(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に内方に延びかつ周方向に沿って等間隔に形成された複数本の外方湾曲ボール軌道（２１）を備えた外方継手部材（１１）と、長手方向に外方に延びる湾曲した内方ボール軌道（２２）を備えた内方継手部材（１２）と、互いに連係する外方および内方ボール軌道内に各々案内される複数のトルク伝達ボール（１５）と、ボール（１５）をそれぞれ受容する複数のケージ窓（１４）を備えたボールケージ（１３）とを有しており、
トルク伝達時における外方および内方ボール軌道（２１，２２）とトルク伝達のためのボールの双方の接触点におけるボールに対する正接面が交わる角度を空間制御角度（Ｋ）と規定し、かかる接触点におけるボールと各軌道との瞬間的局部相対速度の和を転動誤差（Δｖ）と規定する、固定継手型の等速自在ボール継手において、
前記外方および内方継手部材が一直線に整列された状態にあるとき、互いに連係する外方および内方ボール軌道の中心線が、前記内方継手部材および前記外方継手部材の互いに一致した中心軸線に沿った基準軸線ＹＺで画成される基準軸方向平面ＡＡに対して周方向にずれた位置で該平面ＡＡに平行に伸びる軸方向平面ＢＢ内に各々位置決め（図２ａ）され、
前記継手の屈曲した状態において、前記ボール軌道を極小の空間制御角度Ｋを実質的に零である極小の転動誤差Δｖの生じる領域と２箇所で一致するように成したことを特徴とする固定継手型の等速自在ボール継手。
【請求項２】
前記継手が一直線に整列された状態にあるとき、ボールの転動円Ｒ０が、基準軸ＹＺが画成する基準軸方向平面ＡＡに対して接触角度δを以って伸びる半径方向線が横切る点と略同一点において軸方向平面ＢＢを横切っており、前記接触角度δが、ボールにおける支持力の有効線と一直線に整列された継手を通る横断面において、ボールの中心点を通る前記半径方向線との間の角度として規定される（図３）ことを特徴とする請求項１に記載の固定継手型の等速自在ボール継手。
【請求項３】
前記継手が一直線に整列された状態にあるとき、互いに連係する前記外方と内方ボール軌道の中心線が一致した曲率中心点Ｍ１を有する円弧を形成している（図３）ことを特徴とする請求項１又は２に記載の固定継手型の等速自在ボール継手。
【請求項４】
前記継手が一直線に整列された状態にあるとき、互いに連係する前記外方および内方ボール軌道の中心線が、中央領域において、各々、円弧部分を構成し、この円弧の中心点Ｍ３が一直線に整列された継手の中央面（転動円面）に対して軸方向に相互に反対方向にずれていると同時に前記内方継手部材および前記外方継手部材の一致する中心軸線に対して半径方向にずれている（図４）ことを特徴とする請求項１又は２に記載の固定継手型の等速自在ボール継手。
【請求項５】
領域ＩＶにおける軌道円弧部分が、一端で、最大半径を有する一端における領域Ｉの軌道円弧部分に正接して続く中心線に対してほぼ６〜８°の角度に亘る隣接する直線領域ＩＩＩに続き、他端における前記領域Ｉと同じ最大径を有する領域ＩＩにおいて正接する軌道円弧部分が直接続き、かつ、ほぼ１０〜１５°の角度をカバーしている（図４）ことを特徴とする請求項４に記載の固定継手型の等速自在ボール継手。
【請求項６】
半径Ｒ１I，Ｒ１IIを有する両端に位置する２つの軌道円弧部分が一直線に整列された継手の中央面（転動円面）において共通の中心点Ｍ１を有しかつそれらの長さが他の中間に位置する軌道の半径より長い（図４）ことを特徴とする請求項５に記載の固定継手型の等速自在ボール継手。
【請求項７】
直線および軌道円弧部分からなる中心線が、多項式近似によって、近似的に示されることを特徴とする請求項１〜６の内の何れか１項に記載の固定継手型の等速自在ボール継手。
【請求項８】
強制的な制御用のボールケージがパイロットレバーと協働し、このパイロットレバーが前記外方継手部材の中心軸線上のおよび前記内方継手部材の中心軸線上の連接点を含んでおりそしてそれらの連結点の間に位置決めされる制御点によって、前記ボールケージに作用する（図７）ことを特徴とする請求項１〜８の内の何れか１項に記載の固定継手型の等速自在ボール継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長手方向に内方に延びかつ周方向に沿って等間隔に形成された複数本の外方湾曲ボール軌道を備えた外方継手部材と、長手方向に外方に延びる湾曲した内方ボール軌道を備えた内方継手部材と、互いに連係する外方および内方ボール軌道内に各々案内される複数のトルク伝達ボールと、ボールをそれぞれ受容する複数のケージ窓を備えたボールケージとを有しており、トルク伝達時における外方および内方ボール軌道とトルク伝達のためのボールの双方の接触点におけるボールに対する正接面が交わる角度を空間制御角度Ｋと規定し、かかる接触点におけるボールと各軌道との瞬間的局部相対速度の和を転動誤差Δｖと規定する、固定継手型の等速自在ボール継手に関する。
【０００２】
【従来技術】
すでに公知のかつ製造された等速自在ボール継手は、連接角度が大きくなると負荷支持能力が極端に低下する性質を有している。場合によっては、かかる継手は大きな連接角度において引掻き騒音を発生する。この騒音はボールとボール軌道との間の摺動摩擦に起因すると考えられ、その摺動摩擦は各等速ボール継手に存在する転動誤差が原因となって発生する。考慮されるべきことは、個々のボールに加わる負荷並びに個々のボールの転動誤差は継手の回転の間中かなり変化し、かつ通常の力が働く連接状態において、最大のボール負荷は、同時に大きな転動誤差が発生するほぼ最小の制御角度で保持されている内方および外方ボール軌道とボールとの接触点において発生するということである。結果として、通常の大きな力の伝達時においても、かかる接触点において高い摺動比率が発生し、従って大きな摩擦エネルギ損失を発生する。大きな摩擦エネルギ損失は、高い温度およびそれに伴う引っ掻き騒音を発生して他の欠点を発生する。
【０００３】
ボールがケージに保持されずかつ外方継手部材および内方継手部材（ボールハブ）のボール軌道とボールとの接触点において摺動を生じない状態でボール中心がケージ平面から外れる時の瞬間的運動の速度成分を転動誤差Δｖ＝０と見なすことができる。
【０００４】
等速継手が連接状態にあるとき、ボールは、転動誤差Δｖが存在する結果として、通常、ケージ平面から逃れようとする傾向を有している。この傾向はボール軌道に対する転動傾向に対してケージを移動することによってボールを移動させて相殺せねばならない。
【０００５】
ボールは、転動誤差Δｖが０である場合のみ、ケージの作用なしに連接角度二等分平面内に留まる。後者の条件下において、ボールはケージの２等分平面内の位置に留まりながらボール軌道上の２つの接触点において回転する。
【０００６】
転動誤差Δｖは継手構成要素の軸線を通って延びる継手連接面に対するボールのそれぞれの位相角度θに依存している。それによりボールがその固有の一致のケージ平面に留まる０に等しいΔｖの転動条件は、２つの位相位置においてのみ各ボールによって合致させられる。
【０００７】
他のすべての位相角度において、ケージはケージ平面内にボールを保持しなければならず、ボールはボール軌道上の接触点で摺動する。
【０００８】
ケージによるボールに作用する支持力によって取られるコースはまた位相角度θの関数として変化する。前記支持力は一定角度δにおいてボールに作用している通常の力である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の継手の欠点は、大きな支持力を持つ領域において、かなりの転動誤差が発生するということである。大きな転動誤差、すなわち、大きな支持力と結合される大きな摺動比率は結果として大きな摩擦力を生じ、したがって、大きな磨耗を生じるだけでなく、内方継手の負荷能力、とくにケージの最大負荷能力を低下させる。
従って、本発明の目的は、連接状態により減少された摩擦力かつしたがって耐磨耗性に優れかつ高いトルク伝達能力を有することによって特徴付けられる固定継手型の等速自在ボール継手を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記した目的は、前記外方および内方継手部材が一直線に整列された状態にあるとき、互いに連係する外方および内方ボール軌道の中心線が、前記内方継手部材および前記外方継手部材の互いに一致した中心軸線に沿った基準軸線ＹＺで画成される基準軸方向平面ＡＡに対して周方向にずれた位置で該平面ＡＡに平行に伸びる軸方向平面ＢＢ内に各々位置決めされ、前記継手の屈曲した状態において、前記ボール軌道を極小の空間制御角度Ｋを実質的に零である極小の転動誤差Δｖの生じる領域と２箇所で一致するように成したことにより，最小の空間制御角度で発生される高い支持力がボールのほぼ純粋な転動運動の周期中発生するようになされる。
【００１１】
好都合な設計およびさらに他の実施例は、その内容が本書において言及される従属の請求項に記載される。
本発明による解決の好適な実施例を従来技術および図面を参照して以下で説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１のａ）およびｂ）の２つの図面を参照して説明する。等速自在ボール継手は外方継手部材１１、ボールハブとして同様に言及される内方継手部材１２、ケージ窓１４、ならびにこのケージ窓に保持されるボール１５からなっている。ボールは外方継手部材の外方ボール軌道２１および内方継手部材の内方ボール軌道２２に係合している。平面Ａにおいて、ボールは下方切り落としなしで、その結果継手はＵＦ（アンダーカットフリー）継手として言及される。ケージの外方球状面２３は外方継手部材１１の内方球状面２４内に案内されており、その結果継手は固定継手中心点Ｍのまわりに枢動する固定継手を形成する。同様に、内方継手部材の球状外方面２５はボールケージの球状内方面２６内に案内されている。歯付きジャーナル２７が外方継手部材１１に取着される。内方継手部材１２は軸を挿入するための歯付き内方開口２８を有している。
【００１３】
図２のａ）およびｂ）は、位相角度θにおいて連接された継手の仮想継手連接平面ＸＺから見た種々の位相位置におけるボール（より詳細には言及されていない）を示している。図示のボールは特別な方法により相互に連係していると言うことではなく、ここでは説明上、個々に独立しており、多数の継手ボールの機能を規制するようなケージによって拘束された実際の状態を示しておらず、継手が連接した状態において回転している状態を想定して異なる位相位置におけるボール１個づつをほぼ円形の軌道上に同時に示したものと解されねばならない。
【００１４】
左方、即ち、図面ａ）において、ボールケージの中心面によって決定される共通のケージ平面ＸＺが図面上にケージ中心の半径方向平面として示され、そしてこのケージ平面ＸＺは、右方、即ち、ｂ）において、図面ａ）の平面に対して垂直な平面ＹＺとして軸方向に延在している。前記平面ＸＺに関連して、２つの他の継手部材、すなわち、外方継手部材および内方継手部材は、ケージ平面ＸＺに垂直な平面ＸＹに対して連接角度βの半分の等しい大きさの角度によって連接されケージ平面ＸＺに対して反対方向にかつ該平面に垂直な平面ＸＹに対して同じ側に延びている。
【００１５】
等速自在継手の転動誤差を図２を参照して以下で説明し、用語「継手部片」は「外方継手部材」に就いて同義語として使用され、用語「ボールハブ」は同様に「内方継手部材」に就いて同義語として使用され、そしてそのうえさらに、以下の記号が使用される。
Δｖ −転動誤差
Ｖkn −ボールハブとボールとの間の接触点における瞬間速度成分
Ｖgs −外方継手部材とボールとの間の接触点における瞬間速度成分
Ｒo  −ボールの転動円の半径
Ｒkn −継手連接平面からボールとボールハブとの間の接触点への半径
Ｒgs −継手連接平面からボールと外方継手部材との間の接触点までの半径
ωkn −ボールハブの角速度
ωgs −外方継手部材の角速度
ωzgs−外方継手部材の角速度の垂直成分
ωzkn−ボールハブの角速度の垂直成分
θ   −連接平面に関連するボールの位相角度
δ   −ボールに作用する支持力の圧力角
【００１６】
図２において、基準座標軸系ＸＹＺはケージ平面ＸＺとケージ軸線Ｙによって決定されている。平面ＸＺは外方継手部材とボールハブとの間の角度二等分平面であり、この平面内に等速自在継手のボールが保持される。平面ＹＺは継手連接平面、すなわち、外方継手部材とボールハブとに亘って延びる各々の軸線を含む平面である。角度δにおいてボールにおいて示されるベクトル対は支持力または接触点における通常の力Ｆnである。ベクトル図は回転軸線およびそれぞれの瞬間的な回転運動を示す。転動誤差Δｖはボール中心の運動の瞬間速度成分と見なされることができ、その速度成分によりボールは、摺動運動が外方継手部材およびボールハブそれぞれのボール軌道とボールの接触点において発生しないならばケージ平面に残る。すなわち、Δｖ＝１／２（Ｖkn＋Ｖgs）。
【００１７】
転動誤差Δｖは継手構成要素の軸線によって決定される継手連接平面ＹＺに対してその位置に関連するボールのそれぞれの位相角度θに依存している。ボールがそれによりそれらの固有の一致するケージ平面内に残る条件は転動誤差がΔｖ＝０であるということである。
【００１８】
それは、以下の条件、Δｖ＝０＝Ｖkn＋Ｖgs
がかなえられる場合である。
Ｖknは、ケージ平面に対して垂直に延びている、ボールハブとボールとの間の接触点における瞬間速度成分であり、Ｖgsは、ケージ平面に対して垂直に延びる、外方継手部材とボールとの間の接触点における瞬間速度成分である。これらの速度が大きさに関して一致しかつ反対方向に作動する場合のみ（転動誤差Δｖがゼロに等しくなる）。
【００１９】
結果として、以下が適用されねばならない。すなわち、
０＝Ｒkn×ωzkn＋Ｒgs×ωzgs
この条件は、Ｒkn＝Ｒgsに関してかなえられる。１つの継手回転のコースにおいて、この条件は２つの位相位置においてのみ適えられる。
【００２０】
図３はボールの位置を、a）で、本発明による継手を横切る断面において、そして、ｂ）において、基準軸線ＹＺにより画成される継手連接平面ＡＡに対して平行に図２において同様に示される平面ＢＢによる対応する本発明の継手を通る長手方向断面において示している。下方で、基準平面として役立つ、継手の中心を通る半径方向軸線ＹＺを見ることができる。軸線Ｚにおいて、接触角度δにおいて支持力により作用される第１ボールが位置決めされる。接触角度δに対応する角度θにおいて、半径方向線が入れられる。ボールがこの位置にあるならば、ボール接触点における通常の力Ｆnは平面ＹＺに対して平行に作用し、ボールの中心は前記半径方向線と転動直径円Ｒ０との間の交点に置かれる。平面ＢＢは前記ボールの中心によって決定されかつ基準面ＹＺに対して平行である。
【００２１】
断面に右方で見ることができるように、前記平面ＢＢは、転動円の軸線Ｘ上にかつ平面ＢＢ内に置かれる共通の中心点点Ｍ１のまわりに曲率半径Ｒ１を有する外方継手部材および内方継手部材においてボール軌道の円形の中心線を定義しかつ含んでいる。断面ＢＢにおいて示される軌道は実線であるように、すなわち、継手軸線を通る長手方向断面に関連して示され、内方継手部材および外方継手部材の軌道は周方向にずれた軸方向平面内に延びている。
【００２２】
前記軌道コースにより、これらの領域における垂直方向の力は軸方向平面ＢＢ（転動誤差δｖ＝０）においてかつ軸ＹＺが画成する軸方向平面ＡＡ（制御角度Ｋ＝０）に発生する。すなわち、転動誤差Δｖ＝０および制御角度Ｋ＝０の条件が一致し、それは、高い通常の力（小さい制御角度）が発生するそれらの領域において、また、小さい転動誤差が存在することを保証する本発明によって得られる利点である。
【００２３】
継手が一直線に整列された条件にあるとき曲率半径の中心点の一致する位置のため、ＢＢによる断面において示される軌道はどのような制御力も発生せずかつしたがってケージ上のセンタリング作用を持たず、その結果その点において改良が可能である。
【００２４】
図４は、図３の軌道コースに対して変形されかつ図３の平面ＢＢに変換され得る軌道コースを示す。以下のように理解されるべきである２つの異なる中心点を持つ４つの異なる領域が示される。すなわち、
Ｉ    −点Ｍ１を中心とした軌道円弧部分、
ＩＩＩ−Ｙ方向に対しておよそ６〜８°の角度で円弧部分Ｉに正接して隣接する隣接直線、
ＩＶ  −隣接直線ＩＩＩに正接して隣接する点Ｍ３のまわりの軌道円弧部分、
ＩＩ  −軌道円弧部分ＩＶに正接して隣接する、点Ｍ１を中心とした軌道円弧部分である。
【００２５】
この配置は、本発明による条件、すなわち、高い通常の力において小さい転動誤差が少なくとも大きな連接角度において適えられることを保証する。これは、増大する連接角度により、通常の力の最大がまた増大するという範囲で重要である。
【００２６】
図５は、左方において、２つのボール位置により部分断面において本発明の継手のボール構体を、かつ右方において、軸方向に伸びる平面ＡＡを通る長手方向断面においてそれぞれの本発明の継手を示している。ボールが最初に位置決めされる第１の半径平面Ｚが示されている。ボールでの支持力が一定の角度δにおいて示される。第２のボール位置を決定する半径方向線は位相角θ＝δにおいて示される。
【００２７】
平面ＹＺにおいて、軌道の中心線は外方継手部材におよび内方継手部材に配置され、その軌道は軸方向に伸びる平面ＡＡにおいてであるが、継手の長手方向の中心軸線Ｙから或る距離に配置される共通の中心点Ｍ２のまわりの曲率半径Ｒ１からなる。軸線Ｙから中心点Ｍ２の距離は（sin2δ）Ｒ０となり、Ｒ０は転動円直径であり，
半径Ｒ１自体は、したがって、Ｒ０cos2δになる。半径の大きさを減じることにより、ボールハブの接触点とボールを備えた外方継手部材との間の速度差は高い活発な力の領域において減少される、これに反してより低い活発な力の領域において、より大きい転動誤差が発生する。
【００２８】
小さい継手連接角度において曲率半径の中心点の一致する位置のため、軸方向に伸びる平面ＡＡにおけるボール軌道はボールに作用するどのような制御力も発生せずかつしたがってケージにどのような復帰力も適用しない。結果として、ケージの制御に関する改良が可能である。
【００２９】
図６は、図５に示した軌道コースと異なる軌道コースを示しておりそして第５図の軸方向に伸びる平面ＡＡに変換され得る。軌道コースは以下の通りに説明される４つの領域をカバーする。すなわち、
Ｉ    −点Ｍ２Iを中心とした軌道円弧部分、
ＩＩＩ−Ｉに正接して隣接するＹ軸線に対しておよそ６〜８°の角度での直線、
ＩＶ  −ＩＩＩに正接して隣接する点Ｍ３を中心とした軌道円弧部分、
ＩＩ  −ＩＶに正接して隣接する点Ｍ２IIを中心とした軌道円弧部分である。
長手方向継手軸線からの継手中心点Ｍ２Iの距離はＲ１I sin2δとなりそして長手方向継手軸線からの中心点Ｍ２IIIの距離はＲ１II sin2δとなる。
【００３０】
図７は図３及び図５による継手の実施例に変換されることができかつそれ自体知られている継手制御装置の実施例を示している。参照符号は、ケージ１３、ボールハブ１２および外方継手部材１１ならびに両方とも軸方向において、ボールハブ１２におけるボール継手上連接点３２および外方継手部材１１におけるボール継手状連接点３１を備えているパイロットレバー２９に対してのみ付与され、そのパイロットレバー２９はさらに、ケージ１３と協働する制御ヘッド３０を備え、そして小さい継手連接角度において、ボールハブ１２および外方継手部材１１の軸線Ａ1，Ａ2との間の角度二等分位置にパイロットレバーを確実に案内している。
【００３１】
図８は、例えば、図１に示されるような、従来技術の継手用ボールの種々の特性値を示し、回転継手角度θとして説明される角度は図２による位相角度θに対応している。頂部に示される空間制御角度Ｋは継手が連接されるとき３６０°の回転上で２つのゼロ交差を有している。この方法において定義される位相角度θ0,θ02は制御角度の例示およびさらに他の２つの例示において示される。中心には、この場合に、伝達力Ｆnとして言及されかつ２つの最大および２つの最小からなる、ボールの支持力が示される。理解され得ることは、最大伝達力Ｆnは位相角度θ01およびθ02の近くに置かれるということである。このことは、前記位相角度において、伝達力Ｆn1およびＦn2が非常に高いことを意味している。
【００３２】
下方の例示において、転動誤差Δｖはボールの回転上に２つのゼロ交差を有する位相角度の関数として示される。とくに、ゼロから明らかにずれるかまたは最大に近い位相角度θ01,θ02における転動誤差Δv1,Δv2が参照される。他の２つの例示を見るとき、とくに高い支持力Ｆnにおいて、転動誤差Δｖがゼロからかなりずれることを見ることができる。
【００３３】
図９ないし図１２は、本発明による継手に関しての図８から理解される２つのボールパラメータを示す。図９は図３による継手を支配している条件を示し、図１０は図４による継手を支配している条件を、図１１は図５による継手を支配している条件を、そして図１２は図６による継手を支配している条件を示している。空間制御角度Ｋのゼロ交差は転動誤差Δｖのゼロ交差とほぼ一致するようになされている。空間制御角度Ｋ＝０において、伝達力Ｆnがほぼそれらの最大に達したという事実に鑑みて、伝達力の最大は最小転動誤差Δｖと好都合に一致する。
【００３４】
図４および図６による継手におけるように、図１０および図１２による継手の空間制御角度の不規則性は軌道の複合屈曲から結果として生じる。例えば、多項式近似によって、前記屈曲コースの近似値を求めることにより、前記不規則性を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】固定継手型の従来の等速自在ボール継手を、
ａ）軸方向図
ｂ）長手方向断面図の形で示し、
【図２】図１による前記種類の継手のボールを、異なる位相位置において、
ａ）継手の軸方向図
ｂ）継手を通る長手方向断面図の形で示し、
【図３】非対称に延びる軌道をもつ本発明による継手の実施例を、
ａ）継手の軸方向図
ｂ）継手を通る長手方向断面図の形で示し、
【図４】長手方向断面図の形において、図３による軌道により取られるコースの変形例を示し、
【図５】閉止屈曲を備えた軌道を有する、本発明による継手の第２の軌道の実施例を、
ａ）継手の軸方向図
ｂ）継手を通る長手方向断面図の形で示し、
【図６】図５による軌道によって取られるコースの変形例を長手方向断面図で示し、
【図７】図３および図５に例示されたように延びている軌道を備えた継手の実施例を断面図で示し、
【図８】連接された状態において従来技術による前記種類の継手の特性値、すなわち、
ａ）空間制御角度Ｋ
ｂ）伝達力Ｆn
ｃ）転動誤差Δｖ
を位相角度の関数として特性図を示し、
【図９】図３による本発明の継手のボールの特性値、すなわち、
ａ）空間制御角度Ｋ
ｂ）転動誤差Δｖ
を各場合に位相角度θの関数として示し、
【図１０】図４による本発明の継手のボールの特性値、すなわち、
ａ）空間制御角度Ｋ
ｂ）転動誤差Δｖ
を各場合に位相角度θの関数として示し、
【図１１】図５による本発明による継手のボールの特性値、すなわち、
ａ）空間制御角度Ｋ
ｂ）転動誤差Δｖ
を各場合に位相角度θの関数として示し、
【図１２】図６による本発明の継手のボールの特性値、すなわち、
ａ）空間制御角度Ｋ
ｂ）転動誤差Δｖ
を各場合に位相角度θの関数として示す。
【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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