JP2013133919A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク損失および発熱が少なく高効率で、耐久性に優れるものでありながら、高作動角を取ることができる固定式等速自在継手を提供する。
【解決手段】外側継手部材２に少なくとも８本設けられるトラック溝７は、奥側に位置する第１トラック溝部７ａと開口側に位置する第２トラック溝部７ｂとからなる。第１トラック溝部は、継手中心Ｏを曲率中心とした円弧状をなし、第２トラック溝部は異なる形状を有し、かつ継手中心Ｏよりも開口側で第１トラック溝部と接続されている。少なくとも２本のトラック溝は、第１トラック溝部が軸線Ｎ−Ｎを含む平面上に配置され７Ｃ、残りのトラック溝は、第１トラック溝部７ａが軸線Ｎ−Ｎに対して周方向一方側および他方側に、それぞれ傾斜した第１傾斜トラック溝７Ａおよび第２傾斜トラック溝７Ｂを同数設けて構成される。内側継手部材３のトラック溝９は、外側継手部材のトラック溝と鏡像対称に形成される。
【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（デファレンシャル側）に、最大作動角は比較的小さいが作動角を取りつつ軸方向変位が可能な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）は、車輪が操舵されるので、大きな作動角が取れるが軸方向に変位しない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を、図１７（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。同図に示す等速自在継手１０１は、８個ボールタイプのツェッパ型等速自在継手（ＢＪ）であり、外側継手部材１０２、内側継手部材１０３、ボール１０４および保持器１０５を備える。外側継手部材１０２の球状内周面１０６には８本のトラック溝１０７が円周方向等間隔に、かつ軸方向（継手の軸線）に沿って形成されている。内側継手部材１０３の球状外周面１０８には、外側継手部材１０２のトラック溝１０７と対向するトラック溝１０９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１０２と内側継手部材１０３の対をなすトラック溝１０７，１０９間にボール１０４が配置されており、ボール１０４は、外側継手部材１０２の球状内周面１０６と内側継手部材１０３の球状外周面１０８との間に配置された保持器１０５により円周方向所定間隔で保持される。

図１７（ａ）に示すように、外側継手部材１０２の球状内周面１０６と嵌合する保持器１０５の球状外周面１１２、および内側継手部材１０３の球状外周面１０８と嵌合する保持器１０５の球状内周面１１３の曲率中心は、いずれも継手中心Ｏに形成されている。これに対し、外側継手部材１０２のトラック溝１０７のボール軌道中心線ｘの曲率中心Ｏｏと、内側継手部材１０３のトラック溝１０９のボール軌道中心線ｙの曲率中心Ｏｉとは、継手中心Ｏに対して軸方向両側に等距離オフセットされている。これにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材１０２と内側継手部材１０３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール１０４が常に案内され、二軸間で等速に回転トルクが伝達される。

図１７（ｂ）に示すように、固定式等速自在継手１０１の主要機能である最大作動角θｍａｘは、外側継手部材１０２の開口端（内周縁部）に設けられる入口チャンファ１１０とシャフト１１１が干渉する角度に依存する。シャフト１１１の軸径ｄは、許容伝達トルクを確保するためにジョイントサイズ毎に決められている。入口チャンファ１１０を大きくとると、ボール１０４が接触する外側継手部材１０２のトラック溝１０７の長さ（以下、「有効トラック長さ」という）が不足し、ボール１０４がトラック溝１０７から脱落して回転トルクが伝達できなくなる。このため、外側継手部材１０２の有効トラック長さを確保しつつ、入口チャンファ１１０を如何に設定するかが、作動角を確保する上で重要なファクターとなる。図１７（ａ）（ｂ）に示す等速自在継手１０１では、外側継手部材１０２のトラック溝１０７（ボール軌道中心線ｘ）の曲率中心Ｏｏが継手中心Ｏに対して開口側にオフセットされているので、最大作動角の面で有利であり、最大作動角θｍａｘは４７°程度である。

上述した８個ボールタイプの等速自在継手は、従来の６個ボールタイプの等速自在継手に比べて、トラックオフセット量を小さくし、ボールの個数を増やし、かつ直径を小さくしたことにより、軽量・コンパクトでトルク損失の少ない高効率な等速自在継手を実現している。しかしながら、作動角０°の状態で対をなすトラック溝１０７，１０９間に形成される各くさび角が、外側継手部材１０２の開口側に向けて開いているので、トラック溝１０７，１０９からボール１０４に作用する軸方向の力により、外側継手部材１０２と保持器１０５の球面接触部１０６，１１２および内側継手部材１０３と保持器１０５の球面接触部１０８，１１３に作用する荷重が一定方向に向かって発生する。そのため、更なる高効率化や低発熱化に限度がある。

そこで、更なる高効率化や低発熱化を実現すべく、図１８（ａ）（ｂ）に示すトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手１２１が提案されている（例えば、下記の特許文献１を参照）。図１８（ａ）に示すように、この等速自在継手１２１は、外側継手部材１２２、内側継手部材１２３、ボール１２４および保持器１２５を備える。図示は省略しているが、外側継手部材１２２の球状内周面１２６に形成された８本のトラック溝１２７のボール軌道中心線ｘは、継手の軸線ｎ−ｎに対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝１２７，１２７で互いに反対方向となっている。内側継手部材１２３の球状外周面１２８に形成されたトラック溝１２９のボール軌道中心線ｙは、作動角０°の状態で継手中心Ｏを含んで継手の軸線ｎ−ｎと直交する方向に延びる平面（以下、「作動角０°の状態の継手中心平面」という）Ｐを基準として、外側継手部材１２２の対となるトラック溝１２７のボール軌道中心線ｘと鏡像対称に形成されている。

図１８（ａ）に示すように、外側継手部材１２２のトラック溝１２７および内側継手部材１２３のトラック溝１２９は、双方共に、軸方向に沿って円弧状に延び、その曲率中心は継手中心Ｏに位置している。外側継手部材１２２と内側継手部材１２３の対をなすトラック溝１２７，１２９の交差部にボール１２４が介在しており、ボール１２４は、外側継手部材１２２の球状内周面１２６と内側継手部材１２３の球状外周面１２８との間に配置された保持器１２５により、円周方向所定間隔で保持される。外側継手部材１２２の球状内周面１２６と嵌合する保持器１２５の球状外周面１３２、および内側継手部材１２３の球状外周面１２８と嵌合する保持器１２５の球状内周面１３３の曲率中心は、いずれも継手中心Ｏに形成されている。この等速自在継手１２１では、各トラック溝１２７，１２９のボール軌道中心線ｘ，ｙの曲率中心は継手中心Ｏに対して軸方向にオフセットされていないが、対をなすトラック溝１２７，１２９が交差し、この交差部にボール１２４が介在している。これにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材１２２と内側継手部材１２３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール１２４が常に案内され、二軸間で等速に回転トルクが伝達される。

上述したトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手１２１において、両継手部材１２２，１２３のトラック溝１２７，１２９は、周方向に隣り合うトラック溝で傾斜方向が互いに反対方向に形成されているので、保持器１２５の周方向に隣り合うポケット部１２５ａにボール１２４から相反する方向の力が作用する。この相反する方向の力により保持器１２５は継手中心Ｏ位置で安定する。このため、保持器１２５の球状外周面１３２と外側継手部材１２２の球状内周面１２６との接触力、および保持器１２５の球状内周面１３３と内側継手部材１２３の球状外周面１２８との接触力が抑制されて高負荷時や高速回転時に継手が円滑に作動するため、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。

特開２００９−２５０３６５号公報

上述したトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手１２１は、低発熱ジョイントとしては優れているものの、図１８（ｂ）に示すように、外側継手部材１２２の入口チャンファ１３０を大きくすると、トラック溝１２７の曲率中心が継手中心Ｏに一致している構造上、外側継手部材１２２のトラック溝１２７の有効トラック長さが不足し、高作動角θを取ったときにボール１２４がトラック溝１２７から脱落し、高作動角化が図れないという問題がある。

そこで、本願発明者は、トラック溝交差タイプの固定式等速自在継手の高作動角化を図るために、両継手部材のトラック溝に直線状の部分を設けることを検討した。この等速自在継手が図１５に示すものであり、図１５（ａ）（ｂ）に、同等速自在継手の縦断面図および正面図をそれぞれ示す。図１５（ａ）に示すように、この等速自在継手１４１において、外側継手部材１４２のトラック溝１４７は、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを境にしてその奥側および開口側を、それぞれ、継手中心Ｏを曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線ｘａを有するトラック溝１４７ａおよび直線状のボール軌道中心線ｘｂを有するトラック溝１４７ｂとしたものである。一方、内側継手部材１４３のトラック溝１４９は、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを境にしてその開口側および奥側を、それぞれ、継手中心Ｏを曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線ｙａを有するトラック溝１４９ａおよび直線状のボール軌道中心線ｙｂを有するトラック溝１４９ｂとしたものである。

そして、図１５（ｂ）に示すように、トラック溝１４７，１４９（のボール軌道中心線）は、それぞれ、継手の軸線に対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝１４７Ａ，１４７Ｂおよび１４９Ａ，１４９Ｂで互いに反対方向に形成されている。外側継手部材１４２および内側継手部材１４３の対をなすトラック溝１４７Ａ，１４９Ａおよび１４７Ｂ,１４９Ｂの各交差部にボール１４４が配置されている。したがって、図示のような作動角０°の状態で両継手部材１４２，１４３が相対回転すると、トラック溝１４７Ａ,１４９Ａの間に形成されるくさび角の開く方向と、１４７Ｂ，１４９Ｂの間に形成されるくさび角の開く方向とが互いに反対方向となり、保持器１４５の周方向に隣り合うポケット部１４５ａにボール１４４から相反する方向の力が作用することから、保持器１４５は継手中心Ｏ位置で安定する。このため、保持器１４５の球状外周面１５２と外側継手部材１４２の球状内周面１４６との接触力、および保持器１４５の球状内周面１５３と内側継手部材１４３の球状外周面１４８との接触力が抑制され、継手の作動性が向上する結果、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。

上記したように、外側継手部材１４２のトラック溝１４７のうち、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐから開口側の領域に直線状のボール軌道中心線ｘｂを有するトラック溝１４７ｂを形成すれば、有効トラック長さを増加させて高作動角化を図ることができる。ところが、上述した構成では、使用頻度の多い作動角を取ったときに、継手のトルク損失や発熱の抑制という面で問題があることが判明した。この理由を図１６に基づいて説明する。

トラック溝１４７，１４９とボール１４４は、通常、接触角（３０°〜４５°程度）をもって接触しているので、トラック溝１４７，１４９とボール１４４とは、トラック溝１４７、１４９の溝底より少し離れた図１６中の破線位置で接触している。継手が作動角を取ったとき、各ボール１４４には、対をなすトラック溝１４７，１４９の交差によるくさび角成分（図示省略）と、トラック溝１４７，１４９の溝底間の継手半径方向の拡がりによるくさび角成分αの両方が作用する。そのうち、トラック溝１４７，１４９の交差によるくさび角成分については、トラック溝１４７，１４９の傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝１４７，１４９で互いに反対方向になっているため、ボール１４４から保持器１４５のポケット部１４５ａに相反する方向の力が作用することにより、打消し合い、力がバランスすることとなる。

ところが、図１６に示すように、トラック溝１４７，１４９の溝底間の継手半径方向の拡がりによるくさび角成分αについては、図１５（ｂ）において、０°〜９０°および２７０°〜３６０°の位相範囲にあるボール１４４は直線状のトラック溝１４７ｂ，１４９ｂ間に位置し、この位相範囲のボール１４４には開口側に向けて開いたくさび角成分α１により開口側への押出力が作用する。一方、９０°〜２７０°の位相範囲にあるボール１４４は、くさび角成分α２が０となる円弧状のトラック溝１４７ａ，１４９ａ間に位置するので、この位相範囲のボールには、開口側への押出力が作用しない。したがって、各ボール１４４に対して、トラック溝１４７，１４９の交差によるくさび角成分と、トラック溝１４７，１４９の溝底間の継手半径方向の拡がりによるくさび角成分αとを合わせると、保持器１４５の各ポケット部１４５ａにボール１４４から作用する力が釣り合わず、保持器１４５の球状外周面１５２と外側継手部材１４２の球状内周面１４６との接触部、および保持器１４５の球状内周面１５３と内側継手部材１４３の球状外周面１４８との接触部における接触力を低減させることができないという問題が生じる。特に、常用角を含む使用頻度の多い作動角の範囲でのトルク損失や発熱を十分に抑制することができず、高効率化を図るうえで問題がある。

また、図１８や図１５に示したトラック溝交差タイプの等速自在継手１２１，１４１においては、トラック溝が継手の軸線に対して周方向に傾斜している関係上、継手が作動角をとるときのボールの周方向移動量が、図１７に示した等速自在継手１０１に比べて多くなる。そのため、トラック溝交差タイプの等速自在継手１２１，１４１用の保持器については、ポケット部の周方向寸法を、図１７に示した等速自在継手１０１用の保持器に比べて大きくする必要がある。これに伴い、ポケット部を画成する柱部の周方向の肉厚を薄くする必要が生じるため、特に継手が高作動角をとったときには柱部が変形、破損等し易く、最悪の場合には継手が使用不能となる。従って、図１８や図１５に例示したトラック溝交差タイプの等速自在継手１２１，１４１においては、その耐久性（信頼性）を高めるためにも、保持器の強度を高める必要がある。

以上の実情に鑑み、本発明は、トルク損失および発熱が少なく高効率で、耐久性に優れるものでありながら、高作動角を取ることができる固定式等速自在継手を提供することを目的とする。

本願発明者は、上記の目的を達成するために種々検討した結果、トルク損失および発熱を少なくして高効率化を図りつつ、最大作動角に対する有効トラック長さを増加すべく、両継手部材のトラック溝のそれぞれに、第１トラック溝部とは異なる形状を有する第２トラック溝部を設けるという新規な着想に至った。これに加え、保持器強度を高めて継手の耐久性を高めるために、少なくとも８本設けられる外側継手部材のトラック溝のうち、少なくとも２本のトラック溝を、円弧状のボール軌道中心線を有する第１トラック溝部が継手の軸線に沿って延びるもので構成すると共に、残りのトラック溝を、第１トラック溝部が継手の軸線に対して周方向一方側又は他方側に傾斜し、対をなす内側継手部材のトラック溝と協働して交差トラックを形成し得るもので構成するという新規な着想に至った。

すなわち、上記の目的を達成するために創案された本発明は、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、球状外周面に外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、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、このボールを保持し、外側継手部材の球状内周面および内側継手部材の球状外周面にそれぞれ嵌合する球状外周面および球状内周面を有する保持器とを備え、外側継手部材のトラック溝が少なくとも８本設けられた固定式等速自在継手において、外側継手部材のトラック溝は、奥側に位置する第１トラック溝部と、開口側に位置する第２トラック溝部とからなり、第１トラック溝部は、継手中心に対して軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状のボール軌道中心線を有し、第２トラック溝部は、最大作動角に対する有効トラック長さを増加させるために第１トラック溝部とは異なる形状のボール軌道中心線を有すると共に、このボール軌道中心線が継手中心よりも開口側で第１トラック溝部のボール軌道中心線と接続されており、外側継手部材のトラック溝のうち、少なくとも２本のトラック溝は、第１トラック溝部のボール軌道中心線が継手の軸線を含む平面上に配置されたもので構成され、残りのトラック溝は、第１トラック溝部のボール軌道中心線が継手の軸線に対して周方向一方側に角度γ傾斜した第１傾斜トラック溝と、第１トラック溝部のボール軌道中心線が継手の軸線に対して周方向他方側に角度γ傾斜した第２傾斜トラック溝とをそれぞれ同数設けて構成され、内側継手部材のトラック溝は、そのボール軌道中心線が、作動角０°の状態の継手中心平面を基準として、外側継手部材の対となるトラック溝のボール軌道中心線と鏡像対称に形成されていることを特徴とする。

なお、ここでいう「継手の軸線」とは、継手の回転中心となる長手方向の軸線を意味し、後述する実施形態における継手の軸線Ｎ−Ｎを指す。また「作動角０°の状態の継手中心平面」とは、作動角０°の状態で継手中心を含んで継手の軸線と直交する方向に延びる平面を意味する。

本発明では、外側継手部材に、第１トラック溝部のボール軌道中心線が継手の軸線を含む平面上に配置されるトラック溝が少なくとも２本設けられるが、残りのトラック溝については、第１トラック溝部のボール軌道中心線が継手の軸線に対して周方向一方側に角度γ傾斜した第１傾斜トラック溝と、第１トラック溝部のボール軌道中心線が継手の軸線に対して周方向他方側に角度γ傾斜した第２傾斜トラック溝とをそれぞれ同数設けて構成される。そのため、これら第１および第２傾斜トラック溝が設けられた周方向領域においては、図１８および図１５に示したトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手１２１，１４１を採用した場合と同様の効果、すなわちトルク損失や発熱が抑制され、耐久性が向上するという効果を有効に享受することができる。また、外側継手部材の全てのトラック溝において、有効トラック長さを増加させるために設けた第２トラック溝部のボール軌道中心線が継手中心よりも開口側で第１トラック溝部のボール軌道中心線に接続される（内側継手部材のトラック溝においては、その奥側に設けられる第２トラック溝部のボール軌道中心線が継手中心よりも奥側で第１トラック溝部のボール軌道中心線に接続される）。これはすなわち、本発明に係る固定式等速自在継手では、図１５（ａ）に示した等速自在継手１４１と比較して、第１トラック溝部の形成範囲が拡大されることを意味する。そのため、常用作動角の範囲におけるトルク損失や発熱を抑制して高効率化を図ることができる。

また、本発明では、外側継手部材に少なくとも８本設けられるトラック溝のうち、少なくとも２本のトラック溝は、第１トラック溝部のボール軌道中心線が継手の軸線を含む平面上に配置されたもの、すなわち図１７に示した等速自在継手１０１のトラック溝と同様に、軸方向に沿って円弧状に延びたもので構成されることから、保持器のうち、当該トラック溝に配されるボールを保持するポケット部については、その周方向の開口寸法を小さくすることができる。そして、ポケット部の周方向の開口寸法が小さくなれば、このポケット部を画成する柱部の周方向の肉厚を、図１８や図１５に示したトラック溝交差タイプの等速自在継手１２１，１４１用の保持器に比べて厚くすることができる。これにより、保持器の強度を高めて等速自在継手の耐久性を高めることができる。

第１トラック溝部のボール軌道中心線と第２トラック溝部のボール軌道中心線の接続点と、継手中心とを結ぶ直線が作動角０°の状態の継手中心平面に対してなす角度をβとしたとき、この角度βを使用状態等に応じて適宜設定することにより、固定式等速自在継手の高効率化を適切に実現することができる。特に自動車用等速自在継手の常用作動角度範囲を考慮すると、角度βを３〜１０°に設定にすることで種々の車種に汎用することができる。なお、ここでいう角度βは、上記の直線が作動角０°の状態の継手中心平面上の直線となす角の中で最小のものと定義する。

第１傾斜トラック溝と第２傾斜トラック溝とを周方向で交互に配置すれば、両継手部材と保持器との接触力を周方向でバランス良く抑制することができるので、継手のトルク損失や発熱を効果的に抑制することができる。

第１トラック溝部のボール軌道中心線が継手の軸線に沿ったトラック溝を周方向に等間隔で配置すれば、保持器の強度、ひいては継手の耐久性を周方向でバランス良く高めることができる。

第１トラック溝部のボール軌道中心線の曲率中心は、継手の軸線上に配置しても良いし、継手の軸線に対して半径方向にオフセットした位置に配置しても良い。第１トラック溝部の曲率中心を継手の軸線に対して半径方向にオフセットさせた場合には、そのオフセット量に応じて継手の奥側のトラック溝深さを調整することができるので、最適なトラック溝深さを確保することが可能となる。

保持器の球状外周面の曲率中心を、継手中心に対して開口側にオフセットした位置に配置し、保持器の球状内周面の曲率中心を、継手中心に対して奥側にオフセットした位置に配置することができる。このようにすれば、保持器の肉厚を開口側に向かって徐々に厚くすることができるので、特に高作動角時の保持器の強度を確保して継手の信頼性を高めることができる。

第２トラック溝部のボール軌道中心線は、第１トラック溝部の半径方向外側で、かつ継手中心よりも開口側にオフセットされた位置を曲率中心とした円弧状部分を有するものとすることができる。これにより、有効トラック長さを増加させて最大作動角を大きくすることができる。この場合、第２トラック溝部のボール軌道中心線は、上記の円弧状部分のみからなり、この円弧状部分が第１トラック溝部のボール軌道中心線に滑らかに接続されたものとしても良いし、上記の円弧状部分と直線状部分とからなり、直線状部分が第１トラック溝部のボール軌道中心線に滑らかに接続されたものとしても良い。

ボールの個数を８個、１０個又は１２個の何れかとすることができる。このようにすれば、軽量コンパクトで、高効率で、高作動角が取れる固定式等速自在継手、ひいては自動車のドライブシャフトを実現することができる。

本発明により、トルク損失および発熱が少なく高効率で、耐久性に優れるものでありながら、高作動角を取ることができるコンパクトな固定式等速自在継手を実現することができる。

（ａ）図は本発明の第１実施形態に係る固定式等速自在継手の部分縦断面図であり、（ｂ）図は同固定式等速自在継手を開口側から見たときの正面図である。 図１に示す固定式等速自在継手を構成する外側継手部材の正面図である。 （ａ）図は図２中に示すＺ２−Ｚ２線矢視概略断面図、（ｂ）図は図２中に示すＺ３−Ｚ３線矢視概略断面図である。 （ａ）図は図１に示す固定式等速自在継手を構成する内側継手部材の正面図、（ｂ）図は（ａ）図中に示すＺ４矢視図、（ｃ）図は（ａ）図中に示すＺ５矢視図である。 図２に示す外側継手部材のトラック溝の詳細を示す部分縦断面図である。 図４に示す内側継手部材のトラック溝の詳細を示す縦断面図である。 （ａ）図は図１に示す固定式等速自在継手を構成する保持器の部分縦断面図、（ｂ）図は同保持器の軸直交断面図である。 図１に示す固定式等速自在継手が組み込まれた自動車用ドライブシャフトの一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の縦断面図である。 本発明の第４実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される保持器の部分縦断面図である。 本発明の第５実施形態に係る固定式等速自在継手を開口側から見たときの正面図である。 （ａ）〜（ｅ）図は、何れも、トラック溝の形成態様を異ならせた外側継手部材の概念図である。 （ａ）（ｂ）図共に、トラック溝の形成態様を異ならせた外側継手部材の概念図である。 （ａ）図は本発明に至る過程で検討した固定式等速自在継手の部分縦断面図、（ｂ）図は同固定式等速自在継手の正面図である。 本発明に至る過程における技術的知見を説明する図である。 （ａ）図は従来の固定式等速自在継手の部分縦断面図、（ｂ）図は（ａ）図に示す固定式等速自在継手が作動角をとった状態を示す部分縦断面図である。 （ａ）図は従来の固定式等速自在継手の部分縦断面図、（ｂ）図は（ａ）図に示す固定式等速自在継手が作動角をとった状態を示す部分縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図１４に基づいて説明する。

図１（ａ）に、本発明の第１実施形態に係る固定式等速自在継手１（以下、単に等速自在継手１ともいう）の部分縦断面図［図１（ｂ）中に示すＺ１−Ｚ１線矢視断面図］を示し、図１（ｂ）に等速自在継手１を開口側からみたときの正面図を示す。この等速自在継手１は、外側継手部材２、内側継手部材３、ボール４および保持器５を主な構成とする。

図２にも示すように、外側継手部材２の球状内周面６には軸方向に延びる８本のトラック溝７が形成されており、これらトラック溝７は、鍛造等の塑性加工により、あるいは切削や旋削等の機械加工により仕上げられる。特に、トラック溝７を鍛造等の塑性加工で仕上げておけば、塑性加工に伴って形成された硬化層にトラック溝７が設けられることとなるので、耐疲労強度が効果的に高められる。トラック溝７としては、延在方向が相互に異なる３種類のトラック溝７Ａ，７Ｂおよび７Ｃ（７Ａ〜７Ｃ）が形成され、詳しくは、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向一方側に傾斜したトラック溝（第１傾斜トラック溝）７Ａ、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向他方側に傾斜したトラック溝（第２傾斜トラック溝）７Ｂ、および継手の軸線Ｎ−Ｎを含む平面上に配置されたトラック溝７Ｃが形成されている。本発明に係る等速自在継手１においては、トラック溝７Ｃを少なくとも２本設け、残りを第１傾斜トラック溝７Ａおよび第２傾斜トラック溝７Ｂをそれぞれ同数設けて構成される。本実施形態では、トラック溝７Ｃが周方向等間隔（９０°ピッチ）で４本設けられ、第１，第２傾斜トラック溝７Ａ，７Ｂが１８０°ピッチでそれぞれ２本ずつ設けられている。すなわち、第１傾斜トラック溝７Ａと第２傾斜トラック溝７Ｂとは周方向で交互に設けられている。各トラック溝７Ａ〜７Ｃの詳細については後述する。

図４（ａ）にも示すように、内側継手部材３の球状外周面８には軸方向に延びる８本のトラック溝９が形成されている。トラック溝９は、外側継手部材２のトラック溝７と同様に、鍛造等の塑性加工により、あるいは切削や旋削等の機械加工により仕上げられる。トラック溝９としては、延在方向が相互に異なる３種類のトラック溝９Ａ，９Ｂおよび９Ｃ（９Ａ〜９Ｃ）が形成され、詳しくは、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向一方側に傾斜したトラック溝（第１傾斜トラック溝）９Ａ、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向他方側に傾斜したトラック溝（第２傾斜トラック溝）９Ｂ、および継手の軸線Ｎ−Ｎを含む平面上に配置されたトラック溝９Ｃが形成されている。これらのうち、トラック溝９Ｃは少なくとも２本設けられ、残りを第１傾斜トラック溝９Ａおよび第２傾斜トラック溝９Ｂをそれぞれ同数設けて構成される。本実施形態では、トラック溝９Ｃが周方向等間隔（９０°ピッチ）で４本設けられ、第１傾斜トラック溝９Ａが１８０°ピッチで２本設けられ、また第２傾斜トラック溝９Ｂが１８０°ピッチで２本設けられている。すなわち、第１傾斜トラック溝９Ａと第２傾斜トラック溝９Ｂとは周方向で交互に設けられている。各トラック溝９Ａ〜９Ｃの詳細については後述する。

本発明に係る等速自在継手１では、内側継手部材３のトラック溝９が、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐ［図１（ａ）参照］を基準として、対をなす（半径方向で対向する）外側継手部材２のトラック溝７と鏡像対称に形成されている。従って、図１（ｂ）に示すように、内側継手部材３は、第１および第２傾斜トラック溝９Ａ，９Ｂが、それぞれ、外側継手部材２の第１および第２傾斜トラック溝７Ａ，７Ｂと半径方向で対向すると共に、トラック溝９Ｃが外側継手部材２のトラック溝７Ｃと半径方向で対向するようにして外側継手部材２の内周に組み込まれているが、半径方向で対向する外側継手部材２の第１傾斜トラック溝７Ａと内側継手部材３の第１傾斜トラック溝９Ａの傾斜方向は、等速自在継手１を開口側から見たとき、互いに反対方向になっている。また、半径方向で対向する外側継手部材２の第２傾斜トラック溝７Ｂと内側継手部材３の第２傾斜トラック溝９Ｂも同様である。そして、図１（ａ）に示すように、外側継手部材２と内側継手部材３の対をなすトラック溝７，９間にボール４がそれぞれ配置されている。

ここで、外側継手部材２のトラック溝７（７Ａ〜７Ｃ）および内側継手部材３のトラック溝９（９Ａ〜９Ｃ）の傾斜状態や湾曲状態などを的確に示すために、以下では「ボール軌道中心線」なる用語を用いる。ボール軌道中心線とは、トラック溝７，９間に配置されたボール４がトラック溝７，９に沿って移動するときに、ボール４の中心が描く軌跡を意味する。したがって、トラック溝７，９の傾斜状態や湾曲状態等はそのボール軌道中心線の傾斜状態や湾曲状態などと同じである。

図１（ａ）に示すように、外側継手部材２の各トラック溝７（７Ａ〜７Ｃ）はボール軌道中心線Ｘを有する。詳述すると、各トラック溝７は、奥側に設けられ、継手中心Ｏを曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１トラック溝部７ａと、開口側に設けられ、第１トラック溝部７ａとは反対方向に湾曲した円弧状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２トラック溝部７ｂとからなる。すなわち、本実施形態の第２トラック溝部７ｂは、第１トラック溝部７ａとは形状の異なる（反対方向に湾曲した）円弧状部分のみからなり、そのボール軌道中心線Ｘｂは、第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部に滑らかに接続されている。第１トラック溝部７ａの曲率中心は、継手の軸線Ｎ−Ｎ上に配置されており、継手中心Ｏに対して半径方向にオフセットしていない。これにより、トラック溝７の溝深さを均一にすることができ、溝加工を容易に実行することができる。

ここで、トラック溝の符号の付与要領について補足する。外側継手部材２のトラック溝全体を指す場合は符号７を付し、その第１および第２トラック溝部に符号７ａ，７ｂをそれぞれ付している。さらに、トラック溝７Ａ〜７Ｃの第１トラック溝部に符号７Ａａ，７Ｂａ，７Ｃａを、また、トラック溝７Ａ〜７Ｃの第２トラック溝部に符号７Ａｂ，７Ｂｂ，７Ｃｂをそれぞれ付している。内側継手部材３のトラック溝９についても同様の要領で符号を付している。

図３（ａ）（ｂ）を参照しながら、外側継手部材２の各トラック溝７Ａ〜７Ｃの詳細構造を説明する。なお、図３（ａ）は、図２中に示すＺ２−Ｚ２線矢視断面図であり、図３（ｂ）は、図２中に示すＺ３−Ｚ３線矢視断面図である。まず、図３（ａ）に示すように、第１傾斜トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘは、継手中心Ｏを含み、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向一方側に角度γ傾斜した平面Ｍ上に形成されている。本実施形態では、第１傾斜トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘの全域、すなわち、第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａおよび第２トラック溝部７Ａｂのボール軌道中心線Ｘｂの双方が平面Ｍ上に形成されている。しかし、これに限られるものではなく、第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａのみが平面Ｍ上に形成されている形態を採用することもできる。したがって、第１傾斜トラック溝７Ａのうち少なくとも第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａが、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向一方側に角度γ傾斜していればよい。そして、図示は省略するが、第２傾斜トラック溝７Ｂのボール軌道中心線Ｘは、継手中心Ｏを含み、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向他方側に角度γ傾斜した平面上に形成されている。第２傾斜トラック溝７Ｂは、その傾斜方向が第１傾斜トラック溝７Ａと反対方向であるだけで、その他の構成は第１傾斜トラック溝７Ａと同様であることから詳細説明を省略する。

図３（ｂ）に示すように、外側継手部材２のトラック溝７Ｃは、そのボール軌道中心線Ｘが継手の軸線Ｎ−Ｎを含む平面上に配置されるように形成されている。本実施形態では、トラック溝７Ｃのボール軌道中心線Ｘの全域、すなわち、第１トラック溝部７Ｃａのボール軌道中心線Ｘａおよび第２トラック溝部７Ｃｂのボール軌道中心線Ｘｂの双方が継手の軸線Ｎ−Ｎを含む平面上に配置されるように形成されている。但し、第１および第２傾斜トラック溝７Ａ，７Ｂと同様に、第１トラック溝部７Ｃａのボール軌道中心線Ｘａのみが継手の軸線Ｎ−Ｎを含む平面上に配置された形態を採用することもできる。

図１（ａ）に示すように、内側継手部材３の各トラック溝９はボール軌道中心線Ｙを有する。詳述すると、各トラック溝９は、開口側に設けられ、継手中心Ｏを曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１トラック溝部９ａと、奥側に設けられ、第１トラック溝部９ａとは反対方向に湾曲した円弧状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２トラック溝部９ｂとからなる。すなわち、本実施形態の第２トラック溝部９ｂは、第１トラック溝部９ａとは形状の異なる（反対方向に湾曲した）円弧状部分のみからなり、そのボール軌道中心線Ｙｂは、第１トラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａの奥側端部に滑らかに接続されている。また、第１トラック溝部９ａの曲率中心は、継手の軸線Ｎ−Ｎ上に配置されており、継手中心Ｏに対して半径方向にオフセットしていない。

図４（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、内側継手部材３の各トラック溝９Ａ〜９Ｃの詳細構造を説明する。なお、図４（ａ）は内側継手部材３を開口側から見たときの正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）中に示すＺ４矢視図、図４（ｃ）は図４（ａ）中に示すＺ５矢視図である。まず、図４（ｂ）に示すように、外側継手部材２の第１傾斜トラック溝７Ａと半径方向で対向する第１傾斜トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙは、継手中心Ｏを含み、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γ傾斜した平面Ｑ上に形成されている。平面Ｑおよび上記の平面Ｍの継手の軸線Ｎ−Ｎに対する傾斜角γは、等速自在継手１の作動性および内側継手部材３のトラック溝９の最も接近した側の球面幅Ｆを考慮し、４°〜１２°にすることが好ましい。本実施形態では、第１傾斜トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙの全域、すなわち、第１トラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａおよび第２トラック溝部９Ａｂのボール軌道中心線Ｙｂの双方が平面Ｑ上に形成されている。しかし、これに限られるものではなく、第１トラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａのみが平面Ｑに含まれている形態も実施することができる。したがって、第１傾斜トラック溝９Ａのうち少なくとも第１トラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａが、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向他方側に角度γ傾斜していればよい。そして、図示は省略するが、外側継手部材２の第２傾斜トラック溝７Ｂと半径方向で対向する第２傾斜トラック溝９Ｂのボール軌道中心線Ｙは、継手中心Ｏを含み、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向反対方向に角度γ傾斜した平面上に形成されている。第２傾斜トラック溝９Ｂは、その傾斜方向が第１傾斜トラック溝９Ａと反対方向であるだけで、その他の構成は第１傾斜トラック溝９Ａと同様であることから詳細説明を省略する。

外側継手部材２のトラック溝７Ｃと半径方向に対向するトラック溝９Ｃは、図４（ｃ）に示すように、そのボール軌道中心線Ｙが継手の軸線Ｎ−Ｎを含む平面上に配置されるように形成されている。本実施形態では、トラック溝９Ｃのボール軌道中心線Ｙの全域、すなわち、第１トラック溝部９Ｃａのボール軌道中心線Ｙａおよび第２トラック溝部９Ｃｂのボール軌道中心線Ｙｂの双方が継手の軸線Ｎ−Ｎを含む平面上に形成されている。但し、第１および第２傾斜トラック溝９Ａ，９Ｂと同様に、第１トラック溝部９Ｃａのボール軌道中心線Ｘａのみが継手の軸線Ｎ−Ｎを含む平面上に形成された形態を採用することもできる。

以上の構成から、内側継手部材３のトラック溝９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を基準として、外側継手部材２の対となるトラック溝７のボール軌道中心線Ｘと鏡像対称に形成されている。詳細な図示は省略するが、両継手部材２，３のトラック溝７，９の横断面形状は楕円形状やゴシックアーチ形状に形成されており、トラック溝７，９とボール４は３０°〜４５°程度の接触角をもって接触する、いわゆるアンギュラコンタクトとなっている。したがって、ボール４は、トラック溝７，９の溝底より少し離れたトラック溝７，９の側面側でトラック溝７，９と接触している。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８との間には円環状の保持器５が配置されている。図７（ａ）に示すように、外側継手部材２の球状内周面６および内側継手部材３の球状外周面８とそれぞれ嵌合する保持器５の球状外周面１２および球状内周面１３の曲率中心は、何れも継手中心Ｏに位置している。図７（ｂ）に示すように、保持器５は、球状外周面１２および球状内周面１３の双方に開口した複数（８個）のポケット部を有し、各ポケット部にボール４が組み込まれることで、両継手部材２，３の対をなすトラック溝７，９間に配置されるボール４が保持される。

保持器５は、周方向の開口寸法が相互に異なる第１ポケット部５ａと第２ポケット部５ｂとを有し、本実施形態では第１ポケット部５ａと第２ポケット部５ｂとが周方向で交互に形成されている。第１ポケット部５ａの周方向の開口寸法Ｄ１は、第２ポケット部５ｂの周方向の開口寸法Ｄ２よりも大きくなっている（Ｄ１＞Ｄ２）。そして、この保持器５は、対をなす第１傾斜トラック溝７Ａ，９Ａおよび第２傾斜トラック溝７Ｂ，９Ｂの間に配置されたボール４を第１ポケット部５ａで保持すると共に、対をなすトラック溝７Ｃ，９Ｃの間に配置されたボール４を第２ポケット部５ｂで保持するように両継手部材２，３間に組み込まれる。これは、対をなす第１傾斜トラック溝７Ａ，９Ａおよび第２傾斜トラック溝７Ｂ，９Ｂはいわゆる交差トラックを形成する関係上、これらトラック溝間に配置されるボール４の継手作動時における周方向移動量が相対的に多く、対をなすトラック溝７Ｃ，９Ｃ間に配置されるボール４の継手作動時における周方向移動量が相対的に少ないためである。

次に、図５に示す外側継手部材２の部分縦断面図に基づいて、外側継手部材２の縦断面より見たトラック溝の詳細を説明する。なお、図５は、図３（ａ）中に示す第１傾斜トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍで見た断面図である。したがって、図５は、厳密には継手の軸線Ｎ−Ｎを含む平面における縦断面図ではなく、継手中心Ｏと継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γ傾斜した直線Ｎ’−Ｎ’とを含む平面における縦断面を示している。図５には、第１傾斜トラック溝７Ａのみを示しているが、第２傾斜トラック溝７Ｂは、継手の軸線Ｎ−Ｎに対する傾斜方向が第１傾斜トラック溝７Ａと反対方向であるだけであり、その他の構成はトラック溝７Ａに準ずることから、図示しての詳細な説明は省略する。

外側継手部材２の第１傾斜トラック溝７Ａは、軸方向に沿って形成されたボール軌道中心線Ｘを有する。詳述すると、この第１傾斜トラック溝７Ａは、継手中心Ｏを曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１トラック溝部７Ａａと、この第１トラック溝部７Ａａとは反対方向に湾曲した（第１トラック溝部７Ａａの半径方向外側で、かつ継手中心Ｏから開口側にオフセットした点Ｏｏ１を曲率中心とした）円弧状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２トラック溝部７Ａｂとからなる。すなわち、第２トラック溝部７Ａｂは円弧状部分のみからなり、そのボール軌道中心線Ｘｂは、第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａ（継手中心Ｏとオフセット点Ｏｏ１を結ぶ直線Ｌと、第１傾斜トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘとが交わる点）に滑らかに接続されている。直線Ｌと、図３（ａ）に示す平面Ｍ上に投影された直線Ｎ’−Ｎ’の継手中心Ｏにおける垂線Ｋとがなす角度β’は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜している。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心平面Ｐ上にある。したがって、直線Ｌが作動角０°の状態の継手中心平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。本実施形態では、両トラック溝部７Ａａ，７Ａｂをそれぞれ単一の円弧状部分で形成しているが、これに限られず、トラック溝深さなどを考慮して複数の円弧状部分で形成してもよい。

同様に、図６に基づいて、内側継手部材３の縦断面よりトラック溝の詳細を説明する。図６は、図４（ｂ）中に示す第１傾斜トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑで見た断面図である。したがって、厳密にいうと図６は、図５と同様に、継手の軸線Ｎ−Ｎを含む平面における縦断面図ではなく、継手中心Ｏと継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γ傾斜した直線Ｎ’−Ｎ’とを含む平面における縦断面を示している。また、図６には、内側継手部材３の第１傾斜トラック溝９Ａのみを示しているが、第２傾斜トラック溝９Ｂは、継手の軸線Ｎ−Ｎに対する傾斜方向が第１傾斜トラック溝９Ａとは反対方向であるだけで、その他の構成は第１傾斜トラック溝９Ａに準ずることから、図示しての詳細な説明は省略する。

内側継手部材３の第１傾斜トラック溝９Ａは、軸方向に沿って形成されたボール軌道中心線Ｙを有する。詳述すると、第１傾斜トラック溝９Ａは、継手中心Ｏを曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１トラック溝部９Ａａと、この第１トラック溝部９Ａａとは反対方向に湾曲した（第１トラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの半径方向外側で、かつ継手中心Ｏから奥側にオフセットした点Ｏｉ１を曲率中心とした）円弧状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２のトラック溝部９Ａｂとからなる。すなわち、第２トラック溝部９Ａｂは円弧状部分のみからなり、そのボール軌道中心線Ｙｂは、第１トラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側端部Ｂ（継手中心Ｏとオフセット点Ｏｉ１を結ぶ直線Ｒと第１傾斜トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙとが交わる点）に滑らかに接続されている。直線Ｒと、図４（ｂ）に示す平面Ｑ上に投影された直線Ｎ’−Ｎ’の継手中心Ｏにおける垂線Ｋとがなす角度β’は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜している。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心平面Ｐ上にある。したがって、直線Ｒが作動角０°の状態の継手中心平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。本実施形態では、両トラック溝部９Ａａ，９Ａｂをそれぞれ単一の円弧状部分で形成しているが、両トラック溝部９Ａａ，９Ａｂは、前述した外側継手部材２のトラック溝と同様に、トラック溝深さなどを考慮して、それぞれ複数の円弧で形成してもよい。

次に、直線Ｌ、Ｒが作動角０°の状態の継手中心平面Ｐに対してなす角度βについて説明する。作動角θを取ったとき、外側継手部材２および内側継手部材３の上記平面Ｐに対して、ボール４がθ／２だけ移動する。使用頻度が多い作動角の１／２より角度βを決め、使用頻度が多い作動角の範囲においてボール４が接触するトラック溝の範囲を決める。ここで、使用頻度が多い作動角について定義する。まず、継手の常用角とは、水平で平坦な路面上で１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用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。そして、使用頻度の多い作動角とは、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。使用頻度の多い作動角は最大２０°を目処とする。これにより、直線Ｌ、Ｒが作動角０°の状態の継手中心平面Ｐに対してなす角度βを３°〜１０°と設定する。ただし、角度βは３°〜１０°に限定されるものではなく、車種の設計条件に応じて適宜設定することができる。角度βを３°〜１０°に設定することで種々の車種に汎用することができる。

上記の角度βにより、図５において、第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も開口側に移動したときのボール４の中心位置となる。同様に、内側継手部材３では、図６において、第１トラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側端部Ｂは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も奥側に移動したときのボール４の中心位置となる。このように設定されているので、使用頻度が多い作動角の範囲では、ボール４は、外側継手部材２のトラック溝７の第１トラック溝部７ａ（７Ａａ，７Ｂａ，７Ｃａ）と内側継手部材３のトラック溝９の第１トラック溝部９ａ（９Ａａ，９Ｂａ，９Ｃａ）の範囲内に位置する。

この場合、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向一方側に傾斜した第１傾斜トラック溝７Ａ，９Ａと、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向他方側に傾斜した第２傾斜トラック溝７Ｂ，９Ｂとが同数設けられている関係上、保持器５のポケット部５ａ，５ｂに作用するボール４からの軸方向の押出力が全体としてつり合う。特に本実施形態では、第１傾斜トラック溝７Ａ，９Ａと第２傾斜トラック溝７Ｂ，９Ｂとが周方向で交互に設けられているため、保持器５に設けたポケット部のうち、周方向に隣り合うポケット部には、ボール４から相反する方向の力が作用する。そのため、両継手部材２，３の第１トラック溝部７ａ，９ａの曲率中心が継手中心Ｏに位置するのであれば、保持器５は継手中心Ｏの位置で安定することとなる。保持器５が継手中心Ｏの位置で安定すれば、保持器５の球状外周面１２と外側継手部材２の球状内周面６との接触力、および保持器５の球状内周面１３と内側継手部材３の球状外周面８との接触力が最大限に抑制され、高負荷時や高速回転時における継手の円滑な作動性が確保されるため、トルク損失や発熱を効果的に抑制して高効率化を達成することができる。

なお、本実施形態の等速自在継手１においては、保持器５のポケット部５ａ，５ｂとボール４との嵌め合いをすきま設定にしてもよい。すきま設定にすることにより、保持器５のポケット部５ａ，５ｂに保持されたボール４をスムーズに作動させることができ、更なるトルク損失の低減を図ることができる。この場合、前記すきまのすきま幅は０〜４０μｍ程度に設定するのが好ましい。

上記の構成に加え、本発明に係る等速自在継手１においては、外側継手部材２に設けられるトラック溝７および内側継手部材３に設けられるトラック溝９のうち、少なくとも２本（本実施形態では４本）のトラック溝は、第１トラック溝部７ａ，９ａのボール軌道中心線Ｘａ，Ｙａが継手の軸線Ｎ−Ｎを含む平面上に配置されたトラック溝７Ｃ，９Ｃで構成される。このようなトラック溝７Ｃ，９Ｃ間に配置されるボール４の周方向移動量（継手が角度変位するときの周方向移動量）は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して傾斜したトラック溝７Ａ，９Ａ間および７Ｂ，９Ｂ間に配置されるボール４のそれよりも少なくなることから、保持器５に設けられるポケット部のうち、少なくとも２つ（本実施形態では４つ）のポケット部を、周方向の開口寸法が小さい第２ポケット部５ｂで構成することができる。この場合、保持器５の柱部５ｃ［図７（ｂ）参照］のうちで第２ポケット部５ｂを画成する柱部５ｃについては、その周方向の肉厚を、図１８や図１５に示した等速自在継手１２１，１４１用の保持器に比べて厚くすることができるので、保持器５の強度を高めて等速自在継手１の耐久性を高めることができる。特に、本実施形態のように、トラック溝７Ｃ，９Ｃを周方向で等間隔に配置すれば、保持器５の強度を周方向でバランス良く高めることができるので、等速自在継手１の耐久性を効果的に高めることができる。

本発明に係る等速自在継手１の構造上、高作動角の範囲では、周方向に配置されたボール４が、第１トラック溝部と第２トラック溝部とに一時的に分かれて位置する。これに伴い、保持器５のポケット部５ａ，５ｂにボール４から作用する力が釣り合わず、保持器５の球状外周面１２と外側継手部材２の球状内周面６との接触部、および保持器５の球状内周面１３と内側継手部材３の球状外周面８との接触部で接触力が発生するが、高作動角の範囲は使用頻度が少ない。従って、本発明に係る等速自在継手１は、総合的にみると、図１７に示した等速自在継手１０１と比較して、トルク損失や発熱を効果的に抑制することができる。

以上のことから、本発明によれば、トルク損失および発熱が少なく高効率で、耐久性に優れるものでありながら、高作動角を取ることができる固定式等速自在継手１を実現することができる。

図８は、本発明の第１の実施形態に係る固定式等速自在継手１を組み込んだ自動車のフロント用ドライブシャフト２０を示す。固定式等速自在継手１は中間シャフト１１の一端に連結され、他端には摺動式等速自在継手（図示例は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の外側継手部材２の外周面とシャフト１１の外周面との間、および摺動式等速自在継手１５の外側継手部材の外周面とシャフト１１の外周面との間には、蛇腹状ブーツ１６ａ，１６ｂがブーツバンド１８によりそれぞれ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。本発明に係る固定式等速自在継手１を使用したので、トルク損失や発熱が小さく高効率で、かつ高作動角が取れ、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。

以上、本発明の第１の実施形態に係る等速自在継手１について説明を行ったが、等速自在継手１には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。以下、本発明の他の実施形態に係る等速自在継手について説明を行うが、以下では、上述した第１実施形態と異なる構成について重点的に説明を行うこととし、第１実施形態と同様の機能を奏する部材・部位には同一の符号を付して重複説明を省略することとする。

図９は、本発明の第２実施形態に係る固定式等速自在継手に組み込んで使用される外側継手部材の断面図であり、より詳しくは、図５と同様、第１傾斜トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍ［図３（ａ）参照］で見た外側継手部材の断面図である。そして、この実施形態の等速自在継手では、外側継手部材および内側継手部材のトラック溝に設けた第２トラック溝部が、直線状部分と円弧状部分（第１トラック溝部とは反対側に湾曲した円弧状部分）とで構成される点において、上述した第１の実施形態の等速自在継手と構成を異にしている。

詳述すると、外側継手部材２の第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの曲率中心Ｏｏ１は、継手中心Ｏと第１トラック溝部７ａ（のボール軌道中心線Ｘａ）の開口側端部Ａとを結ぶ直線Ｌから開口側にｆ１だけオフセットされた位置にある。そのため、第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａに第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの直線状部分（の奥側端部）が接続され、この直線状部分の開口側端部（点Ｃ）に第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの円弧状部分が接続されている。そして、図示は省略するが、内側継手部材３のトラック溝９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を基準として、外側継手部材２の対となるトラック溝７のボール軌道中心線Ｘと鏡像対称に形成されている。

図１０は、本発明の第３実施形態に係る固定式等速自在継手に組み込んで使用される外側継手部材の断面図であり、より詳しくは、図５および図９と同様に、第１傾斜トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍ［図３（ａ）参照］で見た外側継手部材の断面図である。この実施形態の等速自在継手は、主に、外側継手部材および内側継手部材のトラック溝に設けた第１トラック溝部のボール軌道中心線の曲率中心が、継手の軸線Ｎ−Ｎ（継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γ傾斜した直線Ｎ’−Ｎ’）に対して半径方向にオフセットしている点、およびこれに対応して第２トラック溝部のボール軌道中心線の構成を調整した点において、上述した第１の実施形態に係る固定式等速自在継手と構成を異にしている。

詳述すると、外側継手部材２の第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの曲率中心は、継手の軸線Ｎ−Ｎ（上記の直線Ｎ’−Ｎ’）に対して半径方向にｆｒだけオフセットしている。すなわち、垂線Ｋを含む作動角０°の状態の継手中心平面Ｐ上で半径方向にｆｒだけオフセットしている。これに伴い、第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの曲率中心Ｏｏ１は、第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａに滑らかに接続するよう位置が調整されている。この構成により、奥側のトラック溝深さを調整することができる。図示は省略するが、内側継手部材３のトラック溝９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を基準として、外側継手部材２の対となるトラック溝７のボール軌道中心線Ｘと鏡像対称に形成されている。

図１１に、本発明の第４実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される保持器の断面図を示す。すなわち、この実施形態の固定式等速自在継手は、球状外周面および球状内周面の曲率中心を継手中心Ｏに対して軸方向にオフセットさせた保持器を用いる点において、第１実施形態に係る固定式等速自在継手１と構成を異にしている。

詳述すると、図１１に示すように、この保持器５の球状外周面１２の曲率中心Ｏｃ１は継手中心Ｏに対して開口側に寸法ｆ２だけオフセットしており、また、球状内周面１３の曲率中心Ｏｃ２は継手中心Ｏに対して奥側に寸法ｆ２だけオフセットしている。かかる構成により、開口側に向かって保持器５の肉厚が徐々に厚くなり、特に高作動角時の保持器５の強度を向上することができる。前述したように、高作動角の範囲では、周方向に配置されたボール４が、第１トラック溝部７ａ，９ａと、第２トラック溝部７ｂ，９ｂとに一時的に分かれて位置する。この場合、第２トラック溝部７ｂ，９ｂに位置するボール４から保持器５のポケット部５ａ，５ｂに開口側に押圧する力が作用するが、開口側に向かって保持器５の肉厚が徐々に厚くなっているので、保持器５の強度を向上することができる。また、トラック溝７，９のうち、奥側に位置する第１トラック溝部７ａ，第２トラック溝部９ｂのトラック溝深さを増加させることができる。

上述した本発明の第１実施形態に係る等速自在継手１は、トラック溝７Ｃ，９Ｃが９０°ピッチで４本設けられ、第１傾斜トラック溝７Ａ，９Ａが１８０°ピッチで２本設けられ、第２傾斜トラック溝７Ｂ，９Ｂが１８０°ピッチで２本設けられた外側継手部材２および内側継手部材３を使用したものであるが、両継手部材２，３に設けるべきトラック溝７（７Ａ〜７Ｃ），９（９Ａ〜９Ｃ）の配置態様はこれに限られるものでなく、例えば図１２、図１３（ａ）〜（ｅ）あるいは図１４（ａ）（ｂ）に示す形態とすることも可能である。なお、図１３（ａ）〜（ｅ）および図１４（ａ）（ｂ）においては、説明を簡略化するためにトラック溝７Ａ〜７Ｃの配置態様を記載した外側継手部材２の概略図のみを示しているが、各外側継手部材２の内周には、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを基準として、外側継手部材２の対となるトラック溝７と鏡像対称に形成されたトラック溝９を有する内側継手部材３が組み込まれる。

まず、図１２に示す外側継手部材２（等速自在継手１）は、トラック溝７が４５°ピッチで合計８本設けられたものである点においては、図１等に示した等速自在継手１と共通しているが、トラック溝７Ｃが１８０°ピッチで２本設けられ、第１および第２傾斜トラック溝７Ａ，７Ｂが３本ずつ、かつ周方向で交互に設けられている点において図１等に示した等速自在継手１と構成を異にしている。このような形態を採用した場合、上記した第１実施形態に比べ、トラック溝７Ｃの本数が少なくなっている分、保持器５の強度ひいては等速自在継手１の耐久性が多少低下するが、交差トラックを形成する第１および第２傾斜トラック溝７Ａ，７Ｂの本数が多くなっている分、等速自在継手１の作動性を高めることができる。

次に、図１３（ａ）に示す外側継手部材２（等速自在継手１）はトラック溝７が３６°ピッチで合計１０本設けられたものであり、トラック溝７Ｃが１８０°ピッチで２本設けられ、第１および第２傾斜トラック溝７Ａ，７Ｂが４本ずつ、かつ周方向で交互に設けられている。図１３（ｂ）〜（ｅ）に示す外側継手部材２（等速自在継手１）は、何れも、トラック溝７が３０°ピッチで合計１２本設けられたものであるが、トラック溝７Ａ，７Ｂおよび７Ｃの配置態様が相互に異なる。詳述すると、図１３（ｂ）に示す外側継手部材２は、トラック溝７Ｃを６０°ピッチで６本設け、第１および第２傾斜トラック溝７Ａ，７Ｂを３本ずつ、かつ周方向で交互に設けたものである。図１３（ｃ）に示す外側継手部材２は、トラック溝７Ｃを１８０°ピッチで２本設け、第１および第２傾斜トラック溝７Ａ，７Ｂを５本ずつ、かつ周方向で交互に設けたものである。図１３（ｄ）に示す外側継手部材２は、トラック溝７Ｃを９０°ピッチで４本設け、第１および第２傾斜トラック溝７Ａ，７Ｂを４本ずつ、かつ周方向で交互に設けたものである。図１３（ｅ）に示す外側継手部材２は、トラック溝７Ｃの周方向の配置間隔が一定でない点において図１３（ｂ）〜（ｄ）に示す形態と構成を異にしている。詳しくは、図１３（ｅ）において１２０°，１５０°，３００°および３３０°の位相にトラック溝７Ｃを設け、第１および第２傾斜トラック溝７Ａ，７Ｂを４本ずつ、かつ周方向で交互に設けている。

図１４（ａ）に示す外側継手部材２（等速自在継手１）は、トラック溝７が４５°ピッチで合計８本設けられたものである点、トラック溝７Ｃが１８０°ピッチで２本設けられている点、および両傾斜トラック溝７Ａ，７Ｂが３本ずつ設けられている点においては図１２に示した等速自在継手１と共通しているが、第１および第２傾斜トラック溝７Ａ，７Ｂが周方向で交互に設けられていない点において、図１２に示すものと構成を異にしている。また、図１４（ｂ）に示す外側継手部材２（等速自在継手１）は、トラック溝７を４０°ピッチで合計９本設けたものである。より詳しくは、トラック溝７Ａ〜７Ｃを、それぞれ８０°ピッチで３本ずつ設けている。

以上で示した実施形態を総括すると、本発明は、ボール４の個数を８個（トラック溝７，９の本数をそれぞれ８本）とした固定式等速自在継手１のみならず、ボール４の個数を１０個又は１２個（トラック溝７，９の本数をそれぞれ１０本又は１２本）、あるいはボール４の個数を９個（トラック溝７，９の本数をそれぞれ９本）などとした固定式等速自在継手１にも好ましく適用することができる。要するに、第１および第２傾斜トラック溝がそれぞれ同数設けられ、保持器５の全てのポケット部５ａ，５ｂに作用するボール４の軸方向の力が全体として釣り合うようになっていれば、トラック溝７，９の本数やトラック溝７Ａ〜７Ｃ，９Ａ〜９Ｃの配置態様は適宜変更可能である。

また、以上で示した固定式等速自在継手は、第２トラック溝部（のボール軌道中心線Ｘｂ）を円弧状部分のみで構成したもの、あるいは円弧状部分と直線状部分の組合せで構成したものとしたが、これに限られるものではない。要は、第１トラック溝部のボール軌道中心線Ｘａとは形状が異なり、有効トラック長さを増加させて高作動角化を図り得る形状であれば適宜の形状にすることができ、例えば、楕円や直線状であってもよい。また、第１トラック溝部および第２トラック溝部の何れか一方又は双方は、それぞれ単一の円弧状部分ではなく、トラック溝深さなどを考慮して複数の円弧状部分で形成してもよい。

また、以上では、トラック溝を周方向に等ピッチで配置した固定式等速自在継手に本発明を適用した場合を示したが、トラック溝を不等ピッチで配置した固定式等速自在継手にも本発明は好ましく適用し得る。また、以上で説明した固定式等速自継手においては、継手の軸線Ｎ−Ｎに対するトラック溝（第１トラック溝部）の傾斜角度γをすべてのトラック溝において等しいものとしたが、これに限られず、対をなす外側継手部材と内側継手部材のトラック溝（第１トラック溝部）の傾斜角度γが等しく形成されていれば、トラック溝（第１トラック溝部）の相互間で傾斜角度γを異ならせても構わない。要は、保持器の周方向すべてのポケット部に作用するボールの軸方向の力が、全体として釣り合うように各傾斜角度が設定されていればよい。また、以上では、トラック溝とボールとが接触角をもって接触する（アンギュラコンタクトする）ように構成された固定式等速自在継手に本発明を適用したが、これに限られず、本発明は、トラック溝の横断面形状が円弧状に形成され、トラック溝とボールとがサーキュラコンタクトするように構成された固定式等速自在継手にも好ましく適用することができる。

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、さらに種々の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。

１ 固定式等速自在継手（等速自在継手）
２ 外側継手部材
３ 内側継手部材
４ ボール
５ 保持器
５ａ ポケット部（第１ポケット部）
５ｂ ポケット部（第２ポケット部）
５ｃ 柱部
６ 球状内周面
７ トラック溝
７ａ 第１トラック溝部
７ｂ 第２トラック溝部
８ 球状外周面
９ トラック溝
９ａ 第１トラック溝部
９ｂ 第２トラック溝部
１２ 球状外周面
１３ 球状内周面
Ａ 開口側端部
Ｂ 奥側端部
Ｋ 垂線
Ｌ 直線
Ｍ 平面
Ｎ 継手の軸線
Ｏ 継手中心
Ｐ 継手中心平面
Ｑ 平面
Ｒ 直線
Ｘ ボール軌道中心線
Ｙ ボール軌道中心線
γ 傾斜角
β 角度
θ 作動角

Claims (11)

1. 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、球状外周面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と前記内側継手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、ボールを保持し、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にそれぞれ嵌合する球状外周面および球状内周面を有する保持器とを備え、前記外側継手部材のトラック溝が少なくとも８本設けられた固定式等速自在継手において、
   前記外側継手部材のトラック溝は、奥側に位置する第１トラック溝部と、開口側に位置する第２トラック溝部とからなり、前記第１トラック溝部は、継手中心に対して軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状のボール軌道中心線を有し、前記第２トラック溝部は、最大作動角に対する有効トラック長さを増加させるために前記第１トラック溝部とは異なる形状のボール軌道中心線を有すると共に、このボール軌道中心線が継手中心よりも開口側で前記第１トラック溝部のボール軌道中心線と接続されており、
   前記外側継手部材のトラック溝のうち、少なくとも２本のトラック溝は、前記第１トラック溝部のボール軌道中心線が継手の軸線を含む平面上に配置されたもので構成され、残りのトラック溝は、前記第１トラック溝部のボール軌道中心線が継手の軸線に対して周方向一方側に角度γ傾斜した第１傾斜トラック溝と、前記第１トラック溝部のボール軌道中心線が継手の軸線に対して周方向他方側に角度γ傾斜した第２傾斜トラック溝とをそれぞれ同数設けて構成され、
   前記内側継手部材のトラック溝は、そのボール軌道中心線が、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対となるトラック溝のボール軌道中心線と鏡像対称に形成されていることを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記第１トラック溝部のボール軌道中心線と前記第２トラック溝部のボール軌道中心線の接続点と、継手中心とを結ぶ直線が、作動角０°の状態の継手中心平面に対してなす角度βを３°〜１０°に設定した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. 前記第１傾斜トラック溝と前記第２傾斜トラック溝とを周方向で交互に配置した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. 前記第１トラック溝部のボール軌道中心線が継手の軸線に沿ったトラック溝を、周方向に等間隔で配置したことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
5. 前記第１トラック溝部のボール軌道中心線の曲率中心を、継手の軸線上に配置したことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
6. 前記第１トラック溝部のボール軌道中心線の曲率中心を、継手の軸線に対して半径方向にオフセットした位置に配置したことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
7. 前記保持器の球状外周面の曲率中心を、継手中心に対して開口側にオフセットした位置に配置し、前記保持器の球状内周面の曲率中心を、継手中心に対して奥側にオフセットした位置に配置した請求項１〜６の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
8. 前記第２トラック溝部のボール軌道中心線は、前記第１トラック溝部の半径方向外側で、かつ継手中心よりも開口側にオフセットされた位置を曲率中心とした円弧状部分を有することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
9. 前記第２トラック溝部のボール軌道中心線は、前記円弧状部分のみからなり、この円弧状部分が前記第１トラック溝部のボール軌道中心線に滑らかに接続されていることを特徴とする請求項８に記載の固定式等速自在継手。
10. 前記第２トラック溝部のボール軌道中心線は、前記円弧状部分と直線状部分とからなり、この直線状部分が前記第１トラック溝部のボール軌道中心線に滑らかに接続されていることを特徴とする請求項８に記載の固定式等速自在継手。
11. 前記外側継手部材のトラック溝の本数を８本、１０本又は１２の何れかとしたことを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。

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