JP2007211805A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 ケージと外輪の擦れによる発熱で耐久性の低下や伝達トルクの損失を招かず、かつ、ケージの重量を増大させず、作動角の高角化を容易に実現する。
【解決手段】 内球面１２に複数のボール溝１４を形成した外輪１０と、外球面２２に外輪のボール溝と対をなす複数のボール溝２４を形成した内輪２０と、外輪と内輪の両ボール溝間に介在してトルクを伝達する複数のボール３０と、外輪の内球面と内輪の外球面間に介在してボールを保持するケージ４０とを備え、ケージの外球面中心と内球面中心は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れ、ケージの縦断面において、外輪の開口端側を厚肉にし、外輪のボール溝を開口端に向けて拡径したテーパ状にすると共に、内輪のボール溝を反開口端側に向けて拡径したテーパ状とし、ケージの外球面４２の厚肉部４１を軸方向に向けて延在させ、その厚肉部４１の内球面側周縁に凹陥部４５を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は固定式等速自在継手に関し、詳しくは、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用されるもので、駆動側と従動側の二軸間で作動角度変位のみを許容する固定式等速自在継手に関する。

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、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ている固定式等速自在継手の高角化による前輪の操舵角の増大が求められている。

一般的に、固定式等速自在継手は、図９に示すように内球面１１２に複数のボール溝１３０を円周方向等間隔に軸方向に沿って開口端１１８に向けて形成した外側継手部材１１０と、外球面１２２に外側継手部材１１０のボール溝１１４と対をなす複数のボール溝１２４を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内側継手部材１２０と、外側継手部材１１０のボール溝１１４と内側継手部材１２０のボール溝１２４との間に介在してトルクを伝達する複数のボール１３０と、外側継手部材１１０の内球面１１２と内側継手部材１２０の外球面１２２との間に介在してボール１３０を保持するケージ１４０とを備えている。

前述した高角化のニーズに対する固定式等速自在継手としては、外側継手部材１１０のボール溝１１４の開口端側溝底を、その外側継手部材１１０の開口端１１８に向けて直線的に拡径したテーパ状にすると共に、内側継手部材１２０のボール溝１２４の反開口端側溝底を、その外側継手部材１１０の反開口端側に向けて直線的に拡径したテーパ状とすることにより、高角域の作動を実現している（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

ところで、前述した各特許文献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１１０および内側継手部材１２０の両ボール溝１１４，１２４をテーパ形状にすることで作動角の高角化を容易にしている。図１０は、この固定式等速自在継手が最大作動角θをとった状態、つまり、外側継手部材１１０の回転軸Ｘと内側継手部材１２０の回転軸Ｙが最大作動角θをとった状態を示す。

しかしながら、固定式等速自在継手が高角域に入っていくにしたがって、図１０に示すようにボール１３０がケージ１４０をその開口側に押す力ｍが大きくなる。特に、ボール１３０が外側継手部材１１０の最も奥側に位置する位相（位相角φ＝１８０°）付近の力が大きい。

これにより、ケージ１４０の外球面１４２の開口端側端部は外側継手部材１１０の内球面１１２と激しく擦れ合うことになる（図中のＡ部分）。この時、ケージ１４０と外側継手部材１１０間の接触面積が小さいと、発熱量が大きくなり、耐久性の低下、ひいては伝達トルクの損失を招くという問題がある。

この問題を解消するための手段として、継手が最大作動角をとった状態、つまり、外側継手部材１１０の回転軸と内側継手部材１２０の回転軸とが最大角度をとった状態で、内側継手部材１２０に取り付けられたシャフト１５０がケージ１４０の開口側端部と干渉しない程度に、ケージ１４０の外球面１４２の開口端側端部を軸方向に向けて延在させることが考えられる。

一方、この等速自在継手では、大きな作動角を取り得る構造とするため、ケージ１４０の内球面１４４の曲率中心Ｏ_３と外球面１４２の曲率中心Ｏ_４とは、継手中心Ｏに対して等距離ｆだけ軸方向に逆向きにオフセットされている（ケージオフセット）。このケージオフセットを設けたことにより、ケージ１４０の縦断面において、外側継手部材１１０の開口端側が厚肉になると共にその反開口端側が薄肉となっている。

従って、前述したようにケージ１４０の外球面１４２の開口端側端部が外側継手部材１１０の内球面１１２と激しく擦れ合うことを回避するため、ケージ１４０の外球面１４２の開口端側端部、つまり、開口端側厚肉部１４１を軸方向に向けて延在させると、その厚肉部１４１の容積が大きくなることから、ケージ１４０の重量が非常に大きくなり、その結果、等速自在継手全体の重量が大きくなってしまう問題が発生することになる。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、ケージと外側継手部材が擦れ合うことによる発熱でもって耐久性の低下や伝達トルクの損失を招かず、かつ、ケージの重量を増大させることなく、作動角の高角化を容易に実現し得る固定式等速自在継手を提供することにある。

前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、内球面に複数のボール溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って開口端に向けて形成した外側継手部材と、外球面に外側継手部材のボール溝と対をなす複数のボール溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材の両ボール溝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てボールを保持するケージとを備え、ケージの外球面中心と内球面中心は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れ、ケージの縦断面において、外側継手部材の開口端側を厚肉にすると共にその反開口端側を薄肉にし、外側継手部材のボール溝の開口端側溝底を、開口端に向けて直線的に拡径したテーパ状にすると共に、内側継手部材のボール溝の反開口端側溝底を、その反開口端側に向けて直線的に拡径したテーパ状とし、ケージの外球面の開口端側厚肉部を軸方向に向けて延在させ、その開口端側厚肉部の内球面側周縁に凹陥部を設けたことを特徴とする。

本発明では、ケージの外球面の開口端側厚肉部を軸方向に向けて延在させる。この場合、継手が最大作動角をとった状態、つまり、外側継手部材の回転軸と内側継手部材の回転軸とが最大角度をとった状態で、内側継手部材に取り付けられたシャフトがケージの開口端側厚肉部と干渉しない程度にその外球面の開口端側厚肉部を延在させる。

このように高角域においてもケージの外球面と外側継手部材の内球面との接触面積を確保することができることにより、最大作動角をとった時に、ボールがケージを開口端側へ押し、そのケージの外球面の開口端側厚肉部と外側継手部材の内球面が強く擦れ合っても発熱による耐久性の低下や伝達トルクの損失を最小限に抑えることができる。また、ケージの剛性を最大限に確保することができるので、ケージ自体の強度も向上する。

一方、ケージの外球面の開口端側厚肉部を延在させると、その厚肉部の容積が大きくなることから、ケージの重量が非常に大きくなり、その結果、等速自在継手全体の重量が大きくなってしまうことになる。

そこで、本発明では、ケージの開口端側厚肉部の内球面側周縁に凹陥部を設ける。このようにケージの開口端側厚肉部の内球面側周縁に凹陥部を設けたことにより、ケージの重量軽減を図ることができる。この凹陥部は内球面側周縁に設けていることから、ケージの外球面については、外側継手部材の内球面との接触面積を確保することができて、最大作動角時に、ケージの外球面と外側継手部材の内球面との擦れ合いでの発熱による耐久性の低下や伝達トルクの損失を最小限に抑えることができる効果を維持できる。

この凹陥部は、ケージの軸方向に平行な内径面と径方向に平行な端面とを持ち、その凹陥部の形状を、凹陥部内径面における内径寸法と、ケージ端面から凹陥部端面までの軸方向寸法とで規定することが望ましい。このように凹陥部の形状を規定すれば、その寸法管理方法が容易になるため、製品コストの削減を図ることができる。

本発明では、外側継手部材および内側継手部材の両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、前述のボール溝のテーパ角度の最適値としてその上限値を１２°に規定した。

本出願人は、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、静的内部力解析、有限要素法（ＦＥＭ）解析を用いて検討を進め、ボール溝の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。

前述の構成において、ケージの外球面中心と内球面中心とのケージオフセット量ｆと、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が０．１２以下であることが望ましい。この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関係するため、この点を考慮してケージオフセット量ｆを設定することが望ましい。

例えば、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にケージの厚肉側を位置させるようにすれば、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利点を有する。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、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、外側継手部材の反開口端側のケージの肉厚が小さくなり、強度面が問題となる。

以上より、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での問題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。そのため、ケージオフセット量ｆと、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ｆ／ＰＣＲを用いる。

そこで、前述の構成におけるケージオフセット量は、そのケージオフセット量ｆと、作動角０°時における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ｆ／ＰＣＲを０より大きく、かつ、０．１２以下とすることが望ましい。

この比ｆ／ＰＣＲが０．１２より大きいと前述の強度面での問題がある。逆に、０以下であるとケージオフセット量ｆを設ける意義がなくなる。すなわち、ケージオフセット量ｆが０の場合、トラックオフセット量も０のため、オフセットが０となり、くさび角＝０でボール（ケージ）位置が定まらず、作動性が著しく悪化することから、０以下の範囲では、その目的が達成できない。従って、ケージ強度の確保、耐久性の確保の点から、比ｆ／ＰＣＲが０より大きく、かつ、０．１２以下であることが、ケージオフセット量ｆの最適範囲である。

なお、本発明は、ボール数が６個あるいは８個である固定式等速自在継手に適用可能であるが、ボール数が８個の固定式等速自在継手に適用すれば、固定式等速自在継手のコンパクト化が図れる点で有効である。

本発明によれば、ケージの外球面の開口端側端部を最大作動角時でもシャフトに干渉することがない程度まで軸方向に向けて延在させることで、高角域においてもケージの外球面と外側継手部材の内球面との接触面積を確保することができ、最大作動角時、ケージの外球面の開口端側厚肉部と外側継手部材の内球面が強く擦れ合っても発熱による耐久性の低下や伝達トルクの損失を抑制することができる。

また、ケージの開口端側厚肉部の内球面側周縁に凹陥部を設けることにより、高角域においてケージの外球面と外側継手部材の内球面との接触面積を確保しつつ、ケージの重量を軽減することができ、等速自在継手の軽量化を容易に図ることができる。

その結果、作動角の高角化を容易に実現することができ、近年における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要望に対して、車両回転半径が大きくならないように前輪の操舵角の増大を容易に対応することができる。

本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態を以下に詳述する。

図１に示す固定式等速自在継手は、外輪１０と、内輪２０と、ボール３０と、ケージ４０を主要な構成要素としている。この固定式等速自在継手によって連結すべき二軸、例えば従動側の回転軸（図示せず）を外輪１０と結合し、駆動側の回転軸（図示せず）を結合して、両者が角度をなした状態でも等速でトルクを伝達するようになっている。なお、図１は外輪１０の回転軸Ｘと内輪２０の回転軸Ｙとがなす作動角θが０°の状態を示し、図３はその作動角θが最大の状態を示す。

外側継手部材としての外輪１０はマウス部１６とステム部（図示せず）とからなり、ステム部にて従動側の回転軸とトルク伝達可能に結合する。マウス部１６は一端にて開口した椀状で、その内球面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されている。そのボール溝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輪２０は、その外球面２２に、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されている。そのボール溝２４は内輪２０の軸方向に切り通されている。内輪２０は駆動側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孔２６を有している。

外輪１０のボール溝１４と内輪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は外輪１０のボール溝１４と内輪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はケージ４０の円周方向に配設したポケット４６内に収容されている。ボール３０の数、換言すれば、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。特に、ボールが８個の場合、コンパクトな等速自在継手を実現することができる。

ケージ４０は外輪１０と内輪２０との間に摺動可能に介在し、外球面４２にて外輪１０の内球面１２と接し、内球面４４にて内輪２０の外球面２２と接する。外輪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Ｏ_４で示している。同様に、内輪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Ｏ_３で示している。なお、図面では、外輪１０の内球面１２とケージ４０の外球面４２との間、内輪２０の外球面２２とケージ４０の内球面４４との間のすきまが誇張して示している。

外輪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は開口端側に位置する。そして、ボール溝１４は、開口端側の溝底を、開口端１８に向かって直線的に拡径するテーパ角度αのテーパ状としている。

内輪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は外輪１０の開口端側に位置し、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、外輪１０の奥側つまり反開口端側の溝底を、反開口端側に向かって直線的に拡径するテーパ角度αのテーパ状としている。

この継手では、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、外輪１０のボール溝１４の曲率中心Ｏ_１は内球面１２の中心Ｏ_４に対して、内輪２０のボール溝２４の曲率中心Ｏ_２は外球面２２の中心Ｏ_３に対して、等距離Ｆだけ軸方向に逆向きにオフセットさせている（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Ｏ_４と内球面４４の曲率中心Ｏ_３は、継手中心Ｏに対して等距離ｆだけ軸方向に逆向きにオフセットさせている（ケージオフセット）。

図３に示すように、外輪１０の回転軸Ｘと内輪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は固定されている。

対をなす外輪１０のボール溝１４と内輪２０のボール溝２４とで構成されるトラックは、外輪１０のマウス部１６の奥側から開口端側に向かって径方向間隔が徐々に拡大する楔状を呈している。そして、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。

ケージ４０は、前述したようにケージオフセットを設けたことにより、外輪１０の開口端側に向けて厚肉で、その反開口端側に向けて薄肉となった形状を有する。つまり、外輪１０の開口端側に厚肉部４１、その反開口端側に薄肉部４３が配されている。図４は、（ａ）に実施形態のケージ４０を示し、このケージ４０と比較するため、（ｂ）に従来のケージ１４０（図９参照）を示す。

この実施形態のケージ４０は、従来品よりも、その外球面４２の厚肉部４１を軸方向に向けて延在させ、その厚肉部４１の内球面側周縁に凹陥部４５を設けている。このケージ４０の厚肉部４１では、図３に示すように外輪１０と内輪２０が最大作動角θをとった状態で、内輪２０にスプライン嵌合により取り付けられたシャフト５０がケージ４０の厚肉部４１と干渉しない程度にその外球面４２の厚肉部４１を延在させる。

このように高角域においてもケージ４０の外球面４２と外輪１０の内球面１２との接触面積を確保することができることにより、最大作動角θをとった時に、ボール３０がポケット荷重によりケージ４０を開口端側へ押し、そのケージ４０の外球面４２の厚肉部４１と外輪１０の内球面１２が強く擦れ合っても発熱による耐久性の低下や伝達トルクの損失を最小限に抑えることができる。また、ケージ４０の剛性を最大限に確保することができるので、ケージ４０自体の強度も向上する。

一方、ケージ４０の外球面４２の厚肉部４１を延在させると、その厚肉部４１の容積が大きくなることから、ケージ４０の重量が非常に大きくなり、その結果、等速自在継手全体の重量が大きくなってしまうことになる。

そこで、ケージ４０の厚肉部４１の内球面側周縁に凹陥部４５を設ける。このようにケージ４０の厚肉部４１の内球面側周縁に凹陥部４５を設けたことにより、ケージ４０の重量軽減を図ることができる。この凹陥部４５は内球面側周縁に設けていることから、ケージ４０の外球面４２については、外輪１０の内球面１２との接触面積を確保することができて、最大作動角時に、ケージ４０の外球面４２と外輪１０の内球面１２との擦れ合いでの発熱による耐久性の低下や伝達トルクの損失を最小限に抑えることができる効果を維持できる。

この凹陥部４５は、図４（ａ）に示すようにケージ４０の軸方向に平行な内径面４７と径方向に平行な端面４８とを持ち、その凹陥部４５の形状を、凹陥部内径面４７における内径寸法φＤと、ケージ端面４９から凹陥部端面４８までの軸方向寸法Ｌとで規定することが可能である。このように凹陥部４５の形状を規定すれば、その寸法管理方法が容易になるため、製品コストの削減を図ることができる。なお、凹陥部４５は、ケージ４０の全周に亘って環状に形成する以外に、部分的に形成するようにしてもよい。

外輪１０と内輪２０が最大作動角θをとったとき、外輪１０のマウス部１６の開口端１８からボール３０が飛び出すことを防止するため、ケージ４０のポケット４６で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。すなわち、ケージオフセット量をｆ、ボール３０の中心軌跡半径値、すなわち、作動角０°時における外輪１０のボール溝１４の曲率中心Ｏ_１または内輪２０のボール溝２４の曲率中心Ｏ_２とボール３０の中心Ｏ_５とを結ぶ線分の長さをＰＣＲとした場合、ｆ／ＰＣＲが０より大きく、かつ、０．１２以下となるように設定する。

このように、外輪１０および内輪２０の両ボール溝１４，２４をテーパ状とすれば、最大作動角の高角化と共に、外輪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、外輪１０と内輪２０との間で安定したトルク伝達を確保することができる。また、作動角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３および図５参照）のトラック荷重およびポケット荷重を低減することができるので、外輪１０と内輪２０の高角域での作動において有利である。ここで、トラック荷重とは、接触するボール３０からボール溝１４，２４が受ける荷重を意味する。

また、ケージ４０の外球面４２は外輪１０の内球面１２に接触案内され、ケージ４０の内球面４４は内輪２０の外球面２２に接触案内され、トルク伝達時にケージ４０と外輪１０または内輪２０との間で球面力が作用するが、その球面力の最大値を低減することができ、継手内部での発熱を抑制できる。さらに、鍛造型が抜き易いことから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。

外輪１０および内輪２０の両ボール溝１４，２４をテーパ状とすることにより、前述したトラック荷重、ポケット荷重および球面力からなる内部力の影響および傾向を検証し、有限要素法（ＦＥＭ）解析を実施することで、ボール溝１４，２４のテーパ角度α（図１および図２参照）の範囲を絞り込んで最適設定した。

まず、ボール溝１４，２４のテーパ角度αを大きくすることによる内部力（トラック荷重、ポケット荷重および球面力）の傾向は、表１のとおりである。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、つまり、ボール３０が最も奥に入る位相（位相角φ＝１８０°付近）について検証した（図３および図５参照）。また、球面力の変動幅とは、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が最も奥に入る位相（位相角φ＝１８０°付近）で外輪１０の肉厚を大きく、また、ケージオフセット量を大きくしてケージ４０の肉厚を大きくすることにより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）解析を実施した。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、外輪１０の開口端１８でありその肉厚が小さくなるため、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６に示すとおりである。同図に示す特性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、前述の実施形態では、トラックオフセットを設けた場合について例示したが、そのトラックオフセットを設けずにトラックオフセット量Ｆを０にしてもよい。トラックオフセットを設けていると、外輪１０のボール溝１４の円弧部分１４ａがその奥側に向けて浅くなることから、作動角をとった時にボール溝１４の最奥部に位置するボール３０の乗り上げが生じる可能性がある。

そこで、外輪１０のボール溝１４の曲率中心Ｏ_１をその内球面１２の曲率中心Ｏ_４に一致させ、かつ、内輪２０のボール溝２４の曲率中心Ｏ_２をその外球面２２の曲率中心Ｏ_３に一致させてトラックオフセット量Ｆを０とすることにより、外輪１０のボール溝１４の円弧部分１４ａが奥側に向けて浅くなることがなく均一な深さとなることから、作動角をとった時にボール溝１４の最奥部に位置するボール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。

ケージオフセット量ｆ＝０（ｆ／ＰＣＲ＝０）ならば、テーパ角度αが１．１°以上のとき、ボール３０が最も飛び出そうとする位相（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、ケージオフセット量ｆ＝３．９４（ｆ／ＰＣＲ＝０．１１４）以下のとき、ボール３０が最も飛び出そうとする位相（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７の斜線領域内に設定されていれば、ボール３０が最も飛び出そうとする位相（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７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（deg）、縦軸がｆ／ＰＣＲを表している。

これより、ボール３０が最も飛び出そうとする位相（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：０＜ｆ／ＰＣＲ≦０．１２
テーパ角度α：１°≦α≦１２°

また、この実施形態では、ボール３０が最も飛び出そうとする位相（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の厚肉部４１を外輪１０の開口端側に向けた配置とするのが好ましい。

前述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）と従来の固定式等速自在継手（比較例）について、最大作動角時のボール３０が最も飛び出そうとする位相（０°位相）におけるトラック荷重およびポケット荷重を算出したところ、結果は図８に示すとおりであった。同図より、比較例に対して実施例が、トラック荷重とポケット荷重のいずれも８割以上減少していることが分かる。

本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態を示す断面図である。 図１の等速自在継手において、ケージオフセットおよびトラックオフセット等の内部諸元を説明するための図である。 図１の等速自在継手において、外輪に対して内輪が最大作動角をとった状態を示す断面図である。 （ａ）は図１の等速自在継手におけるケージを示す断面図、（ｂ）は従来の等速自在継手におけるケージを示す断面図である。 ケージに収容されたボールの位相を示す断面図である。 ボール溝のテーパ角度に対する継手強度の関係を示す特性図である。 ボール溝のテーパ角度とｆ／ＰＣＲとの関係を示す特性図である。 最大作動角時における基本トルク負荷時の０°位相荷重を示す特性図である。 固定式等速自在継手の従来例を示す断面図である。 図９の等速自在継手において、外輪に対して内輪が最大作動角をとった状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ 外側継手部材（外輪）
１２ 外側継手部材（外輪）の内球面
１４ 外側継手部材（外輪）のボール溝
１８ 開口端
２０ 内側継手部材（内輪）
２２ 内側継手部材（内輪）の外球面
２４ 内側継手部材（内輪）のボール溝
３０ ボール
４０ ケージ
４１ 厚肉部
４２ ケージの外球面
４３ 薄肉部
４４ ケージの内球面
４５ 凹陥部
ｆ ケージオフセット量
Ｆ トラックオフセット量
Ｏ_１ 外側継手部材（外輪）のボール溝の曲率中心
Ｏ_２ 内側継手部材（内輪）のボール溝の曲率中心
Ｏ_３ ケージの内球面中心
Ｏ_４ ケージの外球面中心
Ｏ_５ ボールの中心
α ボール溝のテーパ角度

Claims (5)

1. 内球面に複数のボール溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って開口端に向けて形成した外側継手部材と、外球面に前記外側継手部材のボール溝と対をなす複数のボール溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内側継手部材と、前記外側継手部材と内側継手部材の両ボール溝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てボールを保持するケージとを備え、
   前記ケージの外球面中心と内球面中心は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れ、ケージの縦断面において、外側継手部材の開口端側を厚肉にすると共にその反開口端側を薄肉にし、
   前記外側継手部材のボール溝の開口端側溝底を、前記開口端に向けて直線的に拡径したテーパ状にすると共に、前記内側継手部材のボール溝の反開口端側溝底を、その反開口端側に向けて直線的に拡径したテーパ状とし、
   前記ケージの外球面の開口端側厚肉部を軸方向に向けて延在させ、その開口端側厚肉部の内球面側周縁に凹陥部を設けたことを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記凹陥部は、ケージの軸方向に平行な内径面と径方向に平行な端面とを持ち、その凹陥部の形状を、前記凹陥部内径面における内径寸法と、ケージ端面から前記凹陥部端面までの軸方向寸法とで規定した請求項１に記載の固定式等速自在継手。
3. 前記外側継手部材および内側継手部材の両ボール溝のテーパ角度の上限値を１２°とした請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
4. 前記ケージの外球面中心と内球面中心とのケージオフセット量ｆと、作動角０°時における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が０より大きく、かつ、０．１２以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
5. 前記ボールの個数を８個とした請求項１〜４のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。

Images