JP2006214540A - 摺動式等速自在継手 - Google Patents

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Abstract

【課題】 不快な振動やこもり音等の発生を抑制する。
【解決手段】 円筒状内周面１２に軸方向に延びる複数のトラック溝１４を形成した外輪１０と、球面状外周面２２に軸方向に延びる複数のトラック溝２４を形成した内輪２０と、外輪１０のトラック溝１４と内輪２０のトラック溝２４との対で形成されるボールトラックに一個ずつ組み込んだ６個のトルク伝達ボール３０と、そのトルク伝達ボール３０を保持するポケット４６を有するケージ４０とを備え、そのケージ４０の球面状外周面４２の中心Ｏｏと球面状内周面４４の中心Ｏｉを、継手中心Ｏを挟んで軸方向に互いに逆方向に等距離だけオフセットさせた等速自在継手において、ボールトラックの円周方向配置を等ピッチにすると共に、ケージ４０のポケット４６の円周方向配置を５５°以上のランダムな不等ピッチとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、自動車や各種産業機械の動力伝達機構において使用されるもので、駆動側と従動側の二軸間で軸方向変位および角度変位を許容するボールタイプの摺動式等速自在継手に関する。
等速自在継手は、自動車や各種産業機械の動力伝達系において、駆動側の回転軸と従動側の回転軸を連結して等角速度でトルクを伝達するもので、固定式と摺動式がある。固定式が角度変位のみを許容するのに対し、摺動式は角度変位と軸方向変位の両方を許容するタイプである。
トルク伝達要素としてボールを用いるボールタイプの摺動式等速自在継手として、ダブルオフセット型等速自在継手（以下、ＤＯＪと称す）がよく知られている。このＤＯＪでは、トルク伝達ボールを６個または８個有するものが代表的であり、そのトルク伝達ボールの円周方向配置（ピッチ）は、６個等ピッチ（６０°）または８個等ピッチ（４５°）が通常である。
図１０は６個のトルク伝達ボールを用いたＤＯＪを示す。ＤＯＪは、外輪１と、内輪２と、トルク伝達ボール３と、ケージ４とを主要な構成要素として成り立っている。図示するようにトルク伝達ボールは６０°の等ピッチで配置されている。このトルク伝達ボール以外のＤＯＪの構成要素である外輪１、内輪２およびケージ４についても、また、外輪１、内輪２にそれぞれ形成されたトラック溝５，６、およびケージ４に設けられたポケット７も、前述のトルク伝達ボール３の配置に準じて、等ピッチで配置されている。
特開平１−５０７６７号公報
図１０に示す従来タイプのＤＯＪ（トルク伝達ボールの数：６）では、トルク伝達ボール３、内外輪２，１のトラック溝６，５およびケージ４のポケット７の円周方向配置は６個等ピッチ（６０°）となっている。この種の等速自在継手においては、トルクが負荷され回転する時、すなわち、動力を伝達している時、等速自在継手の軸方向にスラスト力が誘起される（誘起スラスト力）。この誘起スラスト力は、１回転中にトラック溝５，６の個数と同回数の変動を伴う。従来タイプのＤＯＪ（トルク伝達ボールの数：６）では、トラック溝５，６が６０°等配となっているため、回転６次の振動数を有し、これが車両の足回りの固有振動数と共振して不快な振動やこもり音などを発生させる場合がある。
そこで、本発明はこの問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、誘起スラスト力による不快な振動やこもり音などの発生を抑制し得る摺動式等速自在継手を提供することにある。
前述の目的を達成するため、本発明は以下の構成要件を具備する。
本発明は、円筒状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝を形成した外輪と、球面状外周面に軸方向に延びる複数のトラック溝を形成した内輪と、前記外輪のトラック溝と前記内輪のトラック溝との対で形成されるボールトラックに一個ずつ組み込んだｎ個のトルク伝達ボールと、前記トルク伝達ボールを保持するポケットを有するケージとを備え、前記ケージの球面状外周面の中心と球面状内周面の中心を、ケージ中心を挟んで軸方向に互いに逆方向に等距離だけオフセットさせた等速自在継手において、前記ケージあるいは外輪に、トルク回転時に発生する誘起スラストのｎ次成分を低減する手段を設けたことを特徴とする。
ここで、トルク伝達ボールがｎ個であれば、誘起スラストのｎ次成分を低減することになることから、そのトルク伝達ボールが６個の場合、誘起スラストの６次成分を低減することになる。例えば、６個ボールのＤＯＪにおいて誘起スラスト力の６次成分を低減するには、ボールトラックの円周方向配置を不等ピッチとすればよい（特許文献１参照）。本発明は、誘起スラストのｎ次成分を低減する他の手段を提供するものであり、以下のものが好ましい。
（１）まず第一に、ボールトラックの円周方向配置を等ピッチにすると共に、ケージのポケットの円周方向配置をランダムな不等ピッチとしたことである。
この発明では、ボールトラックの円周方向配置を等ピッチのままで、ケージのポケットの円周方向配置のみをランダムな不等ピッチとする。ケージのポケットの円周方向配置を不等ピッチとすれば、そのポケット間柱幅がランダムとなる。これにより、トルクが負荷される回転時、外輪とケージ間の摩擦力を不規則にして誘起スラスト力のｎ次成分を低減できる。
（２）第二に、ボールトラックの円周方向配置を等ピッチにすると共に、ケージのポケットの円周方向配置を等ピッチとし、かつ、ポケットの円周方向長さを少なくとも一箇所以上で不均一にしたことである。
この発明では、ボールトラックおよびケージポケットの円周方向配置を等ピッチのままで、ポケットの円周方向長さを少なくとも一箇所以上で不均一にすることにより、前項（１）で述べたようにケージのポケットの円周方向配置をランダムに不等ピッチとした場合と同様、ポケット間柱幅がランダムとなる。従って、外輪の内周面とケージの外周面との接触面積が不均一になり、各位相に発生する摩擦力の変動成分も不均一になることから、誘起スラスト力のｎ次成分を低減できる。
（３）第三に、前記外輪の内周面とケージの外周面との接触部の幅を少なくとも一箇所以上で不均一にしたことである。
この発明では、外輪の内周面とケージ外周面との接触部の幅を少なくとも一箇所以上で不均一にすることにより、前項（２）で述べたようにポケットの円周方向長さを少なくとも一箇所以上で不均一にした場合と同様、外輪の内周面とケージの外周面との接触面積が不均一になり、各位相に発生する摩擦力の変動成分も不均一になることから、誘起スラスト力のｎ次成分を低減できる。
（４）第四に、外輪の内周面とケージの外周面との接触部の面粗さを少なくとも一箇所以上で不均一にしたである。
この発明では、外輪の内周面とケージ外周面との接触部の面粗さを少なくとも一箇所以上で不均一にすることにより、前項（３）で述べたように外輪の内周面とケージ外周面との接触部の幅を少なくとも一箇所以上で不均一にした場合と同様、各位相に発生する摩擦力の変動成分も不均一になることから、誘起スラスト力のｎ次成分を低減できる。
前述（１）〜（４）のいずれかの構成からなるＤＯＪにおいて、継手の軸線を含む断面で見て、ケージの内周面は、内輪の外周面の曲率中心から径方向にずらした位置に曲率中心をもち、内輪の外周面の曲率半径より大きい曲率半径で形成され、かつ、トルク伝達ボールとケージのポケットとの間に５〜５０μｍの軸方向すきまを設けることが望ましい。
また、前述（１）〜（４）のいずれかの構成からなるＤＯＪにおいて、ケージの内周面を、中央部の任意の軸方向寸法にわたる円筒面と、その両側に位置する内輪の外周面と同一曲率半径の部分球面とを結んで形成し、かつ、トルク伝達ボールとケージのポケットとの間に５〜５０μｍの軸方向すきまを設けることが望ましい。
このような構成を採用することにより、内輪とケージとの間に軸方向すきまが形成され、継手内部のスライド抵抗が非常に小さくなる。従って、この等速自在継手を自動車の駆動車軸に用いた場合、オートマチックトランスミッション車におけるアイドリング時などのように、比較的小さなトルクが負荷された状態でエンジン側からの振動が作用しても、その振動が吸収されて車体への伝達が断たれるので、車体の振動を抑えることができる。
本発明によれば、（１）ボールトラックの円周方向配置を等ピッチにすると共に、ケージのポケットの円周方向配置をランダムな不等ピッチとした構成、（２）ボールトラックの円周方向配置を等ピッチにすると共に、ケージのポケットの円周方向配置を等ピッチとし、かつ、ポケットの円周方向長さを少なくとも一箇所以上で不均一にした構成、（３）外輪の内周面とケージの外周面との接触部の幅を少なくとも一箇所以上で不均一にした構成、（４）外輪の内周面とケージの外周面との接触部の面粗さを少なくとも一箇所以上で不均一にした構成とすることにより、誘起スラスト力のｎ次成分を低減できるので、車両の振動やこもり音などを抑えることが可能となり、車室内への振動伝達を防止できると共に車室内での静粛性を確保することができる。
図１および図２は本発明の一つの実施形態として、６個ボールＤＯＪの全体構成、図３（ａ）（ｂ）は図２の内輪、図４（ａ）（ｂ）は図２のケージをそれぞれ示す。
ＤＯＪは外輪１０と内輪２０とトルク伝達ボール３０とケージ４０とを主要な構成要素として成り立っている。外輪１０は一端にて開口したカップ状で、開口端の反対側に回転軸と結合する軸部１６を有する（図１参照）。外輪１０の内周面１２は円筒状で、その円筒状内周面１２に、軸方向に伸びる６本のトラック溝１４が形成されている（図２参照）。内輪２０は球面状外周面２２を有し、その球面状外周面２２に、軸方向に伸びる６本のトラック溝２４が形成されている（図３参照）。内輪２０は回転軸と結合するためのセレーション孔２６を有している。
外輪１０のトラック溝１４と内輪２０のトラック溝２４とが対をなしてボールトラックを形成し、各ボールトラックに１個ずつトルク伝達ボール３０が組み込んである。トルク伝達ボール３０は外輪１０と内輪２０との間に介在してトルクを伝達する役割を果たす。各トルク伝達ボール３０は、ケージ４０の円周方向に形成されたポケット４６内に保持されている。ケージ４０は、外周面４２にて外輪１０の円筒状内周面１２と接し、内周面４４にて内輪２０の球面状外周面２２と接している。
また、ケージ４０の外周面４２の中心Ｏｏと内周面４４の中心Ｏｉは、ポケット中心Ｏを挟んで軸方向に互いに反対側に等距離だけオフセットされている（図１参照）。従って、継手が作動角をとった状態でトルクを伝達するとき、トルク伝達ボール３０は、常に、外輪１０の回転軸と内輪２０の回転軸とがなす角を二等分する平面内に位置し、これにより、継手の等速性が確保される。
この実施形態では、図２および図４に示すように、ボールトラックの円周方向配置を等ピッチα0とし、かつ、ケージ４０のポケット４６の円周方向配置を５５°以上のランダムな不等ピッチβ1〜β6に設定している。すなわち、図２に示すように外輪１０のトラック溝１４および内輪２０のトラック溝２４は等ピッチα0で円周方向に配置され、図４（ａ）に示すようにケージ４０のポケット４６はランダムな不等ピッチβ1〜β6で円周方向に配置されている。このようにケージ４０のポケット４６の円周方向配置をランダムな不等ピッチβ1〜β6としたことにより、ケージ４０のポケット間柱幅Ｗ1〜Ｗ6も同時にランダムとなる。
ここで、６個ボールＤＯＪの場合、ケージ４０のポケット４６の不等ピッチβ1〜β6を５５°以上とする必要がある。このようにケージ４０のポケット４６の不等ピッチβ1〜β6を５５°以上とすることにより、ケージ４０において強度上必要なポケット間柱幅Ｗ2の最小寸法を確保する。つまり、ポケット４６の不等ピッチβ1〜β6を５５°より小さくすると、ケージ４０の強度を確保することが困難となる。
以上のようにケージ４０のポケット４６の円周方向配置をランダムな不等ピッチβ1〜β6とし、ケージ４０のポケット４６の円周方向長さＬ1は等長である。ポケット４６の円周方向長さＬ1は継手の最大作動角によるトルク伝達ボール３０の円周方向移動分を考慮して設定する。
ＤＯＪにおいてトルクが負荷され回転する時に発生する誘起スラスト力は、内部構成部品間に生じる摩擦力に起因する。外輪１０に発生する誘起スラストを考慮した場合、外輪１０のトラック溝１４とトルク伝達ボール３０間の摩擦力、外輪１０の内周面１２とゲージ４０の外周面４２間の摩擦力が発生要因として挙げられる。
前述した実施形態では、ケージ４０のポケット４６の円周方向配置をランダムな不等ピッチβ1〜β6としたことにより、ケージ４０のポケット間柱幅Ｗ1〜Ｗ6も同時にランダムとなる。従って、外輪１０の内周面１２とケージ４０の外周面４２との接触面積が不均一となり、各位相に発生する摩擦力の変動成分も不均一になる。ここで、各位相（６個）の摩擦力の合成である誘起スラストは、各位相毎の摩擦力の変動が同じ波形を描く時、６次成分が顕著になる。この実施形態では、各位相に発生する摩擦力の変動成分も不均一となることから、誘起スラスト力の６次成分を低減できる。
図５は６個ボールＤＯＪでの従来品と本発明実施品について行った誘起スラスト力の測定結果を示す。これらの図は、横軸に作動角（０°〜１５°）、縦軸に誘起スラスト（Ｎ）をとり、破線が従来品、実線が実施品についての測定値をプロットしたものである。実施品は、誘起スラスト力の６次成分の低減効果が十分に現れていることが明白である。
次に、図６および図７に示す実施形態について説明する。なお、ＤＯＪの基本構成に関しては前述した図１〜図４の実施形態と同様であるため、実質的に同じ部品または部位には同一符号を付している。
図６（ａ）（ｂ）に示す実施形態は、ケージ４０のポケット４６の円周方向配置を等ピッチβ0（＝６０°）とし、かつ、ポケット４６の円周方向長さを少なくとも一箇所以上で不均一にしている。この実施形態では、一つのポケット４６の円周方向長さＭ2を他のポケット４６の円周方向長さＭ1と異ならせることで不均一としている（Ｍ1≠Ｍ2）。なお、ポケット４６の円周方向長さを不均一にするのは、一つのポケット４６に限らず、二つ以上としてもよい。
これにより、ケージ４０のポケット４６の円周方向配置をランダムな不等ピッチβ1〜β6とした前述の実施形態の場合と同様にポケット間柱幅がランダムとなる。この実施形態の場合、円周方向長さＭ2のポケット４６の両側に位置する柱幅Ｖ2が、円周方向長さＭ1のポケット４６間に位置する柱幅Ｖ1と異なることで不均一としている（Ｍ1≠Ｍ2）。従って、外輪１０の内周面１２とケージ４０の外周面４２の接触面積が不均一になり、各位相に発生する摩擦力の変動成分も不均一になり、その結果、誘起スラスト力の６次成分を低減することができる。
図７に示す実施形態は、外輪１０の内周面１２がケージ４０の外周面４２との接触部５０の幅を少なくとも一箇所以上で不均一にする。この実施形態では、外輪１０の内周面１２がケージ４０の外周面４２に接触する接触部５０のうち、一箇所の接触部５０の幅Ｑ1を他の接触部５０の幅Ｑ2と異ならせることで不均一としている（Ｑ1≠Ｑ2）。なお、接触部５０の幅を不均一にするのは、一つの接触部５０に限らず、二つ以上としてもよい。ここで、前述した接触部５０の幅とは、ケージ４０の外周面におけるポケット間柱幅を意味する（図７参照）。
これにより、ポケット４６の円周方向長さを少なくとも一箇所以上で不均一とした前述の実施形態と同様に、外輪１０の内周面１２とケージ４０の外周面４２との接触面積が不均一になり、各位相に発生する摩擦力の変動成分も不均一になり、その結果、誘起スラスト力の６次成分を低減することができる。
なお、各位相に発生する摩擦力の変動成分を不均一にするために、外輪１０の内周面１２あるいはケージ４０の外周面４２について各位相の面粗さをランダムに設定することも可能である。この場合についても、前述した各実施形態の場合と同様、誘起スラスト力の６次成分を低減する同様の効果が得られる。
図８および図９に示す実施形態は、内輪２０とケージ４０とが軸方向に相対移動できるようにすると共にトルク伝達ボール３０の拘束を解いて転がりやすくしたものである。なお、この実施形態は、前述した図１〜図７の実施形態に適用可能である。
図８の実施形態では、内輪２０の外周面２２の曲率半径ｒをケージ４０の内周面４４の曲率半径Ｒよりも小さく設定し、かつ、内輪２０の外周面２２の曲率中心Ｏａとケージ４０の内周面４４の曲率中心Ｏｂとを半径方向にずらしてある。これにより、内輪２０の外周面２２とケージ４０の内周面４４との間に軸方向すきまδ1およびδ1’が形成され、このすきまδ1，δ1’の存在によりケージ４０に対する内輪２０の軸方向変位が可能となる。
図９に示す実施形態では、ケージ４０の内周面４４を、中央部の軸方向寸法Ｐに亘って直径Ｄを持つ円筒面４４ａと、その両側の部分球面４４ｂとを結んで形成したものである。部分球面４４ｂの曲率半径Ｒは内輪２０の外周面２２の曲率半径ｒと等しく、内輪２０の外周面２２とケージ４０の内周面（４４ａ，４４ｂ）との間にすきまδ2，δ2’が形成されている。
これら図８および図９に示す実施形態では、ボールトラックの円周方向配置を等ピッチα0とし、かつ、ケージ４０のポケット４６の円周方向配置を５５°以上のランダムな不等ピッチβ1〜β6としたことにより、誘起スラスト力の測定結果についても、前述した第一の実施形態と同等の低減効果が得られた。
さらに、これら実施形態では、内輪２０とケージ４０がすきまδ1，δ1’またはδ2，δ2’により軸方向に相対移動でき、しかも、トルク伝達ボール３０がケージ４０のポケット４６にて拘束されておらず転がりやすくなっているため、外輪１０と内輪２０との軸方向相対移動に対するスライド抵抗が非常に小さい。従って、トルクを負荷した状態でエンジン側からの振動が加わった場合、ケージ４０を介して外輪１０および内輪２０間のスムーズな相対運動によってその振動が吸収され、車室内への振動伝達が防止される。
本発明に係るＤＯＪの実施形態で、６個ボールＤＯＪの全体構成を示す断面図である。 図１のＤＯＪを示す右側面図である。 （ａ）は図１のＤＯＪにおける内輪を示す側面図、（ｂ）はその断面図である。 本発明の一つの実施形態で、（ａ）はＤＯＪにおけるケージの断面図、（ｂ）はその断面図である。 誘起スラストの６次成分の測定結果を示すグラフである。 本発明の他の実施形態で、（ａ）はＤＯＪにおけるケージの断面図、（ｂ）はその断面図である。 本発明の他の実施形態で、ＤＯＪを示す側面図である。 別の実施形態を示す内輪とケージの拡大断面図である。 別の実施形態を示す内輪とケージの拡大断面図である。 従来のＤＯＪ（６個ボール）を示す側面図である。
符号の説明
１０ 外輪
１２ 円筒状内周面
１４ トラック溝
２０ 内輪
２２ 球面状外周面
２４ トラック溝
３０ トルク伝達ボール
４０ ケージ
４２ 球面状外周面
Ｏｏ ケージの球面状外周面の中心
４４ 球面状内周面
Ｏｉ ケージの球面状内周面の中心
４６ ポケット
５０ 接触部
Ｏ 継手中心
α0 等ピッチ
β0 等ピッチ
β1〜β6 不等ピッチ
Ｌ1 ポケットの円周方向長さ
Ｗ1〜Ｗ6 ポケット間柱幅
Ｍ1，Ｍ2 ポケットの円周方向長さ
Ｖ1，Ｖ2 ポケット間柱幅
Ｑ1，Ｑ2 接触部の幅

Claims (8)

  1. 円筒状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝を形成した外輪と、球面状外周面に軸方向に延びる複数のトラック溝を形成した内輪と、前記外輪のトラック溝と前記内輪のトラック溝との対で形成されるボールトラックに一個ずつ組み込んだｎ個のトルク伝達ボールと、前記トルク伝達ボールを保持するポケットを有するケージとを備え、前記ケージの球面状外周面の中心と球面状内周面の中心を、継手中心を挟んで軸方向に互いに逆方向に等距離だけオフセットさせた等速自在継手において、前記ケージあるいは外輪に、トルク回転時に発生する誘起スラストのｎ次成分を低減する手段を設けたことを特徴とする摺動式等速自在継手。
  2. 前記誘起スラストのｎ次成分を低減する手段は、ボールトラックの円周方向配置を等ピッチにすると共に、ケージのポケットの円周方向配置をランダムな不等ピッチとした請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
  3. 前記誘起スラストのｎ次成分を低減する手段は、ボールトラックの円周方向配置を等ピッチにすると共に、ケージのポケットの円周方向配置を等ピッチとし、かつ、ポケットの円周方向長さを少なくとも一箇所以上で不均一にした請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
  4. 前記誘起スラストのｎ次成分を低減する手段は、前記外輪の内周面とケージの外周面との接触部の幅を少なくとも一箇所以上で不均一にした請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
  5. 前記誘起スラストのｎ次成分を低減する手段は、前記外輪の内周面とケージの外周面との接触部の面粗さを少なくとも一箇所以上で不均一にした請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
  6. 継手の軸線を含む断面で見て、前記ケージの内周面は、内輪の外周面の曲率中心から径方向にずらした位置に曲率中心をもち、内輪の外周面の曲率半径より大きい曲率半径で形成され、かつ、トルク伝達ボールとケージのポケットとの間に５〜５０μｍの軸方向すきまを設けた請求項１〜５のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
  7. 前記ケージの内周面を、中央部の任意の軸方向寸法にわたる円筒面と、その両側に位置する内輪の外周面と同一曲率半径の部分球面とを結んで形成し、かつ、トルク伝達ボールとケージのポケットとの間に５〜５０μｍの軸方向すきまを設けた請求項１〜５のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
  8. 前記トルク伝達ボールの個数ｎが６である請求項１〜７のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
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