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技術 固定式等速自在継手

出願人 NTN株式会社
発明者 藤尾輝明船橋雅司
出願日 2016年3月25日 (5年9ヶ月経過) 出願番号 2016-062105
公開日 2017年9月28日 (4年2ヶ月経過) 公開番号 2017-172765
状態 特許登録済
技術分野 継手
主要キーワード 軸方向オフセット 横断面形 球状内周面 単一曲率 傾斜角γ 鏡像対称 継手軸線 軽量コンパクト
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

高効率、高作動角で強度、耐久性に優れた固定式等速自在継手の提供。

解決手段

第1トラック溝部7aと、第2トラック溝部7bとからなり、溝部7aは、継手中心Oに対し軸方向オフセットない単一曲率半径R1ボール軌道中心線Xaを有し、中心線Xaと中心Oを含む平面Mが継手軸線N−Nに傾斜し、隣接する溝部7aで反対方向に形成され、溝部7aの中心線Xa端部Aが中心Oより開口側に位置し、端部Aに溝部7bの中心線Xbが接続され、ボール軌道中心線Yは、作動角0°で中心Oを含み軸線N−Nに直交する平面Pを基準とし、ボール軌道中心線と鏡像対称に形成された固定式等速自在継手にて、溝部7b中心線Xbは、軸線N−Nに半径方向にオフセットした曲率半径R2を有し、半径R2が半径R1より大に設定。

概要

背景

例えば、自動車フロントドライブシャフトには、通常、インボード側デフ側)に、最大作動角は比較的小さいが作動角を取りつつ軸方向変位が可能な摺動式等速自在継手が組み込まれ、アウトボード側車輪側)は、車輪操舵されるので、大きな作動角が取れるが軸方向に変位しない固定式等速自在継手が組み込まれる。

大きな作動角が取れる固定式等速自在継手の高効率化低発熱化を狙ったトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手が提案されている(特許文献1)。この固定式等速自在継手は、球状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に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、このボールを保持し、外側継手部材の球状内周面と内側継手部材の球状外周面とに嵌合する球状外周面と球状内周面を有する保持器とを備えた固定式等速自在継手において、外側継手部材のトラック溝は、奥側に位置する第1のトラック溝部と、開口側に位置する第2のトラック溝部とからなり、第1のトラック溝部は、継手中心に対して軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状のボール軌道中心線を有し、ボール軌道中心線と継手中心を含む平面が継手軸線に対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う第1のトラック溝部で互いに反対方向に形成されており、第2のトラック溝部のボール軌道中心線が直線状部分を有し、かつこの直線状部分は開口側に行くにつれて前記継手の軸線に接近するように傾斜して形成されており、第1のトラック溝部のボール軌道中心線の端部が継手中心より軸方向に開口側に位置し、この端部に第2のトラック溝部のボール軌道中心線が接続されたものであって、内側継手部材のトラック溝のボール軌道中心線は、作動角0°の状態で継手中心を含む平面を基準として、外側継手部材の対となるトラック溝のボール軌道中心線と鏡像対称に形成されている(特許文献1の請求項1、他)。

概要

高効率、高作動角で強度、耐久性に優れた固定式等速自在継手の提供。第1トラック溝部7aと、第2トラック溝部7bとからなり、溝部7aは、継手中心Oに対し軸方向オフセットない単一曲率半径R1ボール軌道中心線Xaを有し、中心線Xaと中心Oを含む平面Mが継手軸線N−Nに傾斜し、隣接する溝部7aで反対方向に形成され、溝部7aの中心線Xa端部Aが中心Oより開口側に位置し、端部Aに溝部7bの中心線Xbが接続され、ボール軌道中心線Yは、作動角0°で中心Oを含み軸線N−Nに直交する平面Pを基準とし、ボール軌道中心線と鏡像対称に形成された固定式等速自在継手にて、溝部7b中心線Xbは、軸線N−Nに半径方向にオフセットした曲率半径R2を有し、半径R2が半径R1より大に設定。

目的

本発明は、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時くさび角接触面圧、有効トラック長さのバランスを極めた強度、耐久性に優れたコンパクトな固定式等速自在継手を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

球状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周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、このボールを保持し、前記外側継手部材の球状内周面と内側継手部材の球状外周面とに嵌合する球状外周面と球状内周面を有する保持器とを備えた固定式等速自在継手であって、前記外側継手部材のトラック溝は、奥側に位置する第1のトラック溝部(7a)と、開口側に位置する第2のトラック溝部(7b)とからなり、前記第1のトラック溝部(7a)は、継手中心(O)に対して軸方向にオフセットのない曲率中心を持つ単一の曲率半径(R1)のボール軌道中心線(Xa)を有し、ボール軌道中心線(Xa)と継手中心(O)を含む平面(M)が継手軸線(N−N)に対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う前記第1のトラック溝部(7a)で互いに反対方向に形成され、前記第1のトラック溝部(7a)のボール軌道中心線(Xa)の端部(A)が前記継手中心(O)より開口側に位置し、この端部(A)に前記第2のトラック溝部(7b)のボール軌道中心線(Xb)が接続されてなり、前記内側継手部材のトラック溝のボール軌道中心線(Y)は、作動角0°の状態で継手中心(O)を含み継手の軸線(N−N)に直交する平面(P)を基準として、前記外側継手部材の対となるトラック溝のボール軌道中心線と鏡像対称に形成された固定式等速自在継手において、前記第2のトラック溝部(7b)のボール軌道中心線(Xb)は、継手の軸線(N−N)に対して半径方向にオフセットした曲率中心を持つ単一の曲率半径(R2)を有し、この曲率半径(R2)が前記曲率半径(R1)より大きく設定されていることを特徴とする固定式等速自在継手。

請求項2

前記曲率半径(R1)と前記曲率半径(R1)との比R2/R1が3〜10の範囲内に設定されている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

前記第1のトラック溝部(7a)のボール軌道中心線(Xa)の開口側の端部(A)と前記継手中心(O)とを結ぶ直線(L)が、前記継手中心(O)を含み継手の軸線(N−N)に直交する平面(P)に対してなす角度(β)が5°〜8°に設定されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の固定式等速自在継手。

請求項4

前記トルク伝達ボール個数が8個であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。

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動力伝達系において使用されるもので、駆動側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、自動車のフロントドライブシャフトには、通常、インボード側デフ側)に、最大作動角は比較的小さいが作動角を取りつつ軸方向変位が可能な摺動式等速自在継手が組み込まれ、アウトボード側車輪側)は、車輪操舵されるので、大きな作動角が取れるが軸方向に変位しない固定式等速自在継手が組み込まれる。

0003

大きな作動角が取れる固定式等速自在継手の高効率化低発熱化を狙ったトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手が提案されている(特許文献1)。この固定式等速自在継手は、球状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に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、このボールを保持し、外側継手部材の球状内周面と内側継手部材の球状外周面とに嵌合する球状外周面と球状内周面を有する保持器とを備えた固定式等速自在継手において、外側継手部材のトラック溝は、奥側に位置する第1のトラック溝部と、開口側に位置する第2のトラック溝部とからなり、第1のトラック溝部は、継手中心に対して軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状のボール軌道中心線を有し、ボール軌道中心線と継手中心を含む平面が継手軸線に対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う第1のトラック溝部で互いに反対方向に形成されており、第2のトラック溝部のボール軌道中心線が直線状部分を有し、かつこの直線状部分は開口側に行くにつれて前記継手の軸線に接近するように傾斜して形成されており、第1のトラック溝部のボール軌道中心線の端部が継手中心より軸方向に開口側に位置し、この端部に第2のトラック溝部のボール軌道中心線が接続されたものであって、内側継手部材のトラック溝のボール軌道中心線は、作動角0°の状態で継手中心を含む平面を基準として、外側継手部材の対となるトラック溝のボール軌道中心線と鏡像対称に形成されている(特許文献1の請求項1、他)。

先行技術

0004

特許第5840463号公報

発明が解決しようとする課題

0005

特許文献1の固定式等速自在継手は、前述した構成により、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時の強度や耐久性にも優れ、特に、高作動角時における直線状のトラック溝のくさび角の大きさを抑制することができるので、保持器の強度を確保することができる。このように、特許文献1の固定式等速自在継手は極めて優れたものであるが、更なる高次元の性能を求めた改善に着目した。

0006

上記の更なる高次元の性能改善に鑑み、本発明は、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時のくさび角や接触面圧、有効トラック長さのバランスを極めた強度、耐久性に優れたコンパクトな固定式等速自在継手を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

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、球状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周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、このボールを保持し、前記外側継手部材の球状内周面と内側継手部材の球状外周面とに嵌合する球状外周面と球状内周面を有する保持器とを備えた固定式等速自在継手であって、前記外側継手部材のトラック溝は、奥側に位置する第1のトラック溝部(7a)と、開口側に位置する第2のトラック溝部(7b)とからなり、前記第1のトラック溝部(7a)は、継手中心(O)に対して軸方向にオフセットのない曲率中心を持つ単一の曲率半径(R1)のボール軌道中心線(Xa)を有し、ボール軌道中心線(Xa)と継手中心(O)を含む平面(M)が継手の軸線(N−N)に対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う前記第1のトラック溝部(7a)で互いに反対方向に形成され、前記第1のトラック溝部(7a)のボール軌道中心線(Xa)の端部(A)が前記継手中心(O)より開口側に位置し、この端部(A)に前記第2のトラック溝部(7b)のボール軌道中心線(Xb)が接続されてなり、前記内側継手部材のトラック溝のボール軌道中心線(Y)は、作動角0°の状態で継手中心(O)を含み継手の軸線(N−N)に直交する平面(P)を基準として、前記外側継手部材の対となるトラック溝のボール軌道中心線と鏡像対称に形成された固定式等速自在継手において、前記第2のトラック溝部(7b)のボール軌道中心線(Xb)は、継手の軸線(N−N)に対して半径方向にオフセットした曲率中心を持つ単一の曲率半径(R2)を有し、この曲率半径(R2)が前記曲率半径(R1)より大きく設定されていることを特徴とする。ここで、上記の継手の軸線とは、継手の回転中心となる長手方向の軸線を意味し、後述する実施形態における継手の軸線N−Nを指す。特許請求の範囲に記載の継手の軸線も同じとする。

0008

上記の構成により、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時のくさび角や接触面圧、有効トラック長さのバランスを極めた強度、耐久性に優れたコンパクトな固定式等速自在継手を実現することができる。特に、トルク伝達ボールとトラック溝との接触点相対移動距離・速度の大きい外側継手部材に対して、ボールと第2のトラック溝部との接触面圧の軽減は、性能面(効率、耐久性)で顕著な効果が得られる。

0009

具体的には、上記の曲率半径(R2)と曲率半径(R1)との比R2/R1が3〜10の範囲内に設定されていることが好ましい。これにより、高作動角時、第2のトラック溝部7b、9bのくさび角の大きさや有効トラック長さおよびトルク伝達ボールと第2のトラック溝部7b、9bの接触面圧を高次元でバランスさせることができる。

0010

上記の第1のトラック溝部7aのボール軌道中心線Xaの開口側の端部Aと継手中心Oとを結ぶ直線Lが、作動角0°の状態の継手中心Oを含み継手の軸線N−Nに直交する平面Pに対してなす角度βが5°〜8°に設定されていることが好ましい。これは、常用角を10°として角度βの下限は5°が不可欠であり、一方、角度βの上限の8°は、くさび角の大きさ、有効トラック長さ、接触面圧のバランスを確保できる比R2/R1の範囲から検証された。ここで、角度βは直線Lが平面P上の直線となす角の中で最小のものと定義する。そして、実施形態および特許請求の範囲においても同じとする。

0011

上記のトルク伝達ボールの個数を8個とすることにより、軽量コンパクトで、高効率で、高作動角が取れる固定式等速自在継手、ひいては自動車のドライブシャフトを実現することができる。

発明の効果

0012

本発明により、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時のくさび角や接触面圧、有効トラック長さのバランスを極めた強度、耐久性に優れたコンパクトな固定式等速自在継手を実現することができる。特に、トルク伝達ボールとトラック溝との接触点の相対移動距離・速度の大きい外側継手部材に対して、ボールと第2のトラック溝部との接触面圧の軽減は、性能面(効率、耐久性)で顕著な効果が得られる。

図面の簡単な説明

0013

(a)図は本発明の一実施形態に係る固定式等速自在継手の部分縦断面図で、(b)図は側面図である。
(a)図は、図1の固定式等速自在継手の外側継手部材の部分縦断面図で、(b)図は側面図である。
(a)図は、図1の固定式等速自在継手の内側継手部材の左側面図で、(b)図は正面図で、(c)図は右側面図である。
図2(a)の外側継手部材のトラック溝の詳細を示す部分縦断面図である。
図3(b)の内側継手部材のトラック溝の詳細を示す縦断面図である。
継手が最大作動角を取った状態を示す概要図である。
(a)図は、図6の継手が最大作動角を取ったときのボールとトラック溝との接触状態を示す縦断面図で、(b)図は(a)図の部分的な拡大図である。
継手が最大作動角を取った状態のくさび角を示す図である。
(a)図は外側継手部材の斜視図で、(b)図は内側継手部材の斜視図である。
図1(a)の固定式等速自在継手を自動車のドライブシャフトに使用した状態を示す図である。

実施例

0014

本発明の一実施形態を図1図10に基づいて説明する。図1(a)は、本実施形態に係る固定式等速自在継手の部分縦断面図で、図1(b)は右側面図である。この等速自在継手1は、外側継手部材2、内側継手部材3、ボール4および保持器5を主な構成とする。図1(b)、図2および図3に示すように、外側継手部材2および内側継手部材3のそれぞれ8本のトラック溝7、9は、継手の軸線N−Nに対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝7A、7Bおよび9A、9Bで互いに反対方向に形成されている。そして、外側継手部材2および内側継手部材3の対となるトラック溝7A、9Aおよび7B、9Bの各交差部に8個のボール4が配置されている。図1(a)では、トラック溝7、9については、それぞれ、図2(a)に示す平面Mおよび図3(b)に示す平面Qにおける断面を傾斜角γ=0°まで回転させた状態で示している。トラック溝7、9の詳細は後述する。

0015

継手の縦断面を図1(a)に示す。軸方向に延びるトラック溝の傾斜状態湾曲状態などの形態、形状を的確に示すために、本明細書では、ボール軌道中心線という用語を用いて説明する。ここで、ボール軌道中心線とは、トラック溝に配置されたボールがトラック溝に沿って移動するときのボールの中心が描く軌跡を意味する。したがって、トラック溝の傾斜状態は、ボール軌道中心線の傾斜状態と同じであり、また、トラック溝の円弧状の状態は、ボール軌道中心線の円弧状の状態と同じである。

0016

図1(a)に示すように、外側継手部材2のトラック溝7はボール軌道中心線Xを有し、トラック溝7は、継手中心Oに対して軸方向にオフセットのない曲率中心を持つ単一の曲率半径R1のボール軌道中心線Xaを有する第1のトラック溝部7aと、継手の軸線N−Nに対して半径方向にオフセットした曲率中心Oobを持ち、曲率半径R1より大きな単一の曲率半径R2のボール軌道中心線Xbを有する第2のトラック溝部7bとからなり、第1のトラック溝部7aのボール軌道中心線Xaに第2のトラック溝部7bのボール軌道中心線Xbが接線として滑らかに接続されている。一方、内側継手部材3のトラック溝9はボール軌道中心線Yを有し、トラック溝9は、継手中心Oに対して軸方向にオフセットのない曲率中心を持つ単一の曲率半径R1のボール軌道中心線Yaを有する第1のトラック溝部9aと、継手の軸線N−Nに対して半径方向にオフセットした曲率中心Oibを持ち、曲率半径R1より大きな単一の曲率半径R2のボール軌道中心線Ybを有する第2のトラック溝部9bとからなり、第1のトラック溝部9aのボール軌道中心線Yaに第2のトラック溝部9bのボール軌道中心線Ybが接線として滑らかに接続されている。第1のトラック溝部7a、9aのボール軌道中心線Xa、Yaの各曲率中心を、継手中心O、すなわち継手の軸線N−N上に配置したことにより、トラック溝深さを均一にすることができ、かつ加工を容易にすることができる。

0017

図示は省略するが、トラック溝7、9の横断面形状は、楕円形状やゴシックアーチ形状に形成されており、トラック溝7、9とボール4は、接触角(30°〜45°程度)をもって接触する、所謂、アンギュラコンタクトとなっている。したがって、ボール4は、トラック溝7、9の溝底より少し離れたトラック溝7、9の側面側で接触している。

0018

図2に基づき、外側継手部材2のトラック溝7が継手の軸線N−Nに対して周方向に傾斜している状態を詳細に説明する。図2(a)は外側継手部材2の部分縦断面を示し、図2(b)は外側継手部材2の右側面を示す。外側継手部材2のトラック溝7は、その傾斜方向の違いから、トラック溝7A、7Bの符号を付す。図2(a)に示すように、トラック溝7Aのボール軌道中心線Xと継手中心Oを含む平面Mは、継手の軸線N−Nに対して角度γだけ傾斜している。そして、トラック溝7Aに周方向に隣り合うトラック溝7Bは、図示は省略するが、トラック溝7Bのボール軌道中心線Xと継手中心Oを含む平面Mが、継手の軸線N−Nに対して、トラック溝7Aの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。

0019

ここで、トラック溝の符号について補足する。外側継手部材2のトラック溝全体を指す場合は符号7を付し、その第1のトラック溝部に符号7a、第2のトラック溝部に符号7bを付す。さらに、傾斜方向の違うトラック溝を区別する場合には符号7A、7Bを付し、それぞれの第1のトラック溝部に符号7Aa、7Ba、第2のトラック溝部に符号7Ab、7Bbを付す。後述する内側継手部材3のトラック溝についても、同様の要領で符号を付している。

0020

次に、図3に基づき、内側継手部材3のトラック溝9が継手の軸線N−Nに対して周方向に傾斜している状態を詳細に説明する。図3(b)は内側継手部材3の外周面を示し、図3(a)は内側継手部材3の左側面を、図3(c)は右側面を示す。内側継手部材3のトラック溝9は、その傾斜方向の違いから、トラック溝9A、9Bの符号を付す。図3(b)に示すように、トラック溝9Aのボール軌道中心線Yと継手中心Oを含む平面Qは、継手の軸線N−Nに対して角度γだけ傾斜している。そして、トラック溝9Aに周方向に隣り合うトラック溝9Bは、図示は省略するが、トラック溝9Bのボール軌道中心線Yと継手中心Oを含む平面Qが、継手の軸線N−Nに対して、トラック溝9Aの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。傾斜角γは、等速自在継手1の作動性および内側継手部材3のトラック溝の最も接近した側の球面幅Fを考慮し、4°〜12°にすることが好ましい。内側継手部材3のトラック溝9のボール軌道中心線Yは、作動角0°の状態で継手中心Oを含み継手の軸線N−Nに直交する平面Pを基準として、外側継手部材2の対となるトラック溝7のボール軌道中心線Xと鏡像対称に形成されている。

0021

図4に基づいて、外側継手部材2の縦断面より見たトラック溝の詳細を説明する。図4の部分縦断面は、前述した図2(a)のトラック溝7Aのボール軌道中心線Xと継手中心Oを含む平面Mで見た断面図である。したがって、厳密には、継手の軸線N−Nを含む平面における縦断面図ではなく、角度γだけ傾斜した断面を示している。図4には、外側継手部材2のトラック溝7Aが示されているが、トラック溝7Bは、傾斜方向がトラック溝7Aとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝7Aと同じであるので、説明は省略する。外側継手部材2の球状内周面6にはトラック溝7Aが軸方向に沿って形成されている。トラック溝7Aはボール軌道中心線Xを有し、トラック溝7Aは、継手中心Oを曲率中心(軸方向のオフセットがない)とする単一の曲率半径R1のボール軌道中心線Xaを有する第1のトラック溝部7Aaと、継手の軸線N−N〔図1(a)参照〕に対して半径方向にオフセットした曲率中心Oobを持ち、曲率半径R1より大きな単一の曲率半径R2のボール軌道中心線Xbを有する第2のトラック溝部7Abとからなる。そして、第1のトラック溝部7Aaのボール軌道中心線Xaの開口側の端部Aにおいて、第2のトラック溝部7Abのボール軌道中心線Xbが接線として滑らかに接続されている。すなわち、端部Aが第1のトラック溝部7Aaと第2のトラック溝7Abとの接続点である。端部Aは継手中心Oよりも開口側に位置するので、第1のトラック溝部7Aaのボール軌道中心線Xaの開口側の端部Aにおいて接線として接続される第2のトラック溝部7Abのボール軌道中心線Xbは、開口側に行くにつれて継手の軸線N−Nに接近するように形成されている。これにより、最大作動角時の有効トラック長さを確保すると共にくさび角および接触面圧をバランスよく抑制することができる。

0022

図4に示すように、端部Aと継手中心Oとを結ぶ直線をLとする。トラック溝7Aのボール軌道中心線Xと継手中心Oを含む平面M〔図2(a)参照〕上に投影された継手の軸線N’−N’は継手の軸線N−Nに対しγだけ傾斜し、軸線N’−N’の継手中心Oにおける垂線Kと直線Lとがなす角度をβ’とする。上記の垂線Kは作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面P上にある。したがって、本発明でいう直線Lが作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面Pに対してなす角度βは、sinβ=sinβ’×cosγの関係になる。

0023

同様に、図5に基づいて、内側継手部材3の縦断面よりトラック溝の詳細を説明する。図5の縦断面は、前述した図3(b)のトラック溝9Aのボール軌道中心線Yと継手中心Oを含む平面Qで見た断面図である。したがって、図4と同様に、厳密には、継手の軸線N−Nを含む平面における縦断面図ではなく、角度γだけ傾斜した断面を示している。図5には、内側継手部材3のトラック溝9Aが示されているが、トラック溝9Bは、傾斜方向がトラック溝9Aとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝9Aと同じであるので、説明は省略する。内側継手部材3の球状外周面8にはトラック溝9Aが軸方向に沿って形成されている。トラック溝9Aはボール軌道中心線Yを有し、トラック溝9Aは、継手中心Oを曲率中心(軸方向のオフセットがない)とする単一の曲率半径R1のボール軌道中心線Yaを有する第1のトラック溝部9Aaと、継手の軸線N−Nに対して半径方向にオフセットした曲率中心Oibを持ち、曲率半径R1より大きな単一の曲率半径R2のボール軌道中心線Ybを有する第2のトラック溝部9Abとからなる。そして、第1のトラック溝部9Aaのボール軌道中心線Yaの奥側の端部Bにおいて、第2のトラック溝部9Abのボール軌道中心線Ybが接線として滑らかに接続されている。すなわち、端部Bが第1のトラック溝部9Aaと第2のトラック溝9Abとの接続点である。端部Bは継手中心Oよりも奥側に位置するので、第1のトラック溝部9Aaのボール軌道中心線Yaの奥側の端部Bにおいて接線として接続される第2のトラック溝部9Abのボール軌道中心線Ybは、奥側に行くにつれて継手の軸線N−N〔図1(a)参照〕に接近するように形成されている。これにより、最大作動角時の有効トラック長さを確保すると共にくさび角を抑制することができる。

0024

図5に示すように、端部Bと継手中心Oとを結ぶ直線をRとする。トラック溝9Aのボール軌道中心線Yと継手中心Oを含む平面Q〔図3(b)参照〕上に投影された継手の軸線N’−N’は継手の軸線N−Nに対しγだけ傾斜し、軸線N’−N’の継手中心Oにおける垂線Kと直線Rとがなす角度をβ’とする。上記の垂線Kは作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面P上にある。したがって、直線Rが作動角0°の状態の継手中心Oを含み継手の軸線N−Nに直交する平面Pに対してなす角度βは、sinβ=sinβ’×cosγの関係になる。

0025

次に、直線L、Rが作動角0°の状態の継手中心Oを含み継手の軸線N−Nに直交する平面Pに対してなす角度βについて説明する。作動角θを取ったとき、外側継手部材2および内側継手部材3の継手中心Oを含み継手の軸線N−Nに直交する平面Pに対して、ボール4がθ/2だけ移動する。使用頻度が多い作動角の1/2より角度βを決め、使用頻度が多い作動角の範囲においてボール4が接触するトラック溝の範囲を決める。ここで、使用頻度が多い作動角について定義する。まず、継手の常用角とは、水平で平坦な路面上で1名乗車時の自動車において、ステアリング直進状態にした時にフロント用ドライブシャフトの固定式等速自在継手に生じる作動角をいい、車種設計条件に応じて選択・決定される。そして、使用頻度の多い作動角とは、上記の自動車が、例えば、交差点右折左折時などに生じる高作動角ではなく、連続走行する曲線道路などで固定式等速自在継手に生じる作動角をいい、常用角より若干大きくなる。本実施形態への検討過程において、常用角をベース車両レイアウト走行状態を考慮して、角度βの基準になる使用頻度の多い作動角を10°に絞り込むことができた。これにより、角度βの下限を5°した。

0026

本発明の実施形態に至ったのは、前述した角度βの下限値の究明と、これに加えて、角度βをベースにした第2のトラック溝部7b、9bのボール軌道中心線Xb、Ybの曲率半径R2の設定範囲に着目したことである。そして、高作動角時、第2のトラック溝部7b、9bのくさび角の大きさや有効トラック長さおよびトルク伝達ボールと第2のトラック溝部7b、9bの接触面圧を評価項目として、種々検証した。

0027

まず、最大作動角θmax(例えば、47°)における第2のトラック溝部7b、9bのくさび角αは、実績データに基づいて22°〜24°とし、第2のトラック溝部7b、9bのボール軌道中心線Xb、Ybの曲率半径R2の寸法設定言い換えれば、第2のトラック溝部7b、9bのボール軌道中心線Xb、Ybの曲率半径R2と第1のトラック溝部7a、9aの曲率半径R1との比R2/R1を検証した。上記のくさび角α=22°〜24°を満足する比R2/R1の検証結果を表1に示す。

0028

次に、第2のトラック溝部7b、9bのくさび角の大きさや有効トラック長さおよび接触面圧を評価項目として、角度βの範囲を評価検討した。その評価結果を表2に示す。



〔評価結果〕○:良好、△:やや劣る

0029

表1および表2の評価結果より、角度βの範囲は5°〜8°および比R2/R1の範囲は3〜10が、高作動角時におけるくさび角の大きさ、有効トラック長さ、接触面圧の高次元でのバランスを確保できるものであることが確認できた。

0030

上記の角度βにより、図4において、第1のトラック溝部7Aaのボール軌道中心線Xaの端部Aは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も開口側に移動したときのボールの中心位置となる。同様に、内側継手部材3では、図5において、第1のトラック溝部9Aaのボール軌道中心線Yaの端部Bは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も奥側に移動したときのボールの中心位置となる。このように設定されているので、使用頻度が多い作動角の範囲では、ボール4は、外側継手部材2および内側継手部材3の第1のトラック溝部7Aa、9Aaと、傾斜方向が反対の7Ba、9Ba(図2図3参照)に位置するので、保持器5の周方向に隣り合うポケット部5aにボール4から相反する方向の力が作用し、保持器5は継手中心Oの位置で安定する(図1参照)。このため、保持器5の球状外周面12と外側継手部材2の球状内周面6との接触力、および保持器5の球状内周面13と内側継手部材3の球状外周面8との接触力が抑制され、高負荷時や高速回転時に継手が円滑に作動し、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。

0031

本実施形態の等速自在継手が最大作動角を取った状態を図6に示す。前述したように、第2のトラック溝部7Abのボール軌道中心線Xbの曲率半径R2と第1のトラック溝部7Aaのボール軌道中心線Xaの曲率半径R1との比R2/R1が3〜10の範囲に設定されているので、最大作動角時における有効トラック長さを確保すると共にくさび角および接触面圧がバランスよく抑制することができる。そのため、図示のように、最大作動角θmaxを47°程度の高角にしても、必要十分な入口チャンファ10を設けた状態でボール4がトラック溝7Abと接触状態を確保することができ、かつ、くさび角および接触面圧が大きくならないように抑えることができる。

0032

尚、高作動角の範囲では、周方向に配置されたボール4が第1のトラック溝部7Aa、9Aa〔7Ba、9Ba、図2(a)および図3(b)参照〕と第2のトラック溝部7Ab、9Ab〔7Bb、9Bb、図2(a)および図3(b)参照〕に一時的に分かれて位置する。これに伴い、保持器5の各ポケット部5aにボール4から作用する力が釣り合わず、保持器5と外側継手部材2との球面接触部12、6および保持器5と内側継手部材3との球面接触部13、8の接触力が発生するが、高作動角の範囲は使用頻度が少ないため、本実施形態の等速自在継手1は、総合的にみるとトルク損失や発熱を抑制できる。したがって、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時の強度や耐久性にも優れたコンパクトな固定式等速自在継手を実現することができる。

0033

さらに、本実施形態の等速自在継手1の最大作動角時におけるトラック溝とボールの接触状態を図7に基づいて詳細に説明する。図7(a)は、等速自在継手1の縦断面図であり、図7(b)は外側継手部材2のトラック溝7Aとボール4との接触状態を示す拡大図である。この図においても、外側継手部材2のトラック溝7Aが示されているが、トラック溝7Bは、傾斜方向がトラック溝7Aとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝7Aと同じであるので、説明は省略する。図7(a)に示すように継手が最大作動角θmaxを取ると、作動角0°の状態の継手中心Oを含む平面Pに対してボール4の中心Obはθmax/2の位置に移動する。このとき、ボール4と第2のトラック溝部7Abとの接触点Sが入口チャンファ10に最も近づく。第2のトラック溝部7Abのボール軌道中心線Xbの曲率半径R2と第1のトラック溝部7Aaのボール軌道中心線Xaの曲率半径R1との比R2/R1が3〜10の範囲に設定されているので、図7(b)に拡大して示すように、ボール4と第2のトラック溝7Abの接触点Sは、ボール4の中心Obを通って、ボール軌道中心線Xbに対して直角な平面T上に位置する。比R2/R1が3〜10の範囲に設定されているので、ボール4の中心Obと接触点Sとの間の軸方向の距離Wは抑制されトラック長さを確保できる。そのため、本実施形態では、最大作動角をとった状態で、入口チャンファ10のエッジ部と接触点Sとの間にトラック余裕量Uを確保することができ、ボール4がトラック溝部7Abと十分な接触状態を確保することができる。

0034

また、本実施形態の等速自在継手1の最大作動角時におけるくさび角αは、第2のトラック溝部7Abのボール軌道中心線Xbの曲率半径R2と第1のトラック溝部7Aaのボール軌道中心線Xaの曲率半径R1との比R2/R1が3〜10の範囲に設定されているので、図8に示すように、実績のあるレベルに抑制される。特に、本実施形態では、トルク伝達ボール4とトラック溝7との接触点の相対移動距離・速度の大きい外側継手部材2に対して、ボール2と第2のトラック溝部7bとの接触面圧の軽減は、性能面(効率、耐久性)で顕著な効果が得られる。

0035

図9に、本実施形態の等速自在継手の外側継手部材2と内側継手部材3の斜視図を示す。この斜視図は、これまでに説明したトラック溝を立体的に示している。図9(a)に示すように、外側継手部材2の球状内周面6に、継手の軸線N−N(図示省略)に対して周方向に傾斜したトラック溝7A、7Bが交互に形成され、その傾斜方向は交互に反対方向に形成されている。トラック溝7A、7Bは、それぞれ第1のトラック溝部7Aa、7Baと第2のトラック溝部7Ab、7Bbとからなる。外側継手部材2の開口端に入口チャンファ10が設けられている。また、図9(b)に示すように、内側継手部材3の球状外周面8には、継手の軸線N−N(図示省略)に対して周方向に傾斜したトラック溝9A、9Bが交互に形成され、その傾斜方向は交互に反対方向に形成されている。トラック溝9A、9Bは、それぞれ第1のトラック溝部9Aa、9Baと第2のトラック溝部9Ab、9Bbとからなる。

0036

図10は、本実施形態の固定式等速自在継手1を適用した自動車のフロント用ドライブシャフト20を示す。固定式等速自在継手1は中間シャフト11の一端に連結され、他端には摺動式トリポード型等速自在継手15が連結されている。固定式等速自在継手1の外周面とシャフト11の外周面との間、および摺動式トリポード型等速自在継手15の外周面とシャフト11の外周面との間に、それぞれ蛇腹状ブーツ16a、16bがブーツバンド18a、18b、18c、18dにより取り付け固定されている。継手内部には、潤滑剤としてのグリース封入されている。本実施形態の固定式等速自在継手1を使用したので、トルク損失や発熱が小さく高効率で、かつ高作動角が取れ、軽量・コンパクトな自動車用ドライブシャフト20が実現される。

0037

以上の実施形態の固定式等速自在継手では、ボール4の個数を8個のもので説明したが、これに限られるものではない。ボールの個数は10個〜12個のものも適宜実施することができる。

0038

また、以上の実施形態の固定式等速自在継手では、トラック溝とボールとが接触角をもって接触するアンギュラコンタクトの実施形態を示したが、これに限られず、トラック溝の横断面形状を円形状に形成したサーキュラコンタクトにしてもよい。

0039

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

0040

1固定式等速自在継手
2外側継手部材
3内側継手部材
4ボール
5保持器
6球状内周面
7トラック溝
7a 第1のトラック溝部
7b 第2のトラック溝部
8 球状外周面
9 トラック溝
9a 第1のトラック溝
9b 第2のトラック溝
11シャフト
12 球状外周面
13 球状内周面
20ドライブシャフト
A 端部
B 端部
K垂線
L 直線
Mボール軌道中心線を含む平面
N継手の軸線
O継手中心
Ocb曲率中心
Oib 曲率中心
P 継手中心平面
Q ボール軌道中心線を含む平面
R 直線
R1曲率半径
R2 曲率半径
X ボール軌道中心線
Y ボール軌道中心線
γ傾斜角
β 角度
θ 作動角

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