(57)【要約】【課題】従来の固定型等速自在継手よりも、高強度で、高折曲げ角で、さらに低コストな固定側等速自在継手を実現する。【解決手段】外輪１０のトラック溝１４の溝底を、外輪１０の奥側に位置しジョイント中心Ｏを中心とする球の子午線に沿った円弧部１４ａと、外輪１０の開口側に位置し外輪１０の開口端部に向かって直線的に拡径したストレート部１４ｂとで構成し、内輪２０のトラック溝２４の溝底を、外輪１０の開口側に位置しジョイント中心Ｏを中心とする球の子午線に沿った円弧部２４ａと、外輪１０の奥側に向かって直線的に拡径したストレート部２４ｂとで構成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールを案内する複数のトラック溝をもった外輪と、ボールを案内する複数のトラック溝をもった内輪と、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ボールと、外輪と内輪との間に介在して複数のボールを継手の折り曲げ角の二等分面上に配置するケージから構成される等速自在継手において、
外輪のトラック溝の溝底が、外輪の奥側に位置し継手の折り曲げ点を中心とする球の子午線に沿った円弧部と、外輪の開口側に位置し外輪の開口端部に向かって直線的に拡径したストレート部とからなり、
内輪のトラック溝の溝底が、外輪の開口側に位置し継手の折り曲げ点を中心とする球の子午線に沿った円弧部と、外輪の奥側に向かって直線的に拡径したストレート部とからなる
ことを特徴とする固定型等速自在継手。
【請求項２】
外輪のトラック溝と内輪のトラック溝がそれぞれ７本である請求項１の等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、いわゆるプランジングを行わない固定型の等速自在継手に関するもので、自動車や各種産業機械における動力伝達用に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
固定型等速自在継手として、従来、ゼッパ型とＵＦ（アンダーカットフリー）型のボールジョイントが知られている（特公平６−２５５６７号公報参照）。それらの特徴は、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝が、それぞれ継手の折り曲げ点から軸方向に等距離離れた点を中心とする球の子午線に沿って形成されていることである。図５ないし図７に示すように、従来の固定型等速自在継手は、外輪１と、内輪２と、ケージ３と、ボール４を主要な構成要素としており、外輪１のトラック溝１ａと内輪２のトラック溝２ａとの間に１個ずつ介在させたボール４が用いられている。図５から分かるように、外輪１のトラック溝１ａの曲率中心Ｏｏと内輪２のトラック溝２ａの曲率中心Ｏｉは、継手の折り曲げ点つまりジョイント中心Ｏを挟んで軸方向に互いに逆方向にオフセットしている。その結果、外輪１、内輪２共にトラック溝１ａ，２ａの深さが軸方向で変化している。
【０００３】
図５は外輪１と内輪２が同軸状、つまり、折り曲げ角が０度の状態を示し、図７は折り曲げ角θが最大の状態を示している。このように、外輪１の軸線と内輪２の軸線とがなす角θを継手の折り曲げ角または作動角と呼んでいる。継手がある折り曲げ角θをとったとき、角θの二等分線に垂直な平面をジョイント平面Ｐと称する。継手が折り曲げ角をとったとき、すべてのボールがジョイント平面Ｐ上にあれば、ボール中心から外輪１の軸線までの距離とボール中心から内輪２の軸線までの距離が相等しく、したがって、内・外輪間にて等角速度でトルクの伝達が行われる。ジョイント平面Ｐと内外輪の軸線との交点をジョイント中心Ｏと称する。固定型等速自在継手では、折り曲げ角に関わりなくジョイント中心Ｏは固定されている。
【０００４】
上述の等速自在継手の改良として、特開２００１−１５３１４９号公報に記載のものが知られている。その特徴は、従来のＵＦ型ジョイントでは内輪と外輪にアンダーカットフリー部分が軸に平行に設けられているが、このアンダーカットフリー部分を軸に対して傾斜したテーパ状としている。図８および図９に特開２００１−１５３１４９号公報の等速自在継手を示す。外輪１のトラック溝１ａの深さと内輪２のトラック溝２ａの深さが軸方向に変化しており、特に外輪１のトラック溝１ａにおいて、外輪１の開口側から奥側に向かって、徐々に浅くなっていることがわかる。
【０００５】
【特許文献１】
特公平６−２５５６７号公報（第１図、第４図）
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−１５３１４９号公報（段落番号００２５、００２６、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のゼッパ型あるいはＵＦ型の固定型等速自在継手の外輪と内輪のトラック溝は、継手の軸方向で深さが変化している。そこには継手の強度あるいはトルク負荷能力を向上させ、さらにサイズダウンをはかる上で次のような問題がある。図１０に示すように、一般にトラック溝１ａ，２ａはボール４をアンギュラーで抱えるが（アンギュラーコンタクト）、その接触角αが大きいほどトルクの負荷能力が高くなる。しかし、接触角αの大きさはトラック溝１ａ，２ａの最も浅い部分で決まり、トルクの負荷能力はその位置のトラック深さで決まる。つまり、トルクを受けたときの乗り上げ強度を考慮した場合、最弱部に合わせた強度対策が必要となるため、最弱部以外のところは設計的な無駄が入ることになる。
【０００８】
特開２００１−１５３１４９号公報の等速自在継手は、上記ゼッパ型あるいはＵＦ型固定型等速自在継手の最大折り曲げ角をさらに大きくするために考案されたものであるが、そのトルク負荷能力には、上記と同様の問題を抱えている。
【０００９】
この発明の目的は、従来の固定型等速自在継手よりも、高強度で、高折曲げ角で、さらに低コストである固定側等速自在継手を実現することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の固定型等速自在継手は、ボール４０を案内する複数のトラック溝１４をもった外輪１０と、ボール４０を案内する複数のトラック溝２４をもった内輪２０と、外輪１０のトラック溝１４と内輪２０のトラック溝２４との間に介在してトルクを伝達するボール４０と、外輪１０と内輪２０との間に介在して複数のボール４０を継手の折り曲げ角の二等分面上に配置するケージ３０から構成される等速自在継手において、
外輪１０のトラック溝１４の溝底が、外輪１０の奥側に位置し継手の折り曲げ点Ｏを中心とする球の子午線に沿った円弧部１４ａと、外輪１０の開口側に位置し外輪１０の開口端部に向かって直線的に拡径したストレート部１４ｂとからなり、
内輪２０のトラック溝２４の溝底が、外輪１０の開口側に位置し継手の折り曲げ点Ｏを中心とする球の子午線に沿った円弧部２４ａと、外輪１０の奥側に向かって直線的に拡径したストレート部２４ｂとからなることを特徴とするものである。
【００１１】
外輪１０および内輪２０のトラック溝１４，２４の円弧部１４ａ，２４ａを、継手の折り曲げ点Ｏを中心とする球の子午線に沿った円弧とすることにより、トラック溝の円弧部１４ａ，２４ａは、一定の深さが確保され、継手のトルク負荷能力の下限を上げることができる。その増加したトルク負荷能力を持つ継手に対応するシャフトは径が大きくならざるを得ず、それに伴って折り曲げ角が低下することになる。しかし、この低下分は、外輪１０のトラック溝１４を開口側に向かって拡径させることによって補うことができる。
【００１２】
本発明によれば、外輪１０の奥側における外輪１０のトラック溝１４ａの深さおよび外輪１０の開口側における内輪２０のトラック溝２４ａの深さは浅くなることがなく一定にできるので、折り曲げ角を大きくとっても接触点が乗り上げることがなく、強度面において有利である。また、トラック溝の深さが一定であることから、ボールのピッチ円直径ＰＣＤが小さくでき、これにより外輪１０の外径を小さくできるため、コストダウンを図ることができる。そして、外輪１０のＰＣＤを小さくすると、継手の最大折り曲げ角は低下するが、これは外輪１０のトラック溝１４を開口側に向けて拡径させることによって補うことができる。
【００１３】
トラックを７本とすることによって、８本と比べ窓柱の幅を確保しながらボール径を大きくすることができ、強度面、トルク負荷能力において有利である。従来の固定型等速自在継手は、トラック数が３、６または８であり、インボード側の継手のトラック数が通常３、６または８であるため、ＮＶＨ問題の観点から、位相合わせを必要とする。しかし、トラックを７本とすることによって、インボード側の継手のトラック数と互いに素となるため、位相合わせが必要なくなり、ＮＶＨ特性においても有利である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１５】
まず、図１および図２にトラック溝を８本とした実施の形態を示す。この固定型等速自在継手は、外輪１０と、内輪２０と、ケージ３０と、ボール４０を主要な構成要素として成り立っており、連結すべき２軸のうちの一方を外輪１０に接続し、他方を内輪２０に接続することによって、２軸を折り曲げ可能に連結する。継手の折り曲げ点つまりジョイント中心を図１および図２に符号Ｏで示してある。
【００１６】
図１に示すように、外輪１０は一端にて開口したカップ状で、部分球形の内周面１２を備えている。外輪１０の内周面１２には、軸方向に走る８本のトラック溝１４が円周方向等間隔に形成してある。各トラック溝１４は、外輪１０の反開口側つまり奥側に位置する円弧部１４ａと、開口側に位置するストレート部１４ｂとからなる。この実施の形態の場合、図３からよく分かるように、円弧部１４ａとストレート部１４ｂとの境は、ジョイント平面Ｐに対して外輪１０の奥側に角度βをなす線分と溝底との交点ｐにある。そして、円弧部１４ａの曲率中心はジョイント中心Ｏと一致している。言い換えるならば、円弧部１４ａは、外輪１０の奥側に位置し継手の折り曲げ点Ｏを中心とする球の子午線に沿った円弧である。ストレート部１４ｂは前記線分に対して直角となるような角度で形成されている。したがって、角度βの大きさによってストレート部１４ｂの拡径の度合いが決まる。角度βの具体例を挙げるならば、０＜β＜１０°が望ましい。βを１０°以上にすると拡径度合いが大きくなりすぎ、外輪の外径を拡大しなければならないというデメリットが著しくなる。
【００１７】
内輪２０は、ここではシャフト５とスプラインによって分離可能に結合される。内輪２０は部分球形の外周面２２を有し、その外周面２２に、軸方向に走る８本のトラック溝２４を円周方向等間隔に形成してある。各トラック溝２４は、外輪１０の開口側に位置する円弧部２４ａと、外輪の反開口側に位置するストレート部２４ｂとからなる。この実施の形態の場合、図３からよく分かるように、円弧部２４ａとストレート部２４ｂとの境は、ジョイント平面Ｐに対して外輪１０の開口側に角度βをなす線分と溝底との交点ｑにある。そして、円弧部２４ａの曲率中心はジョイント中心Ｏと一致している。言い換えるならば、円弧部２４ａは、外輪１０の開口側に位置し継手の折り曲げ点Ｏを中心とする球の子午線に沿った円弧である。ストレート部２４ｂは前記線分に対して直角となるような角度で形成されている。したがって、角度βの大きさによってストレート部２４ｂの拡径の度合いが決まる。ここで、角度βの範囲は外輪に対応して定まり、上述のとおり、具体例を挙げるならば０＜β＜１０°が望ましい。
【００１８】
外輪１０のトラック溝１４と内輪２０のトラック溝２４とが対をなし、各対に１個のボール４０が組み込まれる。ボール４０はトラック溝１４，２４間に介在してトルクを伝達する働きをする。すなわち、回転方向によって、外輪１０から内輪２０に、または、内輪２０から外輪１０に、トルクを伝達する。各ボール４０は保持器３０のポケット３６内に収容される。ケージ３０は、部分球形の外周面３２と、部分球形の内周面３４と、円周方向に等配した複数のポケット３６を有する。ケージ３０は、外輪１０の内周面１２と内輪２０の外周面２２との間に介在してボール４０を継手の二等分面上に配置する役割を果たす。
【００１９】
次に、図３および図４に示す実施の形態は、トラック溝１４，２４の数を７本とするとともにボール４０の数を７個としたもので、それ以外は図１および図２の実施の形態と変わるところはない。この実施の形態は、トラック溝１４，２４を７本とすることによって、ケージ３０の厚みをそのままに、ボール４０のサイズを大きくしながらケージ３０の窓柱の幅も大きくでき、設計上のムダをなくすこと、つまり、トルクの負荷能力とケージ強度のバランスを保つことができる。
【００２０】
【発明の効果】
既に述べたように、一般にトラック溝はボールをアンギュラーで抱え、その接触角が大きいほどトルクの負荷能力が高くなる。しかし、トラック深さが不均一な場合、接触角の大きさはトラックの最も浅い部分によって決まり、深さが均一な場合と比べ、設計的なムダが入る。本発明によれば、内輪の開口側と外輪の奥側それぞれのトラック深さは浅くなることがなく一定にできるので、折り曲げ角を大きくとっても接触点が乗り上げることがなく、強度面において有利である。また、ピッチ円直径ＰＣＤが小さくできるため、外輪外径を小さくしてコストダウンを図ることができる。なお、ピッチ円直径ＰＣＤを小さくすると継手の最大折り曲げ角が低下する。しかし、外輪のトラック溝を開口側に向けて拡径させたことによってその分を補うことができる。
【００２１】
トラックを７本とした場合、８本の場合に比べて、ケージのポケット間寸法つまり柱の幅を減少させることなくボール径を大きくすることができ、強度面、トルク負荷能力において有利である。また、従来の固定型等速自在継手は、トラック数が３，６，８であり、インボード側の継手のトラック数が通常３，６，８であるため、ＮＶＨ問題の観点から、位相合わせを必要とする。しかし、トラックを７本とすることによって、インボード側の継手のトラック数と互いに素となるため、位相合わせの必要がなく、ＮＶＨ特性においても有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態を示す固定型等速自在継手の縦断面図である。
【図２】図１の継手の横断面図である。
【図３】トラック溝の線図である。
【図４】別の実施の形態を示す固定型等速自在継手の横断面図である。
【図５】従来の技術を示す固定型等速自在継手の縦断面図である。
【図６】図５の継手の横断面図である。
【図７】継手が折り曲げ角をとった状態を示す図５と類似の縦断面図である。
【図８】別の従来の技術を示す固定型等速自在継手の縦断面図である。
【図９】図８の継手の横断面図である。
【図１０】トラック溝とボールの関係を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  外輪
１２  内周面
１４  トラック溝
１４ａ  円弧部
１４ｂ  ストレート部
２０  内輪
２２  外周面
２４  トラック溝
２４ａ  円弧部
２４ｂ  ストレート部
３０  ケージ
３２  外周面
３４  内周面
３６  ポケット
４０  ボール
Ｏ  ジョイント中心（折り曲げ点）
θ  折り曲げ角
α  接触角
【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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【図９】
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【図１０】
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