(57)【要約】【課題】ボール径およびオフセット等の等速自在継手基本構造を変更することなく、低角時の効率を更に改善することが可能な固定式等速自在継手を提供する。【解決手段】内球面２１に複数のトラック溝２２が形成された外側継手部材と、外球面２４に複数のトラック溝２５が形成された内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝２２と内側継手部材のトラック溝２５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール２７と、ボール２７を収容する窓部２９を有するとともに外側継手部材と内側継手部材との間に介装されるケージとを備えた固定式等速自在継手である。外側継手部材および内側継手部材の少なくとも一つのトラック溝２２において、低作動角時にボール２７が接触する範囲の接触角を、他の範囲の接触角よりも大きく設定した。【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形成された外側継手部材と、外球面に複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記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間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを収容する窓部を有するとともに外側継手部材と内側継手部材との間に介装されるケージとを備えた固定式等速自在継手であって、
前記外側継手部材および前記内側継手部材の少なくとも一つのトラック溝において、低作動角時にボールが接触する範囲の接触角を、他の範囲の接触角よりも大きく設定したことを特徴とする固定式等速自在継手。
【請求項２】
内側継手部材側の低作動角時にボールが接触する範囲の接触角をθＡＩとし、外側継手部材側の低作動角時にボールが接触する範囲の接触角をθＡＯとし、内側継手部材側の低作動角時にボールが接触する範囲外である他の範囲の接触角をθＢＩとし、外側継手部材側の低作動角時にボールが接触する範囲外である他の範囲の接触角をθＢＯとしたときに、θＡＩ＝θＡＯおよびθＢＩ＝θＢＯとしたことを特徴とする請求項１に記載の固定式等速自在継手。
【請求項３】
内側継手部材側の低作動角時にボールが接触する範囲の接触角をθＡＩとし、外側継手部材側の低作動角時にボールが接触する範囲の接触角をθＡＯとし、内側継手部材側の低作動角時にボールが接触する範囲外である他の範囲の接触角をθＢＩとし、外側継手部材側の低作動角時にボールが接触する範囲外である他の範囲の接触角をθＢＯとしたときに、θＡＩ≠θＡＯおよびθＢＩ≠θＢＯとし、かつθＡＩ＞θＢＩおよびθＡＯ＞θＢＯとしたことを特徴とする請求項１に記載の固定式等速自在継手。
【請求項４】
低作動角時にボールが接触する範囲及び他の範囲の接触角が、それぞれの範囲において溝長手方向に沿って連続的に変化させたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
【請求項５】
前記ボールを５個以上とすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
【請求項６】
トラック溝底が円弧部のみであるバーフィールド型、トラック溝底の一部に直線部分を有するアンダーカットフリー型、又はアンダーカットフリー型の直線部分がテーパー形状を呈している形状を特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
【請求項７】
内側継手部材および外側継手部材のトラック溝底がそれぞれ曲率半径が相違する複数の円弧部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
【請求項８】
外側継手部材のトラック溝の曲率中心および内側継手部材のトラック溝の曲率中心をそれぞれ継手軸線よりも径方向にオフセットさせたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
【請求項９】
トラック溝の周方向配設ピッチを不等ピッチとしたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
【請求項１０】
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とを、継手中心に対して軸方向に逆向きにオフセットさせるとともに、外側継手部材のトラック溝のオフセット量と内側継手部材のトラック溝のオフセット量とを相違させたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１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、バーフィールド型（ＢＪ）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側継手部材としての外輪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側継手部材としての内輪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。ケージ８には、ボール７が収容される窓部９が周方向に沿って複数配設されている。
【０００４】
また、内輪６のトラック溝５の曲率中心Ｏ２および外輪３のトラック溝２の曲率中心Ｏ１は、継手中心Ｏに対して等距離ｋ、ｋだけ軸方向に逆向きにオフセットされている。
【０００５】
一般に、自動車用でその前輪のタイヤを駆動するために使用される固定式等速自在継手（タイヤ側の等速自在継手）は、直進状態での作動角は低く設定されている（０〜１０ｄｅｇ程度）。自動車が旋回する場合には、操舵角に応じて大きな作動角をとる。一般の自動車の使用状況から考えれば、大きな操舵を必要とする場面(車庫入れ時や交差点の走行等)の頻度は少なく、大半は直線状態＝低作動角で使用されている。よって、低作動角での固定式等速自在継手の効率(摩擦による損失)を改善することで、自動車の燃費向上が期待出来る。
【０００６】
固定式等速自在継手の効率改善に関しては、図１０に示すように、小径のボール７を使用するとともに、トラックオフセット量ｋ´（ｋ´＜ｋ）を小とすることにより、高効率・コンパクトな固定式等速自在継手を実現する方法がある（特許文献１及び特許文献２）。このように、小径ボール・小トラックオフセットを採用することで、内輪６とボール７・外輪３とボール７の移動距離の差が少なくなり、ボール７と外輪トラック２間でのすべり速度が減少し、効率が向上する。
【０００７】
すなわち、図７に示す等速自在継手と、図１０に示すように小トラックオフセット化したものとを比較した場合、図７に示す等速自在継手では、ボール７の挟み角がβであり、図１０に示す等速自在継手では、ボール７の挟み角が挟み角βよりも小さいβ´となる。ボール７を軸方向に押し出す力は、図８と図１１に示すように、ＦからＦ´のように減少する。ボール７を軸方向に押す力の減少により、ボール７によってケージ８が内外輪の球面に押し付けられる力、即ち、球面力が減少し、接触部の摩擦損失が少なくなって効率が向上する。
図９は図７に示す等速自在継手が作動角（４０ｄｅｇ）をとった場合を示し、図１２は図１０に示す等速自在継手が作動角（４０ｄｅｇ）をとった場合を示し、ラインＬ１は外輪３とボール７との接触点の軌跡であり、ラインＬ２は内輪６とボール７との接触点の軌跡である。
【０００８】
ところで、図７はボールが６個の場合であり、図１０はボールが８個の場合であり、これらの場合の接触点軌跡の長さ等を比較し、その結果を次の表１に記載した。
【０００９】
【表１】
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【００１０】
この表１から分かるように、８個ボールに比べて６個ボールは、接触点軌跡の長さが長いことが分かる。
【特許文献１】特許第３４６０１０７号公報
【特許文献２】特開平９−３１７７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
小径ボール、小オフセットの構造を採用すれば、等速自在継手の効率を改善することは可能であるが、強度面とのバランスを考慮すると設計に限界がある。ボール径およびオフセットを小さくするほど、効率は向上する。しかしながら、ボール径を小さくしすぎると、それに対応するトラック溝が浅くなり、大トルク入力時に、ボールがトラック溝肩部に乗り上げ易くなり、高角時の強度が低下する。オフセットを極端に小さくすれば、ボールに発生する挟み角が小さくなり、結果、ボールをコントロールする力が不足し、作動時の引っ掛かり等の作動不良が生じる。このように、従来の固定式等速自在継手におけるボール小径化や小オフセット化は、強度、作動性、効率の三者間のバランスをとりながら設計する必要があり、設計性に劣っていた。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みて、ボール径およびオフセット等の等速自在継手基本構造を変更することなく、設計性に優れ低角時の効率を更に改善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】
【００１３】
本発明の第１の固定式等速自在継手は、内球面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外球面に複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記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間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを収容する窓部を有するとともに外側継手部材と内側継手部材との間に介装されるケージとを備えた固定式等速自在継手であって、前記外側継手部材および前記内側継手部材の少なくとも一つのトラック溝において、低作動角時にボールが接触する範囲の接触角を、他の範囲の接触角よりも大きく設定した
ものである。
【００１４】
ところで、ボールと内外継手部材のトラック間に生じる発熱は、内側継手部材のトラックと外側継手部材のトラックのトラック長さの違いによって生じるすべり摩擦に起因する。つまり、外側にある外側継手部材のトラック長さが内側継手部材のトラック長さよりも長いため、内外のトラックに挟まれているボールが転動する際に、トラック長さの差の分だけ、長い外側継手部材の側でボールが転がることができずにすべりが生じ、結果としてすべり摩擦による発熱が生じてしまう。ここで、接触角が大きいと、内側継手部材のトラックおよび外側継手部材のトラックに対するボールの接触点が近づき(ボールを小径化するのと同様の効果がある)、内側継手部材とボール・外側継手部材とボールの移動距離の差が少なくなり、ボールと外側継手部材のトラック間でのすべり摩擦量が減少し、効率が向上する。しかしながら、接触角を大きくすると、大負荷時にボールがトラック溝肩部に乗り上げ易くなり、強度が低下してしまう。特に、高作動角時に使用する内側継手部材および外側継手部材の奥側のトラック(マウス底側)では、オフセットの影響で元々トラック溝が浅いため、強度低下が顕著になる。
【００１５】
そこで、本発明では、トラック溝の深さに余裕がある低作動角域のみ、接触角を大きくし、奥側のトラック溝深さに余裕がない部分については従来の接触角のままとした。この構造をとることにより、高作動角時の奥側トラックでの強度を確保しつつ、燃費向上に重要な低作動角時の効率を改善することができる。しかも、このような構造は設計上及び製作上の困難性を有しない。
【００１６】
内側継手部材側の低作動角時にボールが接触する範囲の接触角をθＡＩとし、外側継手部材側の低作動角時にボールが接触する範囲の接触角をθＡＯとし、内側継手部材側の低作動角時にボールが接触する範囲外である他の範囲の接触角をθＢＩとし、外側継手部材側の低作動角時にボールが接触する範囲外である他の範囲の接触角をθＢＯとしたときに、θＡＩ＝θＡＯおよびθＢＩ＝θＢＯとしたり、θＡＩ≠θＡＯおよびθＢＩ≠θＢＯとし、かつθＡＩ＞θＢＩおよびθＡＯ＞θＢＯとしたりできる。
【００１７】
低作動角時にボールが接触する範囲及び他の範囲の接触角が、それぞれの範囲において溝長手方向に沿って連続的に変化させることができる。これによって、ボールの滑らかな移動が可能となる。
【００１８】
前記ボールを５個以上とすることができる。
【００１９】
トラック溝底が円弧部のみであるバーフィールド型、トラック溝底の一部に直線部分を有するアンダーカットフリー型、又はアンダーカットフリー型の直線部分がテーパー形状を呈している形状とすることができる。
【００２０】
トラック溝の周方向配設ピッチを不等ピッチとすることができる。
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とを、継手中心に対して軸方向に逆向きにオフセットさせるとともに、外側継手部材のトラック溝のオフセット量と内側継手部材のトラック溝のオフセット量とを相違させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、高作動角時の奥側トラックでの強度を確保しつつ、燃費向上に重要な低作動角時の効率を改善することができる。すなわち、ボール径及びオフセット等の等速自在継手の基本構造を変更することなく、低角時の継手効率を改善しつつ、高角時の継手強度を十分確保できる固定式等速自在継手を提供できる。しかも、このような構造は設計上及び製作上の困難性を有しないので、低コストで簡単にこのような固定式等速自在継手を製造することができる。
【００２２】
トラック溝底が、円弧部とストレート部とを備えたものとしたり、トラック溝底がそれぞれ曲率半径が相違する複数の円弧部を備えたものであったり、トラック溝底が円弧部とテーパ部とを備えたものであったり、外側継手部材のトラック溝の曲率中心および内側継手部材のトラック溝の曲率中心をそれぞれ継手軸線よりも径方向にオフセットさせたものであってもよく、さらには、ボール数も５個以上としたり、トラック溝の周方向ピッチも等ピッチであっても、不等ピッチであってもよい。このように、本発明の等速自在継手は、種々の使用環境に対応した種々のタイプのものを構成することができる。このため、自動車のプロペラシャフトに、最適な等速自在継手を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００２４】
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が軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪２３と、図２に示すように外球面２４に複数のトラック溝２５が軸方向に沿って形成された内側継手部材としての内輪２６とを備える。そして、図３と図４に示すように、外輪２３のトラック溝２２と内輪２６のトラック溝２５とが対をなし、トルクを伝達するボール２７が外輪２３のトラック溝２２と内輪２６のトラック溝２５との間に介在する。外輪２３の内球面２１と内輪２６の外球面２４との間にケージが介在され、このケージの周方向に沿って所定ピッチで配設された複数の窓部（ポケット）にボール２７が保持される。
【００２５】
前記外輪２３のトラック溝２２は、図１に示すように、その曲率中心Ｏ１を継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の開口側にずらしている。また、図２に示すように、内輪２６のトラック溝２５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ｋだけ離して設けている。
【００２６】
外輪２３のトラック溝２２や内輪２６のトラック溝２５は、図３と図４に示すように、ボール２７の半径ｒよりも大きな曲率半径Ｒで、鍛造加工のみ、又は鍛造加工後の削り加工等にて成形したゴシックアーチ状である。このように、ゴシックアーチ状とすることによって、トラック溝２２、２５とボール２７はアンギュラ接触となっている。
【００２７】
外輪２３のトラック溝２２は、低作動角時にボールが接触する範囲Ａ（図１参照）の接触角θＡＯと、他の範囲Ｂ（図１参照）の接触角θＢＯとを相違させている。この場合、範囲Ａの接触角θＡＯを範囲Ｂの接触角θＢＯよりも大きく、つまり、θＡＯ＞θＢＯとしている。また、内輪２６のトラック溝２５は、低作動角時にボールが接触する範囲Ａ１（図２参照）の接触角θＡＩと、他の範囲Ｂ１（図２参照）の接触角θＢＩとを相違させている。この場合、範囲Ａ１の接触角θＡＩを範囲Ｂ１の接触角θＢＩよりも大きく、つまり、θＡＩ＞θＢＩとしている。
【００２８】
接触角とは、ボール２７の中心ＯＢを基準としてボール２７とトラック溝２２，２５とが接触するボール接触中心Ｐとトラック溝２２，２５の溝底中心Ｑとのなす角度を意味する。また、ボール接触中心Ｐとは、トラック溝２２，２５とボール２７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を意味する。この長軸は、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、前述の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。
【００２９】
ここで、θＡＩ＝θＡＯ及びθＢＩ＝θＢＯである必要はなく、θＡＩ≠θＡＯ及びθＢＩ≠θＢＯであってもよい。すなわち、内外輪の接触角の値は異なっていてもよいが、内輪２６および外輪２３の各トラックの低角時にボール２７が移動する範囲Ａ、Ａ１は、必ず他の範囲Ｂ、Ｂ１よりも大きくしておく。ここで、低角時とは、この等速自在継手が自動車に使用されて、車庫入れ時や交差点走行時等の大きな操舵をとらない通常の走行時での低角時である。
【００３０】
外輪２３のトラック溝２２や内輪２６のトラック溝は、鍛造加工のみ、又は鍛造加工後の削り加工等にて成形することができるので、内輪２６や外輪２３のトラック溝成形は、なんら特別な成形方法によることなく簡単に行うことができる。
【００３１】
外輪２３の範囲Ａや範囲Ｂの接触角は、それぞれにおいて一定である必要がなく、図５に示すように、滑らかに連続的に変化するものであってもよく、内輪２６の範囲Ａ１や範囲Ｂ１の接触角においても、それぞれにおいて一定である必要がなく、図６に示すように、滑らかに連続的に変化するものであってもよい。これによって、ボールの滑らかな移動が可能となる。
【００３２】
ところで、等速自在継手として、継手作動角の高角化を図るために、トラック溝底がそれぞれ円弧部とストレート部とを備えるアンダーカットフリー型であっても、アンダーカットフリー型の直線部分がテーパー形状を呈している形状のものであってもよい。また、トラック溝底がそれぞれ曲率半径が相違する複数の円弧部を備えたものであっても、外輪のトラック溝の曲率中心および内輪のトラック溝の曲率中心をそれぞれ継手軸線よりも径方向にオフセット（径方向のオフセット）させたものであってもよい。
【００３３】
さらには、外輪２３のトラック溝２２のオフセット量ｋ（軸方向のオフセット量）と内輪２６のトラック溝２５のオフセット量ｋ（軸方向のオフセット量）とを相違させてもよい。この場合、外輪２３のトラック溝２２のオフセット量ｋを内輪２６のトラック溝２５のオフセット量ｋよりも大きくしても、内輪２６のトラック溝２５のオフセット量ｋを外輪２３のトラック溝２２のオフセット量ｋよりも大きくしてもよい。
【００３４】
また、ボール数も５個以上としたり、トラック溝の周方向配設ピッチが等ピッチであっても不等ピッチであってもよく、トラック溝底がそれぞれ曲率半径が相違する複数の円弧部を備えたものであったり、さらには、外輪２３のトラック溝２２の軸方向オフセット量ｋと内輪２６トラック溝２２の軸方向オフセット量ｋとを相違させたり、外輪２３のトラック溝２２の曲率中心および内輪２６のトラック溝２５の曲率中心をそれぞれ継手軸線よりも径方向にオフセットさせたりすることができる。
【００３５】
このように、本発明の等速自在継手は、種々の使用環境に対応した種々のタイプのものを構成することができる。このため、自動車のプロペラシャフトに、最適な等速自在継手を構成することができる。特に、８個以上のトルク伝達ボールを備えた等速自在継手では、強度、負荷容量、及び耐久性を確保しつつ、より一層のコンパクト化、軽量化を実現することができる。
【００３６】
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、前記実施形態では、外輪２３のトラック溝２２においても、内輪２６のトラック溝２５においても、低角時のボール移動範囲Ａ、Ａ１の接触角θを他の範囲Ｂ、Ｂ１の接触角θよりも大きく設定したが、このような設定を、外輪２３のトラック溝２２のみに行っても、内輪２６のトラック溝２５のみに行ってもよい。このような接触角の設定は、外輪側に行う場合であっても、内輪側に行う場合であっても、少なくとも１つのトラック溝２２，２５に行えばよい。すなわち、全トラック溝２２，２５にこのような接触角の設定を行っても、選択した任意の数のトラック溝２２，２５に行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態を示す固定式等速自在継手の外輪の要部断面図である。
【図２】前記固定式等速自在継手の内輪の要部断面図である。
【図３】前記固定式等速自在継手の要部拡大断面図である。
【図４】前記固定式等速自在継手の要部拡大断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す固定式等速自在継手の外輪の要部断面図である。
【図６】前記第２実施形態を示す固定式等速自在継手の内輪の要部断面図である。
【図７】従来の固定式等速自在継手の断面図である。
【図８】前記図７の固定式等速自在継手のボールに作用する押圧力を示す図である。
【図９】前記図７の固定式等速自在継手の作動角をとった状態の断面図である。
【図１０】従来の他の固定式等速自在継手の断面図である。
【図１１】前記図１０の固定式等速自在継手のボールに作用する押圧力を示す図である。
【図１２】前記図１１の固定式等速自在継手の作動角をとった状態の断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
２１   内球面
２２，２５    トラック溝
２４   外球面
２７   ボール
２８   ケージ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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