JP2015102126A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

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Abstract

【課題】旋削加工を行うことなく、低コストでケージ組み込み用のチャンファを成形でき、同時に高精度なトラック溝を冷間鍛造仕上げにより形成することに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品と変わらない外側継手部材を備えた固定式等速自在継手を提供する。
【解決手段】外側継手部材に、トラック溝間の内径球面部とトラック溝の内径側開口端部との少なくともカップ部開口側コーナ部に、前記ケージの外側継手部材への組み込み時に外側継手部材側の干渉を防止する切欠部が形成される、切欠部と外側継手部材のトラック溝とが、一つのしごきパンチを用いる冷間鍛造のしごき加工によって仕上げられている。
【選択図】図1

Description

本発明は、固定式等速自在継手に関し、特に、自動車のドライブシャフトやプロペラシャフト用に用いられる固定式等速自在継手に関する。
図14に固定式等速自在継手を示し、この固定式等速自在継手は、アンダーカットフリー型であって、内径面1に複数のトラック溝2が形成されたカップ部10を有する外側継手部材3と、外径面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の内径面1と内側継手部材6の外径面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。
この固定式等速自在継手は、外側継手部材3のトラック溝2の溝底は、開口側のストレート部2a(外側継手部材の軸線方向と平行な直線部)と、奥側の円弧部2bとからなる。内側継手部材6のトラック溝5の溝底は、開口部側の円弧部5aと、奥側のストレート部5b(内側継手部材6の軸線方向と平行な直線部)とからなる。この場合、外側継手部材3のトラック溝2の中心O1と内側継手部材6のトラック溝5の中心O2とが、それぞれ、軸方向に継手中心Oから等距離f、fだけ反対側にオフセットされている。
一般的に、等速自在継手の外側継手部材は、以下の要領で製作されている。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の概略形状に形成した後、任意の形状に旋削加工を行う。その後に熱処理を施し、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、トラック溝を仕上げ加工に要する設備や工具などの費用が嵩む。しかも、仕上げ加工に時間を要することになって、材料の歩留まりも悪いという不都合がある。そこで、従来においては、外側継手部材のトラック溝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及び特許文献2)。また、外側継手部材のトラック溝、内径球面部、カップ入口チュンファ、トラックチャンファ、およびトラック入口チャンファ等を、冷間鍛造により仕上げられているものもある(特許文献3)。
冷間鍛造仕上げで形成したことにより、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、等速自在継手の低コスト化を図ることができる。
ところで、低コスト化を図る場合、等速自在継手をコンパクト化することで、製品の重量を軽くすることも考えられる。しかしながら、各部品の組み立て(特に外側継手部材にケージを組み込む場合)においては、外側継手部材のカップ部の入口径をケージ窓の穴部の最外径より大きくして、ケージを組み込む方法を取っていた。
等速自在継手をコンパクト化しようとすると、外側継手部材のカップ部に内装される内部部品(内側継手部材とケージとボール等)もコンパクト化する必要がある。しかしながら、トルク負荷容量を維持する必要がある。
等速自在継手の内部では、内側継手部材→ボール→外側継手部材、及び外側継手部材→ボール→内側継手部材と荷重が伝わる。ところが、コンパクト化により、等速自在継手のボールPCDを小さくすると、従来品と比べて内側継手部材・外側継手部材とボールの荷重は増加する。このため、その負荷を分散するためにボール径を大きくし、内側継手部材・外側継手部材の接触面圧を従来品と同様にする等の設計が行われる。また、ボールを収納するケージの形状についても、同様の検討が行われる。
しかし、設計によって最適化された形状であっても、ボール径とボールPCDとケージ形状によっては、図15〜図17に示すように、外側継手部材3にケージ8等を簡単に組み込めない場合が発生する。
すなわち、ケージ8を外側継手部材3に組み込む場合、まず、図16と図17に示すように、外側継手部材3の内径面1に対して、ケージ8をY軸回りに90°回転させた向きで挿入する。その後、ケージ8を外側継手部材3のカップ部10の底部まで押し込んだ後、ケージ8をY軸回りに90°回転させて正規の姿勢で配置する。ここで、Y軸とは、外側継手部材3に軸心軸であるX軸に直交する軸である。
しかしながら、図16と図17に示すように、ケージ8を外側継手部材3に挿入する場合、ケージ8のポケット(窓部)のケージ軸方向端部(側面部)のエッジ12(図15参照)が、図17に示すように、トラック溝2の内径側開口部(トラックチャンファ)13に干渉するおそれがある。
従来には、外側継手部材の内径球面部とマウス開口部の内径面との境界部分に面取り部を設け、これによって、ケージの外側継手部材への組み込みを容易にしたものがある(特許文献4)。この場合、この境界部分にバリ等が発生するよう角状となるのを防止するものである。また、ボール組み込む性を向上させために、カップ部の入口テーパ部に開口したトラック溝の端部にカット部を設けたものがあった(特許文献5及び特許文献6)。
特開2008−2624号公報 特開平11−236925号公報 特開2009−185929号公報 特開2007−64322号公報 特開平11−101256号公報 特開2001−323945号公報
前記特許文献4では、境界部分にバリ等が発生するよう角状となるのを防止するものであり、図15に示すような状態(トラック溝2のトラックチャンファ13に干渉する状態)を解消することができない。また、特許文献5及び特許文献6においても、図15に示すような状態を解消するものではない。このように、前記特許文献1〜特許文献4には、ケージを外側継手部材に組み込む際に、図15に示すような状態となるのを解消できるものではない。
そこで、このような場合には、図15に示すような状態を解消する方法として、外側継手部材の開口側において、トラックチャンファ13を旋削加工してケージ組み込み用のチャンファを形成することを提案できる。しかしながら、このような旋削加工を行えば、外側継手部材の製造工程において、ケージ組み込み用のチャンファの加工工程が増加し、生産性の低下を招くとともに、旋削加工費にコスト高となる。また、トラック溝等が鍛造成形仕上げされていても、旋削加工を行うことによって、トラック溝の精度が劣化して、再度トラック溝を加工しなおす必要がある。
本発明は、上記課題に鑑みて、旋削加工を行うことなく、低コストでケージ組み込み用のチャンファを成形でき、同時に高精度なトラック溝を冷間鍛造仕上げにより形成することに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品と変わらない外側継手部材を備えた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、内径面に複数本のトラック溝を形成したカップ部を有する外側継手部材と、外径面に複数本のトラック溝を形成した内側継手部材と、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個のトルク伝達ボールと、前記外側継手部材の内径面と前記内側継手部材の外径面との間に介在すると共に前記トルク伝達ボールを保持するポケットを有するケージを備えた固定式等速自在継手において、前記外側継手部材に、トラック溝間の内径球面部とトラック溝の内径側開口端部との少なくともカップ部開口側コーナ部に、前記ケージの外側継手部材への組み込み時に外側継手部材側の干渉を防止する切欠部を形成するとともに、この切欠部と外側継手部材のトラック溝とが、一つのしごきパンチを用いる冷間鍛造のしごき加工によって仕上げられてなるものである。
本発明の固定式等速自在継手は、トラック溝間の内径球面部とトラック溝の内径側開口端部との少なくともカップ部開口側コーナ部に、ケージの組み込み時に外側継手部材側の干渉を防止する切欠部が設けられているので、ケージを組み込む際に、ケージと外側継手部材との干渉を回避することができ、組み込み作業性の向上を図ることができる。
しかも、この切欠部としては、冷間鍛造のしごき加工によって外側継手部材のトラック溝とともに仕上げられるものであり、切欠部の形成後において、トラック溝の仕上げ加工のしなおしを行う必要がない。
前記切欠部をアール形状としたものであっても、切欠部とトラック溝との間に繋ぎ部をアール形状としたものであってもよい。アール形状とすることによって、この部分の応力集中を回避することができる。
外側継手部材のトラック溝間の内径球面部とトラック溝との境界部にトラックチャンファを設けるとともに、トラックチャンファとトラック溝とをアール形状の繋ぎ部を介して連設したものであってもよい。
また、カップ部の開口部全周に沿ってカップ入口チャンファを設けるとともに、トラック溝とカップ入口チャンファとの境界部にトラック入口チャンファを設け、かつ、カップ入口チャンファとトラック入口チャンファとが冷間鍛造仕上げにて形成してなるものであってもよい。
さらには、カップ部の開口部全周に沿ってカップ入口チャンファを設けるとともに、トラック溝とカップ入口チャンファとの境界部にトラック入口チャンファを設け、かつ、トラック溝とトラック入口チャンファとが冷間鍛造仕上げにて形成してなるものであってもよい。
固定式等速自在継手として、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が円弧部とストレート部とを有するアンダーカットフリータイプとすることができる。
トルク伝達用ボールを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によれば、ケージを組み込む際に、ケージと外側継手部材との干渉を回避することができて、組み込み作業性の向上を図ることができ、生産性の向上を図ることができる。また、切欠部の形成後において、トラック溝の仕上げ加工のしなおしを行う必要がないので、生産コストの低減および生産時間の短縮を図ることができる。切欠部とトラック溝とが一つのしごきパンチを用いる冷間鍛造のしごき加工によって仕上げられるので、高精度でばらつきのない製品(外側継手部材)を提供できる。
切欠部や繋ぎ部をアール形状とすることによって、この部分の応力集中を回避することができ、損傷等を有効に防止できる。
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、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。
本発明の実施形態に係る固定式等速自在継手の外側継手部材の要部斜視図である。 図1の外側継手部材を採用した本発明の実施形態に係る固定式等速自在継手の要部縦断面図である。 図2に示す固定式等速自在継手の要部横断面図である。 外側継手部材にケージを組み込む工程を示す正面図である。 図4のD−D線断面図である。 図4のE−E線断面図である。 トラック入口チャンファを示す斜視図である。 鍛造成形装置の要部簡略図である。 鍛造成形装置のしごきパンチの側面図である。 鍛造成形装置のしごきパンチの斜視図である。 内径面にトラック溝とトラック溝全長に亙るケージ組込用チャンファ(切欠部)と繋ぎ部とが形成される外側継手部材を示し、(a)は内径側から見たトラック溝の端面図であり、(b)は内径側から見たトラック溝の斜視図である。 内径面にケージ組込用チャンファ(切欠部)が継手開口部側に設けられる外側継手部材を示し、(a)は内径側から見たトラック溝の端面図であり、(b)は内径側から見たトラック溝の斜視図である。 内径面にトラック溝とケージ組込用チャンファ(切欠部)と繋ぎ部とが形成される外側継手部材を示し、(a)は内径側から見たトラック溝の端面図であり、(b)は内径側から見たトラック溝の斜視図である。 従来のアンダーカットフリータイプに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における、外側継手部材にケージを組み込む工程を示す正面図である。 図15のA−A線断面図である。 図15のB−B線断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図2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21に複数のトラック溝22が形成された外側継手部材23と、外径面24に外側継手部材23のトラック溝22と対をなす複数のトラック溝25が形成された内側継手部材26と、外側継手部材23のトラック溝22と内側継手部材26のトラック溝25との間に介在してトルクを伝達する複数のボール27と、外側継手部材23の内径面21と内側継手部材26の外径面24との間に介在してボール27を保持するケージ28とを備えている。ケージ28には、ボール27が収容されるポケット29が周方向に沿って複数配設されている。
外側継手部材23のトラック溝22は、奥側が円弧部22aとされ、開口側が直線部22bとされる。内側継手部材26のトラック溝25は、奥側が直線部25aとされ、開口側が円弧部25bとされる。なお、外側継手部材23は、内径面21にトラック溝22が形成されたカップ部23aと、このカップ部23aの底壁から突設される軸部(図示省略)とからなる。
内側継手部材26の孔部内径面には、雌スプライン部30が形成されている。すなわち、シャフト31の端部が、この内側継手部材26の孔部26aに嵌入され、このシャフトの端部に形成された雄スプライン部32がこの内側継手部材26の雌スプライン部30に噛合する。なお、シャフト31の端部には、周方向溝33が形成され、この周方向溝33に止め輪34が装着されている。
図2に示すように、内側継手部材26のトラック溝25の曲率中心Bおよび外側継手部材23のトラック溝22の曲率中心A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。この場合、外側継手部材23のトラック溝22の曲率中心Aを継手中心Oに対して継手開口側に、内側継手部材26のトラック溝25の曲率中心Bを継手中心Oに対して継手奥側に、それぞれ、軸方向に互い反対側に等距離だけオフセットされている。
また、外側継手部材23のトラック溝22及び内側継手部材26のトラック溝25がそれぞれ、図3に示すように、周方向に沿って所定ピッチ(この場合、60°ピッチ)で6つずつ形成されている。このため、トルク伝達部材としてのボール27は、周方向に沿って等ピッチ(60°ピッチ)で6個だけ配設されている。この場合、ボール27としては、10個以下とするのが好ましい。すなわち、外側継手部材23のトラック溝22及び内側継手部材26のトラック溝25がそれぞれ10個以下が好ましい。
外側継手部材13において、図1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)35が形成され、内径球面部21aとトラック溝22との境界部には、トラックチャンファ36が形成されている。なお、図7に示すように、トラック溝22とカップ入口チャンファ35との境界部にはトラック入口チャンファ37が形成されるものであってもよい。また、図示はしないが、内側継手部材26において、外径面24の外径球面部24aとトラック溝25との境界部とにトラックチャンファが形成される。
この等速自在継手の外側継手部材の開口部には、図1に示すように、トラック溝22の内径側開口端部とのカップ部開口側コーナ部に、ケージ28の外側継手部材への組み込み時に外側継手部材側の干渉を防止する切欠部(ケージ組込用チャンファ)40が形成される。すなわち、トラックチャンファ36の継手開口側に前記切欠部40が形成されるものである。なお、この切欠部40は、凸アール形状であって、開口側がより大きく切りかかれている。
次に、前記のように構成された外側継手部材23にケージ28を組み込む方法を説明する。まず、図4から図6に示すように、外側継手部材23の内径面21に対して、ケージ28をY軸回りに90°回転させた向きで挿入する。その後、ケージ8を外側継手部材23のカップ部10の底部まで押し込んだ後、ケージ8をY軸回りに90°回転させて正規の姿勢で配置する。ここで、Y軸とは、外側継手部材23に軸心軸であるX軸に直交する軸である。
この図5及び図6に示すように、外側継手部材23にケージ28を挿入する際には、図4に示すように、軸心に関して180°反対側に配設される一対のケージ28の窓部29を、外側継手部材23の軸心に関して180°反対側に配設される一対の内径球面部21aに嵌合状として、切欠部40に、ケージ28の窓部29の長辺エッジ部29a,29aを対応させる。これによって、ケージ28を外側継手部材23に干渉されることなく、カップ部10の底部まで押し込むことができる。
ところで、外側継手部材23は例えば機械構造用炭層鋼からなり、機械構造用炭層鋼の炭素成分は、0.37wt%以上0.61wt%以下が好ましく、より好ましくは0.50wt%以上0.58wt%以下である。具体的には、日本工業規格(JIS)で規格されている、S40C〜S58C、望ましくはS53C〜S55Cである。
外側継手部材23においては、トラック溝22、入口チャンファ(カップ入口チャンファ)35、トラックチャンファ36、及びトラック入口チャンファ37(図7参照)が冷間鍛造により形成される。外側継手部材の冷間鍛造には、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。
しかしながら、トラック溝22と切欠部40とは、図8に示すような一つのしごきパンチ50を用いる冷間鍛造のしごき加工によって仕上げられ、他の入口チャンファ(カップ入口チャンファ)35、トラックチャンファ36、及びトラック入口チャンファ37は、前記既設の製造装置にて冷間鍛造仕上げされてなる。
すなわち、図8に示す鍛造装置は、外径ダイス51,52と、前記しごきパンチ50等を備えるものであって、既設の製造装置にて冷間鍛造仕上げされてなる前鍛品S(トラック溝22と切欠部40とが冷間鍛造仕上げされていない部材)を、冷間鍛造仕上げを行うものである。前鍛品Sは、外側継手部材23にカップ部23aを構成するカップ部55と、外側継手部材23にステム部を構成するステム部56とからなる。
このため、カップ部55が外径ダイス51に嵌合されるステム部56が外径ダイス52に嵌入され、しごきパンチ50にてしごき加工を行う。しごきパンチ50としては、図9と図10に示すものを用いることができる。このしごきパンチ50は、その外径面にトラック溝形成部57と、内径球面部形成部58と、切欠部形成部59と、繋ぎ部形成部60とが設けられている。
ところで、図9と図10に記載のしごきパンチ50は、図11(a)(b)に示すように、切欠部40であるケージ組込用チャンファがトラック溝22の長手方向方向に沿ってトラック溝22の略全長に渡って形成されるものである。また、トラック溝22とケージ組込用チャンファ(切欠部40)との間に、繋ぎ部61が設けられる。この繋ぎ部61はアール形状である。このため、しごき鍛造完成時に外側継手部材23のカップ部23aの内部形状は、図11(a)(b)に示す形状となっている。
図12(a)(b)は、図11に示す形状にトラック溝22と切欠き部40をしごき加工によって仕上げ後、内径球面部21aを旋削で形成した形状である。この場合の切欠部40は、図1に示すように、カップ部23aの開口部側にのみ形成される。
図13(a)(b)は、図12に示す形状にトラック溝22と切欠き部40をしごき加工で仕上げをし、内球面部21aを旋削加工で形成した後、トラックチャンファ36を旋削で形成したものである。この場合でも切欠部40は、図1に示すように、カップ部23aの開口部側にのみ形成される。
トラック溝22間の内径球面部2とトラック溝の内径側開口端部との少なくともカップ部開口側コーナ部に、ケージ28の組み込み時に外側継手部材23側の干渉を防止する切欠部40が設けられているので、ケージ28を組み込む際に、ケージ28と外側継手部材23との干渉を回避することができて、組み込み作業性の向上を図ることができ、生産性の向上を図ることができる。
しかも、この切欠部40としては、冷間鍛造のしごき加工によって外側継手部材23のトラック溝22とともに仕上げられるものであり、切欠部40の形成後において、トラック溝22の仕上げ加工のしなおしを行う必要がない。生産コストの低減および生産時間の短縮を図ることができる。切欠部40とトラック溝22とが一つのしごきパンチを用いる冷間鍛造のしごき加工によって仕上げられるので、高精度でばらつきのない製品(外側継手部材)を提供できる。
切欠部40や繋ぎ部61をアール形状とすることによって、この部分の応力集中を回避することができ、損傷等を有効に防止できる。
外側継手部材23の入口チャンファ35と、外側継手部材23のトラックチャンファ36と、トラック入口チャンファ37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23のトラック溝22とトラック入口チャンファ37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22とトラックチャンファ36と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。
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、自動車のフロントドライブシャフト、リアドライブシャフト、プロペラシャフト等に用いることができる。また、カップ入口チャンファ35、トラックチャンファ36、トラック入口チャンファ37のいずれか又はすべてを有さないものであってもよい。
21 内径面
22 トラック溝
23 外側継手部材
23a カップ部
24 外径面
25 トラック溝
26 内側継手部材
27 ボール
28 ケージ
29 ポケット(窓部)
35 カップ入口チャンファ
36 トラックチャンファ
37 トラック入口チャンファ
40 切欠部
60 繋ぎ部

Claims (7)

  1. 内径面に複数本のトラック溝を形成したカップ部を有する外側継手部材と、外径面に複数本のトラック溝を形成した内側継手部材と、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個のトルク伝達ボールと、前記外側継手部材の内径面と前記内側継手部材の外径面との間に介在すると共に前記トルク伝達ボールを保持するポケットを有するケージを備えた固定式等速自在継手において、
    前記外側継手部材に、トラック溝間の内径球面部とトラック溝の内径側開口端部との少なくともカップ部開口側コーナ部に、前記ケージの外側継手部材への組み込み時に外側継手部材側の干渉を防止する切欠部を形成するとともに、この切欠部と外側継手部材のトラック溝とが、一つのしごきパンチを用いる冷間鍛造のしごき加工によって仕上げられてなることを特徴とする固定式等速自在継手。
  2. 前記切欠部をアール形状と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. 前記切欠部とトラック溝との間に繋ぎ部を形成するとともに、この繋ぎ部をアール形状としたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の固定式等速自在継手。
  4. 外側継手部材のトラック溝間の内径球面部とトラック溝との境界部にトラックチャンファを設けるとともに、トラックチャンファとトラック溝とをアール形状の繋ぎ部を介して連設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. カップ部の開口部全周に沿ってカップ入口チャンファを設けるとともに、トラック溝とカップ入口チャンファとの境界部にトラック入口チャンファを設け、かつ、カップ入口チャンファとトラック入口チャンファとが冷間鍛造仕上にて形成してなる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. カップ部の開口部全周に沿ってカップ入口チャンファを設けるとともに、トラック溝とカップ入口チャンファとの境界部にトラック入口チャンファを設け、かつ、トラック溝とトラック入口チャンファとが冷間鍛造仕上にて形成してなる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. 外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面が円弧部とストレート部とを有するアンダーカットフリータイプである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。
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