(57)【要約】【課題】作動性を低下させることなく、高効率化および小型化を可能とする固定型等速自在継手を提供する。【解決手段】案内溝２２，２５の溝底が円弧部２２ｂ、２５ａと直線部２２ａ、２５ｂとを備えたアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手である。外側継手部材の案内溝２２の円弧部曲率中心Ｏ４を継手中心Ｏよりも奥側に配置するとともに、内側継手部材の案内溝２５の円弧部曲率中心Ｏ３を継手中心Ｏよりも開口側に配置する。継手の作動角が０°の状態でのくさび角を０°とする。ケージ２８の外球面中心Ｏ３を継手中心Ｏよりも内側継手部材の案内溝２５の円弧部曲率中心Ｏ２側に配置するとともに、ケージ２８の内球面中心Ｏ４を継手中心Ｏよりも外側継手部材の円弧部曲率中心Ｏ１側に配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径面に複数の案内溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数の案内溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、ボールを保持する保持器とを備え、各案内溝の溝底が円弧部と直線部とを備えたアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手であって、
外側継手部材の案内溝の円弧部曲率中心を継手中心よりも奥側に配置するとともに、内側継手部材の案内溝の円弧部曲率中心を継手中心よりも開口側に配置し、かつ、継手の作動角が０°の状態でのくさび角を０°とし、さらに、ケージの外球面中心を継手中心よりも内側継手部材の案内溝の円弧部曲率中心側に配置するとともに、ケージの内球面中心を継手中心よりも外側継手部材の円弧部曲率中心側に配置したことを特徴とする固定型等速自在継手。
【請求項２】
前記各案内溝の直線部が、継手軸線に沿って延びるストレート部であることを特徴とする請求項１に記載の固定型等速自在継手。
【請求項３】
前記外側継手部材の案内溝の直線部が、奥側から開口側に向かって外径側へ傾斜するテーパ部であるとともに、前記内側継手部材の案内溝の直線部が、開口側から奥側に向かって外径側へ傾斜するテーパ部であることを特徴とする請求項１に記載の固定型等速自在継手。
【請求項４】
自動車の動力伝達系に使用される等速自在継手であって、自動車の通常直進時にとられる作動角において、ボールが案内溝の直線部に位置することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項５】
前記外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝との少なくとも一方の案内溝を冷間鍛造仕上としたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項６】
ボール数を８個としたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定型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型等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達する手段として使用される等速自在継手の一種に固定型等速自在継手がある。この固定型等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結してその二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し得る構造を備えている。一般的に、前述した固定型等速自在継手としては、特許文献１や特許文献３等に記載されているように、バーフィールド式（ＢＪ）やアンダーカットフリー式（ＵＪ）（特許文献１〜特許文献３）が広く知られている。
【０００３】
例えば、アンダーカットフリー式（ＵＪ）の固定型等速自在継手は、図４に示すように内径面１に複数の案内溝２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪３と、外径面４に外輪３の案内溝２と対をなす複数の案内溝５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材としての内輪６と、外輪３の案内溝２と内輪６の案内溝５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、外輪３の内径面１と内輪６の外径面４との間に介在してボール７を保持するケージ８とを備えている。ケージ８には、ボール７が収容される窓部９が周方向に沿って複数配設されている。
【０００４】
外輪３の案内溝２の溝底は、開口側のストレート部２ａ（外輪３の軸線方向と平行な直線部）と、奥側の円弧部２ｂとからなる。内輪６の案内溝５の溝底は、開口部側の円弧部５ａと、奥側のストレート部５ｂ（内輪６の軸線方向と平行な直線部）とからなる。
【０００５】
この場合、外輪３の案内溝２の円弧部２ｂは、その曲率中心Ｏ１が継手中心Ｏから軸方向に外輪３の開口側にｆｏだけずらされている。また、内輪６の案内溝５の円弧部５ａは、その曲率中心Ｏ２が継手中心Ｏから軸方向に外輪３の円弧部２ｂの曲率中心Ｏ１と反対側の奥側にｆｉだけ離して設けている。この場合、ｆｏ＝ｆｉとしている。すなわち、曲率中心Ｏ１と曲率中心Ｏ２は継手中心Ｏから互いに逆方向に等距離、軸方向にオフセットしている。
【０００６】
外輪３の案内溝２および内輪６の案内溝５はゴシックアーチ状である。図６に示すように、ゴシックアーチ状とすることによって、案内溝２、５とボール７はアンギュラ接触となっている。すなわち、ボール７は、外輪３の案内溝２と２点Ｃ１１，Ｃ１２で接触し、内輪６の案内溝５と２点Ｃ２１，Ｃ２２で接触している。ボール７の中心Ｏ５と継手中心Ｏ（図４等参照）を通る線分に対するボール７の中心Ｏ５と各案内溝２，５との接触点Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２とのなす角度が、接触角α１である。各接触点Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２の接触角α１はすべて等しく設定されている。
【特許文献１】特開昭５３−６５５４７号公報
【特許文献２】実公昭５６−２２０２６号公報
【特許文献３】米国特許３８７９９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、特許文献１から特許文献３に記載のアンダーカットフリー式では、図４に示すように、曲率中心Ｏ１と曲率中心Ｏ２はオフセット（トラックオフセット）されている。そして、このトラックオフセットによって、図５に示すように、外輪３の案内溝２と内輪６の案内溝５との間にくさび角αができ、案内溝２、５とボール７との接触点Ｃ１、Ｃ２はジョイントセンタを通る２等分面Ｐよりずれることになる。このため、ボールに対して、ジョイントセンタを通る２等分面Ｐ上に位置させる力が作用する。ここで、くさび角αとは、ボール７と外輪３の案内溝２との接触点Ｃ１での接線ｔ１と、ボール７と内輪６の案内溝５との接触点Ｃ２での接線ｔ２とが成す角度である。すなわち、くさび角αとは、ボール７と外輪３の案内溝２との接触点Ｃ１における共通法線Ｈ１と、ボール７と内輪６の案内溝５との接触点Ｃ２における共通法線Ｈ２とが成す角度である。図５において、１０，１１は図６の接触点Ｃ１１、１２または、Ｃ２１、Ｃ２２における面圧分布を示している。
【０００８】
このように、従来のこの種の固定型等速自在継手では、トラックオフセットにより、くさび角が生じ、ケージ８は外輪３の開口側へずれ分移動して外輪に強く押し付けられる。このため、外輪３とケージ８との間に強い摩擦力が生じることになる。これによって、ケージ８は２等分面から大きくはずれさらに摩擦力により発熱し、伝達効率の低下を招く。
【０００９】
さらに、前記のようなトラックオフセットをつけることによって、外輪奥側のトラック深さが浅くなり、高作動時の許容負荷トルクが低下する。すなわち、小型化を規制することになる。
【００１０】
また、従来ではトラック溝の浅い部分におけるボールの乗り上げを考慮して接触角を決定し、ボールのトラック肩部への乗り上げ防止としていた。このため、接触角には限界があった。これに対して、接触角を大きくできると、トラック荷重が減少し耐久性の向上、効率の効果向上を図ることができる。
【００１１】
本発明は、前記課題に鑑みて、作動性を低下させることなく、高効率化および小型化を可能とする固定型等速自在継手を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の固定型等速自在継手は、内径面に複数の案内溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数の案内溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、ボールを保持する保持器とを備え、各案内溝の溝底が円弧部と直線部とを備えたアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手であって、外側継手部材の案内溝の円弧部曲率中心を継手中心よりも奥側に配置するとともに、内側継手部材の案内溝の円弧部曲率中心を継手中心よりも開口側に配置し、かつ、継手の作動角が０°の状態でのくさび角を０°とし、さらに、ケージの外球面中心を継手中心よりも内側継手部材の案内溝の円弧部曲率中心側に配置するとともに、ケージの内球面中心を継手中心よりも外側継手部材の円弧部曲率中心側に配置したものである。
【００１３】
本発明の固定型等速自在継手によれば、外側継手部材の案内溝の円弧部曲率中心を継手中心よりも奥側に配置させるとともに、内側継手部材の案内溝の円弧部曲率中心を継手中心よりも開口側に配置させているので、外側継手部材の案内溝の奥側が深くなって、許容負荷トルクを大きくとることができる。
【００１４】
また、外側継手部材のトラックが奥側に向かって次第に浅くならずに、トラック溝の全域に渡って充分なトラック深さを確保でき、ボールのトラック肩部への乗り上げを防止することができる。このため、接触角を大きく設定できる。
【００１５】
継手の作動角が０°の状態でのくさび角を０°としたので、内側継手部材と外側継手部材の軸に対する継手中心（ジョイントセンタ）を通る２等分面上にボールの接触点をもってくることができる。
【００１６】
ケージの外球面中心を継手中心よりも内側継手部材の案内溝の円弧部曲率中心側に配置させるとともに、ケージの内球面中心を継手中心よりも外側継手部材の円弧部曲率中心側に配置したことによって、負荷トルクがかかったときにケージとボールとの間に生じる接触楕円（接触痕）がケージからはみ出さないような適切なケージ肉厚に設定することができる。つまり、ケージは、作動角に応じてボールが径方向に動いたときにも、ケージとボールとの間に生ずる接触楕円がケージからはみ出さないように設定されている。しかも、ボールのケージ内における半径方向の移動が通常の等速自在継手と比較し、小さく、外径側によっている。このため、ケージ内球径を大きくできて、内輪の外球径を大きくできる。したがって、トラックを深くし、許容負荷トルクを大きくする設計が可能である。
【００１７】
各案内溝の直線部が、継手軸線に沿って延びるストレート部であったり、外側継手部材の案内溝の直線部が、奥側から開口側に向かって外径側へ傾斜するテーパ部であるとともに、内側継手部材の案内溝の直線部が、開口側から奥側に向かって外径側へ傾斜するテーパ部であったりしてもよい。
【００１８】
自動車の動力伝達系に使用される等速自在継手であって、自動車の通常直進時にとられる作動角において、ボールが案内溝の直線部に位置するものであるのが好ましい。
【００１９】
外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝との少なくとも一方の案内溝を冷間鍛造仕上とするのが好ましく、ボール数を８個とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、外側継手部材の案内溝の奥側が深くなって、許容負荷トルクを大きくとることができ、これによって小型化を図ることができる。また、接触角を大きくできるため、トラック荷重が減少し耐久性の向上、効率の向上を図ることができる。
【００２１】
内側継手部材と外側継手部材の軸に対する継手中心（ジョイントセンタ）を通る２等分面上にボールの接触点をもってくることができて、摩擦力による発熱を抑えることができ、高効率化を図ることができる。
【００２２】
各案内溝の直線部が、継手軸線に沿って延びるストレート部でも、テーパ部でもよいが、テーパ部を備えたものであれば、より一層の高角化が可能である。
【００２３】
自動車の通常直進時にとられる作動角において、ボールが案内溝の直線部に位置するものであれば、通常直進時の回転伝達が安定して、自動車の滑らかな走行が可能となる。また、案内溝を冷間鍛造仕上とすることによって、トラック溝の機械加工を削減でき、加工工数の削減およびコストの低減化が図れる。ボール数を８個とすることによって、ボール１個にかかる負荷の低減や効率アップを図ることができ、強度、負荷トルク、耐久性に優れており、ボール径も小さくすることができて継手全体を小型化できる点で有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
【００２５】
本発明に係る固定型等速自在継手は、内径面２１に複数の案内溝２２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪２３と、外径面２４に外輪２３の案内溝２２と対をなす複数の案内溝２５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材としての内輪２６と、外輪２３の案内溝２２と内輪２６の案内溝２５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール２７と、外輪２３の内径面２１と内輪２６の外径面２４との間に介在してボール２７を保持するケージ２８とを備えている。ケージ２８には、ボール２７が収容される窓部２９が周方向に沿って複数配設されている。ボール２７の数は８個とする。
【００２６】
内輪２６にシャフト３０が嵌入される。この場合、内輪２６の内径面には雌スプライン３１が形成され、シャフト３０の雄スプライン３２が雌スプライン３１に嵌合されている。また、雄スプライン３２の端部側に周方向溝３３が形成され、この周方向溝３３に止め輪３４が嵌着されている。また、この止め輪３４が内輪２６の継手奥側の嵌合用凹部３５に嵌合する。これによって、シャフト３０の抜け止めが構成される。
【００２７】
外輪２３の案内溝２２の溝底は、開口側のストレート部２２ａ（外輪３の軸線方向と平行な直線部）と、奥側の円弧部２２ｂとからなる。内輪２６の案内溝２５の溝底は、開口部側の円弧部２５ａと、奥側のストレート部２５ｂ（内輪６の軸線方向と平行な直線部）とからなる。
【００２８】
外輪２３の案内溝２２の円弧部２２ｂは、その曲率中心Ｏ１が継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の奥側にＦ１だけずらされている。また、内輪２６の案内溝５の円弧部５ａは、その曲率中心Ｏ２が継手中心Ｏから軸方向に外輪２３の円弧部２２ｂの曲率中心Ｏ１と反対側の開口側にＦ２だけ離して設けている。この場合、Ｆ１＝Ｆ２としている。すなわち、曲率中心Ｏ１と曲率中心Ｏ２は継手中心Ｏから互いに逆方向に等距離、軸方向にオフセットしている。外輪１２及び内輪２６の案内溝２２，２５は、冷間鍛造加工によって形成されている。
【００２９】
また、ケージ２８の外球面２８ａの中心Ｏ３を継手中心Ｏよりも内輪２６の案内溝２５の円弧部曲率中心Ｏ２側に配置させるとともに、ケージ２８の内球面２８ｂの中心Ｏ４を継手中心Ｏよりも外輪２３の円弧部曲率中心Ｏ１側に配置した。すなわち、中心Ｏ３は、継手中心Ｏよりも開口側にＦ３だけオフセットされ、中心Ｏ４は、継手中心Ｏよりも奥側にＦ４だけオフセットされている。この場合、Ｆ３＝Ｆ４である。なお、Ｆ１（Ｆ２）＞Ｆ３（Ｆ４）とされ、中心Ｏ４が中心Ｏ１よりもｋ１だけ継手中心Ｏ側に配置され、中心Ｏ３が中心Ｏ２よりもｋ２だけ継手中心Ｏ側に配置されている。
【００３０】
そして、図２に示すように、継手の作動角が０°の状態でのくさび角を０°とする。すなわち、ボール２７と外輪２３の案内溝２２との接触点Ｃ１での接線Ｔ１が、継手軸線方向に延び、ボール２７と内輪２６の案内溝２５との接触点Ｃ２での接線Ｔ２が、継手軸線方向に延びる。このため、接線Ｔ１と接線Ｔ２とが平行に配設され、くさび角が０°となる。なお、図２において、４０、４１は接触位置における面圧分布を示している。
【００３１】
このため、内輪２６と外輪２３の軸線に対するジョイントセンタ（継手中心）Ｏを通る２等分面Ｐ上にボール２７の接触点Ｃ１、Ｃ２が配置される。継手中心軸線Ｌは、継手の作動角が０°の状態で、外輪２３の軸線と内輪２６の軸線とを含む直線であり、継手中心面（２等分面）Ｐは、トルク伝達ボール７の中心Ｏ５を含み、継手中心軸線Ｌと直交する平面であり、継手中心Ｏは、継手中心面Ｐと継手中心軸線Ｌとの交点である。
【００３２】
本発明では、外輪２３の案内溝２２の円弧部曲率中心Ｏ１を継手中心Ｏよりも奥側に配置させるとともに、内輪２６の案内溝２５の円弧部曲率中心Ｏ２を継手中心Ｏよりも開口側に配置させているので、外輪２３の案内溝２２の奥側が深くなって、許容負荷トルクを大きくとることができる。
【００３３】
また、外輪２３の案内溝２２が奥側に向かって次第に浅くならずに、案内溝の全域に渡って充分なトラック深さ（案内溝深さ）を確保でき、ボール２７のトラック肩部への乗り上げを防止することができる。このため、接触角を大きく設定できる。
【００３４】
継手の作動角が０°の状態でのくさび角を０°としたので、内輪２６と外輪２３の軸に対する継手中心（ジョイントセンタ）Ｏを通る２等分面Ｐ上にボール２７の接触点Ｃ１、Ｃ２をもってくることができる。
【００３５】
ケージ２８の外球面２８ａの中心Ｏ３を継手中心Ｏよりも内輪２６の案内溝２５の円弧部曲率中心Ｏ２側に配置させるとともに、ケージ２８の内球面２８ｂの中心Ｏ４を継手中心Ｏよりも外輪２３の円弧部曲率中心Ｏ１側に配置したことによって、負荷トルクがかかったときにケージ２８とボール２７との間に生じる接触楕円（接触痕）がケージ２８からはみ出さないような適切なケージ肉厚に設定することができる。つまり、ケージ２８は、作動角に応じてボール２７が径方向に動いたときにも、ケージ２８とボール２７との間に生ずる接触楕円がケージ２８からはみ出さないように設定されている。
【００３６】
この場合、ボール２７は図３の実線で示す軌跡５０を描く。これに対して、図４に示すような従来のアンダーカットフリータイプの等速自在継手のボール７は、２点鎖線で示す軌跡５１を描く。このため、本発明のボール２７の半径方向の移動範囲Ｓが、従来の等速自在継手のボール７の移動範囲Ｓ１よりも小さくなっている。しかも、移動範囲Ｓが比較的外径側へよっている。
【００３７】
このように、本発明では、外輪２３の案内溝２２の奥側が深くなって、許容負荷トルクを大きくとることができ、これによって小型化を図ることができる。また、接触角を大きくできるため、トラック荷重が減少し耐久性の向上、効率の向上を図ることができる。
【００３８】
内輪２６と外輪２３の軸に対するジョイントセンタを通る２等分面上にボール２７の接触点Ｃ１、Ｃ２をもってくることができて、球面部の摩擦力による発熱を抑えることができ、高効率化を図ることができる。
【００３９】
ところで、前記実施形態では、各案内溝２２，２５の直線部２２ａ、２５ｂが、継手軸線Ｌに沿って延びるストレート部であったが、このストレート部に代えてテーパ部としてもよい。すなわち、外輪２３の案内溝２２の直線部が、奥側から開口側に向かって外径側へ傾斜するテーパ部であるとともに、内輪２６の案内溝の直線部が、開口側から奥側に向かって外径側へ傾斜するテーパ部であってもよい。このように、テーパ部を備えたものであれば、より一層の高角化が可能である。なお、テーパ部に傾斜角度としても任意に設定できるが、あまり大きすぎると、外輪２３の開口側の肉厚が薄くなって、強度的に劣ることになる。このため、テーパ部を形成する場合、高角度化と、外輪２３の開口側の強度とを考慮して設定することができる。
【００４０】
また、本発明にかかる固定型等速自在継手は、自動車の動力伝達系に使用することができる。このため、自動車の通常直進時にとられる作動角において、ボール２７が案内溝２２，２５の直線部２２ａ、２５ｂに位置するようにできる。
【００４１】
このように、自動車の通常直進時にとられる作動角において、ボールが案内溝の直線部に位置するものであれば、通常直進時の回転伝達が安定して、自動車の滑らかな走行が可能となる。
【００４２】
また、前記実施形態では、案内溝２２，２５に対して冷間鍛造仕上を行っている。冷間鍛造仕上とすることによって、トラック溝の機械加工を削減でき、加工工数の削減およびコストの低減化が図れる。さらに、ボール数を８個とすることによって、ボール１個にかかる負荷の低減や効率アップを図ることができ、強度、負荷トルク、耐久性に優れており、ボール径も小さくすることができて継手全体を小型化できる点で有効である。
【００４３】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、トラックオフセット量、およびケージオフセット量は、本発明の作用効果を奏することができる範囲で任意に変更することができる。また、前記実施形態では、ケージ２８の外球面２８ａの中心Ｏ３が内輪２６の円弧部２５ａの曲率中心Ｏ２よりも継手中心側に配設され、ケージ２８の内球面２８ｂの中心Ｏ４が外輪２３の円弧部２２ｂの曲率中心Ｏ１よりも継手中心側に配設されているが、ケージ２８の外球面２８ａの中心Ｏ３を内輪２６の円弧部２５ａの曲率中心Ｏ２に一致させるとともに、ケージ２８の内球面２８ｂの中心Ｏ４を外輪２３の円弧部２２ｂの曲率中心Ｏ１に一致させるようにしてもよい。また、ケージ２８の外球面２８ａの中心Ｏ３を内輪２６の円弧部２５ａの曲率中心Ｏ２よりも反継手中心側に配設するとともに、ケージ２８の内球面２８ｂの中心Ｏ４を外輪２３の円弧部２２ｂの曲率中心Ｏ１よりも反継手中心側に配設するようにしてもよい。
【００４４】
なお、ボールを８個とすることは、小型化を達成できる等に優れているので好ましいが、従来から通常に使用されているような６個であってもよい。もちろん８個を越えたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の固定型等速自在継手の断面図である。
【図２】前記固定型等速自在継手の要部断面図である。
【図３】ボールの軌跡を示す簡略図である。
【図４】従来の固定型等速自在継手の断面図である。
【図５】前記図４に示す固定型等速自在継手の要部断面図である。
【図６】接触角の説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
２１   内径面
２２，２５    案内溝
２２ａ 直線部
２２ｂ 円弧部
２４   外径面
２５ａ 円弧部
２５ｂ 直線部
２７   ボール
２８   ケージ
２８ａ 外球面
２８ｂ 内球面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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