等速ジョイント

等速ジョイント（CVジョイント、ホモキネティック ジョイントとも呼ばれる）は、シャフトが自由に回転し（摩擦やバックラッシュが著しく増加することなく）、2 つのシャフト間の角度を一定の範囲内で補正して同じ速度を維持する機械的なカップリングです。

CV ジョイントは、前輪駆動車でよく使用され、サスペンションの動作によってドライブシャフトの角度が変化しても、エンジンの動力を車輪に伝達するために使用されます。

等速ジョイントの前身は、 16 世紀にジェロラモ カルダーノによって発明されたユニバーサル ジョイント(カルダン ジョイントとも呼ばれる) でした。ユニバーサル ジョイントは製造が簡単で、大きな力に耐えることができますが、動作角度が大きくなると、ユニバーサル ジョイントに「ノッチ」が発生し、回転しにくくなることがよくあります。

最初のタイプの等速ジョイントは、 17 世紀にロバート フックによって発明されたダブル カルダンジョイントでした。この設計では、90 度オフセットされた 2 つのユニバーサル ジョイントが使用され、各ジョイントの速度の変化が相殺されます。

それ以来、他の多くのタイプの等速ジョイントが発明されてきました。

ダブル カルダン ジョイントは、ダブル カルダン シャフトに似ていますが、中間シャフトの長さが短くなり、ヨークだけが残る点が異なります。これにより、2 つのフック ジョイントを背中合わせに取り付けることができます。DCJ は、中間シャフト (IS) の両端にあるユニバーサル ジョイントの位相を正しく調整する必要がなくなるため、ステアリング コラムでよく使用されます。これにより、IS を車のエンジン ベイ内の他のコンポーネントの周りに簡単に配置できます。また、頑丈な 4 輪駆動車のドライブ シャフトやハーフ シャフトなど、高い関節角度や衝撃トルク負荷が一般的であるアプリケーションでは、Rzeppa スタイルの等速ジョイントの代わりに使用されます。ダブル カルダン ジョイントには、真の等速回転のために、従動シャフトと駆動シャフトの間の角度を等しく維持するセンタリング要素が必要です。^{[1] [2]}このセンタリング デバイスは、ジョイントの内部を加速するために追加のトルクを必要とし、高速では追加の振動を生成します。^[3]

Tractaジョイントは、ダブルタン アンド グルーブジョイントの原理に基づいて動作します。このジョイントは、2 つのフォーク (別名ヨーク、1 つは駆動、もう 1 つは従動) と 2 つの半球状のスライド ピース (1 つはオスまたはスピゴット スイベル、もう 1 つはメスまたはスロット スイベル) の 4 つのパーツのみで構成され、これらはフローティング (可動) 接続で連結されます。各ヨーク ジョーは、中間メンバーに形成された円形の溝にかみ合います。両方の中間メンバーは、スイベル タン アンド グルーブ ジョイントによって順番に結合されます。入力シャフトと出力シャフトが互いに一定の動作角度で傾斜している場合、駆動中間メンバーは各回転中に加速および減速します。中央のタン アンド グルーブ ジョイントはヨーク ジョーと 4 分の 1 回転ずれているため、駆動中間および出力ジョー メンバーの対応する速度変動は、入力ハーフ メンバーの速度変動を正確に打ち消し、中和します。したがって、出力速度の変化は入力ドライブの速度変化と同じであり、一定速度で回転します。^[4]

ツェッパ ジョイント ( 1926 年にアルフレッド H. ツェッパが発明) は、6 つの溝がある球状の内殻と、同様の外殻で覆われています。各溝は 1 つのボールをガイドします。入力シャフトは、円形のケージ内に収まる大きな星形の鋼鉄製「ギア」の中央に収まります。ケージは球状ですが、両端が開いており、通常、周囲に 6 つの開口部があります。このケージとギアは、スプラインとねじ山が付いたシャフトが取り付けられた溝付きカップに収まります。6 つの大きな鋼鉄ボールがカップの溝の中にあり、ケージの開口部に収まり、星形ギアの溝に収まります。カップの出力シャフトは、ホイール ベアリングを通過し、車軸ナットで固定されます。

このジョイントは、ステアリングシステムによって前輪が回転したときに大きな角度変化に対応できます。一般的な Rzeppa ジョイントは 45°～48° の可動範囲を許容しますが、54° の可動範囲を許容するものもあります。 ^[5]ドライブシャフトの「外側」端では、わずかに異なるユニットが使用されています。ドライブシャフトの端はスプライン加工されており、外側の「ジョイント」に収まります。通常はサークリップで固定されます。

バーフィールドジョイントは、ツェッパジョイントをベースにした等速ジョイントの一種ですが、6つのボールがケージではなく楕円形のトラックで囲まれています。効率が向上し、現代の自動車ではアウトボードドライブシャフトジョイントに広く使用されています。^{[6]バーフィールドジョイントは}バーフィールドインダストリーズ によって開発され、ミニなどの前輪駆動車の開発とともに広く使用されるようになりました。^[7]

三脚ジョイントは、自動車のドライブシャフトの内側の端で使用されます。このジョイントは、フランスのポワシーにある Glaenzer Spicer の Michel Orain によって開発されました。このジョイントには、シャフトに取り付けられた 3 点ヨークがあり、その両端には樽型のローラー ベアリングがあります。これらは、差動装置に取り付けられた 3 つの対応する溝があるカップに収まります。1 つの軸にのみ大きな動きがあるため、この単純な配置はうまく機能します。また、これによりシャフトの軸方向の「プランジ」動作が可能になり、エンジンの揺れやその他の影響でベアリングが予圧されなくなります。一般的な三脚ジョイントのプランジ移動量は最大 50 mm で、角度関節は 26 度です。^[8]三脚ジョイントは、他の多くのジョイント タイプほど角度範囲は広くありませんが、コストが低く、効率が高い傾向があります。このため、通常は後輪駆動車両の構成や、必要な動作範囲が低い前輪駆動車両の内側で使用されます。

ワイス ジョイントは、通常 4 つのボールによって確実に位置決めされる 2 つの同一のボール ヨークで構成されています。2 つのジョイントは、中央に穴の開いたボールによって中心に配置されます。円形のトラックにある 2 つのボールがトルクを伝達し、他の 2 つのボールがジョイントに予圧をかけ、荷重の方向が変わってもバックラッシュが発生しないようにします。

その構造は、ボールがカップリングの 2 つの半分の間にぴったりと収まっており、ケージが使用されていない点で、Rzeppa の構造と異なります。中央のボールは、外側のレースに挿入されたピン上で回転し、他の 4 つのボールのロック媒体として機能します。両方のシャフトが一直線になっている場合、つまり 180 度の角度になっている場合、ボールはシャフトに対して 90 度の平面内にあります。駆動シャフトが元の位置に残っている場合、従動シャフトが動くと、ボールは角度距離の半分だけ動きます。たとえば、従動シャフトが 20 度の角度で動くと、2 つのシャフト間の角度は 160 度に減少します。ボールは同じ方向に 10 度動き、駆動シャフトとボールがある平面との間の角度は 80 度に減少します。この動作により、ボールが駆動角度を二等分する平面内に存在するという要件が満たされます。このタイプのワイスジョイントはベンディックスワイスジョイントとして知られています。

ヴァイス原理で動作する最も先進的なプランジングジョイントは、クルト・エンケの6ボールスタージョイントです。このタイプは、3つのボールのみを使用してトルクを伝達し、残りの3つはそれを中心に置いて保持します。ボールには予圧がかけられており、ジョイントは完全にカプセル化されています。^{[9] [10]}

トンプソンジョイント（トンプソンカップリングとも呼ばれる）は、2つのカルダンジョイントを互いに組み立てて中間シャフトを排除します。^[11] 入力シャフトと出力シャフトの位置合わせを維持するために、制御ヨークが追加されています。制御ヨークは、球状のパンタグラフシザー 機構を使用して、入力シャフトと出力シャフトの間の角度を二等分し、ジョイントを相対位相角ゼロに維持します。この位置合わせにより、すべてのジョイント角度で一定の角速度が保証されます。中間シャフトを排除し、入力シャフトを等速平面内で位置合わせしておくと、ダブルカルダンシャフトに固有の誘導せん断応力と振動が大幅に減少します。^{[12] [13] [14]}この幾何学的構成では、カルダンジョイントの位置合わせを行う制御ヨークの速度が一定に保たれませんが、制御ヨークの慣性は最小限で、振動はほとんど発生しません。標準的なトンプソンカップリングをまっすぐなゼロ度の角度で継続的に使用すると、ジョイントに過度の摩耗と損傷が発生します。制御ヨークの摩耗を減らすには、入力シャフトと出力シャフトの間に最低2度のオフセットが必要です。^[15]入力ヨークと出力ヨークをそれぞれのシャフトに対して正確に垂直にならないように変更すると、「許可されていない」角度を変更または排除できます。^[16]

このカップリングの斬新な特徴は、例えば球面4バーシザーズリンク（球面パンタグラフ）を使用して、アセンブリ内の一対のカルダンジョイントを幾何学的に拘束する方法であり、この特性の組み合わせを備えた最初のカップリングです。^[17]

初期の前輪駆動車（1930年代のシトロエン・トラクシオン・アバントなど）やオフロード四輪駆動車の前車軸には、CVジョイントではなくユニバーサルジョイントが使用されていました。CVジョイントを使用した最初の車には、1926年のトラクタ、1931年のDKW F1、1932年のアドラー・トルンプがあり、これらはすべて前輪駆動で、ライセンスに基づいてトラクタジョイント設計を使用していました。^{[18] [19]} CVジョイントにより、より広い動作角度でスムーズな動力伝達が可能になりました（コーナリングフォースや道路の凹凸によってサスペンションが圧縮された場合など）。

独立後輪サスペンションを備えた現代の後輪駆動車では、通常、ハーフシャフトの端にCVジョイントが使用され、テールシャフトにも使用されることが増えています。^[要出典]

通常、CV ジョイントには、異物から保護し、潤滑グリースの漏れを防ぐために、別個の柔軟なカバーが取り付けられます。^[20]このカバーは通常ゴム製で、「CV ブーツ」または「CV ゲーター」と呼ばれます。ブーツに亀裂や割れがあると、汚染物質が入り込み、ジョイントが急速に摩耗したり、完全に故障したりします。ゴムが物理的または化学的に損傷を受けやすい過酷な動作環境では、内部に配置され、固体の車軸(ハウジング) で保護された全金属製のユニバーサル ジョイントまたは CVが望ましい場合があります。ゴム製の CV ブーツを保護するために、金属製の装甲とケブラースリーブ/カバーが使用される場合があります。

CV ジョイントは通常、二硫化モリブデングリースで潤滑されます。6 つの球体は落下防止ゲートで囲まれており、シャフトが完全に位置合わせされているときに球体が落下するのを防ぎます。

ウィキメディア・コモンズには、等速ジョイントに関連するメディアがあります。

• ハーディ・スパイサー
• ホブソンジョイント