(57)【要約】【課題】クロスグルーブ型等速自在継手の外輪を軽量化する。【解決手段】クロスグルーブ型等速自在継手は、内周面(12)にボール溝(14)を有するディスク型外輪(10)と、外周面(22)にボール溝(24)を有する内輪(20)と、対をなす外輪(10)のボール溝(14)と内輪(20)のボール溝(24)との間に組み込んだボール(30)と、すべてのボール(30)を同一平面内に保持するケージ(40)とを具備し、外輪(10)の隣り合うボール溝(14)間にボルト穴(16)を配置するとともに、符号18で示すように隣り合うボルト穴(16)間部分の外周を切り欠いて外輪(10)の外径を花冠状としてある。
2007046227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にボール溝を有する内輪と、内周面にボール溝を有するディスク型外輪と、対をなす内輪のボール溝と外輪のボール溝との間に組み込んだボールと、すべてのボールを同一平面内に保持するケージとを具備し、外輪の隣り合うボール溝間にボルト穴を配置するとともに、隣り合うボルト穴間部分の外周を切り欠いて外輪外径形状を花冠状としたクロスグルーブ型等速自在継手。
【請求項２】
軸線に対するボール溝の交差角が４．５°以上８．５°未満で、ボールの数が８である請求項１のクロスグルーブ型等速自在継手。
【請求項３】
互いに逆方向に傾斜した外輪のボール溝と内輪のボール溝の軸線に対する交差角が１０°以上１５°以下で、ボールの数が１０である請求項１のクロスグルーブ型等速自在継手。
【請求項４】
互いに逆方向に傾斜した外輪のボール溝と内輪のボール溝の軸線に対する交差角が５°以上９°以下で、ボールの数が１０である請求項１のクロスグルーブ型等速自在継手。
【請求項５】
ボールとボール溝の接触角が３０〜５０°の範囲内である請求項１のクロスグルーブ型等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車、鉄道車両、各種産業機械等における動力伝達装置に使用されるクロスグルーブ型等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
クロスグルーブ型等速自在継手は、対をなす外輪のボール溝と内輪のボール溝が軸線に対して互いに逆方向に傾いており、また、隣接するボール溝はそれぞれ逆方向に傾いており、両ボール溝の交差部にトルク伝達要素としてボールを組み込んである（非特許文献１）。このような構造であるため、ボールとボール溝との間のがたつきを少なくすることができ、とくに、がたつきを嫌う自動車のドライブシャフトやプロペラシャフトに多く用いられている。【０００３】
非特許文献１には最も基本的なクロスグルーブ型等速自在継手が記載されている。そこでは、ボールの数は４以上、一般的には６で、軸線に対するボール溝の交差角は、継手が最大作動角をとった状態で、外輪と内輪の対向するボール溝が平行にならないような角度に設計するものとされ、一般的には１３〜１９°であると記載されている。
【非特許文献１】E. R. Wagner, “Universal Joint and Driveshaft design Manual”, SAE, 1991, p.163-166
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
クロスグルーブ型等速自在継手は車両の取付けタイプによりディスクタイプがよく知られている。ディスクタイプのクロスグルーブ型等速自在継手はボルト締結を用いており、外輪にはボルト孔が円周方向に等配であけてある。このボルト穴は、外輪外径を拡大せず、かつ、ボール溝位置とのバランスをとって、隣り合うボール溝間に配置してある。そのため、ボール溝から外径に向かう半径方向の肉厚が厚くなり、重量増加の原因となっている。【０００５】
この発明の主要な目的は、クロスグルーブ型等速自在継手の外輪を軽量化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のクロスグルーブ型等速自在継手は、内周面にボール溝を有するディスク型外輪と、外周面にボール溝を有する内輪と、対をなす外輪のボール溝と内輪のボール溝との間に組み込んだボールと、すべてのボールを同一平面内に保持するケージとを具備し、外輪の隣り合うボール溝間にボルト穴を配置するとともに、隣り合うボルト穴間部分の外周を切り欠いて外輪外径形状を花冠状としたことを特徴とするものである。【０００７】
請求項２の発明は、請求項１のクロスグルーブ型等速自在継手において、軸線に対するボール溝の交差角が４．５°以上８．５°未満で、ボールの数が８であることを特徴とするものである。クロスグルーブ型等速自在継手の軸線に対するボール溝の交差角を４．５°以上８．５°未満とし、ボールの数を８にすることにより、継手の最大作動角が小さくならず、また、摺動ストロークをかせぐことができる。すでに述べたように、クロスグルーブ型等速自在継手では、ある位相にボールが存在し、作動角を大きくすると、くさび角が反転してしまい、ボールからケージに作用する力のバランスが崩れ、ケージの駆動が不安定になる。内輪のボール溝と外輪のボール溝とがなす角が小さくなってくると、ボールの数が６までの場合はこの現象が顕著に現れる。しかしながら、ボールの数を８以上にすることによって、内輪のボール溝と外輪のボール溝とがなす角が小さくなっても、ある値まではケージの駆動が安定する。これは、くさび角が反転してしまったボールの駆動力を他のボールが分担して、ケージの駆動を安定させることによる。【０００８】
請求項３の発明は、請求項１のクロスグルーブ型等速自在継手において、互いに逆方向に傾斜した外輪のボール溝と内輪のボール溝の軸線に対する交差角が１０°以上１５°以下で、ボールの数が１０であることを特徴とするもので、車両のドライブシャフト用として利用することができる。【０００９】
ドライブシャフトに用いられるクロスグルーブ型等速自在継手では、軸線に対するボール溝の交差角を１０°以上１５°以下とし、ボールの個数を１０とすることにより、継手の最大作動角が小さくならず、また、摺動ストロークを稼ぐことができる。すでに述べたように、クロスグルーブ型等速自在継手では、ある位相にトルク伝達ボールが存在し、作動角を大きくすると、くさび角が反転してしまい、ボールからケージに作用する力のバランスが崩れ、ケージが不安定になる。内輪のボール溝と外輪のボール溝とがなす角が小さくなってくると、ボールの個数が６までの場合、この現象が顕著に現れる。しかしながら、ボールを１０個とした場合、内輪のボール溝と外輪のボール溝とがなす角が小さくなっても、ある値まではケージの駆動が安定する。これは、くさび角が反転してしまったボールの駆動力を、他のボールが分担して、ケージの駆動を安定させることによる。【００１０】
ドライブシャフトに用いられるクロスグルーブ型等速自在継手では、要求される作動角は２０°程度であるため、２５°までの作動角の場合を解析した結果、軸線に対するボール溝の交差角が１０°以上であれば、ボールが６個の従来のタイプのものよりも折り曲げ特性に優れることが確認された。【００１１】
このように、軸線に対するボール溝の交差角を小さくして摺動ストロークを稼いでも最大作動角が小さくならず、折り曲げ時にひっかかりの少ない優れた折り曲げ特性が得られる。そのため車両組み立て時の組み立て性を向上させることができる。内・外輪で軸線に対する交差角が同じ場合は、等速性、折り曲げ特性が共に優れたものとできる。【００１２】
なお、クロスグルーブ型等速自在継手において、ボールの個数を８としても、従来の６個の継手よりは折り曲げトルク特性に優れたものとなる。しかし、８個とすると、外輪あるいは内輪に設けられる直径方向に対向した一対のボール溝の軸線に対する傾き方向が互いに逆方向になるため、これら一対のボール溝を同時加工することができなくて、加工性が悪く、生産性の低下、コスト増を招く。これに対してボールが１０個であると、外輪あるいは内輪に設けられる直径方向に対応した一対のボール溝の軸線に対する傾き方向が同じ方向となる。そのため、これら一対のボール溝を同時加工することができて、ボール溝の加工性がよく、生産性に優れ、コスト低下が図れる。【００１３】
請求項４の発明は、請求項１のクロスグルーブ型等速自在継手において、互いに逆方向に傾斜した外輪のボール溝と内輪のボール溝の軸線に対する交差角が５°以上９°以下で、ボールの数が１０であることを特徴とするもので、車両のプロペラシャフト用として利用することができる。【００１４】
プロペラシャフトに用いられるクロスグルーブ型等速自在継手では、軸線に対するボール溝の交差角を５°以上９°以下とし、ボールの個数を１０とすることにより、継手の最大作動角が小さくならず、また、摺動ストロークを稼ぐことができる。すでに述べたように、クロスグルーブ型等速自在継手では、ある位相にトルク伝達ボールが存在し、作動角を大きくすると、くさび角が反転してしまい、ボールからケージに作用する力のバランスが崩れ、ケージが不安定になる。内輪のボール溝と外輪のボール溝とがなす角が小さくなってくると、ボールの個数が６までの場合、この現象が顕著に現れる。しかしながら、ボールを１０個とした場合、内輪のボール溝と外輪のボール溝とがなす角が小さくなっても、ある値まではケージの駆動が安定する。これは、くさび角が反転してしまったボールの駆動力を、他のボールが分担して、ケージの駆動を安定させることによる。【００１５】
プロペラシャフトに用いられるクロスグルーブ型等速自在継手では、要求される作動角は１０°程度であるため、１５°までの作動角の場合を解析した結果、ボール溝の交差角が５°以上であれば、ボールが６個の従来のタイプのものよりも折り曲げ特性に優れることが確認された。【００１６】
このように、軸線に対するボール溝の交差角を小さくして摺動ストロークを稼いでも最大作動角が小さくならず、折り曲げ時にひっかかりの少ない優れた折り曲げ特性が得られる。そのため車両組み立て時の組み立て性を向上させることができる。内・外輪で軸線に対する交差角が同じ場合は、等速性、折り曲げ特性が共に優れたものとできる。【００１７】
なお、クロスグルーブ型等速自在継手において、ボールの個数を８としても、従来の６個の継手よりは折り曲げトルク特性に優れたものとなる。しかし、８個とすると、外輪あるいは内輪に設けられる直径方向に対向した一対のボール溝の軸線に対する傾き方向が互いに逆方向になるため、これら一対のボール溝を同時加工することができなくて、加工性が悪く、生産性の低下、コスト増を招く。これに対してボールが１０個であると、外輪あるいは内輪に設けられる直径方向に対応した一対のボール溝の軸線に対する傾き方向が同じ方向となる。そのため、これら一対のボール溝を同時加工することができて、ボール溝の加工性がよく、生産性に優れ、コスト低下が図れる。【００１８】
請求項５の発明は、請求項１のクロスグルーブ型等速自在継手において、溝接触角を３０〜５０°としたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、ディスク型外輪において、隣り合うボール溝間にボルト穴を配置するとともに、隣り合うボルト穴間部分の外径を切り欠いて、外輪外径形状を花冠状とすることにより、ボルト穴間部分のボール溝から外径にかけての半径方向寸法すなわち肉厚が薄くなり、外輪重量が減少する。したがって、この発明によれば、外輪の、ひいてはクロスグルーブ型等速自在継手全体の軽量化が実現する。【００２０】
請求項２の発明によれば、クロスグルーブ型等速自在継手の摺動ストロークをかせぐために軸線に対するボール溝の交差角を小さくしても、折り曲げ時にひっかかりが起きることがないため、最大作動角が小さくならない。したがって、クロスグルーブ型等速自在継手の最大作動角を小さくすることなく、摺動ストロークをかせぐことができる。【００２１】
請求項３の発明によれば、軸線に対するボール溝の交差角が１０°以上、１５°以下で、ボールの数を１０としたため、軸線に対するボール溝の交差角を小さくして摺動ストロークを稼いでも最大作動角が小さくならない。そのため、折り曲げ時にひっかかりの少ない優れた折り曲げ特性が得られて、車両組み立て時の組み立て性を向上させることができる。また、内・外輪で軸線に対する交差角が同じ場合は、等速性、折り曲げ特性が共に優れたものとできる。【００２２】
請求項４の発明によれば、軸線に対するボール溝の交差角が５°以上、９°以下で、ボールの数を１０としたため、軸線に対するボール溝の交差角を小さくして摺動ストロークを稼いでも最大作動角が小さくならない。そのため、折り曲げ時にひっかかりの少ない優れた折り曲げ特性が得られて、車両組み立て時の組み立て性を向上させることができる。また、内・外輪で軸線に対する交差角が同じ場合は、等速性、折り曲げ特性が共に優れたものとできる。【００２３】
請求項５の発明によれば、溝接触角を大きくしたことにより、接触率（＝ボール溝径／ボール径）が大きくても、折り曲げ時のひっかかり現象が生じやすくなることが回避される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態を示すクロスグルーブ型等速自在継手の外輪の端面図
【図２】別の実施の形態を示すクロスグルーブ型等速自在継手の外輪の端面図
【図３】さらに別の実施の形態を示すクロスグルーブ型等速自在継手の外輪の端面図
【図４】従来の技術を示すクロスグルーブ型等速自在継手の縦断面図
【図５】図４の継手の正面図
【図６】図４の継手の外輪内周面および内輪外周面の展開図
【図７】図４の継手におけるボール溝の要部横断面図
【図８】図４の継手におけるボール溝とボールの関係を示す略図
【図９】図４の継手の外輪の正面図
【図１０】図５のＸ−Ｘ断面図
【図１１】折り曲げ角と折り曲げトルクの関係を示すグラフ
【図１２】従来のクロスグルーブ型等速自在継手における折り曲げ角と折り曲げトルクの関係を示すグラフ
【図１３】実施の形態における作動角と折り曲げトルクの関係を示すグラフ
【図１４Ａ】交差角を種々異ならせたモデルの作動角と折り曲げトルクの関係を示すグラフ（ドライブシャフト用）
【図１４Ｂ】交差角を種々異ならせたモデルの作動角と折り曲げトルクの関係を示すグラフ（プロペラシャフト用）
【図１５】ボールの個数およびボール接触率を種々異ならせたモデルにおける接触率と折り曲げトルクの関係を示すグラフ
【図１６】作動角を種々異ならせたモデルにおける交差角と等速性の関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００２５】
１０  外輪（外方継手部材）
１２  内周面
１４  ボール溝
１６  ボルト穴
１８  切り欠き
２０  内輪（内方継手部材）
２２  外周面
２４  ボール溝
３０  ボール（トルク伝達要素）
４０  ケージ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。【００２７】
まず、従来の技術を示す図４〜１０を参照してクロスグルーブ型等速自在継手の基本的構成を説明する。図４および５に示すように、クロスグルーブ型等速自在継手は、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成り立っている。外方継手部材としての外輪１０はリング状で内周面１２にボール溝１４ａ，１４ｂが形成してある。同様に、内方継手部材としての内輪２０もリング状で外周面２２にボール溝２４ａ，２４ｂが形成してある。【００２８】
図６に示すように、外輪１０の軸線に対して傾いたボール溝１４ａと、外輪１０の軸線に対して前記ボール溝１４ａとは逆方向に傾いたボール溝１４ｂとが、円周方向に交互に配置してある。同様に、内輪２０の軸線に対して傾いたボール溝２４ａと、内輪２０の軸線に対してボール溝２４ａと、軸線に対して前記ボール溝２４ａとは逆方向に傾いたボール溝２４ｂとが、円周方向に交互に配置してある。【００２９】
軸線に対する各ボール溝１４ａ，１４ｂ；２４ａ，２４ｂの交差角が符号βで表してある。互いに逆方向に傾いた外輪１０のボール溝１４ａと内輪２０のボール溝２４ａとが対をなし、両者のなす角が２βで表してある。同様に互いに逆方向に傾いた外輪１０のボール溝１４ｂと内輪２０のボール溝２４ｂとが対をなし、両者のなす角が２βで表してある。【００３０】
対をなす外輪１０のボール溝１４ａと内輪２０のボール溝２４ａとの交差部および外輪１０のボール溝１４ｂと内輪２０のボール溝２４ｂとの交差部にそれぞれトルク伝達要素としてのボール３０が組み込まれる。【００３１】
図７に示すように、外輪１０および内輪２０のボール溝１４ａ，１４ｂ；２４ａ，２４ｂは一般的にゴシックアーチまたは楕円の断面形状をしており、ボール３０とボール溝１４ａ，１４ｂ；２４ａ，２４ｂとの接触関係はアンギュラコンタクトとなっている。アンギュラコンタクトの接触角αを例示するならば３０〜５０°の範囲である。ボール３０とボール溝１４ａ，１４ｂ；２４ａ，２４ｂの関係を模式的に示すならば図８のとおりで、ボール径ｄと溝径Ｄの比の値（Ｄ／ｄ）を接触率と呼ぶ。【００３２】
図９および１０に示すように、従来のクロスグルーブ型等速自在継手では外輪１０の外径は円形であった。【００３３】
次に、この発明の実施の形態を説明する。図１は、６個のボールを用いるクロスグルーブ型等速自在継手に適用した実施の形態における外輪の端面を示す。この場合、外輪１０Ａのボール溝１４ａ，１４ｂも合計６本ある。そして、隣り合ったボール溝１４ａ，１４ｂ間に位置するようにして、ボルト穴１６を円周方向に等配してある。外輪１０Ａの外径は、符号１８で示すように、隣り合ったボルト穴１６間部分を円弧状に切り欠いてある。その結果、外輪１０Ａはあたかも６枚の花弁をもった花冠状すなわち花型を呈している。【００３４】
図２に、ボールの数を８とした実施の形態における外輪１０Ｂの端面を示す。この場合、外輪１０Ｂはあたかも８枚の花弁をもった花冠状すなわち花型を呈している。【００３５】
図３に、ボールの数を１０とした実施の形態における外輪１０Ｃの端面を示す。この場合、外輪１０Ｃはあたかも１０枚の花弁をもった花冠状すなわち花型を呈している。【００３６】
図１〜３から明らかなように、これらの実施の形態では、外輪１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの外周を切り欠いた分だけ、従来の円形の外輪に比べて外輪の軽量化が達成される。【００３７】
ところで、クロスグルーブ型等速自在継手は基本的には作動角を大きくとることができないとされている。それは、内・外輪のボール溝で構成されるくさび角が、継手が作動角をとることによって、反転する角度（限界作動角度）があるからである。継手の作動角が限界作動角度を越えると、ケージは力の釣り合いが保てなくなって不安定となり、等速自在継手としての機能を失ってしまうと考えられている。この現象は、一般的な６個のボールをもつものでは確認されており、限界作動角度がボール溝の接触角と交差角で決定されることも知られている。特許文献１では、軸線を含む平面内でもボール溝を傾けることによって、限界作動角度を大きくすることができることを定式化している。ただし、製造および品質管理上、非常に難しい形状となる。【００３８】
クロスグルーブ型等速自在継手では、対をなす外輪のボール溝と内輪のボール溝との交差部にくさび角が形成され、このくさび角の作用でボールがケージのポケット面に押しやられる。これにより、ボールは常にボール溝の交差部に保持され、内・外輪間に角度変位が生じたときでも常に作動角の二等分面内に維持される。このように、クロスグルーブ型等速自在継手は、等速性があり、しかも、がたつきが少ないという点で優れている。【００３９】
しかしながら、クロスグルーブ型等速自在継手には、内・外輪に軸方向に形成した円弧状ボール溝の中心をオフセットさせることによってボールを制御するタイプの等速自在継手に比べて、作動角をあまり大きくとることができない。これは、作動角を大きくとると上記くさび角が反転してしまい、ボールからケージに作用する力のバランスが崩れてしまうからである。その結果、ケージは力の釣り合いが保てなくなって不安定になる。【００４０】
なお、内・外輪のボール溝の交差角を大きくとることによってくさび角の反転を防止することが考えられる。しかし、内輪および外輪は、軸線に対して互いに逆方向に傾いたボール溝を円周方向に交互に配列する必要上、隣り合うボール溝どうしの干渉を避ける必要があり、交差角を大きくすることには限界がある。【００４１】
クロスグルーブ型等速自在継手の内輪のボール溝と外輪のボール溝とがなす角２βは、また、継手の摺動ストロークにも関係しており、ストローク量をかせぐためにはボール溝のなす角２βを小さくしていくことが有効となる。【００４２】
ところが、継手の摺動ストロークをかせぐために内輪のボール溝と外輪のボール溝とがなす角を小さくすると、継手の最大作動角が小さくなってしまう。この最大作動角とは、回転しない状態で、継手を折り曲げてさらに戻す操作を行ったときに、極大なトルクが作用してしまう状況が現れる角度である。最悪の場合、角度がついたまま戻らなくなる、つまり、ひっかかる現象が起きる。このような折り曲げ時のひっかかりは、継手の自動車への組み付け時に問題となる。【００４３】
継手を自動車に組み付けるときには、一旦折り曲げた後に戻す作業が必要になる。そのため、作動角が小さく、折り曲げ時にひっかかりが生じると、継手の自動車への組み付け作業の作業性が悪い。【００４４】
このように、クロスグルーブ型等速自在継手は、最大作動角および摺動量に自由度が少ないことがわかる。そこで、クロスグルーブ型等速自在継手の最大作動角を小さくすることなく摺動ストロークをかせぐことが望ましい。言い換えれば、軸線に対するボール溝の交差角を小さくして摺動ストロークをかせいでも最大作動角が小さくならず、折り曲げ時にひっかかりの少ない優れた折り曲げ特性が得られて、車両組み立て時の組み立て性を向上させることができ、かつ、内・外輪で軸線に対する交差角が同じ場合は、等速性、折り曲げ特性が共にすぐれたものとできるクロスグルーブ型等速自在継手を提供することが求められる。【００４５】
ボールが６個の場合と同じように８個の場合につき最大作動角を確認するため、折り曲げ角が±１０°の場合の折り曲げ戻し操作時の抵抗トルクを解析によって求めたところ、ボール溝１４ａ，１４ｂ；２４ａ，２４ｂの交差角βを小さくしていっても、交差角βが４．５°まではひっかかる現象が現れないことがわかった。【００４６】
図１１は、ひっかかりのない条件とひっかかりが起きる条件とで折り曲げ操作に必要なトルクを対比して示したもので、横軸は折り曲げ角θ、縦軸は折り曲げトルクを表している。実線のトルク線図が示すように、ひっかかる条件の場合、破線で示すひっかからない条件の場合の折り曲げトルクと比較して、ある折り曲げ角においてトルクが過大なピークをもつ。このピークの有無によって、ひっかかるかどうかを判断することができる。【００４７】
表１に、ボールが６個のクロスグルーブ型等速自在継手と、ボールが８個のクロスグルーブ型等速自在継手のそれぞれについて、ボール溝の交差角βをどこまで小さくしていくと折り曲げ戻し操作時のひっかかりが起きるか実験した結果を示す。折り曲げ角θは±１０°であった。ひっかかり現象の有無によってクロスグルーブ型等速自在継手の成立の可否を判断し、可は○、否は×で表してある。表１より、ボールが８個の場合、ボール溝の交差角βを４．５°まで小さくしてもひっかかりなし、つまり、クロスグルーブ型等速自在継手として成立することが確認された。ボールが６個の場合、交差角βが８．０°でひっかかりが発生した。【００４８】
【表１】
2007046227.tif 000003
【００４９】
なお、限界作動角度は軸線に対するボール溝の交差角によって定式化されていた。その式はボールの個数に関係なく成立する式である。つまり、ボールの個数が増えてもひっかかり現象は現れるはずである。しかしながら、表１に示したとおり、ボール８個以上では、対をなす内・外輪のボール溝によって構成されるくさび角効果によるひっかかり現象は起きていないことを確認した。このことは、ボールの個数を増やすことによって、ある位相にあるボールからケージに作用する力が、くさび角が０になる効果によって失われることを他のボールがカバーして、等速自在継手が不安定になることを回避しているものと推測される。【００５０】
つぎに、クロスグルーブ型等速自在継手の折り曲げ時のひっかかりにつき、解析結果に基づいて説明する。ひっかかりは、継手が作動角をとって戻そうとするときに、過大なトルクが必要となる現象である。図１２は、ボールが６個の場合の折り曲げ角と折り曲げトルクの関係を示す。各トルク曲線は、それぞれの位相における折り曲げトルクを示す。同図に示す位相０のトルク曲線ａから分かるように、ひっかかりが生じる場合は、ある折り曲げ角度でトルクのピークＴmaxが生じる。【００５１】
解析モデルの主要寸法を説明すると、ボールが６個のモデルは、ボール径が７／８（２２．２２５ｍｍ）、ＰＣＤが５８．０ｍｍ、交差角が１０°、Ｔ１００トルクが７４８．５Ｎｍである。ボールが１０個のモデルは、ボール径が１９／３２（１５．０８１ｍｍ）ＰＣＤが７４．０ｍｍ、交差角が５°、Ｔ１００トルクが７４１．３Ｎｍである。【００５２】
図１３は、上記実施の形態のように、１０個のボールを用いるクロスグルーブ型等速自在継手の場合の折り曲げ角度と折り曲げトルクの関係を示す。同図に示すように、ボール数を１０と多くした場合、ひっかかり時の折り曲げトルクが軽減される。ボールが１０個の場合、６個の場合に比べて、同じすきま設定で、ひっかかり時の折り曲げトルクは約１／３となり、また、ひっかかりを生じる角度が異なる。なお、ボールが６個の継手では、３位相に最大のひっかかりが見られたのに対して、１０個の継手では５位相で最大の引っ掛かりが見られた。【００５３】
交差角と作動角の関係を説明する。図１４Ａおよび図１４Ｂは、ボールを１０個とし、交差角を種々変えた場合の作動角と折り曲げトルクの関係の解析結果を示し、図１４Ａはドライブシャフト用、図１４Ｂはプロペラシャフト用の場合である。以下ではプロペラシャフト用に該当する数値を括弧内に示す。これらの図に、ボールを６個として交差角を１６°（１０°）とした場合の曲線を合わせて示す。図中の交差角の単位は度である。【００５４】
同図によると、交差角が１０°（５°）以上の各例では、作動角が２５°（１５°）になっても折り曲げトルクは低い値を保っている。これに対し、ボールが６個の継手では、交差角が１６°（１０°）と大きなものであっても、作動角が１８°（１２°）付近から大きくなるに従って、折り曲げトルクが急激に上昇している。これより、ボールを１０個とした継手は、交差角が１０°（５°）以上であれば、ボールが６個のものより折り曲げ特性が改善されることがわかる。より好ましくは、交差角が１１°（６°）以上である。【００５５】
ドライブシャフト（プロペラシャフト）用のクロスグルーブ型等速自在継手の場合は、要求される作動角は一般的に２０°（１０°）程度であるため、作動角が２５°（１５°）までの範囲で見て折り曲げトルクが小さければよい。交差角が大きい場合は、折り曲げ特性上は有利であるが、前述したように、交差角が大きくなると、摺動ストロークを稼ぐことができなくなる。実用的な範囲で考慮すると、ドライブシャフト（プロペラシャフト）用のクロスグルーブ型等速自在継手の場合、ボール数が１０の場合は交差角の最大は１５°（９°）である。したがって、交差角βは、１０°（５°）以上、１５°（９°）以下の範囲であることが好ましい。【００５６】
図１５は、トルク伝達ボールを１０個とした継手、および、６個とした継手において、それぞれ、ボール接触率を１．０６と１．０２との２種類（合計４種類）とした場合の、接触角αと折り曲げトルクの関係を示す。同図を参照して接触角と折り曲げトルクの関係を説明する。ボールを１０個とした場合、ボール接触率の影響の傾向、つまり溝形状の影響の傾向は、ボールを６個とした場合と同様である。１０個の継手の場合、接触角４０°で接触率の影響はほぼなくなる。ボールを１０個とした場合、ボール接触率が１．０２では、接触率が３０°であっても折り曲げトルクは低い値となる。そのため、接触角は３０〜５０°の範囲で適用可能である。しかし、ボール接触率を１．０２よりも大きな値、たとえば１．０６以上と高くする場合は、ボール接触率が折り曲げトルクに影響しなくなる値である４０°以上の接触角とすることが好ましい。【００５７】
図１６は、ボールが１０個のクロスグルーブ型等速自在継手において、横軸に交差角、縦軸に等速性をとり、各種の作動角の場合の交差角の違いによる等速性の変化を示したものである。同図を参照して等速性について説明する。等速性は、（入力回転数−出力回転数）／（入力回転数）で表される。一般的に、作動角が小さいほど、また、交差角が大きくなるほど、等速性が優れる。ボールが６個の従来品では、交差角が１６°（１０°）のものにおいて、作動角をドライブシャフト（プロペラシャフト）用として要求される性能である２０°（１０°）とした場合、等速性は０．１２（０．０７）程度となる。これに対し、トルク伝達ボールが１０個の例では、交差角を従来品と同じ１６°（１０°）とした場合、作動角が２０°（１０°）のときに０．０１２（０．００６程度）となり、従来品よりも等速性が優れていることがわかる。作動角が２０°（１０°）の場合、ボールが１０個の継手では、交差角を１０°（５°）とすると、等速性は０．１６（０．１８）程度となり、上記従来品と同程度となり、交差角を１１°（６°）とすると、等速性は０．０８程度となって、上記従来品よりも優れたものとなる。【００５８】
このように、ボールを１０個とすると、ドライブシャフト（プロペラシャフト）用の継手として要求される作動角２０°（１０°）の場合に、６個ボールの従来品と交差角が同じ場合は、等速性にも優れたものとなる。また、交差角を１０°（６°）まで小さくしても、従来品と同程度の等速性であり、等速性の観点からも、ボールを１０個とした継手は、交差角を小さくして作動ストロークを稼ぐことが可能である。【００５９】
なお、ボールを１０個とすると、ボールが小さくなるため、個々のボールに負荷される荷重が同じであれば、トルク伝達ボールが６個の継手に比べて、ボール溝１４ａ，１４ｂ；２４ａ，２４ｂとの接触部における面圧が高くなる。しかし、１０個とすると、ボール個数が増えることで、個々のボールに負荷される荷重が小さくなるため、面圧の問題も解消した設計が可能である。【００６０】
また、ボールを１０個としたクロスグルーブ型等速自在継手は、生産性にもすぐれたものとなる。すなわち、クロスグルーブ型等速自在継手において、ボールの個数を８としても、従来の６個の継手よりは折り曲げトルク特性に優れたものとなる。しかし、８個とすると、外輪あるいは内輪に設ける直径方向に対応した一対のボール溝の軸線に対する傾き方向が互いに逆方向となるため、これら一対のボール溝を同時加工することができなくて、加工性が悪く、生産性の低下、コスト増を招く。これに対してボールが１０個であると、外輪あるいは内輪に設ける直径方向に対応した一対のボール溝の軸線に対する傾き方向が同じ方向となる。そのため、これら一対のボール溝を同時加工することができて、ボール溝の加工性がよく、生産性に優れ、コスト低下が図れる。
【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１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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