JP5377844B2

JP5377844B2 - 固定式等速自在継手

Info

Publication number: JP5377844B2
Application number: JP2007275355A
Authority: JP
Inventors: 正純小林; 賢二山田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2027-10-23
Also published as: CN101835999B; WO2009054266A1; US20100234116A1; EP2202419A1; US8469829B2; CN101835999A; EP2202419A4; EP2202419B1; JP2009103214A

Description

本発明は、自動車や各種産業機械において使用される固定式等速自在継手に関する。

固定式等速自在継手には、ツェッパ型（ＢＪ）、アンダーカットフリー型（ＵＪ）等のタイプがある。ツェッパ型（ＢＪ）の固定式等速自在継手は、図４に示すように内周面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、外周面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の内周面１と内輪６の外周面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が収容されるポケット９が周方向に沿って複数配設されている。

また、外輪３のトラック溝２の曲率中心Ｏ１と内輪のトラック溝５の曲率中心Ｏ２とは、継手中心Ｏに対して等距離Ｆ、Ｆだけ軸方向に逆向きにオフセットされている。

内輪６の中心孔（内径孔）６ａにシャフト１０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。なお、シャフト１０の端部には、シャフト抜け止め用の止め輪１１が装着されている。

外輪３のトラック溝２には硬化層Ｓが形成される。硬化層Ｓを形成する場合、ボール７が６個であれば、図４に示すように、硬化層Ｓは開口端部には形成されない場合がある（特許文献１）。これは、図５に示すように、固定式等速自在継手が高角度θｍａｘ（継手軸心線Ｌとシャフト１０の軸心線Ｌ１とが成す角度であって、最大角度）をとった状態で回転力を伝達するときに、外輪３のトラック溝底部の開口端２ａに繰り返し発生する引張応力に対する疲労強度を向上させるためである。
特公昭６３−５６１４号公報

近年、固定式等速自在継手は、小型化・コンパクト化を図るために、図６に示すように、ボール７を８個とする場合がある。しかしながら、ボール７が８個のときに、最大作動角θｍａｘをとった場合、図７に示すように、ボール７は、その接触点Ｐが外輪３のトラック溝開口端部２ａに位置することになる。このため、８個のボールを備えたものであれば、ボール７がこのトラック溝開口端部２ａまで転動するので、トラック溝２の開口端部２ａまで硬化層Ｓを形成する必要ある。しかしながら、トラック溝２の開口端部２ａまで硬化層Ｓを形成すれば、固定式等速自在継手が高角度をとった状態で回転力を伝達するときに、疲労強度を安定して得ることができない。

本発明は、上記課題に鑑みて、全角度域においても、ボールの転動による耐摩耗性と安定した高い疲労強度特性を得ることができる固定式等速自在継手を提供する。

本発明の固定式等速自在継手は、内周面に８本のトラック溝が形成された外側継手部材と、外周面に８本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８個のボールと、このボールを収容するポケット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る、自動車用の固定式等速自在継手であって、外側継手部材のトラック溝におけるボール接触点軌跡を、トラック溝底の近傍に配置した構成とし、外側継手部材のトラック溝に、トラック溝奥側からトラック溝開口端部までの硬化層を形成するとともに、この硬化層のうち、トラック溝開口端部以外の使用頻度が多い範囲の硬化層の厚さを４ｍｍ以下とし、これよりも使用頻度が少ないトラック溝開口端部のトラック溝底での硬化層の厚さを２．０ｍｍ以下として、使用頻度が多い範囲の硬化層の厚さよりも薄くし、使用頻度が多い範囲よりも硬化層の厚さが薄い軸方向範囲を５ｍｍ以下にし、これよりも奥側の使用頻度が多い範囲の硬化層の厚さを一定にしたことを特徴とする。

本発明の固定式等速自在継手によれば、外側継手部材のトラック溝の硬化層は、トラック溝奥側からトラック溝開口端部まで形成されるが、トラック溝開口端部での硬化層は薄い。このため、高角度をとってボールの接触点が外輪のトラック溝開口端部に位置した状態で回転力を伝達したとしても、このトラック溝開口端部に繰り返し発生する引張応力に対する疲労強度を高いレベルで得ることができる。また、トラック溝開口端部での硬化層が薄くても、このトラック溝開口端部を使用する頻度は他の部位に比べて少なく、耐摩耗性に関しては問題ない。

トラック溝開口端部のトラック溝底での硬化層の厚さを２．０ｍｍ以下とすることにより、高角時の外側継手部材の疲労強度を高レベルで得ることができる。トラック溝開口端部における硬化層の厚さは耐摩耗性を十分に得るために０．３ｍｍ以上とするのが好ましい。また、使用頻度が多い範囲よりも硬化層の厚さが薄い軸方向範囲を５ｍｍ以下にし、これよりも奥側の使用頻度が多い範囲の硬化層の厚さを一定にする。５ｍｍを超えると、使用頻度の多い範囲の硬化層Ｓ１が薄くなり、耐摩耗性に問題が生じる。

固定式等速自在継手としては、ツェッパ型であっても、アンダーカットフリー型であってもよい。ここで、ツェッパ型とは、内側継手部材のトラック溝及び外側継手部材のトラック溝がそれぞれ円弧部のみで構成されたものであり、アンダーカットフリー型とは、内側継手部材のトラック溝及び外側継手部材のトラック溝がそれぞれ円弧部と直線部とで構成されたものである。

本発明では、高角度をとってボールの接触点が外輪のトラック溝開口端部に位置した状態で回転力を伝達したとしても、このトラック溝開口端部に繰り返し発生する引張応力に対する疲労強度を高いレベルで得ることができる。しかも、トラック溝開口端部での硬化層が薄くても、耐摩耗性に関しては問題ない。このため、この固定式等速自在継手は、全角度域においても、ボールの転動による耐摩耗性と安定した高い疲労強度特性を得ることができ、高効率のトルク伝達機能を安定して長期にわたって発揮することができる。

固定式等速自在継手としては、ツェッパ型であっても、アンダーカットフリー型でもよく、種々の用途のものに対応する。

以下本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。

図１に示す第１実施形態の固定式等速自在継手はツェッパ型（ＢＪ）を示し、内周面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、外周面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、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の内周面２１と内輪２６の外周面２４との間にケージ２８が介在され、このケージ２８の周方向に沿って所定ピッチで配設された複数のポケット（窓部）２９にボール２７が保持される。

外輪２３のトラック溝２２は、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、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Ｆだけ離して設けている。外輪２３の開口端部には切欠部３３が設けられている。この切欠部３３は、径方向に延びる内径側切欠部３３ａと、この内径側切欠部３３ａの外径端から外方に向かって拡径するテーパ部３３ｂとを備える。

内輪２６の中心孔（内径孔）２６ａにシャフト３０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。シャフト３０の端部には、シャフト抜け止め用の止め輪３１が装着されている。

外輪２３のトラック溝２２には硬化層Ｓ１が形成されている。この硬化層Ｓ１は、溝奥側から溝開口端部２２ａまでに形成される。この硬化層Ｓ１は、例えば、高周波焼入れ等の熱処理を採用することができる。ここで、高周波焼入れとは、高周波電流の流れているコイル中に焼入れに必要な部分を入れ、電磁誘導作用により、ジュール熱を発生させて、伝導性物体を加熱する原理を応用した焼入れ方法である。

硬化層Ｓ１は、トラック溝開口端部２２ａにおける硬化層Ｓ１の厚さを他の部位よりも薄くしたものである。すなわち、トラック溝開口端部２２ａにおける硬化層の厚さをＬ２とし、他の部位の硬化層の厚さをＬ１としたときに、Ｌ２＜Ｌ１とする。Ｌ２としては、例えば、０．３〜２．０ｍｍ程度に設定される。これに対して、Ｌ１は、通常、この種の等速自在継手の外輪のトラック溝に形成される硬化層の厚さ程度であって、１〜４ｍｍ程度に設定され、軸方向に沿ってほぼ一定である。

また、硬化層Ｓ１の厚さは、トラック溝開口端部２２ａの近傍の奥側から順次薄くしており、この薄くする範囲Ｈは、例えば、５ｍｍ以下程度としている。

外輪２３のトラック溝２２の硬化層Ｓ１は、トラック溝奥側からトラック溝開口端部２２ａまで形成されるが、トラック溝開口端部２２ａでの硬化層Ｓ１は薄い。このため、図２に示すように、最大高角度θｍａｘ（継手軸心線Ｌとシャフト３０の軸心線Ｌ１とが成す角度であって、最大角度）をとってボール２７の接触点Ｐが外輪２３のトラック溝開口端部２２ａに位置した状態で回転力を伝達したとしても、このトラック溝開口端部２２ａに繰り返し発生する引張応力に対する疲労強度を高いレベルで得ることができる。また、トラック溝開口端部２２ａでの硬化層Ｓ１が薄くても、このトラック溝開口端部２２ａを使用する頻度は他の部位に比べて少なく、耐摩耗性に関しては問題ない。このため、この固定式等速自在継手は、全角度域においても、ボール２７の転動による耐摩耗性と安定した高い疲労強度特性を得ることができ、高効率のトルク伝達機能を安定して長期にわたって発揮することができる。

特に、トラック溝開口端部における硬化層の厚さを、０．３ｍｍ〜２．０ｍｍとすることによって、高効率のトルク伝達機能をより安定して長期にわたって発揮することができる。すなわち、０．３ｍｍ未満では、使用頻度から耐摩耗性を十分得ることができない。２．０ｍｍを越えると、高角時の外側継手部材疲労強度を高レベルで得ることができない。

また、薄くする範囲Ｈは、５ｍｍ以下とすることによって、高効率のトルク伝達機能の信頼性向上を図ることができる。５ｍｍを越えると、使用頻度が多い範囲の硬化層Ｓ１が薄くなり、耐摩耗性に問題が生じる。

等速自在継手として、前記実施形態では、トラック溝が円弧部のみで構成されたツェッパ型であったが、トラック溝が円弧部および直線部をと備えたアンダーカットフリー型であってもよい。アンダーカットフリー型とすれば、作動角の高角化を図ることができる。

また、ボール数も３個以上とすることができる。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。

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、さらに種々なる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を含む。

外輪２３のトラック溝の開口端部の硬化層の深さ（厚さ）と高角片振り捩り疲労強度（取付角４３°）との関係を調べて、その結果を図３のグラフに示した。このグラフから分かるように、開口端部の硬化層の厚さ（深さ）が２ｍｍ以下の場合は、２ｍｍを越える場合と比較して、高角片振り捩り疲労強度が安定して高いことが分かる。なお、図３において、取付角とは、継手軸心線Ｌとシャフト軸心線Ｌ１とが成す角（作動角）であって、図３の場合４３°である。

本発明の実施形態を示す固定式等速自在継手の断面図である。前記固定式等速自在継手が作動角をとったときの断面図である。硬化層と疲労強度との関係を示すグラフである。従来の固定式等速自在継手の断面図である。前記図４の固定式等速自在継手が作動角をとったときの断面図である。他の従来の固定式等速自在継手の断面図である。前記図６の固定式等速自在継手が作動角をとったときの断面図である。

符号の説明

２１内周面
２２トラック溝
２２ａトラック溝開口端部
２４外周面
２５トラック溝
２７ボール
２８ケージ
Ｓ１硬化層

Claims

内周面に８本のトラック溝が形成された外側継手部材と、外周面に８本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８個のボールと、このボールを収容するポケット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る、自動車用の固定式等速自在継手であって、
外側継手部材のトラック溝におけるボール接触点軌跡を、トラック溝底の近傍に配置した構成とし、外側継手部材のトラック溝に、トラック溝奥側からトラック溝開口端部までの硬化層を形成するとともに、この硬化層のうち、トラック溝開口端部以外の使用頻度が多い範囲の硬化層の厚さを４ｍｍ以下とし、これよりも使用頻度が少ないトラック溝開口端部のトラック溝底での硬化層の厚さを２．０ｍｍ以下として、使用頻度が多い範囲の硬化層の厚さよりも薄くし、使用頻度が多い範囲よりも硬化層の厚さが薄い軸方向範囲を５ｍｍ以下にし、これよりも奥側の使用頻度が多い範囲の硬化層の厚さを一定にしたことを特徴とする固定式等速自在継手。
内側継手部材のトラック溝及び外側継手部材のトラック溝がそれぞれ円弧部のみで構成されたツェッパ型であ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。
内側継手部材のトラック溝及び外側継手部材のトラック溝がそれぞれ円弧部と直線部とで構成されたアンダーカットフリー型であ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。