(57)【要約】  一対の球状歯車はＣＶジョイントの交差するシャフトを接続する。一方の歯車は内歯を有し、他方は外歯を有する。歯車デザインは同心で同一の半径を有する理論的なピッチ球上の大きな円であるピッチ円に基づく。内歯は円錐形状又は球形状を有し、一方、外歯面は接線方向の平坦な延長部を備えた円筒形である。球状歯車はハーフシャフト上で示される。好ましい実施の形態は各歯車上に６つの歯を有し、１つの好ましい実施の形態はまた内歯のためにボールを使用する。負荷の下で高速回転している間、歯車は任意の方向において６０°又はそれ以上の連続的な最大範囲にわたって交差することができる。
2010508476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変の角度で交差するそれぞれの軸線のまわりで回転可能な第１の素子及び第２の素子を相互接続するためのユニバーサルカップリングにおいて、
一緒に回転するように上記第１の素子に固定され、円形形状のみを有する長手方向の湾曲を伴って形成された内歯面を各々備えた複数の内歯を有する第１の歯車と；
一緒に回転するように上記第２の素子に固定され、上記内歯と番い噛み合いする複数の外歯を有する第２の歯車であって、上記各外歯が所定の半径を持つ円筒状の中央部分を伴って形成され、また、上記円筒状の中央部分の各側部でそれぞれ形成された所定の幅の２つの平坦な面延長部をも有する外歯面を有する第２の歯車と；
を有する単一対の球状歯車を備え、
上記歯車の各々がそれぞれの大きなピッチ球の形をしたそれぞれのピッチ表面を有し、上記大きなピッチ球が同心で、実質上同一の半径を有し、当該各歯車のピッチ円が当該それぞれの大きなピッチ球の１つ上の大きな円であり、上記ピッチ円が１８０°だけ離れた２つの極地点で互に有効に交差し；
上記歯車の各それぞれの歯は、各連続する一層小さな球が上記大きなピッチ球の表面上に落ちる接触地点で次の一層小さな球に対して正接するように円として配置された複数の個々の上記一層小さな球の１つ内に形成され、各一層小さな球上の上記接触地点間の距離が各それぞれの歯の正規の弦方向厚さを画定し；
上記素子が２ｘ°の連続的な最大範囲にわたって交差するように、上記軸線が１８０°から所定の最大角度ｘ°だけ１８０°とは異なる角度までの連続する範囲にわたって可変的に交差する際に上記歯車が駆動及び被駆動関係で回転しているときに、上記素子の軸線が上記大きなピッチ球の中心において常に交差する；
ことを特徴とするユニバーサルカップリング。
【請求項２】
ｘが少なくとも３０°であることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項３】
各上記内歯及び各上記外歯の内側部分が中空であることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項４】
上記ユニバーサルカップリングが上記第１又は第２の素子と第２のユニバーサルカップリングから延びる第３の素子との間に４ｘ°の連続する最大運動範囲を提供するように当該ユニバーサルカップリングと実質上同一の上記第２のユニバーサルカップリングに対して背中合わせに固定的に装着されることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項５】
各上記内歯面の表面が上記一層小さな球間で分担される上記接触地点においてそのそれぞれの個々の一層小さな球に対して正接し、各当該内歯面の長手方向の湾曲の円形形状が：
i）上記それぞれの個々の一層小さな球の各々の少なくとも１／２の直径に等しい直径を有する球形状；又は
ii）ａ）上記一層小さな理論的な球及び上記２つの大きな理論的な球に対して中央で同心的に位置する等しい寸法の更なる一層小さな理論的な球；及びｂ）上記一層小さな中央の球の両側に対して正接するように構成され、かつ当該一層小さな理論的な球がその隣の球と分担するような２つの接触地点のそれぞれ１つを通過する２つの交差する線；を含む構造により決定される円錐頂点角度を有する円錐形状；のいずれかであり、
上記円錐頂点角度が上記交差する線による交差地点で形成される包含角により決定される；
ことを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項６】
各内歯が上記第１の素子の軸線に垂直に延び、各外歯は、各歯車の歯の各歯面が各歯車のピッチ球であるそれぞれの大きな球の大きな円上でセンタリングされるように、上記第２の素子の軸線に垂直に延び、各上記大きな円の軸線が各それぞれの素子の軸線と常に整合することを特徴とする請求項５に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項７】
各上記外歯面の上記平坦な面延長部の上記所定の幅が上記最大角度ｘ°に応じて変化し、当該延長部が歯面中心の中心線からｘ°で位置する初期の接線地点から上記歯面中心の各側に形成され、２ｘ°を決める上記円筒状の中央部分の半径方向の線へ少なくとも延び、それによって、上記歯面中心の各側における各平坦な部分の長さがｘ°の上記接線地点を越えて付加的なｘ°だけ延び、各当該平坦な面延長部は、上記歯車の軸線が上記最大角度ｘ°で交差しているときに上記第２の歯車が上記第１の歯車に関して楕円弧に沿って運動する際に、上記初期の接線地点から当該円筒状の中央部分の半径方向の中心の運動線に平行に延びることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項８】
各外歯面の上記円筒状の中央部分の上記所定の半径が各それぞれの外歯の正規の弦方向厚さの半分に等しいことを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項９】
上記複数の個々の一層小さな球の数は、各上記歯車が６個の歯を有するように、１２個であり、各上記内歯面が円錐形で、上記第１の素子の端部に固定されたカップ状支持体内に形成され、さらに、上記カップ状支持体内に装着されたセンタリングボールが設けられ、同センタリングボールが上記大きなピッチ球の上記同心的な中心と上記交差地点との間の距離よりも大きくない半径を有することを特徴とする請求項５に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１０】
各上記歯車が６個の歯を有するように、１２個の個々の一層小さな球が設けられ、各上記内歯が上記それぞれの個々の一層小さな球の少なくとも半分と同じ直径を有するボールであることを特徴とする請求項６に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１１】
各上記ボール内歯は、各それぞれのボール歯面が上記第１の歯車の上記それぞれの大きな球の大きな円の面内で常にセンタリング維持されるように、上記第１の素子の端部に固定されたカップ状支持体内で支持されることを特徴とする請求項１０に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１２】
上記カップ状支持体がさらに球状表面を備えたコアハウジングを有し；各上記外歯が上記第２の素子の端部に取り付け可能なハブ部分上に装着され；当該外歯の頂部ランド部が１８０°から上記所定の最大角度ｘ°までの任意の方向における角度運動を許容するように上記コアハウジングの上記球状表面と番う球状表面であることを特徴とする請求項１１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１３】
上記内歯及び外歯が１８０°だけ離れた上記それぞれの極地点において同時に噛み合うことを特徴とする請求項１２に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１４】
上記内歯及び外歯のそれぞれの対は、上記素子が上記連続的な角度範囲にわたって可変的に交差する際に先の対がすべての角度において常に噛み合いから離れる前に上記対のうちの第２の対が噛み合うように、順々に噛み合うことを特徴とする請求項１３に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１５】
噛み合う内歯及び外歯の上記対により分担される接触パターンがすべての上記可変の角度にわたって完全線接触であり、上記接触線は、交差角度が上記連続的な範囲にわたって変化する際に上記それぞれの歯車の全歯面を横切って運動することを特徴とする請求項９に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１６】
自動車のハーフシャフトの端部にそれぞれ取り付けられる第１のユニバーサルカップリング及び第２のユニバーサルカップリングを有することを特徴とする請求項１４に記載の２つのユニバーサルカップリング。
【請求項１７】
各上記それぞれのカップリングの上記ハブ部分が上記自動車のハーフシャフトにそれぞれ取り付けられることを特徴とする請求項１６に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１８】
上記第１のユニバーサルカップリングの上記カップ状支持体が自動車の差動装置に接続可能であり、上記第２のユニバーサルカップリングの上記カップ状支持体が自動車の駆動ホイールに接続可能であることを特徴とする請求項１７に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１９】
上記ユニバーサルカップリングの中間に位置するスライダをさらに有し、同スライダの全長が上記駆動ホイールの相対運動による当該駆動ホイールと上記差動装置との間の異なる距離を補償するように変化することを特徴とする請求項１６に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項２０】
一方の上記カップリングの上記カップ状支持体が軸方向に延長され、上記球状コアハウジングが上記駆動ホイールの相対運動による当該駆動ホイールと上記差動装置との間の異なる距離を補償するために当該支持体内で軸方向に運動するように摺動自在に装着されることを特徴とする請求項１６に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項２１】
上記スライダが少なくとも１つのローラを有する第１の部材と、上記ローラを番うように受け入れるためのトラックを有する第２の部材とを備え、それによって、当該ローラに沿う当該スライダの運動が上記駆動ホイールの相対運動による当該駆動ホイールと上記差動装置との間の異なる距離を補償するように該スライダの全長を変更することを特徴とする請求項２０に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項２２】
各上記内歯が上記第１の素子の端部に固定されたカップ状支持体内に形成されることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項２３】
各上記内歯が個々に形成され、上記カップ状支持体内に圧入されることを特徴とする請求項２２に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項２４】
センタリングボールが上記カップ状支持体内に装着されることを特徴とする請求項２２に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項２５】
各上記内歯が上記第２の素子の端部に取り付け可能なハブ上に装着されることを特徴とする請求項２２に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項２６】
上記ハブが１８０°から上記所定の最大角度ｘ°まで任意の方向において角度運動するように上記カップ状支持体上に番い嵌合されることを特徴とする請求項２５に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項２７】
回転可能な入力を同入力に関して瞬間的な角度運動を行うように装着された駆動ホイールに相互接続するための自動車のハーフシャフトにおいて、
ハブがすべての方向において０°からｘ°の最大角度までの連続的な角度方位にわたって自由に運動するように、番い係合するカップ状支持体及び上記ハブを各々有する１対の実質上同一のユニバーサルカップリングと；
２対の球状歯車であって、各対の一方の歯車が各カップ状支持体内に装着された内歯を有し、各対の他方の歯車が各ハブに固定された外歯を有するような２対の球状歯車と；
上記駆動ホイールの相対運動による当該駆動ホイールと上記回転可能な入力との間の異なる距離を補償するように互に関して可動な部材を有する摺動機構と；
を有し、
各カップリングの上記ハブが上記ハーフシャフトのそれぞれの端部に回転自在にそれぞれ接続され；
一方のカップリングの上記カップ状支持体が上記回転可能な入力に接続可能であり、他方のカップリングの上記カップ状支持体が上記駆動ホイールに接続可能である；
ことを特徴とするハーフシャフト。  
【請求項２８】
上記摺動機構が少なくとも１つのローラを有する第１の部材と、上記ローラを番うように受け入れるためのトラックを有する第２の部材とを備え、それによって、上記トラックに沿う上記ローラの運動が上記駆動ホイールの相対運動を補償するように当該機構の全長を変更することを特徴とする請求項２７に記載のハーフシャフト。
【請求項２９】
上記摺動機構の上記部材のうちの一方が一方の上記カップリングの上記ハブに固定されることを特徴とする請求項２７に記載のハーフシャフト。
【請求項３０】
上記摺動機構が内歯のためのボールを備えた一対の球状歯車を有する一方の上記カップリング内に組み込まれ、上記ボールが上記駆動ホイールと上記回転可能な入力との間の異なる距離を補償するために軸方向に延長されたカップ状支持体内で軸方向の運動を行うように摺動自在に装着された球状コアハウジング内に受け入れられることを特徴とする請求項２７に記載のハーフシャフト。
【請求項３１】
可変の角度で交差するそれぞれの軸線のまわりで回転可能な第１の素子及び第２の素子を相互接続するための単一対の球状歯車において、
一緒に回転するように上記第１の素子に固定され、円形形状のみを有する長手方向の湾曲を伴って形成された内歯面を各々備えた複数の内歯を有する第１の歯車と；
一緒に回転するように上記第２の素子に固定され、上記内歯と番い噛み合いする複数の外歯を有する第２の歯車であって、各外歯が所定の半径を持つ円筒状の中央部分を伴って形成された外歯面を有し、また、上記円筒状の中央部分の各側部でそれぞれ形成された所定の幅の２つの平坦な面延長部をも有するような第２の歯車と；
を有し、
上記歯車の各々がそれぞれの大きなピッチ球の形をしたそれぞれのピッチ表面を有し、上記大きなピッチ球が同心で、実質上同一の半径を有し、当該各歯車のピッチ円が当該それぞれの大きなピッチ球の１つ上の大きな円であり、上記ピッチ円が１８０°だけ離れた２つの極地点で互に有効に交差し；
上記歯車の各それぞれの歯は、各連続する一層小さな球が上記大きなピッチ球の表面上に落ちる接触地点で次の一層小さな球に対して正接するように円として配置された１２個の個々の上記一層小さな球の１つ内に形成され、各一層小さな球上の上記接触地点間の距離が各それぞれの歯の正規の弦方向厚さを画定し；
上記素子が２ｘ°の連続的な最大範囲にわたって交差するように、上記軸線が１８０°から所定の最大角度ｘ°だけ１８０°とは異なる角度までの連続する範囲にわたって可変的に交差する際に上記歯車が駆動及び被駆動関係で回転しているときに、上記素子の軸線が上記大きなピッチ球の中心において常に交差する；
ことを特徴とする歯車。
【請求項３２】
各上記内歯が上記それぞれの個々の一層小さな球の少なくとも半分と同じ直径を有するボールであることを特徴とする請求項３１に記載の歯車。
【請求項３３】
上記ボール内歯がカップ状支持体内でコアハウジング内に装着され、上記外歯がハブ上に装着され、当該外歯の頂部ランド部は、上記球状歯車の歯が噛み合うときに上記コアハウジング上に形成された球状表面と番い係合する球状形状を有することを特徴とする請求項３２に記載の歯車。
【請求項３４】
各ボール内歯は、同各内歯の球状面が上記第１の歯車のピッチ円上で常に維持されるように、上記コアハウジングの個々の孔内に保持されることを特徴とする請求項３３に記載の歯車。
【請求項３５】
各ボール内歯がリテーナにより上記孔内に維持されることを特徴とする請求項３４に記載の歯車。
【請求項３６】
上記カップ状支持体が軸方向に延長され、上記コアハウジングの上記それぞれの孔内で各ボール内歯を維持し、それによって、各ボール内歯の歯面が上記第１の歯車のピッチ球であるそれぞれの大きな球の大きな円上で常にセンタリング維持されている間に、上記カップ支持体内での上記コアハウジングの軸方向の運動を許すように上記ボール歯の回転を許容し、上記大きな円の軸線が上記第１の素子の軸線と常に整合することを特徴とする請求項３４に記載の歯車。
【発明の詳細な説明】
【関連する出願に対するリファレンス】
【０００１】
このＰＣＴ出願は２００６年１０月２７日に出願された「ＳＰＨＥＲＩＣＡＬ  ＵＮＩＶＥＲＳＡＬ  ＣＯＵＰＬＩＮＧ」という名称の継続中の出願番号第１１／５５３，７３６号の一部継続特許出願である２００７年１０月２５日に出願された「ＳＰＨＥＲＩＣＡＬ  ＵＮＩＶＥＲＳＡＬ  ＣＯＵＰＬＩＮＧ」という名称の継続中の米国特許出願番号第１１／９２４，１３０号明細書に開示された1又はそれ以上の発明を請求する。上述の出願は参照としてここに組み込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明はユニバーサルカップリング及び自動車のハーフシャフトに関し、特に、比較的広い連続する角度範囲（例えば６０°又はそれ以上）にわたって任意の方向でシャフトの軸線間の交差角度が１８０°の整合から変化するのを同時に許容しながら、駆動シャフトから被駆動シャフトへ回転を伝達するような方法で２つのシャフトを直接接続するための定速ユニバーサルジョイントに関する。
【背景技術】
【０００３】
角度変化を体験しているシャフト間で回転運動を伝達するための周知の歯車無し手段がある。多分、最も知られたこのような装置は自動車の駆動シャフトとホイール軸とを接続するために使用されるユニバーサルジョイントである。このようなユニバーサルジョイントはしばしば一対のヨークにより相互接続された２つの小さな交差軸の古式的な二重ヨーク（カルダン）形として構成される。しかし、このようなヨーク及び軸ジョイントにより接続されたシャフトは各全回転（１回転）にわたって同じ回転率で旋回しない。それ故、シャフト間に形成された瞬間的な角度を二分する平面内にそのそれぞれの中心を常に維持するように駆動及び被駆動シャフトの各１回転中に個々のトラック内で前後に摺動する摺動ボールにより、角度をなすシャフト間の接続地点が提供されるような定速（「ＣＶ」）ジョイント（例えばルゼッパ(Rzeppa)及びバーフィールド(Birfield)）が開発された。しかし、このようなユニバーサル及びＣＶジョイントは極めて複雑で、潤滑するのが比較的困難であり、このようなジョイント素子の設計及び製造は世界中の自動車産業に対する決定的に重要な極めて特殊化された秘伝の技術として幅広く認識されている。このユニバーサルジョイント技術はかなり十分に開発されたが、ジョイントは高価であり、極めて精確（例えば±０．０００２インチ／０．００５ｍｍ）に研磨しなければならない大きな表面積のため製造が困難で高価な多くの部品を含む。このようなジョイントは、伝達できる回転速度に関して、特に有効に作動できる範囲の角度の寸法に関して、制限を受ける。
【０００４】
幅広く使用されているルゼッパＣＶジョイントデザインにおいては、たとえば、ジョイントの毎回転について：（ａ）内部及び外部の子午線方向（湾曲した長手方向）のボール案内溝穴に沿ったかなりの往復摺動作用、及び、（ｂ）所要の球状ボールリテーナの矩形の溝穴を横切るボールの付加的な横方向の摺動作用；（ｃ）ハウジングカップの雄型球状表面に対する及び溝穴付きコア素子の雄型球状直径に対するこれらのデザインにより要求される球状内側レースの摺動が存在する。頻繁なこれらの摺動作用は作動速度及びシャフト角度に比例して増大する熱を生じさせる。さらに、ルゼッパジョイントデザインはまたボール及びそのリテーナを定速面位置内へ強制するために内側及び外側の子午線方向のボール案内溝穴に対してカム修正を必要とする。このようなカム角度はまた、溝穴に沿ったボール運動の一部が純粋な転がり運動ではなく摺動運動として生じることを保証する。
【０００５】
既存の商業的なＣＶジョイントデザインにおける運動制限に関して、ルゼッパ子午線溝穴の漏斗角度（又は組み合わせの内側及び外側カム角度）はボールの押し込み摩擦を回避するために１５°よりも大きくする必要があり、したがって、それぞれの内側及び外側のボール案内溝穴はむしろ急激に収斂及び開拡し、妥当に寸法決めされたＣＶジョイント組立体パッケージに収容できる全体の角度範囲を制限してしまう。
【０００６】
新規な形式の「球状」伝動装置を使用するユニバーサルカップリングは米国特許第５，６１３，９１４号明細書に開示されている。この特許及び世界中のその多くの対応する特許は種々のデザインの開示されたＣＶジョイント内へ組み込むことのできるいくつかの異なる可能な歯形状を有する球状歯車を開示している。この球状伝動装置は根本的に異なる歯車幾何学デザインに基づく。すなわち、2つのシャフト間で定速度を伝達するための単一対の歯車の使用は、歯車の一方が内歯を有し、他方が外歯を有するようなデザインにより達成される。2つの歯車のピッチ円は同一の寸法で、事実上同じピッチ球上で大きな円として常に維持される。球状幾何学形状において自明のように、このような大きな円は2つの地点で交差し、交差した大きな円間（即ち2つの歯車のピッチ円間）の球体の表面上に形成された対をなす弓形は球体の表面のまわりで巨大なレムニスケート（「８の字」）を描く。番い合う歯車間で分担される歯接触地点の相対運動が歯車シャフトのすべての相対角度調整においてそれぞれのレムニスケートを描くので、2つのシャフトは定速で回転する。
【０００７】
各球状歯車のピッチ円は同じピッチ球上で理論的な大きな円となるように示したが、対の各歯車をそれ自身のそれぞれの理論的なピッチ表面を有するものとして考えることにより、このような球状伝動装置を一層容易に概念化することができ、それによって歯車間の必要な相対運動を許容する。したがって、各球状歯車はまた、各ピッチ球がそのそれぞれの軸線のまわりで独立して回転するのを許容しながら、一致する中心及び実質上同一の半径を有する一対のそれぞれのピッチ球のそれぞれ１つの形としてそれ自身のそれぞれのピッチ表面を有するものとして理論的に考えることができる。それゆえ、歯車対のピッチ円が１８０°だけ離れた２つの地点（即ち「極」）で互いに有効に交差し、2つのそれぞれのピッチ球の回転軸線がすべての交差角度で２つのピッチ球の一致する中心において常に交差するように、各ピッチ円はまた、これらの実質上同一のピッチ球のそれぞれ１つ上のそれぞれ大きな円となるものと理論的に考えることができる。
【０００８】
一対の全寸法の鋼鉄製の歯車を作り、ベンチテストを行ったところ、シャフト間の角度が広い角度範囲（例えば標準の商業的な自動車のＣＶジョイントにより現在達成されているものよりも一層広い角度範囲）にわたって連続的に変化している間に高速で作動するときに、球状伝動装置が角度接続のために小さな摩擦で実質上真の定速を提供できることを明確に確認した。不運にも、上記米国特許第５，６１３，９１４号明細書に開示された球状伝動装置はかなり複雑で、製造が困難であり、商業的なＣＶジョイントの使用にとって必要な実用性に欠けている。
【０００９】
ユニバーサルジョイントは（ａ）車両の駆動シャフトにおける角度的な相互接続を提供するための相互係止ヨーク（例えばカルダンジョイント）及び（ｂ）車両の旋回及びバウンド駆動ホイールを備えた駆動差動装置の出力シャフトを接続するための自動車のハーフシャフト駆動軸の形として現在使用されている。典型的な商業的ハーフシャフトは一端における2つの異なる形式のユニバーサルジョイント例えばルゼッパユニバーサルジョイント及び他端におけるトリポットユニバーサルジョイントを含む。これらの各ジョイントは複雑で、製造が高価である。ルゼッパユニバーサルジョイントは上述のようにそれぞれの精確に研磨したトラック（軌道）の複合体内で前後に摺動する６つの精確に研磨したボールを使用し、トリポットユニバーサルジョイントは3つの精確に研磨した球状ローラと、直線的に研磨したトラックとを使用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第５，６１３，９１４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一対の球状歯車はＣＶジョイントの交差するシャフトを接続する。一方の歯車は内歯を有し、他方は外歯を有する。歯車のデザインは同心で同一の半径を有する理論的なピッチ球上の大きな円であるピッチ円に基づく。内歯は円錐形状又は球形状を有し、一方、外歯の面は接線方向の平坦な延長部を備えた円筒形である。球状歯車はハーフシャフト上で示される。好ましい実施の形態は各歯車上に６つの歯を有し、1つの好ましい実施の形態はまた内歯のためにボールを使用する。負荷の下に高速で回転している間、歯車は任意の方向において６０°又はそれ以上の連続的な最大角度にわたって交差することができる。球状歯車のデザインは、製造を一層容易かつ安価にしながら、既存のジョイントよりも軽量だが一層強靭な実用的な商業的ＣＶジョイントを提供する。球状歯車デザインを使用するハーフシャフトも開示する。
【００１２】
本発明の一対の球状歯車は車両の駆動シャフトの交差するシャフトを接続するために実質上真の定速ジョイントとして機能する。外側歯車は内歯を有し、対の内側歯は外歯を有し、各々は同心で同一の半径を有する理論的なピッチ球上の大きな円であるそれぞれのピッチ円を有する。しかし、本発明の球状歯車の個々の歯のデザインは上記米国特許第５，６１３，９１４号明細書に開示されたデザインとは根本的に異なり；本発明の球状伝動装置の幾何学構造が異なっても、連続する一層小さな球間の接触の地点がすべて歯車の同一のピッチ円の円周上に位置するように、円として配置された複数の個々の一層小さな構造球を使用する。
【００１３】
各歯車の歯の各歯面は各歯車のピッチ球であるそれぞれの理論的な大きな球の大きな円上でセンタリングされ、各大きな円の軸線はそのそれぞれの交差する駆動シャフトの軸線と常に整合する。外側歯車の個々の歯の歯面は円錐状か又は球状に形状づけられる。円錐状に形状づけた場合、各円錐面の寸法は円錐のそれぞれの一層小さな構造球のピッチ円に対して接線方向となるように構成され；球状に形状づけた場合、各球状面は好ましくはそのそれぞれの個々の一層小さな構造球と同じ直径を有する内側ボール歯により提供される。
【００１４】
外側歯車の歯の各歯面は（i）そのそれぞれの個々の一層小さな構造球の正規の円厚さの半分に等しい半径を備えた円筒状の中央部分と、（ii）歯車を交差させたい連続的な角度の所定の最大角度に応じて中央部分から接線方向に延びる２つのそれぞれの平坦な面延長部と、を有する。好ましい実施の形態は各歯車上で６個のみの歯を使用し、負荷の下において高速で回転している間、歯車は６０°又はそれ以上の連続的な最大範囲にわたって交差することができる。［注：当業者なら、ここで開示される球状歯車のジョイントの２つを（二重カルダンユニバーサルジョイントのように）背中合わせに配置することにより、１２０°又はそれ以上の連続的な最大範囲にわたって交差するシャフトにより定速回転運動を伝達できることを直ちに認識できよう。］
１つの実施の形態においては、本発明の球状歯車ＣＶジョイントはジョイントの１つのシャフト端部上の小さなプランジアダプタと一緒に自動車のハーフシャフトに組み込まれる。ハーフシャフトの別の実施の形態においては、プランジアダプタはカップリングの１つのボール歯歯車のための装着体の一部として組み込まれる。既存の商業的なハーフシャフト組立体と比較して、両方の実施の形態は（ａ）摺動作用並びにこのような摺動により生じる関連する熱及び磨耗を大幅に減少し、（ｂ）ＣＶハウジングカップの極めて困難な内側湾曲又は傾斜溝の研磨の必要性を排除し、（ｃ）その困難な内側及び外側の球状研磨及び精確なボール溝穴研磨を伴う別個のボールリテーナの必要性を排除し、（ｄ）したがって、別個のボールリテーナを適正に位置決めするためのカム作用溝穴の修正の必要性を排除する。雌型溝穴セット間の運動伝達リンクとして使用されるこの商業的なＣＶジョイントのボールリテーナ及びボールセットの中間の機能は、素子間の好ましい転がり作用を伴う直接被駆動雄型／雌型幾何学形状と交換される。
【００１５】
さらに、本発明のハーフシャフトの実施の形態の各々はプランジ無し外側の及びプランジ付き内側のＣＶジョイント副組立体の双方において共通デザインの球状歯車素子を使用し、在庫、生産、組立ての複雑さ及びコストを減少させる。
【００１６】
ここで開示される定速ジョイントは、たとえば、自動車のエンジンシャフトと車両の駆動ホイールとの間で駆動トルクを伝達するために、または、自動車のエンジンの出力シャフトにピストンロッドを接続することによりエンジンピストン上の接線方向の負荷を減少させるために、等々、シャフトが可変角度で交差している間に、駆動シャフトから被駆動シャフトへ回転を伝達する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】その軸が１８０°の整合状態で示す、それぞれの軸シャフトを備えた本発明に係る球状歯車ＣＶジョイントの概略部分断面図である。
【図２】１８０°の整合状態から外れて所定の最大角度ｘ°で交差し、それによってすべての方向において２ｘ°（６０°）の連続する全体の角度にわたって角度運動を提供するそれぞれの軸シャフトを示す（図は３０°で交差するシャフトを示す）、図１のＣＶジョイントの第２の図である。
【図３】図３Aはほぼ図２に示す方法で配置された一対の回転する球状歯車の理論的な球状ピッチ表面上の第１の位置での歯接触地点のセットの相対位置を概略的に示す図であり、図３Ｂは図３Ａの位置を通過して１／４回転した第２の位置での歯接触地点のセットを概略的に示す図であり、図３Ｃは図３Ａの位置を通過して１／４回転した第３の位置での歯接触地点のセットを概略的に示す図である。
【図４】図３Ａ、３Ｂ、３Ｃに示す歯接触地点のセットのうちの１つのセット間の相対運動をグラフ的に示す図である。
【図５】図５Ａは本発明の実施の形態における一対の球状歯車のための歯形状を決定するための幾何学構成での第１の段階を示す図であり、図５Ｂは一対の球状歯車のための歯形状を決定するための幾何学構成での第２の段階を示す図であり、図５Ｃは一対の球状歯車のための歯形状を決定するための幾何学構成での第３の段階を示す図であって、図５Ｃは外側歯車の１つの歯面の一層詳細な構造を示すために図を明瞭にする拡大図であり、図５Ｄは一対の球状歯車のための歯形状を決定するための幾何学構成での第４の段階を示す図であって、図５Ｄはこのような歯デザインを使用する一対の歯車の一部の概略断面図を伴う幾何学構造の組み合わせである。
【図６】図６Ａは図１、２の実施の形態の変形例に係る球状対の第１の歯車のデザインの斜視図であり、図６Ｂは図１、２の実施の形態の変形例に係る球状対の第２の歯車のデザインの斜視図である。
【図７】図６Ａ、６Ｂに示す本発明のＣＶジョイントの変形例の分解部品図である。
【図８】軸の軸線間の種々の交差角度での２つの噛み合う歯面の各々上の接触線の相対位置を示す、図７のＣＶジョイントにおける球状歯車の噛み合う歯により分担される線接触の位置を表すチャートであり、歯面の形状は図の表面上で平坦化され、知覚認識を容易にするように僅かに誇張されている。
【図９】図９Ａは図を明瞭にするために第１の歯車の内歯のためのカップ支持体を図示省略した状態での、図７のＣＶジョイントの第１の図であり、図９Ｂは図９Ａのような噛み合い係合中の同じ時間瞬間での球状歯車の反対側の極から見た、図７のＣＶジョイントの第２の図である。
【図１０】図１０Ａは第１の歯車の内歯のためにボールを使用する、本発明に係る球状歯車ＣＶジョイントの実施の形態の概略部分断面側面図であって、それぞれの軸シャフトはその軸線が１８０°の整合状態で示されたものであり、図１０Ｂは面１０Ｂ−１０Ｂに沿って見たような図１０Ａの実施の形態の概略部分断面端面図であり、図１０Ｃは明瞭さを改善するために他の部分を図示省略した、図１０Ａ、１０Ｂに示す球状対の第２の歯車の斜視図である。
【図１１】図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに示す本発明のＣＶジョイントの実施の形態の分解部品図である。
【図１２】本発明のＣＶジョイントがＣＶジョイント及びハーフシャフト作動のためのスライダの双方として機能するのを許容する図１１に示すボール歯の実施の形態の第１の歯車の装着体の変形例の分解部品図である。
【図１３】図１３Ａは図１２に示すボール歯の実施の形態の概略部分断面端面図であり、図１３Ｂはカップ状支持体内でのコアハウジングの運動の摺動運動の範囲を表すためのボールを点線で示す、図１３Ａの面１３Ｂ−１３Ｂに沿って示すボール歯の実施の形態の概略部分断面側面図である。
【図１４】本発明のＣＶジョイントのみを使用する二重ユニバーサルジョイントを示す概略図である。
【図１５】プランジユニットスライダと組み合わせた、各端部において本発明のＣＶジョイントを備えたハーフシャフトを示す概略図である。
【図１６】図１６Ａは図１５のハーフシャフト上の本発明のＣＶジョイント間に位置した状態のプランジユニットスライダを示す側面図であり、図１６Ｂは図１６Ａの面１６Ｂ−１６Ｂに沿ってとった断面図である。
【図１７】ハーフシャフトの外側端部でＣＶジョイントを図１１に開示された実施の形態と交換し、ハーフシャフトの内側端部でＣＶジョイント及びスライダを図１２に開示された実施の形態と交換した、図１５に示すハーフシャフトの部分を示す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
球状歯車デザイン
図１及び図２は一対の回転するシャフトを相互接続するための球状歯車を使用する定速ユニバーサルジョイントを示す。図１は第１のシャフト１４に固定された一端を有するカップ状支持体内で固定された（内歯５８を備えた）外側歯車１０の概略部分断面図である。（外歯６０を備えた）番いの内側歯車２０は回転するように第２のシャフト１６に固定される。図１において、シャフト１４、１６は、そのそれぞれの軸線２２、２４が１８０°の整合状態で位置するように示してある。軸線２２、２４はまた番い合う球状歯車１０、２０のそれぞれの軸線でもある。
【００１９】
球状軸受は適正な噛み合い関係で番い合う歯車１０、２０を維持する。この実施の形態においては、この球状軸受は（ａ）好ましくはボルト１８によりカップ状支持体１２のベースに固定されたセンタリングボール２６である内側部材と、（ｂ）歯車２０の内部に形成されたハブ２８の形をした外側部材と、を有する。外側部材はセンタリングボール２６を捕縛し、Ｃ形クリップ２５によりハブ２８内に保持された２つの球状リング２７、２９を含む。各歯車１０、２０の同一の理論的なピッチ球の中心点３０は球状軸受の内側部材２６内で示され、軸線２２、２４は各々中心点３０を通る。
【００２０】
図２はシャフト１６を図示省略した状態で、図１に示すものと同じ球状歯車構成を示す。しかし、図２においては、シャフト１４、１６の軸線２２、２４はそれぞれｘ°で、即ち、回転力が伝達されている間にシャフト軸線がそこまで可変に交差できるようなある所定の最大シャフト角度ｘ°で、交差している状態で示される。図２に示す実施の形態においては、所定の最大シャフト角度ｘ°は１８０°の整合から３０°であり、それ故、図示の球状歯車対はすべての方向において２ｘ°までのシャフト間の角度交差の連続的な範囲にわたって（即ち、この好ましい実施の形態においては、６０°までの範囲にわたって）回転力を伝達するように設計される。
【００２１】
歯車２０の外歯６０は軸線２２、２４の交差部で中心点３０（図１参照）を通る枢動軸線のまわりで枢動する実線として示される。歯車２０は第１の方向において角度ｘ°（この実施の形態では３０°）で歯車１０に関して枢動し、歯車２０の内歯６０はまた反対方向において角度ｘ°で軸線３２のまわりで枢動する仮想線で示され、すべての方向において２ｘ°（この実施の形態では６０°）の全運動範囲を提供する。
【００２２】
これは、回転力が満足に伝達されている間に歯車対を可変に枢動させることのできる交差の幅広い角度範囲を示す。シャフト軸線間のこのような角度相対運動中、常に、歯車１０、２０は２つのそれぞれの噛み合い領域で噛み合いを維持し、各噛み合い領域の中心は、歯車のピッチ円がそこで枢動軸線３２と交差するような２つのそれぞれの地点のうちの１つに位置し、これについては後にさらに説明する。
【００２３】
図１、２に示すＣＶジョイント構成においては、球状歯車１０、２０は、そのそれぞれのシャフトが１：１の比で回転するときに互いに関して回転しないような既知の歯車カップリングと同様の方法で機能する。しかし、そのそれぞれのシャフトの角度方位が（図２に示すように）１８０°の整合から外れるように可変に調整される場合、歯車の歯は、歯車が同じ速度で常に回転する場合でさえ、２つのそれぞれの噛み合い地点で連続的に噛み合ったり噛み合い解除されたりする。これもまた後にさらに説明する。
【００２４】
噛み合ったり噛み合い解除されたりする歯車１０、２０の歯のこの相対運動は図３Ａ、３Ｂ、３Ｃに概略的に示され、これらの図はそれぞれ、軸線２２、２４がｘ°の所定の最大角度で交差するときの軸線２２、２４のまわりでの相対歯車回転の３つの異なる位置を表す。図３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、番い合う歯車歯が噛み合ったり噛み合い解除されたりするように運動するときの歯接触地点の４つの異なるそれぞれのセットの相対前進を示す。
図３Ａにおいては、内側歯車１０上の歯接触地点Ａは外側歯車２０上の歯接触地点Ａ´と噛み合う；同時に、内側歯車１０上の歯接触地点Ｃは外側歯車２０上の歯接触地点Ｃ´と噛み合う。図３Ｂは、歯車が１：１で１／４回転した後の各歯車上の同じ歯接触地点を示し、歯車１０の歯車歯接触地点Ｄ、Ｂ及び歯車２０の地点Ｄ´、Ｂ´はこのとき噛み合い接触する。更なる１／４回転に続き、図３Ｃに示すように、歯接触地点Ａ、Ａ´とＣ、Ｃ´は再度噛み合うが、図３Ａに示すその初期の接触位置から１８０°の相対位置で噛み合う。
【００２５】
図３Ａ、３Ｂ、３Ｃに示す歯接触地点はすべてそのそれぞれの歯車のピッチ円上に位置する；そして、これらのピッチ円は各々、理論的な効果において、同じ球上の各大きな円である（上述の背景技術参照）。幾何学的には、すべての大きな円は１８０°離れた２つの位置で互いに交差する。球状歯車の運動の説明において、これらの交差地点は「極」と呼ぶ。図４は図３Ａ、３Ｂ、３Ｃに示す歯接触地点のそれぞれのセットの１つのセット間の相対運動をグラフ的に概略的に示す。すなわち、図４は、歯車１０、２０が一緒に完全１回転するときのそのそれぞれのピッチ円１０´、２０´に沿った歯接触地点Ａ、Ａ´の運動をトレースしたものである。それぞれのピッチ円は平坦な投影図として示すが、各歯接触地点はレムニスケート様のパターン（「球の表面上の８の字」）をトレースすることが分かろう；ユニバーサルジョイント分野において周知のように、このようなレムニスケート運動は２つの関節的シャフト間の定速度を伝達する場合に本質的なものである。
【００２６】
球状歯車歯のデザイン
この球状歯車システムにとって適する歯車歯のデザインパラメータを決定するための他の方法があるが（上述の背景技術参照）、本発明の第１の実施の形態においては、このようなデザインは好ましくは図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄに示す次の幾何学的構成により行われる：
（１）ここに開示された球状歯車歯のデザインにおける第１の段階は伝動装置分野において周知のものと同じ方法でアプローチされる。すなわち、歯車対のための寸法及び強度仕様は歯車により遂行されるものと期待される用途に従って決定される。たとえば、ここに開示された好ましいＣＶジョイント歯車は軽トラック自動車の操舵／駆動軸において使用するように設計される。歯車の歯末円（最大直径）は普通伝動装置を作動させなければならない物理的な空間により制限され、ダイヤメトラルピッチは、歯の弦方向厚さ（即ちピッチ円に沿った各歯の弦方向厚さ）が噛み合う歯により担持されるべき最大予測負荷を許容するのに十分となるように、選択しなければならない。これに関し、運動を伝達するために本発明に係る一対の球状歯車を使用する場合に、歯車が同じ寸法の従来の対の歯車の２倍の負荷を取り扱うことができることを覚えておくことが本質的である。すなわち、歯車対が１８０°離れてセンタリングされた２つの噛み合い領域（極領域）を分担するので、同じ寸法の従来の歯車対のものよりも２倍も多くの噛み合い歯を有する。
【００２７】
（２）上述したような各歯のための同心のピッチ球に加えて、本発明は複数の個々の一層小さな構造球を使用する。一層小さな構造球の数は最終の歯車対において望まれる歯の全数に応じて選択され、一層小さな構造球は、連続する一層小さな球間の接点がすべて歯車の同一のピッチ円の円周上に位置するように、円形に配列される。この状態は図５Ａに示す第１の構成のパラメータを必要とする。本発明の好ましいデザインにおいては、各歯車は６個のみの歯を有するように設計され、その結果、球状歯車の軸線が１８０°で整合したときに、すべての１２個の歯が完全に噛み合う。それゆえ、この好ましいデザインの構成については、１２個の小さな同一の球４０は２つの歯車の所定の同一の理論的なピッチ円４２の中心３０のまわりで円形に配列される。球の直径ｄは、球が２つの歯車の所定の同一の理論的なピッチ円４２に沿って互に正接するように、選択される。上述のように、各歯車のピッチ円は伝動装置を作動させなければならない限られた物理的な空間内に嵌るように寸法決めされた歯車の同一のピッチ球上の大きな円である。各一層小さな球４０は１つの大きな歯を表現し、１２個の小さな球は、歯車軸線が１８０°にあるときに完全に噛み合うすべての１２個の歯を表現する。［注：当業者なら、一方の歯車の歯が対の他方の歯車の歯とは異なる弦方向の厚さを有するような番い合う歯を備えた歯車対を設計することができることを認識できよう。このようなデザインが望ましい場合、一層小さな構造球の半分は他の半分よりも一層小さいが、異なる寸法の構造球は依然として同様の様式で互に交差し、この場合、連続する一層小さな球の接触地点はすべて歯車の同一のピッチ円の円周上に、すなわち、２つの一層大きい理論的な同心球の大きな円上に同様に位置する。］
（３）構造はピッチ円４２の一致する中心に位置する付加的な小さな中央の球４４を含み、小さな中央の球４４は小さな球４０と同じ寸法を有する。
【００２８】
（４）中央の球４４及び小さな球４０の選択された１つを含む構造体は内側歯車の各直線側部の歯の円錐形状の歯面の円錐表面のための頂点角度を決定するために使用される。２つの交差する線４６、４７は中央の球４４の両側に対して接線となるように構成され、各それぞれの接線４６、４７は、選択された球４０がその隣接する球と共有するような２つの接触地点のそれぞれ１つを通る。すなわち、線４６は接線地点４８を通り、線４７は接線地点４９を通る。円錐構造５０は図５Ａに太い実線で示し、円錐構造５０は図５Ｂの頂面図に示す内歯５８´の歯面５６´、５７´の円錐表面の頂点角度５２を決定するために使用される。円錐頂点角度５２の寸法は交差する線４６、４７の交差地点ｃにおいて形成された包含角により決定される。図１、２に示す本発明の好ましい実施の形態においては、この構造体は６０°の円錐頂点角度を提供する。
【００２９】
（５）図５Ａに示す同じ構造体は各歯車歯の正規の弦方向厚さ５４を決定するために使用される。この構造体においては、正規の弦方向厚さ５４はそのそれぞれの歯車のピッチ線における各選択された一層小さな球４０上で、即ち、１つの選択された球４０がその隣接する球と共有するような２つのそれぞれの接触地点の各々間で、測定される。この正規の弦方向厚さ５４はまた図５Ｂにおいては内歯５８´上で及び図５Ｃにおいては外歯６０上で示される。
【００３０】
（６）図５Ａに示す構造体はまた歯車対１０、２０（図１、２参照）により分担される内側球状軸受部材であるセンタリングボール２６の最大寸法を決定するために使用される。中央の球４４の両側に対して接線となるように構成され、内側歯車の歯の円錐形状の面の頂点角度を決定するために使用される２つの交差する線４６、４７を再度参照する。線４６、４７は地点ｃで交差し、地点ｃと中心３０との間の距離は円５９の半径を決定する。円５９はセンタリングボール２６の最大円周を提供する。
【００３１】
（７）球状対の外側歯車の各歯６０の構造は図５Ｃに拡大して示し、歯６０それ自体は太い実線で表す：
シリンダ即ち円筒６２は歯６０の２つの面の各々の中央部分６４を提供する。円筒６２は一層小さな球４０上で測定した正規の弦方向厚さ５４を形成する正規の円形厚さの１／２である半径を有する。円筒状中央部分６４の各側から、各外歯面は所定の最大角度ｘ°（その範囲で歯車対の作動を期待するような歯車の軸線間の最大交差角度）に応じて変化する平坦な面延長部６６を含み、図示の構成においては、所定の最大角度は３０°である。もちろん、円筒状の中央部分６４の各側に１つずつ、２つの平坦な面延長部６６が存在する。
【００３２】
各平坦な面延長部６６はそのそれぞれの歯面の中心線６５からｘ°で位置するそれぞれの初期の接線地点ｔにおいて開始し、２ｘ°を決める円筒状の中央部分６２の半径方向の線と交差する地点ｅへ延び、そのため、各平坦な部分の長さｔ−ｅは初期の接線地点ｔを越えて付加的なｘ°だけ延びる。平坦な面接線延長部６６は（点線で示すように）更に延びることができるが、各平坦な面延長部６６のｘ°の長さは、歯車の軸線が最大所定角度で交差するときに完全な線接触を保証するのに十分なものである。好ましくは、図５Ｃに示すように、平坦な面延長部６６の各それぞれの外側端部は先に述べたｘ°の長さを決める地点ｅを越えてある所定の小距離で中止する。外歯６０の先に述べた歯面の各々は平坦又は図示のように僅かに丸くなることのできる２つのそれぞれの歯端表面６８と交差する。
【００３３】
（８）外歯の１つの作業面の各接線方向の平坦な延長部を発展させるための構造は図５Ｃの左側部分に示す。
図３Ａ、３Ｂ、３Ｃの図から認識できるように、歯車２０の円形軌道が内側歯車１０の円形軌道の面から離れる任意の方向においてある角度で傾斜したとき、外歯の円形軌道は歯車１０の面から見た場合に楕円を呈する。また、歯車１０の面から垂直に見た場合、外側の基本的な地点は不整合になる（たとえば、図３Ａにおいて：地点Ａ、Ａ´及びＣ、Ｃ´が極で噛み合っている間、地点Ｂ´、Ｄ´は地点Ｂ、Ｄから垂直に見た場合地点Ｂ、Ｄの内側にくる）。それ故、歯車の軸線間の交差角度が１８０°からずれた場合、外側歯車２０のピッチ円は内側歯車１０のピッチ円の円弧に関して有効に「楕円弧」となる。
【００３４】
図８、９Ａ、９Ｂを参照して後に更に詳細に説明するが、外歯が内歯と噛み合うように回転するとき、これらの歯は内側歯車の面の上方又は下方のいずれかから楕円弧に沿って近づき、外歯が噛み合いから外れるように回転するとき、これらの歯は反対方向に噛み合いから離れる。外歯が面の下方から入回転する場合、これらの歯は面の上方で出回転する。外歯が内歯の面の上方及び下方で移動する距離は歯車の大きな円であるピッチ円間の交差角度の関数である。
【００３５】
外歯が内側歯車の面の下方から楕円に沿って噛み合いのために接近するとき、歯接触が１つの極において各歯面の一方の側で生じ、同じ外歯が内側歯車の面の上方から楕円に沿って噛み合うために接近するとき、同様の歯接触が同じ歯面の他方の側で生じる。図５Ｃの構造の目的のため、楕円弧が好ましい最大角度ｘ°（３０°）におけるものであると仮定する。内側歯車１０の面の下方から接近する楕円弧の経路の一部は線ａで示し、一方、内側歯車１０の面の上方から接近する楕円弧の経路の一部は線ｂで示す。
【００３６】
この構造においては、（歯面の中央部分６４を形成する）円筒６２の中心は基礎的な円筒６２の中心を通る水平線の上方で描かれた複数の付加的な円弧（４つのみのこのような円弧を示す）を形成するように接近線ａに沿って移動する。同様に、別の複数の円弧（これまた４つのみのこのような円弧を示す）は基礎的な円筒６２の中心を通る水平線の下方で描かれた状態で示す。すべてのこれらの付加的な円弧に対する接線Ｔは円筒状の中央部分６４の各側で平坦な面延長部６６の輪郭を決定する。別の方法でこれを述べると、各平坦な面６６は初期の接線地点ｔで開始し、歯車の軸線最大角度ｘ°で交差している場合に半径方向の中心が外側歯車の大きな円であるピッチ円に沿って移動するにつれて円筒状の中央部分６４の半径方向の中心の運動線（ａ又はｂ）に平行に延びる。
【００３７】
図示の構造の理解を容易にするため、延長部６６は２ｘ°（６０°）の半径方向の線を決める地点ｅにより示される必要最小長さを越えて小距離だけ続く。この構造においては、平坦な歯の端表面６８は僅かに丸くされており、正味の形成製造工程に対する一層従順なデザインを示す。
【００３８】
（９）最終の構造については、歯車の半径方向の中央面における内側歯車１０及び外側歯車２０の部分概略図である図５Ｄを参照する。上述した方法で構成されたそれぞれの歯車歯は、そのそれぞれの軸線が１８０°で整合しているときに歯車が完全に噛み合った状態で、示す。２つの外歯６０と噛み合う３つの内歯５８を示す。先に示したように、すべての歯の作業表面は直線側部を有することが分かろう。外歯６０は正規の弦方向厚さ５４の長さに等しい直径を有する円５８からの延長線５６により決定された寸法を備えたスプライン形状を有する。
【００３９】
本発明の球状歯車の軸線が１８０°の整合状態にあるとき、歯車１０、２０のすべての歯は歯車カップリングの歯と同じ方法で一緒に噛み合う。しかし、上述のように、球状歯車の軸線が１８０°の整合状態から外れた場合、歯車は各極即ちその２つの分担された噛み合い中心において噛み合ったり噛み合い解除したりするように連続的に運動する。これに関し、球状歯車の好ましい実施の形態においては、実質的なバックラッシは不必要であることを理解すべきである；ただし、もちろん、製造組立て及び潤滑のためにそれぞれの歯車の歯間に公差（例えば０．００２インチ／０．０５ｍｍ）が存在する。また、歯の頂部ランド部は球状のリリーフを具備する。
【００４０】
一対の球状歯車の斜視図を図６Ａ、６Ｂにそれぞれ別個に示す。この実施の形態においては、図６Ａにおける第１の（外側の）歯車１０´は内側表面を有する基礎的な支持リング７０を含み、この表面から、各内歯５８´が歯車１０´の軸線２２´に垂直に延びる。リング７０は、歯車１０´がカップ支持体と一緒に回転するように固定されるように、第１の歯車１０´のためのカップ状支持体（例えば、図１１Ｂのカップ１１２´参照）の外側と番い係合するように形成されたくぼみ（インデント）付きリム７２を有する。この図はこの実施の形態の各内歯５８´の各円錐形状の歯面５６´、５７´の作業表面を境界決めする平坦な歯端表面７４を見ることを一層容易にする。このような平坦な端表面は重量を減少させるが、完全だが部分的に中空の円錐（図１、２、７に開示された好ましい実施の形態参照）を形成するように各歯の歯無し面部分を満たすことにより、形成製造を容易にすることができ、付加的な強度を達成することができる。
【００４１】
図６Ｂにおいては、外歯６０´は、この実施の形態ではそれぞれのシャフト（例えば図１のシャフト１６）を受け入れるためのスプライン開口を一端に備えたハブ２８´のまわりでリングとなって装着された第２の（内側の）歯車２０´の軸線２４´に垂直に延びる。ハブ２８´の他端（図示せず）はジョイントのセンタリングボール（例えば図１、２のセンタリングボール２６）上に番い嵌合する。この斜視図は円筒状の中央部分６４及び各外歯６０´の作業歯面を形成する平坦な面延長部６６を見ることを一層容易にする。これまた、上述のように、平坦な端表面６８は製造を容易にするために丸くすることができる。また注目すべきは、外側歯車の各頂部ランド部の球状リリーフである。
【００４２】
図７は図１、２に示す本発明のＣＶジョイントのデザインの分解部品図を示す。この好ましい実施の形態においては、外側歯車１０の歯５８は別個に形成され、支持カップ１２の壁の予め形成された孔１３内に圧入され、一方、内側歯車２０の中空の歯６０はハブ２８の外部のまわりに形成される。上述のように、センタリングボール２６はハブ２８内でＣ形クリップ（この図には示さない）により保持された球状リング２７、２９間に捕縛される。ＣＶジョイントはカップ１２のベース内に締結されたボルト１８により一緒に保持される。内歯５８及び外歯６０の双方は金属及び重量を節約するため中空にする。外歯６０はハブと一体的に形成することができるか又はハブ上に嵌合される別個のリングとして形成することができる。
【００４３】
歯接触パターン
上述した直線側部の歯表面は全体の連続する交差角度中噛み合い全体にわたって比較的長い接触線を生じさせる。この線接触の長さは、歯車の軸線が直線的に整合する場合の完全噛み合いでの接触を示す図５Ｄにおいて最も容易に見ることができる。当業者なら、この線接触がかなり長いことを認識できよう。たとえば、開示されたような本発明に従って設計された実際のジョイントにおいては、各一層小さな球４０は０．７５インチ（１９ｍｍ）の直径を有し、歯車のピッチ円４２は２．６２５インチ（６７ｍｍ）であり、センタリングボール２６は０．９３７５インチ（２４ｍｍ）の直径を有し、線接触の長さは０．４３７５インチ（１１ｍｍ）であった。
【００４４】
歯車の軸線が整合から外れるように移動すると、噛み合いはすべての１２個の歯から迅速に移動し、負荷の大半は主に４つの歯により担持される。すなわち、上述のように、球状歯車の軸線が整合から外れるように移動すると、歯車の大きな円であるピッチ円は（例えば、北極及び南極で交差する地球儀上の経度の円のように）１８０°離れた２つの「極」で交差する。極めて小さな交差角度を除いて、負荷の大半は各極位置で噛み合う各歯車上の２つの歯により分担される。しかし、円滑な遷移が各極において連続するセットの噛み合う内歯及び外歯間に存在するように、十分なオーバーラップ即ち重なりがある。すなわち、歯接触は、歯の後続の対上へ入回転するときに、先行の歯の対から出回転する。
【００４５】
交差角度が増大しても、線接触の長さは同じ長さを維持する。線接触パターンは図８に示すチャートにおいて暗い太い線で示し、図８は、歯が極位置を通って移動する瞬間での−３０°、−１８°、−１２°、−６°、０°、＋°、＋１２°、＋１８°及び＋３０°における内歯（Ｉ）及び外歯（Ｅ）の双方のそれぞれの歯面上の接触線の位置を示す。分かるように、線接触は常に内側歯車の外歯の歯面に対して垂直を維持するが、外側歯車の各円錐状の内歯面上で垂直から離れるように傾斜する。歯車間の角度が増大すると、接触線は歯車面のそれぞれの中心から離れるように延びるますます大きな接触領域を通って回転する。各外側歯車面上の線は歯車面に対して垂直を維持するが、それぞれの円錐状の内歯面上の線は、円錐状の歯面の中心から離れるように動くときに、垂直に対してますます傾斜するようになる。図８に示す線は各軸方向の交差角度での接触パターンの外側極限を示し、歯車は歯面の中心から図示の位置へ接触を通して回転する。
【００４６】
線接触が１つの極においてそれぞれの歯面上で左方へ運動し、傾斜するとき、これらは反対側の極において正確に同じ方法で右方へ運動し、傾斜する。この最後に述べた事実を理解し難いことがあるので、（ａ）右回り方向に一緒に回転する一対の球状歯車の理論的な球状ピッチ表面上の歯接触地点のセット間の相対運動を示す図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び（ｂ）歯車の軸線が水平から最大角度ｘ°（図示の好ましい実施の形態では３０°）で交差し、２ｘ°（図示では６０°）の全角度変位を提供する場合のそれぞれの極の近傍で接触する歯車を示す図９Ａ、９Ｂを再度参照することを提案する。図９Ａ、９Ｂにおいては、歯車が図示の右回り方向においてそのそれぞれの軸線のまわりで回転し、外歯６０が内歯５８を駆動しており、外側歯車の歯底円から見たものであると仮定する。［注：図９Ａ、９Ｂにおいては、外側歯車１０（図１、２）の歯のためのカップ状支持体１２は図を明瞭にするために図示省略してある。］
図９Ａにおいて、内側歯車２０の中央の外歯６０は、歯６０が外側歯車１０の面の下方から上昇するときに、１つの極と精確に整合し、これは内歯５８との接触から外れるように移動する瞬間の直前を示す。この接触線の位置は矢印７６で示す。図９Ｂは同じ時間的瞬間における図９Ａの同じ歯車対を示すが、反対側の極から見た図である。図９Ｂにおいては、内側歯車２０の中央の外歯６０はこれまた反対側の極と精確に整合するが、もちろん、外側歯車１０の面の上方から下方に移動する状態で示され、これまた内歯５８との接触から外れるように移動する瞬間の直前を示す。この後者の接触線の位置は矢印７７で示す。
【００４７】
図９Ａ、９Ｂにおいては、各中央に位置する外歯６０の頂部ランド部の一部は細い交差ハッチングで示され、これは歯の全体の作業面との整合を示している。一連の暗い直線は図９Ａにおける外歯６０の作業面の下半分上で現され、同様の一連の直線は図９Ｂにおける外歯６０の作業面の上半分上に見られる。これらの線は図８において先に示した一連の線接触を表し、各極におけるそのそれぞれの噛み合い係合を通して回転するときの歯により分担される接触パターンを示す。これらのそれぞれの接触は各歯面の両側の半部分上で同時に生じ、負荷及び磨耗の双方のバランスを提供する。
【００４８】
負荷の大半は各極で噛み合う２つのみの歯により分担されるが、少なくとも４つの歯は常に完全に噛み合い、全負荷は１８０°だけ離れた少なくとも２つの地点間で常に分割される。たとえば、上述の実施の形態に従って設計された実際のジョイントに戻ると、線接触の長さは０．４３７５インチ（１１ｍｍ）である。それ故、全負荷が合計０．８７５インチ（２２ｍｍ）となる２つの線にわたって分布されることが重要である。また、歯が両方の歯車の両側で２つの極において同時に噛み合うときに、負荷は歯車上で常に平衡される。
【００４９】
背景技術において上述した従来の球状伝動装置からの別の極めて重要な違いにおいては、ここで開示された歯はハイポイド伝動装置と同様の理論的な摺動接触を有しない。これに反して、先に述べた線接触は両方の極における噛み合いを通して回転する。この極めて重要な特徴は潤滑を容易にし、磨耗を減少させる。
【００５０】
ボール歯の実施の形態
本発明の別の好ましい実施の形態を図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに示し、分解部品図として図１１に示す。この更なる実施の形態においては、外側歯車２１０の内歯は球状歯車対の各それぞれの内歯を提示する（図５Ａの構造における）一層小さな球４０と同じ直径を有するボール２５８と交換される。それ故、各内歯車歯２５８は有効な「球状」歯面を有する。この好ましい実施の形態に対しては、「円錐状」面の内歯５８の形成に関係する上述の構成段階は関連しない。しかし、この更なる実施の形態の内側歯車２２０の外歯２６０は依然として図５Ｃに示すように構成され、図１０Ｃにおいて最もよく見ることができる。
【００５１】
上述した先の実施の形態の各々におけるように、この実施の形態の球状歯車対は、シャフト２２２、２２４のそれぞれの軸線が図１０Ａに一点鎖線２２４で示す角度範囲にわたって地点２３０（球状歯車対の同心の中心）で交差するときに、それぞれの第１及び第２のシャフト２１４、２１６の回転を接続するように設計される。図を明瞭にするため第２のシャフト２１６は図１１で図示省略してある。先の実施の形態（例えば図７参照）と同様、ボール内歯２５８は軸線２２２と整合する第１のシャフト２１４の端部に固定されたカップ状支持体２１２内で位置決めされ、各ボール歯２５８はカップ状支持体２１２（図１１に明示）に関連するコアハウジング２６６のそれぞれの孔２６２内に受け入れられる。また、外歯２６０は同様に第２のシャフト２１６の端部に装着される。これまた、シャフト２１４、２１６間のすべての交差角度において、ボール内歯２５８及び外歯２６０は常に各それぞれの歯車のピッチ円の面内にそれぞれ維持される。上述のように、各それぞれのピッチ円は歯車の理論的な大きなピッチ球の大きな円であり、各ピッチ円の軸線は対の各球状歯車をそこに取り付けるそれぞれの回転可能な素子の軸線と常に整合する。
【００５２】
歯車対は最初に、図１０Ａに示すようにそれぞれの軸線２２２、２２４が整合した状態で、装着される。各ボール歯２５８がそれぞれの孔２６２内に挿入された後、ボール歯の内側部分は２つの連続する外歯２６０の歯面間に位置し、その後、孔２６２がボールリテーナ２６４で閉じられ、このリテーナは、ボールが歯車のピッチ円上でセンタリングされるように、各ボールの歯面を維持するために適所に締まり嵌め、圧入又はスクリュー止めできる。焼嵌め又はボルト止めされた外側リング２７０は更なる補強及び安全のためにカップ状支持体２１２の開いた端部を取り巻く。
【００５３】
カップ状支持体２１２のコアハウジング２６６は、図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１１に示す実施の形態に対しては３０°であり（任意の方向において６０°の合計範囲を提供する）所定の最大角度ｘ°までの軸線２２２から任意の方向においてシャフト２１４、２１６のすべての相対交差角度で定速回転を保証するために、外側球状歯車２１０及び内側球状歯車２２０のピッチ球の中心の同心性を維持するように外歯２６０の頂部ランド部上に形成された球状表面２６９と番い合う球状表面２６８を有する。番い合う球状表面２６８、２６９は上述の本発明の実施の形態（例えば図７参照）のセンタリングボール２６と同じ機能を果たすことを認識できよう。
【００５４】
歯／歯の実施の形態のための上述の歯接触パターンとは異なり、ボール内歯２５８は線接触で外歯２６０と噛み合わない。代わりに、ボール歯の球状歯表面は伝統的な伝動装置の理論的な点接触から普通生じる許容できる結果である比較的広い接触領域と同様の拡張した接触円領域を生じさせる。
【００５５】
図１２、１３Ａ、１３Ｂは上述のボール／歯の球状ジョイントの変形例を示し、この場合、対の第１の歯車のためのカップ状支持体２１２´は軸線２２２´と整合し、ハーフシャフトの一端のためのスライダ／ジョイントの組み合わせとして作用するように修正される。図を明瞭にするため、これら３つの図においては、各球状歯車対のシャフトは図示省略してある。
【００５６】
この実施の形態において提供される最も重要な修正はａ）軸線２２２´に平行なカップ状支持体２１２´の延長部及びｂ）ハーフシャフトの作動端部間の異なる距離を許容するために支持体２１２´内の球状歯車対の同心的な中心２３０´の軸方向の運動のための球状コアハウジング２６６´の摺動装着である。各ボール歯２５８´は二重の機能を果たす：球状歯車対の噛み合う歯として作用することに加えて、各ボール歯２５８´はまたカップ状支持体２１２´の内側壁に形成されたそれぞれの軸方向のボールトラック（軌道）２７２´を上下に回転する自由を有する。本発明に従って設計された実際のジョイントにおいては、ボールトラック２７２´の長さは２インチ（５ｃｍ）である。図１３Ｂは通常ではない大量のプランジ運動を必要とする状態を許容できるデザインの変形例を示す。このような普通ではない状態の下では、カップの開いた端部において側壁により制限が生じる可能性があり、すなわち、コアハウジング２６６´がカップ状支持体２１２´の底に位置する場合に、ＣＶジョイント歯車対の相対角度調整が±２０°に制限される。しかし、漸進的に小さくなる即ち一層標準のプランジ運動要求の場合、本発明のハーフシャフトの内側ＣＶジョイント歯車対の相対角度容量は図示の±２０°の限界よりも十分上まで漸進的に増大する。
【００５７】
しかし、ボールトラック２７２´内でのボール歯２５８´の軸方向の運動が１つのみの機能を有する、すなわち、軸線２２２´に沿った球状歯車対の同心的な中心の有効位置を変更することに留意しなければならない。ボールトラック２７２´内でのボール歯２５８´のこの軸方向の運動は、２つの球状歯車のピッチ円が同じ同心的な中心を常に共有するので、球状伝動装置のボール歯のどんな定速作動でも変更しない。
【００５８】
二重ＣＶジョイント
大きなトラックにとって普通のものであるようなセグメント化駆動シャフトは一般にカルダン又はフック(Hooke) ユニバーサルジョイントの組み合わせに接続される。このような従来のカップリングは維持が困難で、寿命が比較的短い。上述のように、当業者なら、二重カルダンユニバーサルジョイントのように本発明の球状歯車ジョイントを背中合わせに配置することにより、定速回転運動を１２０°又はそれ以上の連続的な最大範囲にわたるシャフトの交差により伝達できることを直ちに認識できよう。このような構成は図１４に示し、軸線２４´、２４´´に沿って位置する第１及び第２のシャフトの端部を接続するために図７に示す本発明の実施の形態の変形例を使用する。図１４においては、背中合わせの外側歯車の円錐内歯５８´、５８´´の相対位置は図を明瞭にするため僅かに修正されている。すなわち、好ましいデザインにおいては、歯５８´は正弦効果を相殺するために歯５８´´から３０°だけ相対的に片寄っている。
【００５９】
外歯６０´、６０´´は枢動軸線３２´、３２´´のまわりで枢動する実線で示す。外歯６０´、６０´´はまた反対方向に角度ｘ°で軸線３２´、３２´´のまわりにおいて枢動する仮想線で示し、すべての方向において４ｘ°（ｘが３０の場合１２０°）の全運動範囲を提供する。ハブ２８´、２８´´及び内歯５８´、５８´´もまた図１４に示す。この実施の形態においては、第１のユニバーサルカップリングは第１の素子を介して第２のユニバーサルカップリングに固定的に装着される。これは第１のユニバーサルカップリングから延びる第２の素子と第２のユニバーサルカップリングから延びる第３の素子との間に４ｘ°の連続する運動範囲を提供する。
【００６０】
自動車のハーフシャフトにおける使用
ここで図１５、１６Ａ、１６Ｂを参照する。本発明に係る２つの同一の球状歯車ＣＶジョイントは図１５に概略的に示すハーフシャフト１００の両端に位置し、「ブーツ」は省略してある（即ち、路面のゴミやホコリからジョイントを保護するために使用される周知のしなやかなカバーは無い）。詳細に上述した方法で、各ＣＶジョイントのそれぞれのカップ状支持体１１２、１１２´はカップのベースに固定されたそれぞれのセンタリングボール１２６、１２６´を有し、各ＣＶジョイントはすべての方向において０°からｘ°の所定の最大角度への連続する角度方位にわたって運動するように各それぞれのセンタリングボール１２６、１２６´のまわりで嵌合するハブ１２８、１２８´を有する。各ＣＶジョイントはまた各カップ状支持体内で固定された内歯（図１６Ｂにおける１１０´）を備えた第１の球状歯車と、各ハブ（図１６Ｂにおける１２８´）に固定された外歯（図１６Ｂにおける１２０´）を備えた第２の球状歯車とを有する。図示の好ましい実施の形態においては、各ＣＶジョイントのハブ１２８、１２８´はそれぞれシャフト１１６の各端部において回転するように接続される。各カップ状支持体１１２、１１２´のベースはそれぞれの接続シャフト１１４、１１４´の端部を受け入れるためのスプライン開口を有する。
【００６１】
図１５の概略図は差動装置１０２及び駆動ホイール１０４を含む車両の駆動列の端部における自動車のハーフシャフト１００を示す。この概略図には示さないが、駆動ホイール１０４は、駆動ホイール１０４が操舵のための駆動ホイールの旋回及び地面の変化に応答しての駆動ホイールの上下運動を許容する差動装置１０２に関して連続する角度方位にわたって運動の自由を有するように、当業界で周知の方法により車両の前部に装着されるものと仮定する。ハーフシャフト１００は、車両の駆動列のこれら２つの部分間で生じるすべての瞬間的な相対角度運動中、車両のエンジンから差動装置１０２を経て駆動ホイール１０４へ定速回転力を伝達する。
【００６２】
当業者なら、運動自在に装着された駆動ホイール１０４が差動装置１０２の固定部分に関する角度位置を変えたときに、これらの間の距離が変化することを認識できよう。この変化は大きくない（例えば≦１．０インチ／２５ｍｍ）が、これを補償しなければならず、この補償は図１６Ａ、１６Ｂに拡大して示すスライダ１８０により達成される。スライダ１８０は２つの相対運動可能な部材１８１、１８２を有し、第１の部材１８１は第２の部材１８２内で往復運動するように装着される。部材１８１はハブ１２８´に固定され、好ましくはクロスアーム１８６から懸架された一対のローラ１８４を有する。ローラ１８４はそれぞれシャフト１１６に固定された外側部材１８２内に形成された一対のそれぞれのトラック１８８内に乗っている。駆動ホイール１０４と差動装置１０２との間の僅かな距離の変化に応答して、スライダ１８０はローラ１８４上で前後に運動する。ハーフシャフト１００は、後に詳述するように、現在入手できるハーフシャフトよりも優れた多くの重要な利点を有する。
【００６３】
図１７は図１５のハーフシャフト１００と同様であるが、上述の本発明の２つのボール／歯の実施の形態を組み込んだ別のハーフシャフト２００を示す。すなわち、これら２つの異なる実施の形態はそれぞれシャフト２１６´の両端に位置する。これまた、この概略図には示さないが、ハーフシャフト２００の外側端部（図の左端）は当業界で周知の方法により車両の前部に装着された操舵駆動ホイールに取り付けられ、ハーフシャフト２００の内側端部（図の右端）は差動装置に取り付けられ、操舵駆動ホイールは操舵のための駆動ホイールの旋回及び地面の変化に応答しての駆動ホイールの上下運動を許容するために差動装置に関して連続する角度方位にわたって運動の自由を有するものと仮定する。
【００６４】
外側のボール／歯の球状歯車ＣＶジョイント２７４及び内側のボール／歯の球状歯車ＣＶジョイント２７６´は、そのそれぞれの軸線２２２、２２２´がほぼ１０°でシャフト２１６´の軸線２２４´と交差している状態で、示してある。しかし、上述のように、外側のＣＶジョイント２７４の好ましい実施の形態は軸線２２２の位置から離れる（６０°の最大範囲）すべての方向において定速回転を伝達でき、好ましい実施の形態においては、内側のＣＶジョイント２７６´は軸線２２２´の位置から離れる（≧４０°−６０°の最大範囲）すべての方向において≧２０°−３０°定速回転を伝達できる。［注：現在は、商業的なハーフシャフトの外側ＣＶジョイントは５２°の最大範囲に限られ、一方、商業的なハーフシャフトの内側ＣＶジョイントは２３°の最大範囲に限られる。］
両方のＣＶジョイントの可動部分を保護するために使用されるブーツ装置が同一となることができて、製造、在庫及び点検修理コストの大幅な節約を提供するように、上述のＣＶジョイントの両方の実施の形態のカップ状支持体２１２、２１２´の直径が同一であるという事実にも注意が向けられる。さらに、多分もっと重要なことには、このような大きな範囲のＣＶジョイントは一層小さな寸法及び一層軽い重量を有し、これらのジョイントは現在商業的に入手できるＣＶジョイントよりも低価格で製造でき、組立てることができる。
【００６５】
ハーフシャフト１００（図１５）及びハーフシャフト２００（図１７）は現在商業的に入手できるハーフシャフトよりも優れた多くの重要な利点を有する：
（１）雌型溝穴セット間の運動伝達リンクとして使用される現在の商業的なＣＶジョイントのボールリテーナ及びボールセットは素子間で好ましい転がり作用を伴う球状歯車カップリングの本発明の直接被駆動雄型／雌型幾何学形状と交換され、それによって（ａ）摺動作用並びにこのような摺動により生じる関連する熱及び磨耗を大幅に減少させ、（ｂ）ＣＶハウジングカップ内の極めて困難な内側の湾曲又は傾斜溝の研磨の必要性を排除し、（ｃ）その困難な内側及び外側の球状研磨及び精確なボール溝穴研磨を伴う別個のボールリテーナの必要性を排除し、（ｄ）したがって、別個のボールリテーナを適正に位置決めするためのカム作用溝穴の修正の必要性を排除する。
【００６６】
（２）本発明の各球状歯車ＣＶジョイントにおける部品の数は一層少なく、部品は複雑ではなく、製造又は組立てについて高価ではない。
（３）それぞれのハーフシャフト１００、２００は各々両端に実質上同一のカップリングを有し、それによって製造を簡単化し、製造及び交換在庫のための一層小数の異なる部品で済む。
【００６７】
（４）本発明のＣＶジョイントにおける球状歯車の歯がそれぞれの極でのみ接触するので、すべての方位角度での回転に対する摩擦抵抗は従来のハーフシャフトのものよりも顕著に小さく、したがって、角度方位の変化中にハーフシャフト１００、２００を旋回させるのに必要なトルクを減少させ、組立てを簡単化し、駆動列の効率を増大させる。
【００６８】
（５）ハーフシャフト１００、２００の潤滑は各１回転において２度噛み合い及び噛み合い解除運動をするときの球状歯車の歯の転がり運動により容易化され、噛み合いの比較的小さな摩擦が一層安価な潤滑剤の使用を許容する。
【００６９】
本発明の球状歯車は３０°の好ましい所定の最大角度を有するものとして説明したが、球状歯車は本発明の精神内で３０°以下又は３０°以上の所定の最大角度を有することができる。各対の球状歯車の第２の歯車の外歯のための歯形状は、図５Ｃに示し上述したように、所定の最大角度の関数として変化する。
【００７０】
ここで説明し特許請求する球状歯車デザインは自動車のＣＶジョイント、ユニバーサルジョイント及びハーフシャフトの技術において重要な改善を提供する。
したがって、ここで述べた本発明の実施の形態は本発明の原理の適用の単なる例示であることを理解すべきである。図示の実施の形態の詳細についてのここでの参照は特許請求の範囲を限定する意図のものではなく、それ自体は本発明にとって本質的であると思われる特徴を列挙する。
【図１】
2010508476.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ−５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
2010508476.tif 000022
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年7月17日(2008.7.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変の角度で交差するそれぞれの軸線のまわりで回転可能な第１の素子及び第２の素子を相互接続するためのユニバーサルカップリングにおいて、
一緒に回転するように上記第１の素子に固定され、円形形状のみを有する長手方向の湾曲を伴って形成された内歯面を各々備えた複数の内歯を有する第１の歯車と；
一緒に回転するように上記第２の素子に固定され、上記内歯と番い噛み合いする複数の外歯を有する第２の歯車であって、上記各外歯が所定の半径を持つ円筒状の中央部分を伴って形成され、また、上記円筒状の中央部分の各側部でそれぞれ形成された所定の幅の２つの平坦な面延長部をも有する外歯面を有する第２の歯車と；
を有する単一対の球状歯車を備え、
上記歯車の各々がそれぞれの大きなピッチ球の形をしたそれぞれのピッチ表面を有し、上記大きなピッチ球が同心で、実質上同一の半径を有し、当該各歯車のピッチ円が当該それぞれの大きなピッチ球の１つ上の大きな円であり、上記ピッチ円が１８０°だけ離れた２つの極地点で互に有効に交差し；
上記歯車の各それぞれの歯は、各連続する一層小さな球が上記大きなピッチ球の表面上に落ちる接触地点で次の一層小さな球に対して正接するように円として配置された複数の個々の上記一層小さな球の１つ内に形成され、各一層小さな球上の上記接触地点間の距離が各それぞれの歯の正規の弦方向厚さを画定し；
上記素子が２ｘ°の連続的な最大範囲にわたって交差するように、上記軸線が１８０°から所定の最大角度ｘ°だけ１８０°とは異なる角度までの連続する範囲にわたって可変的に交差する際に上記歯車が駆動及び被駆動関係で回転しているときに、上記素子の軸線が上記大きなピッチ球の中心において常に交差し；
各上記内歯面の表面が上記一層小さな球間で分担される上記接触地点においてそのそれぞれの個々の一層小さな球に対して正接し、各当該内歯面の長手方向の湾曲の円形形状が：
i）上記それぞれの個々の一層小さな球の各々の少なくとも半分の直径に等しい直径を有する球形状；又は
ii）ａ）上記一層小さな理論的な球及び上記２つの大きな理論的な球に対して中央で同心的に位置する等しい寸法の更なる一層小さな理論的な球；及びｂ）上記一層小さな中央の球の両側に対して正接するように構成され、かつ当該一層小さな理論的な球がその隣の球と分担するような２つの接触地点のそれぞれ１つを通過する２つの交差する線を含む構造により決定される円錐頂点角度を有する円錐形状；のいずれかであり、
上記円錐頂点角度が上記交差する線による交差地点で形成される包含角により決定される；
ことを特徴とするユニバーサルカップリング。
【請求項２】
ｘが少なくとも３０°であることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項３】
各上記内歯及び各上記外歯の内側部分が中空であることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項４】
上記ユニバーサルカップリングが上記第１又は第２の素子と第２のユニバーサルカップリングから延びる第３の素子との間に４ｘ°の連続する最大運動範囲を提供するように当該ユニバーサルカップリングと実質上同一の上記第２のユニバーサルカップリングに対して背中合わせに固定的に装着されることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項５】
各内歯が上記第１の素子の軸線に垂直に延び、各外歯は、各歯車の歯の各歯面が各歯車のピッチ球であるそれぞれの大きな球の大きな円上でセンタリングされるように、上記第２の素子の軸線に垂直に延び、各上記大きな円の軸線が各それぞれの素子の軸線と常に整合することを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項６】
各上記外歯面の上記平坦な面延長部の上記所定の幅が上記最大角度ｘ°に応じて変化し、当該延長部が歯面中心の中心線からｘ°で位置する初期の接線地点から上記歯面中心の各側に形成され、２ｘ°を決める上記円筒状の中央部分の半径方向の線へ少なくとも延び、それによって、上記歯面中心の各側における各平坦な部分の長さがｘ°の上記接線地点を越えて付加的なｘ°だけ延び、各当該平坦な面延長部は、上記歯車の軸線が上記最大角度ｘ°で交差しているときに上記第２の歯車が上記第１の歯車に関して楕円弧に沿って運動する際に、上記初期の接線地点から当該円筒状の中央部分の半径方向の中心の運動線に平行に延びることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項７】
各外歯面の上記円筒状の中央部分の上記所定の半径が各それぞれの外歯の正規の弦方向厚さの半分に等しいことを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項８】
上記複数の個々の一層小さな球の数は、各上記歯車が６個の歯を有するように、１２個であり、各上記内歯面が円錐形で、上記第１の素子の端部に固定されたカップ状支持体内に形成され、さらに、上記カップ状支持体内に装着されたセンタリングボールが設けられ、同センタリングボールが上記大きなピッチ球の上記同心的な中心と上記交差地点との間の距離よりも大きくない半径を有することを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項９】
各上記歯車が６個の歯を有するように、１２個の個々の一層小さな球が設けられ、各上記内歯が上記それぞれの個々の一層小さな球の少なくとも半分と同じ直径を有するボールであることを特徴とする請求項５に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１０】
各上記ボール内歯は、各それぞれのボール歯が上記第１の歯車の上記それぞれの大きな球の大きな円の面内で常にセンタリング維持されるように、上記第１の素子の端部に固定されたカップ状支持体内で支持されることを特徴とする請求項９に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１１】
上記カップ状支持体がさらに球状表面を備えたコアハウジングを有し；各上記外歯が上記第２の素子の端部に取り付け可能なハブ部分上に装着され；当該外歯の頂部ランド部が１８０°から上記所定の最大角度ｘ°までの任意の方向における角度運動を許容するように上記コアハウジングの上記球状表面と番う球状表面であることを特徴とする請求項１０に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１２】
上記内歯及び外歯が１８０°だけ離れた上記それぞれの極地点において同時に噛み合うことを特徴とする請求項１１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１３】
上記内歯及び外歯のそれぞれの対は、上記素子が上記連続的な角度範囲にわたって可変的に交差する際に先の対がすべての角度において常に噛み合いから離れる前に上記対のうちの第２の対が噛み合うように、順々に噛み合うことを特徴とする請求項１２に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１４】
噛み合う内歯及び外歯の上記対により分担される接触パターンがすべての上記可変の角度にわたって完全線接触であり、上記接触線は、交差角度が上記連続的な範囲にわたって変化する際に上記それぞれの歯車の全歯面を横切って運動することを特徴とする請求項８に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１５】
自動車のハーフシャフトの端部にそれぞれ取り付けられる第１のユニバーサルカップリング及び第２のユニバーサルカップリングを有することを特徴とする請求項１３に記載の２つのユニバーサルカップリング。
【請求項１６】
各上記それぞれのカップリングの上記ハブ部分が上記自動車のハーフシャフトにそれぞれ取り付けられることを特徴とする請求項１５に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１７】
上記第１のユニバーサルカップリングの上記カップ状支持体が自動車の差動装置に接続可能であり、上記第２のユニバーサルカップリングの上記カップ状支持体が自動車の駆動ホイールに接続可能であることを特徴とする請求項１６に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１８】
上記ユニバーサルカップリングの中間に位置するスライダをさらに有し、同スライダの全長が上記駆動ホイールの相対運動による当該駆動ホイールと上記差動装置との間の異なる距離を補償するように変化することを特徴とする請求項１５に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項１９】
一方の上記カップリングの上記カップ状支持体が軸方向に延長され、上記球状コアハウジングが上記駆動ホイールの相対運動による当該駆動ホイールと上記差動装置との間の異なる距離を補償するために当該支持体内で軸方向に運動するように摺動自在に装着されることを特徴とする請求項１５に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項２０】
上記スライダが少なくとも１つのローラを有する第１の部材と、上記ローラを番うように受け入れるためのトラックを有する第２の部材とを備え、それによって、当該ローラに沿う当該スライダの運動が上記駆動ホイールの相対運動による当該駆動ホイールと上記差動装置との間の異なる距離を補償するように該スライダの全長を変更することを特徴とする請求項１９に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項２１】
各上記内歯が上記第１の素子の端部に固定されたカップ状支持体内に形成されることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項２２】
各上記内歯が個々に形成され、上記カップ状支持体内に圧入されることを特徴とする請求項２１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項２３】
センタリングボールが上記カップ状支持体内に装着されることを特徴とする請求項２１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項２４】
各上記内歯が上記第２の素子の端部に取り付け可能なハブ上に装着されることを特徴とする請求項２１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項２５】
上記ハブが１８０°から上記所定の最大角度ｘ°まで任意の方向において角度運動するように上記カップ状支持体上に番い嵌合されることを特徴とする請求項２４に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項２６】
回転可能な入力を同入力に関して瞬間的な角度運動を行うように装着された駆動ホイールに相互接続するための自動車のハーフシャフトにおいて、
ハブがすべての方向において０°からｘ°の最大角度までの連続的な角度方位にわたって自由に運動するように、番い係合するカップ状支持体及び上記ハブを各々有する１対の実質上同一のユニバーサルカップリングと；
２対の球状歯車であって、各対の一方の歯車が各カップ状支持体内に装着された内歯を有し、各対の他方の歯車が各ハブに固定された外歯を有するような２対の球状歯車と；
上記駆動ホイールの相対運動による当該駆動ホイールと上記回転可能な入力との間の異なる距離を補償するように互に関して可動な部材を有する摺動機構と；
を有し、
各カップリングの上記ハブが上記ハーフシャフトのそれぞれの端部に回転自在にそれぞれ接続され；
一方のカップリングの上記カップ状支持体が上記回転可能な入力に接続可能であり、他方のカップリングの上記カップ状支持体が上記駆動ホイールに接続可能である；
ことを特徴とするハーフシャフト。  
【請求項２７】
上記摺動機構が少なくとも１つのローラを有する第１の部材と、上記ローラを番うように受け入れるためのトラックを有する第２の部材とを備え、それによって、上記トラックに沿う上記ローラの運動が上記駆動ホイールの相対運動を補償するように当該機構の全長を変更することを特徴とする請求項２６に記載のハーフシャフト。
【請求項２８】
上記摺動機構の上記部材のうちの一方が一方の上記カップリングの上記ハブに固定されることを特徴とする請求項２６に記載のハーフシャフト。
【請求項２９】
上記摺動機構が内歯のためのボールを備えた一対の球状歯車を有する一方の上記カップリング内に組み込まれ、上記ボールが上記駆動ホイールと上記回転可能な入力との間の異なる距離を補償するために軸方向に延長されたカップ状支持体内で軸方向の運動を行うように摺動自在に装着された球状コアハウジング内に受け入れられることを特徴とする請求項２６に記載のハーフシャフト。
【請求項３０】
可変の角度で交差するそれぞれの軸線のまわりで回転可能な第１の素子及び第２の素子を相互接続するための単一対の球状歯車において、
一緒に回転するように上記第１の素子に固定され、円形形状のみを有する長手方向の湾曲を伴って形成された内歯面を各々備えた複数の内歯を有する第１の歯車と；
一緒に回転するように上記第２の素子に固定され、上記内歯と番い噛み合いする複数の外歯を有する第２の歯車であって、各外歯が所定の半径を持つ円筒状の中央部分を伴って形成された外歯面を有し、また、上記円筒状の中央部分の各側部でそれぞれ形成された所定の幅の２つの平坦な面延長部をも有するような第２の歯車と；
を有し、
上記歯車の各々がそれぞれの大きなピッチ球の形をしたそれぞれのピッチ表面を有し、上記大きなピッチ球が同心で、実質上同一の半径を有し、当該各歯車のピッチ円が当該それぞれの大きなピッチ球の１つ上の大きな円であり、上記ピッチ円が１８０°だけ離れた２つの極地点で互に有効に交差し；
上記歯車の各それぞれの歯は、各連続する一層小さな球が上記大きなピッチ球の表面上に落ちる接触地点で次の一層小さな球に対して正接するように円として配置された１２個の個々の上記一層小さな球の１つ内に形成され、各一層小さな球上の上記接触地点間の距離が各それぞれの歯の正規の弦方向厚さを画定し；
上記素子が２ｘ°の連続的な最大範囲にわたって交差するように、上記軸線が１８０°から所定の最大角度ｘ°だけ１８０°とは異なる角度までの連続する範囲にわたって可変的に交差する際に上記歯車が駆動及び被駆動関係で回転しているときに、上記素子の軸線が上記大きなピッチ球の中心において常に交差する；
ことを特徴とする歯車。
【請求項３１】
各上記内歯が上記それぞれの個々の一層小さな球の少なくとも半分と同じ直径を有するボールであることを特徴とする請求項３０に記載の歯車。
【請求項３２】
上記ボール内歯がカップ状支持体内でコアハウジング内に装着され、上記外歯がハブ上に装着され、当該外歯の頂部ランド部は、上記球状歯車の歯が噛み合うときに上記コアハウジング上に形成された球状表面と番い係合する球状形状を有することを特徴とする請求項３１に記載の歯車。
【請求項３３】
各ボール内歯は、同各内歯の球状面が上記第１の歯車のピッチ円上で常に維持されるように、上記コアハウジングの個々の孔内に保持されることを特徴とする請求項３２に記載の歯車。
【請求項３４】
各ボール内歯がリテーナにより上記孔内に維持されることを特徴とする請求項３３に記載の歯車。
【請求項３５】
上記カップ状支持体が軸方向に延長され、上記コアハウジングの上記それぞれの孔内で各ボール内歯を維持し、それによって、各ボール内歯の歯面が上記第１の歯車のピッチ球であるそれぞれの大きな球の大きな円上で常にセンタリング維持されている間に、上記カップ支持体内での上記コアハウジングの軸方向の運動を許すように上記ボール歯の回転を許容し、上記大きな円の軸線が上記第１の素子の軸線と常に整合することを特徴とする請求項３３に記載の歯車。
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月23日(2009.6.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変の角度で交差するそれぞれの軸線のまわりで回転可能な第１の素子及び第２の素子を相互接続するためのユニバーサルカップリングにおいて、
一緒に回転するように上記第１の素子に固定され、円形形状のみを有する長手方向の湾曲を伴って形成された内歯面を各々備えた複数の内歯を有する第１の歯車と；
一緒に回転するように上記第２の素子に固定され、上記内歯と番い噛み合いする複数の外歯を有する第２の歯車であって、上記各外歯が所定の半径を持つ円筒状の中央部分を伴って形成され、また、上記円筒状の中央部分の各側部でそれぞれ形成された所定の幅の２つの平坦な面延長部をも有する外歯面を有する第２の歯車と；
を有する単一対の球状歯車を備え、
上記歯車の各々がそれぞれの大きなピッチ球の形をしたそれぞれのピッチ表面を有し、上記大きなピッチ球が同心で、実質上同一の半径を有し、当該各歯車のピッチ円が当該それぞれの大きなピッチ球の１つ上の大きな円であり、上記ピッチ円が１８０°だけ離れた２つの極地点で互に有効に交差し；
上記歯車の各それぞれの歯は、各連続する一層小さな球が上記大きなピッチ球の表面上に落ちる接触地点で次の一層小さな球に対して正接するように円として配置された複数の個々の上記一層小さな球の１つ内に形成され、各一層小さな球上の上記接触地点間の距離が各それぞれの歯の正規の弦方向厚さを画定し；
上記素子が２ｘ°の連続的な最大範囲にわたって交差するように、上記軸線が１８０°から所定の最大角度ｘ°だけ１８０°とは異なる角度までの連続する範囲にわたって可変的に交差する際に上記歯車が駆動及び被駆動関係で回転しているときに、上記素子の軸線が上記大きなピッチ球の中心において常に交差し；
各上記内歯面の表面が上記一層小さな球間で分担される上記接触地点においてそのそれぞれの個々の一層小さな球に対して正接し、各当該内歯面の長手方向の湾曲の円形形状が：
i）上記それぞれの個々の一層小さな球の各々の少なくとも１／２の直径に等しい直径を有する球形状；又は
ii）ａ）上記一層小さな理論的な球及び上記２つの大きな理論的な球に対して中央で同心的に位置する等しい寸法の更なる一層小さな理論的な球；及びｂ）上記一層小さな中央の球の両側に対して正接するように構成され、かつ当該一層小さな理論的な球がその隣の球と分担するような２つの接触地点のそれぞれ１つを通過する２つの交差する線；を含む構造により決定される円錐頂点角度を有する円錐形状；のいずれかであり、
上記円錐頂点角度が上記交差する線による交差地点で形成される包含角により決定される；
ことを特徴とするユニバーサルカップリング。
【請求項２】
ｘが少なくとも３０°であることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項３】
上記ユニバーサルカップリングが上記第１又は第２の素子と第２のユニバーサルカップリングから延びる第３の素子との間に４ｘ°の連続する最大運動範囲を提供するように当該ユニバーサルカップリングと実質上同一の上記第２のユニバーサルカップリングに対して背中合わせに固定的に装着されることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項４】
各上記外歯面の上記平坦な面延長部の上記所定の幅が上記最大角度ｘ°に応じて変化し、当該延長部が歯面中心の中心線からｘ°で位置する初期の接線地点から上記歯面中心の各側に形成され、２ｘ°を決める上記円筒状の中央部分の半径方向の線へ少なくとも延び、それによって、上記歯面中心の各側における各平坦な部分の長さがｘ°の上記接線地点を越えて付加的なｘ°だけ延び、各当該平坦な面延長部は、上記歯車の軸線が上記最大角度ｘ°で交差しているときに上記第２の歯車が上記第１の歯車に関して楕円弧に沿って運動する際に、上記初期の接線地点から当該円筒状の中央部分の半径方向の中心の運動線に平行に延びることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項５】
上記複数の個々の一層小さな球の数は、各上記歯車が６個の歯を有するように、１２個であり、各上記内歯面が円錐形で、上記第１の素子の端部に固定されたカップ状支持体内に形成され、さらに、上記カップ状支持体内に装着されたセンタリングボールが設けられ、同センタリングボールが上記大きなピッチ球の上記同心的な中心と上記交差地点との間の距離よりも大きくない半径を有することを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項６】
各上記歯車が６個の歯を有するように、１２個の個々の一層小さな球が設けられ、各上記内歯が上記それぞれの個々の一層小さな球の少なくとも半分と同じ直径を有し、各上記ボール内歯は、各それぞれのボール歯面が上記第１の歯車の上記それぞれの大きな球の大きな円の面内で常にセンタリング維持されるように、上記第１の素子の端部に固定されたカップ状支持体内で支持されることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項７】
上記カップ状支持体がさらに球状表面を備えたコアハウジングを有し；各上記外歯が上記第２の素子の端部に取り付け可能なハブ部分上に装着され；当該外歯の頂部ランド部が１８０°から上記所定の最大角度ｘ°までの任意の方向における角度運動を許容するように上記コアハウジングの上記球状表面と番う球状表面であり、上記内歯及び外歯が１８０°だけ離れた上記それぞれの極地点において同時に噛み合うことを特徴とする請求項６に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項８】
各上記ボール内歯が上記第１の素子の端部に固定されたカップ状支持体内で支持され、上記センタリングボールが上記カップ状支持体内に装着されることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルカップリング。
【請求項９】
回転可能な入力を同入力に関して瞬間的な角度運動を行うように装着された駆動ホイールに相互接続するための自動車のハーフシャフトにおいて、
ハブがすべての方向において０°からｘ°の最大角度までの連続的な角度方位にわたって自由に運動するように、番い係合するカップ状支持体及び上記ハブを各々有する１対の実質上同一のユニバーサルカップリングと；
２対の球状歯車であって、各対の一方の歯車が各カップ状支持体内に装着された内歯を有し、各対の他方の歯車が各ハブに固定された外歯を有するような２対の球状歯車と；
上記駆動ホイールの相対運動による当該駆動ホイールと上記回転可能な入力との間の異なる距離を補償するように互に関して可動な部材を有する摺動機構と；
を有し、
各カップリングの上記ハブが上記ハーフシャフトのそれぞれの端部に回転自在にそれぞれ接続され；
一方のカップリングの上記カップ状支持体が上記回転可能な入力に接続可能であり、他方のカップリングの上記カップ状支持体が上記駆動ホイールに接続可能である；
ことを特徴とするハーフシャフト。  
【請求項１０】
上記摺動機構が少なくとも１つのローラを有する第１の部材と、上記ローラを番うように受け入れるためのトラックを有する第２の部材とを備え、それによって、上記トラックに沿う上記ローラの運動が上記駆動ホイールの相対運動を補償するように当該機構の全長を変更することを特徴とする請求項９に記載のハーフシャフト。
【請求項１１】
上記摺動機構の上記部材のうちの一方が一方の上記カップリングの上記ハブに固定されることを特徴とする請求項９に記載のハーフシャフト。
【請求項１２】
上記摺動機構が内歯のためのボールを備えた一対の球状歯車を有する一方の上記カップリング内に組み込まれ、上記ボールが上記駆動ホイールと上記回転可能な入力との間の異なる距離を補償するために軸方向に延長されたカップ状支持体内で軸方向の運動を行うように摺動自在に装着された球状コアハウジング内に受け入れられることを特徴とする請求項９に記載のハーフシャフト。
【国際調査報告】
2010508476.tif 000030