JP5936855B2 - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Description

本発明は、固定式等速自在継手に関し、詳しくは、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用されるもので、駆動側と従動側の二軸間で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、自動車のフロント用ドライブシャフトには、通常、インボード側（デフ側）に、最大作動角は比較的小さいが作動角を取りつつ軸方向変位が可能な摺動式等速自在継手が組み込まれ、アウトボード側（車輪側）は、車輪が操舵されるので、大きな作動角が取れるが軸方向に変位しない固定式等速自在継手が組み込まれる。

アウトボード側に使用されている固定式等速自在継手の一例として、図２５にツェッパ型等速自在継手１０１を示す。図２５（ａ）は、作動角０°の状態における縦断面図であり、図２５（ｂ）は、最大作動角を取った状態を示す概要図である。図２５（ａ）に示すように、この等速自在継手１０１は、外側継手部材１０２、内側継手部材１０３、ボール１０４および保持器１０５を主な構成とする。外側継手部材１０２の球状内周面１０６には８本のトラック溝１０７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１０３の球状外周面１０８には、外側継手部材１０２のトラック溝１０７と対向するトラック溝１０９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１０２のトラック溝１０７と内側継手部材１０３のトラック溝１０９との間にトルクを伝達する８個のボール１０４が介在されている。外側継手部材１０２の球状内周面１０６と内側継手部材１０３の球状外周面１０８の間に、ボール１０４を保持する保持器１０５が配置されている。外側継手部材１０２の外周と、内側継手部材１０３に連結されたシャフトの外周とをブーツで覆い、継手内部には、潤滑剤としてグリースが封入されている（図示省略）。

図２５（ａ）に示すように、外側継手部材１０２の球状内周面１０６と嵌合する保持器１０５の球状外周面１１２、および内側継手部材１０３の球状外周面１０８と嵌合する保持器１０５の球状内周面１１３の曲率中心は、いずれも、継手中心Ｏに形成されている。これに対して、外側継手部材１０２のトラック溝１０７のボール軌道中心線ｘの曲率中心Ｏｏと、内側継手部材１０３のトラック溝１０９のボール軌道中心線ｙの曲率中心Ｏｉとは、継手中心Ｏに対して軸方向に等距離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１０２と内側継手部材１０３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール１０４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。

図２５（ｂ）に示すように、固定式等速自在継手１０１の主要機能である最大作動角θｍａｘは、外側継手部材１０２の開口端に設けられる入口チャンファ１１０とシャフト１１１とが干渉する角度に依存する。シャフト１１１の軸径ｄは、許容伝達トルクを確保するためにジョイントサイズ毎に決められている。入口チャンファ１１０を大きくとると、ボール１０４が当接する外側継手部材１０２のトラック溝１０７の長さ（以下、有効トラック長さという）が不足し、ボール１０４がトラック溝１０７から脱落して回転トルクが伝達できなくなる。このため、外側継手部材１０２の有効トラック長さを確保しつつ、入口チャンファ１１０を如何に設定するかが、作動角を確保する上で重要なファクターとなる。ツェッパ型等速自在継手１０１では、外側継手部材１０２のトラック溝１０７のボール軌道中心線ｘの曲率中心Ｏｏが開口側にオフセットされているので、最大作動角の面で有利であるが、最大作動角θｍａｘは４７°程度である。

また、８個ボールタイプのツェッパ型等速自在継手１０１は、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、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。しかし、作動角０°の状態で、外側継手部材１０２と内側継手部材１０３の対向するトラック溝１０７、１０９の間に形成される各くさび角が、外側継手部材１０２の開口側に向けて開いているので、トラック溝１０７、１０９からボールに作用する軸方向の力により、外側継手部材１０２と保持器１０５との球面接触部１０６、１１２および内側継手部材１０３と保持器１０５の球面接触部１０８、１１３に作用する荷重が一定方向に向かって発生する構造であるため、更なる高効率化や低発熱化には限度がある。

前述した８個ボールタイプのツェッパ型等速自在継手１０１よりも更に高効率化、低発熱化を狙って、トラック溝交差タイプの固定式等速自在継手が提案されている（特許文献１）。この等速自在継手を図２６および図２７に示す。図２６は、作動角０°の状態における縦断面図であり、図２７は、高作動角を取った状態を示す図である。図２６に示すように、この等速自在継手１２１は、外側継手部材１２２、内側継手部材１２３、ボール１２４および保持器１２５を主な構成とする。この等速自在継手１２１は、トラック溝交差タイプであり、図示は省略するが、外側継手部材１２２の８本のトラック溝１２７のボール軌道中心線ｘを含む平面が継手の軸線ｎ−ｎに対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝１２７で互いに反対方向に形成されている。そして、内側継手部材１２３のトラック溝１２９のボール軌道中心線ｙは、作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐを基準として、外側継手部材１２２の対となるトラック溝１２７のボール軌道中心線ｘと鏡像対称に形成されている。

図２６に示す縦断面では、外側継手部材１２２の球状内周面１２６に形成されたトラック溝１２７が軸方向に沿って円弧状に延び、その曲率中心は継手中心Ｏに位置する。内側継手部材１２３の球状外周面１２８には、外側継手部材１２２のトラック溝１２７と対向するトラック溝１２９が軸方向に沿って円弧状に延び、その曲率中心は継手中心Ｏに位置する。外側継手部材１２２のトラック溝１２７と内側継手部材１２３のトラック溝１２９との交差部にトルクを伝達する８個のボール１２４が介在されている。外側継手部材１２２の球状内周面１２６と内側継手部材１２３の球状外周面１２８の間に、ボール１２４を保持する保持器１２５が配置されている。外側継手部材１２２の球状内周面１２６と嵌合する保持器１２５の球状外周面１３２、および内側継手部材１２３の球状外周面１２８と嵌合する保持器１２５の球状内周面１３３の曲率中心は、いずれも、継手中心Ｏに形成されている。この等速自在継手１２１では、外側継手部材１２２および内側継手部材１２３のトラック溝１２７、１２９のボール軌道中心線ｘ、ｙの曲率中心は継手中心Ｏに対して軸方向にオフセットされていないが、傾斜した対向するトラック溝１２７、１２９が交差し、この交差部にボール１２４が介在することにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材１２２と内側継手部材１２３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール１２４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。

上記のトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手１２１では、外側継手部材１２２および内側継手部材１２３のトラック溝１２７、１２９は、それぞれが、周方向に隣り合うトラック溝で傾斜方向が互いに反対方向に形成されているので、保持器１２５の周方向に隣り合うポケット部１２５ａにボール１２４から相反する方向の力が作用する。この相反する方向の力により保持器１２５は継手中心Ｏ位置で安定する。このため、保持器１２５の球状外周面１３２と外側継手部材１２２の球状内周面１２６との接触力、および保持器１２５の球状内周面１３３と内側継手部材１２３の球状外周面１２８との接触力が抑制され、高負荷時や高速回転時に継手が円滑に作動し、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。

上記の固定式等速自在継手１２１は低発熱ジョイントとしては優れているものの、次のような問題があり、詳細を図２７により説明する。図２７（ａ）に上記の等速自在継手が高作動角を取った状態を示し、図２７（ｂ）に外側継手部材１２２のトラック溝１２７とボール１２４を拡大して、その位置関係を示す。図２７（ａ）に示すように継手が高作動角θを取ると、作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してボール１２４の中心Ｏｂはθ／２の位置に移動する。ボール１２４とトラック溝１２７は、接触角を持ったアンギュラコンタクトとなっているので、ボール１２４とトラック溝１２７の接触点は、図２７（ｂ）に示す破線上に位置する。そして、ボール１２４とトラック溝１２７の接触点の軸方向の位置は、ボール１２４の中心Ｏｂを通って、ボール軌道中心線ｘに対して直角な平面ｔ上に位置することになるが、上記の固定式等速自在継手１２１では、外側継手部材１２２の入口チャンファ１３０を大きくすると、高作動角θ時に入口チャンファ１３０を越えて外側に位置し、ボール１２４がトラック溝１２７から脱落することになる。この理由は、円弧状トラック溝１２７の曲率中心と継手中心Ｏが一致しているため、ボール１２４の中心Ｏｂと接触点ｓとの間の軸方向の距離ｗが大きいので、トラック有効長さが不足するためである。したがって、高作動角化が図れないという問題がある。

特開２００９−２５０３６５号公報

前述した従来技術の問題に鑑みて、発明者らは、特許文献１のトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手において高角度化を図るために、継手中心Ｏから開口側のトラック溝を直線状にすることを検討した。この等速自在継手が図２３に示すものであり、図２３（ａ）は縦断面を示し、図２３（ｂ）は図２３（ａ）の右側面を示す。図２３（ａ）に示すように、この等速自在継手１４１では、外側継手部材１４２および内側継手部材１４３のトラック溝１４７、１４９が交差タイプで、外側継手部材１４２のトラック溝１４７は、継手中心Ｏから奥側は継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線ｘａを有するトラック溝部１４７ａと、継手中心Ｏから開口側は直線状のボール軌道中心線ｘｂを有するトラック溝部１４７ｂとからなる。一方、内側継手部材１４３のトラック溝１４９は、継手中心Ｏから奥側は直線状のボール軌道中心線ｙｂを有するトラック溝部１４９ｂと、継手中心Ｏから開口側は継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線ｙａを有するトラック溝部１４９ａとからなる。

そして、図２３（ｂ）に示すように、トラック溝１４７、１４９は、それぞれ、継手の軸線に対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝１４７Ａ、１４７Ｂおよび１４９Ａ、１４９Ｂで傾斜方向が反対方向に形成されている。そして、外側継手部材１４２および内側継手部材１４３の対となるトラック溝１４７Ａ、１４９Ａおよび１４７Ｂ、１４９Ｂの各交差部にボール１４４が配置されている。したがって、図示のような作動角０°の状態でトルク伝達時、トラック溝１４７Ａ、１４９Ａの間に形成されるくさび角の開く方向と、１４７Ｂ、１４９Ｂの間に形成されるくさび角の開く方向とが互いに反対方向となり、保持器１４５の周方向に隣り合うポケット部１４５ａにボール１４４から相反する方向の力が作用する。この相反する方向の力により保持器１４５は継手中心Ｏ位置で安定する。このため、保持器１４５の球状外周面１５２と外側継手部材１４２の球状内周面１４６との接触力、および保持器１４５の球状内周面１５３と内側継手部材１４３の球状外周面１４８との接触力が抑制され、高負荷時や高速回転時に継手が円滑に作動し、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。

上記のように、トラック溝交差タイプで、外側継手部材１４２のトラック溝１４７の継手中心Ｏから開口側に直線状のトラック溝部１４７ｂを形成することにより、有効トラック長さを増加させることができるが、使用頻度の多い作動角を取ったとき、継手のトルク損失や発熱の抑制という面で問題があることが判明した。この理由を図２４に基づいて説明する。トラック溝１４７、１４９とボール１４４は、通常、接触角（３０°〜４５°程度）をもって接触しているので、トラック溝１４７、１４９とボール１４４とは、図２４に示すようにトラック溝１４７、１４９の溝底より少し離れたトラック溝１４７、１４９の側面側の破線で示す位置で接触している。継手が作動角を取った際に、各ボール１４４には、トラック溝１４７、１４９の交差によるくさび角成分（図示省略）と、トラック溝１４７、１４９の溝底間の継手半径方向の拡がりによるくさび角成分αの両方が作用する。そのうち、トラック溝１４７、１４９の交差によるくさび角成分については、トラック溝１４７、１４９の傾斜方向が交互に反対方向なっているので、ボール１４４から保持器１４５のポケット部１４５ａに相反する方向の力が作用するので、打消し合い、力がバランスする。

ところが、図２４に示すように、トラック溝１４７、１４９の溝底間の継手半径方向の拡がりによるくさび角成分αについては、図２３（ｂ）において、０°〜９０°および２７０°〜３６０°の位相範囲にあるボール１４４は直線状のトラック溝部１４７ｂ、１４９ｂに位置し、この位相範囲のボール１４４には開口側に向けて開いたくさび角成分α１により開口側への力が作用する。一方、９０°〜２７０°の位相範囲にあるボール１４４は円弧状のトラック溝部１４７ａ、１４９ａに位置するので、この位相範囲のボールには継手の半径方向の拡がりにより発生するくさび角成分α２が０であり、ボール１４４の押出力は発生しない。したがって、各ボール１４４に対して、トラック溝１４７、１４９の交差によるくさび角成分と、トラック溝１４７、１４９の溝底間の継手半径方向の拡がりによるくさび角成分αとを合わせると、保持器１４５の各ポケット部１４５ａにボール１４４から作用する力が釣り合わず、保持器１４５と外側継手部材１４２との球面接触部１５２、１４６および保持器１４５と内側継手部材１４３との球面接触部１５３、１４８の接触力を低減させることができないという問題が生じる。特に、作動角が常用角を含む使用頻度の多い作動角の範囲では、トルク損失や発熱の抑制という面で大きな問題があることが判明した。

さらに、図２３および図２４に示す等速自在継手１４１では、ボール軌道中心線ｘと継手中心Ｏを含む平面に継手の軸線ｎ−ｎを投影したとき、この投影した継手の軸線に対して直線状のトラック溝部１４７ｂが平行に形成されており、一方、ボール軌道中心線ｙと継手中心Ｏを含む平面に継手の軸線ｎ−ｎを投影したとき、この投影した継手の軸線に対して直線状のトラック溝部１４９ｂが平行に形成されている。このため、継手が高作動角を取ったとき、直線状のトラック溝部１４７ｂ、１４９ｂとの間で形成されるくさび角が大きくなる。その結果、直線状のトラック溝部１４７ｂ、１４９ｂに挟まれたボール１４４に開口側に飛び出そうとする力が大きくなりなる。これが原因で、保持器１４５のポケット荷重が大きくなり、高作動角時における保持器１４５の強度が問題であることが判明した。

以上の問題に鑑み、本発明は、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時の強度や耐久性にも優れたコンパクトな固定式等速自在継手を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討した結果、トルク損失および発熱が少なく高効率化を図るためにトラック溝が周方向に交差し、かつ継手中心に対して軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状のボール軌道中心線を有する第１のトラック溝部により使用頻度の多い作動角の範囲をカバーすると共に、最大作動角に対する有効トラック長さを増加させるために第１のトラック溝部とは反対方向に湾曲する円弧状の第２のトラック溝部により使用頻度の低い高作動角の範囲をカバーするという新規な着想に至った。これに加えて、高作動角時における第２のトラック溝部のくさび角の大きさを抑制すために新たな基準を見出した。

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トラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなす複数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内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールをポケット内に保持し、前記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とに嵌合する球状外周面と球状内周面を有する保持器とを備えた固定式等速自在継手において、前記外側継手部材のトラック溝は、奥側に位置する第１のトラック溝部７ａと、開口側に位置する第２のトラック溝部７ｂとからなり、前記第１のトラック溝部７ａは、継手中心Ｏに対して軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有し、少なくともボール軌道中心線Ｘａと継手中心Ｏを含む平面Ｍが継手の軸線Ｎ−Ｎに対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う前記第１のトラック溝部７ａで互いに反対方向に形成されており、前記第２のトラック溝部７ｂは、円弧状のボール軌道中心線Ｘｂを有し、その曲率中心は前記第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａより半径方向外側にオフセットされており、前記第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａは、前記継手中心Ｏより開口側に位置し、この位置が前記継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの少なくとも６０％を占め、前記端部Ａに前記第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂが接続されたものであって、前記内側継手部材のトラック溝のボール軌道中心線Ｙは、作動角０°の状態で継手中心Ｏを含む平面Ｐを基準として、前記外側継手部材の対となるトラック溝のボール軌道中心線Ｘと鏡像対称に形成されていることを特徴とする。ここで、上記の継手の軸線とは、継手の回転中心となる長手方向の軸線を意味し、後述する実施形態における継手の軸線Ｎ−Ｎを指す。特許請求の範囲に記載の継手の軸線も同じとする。

上記の構成により、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時の強度や耐久性にも優れたコンパクトな固定式等速自在継手を実現することができる。特に、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａは、継手中心Ｏより開口側に位置し、この位置が継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの少なくとも６０％を占め、端部Ａに第２のトラック溝部７ｂの円弧状のボール軌道中心線Ｘｂが接続されているので、高作動角時における第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのくさび角の大きさを抑制することができ、保持器の強度を確保することができる。

具体的には、上記の第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａと継手中心Ｏとを結ぶ直線Ｌが、作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してなす角度をβとし、この角度βを１４°〜１６°に設定することが好ましい。これにより、高作動角時における第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのくさび角の大きさを抑制することができるので、保持器の強度を確保することができる。自動車用ドライブシャフトに用いられる等速自在継手において常用角を含む使用頻度の多い作動角をカバーするには、角度βは１０°程度あれば十分であるが、第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのくさび角の大きさを抑制するための新たな基準として角度βが１４°〜１６°という範囲を見出したものである。ただし、ここで、角度βは直線Ｌが平面Ｐ上の直線となす角の中で最小のものと定義する。そして、実施形態および特許請求の範囲においても同じとする。

さらに詳述すれば、高作動角時における第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのくさび角を小さく抑えるという意味では、βの角度は大きければ大きいほど良い。しかし、βの角度があまり大きいと、有効トラック長さが短くなる。つまり、第２のトラック溝部７ｂ、９ｂを設けた効果が小さくなるため、大きな作動角がとれなくなってしまう。固定式等速自在継手に必要な最大作動角は４６°〜５０°が通常である。ボール径、ＰＣＤ径のバランスにより、有効トラック長さは変化するが、これを加味しても、作動角４６°〜５０°をとるのに必要な有効トラック長さの確保には、角度βは１４°〜１６°が限界となることが判明した。よって、高作動角時における第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのくさび角の大きさを抑制し、保持器の強度を確保すると共に、必要とされる作動角を確保する角度βの最大値の限界は１４°〜１６°であり、このときの第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａの位置を規定すると、継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの６０％が不可欠となる。

また、最大作動角におけるトラック溝の実際のくさび角２τを２τ≦４３°より、次式に基づいて、位相角φ＝０°の２次元断面におけるくさび角２τ’を設定することが好ましい。
（２τ）＝（２τ’）ｃｏｓδ＋（２γ）ｓｉｎδ
ただし、δはボールとトラック溝との接触角、γはトラック溝の傾斜角とする。これにより、位相角φ＝０°の２次元断面におけるくさび角２τ’からトラック溝の諸元を決定することができるので、トラック溝の諸元設定作業を極めて簡素化することできる。また、このような諸元設計により、最大作動角において実績のある従来の等速自在継手と同等の強度、耐久性を確保することができる。

さらに、最大作動角において、保持器のポケットに対して半径方向外方に最も移動したボールとポケットの接触点と、保持器の球状外周面との間に余裕量σを形成することが好ましい。これにより、保持器の半径方向の肉厚を増加させると共に、ポケット周縁のエッジ部における応力集中が緩和され、より一層の保持器強度を確保することができる。

上記の第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの曲率中心を、継手の軸線Ｎ−Ｎ上に配置したことにより、トラック溝深さを均一にすることができる。また、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの曲率中心を、継手の軸線Ｎ−Ｎより半径方向にオフセットさせることにより、継手の奥側のトラック溝深さを調整することができ、最適なトラック溝深さを確保することができる。

上記の保持器の球状外周面と球状内周面とが、継手中心Ｏに対して軸方向にオフセットした曲率中心を有することにより、開口側に向かって保持器の肉厚が厚くなり、高作動角時の保持器の更なる強度を確保することができる。

上記の第２のトラック溝部７ｂの円弧状のボール軌道中心線Ｘｂの曲率中心を、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａと継手中心Ｏを含む平面Ｍから外れた位置に形成することができる。そして、第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの傾斜角γを、開口側に向けて徐々に減少させることができる。これにより、周方向に隣り合う第２のトラック溝部７ｂの接近した側の間隔は拡がり、離反した側の間隔は狭まるため、周方向で各間隔の差を小さくすることができる。その結果、外側継手部材の各球状内周面の開口側の接触面積の差および内側継手部材の各球状外周面の奥側の接触面積の差を小さくすることができるので、保持器と外側継手部材、内側継手部材の球面接触部がバランスよく配置でき、さらなる作動の円滑化を図ることができる。

上記のトルク伝達ボールの個数を８個とすることにより、軽量コンパクトで、高効率で、高作動角が取れる固定式等速自在継手、ひいては自動車のドライブシャフトを実現することができる。

本発明により、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時の強度や耐久性にも優れたコンパクトな固定式等速自在継手を実現することができる。特に、高作動角時におけるトラック溝のくさび角の大きさを抑制することができるので、保持器の強度を確保することができる。

本発明の第１の実施形態に係る固定式等速自在継手の部分縦断面図および側面図である。 上記の固定式等速自在継手の外側継手部材の部分縦断面図および側面図である。 上記の固定式等速自在継手の内側継手部材の外周面および側面を示す図である。 外側継手部材のトラック溝の詳細を示す部分縦断面図である。 内側継手部材のトラック溝の詳細を示す縦断面図である。 継手が最大作動角を取った状態を示す概要図である。 継手が最大作動角を取ったときのボールとトラック溝との接触状態を示す図である。 角度βの検証結果を示す説明図である。 トラック溝の形状とくさび角の設定方法を示す図である。 トラック溝の横断面形状を示す図である。 トラック溝の横断面形状を示す図である。 外側継手部材と内側継手部材の斜視図である。 第１の実施形態の固定式等速自在継手を自動車のドライブシャフトに使用した状態を示す図である。 第１の実施形態の第１の変形例の継手が最大作動角を取ったときのボールとトラック溝との接触状態を示す図である。 第１の実施形態の第２の変形例の継手が最大作動角を取ったときのボールとトラック溝との接触状態を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る固定式等速自在継手の外側継手部材の縦断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る固定式等速自在継手の外側継手部材の縦断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る固定式等速自在継手の部分縦断面図である。 上記の固定式等速自在継手の外側継手部材の縦断面図である。 上記の固定式等速自在継手の内側継手部材の縦断面図である。 上記の固定式等速自在継手の外側継手部材の内周形状を示す部分縦断面図である。 上記の固定式等速自在継手の内側継手部材の外周形状を示す図である。 本発明に至る過程における技術的知見を説明する図である。 本発明に至る過程における技術的知見を説明する図である。 従来技術の固定式等速自在継手の縦断面図である。 従来技術の固定式等速自在継手の縦断面図である。 従来技術の固定式等速自在継手の縦断面図である。

本発明の実施の形態を図１〜図２２に基づいて説明する。

本発明の第１の実施形態を図１〜図１３に示す。図１は、第１の実施形態に係る固定式等速自在継手を示し、図１（ａ）は部分縦断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の右側面図である。この等速自在継手１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。図１（ｂ）、図２および図３に示すように、外側継手部材２および内側継手部材３のそれぞれ８本のトラック溝７、９は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝７Ａ、７Ｂおよび９Ａ、９Ｂで互いに反対方向に形成されている。そして、外側継手部材２および内側継手部材３の対となるトラック溝７Ａ、９Ａおよび７Ｂ、９Ｂの各交差部に８個のボール４が配置されている。図１（ａ）では、トラック溝７、９については、それぞれ、図２（ａ）に示す平面Ｍおよび図３（ｂ）に示す平面Ｑにおける断面を傾斜角γ＝０°まで回転させた状態で示している。その詳細は後述する。

軸方向に延びるトラック溝の傾斜状態や湾曲状態などの形態、形状を的確に示すために、本明細書では、ボール軌道中心線という用語を用いて説明する。ここで、ボール軌道中心線とは、トラック溝に配置されたボールがトラック溝に沿って移動するときのボールの中心が描く軌跡を意味する。したがって、トラック溝の傾斜状態は、ボール軌道中心線の傾斜状態と同じであり、また、トラック溝の円弧状の状態は、ボール軌道中心線の円弧状の状態と同じである。

図１（ａ）に示すように、外側継手部材２のトラック溝７はボール軌道中心線Ｘを有し、トラック溝７は、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１のトラック溝部７ａと、この第１のトラック溝部７ａとは反対方向に湾曲する円弧状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２のトラック溝部７ｂとからなり、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａに第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂが滑らかに接続されている。一方、内側継手部材３のトラック溝９はボール軌道中心線Ｙを有し、トラック溝９は、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１のトラック溝部９ａと、この第１のトラック溝部９ａとは反対方向に湾曲する円弧状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２のトラック溝部９ｂとからなり、第１のトラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａに第２のトラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂが滑らかに接続されている。

第１のトラック溝部７ａ、９ａのボール軌道中心線Ｘａ、Ｙａの各曲率中心を、継手中心Ｏ、すなわち継手の軸線Ｎ−Ｎ上に配置したことにより、トラック溝深さを均一にすることができ、かつ加工を容易にすることができる。

図２に基づき、外側継手部材２のトラック溝７が継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に傾斜している状態を説明する。図２（ａ）は外側継手部材２の部分縦断面を示し、図２（ｂ）は外側継手部材２の右側面を示す。外側継手部材２のトラック溝７は、その傾斜方向の違いから、トラック溝７Ａ、７Ｂの符号を付す。図２（ａ）に示すように、トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍは、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜している。そして、トラック溝７Ａに周方向に隣り合うトラック溝７Ｂは、図示は省略するが、トラック溝７Ｂのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍが、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して、トラック溝７Ａの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。本実施形態では、トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘの全域、すなわち、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａおよび第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの両方が平面Ｍ上に形成されている。しかし、これに限られるものではなく、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａのみが平面Ｍに含まれている形態も実施することができる。したがって、少なくとも第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａと継手中心Ｏを含む平面Ｍが継手の軸線Ｎ−Ｎに対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う第１のトラック溝部７ａで互いに反対方向に形成されていればよい。

ここで、トラック溝の符号について補足する。外側継手部材２のトラック溝全体を指す場合は符号７を付し、その第１のトラック溝部に符号７ａ、第２のトラック溝部に符号７ｂを付す。さらに、傾斜方向の違うトラック溝を区別する場合には符号７Ａ、７Ｂを付し、それぞれの第１のトラック溝部に符号７Ａａ、７Ｂａ、第２のトラック溝部に符号７Ａｂ、７Ｂｂを付す。後述する内側継手部材３のトラック溝についても、同様の要領で符号を付している。

次に、図３に基づき、内側継手部材３のトラック溝９が継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に傾斜している状態を説明する。図３（ｂ）は内側継手部材３の外周面を示し、図３（ａ）は内側継手部材３の左側面を、図３（ｃ）は右側面を示す。内側継手部材３のトラック溝９は、その傾斜方向の違いから、トラック溝９Ａ、９Ｂの符号を付す。図３（ｂ）に示すように、トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑは、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜している。そして、トラック溝９Ａに周方向に隣り合うトラック溝９Ｂは、図示は省略するが、トラック溝９Ｂのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑが、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して、トラック溝９Ａの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。傾斜角γは、等速自在継手１の作動性および内側継手部材３のトラック溝の最も接近した側の球面幅Ｆを考慮し、４°〜１２°の範囲、さらには、４°〜８°の範囲が好ましい。

前述した外側継手部材と同様、トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙの全域、すなわち、第１のトラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａおよび第２のトラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂの両方が平面Ｑ上に形成されている。しかし、これに限られるものではなく、第１のトラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａのみが平面Ｑに含まれている形態も実施することができる。したがって、少なくとも第１のトラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａと継手中心Ｏを含む平面Ｑが継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う第１のトラック溝部９ａで互いに反対方向に形成されていればよい。内側継手部材３のトラック溝９のボール軌道中心線Ｙは、作動角０°の状態で継手中心Ｏを含む平面Ｐを基準として、外側継手部材２の対となるトラック溝７のボール軌道中心線Ｘと鏡像対称に形成されている。

図４に基づいて、外側継手部材２の縦断面より見たトラック溝の詳細を説明する。図４の部分縦断面は、前述した図２（ａ）のトラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍで見た断面図である。したがって、厳密には、継手の軸線Ｎ−Ｎを含む平面における縦断面図ではなく、角度γだけ傾斜した断面を示している。図４には、外側継手部材２のトラック溝７Ａが示されているが、トラック溝７Ｂは、傾斜方向がトラック溝７Ａとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝７Ａと同じであるので、説明は省略する。

図４に示すように、外側継手部材２の球状内周面６にはトラック溝７Ａが軸方向に沿って形成されている。トラック溝７Ａはボール軌道中心線Ｘを有し、トラック溝７Ａは、継手中心Ｏを曲率中心（軸方向のオフセットがない）とする円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１のトラック溝部７Ａａと、この第１のトラック溝部７Ａａとは反対方向に湾曲する円弧状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２のトラック溝部７Ａｂとからなる。第２のトラック溝部７Ａｂのボール軌道中心線Ｘｂの曲率中心Ｏｏ１は、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａより半径方向外側にオフセットされており、第２のトラック溝部７Ａｂのボール軌道中心線Ｘｂの曲率半径は、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの曲率半径より小さく形成されている。そして、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａにおいて、第２のトラック溝部７Ａｂのボール軌道中心線Ｘｂが滑らかに接続されている。すなわち、端部Ａが第１のトラック溝部７Ａａと第２のトラック溝７Ａｂとの接続点である。端部Ａは継手中心Ｏよりも開口側に位置し、この位置は継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの６１％を占めるように設定されている。端部Ａに曲率半径の小さい第２のトラック溝部７Ａｂの円弧状のボール軌道中心線Ｘｂが接続されているので、最大作動角時の有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制することができる。

図４に示すように、端部Ａと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＬとする。トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍ（図２（ａ）参照）上に投影された継手の軸線Ｎ’−Ｎ’は継手の軸線Ｎ−Ｎに対しγだけ傾斜し、軸線Ｎ’−Ｎ’の継手中心Ｏにおける垂線Ｋと直線Ｌとがなす角度をβ’とする。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐ上にある。したがって、本発明でいう直線Ｌが作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。本実施形態では角度βは１５°に設定されており、端部Ａの位置は継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの６１％を占めている。有効トラック長さの詳細は、後述する。

同様に、図５に基づいて、内側継手部材３の縦断面よりトラック溝の詳細を説明する。図５の縦断面は、前述した図３（ｂ）のトラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑで見た断面図である。したがって、図４と同様に、厳密には、継手の軸線Ｎ−Ｎを含む平面における縦断面図ではなく、角度γだけ傾斜した断面を示している。図５には、内側継手部材３のトラック溝９Ａが示されているが、トラック溝９Ｂは、傾斜方向がトラック溝９Ａとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝９Ａと同じであるので、説明は省略する。

内側継手部材３の球状外周面８にはトラック溝９Ａが軸方向に沿って形成されている。トラック溝９Ａはボール軌道中心線Ｙを有し、トラック溝９Ａは、継手中心Ｏを曲率中心（軸方向のオフセットがない）とする円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１のトラック溝部９Ａａと、この第１のトラック溝９Ａａとは反対方向に湾曲する円弧状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２のトラック溝部９Ａｂとからなる。第２のトラック溝部９Ａｂのボール軌道中心線Ｙｂの曲率中心Ｏｉ１は、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａより半径方向外側にオフセットされており、第２のトラック溝部９Ａｂのボール軌道中心線Ｙｂの曲率半径は、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの曲率半径より小さく形成されている。そして、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｂにおいて、第２のトラック溝部９Ａｂのボール軌道中心線Ｙｂが滑らかに接続されている。すなわち、端部Ｂが第１のトラック溝部９Ａａと第２のトラック溝９Ａｂとの接続点である。

図５に示すように、端部Ｂと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＲとする。トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑ（図３（ｂ）参照）上に投影された継手の軸線Ｎ’−Ｎ’は継手の軸線Ｎ−Ｎに対しγだけ傾斜し、軸線Ｎ’−Ｎ’の継手中心Ｏにおける垂線Ｋと直線Ｒとがなす角度をβ’とする。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐ上にある。したがって、直線Ｒが作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。角度βは、外側継手部材と同じ１５°に設定されている。

上記の角度βにより、図４において、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も開口側に移動したときのボールの中心位置よりもさらに開口側に位置する。同様に、内側継手部材３では、図５において、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの端部Ｂは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も奥側に移動したときのボールの中心位置よりもさらに奥側に位置する。使用頻度が多い作動角の範囲では、ボール４は、外側継手部材２および内側継手部材３の第１のトラック溝部７Ａａ、９Ａａと、傾斜方向が反対の７Ｂａ、９Ｂａ（図２、図３参照）に位置するので、保持器５の周方向に隣り合うポケット部５ａにボール４から相反する方向の力が作用し、保持器５は継手中心Ｏの位置で安定する（図１参照）。このため、保持器５の球状外周面１２と外側継手部材２の球状内周面６との接触力、および保持器５の球状内周面１３と内側継手部材３の球状外周面８との接触力が抑制され、高負荷時や高速回転時に継手が円滑に作動し、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。

本実施形態の等速自在継手においては、保持器５のポケット部５ａとボール４との嵌め合いをすきま設定にしてもよい。この場合、前記すきまは０〜４０μｍ程度に設定することが好ましい。すきま設定にすることにより、保持器５のポケット部５ａに保持されたボール４をスムーズに作動させることができ、更なるトルク損失の低減を図ることができる。

本実施形態の等速自在継手が最大作動角を取った状態を図６に示す。図６および後述する図７〜図１１では、トラック溝７Ａ、９Ａについては、それぞれ、図２（ａ）に示す平面Ｍおよび図３（ｂ）に示す平面Ｑにおける断面を傾斜角γ＝０°まで回転させた状態で示している。本実施形態では、最大作動角時における有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制することができる。そのため、図６のように、最大作動角θｍａｘを４７°程度の高角にしても、必要十分な入口チャンファ１０を設けた状態でボール４がトラック溝７Ａｂと接触状態を確保することができ、かつ、くさび角が大きくならないように抑えることができる。

尚、高作動角の範囲では、周方向に配置されたボール４が第１のトラック溝部７Ａａ、９Ａａ（７Ｂａ、９Ｂａ、図２（ａ）および図３（ｂ）参照）と第２のトラック溝部７Ａｂ、９Ａｂ（７Ｂｂ、９Ｂｂ、図２（ａ）および図３（ｂ）参照）に一時的に分かれて位置する。これに伴い、保持器５の各ポケット部５ａにボール４から作用する力が釣り合わず、保持器５と外側継手部材２との球面接触部１２、６および保持器５と内側継手部材３との球面接触部１３、８の接触力が発生するが、高作動角の範囲は使用頻度が少ないため、本実施形態の等速自在継手１は、総合的にみるとトルク損失や発熱を抑制できる。したがって、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時の強度や耐久性にも優れたコンパクトな固定式等速自在継手を実現することができる。

以上では、本実施形態の固定式等速自在継手１の全体的な内容を説明したが、続いて、本発明の特徴である最大作動角時におけるトラック溝とボールの接触状態や角度β、トラック溝のくさび角、有効トラック長さ、さらには、これらの関係について詳細に説明する。

まず、本実施形態の固定式等速自在継手の最大作動角時におけるトラック溝とボールの接触状態を図７に基づいて詳細に説明する。図７（ａ）は、等速自在継手１の縦断面図であり、図７（ｂ）は外側継手部材２のトラック溝７Ａとボール４との接触状態を示す拡大図である。この図においても、外側継手部材２のトラック溝７Ａが示されているが、トラック溝７Ｂは、傾斜方向がトラック溝７Ａとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝７Ａと同じであるので、説明は省略する。図７（ａ）に示すように継手が最大作動角θｍａｘを取ると、作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してボール４の中心Ｏｂはθｍａｘ／２の位置に移動する。このとき、ボール４と第２のトラック溝部７Ａｂとの接触点Ｓｏが入口チャンファ１０に最も近づく。なお、図７（ａ）では、トラック溝７Ａ、９Ａについては、それぞれ、図２（ａ）に示す平面Ｍおよび図３（ｂ）に示す平面Ｑにおける断面を傾斜角γ＝０°まで回転させた状態で示しているので、実際のθｍａｘ／２の線との関係ではわずかな差異が生じるが、説明を平易にするためθｍａｘ／２を用いて簡略化する。

第２のトラック溝７Ａｂの円弧状ボール軌道中心線Ｘｂは、第１のトラック溝部７Ａａの円弧状ボール軌道中心線Ｘａの端部Ａを規定する角度βを１５°と大きく設定しているので、端部Ａで接続後、反対方向に湾曲し、外側継手部材２の開口側端部で継手の軸線Ｎ−Ｎとほぼ平行状態に形成されている。このため、最大作動角時におけるくさび角を抑制することができる。その詳細は後述する。図７（ｂ）に拡大して示すように、ボール４とトラック溝７Ａｂの接触点Ｓｏは、ボール４の中心Ｏｂを通って、ボール軌道中心線Ｘｂに対して直角な平面Ｔ上に位置する。ボール軌道中心線Ｘｂは、曲率中心がＯｏ１の円弧状であるので、ボール４の中心Ｏｂと接触点Ｓｏとの間の軸方向の距離Ｗは、図２７（ｂ）に示す従来の等速自在継手よりも小さくなっており、その分、後述する有効トラック長さが増加している。そのため、本実施形態では、最大作動角をとった状態で、入口チャンファ１０のエッジ部と接触点Ｓｏとの間にトラック余裕量Ｕを確保することができ、ボール４がトラック溝部７Ａｂと十分な接触状態を確保することができる。トラック余裕量Ｕは、ジョイントサイズによって変わるが、０．５〜２ｍｍ程度である。

図７（ａ）に示すように、最大作動角において、保持器５のポケット部５ａに対して半径方向外方に最も移動したボール４とポケット部５ａの接触点と、保持器５の球状外周面１２との間に余裕量σが形成されている。これにより、保持器５の半径方向の肉厚を増加させると共に、ポケット部５ａ周縁のエッジ部における応力集中が緩和され、保持器５の強度をより一層確保することができる。

角度βに関連して、自動車用ドライブシャフトに使用される固定式等速自在継手の作動角について説明する。まず、継手の常用角とは、水平で平坦な路面上で１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用ドライブシャフトの固定式等速自在継手に生じる作動角をいう。常用角は、通常、２°〜１５°の間で車種ごとの設計条件に応じて選択・決定される。そして、使用頻度の多い作動角とは、上記の自動車が、例えば、交差点の右折・左折時などに生じる高作動角ではなく、連続走行する曲線道路などで固定式等速自在継手に生じる作動角をいい、これも車種ごとの設計条件に応じて決定される。使用頻度の多い作動角は最大２０°を目処とする。

作動角θを取ったとき、外側継手部材２および内側継手部材３の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対して、ボール４がθ／２だけ移動するので、自動車用ドライブシャフトに用いられる等速自在継手において常用角を含む使用頻度の多い作動角をカバーするには、角度βは１０°程度あれば十分である。しかし、本発明では、前述したように、第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのくさび角の大きさを抑制し、必要とされる最大作動角を確保するための新たな基準として角度βが１４°〜１６°という範囲を見出したものである。

さらに、角度βの範囲が１４°〜１６°であるとの知見により、このときの第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａの位置を規定すると、継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの６０％が不可欠であることを見出した。これらの詳細を次に説明する。

図８に、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａの位置を規定する角度βを種々に変化させたときの第２のトラック溝部７ｂの状態を示す。図示では、第２のトラック溝部７ｂの曲率半径は一定としている。内側継手部材３のトラック溝９は、前述のとおり外側継手部材２のトラック溝と鏡像対称となっており、図示は省略する。ボール４は、最大作動角θｍａｘ／２の線上に位置する。

まず、常用角を含む使用頻度の多い作動角をカバーするために必要な角度β＝１０°のときは、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部はＡ１で、第２のトラック溝部は７ｂ１で、その曲率中心はＯｏ１１であり、第２のトラック溝部７ｂ１とボール４の接触点の軌跡はＳｏＬ１、第２のトラック溝部７ｂ１のボール軌道中心線はＸｂ１である。そして、最大作動角時のボール４の中心はＯｂ１で、トラック溝部７ｂ１との接触点はＳｏ１である。

続いて、角度β＝１４°のときは、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部はＡ２で、第２のトラック溝部は７ｂ２で、その曲率中心はＯｏ１２であり、第２のトラック溝部７ｂ２とボール４の接触点の軌跡はＳｏＬ２、第２のトラック溝部７ｂ２のボール軌道中心線はＸｂ２である。最大作動角時のボール４の中心はＯｂ２で、トラック溝部７ｂ２との接触点はＳｏ２である。角度β＝１５°のときは、端部はＡ３で、第２のトラック溝部は７ｂ３で、その曲率中心はＯｏ１３であり、第２のトラック溝部７ｂ３とボール４の接触点の軌跡はＳｏＬ３、第２のトラック溝部７ｂ３のボール軌道中心線はＸｂ３である。最大作動角時のボール４の中心はＯｂ３で、トラック溝部７ｂ３との接触点はＳｏ３である。角度β＝１６°のときは、端部はＡ４で、第２のトラック溝部は７ｂ４で、その曲率中心はＯｏ１４であり、第２のトラック溝部７ｂ４とボール４の接触点の軌跡はＳｏＬ４、第２のトラック溝部７ｂ４のボール軌道中心線はＸｂ４である。最大作動角時のボール４の中心はＯｂ４で、トラック溝部７ｂ４との接触点はＳｏ４である。最後に、角度β＝１７°のときは、端部はＡ５で、第２のトラック溝部は７ｂ５で、その曲率中心はＯｏ１５であり、第２のトラック溝部７ｂ５とボール４の接触点の軌跡はＳｏＬ５、第２のトラック溝部７ｂ５のボール軌道中心線はＸｂ５である。最大作動角時のボール４の中心はＯｂ５で、トラック溝部７ｂ５との接触点はＳｏ５である。

ここで、有効トラック長さについて説明する。等速自在継手１が最大作動角θｍａｘを取ると、図１（ｂ）において位相角φ＝０°のボール４が外側継手部材２の開口側に最も移動し、その時のボール４の中心Ｏｂはθｍａｘ／２の線上に位置する（図７（ａ）、図８参照）。ボール４の中心Ｏｂがθｍａｘ／２で傾斜した線上に位置することは、トラック溝７の形状にはかかわらず一定である。これに対して、図８に示すように、外側継手部材２のトラック溝７とボール４との接触点Ｓｏは、トラック溝７の形状によって、継手の軸方向の位置が変化する。換言すれば、作動角θを取っていくとき、単位角度（例えば１°）当たりの接触点Ｓｏの軸方向の移動量はトラック溝７の形状によって変化する。したがって、本明細書における継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さとは、上記のような接触点Ｓｏの軸方向移動量の変化状態を加味した、図７（ｂ）に示す入口チャンファ１０のエッジ部から継手中心Ｏを含む平面Ｐまでのトラック溝の接触点の軌跡の長さを意味する。

角度β＝１０°の場合、接触点の軌跡ＳｏＬ１は、図示のように、外側継手部材２の開口側に向けて大きく開くように湾曲する。その結果、有効トラック長さは確保できるが、最大作動角時にトラック溝間のくさび角が過大（例えば、６５°）となり、ボール４に大きな押し出し力が発生し、保持器５に大きなポケット荷重がかかり、保持器５の強度が問題となる。

そのため、角度βを徐々に増加させて種々検討した結果、角度βの下限としてβ＝１４°で、第２のトラック溝部７ｂ２のボール軌道中心線Ｘｂ２の曲率半径を調整することにより、第２のトラック溝部のくさび角の大きさを抑制し（４３°程度）、必要とされる最大作動角（４７°程度）を確保することができることが判明した。そして、角度βが１５°、１６°も同様に、第２のトラック溝部７ｂ３、７ｂ４の曲率半径を調整することにより、第２のトラック溝部のくさび角の大きさを抑制し、必要とされる最大作動角を確保するできることが判明した。しかし、角度β＝１７°まで大きくすると、第２のトラック溝部のくさび角の大きさを抑制できるが、必要とされる最大作動角を確保するためには第２のトラック溝部７ｂ５の曲率半径が実用面から成り立たないことが判明し、角度βの上限はβ＝１６°であるという結論に至った。このような角度βの範囲が１４°〜１６°であるとの知見により、このときの第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａの位置を規定すると、継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの６０％が不可欠であるという結論に達した。

次に、本実施形態の等速自在継手における傾斜角γをもって３次元的に湾曲したトラック溝の形状の設定方法およびくさび角の設定方法を図９に基づいて説明する。図９（ａ）は、等速自在継手１の縦断面図であるが、前述したように、トラック溝７Ａ、９Ａについては、それぞれ、図２（ａ）に示す平面Ｍおよび図３（ｂ）に示す平面Ｑにおける断面を傾斜角γ＝０°まで回転させた状態で示し、トラック溝７Ａ、９Ａの溝底が２次元断面におけるくさび角を示している。図９（ｂ）は、３次元空間における実際のくさび角を示す。

詳細には、図９（ａ）の上側のトラック溝７Ａ、９Ａは、図１（ｂ）の位相角φが０°、すなわち、継手中心Ｏにおいて位相角φが０°のものを示す。この位相角φが０°で、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７Ａの開口側に最も移動した状態となり、内側継手部材３のトラック溝９Ａの奥側に最も移動した状態となる。この位相角φ＝０°の状態で、図１（ｂ）に示す内側継手部材３に白抜き矢印の方向に回転トルクを負荷したとき、傾斜角γによるくさび角成分が開口側に向っているトラック溝７Ａ（第２のトラック溝部７Ａａ）と９Ａ（第２のトラック溝部９Ａａ）間のくさび角が最大になる。反対方向に傾斜したトラック溝７Ｂ（第２のトラック溝部７Ｂａ）と９Ｂ（第２のトラック溝部９Ｂａ）間のくさび角は、傾斜角γによるくさび角成分が奥側に向っている分、同じ位相角φ＝０°のときにトラック溝７Ａ（第２のトラック溝部７Ａａ）と９Ａ（第２のトラック溝部９Ａａ）間のくさび角より小さくなる。

図９（ａ）の２次元断面におけるトラック溝７Ａ、９Ａの溝底で示すくさび角を２τ’とする。くさび角２τ’は直線Ｓｏ、Ｏｂと直線Ｓｉ、Ｏｂがなす角度である。このくさび角２τ’は位相角φが０°のときに最大になり、ボール４に大きな押し出し力を発生させ、保持器５のポケット部５ａに大きなポケット荷重として作用する。このため、高角時の等速自在継手１の性能に対して最も影響を及ぼす因子となる。

等速自在継手１における実際のくさび角は、３次元空間で検討する必要があり、そのくさび角２τを図９(ｂ)に示す。ボール４とトラック溝７Ａとの接触点はＳｏで、ボールとトラック溝９Ａとの接触点はＳｉである（図１０参照）。実際のくさび角２τは、２次元断面におけるくさび角２τ’に対してボールの接触角δやトラック溝の傾斜角γの影響を受けるため、２τと２τ’は一致しない。この接触角δと傾斜角γの影響を考慮すると、位相角φが０°における２τと２τ’との関係は、以下の式で近似的に表される。
（２τ）＝（２τ’）ｃｏｓδ＋（２γ）ｓｉｎδ・・・（１）
ただし、この近似式が成り立つのは、位相角φが０°のときの平面Ｍおよび平面Ｑにおける断面を傾斜角γ＝０°まで回転させた２次元断面のみである。

固定式等速自在継手として、ツェッパ型等速自在継手やアンダーカットフリー型等速自在継手（以下、ＵＪという）があるが、例えば、自動車市場で実績のあるＵＪで最大作動角５０°を取った場合、２τ’＝５０°、γ＝０°、接触角δ＝３０°〜５０°を式（１）に代入すると、実際のくさび角２τは３２°〜４３°の範囲となる。くさび角は小さいほど強度、耐久性に有利なため、本実施形態では、最大作動角でのくさび角を２τ≦４３°とする。これにより、ＵＪと同じジョイントの大きさで、同等の強度および耐久性を確保できる。すなわち、ジョイントのサイズアップによるコストアップや重量増加を抑えることができる。

次に、２τ≦４３°を満たす設定手順を説明する。最大作動角時に２τ≦４３°になるように、等速自在継手１の諸元を設定するには、位相角φ＝０°の平面Ｍおよび平面Ｑにおける断面を傾斜角γ＝０°まで回転させた２次元断面の作図から求めたτ’を、式（１）によりτに変換して２τ≦４３°に設計すれば良い。位相角φ＝０°の平面Ｍおよび平面Ｑにおける断面を傾斜角γ＝０°まで回転させた状態での２次元断面におけるくさび角２τ’を、位相角φ＝０°の２次元断面におけるくさび角２τ’と簡略化して用いる。この簡略化した表現は本明細書および特許請求の範囲においても同じとする。具体的には、最大作動角θｍａｘ＝４７°、傾斜角γ＝６°、接触角δ＝４０°とした場合、２τ≦４３°になるためには、式（１）より、位相角φ＝０°の２次元断面におけるくさび角２τ’を２τ’≦４６°と求めることができる。本実施形態は２τ’≦４６°を満たす諸元としている。このように位相角φ＝０°の２次元断面におけるくさび角２τ’からトラック溝の諸元を決定することができるので、トラック溝の諸元設定作業を極めて簡素化できる。また、このような諸元の設計により、最大作動角においてＵＪと同等の強度、耐久性を確保することが可能となる。

傾斜角γについては、小さすぎるとトラック溝７、９の交差によるボールを二等分面上に保持する力が弱くなるので作動性が悪くなる。反対に傾斜角γが大きすぎると、外側継手部材２および内側継手部材３について、端部でトラック溝同士が重なるまでの距離が短くなり、十分なトラック長さを確保できない。よって、傾斜角γは４°〜８°の範囲が望ましい。

また、接触角δについては、面圧を考慮してツェッパ型等速自在継手やＵＪで実績がある３０°〜４５°が望ましい。図１０にトラック溝７Ａ、９Ａとボール４との接触角を示す。トラック溝７Ａ、９Ａの横断面形状は、楕円形状やゴシックアーチ形状に形成されており、トラック溝７Ａ、９Ａとボール４は、接触角δをもって接触する、所謂、アンギュラコンタクトとなっている。したがって、ボール４は、トラック溝７Ａ、９Ａの溝底より少し離れたトラック溝７Ａ、９Ａの側面側の接触点Ｓｏ、Ｓｉで接触している。

図１１に、トラック溝７Ａ、９Ａとボール４がサーキュラコンタクトの場合を示す。この場合は接触角δ＝０°である。したがって、前述した式（１）により、最大作動角でのくさび角を２τ≦４３°を基に、位相角φ＝０°の２次元断面におけるくさび角２τ’を求めるときはδ＝０°として簡単に算出することができる。

図１２に、本実施形態の等速自在継手の外側継手部材２と内側継手部材３の斜視図を示す。この斜視図は、これまでに説明したトラック溝を立体的に示している。図１２（ａ）に示すように、外側継手部材２の球状内周面６に、継手の軸線Ｎ−Ｎ（図示省略）に対して周方向に傾斜したトラック溝７Ａ、７Ｂが交互に形成され、その傾斜方向は交互に反対方向に形成されている。トラック溝７Ａ、７Ｂは、それぞれ第１のトラック溝部７Ａａ、７Ｂａと第２のトラック溝部７Ａｂ、７Ｂｂとからなる。外側継手部材２の開口端に入口チャンファ１０が設けられている。また、図１２（ｂ）に示すように、内側継手部材３の球状外周面８には、継手の軸線Ｎ−Ｎ（図示省略）に対して周方向に傾斜したトラック溝９Ａ、９Ｂが交互に形成され、その傾斜方向は交互に反対方向に形成されている。トラック溝９Ａ、９Ｂは、それぞれ第１のトラック溝部９Ａａ、９Ｂａと第２のトラック溝部９Ａｂ、９Ｂｂとからなる。

図１３は、本実施形態の固定式等速自在継手１を適用した自動車のフロント用ドライブシャフト２０を示す。固定式等速自在継手１は中間シャフト１１の一端に連結され、他端には摺動式トリポード型等速自在継手１５が連結されている。固定式等速自在継手１の外周面とシャフト１１の外周面との間、および摺動式トリポード型等速自在継手１５の外周面とシャフト１１の外周面との間に、それぞれ蛇腹状ブーツ１６ａ、１６ｂがブーツバンド１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄにより取り付け固定されている。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。本実施形態の固定式等速自在継手１を使用したので、トルク損失や発熱が小さく高効率で、かつ高作動角が取れ、軽量・コンパクトな自動車用ドライブシャフト２０が実現される。

第１の実施形態の第１の変形例を図１４に示す。この変形例は第１の実施形態に対して、端部Ａを規定する角度βが異なる。角度βは１４°に設定され、第２のトラック溝部７Ａｂの曲率中心をＯｏ１とし、第１の実施形態よりも曲率半径を大きく形成している。本変形例では、端部Ａの位置が継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの６０％を占めるように設定されている。本実施形態では、最大作動角をとった状態で、入口チャンファ１０のエッジ部と接触点Ｓとの間に第１の実施形態と同じ寸法のトラック余裕量Ｕを確保することができており、有効トラック長さは第１の実施形態と同じである。これにより、ボール４がトラック溝部７Ａｂと十分な接触状態を確保することができる。

第１の実施形態の第２の変形例を図１５に示す。この変形例では、端部Ａを規定する角度βが１６°に設定され、第２のトラック溝部７Ａｂの曲率中心をＯｏ１とし、第１の実施形態よりも曲率半径を小さく形成している。本変形例では、端部Ａの位置が継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの６２％を占めるように設定されている。これにより、本実施形態では、最大作動角をとった状態で、入口チャンファ１０のエッジ部と接触点Ｓとの間に第１の実施形態と同じ寸法のトラック余裕量Ｕを確保することができ、第１の実施例および第１の変形例と有効トラック長さは同じである。ボール４がトラック溝部７Ａｂと十分な接触状態を確保することができる。このように、有効トラック長さは、トラック溝の形状や曲率などにより調整することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る固定式等速自在継手を図１６に基づいて説明する。図１６は本実施形態の固定式等速自在継手の外側継手部材のみを示し、図４と同様、トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍで見た断面図である（図２（ａ）参照）。また、外側継手部材の軸線から半径方向の上半分を示したものである。この固定式等速自在継手は、前述した第１の実施形態の固定式等速自在継手と比較して、第１のトラック溝部の円弧状ボール軌道中心線の曲率中心を、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して半径方向にオフセットさせ、これに対応して第２のトラック溝部の直線状ボール軌道中心線の構成を調整したところが異なり、その他の構成は、第１の実施形態と同じである。本実施形態においても第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明は省略する。以降の実施形態についても同様とする。

外側継手部材２の第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａは第１の実施形態と同じである。しかし、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの曲率中心Ｏｏ３は、継手中心Ｏに対して軸方向オフセットはないが、継手の軸線に対して半径方向にｆ２だけオフセットしている。これに伴い、第２のトラック溝部７ｂの円弧状のボール軌道中心線Ｘｂは、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａに接続するよう調整されている。本実施形態においても端部Ａを規定する角度βは１５°に設定されている。この構成により、継手の奥側のトラック溝深さを調整することができる。本実施形態の固定式等速自在継手においても、図示は省略するが、内側継手部材３のトラック溝９のボール軌道中心線Ｙは、作動角０°の状態で継手中心Ｏを含む平面Ｐを基準として、外側継手部材２の対となるトラック溝７のボール軌道中心線Ｘと鏡像対称に形成されている。外側継手部材２および内側継手部材３のトラック溝７、９の継手の軸線Ｎ−Ｎに対する周方向の傾斜状態、保持器５の構成や継手の作用については、第１の実施形態の固定式等速自在継手と同様であるので、重複説明は省略する。

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。この実施形態の固定式等速自在継手は、第１の実施形態の固定式等速自在継手と比較して、保持器の球状外周面および球状内周面の曲率中心を継手中心Ｏに対して軸方向にオフセットさせた点が異なり、その他の構成は、第１の実施形態と同じである。

図１７（ａ）は固定式等速自在継手の部分縦断面を示し、図１７（ｂ）は保持器の縦断面を示す。図１７（ａ）においても、トラック溝７、９については、それぞれ、図２（ａ）に示す平面Ｍおよび図３（ｂ）に示す平面Ｑにおける断面を傾斜角γ＝０°まで回転させた状態で示している。保持器５の球状外周面１２の曲率中心Ｏｃ１と球状内周面１３の曲率中心Ｏｃ２は継手中心Ｏに対してｆ３だけ軸方向にオフセットされている。このオフセットの構成により、開口側に向かって保持器５の肉厚が厚くなり、特に高作動角時の保持器５の強度を向上することができる。前述したように、高作動角の範囲では、周方向に配置されたボール４が第１のトラック溝部７Ａａ、９Ａａ（７Ｂａ、９Ｂａ、図２（ａ）および図３（ｂ）参照）と第２のトラック溝部７Ａｂ、９Ａｂ（７Ｂｂ、９Ｂｂ、図２（ａ）および図３（ｂ）参照）に一時的に分かれて位置する。この場合に、第２のトラック溝部７Ａｂ、９Ａｂ（７Ｂｂ、９Ｂｂ）に位置するボール４から保持器５のポケット部５ａに開口側に押圧する力が作用するが、開口側に向かって保持器５の肉厚が厚くなっているので、保持器５の強度を向上することができる。また、奥側のトラック溝７ａ、９ｂのトラック溝深さを増加させることができる。この実施形態においても、外側継手部材２および内側継手部材３のトラック溝７、９の継手の軸線Ｎ−Ｎに対する周方向の傾斜状態、保持器５の構成や継手の作用については、第１の実施形態の固定式等速自在継手と同様であるので、重複説明は省略する。

本発明の第４の実施形態に係る固定式等速自在継手を図１８〜図２２に基づいて説明する。この実施形態の固定式等速自在継手は、第１の実施形態の固定式等速自在継手と比較して、第２のトラック溝部の構成が異なり、その他の構成は、第１の実施形態と同じである。

図１８に示すように、本実施形態の固定式等速自在継手の縦断面では、第２のトラック溝部の形状を含めて、第１の実施形態とほぼ同様の形状である。図１８においても、トラック溝７、９については、それぞれ、図２（ａ）に示す平面Ｍおよび図３（ｂ）に示す平面Ｑにおける断面を傾斜角γ＝０°まで回転させた状態で示している。外側継手部材２のトラック溝７はボール軌道中心線Ｘを有し、トラック溝７は、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１のトラック溝部７ａと、この第１のトラック溝部７ａとは反対方向に湾曲する円弧状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２のトラック溝部７ｂとからなり、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａに第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂが滑らかに接続されている。一方、内側継手部材３のトラック溝９はボール軌道中心線Ｙを有し、トラック溝９は、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１のトラック溝部９ａと、この第１のトラック溝部９ａとは反対方向に湾曲する円弧状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２のトラック溝部９ｂとからなり、第１のトラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａに第２のトラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂが滑らかに接続されている。

図１９に示すように、外側継手部材２の第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａまでの形状は、第１の実施形態と同じである。しかし、第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂは第１の実施形態と異なる。本実施形態の外側継手部材２の第２のトラック溝部７ｂの円弧状ボール軌道中心線Ｘｂの曲率中心は、トラック溝のボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍ（図２１参照）から周方向に外れた位置に形成されている（図示省略）。そして、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａに滑らかに接続するよう適宜な曲率で形成されている。図２０に示す内側継手部材３の第２のトラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂも同様であり、内側継手部材３のトラック溝９のボール軌道中心線Ｙは、作動角０°の状態で継手中心Ｏを含む平面Ｐを基準として、外側継手部材２の対となるトラック溝７のボール軌道中心線Ｘと鏡像対称に形成されている。

図２１に基づき、外側継手部材２のトラック溝７が継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に傾斜している状態を説明する。外側継手部材２の第１のトラック溝７Ａａのボール軌道中心線Ｘａと継手中心Ｏを含む平面Ｍは、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜している。そして、第１のトラック溝部７Ａａに周方向に隣り合う第１のトラック溝部７Ｂａは、図示は省略するが、第１のトラック溝部７Ｂａのボール軌道中心線Ｘａと継手中心Ｏを含む平面Ｍが、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して、第１のトラック溝部７Ａａの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。上記のように本実施形態では、第１のトラック溝部７Ａａ、７Ｂａのみが平面Ｍ上に形成されている。また、本実施形態では、第２のトラック溝部７Ａｂのボール軌道中心線Ｘｂは、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａと滑らかに接続した後、開口側に向かって徐々に傾斜角が小さくなるようになだらかに湾曲し、開口端部付近では傾斜角が０°となるように形成されている。傾斜方向が反対になる第２のトラック溝部７Ｂｂのボール軌道中心線Ｘｂも同様に形成されている。

図２２に基づき、内側継手部材３のトラック溝９が継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に傾斜している状態を説明する。内側継手部材３の第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａと継手中心Ｏを含む平面Ｑは、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜している。そして、第１のトラック溝部９Ａａに周方向に隣り合う第１のトラック溝部９Ｂａは、図示は省略するが、第１のトラック溝部９Ｂａのボール軌道中心線Ｙａと継手中心Ｏを含む平面Ｑが、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して、第１のトラック溝部９Ａａの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。前述した外側継手部材２のトラック溝と同様に、内側継手部材３の第２のトラック溝部９Ａｂのボール軌道中心線Ｙｂは、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｂと滑らかに接続した後、奥側に向かって徐々に傾斜角が小さくなるようになだらかに湾曲し、奥側端部付近では傾斜角が０°となるように形成されている。なお、傾斜方向が反対になる第２のトラック溝部９Ｂｂのボール軌道中心線Ｙｂも同様に形成されている。

上記のように、外側継手部材２および内側継手部材３の第２のトラック溝部７Ａｂ、９Ａｂおよび７Ｂｂ、９Ｂｂが形成されているので、周方向に隣り合う第２のトラック溝部７Ａｂと７Ｂｂおよび９Ａｂと９Ｂｂの接近した側の間隔は拡がり、離反した側の間隔は狭まるため、周方向で各間隔の差を小さくすることができる。これにより、外側継手部材２の各球状内周面６の開口側の接触面積の差および内側継手部材３の各球状外周面８の奥側の接触面積の差を小さくすることができるので、保持器５と外側継手部材２、内側継手部材３の球面接触部がバランスよく配置でき、さらなる作動の円滑化を図ることができる。

上記の第４の実施形態では、外側継手部材２の第２のトラック溝部７Ａｂ、７Ｂｂのボール軌道中心線Ｘｂを、第１のトラック溝部７Ａａ、７Ｂａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａと滑らかに接続した後、開口側に向かって徐々に傾斜角γが小さくなるようになだらかに湾曲し、開口端部付近では傾斜角γが０°となるように形成し、一方、内側継手部材３の第２のトラック溝部９Ａｂ、９Ｂｂのボール軌道中心線Ｙｂを、第１のトラック溝部９Ａａ、９Ｂａのボール軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｂと滑らかに接続した後、奥側に向かって徐々に傾斜角γが小さくなるようになだらかに湾曲し、奥側端部付近では傾斜角γが０°となるように形成したものを示したが、これに限定されない。すなわち、外側継手部材２の第２のトラック溝部７Ａｂ、７Ｂｂのボール軌道中心線Ｘｂを、第１のトラック溝部７Ａａ、７Ｂａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａに比較的小さな曲率半径の円弧で接続した後、開口側は傾斜角γが０°で形成し、同様に、内側継手部材３の第２のトラック溝部９Ａｂ、９Ｂｂのボール軌道中心線Ｙｂを、第１のトラック溝部９Ａａ、９Ｂａのボール軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｂに比較的小さな曲率半径の円弧で接続した後、奥側は傾斜角γが０°で形成してもよい。

以上の実施形態の固定式等速自在継手では、ボール４の個数を８個のもので説明したが、これに限られるものではない。ボールの個数は１０個のものも好ましく、さらにボールの個数が１２個のものも適宜実施することができる。

また、以上の実施形態の固定式等速自在継手では、第１のトラック溝部は、単一の円弧に限られず、トラック溝深さなどを考慮して複数の円弧で形成してもよい。さらに、トラック溝は周方向に等ピッチで配置したものを示したが、不等ピッチで配置してもよい。また、継手の軸線Ｎ−Ｎに対する第１のトラック溝の傾斜角度γが、すべてのトラック溝において等しいものを示したが、これに限られず、傾斜角度γを外側継手部材と内側継手部材の対となる第１のトラック溝と他の対となる第１のトラック溝とで不等角度に形成してもよい。要は、保持器の周方向すべてのポケット部に作用するボールの軸方向の力が、全体として釣合うように各傾斜角度が設定されておればよい。加えて、トラック溝とボールとが接触角をもって接触するアンギュラコンタクトの実施形態を示したが、これに限られず、トラック溝の横断面形状を円形状に形成したサーキュラコンタクトにしてもよい。

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 ボール
５ 保持器
６ 球状内周面
７ トラック溝
７ａ 第１のトラック溝部
７ｂ 第２のトラック溝部
８ 球状外周面
９ トラック溝
９ａ 第１のトラック溝
９ｂ 第２のトラック溝
１１ シャフト
１２ 球状外周面
１３ 球状内周面
２０ ドライブシャフト
Ａ 端部
Ｂ 端部
ｆ２ オフセット量
Ｋ 垂線
Ｌ 直線
Ｍ ボール軌道中心線を含む平面
Ｎ 継手の軸線
Ｏ 継手中心
Ｐ 継手中心平面
Ｑ ボール軌道中心線を含む平面
Ｏｏ１ 曲率中心
Ｏｉ１ 曲率中心
Ｏｏ３ 曲率中心
Ｒ 直線
Ｘ ボール軌道中心線
Ｙ ボール軌道中心線
β 角度
γ 傾斜角
δ 接触角
θ 作動角
σ 余裕量

Claims (11)

1. 球状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなす複数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内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールをポケット内に保持し、前記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とに嵌合する球状外周面と球状内周面を有する保持器とを備えた固定式等速自在継手において、
   前記外側継手部材のトラック溝は、奥側に位置する第１のトラック溝部（７ａ）と、開口側に位置する第２のトラック溝部（７ｂ）とからなり、前記第１のトラック溝部（７ａ）は、継手中心（Ｏ）に対して軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状のボール軌道中心線（Ｘａ）を有し、少なくともボール軌道中心線（Ｘａ）と継手中心（Ｏ）を含む平面（Ｍ）が継手の軸線（Ｎ−Ｎ）に対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う前記第１のトラック溝部（７ａ）で互いに反対方向に形成されており、前記第２のトラック溝部（７ｂ）は、円弧状のボール軌道中心線（Ｘｂ）を有し、その曲率中心は前記第１のトラック溝部（７ａ）のボール軌道中心線（Ｘａ）より半径方向外側にオフセットされており、前記第１のトラック溝部（７ａ）のボール軌道中心線（Ｘａ）の端部（Ａ）は、前記継手中心（Ｏ）より開口側に位置し、この位置が前記継手中心（Ｏ）から開口側における有効トラック長さの少なくとも６０％を占め、前記端部（Ａ）に前記第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）が接続されたものであって、前記内側継手部材のトラック溝のボール軌道中心線（Ｙ）は、作動角０°の状態で継手中心（Ｏ）を含む平面（Ｐ）を基準として、前記外側継手部材の対となるトラック溝のボール軌道中心線（Ｘ）と鏡像対称に形成されていることを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記第１のトラック溝部（７ａ）のボール軌道中心線（Ｘａ）の開口側の端部（Ａ）と継手中心（Ｏ）とを結ぶ直線（Ｌ）が、前記継手中心(Ｏ)を含む平面（Ｐ）に対してなす角（β）を１４°〜１６°に設定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. 前記固定式等速自在継手の最大作動角におけるトラック溝の実際のくさび角（２τ）を２τ≦４３°より、次式に基づいて、位相角φ＝０°の２次元断面におけるくさび角２τ’を設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固定式等速自在継手。
   （２τ）＝（２τ’）ｃｏｓδ＋（２γ）ｓｉｎδ
   ただし、δはボールとトラック溝との接触角、γはトラック溝の傾斜角とする。
4. 前記固定式等速自在継手の最大作動角において、前記保持器のポケットに対して半径方向外方に最も移動した前記ボールと前記ポケットの接触点と、前記保持器の球状外周面との間に余裕量（σ）が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
5. 前記第１のトラック溝部（７ａ）のボール軌道中心線（Ｘａ）の曲率中心を、継手の軸線（Ｎ−Ｎ）上に配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固定式等速自在継手。
6. 前記第１のトラック溝部（７ａ）のボール軌道中心線（Ｘａ）の曲率中心を、継手の軸線（Ｎ−Ｎ）より半径方向にオフセットさせたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固定式等速自在継手。
7. 前記保持器の球状外周面と球状内周面とが、継手中心（Ｏ）に対して軸方向にオフセットされた曲率中心を有することを特徴とする請求項１又は請求項４に記載の固定式等速自在継手。
8. 前記第２のトラック溝部（７ｂ）の円弧状のボール軌道中心線（Ｘｂ）の曲率中心が、さらに継手中心（Ｏ）より開口側にオフセットされていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
9. 前記第２のトラック溝部（７ｂ）の円弧状のボール軌道中心線（Ｘｂ）の曲率中心が、前記第１のトラック溝部（７ａ）のボール軌道中心線（Ｘａ）と継手中心（Ｏ）を含む平面（Ｍ）から外れた位置に形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
10. 前記第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）の傾斜角が、開口側に向けて徐々に減少することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
11. 前記トルク伝達ボールの個数を８個としたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。

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