JP2006242264A - 固定型等速自在継手及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】組立てが簡単で、軽量コンパクトな固定型等速自在継手を提供する。
【解決手段】両端にて開口した筒状で内球面12に軸方向に延びる複数のボール溝14を形成した外輪10と、外球面22に軸方向に延びる複数のボール溝24を形成した内輪20と、外輪と内輪のボール溝との間に組み込んだトルク伝達ボール30と、外輪の内球面12と内輪の外球面22との間に介在してトルク伝達ボール30を円周方向で所定間隔に保持するケージ40とを具備し、内輪20の外球面22を外輪10に固定した部材50，50´によって受けるようにした固定式等速自在等速自在継手において、内輪20と接するケージ40の内周面が、外輪10の大端面側に位置する球面部46aと、外輪10の小端面側に位置する円筒部46bとからなり、前記円筒部46bは内輪20の軸方向移動を所定範囲にわたって許容し、内輪20が軸方向移動のストローク端にあるときトルク伝達ボール30の外接円がケージ40の外側輪郭内におさまる。
【選択図】図１

Description

この発明の固定型等速自在継手は、連結した駆動側と従動側の二軸間で角度変位のみを許容するタイプであって、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。

特許文献１に記載された固定式等速自在継手は、まずケージを外輪内に入れ、次に内輪をそのケージの内側を通過させて外輪内の、正規位置よりも奥側に置き、その状態で、トルク伝達ボール（以下、単に「ボール」という。）を内側からケージのポケットに入れ込み、その後、内輪を正規位置に戻し、最後に、内輪を軸方向で支持する部材を入れて外輪に固定する、というものである。

特許文献２および特許文献３に記載された固定式等速自在継手は、外輪の小端面側のケージの内径部が内輪が同軸方向に通過できるような形状となっており、また、外輪の小端面側も内輪が同軸方向に通過できるように開口している。組み立て方法は、外輪にケージを入れておき、ボールを内側からケージのポケットに入れて、その後、内輪を外輪の大端面側から外輪とケージを通過させて入れ、外輪の小端面側の開口部分に内輪を支持する部材を入れて外輪に固定する、というものである。
特開平６−１９３６４５号公報 特表２００４−５２１２９５号公報 特開２００４−１１６６６６号公報

特許文献１に記載された記載された固定型等速自在継手では、その組立方法に起因して内輪のトラック溝が浅く、トルク負荷容量が小さい。つまり、外輪にケージを挿入した後、そのケージの内側に継手内輪を挿入して外輪の底部まで押し込むことができるように、内輪の外径をケージの内径よりも小さく設定する必要がある。ここで、内輪に嵌着される中間軸の外径は規定値であることから、内輪の外径を小さくすると内輪のトラック溝が浅くなる。その結果、トルク負荷容量が小さくなるという問題が発生する。

また、特許文献１に記載された固定型等速自在継手では、外輪の底に配置された底部材の凹球面で内輪の外球面を軸方向に支持する構造となっている。このように内輪を軸方向に支持する底部材の凹球面が継手中心軸線を含む比較的狭い範囲に位置しているため、大作動角時の等速性を維持することが困難であり、振動や異音などといった問題や、底部材の凹球面と内輪の外球面との相対変位量が大きいことから発熱量や摩耗量が大きくなるといった問題がある。

加えて、外輪およびケージの内側からボールを入れるという作業は煩雑で、製造工程における作業能率が悪い。

特許文献２および特許文献３に記載された固定式等速自在継手でも、外輪およびケージの内側からボールを入れる作業は煩雑である。また、外輪の小端面側に内輪を通過させるための大きい開口が必要であるため、この部分の外径が大きくならざるを得ない。その結果、重量増となるばかりでなく、外径と内径との間が狭くなるため、たとえば駆動車輪用車輪軸受装置に適用する場合、ホイールハブとの連結部（ステム軸）とこの外輪とを結合するための構造が作り難い。しかも、外輪のホイール側つまり小端面側は、車種によって形状が異なるものであるが、小さい径が必要となるときなどは適用が困難となる。

本発明の主要な目的は、上述の問題点を解消し、組立てが簡単で、軽量コンパクトな固定式等速自在継手を提供することにある。

本発明の固定式等速自在継手は、両端にて開口した筒状で内球面に軸方向に延びる複数のボール溝を形成した外輪と、外球面に軸方向に延びる複数のボール溝を形成した内輪と、対をなす外輪のボール溝と内輪のボール溝との間に組み込んだトルク伝達ボールと、外輪の内球面と内輪の外球面との間に介在してトルク伝達ボールを軸方向に保持するケージとを具備し、内輪の外球面を外輪に固定した部材によって受けるようにした固定式等速自在等速自在継手において、内輪と接するケージの内周面が、外輪の大端面側に位置する球面部と、外輪の小端面側に位置する円筒部とからなり、前記円筒部は内輪の軸方向移動を所定範囲にわたって許容し、内輪が軸方向移動のストローク端にあるときトルク伝達ボールの外接円がケージの外側輪郭内におさまるようにしたことを特徴とするものである。

上述の構成からなるため、本発明の固定式等速自在継手は次のような組立て方法が可能となる。すなわち、請求項１０に記載のように、請求項１ないし９のいずれかの固定式等速自在継手を製造する方法であって、内輪をケージに入れ、内輪のボール溝とケージのポケットの位相を合わせてケージの外側からポケットにボールを入れることにより、内輪とケージとボールの仮組みユニットを得、前記仮組みユニットを外輪に入れる。さらに、前記仮組みユニットにおける内輪と外輪のボール溝の位相をずらす工程と、前記仮組みユニットを外輪に同軸方向に入れる工程と、内輪と外輪のボール溝の位相を一致させる工程と、内輪を軸方向に移動させて内輪とボールに正規位置を占めさせる工程を具備することができる。最後に、内輪の外球面を受ける部材を外輪に固定する。

本発明によれば、固定式等速自在継手の製造すなわち構成要素の組み立てが容易となる。一つには、内輪とケージとボールの仮組みユニットがユニットハンドリング可能であり、もう一つは、その仮組みユニットをつくるに際して外側からボールを入れるため作業性がよいことによる。

また、本発明の固定式等速自在継手は、仮組みユニットを外輪の大端面側開口から入れ込むため、外輪の小端面側開口が特許文献２，３のものに比べ小さくてすむ。したがって、この部分の外径を小さくすることができ、軽量化および車種による外形形状の変化への対応が容易となる。また、同部の厚肉化によりホイールハブとの連結部の設計が容易となる。

内輪とケージとボールをユニットハンドリング可能な仮組みユニットとし、この仮組みユニットと外輪の組み合わせで固定式等速自在継手を構成することで、外輪は用途に応じた種々形状とし、それらの外輪に対して共通の仮組みユニットを使用することができる。たとえば、車種等によって外輪外形やホイールとの連結軸の形状が異なる場合でも仮組みユニットだけは共通のものを使用することができるため、コスト低減に大いに寄与する。

トルク伝達ボールを８個とすると、７個以下のトルク伝達ボールを使用するものに比べて、ボール径に対してボールＰＣＤが大きいため、ケージ外球面からのボールの飛び出し量が小さく、内輪、ケージ、ボールからなる仮組みユニットにおいてボールを押し込んだ状態を得るのに半径方向のボールの押し込み量が小さくてすむ。また、ボール径に対してボールＰＣＤが大きいことから、内輪内部にセレーションを確保しやすく、しかも、内輪の、外輪小端面側に球面を確保しやすい。

以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。

図１にＵＪ（アンダーカットフリー）タイプの固定式等速自在継手の縦断面を示す。図示するように、この固定式等速自在継手は、外輪１０と内輪２０とトルク伝達ボール（以下、単に「ボール」という。）３０とケージ４０とステム５０を主要な構成要素として成り立っている。

外輪１０は図２に示すように両端にて開口した筒状で、同図の右側の端面を大端面、左側の端面を小端面と呼ぶこととする。外輪１０の大端面側の開口には面取り１６ａと内径Ｃ₁の円筒部１６ｂが設けてある。外輪１０の内周面（以下、内球面という。）１２は部分球面状で、軸方向に延びる複数ここでは８本のボール溝１４が円周方向に等間隔に形成してある（図３）。外輪１０の小端面側の開口は小径部１８ａと大径部１８ｃからなる段付き円筒形状である。

この実施の形態では外輪１０はステム５０と一体化している。一体化する前の外輪１０とステム５０を示す図１６からよく分かるとおり、ステム５０の一端側にある外輪１０との接続部には、軸端側から順に小径部５２と大径部５８が配設してある。小径部５２の端面には凹球面状の球面座５４が形成してあり、外周面には塑性結合のためのセレーション状突起５６が設けてある。大径部５８は外輪１０の小端面側開口の大径部１８ｃに圧入するための圧入部となる。この部分の圧入によって外輪１０とステム５０の間のシールがなされる。大径部５８の軸端側端面５７を外輪１０の大径部１８ｃの肩面１８ｂに突き当てて軸方向の位置決めをする。なお、塑性接合などで軸方向に位置決めを行うときは突き当て用の肩面１８ｂは必要ない。大径部５８の反軸端側端面５９は抜け止めされる面となる。つまり、図１に符号１９で示すように外輪１０の小端面側開口の端部を塑性変形させてこの端面５９に被せることにより軸方向の抜け止めをする。

内輪２０は図１および図４に示すように球状で、その部分球面状外周面（以下、外球面という）２２に、軸方向に延びる複数ここでは８本のボール溝２４が円周方向に等間隔に形成してある。内輪２０はセレーション孔２６によって回転軸（図示せず）とトルク伝達可能に結合する。図４において、符号Ａ₁およびＡ₂は、それぞれ、内輪２０の外球面２２の外径および外球面２２の中心横断面での最小投影径を示す。外輪１０の小端面側開口の小径部１８ａの内径Ｃ₂（図２）は内輪２０の外球面２２の外径Ａ₁より小さい。

図１に示すように、外輪１０のボール溝１４の曲率中心Ｏ₁と内輪２０のボール溝２４の曲率中心Ｏ₂は、継手中心Ｏに対して軸方向に等距離ｆだけオフセットさせてある。したがって、対をなす内外輪１０，２０のボール溝１４，２４は外輪１０の大端面側開口に向かって拡開したくさび形状を呈している。

この実施の形態の固定式等速自在継手は、ボール溝１４，２４にアンダーカットがない（アンダーカットフリー）。すなわち、外輪１０のボール溝１４は、曲率中心Ｏ₁を境にして小端面側に位置する円弧底１４ａと大端面側に位置する軸線と平行なストレート底１４ｂとで構成される。同様に、内輪２０のボール溝２４は、曲率中心Ｏ₂を境にして外輪１０の大端面側に位置する円弧底２４ａと外輪１０の小端面側に位置する軸線と平行なストレート底２４ｂとで構成される。

ケージ４０は外輪１０の内球面１２と内輪２０の外球面２２との間に介在している。ケージ４０の円周方向に複数ここでは８個のポケット４２が配設してある。ケージ４０の外球面４４は外輪１０の内球面１２と接する。図５および図６に示すように、ケージ４０の外球面４４とポケット４２の軸方向に向かい合った側壁とがなす角部４１，４３の径Ｂ₂はケージ４０の外球面４４の外径Ｂ₁よりも小さい。径Ｂ₂は外輪１０の円筒部１６ｂの内径Ｃ₁より小さくしてある（Ｂ₂＜Ｃ₁）。これはケージ４０を同軸方向に入れ込むとき必要となる寸法関係である。もっとも、６個ボールでボール径が大きくなれば円筒部１６ｂがなくても上記関係を満足できる。したがって、外輪１０の円筒部１６ｂは必須ではない。

ここで、符号４１で示す部分の径Ｂ₂は少し大きくても同軸から少し傾ければ入るが、符号４３で示す部分の径Ｂ₂については上記寸法関係（Ｂ₂＜Ｃ₁）が必要である。なお、ケージ４０の角部４１，４３に面取りなど径Ｂ₂を小さくするためのカットする部分を設けてもよい。径Ｂ₂を小さくすることができれば外輪１０の円筒部１６ｂの内径Ｃ₁も小さくでき、それによりケージ外球面を案内する外輪内球面の範囲を大端面方向に広くできるため、軸方向すきまが少なくなり等速性、耐久性などがよくなる。

図５から分かるとおり、ケージ４０の内周面は、軸方向中心（図１では継手中心Ｏと一致）にて互いに滑らかに連続した内球面４６ａと円筒面４６ｂとの組み合わせで構成されている。つまり、軸方向中心から外輪１０の大端面側は内輪２０の外球面２２と接して内輪２０を半径方向および軸方向に支持する内球面４６ａとなっており、軸方向中心から外輪１０の小端面側は内輪外球面と接して内輪２０を半径方向に支持する円筒面４６ｂとなっている。円筒面４６ｂは、組み立ての過程で内輪２０を正規位置から軸方向に後退させておくために必要となる（図８参照）。したがって、正規位置で内輪２０を半径方向に支持する狭い範囲以外については、精度はラフでよい。

円筒面４６ｂの端部に内径側に突出した突起４８が設けてある。この突起４８は、図８に示すように、内輪２０、ボール３０、ケージ４０を仮組みユニットとしたとき、内輪２０の脱落を防止するための、言い換えれば内輪２０の軸方向移動のストローク端を規定するストッパーとして機能する（図８、図９参照）。そのため突起４８の内径Ｂ₅は内輪２０の外球面２２の外径Ａ₁より小さく設定してある。

外輪１０のボール溝１４と内輪２０のボール溝２４は対をなし、各対のボール溝１４，２４間にボール３０が組み込んである。ケージ４０の各ポケット４２に一つのボール３０が収容される。そして、ケージ４０は、すべてのボール３０を外輪１０と内輪２０のなす角度すなわち継手の作動角の二等分面上に位置させるように作用し、これにより、継手の等速性が維持される。

ステム５０の球面座５４の曲率半径は内輪２０の外球面２２の曲率半径とほぼ等しい。そして、図１に示す固定式等速自在継手を組み立てた状態では、球面座５４と内輪２０の外球面２２が接する。ステム５０の球面座５４および内輪２０の外球面２２には熱処理によって表面硬化層が設けてある。

次に、上述の構成の固定式等速自在継手の製造方法、つまり、外輪１０、内輪２０、ボール３０、ケージ４０、ステム５０からなる構成要素の組立手順を説明する。

まず、図７に示すように、内輪２０をケージ４０に、軸線を直交させて入れ込む。このとき、内輪２０の外球面２２の中心横断面での最小投影径Ａ₂（図４）とケージ４０の突起４８の内径Ｂ₅（図８）との大小関係（Ａ₂＜Ｂ₅）を利用する。そして、内輪２０を回して両者の軸線を一致させて同軸となす。なお、径差（Ｂ₅−Ａ₂）が小さい場合は最初から同軸方向にかち込んでもよい。

内輪２０をケージ４０の円筒部４６ｂ内で軸方向に移動させて内輪２０の外球面２２をケージ４０の突起４８に接触させ、両者を図８に示す位置関係となす。このとき内輪２０は、上述の突起４８のストッパー機能により、外球面２２がケージ４０の突起４８に当たった位置、つまり、正規位置から符号Ｂ₆で示す距離だけ後退した位置で停止する。

図９および図１０に示すように、内輪２０のボール溝２４の位相とケージ４０のポケット４２の位相を合わせた状態で、外側からポケット４２にボール３０を入れる。ボール３０を内輪２０のボール溝２４に突き当たるまで押し込み、ボール外接円径Ｄ₁がケージ４０のポケット４２の角部４１，４３の径Ｂ₂（図５、図６）以下となるようにする。言い換えれば、内輪２０が軸方向移動のストローク端にあるときボール外接円がケージ４０の外側輪郭内におさまるようにする。

このとき、図９に符号Ｄ₂で示す、内輪２０のボール溝２４の底からケージ４０の球面部４６ａとポケット４２の球面部側側壁とがなす角部までの距離がボール径より小さくなる寸法関係に設定しておくと、ボール３０が内径側に脱落せず、ユニットハンドリングが可能となって取り扱いが非常に容易となる。そして、かかる寸法関係は図８を参照して上に述べたケージ４０の突起４８の位置（Ｂ₆）に依存する。なお、通常、ボール３０とポケット４２の間には締めしろがあるため外径側へは脱落しにくくなっている。

次に、図１１に示すように、内輪２０、ケージ４０、ボール３０の仮組みユニットを外輪１０の大端面側開口から挿入し、ケージ４０の外球面４４を外輪１０の内球面に当てる（図１２）。このとき、図１３に示すように、隣接するボール間の角度をαとすると、外輪１０のボール溝１４と内輪２０のボール溝２４の位相をα／２だけずらしておく。

なお、仮組みユニットのボールは、外輪１０の円筒部１６ｂを通過するときにケージ４０の外側輪郭内におさまっていればよく、ここを通過した後は外輪１０の内球面１２に沿って半径方向外側に移動できる。ここで、内輪２０の外球面２２が外輪１０の底部に当たる接触部の軸方向位置は、より大端面側にある方が、継手の軸方向コンパクト化を図る上で有利である。そこで、ボールが外輪円筒部１６ｂを通過した後、ケージ４０の外球面４４が外輪１０の内球面１２に当たる前に先に内輪２０の外球面２２が外輪１０の底部に当たり、内輪のそれ以上の移動が阻止される結果、ケージがさらに外輪マウス部の奥側に進むにつれてボールが半径方向外側に飛び出すようにすれば、前記接触部をより大端面側に位置させることができる。

次に、図１４および図１５に示すように、仮組みユニット（２０，３０，４０）と外輪１０の位相をα／２角ずらして内外輪１０，２０のボール溝１４，２４の位相を一致させる。そして、内輪２０を外輪１０の大端面側に軸方向に押し込み、内輪２０の外球面２２をケージ４０の内球面２６ａに当接させる。このとき、内輪２０の押し込みに従ってボール３０が半径方向に移動し、内輪２０とボール３０が正規位置を占めるに至る（図１６）。なお、次に述べるステム５０の挿入時に球面座５４を内輪２０の外球面２２に当てて内輪２０を押し込むようにしてもよい。

最後に、図１６に示すように、ステム５０の円筒部５２を外輪１０の小端面側開口に挿入し、球面座５４を内輪２０の外球面２２に当接させる（図１参照）。それと同時に、ステム５０のセレーション状突起５６を外輪１０の小径部１８ａに食い込ませて塑性結合させる。この塑性結合部でトルク伝達が可能となる。図１に符号１９で示すように、外輪１０の大径部１８ｃの内径端部を塑性変形させてステム５０の抜け止めをする。これにより、図１の固定式等速自在継手の組立が完了する。

図１７に示す実施の形態は、外輪１０´の小端面側開口に内輪２０の外球面２２を受ける球面座５４´をもったプレート５０´を取り付けたものである。この場合、外輪１０´の小端面側開口の内周面にセレーション１１が設けてあり、図示しない回転軸とトルク伝達可能に結合するようになっている。

いずれの実施の形態でも、外輪１０，１０´の小端面側に設けた球面座５４，５４´で内輪２０の外球面２２を軸方向に支持させるとともに、内輪２０の外球面２２をケージ４０の円筒面４６ｂで半径方向に支持させた構造であるため、外球面２２での発熱量や摩耗量を少なくでき、十分なトルク負荷容量を確保することができ、振動や異音の発生を防止し、等速性を維持することができる。

なお、本発明は以上説明し、かつ、図示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に悖ることなく種々の改変態様が可能である。たとえば、図示した実施の形態は８個のトルク伝達ボールを用いたものを例示したが、６個のトルク伝達ボールを用いることも可能である。

本発明の実施の形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図である。 外輪の縦断面図である。 図２の外輪の右側面図である。 内輪の端面図である ケージの縦断面図である。 図５のケージの左側面図である。 内輪をケージに組み込む過程を示す説明図である。 内輪とケージの位置関係を示す要部縦断面図である。 内輪とケージのサブアセンブリにボールを組み込む過程を示す縦断面図である。 図９のサブアセンブリの右側面図である。 内輪とケージとボールの仮組みユニットを外輪に組み込む過程を示す縦断面図である。 図１１の仮組みユニットの縦断面図である。 図１２の仮組みユニットの右側面図である。 図１２の仮組みユニットの内外輪のボール溝の位相を合わせた状態の縦断面図である。 図１４の仮組みユニットの右側面図である。 図１４の仮組みユニットとステムを組み付ける過程を示す縦断面図である。 別の実施の形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図である。

符号の説明

１０ 外輪
１２ 内球面
１４ ボール溝
１４ａ 円弧部
１４ｂ ストレート部
１６ａ 大端面側開口の面取り
１６ｂ 円筒部
１８ａ 小端面側開口の小径部
１８ｂ 肩面
１８ｃ 小端面側開口の大径部
２０ 内輪
２２ 外球面
２４ ボール溝
２４ａ 円弧部
２４ｂ ストレート部
２６ スプライン孔
３０ トルク伝達ボール
４０ ケージ
４２ ポケット
４４ 外球面
４６ａ 内球面
４６ｂ 円筒面
４８ 突起
５０ ステム
５２ 小径部
５４ 球面座
５６ セレーション状突起
５８ 大径部

Claims (12)

1. 両端にて開口した筒状で内球面に軸方向に延びる複数のボール溝を形成した外輪と、外球面に軸方向に延びる複数のボール溝を形成した内輪と、対をなす外輪のボール溝と内輪のボール溝との間に組み込んだトルク伝達ボールと、外輪の内球面と内輪の外球面との間に介在してトルク伝達ボールを軸方向に保持するケージとを具備し、内輪の外球面を外輪に固定した部材によって受けるようにした固定式等速自在等速自在継手において、内輪と接するケージの内周面が、外輪の大端面側に位置する球面部と、外輪の小端面側に位置する円筒部とからなり、前記円筒部は内輪の軸方向移動を所定範囲にわたって許容し、内輪が軸方向移動のストローク端にあるときトルク伝達ボールの外接円がケージの外側輪郭内におさまるようにしたことを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 内輪とケージとトルク伝達ボールをユニットハンドリング可能な仮組みユニットとしたことを特徴とする請求項１の固定式等速自在継手。
3. ケージの前記円筒部に内径が内輪の外球面の外径より小さい突起を設け、前記突起によって前記内輪のストローク端を規定したことを特徴とする請求項１または２の固定式等速自在継手。
4. 外輪マウス部の開口部の最小内径が、ケージの外球面とポケットの軸方向に向かい合った側壁とがなす角部の径より大きいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの固定式等速自在継手。
5. 前記仮組みユニットにおけるボールの外接円径がケージの外球面とポケットの軸方向に向かい合った側壁とがなす角部の径以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの固定式等速自在継手。
6. 前記仮組みユニットにおける内輪のボール溝の底からケージの内球面とポケットの球面部側側壁とがなす角部までの距離がボール径より小さいことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの固定式等速自在継手。
7. 内輪の外球面を受ける支持部を、外輪の小端面側開口に固定したプレートによって形成したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの等速自在継手。
8. 内輪の外球面を受ける支持部を、外輪の小端面側開口に固定した軸部材によって形成したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの等速自在継手。
9. トルク伝達ボールの数が８であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかの固定式等速自在継手。
10. 請求項１ないし９のいずれかの固定式等速自在継手を製造する方法であって、内輪をケージに入れ、内輪のボール溝とケージのポケットの位相を合わせてケージの外側からポケットにボールを入れることにより、内輪とケージとボールの仮組みユニットを得、前記仮組みユニットを外輪に入れるようにしたことを特徴とする固定式等速自在継手の製造方法。
11. 前記仮組みユニットにおける内輪と外輪のボール溝の位相をずらす工程と、前記仮組みユニットを外輪に同軸方向に入れる工程と、内輪と外輪のボール溝の位相を一致させる工程と、内輪を軸方向に移動させて内輪とボールに正規位置を占めさせる工程を具備する請求項１０の等速自在継手の製造方法。
12. 内輪の外球面を受ける支持部を形成する部材を外輪に固定する工程を具備する請求項１１の等速自在継手の製造方法。

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