JP2007032647A - 高角固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】ボール溝をテーパ形状にして高角化を容易にしつつ、それに伴って増大するポケット荷重にケージがよく耐えるようにする。
【解決手段】内球面に、軸方向に延びた複数のボール溝１４を形成した外側継手部材１０と、外球面に、複数のボール溝２４を形成した内側継手部材２０と、対をなすボール溝１４とボール溝２４との間に介在してトルクを伝達する複数のボール３０と、ボール３０を一つずつ収容する矩形状ポケット４６を円周方向に複数配設したケージ４０とを備えた高角固定式等速自在継手において、ケージ４０の外球面中心Ｏ₃と内球面中心Ｏ₄を継手中心に対して軸方向に等距離だけ反対側にオフセットさせることによりケージ４０の肉厚を継手開口側で厚くするとともに継手奥側で薄くし、かつ、各矩形状ポケット４６の四隅Ｒ部のうち継手奥側の２つのＲ部４６ａが継手開口側の２つのＲ部４６ｂに比べて大きな曲率半径となるようにする。
【選択図】図４

Description

本発明は高角固定式等速自在継手に関する。等速自在継手は、自動車や各種産業機械の動力伝達系において、駆動側の回転軸と従動側の回転軸を連結して等角速度でトルクを伝達するもので、固定式と摺動式があり、摺動式が角度変位と軸方向変位を許容するのに対して固定式は角度変位のみを許容するタイプである。

一般に、固定式等速自在継手は、駆動側または従動側の軸とトルク伝達可能に結合する外側継手部材と、従動側または駆動側の軸とトルク伝達可能に結合する内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルクを伝達する複数のトルク伝達要素と、複数のトルク伝達要素を駆動軸と従動軸とがなす角度の二等分面内に保持するケージとを備えている。

近年、自動車の乗車空間拡大の観点からホイールベースを長くすることがあるが、それに伴って車両回転半径が大きくならないようにするため、前輪の操舵角の増大すなわち自動車のドライブシャフト等の連結用継手として使用される固定式等速自在継手の高角化が求められている。

高角化のニーズに対する固定式等速自在継手としては、トルク伝達要素が転動するトラックを構成する外側継手部材のボール溝と内側継手部材のボール溝の底をテーパ状にすることが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
特開２００１−１５３１４９号公報 特開２００１−３０４２８２号公報 特開２００１−３４９３３２号公報

特許文献１〜３に開示された固定式等速自在継手では、外側継手部材および内側継手部材のボール溝をテーパ形状にすることで高角化を容易にしている。しかしながら、図１１に示すように、ボールと接するケージのポケット側壁が受ける荷重（以下、ポケット荷重という。）は、テーパ角度に比例して大きくなるという問題がある。

すなわち、固定型等速自在継手の外・内側継手部材に許容レベルを超えるトルクが動的捩りモードで負荷されると、それぞれのボール溝が変形し、ボール溝エッジ部が隆起する。この隆起部の高さは受圧面積との関係でボール溝が浅いほど高くなる傾向がある。ボール溝の深さが浅い方の端部における溝深さは、ボール溝のテーパ角度が大きいほど浅い。このため前記隆起部高さはボール溝のテーパ角度が大きいほど高くなる。一方、ケージの肉厚は、一般にボール溝の深さが浅い方の端部に対応する側で薄肉となっている。したがって、隆起部（主に内側継手部材の隆起部）がケージ球面に干渉するとケージの動きを拘束することは勿論のこと、ケージ薄肉側の内径側ポケット隅Ｒ部に応力が集中し、その部位を起点として亀裂が発生するのである。従来のケージは、図４（Ｂ）に示すように、各ポケット４６の四隅Ｒ部４６ａ、４６ｂの曲率半径がすべて共通のＲ₁であって、ケージ薄肉側（継手奥側）の内径側ポケット隅Ｒ部の応力集中に対して特に考慮が払われてなかった。

本発明は上記問題点に鑑み提案されたもので、その目的とするところは、ケージポケットの薄肉側隅Ｒ部の応力集中を緩和し、入口側との応力バランスを最適化することでケージ強度を確保し、作動角の高角化を容易に達成し得る固定型等速自在継手を提供することにある。

前記課題を解決するため、請求項１の発明は、内球面に、開口端まで軸方向に延びた複数のボール溝を円周方向等間隔に形成した外側継手部材と、外球面に、軸方向に延びた複数のボール溝を円周方向等間隔に形成した内側継手部材と、対をなす外側継手部材のボール溝と内側継手部材のボール溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に介在し、ボールを一つずつ収容する矩形状ポケットを円周方向に複数配設したケージとを備え、前記ケージの外球面中心と内球面中心を継手中心に対して軸方向に等距離だけ反対側にオフセットさせることにより前記ケージの肉厚を継手開口側で厚くするとともに継手奥側で薄くし、かつ、各矩形状ポケットの四隅Ｒ部のうち継手奥側の２つのＲ部が継手開口側の２つのＲ部に比べて大きな曲率半径となるように形成したことを特徴とする。

このように、矩形状ポケットの四隅Ｒ部のうち継手開口側に比べて肉厚が薄い継手奥側の２つのＲ部の曲率半径を反対側のＲ部の曲率半径に比べて相対的に大きくすることで、高角化に伴ってケージが早期破損するのを防止することができる。すなわち、従来の等速自在継手では、前述したように内側継手部材のボール溝エッジ部が隆起することでケージが拘束される結果、ケージ薄肉側の内径側ポケット隅Ｒ部に応力が集中し、その部位を起点として亀裂が発生してケージが早期破損するおそれがあったが、矩形状ポケットの隅Ｒ部を以上のように大きくすることでケージの早期破損を防止することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、ポケットの継手奥側の２つのＲ部の曲率半径を、ボールの直径の二分の一未満にしたことを特徴とする。
これは、継手奥側の２つのＲ部の曲率半径がボールの直径の二分の一以上になると、ボールの周方向移動を阻害するため、そのような事態を回避するためである。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、外側継手部材のボール溝の開口端側溝底を、前記開口端に向かって直線的に拡径したテーパ状とし、内側継手部材のボール溝の、外側継手部材の反開口端側溝底を、前記反開口端側に向かって直線的に拡径したテーパ状とし、かつ、外側継手部材および内側継手部材の各ボール溝のテーパ角度を、１２°以下にしたことを特徴とする。

従来必要な基本性能である強度や耐久性を確保しながら、内部力解析、有限要素法（ＦＥＭ）解析を用いて検討を進め、テーパ角度の範囲を絞り込んで最適設定した。そして、テーパ角度を変えたサンプルの評価結果と解析結果との整合性を確認した。ボール溝をテーパ状とすることにより、外側継手部材の外径を大きくすることなく、作動角の高角化を容易に実現する上で、外側継手部材の肉厚を薄くしてもその外側継手部材の強度および加工性を低下させないように、この高角固定式等速自在継手の内部諸元の中で、ボール溝をテーパ状にすることによる影響および傾向を検証し、テーパ角度の最適値としてその上限値を１２°に規定した。

請求項４の発明は、請求項１から３の発明において、ケージの外球面中心と内球面中心を継手中心に対して軸方向に等距離だけ反対側にオフセットさせ、前記オフセットの量ｆの、作動角０°での外側継手部材のボール溝の曲率中心または内側継手部材のボール溝の曲率中心とボールの中心とを結ぶ線分の長さＰＣＲとの比の値ｆ／ＰＣＲを、０以上０．１２以下の範囲としたことを特徴とする。

ケージオフセット量ｆはケージの縦断面における肉厚差に影響を及ぼすため、この点を考慮に入れてケージオフセット量ｆを設定するのが望ましい。たとえば、ケージオフセット量ｆを大きく設定することにより、外側継手部材の開口端側のケージの肉厚を増大させて強度向上を図ることができるという利点がある。また、外側継手部材の開口端側のケージの肉厚を増大させることによって、作動角をとった時、外側継手部材の開口端から飛び出そうとするボールをケージで拘束することができる。

ただし、ケージオフセット量ｆが大きすぎると、高作動角化によるボールの組込み角増大との関係でケージのポケット内におけるボールの周方向移動量が大きくなり、ボールの適正な運動を確保するため、ケージのポケットの周方向寸法を大きくする必要が生じるので、ケージの柱部が細くなり、強度面が問題となる。また、ケージの、外側継手部材の奥側つまり開口端とは反対側の肉厚が小さくなり、強度面が問題となる。

このように、ケージオフセット量ｆが過大であるのは好ましくなく、ケージオフセット量ｆを設ける意義と前述の強度面との均衡を図り得る最適範囲が存在する。ただ、ケージオフセット量ｆの最適範囲は継手の大きさによって変わるので、継手の大きさを表わす基本寸法との関係において求める必要がある。そこで、作動角０°での外側継手部材のボール溝の曲率中心または内側継手部材のボール溝の曲率中心とボールの中心とを結ぶ線分の長さＰＣＲに対するケージオフセット量ｆの比の値ｆ／ＰＣＲを用いるならば、ケージオフセット量ｆは、ｆ／ＰＣＲが０以上０．１２以下の範囲内となるように設定することが望ましい。

ｆ／ＰＣＲが０．１２より大きいと前述の強度面での問題が生じる。逆に、ｆ／ＰＣＲが０ではケージないしボールの位置が定まらず等速自在継手の機能が失われる。したがって、ケージ強度の確保、耐久性の確保の点から、ｆ／ＰＣＲが０以上０．１２以下となる範囲が、ケージオフセット量ｆの最適範囲である。

なお、ケージ外径Ｄｏのボール径ｄに対する比の値Ｄｏ／ｄは、従来の固定式等速自在継手では３．７≦Ｄｏ／ｄ≦３．８であったところ、本発明では、必要ならば、３．９≦Ｄｏ／ｄ≦４．１にする。すなわち、作動角が大きくなるとボールがポケット内の径方向に移動する量が増える（図５参照。図５において、符号ｍはボールとケージが接触する最外径位置を示し、符号ｎはボールとケージが接触する最内径位置を示す）。最大作動角時でもボールの接触点がケージから外れてはならないことから、ケージ外径の下限値は必然的に決まる。また、ケージ外径が過大であると外側継手部材のボール溝深さが不十分となり耐久性が悪化する。したがって、耐久性を最小限確保することのできる外径寸法をケージ外径の上限値としたものである。

ケージ肉厚ｔのボール径ｄに対する比の値は、従来の固定式等速自在継手では０．２４≦ｔ／ｄ≦０．２７であったところ、本発明では、必要ならば、０．３１≦ｔ／ｄ≦０．３４とする。ケージ肉厚ｔは上記のＤｏ／ｄより決まる外径と後述する内径とで規定することができる。その内径寸法の規定の考え方はＤｏ／ｄの場合と同様で、上限値はボールの接触点を確保するという観点から決まり、下限値は内側継手部材のボール溝深さ、すなわち耐久性を確保するという観点から決まる。

ケージ幅ｗのボール径ｄに対する比の値ｗ／ｄは、従来の固定式等速自在継手では１．７≦ｗ／ｄ≦１．９であったところ、本発明では、必要ならば、１．８≦ｗ／ｄ≦２．０とする。ケージの、増大したポケット荷重を受けるポケット側壁の応力値を、従来の高角固定式等速自在継手（ＵＪ）並み以下に設定するため、ポケット側壁の断面係数を確保する必要があるが、外径、内径は上記Ｄｏ／ｄ、ｔ／ｄによって決まるため、幅寸法にて調整する。このとき、応力値が従来の固定式等速自在継手（ＵＪ）並みとなる幅寸法を下限値とすることで、従来の高角固定式等速自在継手（ＵＪ）と同等以上の強度が確保できることになる。また、幅寸法を過大に設定すると重量および材料費が増加するため、上限値は、下限値からの範囲（規格規定範囲）を従来の高角固定式等速自在継手と同等に設定したものである。

本発明によれば、矩形状ポケットの四隅Ｒ部のうち継手開口側に比べて肉厚が薄い継手奥側の２つのＲ部の曲率半径を反対側のＲ部の曲率半径に比べて相対的に大きくしたので、高角化に伴って増大するポケット荷重にもケージがよく耐え、早期破損を防止することができるため、固定式等速自在継手のボール溝をテーパ形状にして高角化を容易に達成することができる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。
図１に示す固定式等速自在継手は、外側継手部材１０と、内側継手部材２０と、ボール３０と、ケージ４０を主要な構成要素とする。ここで、固定式等速自在継手によって連結すべき二軸を第一の回転軸と第二の回転軸とし、第一の回転軸を外側継手部材１０と結合し、第二の回転軸を内側継手部材２０と結合する。固定式等速自在継手によって、第一の回転軸と第二の回転軸が角度をなした状態でも等速でトルクを伝達することができる。図１では作動角θが０°の状態を示してある。なお、図２に図１の主要部を拡大して示す。また、図５に外側継手部材１０の回転軸Ｘと内側継手部材２０の回転軸Ｙとがなす角すなわち作動角θが最大（例えば５２°以上）の状態を示す。

外側継手部材としての外側継手部材１０は、マウス部１６とステム部（図示せず）とからなる。外側継手部材１０はそのステム部によって第一の回転軸とトルク伝達可能に結合する。マウス部１６は一端が開口したベル型であって、その凹球面状内周面（以下、内球面という。）１２に、軸方向に延びた複数のボール溝１４が円周方向等間隔に形成してある。ボール溝１４はマウス部１６の開口端１８まで延びている。

内側継手部材としての内側継手部材２０は、凸球面状外周面（以下、外球面という。）２２を有し、その外球面２２には軸方向に延びた複数のボール溝２４が円周方向等間隔に形成してある。ボール溝２４は内側継手部材２０の軸方向に切り通してある。内側継手部材２０は第二の回転軸とトルク伝達可能に結合するためのスプライン（またはセレーション）孔２６を有する。

外側継手部材１０のボール溝１４と内側継手部材２０のボール溝２４とは対をなし、各対のボール溝１４，２４で構成されるトラックに１個ずつ、トルク伝達要素としてのボール３０が転動可能に組み込んである。ボール３０は外側継手部材１０のボール溝１４と内側継手部材２０のボール溝２４との間に介在してトルクを伝達する。各ボール３０は図３のようにケージ４０の円周方向に配設した矩形状のポケット４６内に収容されている。ボール３０ないしボール溝１４，２４の数は任意であるが、例を挙げるならば６あるいは８である。

ケージ４０は外側継手部材１０と内側継手部材２０との間に摺動可能に介在し、外球面４２にて外側継手部材１０の内球面１２と接し、内球面４４にて内側継手部材２０の外球面２２と接する。外側継手部材１０の内球面１２の曲率中心とケージ４０の外球面４２の曲率中心とは一致し、図２に符号Ｏ₃で示してある。同様に、内側継手部材２０の外球面２２の曲率中心とケージ４０の内球面４４の曲率中心とは一致し、図２に符号Ｏ₄で示してある。なお、図面では、外側継手部材１０の内球面１２とケージ４０の外球面４２との間、内側継手部材２０の外球面２２とケージ４０の内球面４４との間の隙間を見やすくするためにやや誇張して示してある。

外側継手部材１０のボール溝１４は円弧部分１４ａと直線部分１４ｂとからなり、円弧部分１４ａはマウス部１６の奥側つまり反開口端側に位置し、直線部分１４ｂは開口端１８側に位置する。そして、ボール溝１４は、開口端１８側の溝底を、開口端１８に向かって直線的に拡径するテーパ角度αのテーパ状としてある。

内側継手部材２０のボール溝２４は円弧部分２４ａと直線部分２４ｂとからなり、円弧部分２４ａは外側継手部材１０の開口端１８側に位置し、直線部分２４ｂは反開口端側に位置する。そして、ボール溝２４は、外側継手部材１０の奥側つまり反端面側の溝底を、反端面側に向かって直線的に拡径するテーパ角度αのテーパ状としてある。

この実施の形態では、大きな作動角θを取り得る構造とするため、図２に示すように、外側継手部材１０のボール溝１４の曲率中心Ｏ₁は内球面１２の中心Ｏ₃に対して、内側継手部材２０のボール溝２４の曲率中心Ｏ₂は外球面２２の中心Ｏ₄に対して、等距離Ｆだけ軸方向に互いに逆向きにオフセットさせてある（トラックオフセット）。

同様に、ケージ４０の外球面４２の曲率中心Ｏ₃と内球面４４の曲率中心Ｏ₄は、継手中心Ｏに対して等距離ｆだけ、軸方向に互いに逆向きにオフセットさせてある（ケージオフセット）。

図５に示すように、外側継手部材１０の回転軸Ｘと内側継手部材２０の回転軸Ｙが０°以外のある作動角θをとったとき、両回転軸Ｘ，Ｙのなす角度θの二等分線に垂直な平面すなわち継手中心面Ｐ内にすべてのボール３０があれば、ボール中心から両回転軸Ｘ，Ｙまでの距離が相等しく、したがって、両回転軸Ｘ，Ｙ間で等角速度で回転運動の伝達が行われる。継手中心面Ｐと回転軸Ｘ，Ｙとの交点を継手中心Ｏと称する。固定式等速自在継手では、作動角θに関わりなく継手中心Ｏは固定される。

対をなす外側継手部材１０のボール溝１４と内側継手部材２０のボール溝２４とで構成されるトラックは、外側継手部材１０のマウス部１６の奥側から開口端１８側に向かって徐々に拡大する楔状を呈する。このため、継手が作動角θをとった状態でトルクを伝達するとき、図２に白抜き矢印で示すように、楔状のトラックの狭い方から広い方へボール３０を押し出そうとする力が作用する。この力によってボール３０からケージ４０のポケット４６の壁面に作用する荷重をポケット荷重と呼ぶ。

最大作動角（例えば５２°以上）をとったとき、外側継手部材１０のマウス部１６の開口端１８から飛び出そうとするボール３０をケージ４０で確実に拘束できるように、ケージオフセット量ｆを従来のものよりも大きく設定する。作動角０°でのボール３０の中心軌跡半径値すなわち、外側継手部材１０のボール溝１４の曲率中心Ｏ₁または内側継手部材２０のボール溝２４の曲率中心Ｏ₂とボール３０の中心Ｏ₅とを結ぶ線分の長さをＰＣＲとしたとき、ケージオフセット量ｆのＰＣＲに対する比の値ｆ／ＰＣＲが０．１２以下となるように設定する。

継手の縦断面において、外側継手部材１０のボール溝１４および内側継手部材２０のボール溝２４の溝底をテーパ状とすることにより、最大作動角の高角化に加えて、外側継手部材１０のボール溝１４におけるボール３０との接触長さを確保することができるので、外側継手部材１０と内側継手部材２０との間における安定したトルク伝達が達成される。また、作動角θをとった時にボール３０が最も飛び出そうとする位相（位相角φ＝０°）（図５および図６参照）のトラック荷重およびポケット荷重が低減されるので、高角域において有利である。ここでトラック荷重は、接触するボール３０とボール溝１４，２４の壁面とが受ける荷重を意味する。

また、ケージ４０の外球面４２は外側継手部材１０の内球面１２に接触案内され、ケージ４０の内球面４４は内側継手部材２０の外球面２２に接触案内されることから、トルク伝達時にケージ４０と外側継手部材１０または内側継手部材２０との間で球面力（球面同士で押し合う力）が作用するが、その球面力の最大値が低減するので、継手内部での発熱の抑制につながる。さらに、鍛造型が抜きやすい形状であるため冷間鍛造による加工性がよく、製造コストの低減も図れる。

外側継手部材１０および内側継手部材２０のボール溝１４，２４の溝底をテーパ状とすることによって、前述のトラック荷重、ポケット荷重および球面力からなる内部力に及ぼす影響およびその傾向を検証し、有限要素法（ＦＥＭ）による解析を行い、テーパ角度αの範囲を絞り込んで最適設定した。まず、テーパ角度αを大きくすることによって内部力に表１に示すような傾向が認められる。なお、表１において、ボール３０が最も飛び出そうとする位相（位相角φ＝０°）と、内部力が最大値となるボール３０の位相（例えばボール３０が最も奥に入る位相近辺（位相角φ＝１８０°））について検証した。また、球面力について変動幅とは、球面力の最大値と最小値との差を意味する。

表１から明らかなように、テーパ角度αを大きくすると、ポケット荷重の最大値が大きくなるが、ボール３０が外側継手部材１０の最も奥に入る位相近辺（位相角φ＝１８０°）で外側継手部材１０の肉厚を大きくし、また、ケージオフセット量ｆを大きくしてケージ４０の肉厚を大きくすることによって、外側継手部材１０やケージ４０の強度を確保することができるので、問題にはならない。

次に、テーパ角度αの上限値を決定するために有限要素法（ＦＥＭ）解析を行った。テーパ角度αが大きくなれば、ボール３０が最も飛び出そうとする位相（位相角φ＝０°）では内部力（トラック荷重およびポケット荷重）が小さくなり、強度的に有利になるが、外側継手部材１０の開口端１８の肉厚が薄くなるため、ボール溝１４に発生する応力値を継手強度に換算して傾向を確認した。その結果は図７に示すとおりである。テーパ角度α（°）に対する継手強度の関係を示す同図から明らかなように、テーパ角度αが１２．９°で継手強度が必要強度を下回ることから、テーパ角度αの最適範囲としてその上限値を１２°として規定した。

なお、上述の実施の形態はトラックオフセットを設けた場合を例示したが、トラックオフセットを設けなくてもよい。つまり、トラックオフセットを設けると、外側継手部材１０のボール溝１４のうち、マウス部１６の奥側に位置する円弧部分１４ａが奥側にゆくほど浅くなることから、作動角をとった時にボール溝１４の最奥部でボール３０の乗り上げが生じる可能性がある。そこで、このトラックオフセット量を０とすることにより、外側継手部材１０のボール溝１４のうちマウス部１６の奥側に位置する円弧部分１４ａが均一な深さとなることから、作動角をとった時に外側継手部材１０のボール溝１４の最も奥に位置するボール３０の乗り上げを抑制することができる。

トラックオフセット量Ｆ、ケージオフセット量ｆ、テーパ角度αの各因子を変動させて内部力解析を行った結果を次に述べる。ここで、トラックオフセットについては、高角域に入っても許容負荷トルクが落ちない超高角固定式等速自在継手の特性を考慮してトラックオフセット量Ｆ＝０すなわち「トラックオフセットなし」とした。ケージオフセットについては、内部力の観点からはできるだけ小さい方がよいが、継手の機能確保のためにはある程度ケージオフセットをつけなくてはならないことから、０≦ｆ／ＰＣＲ≦０．１５０で変動させた。テーパ角度αについては、０°から１２°までの範囲で変動させた。

ｆ＝０（ｆ／ＰＣＲ＝０）ならば、テーパ角度αが１．１°以上のとき０°位相のトラック荷重およびポケット荷重はゼロになる。

一方、テーパ角度α＝１２°ならば、ｆ＝３．９４（ｆ／ＰＣＲ＝０．１１４）以下のとき０°位相のトラック荷重およびポケット荷重はゼロになる。

つまり、ケージオフセット量ｆとテーパ角度αとの関係が図８の斜線領域内に設定されていれば、０°位相のトラック荷重およびポケット荷重はゼロになる。ここで、図８は内部力解析により算出したデータに基づいて作図したもので、横軸がテーパ角度α（°）、縦軸がｆ／ＰＣＲを表している。

これより、０°位相に負荷される荷重を極力小さくし、より高角作動域において有利となる内部仕様は次のようになる。
トラックオフセット：なし
ケージオフセット量ｆ：ｆ／ＰＣＲ≦０．１２（ただし、作動角は０°とする）
テーパ角度α：１°≦α≦１２°

また、この実施の形態では、０°位相における荷重が低減する一方、ピークの荷重は従来の等速自在継手と比較して大きくなることから、強度を確保するため、ケージ４０の肉厚部を外側継手部材１０の開口端１８側に向けた配置とするのが好ましい。

上記の内部仕様で寸法を設定した本発明による固定式等速自在継手（実施例）と従来のＵＪタイプ高角固定式等速自在継手（比較例）について、０°位相におけるポケット荷重の最大値を負荷した時の、ケージ４０の側壁４８の応力値を解析したところ、結果は図９のとおりであった。なお、作動角は実施例（５６°）の方が比較例（５０°）よりも高角設定である。百分率表示は比較例の応力値を１００としたときのものである。このように、実施例は比較例よりも低応力であるため、上記寸法仕様のケージは比較例よりも大きな作動角時に同等以上のケージ強度を発揮すると判断できる。

次に、比較例と実施例とについて、ボール溝のテーパ化による内部力（特にポケット荷重）の影響および傾向を検証し、比較を行ったところ、最大作動角時においてボールが最も飛び出す位相（位相角０°）のポケット荷重は大幅に低減できたが、その他のすべての位相のポケット荷重を確認したところ、ポケット荷重の最大値は比較例よりも実施例の方が約３０％程度増大する（図１０参照）。このときの負荷トルクは同一であるが、最大作動角は異なり、比較例（５０°）よりも実施例（５６°）の方が高角設定である。表２に上記比較例および実施例における仕様を示す。

ポケット荷重の最大値が増大したのは、ボール溝のテーパ化と、最大作動角アップによる影響である。この増大したポケット荷重に耐え、早期破損を防止するため、各ポケット４６の四隅Ｒ部のうち、図３および図４のように、継手奥側の２つのＲ部４６ａ、４６ａが、継手開口側の２つのＲ部４６ｂ、４６ｂに比べて大きな曲率半径となるように形成する。すなわち、継手開口側の２つのＲ部４６ｂの曲率半径をＲ₁、継手奥側の２つのＲ部４６ａの曲率半径をＲ₂とすると、Ｒ₁＜Ｒ₂の関係にある。Ｒ部４６ａの曲率半径の最大値は、図４（Ａ）のようにボール３０の周方向の移動を阻害しないように、ボール３０の直径２Ｒ₂の二分の一のＲ₂とする。Ｒ部４６ａの曲率半径をＲ₂以下の具体的にどの程度とするかは、Ｒ部４６ａにおけるケージ４０の肉厚等に基づき決定する。

ケージのその他の仕様としては、例えば次のような設定を採用する。カッコ内は従来の固定式等速自在継手（ＢＪ）や高角固定式等速自在継手（ＵＪ）における値である。なお、ケージの外径Ｄｏ、内径Ｄｉ、幅ｗについては図２に示すとおりであるが、ケージの肉厚ｔは軸方向中央部の肉厚である。

ケージの外径Ｄｏのボール径ｄに対する比の値Ｄｏ／ｄ：
３．９≦Ｄｏ／ｄ≦４．１（３．７≦Ｄｏ／ｄ≦３．８）
ケージの肉厚ｔのボール径ｄに対する比の値ｔ／ｄ：
０．３１≦ｔ／ｄ≦０．３４（０．２４≦ｔ／ｄ≦０．２７）
ケージ幅ｗのボール径ｄに対する比の値ｗ／ｄ：
１．８≦ｗ／ｄ≦２．０（１．８≦ｗ／ｄ≦１．９）

ケージ内径Ｄｉのボール径ｄに対する比の値Ｄｉ／ｄは、ケージ外径および肉厚で決まるが、参考までに示すならば次のとおりである：
３．２５≦Ｄｉ／ｄ≦３．４５（３．１０≦Ｄｉ／ｄ≦３．２５）

このとき、ポケット荷重の作用する方向は、外側継手部材のマウス部奥側から開口端に向かう方向となるため、開口端側にケージの厚肉側を配置する。なお、ケージのマウス部奥側は薄肉となる。これは、内側継手部材組み込み用のインロー径を設ける必要があるためである。外側継手部材の開口端側からマウス部奥側に向かう方向のポケット荷重は比較的微小であるため、特に不具合は生じない。

本発明の実施の形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図である。 図１の要部拡大図である。 ケージの縦断面図である。 （Ａ）は本発明の継手におけるケージのポケット形状図、（Ｂ）は従来の継手におけるケージのポケット形状図である。 図１の継手が最大作動角をとった状態を示す縦断面図である。 ボールを収容したケージの横断面図である。 ボール溝のテーパ角度と継手強度の関係を示す線図である。 テーパ角度とｆ／ＰＣＲとの関係を示す線図である。 最大ポケット荷重を負荷したときのポケット側壁の応力値を比較例と実施例とで対比して示すグラフ図である。 ポケット荷重（最大値）を比較例と実施例とで対比して示すグラフ図である。 テーパ角度とポケット荷重の関係を示す線図である。

符号の説明

１０ 外側継手部材
１２ 内球面
１４ ボール溝
１６ マウス部
１８ 開口端
２０ 内側継手部材
２２ 外球面
２４ ボール溝
２６ スプライン（またはセレーション）孔
３０ ボール
４０ ケージ
４２ 外球面
４４ 内球面
４６ ポケット
４６ａ、４６ｂ ポケットの四隅Ｒ部
α テーパ角度

Claims (4)

1. 内球面に、開口端まで軸方向に延びた複数のボール溝を円周方向等間隔に形成した外側継手部材と、外球面に、軸方向に延びた複数のボール溝を円周方向等間隔に形成した内側継手部材と、対をなす外側継手部材のボール溝と内側継手部材のボール溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に介在し、ボールを一つずつ収容する矩形状ポケットを円周方向に複数配設したケージとを備え、前記ケージの外球面中心と内球面中心を継手中心に対して軸方向に等距離だけ反対側にオフセットさせることにより前記ケージの肉厚を継手開口側で厚くするとともに継手奥側で薄くし、かつ、各矩形状ポケットの四隅Ｒ部のうち継手奥側の２つのＲ部が継手開口側の２つのＲ部に比べて大きな曲率半径となるように形成したことを特徴とする高角固定式等速自在継手。
2. ポケットの継手奥側の２つのＲ部の曲率半径を、ボールの直径の二分の一未満にしたことを特徴とする請求項１の高角固定式等速自在継手。
3. 外側継手部材のボール溝の開口端側溝底を、前記開口端に向かって直線的に拡径したテーパ状とし、内側継手部材のボール溝の、外側継手部材の反開口端側溝底を、前記反開口端側に向かって直線的に拡径したテーパ状とし、かつ、外側継手部材および内側継手部材の各ボール溝のテーパ角度を、１２°以下にしたことを特徴とする請求項１または２の高角固定式等速自在継手。
4. 請求項１の前記オフセットの量ｆの、作動角０°での外側継手部材のボール溝の曲率中心または内側継手部材のボール溝の曲率中心とボールの中心とを結ぶ線分の長さＰＣＲとの比の値ｆ／ＰＣＲを、０以上０．１２以下の範囲としたことを特徴とする請求項１から３のいずれかの高角固定式等速自在継手。

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