JP5967185B2

JP5967185B2 - ボール型等速ジョイント

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Publication number: JP5967185B2
Application number: JP2014262625A
Authority: JP
Inventors: 百合半田; 鈴木　聡; 聡鈴木
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2030-07-07
Also published as: JP2015057574A

Description

本発明は、ボール型等速ジョイントに関するものである。

従来、ボール型等速ジョイントの組み付けにおいて、特開２０００−１５４８３３号公報（特許文献１）の図５に記載されているように、保持器の内側に内輪を組み付けることが行われる。具体的には、内輪の軸方向と保持器の軸方向をほぼ直交させた状態として、隣り合う内輪ボール溝の側壁面により構成される溝壁突条部（内輪外周突部）の１つを、保持器の窓部に挿入する。この状態で、保持器に対して内輪を内輪軸回りに回転させることで、保持器の内側に内輪全体を入り込ませる。その後に、内輪の軸方向と保持器の軸方向とを一致させて、内輪と保持器の組み付けが完了する。

この組み付けの際に、内輪の溝壁突条部（内輪外周突部）を保持器の窓部に挿入するために、内輪の外周側のうち軸方向一端には、径方向内方に向かって切欠が形成されている（特許文献１の図１参照）。これにより、内輪の溝壁突条部の軸方向長さが狭くなり、保持器の窓部に挿入させることができるようになっている。

特開２０００−１５４８３３号公報

ところで、保持器は、保持器の軸方向両側の環状部分を複数の柱部により連結された形状をなしている。つまり、保持器の窓部は、隣り合う柱部と軸方向両側の環状部分とにより囲まれた部分である。そして、柱部付近は、高い強度および剛性を確保することが容易ではない。特に、等速ジョイントを小型化するために、内輪および保持器を小型化しようとすると、保持器の内側に内輪を組み付けることができなくなる。保持器の柱部を細くすることで、当該組み付けが可能となるが、保持器の強度および剛性を低下させることになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、保持器の強度および剛性を確保しつつ、ボール型等速ジョイントの小型化を図ることができるボール型等速ジョイントを提供することを目的とする。

本発明のボール型等速ジョイントは、少なくとも軸方向一方に開口部を備える筒状に形成され、内周面に外輪ボール溝が複数形成された外輪と、前記外輪の内側に配置され、外周面に内輪ボール溝が複数形成された内輪と、それぞれの前記外輪ボール溝および前記内輪ボール溝を転動し、前記外輪と前記内輪との間でトルクを伝達する複数のボールと、環状に形成され、前記外輪と前記内輪との間に配置され、周方向に前記ボールをそれぞれ収容する複数の窓部が形成された保持器と、を備えるボール型等速ジョイントにおいて、前記内輪の軸方向一方側において、前記内輪ボール溝の溝底は、円弧状に設定され、前記内輪の軸方向他方側において、前記内輪ボール溝の溝底は、直線状に設定され、隣り合う前記内輪ボール溝の側壁面により構成される複数の溝壁突条部のうち少なくとも１つには、前記内輪の軸方向両端側の前記内輪の外周側に、切欠がそれぞれ形成され、前記軸方向他方側の前記切欠は、軸方向において、トルク伝達時における前記内輪ボール溝と前記ボールとの接点軌跡より前記軸方向他方側に設定され、かつ、径方向において、前記接点軌跡の延長線より径方向内方であって前記溝底よりも径方向外方に位置するように設定される。

保持器の内側に内輪を組み付けるには、内輪の溝壁突条部（内輪の外周側の突部）を保持器の窓部に対してより深く挿入する必要がある。本発明は、内輪の溝壁突条部（内輪外周突部）の外周面のうち軸方向両端側に、切欠が形成されている。従って、従来に比べて、同程度のボール型等速ジョイントの大きさであれば、当該溝壁突条部を保持器の窓部へより深く挿入することができる。換言すると、本発明によれば、ボール型等速ジョイントを小型化したとしても、保持器の内側に内輪を組み付けることができる。ここで、保持器の柱部を細くすることもないため、保持器の強度および剛性を従来と同程度に確保することができる。このように、本発明によれば、保持器の強度および剛性を確保しつつ、ボール型等速ジョイントの小型化を図ることができる。

従来に比べて、ジョイント作動角を所定の角度として、内輪の外径を小さくするように設計変更した場合には、トルク伝達時、すなわちボール型等速ジョイントの使用状態におけるボールの動作範囲は短くなる。このことは、ある点を中心とした円弧長は、半径が大きいほど長くなり、半径が小さいほど短くなる関係から明らかである。一方、内輪の内周面には、シャフトの外周面とトルク伝達を可能とするために、例えばスプラインが形成されている。必要なトルクを伝達するためには、当該スプラインの軸方向長さは設計上決定される。つまり、内輪の軸方向長さは、スプラインの軸方向長さから決定される。従って、内輪の外径の小型化を図ることによりボールの動作範囲が狭くなるのに対して、必要な内輪の軸方向長さは変わらないため、内輪ボール溝において内輪ボール溝とボールとの接点軌跡を確保しなくてもよい部分が存在することになる。そこで、この部分を利用して、本発明は、軸方向他方側において切欠を形成することにしている。一方、内輪の軸方向一方側においてボールの中心軌跡が円弧状の場合には、切欠形成前の溝壁突条部の外周面から溝底までの距離は十分に長い。

つまり、本発明は、軸方向他方側の切欠が形成される軸方向位置は、内輪ボール溝とボールとの接点軌跡が設定されないようにしている。これにより、軸方向他方側の切欠の径方向深さを十分に深くすることができる。従って、内輪および保持器を小型化したとしても、内輪と保持器の組み付けが可能となる。

ボール型等速ジョイントの軸方向断面図である。内輪の拡大軸方向部分断面図である。ボール型等速ジョイントの内輪を保持器内に組み込む時の状態を示す図であり、（ａ）は保持器を軸方向に切断した図であり、（ｂ）は（ａ）の右側から見た図である。（ｂ）は、内輪が保持器の窓部に挿入されている状態を示すために、保持器の一部を断面図として示している。

本実施形態のボール型等速ジョイント１０（以下、単に「等速ジョイント」と称す）の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る等速ジョイント１０の所定角度のジョイント作動角θをとった状態の軸方向断面図である。なお、以下の説明において、外輪２０の開口側とは、図１の左側を意味し、外輪２０の奥側とは、図１の右側を意味する。

本実施形態の等速ジョイント１０は、図１に示すように、ジョイント中心固定式ボール型等速ジョイント（「ツェッパ形等速ジョイント」とも称す）であって、自動車のフロント用ドライブシャフトのアウトボードジョイントとして好適に使用されるものである。もちろん、リヤ用ドライブシャフトにも適用可能である。特に、本実施形態においては、アンダーカットフリー型（ＵＦ）のジョイント中心固定式ボール型等速ジョイントを例に挙げて説明する。

この等速ジョイント１０は、複数の外輪ボール溝２３を有する外輪２０と、複数の内輪ボール溝３２を有する内輪３０と、複数のボール４０と、保持器５０と、シャフト６０とを備えて構成されている。以下、各構成部品について詳細に説明する。

外輪２０は、図１の左側（本発明の「軸方向一方側」に相当）に開口部を備えるカップ状（有底筒状）に形成されている。この外輪２０のカップ底部の外方（図１の右側）には、連結軸２１が外輪軸方向に延びるように一体形成されている。この連結軸２１は、他の動力伝達軸に連結される。外輪２０の内周面は、凹球面状に形成されている。具体的には、外輪２０の凹球面状内周面２２は、外輪軸線Ｌ１と内輪軸線Ｌ２との交点Ｏを曲率中心として描かれる球面の一部により形成されており、外輪軸方向に切断した断面で見た場合に凹円弧状に形成されている。

さらに、外輪２０の内周面には、外輪軸直交方向断面がほぼ凹円弧状の複数の外輪ボール溝２３が、ほぼ外輪軸方向に延びるように形成されている。これら複数（本実施形態では６本）の外輪ボール溝２３は、径方向に切断した断面で見た場合に、周方向に等間隔（本実施形態においては６０度間隔）に形成されている。ここで、外輪軸方向とは、外輪２０の中心軸を通る方向、すなわち、外輪２０の回転軸方向を意味する。

内輪３０は、環状に形成され、外輪２０の内側に配置されている。この内輪３０の外周面３１は、凸球面状に形成されている。具体的には、内輪３０の凸球面状外周面３１は、外輪軸線Ｌ１と内輪軸線Ｌ２との交点Ｏを曲率中心として描かれる球面の一部により形成されており、内輪軸方向に切断した断面で見た場合に凸円弧状に形成されている。

また、内輪３０の外周面には、内輪軸直交方向断面がほぼ円弧凹状の複数の内輪ボール溝３２が、ほぼ内輪軸方向に延びるように形成されている。これら複数（本実施形態では６本）の内輪ボール溝３２は、径方向に切断した断面で見た場合に、周方向に等間隔（本実施形態では６０度間隔）に、且つ、外輪２０に形成される外輪ボール溝２３と同数形成されている。つまり、それぞれの内輪ボール溝３２が、外輪２０のそれぞれの外輪ボール溝２３に対向するように位置する。

隣り合う内輪ボール溝３２の間には、これらの内輪ボール溝３２のそれぞれの壁面により構成され、径方向外方に突出する溝壁突条部３３がそれぞれ形成されている。各溝壁突条部３３の軸方向一端側（図１の左側）の凸球面状外周面３１側には、径方向内方に向かって第一切欠３４が設けられている。さらに、各溝壁突条部３３の軸方向他端側（図１の右側）の凸球面状外周面３１側には、径方向内方に向かって第二切欠３６が設けられている。この第一切欠３４および第二切欠３６により、溝壁突条部３３の半径方向先端部の軸方向長さが短くされている。第一切欠３４および第二切欠３６の詳細については、図２を参照して後述する。この第一切欠３４および第二切欠３６は、全ての溝壁突条部３３に形成しているが、一つの溝壁突条部３３のみに形成してもよい。

また、内輪３０の内周面には、内輪軸方向に延びる内歯スプライン３５が形成されている。この内歯スプライン３５は、シャフト６０の外歯スプラインに嵌合（噛合）されている。ここで、内輪軸方向とは、内輪３０の中心軸を通る方向、すなわち、内輪３０の回転軸方向を意味する。

複数のボール４０は、それぞれ、外輪２０の外輪ボール溝２３と、当該外輪ボール溝２３に対向する内輪３０の内輪ボール溝３２に挟まれるように配置されている。そして、それぞれのボール４０は、それぞれの外輪ボール溝２３およびそれぞれの内輪ボール溝３２に対して、転動自在で周方向（外輪軸回りまたは内輪軸回り）に係合している。従って、ボール４０は、外輪２０と内輪３０との間でトルクを伝達する。

保持器５０は、環状に形成されている。この保持器５０の外周面５１は、外輪２０の凹球面状内周面２２にほぼ対応する部分球面状、すなわち凸球面状に形成されている。一方、保持器５０の内周面５２は、内輪３０の凸球面状外周面３１にほぼ対応する部分球面状、すなわち凹球面状に形成されている。この保持器５０は、外輪２０の凹球面状内周面２２と内輪３０の凸球面状外周面３１との間に配置されている。この保持器５０は、周方向（保持器軸心の周方向）に等間隔に配置された、ほぼ矩形の貫通孔である複数の窓部５３を有する。保持器５０の窓部５３は、ボール４０と同数形成されている。そして、それぞれの窓部５３に、ボール４０が１つずつ収容されている。各窓部５３の４箇所の角部は円弧凹状に形成されている。これにより、隣り合う窓部５３の間に位置するそれぞれの柱部の強度および剛性の向上が図られている。

次に、図２を参照して、内輪３０の詳細、特に第一切欠３４および第二切欠３６について説明する。図２に示すように、内輪ボール溝３２の溝底は、交点Ｏから外輪２０の奥側（図１の右側、図２の右側）へのオフセット点ｂを曲率中心として描かれる円弧状の曲線状溝底３２ａと、その曲線状溝底３２ａの一端から内輪軸方向に延びる直線状溝底３２ｂとにより形成されている。

本実施形態の等速ジョイント１０のトルク伝達可能なジョイント作動角１００、すなわち等速ジョイント１０の使用状態時における外輪２０とシャフト６０とのなす角度は、例えば４０°〜５０°の範囲に設定され、図２において矢印範囲として示している。そして、トルク伝達可能なジョイント作動角１００のうち内輪３０の軸方向一方側（図２の左側）において、ボール４０が内輪ボール溝３２を転動する際のボール４０の中心軌跡１１０は、円弧状に設定されている。また、当該ジョイント作動角１００のうち内輪３０の軸方向他方側（図２の右側）において、ボール４０が内輪ボール溝３２を転動する際のボール４０の中心軌跡１１０は、内輪軸方向に沿った形状に設定されている。つまり、ジョイント作動角１００が最大の時に、実際の使用状態であるトルク伝達時におけるボール４０の中心軌跡１１０は、Ｐ１とＰ２の間となる。

ここで、図１を参照した説明において、内輪ボール溝３２の内輪軸直交方向断面は、ほぼ凹円弧状に形成されるとした。詳細には、内輪ボール溝３２は、例えば、中心の異なる二つの凹円弧状を接続した、いわゆるゴシックアーク形状に形成される。従って、内輪ボール溝３２とボール４０との接点軌跡１２０は、内輪３０の軸直交方向から見た場合には、図２の破線にて示すように、内輪ボール溝３２の溝底３２ａ，３２ｂから径方向外方にずれた位置となる。また、内輪ボール溝３２とボール４０との接点軌跡１２０は、内輪３０の軸方向から見た場合には、図示しないが内輪ボール溝３２において周方向にずれた２カ所となる。

そして、内輪ボール溝３２のうちトルク伝達可能なジョイント作動角１００の範囲において、内輪ボール溝３２にてボール４０を転動させた場合に、内輪ボール溝３２とボール４０との接点軌跡１２０は、図２の破線にて示す軌跡（Ｐ３とＰ４の間）となる。つまり、接点軌跡１２０の軸方向一方側（図２の左側）の端点Ｐ３は、ボール４０の中心軌跡１１０の軸方向一方側の端点Ｐ１とオフセット点ｂとを結ぶ直線上に位置する。一方、接点軌跡１２０の軸方向他方側（図２の右側）の端点Ｐ４は、ボール４０の中心軌跡１１０の軸方向他方側の端点Ｐ２から内輪３０の回転軸に向かう垂線上に位置する。そして、当該接点軌跡１２０は、内輪ボール溝３２の溝底が円弧状の曲線の範囲（曲線状溝底３２ａの範囲）においては、ほぼ円弧状となり、内輪ボール溝３２の溝底が直線の範囲（直線状溝底３２ｂの範囲）においては、ほぼ直線状となる。

第一切欠３４は、内輪ボール溝３２の溝底が円弧状の曲線となる範囲（曲線状溝底３２ａの範囲）の端部に形成されている。この第一切欠３４の径方向内方底部は、内輪ボール溝３２におけるボール４０との接点軌跡よりも径方向外方に位置するように設定されている。つまり、第一切欠３４が形成されている軸方向位置に、内輪ボール溝３２とボール４０との接点軌跡１２０が設定されるように、第一切欠３４が形成されている。

一方、第二切欠３６は、内輪ボール溝３２の溝底が直線状となる範囲（直線状溝底３２ｂの範囲）の端部に形成されている。この第二切欠３６が形成されている軸方向位置は、トルク伝達時における内輪ボール溝３２とボール４０との接点軌跡１２０より軸方向他方側に設定されている。つまり、第二切欠３６は、接点軌跡１２０の軸方向他方側の端点Ｐ４よりも軸方向他方側（図２の右側）に形成されている。

つまり、この第二切欠３６の径方向内方底部は、内輪ボール溝３２とボール４０との接点軌跡１２０の延長線よりも径方向内方に位置するように設定されている。当該接点軌跡１２０の延長線とは、接点軌跡１２０の曲率を維持してそのまま延長させた線である。つまり、本実施形態においては、軸方向他方側の接点軌跡１２０は、直線状であるため、その直線をそのまま延長した直線となる。

さらに、第二切欠３６の径方向内方底部は、内輪３０のうち第二切欠３６が形成されている軸方向位置において、内輪ボール溝３２の直線状溝底３２ｂよりも径方向外方に位置するように設定されている。つまり、内輪３０のうち第二切欠３６が形成されている軸方向位置において、内輪ボール溝３２が僅かながら形成されていることになる。

次に、上記のように構成された内輪３０を保持器５０に組み付ける場合について、図３（ａ）（ｂ）を参照して詳細に説明する。内輪３０を保持器５０の内側に組み付けるには、図３（ａ）（ｂ）に示すように、まず、内輪３０の軸方向と保持器５０の軸方向をほぼ直交させた状態とする。この状態で、保持器５０の内周面の一端側（図３（ａ）の右側）に形成された導入面５４に、内輪３０の内輪ボール溝３２を跨がせて内輪ボール溝３２の間の１つの溝壁突条部３３を窓部５３内に挿入する。ここで、内輪３０の溝壁突条部３３の軸方向一端側（図３（ｂ）の左側）には、第一切欠３４が形成され、内輪３０の溝壁突条部３３の軸方向他端側（図３（ｂ）の右側）には、第二切欠３６が形成されている。従って、内輪３０の１つの溝壁突条部３３を保持器５０の窓部５３内に干渉することなく容易に挿入することができる。

その後、挿入された溝壁突条部３３付近を中心として内輪３０を図３（ａ）に示す矢印Ｘ方向に回転させて保持器５０内に入れる。続いて、内輪３０の凸球面状外周面３１の中心点を保持器５０の内周面５２の中心点に合わせてから内輪３０を９０°回転させて、内輪３０の軸方向と保持器５０の軸方向とを一致させる。このように、内輪３０の凸球面状外周面３１と保持器５０の内周面５２を球面係合させることにより、内輪３０と保持器５０の組み付けが完了する。

なお、このようにして組み付けられた内輪３０と保持器５０とを、外輪２０の内側に配置する。続いて、ボール４０を１つずつ、外輪ボール溝２３、内輪ボール溝３２および保持器５０の窓部５３に挿入していく。最後に、シャフト６０を内輪３０の内側に挿入して、等速ジョイント１０の組み付けを完成する。

上述したように、内輪３０の溝壁突条部３３の軸方向両端に切欠（第一切欠３４および第二切欠３６）を形成することにより、従来に比べて、同程度の等速ジョイント１０の大きさであれば、当該溝壁突条部３３を保持器５０の窓部５３へより深く挿入することができる。換言すると、等速ジョイント１０を小型化したとしても、保持器５０の内側に内輪３０を組み付けることができる。ここで、内輪３０を組み付けるために、保持器５０の柱部を細くすることもないため、保持器５０の強度および剛性を従来と同程度に確保することができる。このように、保持器５０の強度および剛性を確保しつつ、等速ジョイント１０の小型化を図ることができる。

また、内輪３０の軸方向一方側においてボール４０の中心軌跡１１０が円弧状の場合には、第一切欠３４の形成前の溝壁突条部３３の外周面から曲線状溝底３２ａまでの距離は十分に長い。この第一切欠３４の径方向深さを十分に深くしたとしても、内輪ボール溝３２とボール４０との接点軌跡１２０を設定することができる。そして、軸方向他方側の溝壁突条部３３にも第二切欠３６を形成しているため、軸方向一方側の溝壁突条部３３の第一切欠３４の径方向深さを、内輪ボール溝３２とボール４０との接点軌跡１２０が確保できないほどに設定することなく、内輪３０と保持器５０との組み付けが可能となる。

ところで、従来に比べて、ジョイント作動角１００を所定の角度（フロント用ドライブシャフトに要求される角度、例えば４０°〜５０°）として、内輪３０の外径を小さくするように設計変更した場合には、トルク伝達時、すなわち等速ジョイント１０の使用状態におけるボール４０の動作範囲は短くなる。このことは、ある点を中心とした円弧長は、半径が大きいほど長くなり、半径が小さいほど短くなる関係から明らかである。一方、内輪３０の内周面には、シャフト６０の外周面とトルク伝達を可能とするために、内歯スプラインが形成されている。必要なトルクを伝達するためには、当該内歯スプライン３５の軸方向長さは設計上決定される。つまり、内輪３０の軸方向長さは、内歯スプライン３５の軸方向長さから決定される。従って、内輪３０の外径の小型化を図ることによりボールの動作範囲が狭くなるのに対して、必要な内輪３０の軸方向長さは従来と変わらないため、内輪ボール溝３２において内輪ボール溝３２とボール４０との接点軌跡１２０を確保しなくてもよい部分が存在することになる。そこで、この部分を利用して、第二切欠３６を形成している。

つまり、第二切欠３６が形成される軸方向位置は、内輪ボール溝３２とボール４０との接点軌跡１２０が設定されないようにしている。これにより、第二切欠３６の径方向深さを十分に深くすることができる。このことからも、内輪３０および保持器５０を小型化したとしても、内輪３０と保持器５０の組み付けが可能となる。

また、軸方向他方側（図２の右側）のボール４０の中心軌跡１１０は、内輪３０の軸方向に沿った形状、すなわち直線状としている。この場合には、図２から明らかなように、軸方向一方側（図２の左側）の内輪ボール溝３２の溝深さよりも、軸方向他方側の内輪ボール溝３２の溝深さが浅くなっている。そのため、仮に、接点軌跡１２０を確保しようとすると、第二切欠３６は、十分な径方向深さを確保することが容易ではない。しかし、第二切欠３６は、内輪ボール溝３２とボール４０との接点軌跡１２０を確保することなく形成しているため、径方向深さの深い第二切欠３６を形成することができる。このように、第二切欠３６の径方向深さをできる限り深くすることができることによっても、内輪３０および保持器５０を小型化したとしても、内輪３０と保持器５０の組み付けが可能となる。

なお、上記実施形態においては、アンダーカットフリー型（ＵＦ）のジョイント中心固定式ボール型等速ジョイントについて説明したが、特開２００８−００８３２３号公報などに記載のバーフィールド型（ＢＦ）のジョイント中心固定式ボール型等速ジョイントに対しても、第一切欠３４と第二切欠３６を形成することができる。この場合も、等速ジョイントの小型化を図りつつ、内輪３０と保持器５０の組み付けが可能となる。また、ジョイント固定式ボール型等速ジョイントの他に、ダブルオフセット型摺動式等速ジョイントにも適用した場合にも、等速ジョイントの小型化を図りつつ、内輪３０と保持器５０の組み付けが可能となる。

１０：ボール型等速ジョイント
２０：外輪、２１：連結軸、２２：凹球面状内周面、２３：外輪ボール溝
３０：内輪、３１：凸球面状外周面、３２：内輪ボール溝、３２ａ：曲線状溝底
３２ｂ：直線状溝底、３３：溝壁突条部、３４：第一切欠、３５：内歯スプライン
３６：第二切欠
４０：ボール
５０：保持器、５３：窓部、５４：導入面
６０：シャフト
１００：ジョイント作動角、１１０：ボールの中心軌跡
１２０：内輪ボール溝とボールとの接点軌跡

Claims

少なくとも軸方向一方に開口部を備える筒状に形成され、内周面に外輪ボール溝が複数形成された外輪と、
前記外輪の内側に配置され、外周面に内輪ボール溝が複数形成された内輪と、
それぞれの前記外輪ボール溝および前記内輪ボール溝を転動し、前記外輪と前記内輪との間でトルクを伝達する複数のボールと、
環状に形成され、前記外輪と前記内輪との間に配置され、周方向に前記ボールをそれぞれ収容する複数の窓部が形成された保持器と、
を備えるボール型等速ジョイントにおいて、
前記内輪の軸方向一方側において、前記内輪ボール溝の溝底は、円弧状に設定され、
前記内輪の軸方向他方側において、前記内輪ボール溝の溝底は、直線状に設定され、
隣り合う前記内輪ボール溝の側壁面により構成される複数の溝壁突条部のうち少なくとも１つには、前記内輪の軸方向両端側の前記内輪の外周側に、切欠がそれぞれ形成され、
前記軸方向他方側の前記切欠は、軸方向において、トルク伝達時における前記内輪ボール溝と前記ボールとの接点軌跡より前記軸方向他方側に設定され、かつ、径方向において、前記接点軌跡の延長線より径方向内方であって前記溝底よりも径方向外方に位置するように設定される、ボール型等速ジョイント。