(57)【要約】【課題】  クロスグルーブ型等速自在継手の構造を一部変更することにより、その等速自在継手を応用したクロスグルーブアクチュエータを提供する。【解決手段】  外周面に複数の直線状トラック溝１６を軸線に対して傾斜させた状態で軸方向に形成した内輪１１と、内周面に複数の直線状トラック溝１７を軸線に対して内輪１１のトラック溝１６と反対方向に傾斜させた状態で軸方向に形成した外輪１２と、内輪１１のトラック溝１６と外輪１２のトラック溝１７との交叉部に組み込まれたボール１３と、内輪１１の外周面と外輪１２の内周面との間に配されてボール１３を内輪１１のトラック溝１６と外輪１２のトラック溝１７との間で保持するケージ１４とを備え、内輪１１の隣接するトラック溝１６および外輪１２の隣接するトラック溝１７をそれぞれ平行に配置する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に複数の直線状トラック溝を軸線に対して傾斜させた状態で軸方向に形成した内輪と、内周面に複数の直線状トラック溝を軸線に対して前記内輪のトラック溝と反対方向に傾斜させた状態で軸方向に形成した外輪と、前記内輪のトラック溝と外輪のトラック溝との交叉部に組み込まれたボールと、前記内輪の外周面と外輪の内周面との間に配されて前記ボールを内輪のトラック溝と外輪のトラック溝との間で保持するケージとを備え、前記内輪の隣接するトラック溝および外輪の隣接するトラック溝をそれぞれ平行に配置したことを特徴とするクロスグルーブアクチュエータ。
【請求項２】
前記ボールが６個以上である請求項１に記載のクロスグルーブアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達機構において使用され、例えば４ＷＤ車やＦＲ車などで使用されるプロペラシャフトに組み込まれる摺動式等速自在継手を応用したクロスグルーブアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば４ＷＤ車やＦＲ車などの自動車で使用されるプロペラシャフトは、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角度変位に対応できる構造とするためにクロスグルーブ型と称される等速自在継手を具備するものがある。
【０００３】
図５〜図８はクロスグルーブ型等速自在継手を例示する。この等速自在継手は、図５および図６に示すように内輪１、外輪２、ボール３およびケージ４を主要な構成要素としている。内輪１は、その中心孔５にプロペラシャフトのスタブシャフト（図示せず）がスプライン嵌合により連結され、外周面に複数の直線状トラック溝６が軸方向に形成されている。外輪２は内輪１の外周に位置し、内周面に内輪１のトラック溝６と同数の直線状トラック溝７が軸方向に形成されている。内輪１と外輪２の間にケージ４が配置され、ボール３はケージ４のポケット８内に収容されている。
【０００４】
内輪１のトラック溝６と外輪２のトラック溝７は、図７（ケージ４については図示省略）に示すように軸線Ｌに対して反対方向に傾斜した角度（トラック交叉角α）をなし、対をなす内輪１のトラック溝６と外輪２のトラック溝７との交叉部にボール３が組み込まれている。また、内輪１の隣接するトラック溝６および外輪２の隣接するトラック溝７は、図８に示すようにそれぞれ軸線Ｌに対して反対方向にトラック交叉角αだけ傾斜した状態に配置されている。
【０００５】
この種の等速自在継手は、非特許文献１および特許文献１に開示されている。
【０００６】
非特許文献１には、４個以上（一般的には６個）のボールを有する基本的なクロスグルーブ型等速自在継手が示されており、内輪のトラック溝および外輪のトラック溝のトラック交叉角は、等速自在継手が最大作動角をとった時、対向するトラック溝が平行にならないような角度（一般的には１３〜１９°）に設計されている。また、内輪のトラック溝および外輪のトラック溝の横断面形状はゴシックアーチをなし、一般的にその溝径をボール径の１．０１〜１．０４とし、さらに、ボール中心を基準としてボールとトラック溝とが接触するボール接触中心とトラック溝の溝底中心とのなす角度であるボール接触角を３０〜４５°としている。
【０００７】
特許文献１には、通常のクロスグルーブ型等速自在継手において、ケージの外球面を外輪で固定するか、あるいはケージの内球面を内輪で固定することにより、固定式等速自在継手としている。
【非特許文献１】Universal Joint and Driveshaft Manual Section 3.2.12 “Cross Groove Universal Joint”
【特許文献１】米国特許US 6,497,622 B1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この等速自在継手では、内輪１のトラック溝６と外輪２のトラック溝７を前述したような構造、つまり、軸線Ｌに対して反対方向に傾斜した角度（トラック交叉角α）をなし、かつ、内輪１の隣接するトラック溝６および外輪２の隣接するトラック溝７を、それぞれ軸線Ｌに対して反対方向にトラック交叉角αだけ傾斜させた状態に配置している。
【０００９】
このように内輪１の隣接するトラック溝６および外輪２の隣接するトラック溝７のそれぞれが鏡像対称となるように配置されていることから、トルク負荷時、ボール３は、隣接するトラック溝６，７で互いに軸方向反対側へ飛び出そうとする。
【００１０】
従って、全てのボール３から作用される飛び出し力の合力によって、ボール３を保持するケージ４の継手軸方向位置が決まり、この状態で、内輪１からボール３を介して外輪２に駆動力および回転を伝達することができる。
【００１１】
ところで、前述したクロスグルーブ型等速自在継手を応用したアクチュエータの開発が要望されており、本出願人は、この要望に対して本発明を提案する。従って、本発明の目的とするところは、クロスグルーブ型等速自在継手の構造を一部変更することにより、その等速自在継手を応用したクロスグルーブアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述の目的を達成するため、本発明に係るクロスグルーブアクチュエータは、外周面に複数の直線状トラック溝を軸線に対して傾斜させた状態で軸方向に形成した内輪と、内周面に複数の直線状トラック溝を軸線に対して内輪のトラック溝と反対方向に傾斜させた状態で軸方向に形成した外輪と、内輪のトラック溝と外輪のトラック溝との交叉部に組み込まれたボールと、内輪の外周面と外輪の内周面との間に配されてボールを内輪のトラック溝と外輪のトラック溝との間で保持するケージとを備え、内輪の隣接するトラック溝および外輪の隣接するトラック溝をそれぞれ平行に配置したことを特徴とする。
【００１３】
本発明では、内輪の隣接するトラック溝および外輪の隣接するトラック溝をそれぞれ平行に配置したことにより、アクチュエータとして動作させることが可能となる。
【００１４】
つまり、従来のクロスグルーブ型等速自在継手では、内輪の隣接するトラック溝および外輪の隣接するトラック溝が軸線に対して反対方向に傾斜した状態に配置されていることから、トルク負荷時、ボールは、隣接するトラック溝で互いに軸方向反対側へ飛び出そうとし、全てのボールから作用される飛び出し力の合力によって、ボールを保持するケージの継手軸方向位置が決まり、この状態で、内輪からボールを介して外輪に駆動力および回転を伝達することができる。
【００１５】
これに対して、本発明のクロスグルーブアクチュエータでは、内輪の隣接するトラック溝および外輪の隣接するトラック溝をそれぞれ平行に配置したことにより、トルク負荷時、トラック溝の交叉部に位置する全てのボールは同じ方向に飛び出そうとするため、その力によってケージを内輪あるいは外輪の軸方向に変位させることができる。このケージの変位を利用することにより、アクチュエータとして機能させることが可能となる。
【００１６】
また、このクロスグルーブアクチュエータは、内輪と外輪との間で作動角をとった状態でも、アクチュエータとしての機能を失うことはない。さらに、トラックすきまが小さいクロスグルーブ型等速自在継手を基本構成としていることから、精度のよいアクチュエータを実現できる。なお、前述したケージの変位を適宜の手段により規制すれば、そのケージが変位規制端位置に達した時点からトルク伝達が可能なアクチュエータ、つまり等速自在継手とすることも可能である。
【００１７】
本発明では、前述した構成におけるボールを６個以上とすることが望ましい。このようにボールを６個以上とすることにより、実質的に作動に関与するボールの個数が増加することから、アクチュエータの作動性が向上し、高角化の実現も容易となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、外周面に複数の直線状トラック溝を軸線に対して傾斜させた状態で軸方向に形成した内輪と、内周面に複数の直線状トラック溝を軸線に対して内輪のトラック溝と反対方向に傾斜させた状態で軸方向に形成した外輪と、内輪のトラック溝と外輪のトラック溝との交叉部に組み込まれたボールと、内輪の外周面と外輪の内周面との間に配されてボールを内輪のトラック溝と外輪のトラック溝との間で保持するケージとを備え、内輪の隣接するトラック溝および外輪の隣接するトラック溝をそれぞれ平行に配置したことにより、内輪および外輪にトルクまたは回転変位を入力することでもって、ケージを内輪あるいは外輪の軸方向に変位させるアクチュエータとして機能させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係るクロスグルーブアクチュエータの実施形態を以下に詳述する。図１および図２はクロスグルーブアクチュエータの主要部構成を示す側面図および断面図である。図３は内輪と外輪を組み合わせた状態での両トラック溝を示す正面図、図４は内輪のトラック溝と外輪のトラック溝を別々に示す正面図である。なお、図４は内輪の外周面および外輪の外周面を平面的に展開した状態で示す。
【００２０】
このクロスグルーブアクチュエータは、図１および図２に示すように内輪１１、外輪１２、ボール１３およびケージ１４を主要な構成要素としている。内輪１１は、その中心孔１５に軸部材（図示せず）がスプライン嵌合により連結され、外周面に複数の直線状トラック溝１６が軸方向に形成されている。外輪１２は内輪１１の外周に位置し、内周面に内輪１１のトラック溝１６と同数の直線状トラック溝１７が軸方向に形成されている。内輪１１と外輪１２の間にケージ１４が配置され、ボール１３はケージ１４のポケット１８内に収容されている。
【００２１】
なお、図示の実施形態では、６個のボール１３を組み込んだアクチュエータを説明しているが、ボール１３は６個以上であってもよい。ボールを６個以上とすることにより、実質的に作動に関与するボールの個数が増加することから、アクチュエータの作動性が向上し、高角化の実現も容易となる。内輪１１のトラック溝１６および外輪１２のトラック溝１７の横断面形状はゴシックアーチをなし、ボール１３は、内輪１１のトラック溝１６および外輪１２のトラック溝１７に対してアンギュラ接触する。
【００２２】
内輪１１のトラック溝１６と外輪１２のトラック溝１７は、図３（ケージ１４については図示省略）に示すように軸線Ｌに対して反対方向に角度（トラック交叉角α）をなし、対をなす内輪１１のトラック溝１６と外輪１２のトラック溝１７との交叉部にボール１３が組み込まれている。また、図４および図５に示すように、内輪１１の隣接するトラック溝１６および外輪１２の隣接するトラック溝１７をそれぞれ平行に配置している。
【００２３】
以上のように、このクロスグルーブアクチュエータでは、内輪１１の隣接するトラック溝１６および外輪１２の隣接するトラック溝１７をそれぞれ平行に配置したことにより、アクチュエータとして動作させることが可能となる。
【００２４】
つまり、内輪１１の隣接するトラック溝１６および外輪１２の隣接するトラック溝１７をそれぞれ平行に配置したことにより、トルク負荷時、トラック溝１６，１７の交叉部に位置する全てのボール１３は同じ方向に飛び出そうとするため、その力によってケージ１４を内輪１１あるいは外輪１２の軸方向に変位させることができる。このケージ１４の変位を利用することにより、アクチュエータとして機能させることが可能となる。
【００２５】
そのケージ１４の変位方向は、トラック溝１６，１７の傾斜角（トラック交叉角α）と入力の回転またはトルクによって一意的に決定される。つまり、トラック溝１６，１７の傾斜角を所定値に設定した場合、例えば右回転の入力に対してケージ１４が内輪１１または外輪１２に対して右側へ変位すれば、逆に、左回転の入力に対してケージ１４が内輪１１または外輪１２に対して左側へ変位する。
【００２６】
また、このクロスグルーブアクチュエータは、内輪１１と外輪１２との間で作動角をとった状態でも、アクチュエータとしての機能を失うことはないため、その自由度は大きい。この場合、ケージ１４がなす角度は、内輪１１と外輪１２がなす作動角の１／２となる。さらに、ツェッパ型等速自在継手と比較してトラックすきまが小さいクロスグルーブ型等速自在継手を基本構成としていることから、ガタツキがなく、所定の変位量を得ることが容易な高精度のアクチュエータを実現できる。
【００２７】
なお、前述したケージ１４の変位を適宜の手段により規制すれば、そのケージ１４が変位規制位置に達した時点からトルク伝達が可能なアクチュエータとすることも可能である。つまり、そのケージ１４が変位規制手段により停止した時点から、ケージ１４が変位方向に位置決めされることになるので、同一入力に対して、内輪１１からボール１３を介して外輪１２に駆動力および回転を伝達することができる等速自在継手として機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態で、クロスグルーブアクチュエータの主要部構成を示す側面図である。
【図２】図１のクロスグルーブアクチュエータを示す正断面図である。
【図３】図２の内輪および外輪におけるトラック交叉角αを説明するための部分正面図である。
【図４】図２の内輪のトラック溝と外輪のトラック溝を示す部分展開図である。
【図５】クロスグルーブ型等速自在継手の主要部構成を示す側面図である。
【図６】図５のクロスグルーブ型等速自在継手を示す正断面図である。
【図７】図６の内輪および外輪におけるトラック交叉角αを説明するための部分正面図である。
【図８】図６の内輪のトラック溝と外輪のトラック溝を示す部分展開図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１  内輪
１２  外輪
１３  ボール
１４  ケージ
１６  トラック溝
１７  トラック溝
【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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