WO2013088905A1 - 固定式等速自在継手 - Google Patents

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WO2013088905A1
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track groove
joint
center
ball
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起佐雄 山崎
健太 山崎
博康 蛭川
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Ntn株式会社
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    • Y10S464/904—Homokinetic coupling
    • Y10S464/906—Torque transmitted via radially spaced balls

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. 25A is a longitudinal sectional view in a state where the operating angle is 0 °
  • FIG. 25B 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.
  • 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. 26 is a longitudinal sectional view in a state where the operating angle is 0 °
  • FIG. 27 is a 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. It is formed mirror-symmetric with the center line x.
  • 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 thereof 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.
  • FIG. 27A shows a state in which the constant velocity universal joint has a high operating angle
  • FIG. 27B shows the positional relationship between the track groove 127 and the ball 124 of the outer joint member 122 enlarged.
  • the center Ob of the ball 124 moves to a position of ⁇ / 2 with respect to the plane P including the joint center O in a state where the operating angle is 0 °. .
  • the contact point between the ball 124 and the track groove 127 is located on the broken line shown in FIG.
  • the axial position of the contact point between the ball 124 and the track groove 127 passes through the center Ob of the ball 124 and lies on a plane t perpendicular to the ball trajectory center line x.
  • the inlet chamfer 130 of the outer joint member 122 is enlarged, the ball 124 is dropped from the track groove 127 by being positioned outside the inlet chamfer 130 at a high operating angle ⁇ .
  • FIG. 23 (a) shows a longitudinal section
  • FIG. 23 (b) shows the right side of FIG. 23 (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 portion 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 effective track length can be increased by forming the linear track groove portion 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 at a contact angle (about 30 ° to 45 °), the track grooves 147 and 149 and the ball 144 are arranged 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 groove portions 147b and 149b, and a force toward the opening side acts on the ball 144 in the phase range by the wedge angle component ⁇ 1 that opens toward the opening side.
  • 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.
  • a first track groove having an arcuate ball trajectory centerline having a center of curvature without offset covers a range of frequently used operating angles, and is used to increase the effective track length with respect to the maximum operating angle.
  • the second idea is that the arc-shaped second track groove that curves in the direction opposite to the track groove portion covers a range of high operating angles that are infrequently used. In addition to this, a new standard has been found to suppress the size of the wedge angle of the second track groove at a high operating angle.
  • 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.
  • the track groove of the outer joint member is composed of a first track groove portion 7a located on the back side and a second track groove portion 7b located on the opening side.
  • the first tiger The groove portion 7a has an arc-shaped ball track center line Xa having a center of curvature with no offset in the axial direction with respect to the joint center O, and a plane M including at least the ball track center line Xa and the joint center O is a joint.
  • the first track groove portions 7a are inclined with respect to the axis NN and the inclined directions thereof are adjacent to each other in the circumferential direction, and the second track groove portions 7b are formed in arc-shaped ball tracks.
  • the ball track center line Xb of the groove portion 7b is connected, and the ball track center line Y of the track groove of the inner joint member is based on a plane P including the joint center O in a state where the operating angle is 0 °. It is characterized in that it is formed in a mirror image symmetry with respect to the ball trajectory center line X of the track groove to be a pair of the outer joint member.
  • 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.
  • the end A of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a is located on the opening side from the joint center O, and this position occupies at least 60% of the effective track length on the opening side from the joint center O. Since the arc-shaped ball trajectory center line Xb of the second track groove portion 7b is connected to the end portion A, the size of the wedge angle of the second track groove portions 7b and 9b at a high operating angle is suppressed. And the strength of the cage can be secured.
  • a plane including the joint center O in a state where the straight line L connecting the end A on the opening side of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a and the joint center O has an operating angle of 0 °.
  • the angle formed with respect to P is ⁇ , and this angle ⁇ is preferably set to 14 ° to 16 °.
  • an angle ⁇ of about 10 ° is sufficient to cover a frequently used operating angle including a service angle in a constant velocity universal joint used for a drive shaft for an automobile, but the second track groove portions 7b, 9b
  • the angle ⁇ is found in the range of 14 ° to 16 °.
  • the angle ⁇ is defined as the smallest of the angles formed by the straight line L and the straight line on the plane P. The same applies to the embodiments and the claims.
  • the larger the ⁇ angle the better.
  • the angle ⁇ is too large, the effective track length is shortened. That is, since the effect of providing the second track groove portions 7b and 9b is reduced, a large operating angle cannot be obtained.
  • the maximum operating angle required for fixed constant velocity universal joints is usually 46 ° to 50 °.
  • the effective track length varies depending on the balance of the ball diameter and PCD diameter.
  • the angle ⁇ is necessary to secure the effective track length necessary for the operating angle of 46 ° to 50 °. It has been found that the limit is 14 ° to 16 °.
  • (2 ⁇ ) (2 ⁇ ′) cos ⁇ + (2 ⁇ ) sin ⁇
  • ⁇ is the contact angle between the ball and the track groove
  • ⁇ is the inclination angle of the track groove.
  • the track groove depth can be made uniform. 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 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, the thickness of the cage increases toward the opening side, resulting in high operation. Further strength of the cage during cornering can be ensured.
  • the center of curvature of the arc-shaped ball track center line Xb of the second track groove portion 7b is formed at a position deviated from the plane M including the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a and the joint center O. Can do. Then, the inclination angle ⁇ of the ball track center line Xb of the second track groove portion 7b can be gradually decreased toward the opening side. As a result, the distance between the second track groove portions 7b adjacent to each other in the circumferential direction is increased, and the distance between the separated second track groove portions 7b is decreased. Therefore, the difference between the intervals in the circumferential direction can be reduced.
  • each spherical inner peripheral surface of the outer 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.
  • the present invention it is possible to realize 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 size of the wedge angle of the track groove at a high operating angle can be suppressed, the strength of the cage can be ensured.
  • FIG. 7b is a partially enlarged view of FIG. 7a. It is explanatory drawing which shows the verification result of angle (beta). It is a figure which shows the shape of a track groove, and the setting method of a wedge angle. It is an enlarged view which shows a wedge angle
  • FIG. 1 to FIG. 13 show a first embodiment of the present invention.
  • 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 and 9 of the outer joint member 2 and the inner joint member 3, respectively, are inclined in the circumferential direction with respect to the joint axis NN.
  • the inclination directions of the track grooves 7A, 7B and 9A, 9B adjacent to each other in the circumferential direction are formed in opposite directions.
  • the term “ball trajectory centerline” will be used to describe the shape and shape of the track groove extending in the axial direction, such as an inclined state and a curved state.
  • the ball trajectory 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 of the track groove is the same as the arc shape of the ball track center line.
  • the track groove 7 of the outer joint member 2 has a ball track center line X
  • the track groove 7 has an arc-shaped ball track center line Xa with the joint center O as the center of curvature.
  • the first track groove portion 7a and the second track groove portion 7b having an arcuate ball trajectory center line Xb curved in the opposite direction to the first track groove portion 7a.
  • the ball track center line Xb of the second track groove portion 7b is smoothly connected to the ball track center line Xa.
  • 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 has an arc-shaped ball trajectory center line Yb that is curved in the opposite direction to the first track groove portion 9a.
  • the second track groove portion 9a has a second track groove center line Ya.
  • the ball track center line Yb of the track groove portion 9b is smoothly connected.
  • the track groove depth can be made uniform. And processing can be facilitated.
  • 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. Therefore, at least the first track groove portion 7a in which the plane M including the ball track center line Xa and the joint center O of the first track groove portion 7a is inclined with respect to the joint axis NN and the inclination direction is adjacent in the circumferential direction. 7a may be formed in opposite directions.
  • the track groove codes are supplemented.
  • reference numeral 7 is attached, and the first track groove part is assigned 7a, and the second track groove part is given 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 in the range of 4 ° to 12 °, and further 4 ° to 8 °. The range of is preferable.
  • the entire region of the ball track center line Y of the track groove 9A that is, both the ball track center line Ya of the first track groove portion 9a and the ball track center line Yb of the second track groove portion 9b are It is 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. Therefore, a plane Q including at least the ball track center line Ya of the first track groove 9a 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 in the first direction.
  • the track grooves 9a may be formed in opposite directions.
  • 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 mirror image symmetry.
  • 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 an arc-shaped ball trajectory center line Xb that curves in the opposite direction to the first track groove portion 7Aa.
  • the curvature center Oo1 of the ball track center line Xb of the second track groove portion 7Ab is offset radially outward from the ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa, and the ball track center of the second track groove portion 7Ab
  • the curvature radius of the line Xb is formed smaller than the curvature radius of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa.
  • 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 end A is located on the opening side of the joint center O, and this position is set to occupy 61% of the effective track length on the opening side from the joint center O. Since the arc-shaped ball trajectory center line Xb of the second track groove portion 7b having a small curvature radius is connected to the end portion A, the effective track length at the maximum operating angle is secured and the wedge angle becomes excessive. Can be suppressed.
  • L be the straight line connecting the end A and the joint center O.
  • the joint axis N′-N ′ projected on the plane M (see FIG. 2A) including the ball track center line X and the joint center O of the track groove 7A is inclined by ⁇ with respect to the joint axis NN.
  • ⁇ ′ 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 perpendicular K is on the plane P including the joint center O in the state where the operating angle is 0 °.
  • the angle ⁇ is set to 15 °, and the position of the end A occupies 61% of the effective track length on the opening side from the joint center O. Details of the effective track length will be described later.
  • 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 an arc-shaped ball trajectory center line Yb curved in the opposite direction to the first track groove 9Aa.
  • the curvature center Oi1 of the ball track center line Yb of the second track groove portion 9Ab is offset radially outward from the ball track center line Ya of the first track groove portion 9Aa, and the ball track center of the second track groove portion 9Ab
  • the curvature radius of the line Yb is formed to be smaller than the curvature radius of the ball track center line Ya of the first track groove portion 9Aa.
  • 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. That is, the end B is a connection point between the first track groove 9Aa and the second track groove 9Ab.
  • R be a straight line connecting the end B and the joint center O.
  • 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 perpendicular K is on the plane P including the joint center O in the state where the operating angle is 0 °.
  • the angle ⁇ is set to 15 °, which is the same as that of the outer joint member.
  • 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 is located further on the opening side than 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. It is located further back than the center position of the ball.
  • the ball 4 has 7Ba and 9Ba whose inclination directions are opposite to those of the first track groove portions 7Aa and 9Aa of the outer joint member 2 and the inner joint member 3 (see FIGS. 2 and 3). Therefore, a force in the opposite direction from the ball 4 acts on the pocket portion 5a adjacent in the circumferential direction of the cage 5, and the cage 5 is stabilized at the position of the joint center O (see FIG. 1).
  • the clearance between the pocket portion 5a of the cage 5 and the ball 4 may be set as a clearance.
  • the clearance is preferably set to about 0 to 40 ⁇ m.
  • FIG. 6 shows a state in which the constant velocity universal joint of the present embodiment takes the maximum operating angle.
  • the track grooves 7A and 9A have cross-sections in the plane M shown in FIG. 2A and the plane Q shown in FIG. It is shown in a state where it is rotated up to.
  • it is possible to ensure the effective track length at the maximum operating angle and to prevent the wedge angle from becoming excessive. Therefore, as shown in FIG. 6, even when the maximum operating angle ⁇ max is set to a high angle of about 47 °, the ball 4 can be in contact with the track groove 7Ab with the necessary and sufficient entrance chamfer 10 provided, and It is possible to suppress the wedge angle from becoming large.
  • 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. 7A is a longitudinal sectional view of the constant velocity universal joint 1
  • FIG. 7B is an enlarged view showing a contact state between the track groove 7A of the outer joint member 2 and the ball 4.
  • FIG. 7A of the outer joint member 2 is shown, 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. As shown in FIG.
  • the arc-shaped ball trajectory center line Xb of the second track groove 7Ab has an angle ⁇ that defines the end A of the arc-shaped ball trajectory center line Xa of the first track groove portion 7Aa is set to a large 15 °, After connecting at the end A, it curves in the opposite direction, and is formed in a state substantially parallel to the joint axis NN at the opening side end of the outer joint member 2. For this reason, the wedge angle at the maximum operating angle can be suppressed. Details thereof will be described later. As shown in an enlarged view in FIG. 7B, the contact point So between the ball 4 and the track groove 7Ab passes through the center Ob of the ball 4 and is located on a plane T perpendicular to the ball trajectory center line Xb. .
  • the axial distance W between the center Ob of the ball 4 and the contact point So is a conventional constant velocity free as shown in FIG.
  • the effective track length which will be described later, is increased accordingly. Therefore, in the present embodiment, a track margin U can be secured between the edge portion of the inlet chamfer 10 and the contact point So in a state where the maximum operating angle is taken, and the ball 4 is sufficiently large with the track groove portion 7Ab. A contact state can be ensured.
  • the track margin U varies depending on the joint size, but is about 0.5 to 2 mm.
  • the common angle of the joint refers to the operating angle generated in the fixed constant velocity universal joint of the front drive shaft when the vehicle is traveling straight on a horizontal and flat road surface when the vehicle is in a straight traveling state.
  • 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 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, so that the constant velocity freely used for the drive shaft for automobiles
  • An angle ⁇ of about 10 ° is sufficient to cover a frequently used operating angle including a service angle in the joint.
  • the angle ⁇ is 14 ° as a new reference for suppressing the size of the wedge angle of the second track groove portions 7b and 9b and ensuring the required maximum operating angle. The range of ⁇ 16 ° has been found.
  • FIG. 8 shows the state of the second track groove portion 7b when the angle ⁇ defining the position of the end A of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a is variously changed.
  • the radius of curvature of the second track groove 7b is constant.
  • the track groove 9 of the inner joint member 3 is mirror-image symmetrical with the track groove of the outer joint member 2, and illustration thereof is omitted.
  • the ball 4 is located on a line with the maximum operating angle ⁇ max / 2.
  • the end of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a is A1
  • the second The track groove portion is 7b1
  • the center of curvature is Oo11
  • the locus of the contact point between the second track groove portion 7b1 and the ball 4 is SoL1
  • the ball track center line of the second track groove portion 7b1 is Xb1.
  • the center of the ball 4 at the maximum operating angle is Ob1
  • the contact point with the track groove 7b1 is So1.
  • the angle ⁇ 15 °
  • the end is A3
  • the second track groove is 7b3
  • the center of curvature is Oo13
  • the locus of the contact point between the second track groove 7b3 and the ball 4 is SoL3
  • the ball track center line of the second track groove 7b3 is Xb3.
  • the center of the ball 4 at the maximum operating angle is Ob3, and the contact point with the track groove 7b3 is So3.
  • the second track groove is 7b4
  • the center of curvature is Oo14
  • the locus of the contact point between the second track groove 7b4 and the ball 4 is SoL4
  • the ball track center line of the second track groove 7b4 is Xb4.
  • the center of the ball 4 at the maximum operating angle is Ob4, and the contact point with the track groove 7b4 is So4.
  • the angle ⁇ 17 °
  • the end is A5
  • the second track groove is 7b5
  • the center of curvature is Oo15
  • the locus of the contact point between the second track groove 7b5 and the ball 4 is
  • the ball trajectory center line of SoL5 and the second track groove portion 7b5 is Xb5.
  • the center of the ball 4 at the maximum operating angle is Ob5, and the contact point with the track groove 7b5 is So5.
  • the effective track length will be described.
  • the contact point So between the track groove 7 of the outer joint member 2 and the ball 4 changes the position of the joint in the axial direction depending on the shape of the track groove 7.
  • the effective track length from the joint center O to the opening side in the present specification is the edge of the entrance chamfer 10 shown in FIG. 7B in consideration of the change state of the axial movement amount of the contact point So as described above. It means the length of the locus of the contact point of the track groove from the portion to the plane P including the joint center O.
  • the contact point locus SoL1 is curved so as to open widely toward the opening side of the outer joint member 2 as illustrated.
  • the effective track length can be ensured, but the wedge angle between the track grooves becomes excessive (for example, 65 °) at the maximum operating angle, a large pushing force is generated on the ball 4, and a large pocket load is applied to the cage 5. Therefore, the strength of the cage 5 becomes a problem.
  • the angle ⁇ is increased to 17 °, the size of the wedge angle of the second track groove portion can be suppressed.
  • FIG. 9A is a longitudinal sectional view of the constant velocity universal joint 1.
  • the track grooves 7A and 9A are respectively shown in the plane M and FIG. 3B shown in FIG.
  • FIG. 9B shows an actual wedge angle in a three-dimensional space.
  • the upper track grooves 7A and 9A in FIG. 9A show a phase angle ⁇ of 0 ° in FIG. 1B, that is, a phase angle ⁇ of 0 ° at the joint center O.
  • the phase angle ⁇ is 0 °
  • the ball 4 is most moved to the opening side of the track groove 7A of the outer joint member 2, and is most moved to the back side of the track groove 9A of the inner joint member 3.
  • the wedge angle component due to the inclination angle ⁇ is directed toward the opening side.
  • the wedge angle between the track grooves 7A (second track groove portions 7Aa) and 9A (second track groove portions 9Aa) is maximized.
  • the wedge angle between the track grooves 7B (second track groove portions 7Ba) and 9B (second track groove portions 9Ba) inclined in the opposite directions is the same as the wedge angle component due to the inclination angle ⁇ is directed to the back side.
  • the angle ⁇ 0 °, the angle is smaller than the wedge angle between the track grooves 7A (second track groove portions 7Aa) and 9A (second track groove portions 9Aa).
  • the wedge angle 2 ⁇ ′ is an angle formed by the straight line So′Ob and the straight line Si′Ob.
  • the wedge angle 2 ⁇ ′ is maximized when the phase angle ⁇ is 0 °, generates a large pushing force on the ball 4, and acts as a large pocket load on the pocket portion 5 a of the cage 5. For this reason, it becomes a factor which has the greatest influence on the performance of the constant velocity universal joint 1 at a high angle.
  • the actual wedge angle in the constant velocity universal joint 1 needs to be examined in a three-dimensional space, and the wedge angle 2 ⁇ is shown in FIG. 9B.
  • the contact point between the ball 4 and the track groove 7A is So, and the contact point between the ball and the track groove 9A is Si (see FIG. 10). Since the actual wedge angle 2 ⁇ is affected by the contact angle ⁇ of the ball and the inclination angle ⁇ of the track groove with respect to the wedge angle 2 ⁇ ′ in the two-dimensional cross section, 2 ⁇ and 2 ⁇ ′ do not match.
  • the relationship between 2 ⁇ and 2 ⁇ ′ when the phase angle ⁇ is 0 ° is approximately expressed by the following equation.
  • UJ Rzeppa type constant velocity universal joints and undercut free type constant velocity universal joints
  • UJ which has a proven track record in the automobile market
  • UJ has a maximum operating angle of 50 °.
  • the actual wedge angle 2 ⁇ is in the range of 32 ° to 43 °.
  • the angle 2 ⁇ ′ is used in a simplified manner. This simplified expression is the same in the present specification and claims.
  • the phase angle ⁇
  • the wedge angle 2 ⁇ ′ in the two-dimensional cross section at 0 ° can be obtained as 2 ⁇ ′ ⁇ 46 °.
  • the specifications satisfy 2 ⁇ ′ ⁇ 46 °.
  • the inclination angle ⁇ is preferably in the range of 4 ° to 8 °.
  • the contact angle ⁇ is preferably 30 ° to 45 °, which has a proven track record in Rzeppa constant velocity universal joints and UJ in consideration of surface pressure.
  • FIG. 10 shows the contact angle between the track grooves 7A and 9A and the ball 4.
  • the cross-sectional shape of the track grooves 7A, 9A is formed in an elliptical shape or a Gothic arch shape, and the track grooves 7A, 9A and the ball 4 are so-called angular contacts in contact with each other with a contact angle ⁇ . Accordingly, the ball 4 is in contact at the contact points So and Si on the side surfaces of the track grooves 7A and 9A that are slightly separated from the groove bottoms of the track grooves 7A and 9A.
  • FIG. 11 shows a case where the track grooves 7A and 9A and the ball 4 are in circular contact.
  • FIG. 12 shows a perspective view of the outer joint member 2 and the inner joint member 3 of the constant velocity universal joint of the present 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 peripheral 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. 13 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. 14 shows a first modification of the first embodiment.
  • This modification differs from the first embodiment in the angle ⁇ that defines the end A.
  • the angle ⁇ is set to 14 °
  • the center of curvature of the second track groove 7Ab is Oo1
  • the radius of curvature is larger than that of the first embodiment.
  • the position of the end A is set to occupy 60% of the effective track length on the opening side from the joint center O.
  • the track margin amount U having the same dimensions as the first embodiment can be secured between the edge portion of the inlet chamfer 10 and the contact point S in a state where the maximum operating angle is taken,
  • the effective track length is the same as in the first embodiment. Thereby, the ball 4 can ensure a sufficient contact state with the track groove portion 7Ab.
  • FIG. 15 shows a second modification of the first embodiment.
  • the angle ⁇ that defines the end A is set to 16 °
  • the center of curvature of the second track groove 7Ab is Oo1
  • the radius of curvature is smaller than that of the first embodiment.
  • the position of the end A is set to occupy 62% of the effective track length on the opening side from the joint center O.
  • the track margin amount U having the same dimension as that of the first embodiment can be secured between the edge portion of the inlet chamfer 10 and the contact point S in a state where the maximum operating angle is taken.
  • the effective track length is the same as in the first embodiment and the first modification.
  • the ball 4 can ensure a sufficient contact state with the track groove portion 7Ab. As described above, the effective track length can be adjusted by the shape and curvature of the track groove.
  • FIG. 16 shows only the outer joint member of the fixed type constant velocity universal joint of this embodiment, and is a cross-sectional view as seen in a 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 compared with the fixed type constant velocity universal joint of the first embodiment described above with the center of curvature of the arc-shaped ball raceway center line of the first track groove portion being the axis N- of the joint.
  • the configuration is different from that of the first embodiment except that the configuration is offset in the radial direction with respect to N and the configuration of the center line of the linear ball track of the second track groove portion is adjusted accordingly. Also in this 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 same applies to the following embodiments.
  • the end A on the opening side of the ball track center line Xa of the first track groove 7a of the outer joint member 2 is the same as in the first embodiment.
  • the center of curvature Oo3 of the ball track center line Xa of the first track groove 7a is not offset in the axial direction with respect to the joint center O, but is offset by f2 in the radial direction with respect to the axis of the joint.
  • the arc-shaped ball track center line Xb of the second track groove portion 7b is adjusted to be connected to the opening side end portion A of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a.
  • the angle ⁇ that defines the end A is set to 15 °.
  • the ball track center line Y of the track groove 9 of the inner joint member 3 has a plane P including the joint center O in an operating angle of 0 °. As a reference, it is formed mirror-symmetrically with the ball trajectory center line X of the track groove 7 that forms a pair of the outer joint member 2. With respect to the circumferential inclination state of the joints 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, the configuration of the cage 5 and the action of the joint, the fixed type of the first embodiment, etc. Since it is the same as that of a quick universal joint, duplication description is abbreviate
  • 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. 17 (a) shows a partial longitudinal section of the fixed type constant velocity universal joint
  • FIG. 17 (b) shows a longitudinal section of the cage.
  • FIG. 17A shows a partial longitudinal section of the fixed type constant velocity universal joint
  • FIG. 17 (b) shows a longitudinal section of the cage.
  • FIG. 17A shows a partial longitudinal section of the fixed type constant velocity universal joint
  • FIG. 17 (b) shows a longitudinal section of the cage.
  • FIG. 17A shows a partial longitudinal section of the fixed type constant velocity universal joint
  • FIG. 17 (b) shows a longitudinal section of the cage.
  • 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
  • a fixed type constant velocity universal joint according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the fixed type constant velocity universal joint of this embodiment is different from the fixed type constant velocity universal joint of the first embodiment in the configuration of the second track groove portion, and other configurations are the same as those of the first embodiment. The same.
  • the vertical cross section of the fixed type constant velocity universal joint of the present embodiment has substantially the same shape as that of the first embodiment, including the shape of the second track groove portion.
  • the track groove 7 of the outer joint member 2 has a ball track center line X
  • the track groove 7 includes a first track groove portion 7a having an arc-shaped ball track center line Xa with the joint center O as a center of curvature
  • the second track groove portion 7b has an arc-shaped ball trajectory center line Xb curved in the opposite direction to the first track groove portion 7a, and the second track is formed on the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a.
  • the ball track center line Xb of the groove portion 7b is smoothly connected.
  • 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 has an arc-shaped ball trajectory center line Yb that is curved in the opposite direction to the first track groove portion 9a.
  • the second track groove portion 9a has a second track groove center line Ya.
  • the ball track center line Yb of the track groove portion 9b is smoothly connected.
  • the shape of the first track groove portion 7a of the outer joint member 2 up to the end A on the opening side of the ball track center line Xa is the same as in the first embodiment.
  • the ball track center line Xb of the second track groove portion 7b is different from that of the first embodiment.
  • the center of curvature of the arc-shaped ball track center line Xb of the second track groove portion 7b of the outer joint member 2 of the present embodiment is from a plane M (see FIG. 21) including the track track ball track center line X and the joint center O. It is formed at a position deviated in the circumferential direction (not shown).
  • the first track groove portion 7a is formed with an appropriate curvature so as to be smoothly connected to the end A on the opening side of the ball track center line Xa.
  • the ball track center line Yb of the second track groove portion 9b of the inner joint member 3 shown in FIG. 20 is the same, and the ball track center line Y of the track groove 9 of the inner joint member 3 is the joint at an operating angle of 0 °.
  • the ball joint center line X of the track groove 7 which forms a pair of the outer joint members 2 is formed in a mirror image symmetry.
  • a plane M including the ball track center line Xa of the first track groove 7Aa of the outer joint member 2 and the joint center O is inclined by an angle ⁇ with respect to the joint axis NN.
  • the first track groove portion 7Ba adjacent to the first track groove portion 7Aa in the circumferential direction is omitted from illustration, but the plane M including the ball track center line Xa of the first track groove portion 7Ba and the joint center O is It is inclined by an angle ⁇ in the direction opposite to the inclination direction of the first track groove portion 7Aa with respect to the joint axis NN.
  • the ball track center line Xb of the second track groove portion 7Ab is smoothly connected to the opening side end A of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa, and is then opened to the opening side. It is gently curved so that the inclination angle gradually decreases toward the opening, and the inclination angle is 0 ° in the vicinity of the opening end.
  • the ball track center line Xb of the second track groove portion 7Bb having the opposite inclination direction is formed in the same manner.
  • a state in which the track groove 9 of the inner joint member 3 is inclined in the circumferential direction with respect to the joint axis NN will be described with reference to FIG.
  • a plane Q including the ball track center line Ya and the joint center O of the first track groove 9Aa of the inner joint member 3 is inclined by an angle ⁇ with respect to the joint axis NN.
  • the first track groove portion 9Ba adjacent to the first track groove portion 9Aa in the circumferential direction is omitted in the drawing, but the plane Q including the ball track center line Ya and the joint center O of the first track groove portion 9Ba is Inclined by an angle ⁇ in the direction opposite to the inclination direction of the first track groove 9Aa with respect to the joint axis NN.
  • the ball track center line Yb of the second track groove portion 9Ab of the inner joint member 3 is an end portion on the back side of the ball track center line Ya of the first track groove portion 9Aa. After being smoothly connected to B, it is gently curved so that the inclination angle gradually decreases toward the back side, and the inclination angle is 0 ° in the vicinity of the end on the back side.
  • the ball track center line Yb of the second track groove portion 9Bb having the opposite inclination direction is formed in the same manner.
  • the second track groove portions 7Ab, 9Ab and 7Bb, 9Bb of the outer joint member 2 and the inner joint member 3 are formed as described above, the second track groove portions 7Ab, 7Bb, and 9Ab adjacent in the circumferential direction are formed. Since the distance on the closer side of 9Bb is widened and the distance on the separated side is narrowed, the difference between the distances in the circumferential direction can be reduced. Thereby, the difference in the contact area on the opening side of each spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 and 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.
  • the spherical contact portions of the container 5 and the outer joint member 2 and the inner joint member 3 can be arranged in a well-balanced manner, thereby further facilitating the operation.
  • the ball track center line Xb of the second track groove portions 7Ab, 7Bb of the outer joint member 2 is used as the end portion on the opening side of the ball track center line Xa of the first track groove portions 7Aa, 7Ba. After being smoothly connected to A, it is gently curved so that the inclination angle ⁇ gradually decreases toward the opening side, and is formed so that the inclination angle ⁇ is 0 ° in the vicinity of the opening end.
  • the present invention is not limited to this. That is, the ball track center line Xb of the second track groove portions 7Ab and 7Bb of the outer joint member 2 is relatively small in radius at the end A on the opening side of the ball track center line Xa of the first track groove portions 7Aa and 7Ba.
  • the opening side is formed with an inclination angle ⁇ of 0 °.
  • the ball track center line Yb of the second track groove portions 9Ab and 9Bb of the inner joint member 3 is connected to the first track groove portion 9Aa.
  • the back side may be formed with an inclination angle ⁇ of 0 °.
  • 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 first track groove portion is not limited to a single arc, and may be formed by a plurality of arcs in consideration of the track groove depth and the like. Further, although 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. However, 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.

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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は、円弧状のボール軌道中心線Ｘｂを有し、その曲率中心は第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａより半径方向外側にオフセットされており、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａは、継手中心Ｏより開口側に位置し、この位置が継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの少なくとも６０％を占め、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２５にツェッパ型等速自在継手１０１を示す。図２５（ａ）は、作動角０°の状態における縦断面図であり、図２５（ｂ）は、最大作動角を取った状態を示す概要図である。図２５（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２５（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２５（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２６および図２７に示す。図２６は、作動角０°の状態における縦断面図であり、図２７は、高作動角を取った状態を示す図である。図２６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と鏡像対称に形成されている。
　図２６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、次のような問題があり、詳細を図２７により説明する。図２７（ａ）に上記の等速自在継手が高作動角を取った状態を示し、図２７（ｂ）に外側継手部材１２２のトラック溝１２７とボール１２４を拡大して、その位置関係を示す。図２７（ａ）に示すように継手が高作動角θを取ると、作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してボール１２４の中心Ｏｂはθ／２の位置に移動する。ボール１２４とトラック溝１２７は、接触角を持ったアンギュラコンタクトとなっているので、ボール１２４とトラック溝１２７の接触点は、図２７（ｂ）に示す破線上に位置する。そして、ボール１２４とトラック溝１２７の接触点の軸方向の位置は、ボール１２４の中心Ｏｂを通って、ボール軌道中心線ｘに対して直角な平面ｔ上に位置することになるが、上記の固定式等速自在継手１２１では、外側継手部材１２２の入口チャンファ１３０を大きくすると、高作動角θ時に入口チャンファ１３０を越えて外側に位置し、ボール１２４がトラック溝１２７から脱落することになる。この理由は、円弧状トラック溝１２７の曲率中心と継手中心Ｏが一致しているため、ボール１２４の中心Ｏｂと接触点ｓとの間の軸方向の距離ｗが大きいので、トラック有効長さが不足するためである。したがって、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２３に示すものであり、図２３（ａ）は縦断面を示し、図２３（ｂ）は図２３（ａ）の右側面を示す。図２３（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部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部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部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部１４９ａとからなる。
　そして、図２３（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部１４７ｂを形成することにより、有効トラック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２４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２４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２４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２３（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部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部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に対して、トラック溝１４７、１４９の交差によるくさび角成分と、トラック溝１４７、１４９の溝底間の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。
　さらに、図２３および図２４に示す等速自在継手１４１では、ボール軌道中心線ｘと継手中心Ｏを含む平面に継手の軸線ｎ－ｎを投影したとき、この投影した継手の軸線に対して直線状のトラック溝部１４７ｂが平行に形成されており、一方、ボール軌道中心線ｙと継手中心Ｏを含む平面に継手の軸線ｎ－ｎを投影したとき、この投影した継手の軸線に対して直線状のトラック溝部１４９ｂが平行に形成されている。このため、継手が高作動角を取ったとき、直線状のトラック溝部１４７ｂ、１４９ｂとの間で形成されるくさび角が大きくなる。その結果、直線状のトラック溝部１４７ｂ、１４９ｂに挟まれたボール１４４に開口側に飛び出そうとする力が大きくなりなる。これが原因で、保持器１４５のポケット荷重が大きくなり、高作動角時における保持器１４５の強度が問題で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ボール軌道中心線を有する第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第１のトラック溝部とは反対方向に湾曲する円弧状の第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。これに加えて、高作動角時における第２のトラック溝部のくさび角の大きさを抑制すために新たな基準を見出した。
　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、このボールをポケット内に保持し、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は、円弧状のボール軌道中心線Ｘｂを有し、その曲率中心は前記第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａより半径方向外側にオフセットされており、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は、前記継手中心Ｏより開口側に位置し、この位置が前記継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの少なくとも６０％を占め、前記端部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と鏡像対称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。特に、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａは、継手中心Ｏより開口側に位置し、この位置が継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの少なくとも６０％を占め、端部Ａに第２のトラック溝部７ｂの円弧状のボール軌道中心線Ｘｂが接続されているので、高作動角時における第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのくさび角の大きさを抑制することができ、保持器の強度を確保することができる。
　具体的には、上記の第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１４°～１６°に設定することが好ましい。これにより、高作動角時における第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのくさび角の大きさを抑制することができるので、保持器の強度を確保することができる。自動車用ドライブシャフトに用いられる等速自在継手において常用角を含む使用頻度の多い作動角をカバーするには、角度βは１０°程度あれば十分であるが、第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのくさび角の大きさを抑制するための新たな基準として角度βが１４°～１６°という範囲を見出したものである。ただし、ここで、角度βは直線Ｌが平面Ｐ上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。
　さらに詳述すれば、高作動角時における第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのくさび角を小さく抑えるという意味では、βの角度は大きければ大きいほど良い。しかし、βの角度があまり大きいと、有効トラック長さが短くなる。つまり、第２のトラック溝部７ｂ、９ｂを設けた効果が小さくなるため、大きな作動角がとれなくなってしまう。固定式等速自在継手に必要な最大作動角は４６°～５０°が通常である。ボール径、ＰＣＤ径のバランスにより、有効トラック長さは変化するが、これを加味しても、作動角４６°～５０°をとるのに必要な有効トラック長さの確保には、角度βは１４°～１６°が限界となることが判明した。よって、高作動角時における第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのくさび角の大きさを抑制し、保持器の強度を確保すると共に、必要とされる作動角を確保する角度βの最大値の限界は１４°～１６°であり、このときの第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａの位置を規定すると、継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの６０％が不可欠となる。
　また、最大作動角におけるトラック溝の実際のくさび角２τを２τ≦４３°より、次式に基づいて、位相角φ＝０°の２次元断面におけるくさび角２τ’を設定することが好ましい。
（２τ）＝（２τ’）ｃｏｓδ＋（２γ）ｓｉｎδ
ただし、δはボールとトラック溝との接触角、γはトラック溝の傾斜角とする。これにより、位相角φ＝０°の２次元断面におけるくさび角２τ’からトラック溝の諸元を決定することができるので、トラック溝の諸元設定作業を極めて簡素化することできる。また、このような諸元設計により、最大作動角において実績のある従来の等速自在継手と同等の強度、耐久性を確保することができる。
　さらに、最大作動角において、保持器のポケットに対して半径方向外方に最も移動したボールとポケットの接触点と、保持器の球状外周面との間に余裕量σを形成することが好ましい。これにより、保持器の半径方向の肉厚を増加させると共に、ポケット周縁のエッジ部における応力集中が緩和され、より一層の保持器強度を確保することができる。
　上記の第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。
　上記の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、高作動角時の保持器の更なる強度を確保することができる。
　上記の第２のトラック溝部７ｂの円弧状のボール軌道中心線Ｘｂの曲率中心を、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から外れた位置に形成することができる。そして、第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの傾斜角γを、開口側に向けて徐々に減少させることができる。これにより、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は拡がり、離反した側の間隔は狭まるため、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。
　上記のトルク伝達ボールの個数を８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。特に、高作動角時におけるトラック溝のくさび角の大きさを抑制することができるので、保持器の強度を確保することができる。
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。 上記の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。 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図である。 内側継手部材の外周面を示す図である。 内側継手部材の右側面図である。 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。 継手が最大作動角を取ったときのボールとトラック溝との接触状態を示す図である。 図７ａを部分的に拡大した図である。 角度βの検証結果を示す説明図である。 トラック溝の形状とくさび角の設定方法を示す図である。 くさび角を示す拡大図である。 トラック溝の横断面形状を示す図である。 トラック溝の横断面形状を示す図である。 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。 第１の実施形態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。 第１の実施形態の第１の変形例の継手が最大作動角を取ったときのボールとトラック溝との接触状態を示す図である。 第１の実施形態の第２の変形例の継手が最大作動角を取ったときのボールとトラック溝との接触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３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。 上記の固定式等速自在継手の保持器の縦断面図である。 本発明の第４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外側継手部材の縦断面図である。 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内周形状を示す部分縦断面図である。 上記の固定式等速自在継手の内側継手部材の外周形状を示す図である。 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り、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図であり、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。 上記の固定式等速自在継手が最大作動角を取ったときの状態を示す図である。 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の縦断面図である。 上記の固定式等速自在継手を部分的に拡大した図である。
　本発明の実施の形態を図１～図２２に基づいて説明する。
　本発明の第１の実施形態を図１～図１３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、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。
　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、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の状態は、ボール軌道中心線の円弧状の状態と同じである。
　図１（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、この第１のトラック溝部７ａとは反対方向に湾曲する円弧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、この第１のトラック溝部９ａとは反対方向に湾曲する円弧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°の範囲、さらには、４°～８°の範囲が好ましい。
　前述した外側継手部材と同様、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。
　図４に示すように、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、この第１のトラック溝部７Ａａとは反対方向に湾曲する円弧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。第２のトラック溝部７Ａｂのボール軌道中心線Ｘｂの曲率中心Ｏｏ１は、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａより半径方向外側にオフセットされており、第２のトラック溝部７Ａｂのボール軌道中心線Ｘｂの曲率半径は、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの曲率半径より小さく形成されている。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。端部Ａは継手中心Ｏよりも開口側に位置し、この位置は継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの６１％を占めるように設定されている。端部Ａに曲率半径の小さい第２のトラック溝部７ｂの円弧状のボール軌道中心線Ｘｂが接続されているので、最大作動角時の有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制することができる。
　図４に示すように、端部Ａと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＬ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（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。本実施形態では角度βは１５°に設定されており、端部Ａの位置は継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの６１％を占めている。有効トラック長さの詳細は、後述する。
　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、この第１のトラック溝９Ａａとは反対方向に湾曲する円弧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。第２のトラック溝部９Ａｂのボール軌道中心線Ｙｂの曲率中心Ｏｉ１は、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａより半径方向外側にオフセットされており、第２のトラック溝部９Ａｂのボール軌道中心線Ｙｂの曲率半径は、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの曲率半径より小さく形成されている。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。
　図５に示すように、端部Ｂと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＲ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（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。角度βは、外側継手部材と同じ１５°に設定されている。
　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よりもさらに開口側に位置する。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よりもさらに奥側に位置する。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。
　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。図６および後述する図７～図１１では、トラック溝７Ａ、９Ａ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。本実施形態では、最大作動角時における有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制することができる。そのため、図６のように、最大作動角θｍａｘを４７°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、かつ、くさび角が大きくならないように抑えることができる。
　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。
　以上では、本実施形態の固定式等速自在継手１の全体的な内容を説明したが、続いて、本発明の特徴である最大作動角時におけるトラック溝とボールの接触状態や角度β、トラック溝のくさび角、有効トラック長さ、さらには、これらの関係について詳細に説明する。
　まず、本実施形態の固定式等速自在継手の最大作動角時におけるトラック溝とボールの接触状態を図７に基づいて詳細に説明する。図７（ａ）は、等速自在継手１の縦断面図であり、図７（ｂ）は外側継手部材２のトラック溝７Ａとボール４との接触状態を示す拡大図である。この図においても、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。図７（ａ）に示すように継手が最大作動角θｍａｘを取ると、作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してボール４の中心Ｏｂはθｍａｘ／２の位置に移動する。このとき、ボール４と第２のトラック溝部７Ａｂとの接触点Ｓｏが入口チャンファ１０に最も近づく。なお、図７（ａ）では、トラック溝７Ａ、９Ａ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ので、実際のθｍａｘ／２の線との関係ではわずかな差異が生じるが、説明を平易にするためθｍａｘ／２を用いて簡略化する。
　第２のトラック溝７Ａｂの円弧状ボール軌道中心線Ｘｂは、第１のトラック溝部７Ａａの円弧状ボール軌道中心線Ｘａの端部Ａを規定する角度βを１５°と大きく設定しているので、端部Ａで接続後、反対方向に湾曲し、外側継手部材２の開口側端部で継手の軸線Ｎ－Ｎとほぼ平行状態に形成されている。このため、最大作動角時におけるくさび角を抑制することができる。その詳細は後述する。図７（ｂ）に拡大して示すように、ボール４とトラック溝７Ａｂの接触点Ｓｏは、ボール４の中心Ｏｂを通って、ボール軌道中心線Ｘｂに対して直角な平面Ｔ上に位置する。ボール軌道中心線Ｘｂは、曲率中心がＯｏ１の円弧状であるので、ボール４の中心Ｏｂと接触点Ｓｏとの間の軸方向の距離Ｗは、図２７（ｂ）に示す従来の等速自在継手よりも小さくなっており、その分、後述する有効トラック長さが増加している。そのため、本実施形態では、最大作動角をとった状態で、入口チャンファ１０のエッジ部と接触点Ｓｏとの間にトラック余裕量Ｕを確保することができ、ボール４がトラック溝部７Ａｂと十分な接触状態を確保することができる。トラック余裕量Ｕは、ジョイントサイズによって変わるが、０．５～２ｍｍ程度である。
　図７（ａ）に示すように、最大作動角において、保持器５のポケット部５ａに対して半径方向外方に最も移動したボール４とポケット部５ａの接触点と、保持器５の球状外周面１２との間に余裕量σが形成されている。これにより、保持器５の半径方向の肉厚を増加させると共に、ポケット部５ａ周縁のエッジ部における応力集中が緩和され、保持器５の強度をより一層確保することができる。
　角度βに関連して、自動車用ドライブシャフトに使用される固定式等速自在継手の作動角について説明する。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。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。
　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だけ移動するので、自動車用ドライブシャフトに用いられる等速自在継手において常用角を含む使用頻度の多い作動角をカバーするには、角度βは１０°程度あれば十分である。しかし、本発明では、前述したように、第２のトラック溝部７ｂ、９ｂのくさび角の大きさを抑制し、必要とされる最大作動角を確保するための新たな基準として角度βが１４°～１６°という範囲を見出したものである。
　さらに、角度βの範囲が１４°～１６°であるとの知見により、このときの第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａの位置を規定すると、継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの６０％が不可欠であることを見出した。これらの詳細を次に説明する。
　図８に、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａの位置を規定する角度βを種々に変化させたときの第２のトラック溝部７ｂの状態を示す。図示では、第２のトラック溝部７ｂの曲率半径は一定としている。内側継手部材３のトラック溝９は、前述のとおり外側継手部材２のトラック溝と鏡像対称となっており、図示は省略する。ボール４は、最大作動角θｍａｘ／２の線上に位置する。
　まず、常用角を含む使用頻度の多い作動角をカバーするために必要な角度β＝１０°のときは、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部はＡ１で、第２のトラック溝部は７ｂ１で、その曲率中心はＯｏ１１であり、第２のトラック溝部７ｂ１とボール４の接触点の軌跡はＳｏＬ１、第２のトラック溝部７ｂ１のボール軌道中心線はＸｂ１である。そして、最大作動角時のボール４の中心はＯｂ１で、トラック溝部７ｂ１との接触点はＳｏ１である。
　続いて、角度β＝１４°のときは、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部はＡ２で、第２のトラック溝部は７ｂ２で、その曲率中心はＯｏ１２であり、第２のトラック溝部７ｂ２とボール４の接触点の軌跡はＳｏＬ２、第２のトラック溝部７ｂ２のボール軌道中心線はＸｂ２である。最大作動角時のボール４の中心はＯｂ２で、トラック溝部７ｂ２との接触点はＳｏ２である。角度β＝１５°のときは、端部はＡ３で、第２のトラック溝部は７ｂ３で、その曲率中心はＯｏ１３であり、第２のトラック溝部７ｂ３とボール４の接触点の軌跡はＳｏＬ３、第２のトラック溝部７ｂ３のボール軌道中心線はＸｂ３である。最大作動角時のボール４の中心はＯｂ３で、トラック溝部７ｂ３との接触点はＳｏ３である。角度β＝１６°のときは、端部はＡ４で、第２のトラック溝部は７ｂ４で、その曲率中心はＯｏ１４であり、第２のトラック溝部７ｂ４とボール４の接触点の軌跡はＳｏＬ４、第２のトラック溝部７ｂ４のボール軌道中心線はＸｂ４である。最大作動角時のボール４の中心はＯｂ４で、トラック溝部７ｂ４との接触点はＳｏ４である。最後に、角度β＝１７°のときは、端部はＡ５で、第２のトラック溝部は７ｂ５で、その曲率中心はＯｏ１５であり、第２のトラック溝部７ｂ５とボール４の接触点の軌跡はＳｏＬ５、第２のトラック溝部７ｂ５のボール軌道中心線はＸｂ５である。最大作動角時のボール４の中心はＯｂ５で、トラック溝部７ｂ５との接触点はＳｏ５である。
　ここで、有効トラック長さについて説明する。等速自在継手１が最大作動角θｍａｘを取ると、図１（ｂ）において位相角φ＝０°のボール４が外側継手部材２の開口側に最も移動し、その時のボール４の中心Ｏｂはθｍａｘ／２の線上に位置する（図７（ａ）、図８参照）。ボール４の中心Ｏｂがθｍａｘ／２で傾斜した線上に位置することは、トラック溝７の形状にはかかわらず一定である。これに対して、図８に示すように、外側継手部材２のトラック溝７とボール４との接触点Ｓｏは、トラック溝７の形状によって、継手の軸方向の位置が変化する。換言すれば、作動角θを取っていくとき、単位角度（例えば１°）当たりの接触点Ｓｏの軸方向の移動量はトラック溝７の形状によって変化する。したがって、本明細書における継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さとは、上記のような接触点Ｓｏの軸方向移動量の変化状態を加味した、図７（ｂ）に示す入口チャンファ１０のエッジ部から継手中心Ｏを含む平面Ｐまでのトラック溝の接触点の軌跡の長さを意味する。
　角度β＝１０°の場合、接触点の軌跡ＳｏＬ１は、図示のように、外側継手部材２の開口側に向けて大きく開くように湾曲する。その結果、有効トラック長さは確保できるが、最大作動角時にトラック溝間のくさび角が過大（例えば、６５°）となり、ボール４に大きな押し出し力が発生し、保持器５に大きなポケット荷重がかかり、保持器５の強度が問題となる。
　そのため、角度βを徐々に増加させて種々検討した結果、角度βの下限としてβ＝１４°で、第２のトラック溝部７ｂ２のボール軌道中心線Ｘｂ２の曲率半径を調整することにより、第２のトラック溝部のくさび角の大きさを抑制し（４３°程度）、必要とされる最大作動角（４７°程度）を確保することができることが判明した。そして、角度βが１５°、１６°も同様に、第２のトラック溝部７ｂ３、７ｂ４の曲率半径を調整することにより、第２のトラック溝部のくさび角の大きさを抑制し、必要とされる最大作動角を確保するできることが判明した。しかし、角度β＝１７°まで大きくすると、第２のトラック溝部のくさび角の大きさを抑制できるが、必要とされる最大作動角を確保するためには第２のトラック溝部７ｂ５の曲率半径が実用面から成り立たないことが判明し、角度βの上限はβ＝１６°であるという結論に至った。このような角度βの範囲が１４°～１６°であるとの知見により、このときの第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａの位置を規定すると、継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの６０％が不可欠であるという結論に達した。
　次に、本実施形態の等速自在継手における傾斜角γをもって３次元的に湾曲したトラック溝の形状の設定方法およびくさび角の設定方法を図９に基づいて説明する。図９（ａ）は、等速自在継手１の縦断面図であるが、前述したように、トラック溝７Ａ、９Ａ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、トラック溝７Ａ、９Ａの溝底が２次元断面におけるくさび角を示している。図９（ｂ）は、３次元空間における実際のくさび角を示す。
　詳細には、図９（ａ）の上側のトラック溝７Ａ、９Ａは、図１（ｂ）の位相角φが０°、すなわち、継手中心Ｏにおいて位相角φが０°のものを示す。この位相角φが０°で、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７Ａの開口側に最も移動した状態となり、内側継手部材３のトラック溝９Ａの奥側に最も移動した状態となる。この位相角φ＝０°の状態で、図１（ｂ）に示す内側継手部材３に白抜き矢印の方向に回転トルクを負荷したとき、傾斜角γによるくさび角成分が開口側に向っているトラック溝７Ａ（第２のトラック溝部７Ａａ）と９Ａ（第２のトラック溝部９Ａａ）間のくさび角が最大になる。反対方向に傾斜したトラック溝７Ｂ（第２のトラック溝部７Ｂａ）と９Ｂ（第２のトラック溝部９Ｂａ）間のくさび角は、傾斜角γによるくさび角成分が奥側に向っている分、同じ位相角φ＝０°のときにトラック溝７Ａ（第２のトラック溝部７Ａａ）と９Ａ（第２のトラック溝部９Ａａ）間のくさび角より小さくなる。
　図９（ａ）の２次元断面におけるトラック溝７Ａ、９Ａの溝底で示すくさび角を２τ’とする。くさび角２τ’は直線Ｓｏ’Ｏｂと直線Ｓｉ’Ｏｂがなす角度である。このくさび角２τ’は位相角φが０°のときに最大になり、ボール４に大きな押し出し力を発生させ、保持器５のポケット部５ａに大きなポケット荷重として作用する。このため、高角時の等速自在継手１の性能に対して最も影響を及ぼす因子となる。
　等速自在継手１における実際のくさび角は、３次元空間で検討する必要があり、そのくさび角２τを図９(ｂ)に示す。ボール４とトラック溝７Ａとの接触点はＳｏで、ボールとトラック溝９Ａとの接触点はＳｉである（図１０参照）。実際のくさび角２τは、２次元断面におけるくさび角２τ’に対してボールの接触角δやトラック溝の傾斜角γの影響を受けるため、２τと２τ’は一致しない。この接触角δと傾斜角γの影響を考慮すると、位相角φが０°における２τと２τ’との関係は、以下の式で近似的に表される。
（２τ）＝（２τ’）ｃｏｓδ＋（２γ）ｓｉｎδ・・・（１）
ただし、この近似式が成り立つのは、位相角φが０°のときの平面Ｍおよび平面Ｑにおける断面を傾斜角γ＝０°まで回転させた２次元断面のみである。
　固定式等速自在継手として、ツェッパ型等速自在継手やアンダーカットフリー型等速自在継手（以下、ＵＪという）があるが、例えば、自動車市場で実績のあるＵＪで最大作動角５０°を取った場合、２τ’＝５０°、γ＝０°、接触角δ＝３０°～５０°を式（１）に代入すると、実際のくさび角２τは３２°～４３°の範囲となる。くさび角は小さいほど強度、耐久性に有利なため、本実施形態では、最大作動角でのくさび角を２τ≦４３°とする。これにより、ＵＪと同じジョイントの大きさで、同等の強度および耐久性を確保できる。すなわち、ジョイントのサイズアップによるコストアップや重量増加を抑えることができる。
　次に、２τ≦４３°を満たす設定手順を説明する。最大作動角時に２τ≦４３°になるように、等速自在継手１の諸元を設定するには、位相角φ＝０°の平面Ｍおよび平面Ｑにおける断面を傾斜角γ＝０°まで回転させた２次元断面の作図から求めたτ’を、式（１）によりτに変換して２τ≦４３°に設計すれば良い。位相角φ＝０°の平面Ｍおよび平面Ｑにおける断面を傾斜角γ＝０°まで回転させた状態での２次元断面におけるくさび角２τ’を、位相角φ＝０°の２次元断面におけるくさび角２τ’と簡略化して用いる。この簡略化した表現は本明細書および特許請求の範囲においても同じとする。具体的には、最大作動角θｍａｘ＝４７°、傾斜角γ＝６°、接触角δ＝４０°とした場合、２τ≦４３°になるためには、式（１）より、位相角φ＝０°の２次元断面におけるくさび角２τ’を２τ’≦４６°と求めることができる。本実施形態は２τ’≦４６°を満たす諸元としている。このように位相角φ＝０°の２次元断面におけるくさび角２τ’からトラック溝の諸元を決定することができるので、トラック溝の諸元設定作業を極めて簡素化できる。また、このような諸元の設計により、最大作動角においてＵＪと同等の強度、耐久性を確保することが可能となる。
　傾斜角γについては、小さすぎるとトラック溝７、９の交差によるボールを二等分面上に保持する力が弱くなるので作動性が悪くなる。反対に傾斜角γが大きすぎると、外側継手部材２および内側継手部材３について、端部でトラック溝同士が重なるまでの距離が短くなり、十分なトラック長さを確保できない。よって、傾斜角γは４°～８°の範囲が望ましい。
　また、接触角δについては、面圧を考慮してツェッパ型等速自在継手やＵＪで実績がある３０°～４５°が望ましい。図１０にトラック溝７Ａ、９Ａとボール４との接触角を示す。トラック溝７Ａ、９Ａ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７Ａ、９Ａとボール４は、接触角δ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７Ａ、９Ａの溝底より少し離れたトラック溝７Ａ、９Ａの側面側の接触点Ｓｏ、Ｓｉで接触している。
　図１１に、トラック溝７Ａ、９Ａとボール４がサーキュラコンタクトの場合を示す。この場合は接触角δ＝０°である。したがって、前述した式（１）により、最大作動角でのくさび角を２τ≦４３°を基に、位相角φ＝０°の２次元断面におけるくさび角２τ’を求めるときはδ＝０°として簡単に算出することができる。
　図１２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１２（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１２（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１３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。
　第１の実施形態の第１の変形例を図１４に示す。この変形例は第１の実施形態に対して、端部Ａを規定する角度βが異なる。角度βは１４°に設定され、第２のトラック溝部７Ａｂの曲率中心をＯｏ１とし、第１の実施形態よりも曲率半径を大きく形成している。本変形例では、端部Ａの位置が継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの６０％を占めるように設定されている。本実施形態では、最大作動角をとった状態で、入口チャンファ１０のエッジ部と接触点Ｓとの間に第１の実施形態と同じ寸法のトラック余裕量Ｕを確保することができており、有効トラック長さは第１の実施形態と同じである。これにより、ボール４がトラック溝部７Ａｂと十分な接触状態を確保することができる。
　第１の実施形態の第２の変形例を図１５に示す。この変形例では、端部Ａを規定する角度βが１６°に設定され、第２のトラック溝部７Ａｂの曲率中心をＯｏ１とし、第１の実施形態よりも曲率半径を小さく形成している。本変形例では、端部Ａの位置が継手中心Ｏから開口側における有効トラック長さの６２％を占めるように設定されている。これにより、本実施形態では、最大作動角をとった状態で、入口チャンファ１０のエッジ部と接触点Ｓとの間に第１の実施形態と同じ寸法のトラック余裕量Ｕを確保することができ、第１の実施例および第１の変形例と有効トラック長さは同じである。ボール４がトラック溝部７Ａｂと十分な接触状態を確保することができる。このように、有効トラック長さは、トラック溝の形状や曲率などにより調整することができる。
　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１６に基づいて説明する。図１６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と継手中心Ｏを含む平面Ｍ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１のトラック溝部の円弧状ボール軌道中心線の曲率中心を、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して半径方向にオフセットさせ、これに対応して第２のトラック溝部の直線状ボール軌道中心線の構成を調整したところが異なり、その他の構成は、第１の実施形態と同じである。本実施形態においても第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。以降の実施形態についても同様とする。
　外側継手部材２の第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は第１の実施形態と同じである。しかし、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Ｏｏ３は、継手中心Ｏに対して軸方向オフセットはないが、継手の軸線に対して半径方向にｆ２だけオフセットしている。これに伴い、第２のトラック溝部７ｂの円弧状のボール軌道中心線Ｘｂは、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａに接続するよう調整されている。本実施形態においても端部Ａを規定する角度βは１５°に設定されている。この構成により、継手の奥側のトラック溝深さを調整することができる。本実施形態の固定式等速自在継手においても、図示は省略するが、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。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１７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１７（ａ）は固定式等速自在継手の部分縦断面を示し、図１７（ｂ）は保持器の縦断面を示す。図１７（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ｆ３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。
　本発明の第４の実施形態に係る固定式等速自在継手を図１８～図２２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、第２のトラック溝部の構成が異なり、その他の構成は、第１の実施形態と同じである。
　図１８に示すように、本実施形態の固定式等速自在継手の縦断面では、第２のトラック溝部の形状を含めて、第１の実施形態とほぼ同様の形状である。図１８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。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、この第１のトラック溝部７ａとは反対方向に湾曲する円弧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、この第１のトラック溝部９ａとは反対方向に湾曲する円弧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。
　図１９に示すように、外側継手部材２の第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までの形状は、第１の実施形態と同じである。しかし、第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂは第１の実施形態と異なる。本実施形態の外側継手部材２の第２のトラック溝部７ｂの円弧状ボール軌道中心線Ｘｂの曲率中心は、トラック溝のボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍ（図２１参照）から周方向に外れた位置に形成されている（図示省略）。そして、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に滑らかに接続するよう適宜な曲率で形成されている。図２０に示す内側継手部材３の第２のトラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂも同様であり、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２１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説明する。外側継手部材２の第１のトラック溝７Ａａのボール軌道中心線Ｘａ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、第１のトラック溝部７Ａａに周方向に隣り合う第１のトラック溝部７Ｂａは、図示は省略するが、第１のトラック溝部７Ｂａ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、第１のトラック溝部７Ａａの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。上記のように本実施形態では、第１のトラック溝部７Ａａ、７Ｂａのみが平面Ｍ上に形成されている。また、本実施形態では、第２のトラック溝部７Ａｂのボール軌道中心線Ｘｂは、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と滑らかに接続した後、開口側に向かって徐々に傾斜角が小さくなるようになだらかに湾曲し、開口端部付近では傾斜角が０°となるように形成されている。傾斜方向が反対になる第２のトラック溝部７Ｂｂのボール軌道中心線Ｘｂも同様に形成されている。
  図２２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説明する。内側継手部材３の第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａ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、第１のトラック溝部９Ａａに周方向に隣り合う第１のトラック溝部９Ｂａは、図示は省略するが、第１のトラック溝部９Ｂａ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、第１のトラック溝部９Ａａの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。前述した外側継手部材２のトラック溝と同様に、内側継手部材３の第２のトラック溝部９Ａｂのボール軌道中心線Ｙｂは、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と滑らかに接続した後、奥側に向かって徐々に傾斜角が小さくなるようになだらかに湾曲し、奥側端部付近では傾斜角が０°となるように形成されている。なお、傾斜方向が反対になる第２のトラック溝部９Ｂｂのボール軌道中心線Ｙｂも同様に形成されている。
　上記のように、外側継手部材２および内側継手部材３の第２のトラック溝部７Ａｂ、９Ａｂおよび７Ｂｂ、９Ｂｂが形成されているので、周方向に隣り合う第２のトラック溝部７Ａｂと７Ｂｂおよび９Ａｂと９Ｂｂの接近した側の間隔は拡がり、離反した側の間隔は狭まるため、周方向で各間隔の差を小さくすることができる。これにより、外側継手部材２の各球状内周面６の開口側の接触面積の差および内側継手部材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と外側継手部材２、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。
　上記の第４の実施形態では、外側継手部材２の第２のトラック溝部７Ａｂ、７Ｂｂのボール軌道中心線Ｘｂを、第１のトラック溝部７Ａａ、７Ｂａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａと滑らかに接続した後、開口側に向かって徐々に傾斜角γが小さくなるようになだらかに湾曲し、開口端部付近では傾斜角γが０°となるように形成し、一方、内側継手部材３の第２のトラック溝部９Ａｂ、９Ｂｂのボール軌道中心線Ｙｂを、第１のトラック溝部９Ａａ、９Ｂａのボール軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｂと滑らかに接続した後、奥側に向かって徐々に傾斜角γが小さくなるようになだらかに湾曲し、奥側端部付近では傾斜角γが０°となるように形成したものを示したが、これに限定されない。すなわち、外側継手部材２の第２のトラック溝部７Ａｂ、７Ｂｂのボール軌道中心線Ｘｂを、第１のトラック溝部７Ａａ、７Ｂａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａに比較的小さな曲率半径の円弧で接続した後、開口側は傾斜角γが０°で形成し、同様に、内側継手部材３の第２のトラック溝部９Ａｂ、９Ｂｂのボール軌道中心線Ｙｂを、第１のトラック溝部９Ａａ、９Ｂａのボール軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｂに比較的小さな曲率半径の円弧で接続した後、奥側は傾斜角γが０°で形成してもよい。
　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のトラック溝部は、単一の円弧に限られず、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。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
ｆ２　　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
Ｏｉ１　曲率中心
Ｏｏ３　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
β　　　角度
γ　　　傾斜角
δ　　　接触角
θ　　　作動角
σ　　　余裕量

Claims (11)

  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、このボールをポケット内に保持し、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）は、円弧状のボール軌道中心線（Ｘｂ）を有し、その曲率中心は前記第１のトラック溝部（７ａ）のボール軌道中心線（Ｘａ）より半径方向外側にオフセットされており、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）は、前記継手中心（Ｏ）より開口側に位置し、この位置が前記継手中心（Ｏ）から開口側における有効トラック長さの少なくとも６０％を占め、前記端部（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）と鏡像対称に形成されていることを特徴とする固定式等速自在継手。
  2. 　前記第１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、前記継手中心(Ｏ)を含む平面（Ｐ）に対してなす角（β）を１４°～１６°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. 　前記固定式等速自在継手の最大作動角におけるトラック溝の実際のくさび角（２τ）を２τ≦４３°より、次式に基づいて、位相角φ＝０°の２次元断面におけるくさび角２τ’を設定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。
    （２τ）＝（２τ’）ｃｏｓδ＋（２γ）ｓｉｎδ
    ただし、δはボールとトラック溝との接触角、γはトラック溝の傾斜角とする。
  4. 　前記固定式等速自在継手の最大作動角において、前記保持器のポケットに対して半径方向外方に最も移動した前記ボールと前記ポケットの接触点と、前記保持器の球状外周面との間に余裕量（σ）が形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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又は請求項４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）の円弧状のボール軌道中心線（Ｘｂ）の曲率中心が、さらに継手中心（Ｏ）より開口側にオフセットされていることを特徴とする請求項１～７のいずれか一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）の円弧状のボール軌道中心線（Ｘｂ）の曲率中心が、前記第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）から外れた位置に形成されている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. 　前記第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）の傾斜角が、開口側に向けて徐々に減少する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。
  11. 　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１～１０のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
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