JP6800789B2 - 後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手 - Google Patents

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Description

本発明は、固定式等速自在継手に関し、特に、自動車の後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手に関する。
一般に、自動車のドライブシャフトは、車輪に取り付けられるアウトボード側の等速自在継手と、デファレンシャルギヤに取り付けられるインボード側の等速自在継手と、両等速自在継手を連結する中間シャフトとで構成される。通常、アウトボード側の等速自在継手には、大きな作動角を取れるが軸方向に変位しない固定式等速自在継手が使用される。一方、インボード側の等速自在継手には、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使用される。
ドライブシャフトには、前輪に取り付けられる前輪用ドライブシャフトと、後輪に取り付けられる後輪用ドライブシャフトとがある。前輪用ドライブシャフトのアウトボード側の固定式等速自在継手は、操舵輪である前輪に取り付けられるため、最大作動角が大きいもの（例えば４５°以上）が使用される。一方、後輪用ドライブシャフトのアウトボード側の固定式等速自在継手は、操舵されない後輪に取り付けられるため、前輪用ドライブシャフトの固定式等速自在継手よりも最大作動角が小さいもので足りる。しかし、現状では、量産コスト等の観点から、前輪用ドライブシャフトと後輪用ドライブシャフトとで同じ仕様の固定式等速自在継手が用いられている。すなわち、後輪用ドライブシャフトにも、前輪用ドライブシャフトに使用される高作動角の固定式等速自在継手が用いられている。
一方で、自動車の軽量化の要求は依然として高く、ドライブシャフトを含む動力伝達機構に対しても軽量・コンパクト化が求められている。このため、ドライブシャフトのアウトボード側端部に組み込まれる固定式等速自在継手に対しても、さらなる軽量・コンパクト化が求められている。
代表的な固定式等速自在継手として、ゼッパ型等速自在継手がある。ゼッパ型等速自在継手では、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が、継手中心に対して軸方向反対側に等距離だけオフセットしている。これにより、ボールが常に作動角の二等分面内に保持され、外側継手部材と内側継手部材との間での等速性が確保される。ゼッパ型等速自在継手は、通常、６個のトルク伝達ボールを有しているが、下記の特許文献１には、ゼッパ型等速自在継手のトルク伝達ボールの数を８個にしたものが示されている。このようにボールの数を８個にすることで、６個のボールを備えたゼッパ型等速自在継手と同等以上の強度、負荷容量、及び耐久性を確保しながら、軽量・コンパクト化を図ることができる。
また、下記の特許文献２には、後輪用ドライブシャフトが示されている。この後輪用ドライブシャフトでは、中間シャフト（中空シャフト）の両端部に設けられたスプライン径を大径化することで、中空シャフトの強度に余裕が生じるため薄肉化が可能となり、もって中空シャフトの軽量化が図られる。
特開平１０−１０３３６５号公報 特開２０１２−９７７９７号公報
上記特許文献１に示されているような８個のボールを備えたゼッパ型等速自在継手は、量産品として実用化されている。本発明は、この種の固定式等速自在継手のさらなる軽量・コンパクト化を検討したものである。
上記特許文献２で提案された発明は、後輪用ドライブシャフトに用いられる中空シャフトの軽量化及び高強度化を目的としたものである。しかし、同文献には、固定式等速自在継手を軽量・コンパクト化するという課題については触れられていない。
そこで、本発明が解決すべき課題は、後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手、特に８個ボールのゼッパ型等速自在継手において、内部仕様を検討することで、より一層の軽量・コンパクト化を図ることにある。
前記課題を解決するために、本発明は、後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手であって、球面状の内周面に軸方向に延びる８本のトラック溝が形成された外側継手部材と、球面状の外周面に軸方向に延びる８本のトラック溝が形成され、軸心にスプライン穴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で形成されるボールトラックに配された８個のボールと、前記ボールを収容する８個のポケットを有し、前記外側継手部材の内周面及び前記内側継手部材の外周面に摺接する保持器とを備え、前記外側継手部材のトラック溝の曲率中心と前記内側継手部材のトラック溝の曲率中心とがそれぞれ継手中心に対して軸方向反対側に等距離だけオフセットされ、前記ボールのピッチ円径ＰＣＤＢＡＬＬと前記ボールの直径ＤＢＡＬＬとの比ＰＣＤＢＡＬＬ／ＤＢＡＬＬが３．７０〜３．８７であり、前記保持器の半径方向の肉厚ＴＣと前記ボールの直径ＤＢＡＬＬとの比ＴＣ／ＤＢＡＬＬが０．２２〜０．２５である固定式等速自在継手を提供する。
固定式等速自在継手では、作動角が０°の状態では各ボールに均等に荷重が加わるが、作動角が付くと各ボールには不均等な荷重が加わり、作動角が大きくなるほど各ボールに加わる荷重の差が大きくなる。従って、高作動角の場合には、各ボールに加わる最大荷重が大きくなるため、ボールと接触する部材（外側継手部材、内側継手部材、及び保持器）は、ボールから受ける最大荷重に耐え得るだけの厚い肉厚が要求される。そこで、上記のように固定式等速自在継手を後輪用ドライブシャフト専用として最大作動角を小さくすることにより、ボールに加わる最大荷重が小さくなり、ボールと接触する各部材の強度に余裕が生じるため、負荷容量や耐久性の低下を招くことなく、各部材の肉厚、例えば内側継手部材の半径方向の肉厚（詳しくは、内側継手部材のトラック溝の溝底とスプライン穴のピッチ円との半径方向距離）を低減することができる。これにより、内側継手部材の外周面に形成されるトラック溝を内径側に寄せることができるため、トラック溝のピッチ円径、すなわち、トラック溝に配されるボールのピッチ円径を、従来品（前輪用ドライブシャフト及び後輪用ドライブシャフトの何れにも適用可能な高作動角の８個ボールのゼッパ型等速自在継手）よりも小さくすることができる。
上記のように、固定式等速自在継手の最大作動角を小さくすることで、ボールに加わる最大荷重が小さくなるため、保持器のポケット面（ポケットの内面）がボールから受ける最大荷重が小さくなる。これにより、保持器の強度に余裕が生じるため、従来品と同等以上の耐久性を確保しながら、保持器の半径方向の肉厚を低減することが可能となる。
図９（Ａ）は、本発明品（最大作動角２０°）の保持器のポケット面Ｓとボールとの接点の軌跡Ｃであり、図９（Ｂ）は、従来品（最大作動角４７°）の保持器のポケット面Ｓ’とボールとの接点の軌跡Ｃ’である。これらの図から明らかなように、固定式等速自在継手を後輪用ドライブシャフト専用として最大作動角を小さくすることで、保持器のポケット内におけるボールの半径方向（図９の上下方向）の移動量が小さくなるため、この観点からも、保持器の半径方向の肉厚を低減することが可能となる。
例えば、ボール径及び保持器の肉厚を変えずにボールのピッチ円径を小さくした場合、外側継手部材及び内側継手部材のトラック溝の深さが浅くなるため、トラック溝のエッジ部へのボールの乗り上げが懸念される。本発明では、上記のように保持器の肉厚を薄くしながらボールのピッチ円径を小さくすることで、トラック溝の深さを確保することができるため、トラック溝のエッジ部へのボールの乗り上げを防止しつつ、固定式等速自在継手を半径方向にコンパクト化して軽量化を図ることができる。
ところで、等速自在継手は多量生産される製品であるため、通常、トルク負荷容量に応じて段階的にサイズが設定され、サイズごとに内部仕様（各部材の寸法や形状等）が設定される（シリーズ化される）。各サイズの等速自在継手の軽量・コンパクト化を図るにあたり、ボール径を小さくすると、ボールとトラック溝との接触部における面圧が上昇するため、トルク負荷容量の低減に直結する。このため、等速自在継手の設計変更を検討する際には、トルク負荷容量を維持するために、ボール数を増やさない限り、ボール径は変更しないことが一般的である。従って、各部材の寸法をボール径に対する比率で表すことで、トルク負荷容量（すなわち、等速自在継手のサイズ）に応じた等速自在継手の内部仕様を表すことができる。上記のように、固定式等速自在継手を後輪用ドライブシャフト専用として最大作動角を小さくし、ボール径に対する各部材の寸法｛具体的には、ボール径に対するボールのピッチ円径（ＰＣＤＢＡＬＬ／ＤＢＡＬＬ）及び保持器の半径方向の肉厚（ＴＣ／ＤＢＡＬＬ）｝を従来品よりも小さくすることで、固定式等速自在継手の軽量・コンパクトな新たなシリーズを構築することができる。
また、上記のように固定式等速自在継手を後輪用ドライブシャフト専用として最大作動角を小さくすることで、内側継手部材の半径方向の肉厚を薄くすることができるため、内側継手部材の軸心に設けられたスプライン穴を大径化することが可能となる。これにより、スプライン穴に挿入されるシャフトが大径化されるため、シャフトの捩じり強度が向上する。具体的には、内側継手部材のスプライン穴のピッチ円径ＰＣＤＳＰＬとボールの直径ＤＢＡＬＬとの比ＰＣＤＳＰＬ／ＤＢＡＬＬを１．８２〜１．９２とすることができる。
固定式等速自在継手の最大作動角を小さくすることで、上記のようにボールのピッチ円径を縮小することができるため、外側継手部材を小径化することができる。また、固定式等速自在継手の最大作動角を小さくすることで、上記のように内側継手部材を薄肉にすることができるため、内側継手部材のスプライン穴を大径化することができる。以上より、外側継手部材の外径ＤＯと内側継手部材のスプライン穴のピッチ円径ＰＣＤＳＰＬとの比ＤＯ／ＰＣＤＳＰＬを小さくすることができ、具体的には、ＤＯ／ＰＣＤＳＰＬを２．９〜３．０とすることができる。これにより、固定式等速自在継手の軽量・コンパクト化と、中間シャフトの強度向上とを同時に達成することができる。
上記の固定式等速自在継手は、最大作動角を２０°以下とすることができる。
以上のように、本発明では、後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手において、従来とは異なる設計思想で内部仕様（ボール径を基準としたときのボールのピッチ円径及び保持器の半径方向の肉厚）を設定することにより、トルク負荷容量を維持しながら、より一層の軽量・コンパクト化を図ることができる。
後輪駆動車の動力伝達機構を概略的に示す平面図である。 後輪用ドライブシャフトの断面図である。 （Ａ）は、上記後輪用ドライブシャフトに組み込まれた摺動式等速自在継手の縦断面図｛（Ｂ）図のＸ−Ｘ線における断面図｝であり、（Ｂ）は同横断面図｛（Ａ）図の継手中心平面における断面図｝である。 （Ａ）は、上記後輪用ドライブシャフトに組み込まれた固定式等速自在継手の縦断面図｛（Ｂ）図のＹ−Ｙ線における断面図｝であり、（Ｂ）は同横断面図｛（Ａ）図の継手中心平面における断面図｝である。 （Ａ）は、固定式等速自在継手の縦断面図であり、上半分が本発明品、下半分が従来品を示す。（Ｂ）は、固定式等速自在継手の継手中央平面における横断面図であり、上半分が本発明品、下半分が従来品を示す。 固定式等速自在継手の内側継手部材及び保持器の縦断面図であり、上半分が本発明品、下半分が従来品を示す。 本発明品に係る固定式等速自在継手が最大作動角（２０°）を取った状態を示す断面図である。 従来品に係る固定式等速自在継手が最大作動角（４７°）を取った状態を示す断面図である。 （Ａ）は、本発明品の保持器のポケット面とボールとの接点の軌跡であり、（Ｂ）は、従来品の保持器のポケット面とボールとの接点の軌跡である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に、独立懸架式の後輪駆動車（例えばＦＲ車）の動力伝達機構を示す。この動力伝達機構では、エンジンＥから出力された回転駆動力が、トランスミッションＭ及びプロペラシャフトＰＳを介してデファレンシャルギヤＧに伝達され、そこから左右の後輪用ドライブシャフト１を介して左右の後輪（車輪Ｗ）に伝達される。
後輪用ドライブシャフト１は、図２に示すように、インボード側（図中右側）に軸方向変位および角度変位の両方を許容する摺動式等速自在継手２を、アウトボード側（図中左側）に角度変位のみを許容する固定式等速自在継手３をそれぞれ設け、両等速自在継手２，３を中間シャフト４で連結した構造を具備する。インボード側の摺動式等速自在継手２はデファレンシャルギヤＧに連結され、アウトボード側の固定式等速自在継手３は車輪Ｗに連結される（図１参照）。
図３に示すように、摺動式等速自在継手２は、デファレンシャルギヤＧ（図１参照）に取り付けられる外側継手部材２１と、中間シャフト４（図２参照）のインボード側端部に取り付けられる内側継手部材２２と、外側継手部材２１と内側継手部材２２との間でトルクを伝達する８個のボール２３と、８個のボール２３を保持する保持器２４とを備える。
外側継手部材２１は、軸方向一方｛アウトボード側、図３（Ａ）では左側｝が開口したカップ状のマウス部２１ａと、マウス部２１ａの底部から軸方向他方｛インボード側、図３（Ａ）では右側｝に延びるステム部２１ｂとを一体に有する。マウス部２１ａの円筒状の内周面２１ｃには、軸方向に延びる８本の直線状のトラック溝２１ｄが設けられる。ステム部２１ｂのインボード側端部の外周面には、デファレンシャルギヤＧのスプライン穴に挿入されるスプライン２１ｅが設けられる。尚、マウス部２１ａ及びステム部２１ｂは、同一材料で一体形成する他、これらを別体に形成した後、溶接等により接合してもよい。
内側継手部材２２の軸心には、中間シャフト４が挿入されるスプライン穴２２ｃが設けられる。内側継手部材２２の球面状の外周面２２ｄには、軸方向に延びる８本の直線状のトラック溝２２ｅが設けられる。すなわち、内側継手部材２２は、スプライン穴２２ｃを有する円筒部２２ａと、円筒部２２ａから外径に突出した複数の突出部２２ｂとを一体に有し、複数の突出部２２ｂの円周方向間にトラック溝２２ｅが設けられる。複数の突出部２２ｂの外径面が、内側継手部材２２の球面状の外周面２２ｄとなる。
外側継手部材２１のトラック溝２１ｄと内側継手部材２２のトラック溝２２ｅとが半径方向で対向して８本のボールトラックが形成され、各ボールトラックにボール２３が一個ずつ配される。トラック溝２１ｄ，２２ｅの横断面形状は、楕円形状やゴシックアーチ形状とされ、これにより、トラック溝２１ｄ，２２ｅとボール２３とは、３０〜４５°程度の接触角をもって接触する、いわゆるアンギュラコンタクトとされる。尚、トラック溝２１ｄ，２２ｅの横断面形状を円弧形状とし、トラック溝２１ｄ，２２ｅとボール２３とをいわゆるサーキュラコンタクトとしてもよい。
保持器２４は、ボール２３を保持する８個のポケット２４ａを有する。８個のポケット２４ａは、全て同形状をなし、円周方向等間隔に配されている。保持器２４の外周面には、外側継手部材２１の円筒状の内周面２１ｃと摺接する球面部２４ｂと、球面部２４ｂの軸方向両端部から接線方向に延びる円すい部２４ｃとが設けられる。円すい部２４ｃは、摺動式等速自在継手２が最大作動角を取ったときに、外側継手部材２１の内周面２１ｃと線接触して、それ以上作動角が大きくなることを規制するストッパとして機能する。保持器２４の軸心に対する円すい部２４ｃの傾斜角度は、摺動式等速自在継手２の最大作動角の１／２の値に設定される。保持器２４の内周面には、内側継手部材２２の球面状の外周面２２ｄと摺接する球面部２４ｄが設けられる。
保持器２４の外周面の球面部２４ｂの曲率中心Ｏ２４ｂと、保持器２４の内周面の球面部２４ｄの曲率中心Ｏ２４ｄ（すなわち、内側継手部材２２の球面状外周面２２ｄの曲率中心）は、継手中心Ｏ（ｓ）に対して軸方向反対側に等距離だけオフセットしている。図示例では、保持器２４の外周面の球面部２４ｂの曲率中心Ｏ２４ｂが継手中心Ｏ（ｓ）に対してインボード側（継手奥側）にオフセットし、保持器２４の内周面の球面部２４ｄの曲率中心Ｏ２４ｄが継手中心Ｏ（ｓ）に対してアウトボード側（継手開口側）にオフセットしている。これにより、任意の作動角において、保持器２４で保持されたボール２３が常に作動角の二等分面内に配置され、外側継手部材２１と内側継手部材２２との間での等速性が確保される。
図４に示すように、固定式等速自在継手３は、車輪Ｗ（図１参照）に取り付けられる外側継手部材３１と、中間シャフト４（図２参照）のアウトボード側端部に取り付けられる内側継手部材３２と、外側継手部材３１と内側継手部材２２との間でトルクを伝達する８個のボール３３と、８個のボール３３を保持する保持器３４とを備える。
外側継手部材３１は、軸方向一方｛インボード側、図４（Ａ）では右側｝が開口したカップ状のマウス部３１ａと、マウス部３１ａの底部から軸方向他方｛アウトボード側、図４（Ａ）では左側｝に延びるステム部３１ｂとを一体に有する。マウス部３１ａの球面状の内周面３１ｃには、軸方向に延びる８本の円弧状のトラック溝３１ｄが形成されている。各トラック溝３１ｄは、マウス部３１ａの開口側端面まで延びている。すなわち、外側継手部材３１のトラック溝３１ｄとマウス部３１ａの開口側端面との間には、加工上必要な僅かな面取り部は設けられているが、従来品のように、ボールを組み込むために必要なテーパ面Ｋ１｛図５（Ａ）参照｝は設けられていない。また、外側継手部材３１の内周面３１ｃの開口端には、従来品のように、中間シャフトに当接して固定式等速自在継手の最大作動角を規定するようなテーパ面Ｋ２｛図５（Ａ）参照｝は設けられていない。ステム部３１ｂの外周面には、車輪Ｗ側のスプライン穴に挿入されるスプライン３１ｅが設けられる。尚、マウス部３１ａ及びステム部３１ｂは、同一材料で一体形成する他、これらを別体に形成した後、溶接等により接合してもよい。また、マウス部３１ａ及びステム部３１ｂの軸心に、軸方向の貫通孔を形成してもよい。
内側継手部材３２の軸心には、中間シャフト４が挿入されるスプライン穴３２ｃが設けられる。内側継手部材３２の球面状の外周面３２ｄには、軸方向に延びる８本の円弧状のトラック溝３２ｅが設けられる。すなわち、内側継手部材３２は、スプライン穴３２ｃを有する円筒部３２ａと、円筒部３２ａから外径に突出した複数の突出部３２ｂとを一体に有し、複数の突出部３２ｂの円周方向間にトラック溝３２ｅが設けられる。複数の突出部３２ｂの外径面が、内側継手部材３２の球面状の外周面３２ｄとなる。
外側継手部材３１のトラック溝３１ｄと内側継手部材３２のトラック溝３２ｅとが半径方向で対向して８本のボールトラックが形成され、各ボールトラックにボール３３が一個ずつ配される。トラック溝３１ｄ，３２ｅの横断面形状は、楕円形状やゴシックアーチ形状とされ、これにより、トラック溝３１ｄ，３２ｅとボール３３とは、３０〜４５°程度の接触角をもって接触する、いわゆるアンギュラコンタクトとされる。尚、トラック溝３１ｄ，３２ｅの横断面形状を円弧形状とし、トラック溝３１ｄ，３２ｅとボール３３とをいわゆるサーキュラコンタクトとしてもよい。
外側継手部材３１のトラック溝３１ｄの曲率中心Ｏ３１ｄと、内側継手部材３２のトラック溝３２ｅの曲率中心Ｏ３２ｅは、継手中心Ｏ（ｆ）に対して軸方向反対側に等距離だけオフセットしている。図示例では、外側継手部材３１のトラック溝３１ｄの曲率中心Ｏ３１ｄが、継手中心Ｏ（ｆ）に対してインボード側（継手開口側）にオフセットし、内側継手部材３２のトラック溝３２ｅの曲率中心Ｏ３２ｅが、継手中心Ｏ（ｆ）に対してアウトボード側（継手奥側）にオフセットしている。これにより、任意の作動角において、保持器３４で保持されたボール３３が常に作動角の二等分面内に配置され、外側継手部材３１と内側継手部材３２との間での等速性が確保される。
保持器３４は、ボール３３を保持する８個のポケット３４ａを有する。８個のポケット３４ａは、全て同形状をなし、円周方向等間隔に配されている。保持器３４の球面状の外周面３４ｂは、外側継手部材３１の球面状の内周面３１ｃと摺接する。保持器３４の球面状の内周面３４ｃは、内側継手部材３２の球面状の外周面３２ｄと摺接する。保持器３４の外周面３４ｂの曲率中心（すなわち、外側継手部材３１の球面状の内周面３１ｃの曲率中心）及び内周面３４ｃの曲率中心（すなわち、内側継手部材３２の球面状の外周面３２ｄの曲率中心）は、それぞれ継手中心Ｏ（ｆ）と一致している。
中間シャフト４は、図２に示すように、軸方向の貫通孔４１を有する中空シャフトを使用することができる。中間シャフト４は、軸方向中央に設けられた大径部４２と、軸方向両端に設けられた小径部４３と、大径部４２と小径部４３とを連続するテーパ部４４とを備える。中間シャフト４の小径部４３には、ブーツ装着用の環状溝４５及びスプライン４６が設けられる。小径部４３の外径は、環状溝４５及びスプライン４６を除いて一定とされる。尚、中間シャフト４は、中空シャフトに限らず、中実シャフトを使用することもできる。
中間シャフト４のインボード側端部のスプライン４６は、摺動式等速自在継手２の内側継手部材２２のスプライン穴２２ｃに圧入される。これにより、中間シャフト４と内側継手部材２２とがスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結される。中間シャフト４のインボード側の端部には環状の凹溝が形成され、この凹溝に止め輪４７が装着される。この止め輪４７を内側継手部材２２のインボード側（軸端側）から係合させることで、中間シャフト４と内側継手部材２２との抜け止めが行われる。
中間シャフト４のアウトボード側端部のスプライン４６は、固定式等速自在継手３の内側継手部材３２のスプライン穴３２ｃに圧入される。これにより、中間シャフト４と内側継手部材３２とがスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結される。中間シャフト４のアウトボード側の端部には環状の凹溝が形成され、この凹溝に止め輪４７が装着される。この止め輪４７を内側継手部材３２のアウトボード側（軸端側）から係合させることで、中間シャフト４と内側継手部材３２との抜け止めが行われる。
上記の摺動式等速自在継手２及び固定式等速自在継手３は、後輪用ドライブシャフト専用であるため、前輪用ドライブシャフトにも使用可能であった従来品よりも最大作動角を小さく設定することができる。本実施形態では、摺動式等速自在継手２及び固定式等速自在継手３の最大作動角が、何れも２０°以下に設定される。これにより、負荷容量を維持しながら、摺動式等速自在継手２及び固定式等速自在継手３の軽量・コンパクト化を図ることが可能となる。以下、固定式等速自在継手３の内部仕様について、詳しく説明する。
下記の表１、図５及び図６に、本発明品に係る固定式等速自在継手３の内部仕様を、ボール径が等しい従来品（最大作動角４７°の８個ボールのゼッパ型等速自在継手）と比較して示す。尚、図５及び図６の上半分は、本発明品に係る固定式等速自在継手３の断面図であり、下半分は、従来品に係る固定式等速自在継手３’の断面図である。従来品の各部位には、本発明品の各部位の符号に「’（ダッシュ）」を付した符号を付している。
Figure 0006800789
各パラメータの定義は、以下のとおりである。
（１）ボールＰＣＤ（ボールのピッチ円径）ＰＣＤＢＡＬＬ：外側継手部材３１のトラック溝３１ｄの曲率中心Ｏ３１ｄ又は内側継手部材３２のトラック溝３２ｅの曲率中心Ｏ３２ｅとボール３３の中心とを結ぶ線分の長さ（外側継手部材３１のトラック溝３１ｄの曲率中心Ｏ３１ｄとボール３３の中心とを結ぶ線分の長さと、内側継手部材３２のトラック溝３２ｅの曲率中心Ｏ３２ｅとボール３３の中心とを結ぶ線分の長さとは等しく、この寸法をＰＣＲと言う。）の２倍の値である（ＰＣＤＢＡＬＬ＝２×ＰＣＲ）。
（２）内輪トラック長さ（内側継手部材のトラック溝の軸方向長さ）ＷＩ・ＴＲＵＣＫ：厳密には、内側継手部材３２のトラック溝３２ｅとボール３３との接点軌跡の軸方向長さであるが、本明細書では、内側継手部材３２の球面状の外周面３２ｄの軸方向長さ、すなわち、外周面３２ｄの軸方向両端から内径側に延びる端面間の軸方向距離のことを言う。
（３）内輪幅（内側継手部材の軸方向幅）ＷＩ：内側継手部材３２の最大軸方向寸法であり、図示例では、内側継手部材３２の円筒部３２ａの両端面間の軸方向距離である。
（４）内輪肉厚（内側継手部材の半径方向の肉厚）ＴＩ：継手中心平面Ｐ｛継手中心Ｏ（ｆ）を通り、軸線と直交する平面｝におけるトラック溝３２ｅの溝底とスプライン穴３２ｃのピッチ円との半径方向距離である。
（５）スプラインＰＣＤ（内側継手部材のスプライン穴のピッチ円径）ＰＣＤＳＰＬ：内側継手部材３２のスプライン穴３２ｃと中間シャフト４のスプライン４６との噛み合いピッチ円の直径である。
（６）外輪外径ＤＯ：外側継手部材３１の最大外径である。
（７）継手中心〜外輪開口端面長さＷ１Ｏ：継手中心Ｏ（ｆ）と外側継手部材３１のマウス部３１ａの開口側端面（インボード側の端面）との軸方向距離である。
（８）保持器肉厚ＴＣ：保持器３４の継手中心平面Ｐにおける半径方向の肉厚である。
（９）保持器幅ＷＣ：保持器３４の最大軸方向寸法であり、図示例では保持器３４の両端面間の軸方向距離である。
以下、上記のような内部仕様に至った設計思想を詳しく説明する。
固定式等速自在継手３では、作動角が大きくなるほど各ボール３３に加わる最大荷重が大きくなるため、上記のように最大作動角を小さくすることで、各ボール３３に加わる最大荷重が小さくなる。これにより、ボール３３と接触する内側継手部材３２の強度に余裕が生じるため、従来品と同等の耐久性を維持しながら、内側継手部材３２の半径方向の肉厚を薄くすることができる｛ＴＩ＜ＴＩ’、上記表１の（４）参照｝。このように内側継手部材３２を薄肉化することで、負荷容量や耐久性の低下を招くことなく、内側継手部材３２のトラック溝３２ｅのピッチ円径、すなわち、トラック溝３２ｅに配されるボール３３のピッチ円径を従来よりも小さくすることができる｛ＰＣＤＢＡＬＬ＜ＰＣＤＢＡＬＬ’、上記表１の（１）参照｝。これにより、固定式等速自在継手３を半径方向にコンパクト化して、軽量化を図ることができる。
固定式等速自在継手３の最大作動角を小さくすることで、各ボール３３に加わる最大荷重が小さくなり、ボール３３と接触する保持器３４の強度に余裕が生じるため、従来品と同等の耐久性を維持しながら、保持器３４の半径方向の肉厚を低減することが可能となる｛ＴＣ＜ＴＣ’、上記表１の（８）参照｝。また、図９（Ａ）に示す本発明品（最大作動角２０°）の保持器のポケット面Ｓとボールとの接点の軌跡Ｃと、図９（Ｂ）に示す従来品（最大作動角４７°）の保持器のポケット面Ｓ’とボールとの接点の軌跡Ｃ’とから明らかなように、固定式等速自在継手３の最大作動角を小さくすることで、保持器３４のポケット３４ａ内におけるボール３３の半径方向（図９の上下方向）の移動量が小さくなる。この観点からも、保持器３４の半径方向の肉厚を低減することが可能となる。以上のように、保持器３４の肉厚ＴＣを薄くしながら、ボール３３のピッチ円径ＰＣＤＢＡＬＬを小さくすることにより、外側継手部材３１及び内側継手部材３２のトラック溝３１ｄ、３２ｅの深さを確保してボール３３のトラック溝エッジ部への乗り上げを防止しつつ、固定式等速自在継手３の軽量・コンパクト化を図ることができる。
図７に、本発明品に係る固定式等速自在継手３が最大作動角（２０°）を取った状態を示し、図８に、従来品に係る固定式等速自在継手３’が最大作動角（４７°）を取った状態を示す。これらの図から明らかなように、本発明品における内側継手部材３２のトラック溝３２ｅとボール３３との接点軌跡Ｌ１の長さは、従来品における内側継手部材３２’のトラック溝３２ｅ’とボール３３’との接点軌跡Ｌ１’の長さよりも短い。このように、固定式等速自在継手３の最大作動角を小さくすることで、ボール３３の軸方向移動量が小さくなるため、内側継手部材３２のトラック溝３２ｅの軸方向長さを短くすることができる｛ＷＩ・ＴＲＵＣＫ＜ＷＩ・ＴＲＵＣＫ’、上記表１の（２）参照｝。これにより、内側継手部材３２を軸方向にコンパクト化して軽量化を図ることが可能となる。
また、図７及び図８に示すように、本発明品における外側継手部材３１のトラック溝３１ｄとボール３３との接点軌跡Ｌ２の長さは、従来品における外側継手部材３１’のトラック溝３１ｄ’とボール３３’との接点軌跡Ｌ２’の長さよりも短い。このように、固定式等速自在継手３の最大作動角を小さくすることで、外側継手部材３１に対するボール３３の軸方向移動量が短くなるため、外側継手部材３１のトラック溝３１ｄの軸方向長さ、特に、トラック溝３１ｄの継手中心Ｏ（ｆ）よりも開口側部分の軸方向長さ、具体的には、継手中心Ｏ（ｆ）から外側継手部材３１のマウス部３１ａの開口側端面までの軸方向長さを短くすることができる｛Ｗ１Ｏ＜Ｗ１Ｏ’、上記表１の（７）参照｝。これにより、外側継手部材３１を軸方向にコンパクト化して軽量化を図ることが可能となる。
固定式等速自在継手３の最大作動角を小さくすることで、上記のように保持器３４の強度に余裕が生じるため、従来品と同等の耐久性を維持しながら、保持器３４の軸方向幅を小さくすることができる｛ＷＣ＜ＷＣ’、上記（９）参照｝。これにより、保持器３４を軸方向にコンパクト化して軽量化を図ることが可能となる。
固定式等速自在継手３の最大作動角を小さくすることで、上記のように内側継手部材３２の半径方向の肉厚ＴＩを減じることができるため、内側継手部材３２のスプライン穴３２ｃを大径化することができる｛ＰＣＤＳＰＬ＞ＰＣＤＳＰＬ’、上記表１の（５）参照｝。これにより、スプライン穴３２ｃに挿入される中間シャフト４（図２参照）を大径化して、捩じり強度を高めることができる。また、固定式等速自在継手３の最大作動角を小さくすることで、上記のようにボール３３のピッチ円径を縮小することができるため、外側継手部材３１を小径化することができる。以上より、本発明品では、外側継手部材３１の外径ＤＯと内側継手部材３２のスプライン穴３２ｃのピッチ円径ＰＣＤＳＰＬとの比ＤＯ／ＰＣＤＳＰＬを、従来品よりも小さくすることができる｛ＤＯ／ＰＣＤＳＰＬ＜ＤＯ’／ＰＣＤＳＰＬ’、上記表１の（６）参照｝。これにより、固定式等速自在継手３の軽量・コンパクト化と、中間シャフト４の強度向上とを同時に達成することができる。
また、上記のように内側継手部材３２のスプライン穴３２ｃを大径化することで、内側継手部材３２のスプライン穴３２ｃと中間シャフト４のスプライン４６（図２参照）との嵌合部のピッチ円径が大きくなるため、スプライン歯同士の接触部の面圧が低減される。これにより、スプライン歯一つ当たりの面圧を維持しながら、内側継手部材３２のスプライン穴３２ｃの軸方向長さを短くすることができるため、内側継手部材３２の円筒部３２ａの軸方向幅を短縮することができる。このように、内側継手部材３２のトラック溝３２ｅの軸方向長さを短くするだけでなく、スプライン穴３２ｃの軸方向長さを短くすることで、内側継手部材３２全体の軸方向幅ＷＩを短くすることができる｛ＷＩ＜ＷＩ’、上記表１の（３）参照｝。
以上のように、本発明は、固定式等速自在継手の最大作動角を小さくすることにより得られる様々な条件を考慮して、固定式等速自在継手の内部仕様を検討することで、従来品と同等のトルク負荷容量を維持しながら固定式等速自在継手を軽量・コンパクト化したものである。これにより、後輪用ドライブシャフト専用として使用できる、軽量・コンパクトな固定式等速自在継手の新たなシリーズを構築することができる。
本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、上記の固定式等速自在継手は、後輪のみで駆動する後輪駆動車（例えばＦＲ車）の後輪用ドライブシャフトに限らず、四輪駆動車の後輪用ドライブシャフト（特に、後輪が主駆動輪となる四輪駆動車）にも用いることができる。尚、ＳＵＶ車は車輪の上下動が大きく、ドライブシャフトの角度変位が大きいため、上記のような低作動角の固定式等速自在継手は適用できない場合がある。従って、上記の固定式等速自在継手は、後輪駆動あるいは四輪駆動の乗用車の後輪用ドライブシャフトに適用することが好ましい。
１ 後輪用ドライブシャフト
２ 摺動式等速自在継手
２１ 外側継手部材
２２ 内側継手部材
２３ ボール
２４ 保持器
３ 固定式等速自在継手
３１ 外側継手部材
３１ｄ トラック溝
３２ 内側継手部材
３２ｃ スプライン穴
３２ｅ トラック溝
３３ ボール
３４ 保持器
３４ａ ポケット
４ 中間シャフト
Ｅ エンジン
Ｍ トランスミッション
ＰＳ プロペラシャフト
Ｇ デファレンシャルギヤ
Ｗ 車輪

Claims (4)

  1. 後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手であって、
    球面状の内周面に軸方向に延びる８本のトラック溝が形成された外側継手部材と、球面状の外周面に軸方向に延びる８本のトラック溝が形成され、軸心にスプライン穴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で形成されるボールトラックに配された８個のボールと、前記ボールを収容する８個のポケットを有し、前記外側継手部材の内周面及び前記内側継手部材の外周面に摺接する保持器とを備え、
    前記外側継手部材のトラック溝の曲率中心と前記内側継手部材のトラック溝の曲率中心とがそれぞれ継手中心に対して軸方向反対側に等距離だけオフセットされ、
    前記ボールのピッチ円径ＰＣＤBALLと前記ボールの直径ＤBALLとの比ＰＣＤBALL／ＤBALLが３．７０〜３．８７であり、
    前記保持器の半径方向の肉厚ＴCと前記ボールの直径ＤBALLとの比ＴC／ＤBALLが０．２２〜０．２５であり、
    最大作動角が２０°以下である固定式等速自在継手。
  2. 前記内側継手部材のスプライン穴のピッチ円径ＰＣＤSPLと前記ボールの直径ＤBALLとの比ＰＣＤSPL／ＤBALLが１．８２〜１．９２である請求項１に記載の固定式等速自在継手。
  3. 前記外側継手部材の外径ＤOと前記内側継手部材のスプライン穴のピッチ円径ＰＣＤSPLとの比ＤO／ＰＣＤSPLが２．９〜３．０である請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
  4. 後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手であって、
    球面状の内周面に軸方向に延びる８本のトラック溝が形成された外側継手部材と、球面状の外周面に軸方向に延びる８本のトラック溝が形成され、軸心にスプライン穴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で形成されるボールトラックに配された８個のボールと、前記ボールを収容する８個のポケットを有し、前記外側継手部材の内周面及び前記内側継手部材の外周面に摺接する保持器とを備え、
    前記外側継手部材のトラック溝の曲率中心と前記内側継手部材のトラック溝の曲率中心とがそれぞれ継手中心に対して軸方向反対側に等距離だけオフセットされ、
    前記ボールのピッチ円径ＰＣＤ BALL と前記ボールの直径Ｄ BALL との比ＰＣＤ BALL ／Ｄ BALL が３．７０〜３．８７であり、
    前記保持器の半径方向の肉厚Ｔ C と前記ボールの直径Ｄ BALL との比Ｔ C ／Ｄ BALL が０．２２〜０．２５であり、
    前記内側継手部材のスプライン穴のピッチ円径ＰＣＤ SPL と前記ボールの直径Ｄ BALL との比ＰＣＤ SPL ／Ｄ BALL が１．８２〜１．９２である固定式等速自在継手。
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