JP4041657B2

JP4041657B2 - 等速自在継手

Info

Publication number: JP4041657B2
Application number: JP2001126166A
Authority: JP
Inventors: 正純小林; 和弘東; 亮中川; 勇谷本
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2021-04-24
Also published as: JP2002323061A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は等速自在継手に関し、詳しくは、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用されるもので、駆動側と従動側の二軸間で作動角度変位のみを許容する固定型等速自在継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車のドライブシャフト等の連結用継手として使用されている固定型等速自在継手（ツェパー型等速自在継手：ＢＪ）は、球面状の内径面に曲線状のトラック溝を軸方向に形成した外側継手部材と、球面状の外径面に曲線状のトラック溝を軸方向に形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるボールトラックに配された複数のトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するポケットを備えた保持器とで構成される。複数のトルク伝達ボールは、保持器に形成されたポケットに収容されて円周方向等間隔に配置されている。
【０００３】
外側継手部材のトラック溝の中心は内径面の球面中心に対して、また、内側継手部材のトラック溝の中心は外径面の球面中心に対して、それぞれ、軸方向に等距離だけ反対側にオフセットされている。そのため、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるボールトラックは、軸方向の一方に向かって楔状に開いた形状になる。なお、外側継手部材の内径面の球面中心、内側継手部材の外径面の球面中心は、いずれも、トルク伝達ボールの中心を含む継手中心面内にある。
【０００４】
この等速自在継手では、外側継手部材と内側継手部材とが角度変位すると、保持器のポケットに収容されたトルク伝達ボールは常にどの作動角においても、その作動角の２等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。ここで、作動角とは、外側継手部材の回転軸と内側継手部材の回転軸とがなす角度を意味する。
【０００５】
近年、自動車の衝突安全性向上の観点からホイールベースを長くすることがあるが、それに伴って車両回転半径が大きくならないようにするため、固定型等速自在継手の高角化による前輪の操舵角の増大が求められている。この高角化のニーズには、外側継手部材の開口側でのトラック溝形状を軸方向と平行にしたアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手（ＵＪ）で対応している。このタイプの等速自在継手では、外側継手部材及び内側継手部材の両トラック溝はいずれも、アンダーカットがなく、大きな作動角を取り得る構造を有する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この種の固定型等速自在継手（ＢＪ，ＵＪ）において、ボールトラックにおけるＰＣＤ（ピッチ円径）すきまをどのように定めるかは重要である。
【０００７】
すなわち、前記ＰＣＤすきまが小さすぎると、トルク伝達ボールをボールトラックに挿入する上でのボール組み込みが困難となり、また、トルク伝達ボールに対する拘束力が大きくなってトルク伝達ボールの円滑な転動が阻害される。そのため、継手回転時、トルク伝達ボールとボールトラックとの接触部分で滑りを伴った転がり運動が生じ、継手内部の温度上昇、それによる寿命低下の一因となる。
【０００８】
逆に、前記ＰＣＤすきまが大きすぎると、ポケットとトルク伝達ボールとの間で打音が発生したり、継手振動が増大したりするなど、継手性能面（ＮＶＨ、耐久性）で好ましくない影響が生じる。
【０００９】
特に、高負荷時には、トルク伝達ボールとトラック溝との接触楕円がトラック溝からはみ出してしまい、そこから欠けが生じ、フレーキングを引き起こす場合がある。ここで、ＰＣＤすきまが小さいと、前記接触楕円のトラック溝からのはみ出し防止に対して有効に作用するが、逆に、前記ＰＣＤすきまが大きいと、ボール接触点がＰＣＤすきまにより移動し、接触楕円がトラック溝からはみ出し易くなる。
【００１０】
一方、この種の等速自在継手では、６個のトルク伝達ボールを使用するものに対して、それと同等以上の強度、負荷容量及び耐久性を確保しつつ、より一層のコンパクト化、軽量化を実現するため、８個のトルク伝達ボールを備えた等速自在継手がある。この等速自在継手は、６個のトルク伝達ボールを備えた等速自在継手と基本構造が異なっており、ＰＣＤすきまの設定値もその構造に適した固有の値が存在すると考えられる。特に、６個のトルク伝達ボールを使用した等速自在継手に対して、８個のトルク伝達ボールを備えた等速自在継手では、ボール径が小さいため、トラック深さが浅く、ＰＣＤすきまが耐久性に及ぼす影響が大きい。
【００１１】
そこで、本発明は、前記課題に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、８個のトルク伝達ボールを備えた固定型等速自在継手において、高負荷時での耐久性の向上および寿命ばらつきの安定化を実現し得ることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、球面状の内径面に軸方向に延びる８本の曲線状のトラック溝を形成した外側継手部材と、球面状の外径面に軸方向に延びる８本の曲線状のトラック溝を形成した内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝とこれに対応する前記内側継手部材のトラック溝とが協働して形成される８本のボールトラックに配された８個のトルク伝達ボールと、そのトルク伝達ボールを保持するポケットを有する保持器とを備えたドライブシャフト用等速自在継手において、前記ボールトラックにおけるＰＣＤすきまを５〜５０μｍの正すきまとし、前記保持器のポケットとトルク伝達ボールとの間の軸方向すきまを−３０〜＋１０μｍとしたことを特徴とする。ここで、「ＰＣＤすきま」とは、外側継手部材のトラック溝のピッチ円径と内側継手部材のトラック溝のピッチ円径との差を意味する。
【００１３】
本発明では、８個のトルク伝達ボールを備えたドライブシャフト用等速自在継手において、ボールトラックにおけるＰＣＤすきまを５〜５０μｍの正すきまとしたことにより、高負荷時、トルク伝達ボールとトラック溝との接触楕円がトラック溝からはみ出しにくくなり、欠けやフレーキングの発生を抑制することが容易となる。また、保持器のポケットとトルク伝達ボールとの間の軸方向すきまを−３０〜＋１０μｍとしたことにより、６個のトルク伝達ボールを備えた等速自在継手と比べて、トルク伝達ボール１個当りについてポケットに加わる荷重が小さいため、ポケット摩耗量も少ないことから、ポケットによるトルク伝達ボールの拘束力を小さくしてトルク伝達ボールの円滑な転動を確保することができる。つまり、６個のトルク伝達ボールを備えた等速自在継手の場合（軸方向すきまが−５０〜−１０μｍ）よりもプラス側にシフトさせ、本発明の軸方向すきまを−３０〜＋１０μｍ、好ましくは−１０〜＋１０μｍの範囲内にすることにより、ポケットにおけるトルク伝達ボールの接触による発熱の低減で継手内部の温度上昇が軽減できる。
【００１４】
本発明は、▲１▼前記外側継手部材のトラック溝の中心が内径面の球面中心に対して、前記内側継手部材のトラック溝の中心が外径面の球面中心に対して、それぞれ、軸方向に等距離だけ反対側にオフセットされた固定型等速自在継手（ＢＪ）と、▲２▼前記外側継手部材のトラック溝の中心が内径面の球面中心に対して、前記内側継手部材のトラック溝の中心が外径面の球面中心に対して、それぞれ、軸方向に等距離だけ反対側にオフセットされ、かつ、前記外側継手部材および内側継手部材の各トラック溝に直線状の溝底を有するストレート部が設けられた固定型等速自在継手（ＵＪ）とに適用可能である。
【００１７】
また、前記構成において、前記保持器と外側継手部材との間の径方向すきまを２０〜１００μｍとすることが望ましく、さらに、前記保持器と内側継手部材との間の径方向すきまを２０〜１００μｍとすることが望ましい。このようにすれば、保持器と外側継手部材との間、保持器と内側継手部材との間での作動性が良好となり、かつ、保持器と外側継手部材との間、保持器と内側継手部材との間で打音が発生したり、継手振動が増大したりすることを防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る等速自在継手の実施形態を図１乃至図３を参照しながら以下に詳述する。図２はツェパー型等速自在継手である固定型等速自在継手（ＢＪ）、図３はアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手（ＵＪ）を示し、図２のＡ−Ａ線に沿う断面と図３のＢ−Ｂ線に沿う断面構造は共通するため、図１で一つの断面図として示す。
【００１９】
まず、図２に示す実施形態の等速自在継手（ＢＪ）は、球面状の内径面１ａに８本の曲線状のトラック溝１ｂを軸方向に形成した外側継手部材１と、球面状の外径面２ａに８本の曲線状のトラック溝２ｂを軸方向に形成し、内径面にドライブシャフトの中間軸５の端部とのセレーション嵌合部２ｃを形成した内側継手部材２と、外側継手部材１のトラック溝１ｂとこれに対応する内側継手部材２のトラック溝２ｂとが協働して形成される８本のボールトラックに配された８個のトルク伝達ボール３と、トルク伝達ボール３を保持する保持器４とで構成される。８個のトルク伝達ボール３は、保持器４に形成されたポケット４ｃに収容されて円周方向等間隔に配置されている。
【００２０】
外側継手部材１のトラック溝１ｂの中心Ｏ₁は内径面１ａの球面中心に対して、また、内側継手部材２のトラック溝２ｂの中心Ｏ₂は外径面２ａの球面中心に対して、それぞれ、軸方向に等距離Ｆだけ反対側（同図に示す例では、中心Ｏ₁は継手の開口側、中心Ｏ₂は継手の奥部側）にオフセットされている。そのため、外側継手部材１のトラック溝１ｂとこれに対応する内側継手部材２のトラック溝２ｂとが協働して形成されるボールトラックは、軸方向の一方（同図に示す例では継手の開口側）に向かって楔状に開いた形状になる。
【００２１】
保持器４の外径面４ａの球面中心、および、保持器４の外径面４ａの案内面となる外側継手部材１の内径面１ａの球面中心は、いずれも、トルク伝達ボール３の中心Ｏ₃を含む継手中心面Ｏ内にある。また、保持器４の内径面４ｂの球面中心、および、保持器４の内径面４ｂの案内面となる内側継手部材２の外径面２ａの球面中心は、いずれも、継手中心面Ｏ内にある。従って、外側継手部材１のトラック溝１ｂの中心Ｏ₁のオフセット量Ｆは、中心Ｏ₁と継手中心面Ｏとの間の軸方向距離、内側継手部材２のトラック溝２ｂの中心Ｏ₂のオフセット量Ｆは、中心Ｏ₂と継手中心面Ｏとの間の軸方向距離になり、両者は等しい。
【００２２】
次に、図３に示す実施形態の等速自在継手（ＵＪ）が、前述した図２に示す実施形態の等速自在継手（ＢＪ）と異なる点は、外側継手部材１のトラック溝１ｂおよび内側継手部材２のトラック溝２ｂにそれぞれ直線状の溝底を有するストレート部Ｕ１，Ｕ２を設けた点のみであり、前述した実施形態の説明と重複する説明は省略する。この実施形態の等速自在継手（ＵＪ）は、外側継手部材１のトラック溝１ｂおよび内側継手部材２のトラック溝２ｂにそれぞれストレート部Ｕ１，Ｕ２を設けたことにより、図２に示す実施形態の等速自在継手（ＢＪ）に比べて最大作動角を大きくすることができる。
【００２３】
これら図２および図３の等速自在継手では、外側継手部材１と内側継手部材２とが角度変位すると、保持器４のポケット４ｃに収容されたトルク伝達ボール３は常にどの作動角においても、その作動角の２等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。
【００２４】
前述した構成を具備した図２のツェパー型等速自在継手（ＢＪ）と図３のアンダーカットフリータイプの等速自在継手（ＵＪ）において、図１に示すように前記ボールトラックにおけるＰＣＤすきま、つまり、外側継手部材１のトラック溝１ｂのピッチ円径ＰＣＤ_OUTと内側継手部材２のトラック溝２ｂのピッチ円径ＰＣＤ_INとの差を５〜５０μｍとする。このＰＣＤすきまが５μｍよりも小さくなると、トルク伝達ボール３の組み込み性や作動性が悪化する虞があり、逆に、５０μｍよりも大きくなると、トルク伝達ボール３とトラック溝１ｂ，２ｂとの接触楕円がトラック溝１ｂ，２ｂからはみ出し易くなって耐久性の向上を図ることが困難となる。
【００２５】
また、図２および図３に示すように前記保持器４のポケット４ｃとトルク伝達ボール３との間の軸方向すきま、つまり、ポケット４ｃの軸方向寸法Ｄ_Pとトルク伝達ボール３の直径Ｄ_Bとの差を−３０〜＋１０μｍ、好ましくは−１０〜＋１０μｍの範囲内とする。保持器４のポケット４ｃとトルク伝達ボール３との間の締代（負隙間）が−３０μｍより小さくなって過大となると、トルク伝達ボール３を拘束する力が大きくなり、トルク伝達ボール３の円滑な転動が阻害される。そのため、継手回転時、トルク伝達ボール３とトラック溝１ｂ，２ｂとの接触部で滑りを伴った転がり運動が生じ、継手内部の温度上昇、それによる寿命低下の一因となる。逆に、保持器４のポケット４ｃとトルク伝達ボール３との間の遊び（正隙間）が＋１０μｍより大きくなって過大であると、ポケット４ｃとトルク伝達ボール３との間で打音が発生したり、継手振動が増大したりするなど、継手性能に好ましくない影響が生じる。
【００２６】
さらに、前記保持器４と外側継手部材１との間の径方向すきま、つまり、外側継手部材１の内径Ｄ_Oと保持器４の外径Ｄ_K1との差を２０〜１００μｍとし、前記保持器４と内側継手部材２との間の径方向すきま、つまり、保持器４の内径Ｄ_K2と内側継手部材２の外径Ｄ_Iとの差を２０〜１００μｍとする。これら径方向すきまが２０μｍよりも小さくなると、保持器４と外側継手部材１との間、保持器４と内側継手部材２との間での作動性が悪化し、逆に、径方向すきまが１００μｍよりも大きくなると、保持器４と外側継手部材１との間、保持器４と内側継手部材２との間で打音が発生したり、継手振動が増大したりする。
【００２７】
【実施例】
図２に示す実施形態の等速自在継手、つまり、８個のトルク伝達ボールを備えたツェパー型等速自在継手（ＢＪ）に関して、ＰＣＤすきまについての高負荷耐久試験の結果を図４に示す。この試験は、負荷トルクＴ＝７２６Ｎ・ｍ、回転数Ｎ＝２３０ｒｐｍ、作動角θ＝６ｄｅｇの試験条件で試験継手を運転し、不具合が発生する運転時間を測定することにより行った。なお、この高負荷耐久試験は２つの試験継手Ａ，Ｂについて行った。
【００２８】
図４に示す結果から、ＰＣＤすきまが３０，５０μｍの等速自在継手では、安定した耐久性を確保することができるのに対して、ＰＣＤすきまが７０，１００μｍの等速自在継手では、スペックをクリアすることができても、寿命にばらつきがあり、また、ＰＣＤすきまが１２０μｍの等速自在継手では、スペックをクリアすることが限界であり、さらに、ＰＣＤすきまが１３０μｍの等速自在継手では、スペックをクリアすることが困難である。
【００２９】
次に、前記ツェパー型等速自在継手（ＢＪ）に関して、保持器のポケットにおける軸方向すきまについての耐久試験の結果を図５に示す。この試験は、負荷トルクＴ＝１８６Ｎ・ｍ、回転数Ｎ＝１７００ｒｐｍ、作動角θ＝６ｄｅｇの試験条件で試験継手を運転し、不具合が発生する運転時間を測定することにより行った。なお、この耐久試験は２つの試験継手Ａ，Ｂについて行った。
【００３０】
図５に示す結果から、軸方向すきまが−２０，−３０μｍの等速自在継手では、安定した耐久性を確保することができるのに対して、軸方向すきまが−４５μｍの等速自在継手では、耐久性が低下し、寿命にばらつきがあった。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、ボールトラックにおけるＰＣＤすきまを５〜５０μｍの正すきまとしたことにより、８個のトルク伝達ボールを備えた等速自在継手のようにボール径が小さいため、トラック深さが浅くても、高負荷時、トルク伝達ボールとトラック溝との接触楕円がトラック溝からはみ出しにくくなり、欠けやフレーキングの発生を抑制することが容易となり、また、保持器のポケットとトルク伝達ボールとの間の軸方向すきまを−３０〜＋１０μｍとしたことにより、６個のトルク伝達ボールを備えた等速自在継手と比べて、トルク伝達ボール１個当りについてポケットに加わる荷重が小さいため、ポケット摩耗量も少ないことから、ポケットによるトルク伝達ボールの拘束力を小さくしてトルク伝達ボールの円滑な転動を確保することができ、ポケットにおけるトルク伝達ボールの接触による発熱の低減で継手内部の温度上昇が軽減できることから、等速自在継手の耐久性の向上および寿命ばらつきの安定化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る等速自在継手の実施形態で、図２のＡ−Ａ線または図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図２】本発明の実施形態で、ツェパー型等速自在継手（ＢＪ）に適用した例示を示す縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態で、アンダーカットフリータイプの等速自在継手（ＵＪ）に適用した例示を示す縦断面図である。
【図４】ＰＣＤすきまについての高負荷耐久試験の結果を示す図である。
【図５】保持器のポケットにおける軸方向すきまについての耐久試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
１外側継手部材
１ａ外側継手部材の内径面
１ｂ外側継手部材のトラック溝
２内側継手部材
２ａ内側継手部材の外径面
２ｂ内側継手部材のトラック溝
３トルク伝達ボール
４保持器
４ｃポケット
ＰＣＤ_OUT−ＰＣＤ_IN ボールトラックにおけるＰＣＤすきま
Ｄ_P−Ｄ_B 軸方向すきま

Claims

球面状の内径面に軸方向に延びる８本の曲線状のトラック溝を形成した外側継手部材と、球面状の外径面に軸方向に延びる８本の曲線状のトラック溝を形成した内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝とこれに対応する前記内側継手部材のトラック溝とが協働して形成される８本のボールトラックに配された８個のトルク伝達ボールと、そのトルク伝達ボールを保持するポケットを有する保持器とを備え、前記外側継手部材のトラック溝の中心が内径面の球面中心に対して、前記内側継手部材のトラック溝の中心が外径面の球面中心に対して、それぞれ、軸方向に等距離だけ反対側にオフセットされたドライブシャフト用等速自在継手であって、
前記ボールトラックにおけるＰＣＤすきまを５〜５０μｍの正すきまとし、前記保持器のポケットとトルク伝達ボールとの間の軸方向すきまを−３０〜＋１０μｍとしたことを特徴とする等速自在継手。
球面状の内径面に軸方向に延びる８本の曲線状のトラック溝を形成した外側継手部材と、球面状の外径面に軸方向に延びる８本の曲線状のトラック溝を形成した内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝とこれに対応する前記内側継手部材のトラック溝とが協働して形成される８本のボールトラックに配された８個のトルク伝達ボールと、そのトルク伝達ボールを保持するポケットを有する保持器とを備え、前記外側継手部材のトラック溝の中心が内径面の球面中心に対して、前記内側継手部材のトラック溝の中心が外径面の球面中心に対して、それぞれ、軸方向に等距離だけ反対側にオフセットされ、かつ、前記外側継手部材および内側継手部材の各トラック溝に直線状の溝底を有するストレート部が設けられたドライブシャフト用等速自在継手であって、
前記ボールトラックにおけるＰＣＤすきまを５〜５０μｍの正すきまとし、前記保持器のポケットとトルク伝達ボールとの間の軸方向すきまを−３０〜＋１０μｍとしたことを特徴とする等速自在継手。
前記保持器と外側継手部材との間の径方向すきまを２０〜１００μｍとしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の等速自在継手。
前記保持器と内側継手部材との間の径方向すきまを２０〜１００μｍとしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の等速自在継手。