JP7135756B2 - 等速自在継手 - Google Patents

Description

本発明は等速自在継手に係り、特に、外側トラック溝および内側トラック溝でボールを挟む挟み角の開き方向が逆向きの２種類の溝部が中心線まわりに交互に設けられている等速自在継手の改良に関するものである。

(a) 内周面に複数の外側トラック溝が設けられたカップ状の外側継手部材と、(b) 外周面に複数の内側トラック溝が設けられて、前記外側継手部材の内側に配設される内側継手部材と、(c) 前記外側トラック溝と前記内側トラック溝との間に介在させられてトルク伝達する複数のボールと、(d) 円環形状を成して前記外側継手部材と前記内側継手部材との間に配設され、前記ボールを保持する複数のポケットが設けられたケージと、を備えている等速自在継手が、車両の前輪車軸等の動力伝達装置、或いは車両以外の各種の機械の回転伝達装置として広く用いられている。そして、このような等速自在継手の一種に、前記外側継手部材および前記内側継手部材の各中心線が一直線上に位置するジョイント角が０ｄｅｇの基準状態で、前記外側トラック溝および前記内側トラック溝が前記ボールを挟む挟み角が前記外側継手部材のカップ開口側に向かって開く第１溝部と、前記挟み角が前記外側継手部材のカップ奥側に向かって開く第２溝部とを有し、且つ、それ等の第１溝部および第２溝部が前記中心線まわりに交互に設けられているとともに、その中心線を挟んで対称位置にその第１溝部および第２溝部が配置されているものが提案されている（特許文献１参照）。なお、外側継手部材および内側継手部材は、それぞれアウタレース、インナレースとも言われる。

特開２００４－１６９９１５号公報

このような等速自在継手においては、挟み角に応じてボールに押し出し荷重が加えられるため、ジョイント角の変化時（折曲げ時および戻し時）に、一部のボールに作用する押し出し荷重によってケージが円滑に回動させられ、押し出し荷重が得られないボールについてもケージにより移動させられて、ジョイント角が円滑に変化させられる。しかしながら、そのジョイント角変化時の等速自在継手の中心線まわりの位相やジョイント角によっては、ボールの押し出し荷重が十分に得られず、ケージの回動抵抗や回動遅れなどにより異音等が発生する可能性があった。

図１５は、従来の等速自在継手９０の断面図で、外側継手部材１２、内側継手部材１４、ケージ２６、および６個のボール２４を備えており、中心線Ｓ１、Ｓ２の真上部分に挟み角αが右側（カップ開口側）に開いている第１溝部３０が位置し、中心線Ｓ１、Ｓ２の真下部分に挟み角βが左側（カップ奥側）に開いている第２溝部３２が位置している状態である。中心線Ｓ１は外側継手部材１２の中心線で、中心線Ｓ２は内側継手部材１４の中心線であり、第１溝部３０および第２溝部３２は、中心線Ｓ１、Ｓ２まわりに等角度間隔で交互に設けられている。また、６個のボール２４を区別するために、図８に示されるように第１溝部３０に配置されたボール２４をＡ１、Ａ３、Ａ５とし、第２溝部３２に配置されたボール２４をＢ２、Ｂ４、Ｂ６とする。この場合、図１５においてボールＡ１には右向きの押し出し荷重Ｆａが作用し、ボールＢ４には左向きの押し出し荷重Ｆｂが作用する。このため、そのままの位相、すなわちボールＡ１およびＢ４を含む折曲げ平面（図１５の紙面）で、矢印Ｄｎで示すように内側継手部材１４のシャフト１６を下方へ折り曲げる場合、押し出し荷重Ｆａ、ＦｂによるボールＡ１、Ｂ４の移動でケージ２６が円滑に回動させられる。しかし、矢印Ｕｐで示すように内側継手部材１４のシャフト１６を上方へ折り曲げる場合、ボールＡ１、Ｂ４の移動方向に対して押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂの向きが反対であるため、これ等のボールＡ１、Ｂ４だけではケージ２６を回動させる作用が得られない。摩擦などでボールＡ１、Ｂ４を押し動かす荷重が得られる場合もあるが十分ではない。また、中心線Ｓ１、Ｓ２まわりには６つのボールＡ１、Ａ３、Ａ５、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６（特に区別しない場合はボールＡ、Ｂという）が配置されているため、図１６に示すようにジョイント角Φに応じて各ボールＡ、Ｂの挟み角α、βが変化し、それに伴って押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂも変化するため、総ての挟み角α、βに基づいて検討する必要がある。

図１６は、ジョイント角Φ＝０ｄｅｇの基準状態（図１５の状態）における挟み角α＝１４ｄｅｇ、挟み角β＝－１４ｄｅｇの場合に、ボールＡ１およびＢ４を含む折曲げ平面で内側継手部材１４のシャフト１６を上下に折り曲げた時のジョイント角Φに応じた挟み角α、βの変化を示した図である。ジョイント角Φの正側は、図８のΦ＝４６ｄｅｇ側に示すように内側継手部材１４のシャフト１６を上方（第１溝部３０側）へ折り曲げる方向で、ジョイント角Φの負側は図８のΦ＝－４６ｄｅｇ側に示すように内側継手部材１４のシャフト１６を下方（第２溝部３２側）へ折り曲げる方向である。また、挟み角α、βの正負は、外側継手部材１２のカップ開口側（図１５の右方向）に開く方向を正とし、カップ奥側（図１５の左方向）に開く方向を負とする。この場合、ジョイント角Φ＝２０ｄｅｇ付近について、中心線Ｓ１よりも上側のボールＡ１、Ｂ２、Ｂ６の挟み角α、βは、ボールＡ１の挟み角αは正であるものの、他のボールＢ２、Ｂ６の挟み角βは共に負である。また、中心線Ｓ１よりも下側のボールＡ３、Ａ５、Ｂ４の挟み角α、βは何れも正である。このため、内側継手部材１４のシャフト１６を上方へ折り曲げた後に基準状態へ戻す際のジョイント角Φ＝２０ｄｅｇ付近では、ボールＡ１だけがその戻し方向の押し出し荷重Ｆａを有することになるが、ボールＡ１の挟み角αは小さいため十分な押し出し荷重Ｆａが得られず、ケージ２６の回動抵抗や回動遅れなどにより異音等が発生する可能性がある。なお、問題になるジョイント角Φは、ジョイント角Φに対する挟み角α、βの変化特性、すなわち軸方向断面におけるトラック溝２０ａ、２０ｂ、２２ａ、２２ｂの溝底形状等によって相違する。このような一定の位相における折曲げや戻しは、例えば工場における試験等で行なわれるが、車両の前輪車軸に設けられた等速自在継手の場合、車両の停車状態で操舵車輪の向きを変更する場合など、実際の車両の運転時にも行なわれる可能性がある。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、ボールの挟み角の開き方向が逆向きの２種類の溝部が中心線まわりに交互に設けられている等速自在継手において、その挟み角によるボールの押し出し荷重に基づいてケージが一層円滑に回動させられるようにすることにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、(a) 内周面に複数の外側トラック溝が設けられたカップ状の外側継手部材と、(b) 外周面に複数の内側トラック溝が設けられて、前記外側継手部材の内側に配設される内側継手部材と、(c) 前記外側トラック溝と前記内側トラック溝との間に介在させられてトルク伝達する複数のボールと、(d) 円環形状を成して前記外側継手部材と前記内側継手部材との間に配設され、前記ボールを保持する複数のポケットが設けられたケージと、を備え、且つ、(e) 前記外側継手部材および前記内側継手部材の各中心線が一直線上に位置するジョイント角が０ｄｅｇの基準状態で、前記外側トラック溝および前記内側トラック溝が前記ボールを挟む挟み角が前記外側継手部材のカップ開口側に向かって開く第１溝部と、前記挟み角が前記外側継手部材のカップ奥側に向かって開く第２溝部とを有し、それ等の第１溝部および第２溝部が前記中心線まわりに交互に設けられているとともに、その中心線を挟んで対称位置にそれ等の第１溝部および第２溝部が配置されている等速自在継手において、(f) 前記基準状態における前記第１溝部の挟み角の絶対値は、前記基準状態における前記第２溝部の挟み角の絶対値よりも大きい一方、(g) 前記第１溝部を含む折曲げ平面で前記等速自在継手が折り曲げられた場合に、ジョイント角の全域で前記第１溝部の挟み角は前記外側継手部材のカップ開口側に向かって開いているとともにその挟み角の絶対値は前記基準状態における前記第２溝部の挟み角の絶対値よりも大きい状態に維持されることを特徴とする。
上記挟み角は、基準状態の中心線を含む軸方向断面において、外側トラック溝および内側トラック溝がボールに接する一対の接点の接線の交差角度で、接点部分が直線であれば、その直線の交差角度である。

第２発明は、第１発明の等速自在継手において、前記基準状態における前記第１溝部の挟み角の絶対値は、前記基準状態における前記第２溝部の挟み角の絶対値よりも２ｄｅｇ～１０ｄｅｇの範囲内で大きくされていることを特徴とする。

第３発明は、第１発明または第２発明の等速自在継手において、前記第１溝部および前記第２溝部における前記外側トラック溝および前記内側トラック溝の軸方向断面の溝底形状は、少なくともジョイント角が５ｄｅｇ以下の小曲げ領域で前記ボールに接する範囲では直線であることを特徴とする。

第４発明は、第１発明～第３発明の何れかの等速自在継手において、前記第１溝部および前記第２溝部を合わせた合計の溝部の数は６または１０であることを特徴とする。

このような等速自在継手においては、基準状態における第１溝部の挟み角の絶対値が第２溝部の挟み角の絶対値よりも大きいため、その第１溝部の挟み角によるボールの押し出し荷重が大きくなる。これにより、従来第１溝部の挟み角により十分な押し出し荷重が得られなかったジョイント角の領域でも、第１溝部のボールの押し出し荷重が増大させられ、その押し出し荷重によるボールの移動でケージが円滑に回動させられるようになる。
また、第１溝部を含む折曲げ平面で等速自在継手が折り曲げられた場合に、ジョイント角の全域で第１溝部の挟み角が外側継手部材のカップ開口側に向かって開いているとともに挟み角の絶対値が基準状態における第２溝部の挟み角の絶対値よりも大きい状態に維持されるため、ジョイント角の全域で第１溝部の挟み角によるボールの押し出し荷重が比較的大きい状態に維持される。これにより、曲げ方向に応じてその押し出し荷重によるボールの移動でケージを円滑に回動させることができる。

第２発明では、基準状態における第１溝部の挟み角の絶対値が第２溝部の挟み角の絶対値よりも２ｄｅｇ～１０ｄｅｇの範囲内で大きくされているため、第１溝部の挟み角によるボールの押し出し荷重が確実に大きくなり、その押し出し荷重によるボールの移動でケージを適切に回動させることができる。

第３発明では、第１溝部および第２溝部における外側トラック溝および内側トラック溝の軸方向断面の溝底形状が、少なくともジョイント角が５ｄｅｇ以下の小曲げ領域でボールに接する範囲が直線であるため、一般に常用領域と重なる小曲げ領域の溝加工を容易に且つ高い精度で行なうことが可能で、挟み角に応じて所定の押し出し荷重が適切に得られる。

本発明の一実施例である等速自在継手の軸方向の断面図である。 図１の等速自在継手を右方向から見た側面図である。 図１の等速自在継手における外側継手部材の第１外側トラック溝部分の断面図で、その第１外側トラック溝の長手方向の溝底形状を説明する図である。 図１の等速自在継手における内側継手部材の第１内側トラック溝部分の断面図で、その第１内側トラック溝の長手方向の溝底形状を説明する図である。 図１の等速自在継手における外側継手部材の第２外側トラック溝部分の断面図で、その第２外側トラック溝の長手方向の溝底形状を説明する図である。 図１の等速自在継手における内側継手部材の第２内側トラック溝部分の断面図で、その第２内側トラック溝の長手方向の溝底形状を説明する図である。 図１の等速自在継手において第１溝部の挟み角α、第２溝部の挟み角βに基づいてボールに作用する押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂを説明する図である。 図１の等速自在継手の内側継手部材のシャフトを上方（第１溝部側）および下方（第２溝部側）へ折り曲げて戻す際の形態を具体的に示した図である。 図８に示す６つのボールＡ１、Ａ３、Ａ５、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６の各挟み角α、βのジョイント角Φに対する変化特性を示した図である。 図１の等速自在継手を図８に示すように曲げ戻した場合のシャフト曲げ荷重の変化（実線）を、挟み角α、βの絶対値が等しい従来品（破線）と比較して示した図である。 図１の等速自在継手の内側継手部材のシャフトを図８の右側に示すように上方（第１溝部側）へ折り曲げた（破線）後に基準状態まで戻した（実線）場合のボールＡ１とケージとの間の荷重変化を示した図である。 等速自在継手の回転伝達時に第１溝部においてボールから内側トラック溝に加えられるボール溝荷重Ｆｇを説明する図である。 図１２のボール溝荷重Ｆｇの変化特性を示した図で、その変化特性から求められるボール溝荷重Ｆｇのピーク値Ｆｐを説明する図である。 図１の等速自在継手（本実施例）、および挟み角α、βの絶対値が等しい従来品について、ジョイント角Φを変化させつつボール溝荷重Ｆｇのピーク値Ｆｐを調べて比較して示した図である。 挟み角α、βの絶対値が等しい従来品を説明する図で、図１の実施例品における図７に対応する断面図である。 図１５の従来品について、図８と同様に定められた６つのボールＡ１、Ａ３、Ａ５、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６の各挟み角α、βのジョイント角Φに対する変化特性を示した図で、図１の実施例品における図９に対応する図である。 図１５の従来品について、図８の右側に示すように内側継手部材のシャフトを上方（第１溝部側）へ折り曲げた（破線）後に基準状態まで戻した（実線）場合のボールＡ１とケージとの間の荷重変化を示した図で、図１の実施例品における図１１に対応する図である。

本発明の等速自在継手は、例えば操舵車輪である前輪の車軸等の車両用の動力伝達装置や、車両以外の各種の機械の回転伝達装置等に適用される。折曲げ可能なジョイント角は、例えば３０ｄｅｇ以上が適当で４０ｄｅｇ以上が望ましいが、３０ｄｅｇより小さくても良い。第１溝部および第２溝部を合わせた合計の溝部の数、すなわちボールの数は、６または１０が適当であるが、２＋４ｎ（ｎは１以上の自然数）であれば、中心線を挟んで対称位置に第１溝部および第２溝部が配置される。なお、ｎ＝０すなわち溝部の数が２でも本発明は成立する。

基準状態における第１溝部の挟み角の絶対値は、第２溝部の挟み角の絶対値よりも２ｄｅｇ～１０ｄｅｇの範囲内で大きくされることが適当で、４ｄｅｇ～８ｄｅｇ程度だけ大きくされることが望ましい。２ｄｅｇより小さいと、挟み角を大きくする効果が得られ難くなるが、所定の効果が得られれば２ｄｅｇより小さくても良い。１０ｄｅｇよりも大きくなると、第２溝部の挟み角との差が大きくなり過ぎて、ケージの姿勢が不安定になる可能性があるが、問題がない範囲で１０ｄｅｇを超えて設定しても良い。挟み角は、外側トラック溝および内側トラック溝の間で略均等に外側および内側へ開くことが望ましいが、外側および内側の何れか一方へ片寄って開くように設けることもできる。基準状態における第２溝部の挟み角の絶対値は、例えば１０ｄｅｇ～２０ｄｅｇ程度の範囲内が適当で、第１溝部の挟み角の絶対値は、第２溝部の挟み角の絶対値よりも大きく且つ例えば１５ｄｅｇ～２５ｄｅｇ程度の範囲内が適当である。

第１溝部および第２溝部における外側トラック溝および内側トラック溝の軸方向断面の溝底形状は、少なくともジョイント角が５ｄｅｇ以下、すなわち－５ｄｅｇ以上で＋５ｄｅｇ以下の小曲げ領域で、ボールに接する範囲が直線であることが適当で、ジョイント角が８ｄｅｇ以下の小曲げ領域でボールに接する範囲が直線であることが望ましいが、ジョイント角が０ｄｅｇの部分を含めて円弧等の曲線で構成することもできる。溝底形状の直線は、所定の挟み角になるように中心線に対して傾斜させられる。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において、図は説明のために適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の一実施例である等速自在継手１０の軸方向の断面図で、図２は図１の右方向から見た側面図である。この等速自在継手１０は、例えば操舵車輪である車両の前輪の車軸等に用いられるもので、外側継手部材１２および内側継手部材１４を備えており、内側継手部材１４にはシャフト１６がスプライン等を介して動力伝達可能に連結される。図１および図２は、外側継手部材１２の中心線Ｓ１および内側継手部材１４の中心線Ｓ２が一直線上に位置するジョイント角Φ＝０ｄｅｇの基準状態を示した図である。この等速自在継手１０の折曲げ可能なジョイント角Φは４０ｄｅｇ以上で、本実施例では４６ｄｅｇ程度である。ジョイント角Φは、中心線Ｓ１およびＳ２が一直線上に位置する基準状態を０ｄｅｇとする両者（Ｓ１およびＳ２）の交差角度である。

外側継手部材１２は、カップ状（半球形状）を成しているとともに、内周面には中心線Ｓ１まわりに等角度間隔で複数の第１外側トラック溝２０ａ、第２外側トラック溝２０ｂ（以下、特に区別しない場合は単に外側トラック溝２０という）が設けられている。本実施例では、第１外側トラック溝２０ａおよび第２外側トラック溝２０ｂが、中心線Ｓ１まわりに交互に３つずつ設けられている。内側継手部材１４は、カップ状の外側継手部材１２の内側に配設されるもので、外周面には中心線Ｓ２まわりに等角度間隔で複数の第１内側トラック溝２２ａ、第２内側トラック溝２２ｂ（以下、特に区別しない場合は単に内側トラック溝２２という）が設けられている。本実施例では、第１内側トラック溝２２ａおよび第２内側トラック溝２２ｂが、中心線Ｓ２まわりに交互に３つずつ設けられている。

第１内側トラック溝２２ａは第１外側トラック溝２０ａに対応して設けられており、それ等の第１内側トラック溝２２ａと第１外側トラック溝２０ａとの間には、トルク伝達用のボール２４が介在させられている。また、第２内側トラック溝２２ｂは第２外側トラック溝２０ｂに対応して設けられており、それ等の第２内側トラック溝２２ｂと第２外側トラック溝２０ｂとの間にも、トルク伝達用のボール２４が介在させられている。外側継手部材１２と内側継手部材１４との間の円環状空間には、円環形状のケージ２６がジョイント中心Ｏまわりに回動可能に配設されており、そのケージ２６に等角度間隔で設けられた６つのポケット（開口）２８内にそれぞれ上記ボール２４が保持されている。ケージ２６の外周面は球面形状を成しており、外側継手部材１２の内周面に摺動可能に嵌合されて保持されている。

第１外側トラック溝２０ａおよび第１内側トラック溝２２ａによって第１溝部３０が構成されており、第２外側トラック溝２０ｂおよび第２内側トラック溝２２ｂによって第２溝部３２が構成されている。これ等の第１溝部３０および第２溝部３２は、中心線Ｓ１、Ｓ２まわりに交互に設けられているとともに、溝部３０、３２の合計が６個の本実施例では、図２から明らかなように中心線Ｓ１、Ｓ２を挟んで対称位置に第１溝部３０および第２溝部３２が配置される。

図１、図２に示す基準状態において、第１溝部３０では、第１外側トラック溝２０ａおよび第１内側トラック溝２２ａがボール２４を挟む挟み角αが正、すなわち外側継手部材１２のカップ開口側（図１の右方向）に向かって開いている。一方、第２溝部３２では、第２外側トラック溝２０ｂおよび第２内側トラック溝２２ｂがボール２４を挟む挟み角βが負、すなわち外側継手部材１２のカップ奥側（図１の左方向）に向かって開いている。この基準状態における挟み角αの絶対値は挟み角βの絶対値よりも２～１０ｄｅｇの範囲内で大きくされており、本実施例では８ｄｅｇ大きい。具体的には、挟み角αは１５～２５ｄｅｇの範囲内で２２ｄｅｇ程度とされており、挟み角βは－１０～－２０ｄｅｇの範囲内で－１４ｄｅｇ程度とされている。挟み角αは、ジョイント角Φの変化に伴って変化するが、本実施例では、図１に示すように第１溝部３０を含む折曲げ平面で等速自在継手１０が折り曲げられた場合に、ジョイント角Φの変化に拘らず、挟み角αの絶対値が基準状態における挟み角βの絶対値（１４ｄｅｇ）よりも大きい状態に維持される。図９において、太い実線で示すＡ１のグラフは、図１の上側の第１溝部３０におけるボール２４の挟み角αの変化特性に相当し、ジョイント角Φの全域で１４ｄｅｇよりも大きく、２０ｄｅｇ程度以上に維持されている。すなわち、挟み角αを規定する第１外側トラック溝２０ａおよび第１内側トラック溝２２ａの軸方向断面における溝底形状が、ジョイント角Φの変化に拘らず挟み角αが２０ｄｅｇ程度以上に維持されるように定められている。

図３は、第１外側トラック溝２０ａの軸方向断面における溝底形状を具体的に説明する図で、破線はボール２４の球中心の移動軌跡であるボール軌道Ｌａ１であり、溝底形状はボール軌道Ｌａ１に応じて定められている。ボール軌道Ｌａ１は、ジョイント角Φが７ｄｅｇ以下、すなわち－７ｄｅｇ≦Φ≦＋７ｄｅｇの常用領域（小曲げ領域）Ｅａにおける傾斜直線部４０と、傾斜直線部４０の両側に滑らか接続された半径Ｒａ１、Ｒａ２の円弧部４２、４４と、カップ開口側（図３の右側）の円弧部４２に滑らかに接続された中心線Ｓ１と平行な平行直線部４６とを備えている。常用領域Ｅａは、ジョイント中心Ｏを通る垂直線Ｌｏの両側の３．５ｄｅｇの範囲である。傾斜直線部４０により、ジョイント角Φ＝０ｄｅｇの基準状態における挟み角αが定まり、本実施例ではα／２すなわち１１ｄｅｇ程度で、カップ開口側へ向かうに従って中心線Ｓ１から離間する外周側へ傾斜させられている。円弧部４２、４４の半径Ｒａ１、Ｒａ２は、何れも中心線Ｓ１までの半径寸法よりも小さい。第１外側トラック溝２０ａの溝底形状は、ボール軌道Ｌａ１よりもボール２４の半径分だけ大きい寸法とされている。なお、図３では第１外側トラック溝２０ａの隣に設けられる第２外側トラック溝２０ｂが省略されている。

図４は、第１内側トラック溝２２ａの軸方向断面における溝底形状を具体的に説明する図で、破線で示すボール軌道Ｌａ２に応じて定められている。ボール軌道Ｌａ２は、前記ボール軌道Ｌａ１に比較して、垂直線Ｌｏを基準として左右反対に定められているだけで、常用領域Ｅａにおける傾斜直線部４０と、傾斜直線部４０の両側に滑らか接続された半径Ｒａ１、Ｒａ２の円弧部４２、４４と、外側継手部材１２のカップ奥側（図４の左側）の円弧部４２に滑らかに接続された中心線Ｓ２と平行な平行直線部４６と、を備えている点は同じである。このボール軌道Ｌａ２の傾斜直線部４０は、挟み角αに基づいてα／２すなわち１１ｄｅｇ程度で、外側継手部材１２のカップ開口側（図４における右側）へ向かうに従って中心線Ｓ２に接近する内周側へ傾斜させられている。第１内側トラック溝２２ａの溝底形状は、ボール軌道Ｌａ２よりもボール２４の半径分だけ小さい寸法とされている。

図５は、第２外側トラック溝２０ｂの軸方向断面における溝底形状を具体的に説明する図で、破線はボール２４の球中心の移動軌跡であるボール軌道Ｌｂ１であり、溝底形状はボール軌道Ｌｂ１に応じて定められている。ボール軌道Ｌｂ１は、前記常用領域Ｅａを含む部分に設けられた傾斜直線部５０と、常用領域Ｅａよりもカップ奥側（図５の左側）に滑らかに接続された半径Ｒｂの円弧部５２とを備えており、常用領域Ｅａよりもカップ開口側（図５の右側）は傾斜直線部５０が延長して設けられている。傾斜直線部５０により、ジョイント角Φ＝０ｄｅｇの基準状態における挟み角βが定まり、本実施例ではβ／２の絶対値である７ｄｅｇ程度で、カップ開口側へ向かうに従って中心線Ｓ１に接近する内周側へ傾斜させられている。円弧部５２の半径Ｒｂは、中心線Ｓ１までの半径寸法よりも小さい。第２外側トラック溝２０ｂの溝底形状は、ボール軌道Ｌｂ１よりもボール２４の半径分だけ大きい寸法とされている。なお、図５では第２外側トラック溝２０ｂの隣に設けられる第１外側トラック溝２０ａが省略されている。

図６は、第２内側トラック溝２２ｂの軸方向断面における溝底形状を具体的に説明する図で、破線で示すボール軌道Ｌｂ２に応じて定められている。ボール軌道Ｌｂ２は、前記ボール軌道Ｌｂ１に比較して、垂直線Ｌｏを基準として左右反対に定められているだけで、常用領域Ｅａを含む部分の傾斜直線部５０と、常用領域Ｅａよりも外側継手部材１２のカップ開口側（図６の右側）に滑らかに接続された半径Ｒｂの円弧部５２とを備えており、常用領域Ｅａよりも外側継手部材１２のカップ奥側（図６の左側）は傾斜直線部５０が延長して設けられている点は同じである。このボール軌道Ｌｂ２の傾斜直線部５０は、挟み角βに基づいてβ／２の絶対値すなわち７ｄｅｇ程度で、外側継手部材１２のカップ開口側（図６における右側）へ向かうに従って中心線Ｓ２から離間する外周側へ傾斜させられている。第２内側トラック溝２２ｂの溝底形状は、ボール軌道Ｌｂ２よりもボール２４の半径分だけ小さい寸法とされている。

図７は、上記挟み角α、βに基づいてボール２４に作用する押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂを説明する図である。６個のボール２４を区別するために、図８に示されるように第１溝部３０に配置されたボール２４をＡ１、Ａ３、Ａ５とし、第２溝部３２に配置されたボール２４をＢ２、Ｂ４、Ｂ６（特に区別しない場合はボールＡ、Ｂ、或いはボール２４という）とする。図７において、第１溝部３０のボール２４はＡ１で、挟み角αに基づいて右向きの押し出し荷重Ｆａが作用し、第２溝部３２のボール２４はＢ４で、挟み角βに基づいて左向きの押し出し荷重Ｆｂが作用する。ジョイント角Φの変化時（折曲げ時および戻し時）には、それ等の押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂに基づいてボール２４が押し動かされることにより、ケージ２６がジョイント中心Ｏまわりに回動させられる。具体的には、ボールＡ１およびＢ４を含む折曲げ平面（図７の紙面）で、矢印Ｄｎで示すように内側継手部材１４のシャフト１６を下方へ折り曲げる場合、押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂによるボール２４の移動でケージ２６が円滑にジョイント中心Ｏの右まわりに回動させられる。一方、矢印Ｕｐで示すように内側継手部材１４のシャフト１６を上方へ折り曲げる場合、ケージ２６をジョイント中心Ｏの左まわりに回動させる必要があるが、ボールＡ１、Ｂ４に作用する押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂの向きが反対であるため、これ等の押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂはケージ２６の回動に寄与しない。

ここで、上記挟み角α、βは、ジョイント角Φに応じて変化し、その挟み角α、βの変化に伴って押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂも変化する。また、６つのボールＡ１、Ａ３、Ａ５、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６を有するため、総てのボールＡ、Ｂの挟み角α、βに基づいて押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂの大きさや向きを検討する必要がある。図９は、ボールＡ１およびＢ４を含む折曲げ平面で内側継手部材１４を上下に折り曲げた場合に、ジョイント角Φに応じて変化する挟み角α、βの変化特性を示した図である。ジョイント角Φの正側は、図８の右側のΦ＝４６ｄｅｇ側に示すように内側継手部材１４のシャフト１６を上方（ボールＡ１側）へ折り曲げる方向で、ジョイント角Φの負側は図８の左側のΦ＝－４６ｄｅｇ側に示すように内側継手部材１４のシャフト１６を下方（ボールＢ４側）へ折り曲げる方向である。図９に基づいて、例えば図７における矢印Ｕｐ側（ジョイント角Φ＞０）への折曲げ時の押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂについて検討すると、中心線Ｓ１よりも上側に位置するボールＢ６の挟み角βはΦ＞０の全域で負であるとともに、中心線Ｓ１よりも下側に位置するボールＡ３の挟み角αはΦ＞０の全域で正であるため、それ等の押し出し荷重Ｆｂ、Ｆａに基づいてボールＢ６、Ａ３が押し動かされることにより、ケージ２６がジョイント中心Ｏの左まわりに円滑に回動させられる。

ここで、ジョイント角Φ＝０ｄｅｇの基準状態における第１溝部３０の挟み角α＝１４ｄｅｇ、第２溝部３２の挟み角β＝－１４ｄｅｇの従来技術において問題となったジョイント角Φの変化時、すなわち内側継手部材１４のシャフト１６を上方へ折り曲げた後に基準状態へ戻す際のジョイント角Φ＝２０ｄｅｇ付近の押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂについて検討する。図９から明らかなように、ジョイント角Φ＝２０ｄｅｇ付近では、中心線Ｓ１よりも上側に位置するボールＡ１の挟み角αは正で、他のボールＢ２、Ｂ６の挟み角βは何れも負であり、中心線Ｓ１よりも下側に位置するボールＡ３、Ａ５、Ｂ４の挟み角α、βは何れも正である。この点は図１６に示す従来技術と同じで、ボールＡ１だけがケージ２６の回動に寄与するが、ボールＡ１の挟み角αは２０ｄｅｇ程度で、図１６に示す従来技術（１０ｄｅｇ以下）よりも十分に大きい。このため、この大きな挟み角αによる大きな押し出し荷重ＦａによりボールＡ１が押し動かされることにより、ケージ２６がジョイント中心Ｏの右まわりに円滑に回動させられるようになる。

図１０は、図８に示すようにジョイント角Φを±４６ｄｅｇの範囲で変化させた場合のシャフト曲げ荷重のグラフで、本実施例では実線で示すように全域に亘ってシャフト曲げ荷重が略０である。これに対し、破線は図１５、図１６に示す従来技術の場合で、＋４６ｄｅｇまで折り曲げた後に基準状態へ戻す際に、ジョイント角Φが２０ｄｅｇ程度以下になるとシャフト曲げ荷重が急激に増大しており、挟み角α、βによるケージ２６の回動作用が適切に得られず、ケージ２６の回動抵抗が大きいと考えられる。

また、図１１は、ジョイント角Φを＋４６ｄｅｇまで変化させるとともに基準状態へ戻した場合の、ボールＡ１とケージ２６との間のケージ窓荷重のグラフで、破線は＋４６ｄｅｇまで折り曲げる過程のグラフであり、実線は＋４６ｄｅｇから基準状態まで戻す過程のグラフである。折曲げ時にはケージ窓荷重が略０で、ボールＡ１はケージ２６の回動に寄与しないが、戻し時には当初から所定の荷重がケージ２６に作用しており、このケージ窓荷重に基づいてケージ２６がジョイント中心Ｏの右まわりに円滑に回動させられるものと考えられる。これに対し、図１５、図１６に示す従来技術では、図１７に示すケージ窓荷重となり、戻しの開始当初（３０～４０ｄｅｇ付近）には荷重が略０で、ボールＡ１がケージ２６の回動に寄与していない。また、２０ｄｅｇ以下になると、ケージ２６を強制的に回動させるために、内側継手部材１４のシャフト１６の戻し操作に伴ってケージ２６とボールＡ１との間に大きな荷重が発生しているものと考えられる。

一方、図１２は、外側継手部材１２から内側継手部材１４に回転が伝達される際の第１溝部３０におけるボール２４と第１内側トラック溝２２ａとの間に作用するボール溝荷重Ｆｇを説明する図である。この場合、ボール溝荷重Ｆｇは、ボール２４の荷重Ｆ０および接触角δを用いて次式(1) で表され、接触角δは回転位相やジョイント角Φに応じて変化する。図１３は、所定のジョイント角Φで１回転させた場合のボール溝荷重Ｆｇの変化特性を示したグラフで、所定の回転位相で荷重Ｆｇが最も大きいピーク値Ｆｐになる。図１４は、ジョイント角Φを変化させながらピーク値Ｆｐを求め、本実施例と図１５の従来品とを比較して棒グラフで示した図である。この図１４から、本実施例ではジョイント角Φが２０ｄｅｇまたは４６ｄｅｇでピーク値Ｆｐが最大になるが、従来品のピーク値Ｆｐの最大値よりも低い。このようにボール溝荷重Ｆｇの最大値が低くなると、耐久性が向上するとともに、必要強度が低減されて小径化等を図ることができる。
Ｆｇ＝Ｆ０／ｓｉｎδ ・・・(1)

このように、本実施例の等速自在継手１０においては、基準状態における第１溝部３０の挟み角αの絶対値が第２溝部３２の挟み角βの絶対値よりも大きいため、その第１溝部３０の挟み角αによるボール２４の押し出し荷重Ｆａが大きくなる。これにより、従来第１溝部３０の挟み角αにより十分な押し出し荷重Ｆａが得られなかったジョイント角Φの領域、例えば＋４６ｄｅｇ側へ折り曲げた後の戻し時における２０ｄｅｇ付近を含み、それよりジョイント角Φが大きい領域で、ボール２４（Ａ１）の押し出し荷重Ｆａが増大させられ、その押し出し荷重Ｆａによるボール２４（Ａ１）の移動でケージ２６が円滑に回動させられるようになる。

また、基準状態における第１溝部３０の挟み角αの絶対値が第２溝部３２の挟み角βの絶対値よりも、２ｄｅｇ～１０ｄｅｇの範囲内で実施例では８ｄｅｇだけ大きくされているため、第１溝部３０の挟み角αによるボール２４の押し出し荷重Ｆａが確実に大きくなり、その押し出し荷重Ｆａによるボール２４の移動でケージ２６を適切に回動させることができる。

また、第１溝部３０を含む折曲げ平面で等速自在継手１０が折り曲げられた場合に、ジョイント角Φの全域で第１溝部３０の挟み角αが外側継手部材１２のカップ開口側に向かって開いているとともに挟み角αの絶対値が基準状態における第２溝部３２の挟み角βの絶対値（１４ｄｅｇ）よりも大きい状態に維持されるため、ジョイント角Φの全域で第１溝部３０の挟み角αによるボール２４の押し出し荷重Ｆａが比較的大きい状態に維持される。これにより、曲げ方向に応じてその押し出し荷重Ｆａによるボール２４の移動でケージ２６を円滑に回動させることができる。

また、第１溝部３０および第２溝部３２における外側トラック溝２０ａ、２０ｂ、および内側トラック溝２２ａ、２２ｂの軸方向断面の溝底形状が、ジョイント角Φが７ｄｅｇ以下の常用領域Ｅａでボール２４に接する範囲が直線（傾斜直線部４０、５０）であるため、常用領域Ｅａの溝加工を容易に且つ高い精度で行なうことが可能で、挟み角α、βに応じて所定の押し出し荷重Ｆａ、Ｆｂが適切に得られる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：等速自在継手 １２：外側継手部材 １４：内側継手部材 ２０ａ、２０ｂ：外側トラック溝 ２２ａ、２２ｂ：内側トラック溝 ２４、Ａ１、Ａ３、Ａ５、Ｂ２、Ｂ４、Ｂ６：ボール ２６：ケージ ２８：ポケット ３０：第１溝部 ３２：第２溝部 ４０、５０：傾斜直線部 Ｓ１：外側継手部材の中心線 Ｓ２：内側継手部材の中心線 Φ：ジョイント角 α：第１溝部の挟み角 β：第２溝部の挟み角 Ｅａ：常用領域（小曲げ領域）

Claims (4)

1. 内周面に複数の外側トラック溝が設けられたカップ状の外側継手部材と、
   外周面に複数の内側トラック溝が設けられて、前記外側継手部材の内側に配設される内側継手部材と、
   前記外側トラック溝と前記内側トラック溝との間に介在させられてトルク伝達する複数のボールと、
   円環形状を成して前記外側継手部材と前記内側継手部材との間に配設され、前記ボールを保持する複数のポケットが設けられたケージと、
   を備え、且つ、前記外側継手部材および前記内側継手部材の各中心線が一直線上に位置するジョイント角が０ｄｅｇの基準状態で、前記外側トラック溝および前記内側トラック溝が前記ボールを挟む挟み角が前記外側継手部材のカップ開口側に向かって開く第１溝部と、前記挟み角が前記外側継手部材のカップ奥側に向かって開く第２溝部とを有し、該第１溝部および該第２溝部が前記中心線まわりに交互に設けられているとともに、該中心線を挟んで対称位置に該第１溝部および該第２溝部が配置されている等速自在継手において、
   前記基準状態における前記第１溝部の挟み角の絶対値は、前記基準状態における前記第２溝部の挟み角の絶対値よりも大きい一方、
   前記第１溝部を含む折曲げ平面で前記等速自在継手が折り曲げられた場合に、ジョイント角の全域で前記第１溝部の挟み角は前記外側継手部材のカップ開口側に向かって開いているとともに該挟み角の絶対値は前記基準状態における前記第２溝部の挟み角の絶対値よりも大きい状態に維持される
   ことを特徴とする等速自在継手。
2. 前記基準状態における前記第１溝部の挟み角の絶対値は、前記基準状態における前記第２溝部の挟み角の絶対値よりも２ｄｅｇ～１０ｄｅｇの範囲内で大きくされている
   ことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
3. 前記第１溝部および前記第２溝部における前記外側トラック溝および前記内側トラック溝の軸方向断面の溝底形状は、少なくともジョイント角が５ｄｅｇ以下の小曲げ領域で前記ボールに接する範囲では直線である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の等速自在継手。
4. 前記第１溝部および前記第２溝部を合わせた合計の溝部の数は６または１０である
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の等速自在継手。

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