JP7370159B2 - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Description

この発明は、固定式等速自在継手に関する。

自動車や各種産業機械の動力伝達系を構成する等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸をトルク伝達可能に連結すると共に、前記二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達することができる。等速自在継手は、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手と、角度変位および軸方向変位の両方を許容する摺動式等速自在継手とに大別され、例えば、自動車のエンジンから駆動車輪に動力を伝達するドライブシャフトにおいては、デフ側（インボード側）に摺動式等速自在継手が使用され、駆動車輪側（アウトボード側）には固定式等速自在継手が使用される。

自動車のドライブシャフト用の固定式等速自在継手に求められる機能として、車輪の転舵に合わせた高い作動角と、それに伴う、高作動角時の強度が重要である。従来、最大作動角は、ツェッパ型等速自在継手（ＢＪタイプ）で４７°、アンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪタイプ）で５０°が一般的であるが、自動車の旋回性の向上や小回り性の向上の観点から、５０°を超える要求が増えつつある。それらの要求に応えるために、種々の構造の固定式等速自在継手が提案されている。

固定式等速自在継手において従来の作動角５０°を超える高作動角で使用される場合、中間シャフトが外側継手部材と干渉しないように、外側継手部材の長さを短くする必要があるが、その結果、外側継手部材のトラック溝が短くなり、位相角０°付近のボールはトラック溝から外れて接触点を失うことになる。外側継手部材のトラック溝を延長する手段として、ボールのピッチ円直径（ＰＣＤ）を拡径することが挙げられるが、外側継手部材の外径が大径化すると共に重量が増加することになる。

特許文献１では、従来型の固定式等速自在継手において、最大作動角の際、トルク伝達ボール（以下、単にボールともいう）が外側継手部材の開口側に最も移動する位相角（位相角０°）のボールの中心と継手中心との軸平行距離と、ボールの中心と外側継手部材の開口円錐面との軸平行距離の比を２．９未満とすることで、最大作動角時においても機能を維持することができるとしている。さらに作動角を取ってボールが外側継手部材のトラック溝から接触点を失うまで突出した場合において、前記比を２．２未満とすることで機能性を維持できるとしている。また、最大作動角を大きくする手段として、最大作動角の際のボールが最も外側継手部材の開口側端部から出てくる位相（０°位相）のボール中心と継手中心との軸方向距離と、ボール中心と外側継手部材の開口円錐面との軸方向距離との比率を設定することで、保持器および外側継手部材からボールの脱落を防止できるとしている。

特許文献２には、最大作動角が従来の作動角（５０°）を超える角度に設定された固定式等速自在継手ではないが、外側継手部材と内側継手部材のトラック溝の軌道中心線が継手中心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部分を備え、この円弧状の軌道中心線が周方向の反対方向に傾斜した構造を備えた高効率な固定式等速自在継手が提案されている。

特許第４８８５２３６号公報 特開２０１３－１０４４３２号公報

固定式等速自在継手において最大作動角が従来の作動角（５０°）を超える角度で使用される場合、中間シャフトが外側継手部材と干渉しないように、外側継手部材の長さを短くする必要があるが、その結果、外側継手部材のトラック溝が短くなり、位相角０°付近のボールはトラック溝から外れて接触点を失うことになる。

特許文献１に開示された、従来の外側継手部材および内側継手部材にトラックオフセットが設定されたツェッパ型やアンダーカットフリー型などの等速自在継手は、継手中心に対してトラックオフセットを外側継手部材と内側継手部材に対称に設定することで、幾何学的にボールを二等分平面上に配置させるものである。この場合、トラックオフセットにより外側継手部材と内側継手部材の対になるトラック溝は一方向に開いた状態となり、トルク伝達時にボールが対になるトラック溝の開いた方向に押し出され、各ボールに発生する力により保持器が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押し付けられることで、ボールおよび保持器の位置が決定される。

そのため、トラックオフセットが設定された等速自在継手では、従来の作動角５０°を超える角度で使用され、外側継手部材のトラック溝とボールの接触点を失った場合、接触点を失ったボールはトルク伝達するための荷重を負担することができないため、その受けなかった荷重が他のボールに負担されることでバランスがくずれ、保持器およびボールが二等分平面から大きくずれ、等速性および伝達効率が低下する恐れがあることが判明した。

特許文献２の固定式等速自在継手は、トルク損失および発熱が少なく高効率ではあるが、従来の作動角（５０°）を超える高作動角で使用される場合には未知の問題が残っている。この問題について、後述するように検討および検証を行った。

上記のような問題に鑑み、本発明は、最大作動角が従来の作動角（５０°）を超える角度に設定され、高作動角を取った際に、ボールが外側継手部材から出てくる位相（位相角０°）領域で接触点を失う作動形態の固定式等速自在継手において、等速性および伝達効率を確保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、前述した問題について種々の検討と検証を行い、以下の知見と着想を得たことにより、本発明に至った。
（１）ボールが接触点を失った場合の継手内の力のバランスの崩れ
固定式等速自在継手において従来の作動角（５０°）を超える高作動角で使用される場合、前述したように、外側継手部材のトラック溝が短くなり、位相角０°付近のボールはトラック溝から外れて接触点を失うことになる。そして、ボールがトラック溝との接触点を失う位相範囲では、ボールと外側継手部材のトラック溝および内側継手部材のトラック溝との接触力や、ボールから保持器に作用する力が失われることになり、他のボールでその荷重を受け持つことになり、内部の力のバランスが崩れる。特に、トラック溝の曲率中心が軸方向にオフセットした（以下、軸方向トラックオフセットタイプともいう）ツェッパ型等速自在継手（ＢＪタイプ）やアンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪタイプ）では、等速自在継手内の力のバランスが大きく崩れてしまうことが判明した。

（２）継手内の力のバランス崩れついての考察
軸方向トラックオフセットタイプの固定式等速自在継手は、外側継手部材のトラック溝の曲率中心が継手中心Ｏに対して外側継手部材の開口側にオフセットし、一方、内側継手部材のトラック溝の曲率中心は、外側継手部材のトラック溝の曲率中心とは逆方向にオフセットしており、ボールは、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形成される開口側に開く楔状空間に配置され、保持器によって位置決めされる。

常用角程度の小さな角度でトルクが負荷されると、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接触力の分力により、各ボールは、同じ方向に保持器を押すので、保持器の球状外周面、球状内周面は、それぞれ、外側継手部材の球状内周面、内側継手部材の球状外周面と強く接触することになる。中角度から高角度でトルクが負荷されると、各ボールと外側継手部材のトラック溝および内側継手部材のトラック溝との接触力に強弱が発生し、各ボールが保持器を押す力にも強弱が発生するため、保持器に作用するモーメントの釣り合いも二等分平面から若干ずれることになる。さらに、ボールが外側継手部材のトラック溝との接触点を失う高作動角では、荷重を分担するボールの数が減少するため、保持器に掛かるモーメントのバランスが大きく変化し、保持器が二等分平面から大きくずれる。それに伴い、等速性および伝達効率が低下することに加えて、保持器の強度が大幅に低下する恐れがあるということが考察された。

（３）着目点と検証
上記の考察結果より、ボールから保持器に作用する力のバランスに優れた交差トラック溝タイプの固定式等速自在継手に着目した。交差トラック溝タイプの固定式等速自在継手は、外側継手部材のトラック溝が軸方向にオフセットがない曲率中心をもつ円弧状で形成され、かつ継手の軸線に対して周方向に傾斜すると共に、隣り合うトラック溝間で互いに傾斜方向が逆方向に形成されており、内側継手部材のトラック溝の軌道中心線が、外側継手部材のトラック溝の軌道中心線に対して鏡像対称であり、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の間の交差部にボールが配置される。

交差トラック溝タイプの固定式等速自在継手では、ボールがトラック溝と接触状態となる小さな角度の常用角や中角度から高角度の領域まで、トルクが負荷されると、基本的に隣り合うトラック溝で互いに逆方向にボールが保持器を押す力が発生する構造のため、ボールの作用による保持器のモーメントと力が釣り合う。中角度から高角度の領域では、各ボールと外側継手部材のトラック溝および内側継手部材のトラック溝との接触力に強弱が発生するが、従来の軸方向トラックオフセット式に比べ、ボールの作用による保持器のモーメントと力が釣り合うため、保持器は二等分平面の近傍に安定する。さらに、ボールが外側継手部材のトラック溝との接触点を失う高作動角でも、従来の軸方向トラックオフセット式に比べ、依然としてボールの作用による保持器のモーメントと力が釣り合う方向に働くため、保持器は二等分平面から大きくずれないことが判明した。

以上の検証結果より、交差トラック溝タイプの固定式等速自在継手は、ボールが外側継手部材のトラック溝との接触点を失った状態下でも、保持器が二等分平面から大きくずれることなく、等速性および伝達効率の低下や内部力の変化は最小限に止まるという結論に至った。

（４）新たな着想
最大作動角が従来の作動角（５０°）を超える角度に設定され、高作動角を取った際に、ボールが外側継手部材から出てくる位相角（位相角０°付近）で接触点を失う作動形態の固定式等速自在継手として、交差トラック溝タイプの固定式等速自在継手をベースとするという着想により、本発明に至った。

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、球状内周面に概ね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、球状外周面に概ね軸方向に延びる複数のトラック溝が前記外側継手部材のトラック溝に対向して形成された内側継手部材と、対向する各トラック溝間に組込まれたトルク伝達ボールと、このトルク伝達ボールをポケットに保持し、前記外側継手部材の球状内周面に案内される球状外周面と前記内側継手部材の球状外周面に案内される球状内周面が形成された保持器とからなる固定式等速自在継手であって、前記外側継手部材のトラック溝の軌道中心線（Ｘ）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部分と、この円弧状部分とは異なる形状の部分とからなり、前記異なる形状の部分が直線状であり、前記円弧状部分と前記異なる形状の部分とが接続点（Ｊ）において滑らかに接続し、前記接続点（Ｊ）が、前記継手中心（Ｏ）より前記外側継手部材の開口側に位置し、前記軌道中心線（Ｘ）と継手中心（Ｏ）を含む平面（Ｍ）が継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に対して傾斜すると共に、その傾斜方向が周方向に隣り合う前記トラック溝で互いに反対方向に形成されており、前記内側継手部材のトラック溝の軌道中心線（Ｙ）は、作動角０°の状態で継手中心（Ｏ）を含み継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に直交する平面（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軌道中心線（Ｘ）と鏡像対称に形成された固定式等速自在継手において、最大作動角を取ったときに、前記外側継手部材のトラック溝の開口側に移動する少なくとも１個の前記トルク伝達ボールが、前記外側継手部材のトラック溝の開口側端部と接触点を失うことを特徴とする。

上記の構成により、最大作動角が従来の作動角（５０°）を超える角度に設定され、高作動角を取った際に、ボールが外側継手部材から出てくる位相角（０°位相角付近）で接触点を失う作動形態の固定式等速自在継手において、等速性および伝達効率を確保できる固定式等速自在継手を実現することができる。

具体的には、上記の外側継手部材のトラック溝の軌道中心線Ｘが、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部分と、この円弧状部分とは異なる形状の部分とからなり、円弧状部分と異なる形状の部分とが接続点Ｊにおいて滑らかに接続し、接続点Ｊが、前記継手中心Ｏより前記外側継手部材の開口側に位置することが好ましい。これにより、等速性、伝達効率を確保すると共に、接触点を確保するのに有効なトラック溝の長さや高作動角時のくさび角の大きさを調整することができる。

上記の異なる形状の部分が直線状であることをことにより、有効なトラック長さを増加させることができる。

上記のトルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝の開口側端部と接触点を維持できる前記トルク伝達ボールの中心から継手中心（Ｏ）までの軸方向距離（Ｓ１）と、前記最大作動角を取ったときの前記トルク伝達ボールの中心から継手中心（Ｏ）までの軸方向距離（Ｓ２）との比Ｓ１／Ｓ２を０．７以上とすることが好ましい。これにより、保持器およびボールが二等分平面からずれることなく、等速性および伝達効率を実用可能なレベルに維持することができる。

上記のトルク伝達ボールの個数を８個とし、最大作動角を取ったときに、外側継手部材のトラック溝の開口側端部と接触点を失う前記トルク伝達ボールの個数を３個以下とすることが好ましい。これにより、保持器およびボールが二等分平面からずれることなく、等速性および伝達効率を実用可能なレベルに維持することができる。

本発明によれば、最大作動角が従来の作動角（５０°）を超える角度に設定され、高作動角を取った際に、ボールが外側継手部材から出てくる位相角（位相角０°付近）で接触点を失う作動形態の固定式等速自在継手において、等速性および伝達効率を確保できる固定式等速自在継手を実現することができる。

（ａ）図は、本発明の一実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図の右側面図である。 （ａ）図は、図１（ａ）の外側継手部材の縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図の右側面図である。 （ａ）図は、図１（ａ）の内側継手部材の正面図で、（ｂ）図は、（ａ）図の右側面図である。 図１（ａ）のＰ－Ｐ線上の１個のトルク伝達ボールとトラック溝を拡大した横断面図である。 図１（ａ）の固定式等速自在継手と従来の最大作動角を有する交差トラック溝タイプの固定式等速自在継手のそれぞれの縦断面を対比した図である。 （ａ）図は、図１（ａ）、図１（ｂ）の固定式等速自在継手が最大作動角を取ったときの縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図の右側面図である。 図６（ａ）のＥ部を拡大した縦断面図である。 最大作動角において、トルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝との接触点を失う範囲を図１（ｂ）に表示した図である。 図８の外側継手部材のトラック溝とトルク伝達ボールとが接触点を失う範囲がトラック溝の傾斜方向により異なる状態を示す外側継手部材の内周面の展開図である。 （ａ）図は、図１（ａ）、図１（ｂ）の固定式等速自在継手が大きな作動角を取ったときに、外側継手部材のトラック溝とトルク伝達ボールとが接触点を失う状態を示す縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図の右側面図である。 図１０の外側継手部材のトラック溝とトルク伝達ボールとが接触点を失う状態を示す外側継手部材の内周面の展開図である。 図１０（ａ）のＦ部を拡大した縦断面図である。 （ａ）図は、トルク伝達ボールと外側継手部材のトラック溝とが接触点を失う時のトルク伝達ボールの中心と継手中心との間の軸方向距離を示す縦断面図で、（ｂ）図は、最大作動角時のトルク伝達ボールの中心と継手中心との間の軸方向距離を示す縦断面図である。

本発明の一実施形態に係る固定式等速自在継手を図１～図１３に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図で、図１（ｂ）は、図１（ａ）の右側面図である。図２（ａ）は、図１（ａ）の外側継手部材の縦断面図で、図２（ｂ）は、図２（ａ）の右側面図である。図３（ａ）は、図１（ａ）の内側継手部材の正面図で、図３（ｂ）は、図３（ａ）の右側面図である。図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、本実施形態の固定式等速自在継手１は、交差トラック溝タイプの固定式等
速自在継手であり、外側継手部材２、内側継手部材３、トルク伝達ボール（以下、単にボールともいう）４および保持器５を主な構成とする。外側継手部材２の球状内周面６には８本のトラック溝７が形成され、内側継手部材３の球状外周面８には、外側継手部材２のトラック溝７と対向する８本のトラック溝９が形成されている。外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８との間に、ボール４を保持する保持器５が配置されている。保持器５の球状外周面１２は外側継手部材２の球状内周面６に摺動自在に嵌合し、保持器５の球状内周面１３は内側継手部材３の球状外周面８に摺動自在に嵌合している。

外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８の曲率中心は、それぞれ継手中心Ｏに形成され、外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８にそれぞれ嵌合する保持器５の球状外周面１２と球状内周面１３の曲率中心も、それぞれ継手中心Ｏに位置する。

内側継手部材３の内径孔１０には、雌スプライン（スプラインはセレーションを含む。
以下同じ。）１１が形成され、中間シャフト１４〔図６（ａ）参照〕の端部に形成された
雄スプライン１５を雌スプライン１１に嵌合し、トルク伝達可能に連結される。内側継手
部材３と中間シャフト１４は、止め輪により軸方向に位置決めされている。

図１（ａ）、図１（ｂ）、図２（ａ）、図２（ｂ）、図３（ａ）および図３（ｂ）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は概ね軸方向に延びる。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（ａ）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。作動角０°の状態では、継手の軸線Ｎ－Ｎは、外側継手部材の軸線Ｎｏ－Ｎｏおよび内側継手部材の軸線Ｎｉ－Ｎｉでもある。

特許請求の範囲における「外側継手部材のトラック溝の軌道中心線（Ｘ）が、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部分と、この円弧状部分とは異なる形状の部分とからなり、円弧状部分と異なる形状の部分とが接続点（Ｊ）において滑らかに接続し、接続点（Ｊ）が、前記継手中心（Ｏ）より前記外側継手部材の開口側に位置する」構成の一例として、本実施形態の固定式等速自在継手を図１（ａ）に基づいて説明する。上述した外側継手部材のトラック溝の軌道中心線Ｘが、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部分と、この円弧状部分とは異なる形状の部分とからなるので、等速性、伝達効率、耐久性を確保すると共に、接触点を確保するに有効なトラック溝の長さ、高作動角時のくさび角の大きさを調整することができる。

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軌道中心線Ｘａを有する第１のトラック溝部７ａと、直線状の軌道中心線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の軌道中心線Ｘａに第２のトラック溝部７ｂの軌道中心線Ｘｂが接線として滑らかに接続されている。上記直線状の部分は、前述した円弧状部分と異なる形状の部分となる。第１のトラック溝部７ａの軌道中心線Ｘａが、本明細書および特許請求の範囲における外側継手部材のトラック溝の軌道中心線Ｘが少なくとも備えている「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部分」を意味する。

概ね軸方向に延びるトラック溝の形態、形状を的確に示すために、本明細書では、軌道中心線という用語を用いて説明する。ここで、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。

図１（ａ）に示すように、内側継手部材３のトラック溝９は軌道中心線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軌道中心線Ｙａを有する第１のトラック溝部９ａと、直線状の軌道中心線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の軌道中心線Ｙａに第２のトラック溝部９ｂの軌道中心線Ｙｂが接線として滑らかに接続されている。外側継手部材２と内側継手部材３の第１のトラック溝部７ａ、９ａの軌道中心線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（ａ）、図２（ｂ）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詳細に説明する。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の軌道中心線Ｘの全域、すなわち、第１のトラック溝部７ａの軌道中心線Ｘａおよび第２のトラック溝部７ｂの軌道中心線Ｘｂの両方が平面Ｍ上に形成されている。

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（ａ）、図３（ｂ）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詳細に説明する。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（ａ）に示すように、トラック溝９Ａの軌道中心線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、固定式等速自在継手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Ｉを考慮し、４°～１２°にすることが好ましい。

また、前述した外側継手部材と同様、本実施形態では、トラック溝９Ａの軌道中心線Ｙの全域、すなわち、第１のトラック溝部９ａの軌道中心線Ｙａおよび第２のトラック溝部９ｂの軌道中心線Ｙｂの両方が平面Ｑ上に形成されている。内側継手部材３のトラック溝９の軌道中心線Ｙは、作動角０°の状態で継手中心Ｏを含み継手の軸線Ｎ－Ｎに直交する平面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の軌道中心線Ｘと鏡像対称に形成されている。

図１（ａ）に基づいて、外側継手部材２および内側継手部材３の縦断面より見たトラック溝の詳細を説明する。図１（ａ）では、前述したように、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（ａ）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。すなわち、外側継手部材２については、図２（ａ）の外側継手部材２のトラック溝７Ａの軌道中心線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１（ａ）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。外側継手部材２の球状内周面６にはトラック溝７Ａが概ね軸方向に沿って形成されている。

トラック溝７Ａは軌道中心線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）とする円弧状の軌道中心線Ｘａを有する第１のトラック溝部７Ａａと、直線状の軌道中心線Ｘｂを有する第２のトラック溝部７Ａｂとからなる。そして、第１のトラック溝部７Ａａの軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ｊにおいて、第２のトラック溝部７Ａｂの直線状の軌道中心線Ｘｂが接線として滑らかに接続されている。すなわち、端部Ｊ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Ｊは継手中心Ｏよりも開口側に位置するので、第１のトラック溝部７Ａａの軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ｊにおいて接線として接続される第２のトラック溝部７Ａｂの直線状の軌道中心線Ｘｂは、開口側に行くにつれて継手の軸線Ｎ－Ｎに接近するように形成されている。これにより、有効なトラック長さを増加させ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１（ａ）に示すように、端部Ｊと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＳとする。トラック溝７Ａの軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍ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Ｓ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を含み継手の軸線Ｎ－Ｎに直交する平面Ｐ上にある。したがって、本発明でいう直線Ｓが平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。

同様に、図１（ａ）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。図示は、図３（ａ）の内側継手部材３のトラック溝９Ａの軌道中心線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、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１（ａ）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が概ね軸方向に沿って形成されている。

トラック溝９Ａは軌道中心線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）とする円弧状の軌道中心線Ｙａを有する第１のトラック溝部９Ａａと、直線状の軌道中心線Ｙｂを有する第２のトラック溝部９Ａｂとからなる。そして、第１のトラック溝部９Ａａの軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｊ’において、第２のトラック溝部９Ａｂの軌道中心線Ｙｂが接線として滑らかに接続されている。すなわち、端部Ｊ’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。端部Ｊ’は継手中心Ｏよりも奥側に位置するので、第１のトラック溝部９Ａａの軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｊ’において接線として接続される第２のトラック溝部９Ａｂの直線状の軌道中心線Ｙｂは、奥側に行くにつれて継手の軸線Ｎ－Ｎに接近するように形成されている。これにより、有効なトラック長さを増加させ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１（ａ）に示すように、端部Ｊ’と継手中心Ｏとを結ぶ直線をＳ’とする。トラック溝９Ａの軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑ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Ｓ’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を含み継手の軸線Ｎ－Ｎに直交する平面Ｐ上にある。したがって、直線Ｓ’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。

次に、直線Ｓ、Ｓ’が作動角０°の状態の継手中心Ｏを含み継手の軸線Ｎ－Ｎに直交する平面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、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。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、使用頻度が多い常用角について定義する。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。

上記の角度βにより、図１（ａ）において、第１のトラック溝部７Ａａの軌道中心線Ｘａの端部Ｊは、常用角時に軸方向に沿って開口側に最も移動したときのボールの中心位置となる。同様に、内側継手部材３では、第１のトラック溝部９Ａａの軌道中心線Ｙａの端部Ｊ’は、常用角時に軸方向に沿って奥側に最も移動したときのボールの中心位置となる。このように設定されているので、常用角の範囲では、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（ａ）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、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。

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と第２のトラック溝部７Ａｂ、９Ａｂに一時的に分かれて位置する。これに伴い、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、従来の軸方向トラックオフセット式に比べ、ボール４の作用による保持器５のモーメントと力が釣り合うため、保持器５は二等分平面の近傍に安定する。また、高作動角の範囲は使用頻度が少ないため、本実施形態の固定式等速自在継手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な固定式等速自在継手を実現することができる。

図４は、図１（ａ）のＰ－Ｐ線上の１個のボールとトラック溝を拡大した横断面図である。ただし、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（ａ）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および内側継手部材３のトラック溝９の横断面形状は楕円形状やゴシックアーチ形状とされており、図４に示すように、ボール４は、外側継手部材２のトラック溝７と２点Ｃ１、Ｃ２でアンギュラコンタクトし、内側継手部材３のトラック溝９と２点Ｃ３、Ｃ４でアンギュラコンタクトしている。ボール４の中心Ｏｂと各接触点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を通る直線と、ボール４の中心Ｏｂと継手中心Ｏ〔図１（ａ）参照〕を通る直線がなす角度（接触角α）は３０°以上に設定することが好ましい。尚、トラック溝７、９の横断面形状を円弧形状とし、トラック溝７、９とボール４との接触をサーキュラコンタクトとしてもよい。

本実施形態の固定式等速自在継手１の全体的な構成は以上のとおりである。本実施形態の固定式等速自在継手１は、５０°を大幅に超える最大作動角に設定されているが、その特徴的な構成は次のとおりである。
（１）交差トラック溝タイプの固定式等速自在継手において、最大作動角を取ったときにボールが接触点を失う作動形態を実現したことである。
（２）加えて、有利な構成として、トルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝の開口側端部と接触点を失う時のトルク伝達ボールの中心から継手中心Ｏまでの軸方向距離Ｓ１と、最大作動角を取ったときの前記トルク伝達ボールの中心から継手中心Ｏまでの軸方向距離Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２を０．７以上に設定したことである。

上記の構成により、交差トラック溝タイプの固定式等速自在継手において、最大作動角を取ったときにボールが接触点を失う作動形態としたので、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７との接触点を失う高作動角でも、ボール４の作用による保持器５のモーメントと力が釣り合う方向に働くため、保持器５は二等分平面から大きくずれることがなく、等速性および伝達効率の低下や内部力の変化を最小限にとどめることができるという交差トラック溝タイプの固定式等速自在継手がベースに有する有利な特徴的構成（１）に加えて、有利な構成として、上記の特徴的な構成（２）によって、最大作動角が従来の作動角（５０°）を超える角度に設定され、ボールが接触点を失う作動形態を有する固定式等速自在継手の等速性および伝達効率を実用可能なレベルに維持することができる。

まず、本実施形態の固定式等速自在継手１の特徴的な構成（１）について、図５に基づいて説明する。図５の中心線（継手の軸線）に対して、上側半分が本実施形態の固定式等速自在継手１の縦断面図で、下側半分が従来の最大作動角を有する８個ボールを使用した交差トラック溝タイプの固定式等速自在継手の縦断面図である。下側半分に示す従来の最大作動角を有する交差トラック溝タイプの固定式等速自在継手１０１は、最大作動角が４７°のものである。固定式等速自在継手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。固定式等速自在継手１０１の外側継手部材１０２、内側継手部材１０３のトラック溝１０７、１０９は、本実施形態のトラック溝７、９と同様であるので、概要のみ説明する。

固定式等速自在継手１０１の外側継手部材１０２および内側継手部材１０３のトラック溝１０７、１０９は、それぞれ、第１のトラック溝部１０７ａ、１０９ａと第２のトラック溝部１０７ｂ、１０９ｂとから形成されている。第１のトラック溝部１０７ａ、１０９ａは、それぞれ、継手中心Ｏを曲率中心（軸方向のオフセットがない）とする円弧状の軌道中心線ｘａ、ｙａを有し、第２のトラック溝部１０７ｂ、１０９ｂは、それぞれ、直線状の軌道中心線ｘｂ、ｙｂを有する。外側継手部材１０２の第１のトラック溝部１０７ａの軌道中心線ｘａと第２のトラック溝部１０７ｂの軌道中心線ｘｂは、継手中心Ｏより開口側の接続点Ａにおいて接線で滑らかに接続されている。内側継手部材１０３の第１のトラック溝部１０９ａの軌道中心線ｙａと第２のトラック溝部１０９ｂの軌道中心線ｙｂは奥側の接続点Ａ’において接線で滑らかに接続されている。

本実施形態の固定式等速自在継手１と同様に、外側継手部材１０２および内側継手部材１０３のトラック溝１０７、１０９は、それぞれ継手の軸線Ｎ－Ｎに対して周方向に傾斜すると共に、周方向に隣り合うトラック溝１０７、１０９は、それぞれ、傾斜方向が逆方向に形成されている。接続点Ａ、Ａ’と継手中心Ｏとを結ぶ直線Ｌ、Ｌ’は、継手中心Ｏを含み継手の軸線Ｎ－Ｎに直交する平面Ｐに対する角度β₁は、本実施形態の固定式等速自在継手１の角度βより大きく設定されている。

固定式等速自在継手１０１は、最大作動角（４７°）まで常に、ボール１０４が外側継手部材１０２のトラック溝１０７と接触状態が確保された作動形態を有する。外側継手部材１０２の開口側端部に設けられた入口チャンファ１２０は、最大作動角において、中間シャフトが干渉することなく、かつ、ボール１０４と外側継手部材１０２のトラック溝１０７との接触状態が確保されるように設定されている。このため、外側継手部材１０２の継手中心Ｏから開口側の端面までの軸方向寸法Ｌ２は比較的に長く設定されている。

最大作動角が４７°を超える高作動角が必要な場合、中間シャフトが入口チャンファ１２０に干渉するので、これを回避するためには、入口チャンファ１２０を継手中心Ｏの側に軸方向へ移動させると共に傾斜角度を適宜増加させることになるが、これに伴い、外側継手部材１０２の継手中心Ｏから開口側端部までの長さを短くする必要がある。これに対応したのが本実施形態の固定式等速自在継手１であり、従来の最大作動角を大幅に超える設定となっている。図５の上側半分に示す本実施形態の固定式等速自在継手１では外側継手部材２の継手中心Ｏから開口側の端面までの軸方向寸法Ｌ１は、下側半分に示す従来の最大作動角を有する固定式等速自在継手１０１の外側継手部材１０２の継手中心Ｏから開口側の端面までの軸方向寸法Ｌ２より短縮されている。

本実施形態の固定式等速自在継手１が最大作動角を取ったときの状態を図６（ａ）、図６（ｂ）を参照して説明する。図６（ａ）は固定式等速自在継手１が最大作動角を取ったときの縦断面図で、図６（ｂ）は、図６（ａ）の右側面図である。上述したように、外側継手部材２の開口側のトラック溝７の長さが減少するので、本実施形態の固定式等速自在継手１の作動形態は、図６（ａ）に示すように、従来より大幅に大きな最大作動角θｍａｘを取ったときに、外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部からボール４が外れてトラック溝７との接触点を失う状態となる。また、内側継手部材３のトラック溝９の奥側の端部からボール４が外れてトラック溝９との接触点を失う状態となる。図６（ｂ）に示すように、最大作動角θｍａｘを取った時、ボール４の中心Ｏｂが位相角φ０の位置で外側継手部材２のトラック溝７の開口側端部から最も外れる。最大作動角を取った時のボール４の中心Ｏｂから継手中心Ｏまでの軸方向距離をＳ２とする。本明細書および特許請求の範囲における「前記最大作動角を取ったときの前記トルク伝達ボールの中心から継手中心（Ｏ）までの軸方向距離（Ｓ２）」は、上記の意味で用いる。

図６（ａ）は、外側継手部材２の軸線Ｎｏ－Ｎｏに対して内側継手部材３（中間シャフト１４）の軸線Ｎｉ－Ｎｉを同図の紙面上で最大作動角θｍａｘ（例えば、５５°）まで屈曲させた状態を示す。保持器５の軸線Ｎｃ－Ｎｃは二等分角度θｍａｘ／２で傾斜する。ここで、位相角０°とは、図１（ｂ）示す作動角が０°の状態で一番上側（頂点）のボール４の中心Ｏｂの周方向の角度位置と定義する。本明細書および特許請求の範囲において、位相角は、位相角０°〔図６（ｂ）ではφ０と表記、以下、φ０ともいう〕から反時計方向に進む要領で示す。また、本明細書および特許請求の範囲において、最大作動角θｍａｘとは、固定式等速自在継手１が使用時に許容できる最大の作動角という意味で用いる。

図６（ａ）では、最大作動角時に中間シャフト１４が入口チャンファ２０に当接した状態で図示しているが、実際には、入口チャンファ２０は、最大作動角を取ったときに中間シャフト１４の外径面との間に僅かに余裕のある形状、寸法に設定され、入口チャンファ２０は、中間シャフト１４が最大作動角を超えたときのストッパ面として機能する。

図６（ａ）に示すように、本実施形態の固定式等速自在継手１では、最大作動角を取った時、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって移動する位相角φ０付近のボール４が、外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部（入口チャンファ２０）から外れてトラック溝７と接触点を失い、内側継手部材３のトラック溝９の奥側の端部からボール４が外れてトラック溝９との接触点を失う状態となる。この状態の詳細を図６（ａ）のＥ部を拡大した図７を参照して説明する。

外側継手部材２の開口側の端部に形成された入口チャンファ２０、トラック溝７、９と接触する場合のボール４の表面位置４ａｏ、４ａｉおよび保持器５のポケット５ａと接触するボール４の表面位置４ｂを破線で示す。また、外側継手部材２のトラック溝７とボール４との接触点Ｃ２（又はＣ１、図４参照）を軸方向につないだ接触点軌跡をＣＬｏとし、内側継手部材３のトラック溝９とボール４との接触点Ｃ３（又はＣ４、図４参照）を軸方向につないだ接触点軌跡をＣＬｉとし、それぞれを破線で示す。接触点軌跡ＣＬｏ、ＣＬｉは、トラック溝７、９の溝底から離れた位置に形成される。

接触点軌跡ＣＬｏは外側継手部材２の開口側では入口チャンファ２０の縁部で終わっている。この入口チャンファ２０の縁部が外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部である。接触点軌跡ＣＬｏの終端に対してボール４の表面位置４ａｏは、図７の右方向に外れており、ボール４とトラック溝７とは非接触状態となっている。トラック溝７と接触点を失うボール４は８個のうちの１～２個程度であり、このボール４はトルク伝達には関与しないが、詳細は後述する。内側継手部材３のトラック溝９の接触点軌跡ＣＬｉは、奥側の端部３ａで終わっている。接触点軌跡ＣＬｉの終端に対してボール４の表面位置４ａｉは、図７の左方向に外れており、ボール４とトラック溝９とは非接触状態となっている。ボール４の表面位置４ａｏと外側継手部材２のトラック溝７の接触点軌跡ＣＬｏの終端との外れ量は、ボール４の表面位置４ａｉと内側継手部材３のトラック溝９の接触点軌跡ＣＬｉの終端との外れ量よりも大きく設定されている。

ボール４の表面位置４ｂは、保持器５に対して、保持器５の球状外周面１２手前の半径方向位置でポケット５ａと接触状態が確保されている。そして、ポケット５ａとボール４とは、極わずかな締め代の嵌め合いに設定されており、かつ、内側継手部材３のトラック溝９とは非接触状態のためトラック溝９とボール４との間の不可避的な干渉もないので、ボール４は、ポケット５ａ内で確実に保持され、異音の発生などが防止される。万一、ボール４がポケット５ａから外れても、トラック溝７の入口チャンファ２０の縁部と保持器５のポケット５ａの縁部との間隔Ｗが、ボール４の直径Ｄｂに対して、Ｄｂ＞Ｗの関係に設定されているので、ボール４の脱落は防止される。

次に、ボール４がトラック溝７から外れる範囲、すなわち、ボール４とトラック溝７とが非接触状態になる位相角の範囲（以下、単に範囲ともいう）について図８を参照して説明する。図８は、最大作動角において、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７から外れる範囲を図１（ｂ）に表示した図である。図８に矢印でボール４が外側継手部材２のトラック溝７から外れる範囲を示す。各矢印の引き出し線は、ボール４の中心Ｏｂを表示している。本実施形態の固定式等速自在継手１では、外側継手部材２のトラック溝７Ａ、７Ｂは、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して周方向に傾斜角γを有し、かつ周方向に隣り合うトラック溝７Ａ、７Ｂが、互いに傾斜方向が逆方向に形成されているので、ボール４が、トラック溝７Ａから外れる位相角範囲Ｍ_Aとトラック溝７Ｂから外れる位相角範囲がＭ_Bとが図８に示すように若干異なる。

ボール４がトラック溝７から外れる範囲について、図６（ａ）、図６（ｂ）および図８におけるトラック溝７Ａに位置する１個のボール４を例として具体的に説明する。図６（ａ）に示す外側継手部材２の軸線Ｎｏ－Ｎｏと内側継手部材３（中間シャフト１４）の軸線Ｎｉ－Ｎｉを一定状態とし、固定式等速自在継手１を位相角φ０から反時計方向に回転させたとき、図８の位相角φ０の手前の位相角φ２_A（例えば、φ２_A＝３３６°）の位置において、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７Ａの開口側の端部から外れてトラック溝７Ａとの接触点を失い非接触状態を開始する。そして、位相角φ０を過ぎて、位相角φ１_A（例えば、φ１_A＝２４°）の位置において、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７Ａの開口側の端部に戻りトラック溝７Ａとの接触状態を開始する。

上記では、１個のボール４を例として説明したが、固定式等速自在継手１を回転させると実際には、８個のボール４が、順次、非接触状態になる位相角の範囲を通過することになる。トラック溝７Ｂに位置するボール４も同様であるが、トラック溝７Ｂはトラック溝７Ａとは傾斜方向が逆方向に形成されているので、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７Ｂの開口側の端部から外れてトラック溝７Ｂとの接触点を失い非接触状態を開始する位相角φ２_B（例えば、φ２_B＝３３３°）であり、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７Ｂの開口側の端部に戻りトラック溝７Ｂとの接触状態を開始するφ１_B（例えば、φ１_B＝２７°）となる。したがって、図８に示すように、ボール４が、トラック溝７Ａから外れる範囲Ｍ_Aとトラック溝７Ｂから外れる範囲がＭ_Bとが若干異なることになる。

さらに、上記の理由について図９を参照して説明する。図９は、図８の外側継手部材のトラック溝とトルク伝達ボールとが接触点を失う範囲がトラック溝の傾斜方向により異なる状態を示す外側継手部材の内周面の展開図である。図９は、図の上下方向の中心線の右側がトラック溝７Ａからボール４が外れる状態を示し、左側がトラック溝７Ｂからボール４が外れる状態を示している。図９の白抜き矢印は、内側継手部材３から外側継手部材２へのトルク負荷方向を示す。後述する図１１の白抜き矢印も同様とする。

トラック溝７は軸線に対して傾斜しているため、図９のトルク負荷方向に合わせて、トラック溝７Ａはボール４の中心Ｏｂより奥側方向にずれた位置で接触し、トラック溝７Ｂはボール４の中心Ｏｂより開口側方向にずれた位置で接触することになる。このため、ボール４の表面位置４ａｏが、トラック溝７Ａの接触点軌跡ＣＬｏの終端（入口チャンファ２０の縁部）に掛かり、接触点を失う位相角φ２_Aとなり、一方、トラック溝７Ｂの接触点軌跡ＣＬｏの終端（入口チャンファ２０の縁部）に掛かり、接触点を失う位相角φ２_Bとなる。したがって、位相角φ２_Aとφ２_Bに差が生じることになる。

ボール４がトラック溝７に戻り、接触状態を開始する位相角φ１は、上記の理由と同様であるので展開図は省略するが、ボール４の表面位置４ａｏが、トラック溝７Ａの接触点軌跡ＣＬｏの終端（入口チャンファ２０の縁部）に戻り、接触状態を開始する位相角φ１_A（図８参照）となり、一方、トラック溝７Ｂの接触点軌跡ＣＬｏの終端（入口チャンファ２０の縁部）に戻り、接触状態を開始する位相角φ１_B（図８参照）となる。この結果、最大作動角を取って反時計方向に回転させた場合、図８に示すように、ボール４が、トラック溝７Ａと接触点を失う範囲Ｍ_Aは、トラック溝７Ｂと接触点を失う範囲Ｍ_Bより小さくなる。逆に、時計方向に回転させた場合には、上記とは逆になり、ボール４が、トラック溝７Ａと接触点を失う範囲Ｍ_Aは、トラック溝７Ｂと接触点を失う範囲Ｍ_Bより大きくなる。ただし、最大作動角を取った時のボール４の中心Ｏｂから継手中心Ｏまでの軸方向距離Ｓ２については、トラック溝７Ａ、７Ｂとも同じ値になる。

本実施形態の固定式等速自在継手１は、前述したように、最大作動角を取った時、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって移動する位相角φ０付近のボール４が、外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部（入口チャンファ２０）から外れてトラック溝７と接触点を失い、内側継手部材３のトラック溝９の奥側の端部からボール４が外れてトラック溝９との接触点を失う状態となる。しかし、位相角φ０付近に対して直径方向に対向する位相角（φ＝１８０°）に位置するボール４は、図６（ａ）に示すように、外側継手部材２のトラック溝７の奥側で接触点を有すると共に、内側継手部材３のトラック溝９の開口側で接触点を有する設定となっている。これにより、負荷を受けるボール４の個数が増加すると共に、内部力のバランスが向上し、強度、耐久性を維持することができる。

本実施形態の固定式等速自在継手の特徴的な構成（１）の要約として、交差トラック溝タイプの固定式等速自在継手をベースにして、最大作動角を取ったときにボールが接触点を失う作動形態としたので、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７との接触点を失う高作動角でも、従来の軸方向トラックオフセット式に比べてボール４の作用による保持器５のモーメントと力が釣り合う方向に働くため、保持器５は二等分平面から大きくずれることがなく、等速性および伝達効率の低下や内部力の変化を最小限にとどめることができる。

また、ボールがトラック溝と接触状態となる小さな角度の常用角や中角度から高角度の領域まで、トルクが負荷されると、基本的に隣り合うトラック溝で互いに逆方向にボールが保持器を押す力が発生する構造のため、ボールの作用による保持器のモーメントと力が釣り合う。中角度から高角度の領域では、各ボールと外側継手部材のトラック溝および内側継手部材のトラック溝との接触力に強弱が発生するが、従来の軸方向トラックオフセット式に比べ、ボールの作用による保持器のモーメントと力が釣り合うため、保持器は二等分平面の近傍に安定し、良好な等速性および伝達効率が得られる。

次に、本実施形態の固定式等速自在継手の有利な構成として、特徴的な構成（２）、すなわち、トルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝の開口側端部と接触点を失う時のトルク伝達ボールの中心から継手中心Ｏまでの軸方向距離Ｓ１と、最大作動角を取ったときの前記トルク伝達ボールの中心から継手中心Ｏまでの軸方向距離Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２を０．７以上に設定したことについて、図１０～図１３を参照して説明する。

図１０（ａ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）の固定式等速自在継手が大きな作動角を取ったときに、トルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝の開口側端部と接触点を失う状態を示す縦断面図で、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の右側面図である。図１１は図１０（ｂ）のトルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝の開口側端部と接触点を失う状態を示す外側継手部材の内周面の展開図である。図１２は、図１０（ａ）のＦ部を拡大した縦断面図である。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、本実施形態の固定式等速自在継手１の作動角を大きく取ると、ボール４は、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に移動し、トラック溝７の入口チャンファ２０の縁部に掛かり、外側継手部材２のトラック溝７とボール４とが接触点を失う。この接触点を失った時点のボール４の中心Ｏｂから継手中心Ｏまでの軸方向距離をＳ１とする。この時の作動角はθ１となっている。

ボール４が外側継手部材２のトラック溝７の開口側端部と接触点を失う状態を図１１、図１２を参照して説明する。図１０（ｂ）に示す中間シャフト１４に矢印の方向（反時計方向）に回転させると、図１１に示す白抜き矢印がトルク負荷方向となり、ボール４とトラック溝７Ａ、７Ｂとの負荷域は図面上側の接触点軌跡ＣＬｏとなる。図１１は、トラック溝７Ａに位置するボール４のうち、外側継手部材２の開口側に向かって最も軸方向に移動したボール４の中心Ｏｂが位相角φ０に位置する状態を示している。この状態で、図１１、図１２に示すように、トラック溝７Ａに位置するボール４の表面位置４ａｏは、接触点軌跡ＣＬｏの開口側の終端、すなわち、入口チャンファ２０の縁部に掛かって、トラック溝７Ａと接触点を失う。この時点のボール４の中心Ｏｂから継手中心Ｏまでの軸方向距離をＳ１_Aとする。作動角としてはθ１_Aとなっている。図示は省略するが、トラック溝７Ｂの場合も同様で、トラック溝７Ｂに位置するボール４のうち、外側継手部材２の開口側に向かって最も軸方向に移動したボール４の中心Ｏｂが位相角φ０に位置する状態で、トラック溝７Ｂに位置するボール４の表面位置４ａｏが、接触点軌跡ＣＬｏの開口側の終端、すなわち、入口チャンファ２０の縁部に掛かって、トラック溝７Ｂと接触点を失う。この時点のボール４の中心Ｏｂから継手中心Ｏまでの軸方向距離をＳ１_B（図示省略）とする。作動角としてはθ１_B（図示省略）となっている。

図１１に示すように、トラック溝７Ａに位置するボール４がトラック溝７Ａと接触点を失った時点では、位相角φ０から離れた位相角に位置するトラック溝７Ｂとボール４とは接触点Ｃ１において接触状態にあり、荷重を負担する。

また、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７Ａと接触点を失った時点では、図１２に示すように、ボール４の表面位置４ａｉは、内側継手部材３のトラック溝９Ａの接触点軌跡ＣＬｉの軸方向範囲内に位置し、トラック溝９Ａとボール４は接触点Ｃ３において接触状態にある。したがって、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７Ａと接触点を失う時点と、同様の位置関係にあるボール４が外側継手部材２のトラック溝７に戻る際に内側継手部材３のトラック溝９で荷重を受けることができる。

ボール４が外側継手部材２のトラック溝７と接触点を失う時点は、最大作動角時の位相角φ１_A、φ１_B、φ２_A、φ２_Bおよび範囲Ｍ_A、Ｍ_Bについて前述した内容と同様に、トラック溝７Ａと傾斜方向が反対のトラック溝７Ｂでは、接触点軌跡ＣＬｏの長さが異なることに起因して、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７Ａ、７Ｂと接触点を失う時点は若干異なり、ボール４の中心Ｏｂから継手中心Ｏまでの軸方向距離Ｓ１_A、Ｓ１_Bも若干異なる。具体的には、反時計方向に回転させた場合はＳ１_A＞Ｓ１_Bとなり、時計方向に回転させた場合はＳ１_A＜Ｓ１_Bとなる。ただし、いずれの回転方向においても、Ｓ１_A、Ｓ１_Bとの差は僅かである。ボール４の中心Ｏｂから継手中心Ｏまでの軸方向距離Ｓ１_A、Ｓ１_Bを総称して、軸方向距離Ｓ１と定義する。本明細書および特許請求の範囲における「前記トルク伝達ボールが前記外側継手部材のトラック溝の開口側端部と接触点を失う時の前記トルク伝達ボールの中心から継手中心（Ｏ）までの軸方向距離（Ｓ１）」は、上記の意味で用いる。

以上説明した本実施形態の固定式等速自在継手１の特徴的な構成（２）の要約として、図１３を参照して説明する。図１３（ａ）は、ボール４と外側継手部材２のトラック溝７とが接触点を失う時のボール４の中心Ｏｂと継手中心Ｏとの間の軸方向距離Ｓ１を示す縦断面図で、図１３（ｂ）は、最大作動角時のボール４の中心Ｏｂと継手中心Ｏとの間の軸方向距離Ｓ２を示す縦断面図である。

図１３（ａ）に示す軸方向距離Ｓ１と図１３（ｂ）に示す軸法距離Ｓ２の比Ｓ１／Ｓ２は、０．７以上に設定されている。この比Ｓ１／Ｓ２が０．７以上に設定されているので、８個のボール４を有する本実施形態の固定式等速自在継手１は、最大作動角時に外側継手部材２のトラック溝７と接触点を失うボール４の個数を最大で３個までとすることができる。これにより、保持器５とボール４が二等分平面からずれることなく、等速性および伝達効率を実用可能なレベルに維持することができる。

本実施形態の固定式等速自在継手１は、ボール４の個数が８個のものを例示したが、ボール個数を１０個又は１２個としてもよい。この場合も、トルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝の開口側端部と接触点を失う時のトルク伝達ボールの中心から継手中心Ｏまでの軸方向距離Ｓ１と、最大作動角を取ったときの前記トルク伝達ボールの中心から継手中心Ｏまでの軸方向距離Ｓ２との比Ｓ１／Ｓ２を０．７以上に設定することが好ましい。これにより、最大作動角時に外側継手部材のトラック溝と接触点を失うボールの個数を、１０個ボールの場合は最大で３個までとすることができ、１２個ボールの場合は最大で４個までとすることができる。その結果、保持器とボールが二等分平面からずれることなく、等速性および伝達効率を実用可能なレベルに維持することができる。

以上に説明したように、本実施形態の固定式等速自在継手１は、交差トラック溝タイプの固定式等速自在継手において、最大作動角を取ったときにボールが接触点を失う作動形態としたので、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７との接触点を失う高作動角でも、ボール４の作用による保持器５のモーメントと力が釣り合う方向に働くため、保持器５は二等分平面から大きくずれることがなく、等速性および伝達効率の低下や内部力の変化を最小限にとどめることができるという交差トラック溝タイプの固定式等速自在継手がベースに有する有利な特徴的構成（１）に加えて、有利な構成として、上記の特徴的な構成（２）によって、最大作動角が従来の作動角（５０°）を超える角度に設定され、ボールが接触点を失う作動形態を有する固定式等速自在継手の等速性および伝達効率を実用可能なレベルに維持することができる。

以上の実施形態では、外側継手部材２、内側継手部材３の周方向に傾斜したトラック溝７、９が、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状の軌道中心線Ｘａ、Ｙａを有する第１のトラック溝部７ａ、９ａと、直線状の軌道中心線Ｘｂ、Ｙｂを有する第２のトラック溝部７ｂ、９ｂとから構成された固定式等速自在継手１を例示したが、これに限られず、外側継手部材２、内側継手部材３の周方向に傾斜したトラック溝７、９の軸方向全域が、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状の軌道中心線Ｘ、Ｙで形成された固定式等速自在継手することもできる。

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
３ａ 端部
４ トルク伝達ボール
５ 保持器
５ａ ポケット
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のトラック溝部
９ｂ 第２のトラック溝部
１２ 球状外周面
１３ 球状内周面
２０ 入口チャンファ
ＣＬｏ 接触点軌跡
ＣＬｉ 接触点軌跡
Ｍ 平面
Ｎ 継手の軸線
Ｏ 継手中心
Ｏｂ ボールの中心
Ｐ 平面
Ｑ 平面
Ｓ１ 軸方向距離
Ｓ２ 軸方向距離
Ｗ 間隔
Ｘ 軌道中心線
Ｘａ 軌道中心線
Ｘｂ 軌道中心線
Ｙ 軌道中心線
Ｙａ 軌道中心線
Ｙｂ 軌道中心線
θｍａｘ 最大作動角
φ０ 位相角
φ１ 位相角
φ２ 位相角

Claims (3)

1. 球状内周面に概ね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、球状外周面に概ね軸方向に延びる複数のトラック溝が前記外側継手部材のトラック溝に対向して形成された内側継手部材と、対向する各トラック溝間に組込まれたトルク伝達ボールと、このトルク伝達ボールをポケットに保持し、前記外側継手部材の球状内周面に案内される球状外周面と前記内側継手部材の球状外周面に案内される球状内周面が形成された保持器とからなる固定式等速自在継手であって、前記
   外側継手部材のトラック溝の軌道中心線（Ｘ）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部分と、この円弧状部分とは異なる形状の部分とからなり、前記異なる形状の部分が直線状であり、前記円弧状部分と前記異なる形状の部分とが接続点（Ｊ）において滑らかに接続し、前記接続点（Ｊ）が、前記継手中心（Ｏ）より前記外側継手部材の開口側に位置し、前記軌道中心線（Ｘ）と継手中心（Ｏ）を含む平面（Ｍ）が継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に対して傾斜すると共に、その傾斜方向が周方向に隣り合う前記トラック溝で互いに反対方向に形成されており、前記内側継手部材のトラック溝の軌道中心線（Ｙ）は、作動角０°の状態で継手中心（Ｏ）を含み継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に直交する平面（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軌道中心線（Ｘ）と鏡像対称に形成された固定式等速自在継手において、
   最大作動角を取ったときに、前記外側継手部材のトラック溝の開口側に移動する少なくとも１個の前記トルク伝達ボールが、前記外側継手部材のトラック溝の開口側端部と接触点を失うことを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記トルク伝達ボールが前記外側継手部材のトラック溝の開口側端部と接触点を失う時の前記トルク伝達ボールの中心から継手中心（Ｏ）までの軸方向距離（Ｓ１）と、前記最大作動角を取ったときの前記トルク伝達ボールの中心から継手中心（Ｏ）までの軸方向距離（Ｓ２）との比Ｓ１／Ｓ２を０．７以上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. 前記トルク伝達ボールの個数を８個とし、最大作動角を取ったときに、前記外側継手部
   材のトラック溝の開口側端部と接触点を失う前記トルク伝達ボールの個数を３個以下とし
   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。

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