WO2017163914A1 - 固定式等速自在継手 - Google Patents

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WO2017163914A1
WO2017163914A1 PCT/JP2017/009574 JP2017009574W WO2017163914A1 WO 2017163914 A1 WO2017163914 A1 WO 2017163914A1 JP 2017009574 W JP2017009574 W JP 2017009574W WO 2017163914 A1 WO2017163914 A1 WO 2017163914A1
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track
track groove
center
ball
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輝明 藤尾
雅司 船橋
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Ntn株式会社
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    • Y10S464/904—Homokinetic coupling
    • Y10S464/906—Torque transmitted via radially spaced balls

Definitions

  • the present invention relates to a fixed type constant velocity universal joint, and more particularly to a fixed type that is used in a power transmission system 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.
  • an automotive front drive shaft usually has a sliding constant velocity universal joint on the inboard side (difference side) that has a relatively small maximum operating angle but can be displaced in the axial direction while maintaining the operating angle.
  • a sliding constant velocity universal joint on the inboard side difference side
  • wheel side since the wheel is steered, a fixed type constant velocity universal joint that can take a large operating angle but is not displaced in the axial direction is incorporated.
  • a track groove crossing type fixed constant velocity universal joint has been proposed aiming at high efficiency and low heat generation of a fixed constant velocity universal joint that can take a large operating angle (Patent Document 1).
  • This fixed type constant velocity universal joint has an outer joint member having a plurality of track grooves extending in the axial direction on the spherical inner peripheral surface and having an opening side and a rear side spaced apart in the axial direction, and an outer joint member on the spherical outer peripheral surface.
  • An inner joint member formed with a plurality of track grooves that are paired with the track grooves of the outer joint member, a plurality of balls that are interposed between the track grooves of the outer joint member and the track grooves of the inner joint member, and transmit torque.
  • a fixed type constant velocity universal joint that holds a ball and includes a spherical outer peripheral surface and a spherical inner peripheral surface that are fitted to the spherical inner peripheral surface of the outer joint member and the spherical outer peripheral surface of the inner joint member.
  • the track groove of the outer joint member is composed of a first track groove portion located on the back side and a second track groove portion located on the opening side, and the first track groove portion is offset in the axial direction with respect to the joint center.
  • a plane including the ball track center line and the joint center is inclined with respect to the axis of the joint, and the inclined directions are formed in opposite directions in the first track groove portions adjacent in the circumferential direction.
  • the ball track center line of the second track groove portion has a linear portion, and the linear portion is formed to be inclined so as to approach the axis of the joint as it goes to the opening side.
  • the end of the ball track center line of the first track groove is positioned on the opening side in the axial direction from the joint center, and the end of the ball track center line of the second track groove is connected to the inner joint.
  • the ball track center line of the track groove of the member is formed mirror-symmetrically with the ball track center line of the track groove to be a pair of the outer joint member with reference to a plane including the joint center at an operating angle of 0 ° ( Patent Document 1 (Claim 1, etc.).
  • the fixed type constant velocity universal joint disclosed in Patent Document 1 has the above-described configuration, has low torque loss and heat generation, is highly efficient, can take a high operating angle, and has excellent strength and durability at a high operating angle. Since the size of the wedge angle of the linear track groove at a high operating angle can be suppressed, the strength of the cage can be ensured. Thus, although the fixed type constant velocity universal joint of patent document 1 is very excellent, it paid attention to the improvement which calculated
  • the present invention has high efficiency with low torque loss and heat generation, can take a high operating angle, wedge angle at high operating angle, contact surface pressure, effective track length.
  • An object of the present invention is to provide a compact fixed type constant velocity universal joint that has excellent strength and durability with a balanced balance.
  • the present invention provides an outer joint member having a plurality of track grooves extending in the axial direction on a spherical inner peripheral surface and having an opening side and a back side that are separated in the axial direction.
  • a plurality of balls for transmitting torque and a cage having a spherical outer peripheral surface and a spherical inner peripheral surface that hold the balls and fit to the spherical inner peripheral surface of the outer joint member and the spherical outer peripheral surface of the inner joint member;
  • the track groove of the outer joint member includes a first track groove portion (7a) located on the back side and a second track groove portion (7b) located on the opening side.
  • the first track The portion (7a) has a ball trajectory center line (Xa) having a single radius of curvature (R1) having a center of curvature with no offset in the axial direction with respect to the joint center (O).
  • the plane (M) including the joint center (O) are inclined with respect to the axis (NN) of the joint, and the inclined directions are opposite to each other in the first track groove portion (7a) adjacent in the circumferential direction.
  • the end (A) of the ball track center line (Xa) of the first track groove (7a) is located on the opening side from the joint center (O), and the end (A) 2 is connected to the ball track center line (Xb) of the track groove portion (7b), and the ball track center line (Y) of the track groove of the inner joint member is the joint center (O) at an operating angle of 0 °.
  • the ball orbit center line (Xb) of the second track groove portion (7b) Having a single radius of curvature (R2) having a center of curvature that is offset in the radial direction with respect to the axis (N ⁇ N), and the radius of curvature (R2) is set larger than the radius of curvature (R1).
  • the axis of the joint means a longitudinal axis serving as the center of rotation of the joint, and refers to the axis NN of the joint in an embodiment described later. The same applies to the axis of the joint described in the claims.
  • the ratio R2 / R1 between the radius of curvature (R2) and the radius of curvature (R1) is preferably set within a range of 3 to 10.
  • the wedge angle of the second track groove portions 7b and 9b, the effective track length, and the contact surface pressure between the torque transmission ball and the second track groove portions 7b and 9b can be balanced at a high level at a high operating angle. Can do.
  • the straight line L connecting the opening side end A of the ball track center line Xa of the first track groove 7a and the joint center O includes the joint center O at an operating angle of 0 ° and includes the joint axis NN.
  • the upper limit of the angle ⁇ of 8 ° ensures a balance between the wedge angle size, the effective track length, and the contact surface pressure. It was verified from the range of possible ratio R2 / R1.
  • the angle ⁇ is defined as the smallest angle formed by the straight line L and the straight line on the plane P. The same applies to the embodiments and the claims.
  • FIG. 7b is a partially enlarged view of FIG. 7a. It is a figure which shows the wedge angle in the state where the joint took the maximum operating angle. It is a perspective view of an outside joint member. It is a perspective view of an inner joint member. It is a figure which shows the state which used the fixed type constant velocity universal joint of FIG. 1a for the drive shaft of a motor vehicle.
  • FIG. 1a is a partial longitudinal sectional view of a fixed type constant velocity universal joint according to the present embodiment
  • FIG. 1b is a right side view thereof.
  • the constant velocity universal joint 1 mainly includes an outer joint member 2, an inner joint member 3, a ball 4 and a cage 5.
  • the eight track grooves 7, 9 of the outer joint member 2 and the inner joint member 3, respectively, are inclined in the circumferential direction with respect to the axis NN of the joint. Inclined directions are formed in opposite directions by track grooves 7A, 7B and 9A, 9B adjacent in the circumferential direction.
  • the term “ball trajectory centerline” will be used to describe the shape and shape of the track groove extending in the axial direction, such as an inclined state and a curved state.
  • the ball trajectory center line means a locus drawn by the center of the ball when the ball arranged in the track groove moves along the track groove. Therefore, the inclination state of the track groove is the same as the inclination state of the ball track center line, and the arc shape of the track groove is the same as the arc shape of the ball track center line.
  • the track groove 7 of the outer joint member 2 has a ball track center line X, and the track groove 7 has a single curvature with a center of curvature that is axially offset with respect to the joint center O.
  • a first track groove portion 7a having a ball trajectory center line Xa having a radius R1 and a center of curvature Ob offset in a radial direction with respect to the joint axis NN, and having a single curvature radius R2 larger than the curvature radius R1.
  • the track groove 9 of the inner joint member 3 has a ball track center line Y, and the track groove 9 has a single center of curvature radius R1 having a center of curvature with no offset in the axial direction with respect to the joint center O.
  • the ball track center line Yb of the second track groove portion 9b is smoothly connected as a tangent to the ball track center line Ya of the first track groove portion 9a.
  • the cross-sectional shape of the track grooves 7 and 9 is an oval shape or a Gothic arch shape.
  • the track grooves 7 and 9 and the ball 4 have a contact angle (about 30 ° to 45 °).
  • the contact is a so-called angular contact. Therefore, the ball 4 is in contact with the side surfaces of the track grooves 7 and 9 that are slightly away from the groove bottoms of the track grooves 7 and 9.
  • FIG. 2 a shows a partial longitudinal section of the outer joint member 2
  • FIG. 2 b shows the right side surface of the outer joint member 2.
  • the track grooves 7 of the outer joint member 2 are given the reference numerals of the track grooves 7A and 7B due to the difference in the inclination direction.
  • the plane M including the ball track center line X and the joint center O of the track groove 7A is inclined by an angle ⁇ with respect to the joint axis NN.
  • the track groove 7B adjacent to the track groove 7A in the circumferential direction is not shown, but the plane M including the ball track center line X and the joint center O of the track groove 7B is in relation to the joint axis NN.
  • the track groove 7A is inclined by an angle ⁇ in the opposite direction to the inclination direction of the track groove 7A.
  • the track groove codes are supplemented.
  • reference numeral 7 is attached, and the first track groove part is assigned 7a, and the second track groove part is given 7b.
  • reference numerals 7A and 7B are attached, and reference numerals 7Aa and 7Ba are attached to the first track groove parts, and reference signs 7Ab and 7Bb are attached to the second track groove parts.
  • the track grooves of the inner joint member 3 to be described later are also given the same reference numerals.
  • FIG. 3b shows the outer peripheral surface of the inner joint member 3
  • FIG. 3a shows the left side surface of the inner joint member 3
  • FIG. 3c shows the right side surface.
  • the track grooves 9 of the inner joint member 3 are denoted by the reference numerals of the track grooves 9A and 9B because of the difference in inclination direction.
  • the plane Q including the ball track center line Y and the joint center O of the track groove 9A is inclined by an angle ⁇ with respect to the joint axis NN.
  • the track groove 9B adjacent to the track groove 9A in the circumferential direction is not shown, but the plane Q including the ball track center line Y and the joint center O of the track groove 9B is in relation to the joint axis NN.
  • the track groove 9A is inclined by an angle ⁇ in the direction opposite to the inclination direction of the track groove 9A.
  • the inclination angle ⁇ is preferably 4 ° to 12 ° in consideration of the operability of the constant velocity universal joint 1 and the spherical surface width F on the closest side of the track groove of the inner joint member 3.
  • the ball raceway center line Y of the track groove 9 of the inner joint member 3 is a pair of the outer joint member 2 with reference to a plane P that includes the joint center O and is perpendicular to the joint axis NN in a state where the operating angle is 0 °. It is formed in a mirror image symmetry with the ball trajectory center line X of the track groove 7.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the track groove 7A of FIG. 2a described above as seen from a plane M including the ball trajectory center line X and the joint center O. Therefore, strictly speaking, it is not a longitudinal sectional view in a plane including the joint axis NN, but shows a section inclined by an angle ⁇ .
  • FIG. 4 shows the track groove 7A of the outer joint member 2, but the track groove 7B is the same as the track groove 7A except for the inclination direction opposite to the track groove 7A. Since there is, explanation is omitted.
  • a track groove 7A is formed in the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 along the axial direction.
  • the track groove 7A has a ball track center line X, and the track groove 7A has a ball track center line Xa having a single curvature radius R1 with the joint center O as the center of curvature (no axial offset).
  • the second track groove 7Ab is formed in the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 along the axial direction.
  • the track groove 7A has a ball track center line X
  • the track groove 7A has a ball track center line Xa having a single curvature radius R1 with the joint center O as the center of curvature (no
  • the ball track center line Xb of the second track groove portion 7Ab is smoothly connected as a tangent at the opening end A of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa. That is, the end A is a connection point between the first track groove 7Aa and the second track groove 7Ab. Since the end portion A is located on the opening side of the joint center O, the ball track of the second track groove portion 7Ab connected as a tangent at the end portion A on the opening side of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa.
  • the center line Xb is formed so as to approach the joint axis NN as it goes to the opening side.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the track groove 9A shown in FIG. 3b as seen from a plane Q including the ball trajectory center line Y and the joint center O.
  • FIG. 5 shows the track groove 9A of the inner joint member 3, but the track groove 9B is the same as the track groove 9A except for the inclination direction opposite to the track groove 9A. Since there is, explanation is omitted.
  • a track groove 9A is formed in the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 along the axial direction.
  • the track groove 9A has a ball track center line Y, and the track groove 9A has a ball track center line Ya having a single radius of curvature R1 with the joint center O as the center of curvature (no axial offset).
  • Track groove portion 9Aa and a second track groove portion having a center of curvature Oib radially offset with respect to the joint axis NN and having a ball track center line Yb having a single curvature radius R2 larger than the curvature radius R1.
  • the ball track center line Yb of the second track groove portion 9Ab is smoothly connected as a tangent at the end B on the back side of the ball track center line Ya of the first track groove portion 9Aa. That is, the end B is a connection point between the first track groove 9Aa and the second track groove 9Ab. Since the end portion B is located on the back side of the joint center O, the ball track of the second track groove portion 9Ab connected as a tangent at the end portion B on the back side of the ball track center line Ya of the first track groove portion 9Aa.
  • the center line Yb is formed so as to approach the joint axis NN (see FIG. 1a) as it goes to the back side. As a result, the effective track length at the maximum operating angle can be secured and the wedge angle can be suppressed.
  • R be a straight line connecting the end B and the joint center O.
  • the joint axis N′-N ′ projected on the plane Q (see FIG. 3B) including the ball track center line Y and the joint center O of the track groove 9A is inclined by ⁇ with respect to the joint axis NN,
  • ⁇ ′ be the angle formed by the perpendicular line K and the straight line R at the joint center O of N′ ⁇ N ′.
  • the perpendicular K is on the plane P including the joint center O in the state where the operating angle is 0 °.
  • the angle ⁇ formed with respect to the plane P that includes the joint center O in which the straight lines L and R have an operating angle of 0 ° and is orthogonal to the joint axis NN will be described.
  • the ball 4 moves by ⁇ / 2 with respect to a plane P including the joint center O of the outer joint member 2 and the inner joint member 3 and perpendicular to the joint axis NN.
  • the angle ⁇ is determined from 1 ⁇ 2 of the frequently used operating angle, and the range of the track groove with which the ball 4 contacts is determined within the frequently used operating angle range.
  • the operating angle that is frequently used is defined.
  • the common angle of the joint means the operating angle that occurs in the fixed constant velocity universal joint of the front drive shaft when the steering is in a straight line in a car with one passenger on a horizontal and flat road surface. Is selected and determined according to the design conditions.
  • the frequently used operating angle is not the high operating angle that occurs when the above-mentioned automobile is turned right or left at an intersection, for example, but the operating angle that occurs in a fixed constant velocity universal joint on a curved road that runs continuously It is slightly larger than the normal angle.
  • the operating angle which is frequently used as a reference for the angle ⁇ , can be narrowed down to 10 ° in consideration of the vehicle layout and the running state based on the service angle. As a result, the lower limit of the angle ⁇ was set to 5 °.
  • the embodiment of the present invention has been achieved by investigating the lower limit value of the angle ⁇ described above, and in addition to this, the ball track center lines Xb and Yb of the second track groove portions 7b and 9b based on the angle ⁇ . This is because the setting range of the radius of curvature R2 is focused. And at the time of a high operating angle, various verifications were performed using the size of the wedge angle of the second track groove portions 7b and 9b, the effective track length, and the contact surface pressure between the torque transmission ball and the second track groove portions 7b and 9b as evaluation items. .
  • the wedge angle ⁇ of the second track groove portions 7b and 9b at the maximum operating angle ⁇ max (for example, 47 °) is set to 22 ° to 24 ° based on the actual data, and the ball trajectory of the second track groove portions 7b and 9b.
  • the dimension setting of the curvature radius R2 of the center lines Xb and Yb in other words, the curvature radius R2 of the ball track center lines Xb and Yb of the second track groove portions 7b and 9b and the curvature radius R1 of the first track groove portions 7a and 9a
  • the angle ⁇ range is 5 ° to 8 ° and the ratio R2 / R1 range is 3 to 10.
  • the end A of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa in FIG. 4 is the position of the ball when moved to the most opening side along the axial direction when the operating angle is frequently used. It becomes the center position.
  • the end B of the ball track center line Ya of the first track groove 9 ⁇ / b> Aa moves to the farthest side along the axial direction at the operating angle where the usage frequency is high. The center position of the ball.
  • the ball 4 Since the setting is made in this way, in the range of the operating angle that is frequently used, the ball 4 has the first track groove portions 7Aa and 9Aa of the outer joint member 2 and the inner joint member 3 and 7Ba opposite in inclination direction, Since it is located at 9Ba (see FIG. 2 and FIG. 3), a force in the opposite direction from the ball 4 acts on the pocket 5a adjacent to the circumferential direction of the cage 5, and the cage 5 is stable at the position of the joint center O. (See FIG. 1).
  • FIG. 6 shows a state in which the constant velocity universal joint of the present embodiment takes the maximum operating angle.
  • the ratio R2 / R1 between the radius of curvature R2 of the ball track center line Xb of the second track groove portion 7Ab and the radius of curvature R1 of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa is in the range of 3-10. Therefore, the effective track length at the maximum operating angle can be ensured and the wedge angle and the contact surface pressure can be suppressed in a well-balanced manner.
  • the ball 4 can be in contact with the track groove 7Ab with the necessary and sufficient entrance chamfer 10 provided, and It is possible to suppress the wedge angle and the contact surface pressure from becoming large.
  • the balls 4 arranged in the circumferential direction have the first track groove portions 7Aa, 9Aa (see 7Ba, 9Ba, FIGS. 2a and 3b) and the second track groove portions 7Ab, 9Ab (7Bb, 9Bb, see FIGS. 2a and 3b).
  • the constant velocity universal joint 1 of the present embodiment can suppress torque loss and heat generation comprehensively because the frequency of use is low in the high operating angle range. Therefore, it is possible to realize a compact fixed type constant velocity universal joint that has a small torque loss and heat generation, is highly efficient, can take a high operating angle, and is excellent in strength and durability at a high operating angle.
  • FIG. 7 a is a longitudinal sectional view of the constant velocity universal joint 1
  • FIG. 7 b is an enlarged view showing a contact state between the track groove 7 A of the outer joint member 2 and the ball 4.
  • the track groove 7A of the outer joint member 2 is shown, but the track groove 7B is the same as the track groove 7A except for the inclination direction opposite to the track groove 7A. Since there is, explanation is omitted. As shown in FIG.
  • the center Ob of the ball 4 moves to a position of ⁇ max / 2 with respect to the plane P including the joint center O in the state where the operating angle is 0 °.
  • the contact point S between the ball 4 and the second track groove 7Ab is closest to the entrance chamfer 10.
  • the ratio R2 / R1 between the radius of curvature R2 of the ball track center line Xb of the second track groove portion 7Ab and the radius of curvature R1 of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa is set in the range of 3-10. Therefore, as shown in an enlarged view in FIG.
  • the contact point S between the ball 4 and the second track groove 7Ab passes through the center Ob of the ball 4 on a plane T perpendicular to the ball trajectory center line Xb.
  • the ratio R2 / R1 is set in the range of 3 to 10
  • the axial distance W between the center Ob of the ball 4 and the contact point S is suppressed, and the track length can be secured. Therefore, in this embodiment, the track margin amount U can be secured between the edge portion of the inlet chamfer 10 and the contact point S in a state where the maximum operating angle is taken, and the ball 4 is sufficient with the track groove portion 7Ab. A contact state can be ensured.
  • the wedge angle ⁇ at the maximum operating angle of the constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is such that the curvature radius R2 of the ball track center line Xb of the second track groove portion 7Ab and the ball track center line of the first track groove portion 7Aa. Since the ratio R2 / R1 of Xa to the radius of curvature R1 is set in the range of 3 to 10, it is suppressed to a proven level as shown in FIG. In particular, in the present embodiment, the contact surface pressure between the ball 2 and the second track groove portion 7b with respect to the outer joint member 2 having a large relative moving distance and speed at the contact point between the torque transmission ball 4 and the track groove 7 is obtained. Mitigation has a significant effect on performance (efficiency and durability).
  • FIG. 9 is a perspective view of the outer joint member 2 and the inner joint member 3 of the constant velocity universal joint according to this embodiment.
  • This perspective view three-dimensionally shows the track grooves described so far.
  • track grooves 7A and 7B inclined in the circumferential direction with respect to the joint axis NN (not shown) are alternately formed on the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2, and the inclination thereof The directions are alternately formed in opposite directions.
  • the track grooves 7A and 7B are composed of first track groove portions 7Aa and 7Ba and second track groove portions 7Ab and 7Bb, respectively.
  • An inlet chamfer 10 is provided at the open end of the outer joint member 2. Further, as shown in FIG.
  • track grooves 9A and 9B inclined in the circumferential direction with respect to the joint axial line NN (not shown) are alternately formed.
  • the inclination directions are alternately formed in opposite directions.
  • the track grooves 9A and 9B are composed of first track groove portions 9Aa and 9Ba and second track groove portions 9Ab and 9Bb, respectively.
  • FIG. 10 shows a front drive shaft 20 of an automobile to which the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is applied.
  • the fixed type constant velocity universal joint 1 is connected to one end of the intermediate shaft 11, and a sliding tripod type constant velocity universal joint 15 is connected to the other end.
  • 16b are attached and fixed by boot bands 18a, 18b, 18c and 18d.
  • Grease as a lubricant is sealed inside the joint. Since the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is used, a lightweight and compact automobile drive shaft 20 is realized that has low torque loss and heat generation, high efficiency, and a high operating angle.
  • the number of the balls 4 has been described as eight, but is not limited thereto.
  • a ball number of 10 to 12 can be appropriately implemented.
  • the embodiment of the angular contact in which the track groove and the ball are in contact with each other with a contact angle is shown.
  • the circular contact may be formed.
  • SYMBOLS 1 Fixed type constant velocity universal joint 2 Outer joint member 3 Inner joint member 4 Ball 5 Cage 6 Spherical inner peripheral surface 7 Track groove 7a First track groove portion 7b Second track groove portion 8 Spherical outer peripheral surface 9 Track groove 9a First Track groove 9b Second track groove 11 Shaft 12 Spherical outer peripheral surface 13 Spherical inner peripheral surface 20 Drive shaft A End B End K Perpendicular L Straight M Straight plane including ball track center line O Joint axis O Joint center Ocb Curvature Center Oib Curvature Center P Joint Center Plane Q Plane R including Ball Track Center Line R Straight Line R1 Curvature Radius R2 Curvature Radius X Ball Track Center Line Y Ball Track Center Line ⁇ Tilt Angle ⁇ Angle ⁇ Operating Angle

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Abstract

外側継手部材のトラック溝は、奥側に位置する第１のトラック溝部（７ａ）と、開口側に位置する第２のトラック溝部（７ｂ）とからなり、第１のトラック溝部（７ａ）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持つ単一の曲率半径（Ｒ１）のボール軌道中心線（Ｘａ）を有し、ボール軌道中心線（Ｘａ）と継手中心（Ｏ）を含む平面（Ｍ）が継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う前記第１のトラック溝部（７ａ）で互いに反対方向に形成され、第１のトラック溝部（７ａ）のボール軌道中心線（Ｘａ）の端部（Ａ）が継手中心（Ｏ）より開口側に位置し、この端部（Ａ）に第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）が接続されてなり、内側継手部材のトラック溝のボール軌道中心線（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、外側継手部材の対となるトラック溝のボール軌道中心線と鏡像対称に形成された固定式等速自在継手において、第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）は、継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に対して半径方向にオフセットした曲率中心を持つ単一の曲率半径（Ｒ２）を有し、この曲率半径（Ｒ２）が前記曲率半径（Ｒ１）より大きく設定されていることを特徴とする。

Description

固定式等速自在継手
　本発明は、固定式等速自在継手に関し、詳しくは、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用されるもので、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式等速自在継手に関する。
　例えば、自動車のフロント用ドライブシャフトには、通常、インボード側（デフ側）に、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組み込まれ、アウトボード側（車輪側）は、車輪が操舵されるので、大きな作動角が取れるが軸方向に変位しない固定式等速自在継手が組み込まれる。
　大きな作動角が取れる固定式等速自在継手の高効率化、低発熱化を狙ったトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手が提案されている（特許文献１）。この固定式等速自在継手は、球状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを保持し、外側継手部材の球状内周面と内側継手部材の球状外周面とに嵌合する球状外周面と球状内周面を有する保持器とを備えた固定式等速自在継手において、外側継手部材のトラック溝は、奥側に位置する第１のトラック溝部と、開口側に位置する第２のトラック溝部とからなり、第１のトラック溝部は、継手中心に対して軸方向にオフセットのない曲率中心をもつ円弧状のボール軌道中心線を有し、ボール軌道中心線と継手中心を含む平面が継手の軸線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第１のトラック溝部で互いに反対方向に形成されており、第２のトラック溝部のボール軌道中心線が直線状部分を有し、かつこの直線状部分は開口側に行くにつれて前記継手の軸線に接近するように傾斜して形成されており、第１のトラック溝部のボール軌道中心線の端部が継手中心より軸方向に開口側に位置し、この端部に第２のトラック溝部のボール軌道中心線が接続されたものであって、内側継手部材のトラック溝のボール軌道中心線は、作動角０°の状態で継手中心を含む平面を基準として、外側継手部材の対となるトラック溝のボール軌道中心線と鏡像対称に形成されている（特許文献１の請求項１、他）。
特許第５８４０４６３号公報
　特許文献１の固定式等速自在継手は、前述した構成により、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時の強度や耐久性にも優れ、特に、高作動角時における直線状のトラック溝のくさび角の大きさを抑制することができるので、保持器の強度を確保することができる。このように、特許文献１の固定式等速自在継手は極めて優れたものであるが、更なる高次元の性能を求めた改善に着目した。
　上記の更なる高次元の性能改善に鑑み、本発明は、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時のくさび角や接触面圧、有効トラック長さのバランスを極めた強度、耐久性に優れたコンパクトな固定式等速自在継手を提供することを目的とする。
　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、球状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを保持し、前記外側継手部材の球状内周面と内側継手部材の球状外周面とに嵌合する球状外周面と球状内周面を有する保持器とを備えた固定式等速自在継手であって、前記外側継手部材のトラック溝は、奥側に位置する第１のトラック溝部（７ａ）と、開口側に位置する第２のトラック溝部（７ｂ）とからなり、前記第１のトラック溝部（７ａ）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持つ単一の曲率半径（Ｒ１）のボール軌道中心線（Ｘａ）を有し、ボール軌道中心線（Ｘａ）と継手中心（Ｏ）を含む平面（Ｍ）が継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う前記第１のトラック溝部（７ａ）で互いに反対方向に形成され、前記第１のトラック溝部（７ａ）のボール軌道中心線（Ｘａ）の端部（Ａ）が前記継手中心（Ｏ）より開口側に位置し、この端部（Ａ）に前記第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）が接続されてなり、前記内側継手部材のトラック溝のボール軌道中心線（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ボール軌道中心線と鏡像対称に形成された固定式等速自在継手において、前記第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）は、継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に対して半径方向にオフセットした曲率中心を持つ単一の曲率半径（Ｒ２）を有し、この曲率半径（Ｒ２）が前記曲率半径（Ｒ１）より大きく設定されていることを特徴とする。ここで、上記の継手の軸線とは、継手の回転中心となる長手方向の軸線を意味し、後述する実施形態における継手の軸線Ｎ－Ｎを指す。請求の範囲に記載の継手の軸線も同じとする。
　上記の構成により、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時のくさび角や接触面圧、有効トラック長さのバランスを極めた強度、耐久性に優れたコンパクトな固定式等速自在継手を実現することができる。特に、トルク伝達ボールとトラック溝との接触点の相対移動距離・速度の大きい外側継手部材に対して、ボールと第２のトラック溝部との接触面圧の軽減は、性能面（効率、耐久性）で顕著な効果が得られる。
　具体的には、上記の曲率半径（Ｒ２）と曲率半径（Ｒ１）との比Ｒ２／Ｒ１が３～１０の範囲内に設定されていることが好ましい。これにより、高作動角時、第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのくさび角の大きさや有効トラック長さおよびトルク伝達ボールと第２のトラック溝部７ｂ、９ｂの接触面圧を高次元でバランスさせることができる。
　上記の第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａと継手中心Ｏとを結ぶ直線Ｌ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が５°～８°に設定されていることが好ましい。これは、常用角を１０°として角度βの下限は５°が不可欠であり、一方、角度βの上限の８°は、くさび角の大きさ、有効トラック長さ、接触面圧のバランスを確保できる比Ｒ２／Ｒ１の範囲から検証された。ここで、角度βは直線Ｌが平面Ｐ上の直線となす角の中で最小のものと定義する。そして、実施形態および請求の範囲においても同じとする。
　上記のトルク伝達ボールの個数を８個とすることにより、軽量コンパクトで、高効率で、高作動角が取れる固定式等速自在継手、ひいては自動車のドライブシャフトを実現することができる。
　本発明により、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時のくさび角や接触面圧、有効トラック長さのバランスを極めた強度、耐久性に優れたコンパクトな固定式等速自在継手を実現することができる。特に、トルク伝達ボールとトラック溝との接触点の相対移動距離・速度の大きい外側継手部材に対して、ボールと第２のトラック溝部との接触面圧の軽減は、性能面（効率、耐久性）で顕著な効果が得られる。
本発明の一実施形態に係る固定式等速自在継手の部分縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る固定式等速自在継手の側面図である。 図１の固定式等速自在継手の外側継手部材の部分縦断面図である。 図１の固定式等速自在継手の外側継手部材の側面図である。 図１の固定式等速自在継手の内側継手部材の左側面図である。 図１の固定式等速自在継手の内側継手部材の正面図である。 図１の固定式等速自在継手の内側継手部材の右側面図である。 図２ａの外側継手部材のトラック溝の詳細を示す部分縦断面図である。 図３ｂの内側継手部材のトラック溝の詳細を示す縦断面図である。 継手が最大作動角を取った状態を示す概要図である。 図６の継手が最大作動角を取ったときのボールとトラック溝との接触状態を示す縦断面図である。 図７ａの部分的な拡大図である。 継手が最大作動角を取った状態のくさび角を示す図である。 外側継手部材の斜視図である。 内側継手部材の斜視図である。 図１ａの固定式等速自在継手を自動車のドライブシャフトに使用した状態を示す図である。
　本発明の一実施形態を図１～図１０に基づいて説明する。図１ａは、本実施形態に係る固定式等速自在継手の部分縦断面図で、図１ｂは右側面図である。この等速自在継手１は、外側継手部材２、内側継手部材３、ボール４および保持器５を主な構成とする。図１ｂ、図２および図３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、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１ａでは、トラック溝７、９については、それぞれ、図２ａに示す平面Ｍおよび図３ｂ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。トラック溝７、９の詳細は後述する。
　継手の縦断面を図１ａに示す。軸方向に延びるトラック溝の傾斜状態や湾曲状態などの形態、形状を的確に示すために、本明細書では、ボール軌道中心線という用語を用いて説明する。ここで、ボール軌道中心線とは、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。したがって、トラック溝の傾斜状態は、ボール軌道中心線の傾斜状態と同じであり、また、トラック溝の円弧状の状態は、ボール軌道中心線の円弧状の状態と同じである。
　図１ａに示すように、外側継手部材２のトラック溝７はボール軌道中心線Ｘを有し、トラック溝７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持つ単一の曲率半径Ｒ１のボール軌道中心線Ｘａを有する第１のトラック溝部７ａと、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して半径方向にオフセットした曲率中心Ｏｏｂを持ち、曲率半径Ｒ１より大きな単一の曲率半径Ｒ２のボール軌道中心線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のボール軌道中心線Ｘａに第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂが接線として滑らかに接続されている。一方、内側継手部材３のトラック溝９はボール軌道中心線Ｙを有し、トラック溝９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持つ単一の曲率半径Ｒ１のボール軌道中心線Ｙａを有する第１のトラック溝部９ａと、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して半径方向にオフセットした曲率中心Ｏｉｂを持ち、曲率半径Ｒ１より大きな単一の曲率半径Ｒ２のボール軌道中心線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のボール軌道中心線Ｙａに第２のトラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂが接線として滑らかに接続されている。第１のトラック溝部７ａ、９ａのボール軌道中心線Ｘａ、Ｙａの各曲率中心を、継手中心Ｏ、すなわち継手の軸線Ｎ－Ｎ上に配置したことにより、トラック溝深さを均一にすることができ、かつ加工を容易にすることができる。
　図示は省略するが、トラック溝７、９の横断面形状は、楕円形状やゴシックアーチ形状に形成されており、トラック溝７、９とボール４は、接触角（３０°～４５°程度）をもって接触する、所謂、アンギュラコンタクトとなっている。したがって、ボール４は、トラック溝７、９の溝底より少し離れたトラック溝７、９の側面側で接触している。
　図２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。図２ａは外側継手部材２の部分縦断面を示し、図２ｂは外側継手部材２の右側面を示す。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２ａに示すように、トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍは、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して角度γだけ傾斜している。そして、トラック溝７Ａ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のボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍが、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して、トラック溝７Ａの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。
　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。図３ｂは内側継手部材３の外周面を示し、図３ａは内側継手部材３の左側面を、図３ｃは右側面を示す。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３ｂに示すように、トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑは、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して角度γだけ傾斜している。そして、トラック溝９Ａ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のボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑが、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して、トラック溝９Ａの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。傾斜角γは、等速自在継手１の作動性および内側継手部材３のトラック溝の最も接近した側の球面幅Ｆを考慮し、４°～１２°にすることが好ましい。内側継手部材３のトラック溝９のボール軌道中心線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のボール軌道中心線Ｘと鏡像対称に形成されている。
　図４に基づいて、外側継手部材２の縦断面より見たトラック溝の詳細を説明する。図４の部分縦断面は、前述した図２ａのトラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍで見た断面図である。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４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が軸方向に沿って形成されている。トラック溝７Ａはボール軌道中心線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）とする単一の曲率半径Ｒ１のボール軌道中心線Ｘａを有する第１のトラック溝部７Ａａと、継手の軸線Ｎ－Ｎ（図１ａ参照）に対して半径方向にオフセットした曲率中心Ｏｏｂを持ち、曲率半径Ｒ１より大きな単一の曲率半径Ｒ２のボール軌道中心線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のボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａにおいて、第２のトラック溝部７Ａｂのボール軌道中心線Ｘｂが接線として滑らかに接続されている。すなわち、端部Ａ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Ａ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のボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａにおいて接線として接続される第２のトラック溝部７Ａｂのボール軌道中心線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、最大作動角時の有効トラック長さを確保すると共にくさび角および接触面圧をバランスよく抑制することができる。
　図４に示すように、端部Ａと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＬとする。トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍ（図２ａ参照）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Ｌ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を含む平面Ｐ上にある。したがって、本発明でいう直線Ｌ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。
　同様に、図５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５の縦断面は、前述した図３ｂのトラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑで見た断面図である。したがって、図４と同様に、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５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が軸方向に沿って形成されている。トラック溝９Ａはボール軌道中心線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）とする単一の曲率半径Ｒ１のボール軌道中心線Ｙａを有する第１のトラック溝部９Ａａと、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して半径方向にオフセットした曲率中心Ｏｉｂを持ち、曲率半径Ｒ１より大きな単一の曲率半径Ｒ２のボール軌道中心線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のボール軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｂにおいて、第２のトラック溝部９Ａｂのボール軌道中心線Ｙｂが接線として滑らかに接続されている。すなわち、端部Ｂ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Ｂ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のボール軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｂにおいて接線として接続される第２のトラック溝部９Ａｂのボール軌道中心線Ｙｂは、奥側に行くにつれて継手の軸線Ｎ－Ｎ（図１ａ参照）に接近するように形成されている。これにより、最大作動角時の有効トラック長さを確保すると共にくさび角を抑制することができる。
　図５に示すように、端部Ｂと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＲとする。トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑ（図３ｂ参照）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Ｒ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を含む平面Ｐ上にある。したがって、直線Ｒが作動角０°の状態の継手中心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は、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。
　次に、直線Ｌ、Ｒ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を含み継手の軸線Ｎ－Ｎに直交する平面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、使用頻度が多い作動角について定義する。まず、継手の常用角とは、水平で平坦な路面上で１名乗車時の自動車において、ステアリングを直進状態にした時にフロント用ドライブシャフトの固定式等速自在継手に生じる作動角をいい、車種の設計条件に応じて選択・決定される。そして、使用頻度の多い作動角とは、上記の自動車が、例えば、交差点の右折・左折時などに生じる高作動角ではなく、連続走行する曲線道路などで固定式等速自在継手に生じる作動角をいい、常用角より若干大きくなる。本実施形態への検討過程において、常用角をベースに車両レイアウトや走行状態を考慮して、角度βの基準になる使用頻度の多い作動角を１０°に絞り込むことができた。これにより、角度βの下限を５°とした。
　本発明の実施形態に至ったのは、前述した角度βの下限値の究明と、これに加えて、角度βをベースにした第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのボール軌道中心線Ｘｂ、Ｙｂの曲率半径Ｒ２の設定範囲に着目したことである。そして、高作動角時、第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのくさび角の大きさや有効トラック長さおよびトルク伝達ボールと第２のトラック溝部７ｂ、９ｂの接触面圧を評価項目として、種々検証した。
　まず、最大作動角θｍａｘ（例えば、４７°）における第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのくさび角αは、実績データに基づいて２２°～２４°とし、第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのボール軌道中心線Ｘｂ、Ｙｂの曲率半径Ｒ２の寸法設定、言い換えれば、第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのボール軌道中心線Ｘｂ、Ｙｂの曲率半径Ｒ２と第１のトラック溝部７ａ、９ａの曲率半径Ｒ１との比Ｒ２／Ｒ１を検証した。上記のくさび角α＝２２°～２４°を満足する比Ｒ２／Ｒ１の検証結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　次に、第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのくさび角の大きさや有効トラック長さおよび接触面圧を評価項目として、角度βの範囲を評価検討した。その評価結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 　〔評価結果〕○：良好、△：やや劣る
　表１および表２の評価結果より、角度βの範囲は５°～８°および比Ｒ２／Ｒ１の範囲は３～１０が、高作動角時におけるくさび角の大きさ、有効トラック長さ、接触面圧の高次元でのバランスを確保できるものであることが確認できた。
　上記の角度βにより、図４において、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も開口側に移動したときのボールの中心位置となる。同様に、内側継手部材３では、図５において、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの端部Ｂは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も奥側に移動したときのボールの中心位置となる。このように設定されているので、使用頻度が多い作動角の範囲では、ボール４は、外側継手部材２および内側継手部材３の第１のトラック溝部７Ａａ、９Ａａと、傾斜方向が反対の７Ｂａ、９Ｂａ（図２、図３参照）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１参照）。このため、保持器５の球状外周面１２と外側継手部材２の球状内周面６との接触力、および保持器５の球状内周面１３と内側継手部材３の球状外周面８との接触力が抑制され、高負荷時や高速回転時に継手が円滑に作動し、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。
　本実施形態の等速自在継手が最大作動角を取った状態を図６に示す。前述したように、第２のトラック溝部７Ａｂのボール軌道中心線Ｘｂの曲率半径Ｒ２と第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの曲率半径Ｒ１との比Ｒ２／Ｒ１が３～１０の範囲に設定されているので、最大作動角時における有効トラック長さを確保すると共にくさび角および接触面圧がバランスよく抑制することができる。そのため、図示のように、最大作動角θｍａｘを４７°程度の高角にしても、必要十分な入口チャンファ１０を設けた状態でボール４がトラック溝７Ａｂと接触状態を確保することができ、かつ、くさび角および接触面圧が大きくならないように抑えることができる。
　尚、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（７Ｂａ、９Ｂａ、図２ａおよび図３ｂ参照）と第２のトラック溝部７Ａｂ、９Ａｂ（７Ｂｂ、９Ｂｂ、図２ａおよび図３ｂ参照）に一時的に分かれて位置する。これに伴い、保持器５の各ポケット部５ａにボール４から作用する力が釣り合わず、保持器５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、高作動角の範囲は使用頻度が少ないため、本実施形態の等速自在継手１は、総合的にみるとトルク損失や発熱を抑制できる。したがって、トルク損失および発熱が少なく高効率で、高作動角を取ることができ、高作動角時の強度や耐久性にも優れたコンパクトな固定式等速自在継手を実現することができる。
　さらに、本実施形態の等速自在継手１の最大作動角時におけるトラック溝とボールの接触状態を図７に基づいて詳細に説明する。図７ａは、等速自在継手１の縦断面図であり、図７ｂは外側継手部材２のトラック溝７Ａとボール４との接触状態を示す拡大図である。この図においても、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。図７ａに示すように継手が最大作動角θｍａｘを取ると、作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してボール４の中心Ｏｂはθｍａｘ／２の位置に移動する。このとき、ボール４と第２のトラック溝部７Ａｂとの接触点Ｓが入口チャンファ１０に最も近づく。第２のトラック溝部７Ａｂのボール軌道中心線Ｘｂの曲率半径Ｒ２と第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの曲率半径Ｒ１との比Ｒ２／Ｒ１が３～１０の範囲に設定されているので、図７ｂに拡大して示すように、ボール４と第２のトラック溝７Ａｂの接触点Ｓは、ボール４の中心Ｏｂを通って、ボール軌道中心線Ｘｂに対して直角な平面Ｔ上に位置する。比Ｒ２／Ｒ１が３～１０の範囲に設定されているので、ボール４の中心Ｏｂと接触点Ｓとの間の軸方向の距離Ｗは抑制されトラック長さを確保できる。そのため、本実施形態では、最大作動角をとった状態で、入口チャンファ１０のエッジ部と接触点Ｓとの間にトラック余裕量Ｕを確保することができ、ボール４がトラック溝部７Ａｂと十分な接触状態を確保することができる。
　また、本実施形態の等速自在継手１の最大作動角時におけるくさび角αは、第２のトラック溝部７Ａｂのボール軌道中心線Ｘｂの曲率半径Ｒ２と第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの曲率半径Ｒ１との比Ｒ２／Ｒ１が３～１０の範囲に設定されているので、図８に示すように、実績のあるレベルに抑制される。特に、本実施形態では、トルク伝達ボール４とトラック溝７との接触点の相対移動距離・速度の大きい外側継手部材２に対して、ボール２と第２のトラック溝部７ｂとの接触面圧の軽減は、性能面（効率、耐久性）で顕著な効果が得られる。
　図９に、本実施形態の等速自在継手の外側継手部材２と内側継手部材３の斜視図を示す。この斜視図は、これまでに説明したトラック溝を立体的に示している。図９ａに示すように、外側継手部材２の球状内周面６に、継手の軸線Ｎ－Ｎ（図示省略）に対して周方向に傾斜したトラック溝７Ａ、７Ｂが交互に形成され、その傾斜方向は交互に反対方向に形成されている。トラック溝７Ａ、７Ｂは、それぞれ第１のトラック溝部７Ａａ、７Ｂａと第２のトラック溝部７Ａｂ、７Ｂｂとからなる。外側継手部材２の開口端に入口チャンファ１０が設けられている。また、図９ｂに示すように、内側継手部材３の球状外周面８には、継手の軸線Ｎ－Ｎ（図示省略）に対して周方向に傾斜したトラック溝９Ａ、９Ｂが交互に形成され、その傾斜方向は交互に反対方向に形成されている。トラック溝９Ａ、９Ｂは、それぞれ第１のトラック溝部９Ａａ、９Ｂａと第２のトラック溝部９Ａｂ、９Ｂｂとからなる。
　図１０は、本実施形態の固定式等速自在継手１を適用した自動車のフロント用ドライブシャフト２０を示す。固定式等速自在継手１は中間シャフト１１の一端に連結され、他端には摺動式トリポード型等速自在継手１５が連結されている。固定式等速自在継手１の外周面とシャフト１１の外周面との間、および摺動式トリポード型等速自在継手１５の外周面とシャフト１１の外周面との間に、それぞれ蛇腹状ブーツ１６ａ、１６ｂがブーツバンド１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄにより取り付け固定されている。継手内部には、潤滑剤としてのグリースが封入されている。本実施形態の固定式等速自在継手１を使用したので、トルク損失や発熱が小さく高効率で、かつ高作動角が取れ、軽量・コンパクトな自動車用ドライブシャフト２０が実現される。
　以上の実施形態の固定式等速自在継手では、ボール４の個数を８個のもので説明したが、これに限られるものではない。ボールの個数は１０個～１２個のものも適宜実施することができる。
　また、以上の実施形態の固定式等速自在継手では、トラック溝とボールとが接触角をもって接触するアンギュラコンタクトの実施形態を示したが、これに限られず、トラック溝の横断面形状を円形状に形成したサーキュラコンタクトにしてもよい。
　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、請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
１　　　固定式等速自在継手
２　　　外側継手部材
３　　　内側継手部材
４　　　ボール
５　　　保持器
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
９ｂ　　第２のトラック溝
１１　　シャフト
１２　　球状外周面
１３　　球状内周面
２０　　ドライブシャフト
Ａ　　　端部
Ｂ　　　端部
Ｋ　　　垂線
Ｌ　　　直線
Ｍ　　　ボール軌道中心線を含む平面
Ｎ　　　継手の軸線
Ｏ　　　継手中心
Ｏｃｂ　曲率中心
Ｏｉｂ　曲率中心
Ｐ　　　継手中心平面
Ｑ　　　ボール軌道中心線を含む平面
Ｒ　　　直線
Ｒ１　　曲率半径
Ｒ２　　曲率半径
Ｘ　　　ボール軌道中心線
Ｙ　　　ボール軌道中心線
γ　　　傾斜角
β　　　角度
θ　　　作動角

Claims (4)

  1. 　球状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを保持し、前記外側継手部材の球状内周面と内側継手部材の球状外周面とに嵌合する球状外周面と球状内周面を有する保持器とを備えた固定式等速自在継手であって、前記外側継手部材のトラック溝は、奥側に位置する第１のトラック溝部（７ａ）と、開口側に位置する第２のトラック溝部（７ｂ）とからなり、前記第１のトラック溝部（７ａ）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持つ単一の曲率半径（Ｒ１）のボール軌道中心線（Ｘａ）を有し、ボール軌道中心線（Ｘａ）と継手中心（Ｏ）を含む平面（Ｍ）が継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う前記第１のトラック溝部（７ａ）で互いに反対方向に形成され、前記第１のトラック溝部（７ａ）のボール軌道中心線（Ｘａ）の端部（Ａ）が前記継手中心（Ｏ）より開口側に位置し、この端部（Ａ）に前記第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）が接続されてなり、前記内側継手部材のトラック溝のボール軌道中心線（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ボール軌道中心線と鏡像対称に形成された固定式等速自在継手において、
    　前記第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）は、継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に対して半径方向にオフセットした曲率中心を持つ単一の曲率半径（Ｒ２）を有し、この曲率半径（Ｒ２）が前記曲率半径（Ｒ１）より大きく設定されていることを特徴とする固定式等速自在継手。
  2. 　前記曲率半径（Ｒ１）と前記曲率半径（Ｒ１）との比Ｒ２／Ｒ１が３～１０の範囲内に設定されている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. 　前記第１のトラック溝部（７ａ）のボール軌道中心線（Ｘａ）の開口側の端部（Ａ）と前記継手中心（Ｏ）とを結ぶ直線（Ｌ）が、前記継手中心（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）が５°～８°に設定されている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。
  4. 　前記トルク伝達ボールの個数が８個であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
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