(57)【要約】【課題】  外輪のトラック溝をその開口端に向けて直線的に拡径したテーパ状にした高角化の等速自在継手において、外輪の開口端近傍での強度を確保すると共にブーツと締め付けバンドとの干渉を緩和する。【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２３に向けて形成した外輪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輪２８と、外輪２５と内輪２８の両トラック溝２２，２７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との間に介在してボール２９を保持するケージ３０とを備えた固定式等速自在継手において、外輪２５の外径面に設けられたブーツ取り付け溝３４を、その外輪２５のトラック溝２２の曲率中心Ｏ１よりも反開口側に配置する。【選択図】    図４
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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式等速自在継手において、前記外側継手部材の外径面に設けられたブーツ取り付け溝を、その外側継手部材のトラック溝の曲率中心よりも反開口側に配置したことを特徴とする固定式等速自在継手。
【請求項２】
最大作動角時において外側継手部材の開口端から最も飛び出そうする位相にあるボールの荷重点を通り、かつ、外側継手部材の軸線に対して直交する面での断面二次極モーメントをＩＰ１とし、ブーツ取り付け溝の底部を通り、かつ、外側継手部材の軸線に対して直交する面での断面二次極モーメントをＩＰ２とした時、前記ブーツ取り付け溝の位置および形状をＩＰ１＜ＩＰ２となるように設定した請求項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又は２に記載の固定式等速自在継手。
【請求項４】
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１〜３のいずれか一項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。
【０００３】
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式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。
【０００４】
一般的に、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を円周方向等間隔に軸方向に沿って開口端３に向けて形成した外側継手部材としての外輪５と、外球面６に外輪５のトラック溝２と対をなす複数のトラック溝７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８と、外輪５のトラック溝２と内輪８のトラック溝７との間に介在してトルクを伝達する複数のボール９と、外輪５の内球面１と内輪８の外球面６との間に介在してボール９を保持するケージ１０とを備えている。
【０００５】
この等速自在継手を自動車のドライブシャフトに使用した場合、外輪５を従動軸に連結し、内輪８に車体側のディファレンシャルに取り付けられた摺動式等速自在継手から延びる駆動軸１１をスプライン嵌合で連結した構造としている。この等速自在継手では、外輪５と内輪８との間に作動角が付与されると、ケージ１０に収容されたボール９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。
【０００６】
前述した高角化のニーズに対する固定式等速自在継手としては、外輪５のトラック溝２の開口側溝底を、その外輪５の開口端３に向けて直線的に拡径したテーパ状にすると共に、内輪８のトラック溝７の反開口側溝底を、その内輪８の奥端に向けて直線的に拡径したテーパ状（図中のテーパ角度α）とすることにより、高角域の作動を実現している（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開２００１−１５３１４９号公報
【特許文献２】特開２００１−３０４２８２号公報
【特許文献３】特開２００１−３４９３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前述の等速自在継手では、外輪５の開口端３と内輪８に連結された駆動軸１１との間に、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１２が装着されているのが通常である。
【０００８】
このブーツ１２は、その大径端部を外輪５の開口端外周に設けられた凹状のブーツ取り付け溝４に嵌め込んだ状態で締め付けバンド１３により固定し、同様に、小径端部を駆動軸１１の外径に設けられた凹状のブーツ取り付け溝（図示せず）に嵌め込んだ状態で締め付けバンドにより固定するようにしている。
【０００９】
ここで、前述した高角化を実現したタイプの等速自在継手では、外輪５のトラック溝２の開口側溝底を、その外輪５の開口端３に向けて直線的に拡径したテーパ状としていることから、その外輪５の開口端近傍の肉厚が他の部位と比較して薄くなっている。
【００１０】
一方、図８に示すように等速自在継手（外輪５と内輪８）が最大作動角をとった時に、外輪５の開口端３から最も飛び出そうとする位相にあるボール９は、その外輪５の開口端３に最も接近する。
【００１１】
この状態で回転トルクが負荷されると、外輪５の開口端近傍の肉厚が他の部位と比較して薄くなっており、特に、この開口端近傍にブーツ取り付け溝４が形成されていることから、非常に薄くなっているので、この外輪５の開口端近傍での強度が大幅に低下するという問題があった。
【００１２】
また、図９に示すように等速自在継手が最大作動角をとった状態では、ブーツ１２が圧縮され、そのブーツ１２の大径端部近傍部分が締め付けバンド１３に強く干渉するため、その締め付けバンド１３の締め付け位置がずれる可能性があり、グリースの漏洩が発生する場合がある。なお、図９は、図８に示す駆動軸１１が同図の最大作動角時と反対側、つまり、図中上側へ向けて最大作動角をとった状態を示す。
【００１３】
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、外輪のトラック溝をその開口端に向けて直線的に拡径したテーパ状にした高角化の等速自在継手において、外輪の開口端近傍での強度を確保すると共にブーツと締め付けバンドとの干渉を緩和することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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、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式等速自在継手において、外側継手部材の外径面に設けられたブーツ取り付け溝を、その外側継手部材のトラック溝の曲率中心よりも反開口側に配置したことを特徴とする。
【００１５】
ここで、「外側継手部材のトラック溝の曲率中心よりも反開口側」とは、外側継手部材のトラック溝の曲率中心を通り、かつ、外側継手部材の軸線に対して直交する面よりも反開口側を意味する。
【００１６】
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式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。
【００１７】
固定式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。
【００１８】
この高角化を実現した固定式等速自在継手においては、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としたことにより、その外側継手部材の開口端近傍の肉厚が他の部位と比較して薄くなっている。この等速自在継手では、最大作動角時、外側継手部材の開口端から最も飛び出そうとする位相にあるボールがその開口端に最も接近した状態で回転トルクが負荷されると、外側継手部材の開口端近傍の肉厚が他の部位と比較して薄くなっており、特に、この開口端近傍に凹状のブーツ取り付け溝が形成されていることから、非常に薄くなっているので、この外側継手部材の開口端近傍での強度が大幅に低下する。また、最大作動角時、ブーツと締め付けバンドとの干渉によりグリースの漏洩が発生する場合がある。
【００１９】
従って、高角化した固定式等速自在継手に対しては、外側継手部材の外径面に設けられたブーツ取り付け溝を、その外側継手部材のトラック溝の曲率中心よりも反開口側に設ける手段を講じることが、外側継手部材の開口端での肉厚を確保し、最大作動角時における回転トルク負荷に対して外側継手部材の強度を維持すると共にブーツと締め付けバンドとの干渉を緩和してグリースの漏洩を抑制する上で有効である。
【００２０】
なお、最大作動角時において外側継手部材の開口端から最も飛び出そうする位相にあるボールの荷重点を通り、かつ、外側継手部材の軸線に対して直交する面での断面二次極モーメントをＩＰ１とし、ブーツ取り付け溝の底部を通り、かつ、外側継手部材の軸線に対して直交する面での断面二次極モーメントをＩＰ２とした時、ブーツ取り付け溝の位置および形状は、ＩＰ１＜ＩＰ２となるように設定することが好適である。
【００２１】
また、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、この固定式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】
【００２２】
本発明によれば、外側継手部材の外径面に設けられたブーツ取り付け溝を、その外側継手部材のトラック溝の曲率中心よりも反開口側に設けたことにより、外側継手部材の開口端での肉厚を確保することができ、等速自在継手の最大作動角時にその外側継手部材の開口端に最も飛び出そうとする位相にあるボールが接近した状態で回転トルクが負荷されたとしても、外側継手部材の強度低下を抑制することができると共にブーツと締め付けバンドとの干渉を緩和してグリースの漏洩を抑制することができる。このように外側継手部材の強度とブーツのシール性の向上を両立させることができ、等速自在継手の耐久性および信頼性の向上が図れる。特に、外側継手部材のトラック溝をその開口端に向けて直線的に拡径したテーパ状にした高角化の等速自在継手に対してはこの効果が顕著である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
図４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。
【００２５】
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３５がスプライン嵌合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。
【００２６】
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。
【００２７】
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）。
【００２８】
このようにして、高角化した固定式等速自在継手に対して、図１に示すように外輪２５の外径面に設けられたブーツ取り付け溝３４を、その外輪２５のトラック溝２２の曲率中心Ｏ４を通り、かつ、外輪２５の軸線に対して直交する面Ｚよりも反開口側に配置する。この等速自在継手では、図４に示すように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３６の大径端部が外輪２５のブーツ取り付け溝３４に嵌め込まれ、締め付けバンド３７により固定される。
【００２９】
高角化を実現した固定式等速自在継手では、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としたことにより、その外輪２５の開口端近傍の肉厚が他の部位と比較して薄くなっているが、従来と異なり、外輪２５の開口端近傍に凹状のブーツ取り付け溝が形成されていないことから、外輪２５の開口端２３での肉厚を確保することができる。
【００３０】
従って、この実施形態の等速自在継手では、図５に示すように最大作動角時、外輪２５の開口端２３から最も飛び出そうする位相にあるボール２９がその開口端２３に最も接近した状態で回転トルクが負荷されても、外輪２５の開口端近傍の肉厚が確保されているので、その外輪２５の開口端２３での強度を維持することができる。
【００３１】
また、外輪２５のブーツ取り付け溝３４を、その外輪２５のトラック溝２２の曲率中心Ｏ４を通り、かつ、外輪２５の軸線に対して直交する面Ｚよりも反開口側に配置したことから、図６に示すように等速自在継手が最大作動角をとった状態でブーツ３６が圧縮されても、そのブーツ３６の大径端部近傍部分が締め付けバンド３７と干渉することを緩和できるので、その締め付けバンド３７の締め付け位置がずれることなく、グリースの漏洩を抑制することができる。なお、図６は、図５に示す駆動軸３５が同図の最大作動角時と反対側、つまり、図中上側へ向けて最大作動角をとった状態を示す。
【００３２】
前述したブーツ取り付け溝３４の形状は、図１に示す実施形態のものは一例であって、これに限定されるものではなく、例えば、図２（ａ）〜（ｃ）に示すような断面形状を有するもの（３４ａ〜３４ｃ）が可能であり、これら以外の様々な断面形状を有するものについても適用可能である。
【００３３】
このブーツ取り付け溝３４の位置および形状は、次のように設定することが望ましい。つまり、図３に示すように最大作動角時において外輪２５の開口端２３から最も飛び出そうする位相にあるボール２９（図５参照）の荷重点Ｂを通り（図３の符号Ａはボール中心）、かつ、外輪２５の軸線に対して直交する面Ｘでの断面二次極モーメントをＩＰ１とし、ブーツ取り付け溝３４の底部を通り、かつ、外輪２５の軸線に対して直交する面Ｙでの断面二次極モーメントをＩＰ２とした時、ＩＰ１＜ＩＰ２となるように設定する。このようにすれば、ブーツ溝深さを適正値に設定することができ、外輪全体の強度バランスが適正となる。このブーツ取り付け溝３４の位置を外輪２５のトラック溝２２の曲率中心よりも過大に反開口側にすると、ブーツ３６が大きくなりコストアップを招くことになる。
【００３４】
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、この固定式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。
【００３５】
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。
【００３６】
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（図５参照）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。
【００３７】
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、他の固定式等速自在継手にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態で、外輪を示す部分断面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）はブーツ取り付け溝の各例を示す要部拡大断面図である。
【図３】ブーツ取り付け溝の位置および形状を設定する要領を説明するためのもので、外輪を示す部分断面図である。
【図４】本発明の実施形態で、固定式等速自在継手の全体構成を示す断面図である。
【図５】図４の等速自在継手が最大作動角をとった状態を示す断面図である。
【図６】等速自在継手の最大作動角時、ブーツと締め付けバンドとの干渉を緩和した状態を示す要部拡大断面図である。
【図７】固定式等速自在継手の従来例を示す断面図である。
【図８】図７の等速自在継手が最大作動角をとった状態を示す断面図である。
【図９】等速自在継手の最大作動角時、ブーツと締め付けバンドとが干渉する状態を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
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
３４  ブーツ取り付け溝
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】
2007085540.tif 000003
【図２】
2007085540.tif 000004
【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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