WO2012169299A1 - 固定式等速自在継手 - Google Patents

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WO2012169299A1
WO2012169299A1 PCT/JP2012/061635 JP2012061635W WO2012169299A1 WO 2012169299 A1 WO2012169299 A1 WO 2012169299A1 JP 2012061635 W JP2012061635 W JP 2012061635W WO 2012169299 A1 WO2012169299 A1 WO 2012169299A1
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WO
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track
joint
track groove
ball
center
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PCT/JP2012/061635
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English (en)
French (fr)
Inventor
博康 蛭川
健太 山崎
Original Assignee
Ntn株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/24—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts comprising balls, rollers, or the like between overlapping driving faces, e.g. cogs, on both coupling parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F16D3/2233—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts where the track is made up of two curves with a point of inflexion in between, i.e. S-track joints
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    • F16D3/20—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F16D3/2237—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts where the grooves are composed of radii and adjoining straight lines, i.e. undercut free [UF] type joints

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.
  • FIG. 14A is a longitudinal sectional view in a state where the operating angle is 0 °
  • FIG. 14B is a schematic diagram showing a state where the maximum operating angle is taken.
  • the constant velocity universal joint 101 mainly includes an outer joint member 102, an inner joint member 103, a ball 104, and a cage 105.
  • Eight track grooves 107 are formed on the spherical inner peripheral surface 106 of the outer joint member 102 at equal intervals in the circumferential direction and along the axial direction.
  • Track grooves 109 facing the track grooves 107 of the outer joint member 102 are formed on the spherical outer peripheral surface 108 of the inner joint member 103 at equal intervals in the circumferential direction and along the axial direction.
  • Eight balls 104 that transmit torque are interposed between the track grooves 107 of the outer joint member 102 and the track grooves 109 of the inner joint member 103.
  • a cage 105 that holds the ball 104 is disposed between the spherical inner peripheral surface 106 of the outer joint member 102 and the spherical outer peripheral surface 108 of the inner joint member 103.
  • the outer periphery of the outer joint member 102 and the outer periphery of the shaft connected to the inner joint member 103 are covered with boots, and grease is enclosed as a lubricant inside the joint (not shown).
  • the center of curvature of the spherical inner peripheral surface 113 is formed at the joint center O.
  • the center of curvature Oo of the ball track center line x of the track groove 107 of the outer joint member 102 and the center of curvature Oi of the ball track center line y of the track groove 109 of the inner joint member 103 are in the joint center O. In contrast, they are offset equidistantly in the axial direction.
  • the maximum operating angle ⁇ max which is the main function of the fixed type constant velocity universal joint 101, is an angle at which the inlet chamfer 110 provided at the open end of the outer joint member 102 and the shaft 111 interfere with each other.
  • the shaft diameter d of the shaft 111 is determined for each joint size in order to ensure an allowable transmission torque. If the entrance chamfer 110 is made large, the length of the track groove 107 (hereinafter referred to as an effective track length) of the outer joint member 102 with which the ball 104 abuts is insufficient, and the ball 104 falls out of the track groove 107 and rotational torque is increased. It becomes impossible to communicate.
  • the center of curvature Oo of the ball track center line x of the track groove 107 of the outer joint member 102 is offset to the opening side, which is advantageous in terms of the maximum operating angle,
  • the angle ⁇ max is about 47 °.
  • the 8-ball type Rzeppa constant velocity universal joint 101 has a smaller track offset, a larger number of balls, and a smaller diameter than the conventional 6-ball constant velocity universal joint. Lightweight, compact, and highly efficient constant velocity universal joints with low torque loss. However, when the operating angle is 0 °, each wedge angle formed between the opposing track grooves 107 and 109 of the outer joint member 102 and the inner joint member 103 opens toward the opening side of the outer joint member 102.
  • FIG. 15A is a longitudinal sectional view in a state where the operating angle is 0 °
  • FIG. 15B is a schematic diagram showing a state where a high operating angle is taken.
  • the constant velocity universal joint 121 mainly includes an outer joint member 122, an inner joint member 123, a ball 124, and a cage 125.
  • This constant velocity universal joint 121 is a track groove intersection type, and although not shown, the plane including the ball track center line x of the eight track grooves 127 of the outer joint member 122 is in relation to the joint axis nn.
  • the track grooves 127 are inclined in directions opposite to each other in the circumferential direction.
  • the ball trajectory center line y of the track groove 129 of the inner joint member 123 is based on the plane P including the joint center O in a state where the operating angle is 0 °, and the ball trajectory of the track groove 127 which is a pair of the outer joint member 122.
  • a center line x and a mirror image object are formed.
  • the track groove 127 formed on the spherical inner peripheral surface 126 of the outer joint member 122 extends in an arc shape along the axial direction, and the center of curvature is located at the joint center O.
  • a track groove 129 facing the track groove 127 of the outer joint member 122 extends in an arc shape along the axial direction on the spherical outer peripheral surface 128 of the inner joint member 123, and the center of curvature is located at the joint center O.
  • Eight balls 124 that transmit torque are interposed at intersections between the track grooves 127 of the outer joint member 122 and the track grooves 129 of the inner joint member 123.
  • a cage 125 for holding the ball 124 is disposed between the spherical inner peripheral surface 126 of the outer joint member 122 and the spherical outer peripheral surface 128 of the inner joint member 123.
  • the center of curvature of the spherical outer peripheral surface 132 of the cage 125 fitting with the spherical inner peripheral surface 126 of the outer joint member 122 and the spherical inner peripheral surface 133 of the cage 125 fitting with the spherical outer peripheral surface 128 of the inner joint member 123 are , Both are formed at the joint center O.
  • the curvature centers of the ball track center lines x and y of the track grooves 127 and 129 of the outer joint member 122 and the inner joint member 123 are not offset in the axial direction with respect to the joint center O.
  • the inclined track grooves 127 and 129 intersect with each other, and when the joint takes an operating angle due to the ball 124 being interposed at the intersecting portion, an angle formed by both axes of the outer joint member 122 and the inner joint member 123 is determined.
  • the ball 124 is always guided on a bisecting plane, and rotational torque is transmitted at a constant speed between the two axes.
  • the track grooves 127 and 129 of the outer joint member 122 and the inner joint member 123 are adjacent track grooves in the circumferential direction, and the inclination directions are opposite to each other. Therefore, forces in opposite directions from the ball 124 act on the pocket portions 125a adjacent to the circumferential direction of the cage 125.
  • the cage 125 is stabilized at the joint center O position by the forces in the opposite directions.
  • the force is suppressed, the joint operates smoothly at high loads and at high speeds, torque loss and heat generation are suppressed, and durability is improved.
  • the above-mentioned fixed type constant velocity universal joint 121 is excellent as a low heat generation joint, as shown in FIG. 15B, when the inlet chamfer 130 of the outer joint member 122 is enlarged, the center of curvature of the track groove 127 and the joint Since the center O is coincident, the effective track length of the track groove 127 of the outer joint member 122 is insufficient due to the structure, and when the high operating angle ⁇ is taken, the ball 124 drops off from the track groove 127 and the height There is a problem that the operating angle cannot be achieved.
  • FIG. 12 shows a longitudinal section
  • FIG. 12 (b) shows the right side of FIG. 12 (a).
  • the track grooves 147 and 149 of the outer joint member 142 and the inner joint member 143 are crossing types, and the track groove 147 of the outer joint member 142 is the center of the joint.
  • the track groove 149 of the inner joint member 143 includes a track groove 149b having a linear ball raceway center line yb on the back side from the joint center O, and a circle centering on the joint center O on the opening side from the joint center O.
  • the track grooves 147, 149 are inclined in the circumferential direction with respect to the axis of the joint, and the inclined directions of the track grooves 147A, 147B, and 149A are adjacent to each other in the circumferential direction.
  • the inclination direction is formed in the opposite direction at 149B.
  • balls 144 are arranged at the intersections of the track grooves 147A, 149A and 147B, 149B that form a pair of the outer joint member 142 and the inner joint member 143.
  • the force is suppressed, the joint operates smoothly at high loads and at high speeds, torque loss and heat generation are suppressed, and durability is improved.
  • the track effective length can be increased by forming the linear track groove 147b from the joint center O of the track groove 147 of the outer joint member 142 to the opening side in the track groove intersection type. It has been found that there is a problem in terms of suppressing torque loss and heat generation of the joint when taking a frequently used operating angle. The reason for this will be described with reference to FIG. Since the track grooves 147 and 149 and the ball 144 are normally in contact with each other with a contact angle (about 30 ° to 45 °), the track grooves 147 and 149 and the ball 144 are connected to each other as shown in FIG.
  • the track grooves 147 and 149 are in contact with each other at positions indicated by broken lines on the side surfaces of the track grooves 147 and 149 slightly apart from the groove bottom of 149.
  • each ball 144 has a wedge angle component (not shown) due to the intersection of the track grooves 147 and 149 and a wedge due to the joint radial expansion between the groove bottoms of the track grooves 147 and 149. Both angular components ⁇ act.
  • the wedge angle component ⁇ due to the joint radial expansion between the groove bottoms of the track grooves 147 and 149 is 0 ° to 90 ° and 270 ° to 360 ° in FIG.
  • the ball 144 in the phase range is positioned in the linear track grooves 147b and 149b, and a force toward the opening acts on the ball 144 in the phase range by the wedge angle component ⁇ 1 that opens toward the opening.
  • the wedge angle component ⁇ 2 generated by the radial expansion of the joint is 0 in the balls in this phase range.
  • the present invention is a compact fixed type constant velocity universal joint that has low 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.
  • the purpose is to provide.
  • the present inventors have found that the track grooves intersect in the circumferential direction in order to achieve high efficiency with little torque loss and heat generation, and in the axial direction with respect to the joint center.
  • the track groove has led to a new idea of covering a range of high operating angles that are infrequently used.
  • 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 ball track center line Xb of the second track groove portion 7b is connected to the end A, and the ball track center line Y of the track groove of the inner joint member is in an operating angle of 0 °.
  • the ball track center line X of the track groove to be a pair of the outer joint members is formed as a mirror image object.
  • 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.
  • a straight line L connecting the opening side end A of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a and the joint center O is on a plane P including the joint center O at an operating angle of 0 °.
  • the angle formed with respect to ⁇ is ⁇ , and this angle ⁇ can be appropriately set according to the state of use.
  • the angle ⁇ is set to 3 to 10 ° in consideration of the normal operating angle range of the constant velocity universal joint for automobiles, it can be widely used for various types of vehicles.
  • the angle ⁇ is defined as the smallest of the angles formed by the straight line L and an arbitrary straight line on the plane P. The same applies to the embodiments and the claims.
  • the track groove depth can be made uniform and the machining can be facilitated. it can. Further, the track groove depth on the back side of the joint can be adjusted by offsetting the center of curvature of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a in the radial direction from the joint axis NN. An optimum track groove depth can be ensured.
  • the spherical outer peripheral surface and the spherical inner peripheral surface of the cage have a center of curvature that is offset in the axial direction with respect to the joint center O, so that the thickness of the cage increases toward the opening side, and in particular, a high operating angle. The strength of the cage at the time can be ensured.
  • the ball track center line Xb of the second track groove portion 7b includes an arc-shaped portion, and this arc-shaped portion is connected to the end A of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a. Thereby, the first track groove portion and the second track groove portion can be smoothly connected.
  • the linear portion of the ball track center line Xb of the second track groove portion 7b can be formed in parallel to the joint axis N′-N ′ projected onto the plane M. As a result, processing is easy, the effective track length can be increased, and the maximum operating angle can be increased.
  • the radial portion of the linear portion of the ball track center line Xb of the second track groove portion 7b with respect to the joint axis N′-N ′ projected onto the plane M can be enlarged toward the opening side. it can. As a result, the processing is easy, the effective track length can be further increased, and the maximum operating angle can be further increased.
  • the processing can be further facilitated. Further, the distance between the adjacent second track groove portions 7b in the circumferential direction is increased, and the difference between the distances in the circumferential direction can be reduced. As a result, the difference between the contact area on the opening side of each spherical inner peripheral surface of the outer joint member and the difference in the contact area on the back side of each spherical outer peripheral surface of the inner joint member can be reduced.
  • the spherical contact portions of the member and the inner joint member can be arranged with good balance, and further smoothing of the operation can be achieved.
  • FIG. 1 shows a fixed type constant velocity universal joint according to the first embodiment
  • FIG. 1 (a) is a partial longitudinal sectional view
  • FIG. 1 (b) is a right side view of FIG. 1 (a).
  • 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 circumferential with respect to the joint axis NN.
  • the track grooves 7A, 7B and 9A, 9B are inclined in the opposite directions in the circumferential direction.
  • the longitudinal section of the joint is shown in FIG.
  • the ball track 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 or the straight state of the track groove is the arc shape or straight state of the ball track center line. The same.
  • the track groove 7 of the outer joint member 2 has a ball track center line X
  • the track groove 7 has a first track groove portion 7a having an arc-shaped ball track center line Xa centering on the joint center O and a straight line.
  • a second track groove portion 7b having a ball center line Xb in the shape of a ball, and the ball track center line Xb of the second track groove portion 7b is smoothly connected to the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a.
  • the track groove 9 of the inner joint member 3 has a ball track center line Y
  • the track groove 9 includes a first track groove portion 9a having an arc-shaped ball track center line Ya with the joint center O as the center of curvature.
  • the second track groove portion 9b having a straight ball track center line Yb, and the ball track center line Yb of the second track groove portion 9b is smoothly connected to the ball track center line Ya of the first track groove portion 9a.
  • the track groove depth can be made uniform. And processing can be facilitated.
  • the centers of curvature of the ball track center lines Xa and Ya of the first track groove portions 7a and 9a can be offset in the radial direction from the axis of the joint.
  • the cross-sectional shape of the track grooves 7 and 9 is formed in an elliptical shape or a Gothic arch shape, and the track grooves 7 and 9 and the ball 4 are in contact with each other at a contact angle (about 30 ° to 45 °). It is a 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. 2A shows a partial longitudinal section of the outer joint member 2
  • FIG. 2B 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 entire area of the ball track center line X of the track groove 7A, that is, both the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a and the ball track center line Xb of the second track groove portion 7b are on the plane M. Is formed.
  • the present invention is not limited to this, and a mode in which only the ball trajectory center line Xa of the first track groove portion 7a is included in the plane M can also be implemented. Accordingly, at least the plane M including the ball track center line Xa of the first track groove 7a and the joint center O is inclined in the circumferential direction with respect to the joint axis NN, and the inclined direction is adjacent to the circumferential direction.
  • the track grooves 7a may be formed in opposite directions to each other.
  • the track groove codes are supplemented.
  • reference numeral 7 is attached, and the first track groove part is attached with reference numeral 7a and the second track groove part is attached with reference numeral 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. 3 (b) shows the outer peripheral surface of the inner joint member 3
  • FIG. 3 (a) shows the left side surface of the inner joint member 3
  • FIG. 3 (c) 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 entire region of the ball track center line Y of the track groove 9A that is, the ball track center line Ya of the first track groove portion 9a and the balls of the second track groove portion 9b. Both of the track center lines Yb are formed on the plane Q.
  • the present invention is not limited to this, and a mode in which only the ball trajectory center line Ya of the first track groove portion 9a is included in the plane Q can also be implemented. Accordingly, at least the plane Q including the ball track center line Ya and the joint center O of the first track groove portion 9a is inclined in the circumferential direction with respect to the joint axis NN, and the inclined direction is adjacent to the circumferential direction.
  • the track grooves 9a may be formed in opposite directions to each other.
  • the ball trajectory center line Y of the track groove 9 of the inner joint member 3 is based on the plane P including the joint center O at the operating angle of 0 ° as a reference, and the ball trajectory center line of the track groove 7 that forms a pair of the outer joint member 2 X and a mirror image object are formed.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the track groove 7A shown in FIG. 2A as viewed on a plane M including the ball trajectory center line X and the joint center O in FIG. 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
  • the track groove 7A has a first track groove portion 7Aa having an arc-shaped ball track center line Xa with the joint center O as the center of curvature (no axial offset).
  • a second track groove portion 7Ab having a ball track center line Xb including a linear portion.
  • the linear portion of the ball track center line Xb of the second track groove portion 7b is formed in parallel to the joint axis N′-N ′ projected onto the plane M.
  • the ball track center line Xb of the second track groove portion 7Ab is smoothly connected at the end A on the opening side 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.
  • the ball track center line Xb of the second track groove portion 7Ab has an arc-shaped ball track center line Xb1 at the connection portion with the end A, and the end A is connected to the ball track center line Xb1. Connected smoothly.
  • the joint axis N′-N ′ projected on the plane M see FIG.
  • ⁇ ′ be the angle formed by the perpendicular line K and the straight line L at the joint center O of the axis N′-N ′.
  • the linear portion of the ball track center line Xb of the second track groove portion 7b of the outer joint member 2 can be formed without being inclined in the circumferential direction with respect to the joint axis NN. . In this case, the processing of the second track groove portion 7b can be further facilitated.
  • the distance between the adjacent second track groove portions 7b in the circumferential direction is increased, and the difference between the distances in the circumferential direction can be reduced.
  • the difference in contact area on the opening side of each spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 can be reduced, so that the spherical contact portions of the cage 5 and the outer joint member 2 can be arranged in a well-balanced manner. Can be facilitated.
  • the first track groove portion 7Aa is formed with a single arc, but is not limited thereto, and may be formed with a plurality of arcs in consideration of the track groove depth and the like.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the track groove 9A shown in FIG. 3B as seen from the 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
  • the track groove 9A has a first track groove portion 9Aa having an arc-shaped ball track center line Ya with the joint center O as the center of curvature (no axial offset).
  • a second track groove portion 9Ab having a ball track center line Yb including a linear portion.
  • the track effective length with respect to the maximum operating angle can be increased by the linear portion of the ball trajectory center line Yb.
  • the ball track center line Yb of the second track groove portion 9Ab is smoothly connected at the end B on the back side of the ball track center line Ya of the first track groove portion 9Aa.
  • the end B is a connection point between the first track groove 9Aa and the second track groove 9Ab.
  • the ball track center line Yb of the second track groove portion 9Ab has an arc-shaped ball track center line Yb1 at a connection portion with the end B, and the end B is interposed via the ball track center line Yb1.
  • 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 the axis N′ ⁇ N ′.
  • the linear portion of the ball track center line Yb of the second track groove portion 9b of the inner joint member 2 described above is connected to the joint axis NN.
  • it can be formed without being inclined in the circumferential direction.
  • the process of the 2nd track groove part 9b can be made still easier.
  • the distance between the adjacent second track groove portions 9b in the circumferential direction is increased, and the difference between the distances in the circumferential direction can be reduced.
  • the difference in the contact area on the back side of each spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 can be reduced, so that the spherical contact portions of the cage 5 and the inner joint member 3 can be arranged in a balanced manner, and further operation Smoothing can be achieved.
  • the first track groove portion 9Aa of the inner joint member 3 may be formed by a plurality of arcs in consideration of the track groove depth and the like.
  • the angle ⁇ formed with respect to the plane P including the joint center O in the state where the straight lines L and R are at an operating angle of 0 ° will be described.
  • the ball 4 moves by ⁇ / 2 with respect to the plane P including the joint center O of the outer joint member 2 and the inner joint member 3.
  • 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 refers to an operating angle generated in a fixed type constant velocity universal joint of the front drive shaft when the steering is in a straight traveling state in an automobile when one person rides on a horizontal and flat road surface.
  • the service angle is usually selected and determined between 2 ° and 15 ° according to the design conditions for each vehicle type.
  • 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 This is also determined according to the design conditions for each vehicle type.
  • the operating angle that is frequently used is targeted at a maximum of 20 °.
  • the angle ⁇ formed by the straight lines L and R with respect to the plane P including the joint center O in a state where the operating angle is 0 ° is set to 3 ° to 10 °.
  • the angle ⁇ is not limited to 3 ° to 10 °, and can be appropriately set according to the design conditions of the vehicle type. By setting the angle ⁇ to 3 ° to 10 °, it can be used for various types of vehicles.
  • 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.
  • a second track groove portion 7Ab having a ball track center line Xb including a linear portion is formed on the opening side.
  • the presence of the second track groove 7Ab can increase the effective track length and increase the maximum operating angle. Therefore, as shown in the drawing, even when the maximum operating angle ⁇ max is set to a high angle of about 50 °, the ball 4 can be kept in contact with the track groove 7Ab with the necessary and sufficient entrance chamfer 10 provided.
  • the balls 4 arranged in the circumferential direction have the first track groove portions 7Aa, 9Aa (see 7Ba, 9Ba, FIG. 2 (a) and FIG. 3 (b)) and the second track groove portion. 7Ab and 9Ab (7Bb, 9Bb, see FIG. 2 (a) and FIG. 3 (b)).
  • 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 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 circumferential surface 6 of the outer joint member 2.
  • the inclination 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 axis NN (not shown) are alternately arranged.
  • 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. 8 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.
  • FIG. 9 shows only the outer joint member of the fixed type constant velocity universal joint of the present embodiment, and is a cross-sectional view seen from the plane M including the ball track center line X of the track groove 7A and the joint center O, as in FIG. (See FIG. 2 (a)). Further, the upper half of the outer joint member in the radial direction from the axis is shown.
  • This fixed type constant velocity universal joint is different from the fixed type constant velocity universal joint of the first embodiment described above in the form of the linear portion of the second track groove portion. This is the same as the embodiment. Parts having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the ball track center line Xb of the second track groove portion 7b of the outer joint member 2 has a linear portion.
  • This linear portion has a radial interval that increases in the radial direction toward the opening with respect to the joint axis N′-N ′ projected onto the plane M including the ball trajectory center line X of the track groove 7A and the joint center O. It is formed to do.
  • the linear portion of the ball trajectory center line Xb is formed to be inclined at an angle ⁇ with respect to the joint axis N′-N ′ in the direction extending toward the opening side.
  • FIG. 10 shows the inner joint member, and is a cross-sectional view as seen in a plane Q including the ball track center line Y of the track groove 9A and the joint center O, as in FIG. 5 (see FIG. 3B).
  • the ball track center line Yb of the second track groove portion 9b of the inner joint member 3 has a linear portion. This linear portion has a larger radial interval as it goes further toward the back with respect to the joint axis N′-N ′ projected onto the plane M including the ball track center line Y of the track groove 9A and the joint center O. It is formed to do.
  • the linear portion of the ball trajectory center line Yb is formed so as to be inclined at an angle ⁇ with respect to the joint axis N′-N ′ in a direction extending toward the back side.
  • the ball trajectory center line Y of the track groove 9 of the inner joint member 3 is based on the plane P including the joint center O at the operating angle of 0 ° as a reference, and the ball trajectory center line of the track groove 7 that forms a pair of the outer joint member 2 X and a mirror image object are formed.
  • a fixed type constant velocity universal joint according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the fixed type constant velocity universal joint of this embodiment has the center of curvature of the spherical outer peripheral surface and the spherical inner peripheral surface of the cage with respect to the joint center O as compared with the fixed type constant velocity universal joint of the first embodiment.
  • the other differences are the same as in the first embodiment except that the offset is made in the axial direction.
  • FIG. 11 (a) shows a partial longitudinal section of the fixed type constant velocity universal joint
  • FIG. 11 (b) shows a longitudinal section of the cage.
  • the center of curvature Oc1 of the spherical outer peripheral surface 12 of the cage 5 and the center of curvature Oc2 of the spherical inner peripheral surface 13 are offset in the axial direction by f1 with respect to the joint center O.
  • the thickness of the cage 5 increases toward the opening side, and the strength of the cage 5 particularly at a high operating angle can be improved.
  • the balls 4 arranged in the circumferential direction have the first track groove portions 7Aa, 9Aa (7Ba, 9Ba, see FIGS. 2A and 3B) and the second.
  • the track groove portions 7Ab and 9Ab (7Bb and 9Bb, see FIGS. 2A and 3B) are temporarily separated and positioned. In this case, a force of pressing the ball 4 located in the second track groove portions 7Ab and 9Ab (7Bb and 9Bb) to the pocket portion 5a of the cage 5 acts on the opening side, but the cage 5 moves toward the opening side.
  • the thickness of is increased, the strength of the cage 5 can be improved. Further, the depth of the track grooves 7a and 9b on the back side can be increased. Also in this embodiment, the circumferential inclination state of the track grooves 7 and 9 of the outer joint member 2 and the inner joint member 3 with respect to the axis NN of the joint, the configuration of the cage 5 and the action of the joint are as follows. Since it is the same as that of the fixed type constant velocity universal joint of embodiment, duplication description is abbreviate
  • the number of the balls 4 has been described as eight, but is not limited thereto.
  • the number of balls is preferably ten, and a ball having twelve balls can be appropriately implemented.
  • the ball track center line of the first track groove portion has been described as a single arc, but is not limited thereto.
  • a plurality of arcs may be formed in consideration of the track groove depth and the like.
  • the track grooves are arranged at equal pitches in the circumferential direction, they may be arranged at unequal pitches.
  • the inclination angle ⁇ of the first track groove with respect to the joint axis NN is the same in all the track grooves.
  • the present invention is not limited to this, and the inclination angle ⁇ is not limited to the pair of the outer joint member and the inner joint member.
  • the first track groove and the other pair of first track grooves may be formed at unequal angles.
  • each inclination angle should be set so that the axial force of the ball acting on all the pockets in the circumferential direction of the cage is balanced as a whole.
  • the present invention is not limited to this, and a circular contact in which the cross-sectional shape of the track groove is formed in a circular shape may be used.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

　固定式等速自在継手１において、外側継手部材２のトラック溝７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もつ円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有し、少なくともボール軌道中心線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おり、第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂは、最大作動角時のトラック有効長さを増加させるために直線状部分を有しており、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より軸方向に開口側に位置し、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が接続されたものであって、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と鏡像対象に形成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。
　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として、図１４にツェッパ型等速自在継手１０１を示す。図１４（ａ）は、作動角０°の状態における縦断面図であり、図１４（ｂ）は、最大作動角を取った状態を示す概要図である。図１４（ａ）に示すように、この等速自在継手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。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のトラック溝１０７と内側継手部材１０３のトラック溝１０９との間にトルクを伝達する８個のボール１０４が介在されている。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。外側継手部材１０２の外周と、内側継手部材１０３に連結されたシャフトの外周とをブーツで覆い、継手内部には、潤滑剤としてグリースが封入されている（図示省略）。
　図１４（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。これに対して、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ことになる。
　図１４（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が当接する外側継手部材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。ツェッパ型等速自在継手１０１では、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るが、最大作動角θｍａｘは４７°程度である。
　また、８個ボールタイプのツェッパ型等速自在継手１０１は、従来の６個ボール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の対向するトラック溝１０７、１０９の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との球面接触部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構造であるため、更なる高効率化や低発熱化には限度がある。
　前述した８個ボールタイプのツェッパ型等速自在継手１０１よりも更に高効率化、低発熱化を狙って、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）。この等速自在継手を図１５に示す。図１５（ａ）は、作動角０°の状態における縦断面図であり、図１５（ｂ）は、高作動角を取った状態を示す概要図である。図１５（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、トラック溝交差タイプであり、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Ｏを含む平面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と鏡像対象に形成されている。
　図１５（ａ）に示す縦断面では、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が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。内側継手部材１２３の球状外周面１２８には、外側継手部材１２２のトラック溝１２７と対向するトラック溝１２９が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のトラック溝１２７と内側継手部材１２３のトラック溝１２９との交差部にトルクを伝達する８個のボール１２４が介在されている。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に対して軸方向にオフセットされていないが、傾斜した対向するトラック溝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。
　上記のトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手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は、それぞれが、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、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。
　上記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１５（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の曲率中心と継手中心Ｏが一致しているため、構造上、外側継手部材１２２のトラック溝１２７のトラック有効長さが不足し、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。
特開２００９－２５０３６５号
　前述した従来技術の問題に鑑みて、発明者らは、特許文献１のトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手において高角度化を図るために、継手中心Ｏから開口側のトラック溝を直線状にすることを検討した。この等速自在継手が図１２に示すものであり、図１２（ａ）は縦断面を示し、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の右側面を示す。図１２（ａ）に示すように、この等速自在継手１４１では、外側継手部材１４２および内側継手部材１４３のトラック溝１４７、１４９が交差タイプで、外側継手部材１４２のトラック溝１４７は、継手中心Ｏから奥側は継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線ｘａを有するトラック溝１４７ａと、継手中心Ｏから開口側は直線状のボール軌道中心線ｘｂを有するトラック溝１４７ｂとからなる。一方、内側継手部材１４３のトラック溝１４９は、継手中心Ｏから奥側は直線状のボール軌道中心線ｙｂを有するトラック溝１４９ｂと、継手中心Ｏから開口側は継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線ｙａを有するトラック溝１４９ａとからなる。
　そして、図１２（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で傾斜方向が反対方向に形成されている。そして、外側継手部材１４２および内側継手部材１４３の対となるトラック溝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°の状態でトルク伝達時、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。この相反する方向の力により保持器１４５は継手中心Ｏ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、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。
　上記のように、トラック溝交差タイプで、外側継手部材１４２のトラック溝１４７の継手中心Ｏから開口側に直線状のトラック溝１４７ｂを形成することにより、トラック有効長さを増加させることができるが、使用頻度の多い作動角を取ったとき、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１３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１３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際に、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（図示省略）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αの両方が作用する。そのうち、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の傾斜方向が交互に反対方向なっているので、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ので、打消し合い、力がバランスする。
　ところが、図１３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αについては、図１２（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の溝底間の継手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と外側継手部材１４２との球面接触部１５２、１４６および保持器１４５と内側継手部材１４３との球面接触部１５３、１４８の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、作動角が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。
　以上の問題に鑑み、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、トルク損失および発熱が少なく高効率化を図るためにトラック溝が周方向に交差し、かつ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第１のトラック溝部により使用頻度の多い作動角の範囲をカバーすると共に、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する第２のトラック溝部により使用頻度の低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。
　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もつ円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有し、少なくともボール軌道中心線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ており、前記第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂ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ており、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より軸方向に開口側に位置し、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が接続されたものであって、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を含む平面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Ｘと鏡像対象に形成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。特許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。
　具体的には、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を含む平面Ｐに対してなす角度をβとし、この角度βを使用状態に応じて、適宜設定することができる。βの角度は、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、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。ただし、ここで、角度βは直線Ｌが平面Ｐ上の任意の直線となす角の中で最小のものと定義する。そして、実施形態および特許請求の範囲においても同じとする。
　第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの曲率中心を、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。また、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの曲率中心を、継手の軸線Ｎ－Ｎより半径方向にオフセットさせることにより、継手の奥側のトラック溝深さを調整することができ、最適なトラック溝深さを確保することができる。
　保持器の球状外周面と球状内周面とが、継手中心Ｏに対して軸方向にオフセットした曲率中心を有することにより、開口側に向かって保持器の肉厚が厚くなり、特に高作動角時の保持器の強度を確保することができる。
　第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂが円弧状部分を含んでおり、この円弧状部分が第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａに接続されている。これにより、第１のトラック溝部と第２のトラック溝部とを滑らかに接続させることができる。
　さらに、第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの直線状部分を、平面Ｍ上に投影した継手の軸線Ｎ’－Ｎ’に対して平行に形成することができる。これにより、加工が容易であると共に、トラック有効長さを増加させることができ、最大作動角を大きくすることができる。
　第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの直線状部分を、平面Ｍ上に投影した継手の軸線Ｎ’－Ｎ’に対して、開口側に行くにつれて半径方向の間隔を拡大させることができる。これにより、加工が容易であると共に、さらにトラック有効長さを増加させることができ、より一層最大作動角を大きくすることができる。
　第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの直線状部分を、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して周方向に傾斜させずに形成することにより、加工を一層容易にすることができる。また、周方向に隣り合う第２のトラック溝部７ｂの接近した側の間隔が拡がり、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、外側継手部材の各球状内周面の開口側の接触面積の差および内側継手部材の各球状外周面の奥側の接触面積の差を小さくすることができるので、保持器と外側継手部材、内側継手部材の球面接触部がバランスよく配置でき、さらなる作動の円滑化を図ることができる。
　トルク伝達ボールの個数を８個又は１０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。
本発明の第１の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。 本発明の第１の実施形態に係る固定式等速自在継手の側面図である。 上記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。 上記の固定式等速自在継手の外側継手部材の側面図である。 上記の固定式等速自在継手の内側継手部材の左側面を示す図である。 上記の固定式等速自在継手の内側継手部材の外周面を示す図である。 上記の固定式等速自在継手の内側継手部材の右側面を示す図である。 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。 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。 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。 上記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 本発明の第２の実施形態に係る固定式等速自在継手の外側継手部材の縦断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る固定式等速自在継手の内側継手部材の縦断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る固定式等速自在継手の部分縦断面図である。 上記の固定式等速自在継手の保持器の縦断面図である。 本発明に至る過程における技術的知見を説明するための固定式等速自在継手の縦断面図である。 本発明に至る過程における技術的知見を説明するための固定式等速自在継手の側面図である。 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。 従来技術の固定式等速自在継手の縦断面図である。 従来技術の固定式等速自在継手が最大作動角を取った状態を示す概要図である。 従来技術の固定式等速自在継手の縦断面図である。 従来技術の固定式等速自在継手が高作動角を取った状態を示す概要図である。
　本発明の実施の形態を図１～図１１に基づいて説明する。
　本発明の第１の実施形態を図１～図８に示す。図１は、第１の実施形態に係る固定式等速自在継手を示し、図１（ａ）は部分縦断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の右側面図である。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１（ｂ）、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、それぞれ、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１（ａ）では、トラック溝７、９については、それぞれ、図２（ａ）に示す平面Ｍおよび図３（ｂ）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。その詳細は後述する。
　継手の縦断面を図１（ａ）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、トラック溝の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、あるいは直線状の状態は、ボール軌道中心線の円弧状、あるいは直線状の状態と同じである。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、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、継手の軸線より半径方向にオフセットさせることもできる。この場合には、継手の奥側のトラック溝深さを調整することができ、最適なトラック溝深さを確保することができる。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２（ａ）は外側継手部材２の部分縦断面を示し、図２（ｂ）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。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３（ｂ）は内側継手部材３の外周面を示し、図３（ａ）は内側継手部材３の左側面を、図３（ｃ）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。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と鏡像対象に形成されている。
　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２（ａ）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、直線状部分を含むボール軌道中心線Ｘｂを有する第２のトラック溝部７Ａｂとからなる。本実施形態では、第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの直線状部分を、平面Ｍ上に投影した継手の軸線Ｎ’－Ｎ’に対して平行に形成している。これにより、加工が容易であると共に、トラック有効長さを増加させることができ、最大作動角を大きくすることができる。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。詳細には、第２のトラック溝部７Ａｂのボール軌道中心線Ｘｂは、端部Ａとの接続部分に円弧状のボール軌道中心線Ｘｂ１を有し、このボール軌道中心線Ｘｂ１を介して端部Ａに滑らかに接続されている。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２（ａ）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。また、βは平面Ｍを垂線Ｋに対してγ傾斜させ、継手の軸線Ｎ－Ｎを含むような平面、つまり傾斜角γ＝０°の時の平面Ｍにβ’を投影したものとして、ｔａｎβ＝ｔａｎβ’×ｃｏｓγと表しても良い。前者と後者は実用範囲にて数値的に差はほとんどないが、ここでは前者を採用する。図示は省略するが、上記の外側継手部材２の第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの直線状部分を継手の軸線Ｎ－Ｎに対して周方向に傾斜させないで形成することができる。この場合、第２のトラック溝部７ｂの加工を一層容易にすることができる。また、周方向に隣り合う第２のトラック溝部７ｂの接近した側の間隔が拡がり、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、外側継手部材２の各球状内周面６の開口側の接触面積の差を小さくすることができるので、保持器５と外側継手部材２の球面接触部がバランスよく配置でき、さらなる作動の円滑化を図ることができる。また、第１のトラック溝部７Ａａは、単一つの円弧で形成したものを示したが、これに限られず、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。
　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３（ｂ）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、直線状部分を含むボール軌道中心線Ｙｂを有する第２のトラック溝部９Ａｂとからなる。ボール軌道中心線Ｙｂの直線状部分により、最大作動角に対するトラック有効長さを増加させることができる。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。詳細には、第２のトラック溝部９Ａｂのボール軌道中心線Ｙｂは、端部Ｂとの接続部分に円弧状のボール軌道中心線Ｙｂ１を有し、このボール軌道中心線Ｙｂ１を介して端部Ｂに滑らかに接続されている。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３（ｂ）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を含む平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。また、βは平面Ｑを垂線Ｋに対してγ傾斜させ、継手の軸線Ｎ－Ｎを含むような平面、つまり傾斜角γ＝０°の時の平面Ｑにβ’を投影したものとして、ｔａｎβ＝ｔａｎβ’×ｃｏｓγと表しても良い。前者と後者は実用範囲にて数値的に差はほとんどないが、ここでは前者を採用する。前述した外側継手部材２のトラック溝と同様、図示は省略するが、上記の内側継手部材２の第２のトラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂの直線状部分を継手の軸線Ｎ－Ｎに対して周方向に傾斜させないで形成することができる。これにより、第２のトラック溝部９ｂの加工を一層容易にすることができる。また、周方向に隣り合う第２のトラック溝部９ｂの接近した側の間隔が拡がり、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、内側継手部材３の各球状外周面８の奥側の接触面積の差を小さくすることができるので、保持器５と内側継手部材３の球面接触部がバランスよく配置でき、さらなる作動の円滑化を図ることができる。また、上記の内側継手部材３の第１のトラック溝部９Ａａは、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。
　次に、直線Ｌ、Ｒ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Ｏを含む平面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。角度βを３°～１０°に設定することで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、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。外側継手部材２のトラック溝７Ａは、直線状部分を含むボール軌道中心線Ｘｂを有する第２のトラック溝部７Ａｂが開口側に形成されている。コンパクト設計の中で、この第２のトラック溝部７Ａｂの存在により、トラック有効長さを増加させることができ、最大作動角を大きくすることができる。そのため、図示のように、最大作動角θｍａｘを５０°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２（ａ）および図３（ｂ）参照）と第２のトラック溝部７Ａｂ、９Ａｂ（７Ｂｂ、９Ｂｂ、図２（ａ）および図３（ｂ）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。
　図７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、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、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８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。
　次に、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９および図１０に基づいて説明する。図９は本実施形態の固定式等速自在継手の外側継手部材のみを示し、図４と同様、トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘを含む平面Ｍと継手中心Ｏで見た断面図である（図２（ａ）参照）。また、外側継手部材の軸線から半径方向の上半分を示したものである。この固定式等速自在継手は、前述した第１の実施形態の固定式等速自在継手と比較して、第２のトラック溝部の直線状部分の形態が異なり、その他の構成は、第１の実施形態と同じである。第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明は省略する。
　外側継手部材２の第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂは直線状部分を有している。この直線状部分は、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上に投影した継手の軸線Ｎ’－Ｎ’に対して、開口側に行くにつれて半径方向に間隔が拡大するように形成されている。詳細には、ボール軌道中心線Ｘｂの直線状部分は、開口側に向かって拡がる方向で上記の継手の軸線Ｎ’－Ｎ’に対して角度δ傾斜させて形成されている。これにより、加工が容易であると共に、さらにトラック有効長さを増加させることができ、より一層最大作動角を大きくすることができる。
　図１０は、内側継手部材を示し、図５と同様、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（図３（ｂ）参照）。内側継手部材３の第２のトラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂは直線状部分を有している。この直線状部分は、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Ｍ上に投影した継手の軸線Ｎ’－Ｎ’に対して、奥側に行くにつれて半径方向に間隔が拡大するように形成されている。詳細には、ボール軌道中心線Ｙｂの直線状部分は、奥側に向かって拡がる方向で上記の継手の軸線Ｎ’－Ｎ’に対して角度δ傾斜させて形成されている。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と鏡像対象に形成されている。外側継手部材２および内側継手部材３のトラック溝７、９の継手の軸線Ｎ－Ｎに対する周方向の傾斜状態、保持器５の構成や継手の作用については、第１の実施形態の固定式等速自在継手と同様であるので、重複説明は省略する。
　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１１に基づいて説明する。この実施形態の固定式等速自在継手は、第１の実施形態の固定式等速自在継手と比較して、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Ｏに対して軸方向にオフセットさせた点が異なり、その他の構成は、第１の実施形態と同じである。
　図１１（ａ）は固定式等速自在継手の部分縦断面を示し、図１１（ｂ）は保持器の縦断面を示す。図１１（ａ）においても、トラック溝７、９については、それぞれ、図２（ａ）に示す平面Ｍおよび図３（ｂ）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。保持器５の球状外周面１２の曲率中心Ｏｃ１と球状内周面１３の曲率中心Ｏｃ２は継手中心Ｏに対してｆ１だけ軸方向にオフセットされている。このオフセットの構成により、開口側に向かって保持器５の肉厚が厚くなり、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のトラック溝部７Ａａ、９Ａａ（７Ｂａ、９Ｂａ、図２（ａ）および図３（ｂ）参照）と第２のトラック溝部７Ａｂ、９Ａｂ（７Ｂｂ、９Ｂｂ、図２（ａ）および図３（ｂ）参照）に一時的に分かれて位置する。この場合に、第２のトラック溝部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７ａ、９ｂのトラック溝深さを増加させることができる。この実施形態においても、外側継手部材２および内側継手部材３のトラック溝７、９の継手の軸線Ｎ－Ｎに対する周方向の傾斜状態、保持器５の構成や継手の作用については、第１の実施形態の固定式等速自在継手と同様であるので、重複説明は省略する。
　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個のものも好ましく、さらにボールの個数が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、第１のトラック溝部のボール軌道中心線が単一の円弧のものを説明したが、これに限られるものではない。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。さらに、トラック溝は周方向に等ピッチで配置したものを示したが、不等ピッチで配置してもよい。また、継手の軸線Ｎ－Ｎに対する第１のトラック溝の傾斜角度γが、すべてのトラック溝において等しいものを示したが、これに限られず、傾斜角度γを外側継手部材と内側継手部材の対となる第１のトラック溝と他の対となる第１のトラック溝とで不等角度に形成してもよい。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、全体として釣合うように各傾斜角度が設定されておればよい。加えて、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、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　　　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
ｆ１　　オフセット量
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
Ｐ　　　継手中心平面
Ｑ　　　ボール軌道中心線を含む平面
Ｏｏ１　曲率中心
Ｏｏ２　曲率中心
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もつ円弧状のボール軌道中心線（Ｘａ）を有し、少なくともボール軌道中心線（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ており、前記第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）は、最大作動角時のトラック有効長さを増加させるために直線状部分を有しており、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）が接続されたものであって、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）を含む平面（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（Ｘ）と鏡像対象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、前記作動角が０°の状態で継手中心（Ｏ）を含む平面（Ｐ）に対してなす角（β）を３°～１０°に設定した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）の曲率中心を、継手の軸線（Ｎ－Ｎ）上に配置した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. 　前記第１のトラック溝部（７ａ）のボール軌道中心線（Ｘａ）の曲率中心を、継手の軸線（Ｎ－Ｎ）より半径方向にオフセットさせた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。
  5. 　前記保持器の球状外周面と球状内周面とが、継手中心（Ｏ）に対して軸方向にオフセットされた曲率中心を有することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
  6. 　前記第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）が円弧状部分を含んでおり、この円弧状部分が前記第１のトラック溝部（７ａ）のボール軌道中心線（Ｘａ）の端部（Ａ）に接続されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
  7. 　前記第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）の直線状部分は、前記平面（Ｍ）上に投影した継手の軸線（Ｎ’－Ｎ’）に対して平行であることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
  8. 　前記第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）の直線状部分は、前記平面（Ｍ）上に投影した継手の軸線（Ｎ’－Ｎ’）に対して、開口側に行くにつれて半径方向の間隔が拡大することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
  9. 　前記第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）の直線状部分が、継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に対して周方向に傾斜していないことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
  10. 　前記トルク伝達ボールの個数を８個としたことを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
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