JP2007132379A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 高作動角での折り曲げ動作時に引っ掛かり現象が発生することを抑制し、トラック溝の加工および構成部品の組み立てを簡便に行えるようにする。
【解決手段】 外周面に複数の直線状トラック溝１６を軸線に対して傾斜させた状態で軸方向に形成した内輪１１と、内周面に複数の直線状トラック溝１７を軸線に対して内輪１１のトラック溝１６と反対方向に傾斜させた状態で軸方向に形成した外輪１２と、内輪１１のトラック溝１６と外輪１２のトラック溝１７との交叉部に組み込まれたボール１３と、内輪１１の外周面と外輪１２の内周面との間に配されてボール１３を内輪１１のトラック溝１６と外輪１２のトラック溝１７との間で保持するケージ１４とを備え、内輪１１の隣接するトラック溝１６および外輪１２の隣接するトラック溝１７をそれぞれ平行に配置すると共に、内輪１１の外周面および外輪１２の内周面に環状溝１９，２０を設け、ケージ１４の継手軸方向変位を拘束する止め輪２１，２２を環状溝１９，２０に嵌着する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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、例えば４ＷＤ車やＦＲ車などで使用されるプロペラシャフトに組み込まれる摺動式等速自在継手を固定式としたクロスグルーブ型等速自在継手に関する。

例えば４ＷＤ車やＦＲ車などの自動車で使用されるプロペラシャフトは、トランスミッションとディファレンシャル間の相対位置変化による角度変位に対応できる構造とするためにクロスグルーブ型と称される摺動式等速自在継手を具備するものがある。

図８〜図１１はクロスグルーブ型等速自在継手を例示する。この等速自在継手は、図８および図９に示すように内輪１、外輪２、ボール３およびケージ４を主要な構成要素としている。内輪１は、その中心孔５にプロペラシャフトのスタブシャフト等（図示せず）がスプライン嵌合により連結され、外周面に複数の直線状トラック溝６が軸方向に形成されている。外輪２は内輪１の外周に位置し、内周面に内輪１のトラック溝６と同数の直線状トラック溝７が軸方向に形成されている。内輪１と外輪２の間にケージ４が配置され、ボール３はケージ４のポケット８内に収容されている。

内輪１のトラック溝６と外輪２のトラック溝７は、図１０（ケージ４については図示省略）に示すように軸線Ｌに対して反対方向に傾斜した角度（トラック交叉角α）をなし、対をなす内輪１のトラック溝６と外輪２のトラック溝７との交叉部にボール３が組み込まれている。また、内輪１の隣接するトラック溝６および外輪２の隣接するトラック溝７は、図１１に示すようにそれぞれ軸線Ｌに対して反対方向にトラック交叉角αだけ傾斜した状態に配置されている。

この種の等速自在継手は、非特許文献１および特許文献１に開示されている。

非特許文献１には、４個以上（一般的には６個）のボールを有する基本的なクロスグルーブ型等速自在継手が示されており、内輪のトラック溝および外輪のトラック溝のトラック交叉角は、等速自在継手が最大作動角をとった時、対向するトラック溝が平行にならないような角度（一般的には１３〜１９°）に設計されている。また、内輪のトラック溝および外輪のトラック溝の横断面形状はゴシックアーチをなし、一般的にその溝径をボール径の１．０１〜１．０４とし、さらに、ボール中心を基準としてボールとトラック溝とが接触するボール接触中心とトラック溝の溝底中心とのなす角度であるボール接触角を３０〜４５°としている。

特許文献１には、通常のクロスグルーブ型等速自在継手において、ケージの外球面を外輪で固定するか、あるいは、ケージの内球面を内輪で固定することにより、固定式等速自在継手としている。
Universal Joint and Driveshaft Manual Section 3.2.12 "Cross Groove Universal Joint" 米国特許US 6,497,622 B1

この等速自在継手では、内輪１のトラック溝６と外輪２のトラック溝７を前述したような構造、つまり、軸線Ｌに対して反対方向に傾斜した角度（トラック交叉角α）をなし、かつ、内輪１の隣接するトラック溝６および外輪２の隣接するトラック溝７を、それぞれ軸線Ｌに対して反対方向にトラック交叉角αだけ傾斜させた状態に配置している。

このように内輪１の隣接するトラック溝６および外輪２の隣接するトラック溝７のそれぞれが鏡像対称となるように配置されていることから、トルク負荷時、トラック溝６，７の交叉部に位置するボール３は、隣接するトラック溝６，７で互いに軸方向反対側へ飛び出そうとする。

従って、全てのボール３から作用される飛び出し力の合力によって、ボール３を保持するケージ４の継手軸方向位置が決まり、この状態で、内輪１からボール３を介して外輪２に駆動力および回転を伝達することができる。

ところで、一般的なクロスグルーブ型等速自在継手では、トラック溝６，７の形状および傾斜角（トラック交叉角α）によって決定される最大作動角があり、それ以上の作動角で折り曲げ動作を行うと、引っ掛かり現象が発生する。つまり、トラック溝６，７の傾斜角によっては、高作動角をとった時に内輪１および外輪２の対向するトラック溝６，７が平行状態に近づくことがあり、その内輪１のトラック溝６と外輪２のトラック溝７の交叉部からボール３が位置ずれすることによって内輪１と外輪２間で引っ掛かる箇所が発生することでスムーズな折り曲げ動作が得られない引っ掛かり現象が発生する。このような現象が発生すると、作動性が低下する。

また、内輪１のトラック溝６と外輪２のトラック溝７は、軸線Ｌに対して反対方向に傾斜した角度（トラック交叉角α）をなし、かつ、内輪１の隣接するトラック溝６および外輪２の隣接するトラック溝７を、それぞれ軸線Ｌに対して反対方向にトラック交叉角αだけ傾斜させた状態に配置している。このことから、内輪１のトラック溝６および外輪２のトラック溝７の加工時には、複雑な位置決め作業が必要となる。

さらに、前述したトラック溝６，７の構成でもって固定式等速自在継手として成立させるためには、ケージ４を内輪１あるいは外輪２のいずれか一方に固定しなければならない。前述の特許文献１に開示された固定方法、つまり、内輪の外周面あるいは外輪の内周面を球面状とすることによりケージを固定する場合、ボールの組み込み時にケージや内輪を傾けて一つずつ組み込まなければならず、組み立て工数が増加するという問題がある。

そこで、本発明は前述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、高作動角での折り曲げ動作時に引っ掛かり現象が発生することを抑制し、トラック溝の加工および構成部品の組み立てを簡便に行えるようにした固定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、本発明に係る固定式等速自在継手は、外周面に複数の直線状トラック溝を軸線に対して傾斜させた状態で軸方向に形成した内輪と、内周面に複数の直線状トラック溝を軸線に対して内輪のトラック溝と反対方向に傾斜させた状態で軸方向に形成した外輪と、内輪のトラック溝と外輪のトラック溝との交叉部に組み込まれたボールと、内輪の外周面と外輪の内周面との間に配されてボールを内輪のトラック溝と外輪のトラック溝との間で保持するケージとを備え、内輪の隣接するトラック溝および外輪の隣接するトラック溝をそれぞれ平行に配置すると共に、内輪あるいは外輪の少なくともいずれか一方にケージを止め輪により継手軸方向に固定したことを特徴とする。

従来のクロスグルーブ型等速自在継手では、内輪の隣接するトラック溝および外輪の隣接するトラック溝が軸線に対して反対方向に傾斜した状態に配置されていることから、トルク負荷時、ボールは、隣接するトラック溝で互いに軸方向反対側へ飛び出そうとし、全てのボールから作用される飛び出し力の合力によって、ボールを保持するケージの継手軸方向位置が決まり、この状態で、内輪からボールを介して外輪に駆動力および回転を伝達することができる。

これに対して、本発明のクロスグルーブ型等速自在継手では、内輪の隣接するトラック溝および外輪の隣接するトラック溝をそれぞれ平行に配置したことにより、トルク負荷時、トラック溝の交叉部に位置する全てのボールは同じ方向に飛び出そうとするため、その力によってケージが内輪あるいは外輪の軸方向に変位して等速自在継手として機能しなくなる。

そこで、内輪あるいは外輪の少なくともいずれか一方にケージを止め輪により継手軸方向に固定することにより、ボールを保持するケージの継手軸方向位置を決めることで、内輪からボールを介して外輪に駆動力および回転を伝達することができる。高作動角での折り曲げ動作において、従来のクロスグルーブ型等速自在継手では、隣り合う溝が鏡像対称となっており、回転対称でないため、ケージが本来存在するべき二等分面からずれる場合がある。これに対して、本発明のクロスグルーブ型等速自在継手では、隣り合う溝が回転対称であり、どの位相に折り曲げても、同じ構造であるため、ケージが二等分面から外れることはなく、結果として引っ掛かり現象が生じにくい。

このケージを止め輪により継手軸方向に拘束する手段としては、内輪の外周面あるいは外輪の内周面に環状溝を円周方向に沿って形成し、ケージの継手軸方向変位を拘束する止め輪を環状溝に嵌着した構造が望ましい。このような構造とすれば、ケージが内輪あるいは外輪の軸方向に変位しようとしても、そのケージが止め輪と干渉することにより軸方向変位が規制されるため、ケージの軸方向位置を決めることができる。

本発明では、内輪の隣接するトラック溝および外輪の隣接するトラック溝をそれぞれ平行に配置したことにより、トラック溝の加工時、内輪および外輪の位置決め作業を簡易に行うことができ、サイクルタイムの短縮や加工精度の向上が図れる。また、ケージを継手軸方向に拘束する手段として、前述した止め輪による構造を採用すれば、外輪に対して内輪、ケージおよびボールを簡易に組み付けることができる。

本発明では、前述した構成におけるボールを６個以上とすることが望ましい。このようにボールを６個以上とすることにより、実質的に作動に関与するボールの個数が増加することから、等速自在継手の作動性が向上し、高角化の実現も容易となる。

本発明によれば、内輪の隣接するトラック溝および外輪の隣接するトラック溝をそれぞれ平行に配置すると共に、内輪あるいは外輪の少なくともいずれか一方にケージを止め輪により継手軸方向に固定したことにより、高作動角での折り曲げ動作において、引っ掛かり現象の発生を抑制することができ、作動性を向上させることができると共に、トラック溝の加工時における位置決め作業が容易となって、サイクルタイムの短縮化や加工精度の向上が図れることから、製品の歩留まりが大幅に向上する。

また、ガタ詰め性がよいクロスグルーブ型等速自在継手を固定式として利用することから、固定式のツェッパ型等速自在継手よりも、ガタツキの少ない等速自在継手を提供できるので、高作動角を必要としないプロペラシャフト用の固定式等速自在継手として良好なものが得られる。

本発明に係る固定式クロスグルーブ型等速自在継手の実施形態を図１〜図７を参照しながら以下に詳述する。

図１および図２はクロスグルーブ型等速自在継手の主要部構成を示す断面図および側面図である。図３は内輪と外輪を組み合わせた状態での両トラック溝を示す正面図、図４は内輪のトラック溝と外輪のトラック溝を別々に示す正面図である。なお、図４は内輪の外周面および外輪の外周面を平面的に展開した状態で示す。図５はケージを軸方向に拘束する手段を示す要部拡大断面図、図６はそのケージの軸方向拘束手段の各種形態を示す要部拡大断面図、図７は作動角に対する折り曲げトルクの関係を示す特性図である。

このクロスグルーブ型等速自在継手は、図１および図２に示すように内輪１１、外輪１２、ボール１３およびケージ１４を主要な構成要素としている。内輪１１は、その中心孔１５にプロペラシャフトのスタブシャフト等（図示せず）がスプライン嵌合により連結され、外周面に複数の直線状トラック溝１６が軸方向に形成されている。外輪１２は内輪１１の外周に位置し、内周面に内輪１１のトラック溝１６と同数の直線状トラック溝１７が軸方向に形成されている。内輪１１と外輪１２の間にケージ１４が配置され、ボール１３はケージ１４のポケット１８内に収容されている。

なお、図示の実施形態では、６個のボール１３を組み込んだ等速自在継手を説明しているが、ボール１３は６個以上であってもよい。ボールを６個以上とすることにより、実質的に作動に関与するボールの個数が増加することから、等速自在継手の作動性が向上し、高角化の実現も容易となる。内輪１１のトラック溝１６および外輪１２のトラック溝１７の横断面形状はゴシックアーチをなし、ボール１３は、内輪１１のトラック溝１６および外輪１２のトラック溝１７に対してアンギュラ接触する。

内輪１１のトラック溝１６と外輪１２のトラック溝１７は、図３（ケージ１４については図示省略）に示すように軸線Ｌに対して反対方向に角度（トラック交叉角α）をなし、対をなす内輪１１のトラック溝１６と外輪１２のトラック溝１７との交叉部にボール１３が組み込まれている。また、図４に示すように、内輪１１の隣接するトラック溝１６および外輪１２の隣接するトラック溝１７をそれぞれ平行に配置している。

以上のように、このクロスグルーブ型等速自在継手では、内輪１１の隣接するトラック溝１６および外輪１２の隣接するトラック溝１７をそれぞれ平行に配置したことにより、トルク負荷時、トラック溝１６，１７の交叉部に位置する全てのボール１３は同じ方向に飛び出そうとするため、その力によってケージ１４が内輪１１あるいは外輪１２の軸方向に変位して等速自在継手として機能しなくなる。

そこで、図１および図５に示すように内輪１１および外輪１２にケージ１４を継手軸方向に固定する手段を設ける。この実施形態では、内輪１１の外周面および外輪１２の内周面に環状溝１９，２０を円周方向に沿って形成し、ケージ１４の継手軸方向変位を拘束する止め輪２１，２２を環状溝１９，２０に嵌着した構造としている。

この環状溝１９，２０と止め輪２１，２２の形態としては、図６（ａ）〜（ｆ）に示すようにそれぞれの断面形状が円、楕円、多角形、あるいは直線と曲線で構成された複合断面を有するものが適用可能である。なお、同図（ａ）〜（ｄ）は内輪１１に設けられた環状溝１９ａ〜１９ｄと止め輪２１ａ〜２１ｄを示すが、これは外輪１２にも適用可能である。また、同図（ｅ）（ｆ）は外輪１２に設けられた環状溝２０ｅ，２０ｆと止め輪２２ｅ，２２ｆを示すが、これは内輪１１にも適用可能である。

この環状溝１９，２０と止め輪２１，２２は、内輪１１の外周面および外輪１２の内周面の軸方向二箇所に設けられ、一方の箇所に設けられた止め輪２１，２２によりケージ１４が軸方向の一方側（図１の左側）へ変位することを拘束し、他方の箇所に設けられた止め輪２１，２２によりケージ１４が軸方向の他方側（図１の右側）へ変位することを拘束する。これにより、ケージ１４を内輪１１および外輪１２に対して軸方向位置に固定することができる。なお、内輪１１の最大外径Ｒｉ、環状溝１９，２０に嵌着された止め輪２１，２２の外径Ｒｃ、外輪１２の最小内径Ｒｏの関係は、Ｒｏ＞Ｒｃ＞Ｒｉとすることが必要である（図５参照）。

このような止め輪２１，２２による構造とすれば、ケージ１４が内輪１１あるいは外輪１２の軸方向に変位しようとしても、そのケージ１４が止め輪２１，２２と干渉することにより軸方向変位が規制されるため、ボール１３を保持するケージ１４の軸方向位置を決めることで、内輪１１からボール１３を介して外輪１２に駆動力および回転を伝達することができる。

高作動角での折り曲げ動作において、従来のクロスグルーブ型等速自在継手では、隣り合う溝が鏡像対称となっており、回転対称でないため、ケージが本来存在するべき二等分面からずれる場合がある。これに対して、本発明のクロスグルーブ型等速自在継手では、隣り合う溝が回転対称であり、どの位相に折り曲げても、同じ構造であるため、ケージが二等分面から外れることはなく、結果として引っ掛かり現象を抑制することができて作動性の改善が図れる。図７は、作動角に対する折り曲げトルクの特性について、一般的な摺動式クロスグルーブ型等速自在継手（図中破線Ａ）と本発明の固定式クロスグルーブ型等速自在継手（図中実線Ｂ）で比較したものであり、同図からも明らかなように、高作動角の領域で、本発明の固定式クロスグルーブ型等速自在継手の方が折り曲げトルクが低くなっており、良好な作動性を確保できている。

なお、この実施形態は、内輪１１の外周面と外輪１２の内周面の両方に環状溝１９，２０を設け、その環状溝１９，２０に止め輪２１，２２を嵌着した構造であるが、内輪１１の外周面あるいは外輪１２の内周面のいずれか一方に環状溝１９，２０を設け、その環状溝１９，２０に止め輪２１，２２を嵌着した構造であってもよい。この実施形態のように、内輪１１の外周面と外輪１２の内周面の両方に環状溝１９，２０および止め輪２１，２２による構造を設けた方が、ケージ１４の固定が強固となる点で好ましい。

この等速自在継手では、内輪１１の隣接するトラック溝１６および外輪１２の隣接するトラック溝１７をそれぞれ平行に配置したことにより、トラック溝１６，１７の加工時、内輪１１および外輪１２の位置決め工程を削減することができてその位置決め作業を簡易に行うことができ、サイクルタイムの短縮や加工精度の向上が図れる。

一般的に、クロスグルーブ型等速自在継手には、内輪１１の最大外径がケージ１４の最小内径よりも小さいノンフロートタイプのものがあるが、このタイプの等速自在継手の組み立てでは、内輪１１、ケージ１４およびボール１３をカセットとして外輪１２に挿入するだけでよいが、本発明も同様な構造にすることによって、ケージ１４を継手軸方向に拘束する手段として、前述した止め輪２１，２２による構造を採用すれば、特に、外輪１２に対して内輪１１、ケージ１４およびボール１３を簡易に組み付けることができる。

本発明の実施形態で、固定式クロスグルーブ型等速自在継手の主要部構成を示す断面図である。 図１のクロスグルーブ型等速自在継手を示す側面図である。 図２の内輪および外輪におけるトラック交叉角αを説明するための部分正面図である。 図２の内輪のトラック溝と外輪のトラック溝を示す部分展開図である。 ケージを軸方向に拘束する手段を例示する要部拡大断面図である。 （ａ）〜（ｆ）はケージの軸方向拘束手段の各種形態を例示する要部拡大断面図である。 作動角に対する折り曲げトルクの関係を示す特性図である。 一般的な摺動式クロスグルーブ型等速自在継手の主要部構成を示す断面図である。 図８のクロスグルーブ型等速自在継手を示す側面図である。 図９の内輪および外輪におけるトラック交叉角αを説明するための部分正面図である。 図９の内輪のトラック溝と外輪のトラック溝を示す部分展開図である。

符号の説明

１１ 内輪
１２ 外輪
１３ ボール
１４ ケージ
１６ トラック溝
１７ トラック溝
１９，２０ 環状溝
２１，２２ 止め輪

Claims (4)

1. 外周面に複数の直線状トラック溝を軸線に対して傾斜させた状態で軸方向に形成した内輪と、内周面に複数の直線状トラック溝を軸線に対して前記内輪のトラック溝と反対方向に傾斜させた状態で軸方向に形成した外輪と、前記内輪のトラック溝と外輪のトラック溝との交叉部に組み込まれたボールと、前記内輪の外周面と外輪の内周面との間に配されて前記ボールを内輪のトラック溝と外輪のトラック溝との間で保持するケージとを備え、前記内輪の隣接するトラック溝および外輪の隣接するトラック溝をそれぞれ平行に配置すると共に、前記内輪あるいは外輪の少なくともいずれか一方に前記ケージを止め輪により継手軸方向に固定したことを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記内輪の外周面に環状溝を円周方向に沿って形成し、前記ケージの継手軸方向変位を拘束する止め輪を前記環状溝に嵌着した請求項１に記載の固定式等速自在継手。
3. 前記外輪の内周面に環状溝を円周方向に沿って形成し、前記ケージの継手軸方向変位を拘束する止め輪を前記環状溝に嵌着した請求項１に記載の固定式等速自在継手。
4. 前記ボールが６個以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
   
   

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