JP6140992B2 - 車両用の等速ジョイント - Google Patents

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Description

本発明は車両用の等速ジョイントに係り、より詳しくは、外輪及び内輪のボールトラック（ｂａｌｌ ｔｒａｃｋ）の構造を改善してトルク伝達効率を向上させる車両用の等速ジョイントに関する。
一般に、ジョイントは、回転軸の角度が異なる回転軸に回転動力（トルク）を伝えるためのものであり、動力伝達角度が小さな推進軸の場合にはフックジョイント、フレキシブルジョイントなどが用いられ、動力伝達角度が大きな自動車駆動軸の場合には等速ジョイントが用いられる。この種の等速ジョイントは、普通、球状の内面に多数の曲線状のボールトラックが形成される外輪と、これらの各ボールトラックに放射状に向かい合い、その球状の外面に多数の曲線状ボールトラックを形成した内輪と、放射状に向かい合う一対の各ボールトラックにそれぞれ収容されて内輪の回転動力を外輪に伝えるための多数のボールと、前記各ボールを支持するためのケージと、を備えてなる。ここで、ケージは、外輪の球状内面によって案内される球状外面と、内輪の球状外面によって案内される球状内面とを有し、各ボールを収容するための多数のポケットが円弧方向に沿って形成される。
しかしながら、上述のような従来の車両用の等速ジョイントは、普通、前輪と後輪との区別なしに用いられるが、車両の前輪に適用される場合に、操向機能に起因して大きな角度の変化が求められることにより車両用の等速ジョイントのねじれ角が大きくなってしまい、且つ、内部部品間の摩擦力の発生に起因してトルク損失が生じてトルク伝達効率が低下するという問題点がある。
また、等速ジョイントの内部において外輪及び内輪の各ボールトラックに接触されるボールの各圧力角の大きさに応じて摩擦力の大きさが決定されるが、圧力角を大きくすればするほど効率を増大させることはできるが、ボールがボールトラックの外側に押し出されることにより最大のねじれ角において外輪及び内輪のボールトラックからボールが離脱する現象が発生するという問題点がある。
これにより、等速ジョイントの効率を増大させるべく圧力角を増大させながらボールトラックのマージンを確保するためには等速ジョイントのピッチ円径（ＰＣＤ：Ｐｉｔｃｈ Ｃｉｒｃｌｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）を増大させることを余儀なくされ、その結果、全体的な外径及び重量が増大されて製作コストが高騰し、しかも、車両のパッケージ（Ｐａｃｋａｇｅ）性能が低下するという問題点も抱えている。
特開２００４−１４４２８７号公報
本発明は上記問題点を解消するために案出されたものであって、本発明の目的は、外輪及び内輪のボールトラックの構造を改善してトルク伝達効率を向上させ、全体的な外径の縮径及び重量の低減を図って製作コストを削減し、車両のパッケージ性能を向上させる車両用の等速ジョイントを提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係る車両用の等速ジョイントは、外輪及び内輪を備え、前記外輪と内輪との間に取り付けられるボールを収容するために多数のボールトラックが前記外輪の球状内面及び内輪の球状外面にそれぞれ形成され、前記外輪の球状内面に接触されて案内される球状外面と、前記内輪の球状外面に接触されて案内される球状内面とを有するケージを有する車両用の等速ジョイントにおいて、前記外輪のボールトラックから前記ボールに働くボールトラック圧力角と、前記内輪のボールトラックから前記ボールに働くボールトラック圧力角とを相異させて設定すると共に、前記外輪のボールトラック圧力角は、前記内輪のボールトラック圧力角よりも小さく設定されることを特徴とする。
前記外輪のボールトラック圧力角は、３５°〜４０°の範囲内で設定されることを特徴とする。
前記内輪のボールトラック圧力角は、４０°〜４５°の範囲内で設定されることを特徴とする。
前記外輪は、前記外輪のボールトラック圧力角が小さくなるほどその外径が縮まることを特徴とする。
本発明に係る車両用の等速ジョイントによれば、外輪及び内輪のボールトラック構造を改善して外輪のボールトラック圧力角と内輪のボールトラック圧力角とをそれぞれ相異させるように設定したことにより、トルク伝達効率を向上させることができる。また、全体的な外径の軸径及び重量の低減を両立させて車両用の等速ジョイントの最大のねじれ角において外輪及び内輪のボールトラックからボールが離脱することを防止すると共に、製作コストが低減され、車両のパッケージ性能が向上する。さらに、等速ジョイントの内部部品である外輪、内輪、ボール及びケージ間の摩擦を低減して摩擦熱に対する熱損失を低減したことにより、全体的な耐久性の増大が図れる結果、商品性が向上する。
本発明に係る車両用の等速ジョイントの一例を示す正面図である。 本発明に係る車両用の等速ジョイントにおける、外輪及び内輪のボールトラック圧力角の一例を示す図である。 本発明に係る車両用の等速ジョイントにおける、圧力角に応じた数値及び効率を従来技術と比較して示す図表である。 本発明に係る車両用の等速ジョイントにおける、外輪及び内輪の圧力角の違いに応じたジョイント角度と効率との関係を従来技術と比較して示すグラフである。 本発明に係る車両用の等速ジョイントにおける、ジョイント角度に応じたトルク伝達効率の減少（Ｌｏｓｓ）を従来技術と比較して示すグラフである。
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳述する。なお、本発明について詳述するに先立って、本明細書に記載の実施形態及び図面に示す構成は本発明の最適な一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想をいずれも代弁するものではないため、本出願時点においてこれらに代え得る種々の均等物と変形例があり得る。本実施形態に係る車両用の等速ジョイントの正面図を図１に、また、本実施形態に係る車両用の等速ジョイントにおける、外輪及び内輪のボールトラック圧力角を図２に、圧力角に応じた数値及び効率を従来技術との比較表を図３に示したように、車両用の等速ジョイント１は、外輪１０及び内輪２０のボールトラック１２、２２の構造を改善してトルク伝達効率を向上させ、全体的な外径及び重量を低減して製作コストを削減し、車両のパッケージ性能を向上させるようになっている。このために、車両用の等速ジョイント１は、基本的に、外輪１０及び内輪２０を備え、外輪１０と内輪２０との間に取り付けられるボール３０を収容するために多数のボールトラック１２、２２が外輪１０の球状内面と内輪２０の球状外面にそれぞれ形成され、外輪１０の球状内面に接触されて案内される球状外面と、内輪２０の球状外面に接触されて案内される球状内面とを有するケージ４０を備えてなる。
ここで、車両用の等速ジョイント１は、外輪１０のボールトラック１２からボール３０に働くボールトラック圧力角θ１と、内輪２０のボールトラック２２からボール３０に働く圧力角θ２とを相異させて設定する。外輪１０のボールトラック圧力角θ１は、図２（ａ）に示すように、外輪１０の曲率中心から前記ボール３０のボール中心Ｃを通る仮想中心線Ｌを基準として外輪１０のボールトラック１２に接触する外輪１０のボールトラック圧力点Ｐ１とボール中心Ｃとの間の角度として定義される。また、内輪２０のボールトラック圧力角θ２は、図２（ｂ）に示すように、外輪１０の曲率中心からボール３０のボール中心Ｃを通る仮想中心線Ｌを基準として内輪２０のボールトラック２２に接触する内輪２０のボールトラック圧力点Ｐ２とボール中心Ｃとの間の角度として定義される。ここで、外輪１０及び内輪２０のボールトラック圧力点Ｐ１、Ｐ２は、各ボールトラック１２、２２とボール３０とが互いに接触しながら作用荷重Ｆｎが働く個所である。
このように定義される外輪１０及び内輪２０の各ボールトラック圧力角θ１、θ２は、その大きさに応じて、各ボールトラック１２、２２に加えられる力が相違するが、まず、各圧力角θ１、θ２が小さな場合には各ボールトラック１２、２２に加えられる力が大きくなって外輪１０及び内輪２０とケージ４０との間においてボール３０の摩擦抵抗が増大してトルク伝達効率が低下することとなる。これとは逆に、外輪１０及び内輪２０の各ボールトラック圧力角θ１、θ２が大きな場合には、各ボールトラック１２、２２に加えられる力が小さくなって外輪１０及び内輪２０とケージ４０との間においてボール３０の摩擦抵抗が低減されることにより、トルク伝達効率が向上（増大）するが、等速ジョイントの全体的な大きさ及び重量も増えてしまうこととなる。本実施形態においては、外輪１０のボールトラック圧力角θ１は、トルク伝達効率を増大させながらも等速ジョイント１の大きさ及び重量を低減できるように、内輪２０のボールトラック圧力角θ２よりも小さく（θ１＜θ２）設定されることが好ましい。
ここで、外輪１０のボールトラック圧力角θ１は３５°〜４０°の範囲内で設定されることが好ましく、内輪２０のボールトラック圧力角θ２は４０°〜４５°の範囲内で設定されることが好ましい。また、外輪１０は、外輪１０のボールトラック圧力角θ１が小さくなるようにその外径が縮まることが好ましい。これにより、等速ジョイント１のピッチ円径（ＰＣＤ：）Ｐｉｔｃｈ Ｃｉｒｃｌｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）が小さくなって大きさが縮小されると共に重量が低減される。本実施形態に係る等速ジョイント１では、図３に示したように、最適値としての内輪２０のボールトラック圧力角θ２が４２°に設定され、外輪１０のボールトラック圧力角θ１は内輪２０のボールトラック圧力角θ２よりも小さな３７．５°に設定される。これにより、本実施形態に係る等速ジョイント１は、従来技術１に比べて効率は向上し、従来技術２に比べて効果はほとんど同様であるものの、外径が縮まると共に重量は低減されることが分かる。
本実施形態に係る車両用の等速ジョイントにおける、外輪及び内輪の圧力角の違いに応じたジョイント角度と効率との関係を従来技術と比較したグラフを図４に示したとおり、本実施形態に係る等速ジョイント１は、図３の表に示した数値を基準としてジョイント角度の大きさに応じた効率において、外輪１０及び内輪２０のボールトラック圧力角θ１、θ２が両方とも小さく設定された従来技術１に比べて効率が向上したことが分かる。これとは逆に、等速ジョイント１は、外輪１０及び内輪２０のボールトラック圧力角θ１、θ２が両方とも大きく設定された従来技術２に比べて効率面では僅かな違いがあるとはいえ、外径の縮径及び重量の低減によるコスト節減及び車両のパッケージ性能の向上を両立させることが可能になる。
本実施形態に係る車両用の等速ジョイントにおける、ジョイント角度に応じたトルク伝達効率の減少率を従来技術と比較したグラフを図５に示したように、この実施形態に係る車両用の等速ジョイント１は、外輪１０のボールトラック圧力角θ１を内輪２０のボールトラック圧力角θ２よりも小さく設定することにより、従来技術に比べて、ジョイント角度が変化するにつれてトルク伝達効率の減少（Ｌｏｓｓ）が著しく低下することが分かる。また、本実施形態に係る車両用の等速ジョイント１は、車両に適用したときに動力伝達効率を向上させると共に、内部部品間の摩擦を低減することにより、摩擦熱に対する熱損失を減らして外輪１０の表面温度が従来の技術に比べて低くなる。
したがって、上記の構成を有する本実施形態に係る車両用の等速ジョイント１を適用すると、外輪１０及び内輪２０のボールトラック構造を改善して外輪１０のボールトラック圧力角θ１と内輪２０のボールトラック圧力角θ２とを相異させて設定したことにより、トルク伝達効率を向上させることができる。また、全体的な外径の軸径及び重量の低減を両立させて車両用の等速ジョイント１の最大のねじれ角において外輪１０及び内輪２０のボールトラック１２、２２からボールが離脱することが防がれると共に、製作コストが節減され、車両のパッケージ性能が向上する。
さらに、等速ジョイント１の内部部品である外輪１０、内輪２０、ボール３０及びケージ４０間の摩擦を低下させて摩擦熱に対する熱損失を低減したことにより、全体的な耐久性の増強が図れる結果、商品性が向上する。以上、本発明に係る好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲によって示した構成における均等の範囲内で、種々の修正及び変更が可能である。
１ 等速ジョイント
１０ 外輪
１２ 外輪のボールトラック
２０ 内輪
２２ 内輪のボールトラック
３０ ボール
４０ ケージ
Ｃ ボール中心
Ｆｎ 作用荷重
Ｌ 仮想中心線
Ｐ１ 外輪のボールトラック圧力点
Ｐ２ 内輪のボールトラック圧力点
θ１ 外輪のボールトラック圧力角
θ２ 内輪のボールトラック圧力角

Claims (4)

  1. 外輪及び内輪を備え、前記外輪と内輪との間に取り付けられるボールを収容するために多数のボールトラックが前記外輪の球状内面及び内輪の球状外面にそれぞれ形成され、前記外輪の球状内面に接触されて案内される球状外面と、前記内輪の球状外面に接触されて案内される球状内面とを有するケージを有する車両用の等速ジョイントにおいて、
    前記外輪のボールトラックから前記ボールに働くボールトラック圧力角と、前記内輪のボールトラックから前記ボールに働くボールトラック圧力角とを相異させて設定すると共に、前記外輪のボールトラック圧力角は、前記内輪のボールトラック圧力角よりも小さく設定されることを特徴とする車両用の等速ジョイント。
  2. 前記外輪のボールトラック圧力角は、
    ３５°〜４０°の範囲内で設定されることを特徴とする請求項１に記載の車両用の等速ジョイント。
  3. 前記内輪のボールトラック圧力角は、
    ４０°〜４５°の範囲内で設定されることを特徴とする請求項１に記載の車両用の等速ジョイント。
  4. 前記外輪は、前記外輪のボールトラック圧力角が小さくなるほどその外径が縮まることを特徴とする請求項１に記載の車両用の等速ジョイント。
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