特開 2024-86277 固定式等速自在継手

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024086277

(43)【公開日】2024-06-27

(54)【発明の名称】固定式等速自在継手

(51)【国際特許分類】

   F16D 3/227 20060101AFI20240620BHJP

【ＦＩ】

F16D3/227 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022201322

(22)【出願日】2022-12-16

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100155457

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】小林 智茂

(57)【要約】

【課題】６個ボールのアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手において、コンパクト化及び軽量化を図ると共に、従来品と同等以上の強度、負荷容量、耐久性、及び低伝達トルクロスを達成する。
【解決手段】外輪トラック溝２２の円弧部２２ａのボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｏと、内輪トラック溝３２の円弧部３２ｂのボール中心軌跡Ｌ２の曲率中心Ｏｔｉとが、継手中心Ｏに対して軸方向反対側に等距離だけオフセットしている。ケージ５の球面状の外周面５２の曲率中心Ｏｃｏと球面状の内周面５３の曲率中心Ｏｃｉとが、継手中心Ｏに対して反対側に等距離だけオフセットしている。オフセット角ηが７°～７．１°であり、ケージオフセット量ｆ２と総オフセット量Ｆとの比ｆ２／Ｆが０．１４３～０．１４５である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

球面状の内周面に６本のトラック溝が円周方向等間隔に形成された外側継手部材と、球面状の外周面に６本のトラック溝が円周方向等間隔に形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と前記内側継手部材のトラック溝の間に配された６個のボールと、前記外側継手部材の球面状の内周面と嵌合する球面状の外周面、前記内側継手部材の球面状の外周面と嵌合する球面状の内周面、前記６個のボールを保持する６個のポケットを有するケージとを備え、
前記外側継手部材及び前記内側継手部材のトラック溝が円弧部及びストレート部を有するアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手において、
前記外側継手部材のトラック溝の円弧部のボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｏと、前記内側継手部材のトラック溝の円弧部のボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｉとが、継手中心Ｏに対して軸方向反対側に等距離だけオフセットし、
前記ケージの球面状の外周面の曲率中心Ｏｃｏと球面状の内周面の曲率中心Ｏｃｉとが、継手中心Ｏに対して反対側に等距離だけオフセットし、
前記外側継手部材のトラック溝の円弧部のボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｏと前記ボールの中心とを結ぶ直線と、継手中心を通り軸線と直交する平面Ｐとが成す角度をオフセット角ηとしたとき、オフセット角ηが７°～７．１°であり、
前記ケージの球面状の外周面の曲率中心Ｏｃｏと前記継手中心Ｏとの軸方向距離をケージオフセット量ｆ２とし、前記外側継手部材のトラック溝の円弧部のボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｏと前記継手中心Ｏとの軸方向距離を総オフセット量Ｆとしたとき、ケージオフセット量ｆ２と総オフセット量Ｆとの比ｆ２／Ｆが０．１４３～０．１４５である固定式等速自在継手。

【請求項2】

前記内側継手部材にトルク伝達可能に連結されたシャフトを有し、
前記外側継手部材の外径Ｄｏと前記シャフトの最小径部の直径Ｄｓとの比Ｄｏ／Ｄｓが３．７６～３．８０であり、
前記ボールの直径Ｄｂと前記シャフトの最小径部の直径Ｄｓとの比Ｄｂ／Ｄｓが０．７４８～０．７５２であり、
前記ボールのピッチ円径ＰＣＤ（ＢＡＬＬ）と前記シャフトの最小径部の直径Ｄｓとの比ＰＣＤ（ＢＡＬＬ）／Ｄｓが２．４７～２．５１であり、
前記ケージの半径方向の肉厚Ｔｃと前記シャフトの最小径部の直径Ｄｓとの比Ｔｃ／Ｄｓが０．２０９～０．２１４である請求項１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する。

【背景技術】

【0002】

５０°以上の高作動角に対応可能な固定式等速自在継手として、トラック溝のボール中心軌跡が円弧部とストレート部を有するアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手（以下、「ＵＪ型等速自在継手」と言う。）が知られている。ＵＪ型等速自在継手としては、６個のボールを有するものが使用されることが多いが、ボールの個数を８個にすると共に、各ボールを小径化することにより、軽量化及びコンパクト化を図ったものも知られている（例えば、下記の特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－００４０６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

６個ボールの等速自在継手は、８個ボールの等速自在継手に対して、トラック溝及びケージポケットの加工費が削減されるため、コスト低減になる。また、ボールの個数が減ることで、ボールの周方向間隔、すなわち、ケージのポケット間の柱部の周方向幅が大きくなるため、ケージ柱部の周方向幅を維持しながら、等速自在継手を小径化することが可能になる。

【0005】

本発明では、低コストに製作できる６個ボールのＵＪ型等速自在継手において、コンパクト化及び軽量化を図ると共に、従来品と同等以上の強度、負荷容量、耐久性、及び低伝達トルクロスを達成することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

６個ボールのＵＪ型等速自在継手において、ボールを小径化すると共に、ボールピッチ円を小径化すれば、軽量化及びコンパクト化が図られる。しかし、ボールを小径化したりボールピッチ円を小径化したりすると、各部品の強度低下が懸念される。そのため、例えばケージの強化が必要となるが、ケージの強度を高めるためには、肉厚を増大させる必要がある。この場合、内側継手部材のトラック溝（以下、「内輪トラック溝」と言う。）及び外側継手部材のトラック溝（以下、「外輪トラック溝」と言う。）が浅くなるため、トラック溝のエッジ部へのボールの乗り上げが生じやすくなる。

【0007】

上記のような、ケージの肉厚増大に伴うボールの乗り上げを防止する対策として、ボールとトラック溝との接触角α（図３参照）を小さくすることが有効である。また、外輪トラック溝の曲率中心の継手中心に対する軸方向オフセット量（＝内輪トラック溝の曲率中心の継手中心に対する軸方向オフセット量。以下、「トラックオフセット量」と言う。）を小さくすれば、外輪トラック溝の端部における深さを深くすることができるため、高角時の外輪トラック溝エッジ部へのボールの乗り上げを防止できる。

【0008】

しかし、接触角αを小さくすると、ボールとトラック溝との接触部の面圧が高くなるため、耐久性が低下する。一方、上記のようにトラックオフセット量を小さくすることで、内輪トラック溝とボールとの接触点軌跡の長さと外輪トラック溝とボールとの接触点軌跡の長さとの差が小さくなる（図４で、Ｌ１－Ｌ２＜Ｌ１’－Ｌ２’）。そのため、外輪トラック溝とボールとの間の滑り量が減少し、金属表面の疲労が低減されて耐久性が高められる。この効果が、上記のようにボールとトラック溝との接触角を小さくすることによる面圧上昇に伴う耐久性の低下と相殺されることで、耐久性が維持される。

【0009】

しかし、トルクオフセット量を小さくすると、ボールを両継手部材の二等分面上に制御するための力となるポケット荷重（ケージのポケットがボールに作用する荷重）が小さくなり、トルク入力が無い条件で継手の角度を取る場合に折り曲げトルクが増大し、引っ掛かりが発生することが経験上分かっている。この場合、トラックオフセットに加えて、ケージの外球面の曲率中心と内球面の曲率中心とを継手中心に対して軸方向反対側にオフセットさせること（以下、「ケージオフセット」と言う。）で、上記のポケット荷重を補完して、折り曲げ時の引っ掛かりを回避することができる。しかし、ケージオフセットを付与した場合、ケージに偏肉が生じる、トラック荷重等の内部力が増加する、といったデメリットがある。従って、トラックオフセット及びケージオフセットの双方を付与する場合は、これらを合わせた総オフセットとして等速自在継手に影響する。

【0010】

総オフセット量が小さいほど、ケージと各継手部材との間の球面力（球面同士が押し付け合う力）が小さくなるため、トルク損失率が小さくなる。しかし、総オフセット量を小さくしすぎると、上述のように、継手の作動の引っかかりが生じる。従って、これまで、総オフセット量は、継手を折り曲げる際に引っ掛かりが発生しない範囲で、なるべく小さく設定することが通例であった。

【0011】

本発明者は、総オフセット量の異なる複数種のＵＪ型等速自在継手（ＴＹＰＥ１～５）において、作動角とトルク損失率との関係を調べた。その結果を図５に示す。尚、ＴＹＰＥ１～５は、この順で総オフセット量が大きくなっている。その結果、図５に示すように、作動角が７．５°以下では、総オフセット量が小さいほどトルク損失率が小さいが、作動角が７．５より大きいと、総オフセット量が大きい方がトルク損失率が小さかった。通常、ＵＪ型等速自在継手の常用角は５～８°程度であるため、７．５°を超える常用角で使用される場合にもトルク損失をある程度抑える必要がある。そのため、総オフセット量は、折り曲げ時の引っ掛かりが生じない範囲であっても、小さいほどよいわけではなく、ある程度大きい値であることが好ましい。

【0012】

以上の知見から、ＵＪ型等速自在継手において、オフセット角を７°程度とし、且つ、総オフセット量に対するケージオフセット量の比率を従来品よりも高めに設定することで、軽量化及びコンパクト化を図った場合でも、従来品と同等以上の強度、負荷容量、耐久性、及び低伝達トルクロスを達成できることが明らかになった。

【0013】

具体的に、本発明に係る固定式等速自在継手は、球面状の内周面に６本のトラック溝が円周方向等間隔に形成された外側継手部材と、球面状の外周面に６本のトラック溝が円周方向等間隔に形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と前記内側継手部材のトラック溝の間に配された６個のボールと、前記外側継手部材の球面状の内周面と嵌合する球面状の外周面、前記内側継手部材の球面状の外周面と嵌合する球面状の内周面、前記６個のボールを保持する６個のポケットを有するケージとを備え、
前記外側継手部材及び前記内側継手部材のトラック溝が円弧部及びストレート部を有するアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手において、
前記外側継手部材のトラック溝の円弧部のボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｏと、前記内側継手部材のトラック溝の円弧部のボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｉとが、継手中心Ｏに対して軸方向反対側に等距離だけオフセットし、
前記ケージの球面状の外周面の曲率中心Ｏｃｏと球面状の内周面の曲率中心Ｏｃｉとが、継手中心Ｏに対して反対側に等距離だけオフセットし、
前記外側継手部材のトラック溝の円弧部のボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｏと前記ボールの中心とを結ぶ直線と、継手中心を通り軸線と直交する平面Ｐとが成す角度をオフセット角ηとしたとき、オフセット角ηが７°～７．１°であり、
前記ケージの球面状の外周面の曲率中心Ｏｃｏと前記継手中心Ｏとの軸方向距離をケージオフセット量ｆ２とし、前記外側継手部材のトラック溝の円弧部のボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｏと前記継手中心Ｏとの軸方向距離を総オフセット量Ｆとしたとき、
ケージオフセット量ｆ２と総オフセット量Ｆとの比ｆ２／Ｆが０．１４３～０．１４５であることを特徴とする。

【0014】

上記の固定式等速自在継手（ＵＪ型等速自在継手）が、内側継手部材にトルク伝達可能に連結されたシャフトを有する場合、このシャフトの最小径部の直径Ｄｓを基準として、各部の寸法を以下のように設定することができる。
・外側継手部材の外径Ｄｏとシャフトの最小径部の直径Ｄｓとの比Ｄｏ／Ｄｓが３．７６～３．８０である。
・ボールの直径Ｄｂと前記シャフトの最小径部の直径Ｄｓとの比Ｄｂ／Ｄｓが０．７４８～０．７５２である。
・ボールのピッチ円径ＰＣＤ（ＢＡＬＬ）とシャフトの最小径部の直径Ｄｓとの比ＰＣＤ（ＢＡＬＬ）／Ｄｓが２．４７～２．５１である。
・ケージの半径方向の肉厚Ｔｃとシャフトの最小径部の直径Ｄｓとの比Ｔｃ／Ｄｓが０．２０９～０．２１４である。

【発明の効果】

【0015】

以上のように、本発明に係る６個ボールのＵＪ型等速自在継手によれば、コンパクト化及び軽量化を図ると共に、従来品と同等以上の強度、負荷容量、耐久性、及び低伝達トルクロスを達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る固定式等速自在継手の軸方向断面図である。

【図2】上記固定式等速自在継手を軸方向から見た正面図である。

【図3】上記固定式等速自在継手のボールとトラック溝との接触点における、軸線と直交する方向の断面図である。

【図4】上半分は、上記固定式等速自在継手の軸方向断面図であり、下半分は、従来の固定式等速自在継手の軸方向断面図である。

【図5】固定式等速自在継手の作動角とトルク損失率との関係を示すグラフである。

【図6】固定式等速自在継手の作動角と球面力との関係を示すグラフである。

【図7】本発明品及び従来品に係る固定式等速自在継手の作動角と球面力との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

【0018】

図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る固定式等速自在継手であるアンダーカットフリータイプの固定式等速自在継手（ＵＪ型等速自在継手１）を示している。このＵＪ型等速自在継手１は、外側継手部材２と、内側継手部材３と、６個のボール４と、ケージ５とを備える。内側継手部材３にはシャフト１０が連結されており、このシャフト１０が外側継手部材２から軸方向一方側（図１の右側）に突出している。このＵＪ型等速自在継手１は、例えば、自動車のドライブシャフトのアウトボード側端部に設けられるものであり、シャフト１０（中間シャフト）の反対側の端部（インボード側端部）には摺動式等速自在継手が取り付けられる。以下では、ＵＪ型等速自在継手１の軸線方向で、外側継手部材２からシャフト１０が突出した側（図１の右側）を「継手開口側」と言い、その反対側（図１の左側）を「継手奥側」と言う。

【0019】

外側継手部材２は、球面状の内周面２１に６本のトラック溝２２が形成されたカップ部２３と、カップ部２３の底壁から突設される軸部（図示省略）とを一体に有する。内側継手部材３の球面状の外周面３１には、外側継手部材２のトラック溝２２と対をなす６本のトラック溝３２が形成される。外輪トラック溝２２と内輪トラック溝３２との間に、ボール４が１個ずつ配される。ケージ５には６個のポケット５１が設けられ、各ポケット５１にボール４が１個ずつ収容される。

【0020】

図２に示すように、外輪トラック溝２２及び内輪トラック溝３２がそれぞれ、周方向に沿って所定ピッチ（この場合、６０°ピッチ）で形成されている。このため、トルク伝達部材としての６個のボール４は、周方向に沿って等ピッチ（６０°ピッチ）で配設されている。

【0021】

内側継手部材３は、雌スプライン部３３が形成された内孔を有する（図１参照）。シャフト１０の端部が内側継手部材３の内孔に嵌入され、シャフト１０の端部に形成された雄スプライン部１１が内側継手部材３の雌スプライン部３３に嵌合することで、両者がトルク伝達可能に連結される。シャフト１０の端部には周方向溝１２が形成され、この周方向溝１２に装着された止め輪６により、シャフト１０と内側継手部材３との軸方向の抜け止めが行われる。

【0022】

外輪トラック溝２２は、継手奥側に設けられた円弧部２２ａと、継手開口側に設けられた直線部２２ｂとを有する。内輪トラック溝３２は、継手奥側に設けられた直線部３２ａと、継手開口側に設けられた円弧部３２ｂとを有する。各トラック溝２２、３２の円弧部２２ａ、３２ｂのボール中心軌跡は円弧状を成し、各トラック溝２２、３２の直線部２２ｂ、３２ａのボール中心軌跡は直線状を成す。尚、ボール中心軌跡とは、トラック溝２２、３２に沿ってボールを動かしたときにボール４の中心が通る軌跡である。

【0023】

外輪トラック溝２２の円弧部２２ａのボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｏと、内輪トラック溝３２の円弧部３２ｂのボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｉは、継手中心Ｏに対して等距離Ｆ、Ｆだけ軸方向反対側にオフセットされている。図示例では、外輪トラック溝２２の円弧部２２ａのボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｏが継手中心Ｏに対して継手開口側にオフセットされ、内輪トラック溝３２の円弧部３２ｂのボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｉが継手中心Ｏに対して継手奥側にオフセットされている。外輪トラック溝２２の直線部２２ｂは、円弧部２２ａの継手開口側の端部から接線方向に延び、図示例では軸方向と平行とされる。内輪トラック溝３２の直線部３２ａは、円弧部３２ｂの継手奥側の端部から接線方向に延び、図示例では軸方向と平行とされる。

【0024】

ケージ５の球面状の外周面５２は外側継手部材２の球面状の内周面２１と嵌合し、ケージ５の球面状の内周面５３は内側継手部材３の球面状の外周面３１と嵌合している。ケージ５の外周面５２の直径は外側継手部材２の内周面２１の直径と略等しく、ケージ５の内周面５３の直径は内側継手部材３の外周面３１の直径と略等しい。ケージ５の外周面５２の曲率中心Ｏｃｏ（すなわち、外側継手部材２の内周面２１の曲率中心）と、ケージ５の内周面５３の曲率中心Ｏｃｉ（すなわち、内側継手部材３の外周面３１の曲率中心）は、継手中心Ｏに対して等距離ｆ２だけ軸方向反対側にオフセットされている。図示例では、ケージ５の外周面５２の曲率中心Ｏｃｏが継手中心Ｏに対して継手開口側にオフセットされ、ケージ５の内周面５３の曲率中心Ｏｃｉが継手中心Ｏに対して継手奥側にオフセットされている。

【0025】

ここで、外輪トラック溝２２の円弧部２２ａのボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｏと継手中心Ｏとの軸方向距離（＝内輪トラック溝３２の円弧部３２ｂのボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｉと継手中心Ｏとの軸方向距離）が総オフセット量Ｆである。また、ケージ５の外周面５２の曲率中心Ｏｃｏと継手中心Ｏとの軸方向距離（＝ケージ５の内周面５３の曲率中心Ｏｃｉと継手中心Ｏとの軸方向距離）がケージオフセット量ｆ２である。また、総オフセット量Ｆとケージオフセット量ｆ２との差がトラックオフセット量ｆ１である。

【0026】

図３は、ボール４とトラック溝２２、３２の接触点における横断面図（軸直交方向断面図）である。外側継手部材２のトラック溝２２および内側継手部材３のトラック溝３２の横断面形状は楕円形状やゴシックアーチ形状を有する。ボール４は、外側継手部材２のトラック溝２２と２点Ｃ１、Ｃ２でアンギュラコンタクトし、内側継手部材３のトラック溝３２と２点Ｃ３、Ｃ４でアンギュラコンタクトしている。

【0027】

以上のＵＪ型等速自在継手１の各部の寸法は、下記の表２に示す通りである。尚、表２の「従来品」は、従来のＵＪ型等速自在継手であり、本実施形態のＵＪ型等速自在継手と基準シャフト径が同じである。

【0028】

【表1】

【0029】

上記表１の各項目の定義は、以下の通りである。

【0030】

・オフセット角η
図１に示す軸方向断面において、作動角０°の状態で、継手中心Ｏを通り軸線と直交する平面Ｐと、ボール４の中心と内輪トラック溝３２の円弧部３２ｂのボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｉとを結ぶ直線との間の角度（＝平面Ｐと、ボール４の中心と外輪トラック溝２２の円弧部２２ａのボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｏとを結ぶ直線との間の角度）を、オフセット角ηとする。

【0031】

・接触角α
図３に示す横断面において、ボール４の中心と、ボール４とトラック溝２２、３２との各接触点Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４を通る直線と、継手中心Ｏを通り軸線と直交する平面Ｐとがなす角度を接触角αとする。

【0032】

・基準シャフト径Ｄｓ
シャフト１０のうち、トルク負荷領域（軸方向両端に形成された雄スプライン部の軸方向間領域）の最小径部１３の外径を基準シャフト径とする。

【0033】

・ボールのピッチ円径ＰＣＤ（ＢＡＬＬ）
外輪トラック溝２２の円弧部２２ａのボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｏとボール中心との距離（＝内輪トラック溝３２の円弧部３２ｂのボール中心軌跡の曲率中心Ｏｔｉとボール中心との距離）がＰＣＲ（図１参照）であり、ＰＣＲの２倍の値がボールのピッチ円径ＰＣＤ（ＢＡＬＬ）である。

【0034】

・ケージ肉厚Ｔｃ
作動角０°の状態で、ケージ５のうち、継手中心Ｏを通り軸線と直交する平面Ｐにおける半径方向の肉厚を、ケージ肉厚Ｔｃとする（図１参照）。

【0035】

以下、上記のように各部の寸法を設定した理由を説明する。

【0036】

本発明品では、従来品よりも、ボール４の直径Ｄｂ、ボールのピッチ円径ＰＣＤ（ＢＡＬＬ）、及び外側継手部材２の外径Ｄｏを小径化した｛表１の（３）（４）（５）参照｝。これにより、ＵＪ型等速自在継手１の軽量化及びコンパクト化が図られる。

【0037】

上記のようにボールを小径化したりボールピッチ円を小径化したりすると、各部品の強度低下が懸念される。そこで、本発明品では、ケージ肉厚Ｔｃを、従来品よりも大きくした｛表１の（６）参照｝。

【0038】

上記のようにケージ肉厚Ｔｃを大きくすると、外側継手部材２及び内側継手部材３のトラック溝２２、３２が浅くなるため、トラック溝２２、３２のエッジ部へのボール４の乗り上げが生じやすくなる。そこで、本発明品では、ボール４とトラック溝２２、３２との接触角α（図３参照）を従来品よりも小さくしている｛表１の（２）参照｝。また、本発明品では、オフセット角ηを従来品よりも小さくし｛表１の（１）参照｝、且つ、総オフセット量Ｆに対するケージオフセット量ｆ２の割合を従来品よりも大きくしている｛表１の（７）参照｝。すなわち、トラックオフセット量ｆ１が、従来品よりも小さくなっている。これにより、外側継手部材２のトラック溝２２の継手奥側端部における深さを深くすることができる。以上のように、接触角αを小さくすると共に、トラック溝２２を深くすることで、高角時のトラック溝２２のエッジ部へのボール４の乗り上げを防止できる。

【0039】

上記のように接触角αを小さくすると、ボール４とトラック溝２２、３２との接触部の面圧が高くなるため、耐久性が低下する。そこで、上記のようにトラックオフセット量ｆ１を小さくすることで、内輪トラック溝３２とボール４との接触点軌跡Ｌ１の長さと、外輪トラック溝２２とボール４との接触点軌跡Ｌ２の長さとの差が小さくなる。すなわち、図４の上半分に示す本発明品の内輪トラック溝３２とボール４との接触点軌跡Ｌ１の長さと外輪トラック溝２２とボール４との接触点軌跡Ｌ２の長さとの差ΔＬ（＝Ｌ１－Ｌ２）が、図４の下半分に示す従来品の内輪トラック溝３２’とボール４’との接触点軌跡Ｌ１’の長さと外輪トラック溝２２’とボール４’との接触点軌跡Ｌ２’の長さとの差ΔＬ’（＝Ｌ１’－Ｌ２’）よりも小さくなる。これにより、外輪トラック溝２２とボール４との間の滑り量が減少し、金属表面の疲労が低減されて耐久性が高められる。この効果が、上記のようにボール４とトラック溝２２、３２との接触角αを小さくすることによる面圧上昇による耐久性の低下と相殺されることで、耐久性が維持される。

【0040】

上記のようにトルクオフセット量ｆ１を小さくすると、ボール４を両継手部材２、３の二等分面上に制御するための力となるポケット荷重（ケージ５のポケット５１がボール４に作用する荷重）が小さくなり、トルク入力が無い条件で継手の角度を取る場合に折り曲げトルクが増大し、引っ掛かりが発生することが経験上分かっている。そこで、上記のように、トラックオフセットｆ１に加えて、ケージオフセットｆ２を設け、総オフセット量Ｆを確保することで、上記のポケット荷重を補完することができ、継手の折り曲げ作動性を維持することができる。

【0041】

一方、総オフセット量Ｆが小さいほど、ケージ５と各継手部材２、３との間の球面力（ケージ５の球面状外周面５２と外側継手部材２の球面状内周面２１、あるいは、ケージ５の球面状内周面５３と内側継手部材３の球面状外周面３１とが押し付け合う力）が小さくなるため、トルク損失率が小さくなる。従って、これまで、総オフセット量は、折り曲げ時の引っ掛かりが発生しない範囲で、なるべく小さく設定することが通例であった。

【0042】

そこで、本発明者は、オフセット角が異なる複数種のＵＪ型等速自在継手について、作動角とトルク損失率との関係を調べた。ここで用いた各サンプルのトラックオフセット量（オフセット角）を、下記の表２に示す。

【0043】

【表2】

【0044】

その結果、図５に示すように、作動角７．５°以下では、オフセット角が小さいほどトルク損失率が小さい。一方、作動角７．５°以上では、オフセット角が相対的に小さいＴＹＰＥ１やＴＹＰＥ２が、オフセット角が相対的に大きいＴＹＰＥ３～５よりもトルク損失が大きい。ＵＪ型等速自在継手の常用角は、通常５～８°程度であるため、常用角が７．５°以下の場合だけでなく、常用角が７．５°を超える場合にもトルク損失をある程度抑える必要がある。そのため、オフセット角は小さいほど良いわけではなく、作動角が７．５°を超える場合でもトルク損失がある程度抑えられているＴＹＰＥ３（オフセット角約７°）が最も好ましい。

【0045】

以上の知見から、本実施形態のＵＪ型等速自在継手では、オフセット角を７°程度とし｛表１の（１）参照｝、且つ、総オフセット量に対するケージオフセット量の比率を従来品よりも高めに設定した｛表１の（７）参照｝。以上により、ＵＪ型等速自在継手の軽量化及びコンパクト化を図った場合でも、従来品と同等以上の強度、負荷容量、耐久性、及び低伝達トルクロスを達成できることが明らかになった。

【0046】

ところで、上述のように、オフセット角η（総オフセット量Ｆ）が小さいと、折り曲げ時に引っ掛かりが発生するが、このような引っ掛かりが発生する要因は明らかではなく、トラックオフセット量と引っ掛かりとの相関は明らかではなかった。

【0047】

そこで、本発明者は、ＵＪ型等速自在継手の作動角と球面力との関係を調べた。その結果、図６に示すように、作動角１０°付近で、球面力に変動が生じていた。実機で発生する折り曲げ時の引っ掛かりは、作動角１０°前後から発生するため、球面力の変動が引っ掛かりに影響していると予想される。

【0048】

本発明品と従来品の作動角と球面力との関係を図７に示す。この図から、本発明品の球面力の変動幅は、従来品と同等以下であるため、トルク入力が無い場合の折り曲げトルクも従来品と同等以下であると考えられる。

【符号の説明】

【0049】

１ 固定式等速自在継手（ＵＪ型等速自在継手）
２ 外側継手部材
２１ 内周面
２２ トラック溝
２２ａ 円弧部
２２ｂ 直線部
３ 内側継手部材
３１ 外周面
３２ トラック溝
３２ａ 直線部
３２ｂ 円弧部
４ ボール
５ ケージ
１０ シャフト
１３ 最小径部
Ｄｂ ボール直径
Ｄｏ 外側継手部材の外径
Ｄｓ 基準シャフト径
Ｆ 総オフセット量
ｆ１ トラックオフセット量
ｆ２ ケージオフセット量
Ｏ 継手中心
Ｏｔｉ 内輪トラック溝の円弧部のボール中心軌跡の曲率中心
Ｏｔｏ 外輪トラック溝の円弧部のボール中心軌跡の曲率中心
Ｏｃｉ ケージ内周面の曲率中心
Ｏｃｏ ケージ外周面の曲率中心
ＰＣＤ（ＢＡＬＬ） ボールピッチ円径
Ｔｃ ケージ肉厚
α 接触角
η オフセット角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】