发明内容
本发明是鉴于这样情况而完成的，其目的在于提供一种降低诱导推力并且实现小型化的三球销型等速万向节。
因此，本发明者为了解决该课题而进行锐意研究，在反复试验失败的基础上终于完成了本发明，其构思在于为了降低诱导推力而使滚子相对于三球销轴部的必要摇动角度根据滚子相对于三球销轴部的相对位置而不同。
首先，对用于降低诱导推力的、滚子相对于三球销轴部的必要摇动角度进行说明。在万向节角为0度的情况下，滚子相对于三球销轴部的相对位置始终恒定。此时的滚子位置为三球销轴部的转矩传递区域当中最根底侧、即凸部侧。
在此，转矩传递区域是三球销轴部的外周面中包含有助于转矩传递的部位的三球销轴部的轴向区域。有助于转矩传递的部位是在三球销轴部和滚子之间进行转矩传递时，三球销轴部中能够与滚子接触的部位。
另一方面，在万向节角非0度的情况下，滚子相对于三球销轴部在三球销轴向上往复移动。三球销轴向是三球销轴部从凸部向径向外侧延伸的轴向。并且，在滚子位于三球销轴部的最根底侧(凸部侧)时，为了降低诱导推力而可以使滚子的滚子旋转轴与三球销轴部的三球销轴一致。此时滚子相对于三球销轴部的位置与万向节角0度时滚子相对于三球销轴部的位置一致。
此外，当万向节角非0度时，在滚子位于三球销轴部的前端侧(与凸部相反的一侧)时，为了降低诱导推力而可以使滚子成为相对于三球销轴部倾斜的状态。该倾斜角度随着滚子接近三球销轴部的前端侧而增大。
即，在滚子位于三球销轴部的根底侧的情况下，使滚子的滚子旋转轴与三球销轴部的三球销轴一致，随着滚子朝向三球销轴部的前端侧，滚子相对于三球销轴部的倾斜角度增大。
因此，本发明的三球销型等速万向节如下所述。即，本发明的三球销型等速万向节具备外圈、三球销和滚子。外圈形成筒状，且在内周面上形成有沿着旋转轴(以下称作“外圈旋转轴”)方向延伸的三条导向槽。三球销具有形成为圆筒状的凸部、和以从凸部分别向主轴的径向外侧延伸且插入各个导向槽的三个三球销轴部。滚子形成环状，其可旋转地轴支承于各个三球销轴部，并可转动地与导向槽卡合。而且，在三球销轴部的转矩传递区域，三球销轴部的主轴轴向宽度形成为从根底侧向前端侧逐渐变小。在此，主轴是与凸部联结的部件。主轴轴是与主轴的轴向即凸部的轴向一致的轴。
即，根据本发明的三球销型等速万向节，在转矩传递区域中，三球销轴部的主轴方向宽度形成为从根底侧向前端侧逐渐变小。这里，滚子的内径至少为三球销轴部的根底部的主轴轴向宽度以上。这样，在三球销轴部的前端部，在从转矩传递方向观看的情况下，在三球销轴部和滚子之间形成有间隙。因此，滚子在从转矩传递方向观看时能够在三球销轴部的前端侧摇动。并且，随着滚子从三球销轴部的根底侧朝向前端侧，在从转矩传递方向观看的情况下，滚子相对于三球销轴部的摇动角度能够变大。由此，能够改变滚子相对于三球销轴部的摇动角度而降低诱导推力。
进而，根据本发明的三球销型等速万向节，三球销轴部的主轴方向宽度形成为从根底侧向前端侧逐渐变小。即，能够使三球销轴部的根底部的主轴轴向宽度变大。例如，在三球销轴部的根底部，也能够在滚子和三球销轴部之间不产生间隙。因而，能够增大三球销轴部的根底部的截面系数。结果，由于能够提高三球销轴部的强度，所以能够使三球销型等速万向节的外形小型化。
例如与日本特开2000-320563号公报所记载的由椭圆柱构成的三球销轴部的情况进行比较。例如，使本发明的三球销轴部的前端部的形状形成与日本特开2000-320563号公报所记载的三球销轴部的椭圆形。在该情况下，本发明的三球销轴部的根底部的转矩传递方向宽度比上述椭圆的小径大。因而，本发明的三球销轴部的根底部的截面系数能够比日本特开2000-320563号公报所记载的三球销轴部的根底部的截面系数大。因而，与由椭圆柱构成的三球销轴部的情况相比，能够使三球销型等速万向节的外形小型化。
此外，在将与主轴轴和三球销轴部的三球销轴正交的方向规定为转矩传递方向的情况下，在转矩传递区域中，三球销轴部的转矩传递方向宽度形成为从根底侧向前端侧逐渐变小。在该情况下，滚子的内径至少为三球销轴部的根底部的转矩传递方向宽度以上。于是，在三球销轴部的前端部，在从主轴轴向观看时，在三球销轴部和滚子之间形成有间隙。因而，滚子在从主轴轴向观看时能够在三球销轴部的前端侧摇动。并且，随着滚子从三球销轴部的根底侧朝向前端侧，在从转矩传递方向看的情况下，滚子相对于三球销轴部的摇动角度能够变大。由此，滚子越是接近三球销轴部的前端侧摇动自由度越大。结果，能够进一步降低诱导推力的产生。
另外，在转矩传递区域中，三球销轴部的转矩传递方向宽度从根底侧遍及前端侧可以形成为相同。在该情况下，由于能够确保滚子相对于三球销轴部的必要摇动角度，所以能够充分降低诱导推力的发生。但是，该情况与转矩传递方向宽度形成为从根底侧向前端侧逐渐变小的情况相比，由于摇动自由度小，所以诱导推力有可能变大。
在此，如上所述，为了降低诱导推力等，在从转矩传递方向观看时，需要滚子相对于三球销轴部摇动。另一方面，在从主轴轴向观看时，不需要滚子相对于三球销轴部那么摇动。例如，日本特开平3-172619号公报所记载的三球销型等速万向节，在从主轴轴向和转矩传递方向的任一方向观看时，滚子都能够相对于三球销轴部较大程度地摇动。但是，在从主轴轴向观看时滚子也相对于三球销轴部摇动，从而滚子的端面有可能与导向槽接触。由于该接触，在滚子和导向槽之间产生滑动，结果产生诱导推力。
因此，三球销轴部的前端部的主轴轴向宽度也可以形成得比三球销轴部的前端部的转矩传递方向宽度小。由此，在三球销轴部的前端部，从主轴轴向观看时的滚子相对于三球销轴部的可摇动角度，能够比从转矩传递方向观看时的滚子相对于三球销轴部的可摇动角度小。因而，为了降低诱导推力，确保从转矩传递方向观看时的滚子相对于三球销轴部的必要摇动角度，并且通过从主轴轴向观看时的滚子相对于三球销轴部的摇动，能够减少由滚子的端面和导向槽接触而引起诱导推力的增大。
此外，优选在转矩传递区域中，三球销轴部的前端部的主轴轴向宽度与三球销轴部的根底部的主轴轴向宽度的比为0.25～0.8。优选上述比为0.45～0.65。更优选上述比为0.55。由此，在滚子位于三球销轴部的前端侧的情况下，滚子能够相对于三球销轴部充分摇动。因而，能够可靠地降低诱导推力。
此外，优选在转矩传递区域中，三球销轴部的前端部的转矩传递方向宽度与三球销轴部的根底部的转矩传递方向宽度的比为0.7～1.0。优选上述比为0.85～0.98。更优选上述比为0.95。由此能够可靠地降低诱导推力。
此外，优选三球销轴部的轴正交截面形状形成为椭圆状，在将三球销轴部的转矩传递方向宽度规定为a，将三球销轴部的主轴轴向宽度规定为b的情况下，在转矩传递区域中，三球销轴部的根底部的椭圆度b/a为0.70～1.30，三球销轴部的前端部的椭圆度b/a为0.35～0.80。优选根底部的椭圆度b/a为0.95～1.05，前端部的椭圆度b/a为0.45～0.65。由此能够可靠地降低诱导推力。
此外，优选在转矩传递区域中，三球销轴部的主轴轴向宽度为相同的三球销轴向位置的三球销轴部的转矩传递方向宽度以下。由此，无论在三球销轴向的任何位置，从主轴轴向观看时的滚子相对于三球销轴部的可摇动角度都比从转矩传递方向观看时的滚子相对于三球销轴部的可摇动角度小。因而，无论在三球销轴向的任何位置，为了降低诱导推力，确保从转矩传递方向观看时的滚子相对于三球销轴部的必要摇动角度，并且通过从主轴轴向观看时的滚子相对于三球销轴部的摇动，能够减少由滚子的端面和导向槽接触而引起诱导推力的增大。
此外，优选三球销轴部的根底部的轴正交截面形状形成为圆形。由此，能够增大三球销轴部的根底部的截面系数。因而，由于能够增大三球销轴部的强度，所以能够使三球销型等速万向节的外形进一步小型化。特别是该轴正交截面形状的直径与滚子的内径基本相同的情况是截面系数为最大的状态。
根据本发明的三球销型等速万向节，能够降低诱导推力并实现小型化。
具体实施方式
下面通过实施方式对本发明进行更具体的说明。这里，本实施方式的三球销型等速万向节，以用于与车辆的动力传递主轴联结的情况为例进行说明。具体而言，是用于与差动齿轮联结的轴部和中间主轴的联结部位的情况。
参照图1～图3对该三球销型等速万向节进行说明。图1表示三球销型等速万向节的中间主轴轴向截面图(以下称作“主轴轴向视图”)。图2表示三球销型等速万向节的主轴轴向截面图(以下称作“转矩传递方向视图”)。图3是从三球销轴部22的前端侧看三球销20的图。即，图3是从图2的上侧观看三球销20的图。
该三球销型等速万向节由与一侧的主轴(未图示)联结的外圈10、与另一侧的中间主轴(未图示)联结的三球销20、和介于外圈10和三球销20之间的滚子30构成。
外圈10形成为杯状(有底筒状)，杯底外侧与一侧的主轴联结。而且，在外圈10的杯状部分的内周面等间隔地形成有三条沿外圈旋转轴方向(图1的前后方向、图2的左右方向)延伸的导向槽11。另外，在图1和图2中仅表示一条导向槽11。
三球销20配置在外圈10的杯状部分的内侧。该三球销20具有凸部21和三个三球销轴部22。凸部21形成为圆筒状，凸部21的内周侧与另一侧的中间主轴的端部联结。
各个三球销轴部22朝向中间主轴的主轴轴(相当于三球销20的轴心和凸部21的轴心)的径向外侧延伸且在凸部21的周向上等间隔地形成在凸部21的外周侧。三球销轴部22形成截面为椭圆形状(包含圆形截面形状)的柱状。详细来说，如图1和图3所示，在转矩传递区域中，三球销轴部22的转矩传递方向宽度ax从三球销轴部22的根底侧起越接近前端侧越略微减小。即，三球销轴部22的前端部的转矩传递方向宽度a2形成得比三球销轴部22的根底部的转矩传递方向宽度a1小。另外，详细情况在后面加以叙述，但三球销轴部22的转矩传递方向宽度ax也可以全部恒定。
此外，如图2和图3所示，在转矩传递区域中，三球销轴部22的主轴轴向宽度bx形成为从三球销轴部22的根底侧向前端侧逐渐变小。即，三球销轴部22的前端部的主轴轴向宽度b2形成得比三球销轴部22的根底部的主轴轴向宽度b1小。并且，三球销轴部22的前端部的主轴轴向宽度b2形成得比该前端部的转矩传递方向宽度a2小。
在此，转矩传递区域为图2所示的区域，是三球销轴部22的外周面上包含有助于转矩传递的部位的三球销轴部22的轴向区域。有助于转矩传递的部位是在三球销轴部22和滚子30之间进行转矩传递时，三球销轴部22上能够与滚子30的内滚子31接触的部位。该有助于转矩传递的部位在图1中为三球销轴部22的左右端侧。另外，关于三球销轴部22的详细形状将在后面加以阐述。
滚子30形成为环状。滚子30能够绕三球销轴旋转并且能够在三球销的轴向上滑动地轴支承在三球销轴部22的外周侧。并且，滚子30能够相对于三球销轴部22摇动。并且，滚子30可转动地配置在导向槽11中。该滚子30构成为包括内滚子31、外滚子32、多个滚针33、两个卡环34、34。
内滚子31形成为圆筒状，可旋转、滑动且摇动地轴支承在各个三球销轴部22的前端部221。内滚子31的圆筒状内面与三球销轴部22接触。而且，内滚子31的筒长比三球销轴部22的转矩传递区域的长度稍小。该内滚子31的内径形成得比三球销轴部22的根底部的长径稍大。
在此，三球销轴部22的主轴轴向宽度bx形成为从根底侧向前端侧逐渐变小。因而，在内滚子31位于三球销轴部22的根底部的情况下，在转矩传递方向视图(图2)中，滚子30几乎无法相对于三球销轴部22摇动。与此相对，在内滚子31位于三球销轴部22的前端部的情况下，在转矩传递方向视图(图2)中，滚子30能够相对于三球销轴部22较大程度地摇动。而且，该摇动角度随着内滚子31相对于三球销轴部22的位置从根底侧向前端侧逐渐变大。
另一方面，存在三球销轴部22的转矩传递方向宽度ax从根底侧至前端侧全部恒定的情况。在该情况下，无论内滚子31位于三球销轴部22的哪个位置，在主轴轴向视图(图1)中，滚子30几乎不会相对于三球销轴部22摇动。
还存在三球销轴部22的转矩传递方向宽度ax形成为从根底侧向前端侧逐渐变小的情况。在该情况下，在内滚子31位于三球销轴部22的根底部的情况下，在主轴轴向视图(图1)中，滚子30几乎不会相对于三球销轴部22摇动。与此相对，在内滚子31位于三球销轴部22的前端部的情况下，在主轴轴向视图(图1)中，滚子30能够相对于三球销轴部22摇动。而且，该摇动角度随着内滚子31相对于三球销轴部22的位置从根底部朝向前端侧而变大。进而，三球销轴部22的前端部的主轴轴向宽度b2形成得比该前端部的转矩传递方向宽度a2小。因而，在内滚子31位于三球销轴部22的前端部的情况下，主轴轴向视图(图1)中的滚子30的可摇动角度比转矩传递方向视图(图2)中的滚子30的可摇动角度小。
外滚子32形成为圆筒状。该外滚子32的外周面形成为仿照导向槽11的形状。因而，外滚子32以能够绕图1的上下方向的轴(绕三球销轴)转动的方式与导向槽11卡合。进而，在外滚子32的内周面在径向外侧(图1的上侧)和径向内侧(图1的下侧)形成有卡槽32a。而且，各个滚针33形成为细长的圆筒状，可相对于内滚子31和外滚子32转动地设置在内滚子31和外滚子32之间。
卡环34、34分别嵌入卡槽32a，相对于内滚子31和滚针33在滚子旋转轴方向(图1的上下方向)上卡合。即，卡环34、34使得内滚子31和滚针33不从外滚子32的内侧向图1的上方向和下方向脱离。
另外，如上所述，滚子30的内滚子31形成为圆筒状，但内滚子31的内周面或外周面可以形成为球面状，也可以在滚子旋转轴径向(径向外侧或径向内侧)凹陷或膨出。此外，如上所述，外滚子32形成为圆筒状，但外滚子32的外周面和内周面可以形成为球面状，也可以在滚子旋转轴径向(径向外侧或径向内侧)凹陷或膨出。
接着，对上述三球销型等速万向节的动作进行说明。首先，在万向节角为0度时即中间主轴的主轴轴与外圈旋转轴一致的情况下，滚子30位于三球销轴部22的根底部。此时，为了使滚子30沿着导向槽11圆滑地转动，可以使滚子30的滚子旋转轴与三球销轴部22的三球销轴一致。并且，当滚子30位于三球销轴部22的根底部时，滚子30相对于三球销轴部22基本不摇动，成为滚子30的滚子旋转轴与三球销轴部22的三球销轴基本一致的状态。因此，在万向节角为0度的情况下，滚子30能够沿着导向槽11圆滑地转动。
另一方面，在万向节角为非0度时即中间主轴的主轴轴与外圈旋转轴倾斜的情况下，滚子30在三球销轴部22的根底部与前端部之间往复移动。并且，在万向节角为非0度的情况下，当滚子30位于三球销轴部22的根底部时，为了使滚子30沿着导向槽11圆滑地转动，可以使滚子30的滚子旋转轴与三球销轴部22的三球销轴一致。并且，当滚子30位于三球销轴部22的根底部时，滚子30相对于三球销轴部22基本不摇动，成为滚子30的滚子旋转轴与三球销轴部22的三球销轴基本一致的状态。
并且，在万向节角为非0度的情况下，当滚子30位于三球销轴部22的前端部时，为了使滚子30沿着导向槽11圆滑地转动，如图2的双点画线所示那样，在转矩传递方向视图(图2)中，滚子30相对于三球销轴部22倾斜即可。并且，当滚子30位于三球销轴部22的前端部时，滚子30能够相对于三球销轴部22较大程度地摇动，因此滚子30沿着导向槽11相对于三球销轴部22摇动。因此，在万向节角为非0度的情况下，滚子30也能够沿着导向槽11圆滑地转动。
接着，在使三球销轴部22的转矩传递方向宽度ax和主轴轴向宽度bx变化的情况下，进行了测定诱导推力的实验。该实验为，将外圈10支承在检测用轴承上，并使三球销20相对于外圈10保持规定角度，测定在检测用轴承上产生的推力。即，该推力相当于三球销型等速万向节所产生的诱导推力。
作为第一实验，在固定了转矩传递方向宽度ax的状态下，测定使主轴轴向宽度bx变化时产生的诱导推力。在此，作为第一实验的条件，主轴轴向宽度bx从根底部朝向前端侧逐渐变小。进而，三球销轴部22的三球销轴正交截面形状为主轴轴向宽度bx成为椭圆的长径或短径的椭圆形状。
在图4中表示该测定结果。在图4中，将横轴设为任意位置的主轴轴向宽度bx与根底部的主轴轴向宽度b1的比(bx/b1)，将纵轴设为从三球销轴部22的根底部至前端部的轴向位置。并且，在图4中，诱导推力为规定值以下的范围是带阴影的范围。
从图4可知，在将根底部的主轴轴向宽度b1设为1的情况下，前端部的主轴轴向宽度b2为0.25～0.8的范围，诱导推力小。此外，前端部的主轴轴向宽度b2为0.45～0.65的范围，诱导推力更小。而且，在前端部的主轴轴向宽度b2为0.55时，诱导推力变得最小。
在此，前端部的比b2/b1越大，滚子30位于三球销轴部22的前端部时滚子30的摇动角度越小。因此，认为滚子30无法在导向槽11中圆滑地转动，诱导推力变大。
另外，如果是图4所示的带阴影的范围，则在从三球销轴部22的主轴轴向宽度bx的根底部至前端部之间，只要满足上述条件则任何形状都可以。即，从根底部至前端部的路径可以是直线、可以是均匀曲率的曲线、也可以是曲率变化的曲线。但是，在从三球销轴部22的主轴轴向宽度bx的根底部至前端部之间，随着从根底部朝向前端部，比bx/b1的变化率变大的一方，诱导推力减小。
作为第二实验，在固定了主轴轴向宽度bx的状态下，测定使转矩传递方向宽度ax变化时产生的诱导推力。在此，作为第二实验的条件，转矩传递方向宽度ax从根底部至前端部全部恒定，或随着从根底部朝向前端部而减小。进而，三球销轴部22的三球销轴正交截面形状为转矩传递方向宽度ax成为椭圆的长径或短径的椭圆形状。
在图5中表示该测定结果。在图5中，将横轴设为任意位置的转矩传递方向宽度ax与根底部的转矩传递方向宽度a1的比(ax/a1)，将纵轴设为从三球销轴部22的根底部至前端部的轴向位置。并且，在图5中，诱导推力为规定值以下的范围是带阴影的范围。
从图5可知，在将根底部的转矩传递方向宽度a1设为1的情况下，前端部的转矩传递方向宽度a2为0.7～1.0的范围，诱导推力小。此外，前端部的转矩传递方向宽度a2为0.85～0.98的范围，诱导推力更小。而且，在前端部的转矩传递方向宽度a2为0.95时，诱导推力变得最小。
在此，在前端部的比a2/a1小于0.7的情况下，在滚子30位于三球销轴部22的前端部时，主轴轴向视图中的滚子30的摇动自由度变大。因此，滚子30的端面有可能与导向槽11接触。认为由于该接触而导致诱导推力变大。
另外，如果是图5所示的带阴影的范围，则在从三球销轴部22的转矩传递方向宽度ax的根底部至前端部之间，只要满足上述条件则任何形状都可以。即，从根底部至前端部的路径可以是直线、可以是均匀曲率的曲线、也可以是曲率变化的曲线。但是，在从三球销轴部22的转矩传递方向宽度ax的根底部至前端部之间，随着从根底部朝向前端部，比ax/a1的变化率变大的一方，诱导推力减小。
作为第三实验，三球销轴部22的三球销轴正交截面形状为主轴轴向宽度bx或转矩传递方向宽度ax成为长径或短径的椭圆形状，测定使椭圆度bx/ax变化时产生的诱导推力。在此，作为第三实验的条件，主轴轴向宽度bx随着从根底部朝向前端侧而减小。此外，转矩传递方向宽度ax从根底部至前端部全部恒定，或随着从根底部朝向前端侧而减小。进而，椭圆度bx/ax随着从根底部朝向前端侧而减小。
在图6中表示该测定结果。在图6中，将横轴设为椭圆度bx/ax，将纵轴设为从三球销轴部22的根底部至前端部的轴向位置。而且，在图6中，诱导推力为规定值以下的范围是带阴影的范围。
从图6可知，根底部的椭圆度b1/a1为0.70～1.30，前端部的椭圆度b2/a2为0.35～0.80的范围，诱导推力小。此外，根底部的椭圆度b1/a1为0.95～1.05，前端部的椭圆度b2/a2为0.45～0.65的范围，诱导推力更小。而且，根底部的椭圆度b1/a1为1.00，前端部的椭圆度b2/a2为0.55时，诱导推力变得最小。
另外，如果是图6所示的带阴影的范围，则在从三球销轴部22的根底部至前端部之间，只要满足上述条件则任何形状都可以。即，从根底部至前端部的路径可以是直线、可以是均匀曲率的曲线、也可以是曲率变化的曲线。但是，在从三球销轴部22的根底部至前端部之间，随着从根底部朝向前端部，椭圆度bx/ax的变化率变大的一方，诱导推力减小。
在此，本实施方式的三球销轴部22，与前端部相比根底部的截面系数大。因而，能够提高三球销轴部22的强度，结果能够实现三球销型等速万向节的小型化。特别是能够使根底部的三球销轴正交截面形状成为截面系数为最大的圆形。