JP4248924B2

JP4248924B2 - 固定型等速自在継手

Info

Publication number: JP4248924B2
Application number: JP2003128954A
Authority: JP
Inventors: 哲郎門田; 浩量大場
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-05-07
Also published as: JP2004332815A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、いわゆるプランジングを行わない固定型の等速自在継手に関するもので、自動車や各種産業機械における動力伝達に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
固定型等速自在継手として、従来、ゼッパ型とＵＦ（アンダーカットフリー）型のボールジョイントが知られている（特公平６−２５５６７号公報）。それらの特徴は、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝が、それぞれ軸方向に等距離離れた点を中心とする二つの球の子午線に沿って形成されていることである。図１７および図１８に示すように、従来の固定型等速自在継手は、外輪１と、内輪２と、ケージ３と、ボール４を主要な構成要素としており、外輪１のトラック溝１ａと内輪２のトラック溝２ａとの間に１個ずつボール４が介在させてある。図１７からよく分かるように、外輪１のトラック溝１ａの曲率中心と内輪２のトラック溝２ａの曲率中心は、継手の折り曲げ中心を挟んで軸方向に互いに逆方向にオフセットしている。その結果、外輪１、内輪２共にトラック溝１ａ，２ａの深さが軸方向で変化している。
【０００３】
上述の等速自在継手の改良として、特許第２９１６５７９号公報のものが知られている。その特徴は、従来子午線上にあった一つのボールを二つのボールに置き換えた構造である。つまり、トラック溝は互いに平行な二本のトラック溝の対で形成され、各ボールは一方向のトルクのみ負荷されるよう、溝の半分の面のみで接触するようにしている。また、そのケージは二つのボールを一つの窓で抱える形態としている。
【０００４】
特許第２９１６５７９号公報のものをさらに改良したものとして、ドイツ公開特許公報第１００３３４９１号のものがある。その特徴は、従来のゼッパ型とＵＦ型のトラック溝の中心線が二本ずつ対で互いに平行な平面上にあり、そのケージは二つのボールを一つの窓で抱える形態としている。各溝はボールに両方向のトルクを伝えるような通常の等速自在継手の溝である。
【０００５】
【特許文献１】
特公平６−２５５６７号公報（第１図、第４図）
【０００６】
【特許文献２】
特許第２９１６５７９号公報（第１図、第２図）
【０００７】
【特許文献３】
ドイツ公開特許公報第１００３３４９１号（Fig. 2a）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のゼッパ型あるいはＵＦ型の固定型等速自在継手の外輪と内輪のトラック溝は、継手の軸方向で深さが変化している。そこには継手の強度あるいはトルクの伝達上で次のような問題がある。
▲１▼ 一般に、図１９に示すようにトラック溝１ａ，２ａはボール４をアンギュラーで抱えるが、その接触角αが大きいほどトルクの負荷能力が高くなる。しかし、接触角αの大きさはトラック溝１ａ，２ａの最も浅い部分で決まる。つまり、トルクを受けたときの乗り上げ強度を考慮した場合、最弱部に合わせた強度対策が必要となるため、最弱部以外のところは設計的な無駄が入る。
▲２▼ トラック溝の曲率中心が軸方向にオフセットしているため、継手が折り曲げ角をとって回転するときボール４はケージ３のポケット内で半径方向に移動する。折り曲げ角が大きくなるほどボールがケージ３のエッジ部分に当たることとなり（図２０参照）、ケージ３のエッジ強度を確保する上で不利である。
▲３▼ トラック溝１ａ，２ａの曲率中心がオフセットしているため、トラック溝１ａ，２ａは軸方向の一方が狭く他方が広い楔状を呈する。その結果、継手にトルクがかかるとボール４に継手軸方向の分力が発生し、ボール４がケージ３に押し付けられる。これはケージ３の窓枠部の強度に不利に作用する。
【０００９】
特許第２９１６５７９号の等速自在継手は、半数のトラック溝しかトルクを受けず、トルク負荷能力が劣る。
【００１０】
ドイツ公開特許公報第１００３３４９１号の等速自在継手は、上記ゼッパ型あるいはＵＦ型等速自在継手の強度上の課題があるとともに、外輪のマウスの隣り合うトラック間の内球面の幅の変動が大きいという問題がある。これは内輪の外球面についても同様のことがいえる。トラック溝深さの不均一性と球面部の幅の大きな変動は鍛造加工をより難しくする。
【００１１】
従来の等速自在継手は、図２０に示すように、大きな折り曲げ角を付けようとすると、ボール４が外輪１のトラック溝１ａから外れたときケージ３のポケットからも脱落してしまうため、外輪１のトラック溝１ａからのボール４の外れが折り曲げ角の限界になっている。
【００１２】
この発明の目的は、従来の固定型等速自在継手よりも、高強度、長寿命、高折り曲げ角で、さらに低コストである固定型等速自在継手を実現することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１の発明は、ボール４０を案内する複数のトラック溝１４をもった外輪１０と、ボール４０を案内する複数のトラック溝２４をもった内輪２０と、外輪１０のトラック溝１４と内輪２０のトラック溝２４との間に介在してトルクを伝達するボール４０と、複数のボール４０を継手の折り曲げ角の二等分面上に配置するケージ３０とから構成される固定型等速自在継手において、外輪１０のトラック溝１４のボール軌道中心線と内輪２０のトラック溝２４のボール軌道中心線とが、継手の折り曲げ点を中心とする球と、継手の中心線を含まず、継手の中心線を含む平面からボール４０の半径以上離れた平面との交線をなすことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の固定型等速自在継手において、前記ケージ３０が、組になる二つのボール４０を一つのポケット３６でかかえることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の固定型等速自在継手において、各対のトラック溝１４，２４が継手中心線と平行であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１または２に記載の固定型等速自在継手において、各対のトラック溝１４，２４が継手中心線に対して傾斜していることを特徴とするものである。
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の固定型等速自在継手において、内輪２０とシャフト５を一体化させたことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１９】
まず、図１および図２に示す実施の形態について説明する。図１は固定型等速自在継手の縦断面（図２のＩ−Ｉ断面）、図２は横断面を示す。この等速自在継手は、外輪１０と、内輪２０と、ケージ３０と、ボール４０を主要な構成要素として成り立っており、外輪１０が一方の回転軸（図示省略）と結合し、内輪２０が他方の回転軸５と結合することにより、二軸を折り曲げ可能に連結する。
【００２０】
図３に外輪１０の縦断面を示し、図４に外輪１０の横断面（図３のＩＶ−ＩＶ断面）を示す。図３に示すように、外輪１０は軸方向の一端にて開口したカップ状で、部分球形の内周面１２を有する。内周面１２には軸方向に延びるトラック溝１４が形成されている。外輪１０の内周面１２の曲率中心とトラック溝１４の曲率中心の位置は軸方向で一致しており、さらに、これらと継手の折り曲げ中心Ｏとも一致している。したがって、トラック溝１４の深さは軸方向位置によって変化せず一定である。トラック溝１４の溝底の曲率半径を図１に符号Ｒｏで示してある。図４から分かるように、トラック溝１４は円周方向に四対等配してあり、各対のトラック溝１４は、継手の中心線を挟んで互いに平行に走っている。継手の中心線から各トラック溝１４のボール軌道中心線までは、ボール４０の半径以上の距離Ｌを隔てている。言い換えるならば、外輪１０のトラック溝１４のボール軌道中心線は、継手の折り曲げ点を中心とする球（図４の場合、ＰＣＤを直径とする球）と、継手の中心線を含まず、継手の中心線を含む平面からボール４０の半径以上離れた平面との交線をなす。
【００２１】
図５は内輪２０の正面図、図６は内輪２０の側面図である。内輪２０は部分球形の外周面２２を有し、その外周面２２には軸方向に延びるトラック溝２４が形成されている。内輪２０のトラック溝２４は外輪１０のトラック溝１４と対応している。すなわち、図６から分かるように、トラック溝２４は円周方向に四対等配してあり、各対のトラック溝２４は、継手の中心線を挟んで互いに平行に走っている。継手の中心線から各トラック溝２４のボール軌道中心線までは、ボール４０の半径以上の距離（Ｌ）を隔てている。言い換えるならば、内輪２０のトラック溝２４のボール軌道中心線は、継手の折り曲げ点を中心とする球（図４のＰＣＤを直径とする球）と、継手の中心線を含まず、継手の中心線を含む平面からボール４０の半径以上離れた平面との交線をなす。また、外輪１０の場合と同様に、内輪２０の外周面２２の曲率中心とトラック溝２４の曲率中心の位置は軸方向で一致し、さらに、これらと継手の折り曲げ中心Ｏとが一致している。したがって、図１から分かるように、トラック溝２４の深さは軸方向位置によって変化せず一定である。トラック溝２４の溝底の曲率半径を図１に符号Ｒｉで示してある。
【００２２】
図１に示すように、内輪２０のトラック溝２４は折り曲げ角を取るのに必要な量のみを形成してあり、そのことによって、それ以外の部分については肉厚を上げて強度を高めることができる。この点についてさらに詳細に説明するならば次のとおりである。従来のこの種の継手はボールを最後に組み込むため、内輪を外輪に対して７０°以上折り曲げなければならず、機能上必要な折り曲げ角（たとえば５０°）に対し、組み立て用に約２０°分のトラックの延長を必要とした。しかし、この実施の形態ではボールを先に組むため、作動に必要な分のトラックのみを形成すればよい。したがって、残りの約２０°分のトラック部は肉を残せるため強度面で有利になる。
【００２３】
外輪１０のトラック溝１４と内輪２０のトラック溝２４とが対をなし、各対に１個のボール４０が組み込まれる。ボール４０はトラック溝１４，２４間に介在してトルクを伝達する働きをする。すなわち、回転方向によって、外輪１０から内輪２０に、または、内輪２０から外輪１０に、トルクを伝達する。
【００２４】
図７はケージ３０の縦断面図、図８（ａ）はケージ３０の横断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のｂ−ｂ断面図である。ケージ３０は、球状の外周面３２と、球状の内周面３４と、円周方向に等配した四つのポケット３６を有する。各ポケット３６は二つのボール４０を収容するので（図２参照）、ケージ３０全体としては合計８個のボール４０を保持することになる。一つのポケット３６に二つのボール４０を収容させることで、一つのポケットに一つのボールを収容させる場合に比べてポケット３６間の柱の数が少なくてすみ、その分、柱を太くすることができる。また、トラック溝１４，２４の曲率中心が一致していることから、継手が折り曲げ角を付けた状態で回転してもボール４０が半径方向に移動しない。そのため、図８（ｂ）に示すように、半径方向にボール４０を抱える構造を採用することができる。図８（ｂ）は、ボール４０の半径方向外側への移動を規制することができるように、ポケット３６の円周方向の内壁面をボール４０の外径より僅かに大きい円弧形の断面形状とした場合を例示している。
【００２５】
ケージ３０の外周面３２と内周面３４は同心であり、図７において、外周面３２の曲率半径および内周面３４の曲率半径をそれぞれ符号ＣｏおよびＣｉで示してある。ケージ３０の外周面３２と外輪１０の内周面１２とは、曲率中心が一致し、かつ、所定のすきまを設けたほぼ同一の曲率半径である。また、ケージ３０の内周面３４と内輪２０の外周面２２とは、曲率中心が同一で、かつ、所定のすきまを設けたほぼ同一の曲率半径である。したがって、外輪１０の内周面１２はケージ３０の外周面３２により、さらにケージ３０の内周面３４は内輪２０の外周面２２により、拘束される。
【００２６】
図１および図７に示すように、ケージ３０の内周面３４はケージ３０とリング３８に分割されている。符号３９はリング３８の止め輪を示す。このような構成とすることによって組立が容易となる。すなわち、外輪１０にケージ３０を組み込み、８個のボール４０を所定の位置にすべて入れた後に、内輪２０とシャフト５をセレーション２６により結合した上で組み込むことができる。最後にリング３８を挿入し、止め輪３９で固定する。なお、図示は省略したが、内輪２０とシャフト５は一体化した構造とすることも可能である。
【００２７】
次に、図９および図１０に示す実施の形態について説明する。この実施の形態の固定型等速自在継手は、上述の実施の形態における互いに平行なトラック溝の対を、継手の中心線に対して傾斜させたものである。
【００２８】
図１１に外輪５０の縦断面を、図１２に外輪５０の横断面（図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ断面）を示す。外輪５０は部分球形の内周面５２を有し、その内周面５２に四対のトラック溝５４が形成されているのは上述の実施の形態と同じであるが、各対のトラック溝５４が、上述の実施の形態では互いに平行であったのに対し、ここでは継手の中心線に対して傾斜している。言い換えるならば、一対のトラック溝５４は、外輪５０の奥端（図１１の左）側から開口端（図１１の右）側に向かって末広がりとなっている。
【００２９】
図１３に内輪６０の正面を、図１４に内輪６０の側面を示す。内輪６０は部分球形の外周面６２を有し、その外周面６２に四対のトラック溝６４が形成されている。外輪５０の場合と同様に、各対のトラック溝６４が、上述の実施の形態では互いに平行であったのに対し、ここでは継手中心線に対して傾斜している。言い換えるならば、一対のトラック溝６４は、外輪５０の開口側に対応する一端（図１３の左）側から外輪５０の奥側に対応する他端（図１３の右）側に向かって末広がりとなっている。組になる二つのトラック溝５４はマウス（開口）側に開いたハの字形状であるが、反対にマウス側に閉じた形状でも、また同方向に傾いた形状でもよい。ただし、内輪６０のトラック溝６４についてはそれぞれに対応した形状をなす。
【００３０】
図１５にケージ７０の正面を、図１６にケージ７０の横断面を示す。ケージ７０は、球状の外周面７２と、球状の内周面７４と、円周方向に等配した四つのポケット７６を有する。各ポケット７６は二つのボール８０を収容するので（図１０参照）、ケージ７０としては合計８個のボール８０を保持することになる。ここでも、各ポケットに一つのボールを収容する場合に比べてポケット間の柱の数が少なくなるため、柱を太くすることができる。外輪５０の内周面５２はケージ７０の外周面７２により、さらにケージ７０の外周面７２と同心である内周面７４は内輪６０の外周面６２により、拘束される。
【００３１】
【発明の効果】
既に述べたとおり、一般にトラック溝はボールをアンギュラーで抱え、その接触角が大きいほど負荷能力が高くなる。しかし、図１７、図１８に関連して述べたようにトラック溝深さが不均一の場合、接触角の大きさはトラック溝の最も浅い部分で決まり、設計的な無駄が入る。本発明によれば、内外輪ともにトラック溝深さは軸方向に一定であるため、折り曲げ角を大きくとっても接触点が乗り上げることがなく、強度面において有利である。また、強度確保ができたことに伴い、その分を最低限削ることによってＰＣＤを小さくすることができる。ＰＣＤが小さくできるため、外輪外径を小さくしてコストダウンを図ることができる。
【００３２】
本発明では隣り合う二つのトラック溝は平行であるので球面幅が一定であるので、鍛造時の押しつぶされたときの材料の流れ込みがしやすくなる。さらに、トラック深さが一定であるためつぶしやすく、従来の不均一なトラック溝よりも製造しやすい。
【００３３】
従来の固定型等速自在継手の場合、折り曲げ角をとって回転するとき、ボールがケージのポケット内で半径方向に移動する必要があり、ケージのエッジ強度を確保する上で不利であった。本発明によれば、ボールは半径方向に移動することはなく、したがって、ケージのエッジ強度を確保しやすい。また、ボールが半径方向に移動しないため、ボールをケージで抱えて半径方向外方への移動を規制することができる。したがって、ボールが外輪トラック溝を外れても外に飛び出る心配がないので、高折り曲げ角を保証することができる。さらに、ケージ窓枠部に軸方向の分力がかからないため、強度面において有利である。
【００３４】
トラック溝深さが一定であるため、その分、ケージ厚さを増すことができる。しかも、ポケット数を４にして柱を太くできるため、従来のポケット数８のケージに比べて加工面、コスト面において有利である。
【００３５】
トラック溝半径方向の最大径が内外輪ともにジョイントセンターと一致するため、外輪にケージを組み込んだ状態で先にボールを入れ、後から内輪を入れる、といった組立が可能である。この場合、ケージを分解構造にして幅中央から一端側の内周面を分離可能な部材で構成させる。このようなボール先行の組立が可能となったことに伴い、内輪とシャフトを一体構造とすることが可能となる。さらに、内輪とシャフトを一体構造とすると、セレーションが不要となるため、外輪外径を小さくでき、部品点数の削減、コストダウンができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施の形態を示す固定型等速自在継手の縦断面図である。
【図２】図１のＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図１に示す固定型等速自在継手の外輪の縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視図である。
【図５】図１に示す固定型等速自在継手の内輪の正面図である。
【図６】図５の内輪の側面図である。
【図７】図１に示す固定型等速自在継手のケージの縦断面図である。
【図８】（ａ）は図７のケージの横断面図、
（ｂ）は図８（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
【図９】第二の実施の形態を示す固定型等速自在継手の縦断面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】図９に示す固定型等速自在継手の外輪の縦断面図である。
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ矢視図である。
【図１３】図９に示す固定型等速自在継手の内輪の正面図である。
【図１４】図１３の内輪の側面図である。
【図１５】図９に示す固定型等速自在継手のケージの正面図である。
【図１６】図１５のケージの横断面図である。
【図１７】従来の技術を示す固定型等速自在継手の縦断面図である。
【図１８】図１７の固定型等速自在継手の横断面図である。
【図１９】ボールとトラック溝のアンギュラーコンタクトを示す断面図である。
【図２０】折り曲げ角をとった状態を示す図１７と類似の縦断面図である。
【符号の説明】
１０，５０外輪
１２，５２内周面
１４，５４トラック溝
２０，６０内輪
２２，６２外周面
２４，６４トラック溝
３０，７０ケージ
３２，７２外周面
３４，７４内周面
３６，７６ポケット
３８リング
３９止め輪
４０，８０ボール

Claims

ボールを案内する複数のトラック溝をもった外輪と、ボールを案内する複数のトラック溝をもった内輪と、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝との間に介在してトルクを伝達するボールと、複数のボールを継手の折り曲げ角の二等分面上に配置するケージとから構成される固定型等速自在継手において、外輪のトラック溝のボール軌道中心線と内輪のトラック溝のボール軌道中心線とが、継手の折り曲げ点を中心とする球と、継手の中心線を含まず、継手の中心線を含む平面からボールの半径以上離れた平面との交線をなすことを特徴とする固定型等速自在継手。
前記ケージが、組になる二つのボールを一つのポケットでかかえることを特徴とする請求項１に記載の固定型等速自在継手。
各対のトラック溝がジョイント中心線と平行であることを特徴とする請求項１または２に記載の固定型等速自在継手。
各対のトラック溝がジョイント中心線に対して傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の固定型等速自在継手。
内輪とシャフトを一体化させたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の固定型等速自在継手。