にするため、必要に応じて、外輪１０とケージ２０の見やすい適所に刻印や塗料などによるマーキングを付すとよい。
尚、本発明の固定式等速自在継手は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
（Ａ）は参考例に係る８個ボールの固定式等速自在継手の外輪の縦断面図、（Ｂ）は同外輪の端面図。 （Ａ）は他の参考例に係る８個ボールの固定式等速自在継手の外輪の縦断面図、（Ｂ）は同外輪の端面図。 本発明の実施形態に係る８個ボールの固定式等速自在継手に使用するケージを示すもので、（Ａ）はケージの側面図、（Ｂ）はケージの正面図。 外輪に対してケージを９０度傾斜させて挿入する際の外輪正面図。 （Ａ）は従来の８個ボールの固定式等速自在継手外輪の縦断面図、（Ｂ）は同外輪の端面図。 （Ａ）はケージの側面図、（Ｂ）はケージの正面図。 従来の外輪に対してケージを９０度傾斜させて挿入する際の外輪縦断面図。 従来の外輪に対してケージを９０度傾斜させて挿入する際の外輪正面図。 従来の外輪の縦断面図。
１０ 外輪
１０ａ マウス部
１２ 内球面
１４ ボール溝
１６ａ 面取り
１６ｂ 円筒部
１６ｃ 円筒面
１６ｄ 平面

１７ 円弧状稜線
２０ ケージ
２１ ボール保持窓
２２ 外縁隣接面
２３ 平面
Ｃ１ トラック中心
Ｃ２ 球面中心
Ｃ３ トラック中心
ＣＬ 外輪中心軸
α0 球面角

Claims (1)

  1. 一端にて開口し内球面に軸方向に延びる８本のボール溝を形成した外輪と、外球面に軸方向に延びる８本のボール溝を形成した内輪と、対をなす外輪のボール溝と内輪のボール溝との間に組み込んだ８個のトルク伝達ボールと、外輪の内球面と内輪の外球面との間に介在してトルク伝達ボールを軸方向に保持するケージとを具備した固定式等速自在継手において、
    外輪開口側で内球面に隣接するとともに、内球面に形成された隣り合うボール溝間にあって外輪開口の最小内径を形成する間口部のうち、いずれか一つ又は互いに対向するいずれか二つの間口部を、当該一つ又は二つの間口部を通して、前記ケージ軸線を外輪軸線に対して直交状態とし、且つ、外輪中心に対してケージ軸線方向にオフセットさせていない状態のケージの入れ込みを許容するのに必要な寸法分だけ前記最小内径から半径方向外方に後退させ、
    前記半径方向外方に後退させた一つ又は二つの間口部を、外輪軸線と平行かつ外輪半径と垂直な平面にすると共に、ケージ外径面におけるボール保持窓の外縁の全周に対する隣接面のうち、ケージの入れ込みの際に前記半径方向外方に後退させた一つ又は二つの間口部を通る一つ又は二つの隣接面を、ケージ軸線と平行かつケージ半径と垂直な平面にした固定式等速自在継手。
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