WO2016152386A1 - 摺動式等速自在継手 - Google Patents

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WO2016152386A1
WO2016152386A1 PCT/JP2016/055954 JP2016055954W WO2016152386A1 WO 2016152386 A1 WO2016152386 A1 WO 2016152386A1 JP 2016055954 W JP2016055954 W JP 2016055954W WO 2016152386 A1 WO2016152386 A1 WO 2016152386A1
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WO
WIPO (PCT)
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constant velocity
velocity universal
universal joint
type constant
ball
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PCT/JP2016/055954
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English (en)
French (fr)
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竜宏 後藤
智茂 小林
真 友上
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20Universal 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
    • F16D3/22Universal 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
    • F16D3/223Universal 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
    • F16D3/226Universal 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 the groove centre-lines in each coupling part lying on a cylinder co-axial with the respective coupling part
    • F16D3/227Universal 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 the groove centre-lines in each coupling part lying on a cylinder co-axial with the respective coupling part the joints being telescopic

Definitions

  • the present invention relates to a sliding type constant velocity universal joint used for automobiles and various industrial machines.
  • the drive shaft for automobiles usually uses a fixed type constant velocity universal joint on the drive wheel side (also called outboard side), and a sliding type constant velocity universal joint on the differential side (also called inboard side). These two constant velocity universal joints are connected by an intermediate shaft.
  • the fixed type constant velocity universal joint can take a large operating angle but does not slide in the axial direction.
  • the sliding type constant velocity universal joint is slidable in the axial direction, but cannot take a large operating angle.
  • the maximum allowable angle of the fixed constant velocity universal joint used on the drive wheel side is set to 46 ° to 50 ° so that it can also correspond to the angle at the time of full steering.
  • the maximum allowable angle of the joint is set to 23 ° to 30 ° so that the movement of the suspension can be absorbed.
  • the maximum operating angle is obtained in the full bound state where the suspension sinks most and the full rebound state where the suspension is fully extended.
  • SUV vehicles sports, utility vehicles
  • a normal angle a large drive shaft angle
  • Patent Document 1 As a drive shaft for an automobile, a shaft that can slide in the axial direction by a ball spline using a fixed constant velocity universal joint has already been proposed (Patent Document 1, Non-Patent Document 1).
  • Sliding constant velocity universal joints include double offset type constant velocity universal joints (DOJ) consisting of outer joint members, inner joint members, cages and 6 to 8 balls, outer joint members, trunnions, 3
  • DOJ double offset type constant velocity universal joints
  • TJ tripod type constant velocity universal joint
  • Patent Document 1 proposes a drive shaft that uses two fixed constant velocity universal joints connected by a shaft having a ball spline.
  • This drive shaft uses a fixed type constant velocity universal joint with a large operating angle on the differential side, but the ball spline provided on the shaft incurs a significant cost increase and the axial length of the ball spline. Therefore, the drive shaft is also limited in dimension. For this reason, the drive shaft of patent document 1 has remained for the application for some special vehicles.
  • Non-Patent Document 1 describes a drive shaft having a structure in which ball splines are arranged on the outer periphery of a fixed type constant velocity universal joint. It was put into practical use for some luxury vehicles in the early 1960s, before the rise of front-wheel drive vehicles (FF vehicles). This was a structure before the practical use of DOJ as a standard for sliding constant velocity universal joints, and this structure was very expensive. As a result, it was deceived by currently used DOJ and TJ. As described above, Non-Patent Document 1 is a structure before DOJ as a sliding type constant velocity universal joint is put into practical use, and is not intended to increase the angle of the sliding type constant velocity universal joint.
  • FF vehicles front-wheel drive vehicles
  • the present invention can greatly increase the operating angle of the sliding type constant velocity universal joint, thereby expanding the usable range of the angle of the drive shaft and the layout of the drive system components.
  • the purpose of the present invention is to provide a sliding constant velocity universal joint that can greatly contribute to diversifying automobile designs.
  • the inventors of the present invention have made various studies to achieve the above-described object, and efficiently arrange a ball spline on the outer periphery of a compact fixed type constant velocity universal joint to reduce torque loss and reduce cost and weight.
  • the idea has led to the present invention.
  • the present invention includes an outer joint member in which a plurality of track grooves are formed on a spherical inner peripheral surface, and a plurality of tracks facing the track grooves of the outer joint member on a spherical outer peripheral surface.
  • a fixed type constant velocity universal joint portion is constituted by a cage for holding a torque transmission ball, and the fixed type constant velocity universal joint portion is inserted into an outer cylinder member, and the inner peripheral surface of the outer cylinder member and the fixed type In the sliding type constant velocity universal joint in which a ball spline portion is formed between the outer peripheral surface of the outer joint member of the speed universal joint portion, the ball of the ball spline portion is connected to the inner peripheral surface of the outer cylindrical member and the outer joint.
  • the operating angle of the sliding constant velocity universal joint is greatly expanded, so the usable range of the drive shaft angle is expanded, the degree of freedom in the layout of drive system parts is improved, and the automobile is diversified It is possible to realize a sliding type constant velocity universal joint that can greatly contribute to the design.
  • a ball spline part having a cage can be arranged on the outer periphery of a compact fixed type constant velocity universal joint part to reduce a torque loss and realize a sliding type constant velocity universal joint with reduced cost and weight. .
  • the ball spline groove of the ball spline part is arranged in a phase between adjacent track grooves of the outer joint member of the fixed type constant velocity universal joint part. Therefore, a ball spline part can be efficiently arrange
  • the stem shaft portion is integrally formed with the outer cylinder member, the connection with the differential gear is easy.
  • the fixed constant velocity universal joint is preferably composed of a Rzeppa constant velocity universal joint or a constant velocity universal joint having a cross track groove. Thereby, torque loss can be reduced and it can be set as the sliding type constant velocity universal joint which suppressed cost and weight.
  • the sliding type constant velocity universal joint of the present invention since the operating angle is greatly expanded, the usable range of the angle of the drive shaft is expanded, the degree of freedom of layout of the drive system parts is improved, and various It is possible to realize a sliding type constant velocity universal joint that can greatly contribute to the design of automobiles.
  • a ball spline part having a cage can be arranged on the outer periphery of a compact fixed type constant velocity universal joint part to reduce a torque loss and realize a sliding type constant velocity universal joint with reduced cost and weight.
  • the ball spline portion can be efficiently arranged in the phase between adjacent track grooves of the outer joint member, and the cost and weight can be further suppressed.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view taken along the line GN-G of FIG. 2, showing the sliding type constant velocity universal joint according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view taken along the line HH in FIG. 1.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of one ball and a track groove along the line PP in FIG. 1. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state which the sliding type constant velocity universal joint of FIG. 1 slid in and took the operating angle. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state which the sliding type constant velocity universal joint of FIG. 1 slid out and took the operating angle. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state which the sliding type constant velocity universal joint of FIG.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a state in which the sliding constant velocity universal joint of FIG. 1 is slid from a central position, and shows a state at the central position. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the state which the sliding type constant velocity universal joint of FIG. 1 slid from the center position, and shows the state which slid out. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the drive shaft to which the sliding type constant velocity universal joint of FIG. 1 is applied.
  • FIG. 10 is a longitudinal sectional view taken along the line GN-G of FIG. 9, showing a sliding type constant velocity universal joint according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a side view taken along the line HH in FIG. 8. It is a longitudinal cross-sectional view of the outer joint member of FIG. It is a figure which shows the outer peripheral surface of the inner side coupling member of FIG. It is sectional drawing of the outer joint member seen in the plane M containing the ball track centerline of the track groove of FIG. 10, and a joint center. It is sectional drawing of the inner side coupling member seen in the plane Q containing the ball
  • a sliding type constant velocity universal joint 1 includes a fixed type constant velocity universal joint portion 2, an outer cylinder member 3, and an outer cylinder member 3. And a ball spline part 4 formed between the fixed type constant velocity universal joint part 2.
  • the fixed type constant velocity universal joint portion 2 is constituted by a Rzeppa type constant velocity universal joint having eight torque transmission balls (hereinafter, also simply referred to as balls), and includes an outer joint member 6, an inner joint member 7, a ball 8 and The cage 9 is a main component.
  • Eight curved track grooves 11 are formed on the spherical inner peripheral surface 10 of the outer joint member 6 at equal intervals in the circumferential direction and along the axial direction.
  • Eight curved track grooves 13 facing the track grooves 11 of the outer joint member 6 are formed on the spherical outer peripheral surface 12 of the inner joint member 7 at equal intervals in the circumferential direction and along the axial direction. .
  • Eight balls 8 for transmitting torque are incorporated one by one between the track groove 11 of the outer joint member 6 and the track groove 13 of the inner joint member 7.
  • a cage 9 that holds the ball 8 is disposed between the spherical inner peripheral surface 10 of the outer joint member 6 and the spherical outer peripheral surface 12 of the inner joint member 7.
  • the ball 8 is accommodated in the pocket portion 9 a of the cage 9.
  • the spherical outer circumferential surface 14 of the cage 9 is fitted with the spherical inner circumferential surface 10 of the outer joint member 6, and the spherical inner circumferential surface 15 of the cage 9 is fitted with the spherical outer circumferential surface 12 of the inner joint member 7.
  • the centers of curvature of the spherical inner peripheral surface 10 of the outer joint member 6 and the spherical outer peripheral surface 12 of the inner joint member 7 are formed at the joint center O, respectively.
  • the center of curvature Oo of the curved track groove 11 of the outer joint member 6 and the center of curvature Oi of the curved track groove 13 of the inner joint member 7 are opposite to the center O of the joint in the axial direction. Is offset by the same distance f1.
  • a female spline (spline includes serration; the same applies hereinafter) 17 is formed in the inner diameter hole 16 of the inner joint member 7, and the male spline 20 formed at the end of the intermediate shaft 19 is fitted to the female spline 17. , And are connected so that torque can be transmitted.
  • the inner joint member 7 and the intermediate shaft 19 are positioned in the axial direction by a retaining ring 21.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of one ball and a track groove along the line PP in FIG.
  • the cross-sectional shape of the track grooves 11 and 13 is formed in an elliptical shape or a Gothic arch shape.
  • the ball 8 is in angular contact with the track groove 11 of the outer joint member 6 at two points C12 and C13, and is in angular contact with the track groove 13 of the inner joint member 7 at two points C15 and C16.
  • the angle (contact angle ⁇ ) formed by a straight line passing through the ball center O2 and the contact points C12, C13, C15, C16 and a straight line passing through the ball center O2 and the joint center O is preferably set to about 30 ° to 45 °. .
  • the fixed type constant velocity universal joint portion 2 is fitted and inserted into the outer cylindrical member 3, and the outer peripheral surface 24 of the outer cylindrical member 3 and the outer side of the fixed type constant velocity universal joint portion 2.
  • a ball spline portion 4 is formed between the outer peripheral surface 25 of the joint member 6.
  • eight ball spline grooves 26 having a circular arc cross section are formed on the inner peripheral surface 24 of the outer cylinder member 3 in a straight line in the axial direction.
  • eight ball spline grooves 27 having a circular arc cross section are formed linearly in the axial direction corresponding to the ball spline grooves 26 of the outer cylinder member 3.
  • Two balls 28 are incorporated in each groove of each pair of ball spline grooves 26 and 27.
  • a cage 29 for holding the ball 28 is disposed between the outer peripheral surface 25 of the outer joint member 6 and the inner peripheral surface 24 of the outer cylinder member 3.
  • Two pocket portions 29 a of the cage 29 are provided for each ball spline groove 26, 27, that is, a pocket portion 29 a for each ball 28 is provided.
  • Each ball 28 is accommodated and held in the pocket portion 29 a of the cage 29, and the cage 29 slides while holding the ball 28.
  • the inner and outer peripheral surfaces of the cage 29 are respectively guided by the outer peripheral surface 25 of the outer joint member 6 and the inner peripheral surface 24 of the outer cylinder member 3.
  • the fixed type constant velocity universal joint portion 2 slides with respect to the outer cylindrical member 3 as each ball 28 of the ball spline portion 4 rolls on the ball spline grooves 26 and 27.
  • the cage 29 of the ball spline part 4 is made of resin in consideration of weight reduction and low friction because it does not receive a large load.
  • the cage 29 is preferably a commonly used resin having excellent wear resistance, seizure resistance, and the like.
  • the thermoplastic resin include polyethylene, polyamide, polyacetal, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycarbonate, Examples include polyphenylene sulfide, polyether sulfone, polyether imide, polyamide imide, polyether ether ketone, and thermoplastic polyimide.
  • Thermosetting resins include synthesis of thermosetting polyimide, epoxy resin, and phenol resin. Resin. In order to improve the strength and dimensional stability, it is preferable to add glass fibers or carbon fibers based on a thermoplastic resin such as polyamide, polyphenylene sulfide, or polyether ether ketone.
  • the material of the cage 29 it is preferable to use a polyamide resin excellent in tensile elongation, tensile strength, impact resistance, wear resistance, lubricity and the like.
  • the polyamide resin include PA66 (polyamide 66), PA46 (polyamide 46), PA9T (polyamide 9T), PA11 (polyamide 11), and PA6 (polyamide 6). Since it is excellent in tensile elongation, tensile strength, impact resistance, wear resistance, lubricity, etc., a high-quality cage can be obtained.
  • thermosetting resin such as thermosetting polyimide, epoxy resin, or phenol resin
  • the cage 29 of the ball spline portion 4 is illustrated as being made of resin, but is not limited thereto, and may be made of metal such as a steel pipe.
  • the ball spline grooves 26 and 27 are arranged with two balls 28 per groove for reducing the number of parts.
  • the number is not limited to this, and an appropriate number can be set as long as it is two or more.
  • bowl 28 was illustrated in the holder
  • a stem 3b connected to a differential gear (not shown) is integrally formed on the bottom 3a of the outer cylinder member 3.
  • the stem portion 3b is formed with a spline 3c at the shaft end and a sliding bearing portion 3d having an oil groove at the center.
  • the spline 3c is fitted into the spline hole of the differential gear and connected so as to be able to transmit torque. Since the stem shaft portion 3b is integrally formed with the outer cylinder member 3, the connection with the differential gear is easy.
  • a retaining ring 30 is provided at the groove bottom of the ball spline groove 26 at the opening side end of the inner peripheral surface 24 of the outer cylinder member 3.
  • Retaining rings 31 and 32 are provided at the groove bottoms at both ends of the ball spline groove 27 on the outer peripheral surface 25 of the outer joint member 6. Since each retaining ring 30, 31, 32 protrudes from the groove bottom of the ball spline groove 26, 27, the fixed constant velocity is freely fixed to the outer cylinder member 3 at a position where the ball 28 interferes with the retaining ring 30, 31, 32. The axial movement of the joint portion 2 is prevented.
  • a bellows-like boot 22 is mounted on the outer peripheral surface of the outer cylinder member 3 and the outer peripheral surface of the intermediate shaft 19 connected to the inner joint member 7. Specifically, one end of the boot 22 is attached to a seal adapter 23, and the seal adapter 23 is fixed by caulking in an attachment groove 18 provided on the outer peripheral surface of the outer cylinder member 3. The other end of the boot 22 is fastened and fixed to the outer peripheral surface of the intermediate shaft 19 by a boot band 33. As a result, leakage of grease as a lubricant sealed inside the joint is prevented and entry of foreign matter from the outside is prevented.
  • the ball spline grooves 27 formed on the outer peripheral surface 25 of the outer joint member 6 are formed on the spherical inner peripheral surface 10 of the outer joint member 6. It is arranged in the surplus portion of the phase between the adjacent track grooves 11.
  • the sliding type constant velocity universal joint 1 according to the present embodiment will be described later in detail with respect to a configuration in which the ball spline portion 4 is efficiently arranged on the outer periphery of the compact fixed type constant velocity universal joint portion 2 to reduce cost and weight.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a state where the sliding type constant velocity universal joint 1 is slid in and has an operating angle.
  • the fixed type constant velocity universal joint portion 2 slides to the back side (bottom portion 3a side) of the outer cylinder member 3 by rolling of the ball spline portion 4.
  • the inner and outer peripheral surfaces of the retainer 29 are guided by the outer peripheral surface 25 of the outer joint member 6 and the inner peripheral surface 24 of the outer cylindrical member 3, the posture of the retainer 29 is stabilized.
  • the balls 28 accommodated in the 29 pocket portions 29a roll smoothly on the ball spline grooves 26 and 27 in the axial direction.
  • the sliding type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment the operating angle is taken by the inner fixed type constant velocity universal joint portion 2, and the axial slide is taken by the ball spline portion 4.
  • the function of taking the operating angle and the function of taking the slide in the axial direction are divided into the fixed type constant velocity universal joint portion 2 and the ball spline portion 4. Therefore, the sliding type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment has an axial force problem due to the operating angle generated in the currently used sliding type constant velocity universal joint that simultaneously performs the function of taking the operating angle and the function of sliding.
  • the NVH Noise, Vibration, Harshness
  • the final position of slide-in of the sliding type constant velocity universal joint 1 is regulated by interference between the retaining ring 31 provided at the opening side end portion of the outer peripheral surface 25 of the outer joint member 6 and the ball 28.
  • the operating angle is restricted due to interference between the intermediate shaft 19 and the boot 22, but in this state, the vehicle is not in a full bound or full rebound state. A very large operating angle is not required, and there is no practical problem.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a state in which the sliding type constant velocity universal joint 1 is slid out. Contrary to the slide-in state, the fixed type constant velocity universal joint portion 2 slides to the opening side of the outer cylindrical member 3 by rolling of the ball spline portion 4. The final slide-out position of the sliding type constant velocity universal joint 1 is provided at the retaining ring 30 provided at the opening end of the inner peripheral surface 24 of the outer cylinder member 3 and the inner end of the outer joint member 6. It is regulated when the ball 28 interferes with the retaining ring 32.
  • the fixed type constant velocity universal joint portion 2 In the slide-out state, the fixed type constant velocity universal joint portion 2 overhangs with respect to the outer cylinder member 3 to take an operating angle, and a bending moment is applied to the ball spline portion 4, but the ball spline groove 26, The load can be supported by two balls 28 arranged per one groove 27.
  • the operating angle of the sliding type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is greatly expanded to about 40 ° to 45 °, so that the usable range of the angle of the drive shaft is expanded, and the layout of the drive system components is increased. The degree of freedom increases, and it can greatly contribute to the design of a diverse car.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a state in which the sliding type constant velocity universal joint is slid from the center position
  • FIG. 6a shows a state in which the slide-in is performed
  • FIG. 6b shows a state in the center position
  • the number of balls 28 per groove of the ball spline grooves 26 and 27 was set.
  • the slide amount L is about 20 to 30 mm, although it varies depending on the joint size and the mounted vehicle type. In the present embodiment, the slide is limited by the interference between the ball 28 and the retaining rings 30, 31, 32, but is not limited thereto, and may be limited by the interference between the cage 29 and the retaining ring. .
  • the ball spline part 4 is efficiently arranged on the outer periphery of the compact fixed type constant velocity universal joint part 2 to reduce torque loss and reduce the cost and weight.
  • the structure of will be described.
  • the length of the line segment connecting the center of curvature Oo of the track groove 11 of the outer joint member 6 and the center O2 of the ball 8, and the length of the line segment connecting the center of curvature Oi of the track groove 13 of the inner joint member 7 and the center O2 of the ball 8 are respectively PCR, and both are equal.
  • the sliding type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment has an efficient arrangement of the fixed type constant velocity universal joint portion 2 and the ball spline portion 4 using the eight compact balls 8 described above. Together, it reduces torque loss, is lightweight and compact, and can reduce costs.
  • FIG. 7 shows a drive shaft 40 for a front wheel of an automobile to which the sliding constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is applied.
  • a fixed type constant velocity universal joint 41 is connected to one end of the intermediate shaft 19, and the sliding type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is connected to the other end.
  • the fixed type constant velocity universal joint 41 is a Rzeppa type constant velocity universal joint using eight balls, and has the same internal configuration as the fixed type constant velocity universal joint portion 2 of the sliding type constant velocity universal joint 1.
  • the fixed type constant velocity universal joint 41 is connected to a hub wheel (not shown) on which driving wheels are mounted, and the sliding type constant velocity universal joint 1 is connected to a differential gear (not shown).
  • the sliding type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment Since the sliding type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is used, the operating angle is greatly expanded, the usable area of the angle of the drive shaft 40 is expanded, and the degree of freedom of layout of the drive system parts is improved. It can greatly contribute to the design of diversifying automobiles. Moreover, since the ball spline part 4 which has a holder
  • the sliding type constant velocity universal joint 51 of this embodiment is different from the first embodiment in the fixed type constant velocity universal joint portion 52. Since other configurations are the same as those in the first embodiment, portions having the same functions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the fixed type constant velocity universal joint portion 52 mainly includes an outer joint member 56, an inner joint member 57, a ball 58, and a cage 59.
  • each of the eight track grooves 61 and 63 of the outer joint member 56 and the inner joint member 57 is inclined in the circumferential direction with respect to the joint axis NN, and the inclined direction is the circumferential direction.
  • the track grooves 61A, 61B and 63A, 63B adjacent to each other are formed in opposite directions.
  • eight balls 58 are arranged at the intersections of the track grooves 61A, 63A and 61B, 63B that form pairs of the outer joint member 56 and the inner joint member 57.
  • the fixed type constant velocity universal joint portion 52 is formed of a constant velocity universal joint having the tolerance track grooves 61 and 63. Details of the track grooves 61 and 63 will be described later.
  • the ball spline groove 27 formed in the outer peripheral surface 75 of the outer joint member 56 is formed in the spherical inner periphery of the outer joint member 56 in order to efficiently arrange the ball spline portion 4. Arranged in the surplus portion of the phase between adjacent track grooves 61 formed in the surface 60. Also in the sliding type constant velocity universal joint 51 of the present embodiment, the ball spline portion 4 is efficiently arranged on the outer periphery of the compact and highly efficient fixed type constant velocity universal joint portion 52 to reduce cost and weight.
  • Figure 8 shows the longitudinal section of the joint.
  • the term “ball trajectory centerline” will be used to describe the shape and shape of the track groove extending substantially in the axial direction, such as an inclined state and a curved state.
  • the ball trajectory center line means a locus drawn by the center of the ball when the ball arranged in the track groove moves along the track groove. Therefore, the inclination state of the track groove is the same as the inclination state of the ball track center line, and the arc shape or the straight state of the track groove is the arc shape or straight state of the ball track center line. The same.
  • the track groove 61 of the outer joint member 56 has a ball track center line X
  • the track groove 61 has a first ball track center line Xa having an arc-shaped ball track center line Xa with the joint center O as the center of curvature.
  • Track groove portion 61a and a second track groove portion 61b having a linear ball track center line Xb.
  • the ball track center line Xa of the second track groove portion 61b extends to the ball track center line Xa of the first track groove portion 61a.
  • Xb is smoothly connected as a tangent.
  • the track groove 63 of the inner joint member 57 has a ball track center line Y
  • the track groove 63 includes a first track groove portion 63a having an arc-shaped ball track center line Ya with the joint center O as the center of curvature.
  • a second track groove portion 63b having a straight ball track center line Yb, and the ball track center line Yb of the second track groove portion 63b is smoothly tangent to the ball track center line Ya of the first track groove portion 63a. It is connected to the.
  • the track groove depth can be made uniform. And processing can be facilitated.
  • the cross-sectional shape of the track grooves 61 and 63 is formed in an elliptical shape or a Gothic arch shape as in FIG. 3 described above, and the track grooves 61 and 63 and the ball 58 have a contact angle (about 30 ° to 45 °). So-called angular contact. Therefore, the ball 58 is in contact with the side surfaces of the track grooves 61 and 63 that are slightly apart from the groove bottoms of the track grooves 61 and 63.
  • FIG. 10 shows a partial longitudinal section of the outer joint member 56.
  • the track grooves 61 of the outer joint member 56 are denoted by the reference numerals of the track grooves 61A and 61B because of the difference in inclination direction.
  • the plane M including the track center line X of the track groove 61A and the joint center O is inclined by an angle ⁇ with respect to the joint axis NN.
  • the track groove 61B adjacent to the track groove 61A in the circumferential direction is not shown in the figure, but the plane M including the ball track center line X and the joint center O of the track groove 61B is connected to the joint axis NN.
  • the track groove 61A is inclined by an angle ⁇ in a direction opposite to the inclination direction of the track groove 61A.
  • the entire area of the ball track center line X of the track groove 61A that is, both the ball track center line Xa of the first track groove portion 61a and the ball track center line Xb of the second track groove portion 61b are on the plane M. Is formed.
  • the present invention is not limited to this, and a mode in which only the ball trajectory center line Xa of the first track groove 61a is included in the plane M can also be implemented. Therefore, at least the first track groove portion 61a of the first track groove portion 61a including the ball trajectory center line Xa and the plane M including the joint center O is inclined with respect to the joint axis NN and the inclination direction is adjacent in the circumferential direction. What is necessary is just to be formed in the mutually opposite direction by 61a.
  • the track groove codes are supplemented.
  • reference numeral 61 is given, and the first track groove part is given reference numeral 61a, and the second track groove part is given reference numeral 61b.
  • reference numerals 61A and 61B are assigned, reference numerals 61Aa and 61Ba are assigned to the first track groove parts, and reference signs 61Ab and 61Bb are assigned to the second track groove parts.
  • the track grooves of the inner joint member 57 to be described later are also given the same reference numerals.
  • FIG. 11 shows the outer peripheral surface of the inner joint member 57.
  • the track grooves 63 of the inner joint member 57 are given the reference numerals of the track grooves 63A and 63B because of the difference in the inclination direction.
  • the plane Q including the ball track center line Y and the joint center O of the track groove 63A is inclined by an angle ⁇ with respect to the joint axis NN.
  • the plane Q including the ball track center line Y and the joint center O of the track groove 63B is in relation to the joint axis NN.
  • the track groove 63A is inclined by an angle ⁇ in a direction opposite to the inclination direction of the track groove 63A.
  • the inclination angle ⁇ is set to 4 ° to 12 ° in consideration of the operability of the fixed type constant velocity universal joint portion 52 and the spherical surface width F (see FIG. 9) on the closest side of the track groove of the inner joint member 57. Is preferred.
  • the entire area of the ball track center line Y of the track groove 63A that is, the ball track center line Ya of the first track groove portion 63a and the second track.
  • Both the ball trajectory center lines Yb of the grooves 63b are formed on the plane Q.
  • the present invention is not limited to this, and a mode in which only the ball trajectory center line Ya of the first track groove 63a is included in the plane Q can also be implemented.
  • a plane Q including at least the ball track center line Ya of the first track groove 63a and the joint center O is inclined in the circumferential direction with respect to the joint axis NN, and the inclined direction is adjacent to the circumferential direction in the first direction.
  • the track grooves 63a may be formed in opposite directions.
  • the ball trajectory center line Y of the track groove 63 of the inner joint member 57 is based on the plane P including the joint center O in the state where the operating angle is 0 °, and the ball trajectory center line of the track groove 61 that forms a pair with the outer joint member 56. X and mirror image symmetry.
  • FIG. 12 shows the details of the track groove viewed from the longitudinal section of the outer joint member 56.
  • the partial vertical cross section of FIG. 12 is a cross sectional view seen from a plane M including the ball track center line X and the joint center O of the track groove 61A of FIG. Therefore, strictly speaking, it is not a longitudinal sectional view in a plane including the joint axis NN, but shows a section inclined by an angle ⁇ .
  • FIG. 12 shows the track groove 61A of the outer joint member 56.
  • the track groove 61B has the same configuration as the track groove 61A except that the inclination direction is opposite to the track groove 61A. Since there is, explanation is omitted.
  • a track groove 61A is formed in the spherical inner peripheral surface 60 of the outer joint member 56 along the axial direction.
  • the track groove 61A has a ball track center line X
  • the track groove 61A has a first track groove portion 61Aa having an arc-shaped ball track center line Xa with the joint center O as the center of curvature (no axial offset).
  • a second track groove 61Ab having a linear ball trajectory center line Xb. Then, at the end A on the opening side of the ball track center line Xa of the first track groove portion 61Aa, the linear ball track center line Xb of the second track groove portion 61Ab is smoothly connected as a tangent line.
  • the end A is a connection point between the first track groove 61Aa and the second track groove 61Ab. Since the end portion A is located on the opening side of the joint center O, the linear shape of the second track groove portion 61Ab connected as a tangent at the end portion A on the opening side of the ball track center line Xa of the first track groove portion 61Aa.
  • the ball trajectory center line Xb is formed so as to approach the joint axis NN (see FIG. 8) toward the opening side. Thereby, it is possible to secure the effective track length at the maximum operating angle and to suppress the wedge angle from becoming excessive.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the track groove 63A of FIG. 11 described above as seen from the plane Q including the ball trajectory center line Y and the joint center O. Accordingly, similarly to FIG. 12, strictly speaking, it is not a longitudinal sectional view in a plane including the joint axis NN, but shows a section inclined by an angle ⁇ .
  • FIG. 13 shows the track groove 63A of the inner joint member 57.
  • the track groove 63B is the same as the track groove 63A except that the inclination direction is opposite to the track groove 63A. Since there is, explanation is omitted.
  • a track groove 63A is formed in the spherical outer peripheral surface 62 of the inner joint member 57 along the axial direction.
  • the track groove 63A has a ball track center line Y
  • the track groove 63A has a first track groove portion 63Aa having an arc-shaped ball track center line Ya with the joint center O as the center of curvature (no axial offset).
  • a second track groove 63Ab having a linear ball trajectory center line Yb.
  • the ball track center line Yb of the second track groove portion 63Ab is smoothly connected as a tangent at the end B on the back side of the ball track center line Ya of the first track groove portion 63Aa.
  • the end B is a connection point between the first track groove 63Aa and the second track groove 63Ab. Since the end portion B is located on the back side from the joint center O, the linear shape of the second track groove portion 63Ab connected as a tangent at the end portion B on the back side of the ball track center line Ya of the first track groove portion 63Aa.
  • the ball trajectory center line Yb is formed so as to approach the joint axis NN (see FIG. 8) toward the back side. Thereby, it is possible to secure the effective track length at the maximum operating angle and to suppress the wedge angle from becoming excessive.
  • R be the straight line connecting the end B and the joint center O.
  • the joint axis N′-N ′ projected onto the plane Q (see FIG. 11) including the ball raceway center line Y and the joint center O of the track groove 63A is inclined by ⁇ with respect to the joint axis NN.
  • ⁇ ′ be the angle formed by the perpendicular line K and the straight line R at the joint center O of N′ ⁇ N ′.
  • the angle ⁇ formed with respect to the plane P including the joint center O in the state where the straight lines L and R have an operating angle of 0 ° will be described.
  • the ball 58 moves by ⁇ / 2 with respect to the plane P including the joint center O of the outer joint member 56 and the inner joint member 57.
  • the angle ⁇ is determined from 1 ⁇ 2 of the frequently used operating angle, and the range of the track groove with which the ball 58 contacts is determined within the frequently used operating angle range.
  • the operating angle that is frequently used is defined.
  • the common angle of the joint refers to the operating angle generated in the fixed constant velocity universal joint of the front drive shaft when the vehicle is traveling straight on a horizontal and flat road surface when the vehicle is in a straight traveling state.
  • the service angle is usually selected and determined between 2 ° and 15 ° according to the design conditions for each vehicle type.
  • the frequently used operating angle is not the high operating angle that occurs when the above-mentioned automobile is turned right or left at an intersection, for example, but the operating angle that occurs in a fixed constant velocity universal joint on a curved road that runs continuously This is also determined according to the design conditions for each vehicle type.
  • the operating angle that is frequently used is targeted at a maximum of 20 °.
  • the angle ⁇ formed by the straight lines L and R with respect to the plane P including the joint center O in a state where the operating angle is 0 ° is set to 3 ° to 10 °.
  • the angle ⁇ is not limited to 3 ° to 10 °, and can be appropriately set according to the design conditions of the vehicle type. By setting the angle ⁇ to 3 ° to 10 °, it can be used for various types of vehicles.
  • the end A of the ball trajectory center line Xa of the first track groove 61Aa in FIG. 12 is the ball of the ball when moving most toward the opening along the axial direction at the operating angle where the frequency of use is high. It becomes the center position.
  • the end B of the ball track center line Ya of the first track groove portion 63Aa moves to the farthest side along the axial direction at the operating angle where the frequency of use is high. The center position of the ball.
  • the ball 58 Since it is set in this way, in the range of the operating angle where the usage frequency is high, the ball 58 has the first track groove portions 61Aa and 63Aa of the outer joint member 56 and the inner joint member 57, and 61Ba, whose inclination direction is opposite, Since it is located at 63Ba (see FIGS. 10 and 11), a force in the opposite direction from the ball 58 acts on the pocket 59a adjacent to the circumferential direction of the cage 59, and the cage 59 is stable at the position of the joint center O. (See FIG. 8).
  • the force is suppressed, the joint operates smoothly at high loads and at high speeds, torque loss and heat generation are suppressed, and durability is improved.
  • a second track groove portion 61Ab having a linear ball track center line Xb is formed on the opening side.
  • the presence of the second track groove portion 61Ab can secure an effective track length at the maximum operating angle and suppress an excessive wedge angle. Therefore, even if the maximum operating angle is set to a high angle of about 47 °, the ball 58 can be in contact with the track groove 61Ab with the necessary and sufficient entrance chamfer 70 provided, and the wedge angle is not increased. Can be suppressed.
  • the balls 58 arranged in the circumferential direction have the first track groove portions 61Aa, 63Aa (61Ba, 63Ba, see FIGS. 10 and 11) and the second track groove portions 61Ab, 63Ab (61Bb, 63Bb, see FIGS. 10 and 11). Accordingly, the force acting from the ball 58 on each pocket portion 59a of the retainer 59 is not balanced as a whole of the joint, and the spherical contact portions 64 and 60 between the retainer 59 and the outer joint member 56, and the retainer 59 and the inner joint member.
  • the fixed type constant velocity universal applied to the sliding type constant velocity universal joint 51 of the present embodiment is not used in the range of the high operating angle.
  • the joint portion 52 can suppress torque loss and heat generation when viewed comprehensively. Therefore, the compact fixed type constant velocity universal joint portion 52 is capable of taking a high operating angle with little torque loss and heat generation, having a high operating angle, and having excellent strength and durability at a high operating angle.
  • the fixed type constant velocity universal joint 52 having the cross track grooves 61 and 63 of the present embodiment described above is inserted into the outer cylinder member 3 as in the first embodiment.
  • a ball spline portion 4 is formed between the inner peripheral surface 24 of the outer cylindrical member 3 and the outer peripheral surface 75 of the outer joint member 56 of the fixed type constant velocity universal joint portion 52.
  • the operating angle is taken by the inner fixed type constant velocity universal joint portion 52 and the axial slide is taken by the ball spline portion 4 as in the first embodiment.
  • the function of taking the operating angle and the function of taking the slide in the axial direction are divided into the fixed type constant velocity universal joint portion 52 and the ball spline portion 4, and the fixed type having the high-efficiency cross track grooves 61 and 63, etc. Combined with the quick universal joint 56, the NVH characteristics are very good.
  • the intersecting track grooves have arc-shaped first track groove portions 61a and 63a having a center of curvature with no offset in the axial direction and linear second track groove portions 61b.
  • the present invention is not limited to this, and the cross track groove is formed only by the arc-shaped track groove having the center of curvature with no offset in the axial direction. It may be a fixed type constant velocity universal joint.

Landscapes

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Abstract

 球状内周面10、60に複数のトラック溝11、61が形成された外側継手部材6、56と、球状外周面12、62に外側継手部材6、56のトラック溝11、61に対向する複数のトラック溝13、63が形成された内側継手部材7、57と、トルク伝達ボール8、58を保持する保持器9、59とから固定式等速自在継手部2、52を構成し、この固定式等速自在継手部2、52を外筒部材3に嵌挿し、この外筒部材3の内周面24と固定式等速自在継手部2、52の外側継手部材6、56の外周面25、75との間にボールスプライン部4を形成した摺動式等速自在継手1、51において、ボールスプライン部4のボール28が、外筒部材3の内周面24と外側継手部材6、56の外周面25、75との間に配置された保持器29により保持され、固定式等速自在継手部2、52のトルク伝達ボール8、58の個数が8個であることを特徴とする。

Description

摺動式等速自在継手
 本発明は、自動車や各種産業機械に使用される摺動式等速自在継手に関する。
 昨今の自動車は、地球環境保全やグローバリゼーションなどの大きな流れの中、ますます多様化が進んでいる。それに伴い、ドライブシャフトに関しては、新たな機能を付加したものや使用領域を拡大したものへのニーズが増えつつある。
 自動車用ドライブシャフトは、通常、駆動車輪側(アウトボード側ともいう)に固定式等速自在継手が用いられ、デファレンシャル側(インボード側ともいう)に摺動式等速自在継手が用いられ、これらの2つの等速自在継手を中間シャフトで連結して構成されている。固定式等速自在継手は、大きな作動角が取れるが軸方向にはスライドしない。一方、摺動式等速自在継手は、軸方向にスライド可能であるが、あまり大きな作動角が取れない。
 具体的には、駆動車輪側に使用する固定式等速自在継手は、フル転舵時の角度にも対応できるように継手の最大許容角度は46°~50°に設定される。一方、デファレンシャル側に使用する摺動式等速自在継手は、サスペンションの動きを吸収できるように継手の最大許容角度は23°~30°に設定される。摺動式等速自在継手では、サスペンションが最も沈み込むフルバウンド状態およびサスペンションが最も伸びきったフルリバウンド状態のとき、最大作動角となる。
 一般に、乗用車より車高が高いSUV車(スポーツ・ユーティリティ・ビークル)などは、平地走行状態でのドライブシャフトの角度(以下、常用角という)が大きく、さらにサスペンションの動きも大きくなる傾向にある。
 自動車用ドライブシャフトとして、固定式等速自在継手を用いてボールスプラインにより軸方向のスライドを可能にしたものは、既に提案されている(特許文献1、非特許文献1)。
特許第4316289号公報
SAE Universal Joint and Diveshaft DESIGN MANUAL Section 2.2 Weiss and Rzeppa Ball Joints 35頁のFig.2.11
 今後の自動車は、これらサスペンションの多様化にとどまらず、エンジンを含めた駆動系部品全体のレイアウトが大きく変わる可能性があり、これらを想定すると、摺動式等速自在継手の最大許容角は40°~45°程度まで拡大する必要があることが予想される。摺動式等速自在継手としては、外側継手部材、内側継手部材、保持器および6~8個のボールで構成されるダブルオフセット型等速自在継手(DOJ)や、外側継手部材、トラニオン、3個のローラおよび多数の転動体としての針状ころなどで構成されたトリポード型等速自在継手(TJ)がよく使われている。しかしながら、従来型摺動式等速自在継手の改良による大幅な最大作動角の拡大は構造上困難であり、これまで実用化されていない。
 特許文献1には、固定式等速自在継手を2個使用しボールスプラインを有するシャフトで連結したドライブシャフトが提案されている。このドライブシャフトは、大きな作動角が取れる固定式等速自在継手をデファレンシャル側にも使用するものであるが、シャフトに設けるボールスプラインは、大幅なコスト高を招くと共に、ボールスプラインの軸方向の長さを確保する必要があるので、ドライブシャフトは寸法的にも制約される。このため、特許文献1のドライブシャフトは一部の特殊な車両向けの適用に留まっている。
 非特許文献1には、固定式等速自在継手の外周部にボールスプラインを配置した構造のドライブシャフトが記載されている。前輪駆動車(FF車)の台頭以前の1960年代の初期に一部の高級車向けに実用化されたものである。摺動式等速自在継手の標準としてのDOJが実用化される以前の構造で、この構造は大変高価なものとなり、その結果、現在使用されているDOJやTJに淘汰されていった。上記のように、非特許文献1は摺動式等速自在継手としてのDOJが実用化される以前の構造であるので、摺動式等速自在継手の高角化を目的とするものではない。
 本発明は、上記の問題に鑑み、摺動式等速自在継手の作動角を大幅に拡大することができ、これにより、ドライブシャフトの角度の使用可能領域が拡大すると共に、駆動系部品のレイアウトの自由度が向上し、多様化する自動車の設計に大きく貢献できる摺動式等速自在継手を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記の目的を達成するため種々検討し、コンパクトな固定式等速自在継手の外周にボールスプラインを効率よく配置し、トルク損失を低減し、コストや重量を抑えるという新たな着想により、本発明に至った。
 前述の目的を達成する技術的手段として、本発明は、球状内周面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、球状外周面に前記外側継手部材のトラック溝に対向する複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材と前記内側継手部材のトラック溝間に組込まれた複数のトルク伝達ボールと、前記外側継手部材と前記内側継手部材との間に配置され前記トルク伝達ボールを保持する保持器とから固定式等速自在継手部を構成し、この固定式等速自在継手部を外筒部材に嵌挿し、この外筒部材の内周面と前記固定式等速自在継手部の外側継手部材の外周面との間にボールスプライン部を形成した摺動式等速自在継手において、前記ボールスプライン部のボールが、前記外筒部材の内周面と前記外側継手部材の外周面との間に配置された保持器により保持され、前記固定式等速自在継手部のトルク伝達ボールの個数が8個であることを特徴とする。
 上記の構成により、摺動式等速自在継手の作動角が大幅に拡大するので、ドライブシャフトの角度の使用可能領域が拡大され、駆動系部品のレイアウトの自由度が向上し、多様化する自動車の設計に大きく貢献できる摺動式等速自在継手を実現することができる。また、コンパクトな固定式等速自在継手部の外周に保持器を有するボールスプライン部を配置し、トルク損失を低減し、コストや重量を抑えた摺動式等速自在継手を実現することができる。
 上記のボールスプライン部のボールスプライン溝を、固定式等速自在継手部の外側継手部材の隣り合うトラック溝間の位相に配置することが好ましい。これにより、固定式等速自在継手部の外周にボールスプライン部を効率よく配置し、コストや重量を抑えることができる。
 上記のボールスプライン部のボールの個数を、ボールスプライン溝の1溝当たり2個以上とすることにより、作動角を取ったときボールスプライン部4に曲げモーメントがかかっても、滑らかなスライドが可能になる。
 上記のボールスプライン部の保持器を樹脂製にすることにより、軽量化および低摩擦化を図ることができる。
 上記のボールスプライン部は、ボールの転がりにより滑らかにスライドする。
 上記の外筒部材にステム軸部が一体に形成されていることにより、デファレンシャルギヤとの連結が容易である。
 上記の固定式等速自在継手部は、ツェッパ型等速自在継手や交差トラック溝を有する等速自在継手で構成することが好ましい。これにより、トルク損失を低減し、コストや重量を抑えた摺動式等速自在継手とすることができる。
 本発明の摺動式等速自在継手によれば、作動角が大幅に拡大するので、ドライブシャフトの角度の使用可能領域が拡大されると共に、駆動系部品のレイアウトの自由度が向上し、多様化する自動車の設計に大きく貢献できる摺動式等速自在継手を実現することができる。
 また、コンパクトな固定式等速自在継手部の外周に保持器を有するボールスプライン部を配置し、トルク損失を低減し、コストや重量を抑えた摺動式等速自在継手を実現することができる。有利な構成として、外側継手部材の隣り合うトラック溝間の位相にボールスプライン部を効率よく配置し、コストや重量をより一層抑えることができる。
本発明の第1の実施形態に係る摺動式等速自在継手を示し、図2のG-N-Gにおける縦断面図である。 図1のH-H線で矢視した側面図である。 図1のP-P線における1個のボールとトラック溝を拡大した横断図である。 図1の摺動式等速自在継手がスライドインして作動角を取った状態を示す縦断面図である。 図1の摺動式等速自在継手がスライドアウトして作動角を取った状態を示す縦断面図である。 図1の摺動式等速自在継手が中心位置からスライドした状態を示す縦断面図で、スライドインした状態を示す。 図1の摺動式等速自在継手が中心位置からスライドした状態を示す縦断面図で、中心位置の状態を示す。 図1の摺動式等速自在継手が中心位置からスライドした状態を示す縦断面図で、スライドアウトした状態を示す。 図1の摺動式等速自在継手を適用したドライブシャフトを示す縦断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る摺動式等速自在継手を示し、図9のG-N-Gにおける縦断面図である。 図8のH-H線で矢視した側面図である。 図8の外側継手部材の縦断面図である。 図8の内側継手部材の外周面を示す図である。 図10のトラック溝のボール軌道中心線と継手中心を含む平面Mで見た外側継手部材の断面図である。 図11のトラック溝のボール軌道中心線と継手中心を含む平面Qで見た内側継手部材の断面図である。
 本発明の第1の実施形態を図1~図7に基づいて説明する。
 図1および図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る摺動式等速自在継手1は、固定式等速自在継手部2と、外筒部材3と、外筒部材3と固定式等速自在継手部2との間に形成されたボールスプライン部4とからなる。
 固定型等速自在継手部2は、8個のトルク伝達ボール(以下、単にボールともいう)8を有するツェッパ型等速自在継手で構成され、外側継手部材6、内側継手部材7、ボール8および保持器9を主な構成部品とする。外側継手部材6の球状内周面10には8本の曲線状のトラック溝11が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材7の球状外周面12には、外側継手部材6のトラック溝11と対向する8本の曲線状のトラック溝13が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材6のトラック溝11と内側継手部材7のトラック溝13との間にトルクを伝達する8個のボール8が1個ずつ組み込まれている。外側継手部材6の球状内周面10と内側継手部材7の球状外周面12の間に、ボール8を保持する保持器9が配置されている。ボール8は保持器9のポケット部9aに収容されている。保持器9の球状外周面14は外側継手部材6の球状内周面10と、保持器9の球状内周面15は内側継手部材7の球状外周面12とそれぞれ嵌合している。
 外側継手部材6の球状内周面10と内側継手部材7の球状外周面12の曲率中心は、それぞれ継手中心Oに形成されている。これに対して、外側継手部材6の曲線状のトラック溝11の曲率中心Ooと、内側継手部材7の曲線状のトラック溝13の曲率中心Oiは、継手の中心Oに対して軸方向反対側に等距離f1オフセットされている。これにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材6と内側継手部材7の両軸線がなす角度を二等する平面上にボール8が常に案内され、二軸間で等速に回転が伝達される。
 内側継手部材7の内径孔16には、雌スプライン(スプラインはセレーションを含む。以下同じ。)17が形成され、中間シャフト19の端部に形成された雄スプライン20を雌スプライン17に嵌合し、トルク伝達可能に連結されている。内側継手部材7と中間シャフト19は、止め輪21により軸方向に位置決めされている。
 図3は、図1のP-P線における1個のボールとトラック溝を拡大した横断図である。トラック溝11、13の横断面形状は、楕円形状やゴシックアーチ形状に形成されている。図3に示すように、ボール8は、外側継手部材6のトラック溝11と2点C12、C13でアンギュラコンタクトし、内側継手部材7のトラック溝13と2点C15、C16でアンギュラコンタクトしている。ボール中心O2と各接触点C12、C13、C15、C16を通る直線と、ボール中心O2と継手中心Oを通る直線がなす角度(接触角α)は30°~45°程度に設定することが好ましい。
 図1および図2に示すように、固定式等速自在継手部2は、外筒部材3に嵌挿され、外筒部材3の内周面24と、固定式等速自在継手部2の外側継手部材6の外周面25との間にボールスプライン部4が形成されている。具体的には、外筒部材3の内周面24には、断面円弧状の8本のボールスプライン溝26が軸方向に直線状に形成されている。外側継手部材6の外周面25には、外筒部材3のボールスプライン溝26に対応して断面円弧状の8本のボールスプライン溝27が軸方向に直線状に形成されている。
 対になる各ボールスプライン溝26、27の1溝あたり2個ずつボール28が組み込まれている。外側継手部材6の外周面25と外筒部材3の内周面24の間に、ボール28を保持する保持器29が配置されている。保持器29のポケット部29aは、各ボールスプライン溝26、27の当たり2個ずつ、すなわちボール28毎のポケット部29aが設けられている。各ボール28は、保持器29のポケット部29aに収容され保持され、保持器29はボール28を保持しながらスライドする。保持器29の内外周面は、外側継手部材6の外周面25と外筒部材3の内周面24にそれぞれ案内されている。固定式等速自在継手部2は、ボールスプライン部4の各ボール28がボールスプライン溝26、27を転がることにより外筒部材3に対してスライドする。ボール28をボールスプライン溝26、27の1溝あたり2個配置することにより、作動角を取ったときにボールスプライン部4に曲げモーメントがかかっても、滑らかなスライドが可能である。
 ボールスプライン部4の保持器29は、大きな荷重を受けないため軽量化、低摩擦化を考慮して樹脂製とした。保持器29は、一般的に使用される耐摩耗性や耐焼き付性等に優れた樹脂が好ましく、熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリプチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド等が挙げられ、また、熱硬化性樹脂としては、熱硬化性ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の合成樹脂が挙げられる。強度向上と寸法安定性のために、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、あるいはポリエーテルエーテルケトン等の熱可塑性樹脂をベースとして、ガラス繊維や炭素繊維を添加することが好ましい。
 保持器29の材料として、引張り伸び、引張り強度、耐衝撃性、耐摩耗性、潤滑性等に優れたポリアミド樹脂を用いることが好ましい。ポリアミド樹脂としては、PA66(ポリアミド66)、PA46(ポリアミド46)、PA9T(ポリアミド9T)、PA11(ポリアミド11)、PA6(ポリアミド6)が挙げられる。引張り伸び、引張り強度、耐衝撃性、耐摩耗性、潤滑性等に優れるので、高品質な保持器とすることができる。
 保持器29の材料として、熱硬化性ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることにより、高温での使用に適した保持器とすることができる。本実施形態では、ボールスプライン部4の保持器29を樹脂製のものを例示したが、これに限られず、鋼管などの金属製としてもよい。
 本実施形態では、部品点数削減のためボールスプライン溝26、27の1溝あたり2個のボール28を配置したものを例示したが。これに限られず、2個以上であれば、適宜の個数を設定することができる。また、保持器29にボール28毎のポケット部29aを設けたものを例示したが、これに限られず、複数個のボールを1つのポケット部に保持する構造にしてもよい。
 外筒部材3の底部3aにはデファレンシャルギヤ(図示省略)に連結されるステム部3bが一体に形成されている。ステム部3bには軸端にスプライン3cが形成され、中央部に油溝を設けた滑り軸受部3dが形成されている。スプライン3cがデファレンシャルギヤのスプライン孔に嵌合しトルク伝達可能に連結される。外筒部材3にステム軸部3bが一体に形成されていることにより、デファレンシャルギヤとの連結が容易である。
 図1に示すように、外筒部材3の内周面24の開口側端部のボールスプライン溝26の溝底に止め輪30が設けられている。また、外側継手部材6の外周面25のボールスプライン溝27の両端の溝底に止め輪31、32が設けられている。各止め輪30、31、32はボールスプライン溝26、27の溝底より突出しているので、ボール28が止め輪30、31、32と干渉した位置で、外筒部材3に対する固定式等速自在継手部2の軸方向の移動が阻止される。
 外筒部材3の外周面と、内側継手部材7に連結された中間シャフト19の外周面に蛇腹状ブーツ22が装着されている。具体的には、ブーツ22の一端はシールアダプタ23に取り付けられ、このシールアダプタ23は、外筒部材3の開口側外周面に設けた取付溝18に加締め固定されている。ブーツ22の他端は、中間シャフト19の外周面にブーツバンド33により締付固定されている。これにより、継手内部に封入された潤滑剤としてのグリースの漏洩を防止すると共に外部からの異物の侵入を防止している。
 図2に示すように、ボールスプライン部4を効率よく配置するために、外側継手部材6の外周面25に形成されたボールスプライン溝27は、外側継手部材6の球状内周面10に形成された隣り合うトラック溝11間の位相の余肉部分に配置されている。本実施形態の摺動式等速自在継手1が、コンパクトな固定式等速自在継手部2の外周にボールスプライン部4を効率よく配置し、コストや重量を抑えた構成の詳細は後述する。
 次に、本実施形態の摺動式等速自在継手1の作動を図4~6に基づいて説明する。図4は、摺動式等速自在継手1がスライドインして作動角を取った状態を示す縦断面図である。固定式等速自在継手部2は、外筒部材3の奥側(底部3a側)へボールスプライン部4の転がりによりスライドする。詳細には、保持器29の内外周面は、外側継手部材6の外周面25と外筒部材3の内周面24に案内されているので、保持器29の姿勢が安定し、この保持器29のポケット部29aに収容されたボール28はボールスプライン溝26、27上を軸方向に滑らかに転がる。
 本実施形態の摺動式等速自在継手1では、作動角は内方の固定式等速自在継手部2で取り、軸方向のスライドはボールスプライン部4で取る。このように、作動角を取る機能と軸方向のスライドを取る機能が、固定式等速自在継手部2とボールスプライン部4に分けられている。そのため、本実施形態の摺動式等速自在継手1は、作動角を取る機能とスライドする機能を同時に行う現在使われている摺動式等速自在継手に生じる作動角による軸力問題は発生せず、NVH(Noise,Vibration,Harshness)特性が良好である。
 摺動式等速自在継手1のスライドインの最終位置は、外側継手部材6の外周面25の開口側端部に設けられた止め輪31とボール28とが干渉することにより規制される。スライドインの状態では、中間シャフト19とブーツ22との干渉等により、作動角が制約されるが、この状態は車両がフルバウンドやフルリバウンドの状態ではないので、摺動式等速自在継手1に余り大きな作動角が必要でなく、実用上問題は生じない。
 図5は、摺動式等速自在継手1がスライドアウトした状態を示す縦断面図である。スライドインした状態とは反対に、固定式等速自在継手部2は、外筒部材3の開口側へボールスプライン部4の転がりによりスライドする。摺動式等速自在継手1のスライドアウトの最終位置は、外筒部材3の内周面24の開口側端部に設けられた止め輪30および外側継手部材6の奥側端部に設けられた止め輪32にボール28が干渉したときに規制される。
 スライドアウトした状態では、固定式等速自在継手部2は、外筒部材3に対してオーバハングして作動角を取り、ボールスプライン部4に曲げモーメントがかかる状態になるが、ボールスプライン溝26、27の1溝あたり2個配置したボール28により、荷重を支持することができる。スライドアウトの状態では、中間シャフト19とブーツ22との干渉等の問題は少なく、大きな作動角が取れるので、車両のフルバウンドやフルリバウンドの状態に対応することができる。これにより、本実施形態の摺動式等速自在継手1は、40°~45°程度に作動角が大幅に拡大するので、ドライブシャフトの角度の使用可能領域が拡大され、駆動系部品のレイアウトの自由度が向上し、多様化する自動車の設計に大きく貢献できる。
 本実施形態の摺動式等速自在継手1のスライド量の設定について、図6に基づいて説明する。図6は、摺動式等速自在継手が中心位置からスライドした状態を示す縦断面図で、図6aはスライドインした状態、図6bは中心位置の状態、図6cはスライアウトした状態を示す。
 図6bに示す中心位置から、図6aに示す外筒部材3の奥側にスライド量L、図6cに示す開口側にスライド量Lを確保できるように、前述したボール28の径D4(図2参照)、ボールスプライン溝26、27の1溝あたりのボール28の個数を設定した。スライド量Lは、ジョイントサイズや搭載車種により異なるが、20~30mm程度である。本実施形態では、スライドは、ボール28と止め輪30、31、32との干渉により制限したものを例示したが、これに限られず、保持器29と止め輪との干渉により制限してもよい。
 次に、コンパクトな固定式等速自在継手部2の外周にボールスプライン部4を効率よく配置し、トルク損失を低減し、コストや重量を抑えた本実施形態の摺動式等速自在継手1の構成を説明する。
 まず、本実施形態に係る固定式等速自在継手部2を構成する8個のボールを使用した固定式等速自在継手を図1および図2を参照して説明する。この固定式等速自在継手は、ボール8のピッチ円直径(PCDBALL)とボール直径(DBALL)との比r1(=PCDBALL/DBALL)は3.3≦r1≦5.0、好ましくは3.5≦r1≦5.0の範囲内に設定されている。ここで、ボール8のピッチ円直径(PCDBALL)は、PCRの2倍の寸法である(PCDBALL=2×PCR)。外側継手部材6のトラック溝11の曲率中心Ooとボール8の中心O2を結ぶ線分の長さ、内側継手部材7のトラック溝13の曲率中心Oiとボール8の中心O2を結ぶ線分の長さが、それぞれPCRであり、両者は等しい。また、外側継手部材6の外径(DOUTER)と内側継手部材7の内径孔16の雌スプライン17のピッチ円直径(PCDSERR)との比r2(=DOUTER/PCDSERR)は2.5≦r2≦3.5の範囲内の値に設定されている。したがって、従来継手(6個のボールを使用した固定式等速自在継手)と同等以上の強度、負荷容量および耐久性を有し、かつ、外径寸法がコンパクトとなる。
 次に、上記のコンパクトな8個のボールを使用した固定式等速自在継手部2の外周に配置したボールスプライン部4を説明する。ボールスプライン部4を効率よく配置するために、次の項目に着目し、検討した。
(1)ボールスプライン溝26、27のPCD(PCDBS)と固定式等速自在継手部2の外径(DOUTER)の比率
 図2に示すように、内方の固定式等速自在継手部2の外側継手部材6の隣り合うトラック溝11の中間の余肉部分にボールスプライン溝27を配置し、固定式等速自在継手部2の必要強度を確保するために、ボールスプライン溝のPCD(PCDBS)を必要十分な大きさに設定する必要があることが判明した。
(2)ボールスプライン部のボール径と固定式等速自在継手部のボール径の比率
 ボールスプライン部4のボール径が必要以上に大きいと、摺動式等速自在継手1の外径やボールスプライン溝26、27の長さが大きくなり、これがコスト、重量の増加を招くため、ボールスプライン部4のボール28の直径D4を必要十分な大きさに設定する必要があることが判明した。ただし、入力されるトルクに対してボール28の径D4が小さいと、ボールスプライン溝26、27の応力変形等により、ボールスプライン溝26、27の早期剥離破損や破断破損が発生する可能性があることが判明した。
 以上の検討結果より、ボールスプライン部4を効率よく配置するために、次の比率が好ましいことが究明できた。
(1)ボールスプライン溝26、27のPCD(PCDBS)と固定式等速自在継手部2の外径(DOUTER)の比率PCDBS/DOUTERを、PCDBS/DOUTER=0.96~1.00とする。
(2)ボールスプライン部4のボール径(D4)と固定式等速自在継手部2のボール径(DBALL)の比率D4/DBALLを、D4/DBALL=0.57~0.64とする。
 以上のように、本実施形態の摺動式等速自在継手1は、上述したコンパクトな8個のボール8を使用した固定式等速自在継手部2とボールスプライン部4の効率のよい配置とが相俟って、トルク損失を低減し、軽量・コンパクトで、コストを抑えることができる。
 図7に本実施形態の摺動式等速自在継手1を適用した自動車の前輪用ドライブシャフト40を示す。このドライブシャフト40は、中間シャフト19の一端に固定式等速自在継手41が連結され、他端に本実施形態の摺動式等速自在継手1が連結されている。固定式等速自在継手41は、8個のボールを用いたツェッパ型等速自在継手であり、摺動式等速自在継手1の固定式等速自在継手部2の内部構成と同じである。固定式等速自在継手41が駆動車輪を装着したハブ輪(図示省略)に連結され、摺動式等速自在継手1がデファレンシャルギヤ(図示省略)に連結される。固定式等速自在継手41の外周面と中間シャフト19の外周面との間、および摺動式等速自在継手1の外周面と中間シャフト19の外周面との間に、それぞれ蛇腹状ブーツ22、34が装着され、ブーツバンド33、35a、35bにより締め付け固定されると共に、ブーツ22のシールアダプタ23の端部を加締めて固定されている。
 本実施形態の摺動式等速自在継手1を使用したので、作動角が大幅に拡大し、ドライブシャフト40の角度の使用可能領域が拡大され、駆動系部品のレイアウトの自由度が向上し、多様化する自動車の設計に大きく貢献できる。また、固定式等速自在継手部2と外筒部材3との間に保持器を有するボールスプライン部4が重畳状態で形成されているので、軸方向の寸法を抑えることができる。さらに、摺動式等速自在継手1は、コンパクトな8個のボール8を使用した固定式等速自在継手部2とボールスプライン部4の効率のよい配置とが相俟って、トルク損失を低減し、軽量・コンパクトで、コストを抑えることができ、ひいては、ドライブシャフト40の高効率化、軽量・コンパクトで、コストの抑制につながる。
 次に、本発明の第2の実施形態に係る摺動式等速自在継手を図8~13に基づいて説明する。本実施形態の摺動式等速自在継手51は、固定式等速自在継手部52が第1の実施形態と異なる。その他の構成は、第1の実施形態と同じであるので、同じ機能を有する部位には、同じ符号を付して説明を省略する。
 図8および図9に示すように、固定式等速自在継手部52は、外側継手部材56、内側継手部材57、ボール58および保持器59を主な構成とする。図8~11に示すように、外側継手部材56および内側継手部材57のそれぞれ8本のトラック溝61、63は、継手の軸線N-Nに対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝61A、61Bおよび63A、63Bで互いに反対方向に形成されている。そして、外側継手部材56および内側継手部材57の対となるトラック溝61A、63Aおよび61B、63Bの各交差部に8個のボール58が配置されている。このように、固定式等速自在継手部52が公差トラック溝61、63を有する等速自在継手で構成されている。トラック溝61、63の詳細は後述する。
 図9に示すように、本実施形態でも、ボールスプライン部4を効率よく配置するために、外側継手部材56の外周面75に形成されたボールスプライン溝27は、外側継手部材56の球状内周面60に形成された隣り合うトラック溝61間の位相の余肉部分に配置されている。本実施形態の摺動式等速自在継手51においても、コンパクトで高効率な固定式等速自在継手部52の外周にボールスプライン部4を効率よく配置し、コストや重量を抑えている。
 継手の縦断面を図8に示す。概ね軸方向に延びるトラック溝の傾斜状態や湾曲状態などの形態、形状を的確に示すために、本実施形態では、ボール軌道中心線という用語を用いて説明する。ここで、ボール軌道中心線とは、トラック溝に配置されたボールがトラック溝に沿って移動するときのボールの中心が描く軌跡を意味する。したがって、トラック溝の傾斜状態は、ボール軌道中心線の傾斜状態と同じであり、また、トラック溝の円弧状、あるいは直線状の状態は、ボール軌道中心線の円弧状、あるいは直線状の状態と同じである。
 図8に示すように、外側継手部材56のトラック溝61はボール軌道中心線Xを有し、トラック溝61は、継手中心Oを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Xaを有する第1のトラック溝部61aと、直線状のボール軌道中心線Xbを有する第2のトラック溝部61bとからなり、第1のトラック溝部61aのボール軌道中心線Xaに第2のトラック溝部61bのボール軌道中心線Xbが接線として滑らかに接続されている。一方、内側継手部材57のトラック溝63はボール軌道中心線Yを有し、トラック溝63は、継手中心Oを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Yaを有する第1のトラック溝部63aと、直線状のボール軌道中心線Ybを有する第2のトラック溝部63bとからなり、第1のトラック溝部63aのボール軌道中心線Yaに第2のトラック溝部63bのボール軌道中心線Ybが接線として滑らかに接続されている。第1のトラック溝部61a、63aのボール軌道中心線Xa、Yaの各曲率中心を、継手中心O、すなわち継手の軸線N-N上に配置したことにより、トラック溝深さを均一にすることができ、かつ加工を容易にすることができる。
 トラック溝61、63の横断面形状は、前述した図3と同様、楕円形状やゴシックアーチ形状に形成されており、トラック溝61、63とボール58は、接触角(30°~45°程度)をもって接触する、所謂、アンギュラコンタクトとなっている。したがって、ボール58は、トラック溝61、63の溝底より少し離れたトラック溝61、63の側面側で接触している。
 図10に基づき、外側継手部材56のトラック溝61が継手の軸線N-Nに対して周方向に傾斜している状態を説明する。図10は外側継手部材56の部分縦断面を示す。外側継手部材56のトラック溝61は、その傾斜方向の違いから、トラック溝61A、61Bの符号を付す。図10に示すように、トラック溝61Aのボール軌道中心線Xと継手中心Oを含む平面Mは、継手の軸線N-Nに対して角度γだけ傾斜している。そして、トラック溝61Aに周方向に隣り合うトラック溝61Bは、図示は省略するが、トラック溝61Bのボール軌道中心線Xと継手中心Oを含む平面Mが、継手の軸線N-Nに対して、トラック溝61Aの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。
 本実施形態では、トラック溝61Aのボール軌道中心線Xの全域、すなわち、第1のトラック溝部61aのボール軌道中心線Xaおよび第2のトラック溝部61bのボール軌道中心線Xbの両方が平面M上に形成されている。しかし、これに限られるものではなく、第1のトラック溝部61aのボール軌道中心線Xaのみが平面Mに含まれている形態も実施することができる。したがって、少なくとも第1のトラック溝部61aのボール軌道中心線Xaと継手中心Oを含む平面Mが継手の軸線N-Nに対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う第1のトラック溝部61aで互いに反対方向に形成されていればよい。
 ここで、トラック溝の符号について補足する。外側継手部材56のトラック溝全体を指す場合は符号61を付し、その第1のトラック溝部に符号61a、第2のトラック溝部に符号61bを付す。さらに、傾斜方向の違うトラック溝を区別する場合には符号61A、61Bを付し、それぞれの第1のトラック溝部に符号61Aa、61Ba、第2のトラック溝部に符号61Ab、61Bbを付す。後述する内側継手部材57のトラック溝についても、同様の要領で符号を付している。
 次に、図11に基づき、内側継手部材57のトラック溝63が継手の軸線N-Nに対して周方向に傾斜している状態を説明する。図11は内側継手部材57の外周面を示す。内側継手部材57のトラック溝63は、その傾斜方向の違いから、トラック溝63A、63Bの符号を付す。図11に示すように、トラック溝63Aのボール軌道中心線Yと継手中心Oを含む平面Qは、継手の軸線N-Nに対して角度γだけ傾斜している。そして、トラック溝63Aに周方向に隣り合うトラック溝63Bは、図示は省略するが、トラック溝63Bのボール軌道中心線Yと継手中心Oを含む平面Qが、継手の軸線N-Nに対して、トラック溝63Aの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。傾斜角γは、固定式等速自在継手部52の作動性および内側継手部材57のトラック溝の最も接近した側の球面幅F(図9参照)を考慮し、4°~12°にすることが好ましい。
 前述した外側継手部材56と同様、本実施形態の内側継手部材57では、トラック溝63Aのボール軌道中心線Yの全域、すなわち、第1のトラック溝部63aのボール軌道中心線Yaおよび第2のトラック溝部63bのボール軌道中心線Ybの両方が平面Q上に形成されている。しかし、これに限られるものではなく、第1のトラック溝部63aのボール軌道中心線Yaのみが平面Qに含まれている形態も実施することができる。したがって、少なくとも第1のトラック溝部63aのボール軌道中心線Yaと継手中心Oを含む平面Qが継手の軸線N-Nに対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う第1のトラック溝部63aで互いに反対方向に形成されていればよい。内側継手部材57のトラック溝63のボール軌道中心線Yは、作動角0°の状態で継手中心Oを含む平面Pを基準として、外側継手部材56の対となるトラック溝61のボール軌道中心線Xと鏡像対称に形成されている。
 図12に基づいて、外側継手部材56の縦断面より見たトラック溝の詳細を説明する。図12の部分縦断面は、前述した図10のトラック溝61Aのボール軌道中心線Xと継手中心Oを含む平面Mで見た断面図である。したがって、厳密には、継手の軸線N-Nを含む平面における縦断面図ではなく、角度γだけ傾斜した断面を示している。図12には、外側継手部材56のトラック溝61Aが示されているが、トラック溝61Bは、傾斜方向がトラック溝61Aとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝61Aと同じであるので、説明は省略する。外側継手部材56の球状内周面60にはトラック溝61Aが軸方向に沿って形成されている。トラック溝61Aはボール軌道中心線Xを有し、トラック溝61Aは、継手中心Oを曲率中心(軸方向のオフセットがない)とする円弧状のボール軌道中心線Xaを有する第1のトラック溝部61Aaと、直線状のボール軌道中心線Xbを有する第2のトラック溝部61Abとからなる。そして、第1のトラック溝部61Aaのボール軌道中心線Xaの開口側の端部Aにおいて、第2のトラック溝部61Abの直線状のボール軌道中心線Xbが接線として滑らかに接続されている。すなわち、端部Aが第1のトラック溝部61Aaと第2のトラック溝61Abとの接続点である。端部Aは継手中心Oよりも開口側に位置するので、第1のトラック溝部61Aaのボール軌道中心線Xaの開口側の端部Aにおいて接線として接続される第2のトラック溝部61Abの直線状のボール軌道中心線Xbは、開口側に行くにつれて継手の軸線N-N(図8参照)に接近するように形成されている。これにより、最大作動角時の有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制することができる。
 図12に示すように、端部Aと継手中心Oとを結ぶ直線をLとする。トラック溝61Aのボール軌道中心線Xと継手中心Oを含む平面M(図10参照)上に投影された継手の軸線N’-N’は継手の軸線N-Nに対しγだけ傾斜し、軸線N’-N’の継手中心Oにおける垂線Kと直線Lとがなす角度をβ’とする。上記の垂線Kは作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面P上にある。したがって、直線Lが作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面Pに対してなす角度βは、sinβ=sinβ’×cosγの関係になる。
 同様に、図13に基づいて、内側継手部材57の縦断面よりトラック溝の詳細を説明する。図13の縦断面は、前述した図11のトラック溝63Aのボール軌道中心線Yと継手中心Oを含む平面Qで見た断面図である。したがって、図12と同様に、厳密には、継手の軸線N-Nを含む平面における縦断面図ではなく、角度γだけ傾斜した断面を示している。図13には、内側継手部材57のトラック溝63Aが示されているが、トラック溝63Bは、傾斜方向がトラック溝63Aとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝63Aと同じであるので、説明は省略する。内側継手部材57の球状外周面62にはトラック溝63Aが軸方向に沿って形成されている。トラック溝63Aはボール軌道中心線Yを有し、トラック溝63Aは、継手中心Oを曲率中心(軸方向のオフセットがない)とする円弧状のボール軌道中心線Yaを有する第1のトラック溝部63Aaと、直線状のボール軌道中心線Ybを有する第2のトラック溝部63Abとからなる。そして、第1のトラック溝部63Aaのボール軌道中心線Yaの奥側の端部Bにおいて、第2のトラック溝部63Abのボール軌道中心線Ybが接線として滑らかに接続されている。すなわち、端部Bが第1のトラック溝部63Aaと第2のトラック溝63Abとの接続点である。端部Bは継手中心Oよりも奥側に位置するので、第1のトラック溝部63Aaのボール軌道中心線Yaの奥側の端部Bにおいて接線として接続される第2のトラック溝部63Abの直線状のボール軌道中心線Ybは、奥側に行くにつれて継手の軸線N-N(図8参照)に接近するように形成されている。これにより、最大作動角時の有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制することができる。
 図13に示すように、端部Bと継手中心Oとを結ぶ直線をRとする。トラック溝63Aのボール軌道中心線Yと継手中心Oを含む平面Q(図11参照)上に投影された継手の軸線N’-N’は継手の軸線N-Nに対しγだけ傾斜し、軸線N’-N’の継手中心Oにおける垂線Kと直線Rとがなす角度をβ’とする。上記の垂線Kは作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面P上にある。したがって、直線Rが作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面Pに対してなす角度βは、sinβ=sinβ’×cosγの関係になる。
 次に、直線L、Rが作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面Pに対してなす角度βについて説明する。作動角θを取ったとき、外側継手部材56および内側継手部材57の継手中心Oを含む平面Pに対して、ボール58がθ/2だけ移動する。使用頻度が多い作動角の1/2より角度βを決め、使用頻度が多い作動角の範囲においてボール58が接触するトラック溝の範囲を決める。ここで、使用頻度が多い作動角について定義する。まず、継手の常用角とは、水平で平坦な路面上で1名乗車時の自動車において、ステアリングを直進状態にした時にフロント用ドライブシャフトの固定式等速自在継手に生じる作動角をいう。常用角は、通常、2°~15°の間で車種ごとの設計条件に応じて選択・決定される。そして、使用頻度の多い作動角とは、上記の自動車が、例えば、交差点の右折・左折時などに生じる高作動角ではなく、連続走行する曲線道路などで固定式等速自在継手に生じる作動角をいい、これも車種ごとの設計条件に応じて決定される。使用頻度の多い作動角は最大20°を目処とする。これにより、直線L、Rが作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面Pに対してなす角度βを3°~10°と設定する。ただし、角度βは3°~10°に限定されるものではなく、車種の設計条件に応じて適宜設定することができる。角度βを3°~10°に設定することで種々の車種に汎用することができる。
 上記の角度βにより、図12において、第1のトラック溝部61Aaのボール軌道中心線Xaの端部Aは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も開口側に移動したときのボールの中心位置となる。同様に、内側継手部材57では、図13において、第1のトラック溝部63Aaのボール軌道中心線Yaの端部Bは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も奥側に移動したときのボールの中心位置となる。このように設定されているので、使用頻度が多い作動角の範囲では、ボール58は、外側継手部材56および内側継手部材57の第1のトラック溝部61Aa、63Aaと、傾斜方向が反対の61Ba、63Ba(図10、図11参照)に位置するので、保持器59の周方向に隣り合うポケット部59aにボール58から相反する方向の力が作用し、保持器59は継手中心Oの位置で安定する(図8参照)。このため、保持器59の球状外周面64と外側継手部材56の球状内周面60との接触力、および保持器59の球状内周面65と内側継手部材57の球状外周面62との接触力が抑制され、高負荷時や高速回転時に継手が円滑に作動し、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。
 本実施形態の固定式等速自在継手部52の外側継手部材56のトラック溝61Aは、直線状のボール軌道中心線Xbを有する第2のトラック溝部61Abが開口側に形成されている。コンパクト設計の中で、この第2のトラック溝部61Abの存在により、最大作動角時における有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制することができる。そのため、最大作動角を47°程度の高角にしても、必要十分な入口チャンファ70を設けた状態でボール58がトラック溝61Abと接触状態を確保することができ、かつ、くさび角が大きくならないように抑えることができる。
 尚、高作動角の範囲では、周方向に配置されたボール58が第1のトラック溝部61Aa、63Aa(61Ba、63Ba、図10および図11参照)と第2のトラック溝部61Ab、63Ab(61Bb、63Bb、図10および図11参照)に一時的に分かれて位置する。これに伴い、保持器59の各ポケット部59aにボール58から作用する力が継手全体として釣り合わず、保持器59と外側継手部材56との球面接触部64、60および保持器59と内側継手部材57との球面接触部65、62の接触力が発生するが、高作動角の範囲は使用頻度が少ないため、本実施形態の摺動式等速自在継手51に適用される固定式等速自在継手部52は、総合的にみるとトルク損失や発熱を抑制できる。したがって、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時の強度や耐久性にも優れたコンパクトな固定式等速自在継手部52となる。
 以上説明した本実施形態の交差トラック溝61、63を有する固定式等速自在継手部52は、図8に示すように、第1の実施形態と同様に、外筒部材3に嵌挿され、外筒部材3の内周面24と、固定式等速自在継手部52の外側継手部材56の外周面75との間にボールスプライン部4が形成されている。摺動式等速自在継手51においても、第1の実施形態と同様、作動角は内方の固定式等速自在継手部52で取り、軸方向のスライドはボールスプライン部4で取る。作動角を取る機能と軸方向のスライドを取る機能が、固定式等速自在継手部52とボールスプライン部4に分けられており、かつ、高効率な交差トラック溝61、63を有する固定式等速自在継手部56が相俟って、NVH特性がきわめて良好である。
 本実施形態の摺動式等速自在継手51おける外筒部材3の構成、ボールスプライン部4の構成や作動、スライドイン・スライドアウトした状態や規制方法、スライド量Lの設定やドライブシャフトへの適用などは、前述した第1の実施形態と同じであるので、第1の実施形態の説明内容を準用し、重複説明を省略する。なお、本実施形態の摺動式等速自在継手51においても第1の実施形態と同じく(1)ボールスプライン溝26、27のPCD(PCDBS)と固定式等速自在継手部52の外径(DOUTER)の比率PCDBS/DOUTERを、PCDBS/DOUTER=0.96~1.00とし、(2)ボールスプライン部4のボール径(D4)と固定式等速自在継手部52のボール径(DBALL)の比率D4/DBALLを、D4/DBALL=0.57~0.64とした。
 本実施形態の摺動式等速自在継手51では、交差トラック溝が、軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状の第1のトラック溝部61a、63aと直線状の第2のトラック溝部61b、63bから構成した固定式等速自在継手部52を適用したものを例示したが、これに限られず、軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状トラック溝のみで交差トラック溝が形成された固定式等速自在継手部としてもよい。
 本発明は前述した実施形態に何ら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、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
1、51   摺動式等速自在継手
2、52   固定式等速自在継手部
3      外筒部材
3b     ステム部
4      ボールスプライン部球状ローラ
6、56   外側継手部材
7、57   内側継手部材
8、58   トルク伝達ボール
9、59   保持器
10、60  球状内周面
11、61  トラック溝
12、62  球状外周面
13、63  トラック溝
14、64  球状外周面
15、65  球状内周面
26     ボールスプライン溝
27     ボールスプライン溝
28     ボール
29     保持器
O      継手中心
Oi     曲率中心
Oo     曲率中心
P      継手中心平面
 

Claims (8)

  1.  球状内周面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、球状外周面に前記外側継手部材のトラック溝に対向する複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材と前記内側継手部材のトラック溝間に組込まれた複数のトルク伝達ボールと、前記外側継手部材と前記内側継手部材との間に配置され、前記トルク伝達ボールを保持する保持器とから固定式等速自在継手部を構成し、この固定式等速自在継手部を外筒部材に嵌挿し、この外筒部材の内周面と前記固定式等速自在継手部の外側継手部材の外周面との間にボールスプライン部を形成した摺動式等速自在継手において、
     前記ボールスプライン部のボールが、前記外筒部材の内周面と前記外側継手部材の外周面との間に配置された保持器により保持され、
     前記固定式等速自在継手部のトルク伝達ボールの個数が8個であることを特徴とする摺動式等速自在継手。
  2.  前記ボールスプライン部のボールスプライン溝が、前記固定式等速自在継手部の外側継手部材の隣り合うトラック溝間の位相に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の摺動式等速自在継手。
  3.  前記ボールスプライン部のボールの個数が、ボールスプライン溝の1溝当たり2個以上であることを特徴とする請求項2に記載の摺動式等速自在継手。
  4.  前記ボールスプライン部の保持器が樹脂製であることを特徴とする請求項1に記載の摺動式等速自在継手。
  5.  前記ボールスプライン部は、ボールの転がりによりスライドすることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
  6.  前記外筒部材にステム軸部が一体に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の摺動式等速自在継手。
  7.  前記固定式等速自在継手部がツェッパ型等速自在継手で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の摺動式等速自在継手。
  8.  前記固定式等速自在継手部が交差トラック溝を有する等速自在継手で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の摺動式等速自在継手。
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