JP2013053690A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】鍛造成形トラックと仕上げ加工トラックのボールとの安定した接触状況を確保することでより優れた耐久性を確保し、鍛造金型や製品の品質管理も従来と変わらず容易とするトラック形状を有する等速自在継手を提供する。
【解決手段】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少なくとも一方を、冷間鍛造仕上げにより成型する。トラック溝の横断面形状を、トラック溝底側をゴシックアーチ形状とし、トラック溝開口側を楕円形状とする。トラック溝の開角側から継手奥側に向かって、前記ゴシックアーチ形状と楕円形状との繋ぎ角度及びトラック溝のボール接触率を徐々に小さくした。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定式等速自在継手に関し、特に、自動車のドライブシャフトやプロペラシャフト等に用いることが可能な固定式等速自在継手に関する。

固定式等速自在継手には、バーフィールド型（ＢＪ）やアンダーカットフリー型（ＵＪ）等の固定式等速自在継手がある。

固定式等速自在継手は、図１５に示すように、内径面５１に複数のトラック溝５２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５３と、外径面５４に外側継手部材５３のトラック溝５２と対をなす複数のトラック溝５５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５６と、外側継手部材５３のトラック溝５２と内側継手部材５６のトラック溝５５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール５７と、外側継手部材５３の内径面５１と内側継手部材５６の外径面５４との間に介在してボール５７を保持するケージ５８とを備えている。なお、図１５では作動角をとった状態を示している。

このような固定式等速自在継手における外側継手部材及び内側継手部材は、以下の方法で製作される。まず、円柱状ビレットを熱間鍛造、温間鍛造または冷間鍛造で外側継手部材あるいは内側継手部材の概略形状に形成し、任意の形状に旋削加工を行う。その後に熱処理を施し、外径面、内径面とトラック溝を研削や焼入れ鋼切削などで仕上げ加工することにより製作している。

このように、鍛造、旋削および熱処理の後、トラック溝の仕上げ加工を行っていると、トラック溝の仕上げ加工に要する設備、工具などの費用が嵩むと共に、仕上げ加工に時間を要することや、材料の歩留まりも悪いという不都合がある。そこで、外側継手部材のトラック溝あるいは内側継手部材のトラック溝の少なくとも一方またはその両方を冷間鍛造仕上げにより形成する方法がある（特許文献１）。このように、冷間鍛造仕上げで形成したことにより、トラック溝の形成が冷間鍛造仕上げのみとなるので、従来の冷間鍛造後の切削加工や研削加工などの多くの機械加工を省略することができ、歩留まりが向上し、固定式等速自在継手の低コスト化を図ることができる。

特開２００８−２６２４号公報

ところで、このような固定式等速自在継手のトラック溝の横断面形状は、トラック溝に対するボールの接触状態を安定化させるために、ボールとアンギュラ接触させる構造が望ましい。トラック溝の横断面形状は、研削や焼入れ鋼切削加工による仕上げ加工方法では、工具と加工方法から楕円形状となるのに対し、冷間鍛造仕上げトラック溝の横断面形状は、鍛造の成型のし易さや品質管理の観点から、通常ゴシックアーチ形状としていた。

トルク負荷を受けた固定式等速自在継手の内部では、内側継手部材（外側継手部材）→ボール→外側継手部材（内側継手部材）と荷重が伝わり、内側継手部材と外側継手部材間のＰＣＤスキマやトルクの大小により、ボールとトラックの接触点が球面部側に移動し（ボールがトラック斜面を乗りあがって）、接触角が変化する。すなわち、図１６に示す低負荷時の接触角をθとし、図１７に示す高負荷時の接触角をθ´とした場合、θ＜θ´となっている。ここで、接触角とは、ボール５７の中心Ｏｂを基準としてボール５７とトラック溝５２，５５とが接触するボール接触中心Ｐとトラック溝５２，５５の溝底中心Ｑとのなす角度を意味する。

上記従来技術の冷間鍛造仕上げトラック溝（ゴシックアーチ形状）と加工トラック溝（楕円形状）は、その形状から接触点の移動距離（接触角の変化量）や、高作動角での接触楕円Ｓ(図１７参照)のはみ出し量が発生し、チャンファエッジ部６０への過大な面圧が生じるおそれがある。

従来の鍛造成型トラックの横断面形状を図１８に示し、仕上げ加工トラックの横断面形状を図１９に示す。通常の鍛造成型のトラック溝横断面形状は、単純Ｒを垂直軸に対して投影した形となるため、トラック溝底６１側に形成されるＶＣ（Vertical Clearance）（トラック溝５２の溝底６１とボール５７のこの溝底対応部６２との間の寸法）を大きくすることが出来、ＶＣ測定による形状管理が容易となっている。しかしながら、仕上げ加工のトラック溝５１の横断面形状は楕円形状であり、トラック溝底６１側のＶＣが小さくなる。すなわち、鍛造成型トラックのＶＣ量をＶＣ１とし、仕上げ加工トラックのＶＣ量をＶＣ２とした場合、ＶＣ１＞ＶＣ２となる。このため、仕上げ加工をしない鍛造仕上げのトラックに仕上げ加工のトラック形状を適用する場合、単純Ｒの場合より金型や鍛造品の形状管理がし難くなる。

本発明の課題は、鍛造成形トラックと仕上げ加工トラックのボールとの安定した接触状況を確保することでより優れた耐久性を確保し、鍛造金型や製品の品質管理も従来と変わらず容易とするトラック形状を有する固定式等速自在継手を提案する。

本発明の固定式等速自在継手は、内径面にトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に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トルク伝達ボールトラックに配設されるトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するケージとを備えた固定式等速自在継手であって、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少なくとも一方を、冷間鍛造仕上げにより成型し、その横断面形状を、トラック溝底側をゴシックアーチ形状とし、トラック溝開口側を楕円形状とし、かつ、トラック溝の開角側から継手奥側に向かって、前記ゴシックアーチ形状と楕円形状との繋ぎ角度及びトラック溝のボール接触率を徐々に小さくしたものである。ここで、ボール接触率とは、ボールの半径に対するトラック溝の曲率半径の比である。

本発明の固定式等速自在継手よれば、球面に近い側（トラック溝開口側）を仕上げ加工トラック溝と同様の楕円形状とすることができる。すなわち、機能上必要なトラック範囲を楕円形状とし、管理上必要なトラック範囲をゴシックアーチ形状とすることになる。

トラック溝の開角側（継手開口側）から継手奥側に向かって、ゴシックアーチ形状と楕円形状との繋ぎ角度（繋ぎ位置）を徐々に小さくしているので、継手奥側においても、接触楕円のはみ出しが発生しにくくなる。この場合、継手開口側であるトラック溝の開角側から継手奥側に向けて接触角が徐々に小さくなるように設定できる。

ところで、トラック溝とボールの接触率が大きくなることで、接触楕円は小さくなり接触部の面圧は大きくなる。接触率が小さくなると、接触楕円は大きくなり、接触部の面圧は小さくなる。大きなトルクを負荷して、接触楕円がトラックからはみ出しても、接触率が低いほうが接触面積は大きくなり、面圧の増加を抑えることができる。

そこで、本発明では、継手奥側断面部では、トラック底面はゴシックアーチ形状で接触角からは接触率を低くし、接触楕円を大きくしてトラック肩部までと繋ぎ、外輪カップ側面側（トラックの開口側）に向かって徐々に接触率を大きく（トラック溝の開角側から継手奥側に向かって、ボール接触率を徐々に小さく）した。これによって、カップ底側の浅いトラックにおいても、接触楕円がはみ出した場合にも接触面圧の変化が少ないために、チャンファエッジ部にかかる面圧が抑えられる。

トラックのゴシックアーチ形状と楕円形状の繋ぎ位置（角度）を、外輪カップ端面側(トラックの開角側)からカップ底に向かって徐々に小さくすることと、外輪カップ側面側（トラック開口側）に向かって、接触率を徐々に大きくすることを組み合わせることで、継手奥側に位置する浅いトラック溝においても、接触楕円のはみ出しが発生し難く、発生した場合にもチャンファエッジ部にかかる面圧が抑えられて、高い耐久性を確保することが出来る。

ゴシックアーチ形状と楕円形状との繋ぎ位置を、ボール中心とトラック溝底中心とを結んだ直線を中心に、３０°〜４５°の範囲で溝開口側に位置するようにしたり、２０°〜３５°の範囲で溝開口側に位置するようにしたりできる。２０°未満では、形状管理のためのＶＣ量が不足し、また、４５°を越えれば、４５°を超える範囲のトラック面（範囲）が小さく、楕円とすることの影響が小さくなる（有利さが発揮されない）。

外側継手部材における内径面とトラック溝との境界部と、内側継手部材における外径面とトラック溝との境界部とにそれぞれトラックチャンファを形成するとともに、トラックチャンファのトラック溝側に、トラック溝と連結されるアール部を形成したものとできる。また、外側継手部材における内径面とトラック溝との境界部と、内側継手部材における外径面とトラック溝との境界部をアール状のトラックチャンファとすることができる。

さらに、外側継手部材の開口縁全周に沿って形成される入口チャンファと、外側継手部材における内径面とトラック溝との境界部のトラックチャンファと、入口チャンファとトラック溝との境界部のトラック入口チャンファとを冷間鍛造仕上げにより形成することができる。

外側継手部材の開口端面乃至開口縁全周に沿って形成される入口チャンファを冷間鍛造仕上げにより形成してもよい。また、外側継手部材のトラック溝とトラック入口チャンファとを同時冷間鍛造仕上げにより形成したり、外側継手部材のトラック溝とトラックチャンファ、及び内側継手部材のトラック溝とトラックチャンファを同時冷間鍛造仕上げによりそれぞれ形成したりすることができる。

トラック溝とボールの接触角を継手開口側から継手奥側に向かって徐々に小さくするのが好ましい。

固定式等速自在継手として、トラック溝底が円弧部のみであるバーフィールド型やトラック溝底が円弧部及び直線部とからなるアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手であってもよい。

自動車の駆動軸用の固定式等速自在継手に用いたり、自動車のプロペラシャフト用の固定式等速自在継手に用いたりできる。

トルク伝達ボールが１０個以下であるのが好ましい。

本発明の固定式等速自在継手では、機能上必要なトラック範囲を楕円形状とし、管理上必要なトラック範囲をゴシックアーチ形状とすることになり、鍛造金型や製品の品質管理の容易さと、ボールとトラック溝の接触状態の安定化を両立させることが可能となる。しかも、トラック溝における継手奥側の浅い部位においても、接触楕円のはみ出しが発生し難くなり、より高い耐久性を確保することができる。

トラック溝における継手奥側においては、溝深さが浅くなるが、この部分では、接触角及び接触率が小さく設定されており、トラック肩部へのボールの乗り上げを抑え、仮に乗り上げても局部面圧が抑えられ、耐久性が確保される。

ゴシックアーチ形状と楕円形状との繋ぎ位置を、ボール中心とトラック溝底中心とを結んだ直線を中心に、２０°〜４５°の範囲で溝開口側に位置するものでは、形状管理のためのＶＣ量を十分確保でき、機能上必要なトラック面を十分確保できる。

外側継手部材の入口チャンファと、外側継手部材のトラックチャンファと、内側継手部材のトラックチャンファと、入口チャンファとトラック溝とのトラック入口チャンファ等を冷間鍛造仕上げすることによって、従来の冷間鍛造後の切削加工や研削加工等を省略することができる。これによって、歩留まりが向上し、固定式等速自在継手の製造コストの低減を図ることができる。

特に、外側継手部材のトラック溝とトラック入口チャンファとを同時冷間鍛造仕上げにより形成したり、外側継手部材のトラック溝とトラックチャンファ、内側継手部材のトラック溝とトラックチャンファを同時冷間鍛造仕上げにより形成したりすることによって生産性の向上を図ることができる。

トルク伝達ボールが１０個以下であればよいので、設計自由度が大となって、設計性に優れる。また、種々のタイプの固定式等速自在継手に対応することができる。

本発明の第１の固定式等速自在継手の外側継手部材のトラック溝の断面図である。 前記固定式等速自在継手の内側継手部材のトラック溝の断面図である。 前記固定式等速自在継手のトラック溝形状を示し、（ａ）はθ１が３０〜４５ｄｅｇの範囲である外側継手部材のトラック溝の断面図であり、（ｂ）はθ１が３０〜４５ｄｅｇの範囲である内側継手部材のトラック溝の断面図である。 前記固定式等速自在継手のトラック溝形状を示し、（ａ）はθ１が２０〜３５ｄｅｇの範囲である外側継手部材のトラック溝の断面図であり、（ｂ）はθ１が２０〜３５ｄｅｇの範囲である内側継手部材のトラック溝の断面図である。 前記固定式等速自在継手の断面図である。 前記固定式等速自在継手の外側継手部材のトラック溝の簡略展開図である。 前記固定式等速自在継手の外側継手部材の半裁断面図である。 前記固定式等速自在継手の内側継手部材の半裁断面図である。 前記外側継手部材の繋ぎ角度を変化させていないときのトラック溝を示し、（ａ）は図７のＡ断面であり、（ｂ）図７のＢ断面であり、（ｃ）は図７のＣ断面である。 外側継手部材の繋ぎ角度を変化させせたときのトラック溝を示し、（ａ）は図７のＡ断面であり、（ｂ）は図７のＢ断面であり、（ｃ）は図７のＣ断面である。 前記内側継手部材の繋ぎ角度を変化させていないときのトラック溝を示し、（ａ）は図８のＡ断面であり、（ｂ）は図８のＢ断面であり、（ｃ）は図８のＣ断面である。 内側継手部材の繋ぎ角度を変化させたときのトラック溝を示し、（ａ）は図８のＡ断面であり、（ｂ）は図８のＢ断面であり、（ｃ）は図８のＣ断面である。 前記固定式等速自在継手の接触楕円を示す拡大断面図である。 本発明の第２の固定式等速自在継手の断面図である。 従来の固定式等速自在継手の作動角をとった状態の断面図である。 前記図１５に示す固定式等速自在継手において低負荷時の要部断面図である。 前記図１５に示す固定式等速自在継手において高負荷時の要部断面図である。 鍛造成型トラック溝の断面形状を示す断面図である。 仕上げ加工トラック溝の断面形状を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

図５は本発明の固定式等速自在継手であるアンダーカットフリータイプの固定式等速自在継手を示している。この固定式等速自在継手は、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が収容されるポケット１８ａが周方向に沿って複数配設されている。

また、外側継手部材１３のトラック溝１２は、奥側が円弧部１２ａとされ、開口側が直線部１２ｂとされる。内側継手部材１６のトラック溝１５は、奥側が直線部１５ａとされ、開口側が円弧部１５ｂとされる。内側継手部材１６のトラック溝１５の曲率中心Ｏ１および外側継手部材１３のトラック溝１２の曲率中心Ｏ２は、継手中心Ｏに対して等距離Ｆ、Ｆだけ軸方向に逆向きにオフセットされている。

また、内側継手部材１６はシャフト嵌入用孔部１９が設けられ、このシャフト嵌入用孔部１９の内径面に雌スプライン２３が形成されている。内側継手部材１６のシャフト嵌入用孔部１９にシャフト２５の端部雄スプライン２５ａが嵌入され、この端部雄スプライン２５ａが内側継手部材１６の雌スプライン２３に嵌合する。なお、端部雄スプライン２５ａの端部には周方向溝２６が設けられ、この周方向溝２６に止め輪２７が装着されている。

外側継手部材１３において、図６に示すように、開口縁全周に沿って形成される入口チャンファ（カップ入口チャンファ）３０が形成され、内径面１１とトラック溝１２との境界部には、トラックチャンファ３１が形成され、トラック溝１２とカップ入口チャンファ３０との境界部にはトラック入口チャンファ３２が形成されている。 また、内側継手部材１６において、外径面１４とトラック溝１５との境界部とにトラックチャンファ３３（図２参照）が形成される。

外側継手部材１３のトラック溝１２の横断面形状を、図１に示すように、トラック溝底側をゴシックアーチ形状とし、トラック溝開口側を楕円形状としている。すなわち、外側継手部材１３のトラック溝１２は、トラック溝底側にゴシックアーチトラック形状部３５を形成するとともに、トラック溝開口側の楕円トラック形状部３６，３６を備えるものである。外側継手部材１３における内径面１１とトラック溝１２との境界部のトラックチャンファ３１は、図１に示すようなアール部３１ａから構成される。

内側継手部材１６のトラック溝１５の横断面形状も、図２に示すように、トラック溝底側をゴシックアーチ形状とし、トラック溝開口側を楕円形状としている。すなわち、内側継手部材１６のトラック溝１５は、トラック溝底側にゴシックアーチトラック形状部３８を形成するとともに、トラック溝開口側の楕円トラック形状部３９，３９を備えるものである。内側継手部材１６における外径面１４とトラック溝１５との境界部のトラックチャンファ３３は、図２に示すように、テーパ面３３ａからなり、このトラックチャンファ３３とトラック溝１５とは小アール部４０を介して連設されている。

なお、外側継手部材１３におけるトラックチャンファ３１を図２に示すようなトラックチャンファ３３の形状としても、内側継手部材１６におけるトラックチャンファ３３を図１に示すようなトラックチャンファ３１の形状としてもよい。

ところで、ゴシックアーチトラック形状部３５（３８）と楕円トラック形状部３６（３９）との繋ぎ位置２２は、図３（ａ）（ｂ）および図４（ａ）（ｂ）に示すように、ボール中心Ｏｂとトラック溝底中心とを結んだ直線Ｌを中心に、θ（θ１、θ２）の範囲で溝開口側に位置する。すなわち、図１と図２に示すように、ゴシックアーチトラック形状部３５（３８）は範囲Ｈ内に設けられ、楕円トラック形状部３６（３９）は範囲Ｈ１内に設けられる。図３では、そのθをθ１（３０°〜４５°）とし、図４では、そのθをθ２（２０°〜３５°）としている。

外側継手部材１３においては、トラック溝１２、入口チャンファ（カップ入口チャンファ）３０、トラックチャンファ３１、及びトラック入口チャンファ３２、開口端面１３ａが冷間鍛造仕上げにより形成される。特に、外側継手部材１３のトラック溝１２とトラック入口チャンファ３２とを同時冷間鍛造仕上げにより形成し、外側継手部材１３のトラック溝１２とトラックチャンファ３１を同時冷間鍛造仕上げにより形成する。

ところで、外側継手部材１３の鍛造仕上げには、既設の製造装置（例えば、特開２００９−１８５９３３号公報に開示された製造装置等）にて行うことができる。この場合、複数の分割パンチのトラック溝形成部の形状を、単純アールトラック形状部３５と楕円トラック形状部３６，３６とを形成することができる形状に変更すればよい。

また、内側継手部材１６においても、トラック溝１５とトラックチャンファ３３とは同時冷間鍛造仕上げにより形成する。内側継手部材１６の鍛造仕上げには、既設の製造装置（例えば、特開２００７−２６０６９８号公報に開示された製造装置等）にて行うことができる。この場合、ダイスのトラック溝形成部の形状を、単純アールトラック形状部３８と楕円トラック形状部３９，３９とを形成することができる形状に変更すればよい。

本発明の固定式等速自在継手は、球面に近い側(トラック溝開口側)を仕上げ加工トラック溝と同様の楕円形状とすることができる。すなわち、機能上必要なトラック範囲を楕円形状とし、管理上必要なトラック範囲をゴシックアーチ形状とすることになる。このため、鍛造金型や製品の品質管理の容易さと、ボール１７とトラック溝１２（１５）の接触状態の安定化を両立させることが可能となる。

また、ゴシックアーチ形状と楕円形状との繋ぎ位置を、ボール中心Ｏｂとトラック溝底中心とを結んだ直線を中心に、２０°〜４５°の範囲で溝開口側に位置する。このため、形状管理のためのＶＣ（Vertical Clearance）量を、図１と図２に示すように、ＶＣ３、ＶＣ４に示すように、十分確保でき、機能上必要なトラック面を十分確保できる。

外側継手部材１３の入口チャンファ３０と、外側継手部材１３のトラックチャンファ３１と、外側継手部材１３のトラック入口チャンファ３２と、内側継手部材１６のトラックチャンファ３３等を冷間鍛造仕上げすることによって、従来の冷間鍛造後の切削加工や研削加工等を省略することができる。これによって、歩留まりが向上し、固定式等速自在継手の製造コストの低減を図ることができる。

特に、外側継手部材１３のトラック溝１２とトラック入口チャンファ３２とを同時冷間鍛造仕上げにて形成したり、外側継手部材１３のトラック溝１２とトラックチャンファ３１、及び内側継手部材１６のトラック溝１５とトラックチャンファ３３を同時冷間鍛造仕上げにて形成したりすることによって生産性の向上を図ることができる。

トルク伝達ボールとしては１０個以下であればよい。このため、設計自由度が大となって、設計性に優れる。

ところで、この種の固定式等速自在継手においては、図７に示すように、外側継手部材１３のトラック溝１２は、トラック開角側（継手開口側）から継手奥側に向かって徐々に浅くなる。このため、ゴシックアールトラック形状部３５と楕円トラック形状部３６との繋ぎ位置２２が、開角側から継手奥側に沿って同一位置であれば、継手奥側ほど繋ぎ位置２２からトラックエッジＥ(トラック溝と内径面との境界線)(図９と図１０参照)までの距離が、継手奥側ほど短くなる。

すなわち、図７のＡ断面（トラック溝１２の中心Ｏ２とＡ部とを結ぶ直線に沿って切断されてなる断面）におけるθと、図７のＢ断面（トラック溝１２の中心Ｏ２とＢ部とを結ぶ直線に沿って切断されてなる断面）におけるθと、図７のＣ断面（トラック溝１２の中心Ｏ２とＣ部とを結ぶ直線に沿って切断されてなる断面）におけるθとが、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）では同一である。

この場合、図９（ａ）に示すように、Ａ断面での繋ぎ位置２２からトラックエッジＥまでの距離をＬａとし、図９（ｂ）に示すように、Ｂ断面での繋ぎ位置２２からトラックエッジＥまでの距離をＬｂとし、図９（ｃ）に示すように、Ｃ断面での繋ぎ位置２２からトラックエッジＥまでの距離をＬｃとする。この場合、Ｌａ＜Ｌｂ＜Ｌｃとなる。このため、想定以上の大きなトルクを負荷した場合、トラック肩部に設定されたチャンファ部３２にボールが乗り上がり、そのチャンファエッジ部Ｅに接触楕円がはみ出して過大な面圧となりエッジ部が損傷して、寿命が低下することがある。

そこで、本発明では、トラック溝の開角側（継手開口側）から継手奥側に向かって、前記ゴシックアーチ形状と楕円形状との繋ぎ角度θ（θａ、θｂ、θｃ）を図１０に示すように、徐々に小さくしている。このように、設定すれば、Ａ断面での繋ぎ位置２２からトラックエッジＥまでの距離がＬａ´(図１０（ａ）参照)とし、Ｂ断面での繋ぎ位置２２からトラックエッジＥまでの距離がＬｂ´（図１０（ｂ）参照）とし、Ｃ断面での繋ぎ位置２２からトラックエッジＥまでの距離がＬｃ´（図１０（ｃ）参照）となる。この場合、Ｌａ＜Ｌａ´となり、Ｌｂ＜Ｌｂ´となり、Ｌｃ＝Ｌｃ´となる。

また、図８に示すように、内側継手部材１６のトラック溝１５も、トラック開角側（継手開口側）から継手奥側に向かって徐々に浅くなる。このため、ゴシックアーチトラック形状部３８と楕円トラック形状部３９との繋ぎ位置２２ａが、開角側から継手奥側に沿って同一位置であれば、継手奥側ほど繋ぎ位置２２ａからトラックエッジＥ(トラック溝と内径面との境界線)(図１１と図１２参照)までの距離が、継手奥側ほど短くなる。

すなわち、図８のＤ断面（トラック溝１５の中心Ｏ２とＤ部とを結ぶ直線に沿って切断されてなる断面）におけるθと、図８のＥ断面（トラック溝１５の中心Ｏ２とＥ部とを結ぶ直線に沿って切断されてなる断面）におけるθと、図８のＦ断面（トラック溝１２の中心Ｏ２とＦ部とを結ぶ直線に沿って切断されてなる断面）におけるθとが、図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）では同一である。

この場合、図１１（ａ）に示すように、Ｄ断面での繋ぎ位置２２からトラックエッジＥまでの距離をＬｄとし、図１１（ｂ）に示すように、Ｅ断面での繋ぎ位置２２からトラックエッジＥまでの距離をＬｅとし、図１１（ｃ）に示すように、Ｆ断面での繋ぎ位置２２からトラックエッジＥまでの距離をＬｆとする。この場合、Ｌｄ＜Ｌｅ＜Ｌｆとなる。このため、想定以上の大きなトルクを負荷した場合、接触楕円がはみ出して寿命が低下することがある。

そこで、本発明では、トラック溝の開角側（継手開口側）から継手奥側に向かって、前記ゴシックアーチ形状と楕円形状との繋ぎ角度θ（θｄ、θｅ、θｆ）を図１２に示すように、徐々に小さくしている。このように、設定すれば、Ｄ断面での繋ぎ位置２２からトラックエッジＥまでの距離がＬｄ´(図１２（ａ）参照)とし、Ｅ断面での繋ぎ位置２２からトラックエッジＥまでの距離がＬｅ´（図１２（ｂ）参照）とし、Ｆ断面での繋ぎ位置２２からトラックエッジＥまでの距離がＬｆ´（図１２（ｃ）参照）となる。この場合、Ｌｄ＜Ｌｄ´となり、Ｌｅ＜Ｌｅ´となり、Ｌｆ＝Ｌｆ´となる。

これによって、トラック溝における継手奥側の浅い部位においても、接触楕円のはみ出しが発生し難くなり、より高い耐久性を確保することができる。この場合、接触角として、継手開口側から継手奥側に沿って変化しないものであっても、継手開口側から継手奥側に沿って徐々に小さくなるものであってもよい。

ところで、トラック溝とボールの接触率が大きくなることで、接触楕円は小さくなり接触部の面圧は大きくなる。接触率が小さくなると、接触楕円はおおきくなり、接触部の面圧は小さくなる。大きなトルクを負荷して、接触楕円がトラックからはみ出しても、接触率が低いほうが接触面積は大きくなり、面圧の増加を抑えることができる。ここで、接触率とは、ボール１７の半径Ｒｂに対するトラック溝１２（１５）の曲率半径Ｒ１２（Ｒ１５）の比である。図１３においては、Ｓ１は接触率が大の接触楕円を示し、Ｓ２は接触率が小の接触楕円を示している。θ´´は繋ぎ角度を示している。

そこで、本発明では、継手奥側断面部では、トラック底面はゴシックアーチ形状で接触角からは接触率を低くし、接触楕円を大きくしてトラック肩部までと繋ぎ、外輪カップ側面側（トラックの開口側）に向かって徐々に接触率を大きくする（トラック溝の開角側から継手奥側に向かって、ボール接触率を徐々に小さくする）。これによって、カップ底側の浅いトラックにおいても、接触楕円がはみ出した場合にも接触面圧の変化が少ないために、チャンファエッジ部に掛かる面圧が抑えられる。

このため、このような等速自在継手では、トラック溝における継手奥側においては、溝深さが浅くなるが、この部分では、接触角及び接触率が小さく設定されており、トラック肩部へのボールの乗り上げを抑え、仮に乗り上げても局部面圧が抑えられ、耐久性が確保される。

次に、図１４はバーフィールドタイプの固定式等速自在継手であって、この固定式等速自在継手は、内径面４１に複数のトラック溝４２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４３と、外径面４４に外側継手部材４３のトラック溝４２と対をなす複数のトラック溝４５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４６と、外側継手部材４３のトラック溝４２と内側継手部材４６のトラック溝４５とが協働して形成されるボールトラックにそれぞれ配されたトルク伝達ボール４７と、外側継手部材４３の内径面４１と内側継手部材４６の外径面４４との間に介在してボール４７を保持するケージ４８とを備えている。

この場合も、トラック溝４２、４５は図１と図２に示すように、トラック溝底側にゴシックアーチトラック形状部３５、３８を形成するとともに、トラック溝開口側の楕円トラック形状部３６，３６、３９，３９を備えるものである。しかも、トラック溝の開角側から継手奥側に向かって、前記ゴシックアーチ形状と楕円形状との繋ぎ角度を徐々に小さくするとともに、トラック溝のボール接触率を徐々に小さくした。

さらには、外側継手部材４３において、開口縁全周に沿って形成される入口チャンファ（カップ入口チャンファ）３０が形成され、内径面４１とトラック溝４２との境界部には、トラックチャンファが形成され、トラック溝４２とカップ入口チャンファ３０との境界部にはトラック入口チャンファが形成されている。また、内側継手部材４６において、外径面４４とトラック溝４５との境界部とにトラックチャンファが形成される。

この場合も、トラック溝４２、入口チャンファ（カップ入口チャンファ）、トラックチャンファ、及びトラック入口チャンファ、外側継手部材４３の開口端面４３ａが冷間鍛造仕上げにより形成される。特に、外側継手部材４３のトラック溝４２とトラック入口チャンファとを同時冷間鍛造仕上げにより形成し、外側継手部材４３のトラック溝１２とトラックチャンファ、内側継手部材４６のトラック溝４５とトラックチャンファを同時冷間鍛造仕上げにより形成する。

このようなバーフィールドタイプの固定式等速自在継手であっても、前記図１に示すアンダーカットフリータイプの固定式等速自在継手と同様の作用効果を奏する。このため、本発明の固定式等速自在継手は、自動車の駆動軸用の固定式等速自在継手に用いたり、自動車のプロペラシャフト用の固定式等速自在継手に用いたりできる。

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、前記実施形態では、外側継手部材及び内側継手部材の各トラック溝を冷間鍛造仕上げにて形成していたが、外側継手部材及び内側継手部材のいずれか一方のみのトラック溝を冷間鍛造仕上げにて形成したものであってもよい。チャンファのアール部の曲率半径としては、トラック溝と内径面（又は外径面）とが滑らかに連続するものであれば種々変更することができる。また、図１０のθａ、θｂ、θｃや図１２のθｄ、θｅ、θｆ等の変位量は、トラック溝における継手奥側の浅い部位においても接触楕円のはみ出しが発生しにくくなる範囲で種々変更できる。

１１ 内径面
１２ トラック溝
１２ａ 円弧部
１２ｂ 直線部
１３ 外側継手部材
１４ 外径面
１５ トラック溝
１５ｂ 円弧部
１５ａ 直線部
１６ 内側継手部材
１７ ボール
１８ ケージ
３０ カップ入口チャンファ
３１ トラックチャンファ
３２ トラック入口チャンファ
３３ トラックチャンファ
４１ 内径面
４２ トラック溝
４３ 外側継手部材
４４ 外径面
４５ トラック溝
４６ 内側継手部材
４７ トルク伝達ボール
４８ ケージ
Ｏｂ ボール中心
Ｑ 溝底中心

Claims (15)

1. 内径面にトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に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トルク伝達ボールトラックに配設されるトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するケージとを備えた固定式等速自在継手であって、
   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少なくとも一方を、冷間鍛造仕上げにより成型し、その横断面形状を、トラック溝底側をゴシックアーチ形状とし、トラック溝開口側を楕円形状とし、かつ、トラック溝の開角側から継手奥側に向かって、前記ゴシックアーチ形状と楕円形状との繋ぎ角度及びトラック溝のボール接触率を徐々に小さくしたことを特徴とする固定式等速自在継手。
2. ゴシックアーチ形状と楕円形状との繋ぎ位置を、ボール中心とトラック溝底中心とを結んだ直線を中心に、３０°〜４５°の範囲で溝開口側に位置することを特徴とする請求項１に記載の固定式等速自在継手。
3. ゴシックアーチ形状と楕円形状との繋ぎ位置を、ボール中心とトラック溝底中心とを結んだ直線を中心に、２０°〜３５°の範囲で溝開口側に位置することを特徴とする請求項１に記載の固定式等速自在継手。
4. 外側継手部材における内径面とトラック溝との境界部と、内側継手部材における外径面とトラック溝との境界部とにそれぞれトラックチャンファを形成するとともに、トラックチャンファのトラック溝側に、トラック溝と連結されるアール部を形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
5. 外側継手部材における内径面とトラック溝との境界部と、内側継手部材における外径面とトラック溝との境界部をアール状のトラックチャンファとしたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
6. 外側継手部材の開口縁全周に沿って形成される入口チャンファと、外側継手部材における内径面とトラック溝との境界部のトラックチャンファと、入口チャンファとトラック溝との境界部のトラック入口チャンファとを冷間鍛造仕上げにより形成したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
7. 外側継手部材の開口端面乃至開口縁全周に沿って形成される入口チャンファを冷間鍛造仕上げにより形成したことを特徴とする請求項１〜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. 外側継手部材のトラック溝とトラック入口チャンファとを同時冷間鍛造仕上げにより形成したことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
9. 外側継手部材のトラック溝とトラックチャンファ、及び内側継手部材のトラック溝とトラックチャンファを同時冷間鍛造仕上げによりそれぞれ形成したことを特徴とする請求項１〜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. トラック溝とボールの接触角を継手開口側から継手奥側に向かって徐々に小さくしたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
11. トラック溝底が円弧部のみであることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
12. トラック溝底が円弧部及び直線部とからなることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
13. 自動車の駆動軸用固定式等速自在継手に用いたことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の固定式等速自在継手。
14. 自動車のプロペラシャフト用固定式等速自在継手に用いたことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の固定式等速自在継手。
15. トルク伝達ボールが１０個以下であることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。

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