JP5138449B2

JP5138449B2 - 等速自在継手

Info

Publication number: JP5138449B2
Application number: JP2008100007A
Authority: JP
Inventors: 輝明藤尾; 達朗杉山
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-04-08
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2028-04-08
Also published as: JP2009250365A

Description

本発明は、自動車、各種産業機械において適用される固定式の等速自在継手に関する。

固定式等速自在継手には、バーフィールド型（ＢＪ）やアンダーカットフリー型（ＵＪ）等（特許文献１、特許文献２）がある。

ＢＪタイプの固定式等速自在継手は、図１６と図１７に示すように、内球面１に複数のトラック溝２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪３と、外球面４に外輪３のトラック溝２と対をなす複数のトラック溝５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材としての内輪６と、外輪３のトラック溝２と内輪６のトラック溝５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、外輪３の内球面１と内輪６の外球面４との間に介在してボール７を保持するケージ８とを備えている。ケージ８には、ボール７が収容される窓部９が周方向に沿って複数配設されている。

この固定式等速自在継手では、外輪３のトラック溝２の曲率中心Ｏ１と内輪６のトラック溝５の曲率中心Ｏ２とを、ボール中心を含む継手中心Ｏに対して等距離ｆだけ軸方向に逆向きにオフセットさせている。このようにトラックオフセットを設けたことにより、両トラック溝２，５のそれぞれは、その軸方向中央から外輪底側で浅く、外輪開口側で深くなっており、その結果、外輪３の底側から開口側へ向けて径方向間隔が徐々に増加する楔状のボールトラックが形成されている。

ところで、前記図１６と図１７に示す等速自在継手では、ボール７を６個としているが、近年では、図１８と図１９に示すようにボールを８個としたものがある。これは、高性能化、コンパクト化を目的にボール７を小型化し、１個当たりの負荷容量の低下を抑えるためである。なお、この図１８と図１９に示す等速自在継手は、図１６と図１７に示す等速自在継手において、ボール７を６個から８個に増加させたのみであるので、同一部材については同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

従来には、内輪および外輪のトラック溝を螺旋状や軸方向に傾斜させ、隣合うトラックを面対称とすることで、ボールトラックとボールとの接触力を抑制でき、耐久性が向上する等の提案がなされている。
特許第３３００６６３号特許第３８５９２６４号

前記したように、図１６等に示す等速自在継手では、楔状のボールトラックが形成される。このくさび角によりボール７がケージ８の窓部９を押し、ケージ８を円滑に作動させる。しかしながら、ケージ８を作動させる上でトラックオフセットは重要であるが、ジョイントの開口部側方向のみに力が掛るため、外輪３の内球面１及び内輪６の外球面４とケージ外内球面８ａ、８ｂが接触状態となり、ジョイントの負荷が高いときや高速で回転する場合にジョイントの発熱の要因となり耐久性が低下する。

すなわち、図２０に示すように、外輪３のトラック溝２と内輪６のトラック溝５とにオフセットがあることにより、ボール７にくさび角τが発生する。このくさび角τの影響によりボール７は開口部側に押し出される押出力Ｗが発生する。この押出力Ｗによりケージ８が作動する。また、この押出力Ｗによりケージ８は開口部側に押し付けられるため、ケージ８の外球面８ａが外輪３の内球面１と接触するとともに、ケージ８の内球面８ｂが内輪６の外球面４と接触する。この接触により発熱が発生し、耐久性が低下する可能性がある。

なお、図２１に示すように、外輪３のトラック溝２と内輪６のトラック溝５とのオフセットを無くせば、くさび角が発生しないため、ボール７に前記のような押出力が発生しない。しかしながら、オフセットを無くせば、ケージ８を制御する力が発生しないため等速自在継手が作動しなくなる。

また、内輪および外輪のトラック溝を螺旋状や軸方向に傾斜させるような場合でも、トラックオフセットが付いている。このため、内輪および外輪のトラック溝のボール接触力が低下して、ケージに掛る力が低下する。しかしながら、このような等速自在継手においても、大きな負荷が掛るときや高速回転時に、ケージ内球面と内輪の外球面との接触、ケージ外球面と外輪の内球面との接触により発熱が発生し、耐久性が低下する可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みて、高負荷時や高速回転時の発熱が抑制され、耐久性が向上し、また、ケージ位置が安定するため、ケージと内外輪の接触抵抗が抑えられ、等速性が向上する（トルク損失率が低下する）等速自在継手を提供する。

本発明の等速自在継手は、内球面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外球面に外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、対をなす外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に介在してボールを保持するケージとを備えた等速自在継手において、外側継手部材のトラック溝の曲率中心と外側継手部材の内球面の曲率中心の軸方向のオフセットと、内側継手部材のトラック溝の曲率中心と内側継手部材の外球面の曲率中心の軸方向のオフセットを０とし、外側継手部材および内側継手部材の各トラック溝の溝中心線Ｌと継手中心Ｏとを含む平面上に該トラック溝の曲率中心を配置し、外側継手部材のトラック溝及び内側継手部材のトラック溝を、各トラック溝の溝中心線Ｌと継手中心Ｏとを含む平面が軸線に対して傾斜角γを持つように、それぞれ軸線に対して傾斜させ、周方向に隣合うトラック溝の軸線に対する傾斜方向を相反させ、外側継手部材のトラック溝とこれと対をなす内側継手部材のトラック溝の軸線に対する傾斜方向を相反させたものである。

本発明の等速自在継手によれば、トラックオフセットが０で、かつ周方向に隣合うトラック溝が交互に交差する。このため、周方向に隣合うケージの窓部に相反する方向の力が作用することになり、ケージが継手中心位置で安定する。

ボール数を６個としたり、８個としたり、１０個としたりできる。

外側継手部材のトラック溝の曲率中心が外側継手部材の内球面の曲率中心に対して径方向にオフセットさせるとともに、内側継手部材のトラック溝の曲率中心が内側継手部材の外球面の曲率中心に対して、径方向にオフセットするものであってもよい。

前記トラック溝が円弧部から構成されるバーフィールドタイプであっても、トラック溝が円弧部と直線部とから構成されるアンダーカットフリータイプであってもよい。

また、外側継手部材のトラック溝及び内側継手部材のトラック溝を鍛造肌仕上にて成形しても、切削及び／又は研削加工にて成形してもよい。ここで、鍛造肌仕上とは、鍛造肌をそのまま残したままであって、研削等の仕上げ加工を行わない仕上げである。

本発明の等速自在継手では、周方向に隣合うケージの窓部に相反する方向の力が作用することになり、ケージが継手中心位置で安定する。このため、ケージ内球面と内輪の外球面との接触、ケージ外球面と外輪の内球面との接触が抑制され、高負荷時や高速回転時にこの等速自在継手が円滑に作動し、発熱が抑えられ、耐久性が向上する。

ボール数を６個としたり、８個としたり、１０個としたりでき、また、バーフィールドタイプであっても、アンダーカットフリータイプでもよく、本発明は種々のタイプの等速自在継手に適用できる。

また、外側継手部材のトラック溝及び内側継手部材のトラック溝を鍛造肌仕上にて成形した場合、切削や研削等の仕上げ加工を行わずに済み、生産性の向上及びコスト低減を図ることができる。また、切削や研削では切削工具や研削工具を交換することによって、最適の仕上げ加工を施すことができる等の利点を生かせることができる。

以下本発明の実施の形態を図１〜図１５に基づいて説明する。図１と図２に第１実施形態の等速自在継手を示し、この等速自在継手はバーフィールド式（ＢＪ）の固定式等速自在継手である。等速自在継手は、内球面１１に複数のトラック溝１２が形成された外側継手部材としての外輪１３と、外球面１４に外輪１３のトラック溝１２と対をなす複数のトラック溝１５が形成された内側継手部材としての内輪１６と、外輪１３のトラック溝１２と内輪１６のトラック溝１５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール１７と、外輪１３の内球面１１と内輪１６の外球面１４との間に介在してボール１７を保持するケージ１８とを備えている。

外輪１３のトラック溝１２の曲率中心Ｏ１と、内輪１６のトラック溝１５の曲率中心Ｏ２との軸方向のオフセットを０としている。すなわち、曲率中心Ｏ１と曲率中心Ｏ２とを継手中心Ｏに一致させている。

図３〜図６に示すように、外輪１３において、各トラック溝１２を軸方向に対して傾斜させている。この場合、周方向に隣合うトラック溝１２の傾斜方向を相反させている。すなわち、図５に示すように、トラック溝１２Ａが、奥側から開口側に向かって時計廻り方向に軸線Ｌに対して角度γだけ傾斜する場合、このトラック溝１２Ａに対して時計廻り方向に隣合う他のトラック溝１２Ｂは、奥側から開口側に向かって反時計廻り方向に軸線Ｌに対してγだけ傾斜する。また、トラック溝１２Ａに対して反時計廻り方向に隣合う他のトラック溝１２Ｃ（図３参照）は、奥側から開口側に向かって反時計廻り方向に軸線Ｌに対してγだけ傾斜する。また、図６に示すように、トラック溝１２の曲率中心Ｏ１と、内球面１１の曲率中心Ｏ５とはオフセットされることなく一致させている。

また、図７〜図１０に示すように、内輪１６において、各トラック溝１５を軸方向に対して傾斜させている。この場合、周方向に隣合うトラック溝１５の傾斜方向を相反させている。すなわち、図９に示すように、トラック溝１５Ａが、奥側から開口側に向かって反時計廻り方向に軸線Ｌに対して角度γ（外輪１３のトラック溝１２と同じ角度）だけ傾斜する場合、このトラック溝１５Ａに対して時計廻り方向に隣合う他のトラック溝１５Ｂは、奥側から開口側に向かって時計廻り方向に軸線Ｌに対してγだけ傾斜する。また、トラック溝１５Ａに対して反時計廻り方向に隣合う他のトラック溝１５Ｃ（図７参照）は、奥側から開口側に向かって時計廻り方向に軸線Ｌに対してγだけ傾斜する。また、図１０に示すように、トラック溝１５の曲率中心Ｏ２と、外球面１４の曲率中心Ｏ６とはオフセットされることなく一致させている。

ケージ１８は、図１１と図１２に示すように、円環状体であって、図１１と図１３に示すように、その周壁にボール１７が収容される窓部１９が周方向に沿って複数配設されている。また、図１３に示すように、外球面１８ａの曲率中心Ｏ７と、内球面１８ｂの曲率中心Ｏ８とを一致させている。

ところで、外輪１３のトラック溝１２および内輪１６のトラック溝１５は鍛造肌仕上げにて成形される。ここで、鍛造肌仕上げとは、トラック溝１２及びトラック溝１５が鍛造仕上げ硬化層が形成されていることである。例えば、外輪１３に、炭素０．４ｗｔ％以上を含む鋼を使用し、外輪１３のトラック溝１２が鍛造加工（冷間鍛造加工）にて形成され、その後、外輪１３の全内周に、熱処理を行うことになる。このため、内輪１６外輪１３の少なくともトラック溝１５、１２の溝表面には、鍛造仕上げ硬化層が形成される。すなわち、鍛造仕上げ硬化層は、鍛造肌をそのまま残した表面層であって、研削等の仕上げ加工を行わない層である。なお、内輪１６のトラック溝１５もこの外輪１３のトラック溝１２と同様な加工によって、鍛造肌仕上げにて成形される。

前記のように構成された外輪１３と内輪１６とケージ１８は図１４と図１５に示すように組み付けられる。この場合、外輪１３のトラック溝１２とこれに対応する内輪１６のトラック溝１５とは、軸線に対して反対方向に傾斜させることになる。図１５から明らかなように、外輪１３のトラック溝１２および内輪１６のトラック溝１５は、それぞれの溝中心線Ｌと継手中心Ｏとを含む平面が軸線に対して傾斜角γを持つことになる。

外輪１３のトラック溝１２のボール接触点Ａ、及びこのトラック溝１２に対応する内輪１６のトラック溝１５のボール接触点Ｂは、ボール中心線Ｌ１よりもｅだけ奥側へずれる。このため、ボール接触点Ａの接線とボール接触点Ｂの接線のなす角度がくさび角τ´となる。

したがって、この等速自在継手では、軸方向のトラック溝１２，１５のオフセットがないが、トラック溝１２，１５が軸線に対して所定角度で傾斜しているので、くさび角が発生する。このため、ケージには押出力Ｗが発生する。しかしながら、周方向に隣り合うトラック溝が交差しているので、この押出力Ｗは周方向に隣合うトラックにおいて逆方向に作用する。このため、ケージ位置は継手中心で安定する。

本発明の等速自在継手では、外輪１３のトラック溝１２の曲率中心Ｏ１と外輪１３の内球面１１の曲率中心Ｏ５の軸方向のオフセットと、内輪１６のトラック溝１５の曲率中心Ｏ２と内輪１６の外球面１４の曲率中心Ｏ６の軸方向のオフセットとを０とし、外輪１３のトラック溝１２の曲率中心Ｏ１と内輪１６のトラック溝１５の曲率中心Ｏ２との軸方向のオフセットを０とし、かつ周方向に隣合うトラック溝１２Ａ、１２Ｂ（１５Ａ、ｌ５Ｂ）が交互に交差するので、ケージ１８の周方向に隣合う窓部１９に相反する方向の力が作用することになり、ケージ１８が継手中心Ｏ位置で安定する。このため、ケージ内球面１８ｂと内輪１６の外球面１４との接触、ケージ外球面１８ａと外輪１３の内球面１１との接触が抑制され、高負荷時や高速回転時にこの等速自在継手が円滑に作動し、発熱が抑えられ、耐久性が向上する。なお、トラックオフセットを付加し、隣合うトラックを交差させた場合も、等速自在継手として成立するが、ボール７が常に開口部側に力を受ける。しかしながら、ケージ内球面８ｂと内輪６の外球面４との接触、ケージ外球面８ａと外輪３の内球面１との接触により発熱が発生し、耐久性が低下する可能性がある。

ところで、トルク伝達部材としてもボール１７の数は、６個であっても、８個であっても、１０個であってもよく、ボール１７の数を多くすれば、ボールの小径化を図ることができ、１個当たりの負荷容量の低下を抑えることができて、高性能化及びコンパクト化を図ることができる。

また、前記実施形態では、外輪１３のトラック溝１２及び内輪１６のトラック溝１５を鍛造肌仕上にて成形しているので、切削や研削等の仕上げ加工を行わずに済み、生産性の向上及びコスト低減を図ることができる。

これに対して、外輪１３のトラック溝１２及び内輪１６のトラック溝１５を切削や研削等の仕上げ加工を行うようにしてもよい。切削や研削では切削工具や研削工具を交換することによって、最適の仕上げ加工を施すことができる等の利点を生かせることができる。

前記実施形態の等速自在継手は、トラック溝１２，１５が円弧部から構成されるバーフィールドタイプであったが、トラック溝１２，１５が円弧部と直線部とを備えたアンダーカットフリータイプであってもよい。

このアンダーカットフリータイプであっても、外輪のトラック溝の曲率中心と、内輪のトラック溝の曲率中心との軸方向のオフセットを０とする。また、外輪のトラック溝及び内輪のトラック溝をそれぞれ軸線に対して傾斜させるとともに、周方向に隣合うトラック溝の傾斜方向を相反させる。さらに、かつ外輪のトラック溝とこれに対向する内輪のトラック溝を軸線に対して反対方向に傾斜させる。

このため、アンダーカットフリータイプの等速自在継手であっても、図１に示すバーフィールドタイプの等速自在継手と同様の作用効果を奏する。

前記実施形態では、トラック溝１２の曲率中心Ｏ１と、内球面１１の曲率中心Ｏ５とは径方向にオフセットされることなく一致させるとともに、トラック溝１５の曲率中心Ｏ２と、外球面１４の曲率中心Ｏ６とは径方向にオフセットされることなく一致させている。これに対して、トラック溝１２の曲率中心Ｏ１と、内球面１１の曲率中心Ｏ５とを径方向にオフセットさせるとともに、トラック溝１５の曲率中心Ｏ２と、外球面１４の曲率中心Ｏ６とは径方向にオフセットさせるようにしてもよい。

このように径方向にオフセットさせることによって、トラック溝１２、１５の溝深さに変化を付けることができる。このため、トラック溝１２、１５からのボール１７の外れを防止できる構造としたり、外輪１３及び内輪１６の剛性向上等を図ることができる構造としたりできる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、トラック溝１２、１５の傾斜角度γとしては、隣合うボールトラックに配置されるボール１７に作用する押出力が逆方向に作用し、この等速自在継手の作動を阻害しない範囲で種々変更できる。

本発明の第１実施形態を示す等速自在継手の断面図である。前記等速自在継手の正面図である。前記等速自在継手の外輪の斜視図である。前記等速自在継手の外輪の正面図である。前記等速自在継手の外輪の断面図である。前記等速自在継手の外輪の要部断面図である。前記等速自在継手の内輪の斜視図である。前記等速自在継手の内輪の正面図である。前記等速自在継手の内輪の側面図である。前記等速自在継手の外輪の要部断面図である。前記等速自在継手のケージの斜視図である。前記等速自在継手のケージの正面図である。前記等速自在継手のケージの断面図である。前記等速自在継手の作用説明図である。前記等速自在継手の簡略展開図である。従来の等速自在継手の断面図である。前記図１６に示す等速自在継手の正面図である。従来の他の等速自在継手の断面図である。前記図１８に示す等速自在継手の正面図である。従来の等速自在継手の問題点を説明する断面図である。従来の等速自在継手の他の問題点を説明する断面図である。従来の等速自在継手の断面図である。

符号の説明

１１内球面
１２，１５トラック溝
１４外球面
１７ボール
１８ケージ
Ｏ継手中心
Ｏ１曲率中心
Ｏ２曲率中心

Claims

内球面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外球面に外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、対をなす外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に介在してボールを保持するケージとを備えた等速自在継手において、
外側継手部材のトラック溝の曲率中心と外側継手部材の内球面の曲率中心の軸方向のオフセットと、内側継手部材のトラック溝の曲率中心と内側継手部材の外球面の曲率中心の軸方向のオフセットを０とし、
外側継手部材および内側継手部材の各トラック溝の溝中心線Ｌと継手中心Ｏとを含む平面上に該トラック溝の曲率中心を配置し、
外側継手部材のトラック溝及び内側継手部材のトラック溝を、各トラック溝の溝中心線Ｌと継手中心Ｏとを含む平面が軸線に対して傾斜角γを持つように、それぞれ軸線に対して傾斜させ、周方向に隣合うトラック溝の軸線に対する傾斜方向を相反させ、
外側継手部材のトラック溝とこれと対をなす内側継手部材のトラック溝の軸線に対する傾斜方向を相反させたことを特徴とする等速自在継手。
ボール数を６個としたことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
ボール数を８個としたことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
ボール数を１０個としたことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
外側継手部材のトラック溝の曲率中心を外側継手部材の内球面の曲率中心に対して径方向にオフセットするとともに、内側継手部材のトラック溝の曲率中心を内側継手部材の外球面の曲率中心に対して、径方向にオフセットしたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の等速自在継手。
前記トラック溝が円弧部から構成されるバーフィールドタイプであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の等速自在継手。
前記トラック溝が円弧部と直線部とから構成されるアンダーカットフリータイプであることを特徴とする請求項１〜請求項５に記載の等速自在継手。
外側継手部材のトラック溝及び内側継手部材のトラック溝を鍛造肌仕上にて成形したことを特徴とする請求項１〜請求項７に記載の等速自在継手。
外側継手部材のトラック溝及び内側継手部材のトラック溝を切削及び／又は研削加工にて成形したことを特徴とする請求項１〜請求項７に記載の等速自在継手。