(57)【要約】【課題】  外輪の製作を容易にする。【解決手段】  内周面２１に複数のトラック溝２２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外輪２３と、外周面に外輪２３のトラック溝２２と対をなす複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内輪と、外輪２３のトラック溝２２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複数のボール２７と、外輪２３の内周面２１と内輪の外周面との間に介在してボール２７を保持するケージとを備え、外輪２３のトラック溝２２の横断面形状は、ボール２７とアンギュラ接触するゴシックアーチ部２２ａと、そのゴシックアーチ部２２ａとボール２７の接触点Ｙを越える部位からトラック溝２２の肩部Ｘまでの間に形成され、ゴシックアーチ部２２ａの曲率半径面から後退する逃げ部２２ｂとで構成された等速自在継手において、外輪２３のトラック溝２２および逃げ部２２ｂを鍛造で仕上げる。【選択図】    図１
2007139094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に複数のトラック溝が円周方向に軸方向に沿って形成された外方部材と、外周面に前記外方部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内方部材と、前記外方部材のトラック溝と内方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、前記外方部材の内周面と内方部材の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、前記外方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部と、そのゴシックアーチ部とボールの接触点を越える部位からトラック溝の肩部までの間に形成され、前記ゴシックアーチ部の曲率半径面から後退する逃げ部とで構成された等速自在継手において、前記外方部材のトラック溝および逃げ部を鍛造で仕上げたことを特徴とする等速自在継手。
【請求項２】
前記逃げ部は、前記接触点を越える部位でゴシックアーチ部の曲率半径面と連続的に繋がり、鍛造時にコントロールして所定の形状になるように成形した形状を有する請求項１に記載の等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、等速自在継手に関し、例えば自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用される等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達する手段として使用される等速自在継手の一種に固定式等速自在継手がある。この固定式等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結してその二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し得る構造を備えている。一般的に、前述した固定式等速自在継手としては、バーフィールド型（ＢＪ）やアンダーカットフリー型（ＵＪ）が広く知られている。
【０００３】
例えば、ＢＪタイプの固定式等速自在継手は、球面状内周面に複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外方部材としての外輪と、球面状外周面に外輪のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内方部材としての内輪と、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複数のボールと、外輪の内周面と内輪の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ている。複数のボールは、ケージに形成されたポケットに収容されて円周方向等間隔に配置されている。
【０００４】
外輪は、一般的に以下の要領でもって製作されている。まず、円柱状ビレットを冷間鍛造で外輪の概略形状に形成し、この外輪素材の外周面、内周面および端面を旋削する。その後、熱処理を行い、内周面とトラック溝を研磨や焼入れ鋼切削などで仕上げ加工することにより、外輪を製作している。
【０００５】
この外輪のトラック溝は、軸方向に沿う縦断面が所定の曲率中心を持つ単一の円弧面形状を有し、その横断面形状は、トラック溝とボールがアンギュラ接触する曲面形状となっている。また、トラック溝のボール接触点を越える部位からトラック溝の肩部までの間には、トラック溝の曲率半径面から後退する逃げ部を形成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
このように逃げ部を形成したことにより、トラック溝の肩部とボールとの隙間を大きくすることができるので、トラック溝でのボールの転動時、トラック溝の肩部に打ち傷による変形やバリが万一存在していても、それら打ち傷による変形やバリがボールと干渉することを抑制でき、また、トルクが負荷された時のボールとトラック溝との接触楕円が小さくなることから、トラック溝の肩部へのボール乗り上げを抑制して折り曲げトルクの安定化を図ることができる。
【０００７】
この種の等速自在継手を、例えば自動車のドライブシャフトに使用した場合、外輪を従動軸に連結し、内輪に車体側のディファレンシャルに取り付けられた摺動式等速自在継手から延びる駆動軸をスプライン嵌合で連結した構造としている。この等速自在継手では、外輪と内輪との間に作動角が付与されると、ケージに収容されたボールは常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。
【特許文献１】特開２００２−３１０１８０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、前述した従来の等速自在継手の構成部品である外輪は、冷間鍛造、旋削および熱処理を経て、最終的にトラック溝に研削などの仕上げ加工を施すことにより製作されている。このように、冷間鍛造、旋削および熱処理の後、トラック溝の仕上げ加工を行っていると、トラック溝を仕上げ加工するための設備、工具などの費用が嵩むと共に、仕上げ加工に時間を要することや、材料の歩留まりも悪いという不都合があった。
【０００９】
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、外輪の製作を容易にし得る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】
【００１０】
本発明では、外方部材のトラック溝および逃げ部を鍛造で仕上げたことにより、その外方部材のトラック溝について研削などの仕上げ加工が不要となることから、その仕上げ加工に必要としていた設備や工具が不要となり、また、加工時間の短縮化を図ることができ、外方部材を効率的に製作することができ、製品のコスト低減化が図れる。
【００１１】
ここで、「接触点を越える部位」は、ゴシックアーチ部と逃げ部との境界部位であり、ゴシックアーチ部とボールの接触点とトラック溝の肩部との間に位置し、その位置は打ち傷による変形やバリの大きさと、トルク負荷時のボールとトラック溝との接触楕円の大きさにより決定される。また、「ゴシックアーチ部の曲率半径面から後退する」とは、逃げ部でのトラック溝面が、ゴシックアーチ部の曲率半径による溝面を仮想的に形成した場合、その仮想的な溝面の場合よりも、ボールとのすきまが大きくなるように形成されていることを意味する。
【００１２】
また、本発明における逃げ部は、接触点を越える部位でゴシックアーチ部の曲率半径面と連続的に繋がり、鍛造時に成形された形状を有することが望ましい。ここで、「連続的に繋がり」とは、ゴシックアーチ部と逃げ部との境界において、両方の溝面が滑らかに繋がっていることを意味する。
【００１３】
このように逃げ部を形成すれば、トラック溝の肩部とボールとの隙間を大きくすることができるので、トラック溝でのボールの転動時、トラック溝の肩部に打ち傷による変形やバリが万一存在していても、それら打ち傷による変形やバリがボールと干渉することを抑制でき、また、トルクが負荷された時のボールとトラック溝との接触楕円が小さくなることから、トラック溝の肩部へのボール乗り上げを抑制して折り曲げトルクの安定化を図ることができる。
【００１４】
なお、本発明は、軸方向の縦断面が単一の円弧面形状を有するトラック溝を持つ外方部材および内方部材を具備したバーフィールド型の固定式等速自在継手（ＢＪ）や、軸方向と平行なストレート底を有するトラック溝を持つ外方部材および内方部材を具備したアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手（ＵＪ）のいずれにも適用可能である。また、これらバーフィールド型やアンダーカットフリー型以外のトラック溝形状を有する他の固定式等速自在継手にも適用可能である。さらに、ダブルオフセット型の摺動式等速自在継手（ＤＯＪ）やクロスグルーブ型の摺動式等速自在継手（ＬＪ）にも適用可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、外方部材のトラック溝および逃げ部を鍛造で仕上げたことにより、その外方部材のトラック溝について研削などの仕上げ加工が不要となることから、その仕上げ加工に必要としていた設備や工具が不要となり、また、加工時間の短縮化を図ることができ、外方部材を効率的に製作することができ、製品のコスト低減化が図れる。
【００１６】
また、鍛造時のスプリングバックなどを利用して所定の逃げ形状を得られるように逃げ形状を設定すれば、過大な鍛造荷重を必要としなくなることから、鍛造ダイスの長寿命化などが図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る等速自在継手の実施形態を詳述する。以下の実施形態では、バーフィールド型の固定式等速自在継手（ＢＪ）を例示する。
【００１８】
この等速自在継手は、図２に示すように球面状内周面２１に複数のトラック溝２２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外方部材としての外輪２３と、球面状外周面２４に外輪２３のトラック溝２２と対をなす複数のトラック溝２５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内方部材としての内輪２６と、外輪２３のトラック溝２２と内輪２６のトラック溝２５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール２７と、外輪２３の球面状内周面２１と内輪２６の球面状外周面２４との間に介在してボール２７を保持するケージ２８とを備えている。複数のボール２７は、ケージ２８に形成されたポケット２９に収容されて円周方向等間隔に配置されている。
【００１９】
この種の等速自在継手を、例えば自動車のドライブシャフトに使用した場合、外輪２３を従動軸に連結し、内輪２６に車体側のディファレンシャルに取り付けられた摺動式等速自在継手から延びる駆動軸をスプライン嵌合で連結した構造としている。この等速自在継手では、図３に示すように外輪２３と内輪２６との間に作動角が付与されると、ケージ２８に収容されたボール２７は常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。
【００２０】
この実施形態の等速自在継手の一部を構成する外輪２３は、その球面状内周面２１に、軸方向に沿う縦断面が所定の曲率中心を持つ単一の円弧面形状を有するトラック溝２２が形成された構造を具備する。図１は外輪２３の球面状内周面２１に形成されたトラック溝２２を示す横断面図である。同図に示すように、トラック溝２２の横断面形状は、ボール２７とアンギュラ接触する接触点Ｙを越える部位Ｚまでゴシックアーチ状に形成し、そのボール接触点Ｙを越える部位Ｚからトラック溝２２の肩部Ｘまでの間を、ゴシックアーチ部２２ａの曲率半径Ｒ１よりも大きな曲率半径Ｒ２で曲線状に連続的に形成することにより構成される。
【００２１】
このゴシックアーチ部２２ａは、半径ｒのボール２７がトラック溝２２とアンギュラ接触する接触点Ｙとボール中心Ｏとを結ぶ線分をボール中心側へ延長した線上に位置するトラック溝中心Ｏ１を有し、ボール半径ｒよりも大きな曲率半径Ｒ１を持つ。このようにゴシックアーチ状としたことにより、トラック溝２２とボール２７との接触は、ボール接触角αを有するアンギュラ接触となっている。ゴシックアーチ部２２ａの形成角度βは、ボール接触角αよりも大きく、接触点Ｙを越える部位Ｚまでとしている。
【００２２】
この接触点Ｙを越える部位Ｚからトラック溝１６の肩部Ｘまでの間に、ゴシックアーチ部２２ａの曲率半径Ｒ１よりも大きな曲率半径Ｒ２で曲線状に形成した逃げ部２２ｂを設けている。この逃げ部２２ｂは、ゴシックアーチ部２２ａの曲率半径面から後退するように設けられ、ボール接触点Ｙとボール中心Ｏ、トラック溝中心Ｏ１とを結ぶ線分をトラック溝中心側へ延長した線上に位置する逃げ部中心Ｏ２により形成される。ここで、ボール接触角αとは、ボール２７の中心Ｏを基準としてボール２７とトラック溝２２とが接触するボール接触点Ｙとトラック溝２２の溝底中心Ｑとのなす角度を意味する。
【００２３】
この逃げ部２２ｂについては、ゴシックアーチ部２２ａの曲率半径Ｒ１よりも大きな曲率半径Ｒ２で形成したことにより、トラック溝２２の肩部Ｘとボール２７とのすきまが大きくなるので、トラック溝２２でのボール２７の転動時、トラック溝２２の肩部Ｘに打ち傷による変形やバリが存在していても、それら打ち傷による変形やバリがボール２７と干渉することを抑制することができる。また、トルクが負荷された時のボール２７とトラック溝２２との接触楕円Ｍを小さくすることができ、ボール２７が肩部Ｘに乗り上げることも抑制できて折り曲げトルクの安定化を図ることができる。
【００２４】
一方、トルク負荷時の接触楕円Ｍが小さくなる反面、接触面圧が大きくなり、耐久性に影響を及ぼすため、この逃げ部２２ｂの曲率半径Ｒ２は、その使用条件に応じて最適値に設定する必要がある。なお、接触楕円Ｍは、ボール接触中心Ｐを有し、そのボール接触中心Ｐからトラック溝底側とトラック溝開放側とで非対称な形状となっている。
【００２５】
ゴシックアーチ部２２ａと逃げ部２２ｂとの境界部分については、ゴシックアーチ部２２ａと逃げ部２２ｂとの連続性が保持されて滑らかに繋がれており、ゴシックアーチ部２２ａの形成角度βは、ボール接触角αよりも大きく、かつ、トラック溝２２の肩部Ｘまでの角度γよりも小さく設定されている。このゴシックアーチ部２２ａの形成角度βは、想定される打ち傷による変形やバリの大きさと、トルク負荷時のボール２７とトラック溝２２との接触楕円Ｍの大きさにより決定される。
【００２６】
以上で説明したようにゴシックアーチ部２２ａと逃げ部２２ｂで構成された複合ゴシックアーチ形状のトラック溝２２は、曲線状の逃げ部２２ｂに代えて、ボール接触点Ｙを越える部位Ｚからトラック溝１６の肩部Ｘまでの間で、そのボール接触点Ｙを越える部位Ｚでの接線方向に延びる直線状の逃げ部とすることも可能である。
【００２７】
このトラック溝および逃げ部は、鍛造により仕上げられている。つまり、トラック溝１６を冷間鍛造によって形成する場合、ダイス形状を複合ゴシックアーチ形状に予め成形することによって、ゴシックアーチ部２２ａと逃げ部２２ｂからなる複合ゴシックアーチ形状を形成することが容易である。
【００２８】
前述の外輪２３の鍛造は、ポンチを外輪素材の内面に押し付けてトラック溝２２を形成すると共に内周面側に素材を塑性流動させて外輪２３の形状に成形する。このため、内周面側への素材の充填は、特にトラック溝２２が深い部分で行われ難くなる。一方で、トラック溝２２の深い部分では浅い部分より逃げ量が大きな設定にしてもよい。逃げ部２２ｂは、前述したポンチに逃げ部２２ｂに相当する部分を設けてそれを転写することにより成形してもよいし、鍛造時のスプリングバック等を利用して逃げ部２２ｂが成形されるようにその形状をコントロールすることで所定の逃げ部２２ｂを成形してもよい。これにより、過大な鍛造荷重で鍛造することなく、所定の逃げ形状を得ることができる。
【００２９】
このように外輪２３のトラック溝２２および逃げ部２２ｂを鍛造で仕上げたことにより、その外輪２３のトラック溝２２について研削などの仕上げ加工が不要となることから、その仕上げ加工に必要としていた設備や工具が不要となり、また、加工時間の短縮化を図ることができ、外輪２３を効率的に製作することができ、製品のコスト低減化が図れる。
【００３０】
なお、逃げ部は、前述した直線状または曲線状に限定されるものではなく、逃げ部でのトラック溝面が、ゴシックアーチ部２２ａの曲率半径Ｒ１による溝面を仮想的に形成した場合、その仮想的な溝面の場合よりも、ボール２７とのすきまが大きくなるように形成されていればよい。また、外輪２３のトラック溝２２について説明したが、内輪２６のトラック溝２５の形状を前述したゴシックアーチ部２２ａと逃げ部２２ｂからなる複合ゴシックアーチ形状としてもよいのは勿論である。
【００３１】
なお、前述の実施形態では、軸方向の縦断面が単一の円弧面形状を有するトラック溝２２，２５を持つ外輪２３および内輪２６を具備したバーフィールド型の固定式等速自在継手について適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、図４に示すように軸方向と平行なストレート底を有するトラック溝２２’，２５’を持つ外輪２３’および内輪２６’を具備したアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手にも適用可能である。さらに、これらバーフィールド型やアンダーカットフリー型以外のトラック溝形状を有する他の固定式等速自在継手にも適用可能である。さらに、ダブルオフセット型の摺動式等速自在継手（ＤＯＪ）やクロスグルーブ型の摺動式等速自在継手（ＬＪ）にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る等速自在継手の実施形態で、外輪のトラック溝とボールの接触状態を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態で、バーフィールド型の固定式等速自在継手の全体構成を示す断面図である。
【図３】図２の等速自在継手の外輪と内輪が作動角をとった状態を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態で、アンダーカットフリー型等速自在継手の全体構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
２１  球面状内周面
２２  トラック溝
２２ａ  ゴシックアーチ部
２２ｂ  逃げ部
２３  外方部材（外輪）
２４  球面状外周面
２５  トラック溝
２６  内方部材（内輪）
２７  ボール
２８  ケージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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