(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と前記内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、ボールを保持し、前記外側継手部材の球状内周面および前記内側継手部材の球状外周面にそれぞれ嵌合する球状外周面および球状内周面を有する保持器とを備えた固定式等速自在継手において、
前記外側継手部材のトラック溝は、奥側に位置する第１トラック溝部と開口側に位置する第２トラック溝部とからなり、前記第１トラック溝部は、前記外側継手部材のトラック溝の半径方向内側であって継手中心に対して開口側にオフセットした位置に曲率中心を有する円弧状をなし、かつ継手の軸線に対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う前記第１トラック溝部で互いに反対方向に形成されており、前記第２トラック溝部は、最大作動角に対する有効トラック長さを増加させるために前記外側継手部材のトラック溝の半径方向外側であって継手中心よりも開口側にオフセットした位置に曲率中心を有する円弧状部分を有し、かつ継手中心よりも開口側で前記第１トラック溝部と接続されており、
前記内側継手部材のトラック溝は、作動角０°の状態の継手中心平面を基準として、前記外側継手部材の対となるトラック溝と鏡像対称に形成されていることを特徴とする固定式等速自在継手。
【請求項２】
前記第１トラック溝部と前記第２トラック溝部とが接続される点と継手中心とを結ぶ直線が、作動角０°の状態の継手中心平面に対してなす角度βを３°〜１０°に設定したことを特徴とする請求項１に記載の固定式等速自在継手。
【請求項３】
前記第１トラック溝部の曲率中心を、継手の軸線に対して周方向に傾斜した傾斜軸上に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
【請求項４】
前記第１トラック溝部の曲率中心を、継手の軸線に対して周方向に傾斜した傾斜軸に対し、半径方向にオフセットした位置に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
【請求項５】
前記保持器の球状外周面の曲率中心を、継手中心に対して開口側にオフセットした位置に配置し、前記保持器の球状内周面の曲率中心を、継手中心に対して奥側にオフセットした位置に配置した請求項１〜４の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
【請求項６】
前記第２トラック溝部は、前記円弧状部分のみからなり、この円弧状部分が前記第１トラック溝部に滑らかに接続されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
【請求項７】
前記第２トラック溝部は、前記円弧状部分と直線状部分とからなり、この直線状部分が前記第１トラック溝部に滑らかに接続されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
【請求項８】
前記ボールの個数を８個、１０個又は１２個の何れかとしたことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の固定式等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定式等速自在継手に関し、詳しくは、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用されるもので、駆動側と従動側の二軸間で角度変位のみを許容する固定式等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のフロント用ドライブシャフトには、通常、インボード側（デファレンシャル側）に、最大作動角は比較的小さいが作動角を取りつつ軸方向変位が可能な摺動式等速自在継手が組み込まれ、アウトボード側（車輪側）は、車輪が操舵されるので、大きな作動角が取れるが軸方向に変位しない固定式等速自在継手が組み込まれる。
【０００３】
アウトボード側に使用されている固定式等速自在継手の一例を、図１２（ａ）に示す等速自在継手１０１の作動角０°の状態における縦断面図、および図１２（ｂ）に示す同等速自在継手１０１が最大作動角を取った状態の概要図に基づいて説明する。等速自在継手１０１は、８個ボールタイプのツェッパ型等速自在継手であり、外側継手部材１０２、内側継手部材１０３、ボール１０４および保持器１０５を主な構成とする。外側継手部材１０２の球状内周面１０６には８本のトラック溝１０７が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材１０３の球状外周面１０８には、外側継手部材１０２のトラック溝１０７と対向するトラック溝１０９が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材１０２と内側継手部材１０３の対をなす（半径方向で対向する）トラック溝１０７，１０９間にボール１０４が配置されている。外側継手部材１０２の球状内周面１０６と内側継手部材１０３の球状外周面１０８の間に、ボール１０４を円周方向所定間隔で保持する保持器１０５が配置されている。外側継手部材１０２の外周と、内側継手部材１０３に連結されたシャフトの外周とをブーツで覆い、継手内部には、潤滑剤としてグリースが封入されている（図示省略）。
【０００４】
図１２（ａ）に示すように、外側継手部材１０２の球状内周面１０６と嵌合する保持器１０５の球状外周面１１２、および内側継手部材１０３の球状外周面１０８と嵌合する保持器１０５の球状内周面１１３の曲率中心は、いずれも継手中心Ｏに形成されている。これに対し、外側継手部材１０２のトラック溝１０７のボール軌道中心線ｘの曲率中心Ｏｏと、内側継手部材１０３のトラック溝１０９のボール軌道中心線ｙの曲率中心Ｏｉとは、継手中心Ｏに対して軸方向両側に等距離オフセットされている。これにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材１０２と内側継手部材１０３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール１０４が常に案内され、二軸間で等速に回転トルクが伝達される。
【０００５】
図１２（ｂ）に示すように、固定式等速自在継手１０１の主要機能である最大作動角θｍａｘは、外側継手部材１０２の開口端（内周縁部）に設けられる入口チャンファ１１０とシャフト１１１とが干渉する角度に依存する。シャフト１１１の軸径ｄは、許容伝達トルクを確保するためにジョイントサイズ毎に決められている。入口チャンファ１１０を大きくとると、ボール１０４が接触する外側継手部材１０２のトラック溝１０７の長さ（以下、「有効トラック長さ」という）が不足し、ボール１０４がトラック溝１０７から脱落して回転トルクが伝達できなくなる。このため、外側継手部材１０２の有効トラック長さを確保しつつ、入口チャンファ１１０を如何に設定するかが、作動角を確保する上で重要なファクターとなる。図１２（ａ）（ｂ）に示す等速自在継手１０１では、外側継手部材１０２のトラック溝１０７のボール軌道中心線ｘの曲率中心Ｏｏが軸方向開口側にオフセットされているので、最大作動角の面で有利であり、最大作動角θｍａｘは４７°程度である。
【０００６】
また、上述した８個ボールタイプの等速自在継手は、従来の６個ボールタイプの等速自在継手に比べて、トラックオフセット量を小さくし、ボールの個数を増やし、かつ直径を小さくしたことにより、軽量・コンパクトでトルク損失の少ない高効率な等速自在継手を実現している。しかし、作動角０°の状態で外側継手部材１０２と内側継手部材１０３の対をなすトラック溝１０７，１０９間に形成される各くさび角が、外側継手部材１０２の開口側に向けて開いているので、トラック溝１０７，１０９からボール１０４に作用する軸方向の力により、外側継手部材１０２と保持器１０５の球面接触部１０６，１１２および内側継手部材１０３と保持器１０５の球面接触部１０８，１１３に作用する荷重が一定方向に向かって発生する。そのため、更なる高効率化や低発熱化に限度がある。
【０００７】
そこで、更なる高効率化や低発熱化を実現すべく、図１３（ａ）（ｂ）に示すトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手１２１が提案されている（例えば、下記の特許文献１を参照）。図１３（ａ）は、等速自在継手１２１の作動角０°の状態における縦断面図であり、図１３（ｂ）は、等速自在継手１２１が高作動角を取った状態を示す概要図である。図１３（ａ）に示すように、この等速自在継手１２１は、外側継手部材１２２、内側継手部材１２３、ボール１２４および保持器１２５を主な構成とする。この等速自在継手１２１は、図示は省略するが、外側継手部材１２２の８本のトラック溝１２７のボール軌道中心線ｘと継手中心Ｏとを含む平面が、継手の軸線ｎ−ｎに対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝１２７で互いに反対方向に形成されている。そして、内側継手部材１２３のトラック溝１２９のボール軌道中心線ｙは、作動角０°の状態の継手中心平面（作動角０°の状態で継手中心Ｏを含んで継手の軸線ｎ−ｎと直交する方向に延びる平面）Ｐを基準として、外側継手部材１２２の対となるトラック溝１２７のボール軌道中心線ｘと鏡像対称に形成されている。
【０００８】
図１３（ａ）に示すように、外側継手部材１２２の球状内周面１２６に形成されたトラック溝１２７は、軸方向に沿って円弧状に延び、その曲率中心は継手中心Ｏに位置する。内側継手部材１２３の球状外周面１２８に形成されたトラック溝１２９は、軸方向に沿って円弧状に延び、その曲率中心は継手中心Ｏに位置する。外側継手部材１２２と内側継手部材１２３の対をなす（半径方向に対向する）トラック溝１２７，１２９の交差部にボール１２４が介在している。外側継手部材１２２の球状内周面１２６と内側継手部材１２３の球状外周面１２８の間に、ボール１２４を円周方向所定間隔で保持する保持器１２５が配置されている。外側継手部材１２２の球状内周面１２６と嵌合する保持器１２５の球状外周面１３２、および内側継手部材１２３の球状外周面１２８と嵌合する保持器１２５の球状内周面１３３の曲率中心は、いずれも継手中心Ｏに形成されている。この等速自在継手１２１では、外側継手部材１２２および内側継手部材１２３のトラック溝１２７，１２９のボール軌道中心線ｘ，ｙの曲率中心は継手中心Ｏに対して軸方向にオフセットされていないが、対をなすトラック溝１２７，１２９が交差し、この交差部にボール１２４が介在することにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材１２２と内側継手部材１２３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール１２４が常に案内され、二軸間で等速に回転トルクが伝達されることになる。
【０００９】
上述したトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手１２１において、両継手部材１２２，１２３のトラック溝１２７，１２９は、周方向に隣り合うトラック溝で傾斜方向が互いに反対方向に形成されているので、保持器１２５の周方向に隣り合うポケット部１２５ａにはボール１２４から相反する方向の力が作用する。この相反する方向の力により保持器１２５は継手中心Ｏ位置で安定する。このため、保持器１２５の球状外周面１３２と外側継手部材１２２の球状内周面１２６との接触力、および保持器１２５の球状内周面１３３と内側継手部材１２３の球状外周面１２８との接触力が抑制されて高負荷時や高速回転時に継手が円滑に作動するため、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２５０３６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手１２１は、低発熱ジョイントとしては優れているものの、図１３（ｂ）に示すように、外側継手部材１２２の入口チャンファ１３０を大きくすると、トラック溝１２７の曲率中心が継手中心Ｏに一致している構造上、外側継手部材１２２のトラック溝１２７の有効トラック長さが不足し、高作動角θを取ったときにボール１２４がトラック溝１２７から脱落し、高作動角化が図れないという問題がある。
【００１２】
そこで、本願発明者らは、上述したトラック溝交差タイプの固定式等速自在継手の高作動角化を図るために、両継手部材のトラック溝に直線状の部分を設けることを検討した。この等速自在継手が図１４に示すものであり、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に、同等速自在継手の縦断面図および正面図をそれぞれ示す。図１４（ａ）に示すように、この等速自在継手１４１において、外側継手部材１４２のトラック溝１４７は、作動角０°の
状態で継手中心Ｏを含んで継手の軸線ｎ−ｎと直交する平面（継手中心平面）を境にしてその奥側および開口側を、それぞれ、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のトラック溝１４７ａおよび直線状のトラック溝１４７ｂとしたものである。一方、内側継手部材１４３のトラック溝１４９は、継手中心平面を境にしてその開口側および奥側を、それぞれ、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のトラック溝１４９ａおよび直線状のトラック溝１４９ｂとしたものである。
【００１３】
そして、図１４（ｂ）に示すように、トラック溝１４７，１４９は、それぞれ、継手の軸線に対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝１４７Ａ，１４７Ｂおよび１４９Ａ，１４９Ｂで互いに反対方向に形成されている。外側継手部材１４２および内側継手部材１４３の対をなすトラック溝１４７Ａ，１４９Ａおよび１４７Ｂ,１４９Ｂの各交差部にボール１４４が配置されている。したがって、図示のような作動角０°の状態で両継手部材１４２，１４３が相対回転すると、トラック溝１４７Ａ,１４９Ａの間に形成されるくさび角の開く方向と、１４７Ｂ，１４９Ｂの間に形成されるくさび角の開く方向とが互いに反対方向となり、保持器１４５の周方向に隣り合うポケット部１４５ａにボール１４４から相反する方向の力が作用することから、保持器１４５は継手中心Ｏ位置で安定する。このため、保持器１４５の球状外周面１５２と外側継手部材１４２の球状内周面１４６との接触力、および保持器１４５の球状内周面１５３と内側継手部材１４３の球状外周面１４８との接触力が抑制され、継手の作動性が向上する結果、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。
【００１４】
上記したように、外側継手部材１４２のトラック溝１４７のうち、継手中心平面から開口側の領域に直線状のトラック溝１４７ｂを形成すれば、有効トラック長さを増加させて高作動角化を図ることができる。ところが、上述した構成では、使用頻度の多い作動角を取ったときに、継手のトルク損失や発熱の抑制という面で問題があることが判明した。この理由を図１５に基づいて説明する。
【００１５】
トラック溝１４７，１４９とボール１４４は、通常、接触角（３０°〜４５°程度）をもって接触しているので、トラック溝１４７，１４９とボール１４４とは、図１５に示すようにトラック溝１４７、１４９の溝底より少し離れたトラック溝１４７，１４９の側面側の破線で示す位置で接触している。継手が作動角を取ったとき、各ボール１４４には、トラック溝１４７，１４９の交差によるくさび角成分（図示省略）と、トラック溝１４７，１４９の溝底間の継手半径方向の拡がりによるくさび角成分αの両方が作用する。そのうち、トラック溝１４７，１４９の交差によるくさび角成分については、トラック溝１４７，１４９の傾斜方向が互いに反対方向になっているため、ボール１４４から保持器１４５のポケット部１４５ａに相反する方向の力が作用ことにより、打消し合い、力がバランスすることとなる。
【００１６】
ところが、図１５に示すように、トラック溝１４７，１４９の溝底間の継手半径方向の拡がりによるくさび角成分αについては、図１４（ｂ）において、０°〜９０°および２７０°〜３６０°の位相範囲にあるボール１４４は直線状のトラック溝１４７ｂ，１４９ｂ間に位置し、この位相範囲のボール１４４には開口側に向けて開いたくさび角成分α１により開口側への力が作用する。一方、９０°〜２７０°の位相範囲にあるボール１４４は円弧状のトラック溝１４７ａ，１４９ａ間に位置するので、この位相範囲のボールには継手の半径方向の拡がりにより発生するくさび角成分α２が０であり、ボール１４４の押出力は発生しない。したがって、各ボール１４４に対して、トラック溝１４７，１４９の交差によるくさび角成分と、トラック溝１４７，１４９の溝底間の継手半径方向の拡がりによるくさび角成分αとを合わせると、保持器１４５の各ポケット部１４５ａにボール１４４から作用する力が釣り合わず、保持器１４５の球状外周面１５２と外側継手部材１４２の球状内周面１４６との接触部、および保持器１４５の球状内周面１５３と内側継手部材１４３の球状外周面１４８との接触部における接触力を低減させることができないという問題が生じる。特に、常用角を含む使用頻度の多い作動角の範囲では、トルク損失や発熱の抑制という面で大きな問題があることが判明した。
【００１７】
以上の実情に鑑み、本発明は、トルク損失および発熱が少なく高効率で、耐久性に優れるものでありながら、高作動角を取ることができる固定式等速自在継手を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討した結果、トルク損失および発熱を少なくして高効率化を図るために、外側継手部材および内側継手部材のトラック溝のそれぞれに、相手側と協働して交差部（交差トラック）を形成し得る円弧状の第１トラック溝部を設けて使用頻度の多い作動角の範囲をカバーすると共に、両継手部材のトラック溝のそれぞれに、第１トラック溝部とは異なる形状を有する第２トラック溝部を設けて使用頻度の少ない高作動角の範囲をカバーするという新規な着想に至った。これに加えて、最大作動角に対する有効トラック長さを増加させて高作動角化を図るために、円弧状の第１トラック溝部の曲率中心を継手中心に対して開口側にオフセットさせることを着想した。
【００１９】
上記の目的を達成するために創案された本発明は、球状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを保持し、外側継手部材の球状内周面および前記内側継手部材の球状外周面にそれぞれ嵌合する球状外周面および球状内周面を有する保持器とを備えた固定式等速自在継手において、外側継手部材のトラック溝は、奥側に位置する第１トラック溝部と開口側に位置する第２トラック溝部とからなり、第１トラック溝部は、外側継手部材のトラック溝の半径方向内側であって継手中心に対して開口側にオフセットした位置に曲率中心を有する円弧状をなし、かつ継手の軸線に対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う第１トラック溝部で互いに反対方向に形成されており、第２トラック溝部は、最大作動角に対する有効トラック長さを増加させるために外側継手部材のトラック溝の半径方向外側であって継手中心よりも開口側にオフセットした位置を曲率中心を有する円弧状部分を有し、かつ継手中心よりも開口側で第１トラック溝部と接続されており、内側継手部材のトラック溝は、作動角０°の状態の継手中心平面を基準として、外側継手部材の対となるトラック溝と鏡像対称に形成されていることを特徴とする。なお、ここでいう「継手の軸線」とは、継手の回転中心となる長手方向の軸線を意味し、後述する実施形態における継手の軸線Ｎ−Ｎを指す。また「作動角０°の状態の継手中心平面」とは、厳密に言うと、作動角０°の状態で継手中心を含んで継手の軸線と直交する方向に延びる平面である。
【００２０】
本発明では、外側継手部材のトラック溝において、その開口側に設けられる有効トラック長さを増加させるための第２トラック溝部が継手中心よりも開口側で第１トラック溝部に接続される（内側継手部材のトラック溝においては、その奥側に設けられる第２トラック溝部が継手中心よりも奥側で第１トラック溝部に接続される）。これはすなわち、本発明に係る固定式等速自在継手では、図１４を参照して説明した等速自在継手１４１と比較して、トルク損失等の抑制効果に優れた交差トラックを形成する第１トラック溝部の形成範囲が拡大されることを意味する。そのため、常用作動角の範囲におけるトルク損失や発熱を抑制して高効率化を図ることができる。その一方で、円弧状の第１トラック溝部は、継手中心に対して開口側にオフセットした曲率中心を有することから、このオフセット量を、上記構成を採用したことにより得られるトルク損失等の抑制効果（継手の効率性）が損なわれない範囲で適宜調整することにより、第２トラック溝部の長さ（有効トラック長さ）を効果的に増加させて高作動角化を図ることができる。従って、本発明によれば、トルク損失および発熱が少なく高効率で、耐久性に優れるものでありながら、高作動角を取ることができる固定式等速自在継手を実現することができる。
【００２１】
第１トラック溝部と第２トラック溝部とが接続される点と継手中心とを結ぶ直線が作動角０°の状態の継手中心平面に対してなす角度をβとしたとき、この角度βを使用状態等に応じて適宜設定することにより、固定式等速自在継手の高効率化を適切に実現することができる。特に自動車用等速自在継手の常用作動角度範囲を考慮すると、角度βを３〜１０°に設定にすることで種々の車種に汎用することができる。なお、ここでいう角度βは、上記の直線が作動角０°の状態の継手中心平面上の直線となす角の中で最小のものと定義する。
【００２２】
第１トラック溝部の曲率中心は、継手中心に対して開口側にオフセットされている限りにおいて、その半径方向位置を任意に設定することができる。すなわち、第１トラック溝部の曲率中心は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に傾斜した傾斜軸Ｎ’−Ｎ’上に配置しても良いし（図４や図５等を参照）、傾斜軸Ｎ’−Ｎ’に対して半径方向にオフセットした位置に配置しても良い（図１０を参照）。第１トラック溝部の曲率中心を継手の軸線に対して半径方向にオフセットさせた場合には、そのオフセット量に応じて継手の奥側のトラック溝深さを調整することができるので、最適なトラック溝深さを確保することが可能となる。
【００２３】
保持器の球状外周面の曲率中心を、継手中心に対して開口側にオフセットした位置に配置し、保持器の球状内周面の曲率中心を、継手中心に対して奥側にオフセットした位置に配置することができる。このようにすれば、保持器の肉厚を開口側に向かって徐々に厚くすることができるので、特に高作動角時の保持器の強度を確保して継手の信頼性を高めることができる。
【００２４】
第２トラック溝部は、第１トラック溝部の半径方向外側で、かつ継手中心よりも開口側にオフセットされた位置を曲率中心とした円弧状部分を有するものとすることができる。これにより、有効トラック長さを増加させて最大作動角を大きくすることができる。この場合、第２トラック溝部は、上記の円弧状部分のみからなり、この円弧状部分が第１トラック溝部に滑らかに接続されたものとしても良いし、上記の円弧状部分と直線状部分とからなり、直線状部分が第１トラック溝部に滑らかに接続されたものとしても良い。
【００２５】
トルク伝達ボールの個数は、８個、１０個又は１２個の何れかとするのが望ましい。このようにすれば、軽量コンパクトで、高効率で、高作動角が取れる固定式等速自在継手、ひいては自動車のドライブシャフトを実現することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明により、トルク損失および発熱が少なく高効率で、耐久性に優れるものでありながら、高作動角を取ることができるコンパクトな固定式等速自在継手を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）図は本発明の第１の実施形態に係る固定式等速自在継手の部分縦断面図であり、（ｂ）図は同正面図である。
【図２】（ａ）図は図１に示す固定式等速自在継手を構成する外側継手部材の部分縦断面図であり、（ｂ）図は同正面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）図は、それぞれ、図１に示す固定式等速自在継手を構成する内側継手部材の背面図、側面図および正面図である。
【図４】図２に示す外側継手部材のトラック溝の詳細を示す部分縦断面図である。
【図５】図３に示す内側継手部材のトラック溝の詳細を示す縦断面図である。
【図６】（ａ）図は、図１に示す等速自在継手が最大作動角を取った状態を示す概要図であり、（ｂ）図は、図１６に示す等速自在継手が最大作動角を取った状態を示す概要図である。
【図７】外側継手部材と内側継手部材の斜視図である。
【図８】図１に示す固定式等速自在継手が組み込まれた自動車用ドライブシャフトの一例を示す図である
【図９】本発明の第２の実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の縦断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される外側継手部材の縦断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される保持器の部分縦断面図である。
【図１２】従来の固定式等速自在継手の縦断面図である。
【図１３】従来の固定式等速自在継手の縦断面図である。
【図１４】（ａ）図は本発明に至る過程で検討した固定式等速自在継手の部分縦断面図、（ｂ）図はその右側面図である。
【図１５】図１４（ａ）に示す固定式等速自在継手が作動角をとった状態を示す部分断面図であり、本発明に至る過程における技術的知見を説明する図である。
【図１６】本発明に至る過程における技術的知見を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の実施の形態を図１〜図１１に基づいて説明する。
【００２９】
図１（ａ）に本発明の第１の実施形態に係る固定式等速自在継手１（以下、単に「等速自在継手１」ともいう）の部分縦断面図を示し、図１（ｂ）に等速自在継手１を開口側からみたときの正面図［図１（ａ）の右側面図］を示す。この等速自在継手１は、トラック溝交差タイプに分類されるものであり、外側継手部材２、内側継手部材３、ボール４および保持器５を主な構成とする。図２にも示すように、外側継手部材２の球状内周面６には軸方向に延びる８本のトラック溝７が形成されており、各トラック溝７は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γ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７（７Ａ，７Ｂ）で互いに反対方向に形成されている。また、図３にも示すように、内側継手部材３の球状外周面８には軸方向に延びる８本のトラック溝９が形成されており、各トラック溝９は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γ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９（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と内側継手部材３の対をなすトラック溝７，９の各交差部にボール４がそれぞれ配置されている。外側継手部材２のトラック溝７（７Ａ，７Ｂ）、および内側継手部材３のトラック溝９（９Ａ，９Ｂ）の詳細については後述する。
【００３０】
ここで、トラック溝７，９の形態（傾斜状態や湾曲状態など）や形状を的確に示すために、以下では「ボール軌道中心線」なる用語を用いる。ボール軌道中心線とは、対をなすトラック溝７，９間に介在するボール４がトラック溝７，９に沿って移動するときに、ボール４の中心が描く軌跡を意味する。したがって、トラック溝７，９の傾斜状態や湾曲状態はそのボール軌道中心線の傾斜状態や湾曲状態と同じである。
【００３１】
外側継手部材２のトラック溝７はボール軌道線Ｘを有する。詳述すると、トラック溝７は、奥側に設けられ、継手中心Ｏに対して開口側に寸法ｆ１（図４参照）だけオフセットした点Ｏｏ１を曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１トラック溝部７ａと、開口側に設けられ、第１トラック溝部７ａとは反対方向に湾曲した円弧状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２トラック溝部７ｂとからなる。すなわち、本実施形態の第２トラック溝部７ｂは、第１トラック溝部７ａとは形状の異なる（反対方向に湾曲した）円弧状部分のみからなり、そのボール軌道中心線Ｘｂ（の奥側端部）は、第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部に滑らかに接続されている。また、第１トラック溝部７ａの曲率中心であるオフセット点Ｏｏ１は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜した傾斜軸Ｎ’−Ｎ’（図４を参照。但し、角度γについては図２（ａ）を参照）上に配置されており、継手中心Ｏに対して半径方向にオフセットしていない。
【００３２】
図２（ａ）（ｂ）にそれぞれ示す外側継手部材２の部分縦断面図および開口側から見た正面図（右側面図）を参照しながら、外側継手部材２のトラック溝７が継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γだけ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２（ａ）に示すように、トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍは、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜している。そして、図示は省略するが、トラック溝７Ａと周方向に隣り合うトラック溝７Ｂは、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（および７Ｂ）のボール軌道中心線Ｘの全域、すなわち、第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａおよび第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの双方が平面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を採用することもできる。したがって、少なくとも第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａと継手中心Ｏを含む平面Ｍが、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に角度γだけ傾斜すると共に、その傾斜方向が周方向に隣り合う第１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。
【００３３】
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および第２トラック溝部に符号７ａ，７ｂをそれぞれ付している。さらに、傾斜方向が互いに異なるトラック溝を区別するために符号７Ａ，７Ｂを付し、トラック溝７Ａ，７Ｂの第１トラック溝部に符号７Ａａ，７Ｂａを、また、トラック溝７Ａ，７Ｂの第２トラック溝部に符号７Ａｂ，７Ｂｂをそれぞれ付している。以下に詳述する内側継手部材３のトラック溝９についても同様の要領で符号を付している。
【００３４】
内側継手部材３のトラック溝９はボール軌道中心線Ｙを有する。詳述すると、トラック溝９は、継手中心Ｏに対して奥側に寸法ｆ１（図５参照）だけオフセットした点Ｏｉ１を
曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１トラック溝部９ａと、奥側に設けられ、第１トラック溝部９ａとは反対方向に湾曲した円弧状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２トラック溝部９ｂとからなる。すなわち、本実施形態の第２トラック溝部９ｂは、第１トラック溝部９ａとは形状の異なる（反対方向に湾曲した）円弧状部分のみからなり、そのボール軌道中心線Ｙｂの開口側端部は、第１トラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａの奥側端部に滑らかに接続されている。また、第１トラック溝部９ａの曲率中心であるオフセット点Ｏｉ１は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜した傾斜軸Ｎ’−Ｎ’（図５を参照。但し、角度γについては図３（ｂ）を参照）上に配置されており、継手中心Ｏに対して半径方向にオフセットしていない。
【００３５】
図３（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示す内側継手部材３の背面図、側面図および正面図を参照しながら、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３（ｂ）に示すように、トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑは、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜している。そして、図示は省略するが、トラック溝９Ａに周方向に隣り合うトラック溝９Ｂは、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。平面Ｑ（および上述した平面Ｍ）の継手の軸線Ｎ−Ｎに対する傾斜角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９の最も接近した側の球面幅Ｆを考慮し、４°〜１２°にすることが好ましい。また、上述した外側継手部材２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トラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａおよび第２トラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂの双方が平面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。
【００３６】
以上の構成から、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°の状態の継手中心平面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。なお、図示は省略するが、両継手部材２，３のトラック溝７，９の横断面形状は楕円形状やゴシックアーチ形状に形成されており、トラック溝７，９とボール４は３０°〜４５°程度の接触角をもって接触する、いわゆるアンギュラコンタクトとなっている。したがって、ボール４は、トラック溝７，９の溝底より少し離れたトラック溝７，９の側面側でトラック溝７，９と接触している。
【００３７】
次に、図４に示す外側継手部材２の部分縦断面図に基づいて、外側継手部材２の縦断面より見たトラック溝の詳細を説明する。なお、図４は、図２（ａ）中に示すトラック溝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、図４は、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、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜した傾斜軸Ｎ’−Ｎ’を含む平面における縦断面を示している。また、図４には、外側継手部材２のトラック溝７Ａのみを示しているが、トラック溝７Ｂは、トラック溝７Ａと反対方向に傾斜しているだけで、その他の構成はトラック溝７Ａと同じであることから、図示しての詳細な説明は省略する。
【００３８】
外側継手部材２の球状内周面６には、ボール軌道中心線Ｘを有するトラック溝７Ａが軸方向に沿って形成されている。このトラック溝７Ａは、継手中心Ｏに対して開口側に寸法ｆ１だけオフセットした点Ｏｏ１を曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１トラック溝部７Ａａと、この第１トラック溝部７Ａａとは反対方向に湾曲した円弧状のボール軌道中心線Ｘｂ、より詳しくは、第１トラック溝部７Ａａの半径方向外側で、かつオフセット点Ｏｏ１よりオフセット量が大きい点Ｏｏ２を曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２トラック溝部７Ａｂとからなる。すなわち、第２トラック溝部７Ａａは円弧状部分のみからなり、そのボール軌道中心線Ｘｂの奥側端部は、第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａ（両オフセット点Ｏｏ１，Ｏｏ２を結ぶ直線Ｌ１とトラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘとが交わる点）に滑らかに接続されている。第１トラック溝部７Ａａの開口側端部Ａと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＬ２としたとき、この直線Ｌ２と、トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍ（図２（ａ）参照）上に投影された継手の軸線Ｎ’−Ｎ’の継手中心Ｏにおける垂線Ｋとがなす角度β’を含む平面は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜している。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心平面Ｐ上にある。したがって、直線Ｌ２が作動角０°の状態の継手中心平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。本実施形態では、外側継手部材２の第１トラック溝部７Ａａおよび第２トラック溝部７Ａｂを、それぞれ単一の円弧状部分で形成しているが、これに限られず、トラック溝深さなどを考慮して複数の円弧状部分で形成してもよい。
【００３９】
同様に、図５に基づいて、内側継手部材３の縦断面よりトラック溝の詳細を説明する。図５は、図３（ｂ）のトラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑで見た断面図である。したがって、厳密にいうと図５は、図４と同様に、継手の軸線Ｎ−Ｎを含む平面における縦断面図ではなく、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜した傾斜軸Ｎ’−Ｎ’を含む平面における断面を示している。また、図５には、内側継手部材３のトラック溝９Ａのみを示しているが、トラック溝９Ｂは、トラック溝９Ａと反対方向に傾斜しているだけで、その他の構成はトラック溝９Ａと同じであるので、図示しての詳細な説明は省略する。
【００４０】
内側継手部材３の球状外周面８には、ボール軌道中心線Ｙを有するトラック溝９Ａが軸方向に沿って形成されている。このトラック溝９Ａは、継手中心Ｏに対して寸法ｆ１だけ奥側にオフセットした点Ｏｉ１を曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１トラック溝部９Ａａと、この第１トラック溝部９Ａａとは反対方向に湾曲した、より詳しくは、第１トラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの半径方向外側で、かつオフセット点Ｏｉ１よりオフセット量が大きい点Ｏｉ２を曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２のトラック溝部９Ａｂとからなる。すなわち、第２トラック溝部９Ａｂは円弧状部分のみからなり、そのボール軌道中心線Ｙｂの開口側端部は、第１トラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側端部Ｂ（両オフセット点Ｏｉ１，Ｏｉ２を結ぶ直線Ｒ１とトラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙとが交わる点）に滑らかに接続されている。第１トラック溝部９Ａａの奥側端部Ｂと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＲ２としたとき、この直線Ｒ２と、トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑ（図３（ｂ）参照）上に投影された継手の軸線Ｎ’−Ｎ’の継手中心Ｏにおける垂線Ｋとがなす角度β’を含む平面は、継手の軸線Ｎ−Ｎに対して角度γだけ傾斜している。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心平面Ｐ上にある。したがって、直線Ｒ２が作動角０°の状態の継手中心平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ’×ｃｏｓγの関係になる。本実施形態では、内側継手部材３の第１トラック溝部９Ａａおよび第２トラック溝部９Ａｂをそれぞれ単一の円弧状部分で形成しているが、両トラック溝部９Ａａ，９Ａｂは、前述した外側継手部材２のトラック溝と同様に、トラック溝深さなどを考慮して、それぞれ複数の円弧で形成してもよい。
【００４１】
次に、直線Ｌ２、Ｒ２が作動角０°の状態の継手中心平面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の上記平面Ｐに対して、ボール４がθ／２だけ移動する。使用頻度が多い作動角の１／２より角度βを決め、使用頻度が多い作動角の範囲においてボール４が接触するトラック溝の範囲を決める。ここで、使用頻度が多い作動角について定義する。まず、継手の常用角とは、水平で平坦な路面上で１名乗車時の自動車において、ステアリングを直進状態にした時にフロント用ドライブシャフトの固定式等速自在継手で生じる作動角をいう。常用角は、通常、２°〜１５°の間で車種ごとの設計条件に応じて選択・決定される。そして、使用頻度の多い作動角とは、上記の自動車が、例えば、交差点の右折・左折時などに生じる高作動角ではなく、連続走行する曲線道路などで固定式等速自在継手に生じる作動角をいい、これも車種ごとの設計条件に応じて決定される。使用頻度の多い作動角は最大２０°を目処とする。これにより、直線Ｌ２、Ｒ２が作動角０°の状態の継手中心平面Ｐに対してなす角度βを３°〜１０°と設定する。ただし、角度βは３°〜１０°に限定されるものではなく、車種の設計条件に応じて適宜設定することができる。角度βを３°〜１０°に設定することで種々の車種に汎用することができる。
【００４２】
上記の角度βにより、図４において、第１トラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も開口側に移動したときのボール４の中心位置となる。同様に、内側継手部材３では、図５において、第１トラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側端部Ｂは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も奥側に移動したときのボール４の中心位置となる。このように設定されているので、使用頻度が多い作動角の範囲では、ボール４は、外側継手部材２および内側継手部材３の第１トラック溝部７Ａａ，９Ａａ、およびこれらとは傾斜方向が反対の第１トラック溝部７Ｂａ，９Ｂａ（図２，図３参照）の範囲内、すなわち交差トラックの範囲内に位置する。
【００４３】
この場合、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するため、両継手部材２，３の第１トラック溝部７ａ，９ａの曲率中心が継手中心Ｏに位置するのであれば、保持器５は継手中心Ｏの位置で安定することとなる。保持器５が継手中心Ｏの位置で安定すれば、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との接触力が最大限に抑制され、高負荷時や高速回転時における継手の円滑な作動性が確保されるため、トルク損失や発熱を効果的に抑制して高効率化を達成することができる。
【００４４】
しかしながら、有効トラック長さを増加させて高作動角化を図るべく、外側継手部材２のトラック溝７の開口部側に第１トラック溝部７ａとは異なる形状の第２トラック溝部７ｂを設けた場合（特に、本実施形態のように、第１トラック溝部７ａとは反対方向に湾曲した円弧状の第２トラック溝部７ｂを設けた場合）、両継手部材２，３の第１トラック溝部７ａ，９ａの曲率中心を継手中心Ｏに配置すると、より一層の高作動角度化を図る上で制約が生じる。その理由を、図１６を参照しながら詳述する。
【００４５】
図１６は、球状内周面に、継手中心Ｏを曲率中心とした円弧状のボール軌道中心線Ｘａ’を有する第１トラック溝部７Ａａ’と、第１トラック溝部７Ａａ’とは反対方向に湾曲し、第１トラック溝部７Ａａ’（ボール軌道中心線Ｘａ’）の開口側端部Ａ’に滑らかに接続された円弧状のボール軌道中心線Ｘｂ’を有する第２トラック溝部７Ａｂ’とからなるトラック溝７Ａ’が形成された外側継手部材の要部断面図である。なお、第１トラック溝部７Ａａ’の開口側端部Ａ’の位置（角度β’）は、上述した本発明の第１実施形態に係る等速自在継手１を構成する外側継手部材２と同じである。また、図示は省略するが、図１６に示す外側継手部材２’の内周には、球状外周面に、作動角０°の状態の継手中心平面Ｐを基準として、対をなす外側継手部材２’のトラック溝７Ａ’と鏡像対称のトラック溝が形成された内側継手部材が配設される。
【００４６】
この場合、有効トラック長さを増加させるためには、外側継手部材２’の第２トラック溝部７Ａｂ’の長さ、さらに言えば第２トラック溝部７Ａｂ’の曲率半径をできるだけ小さくすることが有効となる。すなわち、外側継手部材２’の開口端に設けられている入口チャンファ１０の角度が定まっていると仮定すると、第２トラック溝部７Ａｂ’（ボール軌道中心線Ｘｂ’）の曲率中心を、図１６中のオフセット点Ｏｏｘ１に配置した場合の方が、図１６中のオフセット点Ｏｏｘ２に配置する場合よりも第２トラック溝部７Ａｂ’の長さ（有効トラック長さ）を増加することができる。しかしながら、第２トラック溝部７Ａｂ’の曲率半径を小さくすればするほど、継手が高作動角をとったときに、この外側継手部材２’のトラック溝７Ａ’と、これと対をなす内側継手部材のトラック溝との間に形成されるくさび角が大きくなってボールを開口側に押し出す力が高まることから、保持器５のポケット部５ａに発生する荷重が高くなり、継手の耐久性及び強度が低下する。
【００４７】
このような問題が生じるのを可及的に防止すべく、本発明では、上述したように、外側継手部材２の第１トラック溝部７ａの曲率中心を継手中心Ｏから開口側にオフセットした点Ｏｏ１に位置させることとした。このようにすれば、第１トラック溝部の曲率中心位置以外の設計条件を同じくする限りにおいては、図６（ａ）に示す本発明を適用した場合の方が、図６（ｂ）に示すもの（外側継手部材２’の第１トラック溝部７Ａａ’の曲率中心を継手中心Ｏに配置したものであって、図１６に示すものと同一構造）と比較して、第２トラック溝部の曲率中心を奥側に位置させることが可能となる［図６（ａ）に示す第２トラック溝部７Ａｂの曲率中心となるオフセット点Ｏｏ２の位置と、図６（ｂ）に示す第２トラック溝部７Ａｂ’の曲率中心となるオフセット点Ｏｏ２’の位置とを参照］ので、トラック余裕量を増加させることができる。ここで、「トラック余裕量」とは、継手が作動角［図６（ａ）（ｂ）では最大作動角］θをとったときにおけるボール４と外側継手部材２（２’）のトラック溝７（７’）との接触点Ｃｐから、外側継手部材２（２’）の入口チャンファ１０の縁部に至るまでの寸法ｚである。詳述すると、接触点Ｃｐから、接触点の軌跡と入口チャンファ１０の縁部の交点までの距離である。従って、これが大きいほど、ボールがトラック溝から脱落し難い構造であると言え、継手の最大作動角を大きくするうえで有利となる。
【００４８】
なお、トラック余裕量についてより詳しく説明しておく。継手が最大作動角θをとったとき、図６（ａ）（ｂ）に示すように、ボール４の中心点Ｏｂと継手中心Ｏとを結ぶ直線は、継手中心平面Ｐに対してθ／２だけ傾斜する。このとき、ボールとトラック溝との接触点Ｃｐから入口チャンファ１０の縁部に至るまでの寸法ｚがトラック余裕量であり、図６（ａ）に示す本発明の実施形態の方が、図６（ｂ）に示す比較対象に比べてトラック余裕量（寸法ｚ）が増加している。
【００４９】
従って、外側継手部材２のトラック溝７（７Ａ，７Ｂ）の開口側に、第１トラック溝部７ａ（７Ａａ，７Ｂａ）のボール軌道中心線Ｘａとは反対側に湾曲した円弧状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２トラック溝部７ｂ（７Ａｂ，７Ｂｂ）を設けると共に、第１トラック溝部７ａ（７Ａａ，７Ｂａ）の曲率中心を継手中心Ｏから開口側にオフセットした点Ｏｏ１に位置させるようにすれば、トラック余裕量を大きく確保して、継手の最大作動角を大きくすることができる。
【００５０】
なお、第１トラック溝部７ａ，９ａの曲率中心の継手中心Ｏに対するオフセット量が大きくなるほど、トルク損失や発熱の抑制効果が薄れる（継手の効率性が低下する）こととなるが、トルク損失等の抑制効果が過度に薄れない程度に、第１トラック溝部７ａ，９ａのオフセット量を調整すれば、使用頻度の多い継手常用角の範囲を交差トラック構造でカバーしたことによるトルク損失等の抑制効果が、第１トラック溝部７ａ，９ａの曲率中心を継手中心Ｏに対して軸方向にオフセットさせたことによるマイナス分を上回る。また、本発明に係る等速自在継手１の構造上、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トラック溝部と第２トラック溝部と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との接触部、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との接触部で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。従って、本発明に係る等速自在継手１は、総合的にみると、図１４に示した等速自在継手１４１と比較して、トルク損失や発熱を効果的に抑制することができる。以上のことから、本発明によれば、トルク損失および発熱が少なく高効率で、耐久性に優れるものでありながら、高作動角を取ることができる固定式等速自在継手を実現することができる。
【００５１】
なお、本実施形態の等速自在継手１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、前記すきまのすきま幅は０〜４０μｍ程度に設定するのが好ましい。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。
【００５２】
図７に、以上で説明した等速自在継手１の構成部材である外側継手部材２と内側継手部材３の斜視図を示す。この斜視図は、これまでに説明したトラック溝を立体的に示している。図７（ａ）に示すように、外側継手部材２の球状内周面６に、継手の軸線Ｎ−Ｎ（図示省略）に対して周方向に傾斜したトラック溝７Ａ，７Ｂが交互に形成され、かつトラック溝７Ａ，７Ｂの傾斜方向は互いに反対方向となっている。トラック溝７Ａ，７Ｂは、それぞれ、第１トラック溝部７Ａａ，７Ｂａと第２トラック溝部７Ａｂ，７Ｂｂとからなる。外側継手部材２の開口端に入口チャンファ１０が設けられている。また、図７（ｂ）に示すように、内側継手部材３の球状外周面８には、継手の軸線Ｎ−Ｎ（図示省略）に対して周方向に傾斜したトラック溝９Ａ，９Ｂが交互に形成され、かつトラック溝９Ａ，９Ｂの傾斜方向は互いに反対方向となっている。トラック溝９Ａ，９Ｂは、それぞれ、第１トラック溝部９Ａａ，９Ｂａと第２トラック溝部９Ａｂ，９Ｂｂとからなる。
【００５３】
図８は、本発明の第１の実施形態に係る固定式等速自在継手１を組み込んだ自動車のフロント用ドライブシャフト２０を示す。固定式等速自在継手１は中間シャフト１１の一端に連結され、他端には摺動式等速自在継手（図示例はトリポード型等速自在継手）１５が連結されている。固定式等速自在継手１の外周面とシャフト１１の外周面との間、および摺動式等速自在継手１５の外周面とシャフト１１の外周面との間には、蛇腹状ブーツ１６ａ，１６ｂがブーツバンド１８によりそれぞれ取り付け固定されている。継手内部には、潤滑剤としてのグリースが封入されている。本発明に係る固定式等速自在継手１を使用したので、トルク損失や発熱が小さく高効率で、かつ高作動角が取れ、軽量・コンパクトな自動車用ドライブシャフト２０が実現される。
【００５４】
以上、本発明の第１の実施形態に係る等速自在継手１について説明を行ったが、等速自在継手１には、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。以下、本発明の他の実施形態に係る等速自在継手について説明を行うが、以下では、上述した第１の実施形態と異なる構成について重点的に説明を行うこととし、第１の実施形態と同様の機能を奏する部材・部位には同一の符号を付して重複説明を省略することとする。
【００５５】
図９に、本発明の第２の実施形態に係る固定式等速自在継手の要部断面図を示す。同図は、固定式等速自在継手に組み込んで使用される外側継手部材の断面図であり、より詳しくは、図４と同様、トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍ（図２（ａ）参照）で見た外側継手部材の断面図である。そして、この実施形態の等速自在継手は、外側継手部材および内側継手部材のトラック溝に設けた第２トラック溝部が、直線状部分と円弧状部分（第１トラック溝部とは反対側に湾曲した円弧状部分）とからなる点において、上述した第１の実施形態の等速自在継手と構成を異にしている。
【００５６】
詳述すると、外側継手部材２の第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの曲率中心Ｏｏ２は、第１トラック溝部７ａ（のボール軌道中心線Ｘａ）の曲率中心Ｏｏ１と第１トラック溝部７ａ（のボール軌道中心線Ｘａ）の開口側端部Ａとを結ぶ直線Ｌ１から開口側にｆ２だけ移動させた位置にある。そのため、第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａに第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの直線状部分（の奥側端部）が接続され、この直線状部分の開口側端部（点Ｃ）に第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの円弧状部分が接続されている。そして、図示は省略するが、内側継手部材３のトラック溝９のボール軌道中心線Ｙは、作動角０°の状態の継手中心平面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。
【００５７】
図１０に、本発明の第３の実施形態に係る固定式等速自在継手の要部断面図を示す。同図は、固定式等速自在継手に組み込んで使用される外側継手部材の断面図であり、より詳しくは、図４および図９と同様に、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（図２（ａ）参照）で見た外側継手部材の断面図である。この実施形態の等速自在継手は、主に、外側継手部材および内側継手部材のトラック溝に設けた第１トラック溝部のボール軌道中心線の曲率中心が、それぞれ、継手中心Ｏに対して開口側および奥側にオフセットしていることに加え、傾斜軸（継手の軸線Ｎ−Ｎに対して周方向に傾斜した軸）Ｎ’−Ｎ’に対して半径方向にオフセットしている点、およびこれに対応して第２トラック溝部のボール軌道中心線の構成を調整した点において、上述した第１の実施形態に係る固定式等速自在継手と構成を異にしている。
【００５８】
詳述すると、外側継手部材２の第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの曲率中心Ｏｏ１は、継手中心Ｏに対して開口側にオフセットすると共に、傾斜軸Ｎ’−Ｎ’に対して半径方向にｆｒだけオフセットしている。すなわち、垂線Ｋを含む作動角０°の状態の継手中心平面Ｐ上で半径方向にｆｒだけオフセットしている。これに伴い、第２トラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂの曲率中心Ｏｏ２は、第１トラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａの開口側端部Ａに滑らかに接続するよう位置が調整されている。この構成により、継手の奥側のトラック溝深さを調整することができる。図示は省略するが、内側継手部材３のトラック溝９のボール軌道中心線Ｙは、作動角０°の状態の継手中心平面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。
【００５９】
図１１に、本発明の第４の実施形態に係る固定式等速自在継手で使用される保持器の断面図を示す。すなわち、この実施形態の固定式等速自在継手は、球状外周面および球状内周面の曲率中心を継手中心Ｏに対して軸方向にオフセットさせた保持器を用いる点において、第１の実施形態に係る固定式等速自在継手と構成を異にしている。
【００６０】
詳述すると、図１１に示すように、この保持器５の球状外周面１２の曲率中心Ｏｃ１は継手中心Ｏに対して開口側に寸法ｆ３だけオフセットしており、また、球状内周面１３の曲率中心Ｏｃ２は継手中心Ｏに対して奥側に寸法ｆ３だけオフセットしている。かかる構成により、開口側に向かって保持器５の肉厚が徐々に厚くなり、特に高作動角時の保持器５の強度を向上することができる。前述したように、高作動角の範囲では、周方向に配置されたボール４が、第１トラック溝部７Ａａ，９Ａａ（７Ｂａ，９Ｂａ）と、第２トラック溝部７Ａｂ，９Ａｂ（７Ｂｂ，９Ｂｂ）とに一時的に分かれて位置する。この場合、第２トラック溝部７Ａｂ，９Ａｂ（７Ｂｂ，９Ｂｂ）に位置するボール４から保持器５のポケット部５ａに開口側に押圧する力が作用するが、開口側に向かって保持器５の肉厚が徐々に厚くなっているので、保持器５の強度を向上することができる。また、奥側のトラック溝７，９（第１トラック溝部７ａ，９ｂ）のトラック溝深さを増加させることができる。
【００６１】
以上で説明した本発明に係る固定式等速自在継手では、ボール４の個数を８個としたが、これに限られるものではない。図示は省略するが、例えば、ボールの個数を１０個又は１２個とした固定式等速自在継手にも本発明は好ましく適用することができる。
【００６２】
また、以上の実施形態の固定式等速自在継手は、第２トラック溝部（のボール軌道中心線Ｘｂ）を円弧状部分のみで構成したもの、あるいは円弧状部分と直線状部分の組合せで構成したものとしたが、これに限られるものではない。要は、第１トラック溝部のボール軌道中心線Ｘａとは形状が異なり、有効トラック長さを増加させて高作動角化を図り得る形状であれば適宜の形状にすることができ、例えば、楕円や直線状であってもよい。また、第１トラック溝部および第２トラック溝部の何れか一方又は双方は、それぞれ単一の円弧状部分ではなく、トラック溝深さなどを考慮して複数の円弧状部分で形成してもよい。
【００６３】
また、以上では、トラック溝を周方向に等ピッチで配置した固定式等速自在継手に本発明を適用した場合を示したが、トラック溝を不等ピッチで配置した固定式等速自在継手にも本発明は好ましく適用し得る。また、以上で説明した固定式等速自継手においては、継手の軸線Ｎ−Ｎに対するトラック溝（第１トラック溝部）の傾斜角γをすべてのトラック溝において等しいものとしたが、これに限られず、対をなす（半径方向で対向する）外側継手部材と内側継手部材のトラック溝（第１トラック溝部）の傾斜角γが等しく形成されていれば、トラック溝（第１トラック溝部）の相互間で傾斜角γを異ならせても構わない。要は、保持器の周方向すべてのポケット部に作用するボールの軸方向の力が、全体として釣り合うように各傾斜角度が設定されていればよい。また、以上では、トラック溝とボールとが接触角をもって接触する（アンギュラコンタクトする）ように構成された固定式等速自在継手に本発明を適用したが、これに限られず、本発明は、トラック溝の横断面形状が円弧状に形成され、トラック溝とボールとがサーキュラコンタクトするように構成された固定式等速自在継手にも好ましく適用することができる。
【００６４】
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００６５】
１      固定式等速自在継手（等速自在継手）
２      外側継手部材
３      内側継手部材
４      ボール
５      保持器
６      （外側継手部材の）球状内周面
７      トラック溝
７ａ    第１トラック溝部
７ｂ    第２トラック溝部
８      （内側継手部材の）球状外周面
９      トラック溝
９ａ    第１トラック溝部
９ｂ    第２トラック溝部
１２    （保持器の）球状外周面
１３    （保持器の）球状内周面
２０    ドライブシャフト
Ａ      開口側端部
Ｂ      奥側端部
Ｋ      垂線
Ｌ１，Ｌ２      直線
Ｍ      ボール軌道中心線を含む平面
Ｎ      継手の軸線
Ｎ’    （継手の軸線に対して周方向に傾斜した）傾斜軸
Ｏ      継手中心
Ｐ      継手中心平面
Ｑ      ボール軌道中心線を含む平面
Ｒ１，Ｒ２      直線
Ｘ      ボール軌道中心線
Ｙ      ボール軌道中心線
γ      傾斜角
β      角度
θ      作動角
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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