(57)【要約】【課題】  油溝形成のための加工時間を短縮化して外輪あるいは内輪を容易に製作する。【解決手段】  内球面２１に複数のトラック溝２２を円周方向等間隔に軸方向に沿って開口端に向けて形成した外輪２５と、外球面に外輪２５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２５のトラック溝２２と内輪の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２５の内球面２１と内輪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た固定型等速自在継手において、外輪２５の内球面２１における曲率中心Ｏ４よりも開口側部分と内輪の外球面の曲率中心よりも反開口側部分に、グリースを保持する油溝４１を設ける。【選択図】    図１
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【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開口端に向け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ケージとを備えた固定型等速自在継手において、
前記外側継手部材の内球面における曲率中心よりも開口側部分、あるいは、内側継手部材の外球面における曲率中心よりも反開口側部分の少なくともいずれか一方に、グリースを保持する油溝を設けたことを特徴とする固定型等速自在継手。
【請求項２】
前記外側継手部材のトラック溝を前記開口端に向けて直線的に拡径したテーパ状にすると共に前記内側継手部材のトラック溝を反開口端に向けて直線的に拡径したテーパ状とし、前記ケージの外球面中心と内球面中心を継手中心に対して軸方向に等距離だけ反対側にオフセットし、かつ、外側継手部材のトラック溝の曲率中心と内側継手部材のトラック溝の曲率中心を継手中心に対してケージオフセット量だけオフセットしている請求項１に記載の固定型等速自在継手。
【請求項３】
前記外側継手部材および内側継手部材の両トラック溝のテーパ角度の上限値を１２°とした請求項１又は２に記載の固定型等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固定型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型の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型等速自在継手がある。この固定型等速自在継手は、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。
【０００３】
一般的に、固定型等速自在継手は、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開口端に向けて形成した外側継手部材としての外輪と、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側継手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が円周方向等間隔に形成されたケージとを備えている。なお、外輪の開口端と内輪に連結された回転軸との間には、継手内部に充填したグリースの漏洩を防ぐと共に異物の侵入を防止するための樹脂製ブーツが装着されている。
【０００４】
この等速自在継手では、外輪と内輪とが角度変位すると、ケージのポケット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。ここで、作動角とは、外輪の回転軸と内輪の回転軸とがなす角度を意味する。
【０００５】
この等速自在継手が作動角をとった時、外輪の内球面とケージの外球面、および内輪の外球面とケージの内球面が摺接する構造となっている。このように外輪の内球面とケージの外球面、内輪の外球面とケージの内球面が摺接する構造を具備していることから、それらの摺接部分で油膜切れにより等速自在継手の耐久性が低下することを防止するため、外輪の内球面あるいは内輪の外球面に、グリースを保持するための油溝を設ける手段が講じられている（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開平９−１３３１４９号公報
【特許文献２】実公昭４５−１９２１４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、前述の特許文献に記載された等速自在継手では、外輪の内球面あるいは内輪の外球面に油溝を設けたことにより、外輪の内球面とケージの外球面、内輪の外球面とケージの内球面のそれぞれの摺接部分で油膜切れが生じることなく、等速自在継手の耐久性の向上を図っている。しかしながら、従来、外輪の内球面あるいは内輪の外球面の全域に亘って油溝を設けていたことにより、外輪あるいは内輪の製作において、外輪の内球面あるいは内輪の外球面に油溝を形成するための加工に時間を要するという問題があった。
【０００７】
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、油溝形成のための加工時間を短縮して外輪あるいは内輪を容易に製作し得る固定型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】
【０００８】
前述の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開口端に向け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ケージとを備えた固定型等速自在継手において、前記外側継手部材の内球面における曲率中心よりも開口側部分、あるいは、内側継手部材の外球面における曲率中心よりも反開口側部分の少なくともいずれか一方に、グリースを保持する油溝を設けたことを特徴とする。
【０００９】
ここで、「外側継手部材の内球面における曲率中心よりも開口側部分、あるいは、内側継手部材の外球面における曲率中心よりも反開口側部分の少なくともいずれか一方」とは、外側継手部材の内球面における曲率中心よりも開口側部分に油溝を設ける場合、内側継手部材の外球面における曲率中心よりも反開口側部分に油溝を設ける場合、および外側継手部材の内球面における曲率中心よりも開口側部分と内側継手部材の外球面における曲率中心よりも反開口側部分の両方に油溝を設ける場合を含む意味である。
【００１０】
近年、自動車の乗車空間拡大の観点からホイールベースを長くすることがあるが、それに伴って車両回転半径が大きくならないようにするため、自動車のドライブシャフト等の連結用継手として使用されている固定型等速自在継手の高角化による前輪の操舵角の増大が求められている。
【００１１】
固定型等速自在継手の高角化を実現するため、外側継手部材のトラック溝を開口端に向けて直線的に拡径したテーパ状にすると共に内側継手部材のトラック溝を反開口端に向けて直線的に拡径したテーパ状とし、ケージの外球面中心と内球面中心を継手中心に対して軸方向に等距離だけ反対側にオフセットし、かつ、外側継手部材のトラック溝の曲率中心と内側継手部材のトラック溝の曲率中心を継手中心に対してケージオフセット量だけオフセットした構造が採用されている。
【００１２】
この高角化を実現した固定型等速自在継手においては、高作動角・高トルクになると、外側継手部材の内球面とケージの外球面、内側継手部材の外球面とケージの内球面がそれぞれ摺接する部分での接触力が大きくなることから、その摺接部分での油膜切れを引き起こし、等速自在継手の耐久性を低下させることになる。特に、この等速自在継手は高作動角をとるため、外側継手部材の内球面における曲率中心よりも開口側部分がケージの外球面に強く接触すると共に、内側継手部材の外球面における曲率中心よりも反開口側部分がケージの内球面に強く接触する。
【００１３】
従って、高角化した固定型等速自在継手に対しては、外側継手部材の内球面における曲率中心よりも開口側部分、あるいは、内側継手部材の外球面における曲率中心よりも反開口側部分に、グリースを保持する油溝を設ける手段を講じることが、外側継手部材の内球面とケージの外球面、あるいは内側継手部材の外球面とケージの内球面の摺接部分で、油膜を形成するのに必要なグリースを常時保持して油膜切れを生じ難くし、等速自在継手の耐久性の向上を図る上で有効である。
【００１４】
また、外側継手部材の内球面、あるいは内側継手部材の外球面の一部分に油溝を設けることから、外側継手部材あるいは内側継手部材を製作するに際して、油溝形成のための加工時間を短縮することが容易となる。
【００１５】
なお、外側継手部材および内側継手部材の両トラック溝をテーパ状とするに際しては、外側継手部材の外径を大きくすることなく、作動角の高角化を容易に実現する上で、外側継手部材の肉厚を薄くしてもその外側継手部材の強度および加工性を低下させないように、この固定型等速自在継手の内部諸元の中で、トラック溝をテーパ状にすることによる影響および傾向を検証し、前述のトラック溝のテーパ角度の最適値としてその上限値を１２°に規定した。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、外側継手部材の内球面における球面中心よりも開口側部分、あるいは、内側継手部材の外球面における球面中心よりも反開口側部分の少なくともいずれか一方に、グリースを保持する油溝を設けたことにより、従来品のように外側継手部材の内球面あるいは内側継手部材の外球面の全域に亘って油溝を形成する場合と比較して、外側継手部材あるいは内側継手部材を製作するに際して、油溝形成のための加工時間を短縮することができ、摺接部分での油膜切れによる耐久性低下の対策として有効な等速自在継手を容易に提供できる。特に、高角化を実現した等速自在継手においては、油膜切れが生じ易い摺接部分のみに油溝を形成したことになり、油膜切れによる耐久性低下への有効な対策としての効果は顕著である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る固定型等速自在継手の実施形態を以下に詳述する。
【００１８】
図５に示す実施形態の等速自在継手は、内球面２１に複数のトラック溝２２を円周方向等間隔に軸方向に沿って開口端２３に向けて形成したマウス部２４を有する外側継手部材である外輪２５と、外球面２６に外輪２５のトラック溝２２と対をなす複数のトラック溝２７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である内輪２８と、外輪２５のトラック溝２２と内輪２８のトラック溝２７間に介在してトルクを伝達する複数のボール２９と、外輪２５の内球面２１と内輪２８の外球面２６との間に介在して各ボール２９を保持するケージ３０とを備えている。複数のボール２９は、ケージ３０に形成されたポケット３３に収容されて円周方向等間隔に配置されている。
【００１９】
前述の外輪２５のマウス部２４から一体的に延びるステム部に例えば従動軸（図示せず）が連設され、内輪２８に駆動軸（図示せず）がセレーション等で結合されることにより、それら従動軸と駆動軸間で作動角度変位を許容しながらトルク伝達が可能な構造となっている。この等速自在継手では、外輪２５と内輪２８とが角度変位すると、ケージ３０のポケット３３に収容されたボール２９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】
この等速自在継手では、大きな作動角を取り得る構造とするため、外輪２５の各トラック溝２２を外輪２５の開口端２３に向けて直線的に拡径させたテーパ状としている。つまり、トラック溝２２は、反開口側であるマウス底側の円弧底２２ａとマウス開口側のテーパ底２２ｂとを有する。一方、内輪２８の各トラック溝２７も外輪２５の反開口端に向けて直線的に拡径させたテーパ状としている。つまり、トラック溝２７は、マウス開口側の円弧底２７ａとマウス底側のテーパ底２７ｂとを有する。
【００２１】
また、ケージ３０の内球面３１の曲率中心Ｏ３と、外球面３２の曲率中心Ｏ４とは、継手中心Ｏを通る継手中心面Ｐに対して等距離ｆだけ軸方向に逆向きにオフセットされている（ケージオフセット）。なお、外輪２５のトラック溝２２の曲率中心Ｏ１と、内輪２８のトラック溝２７の曲率中心Ｏ２とは、外輪２５の内球面２１の曲率中心と内輪２８の外球面２６の曲率中心にそれぞれ一致しており、この外輪２５の内球面２１の曲率中心と内輪２８の外球面２６の曲率中心は、ケージ３０の外球面３２の曲率中心Ｏ４とその内球面３１の曲率中心Ｏ３にそれぞれ一致している（従って、以下の説明では、外輪２５の内球面２１の曲率中心もＯ４とし、内輪２８の外球面２６の曲率中心もＯ３とする）。
【００２２】
このようにして、高角化を実現した固定型等速自在継手では、高作動角・高トルクになると、外輪２５の内球面２１とケージ３０の外球面３２、内輪２８の外球面２６とケージ３０の内球面３１がそれぞれ摺接する部分での接触力が大きくなることから、その摺接部分での油膜切れを引き起こし、等速自在継手の耐久性を低下させることになる。特に、高作動角をとるため、外輪２５の内球面２１における曲率中心Ｏ４よりも開口側部分がケージ３０の外球面３２に強く接触すると共に、内輪２８の外球面２６における曲率中心Ｏ３よりも反開口側部分がケージ３０の内球面３１に強く接触する。
【００２３】
従って、高角化を実現した固定型等速自在継手に対しては、図１および図２に示すように外輪２５の内球面２１における曲率中心Ｏ４よりも開口側部分（図１のＸで示す範囲）と、図３および図４に示すように内輪２８の外球面２６における曲率中心Ｏ３よりも反開口側（マウス底側）部分（図３のＹで示す範囲）に、グリースを保持する油溝４１，５１をそれぞれ設ける。
【００２４】
このように、ケージ３０の外球面３２が強く接触する外輪２５の内球面２１における開口側部分Ｘと、ケージ３０の内球面３１が強く接触する内輪２８の外球面２６の反開口側部分Ｙに油溝４１，５１をそれぞれ設けたことにより、それぞれの摺接部分での接触面間に油膜を形成するのに必要なグリースが常時十分に保持されるようになる。
【００２５】
この油溝の形態としては、例えば、図６〜図９に示すものがある。図６〜図９に示す形態の油溝４１〜４４は、外輪２５の内球面２１の開口側部分Ｘに形成したものを示すが、内輪２８の外球面２６の反開口側部分Ｙに油溝を設ける場合についても同様であるため、内輪２８については重複説明を省略する。
【００２６】
図６に示す油溝４１（図１および図２と同等）は、外輪２５の内球面２１の継手軸線方向に沿って形成されたものであり、他の形態としては、図７に示すように外輪２５の内球面２１の円周方向に沿って形成された油溝４２、図８に示すように外輪２５の内球面２１の斜め方向に沿って形成された油溝４３、図９に示すように外輪２５の内球面２１に格子状に形成された油溝４４などが可能である。なお、図６および図７に示すように外輪２５の内球面２１の継手軸線方向あるいは円周方向に油溝４１，４２を形成する場合は、複数の油溝を形成することも可能である。
【００２７】
なお、図７〜図９に示すように油溝４２〜４４の端部がトラック溝２２に切り抜けていると、油溝４２〜４４の深さによっては局部的にトラック溝２２の深さが浅くなり、継手のトルク負荷容量に影響する場合がある。その場合、油溝４２〜４４の深さは継手のトルク負荷容量に影響を及ぼさない程度に設定する必要がある。
【００２８】
この場合、図３に示すように内輪２８の外球面２６の反開口側部分Ｙでは、その両側に位置するトラック溝２７が浅くなる傾向にあり、逆に、図１に示すように外輪２５の内球面２１の開口側部分では、その両側に位置するトラック溝２２が深くなる傾向にあるため、油溝の深さが継手のトルク負荷容量に影響を及ぼす可能性がある場合には、内輪２８に油溝を設けず、外輪２５のみに油溝を設けるようにしてもよい。
【００２９】
また、油溝４２〜４４の端部がトラック溝２２に切り抜ける手前で終端となるように形成すれば、その油溝４２〜４４の端部がトラック溝２２に切り抜けていないことから、前述したような継手のトルク負荷容量への影響を考慮することなく、油溝４２〜４４の深さを適宜設定することができ、内輪２８と外輪２５の両方に油溝を設けることが容易となる。
【００３０】
なお、外輪２５および内輪２８の両トラック溝２２，２７をテーパ状とするに際しては、外輪２５の外径を大きくすることなく、作動角の高角化を容易に実現する上で、外輪２５の肉厚を薄くしてもその外輪２５の強度および加工性を低下させないように、この固定型等速自在継手の内部諸元の中で、トラック荷重、ポケット荷重および球面力からなる内部力の影響および傾向を検証し、有限要素法（ＦＥＭ）解析を実施することで、前述のトラック溝２２，２７のテーパ角度αの範囲を絞り込んで、最適値としてその上限値を１２°に規定した。
【００３１】
まず、テーパ角度αを大きくすると、ポケット荷重の最大値が大きくなるが、ボール２９が最も奥に入る位相（位相角φ＝１８０°付近）で外輪２５の肉厚を大きく、また、ケージオフセット量を大きくしてケージの肉厚を大きくすることにより強度を確保することができるので問題にはならない。
【００３２】
次に、テーパ角度αの上限値を決定するために、有限要素法（ＦＥＭ）解析を実施した。テーパ角度αが大きくなれば、ボール２９が最も飛び出そうとする位相（位相角φ＝０°）では内部力（トラック荷重およびポケット荷重）が小さくなり、強度的に有利になるが、外輪２５の開口端２３でありその肉厚が小さくなるため、トラック溝２２に発生する応力値を継手強度に換算して傾向を確認した。その結果、テーパ角度αが１２．９°で継手強度が必要強度を下回ることから、テーパ角度αの最適範囲としてその上限値を１２°として規定した。
【００３３】
なお、前述した実施形態では、外輪２５のトラック溝２２を開口端２３に向けて直線的に拡径したテーパ状にすると共に内輪２８のトラック溝２７を反開口端に向けて直線的に拡径したテーパ状とし、ケージ３０の外球面中心と内球面中心を継手中心に対して軸方向に等距離だけ反対側にオフセットし、かつ、外輪２５のトラック溝２２の曲率中心と内輪のトラック溝の曲率中心を継手中心に対してケージオフセット量だけオフセットした構造により高角化を実現した等速自在継手に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、他の固定型等速自在継手にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る固定型等速自在継手の実施形態で、外輪を示す断面図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】図１の等速自在継手の内輪を示す正面図である。
【図４】図３のＢ矢視図である。
【図５】本発明の実施形態で、固定型等速自在継手の全体構成を示す断面図である。
【図６】外輪の内球面に設けられた油溝の形成パターンの一例を示す図２の要部拡大図である。
【図７】外輪の内球面に設けられた油溝の形成パターンの他例を示す図２の要部拡大図である。
【図８】外輪の内球面に設けられた油溝の形成パターンの他例を示す図２の要部拡大図である。
【図９】外輪の内球面に設けられた油溝の形成パターンの他例を示す図２の要部拡大図である。
【符号の説明】
【００３５】
２１  外側継手部材（外輪）の内球面
２２  外側継手部材（外輪）のトラック溝
２３  開口端
２５  外側継手部材（外輪）
２６  内側継手部材（内輪）の外球面
２７  内側継手部材（内輪）のトラック溝
２８  内側継手部材（内輪）
２９  ボール
３０  ケージ
３１  ケージの内球面
３２  ケージの外球面
３３  ポケット
４１，５１  油溝
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  ケージの内球面中心
Ｏ４  ケージの外球面中心
α  トラック溝のテーパ角度
【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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