JP2009209997A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】ケージポケットの開口側球面部に発生しやすい剥離等を抑制できて、耐久性の向上を図ることができ、しかも組み込み性についても改善できる固定式等速自在継手を提供する。
【解決手段】ケージ２８のポケット２９は、一対の長ポケット３０、３０を周方向に沿って１８０度ずらせるとともに、一対の短ポケットを周方向に沿って１８０度ずらせて、長ポケット３０、３０と短ポケットとを周方向に沿って交互に配置する。長ポケット３０には２個のボールを収容するとともに、短ポケットには１個のボールを収容する。ケージ２８の長ポケット３０に対応する外方部材の球面入口インロー部の内径を、他の球面入口インロー部の内径よりも大きくした。あるいは、ケージ２８の長ポケット３０に対応する外方部材の球面入口インロー部のアール部の曲率半径を他の球面入口インロー部のアール部の曲率半径よりも大きくした。
【選択図】図５

Description

本発明は固定式等速自在継手及びその製造方法に関し、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角度変位のみを許容する固定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の一種に固定式等速自在継手がある。この固定式等速自在継手は、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。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（ＢＪ）やアンダーカットフリー型（ＵＪ）が広く知られている。

例えば、ＵＪタイプの固定式等速自在継手は、図１７と図１８に示すように内球面１に複数のトラック溝２が形成された外方部材としての外輪３と、外球面４に外輪３のトラック溝２と対をなす複数のトラック溝５が形成された内方部材としての内輪６と、外輪３のトラック溝２と内輪６のトラック溝５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、外輪３の内球面１と内輪６の外球面４との間に介在してボール７を保持するケージ８とを備えている。ケージ８には、ボール７が収容されるポケット９が周方向に沿って複数配設されている。

前記外輪３のトラック溝２は、トラック溝底が円弧部となる奥側トラック溝２ａと、トラック溝底が外輪軸線と平行なストレート部となる開口側トラック溝２ｂとからなる。奥側トラック溝２ａは、その曲率中心Ｏ１を継手中心Ｏから軸方向に外輪３の開口側にずらしている。また、内輪６のトラック溝５は、トラック溝底が内輪軸線と平行なストレート部となる奥側トラック溝５ａと、トラック溝底が円弧部となる開口側トラック溝５ｂとからなる。開口側トラック溝５ｂの曲率中心Ｏ２を継手中心Ｏから軸方向に外輪３の奥側トラック溝２ａの曲率中心Ｏ１と反対側の奥側に等距離ｋだけ離して設けている。

また、ケージ外球面８ａは、その曲率半径Ｏ３を継手中心Ｏから軸方向にケージ８の開口側にずらし、ケージ内球面８ｂは、その曲率中心Ｏ４を継手中心Ｏから軸方向にケージ外球面８ａの曲率中心Ｏ３と反対側の奥側に等距離ｋ１だけ離して設けている。従来のこの種の等速自在継手では、内外輪のトラックオフセット量を大きく、ケージのオフセット量を小さくしている。また、隣合う２個のボール７のピッチ角は、６０度である。すなわち、ボール７が周方向に沿って６０度ピッチで６個配置されている。

ところで、固定式等速自在継手において、近年では、小型化できてしかもトルク負荷容量を上げることが求められている。６個のボールを有する固定式等速自在継手を小型化し、かつトルク負荷容量を上げる方法として、出来るだけ大きなボールを出来るだけ小さなＰＣＤ上に配置することが考えられる。しかしながら、大きなボールを使用すると、ケージのポケット間の柱（窓柱）が細くなり、ケージの剛性が低下する。特に高角時の捩りトルク負荷に対しては、ケージの破損が生じ易く、等速自在継手の強度低下の要因となっている。

特に、内外輪のトラックオフセット量が大きく、ケージのオフセット量が小さい場合、外輪奥側のトラック溝深さが浅くなり、高角時のトルク負荷容量が小さくなる。つまり、高角時のトルク負荷に対してボールがトラックエッジに乗り上げ易く、エッジ部に過大な応力が発生する。そのため、エッジ部の欠けによる損傷や、塑性変形が生じることによるケージとのロック現象が発生する。これらの損傷やロック現象は、作動性を悪くし、耐久寿命を低下させたり、ケージ破損の要因となっている。また、内輪においても奥側のトラック深さも浅くなっており、外輪と同様の欠点を有する。このため、高角度域での継手強度および耐久性の向上は従来からの課題である。

そこで、図１９と図２０と図２１と図２２に示すように、ケージのオフセット量をトラック溝のオフセット量を略同一となる様に大きくして、外輪奥側のトラック溝深さを深くして、高角時のトルク負荷容量を大きくしたり、ケージ８のポケット９を全体として４箇所に設け、かつ、円周上対向する位置に長ポケット９（９ａ）および短ポケット９（９ｂ）をそれぞれ２箇所配設し、長ポケット９ａには２個のボール７を配置し、短ポケット９ｂに１個のボール７を配置したものがある（特許文献１）。これによって、小さなＰＣＤに大きなボールを配置することができ、負荷容量を低下させずにコンパクト化が可能となるようにしている。
特開２００７−２６３１６３号公報

しかしながら、図１９、図２０に示すような等速自在継手では、図２３に示すように、大きな作動角θを取って回転すると、２個のボール７を収納しているケージ８の長ポケット９ａの相対面する長辺のうち、開口側エッジ部１１が外輪３の球面内径入口エッジ部１０を乗り越える現象が繰り返される。

特に負荷トルク及び作動角が大きい場合、ケージ８の長ポケット９ａの相対面する長辺の開口側エッジ部１１と外輪３の球面内径入口エッジ部１０の干渉が起こり易くなる。このため、この部位にはグリース等の潤滑剤が介在し難くなり、図２４に示すように、ケージ８の長ポケット９ａの相対面する長辺の開口側エッジ部１１近傍に表面剥離などによる損傷部１２が発生し易くなるという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みて、ケージポケットの開口側球面部に発生しやすい剥離等を抑制できて、耐久性の向上を図ることができ、しかも組み込み性についても改善できる固定式等速自在継手を提供する。

本発明の第１の固定式等速自在継手は、内球面に複数のトラック溝が形成された外方部材と、外球面に複数のトラック溝が形成された内方部材と、前記外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを収容するポケットを有するとともに外方部材と内方部材との間に介装されるケージとを備え、前記ケージのポケットは、周方向間隔が大の一対の長ポケットと、周方向間隔が小の一対の短ポケットとの４個を有し、一対の長ポケットを周方向に沿って１８０度ずらせるとともに、一対の短ポケットを周方向に沿って１８０度ずらせて、長ポケットと短ポケットとを周方向に沿って交互に配置し、かつ長ポケットには２個のボールを収容するとともに、短ポケットには１個のボールを収容した固定式等速自在継手であって、ケージの長ポケットに対応する外方部材の球面入口インロー部の内径を、他の球面入口インロー部の内径よりも大きくしたものである。

本発明の第２の固定式等速自在継手は、内球面に複数のトラック溝が形成された外方部材と、外球面に複数のトラック溝が形成された内方部材と、前記外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを収容するポケットを有するとともに外方部材と内方部材との間に介装されるケージとを備え、前記ケージのポケットは、周方向間隔が大の一対の長ポケットと、周方向間隔が小の一対の短ポケットとの４個を有し、一対の長ポケットを周方向に沿って１８０度ずらせるとともに、一対の短ポケットを周方向に沿って１８０度ずらせて、長ポケットと短ポケットとを周方向に沿って交互に配置し、かつ長ポケットには２個のボールを収容するとともに、短ポケットには１個のボールを収容した固定式等速自在継手であって、ケージの長ポケットに対応する外方部材の球面入口インロー部のアール部の曲率半径を、他の球面入口インロー部のアール部の曲率半径よりも大きくしたものである。

本発明の第１および第２の固定式等速自在継手では、長ポケットを有することによって、内輪のケージへの組込みが容易となる。

また、長ポケットの相対面する長辺の開口側エッジ部が外輪（外方部材）の球面内径入口エッジ部を乗り越える現象が繰り返されたとしても、（第１の固定式等速自在継手では、ケージの長ポケットに対応する外方部材の球面入口インロー部の内径を、他の球面入口インロー部の内径よりも大きくしており、第２の固定式等速自在継手では、ケージの長ポケットに対応する外方部材の球面入口インロー部のアール部の曲率半径を、他の球面入口インロー部のアール部の曲率半径よりも大きくしているので）、内径入口エッジ部に対するケージの外径面の摺接を回避することができる。このため、外輪の球面内径入口エッジ部における表面剥離等を防止できる。

ボールのピッチ円直径をＰＣＤ_ＢＡＬＬとするとともに、ボール直径をＤ_ＢＡＬＬとし、この比であるＰＣＤ_ＢＡＬＬ／Ｄ_ＢＡＬＬを３．０以上３．３以下とするのが好ましい。等速自在継手としての強度・耐久性を確保することができる。

ピッチ円直径とボールの直径との比が３．０未満であると、ボールの直径が大きい場合は内方部材の肉厚が薄くなりすぎて、強度の点で懸念が生じ、ボールのピッチ円直径が小さい場合は内方部材（内輪）・外方部材（外輪）とボール間の面圧が大きくなり、耐久性の点で懸念が生じる。逆に、３．３を越えると、ボールの直径が小さい場合はボールの負荷容量が小さくなり、耐久性の点で懸念が生じ、ボールのピッチ円直径が大きい場合は、外方部材外径が大きくなり、コンパクト化が達成できない。

外方部材の外径をＤ_{ＯＵＴＥＲ}とするとともに、ボール直径をＤ_ＢＡＬＬとし、この比であるＤ_{ＯＵＴＥＲ}／Ｄ_ＢＡＬＬを４．６以上４.８以下とするのが好ましい。外方部材の外径とボールの直径との比が４．６未満であると、ボールの直径が大きい場合は外方部材の肉厚が薄くなりすぎて、強度の点で懸念が生じ、外方部材の外径が小さい場合は内方部材・外方部材とボール間の面圧が大きくなり、耐久性の点で懸念が生じる。逆に、４.８を越えると、ボールの直径が小さい場合はボールの負荷容量が小さくなり、耐久性の点で懸念が生じ、外方部材の外径が大きい場合はコンパクト化が達成できない。

ケージのオフセット量をトラック溝のオフセット量と略同一として大きくするのが好ましい。これによって、継手奥側のトラック溝深さが浅くなるのを防止できるとともに、開口側のケージの肉厚（径方向厚さ）を大きくすることができる。

外方部材のトラック溝の曲率中心と内方部材のトラック溝の曲率中心とを、継手中心に対して等距離だけ軸方向に逆向きにオフセットさせるとともに、ケージの外球面の曲率中心とケージの内球面の曲率中心とを、継手中心に対して等距離だけ軸方向に逆向きにオフセットさせ、作動角が０°のときにおいて、ケージの外球面の曲率中心とボール中心とを結んだ直線と、継手中心とボール中心とを結んだ直線との成す角度、及びケージの内球面の曲率中心とボール中心とを結んだ直線と、継手中心とボール中心とを結んだ直線との成す角度をそれぞれ２.７°以上５.７°以下に設定するのが好ましい。

上記ケージのオフセット角度を、２.７°以上５.７°以下に設定することによって、ケージの継手開口側の端部の肉厚が、他の部分に比べて厚く成形される。ケージのオフセット角が、２．７°未満であると、ケージの継手開口側の端部が薄くなり、十分な強度が確保できない。また、５．７°を越えると、ケージの継手奥側の端部の肉厚が極端に薄くなる。ケージの製造工程において一般的に熱処理を施すが、ケージの肉厚が極端に薄くなると、その肉厚の薄い部分では熱処理による未硬化層が少なくなり、靱性が低下し十分な強度が確保できなくなる。また、ケージの継手開口側の端部と継手奥側の端部とで、肉厚差が大きいと加工性の悪化も懸念される。

また、ケージのポケット中心位置におけるケージ肉厚をｔ_ＣＡＧＥとするとともに、作動角が０°のときのボールのピッチ円半径をＰＣＲ_ＢＡＬＬとし、この比であるｔ_ＣＡＧＥ／ＰＣＲ_ＢＡＬＬを０．２０以上０．２３以下に設定するのが好ましい。

本発明の固定式等速自在継手では、ボールの数が６個であるので、比較的大きなボールを使用することができ、しかもケージのポケット間の柱幅も厚くすることができる。ところで、ｔ_ＣＡＧＥ／ＰＣＲ_ＢＡＬＬが０．２０未満となると、外径が大きくなり、コンパクト化が困難になったり、ケージの肉厚が薄くなったり、大角度時の必要継手強度を確保することが困難となる。一方、ｔ_ＣＡＧＥ／ＰＣＲ_ＢＡＬＬが０．２３を越えると、内径セレーション部（シャフト嵌合部）における内輪（内方部材）の肉厚が薄くなり、大角度時（高作動角時）の必要継手強度の確保が困難になったり、内方部材及び外方部材のトラック溝深さが小さくなることにより、許容可能なトルクレベルが低下したりする。この結果、ボールが内方部材及び外方部材のトラック溝のエッジ部に乗り上げ易くなり、耐久性が著しく低下してしまうおそれがある。このため、０．２０≦ｔ_ＣＡＧＥ／ＰＣＲ_ＢＡＬＬ≦０．２３とすることによって、小型化及びケージ強度の向上を図ることができ、しかも、ボールのトラック溝のエッジ部への乗り上げを防止できる。

外方部材のトラック溝および内方部材のトラック溝を円周方向に不等ピッチで配設することも可能である。内方部材のトラック溝及び外方部材のトラック溝を円周方向に不等ピッチで配設したものであれば、ケージのポケットも円周方向に不等ピッチで配設される。

長ポケットに収容される２個のボールのＰＣＤ上のピッチ角を６０度よりも小さくするとともに、その他のボールのピッチ角を６０度よりも大きくした。これにより、長ポケットに収納した２個のボールのピッチ間距離が小さくなり、これに対応する外方部材、及び内方部材のトラック溝のピッチ間距離が小さくなる。長ポケットに収容した2個のボールのピッチ間距離を小さくすることに依って、ケージのポケット間の4つの窓柱の1本あたりの周方向長さを長くすることができ、各ケージの窓柱の剛性を大きくすることができる。

前記長ポケットの相対面する長辺の少なくとも一方に、内方部材組み込み時において内方部材に非干渉部位となるポケット内方膨出部を設けることも可能である。このようなポケット内方膨出部を設けることによって、ケージの剛性および強度の向上を図ることができる。しかも、ポケット内方膨出部は内方部材組み込み時において非干渉部位となるので、組み込み性の低下を招かない。

本発明では、各ケージ窓柱の剛性を大きくすることができるので、小さなＰＣＤに大きなボールを配置することができ、負荷容量を低下させずにコンパクト化が可能となる。しかも、高角度時の捩りトルク負荷に対して、ケージの破損を防止できる。また、長ポケットを有することによって、内方部材のケージへの組込みが容易となる。特に、長ポケットの周方向間隔の最小長さよりも前記内方部材の軸方向長さを短くすることにより、内輪のケージへの組込みが一層容易となって、組立作業性を向上することができる。

外方部材の内径入口エッジ部に対するケージの外径面の摺接を回避することができ、外方部材の球面内径入口エッジ部における表面剥離等を防止できる。これによって、等速自在継手としての耐久性の向上を図ることができ、長期にわたって安定した機能を発揮することができる。

ボールのピッチ円直径とボールの直径との比を、３．０以上３．３以下としたことによって、等速自在継手としての強度・耐久性を確保することができ、高精度の等速自在継手を提供することができる。また、外方部材の外径とボールの直径との比を、４．６以上４.８以下とすることによって、一層強度・耐久性を確保することができる。ケージのオフセット角度を、２.７°以上５.７°以下に設定することによって、ケージの継手開口側の端部の肉厚を、他の部分に比べて厚く成形することができ、継手の小型軽量化を図るためにケージを薄く成形しても、ケージの継手開口側の端部は、継手の高作動角回転時に付与される負荷に耐え得る強度を確保することができる。

０．２０≦ｔ_ＣＡＧＥ／ＰＣＲ_ＢＡＬＬ≦０．２３とすることによって、小型化及びケージ強度の向上を図ることができ、しかも、ボールのトラック溝のエッジ部への乗り上げを防止できる。すなわち、このように設定することによって、コンパクト化（小型化）を可能とするとともに、小型化してもケージの強度を確保でき、さらには、高角捩りトルク負荷時のケージ損傷を防止できて、高角強度の向上を図ることができる。このため、よりコンパクトなフォルムにて継手強度耐久性を従来品と同等以上に確保することができる。

また、長ポケットに収容される２個のボールのＰＣＤ上のピッチ角を６０度よりも小さくするとともに、その他のボールのピッチ角を６０度よりも大きくしたことによって、長ポケットに収納した２個のボールのピッチ間距離を小さくでき、これに対応する外方部材のトラック溝のピッチ間距離を小さくできる。これにより、ケージの外方部材への組込みが容易となる。特に、このピッチ間距離（トラック溝間肩幅寸法）を、ケージ軸方向におけるポケット幅よりも小さくでき、これにより、ケージの外方部材への組込みが一層容易となって、組立作業性を向上することができる。

長ポケットに、ポケット内方膨出部を設けることによって、ケージの剛性および強度の向上を図ることができる。しかも、ポケット内方膨出部は内方部材組み込み時において非干渉部位となるので、組み込み性の低下を招かない。

本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態を図１〜図１６に基づいて説明する。

この固定式等速自在継手は、図１と図２に示すように内球面２１に複数のトラック溝２２が形成された外方部材（外側継手部材）としての外輪２３と、外球面２４に外輪２３のトラック溝２２と対をなす複数のトラック溝２５が形成された内方部材（内側継手部材）としての内輪２６と、外輪２３のトラック溝２２と内輪２６のトラック溝２５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール２７と、外輪２３の内球面２１と内輪２６の外球面２４との間に介在してボール２７を保持するケージ２８とを備えている。

前記外輪２３のトラック溝２２は、その曲率中心Ｏ１を継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の開口側にずらしている。また、内輪２６のトラック溝２５の曲率中心Ｏ２を継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の曲率中心Ｏ１と反対側の奥側に等距離ｋだけ離して設けている。

ケージ２８は、外球面２８ａの曲率中心Ｏ３と内球面２８ｂの曲率中心Ｏ４とを、継手中心（ケージ中心）Ｏに対して等距離ｋ１だけ軸方向に逆向きにオフセットさせ、このケージ２８のオフセット量をトラック溝のオフセット量と略同一として大きくしている。

また、ケージ２８にはボール２７を収容するポケット２９が設けられている。この場合、ケージ２８のポケット２９は、図２に示すように、周方向間隔が大の一対の長ポケット３０と、周方向間隔が小の一対の短ポケット３１との合計４個を有している。そして、一対の長ポケット３０を周方向に沿って１８０度ずらせるとともに、一対の短ポケット３１を周方向に沿って１８０度ずらせて、長ポケット３０と短ポケット３１とを周方向に沿って交互に配置している。このため、ポケット間に設けられる窓柱３４（ケージ窓柱）が４個となる。

長ポケット３０には２個のボール２７を収容するとともに、短ポケット３１には１個のボール２７を収容する。この場合、全６個のボール２７は円周方向に沿って等ピッチ（６０°ピッチ）で配設されている。

この第１の実施形態では、図３と図４に示すように、ケージ２８の長ポケット３０に対応する外輪２３の球面入口インロー部の内径を、他の球面入口インロー部の内径よりも大きくしている。すなわち、外輪２３の球面入口インロー部の一部（ケージ２８の長ポケット３０に対応する部位）に、その切欠端面３３ａが軸線に沿って延びる切欠部３３を設ける。この切欠部３３の内径Ｓ１（図３参照）を、切欠部３３が形成されない球面入口インロー部の内径Ｓ２（図４参照）よりも大きく設定する。

ところで、内輪２６をケージ２８に組み込む作業は以下のように行われる。まず、ケージ２８の軸線に対して内輪２６をその軸線が垂直になるように配置した状態（ケージ２８に対して内輪２６を９０°回転させた状態）で、その内輪２６の外球面２４の一部をケージ２８のポケット２９に落とし込む。この状態で内輪２６をケージ２８に挿入し、その後、内輪２６をケージ２８に対して９０°回転させて、ケージ２８の軸線に内輪２６の軸線を一致させて正規の姿勢に配置する。

このため、本発明に係るケージ２８では、内輪２６をケージ２８に組み込む際に、長ポケット３０に内輪２６の外球面２４の一部を落とし込むようにでき、内輪２６のケージへの組込みが容易となる。

また、長ポケット３０の相対面する長辺３０ａ，３０ｂの開口側エッジ部が外輪２３の球面内径入口エッジ部を乗り越える現象が繰り返されたとしても、ケージ２８の長ポケット３０に対応（位置）する外輪２３の球面入口インロー部の内径を、他の球面入口インロー部の内径よりも大きくしているので、内径入口エッジ部に対するケージ２８の外径面の摺接を回避することができる。このため、外輪２３の球面内径入口エッジ部における表面剥離等を防止でき、等速自在継手としての耐久性の向上を図ることができ、長期にわたって安定した機能を発揮することができる。

次に図５、図６、図７に示す第２の実施形態では、外輪２３の球面入口インロー部にアール部３５を設け、ケージ２８の長ポケット３０に対応する部位のアール部３５ａを、他の球面入口インロー部のアール部３５ｂよりも大きくしている。すなわち、アール部３５ａの曲率半径Ｒ１を、アール部３５ｂの曲率半径Ｒ２よりも大きく設定している。

この図５に示す等速自在継手の他の構成は図１に示す等速自在継手と同様であるので、図１と同一部材は同一符号を付してそれらの説明を省略する。

このため、図５から図７に示す等速自在継手においても、図１に示す等速自在継手と同様の作用効果を奏する。特に、ケージ２８の長ポケットに対応（位置）する外輪２３の球面入口インロー部のアール部３５ａを、他の球面入口インロー部のアール部３５ｂよりも大きくしているので、内径入口エッジ部に対するケージの外径面の摺接を回避することができ、外輪の球面内径入口エッジ部における表面剥離等を防止できる。

図８に示すように、ボール２７のピッチ円直径ＰＣＤ_ＢＡＬＬとボール２７の直径Ｄ_ＢＡＬＬとの比ｒ１を、３．０以上３．３以下とするのが好ましい。すなわち、３．０≦ｒ１≦３．３としている。外輪２３の外径Ｄ_{ＯＵＴＥＲ}とボール２７のピッチ円直径ＰＣＤ_ＢＡＬＬとの比ｒ２を、４．６以上４.８以下とするのが好ましい。すなわち、４．６≦ｒ２≦４．８としている。ここで、ピッチ円直径ＰＣＤ_ＢＡＬＬとは、ボール中心が描く円の軌跡の直径である。

ＰＣＤ_ＢＡＬＬ／Ｄ_ＢＡＬＬを３．０以上３．３以下とすることによって、等速自在継手としての強度・耐久性を確保することができ、高精度の等速自在継手を提供することができる。ピッチ円直径ＰＣＤ_ＢＡＬＬとボールの直径Ｄ_ＢＡＬＬとの比が３．０未満であると、ボール２７の直径が大きい場合は内輪２６の肉厚が薄くなりすぎて、強度の点で懸念が生じ、ボール２７のピッチ円直径ＰＣＤ_ＢＡＬＬが小さい場合は内輪２６・外輪２３とボール間の面圧が大きくなり、耐久性の点で懸念が生じる。逆に、３．３を越えると、ボール２７の直径が小さい場合はボール２７の負荷容量が小さくなり、耐久性の点で懸念が生じ、ボール２７のピッチ円直径ＰＣＤ_ＢＡＬＬが大きい場合は、外輪外径が大きくなり、コンパクト化が達成できない。

外輪２３の外径をＤ_{ＯＵＴＥＲ}とするとともに、ボール直径をＤ_ＢＡＬＬとし、この比であるＤ_{ＯＵＴＥＲ}／Ｄ_ＢＡＬＬを４．６以上４.８以下とするのが好ましい。外輪２３の外径とボールの直径との比が４．６未満であると、ボール２７の直径が大きい場合は外輪２３の肉厚が薄くなりすぎて、強度の点で懸念が生じ、外方部材の外径が小さい場合は内方部材・外方部材とボール間の面圧が大きくなり、耐久性の点で懸念が生じる。逆に、４.８を越えると、ボール２７の直径が小さい場合はボールの負荷容量が小さくなり、耐久性の点で懸念が生じ、外輪２３の外径が大きい場合はコンパクト化が達成できない。

ところで、前記実施形態では、トラック溝にストレート部を有さないバーフィールド型（ＢＪ型）であったが、図９に示すように、トラック溝にストレート部を有するアンダーカットフリー型（ＵＪ型）であってもよい。

すなわち、この等速自在継手では、外輪２３のトラック溝２２は、トラック溝底が円弧部となる奥側トラック溝２２ａと、トラック溝底が外輪軸線と平行なストレート部となる開口側トラック溝２２ｂとからなる。奥側トラック溝２２ａは、その曲率中心Ｏ１を継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の開口側にずらしている。また、内輪２６のトラック溝２５は、トラック溝底が内輪軸線と平行なストレート部となる奥側トラック溝２５ａと、トラック溝底が円弧部となる開口側トラック溝２５ｂとからなる。開口側トラック溝２５ｂの曲率中心Ｏ２を継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の奥側トラック溝２２ａの曲率中心Ｏ１と反対側の奥側に等距離ｋだけ離して設けている。

この場合、作動角が０°のときにおいて、ケージ２８の外球面２８ａの曲率中心Ｏ３とボール中心Ｏ５とを結んだ直線Ｌ３と、継手中心Ｏとボール中心Ｏ５とを結んだ直線Ｌとの成す角度θ３、及びケージ２８の内球面２８ｂの曲率中心Ｏ４とボール中心Ｏ５とを結んだ直線Ｌ４と、継手中心Ｏとボール中心Ｏ５とを結んだ直線Ｌとの成す角度θ４をそれぞれ２.７°以上５.７°以下に設定している。なお、角度θ３及びθ４は、ケージオフセット角（θ_ＣＡＧＥ）と呼ぶ。また、作動角が０°とは、外輪２３の軸線と内輪２６の軸線とが一致する状態である。

また、作動角が０°のときにおいて、外輪２３のトラック溝２２の曲率中心Ｏ１とボール中心Ｏ５とを結んだ直線Ｌ１と、継手中心Ｏとボール中心Ｏ５とを結んだ直線Ｌとの成す角度θ１、及び内輪２６のトラック溝２５の曲率中心Ｏ２とボール中心Ｏ５とを結んだ直線Ｌ２と、継手中心Ｏとボール中心Ｏ５とを結んだ直線Ｌとの成す角度θ２をそれぞれ前記オフセット角（θ_ＣＡＧＥ）と略同一に設定される。なお、角度θ１及び角度θ２は、トラックオフセット角（θ_{ＴＲＡＣＫ}）と呼ぶ。この実施形態では、外輪２３のトラック溝２２の曲率中心Ｏ１をケージ２８の外球面２８ａの曲率中心Ｏ３よりも反継手中心側に配置するとともに、内輪２６のトラック溝２５の曲率中心Ｏ２を、ケージ２８の内球面２８ｂの曲率中心Ｏ４よりも反継手中心側に配置している。このため、この実施形態では、トラックオフセット角（θ_{ＴＲＡＣＫ}）がケージオフセット角（θ_ＣＡＧＥ）よりも僅かに大きく設定されている。

ケージ２８のオフセット角度θ３及びθ４を、２.７°以上５.７°以下に設定することによって、ケージ２８の継手開口側の端部の肉厚を、他の部分に比べて厚く成形することができ、継手の小型軽量化を図るためにケージ２８を薄く成形しても、ケージ２８の継手開口側の端部は、継手の高作動角回転時に付与される負荷に耐え得る強度を確保することができる。ケージ２８のオフセット角θ３、θ４が、２．７°未満であると、ケージ２８の継手開口側の端部が薄くなり、十分な強度が確保できない。また、５．７°を越えると、ケージ２８の継手奥側の端部の肉厚が極端に薄くなる。ケージ２８の製造工程において一般的に熱処理を施すが、ケージ２８の肉厚が極端に薄くなると、その肉厚の薄い部分では熱処理による未硬化層が少なくなり、靱性が低下し十分な強度が確保できなくなる。また、ケージ２８の継手開口側の端部と継手奥側の端部とで、肉厚差が大きいと加工性の悪化も懸念される。

また、図１０に示すように、ケージ２８のポケット中心位置におけるケージ肉厚をｔ_ＣＡＧＥとするとともに、作動角が０°のときのボール２７のピッチ円半径をＰＣＲ_ＢＡＬＬとし、この比であるｔ_ＣＡＧＥ／ＰＣＲ_ＢＡＬＬを０．２０以上０．２３以下とすることも可能である。ここでピッチ円半径ＰＣＲ_ＢＡＬＬとは、ボール中心が描く円の軌跡の半径である。

ところで、ｔ_ＣＡＧＥ／ＰＣＲ_ＢＡＬＬが０．２０未満となると、外径が大きくなり、コンパクト化が困難になったり、ケージ２８の肉厚が薄くなったり、大角度時の必要継手強度が確保することが困難となる。一方、ｔ_ＣＡＧＥ／ＰＣＲ_ＢＡＬＬが０．２３を越えると、内径セレーション部（シャフト嵌合部）における内輪２６の肉厚が薄くなり、大角度時（高作動角時）の必要継手強度の確保が困難になったり、内輪２６及び外輪２３のトラック溝深さが小さくなることにより、許容可能なトルクレベルが低下したりする。この結果、ボール２７が内輪２６及び外輪２３のトラック溝２５、２２のエッジ部に乗り上げ易くなり、耐久性が著しく低下してしまうおそれがある。

このため、０．２０≦ｔ_ＣＡＧＥ／ＰＣＲ_ＢＡＬＬ≦０．２３とすることによって、小型化及びケージ強度の向上を図ることができ、しかも、ボール２７のトラック溝のエッジ部への乗り上げを防止できる。すなわち、本発明によれば、コンパクト化（小型化）を可能とするとともに、小型化してもケージ２８の強度を確保でき、さらには、高角捩りトルク負荷時のケージ損傷を防止できて、高角強度の向上を図ることができる。このため、よりコンパクトなフォルムにて継手強度耐久性を従来品と同等以上に確保することができる。

前記実施形態では、ボール２７を円周方向に沿って等ピッチで配設していたが、図１１に示すように、不等ピッチで配設してもよい。この場合、長ポケット３０に収容される２個のボール２７のＰＣＤ上のピッチ角βを６０度よりも小さくするとともに、その他のボール２７ピッチ角αを６０度よりも大きくしている。

このように、長ポケット３０に収納した２個のボール２７のピッチ間距離を小さくしたことによって、対応する外輪２３のトラック溝２２のピッチ間距離を小さくできる。これにより、ケージ２８の外輪２３への組込みが容易となる。図１２に示すように、このピッチ間距離（トラック肩幅寸法ｆ）を、ケージ軸方向におけるポケット幅ｇよりも小さくすれば、これにより、ケージ２８の外輪２３への組込みが一層容易となって、組立作業性を向上することができる。

ところで、図１３、図１４、図１５（ａ）に示すように、長ポケット３０の相対面する長辺３０ａ、３０ｂの長手方向中央部に、長ポケット内方側へ張り出す膨出部３６、３６を設けて、長ポケット３０にスリット３７を介して連設される２つのボール収容部３８、３８を形成してもよい。この場合、膨出部３６、３６は、その外面がケージ２８の外球面２８ａと同一曲率半径の連続した球面であり、内面がケージ２８の内球面２８ｂと同一曲率半径の連続した球面である。なお、この実施形態では、膨出部３６の形状は、ケージ外周側からみて側辺が円弧面とされた台形状（いわゆる富士山形状）である。

このため、各膨出部３６の突出端面３６ａは、ケージ周方向に沿って延びる平面であり、所定間隔Ｗをもって対向（対面）している。また、所定間隔Ｗを、内輪２６の凸部４７の幅寸法（トラック溝間肩幅寸法）ｈよりも大きくしている。

所定間隔Ｗとしては、図１３と図１４に示すように、組立時に内輪２６の肩部４７（隣合うトラック溝間の突部）に干渉しない寸法とする。また、膨出部３６の大きさや形状としても、作動角を付けて回転したとき等において、ボール収容部３８に収容されるボール２７の動きを阻害しないようにする必要がある。なお、膨出部３６としては、長ポケット３０を形成する際に、機械加工や塑性加工で形成することができる。

長ポケット３０に膨出部３６、３６を設けることによって、この長ポケット３０を構成するための枠（窓枠）の剛性を向上できる。これによって、窓枠の剛性不足によるケージ２８の変形を防止でき、この継手の作動性を損なわずに済み、長期に亘って安定した作動性を発揮することができる。

前記実施形態の長ポケット３０は図１５（ａ）に記載のように、膨出部３６、３６がいわゆる富士山形状であったが、図１５（ｂ）（ｃ）（ｄ）のような形状であってもよい。すなわち、図１５（ｂ）の膨出部３６、３６は、膨出部３６の突出端面３６ａのコーナ部がアール状とされ、図１５（ｃ）の膨出部３６、３６は矩形状とされ、図１５（ｄ）の膨出部３６、３６は、基部コーナ部がなだらかでない台形状とされている。

この図１５（ｂ）（ｃ）（ｄ）のような形状の長ポケット３０を有するケージ２８であっても、図１５（ａ）のケージ２８と同様の作用効果を奏する。

また、図１６に示すように、一対の膨出部３６、３６のうちいずれか一方を省略してもよい。図１６（ａ）では膨出部３６を継手開口部側の長辺３０ａ側にのみ設け、図１６（ｂ）では膨出部３６を継手奥側の長辺３０ｂ側にのみ設けている。

図１６（ａ）に示すものでは、外輪２３の開口（入口）のインローエッジ部と、ケージ外球面２８ａ側のポケットエッジ部との干渉を遅らせたり、無くしたりすることができ、図１６（ｂ）に示すものでは、内輪２６の外球面２４の奥側エッジ部とケージ内球面２８ｂ側のポケットエッジ部との干渉を遅らせたり、無くしたりすることができる。このため、ケージ２８が外輪２３の内球面２１や内輪２６の外球面２４に案内しやすくなり、継手の作動性が悪化するのを防止でき、窓枠の剛性向上による継手の作動性の悪化防止と相俟って、ケージ２８の欠けや割れを有効に防止できる。

ところで、長ポケット３０を有するケージ２８を製造する場合、周方向に沿って６０°ピッチでポケットが形成された既存のケージにおいて、周方向に隣合うポケット間の窓柱を除去すればよい。すなわち、ケージ中心に関して１８０°反対方向の一対の窓柱を除去すればよい。このように、このケージ２８としては、既存のケージにおいて、窓柱を除去することによって簡単に成形することができ、しかも、この窓柱の除去としては、プレス加工であっても、ミーリング加工であってもよく、これらの種々の塑性加工にて安定して成形することができる。図１５や図１６に示すケージ２８の場合、除去すべき窓柱の一部を残しているが、図２１と図２２に示すケージ２８では除去すべき窓柱の全体（全部）を除去している。つまり、長ポケット３０を長円形状としている。

ケージ２８内に内輪２６を組み込む場合、図１４に示すようにケージ２８の一つの長ポケット３０に、内輪２６の一つの凸部４７を落とし込むことになる。このため、このポケット内方膨出部３６は、内輪組み込み時において内輪に非干渉部位となる。

長ポケット３０に、ポケット内方膨出部３６，３６を設けることによって、ケージ２８の剛性および強度の向上を図ることができる。しかも、膨出部３６，３６は内輪組み込み時において非干渉部位となるので、組み込み性の低下を招かない。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では、曲率中心Ｏ１と曲率中心Ｏ３とは僅かにずれた位置に配置されるとともに、曲率中心Ｏ２と曲率中心Ｏ４とは僅かにずれた位置に配置されているが、曲率中心Ｏ１と曲率中心Ｏ３とが同一位置であっても、曲率中心Ｏ２と曲率中心Ｏ４とが同一位置であってもよい。

また、長ポケット３０の周方向間隔としても、内輪２６のケージ２８への組込み性の向上が図れて、しかも、窓柱３４の剛性が低下しない範囲で種々設定できる。さらに、トラック溝間肩幅寸法ｈやケージ２８のケージ軸方向におけるポケット幅等も、ケージ２８の外輪２３への組込み性等を考慮して設定できる。

本発明の第１実施形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図である。 前記固定式等速自在継手の横断面図である。 前記固定式等速自在継手の要部拡大断面図である。 前記固定式等速自在継手の他の要部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図である。 前記図５に示す固定式等速自在継手の要部拡大断面図である。 前記図５に示す固定式等速自在継手の他の要部拡大断面図である。 本発明の第３実施形態を示す固定式等速自在継手の横断面図である。 本発明の第４実施形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図である。 本発明の第５実施形態を示す固定式等速自在継手の横断面図である。 本発明の第６実施形態を示す固定式等速自在継手の横断面図である。 ケージと外輪の関係を示す図である。 他のケージと内輪との関係を示す図である。 図１３に示すケージへの内輪の組み込に状態を示す図である。 ケージの変形例を示す簡略図である。 ケージの変形例を示す簡略図である。 従来の等速自在継手の縦断面図である。 従来の等速自在継手の横断面図である。 従来の他の等速自在継手の縦断面図である 従来の他の等速自在継手の横断面図である ケージの正面図である。 ケージの斜視図である。 従来の他の等速自在継手が作動角を取った状態の断面図である。 ケージが損傷した状態の正面図である。

符号の説明

２１ 内球面
２２ トラック溝
２４ 外球面
２５ トラック溝
２７ ボール
２８ ケージ
２８ａ 外球面
２８ｂ 内球面
２９ ポケット
３０ 長ポケット
３１ 短ポケット

Claims (10)

1. 内球面に複数のトラック溝が形成された外方部材と、外球面に複数のトラック溝が形成された内方部材と、前記外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを収容するポケットを有するとともに外方部材と内方部材との間に介装されるケージとを備え、前記ケージのポケットは、周方向間隔が大の一対の長ポケットと、周方向間隔が小の一対の短ポケットとの４個を有し、一対の長ポケットを周方向に沿って１８０度ずらせるとともに、一対の短ポケットを周方向に沿って１８０度ずらせて、長ポケットと短ポケットとを周方向に沿って交互に配置し、かつ長ポケットには２個のボールを収容するとともに、短ポケットには１個のボールを収容した固定式等速自在継手であって、
   ケージの長ポケットに対応する外方部材の球面入口インロー部の内径を、他の球面入口インロー部の内径よりも大きくしたことを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 内球面に複数のトラック溝が形成された外方部材と、外球面に複数のトラック溝が形成された内方部材と、前記外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを収容するポケットを有するとともに外方部材と内方部材との間に介装されるケージとを備え、前記ケージのポケットは、周方向間隔が大の一対の長ポケットと、周方向間隔が小の一対の短ポケットとの４個を有し、一対の長ポケットを周方向に沿って１８０度ずらせるとともに、一対の短ポケットを周方向に沿って１８０度ずらせて、長ポケットと短ポケットとを周方向に沿って交互に配置し、かつ長ポケットには２個のボールを収容するとともに、短ポケットには１個のボールを収容した固定式等速自在継手であって、
   ケージの長ポケットに対応する外方部材の球面入口インロー部のアール部の曲率半径を、他の球面入口インロー部のアール部の曲率半径よりも大きくしたことを特徴とする固定式等速自在継手。
3. ボールのピッチ円直径をＰＣＤ_ＢＡＬＬとするとともに、ボール直径をＤ_ＢＡＬＬとし、この比であるＰＣＤ_ＢＡＬＬ／Ｄ_ＢＡＬＬを３．０以上３．３以下としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固定式等速自在継手。
4. 外方部材の外径をＤ_{ＯＵＴＥＲ}とするとともに、ボール直径をＤ_ＢＡＬＬとし、この比であるＤ_{ＯＵＴＥＲ}／Ｄ_ＢＡＬＬを４．６以上４.８以下としたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
5. ケージのオフセット量をトラック溝のオフセット量と略同一として大きくしたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
6. 外方部材のトラック溝の曲率中心と内方部材のトラック溝の曲率中心とを、継手中心に対して等距離だけ軸方向に逆向きにオフセットさせるとともに、ケージの外球面の曲率中心とケージの内球面の曲率中心とを、継手中心に対して等距離だけ軸方向に逆向きにオフセットさせ、作動角が０°のときにおいて、ケージの外球面の曲率中心とボール中心とを結んだ直線と、継手中心とボール中心とを結んだ直線との成す角度、及びケージの内球面の曲率中心とボール中心とを結んだ直線と、継手中心とボール中心とを結んだ直線との成す角度をそれぞれ２.７°以上５.７°以下に設定したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
7. ケージのポケット中心位置におけるケージ肉厚をｔ_ＣＡＧＥとするとともに、作動角が０°のときのボールのピッチ円半径をＰＣＲ_ＢＡＬＬとし、この比であるｔ_ＣＡＧＥ／ＰＣＲ_ＢＡＬＬを０．２０以上０．２３以下に設定したことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
8. 外方部材のトラック溝および内方部材のトラック溝を円周方向に不等ピッチで配設したことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
9. 前記長ポケットに収容される２個のボールのＰＣＤ上のピッチ角を６０度よりも小さくするとともに、その他のボールのピッチ角を６０度よりも大きくしたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
10. 前記長ポケットの相対面する長辺の少なくとも一方に、内方部材組み込み時において内方部材に非干渉部位となるポケット内方膨出部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。

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