(57)【要約】      （修正有）【課題】保持器柱部のせん断応力を緩和して保持器強度を確保する。【解決手段】球面状の内周面に軸方向に延びる案内溝を形成した外側継手部材と球面状の外周面に軸方向に延びる案内溝を形成した内側継外側継手部材と、外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内部材とが協働して形成されるボールトラックに一個ずつ配されたトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持する保持器とを備え、保持器４０と外側継手部材１０との接触点Ａおよび保持器４０と内側継手部材２０との接触点Ｂを結ぶ直線と保持器中心線とのなす角度αを１０度以下とする。【選択図】図１
2004251326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面状の内周面に軸方向に延びる案内溝を形成した外側継手部材と、球面状の外周面に軸方向に延びる案内溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材の案内溝と内側継手部材の案内溝とが協働して形成されるボールトラックに１個ずつ配されたトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持する保持器とを備え、保持器と外側継手部材との接触点および保持器と内側継手部材との接触点を結ぶ直線と保持器中心線とのなす角度を１０度以下としたことを特徴とする固定型等速自在継手。
【請求項２】
外側継手部材の案内溝および内側継手部材の案内溝をそれぞれ８本とした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】
外側継手部材の案内溝および内側継手部材の案内溝に直線状の溝底を有するストレート部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の固定型等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の固定型等速自在継手は、駆動側の回転軸と従動側の回転軸とを連結し、両軸が角度をなした状態でも等角速度でトルクを伝達することができるもので、プランジングを行わず角度変位のみ可能であり、自動車や各種産業機械において利用される。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のドライブシャフトの連結構造は車両懸架方式によって異なるが、たとえば独立懸架方式を採用している車両ではデファレンシャル（終減速装置）が車体側に取り付けられ、ドライブシャフトの両端をそれぞれ自在継手を介してデファレンシャルとアクスル（車軸）に連結している。そして、サスペンションの動きに追随したドライブシャフトの変位を可能にするため、車輪側の連結部ではドライブシャフトの角度変位を許容し、車体側の連結部ではドライブシャフトの角度変位および軸方向変位を許容する構造にしている。
【０００３】
上記の自在継手としては、現在、等速自在継手が多く使用されており、車輪側の連結部はゼッパ型などの二軸間の角度変位のみを許容する固定型等速自在継手を使用し、車体側の連結部はダブルオフセット型、トリポード型、クロスグループ型などの二軸間の角度変位および軸方向変位を許容するスライド型等速自在継手を使用している。
【０００４】
図９に示す固定型等速自在継手は、球面状の内周面１ａに６本の曲線状の案内溝１ｂを軸方向に形成した外側継手部材１と、球面状の外周面２ａに６本の曲線状の案内溝２ｂを軸方向に形成し、スプライン（またはセレーション）孔２ｃを有する内側継手部材２と、外側継手部材１の案内溝１ｂと内側継手部材２の案内溝２ｂとが協働して形成される６本のボールトラックに１個ずつ配されたトルク伝達ボール３と、トルク伝達ボール３を保持する保持器４とで構成される。
【０００５】
外側継手部材１の内周面１ａの曲率中心、内側継手部材２の外周面２ａの曲率中心は、いずれも、継手中心Ｏと一致している。外側継手部材１の案内溝１ｂの曲率中心Ａと内側継手部材２の案内溝２ｂの曲率中心Ｂは、継手中心Ｏを挟んで、軸方向に等距離だけ反対側に（同図に示す例では中心Ａは継手の開口側に、中心Ｂは継手の奥部側に）オフセットしている。そのため、案内溝１ｂ，２ｂが協働して形成されるボールトラックは、軸方向の一方（同図に示す例では継手の開口側）に向かって開いた楔形状となっている。
【０００６】
図９（ａ）に示すように二軸が角度変位しない場合すなわち二軸の回転軸線が一直線となった状態では、すべてのトルク伝達ボール３の中心が継手中心Ｏを含み回転軸線に垂直な平面内にある。外側継手部材１と内側継手部材２とが角度θだけ角度変位すると、保持器４によってトルク伝達ボール３が、角度θを二等分する平面内に配向せしめられ、これにより継手の等速性が確保される。
【０００７】
本出願人は、図９のように６個のトルク伝達ボールを備えた固定型等速自在継手と同等以上の強度、負荷容量および耐久性を確保しつつ、より一層のコンパクト化、軽量化を実現するために、８個のトルク伝達ボールを備えた固定型等速自在継手を既に提案している。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−１０３３６５号公報（図１）
【特許文献２】
特開２００１−３３００５１号公報（図１、図２）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
固定型等速自在継手の高角時の主な損傷状況の一つに外側継手部材および内側継手部材の球面エッジ食い込みによる、保持器柱部せん断破壊というモードがある。図３は、固定型等速自在継手の損傷モードを説明するため、最大作動角をとったとき最も外側に位置するトルク伝達ボール付近を拡大した断面図である。同図から理解できるように、外側継手部材、内側継手部材の球面エッジ部接触点（荷重点）が、保持器軸方向に、より大きく離れる方向へオフセットすると、保持器柱部のせん断応力が増加し、過大なモーメント荷重がかかり、保持器強度が著しく低下する。
【００１０】
本発明の目的は、固定型等速自在継手において、かかる保持器柱部のせん断応力を緩和し、保持器強度を確保することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外側継手部材、内側継手部材の球面エッジ部接触点（荷重点）の軸方向オフセット量を最適値に設定することにより、保持器柱部のせん断応力を緩和して保持器強度を確保するようにしたものである。
【００１２】
すなわち、請求項１に記載の固定型等速自在継手は、球面状の内周面１２に軸方向に延びる案内溝１４を形成した外側継手部材１０と、球面状の外周面２２に軸方向に延びる案内溝２４を形成した内側継手部材２０と、外側継手部材１０の案内溝１４と内側継手部材２０の案内溝２４とが協働して形成されるボールトラックに１個ずつ配されたトルク伝達ボール３０と、トルク伝達ボール３０を保持する保持器４０とを備え、保持器４０と外側継手部材１０との接触点Ａおよび保持器４０と内側継手部材２０との接触点Ｂを結ぶ直線と保持器中心線とのなす角度αを１０度以下としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の固定型等速自在継手は、請求項１に記載の固定型等速自在継手において、外側継手部材１０の案内溝１４および内側継手部材２０の案内溝２４をそれぞれ８本としたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３の固定型等速自在継手は、請求項１または２に記載の固定型等速自在継手において、外側継手部材１０の案内溝１４および内側継手部材２０の案内溝２４に直線状の溝底を有するストレート部Ｕ１，Ｕ２を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。まず、図５〜図７に従って固定型等速自在継手の基本構造について述べる。
【００１６】
図５および図６に示す実施の形態では、固定型等速自在継手は、外側継手部材１０と、内側継手部材２０と、トルク伝達ボール３０と、保持器４０とを主要な構成要素としている。
【００１７】
外側継手部材１０は、軸方向の一端にて開口したカップ状で、球面状の内周面１２を有し、内周面１２の円周方向八等分位置（図６）に円弧状（図５）の案内溝１４を形成してある。図５に案内溝１４の曲率中心をＯ１で示してある。なお、図５では外側継手部材１０と一体的に軸部１６を形成した場合を例示してある。
【００１８】
内側継手部材２０は球面状の外周面２２を有し、その円周方向八等分位置（図６）に円弧状（図５）の案内溝２４を形成してある。図５に案内溝２４の曲率中心をＯ２で示してある。図５では、内側継手部材２０がスプライン孔２６を有し、スプライン孔２６にて軸５のスプライン軸と嵌合している場合を例示してある。
【００１９】
外側継手部材１０の案内溝１４と内側継手部材２０の案内溝２４とは対をなし、合計８本のボールトラックを形成する。そして、これらのボールトラックに１個ずつトルク伝達ボール３０を配置してある。図５にトルク伝達ボール３０の中心をＯ３で示してある。
【００２０】
トルク伝達ボール３０は保持器４０によって保持される。保持器４０は球面状の外周面４２と球面状の内周面４４を有し、外周面４２は外側継手部材１０の内周面１２と球面嵌合し、内周面４４は内側継手部材２０の外周面２２と球面嵌合する。保持器４０の外周面４２の曲率中心、および、保持器４０の外周面４２の案内面となる外側継手部材１０の内周面１２の曲率中心は、いずれも、継手中心Ｏと一致している。また、保持器４０の内周面４４の曲率中心、および、保持器４０の内周面４４の案内面となる内側継手部材２０の外周面２２の曲率中心も、継手中心Ｏと一致している。
【００２１】
この実施の形態において、外側継手部材１０の案内溝１４の曲率中心Ｏ１と内側継手部材２０の案内溝２４の曲率中心Ｏ２は、継手中心Ｏを挟んで軸方向に等距離Ｆだけ反対側（同図に示す例では、中心Ｏ１は継手の開口側、中心Ｏ２は継手の奥部側）にオフセットしている。言い換えれば、案内溝１４の曲率中心Ｏ１のオフセット量Ｆは曲率中心Ｏ１と継手中心Ｏとの間の軸方向距離、案内溝２４の曲率中心Ｏ２のオフセット量Ｆは曲率中心Ｏ２と継手中心Ｏとの間の軸方向距離になり、両者は相等しい。したがって、案内溝１４，２４が協働して形成されるボールトラックは、軸方向の一方（図示の実施の形態では継手の開口側）に向かって開いた楔形状を呈している。
【００２２】
外側継手部材１０の案内溝１４の曲率中心Ｏ１とトルク伝達ボール３０の中心Ｏ３とを結ぶ線分の長さ、内側継手部材２０の案内溝２４の曲率中心Ｏ２とトルク伝達ボール３０の中心Ｏ３とを結ぶ線分の長さは互いに等しく、図５に符号ＰＣＲで示してある。外側継手部材１０と内側継手部材２０とが角度θだけ角度変位すると、保持器４０によってトルク伝達ボール３０が、角度θを二等分する平面内に配向せしめられ、これにより継手の等速性が確保される。
【００２３】
この実施の形態の等速自在継手は、トルク伝達ボール３０の数が８であり、従来継手（６個ボールの固定型等速自在継手。以下同じ。）に比べ、継手の全負荷容量に占めるトルク伝達ボール１個当たりの負荷割合が少ないので、同じ呼び寸法の従来継手に対して、トルク伝達ボール３０の直径を小さくし、外側継手部材１０の肉厚および内側継手部材２０の肉厚を従来継手と同程度に確保することが可能である。また、同じ呼び寸法の従来継手に対して、同等以上の強度、負荷容量および耐久性を確保しつつ、外径寸法の一層のコンパクト化を図ることができる。さらに、従来継手に比べて低発熱であることが実験の結果確認されている。
【００２４】
図７に示す実施の形態は、外側継手部材１０ａの案内溝１４ａおよび内側継手部材２０ａの案内溝２４ａにそれぞれ直線状の溝底を有するストレート部Ｕ１，Ｕ２を設けたもので、その他は上述の図５および図６の実施の形態と同じである。この実施の形態の等速自在継手は、ストレート部Ｕ１，Ｕ２を設けたことにより、図５および図６の実施の形態に比べて最大作動角を大きくすることができる。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態を図１および図２に従って説明する。図１（ａ）は、図５および図６に示した実施の形態の固定型等速自在継手が最大作動角（θｍａｘ）をとった状態を示す。図２（ａ）は図７に示した実施の形態の固定型等速自在継手が最大作動角（θｍａｘ）をとった状態を示す。図１（ａ）および図２（ａ）から理解できるように、外側継手部材１０，１０ａと保持器４０との接触点Ａと、内側継手部材２０，２０ａと保持器４０との接触点Ｂの、保持器軸方向におけるオフセット量を決定する要因としては、接触点Ａと接触点Ｂがあり、接触点Ａ，Ｂ同士の保持器軸方向オフセット量を小さくするには、外側継手部材１０，１０ａのインロー径φＣを小さくするか、内側継手部材２０，２０ａの幅Ｄを大きくすることが考えられる。しかし、保持器４０の組込み性確保のため、インロー径φＣを縮小することには限界がある。そこで、内側継手部材２０，２０ａの幅Ｄを大きくすることについて検討する。
【００２６】
なお、従来の固定型等速自在継手の内側継手部材の幅規定は、軽量化、低コスト化（投入重量減）を考慮し、高角時にトルク伝達ボールの接触楕円がはみ出さない最小値に設定されている。従来品について角度αを測定してみると、１９度から３４度程度まで幅があった。
【００２７】
図４は、既述の図３と実質的に同じ図であるが、二点鎖線で示すように内側継手部材を軸方向に延長して、外側継手部材の球面エッジ部と内側継手部材の球面エッジ部とを近接させることにより、保持器柱部に作用するせん断応力を緩和させることができることを示している。また、点Ａ，Ｂの保持器軸方向のオフセット量を、点Ａと点Ｂとを結ぶ直線と保持器中心線とのなす角度αで規定すると、角度αを小さくすることにより保持器柱部のせん断応力が小さくなることがわかる。言い換えるならば、角度αが０、つまり、点Ａと点Ｂを結ぶ直線と保持器中心線とが平行となる場合に保持器柱部のせん断応力は最も小さくなる。
【００２８】
角度αは内側継手部材２０，２０ａの幅Ｄによって決まる。すなわち、角度αを小さくするためには、図１（ｂ）および図２（ｂ）に破線で示すように幅Ｄを大きく設定すればよい。しかしながら、幅Ｄを大きくすると、内側継手部材２０，２０ａの重量増につながること、および、Ｅ部（図１（ｂ））、Ｆ部（図２（ｂ））がシャープエッジとなることから、内側継手部材２０，２０ａの形状を最適に保ち、かつ、保持器柱部のせん断応力を緩和する角度αの最適値を求める必要がある。
【００２９】
α＝１０度のサンプルを試作して実験したところ、従来品に比べて高角時の保持器強度が５％〜１４％向上したことが確認された。このときの角度αに対する強度の関係を図示すると図８のとおりである。実際の設計では内側継手部材２０，２０ａの幅寸法Ｄが丸められるため、αの値は整数になるとは限らない。図７のタイプの実施品の場合、αはサイズにより異なるが８．２度〜９．７度程度であった。図５のタイプの場合、接触点Ａ，Ｂの位置関係が図示とは逆転してαがマイナスになる場合もありえる。以上より、角度αは好ましくは１０度以下、より好ましくは１０度以下８度以上の範囲とするのがよい。
【００３０】
なお、８個ボールタイプの固定型等速自在継手に適用した場合を例にとって説明したが、本発明は従来の６個ボールタイプのものにも同様の効果をもって適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、保持器と外側継手部材との接触点および保持器と内側継手部材との接触点を結ぶ直線と保持器中心線とのなす角度を１０度以下としたことにより、保持器柱部のせん断応力を緩和し、保持器強度を確保した固定型等速自在継手を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ａは最大作動角時の固定型等速自在継手の断面図、
ｂは内側継手部材の断面図である。
【図２】ａは最大作動角時の固定型等速自在継手の断面図、
ｂは内側継手部材の断面図である。
【図３】最大作動角をとったとき最も外側に位置するトルク伝達ボール付近を拡大した固定型等速自在継手の断面図である。
【図４】内側継手部材エッジ位置とせん断応力の関係を説明するための図３と類似の断面図である。
【図５】固定型等速自在継手の縦断面図である。
【図６】図５の固定型等速自在継手の横断面図である。
【図７】固定型等速自在継手の縦断面図である。
【図８】角度αと保持器強度との関係を示す線図である。
【図９】ａは従来の技術を示す固定型等速自在継手の縦断面図、
ｂは横断面図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ  外側継手部材
１２  内周面
１４，１４ａ  案内溝
Ｕ１  直線部
２０，２０ａ  内側継手部材
２２  外周面
２４，２４ａ  案内溝
Ｕ２  直線部
２６  スプライン孔
３０  トルク伝達ボール
４０  保持器
【図１】
2004251326.tif 000003
【図２】
2004251326.tif 000004
【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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