JP5602497B2 - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用され、駆動側と従動側の二軸間で作動角変位を許容しながら回転トルクを伝達する固定式等速自在継手に関する。

自動車及びこれに準ずる各種車両においては、エンジンからの駆動力をホイールに伝達する動力伝達経路に、二軸間で角度変位や軸方向変位があった場合でも等速で回転動力を伝達することが可能な等速自在継手を配設することが行われている。等速自在継手には、プランジング運動（軸方向変位）を行わない固定式等速自在継手とプランジング運動を行う摺動式等速自在継手がある。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。

例えば、ＵＪタイプの固定式等速自在継手は、図３１と図３２に示すように内球面１に複数のトラック溝２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材３と、外球面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が円周方向等間隔に軸方向に沿って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の内球面１と内側継手部材６の外球面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が収容されるポケット９が周方向に沿って複数配設されている。

また、外側継手部材３のトラック溝２は、奥側が円弧部２ａとされ、開口側が直線部２ｂとされる。内側継手部材６のトラック溝５は、奥側が直線部５ａとされ、開口側が円弧部５ｂとされる。内側継手部材６のトラック溝５の曲率中心Ｏ１および外側継手部材３のトラック溝２の曲率中心Ｏ２は、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。

近年においては、コンパクト化を図るために、図３２に示すようにボールを８個としたものがある。この場合、ケージのポケット中心位置におけるケージ肉厚をｔ_CAGEとするとともに、作動角が０°のときのボールのピッチ円半径をＰＣＲ_BALLとし、この比であるｔ_CAGE／ＰＣＲ_BALLを０．１１〜０．１９程度とされる。

また、従来のＵＪ型等速自在継手には、図３３に示すように、小型軽量化のために、各トラック溝２，５の曲率中心Ｏ１，Ｏ２とトルク伝達ボール７の中心Ｑを結ぶ直線と、トルク伝達ボール７の中心Ｑと継手中心Ｏを結ぶ直線とが成すトラック溝のオフセット角θ_TRACKを、４°≦θ_TRACK≦６°の範囲に設定するものがある。

このようなものでは、外側継手部材３の内球面１の曲率中心Ｏ１０（ケージ８の外球面８ａの曲率中心）及び内側継手部材６の外球面４の曲率中心Ｏ２０（ケージ８の内球面８ｂの曲率中心）も、それぞれ継手中心Ｏを挟んで軸方向に等距離だけオフセットされている。そして、ケージ８の内外球面８ａ，８ｂの曲率中心Ｏ１０，Ｏ２０とトルク伝達ボール７の中心Ｑを結ぶ直線と、トルク伝達ボール７の中心Ｑと継手中心Ｏを結ぶ直線とが成すケージ８のオフセット角θ_CAGEを、０°＜θ_CAGE＜１°の範囲に設定している。このように、ケージ８は、そのオフセット角θ_CAGEが非常に小さく設定されているため、略均一な厚さに成形される。

近年、固定式等速自在継手の更なる小型軽量化のため、ケージ８の厚さを更に薄くすることが試みられている。図３２に示す等速自在継手において、ｔ_CAGE／ＰＣＲ_BALLを０．１１〜０．１９に保ったまま、更なるコンパクト化、つまりピッチ円半径を小さくしようとすれば、ケージ８の肉厚が必然的に薄くなる。このように薄くなれば、ポケット９間の柱部、及びポケット９の側枠（軸方向に対面する窓枠）の剛性が低下する。すなわち、継手が高作動角をとった状態で回転する場合、ケージ８の継手開口側の端部に大きな負荷がかかるため、その部分の強度は確保しなければならない。しかしながら、高作動角時において、等速自在継手としての強度を確保することが困難である。

また、前記図３２に示す継手の構成において、ケージ８の厚さを薄く設定すると、ケージ８が均一に薄く成形されるため、ケージ８の継手開口側の端部の強度を十分に確保することが困難であった。また、このケージ８の小型軽量化に伴う継手開口側の端部の強度低下は、特に小型車・軽自動車用等に適用する小サイズの固定式等速自在継手に顕著に認められる。

そこで、コンパクト化を図った新しいタイプの固定式等速自在継手として、特許文献１に記載のように、６個ボールタイプのものが提案されている。

特開２００７−２６３１６３号公報

特許文献１に記載のような構造とすることによって、等速自在継手のコンパクト化を実現できる。しかしながら、小さいピッチ円直径（ＰＣＤ）に大きなボールを配置することになり、内部部品（内側継手部材、ボール、ケージ等からなる組立体）の強度バランスが今までの等速自在継手と異なることになる。

ところで、このようなものであっても、図３４に示すように、内側継手部材６の内径面に雌セレーション１０が形成され、この雌セレーション１０に、シャフト１１に形成された雄セレーション１２が嵌合する。

このため、従来と同じシャフト１１を適用した場合、雌セレーション１０を形成したことによって、内側継手部材６の肉厚（特に、継手開口側）が薄くなる。このため、他部品である外側継手部材３やケージ８に比べて内側継手部材６の強度がバランス的に劣ることになる。すなわち、小さくピッチ円径（PCD）に大きなボールを配置し、従来と同じシャフトを使用すると、この継手開口側端１３側の範囲Ｈ（図３４における円で囲む範囲）での肉厚Ｔが小さくなる。このように肉厚Ｔが小さいと、範囲Ｈに発生する応力が大きくなる。なお、雄セレーション１２の端部には周方向溝１５が形成され、この周方向溝１５に止め輪１６が装着される。これによって、止め輪１６が内側継手部材６の孔部内径面の端部（継手奥側端部）の切欠部１７に係合して、シャフトの抜け止めが構成される。

そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、内側継手部材やケージの強度を確保しつつ、小型軽量化を図り得ることが可能であり、また高角度強度および耐久性を向上させることができる固定式等速自在継手を提供しようとするものである。

本発明の固定式等速自在継手は、内球面に軸方向に延びた複数のトラック溝を形成した外側継手部材と、外球面に軸方向に延びた複数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対で形成されるボールトラックに１個ずつ配置した複数のトルク伝達ボールと、前記外側継手部材の内球面と前記内側継手部材の外球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ケージを備え、前記内側継手部材の内径面にはトルク伝達部位である雌セレーション又は雌スプラインが形成された固定式等速自在継手であって、前記トルク伝達ボールのピッチ円直径（ＰＣＤ_BALL）と前記トルク伝達ボールの直径（Ｄ_BALL）との比ｒ１（＝ＰＣＤ_BALL／Ｄ_BALL）を、３．０≦ｒ１≦３．３の範囲に設定するとともに、熱処理後の内側継手部材において、継手奥側の端部から継手開口側のトラック溝開口端部までの前記トルク伝達部位を含む内径部の炭素含有量を０．５％以上とし、かつ、前記内径部を、表面硬度がＨＶ（ビッカース硬さ）１３０〜ＨＶ（ビッカース硬さ）６５０である未硬化又は未浸炭からなる未硬化部とするとともに、前記未硬化部を省いて、継手奥側の端面、継手開口側の端面、トラック溝、及び外球面を、表面硬度がＨＶ（ビッカース硬さ）６５０以上の熱処理による硬化部としたものである。

本発明の固定式等速自在継手によれば、内径部の表面硬度をＨＶ１３０〜ＨＶ６５０とし、トラック溝及び外球面の表面硬度をＨＶ６５０以上とすることによって、トラック溝及び外球面の耐久性能を確保しながら内側継手部材の強度を向上させることができる。鋼は炭素量が多くなると、熱処理時に粒界セメンタイトが増加し、粒界強度が低下する。また、硬化層硬さが増加するために、粒界き裂が伝播しやすくなることで、強度低下が生じるため、熱処理後に内径部の炭素含有量を０．５％以上となる場合は、内側継手部材内径硬度を低下させることで内側継手部材強度を向上することができる。

３．０≦ｒ１≦３．３の範囲に設定することによって、等速自在継手としての強度・耐久性を確保できる。

前記内側継手部材の芯部硬度をＨＶ１３０以上とし、内径部の表面硬度をＨＶ２５０〜ＨＶ６５０としたり、前記内側継手部材の芯部硬度をＨＶ４４０〜ＨＶ６５０とし、内径部の表面硬度をＨＶ２５０〜ＨＶ６５０としたりできる。

内側継手部材の継手奥側の端面に継手奥側に突出する凸部を設け、複数個の内側継手部材が、一の内側継手部材の継手奥側の端面の凸部が他の内側継手部材の開口側の端面に当接するように軸方向に沿って配設され、この状態で熱処理（浸炭焼入れ焼戻し処理）が施されてなるものである。

このように設定することによって、軸方向に沿って配設された内側継手部材の相対面する端面間に隙間が生じる。このため、これらの端面に熱処理（浸炭焼入れ焼戻し処理）を施すことができる。これに対して、軸方向に沿って配設された内側継手部材の相対面する端面間に隙間が無ければ、これらの端面に熱処理（浸炭焼入れ焼戻し処理）を施すことができない。

表面硬化処理が浸炭焼入焼戻し処理であっても、表面硬化処理が高周波焼入焼戻し処理であってもよい。高周波焼入れ焼戻し処理は、高周波誘導加熱を利用して被加熱物の表面を焼入れ温度まで急速加熱し、さらに急速冷却することにより表面層に焼入れ硬化層を作る処理である。耐摩耗性を向上させ、機械的性質を高めることができる。また、浸炭焼入処理とは、低炭素材料の表面から炭素を浸入／拡散させ、その後に焼入れを行う処理である。鋼の場合、炭素濃度の高い表面付近は硬くて圧縮の残留応力をもち、また炭素濃度の低い内部は、じん性の高い低炭素マルテンサイトとなる。これにより、強靭で耐摩耗の高い特性を与えることができる。このような焼入処理を行うことによって、形成される内側継手部材の耐久性の向上を図ることができる。

外側継手部材の外径（Ｄ_OUTER）と前記トルク伝達ボールの直径（Ｄ_BALL）との比ｒ２（＝Ｄ_OUTER／Ｄ_BALL）を、４．６≦ｒ２≦４．８の範囲に設定することができる。外側継手部材の外径とボールの直径との比が４．６未満であると、ボールの直径が大きい場合は外側継手部材の肉厚が薄くなりすぎて、強度の点で懸念が生じ、外側継手部材の外径が小さい場合は内側継手部材・外側継手部材とボール間の面圧が大きくなり、耐久性の点で懸念が生じる。逆に、４.８を越えると、ボールの直径が小さい場合はボールの負荷容量が小さくなり、耐久性の点で懸念が生じ、外側継手部材の外径が大きい場合はコンパクト化が達成できない。

継手作動角が０°の状態における、前記ケージの内外球面の曲率中心と前記トルク伝達ボールの中心を結ぶ直線と、前記トルク伝達ボールの中心と継手中心とを結ぶ直線とが成すケージのオフセット角θ_CAGEを、２．７°≦θ_CAGE≦５．７°の範囲に設定することができる。

ケージのオフセット角θ_CAGEを、従来のケージのオフセット角（０°＜θ_CAGE＜１°）より大きく設定することによって、ケージの継手開口側の端部の肉厚が、他の部分に比べて厚く成形される。ケージのオフセット角が、２．７°未満であると、ケージの継手開口側の端部が薄くなり、十分な強度が確保できない。また、５．７°を越えると、ケージの継手奥側の端部の肉厚が極端に薄くなる。ケージの製造工程において一般的に熱処理を施すが、ケージの肉厚が極端に薄くなると、その肉厚の薄い部分では熱処理による未硬化層が少なくなり、靱性が低下し十分な強度が確保できなくなる。また、ケージの継手開口側の端部と継手奥側の端部とで、肉厚差が大きいと加工性の悪化も懸念される。

ケージのポケット中心位置におけるケージ肉厚をt_CAGEとするとともに、作動角が０°のときのボールのピッチ円半径をＰＣＲ_BALLとし、この比であるｔ_CAGE／ＰＣＲ_BALLを０．２０以上０．２３以下とすることができる。ｔ_CAGE／ＰＣＲ_BALLが０．２０未満となると、外径が大きくなり、コンパクト化が困難になったり、ケージの肉厚が薄くなったり、大角度時の必要継手強度が確保することが困難となる。一方、ｔＣＡＧＥ／ＰＣＲ_BALLが０．２３を越えると、内径セレーション部（シャフト嵌合部）における内側継手部材（内側継手部材）の肉厚が薄くなり、大角度時（高作動角時）の必要継手強度の確保が困難になったり、内側継手部材及び外側継手部材の球面が小さくなることにより、許容可能なトルクレベルが低下したりする。この結果、ボールが内側継手部材及び外側継手部材のトラック溝のエッジ部に乗り上げ易くなり、耐久性が著しく低下してしまうおそれがある。

外側継手部材のトラック溝の曲率中心と内側継手部材のトラック溝の曲率中心とを、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せるとともに、ケージの外球面の曲率中心とケージの内球面の曲率中心とを、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せ、このケージのオフセット量をトラック溝のオフセット量と略同一とすることができる。これによって、継手奥側のトラック溝深さが浅くなるのを防止できるとともに、開口側のケージの肉厚（径方向厚さ）を大きくすることができる。

ところで、内側継手部材をケージに組み込む際は、内側継手部材のトラック溝相互間に配設された外球面の一つを、ケージのポケットに挿入して、内側継手部材をケージ内に収納することになる。このため、内外継手部材の各トラック溝を、周方向不等ピッチに配設すると共に、狭いピッチ内に配設されたケージの柱部を除去したものとすれば、柱部を除去することによって、この除去部に内側継手部材の外球面を落とし込むことができる。

また、等速自在継手を組み立てる場合、外側継手部材にケージを組み込むことになる。このため、内外継手部材の各トラック溝相互間のピッチのうち、２つのピッチの位相を６０°以下に設定すると共に、残りの４つのピッチの位相を６０°以上に設定することによって、組み込み性の向上を図ることができる。すなわち、外側継手部材にケージを組み込む際は、ケージのポケットを、小さい位相のピッチ内に配設された外側継手部材の内球面に対向させて組み込むことになる。この際、小さいピッチ内に配設された内球面の開口側端部の周方向長さが、対向するケージのポケットの幅より小さく設定されることになり、前記内球面がケージの外周面に干渉することなく、ケージを外側継手部材に容易に組み込むことができる。

本発明の固定式等速自在継手は、小型化を達成でき、しかも小型化を図ったとしても、内側継手部材の強度を確保できる。このため、従来と同じ緒元のシャフトを適用することができ、従来の既存品との共用化を図ることができ、低コスト化を達成できる。

３．０≦ｒ１≦３．３の範囲に設定することによって、等速自在継手としての強度・耐久性を確保することができ、高精度の等速自在継手を提供することができる。

また、外側継手部材の外径とボールの直径との比を、４．６以上４.８以下とすることによって、一層強度・耐久性を確保することができる。ケージのオフセット角度を、２.７°以上５.７°以下に設定することによって、ケージの継手開口側の端部の肉厚を、他の部分に比べて厚く成形することができ、継手の小型軽量化を図るためにケージを薄く成形しても、ケージの継手開口側の端部は、継手の高作動角回転時に付与される負荷に耐え得る強度を確保することができる。

０．２０≦ｔ_CAGE／ＰＣＲ_BALL≦０．２３とすることによって、小型化及びケージ強度の向上を図ることができ、しかも、ボールのトラック溝のエッジ部への乗り上げを防止できる。すなわち、本発明によれば、コンパクト化（小型化）を可能とするとともに、小型化してもケージの強度を確保でき、さらには、高角捩りトルク負荷時のケージ損傷を防止できて、高角強度の向上を図ることができる。このため、よりコンパクトなフォルムにて継手強度耐久性を従来品(８個ボールの固定式ジョイント)と同等以上に確保することができる。

ケージのオフセット量をトラック溝のオフセット量と略同一として大きくすることによって、継手奥側のトラック溝深さが浅くなるのを防止できるとともに、開口側のケージの肉厚（径方向厚さ）を大きくすることができる。このため、高角時のボールがトラックエッジに乗り上げるのを防止でき、エッジに過大な応力が作用することがなくなる。すなわち、高角時の捩りトルク負荷容量の低下を防ぎ、高角耐久寿命の向上（改善）や高角時の内側継手部材と外側継手部材のトラック溝の塑性変形に起因する破損強度の向上（改善）を図ることができる。

内側継手部材のトラック溝及び外側継手部材のトラック溝を円周方向に不等ピッチで配設し、狭いピッチのケージの柱を除去すれば、ケージの外側継手部材（外側継手部材）への組込みが容易となり、しかも、長窓が必然的に形成され、長窓幅が内側継手部材幅より大きくなって、内側継手部材のケージの組込みが容易となる。また、外側継手部材のトラック溝において、２つのピッチの位相を６０°以下に設定すると共に、残りの４つのピッチの位相を６０°以上に設定することによって、干渉なくケージの組込みができる。

本発明の実施形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図である。 前記固定式等速自在継手の縦断面図である。 前記固定式等速自在継手の横断面図である。 前記固定式等速自在継手の要部縦断面図である。 前記固定式等速自在継手の内側継手部材の断面図である。 前記固定式等速自在継手の内側継手部材の正面図である。 内側継手部材の未硬化部が設けられる範囲を示し、（ａ）は内径部のみに未硬化部が形成された内側継手部材の断面図であり、（ｂ）は参考例であって、内径部と継手奥側の端面と継手開口側の端面とに未硬化部が形成された内側継手部材の断面図であり、（ｃ）は参考例であって、内径部と継手奥側の端面とに未硬化部が形成された内側継手部材の断面図であり、（ｄ）は参考例であって、内径部と継手開口側の端面とに未硬化部が形成された内側継手部材の断面図である。 継手奥側の端面と継手開口側の端面とに硬化層が形成された内側継手部材の断面図である。 内側継手部材の内径部を未硬化状態とする場合の熱処理方法を示す断面図である。 内側継手部材に本発明の硬化処理を施す状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態を示す固定式等速自在継手の横断面図である。 図１１に示す固定式等速自在継手の外側継手部材とケージとの関係を示す正面図である。 図１１に示す固定式等速自在継手の内側継手部材とケージとの関係を示す側面図である。 図１１に示す固定式等速自在継手のケージへの内側継手部材の組み込み状態を示す側面図である。 固定式等速自在継手のケージを示し、（ａ）は前記図５のケージの側面図であり、（ｂ）はケージの第１の変形例を示す側面図であり、（ｃ）はケージの第２の変形例を示す側面図であり、（ｄ）はケージの第３の変形例を示す側面図である。 固定式等速自在継手のケージを示し、（ａ）はケージの第４の変形例を示す側面図であり、（ｂ）はケージの第５の変形例を示す側面図である。 ケージの第６変形例を示す側面図である。 ケージの第６変形例を示す斜視図である。 内側継手部材の変形例を示す斜視図である。 前記図１９に示す内側継手部材の正面図である。 前記図１９に示す内側継手部材の断面図である。 前記図１９に示す内側継手部材を用いたケージへの組み込み方法を示す断面図である。 ケージへの組み込み時に形成される隙間の説明図である。 内側継手部材の他の変形例を示す斜視図である。 前記図２４に示す内側継手部材の正面図である。 前記図２４に示す内側継手部材の断面図である。 内側継手部材に形成される切欠部を示し、（ａ）は第１変形例を示す拡大断面図であり、（ｂ）は第２変形例を示す拡大断面図である。 内側継手部材に形成される切欠部を示し、（ａ）は第３変形例の正面図であり、（ｂ）は第３変形例の断面図である。 本発明の別の実施形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図である。 本発明のさらに別の実施形態を示す固定式等速自在継手の縦断面図である。 従来の固定式等速自在継手の縦断面図である。 従来の固定式等速自在継手の横断面図である。 従来の固定式等速自在継手の縦断面図である。 従来の固定式等速自在継手の問題点を説明する縦断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図３０に基づいて説明する。

この固定式等速自在継手は、図１と図２に示すように内球面２１に複数（６個）のトラック溝２２が軸方向に沿って形成された外側継手部材２３と、外球面２４に外側継手部材２３のトラック溝２２と対をなす複数（６個）のトラック溝２５が軸方向に沿って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（６個）のボール２７と、外側継手部材２３の内球面２１と内側継手部材２６の外球面２４との間に介在してボール２７を保持するポケット（ポケット）２９を有するケージ２８とを備えている。この場合、図２に示すように、ポケット２９は円周方向に沿って等ピッチ（６０°ピッチ）で６個配設されている。

前記外側継手部材２３のトラック溝２２は、トラック溝底が円弧部となる奥側トラック溝２２ａと、トラック溝底が外側継手部材軸線と平行なストレート部となる開口側トラック溝２２ｂとからなる。奥側トラック溝２２ａは、その曲率中心Ｏ１を継手中心Ｏから軸方向に外側継手部材２３の開口側にずらしている。また、内側継手部材２６のトラック溝２５は、トラック溝底が内側継手部材軸線と平行なストレート部となる奥側トラック溝２５ａと、トラック溝底が円弧部となる開口側トラック溝２５ｂとからなる。開口側トラック溝２５ｂの曲率中心Ｏ２を継手中心Ｏから軸方向に外側継手部材２３の奥側トラック溝２２ａの曲率中心Ｏ１と反対側の奥側に等距離ｋだけ離して設けている。

内側継手部材２６の孔部６０の内径面には、トルク伝達部位である雌セレーション（雌スプライン）６１が形成されている。すなわち、内側継手部材２６の孔部６０にシャフト（図示省略）が嵌入され、このシャフトに設けられた雄セレーションが、内側継手部材２６の雌セレーション６１に嵌合する。これによって、シャフトと内側継手部材２６間のトルクが伝達される。

ケージ２８は、外球面２８ａの曲率中心Ｏ３と内球面２８ｂの曲率中心Ｏ４とを、継手中心（ケージ中心）Ｏに対して等距離ｋ２だけ軸方向に逆向きにオフセットさせ、このケージ２８のオフセット量をトラック溝のオフセット量と略同一として大きくしている。

このため、ケージ２８の外球面２８ａは、外側継手部材２３の奥側トラック溝２２ａの溝底とほぼ同心円弧（曲率半径は相違する同心円弧）を形成することができ、継手奥側のトラック溝深さが浅くなるのを防止できるとともに、ケージ２８の開口側の肉厚（径方向厚さ）を大きくすることができる。

図３に示すように、ケージ２８のポケット中心位置におけるケージ肉厚をｔ_CAGEとするとともに、作動角が０°のときのボール２７のピッチ円半径をＰＣＲ_BALLとし、この比であるｔ_CAGE／ＰＣＲ_BALLを０．２０以上０．２３以下とする。

また、図３に示すように、ボール２７のピッチ円直径ＰＣＤ_BALLとボール２７の直径Ｄ_BALLとの比ｒ１を、３．０以上３．３以下とする。すなわち、３．０≦ｒ１≦３．３としている。外側継手部材２３の外径Ｄ_OUTERとボール２７の直径ＰＣＤ_BALLとの比ｒ２を、４．６以上４.８以下とする。すなわち、４．６≦ｒ２≦４．８としている。

ここで、ピッチ円半径ＰＣＲ_BALLとは、ボール中心が描く円の軌跡の半径であり、ピッチ円直径ＰＣＤ_BALLとは、ボール中心が描く円の軌跡の直径である。すなわち、ピッチ円直径ＰＣＤ_BALLは、外側継手部材２３のトラック溝２２の曲率中心Ｏ１、又は、内側継手部材２６のトラック溝２５の曲率中心Ｏ２と、トルク伝達ボール７の中心Ｑとを結ぶ線分の長さＰＣＲの２倍と定義する（ＰＣＤ_BALL＝ＰＣＲ×２）。

図４に示すように、作動角が０°のときにおいて、ケージ２８の外球面２８ａの曲率中心Ｏ３とボール中心Ｑとを結んだ直線Ｌ３と、継手中心Ｏとボール中心Ｑとを結んだ直線Ｌとの成す角度θ３、及びケージ２８の内球面２８ｂの曲率中心Ｏ４とボール中心Ｑとを結んだ直線Ｌ４と、継手中心Ｏとボール中心Ｑとを結んだ直線Ｌとの成す角度θ４をそれぞれ２.７°以上５.７°以下に設定している。なお、角度θ３及びθ４は、ケージオフセット角（θ_CAGE）と呼ぶ。また、作動角が０°とは、外側継手部材２３の軸線と内側継手部材の軸線とが一致する状態である。すなわち、２．７°≦θ_CAGE≦５．７°に設定される。

また、作動角が０°のときにおいて、外側継手部材２３のトラック溝２２の曲率中心Ｏ１とボール中心Ｑとを結んだ直線Ｌ１と、継手中心Ｏとボール中心Ｑとを結んだ直線Ｌとの成す角度θ１、及び内側継手部材２６のトラック溝２５の曲率中心Ｏ２とボール中心Ｑとを結んだ直線Ｌ２と、継手中心Ｏとボール中心Ｑとを結んだ直線Ｌとの成す角度θ２をそれぞれ前記オフセット角（θ_CAGE）と略同一に設定される。なお、角度θ１及び角度θ２は、トラックオフセット角（θ_TRACK）と呼ぶ。この実施形態では、外側継手部材２３のトラック溝２２の曲率中心Ｏ１をケージ２８の外球面２８ａの曲率中心Ｏ３よりも反継手中心側に配置するとともに、内側継手部材２６のトラック溝２５の曲率中心Ｏ２を、ケージ２８の内球面２８ｂの曲率中心Ｏ４よりも反継手中心側に配置している。このため、この実施形態では、トラックオフセット角（θ_TRACK）がケージオフセット角（θ_CAGE）よりも僅かに大きく設定されている。

また、外側継手部材２３の外径をＤ_OUTREとし、内側継手部材セレーションＰＣＤ寸法をＤ_OUTERとしたときに、３．０＜ｒ５（Ｄ_OUTRE／Ｄ_OUTER）＜３．５とする。内側継手部材セレーションＰＣＤ寸法は、サイズによって固定される寸法であるため、外側継手部材２３の外径の縮小度合いを表すために利用できる。つまり、外側継手部材２３の外径と内側継手部材セレーションＰＣＤ寸法の比ｒ５の値が小さいということは、外側継手部材２３の外径が小さいことになる。このため、このように設定することによって、この固定式等速自在継手にコンパクト化に寄与する。

ところで、この内側継手部材２６は、図７に示すように、未硬化部８０（クロスハッチングで示す範囲）が設けられる。図７（ａ）では、未硬化部８０が内径部５０ａのみに形成され、図７（ｂ）では、未硬化部８０が内径部５０ａと継手奥側端面５０ｂと継手開口側端面５０ｃとに形成され、図７（ｃ）では、未硬化部８０が内径部５０ａと継手奥側端面５０ｂとに形成され、図７（ｄ）では、未硬化部８０が内径部５０ａと継手開口側端面５０ｃとに形成されている。ここで、未硬化部８０とは、未硬化部、未浸炭、もしくは、低硬化部（テンパー部）である。また、図７（ｂ）（ｃ）（ｄ）は参考例を示している。

この際、内径部５０ａにおいては、熱処理後において、炭素含有量を０．５％以上であって、表面硬度（未硬化部８０）をＨＶ１３０〜ＨＶ６５０としている。未硬化部８０である継手奥側端面５０ｂ（５０Ｃ）の表面硬度をＨＶ２５０〜ＨＶ６５０とし、未硬化部８０でない継手奥側端面５０ｂ（５０Ｃ）の表面硬度をＨＶ６５０以上とする。

熱硬化処理は、浸炭焼入焼戻し処理であっても、表面硬化処理が高周波焼入焼戻し処理であってもよい。高周波焼入れ焼戻し処理は、高周波誘導加熱を利用して被加熱物の表面を焼入れ温度まで急速加熱し、さらに急速冷却することにより表面層に焼入れ硬化層を作る処理である。耐摩耗性を向上させ、機械的性質を高めることができる。また、浸炭焼入処理とは、低炭素材料の表面から炭素を浸入／拡散させ、その後に焼入れを行う処理である。鋼の場合、炭素濃度の高い表面付近は硬くて圧縮の残留応力をもち、また炭素濃度の低い内部は、じん性の高い低炭素マルテンサイトとなる。これにより、強靭で耐摩耗の高い特性を与えることができる。このような焼入処理を行うことによって、形成される外側継手部材の耐久性の向上を図ることができる。

また、内側継手部材２６は、その外球面２４及びトラック溝底に対しても硬化処理が施される。そして、外球面２４及びトラック溝底の表面硬度をＨＶ６５０以上としている。この硬化処理としても、浸炭焼入焼戻し処理であっても、表面硬化処理が高周波焼入焼戻し処理であってもよい。さらに、内側継手部材２６の芯部硬度をＨＶ１３０以上とする。

ところで、内径部を未浸炭とする場合（未硬化部８０を形成する場合）に、図９に示すように、複数個（図例では４個）の内側継手部材２６を軸心方向に沿って配設した状態（いわゆる団子状に重ね合わせた状態）で、熱硬化処理、例えば、浸炭焼入焼戻し処理を行う。すなわち、軸部材５２とストッパ部材５３とを備えた冶具Ｊを用いる。基準面５１から突設される軸部材５２に各内側継手部材２６を外嵌し、反基準面側の軸部材端面にストッパ部材５３を装着する。これによって、複数の内側継手部材２６が基準面５１とストッパ部材５３との間に挟持される。このため、基準面５１側の内側継手部材２６は、その継手奥側の端面５０ｂが基準面５１に当接し、各内側継手部材２６は、相対面する継手奥側の端面５０ｂと継手開口側の端面５０ｃが当接する。また、ストッパ部材５３側の内側継手部材２６の継手開口側の端面５０ｃがストッパ部材５３に当接する。

このため、各内側継手部材２６の各端面５０ｂ、５０ｃに対して、熱硬化処理（浸炭焼入焼戻し処理）を施すことができない。そこで、内側継手部材２６において、端面５０ｂに継手奥側へ突出する凸部５５を形成し、相対面する端面５０ｂ、５０ｃ間等に隙間５８が設けられるようにするのが好ましい。

すなわち、内側継手部材２６の各端面５０ｂの内径部に、周方向に沿って配設される凸部５５を形成する。この凸部５５の突出量Ｗとしては、例えば、０．２ｍｍ程度とする。また、この場合の冶具Ｊのストッパ部材５３は、その押さえ板５６の基準面側の端面５６ａの外周側に周方向切欠部５７が設けられている。この周方向切欠部５７の深さ寸法Ｗ１としても、例えば、０．２ｍｍ程度とする。

このように、内側継手部材２６の端面５０ｂに凸部５５を設けることによって、図１０に示すように、冶具Ｊに内側継手部材にセットすれば、相対面する端面５０ｂ、５０ｃ間に隙間５８が形成され、基準面側の内側継手部材２６の端面５０ｂと基準面５１との間に隙間５８が形成され、ストッパ部材側の内側継手部材２６の端面５０ｃとストッパ部材５３の押さえ板５６との間に隙間５８が形成される。

このため、図８に示すように、各端面５０ｂ、５０ｃに対して表面硬化処理（浸炭焼入れ焼戻し）を施すことができ、表面硬度がＨＶ６５０以上である硬化部８５を形成することができる。これによって、周方向に沿って隣合うトラック溝間の強度向上を達成できて、この部位の変形を防止できる。

このように、内側継手部材２６において、熱処理が高周波焼入れ焼戻しの場合には、外球面２４及びトラック溝底のみがＨＶ６５０以上となり、熱処理が浸炭焼入れ焼戻しの場合には、内径部５０ａ以外がＨＶ６５０以上となる。

本発明では、ボールの数が６個であるので、比較的大きなボールを使用することができる。このため、ボール１個の許容できるトルク容量が確保でき、小さいＰＣＤに配置、つまり外径をコンパクトにすることができる。ケージ２８のポケット間の柱部の肉厚も厚くすることができるので、高作動角時の強度を確保できる。

ところで、ｔ_CAGE／ＰＣＲ_BALLが０．２０未満となると、外径が大きくなり、コンパクト化が困難になったり、ケージの肉厚が薄くなったり、大角度時の必要継手強度が確保することが困難となる。一方、ｔ_CAGE／ＰＣＲ_BALLが０．２３を越えると、内径セレーション部（シャフト嵌合部）における内側継手部材（内側継手部材）の肉厚が薄くなり、大角度時（高作動角時）の必要継手強度の確保が困難になったり、内側継手部材２６及び外側継手部材２３の球面が小さくなることにより、許容可能なトルクレベルが低下したりする。この結果、ボール２７が内側継手部材２６及び外側継手部材２３のトラック溝２５、２２のエッジ部に乗り上げ易くなり、耐久性が著しく低下してしまうおそれがある。

このため、０．２０≦ｔ_CAGE／ＰＣＲ_BALL≦０．２３とすることによって、小型化及びケージ強度の向上を図ることができ、しかも、ボール２７のトラック溝のエッジ部への乗り上げを防止できる。すなわち、本発明によれば、コンパクト化（小型化）を可能とするとともに、小型化してもケージ２８の強度を確保でき、さらには、高角捩りトルク負荷時のケージ損傷を防止できて、高角強度の向上を図ることができる。このため、よりコンパクトなフォルムにて継手強度耐久性を従来品(８個ボールの固定式ジョイント)と同等以上に確保することができる。

また、ボール２７のピッチ円直径ＰＣＤ_BALLとボール２７の直径との比を、３．０以上３．３以下としたことによって、等速自在継手としての強度・耐久性を確保することができ、高精度の等速自在継手を提供できる。ピッチ円直径ＰＣＤ_BALLとボール２７の直径との比をｒ１としたときに、ｒ１＜３．０であると、ボール２７の直径が大きい場合は内側継手部材２６の肉厚が薄くなりすぎて、強度の点で懸念が生じ、ボール２７のピッチ円直径が小さい場合は内側継手部材・外側継手部材２６、２３とボール間の面圧が大きくなり、耐久性の点で懸念が生じる。逆に、ｒ１＞３．３であると、ボール２７の直径が小さい場合はボール２７の負荷容量が小さくなり、耐久性の点で懸念が生じ、ボール２７のピッチ円直径が大きい場合は、外側継手部材２３の肉厚が薄くなりすぎて、強度の点で懸念が生じたり、或いは外側継手部材外径が大きくなり、コンパクト化が達成できない。

外側継手部材２３の外径とボール２７の直径との比を、４．６以上４.８以下とするのが好ましい。これによって、一層強度・耐久性を確保できる。外側継手部材２３の外径とボール２７の直径との比ｒ２としたときに、ｒ２＜４．６であると、ボール２７の直径が大きい場合は外側継手部材２３の肉厚が薄くなりすぎて、強度の点で懸念が生じ、外側継手部材２３の外径が小さい場合は内側継手部材・外側継手部材２６、２３とボール２７間の面圧が大きくなり、耐久性の点で懸念が生じる。逆に、ｒ２＞４.８であると、ボール２７の直径が小さい場合はボールの負荷容量が小さくなり、耐久性の点で懸念が生じ、外側継手部材２３の外径が大きい場合は、コンパクト化が達成できない。

ケージ２８の角度θ３及びθ４を、２.７°以上５.７°以下に設定することによって、ケージ２８の継手開口側の端部の肉厚を、他の部分に比べて厚く成形することができ、継手の小型軽量化を図るためにケージ２８を薄く成形しても、ケージ２８の継手開口側の端部は、継手の高作動角回転時に付与される負荷に耐え得る強度を確保することができる。ケージ２８の角度（オフセット角）θ３及びθ４を、２.７°以上５.７°以下に設定することによって、ケージ２８の継手開口側の端部の肉厚が、他の部分に比べて厚く成形される。ケージ２８のオフセット角θ３、θ４が、２．７°未満であると、ケージ２８の継手開口側の端部が薄くなり、十分な強度が確保できない。また、５．７°を越えると、ケージ２８の継手奥側の端部の肉厚が極端に薄くなる。ケージの製造工程において一般的に熱処理を施すが、ケージ２８の肉厚が極端に薄くなると、その肉厚の薄い部分では熱処理による未硬化層が少なくなり、靱性が低下し十分な強度が確保できなくなる。また、ケージ２８の継手開口側の端部と継手奥側の端部とで、肉厚差が大きいと加工性の悪化も懸念される。

内径部５０ａの表面硬度をＨＶ１３０〜ＨＶ６５０とし、トラック溝底及び外球面の表面硬度をＨＶ６５０以上とすることによって、トラック溝底及び外球面の耐久性能を確保しながら内側継手部材２６の強度を向上させることができる。鋼は炭素量が多くなると、熱処理時に粒界セメンタイトが増加し、粒界強度が低下する。また、硬化層硬さが増加するために、粒界き裂が伝播しやすくなることで、強度低下が生じるため、熱処理後に内径部５０ａの炭素含有量0.5％以上となる場合は、内側継手部材２６の内径硬度を低下させることで内側継手部材２６の強度を向上することができる。

熱処理後に内径部の炭素含有量０．５％未満となる場合は、上記のような強度低下をまねかないため、ＨＶ１３０以上とすることで、内径継手部材強度を十分確保することができる。

このように、本発明の固定式等速自在継手は、小型化を達成でき、しかも小型化を図ったとしても、内側継手部材の強度を確保できる。このため、従来と同じ緒元のシャフトを適用することができ、従来の既存品との共用化を図ることができ、低コスト化を達成できる。

また、本発明では、ケージ２８のオフセット量ｋをトラック溝２２、２５のオフセット量ｋ２と略同一として大きくしている。このため、継手奥側のトラック溝深さが浅くなるのを防止できるとともに、開口側のケージ２８の肉厚（径方向厚さ）を大きくすることができる。このため、高角時のボール２７がトラックエッジに乗り上げるのを防止でき、エッジに過大な応力が作用することがなくなる。すなわち、高角時の捩りトルク負荷容量の低下を防ぎ、高角耐久寿命の向上（改善）や高角時の内側継手部材２６と外側継手部材２３のトラック溝２５、２２の塑性変形に起因する破損強度の向上（改善）を図ることができる。

図１１は他の実施形態を示し、この場合のケージ２８は、周方向間隔が大の一対の長ポケット３０と、周方向間隔が小の一対の短ポケット３１との４個を有している。そして、一対の長ポケット３０を周方向に沿って１８０度ずらせるとともに、一対の短ポケット３１を周方向に沿って１８０度ずらせて、長ポケット３０と短ポケット３１とを周方向に沿って交互に配置している。このため、ポケット間に設けられる柱部（ケージ柱部）３３が４個となる。そして、長ポケット３０には２個のボール２７を収容するとともに、短ポケット３１には１個のボール２７を収容する。

長ポケット３０に収容される２個のボール２７のＰＣＤ上のピッチ角ｅを６０度よりも小さくするとともに、その他のボール２７のピッチ角ｄを６０度よりも大きくしている。このため、図１２に示すように、ケージ２８の長ポケット３０に対応する外側継手部材２３の２つのトラック溝間肩幅寸法ｆを、ケージ軸方向におけるポケット幅ｇよりも小さく設定している。すなわち、内側継手部材２６及び外側継手部材２３の各トラック溝２５、２２を、周方向不等ピッチに配設すると共に、外側継手部材２３のトラック溝相互間に配設された複数の内球面のうち、最小の前記ピッチ内に配設された内球面の開口側端部の周方向長さ（トラック溝間肩幅寸法）ｆを、ケージ２８のポケット幅ｇより小さく設定している。さらに、図１３に示すように、長ポケット３０の周方向間隔ｈよりも内側継手部材２６の軸方向長さｉを短くしている。

ところで、長ポケット３０には、図１２と図１３に示すように、長ポケット３０の相対面する長辺３５ａ、３５ｂの長手方向中央部に、長ポケット内方側へ張り出す膨出部３６、３６を設けて、長ポケット３０にスリット３７を介して連設される２つのボール収容部３８、３８を形成している。また、膨出部３６、３６は、その外面がケージ２８の外球面２８ａと同一曲率半径の連続した球面であり、内面がケージ２８の内球面２８ｂと同一曲率半径の連続した球面である。なお、この実施形態では、膨出部３６の形状がケージ外周側からみて側辺が円弧面とされた台形状である。このため、各膨出部３６の突出端面３６ａは、ケージ周方向に沿って延びる平面であり、所定間隔Ｍをもって対向（対面）している。

所定間隔Ｍとしては、図１３に示すように、組立時に内側継手部材２６の肩部４７（隣合うトラック溝間の突部）に干渉しない寸法とする。また、膨出部３６の大きさや形状としても、作動角を付けて回転したとき等において、ボール収容部３８に収容されるボール２７の動きを阻害しないようにする必要がある。なお、膨出部３６としては、長ポケット３０を形成する際に、機械加工や塑性加工で形成することができる。

このように、周方向間隔が大の一対の長ポケット３０と、周方向間隔が小の一対の短ポケット３１との４個を有し、一対の長ポケット３０を周方向に沿って１８０度ずらせるとともに、一対の短ポケット３１を周方向に沿って１８０度ずらせて、長ポケット３０と短ポケット３１とを周方向に沿って交互に配置したことによって、ケージ２８のポケット間の柱部３３の数を４つとすることができ、１本あたりの柱部３３の周方向長さを長くすることができる。

これにより、各ケージ柱部３３の剛性を大きくすることができるので、小さなＰＣＤに大きなボール２７を配置することができ、負荷容量を低下させずにコンパクト化が可能となる固定式等速自在継手として小型化を図ることができ、しかも、高角度時の捩りトルク負荷に対して、ケージ２８の破損を防止できる。また、長ポケット３０を有することによって、内側継手部材２６のケージ２８への組込みが容易となる。すなわち、内側継手部材２６のケージ２８への組み込みは、図１３と図１４に示すように、内側継手部材２６の一の肩部４７を一の長ポケット３０に落とし込むことになるから、肩部４７を落とし込むポケット２９に、長ポケット３０を用いることによって、その作業性の向上を図ることができる。

長ポケット３０に膨出部３６、３６を設けることによって、この長ポケット３０を構成するための枠（窓枠）の剛性を向上できる。これによって、窓枠の剛性不足によるケージ２８の変形を防止でき、この継手の作動性を損なわずに済み、長期に亘って安定した作動性を発揮することができる。

さらに、継手開口側の長辺３５ａ側の膨出部３６によって、作動角をとる際に、外側継手部材２３の開口（入口）のインローエッジ部と、ケージ外球面２８ａ側のポケットエッジ部との干渉を遅らせたり、無くしたりすることができ、継手奥側の長辺３５ｂの膨出部３６によって、内側継手部材２６の外球面２４の奥側エッジ部とケージ内球面２８ｂ側のポケットエッジ部との干渉を遅らせたり、無くしたりすることができる。このため、ケージ２８の外側継手部材の内球面２１や内側継手部材の外球面２４に案内しやすくなり、継手の作動性が悪化するのを防止でき、窓枠の剛性向上による継手の作動性の悪化防止と相俟って、ケージ２８の欠けや割れを有効に防止できる。

このように前記図１１等に示す固定式等速自在継手では、内側継手部材２６及び外側継手部材２３の各トラック溝２５，２２を、周方向不等ピッチに配設すると共に、外側継手部材２３のトラック溝相互間に配設された複数の内球面のうち、最小のピッチ内に配設された内球面の開口側端部の周方向長さｆを、ケージ２８のポケット２９の幅ｇより小さく設定している。

このように構成することによって、外側継手部材２３にケージ２８を組み込む際は、ケージ２８のポケット２９を、外側継手部材２３の最小のピッチ内に配設された内球面に対向させて組み込むことになる。この場合、最小のピッチ内に配設された内球面の開口側端部の周方向長さが、対向するケージ２８のポケット２９の幅より小さく設定されているので、内球面がケージ２８の外周面に干渉することなく、ケージ２８を外側継手部材２３に容易に組み込むことができる。

また、内側継手部材２６及び外側継手部材２３の各トラック溝相互間のピッチのうち、継手中心に対して対称に位置する２つのピッチの位相を６０°より小さく設定すると共に、残りの４つのピッチの位相を６０°より大きく設定し、前記６０°より小さい位相のピッチ内に配設された外側継手部材２３の内球面の開口側端部の周方向長さｆを、前記ケージ２８のポケット２９の幅より小さく設定していることになる。

このような場合、ケージ２８を外側継手部材２３に容易に組み込むことができる。また、ポケット２９の幅より小さい周方向長さの内球面（開口側端部）が、継手中心に対して対称に配置されるので、一層組み込みやすいものとなる。

前記実施形態の長ポケット３０は図１５（ａ）に記載のように、膨出部３６、３６がいわゆる台形形状であったが、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）、図１５（ｄ）のような形状であってもよい。すなわち、図１５（ｂ）の膨出部３６、３６は、膨出部３６の突出端面３６ａのコーナ部がアール状とされ、図１５（ｃ）の膨出部３６、３６は、基部コーナ部がなだらかでない台形状とされ、図１５（ｄ）の膨出部３６、３６は矩形状とされている。

この図１５（ｂ）、図１５（ｃ）、図１５（ｄ）のような形状の長ポケット３０を有するケージ２８であっても、図１５（ａ）のケージ２８と同様の作用効果を奏する。

また、図１６に示すように、一対の膨出部３６、３６のうちいずれか一方を省略してもよい。図１６（ａ）では膨出部３６を継手開口部側の長辺３５ａ側にのみ設け、図１６（ｂ）では膨出部３６を継手開口部側の長辺３５ｂ側にのみ設けている。

図１６（ａ）に示すものでは、外側継手部材２３の開口（入口）のインローエッジ部と、ケージ外球面２８ａ側のポケットエッジ部との干渉を遅らせたり、無くしたりすることができ、図１６（ｂ）に示すものでは、内側継手部材２６の外球面２４の奥側エッジ部とケージ内球面２８ｂ側のポケットエッジ部との干渉を遅らせたり、無くしたりすることができる。

また、図１７と図１８に示すように、長ポケット３０に膨出部３６を設けない長円孔としてもよい。このようなものでは、膨出部３６に基づく作用効果を享受できないが、内側継手部材２６のケージ２８への組込性向上や軽量性向上を達成できる。

ところで、長ポケット３０を有するケージ２８を製造する場合、周方向に沿って６０°ピッチでポケットが形成された既存のケージにおいて、周方向に隣合うポケット間の柱部を除去すればよい。すなわち、ケージ中心に関して１８０°反対方向の一対の柱部を除去すればよい。この除去方法としては、例えば、プレス加工やミーリング加工等で行うことができる。図１５や図１６に示すケージ２８の場合、除去すべき柱部の一部を残しているが、図１７と図１８に示すケージ２８では除去すべき柱部の全体（全部）を除去している。なお、長ポケット３０を形成する場合、大ピッチ内に配設された柱部を除去してもよいが、ケージ２８の強度を確保するためには、小ピッチ内に配設される柱部を除去して、大ピッチ内に配設された太い柱部を残す方が望ましい。

このように、このケージ２８としては、既存のケージにおいて、柱部を除去することによって簡単に成形することができ、しかも、この柱部の除去としては、プレス加工であっても、ミーリング加工であってもよく、これらの種々の塑性加工にて安定して成形することができる。

ケージ２８に２個の前記トルク伝達ボール２７を保持可能な長ポケット３０を形成すると共に、長ポケット３０の周方向長さｈを、内側継手部材２６の幅ｉより大きく設定したものであれば、内側継手部材２６をケージ２８に組み込む際の組み込み性の向上を図ることができる。

図１９〜図２１に示すように、内側継手部材２６の一つのトラック溝２５（２５Ａ）の奥側端部（継手奥側の末端縁部）に切欠部４５を設けてもよい。この場合の切欠部４５は、奥側端と内側継手部材端面４６とのコーナ部に形成されるテーパ面にて構成される。なお、この切欠部４５は傾斜部から構成されている。この場合、機械加工による成形であっても、塑性加工による成形であってもよい。

ところで、内側継手部材２６をケージ２８に組み込むに際しては、ケージ２８の軸線に対して内側継手部材２６をその軸線が垂直になるように配置した状態（ケージ２８に対して内側継手部材２６を９０°回転させた状態）とする。その状態で、図２２に示すように、その内側継手部材２６の外球面２４の一部（周方向に隣合うトラック溝２５間の突部４７Ａ）をケージ２８のポケット２９（長ポケット３０）に落とし込む。すなわち、切欠部４５が形成されたトラック溝２５Ａを、ポケット３０よりも薄肉側の側枠部４８に嵌合させて、トラック溝２５Ａよりも反時計廻り側の突部４７Ａをケージ２８のポケット３０に落とし込んで、切欠部４５の底を中心に矢印Ｘ方向に内側継手部材２６を回転させることになる。この際、この回転半径Ｃを、切欠部４５を有さない回転半径Ｂ(従来品の回転半径)よりも小さくすることができる。ここで、この回転半径Ｃは、切欠部４５の底中心部と、このトラック溝２５Ａと１８０度反対のトラック溝２５Ｂの一方の開口縁４９との間の寸法である。

このため、図２２にケージ２８のインロー径をＡとし、内側継手部材２６の回転半径を従来品をＢとし、本発明品をＣとしたときには、Ｂ＞Ｃであるので、（Ａ−Ｂ）＜（Ａ−Ｃ）となる。これにより、従来品よりも本発明品のインロー径Ａを小さくすることができ、薄肉側の側枠部４８の厚さを大きくすることができる。

内側継手部材２６がケージ２８に嵌入された後は、内側継手部材２６をケージ２８に対して９０°回転させて、ケージ２８の軸線に内側継手部材２６の軸線を一致させて正規の姿勢に配置する。これによって、内側継手部材２６をケージ２８内に組み込むことができる。

トラック溝２５の奥側端部に切欠部４５を設けたので、ケージ２８に組み込む際に、この切欠部４５を起点として、内側継手部材２６を回転させることができ、内側継手部材２６の回転半径を小さくすることができる。このためケージ２８のインロー内径と、内側継手部材２６との間でより大きなスペースを確保することができ、その分、ケージ２８のインロー径Ａを小さく設定できる。すなわち、切欠部４５を形成した内側継手部材２６のトラック溝２５を、ケージ２８の入口部に跨がせた状態では、図２３に示すように、切欠部４５が入口部（インロー部）に接近ないし接触している。つまり、切欠部４５を有さない従来の内側継手部材に比べて、切欠部４５を有する内側継手部材２６は、さらに下方に落とし込んで挿入することができる。これにより、内側継手部材２６の上端面と、入口部との間の隙間Ｓを大きく確保することができるので、組み付けが容易となる。

これによって、ケージ２８のインロー側の断面積を拡大させることができ、ケージ２８の薄肉の側枠部４８の剛性の向上を図ることができると共に、球面接触面積を確保することができるので、接触面圧の増加を防止し、発熱や耐久性の低下を回避することができ、さらにはケージ２８の変形や強度の低下も回避できる。すなわち、内側継手部材２６の負荷容量や球面面積を減少させることなく、ケージ２８の剛性を向上させることができる。また、ケージ２８の内球面２８ｂの面積も拡大できるので、内側継手部材２６の外球面２４との接触面積を拡大でき、剛性向上に加え、耐久性の安定化という利点もある。

切欠部４５の大きさとしては、ケージ２８への内側継手部材２６の組み込み時における内側継手部材２６の回転半径を小さくできる範囲で変更できるが、大きすぎると、内側継手部材２６が強度不足となったり、トラック溝２５のボール転動範囲が小さくなったりし、また、小さすぎると、回転半径をあまり小さくできない。

次に図２４から図２６は、全トラック溝２５の奥側端部に切欠部４５を形成したものである。このため、この内側継手部材２６であっても、前記図１９から図２１に示す内側継手部材２６と同様、組み込む際に、この切欠部４５を起点として、内側継手部材２６を回転させることができ、内側継手部材２６の回転半径を小さくすることができる。このため、この図２４から図２６に示す内側継手部材２６は、図１９から図２１に示す内側継手部材２６と同様の作用効果を奏する。

特に、全トラック溝２５の奥側端部に切欠部４５を形成しているので、この内側継手部材２６をケージ２８に組み込む際に、いずれの突部（肩部）４７をポケット３０に挿入してもよい。このため、組み込み性の向上を図ることができる利点がある。

ところで、前記各実施形態では、切欠部４５を、開口側トラック溝２５ｂ側から内側継手部材端面４６側に向かって順次縮径するテーパ面にて形成していたが、切欠部４５としては図２７（ａ）および図２７（ｂ）に示す形状であってもよい。図２７（ａ）に示す切欠部４５は凹アール状とされ、図２７（ｂ）に示す切欠部４５は凸アール状とされている。

この図２７（ａ）および図２７（ｂ）に示す切欠部４５であっても、組み込む際に、この切欠部４５を起点として、内側継手部材２６を回転させることができ、内側継手部材２６の回転半径を小さくすることができる。また、図２８（ａ）および図２８（ｂ）に示すように、この切欠部４５はトラック溝端の一部（図例では底部）に形成されていても良い。

切欠部４５としては、図示省略するが、図１９から図２１に示すもの、図２７（ａ）および図２７（ｂ）に示すもの、又は図２８（ａ）および図２８（ｂ）に示すもの以外、例えば段差部等で構成してもよい。このような段差部等の切欠部４５であっても、切欠部４５としての機能を発揮する。

次に、図２９は別の実施形態を示し、この場合、内側継手部材２６および外側継手部材２３のトラック溝底が円弧部とテーパ部とを備えたものである。すなわち、トラック溝底が円弧部となる奥側トラック溝２２ｃと、トラック溝底が奥側から開口側に向かって外径側へ傾斜する開口側トラック溝２２ｄとからなる。奥側トラック溝２２ｃは、その曲率中心Ｏ１を継手中心Ｏから軸方向に外側継手部材２３の開口側にずらしている。また、内側継手部材２６のトラック溝２５は、トラック溝底が開口側から奥側に向かって外径側へ傾斜する奥側トラック溝２５ｃと、トラック溝底が円弧部となる開口側トラック溝２５ｄとからなる。開口側トラック溝２５ｂの曲率中心Ｏ２を継手中心Ｏから軸方向に外側継手部材２３の奥側トラック溝２２ａの曲率中心Ｏ１と反対側の奥側に等距離ｋだけ離して設けている。

この場合も、ケージ２８の外球面２８ａの曲率中心Ｏ３とケージ２８の内球面２８ｂの曲率中心Ｏ４とを、継手中心Ｏに対して等距離だけ軸方向に逆向きにオフセットさせ、このケージ２８のオフセット量ｋをトラック溝２２、２５のオフセット量ｋ２と略同一としている。

図２９の固定式等速自在継手の他の構成は前記図１に示す固定式等速自在継手と同様であり、同一部材には図１と同一の符号を付してそれらの説明を省略する。すなわち、この場合であっても、トルク伝達ボールのピッチ円直径（ＰＣＤ_BALL）と前記トルク伝達ボールの直径（Ｄ_BALL）との比ｒ１（＝ＰＣＤ_BALL／Ｄ_BALL）を、３．０≦ｒ１≦３．３の範囲に設定する。また、熱処理後の内側継手部材２６において、内径部５０ａの炭素含有量を０．５％以上とし、内径部５０ａの表面硬度をＨＶ１３０〜ＨＶ６５０とし、トラック溝底及び外球面の表面硬度をＨＶ６５０以上等としている。

このため、図２９に示す固定式等速自在継手においても、図１に示す固定式等速自在継手と同様の作用効果を奏する。図１においては、内側継手部材２６および外側継手部材２３のトラック溝底が円弧部とストレート部とを備えたアンダーカットフリー型を採用することによって、継手作動角の高角化を図ることができる。これに対して、図３３に示す固定式等速自在継手のように、トラック溝底が円弧部とテーパ部とを備えたものであれば、より一層の高角化が可能である。

前記実施形態の固定式等速自在継手では、トラック溝が円弧部とストレート部とを備えたアンダーカットフリー型等であったが、図３０に示すように、トラック溝が円弧部のみのバーフィールド型（ＢＪ）であってもよい。

ＢＪタイプの内球面７１に複数のトラック溝７２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材７３と、外球面７４に外側継手部材７３のトラック溝７２と対をなす複数のトラック溝５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材７６と、外側継手部材７３のトラック溝７２と内側継手部材７６のトラック溝７５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７７と、外側継手部材７３の内球面７１と内側継手部材７６の外球面７４との間に介在してボール７７を保持するケージ７８とを備えている。ケージ７８には、ボール７７が収容されるポケット７９が周方向に沿って複数配設されている。

ケージ７８は外側継手部材７３の内球面及び内側継手部材７６の外球面とそれぞれ球面接触している。トラック溝７２，７５のボール中心軌跡線の曲率中心（Ｏ１，Ｏ２）はそれぞれ継手中心Ｏに対して対称な位置にある。言い換えれば、曲率中心Ｏ１と曲率中心Ｏ２は継手中心Ｏから互いに逆方向に等距離、軸方向にオフセットしている。このため、外側継手部材７３のトラック溝７２と内側継手部材７６のトラック溝７５とで形成されるトラックは、軸方向の一方から他方へ向かって徐々に広がったくさび形状を呈する。各ボール７７はこのくさび状のトラック内に収容され、外側継手部材７３と内側継手部材７６との間でトルクを伝達する。すべてのボール７７を継手平面（作動角の二等分線に垂直な平面）に保持するためケージ７８が組み込まれている。

この固定式等速自在継手であっても、トルク伝達ボールのピッチ円直径（ＰＣＤ_BALL）と前記トルク伝達ボールの直径（Ｄ_BALL）との比ｒ１（＝ＰＣＤ_BALL／Ｄ_BALL）を、３．０≦ｒ１≦３．３の範囲に設定したり、熱処理後の内側継手部材７６において、内径部の炭素含有量を０．５％以上とし、内径部の表面硬度をＨＶ１３０〜ＨＶ６５０とし、トラック溝底及び外球面の表面硬度をＨＶ６５０以上としたりすることになる。

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、例えば、前記実施形態では、曲率中心Ｏ１と曲率中心Ｏ３とは僅かにずれた位置に配置されるとともに、曲率中心Ｏ２と曲率中心Ｏ４とは僅かにずれた位置に配置されているが、曲率中心Ｏ１と曲率中心Ｏ３とが同一位置であっても、曲率中心Ｏ２と曲率中心Ｏ４とが同一位置であってもよい。また、曲率中心Ｏ１と曲率中心Ｏ３とがずれたり、曲率中心Ｏ２と曲率中心Ｏ４とがずれたりする場合、そのずれ量は、任意に設定できるが、オフセット量ｋとずれ量（ｋ−ｋ２）との比は（ｋ−ｋ２）／ｋ≦０．３と設定するのが好ましい。（ｋ−ｋ２）／ｋ＞０．３になると、図３１に示す従来の固定式等速自在継手と差異が無くなって、継手奥側のトラック溝深さが浅くなるとともに、開口側のケージ２８の肉厚を大きくできなくなり、ジョイントの必要強度を下回る。

また、長ポケット３０の周方向間隔ｈとしても、内側継手部材２６へのケージ２８の組込み性の向上が図れて、しかも、柱部３３の剛性が低下しない範囲で種々設定できる。さらに、トラック溝間肩幅寸法ｆやケージ２８のケージ軸方向におけるポケット幅ｇ等も、ケージ２８の外側継手部材２３への組込み性等を考慮して設定できる。なお、膨出部３６の突出端面３６ａを平面とすることなく、曲面であってもよい。

図２９や図３０に示す固定式等速自在継手において、ケージ２８、７８に図１５〜図１８に示すような長ポケット３０を有するものを用いてもよい。また、内側継手部材２６に図１９や図２４に示すような切欠部４５を有する内側継手部材２６を用いてもよい。

図６等に示すように、内側継手部材２６のトラック溝２５及び外側継手部材２３のトラック溝２２を円周方向に不等ピッチで配設する場合、ボール２７の円周方向に不等ピッチで配設されることになる。このため、前記実施形態では、６０°未満で配設される２個のボールを一つの長ポケット３０に収容させていた。すなわち、６０°未満で配設される２個のボール間の柱部を省略した形状となっている。これに対して、この柱部を省略しないようなものであってもよく、この場合、図１に示すように柱部が６個形成されることになり、ケージ全体の強度が向上するとともに、剛性が大となる。

２１、７１ 内球面
２２、２５、７２，７５ トラック溝
２３、７３ 外側継手部材
２４、７４ 外球面
２６、７６ 内側継手部材
２７、７７ トルク伝達ボール
２８、７８ ケージ
２８ａ 外球面
２８ｂ 内球面
２９、７９ ポケット
５０ 熱硬化処理部
５０ａ 内径部
５０ｂ 継手奥側端面
５０ｃ 継手開口側端面
５５ 凸部

Claims (12)

1. 内球面に軸方向に延びた複数のトラック溝を形成した外側継手部材と、外球面に軸方向に延びた複数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対で形成されるボールトラックに１個ずつ配置した複数のトルク伝達ボールと、前記外側継手部材の内球面と前記内側継手部材の外球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ケージを備え、前記内側継手部材の内径面にはトルク伝達部位である雌セレーション又は雌スプラインが形成された固定式等速自在継手であって、
   前記トルク伝達ボールのピッチ円直径（ＰＣＤ_BALL）と前記トルク伝達ボールの直径（Ｄ_BALL）との比ｒ１（＝ＰＣＤ_BALL／Ｄ_BALL）を、３．０≦ｒ１≦３．３の範囲に設定するとともに、熱処理後の内側継手部材において、継手奥側の端部から継手開口側のトラック溝開口端部までの前記トルク伝達部位を含む内径部の炭素含有量を０．５％以上とし、かつ、前記内径部を、表面硬度がＨＶ１３０〜ＨＶ６５０である未硬化又は未浸炭からなる未硬化部とするとともに、前記未硬化部を省いて、継手奥側の端面、継手開口側の端面、トラック溝、及び外球面を、表面硬度がＨＶ６５０以上の熱処理による硬化部としたことを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記内側継手部材の芯部硬度をＨＶ１３０以上とし、内径部の表面硬度をＨＶ２５０〜ＨＶ６５０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. 前記内側継手部材の芯部硬度をＨＶ４４０〜ＨＶ６５０とし、内径部の表面硬度をＨＶ２５０〜ＨＶ６５０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。
4. 内側継手部材の継手奥側の端面に継手奥側に突出する凸部を設け、複数個の内側継手部材が、一の内側継手部材の継手奥側の端面の凸部が他の内側継手部材の開口側の端面に当接するように軸方向に沿って配設され、この状態で表面硬化処理が施されてなる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. 前記熱処理が浸炭焼入焼戻し処理であ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. 前記熱処理が高周波焼入焼戻し処理である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。
7. 前記外側継手部材の外径（Ｄ _OUTER ）と前記トルク伝達ボールの直径（Ｄ _BALL ）との比ｒ２（＝Ｄ _OUTER ／Ｄ _BALL ）を、４．６≦ｒ２≦４．８の範囲に設定した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。
8. 継手作動角が０°の状態における、前記ケージの内外球面の曲率中心と前記トルク伝達ボールの中心を結ぶ直線と、前記トルク伝達ボールの中心と継手中心とを結ぶ直線とが成すケージのオフセット角θ _CAGE を、２．７°≦θ _CAGE ≦５．７°の範囲に設定したことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
9. ケージのポケット中心位置におけるケージ肉厚をt _CAGE とするとともに、作動角が０°のときのボールのピッチ円半径をＰＣＲ _BALL とし、この比であるｔ _CAGE ／ＰＣＲ _BALL を０．２０以上０．２３以下としたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
10. 外側継手部材のトラック溝の曲率中心と内側継手部材のトラック溝の曲率中心とを、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せるとともに、ケージの外球面の曲率中心とケージの内球面の曲率中心とを、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せ、このケージのオフセット量をトラック溝のオフセット量と略同一としたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
11. 内外継手部材の各トラック溝を、周方向不等ピッチに配設すると共に、狭いピッチ内に配設されたケージの柱部を除去したことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
12. 前記内外継手部材の各トラック溝相互間のピッチのうち、２つのピッチの位相を６０°以下に設定すると共に、残りの４つのピッチの位相を６０°以上に設定したことを特徴とする請求項１１に記載の固定式等速自在継手。

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