JP2011133107A - 固定型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】低作動角時の耐久性を確保し、高作動角でのトルク容量の向上を図ることが可能なアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手を提供する。
【解決手段】外側継手部材３３のトラック溝３２の中心とボール３７の中心との間の距離をＲｔ、トラック溝３２の中心と継手中心面Ｐとの間の軸方向距離をＦとしたとき、ＦとＲｔとの比Ｒ１が０．０６１≦Ｒ１≦０．０８７である。トラック溝３２の中心と継手中心軸線Ｘまでの距離である半径方向オフセット量をｆｒとしたとき、ｆｒとＲｔとの比Ｒ３が０．０７≦Ｒ３≦０．１９である。内側継手部材３６のトラック溝３５の底面には、Ｈｖ５１３での有効硬化層深さをＤｉとし、ボールの直径をｄとしたときに、少なくとも有効硬化層深さ比Ｄｉ／ｄが０．１１１以上となる硬化層が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定型等速自在継手に関し、特に、連結した駆動側と従動側の２軸間での角度変位にのみ許容するタイプであって、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８個のトルク伝達ボールを備えたアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手に関する。

固定型等速自在継手には、ツェッパ型（ＢＪ）（例えば特許文献１）やアンダーカットフリー型（ＵＪ）等がある。

ツェッパタイプの固定型等速自在継手は、図１７に示すように、内球面１に複数のトラック溝２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材３と、外球面４に外側継手部材３のトラック溝２と対をなす複数のトラック溝５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材６と、外側継手部材３のトラック溝２と内側継手部材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、外側継手部材３の内球面１と内側継手部材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が収容される窓部９が周方向に沿って複数配設されている。

ケージ８は外側継手部材３の内球面及び内側継手部材６の外球面とそれぞれ球面接触している。外側継手部材３と内側継手部材６のトラック溝２，５のボール中心軌跡線の曲率中心（Ｏ２，Ｏ１）はそれぞれ継手中心Ｏｊに対して対称な位置にある。言い換えれば、曲率中心Ｏ１と曲率中心Ｏ２は継手中心Ｏｊから互いに逆方向に等距離、軸方向にオフセットしている。すなわち、外側継手部材３のトラック溝２を継手中心Ｏｊから継手中心軸線Ｘに沿って継手開口側に所定距離だけオフセットさせ、内側継手部材６のトラック溝５を継手中心Ｏｊから継手中心軸線Ｘに沿って継手奥部側に所定距離だけオフセットさせている。ここで、継手中心軸線Ｘは、継手の作動角が０°の状態で、外側継手部材３の軸線と内側継手部材６の軸線とを含む直線、継手中心面は、トルク伝達ボール７の中心を含み、継手中心軸線と直交する平面、継手中心Ｏｊは、継手中心面と継手中心軸線との交点である。

このため、外側継手部材３のトラック溝２と内側継手部材６のトラック溝５とで形成されトルク伝達ボールトラックは、軸方向の一方から他方へ向かって徐々に広がったくさび形状を呈する。各ボール７はこのくさび状のトルク伝達ボールトラック内に収容され、外側継手部材３と内側継手部材６との間でトルクを伝達する。すべてのボール７を継手平面（作動角の二等分線に垂直な平面）に保持するためケージ８が組み込まれている。

また、ツェッパタイプの固定型等速自在継手には、６個のトルク伝達ボールを備えた構造のものが技術標準として長年にわたって使用され、性能・信頼性等の面で多くのユーザの支持を得てきたが、本出願人は、この技術標準としての６個ボールのゼッパジョイントと同等以上の強度、負荷容量および耐久性を確保しつつ、高効率で抜本的な軽量・コンパクト化を図った８個ボールのゼッパジョイントを開発し、既に提案した（例えば下記の特許文献１）。

次に、ＵＪタイプの固定型等速自在継手は、図１８に示すように、内径面１１に複数のトラック溝１２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材１３と、外径面１４に外側継手部材１３のトラック溝１２と対をなす複数のトラック溝１５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材１６と、外側継手部材１３のトラック溝１２と内側継手部材１６のトラック溝１５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール１７と、外側継手部材１３の内径面１１と内側継手部材１６の外径面１４との間に介在してボール１７を保持するケージ１８とを備えている。ケージ１８には、ボール１７が収容される窓部１９が周方向に沿って複数配設されている。

この場合、外側継手部材１３のトラック溝１２は、トラック溝ボール中心軌跡線が円弧部となる奥側トラック溝１２ａと、トラック溝ボール中心軌跡線が外側継手部材軸線と平行なストレート部となる開口側トラック溝１２ｂとからなる。奥側トラック溝１２ａは、その曲率中心Ｏ２を継手中心Ｏｊから軸方向に外側継手部材１３の開口側にずらしている。また、内側継手部材１６のトラック溝１５は、トラック溝ボール中心軌跡線が内側継手部材軸線と平行なストレート部となる奥側トラック溝１５ａと、トラック溝ボール中心軌跡線が円弧部となる開口側トラック溝１５ｂとからなる。開口側トラック溝１５ｂの曲率中心Ｏ１を継手中心Ｏｊから軸方向に外側継手部材１３の奥側トラック溝１２ａの曲率中心Ｏ２と反対側の奥側に等距離Ｆだけ離して設けている。

このように、全域を円弧形状としているツェッパタイプに対して、ＵＪタイプの外側継手部材１３のトラック形状は、開口側がストレート形状のアンダーカットフリーとなっている。このため、ＢＪタイプに比べて開口部でボール位置が外径側にあるためシャフト（内側継手部材に嵌入されるシャフト）と外側継手部材１３のトラック溝１２との干渉角が大きくなり、ＵＪタイプはＢＪタイプに比べてより大きい作動角がとれる。また、ＵＪタイプの外側継手部材１３のトラック形状は、開口側においてストレート形状となっているために、ボール１７の半径方向の移動量が外径側方向に大きくなり、それに対応してボール１７を保持するためケージ１８の外径も大きくすることになる。このことから外側継手部材１３の内球面径は大きくなる。

しかしながら、ＵＪタイプは、外側継手部材１３の内径面（内球面）を大きくすることで、外側継手部材１３の円弧トラック溝が開口側にオフセットしていることによって、奥側のトラック深さは浅くなる。このため、前記したように外側継手部材１３の内球面を大きくすると奥側トラック溝深さは更に浅くなる。ここで、トラック深さとは、回転状態でジョイント内部力解析を行い、一回転中でトラック内を軸方向および接触角方向に移動するボールの接触楕円が最も球面に近づく位置でのボール接触点から球面までの距離として現した。

また、ボール７，１７のケージ８，１８での保持とトラック深さの確保から、同じサイズにおいてＵＪタイプはツェッパタイプに比べてボール径を大きく、またボールのピッチ円ＰＣＤ、延いては外側継手部材外径も大きくしている。

図１８に示すＵＪタイプでは、外側継手部材奥側トラック深さの確保に効果のあるケージオフセット形状としている。すなわち、継手中心Ｏｊに対して、ケージ１８の外球面１８ａの中心Ｏ４を軸方向開口側へｆｃだけオフセットさせ、ケージ１８の内球面１８ｂの中心Ｏ３を軸方向奥側へｆｃだけオフセットさせている。このようなケージオフセットタイプを、トラック方向ケージオフセットと呼ぶ。

近年、６個ボールタイプに比べ外径がコンパクト化された８個ボールのＵＪタイプの継手も提案されている（特許文献１）。８個ボールのＵＪタイプの継手は、６個ボールよりも小さいボール径としているため、ボールの大きさ，個数によらずＰＣＲ（外側継手部材のトラック溝の円弧中心または内側継手部材のトラック溝の円弧中心とボールの中心とを結ぶ線分の長さ）とオフセット量とで決まる前記の半径方向移動量に相当するケージの半径方向寸法（厚み）を確保できるようにオフセット量を小さく設定するとともに、図１４に示すように、ケージオフセットを採用している。

そして、このような８個のＵＪタイプではさらなるコンパクト化には、高角時の強度、耐久性の向上が重要な課題とされている。

ところで、従来には、６個ボールのツェッパタイプにおいて、トラック溝の中心を継手中心軸線から該トラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットさせることが開示されている（特許文献２、特許文献３、及び特許文献４）。

特許文献２では、外側継手部材のトラック溝を、継手中心を中心とする開口側第１案内溝と、継手中心から半径方向反対側にオフセットされた点を中心とする奥側第２案内溝とで形成している。また、内側継手部材のトラック溝を、継手中心から継手中心軸線に沿って奥側にオフセットされた点を中心とする奥側第２トラック溝と、この奥側第２案内溝の中心からさらに半径方向反対にオフセットされた点を中心とする開口側第２案内溝とで形成している。

このような構成とすることにより、外側継手部材の奥側第１案内溝の溝深さが大きくなり、また、内側継手部材の開口側第２案内溝の部分で内側継手部材の肉厚が大きくなるので、継手が高作動角を取ったとき、ボールが外側継手部材の奥側第１案内溝に乗り上げて該溝のエッジ部分が欠けてしまうことがなくなり、また、ボールからの負荷によって内側継手部材が損傷してしまうことがなくなる。

特許文献３では、外側継手部材のトラック溝の中心と内側継手部材のトラック溝の中心を、それぞれ、直径方向面（継手中心面）から軸方向両側に等距離だけ離間し、かつ、継手中心軸線から半径方向反対側に所定量だけ離間した位置にオフセットさせている。このような構成とすることにより、継手が最大作動角を取り、ボールが外側継手部材のトラック溝の入口縁部に極めて接近した状態における、ボールとトラック溝との接触力が小さくなり、トラック溝の入口縁部の損傷が防止される。

特許文献４では、外側継手部材のトラック溝及び内側継手部材のトラック溝の溝中心線の曲率中心が、継手中心面の両側に偏心され、かつ溝中心線と軸心とを含む平面上でこの軸心を越えた反対側にあるように設定している。これによって、継手角の最大許容角度を大きくでき外側継手部材の外径を大きくすることなく強度を確保するようにしている。

また、従来には、走行特性等に影響を与えることなく最大屈曲角度を増大できるようにするものがある（特許文献５）。すなわち、特許文献５では、走行路の基底と継手回転軸線との間の距離を、最大値を取る点から出発して、軌跡曲線の接線と継手回転軸線との間の交差角が単調に増加するようにしたものである。

特開平９-３１７７８３号公報 特開平４−２２８９２５号公報 特表２００２−５４１３９５号公報 特開平８−１２８４５４号公報 特開昭５９−１０６７２４号公報

ツェッパタイプの等速自在継手において、トラック溝の中心の軸方向オフセット量（トラック溝の中心と継手中心面との軸方向距離）を小さくし、あるいは、半径方向オフセット量（トラック溝の中心と継手中心軸線との半径方向距離）を設けると、継手回転中のトラック荷重（トルク伝達ボールとトラック溝との接触部に作用する荷重）のピーク値が上昇する傾向がみられる。特許文献２、３では、６個ボールのゼッパジョイントについて、トラック溝の中心に半径方向オフセットを設けているが、これは最大作動角又はその近傍の高作動角域でのトラック溝側壁部分の損傷防止に配慮したものであり、低作動角域及び中作動角域での耐久性確保の課題は全く考慮されていない。

特に、前記特許文献２〜特許文献４に記載のものでは、いずれも６個ボールであり、しかも、トラック溝が単一の円弧部から構成されるものである。また、特許文献５においても、６個ボールであり、しかも、トラック溝のストレート部を有さないものである。このため、８個ボールでのＵＪタイプの等速自在継手において、低作動角時の耐久性を確保しつつ、高作動角でのトルク容量の向上を図ることが可能なものは従来には存在しなかった。

本発明の課題は、低作動角時の耐久性を確保しつつ、高作動角でのトルク容量の向上を図ることが可能な８個ボールでのアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手を提供することにある。

本発明の第１の等速自在継手は、内径面に軸方向に延びる８本のトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に軸方向に延びる８本のトラック溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成される８本のトルク伝達ボールトラックと、該トルク伝達ボールトラックにそれぞれ配された８個のトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するポケットを有するケージとを備え、外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面に曲線部とストレート部を有するアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手であって、継手の作動角が０°の状態で、前記外側継手部材の軸線と前記内側部材の軸線とを含む直線を継手中心軸線、前記トルク伝達ボールの中心を含み、前記継手中心軸線と直交する平面を継手中心面としたとき、前記外側継手部材のトラック溝の中心と前記内側継手部材のトラック溝の中心とが、それぞれ、前記継手中心面から軸方向両側に離間し、かつ、前記継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされているとともに、前記ケージの外球面中心とケージの内球面中心とを一致させ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離をＲｔ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０６１≦Ｒ１≦０．０８７であり、かつ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとしたとき、ｆｒと前記Ｒｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ３≦０．１９であり、さらに、内側継手部材のトラック溝の底面には、Ｈｖ５１３での有効硬化層深さをＤｉとし、ボールの直径をｄとしたときに、少なくとも有効硬化層深さ比Ｄｉ／ｄが０．１１１以上となる硬化層が形成されているものである。

本発明の第２の等速自在継手は、内径面に軸方向に延びる８本のトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に軸方向に延びる８本のトラック溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成される８本のトルク伝達ボールトラックと、該トルク伝達ボールトラックにそれぞれ配された８個のトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するポケットを有するケージとを備え、外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面に曲線部とストレート部を有するアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手であって、継手の作動角が０°の状態で、前記外側継手部材の軸線と前記内側部材の軸線とを含む直線を継手中心軸線、前記トルク伝達ボールの中心を含み、前記継手中心軸線と直交する平面を継手中心面としたとき、前記外側継手部材のトラック溝の中心と前記内側継手部材のトラック溝の中心とが、それぞれ、前記継手中心面から軸方向両側に離間し、かつ、前記継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされ、ケージの外球面中心が継手中心面よりも内側継手部材のトラック溝の中心側に配置されるとともに、ケージの内球面中心が継手中心面よりも外側継手部材のトラック溝の中心側に
配置されて、ケージの外球面中心又はケージの内球面中心と継手中心面までの軸方向距離
をｆｃとし、トルク伝達ボールの中心から継手中心軸線までの距離をＲとしたとき、ｆｃとＲとの比Ｒ２（＝ｆｃ／Ｒ）が０．０１以下であり、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離をＲｔ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０４４≦Ｒ１≦０．０８７であり、かつ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとしたとき、ｆｒと前記Ｒｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ３≦０．１９であり、さらに、内側継手部材のトラック溝の底面乃至内径面には、Ｈｖ５１３での有効硬化層深さをＤｉとし、ボールの直径をｄとしたときに、少なくとも有効硬化層深さ比Ｄｉ／ｄが０．１１１以上となる硬化層が形成されているものである。

常用角（作動角６°）においては、前記Ｒ１値が小さいほどトラック深さが深くなり、Ｒ３値が小さいほどトラック深さが深くなる。ここで、トラック深さとは、回転状態でジョイント内部力解析を行い、一回転中でトラック内を軸方向および接触角方向に移動するボールの接触楕円が最も球面に近づく位置でのボール接触点から球面までの距離である。ボール接触点から球面部までの距離は大きいほど耐久性は良くなる。

外側継手部材のトラック溝の中心（曲線部の曲率中心）に半径方向オフセットを設けることにより、半径方向オフセットを設けない場合に比べて、トラック溝の継手奥部側部分の溝深さが相対的に大きくなる。そのため、トラック溝の継手奥部側壁部の剛性が増大することにより、継手が高作動角を取り、トルク伝達ボールがトラック溝の継手奥部側に寄った位置でトルクを伝達するときの、トラック溝の継手奥部側壁部のエッジ部分の変形が抑制され、高作動角域での継手の捩り強度が向上する。また、高作動角域でのトルク容量が増大し、トラック溝の継手奥部側壁部でのエッジロードが減少する結果、高作動角域での継手の耐久性が向上する。ここで、トルク容量とは、継手がある作動角を取りつつトルクを伝達する際に、トルク伝達ボールとトラック溝との接触部の接触楕円の端部が、トラック溝のエッジ線と重なる時のトルクである。

また、Ｒ２を０．０１以下とすることによって、ケージの開口側の肉厚が薄くなるのを防止できる。Ｒ１値が小さいほどＰＶ値（ボールとトラック間の滑り速度とトラック荷重を乗じたもの）が小さくなる。ＰＶ値が小さいほど耐久性は良くなる。内側継手部材のトラック溝の底面（溝内面）が、Ｈｖ５１３での有効硬化層深さをＤｉとし、ボールの直径をｄとしたときに、少なくとも有効硬化層深さ比Ｄｉ／ｄが０．１１１以上を有するので、内側継手部材のトラック肩部のエッジ部の剛性が高くなり、特に高角時においてトラックが浅いストレート溝部の強度及び耐久性が向上する。

ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）を０．０７１以下とするのが好ましく、ｆｒとＲｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）を０．１５以上とするのが好ましい。

ケージは、Ｈｖ６００での有効硬化層深さをＤｃとし、ボールの直径をｄとしたときに少なくとも有効硬化層深さ比Ｄｃ／ｄが０．０６７以上で非研削表面に研削部表面の硬さよりも軟らかい軟化層を有さないのが好ましい。このように構成することによって、高強度のケージを構成できる。

外側継手部材の内径面の開口端に、ケージ挿入用のカット部を軸心に関して対称となる少なくとも２箇所に設けるのが好ましい。この際、カット部を冷間鍛造にて成形するのが好ましい。

前記外側継手部材は前記トラック溝が形成されたマウス部を備え、このマウス部の開口端部に開口側に向かって拡径する作動角許容用のチャンファを形成し、このチャンファとトラック溝の溝底との交点からのマウス部の開口端部の突出量をｔとし、ボールの直径をｄとしたときに、ｔ＝０．１３ｄ〜０．１８５ｄとの関係を満たすとともに、マウス部の開口端面乃至この開口端面に連続するマウス部の外周面を、硬化処理を施していない非硬化層を有するものが好ましい。

前記等速自在継手は、例えば自動車のドライブシャフトの連結に用いられる。

本発明の等速自在継手では、高作動角時において外側継手部材奥側のトルク容量が増えるため、トラック溝壁面の剛性が向上し、トラックエッジ部の変形が抑えられ、捩り強度が向上する。高作動角時において外側継手部材奥側のトラック深さが増えるため、乗り上げトルクが向上し、エッジロードが減少し、高作動角での耐久性が向上する。

常用角（作動角６°）では、従来並みのトラック深さを確保でき、耐久性は従来と同等かそれ以上となる。特にＲ１＝０．０７１以下とするとトラック深さはより深く、ＰＶ値も低くなり耐久性が向上する。このように、この固定型の等速自在継手では、高い耐久性要求に適用できるのでサイズダウンが図れ、軽量となり、また低コスト化にもなる。また、Ｒ１＝０．０８７以下として従来品より低い値とすると、軸方向のボールからケージへの荷重および、ボールの半径方向移動量が減少するなどによりトルク伝達効率が向上する。

内側継手部材が、Ｈｖ５１３での有効硬化層深さをＤｉとし、ボールの直径をｄとしたときに、少なくとも有効硬化層深さ比Ｄｉ／ｄが０．１１１以上を有するものであれば、内側継手部材のトラック肩部のエッジ部の剛性を向上させることができ、局部的な変形が抑えられ強度と耐久性が向上する。

外側継手部材の内径面の開口端にケージ挿入用のカット部を２箇所形成したものでは、ケージ外球面を保持する接触面を開口側に大きくすることができ、高負荷時のケージの変形を抑制できる。このため、継手全体として高作動角時の捩り疲労強度または準静捩り強度を向上させることができる。

ｔ＝０．１３ｄ〜０．１８５ｄとして外側継手部材のマウス部の開口側の突出部を長くすることで、開口部の剛性が高くなり強度が向上する。また非硬化層を増加させることによって、硬化層形成のための熱処理における変形を抑えることができる。

このように本発明に係る固定型等速自在継手は、継手としての強度を向上させ、コンパクトなものを提供できる。このため、ドライブシャフト用に最適な固定型等速自在継手となる。

本発明の第１実施形態を示す固定型等速自在継手の断面図である。 前記固定型等速自在継手の断面図である。 前記固定型等速自在継手のトラック溝形状の説明図である。 前記固定型等速自在継手の外側継手部材の要部拡大説明図である。 前記固定型等速自在継手の外側継手部材とケージとの関係説明図である。 前記固定型等速自在継手の外側継手部材の要部断面図である。 本発明の第２実施形態を示す固定型等速自在継手の断面図である。 前記固定型等速自在継手の断面図である。 折り曲げ状態の断面図である。 作動角と作動角方向のトルクとの関係を示すグラフ図である。 Ｒ１と作動角方向のトルクとの関係を示すグラフ図である。 Ｒ１と外輪トラック深さとの関係を示すグラフ図である。 Ｒ３と外輪トラック深さとの関係を示すグラフ図である。 Ｒ１と外輪ＰＶ値との関係を示すグラフ図である。 Ｒ３とトラック深さとの関係を示すグラフ図である。 回転捩り強度試験結果を示すグラフ図である。 ツェッパタイプの固定型等速自在継手の断面図である。 従来のアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手の断面図である。 内側継手部材の硬化層深さ比Ｄｉ／dと回転捩じり試験結果との関係を示す図である。 回転捩じり試験結果と内側継手部材の盛り上がり量及び内輪の硬化層深さ比Ｄｉ／ｄとの関係を示す図である。 内側継手部材の盛り上がり量を示す内側継手部材の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

この実施形態の固定型等速自在継手は、例えば自動車のドライブシャフトの固定側（車輪側）に配置されるもので、図１と図２に示すように、内径面（内球面）３１に複数（８個）のトラック溝３２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材３３と、外径面３４に外側継手部材３３のトラック溝３２と対をなす複数（８個）のトラック溝３５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材３６と、外側継手部材３３のトラック溝３２と内側継手部材３６のトラック溝３５とが協働して形成される８本のボールトラックにそれぞれ配された８個のトルク伝達ボール３７と、外側継手部材３３の内径面３１と内側継手部材３６の外径面（外球面）３４との間に介在してボール３７を保持するケージ３８とを備えている。ケージ３８には、ボール３７が収容される窓部３９が周方向に沿って複数配設されている。なお、内側継手部材３６の内径面に軸部を連結するための歯型（セレーション又はスプライン）３６ａを形成している。

外側継手部材３３は、前記トラック溝３２を有するマウス部３３ａと、マウス部３３ａの底壁から突設される軸部３３ｂとを備える。マウス部３３ａのトラック溝３２は、トラック溝ボール中心軌跡線が曲線部（円弧部）となる奥側トラック溝３２ａと、トラック溝ボール中心軌跡線が外側継手部材軸線と平行なストレート部となる開口側トラック溝３２ｂとからなる。また、内側継手部材３６のトラック溝３５は、トラック溝ボール中心軌跡線が内側継手部材軸線と平行なストレート部となる奥側トラック溝３５ａと、トラック溝ボール中心軌跡線が曲線部（円弧部）となる開口側トラック溝３５ｂとからなる。

外側継手部材３３のトラック溝３２や内側継手部材３６のトラック溝３５は、鍛造加工のみ、又は鍛造加工後の削り加工等にて成形したゴシックアーチ状である。図３に示すように、ゴシックアーチ状とすることによって、トラック溝３２、３５とボール３７はアンギュラ接触となっている。すなわち、ボール３７は、外側継手部材３３のトラック溝３２と２点Ｃ１１，Ｃ１２で接触し、内側継手部材３６のトラック溝３５と２点Ｃ２１，Ｃ２２で接触する形状となっている。ボール３７の中心Ｏｂと継手中心Ｏｊを通る線分Ｐ１に対するボール３７の中心Ｏｂと各トラック溝３２，３５との接触点Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２とのなす角度が、接触角αである。

図１と図２においては、継手の作動角θが０°の状態を示しており、この状態では、外側継手部材３３の軸線と内側継手部材３６の軸線とが直線Ｘ上で一致し、また、全てのトルク伝達ボール３７の中心Ｏｂを含む平面Ｐは直線Ｘと直交する。以下、直線Ｘを継手中心軸線Ｘ、平面Ｐを継手中心面Ｐ、継手中心面Ｐと継手中心軸線Ｘとの交点を継手中心Ｏｊという。

図２に示すように、外側継手部材３３のトラック溝３２の奥側トラック溝３２ａの中心（曲率中心）Ｏ２は、継手中心面Ｐから継手開口側（図２で右側）に軸方向距離Ｆだけ離間し、かつ、継手中心軸線Ｘからこのトラック溝３２に対して半径方向反対側に半径方向距離ｆｒだけ離間した位置にオフセットされている。また、内側継手部材３６のトラック溝３５の開口側トラック溝３５ｂの中心Ｏ１は、継手中心面Ｐから継手奥部側（同図で左側）に軸方向距離Ｆだけ離間し、かつ、継手中心軸線Ｘからこのトラック溝３５に対して半径方向反対側に半径方向距離ｆｒだけ離間した位置にオフセットされている。

以下、トラック溝３２，３５の中心Ｏ２、Ｏ１と継手中心面Ｐとの軸方向距離（Ｆ）を軸方向オフセット量Ｆ、曲率中心Ｏ２、Ｏ１と継手中心軸線Ｘとの半径方向距離（ｆｒ）を半径方向オフセット量ｆｒという。尚、この実施形態において、外側継手部材３３のトラック溝３２と内側継手部材３６のトラック溝３５とは、軸方向オフセット量Ｆが相等しく、また、半径方向オフセット量ｆｒが相等しい。

また、この実施形態では、ケージ３８の外球面３８ａの中心Ｏ４、および、ケージ３８の内球面３８ｂの中心Ｏ３は、いずれも、継手中心Ｏｊ上にある。

図１に示すように、外側継手部材３３のトラック溝３２の中心（曲率中心）Ｏ２又は内側継手部材３６のトラック溝３５の中心（曲率中心）Ｏ１とトルク伝達ボール３７の中心Ｏｂとの間の距離をＲｔとし、外側継手部材３３のトラック溝３２の中心Ｏ２又は内側継手部材３６のトラック溝３５の中心Ｏ１と継手中心面Ｐとの間の軸方向距離（前記軸方向オフセット量）をＦとしたとき、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０６１≦Ｒ１≦０．０８７であるように設定する。このため、このＲ１はオフセット（軸方向オフセット）の程度を表す値と呼ぶことができる。

また、外側継手部材３３のトラック溝３２の中心（曲率中心）Ｏ２又は内側継手部材３６のトラック溝３５の中心（曲率中心）Ｏ１と継手中心軸線Ｘまでの距離である半径方向オフセット量をｆｒとしたとき、ｆｒとＲｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ３≦０．１９であるように設定する。このため、Ｒ３をオフセット（半径方向オフセット）の程度を表す値と呼ぶことができる。

ところで、図４に示すように、外側継手部材３３のマウス部３３ａの内径面３１乃至トラック溝３２の溝底４１に硬化層Ｓ２、Ｓ１が設けられている。外側継手部材３３は、例えば、炭素量を０．４６〜０．５８ｍａｓｓ％の炭素鋼で構成され、少なくとも一回冷間鍛造加工されて、マウス部２７の外周側の硬さ（硬化層以外の硬さ）をＨｖ（ビッカース硬さ）２８０以上４００以下とし、硬化層の硬さをＨｖ５００以上７８０以下としている。Ｈｖ５００未満では、不完全焼入れ組織の未固溶フェライト量が増加し、静的捩り強度が急激に低下する。なお、上限は、その炭素量に応じたマルテンサイトの硬さで決まる。硬化層Ｓ１、Ｓ２の成形には高周波焼入れや浸炭焼入れ等の種々の熱処理を採用することができる。高周波焼入れとは、高周波電流の流れているコイル中に焼入れに必要な部分を入れ、電磁誘導作用によりジュール熱を発生させて伝導性物体を加熱する原理を応用した焼入れ方法である。浸炭焼入れとは、低炭素材料の表面から炭素を浸入／拡散させ、その後に焼入れを行う方法である。

マウス部３３ａの開口端部には、図４に示すように、開口側に向かって拡径する作動角許容用のチャンファ４０を形成している。この場合、このチャンファ４０とトラック溝３２の溝底４１との交点Ｘからのこのマウス部３３ａの開口端面４２の突出量（突出部４３の突出量）をｔとし、ボール３７の直径をｄとしたときに、ｔ＝０．１３ｄ〜０．１８５ｄとの関係を満たすように設定する。また、マウス部３３ａの開口端面４２乃至この開口端面４２に連続するマウス部３３ａの外周面を、硬化処理を施していない非硬化層４４としている。

図２に示すように、内側継手部材３６の外径面３４乃至トラック溝３５の溝底４５に硬化層Ｓ４、Ｓ３が設けられている。この内側継手部材３６は例えばＳＣｒ４２０等を素材とすることができ、この場合の硬化層Ｓ３、Ｓ４は、Ｈｖ５１３での有効硬化層深さをＤｉとし、ボールの直径をｄとしたときに、少なくとも有効硬化層深さ比Ｄｉ／ｄが０．１１１以上を有する。ここで、有効硬化層深さとは、硬化層の表面から、規定する限界硬さの位置までの距離をいう。このため、この場合の規定する限う界硬さはＨｖ５１３であり、硬化層の表面からこの硬さまでの寸法をＤｉとし、ボールの直径をｄとしたときに少なくともＤｉ／ｄが、０．１１１以上となる硬化層を有するということである。硬化層Ｓ３、Ｓ４の成形には高周波焼入れや浸炭焼入れ等の種々の熱処理を採用することができる。なお、この有効硬化層深さの上限としては、外側継手部材３３のマウス部３３ａの肉厚や非硬化部の硬度等に基づいて、マウスとして強度が低下しないような範囲で任意に設定できる。

ところで、外側継手部材３３の内径面３１の開口端に、図５と図６に示すように、ケージ挿入用のカット部５０を軸心に関して対称となる少なくとも２箇所に設けている。このカット部５０は、平坦状に切り欠いたものであって、軸心に関して１８０°対称位置に設けられるカット部５０間の寸法Ｄを、軸心に関して１８０°対称位置に設けられるケージ３８のポケット間寸法Ｄ１よりもわずかに小さく設定している。また、外側継手部材３３の周方向に沿って隣合うトラック溝間寸法Ｅを、ケージ３８のポケットのポケット軸方向寸法Ｈよりも小さく設定している。

すなわち、図５に示すように、軸心に関して１８０°対称位置に設けられるケージ３８のポケットを、それぞれ、カット部５０に対応させた状態で、ケージ３８の外側継手部材３３への嵌入を可能としている。

ケージ３８としては、Ｈｖ６００での有効硬化層深さをＤｃとし、ボールの直径をｄとしたときに少なくとも有効硬化層深さ比Ｄｃ／ｄが０．０６７以上で非研削表面に研削部表面の硬さより軟らかい軟化層を有さないものとする。なお、ケージ３８は例えばＳ４８Ｃを素材とし、例えば、焼入れ炉を用いて熱硬化処理を行う。

次に、図７と図８は本発明の第２の実施形態を示している。図８に示すうに、ケージ３８の外球面中心Ｏ４が継手中心Ｏｊよりも内側継手部材３６のトラック溝の中心Ｏ１側に配置されるともに、ケージ３８の内球面中心Ｏ３が継手中心Ｏｊよりも外側継手部材３３のトラック溝の中心Ｏ２側に配置されている。すなわち、ケージ３８の外球面中心Ｏ４とケージ３８の内球面中心Ｏ３とが、継手中心Ｏｊに対して軸線方向にそれぞれｆｃだけオフセットされている。このようなケージオフセットタイプのものを、図１８のトラック方向ケージオフセットと呼ぶのに対向して、反トラック方向ケージオフセットと呼ぶ。

この場合も、図８に示すように、外側継手部材３３のトラック溝３２の奥側トラック溝３２ａの中心（曲率中心）Ｏ２は、継手中心面Ｐから継手開口側に軸方向距離Ｆだけ離間し、かつ、継手中心軸線Ｘからこのトラック溝３２に対して半径方向反対側に半径方向距離ｆｒだけ離間した位置にオフセットされている。また、内側継手部材３６のトラック溝３５の開口側トラック溝３５ｂの中心Ｏ１は、継手中心面Ｐから継手奥部側に軸方向距離Ｆだけ離間し、かつ、継手中心軸線Ｘからこのトラック溝３５に対して半径方向反対側に半径方向距離ｆｒだけ離間した位置にオフセットされている。

ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０４４≦Ｒ１≦０．０８７であるように設定するとともに、ｆｒとＲｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ３≦０．１９であるように設定する。また、ケージ３８の外球面中心Ｏ４（外側継手部材３３の内径面中心）又はケージ３８の内球面中心Ｏ３（内側継手部材３６の外径面中心）と継手中心面Ｐまでの軸方向距離をｆｃとし、トルク伝達ボール３７の中心Ｏｂから継手中心軸線Ｘまでの距離をＲとしたとき、ｆｃとＲとの比Ｒ２（＝ｆｃ／Ｒ）が０．０１以下とする。

この図７と図８に示す固定型等速自在継手においても、外側継手部材３３に、マウス部３３ａの内径面３１乃至トラック溝３２の溝底４１に硬化層Ｓ２、Ｓ１が設けられている。内側継手部材３６の外径面３４乃至トラック溝３５に硬化層Ｓ４、Ｓ３が設けられている。この内側継手部材３６は例えばＳＣｒ４２０等を素材とすることができ、この場合の硬化層Ｓ３、Ｓ４は、Ｈｖ５１３での有効硬化層深さをＤｉとし、ボールの直径をｄとしたときに、少なくとも有効硬化層深さ比Ｄｉ／ｄが０．１１１以上を有する。なお、図７と図８に示す固定型等速自在継手の他の構成は前記図１と図２に示す固定型等速自在継手と同様であるので、それらの説明を省略する。

第１の実施形態や第２の実施形態のように、半径方向にオフセットしている構造は、従来品よりさらに小さいオフセット量まで作動性が良好となる。これは、主に隙間により発生する内側継手部材３６の継手中心Ｏｊからのズレ量が従来品に比べ小さいためである。このことは、本発明品は従来品よりトラック溝が継手中心軸線Ｘより半径方向外側に位置していることに起因して、作動角を取った状態での８個のトラック荷重の発生するトラックの箇所が従来品と開発品で異なっており、このことから内側継手部材３６を支えるボールの位置関係の違いにより内側継手部材３６のずれる方向及びずれる量が異なってくるためである。

次に前記比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）の最適範囲について説明する。図９に示すように、捩りトルクなしとして作動角方向に作動角−２０°から＋２０°までシャフトを折り曲げる。すなわち、折り曲げたときの作動角方向の折り曲げ抵抗トルク値に関して機構解析により算出した。

この場合、継手内部隙間については、ボール３７と内側継手部材３６のトラック溝３５及びボール３７と外側継手部材３３のトラック溝３２の隙間量は、通常この種の固定型等速自在継手において量産されているものの隙間とした。なお、外側継手部材３３の内球面（内径面）３１とケージ外球面隙間は、設定範囲内の小さい側の隙間とし、内側継手部材３６の外球面（外径面）３４とケージ内球面３８ｂとの隙間は設定範囲内の大きい側の隙間とした。また、ケージ３８の窓部３９とボール３７間についても隙間の設定範囲内の小さい側の負の隙間としている。すなわち、作動角方向の折り曲げ抵抗トルク値が発生し易い、作動性が悪くなる条件としている。

図１０に半径方向にオフセットしていない従来構造の８個ボール（トラック中心方向にケージオフセットしている）の前記解析結果を示している。図１０において、細線がＲ１を０．０７０１とした場合を示し、太線がＲ１を０．０７７１とした場合を示し、中線がＲ１を０．０８６７とした場合を示している。この図１０からわかるように、Ｒ１を０．０７０１とした場合と、Ｒ１を０．０７７１とした場合とにおいて、作動角が＋７．５°付近からトルク値が立ち上がり＋１３°でピーク値が確認される。また、解析結果からＲ１値が０．０８６７のときはトルクは発生しておらずスムースに作動しており、Ｒ１値が小さくなると折り曲げ抵抗トルクが増加する。すなわち、この解析条件の隙間の従来品は、Ｒ１値が０．０８６７までは作動性が良好であるが、それより小さくなると作動性が悪くなる。

次に図１１は、同じ隙間条件で本発明品についてＲ１値を可変し、Ｒ１値に対する前記解析から最大トルク値を従来品と比較した結果を示している。図１１において、実線は従来品（半径方向にオフセットさせないトラック溝で、ケージオフセット形状のもの）を示し、１点鎖線は前記図１に示す本発明品（本発明品Ａと呼ぶ）を示し、破線は図７に示す本発明品（本発明品Ｂと呼ぶ）を示している。従来品は図１８に示すように、トラック方向ケージオフセットタイプであり、Ｒ２＝０．００９６とし、Ｒ３＝０としている。また、発明品Ａは図１に示すように、ケージオフセット無しタイプであって、Ｒ２＝０とし、Ｒ３＝０．１６７としている。発明品Ｂは図７に示すように、反トラック方向ケージオフセットタイプであり、Ｒ２＝０．００９５とし、Ｒ３＝０．１６７としている。この図１１において、△は比較品を示し、この比較品は、ケージオフセット無しタイプのＢＪ型等速自在継手であり、Ｒ２＝０とし、Ｒ３＝０．１６７としている。

このように、本発明品である半径方向にオフセットしている構造は、従来品よりさらに小さいオフセット量まで作動性が良好となる。これは、主に隙間により発生する内側継手部材のジョイント中心からのズレ量が開発品は従来品に比べ小さいためである。このことは、発明品は従来品よりトラックが中心軸より半径方向外側に位置していることに起因して、作動角を取った状態での８個のトラック荷重の発生するトラックの箇所が従来品と開発品で異なっているためである。すなわち、内側継手部材を支えるボールの位置関係の違いにより内側継手部材のずれる方向及びずれる量が異なってくるためである。

解析結果からＡタイプ（発明品Ａ）よりもＢタイプ（発明品Ｂ）のほうがより小さいＲ１値まで作動性が良好となることがわかる。そして、本発明品Ａでは、Ｒ１として０．０６１以上が作動性良好ということができ、本発明品Ｂでは、Ｒ１として０．０４５以上が作動性良好ということができる。

ところで、図１１における△の比較品は、ＢＪ構造であり、トラック溝の溝底が単一円弧形状で、内側継手部材のトラック溝の曲率中心と外側継手部材のトラック溝の曲率中心とは径方向にオフセット（Ｒ３＝０．１６７）したものである。この比較品からわかるように、Ｒ１値が０．０９５以下で作動性が悪くなる。

このようにオフセット量が小さい範囲で作動性が確保できるのはアンダーカットフリータイプ構造特有の現象であり、この特有の現象を利用して常用角での耐久性の向上を実現した。

次に、常用角（６°）での耐久試験条件のときの外側継手部材３３のトラック深さの値を図１２と図１３に示す。図１２はＲ１と外側継手部材３３のトラック深さとの関係を示し、この図１２において、●はケージオフセット無しのＡタイプであり、Ｒ２＝０とし、Ｒ３＝０．１６７とし、特に、○はＲ１＝０．０８７である（つまり、Ａ２タイプである）。■は反トラック方向ケージオフセットのＢタイプであり、Ｒ２＝０．００９５とし、Ｒ３＝０．１６７とし、特に、□はＲ１＝０．０７１である。▲はケージオフセット無しのＡタイプであり、Ｒ２＝０とし、Ｒ３＝０．２２１とし、特に、△はＲ１＝０．０９６である（つまりＡ１タイプである）。＊は従来品であり、Ｒ１＝０．０８７であり、Ｒ２＝０．００９６であり、Ｒ３＝０である。

図１３はＲ３と外側継手部材３３のトラック深さとの関係を示し、この図１３において、○はＡ２タイプであり、Ｒ３＝０．１６７であり、Ｒ１＝０．０８７であり、Ｒ２＝０である。▲はＡタイプであり、Ｒ３＝０．２２１であり、Ｒ１＝０．０８７であり、Ｒ２＝０である。

常用角（６°）においては、Ｒ１値が小さいほどトラック深さが深くなり、またＲ３値が小さいほどトラック深さが深くなる。尚、Ｂタイプ（ケージオフセット品）は、小さいＲ１値が採れることから有利である。ここでトラック深さとは、回転状態で継手内部力解析を、大きいトルクの常用角（作動角６°）耐久条件で行い、一回転中でトラック内を軸方向および接触角α方向に移動するボールの接触楕円５１が最も球面に近づく位置でのボール接触点から球面までの距離Ｌ（図３参照）である。

常用角耐久試験では、特にトルクが大きい試験において、トラック上の荷重が大きいことによりボール接触楕円５１が大きくなり、外側継手部材３３の内径面にこの接触楕円５１がはみ出してエッジロードから剥離が発生しており、耐久性の向上にはボール接触点から球面部までの距離Ｌは大きいほど耐久性は良くなる。

次に図１４は、常用角（６°）耐久試験条件での解析結果からの外側継手部材のＰＶ値を示す。ＰＶ値は、ボールとトラック間の滑り速度とトラック荷重を乗じたものである。このＰＶ値が小さいほど耐久性は良くなる。解析結果からＲ１値が小さいほどＰＶ値が小さくなる。しかし、Ｒ１値０．０７１以下ではＰＶ値の減少は鈍化する。なお、Ｂタイプ（ケージオフセット品）は、小さいＲ１値が採れることから有利である。また、内側継手部材のＰＶ値は、Ｒ１値を小さくすることで外側継手部材とは逆に大きくなる関係がある、このため、内側継手部材のＰＶ値増加による内側継手部材耐久性の低下が懸念される。Ｒ１値０．０７１では、内側継手部材の不具合は認められていない。なお、図１４における各■、□、▲、△、●、○の発明品は図１２に示す各■、□、▲、△、●、○と同じタイプの固定型等速自在継手を示している。

次に図１５は、作動角４６°でトルク２５０Ｎｍを負荷したときの解析結果からのトラック深さを示している。図１５において、□は反トラック方向ケージオフセットのＢタイプであり、Ｒ１＝０．０７１であり、Ｒ２＝０．００９５であり、Ｒ３＝０．１６７である（つまり、Ｂ１タイプである）。●はケージオフセット無しのＡタイプであり、Ｒ１＝０．０８７とし、Ｒ２＝０とし、特に、○はＲ３＝０．１６７である（つまり、Ａ２タイプである）。▲はケージオフセット無しのＡタイプであり、Ｒ１＝０．０９６、Ｒ２＝０とし、特に、△はＲ３＝０．２２１である（つまりＡ１タイプである）。

このように、作動角４６°においては、Ｒ３値が大きいほどトラック深さは深くなり、またＲ１値については小さいほどトラック深さは深くなる。Ｒ１値０．０８７では、Ｒ３値が０．０７になると従来と同等の深さとなる。

なお、従来品と前記各発明品のタイプ別のＲ１、Ｒ２、Ｒ３の値、およびケージオフセットの種類を表１に示した。また、従来におけるＲ１、Ｒ２、Ｒ３も、比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）であり、比Ｒ２（＝ｆｃ／Ｒ）であり、比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）である。

前記図１０〜図１５から分かるように、Ｒ１の好適の範囲では、Ａタイプでは、０．０６１〜０．０８７であり、Ｂタイプでは、０．０４４〜０．０８７である。この場合の下界値は、図１１から分かるように、作動性の限界値である。上限値は、後述する常用角耐久試験結果及びトラック深さが従来品以上に確保できる範囲である。特に、Ａタイプでは、０．０６１〜０．０７１とし、Ｂタイプでは、０．０４４〜０．０７１とするのがさらに好適な範囲となる。これは、図１４から、ＰＶ値が従来品以下となる範囲としている。この上限範囲とすることでさらにトラック深さが大きくなりさらに耐久性が向上する。

Ｒ２としては０．０１以下が好ましい。Ｒ２が０．０１を越えると、ケージ３８の開口側（継手開口側）の肉厚が薄くなり、強度が低下するおそれがあるからである。

Ｒ３としては０．０７〜０．１９が好ましい。すなわち、図１５から分かるように、好適なＲ１値の０．０８７において、トラック深さを従来品なみに確保できる範囲の０．０７以上とする。また、後述する常用角耐久時のトラック深さから従来品並みに確保できる０．１９以下とする（図１３参照）。特に、Ｒ３を０．１５〜０．１９とするのがより好ましい。０．１５は、図１５における本発明品Ａ１のトラック深さのレベルをＲ１＝０．０８７に対応するＲ３値としたものである。

本発明では、外側継手部材３３のトラック溝３２の中心（曲線部の曲率中心）に半径方向オフセットを設けることにより、半径方向オフセットを設けない場合に比べて、トラック溝３２の継手奥部側部分の溝深さが相対的に大きくなる。そのため、トラック溝３２の継手奥部側壁部の剛性が増大することにより、継手が高作動角を取り、トルク伝達ボール３７がトラック溝３２の継手奥部側に寄った位置でトルクを伝達するときの、トラック溝３２の継手奥部側壁部のエッジ部分の変形が抑制され、高作動角域での継手の捩り強度が向上する。また、高作動角域でのトルク容量が増大する。ここで、トルク容量とは、継手がある作動角を取りつつトルクを伝達する際に、トルク伝達ボール３７とトラック溝３２との接触部の接触楕円の端部が、トラック溝３２のエッジ線と重なるトルクである。

このように本発明では、高作動角時において外側継手部材奥側のトルク容量が増えるため、トラック溝壁面の剛性が向上し、トラックエッジ部の変形が抑えられ、捩り強度が向上する。高作動角時において外側継手部材奥側のトラック深さが増えるため、乗り上げトルクが向上し、エッジロードが減少し、高作動角での耐久性が向上する。常用角では、従来並みのトラック深さを確保でき、耐久性は従来と同等かそれ以上となる。特にＲ１＝０．０７１以下とするとトラック深さはより深く、ＰＶ値も低くなり耐久性が向上する。このように、この固定型の等速自在継手では、高い耐久性要求に適用できるのでサイズダウンが図れ、軽量となり、また低コスト化にもなる。また、Ｒ１＝０．０８７以下として従来品より低い値とすると、軸方向のボール３７からケージ３８への荷重および、ボール３７の半径方向移動量が減少するなどにより効率が向上する。このため、本発明の固定型等速自在継手は自動車のドライブシャフト用に最適となる。

高作動角時の耐久性及び強度の向上に、前記のＲ１、Ｒ２、Ｒ３の範囲に設定することで外側継手部材３３奥側のトラック深さを増加した。次に内側継手部材３６においては、ＵＪトラック形状のため高角時のトラック深さの浅い側がストレート形状となるため、前記Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の形状であっても高角時の内輪トラック３５（内側継手部材３６のトラック３５）の深さは深くなっていない。そこで、内側継手部材３６の高角時の耐久性及び強度向上のために、有効硬化層深さに着目し、強度，耐久性に効果のある有効硬化層深さの範囲を試験により確認した。ここでＨｖ５１３での有効硬化層深さをＤｉとし、ボール３７の直径をｄとしたときの有効硬化層深さ比Ｄｉ／ｄで有効硬化層深さを表した。なお、有効硬化層深さの指標として Ｄｉ／ｄとしたのは、以下の理由による。ジョイントサイズは大きくなると許容トルクが増し、ボール径も大きくなる。許容トルクを受けた時、ボールからトラックの接触力により最大応力がその接触表面からある深さ位置に発生する。このジョイントサイズ毎の許容トルク負荷時の最大応力が発生する深さ位置はサイズに比例して深くなり、同時に使用するボール径に対しても比例することになる。有効硬化層深さは、この最大応力が発生する接触表面からの深さに比例して決められるため、ジョイントサイズにかかわらず有効硬化層深さを示す指標としてボール径で除した比で表した。同様の理由からケージの有効硬化深さについてもジョイントサイズにかかわらず有効硬化層深さを表す指標としてサイズ及び許容トルクに比例するボール径で除した比で表した。

また、内側継手部材３６は、Ｈｖ５１３での有効硬化層深さをＤｉとし、ボールの直径をｄとしたときに、少なくとも有効硬化層深さ比Ｄｉ／ｄが０．１１１以上を有するものであるので、トラック溝の肩部のエッジ部の剛性が向上し、局部的な変形が抑えられ強度と耐久性が向上する。なお、内側継手部材３６として前記したように、ＳＣｒ４２０を用いることによって、ＳＣｒ４３５に比べ鍛造性がよく低コスト化を図ることができる。また、芯部硬さをＨｖ３００からＨｖ４００とすることができる。Ｈｖ３００未満では必要強度が得られず、Ｈｖ４００以上になるとクラックが発生しやすく強度向上が抑えられるからである。

ケージ３８として、Ｈｖ６００での有効硬化層深さをＤｃとし、ボールの直径をｄとしたときに少なくとも有効硬化層深さ比Ｄｃ／ｄが０．０６７以上で非研削表面に研削部表面の硬さより軟らかい軟化層を有しているので、高強度なケージを構成することができる。また、焼入れ炉を用いるので、高周波焼入れに比べて低コスト化を達成できる。

外側継手部材３３の内径面３１の開口端に、ケージ挿入用のカット部（逃げ部）５０を軸心に関して対称となる２箇所に設けたものでは、他の部位の開口側の球面面積が大きくなり、強度及び耐久性が向上する。前記２箇所の逃げ部５０の形状は平面形状をしており、ケージ３８の窓枠形状に沿ったものであり、従来の旋削による円弧状に比べて内球面の周方向中央部の球面面積が大きくなり、より望ましい。また、２箇所逃げ部を冷間鍛造により成型すれば、低コストで実現できる。

外側継手部材３３の開口端面４２を軸方向に突出量ｔで突出させることにより、最大作動角を維持した状態で、かつ径方向寸法を増加させずに、外側継手部材３３のカップ部（マウス部）３３の体積を増加させることが可能になる。また、突出部４３における開口端面４２及びこの開口端面４２に連続するカップ部（マウス部）３３ａの外周面が非硬化層４４を有することにより、開口端側の非硬化層４４が多くなるため、この開口端側の高周波焼入れによる変形が抑制され、歩留まりが高くなり低コスト化を達成できる。

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、軸方向オフセット量、径方向オフセット量、ケージオフセット量等は、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が前記最適な値となる範囲で任意に設定できる。また、半径方向オフセットによる作動性の向上によりＲ１値を低く設定できることから、ケージ３８の外球面中心Ｏ４を継手中心Ｏｊよりも外側継手部材３３のトラック溝３２の中心Ｏ２側に配置するとともに、ケージ３８の内球面中心Ｏ３が継手中心Ｏｊよりも内側継手部材３６のトラック溝３５の中心Ｏ１側に配置するものであってもよい。本発明にかかる固定型等速自在継手は、ドライブシャフト用に限るものではなく、プロペラシャフト、さらには他の各種の産業機械の動力伝達系に使用できる。なお、図１に示す固定型等速自在継手であっても、図７に示す固定型等速自在継手であっても、トラック溝３２，３５の曲線部を単一円弧としているが、複数の円弧でもって形成してもよい。曲線部を単一円弧であれば、加工が容易で製造コストが安価となる利点がある。

実施例１（この実施例１と後述する実施例２においては、外側継手部材を外輪と呼び、内側継手部材を内輪と呼ぶ）
大きなトルク条件での常用角（作動角６°）耐久試験を行って、その結果を次の表２に表した。この場合、従来品のサンプルを２個（従来品No,１、従来品No,２）製作し、前記発明品Ａ１のサンプルを２個（発明品Ａ１No,１、発明品Ａ１No,２）製作し、前記発明品Ａ２及び発明品Ｂのサンプルをそれぞれ４個（発明品Ａ２No,１、発明品Ａ２No,２、発明品Ａ２No,３、発明品Ａ２No,４、発明品Ｂ１No,１、発明品Ｂ１No,２、発明品Ｂ１No,３、発明品Ｂ１No,４）製作した。トルク８３４Ｎｍ、回転速度２３０ｒ／ｍｉｎの条件で耐久試験を行なった。

表２において、△は不具合が生じたものの継続運転が可能な状態を示し、×は不具合が大きく継続運転できない状態を示している。運転時間１３８時間で、従来品Ｎｏ．１、従来品Ｎｏ．２に、内輪が損傷する不具合（継続運転が可能な不具合）が生じたのに対して、発明品にはこのような不具合が生じなかった。また、運転時間２７６時間で、発明品Ａ１Ｎｏ．１に、外輪とボールに大きな不具合が生じて、継続運転できない状態となり、発明品Ａ１Ｎｏ．２に、ボールに大きな不具合が生じて、継続運転できない状態となった。また、この運転時間２７６時間で、発明品Ａ２Ｎｏ．１、発明品Ａ２Ｎｏ．３、及び発明品Ａ２Ｎｏ．４に外輪が損傷する不具合（継続運転が可能な不具合）が生じた。なお、各発明品についての解析からのトラック深さを、前記図１２と図１３のグラフ図の裏づけとなり、図１４のＰＶ値の裏づけとなっている。

このように、従来品は内輪から不具合が発生しているが、発明品は、内輪の不具合は発生していない。これは、半径方向にオフセットしているため内輪の円弧部半径が大きいためトラック主曲率が大きく、これにより面圧が低下するためである、発明品については、トラック深さ及びＰＶの解析結果と同様に、外輪に発生する不具合はトラック深さが深いほど又ＰＶ値が低いほど耐久性は良くなることが確認された。発明品は耐久性において、従来品より良好であることがわかる。

実施例２
次に高角での耐久試験を行い、その結果を次の表３に表した。この場合、従来品のサンプルを２個（従来品Ｎｏ．１、従来品Ｎｏ．２）製作し、発明品Ａ１、発明品Ａ２、及び発明品Ｂのサンプルを２個（発明品Ａ１Ｎｏ．１、発明品Ａ１Ｎｏ．２、発明品Ａ２Ｎｏ．１、発明品Ａ２Ｎｏ．２発明品Ｂ１Ｎｏ．１、発明品Ｂ１Ｎｏ．２）製作した。トルク５４９Ｎｍ、角度０〜４６°（揺動）、回転速度８０ｒ／ｍｉｎの条件で耐久試験を行った。

運転３．７時間で、従来品Ｎｏ．１及び従来品Ｎｏ．２は、外輪の奥側トラック溝のトラック欠けによる不具合を生じた。そこで従来品２個とも外輪のみを新品に交換し、継続運転したところ、運転７．４時間で、従来品Ｎｏ．１は、内輪の奥側トラック溝のトラック欠けによる不具合を生じた。運転７．４時間で、発明品Ａ１Ｎｏ．１及び発明品Ａ１Ｎｏ．２は、外輪の奥側トラック溝のトラック欠けによる不具合を生じた。運転１４．８時間で、発明品Ａ２Ｎｏ．１及び発明品Ａ２Ｎｏ．２は、外輪の奥側トラック溝のトラック欠けによる不具合を生じた。発明品Ｂ１Ｎｏ．１及び発明品Ｂ１Ｎｏ．２は、運転１８．５時間を過ぎても、外輪、内輪、ケージ、及びボールには不具合が生じなかった。

ところで、前記高角での耐久試験において用いた表３における従来品は、表４の従来仕様とし、また表３における発明品Ａ１、Ａ２、Ｂ１は、各内輪を次の表４のイ仕様を用い、各外輪を表４のハ仕様を用い、ケージには表４のロ仕様を用いた。

このように、イ仕様の内側継手部材３６を用いた場合、内側継手部材３６のトラック３５のストレート３５ａ肩部のエッジ部の剛性が上がり局部的な変形が抑えられるとともに耐久性が向上した。また、ハ仕様の外側継手部材３３を用いた場合、逃げ部５０の他の外輪内球面開口側の球面面積が大きくなり、強度、耐久性が向上した。このように、発明品は従来品よりも耐久性が向上していることが分かる。特に、発明品Ｂ１が優れる。

実施例３
次に回転捩り強度試験を行った。この試験は、作動角を４６°とり、低速一定回転させた状態で、破損するまでトルクを次第に増加させていき、破損時トルク値により強度を評価した。その結果を図１６のグラフ図と次の表５に示した。従来品において、内輪を表４の発明仕様イに代えたもの、ケージを表４の発明仕様ロに代えたもの、外輪を前記表４の発明仕様ハに代えたもの、外輪を表４の発明仕様ニに代えたもの、内輪とケージと外輪とをそれぞれイ、ロ、及びハの発明仕様に代えたもの、発明品Ｂ１において、イ、ロ、ハ、及びニの発明仕様に代えたものについて試験を行った。

この図１６と表５から分かるように、イの仕様に代えたものでは従来仕様に比べて破損トルクが４％向上し、ロ、ハの仕様に替えたものは、従来仕様に比べて破損トルクが８％向上した。また、ニの仕様に替えたものでは、従来仕様に比べて破損トルクが６％向上した。さらに、イ、ロ、及びハの仕様に替えたものでは、従来仕様に比べて破損トルクが２４％向上し、発明品Ｂ１でイ、ロ、ハ、及びニの仕様に替えたものでは、従来品の従来仕様に比べて破損トルクが３９％向上した。

また、回転捩じり強度試験結果に示すように、ｔ＝０．１３ｄとしたものは、従来仕様に比べ６％強度が向上している。このため、本発明においては、以上から十分に強度向上が得られる範囲としてｔ＝０．１３ｄからとした。また、上限をｔ＝０．１８５ｄとしたのは、ｔ＝０．１８５ｄを超えると開口端面４２の径方向長さａ（図４参照）が小さくなりこれにより加工のための搬送時に他の外側継手部材３３に打痕が発生し加工に不具合を招くことがあるためである。

応力解析（作動角４６°）によれば、外輪の内球面入口部を従来仕様の全箇所円筒カットした形状としたものと、このハの仕様としたものとを比べると開口端部トラック溝底に発生する最大応力値は１５％減少し、またニの仕様に関して応力解析（作動角４６°）によれば、従来仕様のｔ＝０．０２ｄと発明仕様ニのｔ＝０．１３ｄとしたものと比べると開口端部トラック溝底に発生する最大応力値は６％減少する。

図１９は、発明仕様イに関しての試験品毎の回転捩じり強度試験の結果で、内輪の硬化層深さ比Ｄｉ／ｄと破損トルクの関係を示した。ここで、破損トルクは、従来仕様の従来品平均破損トルクに対する比で示した。従来仕様は、Ｄｉ／ｄが０．０７５で破損トルク比は−１％〜＋２．１％内でバラツキがあり、発明仕様は、Ｄｉ／ｄが０．１０８〜０．１０９で、破損トルク比は、＋２．１％〜＋５．２％となり、またＤｉ／ｄが０．１８５のものの破損トルク比は＋６．５％〜＋７．９％向上している。これらから、Ｄｉ／ｄを０．１０８以上とすれば従来仕様に比べて強度向上しているが、より望ましくは０．１１１以上とすれば十分強度向上を確保できる。

図２０については、前記試験品についての破損トルクと内輪球面部盛り上がり量（δ）（図２１参照）の関係を示した。ここで、試験後の内輪球面に亀裂が発生し損傷が大きいものは、盛り上がり量測定不能として除き、亀裂が発生していないものについて１個につき８か所の球面を測定し平均したδ量で比較している。尚、損傷形態は全てケージ破断である。Ｄｉ／ｄが０．０７５の従来仕様内輪は、破損トルクが低いにもかかわらずδ＝１９０μｍとなっており、これによりケージの動きが阻害されて低いトルクでゲージが破断した。Ｄｉ／ｄが０．１０８〜０．１０９の発明仕様内輪は、破損トルクが大きい方がδ量が大きくなっているため、内輪球面部盛り上がりの影響とともにケージ自身の強度によりケージ破断に至った。このように、発明仕様により内輪の剛性が高くなり盛り上がりによる強度低下を抑えることで強度が向上していることが確認できる。

３１ 内径面
３２，３５ トラック溝
３３ａ マウス部
３４ 外径面
３７ トルク伝達ボール
３８ ケージ
４０ チャンファ
４２ 開口端面
４４ 非硬化層
４５ 溝底

Claims (9)

1. 内径面に軸方向に延びる８本のトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に軸方向に延びる８本のトラック溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成される８本のトルク伝達ボールトラックと、該トルク伝達ボールトラックにそれぞれ配された８個のトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するポケットを有するケージとを備え、外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面に曲線部とストレート部を有するアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手であって、
   継手の作動角が０°の状態で、前記外側継手部材の軸線と前記内側部材の軸線とを含む直線を継手中心軸線、前記トルク伝達ボールの中心を含み、前記継手中心軸線と直交する平面を継手中心面としたとき、
   前記外側継手部材のトラック溝の中心と前記内側継手部材のトラック溝の中心とが、それぞれ、前記継手中心面から軸方向両側に離間し、かつ、前記継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされているとともに、前記ケージの外球面中心とケージの内球面中心とを一致させ、
   前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離をＲｔ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０６１≦Ｒ１≦０．０８７であり、かつ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとしたとき、ｆｒと前記Ｒｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ３≦０．１９であり、さらに、内側継手部材のトラック溝の底面には、Ｈｖ５１３での有効硬化層深さをＤｉとし、ボールの直径をｄとしたときに、少なくとも有効硬化層深さ比Ｄｉ／ｄが０．１１１以上となる硬化層が形成されていることを特徴とする固定型等速自在継手。
2. 内径面に軸方向に延びる８本のトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に軸方向に延びる８本のトラック溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成される８本のトルク伝達ボールトラックと、該トルク伝達ボールトラックにそれぞれ配された８個のトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するポケットを有するケージとを備え、外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面に曲線部とストレート部を有するアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手であって、
   継手の作動角が０°の状態で、前記外側継手部材の軸線と前記内側部材の軸線とを含む直線を継手中心軸線、前記トルク伝達ボールの中心を含み、前記継手中心軸線と直交する平面を継手中心面としたとき、
   前記外側継手部材のトラック溝の中心と前記内側継手部材のトラック溝の中心とが、それぞれ、前記継手中心面から軸方向両側に離間し、かつ、前記継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされ、
   ケージの外球面中心が継手中心面よりも内側継手部材のトラック溝の中心側に配置されるとともに、ケージの内球面中心が継手中心面よりも外側継手部材のトラック溝の中心側に配置されて、ケージの外球面中心又はケージの内球面中心と継手中心面までの軸方向距離をｆｃとし、トルク伝達ボールの中心から継手中心軸線までの距離をＲとしたとき、ｆｃとＲとの比Ｒ２（＝ｆｃ／Ｒ）が０．０１以下であり、
   前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離をＲｔ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０４４≦Ｒ１≦０．０８７であり、かつ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとしたとき、ｆｒと前記Ｒｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ３≦０．１９であり、さらに、内側継手部材のトラック溝の底面には、Ｈｖ５１３での有効硬化層深さをＤｉとし、ボールの直径をｄとしたときに、少なくとも有効硬化層深さ比Ｄｉ／ｄが０．１１１以上となる硬化層が形成されていることを特徴とする固定型等速自在継手。
3. ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）を０．０７１以下としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固定型等速自在継手。
4. ｆｒとＲｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）を０．１５以上としたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
5. ケージは、Ｈｖ６００での有効硬化層深さをＤｃとし、ボールの直径をｄとしたときに少なくとも有効硬化層深さ比Ｄｃ／ｄが０．０６７以上で非研削表面に研削部表面の硬さよりも軟らかい軟化層を有さないことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
6. 前記外側継手部材の内径面の開口端に、ケージ挿入用のカット部を軸心に関して対称となる少なくとも２箇所に設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
7. 前記カット部を冷間鍛造にて成形したことを特徴とする請求項６に記載の固定型等速自在継手。
8. 前記外側継手部材は前記トラック溝が形成されたマウス部を備え、このマウス部の開口端部に開口側に向かって拡径する作動角許容用のチャンファを形成し、このチャンファとトラック溝の溝底との交点からのマウス部の開口端部の突出量をｔとし、ボールの直径をｄとしたときに、ｔ＝０．１３ｄ〜０．１８５ｄとの関係を満たすとともに、マウス部の開口端面乃至この開口端面に連続するマウス部の外周面を、硬化処理を施していない非硬化層を有することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
9. 自動車のドライブシャフトの連結に用いられる請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。

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