WO2012008323A1 - ボール型等速ジョイント - Google Patents

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inner ring
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outer ring
contact
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鈴木　聡
信治 中井
友 重野
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株式会社ジェイテクト
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C3/02—Shafts; Axles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
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    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F16D3/2237—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts where the grooves are composed of radii and adjoining straight lines, i.e. undercut free [UF] type joints
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D3/223—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F16D2003/22309—Details of grooves

Definitions

  • the present invention relates to a ball type constant velocity joint that transmits a driving force to a steering wheel of an automobile and whose joint operating angle changes according to the steering angle of the steering wheel, that is, a ball type used for a front drive shaft of an automobile. It relates to constant velocity joints.
  • JP-A-11-325094 discloses such a ball type constant velocity joint.
  • the ball type constant velocity joint can allow the ball to move in the radial direction in the cage, and provide a protrusion on each window portion of the cage for the purpose of reducing the radial thickness of the cage. I have to.
  • the radial contact range of the ball in the cage is increased. Therefore, in the ball type constant velocity joint, the radial thickness of the cage is formed so as to coincide with the radial contact range of the ball in the cage.
  • the cage has a shape in which the annular portions on both sides in the axial direction of the cage are connected by a plurality of column portions.
  • the vicinity of the pillar portion of the cage may be a portion having the lowest strength and rigidity in the ball type constant velocity joint. In such a case, the life of the ball-type constant velocity joint is improved by increasing the strength and rigidity of the cage.
  • This invention is made in view of such a situation, and it aims at providing the ball type constant velocity joint which can improve the lifetime of a ball type constant velocity joint by raising the intensity
  • An outer ring having a plurality of outer ring ball grooves formed on an inner peripheral surface thereof, and an inner ring having a plurality of inner ring ball grooves formed on an outer peripheral surface thereof.
  • a plurality of balls that roll on the outer ring ball groove and the inner ring ball groove and transmit torque between the outer ring and the inner ring, are formed in an annular shape, and are arranged between the outer ring and the inner ring, and in the circumferential direction.
  • a cage formed with a plurality of window portions for accommodating the balls respectively, and the radial thickness of the cage is such that the ball in the window portion of the cage is at a maximum joint operating angle. Radial contact It is set to be greater than the circumference.
  • the radial thickness of the cage is made larger than the radial contact range of the ball in the window portion of the cage.
  • the strength and rigidity of the cage can be increased, and the life of the ball type constant velocity joint can be improved.
  • the contact angle between the outer ring and the inner ring and the ball is reduced, or the outer ring, the inner ring and the ball are It is necessary to reduce the major axis of the contact ellipse. Then, in any case, the surface pressure in the inner ring ball groove and the outer ring ball groove increases.
  • the window portion of the cage has a radially outward direction and a radial direction of the cage with respect to the radial contact range of the ball in the window portion. It is good to set so that the non-contact area
  • the radial thickness of the cage can be reliably increased while the contact ellipse in the inner ring ball groove and the outer ring ball groove is not chipped at all, or even if it is chipped, the chip is only slightly chipped. . Therefore, the strength and rigidity of the cage can be reliably increased, and the life of the ball type constant velocity joint can be improved.
  • FIG. 1 is an axial cross-sectional view of the constant velocity joint 10 according to the present embodiment in a state where a predetermined joint operating angle ⁇ is taken.
  • the opening side of the outer ring 20 means the left side of FIG. 1
  • the back side of the outer ring 20 means the right side of FIG.
  • the constant velocity joint 10 of the present embodiment transmits a driving force to a steering wheel of an automobile and, at the same time, a ball type constant velocity joint whose joint operating angle ⁇ changes according to the steering angle of the steering wheel.
  • This is a ball-type constant velocity joint applied to the front drive shaft of an automobile.
  • the constant velocity joint 10 will be described by taking a joint center fixed ball type constant velocity joint (also referred to as “Zepper type constant velocity joint”) as an example.
  • UF undercut free type
  • BF Barfield type
  • BF Barfield type
  • the constant velocity joint 10 includes an outer ring 20 having a plurality of outer ring ball grooves 23, an inner ring 30 having a plurality of inner ring ball grooves 32, a plurality of balls 40, a cage 50, and a shaft 60. ing.
  • an outer ring 20 having a plurality of outer ring ball grooves 23
  • an inner ring 30 having a plurality of inner ring ball grooves 32
  • a plurality of balls 40 a cage 50
  • a shaft 60 a shaft 60.
  • the outer ring 20 is formed in a cup shape (bottomed tubular shape) having an opening on the left side of FIG. 1 (corresponding to “one side in the axial direction” of the present invention).
  • a connecting shaft 21 is integrally formed on the outer side (right side in FIG. 1) of the cup of the outer ring 20 so as to extend in the direction of the outer ring axis.
  • the connecting shaft 21 is connected to another power transmission shaft.
  • the inner peripheral surface of the outer ring 20 is formed in a concave spherical shape.
  • the concave spherical inner peripheral surface 22 of the outer ring 20 is formed by a part of a spherical surface having an intersection O between the outer ring axis L1 and the inner ring axis L2 as a center of curvature, and is cut in the outer ring axis direction. When viewed in cross section, it is formed in a concave arc shape.
  • outer ring ball grooves 23 having a concave arc-shaped cross section in the outer ring axis orthogonal direction are formed on the inner peripheral surface of the outer ring 20 so as to extend substantially in the outer ring axis direction.
  • These outer ring ball grooves 23 (six in this embodiment) are formed at equal intervals in the circumferential direction (60-degree intervals in this embodiment) when viewed in a cross section cut in the radial direction.
  • the outer ring axial direction means a direction passing through the central axis of the outer ring 20, that is, a rotation axis direction of the outer ring 20.
  • the inner ring 30 is formed in an annular shape and is arranged inside the outer ring 20.
  • the outer peripheral surface 31 of the inner ring 30 is formed in a convex spherical shape.
  • the convex spherical outer peripheral surface 31 of the inner ring 30 is formed by a part of a spherical surface drawn with the intersection O between the outer ring axis L1 and the inner ring axis L2 as the center of curvature, and is a cross section cut in the direction of the inner ring axis. Is formed in a convex arc shape.
  • a plurality of inner ring ball grooves 32 having a substantially arc-shaped cross section in the direction orthogonal to the inner ring axis are formed on the outer peripheral surface of the inner ring 30 so as to extend in the direction of the inner ring axis.
  • the plurality of (six in this embodiment) inner ring ball grooves 32 are equally spaced in the circumferential direction (60 degrees in the present embodiment) and viewed from the outer ring 20 when viewed in a cross section cut in the radial direction.
  • the same number of outer ring ball grooves 23 are formed. That is, each inner ring ball groove 32 is positioned so as to face each outer ring ball groove 23 of the outer ring 20.
  • An inner spline 35 extending in the inner ring axial direction is formed on the inner circumferential surface of the inner ring 30.
  • the internal spline 35 is fitted (engaged) with the external spline of the shaft 60.
  • the inner ring axial direction means a direction passing through the central axis of the inner ring 30, that is, a rotation axis direction of the inner ring 30.
  • the plurality of balls 40 are disposed so as to be sandwiched between the outer ring ball groove 23 of the outer ring 20 and the inner ring ball groove 32 of the inner ring 30 facing the outer ring ball groove 23, respectively.
  • Each ball 40 is rotatable with respect to each outer ring ball groove 23 and each inner ring ball groove 32 and is engaged in a circumferential direction (around the outer ring axis or around the inner ring axis). Therefore, the ball 40 transmits torque between the outer ring 20 and the inner ring 30.
  • the cage 50 is formed in an annular shape.
  • the outer peripheral surface 51 of the cage 50 is formed in a partial spherical shape substantially corresponding to the concave spherical inner peripheral surface 22 of the outer ring 20, that is, a convex spherical shape.
  • the inner peripheral surface 52 of the cage 50 is formed in a partial spherical shape that substantially corresponds to the convex spherical outer peripheral surface 31 of the inner ring 30, that is, a concave spherical shape.
  • the cage 50 is disposed between the concave spherical inner peripheral surface 22 of the outer ring 20 and the convex spherical outer peripheral surface 31 of the inner ring 30.
  • the cage 50 includes a plurality of window portions 53 that are substantially rectangular through holes arranged at equal intervals in the circumferential direction (the circumferential direction of the cage axis).
  • the number of window portions 53 of the cage 50 is the same as the number of balls 40.
  • One ball 40 is accommodated in each window 53.
  • the outer ring ball groove 23 has a cross section in a direction orthogonal to the outer ring axis, which is formed in a so-called gothic arc shape in which two concave arcs having different centers are connected.
  • the inner ring ball groove 32 has a so-called gothic arc shape in which the cross section of the inner ring ball groove 32 in the direction orthogonal to the inner ring axis is formed by connecting two concave arcs having different centers.
  • the radius of curvature of the concave arc of the inner ring ball groove 32 in this embodiment is R1. Therefore, in the state where the joint operating angle ⁇ is taken, during torque transmission, as shown in FIG. 2, the outer ring ball groove 23 and the ball 40 are in contact with each other in an elliptical range centering on the outer ring contact point Po1, and the inner ring ball groove 32 and the ball 40 are in contact with each other in an elliptical range centered on the inner ring contact point Pi1.
  • the contact ellipse Ei1 at the inner ring contact point Pi1 has a size as shown in FIG.
  • the size of the contact ellipse Ei1 differs according to the radius of curvature R1 of the concave arc shape of the inner ring ball groove 32. That is, the larger the concave arc-shaped radius of curvature R1 of the inner ring ball groove 32, the smaller the major and minor diameters of the contact ellipse Ei1 between the ball 40 and the inner ring ball groove 32. Conversely, the smaller the concave arc-shaped radius of curvature R1 of the inner ring ball groove 32 is, the longer diameter (long axis length) and the shorter diameter (short axis length) of the contact ellipse Ei1 between the ball 40 and the inner ring ball groove 32 are. Becomes larger.
  • the contact angle in this embodiment is ⁇ 1.
  • the contact angle ⁇ 1 is a method at the radial line La of the inner ring 30 passing through the center Oa of the ball 40 and the inner ring contact point Pi1 that is the center of the contact ellipse Ei1 between the inner ring ball groove 32 and the ball 40.
  • the size of the contact ellipse Ei1 varies depending on the contact angle ⁇ 1. That is, the longer the contact angle ⁇ 1, the smaller the major axis and the minor axis of the contact ellipse Ei1 between the ball 40 and the inner ring ball groove 32.
  • the contact angle ⁇ 1 is smaller, the major axis and minor axis of the contact ellipse Ei1 between the ball 40 and the inner ring ball groove 32 become larger.
  • the ball 40 rolls in the outer ring ball groove 23 and the inner ring ball groove 32 with the joint operating angle ⁇ , the ball 40 is located on the opening side of the outer ring 20 in the window 53 of the cage 50. Touch the surface. This is because a force for pushing the ball 40 toward the opening side of the outer ring 20 is generated by the wedge effect of the outer ring ball groove 23 and the inner ring ball groove 32. And the position where the ball
  • the contact position of the ball 40 in the window 53 is the radially outward position in the “8” shape.
  • the contact position of the ball 40 in the window 53 is the radially inner position in the “8” shape.
  • the radial contact range of the cage 50 in the “8” -shaped contact locus G is W1.
  • the radial thickness of the cage 50 is T1. That is, the radial thickness T1 of the cage 50 is set to be larger than the radial contact range W1 of the ball 40 in the window portion 53. More specifically, the window 53 of the cage 50 has a radial outer direction and radial direction of the cage 50 with respect to the radial contact range W1 of the ball 40 in the window 53 when the joint operating angle ⁇ is maximum. A non-contact area of the ball 40 is set inward.
  • a comparative example As a comparative example, the one shown in FIG. 4 is used.
  • the outer ring ball groove 223, the inner ring ball groove 232, and the retainer 250 in the comparative example are different from the outer ring ball groove 23, the inner ring ball groove 32, and the retainer 50 in the present embodiment in the following points.
  • the radial contact range W3 of the ball 40 in the window 253 of the cage 250 and the radial thickness T3 of the cage 250 are the same.
  • the radial contact range W3 in the comparative example is the same as the radial contact range W1 in the present embodiment.
  • the radial thickness T3 of the cage 250 in the comparative example is smaller than the radial thickness T1 of the cage 50 in the present embodiment.
  • the contact angle ⁇ 3 in the comparative example is the same as the contact angle ⁇ 1 in the present embodiment.
  • the radius of curvature of the concave arc of the inner ring ball groove 232 in the comparative example is R3, which is smaller than the radius of curvature R1 in the present embodiment. Therefore, the major axis and minor axis of the contact ellipse Ei3 in the comparative example are larger than the major axis and minor axis of the contact ellipse Ei1 in the present embodiment.
  • the present embodiment shown in FIG. 2 and the comparative example shown in FIG. 4 are compared and considered.
  • the chipping of the contact ellipses Ei1 and Ei3 causes a decrease in life due to stress concentration. For this reason, it is required that the contact ellipses Ei1 and Ei3 are absent at all, or if they are present, they are only slightly present. That is, the difference between the long diameter of the contact ellipse Ei1 and the length from the inner ring contact point Pi1 which is the center of the contact ellipse Ei1 to the shoulder (opening edge) of the inner ring ball groove 32 is the long diameter of the contact ellipse Ei3 and the contact ellipse Ei3.
  • the difference from the center inner ring contact point Pi1 to the length of the inner ring ball groove 232 from the shoulder is set to the same extent.
  • the radial contact ranges W1 and W3 are the same, but the radial thickness T1 of the cage 50 in this embodiment is different from the radial thickness T3 of the cage 250 in the comparative example. Furthermore, the contact angles ⁇ 1 and ⁇ 3 are the same. In this case, in order to make the chip in the contact ellipse Ei1 in this embodiment the same as the chip in the contact ellipse Ei3 in the comparative example, the major axis of the contact ellipse Ei1 in the present embodiment is larger than the major axis of the contact ellipse Ei3 in the comparative example. Need to be smaller.
  • the concave arc-shaped curvature radius R1 of the inner ring ball groove 32 in the present embodiment is set larger than the concave arc-shaped curvature radius R3 of the inner ring ball groove 232 in the comparative example.
  • the major axis and minor axis of contact ellipse Ei1 in this embodiment can be made smaller than the major axis and minor axis of contact ellipse Ei3 in a comparative example.
  • the radial thickness T1 of the cage 50 can be made larger than the radial thickness T3 of the cage 250 in the comparative example.
  • the life of the cage 50 can be improved as a result. Since the life of the cage 50 is the shortest among the components of the constant velocity joint 10, the life of the constant velocity joint 10 can be improved as a result by improving the life of the cage 50.
  • the major axis and minor axis of the contact ellipse Ei1 in the present embodiment are made smaller than the major axis and minor axis of the contact ellipse Ei3 in the comparative example.
  • the surface pressure (pressure) received by the inner ring ball groove 32 from the ball 40 in the present embodiment is higher than the surface pressure received by the inner ring ball groove 232 from the ball 40 in the comparative example.
  • it can be achieved by using a grease corresponding to high surface pressure, making the inner ring ball groove 32 harder by improving quenching, improving the material used for the inner ring 30, or the like.
  • the cage 150 in the second embodiment has the same configuration as the cage 50 of the first embodiment.
  • the radial thickness T2 of the cage 150 in the second embodiment is the same as the radial thickness T1 of the cage 50 in the first embodiment, and the radial contact range W2 of the ball 40 in the window 153 of the cage 150 is This is the same as the radial contact range W1 in the first embodiment. That is, the radial thickness T2 in the second embodiment is set to be larger than the radial contact range W2.
  • the contact angle ⁇ 2 in the second embodiment is set smaller than the contact angle ⁇ 1 in the first embodiment. That is, the inner ring contact point Pi2 that is the center of the contact ellipse Ei2 in the second embodiment is the groove bottom of the inner ring ball groove 132 from the inner ring contact point Pi1 that is the center of the contact ellipse Ei1 and Ei3 in the first embodiment and the comparative example. It is located on the side (lower side in FIG. 3). Further, the radius of curvature of the concave arc shape of the inner ring ball groove 132 in the second embodiment is R2, which is the same as the curvature radius R3 in the comparative example, and is smaller than the curvature radius R1 in the first embodiment. Therefore, the major axis and minor axis of the contact ellipse Ei2 in the second embodiment are the same as the major axis and minor axis of the contact ellipse Ei3 in the comparative example.
  • the second embodiment shown in FIG. 3 and the comparative example shown in FIG. 4 will be compared and considered.
  • the chipping of the contact ellipses Ei2 and Ei3 causes a decrease in life due to stress concentration. Therefore, it is required that the lack of contact ellipses Ei2 and Ei3 is not present at all, or is small even if present. That is, the difference between the long diameter of the contact ellipse Ei2 and the length from the inner ring contact point Pi2 which is the center of the contact ellipse Ei2 to the shoulder (opening edge) of the inner ring ball groove 132 is the long diameter of the contact ellipse Ei3 and the contact ellipse Ei3.
  • the difference from the center inner ring contact point Pi1 to the length of the inner ring ball groove 232 from the shoulder is set to the same level.
  • the radial contact ranges W2 and W3 are the same, but the radial thickness T2 of the cage 150 in the second embodiment is different from the radial thickness T3 of the cage 250 in the comparative example. Furthermore, the concave arc-shaped curvature radius R2 of the inner ring ball groove 232 in the second embodiment is the same as the concave arc-shaped curvature radius R3 of the inner ring ball groove 232 in the comparative example.
  • the inner ring contact point Pi2 that is the center of the contact ellipse Ei2 in the second embodiment is It is necessary to set the inner ring ball groove 232 on the groove bottom side with respect to the inner ring contact point Pi1 which is the center of the contact ellipse Ei3 in the comparative example.
  • the concave arc-shaped contact angle ⁇ 2 of the inner ring ball groove 132 in the second embodiment is set smaller than the concave arc-shaped contact angle ⁇ 3 of the inner ring ball groove 232 in the comparative example. Accordingly, the inner ring contact point Pi2 that is the center of the contact ellipse Ei2 in the second embodiment needs to be set on the groove bottom side of the inner ring ball groove 132 with respect to the inner ring contact point Pi1 that is the center of the contact ellipse Ei3 in the comparative example. There is.
  • the radial thickness T2 of the cage 150 can be made larger than the radial thickness T3 of the cage 250 in the comparative example.
  • the life of the cage 150 can be improved as a result. Since the life of the cage 150 is the shortest among the components of the constant velocity joint 10, the life of the constant velocity joint 10 can be improved as a result by improving the life of the cage 150.
  • the contact angle ⁇ 2 in the second embodiment is made smaller than the contact angle ⁇ 3 in the comparative example.
  • the surface pressure (pressure) that the inner ring ball groove 132 receives from the ball 40 in the second embodiment is higher than the surface pressure that the inner ring ball groove 232 receives from the ball 40 in the comparative example.
  • it can be achieved by using a grease compatible with high surface pressure, making the inner ring ball groove 132 harder by improving the quenching, or improving the material used for the inner ring 30.

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Abstract

　保持器の強度および剛性を高めることにより、ボール型等速ジョイントの寿命を向上できるボール型等速ジョイントを提供する。　保持器の径方向厚は、ジョイント作動角が最大の場合に保持器の窓部におけるボールの径方向接触範囲より大きくなるように設定されている。

Description

ボール型等速ジョイント
　本発明は、自動車の舵取用車輪に駆動力を伝達すると共に舵取用車輪の舵角に応じてジョイント作動角が変化するボール型等速ジョイント、すなわち自動車のフロント用ドライブシャフトに用いるボール型等速ジョイントに関するものである。
　この種のボール型等速ジョイントについて、例えば、特開平１１－３２５０９４号公報（特許文献１）に記載されたものがある。当該ボール型等速ジョイントは、保持器におけるボールの径方向移動を許容することができると共に、保持器の径方向厚を小さくすることを目的として、保持器の各窓部に突部を設けるようにしている。ここで、自動車のフロント用ドライブシャフトに適用されるボール型等速ジョイントにおいては、保持器におけるボールの径方向接触範囲が大きくなる。従って、当該ボール型等速ジョイントにおいて、保持器の径方向厚は、保持器におけるボールの径方向接触範囲に一致するように形成されていた。
　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。保持器の柱部付近は、ボール型等速ジョイントの中で、最も強度および剛性の低い部分となることがある。このような場合、保持器の強度および剛性を高めることにより、ボール型等速ジョイントの寿命を向上することになる。
　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高めることにより、ボール型等速ジョイントの寿命を向上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。
　（１）本発明は、自動車の舵取用車輪に駆動力を伝達すると共に、前記舵取用車輪の舵角に応じてジョイント作動角が変化するボール型等速ジョイントにおいて、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、前記保持器の径方向厚は、前記ジョイント作動角が最大の場合に前記保持器の前記窓部における前記ボールの径方向接触範囲より大きくなるように設定されている。
　本発明によれば、保持器の径方向厚を保持器の窓部におけるボールの径方向接触範囲より大きくするようにしている。その結果、保持器の強度および剛性を高めることができ、ボール型等速ジョイントの寿命を向上することができる。ここで、ボール型等速ジョイントを大型化せずに保持器の径方向厚を大きくするためには、外輪および内輪とボールとの接触角を小さくするか、もしくは、外輪および内輪とボールとの接触楕円の長径を小さくすることが必要となる。そうすると、いずれの場合にも、内輪ボール溝および外輪ボール溝における面圧が大きくなる。そこで、従来のボール型等速ジョイントに対して、高面圧対応グリースを用いることや、焼き入れを改良によって内輪ボール溝および外輪ボール溝をさらに高硬度とすることや、内輪および外輪に用いる材料を改良することなどによって達成することができる。
　（２）また、前記保持器の前記窓部は、前記ジョイント作動角が最大の場合に、前記窓部における前記ボールの前記径方向接触範囲に対して前記保持器の径方向外方および径方向内方に、前記ボールの非接触領域を形成するように設定されているとよい。
　これにより、内輪ボール溝および外輪ボール溝における接触楕円が全く欠けないように、または、欠けるとしても僅かな欠けの程度となるようにしつつ、保持器の径方向厚を確実に大きくすることができる。従って、保持器の強度および剛性を確実に高めることができ、ボール型等速ジョイントの寿命を向上することができる。
ボール型等速ジョイントの軸方向断面図である。 第一実施形態：ボール型等速ジョイントの軸直交方向の部分断面図であって、トルク伝達時における内輪ボール溝、外輪ボール溝、ボールおよび保持器の接触状態を示す図である。 第二実施形態：ボール型等速ジョイントの軸直交方向の部分断面図であって、トルク伝達時における内輪ボール溝、外輪ボール溝、ボールおよび保持器の接触状態を示す図である。 比較例：ボール型等速ジョイントの軸直交方向の部分断面図であって、トルク伝達時における内輪ボール溝、外輪ボール溝、ボールおよび保持器の接触状態を示す図である。
　＜第一実施形態＞
　（ボール型等速ジョイントの全体構成）
　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、自動車の舵取用車輪に駆動力を伝達すると共に舵取用車輪の舵角に応じてジョイント作動角θが変化するボール型等速ジョイント、具体的には自動車のフロント用ドライブシャフトに適用されるボール型等速ジョイントである。この等速ジョイント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）を例に挙げて説明する。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。なお、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、および、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適用可能である。
　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。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。
　（外輪ボール溝、内輪ボール溝および保持器の詳細形状）
　次に、外輪ボール溝２３、内輪ボール溝３２、保持器５０の詳細形状について図２を参照して説明する。ここで、外輪ボール溝２３の外輪軸直交方向断面は、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。また、内輪ボール溝３２の内輪軸直交方向断面は、図２に示すように、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。本実施形態における内輪ボール溝３２の凹円弧状の曲率半径はＲ１としている。従って、ジョイント作動角θをとった状態において、トルク伝達時には、図２に示すように、外輪ボール溝２３とボール４０とは外輪接触点Ｐｏ１を中心とした楕円範囲にて接触し、内輪ボール溝３２とボール４０とは内輪接触点Ｐｉ１を中心とした楕円範囲にて接触する。この内輪接触点Ｐｉ１における接触楕円Ｅｉ１は、図２に示すような大きさとなる。
　この接触楕円Ｅｉ１の大きさは、内輪ボール溝３２の凹円弧状の曲率半径Ｒ１に応じて異なる。つまり、内輪ボール溝３２の凹円弧状の曲率半径Ｒ１が大きいほど、ボール４０と内輪ボール溝３２との接触楕円Ｅｉ１の長径および短径が小さくなる。反対に、内輪ボール溝３２の凹円弧状の曲率半径Ｒ１が小さいほど、ボール４０と内輪ボール溝３２との接触楕円Ｅｉ１の長径（長軸の長さ）および短径（短軸の長さ）が大きくなる。
　また、本実施形態における接触角はφ１としている。接触角φ１は、図２に示す接触状態において、ボール４０の中心Ｏａを通る内輪３０の半径線Ｌａと、内輪ボール溝３２とボール４０との接触楕円Ｅｉ１の中心である内輪接触点Ｐｉ１における法線とのなす鋭角である。そして、接触角φ１に応じても、接触楕円Ｅｉ１の大きさが異なる。すなわち、接触角φ１が大きいほど、ボール４０と内輪ボール溝３２との接触楕円Ｅｉ１の長径および短径が小さくなる。反対に、接触角φ１が小さいほど、ボール４０と内輪ボール溝３２との接触楕円Ｅｉ１の長径および短径が大きくなる。
　また、ジョイント作動角θをとった状態で、ボール４０が外輪ボール溝２３および内輪ボール溝３２を転動する際には、ボール４０は保持器５０の窓部５３のうち外輪２０の開口側の面に接触する。これは、外輪ボール溝２３および内輪ボール溝３２によるくさび効果によって、ボール４０を外輪２０の開口側へ押し出す力が発生するためである。そして、保持器５０の窓部５３においてボール４０が接触する位置は移動する。図２に示すように、窓部５３におけるボール４０の接触軌跡Ｇは、「８」字型となる。ボール４０が外輪２０の開口側（図１の左側）に位置する場合に、窓部５３におけるボール４０の接触位置は、「８」字型のうち径方向外方の位置となる。一方、ボール４０が外輪２０の奧側（図１の右側）に位置する場合に、窓部５３におけるボール４０の接触位置は、「８」字型のうち径方向内方の位置となる。この「８」字型の接触軌跡Ｇにおける保持器５０の径方向接触範囲はＷ１となる。
　そして、保持器５０の径方向厚はＴ１としている。つまり、保持器５０の径方向厚Ｔ１は、窓部５３におけるボール４０の径方向接触範囲Ｗ１より大きくなるように設定されている。より詳細には、保持器５０の窓部５３は、ジョイント作動角θが最大の場合に、窓部５３におけるボール４０の径方向接触範囲Ｗ１に対して保持器５０の径方向外方および径方向内方に、ボール４０の非接触領域を形成するように設定されている。
　ここで、本実施形態における接触楕円Ｅｉ１の大きさ、位置などについて分かりやすくするために、比較例を参照しながら説明する。比較例として、図４に示すものを用いる。なお、比較例における外輪ボール溝２２３、内輪ボール溝２３２および保持器２５０は、以下に説明する点について、本実施形態における外輪ボール溝２３、内輪ボール溝３２および保持器５０と相違する。
　図４に示すように、比較例において、保持器２５０の窓部２５３におけるボール４０の径方向接触範囲Ｗ３と保持器２５０の径方向厚Ｔ３は、同一としている。ここで、比較例における径方向接触範囲Ｗ３は、本実施形態における径方向接触範囲Ｗ１と同一である。従って、比較例における保持器２５０の径方向厚Ｔ３は、本実施形態における保持器５０の径方向厚Ｔ１よりも小さくなる。また、比較例における接触角φ３は、本実施形態における接触角φ１と同一としている。しかし、比較例における内輪ボール溝２３２の凹円弧状の曲率半径はＲ３とし、本実施形態における曲率半径Ｒ１よりも小さくしている。従って、比較例における接触楕円Ｅｉ３の長径および短径は、本実施形態における接触楕円Ｅｉ１の長径および短径より大きくなる。
　ここで、図２に示す本実施形態と図４に示す比較例とを比較しながら考察する。接触楕円Ｅｉ１，Ｅｉ３の欠けは、応力集中による寿命の低下の原因となる。そのため、接触楕円Ｅｉ１，Ｅｉ３の欠けは、全く存在しない状態とするか、存在するとしても僅かな程度とすることが求められる。つまり、接触楕円Ｅｉ１の長径と接触楕円Ｅｉ１の中心である内輪接触点Ｐｉ１から内輪ボール溝３２の肩部（開口縁部）までの長さとの差が、接触楕円Ｅｉ３の長径と接触楕円Ｅｉ３の中心である内輪接触点Ｐｉ１から内輪ボール溝２３２の肩部までの長さとの差と、同程度に設定される。
　そして、径方向接触範囲Ｗ１，Ｗ３が同一であるが、本実施形態における保持器５０の径方向厚Ｔ１と比較例における保持器２５０の径方向厚Ｔ３とが異なる。さらに、接触角φ１，φ３が同一である。この場合に、本実施形態における接触楕円Ｅｉ１における欠けを比較例における接触楕円Ｅｉ３の欠けと同程度とするためには、本実施形態における接触楕円Ｅｉ１の長径を比較例における接触楕円Ｅｉ３の長径よりも小さくする必要がある。
　そこで、本実施形態における内輪ボール溝３２の凹円弧状の曲率半径Ｒ１を、比較例における内輪ボール溝２３２の凹円弧状の曲率半径Ｒ３よりも大きく設定している。これにより、本実施形態における接触楕円Ｅｉ１の長径および短径を比較例における接触楕円Ｅｉ３の長径および短径よりも小さくすることができる。このように、曲率半径Ｒ１を大きくすることで、保持器５０の径方向厚Ｔ１を比較例における保持器２５０の径方向厚Ｔ３より大きくすることができるようになる。
　保持器５０の径方向厚Ｔ１を大きくすることで、保持器５０の強度および剛性を高めることができるため、結果として保持器５０の寿命を向上することができる。等速ジョイント１０の構成部品の中で保持器５０の寿命が最も短いため、保持器５０の寿命を向上させることにより、結果として等速ジョイント１０の寿命を向上することができる。
　ここで、本実施形態における接触楕円Ｅｉ１の長径および短径は、比較例における接触楕円Ｅｉ３の長径および短径より小さくなるようにしている。このことは、本実施形態における内輪ボール溝３２がボール４０から受ける面圧（圧力）が、比較例における内輪ボール溝２３２がボール４０から受ける面圧よりも高くなることを意味する。この対策として、高面圧対応グリースを用いることや、焼き入れを改良によって内輪ボール溝３２をさらに高硬度とすることや、内輪３０に用いる材料を改良することなどによって達成することができる。なお、外輪２０についても同様である。このようにすることで、保持器５０の強度および剛性を高めることができ、結果として確実に等速ジョイント１０の寿命を向上することができる。
　＜第二実施形態＞
　次に、第二実施形態における外輪ボール溝１２３、内輪ボール溝１３２、保持器１５０の詳細形状について図３を参照して説明する。なお、第二実施形態における外輪ボール溝１２３、内輪ボール溝１３２および保持器１５０は、以下に説明する点について、第一実施形態および比較例のものと相違する。
　図３に示すように、第二実施形態における保持器１５０は、第一実施形態の保持器５０と同一構成からなる。第二実施形態における保持器１５０の径方向厚Ｔ２は、第一実施形態における保持器５０の径方向厚Ｔ１と同一であり、保持器１５０の窓部１５３におけるボール４０の径方向接触範囲Ｗ２は、第一実施形態における径方向接触範囲Ｗ１と同一である。つまり、第二実施形態における径方向厚Ｔ２は、径方向接触範囲Ｗ２より大きくなるように設定されている。
　また、第二実施形態における接触角φ２は、第一実施形態における接触角φ１よりも小さく設定されている。つまり、第二実施形態における接触楕円Ｅｉ２の中心である内輪接触点Ｐｉ２は、第一実施形態および比較例における接触楕円Ｅｉ１，Ｅｉ３の中心である内輪接触点Ｐｉ１より、内輪ボール溝１３２の溝底側（図３の下側）に位置している。また、第二実施形態における内輪ボール溝１３２の凹円弧状の曲率半径はＲ２とし、比較例における曲率半径Ｒ３と同一であって、第一実施形態における曲率半径Ｒ１より小さくしている。従って、第二実施形態における接触楕円Ｅｉ２の長径および短径は、比較例における接触楕円Ｅｉ３の長径および短径と同一である。
　以下に、図３に示す第二実施形態と図４に示す比較例とを比較しながら考察する。接触楕円Ｅｉ２，Ｅｉ３の欠けは、応力集中による寿命の低下の原因となる。そのため、接触楕円Ｅｉ２，Ｅｉ３の欠けは、全く存在しない状態とするか、存在するとしても僅かな程度とすることが求められる。つまり、接触楕円Ｅｉ２の長径と接触楕円Ｅｉ２の中心である内輪接触点Ｐｉ２から内輪ボール溝１３２の肩部（開口縁部）までの長さとの差が、接触楕円Ｅｉ３の長径と接触楕円Ｅｉ３の中心である内輪接触点Ｐｉ１から内輪ボール溝２３２の肩部までの長さとの差と、同程度に設定される。
　そして、径方向接触範囲Ｗ２，Ｗ３が同一であるが、第二実施形態における保持器１５０の径方向厚Ｔ２と比較例における保持器２５０の径方向厚Ｔ３とが異なる。さらに、第二実施形態における内輪ボール溝２３２の凹円弧状の曲率半径Ｒ２は、比較例における内輪ボール溝２３２の凹円弧状の曲率半径Ｒ３と同一である。この場合に、第二実施形態における接触楕円Ｅｉ２における欠けを比較例における接触楕円Ｅｉ３の欠けと同程度とするためには、第二実施形態における接触楕円Ｅｉ２の中心である内輪接触点Ｐｉ２を、比較例における接触楕円Ｅｉ３の中心である内輪接触点Ｐｉ１に対して内輪ボール溝２３２の溝底側に設定する必要がある。
　そこで、第二実施形態における内輪ボール溝１３２の凹円弧状の接触角φ２を、比較例における内輪ボール溝２３２の凹円弧状の接触角φ３よりも小さく設定している。これにより、第二実施形態における接触楕円Ｅｉ２の中心である内輪接触点Ｐｉ２を、比較例における接触楕円Ｅｉ３の中心である内輪接触点Ｐｉ１に対して内輪ボール溝１３２の溝底側に設定する必要がある。このように、接触角φ２を接触角φ３より小さくすることで、保持器１５０の径方向厚Ｔ２を比較例における保持器２５０の径方向厚Ｔ３より大きくすることができるようになる。
　第二実施形態における保持器１５０の径方向厚Ｔ２を大きくすることで、保持器１５０の強度および剛性を高めることができるため、結果として保持器１５０の寿命を向上することができる。等速ジョイント１０の構成部品の中で保持器１５０の寿命が最も短いため、保持器１５０の寿命を向上させることにより、結果として等速ジョイント１０の寿命を向上することができる。
　ここで、第二実施形態における接触角φ２は、比較例における接触角φ３より小さくなるようにしている。このことは、第二実施形態における内輪ボール溝１３２がボール４０から受ける面圧（圧力）が、比較例における内輪ボール溝２３２がボール４０から受ける面圧よりも高くなることを意味する。この対策として、高面圧対応グリースを用いることや、焼き入れを改良によって内輪ボール溝１３２をさらに高硬度とすることや、内輪３０に用いる材料を改良することなどによって達成することができる。なお、外輪２０についても同様である。このようにすることで、保持器１５０の強度および剛性を高めることができ、結果として確実に等速ジョイント１０の寿命を向上することができる。
１０：ボール型等速ジョイント、　２０：外輪、　２３，１２３，２２３：外輪ボール溝、　３０：内輪、　３２，１３２，２３２：内輪ボール溝、　４０：ボール、　５０，１５０，２５０：保持器、　５１：外周面、　５２：内周面、　５３，１５３，２５３：窓部、　６０：シャフト、　Ｅｉ１，Ｅｉ２，Ｅｉ３：接触楕円、　Ｇ：接触軌跡、　Ｌ１：外輪軸線、　Ｌ２：内輪軸線、　Ｌａ：半径線、　Ｏ：ジョイント中心、　Ｏａ：ボール中心、　Ｐｏ１：外輪接触点、　Ｐｉ１，Ｐｉ２：内輪接触点、　Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３：内輪ボール溝の曲率半径、　Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３：保持器の径方向厚、　Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３：ボールと保持器の径方向接触範囲、　φ１，φ２，φ３：接触角

Claims (2)

  1. 　自動車の舵取用車輪に駆動力を伝達すると共に、前記舵取用車輪の舵角に応じてジョイント作動角が変化するボール型等速ジョイントにおいて、
    　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、
    　前記保持器の径方向厚は、前記ジョイント作動角が最大の場合に前記保持器の前記窓部における前記ボールの径方向接触範囲より大きくなるように設定されているボール型等速ジョイント。
  2. 　請求項１において、
    　前記保持器の前記窓部は、前記ジョイント作動角が最大の場合に、前記窓部における前記ボールの前記径方向接触範囲に対して前記保持器の径方向外方および径方向内方に、前記ボールの非接触領域を形成するように設定されているボール型等速ジョイント。
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