JP5955732B2 - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Description

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（デファレンシャル側）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。

アウトボード側に使用されている固定式等速自在継手の一例を、図１９（ａ）に示す等速自在継手１０１の作動角０°の状態における縦断面図、および図１９（ｂ）に示す同等速自在継手１０１が最大作動角を取った状態の概要図に基づいて説明する。等速自在継手１０１は、８個ボールタイプのツェッパ型等速自在継手であり、外側継手部材１０２、内側継手部材１０３、ボール１０４および保持器１０５を主な構成とする。外側継手部材１０２の球状内周面１０６には８本のトラック溝１０７が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材１０３の球状外周面１０８には、外側継手部材１０２のトラック溝１０７と対向するトラック溝１０９が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材１０２と内側継手部材１０３の対をなす（半径方向で対向する）トラック溝１０７，１０９間にボール１０４が配置されている。外側継手部材１０２の球状内周面１０６と内側継手部材１０３の球状外周面１０８の間に、ボール１０４を保持する保持器１０５が配置されている。

図１９（ａ）に示すように、外側継手部材１０２の球状内周面１０６と嵌合する保持器１０５の球状外周面１１２、および内側継手部材１０３の球状外周面１０８と嵌合する保持器１０５の球状内周面１１３の曲率中心は、いずれも継手中心Ｏに形成されている。これに対し、外側継手部材１０２のトラック溝１０７のボール軌道中心線ｘの曲率中心Ｏｏと、内側継手部材１０３のトラック溝１０９のボール軌道中心線ｙの曲率中心Ｏｉとは、継手中心Ｏに対して軸方向両側に等距離オフセットされている。これにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材１０２と内側継手部材１０３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール１０４が常に案内され、二軸間で等速に回転トルクが伝達される。

図１９（ｂ）に示すように、固定式等速自在継手１０１の主要機能である最大作動角θｍａｘは、外側継手部材１０２の開口端（内周縁部）に設けられる入口チャンファ１１０とシャフト１１１とが干渉する角度に依存する。シャフト１１１の軸径ｄは、許容伝達トルクを確保するためにジョイントサイズ毎に決められている。入口チャンファ１１０を大きくとると、ボール１０４が接触する外側継手部材１０２のトラック溝１０７の長さ（以下、「有効トラック長さ」という）が不足し、ボール１０４がトラック溝１０７から脱落して回転トルクが伝達できなくなる。このため、外側継手部材１０２の有効トラック長さを確保しつつ、入口チャンファ１１０を如何に設定するかが、作動角を確保する上で重要なファクターとなる。図１９（ａ）（ｂ）に示す等速自在継手１０１では、トラック溝１０７のボール軌道中心線ｘの曲率中心Ｏｏが開口側にオフセットされているので、最大作動角の面で有利であり、最大作動角θｍａｘは４７°程度である。

また、上述した８個ボールタイプの等速自在継手は、従来の６個ボールタイプの等速自在継手に比べて、トラックオフセット量を小さくし、ボールの個数を増やし、かつ直径を小さくしたことにより、軽量・コンパクトでトルク損失の少ない高効率な等速自在継手を実現している。しかし、作動角０°の状態で外側継手部材１０２と内側継手部材１０３の対をなすトラック溝１０７，１０９間に形成される各くさび角が、外側継手部材１０２の開口側に向けて開いているので、トラック溝１０７，１０９からボール１０４に作用する軸方向の力により、外側継手部材１０２と保持器１０５の球面接触部１０６，１１２および内側継手部材１０３と保持器１０５の球面接触部１０８，１１３に作用する荷重が一定方向に向かって発生する。そのため、更なる高効率化や低発熱化に限度がある。

そこで、更なる高効率化や低発熱化を実現すべく、図２０（ａ）（ｂ）に示すトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手１２１が提案されている（例えば、下記の特許文献１を参照）。図２０（ａ）は、等速自在継手１２１の作動角０°の状態における縦断面図であり、図２０（ｂ）は、等速自在継手１２１が高作動角を取った状態を示す概要図である。図２０（ａ）に示すように、この等速自在継手１２１は、外側継手部材１２２、内側継手部材１２３、ボール１２４および保持器１２５を主な構成とする。この等速自在継手１２１は、図示は省略するが、外側継手部材１２２の８本のトラック溝１２７のボール軌道中心線ｘと継手中心Ｏとを含む平面が、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トラック溝１２７で互いに反対方向に形成されている。そして、内側継手部材１２３のトラック溝１２９のボール軌道中心線ｙは、作動角０°の状態の継手中心平面（作動角０°の状態で継手中心Ｏを含んで継手の軸線ｎ−ｎと直交する方向に延びる平面）Ｐを基準として、外側継手部材１２２の対となるトラック溝１２７のボール軌道中心線ｘと鏡像対称に形成されている。

図２０（ａ）に示すように、外側継手部材１２２の球状内周面１２６に形成されたトラック溝１２７、および内側継手部材１２３の球状外周面１２８に形成されたトラック溝１２９は、それぞれ、軸方向に沿って円弧状に延び、その曲率中心は継手中心Ｏに位置する。外側継手部材１２２と内側継手部材１２３の対をなす（半径方向に対向する）トラック溝１２７，１２９の交差部にボール１２４が介在している。外側継手部材１２２の球状内周面１２６と内側継手部材１２３の球状外周面１２８の間に、ボール１２４を保持する保持器１２５が配置されている。外側継手部材１２２の球状内周面１２６と嵌合する保持器１２５の球状外周面１３２、および内側継手部材１２３の球状外周面１２８と嵌合する保持器１２５の球状内周面１３３の曲率中心は、いずれも継手中心Ｏに形成されている。この等速自在継手１２１では、外側継手部材１２２および内側継手部材１２３のトラック溝１２７，１２９のボール軌道中心線ｘ，ｙの曲率中心は継手中心Ｏに配置されているが、対をなすトラック溝１２７，１２９が交差し、この交差部にボール１２４が介在することにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材１２２と内側継手部材１２３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール１２４が常に案内され、二軸間で等速に回転トルクが伝達されることになる。

上述したトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手１２１において、両継手部材１２２，１２３のトラック溝１２７，１２９は、周方向に隣り合うトラック溝で傾斜方向が互いに反対方向に形成されているので、保持器１２５の周方向に隣り合うポケット部１２５ａにはボール１２４から相反する方向の力が作用する。この相反する方向の力により保持器１２５は継手中心Ｏ位置で安定する。このため、保持器１２５の球状外周面１３２と外側継手部材１２２の球状内周面１２６との接触力、および保持器１２５の球状内周面１３３と内側継手部材１２３の球状外周面１２８との接触力が抑制されて高負荷時や高速回転時に継手が円滑に作動するため、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。

特開２００９−２５０３６５号公報

上述したトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手１２１は、低発熱ジョイントとしては優れているものの、図２０（ｂ）に示すように、外側継手部材１２２の入口チャンファ１３０を大きくすると、トラック溝１２７の曲率中心が継手中心Ｏに一致している構造上、外側継手部材１２２のトラック溝１２７の有効トラック長さが不足し、高作動角θを取ったときにボール１２４がトラック溝１２７から脱落し、高作動角化が図れないという問題がある。

そこで、本発明者らは、上述したトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手の高作動角化を図るために、両継手部材のトラック溝に直線状の部分を設けることを検討した。この等速自在継手が図１６に示すものであり、図１６（ａ）（ｂ）に、同等速自在継手の縦断面図および正面図をそれぞれ示す。図１６（ａ）に示すように、この等速自在継手１４１において、外側継手部材１４２のトラック溝１４７は、作動角０°の状態で継手中心Ｏを含んで継手の軸線ｎ−ｎと直交する平面（継手中心平面）を境にしてその奥側および開口側を、それぞれ、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のトラック溝１４７ａおよび直線状のトラック溝１４７ｂとしたものである。一方、内側継手部材１４３のトラック溝１４９は、継手中心平面を境にしてその開口側および奥側を、それぞれ、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のトラック溝１４９ａおよび直線状のトラック溝１４９ｂとしたものである。

そして、図１６（ｂ）に示すように、トラック溝１４７，１４９は、それぞれ、継手の軸線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１４７Ａ，１４７Ｂおよび１４９Ａ，１４９Ｂで互いに反対方向に形成されている。外側継手部材１４２および内側継手部材１４３の対をなすトラック溝１４７Ａ，１４９Ａおよび１４７Ｂ,１４９Ｂの各交差部にボール１４４が配置されている。したがって、図示のような作動角０°の状態で両継手部材１４２，１４３が相対回転すると、トラック溝１４７Ａ,１４９Ａの間に形成されるくさび角の開く方向と、１４７Ｂ，１４９Ｂの間に形成されるくさび角の開く方向とが互いに反対方向となり、保持器１４５の周方向に隣り合うポケット部１４５ａにボール１４４から相反する方向の力が作用することから、保持器１４５は継手中心Ｏの位置で安定する。このため、保持器１４５の球状外周面１５２と外側継手部材１４２の球状内周面１４６との接触力、および保持器１４５の球状内周面１５３と内側継手部材１４３の球状外周面１４８との接触力が抑制され、継手の作動性が向上する結果、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。

上記したように、外側継手部材１４２のトラック溝１４７のうち、継手中心平面から開口側の領域に直線状のトラック溝１４７ｂを形成すれば、有効トラック長さを増加させて高作動角化を図ることができる。ところが、上述した構成では、使用頻度の多い作動角を取ったときに、継手のトルク損失や発熱の抑制という面で問題があることが判明した。この理由を図１７に基づいて説明する。

トラック溝１４７，１４９とボール１４４は、通常、接触角（３０°〜４５°程度）をもって接触しているので、トラック溝１４７，１４９とボール１４４とは、図１７に示すようにトラック溝１４７、１４９の溝底より少し離れたトラック溝１４７，１４９の側面側の破線で示す位置で接触している。継手が作動角を取ったとき、各ボール１４４には、トラック溝１４７，１４９の交差によるくさび角成分と、トラック溝１４７，１４９の溝底間の継手半径方向の拡がりによるくさび角成分とが作用する。両くさび角成分のうち、トラック溝１４７，１４９の交差によるくさび角成分については、トラック溝１４７，１４９の傾斜方向が互いに反対方向になっているため、ボール１４４から保持器１４５のポケット部１４５ａに相反する方向の力が作用することにより、打消し合い、力がバランスすることとなる。

ところが、図１７に示すように、トラック溝１４７，１４９の溝底間の継手半径方向の拡がりによるくさび角成分については、図１６（ｂ）において、０°〜９０°および２７０°〜３６０°の位相範囲にあるボール１４４は直線状のトラック溝１４７ｂ，１４９ｂ間に位置し、この位相範囲のボール１４４には開口側に向けて開いたくさび角成分α１により開口側への押出力が作用する。一方、９０°〜２７０°の位相範囲にあるボール１４４は円弧状のトラック溝１４７ａ，１４９ａ間に位置するので、この位相範囲のボールには継手の半径方向の拡がりにより発生するくさび角成分α２が０であり、ボール１４４の押出力は発生しない。したがって、各ボール１４４に対して、トラック溝１４７，１４９の交差によるくさび角成分と、トラック溝１４７，１４９の溝底間の半径方向の拡がりによるくさび角成分αとを合わせると、保持器１４５の各ポケット部１４５ａにボール１４４から作用する力が釣り合わず、保持器１４５の球状外周面１５２と外側継手部材１４２の球状内周面１４６との接触部、および保持器１４５の球状内周面１５３と内側継手部材１４３の球状外周面１４８との接触部における接触力を低減させることができないという問題が生じる。特に、常用角を含む使用頻度の多い作動角の範囲では、トルク損失や発熱の抑制という面で大きな問題があることが判明した。

以上の実情に鑑み、本発明は、トルク損失および発熱が少なく高効率で、耐久性に優れるものでありながら、高作動角を取ることができる固定式等速自在継手を提供することを目的とする。

本願発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討した結果、トルク損失および発熱を少なくして高効率化を図るために、外側継手部材および内側継手部材のトラック溝のそれぞれに、相手側と協働して交差部（交差トラック）を形成し得る円弧状のボール軌道中心線を有する第１トラック溝部を設けて使用頻度の多い作動角の範囲をカバーすると共に、両継手部材のトラック溝のそれぞれに、直線状のボール軌道中心線を有する第２トラック溝部を設けて使用頻度の少ない高作動角の範囲をカバーするという新規な着想に至った。これに加えて、最大作動角に対する有効トラック長さを増加させて高作動角化を図るために、円弧状をなした第１トラック溝部のボール軌道中心線の曲率中心を、継手中心に対して軸方向にオフセットさせることを着想した。

すなわち、上記の目的を達成するために創案された本発明は、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および内側継手部材の球状外周面にそれぞれ嵌合する球状外周面および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トラック溝部と開口側に位置する第２トラック溝部とからなり、第１トラック溝部は、継手中心に対して開口側にオフセットした位置に曲率中心をもつ円弧状のボール軌道中心線を有し、少なくともこの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第１トラック溝部で互いに反対方向に形成されており、第２トラック溝部のボール軌道中心線は、最大作動角に対する有効トラック長さを増加させるために直線状部分を有し、かつ継手中心よりも開口側で第１トラック溝部のボール軌道中心線と接続されており、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°の状態の継手中心平面を基準として、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ことを特徴とする。

なお、本発明でいう「ボール軌道中心線」とは、ボールがトラック溝に沿って移動するときに、ボールの中心が描く軌跡を意味する。従って、トラック溝の傾斜状態や湾曲状態はそのボール軌道中心線の傾斜状態や湾曲状態と同じである。また、本発明でいう「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。さらに「作動角０°の状態の継手中心平面」とは、作動角０°の状態で継手中心を含んで継手の軸線と直交する方向に延びる平面、と同義である。

本発明では、外側継手部材のトラック溝において、その開口側に設けられる有効トラック長さを増加させるための第２トラック溝部のボール軌道中心線が、継手中心よりも開口側で第１トラック溝部のボール軌道中心線に接続される（内側継手部材のトラック溝においては、その奥側に設けられる第２トラック溝部のボール軌道中心線が継手中心よりも奥側で第１トラック溝部のボール軌道中心線に接続される）。これはすなわち、本発明に係る固定式等速自在継手では、図１６を参照して説明した等速自在継手１４１と比較して、トルク損失等の抑制効果に優れた交差トラックを形成する第１トラック溝部の形成範囲が拡大されることを意味する。そのため、常用作動角の範囲におけるトルク損失や発熱を抑制して高効率化を図ることができる。その一方で、外側継手部材に設けられる第１トラック溝部は、継手中心に対して開口側にオフセットした位置に曲率中心をもつ円弧状のボール軌道中心線を有する（内側継手部材に設けられる第１トラック溝部は、継手中心に対して奥側にオフセットした位置に曲率中心をもつ円弧状のボール軌道中心線を有する）ことから、このオフセット量を、上記構成を採用したことにより得られるトルク損失等の抑制効果（継手の効率性）が損なわれない範囲で適宜調整することにより、第２トラック溝部の長さ（有効トラック長さ）を効果的に増加させて高作動角化を図ることができる。従って、本発明によれば、トルク損失および発熱が少なく高効率で、耐久性に優れるものでありながら、高作動角を取ることができる固定式等速自在継手を実現することができる。

第１トラック溝部と第２トラック溝部のボール軌道中心線同士の接続点と継手中心とを結ぶ直線が作動角０°の状態の継手中心平面に対してなす角度をβとしたとき、この角度βを使用状態等に応じて適宜設定することにより、固定式等速自在継手の高効率化を適切に実現することができる。特に自動車用等速自在継手の常用作動角度範囲を考慮すると、角度βを３〜１０°に設定にすることで種々の車種に汎用することができる。なお、ここでいう角度βは、上記の直線が作動角０°の状態の継手中心平面上の直線となす角の中で最小のものと定義する。

第１トラック溝部のボール軌道中心線の曲率中心は、外側継手部材においては継手中心に対して開口側に、また内側継手部材においては継手中心に対して奥側にそれぞれオフセットされている限りにおいて、その半径方向位置を任意に設定することができる。すなわち、第１トラック溝部のボール軌道中心線の曲率中心は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に傾斜した傾斜軸Ｎ’−Ｎ’上に配置しても良いし、傾斜軸Ｎ’−Ｎ’に対して半径方向にオフセットした位置に配置しても良い。第１トラック溝部のボール軌道中心線の曲率中心を傾斜軸Ｎ’−Ｎ’に対して半径方向にオフセットさせた場合には、そのオフセット量に応じて第１トラック溝部の溝深さを調整することができるので、最適なトラック溝深さを確保することが可能となる。

保持器の球状外周面および球状内周面の曲率中心は、それぞれ、継手中心に対して開口側および奥側にオフセットした位置に配置することができる。このようにすれば、保持器の肉厚を開口側に向かって徐々に厚くすることができるので、特に高作動角時の保持器の強度を確保して継手の信頼性を高めることができる。

第２トラック溝部（のボール軌道中心線）は、直線状部分を有する限りにおいて種々の形態に形成することができる。例えば、（１）第２トラック溝部のボール軌道中心線の全域を直線状部分で構成し、第２トラック溝部のボール軌道中心線を、円弧状をなした第１トラック溝部のボール軌道中心線の接線として形成する、（２）第２トラック溝部のボール軌道中心線を、円弧状をなした第１トラック溝部のボール軌道中心線の曲率半径とは異なる曲率半径の円弧状部分をさらに含んだものとし、この円弧状部分を第１トラック溝部のボール軌道中心線に接続する、（３）第２トラック溝部のボール軌道中心線の直線状部分を継手の軸線に平行に形成する、などといった形態を採用することができる。なお、上記（１）の構成を採用すれば、第１トラック溝部と第２トラック溝部をシンプルな形態に形成することができるので、加工が容易となり製造コストを低減することができる。また、上記（２）の構成を採用すれば、両継手部材の第２トラック溝部間に形成されるくさび角の大きさを調整することができる。

以上の構成においては、外側継手部材の第２トラック溝部のボール軌道中心線を継手の軸線に対して周方向に傾斜させ、かつその傾斜角を、開口側に向けて徐々に減少させても良い。これにより、周方向で隣り合う第２トラック溝部のうち、接近した側の間隔を広げることができる一方で、離間した側の間隔を狭めることができるので、周方向で各間隔の差を小さくすることができる。その結果、開口側における外側継手部材の各球状内周面と保持器の球状外周面との接触面積差、および奥側における内側継手部材の各球状外周面と保持器の球状内周面との接触面積差をそれぞれ小さくすることができる。従って、保持器と外側継手部材の球面接触部および保持器と内側継手部材の球面接触部をバランス良く配置することが可能となり、作動性を一層高めることができる。

上記構成において、ボールの個数は、８個、１０個又は１２個の何れかとするのが望ましい。このようにすれば、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。

以上のことから、本発明によれば、トルク損失および発熱が少なく高効率で、耐久性に優れるものでありながら、高作動角を取ることができる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。

（ａ）図は本発明の第１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り、（ｂ）図は同正面図である。 （ａ）図は図１に示す固定式等速自在継手を構成する外側継手部材の部分縦断面図であり、（ｂ）図は同正面図である。 （ａ）〜（ｃ）図は、それぞれ、図１に示す固定式等速自在継手を構成する内側継手部材の背面図、側面図および正面図である。 図２に示す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３に示す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。 （ａ）図は、図１に示す等速自在継手が最大作動角を取った状態における外側継手部材の部分断面図、（ｂ）図は（ａ）図の要部拡大図、（ｃ）図は、図２０に示す等速自在継手の外側継手部材が最大作動角を取った状態における部分断面図、（ｄ）図は（ｃ）図の要部拡大図である。 （ａ）（ｂ）図は、それぞれ、図１に示す固定式等速自在継手を構成する外側継手部材および内側継手部材の斜視図である。 図１に示す固定式等速自在継手が組み込まれた自動車用ドライブシャフトの一例を示す図である 本発明の第２実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の縦断面図である。 本発明の第４実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の縦断面図である。 本発明の第５実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の縦断面図である。 本発明の第６実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の縦断面図である。 本発明の第７実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される保持器の部分縦断面図である。 本発明の第８実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の縦断面図である。 （ａ）図は本発明に至る過程で検討した固定式等速自在継手の部分縦断面図、（ｂ）図はその右側面図である。 図１６（ａ）に示す固定式等速自在継手が作動角をとった状態を示す部分断面図であり、本発明に至る過程における技術的知見を説明する図である。 本発明に至る過程における技術的知見を説明する図である。 従来の固定式等速自在継手の縦断面図である。 従来の固定式等速自在継手の縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）に本発明の第１実施形態に係る固定式等速自在継手１（以下、単に「等速自在継手１」ともいう）の部分縦断面図を示し、図１（ｂ）に同等速自在継手１の正面図［図１（ａ）の右側面図］を示す。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２（ａ）（ｂ）にも示すように、外側継手部材２の球状内周面６には軸方向に延びる８本のトラック溝７が形成されており、各トラック溝７は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γ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７，７（７Ａ，７Ｂ）で互いに反対方向に形成されている。また、図３（ａ）〜（ｃ）にも示すように、内側継手部材３の球状外周面８には軸方向に延びる８本のトラック溝９が形成されており、各トラック溝９は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γ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９，９（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と内側継手部材３の対をなすトラック溝７，９の各交差部にボール４が１個ずつ配置されている。詳細な図示は省略するが、各トラック溝７，９の横断面形状は、例えば楕円状あるいはゴシックアーチ状とされ、トラック溝７，９とボール４とは３０°〜４５°程度の接触角をもって接触する、いわゆるアンギュラコンタクトとなっている。従って、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の側面側でトラック溝７，９と接触している。

以下では、トラック溝７，９の傾斜状態や湾曲状態などを的確に示すために「ボール軌道中心線」なる用語を用いる。ボール軌道中心線とは、ボール４がトラック溝７，９に沿って移動するときに、ボール４の中心が描く軌跡を意味する。したがって、トラック溝７，９の傾斜状態や湾曲状態はそのボール軌道中心線の傾斜状態や湾曲状態と同じである。

図１（ａ）および図２（ａ）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を有する。より詳しくは、トラック溝７は、奥側に設けられた第１トラック溝部７ａと、開口側に設けられた第２トラック溝部７ｂとからなり、第１トラック溝部７ａおよび第２トラック溝部７ｂは、それそれ、円弧状のボール軌道中心線Ｘａおよび直線状のボール軌道中心線Ｘｂを有する。直線状をなした第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂは、第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａに滑らかに接続されている。第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの曲率中心は、図４に示すように、継手中心Ｏに対して開口側に寸法ｆ₁だけオフセットした点Ｏｏに位置しており、かつこのオフセット点Ｏｏは、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γ［図２（ａ）を参照］だけ傾斜した傾斜軸Ｎ’−Ｎ’上に配置されている。なお、本実施形態では、第１トラック溝部７ａ（ボール軌道中心線Ｘａ）を単一の円弧で形成しているが、第１トラック溝部７ａは、その溝深さなどを考慮して複数の円弧で形成してもよい。後述するその他の実施形態でも同様である。

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および第２トラック溝部に符号７ａ，７ｂをそれぞれ付している。傾斜方向が異なるトラック溝を区別する場合には、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向一方側に傾斜したトラック溝に符号７Ａを、また継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向他方側に傾斜したトラック溝に符号７Ｂを付している。そして、トラック溝７Ａ，７Ｂの第１トラック溝部に符号７Ａａ，７Ｂａを、また、トラック溝７Ａ，７Ｂの第２トラック溝部に符号７Ａｂ，７Ｂｂをそれぞれ付している。後述する内側継手部材３のトラック溝９についても同様の要領で符号を付している。

図２（ａ）（ｂ）を参照しながら、外側継手部材２のトラック溝７（７Ａ，７Ｂ）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より詳細に説明する。図２（ａ）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に対して周方向一方側に角度γだけ傾斜している。トラック溝７Ａと周方向に隣り合うトラック溝７Ｂは、継手の軸線Ｎ−Ｎに対してトラック溝７Ａの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。本実施形態では、トラック溝７（７Ａ，７Ｂ）のボール軌道中心線Ｘの全域、すなわち、第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａおよび第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの双方が平面Ｍ上に形成されている。しかし、これに限られるものではなく、両トラック溝部７ａ，７ｂのうち、第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａのみが平面Ｍに含まれている形態を採用することもできる。要するに、少なくとも第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａと継手中心Ｏを含む平面Ｍが、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γだけ傾斜すると共に、その傾斜方向が周方向に隣り合う第１トラック溝部７ａで互いに反対方向に形成されていればよい。

図１（ａ）および図３（ｂ）に示すように、内側継手部材３のトラック溝９はボール軌道中心線Ｙを有する。より詳しくは、トラック溝９は、開口側に設けられた第１トラック溝部９ａと、奥側に設けられた第２トラック溝部９ｂとからなり、第１トラック溝部９ａおよび第２トラック溝部９ｂは、それぞれ、円弧状のボール軌道中心線Ｙａおよび直線状のボール軌道中心線Ｙｂを有する。直線状をなした第２トラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂは、第１トラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａの奥側端部Ｂに滑らかに接続されている。第１トラック溝部９ａの曲率中心は、図５に示すように、継手中心Ｏに対して奥側に寸法ｆ₁だけオフセットした点Ｏｉに位置しており、かつこのオフセット点Ｏｉは、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γ［図３（ｂ）を参照］だけ傾斜した傾斜軸Ｎ’−Ｎ’上に配置されている。なお、本実施形態では、第１トラック溝部９ａ（ボール軌道中心線Ｙａ）を単一の円弧で形成しているが、第１トラック溝部９ａは、外側継手部材２の第１トラック溝部７ａと同様に、トラック溝深さなどを考慮して複数の円弧で形成してもよい。後述するその他の実施形態でも同様である。

図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、内側継手部材３のトラック溝９（９Ａ，９Ｂ）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より詳細に説明する。図３（ｂ）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に対して周方向一方側に角度γだけ傾斜している。また、トラック溝９Ａと周方向に隣り合うトラック溝９Ｂは、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（周方向他方側）に角度γだけ傾斜している。平面Ｑ（および上述した平面Ｍ）の継手の軸線Ｎ−Ｎに対する傾斜角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９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。また、上述した外側継手部材２と同様、本実施形態では、トラック溝９（９Ａ，９Ｂ）のボール軌道中心線Ｙの全域、すなわち、第１トラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａおよび第２トラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂの双方が平面Ｑ上に形成されている。しかし、これに限られるものではなく、両トラック溝部９ａ，９ｂのうち、第１トラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａのみが平面Ｑに含まれている形態も実施することができる。要するに、少なくとも第１トラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａと継手中心Ｏを含む平面Ｑが継手の軸線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第１トラック溝部９ａで互いに反対方向に形成されていればよい。

以上の構成から、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°の状態の継手中心平面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。

次に、図４に基づいて、外側継手部材２のトラック溝の詳細を説明する。なお、図４は、図２（ａ）中に示すトラック溝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、すなわち、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γ傾斜した傾斜軸Ｎ’−Ｎ’を含む平面における縦断面である。図４には、傾斜方向が互いに異なるトラック溝７Ａ，７Ｂのうち、トラック溝７Ａのみを示している。

外側継手部材２の球状内周面６には、ボール軌道中心線Ｘを有するトラック溝７Ａが軸方向に沿って形成されている。このトラック溝７Ａは、傾斜軸Ｎ’−Ｎ’上において継手中心Ｏに対して開口側に寸法ｆ₁だけオフセットした点Ｏｏを曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１トラック溝部７Ａａと、直線状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２トラック溝部７Ａｂとからなる。そして、円弧状をなした第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａに、直線状をなした第２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、上記の端部Ａが第１トラック溝部７Ａａ（のボール軌道中心線Ｘａ）と第２トラック溝部７Ａｂ（のボール軌道中心線Ｘｂ）との接続点である。第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａは継手中心Ｏよりも開口側に位置しているので、開口側端部Ａに接線として接続される第２トラック溝部７Ａｂのボール軌道中心線Ｘｂは、開口側に向かうにつれて継手の軸線Ｎ−Ｎ［図１（ａ）参照］に接近する。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、くさび角が過大になるのを抑制することができる。

第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＬとしたとき、この直線Ｌと、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２（ａ）参照］上に投影された継手の軸線（傾斜軸）Ｎ’−Ｎ’の継手中心Ｏにおける垂線Ｋとがなす角度β’を含む平面は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜している。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心平面Ｐ上にある。したがって、直線Ｌが作動角０°の状態の継手中心平面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のトラック溝の詳細を説明する。なお、図５は、図３（ｂ）中に示すトラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑで見た内側継手部材３の縦断面図、すなわち、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γだけ傾斜した傾斜軸Ｎ’−Ｎ’を含む平面における内側継手部材３の縦断面である。図５には、傾斜方向が互いに異なるトラック溝９Ａ，９Ｂのうち、トラック溝９Ａのみを示している。

内側継手部材３の球状外周面８には、ボール軌道中心線Ｙを有するトラック溝９Ａが軸方向に沿って形成されている。このトラック溝９Ａは、傾斜軸Ｎ’−Ｎ’上において継手中心Ｏに対して奥側に寸法ｆ₁だけオフセットした点Ｏｉを曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１トラック溝部９Ａａと、直線状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、円弧状をなした第１トラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側端部Ｂに、直線状をなした第２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、奥側端部Ｂが、第１トラック溝部９Ａａ（のボール軌道中心線Ｙａ）と第２トラック溝部９Ａｂ（のボール軌道中心線Ｙｂ）との接続点である。第１トラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側端部Ｂは、継手中心Ｏよりも奥側に位置しているので、奥側端部Ｂに接線として接続される第２トラック溝部９Ａｂのボール軌道中心線Ｙｂは、奥側に向かうにつれて継手の軸線Ｎ−Ｎ［図１（ａ）参照］に接近する。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、くさび角が過大になるのを抑制することができる。

第１トラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側端部Ｂと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＲとしたとき、この直線Ｒと、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３（ｂ）参照］上に投影された継手の軸線（傾斜軸）Ｎ’−Ｎ’の継手中心Ｏにおける垂線Ｋとがなす角度β’を含む平面は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜している。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心平面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の上記平面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で生じる作動角をいう。常用角は、通常、２°〜１５°の間で車種ごとの設計条件に応じて選択・決定される。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、これも車種ごとの設計条件に応じて決定される。使用頻度の多い作動角は最大２０°を目処とする。これにより、直線Ｌ、Ｒが作動角０°の状態の継手中心平面Ｐに対してなす角度βを３°〜１０°と設定する。ただし、角度βは３°〜１０°に限定されるものではなく、車種の設計条件に応じて適宜設定することができるが、角度βを３°〜１０°に設定すれば種々の車種に汎用することができる。

上記の角度βにより、外側継手部材２では、第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａ（図４）が、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４の中心位置となる。同様に、内側継手部材３では、第１トラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側端部Ｂ（図５）が、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４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において、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トラック溝部７Ａａ，９Ａａ、およびこれらとは傾斜方向が反対の第１トラック溝部７Ｂａ，９Ｂａ（図２，図３参照）の範囲内、すなわち交差トラックの範囲内に位置する。

この場合、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するため、両継手部材２，３の第１トラック溝部７ａ，９ａの曲率中心が継手中心Ｏに位置するのであれば、保持器５は継手中心Ｏの位置で安定することとなる。保持器５が継手中心Ｏの位置で安定すれば、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との接触力が最大限に抑制され、高負荷時や高速回転時における継手の円滑な作動性が確保されるため、トルク損失や発熱を効果的に抑制して高効率化を達成することができる。

しかしながら、有効トラック長さを増加させて高作動角化を図るべく、外側継手部材２のトラック溝７の開口側領域に直線状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２トラック溝部７ｂを設けた場合、両継手部材２，３の第１トラック溝部７ａ，９ａの曲率中心を継手中心Ｏに配置すると、継手の高作動角化と、継手の強度確保とを両立させることが難しくなる。その理由を、図１８を参照しながら詳述する。

図１８に示す外側継手部材は、球状内周面に、継手中心Ｏを曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｘａ’を有する第１トラック溝部７Ａａ’と、第１トラック溝部７Ａａ’のボール軌道中心線Ｘａ’の開口側端部Ａ’に接線として滑らかに接続された直線状のボール軌道中心線Ｘｂ’を有する第２トラック溝部７Ａｂ’とからなるトラック溝７Ａ’が形成された外側継手部材である。図１８において、ボール軌道中心線Ｘａ’の開口側端部Ａ’の位置（角度β’）、および入口チャンファ１０の角度は、上述した本発明の第１実施形態に係る等速自在継手１の外側継手部材２と同じである。また、図示は省略するが、図１８に示す外側継手部材２’の内周には、球状外周面に、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを基準として、対をなす外側継手部材２’のトラック溝７Ａ’と鏡像対称のトラック溝が形成された内側継手部材が配設される。

この場合、有効トラック長さを増加させて継手の高作動角化を図るには、傾斜軸Ｎ’−Ｎ’と、直線状をなした第２トラック溝部７Ａｂ’（のボール軌道中心線Ｘｂ’）とがなす角度を出来るだけ大きくすることが有効となる。そのため、有効トラック長さは、直線状をなした第２トラック溝部７Ａｂ’（のボール軌道中心線Ｘｂ’）を、同図中に矢印Ｙ₁で示す方向に延ばすよりも、同図中に矢印Ｙ₂で示す方向に延ばした方が長くなる。しかしながら、上記の角度が大きくなるほど、継手が高作動角をとったときに、この外側継手部材２’のトラック溝７Ａ’と、これと対をなす内側継手部材のトラック溝との間に形成されるくさび角が大きくなってボールを開口側に押し出す力が高まることから、保持器のポケット部に発生する荷重が高くなり、継手の耐久性及び強度が低下する。

そこで本発明では、上述したように、外側継手部材２の第１トラック溝部７ａの曲率中心を継手中心Ｏから開口側にオフセットした点Ｏｏに位置させることとした。このようにすれば、第１トラック溝部の曲率中心位置以外の設計条件を同じくする限りにおいては、図６（ａ）に示す本発明を適用した外側継手部材の方が、図６（ｃ）に示す外側継手部材（図１８に示す外側継手部材２’と同一構造）と比較して、傾斜軸Ｎ’−Ｎ’に対する第２トラック溝部（のボール軌道中心線）の傾きを小さくすることが可能となるので、有効トラック長さを増加させることができる。有効トラック長さの長短は、図６（ａ）の要部拡大図である図６（ｂ）、および図６（ｃ）の要部拡大図である図６（ｄ）にそれぞれ示している「トラック余裕量ｚ」の大小に置き換えて比較することができる。トラック余裕量とは、継手が作動角［図６（ａ）（ｃ）では最大作動角］θをとったときにおけるボール４と外側継手部材２（２’）のトラック溝７（７’）との接触点Ｃｐから、外側継手部材２（２’）の入口チャンファ１０の縁部に至るまでの寸法、すなわち、接触点Ｃｐから、接触点の軌跡と入口チャンファ１０の縁部の交点までの距離である。従って、トラック余裕量ｚが大きいほど、有効トラック長さが長く、ボールがトラック溝から脱落し難い構造であると言え、継手の最大作動角を大きくする上で有利となる。

トラック余裕量についてより詳しく説明しておく。継手が最大作動角θをとったとき、図６（ｂ）（ｄ）に示すように、ボール４の中心点Ｏｂと継手中心Ｏとを結ぶ直線は、継手中心平面Ｐに対してθ／２だけ傾斜する。このとき、ボールとトラック溝との接触点Ｃｐから入口チャンファ１０の縁部に至るまでの寸法がトラック余裕量ｚであり、図６（ｂ）に示す本発明の実施形態の方が、図６（ｄ）に示す比較対象に比べてトラック余裕量ｚが増加している。

従って、図４に示すように、外側継手部材２のトラック溝７（７Ａ，７Ｂ）の開口側に、直線状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２トラック溝部７ｂ（７Ａｂ，７Ｂｂ）を設けると共に、第１トラック溝部７ａ（７Ａａ，７Ｂａ）の曲率中心を継手中心Ｏから開口側にオフセットした点Ｏｏに位置させるようにすれば、トラック余裕量を大きく確保して、継手の最大作動角を大きくすることができる。

なお、第１トラック溝部７ａ，９ａの曲率中心の継手中心Ｏに対するオフセット量が大きくなるほど、トルク損失や発熱の抑制効果が薄れる（継手の効率性が低下する）こととなるが、トルク損失等の抑制効果が過度に薄れない程度に、第１トラック溝部７ａ，９ａのオフセット量を調整すれば、使用頻度の多い継手常用角の範囲を交差トラック構造でカバーしたことによるトルク損失等の抑制効果が、第１トラック溝部７ａ，９ａの曲率中心を継手中心Ｏに対して軸方向にオフセットさせたことによるマイナス分を上回る。また、本発明に係る等速自在継手１の構造上、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トラック溝部と第２トラック溝部と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との接触部、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との接触部で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。従って、本発明に係る等速自在継手１は、総合的にみると、図１６に示した等速自在継手１４１と比較して、トルク損失や発熱を効果的に抑制することができる。以上のことから、本発明によれば、トルク損失および発熱が少なく高効率で、耐久性に優れるものでありながら、高作動角を取ることができる固定式等速自在継手を実現することができる。

以上で説明した本実施形態の等速自在継手１においては、保持器５のポケット部５ａとボール４との嵌め合いをすきま設定にしてもよい。この場合、前記すきまのすきま幅は０〜４０μｍ程度に設定するのが好ましい。すきま設定にすることにより、保持器５のポケット部５ａに保持されたボール４をスムーズに作動させることができ、更なるトルク損失の低減を図ることができる。

図７に、以上で説明した等速自在継手１の構成部材である外側継手部材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７（ａ）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、かつトラック溝７Ａ，７Ｂの傾斜方向は互いに反対方向となっている。トラック溝７Ａ，７Ｂは、それぞれ、第１トラック溝部７Ａａ，７Ｂａと第２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７（ｂ）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、かつトラック溝９Ａ，９Ｂの傾斜方向は互いに反対方向となっている。トラック溝９Ａ，９Ｂは、それぞれ、第１トラック溝部９Ａａ，９Ｂａと第２トラック溝部９Ａｂ，９Ｂｂとからなる。

図８は、本発明の第１の実施形態に係る固定式等速自在継手１を組み込んだ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、他端には摺動式等速自在継手（図示例は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の外周面との間には、蛇腹状ブーツ１６ａ，１６ｂがブーツバンド１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ）によりそれぞれ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。本発明に係る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、本発明の第１実施形態に係る等速自在継手１について説明を行ったが、上述した等速自在継手１には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。以下、本発明の他の実施形態に係る等速自在継手について説明を行うが、以下では、第１実施形態と異なる構成について重点的に説明を行い、第１実施形態と実質的に同様の機能を奏する部材・部位には同一の符号を付して重複説明を省略する。

図９は、本発明の第２実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の部分断面図であり、より詳しくは、図４と同様、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２（ａ）参照］で見た外側継手部材の部分断面図である。この実施形態の等速自在継手は、主に、各トラック溝を構成する第２トラック溝部（のボール軌道中心線）が円弧状部分を含んでいる（直線状部分と円弧状部分とからなる）点において、上述した第１実施形態の等速自在継手と構成を異にしている。

図９を参照しながら上記の相違点について詳述すると、外側継手部材２のトラック溝７を構成する第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂは、円弧状のボール軌道中心線Ｘｂ１と、直線状のボール軌道中心線Ｘｂ２とからなり、両ボール軌道中心線Ｘｂ１，Ｘｂ２のうち円弧状のボール軌道中心線Ｘｂ１が、第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａに接続されている。第２トラック溝部７ｂの円弧状ボール軌道中心線Ｘｂ１の曲率半径は、第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの曲率半径よりも小さく、円弧状ボール軌道中心線Ｘｂ１の開口側の端部Ｃにおいて、直線状ボール軌道中心線Ｘｂ２が接線として接続されている。そして、図示は省略するが、この外側継手部材２の内周には、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを基準としてこの外側継手部材２の対となるトラック溝７と鏡像対称のトラック溝９を有する内側継手部材３と、ボール４および保持器５［図１（ａ）参照］とが組み込まれ、これにより固定式等速自在継手が完成する。

このような構成によれば、第２トラック溝部７ｂの円弧状ボール軌道中心線Ｘｂ１の曲率半径や角度範囲Ｅを適宜設定することにより、傾斜軸（継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に傾斜した軸）Ｎ’−Ｎ’に対する第２トラック溝部７ｂの直線状ボール軌道中心線Ｘｂ２の傾斜角を変更することができる。そのため、最大作動角時におけるくさび角を適宜調整することができる。

図１０〜１２は、それぞれ、本発明の第３〜５実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の断面図であり、より詳しくは、図４と同様、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２（ａ）参照］で見た外側継手部材の部分断面図である。第３〜第５実施形態の等速自在継手は、各トラック溝を構成する第２トラック溝部（のボール軌道中心線）の延びる方向を、第１実施形態に係る等速自在継手のそれとは異ならせたものである。

図１０〜図１２にそれぞれ示す外側継手部材２を参照しながら上記の相違点について詳述すると、まず、図１０に示す外側継手部材２では、トラック溝７の開口側端部における外側継手部材２の開口寸法が、図４に示す第１実施形態の外側継手部材２に比べて小さくなるように、傾斜軸Ｎ’−Ｎ’に対する第２トラック溝部７ｂ（のボール軌道中心線Ｘｂ）の傾斜角（傾き）を変更している。詳細には、第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの傾きは、図４に示す第１実施形態の外側継手部材２に比べ、角度δだけ小さくなっている。これにより、図１０に示す外側継手部材２では、第２トラック溝部７ｂと傾斜軸Ｎ’−Ｎ’との径方向離間距離の単位長さ当りの縮小幅が図４に示す外側継手部材２よりも大きくなっている。

一方、図１１，１２に示す外側継手部材２では、トラック溝７の開口側端部における外側継手部材２の開口寸法が、図４に示す第１実施形態の外側継手部材２に比べて大きくなるように、傾斜軸Ｎ’−Ｎ’に対する第２トラック溝部７ｂ（のボール軌道中心線Ｘｂ）の傾斜角（傾き）を変更している。より詳しくは、図１１に示す外側継手部材２においては、第２トラック溝部７ｂと傾斜軸Ｎ’−Ｎ’との径方向離間距離が開口側に向けて徐々に拡大するように第２トラック溝部７ｂの延在方向が調整されている。詳細には、第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの傾斜角は、図４に示す第１実施形態の外側継手部材２に比べ、角度δだけ大きくなっている。また、図１２に示す外側継手部材２においては、第２トラック溝部７ｂと傾斜軸Ｎ’−Ｎ’との径方向離間距離が軸方向全域で一定となるように、第２トラック溝部７ｂが傾斜軸Ｎ’−Ｎ’と平行に形成されている。なお、上述した図１０〜図１２に示す構成を採用する場合においても、第１トラック溝部７ａ（のボール軌道中心線Ｘａ）と第２トラック溝部７ｂ（のボール軌道中心線Ｘｂ）とは、適当な曲率の円弧を介して接続することができる（図示省略）。そして、図示は省略するが、図１０〜図１２に示す外側継手部材２の内周には、それぞれ、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを基準として対となるトラック溝７と鏡像対称のトラック溝９を有する内側継手部材３と、ボール４および保持器５［図１（ａ）参照］とが組み込まれ、これにより固定式等速自在継手が完成する。

図１０に示す構成を採用した場合、高作動角時に両継手部材の対をなすトラック溝間に形成されるくさび角が、第１実施形態に係る等速自在継手１よりも小さくなるので、保持器のポケット部に発生する荷重を小さくし、継手の耐久性（強度）を高めることができる。その反面、有効トラック長さが第１実施形態に係る等速自在継手１よりも短くなるので、高作動角化を図る上では不利となる。一方、図１１又は図１２に示す構成を採用した場合、一層の高作動角化を実現し得る反面、耐久性（強度）の面では不利となる。

図１３は、本発明の第６実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の部分断面図であり、より詳しくは、図４等と同様に、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［図２（ａ）参照］で見た外側継手部材の部分断面図である。この実施形態の等速自在継手は、主に、各トラック溝を構成する第１トラック溝部のボール軌道中心線の曲率中心が、継手中心Ｏに対して開口側にオフセットしていることに加え、傾斜軸Ｎ’−Ｎ’に対して半径方向にオフセットしている点、およびこれに対応して直線状をなした第２トラック溝部のボール軌道中心線の構成を調整した点において、上述した第１実施形態に係る固定式等速自在継手と構成を異にしている。

図１３を参照しながら上記の相違点について詳述すると、外側継手部材２のトラック溝７を構成する第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの曲率中心Ｏｏは、継手中心Ｏに対して開口側にオフセットすると共に、傾斜軸Ｎ’−Ｎ’に対して半径方向にｆｒだけオフセットしている。すなわち、垂線Ｋを含む作動角０°の状態の継手中心平面Ｐに平行な平面上で半径方向にｆｒだけオフセットしている。これに伴い、直線状をなした第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂは、円弧状をなした第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａに接線として滑らかに接続するよう位置が調整されている。この構成により、継手の奥側のトラック溝深さを調整することができる。そして、図示は省略するが、この外側継手部材２の内周には、作動角０°の状態の継手中心平面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と鏡像対称のトラック溝９を有する内側継手部材３と、ボール４および保持器５［図１（ａ）参照］とが組み込まれ、これにより固定式等速自在継手が完成する。

図１４に、本発明の第７実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される保持器の断面図を示す。すなわち、この実施形態の固定式等速自在継手は、球状外周面および球状内周面の曲率中心を継手中心Ｏに対して軸方向にオフセットさせた保持器を用いる点において、第１の実施形態に係る固定式等速自在継手と構成を異にしている。

詳述すると、図１４に示すように、この保持器５の球状外周面１２の曲率中心Ｏｃ１は継手中心Ｏに対して開口側に寸法ｆ₃だけオフセットしており、また、球状内周面１３の曲率中心Ｏｃ２は継手中心Ｏに対して奥側に寸法ｆ₃だけオフセットしている。かかる構成により、開口側に向かって保持器５の肉厚が徐々に厚くなり、特に高作動角時の保持器５の強度を向上することができる。前述したように、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トラック溝部７Ａａ，９Ａａ（７Ｂａ，９Ｂａ）と、第２トラック溝部７Ａｂ，９Ａｂ（７Ｂｂ，９Ｂｂ）とに一時的に分かれて位置する。この場合、第２トラック溝部７Ａｂ，９Ａｂ（７Ｂｂ，９Ｂｂ）に位置するボール４から保持器５のポケット部５ａに開口側に押圧する力が作用するが、開口側に向かって保持器５の肉厚が徐々に厚くなっているので、保持器５の強度を向上することができる。また、奥側のトラック溝７（第１トラック溝部７ａ）のトラック溝深さを増加させることができる。なお、この実施形態の保持器５は、以上で説明した各実施形態の固定式等速自在継手に組み込んで使用可能である。

図１５は、本発明の第８実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の部分断面図である。この実施形態の等速自在継手は、各トラック溝を構成する第２トラック溝部のボール軌道中心線の形態が、上述した第１実施形態の固定式等速自在継手と異なっている。

図１５を参照しながら上記の相違点について詳述すると、外側継手部材２のトラック溝７を構成する直線状をなした第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂは、第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａに接線として滑らかに接続された後、開口側に向かって傾斜角γが徐々に小さくなるようになだらかに湾曲し、開口端部付近では傾斜角γが０°となるように形成されている。そして、図示は省略するが、この外側継手部材２の内周には、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを基準としてこの外側継手部材２の対となるトラック溝７と鏡像対称のトラック溝９を有する内側継手部材３と、ボール４および保持器５［図１（ａ）参照］とが組み込まれ、これにより固定式等速自在継手が完成する。

このような構成によれば、外側継手部材２においては、周方向に隣り合うトラック溝７Ａ，７Ｂの第２トラック溝部７Ａｂ，７Ｂｂの接近した側の間隔は拡がり、離反した側の間隔は狭まる。また、内側継手部材３においても同様に、周方向に隣り合うトラック溝９Ａ，９Ｂの第２トラック溝部９Ａｂ，９Ｂｂの接近した側の間隔は拡がり、離反した側の間隔は狭まる。そのため、開口側における外側継手部材２の各球状内周面６と保持器５の球状外周面１２との接触面積の差、および奥側における内側継手部材３の各球状外周面８と保持器５の球状内周面１３との接触面積の差を小さくすることができる。これにより、外側継手部材２と保持器５の球面接触部、および内側継手部材３と保持器５の球面接触部をバランス良く配置することが可能となり、さらなる作動の円滑化を図ることができる。

以上で説明した本発明に係る固定式等速自在継手では、ボール４の個数を８個としたが、これに限られるものではない。図示は省略するが、例えば、ボールの個数を１０個又は１２個とした固定式等速自在継手にも本発明は好ましく適用することができる。

また、以上では、トラック溝を周方向に等ピッチで配置した固定式等速自在継手に本発明を適用した場合を示したが、トラック溝を不等ピッチで配置した固定式等速自在継手にも本発明は好ましく適用し得る。また、以上で説明した固定式等速自継手においては、継手の軸線Ｎ−Ｎに対するトラック溝（第１トラック溝部）の傾斜角γをすべてのトラック溝において等しいものとしたが、これに限られず、対をなす（半径方向で対向する）外側継手部材と内側継手部材のトラック溝（第１トラック溝部）の傾斜角γが等しく形成されていれば、トラック溝（第１トラック溝部）の相互間で傾斜角γを異ならせても構わない。要は、保持器の周方向すべてのポケット部に作用するボールの軸方向の力が、全体として釣り合うように各傾斜角度が設定されていればよい。また、以上では、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する）ように構成された固定式等速自在継手に本発明を適用したが、これに限られず、本発明は、トラック溝の横断面形状が円弧状に形成され、トラック溝とボールとがサーキュラコンタクトするように構成された固定式等速自在継手にも好ましく適用することができる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１ 固定式等速自在継手（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トラック溝部
７ｂ 第２トラック溝部
８ 球状外周面
９ トラック溝
９ａ 第１トラック溝部
９ｂ 第２トラック溝部
１２ 球状外周面
１３ 球状内周面
２０ ドライブシャフト
Ａ 開口側端部
Ｂ 奥側端部
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
Ｎ’ （継手の軸線に対して周方向に傾斜した）傾斜軸
Ｏ 継手中心
Ｐ 継手中心平面
Ｑ ボール軌道中心線を含む平面
Ｒ 直線
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 (10)

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前記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、ボールを保持し、前記外側継手部材の球状内周面および前記内側継手部材の球状外周面にそれぞれ嵌合する球状外周面および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、
   前記外側継手部材のトラック溝は、奥側に位置する第１トラック溝部と開口側に位置する第２トラック溝部とからなり、前記第１トラック溝部は、継手中心に対して開口側にオフセットした位置に曲率中心をもつ円弧状のボール軌道中心線を有し、少なくともこの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前記第１トラック溝部で互いに反対方向に形成されており、前記第２トラック溝部のボール軌道中心線は、最大作動角に対する有効トラック長さを増加させるために直線状部分を有し、かつ継手中心よりも開口側で前記第１トラック溝部のボール軌道中心線と接続されており、
   前記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°の状態の継手中心平面を基準として、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ていることを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記第１トラック溝部と前記第２トラック溝部のボール軌道中心線の接続点と継手中心とを結ぶ直線が、作動角０°の状態の継手中心平面に対してなす角度βを３°〜１０°に設定した請求項１に記載の固定式等速自在継手。
3. 前記第１トラック溝部のボール軌道中心線の曲率中心を、継手の軸線に対して周方向に傾斜した傾斜軸上に配置した請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
4. 前記第１トラック溝部のボール軌道中心線の曲率中心を、継手の軸線に対して周方向に傾斜した傾斜軸に対し、半径方向にオフセットした位置に配置した請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
5. 前記保持器の球状外周面および球状内周面の曲率中心を、継手中心に対して奥側および開口側にそれぞれオフセットした位置に配置した請求項１〜４の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
6. 前記第２トラック溝部のボール軌道中心線は、その全域が直線状部分で構成され、前記第１トラック溝部のボール軌道中心線の接線として形成されている請求項１〜５の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
7. 前記第２トラック溝部のボール軌道中心線は、前記第１トラック溝部のボール軌道中心線の曲率半径とは異なる曲率半径の円弧状部分を含んでおり、この円弧状部分が、前記第１トラック溝部のボール軌道中心線に接続されている請求項１〜５の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
8. 前記第２トラック溝部のボール軌道中心線の直線状部分が、継手の軸線と平行に形成されている請求項１〜５の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
9. 前記第２トラック溝部のボール軌道中心線を継手の軸線に対して周方向に傾斜させ、かつその傾斜角を、開口側に向けて徐々に減少させた請求項１〜８の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
10. 前記ボールの個数を８個、１０個又は１２個の何れかとした請求項１〜９の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。

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