固定型等速自在継手
【課題】高作動角時においてケージに作用する荷重がより釣り合い均衡した状態となり、安定した高強度を得られることが可能なアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手を提供する。
【解決手段】外側継手部材３３のトラック溝３２の中心と内側継手部材３６のトラック溝３５の中心とが、それぞれ、継手中心面から軸方向両側に離間している。外側継手部材３３のトラック溝３２の中心又は内側継手部材３６のトラック溝３５の中心と継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、外側継手部材３３のトラック溝３２の中心又は内側継手部材３６のトラック溝３５の中心と継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとし、最大作動角をθｍａｘとしたときに、Ｆとｆｒとの比Ｒ４（＝Ｆ／ｆｒ）がＲ４≧ｔａｎ[（θｍａｘ）／２）]である。
【解決手段】外側継手部材３３のトラック溝３２の中心と内側継手部材３６のトラック溝３５の中心とが、それぞれ、継手中心面から軸方向両側に離間している。外側継手部材３３のトラック溝３２の中心又は内側継手部材３６のトラック溝３５の中心と継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、外側継手部材３３のトラック溝３２の中心又は内側継手部材３６のトラック溝３５の中心と継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとし、最大作動角をθｍａｘとしたときに、Ｆとｆｒとの比Ｒ４（＝Ｆ／ｆｒ）がＲ４≧ｔａｎ[（θｍａｘ）／２）]である。
【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、特に、連結した駆動側と従動側の２軸間での角度変位にのみ許容するタイプであって、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８個のトルク伝達ボールを備えたアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
固定型等速自在継手には、ツェッパ型（ＢＪ）（例えば特許文献１）やアンダーカットフリー型（ＵＪ）等がある。ツェッパタイプの固定型等速自在継手は、図１３に示すように、内球面１に複数のトラック溝２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材３と、外球面４に外側継手部材３のトラック溝２と対をなす複数のトラック溝５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材６と、外側継手部材３のトラック溝２と内側継手部材６のトラック溝５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、外側継手部材３の内球面１と内側継手部材６の外球面４との間に介在してボール７を保持するケージ８とを備えている。ケージ８には、ボール７が収容される窓部９が周方向に沿って複数配設されている。
【０００３】
ケージ８は外側継手部材３の内球面及び内側継手部材６の外球面とそれぞれ球面接触している。外側継手部材３と内側継手部材６のトラック溝２，５のボール中心軌跡線の曲率中心（Ｏ２，Ｏ１）はそれぞれ継手中心Ｏｊに対して対称な位置にある。言い換えれば、曲率中心Ｏ１と曲率中心Ｏ２は継手中心Ｏｊから互いに逆方向に等距離、軸方向にオフセットしている。すなわち、外側継手部材３のトラック溝２を継手中心Ｏｊから継手中心軸線Ｘに沿って継手開口側に所定距離だけオフセットさせ、内側継手部材６のトラック溝５を継手中心Ｏｊから継手中心軸線Ｘに沿って継手奥部側に所定距離だけオフセットさせている。ここで、継手中心軸線Ｘは、継手の作動角が０°の状態で、外側継手部材３の軸線と内側継手部材６の軸線とを含む直線、継手中心面は、トルク伝達ボール７の中心を含み、継手中心軸線と直交する平面、継手中心Ｏｊは、継手中心面と継手中心軸線との交点である。
【０００４】
このため、外側継手部材３のトラック溝２と内側継手部材６のトラック溝５とで形成されトルク伝達ボールトラックは、軸方向の一方から他方へ向かって徐々に広がったくさび形状を呈する。各ボール７はこのくさび状のトルク伝達ボールトラック内に収容され、外側継手部材３と内側継手部材６との間でトルクを伝達する。すべてのボール７を継手平面（作動角の二等分線に垂直な平面）に保持するためケージ８が組み込まれている。
【０００５】
また、ツェッパタイプの固定型等速自在継手には、６個のトルク伝達ボールを備えた構造のものが技術標準として長年にわたって使用され、性能・信頼性等の面で多くのユーザの支持を得てきたが、本出願人は、この技術標準としての６個ボールのゼッパジョイントと同等以上の強度、負荷容量および耐久性を確保しつつ、高効率で抜本的な軽量・コンパ
クト化を図った８個ボールのゼッパジョイントを開発し、既に提案した（例えば下記の特許文献１）。
【０００６】
次に、ＵＪタイプの固定型等速自在継手は、図１４に示すように、内径面１１に複数のトラック溝１２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材１３と、外径面１４に外側継手部材１３のトラック溝１２と対をなす複数のトラック溝１５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材１６と、外側継手部材１３のトラック溝１２と内側継手部材１６のトラック溝１５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール１７と、外側継手部材１３の内径面１１と内側継手部材１６の外径面１４との間に介在してボール１７を保持するケージ１８とを備えている。ケージ１８には、ボール１７が収容される窓部１９が周方向に沿って複数配設されている。
【０００７】
この場合、外側継手部材１３のトラック溝１２は、トラック溝ボール中心軌跡線が円弧部となる奥側トラック溝１２ａと、トラック溝ボール中心軌跡線が外側継手部材軸線と平行なストレート部となる開口側トラック溝１２ｂとからなる。奥側トラック溝１２ａは、その曲率中心Ｏ２を継手中心Ｏｊから軸方向に外側継手部材１３の開口側にずらしている。また、内側継手部材１６のトラック溝１５は、トラック溝ボール中心軌跡線が内側継手部材軸線と平行なストレート部となる奥側トラック溝１５ａと、トラック溝ボール中心軌跡線が円弧部となる開口側トラック溝１５ｂとからなる。開口側トラック溝１５ｂの曲率中心Ｏ１を継手中心Ｏｊから軸方向に外側継手部材１３の奥側トラック溝１２ａの曲率中心Ｏ２と反対側の奥側に等距離Ｆだけ離して設けている。
【０００８】
このように、全域を円弧形状としているツェッパタイプに対して、ＵＪタイプの外側継手部材１３のトラック形状は、開口側がストレート形状のアンダーカットフリーとなっている。このため、ＢＪタイプに比べて開口部でボール位置が外径側にあるためシャフト（内側継手部材に嵌入されるシャフト）と外側継手部材１３のトラック溝１２との干渉角が大きくなり、ＵＪタイプはＢＪタイプに比べてより大きい作動角がとれる。また、ＵＪタイプの外側継手部材１３のトラック形状は、開口側においてストレート形状となっているために、ボール１７の半径方向の移動量が外径側方向に大きくなり、それに対応してボール１７を保持するためケージ１８の外径も大きくすることになる。このことから外側継手部材１３の内球面径は大きくなる。
【０００９】
しかしながら、ＵＪタイプは、外側継手部材１３の内径面（内球面）を大きくすることで、外側継手部材１３の円弧トラック溝が開口側にオフセットしていることによって、奥側のトラック深さは浅くなる。このため、前記したように外側継手部材１３の内球面を大きくすると奥側トラック溝深さは更に浅くなる。ここで、トラック深さとは、回転状態でジョイント内部力解析を行い、一回転中でトラック内を軸方向および接触角方向に移動するボールの接触楕円が最も球面に近づく位置でのボール接触点から球面までの距離として現した。
【００１０】
また、ボール７，１７のケージ８，１８での保持とトラック深さの確保から、同じサイズにおいてＵＪタイプはツェッパタイプに比べてボール径を大きく、またボールのピッチ円ＰＣＤ、延いては外側継手部材外径も大きくしている。
【００１１】
図１４に示すＵＪタイプでは、外側継手部材奥側トラック深さの確保に効果のあるケージオフセット形状としている。すなわち、継手中心Ｏｊに対して、ケージ１８の外球面１８ａの中心Ｏ４を軸方向開口側へｆｃだけオフセットさせ、ケージ１８の内球面１８ｂの中心Ｏ３を軸方向奥側へｆｃだけオフセットさせている。このようなケージオフセットタイプを、トラック方向ケージオフセットと呼ぶ。なお、図１４において、ｆａは、トラック溝１２の曲率中心Ｏ２と外側継手部材１３の内径面の曲率中心との軸方向距離、又は、トラック溝１５の曲率中心Ｏ１と内側継手部材１６の外径面の曲率中心との軸方向距離である。
【００１２】
近年、６個ボールタイプに比べ外径がコンパクト化された８個ボールのＵＪタイプの継手も提案されている（特許文献１）。８個ボールのＵＪタイプの継手は、６個ボールよりも小さいボール径としているため、ボールの大きさ，個数によらずＰＣＲ（外側継手部材のトラック溝の円弧中心または内側継手部材のトラック溝の円弧中心とボールの中心とを結ぶ線分の長さ）とオフセット量とで決まる前記の半径方向移動量に相当するケージの半径方向寸法（厚み）を確保できるようにオフセット量を小さく設定するとともに、図１４に示すように、ケージオフセットを採用している。
【００１３】
そして、このような８個のＵＪタイプではさらなる耐久性向上には、高角時の向上が重要な課題とされている。
【００１４】
ところで、従来には、６個ボールのツェッパタイプにおいて、トラック溝の中心を継手中心軸線から該トラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットさせることが開示されている（特許文献２、特許文献３、及び特許文献４）。
【００１５】
特許文献２では、外側継手部材のトラック溝を、継手中心を中心とする開口側第１案内溝と、継手中心から半径方向反対側にオフセットされた点を中心とする奥側第２案内溝とで形成している。また、内側継手部材のトラック溝を、継手中心から継手中心軸線に沿って奥側にオフセットされた点を中心とする奥側第２トラック溝と、この奥側第２案内溝の中心からさらに半径方向反対にオフセットされた点を中心とする開口側第２案内溝とで形成している。
【００１６】
このような構成とすることにより、外側継手部材の奥側第１案内溝の溝深さが大きくなり、また、内側継手部材の開口側第２案内溝の部分で内側継手部材の肉厚が大きくなるので、継手が高作動角を取ったとき、ボールが外側継手部材の奥側第１案内溝に乗り上げて該溝のエッジ部分が欠けてしまうことがなくなり、また、ボールからの負荷によって内側継手部材が損傷してしまうことがなくなる。
【００１７】
特許文献３では、外側継手部材のトラック溝の中心と内側継手部材のトラック溝の中心を、それぞれ、直径方向面（継手中心面）から軸方向両側に等距離だけ離間し、かつ、継手中心軸線から半径方向反対側に所定量だけ離間した位置にオフセットさせている。このような構成とすることにより、継手が最大作動角を取り、ボールが外側継手部材のトラック溝の入口縁部に極めて接近した状態において、ボールとトラック溝との接触力が小さくなり、トラック溝の入口縁部の損傷が防止される。
【００１８】
特許文献４では、外側継手部材のトラック溝及び内側継手部材のトラック溝の溝中心線の曲率中心が、継手中心面の両側に偏心され、かつ溝中心線と軸心とを含む平面上でこの軸心を越えた反対側にあるように設定している。これによって、継手角の最大許容角度を大きくでき、外側継手部材の外径を大きくすることなく強度を確保するようにしている。
【００１９】
また、従来には、走行特性等に影響を与えることなく最大屈曲角度を増大できるようにするものがある（特許文献５）。すなわち、特許文献５では、走行路の基底と継手回転軸線との間の距離を、最大値を取る点から出発して、軌跡曲線の接線と継手回転軸線との間の交差角が単調に増加するようにしたものである。
【００２０】
ツェッパタイプの等速自在継手において、トラック溝の中心の軸方向オフセット量（トラック溝の中心と継手中心面との軸方向距離）を小さくし、あるいは、半径方向オフセット量（トラック溝の中心と継手中心軸線との半径方向距離）を設けると、継手回転中のトラック荷重（トルク伝達ボールとトラック溝との接触部に作用する荷重）のピーク値が上昇する傾向がみられる。引用文献２、３では、６個ボールのゼッパジョイントについて、トラック溝の中心に半径方向オフセットを設けているが、これは最大作動角又はその近傍の高作動角域でのトラック溝側壁部分の損傷防止に配慮したものであり、低作動角域及び中作動角域での耐久性確保の課題は全く考慮されていない。
【００２１】
特に、前記特許文献２〜特許文献４に記載のものでは、いずれも６個ボールであり、しかも、トラック溝が単一の円弧部から構成されるものである。また、特許文献５においても、６個ボールであり、しかも、トラック溝のストレート部を有さないものである。このため、８個ボールでのＵＪタイプの等速自在継手において、低作動角時の耐久性を確保しつつ、高作動角でのトルク容量の向上を図ることが可能なものは従来には存在しなかった。
【００２２】
そこで、低作動角時の耐久性を確保しつつ、高作動角でのトルク容量の向上を図ることが可能な８個ボールでのアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手が提案された（特許文献６）。
【００２３】
すなわち、特許文献６に記載の等速自在継手は、８個ボールでのアンダーカットフリータイプであって、外側継手部材のトラック溝の中心と前記内側継手部材のトラック溝の中心とが、継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされたものとする。そして、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）やｆｒとＲｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）等の数値限定から耐久性と高角強度を向上させるものである。Ｆは外側継手部材のトラック溝の中心と継手中心面との間の軸方向距離であり、Ｒｔは外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離であり、ｆｒは外側継手部材のトラック溝の中心継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量である。
【００２４】
また、従来には、外側継手部材のトラック溝の中心と前記内側継手部材のトラック溝の中心とが、継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされたものにおいて、継手中心面と前記継手中心軸線との交点を継手中心、前記外側継手部材の案内溝の中心と前記継手中心とを含む直線が前記継手中心面となす角度をβ（°）としたとき、１５°≦β＜２４°としたものがある（特許文献７）。これによって、継手の耐久性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開平９-３１７７８３号公報
【特許文献２】特開平４−２２８９２５号公報
【特許文献３】特表２００２−５４１３９５号公報
【特許文献４】特開平８−１２８４５４号公報
【特許文献５】特開昭５９−１０６７２４号公報
【特許文献６】特開２００９−２９９８１０号公報
【特許文献７】特開２００８−１５１１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかしながら、前記特許文献６では、特許文献２〜特許文献５に記載の等速自在継手が具備する課題を解決することができた。しかしながら、特許文献６に記載の等速自在継手において、解放角（又はＲ１）を小さく設定し高作動角をとった場合、ケージが継手中心線においてトルクバランスが均衡不可能な位置が生じる場合がある。このような位置が生じれば、高作動角における強度面において重大な欠点となりうる。また、前記特許文献７に記載の等速自在継手であっても、同様に不安定な位置が生じるおそれがある。
【００２７】
本発明の課題は、高作動角時においてケージに作用する荷重がより釣り合い均衡した状態となり、安定した高強度を得られることが可能なアンダーカットフリータイプの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】
【００２８】
本発明の固定型等速自在継手は、内径面に軸方向に延びるトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に軸方向に延びるトラック溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックにそれぞれ配されたトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するポケットを有するケージとを備え、外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面に曲線部とストレート部を有するアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手であって、継手の作動角が０°の状態で、前記外側継手部材の軸線と前記内側部材の軸線とを含む直線を継手中心軸線、前記トルク伝達ボールの中心を含み、前記継手中心軸線と直交する平面を継手中心面としたとき、前記外側継手部材のトラック溝の中心と前記内側継手部材のトラック溝の中心とが、それぞれ、前記継手中心面から軸方向両側に離間し、前記継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとし、最大作動角をθｍａｘとしたときに、Ｆとｆｒとの比Ｒ４（＝Ｆ／ｆｒ）がＲ４≧ｔａｎ[（θｍａｘ）／２]であるものである。すなわち、最大作動角を５０ｄｅｇとしたときに、Ｆとｆｒとの比Ｒ４（＝Ｆ／ｆｒ）がＲ４≧０．４６６とする。また、Ｒ４≦０．５２１とする。
【００２９】
最大作動角（５０度程度）を取ったときであっても、この等速自在継手では、Ｒ４≧[ｔａｎ（θｍａｘ）／２］に設定しているので、外側継手部材の最も奥側に位置するボール３７のくさび角（開放角）が継手開口側を向くことになる。このため、ケージの回転力が抑制され釣り合った状態となって、安定した状態を維持できる。また、Ｒ４を増加させると球面力が増加する関係がある。球面力の増加は発熱量の増加につながり、高角度の耐久性の低下につながる。したがって、Ｒ４は出来る限り小さく設定することが好ましく、また、Ｒ４≧ｔａｎ[（θｍａｘ）／２］と設定するのが好ましいことから、Ｒ４＝ｔａｎ（θｍａｘ／２）が最適である。これに対して、Ｒ４＜ｔａｎ[（θｍａｘ）／２］の場合、高作動角においてケージに回転力が作用して、不安定な状態となる。
【００３０】
外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックが６本であるようにできる。
【００３１】
また、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックが８本であって、ケージの外球面の中心とケージの内球面の中心とが一致し、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離をＲｔ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０６１≦Ｒ１≦０．０８７であり、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとしたとき、ｆｒと前記Ｒｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ３≦０．１９であるものであってもよい。
【００３２】
外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックが８本であって、ケージの外球面の中心とケージの内球面の中心とが、前記継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされ、そのケージオフセットの量Ｒ２が０．１以上で、かつ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離をＲｔ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０４４≦Ｒ１≦０．０８７であり、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとしたとき、ｆｒと前記Ｒｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ３≦０．１９であるものであってもよい。
【００３３】
最大作動角°のトラック深さは、Ｒ３値が大きいほど深くなり、またＲ１値については小さいほど深くなる。Ｒ１値０．０８７では、Ｒ３値が０．０７になると従来と同等の深さとなる。
【００３４】
トラック溝を半径方向にオフセットしている構造では、オフセットしていない従来品よりさらに小さいＲ１値まで作動性が良好となる。常用角（作動角６°）においては、前記Ｒ１値が小さいほどトラック深さが深くなり、Ｒ３値が小さいほどトラック深さが深くなる。ここで、トラック深さとは、回転状態でジョイント内部力解析を行い、一回転中でトラック内を軸方向および接触角方向に移動するボールの接触楕円が最も球面に近づく位置でのボール接触点から球面までの距離である。ボール接触点から球面部までの距離は大きいほど耐久性は良くなる。
【００３５】
外側継手部材のトラック溝の中心（曲線部の曲率中心）に半径方向オフセットを設けることにより、半径方向オフセットを設けない場合に比べて、トラック溝の継手奥部側部分の溝深さが相対的に大きくなる。そのため、トラック溝の継手奥部側壁部の剛性が増大することにより、継手が高作動角を取り、トルク伝達ボールがトラック溝の継手奥部側に寄った位置でトルクを伝達するときの、トラック溝の継手奥部側壁部のエッジ部分の変形が抑制され、高作動角域での継手の捩り強度が向上する。また、高作動角域でのトルク容量が増大し、トラック溝の継手奥部側壁部でのエッジロードが減少する結果、高作動角域での継手の耐久性が向上する。ここで、トルク容量とは、継手がある作動角を取りつつトルクを伝達する際に、トルク伝達ボールとトラック溝との接触部の接触楕円の端部が、トラック溝のエッジ線と重なるトルクである。
【００３６】
Ｒ１の下限値は作動性の限界値であり、Ｒ１の上限値は、常用角耐久性及びトラック深さを従来品以上に確保できる範囲である。また、Ｒ２を０．０１以下とすることによって、ケージの開口側の肉厚が薄くなるのを防止できる。Ｒ１値が小さいほどＰＶ値（ボールとトラック間の滑り速度とトラック荷重を乗じたもの）が小さくなる。ＰＶ値が小さいほど耐久性は良くなる。
【００３７】
この固定型等速自在継手において、外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面に曲線部を単一円弧とするのが好ましい。これは、加工が容易で製造コストが安価となるからである。また、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）を０．０７０以下とするのが好ましく、ｆｒとＲｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）を０．１５以上とするのが好ましい。
【００３８】
前記等速自在継手は、例えば自動車のドライブシャフトに用いられる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、高作動角時においてケージに作用する荷重がより釣り合い均衡した状態となり、安定した高強度を得られる。高作動角時において外側継手部材の奥側の許容負荷が増えるため、トラック壁面の剛性が向上し、トラックエッジ部の変形が抑えられ、捩り強度が向上する。高作動角時において外側継手部材奥側のトラック深さが増えるため、乗り上げトルクが向上し、エッジロードが減少し、高作動角での耐久性が向上する。このため、高い耐久性要求に適用できるのでサイズダウンが図れ、軽量となり、また低コスト化にもなる。
【００４０】
また、外側継手部材のトラック溝の中心（曲線部の曲率中心）に半径方向オフセットを設けることにより、半径方向オフセットを設けない場合に比べて、トラック溝の継手奥部側部分の溝深さが相対的に大きくなる。そのため、トラック溝の継手奥部側壁部の剛性が増大することにより、継手が高作動角を取り、トルク伝達ボールがトラック溝の継手奥部側に寄った位置でトルクを伝達するときの、トラック溝の継手奥部側壁部のエッジ部分の変形が抑制され、高作動角域での継手の捩り強度が向上する。また、高作動角域でのトルク容量が増大する。ここで、トルク容量とは、継手がある作動角を取りつつトルクを伝達する際に、トルク伝達ボールとトラック溝との接触部の接触楕円の端部が、トラック溝のエッジ線と重なるトルクである。
【００４１】
高作動角時において外側継手部材奥側のトルク容量が増えれば、トラック溝壁面の剛性が向上し、トラックエッジ部の変形が抑えられ、捩り強度が向上する。高作動角時において外側継手部材奥側のトラック深さが増えるため、乗り上げトルクが向上し、エッジロードが減少し、高作動角での耐久性が向上する。常用角では、従来並みのトラック深さを確保でき、耐久性は従来と同等かそれ以上となる。特にＲ１＝０．０７１以下とするとトラック深さはより深く、ＰＶ値も低くなり耐久性が向上する。このように、この固定型の等速自在継手では、高い耐久性要求に適用できるのでサイズダウンが図れ、軽量となり、また低コスト化にもなる。また、Ｒ１＝０．０８７以下として従来品より低い値とすると、軸方向のボールからケージへの荷重および、ボール３７の半径方向移動量が減少するなどにより効率が向上する。このため、本発明の固定型等速自在継手は自動車のドライブシャフト用に最適となる。
【００４２】
特にボール個数に限定するものではないが、最適は８個ボールの固定式等速自在継手への適応である。
【００４３】
このように、本発明の固定型等速自在継手は自動車のドライブシャフト等に最適となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態を示す固定型等速自在継手の断面図である。
【図２】前記固定型等速自在継手のトラック溝形状を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す固定型等速自在継手の断面図である。
【図４】折り曲げ状態の断面図である。
【図５】作動角と作動角方向のトルクとの関係を示すグラフ図である。
【図６】Ｒ１と作動角方向のトルクとの関係を示すグラフ図である。
【図７】Ｒ１と外輪トラック深さとの関係を示すグラフ図である。
【図８】Ｒ３と外輪トラック深さとの関係を示すグラフ図である。
【図９】Ｒ１と外輪ＰＶ値との関係を示すグラフ図である。
【図１０】Ｒ３とトラック深さとの関係を示すグラフ図である。
【図１１】Ｒ４＜ｔａｎ[（θｍａｘ）／２）]を満たす等速自在継手が最大作動角（５０ｄｅｇ）をとった場合の断面図である。
【図１２】ｔａｎ[（θｍａｘ）／２）]≦Ｒ４≦ｔａｎ[（θｍａｘ＋５）／２］を満たす等速自在継手が最大作動角（５０ｄｅｇ）をとった場合の断面図である。
【図１３】ツェッパタイプの固定型等速自在継手の断面図である。
【図１４】従来のアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
【００４６】
この実施形態の固定型等速自在継手は、例えば自動車のドライブシャフトの固定側（車輪側）に配置されるもので、図１に示すように、内径面３１に複数（８個）のトラック溝３２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材３３と、外径面３４に外側継手部材３３のトラック溝３２と対をなす複数（８個）のトラック溝３５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材３６と、外側継手部材３３のトラック溝３２と内側継手部材３６のトラック溝３５とが協働して形成される８本のボールトラックにそれぞれ配された８個のトルク伝達ボール３７と、外側継手部材３３の内径面３１と内側継手部材３６の外径面３４との間に介在してボール３７を保持するケージ３８とを備えている。ケージ３８には、ボール３７が収容される窓部３９が周方向に沿って複数配設されている。なお、内側継手部材３６の内径面に軸部を連結するための歯型（セレーション又はスプライン）３６ａを形成している。
【００４７】
外側継手部材３３のトラック溝３２は、トラック溝ボール中心軌跡線が曲線部（円弧部）となる奥側トラック溝３２ａと、トラック溝ボール中心軌跡線が外側継手部材軸線と平行なストレート部となる開口側トラック溝３２ｂとからなる。また、内側継手部材３６のトラック溝３５は、トラック溝ボール中心軌跡線が内側継手部材軸線と平行なストレート部となる奥側トラック溝３５ａと、トラック溝ボール中心軌跡線が曲線部（円弧部）となる開口側トラック溝３５ｂとからなる。
【００４８】
なお、外側継手部材３３のトラック溝３２や内側継手部材３６のトラック溝３５は、鍛造加工のみ、又は鍛造加工後の削り加工等にて成形したゴシックアーチ状である。図３に示すように、ゴシックアーチ状とすることによって、トラック溝３２、３５とボール３７はアンギュラ接触となっている。すなわち、ボール３７は、外側継手部材３３のトラック溝３２と２点Ｃ１１，Ｃ１２で接触し、内側継手部材３６のトラック溝３５と２点Ｃ２１，Ｃ２２で接触する形状となっている。ボール３７の中心Ｏｂと継手中心Ｏｊを通る線分Ｐ１に対するボール３７の中心Ｏｂと各トラック溝３２，３５との接触点Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２とのなす角度が、接触角αである。各接触点Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２の接触角αはすべて等しく設定されている。
【００４９】
図１と図２においては、継手の作動角θが０°の状態を示しており、この状態では、外側継手部材３３の軸線と内側継手部材３６の軸線とが直線Ｘ上で一致し、また、全てのトルク伝達ボール３７の中心Ｏｂを含む平面Ｐは直線Ｘと直交する。以下、直線Ｘを継手中心軸線Ｘ、平面Ｐを継手中心面Ｐ、継手中心面Ｐと継手中心軸線Ｘとの交点を継手中心Ｏｊという。
【００５０】
図１に示すように、外側継手部材３３のトラック溝３２の奥側トラック溝３２ａの中心（曲率中心）Ｏ２は、継手中心面Ｐから継手開口側（図１で右側）に軸方向距離Ｆだけ離間し、かつ、継手中心軸線Ｘからこのトラック溝３２に対して半径方向反対側に半径方向距離ｆｒだけ離間した位置にオフセットされている。また、内側継手部材３６のトラック溝３５の開口側トラック溝３５ｂの中心Ｏ１は、継手中心面Ｐから継手奥部側（同図で左側）に軸方向距離Ｆだけ離間し、かつ、継手中心軸線Ｘからこのトラック溝３５に対して半径方向反対側に半径方向距離ｆｒだけ離間した位置にオフセットされている。
【００５１】
以下、トラック溝３２，３５の中心Ｏ２、Ｏ１と継手中心面Ｐとの軸方向距離（Ｆ）を軸方向オフセット量Ｆ、曲率中心Ｏ２、Ｏ１と継手中心軸線Ｘとの半径方向距離（ｆｒ）を半径方向オフセット量ｆｒという。尚、この実施形態において、外側継手部材３３のトラック溝３２と内側継手部材３６のトラック溝３５とは、軸方向オフセット量Ｆが相等しく、また、半径方向オフセット量ｆｒが相等しい。
【００５２】
また、この実施形態では、図１に示すように、ケージ３８の外球面３８ａの中心Ｏ４、および、ケージ３８の内球面３８ｂの中心Ｏ３は、いずれも、継手中心Ｏｊ上にある。
【００５３】
図１に示すように、外側継手部材３３のトラック溝３２の中心（曲率中心）Ｏ２又は内側継手部材３６のトラック溝３５の中心（曲率中心）Ｏ１とトルク伝達ボール３７の中心Ｏｂとの間の距離をＲｔとし、外側継手部材３３のトラック溝３２の中心Ｏ２又は内側継手部材３６のトラック溝３５の中心Ｏ１と継手中心面Ｐとの間の軸方向距離（前記軸方向オフセット量）をＦとしたとき、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０６１≦Ｒ１≦０．０８７であるように設定する。このため、このＲ１はオフセット（軸方向オフセット）の程度を表す値と呼ぶことができる。
【００５４】
また、外側継手部材３３のトラック溝３２の中心（曲率中心）Ｏ２又は内側継手部材３６のトラック溝３５の中心（曲率中心）Ｏ１と継手中心軸線Ｘまでの距離である半径方向オフセット量をｆｒとしたとき、ｆｒとＲｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ１≦０．１９であるように設定する。このため、Ｒ３をオフセット（半径方向オフセット）の程度を表す値と呼ぶことができる。
【００５５】
次に、図３は本発明の第２の実施形態を示している。ケージ３８の外球面中心Ｏ４が継手中心Ｏｊよりも継手奥側に配置されるとともに、ケージ３８の内球面中心Ｏ３が継手中心Ｏｊよりも継手開口側に配置されている。すなわち、ケージ３８の外球面中心Ｏ４とケージ３８の内球面中心Ｏ３とが、継手中心Ｏｊに対して軸線方向にそれぞれｆｃだけオフセットされている。このようなケージオフセットタイプのものを、トラック方向ケージオフセットと呼ぶのに対して、反トラック方向ケージオフセットと呼ぶ。図３において、ｆａは、トラック溝３２の曲率中心Ｏ２と外側継手部材３３の内径面の曲率中心との軸方向距離、又は、トラック溝３５の曲率中心Ｏ１と内側継手部材３６の外径面の曲率中心との軸方向距離である。
【００５６】
この場合も、外側継手部材３３のトラック溝３２の奥側トラック溝３２ａの中心（曲率中心）Ｏ２は、継手中心面Ｐから継手開口側に軸方向距離Ｆだけ離間し、かつ、継手中心軸線Ｘからこのトラック溝３２に対して半径方向反対側に半径方向距離ｆｒだけ離間した位置にオフセットされている。また、内側継手部材３６のトラック溝３５の開口側トラック溝３５ｂの中心Ｏ１は、継手中心面Ｐから継手奥部側に軸方向距離Ｆだけ離間し、かつ、継手中心軸線Ｘからこのトラック溝３５に対して半径方向反対側に半径方向距離ｆｒだけ離間した位置にオフセットされている。
【００５７】
ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０４４≦Ｒ１≦０．０８７であるように設定するとともに、ｆｒとＲｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ１≦０．１９であるように設定する。また、ケージ３８の外球面中心Ｏ４（外側継手部材３３の内径面中心）又はケージ３８の内球面中心Ｏ３（内側継手部材３６の外径面中心）と継手中心面Ｐまでの軸方向距離をｆｃとし、トルク伝達ボール３７の中心Ｏｂから継手中心軸線Ｘまでの距離をＲとしたとき、ｆｃとＲとの比Ｒ２（＝ｆｃ／Ｒ）が０．０１以下とする。なお、図３に示す固定型等速自在継手の他の構成は前記図１に示す固定型等速自在継手と同様であるので、それらの説明を省略する。
【００５８】
また、前記各固定型等速自在継手において、最大作動角をθｍａｘとしたときに、Ｆとｆｒとの比Ｒ４（＝Ｆ／ｆｒ）は小さく設定することが好ましく、また、Ｒ４≧ｔａｎ[（θｍａｘ）／２］とされる。さらには、Ｒ４≦ｔａｎ[（θｍａｘ＋５）／２］とされる。好ましくは、Ｒ４＝ｔａｎ[（θｍａｘ／２）]とされる。例えば、最大作動角θｍａｘが５０ｄｅｇであれば、０．４６６≦Ｒ４≦０．５２１の範囲となる。
【００５９】
第１の実施形態や第２の実施形態のように、半径方向にオフセットしている構造は、従来品よりさらに小さいオフセット量まで作動性が良好となる。これは、主に隙間により発生する内側継手部材３６の継手中心Ｏｊからのズレ量が従来品に比べ小さいためである。このことは、本発明品は従来品よりトラック溝が継手中心軸線Ｘより半径方向外側に位置していることに起因して、作動角を取った状態での8個のトラック荷重の発生するトラックの箇所が従来品と開発品で異なっており、このことから内側継手部材３６を支えるボールの位置関係の違いにより内側継手部材３６のずれる方向及びずれる量が異なってくるためである。
【００６０】
次に前記比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）の最適範囲について説明する。図４に示すように、捩りトルクなしとして作動角方向に作動角−２０°から＋２０°までシャフトを折り曲げる。すなわち、折り曲げたときの作動角方向の折り曲げ抵抗トルク値に関して機構解析により算出した。
【００６１】
この場合、継手内部隙間については、ボール３７と内側継手部材３６のトラック溝３５及びボール３７と外側継手部材３３のトラック溝３２の隙間量は、通常この種の固定型等速自在継手において量産されているものの隙間とした。なお、外側継手部材３３の内球面（内径面）３１とケージ外球面隙間は、実際より小さい隙間とし、内側継手部材３６の外球面（外径面）３４とケージ内球面３８ｂとの隙間は通常のものより大きい隙間量とした。また、ケージ３８の窓部３９とボール３７間についても通常の負の隙間よりも小さい負の隙間としている。すなわち、作動角方向の折り曲げ抵抗トルク値が発生し易い、作動性が悪くなる条件としている。
【００６２】
図５に半径方向にオフセットしていない従来構造の８個ボール（継手中心面Pからトラック中心方向にケージオフセットしている）の前記解析結果を示している。図５において、細線がＲ１を０．０７０とした場合を示し、太線がＲ１を０．０７８とした場合を示し、中線がＲ１を０．０８７とした場合を示している。この図５からわかるように、Ｒ１を０．０７０とした場合と、Ｒ１を０．０７８とした場合とにおいて、作動角が＋７．５°付近からトルク値が立ち上がり＋１３°でピーク値が確認される。また、解析結果からＲ１値が０．０８７のときはトルクは発生しておらずスムースに作動しており、Ｒ１値が小さくなると折り曲げ抵抗トルクが増加する。すなわち、この解析条件の隙間の従来品は、Ｒ１値が０．０８７までは作動性が良好であるが、それより小さくなると作動性が悪くなる。
【００６３】
次に図６は、同じ隙間条件で本発明品についてＲ１値を可変し、Ｒ１値に対する前記解析から最大トルク値を従来品と比較した結果を示している。図６において、実線は従来品（半径方向にオフセットさせないトラック溝で、ケージオフセット形状のもの）を示し、１点鎖線は前記図１に示す本発明品（本発明品Ａと呼ぶ）を示し、破線は図３に示す本発明品（本発明品Ｂと呼ぶ）を示している。従来品は図１４に示すように、トラック方向ケージオフセットタイプであり、Ｒ２＝０．００９６とし、Ｒ３＝０としている。また、発明品Ａは図１に示すように、ケージオフセット無しタイプであって、Ｒ２＝０とし、Ｒ３＝０．１６７としている。発明品Ｂは図３に示すように、反トラック方向ケージオフセットタイプであり、Ｒ２＝０．００９５とし、Ｒ３＝０．１６７としている。
【００６４】
このように、本発明品である半径方向にオフセットしている構造は、従来品よりさらに減少させたオフセット量まで作動性が良好となる。これは、主に隙間により発生する内側継手部材のジョイント中心からのズレ量が開発品は従来品に比べ減少するためである。このことは、発明品は従来品よりトラックが中心軸より半径方向外側に位置していることに起因して、作動角を取った状態での8個のトラック荷重の発生するトラックの箇所が従来品と開発品で異なっているためである。すなわち、内側継手部材を支えるボールの位置関係の違いにより内側継手部材のずれる方向及びずれる量が異なってくるためである。
【００６５】
解析結果からＡタイプ（発明品Ａ）よりもＢタイプ（発明品Ｂ）のほうがより小さいＲ１値まで作動性が良好となることがわかる。そして、本発明品Ａでは、Ｒ１として０．０６１以上が作動性良好ということができ、本発明品Ｂでは、Ｒ１として０．０４５以上が作動性良好ということができる。また、製作したサンプルにおいても同等な結果を確認できた。
【００６６】
次に、常用角（６°）での耐久試験条件のときの外側継手部材３３のトラック深さの値を図７と図８に示す。図７はＲ１と外側継手部材３３のトラック深さとの関係を示し、この図７において、●はケージオフセット無しのＡタイプであり、Ｒ２＝０とし、Ｒ３＝０．１６７とし、特に、○はＲ１＝０．０８７である（つまり、Ａ２タイプである）。■は反トラック方向ケージオフセットのＢタイプであり、Ｒ２＝０．００９５とし、Ｒ３＝０．１６７とし、特に、□はＲ１＝０．０７１である。▲はケージオフセット無しのＡタイプであり、Ｒ２＝０とし、Ｒ３＝０．２２１とし、特に、△はＲ１＝０．０９６である（つまりＡ１タイプである）。＊は従来品であり、Ｒ１＝０．０８７であり、Ｒ２＝０．００９６であり、Ｒ３＝０である。
【００６７】
図８はＲ３と外側継手部材３３のトラック深さとの関係を示し、この図７において、○はＡ２タイプであり、Ｒ３＝０．１６７であり、Ｒ１＝０．０８７であり、Ｒ２＝０である。▲はＡタイプであり、Ｒ３＝０．２２１であり、Ｒ１＝０．０８７であり、Ｒ２＝０である。
【００６８】
常用角（６°）においては、Ｒ１値が減少するほどトラック深さが深くなり、またＲ３値が減少するほどトラック深さが深くなる。尚、Ｂタイプ（ケージオフセット品）は、小さいＲ１値が採れることから有利である。ここでトラック深さとは、回転状態で継手内部力解析を、大きいトルクの常用角（作動角６°）耐久条件で行い、一回転中でトラック内を軸方向および接触角α方向に移動するボールの接触楕円５１が最も球面に近づく位置でのボール接触点から球面までの距離Ｌ（図２参照）である。
【００６９】
常用角耐久試験では、特にトルクが大きい試験において、トラック上の荷重が増加することによりボール接触楕円５１が増加し、外側継手部材３３の内径面にこの接触楕円５１がはみ出してエッジロードから剥離が発生しており、耐久性の向上にはボール接触点から球面部までの距離Ｌが増加するほど耐久性は良くなる。
【００７０】
次に図９は、常用角（６°）耐久試験条件での解析結果からの外側継手部材のＰＶ値を示す。ＰＶ値は、ボールとトラック間の滑り速度とトラック荷重を乗じたものである。このＰＶ値が減少するほど耐久性は良くなる。解析結果からＲ１値が減少するほどＰＶ値が減少する。しかし、Ｒ１値０．０７１以下ではＰＶ値の減少は鈍化する。なお、Ｂタイプ（ケージオフセット品）は、小さいＲ１値が採れることから有利である。また、内側継手部材３６のＰＶ値は、Ｒ１値を減少することで外側継手部材とは逆に増加する関係がある、このため、内側継手部材３６のＰＶ値増加による内側継手部材耐久性の低下が懸念される。Ｒ１値０．０７１では、内側継手部材の不具合は認められていない。なお、図９における各■、□、▲、△、●、○の発明品は図７に示す各■、□、▲、△、●、○と同じタイプの固定型等速自在継手を示している。
【００７１】
次に図１０は、作動角４６°でトルク２５０Ｎｍを負荷したときの解析結果からのトラック深さを示している。図１０において、□は反トラック方向ケージオフセットのＢタイプであり、Ｒ１＝０．０７１であり、Ｒ２＝０．００９５であり、Ｒ３＝０．１６７である（つまり、Ｂ１タイプである）。●はケージオフセット無しのＡタイプであり、Ｒ１＝０．０８７とし、Ｒ２＝０とし、特に、○はＲ３＝０．１６７である（つまり、Ａ２タイプである）。▲はケージオフセット無しのＡタイプであり、Ｒ１＝０．０９６、Ｒ２＝０とし、特に、△はＲ３＝０．２２１である（つまりＡ１タイプである）。
【００７２】
このように、作動角４６°においては、Ｒ３値が大きいほどトラック深さは深くなり、またＲ１値については小さいほどトラック深さは深くなる。Ｒ１値０．０８７では、Ｒ３値が０．０７になると従来と同等の深さとなる。
【００７３】
なお、従来品と前記各発明品のタイプ別のＲ１、Ｒ２、Ｒ３の値、およびケージオフセットの種類を表１に示した。また、従来におけるＲ１、Ｒ２、Ｒ３も、比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）であり、比Ｒ２（＝ｆｃ／Ｒ）であり、比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）である。
【表１】
【００７４】
前記図５から図１０から分かるように、Ｒ１の好適の範囲では、Ａタイプでは、０．０６１〜０．０８７であり、Ｂタイプでは、０．０４４〜０．０８７である。この場合の下界値は、図６から分かるように、作動性の限界値である。上限値は、後述する常用角耐久試験結果及びトラック深さが従来品以上に確保できる範囲である。特に、Ａタイプでは、０．０６１〜０．０７１とし、Ｂタイプでは、０．０４４〜０．０７１とするのがさらに好適な範囲となる。これは、図９から、ＰＶ値が従来品以下となる範囲としている。この上限範囲とすることでさらにトラック深さが大きくなりさらに耐久性が向上する。
【００７５】
Ｒ２としては０．０１以下が好ましい。Ｒ２が０．０１を越えると、ケージ３８の開口側（継手開口側）の肉厚が薄くなり、強度が低下するおそれがあるからである。
【００７６】
Ｒ３としては０．０７〜０．１９が好ましい。すなわち、図１０から分かるように、好適なＲ１値の０．０８７において、トラック深さを従来品なみに確保できる範囲の０．０７以上とする。また、後述する常用角耐久時のトラック深さから従来品並みに確保できる０．１９以下とする（図８参照）。特に、Ｒ３を０．１５〜０．１９とするのがより好ましい。０．１５は、図１０における本発明品Ａ１のトラック深さのレベルをＲ１＝０．０８７に対応するＲ３値としたものである。
【００７７】
最大作動角（５０度程度）を取ったときであっても、この等速自在継手では、Ｒ４（Ｆ／ｆｒ）≧[ｔａｎ（θｍａｘ）／２］に設定しているので、ケージの回転力が抑制され釣り合った状態となって、安定した状態を維持できる。また、Ｒ４を増加させると球面力が増加する関係がある。球面力の増加は発熱量の増加につながり、高角度の耐久性の低下につながる。したがって、Ｒ４は出来る限り小さく設定することが必要であり、この場合、Ｒ４（Ｆ／ｆｒ）≦ｔａｎ[（θｍａｘ＋５）／２）]と設定するのが好ましく、Ｒ４＝ｔａｎ（θｍａｘ／２）が最適である。
【００７８】
最大作動角（５０度程度）を取ったときに、Ｒ４＜ｔａｎ[（θｍａｘ）／２］であれば、図１１に示すように、ボール３７からの力Ｆ１が作用し、ケージ３８に回転力が作用して、不安定な状態となる。これに対して、最大作動角（５０度程度）を取ったときに、[ｔａｎ（θｍａｘ）／２］≦Ｒ４≦ｔａｎ[（θｍａｘ＋５）／２］であれば、外側継手部材３３の最も奥側に位置するボール３７のくさび角（開放角）が継手開口側を向くことになる。このため、図１２に示すように、ボール３７からの力Ｆ２が作用し、ケージ３８の回転力が抑制され、釣り合った状態となる。
【００７９】
本発明によれば、高作動角時においてケージ３８に作用する荷重がより釣り合い均衡した状態となり、安定した高強度を得られる。高作動角時において外側継手部材の奥側の許容負荷が増えるため、トラック壁面の剛性が向上し、トラックエッジ部の変形が抑えられ、捩り強度が向上する。高作動角時において外側継手部材奥側のトラック深さが増えるため、乗り上げトルクが向上し、エッジロードが減少し、高作動角での耐久性が向上する。このため、高い耐久性要求に適用できるのでサイズダウンが図れ、軽量となり、また低コスト化にもなる。
【００８０】
また、外側継手部材３３のトラック溝３２の中心（曲線部の曲率中心）に半径方向オフセットを設けることにより、半径方向オフセットを設けない場合に比べて、トラック溝３２の継手奥部側部分の溝深さが相対的に大きくなる。そのため、トラック溝３２の継手奥部側壁部の剛性が増大することにより、継手が高作動角を取り、トルク伝達ボール３７がトラック溝３２の継手奥部側に寄った位置でトルクを伝達するときの、トラック溝３２の継手奥部側壁部のエッジ部分の変形が抑制され、高作動角域での継手の捩り強度が向上する。また、高作動角域でのトルク容量が増大する。ここで、トルク容量とは、継手がある作動角を取りつつトルクを伝達する際に、トルク伝達ボール３７とトラック溝３２との接触部の接触楕円の端部が、トラック溝３２のエッジ線と重なるトルクである。
【００８１】
常用角では、従来並みのトラック深さを確保でき、耐久性は従来と同等かそれ以上となる。特にＲ１＝０．０７１以下とするとトラック深さはより深く、ＰＶ値も低くなり耐久性が向上する。このように、この固定型の等速自在継手では、高い耐久性要求に適用できるのでサイズダウンが図れ、軽量となり、また低コスト化にもなる。また、Ｒ１＝０．０８７以下として従来品より低い値とすると、軸方向のボール３７からケージ３８への荷重および、ボール３７の半径方向移動量が減少するなどにより効率が向上する。このため、本発明の固定型等速自在継手は自動車のドライブシャフト用に最適となる。
【００８２】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、軸方向オフセット量、径方向オフセット量、ケージオフセット量等は、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が前記最適な値となる範囲で任意に設定できる。また、半径方向オフセットによる作動性の向上によりＲ１値を低く設定できることから、ケージ３８の外球面中心Ｏ４を継手中心Ｏｊよりも外側継手部材３３のトラック溝３２の中心Ｏ２側に配置するとともに、ケージ３８の内球面中心Ｏ３が継手中心Ｏｊよりも内側継手部材３６のトラック溝３５の中心Ｏ１側に配置するものであってもよい。本発明にかかる固定型等速自在継手は、ドライブシャフト用に限るものではなく、プロペラシャフト、さらには他の各種の産業機械の動力伝達系に使用できる。なお、図１に示す固定型等速自在継手であっても、図３に示す固定型等速自在継手であっても、トラック溝３２，３５の曲線部を単一円弧としているが、複数の円弧でもって形成してもよい。曲線部を単一円弧であれば、加工が容易で製造コストが安価となる利点がある。
【００８３】
尚、これらのトラック溝形状は軸方向に垂直な平面に輪切りとし、円（P．C．D．）測定しP.C.D.と軸方向高さ寸法によって管理される。また、通常の量産時には、外側継手部材及び内側継手部材のトラック溝のストレート部径を規定することで簡易的な管理が可能となる。
【符号の説明】
【００８４】
３１ 内径面
３２，３５ トラック溝
３２ａ 奥側トラック溝
３２ｂ 開口側トラック溝
３３ 外側継手部材
３４ 外径面
３５ トラック溝
３５ａ 奥側トラック溝
３５ｂ 開口側トラック溝
３６ 内側継手部材
３７ トルク伝達ボール
３８ ケージ
３８ａ 外球面
３８ｂ 内球面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定型等速自在継手に関し、特に、連結した駆動側と従動側の２軸間での角度変位にのみ許容するタイプであって、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８個のトルク伝達ボールを備えたアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
固定型等速自在継手には、ツェッパ型（ＢＪ）（例えば特許文献１）やアンダーカットフリー型（ＵＪ）等がある。ツェッパタイプの固定型等速自在継手は、図１３に示すように、内球面１に複数のトラック溝２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材３と、外球面４に外側継手部材３のトラック溝２と対をなす複数のトラック溝５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材６と、外側継手部材３のトラック溝２と内側継手部材６のトラック溝５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、外側継手部材３の内球面１と内側継手部材６の外球面４との間に介在してボール７を保持するケージ８とを備えている。ケージ８には、ボール７が収容される窓部９が周方向に沿って複数配設されている。
【０００３】
ケージ８は外側継手部材３の内球面及び内側継手部材６の外球面とそれぞれ球面接触している。外側継手部材３と内側継手部材６のトラック溝２，５のボール中心軌跡線の曲率中心（Ｏ２，Ｏ１）はそれぞれ継手中心Ｏｊに対して対称な位置にある。言い換えれば、曲率中心Ｏ１と曲率中心Ｏ２は継手中心Ｏｊから互いに逆方向に等距離、軸方向にオフセットしている。すなわち、外側継手部材３のトラック溝２を継手中心Ｏｊから継手中心軸線Ｘに沿って継手開口側に所定距離だけオフセットさせ、内側継手部材６のトラック溝５を継手中心Ｏｊから継手中心軸線Ｘに沿って継手奥部側に所定距離だけオフセットさせている。ここで、継手中心軸線Ｘは、継手の作動角が０°の状態で、外側継手部材３の軸線と内側継手部材６の軸線とを含む直線、継手中心面は、トルク伝達ボール７の中心を含み、継手中心軸線と直交する平面、継手中心Ｏｊは、継手中心面と継手中心軸線との交点である。
【０００４】
このため、外側継手部材３のトラック溝２と内側継手部材６のトラック溝５とで形成されトルク伝達ボールトラックは、軸方向の一方から他方へ向かって徐々に広がったくさび形状を呈する。各ボール７はこのくさび状のトルク伝達ボールトラック内に収容され、外側継手部材３と内側継手部材６との間でトルクを伝達する。すべてのボール７を継手平面（作動角の二等分線に垂直な平面）に保持するためケージ８が組み込まれている。
【０００５】
また、ツェッパタイプの固定型等速自在継手には、６個のトルク伝達ボールを備えた構造のものが技術標準として長年にわたって使用され、性能・信頼性等の面で多くのユーザの支持を得てきたが、本出願人は、この技術標準としての６個ボールのゼッパジョイントと同等以上の強度、負荷容量および耐久性を確保しつつ、高効率で抜本的な軽量・コンパ
クト化を図った８個ボールのゼッパジョイントを開発し、既に提案した（例えば下記の特許文献１）。
【０００６】
次に、ＵＪタイプの固定型等速自在継手は、図１４に示すように、内径面１１に複数のトラック溝１２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材１３と、外径面１４に外側継手部材１３のトラック溝１２と対をなす複数のトラック溝１５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材１６と、外側継手部材１３のトラック溝１２と内側継手部材１６のトラック溝１５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール１７と、外側継手部材１３の内径面１１と内側継手部材１６の外径面１４との間に介在してボール１７を保持するケージ１８とを備えている。ケージ１８には、ボール１７が収容される窓部１９が周方向に沿って複数配設されている。
【０００７】
この場合、外側継手部材１３のトラック溝１２は、トラック溝ボール中心軌跡線が円弧部となる奥側トラック溝１２ａと、トラック溝ボール中心軌跡線が外側継手部材軸線と平行なストレート部となる開口側トラック溝１２ｂとからなる。奥側トラック溝１２ａは、その曲率中心Ｏ２を継手中心Ｏｊから軸方向に外側継手部材１３の開口側にずらしている。また、内側継手部材１６のトラック溝１５は、トラック溝ボール中心軌跡線が内側継手部材軸線と平行なストレート部となる奥側トラック溝１５ａと、トラック溝ボール中心軌跡線が円弧部となる開口側トラック溝１５ｂとからなる。開口側トラック溝１５ｂの曲率中心Ｏ１を継手中心Ｏｊから軸方向に外側継手部材１３の奥側トラック溝１２ａの曲率中心Ｏ２と反対側の奥側に等距離Ｆだけ離して設けている。
【０００８】
このように、全域を円弧形状としているツェッパタイプに対して、ＵＪタイプの外側継手部材１３のトラック形状は、開口側がストレート形状のアンダーカットフリーとなっている。このため、ＢＪタイプに比べて開口部でボール位置が外径側にあるためシャフト（内側継手部材に嵌入されるシャフト）と外側継手部材１３のトラック溝１２との干渉角が大きくなり、ＵＪタイプはＢＪタイプに比べてより大きい作動角がとれる。また、ＵＪタイプの外側継手部材１３のトラック形状は、開口側においてストレート形状となっているために、ボール１７の半径方向の移動量が外径側方向に大きくなり、それに対応してボール１７を保持するためケージ１８の外径も大きくすることになる。このことから外側継手部材１３の内球面径は大きくなる。
【０００９】
しかしながら、ＵＪタイプは、外側継手部材１３の内径面（内球面）を大きくすることで、外側継手部材１３の円弧トラック溝が開口側にオフセットしていることによって、奥側のトラック深さは浅くなる。このため、前記したように外側継手部材１３の内球面を大きくすると奥側トラック溝深さは更に浅くなる。ここで、トラック深さとは、回転状態でジョイント内部力解析を行い、一回転中でトラック内を軸方向および接触角方向に移動するボールの接触楕円が最も球面に近づく位置でのボール接触点から球面までの距離として現した。
【００１０】
また、ボール７，１７のケージ８，１８での保持とトラック深さの確保から、同じサイズにおいてＵＪタイプはツェッパタイプに比べてボール径を大きく、またボールのピッチ円ＰＣＤ、延いては外側継手部材外径も大きくしている。
【００１１】
図１４に示すＵＪタイプでは、外側継手部材奥側トラック深さの確保に効果のあるケージオフセット形状としている。すなわち、継手中心Ｏｊに対して、ケージ１８の外球面１８ａの中心Ｏ４を軸方向開口側へｆｃだけオフセットさせ、ケージ１８の内球面１８ｂの中心Ｏ３を軸方向奥側へｆｃだけオフセットさせている。このようなケージオフセットタイプを、トラック方向ケージオフセットと呼ぶ。なお、図１４において、ｆａは、トラック溝１２の曲率中心Ｏ２と外側継手部材１３の内径面の曲率中心との軸方向距離、又は、トラック溝１５の曲率中心Ｏ１と内側継手部材１６の外径面の曲率中心との軸方向距離である。
【００１２】
近年、６個ボールタイプに比べ外径がコンパクト化された８個ボールのＵＪタイプの継手も提案されている（特許文献１）。８個ボールのＵＪタイプの継手は、６個ボールよりも小さいボール径としているため、ボールの大きさ，個数によらずＰＣＲ（外側継手部材のトラック溝の円弧中心または内側継手部材のトラック溝の円弧中心とボールの中心とを結ぶ線分の長さ）とオフセット量とで決まる前記の半径方向移動量に相当するケージの半径方向寸法（厚み）を確保できるようにオフセット量を小さく設定するとともに、図１４に示すように、ケージオフセットを採用している。
【００１３】
そして、このような８個のＵＪタイプではさらなる耐久性向上には、高角時の向上が重要な課題とされている。
【００１４】
ところで、従来には、６個ボールのツェッパタイプにおいて、トラック溝の中心を継手中心軸線から該トラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットさせることが開示されている（特許文献２、特許文献３、及び特許文献４）。
【００１５】
特許文献２では、外側継手部材のトラック溝を、継手中心を中心とする開口側第１案内溝と、継手中心から半径方向反対側にオフセットされた点を中心とする奥側第２案内溝とで形成している。また、内側継手部材のトラック溝を、継手中心から継手中心軸線に沿って奥側にオフセットされた点を中心とする奥側第２トラック溝と、この奥側第２案内溝の中心からさらに半径方向反対にオフセットされた点を中心とする開口側第２案内溝とで形成している。
【００１６】
このような構成とすることにより、外側継手部材の奥側第１案内溝の溝深さが大きくなり、また、内側継手部材の開口側第２案内溝の部分で内側継手部材の肉厚が大きくなるので、継手が高作動角を取ったとき、ボールが外側継手部材の奥側第１案内溝に乗り上げて該溝のエッジ部分が欠けてしまうことがなくなり、また、ボールからの負荷によって内側継手部材が損傷してしまうことがなくなる。
【００１７】
特許文献３では、外側継手部材のトラック溝の中心と内側継手部材のトラック溝の中心を、それぞれ、直径方向面（継手中心面）から軸方向両側に等距離だけ離間し、かつ、継手中心軸線から半径方向反対側に所定量だけ離間した位置にオフセットさせている。このような構成とすることにより、継手が最大作動角を取り、ボールが外側継手部材のトラック溝の入口縁部に極めて接近した状態において、ボールとトラック溝との接触力が小さくなり、トラック溝の入口縁部の損傷が防止される。
【００１８】
特許文献４では、外側継手部材のトラック溝及び内側継手部材のトラック溝の溝中心線の曲率中心が、継手中心面の両側に偏心され、かつ溝中心線と軸心とを含む平面上でこの軸心を越えた反対側にあるように設定している。これによって、継手角の最大許容角度を大きくでき、外側継手部材の外径を大きくすることなく強度を確保するようにしている。
【００１９】
また、従来には、走行特性等に影響を与えることなく最大屈曲角度を増大できるようにするものがある（特許文献５）。すなわち、特許文献５では、走行路の基底と継手回転軸線との間の距離を、最大値を取る点から出発して、軌跡曲線の接線と継手回転軸線との間の交差角が単調に増加するようにしたものである。
【００２０】
ツェッパタイプの等速自在継手において、トラック溝の中心の軸方向オフセット量（トラック溝の中心と継手中心面との軸方向距離）を小さくし、あるいは、半径方向オフセット量（トラック溝の中心と継手中心軸線との半径方向距離）を設けると、継手回転中のトラック荷重（トルク伝達ボールとトラック溝との接触部に作用する荷重）のピーク値が上昇する傾向がみられる。引用文献２、３では、６個ボールのゼッパジョイントについて、トラック溝の中心に半径方向オフセットを設けているが、これは最大作動角又はその近傍の高作動角域でのトラック溝側壁部分の損傷防止に配慮したものであり、低作動角域及び中作動角域での耐久性確保の課題は全く考慮されていない。
【００２１】
特に、前記特許文献２〜特許文献４に記載のものでは、いずれも６個ボールであり、しかも、トラック溝が単一の円弧部から構成されるものである。また、特許文献５においても、６個ボールであり、しかも、トラック溝のストレート部を有さないものである。このため、８個ボールでのＵＪタイプの等速自在継手において、低作動角時の耐久性を確保しつつ、高作動角でのトルク容量の向上を図ることが可能なものは従来には存在しなかった。
【００２２】
そこで、低作動角時の耐久性を確保しつつ、高作動角でのトルク容量の向上を図ることが可能な８個ボールでのアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手が提案された（特許文献６）。
【００２３】
すなわち、特許文献６に記載の等速自在継手は、８個ボールでのアンダーカットフリータイプであって、外側継手部材のトラック溝の中心と前記内側継手部材のトラック溝の中心とが、継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされたものとする。そして、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）やｆｒとＲｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）等の数値限定から耐久性と高角強度を向上させるものである。Ｆは外側継手部材のトラック溝の中心と継手中心面との間の軸方向距離であり、Ｒｔは外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離であり、ｆｒは外側継手部材のトラック溝の中心継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量である。
【００２４】
また、従来には、外側継手部材のトラック溝の中心と前記内側継手部材のトラック溝の中心とが、継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされたものにおいて、継手中心面と前記継手中心軸線との交点を継手中心、前記外側継手部材の案内溝の中心と前記継手中心とを含む直線が前記継手中心面となす角度をβ（°）としたとき、１５°≦β＜２４°としたものがある（特許文献７）。これによって、継手の耐久性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開平９-３１７７８３号公報
【特許文献２】特開平４−２２８９２５号公報
【特許文献３】特表２００２−５４１３９５号公報
【特許文献４】特開平８−１２８４５４号公報
【特許文献５】特開昭５９−１０６７２４号公報
【特許文献６】特開２００９−２９９８１０号公報
【特許文献７】特開２００８−１５１１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかしながら、前記特許文献６では、特許文献２〜特許文献５に記載の等速自在継手が具備する課題を解決することができた。しかしながら、特許文献６に記載の等速自在継手において、解放角（又はＲ１）を小さく設定し高作動角をとった場合、ケージが継手中心線においてトルクバランスが均衡不可能な位置が生じる場合がある。このような位置が生じれば、高作動角における強度面において重大な欠点となりうる。また、前記特許文献７に記載の等速自在継手であっても、同様に不安定な位置が生じるおそれがある。
【００２７】
本発明の課題は、高作動角時においてケージに作用する荷重がより釣り合い均衡した状態となり、安定した高強度を得られることが可能なアンダーカットフリータイプの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】
【００２８】
本発明の固定型等速自在継手は、内径面に軸方向に延びるトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に軸方向に延びるトラック溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックにそれぞれ配されたトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するポケットを有するケージとを備え、外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面に曲線部とストレート部を有するアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手であって、継手の作動角が０°の状態で、前記外側継手部材の軸線と前記内側部材の軸線とを含む直線を継手中心軸線、前記トルク伝達ボールの中心を含み、前記継手中心軸線と直交する平面を継手中心面としたとき、前記外側継手部材のトラック溝の中心と前記内側継手部材のトラック溝の中心とが、それぞれ、前記継手中心面から軸方向両側に離間し、前記継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとし、最大作動角をθｍａｘとしたときに、Ｆとｆｒとの比Ｒ４（＝Ｆ／ｆｒ）がＲ４≧ｔａｎ[（θｍａｘ）／２]であるものである。すなわち、最大作動角を５０ｄｅｇとしたときに、Ｆとｆｒとの比Ｒ４（＝Ｆ／ｆｒ）がＲ４≧０．４６６とする。また、Ｒ４≦０．５２１とする。
【００２９】
最大作動角（５０度程度）を取ったときであっても、この等速自在継手では、Ｒ４≧[ｔａｎ（θｍａｘ）／２］に設定しているので、外側継手部材の最も奥側に位置するボール３７のくさび角（開放角）が継手開口側を向くことになる。このため、ケージの回転力が抑制され釣り合った状態となって、安定した状態を維持できる。また、Ｒ４を増加させると球面力が増加する関係がある。球面力の増加は発熱量の増加につながり、高角度の耐久性の低下につながる。したがって、Ｒ４は出来る限り小さく設定することが好ましく、また、Ｒ４≧ｔａｎ[（θｍａｘ）／２］と設定するのが好ましいことから、Ｒ４＝ｔａｎ（θｍａｘ／２）が最適である。これに対して、Ｒ４＜ｔａｎ[（θｍａｘ）／２］の場合、高作動角においてケージに回転力が作用して、不安定な状態となる。
【００３０】
外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックが６本であるようにできる。
【００３１】
また、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックが８本であって、ケージの外球面の中心とケージの内球面の中心とが一致し、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離をＲｔ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０６１≦Ｒ１≦０．０８７であり、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとしたとき、ｆｒと前記Ｒｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ３≦０．１９であるものであってもよい。
【００３２】
外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックが８本であって、ケージの外球面の中心とケージの内球面の中心とが、前記継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされ、そのケージオフセットの量Ｒ２が０．１以上で、かつ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離をＲｔ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０４４≦Ｒ１≦０．０８７であり、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとしたとき、ｆｒと前記Ｒｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ３≦０．１９であるものであってもよい。
【００３３】
最大作動角°のトラック深さは、Ｒ３値が大きいほど深くなり、またＲ１値については小さいほど深くなる。Ｒ１値０．０８７では、Ｒ３値が０．０７になると従来と同等の深さとなる。
【００３４】
トラック溝を半径方向にオフセットしている構造では、オフセットしていない従来品よりさらに小さいＲ１値まで作動性が良好となる。常用角（作動角６°）においては、前記Ｒ１値が小さいほどトラック深さが深くなり、Ｒ３値が小さいほどトラック深さが深くなる。ここで、トラック深さとは、回転状態でジョイント内部力解析を行い、一回転中でトラック内を軸方向および接触角方向に移動するボールの接触楕円が最も球面に近づく位置でのボール接触点から球面までの距離である。ボール接触点から球面部までの距離は大きいほど耐久性は良くなる。
【００３５】
外側継手部材のトラック溝の中心（曲線部の曲率中心）に半径方向オフセットを設けることにより、半径方向オフセットを設けない場合に比べて、トラック溝の継手奥部側部分の溝深さが相対的に大きくなる。そのため、トラック溝の継手奥部側壁部の剛性が増大することにより、継手が高作動角を取り、トルク伝達ボールがトラック溝の継手奥部側に寄った位置でトルクを伝達するときの、トラック溝の継手奥部側壁部のエッジ部分の変形が抑制され、高作動角域での継手の捩り強度が向上する。また、高作動角域でのトルク容量が増大し、トラック溝の継手奥部側壁部でのエッジロードが減少する結果、高作動角域での継手の耐久性が向上する。ここで、トルク容量とは、継手がある作動角を取りつつトルクを伝達する際に、トルク伝達ボールとトラック溝との接触部の接触楕円の端部が、トラック溝のエッジ線と重なるトルクである。
【００３６】
Ｒ１の下限値は作動性の限界値であり、Ｒ１の上限値は、常用角耐久性及びトラック深さを従来品以上に確保できる範囲である。また、Ｒ２を０．０１以下とすることによって、ケージの開口側の肉厚が薄くなるのを防止できる。Ｒ１値が小さいほどＰＶ値（ボールとトラック間の滑り速度とトラック荷重を乗じたもの）が小さくなる。ＰＶ値が小さいほど耐久性は良くなる。
【００３７】
この固定型等速自在継手において、外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面に曲線部を単一円弧とするのが好ましい。これは、加工が容易で製造コストが安価となるからである。また、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）を０．０７０以下とするのが好ましく、ｆｒとＲｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）を０．１５以上とするのが好ましい。
【００３８】
前記等速自在継手は、例えば自動車のドライブシャフトに用いられる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、高作動角時においてケージに作用する荷重がより釣り合い均衡した状態となり、安定した高強度を得られる。高作動角時において外側継手部材の奥側の許容負荷が増えるため、トラック壁面の剛性が向上し、トラックエッジ部の変形が抑えられ、捩り強度が向上する。高作動角時において外側継手部材奥側のトラック深さが増えるため、乗り上げトルクが向上し、エッジロードが減少し、高作動角での耐久性が向上する。このため、高い耐久性要求に適用できるのでサイズダウンが図れ、軽量となり、また低コスト化にもなる。
【００４０】
また、外側継手部材のトラック溝の中心（曲線部の曲率中心）に半径方向オフセットを設けることにより、半径方向オフセットを設けない場合に比べて、トラック溝の継手奥部側部分の溝深さが相対的に大きくなる。そのため、トラック溝の継手奥部側壁部の剛性が増大することにより、継手が高作動角を取り、トルク伝達ボールがトラック溝の継手奥部側に寄った位置でトルクを伝達するときの、トラック溝の継手奥部側壁部のエッジ部分の変形が抑制され、高作動角域での継手の捩り強度が向上する。また、高作動角域でのトルク容量が増大する。ここで、トルク容量とは、継手がある作動角を取りつつトルクを伝達する際に、トルク伝達ボールとトラック溝との接触部の接触楕円の端部が、トラック溝のエッジ線と重なるトルクである。
【００４１】
高作動角時において外側継手部材奥側のトルク容量が増えれば、トラック溝壁面の剛性が向上し、トラックエッジ部の変形が抑えられ、捩り強度が向上する。高作動角時において外側継手部材奥側のトラック深さが増えるため、乗り上げトルクが向上し、エッジロードが減少し、高作動角での耐久性が向上する。常用角では、従来並みのトラック深さを確保でき、耐久性は従来と同等かそれ以上となる。特にＲ１＝０．０７１以下とするとトラック深さはより深く、ＰＶ値も低くなり耐久性が向上する。このように、この固定型の等速自在継手では、高い耐久性要求に適用できるのでサイズダウンが図れ、軽量となり、また低コスト化にもなる。また、Ｒ１＝０．０８７以下として従来品より低い値とすると、軸方向のボールからケージへの荷重および、ボール３７の半径方向移動量が減少するなどにより効率が向上する。このため、本発明の固定型等速自在継手は自動車のドライブシャフト用に最適となる。
【００４２】
特にボール個数に限定するものではないが、最適は８個ボールの固定式等速自在継手への適応である。
【００４３】
このように、本発明の固定型等速自在継手は自動車のドライブシャフト等に最適となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態を示す固定型等速自在継手の断面図である。
【図２】前記固定型等速自在継手のトラック溝形状を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す固定型等速自在継手の断面図である。
【図４】折り曲げ状態の断面図である。
【図５】作動角と作動角方向のトルクとの関係を示すグラフ図である。
【図６】Ｒ１と作動角方向のトルクとの関係を示すグラフ図である。
【図７】Ｒ１と外輪トラック深さとの関係を示すグラフ図である。
【図８】Ｒ３と外輪トラック深さとの関係を示すグラフ図である。
【図９】Ｒ１と外輪ＰＶ値との関係を示すグラフ図である。
【図１０】Ｒ３とトラック深さとの関係を示すグラフ図である。
【図１１】Ｒ４＜ｔａｎ[（θｍａｘ）／２）]を満たす等速自在継手が最大作動角（５０ｄｅｇ）をとった場合の断面図である。
【図１２】ｔａｎ[（θｍａｘ）／２）]≦Ｒ４≦ｔａｎ[（θｍａｘ＋５）／２］を満たす等速自在継手が最大作動角（５０ｄｅｇ）をとった場合の断面図である。
【図１３】ツェッパタイプの固定型等速自在継手の断面図である。
【図１４】従来のアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
【００４６】
この実施形態の固定型等速自在継手は、例えば自動車のドライブシャフトの固定側（車輪側）に配置されるもので、図１に示すように、内径面３１に複数（８個）のトラック溝３２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材３３と、外径面３４に外側継手部材３３のトラック溝３２と対をなす複数（８個）のトラック溝３５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材３６と、外側継手部材３３のトラック溝３２と内側継手部材３６のトラック溝３５とが協働して形成される８本のボールトラックにそれぞれ配された８個のトルク伝達ボール３７と、外側継手部材３３の内径面３１と内側継手部材３６の外径面３４との間に介在してボール３７を保持するケージ３８とを備えている。ケージ３８には、ボール３７が収容される窓部３９が周方向に沿って複数配設されている。なお、内側継手部材３６の内径面に軸部を連結するための歯型（セレーション又はスプライン）３６ａを形成している。
【００４７】
外側継手部材３３のトラック溝３２は、トラック溝ボール中心軌跡線が曲線部（円弧部）となる奥側トラック溝３２ａと、トラック溝ボール中心軌跡線が外側継手部材軸線と平行なストレート部となる開口側トラック溝３２ｂとからなる。また、内側継手部材３６のトラック溝３５は、トラック溝ボール中心軌跡線が内側継手部材軸線と平行なストレート部となる奥側トラック溝３５ａと、トラック溝ボール中心軌跡線が曲線部（円弧部）となる開口側トラック溝３５ｂとからなる。
【００４８】
なお、外側継手部材３３のトラック溝３２や内側継手部材３６のトラック溝３５は、鍛造加工のみ、又は鍛造加工後の削り加工等にて成形したゴシックアーチ状である。図３に示すように、ゴシックアーチ状とすることによって、トラック溝３２、３５とボール３７はアンギュラ接触となっている。すなわち、ボール３７は、外側継手部材３３のトラック溝３２と２点Ｃ１１，Ｃ１２で接触し、内側継手部材３６のトラック溝３５と２点Ｃ２１，Ｃ２２で接触する形状となっている。ボール３７の中心Ｏｂと継手中心Ｏｊを通る線分Ｐ１に対するボール３７の中心Ｏｂと各トラック溝３２，３５との接触点Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２とのなす角度が、接触角αである。各接触点Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２の接触角αはすべて等しく設定されている。
【００４９】
図１と図２においては、継手の作動角θが０°の状態を示しており、この状態では、外側継手部材３３の軸線と内側継手部材３６の軸線とが直線Ｘ上で一致し、また、全てのトルク伝達ボール３７の中心Ｏｂを含む平面Ｐは直線Ｘと直交する。以下、直線Ｘを継手中心軸線Ｘ、平面Ｐを継手中心面Ｐ、継手中心面Ｐと継手中心軸線Ｘとの交点を継手中心Ｏｊという。
【００５０】
図１に示すように、外側継手部材３３のトラック溝３２の奥側トラック溝３２ａの中心（曲率中心）Ｏ２は、継手中心面Ｐから継手開口側（図１で右側）に軸方向距離Ｆだけ離間し、かつ、継手中心軸線Ｘからこのトラック溝３２に対して半径方向反対側に半径方向距離ｆｒだけ離間した位置にオフセットされている。また、内側継手部材３６のトラック溝３５の開口側トラック溝３５ｂの中心Ｏ１は、継手中心面Ｐから継手奥部側（同図で左側）に軸方向距離Ｆだけ離間し、かつ、継手中心軸線Ｘからこのトラック溝３５に対して半径方向反対側に半径方向距離ｆｒだけ離間した位置にオフセットされている。
【００５１】
以下、トラック溝３２，３５の中心Ｏ２、Ｏ１と継手中心面Ｐとの軸方向距離（Ｆ）を軸方向オフセット量Ｆ、曲率中心Ｏ２、Ｏ１と継手中心軸線Ｘとの半径方向距離（ｆｒ）を半径方向オフセット量ｆｒという。尚、この実施形態において、外側継手部材３３のトラック溝３２と内側継手部材３６のトラック溝３５とは、軸方向オフセット量Ｆが相等しく、また、半径方向オフセット量ｆｒが相等しい。
【００５２】
また、この実施形態では、図１に示すように、ケージ３８の外球面３８ａの中心Ｏ４、および、ケージ３８の内球面３８ｂの中心Ｏ３は、いずれも、継手中心Ｏｊ上にある。
【００５３】
図１に示すように、外側継手部材３３のトラック溝３２の中心（曲率中心）Ｏ２又は内側継手部材３６のトラック溝３５の中心（曲率中心）Ｏ１とトルク伝達ボール３７の中心Ｏｂとの間の距離をＲｔとし、外側継手部材３３のトラック溝３２の中心Ｏ２又は内側継手部材３６のトラック溝３５の中心Ｏ１と継手中心面Ｐとの間の軸方向距離（前記軸方向オフセット量）をＦとしたとき、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０６１≦Ｒ１≦０．０８７であるように設定する。このため、このＲ１はオフセット（軸方向オフセット）の程度を表す値と呼ぶことができる。
【００５４】
また、外側継手部材３３のトラック溝３２の中心（曲率中心）Ｏ２又は内側継手部材３６のトラック溝３５の中心（曲率中心）Ｏ１と継手中心軸線Ｘまでの距離である半径方向オフセット量をｆｒとしたとき、ｆｒとＲｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ１≦０．１９であるように設定する。このため、Ｒ３をオフセット（半径方向オフセット）の程度を表す値と呼ぶことができる。
【００５５】
次に、図３は本発明の第２の実施形態を示している。ケージ３８の外球面中心Ｏ４が継手中心Ｏｊよりも継手奥側に配置されるとともに、ケージ３８の内球面中心Ｏ３が継手中心Ｏｊよりも継手開口側に配置されている。すなわち、ケージ３８の外球面中心Ｏ４とケージ３８の内球面中心Ｏ３とが、継手中心Ｏｊに対して軸線方向にそれぞれｆｃだけオフセットされている。このようなケージオフセットタイプのものを、トラック方向ケージオフセットと呼ぶのに対して、反トラック方向ケージオフセットと呼ぶ。図３において、ｆａは、トラック溝３２の曲率中心Ｏ２と外側継手部材３３の内径面の曲率中心との軸方向距離、又は、トラック溝３５の曲率中心Ｏ１と内側継手部材３６の外径面の曲率中心との軸方向距離である。
【００５６】
この場合も、外側継手部材３３のトラック溝３２の奥側トラック溝３２ａの中心（曲率中心）Ｏ２は、継手中心面Ｐから継手開口側に軸方向距離Ｆだけ離間し、かつ、継手中心軸線Ｘからこのトラック溝３２に対して半径方向反対側に半径方向距離ｆｒだけ離間した位置にオフセットされている。また、内側継手部材３６のトラック溝３５の開口側トラック溝３５ｂの中心Ｏ１は、継手中心面Ｐから継手奥部側に軸方向距離Ｆだけ離間し、かつ、継手中心軸線Ｘからこのトラック溝３５に対して半径方向反対側に半径方向距離ｆｒだけ離間した位置にオフセットされている。
【００５７】
ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０４４≦Ｒ１≦０．０８７であるように設定するとともに、ｆｒとＲｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ１≦０．１９であるように設定する。また、ケージ３８の外球面中心Ｏ４（外側継手部材３３の内径面中心）又はケージ３８の内球面中心Ｏ３（内側継手部材３６の外径面中心）と継手中心面Ｐまでの軸方向距離をｆｃとし、トルク伝達ボール３７の中心Ｏｂから継手中心軸線Ｘまでの距離をＲとしたとき、ｆｃとＲとの比Ｒ２（＝ｆｃ／Ｒ）が０．０１以下とする。なお、図３に示す固定型等速自在継手の他の構成は前記図１に示す固定型等速自在継手と同様であるので、それらの説明を省略する。
【００５８】
また、前記各固定型等速自在継手において、最大作動角をθｍａｘとしたときに、Ｆとｆｒとの比Ｒ４（＝Ｆ／ｆｒ）は小さく設定することが好ましく、また、Ｒ４≧ｔａｎ[（θｍａｘ）／２］とされる。さらには、Ｒ４≦ｔａｎ[（θｍａｘ＋５）／２］とされる。好ましくは、Ｒ４＝ｔａｎ[（θｍａｘ／２）]とされる。例えば、最大作動角θｍａｘが５０ｄｅｇであれば、０．４６６≦Ｒ４≦０．５２１の範囲となる。
【００５９】
第１の実施形態や第２の実施形態のように、半径方向にオフセットしている構造は、従来品よりさらに小さいオフセット量まで作動性が良好となる。これは、主に隙間により発生する内側継手部材３６の継手中心Ｏｊからのズレ量が従来品に比べ小さいためである。このことは、本発明品は従来品よりトラック溝が継手中心軸線Ｘより半径方向外側に位置していることに起因して、作動角を取った状態での8個のトラック荷重の発生するトラックの箇所が従来品と開発品で異なっており、このことから内側継手部材３６を支えるボールの位置関係の違いにより内側継手部材３６のずれる方向及びずれる量が異なってくるためである。
【００６０】
次に前記比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）の最適範囲について説明する。図４に示すように、捩りトルクなしとして作動角方向に作動角−２０°から＋２０°までシャフトを折り曲げる。すなわち、折り曲げたときの作動角方向の折り曲げ抵抗トルク値に関して機構解析により算出した。
【００６１】
この場合、継手内部隙間については、ボール３７と内側継手部材３６のトラック溝３５及びボール３７と外側継手部材３３のトラック溝３２の隙間量は、通常この種の固定型等速自在継手において量産されているものの隙間とした。なお、外側継手部材３３の内球面（内径面）３１とケージ外球面隙間は、実際より小さい隙間とし、内側継手部材３６の外球面（外径面）３４とケージ内球面３８ｂとの隙間は通常のものより大きい隙間量とした。また、ケージ３８の窓部３９とボール３７間についても通常の負の隙間よりも小さい負の隙間としている。すなわち、作動角方向の折り曲げ抵抗トルク値が発生し易い、作動性が悪くなる条件としている。
【００６２】
図５に半径方向にオフセットしていない従来構造の８個ボール（継手中心面Pからトラック中心方向にケージオフセットしている）の前記解析結果を示している。図５において、細線がＲ１を０．０７０とした場合を示し、太線がＲ１を０．０７８とした場合を示し、中線がＲ１を０．０８７とした場合を示している。この図５からわかるように、Ｒ１を０．０７０とした場合と、Ｒ１を０．０７８とした場合とにおいて、作動角が＋７．５°付近からトルク値が立ち上がり＋１３°でピーク値が確認される。また、解析結果からＲ１値が０．０８７のときはトルクは発生しておらずスムースに作動しており、Ｒ１値が小さくなると折り曲げ抵抗トルクが増加する。すなわち、この解析条件の隙間の従来品は、Ｒ１値が０．０８７までは作動性が良好であるが、それより小さくなると作動性が悪くなる。
【００６３】
次に図６は、同じ隙間条件で本発明品についてＲ１値を可変し、Ｒ１値に対する前記解析から最大トルク値を従来品と比較した結果を示している。図６において、実線は従来品（半径方向にオフセットさせないトラック溝で、ケージオフセット形状のもの）を示し、１点鎖線は前記図１に示す本発明品（本発明品Ａと呼ぶ）を示し、破線は図３に示す本発明品（本発明品Ｂと呼ぶ）を示している。従来品は図１４に示すように、トラック方向ケージオフセットタイプであり、Ｒ２＝０．００９６とし、Ｒ３＝０としている。また、発明品Ａは図１に示すように、ケージオフセット無しタイプであって、Ｒ２＝０とし、Ｒ３＝０．１６７としている。発明品Ｂは図３に示すように、反トラック方向ケージオフセットタイプであり、Ｒ２＝０．００９５とし、Ｒ３＝０．１６７としている。
【００６４】
このように、本発明品である半径方向にオフセットしている構造は、従来品よりさらに減少させたオフセット量まで作動性が良好となる。これは、主に隙間により発生する内側継手部材のジョイント中心からのズレ量が開発品は従来品に比べ減少するためである。このことは、発明品は従来品よりトラックが中心軸より半径方向外側に位置していることに起因して、作動角を取った状態での8個のトラック荷重の発生するトラックの箇所が従来品と開発品で異なっているためである。すなわち、内側継手部材を支えるボールの位置関係の違いにより内側継手部材のずれる方向及びずれる量が異なってくるためである。
【００６５】
解析結果からＡタイプ（発明品Ａ）よりもＢタイプ（発明品Ｂ）のほうがより小さいＲ１値まで作動性が良好となることがわかる。そして、本発明品Ａでは、Ｒ１として０．０６１以上が作動性良好ということができ、本発明品Ｂでは、Ｒ１として０．０４５以上が作動性良好ということができる。また、製作したサンプルにおいても同等な結果を確認できた。
【００６６】
次に、常用角（６°）での耐久試験条件のときの外側継手部材３３のトラック深さの値を図７と図８に示す。図７はＲ１と外側継手部材３３のトラック深さとの関係を示し、この図７において、●はケージオフセット無しのＡタイプであり、Ｒ２＝０とし、Ｒ３＝０．１６７とし、特に、○はＲ１＝０．０８７である（つまり、Ａ２タイプである）。■は反トラック方向ケージオフセットのＢタイプであり、Ｒ２＝０．００９５とし、Ｒ３＝０．１６７とし、特に、□はＲ１＝０．０７１である。▲はケージオフセット無しのＡタイプであり、Ｒ２＝０とし、Ｒ３＝０．２２１とし、特に、△はＲ１＝０．０９６である（つまりＡ１タイプである）。＊は従来品であり、Ｒ１＝０．０８７であり、Ｒ２＝０．００９６であり、Ｒ３＝０である。
【００６７】
図８はＲ３と外側継手部材３３のトラック深さとの関係を示し、この図７において、○はＡ２タイプであり、Ｒ３＝０．１６７であり、Ｒ１＝０．０８７であり、Ｒ２＝０である。▲はＡタイプであり、Ｒ３＝０．２２１であり、Ｒ１＝０．０８７であり、Ｒ２＝０である。
【００６８】
常用角（６°）においては、Ｒ１値が減少するほどトラック深さが深くなり、またＲ３値が減少するほどトラック深さが深くなる。尚、Ｂタイプ（ケージオフセット品）は、小さいＲ１値が採れることから有利である。ここでトラック深さとは、回転状態で継手内部力解析を、大きいトルクの常用角（作動角６°）耐久条件で行い、一回転中でトラック内を軸方向および接触角α方向に移動するボールの接触楕円５１が最も球面に近づく位置でのボール接触点から球面までの距離Ｌ（図２参照）である。
【００６９】
常用角耐久試験では、特にトルクが大きい試験において、トラック上の荷重が増加することによりボール接触楕円５１が増加し、外側継手部材３３の内径面にこの接触楕円５１がはみ出してエッジロードから剥離が発生しており、耐久性の向上にはボール接触点から球面部までの距離Ｌが増加するほど耐久性は良くなる。
【００７０】
次に図９は、常用角（６°）耐久試験条件での解析結果からの外側継手部材のＰＶ値を示す。ＰＶ値は、ボールとトラック間の滑り速度とトラック荷重を乗じたものである。このＰＶ値が減少するほど耐久性は良くなる。解析結果からＲ１値が減少するほどＰＶ値が減少する。しかし、Ｒ１値０．０７１以下ではＰＶ値の減少は鈍化する。なお、Ｂタイプ（ケージオフセット品）は、小さいＲ１値が採れることから有利である。また、内側継手部材３６のＰＶ値は、Ｒ１値を減少することで外側継手部材とは逆に増加する関係がある、このため、内側継手部材３６のＰＶ値増加による内側継手部材耐久性の低下が懸念される。Ｒ１値０．０７１では、内側継手部材の不具合は認められていない。なお、図９における各■、□、▲、△、●、○の発明品は図７に示す各■、□、▲、△、●、○と同じタイプの固定型等速自在継手を示している。
【００７１】
次に図１０は、作動角４６°でトルク２５０Ｎｍを負荷したときの解析結果からのトラック深さを示している。図１０において、□は反トラック方向ケージオフセットのＢタイプであり、Ｒ１＝０．０７１であり、Ｒ２＝０．００９５であり、Ｒ３＝０．１６７である（つまり、Ｂ１タイプである）。●はケージオフセット無しのＡタイプであり、Ｒ１＝０．０８７とし、Ｒ２＝０とし、特に、○はＲ３＝０．１６７である（つまり、Ａ２タイプである）。▲はケージオフセット無しのＡタイプであり、Ｒ１＝０．０９６、Ｒ２＝０とし、特に、△はＲ３＝０．２２１である（つまりＡ１タイプである）。
【００７２】
このように、作動角４６°においては、Ｒ３値が大きいほどトラック深さは深くなり、またＲ１値については小さいほどトラック深さは深くなる。Ｒ１値０．０８７では、Ｒ３値が０．０７になると従来と同等の深さとなる。
【００７３】
なお、従来品と前記各発明品のタイプ別のＲ１、Ｒ２、Ｒ３の値、およびケージオフセットの種類を表１に示した。また、従来におけるＲ１、Ｒ２、Ｒ３も、比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）であり、比Ｒ２（＝ｆｃ／Ｒ）であり、比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）である。
【表１】
【００７４】
前記図５から図１０から分かるように、Ｒ１の好適の範囲では、Ａタイプでは、０．０６１〜０．０８７であり、Ｂタイプでは、０．０４４〜０．０８７である。この場合の下界値は、図６から分かるように、作動性の限界値である。上限値は、後述する常用角耐久試験結果及びトラック深さが従来品以上に確保できる範囲である。特に、Ａタイプでは、０．０６１〜０．０７１とし、Ｂタイプでは、０．０４４〜０．０７１とするのがさらに好適な範囲となる。これは、図９から、ＰＶ値が従来品以下となる範囲としている。この上限範囲とすることでさらにトラック深さが大きくなりさらに耐久性が向上する。
【００７５】
Ｒ２としては０．０１以下が好ましい。Ｒ２が０．０１を越えると、ケージ３８の開口側（継手開口側）の肉厚が薄くなり、強度が低下するおそれがあるからである。
【００７６】
Ｒ３としては０．０７〜０．１９が好ましい。すなわち、図１０から分かるように、好適なＲ１値の０．０８７において、トラック深さを従来品なみに確保できる範囲の０．０７以上とする。また、後述する常用角耐久時のトラック深さから従来品並みに確保できる０．１９以下とする（図８参照）。特に、Ｒ３を０．１５〜０．１９とするのがより好ましい。０．１５は、図１０における本発明品Ａ１のトラック深さのレベルをＲ１＝０．０８７に対応するＲ３値としたものである。
【００７７】
最大作動角（５０度程度）を取ったときであっても、この等速自在継手では、Ｒ４（Ｆ／ｆｒ）≧[ｔａｎ（θｍａｘ）／２］に設定しているので、ケージの回転力が抑制され釣り合った状態となって、安定した状態を維持できる。また、Ｒ４を増加させると球面力が増加する関係がある。球面力の増加は発熱量の増加につながり、高角度の耐久性の低下につながる。したがって、Ｒ４は出来る限り小さく設定することが必要であり、この場合、Ｒ４（Ｆ／ｆｒ）≦ｔａｎ[（θｍａｘ＋５）／２）]と設定するのが好ましく、Ｒ４＝ｔａｎ（θｍａｘ／２）が最適である。
【００７８】
最大作動角（５０度程度）を取ったときに、Ｒ４＜ｔａｎ[（θｍａｘ）／２］であれば、図１１に示すように、ボール３７からの力Ｆ１が作用し、ケージ３８に回転力が作用して、不安定な状態となる。これに対して、最大作動角（５０度程度）を取ったときに、[ｔａｎ（θｍａｘ）／２］≦Ｒ４≦ｔａｎ[（θｍａｘ＋５）／２］であれば、外側継手部材３３の最も奥側に位置するボール３７のくさび角（開放角）が継手開口側を向くことになる。このため、図１２に示すように、ボール３７からの力Ｆ２が作用し、ケージ３８の回転力が抑制され、釣り合った状態となる。
【００７９】
本発明によれば、高作動角時においてケージ３８に作用する荷重がより釣り合い均衡した状態となり、安定した高強度を得られる。高作動角時において外側継手部材の奥側の許容負荷が増えるため、トラック壁面の剛性が向上し、トラックエッジ部の変形が抑えられ、捩り強度が向上する。高作動角時において外側継手部材奥側のトラック深さが増えるため、乗り上げトルクが向上し、エッジロードが減少し、高作動角での耐久性が向上する。このため、高い耐久性要求に適用できるのでサイズダウンが図れ、軽量となり、また低コスト化にもなる。
【００８０】
また、外側継手部材３３のトラック溝３２の中心（曲線部の曲率中心）に半径方向オフセットを設けることにより、半径方向オフセットを設けない場合に比べて、トラック溝３２の継手奥部側部分の溝深さが相対的に大きくなる。そのため、トラック溝３２の継手奥部側壁部の剛性が増大することにより、継手が高作動角を取り、トルク伝達ボール３７がトラック溝３２の継手奥部側に寄った位置でトルクを伝達するときの、トラック溝３２の継手奥部側壁部のエッジ部分の変形が抑制され、高作動角域での継手の捩り強度が向上する。また、高作動角域でのトルク容量が増大する。ここで、トルク容量とは、継手がある作動角を取りつつトルクを伝達する際に、トルク伝達ボール３７とトラック溝３２との接触部の接触楕円の端部が、トラック溝３２のエッジ線と重なるトルクである。
【００８１】
常用角では、従来並みのトラック深さを確保でき、耐久性は従来と同等かそれ以上となる。特にＲ１＝０．０７１以下とするとトラック深さはより深く、ＰＶ値も低くなり耐久性が向上する。このように、この固定型の等速自在継手では、高い耐久性要求に適用できるのでサイズダウンが図れ、軽量となり、また低コスト化にもなる。また、Ｒ１＝０．０８７以下として従来品より低い値とすると、軸方向のボール３７からケージ３８への荷重および、ボール３７の半径方向移動量が減少するなどにより効率が向上する。このため、本発明の固定型等速自在継手は自動車のドライブシャフト用に最適となる。
【００８２】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、軸方向オフセット量、径方向オフセット量、ケージオフセット量等は、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が前記最適な値となる範囲で任意に設定できる。また、半径方向オフセットによる作動性の向上によりＲ１値を低く設定できることから、ケージ３８の外球面中心Ｏ４を継手中心Ｏｊよりも外側継手部材３３のトラック溝３２の中心Ｏ２側に配置するとともに、ケージ３８の内球面中心Ｏ３が継手中心Ｏｊよりも内側継手部材３６のトラック溝３５の中心Ｏ１側に配置するものであってもよい。本発明にかかる固定型等速自在継手は、ドライブシャフト用に限るものではなく、プロペラシャフト、さらには他の各種の産業機械の動力伝達系に使用できる。なお、図１に示す固定型等速自在継手であっても、図３に示す固定型等速自在継手であっても、トラック溝３２，３５の曲線部を単一円弧としているが、複数の円弧でもって形成してもよい。曲線部を単一円弧であれば、加工が容易で製造コストが安価となる利点がある。
【００８３】
尚、これらのトラック溝形状は軸方向に垂直な平面に輪切りとし、円（P．C．D．）測定しP.C.D.と軸方向高さ寸法によって管理される。また、通常の量産時には、外側継手部材及び内側継手部材のトラック溝のストレート部径を規定することで簡易的な管理が可能となる。
【符号の説明】
【００８４】
３１ 内径面
３２，３５ トラック溝
３２ａ 奥側トラック溝
３２ｂ 開口側トラック溝
３３ 外側継手部材
３４ 外径面
３５ トラック溝
３５ａ 奥側トラック溝
３５ｂ 開口側トラック溝
３６ 内側継手部材
３７ トルク伝達ボール
３８ ケージ
３８ａ 外球面
３８ｂ 内球面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径面に軸方向に延びるトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に軸方向に延びるトラック溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックにそれぞれ配されたトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するポケットを有するケージとを備え、外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面に曲線部とストレート部を有するアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手であって、
継手の作動角が０°の状態で、前記外側継手部材の軸線と前記内側部材の軸線とを含む直線を継手中心軸線、前記トルク伝達ボールの中心を含み、前記継手中心軸線と直交する平面を継手中心面としたとき、
前記外側継手部材のトラック溝の中心と前記内側継手部材のトラック溝の中心とが、それぞれ、前記継手中心面から軸方向両側に離間し、かつ、前記継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとし、最大作動角を５０ｄｅｇとしたときに、Ｆとｆｒとの比Ｒ４（＝Ｆ／ｆｒ）がＲ４≧０．４６６であることを特徴とする固定型等速自在継手。
【請求項２】
前記比Ｒ４（＝Ｆ／ｆｒ）がＲ４≦０．５２１であることを特徴とする請求項１に記載の固定型等速自在継手。
【請求項３】
作動角をとった場合、外側継手部材の最も奥側に位置するボールのくさび角が継手開口側を向いていることを特徴とする請求項１〜請求項２のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項４】
外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックが６本であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項５】
外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックが８本であって、ケージの外球面の中心とケージの内球面の中心とが一致し、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離をＲｔ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０６１≦Ｒ１≦０．０８７であり、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとしたとき、ｆｒと前記Ｒｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ３≦０．１９であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項６】
外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックが８本であって、ケージの外球面の中心とケージの内球面の中心とが、前記継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされ、そのケージオフセットの量Ｒ２が０．１以上で、かつ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離をＲｔ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０４４≦Ｒ１≦０．０８７であり、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとしたとき、ｆｒと前記Ｒｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ３≦０．１９であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項７】
外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面の曲線部を単一円弧としたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項８】
ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）を０．０７以下としたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項９】
ｆｒとＲｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）を０．１５以上としたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項１０】
自動車のドライブシャフトの連結に用いられる請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項１】
内径面に軸方向に延びるトラック溝を形成した外側継手部材と、外径面に軸方向に延びるトラック溝を形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックにそれぞれ配されたトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するポケットを有するケージとを備え、外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面に曲線部とストレート部を有するアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手であって、
継手の作動角が０°の状態で、前記外側継手部材の軸線と前記内側部材の軸線とを含む直線を継手中心軸線、前記トルク伝達ボールの中心を含み、前記継手中心軸線と直交する平面を継手中心面としたとき、
前記外側継手部材のトラック溝の中心と前記内側継手部材のトラック溝の中心とが、それぞれ、前記継手中心面から軸方向両側に離間し、かつ、前記継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとし、最大作動角を５０ｄｅｇとしたときに、Ｆとｆｒとの比Ｒ４（＝Ｆ／ｆｒ）がＲ４≧０．４６６であることを特徴とする固定型等速自在継手。
【請求項２】
前記比Ｒ４（＝Ｆ／ｆｒ）がＲ４≦０．５２１であることを特徴とする請求項１に記載の固定型等速自在継手。
【請求項３】
作動角をとった場合、外側継手部材の最も奥側に位置するボールのくさび角が継手開口側を向いていることを特徴とする請求項１〜請求項２のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項４】
外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックが６本であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項５】
外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックが８本であって、ケージの外球面の中心とケージの内球面の中心とが一致し、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離をＲｔ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０６１≦Ｒ１≦０．０８７であり、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとしたとき、ｆｒと前記Ｒｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ３≦０．１９であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項６】
外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるトルク伝達ボールトラックが８本であって、ケージの外球面の中心とケージの内球面の中心とが、前記継手中心軸線からこれらトラック溝に対して半径方向反対側に離間した位置にオフセットされ、そのケージオフセットの量Ｒ２が０．１以上で、かつ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記トルク伝達ボールの中心との間の距離をＲｔ、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心面との間の軸方向距離をＦとしたとき、ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）が０．０４４≦Ｒ１≦０．０８７であり、前記外側継手部材のトラック溝の中心又は前記内側継手部材のトラック溝の中心と前記継手中心軸線までの距離である半径方向オフセット量をｆｒとしたとき、ｆｒと前記Ｒｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）が０．０７≦Ｒ３≦０．１９であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項７】
外側継手部材のトラック溝底面及び内側継手部材のトラック溝底面の曲線部を単一円弧としたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項８】
ＦとＲｔとの比Ｒ１（＝Ｆ／Ｒｔ）を０．０７以下としたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項９】
ｆｒとＲｔとの比Ｒ３（＝ｆｒ／Ｒｔ）を０．１５以上としたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項１０】
自動車のドライブシャフトの連結に用いられる請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−８７８４７（Ｐ２０１２−８７８４７Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３３７３６（Ｐ２０１０−２３３７３６）
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
[ Back to top ]