WO2019194046A1 - 固定式等速自在継手 - Google Patents

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WO2019194046A1
WO2019194046A1 PCT/JP2019/013212 JP2019013212W WO2019194046A1 WO 2019194046 A1 WO2019194046 A1 WO 2019194046A1 JP 2019013212 W JP2019013212 W JP 2019013212W WO 2019194046 A1 WO2019194046 A1 WO 2019194046A1
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WO
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joint member
peripheral surface
track groove
spherical
ball
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輝明 藤尾
雅司 船橋
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Ntn株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F16D3/2233—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts where the track is made up of two curves with a point of inflexion in between, i.e. S-track joints
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    • F16D3/224—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts the groove centre-lines in each coupling part lying on a sphere

Definitions

  • This invention relates to a fixed type constant velocity universal joint.
  • the constant velocity universal joint that constitutes the power transmission system of automobiles and various industrial machines connects the two shafts on the drive side and the driven side so that torque can be transmitted, and transmits rotational torque at a constant speed even if the two shafts have an operating angle. can do.
  • Constant velocity universal joints are broadly classified into fixed constant velocity universal joints that allow only angular displacement and sliding constant velocity universal joints that allow both angular displacement and axial displacement.
  • a sliding type constant velocity universal joint is used on the differential side (inboard side), and a fixed type constant velocity universal joint is used on the drive wheel side (outboard side).
  • the maximum operating angle is generally 47 ° for Rzeppa constant velocity universal joints (BJ type) and 50 ° for undercut free constant velocity universal joints (UJ type). From the viewpoint of improving the turning ability, demands exceeding 50 ° are increasing. In order to meet these requirements, fixed constant velocity universal joints having various structures have been proposed.
  • Patent Document 1 discloses a fixed type constant velocity universal joint having a structure in which each track groove of the outer joint member and the inner joint member is a combination of an arc shape and a taper shape, and the operating angle can be increased without increasing the outer diameter. Proposed.
  • Patent Document 2 in a conventional fixed constant velocity universal joint, a phase angle (phase angle) at which a torque transmission ball (hereinafter also simply referred to as a ball) moves most toward the opening side of an outer joint member at the maximum operating angle. 0 °), the ratio of the axial parallel distance between the center of the ball and the joint center and the axial parallel distance between the center of the ball and the open conical surface of the outer joint member is less than 2.9. It is said that the function can be maintained. Further, when the ball protrudes from the track groove of the outer joint member at an operating angle until the contact point is lost, the functionality can be maintained by setting the ratio to less than 2.2.
  • Patent Document 3 describes a mode in which each spherical edge of the outer joint member and the inner joint member bites into the cage and shears when the fixed type constant velocity universal joint takes a high operating angle. This is because, in the longitudinal section of the fixed type constant velocity universal joint having the maximum operating angle, the contact point between the spherical outer peripheral surface of the cage and the edge portion of the spherical inner peripheral surface of the outer joint member, and the spherical inner peripheral surface of the cage The strength of the cage can be ensured by making the angle formed between the straight line connecting the contact point with the edge of the spherical outer peripheral surface of the inner joint member and the center line of the cage 10 ° or less.
  • Patent Document 2 does not pay attention to the strength problem of the cage in the fixed type constant velocity universal joint having such an operation mode.
  • the cage is in a sheared state because the ball when the high operating angle is taken pushes the cage toward the opening side of the constant velocity universal joint. This occurs due to being pressed against the joint member.
  • the width of the inner joint member is widened to be incorporated into the cage.
  • the retainer may not be established because the built-in spigot diameter of the retainer becomes too large.
  • problems such as weight increase.
  • the present invention is a fixed type constant velocity universal joint having an operation form in which a ball is removed from a track groove and loses a contact point by taking a high operating angle, and a spherical edge of an outer joint member and an inner joint member
  • An object of the present invention is to provide a fixed type constant velocity universal joint capable of suppressing a mode of shear fracture caused by biting into a cage and capable of suppressing an increase in weight.
  • the present inventors have found that the torque transmission ball that is not in contact with the track groove of the outer joint member at the high operating angle returns to the end of the track groove on the opening side. Focusing on the fact that the track load is large when the contact state with the track groove is started, the present invention has been achieved by a new idea of ensuring the strength of the cage at this time.
  • the present invention provides an outer joint member having a plurality of track grooves extending in the longitudinal direction on the spherical inner peripheral surface and having an opening side and a back side that are spaced apart in the axial direction.
  • An inner joint member in which a plurality of track grooves extending substantially in the longitudinal direction on the spherical outer peripheral surface are formed to face the track grooves of the outer joint member, and a torque transmission ball incorporated between the opposed track grooves,
  • the torque transmission ball is held, and includes a spherical outer peripheral surface guided to the spherical inner peripheral surface of the outer joint member and a cage formed with a spherical inner peripheral surface guided to the spherical outer peripheral surface of the inner joint member.
  • the torque transmission ball moving toward the opening side of the track groove of the outer joint member has a phase angle ⁇ 2
  • the outer joint member starts to be out of contact with the track groove on the opening side of the track groove and returns to the track groove opening side end of the outer joint member at the phase angle ⁇ 1.
  • the projected end Eo in which the end on the opening side of the spherical inner peripheral surface of the outer joint member is vertically projected toward the spherical outer peripheral surface of the cage.
  • a projected end Ei obtained by projecting the end on the inner side of the spherical outer peripheral surface of the inner joint member in the vertical direction toward the spherical inner peripheral surface of the cage, at least partially in the axial direction of the cage Overlapping in It is characterized by.
  • the ratio Lt / Rm is set to 0.03 or more, where Lt is the length in the axial direction of the above-described overlapping portion of the cage, and Rm is the central radius of the radial thickness of the cage 5. It is desirable to set. Thereby, the shearing state of the column part can be sufficiently suppressed, and there is no problem in incorporating the inner joint member into the cage, and the weight can be suppressed.
  • the fixed type constant velocity universal joint in which the track groove of the outer joint member and the track groove of the inner joint member are inclined in the circumferential direction with respect to the axis of the joint, and a torque transmitting ball is incorporated at the intersection of the two track grooves. Is desirable. As a result, it is possible to realize a highly efficient fixed type constant velocity universal joint with less torque loss and heat generation while ensuring the strength of the cage.
  • the spherical edges of the outer joint member and the inner joint member bite into the cage. It is possible to realize a fixed type constant velocity universal joint capable of suppressing the mode of shear fracture due to the above and capable of suppressing an increase in weight.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a fixed type constant velocity universal joint according to a first embodiment of the present invention.
  • 1b is a right side view of FIG.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of one torque transmission ball and a track groove on line PP in FIG. 1a. It is a longitudinal cross-sectional view when the fixed type constant velocity universal joint of FIG. 1a and FIG. 1b takes the maximum operating angle.
  • FIG. 3b is a right side view of FIG. 3a. It is the longitudinal cross-sectional view which expanded the H section of FIG. 3a.
  • FIG. 2 is a diagram showing a range in which a torque transmission ball is detached from a track groove of an outer joint member at a maximum operating angle, as shown in FIG.
  • FIG. 6 is a right side view showing a state in which the ball returns to the end of the outer joint member on the opening side of the track groove at the phase angle ⁇ 1 and starts contact with the track groove. It is the right view which showed the state when a torque transmission ball
  • FIG. 8A shows a longitudinal section of a fixed type constant velocity universal joint at the center in the circumferential direction of a pillar portion of the cage on the side where the phase angle is larger than the phase angle ⁇ 1 at which the torque transmission ball returns to the track groove of the outer joint member.
  • FIG. 11b is a right side view of FIG. 11a.
  • FIG. 13b is a right side view of FIG. 13a. It is a longitudinal cross-sectional view of the outer joint member of FIG. 13a.
  • FIG. 14b is a right side view of FIG. 14a.
  • 13b is a front view of the inner joint member of FIG. 13a.
  • FIG. 15b is a right side view of FIG. 15a.
  • FIG. 16b is a right side view of FIG. 16a. It is a longitudinal cross-sectional view of the current fixed type constant velocity universal joint.
  • FIG. 17b is a right side view of FIG. 17a.
  • FIG. 1a is a longitudinal sectional view of a fixed type constant velocity universal joint according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1b is a right side view of FIG. 1a.
  • the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is based on a Rzeppa type constant velocity universal joint, and includes an outer joint member 2, an inner joint member 3, a torque transmission ball ( 4 and the cage 5 are the main components.
  • Eight curved track grooves 7 are formed on the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 at equal intervals in the circumferential direction and along the axial direction.
  • Eight curved track grooves 9 facing the track grooves 7 of the outer joint member 2 are formed on the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 at equal intervals in the circumferential direction and along the axial direction. .
  • Eight balls 4 for transmitting torque are incorporated one by one between the track groove 7 of the outer joint member 2 and the track groove 9 of the inner joint member 3.
  • a cage 5 that holds the ball 4 is disposed between the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 and the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3. The ball 4 is accommodated in the pocket 5 a of the cage 5.
  • the spherical outer peripheral surface 12 of the cage 5 is slidably fitted to the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2, and the spherical inner peripheral surface 13 of the cage 5 slides on the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3. Fits freely.
  • ball trajectory centerline will be used to describe the shape and shape of the track groove extending substantially in the axial direction.
  • 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.
  • the centers of curvature of the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 and the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 are formed at the joint center O, respectively.
  • the curvature center O1 of the ball track center line X of the curved track groove 7 of the outer joint member 2 and the curvature center O2 of the ball track center line Y of the curved track groove 9 of the inner joint member 3 are , Offset from the joint center O by an equal distance f on the opposite side in the axial direction.
  • a female spline (spline includes serration; the same applies hereinafter) 11 is formed in the inner diameter hole 10 of the inner joint member 3, and the male spline 15 formed at the end of the intermediate shaft 14 (see FIG. 3a) is replaced with the female spline. 11 and coupled so that torque can be transmitted.
  • the inner joint member 3 and the intermediate shaft 14 are positioned in the axial direction by a retaining ring 16.
  • boots are attached to the outer periphery of the outer joint member 2 and the outer periphery of the intermediate shaft 14 connected to the inner joint member 3, and both ends of the boot are fastened and fixed by boot bands.
  • Grease as a lubricant is sealed inside the joint covered with boots.
  • a stem portion 2b is integrally formed on the bottom portion of the mouth portion 2a of the outer joint member 2, and the stem portion 2b is fitted with a hub wheel to which drive wheels are attached, although not shown.
  • a male spline and a threaded portion are formed.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of one ball and track groove on the line PP in FIG. 1a.
  • the cross-sectional shape of the track groove 7 of the outer joint member 2 and the track groove 9 of the inner joint member 3 is an elliptical shape or a Gothic arch shape, and as shown in FIG. Angular contact is made with the groove 7 at two points C1 and C2, and angular contact is made with the track groove 9 of the inner joint member 3 at two points C3 and C4.
  • the angle (contact angle ⁇ ) formed by the straight line passing through the center Ob of the ball 4 and each contact point C1, C2, C3, C4 and the straight line passing through the center Ob of the ball 4 and the joint center O (see FIG. 1a) is 30 ° or more. It is preferable to set to.
  • the cross-sectional shape of the track grooves 7 and 9 may be an arc shape, and the contact between the track grooves 7 and 9 and the ball 4 may be a circular contact.
  • the overall configuration of the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is as described above. Next, a characteristic configuration will be described.
  • the characteristic configuration of the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is summarized as follows. (1) When the maximum operating angle is taken, the ball 4 that moves most toward the opening side of the track groove 7 of the outer joint member 2 is the track groove 7 of the outer joint member 2 at the phase angle ⁇ 2 (see FIG. 5).
  • the track groove 7 starts to come out of the end portion on the opening side of the track member 7 and comes into a non-contact state with the track groove 7 and returns to the end portion on the opening side of the track groove 7 of the outer joint member 2 at the phase angle ⁇ 1 (see FIG. 5). It has an operation form to start a contact state with.
  • the opening-side end 6 a of the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 is a spherical edge on the opening side of the spherical inner peripheral surface 6, and the spherical inner peripheral surface 6.
  • the inlet chamfer 20 are directly connected to each other, which means a contact point between the spherical inner peripheral surface 6 and the inlet chamfer 20, and a cylindrical notch is provided between the spherical outer peripheral surface 6 and the inlet chamfer 20. In this case, it means a contact point between the spherical inner peripheral surface 6 and the notch.
  • the end 8a on the back side of the spherical outer peripheral surface 6 of the inner joint member 3 is a spherical edge on the back side of the spherical outer peripheral surface 8, and the spherical outer peripheral surface 8 and the back end surface are directly connected.
  • it means a contact point between the spherical outer peripheral surface 8 and the back end surface, and when a chamfer is provided between the spherical outer peripheral surface 8 and the back end surface, the contact point between the spherical outer peripheral surface 8 and the chamfered surface.
  • FIG. 17a is a longitudinal sectional view of an existing eight-ball type Rzeppa-type fixed constant velocity universal joint
  • FIG. 17b is a right side view of FIG. 17a.
  • the fixed type constant velocity universal joint 101 shown in FIGS. 17a and 17b has a maximum operating angle of 47 °.
  • the fixed type constant velocity universal joint 101 mainly includes an outer joint member 102, an inner joint member 103, a ball 104, and a cage 105.
  • the current Rzeppa-type fixed constant velocity universal joint 101 has an operation configuration in which the ball 104 is always in contact with the track groove 107 of the outer joint member 102 up to the maximum operating angle (47 °).
  • the inlet chamfer 120 provided at the opening end of the outer joint member 102 is not interfered by an intermediate shaft (not shown, the same as the intermediate shaft 14 in FIG. 3a) at the maximum operating angle, and the ball 104 and the outer
  • the contact state of the joint member 102 with the track groove 107 is set to be ensured. For this reason, the length L2 from the joint center O of the outer joint member 102 to the opening side end is set to be relatively long.
  • the intermediate shaft interferes with the inlet chamfer 120.
  • the inlet chamfer 120 is moved in the axial direction toward the joint center O.
  • the inclination angle is appropriately increased, and accordingly, it is necessary to shorten the length from the joint center O of the outer joint member 102 to the opening side end.
  • the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment and the length L1 from the joint center O of the outer joint member 2 shown in FIG. The length is shorter than the length L2 from the joint center O of the outer joint member 102 of the fixed type constant velocity universal joint 101 to the opening side end.
  • the operation mode of the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment that is, as shown in FIG.
  • the ball 4 that moves most toward the opening side of the track groove 7 of the outer joint member 2 moves from the opening side end of the track groove 7 of the outer joint member 2 at the phase angle ⁇ 2.
  • the operation mode is such that it comes off and starts the non-contact state with the track groove 7 and returns to the opening end of the track groove 7 of the outer joint member 2 at the phase angle ⁇ 1 and starts the contact state with the track groove 7.
  • FIG. 3a is a longitudinal sectional view of the fixed type constant velocity universal joint 1 shown in FIGS. 1a and 1b when the maximum operating angle is taken
  • FIG. 3b is a right side view of FIG. 3a
  • FIG. 4 is an enlarged longitudinal sectional view of a portion H in FIG. 3a.
  • FIG. 3A shows a state in which the axis Ni—Ni of the inner joint member 3 (intermediate shaft 14) is bent to the maximum operating angle ⁇ max (50 °) on the paper surface of the same figure with respect to the axis No-No of the outer joint member 2.
  • the axis Nc-Nc of the cage 5 is inclined at a bisecting angle ⁇ max / 2.
  • This phase angle is denoted as ⁇ 0 in this specification (see FIG. 3b).
  • the phase angle ⁇ is expressed in the manner of proceeding counterclockwise from the phase angle ⁇ 0.
  • the maximum operating angle is used to mean the maximum operating angle that the fixed type constant velocity universal joint 1 can tolerate during use.
  • the intermediate shaft 14 is shown in contact with the inlet chamfer 20 at the maximum operating angle.
  • the inlet chamfer 20 has an outer diameter of the intermediate shaft 14 at the maximum operating angle.
  • the inlet chamfer 20 functions as a stopper surface when the intermediate shaft 14 exceeds the maximum operating angle.
  • FIG. 4 shows the inlet chamfer 20 and the spherical inner peripheral surface 6 formed at the end of the outer joint member 2 on the opening side by broken lines.
  • a contact point locus connecting the contact point C2 (or C1, see FIG. 2) between the track groove 7 of the outer joint member 2 and the ball 4 in the axial direction is defined as CLo
  • the track groove 9 of the inner joint member 3 and the ball 4 The contact point trajectory connecting the contact point C3 (or C4, see FIG. 2) to the axial direction is CLi, and each is indicated by a broken line.
  • the contact point trajectories CLo and CLi are formed at positions away from the groove bottoms of the track grooves 7 and 9.
  • the contact point locus CLo extends in the axial direction toward the opening side of the outer joint member 2 and ends at the edge of the inlet chamfer 20.
  • the edge portion of the inlet chamfer 20 is an end portion on the opening side of the track groove 7 of the outer joint member 2.
  • the ball 4 deviates to the right in FIG. 4 with respect to the end of the contact point locus CLo, and the ball 4 and the track groove 7 are not in contact with each other.
  • the number of balls 4 that are not in contact with the track grooves 7 is one of eight, and the one ball 4 is not involved in torque transmission.
  • the contact point locus CLi of the track groove 9 of the inner joint member 3 extends to the position of the ball 4. That is, it is only necessary to secure the contact point locus CLi of the track groove 9 of the inner joint member 3 when the ball 4 moves to the end of the contact point locus CLo of the track groove 7 of the outer joint member 2.
  • the ball 4 is removed from the end of the outer joint member 2 on the opening side of the track groove 7 and is not in contact with the track groove 7, but the edge of the entrance chamfer 20 of the track groove 7 and the pocket 5 a of the cage 5 are not in contact. Since the relationship between the distance W from the edge and the diameter Db of the ball 4 is set to Db> W, the drop of the ball 4 from the pocket 5a of the cage 5 is prevented.
  • FIG. 5 is a diagram showing the range in which the ball 4 is disengaged from the track groove 7 of the outer joint member 2 at the maximum operating angle, as shown in FIG. 1b.
  • FIG. 5 shows a range in which the ball 4 is detached from the track groove 7 of the outer joint member 2 with an arrow.
  • the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment has a maximum operating angle of 50 °, a phase angle ⁇ 0 and a phase angle ⁇ 1 of 20 ° centered on the phase angle ⁇ 0, and a phase angle ⁇ 0.
  • the phase angle ⁇ 2 is 20 °
  • the range in which the ball 4 is removed from the track groove 7 of the outer joint member 2 is 40 °.
  • One ball 4 positioned at the phase angle ⁇ 0 in FIGS. 3a and 3b is taken as an example with respect to the range where the ball 4 is removed from the track groove 7, that is, the phase angle range where the ball 4 and the track groove 7 are in a non-contact state
  • the axis No-No of the outer joint member 2 and the axis Ni-Ni of the inner joint member 3 (intermediate shaft 14) are kept constant, and the fixed type constant velocity universal joint 1 is counterclockwise from the phase angle ⁇ 0.
  • a non-contact state with the track groove 7 is started.
  • the specific single ball 4 has been described as an example. However, when the fixed type constant velocity universal joint 1 is rotated, the eight balls 4 are actually in a non-contact state sequentially. Will pass the range.
  • FIG. 6 shows the analysis result of the phase angle and the track load at the maximum operating angle for one ball 4 of the above-described model by a bold line.
  • FIG. 6 hatched portions as a range of phase angles in which the balls 4 and the track grooves 7 of the outer joint member 2 are in a non-contact state are displayed in an overlapping manner.
  • the relationship between the phase angle and the track load in the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment was considered as follows.
  • the track load immediately after returning to the end of the track groove 7 of the outer joint member 2 at the phase angle ⁇ 1 is in contact with the track grooves 7 because all the eight balls 4 are in contact with each other.
  • the track load at ⁇ 1 of the analysis result can be regarded as the track load at ⁇ 1 of the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment.
  • the track load P1 at which the ball 4 returns to the opening-side end of the track groove 7 of the outer joint member 2 at the phase angle ⁇ 1 and starts to contact the track groove 7 is the phase load ⁇ 1 of the outer joint member 2 at the phase angle ⁇ 2. It has been found that the load is significantly larger than the track load P2 that starts off from the end of the track groove 7 on the opening side and starts a non-contact state with the track groove 7.
  • the ball 4 returns to the end of the outer joint member 2 on the opening side of the track groove 7 at the phase angle ⁇ 1 and starts contact with the track groove 7.
  • the contact points C1, C3 between the ball 4 and the track grooves 7, 9 pass through the center Ob of the ball 4 and the joint center O as shown in FIG.
  • a track load inclined in a counterclockwise direction with a contact angle ⁇ with respect to a straight line acts, a distribution or balance of the track load changes due to a non-contact state, a large track load P1, P2, etc.
  • the characteristic configuration (2) of the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is that the column portions on both sides of the pocket 5a of the cage 5 that accommodates the ball 4 at the phase angle ⁇ 1 in a state where the maximum operating angle is taken. 5b, 5b ′, the end portion 6a on the opening side of the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 faces the spherical outer peripheral surface 12 of the cage 5 in the column portion 5b on the side where the phase angle is larger than the phase angle ⁇ 1.
  • the projection end Eo see FIG.
  • FIG. 8a is a right side view showing the state where the ball returns to the track groove of the outer joint member at the maximum operating angle, and the axis of the inner joint member is displayed in a horizontal state
  • FIG. 8b shows the axis of the outer joint member
  • FIG. 8 c is a right side view displayed in a horizontal state
  • FIG. 8 c is a right side view displayed with the cage axis line in a horizontal state
  • FIG. 9 shows a longitudinal section of a fixed type constant velocity universal joint at the groove bottom of the track groove at a phase angle ⁇ 1 at which the ball returns to the track groove of the outer joint member, and shows the inner joint as viewed along the line AA in FIG.
  • FIG. 10 shows a vertical cross section of a fixed type constant velocity universal joint at the center in the circumferential direction of the pillar portion 5b of the cage on the side where the phase angle is larger than the phase angle ⁇ 1 at which the ball returns to the track groove of the outer joint member.
  • the ball 4 when the maximum operating angle is taken, the ball 4 returns to the track groove 7 of the outer joint member 2 at the phase angle ⁇ 1 and starts contact with the track groove 7 To do. At this time, it contacts the edge of the entrance chamfer 20 of the contact point locus CLo in FIG. As described above, the track load P1 of the ball 4 is significantly larger than the track load P2 that starts to be out of contact with the track groove 7 at the phase angle ⁇ 2 from the end of the outer joint member 2 on the opening side of the track groove 7. Big.
  • the pillar 5 b of the cage on the side where the phase angle is larger than the phase angle ⁇ 1 at which the ball returns to the track groove of the outer joint member is the spherical shape of the outer joint member 2.
  • a large spherical force is applied to the column portion from both ends of the inner peripheral surface 6 between the end portion 6a on the opening side of the inner peripheral surface 6 and the end portion 8a on the inner side of the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3.
  • an end 6a on the opening side of the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 and an end 8a on the back side of the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 are shown.
  • the column portion 5b is not in a sheared state with respect to the spherical force.
  • FIGS. 11a is a front view of the fixed type constant velocity universal joint when the torque transmission ball returns to the track groove of the outer joint member
  • FIG. 11b is a right side view of FIG. 11a
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship among the spherical inner peripheral surface of the outer joint member, the spherical outer peripheral surface of the inner joint member, and the cage as viewed in the direction G in FIG. 11b.
  • FIG. 11a and 11b show the axis of the cage 5 arranged in the horizontal direction.
  • FIG. 11b corresponds to FIG. 8c described above.
  • the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 is indicated by a broken line
  • the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 is indicated by a solid line.
  • the outline on the spherical outer peripheral surface 12 side is indicated by a solid line
  • the outline on the spherical inner peripheral surface 13 side is indicated by a broken line.
  • the projected end portion obtained by projecting the end portion 6 a on the opening side of the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 toward the spherical outer peripheral surface 12 of the cage 5 in the vertical direction is Eo.
  • a projected end portion obtained by projecting the end portion 8a on the back side of the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 toward the spherical inner peripheral surface 13 of the cage 5 in the vertical direction is Ei.
  • the projection end Eo and the projection end Ei overlap at least partially in the axial direction of the cage 5.
  • the projection end Eo and the projection end Ei overlap in a triangular shape, and the triangular overlap portion T has a length Lt in the axial direction of the cage 5.
  • a projected end (Eo) obtained by projecting an end of the spherical inner peripheral surface of the outer joint member on the opening side in a vertical direction toward the spherical outer peripheral surface of the cage, and a spherical shape of the inner joint member The projected end portion (Ei) obtained by projecting the end on the back side of the outer peripheral surface in the vertical direction toward the spherical inner peripheral surface of the cage overlaps at least partially in the axial direction of the cage.
  • the length Lt of the overlapping portion in the axial direction of the cage has the above meaning.
  • a projected end Ei obtained by projecting the end 8a on the inner side of the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 in the vertical direction toward the spherical inner peripheral surface 13 of the cage 5, in the axial direction of the cage 5.
  • the column portion 5b Since the projection end Eo and the projection end Ei overlap at least partly in the axial direction of the cage 5, the column portion 5b does not enter a sheared state with respect to the spherical force. Therefore, the strength of the cage 5 can be ensured and an increase in weight can be suppressed.
  • the setting range of the overlapping portion T between the projection end Eo and the projection end Ei will be described.
  • the radius of the spherical outer circumferential surface 12 of the cage 5 Ro
  • the radius of the spherical inner circumferential surface 13 is Ri
  • the radius of the center of the radial thickness of the cage 5 is Rm
  • Rm ( Ro + Ri) / 2.
  • the ratio Lt / Rm between the length Lt of the overlapping portion T in the axial direction of the cage 5 and the radius of the center of the radial thickness of the cage 5 to Rm is preferably set to 0.03 or more.
  • the ratio Lt / Rm is less than 0.03
  • the surface pressure of the overlapping portion T becomes high, and the shear state of the column portion 5b cannot be sufficiently suppressed.
  • FIGS. 13a is a longitudinal sectional view of a fixed type constant velocity universal joint according to the present embodiment
  • FIG. 13b is a right side view of FIG. 13a
  • 14a is a longitudinal sectional view of the outer joint member of FIG. 13a
  • FIG. 14b is a right side view of FIG. 14a
  • 15a is a front view of the inner joint member of FIG. 13a
  • FIG. 15b is a right side view of FIG. 15a.
  • the fixed type constant velocity universal joint 1 mainly includes an outer joint member 2, an inner joint member 3, a ball 4 and a cage 5.
  • Eight track grooves 7 are formed on the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2, and eight track grooves facing the track grooves 7 of the outer joint member 2 are formed on the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3. 9 is formed.
  • a cage 5 for holding the ball 4 is disposed between the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 and the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3.
  • the spherical outer peripheral surface 12 of the cage 5 is slidably fitted to the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2, and the spherical inner peripheral surface 13 of the cage 5 slides on the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3. Fits freely.
  • the centers of curvature of the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 and the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 are respectively formed at the joint center O, and the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 and the spherical surface of the inner joint member 3 are formed.
  • the centers of curvature of the spherical outer peripheral surface 12 and the spherical inner peripheral surface 13 of the cage 5 that are respectively fitted to the outer peripheral surface 8 are also located at the joint center O.
  • the eight track grooves 7, 9 of the outer joint member 2 and the inner joint member 3, respectively, are circumferential with respect to the joint axis NN.
  • the track grooves 7 ⁇ / b> A, 7 ⁇ / b> B and 9 ⁇ / b> A, 9 ⁇ / b> B are formed in directions opposite to each other.
  • eight balls 4 are arranged at the intersections of the track grooves 7A, 9A and 7B, 9B which form a pair of the outer joint member 2 and the inner joint member 3.
  • FIG. 13a the track grooves 7 and 9 are shown in a state in which the cross sections in the plane M shown in FIG.
  • the joint axis NN is also the axis No-No of the outer joint member and the axis Ni-Ni of the inner joint member.
  • the track groove 7 of the outer joint member 2 has a ball track center line X
  • the track groove 7 has a first ball track center line Xa having an arc-shaped ball track center line Xa with the joint center O as the center of curvature.
  • Track groove portion 7a and a second track groove portion 7b having a linear ball track center line Xb.
  • the ball track center line Xa of the second track groove portion 7b is aligned with the ball track center line Xa of the first track groove portion 7a.
  • Xb is smoothly connected as a tangent.
  • the track groove 9 of the inner joint member 3 has a ball track center line Y, and the track groove 9 has a first arc-shaped ball track center line Ya with the joint center O as the center of curvature.
  • Track groove portion 9a and a second track groove portion 9b having a linear ball track center line Yb, and the ball track center line of the second track groove portion 9b is aligned with the ball track center line Ya of the first track groove portion 9a.
  • Yb is smoothly connected as a tangent.
  • 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.
  • the track grooves 9 of the inner joint member 3 are denoted by the reference numerals of the track grooves 9A and 9B because of the difference in inclination direction.
  • the plane Q including the ball track center line Y and the joint center O of the track groove 9A is inclined by an angle ⁇ with respect to the joint axis NN.
  • the track groove 9B adjacent to the track groove 9A in the circumferential direction is not shown, but the plane Q including the ball track center line Y and the joint center O of the track groove 9B is in relation to the joint axis NN.
  • the track groove 9A is inclined by an angle ⁇ in the direction opposite to the inclination direction of the track groove 9A.
  • the inclination angle ⁇ is preferably set to 4 ° to 12 ° in consideration of the operability of the constant velocity universal joint 1 and the spherical surface width I on the closest side of the track groove of the inner joint member 3.
  • the entire region of the ball track center line Y of the track groove 9A that is, the ball track center line Ya of the first track groove portion 9a and the balls of the second track groove portion 9b. Both of the track center lines Yb are formed on the plane Q.
  • the present invention is not limited to this, and a mode in which only the ball trajectory center line Ya of the first track groove portion 9a is included in the plane Q can also be implemented. 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. 13a details of the track grooves as seen from the longitudinal cross sections of the outer joint member 2 and the inner joint member 3 will be described.
  • 14a is a cross-sectional view of the track groove 7A of the outer joint member 2 of FIG. 14a as viewed on a plane M including the ball track center line X and the joint center O. 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. 13a 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 on the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 substantially along the axial direction.
  • the track groove 7A has a ball track center line X
  • the track groove 7A has a first track groove portion 7Aa having an arc-shaped ball track center line Xa with the joint center O as the center of curvature (no axial offset).
  • a second track groove portion 7Ab having a linear ball trajectory center line Xb. Then, at the end J on the opening side of the ball track center line Xa of the first track groove portion 7Aa, the linear ball track center line Xb of the second track groove portion 7Ab is smoothly connected as a tangent line. That is, the end portion J is a connection point between the first track groove portion 7Aa and the second track groove 7Ab.
  • the ball trajectory center line Xb is formed so as to approach the joint axis NN as it goes to the opening side. Thereby, it can suppress that a wedge angle becomes excessive.
  • FIG. 15B is a cross-sectional view of the track groove 9A of the inner joint member 3 of 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. 13a shows the track groove 9A of the inner joint member 3
  • 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 substantially along the axial direction.
  • the track groove 9A has a ball track center line Y, and 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). And a second track groove portion 9Ab having a linear ball trajectory center line Yb.
  • the ball track center line Yb of the second track groove portion 9Ab is smoothly connected as a tangent at the end J 'on the back side of the ball track center line Ya of the first track groove portion 9Aa. That is, the end J ′ is a connection point between the first track groove 9Aa and the second track groove 9Ab.
  • the second track groove portion 9Ab connected as a tangent at the end portion J ′ on the back side of the ball track center line Ya of the first track groove portion 9Aa.
  • the straight ball trajectory center line Yb is formed so as to approach the joint axis NN toward the back side. Thereby, it can suppress that a wedge angle becomes excessive.
  • a straight line connecting the end portion J 'and the joint center O is defined as S'.
  • the joint axis N′-N ′ projected on the plane Q 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, and the axis N′-N ′.
  • An angle formed by the perpendicular K and the straight line S ′ at the joint center O is ⁇ ′.
  • the angle ⁇ formed with respect to the plane P including the joint center O in which the straight lines S and S ′ are at an operating angle of 0 ° will be described.
  • the ball 4 moves by ⁇ / 2 with respect to the plane P including the joint center O of the outer joint member 2 and the inner joint member 3.
  • the angle ⁇ is determined from 1 ⁇ 2 of the frequently used operating angle, and the range of the track groove with which the ball 4 contacts is determined within the frequently used operating angle range.
  • the operating angle that is frequently used is defined.
  • the common angle of the joint refers to 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 end J of the ball track center line Xa of the first track groove 7Aa becomes the center position of the ball when moved to the most opening side along the axial direction at the normal angle.
  • the end portion J ′ of the ball track center line Ya of the first track groove portion 9Aa is the center position of the ball when moved to the farthest side along the axial direction at the normal angle. . Since it is set in this way, in the range of the normal angle, the ball 4 is located in the first track groove portions 7Aa and 9Aa of the outer joint member 2 and the inner joint member 3 and 7Ba and 9Ba whose inclination directions are opposite to each other.
  • 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.
  • the balls 4 arranged in the circumferential direction are temporarily separated and positioned in the first track groove portions 7Aa and 9Aa and the second track groove portions 7Ab and 9Ab.
  • the forces acting from the balls 4 on the pockets 5a of the cage 5 are not balanced, and the spherical contact portions 12 and 6 between the cage 5 and the outer joint member 2 and the cage 5 and the inner joint member 3
  • the contact force of the spherical contact portions 13 and 8 is generated, 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, a highly efficient fixed type constant velocity universal joint with less torque loss and heat generation can be realized.
  • the overall configuration of the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is as described above.
  • the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is set to a maximum operating angle that greatly exceeds 50 °, but the characteristic configuration is as follows, as in the first embodiment. (1) When the maximum operating angle is taken, the ball 4 that moves most toward the opening side of the track groove 7 of the outer joint member 2 is the end on the opening side of the track groove 7 of the outer joint member 2 at the phase angle ⁇ 2. And an operation mode in which the contact state with the track groove 7 is started at the phase angle ⁇ 1 and returned to the end portion of the outer joint member 2 on the opening side of the track groove 7 at the phase angle ⁇ 1. Having.
  • FIG. 2 of the fixed type constant velocity universal joint 1 according to the first embodiment and the description based on FIGS. 3 to 12 regarding the above-described characteristic configuration and its effects are as follows. Since the same applies to the quick universal joint 1, the contents described in the first embodiment will be applied mutatis mutandis and only the main points will be described.
  • the length L1 from the joint center O to the opening side end of the outer joint member 2 of the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment shown in FIG. 13a is greatly shortened, and the above characteristic configuration ( It becomes the operation mode of 1).
  • the radius of the spherical outer circumferential surface 12 of the cage 5 shown in FIG. 13a is Ro
  • the radius of the spherical inner circumferential surface 13 is Ri
  • Projection end Eo in which the end of the spherical inner peripheral surface of the outer joint member is projected in the vertical direction toward the spherical outer peripheral surface of the cage, and the spherical outer periphery of the inner joint member in the column portion on the side having the larger corner
  • the ratio Lt / Rm of the center radius of the wall thickness to Rm is 0.03 or more Is set to
  • the track grooves 7 and 9 are inclined in the circumferential direction. Therefore, when rotated in the counterclockwise direction shown in FIG.
  • the phase angle ⁇ 1 that returns to the end of the track groove 7 on the opening side and starts contact with the track groove 7 is, for example, 24 ° for the track groove 7A and 27 ° for the track groove 7B.
  • the phase angle ⁇ 2 at which the outer joint member 2 starts off from the end of the track groove 7 on the opening side and starts a non-contact state with the track groove 7 is, for example, 336 ° in the track groove 7A, and in the track groove 7B, for example, 333 °. That is, when rotated counterclockwise as shown in FIG.
  • the maximum operating angle which is the characteristic configuration (2) of the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment, is taken, and the phase angle ⁇ 1 Of the column portions 5b and 5b 'on both sides of the pocket 5a of the cage 5 that accommodates the ball 4, the opening of the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 in the column portion 5b on the side where the phase angle is larger than the phase angle ⁇ 1.
  • the projecting end Eo in which the end 6a on the side is projected in the vertical direction toward the spherical outer peripheral surface 12 of the cage 5 and the end 8a on the inner side of the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 are spherical.
  • the projection end Ei projected in the vertical direction toward the inner peripheral surface 13 overlaps at least partially in the axial direction of the cage 5 in the spherical inner peripheral surface 6 on both sides of the track groove 7B. Is the spherical inner peripheral surface 6 on the side of the travel, and the inner side facing this spherical inner peripheral surface 6 The spherical outer peripheral surface 8 of the joint member 3 is formed. This is because the track groove 7B has a shorter contact point locus than the track groove 7A when rotated counterclockwise.
  • FIGS. 16a and 16b A fixed type constant velocity universal joint according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16a and 16b.
  • 16a is a longitudinal sectional view of a fixed type constant velocity universal joint according to the present embodiment
  • FIG. 16b is a right side view of FIG. 16a.
  • the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is based on an undercut free type constant velocity universal joint, and includes an outer joint member 2, an inner joint member 3, a torque transmission ball (also simply referred to as a ball) 4, and
  • the cage 5 has a main configuration.
  • Six track grooves 7 are formed on the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 at equal intervals in the circumferential direction and along the axial direction.
  • Track grooves 9 facing the track grooves 7 of the outer joint member 2 are formed on the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 at equal intervals in the circumferential direction and along the axial direction.
  • Six balls 4 for transmitting torque are incorporated one by one between the track groove 7 of the outer joint member 2 and the track groove 9 of the inner joint member 3.
  • a cage 5 that holds the ball 4 is disposed between the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 and the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3. The ball 4 is accommodated in the pocket 5 a of the cage 5.
  • the spherical outer peripheral surface 12 of the cage 5 is slidably fitted to the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2, and the spherical inner peripheral surface 13 of the cage 5 slides on the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3. Fits freely.
  • the curvature center O3 of the spherical inner circumferential surface 6 of the outer joint member 2 and the spherical outer circumferential surface 12 of the cage 5, and the curvature center O4 of the spherical outer circumferential surface 8 of the inner joint member 3 and the spherical inner circumferential surface 13 of the cage 5 are:
  • a small amount f2 is offset at equal distances on the opposite side in the axial direction with respect to the joint center O.
  • the curved track groove 7 of the outer joint member 2 includes a curved track groove portion 7 a located on the back side of the outer joint member 2 and a linear track groove portion 7 s located on the opening side.
  • the groove 9 is composed of a curved track groove portion 9a located on the opening side and a linear track groove portion 9s located on the back side.
  • the center of curvature O1 ′ of the ball track center line Xa of the curved track groove portion 7a of the outer joint member 2 and the center of curvature O2 ′ of the ball track center line Ya of the curved track groove portion 9a of the inner joint member 3 are located at the joint center O. On the other hand, it is offset at an equal distance f1 on the opposite side in the axial direction.
  • the ball track center line Xa of the curved track groove portion 7a of the outer joint member 2 and the ball track center line Xs of the linear track groove 7s are tangentially connected, and the ball track center line Xs of the linear track groove portion 7s is the center of curvature. It is formed in parallel with the joint axis NN from the axial position of O1 ′ to the opening side.
  • the ball track center line Ya of the curved track groove portion 9a of the inner joint member 3 and the ball track center line Ys of the linear track groove 9s are tangentially connected, and the ball track center line Ys of the linear track groove portion 9s is the center of curvature. It is formed in parallel with the joint axis NN from the axial position of O2 ′ to the back side.
  • the overall configuration of the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment is as described above.
  • the fixed type constant velocity universal joint 1 of this embodiment is set to the maximum operating angle exceeding 50 degrees
  • the characteristic structure is as follows similarly to 1st Embodiment. (1)
  • the ball 4 that moves most toward the opening side of the track groove 7 of the outer joint member 2 is the end on the opening side of the track groove 7 of the outer joint member 2 at the phase angle ⁇ 2.
  • an operation mode in which the contact state with the track groove 7 is started at the phase angle ⁇ 1 and returned to the end portion of the outer joint member 2 on the opening side of the track groove 7 at the phase angle ⁇ 1.
  • FIG. 2 of the fixed type constant velocity universal joint 1 according to the first embodiment and the description based on FIGS. 3 to 12 regarding the above-described characteristic configuration and its effects are as follows. Since the same applies to the quick universal joint 1, the contents described in the first embodiment will be applied mutatis mutandis and only the main points will be described.
  • the length L1 from the joint center O to the opening side end of the outer joint member 2 of the fixed type constant velocity universal joint 1 of the present embodiment shown in FIG. 13a is greatly shortened, and the above characteristic configuration ( It becomes the operation mode of 1).
  • the radius of the spherical outer peripheral surface 12 of the cage 5 shown in FIG. 16a is Ro
  • the radius of the spherical inner circumferential surface 13 is Ri
  • Projection end Eo in which the end of the spherical inner peripheral surface of the outer joint member is projected in the vertical direction toward the spherical outer peripheral surface of the cage, and the spherical outer periphery of the inner joint member in the column portion on the side having the larger corner
  • the ratio Lt / Rm of the center radius of the wall thickness to Rm is 0.03 or more Is set to
  • the phase angle ⁇ 1 that returns to the opening end of the track groove 7 of the outer joint member 2 and starts the contact state with the track groove 7 is 30 °.
  • the phase angle ⁇ 2 at which the member deviates from the end of the track groove 7 on the opening side and starts a non-contact state with the track groove 7 is 330 °.
  • the fixed type constant velocity universal joint 1 of each embodiment described above has the following characteristic configurations (1) and (2), the strength of the cage 5 can be obtained even when the maximum operating angle is larger than the conventional one. Can be secured, and an increase in weight can be suppressed.
  • (1) When the maximum operating angle is taken, the ball 4 that moves most toward the opening side of the track groove 7 of the outer joint member 2 is the end on the opening side of the track groove 7 of the outer joint member 2 at the phase angle ⁇ 2. And an operation mode in which the contact state with the track groove 7 is started at the phase angle ⁇ 1 and returned to the end portion of the outer joint member 2 on the opening side of the track groove 7 at the phase angle ⁇ 1.

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Abstract

球状内周面６に概ね長手方向に延びる複数のトラック溝７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２と、球状外周面８に概ね長手方向に延びる複数のトラック溝９が外側継手部材２のトラック溝７に対向して形成された内側継手部材３と、対向する各トラック溝７、９間に組込まれたトルク伝達ボール４と、このトルク伝達ボール４を保持し、外側継手部材２の球状内周面６に案内される球状外周面１２と内側継手部材３の球状外周面８に案内される球状内周面１３が形成された保持器５とからなる固定式等速自在継手１において、固定式等速自在継手１は、最大作動角を取ったときに、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって最も移動するトルク伝達ボール４が、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れて当該トラック溝７との非接触状態を開始すると共に、位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻り当該トラック溝７との接触状態を開始する作動形態を有し、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるトルク伝達ボールを収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂ、５ｂ'のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂにおいて、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部を保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部を保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとが、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うことを特徴とする。

Description

固定式等速自在継手
　この発明は、固定式等速自在継手に関する。
　自動車や各種産業機械の動力伝達系を構成する等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸をトルク伝達可能に連結すると共に、前記二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達することができる。等速自在継手は、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手と、角度変位および軸方向変位の両方を許容する摺動式等速自在継手とに大別され、例えば、自動車のエンジンから駆動車輪に動力を伝達するドライブシャフトにおいては、デフ側（インボード側）に摺動式等速自在継手が使用され、駆動車輪側（アウトボード側）には固定式等速自在継手が使用される。
　自動車のドライブシャフト用の固定式等速自在継手に求められる機能として、車輪の転舵に合わせた高い作動角と、それに伴う、高作動角時の強度となる。従来、最大作動角は、ツェッパ型等速自在継手（ＢＪタイプ）で４７°、アンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪタイプ）で５０°が一般的であるが、自動車の旋回性の向上や小回り性の向上の観点から、５０°を超える要求が増えつつある。それらの要求に応えるために、種々の構造の固定式等速自在継手が提案されている。
　特許文献１には、外側継手部材および内側継手部材のそれぞれのトラック溝を円弧状とテーパ状の組合せとし、外径を大きくすることなく、高作動角化できる構造の固定式等速自在継手が提案されている。特許文献２には、従来型の固定式等速自在継手において、最大作動角の際、トルク伝達ボール（以下、単にボールともいう）が外側継手部材の開口側に最も移動する位相角（位相角０°）のボールの中心と継手中心との軸平行距離と、ボールの中心と外側継手部材の開口円錐面との軸平行距離の比を２．９未満とすることで、最大作動角時においても機能を維持することができるとしている。さらに作動角を取ってボールが外側継手部材のトラック溝から接触点を失うまで突出した場合において、前記比を２．２未満とすることで機能性を維持できるとしている。
　特許文献３には、固定式等速自在継手が高作動角を取った際に、外側継手部材と内側継手部材のそれぞれの球面エッジが保持器に食込み、せん断破壊するモードが記載されている。これは、最大作動角を取った固定式等速自在継手の縦断面において、保持器の球状外周面と外側継手部材の球状内周面のエッジ部との接点と、保持器の球状内周面と内側継手部材の球状外周面のエッジ部との接点とを結んだ直線と、保持器の中心線とのなす角度を１０°以下にすることで、保持器の強度が確保できるものである。
特許第４０４１６４１号公報 特許第４８８５２３６号公報 特許第４１３３４１５号公報
　固定式等速自在継手において従来以上の高作動角を取る場合、中間シャフトが外側継手部材と干渉しないように、外側継手部材の長さを短くする必要があるが、その結果、外側継手部材のトラック溝が短くなり、位相角０°付近のボールはトラック溝から外れて接触点を失うことになる。ところが、このような作動形態を有する固定式等速自在継手における保持器の強度問題について特許文献２は着目していない。
　特許文献３のように、保持器がせん断状態となるのは、高作動角を取った際のボールが等速自在継手の開口側へ保持器を押す力により、保持器が外側継手部材、内側継手部材に押し付けられるために発生するが、高作動角を取るために外側継手部材のトラック溝の長さを短くすることと、従来の最大作動角より更に高作動角にする場合、保持器の球状外周面と外側継手部材の球状内周面のエッジ部との接点と、保持器の球状内周面と内側継手部材の球状外周面のエッジ部との接点とを結んだ直線と、保持器の中心線とのなす角度を１０°以下に維持することが困難となることが判明した。
　上記の対策として、内側継手部材の幅を拡大することで、前記角度を１０°以下にすることも考えられるが、この場合は、内側継手部材の幅が広がることで、保持器への組込性が損なわれることや、場合によっては、保持器の組込インロー径が大きくなり過ぎて、保持器が成立しない場合もあり得る。加えて、重量増などの問題も懸念される。
　また、位相角０°付近のボールが接触点を失うと、接触点を失った位相角の範囲では、ボールが保持器を押す力が失われるため、継手内部に作用する力のバランスが変わり、保持器が押される方向や力の大きさが異なるため、特許文献３の方法では十分な効果が得られないことが判明した。
　上記のような問題に鑑み、本発明は、高作動角を取ってボールがトラック溝から外れて接触点を失う作動形態の固定式等速自在継手において、外側継手部材、内側継手部材の球面エッジが保持器に食込むことによるせん断破壊のモードを抑えることが可能で、かつ、重量増を抑えることが可能な固定式等速自在継手を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討した結果、高作動角時に外側継手部材のトラック溝と非接触状態のトルク伝達ボールが、トラック溝の開口側の端部に戻り当該トラック溝との接触状態を開始する時のトラック荷重が大きいことに着目し、この時の保持器の強度を確保するという新たな着想により、本発明に至った。
　前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、球状内周面に概ね長手方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に概ね長手方向に延びる複数のトラック溝が前記外側継手部材のトラック溝に対向して形成された内側継手部材と、対向する各トラック溝間に組込まれたトルク伝達ボールと、このトルク伝達ボールを保持し、前記外側継手部材の球状内周面に案内される球状外周面と前記内側継手部材の球状外周面に案内される球状内周面が形成された保持器とからなる固定式等速自在継手において、前記固定式等速自在継手は、最大作動角を取ったときに、前記外側継手部材のトラック溝の開口側に向かって移動する前記トルク伝達ボールが、位相角φ２において前記外側継手部材のトラック溝の開口側の端部から外れて当該トラック溝との非接触状態を開始すると共に、位相角φ１において前記外側継手部材のトラック溝の開口側の端部に戻り当該トラック溝との接触状態を開始する作動形態を有し、前記最大作動角を取った状態で、前記位相角φ１における前記トルク伝達ボールを収容する前記保持器のポケットの両側の柱部のうち、前記位相角φ１より位相角が大きい側の柱部において、前記外側継手部材の球状内周面の開口側の端部を前記保持器の球状外周面に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、前記内側継手部材の球状外周面の奥側の端部を前記保持器の球状内周面に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとが、前記保持器の軸方向において少なくとも一部で重なり合うことを特徴とする。
　上記の構成により、高作動角を取ってボールとトラック溝とが非接触状態となる作動形態の固定式等速自在継手において、外側継手部材、内側継手部材の球面エッジが保持器に食込むことによるせん断破壊のモードを抑えることが可能で、かつ、重量増を抑えることが可能な固定式等速自在継手を実現することができる。
　具体的には、上記の重なり合う部分の保持器の軸方向における長さをＬｔとし、保持器５の半径方向肉厚の中央の半径をＲｍとしたとき、比Ｌｔ／Ｒｍを０．０３以上に設定することが望ましい。これにより、柱部のせん断状態を十分に抑制することができ、かつ、内側継手部材の保持器への組み込みに問題がなく、重量を抑えることができる。
　上記の外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝が、継手の軸線に対して周方向に傾斜し、前記両トラック溝の交差部にトルク伝達ボールが組込まれた固定式等速自在継手が望ましい。これにより、保持器の強度を確保しつつ、トルク損失および発熱が少なく高効率な固定式等速自在継手を実現することができる。
　本発明によれば、高作動角を取ってボールとトラック溝とが非接触状態となる作動形態の固定式等速自在継手において、外側継手部材、内側継手部材の球面エッジが保持器に食込むことによるせん断破壊のモードを抑えることが可能で、かつ、重量増を抑えることが可能な固定式等速自在継手を実現することができる。
本発明の第１の実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図である。 図１ａの右側面図である。 図１ａのＰ－Ｐ線上の１個のトルク伝達ボールとトラック溝を拡大した横断面図である。 図１ａ、図１ｂの固定式等速自在継手が最大作動角を取ったときの縦断面図である。 図３ａの右側面図である。 図３ａのＨ部を拡大した縦断面図である。 最大作動角において、トルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝から外れる範囲を図１ｂに表示した図である。 最大作動角時の位相角とトラック荷重の関係を示すグラフである。 ボールが位相角φ１において外側継手部材のトラック溝の開口側の端部に戻りトラック溝との接触を開始する状態を示す右側面図である。 最大作動角において、トルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝に戻るときの状態を示し、内側継手部材の軸線を水平状態に固定して表示した右側面図である。 最大作動角において、トルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝に戻るときの状態を示し、外側継手部材の軸線を水平状態に固定して表示した右側面図である。 最大作動角において、トルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝に戻るときの状態を示し、保持器の軸線を水平状態に固定して表示した右側面図である。 トルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝に戻る位相角φ１でのトラック溝の溝底における固定式等速自在継手の縦断面を示し、図８ａにおけるＡ－Ａ線で矢視した内側継手部材の縦断面、図８ｂにおけるＢ－Ｂ線で矢視した外側継手部材の縦断面および図８ｃにおけるＣ－Ｃ線で矢視した保持器の縦断面およびトルク伝達ボールのそれぞれを紙面上で合成して表示した縦断面図である。 トルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝に戻る位相角φ１より位相角が大きい側の保持器の柱部の周方向中央における固定式等速自在継手の縦断面を示し、図８ａにおけるＤ－Ｄ線で矢視した内側継手部材の縦断面、図８ｂにおけるＥ－Ｅ線で矢視した外側継手部材の縦断面および図８ｃにおけるＦ－Ｆ線で矢視した保持器の縦断面のそれぞれを紙面上で合成して表示した縦断面図である。 トルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝に戻るときの固定式等速自在継手の正面図である。 図１１ａの右側面図である。 図１１ｂにおけるＧ方向に矢視した外側継手部材の球状内周面、内側継手部材の球状外周面および保持器の関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図である。 図１３ａの右側面図である。 図１３ａの外側継手部材の縦断面図である。 図１４ａの右側面図である。 図１３ａの内側継手部材の正面図である。 図１５ａの右側面図である。 本発明の第３の実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図である。 図１６ａの右側面図である。 現行の固定式等速自在継手の縦断面図である。 図１７ａの右側面図である。
　本発明の第１の実施形態に係る固定式等速自在継手を図１～図１２に基づいて説明する。図１ａは、本発明の第１の実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図で、図１ｂは、図１ａの右側面図である。図１ａ、図１ｂに示すように、本実施形態の固定式等速自在継手１は、ツェッパ型等速自在継手をベースにしたもので、外側継手部材２、内側継手部材３、トルク伝達ボール（単に、ボールともいう）４および保持器５を主な構成とする。外側継手部材２の球状内周面６には８本の曲線状のトラック溝７が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材３の球状外周面８には、外側継手部材２のトラック溝７と対向する８本の曲線状のトラック溝９が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材２のトラック溝７と内側継手部材３のトラック溝９との間にトルクを伝達する８個のボール４が１個ずつ組み込まれている。外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８の間に、ボール４を保持する保持器５が配置されている。ボール４は保持器５のポケット５ａに収容されている。保持器５の球状外周面１２は外側継手部材２の球状内周面６に摺動自在に嵌合し、保持器５の球状内周面１３は内側継手部材３の球状外周面８に摺動自在に嵌合している。
　概ね軸方向に延びるトラック溝の形態、形状を的確に示すために、本明細書では、ボール軌道中心線という用語を用いて説明する。ここで、ボール軌道中心線とは、トラック溝に配置されたボールがトラック溝に沿って移動するときのボールの中心が描く軌跡を意味する。
　外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８の曲率中心は、それぞれ、継手中心Ｏに形成されている。これに対して、外側継手部材２の曲線状のトラック溝７のボール軌道中心線Ｘの曲率中心Ｏ１と、内側継手部材３の曲線状のトラック溝９のボール軌道中心線Ｙの曲率中心Ｏ２は、継手中心Ｏに対して軸方向反対側に等距離ｆでオフセットされている。これにより、固定式等速自在継手１が作動角を取った場合、外側継手部材２と内側継手部材３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール４が常に案内され、二軸間で等速に回転が伝達されることになる。
　内側継手部材３の内径孔１０には、雌スプライン（スプラインはセレーションを含む。以下同じ。）１１が形成され、中間シャフト１４（図３ａ参照）の端部に形成された雄スプライン１５を雌スプライン１１に嵌合し、トルク伝達可能に連結される。内側継手部材３と中間シャフト１４は、止め輪１６により軸方向に位置決めされている。
　図示は省略するが、外側継手部材２の外周と、内側継手部材３に連結された中間シャフト１４の外周に、ブーツを装着し、ブーツの両端はブーツバンドにより締付固定されている。ブーツで覆われた継手内部には、潤滑剤としてのグリースが封入される。ブーツを装着することにより、グリースの外部漏洩や継手外部からの異物侵入が防止される。
　図１ａに示すように、外側継手部材２のマウス部２ａの底部にステム部２ｂが一体に形成され、ステム部２ｂには、図示は省略するが、駆動車輪が取り付けられるハブ輪と嵌合する雄スプラインとねじ部が形成されている。
　図２は、図１ａのＰ－Ｐ線上の１個のボールとトラック溝を拡大した横断面図である。外側継手部材２のトラック溝７および内側継手部材３のトラック溝９の横断面形状は楕円形状やゴシックアーチ形状とされており、図２に示すように、ボール４は、外側継手部材２のトラック溝７と２点Ｃ１、Ｃ２でアンギュラコンタクトし、内側継手部材３のトラック溝９と２点Ｃ３、Ｃ４でアンギュラコンタクトしている。ボール４の中心Ｏｂと各接触点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を通る直線と、ボール４の中心Ｏｂと継手中心Ｏ（図１ａ参照）を通る直線がなす角度（接触角α）は３０°以上に設定することが好ましい。尚、トラック溝７、９の横断面形状を円弧形状とし、トラック溝７、９とボール４との接触をサーキュラコンタクトとしてもよい。
　本実施形態の固定式等速自在継手１の全体的な構成は以上のとおりであるが、次に特徴的な構成を説明する。本実施形態の固定式等速自在継手１の特徴的な構成は、要約すると次のとおりである。
（１）最大作動角を取ったときに、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって最も移動するボール４が、位相角φ２（図５参照）において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始すると共に、位相角φ１（図５参照）において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する作動形態を有すること。
（２）および、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂのうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂにおいて、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａ（図１ａ参照）を保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏ（図１２参照）と、内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａ（図１ａ参照）を保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉ（図１２参照）とが、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うことである。
　ここで、本明細書および請求の範囲において、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａは、球状内周面６の開口側の球面エッジであり、球状内周面６と入口チャンファ２０とが直接接続されている場合は、球状内周面６と入口チャンファ２０との接点を意味し、球状外周面６と入口チャンファ２０との間に円筒状の切欠きが設けられている場合は、球状内周面６と切欠きとの接点を意味する。同様に、内側継手部材３の球状外周面６の奥側の端部８ａは、球状外周面８の奥側の球面エッジであり、球状外周面８と奥側の端面とが直接接続されている場合は、球状外周面８と奥側の端面との接点を意味し、球状外周面８と奥側の端面との間に面取りが設けられている場合は、球状外周面８と面取りとの接点を意味する。
　まず、本実施形態の固定式等速自在継手の上記の特徴的な構成（１）である作動形態について、現行の固定式等速自在継手と比較して説明する。図１７ａは８個ボールタイプの現行のツェッパ型固定式等速自在継手の縦断面図で、図１７ｂは、図１７ａの右側面図である。図１７ａ、図１７ｂに示す固定式等速自在継手１０１は、最大作動角が４７°のものである。固定式等速自在継手１０１は、外側継手部材１０２、内側継手部材１０３、ボール１０４および保持器１０５を主な構成とする。固定式等速自在継手１０１の外側継手部材１０２、内側継手部材１０３のトラック溝１０７、１０９のボール軌道中心線ｘ、ｙの曲率中心Ｏ１、Ｏ２や球状内周面１０６、球状外周面１０８の曲率中心などの内部構成については、本実施形態の固定式等速自在継手１と同様であるので、説明を省略する。
　現行のツェッパ型固定式等速自在継手１０１は、最大作動角（４７°）まで常に、ボール１０４が外側継手部材１０２のトラック溝１０７と接触状態が確保された作動形態を有する。外側継手部材１０２の開口側端部に設けられた入口チャンファ１２０は、最大作動角において、中間シャフト（図示省略、図３ａの中間シャフト１４と同じ）が干渉することなく、かつ、ボール１０４と外側継手部材１０２のトラック溝１０７との接触状態が確保されるように設定されている。このため、外側継手部材１０２の継手中心Ｏから開口側端部までの長さＬ２は比較的に長く設定されている。
　最大作動角が４７°を超える高作動角が必要な場合、中間シャフトが入口チャンファ１２０に干渉するので、これを回避するためには、入口チャンファ１２０を継手中心Ｏの側に軸方向に移動させると共に傾斜角度を適宜増加させることになるが、これに伴い、外側継手部材１０２の継手中心Ｏから開口側端部までの長さを短くする必要がある。これに対応したのが本実施形態の固定式等速自在継手１であり、図１ａに示す外側継手部材２の継手中心Ｏから開口側端部までの長さＬ１は、図１７ａに示す現行の固定式等速自在継手１０１の外側継手部材１０２の継手中心Ｏから開口側端部までの長さＬ２より短縮されている。
　上記の結果、外側継手部材２の開口側のトラック溝７の長さが減少するので、本実施形態の固定式等速自在継手１の作動形態、すなわち、図５に示すように、従来以上に大きな最大作動角を取ったときに、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって最も移動するボール４が、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始すると共に、位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する作動形態となる。
　上記の作動形態を有する固定式等速自在継手１が最大作動角を取った時の状態を図３ａ、図３ｂおよび図４を参照して説明する。図３ａは、図１ａ、図１ｂの固定式等速自在継手１が最大作動角を取ったときの縦断面図で、図３ｂは、図３ａの右側面図である。図４は、図３ａのＨ部を拡大した縦断面図である。
　図３ａは、外側継手部材２の軸線Ｎｏ－Ｎｏに対して内側継手部材３（中間シャフト１４）の軸線Ｎｉ－Ｎｉを同図の紙面上で最大作動角θｍａｘ（５０°）まで屈曲させた状態を示す。保持器５の軸線Ｎｃ－Ｎｃは二等分角度θｍａｘ／２で傾斜する。図３ａの紙面上にボール４の中心Ｏｂが位置し、図の上側のボール４が位相角φ＝０°である。この位相角を本明細書においてφ０と表記する（図３ｂ参照）。本明細書では、位相角φは、位相角φ０から反時計方向に進む要領で表記する。また、本明細書および請求の範囲において、最大作動角とは、固定式等速自在継手１が使用時に許容できる最大の作動角という意味で用いる。
　図３ａでは、最大作動角時に中間シャフト１４が入口チャンファ２０に当接した状態で図示しているが、実際には、入口チャンファ２０は、最大作動角を取ったときに中間シャフト１４の外径面との間に僅かに余裕のある形状、寸法に設定され、入口チャンファ２０は、中間シャフト１４が最大作動角を超えたときのストッパ面として機能する。
　図３ａに示すように、本実施形態の固定式等速自在継手１では、最大作動角を取った時、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって最も移動する位相角φ０のボール４が外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部（入口チャンファ２０）から外れてトラック溝７と非接触状態となる。この状態の詳細を図３ａのＨ部を拡大した図４を参照して説明する。
　図４に、外側継手部材２の開口側の端部に形成された入口チャンファ２０および球状内周面６を破線で示す。また、外側継手部材２のトラック溝７とボール４との接触点Ｃ２（又はＣ１、図２参照）を軸方向につないだ接触点軌跡をＣＬｏとし、内側継手部材３のトラック溝９とボール４との接触点Ｃ３（又はＣ４、図２参照）を軸方向につないだ接触点軌跡をＣＬｉとし、それぞれを破線で示す。接触点軌跡ＣＬｏ、ＣＬｉは、トラック溝７、９の溝底から離れた位置に形成される。
　接触点軌跡ＣＬｏは外側継手部材２の開口側に向かって軸方向に延び、入口チャンファ２０の縁部で終わっている。この入口チャンファ２０の縁部が外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部である。接触点軌跡ＣＬｏの終端に対してボール４は、図４の右方向に外れており、ボール４とトラック溝７とは非接触状態となっている。トラック溝７と非接触状態のボール４は８個のうちの１個であり、この１個のボール４はトルク伝達には関与しない。内側継手部材３のトラック溝９の接触点軌跡ＣＬｉは、ボール４の位置まで延びている。すなわち、外側継手部材２のトラック溝７の接触点軌跡ＣＬｏの終端にボール４が移動した際に、内側継手部材３のトラック溝９の接触点軌跡ＣＬｉを確保していればよい。
　ボール４は、外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７と非接触状態となるが、トラック溝７の入口チャンファ２０の縁部と保持器５のポケット５ａの縁部との間隔Ｗがボール４の直径Ｄｂとの関係がＤｂ＞Ｗに設定されているので、保持器５のポケット５ａからのボール４の脱落が防止される。
　最大作動角で、位相角φ０のボール４が外側継手部材２のトラック溝７から外れ、非接触状態になっていることは前述のとおりである。次に、ボール４がトラック溝７から外れる範囲、すなわち、ボール４とトラック溝７とが非接触状態になる位相角の範囲について図３ａ、図３ｂおよび図５を参照して説明する。図５は、最大作動角において、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７から外れる範囲を図１ｂに表示した図である。図５に矢印でボール４が外側継手部材２のトラック溝７から外れる範囲を示す。具体的には、本実施形態の固定式等速自在継手１の最大作動角は５０°で、位相角φ０を中心にして、位相角φ０と位相角φ１の間が２０°で、位相角φ０と位相角φ２の間が２０°となり、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７から外れる範囲は４０°となる。
　ボール４がトラック溝７から外れる範囲、すなわち、ボール４とトラック溝７とが非接触状態になる位相角の範囲について、図３ａ、図３ｂにおける位相角φ０に位置する１個のボール４を例として補足説明する。図３ａ、図３ｂに示す外側継手部材２の軸線Ｎｏ－Ｎｏと内側継手部材３（中間シャフト１４）の軸線Ｎｉ－Ｎｉを一定状態とし、固定式等速自在継手１を位相角φ０から反時計方向に回転させたとき、図５の位相角φ１（φ１＝２０°）の位置において、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する。さらに、反時計方向の回転を続けると、位相角φ０の手前の位相角φ２（φ２＝３４０°）の位置において、ボール４が外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始する。上記説明では、特定の１個のボール４を例として説明したが、固定式等速自在継手１を回転させると実際には、８個のボール４が、順次、非接触状態になる位相角の範囲を通過することになる。
　次に、本実施形態の固定式等速自在継手１の特徴的な構成（２）である外側継手部材の球状内周面、内側継手部材の球状外周面および保持器の位置関係について説明する。はじめに、本実施形態に至る開発過程の知見を説明する。固定式等速自在継手１は、最大作動角を取ったときに、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって最も移動するボール４が、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始すると共に、位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する作動形態を有するので、保持器５の強度を確保するために、最大作動角を取った時のトラック荷重について検討した。最大作動角５０°でボールと外側継手部材のトラック溝が常に接触状態が確保された作動形態を有する８個ボールタイプのツェッパ型固定式等速自在継手をモデルにしてトラック荷重を解析した。その解析結果を図６に示す。
　図６は、前述したモデルの１個のボール４について最大作動角時の位相角とトラック荷重の解析結果を太線で示す。図６には、ボール４と外側継手部材２のトラック溝７とが非接触状態になる位相角の範囲としての斜線部を重ねて表示している。図６の解析結果に基づいて、本実施形態の固定式等速自在継手１における位相角とトラック荷重の関係を次のように考察した。
　本実施形態の固定式等速自在継手１では、前述したように、最大作動角時にボール４とトラック溝７とが非接触状態になる位相角の範囲に位置するボール４は８個のうち１個である。また、図６の解析結果を考察し、次のような結果を得た。すなわち、ボール４が、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れる直前のトラック荷重は、８個のボール４のすべてがトラック溝７と接触状態にあるので、図６の解析結果のφ２におけるトラック荷重を本実施形態の固定式等速自在継手１のφ２におけるトラック荷重とみなすことができる。同様に、位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻った直後のトラック荷重は、８個のボール４のすべてがトラック溝７と接触状態にあるので、図６の解析結果のφ１におけるトラック荷重を本実施形態の固定式等速自在継手１のφ１におけるトラック荷重とみなすことができる。
　上記の考察結果に基づいて図６の解析結果を評価した。その結果、ボール４が位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始するトラック荷重Ｐ１は、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始するトラック荷重Ｐ２より、大幅に大きいことが判明した。このため、位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７と内側継手部材３のトラック溝９とに挟まれたボール４から保持器５に対して大きな軸方向の押出力が作用し、外側継手部材２の球状内周面６と保持器５の球状外周面１２との間および内側継手部材３の球状外周面８と保持器５の球状内周面１３との間に大きな球面力が発生することになる。この問題に着目し、保持器５の強度を確保するために、以下のように種々検討を進めた。
　図７に示すように、ボール４が位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する。固定式等速自在継手１が反時計方向に回転する場合、図２に示すように、ボール４とトラック溝７、９との接触点Ｃ１、Ｃ３がボール４の中心Ｏｂと継手中心Ｏを通る直線に対して接触角αで反時計方向に傾斜したトラック荷重が作用することや、非接触状態になったことによりトラック荷重の分布やバランスが変化することや、トラック荷重Ｐ１、Ｐ２等の大きさの異なる内部力の影響などにより、図７に示す位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂ、５ｂ’のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂが外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８によって前述した大きな球面力を受けることが判明した。
　上記の知見を基に、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂのうち、位相角φ１より位相角が大きい側（図７の左側）の柱部５ｂに対して、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａ（図１ａ参照）と内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａの位置関係が前述した大きな球面力に関してせん断状態にならないように設定することを着想し、本実施形態に至った。
　本実施形態の固定式等速自在継手１の特徴的な構成（２）は、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂ、５ｂ’のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂにおいて、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａを保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏ（図１２参照）と、内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａを保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉ（図１２参照）とが、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うことである。
　ただし、図７では、固定式等速自在継手１が反時計方向に回転する場合を例にして、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂ、５ｂ’のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部を５ｂとして説明したが、回転方向が逆の場合（時計方向）には、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部は５ｂ’となる。本明細書および請求の範囲において位相角φ１より位相角が大きい側の柱部とは、上記の意味で用いる。
　上記の特徴的な構成（２）を図８～図１２に基づいて具体的に説明する。図８ａは、最大作動角においてボールが外側継手部材のトラック溝に戻るときの状態を示し、内側継手部材の軸線を水平状態にして表示した右側面図で、図８ｂは外側継手部材の軸線を水平状態にして表示した右側面図で、図８ｃは保持器の軸線を水平状態にして表示した右側面図である。図９は、ボールが外側継手部材のトラック溝に戻る位相角φ１でのトラック溝の溝底における固定式等速自在継手の縦断面を示し、図８ａにおけるＡ－Ａ線で矢視した内側継手部材の縦断面、図８ｂにおけるＢ－Ｂ線で矢視した外側継手部材の縦断面および図８ｃにおけるＣ－Ｃ線で矢視した保持器の縦断面およびボールのそれぞれを紙面上で合成して表示した縦断面図である。図１０は、ボールが外側継手部材のトラック溝に戻る位相角φ１より位相角が大きい側の保持器の柱部５ｂの周方向中央における固定式等速自在継手の縦断面を示し、図８ａにおけるＤ－Ｄ線で矢視した内側継手部材の縦断面、図８ｂにおけるＥ－Ｅ線で矢視した外側継手部材の縦断面および図８ｃにおけるＦ－Ｆ線で矢視した保持器の縦断面のそれぞれを紙面上で合成して表示した縦断面図である。
　図８ａ、図８ｂ、図８ｃおよび図９に示すように、最大作動角を取った時、位相角φ１においてボール４が外側継手部材２のトラック溝７に戻りトラック溝７との接触状態を開始する。この時、図４における接触点軌跡ＣＬｏの入口チャンファ２０の縁部に接触する。前述したように、ボール４のトラック荷重Ｐ１は、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始するトラック荷重Ｐ２より大幅に大きい。
　図８ａ、図８ｂ、図８ｃおよび図１０に示すように、ボールが外側継手部材のトラック溝に戻る位相角φ１より位相角が大きい側の保持器の柱部５ｂは、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａと内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａとに挟まれ、両端部から大きな球面力が柱部に作用するが、図１０に示すように、本実施形態の固定式等速自在継手１では外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａと内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａとが、保持器５の柱部５ｂの軸方向において重なり合う部分Ｔ（図１２参照）が存在するので、柱部５ｂは球面力に関してせん断状態にならない。
　外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａと内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａとが重なり合う状態の詳細を図１１ａ、図１１ｂおよび図１２に基づいて説明する。図１１ａはトルク伝達ボールが外側継手部材のトラック溝に戻るときの固定式等速自在継手の正面図で、図１１ｂは、図１１ａの右側面図である。図１２は、図１１ｂにおけるＧ方向に矢視した外側継手部材の球状内周面、内側継手部材の球状外周面および保持器の関係を示す図である。
　図１１ａ、図１１ｂは、保持器５の軸線を水平方向に配置して表示している。図１１ｂは、前述した図８ｃに対応する。図１２では、外側継手部材２の球状内周面６を破線で表示し、内側継手部材３の球状外周面８を実線で表示している。保持器５については、球状外周面１２側の輪郭線を実線で表示し、球状内周面１３側の輪郭線を破線で表示している。
　図１２に示すように、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａを保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部はＥｏである。内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａを保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部はＥｉである。投影端部Ｅｏと投影端部Ｅｉは、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合っている。投影端部Ｅｏと投影端部Ｅｉは三角形状で重なり合っており、三角形状の重なり合う部分Ｔは保持器５の軸方向にＬｔの長さを有する。請求の範囲における「前記外側継手部材の球状内周面の開口側の端部を前記保持器の球状外周面に向かって垂直方向に投影した投影端部（Ｅｏ）と、前記内側継手部材の球状外周面の奥側の端部を前記保持器の球状内周面に向かって垂直方向に投影した投影端部（Ｅｉ）とが、前記保持器の軸方向において少なくとも一部で重なり合うこと」および「重なり合う部分の前記保持器の軸方向における長さＬｔ」は、上記の意味を有する。
　また、特徴的な構成（２）として、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂ、５ｂ’のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂにおいて、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａを保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａを保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとが、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うことを説明したが、固定式等速自在継手１の作動角や負荷トルク等の使用条件によっては、最大作動角より数度程度（例えば２～５°）小さい高作動角を取った状態で、投影端部Ｅｏと投影端部Ｅｉとが保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うように調整してもよい。本明細書および請求の範囲における最大作動角は上記の意味を含むものとする。
　投影端部Ｅｏと投影端部Ｅｉは、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うので、柱部５ｂは球面力に関してせん断状態にならない。したがって、保持器５の強度を確保でき、重量増を抑制することができる。
　投影端部Ｅｏと投影端部Ｅｉとの重なり合う部分Ｔの設定範囲について説明する。図１０に示すように、保持器５の球状外周面１２の半径をＲｏ、球状内周面１３の半径をＲｉ、保持器５の半径方向肉厚の中央の半径をＲｍとすると、Ｒｍ＝（Ｒｏ＋Ｒｉ）／２となる。重なり合う部分Ｔの保持器５の軸方向における長さＬｔと保持器５の半径方向肉厚の中央の半径をＲｍとの比Ｌｔ／Ｒｍは０．０３以上に設定することが望ましい。比Ｌｔ／Ｒｍが０．０３未満であると、重なり合う部分Ｔの面圧が高くなり、柱部５ｂのせん断状態を十分に抑制することができない。
　本発明の第２の実施形態に係る固定式等速自在継手を図１３～図１５に基づいて説明する。図１３ａは本実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図で、図１３ｂは、図１３ａの右側面図である。図１４ａは、図１３ａの外側継手部材の縦断面図で、図１４ｂは、図１４ａの右側面図である。図１５ａは、図１３ａの内側継手部材の正面図で、図１５ｂは、図１５ａの右側面図である。
　図１３ａ、図１３ｂに示すように、固定式等速自在継手１は、外側継手部材２、内側継手部材３、ボール４および保持器５を主な構成とする。外側継手部材２の球状内周面６には８本のトラック溝７が形成され、内側継手部材３の球状外周面８には、外側継手部材２のトラック溝７と対向する８本のトラック溝９が形成されている。外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８との間に、ボール４を保持する保持器５が配置されている。保持器５の球状外周面１２は外側継手部材２の球状内周面６に摺動自在に嵌合し、保持器５の球状内周面１３は内側継手部材３の球状外周面８に摺動自在に嵌合している。
　外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８の曲率中心は、それぞれ継手中心Ｏに形成され、外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８にそれぞれ嵌合する保持器５の球状外周面１２と球状内周面１３の曲率中心も、それぞれ継手中心Ｏに位置する。
　図１３ｂ、図１４ａ、図１４ｂ、図１５ａおよび図１５ｂ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１３ａでは、トラック溝７、９については、それぞれ、図１４ａに示す平面Ｍおよび図１５ａに示す平面Ｑにおける断面を傾斜角γ＝０°まで回転させた状態で示している。継手の軸線Ｎ－Ｎは、外側継手部材の軸線Ｎｏ－Ｎｏおよび内側継手部材の軸線Ｎｉ－Ｎｉでもある。
　図１３ａに示すように、外側継手部材２のトラック溝７はボール軌道中心線Ｘを有し、トラック溝７は、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１のトラック溝部７ａと、直線状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２のトラック溝部７ｂとからなり、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａに第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂが接線として滑らかに接続されている。
　図１３ａに示すように、内側継手部材３のトラック溝９はボール軌道中心線Ｙを有し、トラック溝９は、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１のトラック溝部９ａと、直線状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２のトラック溝部９ｂとからなり、第１のトラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａに第２のトラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂが接線として滑らかに接続されている。第１のトラック溝部７ａ、９ａのボール軌道中心線Ｘａ、Ｙａの各曲率中心を、継手中心Ｏ、すなわち継手の軸線Ｎ－Ｎ上に配置したことにより、トラック溝深さを均一にすることができ、かつ加工を容易にすることができる。
　図１４ａ、図１４ｂに基づき、外側継手部材２のトラック溝７が継手の軸線Ｎ－Ｎに対して周方向に傾斜している状態を詳細に説明する。外側継手部材２のトラック溝７は、その傾斜方向の違いから、トラック溝７Ａ、７Ｂの符号を付す。図１４ａ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１５ａ、図１５ｂに基づき、内側継手部材３のトラック溝９が継手の軸線Ｎ－Ｎに対して周方向に傾斜している状態を詳細に説明する。内側継手部材３のトラック溝９は、その傾斜方向の違いから、トラック溝９Ａ、９Ｂの符号を付す。図１５ａに示すように、トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑは、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して角度γだけ傾斜している。そして、トラック溝９Ａに周方向に隣り合うトラック溝９Ｂは、図示は省略するが、トラック溝９Ｂのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑが、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して、トラック溝９Ａの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。傾斜角γは、等速自在継手１の作動性および内側継手部材３のトラック溝の最も接近した側の球面幅Ｉを考慮し、４°～１２°にすることが好ましい。
　また、前述した外側継手部材と同様、本実施形態では、トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙの全域、すなわち、第１のトラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａおよび第２のトラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂの両方が平面Ｑ上に形成されている。しかし、これに限られるものではなく、第１のトラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａのみが平面Ｑに含まれている形態も実施することができる。したがって、少なくとも第１のトラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａと継手中心Ｏを含む平面Ｑが継手の軸線Ｎ－Ｎに対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う第１のトラック溝部９ａで互いに反対方向に形成されていればよい。内側継手部材３のトラック溝９のボール軌道中心線Ｙは、作動角０°の状態で継手中心Ｏを含む平面Ｐを基準として、外側継手部材２の対となるトラック溝７のボール軌道中心線Ｘと鏡像対称に形成されている。
　図１３ａに基づいて、外側継手部材２および内側継手部材３の縦断面より見たトラック溝の詳細を説明する。図１３ａでは、トラック溝７、９については、それぞれ、図１４ａに示す平面Ｍおよび図１５ａに示す平面Ｑにおける断面を傾斜角γ＝０°まで回転させた状態で示している。すなわち、図１４ａの外側継手部材２のトラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍで見た断面図である。したがって、厳密には、継手の軸線Ｎ－Ｎを含む平面における縦断面図ではなく、角度γだけ傾斜した断面を示している。図１３ａには、外側継手部材２のトラック溝７Ａが示されているが、トラック溝７Ｂは、傾斜方向がトラック溝７Ａとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝７Ａと同じであるので、説明は省略する。外側継手部材２の球状内周面６にはトラック溝７Ａが概ね軸方向に沿って形成されている。
　トラック溝７Ａはボール軌道中心線Ｘを有し、トラック溝７Ａは、継手中心Ｏを曲率中心（軸方向のオフセットがない）とする円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１のトラック溝部７Ａａと、直線状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２のトラック溝部７Ａｂとからなる。そして、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ｊにおいて、第２のトラック溝部７Ａｂの直線状のボール軌道中心線Ｘｂが接線として滑らかに接続されている。すなわち、端部Ｊが第１のトラック溝部７Ａａと第２のトラック溝７Ａｂとの接続点である。端部Ｊは継手中心Ｏよりも開口側に位置するので、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ｊにおいて接線として接続される第２のトラック溝部７Ａｂの直線状のボール軌道中心線Ｘｂは、開口側に行くにつれて継手の軸線Ｎ－Ｎに接近するように形成されている。これにより、くさび角が過大になるのを抑制することができる。
　図１３ａに示すように、端部Ｊと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＳとする。トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍ上に投影された継手の軸線Ｎ’－Ｎ’は継手の軸線Ｎ－Ｎに対しγだけ傾斜し、軸線Ｎ’－Ｎ’の継手中心Ｏにおける垂線Ｋと直線Ｓとがなす角度をβ’とする。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐ上にある。したがって、本発明でいう直線Ｓが作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。
　同様に、図１３ａ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１５ａの内側継手部材３のトラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑで見た断面図である。したがって、厳密には、継手の軸線Ｎ－Ｎを含む平面における縦断面図ではなく、角度γだけ傾斜した断面を示している。図１３ａには、内側継手部材３のトラック溝９Ａが示されているが、トラック溝９Ｂは、傾斜方向がトラック溝９Ａとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝９Ａと同じであるので、説明は省略する。内側継手部材３の球状外周面８にはトラック溝９Ａが概ね軸方向に沿って形成されている。
　トラック溝９Ａはボール軌道中心線Ｙを有し、トラック溝９Ａは、継手中心Ｏを曲率中心（軸方向のオフセットがない）とする円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１のトラック溝部９Ａａと、直線状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２のトラック溝部９Ａｂとからなる。そして、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｊ’において、第２のトラック溝部９Ａｂのボール軌道中心線Ｙｂが接線として滑らかに接続されている。すなわち、端部Ｊ’が第１のトラック溝部９Ａａと第２のトラック溝９Ａｂとの接続点である。端部Ｊ’は継手中心Ｏよりも奥側に位置するので、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｊ’において接線として接続される第２のトラック溝部９Ａｂの直線状のボール軌道中心線Ｙｂは、奥側に行くにつれて継手の軸線Ｎ－Ｎに接近するように形成されている。これにより、くさび角が過大になるのを抑制することができる。
　図１３ａに示すように、端部Ｊ’と継手中心Ｏとを結ぶ直線をＳ’とする。トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑ上に投影された継手の軸線Ｎ’－Ｎ’は継手の軸線Ｎ－Ｎに対しγだけ傾斜し、軸線Ｎ’－Ｎ’の継手中心Ｏにおける垂線Ｋと直線Ｓ’とがなす角度をβ’とする。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐ上にある。したがって、直線Ｓ’が作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。
　次に、直線Ｓ、Ｓ’が作動角０°の状態の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対してなす角度βについて説明する。作動角θを取ったとき、外側継手部材２および内側継手部材３の継手中心Ｏを含む平面Ｐに対して、ボール４がθ／２だけ移動する。使用頻度が多い作動角の１／２より角度βを決め、使用頻度が多い作動角の範囲においてボール４が接触するトラック溝の範囲を決める。ここで、使用頻度が多い作動角について定義する。まず、継手の常用角とは、水平で平坦な路面上で１名乗車時の自動車において、ステアリングを直進状態にした時にフロント用ドライブシャフトの固定式等速自在継手に生じる作動角をいう。常用角は、通常、２°～１５°の間で車種ごとの設計条件に応じて選択・決定される。　
　上記の角度βにより、図１３ａにおいて、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ｊは、常用角時に軸方向に沿って最も開口側に移動したときのボールの中心位置となる。同様に、内側継手部材３では、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの端部Ｊ’は、常用角時に軸方向に沿って最も奥側に移動したときのボールの中心位置となる。このように設定されているので、常用角の範囲では、ボール４は、外側継手部材２および内側継手部材３の第１のトラック溝部７Ａａ、９Ａａと、傾斜方向が反対の７Ｂａ、９Ｂａに位置するので、保持器５の周方向に隣り合うポケット部５ａにボール４から相反する方向の力が作用し、保持器５は継手中心Ｏの位置で安定する（図１３ａ参照）。このため、保持器５の球状外周面１２と外側継手部材２の球状内周面６との接触力、および保持器５の球状内周面１３と内側継手部材３の球状外周面８との接触力が抑制され、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。
　本実施形態の等速自在継手においては、保持器５のポケット部５ａとボール４との嵌め合いをすきま設定にしてもよい。この場合、前記すきまは０～４０μｍ程度に設定することが好ましい。すきま設定にすることにより、保持器５のポケット部５ａに保持されたボール４をスムーズに作動させることができ、更なるトルク損失の低減を図ることができる。
　尚、高作動角の範囲では、周方向に配置されたボール４が第１のトラック溝部７Ａａ、９Ａａと第２のトラック溝部７Ａｂ、９Ａｂに一時的に分かれて位置する。これに伴い、保持器５の各ポケット部５ａにボール４から作用する力が釣り合わず、保持器５と外側継手部材２との球面接触部１２、６および保持器５と内側継手部材３との球面接触部１３、８の接触力が発生するが、高作動角の範囲は使用頻度が少ないため、本実施形態の等速自在継手１は、総合的にみるとトルク損失や発熱を抑制できる。したがって、トルク損失および発熱が少なく高効率な固定式等速自在継手を実現することができる。
　本実施形態の固定式等速自在継手１の全体的な構成は以上のとおりである。本実施形態の固定式等速自在継手１は、５０°を大幅に超える最大作動角に設定されているが、第１の実施形態と同様に、特徴的な構成は次のとおりである。
（１）最大作動角を取ったときに、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって最も移動するボール４が、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始すると共に、位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する作動形態を有すること。
（２）および、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂ、５ｂ’のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂにおいて、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａを保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａを保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとが、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うことである。
　第１の実施形態の固定式等速自在継手１の図２の説明内容および上記の特徴的な構成およびその作用効果に関する図３～図１２に基づく説明内容については、本実施形態の固定式等速自在継手１でも同様であるので、第１の実施形態で説明した内容を準用し、要点のみ説明する。
　図１３ａに示す本実施形態の固定式等速自在継手１の外側継手部材２の継手中心Ｏから開口側端部までの長さＬ１は、大幅に短縮されており、上記の特徴的な構成（１）の作動形態となる。
　また、図１３ａに示す保持器５の球状外周面１２の半径をＲｏ、球状内周面１３の半径をＲｉ、保持器５の半径方向肉厚の中央の半径をＲｍ＝（Ｒｏ＋Ｒｉ）／２とすると、本実施形態の固定式等速自在継手１においても、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボールを収容する保持器のポケットの両側の柱部のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部において、外側継手部材の球状内周面の開口側の端部を保持器の球状外周面に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、内側継手部材の球状外周面の奥側の端部を保持器の球状内周面に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとの重なり合う部分Ｔの保持器５の軸方向における長さＬｔと保持器５の半径方向肉厚の中央の半径をＲｍとの比Ｌｔ／Ｒｍは０．０３以上に設定されている。
　本実施形態の固定式等速自在継手１では、前述したように、トラック溝７、９が周方向に傾斜しているので、図５に示す反時計方向に回転させたとき、外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する位相角φ１は、トラック溝７Ａでは例えば２４°であり、トラック溝７Ｂでは例えば２７°である。また、外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始する位相角φ２は、トラック溝７Ａでは例えば３３６°であり、トラック溝７Ｂでは例えば３３３°である。つまり、図５に示す反時計方向に回転させたときは、本実施形態の固定式等速自在継手１の特徴的な構成（２）である最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂ、５ｂ’のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂにおいて、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａを保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａを保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとが、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うのは、トラック溝７Ｂの両側の球状内周面６のうち、位相角が進む側の球状内周面６となり、この球状内周面６と対向する内側継手部材３の球状外周面８となる。反時計方向に回転させたときは、トラック溝７Ｂの方がトラック溝７Ａより接触点軌跡が短くなるためである。
　本発明の第３の実施形態に係る固定式等速自在継手を図１６ａ、図１６ｂに基づいて説明する。図１６ａは本実施形態に係る固定式等速自在継手の縦断面図で、図１６ｂは、図１６ａの右側面図である。本実施形態の固定式等速自在継手１は、アンダーカットフリー型等速自在継手をベースにしたもので、外側継手部材２、内側継手部材３、トルク伝達ボール（単に、ボールともいう）４および保持器５を主な構成とする。
　外側継手部材２の球状内周面６には６本のトラック溝７が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材３の球状外周面８には、外側継手部材２のトラック溝７と対向するトラック溝９が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材２のトラック溝７と内側継手部材３のトラック溝９との間にトルクを伝達する６個のボール４が１個ずつ組み込まれている。外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８の間に、ボール４を保持する保持器５が配置されている。ボール４は保持器５のポケット５ａに収容されている。保持器５の球状外周面１２は外側継手部材２の球状内周面６に摺動自在に嵌合し、保持器５の球状内周面１３は内側継手部材３の球状外周面８に摺動自在に嵌合している。
　外側継手部材２の球状内周面６および保持器５の球状外周面１２の曲率中心Ｏ３と、内側継手部材３の球状外周面８および保持器５の球状内周面１３の曲率中心Ｏ４は、継手中心Ｏに対して軸方向反対側に等距離で小量ｆ２オフセットされている。外側継手部材２の曲線状のトラック溝７は、外側継手部材２の奥側に位置する曲線状トラック溝部７ａと開口側に位置する直線状トラック溝部７ｓとから構成され、内側継手部材３のトラック溝９は、開口側に位置する曲線状トラック溝部９ａと奥側に位置する直線状トラック溝部９ｓとから構成されている。外側継手部材２の曲線状トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの曲率中心Ｏ１’と、内側継手部材３の曲線状トラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａの曲率中心Ｏ２’は、継手中心Ｏに対して軸方向反対側に等距離ｆ１でオフセットされている。
　外側継手部材２の曲線状トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａと直線状トラック溝７ｓのボール軌道中心線Ｘｓは接線状に接続され、直線状トラック溝部７ｓのボール軌道中心線Ｘｓは、曲率中心Ｏ１’の軸方向位置から開口側まで継手の軸線Ｎ－Ｎと平行に形成されている。内側継手部材３の曲線状トラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａと直線状トラック溝９ｓのボール軌道中心線Ｙｓは接線状に接続され、直線状トラック溝部９ｓのボール軌道中心線Ｙｓは、曲率中心Ｏ２’の軸方向位置から奥側まで継手の軸線Ｎ－Ｎと平行に形成されている。
　本実施形態の固定式等速自在継手１の全体的な構成は以上のとおりである。本実施形態の固定式等速自在継手１は、５０°を超える最大作動角に設定されているが、第１の実施形態と同様に、特徴的な構成は次のとおりである。
（１）最大作動角を取ったときに、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって最も移動するボール４が、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始すると共に、位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する作動形態を有すること。
（２）および、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂのうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂにおいて、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａを保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａを保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとが、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うことである。
　第１の実施形態の固定式等速自在継手１の図２の説明内容および上記の特徴的な構成およびその作用効果に関する図３～図１２に基づく説明内容については、本実施形態の固定式等速自在継手１でも同様であるので、第１の実施形態で説明した内容を準用し、要点のみ説明する。
　図１３ａに示す本実施形態の固定式等速自在継手１の外側継手部材２の継手中心Ｏから開口側端部までの長さＬ１は、大幅に短縮されており、上記の特徴的な構成（１）の作動形態となる。
　また、図１６ａに示す保持器５の球状外周面１２の半径をＲｏ、球状内周面１３の半径をＲｉ、保持器５の半径方向肉厚の中央の半径をＲｍ＝（Ｒｏ＋Ｒｉ）／２とすると、本実施形態の固定式等速自在継手１においても、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボールを収容する保持器のポケットの両側の柱部のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部において、外側継手部材の球状内周面の開口側の端部を保持器の球状外周面に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、内側継手部材の球状外周面の奥側の端部を保持器の球状内周面に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとの重なり合う部分Ｔの保持器５の軸方向における長さＬｔと保持器５の半径方向肉厚の中央の半径をＲｍとの比Ｌｔ／Ｒｍは０．０３以上に設定されている。
　本実施形態の固定式等速自在継手１では、外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する位相角φ１は３０°であり、外側継手部材のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始する位相角φ２は３３０°である。
　以上説明した各実施形態の固定式等速自在継手１は、次の特徴的な構成（１）、（２）を有するので、従来以上に大きな最大作動角を取っても、保持器５の強度を確保でき、重量増を抑制することができる。
（１）最大作動角を取ったときに、外側継手部材２のトラック溝７の開口側に向かって最も移動するボール４が、位相角φ２において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部から外れてトラック溝７との非接触状態を開始すると共に、位相角φ１において外側継手部材２のトラック溝７の開口側の端部に戻りトラック溝７との接触状態を開始する作動形態を有すること。
（２）および、最大作動角を取った状態で、位相角φ１におけるボール４を収容する保持器５のポケット５ａの両側の柱部５ｂ、５ｂ’のうち、位相角φ１より位相角が大きい側の柱部５ｂにおいて、外側継手部材２の球状内周面６の開口側の端部６ａを保持器５の球状外周面１２に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｏと、内側継手部材３の球状外周面８の奥側の端部８ａを保持器５の球状内周面１３に向かって垂直方向に投影した投影端部Ｅｉとが、保持器５の軸方向において少なくとも一部で重なり合うこと。
　本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
１　　　　　固定式等速自在継手
２　　　　　外側継手部材
３　　　　　内側継手部材
４　　　　　トルク伝達ボール
５　　　　　保持器
５ａ　　　　ポケット
５ｂ　　　　柱部
５ｂ’　　　柱部
６　　　　　球状内周面
６ａ　　　　端部
７　　　　　トラック溝
８　　　　　球状外周面
８ａ　　　　端部
９　　　　　トラック溝
１２　　　　球状外周面
１３　　　　球状内周面
２０　　　　入口チャンファ
ＣＬｏ　　　接触点軌跡
ＣＬｉ　　　接触点軌跡
Ｅｏ　　　　投影端部
Ｅｉ　　　　投影端部
Ｌｔ　　　　長さ
Ｎ　　　　　継手の軸線
Ｏ　　　　　継手中心
Ｏ１　　　　曲率中心
Ｏ１’　　　曲率中心
Ｏ２　　　　曲率中心
Ｏ２’　　　曲率中心
Ｏ３　　　　曲率中心
Ｏ４　　　　曲率中心
Ｐ　　　　　平面
Ｒｉ　　　　半径
Ｒｏ　　　　半径
Ｒｍ　　　　半径
Ｔ　　　　　重なり合う部分
Ｗ　　　　　間隔
Ｘ　　　　　ボール軌道中心線
Ｘａ　　　　ボール軌道中心線
Ｘｂ　　　　ボール軌道中心線
Ｘｓ　　　　ボール軌道中心線
Ｙ　　　　　ボール軌道中心線
Ｙａ　　　　ボール軌道中心線
Ｙｂ　　　　ボール軌道中心線
Ｙｓ　　　　ボール軌道中心線
ｆ　　　　　オフセット量
ｆ１　　　　オフセット量
ｆ２　　　　オフセット量
θｍａｘ　　最大作動角
φ０　　　　位相角
φ１　　　　位相角
φ２　　　　位相角

Claims (3)

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