JP7292008B2

JP7292008B2 - 後輪用ドライブシャフト専用の摺動式等速自在継手

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Inventors: 正純小林; 智茂小林
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Description

本発明は、摺動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摺動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。

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さらなる軽量・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インボード側端部に組み込まれる摺動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。

代表的な摺動式等速自在継手として、ダブルオフセット型等速自在継手がある。ダブルオフセット型等速自在継手では、保持器の外周面に設けられた球面部の曲率中心と保持器の内周面に設けられた球面部の曲率中心とが、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。ダブルオフセット型等速自在継手は、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、ダブルオフセット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ダブルオフセット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。

特開平１０－７３１２９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ダブルオフセット型等速自在継手は、量産品として実用化されている。本発明は、この種の摺動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。

例えば上記の特許文献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を図っている。しかし、同文献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り、摺動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摺動式等速自在継手、特に８個ボールのダブルオフセット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。

ドライブシャフトのアウトボード側に設けられる固定式等速自在継手は、車輪に直接取り付けられるため、操舵輪である前輪に取り付けられる場合と、操舵されない後輪に取り付けられる場合とで、最大作動角が大きく異なる。一方、ドライブシャフトのインボード側に設けられる摺動式等速自在継手は、車輪に直接取り付けられるものではないため、車輪の操舵角の影響はほとんど受けない。このため、従来は、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摺動式等速自在継手が用いられていた。

しかし、本発明者らは、摺動式等速自在継手においても、後輪用ドライブシャフト専用とすることで、最大作動角を小さくすることができる点に着目した。すなわち、車両の前輪付近は、多くの部品が配置されておりスペースに制約があるため、例えば図９（Ａ）に示すように、前輪ＦＷの軸心とデファレンシャルギヤＧの軸心とを車両前後方向にオフセットさせて配置せざるを得ない場合がある。この場合、前輪用ドライブシャフトＤＳ１に設けられる等速自在継手Ｊ１１，Ｊ１２は、車両前後方向の常用角（自動車が定速で直進する際の作動角）αが０°ではなく、常に車両前後方向で作動角を取った状態で回転することになる。従って、摺動式等速自在継手Ｊ１２には、上記の車両前後方向の常用角αと、車体に対する車輪の上下動による上下方向の作動角とが複合的に作用するため、比較的大きな作動角が必要となる。

これに対し、車両の後輪付近は、部品の配置スペースに比較的余裕があるため、通常、図９（Ｂ）に示すように、後輪ＲＷの軸心とデファレンシャルギヤＧの軸心とが車体前後方向でオフセット無しに近い状態で設けられる。この場合、後輪用ドライブシャフトＤＳ２の等速自在継手Ｊ２１，Ｊ２２の車両前後方向の常用角がほぼ０°となるため、後輪用ドライブシャフトＤＳ２に用いられる摺動式等速自在継手Ｊ２２は、前輪用ドライブシャフトＤＳ１に用いられる摺動式等速自在継手Ｊ２１よりも小さい作動角で足りる。従って、摺動式等速自在継手を後輪用ドライブシャフト専用とすることで、最大作動角を小さくすることができる。

上記の知見に基づいて、本発明は、後輪用ドライブシャフトに用いられる摺動式等速自在継手であって、円筒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、前記保持器の外周面に設けられた球面部の曲率中心と前記保持器の内周面に設けられた球面部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３．３～３．６であり、前記内側継手部材の半径方向の肉厚Ｔ_Ｉと前記ボールの直径Ｄ_ＢＡＬＬとの比Ｔ_Ｉ／Ｄ_ＢＡＬＬが０．３０～０．４５である摺動式等速自在継手を提供する。

摺動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、上記のように摺動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個ボールのダブルオフセット型等速自在継手）よりも小さくすることができる。これにより、摺動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。

摺動式等速自在継手が作動角を取った状態で回転すると、各ボールは、保持器に対して周方向に変位しながら回転する。このため、保持器のポケットは、ボールの周方向移動を許容するために周方向に長大な細長形状とされ、その周方向寸法は等速自在継手の最大作動角によって決定される。従来品では、最大作動角が大きいため、ポケットの周方向長さが大きくなり、このポケットの周方向長さを確保するために保持器の径を大きくする必要があった。このため、保持器の内周面と摺接する内側継手部材の外周面が大径となり、結果的に、内側継手部材が強度上必要とされる以上の過剰な肉厚を有していた。

これに対し、上記のように摺動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、保持器の各ポケットの周方向寸法を縮小することができるため、保持器を小径化すると共に、保持器の内周面と摺接する内側継手部材の外周面を小径化することができる。これにより、内側継手部材の半径方向の肉厚を従来品よりも薄くして、半径方向の肉厚を適切な値（強度上必要とされる最低限の値）に設定することができるため、上記のようにボールのピッチ円径を小さくして摺動式等速自在継手を半径方向にコンパクト化することが可能となる。

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、摺動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品の寸法｛具体的には、ボール径に対するボールのピッチ円径（ＰＣＤ_ＢＡＬＬ／Ｄ_ＢＡＬＬ）及び内側継手部材の半径方向の肉厚（Ｔ_I／Ｄ_ＢＡＬＬ）｝を従来品よりも小さくすることで、摺動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、上記のように内側継手部材の半径方向の肉厚を薄くすることで、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を大径化して捩じり強度を高めることができる。具体的には、内側継手部材のスプライン穴のピッチ円径ＰＣＤ_ＳＰＬとボールの直径Ｄ_ＢＡＬＬとの比ＰＣＤ_ＳＰＬ／Ｄ_ＢＡＬＬを１．７０～１．８５（好ましくは１．７５～１．８５）とすることができる。

摺動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、摺動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Ｄ_Ｏと内側継手部材のスプライン穴のピッチ円径ＰＣＤ_ＳＰＬとの比Ｄ_Ｏ／ＰＣＤ_ＳＰＬを小さくすることができ、具体的には、Ｄ_Ｏ／ＰＣＤ_ＳＰＬを２．７～３．０とすることができる。これにより、摺動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。

上記の摺動式等速自在継手は、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摺動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内側継手部材の半径方向の肉厚）を設定することにより、トルク負荷容量を維持しながら、さらなる軽量・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。図３の摺動式等速自在継手が最大作動角を取った状態を示す縦断面図である。（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。摺動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。摺動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。摺動式等速自在継手の内側継手部材の縦断面図であり、上半分が本発明品、下半分が従来品を示す。（Ａ）は、前輪用ドライブシャフトを車幅方向に対して傾けて取り付けた状態を示す平面図である。（Ｂ）は、後輪用ドライブシャフトを車幅方向と平行に取り付けた状態を示す平面図である。

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、図４に示すように摺動式等速自在継手２が最大作動角θ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θ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と外側継手部材２１の円筒状の内周面２１ｃとが軸方向に摺動することで、外側継手部材２１と内側継手部材２２との間の軸方向変位が許容される。

図３に示すように、保持器２４の外周面の球面部２４ｂの曲率中心Ｏ_２４ｂと、保持器２４の内周面の球面部２４ｄの曲率中心Ｏ_２４ｄ（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Ｏ_２４ｂ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Ｏ_２４ｄ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５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３２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５（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５（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。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（図２参照）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Ｏ_３１ｄと、内側継手部材３２のトラック溝３２ｅの曲率中心Ｏ_３２ｅ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Ｏ_３１ｄ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Ｏ_３２ｅ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、摺動式等速自在継手２の内部仕様について、詳しく説明する。

下記の表１及び図６～８に、本発明品に係る摺動式等速自在継手２の内部仕様を、ボール径が等しい従来品（最大作動角２５°の８個ボールのダブルオフセット型等速自在継手）と比較して示す。尚、図６～８の上半分は、本発明品に係る摺動式等速自在継手２の断面図であり、下半分は、従来品に係る摺動式等速自在継手２’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。

上記の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）ＰＣＤ_ＢＡＬＬ：外側継手部材２１の軸心又は内側継手部材２２の軸心とボール２３の中心との距離の２倍の値である。すなわち、作動角０°の状態で、全てのボール２３の中心を通る円の直径である。
（２）内輪幅（内側継手部材の軸方向幅）Ｗ_Ｉ：内側継手部材２２の最大軸方向寸法であり、図示例では内側継手部材２２の両端面間の軸方向距離である。
（３）内輪肉厚（内側継手部材の半径方向の肉厚）Ｔ_Ｉ：継手中心平面Ｐ｛継手中心Ｏ（ｓ）を通り、軸線と直交する平面｝におけるトラック溝２２ｅの溝底とスプライン穴２２ｃのピッチ円との半径方向距離である。尚、図示例では、内側継手部材の半径方向の肉厚が軸方向で一定となっている。
（４）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）ＰＣＤ_ＳＰＬ：内側継手部材２２のスプライン穴２２ｃと中間シャフト４のスプライン４６（図２参照）との噛み合いピッチ円の直径である。
（５）外輪外径Ｄ_Ｏ：外側継手部材２１の最大外径である。
（６）保持器幅Ｗ_Ｃ：保持器２４の最大軸方向寸法であり、図示例では保持器２４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。

摺動式等速自在継手２では、作動角が大きくなるほど各ボール２３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２３に加わる最大荷重が小さくなる。これにより、ボール２３と接触する内側継手部材２２の強度に余裕が生じ、内側継手部材２２の半径方向の肉厚を薄くすることができるため、負荷容量や耐久性の低下を招くことなく、内側継手部材２２のトラック溝２２ｅのピッチ円径、すなわち、トラック溝２２ｅに配されるボール２３のピッチ円径を従来よりも小さくすることができる｛ＰＣＤ_ＢＡＬＬ＜ＰＣＤ_ＢＡＬＬ’、上記表１の（１）参照｝。これにより、摺動式等速自在継手２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。

従来品は最大作動角が大きいため、保持器２４’のポケット２４ａ’の周方向長さが大きく、このポケット２４ａ’の周方向長さを確保するために保持器２４’の径を大きくする必要があった。このため、保持器２４’の内周面と摺接する内側継手部材２２’の外周面が大径となり、その結果、内側継手部材２２’が強度上必要とされる以上の過剰な肉厚を有していた。これに対し、本発明品では、上記のように最大作動角を小さくすることで、保持器２４に対するボール２３の周方向移動量が小さくなるため、保持器２４の各ポケット２４ａの周方向寸法を縮小することができる（Ｌｐ＜Ｌｐ’）。これにより、ポケット２４ａ間の柱部２４ｅの周方向寸法を維持しながら（Ｌｃ≒Ｌｃ’）、保持器２４を小径化して、保持器２４の内周面の球面部２４ｄと摺接する内側継手部材２２の外周面２２ｄを小径化することができる。その結果、内側継手部材２２を薄肉化して、強度上必要とされる最低限の肉厚とすることができ｛Ｔ_Ｉ＜Ｔ_Ｉ’、上記表１の（３）参照｝、上記のようにボール２３のピッチ円径を小さくして摺動式等速自在継手２を半径方向にコンパクト化することが可能となる。

摺動式等速自在継手２の最大作動角を小さくすることで、上記のように各ボール２３に加わる最大荷重が小さくなるため、ボール２３と接触する保持器２４の強度に余裕が生じる。これにより、従来品と同等の耐久性を維持しながら、保持器２４の軸方向両端に設けられた環状部の軸方向の肉厚を薄くすることができるため、保持器２４全体の軸方向幅を縮小して軽量化を図ることができる｛Ｗ_Ｃ＜Ｗ_Ｃ’、上記表１の（６）参照｝。

摺動式等速自在継手２の最大作動角を小さくすることで、保持器２４の外周面の円すい部２４ｃの軸心に対する角度を小さくすることができ、本実施形態では１０°以下にすることができる。これにより、保持器２４の薄肉部の肉厚（例えば、継手開口側端部における肉厚Ｔ_Ｃ）を厚くすることができるため、保持器２４の強度を高めることができる。

摺動式等速自在継手２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２２の半径方向の肉厚Ｔ_Ｉを減じることができるため、内側継手部材２２のスプライン穴２２ｃを大径化することができる｛ＰＣＤ_ＳＰＬ＞ＰＣＤ_ＳＰＬ’、上記表１の（４）参照｝。これにより、スプライン穴２２ｃに挿入される中間シャフト４を大径化して、捩じり強度を高めることができる。また、摺動式等速自在継手２の最大作動角を小さくすることで、上記のようにボール２３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２１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２１の外径Ｄ_Ｏと内側継手部材のスプライン穴のピッチ円径ＰＣＤ_ＳＰＬとの比Ｄ_Ｏ／ＰＣＤ_ＳＰＬを、従来品よりも小さくすることができる｛Ｄ_Ｏ／ＰＣＤ_ＳＰＬ＜Ｄ_Ｏ’／ＰＣＤ_ＳＰＬ’、上記表１の（５）参照｝。これにより、摺動式等速自在継手２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。

摺動式等速自在継手２の最大作動角を小さくすると、内側継手部材２２に対するボール２３の軸方向移動量が小さくなる。具体的には、図８に示すように、最大作動角が小さい本発明品は、最大作動角が大きい従来品よりも、内側継手部材２２のトラック溝２２ｅとボール２３との接点軌跡の軸方向長さ（トラック有効長さ）が短い（Ｚ_Ｉ＜Ｚ_Ｉ’）。これにより、本発明品では、内側継手部材２２のトラック溝２２ｅの軸方向長さ、ひいては内側継手部材２２全体の軸方向幅を、従来品よりも短くすることができる｛Ｗ_Ｉ＜Ｗ_Ｉ’、上記表１の（２）参照｝。

しかし、内側継手部材２２の軸方向幅を小さくしすぎると、内側継手部材２２の軸心に設けられたスプライン穴２２ｃの軸方向長さが不足して、内側継手部材２２と中間シャフト４（図２参照）とのスプライン嵌合部の強度不足を招くおそれがある。本発明品の摺動式等速自在継手２では、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２２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２２のスプライン穴２２ｃを大径化することができる。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（すなわち、スプライン嵌合部の強度を維持しながら）、内側継手部材２２のスプライン穴２２ｃの軸方向長さを短くすることができる。以上のように、内側継手部材２２のトラック溝２２ｅ及びスプライン穴２２ｃの軸方向長さを短くすることで、上記のように内側継手部材２２全体の軸方向幅を縮小して軽量化を図ることが可能となる。

以上のように、本発明は、摺動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、摺動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摺動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・コンパクトな摺動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。

ところで、摺動式等速自在継手が高作動角を取った状態で回転すると、異音の懸念が生じる。このような高作動角時の異音の発生を抑えるため、従来の摺動式等速自在継手では、トラックＰＣＤ隙間（外側継手部材のトラック溝のピッチ円径と内側継手部材のトラック溝のピッチ円径との差）、外側継手部材と保持器との間の隙間（外側継手部材の円筒状内周面の直径と保持器の外周面の球面部の直径との差）、及び、保持器と内側継手部材との間の球面隙間（保持器の内周面の球面部の直径と内側継手部材の球面状外周面の直径との差）を非常に小さい値に設定する必要があった。これに対し、上記の摺動式等速自在継手２では、最大作動角が小さく、異音の懸念が低減できるため、上記の各隙間を従来品よりも大きい値に設定することができるため、製造面で優位となる。

また、従来の摺動式等速自在継手は前輪用ドライブシャフトにも用いられるため、アイドリング振動対策として、保持器の内周面を特殊な形状に加工して、保持器の内周面と内側継手部材の外周面との間に比較的大きな軸方向隙間を設けていた（例えば、上記特許文献１の図３及び図４参照）。これに対し、上記の摺動式等速自在継手２は、後輪用ドライブシャフト専用であるため、アイドリング振動対策が不要となり、保持器の内周面（内側継手部材との摺接部）を単純な球面状に形成することができ、従来品よりも製造面で優位となる。

以上のような事情を考慮して設定した各部隙間の好ましい範囲を、下記の表２に示す（単位：ｍｍ）。尚、保持器のポケット面とボールとの間の軸方向隙間は、従来品と同等である。保持器のポケット面とボールとの間に微小な軸方向隙間を設けることで、ボールの転がり性が向上し、トルク伝達効率が向上する。

本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、上記の摺動式等速自在継手は、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（特に、後輪が主駆動輪となる四輪駆動車）の後輪用ドライブシャフト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摺動式等速自在継手は適用できない場合がある。従って、上記の摺動式等速自在継手は、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
３２内側継手部材
３３ボール
３４保持器
４中間シャフト
Ｅエンジン
Ｇデファレンシャルギヤ
Ｍトランスミッション
ＰＳプロペラシャフト
Ｗ車輪

Claims

後輪用ドライブシャフト専用の摺動式等速自在継手であって、
円筒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、
前記保持器の外周面に設けられた球面部の曲率中心と前記保持器の内周面に設けられた球面部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、
最大作動角が２０°以下であり、
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３．３～３．６であり、
前記内側継手部材のトラック溝の溝底と前記スプライン穴のピッチ円との半径方向距離Ｔ_Ｉと前記ボールの直径Ｄ_ＢＡＬＬとの比Ｔ_Ｉ／Ｄ_ＢＡＬＬが０．３０～０．４５であり、
前記保持器の軸方向幅Ｗ _Ｃと前記ボールの直径Ｄ _ＢＡＬＬとの比Ｗ _Ｃ／Ｄ _ＢＡＬＬが１．８～２．０である摺動式等速自在継手。
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１．７０～１．８５である請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
前記外側継手部材の外径Ｄ_Ｏと前記内側継手部材のスプライン穴のピッチ円径ＰＣＤ_ＳＰＬとの比Ｄ_Ｏ／ＰＣＤ_ＳＰＬが２．７～３．０である請求項１又は２に記載の摺動式等速自在継手。