(57)【要約】【課題】  継手の強度および耐久性を確保し、ケージの外輪への組み込み性を改善する。【解決手段】  内球面１２に複数のトラック溝１４を形成した外輪１０と、外球面に外輪１０のトラック溝１４と対をなす複数のトラック溝を形成した内輪と、外輪１０と内輪の両トラック溝間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外輪１０の内球面１２と内輪の外球面間に介在してボールを保持するケージ４０とを備え、ケージ４０の外球面中心と内球面中心は継手中心に対して軸方向反対側にオフセットされ、ケージ４０の縦断面において、外輪１０の開口端側を厚肉にし、外輪１０のトラック溝１４を開口端に向けて拡径したテーパ状にすると共に、内輪のトラック溝を反開口端側に向けて拡径したテーパ状とし、ケージ４０のポケット４６に外輪１０の内球面１２の開口端肩部１１を挿入し、その挿入部位を支点として回転させながらケージ４０を厚肉側から外輪１０に組み込んだ。【選択図】      図４
2008121742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内球面に複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って開口端に向けて形成した外側継手部材と、外球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を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内側継手部材と、前記外側継手部材と内側継手部材の両トラック溝間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に介在してボールを収容するポケットを設けたケージとを備え、
前記ケージの外球面中心と内球面中心は継手中心に対して軸方向反対側にオフセットされ、ケージの縦断面において、外側継手部材の開口端側を厚肉にすると共にその反開口端側を薄肉にし、
前記外側継手部材のトラック溝の開口端側溝底を、前記開口端に向けて直線的に拡径したテーパ状にすると共に、前記内側継手部材のトラック溝の反開口端側溝底を、その反開口端側に向けて直線的に拡径したテーパ状とし、
前記ケージのポケットの周方向幅をＡ、外側継手部材の内球面の開口端肩部の周方向幅をＢ、外側継手部材のトラック溝開口端で内球面の開口端肩部との境界に位置する一対のエッジ部およびその一対のエッジ部と１８０°対向する他対のエッジ部で、向かい合う一方のエッジ部同士の離間幅をＣ１、向かい合う他方のエッジ部同士の離間幅をＣ２、外側継手部材への組み込み時における前記ケージで、外側継手部材の前記一方のエッジ部を通過する部位での幅をＥ１、外側継手部材の前記他方のエッジ部を通過する部位での幅をＥ２、前記ケージの最大外径をｄ、外側継手部材の内球面の最大外径円周上の点とその内球面中心に対して１８０°反対側に位置するインロー径円周上の点とを結ぶ距離をＧとした場合、Ａ＞Ｂ、Ｃ１＞Ｅ１、Ｃ２＞Ｅ２、Ｇ＞ｄの条件を満足することを特徴とする固定式等速自在継手。
【請求項２】
前記ケージの外球面の開口側端部を軸方向に向けて延在させ、ケージの内球面の開口側端部を外球面の開口側端部に向けて拡径するテーパ状とした請求項１に記載の固定式等速自在継手。
【請求項３】
前記ケージの内球面の開口側端部のテーパ角度を、外側継手部材と内側継手部材がなす最大作動角の半分以上とした請求項２に記載の固定式等速自在継手。
【請求項４】
前記外側継手部材および内側継手部材の両トラック溝のテーパ角度の上限値を１２°とした請求項１〜３のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
【請求項５】
前記ケージの外球面中心と内球面中心とのケージオフセット量ｆと、作動角０°時における外側継手部材のトラック溝の曲率中心または内側継手部材のトラック溝の曲率中心とボール中心との距離ＰＣＲとの比の値ｆ／ＰＣＲが０より大きく、かつ、０．１２以下である請求項１〜４のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
【請求項６】
前記ボールの個数を６個とした請求項１〜５のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
【請求項７】
内球面に複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って開口端に向けて形成した外側継手部材と、外球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を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内側継手部材と、前記外側継手部材と内側継手部材の両トラック溝間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に介在してボールを収容するポケットを設けたケージとを備え、
前記ケージの外球面中心と内球面中心は継手中心に対して軸方向反対側にオフセットされ、ケージの縦断面において、外側継手部材の開口端側を厚肉にすると共にその反開口端側を薄肉にし、
前記外側継手部材のトラック溝の開口端側溝底を、前記開口端に向けて直線的に拡径したテーパ状にすると共に、前記内側継手部材のトラック溝の反開口端側溝底を、その反開口端側に向けて直線的に拡径したテーパ状とした固定式等速自在継手の製造方法において、
前記ケージを外側継手部材に組み込むに際して、前記ケージのポケットに外側継手部材の内球面の開口端肩部を挿入し、その挿入部位を支点として回転させながら前記ケージを厚肉側から外側継手部材に組み込むようにしたことを特徴とする固定式等速自在継手の製造方法。
【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及びその製造方法に関し、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作動角度変位のみを許容する固定式等速自在継手およびその等速自在継手の構成部品であるケージを外側継手部材に組み込む製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の乗車空間拡大の観点からホイールベースを長くすることがあるが、それに伴って車両回転半径が大きくならないようにするため、自動車のドライブシャフト等の連結用継手として使用されている固定式等速自在継手の高角化による前輪の操舵角の増大が求められている。
【０００３】
一般的に、この等速自在継手は、図１５に示すように内球面１１２に複数のトラック溝１１４を円周方向等間隔に軸方向に沿って開口端１１８に向けて形成した外側継手部材としての外輪１１０と、外球面１２２に外輪１１０のトラック溝１１４と対をなす複数のトラック溝１２４を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内側継手部材としての内輪１２０と、外輪１１０のトラック溝１１４と内輪１２０のトラック溝１２４との間に介在してトルクを伝達する複数のボール１３０と、外輪１１０の内球面１１２と内輪１２０の外球面１２２との間に介在してボール１３０を保持するケージ１４０とを備えている。
【０００４】
前述した高角化のニーズに対する等速自在継手は、大きな作動角を取り得る構造とするため、図１５に示すようにケージ１４０の内球面１４４の曲率中心Ｏ３と、外球面１４２の曲率中心Ｏ４とは、継手中心面Ｐに対して等距離ｆだけ軸方向逆向きにオフセットされている（ケージオフセット）。
【０００５】
このように、ケージオフセットを設けることにより、ケージ１４０は、外輪１１０の開口側に向けて厚肉で、かつ、その奥側に向けて薄肉となる形状を有する。この等速自在継手では、高角域での使用を実現するため、前述したケージオフセットを大きく設定し、ケージ１４０の厚肉部を外輪１１０の開口端側に配置するようにしている。
【０００６】
また、外輪１１０のトラック溝１１４の曲率中心Ｏ１および内輪１２０のトラック溝１２４の曲率中心Ｏ２は、外輪１１０の内球面１１２の曲率中心Ｏ４および内輪１２０の外球面１２２の曲率中心Ｏ３に対して等距離Ｆだけ軸方向逆向きにオフセットされている（トラックオフセット）。
【０００７】
このように、トラックオフセットを設けることにより、外輪１１０のトラック溝１１４および内輪１２０のトラック溝１２４のそれぞれは、外輪１１０の開口側で深く、かつ、その奥側で浅くなっている。これら一対のトラック溝１１４，１２４により、外輪１１０の奥側から開口側に向けて径方向間隔が徐々に増加する楔状のボールトラックが形成されている。
【０００８】
内輪１２０の外球面１２２の曲率中心Ｏ３は、ケージ１４０の内球面１４４の曲率中心と一致し、外輪１１０の内球面１１２の曲率中心Ｏ４は、ケージ１４０の外球面１４２の曲率中心と一致している。
【０００９】
この固定式等速自在継手では、さらに高角化を図るため、外輪１１０のトラック溝１１４の開口側溝底を、その外輪１１０の開口側に向けて直線的に拡径したテーパ状にすると共に、内輪１２０のトラック溝１２４の奥側溝底を、その内輪１２０の奥側に向けて直線的に拡径したテーパ状とすることにより、高角域の作動を実現している（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開２００１−１５３１４９号公報
【特許文献２】特開２００１−３０４２８２号公報
【特許文献３】特開２００１−３４９３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、前述した各特許文献１〜３に開示された固定式等速自在継手では、高角域での作動を実現させるためにケージオフセットを大きく設定する一方で、トラックオフセットを小さくしている。
【００１１】
図１６は、継手が最大作動角θをとった状態、つまり、外輪１１０の回転軸Ｘと内輪１２０の回転軸Ｙ（内輪１２０に連結されたシャフト１５０の中心軸）が最大作動角θをとった状態を示す。トラックオフセットを設けると、外輪１１０のトラック溝１１４の奥側に位置する部位が浅くなることから、例えば継手が最大作動角をとった時にボール１３０が最も奥側に位置する位相（位相角φ＝１８０°）でそのボール１３０が外輪１１０のトラック溝１１４から乗り上げる可能性がある。
【００１２】
そこで、このトラックオフセットを小さく設定することにより、外輪１１０のトラック溝１１４の奥側に位置する部位が浅くならないようにし、トラック溝１１４の最奥部に位置するボール１３０の乗り上げを抑制するようにしている。
【００１３】
しかしながら、ケージオフセットを大きく設定すると、図１６に示すように外輪１１０がケージ１４０を抱え込む抱き角（球面角）γが小さくなる。ここで、抱き角（球面角）γとは、継手中心面Ｐに対して外輪１１０の内球面１１２の開口側端部がなす角度を意味する。
【００１４】
このような等速自在継手において、外輪１１０にケージ１４０を容易に組み込むためには、図１７（ａ）（ｂ）に示すように外輪１１０の内球面開口側のインロー径φＤをケージ１４０の最大外径φｄ以上に設定すればよいが、その場合、外輪１１０における抱き角（球面角）γがさらに小さくなってしまう。その結果、等速自在継手の強度、耐久性の低下を招くことになる。
【００１５】
図１８（ａ）はケージオフセットを０とした等速自在継手におけるケージ１４０’を示し、同図（ｂ）はケージオフセットを設けた従来の等速自在継手におけるケージ１４０を示す。同図に示すように、従来の等速自在継手におけるケージ１４０では、ケージオフセットを大きく設定していることから、そのケージオフセットを０とした等速自在継手におけるケージ１４０’よりも、その最大外径が大きくなり（ｄ＞ｄ’）、ケージ１４０を外輪１１０に組み込むに際しては不利になってしまうという問題もあった。
【００１６】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、継手の強度および耐久性を確保しつつ、ケージの外輪への組み込み性を改善し得る固定式等速自在継手及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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、内球面に複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って開口端に向けて形成した外側継手部材と、外球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を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材の両トラック溝間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に介在してボールを収容するポケットを設けたケージとを備え、ケージの外球面中心と内球面中心は継手中心に対して軸方向反対側にオフセットされ、ケージの縦断面において、外側継手部材の開口端側を厚肉にすると共にその反開口端側を薄肉にし、外側継手部材のトラック溝の開口端側溝底を、開口端に向けて直線的に拡径したテーパ状にすると共に、内側継手部材のトラック溝の反開口端側溝底を、その反開口端側に向けて直線的に拡径したテーパ状とし、ケージのポケットの周方向幅をＡ、外側継手部材の内球面の開口端肩部の周方向幅をＢ、外側継手部材のトラック溝開口端で内球面の開口端肩部との境界に位置する一対のエッジ部およびその一対のエッジ部と１８０°対向する他対のエッジ部で、向かい合う一方のエッジ部同士の離間幅をＣ１、向かい合う他方のエッジ部同士の離間幅をＣ２、外側継手部材への組み込み時におけるケージで、外側継手部材の一方のエッジ部を通過する部位での幅をＥ１、外側継手部材の他方のエッジ部を通過する部位での幅をＥ２、ケージの最大外径をｄ、外側継手部材の内球面の最大外径円周上の点とその内球面中心に対して１８０°反対側に位置するインロー径円周上の点とを結ぶ距離をＧとした場合、Ａ＞Ｂ、Ｃ１＞Ｅ１、Ｃ２＞Ｅ２、Ｇ＞ｄの条件を満足することを特徴とする。
【００１８】
本発明では、ケージのポケットの周方向幅をＡ、外側継手部材の内球面の開口端肩部の周方向幅をＢ、外側継手部材のトラック溝開口端で内球面の開口端肩部との境界に位置する一対のエッジ部およびその一対のエッジ部と１８０°対向する他対のエッジ部で、向かい合う一方のエッジ部同士の離間幅をＣ１、向かい合う他方のエッジ部同士の離間幅をＣ２、外側継手部材への組み込み時におけるケージで、外側継手部材の一方のエッジ部を通過する部位での幅をＥ１、外側継手部材の他方のエッジ部を通過する部位での幅をＥ２、ケージの最大外径をｄ、外側継手部材の内球面の最大外径円周上の点とその内球面中心に対して１８０°反対側に位置するインロー径円周上の点とを結ぶ距離をＧとした場合、Ａ＞Ｂ、Ｃ１＞Ｅ１、Ｃ２＞Ｅ２、Ｇ＞ｄの条件を満足することにより、ケージのポケットに外側継手部材の内球面の開口端肩部を挿入し、その挿入部位を支点として回転させながらケージを厚肉側から外側継手部材に組み込むことが可能となる。その結果、外側継手部材のインロー径をケージの最大外径以上に設定することなく、つまり、外側継手部材における抱き角を小さくすることなく、ケージを外側継手部材に組み込むことが容易となる。
【００１９】
前述した構成におけるケージは、その外球面の開口側端部を軸方向に向けて延在させ、ケージの内球面の開口側端部を外球面の開口側端部に向けて拡径するテーパ状とした構造が望ましい。ここで、ケージの外球面の開口側端部を軸方向に向けて延在させる場合、等速自在継手が最大作動角をとった状態で、内側継手部材に取り付けられたシャフトがケージの開口側端部と干渉しない程度にその外球面の開口側端部を延在させる。
【００２０】
シャフトがケージの開口側端部と干渉しない程度までケージの外球面の開口側端部を延在させる場合、ケージの内球面の開口側端部のテーパ角度を、外側継手部材と内側継手部材がなす最大作動角の半分以上とすることが望ましい。このようにテーパ角度を最大作動角の半分以上とすれば、高角域においてもケージの外球面と外側継手部材の内球面との接触面積を確保することができる点で好ましい。なお、このテーパ角度が最大作動角の半分よりも小さければ、シャフトがケージのテーパ状開口側端部と干渉することになる。
【００２１】
このように高角域においてもケージの外球面と外側継手部材の内球面との接触面積を確保することができることにより、最大作動角をとった時に、ボールがケージを開口側へ押し、そのケージの外球面の開口側端部と外側継手部材の内球面が強く擦れ合っても発熱による耐久性の低下や伝達トルクの損失を最小限に抑えることができる。また、ケージの剛性を最大限に確保することができるので、ケージ自体の強度も向上する。
【００２２】
本発明では、外側継手部材および内側継手部材の両トラック溝をテーパ状とすることにより、外側継手部材の外径を大きくすることなく、作動角の高角化を容易に実現する上で、外側継手部材の肉厚を薄くしてもその外側継手部材の強度および加工性を低下させないように、この固定式等速自在継手の内部諸元の中で、トラック溝をテーパ状にすることによる影響および傾向を検証し、前述のトラック溝のテーパ角度の最適値としてその上限値を１２°に規定した。
【００２３】
本出願人は、従来必要な基本性能である強度や耐久性を確保しながら、静的内部力解析、有限要素法（ＦＥＭ）解析を用いて検討を進め、トラック溝のテーパ角度の範囲を絞り込んで最適設定した。そして、テーパ角度を変えたサンプルの評価結果と解析結果との整合性を確認した。
【００２４】
前述の構成において、ケージの外球面中心と内球面中心とのケージオフセット量ｆと、外側継手部材のトラック溝の曲率中心または内側継手部材のトラック溝の曲率中心とボール中心との距離ＰＣＲとの比の値ｆ／ＰＣＲが０．１２以下であることが望ましい。このケージオフセット量ｆは、ケージの縦断面における肉厚差に関係するため、この点を考慮してケージオフセット量ｆを設定することが望ましい。
【００２５】
例えば、ケージオフセット量ｆを大きく設定することにより、外側継手部材の開口側にケージの厚肉側を位置させるようにすれば、外側継手部材の開口側のケージの肉厚を増大させて強度向上を図ることができる利点を有する。また、外側継手部材の開口側のケージの肉厚を増大させることによって、作動角をとった時、外側継手部材の開口端部から飛び出そうとするボールをケージで拘束することができる。
【００２６】
ただし、ケージオフセット量ｆが大きすぎると、ケージのポケット内におけるボールの周方向移動量が大きくなり、ボールの適正な運動を確保するため、ケージのポケットの周方向寸法を大きくする必要が生じるので、ケージの柱部が細くなり、強度面が問題となる。また、ケージの入口側と反対側に位置する奥側の肉厚が小さくなり、強度面が問題となる。
【００２７】
以上より、ケージオフセット量ｆが過大であるのは好ましくなく、ケージオフセット量ｆを設ける意義と前述の強度面での問題との均衡を図り得る最適範囲が存在する。ただ、ケージオフセット量ｆの最適範囲は継手の大きさによって変わるので、継手の大きさを表わす基本寸法との関係において求める必要がある。そのため、ケージオフセット量ｆと、外側継手部材のトラック溝の曲率中心または内側継手部材のトラック溝の曲率中心とボール中心との距離ＰＣＲとの比ｆ／ＰＣＲを用いる。
【００２８】
そこで、前述の構成におけるケージオフセット量は、そのケージオフセット量ｆと、作動角０°時における外側継手部材のトラック溝の曲率中心または内側継手部材のトラック溝の曲率中心とボール中心との距離ＰＣＲとの比ｆ／ＰＣＲを０より大きく、かつ、０．１２以下とすることが望ましい。
【００２９】
この比ｆ／ＰＣＲが０．１２より大きいと前述の強度面での問題がある。逆に、０以下であるとケージオフセット量ｆを設ける意義がなくなる。すなわち、ケージオフセット量ｆが０の場合、トラックオフセット量も０のため、オフセットが０となり、くさび角＝０でボール（ケージ）位置が定まらず、作動性が著しく悪化することから、０以下の範囲では、その目的が達成できない。従って、ケージ強度の確保、耐久性の確保の点から、比ｆ／ＰＣＲが０より大きく、かつ、０．１２以下であることが、ケージオフセット量ｆの最適範囲である。
【００３０】
なお、本発明は、ボール数が６個である固定式等速自在継手に適用可能であるが、ボール数が８個の固定式等速自在継手に適用することも可能である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、ケージのポケットの周方向幅をＡ、外側継手部材の内球面の開口端肩部の周方向幅をＢ、外側継手部材のトラック溝開口端で内球面の開口端肩部との境界に位置する一対のエッジ部およびその一対のエッジ部と１８０°対向する他対のエッジ部で、向かい合う一方のエッジ部同士の離間幅をＣ１、向かい合う他方のエッジ部同士の離間幅をＣ２、外側継手部材への組み込み時におけるケージで、外側継手部材の一方のエッジ部を通過する部位での幅をＥ１、外側継手部材の他方のエッジ部を通過する部位での幅をＥ２、ケージの最大外径をｄ、外側継手部材の内球面の最大外径円周上の点とその内球面中心に対して１８０°反対側に位置するインロー径円周上の点とを結ぶ距離をＧとした場合、Ａ＞Ｂ、Ｃ１＞Ｅ１、Ｃ２＞Ｅ２、Ｇ＞ｄの条件を満足することにより、ケージのポケットに外側継手部材の内球面の開口端肩部を挿入し、その挿入部位を支点として回転させながらケージを厚肉側から外側継手部材に組み込むことが可能となる。
【００３２】
このように、ケージのポケットに外側継手部材の内球面の開口端肩部を挿入し、その挿入部位を支点として回転させながらケージを厚肉側から外側継手部材に組み込むことが可能となることにより、外側継手部材のインロー径をケージの最大外径以上に設定することなく、つまり、外側継手部材における抱き角を小さくすることなく、ケージを外側継手部材に組み込むことが容易となり、継手の強度および耐久性の維持を図りつつ、ケージの外側継手部材への組み込み性が大幅に改善できる。
【００３３】
その結果、作動角の高角化を容易に実現することができ、近年における自動車の乗車空間拡大の観点からホイールベースを長くする要望に対して、車両回転半径が大きくならないように前輪の操舵角の増大を容易に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態を以下に詳述する。
【００３５】
図１に示す固定式等速自在継手は、外輪１０と、内輪２０と、ボール３０と、ケージ４０を主要な構成要素としている。この固定式等速自在継手によって連結すべき二軸、例えば従動側の回転軸（図示せず）を外輪１０と結合し、駆動側の回転軸（図示せず）を結合して、両者が角度をなした状態でも等速でトルクを伝達するようになっている。なお、図１は外輪１０の回転軸Ｘと内輪２０の回転軸Ｙ（内輪２０に連結されたシャフト５０の中心軸）とがなす作動角θが０°の状態を示し、図３はその作動角θが最大の状態を示す。
【００３６】
外側継手部材としての外輪１０はマウス部１６とステム部（図示せず）とからなり、ステム部にて従動側の回転軸とトルク伝達可能に結合する。マウス部１６は一端にて開口した椀状で、その内球面１２に、軸方向に延びた複数のトラック溝１４が円周方向等間隔に形成されている。そのトラック溝１４はマウス部１６の開口端１８まで延びている。
【００３７】
内側継手部材としての内輪２０は、その外球面２２に、軸方向に延びた複数のトラック溝２４が円周方向等間隔に形成されている。そのトラック溝２４は内輪２０の軸方向に切り通されている。内輪２０は駆動側の回転軸とトルク伝達可能に結合するためのスプライン孔２６を有している。
【００３８】
外輪１０のトラック溝１４と内輪２０のトラック溝２４とは対をなし、各対のトラック溝１４，２４で構成されるボールトラックに１個ずつ、トルク伝達要素としてのボール３０が転動可能に組み込んである。ボール３０は外輪１０のトラック溝１４と内輪２０のトラック溝２４との間に介在してトルクを伝達する。
【００３９】
各ボール３０はケージ４０の円周方向に配設したポケット４６内に収容されている。ボール３０の数、換言すれば、トラック溝１４，２４の数は任意であるが、例を挙げるならば６あるいは８である。この実施形態では、６個の場合を例示しているが、ボールが８個の場合、コンパクトな等速自在継手を実現することができる。
【００４０】
ケージ４０は外輪１０と内輪２０との間に摺動可能に介在し、外球面４２にて外輪１０の内球面１２と接し、内球面４４にて内輪２０の外球面２２と接する。外輪１０の内球面１２の曲率中心とケージ４０の外球面４２の曲率中心とは一致し、図２に符号Ｏ４で示している。同様に、内輪２０の外球面２２の曲率中心とケージ４０の内球面４４の曲率中心とは一致し、図２に符号Ｏ３で示している。なお、図面では、外輪１０の内球面１２とケージ４０の外球面４２との間、内輪２０の外球面２２とケージ４０の内球面４４との間のすきまが誇張して示している。
【００４１】
外輪１０のトラック溝１４は円弧部分１４ａと直線部分１４ｂとからなり、円弧部分１４ａはマウス部１６の奥側つまり反開口端側に位置し、直線部分１４ｂは開口端側に位置する。そして、トラック溝１４は、開口端側の溝底を、開口端１８に向かって直線的に拡径するテーパ角度αのテーパ状としている。
【００４２】
内輪２０のトラック溝２４は円弧部分２４ａと直線部分２４ｂとからなり、円弧部分２４ａは外輪１０の開口端側に位置し、直線部分２４ｂは反開口端側に位置する。そして、トラック溝２４は、外輪１０の奥側つまり反開口端側の溝底を、反開口端側に向かって直線的に拡径するテーパ角度αのテーパ状としている。
【００４３】
この継手では、大きな作動角θを取り得る構造とするため、図２に示すように、外輪１０のトラック溝１４の曲率中心Ｏ１は内球面１２の中心Ｏ４に対して、内輪２０のトラック溝２４の曲率中心Ｏ２は外球面２２の中心Ｏ３に対して、等距離Ｆだけ軸方向逆向きにオフセットさせている（トラックオフセット）。同様に、ケージ４０の外球面４２の曲率中心Ｏ４と内球面４４の曲率中心Ｏ３は、継手中心Ｏに対して等距離ｆだけ軸方向逆向きにオフセットさせている（ケージオフセット）。このケージオフセット量ｆはトラックオフセット量Ｆに対して大きく設定されている。
【００４４】
図３に示すように、外輪１０の回転軸Ｘと内輪２０の回転軸Ｙが０°以外のある作動角θをとったとき、両回転軸Ｘ，Ｙのなす角度θの二等分線に垂直な平面すなわち継手中心面Ｐ内にすべてのボール３０があれば、ボール中心から両回転軸Ｘ，Ｙまでの距離が相等しく、したがって、両回転軸Ｘ，Ｙ間で等角速度で回転運動の伝達が行われる。継手中心面Ｐと回転軸Ｘ，Ｙとの交点を継手中心Ｏと称する。
【００４５】
対をなす外輪１０のトラック溝１４と内輪２０のトラック溝２４とで構成されるボールトラックは、トラックオフセットを設けることにより、外輪１０のマウス部１６の奥側から開口端側に向かって径方向間隔が徐々に拡大する楔状を呈している。
【００４６】
ケージ４０は、前述したようにケージオフセットを設けたことにより、外輪１０の開口端側に向けて厚肉で、その反開口端側に向けて薄肉となった形状を有する。つまり、外輪１０の開口端側に厚肉部４１、その反開口端側に薄肉部４３が配されている。この厚肉部４１の外球面側を軸方向に向けて延在させ、厚肉部４１の内球面側を外球面側に向けて拡径するテーパ状としている。
【００４７】
このようにケージ４０の厚肉部４１の外球面側を軸方向に向けて延在させることにより、継手が最大作動角をとった時、高角域においてもケージ４０の外球面４２と外輪１０の内球面１２との接触面積を確保することができる。その結果、ボール３０がケージ４０を開口端側へ押し、そのケージ４０の厚肉部４１の外球面４２と外輪１０の内球面１２が強く擦れ合っても発熱による耐久性の低下や伝達トルクの損失を最小限に抑えることができる。また、ケージ４０の剛性を最大限に確保することができるので、ケージ自体の強度も向上する。
【００４８】
また、ケージ４０の厚肉部４１の内球面側を外球面側に向けて拡径するテーパ状とすることにより、継手が最大作動角をとった状態で、内輪２０に取り付けられたシャフト５０がケージ４０の厚肉部４１と干渉しないようにすることができる（図３参照）。
【００４９】
この実施形態の固定式等速自在継手では、図４に示すように、ケージ４０を外輪１０に組み込むに際して、ケージ４０のポケット４６に外輪１０の内球面１２の開口端肩部１１を挿入し、その挿入部位を支点として図中白抜き矢印で示すように回転させながらケージ４０を厚肉部４１を先行させて外輪１０に組み込む。なお、この組み込み後は、ケージ４０を１８０°前後反転させることにより正規の姿勢で格納させる（図１参照）。
【００５０】
このように、ケージ４０を厚肉側から外輪１０に組み込むことを容易にするため、以下の諸条件を満足するように各部位での寸法を規定する。図５（ａ）はこの実施形態におけるケージの側面図、（ｂ）はその断面図である。また、図６は外輪１０をその開口端側から見た側面図、図７はケージ４０を厚肉側から外輪１０に挿入した状態を示す側面図である。図８はこの実施形態における外輪１０を示す断面図、図９はケージ４０を厚肉側から外輪１０に挿入した状態を示す断面図、図１０は図９の状態からさらにケージ４０を回転させた状態を示す断面図である。
【００５１】
まず、図５（ａ）に示すように、ケージ４０のポケット４６の周方向幅をＡ、図６に示すように、外輪１０の内球面１２の開口端肩部１１の周方向幅をＢとする。また、外輪１０のトラック溝１４の開口端で内球面１２の開口端肩部１１との境界に位置する一対のエッジ部１３ａ，１３ｂおよびその一対のエッジ部１３ａ，１３ｂと１８０°対向する他対のエッジ部１３ａ，１３ｂで、向かい合う一方のエッジ部１３ａ同士の離間幅をＣ１、向かい合う他方のエッジ部１３ｂ同士の離間幅をＣ２、図７に示すように、ケージ４０の外輪１０への組み込み時、つまり、ケージ４０のポケット４６に外輪１０の内球面１２の開口端肩部１１を挿入し、その挿入部位を支点として回転させるに際して、そのケージ４０において、外輪１０の一方のエッジ部１３ａを通過する部位４８ａでの幅をＥ１、外輪１０の他方のエッジ部１３ｂを通過する部位４８ｂでの幅をＥ２とする。さらに、図５（ｂ）に示すようにケージ４０の最大外径をｄ、図８に示すように外輪１０の内球面１２の最大外径円周上の点ｐとその内球面中心Ｏ４に対して１８０°反対側に位置するインロー径（内球面１２の開口端肩部１１）円周上の点ｑとを結ぶ距離をＧとする。
【００５２】
このように前述した各部位での寸法を、Ａ、Ｂ、Ｃ１、Ｅ１、Ｃ２、Ｅ２、Ｇ、ｄとした場合、Ａ＞Ｂ、Ｃ１＞Ｅ１、Ｃ２＞Ｅ２、Ｇ＞ｄの条件を満足するように各部位での寸法を規定する。これにより、ケージ４０のポケット４６に外輪１０の内球面１２の開口端肩部１１を挿入し、その挿入部位を支点として回転させながらケージ４０を厚肉側から外輪１０に組み込むことが可能となる。
【００５３】
つまり、ケージ４０のポケット４６に外輪１０の内球面１２の開口端肩部１１を挿入して回転させるに際して、図９のｍ点で示す箇所（図６，７，９中のＣ１位置）でケージ４０の部位４８ａが外輪１０のエッジ部１３ａと干渉することを回避することができる。この図９の状態からさらにケージ４０を回転させると、図１０のｎ点で示す箇所（図６，７，１０中のＣ２位置）でケージ４０の部位４８ｂが外輪１０のエッジ部１３ｂに干渉することを回避することができる。
【００５４】
その結果、外輪１０のインロー径φＤをケージ４０の最大外径φｄ以上に設定することなく、つまり、外輪１０における抱き角γ（図１６参照）を小さくすることなく、ケージ４０を外輪１０に組み込むことが容易となり、継手の強度および耐久性の維持を図りつつ、ケージ４０の外輪１０への組み込み性が大幅に改善できる。
【００５５】
外輪１０と内輪２０が最大作動角θをとったとき、外輪１０のマウス部１６の開口端１８からボール３０が飛び出すことを防止するため、ケージ４０のポケット４６で拘束できるようにケージオフセット量ｆを従来のものよりも大きく設定する。すなわち、ケージオフセット量をｆ、ボール３０の中心軌跡半径値、すなわち、作動角０°時における外輪１０のトラック溝１４の曲率中心Ｏ１または内輪２０のトラック溝２４の曲率中心Ｏ２とボール３０の中心Ｏ５とを結ぶ線分の長さをＰＣＲとした場合、ｆ／ＰＣＲが０より大きく、かつ、０．１２以下となるように設定する。
【００５６】
このように、外輪１０および内輪２０の両トラック溝１４，２４をテーパ状とすれば、最大作動角の高角化と共に、外輪１０のトラック溝１４におけるボール３０との接触長さを確保することができるので、外輪１０と内輪２０との間で安定したトルク伝達を確保することができる。また、作動角をとった時にボール３０が最も飛び出そうとする位相（位相角φ＝０°）（図３および図１１参照）のトラック荷重およびポケット荷重を低減することができるので、外輪１０と内輪２０の高角域での作動において有利である。ここで、トラック荷重とは、接触するボール３０からトラック溝１４，２４が受ける荷重を意味する。
【００５７】
また、ケージ４０の外球面４２は外輪１０の内球面１２に接触案内され、ケージ４０の内球面４４は内輪２０の外球面２２に接触案内され、トルク伝達時にケージ４０と外輪１０または内輪２０との間で球面力が作用するが、その球面力の最大値を低減することができ、継手内部での発熱を抑制できる。さらに、鍛造型が抜き易いことから冷間鍛造による加工性がよく、製造コストの低減も図れる。
【００５８】
外輪１０および内輪２０の両トラック溝１４，２４をテーパ状とすることにより、前述したトラック荷重、ポケット荷重および球面力からなる内部力の影響および傾向を検証し、有限要素法（ＦＥＭ）解析を実施することで、トラック溝１４，２４のテーパ角度α（図１および図２参照）の範囲を絞り込んで最適設定した。
【００５９】
まず、トラック溝１４，２４のテーパ角度αを大きくすることによる内部力（トラック荷重、ポケット荷重および球面力）の傾向は、表１のとおりである。なお、表１において、ボール３０が最も飛び出そうとする位相（位相角φ＝０°）と内部力が最大値となるボール３０の位相、つまり、ボール３０が最も奥に入る位相（位相角φ＝１８０°付近）について検証した（図３および図１１参照）。また、球面力の変動幅とは、球面力の最大値と最小値との差を意味する。
【表１】
2008121742.tif 000003
【００６０】
表１から明らかなようにテーパ角度αを大きくすると、ポケット荷重の最大値が大きくなるが、ボール３０が最も奥に入る位相（位相角φ＝１８０°付近）で外輪１０の肉厚を大きく、また、ケージオフセット量を大きくしてケージ４０の肉厚を大きくすることにより強度を確保することができるので問題にはならない。
【００６１】
次に、テーパ角度αの上限値を決定するために、有限要素法（ＦＥＭ）解析を実施した。テーパ角度αが大きくなれば、ボール３０が最も飛び出そうとする位相（位相角φ＝０°）では内部力（トラック荷重およびポケット荷重）が小さくなり、強度的に有利になるが、外輪１０の開口端１８でありその肉厚が小さくなるため、トラック溝１４に発生する応力値を継手強度に換算して傾向を確認した。その結果は、図１２に示すとおりである。同図に示す特性から明らかなようにテーパ角度αが１２．９°で継手強度が必要強度を下回ることから、テーパ角度αの最適範囲としてその上限値を１２°として規定した。
【００６２】
なお、前述の実施形態では、トラックオフセットを設けた場合について例示したが、そのトラックオフセットを設けずにトラックオフセット量Ｆを０にしてもよい。トラックオフセットを設けていると、外輪１０のトラック溝１４の円弧部分１４ａがその奥側に向けて浅くなることから、作動角をとった時にトラック溝１４の最奥部に位置するボール３０の乗り上げが生じる可能性がある。
【００６３】
そこで、外輪１０のトラック溝１４の曲率中心Ｏ１をその内球面１２の曲率中心Ｏ４に一致させ、かつ、内輪２０のトラック溝２４の曲率中心Ｏ２をその外球面２２の曲率中心Ｏ３に一致させてトラックオフセット量Ｆを０とすることにより、外輪１０のトラック溝１４の円弧部分１４ａが奥側に向けて浅くなることがなく均一な深さとなることから、作動角をとった時にトラック溝１４の最奥部に位置するボール３０の乗り上げを抑制することができる。
【００６４】
トラックオフセット量Ｆ、ケージオフセット量ｆ、テーパ角度αの各因子を変動させて内部力解析を行った結果を次に述べる。ここで、トラックオフセットについては、高角域に入っても許容負荷トルクが落ちない超高角固定式等速自在継手の特性を考慮してトラックオフセット量Ｆ＝０すなわち「トラックオフセットなし」とした。ケージオフセットについては、内部力の観点からはできるだけ小さい方がよいが、継手の機能確保のためにはある程度ケージオフセットをつけなくてはならないことから、０≦ｆ／ＰＣＲ≦０．１５０で変動させた。テーパ角度αについては、０°から１２°までの範囲で変動させた。
【００６５】
ケージオフセット量ｆ＝０（ｆ／ＰＣＲ＝０）ならば、テーパ角度αが１．１°以上のとき、ボール３０が最も飛び出そうとする位相（０°位相）のトラック荷重およびポケット荷重はゼロになる。一方、テーパ角度α＝１２°ならば、ケージオフセット量ｆ＝３．９４（ｆ／ＰＣＲ＝０．１１４）以下のとき、ボール３０が最も飛び出そうとする位相（０°位相）のトラック荷重およびポケット荷重はゼロになる。
【００６６】
つまり、ケージオフセット量ｆとテーパ角度αとの関係が図１３の斜線領域内に設定されていれば、ボール３０が最も飛び出そうとする位相（０°位相）のトラック荷重およびポケット荷重はゼロになる。ここで、図１３は内部力解析により算出したデータに基づいて作図したもので、横軸がテーパ角度α（deg）、縦軸がｆ／ＰＣＲを表している。
【００６７】
これより、ボール３０が最も飛び出そうとする位相（０°位相）に負荷される荷重を極力小さくし、より高角作動域において有利となる内部仕様は次のようになる。
トラックオフセット：なし
ケージオフセット量ｆ：０＜ｆ／ＰＣＲ≦０．１２
テーパ角度α：１°≦α≦１２°
【００６８】
また、この実施形態では、ボール３０が最も飛び出そうとする位相（０°位相）における荷重が低減する一方、ピークの荷重は従来の等速自在継手と比較して大きくなることから、強度を確保するため、ケージ４０の厚肉部４１を外輪１０の開口端側に向けた配置とするのが好ましい。
【００６９】
前述の内部仕様で寸法を設定した本発明による固定式等速自在継手（実施例）と従来の固定式等速自在継手（比較例）について、最大作動角時のボール３０が最も飛び出そうとする位相（０°位相）におけるトラック荷重およびポケット荷重を算出したところ、結果は図１４に示すとおりであった。同図より、比較例に対して実施例が、トラック荷重とポケット荷重のいずれも８割以上減少していることが分かる。
【００７０】
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、さらに種々なる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。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係る固定式等速自在継手の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の等速自在継手において、ケージオフセットおよびトラックオフセット等の内部諸元を説明するための図である。
【図３】図１の等速自在継手において、外輪に対して内輪が最大作動角をとった状態を示す断面図である。
【図４】ケージを外輪に組み込む要領を説明するための断面図である。
【図５】（ａ）は図１のケージを示す側面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図６】外輪をその開口端側から見た側面図である。
【図７】ケージを厚肉側から外輪に挿入した状態を示す側面図である。
【図８】図１の外輪を示す断面図である。
【図９】ケージを厚肉側から外輪に挿入した状態を示す断面図である。
【図１０】図９の状態からさらにケージを回転させた状態を示す断面図である。
【図１１】ケージに収容されたボールの位相を示す断面図である。
【図１２】トラック溝のテーパ角度に対する継手強度の関係を示す特性図である。
【図１３】トラック溝のテーパ角度とｆ／ＰＣＲとの関係を示す特性図である。
【図１４】最大作動角時における基本トルク負荷時の０°位相荷重を示す特性図である。
【図１５】固定式等速自在継手の従来例を示す断面図である。
【図１６】図１５の等速自在継手において、外輪に対して内輪が最大作動角をとった状態を示す断面図である。
【図１７】（ａ）は図１５の外輪を開口側から見た側面図、（ｂ）は図１５のケージを示す断面図である。
【図１８】（ａ）はケージオフセットを０とした等速自在継手におけるケージを示す断面図、（ｂ）はケージオフセットを設けた従来の等速自在継手におけるケージを示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  外側継手部材（外輪）
１１  内球面の開口端肩部
１２  外側継手部材（外輪）の内球面
１３ａ，１３ｂ  エッジ部
１４  外側継手部材（外輪）のトラック溝
１８  開口端
２０  内側継手部材（内輪）
２２  内側継手部材（内輪）の外球面
２４  内側継手部材（内輪）のトラック溝
３０  ボール
４０  ケージ
４１  厚肉部
４２  ケージの外球面
４３  薄肉部
４４  ケージの内球面
４８ａ  外側継手部材の一方のエッジ部を通過する部位
４８ｂ  外側継手部材の他方のエッジ部を通過する部位
ｆ  ケージオフセット量
Ｆ  トラックオフセット量
Ｏ１  外側継手部材（外輪）のトラック溝の曲率中心
Ｏ２  内側継手部材（内輪）のトラック溝の曲率中心
Ｏ３  ケージの内球面中心
Ｏ４  ケージの外球面中心
Ｏ５  ボールの中心
α  トラック溝のテーパ角度
【図１】
2008121742.tif 000004
【図２】
2008121742.tif 000005
【図３】
2008121742.tif 000006
【図４】
2008121742.tif 000007
【図５】
2008121742.tif 000008
【図６】
2008121742.tif 000009
【図７】
2008121742.tif 000010
【図８】
2008121742.tif 000011
【図９】
2008121742.tif 000012
【図１０】
2008121742.tif 000013
【図１１】
2008121742.tif 000014
【図１２】
2008121742.tif 000015
【図１３】
2008121742.tif 000016
【図１４】
2008121742.tif 000017
【図１５】
2008121742.tif 000018
【図１６】
2008121742.tif 000019
【図１７】
2008121742.tif 000020
【図１８】
2008121742.tif 000021