スプライン嵌合構造、摺動式トリポード型等速ジョイントおよびボール型等速ジョイント
【課題】周方向位置により剛性が異なる継手部材との圧入嵌合において、シャフトとの結合力を損なうことなくスプラインに加わる最大の応力を低減することができるスプライン嵌合構造、またこの構造を含む摺動式トリポード型等速ジョイントおよびボール型等速ジョイントを提供することを目的とする。
【解決手段】外スプライン４２が形成されるシャフト４０と、内スプライン２３が形成され、外歯４３および内歯２４によりシャフト４０と圧入嵌合される継手部材と、を備え、外歯４３の歯面と内歯２３の歯面が圧接する各圧入歯面間の圧入代は、継手部材の周方向位置に応じてそれぞれ設定される。
【解決手段】外スプライン４２が形成されるシャフト４０と、内スプライン２３が形成され、外歯４３および内歯２４によりシャフト４０と圧入嵌合される継手部材と、を備え、外歯４３の歯面と内歯２３の歯面が圧接する各圧入歯面間の圧入代は、継手部材の周方向位置に応じてそれぞれ設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトのスプライン嵌合構造、この構造を含む摺動式トリポード型等速ジョイントおよびボール型等速ジョイントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スプライン嵌合構造は、外周面に外スプラインが形成されたシャフトと、内周面に内スプラインが形成された継手部材を備える。そして、この継手部材にシャフトを圧入することで嵌合し、両者間で動力伝達を可能としている。このような構造において、外スプラインを形成する複数の外歯と、内スプラインを形成する複数の内歯との間に隙間が残ると、回転ガタなどが生じ動力伝達の妨げとなる。そこで、外歯と内歯の歯面が圧接するように、例えば、特開平６−１０１７１９号公報（特許文献１）に記載されたものがある。このスプライン嵌合構造は、外歯および内歯において歯厚方向の圧入代を確保している。つまり、外歯と内歯の歯面同士が圧入されている。これにより、回転ガタの発生を防止できるものとされている。
【０００３】
また、このようなスプライン嵌合構造は、車両の動力伝達装置などに使用される。例えば、特開２００８−１６４１２９号公報（特許文献２）に記載されているように、ドライブシャフトの一部である摺動式トリポード型等速ジョイントがある。この摺動式トリポード型等速ジョイントは、３本の軌道溝が形成された筒状の外輪と、径方向に延びる３本のトリポード軸部を有するトリポードと、それぞれのトリポード軸部に軸支されるローラを備える。そして、このトリポードの内周面に形成された内スプラインと、シャフトの外周面に形成された外スプラインが圧入嵌合することでスプライン嵌合構造をなしている。これにより、外輪およびシャフトは、トリポードとローラを介することで動力を伝達している。
【特許文献１】特開平６−１０１７１９号公報
【特許文献２】特開２００８−１６４１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、例えば、特許文献２のスプライン嵌合構造において、シャフトが圧入されるトリポードは、３本のトリポード軸部を有することからも明らかなように周方向位置により肉厚が異なる。つまり、継手部材であるトリポードの各部位は、周方向位置により剛性が異なっているものと考えられる。このような継手部材にシャフトを圧入した場合に、継手部材の各部位における剛性の高低により、内スプラインを形成する内歯が径方向外方に逃げてしまうことがある。このような場合に、内歯の逃げた部位においては圧入代が減少することとなる。すると、他の部位において応力が集中することになり、全周に亘り応力が不均一な状態となる。
【０００５】
一方で、応力が不均一とならないように、全体の圧入代を減少させるとシャフトと継手部材の結合力も減少してしまう。よって、十分な動力伝達ができなくなってしまうおそれがある。また、圧入時に内歯が逃げないようにするため、または、最大応力に耐えうるために継手部材を厚肉化すると装置が大型化し、また重量が増してしまうことが懸念される。
【０００６】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、周方向位置により剛性が異なる継手部材との圧入嵌合において、シャフトとの結合力を損なうことなくスプラインに加わる最大の応力を低減することができるスプライン嵌合構造、またこの構造を含む摺動式トリポード型等速ジョイントおよびボール型等速ジョイント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】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、
軸状に形成され、外周面において軸方向に延びる複数の外歯により外スプラインが形成されたシャフトと、
周方向位置により剛性が異なる環状部材からなり、前記環状部材の内周面において軸方向に延びる複数の内歯により内スプラインが形成された継手部材であって、前記シャフトの前記外歯に前記内歯が圧入嵌合されたものと、
を備え、
前記外歯の歯面と前記内歯の歯面との間の圧入代は、前記継手部材の前記周方向位置に応じてそれぞれ設定されていることである。
【０００８】
請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、
前記圧入代は、前記内歯の歯面に対して径方向外方へ同一荷重をかけた場合の当該歯面の径方向の撓み量に応じて、それぞれ設定されていることである。
【０００９】
請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、
前記圧入代は、前記内歯の圧入歯面の径方向外方に位置する前記継手部材の各部位における剛性に応じて、それぞれ設定されていることである。
【００１０】
請求項４に記載の発明の構成上の特徴は、請求項３において、
前記圧入代は、前記継手部材の前記各部位の軸方向幅において最大となる剛性に応じて、それぞれ設定されていることである。
【００１１】
請求項５に記載の発明の構成上の特徴は、請求項３または４において、
前記圧入代は、前記継手部材の前記各部位における径方向の最大厚みに応じてそれぞれ設定されていることである。
【００１２】
請求項６に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜５の何れか一項において、
前記圧入代は、前記外歯の歯厚および前記内歯の歯厚の少なくとも一方が前記周方向位置に応じてそれぞれ設定されることにより、それぞれ設定されていることである。
【００１３】
請求項７に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜６の何れか一項において、
前記外歯の圧入歯面における法線ベクトルは、前記シャフトの径方向外方の成分を有するように設定され、
前記内歯の前記圧入歯面における法線ベクトルは、前記シャフトの径方向内方の成分を有するように設定されていることである。
【００１４】
上記の課題を解決するため、請求項８に記載の発明の構成上の特徴は、
筒状に形成され、内周面に外輪回転軸方向に延びる３本の軌道溝が形成された外輪と、
シャフトと連結されるボス部、および、前記ボス部の外周面からそれぞれ前記ボス部の径方向外方に延びるように立設され各前記軌道溝に挿入される３本のトリポード軸部を有するトリポードと、
前記軌道溝に転動可能に挿入されると共に、前記トリポード軸部に軸支されるローラと、
を備える摺動式トリポード型等速ジョイントであって、
前記シャフトは、外周面において軸方向に延びる複数の外歯により外スプラインが形成され、
前記トリポードは、前記ボス部の内周面において前記シャフトの軸方向に延びる複数の内歯により内スプラインが形成され、前記シャフトの前記外歯に前記内歯が圧入嵌合され、
前記外歯の歯面と前記内歯の歯面との間の圧入代は、前記トリポードの周方向位置に応じて、それぞれ設定されていることである。
【００１５】
請求項９に記載の発明の構成上の特徴は、請求項８において、
前記圧入代は、前記ボス部のうち径方向外方に前記トリポード軸部が存在する領域において第一圧入代に設定され、その他の領域において前記第一圧入代より大きい第二圧入代に設定されていることである。
【００１６】
上記の課題を解決するため、請求項１０に記載の発明の構成上の特徴は、
筒状に形成され、内周面に外輪回転軸方向に延びる複数の外輪ボール溝が形成された外輪と、
シャフトと連結される環状部材であり、外周面に内輪軸方向に延びる複数の内輪ボール溝が形成され、前記外輪の内側に配置される内輪と、
それぞれの前記外輪ボール溝およびそれぞれの前記内輪ボール溝に対して周方向に係合し、前記外輪と前記内輪との間で動力を伝達する複数のボールと、
環状からなり、前記外輪と前記内輪との間に配置され、周方向に前記ボールをそれぞれ収容する複数の開口窓部が形成された保持器と、
を備えるボール形等速ジョイントであって、
前記シャフトは、外周面において軸方向に延びる複数の外歯により外スプラインが形成され、
前記内輪は、前記内輪の内周面において前記シャフトの軸方向に延びる複数の内歯により内スプラインが形成され、前記シャフトの前記外歯に前記内歯が圧入嵌合され、
前記外歯の歯面と前記内歯の歯面との間の圧入代は、前記内輪の周方向位置に応じて、それぞれ設定されていることである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る発明によると、外スプラインを形成する外歯の歯面と、内スプラインを形成する内歯の歯面が圧接するように圧入代が設定される構成となっている。そして、この圧入代は、圧入歯面が位置する継手部材の周方向位置に応じて設定されている。つまり、各周方向位置に位置する圧入歯面間の圧入代は、その周方向位置における継手部材の部位に適するように個々に異なる量が設定される。このような構成とすることで、外歯および内歯に加わる応力を均一化することができる。従って、継手部材に加わる最大応力を低減することができるので、従来と比べて継手部材に必要とされる強度が下がり、継手部材の小型化や軽量化を図ることができる。
【００１８】
請求項２に係る発明によると、各圧入歯面間の圧入代は、その圧入歯面が位置する周方向位置において、継手部材の径方向の撓み量に応じてそれぞれ設定される。ここで、径方向の撓み量とは、継手部材の内歯の歯面のうち、外歯と圧接する部分に対して径方向外方へ荷重をかけた場合に、その継手部材の部位が撓む量のことである。この撓み量について、継手部材の材質や設計上の形状や寸法などを用いて解析により、または実験によりそれぞれの内歯に対して求めることで圧入代が設定される。これにより、シャフトとの圧入時において、継手部材が撓むことにより内歯が逃げる量を推測することができる。よって、より適切な圧入代を設定することができ、外歯および内歯に加わる応力を均一化することができる。
【００１９】
請求項３に係る発明によると、各圧入歯面間の圧入代は、その圧入歯面が位置する周方向位置の継手部材の部位における剛性に応じてそれぞれ設定されている。ここで、継手部材の部位における剛性とは、継手部材に荷重がかけられた場合に、その継手部材の部位が変形に抵抗する度合いのことである。すなわち、この剛性は、実質的に曲げ剛性に相当する。この継手部材の部位における剛性について、継手部材の材質や設計上の形状や寸法などを用いて解析により、または実験によりそれぞれの内歯に対して求めることで圧入代が設定される。つまり、ある周方向位置の圧入代は、その圧入歯面の外側に位置する継手部材の部位における剛性の高低により設定される。これにより、シャフトとの圧入時において、継手部材が変形することにより内歯が逃げる量を推測することができる。よって、より適切な圧入代を設定することができ、外歯および内歯に加わる応力を均一化することができる。
【００２０】
請求項４に係る発明によると、より適切な圧入代の設定ができる。継手部材は、周方向位置により剛性が異なるように環状に形成されている。この環状からなる継手部材は、ある周方向位置の軸方向幅において厚みが一定でないことがある。このような場合には、継手部材は軸方向幅において剛性が異なることになる。そこで、圧入歯面間の圧入代は、軸方向幅において最大となる剛性に応じて設定することでより適切な値とすることができる。よって、適切な圧入代によって、外歯および内歯に加わる応力を均一化することができる。
【００２１】
請求項５に係る発明によると、各圧入歯面間の圧入代は、その圧入歯面が位置する周方向位置の継手部材の部位における最大厚みに応じてそれぞれ設定されている。継手部材の各部位における径方向の最大厚みをそれぞれの部位における剛性とみなすことで、簡易に圧入代を設定することができる。各部位の剛性は、各部位の外歯および内歯に加わる応力の比を求めることができれば十分である。そして、部材の各部位の剛性は、その部位における径方向の厚みに影響されるものと考えられる。よって、各部位の剛性をそれぞれの部位における径方向の最大厚みとみなしてもよい。つまり、継手部材が均一の材質からなり、対称性を有することから、径方向の最大厚みに応じて圧入代を定量的に求めることができる。
【００２２】
請求項６に係る発明によると、外歯の歯厚および内歯の歯厚の少なくとも一方は、圧入歯面が位置する継手部材の周方向位置に応じて設定される構成となっている。これにより、各圧入歯面間の圧入代は、上記歯厚の設定によりそれぞれ設定される。そこで、例えば、各外歯の歯厚を一定にし、内歯の歯厚を各周方向位置に応じてそれぞれ所定の値とすることで、各圧入歯面間の圧入代をそれぞれ設定することができる。また、外スプラインの外歯を一定にする場合は、組付け時において、周方向位置を考慮する必要なく継手部材にシャフトを圧入することができる。一方、内スプラインの内歯を一定にする場合は、周方向位置により歯厚が異なる外歯が外周面にあるため、一般に内周面加工よりも成形が容易となる。
【００２３】
請求項７に係る発明によると、外歯の圧入歯面における法線ベクトルがシャフトの径方向外方成分を有し、内歯の圧入歯面における法線ベクトルがシャフトの径方向内方成分を有する構成となっている。このような構成では、外歯と内歯が圧接する圧入歯面は、いずれの歯底面に対して傾斜することになる。従って、継手部材にシャフトを圧入した場合に、内歯が径方向外方に向かう力を受けることになるので、内歯が径方向外方に逃げやすい。つまり、継手部材の各周方向位置において、外歯および内歯に加わる応力の差が大きくなる。このような形態に対しても、確実に応力を均一化することができる。これにより、継手部材の小型化や軽量化を図ることができる。
【００２４】
請求項８に係る発明によると、継手部材が摺動式トリポード型等速ジョイントのトリポードであり、シャフトとトリポードがスプライン嵌合構造をなす構成となっている。そして、シャフトの外スプラインを形成する外歯の歯面と、トリポードの内スプラインを形成する内歯の歯面が圧接するように圧入代が設定される構成となっている。そして、この圧入代は、圧入歯面が位置するトリポードの周方向位置に応じて設定されている。つまり、各周方向位置に位置する圧入歯面間の圧入代は、その周方向位置におけるトリポードの部位に適するように個々に異なる量が設定される。つまり、本発明によれば、上述した請求項１に係るスプライン嵌合構造による効果を奏する。ここで、上述したスプライン嵌合構造における他の特徴部分は、本発明の摺動式トリポード型等速ジョイントのスプライン嵌合構造に適用することができる。この場合、スプライン嵌合構造のそれぞれの特徴による効果と同一の効果を奏する。
【００２５】
請求項９に係る発明によると、トリポードの各周方向位置において、圧入歯面間の圧入代は、第一圧入代または第二圧入代のいずれかに設定される構成となっている。一般に、摺動式トリポード型等速ジョイントのトリポードは３本のトリポード軸部を等間隔に有している。そして、トリポードのうちボス部およびトリポード軸部を含む第一の周方向位置において、圧入代は第一圧入代に設定される。また、トリポードのうちボス部のみを含む第二の周方向位置において、圧入代は第一圧入代より大きい第二圧入代に設定される。このように、圧入歯面間の圧入代を圧入歯面が位置する周方向位置により、何れか一方の圧入代に簡易に設定することができる。また、圧入代は断続的な２種類の圧入代に設定されるので、外スプラインまたは内スプラインを比較的容易に成形加工できる。
【００２６】
請求項１０に係る発明によると、継手部材がボール型等速ジョイントの内輪であり、シャフトと内輪がスプライン嵌合構造をなす構成となっている。そして、シャフトの外スプラインを形成する外歯の歯面と、内輪の内スプラインを形成する内歯の歯面が圧接するように圧入代が設定される構成となっている。そして、この圧入代は、圧入歯面が位置する内輪の周方向位置に応じて設定されている。つまり、各周方向位置に位置する圧入歯面間の圧入代は、その周方向位置における内輪の部位に適するように個々に異なる量が設定される。つまり、本発明によれば、上述した請求項１に係るスプライン嵌合構造による効果を奏する。ここで、上述したスプライン嵌合構造における他の特徴部分は、本発明のボール型等速ジョイントのスプライン嵌合構造に適用することができる。この場合、スプライン嵌合構造のそれぞれの特徴による効果と同一の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明のスプライン嵌合構造を含む摺動式トリポード型等速ジョイントおよびボール型等速ジョイント（以下、単に「等速ジョイント」と称する。）を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。ここで、本実施形態の等速ジョイントは、車両の動力伝達シャフトの連結に用いる場合を例に挙げて説明する。例えば、ディファレンシャルギヤに連結された軸部とドライブシャフトの中間シャフトとの連結部位に用いる場合である。
【００２８】
＜第一実施形態＞
第一実施形態の等速ジョイント１およびスプライン嵌合構造２について図１，２を参照して説明する。図１は、第一実施形態の等速ジョイント１の軸方向断面図である。図２は、スプライン嵌合構造２の分解状態を示す軸方向断面図である。
【００２９】
等速ジョイント１は、図１に示すように、スプライン嵌合構造２を含み、外輪１０と、トリポード２０と、ローラ３０と、シャフト４０とから構成される。
【００３０】
外輪１０は、筒状（例えば、有底筒状）に形成されており、一端側がディファレンシャルギヤ（図示せず）に連結されている。そして、外輪１０の筒状部分の内周面には、外輪軸方向（図１の左右方向）に延びる軌道溝１１が、外輪軸の周方向に等間隔に３本形成されている。各軌道溝１１における溝延伸方向に直交する断面形状が、コの字形をなしている。つまり、各軌道溝１１は、ほぼ平面状に形成され且つ幅方向中央部に逃げ凹溝が形成された溝底面と、相互に対向し且つ深さ方向の中央部における対向距離が最も大きくなるような円弧凹状に形成される両側の溝側面とを備える。
【００３１】
トリポード２０は、外輪１０の筒状部分の内側に配置されている。このトリポード２０は、ボス部２１と、３本のトリポード軸部２２とを備える。ボス部２１は、環状であり、外周面がほぼ球面凸状に近似した形状となるように形成されている。それぞれのトリポード軸部２２は、ボス部２１の外周面からそれぞれボス部２１の径方向外方に延びるように立設された円柱状をなしている。これらのトリポード軸部２２は、ボス部２１の周方向に等間隔（１２０ｄｅｇ間隔）に形成されている。ボス部２１の外周面の周方向において、トリポード軸部２２の根元部の両端角度は、約６０ｄｅｇとされている。つまり、ボス部２１の外周面の周方向において、トリポード軸部２２が存在する角度範囲と、トリポード軸部２２が存在しない角度範囲とが、約６０ｄｅｇ毎に交互に位置している。そして、それぞれのトリポード軸部２２の少なくとも先端部は、外輪１０のそれぞれの軌道溝１１内に挿入されている。
【００３２】
また、図２に示すように、ボス部２１の内周面には複数の内歯２４により内スプライン２３が形成されている。この内スプライン２３は、後述するシャフト４０の端部に形成された外スプライン４２と圧入嵌合される。また、内歯２４は、シャフト４０の軸方向に延びるように形成されている。内スプライン２３の内歯２４および嵌合構造に関する詳細については後述する。
【００３３】
上述したように、トリポード２０は、内周面に内スプライン２３を有する環状の部材である。さらに、外周面においてトリポード軸部２２が約６０ｄｅｇ間隔に断続的に設けられている。これにより、トリポード２０は、ボス部２１とトリポード軸部２２を含む部位では、他の部位と比較して剛性が高くなっている。つまり、トリポード２０は、周方向位置により剛性が異なる環状部材からなっている。
【００３４】
ローラ３０は、図１に示すように、環状である。このローラ３０は、トリポード軸部２２の外周側に、複数のニードル３１を介してトリポード軸（トリポード軸部２２の軸心）周りに回転可能に、且つ、トリポード軸方向に摺動可能に軸支されている。さらに、ローラ３０は、外輪１０の軌道溝１１の溝側面に転動可能に且つ揺動可能に挿入されている。
【００３５】
シャフト４０は、図２に示すように、軸状であり、シャフト本体４１と、外スプライン４２とを備える。外スプライン４２は、シャフト本体４１の端部の外周面において軸方向に延びる複数の外歯４３により形成されている。つまり、トリポード２０およびシャフト４０は、図２の軸線方向において近接するように相対移動し、圧力を加えられて結合される。この時、外スプライン４２は、トリポード２０のボス部２１に形成された内スプライン２３と圧入嵌合される。
【００３６】
ここで、トリポード２０およびシャフト４０によるスプライン嵌合構造２について、図３，４を参照して説明する。図３は、スプライン嵌合構造２をシャフト４０の回転軸方向から見た図である。図４は、スプライン嵌合前の内歯２４および外歯４３を示す拡大図である。
【００３７】
スプライン嵌合構造２は、図３に示すように、トリポード２０の内スプライン２３にシャフト４０の外スプライン４２が圧入嵌合されてなる。この時、内スプライン２３を形成する複数の内歯２４と、外スプライン４２を形成する複数の外歯４３とが噛合している。そして、それぞれの内歯２４の歯面と、外歯４３の歯面が互いに圧接している。これにより、トリポード２０とシャフト４０は、周方向の隙間がないため、回転ガタが生じないように結合されている。従って、トリポード２０は、継手部材としてシャフト４０にスプライン嵌合され、ローラ３０を介して外輪１０とシャフト４０の間の動力を伝達可能としている。
【００３８】
ところで、それぞれの内歯２４と外歯４３は、スプライン嵌合したトリポード２０とシャフト４０の抜けを防止する必要がある。そこで、トリポード２０とシャフト４０の十分な結合力を得るために、噛合する内歯２４と外歯４３は、相対して所定の圧入代が設定されている。これにより、各圧入歯面の反発力から発生する摩擦力で結合している。このようなスプライン嵌合によるシャフトと継手部材の結合は、一般的にスプライン歯同士の噛合により発生する結合力の総和により抜けを防止している。つまり、それぞれのスプライン嵌合に必要な結合力を得られるように圧入代は所定量に設定されている。ここで、圧入歯面とは、内歯２４の歯面および外歯４３歯面のうち、トリポード２０とシャフト４０が圧入嵌合した状態で互いに圧接している部分的な歯面を意味する。
【００３９】
ここで、本実施形態における圧入代の設定について説明する。内スプライン２３の内歯２４の圧入歯面における法線ベクトルＶｉ（図４に示す）は、シャフト４０の径方向内方の成分を有するように設定されている。また、外スプライン４２の外歯４３の圧入歯面における法線ベクトルＶｏ（図４に示す）は、シャフト４０の径方向外方の成分を有するように設定されている。
【００４０】
内スプライン２３の内歯２４および外スプライン４２の外歯４３について、歯数が１８、ピッチ円直径ＰＣＤが１９．０５ｍｍになるように形成されている。このような条件では、全ての内歯２４および外歯４３のピッチ円上の円弧歯厚が約１．６６ｍｍの場合に圧入代が０ｍｍとなる。
【００４１】
そして、本実施形態では、外スプライン４２の外歯４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，・・・，４３ｒのピッチ円上の円弧歯厚は、全て１．６６ｍｍに設定されている。一方、内スプライン２３の内歯２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，・・・，２４ｒのピッチ円上の円弧歯厚は、周方向位置に応じて異なるように設定されている。ここで、図３におけるトリポード２０の中心を回転中心として、図３の上方に延びるトリポード軸部２２の軸心方向を角度０ｄｅｇとし、図３の右回りを正方向として説明する。
【００４２】
０〜１２０ｄｅｇの角度範囲においては、両端に位置する内歯２４ａ，２４ｆのピッチ円上の円弧歯厚が１．７０ｍｍ、それらの内側に位置する内歯２４ｂ，２４ｅの当該歯厚が１．７３ｍｍ、角度６０ｄｅｇ付近に位置する内歯２４ｃ，２４ｄの当該歯厚が１．７８ｍｍに設定されている。残りの１２０〜２４０ｄｅｇの角度範囲である内歯２４ｇ〜２４ｌ、および２４０〜３６０ｄｅｇの角度範囲である内歯２４ｍ〜２４ｒは、同様のパターンで設定されている。
【００４３】
つまり、図４に示すように、内歯２４と外歯４３の寸法から得られる圧入代は、以下の通りとなる。すなわち、外歯４３ｂの一方側歯面の圧入代ｗ１は、円弧歯厚ｔ１が１．７０ｍｍである内歯２４ａにより０．０２ｍｍ（＝（１．７０−１．６６）／２）となる。また、外歯４３ｂの他方側歯面の圧入代ｗ２は、円弧歯厚ｔ２が１．７３ｍｍである内歯２４ｂにより０．０３５ｍｍ（＝（１．７３−１．６６）／２）となる。よって、外歯４３ｂの圧入代はｗ１とｗ２の和から、０．０５５ｍｍ（＝０．０２＋０．３５）となる。同様に、０〜１２０ｄｅｇの角度範囲における外スプライン４２の圧入代は、外歯４３ａ，４３ｇが０．０４ｍｍ、外歯４３ｂ，４３ｆが０．０５５ｍｍ、外歯４３ｃ，４３ｅが０．０９５ｍｍ、外歯４３ｄが０．１２ｍｍに設定されている。残りの周角度範囲の圧入代についても同様のパターンで設定される。つまり、内歯２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，・・・，２４ｒの円弧歯厚を周方向位置に応じて設定することにより、各圧入歯面間の圧入代はそれぞれ設定される。
【００４４】
このような構成において、外スプライン４２における圧入代について見る。すると、圧入歯面に対してシャフト４０の径方向外方にトリポード軸部２２が立設されている０ｄｅｇの周方向位置にある外歯４３ａは、最小の圧入代である０．０４ｍｍが設定されている。これから角度を増す毎に圧入代は増加する。そして、トリポード軸部２２が立設される位置の中間にあたる６０ｄｅｇの周方向位置にある外歯４３ｄは、最大の圧入代である０．１２ｍｍが設定されている。これから、さらに角度を増す毎に圧入代は減少する。そして、トリポード軸部２２が立設されている１２０ｄｅｇの周方向位置にある外歯４３ｇで再び最小の圧入代である０．０４ｍｍが設定されている。
【００４５】
ここで、比較例として、上述した歯数およびピッチ円直径ＰＣＤの条件の場合に、周方向位置に関わりなく一定の圧入代を設定した場合について説明する。例えば、内スプライン２３の各内歯２４の円弧歯厚を１．７６ｍｍに設定した場合を考える。このような場合では、各外歯４３の圧入代は、それぞれ０．１０ｍｍに設定されることになる。しかし、トリポード軸部２２が立設される位置の中間にあたる６０ｄｅｇ近傍の部位の剛性は低い。よって、内歯２４がシャフト４０径方向外方に逃げてしまうことがある。これにより、実際には、内歯２４の逃げた部位においては圧入代が０．１０ｍｍよりも小さい値となる。すると、他の比較的剛性が高い、換言すれば実際の圧入代が大きい０ｄｅｇ近傍および１２０ｄｅｇ近傍の部位においては応力が集中することになり、全周に亘り応力が不均一な状態となる。
【００４６】
これに対して、本実施形態のスプライン嵌合構造２における各圧入歯面間の圧入代は、トリポード２０の周方向位置に応じてそれぞれ設定されている。具体的には、剛性の低い部位に対して大きな圧入代が設定されているので、内歯２４の逃げを一部許容し、且つ、一定の圧入代を確保することができる。一方、相対的に、剛性の高い部位に対して小さな圧入代が設定されるので、当該部位に応力が集中することを防止することができる。よって、内歯２４と外歯４３に加わる応力を均一化することができる。従って、トリポード２０に加わる最大応力を低減することができるので、スプライン嵌合に関して従来と比べてトリポード２０に必要とされる強度が下がり、トリポード２０の小型化や軽量化を図ることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、各圧入歯面間の圧入代を０．０４ｍｍ〜０．１２ｍｍとなるように設定した。これは、各部位に一定の圧入代を設定した場合に、各部位における応力の比の推定値に基づいている。この応力の比は、トリポード２０の材質や設計上の形状や寸法などを用いて解析により、または実験により求められる各部位の剛性から推定することができる。つまり、トリポード２０とシャフト４０との圧入時において、トリポード２０が変形することにより内歯２４が逃げる量を推定する。そして、不均一となる応力の比から、各圧入歯面において応力が均一となるように適切な圧入代を設定することができる。また、このように一部において従来よりも小さな圧入代が設定されているが、それぞれの内歯２４および外歯４３の噛合により発生する結合力の総和は低減することのないように設定されている。
【００４８】
また、上記においては、各周方向位置の圧入代は、トリポード２０の剛性に応じて設定した。つまり、トリポード２０の剛性が高い周方向位置の圧入代は、小さく設定し、トリポード２０の剛性が低い周方向位置の圧入代は、大きく設定した。このことは、別の見方をすると、各圧入歯面に対してトリポード２０に径方向外方へ同一荷重をかけた場合に、トリポード２０における圧入歯面の径方向の撓み量に応じて圧入代を設定することと同じ意味となる。この撓み量は、剛性の場合と同様に、トリポード２０の材質や設計上の形状や寸法などを用いて解析により、または実験により、それぞれの内歯２４に対して求められるものである。
【００４９】
その他、トリポード２０の各部位の剛性について、材質や設計上の形状や寸法などを用いて解析により求められるが、特に軸方向幅において最大となる剛性に応じて圧入代を設定しても良い。例えば、本実施形態のように、トリポード２０のような継手部材では、図２に示すようにボス部２１の厚みが一定でないことがある。このような場合は、トリポード２０は軸方向幅において剛性が異なることになる。そこで、圧入歯面間の圧入代は、例えば、最大厚みＴｍの部位で最大となる剛性に応じて設定することでより適切な値とすることができる。よって、適切な圧入代によって、内歯２４および外歯４３に加わる応力を均一化することができる。
【００５０】
さらに、本実施形態では、各外歯４３の歯厚を一定にして、内歯２４の歯厚を各周方向位置に応じてそれぞれ所定の値とすることで、各圧入歯面間の圧入代が設定されている。これにより、シャフト４０は、周方向位置による外歯４３の形状に変化がないので、組付け時において周方向位置を考慮する必要がなくトリポード２０に圧入することができる。
【００５１】
また、図４に示すように、外歯４３の圧入歯面における法線ベクトルＶｏは、シャフト４０の径方向外方の成分を有するように設定されている。同様に、内歯２４の圧入歯面における法線ベクトルＶｉは、シャフト４０の径方向内方の成分を有するように設定されている。これにより、外歯４３と内歯２４が圧接する圧入歯面は、いずれの歯底面に対して傾斜することになる。従って、トリポード２０にシャフト４０を圧入した場合に、内歯２４が径方向外方に向かう力を受けることになるので、内歯２４が径方向外方に逃げやすい。つまり、トリポード２０の各周方向位置において、外歯４３および内歯２４に加わる応力の差が大きくなる。このような形態に対しても、本発明により確実に応力を均一化することができる。これにより、トリポード２０の小型化や軽量化を図ることができる。
【００５２】
＜第一実施形態の変形態様＞
第一実施形態の変形態様について、図５を参照して説明する。上述した第一実施形態において、各圧入歯面間の圧入代は、トリポード２０の周方向位置に応じてその値を連続的に徐変するように設定されていた。これに対して、図５に示すように、トリポード２０のうちボス部２１およびトリポード軸部２２を含む第一の周方向位置Ｐ１において、圧入代は第一圧入代に設定される。さらに、トリポード２０のうちボス部２１のみを含む第二の周方向位置Ｐ２において、圧入代は第二圧入代に設定される。つまり、トリポード２０の各周方向位置において、圧入代は第一圧入代または第二圧入代のいずれかに設定される。この時、第一圧入代よりも第二圧入代の方が大きい。
【００５３】
一般に、トリポード型等速ジョイント１のトリポード２０は３本のトリポード軸部２２を等間隔に有している。つまり、トリポード２０は、周方向に亘り剛性が主として大小に分けることができる。よって、圧入代は断続的な２種類の圧入代に設定されるので、内スプライン２３を比較的容易に成形加工できる。しかし、より応力の均一化を図るという観点からは、圧入代を連続的に徐変するように設定する方が好ましい。
【００５４】
＜第二実施形態＞
第二実施形態の等速ジョイント１０１およびスプライン嵌合構造１０２について図６，７を参照して説明する。図６は、第二実施形態の等速ジョイント１０１の軸方向断面図である。図７は、内輪６０をシャフト４０の回転軸方向から見た図である。また、第二実施形態の等速ジョイント１０１は、ボール型等速ジョイントである。
【００５５】
等速ジョイント１０１は、図６に示すように、スプライン嵌合構造１０２を含み、外輪５０と、内輪６０と、ボール７０と、保持器８０と、シャフト４０とから構成される。
【００５６】
外輪５０は、筒状（例えば、有底筒状）に形成されており、一端側が他の動力伝達軸（図示せず）に連結される。さらに、外輪５０の筒状部分の内周面には、外輪軸方向（図６の左右方向）に延びる外輪ボール溝５１が、外輪軸の周方向に等間隔に６本形成されている。各外輪ボール溝５１における溝延伸方向に直交する断面形状が、円弧凹状をなしている。
【００５７】
内輪６０は、環状からなり、外輪５０の内側に配置されている。この内輪６０の外周面には、内輪軸方向（図６の左右方向）に延びる内輪ボール溝６１が、内輪軸の周方向に等間隔に６本形成されている。各内輪ボール溝６１における溝延伸方向に直交する断面形状が、円弧凹状をなしている。そして、内輪ボール溝６１は、外輪５０に形成される外輪ボール溝５１と同数形成されている。つまり、それぞれの内輪ボール溝６１が、外輪５０のそれぞれの外輪ボール溝５１に対向するように位置する。
【００５８】
また、図７に示すように、内輪６０の内周面には、複数の内歯６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，・・・により内スプライン６２が形成されている。この内スプライン６２は、シャフト４０の端部に形成された外スプライン４２に圧入嵌合する。また、内歯６３は、内輪軸方向に延びるように形成されている。ここで、内輪軸方向とは、内輪６０の中心軸を通る方向、すなわち、内輪６０の回転軸方向を意味する。
【００５９】
上述したように、内輪６０は、内周面に内スプライン６２を有する環状の部材である。さらに、外周面において内輪ボール溝６１が断続的に設けられている。これにより、内輪６０の内輪ボール溝６１が形成されていない部位は、他の部位と比較して剛性が高くなっている。一方、内輪６０の内輪ボール溝６１が形成されている部位、特に溝底の部位は、他の部位と比較して剛性が低くなっている。つまり、内輪６０は、周方向位置により剛性が異なる環状部材からなっている。
【００６０】
６個のボール７０は、それぞれ、外輪５０の外輪ボール溝５１および内輪６０の内輪ボール溝６１に配置されている。そして、それぞれのボール７０は、それぞれの外輪ボール溝５１およびそれぞれの内輪ボール溝６１に沿って転動自在であって、それぞれの外輪ボール溝５１およびそれぞれの内輪ボール溝６１に対して周方向（外輪軸回りまたは内輪軸回り）に係合している。従って、ボール７０は、外輪５０と内輪６０との間で動力を伝達する。
【００６１】
保持器８０は、環状からなり、外輪５０の内周面と内輪６０の外周面との間に配置されている。保持器８０の内周面は、内輪１２の最外周面にほぼ対応する部分球面凹状に形成されている。また、保持器８０の外周面は、部分球面凸状に形成されている。そして、保持器８０の内周面の球面中心と外周面の球面中心は、ジョイント回転中心に対して、軸方向に等距離だけそれぞれ反対側にオフセットさせている。そして、保持器８０には、周方向に等間隔に６個の開口窓部８１が形成されている。この開口窓部８１は、外輪ボール溝５１および内輪ボール溝６１と同数形成されている。そして、それぞれの開口窓部８１には、ボール７０がそれぞれ挿通されている。つまり、保持器８０は、６個のボール７０を保持している。
【００６２】
シャフト４０は、第一実施形態と共通なので詳細な説明を省略する。本実施形態において、内輪６０およびシャフト４０は、シャフト４０の軸方向に近接するように相対移動し、圧力を加えられて結合される。この時、外スプライン４２は、内輪６０に形成された内スプライン６２と圧入嵌合される。
【００６３】
ここで、内輪６０およびシャフト４０によるスプライン嵌合構造１０２については、第一実施形態におけるトリポード２０とシャフト４０によるスプライン嵌合構造２と共通する。よって、スプライン嵌合構造１０２における各圧入歯面間の圧入代の設定について説明する。ここで、圧入歯面とは、内歯６３の歯面および外歯４３歯面のうち、内輪６０とシャフト４０が圧入嵌合した状態で互いに圧接している部分的な歯面を意味する。
【００６４】
本実施形態のスプライン嵌合構造１０２における各圧入歯面間の圧入代は、内輪６０の周方向位置に応じてそれぞれ設定されている。図７に示すように、内歯６３ａの径方向外方には、内輪ボール溝６１の溝底の部位の径方向内方に位置する周方向位置となっている。この周方向位置において、内輪６１は径方向の肉厚ｄ１が最も薄くなり剛性が低くなっている。よって、内歯６３ａには大きな圧入代が設定されている。一方で、内歯６３ｃの径方向外方には、内輪ボール溝６１が形成されておらず、径方向の肉厚ｄ２が最も厚くなり剛性が高くなっている。よって、内歯６３ｃには小さな圧入代が設定されている。内歯６３ａと内歯６３ｃの間に位置する内歯６３ｂには、それぞれの中間程度の圧入代が設定されている。その他の内歯６３についても同様に圧入代が設定されている。
【００６５】
これにより、内輪６０とシャフト４０が圧入嵌合されると、剛性の低い部位に対して大きな圧入代が設定されているので、内歯６３の逃げを一部許容し、且つ、一定の圧入代を確保することができる。さらに、剛性の高い部位に対して小さな圧入代が設定されるので、応力の集中を防止することができる。よって、内歯６３と外歯４３に加わる応力を均一化することができる。従って、内輪６０に加わる最大応力を低減することができるので、スプライン嵌合に関して従来と比べて内輪６０に必要とされる強度が下がり、内輪６０の小型化や軽量化を図ることができる。
【００６６】
また、各圧入歯面間の圧入代の設定値は、各部位における応力の比の推定値に基づいている。この応力の比は、内輪６０の材質や設計上の形状や寸法などを用いて解析により、または実験により求められる各部位の剛性から推定することができる。つまり、内輪６０とシャフト４０との圧入時において、内輪６０が変形することにより内歯６３が逃げる量を推定する。そして、不均一となる応力の比から、各圧入歯面において応力が均一となるように適切な圧入代を設定することができる。また、このように一部において従来よりも小さな圧入代が設定されているが、それぞれの内歯６３および外歯４３の噛合により発生する結合力の総和は低減することのないように設定されている。
【００６７】
以上のことから、本実施形態によれば、第一実施形態に係るスプライン嵌合構造２と同様の効果を奏する。ここで、上述したスプライン嵌合構造２における他の特徴部分は、本実施形態の等速ジョイント１０１のスプライン嵌合構造１０２に適用することができる。この場合、スプライン嵌合構造２のそれぞれの特徴による効果と同一の効果を奏する。
【００６８】
＜その他＞
第一、第二実施形態において、各圧入歯面間の圧入代を設定するために、まず、外スプライン４２の外歯４３の歯厚を一定に設定した。そして、内スプライン２３，６２の内歯２４，６３の歯厚をそれぞれ周方向位置に応じて設定することで圧入代を設定した。これに対して、内歯２４，６３の歯厚を一定に設定し、且つ、外歯４３の歯厚を周方向位置に応じて設定する構成としても良い。これにより、周方向位置により歯厚が異なる外歯４３が外周面にあるため、一般に内周面加工よりも成形が容易となる。また、内歯２４，６３の歯厚および外歯４３の歯厚の両方を変更して、周方向位置に応じて歯厚が設定される構成としても良い。ただし、外歯４３を周方向位置によって異なる歯厚とすると、圧入時に継手部材との角度を決める（位相決めを行う）必要がある。このような組付け容易性の観点からは、外歯４３の歯厚を一定にし、内歯２４，６３の歯厚のみ周方向位置に応じて設定することが好ましい。
【００６９】
また、継手部材であるトリポード２０および内輪６０の各部位の剛性は、それぞれの材質や設計上の形状や寸法を用いて解析により、または実験により求めることができるものである。しかし、この各部位の剛性は、各部位の応力の比を求めることができれば十分である。そして、部材の各部位の剛性は、その部位における径方向の厚みに影響されるものと考えられる。よって、各部位の剛性をそれぞれの部位における径方向の最大厚みとみなしてもよい。つまり、継手部材が均一の材質からなり、対称性を有することから、径方向の最大厚みに応じて圧入代を定量的に求めることができる。これにより、簡易に各圧入歯面間の圧入代を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】第一実施形態：等速ジョイント１の軸方向断面図である。
【図２】スプライン嵌合構造２の分解状態を示す軸方向断面図である。
【図３】スプライン嵌合構造２をシャフト４０の回転軸方向から見た図である。
【図４】スプライン嵌合前の内歯２４および外歯４３を示す拡大図である。
【図５】第一実施形態の変形態様：トリポードの正面図である。
【図６】第二実施形態：等速ジョイント１０１の軸方向断面図である。
【図７】内輪６０をシャフト４０の回転軸方向から見た図である。
【符号の説明】
【００７１】
１：摺動式トリポード型等速ジョイント、 １０１：ボール型等速ジョイント
２，１０２：スプライン嵌合構造
１０：外輪、 １１：軌道溝
２０：トリポード、 ２１：ボス部、 ２２：トリポード軸部、 ２３：内スプライン
２４ａ〜２４ｒ：内歯
３０：ローラ、 ３１：ニードル
４０：シャフト、 ４１：シャフト本体、 ４２：外スプライン
４３ａ〜４３ｒ：外歯
５０：外輪、 ５１：外輪ボール溝
６０：内輪、 ６１：内輪ボール溝、 ６２：内スプライン
６３ａ，６３ｂ，６３ｃ：内歯
７０：ボール
８０：保持器、 ８１：開口窓部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトのスプライン嵌合構造、この構造を含む摺動式トリポード型等速ジョイントおよびボール型等速ジョイントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スプライン嵌合構造は、外周面に外スプラインが形成されたシャフトと、内周面に内スプラインが形成された継手部材を備える。そして、この継手部材にシャフトを圧入することで嵌合し、両者間で動力伝達を可能としている。このような構造において、外スプラインを形成する複数の外歯と、内スプラインを形成する複数の内歯との間に隙間が残ると、回転ガタなどが生じ動力伝達の妨げとなる。そこで、外歯と内歯の歯面が圧接するように、例えば、特開平６−１０１７１９号公報（特許文献１）に記載されたものがある。このスプライン嵌合構造は、外歯および内歯において歯厚方向の圧入代を確保している。つまり、外歯と内歯の歯面同士が圧入されている。これにより、回転ガタの発生を防止できるものとされている。
【０００３】
また、このようなスプライン嵌合構造は、車両の動力伝達装置などに使用される。例えば、特開２００８−１６４１２９号公報（特許文献２）に記載されているように、ドライブシャフトの一部である摺動式トリポード型等速ジョイントがある。この摺動式トリポード型等速ジョイントは、３本の軌道溝が形成された筒状の外輪と、径方向に延びる３本のトリポード軸部を有するトリポードと、それぞれのトリポード軸部に軸支されるローラを備える。そして、このトリポードの内周面に形成された内スプラインと、シャフトの外周面に形成された外スプラインが圧入嵌合することでスプライン嵌合構造をなしている。これにより、外輪およびシャフトは、トリポードとローラを介することで動力を伝達している。
【特許文献１】特開平６−１０１７１９号公報
【特許文献２】特開２００８−１６４１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、例えば、特許文献２のスプライン嵌合構造において、シャフトが圧入されるトリポードは、３本のトリポード軸部を有することからも明らかなように周方向位置により肉厚が異なる。つまり、継手部材であるトリポードの各部位は、周方向位置により剛性が異なっているものと考えられる。このような継手部材にシャフトを圧入した場合に、継手部材の各部位における剛性の高低により、内スプラインを形成する内歯が径方向外方に逃げてしまうことがある。このような場合に、内歯の逃げた部位においては圧入代が減少することとなる。すると、他の部位において応力が集中することになり、全周に亘り応力が不均一な状態となる。
【０００５】
一方で、応力が不均一とならないように、全体の圧入代を減少させるとシャフトと継手部材の結合力も減少してしまう。よって、十分な動力伝達ができなくなってしまうおそれがある。また、圧入時に内歯が逃げないようにするため、または、最大応力に耐えうるために継手部材を厚肉化すると装置が大型化し、また重量が増してしまうことが懸念される。
【０００６】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、周方向位置により剛性が異なる継手部材との圧入嵌合において、シャフトとの結合力を損なうことなくスプラインに加わる最大の応力を低減することができるスプライン嵌合構造、またこの構造を含む摺動式トリポード型等速ジョイントおよびボール型等速ジョイント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】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、
軸状に形成され、外周面において軸方向に延びる複数の外歯により外スプラインが形成されたシャフトと、
周方向位置により剛性が異なる環状部材からなり、前記環状部材の内周面において軸方向に延びる複数の内歯により内スプラインが形成された継手部材であって、前記シャフトの前記外歯に前記内歯が圧入嵌合されたものと、
を備え、
前記外歯の歯面と前記内歯の歯面との間の圧入代は、前記継手部材の前記周方向位置に応じてそれぞれ設定されていることである。
【０００８】
請求項２に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、
前記圧入代は、前記内歯の歯面に対して径方向外方へ同一荷重をかけた場合の当該歯面の径方向の撓み量に応じて、それぞれ設定されていることである。
【０００９】
請求項３に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１において、
前記圧入代は、前記内歯の圧入歯面の径方向外方に位置する前記継手部材の各部位における剛性に応じて、それぞれ設定されていることである。
【００１０】
請求項４に記載の発明の構成上の特徴は、請求項３において、
前記圧入代は、前記継手部材の前記各部位の軸方向幅において最大となる剛性に応じて、それぞれ設定されていることである。
【００１１】
請求項５に記載の発明の構成上の特徴は、請求項３または４において、
前記圧入代は、前記継手部材の前記各部位における径方向の最大厚みに応じてそれぞれ設定されていることである。
【００１２】
請求項６に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜５の何れか一項において、
前記圧入代は、前記外歯の歯厚および前記内歯の歯厚の少なくとも一方が前記周方向位置に応じてそれぞれ設定されることにより、それぞれ設定されていることである。
【００１３】
請求項７に記載の発明の構成上の特徴は、請求項１〜６の何れか一項において、
前記外歯の圧入歯面における法線ベクトルは、前記シャフトの径方向外方の成分を有するように設定され、
前記内歯の前記圧入歯面における法線ベクトルは、前記シャフトの径方向内方の成分を有するように設定されていることである。
【００１４】
上記の課題を解決するため、請求項８に記載の発明の構成上の特徴は、
筒状に形成され、内周面に外輪回転軸方向に延びる３本の軌道溝が形成された外輪と、
シャフトと連結されるボス部、および、前記ボス部の外周面からそれぞれ前記ボス部の径方向外方に延びるように立設され各前記軌道溝に挿入される３本のトリポード軸部を有するトリポードと、
前記軌道溝に転動可能に挿入されると共に、前記トリポード軸部に軸支されるローラと、
を備える摺動式トリポード型等速ジョイントであって、
前記シャフトは、外周面において軸方向に延びる複数の外歯により外スプラインが形成され、
前記トリポードは、前記ボス部の内周面において前記シャフトの軸方向に延びる複数の内歯により内スプラインが形成され、前記シャフトの前記外歯に前記内歯が圧入嵌合され、
前記外歯の歯面と前記内歯の歯面との間の圧入代は、前記トリポードの周方向位置に応じて、それぞれ設定されていることである。
【００１５】
請求項９に記載の発明の構成上の特徴は、請求項８において、
前記圧入代は、前記ボス部のうち径方向外方に前記トリポード軸部が存在する領域において第一圧入代に設定され、その他の領域において前記第一圧入代より大きい第二圧入代に設定されていることである。
【００１６】
上記の課題を解決するため、請求項１０に記載の発明の構成上の特徴は、
筒状に形成され、内周面に外輪回転軸方向に延びる複数の外輪ボール溝が形成された外輪と、
シャフトと連結される環状部材であり、外周面に内輪軸方向に延びる複数の内輪ボール溝が形成され、前記外輪の内側に配置される内輪と、
それぞれの前記外輪ボール溝およびそれぞれの前記内輪ボール溝に対して周方向に係合し、前記外輪と前記内輪との間で動力を伝達する複数のボールと、
環状からなり、前記外輪と前記内輪との間に配置され、周方向に前記ボールをそれぞれ収容する複数の開口窓部が形成された保持器と、
を備えるボール形等速ジョイントであって、
前記シャフトは、外周面において軸方向に延びる複数の外歯により外スプラインが形成され、
前記内輪は、前記内輪の内周面において前記シャフトの軸方向に延びる複数の内歯により内スプラインが形成され、前記シャフトの前記外歯に前記内歯が圧入嵌合され、
前記外歯の歯面と前記内歯の歯面との間の圧入代は、前記内輪の周方向位置に応じて、それぞれ設定されていることである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に係る発明によると、外スプラインを形成する外歯の歯面と、内スプラインを形成する内歯の歯面が圧接するように圧入代が設定される構成となっている。そして、この圧入代は、圧入歯面が位置する継手部材の周方向位置に応じて設定されている。つまり、各周方向位置に位置する圧入歯面間の圧入代は、その周方向位置における継手部材の部位に適するように個々に異なる量が設定される。このような構成とすることで、外歯および内歯に加わる応力を均一化することができる。従って、継手部材に加わる最大応力を低減することができるので、従来と比べて継手部材に必要とされる強度が下がり、継手部材の小型化や軽量化を図ることができる。
【００１８】
請求項２に係る発明によると、各圧入歯面間の圧入代は、その圧入歯面が位置する周方向位置において、継手部材の径方向の撓み量に応じてそれぞれ設定される。ここで、径方向の撓み量とは、継手部材の内歯の歯面のうち、外歯と圧接する部分に対して径方向外方へ荷重をかけた場合に、その継手部材の部位が撓む量のことである。この撓み量について、継手部材の材質や設計上の形状や寸法などを用いて解析により、または実験によりそれぞれの内歯に対して求めることで圧入代が設定される。これにより、シャフトとの圧入時において、継手部材が撓むことにより内歯が逃げる量を推測することができる。よって、より適切な圧入代を設定することができ、外歯および内歯に加わる応力を均一化することができる。
【００１９】
請求項３に係る発明によると、各圧入歯面間の圧入代は、その圧入歯面が位置する周方向位置の継手部材の部位における剛性に応じてそれぞれ設定されている。ここで、継手部材の部位における剛性とは、継手部材に荷重がかけられた場合に、その継手部材の部位が変形に抵抗する度合いのことである。すなわち、この剛性は、実質的に曲げ剛性に相当する。この継手部材の部位における剛性について、継手部材の材質や設計上の形状や寸法などを用いて解析により、または実験によりそれぞれの内歯に対して求めることで圧入代が設定される。つまり、ある周方向位置の圧入代は、その圧入歯面の外側に位置する継手部材の部位における剛性の高低により設定される。これにより、シャフトとの圧入時において、継手部材が変形することにより内歯が逃げる量を推測することができる。よって、より適切な圧入代を設定することができ、外歯および内歯に加わる応力を均一化することができる。
【００２０】
請求項４に係る発明によると、より適切な圧入代の設定ができる。継手部材は、周方向位置により剛性が異なるように環状に形成されている。この環状からなる継手部材は、ある周方向位置の軸方向幅において厚みが一定でないことがある。このような場合には、継手部材は軸方向幅において剛性が異なることになる。そこで、圧入歯面間の圧入代は、軸方向幅において最大となる剛性に応じて設定することでより適切な値とすることができる。よって、適切な圧入代によって、外歯および内歯に加わる応力を均一化することができる。
【００２１】
請求項５に係る発明によると、各圧入歯面間の圧入代は、その圧入歯面が位置する周方向位置の継手部材の部位における最大厚みに応じてそれぞれ設定されている。継手部材の各部位における径方向の最大厚みをそれぞれの部位における剛性とみなすことで、簡易に圧入代を設定することができる。各部位の剛性は、各部位の外歯および内歯に加わる応力の比を求めることができれば十分である。そして、部材の各部位の剛性は、その部位における径方向の厚みに影響されるものと考えられる。よって、各部位の剛性をそれぞれの部位における径方向の最大厚みとみなしてもよい。つまり、継手部材が均一の材質からなり、対称性を有することから、径方向の最大厚みに応じて圧入代を定量的に求めることができる。
【００２２】
請求項６に係る発明によると、外歯の歯厚および内歯の歯厚の少なくとも一方は、圧入歯面が位置する継手部材の周方向位置に応じて設定される構成となっている。これにより、各圧入歯面間の圧入代は、上記歯厚の設定によりそれぞれ設定される。そこで、例えば、各外歯の歯厚を一定にし、内歯の歯厚を各周方向位置に応じてそれぞれ所定の値とすることで、各圧入歯面間の圧入代をそれぞれ設定することができる。また、外スプラインの外歯を一定にする場合は、組付け時において、周方向位置を考慮する必要なく継手部材にシャフトを圧入することができる。一方、内スプラインの内歯を一定にする場合は、周方向位置により歯厚が異なる外歯が外周面にあるため、一般に内周面加工よりも成形が容易となる。
【００２３】
請求項７に係る発明によると、外歯の圧入歯面における法線ベクトルがシャフトの径方向外方成分を有し、内歯の圧入歯面における法線ベクトルがシャフトの径方向内方成分を有する構成となっている。このような構成では、外歯と内歯が圧接する圧入歯面は、いずれの歯底面に対して傾斜することになる。従って、継手部材にシャフトを圧入した場合に、内歯が径方向外方に向かう力を受けることになるので、内歯が径方向外方に逃げやすい。つまり、継手部材の各周方向位置において、外歯および内歯に加わる応力の差が大きくなる。このような形態に対しても、確実に応力を均一化することができる。これにより、継手部材の小型化や軽量化を図ることができる。
【００２４】
請求項８に係る発明によると、継手部材が摺動式トリポード型等速ジョイントのトリポードであり、シャフトとトリポードがスプライン嵌合構造をなす構成となっている。そして、シャフトの外スプラインを形成する外歯の歯面と、トリポードの内スプラインを形成する内歯の歯面が圧接するように圧入代が設定される構成となっている。そして、この圧入代は、圧入歯面が位置するトリポードの周方向位置に応じて設定されている。つまり、各周方向位置に位置する圧入歯面間の圧入代は、その周方向位置におけるトリポードの部位に適するように個々に異なる量が設定される。つまり、本発明によれば、上述した請求項１に係るスプライン嵌合構造による効果を奏する。ここで、上述したスプライン嵌合構造における他の特徴部分は、本発明の摺動式トリポード型等速ジョイントのスプライン嵌合構造に適用することができる。この場合、スプライン嵌合構造のそれぞれの特徴による効果と同一の効果を奏する。
【００２５】
請求項９に係る発明によると、トリポードの各周方向位置において、圧入歯面間の圧入代は、第一圧入代または第二圧入代のいずれかに設定される構成となっている。一般に、摺動式トリポード型等速ジョイントのトリポードは３本のトリポード軸部を等間隔に有している。そして、トリポードのうちボス部およびトリポード軸部を含む第一の周方向位置において、圧入代は第一圧入代に設定される。また、トリポードのうちボス部のみを含む第二の周方向位置において、圧入代は第一圧入代より大きい第二圧入代に設定される。このように、圧入歯面間の圧入代を圧入歯面が位置する周方向位置により、何れか一方の圧入代に簡易に設定することができる。また、圧入代は断続的な２種類の圧入代に設定されるので、外スプラインまたは内スプラインを比較的容易に成形加工できる。
【００２６】
請求項１０に係る発明によると、継手部材がボール型等速ジョイントの内輪であり、シャフトと内輪がスプライン嵌合構造をなす構成となっている。そして、シャフトの外スプラインを形成する外歯の歯面と、内輪の内スプラインを形成する内歯の歯面が圧接するように圧入代が設定される構成となっている。そして、この圧入代は、圧入歯面が位置する内輪の周方向位置に応じて設定されている。つまり、各周方向位置に位置する圧入歯面間の圧入代は、その周方向位置における内輪の部位に適するように個々に異なる量が設定される。つまり、本発明によれば、上述した請求項１に係るスプライン嵌合構造による効果を奏する。ここで、上述したスプライン嵌合構造における他の特徴部分は、本発明のボール型等速ジョイントのスプライン嵌合構造に適用することができる。この場合、スプライン嵌合構造のそれぞれの特徴による効果と同一の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明のスプライン嵌合構造を含む摺動式トリポード型等速ジョイントおよびボール型等速ジョイント（以下、単に「等速ジョイント」と称する。）を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。ここで、本実施形態の等速ジョイントは、車両の動力伝達シャフトの連結に用いる場合を例に挙げて説明する。例えば、ディファレンシャルギヤに連結された軸部とドライブシャフトの中間シャフトとの連結部位に用いる場合である。
【００２８】
＜第一実施形態＞
第一実施形態の等速ジョイント１およびスプライン嵌合構造２について図１，２を参照して説明する。図１は、第一実施形態の等速ジョイント１の軸方向断面図である。図２は、スプライン嵌合構造２の分解状態を示す軸方向断面図である。
【００２９】
等速ジョイント１は、図１に示すように、スプライン嵌合構造２を含み、外輪１０と、トリポード２０と、ローラ３０と、シャフト４０とから構成される。
【００３０】
外輪１０は、筒状（例えば、有底筒状）に形成されており、一端側がディファレンシャルギヤ（図示せず）に連結されている。そして、外輪１０の筒状部分の内周面には、外輪軸方向（図１の左右方向）に延びる軌道溝１１が、外輪軸の周方向に等間隔に３本形成されている。各軌道溝１１における溝延伸方向に直交する断面形状が、コの字形をなしている。つまり、各軌道溝１１は、ほぼ平面状に形成され且つ幅方向中央部に逃げ凹溝が形成された溝底面と、相互に対向し且つ深さ方向の中央部における対向距離が最も大きくなるような円弧凹状に形成される両側の溝側面とを備える。
【００３１】
トリポード２０は、外輪１０の筒状部分の内側に配置されている。このトリポード２０は、ボス部２１と、３本のトリポード軸部２２とを備える。ボス部２１は、環状であり、外周面がほぼ球面凸状に近似した形状となるように形成されている。それぞれのトリポード軸部２２は、ボス部２１の外周面からそれぞれボス部２１の径方向外方に延びるように立設された円柱状をなしている。これらのトリポード軸部２２は、ボス部２１の周方向に等間隔（１２０ｄｅｇ間隔）に形成されている。ボス部２１の外周面の周方向において、トリポード軸部２２の根元部の両端角度は、約６０ｄｅｇとされている。つまり、ボス部２１の外周面の周方向において、トリポード軸部２２が存在する角度範囲と、トリポード軸部２２が存在しない角度範囲とが、約６０ｄｅｇ毎に交互に位置している。そして、それぞれのトリポード軸部２２の少なくとも先端部は、外輪１０のそれぞれの軌道溝１１内に挿入されている。
【００３２】
また、図２に示すように、ボス部２１の内周面には複数の内歯２４により内スプライン２３が形成されている。この内スプライン２３は、後述するシャフト４０の端部に形成された外スプライン４２と圧入嵌合される。また、内歯２４は、シャフト４０の軸方向に延びるように形成されている。内スプライン２３の内歯２４および嵌合構造に関する詳細については後述する。
【００３３】
上述したように、トリポード２０は、内周面に内スプライン２３を有する環状の部材である。さらに、外周面においてトリポード軸部２２が約６０ｄｅｇ間隔に断続的に設けられている。これにより、トリポード２０は、ボス部２１とトリポード軸部２２を含む部位では、他の部位と比較して剛性が高くなっている。つまり、トリポード２０は、周方向位置により剛性が異なる環状部材からなっている。
【００３４】
ローラ３０は、図１に示すように、環状である。このローラ３０は、トリポード軸部２２の外周側に、複数のニードル３１を介してトリポード軸（トリポード軸部２２の軸心）周りに回転可能に、且つ、トリポード軸方向に摺動可能に軸支されている。さらに、ローラ３０は、外輪１０の軌道溝１１の溝側面に転動可能に且つ揺動可能に挿入されている。
【００３５】
シャフト４０は、図２に示すように、軸状であり、シャフト本体４１と、外スプライン４２とを備える。外スプライン４２は、シャフト本体４１の端部の外周面において軸方向に延びる複数の外歯４３により形成されている。つまり、トリポード２０およびシャフト４０は、図２の軸線方向において近接するように相対移動し、圧力を加えられて結合される。この時、外スプライン４２は、トリポード２０のボス部２１に形成された内スプライン２３と圧入嵌合される。
【００３６】
ここで、トリポード２０およびシャフト４０によるスプライン嵌合構造２について、図３，４を参照して説明する。図３は、スプライン嵌合構造２をシャフト４０の回転軸方向から見た図である。図４は、スプライン嵌合前の内歯２４および外歯４３を示す拡大図である。
【００３７】
スプライン嵌合構造２は、図３に示すように、トリポード２０の内スプライン２３にシャフト４０の外スプライン４２が圧入嵌合されてなる。この時、内スプライン２３を形成する複数の内歯２４と、外スプライン４２を形成する複数の外歯４３とが噛合している。そして、それぞれの内歯２４の歯面と、外歯４３の歯面が互いに圧接している。これにより、トリポード２０とシャフト４０は、周方向の隙間がないため、回転ガタが生じないように結合されている。従って、トリポード２０は、継手部材としてシャフト４０にスプライン嵌合され、ローラ３０を介して外輪１０とシャフト４０の間の動力を伝達可能としている。
【００３８】
ところで、それぞれの内歯２４と外歯４３は、スプライン嵌合したトリポード２０とシャフト４０の抜けを防止する必要がある。そこで、トリポード２０とシャフト４０の十分な結合力を得るために、噛合する内歯２４と外歯４３は、相対して所定の圧入代が設定されている。これにより、各圧入歯面の反発力から発生する摩擦力で結合している。このようなスプライン嵌合によるシャフトと継手部材の結合は、一般的にスプライン歯同士の噛合により発生する結合力の総和により抜けを防止している。つまり、それぞれのスプライン嵌合に必要な結合力を得られるように圧入代は所定量に設定されている。ここで、圧入歯面とは、内歯２４の歯面および外歯４３歯面のうち、トリポード２０とシャフト４０が圧入嵌合した状態で互いに圧接している部分的な歯面を意味する。
【００３９】
ここで、本実施形態における圧入代の設定について説明する。内スプライン２３の内歯２４の圧入歯面における法線ベクトルＶｉ（図４に示す）は、シャフト４０の径方向内方の成分を有するように設定されている。また、外スプライン４２の外歯４３の圧入歯面における法線ベクトルＶｏ（図４に示す）は、シャフト４０の径方向外方の成分を有するように設定されている。
【００４０】
内スプライン２３の内歯２４および外スプライン４２の外歯４３について、歯数が１８、ピッチ円直径ＰＣＤが１９．０５ｍｍになるように形成されている。このような条件では、全ての内歯２４および外歯４３のピッチ円上の円弧歯厚が約１．６６ｍｍの場合に圧入代が０ｍｍとなる。
【００４１】
そして、本実施形態では、外スプライン４２の外歯４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，・・・，４３ｒのピッチ円上の円弧歯厚は、全て１．６６ｍｍに設定されている。一方、内スプライン２３の内歯２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，・・・，２４ｒのピッチ円上の円弧歯厚は、周方向位置に応じて異なるように設定されている。ここで、図３におけるトリポード２０の中心を回転中心として、図３の上方に延びるトリポード軸部２２の軸心方向を角度０ｄｅｇとし、図３の右回りを正方向として説明する。
【００４２】
０〜１２０ｄｅｇの角度範囲においては、両端に位置する内歯２４ａ，２４ｆのピッチ円上の円弧歯厚が１．７０ｍｍ、それらの内側に位置する内歯２４ｂ，２４ｅの当該歯厚が１．７３ｍｍ、角度６０ｄｅｇ付近に位置する内歯２４ｃ，２４ｄの当該歯厚が１．７８ｍｍに設定されている。残りの１２０〜２４０ｄｅｇの角度範囲である内歯２４ｇ〜２４ｌ、および２４０〜３６０ｄｅｇの角度範囲である内歯２４ｍ〜２４ｒは、同様のパターンで設定されている。
【００４３】
つまり、図４に示すように、内歯２４と外歯４３の寸法から得られる圧入代は、以下の通りとなる。すなわち、外歯４３ｂの一方側歯面の圧入代ｗ１は、円弧歯厚ｔ１が１．７０ｍｍである内歯２４ａにより０．０２ｍｍ（＝（１．７０−１．６６）／２）となる。また、外歯４３ｂの他方側歯面の圧入代ｗ２は、円弧歯厚ｔ２が１．７３ｍｍである内歯２４ｂにより０．０３５ｍｍ（＝（１．７３−１．６６）／２）となる。よって、外歯４３ｂの圧入代はｗ１とｗ２の和から、０．０５５ｍｍ（＝０．０２＋０．３５）となる。同様に、０〜１２０ｄｅｇの角度範囲における外スプライン４２の圧入代は、外歯４３ａ，４３ｇが０．０４ｍｍ、外歯４３ｂ，４３ｆが０．０５５ｍｍ、外歯４３ｃ，４３ｅが０．０９５ｍｍ、外歯４３ｄが０．１２ｍｍに設定されている。残りの周角度範囲の圧入代についても同様のパターンで設定される。つまり、内歯２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，・・・，２４ｒの円弧歯厚を周方向位置に応じて設定することにより、各圧入歯面間の圧入代はそれぞれ設定される。
【００４４】
このような構成において、外スプライン４２における圧入代について見る。すると、圧入歯面に対してシャフト４０の径方向外方にトリポード軸部２２が立設されている０ｄｅｇの周方向位置にある外歯４３ａは、最小の圧入代である０．０４ｍｍが設定されている。これから角度を増す毎に圧入代は増加する。そして、トリポード軸部２２が立設される位置の中間にあたる６０ｄｅｇの周方向位置にある外歯４３ｄは、最大の圧入代である０．１２ｍｍが設定されている。これから、さらに角度を増す毎に圧入代は減少する。そして、トリポード軸部２２が立設されている１２０ｄｅｇの周方向位置にある外歯４３ｇで再び最小の圧入代である０．０４ｍｍが設定されている。
【００４５】
ここで、比較例として、上述した歯数およびピッチ円直径ＰＣＤの条件の場合に、周方向位置に関わりなく一定の圧入代を設定した場合について説明する。例えば、内スプライン２３の各内歯２４の円弧歯厚を１．７６ｍｍに設定した場合を考える。このような場合では、各外歯４３の圧入代は、それぞれ０．１０ｍｍに設定されることになる。しかし、トリポード軸部２２が立設される位置の中間にあたる６０ｄｅｇ近傍の部位の剛性は低い。よって、内歯２４がシャフト４０径方向外方に逃げてしまうことがある。これにより、実際には、内歯２４の逃げた部位においては圧入代が０．１０ｍｍよりも小さい値となる。すると、他の比較的剛性が高い、換言すれば実際の圧入代が大きい０ｄｅｇ近傍および１２０ｄｅｇ近傍の部位においては応力が集中することになり、全周に亘り応力が不均一な状態となる。
【００４６】
これに対して、本実施形態のスプライン嵌合構造２における各圧入歯面間の圧入代は、トリポード２０の周方向位置に応じてそれぞれ設定されている。具体的には、剛性の低い部位に対して大きな圧入代が設定されているので、内歯２４の逃げを一部許容し、且つ、一定の圧入代を確保することができる。一方、相対的に、剛性の高い部位に対して小さな圧入代が設定されるので、当該部位に応力が集中することを防止することができる。よって、内歯２４と外歯４３に加わる応力を均一化することができる。従って、トリポード２０に加わる最大応力を低減することができるので、スプライン嵌合に関して従来と比べてトリポード２０に必要とされる強度が下がり、トリポード２０の小型化や軽量化を図ることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、各圧入歯面間の圧入代を０．０４ｍｍ〜０．１２ｍｍとなるように設定した。これは、各部位に一定の圧入代を設定した場合に、各部位における応力の比の推定値に基づいている。この応力の比は、トリポード２０の材質や設計上の形状や寸法などを用いて解析により、または実験により求められる各部位の剛性から推定することができる。つまり、トリポード２０とシャフト４０との圧入時において、トリポード２０が変形することにより内歯２４が逃げる量を推定する。そして、不均一となる応力の比から、各圧入歯面において応力が均一となるように適切な圧入代を設定することができる。また、このように一部において従来よりも小さな圧入代が設定されているが、それぞれの内歯２４および外歯４３の噛合により発生する結合力の総和は低減することのないように設定されている。
【００４８】
また、上記においては、各周方向位置の圧入代は、トリポード２０の剛性に応じて設定した。つまり、トリポード２０の剛性が高い周方向位置の圧入代は、小さく設定し、トリポード２０の剛性が低い周方向位置の圧入代は、大きく設定した。このことは、別の見方をすると、各圧入歯面に対してトリポード２０に径方向外方へ同一荷重をかけた場合に、トリポード２０における圧入歯面の径方向の撓み量に応じて圧入代を設定することと同じ意味となる。この撓み量は、剛性の場合と同様に、トリポード２０の材質や設計上の形状や寸法などを用いて解析により、または実験により、それぞれの内歯２４に対して求められるものである。
【００４９】
その他、トリポード２０の各部位の剛性について、材質や設計上の形状や寸法などを用いて解析により求められるが、特に軸方向幅において最大となる剛性に応じて圧入代を設定しても良い。例えば、本実施形態のように、トリポード２０のような継手部材では、図２に示すようにボス部２１の厚みが一定でないことがある。このような場合は、トリポード２０は軸方向幅において剛性が異なることになる。そこで、圧入歯面間の圧入代は、例えば、最大厚みＴｍの部位で最大となる剛性に応じて設定することでより適切な値とすることができる。よって、適切な圧入代によって、内歯２４および外歯４３に加わる応力を均一化することができる。
【００５０】
さらに、本実施形態では、各外歯４３の歯厚を一定にして、内歯２４の歯厚を各周方向位置に応じてそれぞれ所定の値とすることで、各圧入歯面間の圧入代が設定されている。これにより、シャフト４０は、周方向位置による外歯４３の形状に変化がないので、組付け時において周方向位置を考慮する必要がなくトリポード２０に圧入することができる。
【００５１】
また、図４に示すように、外歯４３の圧入歯面における法線ベクトルＶｏは、シャフト４０の径方向外方の成分を有するように設定されている。同様に、内歯２４の圧入歯面における法線ベクトルＶｉは、シャフト４０の径方向内方の成分を有するように設定されている。これにより、外歯４３と内歯２４が圧接する圧入歯面は、いずれの歯底面に対して傾斜することになる。従って、トリポード２０にシャフト４０を圧入した場合に、内歯２４が径方向外方に向かう力を受けることになるので、内歯２４が径方向外方に逃げやすい。つまり、トリポード２０の各周方向位置において、外歯４３および内歯２４に加わる応力の差が大きくなる。このような形態に対しても、本発明により確実に応力を均一化することができる。これにより、トリポード２０の小型化や軽量化を図ることができる。
【００５２】
＜第一実施形態の変形態様＞
第一実施形態の変形態様について、図５を参照して説明する。上述した第一実施形態において、各圧入歯面間の圧入代は、トリポード２０の周方向位置に応じてその値を連続的に徐変するように設定されていた。これに対して、図５に示すように、トリポード２０のうちボス部２１およびトリポード軸部２２を含む第一の周方向位置Ｐ１において、圧入代は第一圧入代に設定される。さらに、トリポード２０のうちボス部２１のみを含む第二の周方向位置Ｐ２において、圧入代は第二圧入代に設定される。つまり、トリポード２０の各周方向位置において、圧入代は第一圧入代または第二圧入代のいずれかに設定される。この時、第一圧入代よりも第二圧入代の方が大きい。
【００５３】
一般に、トリポード型等速ジョイント１のトリポード２０は３本のトリポード軸部２２を等間隔に有している。つまり、トリポード２０は、周方向に亘り剛性が主として大小に分けることができる。よって、圧入代は断続的な２種類の圧入代に設定されるので、内スプライン２３を比較的容易に成形加工できる。しかし、より応力の均一化を図るという観点からは、圧入代を連続的に徐変するように設定する方が好ましい。
【００５４】
＜第二実施形態＞
第二実施形態の等速ジョイント１０１およびスプライン嵌合構造１０２について図６，７を参照して説明する。図６は、第二実施形態の等速ジョイント１０１の軸方向断面図である。図７は、内輪６０をシャフト４０の回転軸方向から見た図である。また、第二実施形態の等速ジョイント１０１は、ボール型等速ジョイントである。
【００５５】
等速ジョイント１０１は、図６に示すように、スプライン嵌合構造１０２を含み、外輪５０と、内輪６０と、ボール７０と、保持器８０と、シャフト４０とから構成される。
【００５６】
外輪５０は、筒状（例えば、有底筒状）に形成されており、一端側が他の動力伝達軸（図示せず）に連結される。さらに、外輪５０の筒状部分の内周面には、外輪軸方向（図６の左右方向）に延びる外輪ボール溝５１が、外輪軸の周方向に等間隔に６本形成されている。各外輪ボール溝５１における溝延伸方向に直交する断面形状が、円弧凹状をなしている。
【００５７】
内輪６０は、環状からなり、外輪５０の内側に配置されている。この内輪６０の外周面には、内輪軸方向（図６の左右方向）に延びる内輪ボール溝６１が、内輪軸の周方向に等間隔に６本形成されている。各内輪ボール溝６１における溝延伸方向に直交する断面形状が、円弧凹状をなしている。そして、内輪ボール溝６１は、外輪５０に形成される外輪ボール溝５１と同数形成されている。つまり、それぞれの内輪ボール溝６１が、外輪５０のそれぞれの外輪ボール溝５１に対向するように位置する。
【００５８】
また、図７に示すように、内輪６０の内周面には、複数の内歯６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，・・・により内スプライン６２が形成されている。この内スプライン６２は、シャフト４０の端部に形成された外スプライン４２に圧入嵌合する。また、内歯６３は、内輪軸方向に延びるように形成されている。ここで、内輪軸方向とは、内輪６０の中心軸を通る方向、すなわち、内輪６０の回転軸方向を意味する。
【００５９】
上述したように、内輪６０は、内周面に内スプライン６２を有する環状の部材である。さらに、外周面において内輪ボール溝６１が断続的に設けられている。これにより、内輪６０の内輪ボール溝６１が形成されていない部位は、他の部位と比較して剛性が高くなっている。一方、内輪６０の内輪ボール溝６１が形成されている部位、特に溝底の部位は、他の部位と比較して剛性が低くなっている。つまり、内輪６０は、周方向位置により剛性が異なる環状部材からなっている。
【００６０】
６個のボール７０は、それぞれ、外輪５０の外輪ボール溝５１および内輪６０の内輪ボール溝６１に配置されている。そして、それぞれのボール７０は、それぞれの外輪ボール溝５１およびそれぞれの内輪ボール溝６１に沿って転動自在であって、それぞれの外輪ボール溝５１およびそれぞれの内輪ボール溝６１に対して周方向（外輪軸回りまたは内輪軸回り）に係合している。従って、ボール７０は、外輪５０と内輪６０との間で動力を伝達する。
【００６１】
保持器８０は、環状からなり、外輪５０の内周面と内輪６０の外周面との間に配置されている。保持器８０の内周面は、内輪１２の最外周面にほぼ対応する部分球面凹状に形成されている。また、保持器８０の外周面は、部分球面凸状に形成されている。そして、保持器８０の内周面の球面中心と外周面の球面中心は、ジョイント回転中心に対して、軸方向に等距離だけそれぞれ反対側にオフセットさせている。そして、保持器８０には、周方向に等間隔に６個の開口窓部８１が形成されている。この開口窓部８１は、外輪ボール溝５１および内輪ボール溝６１と同数形成されている。そして、それぞれの開口窓部８１には、ボール７０がそれぞれ挿通されている。つまり、保持器８０は、６個のボール７０を保持している。
【００６２】
シャフト４０は、第一実施形態と共通なので詳細な説明を省略する。本実施形態において、内輪６０およびシャフト４０は、シャフト４０の軸方向に近接するように相対移動し、圧力を加えられて結合される。この時、外スプライン４２は、内輪６０に形成された内スプライン６２と圧入嵌合される。
【００６３】
ここで、内輪６０およびシャフト４０によるスプライン嵌合構造１０２については、第一実施形態におけるトリポード２０とシャフト４０によるスプライン嵌合構造２と共通する。よって、スプライン嵌合構造１０２における各圧入歯面間の圧入代の設定について説明する。ここで、圧入歯面とは、内歯６３の歯面および外歯４３歯面のうち、内輪６０とシャフト４０が圧入嵌合した状態で互いに圧接している部分的な歯面を意味する。
【００６４】
本実施形態のスプライン嵌合構造１０２における各圧入歯面間の圧入代は、内輪６０の周方向位置に応じてそれぞれ設定されている。図７に示すように、内歯６３ａの径方向外方には、内輪ボール溝６１の溝底の部位の径方向内方に位置する周方向位置となっている。この周方向位置において、内輪６１は径方向の肉厚ｄ１が最も薄くなり剛性が低くなっている。よって、内歯６３ａには大きな圧入代が設定されている。一方で、内歯６３ｃの径方向外方には、内輪ボール溝６１が形成されておらず、径方向の肉厚ｄ２が最も厚くなり剛性が高くなっている。よって、内歯６３ｃには小さな圧入代が設定されている。内歯６３ａと内歯６３ｃの間に位置する内歯６３ｂには、それぞれの中間程度の圧入代が設定されている。その他の内歯６３についても同様に圧入代が設定されている。
【００６５】
これにより、内輪６０とシャフト４０が圧入嵌合されると、剛性の低い部位に対して大きな圧入代が設定されているので、内歯６３の逃げを一部許容し、且つ、一定の圧入代を確保することができる。さらに、剛性の高い部位に対して小さな圧入代が設定されるので、応力の集中を防止することができる。よって、内歯６３と外歯４３に加わる応力を均一化することができる。従って、内輪６０に加わる最大応力を低減することができるので、スプライン嵌合に関して従来と比べて内輪６０に必要とされる強度が下がり、内輪６０の小型化や軽量化を図ることができる。
【００６６】
また、各圧入歯面間の圧入代の設定値は、各部位における応力の比の推定値に基づいている。この応力の比は、内輪６０の材質や設計上の形状や寸法などを用いて解析により、または実験により求められる各部位の剛性から推定することができる。つまり、内輪６０とシャフト４０との圧入時において、内輪６０が変形することにより内歯６３が逃げる量を推定する。そして、不均一となる応力の比から、各圧入歯面において応力が均一となるように適切な圧入代を設定することができる。また、このように一部において従来よりも小さな圧入代が設定されているが、それぞれの内歯６３および外歯４３の噛合により発生する結合力の総和は低減することのないように設定されている。
【００６７】
以上のことから、本実施形態によれば、第一実施形態に係るスプライン嵌合構造２と同様の効果を奏する。ここで、上述したスプライン嵌合構造２における他の特徴部分は、本実施形態の等速ジョイント１０１のスプライン嵌合構造１０２に適用することができる。この場合、スプライン嵌合構造２のそれぞれの特徴による効果と同一の効果を奏する。
【００６８】
＜その他＞
第一、第二実施形態において、各圧入歯面間の圧入代を設定するために、まず、外スプライン４２の外歯４３の歯厚を一定に設定した。そして、内スプライン２３，６２の内歯２４，６３の歯厚をそれぞれ周方向位置に応じて設定することで圧入代を設定した。これに対して、内歯２４，６３の歯厚を一定に設定し、且つ、外歯４３の歯厚を周方向位置に応じて設定する構成としても良い。これにより、周方向位置により歯厚が異なる外歯４３が外周面にあるため、一般に内周面加工よりも成形が容易となる。また、内歯２４，６３の歯厚および外歯４３の歯厚の両方を変更して、周方向位置に応じて歯厚が設定される構成としても良い。ただし、外歯４３を周方向位置によって異なる歯厚とすると、圧入時に継手部材との角度を決める（位相決めを行う）必要がある。このような組付け容易性の観点からは、外歯４３の歯厚を一定にし、内歯２４，６３の歯厚のみ周方向位置に応じて設定することが好ましい。
【００６９】
また、継手部材であるトリポード２０および内輪６０の各部位の剛性は、それぞれの材質や設計上の形状や寸法を用いて解析により、または実験により求めることができるものである。しかし、この各部位の剛性は、各部位の応力の比を求めることができれば十分である。そして、部材の各部位の剛性は、その部位における径方向の厚みに影響されるものと考えられる。よって、各部位の剛性をそれぞれの部位における径方向の最大厚みとみなしてもよい。つまり、継手部材が均一の材質からなり、対称性を有することから、径方向の最大厚みに応じて圧入代を定量的に求めることができる。これにより、簡易に各圧入歯面間の圧入代を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】第一実施形態：等速ジョイント１の軸方向断面図である。
【図２】スプライン嵌合構造２の分解状態を示す軸方向断面図である。
【図３】スプライン嵌合構造２をシャフト４０の回転軸方向から見た図である。
【図４】スプライン嵌合前の内歯２４および外歯４３を示す拡大図である。
【図５】第一実施形態の変形態様：トリポードの正面図である。
【図６】第二実施形態：等速ジョイント１０１の軸方向断面図である。
【図７】内輪６０をシャフト４０の回転軸方向から見た図である。
【符号の説明】
【００７１】
１：摺動式トリポード型等速ジョイント、 １０１：ボール型等速ジョイント
２，１０２：スプライン嵌合構造
１０：外輪、 １１：軌道溝
２０：トリポード、 ２１：ボス部、 ２２：トリポード軸部、 ２３：内スプライン
２４ａ〜２４ｒ：内歯
３０：ローラ、 ３１：ニードル
４０：シャフト、 ４１：シャフト本体、 ４２：外スプライン
４３ａ〜４３ｒ：外歯
５０：外輪、 ５１：外輪ボール溝
６０：内輪、 ６１：内輪ボール溝、 ６２：内スプライン
６３ａ，６３ｂ，６３ｃ：内歯
７０：ボール
８０：保持器、 ８１：開口窓部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸状に形成され、外周面において軸方向に延びる複数の外歯により外スプラインが形成されたシャフトと、
周方向位置により剛性が異なる環状部材からなり、前記環状部材の内周面において軸方向に延びる複数の内歯により内スプラインが形成された継手部材であって、前記シャフトの前記外歯に前記内歯が圧入嵌合されたものと、
を備え、
前記外歯の歯面と前記内歯の歯面との間の圧入代は、前記継手部材の前記周方向位置に応じてそれぞれ設定されていることを特徴とするスプライン嵌合構造。
【請求項２】
請求項１において、
前記圧入代は、前記内歯の歯面に対して径方向外方へ同一荷重をかけた場合の当該歯面の径方向の撓み量に応じて、それぞれ設定されていることを特徴とするスプライン嵌合構造。
【請求項３】
請求項１において、
前記圧入代は、前記内歯の圧入歯面の径方向外方に位置する前記継手部材の各部位における剛性に応じて、それぞれ設定されていることを特徴とするスプライン嵌合構造。
【請求項４】
請求項３において、
前記圧入代は、前記継手部材の前記各部位の軸方向幅において最大となる剛性に応じて、それぞれ設定されていることを特徴とするスプライン嵌合構造。
【請求項５】
請求項３または４において、
前記圧入代は、前記継手部材の前記各部位における径方向の最大厚みに応じてそれぞれ設定されていることを特徴とするスプライン嵌合構造。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項において、
前記圧入代は、前記外歯の歯厚および前記内歯の歯厚の少なくとも一方が前記周方向位置に応じてそれぞれ設定されることにより、それぞれ設定されていることを特徴とするスプライン嵌合構造。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項において、
前記外歯の圧入歯面における法線ベクトルは、前記シャフトの径方向外方の成分を有するように設定され、
前記内歯の前記圧入歯面における法線ベクトルは、前記シャフトの径方向内方の成分を有するように設定されていることを特徴とするスプライン嵌合構造。
【請求項８】
筒状に形成され、内周面に外輪回転軸方向に延びる３本の軌道溝が形成された外輪と、
シャフトと連結されるボス部、および、前記ボス部の外周面からそれぞれ前記ボス部の径方向外方に延びるように立設され各前記軌道溝に挿入される３本のトリポード軸部を有するトリポードと、
前記軌道溝に転動可能に挿入されると共に、前記トリポード軸部に軸支されるローラと、
を備える摺動式トリポード型等速ジョイントであって、
前記シャフトは、外周面において軸方向に延びる複数の外歯により外スプラインが形成され、
前記トリポードは、前記ボス部の内周面において前記シャフトの軸方向に延びる複数の内歯により内スプラインが形成され、前記シャフトの前記外歯に前記内歯が圧入嵌合され、
前記外歯の歯面と前記内歯の歯面との間の圧入代は、前記トリポードの周方向位置に応じて、それぞれ設定されていることを特徴とする摺動式トリポード型等速ジョイント。
【請求項９】
請求項８において、
前記圧入代は、前記ボス部のうち径方向外方に前記トリポード軸部が存在する領域において第一圧入代に設定され、その他の領域において前記第一圧入代より大きい第二圧入代に設定されていることを特徴とする摺動式トリポード型等速ジョイント。
【請求項１０】
筒状に形成され、内周面に外輪回転軸方向に延びる複数の外輪ボール溝が形成された外輪と、
シャフトと連結される環状部材であり、外周面に内輪軸方向に延びる複数の内輪ボール溝が形成され、前記外輪の内側に配置される内輪と、
それぞれの前記外輪ボール溝およびそれぞれの前記内輪ボール溝に対して周方向に係合し、前記外輪と前記内輪との間で動力を伝達する複数のボールと、
環状からなり、前記外輪と前記内輪との間に配置され、周方向に前記ボールをそれぞれ収容する複数の開口窓部が形成された保持器と、
を備えるボール形等速ジョイントであって、
前記シャフトは、外周面において軸方向に延びる複数の外歯により外スプラインが形成され、
前記内輪は、前記内輪の内周面において前記シャフトの軸方向に延びる複数の内歯により内スプラインが形成され、前記シャフトの前記外歯に前記内歯が圧入嵌合され、
前記外歯の歯面と前記内歯の歯面との間の圧入代は、前記内輪の周方向位置に応じて、それぞれ設定されていることを特徴とするボール型等速ジョイント。
【請求項１】
軸状に形成され、外周面において軸方向に延びる複数の外歯により外スプラインが形成されたシャフトと、
周方向位置により剛性が異なる環状部材からなり、前記環状部材の内周面において軸方向に延びる複数の内歯により内スプラインが形成された継手部材であって、前記シャフトの前記外歯に前記内歯が圧入嵌合されたものと、
を備え、
前記外歯の歯面と前記内歯の歯面との間の圧入代は、前記継手部材の前記周方向位置に応じてそれぞれ設定されていることを特徴とするスプライン嵌合構造。
【請求項２】
請求項１において、
前記圧入代は、前記内歯の歯面に対して径方向外方へ同一荷重をかけた場合の当該歯面の径方向の撓み量に応じて、それぞれ設定されていることを特徴とするスプライン嵌合構造。
【請求項３】
請求項１において、
前記圧入代は、前記内歯の圧入歯面の径方向外方に位置する前記継手部材の各部位における剛性に応じて、それぞれ設定されていることを特徴とするスプライン嵌合構造。
【請求項４】
請求項３において、
前記圧入代は、前記継手部材の前記各部位の軸方向幅において最大となる剛性に応じて、それぞれ設定されていることを特徴とするスプライン嵌合構造。
【請求項５】
請求項３または４において、
前記圧入代は、前記継手部材の前記各部位における径方向の最大厚みに応じてそれぞれ設定されていることを特徴とするスプライン嵌合構造。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項において、
前記圧入代は、前記外歯の歯厚および前記内歯の歯厚の少なくとも一方が前記周方向位置に応じてそれぞれ設定されることにより、それぞれ設定されていることを特徴とするスプライン嵌合構造。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項において、
前記外歯の圧入歯面における法線ベクトルは、前記シャフトの径方向外方の成分を有するように設定され、
前記内歯の前記圧入歯面における法線ベクトルは、前記シャフトの径方向内方の成分を有するように設定されていることを特徴とするスプライン嵌合構造。
【請求項８】
筒状に形成され、内周面に外輪回転軸方向に延びる３本の軌道溝が形成された外輪と、
シャフトと連結されるボス部、および、前記ボス部の外周面からそれぞれ前記ボス部の径方向外方に延びるように立設され各前記軌道溝に挿入される３本のトリポード軸部を有するトリポードと、
前記軌道溝に転動可能に挿入されると共に、前記トリポード軸部に軸支されるローラと、
を備える摺動式トリポード型等速ジョイントであって、
前記シャフトは、外周面において軸方向に延びる複数の外歯により外スプラインが形成され、
前記トリポードは、前記ボス部の内周面において前記シャフトの軸方向に延びる複数の内歯により内スプラインが形成され、前記シャフトの前記外歯に前記内歯が圧入嵌合され、
前記外歯の歯面と前記内歯の歯面との間の圧入代は、前記トリポードの周方向位置に応じて、それぞれ設定されていることを特徴とする摺動式トリポード型等速ジョイント。
【請求項９】
請求項８において、
前記圧入代は、前記ボス部のうち径方向外方に前記トリポード軸部が存在する領域において第一圧入代に設定され、その他の領域において前記第一圧入代より大きい第二圧入代に設定されていることを特徴とする摺動式トリポード型等速ジョイント。
【請求項１０】
筒状に形成され、内周面に外輪回転軸方向に延びる複数の外輪ボール溝が形成された外輪と、
シャフトと連結される環状部材であり、外周面に内輪軸方向に延びる複数の内輪ボール溝が形成され、前記外輪の内側に配置される内輪と、
それぞれの前記外輪ボール溝およびそれぞれの前記内輪ボール溝に対して周方向に係合し、前記外輪と前記内輪との間で動力を伝達する複数のボールと、
環状からなり、前記外輪と前記内輪との間に配置され、周方向に前記ボールをそれぞれ収容する複数の開口窓部が形成された保持器と、
を備えるボール形等速ジョイントであって、
前記シャフトは、外周面において軸方向に延びる複数の外歯により外スプラインが形成され、
前記内輪は、前記内輪の内周面において前記シャフトの軸方向に延びる複数の内歯により内スプラインが形成され、前記シャフトの前記外歯に前記内歯が圧入嵌合され、
前記外歯の歯面と前記内歯の歯面との間の圧入代は、前記内輪の周方向位置に応じて、それぞれ設定されていることを特徴とするボール型等速ジョイント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１４４９０２（Ｐ２０１０−１４４９０２Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２５５３１（Ｐ２００８−３２５５３１）
【出願日】平成２０年１２月２２日（２００８．１２．２２）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２２日（２００８．１２．２２）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
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