(57)【要約】      （修正有）【課題】作動性を確保しながら、各構成部材間でのガタツキを抑制すると共に吸音材なしでも異音を抑制する。【解決手段】複数の直線状トラック溝１２が円筒状内周面１４に形成された外輪１０と、複数の直線状トラック溝２２を球面状外周面２４に形成された内輪２０と、外輪１０のトラック溝１２と内輪２０のトラック溝２２との間に介在してトルクを伝達する複数のボール３０と、外輪１０の円筒状内周面１４と内輪２０の球面状外周面２４との間に介在してボール３０を保持するケージ４０とを備え、各部材間に内部すきまを有する摺動式等速自在継手において、ＰＣＤすきまを−０．０２〜＋０．３ｍｍ、外輪１０の円筒状内周面１４とケージ４０の外周面４２とのすきまを＋０．０１〜＋０．３ｍｍ、内輪２０の球面状外周面２４とケージ４０の内周面４４とのすきまを＋０．０１〜＋０．３ｍｍ、ケージ４０のポケットすきまを−０．０５０〜０ｍｍとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びる複数の直線状トラック溝が円筒状内周面に形成された外側継手部材と、その外側継手部材のトラック溝と対をなして軸方向に延びる複数の直線状トラック溝を球面状外周面に形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と前記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、前記外側継手部材の円筒状内周面と内側継手部材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備え、各部材間に内部すきまを有する摺動式等速自在継手において、
前記内部すきまのうち、ＰＣＤすきまを−０．０２〜＋０．３ｍｍ、前記外側継手部材の円筒状内周面と前記ケージの外周面とのすきまを＋０．０１〜＋０．３ｍｍ、前記内側継手部材の球面状外周面と前記ケージの内周面とのすきまを＋０．０１〜＋０．３ｍｍ、前記ケージのポケットすきまを−０．０５０〜０ｍｍとしたことを特徴とする摺動式等速自在継手。
【請求項２】
前記外側継手部材のトラック溝あるいは内側継手部材のトラック溝の少なくとも一方を冷間鍛造仕上げにより形成した請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
【請求項３】
前記外側継手部材のトラック溝および内側継手部材のトラック溝の横断面形状は、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請求項１又は２に記載の摺動式等速自在継手。
【請求項４】
前記外側継手部材のトラック溝および内側継手部材のトラック溝の両肩部にチャンファを設けた請求項１〜３のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
【請求項５】
前記チャンファは、前記トラック溝との同時鍛造仕上げにより形成されている請求項４に記載の摺動式等速自在継手。
【請求項６】
前記外側継手部材に内部部品の抜け止め構造のない請求項１〜５のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
【請求項７】
前記ボールが５〜８個である請求項１〜６のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、４ＷＤ車やＦＲ車などの自動車で使用されるドライブシャフト等の動力伝達軸に組み込まれ、駆動軸と被駆動軸との間で角度変位および軸方向変位を可能にした摺動式等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
４ＷＤ車やＦＲ車などの自動車で使用されるドライブシャフトは、トランスミッションとディファレンシャル間の相対位置変化による軸方向変位と角度変位に対応できる構造とするために摺動式等速自在継手を具備する。この摺動式等速自在継手には、トルク伝達要素としてボールを用いたボールタイプのダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）がよく知られている。
【０００３】
プロペラシャフトに組み込まれるダブルオフセット型等速自在継手は、図７および図８に示すように外側継手部材としての外輪１１０と、内側継手部材としての内輪１２０と、外輪１１０および内輪１２０の間に組み込まれた複数のボール１３０と、外輪１１０と内輪１２０との間に介在してボール１３０を保持するケージ１４０とを主要な構成要素としている。
【０００４】
外輪１１０は、その軸線に平行な複数の直線状トラック溝１１２が円筒状内周面１１４に円周方向等間隔で形成された円筒形状を有する。また、内輪１２０は、外輪１１０のトラック溝１１２と対応させて軸線に平行な複数の直線状トラック溝１２２が球面状外周面１２４に形成されている。この外輪１１０のトラック溝１１２と内輪１２０のトラック溝１２２とが協働して形成するボールトラックに、トルクを伝達するボール１３０が配されている。各ボール１３０は、外輪１１０の内周面１１４と内輪１２０の外周面１２４との間に介装されたケージ１４０のポケット１４６に収容されている。
【０００５】
従来の等速自在継手では、外輪１１０の開口端部１１６の内周面に環状溝１１８を設け、その環状溝１１８にサークリップ１５０を嵌着した構造を採用している。このような構造とすることにより、内輪１２０、ボール１３０およびケージ１４０からなる内部部品１６０の軸方向変位時、ボール１３０がサークリップ１５０と干渉することでボール１３０の軸方向変位量を規制し、内部部品１６０の抜け止めとしている。
【０００６】
一方、前述した外輪１１０、内輪１２０、ボール１３０およびケージ１４０からなる各構成部材は、外輪１１０のトラック溝１１２および内輪１２０のトラック溝１２２とボール１３０とのすきまであるＰＣＤすきま、外輪１１０の円筒状内周面１１４とケージ１４０の外周面１４２とのすきま、内輪１２０の球面状外周面１２４とケージ１４０の内周面１４４とのすきま、ケージ１４０のポケット１４６とボール１３０とのすきまであるポケットすきまからなる内部すきまが適切な値となるように組み合わせることにより、等速自在継手が組み立てられる。
【０００７】
また、従来、等速自在継手の低コスト化を図る目的で、多数個の外輪１１０、内輪１２０、ボール１３０およびケージ１４０の中から、ＰＣＤすきま等の内部すきまが規定値の範囲内に収まるように、それら外輪１１０、内輪１２０、ボール１３０およびケージ１４０からなる構成部材を選択して組み合わせる選択組み合わせを行わず、各構成部材をランダムマッチングで組み合わせるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００８−２６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１で開示された等速自在継手では、低コスト化のために各構成部材をランダムマッチングで組み合わせ、外輪１１０のトラック溝１１２とこれに協働する内輪１２０のトラック溝１２２とで形成されたボールトラックのＰＣＤすきまを−０．０２〜＋０．３ｍｍに規定している。この範囲にＰＣＤすきまを規定することにより、等速自在継手の作動性を確保しながら、各構成部材間でのガタツキを必要最小限に抑制することを可能にしている。また、各構成部材間でのガタツキによる異音を抑制するため、異音抑制手段として吸音材を外輪１１０に設けるようにしている。
【０００９】
しかしながら、前述した従来の等速自在継手では、その作動性を確保しながら、各構成部材間でのガタツキを必要最小限に抑制するため、ＰＣＤすきまのみを規定しているにとどまり、外輪１１０の円筒状内周面１１４とケージ１４０の外周面１４２とのすきま、内輪１２０の球面状外周面１２４とケージ１４０の内周面１４４とのすきま、ケージ１４０のポケットすきまなど、他の内部すきまについては規定されていなかった。また、各構成部材間でのガタツキによる異音を抑制するため、吸音材を外輪１１０に設ける必要もあった。
【００１０】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、各構成部材を必要最低限のマッチングで組み合わせることで、作動性を確保しながら、各構成部材間でのガタツキを必要最小限に抑制すると共に吸音材なしでも異音を抑制し得る摺動式等速自在継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、軸方向に延びる複数の直線状トラック溝が円筒状内周面に形成された外側継手部材と、その外側継手部材のトラック溝と対をなして軸方向に延びる複数の直線状トラック溝を球面状外周面に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、外側継手部材の円筒状内周面と内側継手部材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備え、各部材間に内部すきまを有する摺動式等速自在継手において、内部すきまのうち、ＰＣＤすきまを−０．０２〜＋０．３ｍｍ、外側継手部材の円筒状内周面とケージの外周面とのすきまを＋０．０１〜＋０．３ｍｍ、内側継手部材の球面状外周面とケージの内周面とのすきまを＋０．０１〜＋０．３ｍｍ、ケージのポケットすきまを−０．０５０〜０ｍｍとしたことを特徴とする。なお、前述したＰＣＤすきまやポケットすきまの数値における「−」は締め代となっていることを意味する。
【００１２】
本発明に係る摺動式等速自在継手では、各構成部材間の内部すきまのうち、ＰＣＤすきま、外側継手部材の円筒状内周面とケージの外周面とのすきま、内側継手部材の球面状外周面とケージの内周面とのすきま、ケージのポケットすきまを前述の規定値範囲としたことにより、各構成部材を必要最低限のマッチングで組み合わせることで、等速自在継手の作動性を確保しながら、各構成部材間でのガタツキを必要最小限に抑制すると共に各構成部材間でのガタツキに基づく異音を吸音材なしでも抑制することができる。また、外側継手部材に内部部品の抜け止め構造のない形態が可能となる。
【００１３】
本発明では、外側継手部材のトラック溝あるいは内側継手部材のトラック溝の少なくとも一方を冷間鍛造仕上げにより形成することが望ましい。このようにすれば、トラック溝を形成するに際して、旋削や熱処理後の研削仕上げを不要とすることから、等速自在継手の低コスト化を図ることができる。
【００１４】
本発明では、外側継手部材のトラック溝および内側継手部材のトラック溝の横断面形状は、ボールとアンギュラ接触するゴシックアーチ形状とすることが望ましい。このようにすれば、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。
【００１５】
本発明では、外側継手部材のトラック溝および内側継手部材のトラック溝の両肩部にチャンファを設けた構造が望ましい。このようにすれば、トラック溝の両肩部でのボール接触による応力集中を回避することができる。
【００１６】
なお、このトラック溝の両肩部のチャンファは、トラック溝との同時鍛造仕上げにより形成することが望ましい。このようにすれば、トラック溝を形成するに際して、旋削や熱処理後の研削仕上げが不要となり、等速自在継手の低コスト化を図ることができる。
【００１７】
本発明は、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ボールが５〜８個であるタイプの等速自在継手に適用可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、各構成部材間の内部すきまのうち、ＰＣＤすきま、外側継手部材の円筒状内周面とケージの外周面とのすきま、内側継手部材の球面状外周面とケージの内周面とのすきま、ケージのポケットすきまを前述の規定値範囲としたことにより、各構成部材を必要最低限のマッチングで組み合わせることで、等速自在継手の作動性を確保しながら、各構成部材間でのガタツキを必要最小限に抑制すると共に各構成部材間でのガタツキに基づく異音を吸音材なしでも抑制することができる。その結果、高品質で信頼性の高い摺動式等速自在継手を提供することができ、その等速自在継手の低コスト化を実現することも容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明の実施形態で、ドライブシャフトに組み込まれたダブルオフセット型の摺動式等速自在継手（ＤＯＪ）を示す縦断面図であり、図２は図１のダブルオフセット型等速自在継手の横断面図である。
【００２０】
図１および図２に示す実施形態の等速自在継手は、外側継手部材としての外輪１０と、内側継手部材としての内輪２０と、外輪１０および内輪２０の間に組み込まれた複数のボール３０と、外輪１０と内輪２０との間に介在してボール３０を保持するケージ４０とを主要な構成要素としている。
【００２１】
外輪１０は、その軸線に平行な複数の直線状トラック溝１２が円筒状内周面１４に円周方向等間隔で形成された円筒形状を有する。また、内輪２０は、外輪１０のトラック溝１２と対応させて軸線に平行な複数の直線状トラック溝２２が球面状外周面２４に形成されている。これら外輪１０のトラック溝１２および内輪２０のトラック溝２２は、冷間鍛造仕上げにより形成されている。このようにトラック溝１２，２２を冷間鍛造仕上げにより形成すれば、旋削や熱処理後の研削仕上げを不要とすることから、等速自在継手の低コスト化を図ることができる。
【００２２】
この外輪１０のトラック溝１２と内輪２０のトラック溝２２とが協働して形成するボールトラックに、トルクを伝達するボール３０が配されている。各ボール３０は、外輪１０の内周面１４と内輪２０の外周面２４との間に介装したケージ４０のポケット４６に収容されている。なお、図示の実施形態では、複数個のボール３０として６個を用いた場合を例示しているが、その他、５個、７個あるいは８個のボールを使用することも可能である。
【００２３】
前述した外輪１０、内輪２０、ボール３０およびケージ４０からなる各構成部材は、外輪１０のトラック溝１２および内輪２０のトラック溝２２とボール３０とのすきま、つまり、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、外輪１０の円筒状内周面１４とケージ４０の外周面４２とのすきま、内輪２０の球面状外周面２４とケージ４０の内周面４４とのすきま、ケージ４０のポケット４６とボール３０とのすきまであるポケットすきまからなる内部すきまが適切な値となるように組み合わせることにより、等速自在継手が組み立てられる。
【００２４】
ここで、「ＰＣＤ（ピッチ円直径）すきま」とは、図３および図４に示すように、外輪１０のトラック溝１２に接触した状態でのボール３０のＰＣＤ（外輪ＰＣＤ）と、内輪２０のトラック溝２２に接触した状態でのボール３０のＰＣＤ（内輪ＰＣＤ）との差を意味する。また、「外輪１０の円筒状内周面１４とケージ４０の外周面４２とのすきま」とは、図３および図５に示すように、外輪１０の円筒状内周面１４での内径（外輪内径）とケージ４０の外周面４２での最大外径（ケージ外径）との差を意味する。「内輪２０の球面状外周面２４とケージ４０の内周面４４とのすきま」とは、図４および図５に示すように、内輪２０の球面状外周面２４での外径（内輪外径）とケージ４０の内周面４４での最大内径（ケージ内径）との差を意味する。さらに、「ポケットすきま」とは、図３および図５に示すように、ケージ４０のポケット４６の軸方向幅（ケージポケット幅）とボール３０の外径（ボール径）との差を意味する。
【００２５】
この実施形態の等速自在継手における内部すきまは、ＰＣＤすきまを−０．０２〜＋０．３ｍｍ、外輪１０の円筒状内周面１４とケージ４０の外周面４２とのすきまを＋０．０１〜＋０．３ｍｍ、内輪２０の球面状外周面２４とケージ４０の内周面４４とのすきまを＋０．０１〜＋０．３ｍｍ、ケージ４０のポケットすきまを−０．０５０〜０ｍｍとする。
【００２６】
前述のＰＣＤすきまが−０．０２ｍｍよりも小さいと、等速自在継手の作動性の確保が困難となり、ＰＣＤすきまが＋０．３ｍｍよりも大きいと、各構成部材間でのガタツキが大きくなりすぎて車両での振動が悪化する。また、外輪１０の円筒状内周面１４とケージ４０の外周面４２とのすきまが＋０．０１ｍｍよりも小さいと、等速自在継手の作動性の確保が困難となり、そのすきまが＋０．３ｍｍよりも大きいと、各構成部材間でのガタツキが大きくなりすぎて車両での振動が悪化する。また、内輪２０の球面状外周面２４とケージ４０の内周面４４とのすきまが＋０．０１ｍｍよりも小さいと、等速自在継手の作動性の確保が困難となり、そのすきまが＋０．３ｍｍよりも大きいと、各構成部材間でのガタツキが大きくなりすぎて車両での振動が悪化する。さらに、ケージ４０のポケットすきまが−０．０５０ｍｍよりも小さいと、ポケット４６とボール３０間の締め代が過大となって等速自在継手の耐久性が低下し、そのポケットすきまが０ｍｍ以上であると、ポケット４６内でボール３０のガタツキが発生して異音が発生する。
【００２７】
前述したＰＣＤすきま、外輪１０の円筒状内周面１４とケージ４０の外周面４２とのすきま、内輪２０の球面状外周面２４とケージ４０の内周面４４とのすきまについては、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、各すきま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からなる構成部材を選択して組み合わせる選択組み合わせを行わず、各構成部材をランダムマッチングで組み合わせることが可能である。
【００２８】
なお、ポケットすきまについては、前述の規定値の範囲内に収まるように、ボール３０およびケージ４０を選択して組み合わせる選択組み合わせを行う必要がある。ただし、ケージ４０のポケット４６を熱処理後の研削または焼入鋼切削加工を施す場合には、ボール３０およびケージ４０をランダムマッチングで組み合わせることが可能である。
【００２９】
このポケットすきまと異音との関係について、本出願人は、トルク２００Ｎｍ、回転数３００ｒｐｍの条件下で台上音響試験を実施した。比較すべき二つの試供体としては、ＰＣＤすきま、外輪１０の内周面１４とケージ４０の外周面４２とのすきま、内輪２０の外周面２４とケージ４０の内周面４４とのすきまを前述の規定値の範囲内で同一とし、ポケットすきまのみを０ｍｍ未満（規定値の範囲内）と０ｍｍ以上（規定値の範囲外）とで異ならせたものを使用した。その比較結果を下表に示す。
【表１】
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【００３０】
上表の結果から明らかなように、ポケットすきまを０ｍｍ未満（規定値の範囲内）としてポケット４６とボール３０間に締め代を持たせた場合には、どの作動角をとった状態であっても異音が発生することがなかった。これに対して、ポケットすきまを０ｍｍ以上（規定値の範囲外）としてポケット４６とボール３０間に締め代を持たせなかった場合には、作動角を大きくとった状態で異音の発生が確認された。
【００３１】
前述では、ポケットすきまを−０．０５０〜０ｍｍと規定したが、−０．０５０〜−０．００５ｍｍとすることが好ましい。このように、ポケットすきまの上限値を−０．００５ｍｍとしてポケット４６とボール３０間を完全に締め代とすることで、内部部品６０が外輪１０から外れた場合でも、ボール３０が内部部品６０からばらけて脱落することがなくなり、内部部品６０の再組立が可能となる。その結果、従来の等速自在継手（図７参照）で、内部部品１６０の抜け止め構造として外輪１１０の開口端部１１６に設けていた環状溝１１８の加工およびサークリップ１５０が不要となり（図１参照）、加工工数および部品点数の削減が図れて更なる低コスト化が可能となる。
【００３２】
以上のように、この等速自在継手では、各構成部材間の内部すきまのうち、ＰＣＤすきま、外輪１０の内周面１４とケージ４０の外周面４２とのすきま、内輪２０の外周面２４とケージ４０の内周面４４とのすきま、ケージ４０のポケットすきまを前述の規定値範囲としたことにより、各構成部材を必要最低限のマッチングで組み合わせることで、等速自在継手の作動性を確保しながら、各構成部材間でのガタツキを必要最小限に抑制すると共に各構成部材間でのガタツキに基づく異音を吸音材なしでも抑制することができる。
【００３３】
また、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、図６に示すようにボール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。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。
【００３４】
さらに、外輪１０のトラック溝１２および内輪２０のトラック溝２２の両肩部にチャンファ１６，２６を設けている。このようなチャンファ１６，２６を設けることにより、トラック溝１２，２２の両肩部でのボール接触による応力集中を回避することができる。図示のチャンファ１６，２６は、テーパ状に形成した場合を例示しているが、トラック溝１２と外輪１０の内周面１４、トラック溝２２と内輪２０の外周面２４を滑らかに連続的に繋ぐＲ状に形成することも可能である。このチャンファ１６，２６は、外輪１０のトラック溝１２および内輪２０のトラック溝２２との同時冷間鍛造仕上げにより形成すればよい。このようにすれば、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に寄与する。
【００３５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態で、摺動式等速自在継手の全体構成を示し、図２のＢ−Ｏ−Ｂ線に沿う縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う横断面図である。
【図３】図２の外輪を示す断面図である。
【図４】図２の内輪を示す断面図である。
【図５】図１のケージを示す断面図である。
【図６】トラック溝とボールの接触状態を示す要部拡大断面図である。
【図７】従来の摺動式等速自在継手の全体構成を示し、図８のＤ−Ｏ−Ｄ線に沿う縦断面図である。
【図８】図７のＣ−Ｃ線に沿う横断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  外側継手部材（外輪）
１２  トラック溝
１４  円筒状内周面
２０  内側継手部材（内輪）
２２  トラック溝
２４  球面状外周面
３０  ボール
４０  ケージ
４２  外周面
４４  内周面
４６  ポケット
６０  内部部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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