JP6113459B2 - 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、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おいては、通常、インボード側（デフ側）に角度変位および軸方向変位を許容する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）に角度変位のみを許容する固定式等速自在継手が組み込まれる。

図２４（ａ）に、固定式等速自在継手の一例であるツェッパ型等速自在継手の作動角０°の状態における縦断面図を示し、図２４（ｂ）に、同等速自在継手が最大作動角を取った状態の概要図を示す。図２４（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、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。対向するトラック溝１０７，１０９間にトルクを伝達するボール１０４がそれぞれ介在し、ボール１０４は、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の間に配置された保持器１０５により保持される。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、ブーツで覆われた継手内部空間には、潤滑剤としてグリースが封入されている（図示省略）。

図２４（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が常に案内される。そのため、二軸間（外側継手部材１０２と内側継手部材１０３との間）で等速に回転トルクが伝達される。

図２４（ｂ）に示すように、固定式等速自在継手１０１の最大作動角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、図２５に示すように、作動角０°の状態で、対向するトラック溝１０７，１０９間に形成される各くさび角α（図示のようにボール１０４とトラック溝１０７，１０９との接触点は破線上に位置する）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１０４に作用する軸方向の力Ｗにより、外側継手部材１０２の球状内周面１０６と保持器１０５の球状外周面１１２との接触部、および内側継手部材１０３の球状外周面１０８と保持器１０５の球状内周面１１３との接触部に作用する荷重が一定方向に向かって発生する。そのため、図示のように外側継手部材１０２および内側継手部材１０３が、保持器１０５と部位Ｊおよび部位Ｉでそれぞれ接触し、更なる高効率化や低発熱化には限度がある。

そこで、更なる高効率化や低発熱化を図るべく、図２６に示すような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（例えば、特許文献１）。図２６は、同等速自在継手の作動角０°の状態における縦断面図である。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。詳細な図示は省略するが、この等速自在継手１２１において、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を含む平面は、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（以下、「作動角０°の状態の継手中心平面Ｐ」という）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に示すように、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は、軸方向に沿って円弧状に延び、かつ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に形成されたトラック溝１２９は、軸方向に沿って円弧状に延び、かつその曲率中心は継手中心Ｏに位置する。対向する外側継手部材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、トルクを伝達するボール１２４がそれぞれ介在し、ボール１２４は、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の間に配置された保持器１２５により保持される。保持器１２５のうち、外側継手部材１２２の球状内周面１２６および内側継手部材１２３の球状外周面１２８とそれぞれ嵌合する球状外周面１３２および球状内周面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、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が常に案内される。そのため、二軸間で回転トルクが等速で伝達される。

トラック溝交差タイプの固定式等速自在継手１２１において、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（ボール１２４を保持する部位）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するようになる結果、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る。その詳細を図２７（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。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の曲率中心が継手中心Ｏに配置されている関係上、ボール１２４の中心Ｏｂと接触点ｓとの間の軸方向の距離δが大きく、有効トラック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、本発明者らは、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。この等速自在継手を、図２２（ａ）に示す縦断面図および図２２（ｂ）に示す正面図［図２２（ａ）の右側面図］を参照しながら説明する。図２２（ａ）に示すように、この等速自在継手１４１において、外側継手部材１４２のトラック溝１４７は、作動角０°の状態の継手中心平面を境にしてその奥側および開口側を、それぞれ、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のトラック溝１４７ａおよび直線状のトラック溝１４７ｂとしている。一方、内側継手部材１４３のトラック溝１４９は、継手中心平面を境にしてその開口側および奥側を、それぞれ、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のトラック溝１４９ａおよび直線状のトラック溝１４９ｂとしている。

図２２（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で互いに反対方向になっている。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°の状態で両継手部材１４２，１４３が相対回転すると、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するようになる結果、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、外側継手部材１４２のトラック溝１４７のうち、継手中心平面から開口側の領域に直線状のトラック溝部１４７ｂを形成すれば、有効トラック長さを増加させて高作動角化を図ることができる。ところが、上述した構成では、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２３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２３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（同図中破線で示す位置）で接触している。継手が作動角を取った際、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の両方が作用する。両くさび角成分のうち、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になっており、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関係上、打消し合い、力がバランスする。

ところが、図２３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については、図２２（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との接触部、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との接触部における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、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。

また、常用角を含む使用頻度の多い作動角の範囲内のみならず、比較的使用頻度の少ない作動角（高作動角）の範囲内でも、継手構成部材同士の接触部における摩擦抵抗を低減することができれば、トルク損失や発熱を抑制して等速自在継手の更なる高効率化を達成することができるため、この点についても改善の余地があると考えた。

以上の実情に鑑み、本発明は、トルク損失および発熱が少なく高効率で、耐久性に優れるものでありながら、高作動角を取ることができる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を少なくして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第１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し、その一方で、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トラック溝部とは異なる形状を有する第２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、一層の高効率化を図るために、継手構成部材同士の接触部（摺動接触部）のうちの少なくとも一つに、上記接触部における摩擦抵抗を低減するための手段を講じることを着想した。

すなわち、上記の目的を達成するために創案された本発明は、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、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、ボールを保持するポケット部、並びに外側継手部材の球状内周面および内側継手部材の球状外周面にそれぞれ嵌合する球状外周面および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、外側継手部材のトラック溝は奥側に位置する第１トラック溝部と開口側に位置する第２トラック溝部とからなり、第１トラック溝部は、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部分を有し、かつ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第１トラック溝部で互いに反対方向に形成され、第２トラック溝部は、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トラック溝部とは異なる形状を有し、かつ継手中心よりも開口側で第１トラック溝部と接続され、内側継手部材のトラック溝は、作動角０°の状態の継手中心平面を基準として、外側継手部材の対となるトラック溝と鏡像対称に形成され、外側継手部材のトラック溝の画成面、外側継手部材の球状内周面、内側継手部材のトラック溝の画成面、内側継手部材の球状外周面、ボールの外表面、保持器の球状外周面、保持器の球状内周面および保持器のポケット部の画成面の群から選択される少なくとも一つの面に、これと接触した状態で相対移動する相手部材との摩擦抵抗を低減するための表面処理を施したことを特徴とする。

なお、本発明でいう「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。また、「作動角０°の状態の継手中心平面」とは、作動角０°の状態で継手中心を含んで継手の軸線と直交する方向に延びる平面、と同義である。

本発明では、外側継手部材のトラック溝において、その開口側に設けられる有効トラック長さを増加させるための第２トラック溝部が、継手中心よりも開口側で第１トラック溝部に接続される（内側継手部材のトラック溝においては、その奥側に設けられる第２トラック溝部が継手中心よりも奥側で第１トラック溝部に接続される）。つまり、本発明に係る固定式等速自在継手では、図２２を参照して説明した等速自在継手１４１と比較して、第１トラック溝部の形成範囲が拡大されることを意味する。そのため、常用作動角の範囲におけるトルク損失や発熱を抑制して高効率化を図ることができる。また、第２トラック溝部の形態（継手の軸線に対する傾斜態様、湾曲態様等）を適宜選択すれば、第２トラック溝部の長さ（有効トラック長さ）を効果的に増加させて高作動角化を図ることができる。

さらに、本発明では、以上で列挙した面の群から選択される少なくとも一つの面に、これと接触した状態で相対移動する相手部材との摩擦抵抗を低減するための表面処理を施した。このようにすれば、等速自在継手内に複数存在する（形成される）部材同士の接触部のうち、少なくとも一つの接触部における摩擦抵抗を軽減することができる。そのため、トルク損失や発熱の抑制効果が一層高まり、更なる高効率化を実現することができる。従って、本発明によれば、トルク損失および発熱が少なく高効率で、耐久性に優れるものでありながら、高作動角を取ることができる固定式等速自在継手を実現することができる。なお、上記の「表面処理」は、相手部材との摩擦抵抗を低減し得るものであれば任意の処理を選択することができる。例えば、固体潤滑剤を含む潤滑被膜の形成処理（潤滑剤コーティング）、油溜りとしての微小凹部を無数に形成するバレル処理、樹脂被膜の形成処理（樹脂コーティング）、ショットピーニングやショットブラスト等に代表される表面改質処理などを施すことができる。

第１トラック溝部と第２トラック溝部の接続点と継手中心とを結ぶ直線が作動角０°の状態の継手中心平面に対してなす角度をβとしたとき、この角度βを使用状態等に応じて適宜設定することにより、固定式等速自在継手の高効率化を適切に実現することができる。特に自動車用の等速自在継手の常用作動角度範囲を考慮すると、角度βを３〜１０°に設定にすることで種々の車種に汎用することができる。ただし、本発明でいう角度βは、上記の直線が作動角０°の状態の継手中心平面上の直線となす角の中で最小のものと定義する。

第１トラック溝部の円弧状部分の曲率中心を、継手の軸線上に配置することにより、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。また、第１トラック溝部の円弧状部分の曲率中心を、継手の軸線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。

保持器の球状外周面および球状内周面の曲率中心は、それぞれ、継手中心に対して開口側および奥側にオフセットした位置に配置することができる。このようにすれば、保持器の肉厚を開口側に向かって徐々に厚くすることができるので、特に高作動角時の保持器の強度を確保して継手の信頼性を高めることができる。

第２トラック溝部７ｂは円弧状部分を有するものとすることができ、この場合、上記円弧状部分を、第１トラック溝部より半径方向外側で、かつ継手中心より開口側にオフセットされた位置に曲率中心を有するものとすることができる。これにより、有効トラック長さを増加させることができ、最大作動角を大きくすることができる。

また、第２トラック溝部は直線状部分を有するものとしても良く、この直線状部分は、開口側に行くにつれて継手の軸線に接近するように傾斜して形成するのが好ましい。このようにすれば、高作動角時における直線状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。第２トラック溝部は、その全域を直線状部分で構成しても良く、この場合、該第２トラック溝部を第１トラック溝部の接線として形成することができる。このようにすれば、第１トラック溝部と第２トラック溝部をシンプルな形態に形成することができるので、両継手部材に対するトラック溝の加工を容易化して製造コストを抑えることができる。

上記構成において、ボールの個数を、８個、１０個又は１２個の何れかとすれば、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。

以上のことから、本発明によれば、トルク損失および発熱が少なく極めて高効率で、耐久寿命に優れるものでありながら、高作動角を取ることができる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。

（ａ）図は、本発明の第１実施形態に係る固定式等速自在継手の部分縦断面図、（ｂ）図は同固定式等速自在継手の正面図である。 （ａ）図は、図１に示す固定式等速自在継手を構成する外側継手部材の部分縦断面図、（ｂ）図は同外側継手部材の正面図である。 （ａ）〜（ｃ）図は、それぞれ、図１に示す固定式等速自在継手を構成する内側継手部材の背面図、側面図および正面図である。 図２に示す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。 図３に示す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。 外側継手部材の概略斜視図である。 内側継手部材の概略斜視図である。 変形例に係る外側継手部材の概略斜視図である。 変形例に係る内側継手部材の概略斜視図である。 保持器の概略斜視図である。 変形例に係る保持器の概略斜視図である。 変形例に係る保持器の概略斜視図である。 図１に示す固定式等速自在継手を備えた自動車のドライブシャフトの部分縦断面図である 本発明の第２実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の部分縦断面図である。 図１６に示す外側継手部材を備えた等速自在継手が最大作動角を取った状態を示す概要図である。 （ａ）図は図１７に示す等速自在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概要図、（ｂ）図は（ａ）図の要部拡大図である。 （ａ）（ｂ）図共に、図１７に示す等速自在継手が最大作動角を取った状態のくさび角を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の部分縦断面図である。 本発明の第５実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される保持器の縦断面図である。 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。 図２４に示す等速自在継手の球面接触の状態を示す縦断面図である。 従来技術の固定式等速自在継手の縦断面図である。 （ａ）図は図２６に示す等速自在継手が高作動角を取った状態を示す縦断面図、（ｂ）図は（ａ）図の要部拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）に、本発明の第１実施形態に係る固定式等速自在継手１（以下、単に「等速自在継手１」ともいう）の部分縦断面図を示し、図１（ｂ）に、等速自在継手１の正面図［図１（ａ）の右側面図］を示す。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２（ａ）（ｂ）にも示すように、外側継手部材２の球状内周面６には軸方向に延びる８本のトラック溝７が形成されており、各トラック溝７は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γ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で互いに反対方向に形成されている。また、図３（ａ）〜（ｃ）にも示すように、内側継手部材３の球状外周面８には軸方向に延びる８本のトラック溝９が形成されており、各トラック溝９は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γ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と内側継手部材３の対となるトラック溝７，９の各交差部にボール４が１個ずつ配置されている。なお、図１（ａ）において、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。

以下では、トラック溝７，９の形態（傾斜状態や湾曲状態など）を的確に示すために、「ボール軌道中心線」なる用語を用いる。ボール軌道中心線とは、ボール４がトラック溝７，９に沿って移動するときに、ボール４の中心が描く軌跡を意味する。したがって、トラック溝７，９の形態は、ボール軌道中心線の形態と同じである。

図１（ａ）および図２（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を有する。より詳しくは、トラック溝７は、奥側に設けられ、継手中心Ｏを曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１トラック溝部７ａと、開口側に設けられ、第１トラック溝部７ａとは反対方向に湾曲した円弧状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２トラック溝部７ｂとからなり、第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａに第２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。また、図１（ａ）および図３（ｂ）に示すように、内側継手部材３のトラック溝９はボール軌道中心線Ｙを有する。トラック溝９は、開口側に設けられ、継手中心Ｏを曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１トラック溝部９ａと、奥側に設けられ、第１トラック溝部９ａとは反対方向に湾曲した円弧状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２トラック溝部９ｂとからなり、第１トラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａに第２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。このように、第１トラック溝部７ａ，９ａのボール軌道中心線Ｘａ，Ｙａと、第２トラック溝部７ｂ，９ｂのボール軌道中心線Ｘｂ，Ｙｂとは形状が互いに異なっている。

第１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。

詳細な図示は省略するが、トラック溝７，９の横断面（軸直交断面）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７，９とボール４は、接触角（３０°〜４５°程度）をもって接触する、いわゆる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７，９の溝底より少し離れたトラック溝７，９の側面側で接触している。

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および第２トラック溝部に符号７ａ，７ｂをそれぞれ付している。傾斜方向が異なるトラック溝を区別する場合には、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向一方側に傾斜したトラック溝に符号７Ａを、また継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向他方側に傾斜したトラック溝に符号７Ｂを付している。そして、トラック溝７Ａ，７Ｂの第１トラック溝部に符号７Ａａ，７Ｂａを、また、トラック溝７Ａ，７Ｂの第２トラック溝部に符号７Ａｂ，７Ｂｂをそれぞれ付している。後述する内側継手部材３のトラック溝９についても同様の要領で符号を付している。

図２（ａ）に示す外側継手部材２の部分縦断面、および図２（ｂ）に示す外側継手部材２の正面図［図２（ａ）の右側面］を参照しながら、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）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と周方向に隣り合うトラック溝７Ｂは、図示は省略するが、そ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トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａおよび第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの双方が平面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。

次に、図３（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示す内側継手部材３の背面図、側面図および正面図に基づき、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）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と周方向に隣り合うトラック溝９Ｂは、図示は省略するが、そ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°の範囲に設定するのが好ましい。

前述した外側継手部材２と同様、本実施形態では、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トラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａおよび第２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。

以上の構成から、内側継手部材３のトラック溝９は、作動角０°の状態の継手中心平面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と鏡像対称に形成されている。

次に、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。なお、図４は、図２（ａ）中に示すトラック溝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、すなわち、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γだけ傾斜した傾斜軸Ｎ’−Ｎ’を含む平面における断面図である。図４には、傾斜方向が互いに異なるトラック溝７Ａ，７Ｂのうち、トラック溝７Ａのみを示している。

図４に示すように、外側継手部材２の球状内周面６には、ボール軌道中心線Ｘを有するトラック溝７Ａが軸方向に沿って形成されている。トラック溝７Ａは、継手中心Ｏを曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１トラック溝部７Ａａと、第１トラック溝部７Ａａ（のボール軌道中心線Ｘａ）の半径方向外側で、かつ継手中心Ｏから開口側にオフセットした点Ｏｏ１を曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２トラック溝部７Ａｂとからなる。したがって、第２トラック溝部７Ａｂの円弧状のボール軌道中心線Ｘｂは、第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａとは反対方向に湾曲している。第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａは、継手中心Ｏと上記の点Ｏｏ１とを結ぶ直線がボール軌道中心線Ｘと交わる点であり、この端部Ａに第２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。端部Ａと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＬとする。

図示のように、平面Ｍ［図２（ａ）参照］上に投影された傾斜軸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β’は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜している。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心平面Ｐ上にある。したがって、上記の直線Ｌが作動角０°の状態の継手中心平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。以上では、外側継手部材２の第１トラック溝部７Ａａおよび第２トラック溝部７Ａｂを、それぞれ単一の円弧で形成したが、これに限られず、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。

同様に、図５に基づいて、内側継手部材３のトラック溝の詳細を説明する。図５は、図３（ｂ）中に示すトラック溝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、すなわち、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γだけ傾斜した傾斜軸Ｎ’−Ｎ’を含む平面における断面を示している。図５には、傾斜方向が互いに異なるトラック溝９Ａ，９Ｂのうち、トラック溝９Ａのみを示している。

内側継手部材３の球状外周面８には、ボール軌道中心線Ｙを有するトラック溝９Ａが軸方向に沿って形成されている。トラック溝９Ａは、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トラック溝部９Ａａと、第１トラック溝部９Ａａ（のボール軌道中心線Ｙａ）の半径方向外側で、かつ継手中心Ｏから奥側にオフセットした点Ｏｉ１を曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２トラック溝部９Ａｂとからなる。第１トラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側端部Ｂは、継手中心Ｏと上記の点Ｏｉ１とを結ぶ直線がボール軌道中心線Ｙと交わる点であり、この端部Ｂに第２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。端部Ｂと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＲとする。

図示のように、平面Ｑ［図３（ｂ）参照］上に投影された傾斜軸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β’は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜している。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心平面Ｐ上にある。したがって、直線Ｒが作動角０°の状態の継手中心平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。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１トラック溝部９Ａａおよび第２トラック溝部９Ａｂは、トラック溝深さなどを考慮して、それぞれ複数の円弧で形成してもよい。

次に、直線Ｌ，Ｒが作動角０°の状態の継手中心平面Ｐに対してなす角度βについて説明する。作動角θを取ったとき、ボール４は、外側継手部材２および内側継手部材３の上記平面Ｐに対してθ／２だけ移動する。使用頻度が多い作動角の１／２より角度βを決め、使用頻度が多い作動角の範囲においてボール４が接触するトラック溝の範囲を決める。ここで、使用頻度が多い作動角について定義する。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で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。これにより、直線Ｌ、Ｒが作動角０°の状態の継手中心平面Ｐに対してなす角度βを３°〜１０°と設定する。ただし、角度βは３°〜１０°に限定されるものではなく、車種の設計条件に応じて適宜設定することができる。角度βを３°〜１０°に設定すれば種々の車種に汎用することができる。

上記の角度βにより、外側継手部材２では、第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａ（図４）が、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４の中心位置となる。同様に、内側継手部材３では、第１トラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの端部Ｂ（図５）が、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４の中心位置となる。このように設定されているので、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トラック溝部７Ａａ，９Ａａ、およびこれらとは傾斜方向が反対の第１トラック溝部７Ｂａ，９Ｂａ（図２、図３参照）の範囲内に位置する。この場合、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するため、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可能となる結果、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。

以上で説明した本実施形態の等速自在継手１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、前記すきまのすきま幅は０〜４０μｍ程度に設定するのが好ましい。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１が最大作動角を取った状態を図６に示す。上述したように、外側継手部材２のトラック溝７Ａは、開口側に、第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの半径方向外側で、かつ継手中心Ｏから開口側にオフセットした点Ｏｏ１を曲率中心とした円弧状の第２トラック溝部７Ａｂを有する。コンパクト設計の中で、この第２トラック溝部７Ａｂの存在により、有効トラック長さを増加させることができ、最大作動角を大きくすることができる。そのため、図示のように、最大作動角θｍａｘを５０°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とトラック溝７Ａ（の第２トラック溝部７Ａｂ）との接触状態を確保することができる。

なお、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トラック溝部７Ａａ，９Ａａ（７Ｂａ，９Ｂａ）と、第２トラック溝部７Ａｂ，９Ａｂ（７Ｂｂ，９Ｂｂ）と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との接触部、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との接触部において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。

本発明の実施形態に係る等速自在継手１では、以上で述べた構成に加え、以下に示すような技術手段を採用した。

具体的には、図７に示すように、外側継手部材２のうち、相手部材としてのボール４が接触した状態でボール４との相対移動が繰り返される部位（面）であるトラック溝７（７Ａ，７Ｂ）の画成面に、ボール４との摩擦抵抗を低減するための表面処理を施した（表面処理を施す部位は斜線ハッチングで示す部位である。以下の説明で参照する図８〜１３においても同様。）。表面処理としては、例えば、固体潤滑剤を含む潤滑被膜の形成処理（潤滑剤コーティング）、潤滑油溜りとしての微小凹部を無数に形成するバレル処理、樹脂被膜の形成処理（樹脂コーティング）、ショットピーニングやショットブラスト等に代表される表面改質処理などを施すことができる。

なお、上記の表面処理は、外側継手部材２のトラック溝７に替えて、もしくはこれに加えて、図８に示すように、内側継手部材３のうち、ボール４が接触した状態でボール４との相対移動が繰り返される部位であるトラック溝９（９Ａ，９Ｂ）の画成面に施しても良い。

また、上記の表面処理は、外側継手部材２のトラック溝７および／又は内側継手部材３のトラック溝９の画成面に加え、もしくはこれらに替えて、（１）外側継手部材２のうち、保持器５との摺動接触が繰り返される球状内周面６（図９参照）、（２）内側継手部材３のうち、保持器５との摺動接触が繰り返される球状外周面８（図１０参照）、（３）外側継手部材２のトラック溝７、内側継手部材３のトラック溝９および保持器５のポケット部５ａとの摩擦が繰り返されるボール４の外表面（図示省略）、（４）保持器５のうち、外側継手部材２との摺動接触が繰り返される球状外周面１２（図１１参照）、（５）保持器５のうち、内側継手部材３との摺動接触が繰り返される球状内周面１３（図１２参照）、（６）保持器５のうち、ボール４との摩擦が繰り返されるポケット部５ａの画成面（図１３参照。但し、同図に示すように、軸方向に対向する面のみで良い）などに施すこともできる。要するに、上記の表面処理は、相手部材との摩擦が繰り返される面の少なくとも一つに施せば良く、どの面に上記の表面処理を施すかは、必要とされる効率性やコスト面を考慮して適宜選択すれば良い。以上で述べた表面処理は、後述する他の実施形態に係る等速自在継手１においても同様に採用することができる。

以上のような表面処理を施すことにより、常用角を含む使用頻度の多い作動角の範囲内のみならず、比較的使用頻度の少ない作動角（高作動角）の範囲内でも、継手構成部材同士の接触部における摩擦抵抗を低減することができる。これにより、トルク損失や発熱を一層抑制し、固定式等速自在継手１の更なる高効率化や長寿命化を達成することができる

図１４に、本実施形態の固定式等速自在継手１を組み込んだ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、他端には摺動式等速自在継手（図示例は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１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）により締め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。このドライブシャフト２０を搭載した自動車は、伝達効率が改善されることにより燃料消費を抑えることができる。

以上、本発明の第１実施形態に係る等速自在継手１について説明を行ったが、上述した等速自在継手１には本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。以下、本発明の他の実施形態に係る等速自在継手について説明を行うが、以下では、上述した第１実施形態と異なる構成について重点的に説明を行うこととし、第１実施形態と実質的に同様の機能を奏する部材・部位には同一の符号を付して重複説明を省略する。

図１５は、本発明の第２実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の部分断面図であり、より詳しくは、図４と同様に、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［図２（ａ）参照］で見た外側継手部材の部分断面図である。この実施形態の等速自在継手が前述した第１実施形態の等速自在継手と異なる主な点は、第１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トラック溝部の円弧状ボール軌道中心線の構成を調整した点にある。

図１５を参照しながら上記の相違点について詳述すると、この実施形態では、外側継手部材２の第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの曲率中心Ｏｏ３を、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して半径方向にｆ₂だけオフセットした点に位置させている（継手中心Ｏに対して軸方向のオフセットはない）。すなわち、垂線Ｋを含む作動角０°の状態の継手中心平面Ｐ上で半径方向にｆ₂だけオフセットしている。これに伴い、第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの曲率中心Ｏｏ４は、第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂが第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａに滑らかに接続するよう位置が調整されている。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。そして、図示は省略するが、この外側継手部材２の内周には、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを基準として、この外側継手部材２の対となるトラック溝７と鏡像対称のトラック溝９を有する内側継手部材３と、ボール４および保持器５［図１等を参照］とが組み込まれ、これにより固定式等速自在継手が完成する。

図１６は、本発明の第３実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の部分断面図であり、より詳しくは、図４と同様に、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［図２（ａ）参照］で見た外側継手部材の部分断面図である。この実施形態の等速自在継手が前述した第１実施形態の等速自在継手と異なる主な点は、第２トラック溝部を直線状とした点にある。なお、図１６には、図４と同様、傾斜方向が互いに異なるトラック溝７Ａ，７Ｂのうちトラック溝７Ａのみを示している。

図１６を参照しながら上記の相違点について詳述すると、この実施形態における外側継手部材２のトラック溝７Ａ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トラック溝部７Ａａと、直線状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２トラック溝部７Ａｂとからなり、第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａに第２トラック溝部７Ａｂのボール軌道中心線Ｘｂが接線として滑らかに接続されている。そして、第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａにおいて、第２トラック溝部７Ａｂの直線状のボール軌道中心線Ｘｂが接線として滑らかに接続されていること、および端部Ａは継手中心Ｏよりも開口側に位置していることにより、直線状をなした第２トラック溝部７Ａｂ（のボール軌道中心線Ｘｂ）は、開口側に向かうにつれて継手の軸線Ｎ−Ｎ［図１（ａ）参照］に接近する。そして、この外側継手部材２の内周には、図１７や図１８に示すように、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを基準として、この外側継手部材２の対となるトラック溝７（７Ａ）と鏡像対称のトラック溝９を有する内側継手部材３と、ボール４および保持器５とが組み込まれ、これにより固定式等速自在継手が完成する。本実施形態の構成を採用することにより、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１６に示す外側継手部材２を備えた等速自在継手が最大作動角を取った状態を図１７に示す。上述したように、この実施形態の外側継手部材２のトラック溝７Ａの開口側には、直線状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２トラック溝部７Ａｂが形成されている。コンパクト設計の中で、この第２トラック溝部７Ａｂの存在により、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、図示のように、最大作動角θｍａｘを５０°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と第２トラック溝部７Ａｂとの接触状態を確保することができる。

さらに、本実施形態の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１８（ａ）（ｂ）に基づいて詳細に説明する。図１８（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トラック溝部７Ａｂとの接触点Ｓが入口チャンファ１０に最も近づく。直線状をなした第２トラック溝７Ａｂのボール軌道中心線Ｘｂは、円弧状をなした第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａに接線として接続されているので、外側継手部材２の開口側に行くにつれて継手の軸線Ｎ−Ｎに接近する方向に傾斜している。図１８（ｂ）に拡大して示すように、ボール４とトラック溝７Ａｂとの接触点Ｓ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が直線状であるので、ボール４の中心Ｏｂと接触点Ｓとの間の軸方向の距離δは、図２７（ｂ）に示す従来の等速自在継手１２１よりも小さくなっており、その分、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Ｓ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とトラック溝７Ａ（第２トラック溝部７Ａｂ）との十分な接触状態を確保することができる。

次に、本実施形態の等速自在継手の最大作動角時におけるくさび角の状態について図１９（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。まず、図１９（ａ）に示すように、本実施形態の等速自在継手１が最大作動角時θｍａｘをとったとき、トラック溝７Ａ，９Ａ間に形成されるくさび角αは、回転方向の位相角が３００°〜３６０°［図２２（ｂ）参照］において最も大きくなる。外側継手部材２の第２トラック溝部７Ａｂの直線状ボール軌道中心線Ｘｂは、第１トラック溝部７Ａａの円弧状ボール軌道中心線Ｘａの端部Ａにおいて、接線として接続されているので、作動角０°の状態では、外側継手部材２の開口側に向かうにつれて継手の軸線Ｎ−Ｎに接近する方向に傾斜している。一方、内側継手部材３の第２トラック溝部９Ａｂの直線状ボール軌道中心線Ｙｂは外側継手部材２の直線状ボール軌道中心線Ｘｂとは反対方向に傾斜している。したがって、第２トラック溝部７Ａｂ、９Ａｂは、作動角０°の状態で、外側継手部材２の開口側に向かうにつれて（両者間の径方向離間距離が）狭まるように形成されている。このため、最大作動角時におけるくさび角αを減少させることができる。その結果、直線状の第２トラック溝部７Ａｂ、９Ａｂに挟まれたボール４が開口側に飛び出そうとする力が減少し、保持器５のポケット荷重が減少し、高作動角時における保持器５の強度を確保することができる。

最大作動角時におけるくさび角αを減少させることができる理由を、図１９（ｂ）に基づいて具体的に説明する。図１９（ｂ）には、本実施形態に係る等速自在継手１の外側継手部材２および内側継手部材３の第２トラック溝部を７Ａｂ、９Ａｂで示す。そして、本実施形態の構成を採用する過程で検討した比較例１に係る等速自在継手の外側継手部材および内側継手部材の第２トラック溝部を７Ａｂ’、９Ａｂ’で示し、比較例２に係る等速自在継手の外側継手部材および内側継手部材の第２トラック溝部を７Ａｂ”、９Ａｂ”で示す。なお、比較例１は、作動角０°の状態で、溝底が継手の軸線Ｎ−Ｎと平行に延びるような第２トラック溝部７Ａｂ’，９Ａｂ’を形成した等速自在継手であり、比較例２は、作動角０°の状態で、溝底間の径方向離間距離が外側継手部材の開口側に向かって徐々に拡大するような（溝底が外側継手部材の開口側に向かうにつれて離隔するような）第２トラック溝部７Ａｂ”，９Ａｂ”を形成した等速自在継手である。

上述したように、本実施形態の等速自在継手１では、作動角０°の状態における第２トラック溝部７Ａｂ，９Ａｂの溝底間の径方向離間距離が外側継手部材２の開口側に向かって徐々に狭まるように形成されている。そのため、最大作動角時のくさび角αは小さくなる。これに対して、比較例１の等速自在継手では、作動角０°の状態で、第２トラック溝部７Ａｂ’，９Ａｂ’の溝底が継手の軸線Ｎ−Ｎと平行に形成されているので、最大作動角時のくさび角α’は本実施形態のくさび角αよりも大きくなる。さらに比較例２の等速自在継手では、作動角０°の状態における第２トラック溝部の溝底間の径方向離間距離が外側継手部材の開口側に向かって徐々に拡大するように第２トラック溝部７Ａｂ”，９Ａｂ”が形成されているので、最大作動角時のくさび角α”は、比較例１の最大作動角時のくさび角α’よりも大きくなる。以上のことから、本実施形態の等速自在継手１では、最大作動角時のくさび角αを、比較例１および比較例２に係る等速自在継手に比べて小さくすることができる。有効トラック長さの点では比較例１および比較例２の方が増加するが、実用上の固定式等速自在継手としては、最大作動角時における有効トラック長さの確保とくさび角の抑制とを両立できる本実施形態が好ましい。

図２０は、本発明の第４実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の部分断面図であり、より詳しくは、図４と同様に、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［図２（ａ）参照］で見た外側継手部材の部分断面図である。この実施形態の等速自在継手が前述した第１実施形態の等速自在継手と異なる主な点は、前述した第３実施形態で採用した構成に加え、第１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点にある。すなわち、この実施形態の等速自在継手は、前述した第２および第３実施形態に係る等速自在継手の特徴点を併せ持つ。

具体的に述べると、外側継手部材２の第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａは第１実施形態と同じであるが、第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの曲率中心Ｏｏ３は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して半径方向にｆ₂だけオフセットした点に位置している（継手中心Ｏに対する軸方向のオフセットはない）。これに伴い、第２トラック溝部７Ａｂの直線状のボール軌道中心線Ｘｂは、第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａに接線として接続するよう調整されている。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。そして、図示は省略するが、図２０に示す外側継手部材２の内周には、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを基準として、この外側継手部材２の対となるトラック溝７と鏡像対称のトラック溝９を有する内側継手部材３と、ボール４および保持器５［図１等を参照］とが組み込まれ、これにより固定式等速自在継手が完成する。

図２１に、本発明の第５実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される保持器の断面図を示す。同図に示す保持器５は、球状外周面１２および球状内周面１３の曲率中心が継手中心Ｏに対して軸方向にオフセットしている点において、前述した第１実施形態に係る固定式等速自在継手で用いられる保持器５と構成を異にしている。

詳述すると、図２１に示すように、この保持器５の球状外周面１２の曲率中心Ｏｃ１は継手中心Ｏに対して開口側に寸法ｆ₃だけオフセットしており、また、球状内周面１３の曲率中心Ｏｃ２は継手中心Ｏに対して奥側に寸法ｆ₃だけオフセットしている。かかる構成により、開口側に向かって保持器５の肉厚が徐々に厚くなり、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トラック溝部７Ａａ，９Ａａ（７Ｂａ，９Ｂａ）と、第２トラック溝部７Ａｂ，９Ａｂ（７Ｂｂ，９Ｂｂ）とに一時的に分かれて位置する。この場合、第２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の肉厚が徐々に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７（第１トラック溝部７ａ）のトラック溝深さを増加させることができる。なお、この実施形態の保持器５は、以上で説明した各実施形態の固定式等速自在継手に組み込んで使用可能である。

以上の説明では、８個のボール４を備えた固定式等速自在継手に本発明を適用したが、本発明は、ボールの個数が１０個、又は１２個とされた固定式等速自在継手にも好ましく適用することができる。

また、以上では、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に、円弧状又は直線状のボール軌道中心線を有する第２トラック溝部を形成したが、これに限られるものではない。すなわち、第２トラック溝部は、第１トラック溝部とは形状が異なり、有効トラック長さを増加させて高作動角化が図れる形状であれば適宜の形状（例えば、楕円状）にすることができる。

また、以上では、トラック溝を周方向に等ピッチで配置した固定式等速自在継手に本発明を適用した場合を示したが、トラック溝を不等ピッチで配置した固定式等速自在継手にも本発明は好ましく適用し得る。また、以上で説明した固定式等速自継手においては、継手の軸線Ｎ−Ｎに対するトラック溝（第１トラック溝部）の傾斜角γをすべてのトラック溝において等しいものとしたが、これに限られず、対をなす外側継手部材と内側継手部材のトラック溝（第１トラック溝部）の傾斜角γが等しく形成されていれば、トラック溝（第１トラック溝部）の相互間で傾斜角γを異ならせても構わない。要は、保持器５の周方向すべてのポケット部５ａに作用するボールの軸方向の力が、全体として釣り合うように各傾斜角度が設定されていればよい。また、以上では、トラック溝とボール４とが接触角をもって接触する（アンギュラコンタクトする）ように構成された固定式等速自在継手に本発明を適用したが、これに限られず、本発明は、トラック溝の横断面形状が円弧状に形成され、トラック溝とボールとがサーキュラコンタクトするように構成された固定式等速自在継手にも好ましく適用することができる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことである。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
５ａ ポケット部
６ 球状内周面
７ トラック溝
７ａ 第１トラック溝部
７ｂ 第２トラック溝部
８ 球状外周面
９ トラック溝
９ａ 第１トラック溝部
９ｂ 第２トラック溝部
１２ 球状外周面
１３ 球状内周面
Ａ 端部（開口側端部）
Ｂ 端部（奥側端部）
Ｋ 垂線
Ｌ 直線
Ｍ 平面（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（作動角０°の状態の継手中心平面）
Ｑ 平面（ボール軌道中心線を含む平面）
Ｒ 直線
Ｘ ボール軌道中心線
Ｙ ボール軌道中心線
γ 傾斜角
β 角度
θ 作動角

Claims (8)

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前記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、ボールを保持するポケット部、並びに前記外側継手部材の球状内周面および前記内側継手部材の球状外周面にそれぞれ嵌合する球状外周面および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トラック溝部と開口側に位置する第２トラック溝部とからなり、前記第１トラック溝部は、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部分を有し、かつ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前記第１トラック溝部で互いに反対方向に形成されており、前記第２トラック溝部は、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前記第１トラック溝部とは異なる形状を有し、かつ継手中心よりも開口側で前記第１トラック溝部と接続され、
   前記内側継手部材のトラック溝が、作動角０°の状態の継手中心平面を基準として、前記外側継手部材の対となるトラック溝と鏡像対称に形成され、
   前記外側継手部材のトラック溝の画成面、前記外側継手部材の球状内周面、前記内側継手部材のトラック溝の画成面、前記内側継手部材の球状外周面、前記ボールの外表面、前記保持器の球状外周面、前記保持器の球状内周面および前記保持器のポケット部の画成面の群から選択される少なくとも一つの面に、これと接触した状態で相対移動する相手部材との摩擦抵抗を低減するための表面処理を施したことを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記第１トラック溝部と前記第２トラック溝部の接続点と継手中心とを結ぶ直線が、作動角０°の状態の継手中心平面に対してなす角度βを３°〜１０°に設定した請求項１に記載の固定式等速自在継手。
3. 前記第１トラック溝部の円弧状部分の曲率中心を、継手の軸線上に配置した請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
4. 前記第１トラック溝部の円弧状部分の曲率中心を、継手の軸線より半径方向にオフセットした位置に配置した請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
5. 前記保持器の球状外周面および球状内周面の曲率中心を、継手中心に対して開口側および奥側にそれぞれオフセットした位置に配置した請求項１〜４の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
6. 前記第２トラック溝部が円弧状部分を有し、この円弧状部分は、前記第１トラック溝部より半径方向外側で、かつ継手中心より開口側にオフセットした位置に曲率中心を有する請求項１〜５の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
7. 前記第２トラック溝部が直線状部分を有し、この直線状部分は、開口側に行くにつれて継手の軸線に接近するように傾斜している請求項１〜５の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
8. 前記第２トラック溝部は、その全域が直線状部分で構成され、前記第１トラック溝部の接線として形成されている請求項７に記載の固定式等速自在継手。

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