JP2009121667A - 摺動式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 球対偶での球面保持力および強度を向上させると共に、組立てを容易にする。
【解決手段】 円筒状外輪３０を共通にしてその一端側に固定式継手部１０を配設すると共に他端側に摺動式継手部２０を配設し、固定式継手部１０の内輪１２にトルク伝達可能に嵌挿されたシャフト１１の端部に凹球面部１５を一体的に設けると共に摺動式継手部２０の内輪２２にトルク伝達可能に嵌挿されたシャフト２１の端部に凸球面部２５を軸方向にスライド可能に設け、凹球面部１５と凸球面部２５からなる球対偶４０を介して固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１とを連結し、凹球面部１５の開口径よりも小さい外径を有し、かつ、固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１とが所定の作動角をとった状態で凹球面部１５に挿入可能とする組込み部２５ｂを凸球面部２５の外球面に形成し、この組込み部２５ｂからの挿入により凸球面部２５を凹球面部１５に球面嵌合させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用され、駆動側と従動側の二軸間で角度変位と軸方向変位を許容する摺動式等速自在継手に関する。

例えば、自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達する手段として使用される等速自在継手には、固定式等速自在継手と摺動式等速自在継手の二種がある。これら両者の等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結してその二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し得る構造を備えている。

自動車のエンジンから駆動車輪に動力を伝達するドライブシャフトは、エンジンと車輪との相対的位置関係の変化による角度変位と軸方向変位に対応する必要があるため、エンジン側（インボード側）に摺動式等速自在継手を、駆動車輪側（アウトボード側）に固定式等速自在継手をそれぞれ装備し、両者の等速自在継手をシャフトで連結した構造を具備する。

一般的に、前述した固定式等速自在継手としては、バーフィールド型等速自在継手（以下、ＢＪと称す）や作動角の大きなアンダーカットフリー型等速自在継手（以下、ＵＪと称す）が広く知られている。また、摺動式等速自在継手としては、ダブルオフセット型等速自在継手（以下、ＤＯＪと称す）やレブロ型等速自在継手（以下、ＬＪと称す）が広く知られている。

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、自動車のドライブシャフトの連結用継手として使用されている摺動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。

この要望に対して、二個のＢＪを組み合わせたものがある（例えば、特許文献１，２参照）。なお、二つの等速自在継手を組み合わせた構造例では、摺動式等速自在継手として、ＢＪとＤＯＪを組み合わせたものもある（例えば、特許文献３参照）。
特開平４−１９１５２３号公報 特開平１−２１０６１９号公報 特開平７−２６９５８５号公報 特開２００７−７８０８１号公報

ところで、前述した特許文献に開示された等速自在継手では、二個のＢＪを組み合わせたり、あるいはＢＪとＤＯＪを組み合わせたりすることにより、通常のＵＪ単体よりも大きな作動角をとることができるという利点がある。

しかしながら、特許文献１，２に開示された固定式等速自在継手のように二個のＢＪを組み合わせた構造では、二つのＢＪが作動角をとった時に、入出力軸であるＢＪのそれぞれの軸間での軸方向変位を吸収するための機構を二つのＢＪ間に配設しなければならない。このように二つのＢＪの作動角を制御する機構を外輪であるハウジングに支持した構造を有することから、全体の重量が大きくなると共に大型化し、また、構造も複雑となって部品点数の増加により製品のコストアップを招来する。

一方、特許文献３に開示された摺動式等速自在継手のようにＢＪとＤＯＪを組み合わせた構造では、前述したように二つのＢＪを組み合わせた固定式等速自在継手のように二軸間の角度変位のみを許容する機能はなく、また、入出力軸の軸周りの回転自由度以外（例えば、軸方向、角度位置など）を固定しないと、入力軸に対する出力軸の位置が定まらない。

そこで、本出願人は、前述の問題点を改善するため、二つの等速自在継手、例えばＵＪとＤＯＪを組み合わせて、構造が簡単で高角化を実現容易にした軽量コンパクトな摺動式等速自在継手を先に提案している（例えば、特許文献４参照）。

この摺動式等速自在継手は、図１６に示すように、単一の円筒状外輪１３０を共通にしてその一端側に固定式継手部１１０（ＵＪ）を配設すると共に他端側に摺動式継手部１２０（ＤＯＪ）を配設し、その固定式継手部１１０の内輪１１２にスプライン嵌合されたシャフト１１１のＤＯＪ側端部に凸球面部１１５を設けると共に摺動式継手部１２０の内輪１２２にスプライン嵌合されたシャフト１２１のＵＪ側端部に凹球面部１２５を設け、その凸球面部１１５と凹球面部１２５からなる球対偶１４０を介して固定式継手部１１０のシャフト１１１と摺動式継手部１２０のシャフト１２１とを、凸球面部１１５がシャフト１１１に滑り軸受１１９を介してその軸方向にスライド可能に連結した構造を具備する。

このように固定式継手部１１０と摺動式継手部１２０を共通の外輪１３０に組み込み、両者の固定式継手部１１０と摺動式継手部１２０を球対偶１４０で連結した構造としたことにより、固定式継手部１１０と摺動式継手部１２０のそれぞれの作動角を加えた大きな作動角を実現することができ、固定式継手部１１０と摺動式継手部１２０間に凸球面部１１５と凹球面部１２５からなる球対偶１４０が介在するのみであるため、構造が簡単で軽量コンパクトな摺動式等速自在継手を実現している。

ところで、球対偶１４０は、固定式継手部１１０のシャフト１１１の端部に設けられた凸球面部１１５と、摺動式継手部１２０のシャフト１２１の端部に設けられた凹球面部１２５とを球面嵌合により結合することにより形成されている。この等速自在継手の組立て時に、凸球面部１１５と凹球面部１２５との球面嵌合による結合を容易に行うために、図１７に示すように凸球面部１１５の外周面に複数の切り欠き１１５ｃを円周方向等間隔に設けると共に、凹球面部１２５の開口部内周面に前述の凸球面部１１５の切り欠き１１５ｃと対応させて複数の切り欠き１２５ｃを円周方向等間隔に設けている。

この構造に基づいて、凸球面部１１５と凹球面部１２５の球面嵌合は、以下の要領でもって行う。つまり、凸球面部１１５の切り欠き１１５ｃと凹球面部１２５の切り欠き１２５ｃを対応させて位相合わせした上で、凸球面部１１５と凹球面部１２５の軸線を一致させた状態でその凸球面部１１５に凹球面部１２５を軸方向から挿入して嵌め込んだ上で両者を相互に回転させる。これにより、凸球面部１１５に凹球面部１２５が球面嵌合した球対偶１４０を形成するようにしている。

しかしながら、前述したように凸球面部１１５の外球面および凹球面部１２５の内球面のそれぞれに切り欠き１１５ｃ，１２５ｃを設けると、それら凸球面部１１５と凹球面部１２５を球面嵌合させた球対偶１４０において、凸球面部１１５と凹球面部１２５の球面保持面積が少なくなり、等速自在継手が作動角をとった状態ではその球面保持面積が作動角が０°の時よりもさらに少なくなる。その結果、球対偶１４０における球面保持力が低下する可能性がある。

また、凹球面部１２５に切り欠き１２５ｃを形成した場合、その凹球面部１２５の切り欠き形成部位の肉厚が薄くなることから、凹球面部１２５の強度が低下するおそれもあった。等速自在継手の組立て時においても、凹球面部１２５の切り欠き１２５ｃと凸球面部１１５の切り欠き１１５ｃを対応させて位相合わせを行わなければならず、組立てが煩雑となる可能性もあった。

そこで、本発明は前述の点を改善して提案されたもので、その目的とするところは、球対偶での球面保持力および強度を向上させると共に、組立てを容易にし得る摺動式等速自在継手を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、円筒状外方部材を共通にしてその一端側に固定式継手部を配設すると共に他端側に摺動式継手部を配設し、固定式継手部の内方部材あるいは摺動式継手部の内方部材のいずれか一方の対向端部に凸球面部を設けると共に他方の対向端部に凹球面部を設け、凹球面部と凸球面部からなる球対偶を介して固定式継手部の内方部材と摺動式継手部の内方部材とを、凸球面部あるいは凹球面部のいずれか一方が軸方向にスライド可能に連結した固定式等速自在継手であって、凹球面部の開口径よりも小さい外径を有し、かつ、固定式継手部の内方部材と摺動式継手部の内方部材とが所定の作動角をとった状態で凹球面部に挿入可能とする組込み部を凸球面部の外球面に形成し、この組込み部からの挿入により凸球面部を凹球面部に球面嵌合させたことを特徴とする。

本発明では、固定式継手部と摺動式継手部とで円筒状外方部材を共通にしたことにより、その外方部材内に固定式と摺動式の二つの継手部を組み合わせた構造を具備する。さらに、固定式継手部の内方部材あるいは摺動式継手部の内方部材のいずれか一方の対向端部に凸球面部を設けると共に他方の対向端部に凹球面部を設け、凹球面部と凸球面部からなる球対偶を介して固定式継手部と摺動式継手部を、凸球面部あるいは凹球面部のいずれか一方が軸方向にスライド可能に連結したことにより、凸球面部と凹球面部からなる球対偶は、固定式継手部と摺動式継手部で共通の一点を中心とした球面案内機構となり、かつ、、凸球面部あるいは凹球面部のいずれか一方が内方部材に軸方向にスライド可能で、他方が内方部材に軸方向にスライド不能に連結されることになるので、この球面中心を作動角の中心とする摺動式等速自在継手となる。

このように固定式継手部と摺動式継手部を共通の外方部材に組み込み、両者の固定式継手部と摺動式継手部を球対偶で連結した構造とすることにより、固定式継手部と摺動式継手部のそれぞれの作動角を加えた大きな作動角を実現することができ、固定式継手部と摺動式継手部間に凸球面部と凹球面部からなる球対偶が介在するのみであるため、構造が簡単で軽量コンパクトな摺動式等速自在継手を提供できる。

さらに、この摺動式等速自在継手では、凹球面部の開口径よりも小さい外径を有し、かつ、固定式継手部の内方部材と摺動式継手部の内方部材とが所定の作動角をとった状態で凹球面部に挿入可能とする組込み部を凸球面部の外球面に形成し、この組込み部からの挿入により凸球面部を凹球面部に球面嵌合させたことにより、凹球面部は複数の切り欠きが形成されていない単純な内球面とすることができると共に、凸球面部は一つの組込み部が形成された外球面であることから、球対偶における凸球面部と凹球面部の球面保持面積を確保することが容易となり、等速自在継手が作動角をとったとしても、その球面保持面積が減少することはなく、球面保持力の向上が図れると共に凹球面部の強度向上も図れる。

本発明の摺動式等速自在継手の製造時、凹球面部に凸球面部を組み付けるに際しては、固定式継手部の内方部材と摺動式継手部の内方部材とを所定の作動角をとった状態に設定する。凸球面部は、凹球面部の開口径よりも小さい外径を有する組込み部が外球面に形成されていることから、所定の作動角をとった状態で、凹球面部に凸球面部が挿入可能であり、組込み部からの挿入により凸球面部を凹球面部に球面嵌合させることになる。

この組込み部は、凸球面部の外球面中心と一致した中心周りで凸球面部の外球面の全周に亘って形成された凹状をなす構造が可能である。この場合、凹球面部の内球面中心に対して凸球面部の外球面中心を一致させた状態で凹球面部に組込み部を挿入することにより組み付けが可能となる。

また、組込み部は、凸球面部の外球面中心からずれた中心周りで凸球面部の外球面の一部に形成された凹状をなす構造が可能である。この場合、凹球面部の内球面中心に対して凸球面部の外球面中心をずらした状態で凹球面部に組込み部を挿入することにより組み付けが可能となる。

凹球面部に凸球面部を組み付けるに際しては、固定式継手部の内方部材と摺動式継手部の内方部材とがなす所定の作動角を限界作動角（最大作動角）よりも大きく設定することが望ましい。このように、凹球面部への凸球面部の組付時における所定の作動角を限界作動角よりも大きく設定しておけば、摺動式等速自在継手の作動時、つまり、固定式継手部と摺動式継手部とが限界作動角以下の範囲内で角度変位する場合に、球対偶の凹球面部から凸球面部が抜脱することはない。

なお、組込み部が、凸球面部の外球面中心と一致した中心周りで凸球面部の外球面の全周に亘って形成された凹状をなす構造の場合、凹球面部の内球面中心に対して凸球面部の外球面中心を一致させた状態で凹球面部に組込み部を挿入することから、その組込み部の挿入時における所定の作動角を限界作動角以下とすると、固定式継手部と摺動式継手部とが限界作動角以下の範囲内で角度変位する時に、その所定の作動角で球対偶の凹球面部から凸球面部が抜脱する可能性がある。

この場合、凹球面部と球面嵌合した状態にある凸球面部の外球面と接触して支持する抜け止め機構を外方部材の内径に設ける必要がある。このように、外方部材の内径に凸球面部の抜け止め機構を設ければ、組込み部の挿入時における所定の作動角を限界作動角以下とした場合であっても、摺動式等速自在継手の作動時に、抜け止め機構により、所定の作動角で球対偶の凹球面部から凸球面部が抜脱することはない。

これに対して、組込み部が、凸球面部の外球面中心からずれた中心周りで凸球面部の外球面の一部に形成された凹状をなす構造の場合、凹球面部への凸球面部の組付時における所定の作動角を限界作動角以下としても、凹球面部の内球面中心に対して凸球面部の外球面中心をずらした状態で凹球面部に組込み部を挿入することから、摺動式等速自在継手の作動時には凹球面部の内球面中心に対して凸球面部の外球面中心が一致しているので、固定式継手部と摺動式継手部とが限界作動角以下の範囲内で角度変位しても、球対偶の凹球面部から凸球面部が抜脱することはない。その結果、前述した抜け止め機構を外方部材の内径に設ける必要はない。従って、この場合、凹球面部への凸球面部の組付時における所定の作動角は、限界作動角に制約されることなく、任意の角度に設定可能である。

なお、前述した組込み部は凹状をなすことから、凹球面部の内球面との間に隙間を形成することが容易となり、その隙間にグリース等の潤滑材が入り込むことで、球対偶における凸球面部と凹球面部との相対運動がスムーズになって作動性の向上が図れる。

また、この摺動式等速自在継手において、固定式継手部と摺動式継手部とで共通にした外方部材は、単一の部材で構成することが可能であるが、固定式継手部と摺動式継手部のそれぞれで二部材により分割構成し、両部材を同軸的に突き合わせて接合一体化した構成とすることも可能である。

本発明によれば、固定式継手部と摺動式継手部を共通の外方部材に組み込み、両者の固定式継手部と摺動式継手部を球対偶で連結した構造としたことにより、固定式継手部と摺動式継手部のそれぞれの作動角を加えた大きな作動角を実現することができ、固定式継手部と摺動式継手部間に凸球面部と凹球面部からなる球対偶が介在するのみであるため、構造が簡単で軽量コンパクトな摺動式等速自在継手を提供できる。

しかも、凹球面部の開口径よりも小さい外径を有し、かつ、固定式継手部の内方部材と摺動式継手部の内方部材とが所定の作動角をとった状態で凹球面部に挿入可能とする組込み部を凸球面部の外球面に形成し、この組込み部からの挿入により凸球面部を凹球面部に球面嵌合させたことにより、凹球面部は複数の切り欠きが形成されていない単純な内球面とすることができると共に、凸球面部は一つの組込み部が形成された外球面であることから、球対偶における凸球面部と凹球面部の球面保持面積を確保することが容易となり、等速自在継手が作動角をとったとしても、その球面保持面積が減少することはなく、球面保持力の向上が図れると共に凹球面部の強度向上も図れる。

その結果、例えば、近年における自動車のドライブシャフトに使用される摺動式等速自在継手の高角化による前輪の操舵角の増大への要望に迅速に対応することができる。

本発明に係る摺動式等速自在継手の実施形態を以下に詳述する。図１に示す実施形態の摺動式等速自在継手は、固定式継手部としてＵＪ、摺動式継手部としてＤＯＪをそれぞれ適用して組み合わせた構造を例示する。その他、固定式継手部としてはＢＪ、摺動式継手部としてはＬＪを適用して組み合わせることも可能である。

この実施形態の摺動式等速自在継手は、以下の構造を具備する。図１に示すように円筒状外方部材である単一の外輪３０を共通にしてその一端側（図示左側）に固定式継手部１０（ＵＪ）を配設すると共に他端側（図示右側）に摺動式継手部２０（ＤＯＪ）を配設している。固定式継手部１０の内方部材である内輪１２にスプライン嵌合されたシャフト１１のＤＯＪ側端部に凹球面部１５を一体的に設けると共に摺動式継手部２０の内方部材である内輪２２にスプライン嵌合されたシャフト２１のＵＪ側端部に凸球面部２５を軸方向にスライド可能に設けている。凹球面部１５と凸球面部２５からなる球対偶４０を介して固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１を連結した構造を具備する。

固定式継手部１０は、軸方向に延びる複数のトラック溝３１が円筒状内周面に円周方向等間隔で形成された外輪３０を摺動式継手部２０と共通にし、外輪３０のトラック溝３１と対をなして軸方向に延びる複数のトラック溝１６が球面状外周面に円周方向等間隔で形成された内方部材である内輪１２と、外輪３０のトラック溝３１と内輪１２のトラック溝１６との間に介在してトルクを伝達する複数のボール１４と、外輪３０の円筒状内周面と内輪１２の球面状外周面との間に介在して各ボール１４を保持するケージ１３とを備えている。複数のボール１４は、ケージ１３に形成されたポケット１７に収容されて円周方向等間隔に配置されている。

内輪１２の軸孔１８には、駆動側あるいは従動側のシャフト１１がスプライン嵌合によりトルク伝達可能に結合されている。また、シャフト１１の外周面に形成された環状凹溝１１ａにサークリップ等の止め輪１９を、内輪１２の外輪開口側端部に形成された凹段部１２ａで係止させることにより、内輪１２に対するシャフト１１の抜け止め構造としている。このシャフト１１と内輪１４とで内方部材を構成している。

なお、図示しないが、外輪３０とシャフト１１との間には、例えば、樹脂あるいはゴム製の蛇腹状ブーツが装着され、このブーツにより外輪３０の開口部を閉塞することで、継手内部からのグリース漏洩および継手外部からの異物侵入を防止している。ブーツの両端部は、外輪３０の外周面およびシャフト１１の外周面に締付けバンドにより固定されている。

この固定式継手部１０では、外輪３０のトラック溝３１の曲率中心Ｏ_１１と内輪１２のトラック溝１６の曲率中心Ｏ_１２とを継手中心Ｏ_１０に対して等距離ｆだけ軸方向逆向きにオフセットさせている。このトラックオフセットにより、シャフト１１と外輪３０とが相対的に角度変位すると、ケージ１３のポケット１７に収容されたボール１４は常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。

また、外輪３０のトラック溝３１は、外輪開口側（図示左側）に位置して曲率中心Ｏ_１１を持つ円弧部分と、その曲率中心Ｏ_１１から径方向に延びる線分がトラック溝３１の底部と交わる部位を境として外輪奥側（図示右側）に位置する軸方向と平行な直線部分とで構成されている。同様に、内輪１２のトラック溝１６は、外輪奥側に位置して曲率中心Ｏ_１２を持つ円弧部分と、その曲率中心Ｏ_１２から径方向に延びる線分がトラック溝１６の底部と交わる部位を境として外輪開口側に位置する軸方向と平行な直線部分とで構成されている。

一方、摺動式継手部２０は、軸線と平行に延びる複数の直線状トラック溝３１が円筒状内周面に円周方向等間隔で形成された外輪３０を固定式継手部１０と共通にし、外輪３０のトラック溝３１と対をなして軸線と平行に延びる複数の直線状トラック溝２６が球面状外周面に円周方向等間隔で形成された内方部材である内輪２２と、外輪３０のトラック溝３１と内輪２２のトラック溝２６との間に介在してトルクを伝達する複数のボール２４と、外輪３０の円筒状内周面と内輪２２の球面状外周面との間に介在して各ボール２４を保持するケージ２３とを備えている。複数のボール２４は、ケージ２３に形成されたポケット２７に収容されて円周方向等間隔に配置されている。

内輪２２の軸孔２８には、従動側あるいは駆動側のシャフト２１がスプライン嵌合によりトルク伝達可能に結合されている。また、シャフト２１の外周面に形成された二つの環状凹溝２１ａ，２１ｂにサークリップ等の止め輪２９ａ，２９ｂを嵌合させ、内輪２２の外輪開口側と外輪奥側のそれぞれの端面で止め輪２９ａ，２９ｂを係止させることにより、内輪２２に対するシャフト２１の抜け止め構造としている。このシャフト２１と内輪２２とで内方部材を構成している。

なお、図示しないが、外輪３０とシャフト２１との間には、例えば、樹脂あるいはゴム製の蛇腹状ブーツが装着され、このブーツにより外輪３０の開口部を閉塞することで、継手内部からのグリース漏洩および継手外部からの異物侵入を防止している。ブーツの両端部は、外輪３０の外周面およびシャフト２１の外周面に締付けバンドにより固定されている。

この摺動式継手部２０では、ケージ２３の球面状内周面の曲率中心Ｏ_２１と球面状外周面の曲率中心Ｏ_２２とを継手中心Ｏ_２０に対して等距離Ｆだけ軸方向にオフセットさせている。このケージオフセットにより、シャフト２１と外輪３０とが角度変位すると、ケージ２３のポケット２７に収容されたボール２４は常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。

これら固定式継手部１０と摺動式継手部２０を組み込んだ摺動式等速自在継手では、摺動式継手部２０のシャフト２１の軸端部に形成された孔２１ｃに滑り軸受２９ｃを介して凸球面部２５から一体的に延びる軸部２５ｃを挿入することにより凸球面部２５を軸方向にスライド可能にシャフト２１の軸端部（固定式継手部１０のシャフト１１との対向端部）に取り付けられている。なお、この凸球面部２５の軸部２５ｃは、例えば断面形状を非円形とする等の適宜の手段により、シャフト２１に対して軸周りに回転不能に取り付けられている。

この凸球面部２５の球面中心Ｏはシャフト２１の中心軸Ｍ_２上に配置されている。一方、固定式継手部１０のシャフト１１の先端部（摺動式継手部２０のシャフト２１との対向端部）に、凸球面部２５を受ける凹球面部１５が一体的に形成されている。この凹球面部１５の球面中心Ｏはシャフト１１の中心軸Ｍ_１上に配置され、そのシャフト１１の中心軸Ｍ_１は摺動式継手部２０のシャフト２１の中心軸Ｍ_２と一致する。凸球面部２５の球面中心Ｏと凹球面部１５の球面中心Ｏは一致して継手中心となる。

凹球面部１５と凸球面部２５からなる球対偶４０を、固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１で共通の一点を中心Ｏとして球面案内機構とし、球対偶４０の凸球面部２５を軸方向にスライド可能としたことにより、この球面中心Ｏを作動角の中心とする摺動式等速自在継手となる。このように固定式継手部１０と摺動式継手部２０を共通の外輪３０に組み込み、固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１を球対偶４０で連結した構造とすることにより、固定式継手部１０の作動角と摺動式継手部２０の作動角を加えた大きな作動角を実現することができ、構造が簡単で軽量コンパクトな摺動式等速自在継手を提供できる。

図２は固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１が限界作動角θ（最大作動角）をとった状態を示す。この限界作動角θは、固定式継手部１０の作動角と摺動式継手部２０の作動角の合計となり、図１に示すように固定式継手部１０の作動角が０°での球対偶４０の球面中心Ｏから固定式継手部１０の継手中心Ｏ_１０までの距離Ｌ_１と、摺動式継手部２０の作動角が０°での球対偶４０の球面中心Ｏから摺動式継手部２０の継手中心Ｏ_２０までの距離Ｌ_２との関係によって決定される。

なお、図２に示すように固定式継手部１０と摺動式継手部２０が限界作動角θをとった時に、凸球面部２５の基部に形成された縊れ部２５ａが凹球面部１５との干渉を回避している。また、固定式継手部１０では、外輪３０から飛び出そうとする位相にあるボール１４が凹球面部１５の外周面と干渉することを回避するために、その凹球面部１５の外周面に環状の凹部１５ａが形成されている。

通常、固定式継手部１０（限界作動角５０°）が摺動式継手部２０（限界作動角３０°）よりも構造上大きな作動角をとることができることから、球対偶４０の球面中心Ｏから固定式継手部１０の継手中心Ｏ_１０までの距離Ｌ_１と、球対偶４０の球面中心Ｏから摺動式継手部２０の継手中心Ｏ_２０までの距離Ｌ_２については、Ｌ_１＜Ｌ_２の条件を満足するように設定すればよい。このように設定することにより、固定式継手部１０に摺動式継手部２０よりも大きな作動角を分担させることになり（固定式継手部１０の作動角＞摺動式継手部２０の作動角）、例えば、固定式継手部１０の作動角を３５°、摺動式継手部２０の作動角を２５°とすることで、摺動式等速自在継手としては、より大きな作動角（θ＝６０°）が得られる。

このように、限界作動角θは、固定式継手部１０と摺動式継手部２０に分配されることから、それぞれの作動角が限界作動角よりも小さくて済むため、ボールトラック端部に余裕ができ、また、荷重が各ボールトラックに均一に付与されることから強度の向上が図れる。また、固定式継手部１０と摺動式継手部２０の各作動角が限界作動角θよりも小さくて済むことから、固定式継手部１０および摺動式継手部２０の構成部材間の相対変位が小さくなるため、耐久性の向上も図れる。これは、車両の常用角（直進状態での作動角）が大きい場合に特にその効果が顕著である。

なお、ボール１４，２４が８個の場合には、６個ボールタイプに比べて内輪１２，２２のシャフトスペースを広く確保することができるので、固定式継手部１０と摺動式継手部２０のシャフト１１，２１間に位置する球対偶４０（凹球面部１５および凸球面部２５）を形成し易くなる。

この摺動式等速自在継手では、凹球面部１５の開口径よりも小さい外径を有し、かつ、固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１とが所定の作動角をとった状態で凹球面部１５に挿入可能とする組込み部２５ｂを凸球面部２５の外球面に形成し、この組込み部２５ｂからの挿入により凸球面部２５を凹球面部１５に球面嵌合させて球対偶４０を形成している。

これにより、凹球面部１５は複数の切り欠きが形成されていない単純な内球面とすることができると共に、凸球面部２５は一つの組込み部２５ｂが形成された外球面であることから、球対偶４０における凸球面部２５と凹球面部１５の球面保持面積を確保することが容易となり、等速自在継手が作動角をとったとしても、その球面保持面積が減少することはなく、球面保持力の向上が図れると共に凹球面部１５の強度向上も図れる。

図１および図２に示す実施形態での組込み部２５ｂは、凸球面部２５の外球面中心と一致した中心周りで凸球面部２５の外球面の全周に亘って形成された凹状をなし、例えば、その断面形状を円形とした円筒側面状の凹溝としている。なお、この組込み部２５ｂの断面形状は円形以外の楕円形なども可能で任意に設定すればよい。また、組込み部２５ｂは、凸球面部２５の外球面の全周に亘って形成されることから、その外球面の全周に沿う帯状となっている。

摺動式等速自在継手の製造時、凹球面部１５に凸球面部２５を組み付けるに際しては、図３に示すように固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１とを所定の作動角θ_１をとった状態に設定する。凹球面部１５はその内球面の径Ｄ_１がプラス公差を有するのに対して、凸球面部２５はその外球面の径Ｄ_１がマイナス公差を有する。

凸球面部２５には、凹球面部１５の開口径Ｄ_２よりも小さい外径Ｄ_３（Ｄ_３＜Ｄ_２）を有する組込み部２５ｂが凸球面部２５の外球面中心と一致した中心周りでその外球面の全周に亘って形成されていることから、所定の作動角θ_１をとると共に凹球面部１５の内球面中心に対して凸球面部２５の外球面中心を一致させた状態で、凹球面部１５に凸球面部２５が挿入可能となっている。この組込み部２５ｂからの挿入により凸球面部２５を凹球面部１５に球面嵌合させることになる。

この凹球面部１５への凸球面部２５の組み付け時、固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１とがなす所定の作動角θ_１を限界作動角θ（最大作動角）よりも大きく設定している（θ_１＞θ）。このように、所定の作動角θ_１を限界作動角θよりも大きく設定しておけば、摺動式等速自在継手の作動時、つまり、固定式継手部１０と摺動式継手部２０とが限界作動角θ以下の範囲内で角度変位する場合に、球対偶４０の凹球面部１５から凸球面部２５が抜脱することはない。

以上の実施形態では、凹球面部１５への凸球面部２５の組み付け時、固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１とがなす所定の作動角θ_１を限界作動角θ（最大作動角）よりも大きく設定した場合について説明したが、図６に示すように、固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１とがなす所定の作動角θ_２を限界作動角θ以下とすることも可能である（θ_２≦θ）。

このように凹球面部１５への凸球面部２５の組み付け時に二つのシャフト１１，２１がなす所定の作動角θ_２を限界作動角θ以下に設定した場合の実施形態における摺動式等速自在継手を図４および図５に示す。図４は作動角が０°の場合、図５は所定の作動角θ_２をとった状態を示す。なお、図４および図５に示す実施形態において、図１および図２と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。

この実施形態では、組込み部２５ｂが凸球面部２５の外球面中心と一致した中心周りでその外球面に形成され、凸球面部２５の組み付け時、凹球面部１５の内球面中心に対して凸球面部２５の外球面中心を一致させた状態で凹球面部１５に組込み部２５ｂを挿入するようにしている。そのため、凸球面部２５の組み付け時において二つのシャフト１１，２１がなす所定の作動角θ_２を限界作動角θ以下とすると、固定式継手部１０と摺動式継手部２０とが限界作動角θ以下の範囲内で角度変位する時に、所定の作動角θ_２で凹球面部１５から凸球面部２５が抜脱する可能性がある。

そこで、図４および図５に示すように、凹球面部１５と球面嵌合した状態にある凸球面部２５の外球面と接触して支持する抜け止め機構５０を外輪３０の内径に設ける必要がある。この抜け止め機構５０は、固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１とが所定の作動角θ_２をとった時に凸球面部２５の外球面と接触する受け面５２が形成された円筒状の抜け止め部材５４を、外輪３０の内径に嵌合させて固定している（図５参照）。この抜け止め部材５４の受け面５２は、凸球面部２５の外球面と接触するように軸方向に沿う凹円弧状に形成されている。

このように、外輪３０の内径に抜け止め部材５４を設ければ、凹球面部１５への凸球面部２５の組み付け時において二つのシャフト１１，２１がなす所定の作動角θ_２を限界作動角θ以下とした場合であっても、固定式継手部１０と摺動式継手部２０とが限界作動角θ以下の範囲内で角度変位した時に、所定の作動角θ_２で凸球面部２５の外球面を抜け止め部材５４の受け面５２で支持することから、凹球面部１５から凸球面部２５が抜脱することはない。

以上の二つの実施形態における摺動式等速自在継手では、固定式継手部１０と摺動式継手部２０とで共通にした単一の外輪３０を使用した場合について説明したが、外輪３０を固定式継手部１０と摺動式継手部２０のそれぞれで二部材により分割構成し、両部材を同軸的に突き合わせて接合一体化した構成とすることも可能である。

図７および図８は、図１および図２の実施形態の変形例として、外輪３０を固定式継手部側に位置する第一の円筒状部材３０ａと摺動式継手部側に位置する第二の円筒状部材３０ｂにより分割構成した実施形態を示す。図７は作動角が０°の場合、図８は限界作動角θ（最大作動角）をとった状態を示す。なお、図７および図８に示す実施形態において、図１および図２と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。

図７および図８に示す実施形態では、第一の円筒状部材３０ａと第二の円筒状部材３０ｂとを同軸的に突き合わせ、その突き合わせ端部同士を例えば溶接（図中の溶接部Ａ）により接合一体化することにより外輪３０を構成している。

また、外輪３０を固定式継手部１０と摺動式継手部２０のそれぞれで二部材３０ａ，３０ｂにより分割構成する場合、それら二部材３０ａ，３０ｂ間に、凹球面部１５と球面嵌合した状態にある凸球面部２５の外球面と接触して位置規制する抜け止め機構が内径に設けられた中間部材を介在させて各部材を同軸的に突き合わせて接合一体化した構成とすることも可能である。

図９および図１０は、図４および図５の実施形態の変形例として、外輪３０を固定式継手部側に位置する第一の円筒状部材３０ａと摺動式継手部側に位置する第二の円筒状部材３０ｂにより分割構成し、その第一の円筒状部材３０ａと第二の円筒状部材３０ｂとの間に中間部材３０ｃを介在させた実施形態を示す。図９は作動角が０°の場合、図１０は所定の作動角θ_２をとった状態を示す。なお、図９および図１０に示す実施形態において、図４および図５と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。

この中間部材３０ｃは、凸球面部２５の抜け止め機構５０として、固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１とが所定の作動角θ_２をとった時に凸球面部２５の外球面と接触する受け面５２が形成された円筒状の抜け止め部材５４を兼ねている。第一の円筒状部材３０ａと第二の円筒状部材３０ｂとをその間に中間部材３０ｃを介在させた状態でこれら三部材３０ａ〜３０ｃを同軸的に突き合わせ、その突き合わせ端部同士を例えば溶接（図中の溶接部Ｂ，Ｃ）により接合一体化することにより外輪３０を構成している。

以上の実施形態における組込み部２５ｂは、凸球面部２５の外球面中心と一致した中心周りで凸球面部２５の外球面の全周に亘って形成された構造をなし、凹球面部１５への凸球面部２５の組み付け時、凹球面部１５の内球面中心に対して凸球面部２５の外球面中心を一致させた状態で凹球面部１５に組込み部２５ｂを挿入可能とした場合について説明したが、この組込み部は、凸球面部２５の外球面中心からずれた中心周りで凸球面部２５の外球面の一部に形成された構造とすることも可能である。

図１１および図１２は、図１および図２の実施形態と異なる他の実施形態として、組込み部２５ｃを、凸球面部２５の外球面中心からずれた中心周りで凸球面部２５の外球面の一部に形成された構造を例示する。図１１は作動角が０°の場合、図１２は限界作動角θ（最大作動角）をとった状態を示す。なお、図１１および図１２に示す実施形態において、図１および図２と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。

この実施形態における組込み部２５ｃは、凸球面部２５の外球面中心からずれた中心周りで凸球面部２５の外球面の一部に形成された凹状をなし、例えば、その断面形状を円形とした円筒側面状の凹溝としている。なお、この組込み部２５ｂの断面形状は円形以外の楕円形なども可能で任意に設定すればよい。図１および図２に示す実施形態における組込み部２５ｂは、凸球面部２５の外球面中心と一致した中心周りで凸球面部２５の外球面の全周に亘って形成されているのに対して、図１１および図１２に示す実施形態における組込み部２５ｃは、凸球面部２５の外球面中心からずらした中心周りでその外球面に形成されることから、凸球面部２５の外球面の一部に形成される。

この実施形態では、凹球面部１５に凸球面部２５を組み付けるに際しては、図１３に示すように固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１とを、例えば限界作動角θよりも大きく設定した所定の作動角θ_１をとった状態に設定する。凸球面部２５には、凹球面部１５の開口径Ｄ_２よりも小さい外径Ｄ_３（Ｄ_３＜Ｄ_２）を有する組込み部２５ｃが、凸球面部２５の外球面中心からずれた中心周りでその外球面の一部に形成されていることから、所定の作動角θ_１をとると共に凹球面部１５の内球面中心に対して凸球面部２５の外球面中心をずらした状態で、凹球面部１５に凸球面部２５が挿入可能となっている。この組込み部２５ｃからの挿入により凸球面部２５を凹球面部１５に球面嵌合させることになる。なお、この凹球面部１５の内球面中心Ｘに対する凸球面部２５の外球面中心Ｙのずらし量ｔ（図１３参照）は、組込み部２５ｃを凸球面部２５の外球面中心Ｙに対して中心回りで形成する際のずれ量と一致する。

この実施形態の場合、凹球面部１５への凸球面部２５の組み付け時に、固定式継手部１０のシャフト１１と摺動式継手部２０のシャフト２１とがなす所定の作動角θ_２（図６参照）を限界作動角θ以下としても（θ_２≦θ）、凹球面部１５の内球面中心に対して凸球面部２５の外球面中心をずらした状態で凹球面部１５に組込み部２５ｃを挿入することから、摺動式等速自在継手の作動時には凹球面部１５の内球面中心に対して凸球面部２５の外球面中心が一致しているので、固定式継手部１０と摺動式継手部２０とが限界作動角θ以下の範囲内で角度変位しても、凹球面部１５から凸球面部２５が抜脱することはない。従って、この実施形態の場合、凹球面部１５と球面嵌合した状態にある凸球面部２５の外球面と接触して支持する抜け止め機構５０（図４および図５参照）を外輪３０の内径に設ける必要はない。

この実施形態では、固定式継手部１０と摺動式継手部２０とで共通にした単一の外輪３０を使用した場合について説明したが、外輪３０を固定式継手部１０と摺動式継手部２０のそれぞれで二部材により分割構成し、両部材を同軸的に突き合わせて接合一体化した構成とすることも可能である。

図１４および図１５は、図１１および図１２の実施形態の変形例として、外輪３０を固定式継手部側に位置する第一の円筒状部材３０ａと摺動式継手部側に位置する第二の円筒状部材３０ｂにより分割構成した実施形態を示す。図１４は作動角が０°の場合、図１５は限界作動角θ（最大作動角）をとった状態を示す。なお、図１４および図１５に示す実施形態において、図１１および図１２と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。

図１４および図１５に示す実施形態では、第一の円筒状部材３０ａと第二の円筒状部材３０ｂとを同軸的に突き合わせ、その突き合わせ端部同士を例えば溶接（図中の溶接部Ａ）により接合一体化することにより外輪３０を構成している。

なお、以上で説明した全ての実施形態では、凸球面部２５の外球面に形成された組込み部２５ｂ，２５ｃは凹状をなすことから、凹球面部１５の内球面との間に隙間を形成することが容易となり、その隙間にグリース等の潤滑材が入り込むことで、球対偶４０における凸球面部２５と凹球面部１５との相対運動がスムーズになって作動性の向上が図れる。

また、以上で説明した全ての実施形態では、外輪３０における摺動式継手部２０のトラック溝３１は、固定式継手部１０のトラック溝３１と共通して形成されているが、固定式継手部１０と摺動式継手部２０とで個別に形成することも可能である。

さらに、以上の実施形態では、固定式継手部１０の凹球面部１５をシャフト１１に一体的に形成すると共に、摺動式継手部２０のシャフト２１の孔２１ｃに滑り軸受２９ｃを介して凸球面部２５から延びる軸部２５ｃを挿入することにより凸球面部２５を軸方向にスライド可能にシャフト２１に取り付けた構造について説明した。図示しないが、これとは逆に、摺動式継手部２０の凸球面部２５をシャフト２１に一体的に形成すると共に、固定式継手部１０のシャフト１１の軸端部に孔を形成し、その孔に滑り軸受を介して凹球面部１５から延びる軸部を挿入することにより凹球面部１５をシャフト１１に軸方向にスライド可能に取り付けることも可能である。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明の実施形態で、摺動式等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。 図１の摺動式等速自在継手が限度作動角θをとった状態を示す縦断面図である。 図１の摺動式等速自在継手において、凹球面部に対して凸球面部を組み付ける状態を示す説明図である。 本発明の他の実施形態で、凸球面部の抜け止め機構を設けた摺動式等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。 図４の摺動式等速自在継手が所定の作動角θ_２をとった状態を示す縦断面図である。 図４の摺動式等速自在継手において、凹球面部に対して凸球面部を組み付ける状態を示す説明図である。 本発明の他の実施形態で、外輪を二部材で分割構成した摺動式等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。 図７の摺動式等速自在継手が限度作動角をとった状態を示す縦断面図である。 本発明の他の実施形態で、外輪を二部材で分割構成し、凸球面部の抜け止め機構を設けた摺動式等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。 図９の摺動式等速自在継手が所定の作動角θ_２をとった状態を示す縦断面図である。 本発明の他の実施形態で、摺動式等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。 図１１の摺動式等速自在継手が限度作動角θをとった状態を示す縦断面図である。 図１１の摺動式等速自在継手において、凹球面部に対して凸球面部を組み付ける状態を示す説明図である。 本発明の他の実施形態で、外輪を二部材で分割構成した摺動式等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。 図１４の摺動式等速自在継手が限度作動角をとった状態を示す縦断面図である。 本発明の前提となる摺動式等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。 図１６の固定式継手部における凸球面部を設けたシャフトと摺動式継手部における凹球面部を設けたシャフトを示す部分断面を含む正面図である。

符号の説明

１０ 固定式継手部（ＵＪ）
１１ 固定式継手部の内方部材（シャフト）
１２ 固定式継手部の内方部材（内輪）
１５ 凹球面部
２０ 摺動式継手部（ＤＯＪ）
２１ 摺動式継手部の内方部材（シャフト）
２２ 摺動式継手部の内方部材（内輪）
２５ 凸球面部
２５ｂ，２５ｃ 組込み部
３０ 外方部材（外輪）
３０ａ，３０ｂ 二部材
４０ 球対偶
５０ 抜け止め機構
Ｄ_２ 凹球面部の開口径
Ｄ_３ 組込み部の外径
θ 限界作動角
θ_１，θ_２ 所定の作動角

Claims (6)

1. 円筒状外方部材を共通にしてその一端側に固定式継手部を配設すると共に他端側に摺動式継手部を配設し、前記固定式継手部の内方部材あるいは前記摺動式継手部の内方部材のいずれか一方の対向端部に凸球面部を設けると共に他方の対向端部に凹球面部を設け、前記凹球面部と凸球面部からなる球対偶を介して固定式継手部の内方部材と摺動式継手部の内方部材とを、前記凸球面部あるいは凹球面部のいずれか一方が軸方向にスライド可能に連結した摺動式等速自在継手であって、
   前記凹球面部の開口径よりも小さい外径を有し、かつ、固定式継手部の内方部材と摺動式継手部の内方部材とが所定の作動角をとった状態で凹球面部に挿入可能とする組込み部を前記凸球面部の外球面に形成し、前記組込み部からの挿入により凸球面部を凹球面部に球面嵌合させたことを特徴とする摺動式等速自在継手。
2. 前記組込み部は、凸球面部の外球面中心と一致した中心周りで前記凸球面部の外球面の全周に亘って形成された凹状をなし、前記凹球面部の内球面中心に対して凸球面部の外球面中心を一致させた状態で凹球面部に前記組込み部を挿入可能とした請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
3. 前記組込み部は、凸球面部の外球面中心からずれた中心周りで前記凸球面部の外球面の一部に形成された凹状をなし、前記凹球面部の内球面中心に対して凸球面部の外球面中心をずらした状態で凹球面部に前記組込み部を挿入可能とした請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
4. 前記所定の作動角を限界作動角よりも大きく設定した請求項１〜３のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
5. 前記外方部材は、固定式継手部と摺動式継手部とで共通した単一の部材で構成した請求項１〜４のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。
6. 前記外方部材は、固定式継手部と摺動式継手部のそれぞれで二部材により分割構成し、両部材を同軸的に突き合わせて接合一体化した請求項１〜４のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。

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