WO2009145035A1 - 固定型等速自在継手 - Google Patents

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WO2009145035A1
WO2009145035A1 PCT/JP2009/058605 JP2009058605W WO2009145035A1 WO 2009145035 A1 WO2009145035 A1 WO 2009145035A1 JP 2009058605 W JP2009058605 W JP 2009058605W WO 2009145035 A1 WO2009145035 A1 WO 2009145035A1
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center
guide groove
ball
velocity universal
constant velocity
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PCT/JP2009/058605
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English (en)
French (fr)
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智茂 小林
健太 山崎
輝明 藤尾
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fixed type constant velocity universal joint, and more particularly to a fixed type that is used in power transmission systems of automobiles and various industrial machines, and that allows only angular displacement between two axes of a driving side and a driven side. It relates to a universal joint.
  • a fixed type constant velocity universal joint is one type of constant velocity universal joint used as a means for transmitting rotational force from an automobile engine to wheels at a constant speed.
  • This fixed type constant velocity universal joint has a structure in which two shafts on the driving side and the driven side are connected and rotational torque can be transmitted at a constant speed even if the two shafts have an operating angle.
  • the Barfield type (BJ) and the undercut free type (UJ) are widely known. Yes.
  • an undercut-free (UJ) fixed type constant velocity universal joint is an outer joint in which a plurality of guide grooves 2 are formed on the inner diameter surface 1 along the axial direction at equal intervals in the circumferential direction as shown in FIG.
  • a plurality of balls 7 are interposed between the guide groove 2 of the outer ring 3 and the guide groove 5 of the inner ring 6 to transmit torque, and are interposed between the inner diameter surface 1 of the outer ring 3 and the outer diameter surface 4 of the inner ring 6.
  • a plurality of window portions 9 in which the balls 7 are accommodated are arranged in the cage 8 along the circumferential direction.
  • the groove bottom of the guide groove 2 of the outer ring 3 is composed of a straight part 2a on the opening side (a straight part parallel to the axial direction of the outer ring 3) and a circular arc part 2b on the back side.
  • the groove bottom of the guide groove 5 of the inner ring 6 includes an arc portion 5a on the opening side and a straight portion 5a on the back side (a straight portion parallel to the axial direction of the inner ring 6).
  • the center of curvature O1 of the guide groove 2 of the outer ring 3 is the axis of the spherical center O3 of the inner diameter surface 1
  • the center O2 of the guide groove 5 of the inner ring 6 is the axis of the spherical center O4 of the outer diameter surface 4, respectively. Offset to the opposite side by an equal distance F in the direction.
  • the fixed constant velocity universal joint of the Barfield type is an outer joint in which a plurality of guide grooves 12 are formed on the inner diameter surface 11 along the axial direction at equal intervals in the circumferential direction.
  • a plurality of window portions 19 in which the balls 17 are accommodated are arranged in the cage 18 along the circumferential direction.
  • the groove bottoms of the guide groove 12 of the outer ring 13 and the guide groove 15 of the inner ring 16 are each composed only of an arc portion.
  • the center of curvature O2 of the guide groove 15 of the inner ring 16 and the center of curvature O1 of the guide groove 12 of the outer ring 13 are offset from the joint center O by an equal distance k and k in the opposite direction in the axial direction.
  • a fixed type constant velocity universal joint (a constant velocity universal joint on a tire side) used for driving a front tire for an automobile is set to have a low operating angle in a straight traveling state (0 to 10 degrees). degree).
  • a straight traveling state (0 to 10 degrees). degree).
  • the vehicle turns, it takes a large operating angle according to the steering angle.
  • scenes requiring large steering garage entry, intersections, etc.
  • most are used in a straight line state low operating angle. Therefore, by improving the efficiency (loss due to friction) of the fixed type constant velocity universal joint at a low operating angle, it can be expected to improve the fuel efficiency of the automobile.
  • the pinching angle of the ball 17 is ⁇ in the constant velocity universal joint shown in FIG.
  • the pinching angle of the ball 7 is ⁇ ′ smaller than the pinching angle ⁇ .
  • the force pushing the ball 17 in the axial direction decreases from F to F ′ as shown in FIGS. 9 and 12.
  • FIG. 10 shows the case where the constant velocity universal joint shown in FIG. 8 takes an operating angle (40 deg)
  • FIG. 13 shows the case where the constant velocity universal joint shown in FIG. 11 takes an operating angle (40 deg). Is the locus of the contact point between the outer ring 13 and the ball 17, and the line L2 is the locus of the contact point between the inner ring 16 and the ball 17.
  • FIG. 8 shows the case where there are six balls 17 and FIG. 11 shows the case where there are eight balls.
  • the lengths of the contact point trajectories in these cases are compared, and the results are shown in Table 1 below. Described.
  • the ball diameter reduction and the small offset need to be designed while balancing among the three of strength, operability and efficiency, and the design is inferior. .
  • the track offset represents the guide groove center distance from the center of each spherical surface of the outer and inner rings.
  • the offset is F
  • the center of curvature O1 of the guide groove 2 of the outer ring 3 or the center of curvature O2 of the guide groove 5 of the inner ring 6 and the center O5 of the ball 7 are defined.
  • the core positions of the outer and inner spherical surfaces of the cage (cage) 8 are offset from each other by an equal distance in the axial direction with respect to the joint center (ball center) O.
  • the track offset amount is not preferable whether it is excessive or small, and there is an optimum range.
  • the present invention can secure a ball groove depth and improve the performance compared to the conventional product without increasing the “force to push the ball in the axial direction” which affects the joint efficiency.
  • a fixed type constant velocity universal joint is provided.
  • the constant velocity universal joint of the present invention includes an outer joint member in which a plurality of guide grooves are formed on an inner diameter surface, an inner joint member in which a plurality of guide grooves are formed on an outer diameter surface, and a guide groove in the outer joint member.
  • a fixed type constant velocity universal joint in which the center of the guide groove of the inner joint member is offset to the opposite side by an equal distance in the axial direction with respect to the spherical center of the outer diameter surface, and the track offset amount is F, R1 which is F / PCR when the length of the line segment connecting the center of the guide groove of the outer joint member or the center of the guide groove of the inner joint member and the center of the ball is PCR is 0.045 ⁇ R1 ⁇ In the range of 0.065 and inside the outer diameter surface of the cage Alternatively, an angle formed by a line segment connecting the center of the inner diameter surface of the cage and the center of the ball and a line segment connecting the center of the guide groove of the outer joint member or the guide groove of the inner joint member and the center of the
  • ⁇ t, and ⁇ c is the angle formed by the line connecting the center of the outer diameter surface of the cage or the center of the inner diameter surface of the cage and the center of the ball and the line connecting the joint center and the center of the ball, As that is ⁇ t / ⁇ when the angle obtained by adding the angles is ⁇ is 0.045 ⁇ As ⁇ 0.065.
  • the track offset amount is reduced, and the spherical center of the outer diameter surface of the cage (cage) and the spherical center of the inner diameter surface of the cage (cage) are directed toward the guide groove center with respect to the joint center.
  • the guide grooves can be offset appropriately, and the depth of each guide groove can be increased while ensuring the same total offset amount as that of the conventional product.
  • the contact angle between the guide groove and the ball for example, 33 ° to 38 °
  • the lubricating fluid bypasses the contact portion of the smooth surface (contact portion with the counterpart rolling surface),
  • the oil volume is increased at the minute recesses and passes through the contact surface (steel ball surface). That is, the minute recess (micro oil pot) works as an oil retaining effect on the surface of the steel ball and the counterpart rolling surface.
  • an oil film layer is reliably formed between the contact surfaces of the surface of the steel ball and the mating rolling surface. Can do.
  • the surface roughness of the surface provided with the minute concave recess is Ra 0.03 to 1.0 ⁇ m, preferably Ra 0.05 to 0.15 ⁇ m, and the SK value of the surface roughness parameter is ⁇ 1. 6 or less, preferably the SK value is -4.9 to -1.6, and the area ratio of the recesses is 10 to 30%.
  • the surface roughness Ra is a value obtained by folding the roughness curve from the center line and dividing the area obtained by the roughness curve and the center line by the length in micrometers ( ⁇ m). is there. That is, the surface roughness Ra is the arithmetic average roughness Ra in the “amplitude average parameter in the height direction” of the surface roughness parameter defined in JIS B 0601-2001.
  • the SK value of the parameter indicates the degree of skewness (skewness) of the roughness curve (ISO 287 4287: 1997), and is a statistic that provides a guideline for knowing the asymmetry of the unevenness distribution. The value is close to 0, and when the concave and convex portions are deleted, a negative value is obtained.
  • the micro concave recess may be provided on the groove surface of the guide groove of the inner joint member or the groove surface of the guide groove of the outer joint member in addition to the ball surface. If the surface roughness of the ball surface or the groove surface of the guide groove is Ra 0.03 to 1.0 ⁇ m, an oil film layer is reliably formed between the contact surface of the ball surface and the guide groove with the mating rolling surface (guide groove). can do.
  • the SK value of the surface roughness parameter to -1.6 or less, the indentation stably becomes an oil reservoir, and even when compressed, there is little oil leakage in the sliding direction and the right angle direction, and it is excellent in oil film formation
  • the oil film formation is good and has the effect of suppressing surface damage as much as possible. Further, by setting the area ratio of the depressions to 10 to 30%, a large number of depressions for holding the lubricating oil can be provided at random on the ball surface, and stable reduction in friction can be achieved.
  • the surface provided with a micro-concave recess is formed by barrel polishing, shot blasting, or shot peening.
  • barrel polishing an object to be polished (work) and an abrasive (media) are placed in a container (barrel), and surface processing such as deburring and R attachment is performed by the relative friction between the work and the media generated by the movement of the barrel.
  • surface processing such as deburring and R attachment is performed by the relative friction between the work and the media generated by the movement of the barrel.
  • Shot blasting is a process performed for the purpose of cleaning the surface by removing burrs (overhanging) generated during cutting and molding, and scales (hard oxide film) generated during heat treatment.
  • Shot peening is a process of projecting small particles onto the surface of the object to be processed, and is performed under the condition that the outermost surface is plastically deformed for the purpose of generating a compressive residual stress on the surface. For this reason, shot peening and shot blasting are greatly different in terms of conditions such as strength.
  • the SK value can be controlled by selecting the rotational speed of the barrel polishing machine, the processing time, the input amount of the workpiece, the type and size of the chip, and the like.
  • shot blasting or shot peening it can be performed by selecting the type of projection material (particle size, composition, density, hardness, strength), projection speed, projection angle, projection amount, and the like.
  • the constant velocity universal joint may be an undercut-free type in which the groove bottom of each guide groove is provided with an arc portion and a straight portion, or may be a Rzeppa type in which the groove bottom of each guide groove is composed only of an arc portion.
  • the constant velocity universal joint of the present invention is preferably used for a propeller shaft of an automobile.
  • the load capacity of the joint can be increased, and the durability and strength can be improved.
  • the contact angle between the guide groove and the ball can be increased, the load on the guide groove can be reduced, and this also improves the durability and strength.
  • the difference in moving distance between the inner ring and the ball and the outer ring and the ball is reduced, and the joint efficiency is improved.
  • by adding a cage offset it is possible to compensate for the effect of lowering the operability due to the decrease in R1 (small track offset).
  • ⁇ Lubricant is held in the concave portion of the micro concave shape by the effect of the concave portion of the micro concave shape randomly attached to the ball surface or the groove surface of the guide groove. Therefore, since a better oil film layer state can be maintained on the contact surface between the track and the ball, the efficiency of the constant velocity universal joint can be improved by reducing the contact frictional resistance.
  • the undercut free type or the zepper type may be used, and various types corresponding to various usage environments can be configured. For this reason, the optimal constant velocity universal joint can be comprised in the propeller shaft of a motor vehicle.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the fixed type constant velocity universal joint of FIG. 8 taken at an operating angle.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the fixed type constant velocity universal joint of FIG. 11 taken at an operating angle.
  • the fixed type constant velocity universal joint has an outer ring 23 as an outer joint member in which a plurality of guide grooves 22 are formed along the axial direction on an inner diameter surface 21, and an outer diameter surface 24.
  • a plurality of guide grooves 25 are provided with an inner ring 26 as an inner joint member formed along the axial direction.
  • the guide groove 22 of the outer ring 23 and the guide groove 25 of the inner ring 26 make a pair, and a ball 27 for transmitting torque is interposed between the guide groove 22 of the outer ring 23 and the guide groove 25 of the inner ring 26.
  • a cage (retainer) 28 is interposed between the inner diameter surface 21 of the outer ring 23 and the outer diameter surface 24 of the inner ring 26, and a plurality of window portions (which are arranged at a predetermined pitch along the circumferential direction of the retainer 28 ( A ball 27 is held in a pocket 29.
  • the guide groove 22 of the outer ring 23 includes an opening-side straight portion 22a (a straight portion parallel to the outer ring axis) and a back-side arc portion 22b.
  • the guide groove 25 of the inner ring 26 includes an opening-side arc portion 25a and a back-side straight portion 25b (a straight portion parallel to the outer ring axis). For this reason, this fixed type constant velocity universal joint is an undercut free type.
  • the center of curvature O1 of the guide groove 22 of the outer ring 23 is shifted from the joint center O in the axial direction toward the opening side of the outer ring 23. Further, the center of curvature O2 of the guide groove 25 of the inner ring 26 is provided at an equal distance from the joint center O in the axial direction on the far side opposite to the center of curvature O1 of the guide groove 22 of the outer ring 23.
  • the offset amount of the curvature center O1 (dimension between the curvature center O1 and the spherical center O3) is Fo
  • the offset amount of the curvature center O2 (dimension between the curvature center O2 and the spherical center O4) is Fi. Fi.
  • the guide groove 22 of the outer ring 23 and the guide groove 25 of the inner ring 26 have a Gothic arch shape formed only by forging or by shaving after forging.
  • the guide grooves 22, 25 and the ball 27 are in an angular contact by using a Gothic arch shape. That is, the ball 27 is in contact with the guide groove 22 of the outer ring 23 at two points C11 and C12, and is in contact with the guide groove 25 of the inner ring 26 at two points C21 and C22.
  • the angle formed by the contact points C11, C12, C21, C22 between the center O5 of the ball 27 and the guide grooves 22, 25 with respect to the line segment passing through the center O5 of the ball 27 and the joint center O is the contact angle ⁇ 1.
  • the contact angles ⁇ 1 of the contact points C11, C12, C21, C22 are all equal and are set to 33 ° to 38 °.
  • the length of a line segment mo connecting the track offset amount (offset amount) F (Fo) and the center of curvature O1 of the guide groove 22 of the outer ring 23 and the center O5 of the ball 27 is represented by PCR (PCRo).
  • the length of the line segment mi connecting the track offset amount (offset amount) F (Fi) and the center of curvature O2 of the guide groove 25 of the inner ring 26 and the center O5 of the ball 27 is the ratio R1 of PCR (PCRi) ( Fi / PCRi) is set to 0.045 to 0.065.
  • PCRo and PCRi are the same.
  • ( ⁇ t / ⁇ ) is 0.045 to 0.065, where ⁇ c is the formed angle and ⁇ is the sum of these angles.
  • An angle formed by ⁇ t, and an angle formed by a line segment ni connecting the spherical surface center O4 of the inner diameter surface 28b of the cage 28 and the center O5 of the ball 27 and a line L connecting the joint center O and the center O5 of the ball 27 are defined.
  • ( ⁇ t / ⁇ ) is 0.045 to 0.065, where ⁇ c is the sum of these angles and ⁇ is ⁇ .
  • the F / PCR is 0.069 to 0.121. Further, f / PCR is 0 to 0.052, and As ( ⁇ t / ⁇ ) is 0.66 to 1.00.
  • the track offset amount is reduced, and the spherical center O3 of the outer diameter surface 28a of the cage (cage) 28 and the spherical center O4 of the inner diameter surface 28b of the cage (cage) 28 are set to the joint center O.
  • the guide grooves 22 and 25 can be properly offset toward the curvature centers O1 and O2, and the depth of each guide groove 22 and 25 can be increased while ensuring the same total offset amount as that of the conventional product. it can.
  • the contact angle for example, 33 ° to 38 °
  • the contact angle between the guide grooves 22 and 25 and the ball 27 can be increased, the load on the guide grooves 22 and 25 can be reduced, and the durability and strength can be improved.
  • a cage offset cage offset
  • the difference in moving distance between the inner ring 26 and the ball 27 and the outer ring 23 and the ball 27 is reduced, and the joint efficiency is improved.
  • by adding a cage offset it is possible to compensate for the effect of lowering the operability due to the decrease in R1 (small track offset). Thereby, efficiency can be maintained.
  • the surface roughness of the ball surface is Ra 0.03 to 1.0 ⁇ m, preferably Ra 0.05 to 0.15 ⁇ m.
  • the SK value of the surface roughness parameter is set to ⁇ 1.6 or less, and preferably, the SK value is set to ⁇ 4.9 to ⁇ 1.6. Further, the area ratio of the recesses is set to 10 to 30%.
  • the surface roughness Ra is a value obtained by folding the roughness curve from the center line and dividing the area obtained by the roughness curve and the center line by the length in micrometers ( ⁇ m). That is, the surface roughness Ra is the arithmetic average roughness Ra in the “amplitude average parameter in the height direction” of the surface roughness parameter defined in JIS B 0601-2001.
  • the SK value of the parameter indicates the degree of skewness (skewness) of the roughness curve (ISO 287 4287: 1997), and is a statistic that provides a guideline for knowing the asymmetry of the unevenness distribution. The value is close to 0, and when the concave and convex portions are deleted, a negative value is obtained.
  • the surface provided with the minute concave recess 35 may be formed by barrel polishing, shot blasting, or shot peening.
  • barrel polishing an object to be polished (work) and an abrasive (media) are placed in a container (barrel), and surface processing such as deburring and R attachment is performed by the relative friction between the work and the media generated by the movement of the barrel. Is the method.
  • Shot blasting is a process performed for the purpose of cleaning the surface by removing burrs (overhanging) generated during cutting and molding, and scales (hard oxide film) generated during heat treatment.
  • Shot peening is a process of projecting small particles onto the surface of the object to be processed, and is performed under the condition that the outermost surface is plastically deformed for the purpose of generating a compressive residual stress on the surface. For this reason, shot peening and shot blasting are greatly different in terms of conditions such as strength.
  • WPC processing for such surface processing, WPC processing, dimple processing, micro dimple processing, and further WPC processing called fine particle peening or precision shot peening are more preferable.
  • the WPC process is a surface modification process in which fine particles of a material suitable for a purpose are mixed with a compressible gas and collided at high speed on the surface of a metal product. In this method, rapid heating and rapid cooling are repeated on the outermost surface of the processing object. For this reason, a fine and dense structure with high toughness is formed and the surface is strengthened by increasing the hardness, and at the same time, the frictional wear characteristics can be improved by changing the surface properties to fine dimples. That is, by performing the WPC process, it is possible to improve fatigue strength and slidability.
  • micro-dimples which are micro dimples (micro oil pots) 35
  • the surface is flat and has no directionality (isotropic), and the surface roughness of this portion is equivalent to the surface roughness of the guide grooves of the inner ring 26 and the outer ring 23.
  • the minute recesses 35 can form fine dimples by selecting optimum media and abrasive grains. In this case, an arbitrary size and an arbitrary number of minute concave portions 35 can be manufactured by changing the surface grinding conditions.
  • the depth of the minute recess 35 is, for example, about 1 ⁇ m.
  • the control of the SK value and the like can be performed by selecting the rotational speed of the barrel polishing machine, the processing time, the workpiece input amount, the type and size of the chip, and the like.
  • the type of projection material particle size, composition, density, hardness, strength
  • projection speed projection angle
  • projection amount and the like.
  • FIG. 6 shows a case where the rolling direction and the machining direction of the finished surface are the same, and FIG. 6C shows a case where the rolling direction and the machining direction of the finished surface are perpendicular.
  • this lubricating fluid flow model is applied to the constant velocity universal joint, it can be represented by a model as shown in FIG.
  • the hatched portion indicates the elastic contact portion 36
  • the cross-hatched portion indicates the minute concave portion 35
  • the broken-line arrow indicates the fluid flow.
  • the rolling direction is from left to right on the drawing, and the lubricating fluid bypasses the contact portion of the smooth surface, increases the amount of oil at the minute recess 35, and flows on the ball surface. For this reason, an oil film can be formed.
  • the lubricating fluid is brought into contact with the smooth surface (the guide grooves of the outer ring 23 and the inner ring 26). It bypasses the contact portion with the surface) and increases the amount of oil at the minute recess 35 to pass over the ball surface. That is, the minute recess (micro oil pot) 35 works as an oil retaining effect on the surface of the ball 27 and the guide groove surface.
  • the lubricating fluid can be brought into contact with the smooth surface contact portions (the guide groove surfaces of the outer ring 23 and the inner ring 26). ), The amount of oil is increased by the minute recesses 35 and passes over the ball surface. That is, the minute recess (micro oil pot) 35 works as an oil retaining effect on the surface of the ball 27 and the guide groove surface.
  • the surface roughness of the ball surface is Ra 0.03 to 1.0 ⁇ m
  • an oil film layer can be reliably formed between the contact surfaces of the ball surface and the mating rolling surface (guide groove).
  • the SK value of the surface roughness parameter is -1.6 or less
  • the indentation stably becomes an oil reservoir, and even when compressed, there is little oil leakage in the sliding direction and the right angle direction, and it is excellent in oil film formation
  • the oil film formation is good and has the effect of suppressing surface damage as much as possible.
  • the area ratio of the depressions to 10 to 30%, a large number of depressions for holding the lubricating oil can be provided at random on the ball surface, and stable reduction in friction can be achieved.
  • the recess 35 may be provided on the groove surface of the guide groove 22 of the outer ring 23 or the guide groove 25 of the inner ring 26 without providing the recess 35 exhibiting the micro oil pot effect on the ball surface.
  • a large number of minute concave recesses are provided at random, and the surface roughness of the recesses is Ra 0.03 to 1.0 ⁇ m, preferably Ra 0.05 to 0.15 ⁇ m.
  • the SK value of the indentation surface roughness parameter is set to ⁇ 1.6 or less, and preferably the SK value is set to ⁇ 4.9 to ⁇ 1.6. Further, the area ratio of the recesses is set to 10 to 30%.
  • the lubricant is held in the recesses of the micro concave shape by the effect of the micro concave recesses randomly attached to the ball surface or the track surface (guide groove surface). Therefore, since a better oil film layer state can be maintained on the contact surface between the guide grooves 22 and 25 and the ball 27, the efficiency of the constant velocity universal joint can be improved by reducing the contact frictional resistance.
  • the guide groove 22 of the outer ring 23 and the guide groove of the inner ring 26 can be formed only by forging, or by shaving after forging, etc.
  • the guide groove formation of the inner ring 26 and outer ring 23 is a special formation. It can be done easily without depending on the method.
  • the said embodiment was a constant velocity universal joint of an undercut free type, as another embodiment, the constant velocity universal joint of the Barfield type (Zepper type) where the groove bottom of a track groove consists only of a circular arc part It may be.
  • the constant velocity universal joint of the present invention can be constructed in various types corresponding to various use environments. For this reason, the optimal constant velocity universal joint can be comprised in the propeller shaft of a motor vehicle.
  • a constant velocity universal joint including eight or more torque transmission balls can achieve further compactness and weight reduction while ensuring strength, load capacity, and durability.
  • the portion where the recess 35 is provided may be only the ball surface.
  • the portion where the recess 35 is provided may be only the ball surface.
  • Only the guide groove 22 of the outer ring 23 or only the guide groove 25 of the inner ring 26, or the ball surface and the guide groove 22 of the outer ring 23, the ball surface and the guide groove of the inner ring 26 may be used.
  • 25, the guide groove 22 of the outer ring 23 and the guide groove 25 of the inner ring 26, or the ball surface, the guide groove 22 of the outer ring 23, and the guide groove 25 of the inner ring 26 may be used. .
  • the straight part may have a tapered shape.
  • the center of curvature of the guide groove of the outer ring and the center of curvature of the guide groove of the inner ring are offset in the radial direction from the joint axis, respectively. (Radial offset) may be used.
  • the circumferential arrangement pitch of the guide grooves may be equal or unequal, and the number of balls may be increased or decreased arbitrarily.
  • F / PCR is 0.069 to 0.121 and As ( ⁇ t / ⁇ ) is 0.66 to 1.00, and F / PCR is 0.00.
  • Table 3 shows the results. Table 3 quantifies the degree of improvement over the conventional product. As can be seen from the results, the inventive product has large numerical values with respect to strength, durability, and efficiency, indicating that these are improved over the conventional product.
  • F / PCR is in the range of 0.045 to 0.065, ⁇ t / ⁇ is 0.045 to 0.065, and a large number of minute particles are present on the ball surface.
  • Performance evaluation with the product 2 of the present invention in which the concave portions 35 are randomly arranged was performed.
  • the indentation surface roughness was Ra 0.03 to 1.0 ⁇ m
  • the indentation surface roughness parameter SK value was ⁇ 1.6 or less
  • the indentation area ratio was 10 to 30%.
  • Table 4 shows the results. As in Table 3, Table 4 shows the degree of improvement over the conventional product in numerical values. As can be seen from the results, the inventive products have large numerical values regarding strength, durability, and efficiency, indicating that these are improved over the conventional products, and in particular, that the efficiency is improved.
  • the guide groove bottom may be an undercut free type having an arc portion and a straight portion, respectively, or the undercut free type linear portion may have a tapered shape. Moreover, even if the guide groove bottom has a plurality of arc portions with different curvature radii, the center of curvature of the guide groove of the outer ring and the center of curvature of the guide groove of the inner ring are offset in the radial direction from the joint axis, respectively. (Radial offset) may be used.

Abstract

　継手効率に影響を与える「ボールを軸方向に押し出す力」を大きくすることなく、従来品よりもボール溝深さを確保でき、かつ性能を向上させることが可能な固定型等速自在継手の提供にある。 　外側継手部材の案内溝２２の中心が内径面２１の球面中心に対して、内側継手部材の案内溝２５の中心が外径面２４の球面中心に対して、それぞれ、オフセットされた固定型等速自在継手である。オフセット量Ｆと、案内溝２２、２５の中心とボール２７の中心とを結ぶ線分の長さＰＣＲとの比（Ｆ／ＰＣＲ）が、０．０４５～０．０６５である。保持器２８の外径面の中心とボールの中心とを結ぶ線分と、外側継手部材の案内溝の中心とボールの中心とを結ぶ線分との成す角度をαｔとし、保持器の外径面の中心とボールの中心とを結ぶ線と、継手中心とボールの中心とを結ぶ線との成す角度をαｃとし、加算した角度をαとしたときの比率（αｔ／α）が、０．０４５～０．０６５である。

Description

固定型等速自在継手
　本発明は、固定型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型等速自在継手に関する。
　例えば、自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達する手段として使用される等速自在継手の一種に固定型等速自在継手がある。この固定型等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結してその二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し得る構造を備えている。一般的に、前述した固定型等速自在継手としては、特許文献１や特許文献３等に記載されているように、バーフィールド式（ＢＪ）やアンダーカットフリー式（ＵＪ）が広く知られている。
　例えば、アンダーカットフリー式（ＵＪ）の固定型等速自在継手は、図７に示すように内径面１に複数の案内溝２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪３と、外径面４に外輪３の案内溝２と対をなす複数の案内溝５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材としての内輪６と、外輪３の案内溝２と内輪６の案内溝５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、外輪３の内径面１と内輪６の外径面４との間に介在してボール７を保持するケージ８とを備えている。ケージ８には、ボール７が収容される窓部９が周方向に沿って複数配設されている。
　外輪３の案内溝２の溝底は、開口側のストレート部２ａ（外輪３の軸線方向と平行な直線部）と、奥側の円弧部２ｂとからなる。内輪６の案内溝５の溝底は、開口部側の円弧部５ａと、奥側のストレート部５ａ（内輪６の軸線方向と平行な直線部）とからなる。
　この場合、外輪３の案内溝２の曲率中心Ｏ１が内径面１の球面中心Ｏ３に対して、内輪６の案内溝５の中心Ｏ２が外径面４の球面中心Ｏ４に対して、それぞれ、軸方向に等距離Ｆだけ反対側にオフセットされている。
　また、バーフィールド式（ＢＪ）の固定型等速自在継手は、図８に示すように、内径面１１に複数の案内溝１２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪１３と、外径面１４に外輪１３の案内溝１２と対をなす複数の案内溝１５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材としての内輪１６と、外輪１３の案内溝１２と内輪１６の案内溝１５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール１７と、外輪１３の内径面１１と内輪１６の外径面１４との間に介在してボール１７を保持するケージ１８とを備えている。ケージ１８には、ボール１７が収容される窓部１９が周方向に沿って複数配設されている。
　この場合、外輪１３の案内溝１２及び内輪１６の案内溝１５の溝底は、それぞれ円弧部のみからなる。内輪１６の案内溝１５の曲率中心Ｏ２および外輪１３の案内溝１２の曲率中心Ｏ１は、継手中心Ｏに対して等距離ｋ、ｋだけ軸方向に逆向きにオフセットされている。
　一般に、自動車用でその前輪のタイヤを駆動するために使用される固定型等速自在継手(タイヤ側の等速自在継手)は、直進状態での作動角は低く設定されている(０～１０deg程度)。自動車が旋回する場合には、操舵角に応じて大きな作動角をとる。一般の自動車の使用状況から考えれば、大きな操舵を必要とする場面(車庫入れ、交差点等)の頻度は少なく、大半は直線状態＝低作動角で使用されている。よって、低作動角での固定型等速自在継手の効率(摩擦による損失)を改善することで、自動車の燃費向上が期待出来る。
　固定型等速自在継手の効率改善に関しては、図１１に示すように、小径のボール１７を使用するとともに、トラックオフセット量ｋ´（ｋ´＜ｋ）を小とすることにより、高効率・コンパクトな固定型等速自在継手を実現する方法がある（特許文献１及び特許文献２）。このように、小径ボール・小トラックオフセットを採用することで、内輪１６とボール１７・外輪１３とボール１７の移動距離の差が少なくなり、ボール１７と外輪１３の案内溝１２間でのすべり速度が減少し、効率が向上する。
　すなわち、図８に示す等速自在継手と、図１１に示すように小トラックオフセット化したものとを比較した場合、図８に示す等速自在継手では、ボール１７の挟み角がβであり、図１１に示す等速自在継手では、ボール７の挟み角が挟み角βよりも小さいβ´となる。ボール１７を軸方向に押し出す力は、図９と図１２に示すように、ＦからＦ´のように減少する。ボール１７を軸方向に押す力の減少により、ボール１７によってケージ１８が内外輪の球面に押し付けられる力、即ち、球面力が減少し、接触部の摩擦損失が少なくなって効率が向上する。
　図１０は図８に示す等速自在継手が作動角（４０ｄｅｇ）をとった場合を示し、図１３は図１１に示す等速自在継手が作動角（４０ｄｅｇ）をとった場合を示し、ラインＬ１は外輪１３とボール１７との接触点の軌跡であり、ラインＬ２は内輪１６とボール１７との接触点の軌跡である。
　ところで、図８はボール１７が６個の場合であり、図１１はボールが８個の場合であり、これらの場合の接触点軌跡の長さ等を比較し、その結果を次の表１に記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　この表１から分かるように、８個ボールに比べて６個ボールは、接触点軌跡の長さが長いことが分かる。
特開平９－３１７７８４号公報 特開２００３－４０６２号公報
　小径ボール、小オフセットの構造を採用すれば、等速自在継手の効率を改善することは可能であるが、強度面とのバランスを考慮すると設計に限界がある。すなわち、次の（Ａ）（Ｂ）の背反する特徴が現れる。
　（Ａ）ボール径およびオフセット（トラックオフセット）を小さくするほど、効率は向上する。しかしながら、ボール径を小さくしすぎると、それに対応する案内溝が浅くなり、大トルク入力時に、ボールが案内溝肩部に乗り上げ易くなり、高角時の強度が低下する。（Ｂ）オフセットを極端に小さくすれば、ボールに発生する挟み角が小さくなり、結果、ボールをコントロールする力が不足し、作動時の引っ掛かり等の作動不良が生じる。
　このように、従来の固定型等速自在継手では、ボール小径化や小オフセット化は、強度、作動性、効率の三者間のバランスをとりながら設計する必要があり、設計性に劣っていた。
　ところで、トラックオフセットとは、前記したように、外・内輪の各球面中心から案内溝中心距離を現している。前記特許文献１，２では、図７に示すように、このオフセットをＦとし、外輪３の案内溝２の曲率中心Ｏ１または内輪６の案内溝５の曲率中心Ｏ２とボール７の中心Ｏ５とを結ぶ線分の長さをＰＣＲとしたときの比をＲ１（Ｆ／ＰＣＲ）とした場合に、Ｒ１＝０．０６９～０．１２１の範囲に設定している。
　また、前記特許文献１では、保持器（ケージ）８の外・内球面の芯位置を継手中心（ボール中心）Ｏに対して、軸方向に向かって等距離互いにオフセットさせるものである。このオフセット量ｆのファクタをＲ２（ｆ／ＰＣＲ）とし、この範囲を、Ｒ２＝０～０．０５２の範囲に設定している。
　ところで、トラックオフセット量が大きすぎると、トラック溝が浅くなり、高作動角域において、許容負荷トルクが低下し、また、保持器の柱が細くなり、保持器の強度が低下する。逆に、トラックオフセット量が小さすぎると、トラック荷重の増加により、耐久性の低下を招き、さらには最大作動角が低下する。このように、トラックオフセット量は、過大・過小いずれでも好ましくなく、最適範囲が存在する。
　オフセット量の最適範囲は継手の大きさによって変わるので、継手の大きさを表す基本寸法との関係において求める必要がある。そこで、前記特許文献では、比Ｒ１（＝Ｆ／ＰＣＲ）を用い、０．０６９≦Ｒ１≦０．１２１とするのが、許容負荷トルクの確保、保持器強度の確保、トラック荷重の低減、耐久性の確保、最大作動角の確保の点から、最適範囲であるとしている。
　このように、特許文献１、２に記載のものであっても、必要強度を確保しつつ耐久性を有した効率性の高いものを提供できることが可能である。しかしながら、継手負荷容量を大きくする（トラック溝深さを深くする）ためには、前記特許文献に記載のものよりもトラックオフセットを小さくする必要がある。ところが、このようにトラックオフセットを小さくすると、前記（Ｂ）の理由から継手の作動性が悪化するおそれがある。
　本発明は、上記課題に鑑みて、継手効率に影響を与える「ボールを軸方向に押し出す力」を大きくすることなく、従来品よりもボール溝深さを確保でき、かつ性能を向上させることが可能な固定型等速自在継手を提供する。
　本発明の等速自在継手は、内径面に複数の案内溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数の案内溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、ボールを保持する保持器とを備え、外側継手部材の案内溝の中心が内径面の球面中心に対して、内側継手部材の案内溝の中心が外径面の球面中心に対して、それぞれ、軸方向に等距離だけ反対側にオフセットされた固定型等速自在継手であって、トラックオフセット量をＦとし、外側継手部材の案内溝の中心または内側継手部材の案内溝の中心と前記ボールの中心とを結ぶ線分の長さをＰＣＲとしたときのＦ／ＰＣＲであるＲ１が、０．０４５≦Ｒ１≦０．０６５の範囲で、かつ、保持器の外径面の中心または保持器の内径面の中心とボールの中心とを結ぶ線分と、外側継手部材の案内溝の中心または内側継手部材の案内溝の中心と前記ボールの中心とを結ぶ線分との成す角度をαｔとし、保持器の外径面の中心または保持器の内径面の中心とボールの中心とを結ぶ線分と、継手中心とボールの中心とを結ぶ線との成す角度をαｃとし、これらの角度を加算した角度をαとしたときのαｔ／αであるＡｓを、０．０４５≦Ａｓ≦０．０６５としたものである。
　本発明によれば、トラックオフセット量を小さくし、保持器（ケージ）の外径面の球面中心および保持器（ケージ）の内径面の球面中心を、継手中心に対して互いに案内溝中心に向かって適正にオフセットすることができ、従来品と同様のトータルオフセット量を確保しつつ各案内溝の深さを深くすることができる。各案内溝の深さを深くすることによって、案内溝とボールとの接触角（例えば、３３°～３８°）を大きくできる。しかも、保持器オフセット（ケージオフセット）をつけることによって、前記Ｒ１が小さくなったこと（トラックオフセット小）による作動性低下の影響を補うことができる。
　ボール表面に多数の微小凹部（例えば、大きさが数１０μｍ程度の微小凹部）をランダムに配置したことによって、潤滑流体は平滑面の接触部（相手転動面との接触部）を迂回し、微小凹部で油量を増加し接触面（鋼球表面）内を通過する。すなわち、微小凹部（マイクロオイルポット）が鋼球の表面と相手転動面の保油効果として働く。しかも、鋼球の表面粗さを相手転動面の表面粗さに近づけて粗面化することによって、鋼球の表面と相手転動面との接触面間における油膜層を確実に形成することができる。
　この際、前記微小凹形状のくぼみが設けられた表面の面粗さをＲａ０．０３～１．０μｍとし、好ましくはＲａ０．０５～０．１５μｍ、面粗さのパラメータのＳＫ値を－１．６以下とし、好ましくはＳＫ値を－４．９～－１．６とし、くぼみの面積比率を１０～３０％とすることができる。
　ここで、面粗さをＲａとは、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を長さで割った値をマイクロメートル（μm）で表わしたものである。すなわち、面粗さＲａとは、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１-２００１において規定する表面粗さパラメータの「高さ方向の振幅平均パラメータ」における算術平均粗さＲａである。パラメータのＳＫ値は、粗さ曲線の歪み度（スキューネス）を指し（ISO 4287:1997）、凹凸分布の非対称性を知る目安の統計量であり、ガウス分布のような対称な分布ではＳＫ値は０に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負、逆の場合は正の値をとることになる。
　前記微小凹形状のくぼみは、ボール表面以外に、内側継手部材の案内溝の溝表面や外側継手部材の案内溝の溝表面に設けてもよい。ボール表面や案内溝の溝表面の面粗さをＲａ０．０３～１．０μｍとすれば、ボール表面や案内溝の相手転動面（案内溝）との接触面間における油膜層を確実に形成することができる。面粗さのパラメータのＳＫ値を－１．６以下とすることにより、前記くぼみが安定して油溜まりとなり、圧縮されても滑り方向、直角方向への油のリークは少なく、油膜形成に優れ、油膜形成状況は良好で、表面損傷を極力抑える効果がある。また、くぼみの面積比率を１０～３０％とすることにより、潤滑油を保持するくぼみをボール表面にアトランダムに多数設けることができ、安定した低摩擦化を図ることができる。
　微小凹形状のくぼみが設けられた表面が、バレル研磨加工にて形成されていたり、ショットブラスト、またはショットピーニングにて形成されていたりする。バレル研磨とは、容器（バレル）に被研磨物（ワーク）と研磨材（メディア）を入れ、バレルの運動により発生するワークとメディアとの相対摩擦によりバリ取り、Ｒ付け等の表面加工を行う方法である。ショットブラストは、切断・成形加工等の際に生成するバリ（張り出し）や熱処理の際に生成するスケール（硬い酸化被膜）を除去して表面を清浄にする目的で行われる処理である。ショットピーニングは、処理対象物の表面に小粒子を投射するという処理であり、表面に圧縮の残留応力を生成させることを目的として、その最表面を塑性変形させるような条件で行われる。このため、ショットピーニングとショットブラストとは、その強さ等の条件の点で大きく異なる。
　このため、バレル研摩である場合、ＳＫ値のコントロールは、バレル研摩機の回転速度、加工時間、ワーク投入量、チップの種類と大きさ等を選ぶことにより行える。また、ショットブラストやショットピーニングである場合、投射材の種類（粒径、組成、密度、硬度、強度）、投射速度、投射角度、投射量等を選ぶことにより行える。
　等速自在継手として、各案内溝の溝底が円弧部とストレート部とを備えたアンダーカットフリータイプであっても、各案内溝の溝底が円弧部のみからなるツェッパタイプであってもよい。
　本発明の等速自在継手は自動車のプロペラシャフトに用いるのが好ましい。
　本発明の等速自在継手によれば、本発明では、案内溝深さを深くすることによって、継手の負荷容量を大きくすることができ、耐久性及び強度を向上させることができる。また、案内溝とボールとの接触角を大きくすることができ、案内溝への荷重を減らすことができ、これによっても、耐久性及び強度を向上させることができる。さらに、内輪とボール、外輪とボールの移動距離の差が少なくなり、継手効率が向上する。しかも、ケージオフセットをつけることによって、前記Ｒ１が小さくなったこと（トラックオフセット小）による作動性低下の影響を補うことができる。
　ボール表面や案内溝の溝表面等にランダムに付けられた微小凹形状のくぼみの効果により、潤滑剤が微小凹形状の窪み部に保持される。よって、トラックとボールの接触面において、より良好な油膜層状態が維持できることから、接触の摩擦抵抗の減少により、等速自在継手の効率を向上させることができる。
　アンダーカットフリータイプであっても、ツェッパタイプであってもよく、種々の使用環境に対応した種々のタイプのものを構成することができる。このため、自動車のプロペラシャフトに、最適な等速自在継手を構成することができる。
本発明の第１実施形態を示す固定型等速自在継手の断面図である。 前記固定型等速自在継手の断面図である。 前記固定型等速自在継手のボールと案内溝との関係を示す拡大断面図である。 前記固定型等速自在継手のボールの表面粗さを示す簡略図である。 本発明の鋼球転動構造の流体流れモデル図である。 鋼球の表面粗さと油膜パラメータに関した係数の変化を示し、接触部が楕円乃至長円状であって、転がり方向と加工方向と一致している場合の説明図である。 鋼球の表面粗さと油膜パラメータに関した係数の変化を示し、接触部が円形である場合の説明図である。 鋼球の表面粗さと油膜パラメータに関した係数の変化を示し、接触部が楕円乃至長円状であって、転がり方向と加工方向とが直交している場合の説明図である。 従来の固定型等速自在継手の断面図である。 従来の他の固定型等速自在継手の断面図である。 前記図８の固定型等速自在継手のボールに作用する押圧力を示す図である。 前記図８の固定型等速自在継手の作動角をとった状態の断面図である。 従来の別の固定型等速自在継手の断面図である。 前記図１１の固定型等速自在継手のボールに作用する押圧力を示す図である。 前記図１１の固定型等速自在継手の作動角をとった状態の断面図である。
　以下本発明の実施の形態を図１～図６に基づいて説明する。
　本発明に係る固定型等速自在継手は、図１に示すように内径面２１に複数の案内溝２２が軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪２３と、外径面２４に複数の案内溝２５が軸方向に沿って形成された内側継手部材としての内輪２６とを備える。そして、外輪２３の案内溝２２と内輪２６の案内溝２５とが対をなし、トルクを伝達するボール２７が外輪２３の案内溝２２と内輪２６の案内溝２５との間に介在する。外輪２３の内径面２１と内輪２６の外径面２４との間にケージ（保持器）２８が介在され、この保持器２８の周方向に沿って所定ピッチで配設された複数の窓部（ポケット）２９にボール２７が保持される。
　外輪２３の案内溝２２は、開口側のストレート部２２ａ（外輪軸線と平行なストレート部）と、奥側の円弧部２２ｂとからなる。内輪２６の案内溝２５は、開口側の円弧部２５ａと、奥側のストレート部２５ｂ（外輪軸線と平行なストレート部）とからなる。このため、この固定型等速自在継手は、アンダーカットフリータイプである。
　図２に示すように、外輪２３の案内溝２２の曲率中心Ｏ１を継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の開口側にずらしている。また、内輪２６の案内溝２５の曲率中心Ｏ２を継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の案内溝２２の曲率中心Ｏ１と反対側の奥側に等距離だけ離して設けている
　保持器２８の外径面２８ａの球面中心Ｏ３を継手中心Ｏから軸方向に開口側に僅かにずらしている。また、保持器２８の内径面２８ｂの球面中心Ｏ４を継手中心Ｏから軸方向に外径面２８ａの球面中心Ｏ３と反対側の奥側に等距離ｆだけ離して設けている。すなわち、球面中心Ｏ３のオフセット量ｆをｆｏとし、球面中心Ｏ４のオフセット量ｆをｆｉとして、ｆｏ＝ｆｉとしている。曲率中心Ｏ１のオフセット量（曲率中心Ｏ１と球面中心Ｏ３との間の寸法）をＦｏとし、曲率中心Ｏ２のオフセット量（曲率中心Ｏ２と球面中心Ｏ４との間の寸法）をＦｉとして、Ｆｏ＝Ｆｉとしている。
　外輪２３の案内溝２２や内輪２６の案内溝２５は、鍛造加工のみ、又は鍛造加工後の削り加工等にて成形したゴシックアーチ状である。図３に示すように、ゴシックアーチ状とすることによって、案内溝２２、２５とボール２７はアンギュラ接触となっている。すなわち、したがって、ボール２７は、外輪２３の案内溝２２と２点Ｃ１１，Ｃ１２で接触し、内輪２６の案内溝２５と２点Ｃ２１，Ｃ２２で接触している。ボール２７の中心Ｏ５と継手中心Ｏを通る線分に対するボール２７の中心Ｏ５と各案内溝２２，２５との接触点Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２とのなす角度が、接触角α１である。各接触点Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２の接触角α１はすべて等しく、３３°～３８°に設定されている。
　図１に示すように、トラックオフセット量（オフセット量）Ｆ（Ｆｏ）と、外輪２３の案内溝２２の曲率中心Ｏ１とボール２７の中心Ｏ５とを結ぶ線分ｍｏの長さをＰＣＲ（ＰＣＲｏ）との比Ｒ１（Ｆｏ／ＰＣＲｏ）を、０．０４５～０．０６５とする。また、トラックオフセット量（オフセット量）Ｆ（Ｆｉ）と、内輪２６の案内溝２５の曲率中心Ｏ２とボール２７の中心Ｏ５とを結ぶ線分ｍｉの長さをＰＣＲ（ＰＣＲｉ）との比Ｒ１（Ｆｉ／ＰＣＲｉ）を、０．０４５～０．０６５とする。ＰＣＲｏとＰＣＲｉとは同一である。
　また、外輪２３の案内溝２２の曲率中心Ｏ１とボール２７の中心Ｏ５とを結ぶ線分ｍｏと、保持器２８の外径面２８ａの球面中心Ｏ３とボール２７の中心Ｏ５とを結ぶ線分ｎｏとの成す角度をαｔとし、保持器２８の外径面２８ａの球面中心Ｏ３とボール２７の中心Ｏ５とを結ぶ線分ｎｏと、継手中心Ｏとボール２７の中心Ｏ５とを結ぶ線Ｌとの成す角度をαｃとし、これらの角度を加算した角度をαとしたときに、Ａｓ（αｔ／α）を０．０４５～０．０６５とする。外輪２３の案内溝２２の曲率中心Ｏ１とボール２７の中心Ｏ５とを結ぶ線分ｍｉと、保持器２８の外径面２８ａの球面中心Ｏ３とボール２７の中心Ｏ５とを結ぶ線分ｎｏとの成す角度をαｔとし、保持器２８の内径面２８ｂの球面中心Ｏ４とボール２７の中心Ｏ５とを結ぶ線分ｎｉと、継手中心Ｏとボール２７の中心Ｏ５とを結ぶ線Ｌとの成す角度をαｃとし、これらの角度を加算した角度をαとしたときに、Ａｓ（αｔ／α）を０．０４５～０．０６５とする。
　なお、前記特許文献、つまり図７に示すものでは、Ｆ／ＰＣＲは、０．０６９～０．１２１である。また、ｆ／ＰＣＲは、０～０．０５２であり、これからＡｓ（αｔ／α）を０．６６～１．００となる。
　本発明によれば、トラックオフセット量を小さくし、保持器（ケージ）２８の外径面２８ａの球面中心Ｏ３および保持器（ケージ）２８の内径面２８ｂの球面中心Ｏ４を、継手中心Ｏに対して互いに案内溝２２，２５の曲率中心Ｏ１，Ｏ２に向かって適正にオフセットすることができ、従来品と同様のトータルオフセット量を確保しつつ各案内溝２２，２５の深さを深くすることができる。このように、各案内溝２２，２５の深さを深くすることによって、案内溝２２，２５とボール２７との接触角（例えば、３３°～３８°）α１を大きくできる。これによって、継手の負荷容量を大きくすることができ、耐久性及び強度を向上させることができる。また、案内溝２２、２５とボール２７との接触角を大きくすることができ、案内溝２２、２５への荷重を減らすことができ、これによっても、耐久性及び強度を向上させることができる。しかも、保持器オフセット（ケージオフセット）をつけることによって、前記Ｒ１が小さくなったこと（トラックオフセット小）による作動性低下の影響を補うことができる。さらに、内輪２６とボール２７、外輪２３とボール２７の移動距離の差が少なくなり、継手効率が向上する。しかも、ケージオフセットをつけることによって、前記Ｒ１が小さくなったこと（トラックオフセット小）による作動性低下の影響を補うことができる。これによって、効率性を維持することができる。
　また、ボール表面には、図４に示すように、大きさ数１０μｍ程度の微小凹部（くぼみ）３５を無数にランダムに形成する。この場合、ボール表面の面粗さをＲａ０．０３～１．０μｍとし、好ましくは、Ｒａ０．０５～０．１５μｍとする。面粗さのパラメータのＳＫ値を－１．６以下とし、好ましくは、ＳＫ値を－４．９～－１．６とするのが好ましい。さらに、くぼみの面積比率を１０～３０％とする。
　面粗さＲａとは、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を長さで割った値をマイクロメートル（μm）で表わしたものである。すなわち、面粗さＲａとは、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１-２００１において規定する表面粗さパラメータの「高さ方向の振幅平均パラメータ」における算術平均粗さＲａである。パラメータのＳＫ値は、粗さ曲線の歪み度（スキューネス）を指し（ISO 4287:1997）、凹凸分布の非対称性を知る目安の統計量であり、ガウス分布のような対称な分布ではＳＫ値は０に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負、逆の場合は正の値をとることになる。
　微小凹形状のくぼみ３５が設けられた表面が、バレル研磨加工にて形成されていたり、ショットブラスト、またはショットピーニングにて形成されていたりする。バレル研磨とは、容器（バレル）に被研磨物（ワーク）と研磨材（メディア）を入れ、バレルの運動により発生するワークとメディアとの相対摩擦によりバリ取り、Ｒ付け等の表面加工を行う方法である。ショットブラストは、切断・成形加工等の際に生成するバリ（張り出し）や熱処理の際に生成するスケール（硬い酸化被膜）を除去して表面を清浄にする目的で行われる処理である。ショットピーニングは、処理対象物の表面に小粒子を投射するという処理であり、表面に圧縮の残留応力を生成させることを目的として、その最表面を塑性変形させるような条件で行われる。このため、ショットピーニングとショットブラストとは、その強さ等の条件の点で大きく異なる。
　このような表面加工には、ＷＰＣ加工、ディンプル加工、マイクロディンプル処理、さらには、微粒子ピーニングや精密ショットピーニングとも呼ばれるＷＰＣ処理がより好ましい。ＷＰＣ処理とは、金属成品の表面に、目的に応じた材質の微粒子を圧縮性の気体に混合して高速衝突させるという表面改質処理である。この手法においては、処理対象物の最表面で急熱・急冷が繰り返される。このため、微細で靭性に富む緻密な組織が形成され、高硬度化して表面を強化すると同時に、表面性状を微小ディンプルへ変化させることによって摩擦摩耗特性を向上させることができる。すなわち、ＷＰＣ処理を施すことによって、疲労強度向上と摺動性向上とを図ることができる。
　マイクロディンプルである微小凹部（マイクロオイルポット）３５以外は平坦面で、方向性はなく（等方性）、この部分の表面粗さが、内輪２６及び外輪２３の案内溝表面粗さと同等とされる。この微小凹部３５は、最適なメディア、砥粒の選定により微細ディンプルを形成することができる。この場合、表面の研削条件を変えることによって、任意の大きさ、任意の数の微小凹部３５を製作できる。この微小凹部３５の深さは例えば約１μｍ程度である。すなわち、バレル研摩である場合、ＳＫ値のコントロール等は、バレル研摩機の回転速度、加工時間、ワーク投入量、チップの種類と大きさ等を選ぶことにより行える。また、ショットブラストやショットピーニングである場合、投射材の種類（粒径、組成、密度、硬度、強度）、投射速度、投射角度、投射量等を選ぶことにより行える。
　ところで、図６に示すような潤滑流体流れモデルを形成した場合、潤滑流体の流れは、図６Ａに示す状態よりも図６Ｂ及び図６Ｃに示す状態の方が抵抗が大きく、接触内部に存在する流体の量が増加することになる。このため、転がり接触面の油膜厚さが増すことになる。図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃにおいて、ハッチング部が弾性変形による接触部４０ａ、４０ｂ、４０ｃを示し、破線の矢印は潤滑流体の流れを示している。図６Ａおよび図６Ｃに示す接触部４０ａ、４０ｃは楕円乃至長円状であり、図６Ｂに示す接触部４０ｂは円形状である。また、図６Ａは転がり方向と仕上げ面の加工方向が同じ場合を示し、図６Ｃは転がり方向と仕上げ面の加工方向が直角の場合を示している。
　この潤滑流体流れモデルを、前記等速自在継手にあてはめれば、図５に示すようなモデルにて表すことができる。図５において、ハッチング部が弾性接触部３６を示し、クロスハッチングが微小凹部３５を示し、破線の矢印が流体の流れを示す。この場合、転がり方向は図面上の左から右で、潤滑流体は平滑面の接触部を迂回し、微小凹部３５で油量を増加しボール表面上を流れる。このため、油膜を形成することができる。
　このように、ボール２７（鋼球）の表面に大きさが数１０μｍ程度の多数の微小凹部３５をランダムに配置したことによって、潤滑流体は平滑面の接触部（外輪２３及び内輪２６の案内溝表面との接触部）を迂回し、微小凹部３５で油量を増加しボール表面上を通過する。すなわち、微小凹部（マイクロオイルポット）３５がボール２７の表面と案内溝表面の保油効果として働く。
　また、鋼球（ボール２７）の表面に大きさが数１０μｍ程度の多数の微小凹部３５をランダムに配置したことによって、潤滑流体は平滑面の接触部（外輪２３及び内輪２６の案内溝表面との接触部）を迂回し、微小凹部３５で油量を増加しボール表面上を通過する。すなわち、微小凹部（マイクロオイルポット）３５がボール２７の表面と案内溝表面の保油効果として働く。
　しかも、ボール表面の面粗さをＲａ０．０３～１．０μｍとしたことにより、ボール表面と相手転動面（案内溝）との接触面間における油膜層を確実に形成することができる。面粗さのパラメータのＳＫ値を－１．６以下とすることにより、前記くぼみが安定して油溜まりとなり、圧縮されても滑り方向、直角方向への油のリークは少なく、油膜形成に優れ、油膜形成状況は良好で、表面損傷を極力抑える効果がある。また、くぼみの面積比率を１０～３０％とすることにより、潤滑油を保持するくぼみをボール表面にアトランダムに多数設けることができ、安定した低摩擦化を図ることができる。
　このため、ボール表面にマイクロオイルポット効果を発揮するくぼみ３５を設けることなく、外輪２３の案内溝２２や内輪２６の案内溝２５の溝表面に、前記くぼみ３５を設けてもよい。この場合も、多数の微小凹形状のくぼみをランダムに設けるとともに、くぼみの面粗さをＲａ０．０３～１．０μｍとし、好ましくは、Ｒａ０．０５～０．１５μｍとする。くぼみの面粗さのパラメータのＳＫ値を－１．６以下とし、好ましくは、ＳＫ値を－４．９～－１．６とするのが好ましい。さらに、くぼみの面積比率を１０～３０％とする。
　このように、外輪２３の案内溝２２や内輪２６の案内溝２５の溝表面に、くぼみ３５を設けても、ボール表面にくぼみ３５を設けた場合と同様の作用効果を奏する。
　ボール表面又はトラック表面（案内溝表面）にランダムに付けられた微小凹形状のくぼみの効果により、潤滑剤が微小凹形状の窪み部に保持される。よって、案内溝２２、２５とボール２７の接触面において、より良好な油膜層状態が維持できることから、接触の摩擦抵抗の減少により、等速自在継手の効率を向上させることができる。
　外輪２３の案内溝２２や内輪２６の案内溝は、鍛造加工のみ、又は鍛造加工後の削り加工等にて成形することができるので、内輪２６や外輪２３の案内溝成形は、なんら特別な成形方法によることなく簡単に行うことができる。
　また、前記実施形態は、アンダーカットフリータイプの等速自在継手であったが、他の実施形態として、トラック溝の溝底が円弧部のみからなるバーフィールド式（ツェッパ式）の等速自在継手であってもよい。
　このように、本発明の等速自在継手は、種々の使用環境に対応した種々のタイプのものを構成することができる。このため、自動車のプロペラシャフトに、最適な等速自在継手を構成することができる。特に、８個以上のトルク伝達ボールを備えた等速自在継手では、強度、負荷容量、及び耐久性を確保しつつ、より一層のコンパクト化、軽量化を実現することができる。
　以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、くぼみ３５を設ける部位としては、ボール表面のみであっても、外輪２３の案内溝２２のみであっても、内輪２６の案内溝２５のみであってもよく、また、ボール表面および外輪２３の案内溝２２であっても、ボール表面および内輪２６の案内溝２５であっても、外輪２３の案内溝２２および内輪２６の案内溝２５であってもよく、さらには、ボール表面、外輪２３の案内溝２２、および内輪２６の案内溝２５であってもよい。
　等速自在継手として、継手作動角の高角化を図るために、実施形態のように、案内溝底がそれぞれ円弧部とストレート部とを備えるアンダーカットフリー型であっても、アンダーカットフリー型の直線部分がテーパー形状を呈している形状のものであってもよい。また、案内溝底がそれぞれ曲率半径が相違する複数の円弧部を備えたものであっても、外輪の案内溝の曲率中心および内輪の案内溝の曲率中心をそれぞれ継手軸線よりも径方向にオフセット（径方向のオフセット）させたものであってもよい。さらには、案内溝の周方向配設ピッチが等ピッチであっても不等ピッチであってもよく、ボール数の増減も任意である。
　次の表２に示すように、Ｆ／ＰＣＲが０．０６９～０．１２１であり、Ａｓ（αｔ／α）が０．６６～１．００となる従来品と、Ｆ／ＰＣＲが、０．０４５～０．０６５の範囲で、かつ、αｔ／αが、０．０４５～０．０６５である本発明品１との性能評価を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表３にその結果を示す。この表３は、従来品に対する改善度合を数値化したものである。この結果からわかるように、発明品が強度、耐久、及び効率に関して数値が大きく、これらについて従来品よりも改善されたことを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　前記表２に示す発明品と同様、Ｆ／ＰＣＲが、０．０４５～０．０６５の範囲で、かつ、αｔ／αが、０．０４５～０．０６５であり、かつボール表面に多数の微小凹部３５をランダムに配置した本発明品２との性能評価を行った。この場合、くぼみの面粗さをＲａ０．０３～１．０μｍとしくぼみの面粗さのパラメータのＳＫ値を－１．６以下とし、さらに、くぼみの面積比率を１０～３０％とした。
　表４にその結果を示す。この表４は、前記表３と同様、従来品に対する改善度合を数値化したものである。この結果からわかるように、発明品が強度、耐久、及び効率に関して数値が大きく、これらについて従来品よりも改善されたことを示し、特に、効率が改善されたことを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　案内溝底がそれぞれ円弧部とストレート部とを備えるアンダーカットフリー型であっても、アンダーカットフリー型の直線部分がテーパー形状を呈している形状のものであってもよい。また、案内溝底がそれぞれ曲率半径が相違する複数の円弧部を備えたものであっても、外輪の案内溝の曲率中心および内輪の案内溝の曲率中心をそれぞれ継手軸線よりも径方向にオフセット（径方向のオフセット）させたものであってもよい。
２１　　内径面
２２，２５　案内溝
２４　　外径面
２７　　ボール
２８　　保持器
２８ａ　外径面
２８ｂ　内径面
３５　　微小凹部

Claims (14)

  1. 　内径面に複数の案内溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数の案内溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、ボールを保持する保持器とを備え、外側継手部材の案内溝の中心が内径面の球面中心に対して、内側継手部材の案内溝の中心が外径面の球面中心に対して、それぞれ、軸方向に等距離だけ反対側にオフセットさせたトラックオフセットタイプの固定型等速自在継手であって、
    　トラックオフセット量をＦとし、外側継手部材の案内溝の中心または内側継手部材の案内溝の中心と前記ボールの中心とを結ぶ線分の長さをＰＣＲとしたときのＦ／ＰＣＲであるＲ１が、０．０４５≦Ｒ１≦０．０６５の範囲で、かつ、保持器の外径面の中心または保持器の内径面の中心とボールの中心とを結ぶ線分と、外側継手部材の案内溝の中心または内側継手部材の案内溝の中心と前記ボールの中心とを結ぶ線分との成す角度をαｔとし、保持器の外径面の中心または保持器の内径面の中心とボールの中心とを結ぶ線分と、継手中心とボールの中心とを結ぶ線との成す角度をαｃとし、これらの角度を加算した角度をαとしたときのαｔ／αであるＡｓを、０．０４５≦Ａｓ≦０．０６５としたことを特徴とする固定型等速自在継手。
  2. 　各案内溝とボールとの接触角を３３°～３８°としたことを特徴とする請求項１に記載の固定型等速自在継手。
  3. 　ボール表面に微小凹形状のくぼみを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固定型等速自在継手。
  4. 　内側継手部材の案内溝の溝表面に微小凹形状のくぼみを設けたことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
  5. 　外側継手部材の案内溝の溝表面に微小凹形状のくぼみを設けたことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
  6. 　ボール表面、内側継手部材の案内溝の溝表面、及び外側継手部材の案内溝の溝表面に微小凹形状のくぼみを設けたことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
  7. 　前記微小凹形状のくぼみが設けられた表面の面粗さをＲａ０．０３～１．０μｍとし、面粗さのパラメータのＳＫ値を－１．６以下とし、くぼみの面積比率を１０～３０％としたことを特徴とする請求項３～請求項６のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
  8. 　前記微小凹形状のくぼみが設けられた表面の面粗さをＲａ０．０５～０．１５μｍとし、面粗さのパラメータのＳＫ値を－４．９～－１．６としたことを特徴とする請求項３～請求項６のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
  9. 　前記くぼみの表面をバレル研磨によって仕上げたことを特徴とする請求項３～請求項８のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
  10. 　前記くぼみの表面をショットブラストによって仕上げたことを特徴とする請求項３～請求項８のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
  11. 　前記くぼみの表面をショットピーニングによって仕上げたことを特徴とする請求項３～請求項８のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
  12. 　各案内溝の溝底が円弧部とストレート部とを備えたアンダーカットフリータイプであることを特徴とする請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
  13. 　各案内溝の溝底が円弧部のみからなるツェッパタイプであることを特徴とする請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手 。
  14. 　自動車のプロペラシャフトに用いることを特徴とする請求項１～請求項１２のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
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