(57)【要約】【課題】  ドライブシャフトやプロペラシャフト等のように駆動力を伝達する用途に用いられ、耐久性に大きな悪影響を与えることなく、新規部品を追加することなく、回転方向のガタツキを抑制する。【解決手段】  内球面に複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した外輪と、外球面に外輪のトラック溝と対をなす複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内輪と、外輪と内輪の両トラック溝間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外輪の内球面と内輪の外球面との間に介在してボールを保持するポケット４１が円周方向等間隔に形成されたケージ４０とを備え、ケージ４０のポケット中心Ｏ４を継手中心Ｏから外輪の反開口側にオフセットさせる。【選択図】      図５
2007211803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内球面に複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した外側継手部材と、外球面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内側継手部材と、前記外側継手部材と内側継手部材の両トラック溝間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に介在してボールを保持するポケットが円周方向等間隔に形成されたケージとを備え、前記ケージのポケット中心を継手中心から外側継手部材の反開口側にオフセットしたことを特徴とする固定式等速自在継手。
【請求項２】
前記外側継手部材のトラック溝の曲率中心は内球面の中心に対して軸方向にオフセットされ、前記内側継手部材のトラック溝の曲率中心は外球面の中心に対して軸方向逆向きにオフセットされ、外側継手部材のトラック溝のオフセット量をｆ１、内側継手部材のトラック溝のオフセット量をｆ２、外側継手部材のトラック溝の曲率中心とボール中心とを結ぶ線分の長さをＰＣＲ１、内側継手部材のトラック溝の曲率中心とボール中心とを結ぶ線分の長さＰＣＲ２とした場合、前記ケージのポケットオフセット量Ｘ０を、
【数１】
2007211803.tif 000005
とした請求項１に記載の固定式等速自在継手。
【請求項３】
前記外側継手部材のトラック溝のオフセット量と内側継手部材のトラック溝のオフセット量が等しく、外側継手部材のトラック溝の曲率中心とボール中心とを結ぶ線分の長さと内側継手部材のトラック溝の曲率中心とボール中心とを結ぶ線分の長さの平均値をＰＣＲとした場合、前記ケージのポケットオフセット量Ｘ０を、
０．００１・ＰＣＲ≦Ｘ０≦０．０４・ＰＣＲ
とした請求項１に記載の固定式等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固定式等速自在継手に関し、詳しくは、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もので、駆動側と従動側の二軸間で作動角度変位のみを許容する固定式等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車の動力伝達系において、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のドライブシャフトやプロペラシャフトに使用される連結用継手の一種に固定式等速自在継手がある。この種の固定式等速自在継手は、自動車のステアリング用シャフトにも使用されている。
【０００３】
一般的に、固定式等速自在継手は、内球面に複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した外側継手部材と、外球面に外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝と内側継手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、外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球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。このケージの円周方向等間隔に、ボールを収容したポケットが形成されている。
【０００４】
特許文献１に開示された固定式等速自在継手は、外側継手部材と内側継手部材の各トラック溝間の距離をボール径に対して小さくし、トラック溝とボール間のすきまに締め代を与えて回転方向のガタツキを抑制する構造のものである。これにより、トルク損失が小さくて滑らかな回転を得ることができるステアリング用シャフトとして好適な固定式等速自在継手を実現している。
【０００５】
特許文献２に開示された固定式等速自在継手は、弾性部材としてのばねを用いることにより、ボールを介してトラック溝間のすきまを詰めることにより、外側継手部材と内側継手部材との相対位置を詰めて両者間の回転方向のガタツキを抑制する構造のものである。これにより、ステアリング装置のように回転方向のガタツキを嫌う用途にも使用可能な固定式等速自在継手を実現している。
【特許文献１】特開平７−３１７７９０号公報
【特許文献２】特開２００３−１３００８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述した特許文献１，２に開示された固定式等速自在継手は、外側継手部材と内側継手部材との間の回転方向のガタツキを抑制する構造を採用したことにより、ステアリング用シャフトに使用される連結用継手として好適である。
【０００７】
特許文献１の固定式等速自在継手のように、外側継手部材と内側継手部材の各トラック溝間の距離をボール径に対して小さくし、トラック溝とボール間のすきまに締め代を与える構造の場合、ステアリング用シャフトに使用される用途では継手の耐久性が問題にならない。
【０００８】
しかしながら、ドライブシャフトやプロペラシャフトに使用される用途では、車両の駆動力を伝達することから、特許文献１のような構造は、継手の耐久性に大きな悪影響を与えることから、ドライブシャフトやプロペラシャフトのような用途には採用することが困難である。
【０００９】
また、特許文献２の固定式等速自在継手のように、外側継手部材と内側継手部材との相対位置を詰めるための構造に弾性部材としてのばねを採用した場合、車両の駆動力を伝達するドライブシャフトやプロペラシャフトに使用すると、弾性部材としてのばねの強度を十分に確保することが困難である。
【００１０】
一般的に、ドライブシャフトやプロペラシャフトに用いる固定式等速自在継手では、各部のガタツキが大きいと、動力が伝達される瞬間に部品同士が衝突することによる異音が発生する場合があり、各部のガタツキを可能な限り小さくすることが望ましい。
【００１１】
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、ドライブシャフトやプロペラシャフト等のように駆動力を伝達する用途に用いられ、耐久性に大きな悪影響を与えることなく、新規部品を追加することなく、回転方向のガタツキを抑制し得る固定式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】
【００１２】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、内球面に複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した外側継手部材と、外球面に外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材の両トラック溝間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に介在してボールを保持するポケットが円周方向等間隔に形成されたケージとを備え、ケージのポケット中心を継手中心から外側継手部材の反開口側にオフセットしたことを特徴とする。
【００１３】
本発明では、ケージのポケット中心を継手中心から外側継手部材の反開口側にオフセットしたことにより、加工および組み立て時に発生する各部のすきまを可及的に小さくすることができ、各部のガタツキを抑制することが実現容易となる。この場合、新規部品を追加することなく、また、従前の加工工程内で対応することができるので、不所望なコストアップを招くことはない。
【００１４】
本発明において、ケージのポケット中心を継手中心から外側継手部材の反開口側にオフセットしたポケットオフセット量は、以下のように規定することができる。
【００１５】
つまり、外側継手部材のトラック溝の曲率中心は内球面の中心に対して軸方向にオフセットされ、内側継手部材のトラック溝の曲率中心は外球面の中心に対して軸方向逆向きにオフセットされ、外側継手部材のトラック溝のオフセット量をｆ１、内側継手部材のトラック溝のオフセット量をｆ２、外側継手部材のトラック溝の曲率中心とボール中心とを結ぶ線分の長さをＰＣＲ１、内側継手部材のトラック溝の曲率中心とボール中心とを結ぶ線分の長さＰＣＲ２とした場合、次に示す連立方程式で求めることができる。
（ｘ−ｆ１）２＋ｙ２＝ＰＣＲ１２
（ｘ−ｆ２）２＋ｙ２＝ＰＣＲ２２
この式からケージのポケットオフセット量Ｘ０は、
【数２】
2007211803.tif 000003
となる。
【００１６】
上式は、実際上、継手の構成部品の寸法公差やバラツキが存在することから、外側継手部材のトラック溝のオフセット量ｆ１と内側継手部材のトラック溝のオフセット量ｆ２が異なる値となる場合に基づくものである。
【００１７】
上式を満足するＸ０を求めるためには，すべての外側継手部材および内側継手部材それぞれのオフセット量およびトラック溝の曲率中心を求めなければならないが，実際の設計値および実験結果を考慮して，外側継手部材のトラック溝の曲率中心とボール中心とを結ぶ線分の長さと内側継手部材のトラック溝の曲率中心とボール中心とを結ぶ線分の長さの平均値をＰＣＲとすると、ケージのポケットオフセット量Ｘ０は，簡易的に、
０．００１・ＰＣＲ≦Ｘ０≦０．０４・ＰＣＲ
の範囲に規定することができる。
【００１８】
ここで、Ｘ０が０．００１・ＰＣＲより小さいと、従来の固定式等速自在継手のように円周方向のガタツキが大きく、逆に、Ｘ０が０．０４・ＰＣＲより大きいと、円周方向のガタツキが完全に詰まってしまい、ドライブシャフトやプロペラシャフトとしての耐久性を低下させる要因となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ケージのポケット中心を継手中心から外側継手部材の反開口側にオフセットしたことにより、加工および組み立て時に発生する各部のすきまを可及的に小さくすることができ、各部のガタツキを抑制することが実現容易となる。この場合、新規部品を追加することなく、また、従前の加工工程内で対応することができるので、不所望なコストアップを招くことはない。その結果、耐久性に大きな悪影響を与えることなく、ドライブシャフトやプロペラシャフトのように動力を伝達する用途に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態を以下に詳述する。
【００２１】
図１は実施形態における固定式等速自在継手の縦断面図、図２は図１の右側面図である。同図に示す固定式等速自在継手は、外輪１０と、内輪２０と、ボール３０と、ケージ４０を主要な構成要素としている。この固定式等速自在継手によって連結すべき二軸、例えば従動側の回転軸（図示せず）を外輪１０と結合し、駆動側の回転軸（図示せず）を結合して、両者が角度をなした状態でも等速でトルクを伝達するようになっている。
【００２２】
外側継手部材としての外輪１０はマウス部１１とステム部（図示せず）とからなり、ステム部にて従動側の回転軸とトルク伝達可能に結合する。マウス部１１は一端にて開口した椀状で、その内球面１２に、軸方向に延びた複数のトラック溝１３が円周方向等間隔に形成されている。そのトラック溝１３はマウス部１１の開口端まで延びている。
【００２３】
内側継手部材としての内輪２０は、その外球面２２に、軸方向に延びた複数のトラック溝２３が円周方向等間隔に形成されている。そのトラック溝２３は内輪２０の軸方向に切り通されている。内輪２０は駆動側の回転軸とトルク伝達可能に結合するためのスプライン孔２４を有している。
【００２４】
外輪１０のトラック溝１３と内輪２０のトラック溝２３とは対をなし、各対のトラック溝１３，２３で構成されるボールトラックに１個ずつ、トルク伝達要素としてのボール３０が転動可能に組み込んである。ボール３０は外輪１０のトラック溝１３と内輪２０のトラック溝２３との間に介在してトルクを伝達する。
【００２５】
各ボール３０は、外輪１０と内輪２０との間に介在したケージ４０によって保持されている。ケージ４０は、複数のポケット４１が円周方向等間隔に形成され、そのポケット４１内にボール３０がそれぞれ収容されている。ボール３０の数、換言すれば、トラック溝１３，２３の数は任意であるが、例を挙げるならば６あるいは８である。特に、ボール３０が８個の場合、コンパクトな等速自在継手を実現することができる。
【００２６】
この継手では、大きな作動角θを取り得る構造とするため、外輪１０のトラック溝１３の曲率中心Ｏ１と、内輪２０のトラック溝２３の曲率中心Ｏ２とは、継手中心Ｏに対して等距離ｆだけ軸方向に逆向きにオフセットさせている（トラックオフセット）。このトラックオフセットを設けたことにより、対をなす外輪１０のトラック溝１３と内輪２０のトラック溝２３とで構成されるボールトラックは、外輪１０のマウス部１１の奥側から開口端側に向かって径方向間隔が徐々に拡大する楔状を呈している。
【００２７】
図３は理想的な設計に基づく固定式等速自在継手で、作動角０°における状態を示す。同図に示すように作動角０°における外輪１０のトラック溝１３の曲率中心Ｏ１とボール３０の中心Ｏ３とを結ぶ線分の長さ、および内輪２０のトラック溝２３の曲率中心Ｏ２とボール３０の中心Ｏ３とを結ぶ線分の長さをＰＣＲ（ボール３０の中心軌跡半径値）とすると、ボール３０が外輪１０のトラック溝１３を移動するときのボール中心の軌跡Ｌ１と、ボール３０が内輪２０のトラック溝２３を移動するときのボール中心の軌跡Ｌ２との交点は、継手中心Ｏを含む継手中心面上に存在し、ボールの中心Ｏ３がこの位置に決定される。
【００２８】
なお、外輪１０のトラック溝１３の曲率中心Ｏ１と、内輪２０のトラック溝２３の曲率中心Ｏ２とは、継手中心Ｏに対して等距離ｆだけオフセットされていることから、外輪１０のトラック溝１３の曲率中心Ｏ１とボール３０の中心Ｏ３とを結ぶ線分の長さＰＣＲと、内輪２０のトラック溝２３の曲率中心Ｏ２とボール３０の中心Ｏ３とを結ぶ線分の長さＰＣＲとは同一である。
【００２９】
実際上、固定式等速自在継手の各構成部品には寸法公差やばらつきが存在するため、各構成部品間にガタツキが生じる。このガタツキにより各構成部品をスムーズに組み立てることができるようになっている。従って、外輪１０のトラック溝１３のオフセット量と内輪２０のトラック溝２３のオフセット量は異なり、また、外輪１０のトラック溝１３の曲率中心Ｏ１とボール３０の中心Ｏ３とを結ぶ線分の長さと、内輪２０のトラック溝２３の曲率中心Ｏ２とボール３０の中心Ｏ３とを結ぶ線分の長さも異なることになる。
【００３０】
図４は実際の固定式等速自在継手で、作動角０°の状態を示す。同図に示すように外輪１０のトラック溝１３のオフセット量をｆ１、内輪２０のトラック溝２３のオフセット量をｆ２、作動角０°における外輪１０のトラック溝１３の曲率中心Ｏ１とボール３０の中心Ｏ３とを結ぶ線分の長さをＰＣＲ１、内輪２０のトラック溝２３の曲率中心Ｏ２とボール３０の中心Ｏ３とを結ぶ線分の長さをＰＣＲ２とすると、ボール３０が外輪１０のトラック溝１３を移動するときのボール中心の軌跡Ｌ１と、ボール３０が内輪２０のトラック溝２３を移動するときのボール中心の軌跡Ｌ２との交点は、継手中心Ｏよりも外輪１０の反開口側に移動する。その移動量を図中のＸ０で示す。その結果、ボール３０はケージ４０によって継手中心Ｏに保持されるため、外輪１０のトラック溝１３とボール３０との間、および内輪２０のトラック溝２３とボール３０との間のそれぞれにすきまδが生じることになる。
【００３１】
そこで、この外輪１０のトラック溝１３とボール３０との間、および内輪２０のトラック溝２３とボール３０との間に生じたすきまδを詰めるため、この実施形態の固定式等速自在継手では、図５に示すようにケージ４０のポケット中心Ｏ４（ポケット４１の軸方向寸法ＷのＷ／２位置）を継手中心Ｏから外輪１０の反開口側にオフセットする。そのポケットオフセット量を図中のＸ０（図４参照）とする。
【００３２】
このようにケージ４０のポケット中心Ｏ４を継手中心Ｏから外輪１０の反開口側にオフセットしたことにより、図４の一点鎖線で示すようにボール３０の中心Ｏ３を外輪１０の反開口側にポケットオフセット量Ｘ０だけ移動させることで、外輪１０のトラック溝１３とボール３０との間、および内輪２０のトラック溝２３とボール３０との間に生じたすきまδを詰めることができ、外輪１０と内輪２０との間での円周方向のガタツキを抑制することが可能となる。この場合、新規部品を追加することなく、また、従前の加工工程内で対応することができるので、不所望なコストアップを招くことはない。その結果、耐久性に大きな悪影響を与えることなく、ドライブシャフトやプロペラシャフトのように動力を伝達する用途に用いることができる。
【００３３】
このケージ４０のポケット中心Ｏ４を継手中心Ｏから外輪１０の反開口側にオフセットしたポケットオフセット量Ｘ０は、以下の連立方程式で求めることができる。
（ｘ−ｆ１）２＋ｙ２＝ＰＣＲ１２
（ｘ−ｆ２）２＋ｙ２＝ＰＣＲ２２
この式からケージ４０のポケットオフセット量Ｘ０は、
【数３】
2007211803.tif 000004
となる。
【００３４】
上式は、実際上、継手の構成部品の寸法公差やバラツキが存在することから、外輪１０のトラック溝１３のオフセット量ｆ１と内輪２０のトラック溝２３のオフセット量ｆ２が異なる値となる場合に基づくものである。
【００３５】
上式を満足するＸ０を求めるためには，すべての外輪１０および内輪２０それぞれのオフセット量およびトラック溝１３，２３の曲率中心を求めなければならないが，実際の設計値および実験結果を考慮して，外輪１０のトラック溝１３の曲率中心Ｏ１とボール３０の中心Ｏ３とを結ぶ線分の長さと、内輪２０のトラック溝２３の曲率中心Ｏ２とボール３０の中心Ｏ３とを結ぶ線分の長さの平均値をＰＣＲとすると、ケージ４０のポケットオフセット量Ｘ０は，簡易的に、
０．００１・ＰＣＲ≦Ｘ０≦０．０４・ＰＣＲ
の範囲に規定することができる。
【００３６】
図６はケージ４０のポケットオフセット量Ｘ０に対する円周方向のガタツキの関係を示すものである。同図に示すようにＸ０が０．００１・ＰＣＲより小さいと、従来の固定式等速自在継手のように円周方向のガタツキが大きく、逆に、Ｘ０が０．０４・ＰＣＲより大きいと、円周方向のガタツキの変化がなくなる。
【００３７】
図７は継手の作動角に対する十字作動トルクの特性を示すものである。図中の実線は、Ｘ０＝０で従来の場合、破線は、０．００１・ＰＣＲ≦Ｘ０≦０．０４・ＰＣＲの範囲内にある場合、一点鎖線は、Ｘ０が０．０４・ＰＣＲより大きい範囲外の場合を示す。Ｘ０が０．０４・ＰＣＲより大きくなると、円周方向のガタツキが完全に詰まってしまい、同図に示すように大きな作動角をとった時のトルクが上昇する傾向となる。これは、ドライブシャフトやプロペラシャフトとしての耐久性を低下させる要因となる。
【００３８】
なお、以上で説明した実施形態では、バーフィールド型等速自在継手（ＢＪ）に適用した場合について説明したが、アンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）などの他の構造を有する等速自在継手にも適用可能である。
【００３９】
また、ガタツキが詰まることによる動作性および耐久性の向上を図るため、ウレア系のグリースを適用することも望ましい。さらに、トラック溝を研磨していない鍛造仕上げの外輪および内輪を持つ継手に対して適用すれば、鍛造仕上げ品の公差範囲の大きさを補ってガタツキの少ない継手を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の右側面図である。
【図３】理想的な設計に基づく等速自在継手を示す要部拡大断面図である。
【図４】実際の等速自在継手を示す要部拡大断面図である。
【図５】ケージのポケットを示す要部拡大断面図である。
【図６】ケージのポケットオフセット量に対する円周方向のガタツキの関係を示す図である。
【図７】継手の作動角に対する十字作動トルクの特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  外側継手部材（外輪）
１２  外側継手部材（外輪）の内球面
１３  外側継手部材（外輪）のトラック溝
２０  内側継手部材（内輪）
２２  内側継手部材（内輪）の外球面
２３  内側継手部材（内輪）のトラック溝
３０  ボール
４０  ケージ
４１  ポケット
Ｏ  継手中心
Ｏ１  外側継手部材（外輪）のトラック溝の曲率中心
Ｏ２  内側継手部材（内輪）のトラック溝の曲率中心
Ｏ３  ボールの中心
Ｏ４  ポケットの中心
Ｘ０  ポケットオフセット量
【図１】
2007211803.tif 000006
【図２】
2007211803.tif 000007
【図３】
2007211803.tif 000008
【図４】
2007211803.tif 000009
【図５】
2007211803.tif 000010
【図６】
2007211803.tif 000011
【図７】
2007211803.tif 000012