(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２２に外輪１０のトラック溝１４と対をなす複数のトラック溝２４を形成した内輪２０と、外輪１０と内輪２０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３０と、外輪１０の内球面１２と内輪２０の外球面２２間に介在してボール３０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に等距離だけ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２０のトラック溝２４を反開口端側に向けて拡径したテーパ状とし、外輪１０の内球面開口側インロー部１１で対向する箇所に、外輪１０の軸方向に沿うスリット状の凹部１３を外輪１０のトラック溝１４と干渉しないように設ける。【選択図】      図１
2007231975.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保持するケージとを備え、
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に等距離だけ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、
前記外側継手部材の内球面開口側インロー部で対向する少なくとも二箇所に、外側継手部材の軸方向に沿うスリット状の凹部を外側継手部材のトラック溝と干渉しないように設けたことを特徴とする固定式等速自在継手。
【請求項２】
前記対向する二つの凹部の距離Ｌは、前記ケージの最大外径φｄより大きく、かつ、外側継手部材の内球面径φＤより小さくなるように規定され、前記凹部の円周方向幅Ｓは、外側継手部材の内球面開口側インロー部でトラック溝間の円周方向幅Ｗより小さくなるように規定されている請求項１に記載の固定式等速自在継手。
【請求項３】
前記凹部は、外側継手部材の鍛造成形により形成されている請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
【請求項４】
前記ケージの厚肉部の外球面側を軸方向に向けて延在させ、ケージの厚肉部の内球面側を外球面側に向けて拡径するテーパ状とした請求項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１〜４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の中心とを結ぶ線分の長さ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１〜５のいずれか一項に記載の固定式等速自在継手。
【請求項７】
前記ボールの個数を８個とした請求項１〜６のいず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作動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】
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１０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１０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だけ軸方向に逆向きにオフセットされている（ケージオフセット）。
【０００５】
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だけ軸方向に逆向きにオフセットされている（トラックオフセット）。
【０００６】
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（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００７】
前述したトラックオフセットを設けることにより、一対のトラック溝１１４，１２４により、外輪１１０の奥側から開口端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。また、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の奥側で薄肉に、その開口端側で厚肉となる断面形状としている。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。
【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
【特許文献４】特許第３５２３１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
図１１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。
【００１０】
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。
【００１１】
しかしながら、前述したようにトラックオフセットを小さく設定すると、図１１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。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１２に示すように外輪１１０の内球面開口側のインロー径φＤ０をケージ１４０の最外径φｄ０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、耐久性の低下や伝達トルクの損失を招くことになる。
【００１２】
この問題を解消し、強度、耐久性の低下や伝達トルクの損失を招くことなく、ケージを外輪に容易に組み込むことができるようにするための手段として、外輪の内球面の開口側インロー部に凹所を設けたものが提案されている（例えば、特許文献４参照）。このような凹所を設けたことにより、外輪の軸線に対してケージの軸線を直交させた状態でケージを外輪内に容易に挿入することができ、ケージの外輪への組み込み性を改善している。
【００１３】
しかしながら、前述した特許文献４に開示された凹所は、外輪のトラック溝と干渉するように形成されていることから、そのトラック溝の深さが浅くなる。このようにトラック溝の深さが浅くなると、ボールが外輪のトラック溝から乗り上げる可能性がある。このようにボールがトラック溝から乗り上げるまでの余裕量が小さくなり、ひいては継手の強度および耐久性を低下させる可能性がある。
【００１４】
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を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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保持するケージとを備え、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に等距離だけ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、外側継手部材の内球面開口側インロー部で対向する少なくとも二箇所に、外側継手部材の軸方向に沿うスリット状の凹部を外側継手部材のトラック溝と干渉しないように設けたことを特徴とする。
【００１６】
本発明では、外側継手部材の内球面開口側インロー部で対向する少なくとも二箇所に、外側継手部材の軸方向に沿うスリット状の凹部を設けたことにより、ケージを外側継手部材に組み込むに際して、そのケージの最大外径部分を凹部に位置合わせすることで、ケージを外輪に挿入することが容易となる。この時、凹部は軸方向に沿うスリット状であるため、ケージの外側継手部材への挿入がスムーズに行える。また、この凹部は、外側継手部材のトラック溝と干渉しないように設けられているため、トラック溝が浅くなることはなく、ボールがトラック溝から乗り上げるまでの充分な余裕量を確保することができ、強度および耐久性の維持が図れる。
【００１７】
なお、この凹部は、外側継手部材の内球面開口側インロー部で、必要最小限、対向する二箇所に設けておけば、ケージを外側継手部材に挿入することが可能である。
【００１８】
本発明において、対向する二つの凹部の距離Ｌが、ケージの最大外径φｄより大きく、かつ、外側継手部材の内球面径φＤより小さくなるように規定され、凹部の円周方向幅Ｓが、外側継手部材の内球面開口側インロー部でトラック溝間の円周方向幅Ｗより小さくなるように規定されていることが望ましい。
【００１９】
対向する二つの凹部の距離Ｌを、ケージの最大外径φｄより大きく、かつ、外側継手部材の内球面径φＤより小さくなるように規定したのは、ケージを凹部に位置合わせした状態で外側継手部材の内部に挿入可能となるためである。また、凹部の円周方向幅Ｓを、外側継手部材の内球面開口側インロー部でトラック溝間の円周方向幅Ｗより小さくなるように規定したのは、凹部が外側継手部材のトラック溝と干渉しないようにするためである。
【００２０】
本発明における凹部は、外側継手部材の鍛造成形により形成することが望ましい。このようにすれば、凹部を形成するための加工工程を別に設ける必要がないことから、製品のコストアップを招くことはない。
【００２１】
本発明では、ケージの厚肉部の外球面側を軸方向に向けて延在させ、ケージの厚肉部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が望ましい。
【００２２】
このようにケージの厚肉部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。その結果、ボールがケージを開口端側へ押し、そのケージの厚肉部の外球面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。
【００２３】
また、ケージの厚肉部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、内側継手部材に取り付けられたシャフトがケージの厚肉部と干渉しないようにすることができる。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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の中心とを結ぶ線分の長さ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。
【００２７】
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端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端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端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。
【００２８】
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、外側継手部材の反開口端側のケージの肉厚が小さくなり、強度面が問題となる。
【００２９】
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の中心とを結ぶ線分の長さＰＣＲとの比ｆ／ＰＣＲを用いる。
【００３０】
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の中心とを結ぶ線分の長さ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。
【００３１】
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。
【００３２】
なお、本発明は、ボール数が６個あるいは８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れば、固定式等速自在継手のコンパクト化が図れる点で有効である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、外側継手部材の内球面開口側インロー部で対向する少なくとも二箇所に、外側継手部材の軸方向に沿うスリット状の凹部を設けたことにより、その凹部にケージを位置合わせした状態で挿入すれば、そのケージを外側継手部材に容易に組み込むことができ、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。また、この凹部は、外側継手部材のトラック溝と干渉しないように設けられているため、ボールがトラック溝から乗り上げることを抑制することができ、継手の強度および耐久性の維持が図れる。
【００３４】
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】
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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だけ軸方向に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だけ軸方向に逆向きにオフセットさせている（ケージオフセット）。
【００４５】
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。固定式等速自在継手では、作動角θに関わりなく継手中心Ｏは固定されている。
【００４６】
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、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。そして、継手が作動角θをとった状態でトルクを伝達するとき、図２に白抜き矢印で示すように、楔状のトラックの狭い方から広い方へボール３０を押し出そうとする力が作用する。この力によってボール３０からケージ４０のポケット４６の壁面に作用する荷重をポケット荷重と呼ぶ。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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）。
【００５０】
この実施形態の外輪１０は、図４に示すようにその内球面開口側インロー部１１の中心線上で対向する箇所に、外輪１０の軸方向と平行なスリット状の凹部１３を設けている。なお、この実施形態では、外輪１０の内球面開口側インロー部１１の全てのトラック溝１４間に凹部１３を形成しているが、この外輪１０にケージ４０を挿入するためには、二箇所の凹部１３が必要最小限の個数である。
【００５１】
図４（ａ）はケージ４０の外輪１０への組み込み時、ケージ４０を外輪１０に挿入した状態を示し、図４（ｂ）は（ａ）のＡ部分の拡大である。ケージ４０を外輪１０に組み込むに際しては、まず、外輪１０の軸線に対してケージ４０の軸線を直交させた状態で外輪１０内にケージ４０を挿入し、その挿入後、ケージ４０を９０°回転させてその軸線を外輪１０の軸線に一致させるようにしている。
【００５２】
この実施形態のように外輪１０の内球面開口側インロー部１１の中心線Ｍ上で対向する箇所に、外輪１０の軸方向と平行なスリット状の凹部１３を設けておけば、ケージ４０を外輪１０に組み込むに際して、そのケージ４０の最大外径部分、つまり、ポケット４６の厚肉部側の端縁部４５を凹部１３に位置合わせすることで、そのポケット４６の厚肉部側の端縁部４５が外輪１０の内球面開口側インロー部１１に干渉することなく、ケージ４０を外輪１０に挿入することが容易となる。この時、凹部１３は軸方向に沿うスリット状であるため、ケージ４０の外輪１０への挿入がスムーズに行える。なお、ポケット４６の厚肉部側の端縁部４５と凹部１３との位置合わせは、外輪１０の中心線Ｍとケージ４０のポケット中心線Ｎとを所定量、ケージ４０の軸方向にずらせることにより可能である。
【００５３】
図５（ａ）〜（ｃ）は外輪１０およびケージ４０と凹部１３との寸法関係を説明するためのものである。対向する二つの凹部１３の距離Ｌが、ケージ４０の最大外径φｄより大きく、かつ、外輪１０の内球面径φＤより小さくなるように規定され（φｄ＜Ｌ＜φＤ）、凹部１３の円周方向幅Ｓが、外輪１０の内球面開口側インロー部１１でトラック溝１４間の円周方向幅Ｗより小さくなるように規定されている（Ｓ＜Ｗ）。
【００５４】
対向する二つの凹部１３の距離Ｌを、ケージ４０の最大外径φｄより大きく、かつ、外輪１０の内球面径φＤより小さくなるように規定したことにより、ケージ４０を凹部１３に位置合わせした状態で外輪１０の内部に挿入可能となる。また、凹部１３の円周方向幅Ｓを、外輪１０の内球面開口側インロー部１１でトラック溝１４間の円周方向幅Ｗより小さくなるように規定したことにより、凹部１４が外輪１０のトラック溝１４と干渉することはない。このように、凹部１３は、外輪１０のトラック溝１４と干渉しないため、トラック溝１４が浅くなることはなく、ボール３０がトラック溝１４から乗り上げるまでの充分な余裕量を確保することができ、強度および耐久性の維持が図れる。
【００５５】
この凹部１３は、外輪１０の鍛造成形時に同時に形成すればよい。このようにすれば、凹部１３を形成するための加工工程を別に設ける必要がないことから、製品のコストアップを招くことはない。また、凹部１３をスリット状とした理由は次のとおりである。つまり、外輪１０の内球面開口側インロー部１１の全周に亘ってその径を大きくすると、ケージ４０の外輪１０への挿入は容易となって組み込み性は改善されるが、ケージ４０との接触面積が大幅に減少するため、両者の接触面圧が大きくなり、発熱し易く、耐久性が著しく低下する可能性があるためである。
【００５６】
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。
【００５７】
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６参照）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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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６参照）。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】
2007231975.tif 000003
【００６１】
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。
【００６２】
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７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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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８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８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。
【００６８】
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°
【００６９】
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。
【００７０】
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９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。
【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】（ａ）はケージを外輪に組み込む要領を説明するためのもので、外輪を開口側から見た側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部分を示す拡大図である。
【図５】（ａ）は図１の外輪を示す断面図、（ｂ）は図１の外輪を開口側から見た側面図、（ｃ）は図１のケージを示す断面図である。
【図６】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７】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８】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９】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１０】固定式等速自在継手の従来例を示す断面図である。
【図１１】図１０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１２】（ａ）は図１０の外輪を開口側から見た側面図、（ｂ）は図１０の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  内球面開口側インロー部
１２  外側継手部材（外輪）の内球面
１３  凹部
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
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】
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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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