WO2023026831A1 - 摺動式等速自在継手 - Google Patents

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    • Y10S464/906—Torque transmitted via radially spaced balls

Definitions

  • the present invention relates to power transmission systems for automobiles and various industrial machines, such as sliding constant velocity universal joints used for drive shafts and propeller shafts of automobiles.
  • Constant velocity universal joints applied to automobile drive shafts are broadly classified into fixed type constant velocity universal joints that allow only angular displacement between two axes, and sliding type that allows both angular displacement and axial displacement. There is a quick universal joint.
  • the drive shaft of an automobile usually uses a fixed constant velocity universal joint on the drive wheel side (also called the outboard side), and uses a sliding constant velocity universal joint on the differential side (also called the inboard side). It is configured by connecting these two constant velocity universal joints with an intermediate shaft.
  • Various constant velocity universal joints are selected according to usage conditions and applications.
  • Double offset type constant velocity universal joints (DOJ) and tripod type constant velocity universal joints (TJ) are typical sliding type constant velocity universal joints.
  • DOJ type sliding constant velocity universal joint is widely used because of its low manufacturing cost and little backlash in the rotational direction inside the joint. Further, as the DOJ type sliding constant velocity universal joint, those having 6 or 8 balls are known. DOJ is described, and Patent Literature 2 describes a DOJ with a maximum operating angle of 30° or more, which is intended to increase the operating angle and to be lighter and more compact.
  • the maximum operating angle is usually reached when the suspension is in the fully extended full rebound state.
  • the conventional normal operating angle of the drive shafts of current passenger cars and the like is relatively small and is usually used at about 6°.
  • the DOJ type As the normal operating angle increases, the induced thrust (third-order component) increases, causing the vehicle to roll when starting.
  • the DOJ type has a larger sliding resistance than the TJ type, and has a disadvantage in terms of vibration.
  • the present invention provides a sliding constant velocity universal joint with new DOJ specifications that reduces sliding resistance, ensures durability even at high normal operating angles, and satisfies stable constant velocity. intended to provide
  • the present inventors have found that the radius of curvature of the spherical inner peripheral surface of the cage and the radius of curvature of the spherical outer peripheral surface of the inner joint member are substantially the same, and the spherical inner peripheral surface of the cage Based on the standard type spherical surface specifications that form a spherical clearance that enables contact guidance between the surface and the spherical outer peripheral surface of the inner joint member, a positive axial clearance is created between the cage pocket and the torque transmission ball.
  • the inventors conceived a new specification of DOJ to form, and came up with the present invention.
  • the present invention provides an outer joint member having a plurality of linear track grooves formed along the axial direction on a cylindrical inner peripheral surface; an inner joint member in which a plurality of linear track grooves facing the plurality of linear track grooves are formed along the axial direction; a plurality of linear track grooves in the outer joint member and the inner joint member; A plurality of torque transmission balls incorporated between a plurality of linear track grooves, and the torque transmission balls are housed in a pocket and come into contact with the cylindrical inner peripheral surface of the outer joint member and the spherical outer peripheral surface of the inner joint member.
  • a cage having a spherical outer peripheral surface to be guided and a spherical inner peripheral surface, and the center of curvature of the spherical outer peripheral surface and the center of curvature of the spherical inner peripheral surface of the cage are offset in the axial direction opposite to the center of the joint.
  • a spherical clearance is formed between the spherical outer peripheral surface of the inner joint member and the spherical inner peripheral surface of the cage to enable contact guidance.
  • a positive axial clearance is formed between the ball and the torque transmission ball.
  • the torque transmission balls on the track grooves of the outer joint member and the inner joint member is increased and the slide resistance can be reduced.
  • each of the track grooves of the outer joint member and the track grooves of the inner joint member is a Gothic arch shape that makes angular contact with the torque transmission ball. As a result, play in the rotational direction inside the joint can be reliably suppressed.
  • the sliding constant velocity universal joint of the present invention the sliding resistance is reduced, the durability can be secured even at a high normal working angle, and the sliding type with new specifications of DOJ satisfies stable constant velocity.
  • a constant velocity universal joint can be realized.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of a sliding constant velocity universal joint according to one embodiment of the present invention, taken along the line BNB of FIG. 2.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of a sliding constant velocity universal joint according to one embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing angular contact between track grooves and torque transmission balls of the sliding constant velocity universal joint of the present embodiment and internal play in the rotational direction;
  • FIG. 4 is a longitudinal cross-sectional view showing the axial clearance between the torque transmitting balls and the pocket of the cage; Longitudinal section showing the axial clearance between the torque transmission balls of the sliding constant velocity universal joint of the present embodiment and the pocket of the cage, and the spherical clearance between the spherical outer peripheral surface of the inner joint member and the spherical inner peripheral surface of the cage. It is a plan view.
  • FIG. 5 is a schematic diagram comparing a high normal operating angle state and a conventional normal operating angle state; 5 is a graph showing slide resistance test results of the sliding constant velocity universal joint of the present embodiment and a conventional standard product. It is a graph which shows the test result of the amount of surface temperature rises of the sliding constant velocity universal joint of this embodiment, and the outer joint member of the conventional standard specification product.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a sliding constant velocity universal joint according to the present embodiment, and is a vertical cross-sectional view taken along line BNB of FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the sliding constant velocity universal joint of this embodiment, taken along line AA of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing angular contact between the track groove and the torque transmission ball of the sliding constant velocity universal joint of the present embodiment and internal play in the rotational direction.
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing the axial clearance between the torque transmission balls and the pocket of the cage, and FIG. Fig.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing the axial clearance between and the spherical clearance between the spherical outer peripheral surface of the inner joint member and the spherical inner peripheral surface of the cage.
  • FIG. 6 is a schematic diagram comparing a high normal working angle state and a conventional normal working angle state.
  • FIG. 7 is a graph showing the slide resistance test results of the sliding constant velocity universal joint of this embodiment and a conventional standard specification product, and FIG. It is a graph which shows the test result of the amount of surface temperature rises of the outer joint member of a standard specification product.
  • the sliding constant velocity universal joint 1 is a so-called double-offset sliding constant velocity universal joint (also abbreviated as DOJ).
  • the inner joint member 3, the torque transmission balls 4 and the cage 5 are the main components.
  • Eight track grooves 7 are formed in the cylindrical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 at equal intervals in the circumferential direction and linearly along the axial direction.
  • Track grooves 9 facing the track grooves 7 of the outer joint member 2 are formed on the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 at regular intervals in the circumferential direction and linearly along the axial direction.
  • Balls 4 are housed in pockets 5 a of cage 5 .
  • the cage 5 has a spherical outer peripheral surface 11 and a spherical inner peripheral surface 12.
  • the spherical outer peripheral surface 11 is fitted and guided in contact with the cylindrical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2, and the spherical inner peripheral surface 12 is inside. It is engaged with and guided by the spherical outer peripheral surface 8 of the joint member 3 .
  • the spherical outer peripheral surface 11 of the cage 5 is formed with a curvature radius Rc1 with a curvature center O1
  • the spherical inner peripheral surface 12 is formed with a curvature radius Rc2 with a curvature center O2.
  • a spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 is formed with a radius of curvature Ri having a center of curvature O2.
  • the centers of curvature O1, O2 are located on the axis N and are axially offset by an equal distance F with respect to the joint center O.
  • a retaining ring groove 15 is provided in the opening side end of the outer joint member 2, and a retaining ring 17 is mounted in the retaining ring groove 15 to form the inner assembly of the inner joint member 3, the balls 4, and the cage 5 shown in FIG. prevents it from slipping out of the opening side end of the outer joint member 2 .
  • a boot mounting groove 16 is provided on the outer circumference of the opening-side end of the outer joint member 2 .
  • a stem portion (shaft portion) 2b is integrally formed on the side opposite to the opening of the outer joint member 2, and is connected to a differential (not shown).
  • the linear track grooves 9 are formed in the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3, the groove depth of the track grooves 9 becomes shallower from the axial center of the inner joint member 3 toward both ends.
  • a spline (including serrations, the same shall apply hereinafter) 14 is formed in the connecting hole 13 of the inner joint member 3 , and an axial end of an intermediate shaft (not shown) is spline-fitted so that the inner joint member 3 is attached to the intermediate shaft shoulder. It is fixed in the axial direction by the part and the retaining ring.
  • Eight pockets 5a are provided at equal intervals in the circumferential direction at the axial center of the cage 5 indicated by line AA in FIG. 1, and columns 5b (see FIG. 2) are formed between adjacent pockets 5a. .
  • a notch 5c for incorporating the inner joint member 3 is provided on the inner periphery of the large-diameter end of the cage 5 .
  • a stopper surface 5 d of the cage 5 is formed in a conical shape that is tangentially connected to the spherical outer peripheral surface 11 .
  • the maximum operating angle is set at 25°, for example.
  • the inclination angle S of the stopper surface 5d is set to 12.5°. there is Thereby, the maximum permissible angle of the sliding constant velocity universal joint 1 can be regulated.
  • FIG. 3 shows one track groove 7, 9 and torque transmission ball 4 on line BN of FIG.
  • the cross sections of the track groove 7 of the outer joint member 2 and the track groove 9 of the inner joint member 3 are formed in a Gothic arch shape combining two circular arcs. Therefore, the ball 4 is in angular contact with the track grooves 7 and 9 at two points C1, C2, C3 and C4.
  • the cross-sectional shape of the track grooves 7 and 9 is not limited to the Gothic arch shape described above, and may be an elliptical shape.
  • the pitch diameter of the track grooves 7 of the outer joint member 2 is ToPCD
  • the pitch diameter of the track grooves 9 of the inner joint member 3 is TiPCD.
  • ToPCD is set larger than TiPCD by, for example, about 0.050 mm in median value.
  • the center Ob of the torque transmission ball 4 is positioned radially midway between ToPCD and TiPCD, and between the ball 4 and the track groove 7 of the outer joint member 2 and the track groove 9 of the inner joint member 3.
  • a track gap is formed in the direction of the track contact angle ⁇ .
  • a circumferential track clearance ⁇ 1 is generated based on the track clearance in the direction of the track contact angle ⁇ .
  • the amount of backlash in the rotational direction inside the joint is set to 15 minutes or less, so torque load responsiveness in EV is also good. Further, since the cross-sectional shape of the track grooves 7 and 9 is formed in a Gothic arch shape, the amount of backlash in the rotational direction inside the joint can be reliably suppressed. In FIG. 3, the dimensional difference and track clearance between TiPCD and ToPCD are exaggerated.
  • the track contact angle ⁇ is the angle ⁇ between the straight line La and the straight line Lb in FIG.
  • a straight line La is the cross-sectional center line of the track grooves 7 and 9 and corresponds to the BN line in FIG.
  • a straight line Lb is a straight line connecting the contact points C1, C2, C3, C4 of the balls 4 on the side surfaces of the track grooves 7, 9 and the center Ob of the balls 4.
  • the spherical clearance of the standard DOJ is about 0.050 mm in median value that enables contact guidance between the spherical inner peripheral surface 12 of the cage 5 and the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3. . Due to this spherical clearance, the amount of play in the axial direction between the cage 5 and the inner joint member 3 is about 0.15 mm. Therefore, the movable amount in the axial direction of the inner joint member 3 with respect to the outer joint member 2 is 0.30 mm, which is twice the amount of about 0.15 mm.
  • the characteristic configuration of the sliding constant velocity universal joint 1 of this embodiment is as follows: Based on the standard type spherical surface specification that forms a spherical clearance that enables contact guidance between the inner peripheral surface and the spherical outer peripheral surface of the inner joint member, (2) a positive gap between the pocket of the cage and the torque transmission ball A sliding constant velocity universal joint with a new DOJ specification of forming an axial clearance of .
  • FIG. 5 is an enlarged view of the essential part of FIG. The spherical clearance between is exaggerated and illustrated.
  • a positive axial clearance ⁇ 2 is formed between the balls 4 and the pockets 5 a of the cage 5 .
  • the positive axial clearance ⁇ 2 Lw-D BALL , and ⁇ 2 is preferably +0.001 mm to +0.050 mm. This allows the ball 4 to roll smoothly in the pocket 5a, increasing the rolling area of the ball 4 on the track grooves 7 and 9 of the outer joint member 2 and the inner joint member 3, thereby reducing slide resistance.
  • ⁇ 2 is set to +0.001 mm to +0.050 mm.
  • the spherical inner peripheral surface 12 of the cage 5 is formed with a radius of curvature Rc2 with a center of curvature O2
  • the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 is formed with a radius of curvature Ri with a center of curvature O2.
  • the spherical clearance ⁇ 3 between the spherical inner peripheral surface 12 of the cage 5 and the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 is 2 ⁇ (Rc2 ⁇ Ri), and the spherical clearance ⁇ 3 is about 0.050 mm in median.
  • the spherical clearance ⁇ 3 means a spherical clearance that enables contact guidance between the spherical outer peripheral surface of the inner joint member and the spherical inner peripheral surface of the cage in the present specification and claims.
  • the axial clearance ⁇ 4/2 on one side between the cage 5 and the inner joint member 3 due to the spherical clearance ⁇ 3 is about 0.15 mm, and the inner joint member 3 can move in the axial direction with respect to the outer joint member 2.
  • the amount is 0.30 mm, which is twice as large as 0.15 mm.
  • vibration can be sufficiently absorbed with the above range of movable amount in the axial direction. Therefore, the axial clearance ⁇ 4 between the cage 5 and the inner joint member 3 and the positive axial clearance ⁇ 2 between the balls 4 and the pocket 5a of the cage 5 work together to reduce the sliding resistance. can.
  • FIG. 6 is a schematic diagram comparing the state of a high normal working angle (for example, about 10°) in recent SUVs and the state of a conventional normal working angle.
  • the drive shaft 20 has a fixed constant velocity universal joint 21 at its outboard end connected to wheels W, and a sliding constant velocity universal joint 1 at its inboard end connected to a differential Df.
  • the left half of FIG. 6 shows the state of the high normal operating angle ⁇ 1, and the right half shows the state of the conventional normal operating angle ⁇ 2.
  • the normal operating angle ⁇ 1 is high, the height of the differential Df from the ground becomes higher by ⁇ h than when the conventional normal operating angle ⁇ 2 is used, and the running performance is enhanced.
  • the load on the torque transmission ball increases.
  • the normal operating angle in this specification refers to the operating angle generated by the sliding constant velocity universal joint of the drive shaft when the steering is set to the straight-ahead state in a vehicle with one passenger on a horizontal and flat road surface.
  • Conventional normal operating angles of drive shafts of current passenger cars and the like are relatively small, and are usually used at about 6°.
  • the durability of the DOJ type sliding constant velocity universal joint decreases as the working angle increases.
  • the force acting on the ball during one rotation fluctuates according to the operating angle. A load will be applied. For example, if the normal operating angle increases from the current normal operating angle of 6° to 10°, the maximum load applied to the ball increases by about 20 to 30%.
  • the test product is an NTN-designated EDJ using 8 balls, and the joint size is #104.
  • the sliding resistance of the DOJ type sliding constant velocity universal joint 1 was analyzed, and as an effective countermeasure for reducing the sliding resistance, the positive axial clearance ⁇ 2 between the pocket 5a of the cage 5 and the balls 4 contributes. I found out. It was verified that by providing this positive axial clearance ⁇ 2, the rolling area on the grooves of the balls 4, the outer joint member 2, and the tracks 7 and 9 of the inner joint member 3 is increased, thereby reducing the slide resistance.
  • FIG. 7 shows the slide resistance test results. ⁇ Test conditions> ⁇ Load torque: 98Nm ⁇ No rotation ⁇ Axial excitation amplitude: ⁇ 0.1mm (frequency 20Hz)
  • the durability of the DOJ type sliding constant velocity universal joint 1 decreases as the working angle increases. As the operating angle increases, the load applied to the balls 4 increases, thereby increasing the track surface pressure. As a result, the heat generated during the rotation of the joint also increases, leading to a decrease in durability. As a countermeasure against this, providing a positive axial clearance ⁇ 2 between the pocket 5a of the cage 5 and the balls 4 is effective in suppressing heat generation. It was verified that the friction between the ball 4 and the grooves of the tracks 7 and 9 can be reduced by suppressing the slippage between them and making them roll.
  • Fig. 8 shows the test results of the amount of temperature rise of the outer ring. The effect is particularly noticeable at a high normal working angle (10°). ⁇ Test conditions> ⁇ Load torque: 373 Nm ⁇ Number of revolutions: 200 rpm ⁇ Operating angle: 5°, 10°
  • the DOJ type sliding constant velocity universal joint 1 using eight torque transmission balls 4 was exemplified. It can be carried out as appropriate within the range of one.
  • a sliding constant velocity universal joint suitable for power transmission systems of automobiles and various industrial machines can be configured.
  • the number of torque transmission balls 4 may be eight or more.

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Abstract

直線状の複数のトラック溝７が形成された外側継手部材２と、直線状の複数のトラック溝９が形成された内側継手部材３と、複数のトルク伝達ボール４と、トルク伝達ボール４をポケット５ａに収容するケージ５とからなり、ケージ５の球状外周面１１の曲率中心Ｏ１と球状内周面１２の曲率中心Ｏ２が、継手中心Ｏに対して軸方向の反対側にオフセットした摺動式等速自在継手１において、内側継手部材３の球状外周面Ｒｃ２とケージ５の球状内周面１２との間には接触案内を可能にする球面すきまδ３が形成されると共に、ケージ５のポケット５ａとトルク伝達ボール４との間に正の軸方向すきまが形成されていることを特徴とする。

Description

摺動式等速自在継手
　本発明は、自動車や各種産業機械などの動力伝達系、例えば、自動車のドライブシャフトやプロペラシャフトに使用される摺動式等速自在継手に関する。
　自動車のドライブシャフトに適用される等速自在継手には、大別すると、２軸間の角度変位のみを許容する固定式等速自在継手と、角度変位および軸方向変位を許容する摺動式等速自在継手がある。自動車のドライブシャフトは、通常、駆動車輪側（アウトボード側ともいう）に固定式等速自在継手が用いられ、デファレンシャル側（インボード側ともいう）に摺動式等速自在継手が用いられ、これらの２つの等速自在継手を中間シャフトで連結して構成されている。等速自在継手は、それぞれ使用条件や用途などに応じて各種選択される。
　摺動式等速自在継手としては、ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）やトリポード型等速自在継手（ＴＪ）が代表的である。ＤＯＪタイプの摺動式等速自在継手は、製造コストが安価なことや、継手内部の回転方向ガタが少ないことで広く用いられている。また、ＤＯＪタイプの摺動式等速自在継手は、ボールの個数が６個のものや８個のものが知られており、特許文献１には、ボール個数を８個としたコンパクトな設計のＤＯＪが記載され、特許文献２には、作動角の高角化と、より軽量・コンパクト化を図った、最大作動角が３０°以上とれるＤＯＪが記載されている。
　近年、ＥＶ（電気自動車）やＳＵＶ（スポーツ・ユーティリティ・ビークル）の市場人気に伴って、継手内部の回転方向ガタが少なく、高常用作動角化や最大作動角の高角化に対応できるＤＯＪタイプの適用が増加傾向にある。その理由は、ＥＶではトルク負荷応答性が求められ、回転方向ガタが小さいＤＯＪタイプが適している。また、ＳＵＶでは、走破性を高めるためにデフの位置を高く設定することによる高常用作動角化（８°以上、例えば、１０°）や最大作動角の更なる高角化（３０°以上、例えば、３５°）が求められ、ＤＯＪタイプが適している。
　摺動式等速自在継手では、通常、サスペンションが最も伸びきったフルリバウンド状態のとき最大作動角となる。常用作動角については、現状の乗用車等のドライブシャフトにおける従来の常用作動角は、比較的小さく、通常、６°程度で使用される。
　ＴＪタイプでは、常用作動角が高くなると誘起スラスト（３次成分）が大きくなり、発進時の車両の横揺れの原因となる。一方で、ＤＯＪタイプは、ＴＪタイプに比べてスライド抵抗が大きく、振動面でデメリットな面がある。
　ＤＯＪタイプの継手内部のスライド抵抗を低減するために、内側継手部材の球状外周面とケージの球状内周面との間に軸方向すきまを設けると共に、ボールとケージのポケットとの間に僅かなポケットすきまを設けたものが提案されている（特許文献３）。
特開平１０－７３１２９号公報 特開２００７－８５４８８号公報 特開２００２－５４６５０号公報
　従来の自動車では、エンジンの振動レベルが大きかったので、内側継手部材とケージのとの間の軸方向すきまは１ｍｍ以上に設けないと、スライド抵抗を低減するためには、当時のエンジンの振動を吸収することはできなかった。そのため、特許文献３のような手法が採用されていた。しかし、内側継手部材とケージのとの間の軸方向すきまが大きいと、等速性が不安定になることも危惧される。
　一方、技術動向として、最近の自動車では、エンジンの低振動化が進んでおり、ＥＶでは駆動源の振動が極めて低減している。このような最新の技術動向に着目し、スライド抵抗、高常用作動角時の耐久性、等速性を満足するＤＯＪの新たな仕様を見出したのが本発明である。本発明に至る開発過程の着想、知見については後述する。
　本発明は、上記の問題に鑑み、スライド抵抗を低減させ、高常用作動角でも耐久性を確保でき、安定した等速性を満足するＤＯＪの新たな仕様を備えた摺動式等速自在継手を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記の目的を達成するため種々検討、検証した結果、ケージの球状内周面の曲率半径と内側継手部材の球状外周面の曲率半径を略同一とし、ケージの球状内周面と内側継手部材の球状外周面との間に接触案内を可能にする球面すきまを形成した標準タイプの球面仕様をベースにし、ケージのポケットとトルク伝達ボールとの間に正の軸方向すきまを形成するというＤＯＪの新たな仕様を着想し、本発明に至った。
　前述の目的を達成する技術的手段として、本発明は、円筒状内周面に直線状の複数のトラック溝が軸方向に沿って形成された外側継手部材と、球状外周面に前記外側継手部材の直線状の複数のトラック溝に対向する直線状の複数のトラック溝が軸方向に沿って形成された内側継手部材と、前記外側継手部材の直線状の複数のトラック溝と前記内側継手部材の直線状の複数のトラック溝間に組込まれた複数のトルク伝達ボールと、前記トルク伝達ボールをポケットに収容し、前記外側継手部材の円筒状内周面と前記内側継手部材の球状外周面に接触案内される球状外周面と球状内周面を有するケージとからなり、前記ケージの球状外周面の曲率中心と球状内周面の曲率中心が、継手中心に対して軸方向の反対側にオフセットした摺動式等速自在継手において、前記内側継手部材の球状外周面と前記ケージの球状内周面との間には接触案内を可能にする球面すきまが形成されると共に、前記ケージのポケットと前記トルク伝達ボールとの間に正の軸方向すきまが形成されていることを特徴とする。上記の構成により、スライド抵抗を低減させ、高常用作動角でも耐久性を確保でき、安定した等速性を満足するＤＯＪの新たな仕様を備えた摺動式等速自在継手を実現することができる。
　具体的には、上記のケージのポケットとトルク伝達ボールとの間に正の軸方向すきまを＋０．００１ｍｍ～＋０．０５０ｍｍとしたことにより、トルク伝達ボールの外側継手部材、内側継手部材のトラック溝上で転がり領域が増大し、スライド抵抗の低減が図れる。
　上記の摺動式等速自在継手の内部の回転方向ガタ量を１５分以下としたことにより、ＥＶ車におけるトルク負荷応答性も良好である。
　上記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のそれぞれの横断面形状をトルク伝達ボールとアンギュラ接触するゴシックアーチ形状としたことが好ましい。これにより、継手内部の回転方向ガタを確実に抑制できる
　上記の複数のトルク伝達ボールの個数を５～８個としたことにより、自動車や各種産業機械などの動力伝達系に好適な摺動式等速自在継手を構成することができる。
　本発明の摺動式等速自在継手によれば、スライド抵抗を低減させ、高常用作動角でも耐久性を確保でき、安定した等速性を満足するＤＯＪの新たな仕様を備えた摺動式等速自在継手を実現することができる。
本発明の一実施形態に係る摺動式等速自在継手の縦断面図で、図２のＢ－Ｎ－Ｂ線における縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る摺動式等速自在継手の横断面図で、図１のＡ－Ａ線における横断面図である。 本実施形態の摺動式等速自在継手のトラック溝とトルク伝達ボールとのアンギュラ接触および内部の回転方向ガタを示す横断面図である。 トルク伝達ボールとケージのポケットとの間の軸方向すきまを示す縦断面図である。 本実施形態の摺動式等速自在継手のトルク伝達ボールとケージのポケットとの間の軸方向すきまおよび内側継手部材の球状外周面とケージの球状内周面との間の球面すきまを示す縦断面図である。 高い常用作動角の状態と従来の常用作動角の状態とを対比した模式図である。 本実施形態の摺動式等速自在継手と従来の標準仕様品のスライド抵抗の試験結果を示すグラフである。 本実施形態の摺動式等速自在継手と従来の標準仕様品の外側継手部材の表面温度上昇量の試験結果を示すグラフである。
　本発明の一実施形態に係る摺動式等速自在継手を図１～図８に基づいて説明する。図１は、本実施形態の摺動式等速自在継手の縦断面図で、図２のＢ－Ｎ－Ｂ線における縦断面図である。図２は、本実施形態の摺動式等速自在継手の横断面図で、図１のＡ－Ａ線における横断面図である。図３は、本実施形態の摺動式等速自在継手のトラック溝とトルク伝達ボールとのアンギュラ接触および内部の回転方向ガタを示す横断面図である。図４は、トルク伝達ボールとケージのポケットとの間の軸方向すきまを示す縦断面図で、図５は、本実施形態の摺動式等速自在継手のトルク伝達ボールとケージのポケットとの間の軸方向すきまおよび内側継手部材の球状外周面とケージの球状内周面との間の球面すきまを示す縦断面図である。図６は、高い常用作動角の状態と従来の常用作動角の状態とを対比した模式図である。図７は、本実施形態の摺動式等速自在継手と従来の標準仕様品のスライド抵抗の試験結果を示すグラフで、図８は、本実施形態の摺動式等速自在継手と従来の標準仕様品の外側継手部材の表面温度上昇量の試験結果を示すグラフである。
　図１、図２に示すように、摺動式等速自在継手１は、いわゆる、ダブルオフセット型摺動式等速自在継手（ＤＯＪと略称することもある。）であり、外側継手部材２、内側継手部材３、トルク伝達ボール４およびケージ５を主な構成とする。外側継手部材２の円筒状内周面６には、８本のトラック溝７が円周方向に等間隔で、かつ軸方向に沿って直線状に形成されている。内側継手部材３の球状外周面８には、外側継手部材２のトラック溝７と対向するトラック溝９が円周方向に等間隔で、かつ軸方向に沿って直線状に形成されている。外側継手部材２のトラック溝７と内側継手部材３のトラック溝９との間に８個のトルク伝達ボール（以下、単にボールともいう）４が１個ずつ組み込まれている。ボール４はケージ５のポケット５ａに収容されている。
　ケージ５は、球状外周面１１と球状内周面１２を有し、球状外周面１１は外側継手部材２の円筒状内周面６と嵌合して接触案内され、球状内周面１２は内側継手部材３の球状外周面８と嵌合して接触案内される。ケージ５の球状外周面１１は曲率中心Ｏ１とする曲率半径Ｒｃ１で形成され、球状内周面１２は曲率中心Ｏ２とする曲率半径Ｒｃ２で形成されている。内側継手部材３の球状外周面８は曲率中心Ｏ２とする曲率半径Ｒｉで形成されている。曲率中心Ｏ１、Ｏ２は、軸線Ｎ上に位置し、継手中心Ｏに対して軸方向に等距離Ｆでオフセットされている。これにより、継手が作動角を取った場合、外側継手部材２と内側継手部材３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール４が常に案内され、二軸間が等速回転で伝達される。
　外側継手部材２の開口側端部に止め輪溝１５が設けられ、この止め輪溝１５に止め輪１７が装着されて、図１に示す内側継手部材３、ボール４、ケージ５の内側組立体が、外側継手部材２の開口側端部から抜け出すのを防止する。外側継手部材２の開口側端部の外周にブーツ装着溝１６が設けられている。外側継手部材２の反開口側にはステム部（軸部）２ｂが一体に形成され、デファレンシャル（図示省略）に連結される。
　内側継手部材３の球状外周面８に直線状のトラック溝９が形成されているので、内側継手部材３の軸方向の中心から両端に行くにつれてトラック溝９の溝深さが浅くなる。内側継手部材３の連結孔１３にスプライン（セレーションを含む、以下同じ）１４が形成され、中間シャフト（図示省略）の軸端部がスプライン嵌合され、内側継手部材３に対して、中間シャフト肩部と止め輪によって軸方向に固定される。
　図１のＡ－Ａ線で示すケージ５の軸方向中心に８個のポケット５ａが円周方向に等間隔で設けられ、隣接するポケット５ａ間は柱部５ｂ（図２参照）となっている。ケージ５の大径側端部の内周に内側継手部材３を組み込むための切欠き５ｃが設けられている。ケージ５のストッパ面５ｄは、球状外周面１１に接線として接続する円すい状に形成されている。本実施形態の摺動式等速自在継手１では、最大作動角は、例えば２５°に設定されている。ケージ５は、継手が作動角を取った場合、外側継手部材２と内側継手部材３の両軸線がなす角度の半分だけ傾くので、ストッパ面５ｄの傾斜角度Ｓは１２．５°に設定されている。これにより、摺動式等速自在継手１の最大許容角度を規制することができる。
　図３に基づいて、外側継手部材２のトラック溝７、内側継手部材３のトラック溝９とトルク伝達ボール４とのアンギュラ接触および内部の回転方向ガタを説明する。図３は、図２のＢ－Ｎ線における１つのトラック溝７、９、トルク伝達ボール４を示す。外側継手部材２のトラック溝７と内側継手部材３のトラック溝９の横断面は、２つの円弧を組合せたゴシックアーチ形状に形成されている。このため、ボール４は、トラック溝７、９に対して各２つの点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４でアンギュラコンタクトする。トラック溝７、９の横断面形状は、前述したゴシックアーチ形状に限られず、楕円形状であってもよい。
　図３に示すように、外側継手部材２のトラック溝７のピッチ円直径をＴｏＰＣＤとし、内側継手部材３のトラック溝９のピッチ円直径をＴｉＰＣＤとする。ＴｏＰＣＤは、ＴｉＰＣＤより中央値で例えば、０．０５０ｍｍ程度大きく設定されている。その結果、トルク伝達ボール４の中心Ｏｂは、ＴｏＰＣＤとＴｉＰＣＤとの間の径方向中間に位置し、ボール４と外側継手部材２のトラック溝７および内側継手部材３のトラック溝９との間にトラック接触角α方向にトラックすきまが形成される。トラック接触角α方向のトラックすきまに基づいて、円周方向のトラックすきまδ１が生じる。そして、内側継手部材３と外側継手部材２とを相対回転させたときの継手内部の回転方向ガタ量は、円周方向のトラックすきまδ１の４倍となる。
　本実施形態の摺動式等速自在継手１では、継手内部の回転方向ガタ量を１５分以下に設定しているので、ＥＶにおけるトルク負荷応答性も良好である。また、トラック溝７、９の横断面形状がゴシックアーチ形状に形成されているので、継手内部の回転方向ガタ量を確実に抑制できる。図３では、ＴｉＰＣＤとＴｏＰＣＤとの寸法差やトラックすきまを誇張して図示している。
　トラック接触角αは、図３の直線Ｌａと直線Ｌｂとの間の角度αである。直線Ｌａはトラック溝７、９の横断面の中心線で、図２のＢ－Ｎ線に対応する。直線Ｌｂは、トラック溝７、９の側面におけるボール４の接触点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とボール４の中心Ｏｂを結ぶ直線である。
　次に、ケージ５のポケット５ａとトルク伝達ボール４との間の軸方向すきまについて図４に基づいて説明する。ボール４の直径をＤBALL、ケージ５のポケット５ａの幅をＬｗとすると、Ｌｗ＜ＤBALLの場合は負の軸方向すきまとなり、ボール４とポケット５ａとの間は締め代となる。一方、Ｌｗ＞ＤBALLの場合は正の軸方向すきまとなり、ボール４とポケット５ａとの間はすきまとなる。
　ここで、本発明に至る開発過程の着想、知見について説明する。本発明者らは、技術動向として、最近の自動車では、エンジンの低振動化が進んでおり、ＥＶでは駆動源の振動が極めて低減している。このような最新の技術動向に着目し、従来の標準仕様のＤＯＪの球面すきまについて検討した。この検討が本発明に導く糸口となった。
　標準仕様のＤＯＪの球面すきまでは、ケージ５の球状内周面１２と内側継手部材３の球状外周面８との間の接触案内を可能にする球面すきまは、中央値で０．０５０ｍｍ程度である。この球面すきまにより、ケージ５と内側継手部材３との間の軸方向ガタ量は、０．１５ｍｍ程度である。したがって、外側継手部材２に対して内側継手部材３の軸方向の移動可能量は、０．１５ｍｍ程度の２倍の０．３０ｍｍとなる。
　上記のように、最新の技術動向であるエンジンの低振動化や駆動源の低振動化を契機にして、標準仕様のＤＯＪの球面すきまをベースにして、ボール４とケージ５のポケット５ａ間の軸方向すきまを開ければ、内側継手部材３は外側継手部材２に対して０．３０ｍｍの範囲内でボールのスムーズな転がりにより小さなスライド抵抗が可能になるという着想に至った。これに基づき、スライド抵抗、高常用作動角時の耐久性、等速性を満足するＤＯＪの新たな仕様を見出した。そして、最近のエンジン車では低振動化が進んでおり、上記の範囲の軸方向ガタ量で十分に振動が吸収できることを検証した。
　上記のような着目や検討、着想、検証は、当業者にとって初めての試みである。何故ならば、従来のエンジン振動が大きかった時代のケージと内側継手部材との間の軸方向ガタ量は、１ｍｍ以上を設けており、この程度の軸方向ガタ量を設けないとエンジンの振動を継手で吸収できないということが当業者にとって長年にわたり定着していた。
　本実施形態の摺動式等速自在継手１の特徴的な構成は、（１）ケージの球状内周面の曲率半径と内側継手部材の球状外周面の曲率半径を略同一とし、ケージの球状内周面と内側継手部材の球状外周面との間に接触案内を可能にする球面すきまを形成した標準タイプの球面仕様をベースにし、（２）ケージのポケットとトルク伝達ボールとの間に正の軸方向すきまを形成するというＤＯＪの新たな仕様を備えた摺動式等速自在継手を実現したものである。
　本実施形態の摺動式等速自在継手１の特徴的な構成を図５に基づいて具体的に説明する。図５は、図１の要部を拡大し、トルク伝達ボール４とケージ５のポケット５ａとの間の軸方向すきまおよび内側継手部材３の球状外周面８とケージ５の球状内周面１２との間の球面すきまを誇張して図示している。ボール４とケージ５のポケット５ａとの間に正の軸方向すきまδ２が形成されている。正の軸方向すきまδ２＝Ｌｗ－ＤBALLで、δ２は＋０．００１ｍｍ～＋０．０５０ｍｍが望ましい。これにより、ボール４がポケット５ａ内で滑らかに転がることができ、ボール４の外側継手部材２、内側継手部材３のトラック溝７、９上で転がり領域が増大し、スライド抵抗の低減が図れる。本実施形態の摺動式等速自在継手１ではδ２＝＋０．００１ｍｍ～＋０．０５０ｍｍに設定されている。
　ケージ５の球状内周面１２は曲率中心Ｏ２とする曲率半径Ｒｃ２で形成され、内側継手部材３の球状外周面８は曲率中心Ｏ２とする曲率半径Ｒｉで形成されている。ケージ５の球状内周面１２と内側継手部材３の球状外周面８との間の球面すきまδ３＝２×（Ｒｃ２－Ｒｉ）で、球面すきまδ３は、中央値で０．０５０ｍｍ程度である。球面すきまδ３が本明細書および請求の範囲における内側継手部材の球状外周面とケージの球状内周面との間の接触案内を可能にする球面すきまを意味する。
　球面すきまδ３によるケージ５と内側継手部材３との間の片側での軸方向すきまδ４／２は、０．１５ｍｍ程度であり、外側継手部材２に対して内側継手部材３の軸方向の移動可能量は、０．１５ｍｍ程度の２倍の０．３０ｍｍとなる。低振動化が進んでいる最近のエンジン車では、上記の範囲の軸方向の移動可能量で十分に振動が吸収できる。したがって、ケージ５と内側継手部材３との間の軸方向すきまδ４とボール４とケージ５のポケット５ａとの間の正の軸方向すきまδ２とが相俟って、スライド抵抗を低減することができる。また、高常用作動角時の耐久性、等速性を満足することができる。
　図６は、近年のＳＵＶにおける高い常用作動角（例えば、１０°程度）の状態と従来の常用作動角の状態とを対比した模式図である。図６に示すように、ドライブシャフト２０は、アウトボード端の固定式等速自在継手２１が車輪Ｗに連結され、インボード端の摺動式等速自在継手１がデファレンシャルＤｆに連結される。図６の左半分が高い常用作動角θ１の状態を示し、右半分が従来の常用作動角θ２の状態を示す。高い常用作動角θ１の場合は、デファレンシャルＤｆの地上からの高さが従来の常用作動角θ２の場合よりΔｈ高くなり、走破性が高まる。しかし、常用作動角が高くなるので、トルク伝達ボールに係る荷重が増大する。
　ここで、本明細書における常用作動角について定義する。常用作動角とは、水平で平坦な路面上で１名乗車時の自動車において、ステアリングを直進状態にした時にドライブシャフトの摺動式等速自在継手で生じる作動角をいう。現状の乗用車等のドライブシャフトにおける従来の常用作動角は、比較的小さく、通常、６°程度で使用される。
　ＤＯＪタイプの型摺動式等速自在継手の耐久性は、使用作動角が高い程、低下する。ＤＯＪタイプの摺動式等速自在継手では、作動角が付くと１回転中にボールに作用する力が変動し、最大負荷時は、作動角０°時の数パーセントから角度によっては数倍の荷重が負荷されることになる。例えば、常用作動角が高くなり、現状の常用作動角の６°から１０°に常用作動角が高角化されると、ボールに負荷される最大荷重は２０～３０％程度高くなる。
　ケージ５の球状内周面１２と内側継手部材３の球状外周面８との間の球面すきまδ３を中央値で０．０５０ｍｍ程度とした標準タイプの球面仕様で、ケージ５のポケット５ａとトルク伝達ボール４との間に正の軸方向すきまにしたもの（ポケットすきま品）と、負の軸方向すきま（ポケット締め代品）について、スライド抵抗および外側継手部材（外輪）の表面温度上昇量を試験評価した。テスト品は、８個のボールを用いたＮＴＮ呼称ＥＤＪで、ジョイントサイズは＃１０４である。
　ＤＯＪタイプの摺動式等速自在継手１のスライド抵抗について解析を行い、スライド抵抗を低減するのに有効な対策として、ケージ５のポケット５ａとボール４間に正の軸方向すきまδ２が寄与することを見出した。この正の軸方向すきまδ２を与えることで、ボール４と外側継手部材２、内側継手部材３のトラック７、９溝上で転がり領域が増大し、これによりスライド抵抗の低減が図れることを検証した。スライド抵抗の試験結果を図７に示す。
　＜試験条件＞
　・負荷トルク：９８Ｎｍ
　・回転なし
　・軸方向加振幅：±０．１ｍｍ（周波数２０Ｈｚ）
　ＤＯＪタイプの摺動式等速自在継手１の耐久性は、使用作動角が高い程、低下する。作動角が高くなれば、ボール４に負荷される荷重が増大することによって、トラック面圧が増加する。それにより、継手回転中の発熱も大きくなり、耐久性の低下を招く。この対策として、ケージ５のポケット５ａとボール４との間に正の軸方向すきまδ２を与えることが発熱抑制に有効で、ボール４と外側継手部材２、内側継手部材３のトラック溝７、９間の滑りを抑制して転がりとすることにより、ボール４とトラック７、９溝間の摩擦を低減することができることを検証した。外輪温度上昇量の試験結果を図８に示す。特に高常用作動角時（１０°）に効果が顕著である。
　＜試験条件＞
　・負荷トルク：３７３Ｎｍ
　・回転数：２００ｒｐｍ
　・作動角：５°、１０°
　前述した実施形態、実施例では、８個のトルク伝達ボール４を使用したＤＯＪタイプの摺動式等速自在継手１を例示したが、これに限られず、トルク伝達ボール４の個数を５～８個の範囲で適宜実施することができる。自動車や各種産業機械などの動力伝達系に好適な摺動式等速自在継手を構成することができる。また、トルク伝達ボール４の個数を８個以上としてもよい。
　本発明は前述した実施形態、実施例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、請求の範囲によって示され、さらに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。
１　　　　　摺動式等速自在継手
２　　　　　外側継手部材
３　　　　　内側継手部材
４　　　　　トルク伝達ボール
５　　　　　ケージ
５ａ　　　　ポケット
６　　　　　円筒状内周面
７　　　　　トラック溝
８　　　　　球状外周面
９　　　　　トラック溝
１１　　　　球状外周面
１２　　　　球状内周面
ＤBALL　　　ボール径
Ｆ　　　　　オフセット量
Ｏ　　　　　継手中心
Ｏ１　　　　曲率中心
Ｏ２　　　　曲率中心
δ１　　　　円周方向のトラックすきま
δ２　　　　ボールとポケット間の正の軸方向すきま
δ３　　　　球面すきま
δ４　　　　ケージと内側継手部材間の軸方向すきま

Claims (5)

  1. 　円筒状内周面に直線状の複数のトラック溝が軸方向に沿って形成された外側継手部材と、球状外周面に前記外側継手部材の直線状の複数のトラック溝に対向する直線状の複数のトラック溝が軸方向に沿って形成された内側継手部材と、前記外側継手部材の直線状の複数のトラック溝と前記内側継手部材の直線状の複数のトラック溝間に組込まれた複数のトルク伝達ボールと、前記トルク伝達ボールをポケットに収容し、前記外側継手部材の円筒状内周面と前記内側継手部材の球状外周面に接触案内される球状外周面と球状内周面を有するケージとからなり、前記ケージの球状外周面の曲率中心と球状内周面の曲率中心が、継手中心に対して軸方向の反対側にオフセットした摺動式等速自在継手において、
    　前記内側継手部材の球状外周面と前記ケージの球状内周面との間には接触案内を可能にする球面すきまが形成されると共に、
    　前記ケージのポケットと前記トルク伝達ボールとの間に正の軸方向すきまが形成されていることを特徴とする摺動式等速自在継手。
  2. 　前記ケージのポケットと前記トルク伝達ボールとの間に正の軸方向すきまを＋０．００１ｍｍ～＋０．０５０ｍｍとしたことを特徴とする請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
  3. 　前記摺動式等速自在継手の内部の回転方向ガタ量を１５分以下とした請求項１又は請求項２に記載の摺動式等速自在継手。
  4. 　前記外側継手部材のトラック溝と前記内側継手部材のトラック溝のそれぞれの横断面形状を前記トルク伝達ボールとアンギュラ接触するゴシックアーチ形状としたことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
  5. 　前記複数のトルク伝達ボールの個数を５～８個としたことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
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