(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  内球面２１に複数のトラック溝２２を形成した外輪２５と、外球面に複数のトラック溝を形成した内輪と、外輪２５と内輪間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外輪２５と内輪間に介在してボールを保持するケージ３０とを備え、外輪２５のトラック溝２２の開口側溝底をテーパ状にすると共に内輪のトラック溝の奥側溝底をテーパ状とし、ケージ３０の外球面中心と内球面中心および外輪２５と内輪のトラック溝２２の曲率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３０のポケット３３の開口端側に位置する外球面３２を部分的にカットし、かつ、その平坦状のカット面４０におけるケージ３０の外径φｄ１を外輪２５のインロー径φＤ１よりも小さく設定する。【選択図】    図６
2007024106.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ポケットを有するケージとを備え、
前記外側継手部材のトラック溝の開口側溝底を、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奥側溝底を、その奥端に向けて直線的に拡径したテーパ状とし、
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、かつ、外側継手部材のトラック溝の曲率中心と内側継手部材のトラック溝の曲率中心は継手中心に対してケージオフセット量だけオフセットされ、
前記ケージの少なくとも対向する二つのポケットの前記開口端側に位置する外球面を部分的にカットし、かつ、そのカット部分におけるケージの外径を外側継手部材のインロー径よりも小さく設定したことを特徴とする固定型等速自在継手。
【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に記載の固定型等速自在継手。
【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に記載の固定型等速自在継手。
【請求項４】
前記ケージの円周方向に沿って形成され、かつ、前記ボールを収容するポケットのケージ内球面側あるいはケージ外球面側の少なくともいずれか一方のエッジ部を球面Ｒ形状とした請求項１〜３のいずれか一項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項５】
前記ケージの円周方向に沿って形成され、かつ、前記ボールを収容するポケットの薄肉側隅部の曲率半径を、その厚肉側隅部の曲率半径より大きく、かつ、ボールの半径より小さく設定した請求項１〜４のいずれか一項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項６】
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１〜５のいずれか一項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項７】
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１〜６のいずれか一項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項８】
前記外側継手部材の開口端側にケージの厚肉側を位置させた請求項１〜７のいずれか一項に記載の固定型等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固定型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型の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型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、固定型等速自在継手は、図１８に示すように内球面１に複数のトラック溝２を円周方向等間隔に軸方向に沿って開口端３に向けて形成した外側継手部材としての外輪５と、外球面６に外輪５のトラック溝２と対をなす複数のトラック溝７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８と、外輪５のトラック溝２と内輪８のトラック溝７との間に介在してトルクを伝達する複数のボール９と、外輪５の内球面１と内輪８の外球面６との間に介在してボール９を保持するケージ１０とを備えている。
【０００４】
前述した高角化のニーズに対する固定型等速自在継手は、大きな作動角を取り得る構造とするため、図１８に示すようにケージ１０の内球面１１の曲率中心Ｏ３と、外球面１２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）。また、外輪５のトラック溝２の曲率中心Ｏ１および内輪８のトラック溝７の曲率中心Ｏ２は、外輪５の内球面１の曲率中心Ｏ４および内輪８の外球面６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）。内輪８の外球面６の曲率中心Ｏ３と、外輪５の内球面１の曲率中心Ｏ４は、それぞれケージ１０の内外球面１１，１２の曲率中心と一致している。（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
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２，７により、外輪５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１０は、外輪５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。この固定型等速自在継手では、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１０の厚肉部を外輪５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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述した各特許文献１〜３に開示された固定型等速自在継手では、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。
【０００７】
図１９は、継手が最大作動角θをとった状態、つまり、外輪５の回転軸Ｘと内輪８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５のトラック溝２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９が最も奥側に位置する位相（位相角φ＝１８０°）でそのボール９が外輪５のトラック溝２から乗り上げる可能性がある。
【０００８】
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５のトラック溝２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２の最奥部に位置するボール９の乗り上げを抑制するようにしている。
【０００９】
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１９に示すように外輪５がケージ１０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５の内球面１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５にケージ１０を容易に組み込むためには、図２０（ａ）（ｂ）に示すように外輪５のインロー径φＤ０をケージ１０の最外径φｄ０以上に設定すればよいが、その場合、外輪５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。
【００１０】
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、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した固定型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】
【００１１】
前記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、外側継手部材のトラック溝の開口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奥側溝底をその奥端に向けて直線的に拡径したテーパ状とし、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、かつ、外側継手部材のトラック溝の曲率中心と内側継手部材のトラック溝の曲率中心は継手中心に対してケージオフセット量だけオフセットされた固定型等速自在継手において、ケージの少なくとも対向する二つのポケットの前記開口端側に位置する外球面を部分的にカットし、かつ、そのカット部分におけるケージの外径を外側継手部材のインロー径よりも小さく設定したことを特徴とする。
【００１２】
本発明では、ケージの少なくとも対向する二つのポケットの開口端側に位置する外球面を部分的にカットする。この場合、等速自在継手が最大作動角をとった状態、つまり、外側継手部材の回転軸と内側継手部材の回転軸とが最大角度をとった状態で、ボールとの接触点を確保できる程度までポケットの開口端側に位置する外球面を部分的にカットする。
【００１３】
ここで、ボールとの接触点を確保できる程度とは、等速自在継手が最大作動角をとった状態で、ボールが最も飛び出そうとする位相（位相角φ＝０°）においても、ケージのポケットからボールが飛び出すことを防止できる程度を意味する。また、ケージの少なくとも対向する二つのポケットについて部分的なカットを行えばよいが、対向する全てのポケットについて部分的なカットを行ってもよい。少なくとも対向する二つのポケットとしたのは、ケージを外側継手部材に組み込む場合、外側継手部材の軸線に対してケージの軸線を直交させた状態で外側継手部材内にケージを挿入し、その挿入後、ケージを９０°回転させてその軸線を外側継手部材の軸線に一致させるため、ケージの挿入に際して、対向する二つのポケットについて部分的なカットがなされ、そのカット部分におけるケージの外径を外側継手部材のインロー径よりも小さく設定されていれば、ケージを外側継手部材内に挿入することが可能となるためである。
【００１４】
本発明では、ケージの少なくとも対向する二つのポケットの開口端側に位置する外球面を部分的にカットし、かつ、そのカット部分におけるケージの外径を外側継手部材のインロー径よりも小さく設定したことにより、ケージの強度を確保しつつ、従来よりもケージの最外径を小さくすることができ、ひいては外側継手部材のインロー径を小さくすることができるので、外側継手部材における抱き角（球面角）が小さくならないことから、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なく、ケージの外側継手部材への組み込みが容易となる。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
一方、この等速自在継手に許容レベルを超えるトルクが動的捩りモードで負荷されると、外側継手部材および内側継手部材のトラック溝が変形し、そのトラック溝エッジが盛り上がる。この盛り上がりがケージ球面に干渉し、ケージの動きを拘束する。その際、ケージの円周方向に沿って形成され、かつ、ボールを収容するポケットのエッジ部に割れや欠け等が発生する可能性がある。
【００１９】
そこで、本発明では、前述の構成におけるポケットのケージ内球面側あるいはケージ外球面側の少なくともいずれか一方のエッジ部を球面Ｒ形状とすることが望ましい。主に内側継手部材のトラック溝エッジでの盛り上がりがケージの内球面に干渉し易いことから、ポケットのケージ内球面側のエッジ部を球面Ｒ形状とすることが好ましいが、ポケットのケージ外球面側のエッジ部も球面Ｒ形状としてもよく、ポケットのケージ内球面側およびケージ外球面側の両方のエッジ部を球面Ｒ形状とすれば最適である。なお、「球面Ｒ形状」とは、ケージの内球面あるいは外球面とポケットの端面とを滑らかに繋ぐ球面状の連続曲面を意味する。
【００２０】
このようにポケットのケージ内球面側あるいはケージ外球面側のエッジ部を球面Ｒ形状とすれば、トラック溝エッジの盛り上がりがケージ球面に干渉しても、ポケットのエッジ部に割れや欠け等が発生しにくくなり、ケージの強度を確保することができる。
【００２１】
また、トラック溝エッジの盛り上がりがケージ球面に干渉することにより、ケージの動きが拘束されると、ポケットの薄肉側隅部に応力が集中する。
【００２２】
そこで、本発明では、前述した構成におけるポケットの薄肉側隅部の曲率半径を、その厚肉側隅部の曲率半径より大きく、かつ、ボールの半径より小さく設定することが望ましい。
【００２３】
このようにポケットの薄肉側隅部の曲率半径を、その厚肉側隅部の曲率半径より大きく、かつ、ボールの半径より小さくすれば、前述したようにトラック溝エッジの盛り上がりがケージ球面に干渉しても、ポケットの薄肉側隅部への応力集中を緩和することができ、薄肉側隅部と厚肉側隅部での応力バランスを最適化することができ、その結果、ケージの強度を確保することができる。
【００２４】
なお、ポケットの薄肉側隅部の曲率半径が、その厚肉側隅部の曲率半径以下であれば、ポケットの薄肉側隅部への応力集中を緩和することが困難となり、また、ポケットの薄肉側隅部の曲率半径がボール半径以上であれば、ポケット間の柱部にボールが接触した時に薄肉側隅部がボールに干渉することになる。
【００２５】
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、この固定型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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、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０．１２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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、ケージオフセットの大きな目的は、外側継手部材と内側継手部材のトラック溝中心を軸方向にオフセットさせることにより、ボールの位置を安定させて二等分面上にボールを保持させることであり、このオフセットがないと、ボールの位置が定まらないことから、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。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、ケージの少なくとも対向する二つのポケットの開口端側に位置する外球面を部分的にカットし、かつ、そのカット部分におけるケージの外径を外側継手部材のインロー径よりも小さく設定したことにより、ケージの強度を確保しつつ、従来よりもケージの最外径および外側継手部材のインロー径を小さくすることができるので、外側継手部材における抱き角（球面角）が小さくならないことから、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なく、ケージを外側継手部材に容易に組み込むことができ、等速自在継手の品質の向上および組立性の向上が同時に図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明に係る固定型等速自在継手の実施形態を以下に詳述する。
【００３５】
図１に示す実施形態の等速自在継手は、内球面２１に複数のトラック溝２２を円周方向等間隔に軸方向に沿って開口端２３に向けて形成したマウス部２４を有する外側継手部材である外輪２５と、外球面２６に外輪２５のトラック溝２２と対をなす複数のトラック溝２７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である内輪２８と、外輪２５のトラック溝２２と内輪２８のトラック溝２７間に介在してトルクを伝達する複数のボール２９と、外輪２５の内球面２１と内輪２８の外球面２６との間に介在して各ボール２９を保持するケージ３０とを備えている。複数のボール２９は、ケージ３０に形成されたポケット３３に収容されて円周方向等間隔に配置されている。
【００３６】
前述の外輪２５のマウス部２４から一体的に延びるステム部（図示せず）に例えば従動軸（図示せず）が連設され、内輪２８に駆動軸（図示せず）がセレーション等で結合されることにより、それら従動軸と駆動軸間で作動角度変位を許容しながらトルク伝達が可能な構造となっている。
【００３７】
外輪２５の各トラック溝２２は、その開口側溝底を外輪２５の開口端２３に向けて直線的に拡径させたテーパ状としている。つまり、トラック溝２２は、マウス部２４の奥側での円弧底２２ａと、マウス部２４の開口側でのテーパ底２２ｂとを有する。一方、内輪２８の各トラック溝２７は、その奥側溝底を内輪２８の奥端に向けて直線的に拡径させたテーパ状としている。つまり、トラック溝２７は、マウス部２４の開口側での円弧底２７ａと、マウス部２４の奥側でのテーパ底２７ｂとを有する。
【００３８】
ここで、図１は作動角が０°の状態、図２は作動角が最大作動角θの状態を示している。作動角とは、外輪２５の回転軸Ｘと内輪２８の回転軸Ｙとがなす角度を意味する。また、外輪２５の回転軸Ｘと内輪２８の回転軸Ｙが０°以外のある作動角をとったとき、両回転軸Ｘ，Ｙのなす角度θの二等分線に垂直な平面を継手中心面Ｐと称する。作動角θをとったとき、すべてのボール２９が継手中心面Ｐ上にあれば、ボール中心から両回転軸Ｘ，Ｙまでの距離が相等しく、従って、両回転軸Ｘ，Ｙ間で等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。固定型等速自在継手では、作動角θに関わりなく継手中心Ｏは固定されている。
【００３９】
図３は、（ａ）に実施形態のケージ３０を示し、このケージ３０と比較するため、（ｂ）に従来のケージ１０（図１８参照）を示す。また、図４は、図３（ａ）に示す実施形態のケージ３０の左側面図であり、図５は図４の断面図である。
【００４０】
この実施形態のケージ３０は、ポケット３３の開口端側に位置する外球面３２を部分的にカットし、かつ、その平坦状のカット面４０におけるケージ３０の外径φｄ１を外輪２５のインロー径φＤ１（図２参照）よりも小さく設定している。図２に示すように外輪２５の回転軸Ｘと内輪２８の回転軸Ｙとが最大作動角θをとった状態で、ボール２９との接触点を確保できる程度までポケット３３の開口端側に位置する外球面３２を部分的にカットすればよい。ここで、ボール３３との接触点を確保できる程度とは、等速自在継手が最大作動角θをとった状態で、ボール２９が最も飛び出そうとする位相（位相角φ＝０°）においても、ケージ３０のポケット３３からボール２９が飛び出すことを防止できる程度を意味する。
【００４１】
この実施形態では、図４および図５に示すように円周方向に等間隔に配置されたポケット３３の全てについてカット面４０を形成しているが、必ずしも全てのポケット３３について形成する必要はなく、少なくとも対向する二つのポケット３３についてカット面４０を形成するだけであってもよい。
【００４２】
少なくとも対向する二つのポケット３３としたのは、図６に示すようにケージ３０を外輪２５に組み込む場合、外輪２５の軸線に対してケージ３０の軸線を直交させた状態で外輪２５内にケージ３０を挿入し、その挿入後、ケージ３０を９０°回転させてその軸線を外輪２５の軸線に一致させるため、ケージ３０の挿入に際して、対向する二つのポケット３３について部分的なカットがなされ、その平坦状のカット面４０におけるケージ３０の外径φｄ１を外輪２５のインロー径φＤ１よりも小さく設定されていれば、ケージ３０を外輪２５内に挿入することが可能となるためである。
【００４３】
この実施形態のようにケージ３０のポケット３３の開口端側に位置する外球面３２を部分的にカットし、かつ、その平坦状のカット面４０におけるケージ３０の外径φｄ１を外輪２５のインロー径φＤ１よりも小さく設定すれば、ケージ３０の強度を確保しつつ、従来よりもケージ３０の外径φｄ１（＜従来のケージ１０の最外径φｄ０）を小さくすることができ、ひいては外輪２５のインロー径φＤ１（＜従来の外輪５のインロー径φＤ０）を小さくすることができるので、外輪２５における抱き角（球面角）γ（図２参照）が小さくならないことから、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なく、ケージ３０の外輪２５への組み込みが容易となる。
【００４４】
また、このケージ３０は、図３（ａ）（ｂ）に示すように従来品よりも、その外球面３２の開口側端部を軸方向に向けて延在させ、内球面３１の開口側端部を外球面３２の開口側端部に向けて拡径するテーパ面３４を形成している。このケージ３０の開口側端部では、図２に示すように外輪２５と内輪２８が最大作動角θをとった状態で、内輪２８にセレーション嵌合で取り付けられたシャフト５０がケージ３０の開口側端部と干渉しない程度にその外球面３２の開口側端部を延在させる。
【００４５】
シャフト５０がケージ３０の開口側端部と干渉しない程度までケージ３０の外球面３２の開口側端部を延在させる場合、ケージ３０の内球面３１の開口側端部に位置するテーパ面３４のテーパ角度θ／２を、外輪２５と内輪２８がなす最大作動角θの半分以上とすることが望ましい。このようにテーパ面３４のテーパ角度θ／２を最大作動角θの半分以上とすれば、高角域においてもケージ３０の外球面３２と外輪２５の内球面２１との接触面積を確保することができる。なお、このテーパ角度θ／２が最大作動角θの半分よりも小さければ、シャフト５０がケージ３０の開口側端部と干渉することになる。
【００４６】
このように高角域においてもケージ３０の外球面３２と外輪２５の内球面２１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θをとった時に、ボール２９がケージ３０を開口側へ押し、そのケージ３０の外球面３２の開口側端部と外輪２５の内球面２１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３０の剛性を最大限に確保することができるので、ケージ３０自体の強度も向上する。
【００４７】
図７は、前述したケージ３０において、ポケット３３のケージ内球面３１とポケット端面３９とを繋ぐエッジ部３５を球面Ｒ形状とした実施形態を示す。この球面Ｒ形状は、ケージ３０の内球面３１とポケット３３の端面３９とを滑らかに繋ぐ球面状の連続曲面である。ケージ内球面側のエッジ部３５はポケット３３の開口縁全周に亘って形成されている。なお、図８は、ポケット３３のケージ内球面側のエッジ部３５を球面Ｒ形状とすると共にそのケージ外球面側のエッジ部３６も球面Ｒ形状とした実施形態を示す。このケージ外球面側のエッジ部３６についても、その球面Ｒ形状は、ケージ３０の外球面３２とポケット３３の端面３９とを滑らかに繋ぐ球面状の連続曲面であり、ポケット３３の開口縁全周に亘って形成されている。
【００４８】
このようにポケット３３のケージ内球面側あるいはケージ外球面側のエッジ部３５，３６を球面Ｒ形状とすれば、等速自在継手に許容レベルを超えるトルクが動的捩りモードで負荷された場合、外輪２５および内輪２８のトラック溝エッジの盛り上がりがケージ３０の内球面３１および外球面３２に干渉しても、ポケット３３のエッジ部３５，３６に割れや欠け等が発生しにくくなり、ケージ３０の強度を確保することができる。
【００４９】
ケージ３０は、後述するようにケージオフセットを設けることにより、外輪２５の開口端側に向けて厚肉で、その奥側に向けて薄肉となった形状を有する。このケージ３０において、図９に示すようにポケット３３の薄肉側隅部３７の曲率半径を、その厚肉側隅部３８の曲率半径より大きく、かつ、ボール２９の半径より小さく設定する。なお、ポケット３３の薄肉側隅部３７の曲率半径とその厚肉側隅部３８の曲率半径とを比較し易くするため、図１０にポケット形状を平面的に示す。図１１は、ポケット３３の薄肉側隅部３７の曲率半径を、厚肉側隅部３８の曲率半径と同一にした最小値Ｒminに設定した場合を示し、また、図１２は、ポケット３３の薄肉側隅部３７の曲率半径を、ボール２９の半径と同一にした最大値Ｒmaxに設定した場合を示す。
【００５０】
このようにポケット３３の薄肉側隅部３７の曲率半径を、その厚肉側隅部３８の曲率半径より大きく、かつ、ボール２９の半径より小さくすることで、前述したようにトラック溝エッジの盛り上がりがケージ３０の内球面３１および外球面３２に干渉することによりケージ３０の動きが拘束されても、ポケット３３の薄肉側隅部３７へ応力が集中することを緩和でき、薄肉側隅部３７と厚肉側隅部３８での応力バランスを最適化することができ、その結果、ケージ３０の強度を確保することができる。
【００５１】
ＦＥＭ解析によれば、ポケット３３の薄肉側隅部３７の曲率半径を大きくすれば、その部位に発生する応力が減少し、厚肉側隅部３８の応力値に近づくことから、最適な応力バランスとなり、トラック溝エッジの盛り上がりがケージ３０の内球面３１および外球面３２に干渉してケージ３０を拘束しても、ケージ３０が破損するまでの余裕代が増えることから、高角域における継手の強度を確保することができる。
【００５２】
図１３は、外輪２５および内輪２８のそれぞれのトラック溝２２，２７の形状、トラックオフセットおよびケージオフセットを説明するため、図１の拡大断面（ハッチングは省略）を示す。
【００５３】
この実施形態の等速自在継手では、大きな作動角を取り得る構造とするため、ケージ３０の内球面３１の曲率中心Ｏ３と、外球面３２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）。また、外輪２５のトラック溝２２の曲率中心Ｏ１と、内輪２８のトラック溝２７の曲率中心Ｏ２とは、外輪２５の内球面２１の曲率中心Ｏ４と内輪２８の外球面２６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）。内輪２８の外球面２６の曲率中心Ｏ３と、外輪２５の内球面２１の曲率中心Ｏ４はそれぞれケージ３０の内外球面３１，３２の曲率中心と一致している。
【００５４】
このようにして、一対のトラック溝２２，２７により、外輪２５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。各ボール２９は一対のトラック溝２２，２７間に転動可能に組み込まれており、外輪２５と内輪２８が作動角θをとった状態でトルクを伝達するとき、楔状のボールトラックの間隔の広い方へ移動させようとする軸方向の力を受ける。
【００５５】
外輪２５と内輪２８が最大作動角θをとったとき、外輪２５のマウス部２４の開口端２３からボール２９が飛び出すことを防止するため、ケージ３０のポケット３３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、作動角０°におけるボール２９の中心軌跡半径値、すなわち、外輪２５のトラック溝２２の曲率中心Ｏ１または内輪２８のトラック溝２７の曲率中心Ｏ２とボール２９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２５および内輪２８の両トラック溝２２，２７をテーパ状とすれば、最大作動角の高角化と共に、外輪２５のトラック溝２２におけるボール２９との接触長さを確保することができるので、外輪２５と内輪２８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２９が最も飛び出そうとする位相（位相角φ＝０°）（図２および図１４参照）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２５と内輪２８の高角域での作動において有利である。ここで、トラック荷重とポケット荷重とは、接触するボール２９からトラック溝２２，２７またはポケット３３が受ける荷重を意味する。
【００５７】
また、ケージ３０の外球面３２は外輪２５の内球面２１に接触案内され、ケージ３０の内球面３１は内輪２８の外球面２６に接触案内され、トルク伝達時にケージ３０と外輪２５または内輪２８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、外輪２５については、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】
本出願人は、外輪２５および内輪２８の両トラック溝２２，２７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２２，２７のテーパ角度α（図１および図１３参照）の範囲を絞り込んで最適設定した。
【００５９】
まず、トラック溝２２，２７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２９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２９の位相、つまり、ボール２９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２および図１４参照）。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。
【００６０】
【表１】
2007024106.tif 000003
【００６１】
上表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２９が最も奥に入る位相（位相角φ＝１８０°付近）で外輪２５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２９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２５の開口端２３でありその肉厚が小さくなるため、トラック溝２２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１５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。つまり、トラックオフセットを設けていると、外輪２５の奥側に位置する円弧底２２ａ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２２の最奥部に位置するボール２９の乗り上げが生じる可能性がある。
【００６４】
そこで、外輪２５のトラック溝２２の曲率中心Ｏ１をその内球面２１の曲率中心Ｏ４に一致させ、かつ、内輪２８のトラック溝２７の曲率中心Ｏ２をその外球面２６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２５の奥側に位置する円弧底２２ａ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２２の最奥部に位置するボール２９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２９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２９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１６の斜線領域内に設定されていれば、ボール２９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１６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２９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（但し、作動角は０°とする。）
テーパ角度α：１°≦α≦１２°
【００６９】
また、この実施の形態では、ボール２９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３０の肉厚部を外輪２５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、ボール２９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１７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】本発明に係る固定型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、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３】（ａ）は図１の等速自在継手におけるケージを示す断面図、（ｂ）は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。
【図４】図３（ａ）に示すケージの左側面図である。
【図５】図４の断面図である。
【図６】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である。
【図７】ポケットのケージ内球面側のエッジ部を球面Ｒ形状とした実施形態を示すケージの断面図である。
【図８】ポケットのケージ内球面側のエッジ部およびケージ外球面のエッジ部を球面Ｒ形状とした実施形態を示すケージの断面図である。
【図９】ポケットのケージ内球面側のエッジ部およびケージ外球面のエッジ部を球面Ｒ形状とし、ポケットの薄肉側隅部の曲率半径を厚肉側隅部よりも大きくした実施形態を示すケージの断面図である。
【図１０】ポケットの薄肉側隅部および厚肉側隅部を示す部分拡大平面図である。
【図１１】ポケットの薄肉側隅部を最小曲率半径とした場合を示す部分拡大平面図である。
【図１２】ポケットの薄肉側隅部を最大曲率半径とした場合を示す部分拡大平面図である。
【図１３】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１４】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１５】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１６】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１７】基本トルク負荷時の０°位相荷重を示す特性図である。
【図１８】固定型等速自在継手の従来例を示す断面図である。
【図１９】図１８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２０】（ａ）は図１８の外輪を開口側から見た側面図、（ｂ）は図１８のケージを示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
２１  外側継手部材（外輪）の内球面
２２  外側継手部材（外輪）のトラック溝
２３  開口端
２５  外側継手部材（外輪）
２６  内側継手部材（内輪）の外球面
２７  内側継手部材（内輪）のトラック溝
２８  内側継手部材（内輪）
２９  ボール
３０  ケージ
３１  ケージの内球面
３２  ケージの外球面
３３  ポケット
３４  テーパ面
３５，３６  エッジ部
３７  薄肉側隅部
３８  厚肉側隅部
４０  カット部分（カット面）
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
α  トラック溝のテーパ角度
θ／２  ケージの内球面の開口側端部のテーパ角度
φｄ１  ケージの外径
φＤ１  外輪のインロー径
【図１】
2007024106.tif 000004
【図２】
2007024106.tif 000005
【図３】
2007024106.tif 000006
【図４】
2007024106.tif 000007
【図５】
2007024106.tif 000008
【図６】
2007024106.tif 000009
【図７】
2007024106.tif 000010
【図８】
2007024106.tif 000011
【図９】
2007024106.tif 000012
【図１０】
2007024106.tif 000013
【図１１】
2007024106.tif 000014
【図１２】
2007024106.tif 000015
【図１３】
2007024106.tif 000016
【図１４】
2007024106.tif 000017
【図１５】
2007024106.tif 000018
【図１６】
2007024106.tif 000019
【図１７】
2007024106.tif 000020
【図１８】
2007024106.tif 000021
【図１９】
2007024106.tif 000022
【図２０】
2007024106.tif 000023