(57)【要約】【課題】くさび角に起因するケージと外輪間の摩擦力を減少させ、しかも作動性が良好で、かつ、従来の加工技術にて容易に製造することが可能な固定式等速自在手を提供する。【解決手段】外方部材のトラック溝２２は第１トラック溝４１と第２トラック溝４２の２種類を有する。第１トラック溝４１は、曲率中心を継手中心から軸方向に開口側にずらして設けた開口側トラック溝４１ａと、曲率中心を継手中心から軸方向に開口側トラック溝４１ａの曲率中心と反対側の奥側に等距離だけ離して設けた奥側トラック溝４１ｂと、奥側トラック溝４１ｂと開口側トラック溝４１ａとの間に配設されて溝底面が外方部材軸線と平行なストレート溝４１ｃとを備える。第２トラック溝４２は、曲率中心を継手中心から軸方向に開口側にずらして設けた。【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、
前記外方部材のトラック溝は第１トラック溝と第２トラック溝の２種類を有し、第１トラック溝は、曲率中心を継手中心から軸方向に開口側にずらして設けた開口側トラック溝と、曲率中心を継手中心から軸方向に開口側トラック溝の曲率中心と反対側の奥側に等距離だけ離して設けた奥側トラック溝と、この奥側トラック溝と前記開口側トラック溝との間に配設されて溝底面が外方部材軸線と平行なストレート溝とを備え、第２トラック溝は、曲率中心を継手中心から軸方向に開口側にずらして設けたことを特徴とする固定式等速自在継手。
【請求項２】
前記内方部材のトラック溝は第１トラック溝と第２トラック溝の２種類を有し、第１トラック溝は、曲率中心を継手中心から軸方向に開口側にずらして設けた開口側トラック溝と、曲率中心を継手中心から軸方向に開口側トラック溝の曲率中心と反対側の奥側に等距離だけ離して設けた奥側トラック溝と、この奥側トラック溝と前記開口側トラック溝との間に配設されて溝底面が内方部材軸線と平行なストレート溝とを備え、第２トラック溝は、曲率中心を継手中心から軸方向に奥側にずらして設け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】
前記第１トラック溝を少なくとも１対有し、この第１トラック溝が１８０度位相に位置して対向していることを特徴とする請求項１又は請求項２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８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。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。
【０００５】
すなわち、トラックオフセットしたものでは、トラック溝２、５とボール７の接点がトラック溝２、５から外れずに継手作動角を大きく取るため、外輪３のトラック溝２の曲率中心Ｏ１を開口側とし、内輪６のトラック溝５の曲率中心Ｏ２を奥側にしている。そのため、外輪３のトラック奥側の溝深さが浅くなり、このように浅くなれば、トラック奥側において許容負荷トルクが小さくなる。これを解決するために、外輪３のトラック溝２の曲率中心を継手中心より奥側とし、内輪５のトラック溝５の曲率中心を開口側としているものもある（特許文献１）。
【０００６】
ところで、図８に示すようにオフセットしたものでは、このオフセットにより発生するくさび角α１、α２が外輪開口側に向かって拡開する。このため、継手にトルクが負荷された場合、図８の矢印で示すように、ボール７が外輪３から飛び出そうとする力が作用する。そのため、ケージ８はボール７により外輪開口側に強く押付けられ、ケージ外径と、外輪３の内球面１との間で強い摩擦力が生じ発熱する。このため、発熱による効率低下（実車では燃費低下に結びつく）及び寿命低下を招いていた。
【０００７】
そこで、従来には、オフセットが逆になっている２種類のトラック形状を交互に組み合わせているものがある（特許文献２）。これによって、くさび角に起因したボールに懸かる力を開口側、奥側に交互に打ち消し合うように発生させ、ケージが外輪の一方に押付けられないようにしているものがある。
【特許文献１】特表２００４−５１８０８３号公報
【特許文献２】特許第３１１１９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、外輪のトラック溝の曲率中心を継手中心より奥側とし、内輪のトラック溝の曲率中心を開口側とすれば、トラック溝にて形成されるボールトラックは、外輪の奥側から開口側に向けてトラックの深さが徐々に減少する形状となり、作動角をとった場合、ボールトラックからボール７の負荷点が外れるおそれがあるので、高作動角をとることができない。更にシャフトとの干渉を考慮すると、開口側でのトラック長さが確保できなくなるため、大きな作動角をとることができない。
【０００９】
そのため、大きな作動角を確保するために、開口側においてトラック溝を大きくする追加加工を行う必要があった。しかも、オフセットが逆になっている２種類のトラック形状を交互に組み合わせたものでは、外輪開口側の追加加工が異なるため、加工工程が複雑になる欠点があった。さらに、交互に異なるトラック形状をなすものでは、鍛造が困難である欠点もある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みて、くさび角に起因するケージと外輪間の摩擦力を減少させ、しかも作動性が良好で、かつ、従来の加工技術にて容易に製造することが可能な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】
【００１１】
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、
前記外方部材のトラック溝は第１トラック溝と第２トラック溝の２種類を有し、第１トラック溝は、曲率中心を継手中心から軸方向に開口側にずらして設けた開口側トラック溝と、曲率中心を継手中心から軸方向に開口側トラック溝の曲率中心と反対側の奥側に等距離だけ離して設けた奥側トラック溝と、この奥側トラック溝と前記開口側トラック溝との間に配設されて溝底面が外方部材軸線と平行なストレート溝とを備え、第２トラック溝は、曲率中心を継手中心から軸方向に開口側にずらして設けたものである。
【００１２】
本発明の固定式等速自在継手では、１８０度位相に配置された一対の第１トラックについて、作動角をとった場合、図５のように、一方のトラック溝内のボールが奥側に位置し、もう一方のトラック溝内のボールが開口側に位置する。このような場合には、２つのボールに対してくさび角が相反する方向になる。このため、くさび角によって発生する力、つまりボールをそのくさび開口側に押し出そうとする力が互いに逆方向に発生し、その力は互いに打ち消し合う。このため、ボールによりケージが外輪の開口側に一方的に押付けられることがない。しかしながら、ストレート溝を有することによって、作動角をとらない状態でくさび角が０度となる。よって、作動角が０度付近ではくさび角の方向が反転するため、くさび角が小さくなる領域ができ、作動性が悪化する。ところが、第２トラック溝は作動角が０度であってもくさび角を持ち、くさび角は全域で同じ角度に保たれる。
【００１３】
前記内方部材のトラック溝は第１トラック溝と第２トラック溝の２種類を有し、第１トラック溝は、曲率中心を継手中心から軸方向に開口側にずらして設けた開口側トラック溝と、曲率中心を継手中心から軸方向に開口側トラック溝の曲率中心と反対側の奥側に等距離だけ離して設けた奥側トラック溝と、この奥側トラック溝と前記開口側トラック溝との間に配設されて溝底面が内方部材軸線と平行なストレート溝とを備え、第２トラック溝は、曲率中心を継手中心から軸方向に奥側にずらして設ける。
【００１４】
このように、内方部材のトラック溝が、第１トラック溝と第２トラック溝の２種類を有することにより、この内方部材の第１トラック溝とこれに対応する外方部材の第１トラック溝とで構成されるボールトラック及び内方部材の第２トラック溝とこれに対応する外方部材の第２トラック溝とで構成されるボールトラックを、ボールが滑らかに転動する形状とすることができる。
【００１５】
前記第１トラック溝を少なくとも１対有し、この第１トラック溝が１８０度位相に位置して対向している。これにより、作動角をとったときには、２つのボールに対してくさび角が確実に相反する方向になり、くさび角によって発生する力、つまりボールをそのくさび開口側に押し出そうとする力が互いに逆方向に正確に発生し、その力は互いに安定して打ち消し合う。
【発明の効果】
【００１６】
第１トラック溝を備えることによって、ボールによりケージが外輪（外方部材）の開口側に押付けられる力を小さくすることができる。このため、ケージの外球面と外輪内球面との摩擦力を低減でき、継手寿命が向上する。すなわち、自動車に搭載した際には、燃費が向上する。また、第２トラック溝を備えることによって、第２トラック溝は作動角が０度であってもくさび角を持ち、くさび角は全域で同じ角度に保たれる。このように形状が相違する第１トラック溝と第２トラック溝とを備えることによって、第１トラック溝で摩擦力を低減させ、第２トラック溝で作動性を確保することができる。
【００１７】
第２トラック溝は、この種の固定式等速自在継手のトラック溝と同様の形状である。このため、トラック溝を外輪開口側において、作動角をとりやすいように、広げる加工（追加加工）を行う必要がない。すなわち、追加加工を行うことなく、この固定式等速自在継手の作動性を確保できる。なお、固定式等速自在継手において、作動角を確保するために外輪（外方部材）に追加加工を行うとしても、開口側のトラック形状は第１トラックおよび第２トラックですべて同形状であるため、一種類の追加工でよい。
【００１８】
また、第１トラック溝は、全域において第２トラック溝よりも深く形成されており、すべてが第２トラック溝である従来の製品（鍛造品であって、現行で量産しているもの）から、全トラック溝中の半分のトラック溝に対して、第１トラック溝となるような追加加工を行うことで製造できる。このため、従来の既存の鍛造型を使用することができ、コストの点においてもメリットがある。
【００１９】
内方部材の第１トラック溝とこれに対応する外方部材の第１トラック溝とで構成されるボールトラック及び内方部材の第２トラック溝とこれに対応する外方部材の第２トラック溝とで構成されるボールトラックを、ボールが滑らかに転動する形状とすることができる。このため、種々の作動角を滑らかにとることができる。
【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図１〜図７に基づいて説明する。
【００２１】
この固定式等速自在継手は、図２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。なお、外輪２３の開口端には、外輪２３と内輪２６が高作動角をとった時に、内輪２６に連結されたシャフト３１が外輪２３と干渉することを防止するためにチャンファ部３０が設けられている。
【００２２】
内輪２６の中心孔（内径孔）３２にシャフト３１を挿してスプライン嵌合させ、そのスプライン嵌合により両者間でトルク伝達可能としている。シャフト３１は止め輪３３により内輪２６に対して抜け止めされている。
【００２３】
前記外輪２３のトラック溝２２は、図１に示すように、第１トラック溝４１と第２トラック溝４２とを有する。すなわち、第１トラック溝４１と第２トラック溝４２とが周方向に沿って交互に配設されている。トラック溝２２としては、トルク伝達機能を考慮すれば６個以上とするのが好ましく、８個が最適である。このため、第１トラック溝４１を４個とし、第２トラック溝４２を４個とするのがよい。第１トラック溝４１及び第２トラック溝４２はそれぞれ１８０度位相に位置して対向している。
【００２４】
また、内輪２６のトラック溝２５も、第１トラック溝５１と第２トラック溝５２とを有する。この場合、第１トラック溝５１は外輪２３の第１トラック溝４１に対応して、第１トラック溝４１、５１でボールトラックを形成し、第２トラック溝５２は外輪２３の第２トラック溝４２に対応して、第２トラック溝４２、５２でボールトラックを形成する。
【００２５】
第１トラック溝４１は、図２〜図４に示すように、曲率中心ａを継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の開口側に距離ｆ１だけずらして設けた開口側トラック溝４１ａと、曲率中心ｂを継手中心Ｏから軸方向に曲率中心ａと反対側の奥側に距離ｆ２だけ離して設けた奥側トラック溝４１ｂと、奥側トラック溝４１ｂと開口側トラック溝４１ａとの間に配設されて溝底面が外方部材軸線Ｌ０と平行なストレート溝４１ｃとを備える。距離ｆ１と距離ｆ２とは等距離である。また、第２トラック溝４２は、図６に示すように、曲率中心ａを継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の開口側に距離ｆ１だけずらして設けたものである。
【００２６】
図３に示すように、外輪２３の開口側トラック溝４１ａの溝底半径Ｒｏ１と奥側トラック溝４１ｂの溝底半径Ｒｏ２とは同一に設定されている。
【００２７】
内輪２６の第１トラック溝５１は、図２〜図４に示すように、曲率中心ａを継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の開口側に距離ｆ１だけずらして設けた開口側トラック溝５１ａと、曲率中心ｂを継手中心Ｏから軸方向に曲率中心ａと反対側の奥側に距離ｆ２だけ離して設けた奥側トラック溝５１ｂと、奥側トラック溝５１ｂと開口側トラック溝５１ａとの間に配設されて溝底面が内方部材軸線Ｌ４と平行なストレート溝５１ｃとを備える。また、第２トラック溝５２は、図６に示すように、曲率中心ｂを継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の奥側に距離ｆ２だけずらして設けたものである。
【００２８】
図３に示すように、内輪２６の開口側トラック溝５１ａの溝底半径Ｒｉ１と奥側トラック溝５１ｂの溝底半径Ｒｉ２とは同一に設定されている。
【００２９】
外輪２３の第１トラック溝４１のトラック中心線Ｌは、図４に示すように、曲率中心ａを中心の半径Ｒ１の開口側の円弧部Ｌａと、曲率中心ｂを中心の半径Ｒ２の奥側の円弧部Ｌｂと、開口側の円弧部Ｌａと奥側の円弧部Ｌｂとを連結するストレート部Ｌｃとからなる。また、内輪２６の第１トラック溝５１のトラック中心線Ｌ１は、曲率中心ａを中心の半径Ｒ１の開口側の円弧部Ｌ１ａと、曲率中心ｂを中心の半径Ｒ２の奥側の円弧部Ｌ１ｂと、開口側の円弧部Ｌ１ａと奥側の円弧部Ｌ１ｂとを連結するストレート部Ｌ１ｃとからなる。すなわち、外輪２３の第１トラック溝４１のトラック中心線Ｌと、内輪２６の第１トラック溝５１のトラック中心線Ｌ１とは一致する。
【００３０】
また、図７に示すように、外輪２３の第２トラック溝４２のトラック中心線Ｌ２は曲率中心ａを中心の半径Ｒの円弧からなり、内輪２６の第２トラック溝５２のトラック中心線Ｌ３は曲率中心ｂを中心の半径Ｒの円弧からなる。
【００３１】
本発明の固定式等速自在継手では、図５に示すように、作動角をとって、第１トラック溝４１、５１内のボール２７が奥側に位置したときに、この第１トラック溝４１、５１に対して位相が１８０度ずれている他の第１トラック溝４１、５１内のボール２７が開口側に位置する。このような場合には、奥側のボール２７に対するくさび角α１は、奥側に向かって拡開し、開口側のボール２７に対するくさび角α２は、開口側に向かって拡開する。すなわち、この２つのボール２７に対するくさび角が相反する方向になる。このため、奥側のボール２７には、矢印Ａ１方向の力が作用し、開口側のボール２７には、矢印Ａ２方向の力が作用する。矢印Ａ１方向の力と矢印Ａ２方向の力とは互いに逆方向であり、その力は互いに打ち消し合う。このため、ボール２７からの押圧力にて、ケージ２８が外輪２３の開口側に一方的に押付けられることがなく、ケージ２８の外球面と外輪２３の内球面２１との摩擦力を低減でき、継手寿命が向上する。すなわち、自動車に搭載した際には、燃費が向上する。
【００３２】
また、第１トラック溝４１、５１は、ストレート溝４１ｃ、５１ｃを有することによって、図２に示すように、作動角をとらない状態でくさび角が０度となる。また、作動角が０度付近では、くさび角の方向が反転するためくさび角が小さくなる領域がある。このため、第１トラック溝４１は作動性が悪いと言える。ところが、第２トラック溝４２は作動角が０度であってもくさび角を持ち、くさび角は全域で同じ角度に保たれる。
【００３３】
このため、このように形状が相違する第１トラック溝４１、５１と第２トラック溝４２、５２とを備えることによって、第１トラック溝４１、５１で摩擦力を低減させ、第２トラック溝４２、５２で作動性を確保する。
【００３４】
第２トラック溝４２，５２は、この種の従来の固定式等速自在継手のトラック溝と同様の形状である。このため、トラック溝２２、２５を外輪開口側において、作動角をとりやすいように、広げる加工（追加加工）を行う必要がない。すなわち、追加加工を行うことなく、この固定式等速自在継手の作動性を確保できる。なお、固定式等速自在継手において、作動角を確保する追加加工を行うとしても外輪２３の第１トラック溝４１の開口側、それに対応する内輪２６の第一トラック溝５１の奥側部のみでよく、第２トラックの追加工は省略できる。
【００３５】
また、第１トラック溝４１、５１は、全域において第２トラック溝４２、５２よりも深く形成されており、すべてが第２トラック溝４２、５２である従来の製品（鍛造品であって、現行で量産しているもの）から、全トラック溝中の半分のトラック溝に対して、第１トラック溝４１、５１となる加工を行えばよい。このため、従来の既存の鍛造型を使用することができ、コストの点においてもメリットがある。
【００３６】
内輪２６の第１トラック溝５１とこれに対応する外輪２３の第１トラック溝４１とで構成されるボールトラック及び内輪２６の第２トラック溝５２とこれに対応する外輪２３の第２トラック溝４２とで構成されるボールトラックを、ボールが滑らかに転動する形状とすることができる。このため、種々の作動角を滑らかにとることができる。
【００３７】
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、第１トラック溝４１、５１と第２トラック溝４２、５２の数を相違させてもよい。すなわち、第１トラック溝４１、５１が少なくとも一対あればよい。また、第１トラック溝４１、５１の開口側トラック溝４１ａ、５１ａ、および奥側トラック溝４１ｂ、５１ｂの範囲は、ボール２７に対するくさび角が相反する方向となって、その力は互いに打ち消し合えるものであれば、任意に変更でき、また、ストレート溝４１ｃ、５１ｃの範囲も、このストレート溝４１ｃ、５１ｃを介して滑らかにボール２７が転動するものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態を示す固定式等速自在継手の正面図である。
【図２】前記図１のＹ−Ｙ線断面図図である。
【図３】前記固定式等速自在継手の第１トラック溝の拡大断面図である。
【図４】前記固定式等速自在継手の第１トラック溝のトラック中心線の説明図である。
【図５】前記固定式等速自在継手の作動角をとった状態の図１のＹ−Ｙ線断面図である。
【図６】前記固定式等速自在継手の第２トラック溝を示す拡大断面図である（前記図１のＸ−Ｘ断面図）。
【図７】前記固定式等速自在継手の第２トラック溝のトラック中心線の説明図である。
【図８】従来の固定式等速自在継手において作動角をとった状態の断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
２２、２５    トラック溝
２４   外球面
２７   ボール
２８   ケージ
４１   トラック溝
４１ｂ 奥側トラック溝
４１ａ 開口側トラック溝
４１ｃ ストレート溝
４２   トラック溝
５１、５２    トラック溝
５１ｂ 奥側トラック溝
５１ａ 開口側トラック溝
５１ｃ ストレート溝
【図１】
2007255463.tif 000003
【図２】
2007255463.tif 000004
【図３】
2007255463.tif 000005
【図４】
2007255463.tif 000006
【図５】
2007255463.tif 000007
【図６】
2007255463.tif 000008
【図７】
2007255463.tif 000009
【図８】
2007255463.tif 000010