JP2017026025A - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】継手の作動角が大きい領域で異音（ボールの打音）が発生せず、かつ、常用角ではトルク損失が小さい固定式等速自在継手を実現する。
【解決手段】トルク伝達ボールをポケット５ａ、５ａ₁に保持すると共に外側継手部材の球状内周面と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１０と球状内周面を有する保持器５を備え、外側継手部材の曲線状のトラック溝の曲率中心と内側継手部材の曲線状のトラック溝の曲率中心が継手中心に対して軸方向反対側に等距離オフセットされた固定式等速自在継手において、保持器５のポケット５ａ、５ａ₁とトルク伝達ボールとの間の初期ポケットすきまが、常用角におけるボール移動領域で正すきまであり、かつ、常用角におけるボール移動領域以外の領域では負すきまであることを特徴とする。
【選択図】図１１

Description

この発明は、自動車、航空機、船舶や各種産業機械の動力伝達系に使用され、具体的には、例えば、ＦＦ車や４ＷＤ車などで使用されるドライブシャフトやプロペラシャフト等に組み込まれて、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手に関する。

図１を参照して、固定式等速自在継手１としてのツェッパ型等速自在継手は、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。外側継手部材２の球状内周面８には複数の曲線状のトラック溝６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３の球状外周面９には、外側継手部材２のトラック溝６と対向する複数の曲線状のトラック溝７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６と内側継手部材３のトラック溝７との間にトルクを伝達する複数のボール４が１個ずつ組み込まれている。外側継手部材２の球状内周面８と内側継手部材３の球状外周面９の間に、ボール４を保持する保持器５が配置されている。外側継手部材２の外周と、内側継手部材３に連結されたシャフト１２の外周とをブーツ１３で覆い、継手内部には、潤滑剤としてグリースが封入されている。

外側継手部材２の球状内周面８と内側継手部材３の球状外周面９の曲率中心は、いずれも、継手の中心Ｏに形成されている。これに対して、外側継手部材２のトラック溝６の曲率中心Ａと、内側継手部材３のトラック溝７の曲率中心Ｂは、継手の中心Ｏに対して軸方向反対側に等距離ｆ１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２と内側継手部材３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール４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ことになる。

固定式等速自在継手１は、８個ボールタイプのツェッパ型等速自在継手で、従来の６個ボールの等速自在継手に比べて、トラックオフセット量ｆ１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、６個のボールを用いた固定式等速自在継手と同等以上の強度、負荷容量および耐久性を確保し、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。このような固定式等速自在継手の保持器のポケットとボールとの間の軸方向すきま（以下、ポケットすきまという。）は、特許文献１に記載されているように、中間嵌め、もしくは、しまり嵌めに設定される。これは、負すきまが過大になるとボールの円滑な運動が阻害され、逆に正すきまが過大になると異音（ボールの打音）が発生したりするためである。

特開２００６−５１８６号公報

ドライブシャフトに使用する等速自在継手のトルク損失は、自動車の駆動系部品の中では比較的小さく、入力トルクに対するトルク損失の比は１％以下に達している。そのため、自動車メーカは、トランスミッションなどのトルク損失が比較的大きい部品から効率改善を図ってきたが、低燃費化競争が益々激化する昨今、等速自在継手にも更なるトルク損失の低減が求められるようになった。

このような自動車メーカの要求に対応するため、種々のポケットすきまのサンプルを製作し、ポケットすきまを正すきまにすることで、ボールの運動が円滑になり、トルク損失率の低減につながることを、実験により確認した。一方、音響試験にて、正すきまを大きくすると、継手の作動角が大きい領域で、ボールの打音が確認された。実験による確認内容の詳細は後述する。

本発明は、前述した実験で確認された問題点に鑑みて提案されたもので、その目的は、継手の作動角が大きい領域で異音（ボールの打音）が発生せず、かつ、常用角ではトルク損失が小さい固定式等速自在継手を実現することである。

本発明者らは、上記の目的を達成するため、詳細は後述する以下の検証および推考活動により本発明に至った。
（１）常用角における伝達効率の検証
（２）高作動角域における異音の検証
（３）異音の発生メカニズムの解析
（４）ポケット内におけるボールの移動軌跡の解析
（５）新たな着想

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、球状内周面に軸方向に延びる複数の曲線状のトラック溝が形成された外側継手部材と、球状外周面に軸方向に延びる複数の曲線状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これに対応する前記内側継手部材のトラック溝との間に配された複数個のトルク伝達ボールと、このトルク伝達ボールをポケットに保持すると共に前記外側継手部材の球状内周面と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と球状内周面を有する保持器を備え、前記外側継手部材の曲線状のトラック溝の曲率中心と前記内側継手部材の曲線状のトラック溝の曲率中心が継手中心に対して軸方向反対側に等距離オフセットされた固定式等速自在継手において、前記保持器のポケットと前記トルク伝達ボールとの間の初期ポケットすきまが、常用角におけるボール移動領域で正すきまであり、かつ、前記常用角におけるボール移動領域以外の領域では負すきまであることを特徴とする。

上記の構成により、継手の作動角が大きい領域で異音（ボールの打音）が発生せず、かつ、常用角ではトルク損失が小さい固定式等速自在継手を実現することができる。さらに具体的な効果として、折り曲げトルクの低減によりアイドリング振動を改善でき、ボールの動きが円滑になり摩擦力が減ることにより継手作動中の発熱が低減され、耐久寿命が向上する。

具体的には、上記のポケットの軸方向に対向する一対のポケット側面のうち、少なくとも一方のポケット側面の中央部に凹部を形成することが好ましい。これにより、常用角におけるボール移動領域で初期ポケットすきまを正すきまに確実に設定することができる。また、凹部を切削や研削などの機械加工あるいは冷間塑性加工や放電加工などで形成することができる。

上記の凹部を保持器の周方向に帯状にすることにより、継手が常用角で作動するときのボールの移動軌跡を包含させることが好ましい。これにより、加工効率よく初期ポケットすきまを正すきまに設定することができる。

上記の凹部を保持器の径方向に帯状にし、保持器の球状内周面から球状外周面まで延ばすことが好ましい。これにより、凹部をポケット側面のシェービング加工時に同時成形でき、生産性がよく製造コストを抑制できる。

上記の凹部の横断面形状を円弧状にすることにより、あるいは、テーパ面から構成することにより、常用角におけるボール移動領域とこの領域以外の領域を滑らかに接続することができる。

上記のポケット側面を、保持器の横断面において凹面で形成することにより、ポケット側面全体を、切削や研削などの機械加工あるいは冷間塑性加工や放電加工などで一度に加工することができる。

上記の凹面の横断面形状を円弧状にすることにより、あるいは、テーパ面から構成することにより、常用角におけるボール移動領域とこの領域以外の領域のポケットすきま量の変化を滑らかにすることができる。

本発明によれば、継手の作動角が大きい領域で異音（ボールの打音）が発生せず、かつ、常用角ではトルク損失が小さい固定式等速自在継手を実現することができる。さらに具体的な効果として、折り曲げトルクの低減によりアイドリング振動を改善でき、ボールの動きが円滑になり摩擦力が減ることにより継手作動中の発熱が低減され、耐久寿命が向上する。

この発明に係る第１の実施形態の固定式等速自在継手の部分縦断面図である。 図１のＰ−Ｐ線で矢視した固定式等速自在継手の横断面図である。 図２のボールとトラック溝を拡大した横断面図である。 ポケットすきま量とトルク損失率の関係についての知見を示すグラフである。 ポケットすきま量と異音の可聴距離の関係についての知見を示すグラフである。 （ａ）図は、継手が大きな作動角をとった状態を示す縦断面図で、（ｂ）図はボールが保持器を押す力を説明する概要図である。 継手が１回転する間のポケット荷重を示すグラフである。 ポケットすきまとボールの動きを示す概要図である。 ポケット内におけるボールの移動軌跡を示す概要図である。 （ａ）図は保持器単体の正面図で、（ｂ）図は斜視図である。 （ａ）図は、図１０（ａ）のＧ−Ｇ線で矢視した横断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図におけるＩ部の拡大図で、（ｃ）図は、（ｂ）図のＪ−Ｊ線で矢視した部分断面図である。 （ａ）図は、図１０（ａ）のＫ−Ｋ線で矢視した縦断面図で、（ｂ）図〜（ｅ）図は、（ａ）図におけるＬ部の拡大図でポケット側面の凹部の種々の形態を示す。 （ａ）図は、図１０（ａ）のＧ−Ｇ線で矢視した横断面図でポケット側面の凹部の変形例を示す。（ｂ）図は、（ａ）図におけるＩ部の拡大図で、（ｃ）図は、（ｂ）図のＪ−Ｊ線で矢視した部分断面図である。 ポケット側面の凹部の他の変形例を示し、（ａ）図は、図１３（ａ）におけるＩ部の拡大図で、（ｂ）図は、（ａ）図のＪ−Ｊ線で矢視した部分断面図である。 第２の実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図である。 図１５のＭ−Ｍ線で矢視した側面図である。 第３の実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図である。

以下、この発明の第１の実施形態を図１〜１２に基づいて説明する。はじめに、本実施形態の固定式等速自在継手の全体構成を図１〜３に基づいて説明する。図１は本実施形態の固定式等速自在継手の部分縦断面図で、図２は、図１のＰ―Ｐ線で矢視した横断面図で、図３はボールとトラック溝を拡大した横断面図である。

本実施形態の固定型等速自在継手１は、ツェッパ型等速自在継手であり、図１および図２に示すように、外側継手部材２、内側継手部材３、トルク伝達ボール４（以下、単にボールという）および保持器５を主な構成とする。外側継手部材２の球状内周面８には８本の曲線状のトラック溝６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３の球状外周面９には、外側継手部材２のトラック溝６と対向する８本の曲線状のトラック溝７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６と内側継手部材３のトラック溝７との間にトルクを伝達する８個のボール４が１個ずつ組み込まれている。外側継手部材２の球状内周面８と内側継手部材３の球状外周面９の間に、ボール４を保持する保持器５が配置されている。保持器５の球状外周面１０は外側継手部材２の球状内周面８と、保持器５の球状内周面１１は内側継手部材３の球状外周面９とそれぞれ嵌合している。

外側継手部材２の球状内周面８と内側継手部材３の球状外周面９の曲率中心は、それぞれ継手の中心Ｏに形成されている。これに対して、外側継手部材２の曲線状のトラック溝６の曲率中心Ａと、内側継手部材３の曲線状のトラック溝７の曲率中心Ｂは、継手の中心Ｏに対して軸方向反対側に等距離ｆ１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２と内側継手部材３の両軸線がなす角度を二等する平面上にボール４が常に案内され、二軸間で等速に回転が伝達されることになる。

内側継手部材３の内径孔１７には、雌スプライン（スプラインはセレーションを含む。以下同じ。）１６が形成され、中間シャフト１２の端部に形成された雄スプライン１９を雌スプライン１６に嵌合し、トルク伝達可能に連結されている。内側継手部材３と中間シャフト１２は、止め輪１８により軸方向に位置決めされている。

外側継手部材２の外周と、内側継手部材３に連結されたシャフト１２の外周にブーツ１３を装着し、ブーツ１３の両端はブーツバンド１４、１５により締付固定されている。ブーツ１３で覆われた継手内部には、潤滑剤としてのグリースが封入されている。

外側継手部材２のマウス部２ａの底部にステム部２０が一体に形成され、ステム部２０には、駆動車輪が取り付けられるハブ輪（図示省略）と嵌合する雄スプライン２１と締結用のねじ部２２が形成されている。

図３は、図２のボールとトラック溝を拡大した横断面図である。図３に示すように、ボール４は、外側継手部材２のトラック溝６と２点Ｃ１２、Ｃ１３でアンギュラコンタクトし、内側継手部材３のトラック溝７と２点Ｃ１５、Ｃ１６でアンギュラコンタクトしている。ボール中心Ｏ５と各接触点Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１５、Ｃ１６を通る直線と、ボール中心Ｏ５と継手中心Ｏを通る直線がなす角度（接触角α）は３０°以上に設定することが好ましい。

本実施形態の８個ボールタイプの固定式等速自在継手１は、図１および図２を参照して、ボール４のピッチ円直径（ＰＣＤ_BALL）とボール直径（Ｄ_BALL）との比ｒ１（＝ＰＣＤ_BALL／Ｄ_BALL）は３．３≦ｒ１≦５．０、好ましくは３．５≦ｒ１≦５．０の範囲内に設定されている。ここで、ボール４のピッチ円直径（ＰＣＤ_BALL）は、ＰＣＲの２倍の寸法である（ＰＣＤ_BALL＝２×ＰＣＲ）。外側継手部材２のトラック溝６の曲率中心Ａとボール４の中心Ｏ５を結ぶ線分の長さ、内側継手部材３のトラック溝７の曲率中心Ｂとボール４の中心Ｏ５を結ぶ線分の長さが、それぞれＰＣＲであり、両者は等しい。また、外側継手部材２の外径（Ｄ_OUTER）と内側継手部材２の内径孔１７の雌スプライン１６のピッチ円直径(ＰＣＤ_SERR)との比ｒ２（＝Ｄ_OUTER／ＰＣＤ_SERR）は２．５≦ｒ２≦３．５の範囲内の値に設定されている。したがって、従来継手（６個ボールタイプの固定式等速自在継手）と同等以上の強度、負荷容量および耐久性を有し、かつ、外径寸法がコンパクトとなる。

本実施形態の固定式等速自在継手１の全体構成は以上のとおりであるが、本実施形態の固定式等速自在継手１の特徴は、保持器５のポケット５ａとトルク伝達ボール４との間のポケットすきまが、常用角におけるボール移動領域で正すきまであり、かつ、常用角におけるボール移動領域以外の領域では負すきまに設定されていることである。これにより、継手の作動角が大きい領域で異音（ボールの打音）が発生せず、かつ、常用角ではトルク損失が小さい固定式等速自在継手を実現することができる。

ここで、固定式等速自在継手１の常用角について説明する。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２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１に生じる作動角をいう。常用角は、通常、２°〜１５°程度の間で車種ごとの設計条件に応じて決定される。自動車はセダン系乗用車とＳＵＶ（スポーツ用多目的車）に大別される。セダン系乗用車は、通常、常用角は３°〜６°程度である。ＳＵＶは、バンやピックアップトラックを含む車高が高い車で、通常、常用角は６°〜１２°程度である。

また、保持器５のポケット５ａとボール４と間のポケットすきまを図８に基づいて説明する。図８は、保持器５の縦断面図である。保持器５には、柱部５ｂにより区画された周方向に８個のポケット５ａが設けられている。ポケット５ａの軸方向に対向する面がボール４を保持するポケット側面５ａ１であり、両ポケット側面５ａ１、５ａ１間の軸方向寸法をＮとする。そして、二点鎖線で示したボール４の直径（Ｄ_BALL）との初期ポケットすきまは、次式で表される。
初期ポケットすきま＝保持器５の両ポケット側面５ａ１、５ａ１間の軸方向寸法Ｎ−ボールの直径（Ｄ_BALL）
初期ポケットすきまは、軸方向寸法Ｎよりボールの直径（Ｄ_BALL）が小さい場合、正すきまとなり、逆に、軸方向寸法Ｎよりボールの直径（Ｄ_BALL）が大きい場合、負すきまとなる。
本明細書および特許請求の範囲において、保持器のポケットとトルク伝達ボールとの間の初期ポケットすきまは、上記の意味で用いる。また、初期ポケットすきまが負すきまであるとは、すきまゼロを含む負すきまを意味する。以下の説明では、初期ポケットすきまは、単にポケットすきまと略称する。なお、図８では、理解しやすいように、ポケットすきま（正すきま）を誇張して図示している。

まず、本実施形態に至るまでの開発過程の検討結果および知見を図４〜９に基づいて説明する。
（１）常用角における伝達効率の検証
常用角領域における伝達効率を調査するため、８個ボールのツェッパ型等速自在継手としてＮＴＮ製ＥＢＪ８２Ｍを用いて実験した（以降の実験においても同じ。）。ポケットすきま量を種々の値にしたサンプルを製作し、作動角４°、６°および８°についてトルク損失率を求めた。このサンプルにおける保持器５のポケット側面５ａ１は、凹凸のないフラットな従来の形態のものとした。実験結果を図４に示す。この結果、ポケットすきま量が−１０μｍ以下になると、トルク損失率が大きくなることが確認できた。

（２）高作動角域における異音の検証
ポケットすきまが正すきまで、種々の値にしたサンプルを製作し、作動角３５°および４０°について実験した。実験結果を図５に示す。この結果、ポケットすきま量が＋３０μｍ以上になると、継手から離れた位置でも異音が聞こえるようになることが分かった。ポケット部は長時間の使用で摩耗が進行することから、経時劣化を見込んだポケットすきまの初期値は、負すきま、もしくはゼロに設定するのが一般的であった。そのためトルク損失率を低減することは容易ではなかった。

（３）異音の発生メカニズムの解析
ポケットすきま量と伝達損失率との関係およびポケットすきま量と異音との関係が確認できたので、次に異音の発生メカニズムを調査した。図６（ａ）に継手が大きな作動角θを取ったときの状態を示す。図中、破線Ｌ１は、外側継手部材２のトラック溝６とボール４の接触点の軌跡であり、破線Ｌ２は、内側継手部材３のトラック溝７とボール４の接触点の軌跡である。図６（ａ）の上死点の位相角を０°として、図２に示すように、反時計回りに４５°、９０°、１３５°１８０°２２５°、２７０°、３１５°、３６０°とする。図７は、継手が作動角４０°で回転トルクを伝える場合の継手１回転中のポケット荷重の変動を示す解析結果である。図７の横軸は、任意の１個のボール４とポケット５ａの継手１回転中の位相角を示し、縦軸は、ポケット荷重Ｐ５、Ｐ６を回転トルク伝達方向の荷重ＰＮで除して無次元化した値を示す。図６（ｂ）に示すように、ポケット荷重Ｐ５はボール４が外側継手部材２の開口側に保持器５を押す力であり、ポケット荷重Ｐ６はボール４が外側継手部材２の奥側に保持器５を押す力である。

図７の○で囲んだ位相角は、ポケット荷重の向きが反転する箇所を示し、このような位相角でボールの打音が発生すると考えられる。図示のように、位相角が約３０°、６０°、１８０°のとき、ポケット荷重が反転することが確認できた。この解析では、ポケットすきま量は１０μｍとした。

（４）ポケット内におけるボールの移動軌跡の解析
継手が作動角をとった場合、ボール４は、保持器５のポケット５ａ内で、保持器５の半径方向と周方向に摺動する。図８に示すように、周方向の摺動（図８の矢印ｈ）は、ポケット５ａの周方向の中心からボール４が柱部５ｂに接近するように摺動することである。この周方向の摺動は、作動角をとると、外側継手部材２と内側継手部材３とが斜交することにより、周方向に隣り合うトラック溝６、７とボール４との接点Ｃ１２、Ｃ１３およびＣ１５、Ｃ１６（図３参照）の周方向の間隔が変化し、これによりトラック溝６、７に拘束されたボール４がポケット５ａに対して周方向に移動させられることによって生じる。

一方、ボール４のポケット５ａ内での半径方向の摺動（図８の矢印ｇ）は、トラックオフセット量ｆ１（図１参照）により生じる。その理由は、図６（ａ）に示すように、作動角θをとると、上死点のボール４は外側継手部材２の開口側に移動し、下死点のボール４は外側継手部材２の奥側に移動する。トラックオフセット量ｆ１が設けられているので、外側継手部材２と内側継手部材３のトラック溝６、７は、それぞれ、溝深さが開口側で深く、奥側に行く程浅く形成されている。そのため、外側継手部材２の開口側に移動したボール４は、半径方向の外側に移動し、外側継手部材２の奥側に移動したボール４は、半径方向の内側に移動する。このように、ボール４と当接するトラック溝６、７の軸方向の位置によりボール４が半径方向に移動する。

上記のように、ボール４は保持器５のポケット５ａ内で保持器５の半径方向と周方向に摺動するが、この運動を集約したポケット５ａ内でのボール４の移動軌跡を機構解析した。図９は機構解析の結果を示す。継手１回転中にボール４（図示省略）は、ポケット側面５ａ１上を８の字を描くように動き、作動角が大きくなる程大きく動く。図９では、主にトルク損失を低減したい常用角（作動角６°）と、異音（ボールの打音）発生の可能性がある高作動角（作動角４０°）の移動軌跡を示す。

保持器５のポケット５ａの周方向の長さは、継手組立時にボールの組込に必要な組込角度（６５°程度）に基づいて設定されている。この組込角度は、継手運転状態の最大作動角（４７°程度）よりも大きい。ポケット５ａがこのような周方向の長さを有するので、ＮＴＮ製ＥＢＪ８２Ｍの場合に、常用角（作動角６°）で、ボール４は、ポケット側面５ａ１の中央部から左右に１ｍｍ程度の移動幅ｅを有し、高作動角（作動角４０°）で、０．３ｍｍ程度の移動幅ｆとなる。

（５）新たな着想
前述した図７と図９を対比して熟考する中で、高作動角時に異音が発生すると考えられる位相角３０°、６０°および１８０°付近のボール４の位置は、ポケット側面５ａ１の中央部から外れた内径側および外径側に寄っていること、およびトルク損失を最も低減したい使用頻度の高い常用角（作動角６°）のボール４の位置は、前述した移動幅ｅが±１ｍｍ程度を加味してもポケット側面５ａ１の中央部付近に留まることに着目した。この着目により、保持器５の同一のポケット側面５ａ１の中で常用角、高作動角におけるボール移動領域毎に好ましいポケットすきまを設定するという新たな着想を経て本実施形態に至った。

本実施形態の固定式等速自在継手１の特徴である保持器５のポケット５ａ（ポケット側面５ａ１）とボール４との間のポケットすきまが、常用角におけるボール移動領域で正すきまであり、かつ、常用角におけるボール移動領域以外の領域では負すきまに設定されている具体的な構成を図１０〜１２に基づいて説明する。

図１０（ａ）は保持器単体の正面図であり、図１０（ｂ）は保持器単体の斜視図である。保持器５は、前述したように球状外周面１０と球状内周面１１を有し、柱部５ｂにより区画された周方向に８個のポケット５ａが設けられている。ポケット５ａの軸方向に対向するポケット側面５ａ１がボール４を保持する面である。本実施形態は、ポケット側面５ａ１の形状に特徴を有する。

ポケット側面５ａ１の具体的な形状を図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に基づいて説明する。図１１（ａ）は、図１０（ａ）のＧ−Ｇ線で矢視した横断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図におけるＩ部の拡大図で、（ｃ）図は、（ｂ）図のＪ−Ｊ線で矢視した部分断面図である。図示のように、ポケット側面５ａ１の中央部に周方向に帯状の凹部３０が形成されている。図１１（ｃ）に示す凹部３０の深さａは５〜３０μｍ程度である。ただし、図１１（ｃ）では、理解しやすいように凹部３０の深さａを誇張して図示している。凹部３０の深さａは５〜３０μｍ程度と極めて浅いものであるので、凹部３０の底部にボール４が当接可能な寸法関係になっている。後述する凹部の各形態および変形例においても同様に底部にボール４が当接可能な寸法関係になっている。

図１１（ｂ）に示す凹部３０の長さｂは、常用角における移動幅ｅを考慮して２〜３ｍｍ程度で、幅ｃは１〜２ｍｍ程度であり、継手が常用角で作動するときのボール４の移動軌跡を包含する。これにより、常用角におけるボール移動領域で初期ポケットすきまを正すきまに確実に設定することができる。また、ポケット側面５ａ１の中央部に周方向に帯状の凹部３０を形成したので、加工効率よく初期ポケットすきまを設定することができる。

本実施形態では、凹部３０は保持器５の軸方向に対向するポケット側面５ａ１の片側に設けられている。凹部３０が設けられているので、常用角におけるボール移動領域では、両ポケット側面５ａ１、５ａ１の面間距離に凹部３０の深さａを加算した寸法が、図８に示す軸方向寸法Ｎとなり、ポケットすきまは正すきまとなる。ポケット側面５ａ１の凹部３０以外の面は、従来と同等のポケットすきま、すなわち、負すきまが得られるように対向する両ポケット側面５ａ１、５ａ１の面間距離を保っている。

本実施形態では、凹部３０をポケット側面５ａ１の片側に設けたものを例示したが、これに限られず、凹部３０は両側のポケット側面５ａ１に設けてもよい。凹部３０を形成する手段は、切削や研削などの機械加工を用いてもよいし、冷間塑性加工や放電加工などを用いてもよい。凹部３０の寸法として、長さｂが２〜３ｍｍ程度、幅ｃが１〜２ｍｍ程度を例示したが、この寸法はジョイントのサイズにより適宜増減される。

ポケット側面５ａ１を上記の構成にしたので、使用頻度の高い常用角におけるボール移動領域でポケットすきまは正すきまとなり、高作動角におけるボール移動領域では負すきまとなる。このように、同一のポケット側面５ａ１の中で常用角、高作動角におけるボール移動領域毎に好ましいポケットすきまを設定できる。その結果、常用角におけるボール移動領域ではトルク損失率を確実に低減でき、かつ、高作動角におけるボール移動領域では異音の発生がない固定式等速自在継手１の実現が可能となる。さらに具体的な効果として、折り曲げトルクの低減によりアイドリング振動を改善でき、ボールの動きが円滑になり摩擦力が減ることにより継手作動中の発熱が低減され、耐久寿命が向上する。

図１２（ａ）〜図１２（ｅ）にポケット側面の凹部の種々の形態を示す。図１２（ａ）は、図１０（ａ）のＫ−Ｋ線で矢視した保持器の縦断面図であり、図１２（ｂ）〜図１２（ｅ）は、図１２（ａ）におけるＬ部の拡大図である。図１２（ｂ）に示す凹部３０₁は、前述した図１１（ｂ）および図１１（ｃ）の凹部３０の横断面形状を曲率半径ｒ１の円弧状にしたものであり、図１２（ｃ）に示す凹部３０₂は、横断面形状を傾斜角β１のテーパ面で形成したものである。これにより、常用角におけるボール移動領域とこの領域以外の領域を滑らかに接続することができる。

図１２（ｄ）に示すポケット側面５ａ１は、保持器５の横断面において凹面３０₃で形成され、ポケット側面５ａ１の半径方向の全幅が曲率半径ｒ２の円弧状に形成されている。図１２（ｅ）に示すポケット側面５ａ１は、保持器５の横断面において凹面３０₄で形成され、ポケット側面５ａ１の半径方向の全幅が傾斜角β２のテーパ面で形成されている。これにより、ポケット側面５ａ１全体を、切削や研削などの機械加工あるいは冷間塑性加工や放電加工などで一度に加工することができる。また、常用角におけるボール移動領域とこの領域以外の領域のポケットすきま量の変化を滑らかにすることができる。凹面３０₃、３０₄の周方向の長さは、２〜３ｍｍ程度あるいはそれ以上の適宜の寸法としている。凹面３０₃、３０₄においても、その深さは５〜３０μｍ程度であり、使用頻度の高い常用角におけるボール移動領域のポケットすきまは正すきまとなり、高作動角におけるボール移動領域では負すきまとなる。その結果、常用角におけるボール移動領域はトルク損失率を確実に低減でき、かつ、高作動角におけるボール移動領域で異音の発生がない固定式等速自在継手１の実現が可能となる。

前述したように、凹部３０₁、３０₂、凹面３０₃、３０₄の深さは５〜３０μｍ程度と極めて浅いものであるので、曲率半径ｒ１、ｒ２は相応に大きなものであり、傾斜角β１、β２は相応に小さなものである。後述する変形例の曲率半径ｒ３、傾斜角β３も同様である。

図１３（ａ）〜図１３（ｃ）に、ポケット側面の凹部の第１の変形例を示す。図１３（ａ）は、図１０（ａ）のＧ−Ｇ線で矢視した横断面図で、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）におけるＩ部の拡大図で、図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）のＪ−Ｊ線で矢視した部分断面図である。図示のように、本変形例の凹部３０₅は、ポケット側面５ａ１の中央部に径方向の幅の狭い帯状（幅１ｍｍ程度）に形成され、保持器５の球状内周面１１から前記球状外周面１０まで延びている．図１３（ｃ）に示すように、凹部３０₅の横断面形状は曲率半径ｒ３の円弧状にされている。

前述した第１の実施形態では、常用角（作動角６°）におけるボール４の移動幅ｅ（±１ｍｍ程度）を考慮して、凹部３０の長さｂを２〜３ｍｍ程度に設定した。しかし、常用角におけるボール４のポケット側面５ａ１上の位置を観察すると、ボール４はポケット側面５ａ１上の座りの良い場所に留まることが確認できた。この知見を基に、凹部の更なる形態を思考した結果、凹部３０₅をポケット側面５ａ１の中央部に半径方向の全幅にわたって幅の狭い帯状（幅１ｍｍ程度）に形成した本変形例を想起した。この場合も、常用角で使用する部分のポケットすきまは正すきまとなり、高作動角で使用する部分は基本的に負すきまとなる。高作動角時に帯状の凹部３０₅をボール４が移動するが、幅の狭い帯状のため異音には至らないことが確認できた。本変形例でも、常用角におけるボール移動領域はトルク損失率を確実に低減でき、かつ、高作動角でも異音の発生がない固定式等速自在継手１の実現が可能となる。また、本変形例の凹部３０₅であれば、ポケット側面５ａ１のシェービング加工時に同時成形でき、生産性がよく製造コストを抑制できる。

その他の構成については、第１の実施形態と同様であるので、同様の機能を有する部位には同一の符号（下付文字を除く）を付して、第１の実施形態における説明内容を準用し、説明を省略する。

図１４（ａ）〜図１４（ｂ）に、ポケット側面の凹部の第２の変形例を示す。図１４（ａ）は、図１１（ａ）におけるＩ部の拡大図で、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＪ−Ｊ線で矢視した部分断面図である。図示のように、本変形例の凹部３０₆は、第１の変形例と同様、ポケット側面５ａ１の中央部に径方向の幅の狭い帯状（幅１ｍｍ程度）に形成され、保持器５の球状内周面１１から球状外周面１０まで延びている。図１４（ｂ）に示すように、凹部３０₆の横断面形状は傾斜角β３のテーパ面で形成されている。この点が、第１の変形例と異なるが、他の構成や作用については、第１の変形例と同様であるので、同様の機能を有する部位には同一の符号（下付文字を除く）を付して、第１の変形例で説明した内容を準用し、説明を省略する。

次に、第２の実施形態に係る固定式等速自在継手を図１５および図１６に基づいて説明する。図１５は、固定式等速自在継手の部分縦断面図で、図１６は、図１５のＭ−Ｍ線で矢視した側面図である。本実施形態の固定式等速自在継手１₁は、６個のボールを使用したツェッパ型等速自在継手である。６個のボールを使用した点が第１の実施形態と異なるが、その他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同様の機能を有する部位には同一の符号（下付文字を除く）を付して、第１の実施形態で説明した内容を準用し、要点のみを説明する。

本実施形態の固定型等速自在継手１₁は、外側継手部材２₁、内側継手部材３₁、ボール４₁および保持器５₁を主な構成とする。外側継手部材２₁の球状内周面８₁には６本の曲線状のトラック溝６₁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３₁の球状外周面９₁には、外側継手部材２₁のトラック溝６₁と対向する６本の曲線状のトラック溝７₁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２₁のトラック溝６₁と内側継手部材３₁のトラック溝７₁との間にトルクを伝達する６個のボール４₁が１個ずつ組み込まれている。外側継手部材２₁の球状内周面８₁と内側継手部材３₁の球状外周面９₁の間に、ボール４₁を保持する保持器５₁が配置されている。保持器５₁の球状外周面１０₁は外側継手部材２₁の球状内周面８₁と、保持器５₁の球状内周面１１₁は内側継手部材３₁の球状外周面９₁とそれぞれ嵌合している。

外側継手部材２₁の球状内周面８₁と内側継手部材３₁の球状外周面９₁の曲率中心は、それぞれ継手の中心Ｏに形成されている。これに対して、外側継手部材２₁の曲線状のトラック溝６₁の曲率中心Ａ₁と、内側継手部材３₁の曲線状のトラック溝７₁の曲率中心Ｂ₁は、継手の中心Ｏに対して軸方向反対側に等距離ｆ２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２₁と内側継手部材３₁の両軸線がなす角度を二等する平面上にボール４₁が常に案内され、二軸間で等速に回転が伝達されることになる。

保持器５₁には周方向に６個のポケット５ａ₁が設けられている。ポケット５ａ₁の軸方向に対向するポケット側面５ａ１₁がボール４₁を保持する面である。図示は省略するが、本実施形態おいても、ポケット側面５ａ１₁に第１の実施形態およびその変形例と同様の凹部や凹面が形成されている。このため、使用頻度の高い常用角におけるボール移動領域のポケットすきまは正すきまとなり、高作動角におけるボール移動領域は負すきまとなる。その結果、常用角常用角におけるボール移動領域はトルク損失率を確実に低減でき、かつ、高作動角でも異音の発生がない固定式等速自在継手１₁の実現が可能となる。

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１７に基づいて説明する。図１７は固定式等速自在継手の部分縦断面図である。本実施形態の固定式等速自在継手１₂は、６個のボールを使用したアンダーカットフリー型等速自在継手である。６個のボールを使用しトラック溝にアンダーカットがない点が第１の実施形態と異なるが、その他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同様の機能を有する部位には同一の符号（下付文字を除く）を付して、第１の実施形態で説明した内容を準用し、要点のみを説明する。

本実施形態の固定型等速自在継手１₂は、外側継手部材２₂、内側継手部材３₂、ボール４₂および保持器５₂を主な構成とする。外側継手部材２₂の球状内周面８₂には６本の曲線状のトラック溝６₂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３₂の球状外周面９₂には、外側継手部材２₂のトラック溝６₂と対向する６本の曲線状のトラック溝７₂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２₂の曲線状のトラック溝６₂は、外側継手部材２₂の開口側に直線状のトラック溝部６_2Sを備えている。一方、内側継手部材３₂の曲線状のトラック溝７₂は、外側継手部材２₂の奥側に直線状のトラック溝部７_2Sを備えている。外側継手部材２₂のトラック溝６₂と内側継手部材３₂のトラック溝７₂との間にトルクを伝達する６個のボール４₂が１個ずつ組み込まれている。外側継手部材２₂の球状内周面８₂と内側継手部材３₂の球状外周面９₂の間に、ボール４₂を保持する保持器５₂が配置されている。保持器５₂の球状外周面１０₂は外側継手部材２₂の球状内周面８₂と、保持器５₂の球状内周面１１₂は内側継手部材３₂の球状外周面９₂とそれぞれ嵌合している。

保持器５₂の球状外周面１０₂および外側継手部材２₂の球状内周面８₂の曲率中心Ｃ₂と、保持器５₂の球状内周面１１₂および内側継手部材３₂の球状外周面９₂の曲率中心Ｄ₂は、継手の中心Ｏに対して軸方向反対側に等距離ｆ４オフセットされている。また、外側継手部材２₂の曲線状のトラック溝６₂の曲率中心Ａ₂と、内側継手部材３₂の曲線状のトラック溝７₂の曲率中心Ｂ₂は、継手の中心Ｏに対して軸方向反対側に等距離ｆ３オフセットされている。本実施形態の固定式等速自在継手１₂においても、継手が作動角をとった場合、外側継手部材２₂と内側継手部材３₂の両軸線がなす角度を二等する平面上にボール４₂が常に案内され、二軸間で等速に回転が伝達されることになる。

本実施形態の固定式等速自在継手１₂は、曲線状のトラック溝６₂、７₂が、その一部に直線状のトラック溝部６_2S、７_2Sをそれぞれ備えているので、アンダーカットがないトラック溝となる。この固定式等速自在継手１₂は、外側継手部材２₂の開口側に直線状のトラック溝部６_2Sの存在により、より大きな作動角に対応することができる。

保持器５₂には周方向に６個のポケット５ａ₂が設けられている。ポケット５ａ₂の軸方向に対向するポケット側面５ａ１₂がボール４₂を保持する面である。図示は省略するが、本実施形態おいても、ポケット側面５ａ１₂に第１の実施形態およびその変形例と同様の凹部や凹面が形成されている。このため、使用頻度の高い常用角におけるボール移動領域のポケットすきまは正すきまとなり、高作動角におけるボール移動領域は負すきまとなる。その結果、常用角におけるボール移動領域はトルク損失率を確実に低減でき、かつ、高作動角でも異音の発生がない固定式等速自在継手１₁の実現が可能となる。

自動車の実際の走行状態として、急カーブの道路や交差点等では、固定式等速自在継手に生じる作動角は上記常用角より大きくなるが、以上説明した実施形態および変形例の固定式等速自在継手１、１₁、１₂では、急カーブの道路や交差点等の大きな作動角での使用頻度は少ないので、常用角の範囲で継手効率の向上（トルク損失率の低減）を図ることにより、総合的にみて継手効率を向上させることができる。

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
２ 外側継手部材
３ 内側継手部材
４ トルク伝達ボール
５ 保持器
５ａ ポケット
５ａ１ ポケット側面
６ トラック溝
７ トラック溝
８ 球状内周面
９ 球状外周面
１０ 球状外周面
１１ 球状内周面
１２ 中間シャフト
１３ ブーツ
３０ 凹部
Ａ 曲率中心
Ｂ 曲率中心
Ｃ₂ 曲率中心
Ｄ₂ 曲率中心
Ｄ_BALL ボールの直径
Ｎ 軸方向寸法
Ｏ 継手中心
ｆ１ オフセット量
ｆ２ オフセット量
ｆ３ オフセット量

Claims (9)

1. 球状内周面に軸方向に延びる複数の曲線状のトラック溝が形成された外側継手部材と、球状外周面に軸方向に延びる複数の曲線状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これに対応する前記内側継手部材のトラック溝との間に配された複数個のトルク伝達ボールと、このトルク伝達ボールをポケットに保持すると共に前記外側継手部材の球状内周面と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と球状内周面を有する保持器を備え、前記外側継手部材の曲線状のトラック溝の曲率中心と前記内側継手部材の曲線状のトラック溝の曲率中心が継手中心に対して軸方向反対側に等距離オフセットされた固定式等速自在継手において、
   前記保持器のポケットと前記トルク伝達ボールとの間の初期ポケットすきまが、常用角におけるボール移動領域で正すきまであり、かつ、前記常用角におけるボール移動領域以外の領域では負すきまであることを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記ポケットの軸方向に対向する一対のポケット側面のうち、少なくとも一方のポケット側面の中央部に凹部が形成されてい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. 前記凹部が前記保持器の周方向に帯状であることを特徴とする請求項２に記載の固定式等速自在継手。
4. 前記凹部が前記保持器の径方向に帯状であり、前記保持器の前記球状内周面から前記球状外周面まで延びていることを特徴とする請求項２に記載の固定式等速自在継手。
5. 前記凹部の横断面形状が円弧状であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
6. 前記凹部の横断面形状がテーパ面からなることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
7. 前記ポケット側面が前記保持器の横断面において凹面で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の固定式等速自在継手。
8. 前記凹面の横断面形状が円弧状であることを特徴とする請求項７に記載の固定式等速自在継手。
9. 前記凹面の横断面形状がテーパ面からなることを特徴とする請求項７に記載の固定式等速自在継手。

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