JP2008039077A

JP2008039077A - 固定型等速自在継手

Info

Publication number: JP2008039077A
Application number: JP2006214682A
Authority: JP
Inventors: Takemi Konomoto; 武美此本; Tetsuo Kadota; 哲郎門田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】従来以上の高作動角を実現可能な固定型等速自在継手を提供する
【解決手段】外側継手部材１の案内溝１ｂの継手開口端部を、半径方向外方に開いたガイド部１ｃとした。このガイド部１ｃにより、外側継手部材１の案内溝１ｂから外側に出たボール４を、スムーズに案内溝１ｂに戻すことができる。こうして、ボール４と外側継手部材１との干渉が回避されるため、作動角を大きくとっても、継手をスムーズに作動させることができる。
【選択図】図４

Description

本発明の固定型等速自在継手は、駆動側の回転軸と従動側の回転軸とを連結し、両軸が角度をなした状態でも等角速度でトルク伝達可能にしたもので、プランジングを行わず角度変位のみが可能であり、自動車をはじめ各種産業機械の動力伝達用の固定型等速自在継手として利用される。

自動車のドライブシャフトのアクスル連結部や、ステアリングシャフトのシャフト折曲げ連結部には、固定型等速自在継手が一般に使用される。この固定型等速自在継手として、従来、ゼッパ型等速自在継手やアンダーカットフリー型（以下ＵＪ型という）等速自在継手が知られている。

ゼッパにより発明されたゼッパ型等速自在継手は、最初は、外側継手部材の案内溝のボール中心軌跡と内側継手部材の案内溝のボール中心軌跡が、共に継手中心に中心を持つ同一円弧であった（特許文献１参照）。その後改良されたゼッパ型等速自在継手は、いわゆるダブルオフセット型と呼ばれるもので、外側継手部材と内側継手部材の二つの案内溝のボール中心軌跡を、継手中心から継手軸線方向反対方向にそれぞれ等距離だけ離れた点を中心とする同じ半径の円にしたものである（特許文献２参照）。

このダブルオフセット型等速自在継手においては、継手を高作動角で回転させる場合、ボールが外側継手部材の案内溝から外側にはみ出すと、ボールが保持器の窓から半径方向外方に飛出すのを防止することができない。このため、従来のダブルオフセット型等速自在継手では、ボールは必ず外側継手部材の案内溝の中に収めておく必要があり、これにより継手の限界作動角が抑えられ、せいぜい４８°程度であった。

これに対してＵＪ型等速自在継手は、ゼッパ型等速自在継手よりも高作動角とするために発明されたもので、外側継手部材の案内溝のボール中心軌跡が、上記ゼッパ型の子午線の円弧のうち、継手中心を通る軸直角断面より外側継手部材の開口側の部分が継手軸と平行な直線となっている（特許文献３参照）。しかし、このＵＪ型等速自在継手でも限界作動角は５２°程度であった。

米国特許第１６６５２８０号公報米国特許第２０４６５８４号公報特開昭５３−６５５４７号公報

継手の作動角をさらに大きく、例えば６０°程度にするには、ボールを外側継手部材の案内溝から外側に出さざるを得ない。そのとき、上記のような等速自在継手において、何ら対策を講じることなくボールを外側継手部材の案内溝から外側に出すと、ボールが脱落する恐れがある。このような不具合を防止するべく、本出願人は、先の出願で以下に示すような構成の等速自在継手を提案した。

例えば、特願２００５−１４０１６２の等速自在継手では、内側継手部材の案内溝の継手奥側部分を継手中心を曲率中心とする円弧にしている。これにより、大きな作動角を取ったときでもボールの中心位置が継手中心から離れていかないため、ボールが外側継手部材の案内溝から外側に出ても、保持器と内側継手部材の案内溝との間に保持することができる。

また、特願２００５−１６２９６９の等速自在継手では、ボールを収容する保持器の窓の外周側窓開き寸法を、ボールの径より小さくしている。これにより、外側継手部材の外側であってもボールを保持器で内側継手部材の案内溝側に抱え込んでおくことができるため、ボールが保持器から脱落することを防止できる。

このようにして、ボールを脱落させることなく外側継手部材の案内溝からはみ出し可能とした等速自在継手では、継手の回転、あるいは折曲に伴って、外側継手部材の案内溝から外側に出たボールが再び案内溝に戻される。このとき、ボールと外側継手部材の開口端部とが干渉し、等速自在継手のスムーズな作動が阻害される恐れがある。

本発明の目的は、ボールを脱落させることなく外側継手部材の案内溝からはみ出し可能とすることで、従来以上の高作動角を実現可能な固定型等速自在継手において、ボールと外側継手部材との干渉を防止し、等速自在継手をスムーズに作動させることにある。

前記課題を解決するため、本発明は、球面状の内周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した外側継手部材と、球面状の外周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝とが協働して形成する複数のボールトラックに１個ずつ配したトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持する保持器とを備えた固定型等速自在継手において、内側継手部材の案内溝のうち、継手奥側の端部を含む領域を継手中心を中心とする円弧とすると共に、前記ボールを収容する保持器の窓の外周側窓開き寸法を前記ボールの径より小さくすることによって、前記ボールを脱落させることなく外側継手部材の案内溝からはみ出し可能とし、かつ、外側継手部材の案内溝の継手開口側端部を、半径方向外方に開いたガイド部としたことを特徴とする。

このように、本発明の等速自在継手では、外側継手部材の案内溝の継手開口側端部を、半径方向外方に開いたガイド部とした。このガイド部により、外側継手部材の案内溝から外側に出たボールをスムーズに案内溝に戻すことができるため、ボールと外側継手部材との干渉が回避され、大きな作動角を取っても継手をスムーズに作動させることができる。

このガイド部は、例えば、外側継手部材の開口外径側の曲率中心を中心とする曲線状とすることができる。あるいは、その内径が外側継手部材の開口部に向かって一様に増大する直線状とすることができる。

以上のように、本発明によると、ボールを脱落させることなく外側継手部材の案内溝からはみ出し可能とすることで、従来以上の高作動角を実現可能な固定型等速自在継手において、ボールと外側継手部材との干渉を防止し、等速自在継手をスムーズに作動させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は本発明に係る固定型等速自在継手を示したもので、図１（Ａ）が作動角０°の状態、図１（Ｂ）が限界作動角（６０°）をとった状態である。この固定型等速自在継手は、内周球面１ａに複数本（例えば８本）の曲線状の案内溝１ｂを軸方向に形成した外側継手部材１と、外周球面２ａに複数本（例えば８本）の曲線状の案内溝２ｂを軸方向に形成し、スプライン（またはセレーション）孔２ｃを有する内側継手部材２と、スプライン孔２ｃに一端が嵌合されたシャフト３と、外側継手部材１の案内溝１ｂと内側継手部材２の案内溝２ｂとが協働して形成する複数本（例えば８本）のボールトラックに１個ずつ配されたトルク伝達用ボール４と、ボール４を保持する保持器５とで構成される。案内溝の数は８本に限らず、９、１０、１１、１２、…と増やす場合もある。

図１に示す固定型等速自在継手は、ダブルオフセット型と呼ばれるものである。外側継手部材１の案内溝１ｂ（以下、外輪案内溝１ｂ）は、継手中心Ｏからオフセットした点Ｏ_１を曲率中心とした円弧状に形成される。内側継手部材２の案内溝２ｂ（以下、内輪案内溝２ｂ）は、継手中心Ｏを曲率中心とし、案内溝２ｂの継手奥側の端部を含む第１円弧部２ｂ１と、第１円弧部２ｂ１の継手開口側に設けられ、継手中心Ｏからオフセットした点Ｏ₂を曲率中心とした第２円弧部２ｂ２とで構成される。外輪案内溝１ｂの曲率中心Ｏ₁と、内輪案内溝２ｂの第２円弧部２ｂ２の曲率中心Ｏ₂とは、継手中心Ｏに対して、それぞれ軸方向反対側に等距離だけオフセットされると共に、曲率半径が長くなる方向に継手軸線から等距離だけオフセットされる。これにより、外輪案内溝１ｂと、これに対応する内輪案内溝２ｂとが協働して形成するボールトラックは、継手の開口側に向かって開いた楔状となる。

外輪案内溝１ｂの継手開口側端部は、半径方向外方へ開いたガイド部１ｃとされる。図２に、図１における外輪案内溝１ｂ及びガイド部１ｃの溝底のみを示す。ガイド部１ｃは、例えば、外側継手部材１の開口部の外径側にある点Ｏ_３を曲率中心とした半径Ｒ２の円弧状に形成され、外輪案内溝１ｂとなめらかに連続している。このガイド部１ｃの開き角δ（ガイド部１ｃの開口端部における接線と継手軸線とが成す角度）は、小さすぎるとボール４と外側継手部材１とが干渉し、大きすぎると外側継手部材１の外側へ出たボール４をスムーズにボールトラックへ戻すガイド機能を果たすことができない。このため、ガイド部１ｃの開き角δの大きさは、５°〜４５°、好ましくは１０°〜２０°に設定することが望ましい。

ガイド部１ｃの形状は上記に限らない。図３に、ガイド部１ｃの他の例を示す。このガイド部１ｃは、外側継手部材１の継手軸線方向より角度δだけ半径方向外方へ傾斜した直線状、すなわちガイド部１ｃの内径が外側継手部材１の開口側に向かって一様に増大する直線状に形成される。図３では、外輪案内溝１ｂとガイド部１ｃとの境界部に角部が形成されているが、この角部を丸めて滑らかに連続させてもよい。

保持器５は円環状部材で構成され、その外周面は外側継手部材１の内周球面１ａと摺接する外周球面５ａとされるとともに、内周面は内側継手部材２の外周球面２ａと摺接する内周球面５ｂとされる。保持器５の外周球面５ａ及び内周球面５ｂの曲率中心は、何れも継手中心Ｏである。保持器５の周壁に、ボール４と同数の窓５ｃが研削やミーリング等で貫通形成される。窓５ｃの形状は例えば矩形であって、保持器５の円周方向に等間隔で形成される。

保持器５の継手開口側の内径面は、所定幅にわたって内径一定の円筒面５ｄとされ、この円筒面５ｄに形成した溝部５ｄ１に止め輪７（サークリップ）が嵌合される。この止め輪７の内側であって保持器５の窓５ｃまでの間にできた奥狭まりの環状楔空間に、案内リング６が嵌合される。この案内リング６は、その内周面が内側継手部材２の球面状外周面２ａに嵌合し、外周面が保持器５の円筒面５ｄに嵌合する。また、案内リング６の外端は止め輪７の内面に当接する。案内リング６の内端とボール４との間には一定の隙間が確保される。

保持器５の窓５ｃは、その外周側窓開き寸法がボール４の径より小さくなっている。すなわち、保持器５の軸方向に対向するボール案内面は、ボール径と等しい間隔を明けて互いに平行直線状であるが、ボール案内面の外径側はボール径よりもやや狭い間隔となるように先すぼまりとなっている。この先すぼまりの部分は、傾斜した直線で構成してもよいが、ボールとの当り面圧を下げるために、ボールの外周曲率に符合した凹円弧状にするのがよい。

本発明に係る等速自在継手は以上のように構成され、外側継手部材１と内側継手部材２が図１（Ａ）の作動角０°の状態では、ボール４が、外輪案内溝１ｂと内輪案内溝２ｂの第２円弧部２ｂ２の曲率中心Ｏ₁、Ｏ₂がオフセットして配されることによる効果で、継手中心Ｏを含み回転軸線に垂直な平面内に保持され、この状態でトルク伝達が行なわれる。

外側継手部材１と内側継手部材２が図１（Ｂ）のように限界作動角θまで折曲げられた状態では、シャフト３が外側継手部材１の開口端に当接する。トルク伝達ボール４は保持器５によって角度θを二等分する平面内に配向せしめられ、これによって継手の等速性が確保される。

図１（Ｂ）に示す状態では、一部のボール４は、外輪案内溝１ｂから外側へ出ると共に、内輪案内溝２ｂの第１円弧部２ｂ１と接する。このとき、円弧部２ｂ１が継手中心Ｏを中心とすることにより、ボール４の中心位置が継手中心Ｏから離れていかない。従って、ボール４を内輪案内溝２ｂ及び保持器５との間に保持することができる。また、上記のように、保持器５の窓５ｃの窓開き寸法をボール径よりも狭くしておくことにより、外側継手部材１の外側であってもボール４を保持器５で内輪案内溝２ｂ側に抱え込んでおくことができるため、ボール４が保持器５から脱落するのを防止できる。このようにして、ボール４を脱落させることなく外側継手部材１の案内溝１ｂからはみ出し可能とすることで、等速自在継手の限界作動角を高角化することができる。

このような等速自在継手では、継手の回転、あるいは折曲に伴って、外側継手部材１の案内溝１ｂから外側に出たボール４が再び案内溝１ｂに戻される。このとき、ボール４と外側継手部材１の開口端部とが干渉すると、等速自在継手１のスムーズな作動が阻害される恐れがある。本発明の等速自在継手では、外輪案内溝１ｂの開口端部に設けたガイド部１ｃにより、ボール４をスムーズに外輪案内溝１ｂに収容することができる（図４参照）。従って、ボール４と外側継手部材１との干渉が回避され、継手をスムーズに作動させることができる。

本発明に係る固定型等速自在継手が、（Ａ）作動角０°、及び（Ｂ）限界作動角（６０°）をとった状態を示す縦断面図。外側継手部材１の案内溝１ｂの拡大図。外側継手部材１の案内溝１ｂの他の例を示す拡大図。固定型等速自在継手を折曲させた状態を示す縦断面図。

符号の説明

１外側継手部材
１ａ内周球面
１ｂ外輪案内溝
１ｃガイド部
２内側継手部材
２ａ外周球面
２ｂ内輪案内溝
２ｂ１第１円弧部
２ｂ２第２円弧部
２ｃスプライン孔
３シャフト
４ボール
５保持器
６案内リング
７止め輪
Ｏ継手中心

Claims

球面状の内周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した外側継手部材と、球面状の外周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝とが協働して形成する複数のボールトラックに１個ずつ配したトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持する保持器とを備えた固定型等速自在継手において、
内側継手部材の案内溝のうち、継手奥側の端部を含む領域を継手中心を中心とする円弧とすると共に、前記ボールを収容する保持器の窓の外周側窓開き寸法を前記ボールの径より小さくすることによって、前記ボールを脱落させることなく外側継手部材の案内溝からはみ出し可能とし、かつ、外側継手部材の案内溝の継手開口側端部を、半径方向外方に開いたガイド部としたことを特徴とする固定型等速自在継手。
前記ガイド部を、外側継手部材の開口外径側の曲率中心を中心とする曲線状としたことを特徴とする請求項１記載の固定型等速自在継手。
前記ガイド部を、その内径が外側継手部材の開口部に向かって一様に増大する直線状としたことを特徴とする請求項１記載の固定型等速自在継手。