JP2009079684A

JP2009079684A - 固定式等速自在継手

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Publication number: JP2009079684A
Application number: JP2007249391A
Authority: JP
Inventors: Masashi Funabashi; 雅司船橋
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2007-09-26
Publication date: 2009-04-16

Abstract

【課題】内側継手部材と保持器との接触面積を増大させて、その接触部の面圧を低減することが可能な固定式等速自在継手を提供することを目的とする。
【解決手段】保持器４の内周面４ｃの縦断面形状を、一対の対向する円弧状曲線から成るゴシックアーチ形状、楕円形状、又は放物線形状のいずれかに成形すると共に、内側継手部材２の外周面２ａの縦断面形状を、単一の円弧から成る球面状に成形した。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用され、駆動側と従動側の二軸間で作動角変位を許容しながら回転トルクを伝達する固定式等速自在継手に関する。

自動車及びこれに準ずる各種車両においては、エンジンからの駆動力をホイールに伝達する動力伝達経路に、二軸間で角度変位や軸方向変位があった場合でも等速で回転動力を伝達することが可能な等速自在継手を配設することが行われている。等速自在継手には、プランジング運動（軸方向変位）を行わない固定式等速自在継手とプランジング運動を行う摺動式等速自在継手がある。

図８に示すのは、固定式等速自在継手を継手軸線Ｘに沿って切断した縦断面図である。図８に示すように、固定式等速自在継手は、外側継手部材１００と、内側継手部材２００と、複数のトルク伝達ボール３００と、保持器４００とを主要な構成要素としている。

外側継手部材１００の内周面１００ａと内側継手部材２００の外周面２００ａには、それぞれ軸方向に延びた複数の案内溝１００ｂ，２００ｂが対向して形成され、これら対向する案内溝１００ｂ，２００ｂ間に、トルク伝達ボール３００が配設される。保持器４００は、前記両継手部材１００，２００の間に介装されており、保持器４００に貫設した複数のポケット４００ａには、トルク伝達ボール３００を収容している。

上記図８に示す固定式等速自在継手は、両継手部材１００，２００の各案内溝１００ｂ，２００ｂの縦断面形状が、単一の円弧で形成された、所謂ツェッパー型（ＢＪ型）等速自在継手である。

また、固定式等速自在継手として、図９に示すように、両継手部材１００，２００の各案内溝１００ｂ，２００ｂの縦断面形状が、円弧部と、軸線に平行なストレート部から成る、アンダーカットフリー型（ＵＪ型）等速自在継手が知られている。

さらに、近年では、小型軽量化を図った固定式等速自在継手として、トルク伝達ボールを８個備えたもの（特許文献１参照）、トルク伝達ボールを周方向不等間隔に配置したもの（特許文献２参照）、保持器のポケットにトルク伝達ボールを２個ずつ収容したもの（特許文献３参照）、外側継手部材及び内側継手部材の周方向に隣り合う案内溝の形状が異なるもの（特許文献４参照）などがある。

また、作動角をより高角度にとれる固定式等速自在継手として、外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝の縦断面形状が、円弧部と、軸線に対して傾斜したテーパ部から成るもの（特許文献５参照）が提案されている。
特開平９−３１７７８３号公報特開平１１−２１８１４７号公報特表２００４−５０４５７０号公報特開２００４−５１８０８３号公報特開２００１−１５３１４９号公報

上記の各種固定式等速自在継手において、外側継手部材の内周面、内側継手部材の外周面、保持器の外周面及び内周面は、それぞれ継手中心を中心とする同心球面にて形成されている。また、図１０に示すように、外側継手部材・内側継手部材・保持器の各部材の寸法誤差を許容するため、外側継手部材１００の内周面１００ａと保持器４００の外周面４００ｂとの間、保持器４００の内周面４００ｃと内側継手部材２００の外周面２００ａとの間には、それぞれ隙間Ｓ₁，Ｓ₂を僅かに設けている。

継手がトルク伝達を行う場合、保持器４００と内側継手部材２００は、それぞれ回転に伴う付勢力によって上記隙間Ｓ₁，Ｓ₂の分だけ外側継手部材１００に対して移動する。具体的には、図１１に示すように、保持器４００は外側継手部材１００の開口側（図の右側）に移動し、保持器４００の外周面４００ｂは、外側継手部材１００の内周面１００ａにおける開口側の端部（図のハッチング部Ａ）と接触する。一方、内側継手部材２００は外側継手部材１００の開口側と反対側の奥側（図の左側）に移動し、内側継手部材２００の外周面２００ａは、保持器４００の内周面４００ｃにおける奥側の端部（図のハッチング部Ｂ）と接触する。

このように、保持器４００は、外側継手部材１００の内周面１００ａの端部と接触し、内側継手部材２００は、保持器４００の内周面の端部と接触するので、それぞれ十分な接触面積を確保することができない。外側継手部材・内側継手部材・保持器の各部材相互間の接触面積が小さいと、特に継手が高作動角で高トルクを付与する時に、上記各部材の接触部において面圧が増大し油膜切れが生じる場合がある。この接触部の面圧の増大や、それに伴う油膜切れは、継手の耐久性の低下やこすれ音の発生、あるいは異常な温度上昇の原因となる虞がある。

そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、内側継手部材と保持器との接触面積を増大させて、その接触部の面圧を低減することが可能な固定式等速自在継手を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、内周面に軸方向に延びた複数の案内溝を周方向等間隔に形成した外側継手部材と、外周面に軸方向に延びた複数の案内溝を周方向等間隔に形成した内側継手部材と、前記両継手部材の各案内溝間に転動自在に配設した複数のトルク伝達ボールと、前記両継手部材相互間に介在すると共に前記トルク伝達ボールを収容する複数のポケットを周方向等間隔に貫設した保持器を備えた固定式等速自在継手において、前記保持器の内周面の縦断面形状を、一対の対向する円弧状曲線から成るゴシックアーチ形状、楕円形状、又は放物線形状のいずれかに成形すると共に、前記内側継手部材の外周面の縦断面形状を、単一の円弧から成る球面状に成形したものである。

この継手を回転させてトルク伝達を行うと、その回転に伴う付勢力によって、内側継手部材は、保持器に対して、外側継手部材の開口側と反対側に移動する。そして、内側継手部材の外周面は、保持器の内周面に対して、上記開口側と反対側の端部よりも軸方向中間寄りの部分に接触する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の固定式等速自在継手において、前記外側継手部材の内周面の縦断面形状を、一対の対向する円弧状曲線から成るゴシックアーチ形状、楕円形状、又は放物線形状のいずれかに成形すると共に、前記保持器の外周面の縦断面形状を、単一の円弧から成る球面状に成形したものである。

継手を回転させてトルク伝達を行うと、その回転に伴う付勢力によって、保持器は、外側継手部材に対してその開口側に移動する。そして、保持器の外周面は、外側継手部材の内周面に対して、その開口側の端部よりも軸方向中間寄りの部分に接触する。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手において、前記外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝を、研削加工又は焼入れ鋼切削加工にて成形したものである。

外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝の加工方法として、研削加工又は焼入れ鋼切削加工を採用することができる。

請求項４の発明は、請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手において、前記外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝を、鍛造加工にて成形したものである。

外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝の加工方法として、鍛造加工を採用することができる。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手において、前記外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝の縦断面形状を、単一円弧で形成したものである。

請求項６の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手において、前記外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝の縦断面形状を、円弧部と、軸線に平行なストレート部とで形成したものである。

請求項７の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手において、前記外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝の縦断面形状を、円弧部と、軸線に対して傾斜したテーパ部とで形成したものである。

請求項８の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手において、前記外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝、前記トルク伝達ボール、前記保持器のポケットを、それぞれ周方向不等間隔に配設したものである。

請求項９の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手において、前記外側継手部材及び内側継手部材の周方向に隣り合う各案内溝を、互いに異なる形状に形成したものである。

請求項１０の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手において、前記保持器のポケットに前記トルク伝達ボールを２個ずつ収容したものである。

本発明の構成を、上記請求項５から１０のいずれかに記載の固定式等速自在継手に適用可能である。

請求項１１の発明は、請求項１から１０のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手において、前記トルク伝達ボールを、３個以上１０個以下配設したものである。

本発明の構成を、３個以上１０個以下のトルク伝達ボールを有する固定式等速自在継手にも適用可能である。

本発明の固定式等速自在継手によれば、保持器の内周面の縦断面形状を、ゴシックアーチ形状等に成形したので、トルク伝達時に、内側継手部材の外周面を、保持器の内周面端部よりも軸方向中間寄りに接触させることができる。すなわち、本発明の継手は、内側継手部材が保持器の内周面端部に接触する従来の継手に比べ、接触面積を増大させ面圧を低減させることが可能である。

また、保持器のゴシックアーチ状の内周面と、内側継手部材の球面状の外周面とが、アンギュラコンタクト（部分接触）するので、保持器の内周面と内側継手部材の外周面との間に微小な隙間を形成することができる。この隙間は、潤滑剤の溜まり部として機能するので、保持器の内周面と内側継手部材の外周面との間の油切れを防止することが可能である。また、保持器の内周面の上記隙間が形成される面は、内側継手部材の外周面と接触しないので、研磨などの仕上げ加工を省略することができ、コストダウンを図ることができる。

以下、本発明に係る固定式等速自在継手の実施の一形態を、添付の図面を参照して説明する。図１は、本発明の固定式等速自在継手を、継手軸線Ｘに沿って切断した縦断面図である。図１に示すように、本発明の固定式等速自在継手は、外側継手部材１と、内側継手部材２と、複数のトルク伝達ボール３と、保持器４とを主要な構成要素としている。また、同図において、符号Ｏは継手中心であり、継手中心Ｏは、作動角に関わりなく固定されている。

外側継手部材１は、図１において右側に開口して形成され、同図の左側には駆動軸及び従動軸の二軸のうちの一方と連結する連結部（図示省略）を有する。外側継手部材１の外周面１ａには、軸方向に延びた複数の案内溝１ｂが、周方向等間隔に形成されている。

内側継手部材２は、外側継手部材１内に組み込まれた筒状の部材である。内側継手部材２の外周面２ａには、軸方向に延びた複数の案内溝２ｂが、外側継手部材１の案内溝１ｂと対を成すように、周方向等間隔に形成されている。これら両継手部材１，２の対を成す案内溝１ｂ，２ｂ間に、トルク伝達ボール３が１個ずつ転動自在に配設されている。また、内側継手部材２の内周面２ｃには、前記二軸の他方であるシャフト等を挿入して嵌合するためのスプライン又はセレーションが形成してある。

図１に示す実施形態は、両継手部材１，２の各案内溝１ｂ，２ｂの縦断面形状が、単一の円弧で形成された、ツェッパー型（ＢＪ型）等速自在継手である。上記各案内溝１ｂ，２ｂの加工方法としては、例えば、研削加工又は焼入れ鋼切削加工、あるいは鍛造加工等を採用することができる。

保持器４は、外側継手部材１と内側継手部材２の間に介装された筒状の部材である。保持器４には、複数のポケット４ａが周方向等間隔に貫設され、各ポケット４ａにトルク伝達ボール３を１個ずつ収容している。トルク伝達ボール３の個数は、通常６個であるが、３個以上１０個以下のトルク伝達ボール３を有する固定式等速自在継手にも、本発明の構成を適用可能である。

図１に示すように、保持器４の内周面４ｃの縦断面形状は、一対の対向する円弧状曲線から成るゴシックアーチ形状に成形されている。一方、この保持器４の内周面４ｃと接触する内側継手部材２の外周面２ａは、その縦断面形状が単一の円弧状曲線から成る球面状に成形されている。

詳しくは、保持器と内側継手部材を示す図２において、保持器４の内周面４ｃは、継手中心Ｏを通ると共に継手軸線Ｘに直交する軸直交線Ｙに対して、鏡像対称に配設された一対の円弧状部５，６から構成される。一対の円弧状部５，６の各曲率半径Ｒ₅，Ｒ₆は、内側継手部材２の外周面２ａの継手中心Ｏを中心とする曲率半径ｒ₂より大きく設定されている。また、これら円弧状部５，６の各曲率中心Ｏ₅，Ｏ₆は、上記軸直交線Ｙを挟んで互いに逆方向に等距離だけオフセットされた位置に配設されている。

このように、ゴシックアーチ状に成形した保持器４の内周面４ｃに対して、内側継手部材２の球面状の外周面２ａは、軸直交線Ｙから接触角αをとってアンギュラコンタクトするようになっている。ここで、接触角αとは、保持器４の内周面４ｃと内側継手部材２の外周面２ａの接点を点Ｐ₅，Ｐ₆としたとき、これら接点Ｐ₅，Ｐ₆と継手中心Ｏとを結ぶ直線から、軸直交線Ｙまでの開き角度である。図２を拡大した図３に示すように、保持器４と内側継手部材２がアンギュラコンタクトした状態で、保持器４の内周面４ｃにおける軸方向の中間部及び両端部には、内側継手部材２の外周面２ａとの間に、微小な隙間Ｓが形成されている。

なお、図２及び図３において、保持器４の内周面４ｃと内側継手部材２の外周面２ａとの間には、寸法誤差を許容するための隙間を設けているが、図示省略している。

また、図１に示すように、この実施形態では、外側継手部材１の内周面１ａの縦断面形状も、一対の対向する円弧状曲線から成るゴシックアーチ形状に成形されている。一方、保持器４の外周面４ｂの縦断面形状は、単一の円弧状曲線から成る球面状成形されている。

詳しくは、外側継手部材と保持器を示す図４において、外側継手部材１の内周面１ａは、軸直交線Ｙに対して、鏡像対称に配設された一対の円弧状部７，８から構成される。一対の円弧状部７，８の各曲率半径Ｒ₇，Ｒ₈は、保持器４の外周面４ｂの継手中心Ｏを中心とする曲率半径ｒ₄より大きく設定されている。また、これら円弧状部７，８の各曲率中心Ｏ₇，Ｏ₈は、上記軸直交線Ｙを挟んで互いに逆方向に等距離だけオフセットされた位置に配設されている。

このゴシックアーチ状に成形した外側継手部材１の内周面１ａに対して、保持器４の球面状の外周面４ｂは、軸直交線Ｙから接触角βをとってアンギュラコンタクトするようになっている。なお、接触角βは、外側継手部材１の内周面１ａと保持器４の外周面４ｂとの接点Ｐ₇，Ｐ₈と継手中心Ｏとを結ぶ直線から、軸直交線Ｙまでの開き角度である。

また、図３に示すのと同様に、外側継手部材１と保持器４がアンギュラコンタクトした状態で、外側継手部材１の内周面１ａにおける軸方向の中間部及び両端部には、保持器４の外周面４ｂとの間に、微小な隙間が形成されている。なお、図４において、外側継手部材１の内周面１ａと保持器４の外周面４ｂとの間には、寸法誤差を許容するための隙間を設けているが、図示省略している。

図５は、保持器４の内周面４ｃの他の実施形態を示す。この実施形態では、保持器４の内周面４ｃは、軸直交線Ｙから軸方向に角度θだけ傾斜した直線Ｚを対称軸としてゴシックアーチ形状に成形されている。この場合、内側継手部材２の球面状の外周面２ａは、保持器４の内周面４ｃに対して、上記直線Ｚから接触角αをとってアンギュラコンタクトするようになっている。

また、図６に示すように、外側継手部材１の内周面１ａも同様に、軸直交線Ｙから軸方向に角度θだけ傾斜した直線Ｚを対称軸としてゴシックアーチ形状に成形してもよい。この場合、保持器４の外周面４ｂは、外側継手部材１の内周面１ａに対して、直線Ｚから接触角βをとってアンギュラコンタクトするようになっている。

以下、図７を参照して上述した本発明の固定式等速自在継手の作用について説明する。
図７に示す固定式等速自在継手は、保持器４の内周面４ｃと、外側継手部材１の内周面１ａの、それぞれの縦断面形状が、軸直交線Ｙを対称軸とするゴシックアーチ形状に成形されたものである。一方、内側継手部材２の外周面２ａと、保持器４の外周面４ｂは、それぞれ、単一の円弧状曲線から成る球面状に形成されている。

この継手を回転させてトルク伝達を行うと、その回転に伴う付勢力によって、保持器４は、外側継手部材１に対してその開口側（図の右側）に移動し、内側継手部材２は、保持器４に対して、上記開口側と反対側（図の左側）に移動する。

そして、保持器４の外周面４ｂは、外側継手部材１の内周面１ａに対して、その開口側（図の右側）の端部よりも軸方向中間寄りの部分（図のハッチング部Ａ′）に接触する。また、内側継手部材２の外周面２ａは、保持器４の内周面４ｃに対して、上記開口側と反対側（図の左側）の端部よりも軸方向中間寄りの部分（図のハッチングＢ′）に接触する。

このように、本発明の継手は、図１１に示す従来の継手のように、保持器及び内側継手部材が、外側継手部材の内周面及び保持器の内周面における各端部に接触することがない。すなわち、本発明の構成によれば、トルク伝達時に、外側継手部材・保持器・内側継手部材の各部材の接触位置を、軸方向の中間寄りに移動させることができるので、各部材の接触面積を従来に比べ増大させ面圧を低減させることが可能である。

また、図３に示すように、保持器４の内周面４ｃと内側継手部材２の外周面２ａとの間に形成される微小な隙間Ｓは、グリース等の潤滑剤の溜まり部となる。また、同様に、外側継手部材１の内周面１ａと保持器４の外周面４ｂとの間に形成される微小な隙間（図示省略）も、潤滑剤の溜まり部として機能する。これにより、外側継手部材・保持器・内側継手部材の各部材相互間の油切れを防止することができる。

また、保持器４の内周面４ｃの上記隙間Ｓが形成される面は、内側継手部材２と接触しないので、研磨などの仕上げ加工を省略することができる。このことは、外側継手部材１の内周面１ａについても同様である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に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で、種々の変更を加え得ることは勿論である。例えば、保持器の内周面、及び外側継手部材の内周面の各縦断面形状を、ゴシックアーチ形状以外に、楕円形状や放物線形状に成形してもよい。また、その楕円形状の長軸又は短軸、放物線形状の対称軸を、継手軸線Ｘと直交方向に配設する以外に、継手軸線Ｘに対して傾斜させて配設してもよい。

また、上述の本発明の実施形態は、ツェッパー型（ＢＪ型）等速自在継手を例に挙げて説明したが、本発明の構成をこれ以外の固定式等速自在継手にも適用可能である。例えば、外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝が円弧部と軸線に平行なストレート部から成るアンダーカットフリー型（ＵＪ型）等速自在継手（図９参照）、トルク伝達ボールを周方向不等間隔に配置した継手（特許文献２参照）、保持器のポケットにトルク伝達ボールを２個ずつ収容した継手（特許文献３参照）、外側継手部材及び内側継手部材の周方向に隣り合う案内溝の形状が異なる継手（特許文献４参照）、外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝が円弧部と軸線に対して傾斜したテーパ部から成る継手（特許文献５参照）にも、本発明の構成を適用可能である。

本発明の固定式等速自在継手の実施の一形態を軸線に沿って切断した縦断面図である。前記固定式等速自在継手の保持器と内側継手部材の縦断面図である。図２の拡大図である。前記固定式等速自在継手の外側継手部材と保持器の縦断面図である。前記保持器の他の実施形態を示す縦断面図である。前記外側継手部材の他の実施形態を示す縦断面図である。前記固定式等速自在継手の動作を説明するための縦断面図である。従来のツェッパー型固定式等速自在継手を示す縦断面図である。従来のアンダーカットフリー型固定式等速自在継手を示す縦断面図である。図８の固定式等速自在継手の縦断面図である。図８の固定式等速自在継手の動作を示す縦断面図である。

符号の説明

１外側継手部材
１ａ内周面
１ｂ案内溝
２内側継手部材
２ａ外周面
２ｂ案内溝
３トルク伝達ボール
４保持器
４ａポケット
４ｂ外周面
４ｃ内周面

Claims

内周面に軸方向に延びた複数の案内溝を周方向等間隔に形成した外側継手部材と、外周面に軸方向に延びた複数の案内溝を周方向等間隔に形成した内側継手部材と、前記両継手部材の各案内溝間に転動自在に配設した複数のトルク伝達ボールと、前記両継手部材相互間に介在すると共に前記トルク伝達ボールを収容する複数のポケットを周方向等間隔に貫設した保持器を備えた固定式等速自在継手において、
前記保持器の内周面の縦断面形状を、一対の対向する円弧状曲線から成るゴシックアーチ形状、楕円形状、又は放物線形状のいずれかに成形すると共に、前記内側継手部材の外周面の縦断面形状を、単一の円弧から成る球面状に成形したことを特徴とする固定式等速自在継手。
前記外側継手部材の内周面の縦断面形状を、一対の対向する円弧状曲線から成るゴシックアーチ形状、楕円形状、又は放物線形状のいずれかに成形すると共に、前記保持器の外周面の縦断面形状を、単一の円弧から成る球面状に成形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。
前記外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝を、研削加工又は焼入れ鋼切削加工にて成形した請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
前記外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝を、鍛造加工にて成形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。
前記外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝の縦断面形状を、単一円弧で形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
前記外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝の縦断面形状を、円弧部と、軸線に平行なストレート部とで形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
前記外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝の縦断面形状を、円弧部と、軸線に対して傾斜したテーパ部とで形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
前記外側継手部材及び内側継手部材の各案内溝、前記トルク伝達ボール、前記保持器のポケットを、それぞれ周方向不等間隔に配設したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
前記外側継手部材及び内側継手部材の周方向に隣り合う各案内溝を、互いに異なる形状に形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
前記保持器のポケットに前記トルク伝達ボールを２個ずつ収容したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
前記トルク伝達ボールを、３個以上１０個以下配設したことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。