(57)【要約】【課題】ケージが合成樹脂の成形品からなる等速ジョイントにおいて、組立て及び分解作業時にボールがポケットから脱落することを防ぎつつ、等速精度の向上を図る。【解決手段】前記ボール２０と前記ポケット１２の内周間にケージ周方向の締め代を設けることにより、ボール２０がポケット１２から自重落下しないようにし、ボール２０のガタツキを防止した。外輪１のトラック溝６、７に潤滑性皮膜を形成し、ボール２０を合成樹脂製又は表面に潤滑性皮膜が形成されたものとすることにより、無潤滑化を図った。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が開口する環状空間を有し、その環状空間の外壁面と内壁面の少なくとも一方に軸方向に延びる３本のトラック溝を周方向に１２０゜の間隔をおいて形成した外輪と、前記外輪の前記環状空間内に組込まれ、前記トラック溝のそれぞれと対応する位置にポケットが形成されたケージと、前記ケージの各ポケット内に組込まれて前記トラック溝に沿って転動可能なボールとを備えた等速ジョイントにおいて、
前記ケージを合成樹脂の成形品とするとともに、前記外輪が金属またはセラミックスからなり、前記ボールと前記ポケットの内周間にケージ周方向の締め代を設けることにより前記ボールが前記ポケットの内周に保持されるようにしたことを特徴とする等速ジョイント。
【請求項２】
前記ポケットの内周のうち、前記ボールを保持する部分を、他の部分より窪ませた請求項１に記載の等速ジョイント。
【請求項３】
前記ポケットを円筒穴とし、その内径を前記ボールのボール径より小さくした請求項１に記載の等速ジョイント。
【請求項４】
前記外輪のトラック溝に潤滑性皮膜が形成された請求項１〜３のいずれかに記載の等速ジョイント。
【請求項５】
前記ボールが合成樹脂製または表面に潤滑性皮膜が形成された請求項１〜４のいずれかに記載の等速ジョイント。
【請求項６】
前記潤滑性皮膜が、樹脂皮膜、ダイヤモンドライクカーボン皮膜、複合メッキのうちの一種からなる請求項４又は５に記載の等速ジョイント。
【請求項７】
前記樹脂皮膜が、フッ素樹脂を含有する請求項６に記載の等速ジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、駆動軸と被駆動軸の２軸を連結して、駆動軸の動力を被駆動軸に伝達する等速ジョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のドライブシャフトの回転トルクを車軸に伝達する部品として等速ジョイントが従来から知られている。
【０００３】
上記等速ジョイントは、駆動軸と被駆動軸との等速性を維持しながら両軸の角度変位を許容する部材であるため、自動車以外の各種産業機械にも多用されている。
【０００４】
等速ジョイントには、角度変位のみを許容する固定型等速ジョイントと、角度変位と軸方向変位を許容する摺動型等速ジョイントとが存在している。
【０００５】
上記摺動型等速ジョイントとしては、図６、図７に示すように、外輪５１と、ケージ５２と、３つのボール５３とを備えたものが知られている。外輪５１には、内部軸心上にガイド軸５４を設けることにより環状空間５５が形成されている。環状空間５５内に組込まれるケージ５２には、ボール５３を保持するポケット５６が周方向に１２０°間隔で形成されている。環状空間５５の外壁面と内壁面の少なくとも一方には、各ポケット５６に対応する位置に軸方向に延びる３本のトラック溝５７、５８が周方向に１２０°の間隔をおいて設けられている。各ポケット５６内に組込まれたボール５３は、前記トラック溝５７、５８に沿って転動自在であり、そのボール５３を介して外輪５１とケージ５２の相互間で回転トルクの伝達を行なうようになっている。
【０００６】
図６、図７に示すような等速ジョイントにおいては、各種部品を鉄鋼等の金属から構成すると、強度が高いものの重くなり、グリース潤滑が必要である。このようなものは、動作音が大きい等の特徴が有り、使用箇所が制限される。例えば、食品製造機器、医療機器、事務機器、家庭用電化製品、音響機器などのように静粛性やグリースの飛散が許されない条件下で使用される機器には適していない。
【０００７】
このため、等速ジョイントの各種部品を合成樹脂の成形品とし、各種部品の軽量化を図ることにより、グリース潤滑を不要とし、動作音の低減を図ったものもある（特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３８２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図６、図７に示すような等速ジョイントは、破損、消耗品の交換等のために組立て及び分解作業を行う際、外輪５１とケージ５２とを分離させると、ポケット５６が外輪５１の外に出たときにボール５３がポケット５６からばらばらと脱落してケージ５２の内側に落ち込んだり、ケージ５２から落下したりするため、作業性が悪い問題があった。
また、等速ジョイントに一般的な課題として、駆動軸と被駆動軸の２軸間における等速精度が求められる。
【００１０】
そこで、この発明の課題は、ケージが合成樹脂の成形品からなる等速ジョイントにおいて、組立て及び分解作業時にボールがポケットから脱落することを防ぎつつ、等速精度の向上を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を達成するため、この発明は、一端が開口する環状空間を有し、その環状空間の外壁面と内壁面の少なくとも一方に軸方向に延びる３本のトラック溝を周方向に１２０゜の間隔をおいて形成した外輪と、前記外輪の前記環状空間内に組込まれ、前記トラック溝のそれぞれと対応する位置にポケットが形成されたケージと、前記ケージの各ポケット内に組込まれて前記トラック溝に沿って転動可能なボールとを備えた等速ジョイントにおいて、前記ケージを合成樹脂の成形品とするとともに、前記外輪が金属またはセラミックスからなり、前記ボールと前記ポケットの内周間にケージ周方向の締め代を設けることにより前記ボールが前記ポケットの内周に保持されるようにした構成を採用したものである。
【００１２】
具体的には、前記ボールと前記ポケットの内周間にケージ周方向の締め代を設けることにより前記ボールが前記ポケットの内周に保持されるようにした構成の採用により、ケージが外輪から外れた状態でも、ボールは、ポケットの内周に締め付けられて保持される。したがって、前記ケージを備えた等速ジョイントは、組立て及び分解作業時にボールがポケットから脱落することを防ぐことができ、その結果、これらの作業を簡単に行うことができる。
【００１３】
また、ボールがポケットの内周でケージ周方向に締め付けられて保持されるので、ケージによりボールにケージ周方向の予圧が付与された状態になっている。このため、等速ジョイントの作動時にボールがポケット内でガタつかない。
したがって、上記構成によれば、組立て及び分解作業時にボールがポケットから脱落することを防ぎつつ、等速精度の向上を図ることができる。
【００１４】
上記構成において、前記ポケットの内周のうち、前記ボールを保持する部分を、他の部分より窪ませた構成を採用すれば、保持状態でボールがズレ動き難くなり、等速ジョイントの組立工程でボールを確実にポケット内の定位置で保持することができる。
【００１５】
また、上記構成において、前記ポケットを円筒穴とし、その内径を前記ボールのボール径より小さくした構成を採用すれば、ポケットを形成するコアピンを無理抜きせずに済み、ケージの射出成形を容易に実施することができる。
【００１６】
また、上記構成において、前記ボールの転動面の潤滑性を高めれば、無潤滑で等速ジョイントを使用することができる。
【００１７】
具体的には、上記構成において、前記外輪のトラック溝に潤滑性皮膜が形成された構成を採用することができる。
【００１８】
また、前記ボールが合成樹脂製または表面に潤滑性皮膜が形成された構成を採用することができる。
【００１９】
特に、前記潤滑性皮膜が樹脂皮膜、ダイヤモンドライクカーボン皮膜、複合メッキのうちの一種からなる構成が好ましい。
【００２０】
前記樹脂皮膜がフッ素樹脂を含有する構成がより好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
上述のように、この発明は、上記構成の採用により、ケージが合成樹脂の成形品からなる等速ジョイントにおいて、組立て及び分解作業時にボールがポケットから脱落することを防ぎつつ、等速精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１、図２は、この発明の実施形態に係る等速ジョイントの全体構造を示す。図示のように、実施形態に係る等速ジョイントは、外輪１、ケージ１０およびボール２０から構成されている。
【００２３】
外輪１は、一端が開口するカップ部２を有し、そのカップ部２の閉塞端に第１軸３が一体に設けられている。
【００２４】
また、カップ部２内には中心軸上にガイド軸４が設けられ、そのガイド軸４とカップ部２間に環状空間５が形成され、上記環状空間５の外壁面を形成するカップ部２の内周面と環状空間５の内壁面を形成するガイド軸４の外周面に軸方向に延びる３本のトラック溝６、７が周方向に１２０°の間隔をおいて設けられている。なお、環状空間５の外壁面と内壁面のそれぞれにトラック溝６、７を形成したが、上記外壁面と内壁面の一方にトラック溝を設けるようにしてもよい。
【００２５】
外輪１は、金属製またはセラミックス製である。使用できる金属は鉄系、アルミニウム系、銅系等いずれの金属でも良い。ダイキャスト、削り出し、焼結のいずれで製造しても良い。好ましくは、アルミダイキャスト製または鉄系焼結体である。
【００２６】
また、図３に示すように、外輪のトラック溝６、７に潤滑性皮膜Ｓｃを形成することによって、金属製またはセラミックス製の外輪を使用しているにもかかわらず無潤滑で使用することができる。
【００２７】
潤滑性皮膜Ｓｃとしては、例えば、フッ素樹脂等の樹脂皮膜、二硫化モリブデン皮膜、黒鉛皮膜、ダイヤモンドライクカーボン皮膜、ニッケルリンメッキ、フッ素樹脂含有ニッケルメッキ等の複合メッキ等が採用できる。
【００２８】
中でも、フッ素樹脂皮膜、ダイヤモンドライクカーボン皮膜、複合メッキは潤滑特性に優れるため、等速ジョイントのボール転動面の潤滑性をより高めることができるので、低トルク化になり、省電力化に貢献できる。
【００２９】
上記フッ素樹脂皮膜としては、バインダ樹脂にフッ素樹脂の固体潤滑剤を配合した樹脂皮膜を採用することができる。具体的には、バインダ樹脂にポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等を用い、固体潤滑剤のフッ素樹脂にポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を用いたものがある。固体潤滑剤としてはＰＴＦＥのほかに黒鉛、二硫化モリブデンを併用しても良い。特に好ましくは、ポリイミド樹脂またはＰＡＩにＰＴＦＥおよび黒鉛を配合したフッ素樹脂皮膜である。上記フッ素樹脂皮膜は潤滑性が高く、耐摩耗性を有するもので無潤滑下でも長期に渡って使用することができる。また、膜厚を１０μｍ〜１００μｍの膜厚にすることが可能であるため、トルク伝達時の動作音の低減化により効果を挙げることができる。
【００３０】
図１、図２、図４に示すように、上記ケージ１０は、外輪１の環状空間５内に組込まれ、そのケージ１０の上記環状空間５の開口端側に位置する端部に第２軸１１が一体に設けられている。
【００３１】
また、ケージ１０には、外輪１の３本のトラック溝６、７のそれぞれに対応してポケット１２が形成され、各ポケット１２内に前記ボール２０が組込まれている。ボール２０のそれぞれは各トラック溝６、７に沿って転動可能とされている。
【００３２】
ケージ１０は射出成形可能な合成樹脂の成形品とされている。
【００３３】
ポケット１２は、ケージ内径側の開口端部とケージ外径側の開口端部が同一の内径ｄを有する円筒穴となっており、ケージ径方向の中間部における内径が内径ｄより大きい略円筒穴になっている。
【００３４】
ポケット１２の内周は、その全域で内径がボール２０のボール径Ｄより小さくなっている。このため、ボール２０とポケットの内周間にケージ周方向の締め代が設けられている。その結果、ポケット１２の内周がボール２０を締め付けることにより、ケージ１０が外輪１から外れた状態になっても、ボール２０は、ポケット１２の内周に保持されるようになっている。したがって、ケージ１０を備えた等速ジョイントは、組立て及び分解作業時にボール２０がポケット１２から脱落することを防ぐことができ、その結果、これらの作業を簡単に行うことができる。
【００３５】
また、ボール２０がポケット１２の内周でケージ周方向に締め付けられて保持されるので、ケージ１０によりボール２０にケージ周方向の予圧が付与された状態になっている。このため、等速ジョイントの作動時にボール２０がポケット１２内でガタつかない。したがって、この実施形態に係る等速ジョイントは、組立て及び分解作業時にボール２０がポケット１２から脱落することを防ぎつつ、等速精度の向上を図ることができる。
ここで、上記の締め付け保持は、等速ジョイントの作動に支障がないようにボール２０の転動が可能であり、かつケージ１０が外輪１から外された状態でボール２０が自重により落下しないようにすればよい。具体的には、締め代（ボール径Ｄ−ポケット径ｄ）がボール径Ｄの１／１００００〜１／２００小さくなるように設定すればよい。締め代が１／１００００Ｄより小さいと雰囲気温度が高い場所ではボールの抜け止め効果が得られなくなる恐れがあり、１／２００Ｄより大きいと等速ジョイントの作動に支障が生じる恐れがある。
【００３６】
ここで、この実施形態に係る等速ジョイントは、ポケット１２の内周のうち、ボール２０を保持する部分１２ａを除いた他の部分は、両開口端部の内径ｄとなっており、ボール２０を保持する部分１２ａ（以下、ボール保持部１２ａという）の内径は他の部分の内径ｄより大きくなっている。これにより、ボール保持部１２ａが他の部分より窪まされており、この窪み部分でもボール２０がケージ周方向に締め付けられている。その結果、ボール２０が保持状態でケージ径方向にズレ動くのに抵抗が生じ、ボール２０のズレ動きが防止される。したがって、この実施形態に係る等速ジョイントは、等速精度が向上し、製造時の組立工程でボールを確実にポケット内の定位置に保持可能となり脱落し難くすることができる。
【００３７】
この実施形態に係る等速ジョイントでは、ポケット１２の内周形状を単純化して成形の容易化を図るため、ポケット１２の内径をボール２０のボール径Ｄに対し負に設定することにより締め代を設けている。この場合、ボール２０にケージ周方向の締め付けが加えられるが、結果的に、ボール２０の全周に亘ってその径方向にも締め付けが加えられる。このような構成は、ボール２０がボール保持部１２ａで非常に安定するため、製造工程におけるケージへのボール組み込み作業がより確実になる点で有利である。なお、前記窪み部分はポケット内周の全周に渡って形成する必要はなく、ボールが定位置に保持できれば一点の凹状であってもよい。
【００３８】
なお、この実施形態に係る等速ジョイントは、ボール保持部１２ａを他の部分より窪ませた結果、射出成形に際し、この部分がアンダーカットになる。このアンダーカットを回避する一例を図５に示す。図５に示す例では、前記ポケット１２を全域に亘って円筒穴とし、その内径ｄを前記ボール２０のボール径Ｄより小さくしている。この場合、ポケット１２を形成するコアピンを無理抜きせずに済み、ケージ１０の射出成形を容易に実施することができる。図４に示すような構成は、製造工程の容易さよりもポケット１２の成形精度が高くなるため等速精度を優先する場合に好適である。また、金型の長寿命化を図ることができる。
上記の利点を考慮すると、図５に示す等速ジョイントは、ＯＡ機器用の等速ジョイントのように、作動角が非常に小さく、ケージ１０と外輪１間の軸方向の相対動が少ないものに好適である。ボール２０の転動が僅かなため、ボール２０の全周に亘ってその径方向に締め付けが加えられても等速ジョイントの作動に支障が生じ難いからである。
【００３９】
上記合成樹脂は等速ジョイントの使用条件によって適切なものを選択すればよい。例えば、合成樹脂は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれでもよく、さらに結晶性樹脂、非結晶性樹脂のいずれでもよい。なお、非結晶性樹脂は靭性が比較的低いため、急激な破壊を回避することができる点で結晶性樹脂の方が好ましい。
【００４０】
好ましい合成樹脂としては、潤滑特性に優れた合成樹脂、例えば、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ナイロン樹脂、ＰＦＡやＦＥＰ、ＥＴＦＥ等の射出成形可能なフッ素樹脂、射出成形可能なポリイミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）、全芳香族ポリエステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド樹脂等が挙げられる。
【００４１】
上記の各樹脂は、単独またはポリマーアロイであってもよい。あるいは、上記以外の潤滑特性の低い樹脂に前記の樹脂を配合したポリマーアロイであってもよい。
【００４２】
また、潤滑特性の低い樹脂であっても、固体潤滑剤や潤滑油を添加することにより潤滑性能を高めれば、使用することができる。固体潤滑剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、黒鉛、二硫化モリブデン等が挙げられる。
【００４３】
また、合成樹脂にガラス繊維、炭素繊維、各種鉱物性繊維（ウィスカー）を配合して強度を高めてもよく、上記固体潤滑剤等と併用することもできる。
【００４４】
このケージ１０等の成形に最も適した材料は、ＰＯＭ、ナイロン樹脂、ＰＰＳ、ＰＥＥＫである。ナイロン樹脂は、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン４６、分子鎖中に芳香族環を有する半芳香族ナイロン等のいずれでもよい。ＰＯＭ、ナイロン樹脂、ＰＰＳは、耐熱性、潤滑性に優れ、比較的安価であるため、これらを用いると費用対効果に優れた等速ジョイントを得ることができる。また、ＰＥＥＫは、補強材や潤滑剤を配合しなくても機械的強度や潤滑性に優れるため、これを用いると高機能な等速ジョイントを得ることができる。
【００４５】
上記のように、ケージ１０を合成樹脂の成形品にすることにより、軽量かつ動作音の小さな等速ジョイントを得ることができる。このため、この実施形態に係る等速ジョイントは、使用箇所の制限を受け難く、各種の機器に使用することができる。
【００４６】
上記ボール２０は、軸受鋼、ステンレススチール、セラミックス、合成樹脂等のボールを使用することができるが、ステンレススチール、セラミックス、合成樹脂にすることで無潤滑でも錆の問題が生じない点で好ましい。合成樹脂であれば、さらに軽量化、静粛性が実現される点で好ましい。
【００４７】
等速ジョイントを医療機器や食品製造機器に使用する場合は、ボール２０をステンレススチールやセラミックスにすることで環境的懸念が払拭されるので好ましい。また、衛生的な印象を与えるため、合成樹脂を用いる場合、白色系のものが好ましい。ＰＯＭは、白色系であると共に、潤滑性も高く、グリースレス化も可能である点で好適である。
【００４８】
ボール２０を軸受鋼、ステンレススチール等の金属製やセラミックス製とした場合、ボール２０の表面に潤滑性皮膜を形成することによって、無潤滑化とトルク伝達時の動作音の低減化を図ることができる。
【００４９】
ボール２０の表面に形成する潤滑性皮膜（図示省略）は、上記トラック溝６、７の潤滑性皮膜Ｓｃ用に例示した皮膜の中から選択することができる。
中でも、等速ジョイントのボール転動面の潤滑性をより高めることができる点で、上記のフッ素樹脂皮膜、ダイヤモンドライクカーボン皮膜、複合メッキが好ましい。
上記フッ素樹脂皮膜は潤滑性が高く、耐摩耗性を有するもので無潤滑下でも長期に渡って使用することができる。また、膜厚を１０μｍ〜１００μｍの膜厚にすることが可能であるため、トルク伝達時の動作音の低減化により効果を挙げることができる。
【００５０】
上記のように、ボール２０がポケット１２の内周に保持されるので、外輪１の環状空間５内に対するケージ１０の抜き差しによって等速ジョイントの組立て及び分解作業を容易に行うことができる。
【００５１】
特に、この実施形態は、潤滑性皮膜Ｓｃによる無潤滑化を図ることにより、ブーツ等を不要とし、外輪１の環状空間５内に対するケージ１０の抜き差しを直接行うことが可能なため、上記抜け止め効果と相俟って等速ジョイントの組立て及び分解を手早く行うことができる。その結果、上記等速ジョイントに動力を入力する入力側部品や等速ジョイントからの出力によって回転駆動される出力側部品の破損等による取替えを容易に行うことができる。このため、この実施形態に係る等速ジョイントは、設置現場で分解及び組立てが行われることが多く、ボールが機器内に脱落すると取り出しに手間取る事務機器に好適である。
【００５２】
また、この実施形態では、図１に示すように、カップ部２の内周面に形成されたトラック溝６及びこのガイド軸４の外周面に形成されたトラック溝７の開口端部に環状空間における外壁面および内壁面の開口端を大径端とするテーパ面１３、１４が設けられている。
【００５３】
テーパ面１３、１４は、カップ部２内に対するケージ１０の組込み時、ボール２０をトラック溝６、７の開口端に向けて案内するようになっている。このため、ボール２０がテーパ面１３、１４に案内される状態で外輪１とケージ１０を相対的に回転することにより、ボール２０がトラック溝６、７内に挿入される。したがって、この実施形態では、トラック溝６、７とボール２０の相互に位相ずれがある状態でも等速ジョイントを容易に組み立てることができる。
【００５４】
なお、テーパ面１３、１４は、例えば、外輪１の中心軸上に軸心を有するテーパ面や、ボール２０のピッチ円上に軸心を有するテーパ面にすることができる。隣接するテーパ面間にガイド突部を形成することもできる。
【００５５】
この実施形態では、ケージ１０と第２軸１１を合成樹脂で一体に成形したが、第２軸１１をセラミックスや鉄鋼、ステンレススチール、アルミニウム合金等の金属で形成し、合成樹脂で成形されたケージ１０とボルト等の結合手段で結合してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施形態に係る等速ジョイントの縦断面図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線の断面図
【図３】図１の外輪の別例を示す部分拡大縦断面図
【図４】図１のポケットを外径側から示した平面図
【図５】図１のポケットの別例を示した部分拡大縦断面図
【図６】従来例の等速ジョイントの縦断面図
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線の断面図
【符号の説明】
【００５７】
１  外輪
２  カップ部
４  ガイド軸
５  環状空間
６、７  トラック溝
１０  ケージ
１２  ポケット
１２ａ  ボール保持部
２０  ボール
Ｓｃ  潤滑性皮膜
【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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