JP5340548B2

JP5340548B2 - 固定式等速自在継手

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Publication number: JP5340548B2
Application number: JP2007033832A
Authority: JP
Inventors: 智茂小林; 輝明藤尾; 友明兼子
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2027-02-14
Also published as: JP2008196634A

Description

本発明は、例えば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作動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、自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達する手段として使用される等速自在継手の一種に固定式等速自在継手がある。この固定式等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結してその二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し得る構造を備えている。一般的に、前述した固定式等速自在継手としては、バーフィールド型（ＢＪ）やアンダーカットフリー型（ＵＪ）が広く知られている。

図９および図１０と図１１および図１２は、例えばバーフィールド型の等速自在継手の二例を例示する。これら等速自在継手は、軸方向に延びる複数のトラック溝１１１が内球面１１０の円周方向等間隔に形成された外側継手部材としての外輪１１２と、外輪１１２のトラック溝１１１と対をなして軸方向に延びる複数のトラック溝１１４が外球面１１３の円周方向等間隔に形成された内側継手部材としての内輪１１５と、外輪１１２のトラック溝１１１と内輪１１５のトラック溝１１４との間に介在してトルクを伝達する複数のボール１１６と、外輪１１２の内球面１１０と内輪１１５の外球面１１３との間に介在してボール１１６を保持するケージ１１７とを備えている。

この等速自在継手におけるトラック溝１１１，１１４は、軸方向の縦断面が単一の円弧面形状を有する。外輪１１２のトラック溝１１１の曲率中心Ｏ₁および内輪１１５のトラック溝１１４の曲率中心Ｏ₂は、ボール中心Ｏ₃を含む継手中心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（トラックオフセット）。なお、外輪１１２の内球面１１０（ケージ１１７の外球面１１８）の曲率中心および内輪１１５の外球面１１３（ケージ１１７の内球面１１９）の曲率中心は前述の継手中心Ｏと一致している。このように、トラックオフセットを設けることにより、一対のトラック溝１１１，１１４が外輪１１２の奥側から開口側に向けて、径方向間隔が徐々に増加する楔状にボールトラックを形成している。

この種の等速自在継手を、例えば自動車のドライブシャフトに使用した場合、外輪１１２を従動軸に連結し、内輪１１５に車体側のディファレンシャルに取り付けられた摺動式等速自在継手から延びる駆動軸をスプライン嵌合で連結した構造が一般的である。この等速自在継手では、外輪１１２と内輪１１５との間に作動角が付与されると、ケージ１１７に収容されたボール１１６は常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。

複数のボール１１６は、ケージ１１７に形成されたポケット１２０に収容されて円周方向等間隔に配置されている。図９および図１０に示す等速自在継手は６個のボール１１６を備えた構造を具備し、図１１および図１２に示す等速自在継手は８個のボール１１６を備えた構造を具備する。８個ボールタイプの等速自在継手では、６個ボールタイプの等速自在継手よりも、ボール径を小さく（ｄ＜Ｄ）、かつ、トラックオフセットを小さくすることにより（ｆ＜Ｆ）、高効率でコンパクトな等速自在継手を実現している。

図１３は６個ボールタイプの等速自在継手が作動角（例えば４０°）をとった状態を示し、同様に、図１４は８個ボールタイプの等速自在継手が作動角（例えば４０°）をとった状態を示す。図１３の破線で示すように、Ｌ６_INはアンギュラ接触による内輪１１５とボール１１６の接触点軌跡、Ｌ６_OUTはアンギュラ接触による外輪１１２とボール１１６の接触点軌跡を示す。また、図１４の破線で示すように、Ｌ８_INはアンギュラ接触による内輪１１５とボール１１６の接触点軌跡、Ｌ８_OUTはアンギュラ接触による外輪１１２とボール１１６の接触点軌跡を示す。

図１４に示す８個ボールタイプの等速自在継手では、図１５に示すように、ボール径を小さくしたことにより、内輪１１５とボール１１６の接触点軌跡Ｌ８_INの長さ、および外輪１１２とボール１１６の接触点軌跡Ｌ８_OUTの長さが６個ボールタイプの等速自在継手よりも短くなり（Ｌ８_IN＜Ｌ６_IN，Ｌ８_OUT＜Ｌ６_OUT）、外輪１１２のトラック溝１１１とボール１１６間での滑り速度が減少し、トルク伝達効率が向上する。

また、８個ボールタイプの等速自在継手では、図１５に示すようにトラックオフセットを小さくしたことにより（ｆ＜Ｆ）、内輪１１５とボール１１６の接触点軌跡Ｌ８_INの長さ、および外輪１１２とボール１１６の接触点軌跡Ｌ８_OUTの長さが６個ボールタイプの等速自在継手よりも短くなり（Ｌ８_IN＜Ｌ６_IN，Ｌ８_OUT＜Ｌ６_OUT）、外輪１１２のトラック溝１１１とボール１１６間での滑り速度が減少し、トルク伝達効率が向上する。

また、８個ボールタイプの等速自在継手（図１１参照）では、トラックオフセットを小さくしたことにより、ボール１１６のトラック溝１１１，１１４に対する挟み角γ８が６個ボールタイプの等速自在継手（図９参照）よりも小さくなり（γ８＜γ６）、ボール１１６を軸方向で外輪開口側へ押し出す力Ｍ８が減少する（Ｍ８＜Ｍ６）。

ここで、ボール１１６のトラック溝１１１，１１４に対する挟み角γ６，γ８とは、外輪１１２のトラック溝１１１および内輪１１５のトラック溝１１４とボール１１６との各接触点（図９および図１１の破線参照）における軸線方向の２接線がなす角度を意味する。なお、図９および図１１において、ボール１１６内の破線は、アンギュラ接触によるボール１１６とトラック溝１１１，１１４との接触点軌跡を示している。

このボール１１６を軸方向で外輪開口側へ押し出す力Ｍ８はケージ１１７に伝達され、その結果、８個ボールタイプの等速自在継手では、ケージ１１７の外球面１１８と外輪１１２の内球面１１０およびケージ１１７の内球面１１９と内輪１１５の外球面１１３との球面力が６個ボールタイプの等速自在継手よりも減少し、その球面接触部での摩擦損失（発熱）が少なくなり、トルク伝達効率が向上する（例えば、特許文献１，２参照）。

さらに、この等速自在継手の作動性を確保するためには、各部にすきまを設定する必要があり、例えば、ＰＣＤ（ピッチ円直径）すきまや球面すきまを適正値に設定する必要がある（例えば、特許文献３，４参照）。

ここで、ＰＣＤすきまとは、外輪１１２のトラック溝１１１に接触した状態でのボール１１６のＰＣＤ（外輪ＰＣＤ）と、内輪１１５のトラック溝１１４に接触した状態でのボール１１６のＰＣＤ（内輪ＰＣＤ）との差を意味する。また、球面すきまとは、内輪１１５の外球面１１３とケージ１１７の内球面１１９との間のすきま、あるいはケージ１１７の外球面１１８と外輪１１２の内球面１１０との間のすきまを意味する。

ＰＣＤすきまは、内輪１１５のトラック溝１１４および外輪１１２のトラック溝１１１の加工精度、作動性、使用トルクでのトラック溝１１１，１１４からのボール１１６の乗り上げによる損傷や、トラック溝１１１，１１４での摩擦抵抗による発熱および疲労耐久性などを考慮して設定されている。また、球面すきまも同様に、内輪１１５の外球面１１３および外輪１１２の内球面１１０の加工精度、作動性、組み込み性などを考慮して設定されている。
特許第３４６０１０７号公報特開平９−３１７７８４号公報特開２００２−３２３０６１号公報特開２００５−１８８６２０号公報

ところで、前述した特許文献１〜４に開示された８個ボールタイプの等速自在継手では、ボール径やトラックオフセットを小さくしたり、あるいは、ＰＣＤすきまや球面すきまを適正値に設定することにより、等速自在継手における各種継手機能を向上を図っている。

つまり、特許文献１では、ボールのピッチ円直径と直径との比を３．３〜５．０の範囲に規定することにより、等速自在継手のコンパクト化と同時に、６個ボールタイプの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するようにしている。また、特許文献２では、トラックオフセット量と、外輪のトラック溝の中心または内輪のトラック溝の中心とボールの中心とを結ぶ線分の長さとの比を０．０６９〜０．１２１の範囲に規定することにより、等速自在継手のコンパクト化と同時に、６個ボールタイプの等速自在継手と同等以上の強度、負荷容量、耐久性および作動角を確保するようにしている。

一方、特許文献３では、ボールトラックにおけるＰＣＤすきまを５〜５０μｍの範囲に規定することにより、高負荷時、ボールとトラック溝との接触楕円がトラック溝から食み出しにくくなり、欠けやフレーキングの発生を抑制することが容易となって耐久性の向上を図るようにしている。また、特許文献４では、ケージの内球面と内輪の外球面との間の球面すきま×１０００とケージ基準内径（内輪基準外径）との比を０．９〜２．３の範囲に規定することにより、継手の作動角が変化する時に発生する折り曲げ方向荷重を小さくするようにしている。

しかしながら、８個ボールタイプの等速自在継手では、前述した特許文献１〜４で開示されているように、ボール径やトラックオフセットを小さくしたり、あるいは、ＰＣＤすきまや球面すきまを適正値に設定することにより、等速自在継手における各種継手機能を向上を図っているが、８個ボールタイプの等速自在継手において、その構成を大きく変更することなく、さらにトルク伝達効率を向上させることが要望されている。

そこで、本発明の目的は、構成を大きく変更することなく、トルク伝達効率をより一層向上させ得る固定式等速自在継手を提供することにある。

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、軸方向に延びる複数のトラック溝が内球面に形成された外側継手部材と、外側継手部材のトラック溝と対をなして軸方向に延びる複数のトラック溝が外球面に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８個のボールと、外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に介在してボールを保持するケージとを備え、外側継手部材のトラック溝の曲率中心および内側継手部材のトラック溝の曲率中心が継手中心に対して等距離だけ軸方向に逆向きにオフセットさ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と内側継手部材のトラック溝とで形成されたボールトラックにおけるＰＣＤすきまを５０μｍより大きく、かつ、７７μｍ以下とすることにより、回転トルクの伝達時にボールトラックの非負荷側部位へのボールの接触を減らすようにし、内側継手部材の外球面とケージの内球面との間の球面すきまを４０μｍ以上、ケージの外球面と外側継手部材の内球面との間の球面すきまを４０μｍ以上とすることにより、内側継手部材の外球面とケージの内球面との球面接触、およびケージの外球面と外側継手部材の内球面との球面接触を減少させるようにし、ＰＣＤすきまにより決定されたケージの移動可能量よりも球面すきまを大きくしたことを特徴とする。

ここで、ＰＣＤすきまとは、外側継手部材のトラック溝に接触した状態でのボールのＰＣＤ（外側継手部材ＰＣＤ）と、内側継手部材のトラック溝に接触した状態でのボールのＰＣＤ（内側継手部材ＰＣＤ）との差を意味する。また、球面すきまとは、内側継手部材の外球面とケージの内球面との間のすきま、あるいはケージの外球面と外側継手部材の内球面との間のすきまを意味する。

本発明では、ボールトラックにおけるＰＣＤすきまを５０μｍより大きく、かつ、７７μｍ以下としたことにより、つまり、従来よりもＰＣＤすきまを大きく設定することにより、回転トルクの伝達時、ボールトラックの非負荷側部位へのボールの接触を減らすことができるので、ボールトラックの非負荷側部位へのボール接触による伝達トルクの損失を低減できる。

また、内側継手部材の外球面とケージの内球面との間の球面すきま、およびケージの外球面と外側継手部材の内球面との間の球面すきまを４０μｍ以上、好ましくは、５０〜１２０μｍとしたことにより、つまり、従来よりも球面すきまを大きく設定したことにより、内側継手部材の外球面とケージの内球面との球面接触、およびケージの外球面と外側継手部材の内球面との球面接触を減少させることができるので、その球面接触による摩擦発熱を低減でき、その摩擦発熱に起因する伝達トルクの損失を低減できる。なお、この球面すきまは、ＰＣＤすきまを考慮して球面接触を確実に減少させるように設定する必要がある。

また、本発明では、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位置するボールのトラック溝に対する挟み角γ８を８．５〜１２．５°、ボールのトラック溝に対する接触角α８を３０〜３８°とすることが望ましい。

ここで、ボールのトラック溝に対する挟み角γ８（図１参照）とは、外側継手部材１２のトラック溝１１および内側継手部材１５のトラック溝１４とボール１６との各接触点（図１の破線参照）における軸線方向の２接線がなす角度を意味し、また、ボール１６のトラック溝１１，１４に対する接触角α８（図３参照）とは、ボール中心Ｏ₃と各接触点（図中、すきまを誇張）を通る直線Ｐとボール中心Ｏ₃と継手中心Ｏを通る直線Ｑがなす角度を意味する。

このように、ボールのトラック溝に対する挟み角γ８を８．５〜１２．５°とすれば、トルク伝達時のボールに作用する軸方向の押し出し力を小さくすることができる。これに伴って、保持器と両継手部材相互間の接触面圧を抑え、摩擦を低減させることができ、回転トルクの損失を軽減することが可能となる。また、ボールのトラック溝に対する接触角α８を３０〜３８°とすれば、高トルク入力時のトラック溝エッジ部へのボールの乗り上げ耐久性、外輪のトラック溝とボールの滑り量の低減、転動疲労寿命に影響のある接触面圧を良好な範囲とすることができる。

なお、本発明は、軸方向の縦断面が単一の円弧面形状を有するトラック溝を持つ外側継手部材および内側継手部材を具備したバーフィールド型の固定式等速自在継手（ＢＪ）や、軸方向と平行なストレート底を有するトラック溝を持つ外側継手部材および内側継手部材を具備したアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手（ＵＪ）のいずれにも適用可能である。

本発明によれば、ボールトラックにおけるＰＣＤすきまを５０μｍより大きく、かつ、７７μｍ以下としたことにより、回転トルクの伝達時、ボールトラックの非負荷側部位へのボールの接触を減らすことができるので、ボールトラックの非負荷側部位へのボール接触による伝達トルクの損失を低減できる。また、内側継手部材の外球面とケージの内球面との間の球面すきま、およびケージの外球面と外側継手部材の内球面との間の球面すきまを４０μｍ以上としたことにより、内側継手部材の外球面とケージの内球面との球面接触、およびケージの外球面と外側継手部材の内球面との球面接触を減少させることができるので、その球面接触による摩擦発熱を低減でき、その摩擦発熱に起因する伝達トルクの損失を低減できる。

このように、ＰＣＤすきまおよび球面すきまを適正値の範囲に設定することにより、ボール接触および摩擦発熱による伝達トルクの損失を低減することができるので、等速自在継手の構成を大きく変更することなく、その等速自在継手におけるトルク伝達効率を向上させることができる。

本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態を詳述する。図１および図２に示す実施形態は、軸方向の縦断面が単一の円弧面形状を有するトラック溝を持つ外側継手部材および内側継手部材を具備したバーフィールド型の固定式等速自在継手（ＢＪ）を例示する。なお、本発明は、図８に示すように、軸方向と平行なストレート底を有するトラック溝２１，２４を持つ外側継手部材および内側継手部材を具備したアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手（ＵＪ）についても適用可能であり、図１と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。また、これらバーフィールド型やアンダーカットフリー型以外のトラック溝形状を有する他の固定式等速自在継手にも適用可能である。

図１および図２に示す８個ボールタイプの固定式等速自在継手は、軸方向に延びる複数のトラック溝１１が内球面１０の円周方向等間隔に形成された外側継手部材としての外輪１２と、外輪１２のトラック溝１１と対をなして軸方向に延びる複数のトラック溝１４が外球面１３の円周方向等間隔に形成された内側継手部材としての内輪１５と、外輪１２のトラック溝１１と内輪１５のトラック溝１４との間に介在してトルクを伝達する８個のボール１６と、外輪１２の内球面１０と内輪１５の外球面１３との間に介在してボール１６を保持するケージ１７とを備えている。

この等速自在継手におけるトラック溝１１，１４は、軸方向の縦断面が単一の円弧面形状を有する。外輪１２のトラック溝１１の曲率中心Ｏ₁および内輪１５のトラック溝１４の曲率中心Ｏ₂は、ボール中心Ｏ₃を含む継手中心Ｏに対して等距離ｆだけ軸方向に逆向きにオフセットされている（トラックオフセット）。なお、外輪１２の内球面１０（ケージ１７の外球面１８）の曲率中心および内輪１５の外球面１３（ケージ１７の内球面１９）の曲率中心は前述の継手中心Ｏと一致している。このように、トラックオフセットを設けることにより、一対のトラック溝１１，１４が外輪１２の奥側から開口側に向けて、径方向間隔が徐々に増加する楔状にボールトラックを形成している。

図３は、外輪１２と、内輪１５と、外輪１２トラック溝１１と内輪１５のトラック溝１４間に配置されたボール１６と、外輪１２の内球面１０と内輪１５の外球面１３間に配されたケージ１７とを示す横断面である。同図に示すようにトラック溝１１，１４の横断面形状は、ボール１６の半径（ｄ／２）よりも大きな曲率半径Ｒで形成されたゴシックアーチ状をなす。このトラック溝１１，１４の横断面形状をゴシックアーチ状としたことにより、ボール１６はトラック溝１１，１４のそれぞれに対して二点で接触するアンギュラ接触となっている。

なお、図３では、ＰＣＤすきまや球面すきまを説明するための都合上、ボール１６と外輪１２のトラック溝１１および内輪１５のトラック溝１４とが接触せず、また、ケージ１７の外球面１８と外輪１２の内球面１０およびケージ１７の内球面１９と内輪１５の外球面１３とが接触していない状態で、各すきまを誇張して示しているが、回転トルクの負荷時には、ボール１６と外輪１２のトラック溝１１および内輪１５のトラック溝１４とが接触し、また、ケージ１７の外球面１８と外輪１２の内球面１０およびケージ１７の内球面１９と内輪１５の外球面１３とが接触する。

この等速自在継手の作動性を確保するためには、各部にすきまを設定する必要があり、例えば、ＰＣＤ（ピッチ円直径）すきまや球面すきまを適正値に設定する必要がある。また、ボールトラックでのボール１６の移動を良好にするため、ボール１６のトラック溝１１，１４に対する挟み角γ８（図１参照）および接触角α８（図３参照）を適正値に設定する必要がある。

ここで、図３に示すように、すきまｍは、外輪１２のトラック溝１１に接触した状態でのボール１６の外輪ＰＣＲ（外輪ＰＣＤの１／２）と、内輪１５のトラック溝１４に接触した状態でのボール１６の内輪ＰＣＲ（内輪ＰＣＤの１／２）との差であり、ＰＣＤすきまは、半径方向のすきまｍの二倍となる。また、すきまｎ₁は、内輪１５の外球面１３の半径とケージ１７の内球面１９の半径との差であり、すきまｎ₂は、ケージ１７の外球面１８の半径と外輪１２の内球面１０の半径との差であり、球面すきまは、半径方向のすきまｎ₁，ｎ₂の二倍となる。

また、ボール１６のトラック溝１１，１４に対する挟み角γ８（図１参照）とは、外輪１２のトラック溝１１および内輪１５のトラック溝１４とボール１６との各接触点（図１の破線参照）における軸線方向の２接線がなす角度を意味する。なお、図１において、ボール１６内の破線は、アンギュラ接触によるボール１６とトラック溝１１，１４との接触点軌跡を示している。また、ボール１６のトラック溝１１，１４に対する接触角α８（図３参照）とは、ボール１６の中心Ｏ₃を基準としてボール１６とトラック溝１１，１４とが接触するボール接触中心Ｐ（図ではボール１６とトラック溝１１，１４間にすきまを誇張）とトラック溝１１，１４の溝底中心Ｑとのなす角度を意味する。

これらの等速自在継手を、例えば自動車のドライブシャフトに使用した場合、外輪１２を従動軸に連結し、車体側のディファレンシャルに取り付けられた摺動式等速自在継手から延びる駆動軸（シャフト）を内輪１５にスプライン嵌合で連結した構造としている。この等速自在継手では、外輪１２と内輪１５との間に作動角が付与されると、ケージ１７に収容されたボール１６は常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。

複数のボール１６は、ケージ１７に形成されたポケット２０に収容されて円周方向等間隔に配置されている。このボール１６の数と同様に、トラック溝１１，１４の数、ケージ１７のポケット２０の数も８個である。この８個ボールタイプの等速自在継手では、６個ボールタイプの等速自在継手（図９参照）と比較して、ボール径を小さく（ｄ＜Ｄ）、かつ、トラックオフセットを小さくすることにより（ｆ＜Ｆ）、高いトルク伝達効率でコンパクトな等速自在継手を実現している。

この等速自在継手の内部構成でトルク伝達効率に与える影響を機構解析で調査した結果、その内部構成での各接触部のすきまを変化させると、ＰＣＤすきまはある範囲でトルク伝達効率に寄与し、球面すきまは大きい方がトルク伝達効率に寄与することが判明した（図４参照）。また、外輪内部に封入される潤滑剤の変更による内部摩擦係数も変数として考慮した場合における、継手内部構成の各接触部におけるＰＣＤすきま、球面すきまの変化に対するトルク伝達効率への寄与度を図５に示す。

そこで、この等速自在継手では、ＰＣＤ（ピッチ円直径）すきま（２×ｍ）、球面すきま（２×ｎ₁），（２×ｎ₂）、ボール１６のトラック溝１１，１４に対する挟み角γ８および接触角α８を適正値に設定する必要性から、それらを以下のように規定する。

まず、外輪１２のトラック溝１１と内輪１５のトラック溝１４とで形成されたボールトラックにおけるＰＣＤすきま（２×ｍ）を５０μｍより大きく、かつ、７７μｍ以下とする。このようにＰＣＤすきま（２×ｍ）を規定すれば、回転トルクの伝達時、ボールトラックの非負荷側部位へのボール１６の接触を減らすことができるので、ボールトラックの非負荷側部位へのボール接触による伝達トルクの損失を低減できる。

ここで、前述のＰＣＤすきま（２×ｍ）が５０μｍ以下であると、ボール１６の組み込みが困難となり、ボール１６をトラック溝１１，１４間で拘束する力が大きくなってボール１６の転動が妨げられ、ボール１６とトラック溝１１，１４との接触部で滑りが発生し易く、温度上昇と寿命低下の一因となり、その結果、伝達トルクの損失を低減させることが困難となる。逆に、ＰＣＤすきま（２×ｍ）が７７μｍよりも大きいと、打音、振動や高負荷時でボール１６がトラック溝１１，１４から乗り上げてその接触楕円がトラック溝１１，１４から食み出すことによりエッジ欠けが発生し易くなり、寿命低下を招く一因となって伝達トルクの損失を低減させる効果が頭打ちとなる。

本出願人が行った継手内部力の解析結果から、作動角が０°では、内輪１５のトラック溝１４とボール１６との接触部位、外輪１２のトラック溝１１とボール１６との接触部位は、負荷側の各々１箇所となっている。この接触部位では、作動角が０°を超えるとボール１６がトラック溝１１，１４内を転動するために摩擦発熱が生じる。そして、作動角が増すと、内輪１５のトラック溝１４とボール１６との接触部位の反対側である非負荷側、外輪１２のトラック溝１１とボール１６との接触部位の反対側である非負荷側でも接触するようになり、その接触でもトラック溝１１，１４に荷重が負荷される。その非負荷側での荷重負荷は、作動角が大きくなるほどその範囲と絶対量が増えていく。この非負荷側での荷重負荷はトルク伝達方向と逆方向であり、結果的にトルク伝達の損失となっている。

そこで、前述したようにボールトラックにおけるＰＣＤすきま（２×ｍ）を５０μｍより大きく、かつ、７７μｍ以下として従来の等速自在継手よりも大きく設定したことにより、非負荷側での荷重負荷が減少し、伝達トルクの損失を低減できてトルク伝達効率の向上が図れる〔図４、図５および図６（位相角については図２）参照〕。図６では、ＰＣＤすきまが小さいものよりもＰＣＤすきまが大きいものの方が、位相角６０°付近の非負荷側での荷重負荷を低減できることを示している。

また、内輪１５の外球面１３とケージ１７の内球面１９との間の球面すきま（２×ｎ₁）、およびケージ１７の外球面１８と外輪１２の内球面１０との間の球面すきま（２×ｎ₂）を４０μｍ以上、好ましくは、５０〜１２０μｍとしたことにより、内輪１５の外球面１３とケージ１７の内球面１９との球面接触、およびケージ１７の外球面１８と外輪１２の内球面１０との球面接触を減少させることができるので、その球面接触による摩擦発熱を低減でき、その摩擦発熱に起因する伝達トルクの損失を低減できる。なお、この球面すきま（２×ｎ₁），（２×ｎ₂）は、ＰＣＤすきま（２×ｍ）を考慮して球面接触を確実に減少させるように設定する必要がある。

ここで、前述の球面すきま（２×ｎ₁），（２×ｎ₂）が４０μｍよりも小さいと、継手の作動性が悪化する。逆に、球面すきま（２×ｎ₁），（２×ｎ₂）が１２０μｍよりも大きいと、打音や振動が発生する。なお、本出願人は、８個ボールの等速自在継手に関する実験結果から、球面すきま（２×ｎ₁），（２×ｎ₂）の合計（２×ｎ₁）＋（２×ｎ₂）が２４０μｍで異音が発生しないことを確認したことにより、二つの球面すきま（２×ｎ₁），（２×ｎ₂）の合計（２×ｎ₁）＋（２×ｎ₂）の上限値を２４０μｍとし、二つの球面すきま（２×ｎ₁），（２×ｎ₂）にそれぞれ均等に振り分けてその上限値を１２０μｍとした。また、継手の製作上の公差を考慮して伝達トルクの損失を低減する効果を発揮し得る限界として、球面すきま（２×ｎ₁），（２×ｎ₂）の下限値を４０μｍとした。

ここで、内輪１５の外球面１３とケージ１７の内球面１９との球面接触、およびケージ１７の外球面１８と外輪１２の内球面１０との球面接触については、トラックオフセットによりボール１６のトラック溝１１，１４に対する挟み角γ８が生じているため、ボール１６がケージ１７のポケット周壁面を外輪１２の開口側へ押圧することにより、ケージ１７が外輪１２の開口側へ移動する。その結果、ケージ１７の外球面１８と外輪１２の内球面１０は外輪１２の開口側で接触し、ケージ１７の内球面１９と内輪１５の外球面１３は外輪１２の奥側で接触する。

この状態で作動角が０°の場合、トルクが負荷されると（トルク負荷方向については図２参照）、ボール１６がケージ１７のポケット周壁面を外輪１２の開口側へさらに押圧する。この場合、内輪１５のトラック溝１４と外輪１２のトラック溝１１とは交差することなく平行に位置しているため、ケージ１７は球面すきま（２×ｎ₁），（２×ｎ₂）がなくなるように移動して、そのケージ１７の外球面１８と外輪１２の内球面１０が接触する。

作動角が０°の場合、球面すきま（２×ｎ₁），（２×ｎ₂）の大小に拘わらず、伝達トルクの損失はないが、作動角をとると、位相角０°と位相角１８０°では内輪１５のトラック溝１４と外輪１２のトラック溝１１が平行に位置しているのに対して、他の位相角では、内輪１５のトラック溝１４と外輪１２のトラック溝１１が互いに交差する状態となる。その結果、ボール１６が内輪１５のトラック溝１４と外輪１２のトラック溝１１に挟まれるため、ボール１６がケージ１７のポケット周壁面を押圧する移動量（ケージの移動量）はＰＣＤすきま（２×ｍ）により決定される。

この場合、ＰＣＤすきま（２×ｍ）により決定されたケージ１７の移動可能量よりも球面すきま（２×ｎ₁），（２×ｎ₂）が大きい状態であれば、内輪１５の外球面１３とケージ１７の内球面１９との間での球面接触力、およびケージ１７の外球面１８と外輪１２の内球面１０との間での球面接触力が小さくなり、その球面接触力に左右される摩擦発熱による伝達トルクの損失が低減される〔図４、図５および図７（位相角については図２）参照〕。図７では、球面すきまが小さいものよりも球面すきまが大きいものの方が、球面接触力を低減できることを示している。

一方、外輪１２のトラック溝１１と内輪１５のトラック溝１４との間に位置するボール１６のトラック溝１１，１４に対する挟み角γ８（図１参照）を８．５〜１２．５°、ボール１６のトラック溝１１，１４に対する接触角α８（図３参照）を３０〜３８°とする。

このように、ボール１６のトラック溝１１，１４に対する挟み角γ８を８．５〜１２．５°とすれば、トルク伝達時のボールに作用する軸方向の押し出し力を小さくすることができる。これに伴って、保持器と内外輪相互間の接触面圧を抑え、摩擦を低減させることができ、回転トルクの損失を軽減することが可能となる。また、ボール１６のトラック溝１１，１４に対する接触角α８を３０〜３８°とすれば、高トルク入力時のトラック溝エッジ部へのボールの乗り上げ耐久性、外輪のトラック溝とボールの滑り量の低減、転動疲労寿命に影響のある接触面圧を良好な範囲とすることができる。

ここで、前述の挟み角γ８が８．５°よりも小さいと、作動性が悪化し、逆に、挟み角γ８が１２．５°よりも大きいと、保持器と内外輪相互間の接触面圧が大きくなり、摩擦を低減させることが困難で、伝達トルクの損失を軽減することが困難となる。また、前述の接触角α８が３０°よりも小さいと、トラック荷重が増大することにより強度が低下すると共に摩擦の低減が困難となり、伝達トルクの損失を低減させることが困難となる。逆に、接触角α８が３８°よりも大きいと、高トルク入力時のトラック溝エッジ部へのボールの乗り上げが発生し易く、外輪のトラック溝とボールの滑り量の低減が困難となる。

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、さらに種々なる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。

本発明の実施形態で、バーフィールド型の固定式等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。図１の横断面図である。ＰＣＤすきま、球面すきま、ボールの接触角、トラック形状を説明するためのもので、内輪、外輪、ボールおよびケージを示す要部拡大断面図である。継手内部構成の各接触部におけるＰＣＤすきま、球面すきまの変化に対するトルク伝達効率への寄与度を説明するための表である。継手内部構成の各接触部におけるＰＣＤすきま、球面すきまの変化に対するトルク伝達効率への寄与度で内部摩擦係数も変数として考慮した場合を説明するための表である。ＰＣＤすきまの変化による非負荷側トラック荷重を示す特性図である。球面すきまの変化による球面接触力を示す特性図である。本発明の他の実施形態で、アンダーカットフリー型の固定式等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。固定式等速自在継手の従来例で、６個ボールタイプの全体構成を示す縦断面図である。図９の横断面図である。固定式等速自在継手の従来例で、８個ボールタイプの全体構成を示す縦断面図である。図１１の横断面図である。図９の等速自在継手が作動角をとった状態を示す縦断面図である。図１１の等速自在継手が作動角をとった状態を示す縦断面図である。８個ボールタイプと６個ボールタイプとで、ボール径、トラックオフセット量および接触点軌跡の長さを比較した表である。

符号の説明

１０外側継手部材（外輪）の内球面
１１外側継手部材（外輪）のトラック溝
１２外側継手部材（外輪）
１３内側継手部材（内輪）の外球面
１４内側継手部材（内輪）のトラック溝
１５内側継手部材（内輪）
１６ボール
１７ケージ
１８ケージの外球面
１９ケージの内球面
Ｏ継手中心
Ｏ₁ 外側継手部材（外輪）のトラック溝の曲率中心
Ｏ₂ 内側継手部材（内輪）のトラック溝の曲率中心
２×ｍＰＣＤすきま
２×ｎ₁，２×ｎ₂ 球面すきま
γ８挟み角
α８接触角

Claims

軸方向に延びる複数のトラック溝が内球面に形成された外側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と対をなして軸方向に延びる複数のトラック溝が外球面に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８個のボールと、前記外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に介在してボールを保持するケージとを備え、前記外側継手部材のトラック溝の曲率中心および内側継手部材のトラック溝の曲率中心が継手中心に対して等距離だけ軸方向に逆向きにオフセットさ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と内側継手部材のトラック溝とで形成されたボールトラックにおけるＰＣＤすきまを５０μｍより大きく、かつ、７７μｍ以下とすることにより、回転トルクの伝達時にボールトラックの非負荷側部位へのボールの接触を減らすようにし、かつ、前記内側継手部材の外球面とケージの内球面との間の球面すきまを４０μｍ以上、前記ケージの外球面と外側継手部材の内球面との間の球面すきまを４０μｍ以上とすることにより、内側継手部材の外球面とケージの内球面との球面接触、およびケージの外球面と外側継手部材の内球面との球面接触を減少させるようにし、前記ＰＣＤすきまにより決定されたケージの移動可能量よりも前記球面すきまを大きくしたことを特徴とする固定式等速自在継手。
前記内側継手部材の外球面とケージの内球面との間の球面すきまを５０〜１２０μｍ、前記ケージの外球面と外側継手部材の内球面との間の球面すきまを５０〜１２０μｍとした請求項１に記載の固定式等速自在継手。
前記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位置するボールのトラック溝に対する挟み角を８．５〜１２．５°、ボールのトラック溝に対する接触角を３０〜３８°とした請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。