JP4067191B2 - 等速ジョイント及び等速ジョイント付転がり軸受ユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係る等速ジョイントは、例えば独立懸架式サスペンションに駆動輪を支持する為の転がり軸受ユニットに一体的に組み込み、トランスミッションから駆動輪に駆動力を伝達するのに利用する。又、等速ジョイント付転がり軸受ユニットは、この様な等速ジョイントと転がり軸受ユニットとを一体としたものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のトランスミッションと、独立懸架式サスペンションにより支持した駆動輪との間には等速ジョイントを設けて、デファレンシャルギヤと駆動輪との相対変位や車輪に付与された舵角に拘らず、エンジンの駆動力を駆動輪に、全周に亙り同一角速度で伝達自在としている。この様な部分に使用される等速ジョイントとして従来から、例えば実開昭５７−１４５８２４〜５号公報、同５９−１８５４２５号公報、同６２−１２０２１号公報等に記載されたものが知られている。
【０００３】
この様な従来から知られた等速ジョイント１は、例えば図６〜８に示す様に、内輪２と外輪３との間の回転力伝達を６個のボール４、４を介して行なう様に構成している。上記内輪２は、トランスミッションにより回転駆動される一方の軸５の外端部に固定する。又、上記外輪３は、駆動輪を結合する他方の軸６の内端部に固定する。上記内輪２の外周面２ａには、断面円弧形の内側係合溝７、７を６本、円周方向等間隔に、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成している。又、上記外輪３の内周面３ａで、上記各内側係合溝７、７と対向する位置には、やはり断面円弧形の外側係合溝８、８を６本、円周方向に対し直角方向に形成している。
【０００４】
又、上記内輪２の外周面２ａと外輪３の内周面３ａとの間には、断面が円弧状で全体が円環状の保持器９を挟持している。この保持器９の円周方向６箇所位置で、上記内側、外側両係合溝７、８に整合する位置には、それぞれポケット１０、１０を形成し、各ポケット１０、１０の内側にそれぞれ１個ずつ、合計６個のボール４、４を保持している。これら各ボール４、４は、それぞれ上記各ポケット１０、１０に保持された状態で、上記内側、外側両係合溝７、８に沿い転動自在である。
【０００５】
上記各ポケット１０、１０は図８に示す様に、円周方向に長い矩形とし、次述する軸交角αの変化に伴って、円周方向に隣り合うボール４、４同士の間隔が変化した場合でも、この変化を吸収できる様にしている。即ち、上記内側係合溝７、７の底面７ａ、７ａ同士の位置関係、並びに上記各外側係合溝８、８の底面８ａ、８ａ同士の位置関係は、図９に一点鎖線で示す様に、地球儀の経線の如き関係になっている。上記内輪２の中心軸と外輪３の中心軸とが一致している（軸交角α＝１８０°）場合に上記各ボール４、４は、図９に二点鎖線で示した、地球儀の赤道に対応する位置の近傍に存在する。これに対して、上記内輪２の中心軸と外輪３の中心軸とが不一致になる（軸交角α＜１８０°）と、等速ジョイント１の回転に伴って上記各ボール４、４が、図９の上下方向に往復変位（地球儀の北極方向と南極方向とに交互に変位）する。この結果、円周方向に隣り合うボール４、４同士の間隔が拡縮するので、上記各ポケット１０、１０を、それぞれ円周方向に長い矩形として、上記間隔の拡縮を行なえる様にしている。尚、上記内側係合溝７、７の底面７ａ、７ａと上記各外側係合溝８、８の底面８ａ、８ａとは、前述の説明から明らかな通り、互いに同心ではない。従って、上記経線に相当する線は、これら各係合溝７、８毎に、互いに少しずれた位置に存在する。
【０００６】
更に、図６に示す様に、前記一方の軸５と他方の軸６との変位に拘らず、上記各ボール４、４を、これら両軸５、６の軸交角α、即ち、上記一方の軸５の中心線ａと他方の軸６の中心線ｂとの交点ｏで両線ａ、ｂのなす角度αを二等分する、二等分面ｃ内に配置している。この為に、上記内側係合溝７、７の底面７ａ、７ａは、上記中心線ａ上で、上記交点ｏからｈだけ離れた点ｄを中心とする球面上に位置させ、上記外側係合溝８、８の底面８ａ、８ａは、上記中心線ｂ上で、上記交点ｏからｈだけ離れた点ｅを中心とする球面上に位置させている。但し、前記内輪２の外周面２ａ、外輪３の内周面３ａ、並びに前記保持器９の内外両周面は、それぞれ上記交点ｏを中心とする球面上に位置させて、上記内輪２の外周面２ａと保持器９の内周面との摺動、並びに外輪３の内周面３ａと保持器９の外周面との摺動を自在としている。
【０００７】
上述の様に構成する等速ジョイント１の場合、上記一方の軸５により内輪２を回転させると、この回転運動は６個のボール４、４を介して外輪３に伝達され、他方の軸６が回転する。両軸５、６同士の位置関係（上記軸交角α）が変化した場合には、上記各ボール４、４が内側、外側両係合溝７、８に沿って転動し、上記一方の軸５と他方の軸６との変位を許容する。
【０００８】
等速ジョイントの基本的な構造及び作用は上述の通りであるが、この様な等速ジョイントと、車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為の車輪用転がり軸受ユニットとを一体的に組み合わせる事が、近年研究されている。即ち、自動車の車輪を懸架装置に回転自在に支持する為には、外輪と内輪とを転動体を介して回転自在に組み合わせた車輪用転がり軸受ユニットを使用する。この様な車輪用転がり軸受ユニットと上述の様な等速ジョイントとを一体的に組み合わせれば、これら車輪用転がり軸受ユニットと等速ジョイントとを、全体として小型且つ軽量に構成できる。この様な車輪用転がり軸受ユニットと等速ジョイントとを一体的に組み合わせた、所謂第四世代のハブユニットと呼ばれる車輪用転がり軸受ユニットとして従来から、特開平７−３１７７５４号公報に記載されたものが知られている。
【０００９】
図１０は、この公報に記載された従来構造を示している。車両への組み付け状態で、懸架装置に支持した状態で回転しない外輪１１は、外周面にこの懸架装置に支持する為の第一の取付フランジ１２を、内周面に複列の外輪軌道１３、１３を、それぞれ有する。上記外輪１１の内側には、第一、第二の内輪部材１４、１５を組み合わせて成るハブ１６を配置している。このうちの第一の内輪部材１４は、外周面の一端寄り（図１０の左寄り）部分に車輪を支持する為の第二の取付フランジ１７を、同じく他端寄り（図１０の右寄り）部分に第一の内輪軌道１８を、それぞれ設けた円筒状に形成している。これに対して、上記第二の内輪部材１５は、一端部（図１０の左端部）を、上記第一の内輪部材１４を外嵌固定する為の円筒部１９とし、他端部（図１０の右端部）を等速ジョイント１ａの外輪３Ａとし、中間部外周面に第二の内輪軌道２０を設けている。そして、上記各外輪軌道１３、１３と上記第一、第二の内輪軌道１８、２０との間にそれぞれ複数個ずつの転動体２１、２１を設ける事により、上記外輪１１の内側に上記ハブ１６を、回転自在に支持している。
【００１０】
又、上記第一の内輪部材１４の内周面と上記第二の内輪部材１５の外周面との互いに整合する位置には、それぞれ係止溝２２、２３を形成すると共に、止め輪２４を、これら両係止溝２２、２３に掛け渡す状態で設けて、上記第一の内輪部材１４が上記第二の内輪部材１５から抜け出るのを防止している。更に、上記第二の内輪部材１５の一端面（図１０の左端面）外周縁部と、上記第一の内輪部材１４の内周面に形成した段部２５の内周縁部との間に溶接２６を施して、上記第一、第二の内輪部材１４、１５同士を結合固定している。
【００１１】
更に、上記外輪１１の両端開口部と上記ハブ１６の中間部外周面との間には、ステンレス鋼板等の金属製で略円筒状のカバー２７ａ、２７ｂと、ゴムの如きエラストマー等の弾性材製で円環状のシールリング２８ａ、２８ｂとを設けている。これらカバー２７ａ、２７ｂ及びシールリング２８ａ、２８ｂは、上記複数の転動体２１、２１を設置した部分と外部とを遮断し、この部分に存在するグリースが外部に漏出するのを防止すると共に、この部分に雨水、塵芥等の異物が侵入する事を防止する。又、上記第二の内輪部材１５の中間部内側には、この第二の内輪部材１５の内側を塞ぐ隔板部２９を設けて、この第二の内輪部材１５の剛性を確保すると共に、この第二の内輪部材１５の先端（図１０の左端）開口からこの第二の内輪部材１５の内側に入り込んだ異物が、前記等速ジョイント１ａ部分にまで達する事を防止している。尚、この等速ジョイント１ａは、前述の図６〜８に示した等速ジョイント１と同様に構成している。
【００１２】
上述の様に構成する車輪用転がり軸受ユニットを車両に組み付ける際には、第一の取付フランジ１２により外輪１１を懸架装置に支持し、第二の取付フランジ１７により駆動輪である車輪を第一の内輪部材１４に固定する。又、エンジンによりトランスミッションを介して回転駆動される、図示しない駆動軸の先端部を、等速ジョイント１ａを構成する内輪２の内側にスプライン係合させる。自動車の走行時には、この内輪２の回転を、複数のボール４、４を介して第二の内輪部材１５を含むハブ１６に伝達し、上記車輪を回転駆動する。
【００１３】
上述の様な第四世代のハブユニットをより小型化する為には、上記等速ジョイント１ａを構成する複数個のボール４、４の外接円の直径を小さくする事が有効である。そして、この外接円の直径を小さくする為、上記各ボール４、４の直径を小さくし、しかも上記等速ジョイント１ａにより伝達可能なトルクを確保する為には、上記ボール４、４の数を増やす必要がある。又、この様な事情によりボール４、４の数を増やした場合でも、これら各ボール４、４を保持する保持器９の耐久性を確保する為には、この保持器９に設けた複数のポケット１０、１０同士の間に存在する柱部３０、３０（図７、８、１１〜１４参照）の円周方向に亙る幅を確保する必要がある。何となれば、これら各柱部３０、３０の円周方向に亙る幅が不十分であると、上記保持器９の強度が不足し、長期間に亙る使用に伴って、上記各ポケット１０、１０の周縁部から亀裂等の損傷が発生する可能性が生じる為である。但し、これら各柱部３０、３０の幅を大きくする事は、ボール４、４との干渉防止の面から規制を受ける。即ち、第一として上記各ポケット１０、１０の円周方向に亙る長さは、上記等速ジョイント１ａをジョイント角（内輪２の中心軸と外輪３Ａの中心軸との位置関係が直線状態からずれた角度。図６に示した軸交角αの補角）を付した状態で回転させた場合に、上記各ボール４、４が上記保持器９の円周方向に変位できる大きさである必要がある。又、第二として上記長さは、上記等速ジョイント１ａを組み立てるべく、内輪２と外輪３Ａと保持器９とを組み合わせた後、この保持器９、９のポケット１０、１０内に、上記各ボール４、４を組み込める大きさでなければならない。
【００１４】
この様な点を考慮しつつ、上記ボール４、４の数を６個よりも多くし、上記各柱部３０、３０の幅を大きくする構造として、特開平９−１７７８１４号公報には、図１１〜１４に示す様な等速ジョイント１ｂが記載されている。この公報に記載された等速ジョイント１ｂは、内輪２と外輪３との間の回転力伝達を８個のボール４、４を介して行なう様に構成している。そして、この公報に記載された構造の場合には、保持器９ａの円周方向８個所に、円周方向に亙る長さ寸法が大きいポケット１０ａ、１０ａと長さ寸法が短いポケット１０ｂ、１０ｂとを互いに等間隔に（分割ピッチ角を互いに等しくして）、且つ交互に配置している。これら２種類のポケット１０ａ、１０ｂのうち、長さ寸法が短いポケット１０ｂ、１０ｂは、ジョイント角を最大にしての上記等速ジョイント１ｂの使用状態でも、これら各ポケット１０ｂ、１０ｂの長さ方向両端部内側面とこれら各ポケット１０ｂ、１０ｂ内に保持されたボール４、４の転動面とが干渉しない大きさにしている。これに対して、長さ寸法が長いポケット１０ａ、１０ａは、上記各ポケット１０ｂ、１０ｂ内に上記各ボール４、４を組み込むべく、上記内輪２の中心軸と上記外輪３の中心軸とを、上記使用状態でのジョイント角の最大値を越えて傾斜させた状態でも、上記各ポケット１０ａ、１０ａの長さ方向両端部内側面と、既にこれら各ポケット１０ａ、１０ａ内に組み込んであるボール４、４とが干渉しない大きさにしている。
【００１５】
上述の様に構成される、前記特開平９−１７７８１４号公報に記載された等速ジョイントによれば、長さ寸法が長いポケット１０ａ、１０ａにボール４、４を組み込んだ後、長さ寸法が短いポケット１０ｂ、１０ｂ内にボールを組み込む事により、総てのポケット１０ａ、１０ｂ内にボール４、４を組み込める。即ち、これら各ポケット１０ａ、１０ｂ内にボール４、４を組み込む際には、図１４に示す様に、上記内輪２の中心軸と上記外輪３の中心軸とを、上記使用状態でのジョイント角の最大値を越えて傾斜させた状態で行なう。長さ寸法が長いポケット１０ａ、１０ａにボール４、４を組み込む際には、これら各ポケット１０ａ、１０ａの端部と、上記内輪２の外周面に形成した内側係合溝７、７の端部とが、上記ボール４、４の１個分以上整合する。従って、これら各ポケット１０ａ、１０ａ内へのボール４、４の組み込みを確実に行なえる。次いで、長さ寸法が短い４個のポケット１０ｂ、１０ｂ内にボール４、４を組み込むべく、上記内輪２の中心軸と上記外輪３の中心軸とを図１４に示す様に傾斜させると、既に上記長さ寸法が長いポケット１０ａ、１０ａ内に組み込んであるボール４、４が、図１３に鎖線矢印で示す様に、長さ寸法が短いポケット１０ｂ、１０ｂに近づく方向に、上記各ポケット１０ａ、１０ａ内で変位する。そして、上記長さ寸法が短い各ポケット１０ｂ、１０ｂの中央部と、上記内輪２の外周面に形成した内側係合溝７、７の端部とが整合する。従って、これら各ポケット１０ｂ、１０ｂ内へのボール４、４の組み込みを確実に行なえる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開平９−１７７８１４号公報に記載された等速ジョイント１ｂの場合には、円周方向に亙る長さ寸法が異なる２種類のポケット１０ａ、１０ｂを、円周方向に亙って交互に且つ等間隔で配置している。この為、単一種類のポケットを使用した場合に比べれば、円周方向に隣り合うポケット同士の間に存在する各柱部３０、３０の円周方向に亙る幅を大きくできるが、これら各柱部３０、３０の幅を上記等速ジョイント１ｂの他の構成部分の寿命を確保しつつ保持器９ａの耐久性を確保する面からの考察は行なわれていない。
【００１７】
言い換えれば、上記等速ジョイント１ｂを構成する各ボール４、４の外径と上記各柱部３０、３０の幅との関係を、内側、外側各係合溝７、８の転がり疲れ寿命と保持器９ａの強度との関係で最適に規制する事に関する考慮は全くなされていない。勿論、この様な点を考慮しつつ上記等速ジョイント１ｂの設計を行なう点に就いても、上記公報には一切記載されていない。
本発明は、上記柱部３０、３０の幅の取り得る範囲並びに上記内側、外側各係合溝７、８及び上記各ボール４、４の転動面の転がり疲れ寿命が、上記各ボール４、４の外径並びにピッチ円直径により変化する事に着目し、これらの最適な関係を求める事により、小型でしかも優れた耐久性を有する等速ジョイント及び等速ジョイント付転がり軸受ユニットを実現すべく発明したものである。
【００１８】
【課題を解決する為の手段】
本発明の等速ジョイント及び等速ジョイント付転がり軸受ユニットのうち、請求項１に記載した等速ジョイントは、前述した従来の等速ジョイントと同様に、内輪と、この内輪の外周面の円周方向等間隔位置に存在する８個所に、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成され、表面を焼き入れ硬化された断面円弧形の内側係合溝と、上記内輪の周囲に設けられた外輪と、この外輪の内周面で上記各内側係合溝と対向する位置に、円周方向に対し直角方向に形成され、表面を焼き入れ硬化された断面円弧形の外側係合溝と、上記内輪の外周面と外輪の内周面との間に挟持され、上記内側、外側両係合溝に整合する位置にそれぞれ円周方向に長い８個のポケットを形成した、焼き入れ硬化された鋼製の保持器と、これら各ポケットの内側に１個ずつ保持された状態で内側、外側両係合溝に沿う転動を自在とされた、８個のボールとから成る。そして、これら各ボールを、上記内輪の中心軸と上記外輪の中心軸との軸交角を二等分し、これら両中心軸を含む平面に対し直交する二等分面内に配置している。
特に、本発明の等速ジョイントに於いては、上記各ボールの転動面と上記内側、外側両係合溝との当接部の許容最大面圧を４２００ＭＰ a 、これら両係合溝に対する上記各ボールの接触角を４０度、上記両係合溝の断面形状の曲率半径がこれら各ボールの外径に対する比を０．５１、ジョイント角を４５度以上、上記保持器のうちで円周方向に隣り合うポケット同士の間に存在する柱部とこれら各柱部の軸方向端部を結合する円環状のリム部との連続部に荷重を負荷するボールの中心の、上記外輪の中心軸及び上記内輪の中心軸を含む平面からの位相を６７．５度とし、上記各ボールの外径をＤa とし、上記各柱部の円周方向に亙る幅をｗとし、上記保持器の直径方向に関するこれら各柱部の厚さｔc と上記各ボールの外径Ｄa との比ｔc ／Ｄa をｒt とした場合に、（０．０５４／ｒt ）・Ｄa ≦ｗ≦（０．１６／ｒt ）・Ｄa を満たす。
又、請求項２に記載した等速ジョイント付転がり軸受ユニットは、懸架装置に支持する為の第一のフランジを外周面に、内周面に複列の外輪軌道を有し、上記懸架装置に支持された状態で回転しない軸受外輪と、一端寄り部分の外周面に車輪を支持する為の第二のフランジを設けると共に、他端寄り部分の内周面で円周方向等間隔位置に存在する８個所に、等速ジョイントを構成する為のそれぞれが断面円弧形で、表面を焼き入れ硬化された外側係合溝を、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成し、更に外周面に複列の内輪軌道を形成した軸受内輪と、これら各内輪軌道と上記各外輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつ設けた転動体と、上記軸受内輪の他端寄り部分で上記各外側係合溝を形成した部分の内径側に配置された、外周面で上記各外側係合溝に対向する部分に断面円弧形で、表面を焼き入れ硬化された内側係合溝を、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成した等速ジョイント用内輪と、この等速ジョイント用内輪の外周面と上記軸受内輪の他端寄り部分の内周面との間に設けられた、上記外側、内側各係合溝に整合する円周方向８個所位置に、それぞれが円周方向に長いポケットを形成した、焼き入れ硬化された鋼製の等速ジョイント用保持器と、この等速ジョイント用保持器のポケット内に１個ずつ保持された状態で、上記外側、内側各係合溝同士に沿う転動を自在とされた８個のボールとを備える。又、これら各ボールは、上記等速ジョイント用内輪の中心軸と上記軸受内輪の他端寄り部分の中心軸との軸交角を二等分し、これら両中心軸を含む平面に対し直交する二等分面内に配置されている。
そして、上記各ボールの転動面と上記内側、外側両係合溝との当接部の許容最大面圧を４２００ＭＰ a 、これら両係合溝に対する上記各ボールの接触角を４０度、上記両係合溝の断面形状の曲率半径がこれら各ボールの外径に対する比を０．５１、ジョイント角を４５度以上、上記保持器のうちで円周方向に隣り合うポケット同士の間に存在する柱部とこれら各柱部の軸方向端部を結合する円環状のリム部との連続部に荷重を負荷するボールの中心の、上記外輪の中心軸及び上記内輪の中心軸を含む平面からの位相を６７．５度とし、上記各ボールの外径をＤa とし、上記各柱部の円周方向に亙る幅をｗとし、上記等速ジョイント用保持器の直径方向に関するこれら各柱部の厚さｔc と上記各ボールの外径Ｄa との比ｔc ／Ｄa をｒt とした場合に、（０．０５４／ｒt ）・Ｄa ≦ｗ≦（０．１６／ｒt ）・Ｄa を満たす。
【００１９】
【作用】
上述の様に構成する本発明の等速ジョイント及び等速ジョイント付転がり軸受ユニットによれば、内側、外側各係合溝の転がり疲れ寿命と保持器の強度とを何れも十分に確保でき、等速ジョイントを小型化して、この等速ジョイントの外輪と車輪支持用の転がり軸受ユニットの内輪を一体化した所謂第四世代のハブユニットの実用化に寄与できる。
【００２０】
次に、上記各ボールの外径Ｄa と、柱部の円周方向に亙る幅ｗと、上記保持器の直径方向に関するこれら各柱部の厚さｔc と上記各ボールの外径Ｄa との比 ｒt （＝ｔc ／Ｄa ）との関係を、（０．０５４／ｒt ）・Ｄa ≦ｗ≦（０．１６／ｒt ）・Ｄa なるものに規制した理由に就いて、図１〜４を参照しつつ説明
する。
【００２１】
先ず、等速ジョイントを構成するボール４の転動面と内側、外側両係合溝７、８との当接部に許容される荷重と、このボール４の外径Ｄa との関係に就いて説明する。
上記両係合溝７、８の断面形状の曲率半径は、通常は上記ボール４の外径Ｄa の５１％（０．５１Ｄa ）前後の値にする。この値が小さ過ぎる（０．５Ｄa に近い値になる）と、上記当接部に存在する接触楕円が当該係合溝（内側係合溝７又は外側係合溝８）の肩部に乗り上げ易くなる。そして、乗り上げた場合には、上記ボール４の転動面にエッジロードが加わり、この転動面が早期に剥離してしまう。反対に、値が大き過ぎる（０．５１Ｄa を大きく越える値にする）と、上記当接部に存在する接触楕円の面積が小さくなり、この当接部で当該係合溝の内面と上記ボール４の転動面とに加わる面圧が過度に高くなってしまう。
【００２２】
一方、等速ジョイントは、一般的には、次の▲１▼〜▲３▼の条件を満たす事が必要である。
▲１▼ 上記当接部に於ける許容最大面圧を、４２００ＭＰa （４２８kgf/mm2 ）とする。
この理由は、ジョイント角を付した状態で上記等速ジョイントを運転した場合に、上記ボール４の転動が円滑に行なわれる様にする為である。即ち、上記両係合溝７、８の表面硬度は、炭素鋼を焼き入れ硬化する事によりHRC ６０〜６４程度に硬化されている。この程度の表面硬度を有する上記両係合溝７、８の内側面に、上記した４２００ＭＰa 程度の面圧（接触応力）を加えると、上記ボール４と内側係合溝７又は外側係合溝８との永久変形量の和は、このボール４の外径Ｄa のほぼ０．０００１倍となる。この様な永久変形量の和が、この値（０．０００１倍）を超えると、上記ボール４の転動が円滑に行なわれなくなり、上記等速ジョイント部分でのトルクロスが大きくなる。
▲２▼ 等速ジョイントの運転時に於ける、上記両係合溝７、８に対する上記ボール４の接触角θを約４０度とする。
この接触角の値が大き過ぎる（４０度を大きく越える）と、上記接触楕円が内側係合溝７又は外側係合溝８の肩部に乗り上げ易くなり、これら各係合溝７、８の断面の曲率半径を小さくした場合と同様に、上記ボール４の転動面にエッジロードが発生し、早期に剥離してしまう。反対に、上記接触角の値が小さ過ぎる（４０度を大きく下回る）と、上記ボール４に加わる荷重に sinθを乗じた値がトルク伝達方向の荷重成分になるので、上記ボール４に加わる荷重が大きくなる割合に、このボール４を介して伝達されるトルクが小さくなり、効率の悪い設計となる。
▲３▼ 上記ボール４の外径Ｄa と、複数のボール４のピッチ円直径との比を、凡そ１／４とする。
前述の様な理由により、等速ジョイントに組み込むボールの数を８個とした場合には、これら各ボールの外径Ｄa と同じくピッチ円直径との比は、凡そ１／４になる。
この比が大き過ぎる（１／４を大きく上回る）程、上記各ボールの外径Ｄa が大きくなると、その分、これら各ボールを保持する為のポケットの円周方向に亙る長さが大きくなり、円周方向に隣り合うポケット同士の間に存在する柱部の幅が狭くなって、これら各柱部の強度が不足する。
反対に、上記比が小さ過ぎる（１／４を大きく下回る）程、上記各ボールの外径Ｄa が小さくなると、等速ジョイントのトルク容量が小さくなってしまう。
【００２３】
尚、上記▲１▼〜▲３▼の条件のうち、▲３▼の条件は、柱部の幅に関係する値であるが、この▲３▼に示した条件の比（１／４）自体が変動しても、前記当接部に存在する接触楕円部分の最大面圧に対する影響は小さい。よって、以下の計算は、上記比の１／４からのずれ分を無視して行なう。
上記接触楕円部分の最大面圧と玉荷重との関係は、Hertz の式により、次の（１）式の様になる。
【数１】
この（１）式及び以下に述べる（２）〜（７）式中、Ｑは玉荷重（kgf ）、Σρは主曲率の総和、Ｄa はボール４の外径（mm）、ｆは内側、外側両係合溝の断面形状の曲率半径がこのボールの外径Ｄa に対する比で、前述の様に０．５１、γはＤa ・ cosθ／ｄm により求められる値で、この場合には０．１９１５、ｄm は上記各ボール４のピッチ円直径（mm）、θは上記内側、外側両係合溝の内側面に対する上記各ボール４の接触角で、前述の通り４０度である。
【００２４】
又、 cosτをパラメータとして、外輪に比べて径が小さく、従って上記各ボール４との接触に基づく応力が高くなる内輪に就いて計算すると、次の（２）式の様になる。
【数２】
この時、μは５．０、νは０．３６、Σρは（１／Ｄa ）・（２．５１２９）である。
前述した、Ｐmax ＝４２８kgf/mm2 なる値を上記μ、ν、Σρの値と共に上記（１）式に代入すると、次の（３）式を得られる。
【数３】
【００２５】
次に、保持器の板厚ｔc と、上記各ボール４の直径Ｄa との比ｒt （＝ｔc ／ Ｄa ）は、次の（４）式を満たす必要がある。
【数４】
上記比ｔc ／Ｄa がこの（４）式の範囲よりも小さくなる程、上記保持器の板厚ｔc が小さくなり過ぎると、柱部の強度不足を補う必要上、この柱部の幅を極端に大きくしなければならず、結果として上記各ボール４の直径Ｄa が小さくなり、等速ジョイントのトルク容量が小さくなってしまう。
反対に、上記比ｔc ／Ｄa がこの（４）式の範囲よりも大きくなる程、上記保持器の板厚ｔc が大きくなり過ぎると、この保持器の内径側に存在する内側係合溝と同じく外径側に存在する外側係合溝との一方又は双方の係合溝の深さを確保できなくなって、上記各ボールの転動面が当該係合溝の肩部に乗り上げ易くなる。そして、乗り上げた場合にはこの転動面にエッジロードが発生し、この転動面に早期剥離が発生する。
【００２６】
次に、等速ジョイントをジョイント角（１８０度−軸交角）を付した状態で運転した場合に、保持器のリム部、即ち、軸方向両端部に存在し、上記各柱部の軸方向両端部が結合される円環状部分に負荷される荷重Ｐに就いて説明する。
前提条件として、ジョイント角α´を４５度以上に設定する。内側係合溝７の底面７ａの中心と外側係合溝８の底面８ａの中心がオフセットしている（図６参照）事に伴って保持器に働く荷重は微小であるので無視し、図１に示す様に、上記ジョイント角α´によって上記リム部に作用する荷重のみを考慮する。図２の左右両端部に示した柱部の様に、保持器の柱部が駆動軸の中心と従動軸の中心とを含む平面に対し９０度の位相になった時、当該柱部とリム部との連続部に最大の荷重が働く。等速ジョイントに８個の玉が組込まれている時にはこの柱部（最大の荷重が働く柱部）の両隣のボール４、４の中心の、駆動軸の中心及び従動軸の中心を含む平面からの位相は、それぞれ６７．５度（β）、１１２．５度である。そして、上記連続部には上記両隣のボール４、４から、次の（５）式により求められる、同じ荷重がそれぞれ作用する。
【数５】
【００２７】
次に、保持器の柱部に負荷される荷重に就いて、図３〜４を参照しつつ説明する。上記各ボール４から保持器のリム部４６に負荷される荷重は、このリム部４６にそれぞれの端部を結合した柱部３０、３０により支持するが、それぞれの柱部３０、３０に作用する荷重の振り分けは、上記リム部４６及び柱部３０、３０の剛性に影響される為、厳密にはＦＥＭ等の計算が必要である。但し、通常は、上記各ボール４の外径Ｄa が１０mm以上あり、柱部３０、３０同士のピッチが十分に広い事を考慮すると、全部の柱部でこの荷重を受け持たずに、上記各ボール４からリム部４６に負荷する荷重Ｐを、当該ボール４の両隣の柱部３０、３０のみで、Ｐ／２ずつ均等に支承すると考えれば、安全率を高くする方向で近似できる。
【００２８】
保持器の材質が、浸炭焼入れ或は高周波焼入れされた鋼である場合には、引っ張り強さσB を常時１５０kgf/mm2 以上に保って生産する事は実用上困難と思われる。従って、σ＝Ｐ／（ｗ・ｔc ）の値が１５０kgf/mm2 の場合を、限界応力の目安として設計する事が好ましい。上述の様に、上記各柱部３０、３０に負荷される荷重を、安全率が高くなる方向で大き目に近似したので、この値は少し大き目に見積もる事が可能である。
【００２９】
引っ張り強さσB の約０．３倍が疲れ強さσa となるので、上記引っ張り強さσa を、１５０×０．３≒５０kgf/mm2 以上にすれば、疲れ強さ以上になる。但し、等速ジョイントの使用時に、ジョイント角α´が４５度で最大面圧が４２８kgf/mm2 になる程に大きなトルクが常時負荷されている事は考えられず、余裕の取り過ぎである。上記引っ張り強さσa の値に余裕を取り過ぎる事は、上記各ボール４の外径Ｄa を小さくする事に結び付く為、前述の様に剥離寿命が低下し、バランスの悪い設計となる。従って、保持器の柱部に負荷される荷重に基づく応力は、最悪条件で５０kgf/mm2 以上にすべきである。尚、以上は、柱部３０、３０に働く引っ張り荷重のみを考慮した。但し、これら各柱部３０、３０の付け根部分、即ち前記リム部４６との接続部には大きな曲げモーメントも負荷されるので、この接続部の隅Ｒは、十分に大きな値（ボール４の外径Ｄa の０．４〜０．５倍）にし、この接続部でも保持器が破壊しない様にする必要がある。以上の検討結果により、上記各柱部３０、３０に加わる応力は、次の（６）式を満たす様にすべきである。
【００３０】
【数６】
この（６）式中、ｗは、図４に示す様に、柱部３０の内径側の幅ｗ1 と外径側の幅ｗ2 との平均である。尚、板厚ｔc が軸方向に亙り異なる保持器の場合には、断面積ｗ・ｔc が最小となる位置でのｔc の値を採用する。
そして、前述した（３）〜（５）式を、上記（６）式に代入すると、次の（７）式の様になる。
【数７】
即ち、前述の様に、各ボールの外径Ｄa と、柱部の円周方向に亙る幅ｗと、上記保持器の直径方向に関するこれら各柱部の厚さｔc と上記各ボールの外径Ｄa との比ｒt （＝ｔc ／Ｄa ）との関係を、（０．０５４／ｒt ）・Ｄa ≦ｗ≦（０．１６／ｒt ）・Ｄa なるものに規制すれば、内側、外側各係合溝の転がり疲れ寿命と保持器の強度とを何れも十分に確保できて、等速ジョイントを小型化して、この等速ジョイントの外輪と車輪支持用の転がり軸受ユニットの内輪を一体化した所謂第四世代のハブユニットの実用化に寄与できる。尚、（７）式の算出に際しては、ｒt が０．１６〜０．３０の範囲にある事を用いていないが、ｒt がこの範囲になる様に設計すれば、前述の（４）式の説明から明らかな通り、バランスの良い設計を行なえる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図５は、本発明の実施の形態の１例として、本発明を第四世代のハブユニットを構成する等速ジョイントに適用した状態を示している。懸架装置に支持した状態で回転しない外輪１１は、外周面にこの懸架装置に支持する為の第一の取付フランジ１２を、内周面に複列の外輪軌道１３、１３を、それぞれ有する。上記外輪１１の内径側には、ハブ本体３１と内輪３２とから成るハブ３３を、この外輪１１と同心に配置している。このハブ３３の外周面で上記各外輪軌道１３、１３に対向する部分には、それぞれ第一、第二の内輪軌道１８、２０を設けている。これら両内輪軌道１８、２０のうち、第一の内輪軌道１８は、上記ハブ本体３１の中間部外周面に直接形成している。又、このハブ本体３１の中間部のうち、上記第一の内輪軌道１８を形成した部分よりも内端寄り（図５の右端寄り）部分に、上記内輪３２を外嵌している。上記第二の内輪軌道２０は、この内輪３２の外周面に形成している。そして、上記各外輪軌道１３、１３と上記第一、第二の内輪軌道１８、２０との間に、それぞれ複数個ずつの転動体２１、２１を転動自在に設ける事により、上記外輪１１の内側に上記ハブ３３を、回転自在に支持している。
【００３２】
図示の例の場合には、上述の様に、上記第一の内輪軌道１８を上記ハブ本体３１の外周面に直接形成する事により、この第一の内輪軌道１８の直径を、上記内輪３２の外周面に形成した第二の内輪軌道２０の直径よりも小さくしている。又、この様に第一の内輪軌道１８の直径を第二の内輪軌道２０の直径よりも小さくした事に伴い、上記第一の内輪軌道１８と対向する外側（自動車への組み付け状態で幅方向外側となる側を言い、図５の左側）の外輪軌道１３の直径を、内側（自動車への組み付け状態で幅方向中央側となる側を言い、図５の右側）の外輪軌道１３の直径よりも小さくしている。更に、この外側の外輪軌道１３を形成した、外輪１１の外半部の外径を、上記内側の外輪軌道１３を形成した部分である、上記外輪１１の内半部の外径よりも小さくしている。又、図示の例では、この様に第一の内輪軌道１８及び外側の外輪軌道１３の直径を小さくした事に伴い、これら第一の内輪軌道１８と外側の外輪軌道１３との間に設ける転動体２１、２１の数を、上記第二の内輪軌道２０と内側の外輪軌道１３との間に設ける転動体２１、２１の数よりも少なくしている。
【００３３】
又、上記ハブ本体３１の外端部外周面には、このハブ本体３１に車輪を支持固定する為の第二の取付フランジ１７を、このハブ本体３１と一体に設けており、この第二の取付フランジ１７に、上記車輪を結合する為の複数本のスタッド３４の基端部を固定している。図示の例の場合にこれら複数本のスタッド３４のピッチ円直径は、上述の様に外輪１１の外半部の外径を、同じく内半部の外径よりも小さくした分だけ（上記各スタッド３４の頭部３５が上記外輪１１の外端部外周面と干渉しない程度に）小さくしている。尚、上記ハブ本体３１の外周面のうちで、上記第一の内輪軌道１８を形成した部分よりも軸方向内方に存在する部分の直径は、この第一の内輪軌道１８に対応する転動体２１、２１の内接円の直径よりも小さくしている。この理由は、車輪用転がり軸受ユニットの組み立て時に、外輪１１の外端部内周面に形成した外輪軌道１３の内径側に複数の転動体２１、２１を組み付けると共に、上記外輪１１の外端部内周面にシールリング３６を内嵌固定した状態で、この外輪１１の内径側に上記ハブ本体３１を挿入自在とする為である。又、上記ハブ本体３１の中間部外周面で、上記第一の内輪軌道１８と上記内輪３２を外嵌した部分との間部分には、全周に亙り凹溝状の肉盗み部３７を形成して、上記ハブ本体３１の軽量化を図っている。
【００３４】
又、上記ハブ本体３１に外嵌した内輪３２が軸方向内端側にずれ動くのを防止して、上記各外輪軌道１３、１３と上記第一、第二の内輪軌道１８、２０との間にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けた、上記各転動体２１、２１に付与した予圧を適正値に保持すべく、上記ハブ本体３１の外周面内端寄り部分に全周に亙り形成した係止凹溝３８に、止め輪３９を係止している。この止め輪３９は、それぞれが半円弧状である、１対の止め輪素子により構成している。この様な止め輪３９は、上記各転動体２１、２１に適正な予圧を付与すべく、上記内輪３２を上記ハブ本体３１に対して軸方向外方に押圧しつつ、その内周縁部を上記係止凹溝３８に係合させる。上記内輪３２を軸方向外方に押圧している力を解除した状態でも上記各転動体２１、２１に適正な予圧を付与したままにすべく、上記止め輪３９として、適切な厚さ寸法を有するものを選択使用する。即ち、上記止め輪３９として、厚さ寸法が僅かずつ異なるものを複数種類用意し、上記係止凹溝３８の溝幅等、転がり軸受ユニットの構成各部材の寸法との関係で適切な厚さ寸法を有する止め輪３９を選択し、上記係止凹溝３８に係合させる。従って、この止め輪３９を係止凹溝３８に係止すれば、上記押圧している力を解除しても、上記内輪３２が軸方向内端側にずれ動くのを防止して、上記各転動体２１、２１に適切な予圧を付与したままに保持できる。
【００３５】
又、上記止め輪３９を構成する１対の止め輪素子が直径方向外方に変位し、この止め輪３９が上記係止凹溝３８から不用意に抜け落ちる事を防止すべく、この止め輪３９の周囲に、間座４０の一部を配置している。この間座４０は、上記ハブ本体３１の内端部分に設けた、等速ジョイント用の外輪４１により構成する、本発明の対象である等速ジョイント１ｃ内に、雨水、塵芥等の異物が入り込むのを防止する為のブーツ４２の外端部を外嵌支持する為のものである。又、前記外輪１１の外端部内周面と上記ハブ本体３１の中間部外周面との間には前記シールリング３６を、上記外輪１１の内端部内周面と前記内輪３２の内端部外周面との間には組み合わせシールリング４３を、それぞれ設けて、前記複数の転動体２１、２１を設置した空間４４の両端開口部を塞いでいる。
【００３６】
更に、上記ハブ本体３１の内端部で、上記内輪３２と上記ブーツ４２の外端部とを外嵌した部分は、上述の様に、等速ジョイント１ｃの外輪となる外輪４１としている。この外輪４１の内周面には、それぞれ断面形状が円弧形である８本の外側係合溝８、８を、それぞれ円周方向に対し直角方向（図５の左右方向）に形成している。又、上記外輪４１の内側には、この外輪４１と共にツェッパ型の上記等速ジョイント１ｃを構成する為の、内輪２を配置している。そして、この内輪２の外周面に８本の内側係合溝７、７を、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成している。そして、これら各内側係合溝７、７と上記各外側係合溝８、８との間に、これら各係合溝７、８毎に１個ずつ、合計８個のボール４を、保持器９ｂのポケット１０ａ、１０ｂ内に保持した状態で転動自在に設けている。更に、上記内輪２の中心部には、スプライン孔４５を軸方向に亙り形成している。自動車への組み付け状態でこのスプライン孔４５には、図示しない駆動軸の端部をスプライン係合させ、上記内輪２及び上記８個のボール４、４を介して、上記ハブ本体３１を回転駆動自在とする。
【００３７】
上述の様な構成を有する第四世代のハブユニットを構成する等速ジョイントで、上記８個のボール４の転動面と前記内側、外側両係合溝７、８との当接部の許容最大面圧を４２００ＭＰ a 、これら両係合溝７、８に対する上記各ボール４の接触角を４０度、上記両係合溝７、８の断面形状の曲率半径がこれら各ボール４の外径に対する比を０．５１、ジョイント角を４５度以上、前記保持器９ｂのうちで円周方向に隣り合うポケット１０ａ、１０ｂ同士の間に存在する柱部３０とこれら各柱部３０の軸方向端部を結合する円環状のリム部４６（図３参照）との連続部に荷重を負荷するボール４の中心の、前記外輪４１の中心軸及び前記内輪２の中心軸を含む平面からの位相を６７．５度とした場合に、上記各ボール４の外径Ｄa （図１参照）と、上記保持器９ｂを構成する上記各柱部３０の幅ｗと、これら各柱部３０の厚さｔc （図４参照）と上記各ボール４の外径Ｄa との比ｒt との関係を、（０．０５４／ｒt ）・Ｄa ≦ｗ≦（０．１６／ｒt ）・Ｄa を満たす範囲に規制すれば、小型でしかも優れた耐久性を有する等速ジョイントを実現できる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の等速ジョイント及び等速ジョイント付転がり軸受ユニットは、以上に述べた通り構成され作用するので、回転力伝達用のボールの数を８個とする事により外径を小さくできる構造で、しかも小型でしかも優れた耐久性を有する等速ジョイントを実現できる。従って、第四世代のハブユニットと呼ばれる、等速ジョイントを一体的に組み込んだ車輪用転がり軸受ユニットの小型・軽量化を、十分な耐久性を確保しつつ実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】運転時にボールからリム部に加わる力を説明する為の、図６の上部に相当する断面図。
【図２】同じく大きな応力が加わる柱部を説明する為の、保持器及びボールをこの保持器の軸方向から見た図。
【図３】運転時にボールからリム部に加わる力を説明する為の、図１の上方から見た図。
【図４】保持器の柱部の断面図。
【図５】本発明の等速ジョイントを組み込んだ車輪用転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。
【図６】従来の等速ジョイントの第１例を、ジョイント角を付与した状態で示す断面図。
【図７】同じくジョイント角を付与しない状態で示す、図６のＡ−Ａ断面に相当する図。
【図８】保持器の一部を外周側から見た図。
【図９】内側、外側両係合溝の底面の位置関係を示す模式図。
【図１０】等速ジョイントを一体的に組み込んだ車輪用転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。
【図１１】従来の等速ジョイントの第２例を、ジョイント角を付与しない状態で示す断面図。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ断面図。
【図１３】従来構造の第２例に組み込む保持器の断面図。
【図１４】保持器にボールを組み込むべく、内輪と外輪とを所定方向に変位させた状態を示す断面図。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ 等速ジョイント
２ 内輪
２ａ 外周面
３、３Ａ 外輪
３ａ 内周面
４ ボール
５ 軸
６ 軸
７ 内側係合溝
７ａ 底面
８ 外側係合溝
８ａ 底面
９、９ａ、９ｂ 保持器
１０、１０ａ、１０ｂ ポケット
１１ 外輪
１２ 第一の取付フランジ
１３ 外輪軌道
１４ 第一の内輪部材
１５ 第二の内輪部材
１６ ハブ
１７ 第二の取付フランジ
１８ 第一の内輪軌道
１９ 円筒部
２０ 第二の内輪軌道
２１ 転動体
２２ 係止溝
２３ 係止溝
２４ 止め輪
２５ 段部
２６ 溶接
２７ａ、２７ｂ カバー
２８ａ、２８ｂ シールリング
２９ 隔板部
３０ 柱部
３１ ハブ本体
３２ 内輪
３３ ハブ
３４ スタッド
３５ 頭部
３６ シールリング
３７ 肉盗み部
３８ 係止凹溝
３９ 止め輪
４０ 間座
４１ 外輪
４２ ブーツ
４３ 組み合わせシールリング
４４ 空間
４５ スプライン孔
４６ リム部
【発明の属する技術分野】
この発明に係る等速ジョイントは、例えば独立懸架式サスペンションに駆動輪を支持する為の転がり軸受ユニットに一体的に組み込み、トランスミッションから駆動輪に駆動力を伝達するのに利用する。又、等速ジョイント付転がり軸受ユニットは、この様な等速ジョイントと転がり軸受ユニットとを一体としたものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のトランスミッションと、独立懸架式サスペンションにより支持した駆動輪との間には等速ジョイントを設けて、デファレンシャルギヤと駆動輪との相対変位や車輪に付与された舵角に拘らず、エンジンの駆動力を駆動輪に、全周に亙り同一角速度で伝達自在としている。この様な部分に使用される等速ジョイントとして従来から、例えば実開昭５７−１４５８２４〜５号公報、同５９−１８５４２５号公報、同６２−１２０２１号公報等に記載されたものが知られている。
【０００３】
この様な従来から知られた等速ジョイント１は、例えば図６〜８に示す様に、内輪２と外輪３との間の回転力伝達を６個のボール４、４を介して行なう様に構成している。上記内輪２は、トランスミッションにより回転駆動される一方の軸５の外端部に固定する。又、上記外輪３は、駆動輪を結合する他方の軸６の内端部に固定する。上記内輪２の外周面２ａには、断面円弧形の内側係合溝７、７を６本、円周方向等間隔に、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成している。又、上記外輪３の内周面３ａで、上記各内側係合溝７、７と対向する位置には、やはり断面円弧形の外側係合溝８、８を６本、円周方向に対し直角方向に形成している。
【０００４】
又、上記内輪２の外周面２ａと外輪３の内周面３ａとの間には、断面が円弧状で全体が円環状の保持器９を挟持している。この保持器９の円周方向６箇所位置で、上記内側、外側両係合溝７、８に整合する位置には、それぞれポケット１０、１０を形成し、各ポケット１０、１０の内側にそれぞれ１個ずつ、合計６個のボール４、４を保持している。これら各ボール４、４は、それぞれ上記各ポケット１０、１０に保持された状態で、上記内側、外側両係合溝７、８に沿い転動自在である。
【０００５】
上記各ポケット１０、１０は図８に示す様に、円周方向に長い矩形とし、次述する軸交角αの変化に伴って、円周方向に隣り合うボール４、４同士の間隔が変化した場合でも、この変化を吸収できる様にしている。即ち、上記内側係合溝７、７の底面７ａ、７ａ同士の位置関係、並びに上記各外側係合溝８、８の底面８ａ、８ａ同士の位置関係は、図９に一点鎖線で示す様に、地球儀の経線の如き関係になっている。上記内輪２の中心軸と外輪３の中心軸とが一致している（軸交角α＝１８０°）場合に上記各ボール４、４は、図９に二点鎖線で示した、地球儀の赤道に対応する位置の近傍に存在する。これに対して、上記内輪２の中心軸と外輪３の中心軸とが不一致になる（軸交角α＜１８０°）と、等速ジョイント１の回転に伴って上記各ボール４、４が、図９の上下方向に往復変位（地球儀の北極方向と南極方向とに交互に変位）する。この結果、円周方向に隣り合うボール４、４同士の間隔が拡縮するので、上記各ポケット１０、１０を、それぞれ円周方向に長い矩形として、上記間隔の拡縮を行なえる様にしている。尚、上記内側係合溝７、７の底面７ａ、７ａと上記各外側係合溝８、８の底面８ａ、８ａとは、前述の説明から明らかな通り、互いに同心ではない。従って、上記経線に相当する線は、これら各係合溝７、８毎に、互いに少しずれた位置に存在する。
【０００６】
更に、図６に示す様に、前記一方の軸５と他方の軸６との変位に拘らず、上記各ボール４、４を、これら両軸５、６の軸交角α、即ち、上記一方の軸５の中心線ａと他方の軸６の中心線ｂとの交点ｏで両線ａ、ｂのなす角度αを二等分する、二等分面ｃ内に配置している。この為に、上記内側係合溝７、７の底面７ａ、７ａは、上記中心線ａ上で、上記交点ｏからｈだけ離れた点ｄを中心とする球面上に位置させ、上記外側係合溝８、８の底面８ａ、８ａは、上記中心線ｂ上で、上記交点ｏからｈだけ離れた点ｅを中心とする球面上に位置させている。但し、前記内輪２の外周面２ａ、外輪３の内周面３ａ、並びに前記保持器９の内外両周面は、それぞれ上記交点ｏを中心とする球面上に位置させて、上記内輪２の外周面２ａと保持器９の内周面との摺動、並びに外輪３の内周面３ａと保持器９の外周面との摺動を自在としている。
【０００７】
上述の様に構成する等速ジョイント１の場合、上記一方の軸５により内輪２を回転させると、この回転運動は６個のボール４、４を介して外輪３に伝達され、他方の軸６が回転する。両軸５、６同士の位置関係（上記軸交角α）が変化した場合には、上記各ボール４、４が内側、外側両係合溝７、８に沿って転動し、上記一方の軸５と他方の軸６との変位を許容する。
【０００８】
等速ジョイントの基本的な構造及び作用は上述の通りであるが、この様な等速ジョイントと、車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する為の車輪用転がり軸受ユニットとを一体的に組み合わせる事が、近年研究されている。即ち、自動車の車輪を懸架装置に回転自在に支持する為には、外輪と内輪とを転動体を介して回転自在に組み合わせた車輪用転がり軸受ユニットを使用する。この様な車輪用転がり軸受ユニットと上述の様な等速ジョイントとを一体的に組み合わせれば、これら車輪用転がり軸受ユニットと等速ジョイントとを、全体として小型且つ軽量に構成できる。この様な車輪用転がり軸受ユニットと等速ジョイントとを一体的に組み合わせた、所謂第四世代のハブユニットと呼ばれる車輪用転がり軸受ユニットとして従来から、特開平７−３１７７５４号公報に記載されたものが知られている。
【０００９】
図１０は、この公報に記載された従来構造を示している。車両への組み付け状態で、懸架装置に支持した状態で回転しない外輪１１は、外周面にこの懸架装置に支持する為の第一の取付フランジ１２を、内周面に複列の外輪軌道１３、１３を、それぞれ有する。上記外輪１１の内側には、第一、第二の内輪部材１４、１５を組み合わせて成るハブ１６を配置している。このうちの第一の内輪部材１４は、外周面の一端寄り（図１０の左寄り）部分に車輪を支持する為の第二の取付フランジ１７を、同じく他端寄り（図１０の右寄り）部分に第一の内輪軌道１８を、それぞれ設けた円筒状に形成している。これに対して、上記第二の内輪部材１５は、一端部（図１０の左端部）を、上記第一の内輪部材１４を外嵌固定する為の円筒部１９とし、他端部（図１０の右端部）を等速ジョイント１ａの外輪３Ａとし、中間部外周面に第二の内輪軌道２０を設けている。そして、上記各外輪軌道１３、１３と上記第一、第二の内輪軌道１８、２０との間にそれぞれ複数個ずつの転動体２１、２１を設ける事により、上記外輪１１の内側に上記ハブ１６を、回転自在に支持している。
【００１０】
又、上記第一の内輪部材１４の内周面と上記第二の内輪部材１５の外周面との互いに整合する位置には、それぞれ係止溝２２、２３を形成すると共に、止め輪２４を、これら両係止溝２２、２３に掛け渡す状態で設けて、上記第一の内輪部材１４が上記第二の内輪部材１５から抜け出るのを防止している。更に、上記第二の内輪部材１５の一端面（図１０の左端面）外周縁部と、上記第一の内輪部材１４の内周面に形成した段部２５の内周縁部との間に溶接２６を施して、上記第一、第二の内輪部材１４、１５同士を結合固定している。
【００１１】
更に、上記外輪１１の両端開口部と上記ハブ１６の中間部外周面との間には、ステンレス鋼板等の金属製で略円筒状のカバー２７ａ、２７ｂと、ゴムの如きエラストマー等の弾性材製で円環状のシールリング２８ａ、２８ｂとを設けている。これらカバー２７ａ、２７ｂ及びシールリング２８ａ、２８ｂは、上記複数の転動体２１、２１を設置した部分と外部とを遮断し、この部分に存在するグリースが外部に漏出するのを防止すると共に、この部分に雨水、塵芥等の異物が侵入する事を防止する。又、上記第二の内輪部材１５の中間部内側には、この第二の内輪部材１５の内側を塞ぐ隔板部２９を設けて、この第二の内輪部材１５の剛性を確保すると共に、この第二の内輪部材１５の先端（図１０の左端）開口からこの第二の内輪部材１５の内側に入り込んだ異物が、前記等速ジョイント１ａ部分にまで達する事を防止している。尚、この等速ジョイント１ａは、前述の図６〜８に示した等速ジョイント１と同様に構成している。
【００１２】
上述の様に構成する車輪用転がり軸受ユニットを車両に組み付ける際には、第一の取付フランジ１２により外輪１１を懸架装置に支持し、第二の取付フランジ１７により駆動輪である車輪を第一の内輪部材１４に固定する。又、エンジンによりトランスミッションを介して回転駆動される、図示しない駆動軸の先端部を、等速ジョイント１ａを構成する内輪２の内側にスプライン係合させる。自動車の走行時には、この内輪２の回転を、複数のボール４、４を介して第二の内輪部材１５を含むハブ１６に伝達し、上記車輪を回転駆動する。
【００１３】
上述の様な第四世代のハブユニットをより小型化する為には、上記等速ジョイント１ａを構成する複数個のボール４、４の外接円の直径を小さくする事が有効である。そして、この外接円の直径を小さくする為、上記各ボール４、４の直径を小さくし、しかも上記等速ジョイント１ａにより伝達可能なトルクを確保する為には、上記ボール４、４の数を増やす必要がある。又、この様な事情によりボール４、４の数を増やした場合でも、これら各ボール４、４を保持する保持器９の耐久性を確保する為には、この保持器９に設けた複数のポケット１０、１０同士の間に存在する柱部３０、３０（図７、８、１１〜１４参照）の円周方向に亙る幅を確保する必要がある。何となれば、これら各柱部３０、３０の円周方向に亙る幅が不十分であると、上記保持器９の強度が不足し、長期間に亙る使用に伴って、上記各ポケット１０、１０の周縁部から亀裂等の損傷が発生する可能性が生じる為である。但し、これら各柱部３０、３０の幅を大きくする事は、ボール４、４との干渉防止の面から規制を受ける。即ち、第一として上記各ポケット１０、１０の円周方向に亙る長さは、上記等速ジョイント１ａをジョイント角（内輪２の中心軸と外輪３Ａの中心軸との位置関係が直線状態からずれた角度。図６に示した軸交角αの補角）を付した状態で回転させた場合に、上記各ボール４、４が上記保持器９の円周方向に変位できる大きさである必要がある。又、第二として上記長さは、上記等速ジョイント１ａを組み立てるべく、内輪２と外輪３Ａと保持器９とを組み合わせた後、この保持器９、９のポケット１０、１０内に、上記各ボール４、４を組み込める大きさでなければならない。
【００１４】
この様な点を考慮しつつ、上記ボール４、４の数を６個よりも多くし、上記各柱部３０、３０の幅を大きくする構造として、特開平９−１７７８１４号公報には、図１１〜１４に示す様な等速ジョイント１ｂが記載されている。この公報に記載された等速ジョイント１ｂは、内輪２と外輪３との間の回転力伝達を８個のボール４、４を介して行なう様に構成している。そして、この公報に記載された構造の場合には、保持器９ａの円周方向８個所に、円周方向に亙る長さ寸法が大きいポケット１０ａ、１０ａと長さ寸法が短いポケット１０ｂ、１０ｂとを互いに等間隔に（分割ピッチ角を互いに等しくして）、且つ交互に配置している。これら２種類のポケット１０ａ、１０ｂのうち、長さ寸法が短いポケット１０ｂ、１０ｂは、ジョイント角を最大にしての上記等速ジョイント１ｂの使用状態でも、これら各ポケット１０ｂ、１０ｂの長さ方向両端部内側面とこれら各ポケット１０ｂ、１０ｂ内に保持されたボール４、４の転動面とが干渉しない大きさにしている。これに対して、長さ寸法が長いポケット１０ａ、１０ａは、上記各ポケット１０ｂ、１０ｂ内に上記各ボール４、４を組み込むべく、上記内輪２の中心軸と上記外輪３の中心軸とを、上記使用状態でのジョイント角の最大値を越えて傾斜させた状態でも、上記各ポケット１０ａ、１０ａの長さ方向両端部内側面と、既にこれら各ポケット１０ａ、１０ａ内に組み込んであるボール４、４とが干渉しない大きさにしている。
【００１５】
上述の様に構成される、前記特開平９−１７７８１４号公報に記載された等速ジョイントによれば、長さ寸法が長いポケット１０ａ、１０ａにボール４、４を組み込んだ後、長さ寸法が短いポケット１０ｂ、１０ｂ内にボールを組み込む事により、総てのポケット１０ａ、１０ｂ内にボール４、４を組み込める。即ち、これら各ポケット１０ａ、１０ｂ内にボール４、４を組み込む際には、図１４に示す様に、上記内輪２の中心軸と上記外輪３の中心軸とを、上記使用状態でのジョイント角の最大値を越えて傾斜させた状態で行なう。長さ寸法が長いポケット１０ａ、１０ａにボール４、４を組み込む際には、これら各ポケット１０ａ、１０ａの端部と、上記内輪２の外周面に形成した内側係合溝７、７の端部とが、上記ボール４、４の１個分以上整合する。従って、これら各ポケット１０ａ、１０ａ内へのボール４、４の組み込みを確実に行なえる。次いで、長さ寸法が短い４個のポケット１０ｂ、１０ｂ内にボール４、４を組み込むべく、上記内輪２の中心軸と上記外輪３の中心軸とを図１４に示す様に傾斜させると、既に上記長さ寸法が長いポケット１０ａ、１０ａ内に組み込んであるボール４、４が、図１３に鎖線矢印で示す様に、長さ寸法が短いポケット１０ｂ、１０ｂに近づく方向に、上記各ポケット１０ａ、１０ａ内で変位する。そして、上記長さ寸法が短い各ポケット１０ｂ、１０ｂの中央部と、上記内輪２の外周面に形成した内側係合溝７、７の端部とが整合する。従って、これら各ポケット１０ｂ、１０ｂ内へのボール４、４の組み込みを確実に行なえる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開平９−１７７８１４号公報に記載された等速ジョイント１ｂの場合には、円周方向に亙る長さ寸法が異なる２種類のポケット１０ａ、１０ｂを、円周方向に亙って交互に且つ等間隔で配置している。この為、単一種類のポケットを使用した場合に比べれば、円周方向に隣り合うポケット同士の間に存在する各柱部３０、３０の円周方向に亙る幅を大きくできるが、これら各柱部３０、３０の幅を上記等速ジョイント１ｂの他の構成部分の寿命を確保しつつ保持器９ａの耐久性を確保する面からの考察は行なわれていない。
【００１７】
言い換えれば、上記等速ジョイント１ｂを構成する各ボール４、４の外径と上記各柱部３０、３０の幅との関係を、内側、外側各係合溝７、８の転がり疲れ寿命と保持器９ａの強度との関係で最適に規制する事に関する考慮は全くなされていない。勿論、この様な点を考慮しつつ上記等速ジョイント１ｂの設計を行なう点に就いても、上記公報には一切記載されていない。
本発明は、上記柱部３０、３０の幅の取り得る範囲並びに上記内側、外側各係合溝７、８及び上記各ボール４、４の転動面の転がり疲れ寿命が、上記各ボール４、４の外径並びにピッチ円直径により変化する事に着目し、これらの最適な関係を求める事により、小型でしかも優れた耐久性を有する等速ジョイント及び等速ジョイント付転がり軸受ユニットを実現すべく発明したものである。
【００１８】
【課題を解決する為の手段】
本発明の等速ジョイント及び等速ジョイント付転がり軸受ユニットのうち、請求項１に記載した等速ジョイントは、前述した従来の等速ジョイントと同様に、内輪と、この内輪の外周面の円周方向等間隔位置に存在する８個所に、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成され、表面を焼き入れ硬化された断面円弧形の内側係合溝と、上記内輪の周囲に設けられた外輪と、この外輪の内周面で上記各内側係合溝と対向する位置に、円周方向に対し直角方向に形成され、表面を焼き入れ硬化された断面円弧形の外側係合溝と、上記内輪の外周面と外輪の内周面との間に挟持され、上記内側、外側両係合溝に整合する位置にそれぞれ円周方向に長い８個のポケットを形成した、焼き入れ硬化された鋼製の保持器と、これら各ポケットの内側に１個ずつ保持された状態で内側、外側両係合溝に沿う転動を自在とされた、８個のボールとから成る。そして、これら各ボールを、上記内輪の中心軸と上記外輪の中心軸との軸交角を二等分し、これら両中心軸を含む平面に対し直交する二等分面内に配置している。
特に、本発明の等速ジョイントに於いては、上記各ボールの転動面と上記内側、外側両係合溝との当接部の許容最大面圧を４２００ＭＰ a 、これら両係合溝に対する上記各ボールの接触角を４０度、上記両係合溝の断面形状の曲率半径がこれら各ボールの外径に対する比を０．５１、ジョイント角を４５度以上、上記保持器のうちで円周方向に隣り合うポケット同士の間に存在する柱部とこれら各柱部の軸方向端部を結合する円環状のリム部との連続部に荷重を負荷するボールの中心の、上記外輪の中心軸及び上記内輪の中心軸を含む平面からの位相を６７．５度とし、上記各ボールの外径をＤa とし、上記各柱部の円周方向に亙る幅をｗとし、上記保持器の直径方向に関するこれら各柱部の厚さｔc と上記各ボールの外径Ｄa との比ｔc ／Ｄa をｒt とした場合に、（０．０５４／ｒt ）・Ｄa ≦ｗ≦（０．１６／ｒt ）・Ｄa を満たす。
又、請求項２に記載した等速ジョイント付転がり軸受ユニットは、懸架装置に支持する為の第一のフランジを外周面に、内周面に複列の外輪軌道を有し、上記懸架装置に支持された状態で回転しない軸受外輪と、一端寄り部分の外周面に車輪を支持する為の第二のフランジを設けると共に、他端寄り部分の内周面で円周方向等間隔位置に存在する８個所に、等速ジョイントを構成する為のそれぞれが断面円弧形で、表面を焼き入れ硬化された外側係合溝を、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成し、更に外周面に複列の内輪軌道を形成した軸受内輪と、これら各内輪軌道と上記各外輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつ設けた転動体と、上記軸受内輪の他端寄り部分で上記各外側係合溝を形成した部分の内径側に配置された、外周面で上記各外側係合溝に対向する部分に断面円弧形で、表面を焼き入れ硬化された内側係合溝を、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成した等速ジョイント用内輪と、この等速ジョイント用内輪の外周面と上記軸受内輪の他端寄り部分の内周面との間に設けられた、上記外側、内側各係合溝に整合する円周方向８個所位置に、それぞれが円周方向に長いポケットを形成した、焼き入れ硬化された鋼製の等速ジョイント用保持器と、この等速ジョイント用保持器のポケット内に１個ずつ保持された状態で、上記外側、内側各係合溝同士に沿う転動を自在とされた８個のボールとを備える。又、これら各ボールは、上記等速ジョイント用内輪の中心軸と上記軸受内輪の他端寄り部分の中心軸との軸交角を二等分し、これら両中心軸を含む平面に対し直交する二等分面内に配置されている。
そして、上記各ボールの転動面と上記内側、外側両係合溝との当接部の許容最大面圧を４２００ＭＰ a 、これら両係合溝に対する上記各ボールの接触角を４０度、上記両係合溝の断面形状の曲率半径がこれら各ボールの外径に対する比を０．５１、ジョイント角を４５度以上、上記保持器のうちで円周方向に隣り合うポケット同士の間に存在する柱部とこれら各柱部の軸方向端部を結合する円環状のリム部との連続部に荷重を負荷するボールの中心の、上記外輪の中心軸及び上記内輪の中心軸を含む平面からの位相を６７．５度とし、上記各ボールの外径をＤa とし、上記各柱部の円周方向に亙る幅をｗとし、上記等速ジョイント用保持器の直径方向に関するこれら各柱部の厚さｔc と上記各ボールの外径Ｄa との比ｔc ／Ｄa をｒt とした場合に、（０．０５４／ｒt ）・Ｄa ≦ｗ≦（０．１６／ｒt ）・Ｄa を満たす。
【００１９】
【作用】
上述の様に構成する本発明の等速ジョイント及び等速ジョイント付転がり軸受ユニットによれば、内側、外側各係合溝の転がり疲れ寿命と保持器の強度とを何れも十分に確保でき、等速ジョイントを小型化して、この等速ジョイントの外輪と車輪支持用の転がり軸受ユニットの内輪を一体化した所謂第四世代のハブユニットの実用化に寄与できる。
【００２０】
次に、上記各ボールの外径Ｄa と、柱部の円周方向に亙る幅ｗと、上記保持器の直径方向に関するこれら各柱部の厚さｔc と上記各ボールの外径Ｄa との比 ｒt （＝ｔc ／Ｄa ）との関係を、（０．０５４／ｒt ）・Ｄa ≦ｗ≦（０．１６／ｒt ）・Ｄa なるものに規制した理由に就いて、図１〜４を参照しつつ説明
する。
【００２１】
先ず、等速ジョイントを構成するボール４の転動面と内側、外側両係合溝７、８との当接部に許容される荷重と、このボール４の外径Ｄa との関係に就いて説明する。
上記両係合溝７、８の断面形状の曲率半径は、通常は上記ボール４の外径Ｄa の５１％（０．５１Ｄa ）前後の値にする。この値が小さ過ぎる（０．５Ｄa に近い値になる）と、上記当接部に存在する接触楕円が当該係合溝（内側係合溝７又は外側係合溝８）の肩部に乗り上げ易くなる。そして、乗り上げた場合には、上記ボール４の転動面にエッジロードが加わり、この転動面が早期に剥離してしまう。反対に、値が大き過ぎる（０．５１Ｄa を大きく越える値にする）と、上記当接部に存在する接触楕円の面積が小さくなり、この当接部で当該係合溝の内面と上記ボール４の転動面とに加わる面圧が過度に高くなってしまう。
【００２２】
一方、等速ジョイントは、一般的には、次の▲１▼〜▲３▼の条件を満たす事が必要である。
▲１▼ 上記当接部に於ける許容最大面圧を、４２００ＭＰa （４２８kgf/mm2 ）とする。
この理由は、ジョイント角を付した状態で上記等速ジョイントを運転した場合に、上記ボール４の転動が円滑に行なわれる様にする為である。即ち、上記両係合溝７、８の表面硬度は、炭素鋼を焼き入れ硬化する事によりHRC ６０〜６４程度に硬化されている。この程度の表面硬度を有する上記両係合溝７、８の内側面に、上記した４２００ＭＰa 程度の面圧（接触応力）を加えると、上記ボール４と内側係合溝７又は外側係合溝８との永久変形量の和は、このボール４の外径Ｄa のほぼ０．０００１倍となる。この様な永久変形量の和が、この値（０．０００１倍）を超えると、上記ボール４の転動が円滑に行なわれなくなり、上記等速ジョイント部分でのトルクロスが大きくなる。
▲２▼ 等速ジョイントの運転時に於ける、上記両係合溝７、８に対する上記ボール４の接触角θを約４０度とする。
この接触角の値が大き過ぎる（４０度を大きく越える）と、上記接触楕円が内側係合溝７又は外側係合溝８の肩部に乗り上げ易くなり、これら各係合溝７、８の断面の曲率半径を小さくした場合と同様に、上記ボール４の転動面にエッジロードが発生し、早期に剥離してしまう。反対に、上記接触角の値が小さ過ぎる（４０度を大きく下回る）と、上記ボール４に加わる荷重に sinθを乗じた値がトルク伝達方向の荷重成分になるので、上記ボール４に加わる荷重が大きくなる割合に、このボール４を介して伝達されるトルクが小さくなり、効率の悪い設計となる。
▲３▼ 上記ボール４の外径Ｄa と、複数のボール４のピッチ円直径との比を、凡そ１／４とする。
前述の様な理由により、等速ジョイントに組み込むボールの数を８個とした場合には、これら各ボールの外径Ｄa と同じくピッチ円直径との比は、凡そ１／４になる。
この比が大き過ぎる（１／４を大きく上回る）程、上記各ボールの外径Ｄa が大きくなると、その分、これら各ボールを保持する為のポケットの円周方向に亙る長さが大きくなり、円周方向に隣り合うポケット同士の間に存在する柱部の幅が狭くなって、これら各柱部の強度が不足する。
反対に、上記比が小さ過ぎる（１／４を大きく下回る）程、上記各ボールの外径Ｄa が小さくなると、等速ジョイントのトルク容量が小さくなってしまう。
【００２３】
尚、上記▲１▼〜▲３▼の条件のうち、▲３▼の条件は、柱部の幅に関係する値であるが、この▲３▼に示した条件の比（１／４）自体が変動しても、前記当接部に存在する接触楕円部分の最大面圧に対する影響は小さい。よって、以下の計算は、上記比の１／４からのずれ分を無視して行なう。
上記接触楕円部分の最大面圧と玉荷重との関係は、Hertz の式により、次の（１）式の様になる。
【数１】
【００２４】
又、 cosτをパラメータとして、外輪に比べて径が小さく、従って上記各ボール４との接触に基づく応力が高くなる内輪に就いて計算すると、次の（２）式の様になる。
【数２】
前述した、Ｐmax ＝４２８kgf/mm2 なる値を上記μ、ν、Σρの値と共に上記（１）式に代入すると、次の（３）式を得られる。
【数３】
次に、保持器の板厚ｔc と、上記各ボール４の直径Ｄa との比ｒt （＝ｔc ／ Ｄa ）は、次の（４）式を満たす必要がある。
【数４】
反対に、上記比ｔc ／Ｄa がこの（４）式の範囲よりも大きくなる程、上記保持器の板厚ｔc が大きくなり過ぎると、この保持器の内径側に存在する内側係合溝と同じく外径側に存在する外側係合溝との一方又は双方の係合溝の深さを確保できなくなって、上記各ボールの転動面が当該係合溝の肩部に乗り上げ易くなる。そして、乗り上げた場合にはこの転動面にエッジロードが発生し、この転動面に早期剥離が発生する。
【００２６】
次に、等速ジョイントをジョイント角（１８０度−軸交角）を付した状態で運転した場合に、保持器のリム部、即ち、軸方向両端部に存在し、上記各柱部の軸方向両端部が結合される円環状部分に負荷される荷重Ｐに就いて説明する。
前提条件として、ジョイント角α´を４５度以上に設定する。内側係合溝７の底面７ａの中心と外側係合溝８の底面８ａの中心がオフセットしている（図６参照）事に伴って保持器に働く荷重は微小であるので無視し、図１に示す様に、上記ジョイント角α´によって上記リム部に作用する荷重のみを考慮する。図２の左右両端部に示した柱部の様に、保持器の柱部が駆動軸の中心と従動軸の中心とを含む平面に対し９０度の位相になった時、当該柱部とリム部との連続部に最大の荷重が働く。等速ジョイントに８個の玉が組込まれている時にはこの柱部（最大の荷重が働く柱部）の両隣のボール４、４の中心の、駆動軸の中心及び従動軸の中心を含む平面からの位相は、それぞれ６７．５度（β）、１１２．５度である。そして、上記連続部には上記両隣のボール４、４から、次の（５）式により求められる、同じ荷重がそれぞれ作用する。
【数５】
次に、保持器の柱部に負荷される荷重に就いて、図３〜４を参照しつつ説明する。上記各ボール４から保持器のリム部４６に負荷される荷重は、このリム部４６にそれぞれの端部を結合した柱部３０、３０により支持するが、それぞれの柱部３０、３０に作用する荷重の振り分けは、上記リム部４６及び柱部３０、３０の剛性に影響される為、厳密にはＦＥＭ等の計算が必要である。但し、通常は、上記各ボール４の外径Ｄa が１０mm以上あり、柱部３０、３０同士のピッチが十分に広い事を考慮すると、全部の柱部でこの荷重を受け持たずに、上記各ボール４からリム部４６に負荷する荷重Ｐを、当該ボール４の両隣の柱部３０、３０のみで、Ｐ／２ずつ均等に支承すると考えれば、安全率を高くする方向で近似できる。
【００２８】
保持器の材質が、浸炭焼入れ或は高周波焼入れされた鋼である場合には、引っ張り強さσB を常時１５０kgf/mm2 以上に保って生産する事は実用上困難と思われる。従って、σ＝Ｐ／（ｗ・ｔc ）の値が１５０kgf/mm2 の場合を、限界応力の目安として設計する事が好ましい。上述の様に、上記各柱部３０、３０に負荷される荷重を、安全率が高くなる方向で大き目に近似したので、この値は少し大き目に見積もる事が可能である。
【００２９】
引っ張り強さσB の約０．３倍が疲れ強さσa となるので、上記引っ張り強さσa を、１５０×０．３≒５０kgf/mm2 以上にすれば、疲れ強さ以上になる。但し、等速ジョイントの使用時に、ジョイント角α´が４５度で最大面圧が４２８kgf/mm2 になる程に大きなトルクが常時負荷されている事は考えられず、余裕の取り過ぎである。上記引っ張り強さσa の値に余裕を取り過ぎる事は、上記各ボール４の外径Ｄa を小さくする事に結び付く為、前述の様に剥離寿命が低下し、バランスの悪い設計となる。従って、保持器の柱部に負荷される荷重に基づく応力は、最悪条件で５０kgf/mm2 以上にすべきである。尚、以上は、柱部３０、３０に働く引っ張り荷重のみを考慮した。但し、これら各柱部３０、３０の付け根部分、即ち前記リム部４６との接続部には大きな曲げモーメントも負荷されるので、この接続部の隅Ｒは、十分に大きな値（ボール４の外径Ｄa の０．４〜０．５倍）にし、この接続部でも保持器が破壊しない様にする必要がある。以上の検討結果により、上記各柱部３０、３０に加わる応力は、次の（６）式を満たす様にすべきである。
【００３０】
【数６】
そして、前述した（３）〜（５）式を、上記（６）式に代入すると、次の（７）式の様になる。
【数７】
【００３１】
【発明の実施の形態】
図５は、本発明の実施の形態の１例として、本発明を第四世代のハブユニットを構成する等速ジョイントに適用した状態を示している。懸架装置に支持した状態で回転しない外輪１１は、外周面にこの懸架装置に支持する為の第一の取付フランジ１２を、内周面に複列の外輪軌道１３、１３を、それぞれ有する。上記外輪１１の内径側には、ハブ本体３１と内輪３２とから成るハブ３３を、この外輪１１と同心に配置している。このハブ３３の外周面で上記各外輪軌道１３、１３に対向する部分には、それぞれ第一、第二の内輪軌道１８、２０を設けている。これら両内輪軌道１８、２０のうち、第一の内輪軌道１８は、上記ハブ本体３１の中間部外周面に直接形成している。又、このハブ本体３１の中間部のうち、上記第一の内輪軌道１８を形成した部分よりも内端寄り（図５の右端寄り）部分に、上記内輪３２を外嵌している。上記第二の内輪軌道２０は、この内輪３２の外周面に形成している。そして、上記各外輪軌道１３、１３と上記第一、第二の内輪軌道１８、２０との間に、それぞれ複数個ずつの転動体２１、２１を転動自在に設ける事により、上記外輪１１の内側に上記ハブ３３を、回転自在に支持している。
【００３２】
図示の例の場合には、上述の様に、上記第一の内輪軌道１８を上記ハブ本体３１の外周面に直接形成する事により、この第一の内輪軌道１８の直径を、上記内輪３２の外周面に形成した第二の内輪軌道２０の直径よりも小さくしている。又、この様に第一の内輪軌道１８の直径を第二の内輪軌道２０の直径よりも小さくした事に伴い、上記第一の内輪軌道１８と対向する外側（自動車への組み付け状態で幅方向外側となる側を言い、図５の左側）の外輪軌道１３の直径を、内側（自動車への組み付け状態で幅方向中央側となる側を言い、図５の右側）の外輪軌道１３の直径よりも小さくしている。更に、この外側の外輪軌道１３を形成した、外輪１１の外半部の外径を、上記内側の外輪軌道１３を形成した部分である、上記外輪１１の内半部の外径よりも小さくしている。又、図示の例では、この様に第一の内輪軌道１８及び外側の外輪軌道１３の直径を小さくした事に伴い、これら第一の内輪軌道１８と外側の外輪軌道１３との間に設ける転動体２１、２１の数を、上記第二の内輪軌道２０と内側の外輪軌道１３との間に設ける転動体２１、２１の数よりも少なくしている。
【００３３】
又、上記ハブ本体３１の外端部外周面には、このハブ本体３１に車輪を支持固定する為の第二の取付フランジ１７を、このハブ本体３１と一体に設けており、この第二の取付フランジ１７に、上記車輪を結合する為の複数本のスタッド３４の基端部を固定している。図示の例の場合にこれら複数本のスタッド３４のピッチ円直径は、上述の様に外輪１１の外半部の外径を、同じく内半部の外径よりも小さくした分だけ（上記各スタッド３４の頭部３５が上記外輪１１の外端部外周面と干渉しない程度に）小さくしている。尚、上記ハブ本体３１の外周面のうちで、上記第一の内輪軌道１８を形成した部分よりも軸方向内方に存在する部分の直径は、この第一の内輪軌道１８に対応する転動体２１、２１の内接円の直径よりも小さくしている。この理由は、車輪用転がり軸受ユニットの組み立て時に、外輪１１の外端部内周面に形成した外輪軌道１３の内径側に複数の転動体２１、２１を組み付けると共に、上記外輪１１の外端部内周面にシールリング３６を内嵌固定した状態で、この外輪１１の内径側に上記ハブ本体３１を挿入自在とする為である。又、上記ハブ本体３１の中間部外周面で、上記第一の内輪軌道１８と上記内輪３２を外嵌した部分との間部分には、全周に亙り凹溝状の肉盗み部３７を形成して、上記ハブ本体３１の軽量化を図っている。
【００３４】
又、上記ハブ本体３１に外嵌した内輪３２が軸方向内端側にずれ動くのを防止して、上記各外輪軌道１３、１３と上記第一、第二の内輪軌道１８、２０との間にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けた、上記各転動体２１、２１に付与した予圧を適正値に保持すべく、上記ハブ本体３１の外周面内端寄り部分に全周に亙り形成した係止凹溝３８に、止め輪３９を係止している。この止め輪３９は、それぞれが半円弧状である、１対の止め輪素子により構成している。この様な止め輪３９は、上記各転動体２１、２１に適正な予圧を付与すべく、上記内輪３２を上記ハブ本体３１に対して軸方向外方に押圧しつつ、その内周縁部を上記係止凹溝３８に係合させる。上記内輪３２を軸方向外方に押圧している力を解除した状態でも上記各転動体２１、２１に適正な予圧を付与したままにすべく、上記止め輪３９として、適切な厚さ寸法を有するものを選択使用する。即ち、上記止め輪３９として、厚さ寸法が僅かずつ異なるものを複数種類用意し、上記係止凹溝３８の溝幅等、転がり軸受ユニットの構成各部材の寸法との関係で適切な厚さ寸法を有する止め輪３９を選択し、上記係止凹溝３８に係合させる。従って、この止め輪３９を係止凹溝３８に係止すれば、上記押圧している力を解除しても、上記内輪３２が軸方向内端側にずれ動くのを防止して、上記各転動体２１、２１に適切な予圧を付与したままに保持できる。
【００３５】
又、上記止め輪３９を構成する１対の止め輪素子が直径方向外方に変位し、この止め輪３９が上記係止凹溝３８から不用意に抜け落ちる事を防止すべく、この止め輪３９の周囲に、間座４０の一部を配置している。この間座４０は、上記ハブ本体３１の内端部分に設けた、等速ジョイント用の外輪４１により構成する、本発明の対象である等速ジョイント１ｃ内に、雨水、塵芥等の異物が入り込むのを防止する為のブーツ４２の外端部を外嵌支持する為のものである。又、前記外輪１１の外端部内周面と上記ハブ本体３１の中間部外周面との間には前記シールリング３６を、上記外輪１１の内端部内周面と前記内輪３２の内端部外周面との間には組み合わせシールリング４３を、それぞれ設けて、前記複数の転動体２１、２１を設置した空間４４の両端開口部を塞いでいる。
【００３６】
更に、上記ハブ本体３１の内端部で、上記内輪３２と上記ブーツ４２の外端部とを外嵌した部分は、上述の様に、等速ジョイント１ｃの外輪となる外輪４１としている。この外輪４１の内周面には、それぞれ断面形状が円弧形である８本の外側係合溝８、８を、それぞれ円周方向に対し直角方向（図５の左右方向）に形成している。又、上記外輪４１の内側には、この外輪４１と共にツェッパ型の上記等速ジョイント１ｃを構成する為の、内輪２を配置している。そして、この内輪２の外周面に８本の内側係合溝７、７を、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成している。そして、これら各内側係合溝７、７と上記各外側係合溝８、８との間に、これら各係合溝７、８毎に１個ずつ、合計８個のボール４を、保持器９ｂのポケット１０ａ、１０ｂ内に保持した状態で転動自在に設けている。更に、上記内輪２の中心部には、スプライン孔４５を軸方向に亙り形成している。自動車への組み付け状態でこのスプライン孔４５には、図示しない駆動軸の端部をスプライン係合させ、上記内輪２及び上記８個のボール４、４を介して、上記ハブ本体３１を回転駆動自在とする。
【００３７】
上述の様な構成を有する第四世代のハブユニットを構成する等速ジョイントで、上記８個のボール４の転動面と前記内側、外側両係合溝７、８との当接部の許容最大面圧を４２００ＭＰ a 、これら両係合溝７、８に対する上記各ボール４の接触角を４０度、上記両係合溝７、８の断面形状の曲率半径がこれら各ボール４の外径に対する比を０．５１、ジョイント角を４５度以上、前記保持器９ｂのうちで円周方向に隣り合うポケット１０ａ、１０ｂ同士の間に存在する柱部３０とこれら各柱部３０の軸方向端部を結合する円環状のリム部４６（図３参照）との連続部に荷重を負荷するボール４の中心の、前記外輪４１の中心軸及び前記内輪２の中心軸を含む平面からの位相を６７．５度とした場合に、上記各ボール４の外径Ｄa （図１参照）と、上記保持器９ｂを構成する上記各柱部３０の幅ｗと、これら各柱部３０の厚さｔc （図４参照）と上記各ボール４の外径Ｄa との比ｒt との関係を、（０．０５４／ｒt ）・Ｄa ≦ｗ≦（０．１６／ｒt ）・Ｄa を満たす範囲に規制すれば、小型でしかも優れた耐久性を有する等速ジョイントを実現できる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の等速ジョイント及び等速ジョイント付転がり軸受ユニットは、以上に述べた通り構成され作用するので、回転力伝達用のボールの数を８個とする事により外径を小さくできる構造で、しかも小型でしかも優れた耐久性を有する等速ジョイントを実現できる。従って、第四世代のハブユニットと呼ばれる、等速ジョイントを一体的に組み込んだ車輪用転がり軸受ユニットの小型・軽量化を、十分な耐久性を確保しつつ実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】運転時にボールからリム部に加わる力を説明する為の、図６の上部に相当する断面図。
【図２】同じく大きな応力が加わる柱部を説明する為の、保持器及びボールをこの保持器の軸方向から見た図。
【図３】運転時にボールからリム部に加わる力を説明する為の、図１の上方から見た図。
【図４】保持器の柱部の断面図。
【図５】本発明の等速ジョイントを組み込んだ車輪用転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。
【図６】従来の等速ジョイントの第１例を、ジョイント角を付与した状態で示す断面図。
【図７】同じくジョイント角を付与しない状態で示す、図６のＡ−Ａ断面に相当する図。
【図８】保持器の一部を外周側から見た図。
【図９】内側、外側両係合溝の底面の位置関係を示す模式図。
【図１０】等速ジョイントを一体的に組み込んだ車輪用転がり軸受ユニットの１例を示す断面図。
【図１１】従来の等速ジョイントの第２例を、ジョイント角を付与しない状態で示す断面図。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ断面図。
【図１３】従来構造の第２例に組み込む保持器の断面図。
【図１４】保持器にボールを組み込むべく、内輪と外輪とを所定方向に変位させた状態を示す断面図。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ 等速ジョイント
２ 内輪
２ａ 外周面
３、３Ａ 外輪
３ａ 内周面
４ ボール
５ 軸
６ 軸
７ 内側係合溝
７ａ 底面
８ 外側係合溝
８ａ 底面
９、９ａ、９ｂ 保持器
１０、１０ａ、１０ｂ ポケット
１１ 外輪
１２ 第一の取付フランジ
１３ 外輪軌道
１４ 第一の内輪部材
１５ 第二の内輪部材
１６ ハブ
１７ 第二の取付フランジ
１８ 第一の内輪軌道
１９ 円筒部
２０ 第二の内輪軌道
２１ 転動体
２２ 係止溝
２３ 係止溝
２４ 止め輪
２５ 段部
２６ 溶接
２７ａ、２７ｂ カバー
２８ａ、２８ｂ シールリング
２９ 隔板部
３０ 柱部
３１ ハブ本体
３２ 内輪
３３ ハブ
３４ スタッド
３５ 頭部
３６ シールリング
３７ 肉盗み部
３８ 係止凹溝
３９ 止め輪
４０ 間座
４１ 外輪
４２ ブーツ
４３ 組み合わせシールリング
４４ 空間
４５ スプライン孔
４６ リム部
Claims (2)
- 内輪と、この内輪の外周面の円周方向等間隔位置に存在する８個所に、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成され、表面を焼き入れ硬化された断面円弧形の内側係合溝と、上記内輪の周囲に設けられた外輪と、この外輪の内周面で上記各内側係合溝と対向する位置に、円周方向に対し直角方向に形成され、表面を焼き入れ硬化された断面円弧形の外側係合溝と、上記内輪の外周面と外輪の内周面との間に挟持され、上記内側、外側両係合溝に整合する位置にそれぞれ円周方向に長い８個のポケットを形成した、焼き入れ硬化された鋼製の保持器と、これら各ポケットの内側に１個ずつ保持された状態で内側、外側両係合溝に沿う転動を自在とされた、８個のボールとから成り、これら各ボールを、上記内輪の中心軸と上記外輪の中心軸との軸交角を二等分し、これら両中心軸を含む平面に対し直交する二等分面内に配置した等速ジョイントに於いて、上記各ボールの転動面と上記内側、外側両係合溝との当接部の許容最大面圧を４２００ＭＰ a 、これら両係合溝に対する上記各ボールの接触角を４０度、上記両係合溝の断面形状の曲率半径がこれら各ボールの外径に対する比を０．５１、ジョイント角を４５度以上、上記保持器のうちで円周方向に隣り合うポケット同士の間に存在する柱部とこれら各柱部の軸方向端部を結合する円環状のリム部との連続部に荷重を負荷するボールの中心の、上記外輪の中心軸及び上記内輪の中心軸を含む平面からの位相を６７．５度とし、上記各ボールの外径をＤa とし、上記各柱部の円周方向に亙る幅をｗとし、上記保持器の直径方向に関するこれら各柱部の厚さｔc と上記各ボールの外径Ｄa との比ｔc ／Ｄa をｒt とした場合に、（０．０５４／ｒt ）・Ｄa ≦ｗ≦（０．１６／ｒt ）・Ｄa を満たす事を特徴とする等速ジョイント。
- 懸架装置に支持する為の第一のフランジを外周面に、内周面に複列の外輪軌道を有し、この懸架装置に支持された状態で回転しない軸受外輪と、一端寄り部分の外周面に車輪を支持する為の第二のフランジを設けると共に、他端寄り部分の内周面で円周方向等間隔位置に存在する８個所に、等速ジョイントを構成する為のそれぞれが断面円弧形で、表面を焼き入れ硬化された外側係合溝を、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成し、更に外周面に複列の内輪軌道を形成した軸受内輪と、これら各内輪軌道と上記各外輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつ設けた転動体と、上記軸受内輪の他端寄り部分で上記各外側係合溝を形成した部分の内径側に配置された、外周面で上記各外側係合溝に対向する部分に断面円弧形で、表面を焼き入れ硬化された内側係合溝を、それぞれ円周方向に対し直角方向に形成した等速ジョイント用内輪と、この等速ジョイント用内輪の外周面と上記軸受内輪の他端寄り部分の内周面との間に設けられた、上記外側、内側各係合溝に整合する円周方向８個所位置に、それぞれが円周方向に長いポケットを形成した、焼き入れ硬化された鋼製の等速ジョイント用保持器と、この等速ジョイント用保持器のポケット内に１個ずつ保持された状態で、上記外側、内側各係合溝同士に沿う転動を自在とされた８個のボールとを備え、これら各ボールは、上記等速ジョイント用内輪の中心軸と上記軸受内輪の他端寄り部分の中心軸との軸交角を二等分し、これら両中心軸を含む平面に対し直交する二等分面内に配置されており、上記各ボールの転動面と上記内側、外側両係合溝との当接部の許容最大面圧を４２００ＭＰ a 、これら両係合溝に対する上記各ボールの接触角を４０度、上記両係合溝の断面形状の曲率半径がこれら各ボールの外径に対する比を０．５１、ジョイント角を４５度以上、上記保持器のうちで円周方向に隣り合うポケット同士の間に存在する柱部とこれら各柱部の軸方向端部を結合する円環状のリム部との連続部に荷重を負荷するボールの中心の、上記外輪の中心軸及び上記内輪の中心軸を含む平面からの位相を６７．５度とし、上記各ボールの外径をＤa とし、上記各柱部の円周方向に亙る幅をｗとし、上記等速ジョイント用保持器の直径方向に関するこれら各柱部の厚さｔc と上記各ボールの外径Ｄa との比ｔc ／Ｄa をｒt とした場合に、（０．０５４／ｒt ）・Ｄa ≦ｗ≦（０．１６／ｒt ）・Ｄa を満たす等速ジョイント付転がり軸受ユニット。
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