JP2009047236A - 固定型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールを脱落させることなく、従来以上の高作動角を実現可能な固定型等速自在継手を提供する。
【解決手段】外側継手部材１と、内側継手部材２と、両継手部材１，２相互間に三層状に組み込んだ外側保持器３、中間保持器４及び内側保持器５と、外側継手部材１の複数の案内溝１ｂと中間保持器４の複数の案内溝４ｂとの間に形成した外側ボールトラックに転動自在に介装した外側ボール６と、外側保持器３の複数の案内溝３ｂと内側保持器５の複数の案内溝５ｂとの間に形成した中間ボールトラックに転動自在に介装した中間ボール７と、中間保持器４の複数の案内溝４ｅと内側継手部材２の複数の案内溝２ｂとの間に形成した内側ボールトラックに転動自在に介装した内側ボール８とを備え、中間ボールトラックを周方向に渡って軸方向の一方とそれと逆方向に交互に拡大する楔状に形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車や各種産業機械に用いられる動力伝達装置である固定型等速自在継手に関する。

自動車のドライブシャフトのアクスル連結部や、ステアリングシャフトのシャフト折曲げ連結部には、固定型等速自在継手が一般的に使用される。この固定型等速自在継手として、従来、ゼッパ型等速自在継手やアンダーカットフリー型（以下ＵＪ型という）等速自在継手が知られている。ゼッパ型の特徴は、外側継手部材の案内溝のボール中心軌跡と内側継手部材の案内溝のボール中心軌跡が、それぞれ、継手中心から軸方向に等距離だけ離れた二点を中心とする二つの球の子午線となっていることである（特許文献１参照）。

これに対してＵＪ型等速自在継手は、ゼッパ型等速自在継手よりも高作動角とするために発明されたもので、外側継手部材の案内溝のボール中心軌跡が、上記ゼッパ型の子午線の円弧のうち、継手中心を通る軸直角断面より外側継手部材の開口側の部分が継手軸と平行な直線となっている（特許文献２参照）。

ゼッパにより発明されたゼッパ型等速自在継手は、最初は、外側継手部材の案内溝のボール中心軌跡と、内側継手部材の案内溝のボール中心軌跡が、ともに継手中心に中心を持つ同一円弧であった（特許文献３参照）。その自在継手は、作動角０°における保持器の回転位置が一定に定まらないという欠点があり、それを補うために、内側継手部材と外側継手部材の間に保持器の位置を制御するための別部品を追加していた（特許文献４のＦｉｇ．１、Ｆｉｇ．２のパイロットピンＫを参照）。

その後改良されたゼッパ型等速自在継手に、いわゆるダブルオフセット型と呼ばれるものがある。このダブルオフセット型は、図８（ａ）のように、継手中心Ｏから継手軸線方向に逆方向にそれぞれ等距離だけ離れた点Ｏ₁₀₀，Ｏ₂₀₀を、外側継手部材１０１と内側継手部材１０２の二つの案内溝１０１ｂ，１０２ｂの各曲率中心としたものである。そして、両継手部材の各案内溝１０１ｂ，１０２ｂにおけるボール中心軌跡Ｃ１００，Ｃ２００は、前記曲率中心Ｏ₁₀₀，Ｏ₂₀₀を中心とする同じ半径Ｒの円弧となっている。

詳しくは、図８（ａ）（ｂ）に示すように、ダブルオフセット型等速自在継手は、球面状の内周面１０１ａに６本の曲線状の案内溝１０１ｂを軸方向に形成した外側継手部材１０１と、球面状の外周面１０２ａに６本の曲線状の案内溝１０２ｂを軸方向に形成し、スプライン（又はセレーション）孔１０２ｃを有する内側継手部材１０２と、外側継手部材１０１の案内溝１０１ｂと内側継手部材１０２の案内溝１０２ｂとが協働して形成される６本のボールトラックに１個ずつ配されたトルク伝達ボール１０３と、トルク伝達ボール１０３を保持する保持器１０４とで構成される。

外側継手部材１０１の内周面１０１ａの曲率中心、内側継手部材１０２の外周面１０２ａの曲率中心は、いずれも、継手中心Ｏと一致している。これに対し、外側継手部材１０１の案内溝１０１ｂの曲率中心Ｏ₁₀₀と、内側継手部材１０２の案内溝１０２ｂの曲率中心Ｏ₂₀₀は、継手中心Ｏを挟んで、軸方向に等距離だけ互いに逆方向に（同図に示す例では中心Ｏ₁₀₀は継手開口端側に、中心Ｏ₂₀₀は継手閉塞端側に）オフセットしている。そのため、案内溝１０１ｂ，１０２ｂが協働して形成されるボールトラックは、軸方向の一方に向かって開いた楔形状となっている。

図８（ａ）に示すように、両継手部材１０１，１０２の各軸線が角度変位しない場合、すなわち二軸の回転軸線が一直線となった状態では、全てのトルク伝達ボール１０３の中心が継手中心Ｏを含み回転軸線に垂直な平面Ｙ上にある。外側継手部材１０１と内側継手部材１０２とが角度θだけ角度変位すると、保持器１０４によってトルク伝達ボール１０３が、角度θの二等分線に垂直な平面上に配置せしめられ、これにより継手の等速性が確保される。
米国特許第２０４６５８４号公報 特開昭５３−６５５４７号公報 米国特許第１６６５２８０号公報 米国特許第２０１０８９９号公報

図８に示したダブルオフセット型等速自在継手においては、継手を高作動角で回転させる場合、ボール１０３が外側継手部材１０１の案内溝１０１ｂから外側にはみ出すと、ボール１０３が保持器１０４のポケットから半径方向外方に飛び出すのを防止することができない。このため、従来のダブルオフセット型等速自在継手では、ボール１０３は必ず外側継手部材１０１の案内溝１０１ｂの中に収めておく必要があり、これにより、継手の最大作動角が抑えられ、せいぜい４８°程度が限界であった。

一方、ＵＪ型等速自在継手は、ゼッパ型等速自在継手の作動角をさらに拡大するために発明されたもので、ボールが外側継手部材の案内溝から外れる位置を延長するために、外側継手部材の案内溝のボール中心軌跡を、外側継手部材入口部のみ、円弧状から直線状に変更した。しかし、ＵＪ型等速自在継手でも最大作動角は５２°程度であった。

そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、ボールを脱落させることなく、従来以上の高作動角を実現可能な固定型等速自在継手を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、球形内周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した外側継手部材と、球形外周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した内側継手部材と、球形内外周面を有すると共に前記両継手部材相互間に三層状に組み込んだ外側保持器、中間保持器及び内側保持器と、前記外側保持器の周方向に形成した複数のポケット内に収容すると共に、前記外側継手部材の各案内溝と前記中間保持器の球形外周面に形成した軸方向に延びる複数の案内溝との間に形成した外側ボールトラックに転動自在に介装した外側ボールと、前記中間保持器の周方向に形成した複数のポケット内に収容すると共に、前記外側保持器の球形内周面に形成した軸方向に延びる複数の案内溝と前記内側保持器の球形外周面に形成した軸方向に延びる複数の案内溝との間に形成した中間ボールトラックに転動自在に介装した中間ボールと、前記内側保持器の周方向に形成した複数のポケット内に収容すると共に、前記中間保持器の球形内周面に形成した軸方向に延びる複数の案内溝と前記内側継手部材の各案内溝との間に形成した内側ボールトラックに転動自在に介装した内側ボールとを備え、前記中間ボールトラックを周方向に渡って軸方向の一方とそれと逆方向に交互に拡大する楔状に形成した固定式等速自在継手である。

これにより、外側継手部材と内側継手部材の両回転軸線が作動角を取ったときに、各ボールが案内溝を転動する距離が、従来の等速自在継手に比べて著しく短くなる。従って、各案内溝を軸方向に短く形成することができる。

また、中間ボールトラックは楔状に形成されているので、継手が回転すると、中間ボールトラック内の中間ボールに、中間ボールトラックの狭い方から広い方へ向かう力が作用する。請求項１の発明は、中間ボールトラックが、周方向に渡って軸方向の一方とそれと反対方向に交互に拡大して形成されているので、隣り合った中間ボール同士は、互いに逆方向の力を受ける。そして、中間保持器に中間ボールからの押圧力が作用するが、その押圧力は互いに逆方向に作用するので相殺される。これにより、中間保持器が軸方向のどちらか一方に片寄るのを抑制し、適正な回転位置に保持することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の固定型等速自在継手において、前記外側ボールトラックと前記内側ボールトラックを、軸方向に互いに逆方向に拡大する楔状に形成したものである。

外側ボールトラックと内側ボールトラックは、軸線方向に互いに逆向きに拡大しているので、各ボールトラックに配置された外側ボールと内側ボールには、軸線方向に互いに逆方向の力が作用する。これらのボールをそれぞれ保持する外側保持器と内側保持器にも、軸線方向に互いに逆方向の力が作用する。そして、外側保持器の内周面・内側保持器の外周面は、中間保持器の内外周面に押し当てられる。中間保持器には、外側保持器と内側保持器からの押圧力が作用するが、その押圧力は互いに逆方向に作用するので相殺される。これにより、中間保持器が軸方向のどちらか一方に片寄るのを抑制し、適正な回転位置に保持することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の固定型等速自在継手において、前記外側継手部材と内側継手部材の各軸線が一直線となった状態において、前記外側継手部材の案内溝と前記中間保持器の球形外周面の案内溝のそれぞれのボール中心軌跡、前記内側継手部材の案内溝と前記中間保持器の球形内周面の案内溝のそれぞれのボール中心軌跡、及び前記外側保持器の案内溝と前記内側保持器の案内溝のそれぞれのボール中心軌跡を、それぞれ、継手中心を通り継手軸線に直交する横断面において互いに交差させると共に、前記横断面を中心として鏡像対称となる一対の円弧としたものである。

これにより、各ボールを、継手中心を通り継手軸線に直交する横断面上に保持することができる。このようなボールの配置によって、作動角が０°において、各保持器を定位置で回転させることができ、回転トルクを安定して伝達することができる。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記外側継手部材、内側継手部材及び中間保持器のそれぞれの案内溝の軸方向に直行する横断面において、各案内溝を、各案内溝の幅方向中心を通る継手径方向線を中心として鏡像対称となる一対の円弧部にて構成し、当該一対の円弧部の曲率半径を、対応する前記ボールの半径より大きく設定すると共に、当該一対の円弧部の曲率中心を、対応する円弧部から前記継手径方向線を越えて反対側に配置したものである。

すなわち、各ボールを、案内溝を構成する一対の円弧部にそれぞれ１点、合計２点で接触させることができる。このように構成したことで、継手回転駆動時に、案内溝がトルクの方向に力を受け易く、回転トルクを効率良く伝達することができる。また、ボールが案内溝に沿って転動し易くなるとともに、ボールと案内溝との接触面圧を低減することができ、転動疲労寿命ないし継手寿命を長くすることができる。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記外側ボール、中間ボール及び内側ボールを、周方向に位相をずらして配設したものである。

各ボールを継手径方向に一直線状に並ばないようにすることで、継手の径方向の小型化及び軽量化を図ることができる。

請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記中間ボールトラックを周方向に４以上の偶数個配設したものである。

上述したように、継手が回転すると、周方向に隣り合う中間ボールに軸線方向に互いに逆方向の力が作用する。請求項６の場合は、中間ボールが周方向に偶数個配設しているので、軸方向の一方に向かう中間ボールとそれと逆方向に向かう中間ボールの個数が同数となる。従って、中間保持器に作用する互いに逆方向の力を確実に相殺することができる。

本発明の固定型等速自在継手によれば、外側継手部材と内側継手部材の両回転軸線が、Ｏ°以外の作動角θをとったときに、各ボールが案内溝を転動する距離が、従来の等速自在継手に比べて短くなる。従って、各案内溝を軸方向に短く形成することができ、継手の軸方向の小型化を図り得る。これにより、継手が作動角θをとったときに、特に内側継手部材に連結したシャフトが、外側継手部材と干渉しにくくなり、最大作動角を高角化することができる。従って、従来の固定型等速自在継手以上の作動角、例えば作動角が６０°となっても、ボールを脱落させることなく、安定したトルク伝達を実現可能となる。また、各ボールが案内溝を転動する距離が短くなるので、転動疲労寿命ないし継手寿命を長くすることができる。

また、継手回転時に、中間保持器が中間ボールから受ける力は、互いに逆方向に作用して相殺されるので、中間保持器が軸方向のどちらか一方に片寄ることを抑止して適正な回転位置に保持することができる。これによって、等速性・作動性に優れた固定型等速自在継手とすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図７を参照して説明する。図１は本発明の固定型等速自在継手の横断面を示したものである。図２、図３、図４は、図５、それぞれ図１におけるＡ−Ａ縦断面図、Ｂ₁−Ｂ₁縦断面図、Ｂ₂−Ｂ₂縦断面図、Ｃ−Ｃ縦断面図である。これら図２〜図５は、作動角が０°の状態を示し、図７は最大作動角をとったときの上記図２、図３、図５に相当する各縦断面を重ね合わせた状態を示す。

なお、固定型等速自在継手は、一方が駆動側となり、他方が従動側となる外側継手部材と内側継手部材を有するが、ここで作動角とは、外側継手部材の回転軸線Ｘと内側継手部材の回転軸線Ｚとがなす角度をいう。また、回転軸線Ｘと回転軸線Ｚとの交点Ｏを継手中心と呼ぶことにする。固定型等速自在継手は作動角に関わりなく継手中心Ｏは固定されている。

本発明の固定型等速自在継手は、外側継手部材１と、内側継手部材２と、それら両継手部材１，２相互間に三層状に組み込んだ外側保持器３、中間保持器４及び内側保持器５と、各保持器３，４，５にて保持される外側ボール６、中間ボール７及び内側ボール８を主要な構成要素としている。

相交わる二軸の一方（図示せず）に連結される外側継手部材１は、その内周面１ａが球形に形成され、この球形内周面１ａには、軸方向に延びる案内溝１ｂを周方向等間隔に４本形成している。内側継手部材２の外周面２ａは球形に形成されており、この球形外周面２ａに、軸方向に延びる案内溝２ｂを周方向等間隔に４本形成している。内側継手部材２の内周面２ｃには、前記二軸の他方であるシャフト９を挿入して嵌合するためのスプライン又はセレーションを形成してある。

外側保持器３は、周方向等間隔に貫設された４つのポケット３ｄを有する。外側保持器３の外周面３ａと内周面３ｃは共に球形に形成されており、その球形内周面３ｃには、軸方向に延びる案内溝３ｂを周方向等間隔に４本形成している。中間保持器４と内側保持器５にも、それぞれ周方向等間隔に４つのポケット４ｄ，５ｄが貫設され、中間保持器４と内側保持器５のそれぞれの外周面４ａ，５ａと内周面４ｃ，５ｃは、球形に形成されている。また、中間保持器４の球形外周面４ａと球形内周面４ｃの両面には、それぞれ軸方向に延びる案内溝４ｂ，４ｅが周方向等間隔に４本ずつ形成されている。また、内側保持器５の球形外周面５ａには、軸方向に延びる案内溝５ｂが周方向等間隔に４本形成されている。

外側継手部材１の球形内周面１ａ、内側継手部材２の球形外周面２ａ、及び前記各保持器３，４，５の各球形の内外周面３ａ，３ｃ，４ａ，４ｃ，５ａ，５ｃは、全て継手中心Ｏを中心とする同心球面であり、それぞれ対向する球形内外周面は、互いに球面接触している。

内側保持器５の各ポケット５ｄには、トルク伝達用の内側ボール８が収容されており、内側ボール８は、内側継手部材２と中間保持器４のそれぞれの対向する案内溝２ｂ，４ｅ間に形成された内側ボールトラックに転動自在に介装されている（図２参照）。また、中間保持器４の各ポケット４ｄに、外側保持器３と内側保持器５の位置を規制するための中間ボール７が収容され、中間ボール７は、外側保持器３と内側保持器５のそれぞれの対向する案内溝３ｂ，５ｂ間に形成された中間ボールトラックに転動自在に介装されている（図３又は図４参照）。また同様に、外側保持器３の各ポケット３ｄに、トルク伝達用の外側ボール６が収容され、外側ボール６は、外側継手部材１と中間保持器４のそれぞれの対向する案内溝１ｂ，４ｂ間に形成された外側ボールトラックに転動自在に介装されている（図５参照）。

トルク伝達用の外側ボール６と内側ボール８では、内径側の内側ボール８の方が回転トルクによる荷重が大きいので、内側ボール８のボール径寸法を、外側ボール６のボール径寸法より大きく設定することが好ましい。また、外側ボール６と中間ボール７と内側ボール８は、周方向に位相をずらして配設されている。言い換えれば、各ボール６，７，８は継手の径方向同一直線上には配置されていない。

図２〜図５の縦断面図に示すように、対向した円弧状の案内溝にて形成された各ボールトラックは、軸方向の一方に臨んで徐々に広がった楔状に形成されている。図２に示す内側継手部材２と中間保持器４の対向する案内溝２ｂ，４ｅにて形成された内側ボールトラックは、図２において軸方向の左側へ拡大して形成されている。

図５に示す外側継手部材１と中間保持器４の対向する案内溝１ｂ，４ｂにて形成された外側ボールトラックは、図５において軸方向右側へ拡大して形成している。この実施形態では、図２の内側ボールトラックと、図５の外側ボールトラックは、互いに逆方向に拡大した楔状に形成されている。

図１のＢ₁−Ｂ₁縦断面図を示した図３において、外側保持器３と内側保持器５の対向する案内溝３ｂ，５ｂにて形成された中間ボールトラックは、図３の軸方向の右側に拡大して形成されている。一方、図１のＢ₂−Ｂ₂縦断面図を示した図４において、外側保持器３と内側保持器５の対向する案内溝３ｂ，５ｂにて形成された中間ボールトラックは、図４の軸方向の左側に拡大している。図１において、Ｂ₁−Ｂ₁縦断面線上にある中間ボールトラックと、Ｂ₂−Ｂ₂縦断面線上にある中間ボールトラックは、周方向に互いに隣り合って配置されたものである。すなわち、中間ボールトラックの隣り合うもの同士は、軸方向の拡大する方向が互いに逆方向となっている。言い換えれば、中間ボールトラックは、周方向に渡って軸方向の一方とそれと反対方向に交互に拡大して形成されている。

また、図２〜図５に示す対向した案内溝のそれぞれの曲率中心は、継手中心Ｏから軸線方向に互いに逆方向に等距離だけオフセットされた位置にある。
詳しくは、図２において、継手中心Ｏから継手軸線方向に互いに逆方向にそれぞれ等距離だけ離れた（オフセットした）点Ｏ₁とＯ₂が、内側継手部材２の案内溝２ｂと、中間保持器４の内側の案内溝４ｅのそれぞれの曲率中心である。従って、内側継手部材２の案内溝２ｂのボール中心軌跡Ｃ１は、点Ｏ₁を中心とする円弧となり、中間保持器４の案内溝４ｅのボール中心軌跡Ｃ２は、点Ｏ₂を中心とし、前記軌跡Ｃ１と同じ半径の円弧となる。すなわち、これら２つのボール中心軌跡Ｃ１，Ｃ２は、継手中心Ｏを通り継手軸線に直交する横断面Ｙにおいて互いに交差すると共に、この横断面Ｙを中心として鏡像対称に配置される。

図３において、外側保持器３の案内溝３ｂのボール中心軌跡Ｃ３と、内側保持器５の案内溝５ｂのボール中心軌跡Ｃ４は、それぞれ継手中心Ｏから軸線方向に互いに逆方向に等距離だけオフセットした点Ｏ₃とＯ₄を中心とする同じ半径の円弧である。一方、図４に示す外側保持器３の案内溝３ｂのボール中心軌跡Ｃ３、内側保持器５の案内溝５ｂのボール中心軌跡Ｃ４、及びそれらの曲率中心Ｏ₃，Ｏ₄は、図３に示したボール中心軌跡Ｃ３，Ｃ４及び曲率中心Ｏ₃，Ｏ₄と横断面Ｙに関して対称に配置されている。図３及び図４のボール中心軌跡Ｃ３，Ｃ４も、図２で説明したのと同様に、上記横断面Ｙにおいて互いに交差すると共に、この横断面Ｙを中心として鏡像対称に配置されている。

また、図５に示す外側継手部材１の案内溝１ｂのボール中心軌跡Ｃ５と、中間保持器４の外側の案内溝４ｂのボール中心軌跡Ｃ６は、それぞれ継手中心Ｏから軸線方向に互いに逆方向に等距離だけオフセットした点Ｏ₅とＯ₆を中心とする同じ半径の円弧となる。このボール中心軌跡Ｃ５，Ｃ６も、継手中心Ｏを通り継手軸線に直交する横断面Ｙにおいて互いに交差すると共に、この横断面Ｙを中心として鏡像対称に配置されている。

図６は図１の要部であり、外側ボール６を挟む外側継手部材１の案内溝１ｂと、中間保持器４の外周側の案内溝４ｂの横断面を示す。同図において、一点鎖線で示すのは、外側継手部材１と中間保持器４の各案内溝１ｂ，４ｂの幅方向中心を通る継手径方向線Ｌである。外側継手部材１の案内溝１ｂは、この継手径方向線Ｌを中心として鏡像対称となる一対の円弧部１０，１１にて形成されている。この一対の円弧部１０，１１の各曲率半径Ｒ₁₀，Ｒ₁₁は、外側ボール６の半径Ｒ₀よりも大きい。一対の円弧部１０，１１の各曲率中心Ｏ₁₀，Ｏ₁₁は、対応する円弧部から継手径方向線Ｌを越えて反対側に配置されている。また、各曲率中心Ｏ₁₀，Ｏ₁₁は、径方向線Ｌから周方向（図６の左右方向）に互いに逆方向に等距離だけ離れて配設されている。そして、外側ボール６は、各円弧部１０，１１に対しそれぞれ１点（点Ｐ₁₀と点Ｐ₁₁）で接触（点接触）し、案内溝１ｂに対し合計２点で接触する（アンギュラコンタクト）。

一方、中間保持器４の外側の案内溝４ｂは、外側ボール６を挟んで前記外側継手部材１の案内溝１ｂと対称に形成されている。詳しくは、中間保持器４の案内溝４ｂは、継手径方向線Ｌを中心として鏡像対称となる一対の円弧部１２，１３にて構成されている。これら円弧部１２，１３の各曲率半径Ｒ₁₂，Ｒ₁₃は、外側ボール６の半径Ｒ₀よりも大きく設定されている。また、各円弧部１２，１３の曲率中心Ｏ₁₂，Ｏ₁₃は、対応する円弧部から継手径方向線Ｌを越え、継手径方向線Ｌから周方向に等距離だけ離れて互いに反対側に配置されている。このように各円弧部１２，１３を形成することで、外側ボール６も、各円弧部１２，１３に対しそれぞれ１点（点Ｐ₁₂と点Ｐ₁₃）で接触（点接触）し、案内溝４ｂに対し合計２点で接触する（アンギュラコンタクト）。

また、内側ボール８を挟む中間保持器４の内側の案内溝４ｅと、内側継手部材２の案内溝２ｂの断面形状は、図６と同様の構成となっているので、図示及び説明を省略する。すなわち、内側ボール８は、各案内溝４ｅ，２ｂに対しそれぞれ２点で接触するようになっている（アンギュラコンタクト）。

また、外側ボール６又は内側ボール８を挟む上記各案内溝１ｂ，４ｂ，４ｅ，２ｂの断面形状は、図６に示した形状以外に、例えば、対応するボールに対し２点で接触する楕円、ゴシックアーチ、放物線等の形状に形成してもよい。

以下、本発明の固定型等速自在継手の作用について説明する。
図１において、シャフト９に回転力が付与された場合、その回転トルクは、シャフト９に連結された内側継手部材２へ伝達された後、内側ボール８を介して中間保持器４へと伝達され、中間保持器４が回転する。さらに、回転する中間保持器４の回転トルクは、外側ボール６を介して外側継手部材１へと伝達される。このようにして、内側継手部材２に連結された駆動軸から、外側継手部材１に連結された従動軸へ回転力が等速に伝達される。

そして、外側継手部材１の回転軸線Ｘと内側継手部材２の回転軸線Ｚが、作動角θをとったとき、外側ボール６は外側継手部材１と中間保持器４の両回転軸線のなす角の二等分線に垂直な平面上に並ぶ。また、内側ボール８は中間保持器４と内側継手部材２の両回転軸線のなす角の二等分線に垂直な平面上に並ぶ。つまり、外側ボール６の中心から外側継手部材１と中間保持器４の両回転軸線までの距離が相等しく、内側ボール８の中心から中間保持器４と内側継手部材２の両回転軸線までの距離が相等しくなる。このような位置に各ボール６，８が配置されることで、各ボール６，８を介して回転トルクが内側継手部材２から中間保持器４へ、そして、中間保持器４から外側継手部材１へと等速度で伝達される。

図７は、外側継手部材１の軸線Ｘと内側継手部材の軸線Ｚとが最大作動角をとった場合を示した図である。この場合、両継手部材１，２と、３つの保持器３，４，５、及び各ボール６，７，８相互間の干渉により、外側継手部材１に対して、各保持器３，４，５及び内側継手部材２は、それぞれ所定の傾斜角をもって位置規制される。外側ボール６・中間ボール７・内側ボール８のそれぞれが並ぶ平面を、ジョイント平面Ｓ，Ｔ，Ｕと呼ぶとすると、この実施形態では、各ジョイント平面Ｓ，Ｔ，Ｕは、継手中心Ｏを通り外側継手部材１の軸線Ｘに直交する横断面Ｙから、それぞれ時計回りに１５°・３０°・４５°傾斜した位置にある。そして、このときの内側継手部材２の軸線Ｚと、外側継手部材１の軸線Ｘとで形成される最大作動角は６０°となる。

上記図８のような従来の固定型等速自在継手において、最大作動角を６０°にしようとすると、ボール１０３が並ぶジョイント平面は、継手中心Ｏを通り外側継手部材１０１の軸線Ｘと直交する横断面Ｙから時計回り又は反時計回りに３０°傾斜する必要があると推測される（図示省略）。つまり、ボール１０３が案内溝１０１ｂ，１０２ｂに沿って３０°移動することになる。これに対して、本発明は、最大作動角６０°のときに、各ジョイント平面Ｓ，Ｔ，Ｕに並ぶボール６，７，８は、対応する案内溝に沿って移動する距離はそれぞれ１５°でよいので、各案内溝の軸方向長さ寸法は、従来の固定型等速自在継手の案内溝よりも短く形成することが可能となる。

また、中間ボールトラックは楔状に形成されているので、継手が回転すると、中間ボールトラック内の中間ボール７に、中間ボールトラックの狭い方から広い方へ向かう力が作用する。上記実施形態では、中間ボールトラックが、周方向に渡って軸方向の一方とそれと反対方向に交互に拡大して形成されているので、隣り合った中間ボール７同士は、互いに逆方向の力を受ける。そして、中間保持器４には中間ボール７からの押圧力が作用するが、その押圧力は互いに逆方向に作用するので相殺される。これにより、中間保持器４が軸方向のどちらか一方に片寄るのを抑制し、適正な回転位置に保持することができる。

また、継手回転時に中間保持器４が中間ボール７から受ける力を確実に相殺するには、互いに逆方向に拡大した中間ボールトラックを同数ずつ形成することが望ましい。従って、中間ボールトラックは、４個以上の偶数個配設することが好ましい。

また、外側ボールトラックと内側ボールトラックも、それぞれ楔状に形成されているので、継手が回転すると、各ボールトラック内のボールには、ボールトラックの狭い方から広い方へ向かう力が作用する。これにより、外側ボール６を保持する外側保持器３と、内側ボール８を保持する内側保持器５は、中間保持器４に押し当てられる。

本発明では、この外側保持器３と内側保持器５による中間保持器４への押圧力を相殺するために、外側ボールトラックと内側ボールトラックを、軸方向に互いに逆方向に拡大させている。つまり、外側ボールトラックに介装された外側ボール６と、内側ボールトラックに介装された内側ボール８は、互いに逆方向に移動しようとする。そして、中間保持器４に対する外側保持器３と内側保持器５の押圧力も互いに逆方向に作用するので相殺されることとなる。これにより、中間保持器４が軸方向のどちらか一方に片寄るのを抑制し、適正な回転位置に保持することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に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で、種々の変更を加え得ることは勿論である。

本発明に係る固定型等速自在継手の横断面図である。 図１のＡ−Ａ縦断面図である。 図１のＢ₁−Ｂ₁縦断面図である。 図１のＢ₂−Ｂ₂縦断面図である。 図１のＣ−Ｃ縦断面図である。 図１の要部横断面図である。 本発明の固定型等速自在継手が最大作動角をとった状態を示す縦断面図である。 従来の固定型等速自在継手を示す図であって、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）はその横断面図である。

符号の説明

１ 外側継手部材
１ａ 内周面
１ｂ 案内溝
２ 内側継手部材
２ａ 外周面
２ｂ 案内溝
３ 外側保持器
３ｂ 案内溝
３ｃ 内周面
３ｄ ポケット
４ 中間保持器
４ａ 外周面
４ｂ 案内溝
４ｃ 内周面
４ｄ ポケット
４ｅ 案内溝
５ 内側保持器
５ａ 外周面
５ｂ 案内溝
５ｄ ポケット
６ 外側ボール
７ 中間ボール
８ 内側ボール
１０ 円弧部
１１ 円弧部
１２ 円弧部
１３ 円弧部

Claims (6)

1. 球形内周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した外側継手部材と、球形外周面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した内側継手部材と、球形内外周面を有すると共に前記両継手部材相互間に三層状に組み込んだ外側保持器、中間保持器及び内側保持器と、前記外側保持器の周方向に形成した複数のポケット内に収容すると共に、前記外側継手部材の各案内溝と前記中間保持器の球形外周面に形成した軸方向に延びる複数の案内溝との間に形成した外側ボールトラックに転動自在に介装した外側ボールと、前記中間保持器の周方向に形成した複数のポケット内に収容すると共に、前記外側保持器の球形内周面に形成した軸方向に延びる複数の案内溝と前記内側保持器の球形外周面に形成した軸方向に延びる複数の案内溝との間に形成した中間ボールトラックに転動自在に介装した中間ボールと、前記内側保持器の周方向に形成した複数のポケット内に収容すると共に、前記中間保持器の球形内周面に形成した軸方向に延びる複数の案内溝と前記内側継手部材の各案内溝との間に形成した内側ボールトラックに転動自在に介装した内側ボールとを備え、前記中間ボールトラックを周方向に渡って軸方向の一方とそれと逆方向に交互に拡大する楔状に形成したことを特徴とする固定型等速自在継手。
2. 前記外側ボールトラックと前記内側ボールトラックを、軸方向に互いに逆方向に拡大する楔状に形成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. 前記外側継手部材と内側継手部材の各軸線が一直線となった状態において、
   前記外側継手部材の案内溝と前記中間保持器の球形外周面の案内溝のそれぞれのボール中心軌跡、
   前記内側継手部材の案内溝と前記中間保持器の球形内周面の案内溝のそれぞれのボール中心軌跡、
   及び前記外側保持器の案内溝と前記内側保持器の案内溝のそれぞれのボール中心軌跡を、
   それぞれ、継手中心を通り継手軸線に直交する横断面において互いに交差させると共に、前記横断面を中心として鏡像対称となる一対の円弧としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の固定型等速自在継手。
4. 前記外側継手部材、内側継手部材及び中間保持器のそれぞれの案内溝の軸方向に直行する横断面において、各案内溝を、各案内溝の幅方向中心を通る継手径方向線を中心として鏡像対称となる一対の円弧部にて構成し、当該一対の円弧部の曲率半径を、対応する前記ボールの半径より大きく設定すると共に、当該一対の円弧部の曲率中心を、対応する円弧部から前記継手径方向線を越えて反対側に配置したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
5. 前記外側ボール、中間ボール及び内側ボールを、周方向に位相をずらして配設したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
6. 前記中間ボールトラックを周方向に４以上の偶数個配設したことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。

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