JP2012017809A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク損失の少ない高効率で、かつ製造が容易な固定型等速自在継手を提供する。
【解決手段】作動角が０°の状態で、くさび角α０が、全てのトラック溝３、５の対において軸方向の同じ方向に開いており、かつ、外側継手部材２と内側継手部材４の対となるトラック溝３、５が、作動角０°状態の継手中心平面を基準として、鏡像対象となる形状に形成されたものであって、継手が作動角を取ったとき、外側継手部材２と内側継手部材４のトラック溝３、５は、トルク伝達ボール６が外側継手部材２の開口側に移動すると、該開口側におけるくさび角が最初に０°となり、次いで、くさび角α０の開く方向とは逆の方向に向くと共に、反対に、トルク伝達ボール６が外側継手部材２の奥側に移動すると、該奥側におけるくさび角が最初に０°となり、次いで、くさび角α０の開く方向とは逆の方向に向く軸方向の形状を有している。
【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、自動車のフロント用ドライブシャフトには、通常、インボード側（デフ側）に摺動式等速自在継手が組み込まれ、アウトボード側（車輪側）に固定式等速自在継手が組み込まれる。アウトボード側に使用されている固定式等速自在継手の一例として、図２１にアンダーカットフリー型等速自在継手１０１を示す。この等速自在継手１０１の外側継手部材１０２に形成したトラック溝１０３は、継手の奥側の円弧状部１０３ｂと開口側の直線状部１０３ａとから構成される。内側継手部材１０４に形成したトラック溝１０５は、継手の奥側の直線状部１０５ａと開口側の円弧状部１０５ｂとから構成される。外側継手部材１０２のトラック溝１０３の円弧状部１０３ｂに対応するボール軌道中心線ｘの曲率中心Ｏ１は、継手軸線上で継手中心Ｏｊの軸方向の開口側にオフセットし、内側継手部材１０４のトラック溝１０５の円弧状部１０５ｂに対応するボール軌道中心線ｙの曲率中心Ｏ２は、継手軸線上で継手中心Ｏｊの軸方向の奥側にオフセットしている。オフセット量ｆ１、ｆ２は等しい。このオフセットによって、外側継手部材１０２のトラック溝１０３と、これに対向する内側継手部材１０４のトラック溝１０５との間にくさび角が形成され、ボール１０６および保持器１０７を作動角の２等分面に保持する力が作用する。作動角が０°の状態で、くさび角α０は、通常、全てのトラック溝１０３、１０５で外側継手部材１０２の開口側の向きに開く方向となっている。トラック溝１０３、１０５とボール１０６は、通常、接触角（３０°〜４０°程度）をもって接触しているので、トラック溝１０３、１０５とボール１０６とは、実際にはトラック溝１０３、１０５の溝底より少し離れたトラック溝１０３、１０５の側面側の位置で接触している。しかし、便宜上、トラック溝１０３、１０５が形成するくさび角α０はトラック溝１０３、１０５の溝底で表示している。

この構成では、ボール１０６が、外側継手部材１０２のトラック溝１０３および内側継手部材１０４のトラック溝１０５からくさび角に応じた軸方向分力を受けるため、保持器１０７がボール１０６によって外側継手部材１０２の開口側に押し込まれる。これにより、外側継手部材１０２と保持器１０７の間、および内側継手部材１０４と保持器１０７の間の球面嵌合部分に軸方向分力（球面力）が作用する。この球面力は等速自在継手の発熱につながり、伝達トルク損失を増加させる。

以上の問題を解決するための等速自在継手として、複数のトラック溝を、くさび角の軸方向に開く向きが逆向きのトラック溝に置換した等速自在継手が、特許第３１１１９３０号（特許文献１）に記載されている。この等速自在継手はカウンタートラック型式と呼ばれている。この等速自在継手を図２４に基づいて説明する。

図２４に示すように、等速自在継手１２１は、外側継手部材１２２、内側継手部材１２４、ボール１２６および保持器１２７とからなる。外側継手部材１２２に形成した第１のトラック溝１２３は、軸方向に沿って円弧状に形成されており、第１のトラック溝１２３のボール軌道中心線ｘ１の曲率中心をＯ１とする。内側継手部材１２４に形成した第１のトラック溝１２５は、軸方向に沿って円弧状に形成されており、第１のトラック溝１２５のボール軌道中心線ｙ１の曲率中心をＯ２とする。外側継手部材１２２の第１のトラック溝１２３のボール軌道中心線ｘ１の曲率中心Ｏ１は継手中心Ｏｊに対して開口側にオフセットされ、内側継手部材１２４の第１のトラック溝１２５のボール軌道中心線ｙ１の曲率中心Ｏ２は継手中心Ｏｊに対して奥側にオフセットされ、それぞれのオフセット量は等しくなっている。外側継手部材１２２の第１のトラック溝１２３と内側継手部材１２４の第１のトラック溝１２５とは第１の対をなし、作動角が０°の状態で、第１のトラック溝１２３、１２５の間に形成されるくさび角α０は、開口側に向いて開いている。

一方、外側継手部材１２２に形成した第２のトラック溝１２８は、軸方向に沿って円弧状に形成されており、ボール軌道中心線ｘ２の曲率中心をＯ２とする。内側継手部材１２４に形成した第２のトラック溝１２９は、軸方向に沿って円弧状に形成されており、ボール軌道中心線ｙ２の曲率中心をＯ１とする。外側継手部材１２２の第２のトラック溝１２８のボール軌道中心線ｘ２の曲率中心Ｏ２は継手中心Ｏｊに対して奥側にオフセットされ、内側継手部材１２４の第２のトラック溝１２９のボール軌道中心線ｙ２の曲率中心Ｏ１は継手中心Ｏｊに対して開口側にオフセットされ、それぞれのオフセット量は等しくなっている。外側継手部材１２２の第２のトラック溝１２８と内側継手部材１２４の第２のトラック溝１２９とは第２の対をなし、作動角が０°の状態で、第２のトラック溝１２８、１２９の間に形成されるくさび角β０は、奥側に向いて開いている。

この等速自在継手１２１は、上記の構成であるので、ボールに作用する軸方向分力が相殺され、球面嵌合部の接触圧を減少させて、伝達トルク損失を少なくすることができる。しかし、この等速自在継手では、外側継手部材１２２に、くさび角の軸方向に開く向きが逆向き、すなわち、奥側に向いて開いた第２のトラック溝１２８が形成されており、高作動角を取った場合、ボールがトラック溝から脱落し、高作動角を取ることが困難である。

また、特許第４４０１７４５号（特許文献２）では、複数のトラック溝を、くさび角の軸方向に開く向きが逆向きのトラック溝に置換した等速自在継手において、高作動角化を図るため、外側継手部材のトラック溝のうち、開口側の端部を、外側継手部材の外側に中心を有する円弧で形成した提案もなされている。この等速自在継手を図２５に基づいて説明する。

図２５に示すように、等速自在継手１４１は、外側継手部材１４２、内側継手部材１４４、ボール１４６および保持器１４７とからなる。外側継手部材１４２に形成した第１のトラック溝１４３は、軸方向に球面部に沿って形成された円弧状部１４３ｂと、開口側の端部には、円弧状部１４３ｂと反対側に湾曲する円弧状部１４３ａにより接続されている。第１のトラック溝１４３の円弧状部１４３ｂの領域のボール軌道中心線ｘ１は、曲率中心をＯ１とし、円弧状部１４３ａの領域のボール軌道中心線ｘ１は、曲率中心をＯ３とし、曲率中心Ｏ３は外側継手部材１４２の半径方向外側に位置する。曲率中心Ｏ１、Ｏ３は継手中心Ｏｊに対して軸方向の開口側にオフセットされている。内側継手部材１４４に形成した第１のトラック溝１４５は、円弧状部１４５ｂと反対側に湾曲する円弧状部１４５ａからなる。内側継手部材１４４の第１のトラック溝１４５のボール軌道中心線は図示を省略するが、外側継手部材１４２のトラック溝１４３と、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを基準として、鏡像対象となる形状に形成されている。図２５に示すように、外側継手部材１４２と内側継手部材１４４の第１のトラック溝１４３、１４５は第１の対をなし、作動角が０°の状態で、第１のトラック溝１４３、１４５の間に形成されるくさび角α０は開口側に向いて開いている。

一方、外側継手部材１４２に形成した第２のトラック溝１４８は、軸方向に球面部に沿って形成された円弧状部１４８ｂと、開口側の端部には、円弧状部１４８ｂと反対側に湾曲する円弧状部１４８ａにより接続されている。第２のトラック溝１４８の円弧状部１４８ｂの領域のボール軌道中心線ｘ２は、曲率中心をＯ２とし、円弧状部１４８ａの領域のボール軌道中心線ｘ２は、曲率中心をＯ４とし、曲率中心Ｏ４は外側継手部材１４２の半径方向外側に位置する。曲率中心Ｏ２は、継手中心Ｏｊに対して軸方向の奥側にオフセットされ、曲率中心Ｏ４は、継手中心Ｏｊに対して軸方向の開口側にオフセットされている。内側継手部材１４４に形成した第２のトラック溝１４９は、円弧状部１４９ｂと反対側に湾曲する円弧状部１４９ａからなる。内側継手部材１４４の第２のトラック溝１４９のボール軌道中心線は図示を省略するが、外側継手部材１４２の第２のトラック溝１４８と、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを基準として、鏡像対象となる形状に形成されている。図２５に示すように、外側継手部材１４２と内側継手部材１４４の第２のトラック溝１４８、１４９は第２の対をなし、作動角が０°の状態で、第２のトラック溝１４８、１４９の間に形成されるくさび角β０は奥側に向いて開いている。この等速自在継手１４１では、外側継手部材１４２の第１のトラック溝１４３および第２のトラック溝１４８が、開口側の端部に、外側継手部材１４２の半径方向の外側に曲率中心Ｏ３およびＯ４を有する円弧で形成されているので、ボールがトラック溝から脱落することなく、高作動角化を図ることができる。

特許第３１１１９３０号 特許第４４０１７４５号

しかしながら、特許文献１の構成では、外側継手部材１２２の開口側の端部に、トラック溝のボール軌道中心線が継手の半径方向内側へ大きく変位した第２のトラック溝１２８が存在し、高作動角を取った際には、そのトラック溝１２８からトルク伝達ボールが脱落し易く、高作動角をとることが困難となる。したがって、この等速自在継手１２１は、高作動角を必要としないプロペラシャフト等に使用されることが多かった。

一方、特許文献２の構成であれば、高作動角化自体は達成できるが、高作動角時にくさび角が大きくなるので、ボール１４６から保持器１４７に作用する荷重が増大する。そのため、保持器１４７の強度が不足する恐れがあり、この点が継手の小型化を図る上での障害となる。また、２種類のトラック溝形状を持つことによって、製造性や製造時の寸法管理が困難となる恐れがある。

以上の課題に鑑み、本発明は、トルク損失の少ない高効率で、かつ製造が容易な固定式等速自在継手を提供することを目的とする。

また、高作動角をとることができ、かつ高作動角時の強度や耐久性にも優れたコンパクトな固定式等速自在継手を提供することも目的とする。

本発明者は、上記の目的を達成するために種々検討した結果、外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝のそれぞれが全て同一形状でありながら、作動角をとった状態では、ボールから保持器に作用するポケット荷重が互いに打ち消しあう方向に発生するトラック溝の構成により、トルク損失の少ない、画期的な固定式等速自在継手を着想した。

以上の目的を達成するため、本発明は、球状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材と内側継手部材の対となるトラック溝間に配置されるトルク伝達ボールと、前記外側継手部材の球状内周面および前記内側継手部材の球状外周面とそれぞれ球面嵌合し、かつ各トルク伝達ボールを保持する保持器とを具備した固定式等速自在継手において、前記外側継手部材と内側継手部材の対となるトラック溝がくさび角（α）を形成し、作動角が０°の状態で、継手中心平面上に配置されたトルク伝達ボールに対するくさび角（α０）が、全てのトラック溝の対において軸方向の同じ方向に開いており、かつ、前記外側継手部材と内側継手部材の対となるトラック溝が、前記作動角０°の状態の継手中心平面を基準として、鏡像対象となる形状に形成されたものであって、継手が作動角を取ったとき、前記外側継手部材と内側継手部材のトラック溝は、前記トルク伝達ボールが外側継手部材の開口側に移動すると、該開口側における前記くさび角（α）が最初に０°となり、次いで、前記くさび角（α０）の開く方向とは逆の方向に向くと共に、反対に、前記トルク伝達ボールが外側継手部材の奥側に移動すると、該奥側における前記くさび角（α）が最初に０°となり、次いで、前記くさび角（α０）の開く方向とは逆の方向に向く軸方向の形状を有していることを特徴とする。また、前記の特徴に加えて、前記開口側におけるくさび角（α）が最初に０°となる作動角（θ１）と、前記奥側おけるくさび角（α）が最初に０°となる作動角（θ２）とが異なることを特徴とする。

上記の構成を有するので、ある角度以上の作動角を取って回転運動するとき、ボールから保持器に作用するポケット荷重が互いに打ち消しあう方向に発生し、外側継手部材と保持器との間および内側継手部材と保持器との間の球面荷重を減少させる。したがって、トルク損失が低減され高効率な固定式等速自在継手となる。また、球面荷重が小さいことから、保持器の球面中心が継手中心より外れにくく、作動角を取った状態で１回転中のトラック荷重の変動が少なくなり、ピーク荷重が減少する。さらに製造面では、外側継手部材と内側継手部材のトラック溝のそれぞれが、全て同一形状で構成されているので、製造が容易であり、かつ寸法管理が容易となり寸法精度の向上が可能となる。

外側継手部材と内側継手部材のトラック溝が、軸方向に接続する２つの曲線あるいは３つの曲線から構成されている。これにより、高作動角を取ったときでもトラック溝の深さを十分に確保でき、高作動角時の強度や耐久性にも優れた軽量でコンパクトな固定式等速自在継手が実現できる。

外側継手部材と内側継手部材の軸方向に接続する複数の曲線から構成されたトラック溝の曲線が円弧である。これにより、実績のある研削加工や焼入鋼切削加工などの加工技術により製造することができる。

外側継手部材の円弧で形成されたトラック溝のボール軌道中心線が、奥側から開口側に向けて、曲率中心Ｏ２を有する半径Ｒ２の円弧で形成されたトラック溝部３ｂと曲率中心Ｏ１を有する半径Ｒ１の円弧で形成されたトラック溝部３ａの２つの円弧状トラック溝部からなり、内側継手部材のトラック溝が、作動角０°の状態の継手中心平面を基準として、外側継手部材のトラック溝と鏡像対象となる形状に形成されている。さらには、外側継手部材の円弧で形成されたトラック溝のボール軌道中心線が、奥側から開口側に向けて、曲率中心Ｏ３を有する半径Ｒ３の円弧で形成されたトラック溝部３ｃ、曲率中心Ｏ２を有する半径Ｒ２の円弧で形成されたトラック溝部３ｂおよび曲率中心Ｏ１を有する半径Ｒ１の円弧で形成されたトラック溝部３ａの３つの円弧状トラック溝部からなり、内側継手部材のトラック溝が、作動角０°の状態の継手中心平面を基準として、前記外側継手部材のトラック溝と鏡像対象となる形状に形成されている。これにより、高作動角を取ったときでもトラック溝の深さを十分に確保でき、高作動角時の強度や耐久性にも優れた軽量でコンパクトな固定式等速自在継手が実現できると共に、実績のある研削加工や焼入鋼切削加工などの加工技術により製造することができる。

外側継手部材のトラック溝の開口端部および内側継手部材のトラック溝の奥側端部に、継手の軸線に平行に延びる直線状のトラック溝部が形成されている。直線状のトラック溝部を有することにより、この部分を管理することで継手部材の全体の寸法管理が容易になる。

外側継手部材の開口側におけるくさび角αが最初に０°となる作動角θ１、又は外側継手部材の奥側におけるくさび角αが最初に０°となる作動角θ２を１５°に設定した。この作動角θ１又はθ２は継手が使用される車種の常用角を考慮して適宜設計することができるが、上記作動角θ１又はθ２を１５°に設定すれば、種々の車種に汎用することができる。

ボール個数を特に限定するものではないが、ボール個数を６個とした場合は、小サイズの継手の設計に好適であり、ボールの個数を８個とした場合は、トルク損失低減に最適である。

本発明の固定式等速自在継手はドライブシャフト用およびプロペラシャフト用として、好適である。

以上のように、本発明によれば、トルク損失の少ない高効率な固定式等速自在継手を低コストに製造することができる。また、高作動角化も容易であり、かつ高作動角時の強度や耐久性にも優れた軽量でコンパクトな固定式等速自在継手を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図および正面図である。 上記の固定式等速自在継手の外側継手部材の縦断面図である。 内側継手部材の縦断面図および正面図である。 保持器の縦断面図および横断面図である。 くさび角の状態を説明するための外側継手部材の縦断面図である。 上記の固定式等速自在継手が基準作動角を取った状態を示す縦断面図である。 上記の固定式等速自在継手が最大作動角を取った状態を示す縦断面図である。 上記の固定式等速自在継手をドライブシャフトに使用した状態を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る固定式等速自在継手の外側継手部材の縦断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る固定式等速自在継手をプロペラシャフトに使用した状態を示す縦断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図および正面図である。 上記の固定式等速自在継手の外側継手部材の縦断面図である。 内側継手部材の縦断面図および正面図である。 保持器の縦断面図および横断面図である。 くさび角の状態を説明するための外側継手部材の縦断面図である。 上記の固定式等速自在継手が基準作動角を取った状態を示す縦断面図である。 上記の固定式等速自在継手が最大作動角を取った状態を示す縦断面図である。 上記の固定式等速自在継手をドライブシャフトに使用した状態を示す縦断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る固定式等速自在継手の外側継手部材の縦断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る固定式等速自在継手をプロペラシャフトに使用した状態を示す縦断面図である。 本発明の第７の実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図および正面図である。 本発明の第８の実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図および正面図である。 従来の固定式等速自在継手の縦断面図である。 従来の固定式等速自在継手の縦断面図である。 従来の固定式等速自在継手の縦断面図である。

本発明の実施の形態を図１〜図２２に基づいて説明する。

図１〜図８に本発明の第１の実施形態を示す。図１に第１の実施形態の固定式等速自在継手１の全体を示す。図１（ａ）は、この固定式等速自在継手１の縦断面図であり、図１（ｂ）は正面図である。固定式等速自在継手１は、外側継手部材２、内側継手部材４、ボール６および保持器７とからなる。外側継手部材２の球状内周面８には８本のトラック溝が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材４の球状外周面９には、外側継手部材２のトラック溝３と対向する８本のトラック溝５が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材２のトラック溝３と内側継手部材４のトラック溝５との間にトルクを伝達する８個のボール６が介在されている。外側継手部材２の球状内周面８と内側継手部材４の球状外周面９との間に、ボール６を保持する保持器７が配置されている。外側継手部材２はマウス部２ａおよびステム部２ｂを一体に有する。内側継手部材４は、内周にスプライン孔１０が設けられ、図示しないシャフトにスプライン連結され、外側継手部材２の外周面とシャフトの外周面とをブーツ（図示省略）で覆い、継手内部には、潤滑剤としてのグリースが封入される。

外側継手部材２の球状内周面８と内側継手部材４の球状外周面９は、いずれも継手中心Ｏｊに曲率中心を有する。外側継手部材２のトラック溝３のボール軌道中心線ｘと内側継手部材３のトラック溝５のボール軌道中心線ｙを一点鎖線で示す。この詳細については、図２、図３に基づいて説明する。

図２に本実施形態の固定式等速自在継手１の外側継手部材２のトラック溝３のボール軌道中心線ｘを示す。ボール軌道中心線ｘは、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを含む領域のトラック溝部３ｂ、開口側のトラック溝部３ａおよび奥側のトラック溝部３ｃに対応して形成されており、各トラック溝部３ａ、３ｂ、３ｃはそれぞれ異なった３つの曲線から構成されている。そして、３つの曲線からなるトラック溝部３ａ、３ｂ、３ｃは滑らかに接続されている。開口側のトラック溝部３ａのボール軌道中心線ｘは、Ｏ１に曲率中心をもち、半径Ｒ１の円弧で形成される。曲率中心Ｏ１は、継手中心にＯｊに対して、軸方向の開口側にｆ１、かつ継手軸線から半径方向にＬ１オフセットされ、このＬ１は外側継手部材２の外径よりも外側に位置する。作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを含む領域のトラック溝部３ｂのボール軌道中心線ｘは、Ｏ２に曲率中心をもち、小さな半径Ｒ２の円弧で形成される。曲率中心Ｏ２は、継手中心Ｏｊに対して、軸方向の奥側にｆ２、かつ円弧径が小さくなるよう継手軸線から半径方向にＬ２オフセットされている。奥側のトラック溝部３ｃのボール軌道中心線ｘは、Ｏ３に曲率中心をもち、比較的大きな半径Ｒ３の円弧で形成される。曲率中心Ｏ３は、継手中心にＯｊに対して、軸方向の開口側にｆ３にオフセットされ、半径方向のオフセットはなく継手の軸線上に位置する。３つの曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３をそれぞれ有するトラック溝部３ａ、３ｂ、３ｃのボール軌道中心線ｘは滑らかに接続されている。

図３に内側継手部材４を示す。図３（ａ）は、内側継手部材４の縦断面図であり、図３（ｂ）は、正面図である。図３（ａ）に示すように、内側継手部材４のトラック溝５はボール軌道中心線ｙを有する。作動角が０°の状態で、内側継手部材４のトラック溝５は、継手中心平面Ｐを基準として、対になる外側継手部材２のトラック溝３と鏡像対称に形成されている。内側継手部材４のトラック溝５のボール軌道中心線ｙは、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを含む領域のトラック溝部５ｂ、開口側のトラック溝部５ｃおよび奥側のトラック溝部５ａからなり、各トラック溝部５ａ、５ｂ、５ｃがそれぞれ異なった３つの曲線から構成されている。３つの曲線からなるトラック溝部５ａ、５ｂ、５ｃは滑らかに接続されている。奥側のトラック溝部５ａのボール軌道中心線ｙは、Ｏ４に曲率中心をもち、半径Ｒ４の円弧で形成される。曲率中心Ｏ４は、継手中心Ｏｊに対して、軸方向の奥側にｆ４、かつ継手軸線から半径方向にＬ３オフセットされ、このＬ３は内側継手部材４の外径よりも外側に位置する。作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを含む領域のトラック溝部５ｂのボール軌道中心線ｙは、Ｏ５に曲率中心をもち、小さな半径Ｒ５の円弧で形成される。曲率中心Ｏ５は、継手中心Ｏｊに対して、軸方向の開口側にｆ５、継手軸線から半径方向にＬ４オフセットされている。開口側のトラック溝部５ｃのボール軌道中心線ｙは、Ｏ６に曲率中心をもち、比較的大きな半径Ｒ６の円弧で形成される。曲率中心Ｏ６は、継手中心にＯｊに対して、軸方向の奥側にｆ６オフセットされ、半径方向のオフセットはなく継手の軸線上に位置する。３つの曲率半径Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６をそれぞれ有するトラック溝部５ａ、５ｂ、５ｃのボール軌道中心線は滑らかに接続されている。また、オフセット量ｆ４、ｆ５、ｆ６、半径方向オフセット量Ｌ３、Ｌ４および曲率半径Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ、図２の外側継手部材２のオフセット量ｆ１、ｆ２、ｆ３、半径方向オフセット量Ｌ１、Ｌ２および曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に対応して設定される。

本実施形態の固定式等速自在継手１では、外側継手部材２が３つの円弧状トラック溝部３ａ、３ｂ、３ｃからなり、作動角が０°の状態の継手中心平面Ｐを基準として、内側継手部材２のトラック溝５が、外側継手部材２のトラック溝３と鏡像対象となる形状に形成されている。このように３つの円弧状トラック溝部からなるので、高作動角を取ったときでもトラック溝の深さを十分な確保でき、高作動角時の強度や耐久性にも優れた軽量でコンパクトな固定式等速自在継手が実現できると共に、実績のある研削加工や焼入鋼切削加工などの加工技術により製造することができる。

図１〜図３で示した外側継手部材２のトラック溝３のボール軌道中心線ｘと内側継手部材３のトラック溝５のボール軌道中心線ｙは、トラック溝３、５上を移動するボール６の中心軌跡と一致している。トラック溝３、５とボール６は、通常、接触角（３０°〜４０°程度）をもって接触しているので、トラック溝３、５とボール６とは、実際にはトラック溝３、５の溝底より少し離れたトラック溝３、５の側面側の位置で接触している。しかし、便宜上、ここでは、トラック溝３、５が形成するくさび角αはトラック溝３、５の溝底で表示している。作動角θが０°の状態でのくさび角をα０とする。このくさび角α０は、作動角が０°の状態で全てのボール６の中心が継手中心平面Ｐ上に配置され、トラック溝３、５のボール６と当接する部分に形成されるくさび角と定義する。図１に示すように、本実施形態の固定式等速自在継手１では、くさび角α０は、外側継手部材２の奥側に向けて開いている。このくさび角の開く方向をマイナス方向と定義する。反対に、くさび角が外側継手部材２の開口側に向けて開く方向をプラス方向と定義する。

図４に保持器７を示す。図４（ａ）は保持器７の縦断面図であり、図４（ｂ）は保持器７の横断面図である。保持器７には球状外周面１１と球状内周面１２が形成され、球状外周面１１と球状内周面１２の曲率中心は継手中心Ｏｊに形成される。保持器７には円周方向に８個のポケット１３が設けられ、８個のボール６（図示省略）を収容し、保持する。

次に、本実施形態の固定式等速自在継手１が作動角を取り、それによりボール６がトラック溝上を軸方向に移動したとき、トラック溝３、５の間に形成されるくさび角αがどのように変化するかについて説明する。くさび角αはトラック溝３と５との間に形成されるものであるが、前述したようにトラック溝３と５は継手中心平面Ｐを基準として鏡像対象に形成されているという前提の基で、以下では、外側継手部材２のトラック溝３についてのみ説明する。図５は、図２より、トラック溝部３ａ、３ｂ、３ｃに対応するボール軌道中心線ｘの曲率中心Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３と曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を取り出した図である。作動角が０°の状態では、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐ上にボール６（図示省略）が位置する。作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを含む領域のトラック溝３ｂに対応するボール軌道中心線ｘは、曲率中心をＯ２とする曲率半径Ｒ２の円弧に形成されている。曲率中心Ｏ２が継手中心Ｏｊに対して軸方向の奥側にオフセットされているので、トラック溝部３ｂに対応するボール軌道中心線ｘにおいては、くさび角αが奥側に向いて開く領域、すなわち、くさび角の方向はマイナス方向となっている。開口側のトラック溝部３ａに対応するボール軌道中心線ｘは、曲率中心をＯ１とする曲率半径Ｒ１の円弧に形成されている。この開口側のトラック溝部３ａに対応するボール軌道中心線ｘと、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを含む領域のトラック溝部３ｂに対応するボール軌道中心線ｘの接続点は、曲率中心Ｏ１とＯ２を結んだ直線とボール軌道中心線ｘとの交点Ｃとなる。継手が作動角θを取ったとき、ボール６が外側継手部材２の開口側に移動し、ボール６がボール軌道中心線ｘ上の交点Ｃを越えてもボール軌道中心線ｘは、しばらくは、くさび角αはマイナス方向のままである。そして、ボール６が、曲率中心Ｏ１と継手中心Ｏｊとを結んだ直線とボール軌道中心線ｘとの交点Ａに移動したとき、くさび角αが０°になる。この位置が、開口側においてくさび角αが最初に０°となる位置である。この位置にボール６が移動する作動角をθ１と定義する。ボール６がボール軌道中心線ｘ上の交点Ａを越えると、いままでとは逆に、くさび角αが外側継手部材２の開口側に向いて開く領域、すなわち、プラス方向となる。

一方、奥側のトラック溝部３ｃに対応するボール軌道中心線ｘは、曲率中心をＯ３とする曲率半径Ｒ３の円弧で形成されている。この奥側のトラック溝部３ｃに対応するボール軌道中心線ｘと、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを含む領域のトラック溝部３ｂに対応するボール軌道中心線ｘの接続点は、曲率中心Ｏ２とＯ３とを結んだ直線とボール軌道中心線ｘとの交点Ｄとなる。くさび角αがマイナス方向の状態でボール６が外側継手部材２の奥側に移動し、ボール６が、曲率中心Ｏ２と継手中心Ｏｊとを結んだ直線とボール軌道中心線ｘとの交点Ｂに移動したとき、くさび角αが０°になる。この位置が、奥側においてくさび角αが最初に０°となる位置である。この位置にボール６が移動する作動角をθ２という。ボール６がボール軌道中心線ｘ上の交点Ｂを越えると、いままでとは逆に、くさび角αが外側継手部材２の開口側に向いて開く領域、すなわち、プラス方向となる。したがって、本実施形態の固定式等速自在継手では、くさび角αは、奥側から開口側に向けて、プラス方向、マイナス方向、プラス方向の順になり、くさび角αの向きが変わる点において、くさび角αが０°になる。

本実施形態の固定型等速自在継手１では、作動角を取ったときに、円周方向に配置されたトラック溝３、５におけるプラス方向のくさび角とマイナス方向のくさび角を継手全体としてバランスさせるために、ボール６が、外側継手部材２の開口側に移動したとき、くさび角αが最初に０°になる作動角θ１と、外側継手部材２の奥側に移動したとき、くさび角αが最初に０°になる作動角θ２とが異なるように設定されている。その詳細を以下に説明する。

まず、ボール６が軸方向に移動したとき、くさび角αが最初に０°になる作動角θ１およびθ２は、継手の常用角又は常用角より大きい比較的使用頻度の高い作動角を考慮して設定する。この常用角とは、自動車のドライブシャフトの場合は、水平で平坦な路面上で一名乗車時の自動車において、ステアリングを直進状態にした時にフロントドライブシャフトの固定式等速自在継手で生じる作動角をいう。常用角は、通常、２°〜１５°の間で車種ごとの設計条件に応じて選択・決定される。常用角より大きい比較的使用頻度の高い作動角とは、上記の自動車が、例えば、交差点の右折・左折時などに生じる高作動角ではなく、連続走行する曲線道路などで固定式等速自在継手に生じる作動角をいい、これも車種ごとの設計条件に応じて決定される。常用角より大きい比較的使用頻度の高い作動角は、約２０°を目処とする。一方、自動車のプロペラシャフトの場合は、上記のドライブシャフトよりも常用角は小さく、２°〜５°程度である。以上の常用角および常用角より大きい比較的使用頻度の高い作動角を併せて基準作動角と定義する。

図５に示す本実施形態の固定式等速自在継手１では、基準作動角を１５°としている。これをベースに、ボール６が外側継手部材２の開口側に移動したとき、くさび角αが最初に０°になる作動角θ１を１５°とした。一方、ボール６が外側継手部材２の奥側に移動したとき、くさび角αが最初に０°になる作動角θ２は、上記θ１の半分の７．５°としている。これに伴い、図５に示すボール軌道中心線ｘ上のＡ点と継手中心Ｏｊを結ぶ直線の傾斜角は７．５°となり、一方、ボール軌道中心線ｘ上のＢ点と継手中心Ｏｊを結ぶ直線の傾斜角は３．７５°となる。

本実施形態の固定式等速自在継手１では、上記のように、外側継手部材２の開口側におけるくさび角αが最初に０°となる作動角θ１を１５°に設定した。この作動角θ１は継手が使用される車種の常用角を考慮して適宜設計することができるが、上記作動角θ１を１５°に設定すれば、種々の車種に汎用することができる。

次に、本実施形態の固定式等速自在継手１の作用を説明する。固定式等速自在継手１が基準作動角である１５°で回転しボール６が外側継手部材２の最も奥側に位置した状態を図６に示す。８個のボール６が整列された二等分平面Ｈは、作動角が０°のときの継手中心平面Ｐに対して理論上作動角１５°の半分、すなわち、７．５°の角度をとる。この二等分平面Ｈ上のボール６のうち、外側継手部材２のトラック溝３の最も奥側に位置するボール６の回転位相を０°とし、時計方向に順次、回転位相４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°とする。この各回転位相に対応するボール６に、それぞれ６（１）、６（２）、６（３）、６（４）、６（５）、６（６）、６（７）、６（８）と符号を付す（図１（ｂ）および図６参照）。ボール６（１）は図６の上死点のボールを指し、ボール６（５）は下死点のボールを指す。図６にはボール６（１）、６（２）、６（３）、６（４）、６（５）が図示されているが、残りのボール６（６）、６（７）、６（８）（図１（ｂ）参照）も併せて、トラック溝３のくさび角の状態について、解析の結果、判明した内容を表１に示す。表１は、外側継手部材の開口側から内側継手部材４に向かって右回転（時計方向）のトルクをかけたものである。ボール６は、トラック溝３とトラック溝５からくさび角に応じた軸方向分力を受けるため、保持器７のポケット１３にポケット荷重が生じる。なお、くさび角は、オフセットに基づくくさび角αと作動角に伴うトラック溝の交差によるくさび角成分があり、単に、くさび角という場合は、両者を合わせたものを指す。

表１の状態になる理由について図５を参照して、以下に説明する。
（１）ボール６（１）
ボール６（１）は、ボール軌道中心線ｘのＢ点よりも奥側に位置するので、理論上のくさび角αはプラス方向となる。したがって、保持器７のポケット１３へ開口側向きの荷重が作用する。
（２）ボール６（２）
ボール６（２）は、ボール軌道中心線ｘのＢ点の近傍に位置するので、くさび角αは略０°となり、また、作動角による外側継手部材２と内側継手部材４のトラック溝３、５の交差によるくさび角はプラス方向で、保持器７のポケット１３へ開口側向きの荷重が作用する。
（３）ボール６（３）
ボール６（３）は、ボール軌道中心線ｘの作動角０°状態の継手中心平面に位置するので、くさび角αはマイナス方向であり、作動角による外側継手部材２と内側継手部材４のトラック溝３、５の交差によるくさび角分はプラス方向に加わるが、保持器７のポケット１３へ奥側向きの荷重が作用する。
（４）ボール６（４）
ボール６（４）は、ボール軌道中心線ｘのＡ点とＣ点の間に位置するが、くさび角αはマイナス方向であり、作動角による外側継手部材２のトラック溝３と内側継手部材４のトラック溝５の交差によるプラス方向のくさび角分が加わるが、保持器７のポケット１３へ奥側向きの荷重が作用する。
（５）ボール６（５）
ボール６（５）は、ボール軌道中心線ｘのＡ点に位置するので、理論上のくさび角αは０°となるが、ボールとトラック溝間、又は球面嵌合部の各隙間の影響で若干プラス方向のくさび角を有する。他のボールから保持器７に作用する合力による偶力は、プラス方向にくさび角を有するボール６（５）のくさびが詰まる方向に作用する。したがって、ボール６（５）のポケット荷重はプラス方向に大きくなることで偶力を抑えている。
（６）ボール６（６）
ボール６（６）は、ボール６（４）と同様に、ボール軌道中心線ｘのＡ点とＣ点の間に位置するので、くさび角αはマイナス方向となり、保持器７のポケット１３へ奥側向きの荷重が作用する。
（７）ボール６（７）
ボール６（７）は、ボール６（３）と同様に、ボール軌道中心線ｘの作動角０°状態の継手中心平面に位置するので、くさび角αはマイナス方向となり、このくさび角αに作動角による外側継手部材２と内側継手部材４のトラック溝３、５の交差による分が付加される。ボール６（７）により保持器７のポケット１３へ奥側向きに荷重が作用する。
（８）ボール６（８）
ボール６（８）は、ボール６（２）と同様に、ボール軌道中心線ｘのＢ点の近傍に位置するので、くさび角αは略０°となるが、作動角による外側継手部材２と内側継手部材４のトラック溝３、５の交差による加わり、くさび角は若干のプラス方向となる。

表１は、回転位相角が０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°にある場合の、くさび角、ポケット荷重を示した。この状態から、右方向に４５°回転するまでの間にくさび角やポケット荷重は変化するが、継手全体としてのポケット荷重は略バランス状態にある。

本実施形態の固定式等速自在継手１では、上記のような挙動によって、ボール６から保持器７に作用するポケット１３が互いに打ち消しあう方向に発生するので、球面嵌合部の接触圧を減少させて、伝達トルク損失を少なくすることができる。ボール個数を特に限定するものではないが、ボールの個数を８個とした場合は、トルク損失低減に最適である。

図７に本実施形態の固定式等速自在継手１が最大作動角を取った状態を示す。この図にはボール６（１）と６（５）が示されているが、両ボール６（１）、６（５）のくさび角αは、いずれも、外側継手部材２の開口側に向けて開いており、保持器７に作用する力による偶力が抑制され保持器７の姿勢が安定する。

本実施形態の固定式等速自在継手１は、以上のように、ある角度以上の作動角を取って回転運動するとき、ボール６から保持器７に作用するポケット荷重が互いに打ち消しあう方向に発生し、外側継手部材２と保持器７との間および内側継手部材４と保持器７との間の球面荷重を減少させる。したがって、トルク損失が低減され高効率な固定式等速自在継手１となる。また、球面荷重が小さいことから、保持器７の球面中心が継手中心より外れにくく、作動角を取った状態で１回転中のトラック荷重の変動が少なくなり、ピーク荷重が減少する。さらに製造面では、外側継手部材２と内側継手部材４のトラック溝３、４のそれそれが、全て同一形状で構成されているので、製造が容易であり、かつ寸法管理が容易となり寸法精度の向上が可能となる。

図８は、本実施形態の固定式等速自在継手１を適用した自動車のドライブシャフト２０を示す。固定式等速自在継手１は中間シャフト１４の一端に連結され、他端には摺動式トリポード型等速自在継手１５が連結されている。固定式等速自在継手１の外周面とシャフト１４の外周面との間、および摺動式トリポード型等速自在継手１５の外周面とシャフト１４の外周面との間に、それぞれ蛇腹状ブーツ１６ａ、１６ｂがブーツバンド１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄにより取り付け固定されている。継手内部には、潤滑剤としてのグリースが封入されている。本実施形態の固定式等速自在継手１を使用したので、トルク損失が小さく高効率で、軽量・コンパクトな自動車用ドライブシャフト２０が実現される。

次に、本発明の第２の実施形態を図９に基づいて説明する。図９は第２の実施形態の固定型等速自在継手の外側継手部材のみを示す。前述した第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明は省略する。

外側継手部材２は、マウス部２ａの外周に取り付けフランジ１１を設けたもので、ボルト孔１２に図示しないボルトによって、相手部材に取り付けられる。外側継手部材２は、球状内周面８に８本のトラック溝３が軸方向に沿って形成されている。トラック溝３のボール軌道中心線ｘは、開口側のトラック溝部３aと奥側のトラック溝部３ｂに対応して形成されており、２つの曲線から構成されている。２つの曲線からなるトラック溝部３ａ、３ｂは滑らかに接続されている。開口側のトラック溝部３ａのボール軌道中心線ｘは、Ｏ１に曲率中心をもち、半径Ｒ１の円弧で形成される。曲率中心Ｏ１は、継手中心Ｏｊに対して、軸方向の開口側にｆ１、かつ継手軸線から半径方向にＬ１オフセットされ、このＬ１は外側継手部材２の外径よりも外側に位置する。奥側のトラック溝部３ｂのボール軌道中心線ｘは、Ｏ２に曲率中心をもち、小さな半径Ｒ２の円弧で形成される。曲率中心Ｏ２は、継手中心Ｏｊに対して、軸方向の奥側にｆ２、かつ継手軸線から半径方向にＬ２オフセットされている。２つの曲率半径Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ有するトラック溝部３ａ、３ｂのボール軌道中心線ｘは滑らかに接続されている。

本実施形態の固定式等速自在継手１では、外側継手部材２が２つの円弧状トラック溝部３ａ、３ｂからなり、内側継手部材２のトラック溝５が、作動角０°状態の継手中心平面Ｐを基準として、外側継手部材２のトラック溝３と鏡像対象となる形状に形成されている。本実施形態の固定式等速自在継手１は高作動角を必要としない用途、例えば、プロペラシャフト用として好適である。当該用途に対して、トラック溝の必要な深さを確保でき、強度や耐久性にも優れた軽量でコンパクトな固定式等速自在継手が実現できると共に、実績のある研削加工や焼入鋼切削加工などの加工技術により製造することができる。

この実施形態の外側継手部材２のトラック溝３は、第１の実施形態の外側継手部材２のトラック溝部３ｃを省略したものである。プロペラシャフト用では常用角は５°程度と小さいので、これに対応して、基準作動角、くさび角αが最初に０°になる作動角θ１、θ２は小さく設定する。図９においては、説明を分かりやすくするために、軸方向のオフセット量ｆ１、ｆ２は誇張して表示している。基準作動角、くさび角αが最初に０°になる作動角θ１、θ２は小さくなるが、プロペラシャフトの用途における使用状態で、くさび角αの変化する状態は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

本発明の第３の実施形態に係る固定式等速自在継手を図１０に基づいて説明する。この固定式等速自在継手１は、外側継手部材２、内側継手部材４、ボール６および保持器７からなり、外側継手部材２の外周面と、内側継手部材４の内周孔にスプライン結合されたシャフト１４の外周面とにブーツ１６を取り付け、継手内部に潤滑剤としてのグリースが封入されている。図１０は、本実施形態の固定式等速自在継手１を自動車のプロペラシャフトに使用したものを示す。シャフト１４は大径のパイプ部１４ａを有し、シャフト１４の他端には、摺動式等速自在継手あるいは固定式等速自在継手（図示省略）が連結され、プロペラシャフト１７となる。ブーツ１６は、外側継手部材２の開口部外周面に加締め固定されたシール環１６ａと一端をシール環１６ａに固定され、他端をブーツバンド１８によりシャフト１４に取り付けられた弾性ブーツ部１６ｂとからなる。外側継手部材２は、マウス部２aの外周に取り付けフランジ１１を設けたもので、ボルト孔１２に図示しないボルトによって、相手部材に取り付けられる。外側継手部材２がフランジタイプの場合、これまでと同様に説明するために、シャフト１４およびブーツ１６が装着される側を開口側、これと反対側を奥側として説明する。

外側継手部材２は、球状内周面８に８本のトラック溝３が軸方向に沿って形成されている。トラック溝３のボール軌道中心線ｘは、開口側のトラック溝部３ａと奥側のトラック溝部３ｂに対応して形成されており、２つの曲線から構成されている。２つの曲線からなるトラック溝部３ａ、３ｂは滑らかに接続されている。開口側のトラック溝部３ａに対応するボール軌道中心線ｘは、Ｏ２に曲率中心をもち、比較的小さな半径Ｒ２の円弧で形成される。曲率中心Ｏ２は、継手中心にＯｊに対して、軸方向の開口側にｆ２、かつ継手軸線から半径方向にＬ２オフセットされている。奥側のトラック溝部３ｂに対応するボール軌道中心線ｘは、Ｏ１に曲率中心をもち、半径Ｒ１の円弧で形成される。曲率中心Ｏ１は、継手中心Ｏｊに対して、軸方向の奥側にｆ１、かつ継手軸線から半径方向にＬ１オフセットされ、このＬ１は外側継手部材２の外径よりも外側に位置する。２つの曲率半径Ｒ１、Ｒ２をそれぞれ有するトラック溝部３ａ、３ｂのボール軌道中心線ｘは滑らかに接続されている。内側継手部材４のトラック溝５は、作動角０°状態の継手中心平面Ｐを基準にして、外側継手部材２のトラック溝３と鏡像対象に形成されている。この固定式等速自在継手１では、外側継手部材２と内側継手部材４のトラック溝３、５間に形成されるくさび角αは、前述した第１および第２の実施形態の固定式等速自在継手１とは逆に、奥側から開口側に向けて、マイナス方向、プラス方向、マイナス方向の順になっている。プロペラシャフトでは高作動角を必要としないので、ブーツの取り付け方法も考慮して、上記のくさび角の配列により、一層の軽量コンパクト化を図ることができる。

この実施形態の固定式等速自在継手１はプロペラシャフト用であるので、外側継手部材２と内側継手部材４のトラック溝３、５は、第２の実施形態と同様、基準作動角、くさび角αが最初に０°になる作動角θ１、θ２は小さく設定する。軸方向のオフセット量ｆ１、ｆ２は誇張して表示している。この固定式等速自在継手１では、第１および第２の実施形態の固定式等速自在継手１とは逆に、奥側から開口側に向けて、くさび角αがマイナス方向、プラス方向、マイナス方向の順になっている。本実施形態の固定式等速自在継手１を使用することにより、トルク損失が小さく高効率で、軽量・コンパクトな自動車用プロペラシャフトが実現される。

図１１〜図１８に本発明の第４の実施形態を示す。図１１に本実施形態の固定型等速自在継手１の全体を示す。図１１（ａ）は、この固定式等速自在継手１の縦断面図であり、図１１（ｂ）は正面図である。本実施形態の固定式等速自在継手１は、第１の実施形態の固定式等速自在継手１に対して、外側継手部材２の開口側のトラック溝の形状が異なる。すなわち、第１の実施形態の外側継手部材２の開口側のトラック溝部３ａ（図２参照）は円弧状で開口端部まで至っていたが、本実施形態の外側継手部材２の開口側のトラック溝は、円弧状部に続き開口端部までを直線状部が形成されている（図１２参照）。

図１１に示すように、本実施形態の固定式等速自在継手１は、外側継手部材２、内側継手部材４、ボール６および保持器７とからなる。外側継手部材２の球状内周面８には８本のトラック溝３が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材４の球状外周面９には、外側継手部材２のトラック溝３と対向する８本のトラック溝５が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材２のトラック溝３と内側継手部材４のトラック溝５との間にトルクを伝達する８個のボール６が介在されている。外側継手部材２の球状内周面８と内側継手部材４の球状外周面９との間に、ボール６を保持する保持器７が配置されている。外側継手部材２はマウス部２ａおよびステム部２ｂを一体に有する。内側継手部材４は、内周にスプライン孔１０が設けられ、図示しないシャフトにスプライン連結され、外側継手部材２の外周面とシャフトの外周面とをブーツ（図示省略）で覆い、継手内部には、潤滑剤としてのグリースが封入される。

外側継手部材２の球状内周面８と内側継手部材４の球状外周面９は、いずれも継手中心Ｏｊに曲率中心を有する。外側継手部材２のトラック溝３のボール軌道中心線ｘと内側継手部材３のトラック溝５のボール軌道中心線ｙを一点鎖線で示す。この詳細については、図１２、図１３に基づいて説明する。

図１２に外側継手部材２のトラック溝３のボール軌道中心線ｘを示す。ボール軌道中心線ｘは、作動角０°状態の継手中心平面Ｐを含む領域のトラック溝部３ｂ、奥側のトラック溝部３ｃ、開口側のトラック溝３ａおよびこれに続く直線状のトラック部３ｓに対応して形成されている。トラック溝部３ａ、３ｂ、３ｃはそれぞれ異なった３つの曲線から構成され、開口側のトラック溝３ａに続く直線状のトラック部３ｓが開口端部まで形成されている。そして、３つの曲線からなるトラック溝部３ａ、３ｂ、３ｃおよび直線状のトラック溝３ｓは滑らかに接続されている。開口側のトラック溝部３ａのボール軌道中心線ｘは、Ｏ１に曲率中心をもち、半径Ｒ１の円弧で形成されている。曲率中心Ｏ１は、継手中心にＯｊに対して、軸方向の開口側にｆ１、かつ継手軸線から半径方向にＬ１オフセットされ、このＬ１は外側継手部材２の外径よりも外側に位置する。開口側のトラック溝部３ａに直線状のトラック溝３ｓが接線で接続され、外側継手部材２の軸線に平行に延びている。作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを含む領域のトラック溝部３ｂのボール軌道中心線ｘは、Ｏ２に曲率中心をもち、小さな半径Ｒ２の円弧で形成される。曲率中心Ｏ２は、継手中心Ｏｊに対して、軸方向の奥側にｆ２、かつ継手軸線から半径方向にＬ２オフセットされている。奥側のトラック溝部３ｃのボール軌道中心線ｘは、Ｏ３に曲率中心をもち、比較的大きな半径Ｒ３の円弧で形成される。曲率中心Ｏ３は、継手中心にＯｊに対して、軸方向の開口側にｆ３にオフセットされ、半径方向のオフセットはなく継手の軸線上に位置する。３つの曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３をそれぞれ有するトラック溝部３ａ、３ｂ、３ｃおよび直線状のトラック溝３ｓのボール軌道中心線ｘは滑らかに接続されている。

図１３に内側継手部材４を示す。図１３（ａ）は、内側継手部材４の縦断面図であり、図１３（ｂ）は、正面図である。図１３（ａ）に示すように、内側継手部材４のトラック溝５はボール軌道中心線ｙを有する。内側継手部材４のトラック溝５は、作動角が０°状態の継手中心平面Ｐを基準として、対になる外側継手部材２のトラック溝３と鏡像対称に形成されている。内側継手部材４のトラック溝５のボール軌道中心線ｙは、作動角０°状態の継手中心平面Ｐを含む領域のトラック溝部５ｂ、開口側のトラック溝部５ｃ、奥側のトラック溝部５ａおよびこれに続く直線状のトラック部５ｓに対応して形成されている。トラック溝部５ａ、５ｂ、５ｃがそれぞれ異なった３つの曲線から構成され、奥側のトラック溝５ａに続く直線状のトラック部５ｓが奥側端部まで形成されている。３つの曲線からなるトラック溝部５ａ、５ｂ、５ｃおよび直線状のトラック部５ｓは滑らかに接続されている。奥側のトラック溝部５ａのボール軌道中心線ｙは、Ｏ４に曲率中心をもち、半径Ｒ４の円弧で形成される。曲率中心Ｏ４は、継手中心Ｏｊに対して、軸方向の奥側にｆ４、かつ継手軸線から半径方向にＬ３オフセットされ、このＬ３は内側継手部材４の外径よりも外側に位置する。奥側のトラック溝部５ａに直線状のトラック溝５ｓが接線で接続され、内側継手部材２の軸線に平行に延びている。作動角０°状態の継手中心平面Ｐを含む領域のトラック溝部５ｂのボール軌道中心線ｙは、Ｏ５に曲率中心をもち、小さな半径Ｒ５の円弧で形成される。曲率中心Ｏ５は、継手中心Ｏｊに対して、軸方向の開口側にｆ５オフセットされ、継手軸線から半径方向にＬ４オフセットされている。開口側のトラック溝部５ｃのボール軌道中心線ｙは、Ｏ６に曲率中心をもち、比較的大きな半径Ｒ６の円弧で形成される。曲率中心Ｏ６は、継手中心にＯｊに対して、軸方向の奥側にｆ６オフセットされ、半径方向のオフセットはなく継手の軸線上に位置する。３つの曲率半径Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６をそれぞれ有するトラック溝部５ａ、５ｂ、５ｃおよび直線状のトラック溝５ｓのボール軌道中心線ｘは滑らかに接続されている。また、第１の実施形態と同様に、オフセット量ｆ４、ｆ５、ｆ６、半径方向オフセット量Ｌ３、Ｌ４および曲率半径Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ、図１２の外側継手部材２のオフセット量ｆ１、ｆ２、ｆ３、半径方向オフセット量Ｌ１、Ｌ２および曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に対応して設定される。

図１１〜図１３で示した外側継手部材２のトラック溝３のボール軌道中心線ｘと内側継手部材４のトラック溝５のボール軌道中心線ｙは、トラック溝３、５上を移動するボール６の中心軌跡と一致している。トラック溝３、５とボール６は、通常、接触角（３０°〜４０°程度）をもって接触しているので、トラック溝３、５とボール６とは、実際にはトラック溝３、５の溝底より少し離れたトラック溝３、５の側面側の位置で接触している。前述した第１の実施形態と同様に、便宜上、トラック溝３、５が形成するくさび角αはトラック溝３、５の溝底で表示している。図１１に示すように、本実施形態の固定式等速自在継手１においても、くさび角α０は、外側継手部材２の奥側に向けて開いている。

図１４に保持器７を示す。図１４（ａ）は保持器７の縦断面図であり、図１４（ｂ）は保持器７の横断面図である。この保持器７は、第１の実施形態の固定式等速自在継手１の保持器７と同じであるので、説明を省略する。

この実施形態の外側継手部材２のトラック溝３は、第１の実施形態の外側継手部材２の開口側のトラック溝部３ｃに直線状のトラック部３ｓを接続させたものであり、基準作動角、くさび角αが最初に０°になる作動角θ１、θ２や、くさび角αの変化する状態は、第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して、図１５〜図１７および表１について、重複説明は省略する。

本実施形態の固定式等速自在継手１は、第１の実施形態の固定式等速自在継手の前述した作用効果に加えて、外側継手部材２のトラック溝３の開口端部および内側継手部材４のトラック溝５の奥側端部に、継手の軸線に平行に延びる直線状のトラック溝部３ｓ、５ｓを有することにより、この部分を管理することで継手部材の全体の寸法管理が容易になる。

図１８は、本実施形態の固定式等速自在継手１を適用した自動車のドライブシャフト２０を示す。固定式等速自在継手１は中間シャフト１４の一端に連結され、他端には摺動式トリポード型等速自在継手１５が連結されている。前述した図８の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明は省略する。

本発明の第５の実施形態を図１９に基づいて説明する。図１９は第５の実施形態の固定型等速自在継手の外側継手部材のみを示す。この実施形態の固定式等速自在継手１は、プロペラシャフト用であるので、外側継手部材２と内側継手部材４のトラック溝３、５は、第２の実施形態の実施形態と同様、基準作動角、くさび角αが最初に０°になる作動角θ１、θ２は小さく設定する。軸方向のオフセット量ｆ１、ｆ２は誇張して表示している。基準作動角、くさび角αが最初に０°になる作動角θ１、θ２は小さくなるが、プロペラシャフトの用途における使用状態で、くさび角αの変化する状態は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

本発明の第６の実施形態に係る固定式等速自在継手を図２０に基づいて説明する。この固定式等速自在継手１は、外側継手部材２と内側継手部材４のトラック溝３、５に直線状のトラック溝部３ｓ、５ｓを有する構成が、第３の実施形態（図１０）と異なる。本実施形態の固定式等速自在継手１も、第３の実施形態と同様、自動車のプロペラシャフト２０に使用したものを示す。

外側継手部材２は、球状内周面８に８本のトラック溝３が軸方向に沿って形成されている。トラック溝３のボール軌道中心線ｘは、開口側のトラック溝部３ａと奥側のトラック溝部３ｂの２つの曲線と奥側のトラック溝３ｂに接続する直線状のトラック溝部３ｓから構成されている。トラック溝部３ａ、３ｂ、３ｓは滑らかに接続されている。開口側のトラック溝部３ａのボール軌道中心線ｘは、Ｏ１に曲率中心をもち、比較的小さな半径Ｒ１の円弧で形成される。曲率中心Ｏ１は、継手中心にＯｊに対して、軸方向の開口側にｆ１、かつ継手軸線から半径方向にＬ１オフセットされている。奥側のトラック溝部３ｂのボール軌道中心線ｘは、Ｏ２に曲率中心をもち、半径Ｒ２の円弧で形成される。曲率中心Ｏ２は、継手中心Ｏｊに対して、軸方向の奥側にｆ２、かつ継手軸線から半径方向にＬ２オフセットされ、このＬ２は外側継手部材２の外径よりも外側に位置する。直線状のトラック溝部３ｓは、奥側のトラック溝部３ｂに接線で接続し、継手の軸線に平行に延びている。トラック溝部３ａ、３ｂ、３ｓのボール軌道中心線ｘは滑らかに接続されている。内側継手部材４のトラック溝５は、継手中心平面Ｐを基準にして、外側継手部材２のトラック溝３と鏡像対象に形成されている。この固定式等速自在継手１では、外側継手部材２と内側継手部材４のトラック溝３、５間に形成されるくさび角αは、前述した第３の実施形態の固定式等速自在継手１と同様、奥側から開口側に向けて、マイナス方向、プラス方向、マイナス方向の順になっており、軽量コンパクト化を図ることができる。

この実施形態の外側継手部材２と内側継手部材４のトラック溝３、５は、前述した第１および第２の実施形態の固定式等速自在継手１とは逆に、奥側から開口側に向けて、くさび角αがマイナス方向、プラス方向、マイナス方向の順になっている。また、基準作動角、くさび角αが最初に０°になる作動角θ１、θ２は小さくされているが、プロペラシャフトの用途における使用状態で、くさび角αの変化する状態は同様であるので、説明を省略する。

図２１に本発明の第７の実施形態を示す。図２１（ａ）は、この固定式等速自在継手１の縦断面図であり、図２１（ｂ）は正面図である。本実施形態の固定式等速自在継手１は、第１の実施形態の固定式等速自在継手１に対して、ボール６の個数が異なり、６個としたものである。第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明は省略する。ボール個数が６個の場合でも、基準作動角、くさび角αが最初に０°になる作動角θ１、θ２、くさび角αの変化する状態は、第１の実施形態と略同様であるので、説明を省略する。ボール個数を６個とした場合は、小サイズの継手の設計に好適である。

図２２に本発明の第８の実施形態を示す。図２１（ａ）は、この固定式等速自在継手１の縦断面図であり、図２１（ｂ）は正面図である。本実施形態の固定式等速自在継手１は、第４の実施形態の固定式等速自在継手１に対して、ボール６の個数が異なり、６個としたものである。第４の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明は省略する。第８の実施形態と同様に、ボール個数を６個とした場合は、小サイズの継手の設計に好適である。

以上の実施形態の固定式等速自在継手１では、ドライブシャフト用では、基準作動角を１５°で設定したが、基準作動角は１５°より大きな角度や１５°よりも小さな角度で設定することができる。また、プロペラシャフト用では基準作動角を５°で設定したが、これ以外の角度で設定することができる。

外側継手部材２のボール軌道中心線は、奥側から開口側に向けて、くさび角αがプラス方向、マイナス方向、プラス方向の順に形成することも、また、これとは逆に、マイナス方向、プラス方向、マイナス方向の順に形成してもよい。また、トラック溝部３ａ、３ｂ、３ｃに対応するボール軌道中心線ｘの曲率中心Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３と曲率半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、前述したものに限らず、設定することができる。

さらに、ボール個数を特に限定するものではないが、ボール個数を６個とした場合は、小サイズの継手の設計に好適であり、ボールの個数を８個とした場合は、トルク損失低減に最適である。ボールの個数は、６個、８個の他に、３〜５個、７個あるいは９個以上の場合でも設定することができる。

以上の実施形態の固定式等速自在継手１では、保持器の球状外周面と球状内周面の曲率中心を継手中心Ｏｊに一致させて形成した同心状のものを示したが、保持器の球状外周面と球状内周面の曲率中心を継手中心Ｏｊに対して軸方向に少量オフセットさせてもよい。

１ 固定式等速自在継手
２ 外側継手部材
３ トラック溝
３ａ 開口側のトラック溝部
３ｂ 継手中心平面を含むトラック溝部
３ｃ 奥側のトラック溝部
３ｓ 直線状のトラック溝部
４ 内側継手部材
５ トラック溝
５ａ 奥側のトラック溝部
５ｂ 継手中心平面を含むトラック溝部
５ｃ 開口側のトラック溝部
５ｓ 直線状のトラック溝部
６ ボール
７ 保持器
８ 球状内周面
９ 球状外周面
１７ プロペラシャフト
２０ ドライブシャフト
Ａ くさび角が０°となる点
Ｂ くさび角が０°となる点
Ｃ 接続点
Ｄ 接続点
ｆ１ オフセット量
ｆ２ オフセット量
ｆ３ オフセット量
ｆ４ オフセット量
ｆ５ オフセット量
ｆ６ オフセット量
Ｏ１ 曲率中心
Ｏ２ 曲率中心
Ｏ３ 曲率中心
Ｏ４ 曲率中心
Ｏ５ 曲率中心
Ｏ６ 曲率中心
Ｏｊ 継手中心
Ｐ 継手中心平面
Ｒ１ 曲率半径
Ｒ２ 曲率半径
Ｒ３ 曲率半径
Ｒ４ 曲率半径
Ｒ５ 曲率半径
Ｒ６ 曲率半径
ｘ ボール軌道中心線
ｙ ボール軌道中心線
α くさび角
α０ 作動角が０°のときのくさび角
θ１ くさび角が０°となる作動角
θ２ くさび角が０°となる作動角

Claims (13)

1. 内球面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、外球面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材と内側継手部材の対となるトラック溝間に配置されるトルク伝達ボールと、前記外側継手部材の内球面および前記内側継手部材の外球面とそれぞれ球面嵌合し、かつ各トルク伝達ボールを保持する保持器とを具備した固定式等速自在継手において、
   前記外側継手部材と内側継手部材の対となるトラック溝がくさび角（α）を形成し、作動角が０°の状態で、継手中心平面上に配置されたトルク伝達ボールに対するくさび角（α０）が、全てのトラック溝の対において軸方向の同じ方向に開いており、かつ、前記外側継手部材と内側継手部材の対となるトラック溝が、前記継手中心平面を基準として、鏡像対象となる形状に形成されたものであって、継手が作動角を取ったとき、前記外側継手部材と内側継手部材のトラック溝は、前記トルク伝達ボールが外側継手部材の開口側に移動すると、該開口側における前記くさび角（α）が最初に０°となり、次いで、前記くさび角（α０）の開く方向とは逆の方向に向くと共に、反対に、前記トルク伝達ボールが外側継手部材の奥側に移動すると、該奥側における前記くさび角（α）が最初に０°となり、次いで、前記くさび角（α０）の開く方向とは逆の方向に向く軸方向の形状を有していることを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記開口側におけるくさび角（α）が最初に０°となる作動角（θ１）と、前記奥側おけるくさび角（α）が最初に０°となる作動角（θ２）とが異なることを特徴とする固定式等速自在継手。
3. 前記外側継手部材と内側継手部材のトラック溝が、軸方向に接続する２つの曲線から構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
4. 前記外側継手部材と内側継手部材のトラック溝が、軸方向に接続する３つの曲線から構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
5. 前記外側継手部材と内側継手部材の軸方向に接続する複数の曲線から構成されたトラック溝の前記曲線が円弧であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の固定式等速自在継手。
6. 前記外側継手部材の円弧で形成されたトラック溝のボール軌道中心線が、奥側から開口側に向けて、曲率中心（Ｏ２）を有する半径（Ｒ２）の円弧で形成されたトラック部（３ｂ）と曲率中心（Ｏ１）を有する半径（Ｒ１）の円弧で形成されたトラック部（３ａ）からなり、内側継手部材のトラック溝が、前記作動角０°の状態の継手中心平面を基準として、前記外側継手部材のトラック溝と鏡像対象となる形状に形成されたことを特徴とする請求項５に記載の固定式等速自在継手。
7. 前記外側継手部材の円弧で形成されたトラック溝のボール軌道中心線が、奥側から開口側に向けて、曲率中心（Ｏ３）を有する半径（Ｒ３）の円弧で形成されたトラック部（３ｃ）、曲率中心（Ｏ２）を有する半径（Ｒ２）の円弧で形成されたトラック部（３ｂ）および曲率中心（Ｏ１）を有する半径（Ｒ１）の円弧で形成されたトラック部（３ａ）からなり、内側継手部材のトラック溝が、前記継手中心平面を基準として、前記外側継手部材のトラック溝と鏡像対象となる形状に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の固定式等速自在継手。
8. 前記外側継手部材のトラック溝の開口端部および前記内側継手部材のトラック溝の奥側端部に、継手の軸線に平行に延びる直線状のトラック溝部が形成されていることを特徴とすることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の固定式等速自在継手。
9. 前記外側継手部材の開口側におけるくさび角（α）が最初に０°となる作動角（θ₁）、又は外側継手部材の奥側におけるくさび角αが最初に０°となる作動角θ２を１５°に設定したことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の固定式等速自在継手。
10. 前記トルク伝達ボールの個数を６個としたことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の固定式等速自在継手。
11. 前記トルク伝達ボールの個数を８個としたことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の固定式等速自在継手。
12. 請求項１〜１１の何れか１項に記載の固定式等速自在継手を少なくとも１つ使用したことを特徴とするドライブシャフト。
13. 請求項１〜１１の何れか１項に記載の固定式等速自在継手を少なくとも１つ使用したことを特徴とするプロペラシャフト。

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