JP2011012781A - 等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】ボール保持部材と外側継手部材との接触面の面圧を低減することができる等速自在継手を提供する。
【解決手段】等速自在継手は、軸線方向に延びる複数の第１ボール溝２ｃを有する内側継手部材と、第１ボール溝２ｃを転動する複数のトルク伝達用ボール４と、軸線方向に互いに並列する一対の円環部５ａ及び一対の円環部５ａを連結してトルク伝達用ボール４の保持孔を形成する連結部５ｂを有するボール保持部材５と、一端に開口部を有する椀型状をなし、その内面に軸線方向に延びるように形成された複数の第２ボール溝３ｂ、及び複数の第２ボール溝３ｂの間に設けられ、ジョイント角が常用角の状態で、開口部側に位置するボール保持部材５の円環部５ａにその内面が対向するように形成された複数の内方突起３ｃを有する外側継手部材３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、等速自在継手に関する。

従来の等速自在継手として、例えば互いに交差する２軸の交差角（ジョイント角）を可変とし、２軸間の回転伝達に等速性をもたせたボール型の等速自在継手がある（例えば特許文献１参照）。

この等速自在継手は、内側継手部材，外側継手部材，複数のトルク伝達用ボール及びボール保持部材としてのケージを備えている。

内側継手部材は、外周面が球面で形成された無底円筒部材からなり、駆動軸に連結されている。内側継手部材には、外周面に開口し、かつ軸線方向に延びる複数の第１ボール溝が設けられている。

外側継手部材は、内周面が球面で形成された椀型状部材からなり、従動軸に一体に設けられている。外側継手部材には、内周面に開口し、かつ軸線方向に延びる複数の第２ボール溝が設けられている。

複数のトルク伝達用ボールは、内側継手部材と外側継手部材との間に円周方向に沿って配置されている。そして、トルク伝達用ボールは、第１ボール溝及び第２ボール溝内を転動して内側継手部材のトルクを外側継手部材に伝達するように構成されている。

ケージは、軸線方向に互いに並列する一対の円環部、及び一対の円環部を連結して複数のトルク伝達用ボールをそれぞれ保持する複数のボール保持孔を形成するための複数の連結部を有し、内側継手部材の外周面及び外側継手部材の内周面に適合する円環部材によって形成されている。

以上の構成により、駆動軸の回転によって内側継手部材が回転駆動されると、この回転トルクがトルク伝達用ボールを介して外側継手部材に伝達され、これに伴い外側継手部材が従動軸と共に回転する。そして、駆動軸と従動軸とのジョイント角が変化すると、ケージが駆動軸（内側継手部材）と共にジョイントセンタを中心にして揺動するとともに、トルク伝達用ボールが第１ボール溝及び第２ボール溝内を転動する。この際、外側継手部材において互いに隣り合う２つの第２ボール溝間に介在する部位（溝間部分）にケージが当接し、外側継手部材がケージから荷重を受ける。

特開２００１−２８０３５９号

しかしながら、特許文献１の等速自在継手によると、駆動軸と従動軸とのジョイント角θがθ＝０°である場合には外側継手部材の溝間部分がケージの連結部及び円環部に対向する位置に配置されているが、内側継手部材から外側継手部材へのトルク伝達時にジョイント角θがθ＞１０°となる場合には、ケージの揺動によってその連結部が外側継手部材の溝間部分に対向する位置に配置される。これにより、ケージの連結部から外側継手部材の溝間部分が荷重を受ける際に外側継手部材に対するケージの接触面積が小さくなり、ケージの連結部に対する面圧が上昇する。この結果、ケージの摺動性が悪くなり、振動が発生し易いという問題があった。

従って、本発明の目的は、良好なケージの摺動性を得ることができ、もって振動の発生を抑制することができる等速自在継手を提供することにある。

本発明の一態様では、以下のように等速自在継手を構成する。すなわち、軸線方向に延びる複数の第１ボール溝を有する内側継手部材と、前記第１ボール溝を転動する複数のトルク伝達用ボールと、軸線方向に互いに並列する一対の円環部、及び前記一対の円環部を連結して前記トルク伝達用ボールの保持孔を形成する連結部を有するボール保持部材と、一端に開口部を有する椀型状をなし、その内面に軸線方向に延びるように形成された複数の第２ボール溝、及び前記複数の第２ボール溝の間に設けられ、ジョイント角が常用角の状態で、前記開口部側に位置する前記ボール保持部材の前記円環部にその内面が対向するように形成された複数の内方突起を有する外側継手部材とを備えて等速自在継手を構成する。これにより、ジョイント角が常用角の状態で、ボール保持部材の円環部を外側継手部材の内方突起に当接させる。

本発明によると、ボール保持部材と外側継手部材との接触面の面圧を低減できる。

本発明の第１の実施の形態に係る等速自在継手の全体を説明するために示す断面図。 本発明の第１の実施の形態に係る等速自在継手の要部を拡大して示す断面図。 本発明の第１の実施の形態に係る等速自在継手のボール保持部材を示す断面図。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る等速自在継手におけるケージの外側継手部材への当たりと従来の等速自在継手におけるケージの外側継手部材への当たりとの比較について説明するために示す展開図。 本発明の第２の実施の形態に係る等速自在継手の全体を説明するために示す断面図。 本発明の第２の実施の形態に係る等速自在継手の要部を拡大して示す断面図。

[第１の実施の形態]
（等速自在継手の全体構成）
図１はボール型の等速自在継手を示す。図２は等速自在継手における外側継手部材の開口部分を示す。図１に示すように、等速自在継手１は、駆動源（図示せず）からの駆動トルクを受ける内側継手部材２と、この内側継手部材２を内包する外側継手部材３と、この外側継手部材３と内側継手部材２との間に介在する複数（実施の形態では６個）のトルク伝達用ボール４，４，…と、これら複数のトルク伝達用ボール４，４，…を保持するボール保持部材としてのケージ５とから大略構成されている。

（内側継手部材２の構成）
内側継手部材２は、図１に示すように、ストレートスプライン嵌合部２ａを内周面に有し、駆動軸６にスプライン嵌合によって相対回転不能に連結され、全体が両軸線方向に開口する無底円筒部材によって形成されている。内側継手部材２の外周面２ｂは、所定の曲率半径をもつ凸状の球面で形成されている。内側継手部材２には、外周面２ｂに開口し、かつ円周方向に等間隔をもって並列する複数（実施の形態では６個）の第１ボール溝２ｃ，２ｃ，…が設けられている。

第１ボール溝２ｃ，２ｃ，…は、内側継手部材２の軸線Ｏ_１方向に延び、かつ複数のトルク伝達用ボール４，４，…を案内するガイド溝によって形成されている。第１ボール溝２ｃ，２ｃ，…の深さは、外側継手部材３の開口部（図１では右側）から底部（図１では左側）に向かって漸次小さくなる寸法に設定されている。

（外側継手部材３の構成）
外側継手部材３は、図１に示すように、従動軸７に一体に設けられ、全体が内側継手部材２を内包して一側に開口する椀型状部材によって形成されている。外側継手部材３の開口内周面３ａは、内側継手部材３の外周面に対応する部位が所定の曲率半径をもつ凹状の球面で形成されている。外側継手部材３には、開口内周面３ａに開口し、かつ円周方向に等間隔をもって並列する複数（実施の形態では６個）の第２ボール溝３ｂ，３ｂ，…が設けられている。

第２ボール溝３ｂ，３ｂ，…は、外側継手部材３の軸線Ｏ_２方向に延び、かつ複数のトルク伝達用ボール４，４，…を案内するガイド溝によって形成されている。第２ボール溝３ｂ，３ｂ，…の深さは、外側継手部材３の開口部から底部に向かって漸次小さくなる寸法に設定されている。第２ボール溝３ｂ，３ｂ，…のうち互いに隣り合う２つの第２ボール溝３ｂ，３ｂの間には、内側に向かって突出した内方突部３ｃ，３ｃ，…が設けられている。内方突部３ｃ，３ｃ，…の内周面は、ケージ５の外周面に対応する曲線状に形成されている。

外側継手部材３は、図１に二点鎖線で示す従来における内方突起の開口部側端面３０ｃよりも、外側継手部材３の開口端面３ｅ側に位置し、内方突部３ｃ，３ｃ，…の内周面がケージ５の外周面に沿って延長するように形成された延長部３ｄ，３ｄ，…を有している。これら延長部３ｄ，３ｄ，…がケージ５における一対の円環部５ａ，５ａのうち開口部側（外側継手部材３における開口部に対応する側）の円環部５ａにジョイント角の常用角において対向する位置に配置されている。

ここで、常用角とは、通常の使用状態におけるジョイント角を指し、例えば車両のディファレンシャル装置の出力ギヤに連結された駆動軸（ドライブシャフト）と車輪のハブ部材とを連結する等速自在継手の場合には、車両に対し１名の乗員（例えば体重６０ｋｇの乗員）が乗車し、定常走行している状態における駆動軸６（内側継手部材２の軸線Ｏ_１）と従動軸７（外側継手部材３の軸線Ｏ_２）との交差角（ジョイント角）である。この場合の常用角は、例えば１０°であるが、その値は車種によって異なる。

延長部３ｄ，３ｄ，…は、図２に示すように、その開口部側端面３０ｄの面取り角度を変更することにより形成されている。すなわち、内方突部３ｃ，３ｃ，…は、ジョイント角θが最大である場合に、内方突部３ｃ，３ｃ，…の先端面内側角部３０ｅ，３０ｅ，…に駆動軸６を当接させる角度に面取り角度が設定されている。これにより、外側継手部材３の開口端面３ｅと延長部３ｄ，３ｄ，…の開口部側端面３０ｄ，３０ｄ，…とのつくる挟角α_１が従来における外側継手部材の開口端面（本実施の形態に示す開口端面３ｅ）とその内方突部の開口部側端面３０ｃ，３０ｃ，…とのつくる挟角α_２よりも小さい（α_１＜α_２）角度となる。

なお、従来のものでは、最大ジョイント角を可能な限り大きくするため、駆動軸が最大限揺動した場合には、内方突部ではなく、第２ボール溝３ｂ，３ｂ，…の溝底の部分に駆動軸の外周面が当接するよう、挟角α_２が大きく設定されていた。

これにより、常用角（例えばジョイント角θがθ＝１０°である場合）においてケージ５から外側継手部材３が荷重Ｐ（一部）を受ける際、ケージ５の両円環部５ａ，５ａ及び連結部５ｂ，５ｂ，…（図３に示す）が外側継手部材３の内方突部３ｃ，３ｃ，…に当接する（従来は開口側円環部５ａの一部が当接しない）。これにより、外側継手部材３に対するケージ５の接触面積が従来と比べて大きくなる。

（トルク伝達ボール４，４，…の構成）
トルク伝達ボール４，４，…は、図２に示すように、等速自在継手１におけるジョイント角θの補角（１８０°−θ）を２等分する仮想面内に保持され、全体が鋼球によって形成されている。そして、トルク伝達ボール４，４，…は、第１ボール溝２ｃ，２ｃ，…及び第２ボール溝３ｂ，３ｂ，…内（溝底）を転動するように構成されている。

（ケージ５の構成）
図３はケージを示す。ケージ５は、図３に示すように、一対の円環部５ａ，５ａ、及び複数（実施の形態では６個）の連結部５ｂ，５ｂ，…を有し、内側継手部材２と外側継手部材３との間に配置され、全体が円環部材によって形成されている。ケージ５の内周面５ｃ（図２に示す）は、内側継手部材２の外周面に適合する凹状の球面で形成されている。ケージ５の外周面５ｄ（図２に示す）は、外側継手部材３の内周面（内方突部３ｃ，３ｃ，…の内周面）３ａに適合する凸状の球面で形成されている。

一対の円環部５ａ，５ａは、ケージ５の軸線Ｏ_３方向に所定の間隔をもって互いに並列し、かつその幅方向寸法を軸線Ｏ_３方向に略均一な寸法とする円環部材によって形成されている。

連結部５ｂ，５ｂ，…は、その中央部に位置する基部５０ｂ，５０ｂ，…、及びこれら基部５０ｂ，５０ｂ，…と円環部５ａ，５ａとの間に介在する端部５１ｂ，５１ｂ，…、５２ｂ，５２ｂ，…によって形成されている。そして、連結部５ｂ，５ｂ，…は、一対の円環部５ａ，５ａを連結してトルク伝達用ボール４，４，…を保持する複数のボール保持孔５ｅ，５ｅ，…を形成するように構成されている。

基部５０ｂ，５０ｂ，…は、ケージ５の軸線Ｏ_３方向と平行な一対の長辺、及びこれら一対の長辺に隣接する一対の短辺を四辺とする平面略長方形状の部材によって形成されている。

端部５１ｂ，５１ｂ，…及び端部５２ｂ，５２ｂ，…は、基部５０ｂ，５０ｂ，…及び円環部５ａ，５ａにそれぞれ隣接する大小２つの辺、及びこれら２辺をなだらかな曲線で結ぶ一対の２辺を四辺とする平面略台形状の部材によって形成されている。

（等速自在継手１の動作）
次に、本発明の第１の実施の形態に示す等速自在継手の動作につき、図４（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）及び（ｂ）は常用角における外側継手部材とケージの開口部側との接触状態（図１のＡ部における接触状態）を示す。

本実施の形態に示す等速自在継手１の動作は、従来の等速自在継手の動作と同様に、駆動軸６を回転させることにより行われる。この場合、駆動軸６が回転すると、内側継手部材２が回転駆動され、この回転トルクがトルク伝達用ボール４，４，…を介して外側継手部材３に伝達され、これに伴い外側継手部材３が従動軸７と共に回転する。ジョイント角がゼロ以外の場合はトルク伝達用ボール４，４，…が第１ボール溝２ｃ，２ｃ，…及び第２ボール溝３ｂ，３ｂ，…内を転動する。この際、ケージ５から外側継手部材３が荷重Ｐ（一部）を受ける。

この際、ジョイント角が常用角までであれば、ケージ５の円環部５ａ及び連結部５ｂが図４（ａ）に示すように外側継手部材３の内方突部３ｃに当接する。具体的には、円環部５ａ及び連結部５ｂの端部５１ｂが延長部３ｄに、また連結部５ｂの基部５０ｂ及び端部５１ｂが延長部３ｄ以外の内方突部３ｃにそれぞれ当接する。これに対して、従来の等速自在継手においては、図４（ｂ）に示すようにケージ５の連結部５ｂが外側継手部材３の内方突部３ｃに当接し、円環部５ａは内方突部３ｃに当接しない。

このように、本実施の形態においては、ジョイント角が常用角以下の全ての領域で基部５０ｂの剛性よりも高い剛性をもつ部位（端部５１ｂ及び円環部５ａ）が外側継手部材３の内方突部３ｃに当接するため、等速自在継手１自体の剛性を高めることができる。

また、本実施の形態においては、ケージ５から外側継手部材３が荷重を受ける際に外側継手部材３に対するケージ５の接触面積（図４（ａ）に示す斜線部分）が従来におけるケージ５の接触面積（図４（ｂ）に示す斜線部分）と比べて大きくなるため、ケージ５に対する面圧を分散させることができる。

以上のように、本実施の形態では、常用角においてケージ５に対する面圧を分散させることができるとともに、等速自在継手１自体の剛性を高めることができるため、良好なケージ５の摺動性を得ることができ、振動の発生を抑制することができる。

[第２の実施の形態]
次に、本発明の第２実施の形態に係る等速自在継手につき、図５及び図６を用いて説明する。図５はボール型の等速自在継手を示す。図６は等速自在継手における外側継手部材の開口部分を示す。図５及び図６において、図１及び図２と同一又は同等の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、本発明の第２実施の形態に係る等速自在継手５１は、ジョイント角θが最大である場合に配置される複数のトルク伝達用ボール４，４，…のうち外側継手部材３の開口部側のトルク伝達用ボール４（２点鎖線で示す）の転動位置に対応する位置よりも複数の第２ボール溝３ｂ，３ｂ，…及び複数の内方突起３ｃ，３ｃ，…が軸線方向に延伸されている点に特徴がある。

このため、延長部３ｄ，３ｄは、図６に示すように、その開口部側端面３０ｄ及び外側継手部材３の開口端面３ｅが従来における外側継手部材の開口端面３０ｅ及びその部位の開口部側端面３０ｃよりも軸線Ｏ_２方向に寸法Ｌをもって突出して形成されている。

これにより、常用角においてケージ５から外側継手部材３が荷重Ｐ（一部）を受ける際、ケージ５の円環部５ａ，５ａ及び連結部５ｂ，５ｂ，…が外側継手部材３の内方突起３ｃ，３ｃ，…に当接する（従来は開口側円環部５ａの一部が当接しない）こととなる。

従って、本実施の形態においては、第１の実施の形態と同様に、ジョイント角が常用角以下の全ての領域で、ケージ５から外側継手部材３が荷重を受ける際に外側継手部材３に対するケージ５の接触面積が従来と比べて大きくなるため、ケージ５に対する面圧を分散させることができる。

また、本実施の形態においては、常用角で基部５０ｂの剛性よりも高い剛性をもつ部位（端部５１ｂ）が外側継手部材３（延長部３ｄ）に当接するため、等速自在継手５１自体の剛性を高めることができる。

以上のように、本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、常用角においてケージ５に対する面圧を分散させることができるとともに、等速自在継手５１自体の剛性を高めることができるため、良好なケージ５の摺動性を得ることができ、振動の発生を抑制することができる。

以上、本発明の等速自在継手を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。

（１）上記実施の形態では、第１ボール溝２ｃ，２ｃｂ，…及び第２ボール溝３ｂ，３ｂ，…の溝底を各深さが外側継手部材３の開口部から底部に向かって漸次小さくなる寸法に設定された曲面で形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば第１ボール溝及び第２ボール溝の溝底を軸線方向において互いに隣接する直線部及び円弧部からなる曲面で形成してもよい。

（２）上記実施の形態では、トルク伝達用ボール４，４，…等が６個である場合について説明したが、本発明におけるトルク伝達用ボール等の個数については特に限定されるものでないことは勿論である。

１…等速自在継手、２…内側継手部材、２ａ…ストレートスプライン嵌合部、２ｂ…外周面、２ｃ…第１ボール溝、３…外側継手部材、３ａ…開口内周面、３ｂ…第２ボール溝、３ｃ…内方突起、３０ｃ…開口部側端面、３ｄ…延長部、３０ｄ…開口部側端面、３０ｅ…先端面内側角部、３ｅ…開口端面、４…トルク伝達用ボール、５…ケージ、５ａ…円環部、５ｂ…連結部、５０ｂ…基部、５１ｂ，５２ｂ…端部、５ｃ…内周面、５ｄ…外周面、５ｅ…ボール保持孔、６…駆動軸、７…従動軸、Ｏ…ジョイントセンタ、Ｏ_１，Ｏ_２，Ｏ_３…軸線、Ｐ…荷重、θ…ジョイント角、α_１，α_２…挟角

Claims (3)

1. 軸線方向に延びる複数の第１ボール溝を有する内側継手部材と、
   前記第１ボール溝を転動する複数のトルク伝達用ボールと、
   軸線方向に互いに並列する一対の円環部、及び前記一対の円環部を連結して前記トルク伝達用ボールの保持孔を形成する連結部を有するボール保持部材と、
   一端に開口部を有する椀型状をなし、その内面に軸線方向に延びるように形成された複数の第２ボール溝、及び前記複数の第２ボール溝の間に設けられ、ジョイント角が常用角の状態で、前記開口部側に位置する前記ボール保持部材の前記円環部にその内面が対向するように形成された複数の内方突起を有する外側継手部材と
   を備えた等速自在継手。
2. 前記外側継手部材は、ジョイント角が最大である場合に前記内方突部の先端面内側角部に前記内側継手部材に連結された駆動軸を当接させる角度に面取りの角度が設定されている請求項１に記載の等速自在継手。
3. 前記外側継手部材は、ジョイント角が最大である場合に配置される前記複数のトルク伝達用ボールのうち前記開口部側のトルク伝達用ボールの転動位置に対応する位置よりも前記複数の第２ボール溝及び前記内方突起が軸線方向に延伸されている請求項１に記載の等速自在継手。

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