JP7139269B2 - 固定式等速自在継手 - Google Patents

Description

この発明は、固定式等速自在継手に関する。

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

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

特許文献１には、外側継手部材および内側継手部材のそれぞれのトラック溝を円弧状とテーパ状の組合せとし、外径を大きくすることなく、高作動角化できる構造の固定式等速自在継手が提案されている。特許文献２には、従来型の固定式等速自在継手において、最大作動角の際、トルク伝達ボール（以下、単にボールともいう）が外側継手部材の開口側に最も移動する位相角（位相角０°）のボールの中心と継手中心との軸平行距離と、ボールの中心と外側継手部材の開口円錐面との軸平行距離の比を２．９未満とすることで、最大作動角時においても機能を維持することができるとしている。さらに作動角を取ってボールが外側継手部材のトラック溝から接触点を失うまで突出した場合において、前記比を２．２未満とすることで機能性を維持できるとしている。

特許文献３には、固定式等速自在継手が高作動角を取った際に、外側継手部材と内側継手部材のそれぞれの球面エッジが保持器に食込み、せん断破壊するモードが記載されている。これは、最大作動角を取った固定式等速自在継手の縦断面において、保持器の球状外周面と外側継手部材の球状内周面のエッジ部との接点と、保持器の球状内周面と内側継手部材の球状外周面のエッジ部との接点とを結んだ直線と、保持器の中心線とのなす角度を１０°以下にすることで、保持器の強度が確保できるものである。

特許第４０４１６４１号公報 特許第４８８５２３６号公報 特許第４１３３４１５号公報

固定式等速自在継手において従来以上の高作動角を取る場合、中間シャフトが外側継手部材と干渉しないように、外側継手部材の長さを短くする必要があるが、その結果、外側継手部材のトラック溝が短くなり、位相角０°付近のボールはトラック溝から外れて接触点を失うことになる。ところが、このような作動形態を有する固定式等速自在継手における保持器の強度問題について特許文献２は着目していない。

特許文献３のように、保持器がせん断状態となるのは、高作動角を取った際のボールが等速自在継手の開口側へ保持器を押す力により、保持器が外側継手部材、内側継手部材に押し付けられるために発生するが、高作動角を取るために外側継手部材のトラック溝の長さを短くすることと、従来の最大作動角より更に高作動角にする場合、保持器の球状外周面と外側継手部材の球状内周面のエッジ部との接点と、保持器の球状内周面と内側継手部材の球状外周面のエッジ部との接点とを結んだ直線と、保持器の中心線とのなす角度を１０°以下に維持することが困難となることが判明した。

上記の対策として、内側継手部材の幅を拡大することで、前記角度を１０°以下にすることも考えられるが、この場合は、内側継手部材の幅が広がることで、保持器への組込性が損なわれることや、場合によっては、保持器の組込インロー径が大きくなり過ぎて、保持器が成立しない場合もあり得る。加えて、重量増などの問題も懸念される。

また、位相角０°付近のボールが接触点を失うと、接触点を失った位相角の範囲では、ボールが保持器を押す力が失われるため、継手内部に作用する力のバランスが変わり、保持器が押される方向や力の大きさが異なるため、特許文献３の方法では十分な効果が得られないことが判明した。

上記のような問題に鑑み、本発明は、高作動角を取ってボールがトラック溝から外れて接触点を失う作動形態の固定式等速自在継手において、外側継手部材、内側継手部材の球面エッジが保持器に食込むことによるせん断破壊のモードを抑えることが可能で、かつ、重量増を抑えることが可能な固定式等速自在継手を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討した結果、高作動角時に外側継手部材のトラック溝と非接触状態のトルク伝達ボールが、トラック溝の開口側の端部に戻り当該トラック溝との接触状態を開始する時のトラック荷重が大きいことに着目し、この時の保持器の強度を確保するという新たな着想により、本発明に至った。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、球状内周面に概ね長手方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に概ね長手方向に延びる複数のトラック溝が前記外側継手部材のトラック溝に対向して形成された内側継手部材と、対向する各トラック溝間に組込まれたトルク伝達ボールと、このトルク伝達ボールを保持し、前記外側継手部材の球状内周面に案内される球状外周面と前記内側継手部材の球状外周面に案内される球状内周面が形成された保持器とからなる固定式等速自在継手において、前記固定式等速自在継手は、最大作動角を取ったときに、前記外側継手部材のトラック溝の開口側に向かって移動する前記トルク伝達ボールが、位相角φ２において前記外側継手部材のトラック溝の開口側の端部から外れて当該トラック溝との非接触状態を開始すると共に、位相角φ１において前記外側継手部材のトラック溝の開口側の端部に戻り当該トラック溝との接触状態を開始する作動形態を有し、前記最大作動角を取った状態で、前記位相角φ１における前記トルク伝達ボールを収容する前記保持器のポケットの両側の柱部のうち、前記位相角φ１より位相角が大きい側の柱部において、前記外側継手部材の球状内周面の開口側の端部を前記保持器の球状外周面に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、前記内側継手部材の球状外周面の奥側の端部を前記保持器の球状内周面に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとが、前記保持器の軸方向において少なくとも一部で重なり合うことを特徴とする。

上記の構成により、高作動角を取ってボールとトラック溝とが非接触状態となる作動形態の固定式等速自在継手において、外側継手部材、内側継手部材の球面エッジが保持器に食込むことによるせん断破壊のモードを抑えることが可能で、かつ、重量増を抑えることが可能な固定式等速自在継手を実現することができる。

具体的には、上記の重なり合う部分の保持器の軸方向における長さをＬｔとし、保持器５の半径方向肉厚の中央の半径をＲｍとしたとき、比Ｌｔ／Ｒｍを０．０３以上に設定することが望ましい。これにより、柱部のせん断状態を十分に抑制することができ、かつ、内側継手部材の保持器への組み込みに問題がなく、重量を抑えることができる。

上記の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が、継手の軸線に対して周方向に傾斜し、前記両トラック溝の交差部にトルク伝達ボールが組込まれた固定式等速自在継手が望ましい。これにより、保持器の強度を確保しつつ、トルク損失および発熱が少なく高効率な固定式等速自在継手を実現することができる。

本発明によれば、高作動角を取ってボールとトラック溝とが非接触状態となる作動形態の固定式等速自在継手において、外側継手部材、内側継手部材の球面エッジが保持器に食込むことによるせん断破壊のモードを抑えることが可能で、かつ、重量増を抑えることが可能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の実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図の右側面図である。 図１（ａ）のＰ－Ｐ線上の１個のトルク伝達ボールとトラック溝を拡大した横断面図である。 （ａ）図は、図１（ａ）、図１（ｂ）の固定式等速自在継手が最大作動角を取ったときの縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図の右側面図である。 図３（ａ）のＨ部を拡大した縦断面図である。 最大作動角において、トルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝から外れる範囲を図１（ｂ）に表示した図である。 最大作動角時の位相角とトラック荷重の関係を示すグラフである。 ボールが位相角φ１において外側継手部材のトラック溝の開口側の端部に戻りトラック溝との接触を開始する状態を示す右側面図である。 最大作動角において、トルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝に戻るときの状態を示し、（ａ）図は内側継手部材の軸線を水平状態に固定して表示した右側面図で、（ｂ）図は外側継手部材の軸線を水平状態に固定して表示した右側面図で、（ｃ）図は保持器の軸線を水平状態に固定して表示した右側面図である。 トルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝に戻る位相角φ１でのトラック溝の溝底における固定式等速自在継手の縦断面を示し、図８（ａ）におけるＡ－Ａ線で矢視した内側継手部材の縦断面、図８（ｂ）におけるＢ－Ｂ線で矢視した外側継手部材の縦断面および図８（ｃ）におけるＣ－Ｃ線で矢視した保持器の縦断面およびトルク伝達ボールのそれぞれを紙面上で合成して表示した縦断面図である。 トルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝に戻る位相角φ１より位相角が大きい側の保持器の柱部の周方向中央における固定式等速自在継手の縦断面を示し、図８（ａ）におけるＤ－Ｄ線で矢視した内側継手部材の縦断面、図８（ｂ）におけるＥ－Ｅ線で矢視した外側継手部材の縦断面および図８（ｃ）におけるＦ－Ｆ線で矢視した保持器の縦断面のそれぞれを紙面上で合成して表示した縦断面図である。 （ａ）図はトルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝に戻るときの固定式等速自在継手の正面図で、（ｂ）図は、（ａ）図の右側面図である。 図１１（ｂ）におけるＧ方向に矢視した外側継手部材の球状内周面、内側継手部材の球状外周面および保持器の関係を示す図である。 （ａ）図は本発明の第２の実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図の右側面図である。 （ａ）図は、図１３（ａ）の外側継手部材の縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図の右側面図である。 （ａ）図は、図１３（ａ）の内側継手部材の正面図で、（ｂ）図は、（ａ）図の右側面図である。 （ａ）図は本発明の第３の実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図の右側面図である。 （ａ）図は現行の固定式等速自在継手の縦断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図の右側面図である。

本発明の第１の実施形態に係る固定式等速自在継手を図１～図１２に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図で、図１（ｂ）は、図１（ａ）の右側面図である。図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、本実施形態の固定式等速自在継手１は、ツェッパ型等速自在継手をベースにしたもので、外側継手部材２、内側継手部材３、トルク伝達ボール（単に、ボールともいう）４および保持器５を主な構成とする。外側継手部材２の球状内周面６には８本の曲線状のトラック溝７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３の球状外周面８には、外側継手部材２のトラック溝７と対向する８本の曲線状のトラック溝９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２のトラック溝７と内側継手部材３のトラック溝９との間にトルクを伝達する８個のボール４が１個ずつ組み込まれている。外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８の間に、ボール４を保持する保持器５が配置されている。ボール４は保持器５のポケット５ａに収容されている。保持器５の球状外周面１２は外側継手部材２の球状内周面６に摺動自在に嵌合し、保持器５の球状内周面１３は内側継手部材３の球状外周面８に摺動自在に嵌合している。

概ね軸方向に延びるトラック溝の形態、形状を的確に示すために、本明細書では、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。

外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８の曲率中心は、それぞれ、継手中心Ｏに形成されている。これに対して、外側継手部材２の曲線状のトラック溝７のボール軌道中心線Ｘの曲率中心Ｏ１と、内側継手部材３の曲線状のトラック溝９のボール軌道中心線Ｙの曲率中心Ｏ２は、継手中心Ｏに対して軸方向反対側に等距離ｆでオフセットされている。これにより、固定式等速自在継手１が作動角を取った場合、外側継手部材２と内側継手部材３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール４が常に案内され、二軸間で等速に回転が伝達されることになる。

内側継手部材３の内径孔１０には、雌スプライン（スプラインはセレーションを含む。以下同じ。）１１が形成され、中間シャフト１４〔図３（ａ）参照〕の端部に形成された雄スプライン１５を雌スプライン１１に嵌合し、トルク伝達可能に連結される。内側継手部材３と中間シャフト１４は、止め輪１６により軸方向に位置決めされている。

図示は省略するが、外側継手部材２の外周と、内側継手部材３に連結された中間シャフト１４の外周に、ブーツを装着し、ブーツの両端はブーツバンドにより締付固定されている。ブーツで覆われた継手内部には、潤滑剤としてのグリースが封入される。ブーツを装着することにより、グリースの外部漏洩や継手外部からの異物侵入が防止される。

図１（ａ）に示すように、外側継手部材２のマウス部２ａの底部にステム部２ｂが一体に形成され、ステム部２ｂには、図示は省略するが、駆動車輪が取り付けられるハブ輪と嵌合する雄スプラインとねじ部が形成されている。

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

本実施形態の固定式等速自在継手１の全体的な構成は以上のとおりであるが、次に特徴的な構成を説明する。本実施形態の固定式等速自在継手１の特徴的な構成は、要約すると次のとおりである。
（１）最大作動角を取ったときに、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって最も移動するボール４が、位相角φ２（図５参照）において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始すると共に、位相角φ１（図５参照）において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する作動形態を有すること。
（２）および、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂのうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂにおいて、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａ〔図１（ａ）参照〕を保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏ（図１２参照）と、内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａ〔図１（ａ）参照〕を保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉ（図１２参照）とが、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うことである。

ここで、本明細書および特許請求の範囲において、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａは、球状内周面６の開口側の球面エッジであり、球状内周面６と入口チャンファ２０とが直接接続されている場合は、球状内周面６と入口チャンファ２０との接点を意味し、球状外周面６と入口チャンファ２０との間に円筒状の切欠きが設けられている場合は、球状内周面６と切欠きとの接点を意味する。同様に、内側継手部材３の球状外周面６の奥側の端部８ａは、球状外周面８の奥側の球面エッジであり、球状外周面８と奥側の端面とが直接接続されている場合は、球状外周面８と奥側の端面との接点を意味し、球状外周面８と奥側の端面との間に面取りが設けられている場合は、球状外周面８と面取りとの接点を意味する。

まず、本実施形態の固定式等速自在継手の上記の特徴的な構成（１）である作動形態について、現行の固定式等速自在継手と比較して説明する。図１７（ａ）は８個ボールタイプの現行のツェッパ型固定式等速自在継手の縦断面図で、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の右側面図である。図１７（ａ）、図１７（ｂ）に示す固定式等速自在継手１０１は、最大作動角が４７°のものである。固定式等速自在継手１０１は、外側継手部材１０２、内側継手部材１０３、ボール１０４および保持器１０５を主な構成とする。固定式等速自在継手１０１の外側継手部材１０２、内側継手部材１０３のトラック溝１０７、１０９のボール軌道中心線ｘ、ｙの曲率中心Ｏ１、Ｏ２や球状内周面１０６、球状外周面１０８の曲率中心などの内部構成については、本実施形態の固定式等速自在継手１と同様であるので、説明を省略する。

現行のツェッパ型固定式等速自在継手１０１は、最大作動角（４７°）まで常に、ボール１０４が外側継手部材１０２のトラック溝１０７と接触状態が確保された作動形態を有する。外側継手部材１０２の開口側端部に設けられた入口チャンファ１２０は、最大作動角において、中間シャフト〔図示省略、図３（ａ）の中間シャフト１４と同じ〕が干渉することなく、かつ、ボール１０４と外側継手部材１０２のトラック溝１０７との接触状態が確保されるように設定されている。このため、外側継手部材１０２の継手中心Ｏから開口側端部までの長さＬ２は比較的に長く設定されている。

最大作動角が４７°を超える高作動角が必要な場合、中間シャフトが入口チャンファ１２０に干渉するので、これを回避するためには、入口チャンファ１２０を継手中心Ｏの側に軸方向に移動させると共に傾斜角度を適宜増加させることになるが、これに伴い、外側継手部材１０２の継手中心Ｏから開口側端部までの長さを短くする必要がある。これに対応したのが本実施形態の固定式等速自在継手１であり、図１（ａ）に示す外側継手部材２の継手中心Ｏから開口側端部までの長さＬ１は、図１７（ａ）に示す現行の固定式等速自在継手１０１の外側継手部材１０２の継手中心Ｏから開口側端部までの長さＬ２より短縮されている。

上記の結果、外側継手部材２の開口側のトラック溝７の長さが減少するので、本実施形態の固定式等速自在継手１の作動形態、すなわち、図５に示すように、従来以上に大きな最大作動角を取ったときに、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって最も移動するボール４が、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始すると共に、位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する作動形態となる。

上記の作動形態を有する固定式等速自在継手１が最大作動角を取った時の状態を図３（ａ）、図３（ｂ）および図４を参照して説明する。図３（ａ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）の固定式等速自在継手１が最大作動角を取ったときの縦断面図で、図３（ｂ）は、図３（ａ）の右側面図である。図４は、図３（ａ）のＨ部を拡大した縦断面図である。

図３（ａ）は、外側継手部材２の軸線Ｎｏ－Ｎｏに対して内側継手部材３（中間シャフト１４）の軸線Ｎｉ－Ｎｉを同図の紙面上で最大作動角θｍａｘ（５０°）まで屈曲させた状態を示す。保持器５の軸線Ｎｃ－Ｎｃは二等分角度θｍａｘ／２で傾斜する。図３（ａ）の紙面上にボール４の中心Ｏｂが位置し、図の上側のボール４が位相角φ＝０°である。この位相角を本明細書においてφ０と表記する〔図３（ｂ）参照〕。本明細書では、位相角φは、位相角φ０から反時計方向に進む要領で表記する。また、本明細書および特許請求の範囲において、最大作動角とは、固定式等速自在継手１が使用時に許容できる最大の作動角という意味で用いる。

図３（ａ）では、最大作動角時に中間シャフト１４が入口チャンファ２０に当接した状態で図示しているが、実際には、入口チャンファ２０は、最大作動角を取ったときに中間シャフト１４の外径面との間に僅かに余裕のある形状、寸法に設定され、入口チャンファ２０は、中間シャフト１４が最大作動角を超えたときのストッパ面として機能する。

図３（ａ）に示すように、本実施形態の固定式等速自在継手１では、最大作動角を取った時、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって最も移動する位相角φ０のボール４が外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部（入口チャンファ２０）から外れてトラック溝７と非接触状態となる。この状態の詳細を図３（ａ）のＨ部を拡大した図４を参照して説明する。

図４に、外側継手部材２の開口側の端部に形成された入口チャンファ２０および球状内周面６を破線で示す。また、外側継手部材２のトラック溝７とボール４との接触点Ｃ２（又はＣ１、図２参照）を軸方向につないだ接触点軌跡をＣＬｏとし、内側継手部材３のトラック溝９とボール４との接触点Ｃ３（又はＣ４、図２参照）を軸方向につないだ接触点軌跡をＣＬｉとし、それぞれを破線で示す。接触点軌跡ＣＬｏ、ＣＬｉは、トラック溝７、９の溝底から離れた位置に形成される。

接触点軌跡ＣＬｏは外側継手部材２の開口側に向かって軸方向に延び、入口チャンファ２０の縁部で終わっている。この入口チャンファ２０の縁部が外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部である。接触点軌跡ＣＬｏの終端に対してボール４は、図４の右方向に外れており、ボール４とトラック溝７とは非接触状態となっている。トラック溝７と非接触状態のボール４は８個のうちの１個であり、この１個のボール４はトルク伝達には関与しない。内側継手部材３のトラック溝９の接触点軌跡ＣＬｉは、ボール４の位置まで延びている。すなわち、外側継手部材２のトラック溝７の接触点軌跡ＣＬｏの終端にボール４が移動した際に、内側継手部材３のトラック溝９の接触点軌跡ＣＬｉを確保していればよい。

ボール４は、外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７と非接触状態となるが、トラック溝７の入口チャンファ２０の縁部と保持器５のポケット５ａの縁部との間隔Ｗがボール４の直径Ｄｂとの関係がＤｂ＞Ｗに設定されているので、保持器５のポケット５ａからのボール４の脱落が防止される。

最大作動角で、位相角φ０のボール４が外側継手部材２のトラック溝７から外れ、非接触状態になっていることは前述のとおりである。次に、ボール４がトラック溝７から外れる範囲、すなわち、ボール４とトラック溝７とが非接触状態になる位相角の範囲について図３（ａ）、図３（ｂ）および図５を参照して説明する。図５は、最大作動角において、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７から外れる範囲を図１（ｂ）に表示した図である。図５に矢印でボール４が外側継手部材２のトラック溝７から外れる範囲を示す。具体的には、本実施形態の固定式等速自在継手１の最大作動角は５０°で、位相角φ０を中心にして、位相角φ０と位相角φ１の間が２０°で、位相角φ０と位相角φ２の間が２０°となり、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７から外れる範囲は４０°となる。

ボール４がトラック溝７から外れる範囲、すなわち、ボール４とトラック溝７とが非接触状態になる位相角の範囲について、図３（ａ）、図３（ｂ）における位相角φ０に位置する１個のボール４を例として補足説明する。図３（ａ）、図３（ｂ）に示す外側継手部材２の軸線Ｎｏ－Ｎｏと内側継手部材３（中間シャフト１４）の軸線Ｎｉ－Ｎｉを一定状態とし、固定式等速自在継手１を位相角φ０から反時計方向に回転させたとき、図５の位相角φ１（φ１＝２０°）の位置において、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する。さらに、反時計方向の回転を続けると、位相角φ０の手前の位相角φ２（φ２＝３４０°）の位置において、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始する。上記説明では、特定の１個のボール４を例として説明したが、固定式等速自在継手１を回転させると実際には、８個のボール４が、順次、非接触状態になる位相角の範囲を通過することになる。

次に、本実施形態の固定式等速自在継手１の特徴的な構成（２）である外側継手部材の球状内周面、内側継手部材の球状外周面および保持器の位置関係について説明する。はじめに、本実施形態に至る開発過程の知見を説明する。固定式等速自在継手１は、最大作動角を取ったときに、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって最も移動するボール４が、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始すると共に、位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する作動形態を有するので、保持器５の強度を確保するために、最大作動角を取った時のトラック荷重について検討した。最大作動角５０°でボールと外側継手部材のトラック溝が常に接触状態が確保された作動形態を有する８個ボールタイプのツェッパ型固定式等速自在継手をモデルにしてトラック荷重を解析した。その解析結果を図６に示す。

図６は、前述したモデルの１個のボール４について最大作動角時の位相角とトラック荷重の解析結果を太線で示す。図６には、ボール４と外側継手部材２のトラック溝７とが非接触状態になる位相角の範囲としての斜線部を重ねて表示している。図６の解析結果に基づいて、本実施形態の固定式等速自在継手１における位相角とトラック荷重の関係を次のように考察した。

本実施形態の固定式等速自在継手１では、前述したように、最大作動角時にボール４とトラック溝７とが非接触状態になる位相角の範囲に位置するボール４は８個のうち１個である。また、図６の解析結果を考察し、次のような結果を得た。すなわち、ボール４が、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れる直前のトラック荷重は、８個のボール４のすべてがトラック溝７と接触状態にあるので、図６の解析結果のφ２におけるトラック荷重を本実施形態の固定式等速自在継手１のφ２におけるトラック荷重とみなすことができる。同様に、位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻った直後のトラック荷重は、８個のボール４のすべてがトラック溝７と接触状態にあるので、図６の解析結果のφ１におけるトラック荷重を本実施形態の固定式等速自在継手１のφ１におけるトラック荷重とみなすことができる。

上記の考察結果に基づいて図６の解析結果を評価した。その結果、ボール４が位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始するトラック荷重Ｐ１は、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始するトラック荷重Ｐ２より、大幅に大きいことが判明した。このため、位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７と内側継手部材３のトラック溝９とに挟まれたボール４から保持器５に対して大きな軸方向の押出力が作用し、外側継手部材２の球状内周面６と保持器５の球状外周面１２との間および内側継手部材３の球状外周面８と保持器５の球状内周面１３との間に大きな球面力が発生することになる。この問題に着目し、保持器５の強度を確保するために、以下のように種々検討を進めた。

図７に示すように、ボール４が位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する。固定式等速自在継手１が反時計方向に回転する場合、図２に示すように、ボール４とトラック溝７、９との接触点Ｃ１、Ｃ３がボール４の中心Ｏｂと継手中心Ｏを通る直線に対して接触角αで反時計方向に傾斜したトラック荷重が作用することや、非接触状態になったことによりトラック荷重の分布やバランスが変化することや、トラック荷重Ｐ１、Ｐ２等の大きさの異なる内部力の影響などにより、図７に示す位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂ、５ｂ’のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂが外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８によって前述した大きな球面力を受けることが判明した。

上記の知見を基に、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂのうち、位相角φ１より位相角が大きい側（図７の左側）の柱部５ｂに対して、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａ〔図１（ａ）参照〕と内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａの位置関係が前述した大きな球面力に関してせん断状態にならないように設定することを着想し、本実施形態に至った。

本実施形態の固定式等速自在継手１の特徴的な構成（２）は、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂ、５ｂ’のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂにおいて、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａを保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏ（図１２参照）と、内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａを保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉ（図１２参照）とが、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うことである。

ただし、図７では、固定式等速自在継手１が反時計方向に回転する場合を例にして、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂ、５ｂ’のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部を５ｂとして説明したが、回転方向が逆の場合（時計方向）には、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部は５ｂ’となる。本明細書および特許請求の範囲において位相角φ１より位相角が大きい側の柱部とは、上記の意味で用いる。

上記の特徴的な構成（２）を図８～図１２に基づいて具体的に説明する。図８（ａ）は、最大作動角においてボールが外側継手部材のトラック溝に戻るときの状態を示し、内側継手部材の軸線を水平状態にして表示した右側面図で、図８（ｂ）は外側継手部材の軸線を水平状態にして表示した右側面図で、図８（ｃ）は保持器の軸線を水平状態にして表示した右側面図である。図９は、ボールが外側継手部材のトラック溝に戻る位相角φ１でのトラック溝の溝底における固定式等速自在継手の縦断面を示し、図８（ａ）におけるＡ－Ａ線で矢視した内側継手部材の縦断面、図８（ｂ）におけるＢ－Ｂ線で矢視した外側継手部材の縦断面および図８（ｃ）におけるＣ－Ｃ線で矢視した保持器の縦断面およびボールのそれぞれを紙面上で合成して表示した縦断面図である。図１０は、ボールが外側継手部材のトラック溝に戻る位相角φ１より位相角が大きい側の保持器の柱部５ｂの周方向中央における固定式等速自在継手の縦断面を示し、図８（ａ）におけるＤ－Ｄ線で矢視した内側継手部材の縦断面、図８（ｂ）におけるＥ－Ｅ線で矢視した外側継手部材の縦断面および図８（ｃ）におけるＦ－Ｆ線で矢視した保持器の縦断面のそれぞれを紙面上で合成して表示した縦断面図である。

図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）および図９に示すように、最大作動角を取った時、位相角φ１においてボール４が外側継手部材２のトラック溝７に戻りトラック溝７との接触状態を開始する。この時、図４における接触点軌跡ＣＬｏの入口チャンファ２０の縁部に接触する。前述したように、ボール４のトラック荷重Ｐ１は、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始するトラック荷重Ｐ２より大幅に大きい。

図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）および図１０に示すように、ボールが外側継手部材のトラック溝に戻る位相角φ１より位相角が大きい側の保持器の柱部５ｂは、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａと内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａとに挟まれ、両端部から大きな球面力が柱部に作用するが、図１０に示すように、本実施形態の固定式等速自在継手１では外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａと内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａとが、保持器５の柱部５ｂの軸方向において重なり合う部分Ｔ（図１２参照）が存在するので、柱部５ｂは球面力に関してせん断状態にならない。

外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａと内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａとが重なり合う状態の詳細を図１１（ａ）、図１１（ｂ）および図１２に基づいて説明する。図１１（ａ）はトルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝に戻るときの固定式等速自在継手の正面図で、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の右側面図である。図１２は、図１１（ｂ）におけるＧ方向に矢視した外側継手部材の球状内周面、内側継手部材の球状外周面および保持器の関係を示す図である。

図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、保持器５の軸線を水平方向に配置して表示している。図１１（ｂ）は、前述した図８（ｃ）に対応する。図１２では、外側継手部材２の球状内周面６を破線で表示し、内側継手部材３の球状外周面８を実線で表示している。保持器５については、球状外周面１２側の輪郭線を実線で表示し、球状内周面１３側の輪郭線を破線で表示している。

図１２に示すように、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａを保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部はＥｏである。内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａを保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部はＥｉである。投影端部Ｅｏと投影端部Ｅｉは、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合っている。投影端部Ｅｏと投影端部Ｅｉは三角形状で重なり合っており、三角形状の重なり合う部分Ｔは保持器５の軸方向にＬｔの長さを有する。特許請求の範囲における「前記外側継手部材の球状内周面の開口側の端部を前記保持器の球状外周面に向かって垂直方向に投影した投影端部（Ｅｏ）と、前記内側継手部材の球状外周面の奥側の端部を前記保持器の球状内周面に向かって垂直方向に投影した投影端部（Ｅｉ）とが、前記保持器の軸方向において少なくとも一部で重なり合うこと」および「重なり合う部分の前記保持器の軸方向における長さＬｔ」は、上記の意味を有する。

また、特徴的な構成（２）として、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂ、５ｂ’のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂにおいて、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａを保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａを保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとが、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うことを説明したが、固定式等速自在継手１の作動角や負荷トルク等の使用条件によっては、最大作動角より数度程度（例えば２～５°）小さい高作動角を取った状態で、投影端部Ｅｏと投影端部Ｅｉとが保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うように調整してもよい。本明細書および特許請求の範囲における最大作動角は上記の意味を含むものとする。

投影端部Ｅｏと投影端部Ｅｉは、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うので、柱部５ｂは球面力に関してせん断状態にならない。したがって、保持器５の強度を確保でき、重量増を抑制することができる。

投影端部Ｅｏと投影端部Ｅｉとの重なり合う部分Ｔの設定範囲について説明する。図１０に示すように、保持器５の球状外周面１２の半径をＲｏ、球状内周面１３の半径をＲｉ、保持器５の半径方向肉厚の中央の半径をＲｍとすると、Ｒｍ＝（Ｒｏ＋Ｒｉ）／２となる。重なり合う部分Ｔの保持器５の軸方向における長さＬｔと保持器５の半径方向肉厚の中央の半径をＲｍとの比Ｌｔ／Ｒｍは０．０３以上に設定することが望ましい。比Ｌｔ／Ｒｍが０．０３未満であると、重なり合う部分Ｔの面圧が高くなり、柱部５ｂのせん断状態を十分に抑制することができない。

本発明の第２の実施形態に係る固定式等速自在継手を図１３～図１５に基づいて説明する。図１３（ａ）は本実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図で、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の右側面図である。図１４（ａ）は、図１３（ａ）の外側継手部材の縦断面図で、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の右側面図である。図１５（ａ）は、図１３（ａ）の内側継手部材の正面図で、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の右側面図である。

図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、固定式等速自在継手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。外側継手部材２の球状内周面６には８本のトラック溝７が形成され、内側継手部材３の球状外周面８には、外側継手部材２のトラック溝７と対向する８本のトラック溝９が形成されている。外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８との間に、ボール４を保持する保持器５が配置されている。保持器５の球状外周面１２は外側継手部材２の球状内周面６に摺動自在に嵌合し、保持器５の球状内周面１３は内側継手部材３の球状外周面８に摺動自在に嵌合している。

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

図１３（ｂ）、図１４（ａ）、図１４（ｂ）、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、外側継手部材２および内側継手部材３のそれぞれ８本のトラック溝７、９は、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１３（ａ）では、トラック溝７、９については、それぞれ、図１４（ａ）に示す平面Ｍおよび図１５（ａ）に示す平面Ｑにおける断面を傾斜角γ＝０°まで回転させた状態で示している。継手の軸線Ｎ－Ｎは、外側継手部材の軸線Ｎｏ－Ｎｏおよび内側継手部材の軸線Ｎｉ－Ｎｉでもある。

図１３（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を有し、トラック溝７は、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１のトラック溝部７ａと、直線状のボール軌道中心線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。

図１３（ａ）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を有し、トラック溝９は、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１のトラック溝部９ａと、直線状のボール軌道中心線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１４（ａ）、図１４（ｂ）に基づき、外側継手部材２のトラック溝７が継手の軸線Ｎ－Ｎに対して周方向に傾斜している状態を詳細に説明する。外側継手部材２のトラック溝７は、その傾斜方向の違いから、トラック溝７Ａ、７Ｂの符号を付す。図１４（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。

本実施形態では、トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘの全域、すなわち、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａおよび第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの両方が平面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、第１のトラック溝部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も実施することができる。したがって、少なくとも第１のトラック溝部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７ａで互いに反対方向に形成されていればよい。

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１５（ａ）、図１５（ｂ）に基づき、内側継手部材３のトラック溝９が継手の軸線Ｎ－Ｎに対して周方向に傾斜している状態を詳細に説明する。内側継手部材３のトラック溝９は、その傾斜方向の違いから、トラック溝９Ａ、９Ｂの符号を付す。図１５（ａ）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Ｉを考慮し、４°～１２°にすることが好ましい。

また、前述した外側継手部材と同様、本実施形態では、トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙの全域、すなわち、第１のトラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａおよび第２のトラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂの両方が平面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、第１のトラック溝部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。したがって、少なくとも第１のトラック溝部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のトラック溝部９ａで互いに反対方向に形成されていればよい。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を含む平面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１３（ａ）に基づいて、外側継手部材２および内側継手部材３の縦断面より見たトラック溝の詳細を説明する。図１３（ａ）では、トラック溝７、９については、それぞれ、図１４（ａ）に示す平面Ｍおよび図１５（ａ）に示す平面Ｑにおける断面を傾斜角γ＝０°まで回転させた状態で示している。すなわち、図１４（ａ）の外側継手部材２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１３（ａ）には、外側継手部材２のトラック溝７Ａが示されているが、トラック溝７Ｂは、傾斜方向がトラック溝７Ａとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝７Ａと同じであるので、説明は省略する。外側継手部材２の球状内周面６にはトラック溝７Ａが概ね軸方向に沿って形成されている。

トラック溝７Ａはボール軌道中心線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）とする円弧状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、直線状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Ｊにおいて、第２のトラック溝部７Ａｂの直線状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Ｊが第１のトラック溝部７Ａａと第２のトラック溝７Ａｂとの接続点である。端部Ｊは継手中心Ｏよりも開口側に位置するので、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ｊにおいて接線として接続される第２のトラック溝部７Ａｂの直線状のボール軌道中心線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、くさび角が過大になるのを抑制することができる。

図１３（ａ）に示すように、端部Ｊと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＳとする。トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍ上に投影された継手の軸線Ｎ’－Ｎ’は継手の軸線Ｎ－Ｎに対しγだけ傾斜し、軸線Ｎ’－Ｎ’の継手中心Ｏにおける垂線Ｋと直線Ｓとがなす角度をβ’とする。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐ上にある。したがって、本発明でいう直線Ｓが作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。

同様に、図１３（ａ）に基づいて、内側継手部材３の縦断面よりトラック溝の詳細を説明する。図１５（ａ）の内側継手部材３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、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１３（ａ）には、内側継手部材３のトラック溝９Ａが示されているが、トラック溝９Ｂは、傾斜方向がトラック溝９Ａとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝９Ａと同じであるので、説明は省略する。内側継手部材３の球状外周面８にはトラック溝９Ａが概ね軸方向に沿って形成されている。

トラック溝９Ａはボール軌道中心線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）とする円弧状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、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、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Ｊ’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Ｊ’が第１のトラック溝部９Ａａと第２のトラック溝９Ａｂとの接続点である。端部Ｊ’は継手中心Ｏよりも奥側に位置するので、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｊ’において接線として接続される第２のトラック溝部９Ａｂの直線状のボール軌道中心線Ｙｂは、奥側に行くにつれて継手の軸線Ｎ－Ｎに接近するように形成されている。これにより、くさび角が過大になるのを抑制することができる。

図１３（ａ）に示すように、端部Ｊ’と継手中心Ｏとを結ぶ直線をＳ’とする。トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑ上に投影された継手の軸線Ｎ’－Ｎ’は継手の軸線Ｎ－Ｎに対しγだけ傾斜し、軸線Ｎ’－Ｎ’の継手中心Ｏにおける垂線Ｋと直線Ｓ’とがなす角度をβ’とする。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐ上にある。したがって、直線Ｓ’が作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。

次に、直線Ｓ、Ｓ’が作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してなす角度βについて説明する。作動角θを取ったとき、外側継手部材２および内側継手部材３の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対して、ボール４がθ／２だけ移動する。使用頻度が多い作動角の１／２より角度βを決め、使用頻度が多い作動角の範囲においてボール４が接触するトラック溝の範囲を決める。ここで、使用頻度が多い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う。常用角は、通常、２°～１５°の間で車種ごとの設計条件に応じて選択・決定される。

上記の角度βにより、図１３（ａ）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Ｊは、常用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、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの端部Ｊ’は、常用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、常用角の範囲では、ボール４は、外側継手部材２および内側継手部材３の第１のトラック溝部７Ａａ、９Ａａと、傾斜方向が反対の７Ｂａ、９Ｂａに位置するので、保持器５の周方向に隣り合うポケット部５ａにボール４から相反する方向の力が作用し、保持器５は継手中心Ｏの位置で安定する〔図１３（ａ）参照〕。このため、保持器５の球状外周面１２と外側継手部材２の球状内周面６との接触力、および保持器５の球状内周面１３と内側継手部材３の球状外周面８との接触力が抑制され、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。

本実施形態の等速自在継手においては、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、前記すきまは０～４０μｍ程度に設定することが好ましい。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。

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と第２のトラック溝部７Ａｂ、９Ａｂに一時的に分かれて位置する。これに伴い、保持器５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な固定式等速自在継手を実現することができる。

本実施形態の固定式等速自在継手１の全体的な構成は以上のとおりである。本実施形態の固定式等速自在継手１は、５０°を大幅に超える最大作動角に設定されているが、第１の実施形態と同様に、特徴的な構成は次のとおりである。
（１）最大作動角を取ったときに、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって最も移動するボール４が、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始すると共に、位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する作動形態を有すること。
（２）および、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂ、５ｂ’のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂにおいて、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａを保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａを保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとが、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うことである。

第１の実施形態の固定式等速自在継手１の図２の説明内容および上記の特徴的な構成およびその作用効果に関する図３～図１２に基づく説明内容については、本実施形態の固定式等速自在継手１でも同様であるので、第１の実施形態で説明した内容を準用し、要点のみ説明する。

図１３（ａ）に示す本実施形態の固定式等速自在継手１の外側継手部材２の継手中心Ｏから開口側端部までの長さＬ１は、大幅に短縮されており、上記の特徴的な構成（１）の作動形態となる。

また、図１３（ａ）に示す保持器５の球状外周面１２の半径をＲｏ、球状内周面１３の半径をＲｉ、保持器５の半径方向肉厚の中央の半径をＲｍ＝（Ｒｏ＋Ｒｉ）／２とすると、本実施形態の固定式等速自在継手１においても、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボールを収容する保持器のポケットの両側の柱部のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部において、外側継手部材の球状内周面の開口側の端部を保持器の球状外周面に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、内側継手部材の球状外周面の奥側の端部を保持器の球状内周面に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとの重なり合う部分Ｔの保持器５の軸方向における長さＬｔと保持器５の半径方向肉厚の中央の半径をＲｍとの比Ｌｔ／Ｒｍは０．０３以上に設定されている。

本実施形態の固定式等速自在継手１では、前述したように、トラック溝７、９が周方向に傾斜しているので、図５に示す反時計方向に回転させたとき、外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する位相角φ１は、トラック溝７Ａでは例えば２４°であり、トラック溝７Ｂでは例えば２７°である。また、外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始する位相角φ２は、トラック溝７Ａでは例えば３３６°であり、トラック溝７Ｂでは例えば３３３°である。つまり、図５に示す反時計方向に回転させたときは、本実施形態の固定式等速自在継手１の特徴的な構成（２）である最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂ、５ｂ’のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂにおいて、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａを保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａを保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとが、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うのは、トラック溝７Ｂの両側の球状内周面６のうち、位相角が進む側の球状内周面６となり、この球状内周面６と対向する内側継手部材３の球状外周面８となる。反時計方向に回転させたときは、トラック溝７Ｂの方がトラック溝７Ａより接触点軌跡が短くなるためである。

本発明の第３の実施形態に係る固定式等速自在継手を図１６（ａ）、図１６（ｂ）に基づいて説明する。図１６（ａ）は本実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図で、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の右側面図である。本実施形態の固定式等速自在継手１は、アンダーカットフリー型等速自在継手をベースにしたもので、外側継手部材２、内側継手部材３、トルク伝達ボール（単に、ボールともいう）４および保持器５を主な構成とする。

外側継手部材２の球状内周面６には６本のトラック溝７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３の球状外周面８には、外側継手部材２のトラック溝７と対向するトラック溝９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２のトラック溝７と内側継手部材３のトラック溝９との間にトルクを伝達する６個のボール４が１個ずつ組み込まれている。外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８の間に、ボール４を保持する保持器５が配置されている。ボール４は保持器５のポケット５ａに収容されている。保持器５の球状外周面１２は外側継手部材２の球状内周面６に摺動自在に嵌合し、保持器５の球状内周面１３は内側継手部材３の球状外周面８に摺動自在に嵌合している。

外側継手部材２の球状内周面６および保持器５の球状外周面１２の曲率中心Ｏ３と、内側継手部材３の球状外周面８および保持器５の球状内周面１３の曲率中心Ｏ４は、継手中心Ｏに対して軸方向反対側に等距離で小量ｆ２オフセットされている。外側継手部材２の曲線状のトラック溝７は、外側継手部材２の奥側に位置する曲線状トラック溝部７ａと開口側に位置する直線状トラック溝部７ｓとから構成され、内側継手部材３のトラック溝９は、開口側に位置する曲線状トラック溝部９ａと奥側に位置する直線状トラック溝部９ｓとから構成されている。外側継手部材２の曲線状トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの曲率中心Ｏ１’と、内側継手部材３の曲線状トラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａの曲率中心Ｏ２’は、継手中心Ｏに対して軸方向反対側に等距離ｆ１でオフセットされている。

外側継手部材２の曲線状トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａと直線状トラック溝７ｓのボール軌道中心線Ｘｓは接線状に接続され、直線状トラック溝部７ｓのボール軌道中心線Ｘｓは、曲率中心Ｏ１’の軸方向位置から開口側まで継手の軸線Ｎ－Ｎと平行に形成されている。内側継手部材３の曲線状トラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａと直線状トラック溝９ｓのボール軌道中心線Ｙｓは接線状に接続され、直線状トラック溝部９ｓのボール軌道中心線Ｙｓは、曲率中心Ｏ２’の軸方向位置から奥側まで継手の軸線Ｎ－Ｎと平行に形成されている。

本実施形態の固定式等速自在継手１の全体的な構成は以上のとおりである。本実施形態の固定式等速自在継手１は、５０°を超える最大作動角に設定されているが、第１の実施形態と同様に、特徴的な構成は次のとおりである。
（１）最大作動角を取ったときに、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって最も移動するボール４が、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始すると共に、位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する作動形態を有すること。
（２）および、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂのうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂにおいて、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａを保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａを保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとが、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うことである。

第１の実施形態の固定式等速自在継手１の図２の説明内容および上記の特徴的な構成およびその作用効果に関する図３～図１２に基づく説明内容については、本実施形態の固定式等速自在継手１でも同様であるので、第１の実施形態で説明した内容を準用し、要点のみ説明する。

図１３（ａ）に示す本実施形態の固定式等速自在継手１の外側継手部材２の継手中心Ｏから開口側端部までの長さＬ１は、大幅に短縮されており、上記の特徴的な構成（１）の作動形態となる。

また、図１６（ａ）に示す保持器５の球状外周面１２の半径をＲｏ、球状内周面１３の半径をＲｉ、保持器５の半径方向肉厚の中央の半径をＲｍ＝（Ｒｏ＋Ｒｉ）／２とすると、本実施形態の固定式等速自在継手１においても、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボールを収容する保持器のポケットの両側の柱部のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部において、外側継手部材の球状内周面の開口側の端部を保持器の球状外周面に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、内側継手部材の球状外周面の奥側の端部を保持器の球状内周面に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとの重なり合う部分Ｔの保持器５の軸方向における長さＬｔと保持器５の半径方向肉厚の中央の半径をＲｍとの比Ｌｔ／Ｒｍは０．０３以上に設定されている。

本実施形態の固定式等速自在継手１では、外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する位相角φ１は３０°であり、外側継手部材のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始する位相角φ２は３３０°である。

以上説明した各実施形態の固定式等速自在継手１は、次の特徴的な構成（１）、（２）を有するので、従来以上に大きな最大作動角を取っても、保持器５の強度を確保でき、重量増を抑制することができる。
（１）最大作動角を取ったときに、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって最も移動するボール４が、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始すると共に、位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する作動形態を有すること。
（２）および、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂ、５ｂ’のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂにおいて、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａを保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａを保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとが、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うこと。

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

１ 固定式等速自在継手
２ 外側継手部材
３ 内側継手部材
４ トルク伝達ボール
５ 保持器
５ａ ポケット
５ｂ 柱部
５ｂ’ 柱部
６ 球状内周面
６ａ 端部
７ トラック溝
８ 球状外周面
８ａ 端部
９ トラック溝
１２ 球状外周面
１３ 球状内周面
２０ 入口チャンファ
ＣＬｏ 接触点軌跡
ＣＬｉ 接触点軌跡
Ｅｏ 投影端部
Ｅｉ 投影端部
Ｌｔ 長さ
Ｎ 継手の軸線
Ｏ 継手中心
Ｏ１ 曲率中心
Ｏ１’ 曲率中心
Ｏ２ 曲率中心
Ｏ２’ 曲率中心
Ｏ３ 曲率中心
Ｏ４ 曲率中心
Ｐ 平面
Ｒｉ 半径
Ｒｏ 半径
Ｒｍ 半径
Ｔ 重なり合う部分
Ｗ 間隔
Ｘ ボール軌道中心線
Ｘａ ボール軌道中心線
Ｘｂ ボール軌道中心線
Ｘｓ ボール軌道中心線
Ｙ ボール軌道中心線
Ｙａ ボール軌道中心線
Ｙｂ ボール軌道中心線
Ｙｓ ボール軌道中心線
ｆ オフセット量
ｆ１ オフセット量
ｆ２ オフセット量
θｍａｘ 最大作動角
φ０ 位相角
φ１ 位相角
φ２ 位相角

Claims (3)

1. 球状内周面に概ね長手方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に概ね長手方向に延びる複数のトラック溝が前記外側継手部材のトラック溝に対向して形成された内側継手部材と、対向する各トラック溝間に組込まれたトルク伝達ボールと、このトルク伝達ボールを保持し、前記外側継手部材の球状内周面に案内される球状外周面と前記内側継手部材の球状外周面に案内される球状内周面が形成された保持器とからなる固定式等速自在継手において、
   前記固定式等速自在継手は、最大作動角を取ったときに、前記外側継手部材のトラック溝の開口側に向かって移動する前記トルク伝達ボールが、位相角（φ２）において前記外側継手部材のトラック溝の開口側の端部から外れて当該トラック溝との非接触状態を開始すると共に、位相角（φ１）において前記外側継手部材のトラック溝の開口側の端部に戻り当該トラック溝との接触状態を開始する作動形態を有し、
   前記最大作動角を取った状態で、前記位相角（φ１）における前記トルク伝達ボールを収容する前記保持器のポケットの両側の柱部のうち、前記位相角（φ１）より位相角が大きい側の柱部において、前記外側継手部材の球状内周面の開口側の端部を前記保持器の球状外周面に向かって垂直方向に投影した投影端部（Ｅｏ）と、前記内側継手部材の球状外周面の奥側の端部を前記保持器の球状内周面に向かって垂直方向に投影した投影端部（Ｅｉ）とが、前記保持器の軸方向において少なくとも一部で重なり合うことを特徴とする固定式等速自在継手。
2. 前記重なり合う部分の前記保持器の軸方向における長さをＬｔとし、前記保持器５の半径方向肉厚の中央の半径をＲｍとしたとき、比Ｌｔ／Ｒｍが０．０３以上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が、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して周方向に傾斜し、前記両トラック溝の交差部に前記トルク伝達ボールが組込ま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。

Images