JP2008008474A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールの数を３〜５にすると共に内外輪の製作を簡素化し、かつ、必要な継手寿命を確保した固定式等速自在継手を提供する。
【解決手段】固定式等速自在継手において、外輪のトラック溝あるいは内輪のトラック溝の少なくともいずれか一方を冷間鍛造仕上げにすると共に内外輪のトラック溝１２、２２の両肩部１７、２７を内外輪の外周面または内周面に冷間鍛造で成形したＲ状面チャンファによって滑らかに連続させる。内外輪のトラック溝とボールの数を３〜５、内外輪のトラック溝のボール接触率を１．００１以上１．０４以下とする。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は３〜５個のトルク伝達ボールを有する固定式等速自在継手に関する。

自動車や各種産業機械の動力伝達系、例えば前輪駆動車や独立懸架方式の後輪駆動車の駆動軸には、自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達する手段として、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手と、角度変位および軸方向変位の両方を許容する摺動式等速自在継手が使用されている。

前述の駆動軸には、トランスミッションからディファレンシャルに回転駆動力を伝達するプロペラシャフトや、ディファレンシャルから車輪に回転駆動力を伝達するドライブシャフトがある。また、固定式等速自在継手としては、バーフィールド型等速自在継手（ＢＪ）がよく知られている。

例えば、ＢＪタイプの固定式等速自在継手は、軸方向に延びる複数のトラック溝が球面状内周面に形成された外輪と、その外輪のトラック溝と対をなして軸方向に延びるトラック溝が球面状外周面に形成された内輪と、外輪のトラック溝と内輪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、外輪の球面状内周面と内輪の球面状外周面との間に介在してボールを保持するケージとを主要な構成要素として備えている。

トルク伝達ボールの数は６個または８個が一般的であるが、３〜５個にすることも提案されている（特許文献１〜４）。

これら固定式等速自在継手あるいは摺動式等速自在継手における外輪および内輪は、一般的に以下の要領でもって製作されている。まず、円柱状ビレットを熱間鍛造、温間鍛造または冷間鍛造で外輪あるいは内輪の概略形状に形成し、この素材の外周面、内周面および端面を旋削する。その後、熱処理を行い、内周面とトラック溝を研削や焼入れ鋼切削などで仕上げ加工することにより製作している。

このようにして製作された外輪および内輪については、その内輪にボールやケージを含めた内部部品を外輪に組み込むに際して、ＰＣＤすきま等が規定値の範囲内となるように選択的に組み合わせるようにしている。つまり、多数個の外輪、内輪、ボールおよびケージの中から、ＰＣＤすきま等が規定値の範囲内に収まるように、それら外輪、内輪、ボールおよびケージからなる構成要素の組み合わせを考慮し、それら外輪、内輪、ボールおよびケージを選択して組み合わせるようにしている（例えば、特許文献５、６参照）。
実公昭６３−１２２６０号公報 特公平２−４２１３１号公報 実開平５−８７３３５号公報 特公平８−６７５８号公報 特公平１−５５６８８号公報 特開昭６３−３４３２３号公報

従来の固定式等速自在継手はボールの数を６個または８個とすることで個々のボールに作用するトルク負荷が過大にならないようにしている。しかし、ボール接触率を小さくして内外輪のトラック溝に対するボール接触楕円の面積をある程度増大させても差し支えない場合は、ボールの数を積極的に減らしてその分だけ継手のコストダウンを図ることが可能となる。ボールの数を減らすことはボールの部品点数削減だけでなく、内外輪のトラック溝を同数だけ低減でき、更にケージのボールポケットも同数だけ低減できることから加工コストの大幅な低減が可能である。

一方、前述した従来の等速自在継手の構成要素である外輪や内輪は、鍛造、旋削および熱処理を経て、最終的にトラック溝に研削などの仕上げ加工を施すことにより製作されている。このように、鍛造、旋削および熱処理の後、トラック溝の仕上げ加工を行うと、トラック溝を仕上げ加工するための設備、工具などの費用が嵩むと共に、仕上げ加工に時間を要することや、材料の歩留まりも悪いという不都合があった。

また、従来では、内輪、ボールおよびケージからなる内部部品を外輪に組み込むに際しては、多数個の外輪、内輪、ボールおよびケージの中から、ＰＣＤすきま等が規定値の範囲内に収まるように、それら外輪、内輪、ボールおよびケージからなる構成要素を選択して組み合わせるようにしている。この選択組合せにより、各構成要素の組み付けに手間がかかり、作業性が悪いという問題もあった。

本発明はこのような観点からボールの数を３〜５にすると共に内外輪の製作を簡素化し、かつ、必要な継手寿命を確保した固定式等速自在継手を提供するものである。

前述の目的を達成するための技術的手段として、請求項１の発明は、軸方向に延びる複数のトラック溝が内周面に形成された外輪と、その外輪の前記トラック溝と対をなして軸方向に延びる複数のトラック溝が外周面に形成された内輪と、外輪のトラック溝と内輪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、外輪の内周面と内輪の外周面との間に介在して前記ボールを保持するケージとを備えた固定式等速自在継手において、前記外輪、内輪、ボールおよびケージからなる構成要素をランダムマッチングで組み付ける固定式等速自在継ぎ手であって、内外輪のトラック溝とボールの数を３〜５としたことを特徴とする。

ボール個数を３〜５に低減するこにより内外輪のトラック溝の本数低減とケージのポケット数の低減によって加工コストの大幅な削減が可能である。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記外輪のトラック溝とこれに協働する内輪のトラック溝とで形成されたボールトラックのＰＣＤすきまを−０．０２〜＋０．３ｍｍとしたことを特徴とする。

このようにすれば、外輪、内輪、ボールおよびケージからなる各構成要素間でのガタツキを必要最小限に抑制することが可能となる。なお、ＰＣＤすきまが−０．０２ｍｍよりも小さいと、等速自在継手の作動性を確保することが困難となる。ＰＣＤすきまが０．３ｍｍよりも大きいと、各構成要素間でのガタツキが大きくなる。

請求項３の発明は、請求項請求項１又は２の発明において、前記内外輪のトラック溝のボール接触率を１．００１以上１．０４以下としたことを特徴とする。

トラック溝のボール接触率を１．００１以上１．０４以下とすることにより、ボール接触楕円の面積増大を図れ、必要な継手寿命を確保することができる。

請求項４の発明は、請求項１から３の発明において、前記内外輪のトラック溝の両肩部を内外輪の外周面または内周面に成形したＲ状面チャンファによって滑らかに連続させたことを特徴とする

このようなＲ状面チャンファにより応力集中を回避して必要な継手寿命を確保することができる。

請求項５の発明は、請求項１から４の発明において、前記外輪のトラック溝あるいは内輪のトラック溝の少なくともいずれか一方を冷間鍛造仕上げとしたことを特徴とする。

内外輪のトラック溝の少なくともいずれか一方を冷間鍛造仕上げにより形成することにより当該トラック溝について旋削や熱処理後の研削仕上げが不要となる。また、当該仕上げ加工に必要としていた設備や工具が不要となると共に、加工時間の短縮化を図ることができる。これにより、外輪および内輪を効率的に製作することができて製品のコスト低減が図れる。

請求項６の発明は、請求項１から５の発明において、前記内外輪のトラック溝の両肩部に成形したＲ状面チャンファを、トラック溝の冷間鍛造成形と同時に成形したことを特徴とする。

このようなＲ状面チャンファにより応力集中を回避することができ、冷間鍛造仕上げのみで必要な継手寿命を確保することができる。

請求項７の発明は、請求項１から６の発明において、前記内外輪のトラック溝の横断面形状を、前記ボールとアンギュラ接触するゴシックアーチ形状としたことを特徴とする。

これによりトラック溝に対するボールの接触状態を安定化することが可能となる。

請求項８の発明は、請求項１から７の発明において、前記内外輪のトラック溝の底部に凹溝を前記冷間鍛造で一体形成すると共に、この凹溝の両肩部をＲ状面チャンファによって内外輪の外周面または内周面に滑らかに連続させたことを特徴とする

トラック溝の底部に凹溝を形成しておくことにより、潤滑性を確保することができる。また、Ｒ状面チャンファにより応力集中を回避することができ、冷間鍛造仕上げのみで必要な継手寿命を確保することができる。

請求項９の発明は、請求項１から８の発明において、前記内・外輪のトラック溝両肩部に成形したＲ状面チャンファと、前記トラック溝底部の凹溝両肩部に成形したＲ状面チャンファとを、トラックの冷間鍛造成形と同時に成形したことを特徴とする。

このようなＲ状面チャンファをトラックの冷間鍛造成形と同時に成形することで加工コストの低減が可能となる。また、ゴシックアーチ形状のトラック溝の場合でもボール接触率を１．０４以下に小さくするとトラック溝底部のボールとの隙間が小さくなり、潤滑性が低下するが、トラック溝の底部に凹溝を形成しておくことにより、潤滑性を確保できる。

請求項１０の発明は、請求項１〜９の発明において、前記外輪の外径面またはマウス部内部の少なくともいずれか一方に異音抑制手段を設けたことを特徴とする。

異音抑制手段を設けることにより、各構成要素間でのガタツキにより発生する異音を抑制することが可能となる。異音抑制手段外輪の外径面のみ、あるいはマウス部内部のみだけでなく、外径面とマウス部内部の両方に設けることができる。

請求項１１の発明は、請求項１〜１０の発明において、前記外輪の内部に、潤滑油を含む潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、前記潤滑成分は発泡して多孔質化された固形物であり、かつ、前記潤滑成分を樹脂内部に吸蔵してなる多孔性固形潤滑体を封入したことを特徴とする。

このようにすれば、潤滑油を保持する固形潤滑剤の保持力を向上させると共に、外力による変形によって滲み出す潤滑油量を必要最小限にすることが可能となる。なお、前述の「吸蔵」とは、学術用語の「吸蔵」の意味と同様に、液体（液体潤滑剤など）が固体の樹脂中に化合物にならないで含まれることを意味する。

請求項１２の発明は、請求項１から１１の固定式等速自在継手の外輪にケージ、内輪およびボールを組み込む組み込み方法であって、内輪をケージの軸線に直角にした状態でケージ内に挿入する工程、ケージ内で内輪を９０°回転させる工程、内輪とケージの仮組みユニットを、ケージの柱部を外輪のトラック溝に合わせるべく位相をずらした状態で外輪内に軸方向に挿入する工程、および、外輪内で前記仮組みユニットを回転させて前記位相のずれを元に戻し、仮組みユニットを外輪に対して傾斜させた状態でケージのポケットから一つずつボールを内輪のトラック溝に挿入する工程、を有することを特徴とする。

請求項１３の発明は、請求項１から１１の固定式等速自在継手の外輪にケージ、内輪およびボールを組み込む組み込み方法であって、内輪をケージの軸線に直角にした状態でケージ内に挿入する工程、ケージ内で内輪を９０°回転させる工程、内輪とケージの仮組みユニットを外輪の軸線に直角にした状態でケージのポケット相互間の外表面に形成した平面部を外輪の開口部最小内径の内側を通過させると共に、前記平面部と反対側のケージのポケット部を外輪のトラック溝を利用して通過させる工程、および、外輪内で仮組みユニットを９０度回転させて内外輪の軸線を揃え、仮組みユニットを外輪に対して傾斜させた状態でケージのポケットから一つずつボールを内輪のトラック溝に挿入する工程、を有することを特徴とする。

請求項１４の発明は、請求項１から１１の固定式等速自在継手の外輪にケージ、内輪およびボールを組み込む組み込み方法であって、内輪をケージの軸線に直角にした状態でケージ内に挿入する工程、ケージ内で内輪を９０°回転させる工程、内輪とケージの仮組みユニットを外輪の軸線に直角にした状態で外輪の内周面に形成した逃がし溝を利用してケージのポケットまたはポケット間に形成された少なくとも一つの面取部を通過させて外輪内に挿入する工程、および、外輪内で仮組みユニットを９０度回転させて内外輪の軸線を揃え、仮組みユニットを外輪に対して傾斜させた状態でケージのポケットから一つずつボールを内輪のトラック溝に挿入する工程、を有することを特徴とする。

請求項１５の発明は、請求項１から１４の発明において、内輪の軸孔をボール数と同数の角部で構成される多角形にすると共に、この多角形にシャフトをトルク伝達可能に圧入したことを特徴とする。

このような多角形の軸孔は内外輪の冷間鍛造仕上で同時成形する場合に好適である。

請求項１６の発明は、請求項１から１５のいずれかに記載の固定式等速自在継手を有する車両用ドライブシャフトである。

請求項１７の発明は、請求項１から１５のいずれかに記載の固定式等速自在継手と、摺動式等速自在継手とを、中間シャフトの両端に有すると共に、前記固定式等速自在継手の外輪とハブ輪を連結したことを特徴とする駆動車輪用軸受ユニットである。

このように、本発明における等速自在継手はドライブシャフトや駆動車輪用軸受ユニットに適用可能である。

本発明の固定式等速自在継手によれば、ボール個数を３〜５に低減したので大幅なコストダウンが可能であると共に、内外輪を冷間鍛造仕上げにより形成し、トラック溝から両側に連続的に延びるＲ状面チャンファを形成したことにより、外輪および内輪のＲ状面チャンファを持つトラック溝について旋削や熱処理後の研削仕上げが不要となることから、その仕上げ加工に必要としていた設備や工具が不要となり、また、加工時間の短縮化を図ることができ、外輪および内輪を効率的に製作することができ、製品のコスト低減化が図れ、しかもボール個数の低減に対してボール接触率低減（１．００１〜１．０４）によりボール接触楕円の面積増大を図ったので、面圧増大による疲労寿命の問題も克服して必要な継手寿命を確保することができる。

本発明に係る等速自在継手の実施形態を詳述する。以下の実施形態では、バーフィールド型の固定式等速自在継手（ＢＪ）を例示する。

図１Ａにゼッパ型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、内輪２０、ボール３０、ケージ４０を主要な構成要素とする。外輪１０と内輪２０はトラック溝１２、２２を含めて冷間鍛造仕上げにより形成する。外輪１０、内輪２０、ボール３０およびケージ４０からなる構成要素をランダムマッチングで組み付ける。すなわち、多数個の外輪１０、内輪２０、ボール３０およびケージ４０の中から、ＰＣＤすきま等が規定値の範囲内に収まるように、それら外輪１０、内輪２０、ボール３０およびケージ４０からなる構成要素を選択して組み合わせる選択組合せを行わず、トラック溝１２、２２を冷間鍛造仕上げにより形成した外輪１０および内輪２０を任意に組み合わせるランダムマッチングにより製作される。
このように、各構成要素をランダムマッチングで組み合わせ、外輪１０のトラック溝１２あるいは内輪２０のトラック溝２２を冷間鍛造仕上げにより形成したことにより、冷間鍛造仕上げのみを行い、旋削や熱処理後の研削仕上げが不要となることから、等速自在継手の低コスト化を図ることができる。

内輪２０の軸孔２６に図外のシャフトが挿入固定される。外輪１０はマウス部１６とステム部１８とからなる。マウス部１６は、図１Ａ、図１Ｂに示すように、一端にて円形開口した椀状である。マウス部１６の内周面（「内球面」ということもある）１４は、継手の連結二軸であるステム部１８と図外のシャフトの中心軸が交差する点Ｏを中心とする部分球面である。この内球面１４に、軸方向に延びる３本のトラック溝１２が円周方向に等間隔に形成される。

外輪１０の開口側端面に、継手が最大作動角をとった時のシャフトとの干渉を避けるため、外側に開いたテーパ状の面取り１６ａが形成される。この面取り１６ａと外輪内球面１４との間であってトラック溝１２相互間に円筒部１６ｂが形成される。この円筒部１６ｂは外輪１０開口の最小内径Ｃ_１を形成する。内輪２０、ケージ４０およびトルク伝達ボール３０で構成される仮組みユニットを外輪１０に同軸方向で装入する際、前記円筒部１６ｂの内側（内径Ｃ_１）を、仮組みユニットのケージ４０のポケット４２外縁が通過する。

内輪２０は全体として略球状を成し、その部分球面状外周面（以下、「外球面」という。）２４に、図１Ｃのように軸方向に延びる３本のトラック溝２２が円周方向に等間隔に形成してある。内輪２０の軸孔２６は任意の連結構造により図外のシャフトとトルク伝達可能に結合する。この連結構造ないし軸孔２６の例として、後述する図１２Ａ〜図１２Ｃの多角形の軸孔を採用することができる。これら多角形の軸孔は内外輪の冷間鍛造仕上で同時成形する場合に好適である。

図１Ａに示すように、外輪１０のトラック溝１２の曲率中心Ｏ₁と内輪２０のトラック溝２２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、対をなす内外輪のトラック溝１２、２２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。

ケージ４０は図１Ｃのように外輪１０の内球面１４と内輪２０の外球面２４との間に介在する。ケージ４０の円周方向に３個のポケット４２が等配状態で配設してある。ケージ４０の外球面４４は外輪１０の内球面１４と接する。ケージ４０の内球面４６は内輪２０の外球面２４と接する。

外輪１０のトラック溝１２と内輪２０のトラック溝２２は対をなし、各対のトラック溝１２、２２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。

前述した冷間鍛造仕上げによる外輪１０および内輪２０を有する固定式等速自在継手において、外輪１０のトラック溝１２とこれに協働する内輪２０のトラック溝２２とで形成されたボールトラックのＰＣＤすきまは−０．０２〜＋０．３ｍｍに規定する。このようにすれば、外輪１０、内輪２０、ボール３０およびケージ４０からなる各構成要素間でのガタツキを必要最小限に抑制することが可能となる。なお、このＰＣＤすきまが−０．０２ｍｍよりも小さいと、等速自在継手の作動性を確保することが困難となり、逆に、＋０．３ｍｍよりも大きいと、各構成要素間でのガタツキが大きくなる。

前述した冷間鍛造仕上げによる外輪１０および内輪２０を有する等速自在継手において、外輪１０のトラック溝１２および内輪２０のトラック溝２２の横断面形状は、ボール３０とアンギュラ接触するゴシックアーチ形状としている。図１Ｄは外輪１０のトラック溝１２および内輪２０のトラック溝２２の横断面形状を例示する。トラック溝１２、２２が各々左右一対の２つの円弧１２ｊ、１２ｋ、２２ｊ、２２ｋで構成され（ゴシックアーチ状）、両円弧１２ｊと１２ｋ、２２ｊと２２ｋがトラック溝１２、２２の中心で接続する。このゴシックアーチ形状を有するトラック溝１２、２２では、ボール３０とアンギュラ接触する二つのボール接触点Ｐ、Ｑ（ボール接触角α）を持っている。このようなアンギュラ接触は、トラック溝１２、２２に対するボール３０の接触状態を安定化させる点で好適である。

本発明ではボール接触率は１．００１〜１．０４とする。ボール接触率が１．００１未満になるとボール接触楕円のトラック溝肩部への乗り上げが大きくなり、肩部の応力集中により早期剥離や欠けが生じ、寿命低下を引き起こす。ボール接触率が１．０４超では接触楕円の面圧が過大になって前記と同様に寿命低下を引き起こす。

また本発明ではボール接触率の低減に伴うボール接触楕円の拡大対策のひとつとしてトラック溝１２、２２の両肩部１７、２７を内・外輪の外・内径面に滑らかに連続する凸状Ｒ状面チャンファとしている。さらに、ボール接触楕円の拡大対策として、図１Ｅに示すように、トラック溝１２、２２の溝底中央に滑らかに窪んだ円弧状の凹溝１２ｐ、２２ｐを形成している。この凹溝１２ｐ、２２ｐの両肩部は内・外輪のトラック溝１２、２２にＲ状面チャンファにより滑らかに連続する。トラック溝１２、２２の両肩部１７、２７の凸状Ｒ状面チャンファや、Ｒ状面チャンファを含む凹溝１２ｐ、２２ｐは、後加工するとコスト高になるため、内外輪のトラック溝を冷間鍛造仕上げする際に同時成形するとよい。

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からなる構成要素の組立手順を説明する。

まず、図１Ｆ、図１Ｇ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のトラック溝２２にケージ４０のポケット枠を入れて内輪２０とケージ４０の干渉を回避する。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。

次に、図１Ｈのように、内輪２０とケージ４０の仮組みユニットを、トラック溝２２の位相とポケット４２の位相を合わせた状態で外輪１０の開口から同軸方向（矢印方向）で挿入する。この挿入は、図１Ｉ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のトラック溝１２と内輪２０のトラック溝２２の位相をα／２だけずらした状態で行う。換言すると、ケージ４０の柱部の径方向の張り出しを外輪１０のトラック溝１２を利用して軸方向に通過させる。このように、内輪２０とケージ４０の仮組みユニットを外輪１０内に挿入した後、前記位相のずれを元に戻し、仮組みユニットを外輪１０に対して傾斜させる。仮組みユニットを傾斜させるとケージ４０のポケット４２の一つが外輪１０の外に露出する。この状態でケージ４０のポケット４２を通して外方から１つのボール３０を内輪２０のトラック溝２２に挿入する。残り２つのボール３０も同様の操作でトラック溝２２に挿入する。最後に内輪２０の軸孔２６に図外のシャフトを挿入固定して固定式等速自在継手を完成する。

次に、本発明の第二実施形態を図２Ａ〜図２Ｆに基づいて説明する。この第二実施形態はケージ４０の外表面に平面部４１を形成したものである。すなわち、図２Ｆのようにケージ４０のポケット４２相互間の外表面の３箇所に平面部４１が形成される。この平面部４１を貫通する垂線はケージ４０の軸線と直交する。ケージ４０の外表面は凸球面状であるため、そこに形成した平面部４１の輪郭は円形である。その他の部分は第一実施形態と同じである。

この第二実施形態でも、ケージ４０に対する内輪２０の装入方法は図２Ｃ、図２Ｄに示すように、前述した方法と同様である。ただし、内輪２０とケージ４０の仮組みユニットを外輪１０に挿入する方法が異なる。すなわち、図２Ｅ、図２Ｆのように内輪２０とケージ４０の仮組みユニットを外輪１０の軸線と直角にした状態で外輪１０内に挿入する。このとき、ケージ４０の片側外球面部４０ａ、４０ｂを外輪１０のトラック溝１２を利用して通過させる。また、ケージ４０の反対側外球面部４０ｃ、４０ｄを外輪１０の最小内径の内側を通過させる。その後、内輪２０とケージ４０の仮組みユニットを外輪１０内で９０度回転させて両者の軸線を揃え、前述と同様仮組みユニットを傾斜させてボール３０を順次挿入し、最後に内輪２０の軸孔２６に図外のシャフトを挿入固定して固定式等速自在継手を完成する。
次に、前述した固定式等速自在継手の変形例を図３〜図８により説明し、その後、本発明の第三実施形態以降を図９Ａ〜図１２Ｃに基づき説明することとする。
図３に示すように、前述した冷間鍛造仕上げによる外輪１０および内輪２０を有する等速自在継手に、必要に応じて、図３に示すように外輪１０の外径面および椀状のマウス部１６の底面に異音抑制手段としての吸音材１３０、１３２を設けてもよい。このようにすれば、各構成要素間でのガタツキにより発生する異音を抑制することが可能となり、自動車の車室内での静粛性を確保することができる。なお、この実施形態では、外輪１０の外径面およびマウス部１６の底面の両方に吸音材１３０、１３２を設けたが、外輪１０の外径面のみ、あるいはマウス部１６の底面のみであってもよい。また、この吸音材１３０、１３２としては、吸音性の良好な素材であれば使用可能である。本実施例では、マウス部１６の底面に異音抑制手段を設けたが、マウス内部であれば何れに異音抑制手段を設けても良い。

また、前述した冷間鍛造仕上げによる外輪１０および内輪２０を有する等速自在継手において、図４に示すように、外輪１０の内部に多孔性固形潤滑体１５０を配設してもよい。この多孔性固形潤滑体１５０は、潤滑油を含む潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、潤滑成分は発泡して多孔質化された固形物であり、かつ、潤滑成分を樹脂内部に吸蔵する。この潤滑体１５０は、外輪１０のトラック溝１２と内輪２０のトラック溝２２との間に形成されたボールトラックを含む空間に封入されている。これにより、潤滑油を保持する固形潤滑剤の保持力を向上させると共に、外力による変形によって滲み出す潤滑油量を必要最小限にすることが可能となる。

この潤滑体１５０は、樹脂成分としてのプラスチックまたはゴムなどのうち、エラストマーまたはプラストマーのいずれかまたは両方を、アロイまたは共重合成分として採用できる。また、潤滑体１５０は、潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、圧縮、屈曲、遠心力および温度上昇に伴う気泡の膨張などの外部応力によって潤滑油を外部に供給することが可能なものである。発泡により多孔質化される際に生成させる気泡は、連続孔が望ましく、外部応力によって潤滑成分を樹脂の表面から連続孔を介して外部に直接供給することが可能である。

潤滑成分を樹脂内部に吸蔵（潤滑剤が固体の樹脂中に化合物にならないように含むこと）するには、潤滑剤の存在下で発泡反応と硬化反応を同時に行なわせる反応型含浸法を採用する。これにより、潤滑剤を樹脂内部に高充填することが可能となる。なお、反応型含浸法は、市販のシリコーン系整泡剤などの界面活性剤を使用し、各原料分子を均一に分散させて行なう。

潤滑成分（１００重量％）の潤滑油の割合は、１重量％〜９５重量％が好ましく、さらに好ましくは５〜８０重量％である。潤滑油の割合が、１重量％未満の場合は、潤滑油を必要箇所に充分に供給することが困難になる。また、９５重量％を超える多量の配合では、低温でもグリースなどでは固まらずに液状のままとなり、固形潤滑剤に特有の機能を果たさない場合がある。

樹脂成分を発泡させる手段としては周知の発泡手段を採用すればよく、例えば、水、アセトン、ヘキサン等の比較的沸点の低い有機溶媒を加熱し、気化させる物理的手法やエアーや窒素などの不活性ガスを外部から吹き込む機械的発泡方法、アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）やアゾジカルボンイミド（ＡＤＣＡ）等のように温度や光によって分解し、窒素ガスなどを発生させる分解型発泡剤を使用する方法などが挙げられる。

樹脂成分の発泡倍率は１．１倍以上２００倍未満であることが望ましい。なぜなら、発泡倍率１．１倍より小さい場合は気泡体積が小さく、外部応力が加わったときに変形を許容できないし、または固形物が硬すぎて変形しないなどの不具合がある。また、２００倍以上の時には外部応力に耐える強度を得ることが困難となり、使用中に破損や破壊に至ることがある。

前述したトラック溝を冷間鍛造仕上げによる外輪１０および内輪２０を有するＢＪタイプの固定式等速自在継手は、図８に示すように、内輪２０の軸孔２６にトルク伝達可能に中間シャフト５０を圧入することにより、中間シャフト５０の他方の端部に固定された摺動式等速自在継手（この実施例ではDOJ）と共にドライブシャフト１００を構成する。このドライブシャフト１００は、中実あるいは中空の中間シャフト５０の一方の軸端５２をＢＪタイプの等速自在継手の内輪２０の軸孔２６に圧入し、他方の軸端をＤＯＪタイプの摺動式等速自在継手の内輪の軸孔に圧入した構造を具備する。

この中間シャフト５０の軸端外径には雄スプライン５６が形成され、両等速自在継手の内輪２０の軸孔２６には雌スプライン２８が形成されている。中間シャフト５０の軸端５２を等速自在継手の内輪２０の軸孔２６に圧入することにより、雄スプライン５６と雌スプライン２８とを噛み合わせることで結合させ、中間シャフト５０と内輪２０との間でトルク伝達を可能としている。

なお、中間シャフト５０と外輪１０との間には、外部からの異物の侵入および内部からのグリースの漏洩を防止するため、蛇腹状のゴムあるいは樹脂製ブーツ１１０が装着されている。ブーツ１１０の大径端部１１２は外輪１０の開口端でブーツバンド１１４により締め付け固定され、その小径端部１１６は中間シャフト５０の所定部位でブーツバンド１１８により締め付け固定されている。

以上のドライブシャフト１００は、ＤＯＪタイプの等速自在継手が車両のインボード側に配されてその外輪６０がディファレンシャルに連結され、ＢＪタイプの等速自在継手が車両のアウトボード側に配されてその外輪１０が車輪用軸受部に連結される。このドライブシャフト１００では、図１Ａおよび図１Ｂの固定式等速自在継手に示す等速自在継手を使用した場合を例示しているが、図３〜図５に示す固定式等速自在継手を使用することも可能である。

このＢＪタイプの等速自在継手は、内輪２０、ボール３０およびケージ４０を収容した椀状のマウス部１６から軸方向に一体的に延びるステム部１８を車輪用軸受部２００にトルク伝達可能に連結させることにより、車輪用軸受部２００とユニット化される。

図６はＢＪタイプの等速自在継手と車輪用軸受部２００とを連結した駆動車輪用軸受ユニットの構造を例示する。この構造では、ハブ輪２０１および内輪２０２、複列の転動体２０３、２０４、外輪２０５、等速自在継手２０６を主要な構成要素としている。この駆動車輪用軸受ユニットでは、図１Ａおよび図１Ｂに示す等速自在継手を使用した場合を例示しているが、図３〜図５に示す等速自在継手を適用することも可能である。

ハブ輪２０１は、その外周面にアウトボード側の軌道面２０７が形成されると共に、車輪（図示せず）を取り付けるための車輪取付フランジ２０９を備えている。この車輪取付フランジ２０９の円周方向等間隔に、ホイールディスクを固定するためのハブボルト（図示せず）が植設されている。このハブ輪２０１のインボード側外周面に形成された小径段部２１２に内輪２０２を嵌合させ、この内輪２０２の外周面にインボード側の軌道面２０８が形成されている。

内輪２０２は、クリープを防ぐために適当な締め代をもってハブ輪２０１の小径段部２１２に圧入されている。ハブ輪２０１の外周面に形成されたアウトボード側の軌道面２０７と、内輪２０２の外周面に形成されたインボード側の軌道面２０８とで複列の軌道面を構成する。

外輪２０５は、内周面にハブ輪２０１および内輪２０２の軌道面２０７、２０８と対向する複列の軌道面２１３、２１４が形成され、車体（図示せず）に取り付けるための車体取付フランジ２１７を備えている。この車体取付フランジ２１７は、車体の懸架装置（図示せず）から延びるナックルにボルト等で固定される。

軸受部２２０は、複列のアンギュラ玉軸受構造で、ハブ輪２０１および内輪２０２の外周面に形成された軌道面２０７、２０８と外輪２０５の内周面に形成された軌道面２１３、２１４との間に転動体２０３、２０４を介在させ、各列の転動体２０３、２０４を保持器２２１、２２２により円周方向等間隔に支持した構造を有する。軸受部２２０の両端開口部には、ハブ輪２０１と内輪２０２の外周面に摺接するように、外輪２０５とハブ輪２０１および内輪２０２との環状空間を密封する一対のシール２２３、２２４が外輪２０５の両端部内径に嵌合され、内部に充填されたグリースの漏洩ならびに外部からの水や異物の侵入を防止するようになっている。

等速自在継手２０６のステム部１８をハブ輪２０１の貫通孔に挿入し、内輪２０２の端面に外輪１０の肩部１１を突き合わせた状態で、ステム部１８の端部に形成された雄ねじ部１３にナット２３０を締め付けることによって、等速自在継手２０６をハブ輪２０１に固定し、軸受部２２０に予圧を付与している。このステム部１８の外周面および貫通孔の内周面に形成されたスプライン１５、２２８により両者を嵌合させることにより、トルク伝達可能となっている。

図６に示す車輪用軸受部２００は、アウトボード側の軌道面２０７をハブ輪２０１に形成すると共にインボード側の軌道面２０８を内輪２０２に形成したタイプであるが、図７に示す車輪用軸受部３００のように、アウトボード側の軌道面３０７をハブ輪３０１に形成すると共にインボード側の軌道面３０８を等速自在継手３０６の外輪１０の肩部１１に形成したタイプのものもある。なお、図７中、図６と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。

このタイプの車輪用軸受部３００では、外輪１０のステム部１７を中空とし、そのステム部１７の軸端部を拡径加締めによりハブ輪３０１の端部に連結することにより、等速自在継手３０６をハブ輪３０１に固定した構造を具備する。この拡径加締めは、ハブ輪３０１の端部内径面にローレット加工などによる凹凸１９を形成し、ステム部１７の軸端部の拡径でもって凹凸１９をステム部１７の軸端部外径に食い込ませることにより行われる塑性結合である。

図８は、図５に示すドライブシャフト１００に図６に示す車輪用軸受部２００を組み付けたアッセンブリ体を示す。なお、図８中、図６および図７と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。このアッセンブリ体では、図１Ａおよび図１Ｂに示す等速自在継手を使用した場合を例示しているが、図３〜図５に示す等速自在継手を適用することも可能である。また、図７に示す車輪用軸受部３００をドライブシャフトに組み付けることによりアッセンブリ体を構成することも可能である。

次に、本発明の第三実施形態を図９Ａ〜図９Ｈに基づいて説明する。この第三実施形態はボール３０を４個にしたもので、内外輪のトラック溝も周方向等配状に４本形成される。ケージ４０の開口側内表面にストレート部４３が形成される。その他の部分は第一実施形態と同じである。

この第三実施形態は、内輪２０の径方向対称位置にトラック溝２２が存在するので、図９Ｃ、図９Ｄのように、ケージ４０のストレート部４３を利用することにより、すなわち内輪２０のトラック溝２２をケージ４０のストレート部４３に対向させることにより、ケージ４０のポケット枠をトラック溝２２に入れることなく内輪２０をケージ４０の軸線に直角にした状態でケージ４０内に挿入することができる。

内輪２０をケージ４０内に挿入した後、内輪２０を９０度回転させて両者の軸線を整合させる。この内輪２０とケージ４０の仮組みユニットを、図９Ｅのようにケージ４０の柱部を外輪１０のトラック溝１２に合わせた状態で外輪１０内に軸方向に挿入する。その後のボール３０の挿入は前述した方法と同じである。

ケージ４０に対する内輪２０の装入は、図９Ｃ、図９Ｄの方法に代えて、図９Ｆ、図９Ｇのようにケージ４０のポケット枠を内輪２０のトラック溝２２に入れる方法で内輪２０の外径とケージ４０の内径との干渉を回避する方法でも可能である（第三実施形態の変形例１）。

外輪１０に対する内輪２０とケージ４０の仮組みユニットの挿入は、図９Ｈに示すように、トラック溝１２とは別に一つの逃がし溝１２ａを形成しておくことにより、図２Ｆと同様に外輪１０の軸線に直角にした状態で行うこともできる（第三実施形態の変形例２）。

次に、本発明の第四実施形態を図１０Ａ〜図１０Ｆに基づいて説明する。この第四実施形態は図１０Ａ、図１０Ｂのようにボール３０を５個、内外輪のトラック溝１２、２２を周方向等配状に５本形成する。この第四実施形態では、図１０Ｃ、図１０Ｄのように内輪２０をケージ４０の軸線に直角にしてケージ４０内に挿入することができる。この内輪２０とケージ４０の仮組みユニットを、図１０Ｅ、図１０Ｆのように外輪１０の軸線と同軸にして軸方向から外輪１０内に挿入する。このとき、図１０Ｆのようにケージ４０の柱部を外輪１０のトラック溝１２に合わせる。

次に、本発明の第五実施形態を図１１Ａ〜図１１Ｆに基づいて説明する。この第五実施形態は第四実施形態と同様にボール３０を５個、内外輪のトラック溝１２、２２を周方向等配状に５本形成する。外輪１０にトラック溝１２とは別に二つの逃がし溝１２ｂ、１２ｃが形成される。ケージ４０の外表面のポケット４２相互間に５つの平面部４１が形成される。この第五実施形態では、図１１Ｃ、図１１Ｄのようにケージ４０のポケット枠を内輪２０のトラック溝２２に入れて内輪２０を矢印方向に倒してケージ４０内に挿入する。内輪２０とケージ４０の仮組みユニットを図１１Ｅ、図１１Ｆのように外輪１０の軸線に直角にした状態で軸方向から外輪１０内に挿入する。このとき、ケージ４０の片側に位置する２つの外球面部４０ｃ、４０ｄが外輪１０の二つの逃がし溝１２ｂ、１２ｃを通る。ケージ４０の反対側の二つの外球面部４０ａ、４０ｂが外輪のトラック溝１２を通る。外輪１０に挿入した後の仮組みユニットの９０°回転とボール３０の挿入および内輪２０に対する図外のシャフトの挿入固定は前述と同様である。

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ゼッパ型等速自在継手であったが、アンダーカットフリー型等速自在継手にも適用可能である。アンダーカットフリー型等速自在継手はトラック溝にアンダーカットがないものであって、外輪のトラック溝は図１Ａの曲率中心Ｏ₁を境にして小端面側に位置する円弧底と大端面側に位置する軸線と平行なストレート底とで構成される。同様に、内輪のトラック溝は曲率中心Ｏ₂を境にして外輪の大端面側に位置する円弧底と外輪の小端面側に位置する軸線と平行なストレート底とで構成される。

内輪に対するシャフトの連結は、一般的なセレーション連結による他、図１２Ａ〜図１２Ｃのように、内輪の軸孔をボール数と同数の多角形孔２６ａ〜２６ｃで構成し、この多角形孔２６ａ〜２６ｃに同形のシャフト端部を嵌合することで両者を連結してもよい。すなわち、ボール数が３個であれば図１２Ａのように三角形の軸孔２６ａとし、ボール数が４個であれば図１２Ｂのように四角形の軸孔２６ｂとし、ボール数が５個であれば図１２Ｃのように五角形の軸孔２６ｃとする。軸孔２６ａ〜２６ｃの各角部はトラック溝２２相互間に位置させる。このように内輪２０の軸孔を多角形孔２６ａ〜２６ｃとすることにより、内輪２０の必要強度を保持した上で余分な肉厚を低減して軽量化を図ることができる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明の第一実施形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図。 本発明の第一実施形態を示す固定式等速自在継手の開口側端面図。 本発明の第一実施形態を示す固定式等速自在継手の横断面図。 トラック溝の断面図。 トラック溝の変形例の断面図。 内輪を挿入するときのケージ断面図。 内輪を挿入するときのケージ正面図。 内輪とケージの仮組みユニットを外輪に挿入する途中の外輪の縦断面図。 内輪とケージの仮組みユニットを外輪に挿入完了した状態の外輪の開口側端面図。 本発明の第二実施形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図。 本発明の第二実施形態を示す固定式等速自在継手の開口側端面図。 内輪を挿入するときのケージ断面図。 内輪を挿入するときのケージ正面図。 内輪とケージの仮組みユニットを外輪に挿入する途中の外輪の縦断面図。 内輪とケージの仮組みユニットを外輪に挿入完了した状態の外輪の開口側端面図。 本発明の他の実施形態で、外輪に吸音材を設けたバーフィールド型の固定式等速自在継手の全体構成を示す断面図である。 本発明の他の実施形態で、多孔性固形潤滑体を封入したバーフィールド型の固定式等速自在継手の全体構成を示す断面図である。 ドライブシャフトを示す断面図である。 駆動車輪用軸受ユニットの一例を示す断面図である。 駆動車輪用軸受ユニットの他例を示す断面図である。 図５のドライブシャフトに図６の車輪用軸受部を組み付けたアッセンブリ体を示す断面図である。 本発明の第三実施形態の固定式等速自在継手を示すもので、図９ＢのＡ−Ａ線矢視断面図。 本発明の第三実施形態を示す固定式等速自在継手の開口側端面図。 内輪を挿入するときのケージ断面図。 内輪を挿入するときのケージ正面図。 内輪とケージの仮組みユニットを外輪に挿入完了した状態の外輪の開口側端面図。 内輪を挿入するときのケージ断面図。 内輪を挿入するときのケージ正面図。 内輪とケージの仮組みユニットを外輪に挿入完了した状態の外輪の開口側端面図。 本発明の第四実施形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図。 本発明の第四実施形態を示す固定式等速自在継手の開口側端面図。 内輪を挿入するときのケージ断面図。 内輪を挿入するときのケージ正面図。 内輪とケージの仮組みユニットを外輪に挿入する途中の外輪の縦断面図。 内輪とケージの仮組みユニットを外輪に挿入完了した状態の外輪の開口側端面図。 本発明の第五実施形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図。 本発明の第五実施形態を示す固定式等速自在継手の開口側端面図。 内輪を挿入するときのケージ断面図。 内輪を挿入するときのケージ正面図。 内輪とケージの仮組みユニットを外輪に挿入する途中の外輪の縦断面図。 内輪とケージの仮組みユニットを外輪に挿入完了した状態の外輪の開口側端面図。 軸孔の変形例を示す内輪正面図。 軸孔の変形例を示す内輪正面図。 軸孔の変形例を示す内輪正面図。

符号の説明

１０ 外輪
１２、２２ トラック溝
１４ 内周面
１６ マウス部
１８ ステム部
２０ 内輪
２４ 外周面
２６ 軸孔
３０ ボール
４０ ケージ
５０ 中間シャフト
１００ ドライブシャフト
１３０ 異音抑制手段（吸音材）
１５０ 多孔性固形潤滑体
２００、３００ 車輪用軸受部
２０１、３０１ ハブ輪

Claims (17)

1. 軸方向に延びる複数のトラック溝が内周面に形成された外輪と、その外輪の前記トラック溝と対をなして軸方向に延びる複数のトラック溝が外周面に形成された内輪と、外輪のトラック溝と内輪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、外輪の内周面と内輪の外周面との間に介在して前記ボールを保持するケージとを備えた固定式等速自在継手において、前記外輪、内輪、ボールおよびケージからなる構成要素をランダムマッチングで組み付ける固定式等速自在継ぎ手であって、内外輪のトラック溝とボールの数を３〜５としたことを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記外輪のトラック溝とこれに協働する内輪のトラック溝とで形成されたボールトラックのＰＣＤすきまを−０．０２〜＋０．３ｍｍとしたことを特徴とする請求項１に記載の固定式等速自在継手。
3. 前記内外輪のトラック溝のボール接触率を１．００１以上１．０４以下としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
4. 前記内外輪のトラック溝の両肩部を内外輪の外周面または内周面に成形したＲ状面チャンファによって滑らかに連続させたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の固定式等速自在継手。
5. 前記外輪のトラック溝あるいは内輪のトラック溝の少なくともいずれか一方を冷間鍛造仕上げとしたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の固定式等速自在継手。
6. 前記内外輪のトラック溝の両肩部に成形したＲ状面チャンファを、トラック溝の冷間鍛造成形と同時に成形したことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の固定式等速自在継手。
7. 前記内外輪のトラック溝の横断面形状を、前記ボールとアンギュラ接触するゴシックアーチ形状としたことを特徴とする請求項１から６に記載の固定式等速自在継手。
8. 前記内外輪のトラック溝の底部に凹溝を前記冷間鍛造で一体形成すると共に、この凹溝の両肩部をＲ状面チャンファによって内外輪のトラック溝面に滑らかに連続させたことを特徴とする請求項１から７のいずれかの固定式等速自在継手。
9. 
   前記内・外輪のトラック溝両肩部に成形したＲ状面チャンファと、前記トラック溝底部の凹溝両肩部に成形したＲ状面チャンファとを、トラックの冷間鍛造成形と同時に成形したことを特徴とする請求項１から８のいずれかの固定式等速自在継手。
10. 前記外輪の外径面または外輪内部の少なくともいずれか一方に異音抑制手段を設けたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の等速自在継手。
11. 前記外輪の内部に、潤滑油を含む潤滑成分および樹脂成分を必須成分とし、前記潤滑成分は発泡して多孔質化された固形物であり、かつ、前記潤滑成分を樹脂内部に吸蔵してなる多孔性固形潤滑体を封入したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の等速自在継手。
12. 請求項１から１１の固定式等速自在継手の外輪にケージ、内輪およびボールを組み込む組み込み方法であって、
    内輪をケージの軸線に直角にした状態でケージ内に挿入する工程、
    ケージ内で内輪を９０°回転させる工程、
    内輪とケージの仮組みユニットを、ケージの柱部を外輪のトラック溝に合わせるべく位相をずらした状態で外輪内に軸方向に挿入する工程、および、
    外輪内で前記仮組みユニットを回転させて前記位相のずれを元に戻し、仮組みユニットを外輪に対して傾斜させた状態でケージのポケットから一つずつボールを内輪のトラック溝に挿入する工程、
    を有することを特徴とする固定式等速自在継手の組み込み方法。
13. 請求項１から１１の固定式等速自在継手の外輪にケージ、内輪およびボールを組み込む組み込み方法であって、
    内輪をケージの軸線に直角にした状態でケージ内に挿入する工程、
    ケージ内で内輪を９０°回転させる工程、
    内輪とケージの仮組みユニットを外輪の軸線に直角にした状態でケージのポケット相互間の外表面に形成した平面部を外輪の開口部最小内径の内側を通過させると共に、前記平面部と反対側のケージのポケット部を外輪のトラック溝を利用して通過させる工程、
    外輪内で仮組みユニットを９０度回転させて内外輪の軸線を揃え、仮組みユニットを外輪に対して傾斜させた状態でケージのポケットから一つずつボールを内輪のトラック溝に挿入する工程、
    を有することを特徴とする固定式等速自在継手の組み込み方法。
14. 請求項１から１１の固定式等速自在継手の外輪にケージ、内輪およびボールを組み込む組み込み方法であって、
    内輪をケージの軸線に直角にした状態でケージ内に挿入する工程、
    ケージ内で内輪を９０°回転させる工程、
    内輪とケージの仮組みユニットを外輪の軸線に直角にした状態で外輪の内周面に形成した逃がし溝を利用してケージのポケットまたはポケット間に形成された少なくとも一つの面取部を通過させて外輪内に挿入する工程、
    外輪内で仮組みユニットを９０度回転させて内外輪の軸線を揃え、仮組みユニットを外輪に対して傾斜させた状態でケージのポケットから一つずつボールを内輪のトラック溝に挿入する工程、
    を有することを特徴とする固定式等速自在継手の組み込み方法。
15. 内輪の軸孔をボール数と同数の角部で構成される多角形にすると共に、この多角形にシャフトをトルク伝達可能に圧入したことを特徴とする請求項１から１４のいずれかの固定式等速自在継手。
16. 請求項１から１５のいずれかに記載の固定式等速自在継手を有する車両用ドライブシャフト。
17. 請求項１から１５のいずれかに記載の固定式等速自在継手と、摺動式等速自在継手とを、中間シャフトの両端に有すると共に、前記固定式等速自在継手の外輪とハブ輪を連結したことを特徴とする駆動車輪用軸受ユニット。

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