(57)【要約】【課題】外輪の開口端に最も近くに来たボールによるトラック溝への負荷荷重をゼロ又は、微小にできて、外方部材の開口側における外輪および保持器（ケージ）の破損を防止できる固定式等速自在継手を提供する。【解決手段】内球面２１にトラック溝２２が形成された外方部材と、外球面２４にトラック溝２５が形成された内方部材と、外方部材のトラック溝２２と内方部材のトラック溝２５との間に介在してトルクを伝達するボール２７と、外方部材の内球面２１と内方部材の外球面２４との間に介在してボール２７を保持するケージ２８とを備えた固定式等速自在継手である。少なくとも外方部材の開口端に最も近くに来たボール２７と、外方部材のトラック溝２２の内壁面との間に接触面圧をゼロ又は、微小にさせる隙間３５を形成する。【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、外球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、前記外方部材の内球面と内方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式等速自在継手において、
少なくとも外方部材の開口端に最も近くに来たボールと、外方部材のトラック溝の内壁面との間に接触面圧をゼロ又は、微小にさせる隙間を形成することを特徴とする固定式等速自在継手。
【請求項２】
前記外方部材のトラック溝の溝底を、曲率中心が１個の単一円弧形状としたことを特徴とする請求項１の固定式等速自在継手。
【請求項３】
前記外方部材のトラック溝の溝底を、円弧部とストレート部とからなることを特徴とする請求項１の固定式等速自在継手。
【請求項４】
前記外方部材のトラック溝の溝底を、曲率中心が２個の複数円弧形状としたことを特徴とする請求項１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、図７に示すように内球面１に複数のトラック溝２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３と、外球面４に外輪３のトラック溝２と対をなす複数のトラック溝５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６と、外輪３のトラック溝２と内輪６のトラック溝５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、外輪３の内球面１と内輪６の外球面４との間に介在してボール７を保持するケージ８とを備えている。また、内輪６にはシャフト１１が嵌入されている。
【０００４】
この等速自在継手では、外輪３のトラック溝２の曲率中心Ｏ１と内輪６のトラック溝５の曲率中心Ｏ２とを、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（特許文献１）。このようにトラックオフセットを設けたことにより、両トラック溝２、５のそれぞれは、その軸方向中央から外輪底側（奥側）で浅く、外輪開口側で深くなっており、その結果、外輪３の底側（奥側）から開口側へ向けて径方向間隔が徐々に増加する楔状のボールトラックが形成されている。
【特許文献１】特公平６−６８２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１等に記載のようにオフセットしたものでは、外輪３のトラック溝２の横断面積Ｓは、図８に示すように、外輪底側（奥側）から外輪開口側に向かって大きくなる相似形状である。また、外輪（外方部材）の内球面は、図９に示すように、硬化処理（熱処理）を行って硬化部１０を形成している。
【０００６】
このように、前記図７等で示した固定式等速自在継手では、一般的に最大作動角をとったときにも各ボールがトラック溝２、５から外れないようにしている。しかしながら、作動角を大きくするほど、外輪３の開口端に近いボールは、トラック溝２の内壁面に大きな荷重を与える。すなわち、等速自在継手が最大作動角をとったときに過大なトルクが負荷されれば、外輪の開口側に来たボールは、トラック溝２の内面や保持器のポケット内壁に過大な荷重を負荷することになる。このため、外輪の開口端部や保持器を破損させるおそれがあった。
【０００７】
なお、前記特許文献１には、最大作動角をとった場合に、外輪の開口側に来たボールが外輪のトラック溝から外れるようにした固定式等速自在継手が記載されている。しかしながら、このようなものでは、最大作動角をとろうとしたとき、外輪の開口側に来たボールは、トラック溝２の内面や保持器のポケット内壁に過大な荷重を負荷することになり、外輪の開口端部や保持器を破損させるおそれがある。
【０００８】
また、硬化部１０を形成するための硬化処理は通常高周波焼入れで行うが、この場合、図９に示すように、外輪３の開口端までこの高周波焼入れを行うことになる。このように開口端まで高周波焼入れを行えば、焼入れによる亀裂敏感性が高められ、高作動角で高トルクが負荷されると、外輪３におけるトラック溝２の開口側を破損する可能性があった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みて、外輪の開口端に最も近くに来たボールによるトラック溝あるいは、保持器への負荷荷重をゼロ又は、微小にできて、外方部材の開口側における外輪および保持器（ケージ）の破損を防止できる固定式等速自在継手を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の固定式等速自在継手は、内球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、外球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、前記外方部材の内球面と内方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式等速自在継手において、少なくとも外方部材の開口端に最も近くに来たボールと、外方部材のトラック溝の内壁面との間に接触面圧をゼロ又は、微小にさせる隙間を形成するものである。
【００１１】
本発明では、少なくとも外方部材の開口端に最も近くに来たボールと、外方部材のトラック溝の内壁面との間に接触面圧をゼロ又は、微小にさせる隙間を形成するので、外方部材の開口端に最も近くに来たボールによるトラック溝への負荷荷重がゼロ又は、微小にされる。また、他のボールは前記隙間を形成しないので、トラック溝の内壁面に適正荷重を負荷することができる。
【００１２】
前記外方部材のトラック溝の溝底を、曲率中心が１個の単一円弧形状としたり、円弧部とストレート部とから構成したり、曲率中心が２個の複数円弧形状としたりすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
外輪の開口端に最も近くに来たボールによるトラック溝への負荷荷重がゼロ又は、微小にされるので、外方部材の開口側における外輪および保持器（ケージ）の破損を防止できる。このため、この固定式等速自在継手は、耐久性に優れ、長期に亘って安定した機能を発揮することができる。また、他のボールは前記隙間を形成しないので、トラック溝の内壁面に適正荷重を負荷することができる。このため、ボールを介したトルク伝達が可能となって、この固定式等速自在継手は長期に亘って安定したトルク伝達を行うことができる。
【００１４】
トラック溝の開口側への負荷荷重がゼロ又は、微小にされるので、外方部材の開口端まで、硬化処理（熱処理）を行う必要がなくなる。このため、焼入れによる亀裂敏感性が緩和され、この熱処理に基づく破損を回避することができ、外方部材の強度向上を図ることができる。従って、外方部材の高角強度を強化でき、高作動角の等速自在継手の設計が可能となる。さらに、熱処理範囲の緩和により、管理工数を削減でき、製造工程時間の短縮及びコストの低減を図ることができる。
【００１５】
前記外方部材のトラック溝の溝底を、曲率中心が１個の単一円弧形状としたり、円弧部とストレート部とから構成したり、曲率中心が２個の複数円弧形状としたりすることができる。このため、前記外方部材のトラック溝に開口側での接触面圧をゼロ又は、微小にさせるための構造の固定式等速自在継手を容易に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【００１７】
この固定式等速自在継手は、図１に示すように内球面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、外球面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の内球面２１と内輪２６の外球面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。すなわち、図３に示すように、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅ、２７ｆの６個のボールが、周方向に沿って６０度ピッチで配設されている。
【００１８】
前記外輪２３のトラック溝２２は、その曲率中心Ｏ１を継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の開口側にずらし、内輪２６のトラック溝２５は、その曲率中心Ｏ２を継手中心Ｏから軸方向に外輪２３のトラック溝２２の曲率中心Ｏ１と反対側の奥側に等距離ｆだけ離して設けている。なお、図１と図４において、３３は外輪のトラック溝２２が形成するトラック中心線を示している。
【００１９】
このため、トラック溝２２は、イメージ的に図２の実線で示すような溝形状となる。ここで、この形状をトラック形状体３０と呼ぶことにする。トラック形状体３０は、横断面積Ｓが、奥側から開口端に除々に大きくなる相似形となって、ボール２７が嵌合する。この場合、図２の２点鎖線で示す基本溝形状Ｂ（図８の従来の溝形状）と比較して、開口端近傍において前記トラック形状体３０の基本溝形状Ｂよりもさらに大きくして、大面積部位３１を形成している。すなわち、図３に示すように、トラック溝２２の径方向開口部を拡大させている。なお、この大面積部位３１の両側壁の間隔は外方からみて凹曲面状に拡大している。
【００２０】
これによって、図４に示すように、最大作動角をとって、一のボール２７（２７ａ）が開口端に位置するようになれば、図３の仮想線で示すように、ボール２７（２７ａ）とトラック溝２２の内壁面との間で隙間３５、３５が形成される。
【００２１】
このため、本発明では、図３に示すように、外輪２３の開口側に来たボール２７（２７ａ）とトラック溝２２の内壁面との間に隙間３５、３５が形成され、これによって、ボール２７は全く又は、ほとんどトラック溝２２に接触しないので、外輪２３の開口端に最も近くに来たボールによるトラック溝への負荷荷重がゼロ又は、微小にされる。また、前記隙間３５を構成しないボール２７は外輪３トラック溝２２の内壁面に対して適正荷重を負荷することになる。ここで、適正荷重とは、外輪２２と内輪２６とのトルク伝達に必要な適正な荷重である。
【００２２】
この場合、一のボール２７ａ（開口端に最も近いボール）に隣合うボール２７（２７ｂ）も、このボール２７ｂが嵌合しているトラック溝２２の内壁面との間で隙間３５、３５を形成することができる。このようにすれば、外輪２３の開口端近傍からの外輪２３および保持器（ケージ）２８の破損を一層防止することができる。
【００２３】
ところで、外輪２３の内球面２１には図５に示されるように、熱処理（例えば、高周波焼入れ）が施され、硬化部４１が形成される。この場合、外輪２３の開口側に来たボール２７によるトラック溝２２への負荷荷重がゼロ又は、微小にされるので、硬化部４１を外輪２３の開口端まで形成する必要がない。すなわち、トラック溝２２の開口側において焼き逃げ４０が存在する。
【００２４】
本実施形態の固定式等速自在継手では、外輪２３の開口側に来たボール２７と、外輪２３のトラック溝２２の内壁面との間に接触面圧をゼロ又は、微小にさせる隙間３５、３５を形成するので、外輪２３の開口側に来たボール２７によるトラック溝２２への負荷荷重がゼロ又は、微小にされる。このため、外輪２３の開口端近傍からの外輪２３および保持器（ケージ）２８の破損を防止できる。さらに、隙間を形成しない他のボール２７は外輪２３のトラック溝２２の内壁面に適正荷重を負荷するので、ボール２７を介したトルク伝達が可能となる。このため、この固定式等速自在継手は長期に亘って安定したトルク伝達を行うことができる。
【００２５】
また、外方部材である外輪２３の開口端まで、熱処理を行わないので、熱処理に基づく破損を回避することができ、外方部材の強度向上を図ることができる。従って、外方部材の高角強度を強化でき、高作動角の等速自在継手の設計が可能となる。さらに、熱処理範囲の緩和により、管理工数を削減でき、製造工程時間の短縮及びコストの低減を図ることができる。
【００２６】
ところで、前記図１に示す固定式等速自在継手では、外輪２３のトラック溝２２は、その溝底は、曲率中心がＯ１の１個の単一円弧形状である。しかしながら、曲率中心Ｏ１以外の曲率中心を有する複数円弧形状としてもよい。このようにトラック溝２２を複数円弧形状としても、外輪２３のトラック溝２２に大面積部３１を設けることができる。これによって、トラック溝２２の開口側や保持器（ケージ）２８の破損を防止できる。
【００２７】
次に、図６は他の実施形態を示し、この場合、外輪２３と内輪２６の各トラック溝２２、２５に直線状のストレート部３６、３７を有するアンダーカットフリータイプとされる。外輪２３のストレート部３６は開口側に設けられ、内輪２６のストレート部３７は外輪２３の奥側に設けられる。この場合も、外輪２３の開口側に来たボール２７と、外輪２３のトラック溝２２の内壁面との間に接触面圧をゼロ又は、微小にさせる隙間３５、３５を形成する。
【００２８】
なお、この図６の他の構成は、図１に示した固定式等速自在継手（バーフィールド型等速自在継手）と同一であるので、それらは同一符号を付して説明を省略する。
【００２９】
このように、図６に示す固定式等速自在継手であっても、前記図１に示した固定式等速自在継手と同様の作用効果を奏すると共に、アンダーカットフリータイプの特徴である作動角を大きくとれる利点がある。
【００３０】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、ボール２７の数は各実施形態においては６個であったが、６個に限るものではなく、８個等であってもよい。また、形成される隙間３５の大きさとしても、接触面圧をゼロ又は、微小にさせて、ボール２７による荷重がゼロ又は、微小にできる範囲で変更可能である。さらに、前記実施形態では、開口端に最も近くに来たボール２７のみが隙間を形成するようにしたが、開口端に最も近くに来たボール２７の隣合う（周方向に隣合う）ボール２７も隙間３５を形成するようにできる。このように、一のボール２７ａ（開口端に最も近いボール）に隣合うボール２７（２７ｂ）も、このボール２７ｂが嵌合しているトラック溝２２の内壁面との間で隙間３５、３５を形成するようにすれば、外輪２３の開口端近傍からの外輪２３および保持器（ケージ）２８の破損を一層防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態を示す固定式等速自在継手の要部断面図である。
【図２】前記固定式等速自在継手の外輪のトラック溝のイメージ図である。
【図３】前記固定式等速自在継手のボールの配置状態を示す簡略図である。
【図４】前記固定式等速自在継手の作動角をとった状態の要部断面図である。
【図５】前記固定式等速自在継手の外輪の要部断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態を示す固定式等速自在継手の要部断面図である。
【図７】従来の固定式等速自在継手の要部断面図である。
【図８】従来の外輪のトラック溝のイメージ図である。
【図９】従来の固定式等速自在継手の外輪の要部断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
２１   内球面
２２   トラック溝
２４   外球面
２５   トラック溝
２７   ボール
【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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