(57)【要約】【課題】楕円形状であってもトラック溝底とボール間との隙間を確保することができ、焼入鋼切削の作用効果を発揮できる等速自在継手を提供する。【解決手段】外側継手部材３２の内周面に複数の外側トラック溝３７が形成され、内側継手部材３１の外周面には、外側トラック溝３７と対をなし、複数の内側トラック溝３６が形成され、外側トラック溝３７と内側トラック溝３６とが軸線に対して互いに逆方向に所定角度傾斜した構造をなし、外側トラック溝３７と内側トラック溝３６との交叉部にボール３３を介在させた等速自在継手である。焼入れ後に切削を行う焼入鋼切削にて、外側トラック溝３６及び／又は内側トラック溝３７をトラック接触角が３５°〜４５°となるとともに、トラック接触率が１．０５〜１．１０となる楕円形状とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側継手部材の外周面の内側トラック溝と対をなすと共に、軸線に対して前記内側トラック溝と逆方向に所定角度傾斜した外側トラック溝を有する等速自在継手の外側継手部材であって、
焼入れ後に切削を行う焼入鋼切削または焼入れ後の研削にて、前記外側トラック溝をトラック接触角が３５°〜４５°となるとともに、トラック接触率が１．０５〜１．１０となる楕円形状としたことを特徴とする等速自在継手の外側継手部材。
【請求項２】
外側継手部材の内周面の外側トラック溝と対をなすと共に、軸線に対して前記外側トラック溝と逆方向に所定角度傾斜した内側トラック溝を有する等速自在継手の内側継手部材であって、
焼入れ後に切削を行う焼入鋼切削または焼入れ後の研削にて、前記内側トラック溝をトラック接触角が３５°〜４５°となるとともに、トラック接触率が１．０５〜１．１０となる楕円形状としたことを特徴とする等速自在継手の内側継手部材。
【請求項３】
外側継手部材の内周面に複数のトラック溝が形成され、内側継手部材の外周面には、外側継手部材のトラック溝と対をなし、複数のトラック溝が形成され、かつ、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が軸線に対して互いに逆方向に所定角度傾斜した構造をなし、これらの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交叉部にボールを介在させた等速自在継手において、前記外側継手部材に前記請求項１に記載の外側継手部材を用いるとともに、前記内側継手部材に前記請求項２に記載の内側継手部材を用いたことを特徴とする等速自在継手。
【請求項４】
外側継手部材の内周面に複数のトラック溝が形成され、内側継手部材の外周面には、外側継手部材のトラック溝と対をなし、複数のトラック溝が形成され、かつ、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が軸線に対して互いに逆方向に所定角度傾斜した構造をなし、これらの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交叉部にボールを介在させた等速自在継手において、前記外側継手部材に前記請求項１に記載の外側継手部材、又は、前記内側継手部材に前記請求項２に記載の内側継手部材のいずれか一方を用いたことを特徴とする等速自在継手。
【請求項５】
６個、８個、又は１０個のボールの保持が可能であることを特徴とする請求項３又は請求項４の等速自在継手。
【請求項６】
前記請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の等速自在継手を用いたことを特徴とするプロペラシャフトアッセンブリー。
【請求項７】
前記請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の等速自在継手を用いたことを特徴とするドライブシャフトアッセンブリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は等速自在継手に関し、特にクロスグルーブ型等速自在継手、それを用いたプロペラシャフトアッセンブリー、及びドライブシャフトアッセンブリーに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や各種産業機械などに用いられる動力伝達装置である等速自在継手には、固定タイプのものと摺動タイプのものとがある。固定タイプとしては、ツェパー型等速自在継手（ＢＪ）やアンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）等があり、摺動タイプとしては、ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）、トリポード型等速自在継手（ＴＪ）、及びクロスグルーブ型等速自在継手（ＬＪ）（非特許文献１、特許文献１、及び特許文献２）等がある。
【０００３】
クロスグルーブ型等速自在継手は、プロペラシャフト用やドライブシャフト用に使用されている。クロスグルーブ型等速自在継手には、フロートタイプとノンフロートタイプの二種類に大別され、両タイプはプロペラシャフトが装備される車両の特性（スライド量や負荷荷重など）に応じて使い分けられている。
【０００４】
フロートタイプの等速自在継手を図５に示し、ノンフロートタイプの等速自在継手を図６に示す。この両タイプの等速自在継手は、内輪１、１１、外輪２、１２、ボール３、１３およびケージ４、１４を主要な構成要素としている。
【０００５】
内輪１、１１は、その外周面に複数のトラック溝６、１６が形成されている。この内輪１、１１の中心孔５、１５に例えばプロペラシャフトのスタブシャフト（図示省略）を挿入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。
【０００６】
そして、外輪２，１２は、内輪１，１１の外周に位置し、その内周面に内輪１，１１のトラック溝６，１６と同数のトラック溝７、１７が形成されている。内輪１，１１のトラック溝６，１６と外輪２，１２のトラック溝７，１７は軸線に対して反対方向に傾斜した角度をなし、対をなす内輪１，１１のトラック溝６，１６と外輪２，１２のトラック溝７，１７との交叉部にボール３，１３が組み込まれている。内輪１，１１と外輪２，１２の間にケージ４，１４が配置され、ボール３，１３は、ケージ４，１４のポケット９，１９に保持されている。なお、外輪２，１２には、ボルト締結用の貫通孔１０，２０が設けられている。
【０００７】
図５に示すように、フロートタイプはケージ４の最小内径が内輪１の最大外径よりも小さく設定され、図６に示すように、ノンフロートタイプはケージ１４の最小内径が内輪１１の最大外径よりも大きく設定されている。
【０００８】
ところで、トラック溝６、７、１６、１７は、ブローチ加工により形成されており、横断面形状は、図７に示すようにゴシックアーチ状となる（特許文献１）。このため、トラック溝６、７、１６、１７とボール３、１３との接触は所定の接触角（α：以下、トラック接触角という。）を持ったアンギュラコンタクトとなる。この場合、ボールの半径ｄはトラック溝６、７、１６、１７の曲率半径Ｒよりも小となる。
【０００９】
トラック接触角とは、ボールの中心を基準として、ボールとトラックとが接触する接触中心と、トラックの溝底中心とのなす角度をさす。また、「接触中心」とは、トラックとボールとの接触により形成される楕円形状の接触面（接触楕円）における長軸と短軸とが交わる点のことをさす。長軸は、接触楕円の長手方向における最も長い部分となる軸をいい、短軸は、前記長軸と直交する短手方向における最も長い部分となる軸をいう。
【００１０】
特許文献２では、トラック交差角を７°〜１２°に設定するとともに、トラック接触角を３５°〜４５°に設定することによって、「等速性を維持しつつスライド抵抗及び屈曲抵抗が低減し、温度上昇を抑えて耐久性を向上させることができる。」というものである。
【非特許文献１】Ｅ．Ｒ．Ｗａｇｎｅｒ“Ｕｎｉｖｅｒａｓｌ  Ｊｏｉｎｔ  ａｎｄ  Ｄｒｉｖｅｓｈａｆｔ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｍａｎｕａｌ”，ＳＡＥ，１９９１，１６３−１６６頁
【特許文献１】特開２００２−３１０１８０号公報
【特許文献２】実公平７−４７６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記非特許文献１、特許文献１、及び特許文献２に記載されたようなクロスグルーブ型等速自在継手の外側継手部材及び内側継手部材のトラック溝は、ブローチ加工により形成されているため、トラック溝の断面形状はゴシックアーチ状となる。これにより、外側継手部材２、１２のトラック溝底とボール３、１３との間には隙間δ３が存在し、内側継手部材１、１１のトラック溝底とボール３、１３との間には隙間δ４が存在する。これによって、高速回転で使用されるプロペラシャフトに適用する場合、この隙間δ３、δ４によりグリースの介入性を良くして等速自在継手の耐久性を確保することができる。
【００１２】
ところで、近年ではトラック溝を精度良く仕上げるために、焼入れ後に切削を行う焼入鋼切削や研削加工を行うものがある。研削加工を行う場合、加工時に発生する環境上好ましくない研削クーラントを使用する必要があった。これに対して、焼入鋼切削はドライ加工のため、研削クーラントを必要としない。このため、焼入鋼切削は環境に優しく、しかも精度良く寸法を仕上げることができるという利点がある。
【００１３】
焼入れ後に切削を行うとすれば、高硬度の材料に対して最適なミーリングカッターにより加工が行われる。しかしながら、ミーリング加工にてトラック溝６、７、１６、１７を形成した場合、断面形状は図８に示すような楕円形状となる。これにより、外側継手部材２、１２のトラック溝底とボール３、１３との間には隙間δ５が存在し、内側継手部材１、１１のトラック溝底とボール３、１３との間には隙間δ６が存在する。
【００１４】
ところが、図７と図８とを比較すれば分かるように、トラック溝６、７、１６、１７の断面形状が楕円形状の場合の隙間δ５、δ６は、同じ接触角α、接触率におけるゴシックアーチ状の場合の隙間δ３、δ４と比べると、小さくなってしまう。トラック溝底とボール間の隙間δ５、δ６が小さすぎると、グリースの介入性が悪化し、等速自在継手の耐久性が低下するおそれがある。
【００１５】
本発明は、上記課題に鑑みて、楕円形状であっても、トラック溝底とボール間との隙間を確保することができ、焼入鋼切削の作用効果を発揮できる外側継手部材、内側継手部材、等速自在継手、プロペラシャフトアッセンブリー、ドライブシャフトアッセンブリーを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の等速自在継手の外側継手部材は、内側継手部材の外周面の内側トラック溝と対をなすと共に、軸線に対して前記内側トラック溝と逆方向に所定角度傾斜した外側トラック溝を有する等速自在継手の外側継手部材であって、焼入れ後に切削を行う焼入鋼切削または焼入れ後の研削にて、前記外側トラック溝をトラック接触角が３５°〜４５°となるとともに、トラック接触率が１．０５〜１．１０となる楕円形状としたものである。ここで、トラック接触角とは、ボールの中心を基準として、ボールとトラックとが接触する接触中心と、トラックの溝底中心とのなす角度をさす。また、トラック接触率とは、ボールの半径に対するトラック溝の曲率半径の比を意味する。
【００１７】
本発明の等速自在継手の外側継手部材によれば、外側トラック溝のトラック接触角を３５°〜４５°とするとともに、トラック接触率を１．０５〜１．１０としている。これにより、楕円形状のトラック溝であっても、従来のブローチ加工によって形成されたゴシックアーチ状のトラック溝と同じ量のトラック溝底とボール間の隙間を確保することができる。
【００１８】
本発明の等速自在継手の内側継手部材は、外側継手部材の内周面の外側トラック溝と対をなすと共に、軸線に対して前記外側トラック溝と逆方向に所定角度傾斜した内側トラック溝を有する等速自在継手の内側継手部材であって、焼入れ後に切削を行う焼入鋼切削または焼入れ後の研削にて、前記内側トラック溝をトラック接触角が３５°〜４５°となるとともに、トラック接触率が１．０５〜１．１０となる楕円形状としたものである。
【００１９】
本発明の等速自在継手の内側継手部材によれば、内側トラック溝のトラック接触角を３５°〜４５°とするとともに、トラック接触率を１．０５〜１．１０としている。これにより、楕円形状のトラック溝であっても、従来のブローチ加工によって形成されたゴシックアーチ状のトラック溝と同じ量のトラック溝底とボール間の隙間を確保することができる。
【００２０】
本発明の等速自在継手は、外側継手部材の内周面に複数のトラック溝が形成され、内側継手部材の外周面には、外側継手部材のトラック溝と対をなし、複数のトラック溝が形成され、かつ、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が軸線に対して互いに逆方向に所定角度傾斜した構造をなし、これらの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交叉部にボールを介在させ、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トラック接触角を３５°〜４５°とした等速自在継手において、前記本発明に係る外側継手部材を用いるとともに、前記本発明に係る内側継手部材を用いたものである。
【００２１】
外側継手部材の内周面に複数のトラック溝が形成され、内側継手部材の外周面には、外側継手部材のトラック溝と対をなし、複数のトラック溝が形成され、かつ、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が軸線に対して互いに逆方向に所定角度傾斜した構造をなし、これらの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交叉部にボールを介在させた等速自在継手において、前記本発明に係る外側継手部材、又は、前記本発明に係る内側継手部材のいずれか一方を用いることができる。
【００２２】
前記等速自在継手は、６個、８個、又は１０個のボールの保持が可能である。
【００２３】
本発明のプロペラシャフトは、前記等速自在継手を組み込んだものである。本発明のドライブシャフトは、前記等速自在継手を組み組み込んだものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の等速自在継手の外側継手部材、内側継手部材、及び等速自在継手によれば、トラック溝底とボール間の隙間を適量確保することができるため、十分な耐久性を確保することができる。これにより、外側継手部材、内側継手部材、及び等速自在継手として長期にわたって安定した機能を発揮することができる。しかも、焼入鋼切削によりトラック溝底を形成されているので、トラック溝をミーリング加工にて仕上げることができ、研削クーラントを抑えることができて、環境にやさしい加工が可能となる。
【００２５】
６個、８個、又は１０個のボールの保持を可能とでき、種々のタイプのクロスグルーブ型等速自在継手に対応することができる。
【００２６】
プロペラシャフトアッセンブリーであっても、ドライブシャフトアッセンブリーであっても、トラック溝底とボール間の隙間を適量確保することができるため、十分な耐久性を確保することができる。これにより、プロペラシャフトアッセンブリーであっても、ドライブシャフトアッセンブリーであっても長期にわたって安定した機能を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１に第１実施形態の等速自在継手（クロスグローブ型等速自在継手）を示し、この等速自在継手は、内輪３１、外輪３２、ボール３３およびケージ３４を主要な構成要素としている。この場合、フロートタイプであり、プロペラシャフトに用いている。
【００２８】
内輪３１は、その外周面に複数のトラック溝３６が形成されている。この内輪３１の中心孔３５にプロペラシャフトのスタブシャフト４０を挿入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。すなわち、スタブシャフト４０の雄スプライン４１を形成するとともに、内輪３１の中心孔３５の内径面に雌スプライン４２を形成する。そして、スタブシャフト４０を内輪３１の中心孔３５に挿入することによって、スタブシャフト４０側の雄スプライン４１と内輪３１側の雌スプライン４２とを嵌合させることになる。また、スタブシャフト４０の端部に抜け止め用の止め輪４３が装着されている。
【００２９】
外輪３２は、内輪３１の外周に位置し、その内周面に内輪３１のトラック溝３６と同数のトラック溝３７が形成されている。内輪３１のトラック溝３６と外輪３２のトラック溝３７は軸線に対して反対方向に傾斜した角度をなし、対をなす内輪３１のトラック溝３６と外輪３２のトラック溝３７との交叉部にボール３３が組み込まれている。内輪３１と外輪３２の間にケージ３４が配置され、ボール３３は、ケージ３４のポケット４４内に保持されている。
【００３０】
ケージ３４は、周方向に沿って所定ピッチで複数（例えば６個）のポケット４４が設けられ、各ポケット４４にボール３３が収容されている。なお、ポケット数としては、６個以外、８個であっても、１０個であってもよい。すなわち、ポケット数に応じてボール数が決定される。このため、ボール数として、６個、８個、１０個等となる。
【００３１】
外輪３２の反シャフト突出側にはキャップ（エンドキャップ）４５が装着され、反シャフト突出側の開口部が塞がれている。このキャップ４５は、外輪３２の外径面の嵌合する短円筒状の嵌着部４５ａと、この嵌着部４５ａから内径方向に延びる内鍔部４５ｂと、この内鍔部４５ｂの内径部に連設されて反継手側へ膨出する膨出部４５ｃとからなる。
【００３２】
また、外輪３２のシャフト突出側には密封装置５０が装着されている。この密封装置５０はブーツ５１と金属製のブーツアダプタ５２とからなる。ブーツ５１は、小径端部５１ａと、大径端部５１ｂと、小径端部５１ａと大径端部５１ｂとを連結する中間折り返し部５１ｃとからなる。ブーツアダプタ５２は、円筒状の本体部５２ａと、外輪嵌合部５２ｂとを有し、本体部５２ａの反外輪側の端部５３が加締られてブーツ５１の大径部５１ｂと連結される。外輪嵌合部５２ｂは、外輪３２の外径面の嵌合する短円筒状の嵌着部５４と、この嵌着部５４から内径方向に延びる内鍔部５５とを備える。
【００３３】
ブーツアダプタ５２の外輪嵌合部５２ｂを外輪３２に外嵌した状態で、ブーツ５１の小径端部５１ａをスタブシャフト４０に外嵌させ、この小径端部５１ａをブーツバンド５８にて締め付けることによって、ブーツ５１をシャフト４０に取り付けることができる。なお、ブーツアダプタ５２の内鍔部５５と、キャップ４５の内鍔部４５ｂには、それぞれ貫孔６４，６５が設けられている。ブーツアダプタ５２の貫孔６４、外輪３２に設けられた貫通孔５６、及びキャップ４５の貫孔６５にボルト部材（図示省略）が挿通されることによるボルト締めによって、外輪３２に対してブーツアダプタ５２とキャップ４５とが一体化される。
【００３４】
外輪３２のトラック溝３７及び内輪３１のトラック溝３６は焼入鋼切削される。焼入鋼切削は、単に切削のことであり、切削は通常生材の状態で行うので、熱処理後（焼入れ後）の切削であることを明確にするために焼入鋼切削と称した。また、焼入鋼切削は、切削を行った後、さらに研削加工を行う場合も含む。焼き入れ後に切削を行うため、素材の熱処理変形をこの切削過程で除去することができる。焼入れを行うと、引張残留応力が残り易く、そのままでは疲労強度が低下する。このため、表面を切削すれば、最表面部に圧縮残留応力を付与させることができ、これにより疲労強度が向上する。
【００３５】
このようにトラック溝を焼入鋼切削すると、内輪３１のトラック溝３６の横断面形状は、図２や図３に示すように楕円形状となる。このため、トラック３６とボール３３との接触は所定の接触角（トラック接触角）α１を持ったアンギュラコンタクトとなる。トラック接触角α１を３５°〜４５°とするとともに、トラック接触率を１．０５〜１．１０としている。
【００３６】
トラック接触角αとは、ボール３３の中心を基準として、ボール３３とトラック３６とが接触する接触中心と、トラック３６の溝底中心とのなす角度をさす。また、「接触中心」とは、トラック３６とボール３３との接触により形成される楕円形状の接触面（接触楕円）における長軸と短軸とが交わる点のことをさす。長軸は、接触楕円の長手方向における最も長い部分となる軸をいい、短軸は、前記長軸と直交する短手方向における最も長い部分となる軸をいう。また、トラック接触率とは、ボール３３の半径に対するトラック溝の曲率半径の比を意味する。
【００３７】
楕円形状のトラック溝底とボール間との隙間は、図３に示すようにδ１となる。なお、内輪３１のトラック溝３６をブローチ加工によって形成すると、トラック溝３６の横断面形状は、図４に示すようにゴシックアーチ状となる。このため、トラック３６とボール３３との接触は所定の接触角（トラック接触角）α２を持ったアンギュラコンタクトとなる。トラック接触角α２を３５°〜４５°とするとともに、トラック接触率を１．０１〜１．０５としている。この場合のゴシックアーチ状のトラック溝底とボール間との隙間はδ２である。このように、α１及びα２がともに３５°〜４５°である場合、楕円形状のトラック接触率を１．０５〜１．１０とすると、ボール３３とトラック溝３６との接触部位はδ１≒δ２となる。すなわち、楕円形状のトラック溝であっても、従来のブローチ加工によって形成されたゴシックアーチ状のトラック溝と同じ量のトラック溝底とボール間の隙間を確保することができる。ここで、トラック接触率が１．０５より小さい場合は、δ１が十分確保できず、トラック接触率が１．１０より大きい場合には、ボール面圧が大きくなりすぎて等速自在継手の耐久性の確保が困難となる。
【００３８】
なお、トラック溝底とボール間との隙間を大きくする方法としては、前記のようにトラック接触率を大きくする方法以外に、接触角α１を大きくする方法があるが、接触角α１を大きくするとボール接触楕円のトラック溝からの乗り上げが生じやすい。このような接触楕円の乗り上げが生じると、等速自在継手の耐久性は急激な低下を招くおそれがある。
【００３９】
このように、本発明では、トラック溝底とボール間の隙間δ１を適量確保することができるため、十分な耐久性を確保することができる。これにより、内輪３１として長期にわたって安定した機能を発揮することができる。しかも、焼入鋼切削によりトラック溝底を形成しているので、トラック溝３６をミーリング加工にて仕上げることができ、研削クーラントを抑えることができて、環境にやさしい加工が可能となる。
【００４０】
６個、８個、又は１０個のボール３３の保持を可能とでき、種々のタイプのクロスグルーブ型（ＬＪ）に対応することができる。
【００４１】
なお、実施形態では、内輪３１のみのトラック溝３６の横断面形状楕円形状として、トラック接触角α１を３５°〜４５°とするとともに、トラック接触率を１．０５〜１．１０としたが、外輪３２のみのトラック溝３７を前記のような構成としてもよく、また、内輪３１のトラック溝３６と外輪３２のトラック溝３７との両方で前記のような構成としてもよい。
【００４２】
前記外輪３２及び／又は内輪３１を用いた等速自在継手をプロペラシャフトに組み込んでも、ドライブシャフトに組み組み込んでもよい。プロペラシャフトアッセンブリーであっても、ドライブシャフトアッセンブリーであっても、トラック溝底とボール間の隙間を適量確保することができるため、十分な耐久性を確保することができる。これにより、プロペラシャフトアッセンブリーであっても、ドライブシャフトアッセンブリーであっても長期にわたって安定した機能を発揮することができる。
【００４３】
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、等速自在継手として、ケージ３４の最小内径が内輪の最大外径よりも小さく設定されたフロートタイプであっても、ケージ３４の最小内径が内輪の最大外径よりも大きく設定されているノンフロートタイプであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態を示す等速自在継手の縦断面図である。
【図２】前記等速自在継手の横断面図である。
【図３】本発明の実施形態を示す等速自在継手の要部拡大断面図である。
【図４】従来のクロスグルーブ型等速自在継手の要部拡大断面図である。
【図５】従来のフロートタイプのクロスグルーブ型等速自在継手の断面図である。
【図６】従来のノンフロートタイプのクロスグルーブ型等速自在継手の断面図である。
【図７】従来のクロスグルーブ型等速自在継手の要部拡大断面図である。
【図８】従来の他のクロスグルーブ型等速自在継手の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
３１    内側継手部材
３２    外側継手部材
３３    ボール
３６、３７    トラック溝
α１    トラック接触角
【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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