JP5143453B2 - 等速自在継手 - Google Patents

Description

本発明は等速自在継手に関し、詳しくは、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用されるもので、駆動側と従動側の二軸間で作動角度変位のみを許容する固定型の等速自在継手に関する。

例えば、自動車のドライブシャフト等の連結用継手として使用されている固定型等速自在継手（ツェパー型等速自在継手 ：ＢＪ）は、球面状の内径面に曲線状のトラック溝を軸方向に形成した外側継手部材と、球面状の外径面に曲線状のトラック溝を軸方向に形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるボールトラックに配された複数のトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するポケットを備えた保持器（ケージ）とで構成される。

また、自動車の衝突安全性向上の観点からホイールベースを長くすることがあるが、それに伴って車両回転半径が大きくならないようにするため、固定型等速自在継手の高角化による前輪の操舵角の増大が求められている。この高角化のニーズには、外側継手部材の開口側でのトラック溝形状を軸方向と平行なストレート状にしたアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手（ＵＪ）で対応している。このタイプの等速自在継手では、外側継手部材及び内側継手部材の両トラック溝はいずれも、アンダーカットがなく、大きな作動角を取り得る構造を有する。

近年、保持器（ケージ）の強度及び耐久性を向上させるようにしたもの（特許文献１）や高作動角かつ高トルク負荷時に発生しがちな作動不良を防ぐようにしたもの（特許文献２）がある。

特許文献１に記載のものは、ケージポケットにおいて、隅アール部の曲率半径とトルク伝達ボールの直径との寸法関係を設定したものである。この設定によって、保持器（ケージ）の内径面及び外径面の表面積を増大させ、この増大と、周方向に隣り合うポケット間の柱部の最大主応力荷重の低減効果とによって、ケージの強度及び耐久性を高めることができるようにしたものである。

ところで、この種の固定型等速自在継手においては、内輪におけるトラック溝は、一方の端部（入口側）が深く、他方の端部（奥側）が浅く形成されている。このため、高作動角をとった時にトルク伝達ボールが位置する浅い方の端部近傍では、トルク伝達ボールの接触楕円がトラック溝の肩部に乗り上げてエッジ部の欠けや盛り上がり等の不具合が生じるおそれがある。そこで、特許文献２に記載のものは、内輪のトラック溝の浅い側（奥側）の外球面に、外球面よりも後退した逃げ部を設け、これによって、盛り上がり等が発生しても、この逃げ部にてこの盛り上がり等を吸収することによって、作動不良を生じさせないようにしたものである。
特開２００２−１３５４４号公報 特開平１１−１９０３５４号公報

しかしながら、特許文献１では、隅アール部の曲率半径とトルク伝達ボールの直径との寸法関係を設定しているが、このようなものでも、高角・高負荷時において、ケージが早期に破損するおそれがある。すなわち、等速自在継手が高角をとって、トルク負荷を受けながら回転する場合、内輪とケージとの間、ケージと外輪との間に球面力が発生する。この球面力により、内輪はケージの内径面に大きな接触力で接触し、この高角時においては、内輪奥側の端面エッジ部が、ケージ内径面に食い込む方向で回転する。このため、円滑な回転ができずにケージに過大な負荷が加わる。これによって、高角・高負荷時において、ケージが早期に破損するおそれがある。

また、特許文献２に記載のように、内輪奥側に逃げ部を形成したとしても、内輪奥側の端面にはエッジ部は形成されたままである。このため、この場合であっても、高角時において、このエッジ部がケージ内径面に食い込むおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みて、高角・高負荷時においても円滑に回転でき、ケージへの過大負荷も低減できてケージの高強度化を図ることが可能な等速自在継手を提供する。

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、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、
前記内側継手部材の外球面の奥側端部に、外球面よりも後退したテーパー状の逃がし部が形成され、この逃がし部は、その範囲が内側継手部材の奥側端面から０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されるとともに、外球面と滑らかに連続してつながる様に外球面の曲率半径よりも小さい曲率半径でつながり、かつ、ケージの内径面と内側継手部材の外球面との曲率半径とが同一にされていることを特徴とする等速自在継手。

本発明の等速自在継手では、前記内側継手部材の外球面の奥側端部に逃がし部を設けたことによって、内側継手部材の奥側端部のケージ内径面への食い込みを無くすことができる。

ボールの数としては５個〜８個を採用することができる。

本発明の等速自在継手によれば、内側継手部材の奥側端部のケージ内径面への食い込みを無くすことができる。これによって、円滑な回転が可能となって、ケージへの過大負荷を低減でき、ケージの高強度化を図ることができる。

逃がし部の範囲を、内側継手部材の奥側端面から３ｍｍ以下に設定することによって、内輪とケージとの接触面積を有効に確保でき、内輪とケージ間の面圧を押えることができ、発熱の発生を抑えることができて高寿命化を達成できる。逃がし部が大きすぎると、内側継手部材とケージとの接触面積が小さくなって、内側継手部材とケージ間で高面圧となり、発熱が大きくなって等速自在継手の寿命の低下を招くおそれがある。

また、５個〜８個のトルク伝達ボールを使用することができ、特に、８個のトルク伝達ボールを備えた等速自在継手では、強度、負荷容量及び耐久性を確保しつつ、より一層のコンパクト化、軽量化を実現することができる。

以下本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。

図１に等速自在継手（ツェパー型等速自在継手 ：ＢＪ）を示す。この等速自在継手（は、球面状の内球面１に曲線状のトラック溝２を軸方向に形成した外側継手部材としての外輪３と、球面状の外球面４に曲線状のトラック溝５を軸方向に形成し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とこれに対応する内輪６のトラック溝５とが協働して形成されるボールトラックに配された複数のトルク伝達ボール７と、トルク伝達ボール７を保持するポケット８を備えた保持器（ケージ）９とで構成される。

内輪６は、その中心孔（内径孔）に図示省略のシャフトを挿してスプライン嵌合させ、そのスプライン嵌合により両者間でトルク伝達可能としている。このため、内側継手部材（内輪）６の内径面１１にスプライン部１２が形成されている。また、外輪３は、前記トラック溝２が形成されたマウス部３ａと、このマウス部３ａの底壁から突設されるステム部３ｂとからなる。

内輪６の外球面４の奥側端部４ａに、図２に示すように、曲率半径Ｒの外球面４よりも後退したテーパー状の逃がし部１７が形成され、外球面４とテーパー状の逃がし部１７とは、滑らかに連続してつながる様に、外球面４の曲率半径Ｒよりも小さな曲率半径Ｒ１でつながっている。このため、このような逃がし部１７を設けない場合の奥側端部４ａ（図３に示す仮想線で示す範囲）よりも内径側に後退している。また、この逃がし部１７の範囲Ｈ(内輪６の奥側の端面６ａからテーパー状の逃がし部１７と外球面４との交点までの範囲)としては、３ｍｍ以下とするのが好ましい。

ケージ９の内径面９ａの曲率半径と内輪６の外球面４の曲率半径Ｒとが略同一に設定され、ケージ９の外径面９ｂの曲率半径と外輪３の内球面１の曲率半径とが略同一に設定されている。このため、作動角をとる際、ケージ９の外径面９ｂが外輪３の内球面１を摺動するとともに、内輪６の外球面４がケージ９の内径面９ａを摺動する。

本発明では、内側継手部材である内輪６の外球面４の奥側端部に逃がし部１７を設けたことによって、内輪６の奥側端部のケージ内径面９ａへの食い込みを無くすことができる。これによって、円滑な回転が可能となって、ケージ９への過大負荷を低減でき、ケージ９の高強度化を図ることができる。

逃がし部１７の範囲Ｈを、内輪６の奥側端面から３ｍｍ以下に設定することによって、内輪６とケージ９との接触面積を有効に確保でき、内輪６とケージ９間の面圧を押えることができ、発熱の発生を抑えることができて高寿命化を達成できる。逃がし部１７が大きすぎると、内輪６とケージ９との接触面積が小さくなって、内輪６とケージ９間で高面圧となり、発熱が大きくなって等速自在継手の寿命の低下を招くおそれがある。なお、逃がし部１７が小さすぎると、逃がし部１７としての機能を発揮することができないので、逃がし部１７の範囲Ｈとしては、０．５ｍｍ以上とするのが好ましい。

ところで、この等速自在継手では、５個〜８個のトルク伝達ボール７を使用することができる。特に、８個のトルク伝達ボール７を備えた等速自在継手とすることによって、強度、負荷容量及び耐久性を確保しつつ、より一層のコンパクト化、軽量化を実現することができる。

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、等速自在継手としては、外側継手部材の開口側でのトラック溝形状を軸方向と平行なストレート状にしたアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手（ＵＪ）であってもよい。

本発明の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内輪の断面図である。 前記等速自在継手の内輪の要部拡大断面図である。

符号の説明

１ 内球面
２ トラック溝
４ 外球面
５ トラック溝
６ 内輪
７ トルク伝達ボール
９ 保持器（ケージ）
１５ 端部
１７ 逃がし部

Claims (2)

1. 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、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、
   前記内側継手部材の外球面の奥側端部に、外球面よりも後退したテーパー状の逃がし部が形成され、この逃がし部は、その範囲が内側継手部材の奥側端面から０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されるとともに、外球面と滑らかに連続してつながる様に外球面の曲率半径よりも小さい曲率半径でつながり、かつ、ケージの内径面と内側継手部材の外球面との曲率半径とが同一にされていることを特徴とする等速自在継手。
2. ボールの数を５個〜８個としたことを特徴とする請求項１の等速自在継手。

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