(57)【要約】【課題】  クロスグルーブ型等速自在継手において、過大なトルクが入力された場合でもケージの柱部が破損することがないように、ケージの柱部の強度を向上させる。【解決手段】  互いに逆方向に傾いたボール溝２ａ，２ｂを円周方向に交互に形成した内輪２と、互いに逆方向に傾いたボール溝４ａ，４ｂを円周方向に交互に形成した外輪４とを備える。これらの互いに逆方向に傾いた内輪２と外輪４のボール溝２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂの交差部にトルク伝達ボール６を組み込み、これらトルク伝達ボール６を保持するケージ８を設ける。このケージ８は、軸方向中央部の内径を端部の内径と同じとし、かつ内周面を円筒状とする。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝を円周方向に交互に形成した外周面を有する内輪と、軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝を円周方向に交互に形成した内周面を有する外輪と、軸線に対して互いに逆方向に傾いた内輪のボール溝と外輪のボール溝との交差部に組み込んだトルク伝達ボールと、内輪の外周面と外輪の内周面との間に介在してトルク伝達ボールを円周方向で所定間隔に保持するケージとを有し、前記ケージの軸方向中央部の内径を端部の内径と同じとし、かつ前記ケージの内周面を円筒状としたことを特徴とするクロスグルーブ型等速自在継手。
【請求項２】
請求項１において、互いに逆方向に傾いた内輪のボール溝と外輪のボール溝が、それぞれ内輪または外輪の軸線との交差角が４．５°以上８．５°以下で、トルク伝達ボールの数が８であるクロスグルーブ型等速自在継手。
【請求項３】
請求項１において、自動車のドライブシャフトに用いられる等速自在継手であって、互いに逆方向に傾いた内輪のボール溝と外輪のボール溝が、それぞれ内輪または外輪の軸線との交差角が１０°以上１５°以下で、トルク伝達ボールの数が１０であるクロスグルーブ型等速自在継手。
【請求項４】
請求項１において、自動車のプロペラシャフトに用いられる等速自在継手であって、互いに逆方向に傾いた内輪のボール溝と外輪のボール溝が、それぞれ内輪または外輪の軸線との交差角が６°以上９°以下で、トルク伝達ボールの数が１０であるクロスグルーブ型等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車や各種産業機械等の動力伝達装置に使用される等速自在継手に関し、特に摺動側に使われ、内輪・外輪が軸線に対し互いに逆方向に傾いたボール溝を有するクロスグルーブ型等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
クロスグルーブ型等速自在継手は、対を成す内輪のボール溝と外輪のボール溝が軸線に対して互いに逆方向に傾いており、両ボール溝の交差部にトルク伝達ボールを保持するようになっている。このような構造であるため、トルク伝達ボールとボール溝との間のがたつきを少なくすることができ、特に、がたつきを嫌う自動車のドライブシャフトやプロペラシャフトに多用されている。
【０００３】
非特許文献１には最も基本的なクロスグルーブ型等速自在継手が示されている。クロスグルーブ型等速自在継手の基本構成は、軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝を円周方向に交互に形成した外周面を有する内輪と、軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝を円周方向に交互に形成した内周面を有する外輪と、軸線に対して互いに逆方向に傾いた内輪のボール溝と外輪のボール溝との交差部に組み込んだトルク伝達ボールと、内輪の外周面と外輪の内周面との間に介在してトルク伝達ボールを円周方向で所定間隔に保持するケージとからなる。なお、非特許文献１では、転動体の数は4個以上、一般的には6個であるとされている。
【０００４】
また、特許文献１には、上記基本的なクロスグルーブ型等速自在継手において、軸線に対するボール溝の交差角を小さくしたときに最大作動角が小さくなってしまうことを避けるために、ボール溝を軸線に対して傾けるだけでなく、軸線を含む平面内においても傾斜させることを提案したクロスグルーブ型等速自在継手が記載されている。
【特許文献１】特開平５−２３１４３５号公報
【非特許文献１】E.R.Wagner,”Universal Joint and Driveshaft Design Manual”,SAE, 1991, p.163-166
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記非特許文献１および特許文献１に記載のクロスグルーブ型等速自在継手を含め、従来のクロスグルーブ型等速自在継手のケージ１０は、図１１、図１２に示すように、軸方向中央部１０ａの内周面は円筒状で、その内径は軸方向端部１０ｂの内径よりも大きく、軸方向中央部１０ａと軸方向端部１０ｂとが球面状部位１０ｃ（図１１参照）、もしくはテーパ面状部位１０ｄ（図１２参照）を介して連なる形状になっている。
【０００６】
ケージ１０には、トルク伝達ボールの数だけ窓状のポケット１０ｅが設けられている。このポケット１０ｅは、トルク伝達ボールを収容保持して、トルク伝達ボールを内輪のボール溝と外輪のボール溝との交差部に位置させる作用をする。クロスグルーブ型等速自在継手の構造上、トルク入力時にトルク伝達ボールに負荷される荷重の方向は、隣合うポケット１０ｅで互いに反対となる。このため、ポケット間の部位である柱部１０ｆには、逆方向に作用する荷重が負荷される。つまり、柱部１０ｆは引っ張られた状態となる。従来のクロスグルーブ型等速自在継手では、このように柱部１０ｆに逆方向に作用する荷重が負荷される上、ケージ１０は上記のように柱部１０ｆの径方向の肉厚が小さいため、過大なトルクが入力された場合、ケージ１０の柱部１０ｆが破損するおそれがある。
【０００７】
この発明の目的は、クロスグルーブ型等速自在継手において、過大なトルクが入力された場合でもケージの柱部が破損することがないように、ケージの柱部の強度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のクロスグルーブ型等速自在継手は、軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝を円周方向に交互に形成した外周面を有する内輪と、軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝を円周方向に交互に形成した内周面を有する外輪と、軸線に対して互いに逆方向に傾いた内輪のボール溝と外輪のボール溝との交差部に組み込んだトルク伝達ボールと、内輪の外周面と外輪の内周面との間に介在してトルク伝達ボールを円周方向で所定間隔に保持するケージとを有し、前記ケージの軸方向中央部の内径を端部の内径と同じとし、かつ前記ケージの内周面を円筒状としたことを特徴としている。
【０００９】
ケージの軸方向中央部の内径を端部の内径と同じとし、かつケージの内周面を円筒状としたことにより、ケージにおけるトルク伝達ボールを収容するポケット間の部位である柱部の径方向の肉厚が大きくなり、この柱部の強度が向上する。このため、継手に過大なトルクが入力され、上記逆方向に作用する荷重が柱部に大きく負荷された場合でも、ケージの柱部が破損することがない。
【００１０】
この発明において、互いに逆方向に傾いた内輪のボール溝と外輪のボール溝が、それぞれ内輪または外輪の軸線との交差角が４．５°以上８．５°以下で、トルク伝達ボールの数を８とすることができる。
【００１１】
軸線に対するボール溝の交差角を４．５°以上８．５°以下で、トルク伝達ボールの数を８とすることにより、継手の最大作動角が小さくならず、また、摺動ストロークを稼ぐことができる。クロスグルーブ型等速自在継手では、ある位相にトルク伝達ボールが存在し、作動角を大きくすると、内・外輪のボール溝の交差角であるくさび角が反転してしまい、トルク伝達ボールからケージに作用する力のバランスが崩れ、ケージの駆動が不安定になる。前記くさび角が小さくなってくると、トルク伝達ボールの数が６個までの場合はこの現象が顕著に現れる。しかしながら、トルク伝達ボールの数が８個以上にすることによって、くさび角が小さくなっても、くさび角が反転してしまったトルク伝達ボールの駆動力を、他のトルク伝達ボールが分担して、ケージの駆動を安定させることができる。
トルク伝達ボールの数を従来の６個から８個に増やし、あるいは後述のように１０個と増やして、小型のトルク伝達ボールを使用する場合、ケージの柱部の肉厚が不足してケージの強度低下につながる。しかし、この発明では、ケージの軸方向中央部の内径を端部の内径と同じとし、かつケージの内周面を円筒状としたため、強度不足を補うことができる。
【００１２】
この発明において、自動車のドライブシャフトに用いられる等速自在継手に限定した場合、ボール溝の交差角は１０°以上１５°以下で、トルク伝達ボールの数を１０とすることができる。また、自動車のプロペラシャフトに用いられる等速自在継手に限定した場合、ボール溝の交差角が６°以上９°以下で、トルク伝達ボールの数が１０とすることができる。上記ボール溝の交差角は、互いに逆方向に傾いた内輪のボール溝と外輪のボール溝が、それぞれ内輪または外輪の軸線となす交差角のことである。
【００１３】
ドライブシャフトに用いられるクロスグルーブ型等速自在継手では、ボール溝の交差角を１０°以上１５°以下とし、トルク伝達ボールの数を１０とすることにより、継手の最大作動角が小さくならず、また摺動ストロークを稼ぐことができる。同様に、プロペラシャフトに用いられるクロスグルーブ型自在継手では、ボール溝の交差角が６°以上９°以下とし、トルク伝達ボールの数を１０とすることにより、継手の最大作動角が小さくならず、また摺動ストロークを稼ぐことができる。トルク伝達ボールの数が１０個にした場合、くさび角が小さくなっても、くさび角が反転してしまったトルク伝達ボールの駆動力を、他のトルク伝達ボールが分担して、ケージの駆動を安定させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明のクロスグルーブ型自在継手は、軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝を円周方向に交互に形成した外周面を有する内輪と、軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝を円周方向に交互に形成した内周面を有する外輪と、軸線に対して互いに逆方向に傾いた内輪のボール溝と外輪のボール溝との交差部に組み込んだトルク伝達ボールと、内輪の外周面と外輪の内周面との間に介在してトルク伝達ボールを円周方向で所定間隔に保持するケージとを有するものであり、前記ケージの軸方向中央部の内径を端部の内径と同じとし、かつ前記ケージの内径面を円筒状としたため、ケージにおけるトルク伝達ボールを収容するポケット間の部分である柱部の径方向の肉厚が大きくなり、この柱部の強度を向上させることができる。このため、継手に過大なトルクが入力された場合でも、ケージの柱部が破損しないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図6と共に説明する。このクロスグルーブ型等速自在継手は、内輪２と、外輪４と、６個のトルク伝達ボール６と、ケージ８とを主要な構成要素として成り立っている。
【００１６】
内輪２は、リング状で外周面にボール溝２ａ，２ｂが形成してある。これと同様に、外輪４も、リング状で内周面にボール溝４ａ，４ｂが形成してある。図３はボール溝の展開図であって、同図に実線で示すように、内輪２の軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝２ａ，２ｂが円周方向に交互に位置している。また、二点鎖線で示すように、外輪４の軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝４ａ，４ｂが円周方向に交互に位置している。
【００１７】
軸線に対する各ボール溝２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂの交差角を符合βで表してある。互いに逆方向に傾いた内輪２のボール溝２ａ（またはボール溝２ｂ）と外輪４のボール溝４ａ（またはボール溝４ｂ）が対を成し、両者の交差角（くさび角）は2βで表される。
【００１８】
対を成すボール溝２ａとボール溝４ａ、またはボール溝２ｂとボール溝４ｂの交差部にトルク伝達ボール６が組み込まれている。図４に示すように、ここでは内輪２のボール溝２ａ，２ｂと、外輪のボール溝４ａ，４ｂがそれぞれ６本あり、トルク伝達ボール６も６個ある。
【００１９】
図５に示すように、内輪２および外輪４のボール溝２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂは一般的にゴシックアーチまたは楕円の断面形状をしており、トルク伝達ボール６とボール溝２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂとの関係は、アンギュラコンタクトとなっている。アンギュラコンタクトの接触角αは、例示するなら３０〜５０°の範囲である。
【００２０】
図６に示すように、ケージ８は、トルク伝達ボール６を収容保持する窓状のポケット８ａが、周方向に等間隔でトルク伝達ボール６と同数だけ形成されている。隣合うポケット間の部位は柱部８ｂとなっている。ケージ８の外周面８ｃは球状とされ、外輪４の内周面がケージ８の外周面８ｃの案内面となっている。また、ケージ８の内周面８ｄは円筒状とされ、その軸方向中央部も端部も一律に同じ内径になっている。したがって、柱部８ｂの径方向の肉厚は、軸方向中央部で最も大きくなっている。この軸方向中央部は、柱部８ｂの円周方向の幅が最も小さい箇所である。つまり、幅の狭い箇所の肉厚を大きくすることで、部分的に強度の低い箇所を無くして、柱部８ｂ全体の強度向上が図られているのである。これにより、継手に過大なトルクが入力された場合に、ケージ８の柱部８ｂが破損することを防止できる。
【００２１】
クロスグルーブ型等速自在継手に外力が付加されると、対を成す内輪のボール溝２ａ，２ｂと外輪のボール溝４ａ，４ｂとの交差部に形成されたくさび角２βの作用で、トルク伝達ボール６がケージ８のポケット８ａの端面に押しやられる。これにより、トルク伝達ボール６は常にボール溝の交差部に保持され、内・外輪２，４間に角度変位が生じたときでも、常に作動角（内輪２と外輪４の相対角度）の二等分面内に維持される。このようにこのクロスグルーブ型等速自在継手は、等速性があり、しかも、ガタツキの少ない優れたものとなっている。
【００２２】
図７および図８は、この発明の第２の実施形態における内輪・外輪およびケージを示している。この実施形態が前記第１の実施形態と異なる点は、トルク伝達ボールの数であり、それに関連して第１の実施形態と比べ明らかな相違がみられる内輪・外輪およびケージ以外は、基本的に第１の実施形態と同じ構造である。このため、第１の実施形態における図１、図2、図３および図５に相当する図は省略し、それに関連する説明も省略する。
【００２３】
この実施形態は、トルク伝達ボール６の数が８で、内輪２および外輪４にそれぞれ８本のボール溝２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂが形成されている。また、ケージ８には8箇所にポケット８ａが形成されている。第１の実施形態と同様に、ケージ８の内周面８ｄは円筒状とされ、その軸方向中央部も端部も一律に同じ内径になっている。これにより、隣合うポケット間の部位である柱部８ｂの強度向上が図られている。
【００２４】
この実施形態の場合、トルク伝達ボール６の数を８としたことに関連して、次の条件を規定している。すなわち、ボール溝２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂの軸線に対する交差角β（図３参照）を４．５°以上８．５°以下としている。この根拠を以下に示す。
【００２５】
クロスグルーブ型等速自在継手は、内・外輪に軸方向に形成した円弧状ボール溝の中心をオフセットさせることによってトルク伝達ボールを制御するタイプの等速自在継手に比べて、作動角をあまり大きくとることができないとされている。これは、作動角を大きくとると、内・外輪のボール溝の交差角であるくさび角２βが反転してしまい、トルク伝達ボールからケージに作用する力のバランスが崩れてしまうからである。その結果、ケージは力の釣り合いが保てなくなって不安定になる。
【００２６】
なお、内・外輪のボール溝の交差角βを大きくとることによってくさび角２βの反転を防止することが考えられる。しかし、内輪および外輪は、軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝が周方向に交互に配列されるため、隣合うボール溝同士の干渉を避ける必要上、軸線に対するボール溝の交差角βを大きくすることには限界がある。
【００２７】
また、くさび角２βは継手の摺動ストロークにも関係しており、ストローク量を稼ぐためにはくさび角２βを小さくしていくことが有効となる。ところが、継手の摺動ストロークを稼ぐために、軸線に対するボール溝の交差角βを小さくすると、等速自在継手としての最大作動角が小さくなってしまう。この最大作動角とは、回転しない状態で、継手を折り曲げてさらに戻す操作を行ったときに、極大なトルクが作用してしまう状況が現れる角度である。最悪の場合、角度が付いたまま戻らなくなる、つまり、引っ掛かる現象が起きる。
【００２８】
上記の理由から、一般的に、クロスグルーブ型等速自在継手は、最大作動角および摺動量に自由度が少ないとされてきた。クロスグルーブ型等速自在継手の用途を広げ、各種機械に適用された場合に適正に作動させるためには、最大作動角を小さくすることなく摺動ストロークを稼ぐ必要がある。
【００２９】
軸線に対するボール溝の交差角を４．５°以上８．５°以下で、トルク伝達ボールの数を８とすることにより、継手の最大作動角が小さくならず、また、摺動ストロークを稼ぐことができる。既に述べたように、クロスグルーブ型等速自在継手では、ある位相にトルク伝達ボールが存在し、作動角を大きくすると、くさび角が反転してしまい、トルク伝達ボールからケージに作用する力のバランスが崩れ、ケージの駆動が不安定になる。くさび角が小さくなってくると、トルク伝達ボールの数が６個までの場合はこの現象が顕著に現れる。しかしながら、トルク伝達ボールの数が８個以上にすることによって、くさび角が小さくなっても、ある値まではケージの駆動が安定する。これは、くさび角が反転してしまったトルク伝達ボールの駆動力を、他のトルク伝達ボールが分担して、ケージの駆動を安定させることによる。
【００３０】
図９および図１０は、この発明の第３の実施形態における内輪・外輪およびケージを示している。この実施形態が前記第１の実施形態と異なる点も、トルク伝達ボールの数であり、それに関連して第１の実施形態と比べ明らかな相違がみられる内輪・外輪およびケージ以外は、基本的に第１の実施形態と同じ構造である。このため、第１の実施形態における図１、図2、図３および図５に相当する図は省略し、それに関連する説明も省略する。
【００３１】
この実施形態は、トルク伝達ボール６の数が１０で、内輪２および外輪４にそれぞれ１０本のボール溝２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂが形成されている。また、ケージ８には１０箇所にポケット８ａが形成されている。第１、第２の実施形態と同様に、ケージ８の内周面８ｄは円筒状とされ、その軸方向中央部も端部も一律に同じ内径になっている。これにより、隣合うポケット間の部位である柱部８ｂの強度向上が図られている。
【００３２】
この実施形態の場合、トルク伝達ボール６の数を１０としたことに関連して、次の条件を規定している。すなわち、ドライブシャフトに用いられるクロスグルーブ型等速自在継手の場合は、ボール溝２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂの軸線に対する交差角β（図３参照）を１０°以上１５°以下としている。また、プロペラシャフトに用いられるクロスグルーブ型等速自在継手の場合は、ボール溝２ａ，２ｂ，４ａ，４ｂの軸線に対する交差角β（図３参照）を６°以上９°以下としている。この根拠を以下に示す。
【００３３】
クロスグルーブ型等速自在継手は最大作動角および摺動量に自由度が少ない、ということは先に述べたとおりであり、このことが、クロスグルーブ型等速自在継手を自動車に組み付けるときに問題となる。すなわち、クロスグルーブ型等速自在継手を自動車に組み付けるときには、継手を一旦折り曲げた後、元に戻す作業が必要であるが、最大作動角が小さいと、継手を折り曲げた際に前記引っ掛かる現象が起きやすく、組付け作業の作業性が非常に悪いのである。
【００３４】
このため、ボール溝の交差角を小さくして摺動ストロークを稼いでも最大作動角が小さくならず、折曲げ時に引っ掛かりの少ない優れた折曲げ特性が得られて、車両組立て時の組立て作業性を向上させることができるドライブシャフト用およびプロペラシャフト用のクロスグルーブ型等速自在継手が待望されている。
【００３５】
ドライブシャフトに用いられるクロスグルーブ型等速自在継手では、ボール溝の交差角を１０°以上１５°以下とし、トルク伝達ボールの数を１０とすることにより、継手の最大作動角が小さくならず、また摺動ストロークを稼ぐことができる。同様に、プロペラシャフトに用いられるクロスグルーブ型自在継手では、ボール溝の交差角が６°以上９°以下とし、トルク伝達ボールの数を１０とすることにより、継手の最大作動角が小さくならず、また摺動ストロークを稼ぐことができる。
【００３６】
ドライブシャフトに用いられるクロスグルーブ型等速自在継手では、要求される作動角は２０°程度であるため、２５°までの作動角の場合を解析した結果、ボール溝の交差角が１０°以上であれば、従来のトルク伝達ボールが６個のタイプのものよりも折曲げ特性に優れることが確認された。
【００３７】
同様に、プロペラシャフトに用いられるクロスグルーブ型等速自在継手では、要求される作動角は１０°程度であるため、１５°までの作動角の場合を解析した結果、ボール溝の交差角が５°以上であれば、従来のトルク伝達ボールが６個のタイプのものよりも折曲げ特性に優れることが確認された。
【００３８】
このように、ボール溝の交差角を小さくして摺動ストロークを稼いでも最大作動角が小さくならず、折曲げ時に引っ掛かりの少ない優れた折曲げ特性が得られる。そのため、車両組立て時の組立て作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかるクロスグルーブ型等速自在継手の一部切欠斜視図である。
【図２】同クロスグルーブ型等速自在継手の断面図である。
【図３】同クロスグルーブ型等速自在継手のボール溝の展開図である。
【図４】同クロスグルーブ型等速自在継手の内輪と外輪の正面図である。
【図５】同クロスグルーブ型等速自在継手のボール溝の断面図である。
【図６】同クロスグルーブ型等速自在継手の（ａ）はケージの正面図、（ｂ）はそのVIb-VIb断面図である。
【図７】この発明の第２の実施形態にかかるクロスグルーブ型等速自在継手の内輪と外輪の正面図である。
【図８】同クロスグルーブ型等速自在継手の（ａ）はケージの正面図、（ｂ）はそのVIIIb-VIIIb断面図である。
【図９】この発明の第３の実施形態にかかるクロスグルーブ型等速自在継手の内輪と外輪の正面図である。
【図１０】同クロスグルーブ型等速自在継手の（ａ）はケージの正面図、（ｂ）はそのＸb-Ｘb断面図である。
【図１１】従来のクロスグルーブ型等速自在継手の（ａ）はケージの正面図、（ｂ）はそのXIb-XIb断面図である。
【図１２】従来の異なるクロスグルーブ型等速自在継手の（ａ）はケージの正面図、（ｂ）はそのXIIb-XIIb断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
２…内輪
２ａ，２ｂ…ボール溝
４…外輪
４ａ，４ｂ…ボール溝
６…トルク伝達ボール
８…ケージ
８ａ…ポケット
８ｂ…柱部
【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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【図１１】
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【図１２】
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