JP7188124B2 - 等速自在継手 - Google Patents

Description

本発明は等速自在継手に係り、特に、外側トラック溝および内側トラック溝でボールを挟む挟み角の開き方向が逆向きの２種類の溝部が中心線まわりに交互に設けられている等速自在継手の改良に関するものである。

(a) 内周面に複数の外側トラック溝が設けられたカップ状の外側継手部材と、(b) 外周面に複数の内側トラック溝が設けられて、前記外側継手部材の内側に配設される内側継手部材と、(c) 前記外側トラック溝と前記内側トラック溝との間に介在させられてトルク伝達する複数のボールと、(d) 円環形状を成して前記外側継手部材と前記内側継手部材との間に配設され、前記ボールを保持する複数のポケットが設けられたケージと、を備えている等速自在継手が、車両の前輪車軸等の動力伝達装置、或いは車両以外の各種の機械の回転伝達装置として広く用いられている。そして、このような等速自在継手として、前記外側継手部材および前記内側継手部材の各中心線が一直線上に位置するジョイント角が０ｄｅｇの基準状態で、前記外側トラック溝および前記内側トラック溝が前記ボールを挟む挟み角が前記外側継手部材のカップ開口側に向かって開く第１溝部と、前記挟み角が前記外側継手部材のカップ奥側に向かって開く第２溝部とを有し、それ等の第１溝部および第２溝部が前記中心線まわりに交互に設けられている、所謂カウンタートラック形式の等速自在継手が提案されている（特許文献１参照）。なお、外側継手部材および内側継手部材は、それぞれアウタレース、インナレースとも言われる。

特開２００４－１６９９１５号公報

ところで、このような等速自在継手において、前記基準状態における第１溝部および第２溝部の挟み角の絶対値が互いに相違していると、トルク伝達する負荷時には挟み角の絶対値が大きい方の溝部に基づいてケージがガタ詰めされるため、挟み角が小さい方の溝部の径方向クリアランス（ボールの遊び）が小さくなって、ボールとトラック溝との間のボール溝面圧が高くなり、耐久性やトルク伝達効率が低下するなどの問題があった。すなわち、一般に第１溝部および第２溝部には互いに略等しい径方向クリアランスが設けられているが、負荷時には挟み角の絶対値が大きい程ボールに加えられる押し出し荷重（図７のＦａ、Ｆｂ参照）が高くなるため、挟み角の絶対値が大きい方の溝部のボールと共にケージが移動してガタ詰めされる。このため、挟み角の絶対値が大きい方の溝部では、挟み角の開き側へボールが移動して径方向クリアランスが大きくなる一方、挟み角の絶対値が小さい方の溝部では、挟み角の閉じ側（奥側）へボールが移動して径方向クリアランスが小さくなる。ケージは、ジョイント角の変化に伴って外側継手部材および内側継手部材に対して姿勢変化するため、その中心線と平行な方向に所定の遊びを有する状態で外側継手部材或いは内側継手部材に組み付けられているが、第１溝部および第２溝部の挟み角の絶対値が互いに等しい場合、ボールに加えられる押し出し荷重が略等しいため、ガタ詰めされることなく中間位置に保持され、径方向クリアランスも略同じ大きさに維持される。

図１２は、上記径方向クリアランスの変化を説明する図で、この等速自在継手８０は、第１溝部３０の挟み角αの絶対値αabs が第２溝部３２の挟み角βの絶対値βabs よりも大きい場合である。(a) の無負荷時には、第１溝部３０の第１外側トラック溝２０ａによって定まるボール軌道（ボール中心の移動軌跡）Ｌａ１と、第１溝部３０の第１内側トラック溝２２ａによって定まるボール軌道Ｌａ２との間の隙間に相当する径方向クリアランスＣａ１は、第２溝部３２の第２外側トラック溝２０ｂによって定まるボール軌道Ｌｂ１と、第２溝部３２の第２内側トラック溝２２ｂによって定まるボール軌道Ｌｂ２との間の隙間に相当する径方向クリアランスＣｂ１と、略等しい。この径方向クリアランスＣａ１、Ｃｂ１は、ボール２４を介して外側継手部材１２と内側継手部材１４との間でトルク伝達したり、ジョイント角を変化させる際にボール２４を円滑に転動させたりする上で、所定の寸法を確保する必要がある。

一方、(b) の負荷時には、挟み角αの絶対値αabs が大きい第１溝部３０におけるボール２４の押し出し荷重Ｆａ（図７参照）が第２溝部３２におけるボール２４の押し出し荷重Ｆｂ（図７参照）よりも大きいことから、ケージ２６がボール２４と共に遊びＨ分だけ挟み角αの開き側（図１２における右方向）へ変位してガタ詰めされる。これにより、第１溝部３０側の径方向クリアランスＣａ２は無負荷時の径方向クリアランスＣａ１よりも大きくなる一方、第２溝部３２側の径方向クリアランスＣｂ２は無負荷時の径方向クリアランスＣｂ１よりも小さくなる。図１２は、ケージ２６の遊びＨの他に、ベアリング等の支持部材が遊びｈを有する場合で、内側継手部材１４が外側継手部材１２に対してその遊びｈ分だけ相対変位させられ、径方向クリアランスＣａ２、Ｃｂ２の増減が更に大きくなる。すなわち、ボール２４から受ける反力が、押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂと反対方向に作用し、Ｆａ＞Ｆｂであることから反力も第１溝部３０側の方が大きいため、内側継手部材１４が外側継手部材１２のカップ奥側（図１２おける左方向）へ相対変位させられる。

図１３は、αabs ＝βabs で負荷時でもガタ詰まりが無い場合と、αabs ＞βabs で負荷時にガタ詰まりが生じる場合について、第２溝部３２におけるアウタ側（第２外側トラック溝２０ｂ側）およびインナ側（第２内側トラック溝２２ｂ側）のボール溝面圧を比較して示した図で、ガタ詰まりが有るとアウタ側およびインナ側共にボール溝面圧が高くなる。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、ボールの挟み角の開き方向が逆向きの２種類の溝部が中心線まわりに交互に設けられている等速自在継手において、２種類の溝部の挟み角の絶対値が相違する場合でも負荷時に所定の径方向クリアランスが得られるようにすることにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) 内周面に複数の外側トラック溝が設けられたカップ状の外側継手部材と、(b) 外周面に複数の内側トラック溝が設けられて、前記外側継手部材の内側に配設される内側継手部材と、(c) 前記外側トラック溝と前記内側トラック溝との間に介在させられてトルク伝達する複数のボールと、(d) 円環形状を成して前記外側継手部材と前記内側継手部材との間に配設され、前記ボールを保持する複数のポケットが設けられたケージと、を備え、且つ、(e) 前記外側継手部材および前記内側継手部材の各中心線が一直線上に位置するジョイント角が０ｄｅｇの基準状態で、前記外側トラック溝および前記内側トラック溝が前記ボールを挟む挟み角が前記外側継手部材のカップ開口側に向かって開く第１溝部と、前記挟み角が前記外側継手部材のカップ奥側に向かって開く第２溝部とを有し、それ等の第１溝部および第２溝部が前記中心線まわりに交互に設けられている等速自在継手において、(f) 前記基準状態における前記第１溝部の挟み角の絶対値は、前記基準状態における前記第２溝部の挟み角の絶対値と相違しており、(g) 前記ケージは、そのケージの中心線と平行な方向に所定の遊びを有する状態で前記外側継手部材または前記内側継手部材に組み付けられており、(h) 前記基準状態における無負荷時の前記第１溝部および前記第２溝部の径方向クリアランスは互いに相違しているとともに、前記挟み角の絶対値が小さい方の溝部の径方向クリアランスが、前記挟み角の絶対値が大きい方の溝部の径方向クリアランスよりも大きいことを特徴とする。

このような等速自在継手においては、基準状態における第１溝部の挟み角の絶対値と第２溝部の挟み角の絶対値とが相違するため、トルク伝達する負荷時に挟み角の絶対値が大きい方の溝部に基づいてケージがその遊び分だけガタ詰めされると、挟み角の絶対値が大きい方の溝部の径方向クリアランスは無負荷時よりも大きくなり、挟み角の絶対値が小さい方の溝部の径方向クリアランスは無負荷時よりも小さくなる。しかしながら、無負荷時における径方向クリアランスは、挟み角の絶対値が小さい溝部の方が、挟み角の絶対値が大きい溝部よりも大きくされているため、ガタ詰めに伴って挟み角の絶対値が大きい方の溝部の径方向クリアランスは増加させられ、挟み角の絶対値が小さい方の溝部の径方向クリアランスは減少させられることにより、それ等の径方向クリアランスを何れも所定の寸法にすることができる。

本発明の一実施例である等速自在継手を中心線に沿って切断した断面図である。 図１の等速自在継手を右方向から見た側面図である。 図１の等速自在継手において第１溝部を構成している外側継手部材の第１外側トラック溝部分の断面図で、その第１外側トラック溝の長手方向の溝底形状を説明する図である。 図１の等速自在継手において第１溝部を構成している内側継手部材の第１内側トラック溝部分の断面図で、その第１内側トラック溝の長手方向の溝底形状を説明する図である。 図１の等速自在継手において第２溝部を構成している外側継手部材の第２外側トラック溝部分の断面図で、その第２外側トラック溝の長手方向の溝底形状を説明する図である。 図１の等速自在継手において第２溝部を構成している内側継手部材の第２内側トラック溝部分の断面図で、その第２内側トラック溝の長手方向の溝底形状を説明する図である。 図１の等速自在継手において第１溝部の挟み角、第２溝部の挟み角に基づいてボールに作用する押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂを説明する図である。 図１の等速自在継手の内側継手部材のシャフトを上方（第１溝部側）および下方（第２溝部側）へ折り曲げて戻す際の形態を具体的に示した図である。 図８に示す６つのボールＡ１、Ａ３、Ａ５、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６の各挟み角α、βのジョイント角Φに対する変化特性を示した図である。 図１の等速自在継手を図８に示すように曲げ戻した場合のシャフト曲げ荷重の変化（実線）を、挟み角α、βの絶対値が等しい従来品（破線）と比較して示した図である。 図１の等速自在継手の第１溝部および第２溝部における径方向クリアランスについて、無負荷時と負荷時とを比較して説明する図である。 第１溝部の挟み角の絶対値が第２溝部の挟み角の絶対値よりも大きく、且つ無負荷時に第１溝部および第２溝部の径方向クリアランスが互いに等しい等速自在継手について、負荷に伴う径方向クリアランスの増減を説明する図である。 負荷時にガタ詰まりが無い場合と、負荷時にガタ詰まりが生じる場合について、挟み角が小さい第２溝部のアウタ側およびインナ側のボール溝面圧を比較して示した図である。 等速自在継手のトルク伝達時に第２溝部においてボールから内側トラック溝に加えられるボール溝荷重Ｆｇを説明する図である。 挟み角α、βの絶対値が等しい従来品を説明する図で、図１の実施例品における図７に対応する断面図である。 図１５の従来品について、図８と同様に定められた６つのボールＡ１、Ａ３、Ａ５、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６の各挟み角α、βのジョイント角Φに対する変化特性を示した図で、図１の実施例品における図９に対応する図である。

本発明の等速自在継手は、例えば操舵車輪である前輪の車軸等の車両用の動力伝達装置や、車両以外の各種の機械の回転伝達装置等に適用される。第１溝部および第２溝部は、中心線まわりに等角度間隔で設けられることが望ましく、合計の溝部の数は偶数で、例えば６以上が適当である。基準状態における第１溝部および第２溝部の挟み角の絶対値は、例えば１０ｄｅｇ～２５ｄｅｇ程度の範囲内が適当であるが、１０ｄｅｇより小さくても良いし、２５ｄｅｇより大きくしても良い。挟み角は、外側トラック溝および内側トラック溝の間で略均等に外側および内側へ開くことが望ましいが、外側および内側の何れか一方へ片寄って開くように設けることもできる。ケージの遊びの他に、ベアリング等の支持部材が遊びを有する場合、無負荷時と負荷時とで径方向クリアランスの増減が大きくなり、本発明が好適に適用されるが、ベアリング等の支持部材の遊びが略０の場合にも本発明は適用され得る。ケージの遊びは、必ずしも測定可能な隙間がある必要はなく、挟み角による押し出し荷重によって弾性変形などでボールの保持位置が変化する場合でも良い。

本発明の一実施態様は、例えば(a) 前記第１溝部および前記第２溝部は、前記中心線を挟んで対称位置に配置されているとともに、(b) 前記基準状態における前記第１溝部の挟み角の絶対値は、前記基準状態における前記第２溝部の挟み角の絶対値よりも大きく、(c) 前記基準状態における無負荷時の前記第２溝部の径方向クリアランスは、前記基準状態における無負荷時の前記第１溝部の径方向クリアランスよりも大きい、ように構成される。すなわち、ジョイント角の変化時（折曲げ時および戻し時）に、一部のボールに作用する押し出し荷重によってケージが回動させられ、押し出し荷重が得られないボールについてもケージにより移動させられて、ジョイント角が円滑に変化させられるが、第１溝部と第２溝部とが中心線を挟んで対称位置に配置されている場合、ジョイント角変化時の等速自在継手の中心線まわりの位相やジョイント角によっては、ボールの押し出し荷重が十分に得られず、ケージの回動抵抗や回動遅れなどにより異音等が発生する可能性がある。これに対し、第１溝部の挟み角の絶対値を第２溝部の挟み角の絶対値よりも大きくすると、第１溝部の挟み角によるボールの押し出し荷重が大きくなるため、第１溝部の挟み角により十分な押し出し荷重が得られなかったジョイント角の領域でも、第１溝部のボールの押し出し荷重が増大させられ、その押し出し荷重によるボールの移動でケージを円滑に回動させるようにすることができる。

上記実施態様の場合、基準状態における第１溝部の挟み角の絶対値は、基準状態における第２溝部の挟み角の絶対値よりも例えば２ｄｅｇ～１０ｄｅｇ程度の範囲内で大きくされることが望ましい。また、第１溝部を含む折曲げ平面で等速自在継手が折り曲げられた場合に、ジョイント角の全域で第１溝部の挟み角が外側継手部材のカップ開口側に向かって開いているとともに、その挟み角の絶対値は基準状態における第２溝部の挟み角の絶対値よりも大きい状態に維持されるようにすることが望ましい。また、第１溝部および第２溝部における外側トラック溝および内側トラック溝の軸方向断面の溝底形状は、少なくともジョイント角が５ｄｅｇ以下の小曲げ領域でボールに接する範囲では直線であることが望ましい。また、第１溝部および第２溝部を合わせた合計の溝部の数は６または１０が望ましい。

本発明は上記実施態様以外の態様で実施することも可能である。例えば、中心線を挟んだ対称位置に第１溝部同士、第２溝部同士が配置されても良いし、基準状態における第２溝部の挟み角の絶対値を、基準状態における第１溝部の挟み角の絶対値よりも大きくし、基準状態における無負荷時の第１溝部の径方向クリアランスを、基準状態における無負荷時の第２溝部の径方向クリアランスよりも大きくしても良い。また、基準状態における第１溝部の挟み角の絶対値と、第２溝部の挟み角の絶対値との差は、１０ｄｅｇよりも大きくなるとケージの姿勢が不安定になる可能性があるが、問題がない範囲で１０ｄｅｇを超えて設定しても良い。第１溝部および第２溝部における外側トラック溝および内側トラック溝の軸方向断面の溝底形状は、挟み角の精度や加工の容易さ等の観点から、少なくともジョイント角が５ｄｅｇ以下の小曲げ領域ではボールに接する範囲が直線であることが望ましいが、ジョイント角が０ｄｅｇの部分を含めて円弧等の曲線で構成することも可能で、その場合は円弧の接線によって挟み角が定められる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において、図は説明のために適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の一実施例である等速自在継手１０を中心線Ｓ１、Ｓ２に沿って切断した断面図で、図２は図１の右方向から見た側面図である。この等速自在継手１０は、例えば操舵車輪である車両の前輪の車軸等に用いられるもので、外側継手部材１２および内側継手部材１４を備えており、内側継手部材１４にはシャフト１６がスプライン等を介して動力伝達可能に連結される。図１および図２は、外側継手部材１２の中心線Ｓ１および内側継手部材１４の中心線Ｓ２が一直線上に位置するジョイント角Φ＝０ｄｅｇの基準状態を示した図である。この等速自在継手１０の折曲げ可能なジョイント角Φは４０ｄｅｇ以上で、本実施例では４６ｄｅｇ程度である。ジョイント角Φは、中心線Ｓ１およびＳ２が一直線上に位置する基準状態を０ｄｅｇとする両者（Ｓ１およびＳ２）の交差角度である。

外側継手部材１２は、カップ状（半球形状）を成しているとともに、内周面には中心線Ｓ１まわりに等角度間隔で複数の第１外側トラック溝２０ａ、第２外側トラック溝２０ｂ（以下、特に区別しない場合は単に外側トラック溝２０という）が設けられている。本実施例では、第１外側トラック溝２０ａおよび第２外側トラック溝２０ｂが、中心線Ｓ１まわりに交互に３つずつ設けられている。内側継手部材１４は、カップ状の外側継手部材１２の内側に配設されるもので、外周面には中心線Ｓ２まわりに等角度間隔で複数の第１内側トラック溝２２ａ、第２内側トラック溝２２ｂ（以下、特に区別しない場合は単に内側トラック溝２２という）が設けられている。本実施例では、第１内側トラック溝２２ａおよび第２内側トラック溝２２ｂが、中心線Ｓ２まわりに交互に３つずつ設けられている。

第１内側トラック溝２２ａは第１外側トラック溝２０ａに対応して設けられており、それ等の第１内側トラック溝２２ａと第１外側トラック溝２０ａとの間には、トルク伝達用のボール２４が介在させられている。また、第２内側トラック溝２２ｂは第２外側トラック溝２０ｂに対応して設けられており、それ等の第２内側トラック溝２２ｂと第２外側トラック溝２０ｂとの間にも、トルク伝達用のボール２４が介在させられている。外側継手部材１２と内側継手部材１４との間の円環状空間には、円環形状のケージ２６がジョイント中心Ｏまわりに回動可能に配設されており、そのケージ２６に等角度間隔で設けられた６つのポケット（開口）２８内にそれぞれ上記ボール２４が保持されている。ケージ２６の外周面は球面形状を成しており、外側継手部材１２の内周面に摺動可能に嵌合されて保持されている。

第１外側トラック溝２０ａおよび第１内側トラック溝２２ａによって第１溝部３０が構成されており、第２外側トラック溝２０ｂおよび第２内側トラック溝２２ｂによって第２溝部３２が構成されている。これ等の第１溝部３０および第２溝部３２は、中心線Ｓ１、Ｓ２まわりに交互に設けられているとともに、溝部３０、３２の合計が６個の本実施例では、図２から明らかなように中心線Ｓ１、Ｓ２を挟んで対称位置に第１溝部３０および第２溝部３２が配置される。

図１、図２に示す基準状態において、第１溝部３０では、第１外側トラック溝２０ａおよび第１内側トラック溝２２ａがボール２４を挟む挟み角αが正、すなわち外側継手部材１２のカップ開口側（図１の右方向）に向かって開いている。一方、第２溝部３２では、第２外側トラック溝２０ｂおよび第２内側トラック溝２２ｂがボール２４を挟む挟み角βが負、すなわち外側継手部材１２のカップ奥側（図１の左方向）に向かって開いている。この基準状態における挟み角αの絶対値αabs は挟み角βの絶対値βabs よりも２～１０ｄｅｇの範囲内で大きくされており、本実施例では８ｄｅｇ大きい。具体的には、挟み角αは１５～２５ｄｅｇの範囲内で２２ｄｅｇ程度とされており、挟み角βは－１０～－２０ｄｅｇの範囲内で－１４ｄｅｇ程度とされている。挟み角αは、ジョイント角Φの変化に伴って変化するが、本実施例では、図１に示すように第１溝部３０を含む折曲げ平面で等速自在継手１０が折り曲げられた場合に、ジョイント角Φの変化に拘らず、その折曲げ平面内の第１溝部３０の挟み角αの絶対値αabs は基準状態における挟み角βの絶対値βabs （＝１４ｄｅｇ）よりも大きい状態に維持される。図９において、太い実線で示すＡ１のグラフは、図１の上側の第１溝部３０におけるボール２４の挟み角αの変化特性に相当し、ジョイント角Φの全域で１４ｄｅｇよりも大きく、２０ｄｅｇ程度以上に維持されている。すなわち、挟み角αを規定する第１外側トラック溝２０ａおよび第１内側トラック溝２２ａの軸方向断面における溝底形状が、ジョイント角Φの変化に拘らず挟み角αが２０ｄｅｇ程度以上に維持されるように定められている。

図３は、第１外側トラック溝２０ａの長手方向である軸方向断面における溝底形状を具体的に説明する図で、破線はボール２４の球中心の移動軌跡であるボール軌道Ｌａ１であり、溝底形状はボール軌道Ｌａ１に応じて定められている。ボール軌道Ｌａ１は、ジョイント角Φが７ｄｅｇ以下、すなわち－７ｄｅｇ≦Φ≦＋７ｄｅｇの常用領域（小曲げ領域）Ｅａにおける傾斜直線部４０と、傾斜直線部４０の両側に滑らか接続された半径Ｒａ１、Ｒａ２の円弧部４２、４４と、カップ開口側（図３の右側）の円弧部４２に滑らかに接続された中心線Ｓ１と平行な平行直線部４６とを備えている。常用領域Ｅａは、ジョイント中心Ｏを通る垂直線Ｌｏの両側の３．５ｄｅｇの範囲である。傾斜直線部４０により、ジョイント角Φ＝０ｄｅｇの基準状態における挟み角αが定まり、本実施例ではα／２すなわち１１ｄｅｇ程度で、カップ開口側へ向かうに従って中心線Ｓ１から離間する外周側へ傾斜させられている。円弧部４２、４４の半径Ｒａ１、Ｒａ２は、何れも中心線Ｓ１までの半径寸法よりも小さい。第１外側トラック溝２０ａの溝底形状は、ボール軌道Ｌａ１よりもボール２４の半径分だけ大きい寸法とされている。なお、図３では第１外側トラック溝２０ａの隣に設けられる第２外側トラック溝２０ｂが省略されている。

図４は、第１内側トラック溝２２ａの長手方向である軸方向断面における溝底形状を具体的に説明する図で、破線で示すボール軌道Ｌａ２に応じて定められている。ボール軌道Ｌａ２は、前記ボール軌道Ｌａ１に比較して、垂直線Ｌｏを基準として左右反対に定められているだけで、常用領域Ｅａにおける傾斜直線部４０と、傾斜直線部４０の両側に滑らか接続された半径Ｒａ１、Ｒａ２の円弧部４２、４４と、外側継手部材１２のカップ奥側（図４の左側）の円弧部４２に滑らかに接続された中心線Ｓ２と平行な平行直線部４６と、を備えている点は同じである。このボール軌道Ｌａ２の傾斜直線部４０は、挟み角αに基づいてα／２すなわち１１ｄｅｇ程度で、外側継手部材１２のカップ開口側（図４における右側）へ向かうに従って中心線Ｓ２に接近する内周側へ傾斜させられている。第１内側トラック溝２２ａの溝底形状は、ボール軌道Ｌａ２よりもボール２４の半径分だけ小さい寸法とされている。

図５は、第２外側トラック溝２０ｂの長手方向である軸方向断面における溝底形状を具体的に説明する図で、破線はボール２４の球中心の移動軌跡であるボール軌道Ｌｂ１であり、溝底形状はボール軌道Ｌｂ１に応じて定められている。ボール軌道Ｌｂ１は、前記常用領域Ｅａを含む部分に設けられた傾斜直線部５０と、常用領域Ｅａよりもカップ奥側（図５の左側）に滑らかに接続された半径Ｒｂの円弧部５２とを備えており、常用領域Ｅａよりもカップ開口側（図５の右側）は傾斜直線部５０が延長して設けられている。傾斜直線部５０により、ジョイント角Φ＝０ｄｅｇの基準状態における挟み角βが定まり、本実施例ではβ／２の絶対値である７ｄｅｇ程度で、カップ開口側へ向かうに従って中心線Ｓ１に接近する内周側へ傾斜させられている。円弧部５２の半径Ｒｂは、中心線Ｓ１までの半径寸法よりも小さい。第２外側トラック溝２０ｂの溝底形状は、ボール軌道Ｌｂ１よりもボール２４の半径分だけ大きい寸法とされている。なお、図５では第２外側トラック溝２０ｂの隣に設けられる第１外側トラック溝２０ａが省略されている。

図６は、第２内側トラック溝２２ｂの長手方向である軸方向断面における溝底形状を具体的に説明する図で、破線で示すボール軌道Ｌｂ２に応じて定められている。ボール軌道Ｌｂ２は、前記ボール軌道Ｌｂ１に比較して、垂直線Ｌｏを基準として左右反対に定められているだけで、常用領域Ｅａを含む部分の傾斜直線部５０と、常用領域Ｅａよりも外側継手部材１２のカップ開口側（図６の右側）に滑らかに接続された半径Ｒｂの円弧部５２とを備えており、常用領域Ｅａよりも外側継手部材１２のカップ奥側（図６の左側）は傾斜直線部５０が延長して設けられている点は同じである。このボール軌道Ｌｂ２の傾斜直線部５０は、挟み角βに基づいてβ／２の絶対値すなわち７ｄｅｇ程度で、外側継手部材１２のカップ開口側へ向かうに従って中心線Ｓ２から離間する外周側へ傾斜させられている。第２内側トラック溝２２ｂの溝底形状は、ボール軌道Ｌｂ２よりもボール２４の半径分だけ小さい寸法とされている。

図７は、上記挟み角α、βに基づいてボール２４に作用する押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂを説明する図である。６個のボール２４を区別するために、図８に示されるように第１溝部３０に配置されたボール２４をＡ１、Ａ３、Ａ５とし、第２溝部３２に配置されたボール２４をＢ２、Ｂ４、Ｂ６（特に区別しない場合はボールＡ、Ｂ、或いはボール２４という）とする。図７において、第１溝部３０のボール２４はＡ１で、挟み角αに基づいて右向きの押し出し荷重Ｆａが作用し、第２溝部３２のボール２４はＢ４で、挟み角βに基づいて左向きの押し出し荷重Ｆｂが作用する。ジョイント角Φの変化時（折曲げ時および戻し時）には、それ等の押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂに基づいてボール２４が押し動かされることにより、ケージ２６がジョイント中心Ｏまわりに回動させられる。具体的には、ボールＡ１およびＢ４を含む折曲げ平面（図７の紙面）で、矢印Ｄｎで示すように内側継手部材１４のシャフト１６を下方へ折り曲げる場合、押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂによるボール４０の移動でケージ２６が円滑にジョイント中心Ｏの右まわりに回動させられる。一方、矢印Ｕｐで示すように内側継手部材１４のシャフト１６を上方へ折り曲げる場合、ケージ２６をジョイント中心Ｏの左まわりに回動させる必要があるが、ボールＡ１、Ｂ４に作用する押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂの向きが反対であるため、これ等の押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂはケージ２６の回動に寄与しない。

ここで、上記挟み角α、βは、ジョイント角Φに応じて変化し、その挟み角α、βの変化に伴って押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂも変化する。また、６つのボールＡ１、Ａ３、Ａ５、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６を有するため、総てのボールＡ、Ｂの挟み角α、βに基づいて押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂの大きさや向きを検討する必要がある。図９は、ボールＡ１およびＢ４を含む折曲げ平面で内側継手部材１４を上下に折り曲げた場合に、ジョイント角Φに応じて変化する挟み角α、βの変化特性を示した図である。ジョイント角Φの正側は、図８の右側のΦ＝４６ｄｅｇ側に示すように内側継手部材１４のシャフト１６を上方（ボールＡ１側）へ折り曲げる方向で、ジョイント角Φの負側は図８の左側のΦ＝－４６ｄｅｇ側に示すように内側継手部材１４のシャフト１６を下方（ボールＢ４側）へ折り曲げる方向である。図９に基づいて、例えば図７における矢印Ｕｐ側（ジョイント角Φ＞０）への折曲げ時の押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂについて検討すると、中心線Ｓ１よりも上側に位置するボールＢ６の挟み角βはΦ＞０の全域で負であるとともに、中心線Ｓ１よりも下側に位置するボールＡ３の挟み角αはΦ＞０の全域で正であるため、それ等の押し出し荷重Ｆｂ、Ｆａに基づいてボールＢ６、Ａ３が押し動かされることにより、ケージ２６がジョイント中心Ｏの左まわりに円滑に回動させられる。

ところで、図１５の等速自在継手９０は、第１溝部３０の挟み角αの絶対値αabs と、第２溝部３２の挟み角βの絶対値βabs とが互いに等しい従来品の一例で、ジョイント角Φ＝０ｄｅｇの基準状態（図１５の状態）における挟み角α＝１４ｄｅｇ、挟み角β＝－１４ｄｅｇである。図１６は、図１５の従来品について、図８と同様に定められた６つのボールＡ１、Ａ３、Ａ５、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６の各挟み角α、βのジョイント角Φに対する変化特性を示した図で、前記図９に対応する図である。この図１６においてジョイント角Φ＝２０ｄｅｇ付近では、中心線Ｓ１よりも上側のボールＡ１、Ｂ２、Ｂ６の挟み角α、βは、ボールＡ１の挟み角αは正であるものの、他のボールＢ２、Ｂ６の挟み角βは共に負である。また、中心線Ｓ１よりも下側のボールＡ３、Ａ５、Ｂ４の挟み角α、βは何れも正である。このため、内側継手部材１４のシャフト１６を上方へ折り曲げた後に基準状態へ戻す際のジョイント角Φ＝２０ｄｅｇ付近では、ボールＡ１だけがその戻し方向の押し出し荷重Ｆａを有することになるが、ボールＡ１の挟み角αは小さいため（１０ｄｅｇ以下）十分な押し出し荷重Ｆａが得られず、ケージ２６の回動抵抗や回動遅れなどにより異音等が発生する可能性がある。なお、問題になるジョイント角Φは、ジョイント角Φに対する挟み角α、βの変化特性、すなわち軸方向断面におけるトラック溝２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂの溝底形状等によって相違する。このような一定の位相における折曲げや戻しは、例えば工場における試験等で行なわれるが、車両の前輪車軸に設けられた等速自在継手の場合、車両の停車状態で操舵車輪の向きを変更する場合など、実際の車両の運転時にも行なわれる可能性がある。

これに対し、第１溝部３０の挟み角αの絶対値αabs が第２溝部３２の挟み角βの絶対値βabs よりも大きい本実施例の等速自在継手１０においては、図９から明らかなように、ジョイント角Φ＝２０ｄｅｇ付近では、中心線Ｓ１よりも上側に位置するボールＡ１の挟み角αは正で、他のボールＢ２、Ｂ６の挟み角βは何れも負であり、中心線Ｓ１よりも下側に位置するボールＡ３、Ａ５、Ｂ４の挟み角α、βは何れも正である。この点は図１６に示す従来技術と同じで、ボールＡ１だけがケージ２６の回動に寄与するが、ボールＡ１の挟み角αは２０ｄｅｇ程度で、図１６に示す従来技術（１０ｄｅｇ以下）よりも十分に大きい。このため、この大きな挟み角αによる大きな押し出し荷重ＦａによりボールＡ１が押し動かされることにより、ケージ２６がジョイント中心Ｏの右まわりに円滑に回動させられるようになる。

図１０は、図８に示すようにジョイント角Φを±４６ｄｅｇの範囲で変化させた場合のシャフト曲げ荷重のグラフで、本実施例では実線で示すように全域に亘ってシャフト曲げ荷重が略０である。これに対し、破線は図１５、図１６に示す従来技術の場合で、＋４６ｄｅｇまで折り曲げた後に基準状態へ戻す際に、ジョイント角Φが２０ｄｅｇ程度以下になるとシャフト曲げ荷重が急激に増大しており、挟み角α、βによるケージ２６の回動作用が適切に得られず、ケージ２６の回動抵抗が大きいと考えられる。

このような等速自在継手１０においては、基準状態における第１溝部３０の挟み角αの絶対値αabs が第２溝部３２の挟み角βの絶対値βabs よりも大きいため、その第１溝部３０の挟み角αによるボール２４の押し出し荷重Ｆａが大きくなる。これにより、従来第１溝部３０の挟み角αにより十分な押し出し荷重Ｆａが得られなかったジョイント角Φの領域、例えば＋４６ｄｅｇ側へ折り曲げた後の戻し時における２０ｄｅｇ付近を含み、それよりジョイント角Φが大きい領域で、ボール２４（Ａ１）の押し出し荷重Ｆａが増大させられ、その押し出し荷重Ｆａによるボール２４（Ａ１）の移動でケージ２６が円滑に回動させられるようになる。

また、基準状態における第１溝部３０の挟み角αの絶対値αabs が第２溝部３２の挟み角βの絶対値βabs よりも、２ｄｅｇ～１０ｄｅｇの範囲内で実施例では８ｄｅｇだけ大きくされているため、第１溝部３０の挟み角αによるボール２４の押し出し荷重Ｆａが確実に大きくなり、その押し出し荷重Ｆａによるボール２４の移動でケージ２６を適切に回動させることができる。

また、第１溝部３０を含む折曲げ平面で等速自在継手１０が折り曲げられた場合に、ジョイント角Φの全域で第１溝部３０の挟み角αが外側継手部材１２のカップ開口側に向かって開いているとともに挟み角αの絶対値αabs が基準状態における第２溝部３２の挟み角βの絶対値βabs （＝１４ｄｅｇ）よりも大きい状態に維持されるため、ジョイント角Φの全域で第１溝部３０の挟み角αによるボール２４の押し出し荷重Ｆａが比較的大きい状態に維持される。これにより、曲げ方向に応じてその押し出し荷重Ｆａによるボール２４の移動でケージ２６を円滑に回動させることができる。

また、第１溝部３０および第２溝部３２における外側トラック溝２０ａ、２０ｂ、および内側トラック溝２２ａ、２２ｂの軸方向断面の溝底形状が、ジョイント角Φが７ｄｅｇ以下の常用領域Ｅａでボール２４に接する範囲が直線（傾斜直線部４０、５０）であるため、常用領域Ｅａの溝加工を容易に且つ高い精度で行なうことが可能で、挟み角α、βに応じて所定の押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂが適切に得られる。

一方、このように第１溝部３０および第２溝部３２の挟み角α、βが互いに相違していると、トルク伝達する負荷時には挟み角αの絶対値αabs が大きい第１溝部３０に基づいてケージ２６がガタ詰めされる。このため、挟み角βの絶対値βabs が小さい第２溝部３２の径方向クリアランスが小さくなって、ボール２６と第２トラック溝２０ｂ、２２ｂとの間のボール溝面圧が高くなり、耐久性やトルク伝達効率が低下するなどの問題が生じる可能性がある。すなわち、一般に組付状態すなわちトルク伝達しない無負荷時に、第１溝部３０および第２溝部３２には互いに略等しい径方向クリアランスが設けられているため、負荷時に挟み角αの絶対値αabs が大きい第１溝部３０のボール２６に加えられる押し出し荷重Ｆａが第２溝部３２の押し出し荷重Ｆｂよりも高くなると、その第１溝部３０のボール２６と共にケージ２６が外側継手部材１２のカップ開口側（図７における右側）へ移動してガタ詰めされる。ケージ２６は、ジョイント角Φの変化に伴って外側継手部材１２および内側継手部材１４に対して姿勢変化するため、その中心線（図７の基準状態における中心線Ｓ１、Ｓ２と同じ）と平行な方向に所定の遊びＨ（図１２参照）を有する状態で外側継手部材１２に組み付けられているが、図１５に示す従来の等速自在継手９０のように第１溝部３０および第２溝部３２の挟み角α、βの絶対値αabs 、βabs が互いに等しい場合、ボール２６に加えられる押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂの大きさが略等しいため、何れか一方にガタ詰めされることなく中間位置に保持され、径方向クリアランスも略同じ大きさに維持される。

しかし、本実施例のように第１溝部３０および第２溝部３２の挟み角α、βの絶対値αabs 、βabs が互いに相違していると、挟み角βの絶対値βabs が小さい第２溝部３２の径方向クリアランスが小さくなる。図１２は、この径方向クリアランスの変化を説明する図で、この等速自在継手８０は、基準状態における第１溝部３０の挟み角αの絶対値αabs が第２溝部３２の挟み角βの絶対値βabs よりも大きく、且つ(a) に示す無負荷時における第１溝部３０の径方向クリアランスＣａ１および第２溝部３２の径方向クリアランスＣｂ１が互いに等しい比較品である。径方向クリアランスＣａ１は、第１溝部３０の第１外側トラック溝２０ａによって定まるボール軌道Ｌａ１と、第１溝部３０の第１内側トラック溝２２ａによって定まるボール軌道Ｌａ２との間の隙間に相当し、径方向クリアランスＣｂ１は、第２溝部３２の第２外側トラック溝２０ｂによって定まるボール軌道Ｌｂ１と、第２溝部３２の第２内側トラック溝２２ｂによって定まるボール軌道Ｌｂ２との間の隙間に相当する。

図１２の(b) は、基準状態においてトルク伝達する負荷時の場合で、第１溝部３０におけるボール２４の押し出し荷重Ｆａが第２溝部３２におけるボール２４の押し出し荷重Ｆｂよりも大きいことから、ケージ２６がボール２４と共に遊びＨ分だけ挟み角αの開き側（図１２における右方向）へ変位してガタ詰めされる。これにより、第１溝部３０側の径方向クリアランスＣａ２は無負荷時の径方向クリアランスＣａ１よりも大きくなる一方、第２溝部３２側の径方向クリアランスＣｂ２は無負荷時の径方向クリアランスＣｂ１よりも小さくなる。図１２は、ケージ２６の遊びＨの他に、ベアリング等の支持部材が遊びｈを有する場合で、内側継手部材１４が外側継手部材１２に対してその遊びｈ分だけ相対変位させられ、径方向クリアランスＣａ２、Ｃｂ２の増減が更に大きくなる。

図１３は、αabs ＝βabs で負荷時でもガタ詰まりが無い場合と、αabs ＞βabs で負荷時にガタ詰まりが生じる場合について、第２溝部３２におけるアウタ側（第２外側トラック溝２０ｂ側）およびインナ側（第２内側トラック溝２２ｂ側）のボール溝面圧を比較して示した図で、ガタ詰まりにより径方向クリアランスＣｂ２が小さくなると、アウタ側およびインナ側共にボール溝面圧が高くなる。ボール溝面圧は、図１４のボール溝荷重Ｆｇに対応する。図１４は、外側継手部材１２から内側継手部材１４にトルクが伝達される負荷時に、第２溝部３２におけるボール２４と第２内側トラック溝２２ｂとの間に作用するボール溝荷重Ｆｇを説明する図で、ボール溝荷重Ｆｇは、ボール２４の荷重Ｆ０および接触角δを用いて次式(1) で表される。接触角δは、第２溝部３２の径方向クリアランスＣｂ２が小さくなるに従って小さくなるため、ボール溝荷重Ｆｇが高くなり、それに伴ってボール溝面圧も高くなる。
Ｆｇ＝Ｆ０／ｓｉｎδ ・・・(1)

これに対し、本実施例の等速自在継手１０は、図１１の(a) に示すように、基準状態における無負荷時の第１溝部３０および第２溝部３２の径方向クリアランスＣａ１、Ｃｂ１が互いに相違しており、挟み角βの絶対値βabs が小さい第２溝部３２の径方向クリアランスＣｂ１が、挟み角αの絶対値αabs が大きい第１溝部３０の径方向クリアランスＣａ１よりも大きい。これにより、図１１の(b) に示す負荷時に、第１溝部３０におけるボール２４の押し出し荷重Ｆａに基づいてケージ２６がボール２４と共に遊びＨ分だけ挟み角αの開き側（図１１における右方向）へ変位してガタ詰めされ、第１溝部３０側の径方向クリアランスＣａ２が無負荷時の径方向クリアランスＣａ１よりも大きくなる一方、第２溝部３２側の径方向クリアランスＣｂ２が無負荷時の径方向クリアランスＣｂ１よりも小さくなると、両者の径方向クリアランスＣａ２、Ｃｂ２の差が小さくなる。また、ベアリング等の支持部材の遊びｈに基づいて、内側継手部材１４が外側継手部材１２に対してその遊びｈ分だけカップ奥側（図１１おける左方向）へ相対変位させられることにより、径方向クリアランスＣａ２、Ｃｂ２の差が更に小さくなり、本実施例ではＣａ２≒Ｃｂ２になる。言い換えれば、トルク伝達する負荷時に径方向クリアランスＣａ２およびＣｂ２が互いに略等しい所定の寸法になるように、無負荷の組付時における第２溝部３２の径方向クリアランスＣｂ１が第１溝部３０の径方向クリアランスＣａ１よりも大きくされている。

このように本実施例の等速自在継手１０においては、基準状態における第１溝部３０の挟み角αの絶対値αabs と第２溝部３２の挟み角βの絶対値βabs とが互いに相違しており、トルク伝達する負荷時に挟み角αの絶対値αabs が大きい第１溝部３０の押し出し荷重Ｆａに基づいてケージ２６が遊びＨ分だけガタ詰めされると、第１溝部３０の径方向クリアランスＣａ２は無負荷時よりも大きくなり、挟み角βの絶対値βabs が小さい第２溝部３２の径方向クリアランスＣｂ２は無負荷時よりも小さくなる。しかしながら、無負荷時における径方向クリアランスＣａ１、Ｃｂ１は、挟み角βの絶対値βabs が小さい第２溝部３２の方が、挟み角αの絶対値αabs が大きい第１溝部３０よりも大きくされているため、負荷による径方向クリアランスＣａ１、Ｃｂ１の増減に拘らず、その負荷時に第１溝部３０および第２溝部３２の何れについても所定の径方向クリアランスＣａ２、Ｃｂ２を適切に確保することができる。本実施例では、ベアリング等の支持部材の遊びｈのガタ詰めと相まって、負荷時の径方向クリアランスＣａ２およびＣｂ２が互いに略同じ大きさとされるため、負荷時に所定の径方向クリアランスＣａ２、Ｃｂ２を適切に確保することができる。これにより、図１２に示すように、無負荷時の径方向クリアランスＣａ１、Ｃｂ１が互いに略同じで、負荷時に挟み角βの絶対値βabs が小さい第２溝部３２の径方向クリアランスＣｂ２が小さくなる等速自在継手８０に比較して、第２溝部３２のトラック溝２０ｂ、２２ｂとボール２４との間のボール溝面圧が増大することが抑制され、耐久性やトルク伝達効率が向上する。

なお、上記実施例では、図７において内側継手部材１４のシャフト１６を上方へ折り曲げた後に基準状態へ戻す際のジョイント角Φ＝２０ｄｅｇ付近で、ケージ２６の回動が阻害されてシャフト曲げ荷重が増大することを抑制するため、基準状態における第１溝部３０の挟み角αの絶対値αabs を第２溝部３２の挟み角βの絶対値βabs よりも大きくした等速自在継手１０について説明したが、第１溝部３０の挟み角αの絶対値αabs および第２溝部３２の挟み角βの絶対値βabs が互いに相違する場合には本発明は同様に適用され得る。例えば、基準状態における第２溝部３２の挟み角βの絶対値βabs が第１溝部３０の挟み角αの絶対値αabs よりも大きい等速自在継手に適用することも可能で、その場合は、基準状態における無負荷時の第１溝部３０の径方向クリアランスＣａ１を、基準状態における無負荷時の第２溝部３２の径方向クリアランスＣｂ１よりも大きくすれば良い。

また、前記挟み角α、βは無負荷時の大きさであっても良いが、負荷時にはケージ２６の遊びＨや支持部材の遊びｈのガタ詰めによって挟み角α、βが変化する可能性がある。挟み角α、βは、所定の押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂが得られるようにするためのもので、その押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂはトルク伝達する負荷時に発生するため、厳密には基準状態における負荷時に所定の挟み角α、βを満足するように溝底形状等を設定することが望ましい。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：等速自在継手 １２：外側継手部材 １４：内側継手部材 ２０ａ、２０ｂ：外側トラック溝 ２２ａ、２２ｂ：内側トラック溝 ２４、Ａ１、Ａ３、Ａ５、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６：ボール ２６：ケージ ２８：ポケット ３０：第１溝部 ３２：第２溝部 Ｓ１：外側継手部材の中心線 Ｓ２：内側継手部材の中心線 Φ：ジョイント角 α：第１溝部の挟み角 β：第２溝部の挟み角 Ｈ：ケージの遊び Ｃａ１：無負荷時の第１溝部の径方向クリアランス Ｃｂ１：無負荷時の第２溝部の径方向クリアランス

Claims (1)

1. 内周面に複数の外側トラック溝が設けられたカップ状の外側継手部材と、
   外周面に複数の内側トラック溝が設けられて、前記外側継手部材の内側に配設される内側継手部材と、
   前記外側トラック溝と前記内側トラック溝との間に介在させられてトルク伝達する複数のボールと、
   円環形状を成して前記外側継手部材と前記内側継手部材との間に配設され、前記ボールを保持する複数のポケットが設けられたケージと、
   を備え、且つ、前記外側継手部材および前記内側継手部材の各中心線が一直線上に位置するジョイント角が０ｄｅｇの基準状態で、前記外側トラック溝および前記内側トラック溝が前記ボールを挟む挟み角が前記外側継手部材のカップ開口側に向かって開く第１溝部と、前記挟み角が前記外側継手部材のカップ奥側に向かって開く第２溝部とを有し、該第１溝部および該第２溝部が前記中心線まわりに交互に設けられている等速自在継手において、
   前記基準状態における前記第１溝部の挟み角の絶対値は、前記基準状態における前記第２溝部の挟み角の絶対値と相違しており、
   前記ケージは、該ケージの中心線と平行な方向に所定の遊びを有する状態で前記外側継手部材または前記内側継手部材に組み付けられており、
   前記基準状態における無負荷時の前記第１溝部および前記第２溝部の径方向クリアランスは互いに相違しているとともに、前記挟み角の絶対値が小さい方の溝部の径方向クリアランスが、前記挟み角の絶対値が大きい方の溝部の径方向クリアランスよりも大きい
   ことを特徴とする等速自在継手。

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