JP2018155320A - 後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手において、内部仕様を検討することでより一層の軽量・コンパクト化を図る。【解決手段】固定式等速自在継手３は、外側継手部材３１と、内側継手部材３２と、８個のボール３３と、保持器３４とを備える。外側継手部材３１のトラック溝３１ｄの曲率中心Ｏ３１ｄと、内側継手部材３２のトラック溝３２ｅの曲率中心Ｏ３２ｅとは、それぞれ継手中心Ｏ（ｆ）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。ボール３３のピッチ円径ＰＣＤＢＡＬＬとボール３３の直径ＤＢＡＬＬとの比ＰＣＤＢＡＬＬ／ＤＢＡＬＬを３．７０〜３．８７とする。継手中心Ｏ（ｆ）から外側継手部材３１のマウス部３１ａの開口側端面までの軸方向長さＷ１Ｏとボールの直径ＤＢＡＬＬとの比Ｗ１Ｏ／ＤＢＡＬＬを０．３５〜０．５２とする。【選択図】図５

Description

本発明は、固定式等速自在継手に関し、特に、自動車の後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手に関する。

一般に、自動車のドライブシャフトは、車輪に取り付けられるアウトボード側の等速自在継手と、デファレンシャルギヤに取り付けられるインボード側の等速自在継手と、両等速自在継手を連結する中間シャフトとで構成される。通常、アウトボード側の等速自在継手には、大きな作動角を取れるが軸方向に変位しない固定式等速自在継手が使用される。一方、インボード側の等速自在継手には、最大作動角は比較的小さいが、作動角を取りつつ軸方向変位が可能な摺動式等速自在継手が使用される。

ドライブシャフトには、前輪に取り付けられる前輪用ドライブシャフトと、後輪に取り付けられる後輪用ドライブシャフトとがある。前輪用ドライブシャフトのアウトボード側の固定式等速自在継手は、操舵輪である前輪に取り付けられるため、最大作動角が大きいもの（例えば４５°以上）が使用される。一方、後輪用ドライブシャフトのアウトボード側の固定式等速自在継手は、操舵されない後輪に取り付けられるため、前輪用ドライブシャフトの固定式等速自在継手よりも最大作動角が小さいもので足りる。しかし、現状では、量産コスト等の観点から、前輪用ドライブシャフトと後輪用ドライブシャフトとで同じ仕様の固定式等速自在継手が用いられている。すなわち、後輪用ドライブシャフトにも、前輪用ドライブシャフトに使用される高作動角の固定式等速自在継手が用いられている。

一方で、自動車の軽量化の要求は依然として高く、ドライブシャフトを含む動力伝達機構に対しても軽量・コンパクト化が求められている。このため、ドライブシャフトのアウトボード側端部に組み込まれる固定式等速自在継手に対しても、さらなる軽量・コンパクト化が求められている。

代表的な固定式等速自在継手として、ゼッパ型等速自在継手がある。ゼッパ型等速自在継手では、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とが、継手中心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。これにより、ボールが常に作動角の二等分面内に保持され、外側継手部材と内側継手部材との間での等速性が確保される。ゼッパ型等速自在継手は、通常、６個のトルク伝達ボールを有しているが、下記の特許文献１には、ゼッパ型等速自在継手のトルク伝達ボールの数を８個にしたものが示されている。このようにボールの数を８個にすることで、６個のボールを備えたゼッパ型等速自在継手と同等以上の強度、負荷容量、及び耐久性を確保しながら、軽量・コンパクト化を図ることができる。

また、下記の特許文献２には、後輪用ドライブシャフトが示されている。この後輪用ドライブシャフトでは、中間シャフト（中空シャフト）の両端部に設けられたスプライン径を大径化することで、中空シャフトの強度に余裕が生じるため薄肉化が可能となり、もって中空シャフトの軽量化が図られる。

特開平１０−１０３３６５号公報 特開２０１２−９７７９７号公報

上記特許文献１に示されているような８個のボールを備えたゼッパ型等速自在継手は、量産品として実用化されている。本発明は、この種の固定式等速自在継手のさらなる軽量・コンパクト化を検討したものである。

上記特許文献２で提案された発明は、後輪用ドライブシャフトに用いられる中空シャフトの軽量化及び高強度化を目的としたものである。しかし、同文献には、固定式等速自在継手を軽量・コンパクト化するという課題については触れられていない。

そこで、本発明が解決すべき課題は、後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手、特に８個ボールのゼッパ型等速自在継手において、内部仕様を検討することで、より一層の軽量・コンパクト化を図ることにある。

前記課題を解決するために、本発明は、後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手であって、軸方向一方に開口したカップ状のマウス部を有し、球面状の内周面に軸方向に延びる８本のトラック溝が形成された外側継手部材と、球面状の外周面に軸方向に延びる８本のトラック溝が形成され、軸心にスプライン穴が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とで形成されるボールトラックに配された８個のボールと、前記ボールを収容する８個のポケットを有し、前記外側継手部材の内周面及び前記内側継手部材の外周面に摺接する保持器とを備え、前記外側継手部材のトラック溝の曲率中心と前記内側継手部材のトラック溝の曲率中心とがそれぞれ継手中心に対して軸方向反対側に等距離だけオフセットされ、前記ボールのピッチ円径ＰＣＤ_ＢＡＬＬと前記ボールの直径Ｄ_ＢＡＬＬとの比ＰＣＤ_ＢＡＬＬ／Ｄ_ＢＡＬＬが３．７０〜３．８７であり、前記継手中心から前記外側継手部材のマウス部の開口側端面までの軸方向長さＷ１_Ｏと前記ボールの直径Ｄ_ＢＡＬＬとの比Ｗ１_Ｏ／Ｄ_ＢＡＬＬが０．３５〜０．５２である固定式等速自在継手を提供する。

固定式等速自在継手では、作動角が０°の状態では各ボールに均等に荷重が加わるが、作動角が付くと各ボールには不均等な荷重が加わり、作動角が大きくなるほど各ボールに加わる荷重の差が大きくなる。従って、高作動角の場合には、各ボールに加わる最大荷重が大きくなるため、ボールと接触する部材（外側継手部材、内側継手部材、及び保持器）は、ボールから受ける最大荷重に耐え得るだけの厚い肉厚が要求される。そこで、上記のように固定式等速自在継手を後輪用ドライブシャフト専用として最大作動角を小さくすることにより、ボールに加わる最大荷重が小さくなり、ボールと接触する各部材の強度に余裕が生じるため、負荷容量や耐久性の低下を招くことなく、各部材の肉厚、例えば内側継手部材の半径方向の肉厚（詳しくは、内側継手部材のトラック溝の溝底とスプライン穴のピッチ円との半径方向距離）を低減することができる。これにより、内側継手部材の外周面に形成されるトラック溝を内径側に寄せることができるため、トラック溝のピッチ円径、すなわち、トラック溝に配されるボールのピッチ円径を、従来品（前輪用ドライブシャフト及び後輪用ドライブシャフトの何れにも適用可能な高作動角の８個ボールのゼッパ型等速自在継手）よりも小さくすることができる。これにより、固定式等速自在継手を半径方向にコンパクト化して軽量化を図ることができる。

図７に、本発明品に係る固定式等速自在継手３が最大作動角（２０°）を取った状態を示し、図８に、従来品に係る固定式等速自在継手３’が最大作動角（４７°）を取った状態を示す。これらの図から明らかなように、固定式等速自在継手を後輪用ドライブシャフト専用として最大作動角を小さくすることにより、外側継手部材に対するボールの軸方向移動量が小さくなり、トラック溝とボールとの接点軌跡の長さが短くなるため（Ｌ２＜Ｌ２’）、外側継手部材のトラック溝の軸方向長さ、特に、継手中心から外側継手部材のマウス部の開口側端面までの軸方向長さを短くすることができる。これにより、外側継手部材を軸方向にコンパクト化して、軽量化を図ることができる。

ところで、等速自在継手は多量生産される製品であるため、通常、トルク負荷容量に応じて段階的にサイズが設定され、サイズごとに内部仕様（各部材の寸法や形状等）が設定される（シリーズ化される）。各サイズの等速自在継手の軽量・コンパクト化を図るにあたり、ボール径を小さくすると、ボールとトラック溝との接触部における面圧が上昇するため、トルク負荷容量の低減に直結する。このため、等速自在継手の設計変更を検討する際には、トルク負荷容量を維持するために、ボール数を増やさない限り、ボール径は変更しないことが一般的である。従って、各部材の寸法をボール径に対する比率で表すことで、トルク負荷容量（すなわち、等速自在継手のサイズ）に応じた等速自在継手の内部仕様を表すことができる。上記のように、固定式等速自在継手を後輪用ドライブシャフト専用として最大作動角を小さくし、ボール径に対する各部材の寸法｛具体的には、ボール径に対するボールのピッチ円径（ＰＣＤ_ＢＡＬＬ／Ｄ_ＢＡＬＬ）及び継手中心から外側継手部材のマウス部の開口側端面までの軸方向長さ（Ｗ１_Ｏ／Ｄ_ＢＡＬＬ）｝を従来品よりも小さくすることで、固定式等速自在継手の軽量・コンパクトな新たなシリーズを構築することができる。

従来の固定式等速自在継手では、継手中心から外側継手部材のマウス部の開口側端面までの軸方向長さが長いため、球面状の内周面が内径側に大きく迫り出し、外側継手部材の開口部の内径が小さくなっていた。このため、組立時には、図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、外側継手部材１０１と保持器１０４とを互いの軸線を直交させ、この状態で保持器１０４を外側継手部材１０１の開口側から挿入し、その後、保持器１０４を外側継手部材１０１の内周で９０°回転させるという複雑な方法で行われていた。

これに対し、上記のように、継手中心から外側継手部材のマウス部の開口側端面までの軸方向長さを短くすることで、球面状の内周面の開口端の内径側への迫り出しが減じられる。これにより、外側継手部材の開口部の内径が大きくなるため、図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、外側継手部材３１の内周面３１ｃの開口端における直径Ｄ_３１ｃを、保持器３４を軸方向から見たときのポケット３４ａの周方向中央部における外径Ｄ_３４ｂよりも大きくすることができる（図１０では、外側継手部材３１の内径Ｄ_３１ｃと保持器３４の外径Ｄ_３４ｂとが略同一であるように示されているが、実際には、外側継手部材３１の内径Ｄ_３１ｃが保持器３４の外径Ｄ_３４ｂよりも僅かに大きくなっている。）。また、外側継手部材３１の内周面３１ｃの周方向長さ（隣接するトラック溝３１ｄ間の周方向間隔）が、保持器３４のポケット３４ａの周方向長さよりも小さい。この場合、保持器３４と外側継手部材３１とを同軸上に並べて配置し、この状態で保持器３４を外側継手部材３１の内周に挿入することができるため、外側継手部材３１の内周で保持器３４を回転させる工程が不要となり、組立工程を簡略化できる。

上記の固定式等速自在継手は、最大作動角を２０°以下とすることができる。

以上のように、本発明では、後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手において、従来とは異なる設計思想で内部仕様（ボール径を基準としたときのボールのピッチ円径及び継手中心から外側継手部材のマウス部の開口側端面までの軸方向長さ）を設定することにより、トルク負荷容量を維持しながら、より一層の軽量・コンパクト化を図ることができる。

後輪駆動車の動力伝達機構を概略的に示す平面図である。 後輪用ドライブシャフトの断面図である。 （Ａ）は、上記後輪用ドライブシャフトに組み込まれた摺動式等速自在継手の縦断面図｛（Ｂ）図のＸ−Ｘ線における断面図｝であり、（Ｂ）は同横断面図｛（Ａ）図の継手中心平面における断面図｝である。 （Ａ）は、上記後輪用ドライブシャフトに組み込まれた固定式等速自在継手の縦断面図｛（Ｂ）図のＹ−Ｙ線における断面図｝であり、（Ｂ）は同横断面図｛（Ａ）図の継手中心平面における断面図｝である。 （Ａ）は、固定式等速自在継手の縦断面図であり、上半分が本発明品、下半分が従来品を示す。（Ｂ）は、固定式等速自在継手の継手中央平面における横断面図であり、上半分が本発明品、下半分が従来品を示す。 固定式等速自在継手の内側継手部材及び保持器の縦断面図であり、上半分が本発明品、下半分が従来品を示す。 本発明品に係る固定式等速自在継手が最大作動角（２０°）を取った状態を示す断面図である。 従来品に係る固定式等速自在継手が最大作動角（４７°）を取った状態を示す断面図である。 （Ａ）は、本発明品の保持器のポケット面とボールとの接点の軌跡であり、（Ｂ）は、従来品の保持器のポケット面とボールとの接点の軌跡である。 （Ａ）は、本発明品の外側継手部材の内周に保持器を組み込む様子を示す縦断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）図を軸方向から見た正面図である。 （Ａ）は、従来品の外側継手部材の内周に保持器を組み込む様子を示す縦断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）図を軸方向から見た正面図である。 本発明品の固定式等速自在継手にボールを組み込む様子を示す縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に、独立懸架式の後輪駆動車（例えばＦＲ車）の動力伝達機構を示す。この動力伝達機構では、エンジンＥから出力された回転駆動力が、トランスミッションＭ及びプロペラシャフトＰＳを介してデファレンシャルギヤＧに伝達され、そこから左右の後輪用ドライブシャフト１を介して左右の後輪（車輪Ｗ）に伝達される。

後輪用ドライブシャフト１は、図２に示すように、インボード側（図中右側）に軸方向変位および角度変位の両方を許容する摺動式等速自在継手２を、アウトボード側（図中左側）に角度変位のみを許容する固定式等速自在継手３をそれぞれ設け、両等速自在継手２，３を中間シャフト４で連結した構造を具備する。インボード側の摺動式等速自在継手２はデファレンシャルギヤＧに連結され、アウトボード側の固定式等速自在継手３は車輪Ｗに連結される（図１参照）。

図３に示すように、摺動式等速自在継手２は、デファレンシャルギヤＧ（図１参照）に取り付けられる外側継手部材２１と、中間シャフト４（図２参照）のインボード側端部に取り付けられる内側継手部材２２と、外側継手部材２１と内側継手部材２２との間でトルクを伝達する８個のボール２３と、８個のボール２３を保持する保持器２４とを備える。

外側継手部材２１は、軸方向一方｛アウトボード側、図３（Ａ）では左側｝が開口したカップ状のマウス部２１ａと、マウス部２１ａの底部から軸方向他方｛インボード側、図３（Ａ）では右側｝に延びるステム部２１ｂとを一体に有する。マウス部２１ａの円筒状の内周面２１ｃには、軸方向に延びる８本の直線状のトラック溝２１ｄが設けられる。ステム部２１ｂのインボード側端部の外周面には、デファレンシャルギヤＧのスプライン穴に挿入されるスプライン２１ｅが設けられる。尚、マウス部２１ａ及びステム部２１ｂは、同一材料で一体形成する他、これらを別体に形成した後、溶接等により接合してもよい。

内側継手部材２２の軸心には、中間シャフト４が挿入されるスプライン穴２２ｃが設けられる。内側継手部材２２の球面状の外周面２２ｄには、軸方向に延びる８本の直線状のトラック溝２２ｅが設けられる。すなわち、内側継手部材２２は、スプライン穴２２ｃを有する円筒部２２ａと、円筒部２２ａから外径に突出した複数の突出部２２ｂとを一体に有し、複数の突出部２２ｂの円周方向間にトラック溝２２ｅが設けられる。複数の突出部２２ｂの外径面が、内側継手部材２２の球面状の外周面２２ｄとなる。

外側継手部材２１のトラック溝２１ｄと内側継手部材２２のトラック溝２２ｅとが半径方向で対向して８本のボールトラックが形成され、各ボールトラックにボール２３が一個ずつ配される。トラック溝２１ｄ，２２ｅの横断面形状は、楕円形状やゴシックアーチ形状とされ、これにより、トラック溝２１ｄ，２２ｅとボール２３とは、３０〜４５°程度の接触角をもって接触する、いわゆるアンギュラコンタクトとされる。尚、トラック溝２１ｄ，２２ｅの横断面形状を円弧形状とし、トラック溝２１ｄ，２２ｅとボール２３とをいわゆるサーキュラコンタクトとしてもよい。

保持器２４は、ボール２３を保持する８個のポケット２４ａを有する。８個のポケット２４ａは、全て同形状をなし、円周方向等間隔に配されている。保持器２４の外周面には、外側継手部材２１の円筒状の内周面２１ｃと摺接する球面部２４ｂと、球面部２４ｂの軸方向両端部から接線方向に延びる円すい部２４ｃとが設けられる。円すい部２４ｃは、摺動式等速自在継手２が最大作動角を取ったときに、外側継手部材２１の内周面２１ｃと線接触して、それ以上作動角が大きくなることを規制するストッパとして機能する。保持器２４の軸心に対する円すい部２４ｃの傾斜角度は、摺動式等速自在継手２の最大作動角の１／２の値に設定される。保持器２４の内周面には、内側継手部材２２の球面状の外周面２２ｄと摺接する球面部２４ｄが設けられる。

保持器２４の外周面の球面部２４ｂの曲率中心Ｏ_２４ｂと、保持器２４の内周面の球面部２４ｄの曲率中心Ｏ_２４ｄ（すなわち、内側継手部材２２の球面状外周面２２ｄの曲率中心）は、継手中心Ｏ（ｓ）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。図示例では、保持器２４の外周面の球面部２４ｂの曲率中心Ｏ_２４ｂが継手中心Ｏ（ｓ）に対してインボード側（継手奥側）にオフセットし、保持器２４の内周面の球面部２４ｄの曲率中心Ｏ_２４ｄが継手中心Ｏ（ｓ）に対してアウトボード側（継手開口側）にオフセットしている。これにより、任意の作動角において、保持器２４で保持されたボール２３が常に作動角の二等分面内に配置され、外側継手部材２１と内側継手部材２２との間での等速性が確保される。

図４に示すように、固定式等速自在継手３は、車輪Ｗ（図１参照）に取り付けられる外側継手部材３１と、中間シャフト４（図２参照）のアウトボード側端部に取り付けられる内側継手部材３２と、外側継手部材３１と内側継手部材２２との間でトルクを伝達する８個のボール３３と、８個のボール３３を保持する保持器３４とを備える。

外側継手部材３１は、軸方向一方｛インボード側、図４（Ａ）では右側｝が開口したカップ状のマウス部３１ａと、マウス部３１ａの底部から軸方向他方｛アウトボード側、図４（Ａ）では左側｝に延びるステム部３１ｂとを一体に有する。マウス部３１ａの球面状の内周面３１ｃには、軸方向に延びる８本の円弧状のトラック溝３１ｄが形成されている。各トラック溝３１ｄは、マウス部３１ａの開口側端面まで延びている。すなわち、外側継手部材３１のトラック溝３１ｄとマウス部３１ａの開口側端面との間には、加工上必要な僅かな面取り部は設けられているが、従来品のように、ボールを組み込むために必要なテーパ面Ｋ１｛図５（Ａ）参照｝は設けられていない。また、外側継手部材３１の内周面３１ｃの開口端には、従来品のように、中間シャフトに当接して固定式等速自在継手の最大作動角を規定するようなテーパ面Ｋ２｛図５（Ａ）参照｝は設けられていない。ステム部３１ｂの外周面には、車輪Ｗ側のスプライン穴に挿入されるスプライン３１ｅが設けられる。尚、マウス部３１ａ及びステム部３１ｂは、同一材料で一体形成する他、これらを別体に形成した後、溶接等により接合してもよい。また、マウス部３１ａ及びステム部３１ｂの軸心に、軸方向の貫通孔を形成してもよい。

内側継手部材３２の軸心には、中間シャフト４が挿入されるスプライン穴３２ｃが設けられる。内側継手部材３２の球面状の外周面３２ｄには、軸方向に延びる８本の円弧状のトラック溝３２ｅが設けられる。すなわち、内側継手部材３２は、スプライン穴３２ｃを有する円筒部３２ａと、円筒部３２ａから外径に突出した複数の突出部３２ｂとを一体に有し、複数の突出部３２ｂの円周方向間にトラック溝３２ｅが設けられる。複数の突出部３２ｂの外径面が、内側継手部材３２の球面状の外周面３２ｄとなる。

外側継手部材３１のトラック溝３１ｄと内側継手部材３２のトラック溝３２ｅとが半径方向で対向して８本のボールトラックが形成され、各ボールトラックにボール３３が一個ずつ配される。トラック溝３１ｄ，３２ｅの横断面形状は、楕円形状やゴシックアーチ形状とされ、これにより、トラック溝３１ｄ，３２ｅとボール３３とは、３０〜４５°程度の接触角をもって接触する、いわゆるアンギュラコンタクトとされる。尚、トラック溝３１ｄ，３２ｅの横断面形状を円弧形状とし、トラック溝３１ｄ，３２ｅとボール３３とをいわゆるサーキュラコンタクトとしてもよい。

外側継手部材３１のトラック溝３１ｄの曲率中心Ｏ_３１ｄと、内側継手部材３２のトラック溝３２ｅの曲率中心Ｏ_３２ｅは、継手中心Ｏ（ｆ）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。図示例では、外側継手部材３１のトラック溝３１ｄの曲率中心Ｏ_３１ｄが、継手中心Ｏ（ｆ）に対してインボード側（継手開口側）にオフセットし、内側継手部材３２のトラック溝３２ｅの曲率中心Ｏ_３２ｅが、継手中心Ｏ（ｆ）に対してアウトボード側（継手奥側）にオフセットしている。これにより、任意の作動角において、保持器３４で保持されたボール３３が常に作動角の二等分面内に配置され、外側継手部材３１と内側継手部材３２との間での等速性が確保される。

保持器３４は、ボール３３を保持する８個のポケット３４ａを有する。８個のポケット３４ａは、全て同形状をなし、円周方向等間隔に配されている。保持器３４の球面状の外周面３４ｂは、外側継手部材３１の球面状の内周面３１ｃと摺接する。保持器３４の球面状の内周面３４ｃは、内側継手部材３２の球面状の外周面３２ｄと摺接する。保持器３４の外周面３４ｂの曲率中心（すなわち、外側継手部材３１の球面状の内周面３１ｃの曲率中心）及び内周面３４ｃの曲率中心（すなわち、内側継手部材３２の球面状の外周面３２ｄの曲率中心）は、それぞれ継手中心Ｏ（ｆ）と一致している。

中間シャフト４は、図２に示すように、軸方向の貫通孔４１を有する中空シャフトを使用することができる。中間シャフト４は、軸方向中央に設けられた大径部４２と、軸方向両端に設けられた小径部４３と、大径部４２と小径部４３とを連続するテーパ部４４とを備える。中間シャフト４の小径部４３には、ブーツ装着用の環状溝４５及びスプライン４６が設けられる。小径部４３の外径は、環状溝４５及びスプライン４６を除いて一定とされる。尚、中間シャフト４は、中空シャフトに限らず、中実シャフトを使用することもできる。

中間シャフト４のインボード側端部のスプライン４６は、摺動式等速自在継手２の内側継手部材２２のスプライン穴２２ｃに圧入される。これにより、中間シャフト４と内側継手部材２２とがスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結される。中間シャフト４のインボード側の端部には環状の凹溝が形成され、この凹溝に止め輪４７が装着される。この止め輪４７を内側継手部材２２のインボード側（軸端側）から係合させることで、中間シャフト４と内側継手部材２２との抜け止めが行われる。

中間シャフト４のアウトボード側端部のスプライン４６は、固定式等速自在継手３の内側継手部材３２のスプライン穴３２ｃに圧入される。これにより、中間シャフト４と内側継手部材３２とがスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結される。中間シャフト４のアウトボード側の端部には環状の凹溝が形成され、この凹溝に止め輪４７が装着される。この止め輪４７を内側継手部材３２のアウトボード側（軸端側）から係合させることで、中間シャフト４と内側継手部材３２との抜け止めが行われる。

上記の摺動式等速自在継手２及び固定式等速自在継手３は、後輪用ドライブシャフト専用であるため、前輪用ドライブシャフトにも使用可能であった従来品よりも最大作動角を小さく設定することができる。本実施形態では、摺動式等速自在継手２及び固定式等速自在継手３の最大作動角が、何れも２０°以下に設定される。これにより、負荷容量を維持しながら、摺動式等速自在継手２及び固定式等速自在継手３の軽量・コンパクト化を図ることが可能となる。以下、固定式等速自在継手３の内部仕様について、詳しく説明する。

下記の表１、図５及び図６に、本発明品に係る固定式等速自在継手３の内部仕様を、ボール径が等しい従来品（最大作動角４７°の８個ボールのゼッパ型等速自在継手）と比較して示す。尚、図５及び図６の上半分は、本発明品に係る固定式等速自在継手３の断面図であり、下半分は、従来品に係る固定式等速自在継手３’の断面図である。従来品の各部位には、本発明品の各部位の符号に「’（ダッシュ）」を付した符号を付している。

各パラメータの定義は、以下のとおりである。

（１）ボールＰＣＤ（ボールのピッチ円径）ＰＣＤ_ＢＡＬＬ：外側継手部材３１のトラック溝３１ｄの曲率中心Ｏ_３１ｄ又は内側継手部材３２のトラック溝３２ｅの曲率中心Ｏ_３２ｅとボール３３の中心とを結ぶ線分の長さ（外側継手部材３１のトラック溝３１ｄの曲率中心Ｏ_３１ｄとボール３３の中心とを結ぶ線分の長さと、内側継手部材３２のトラック溝３２ｅの曲率中心Ｏ_３２ｅとボール３３の中心とを結ぶ線分の長さとは等しく、この寸法をＰＣＲと言う。）の２倍の値である（ＰＣＤ_ＢＡＬＬ＝２×ＰＣＲ）。
（２）内輪トラック長さ（内側継手部材のトラック溝の軸方向長さ）Ｗ_{Ｉ・ＴＲＵＣＫ}：厳密には、内側継手部材３２のトラック溝３２ｅとボール３３との接点軌跡の軸方向長さであるが、本明細書では、内側継手部材３２の球面状の外周面３２ｄの軸方向長さ、すなわち、外周面３２ｄの軸方向両端から内径側に延びる端面間の軸方向距離のことを言う。
（３）内輪幅（内側継手部材の軸方向幅）Ｗ_Ｉ：内側継手部材３２の最大軸方向寸法であり、図示例では、内側継手部材３２の円筒部３２ａの両端面間の軸方向距離である。
（４）内輪肉厚（内側継手部材の半径方向の肉厚）Ｔ_Ｉ：継手中心平面Ｐ｛継手中心Ｏ（ｆ）を通り、軸線と直交する平面｝におけるトラック溝３２ｅの溝底とスプライン穴３２ｃのピッチ円との半径方向距離である。
（５）スプラインＰＣＤ（内側継手部材のスプライン穴のピッチ円径）ＰＣＤ_ＳＰＬ：内側継手部材３２のスプライン穴３２ｃと中間シャフト４のスプライン４６との噛み合いピッチ円の直径である。
（６）外輪外径Ｄ_Ｏ：外側継手部材３１の最大外径である。
（７）継手中心〜外輪開口端面長さＷ１_Ｏ：継手中心Ｏ（ｆ）と外側継手部材３１のマウス部３１ａの開口側端面（インボード側の端面）との軸方向距離である。
（８）保持器肉厚Ｔ_Ｃ：保持器３４の継手中心平面Ｐにおける半径方向の肉厚である。
（９）保持器幅Ｗ_Ｃ：保持器３４の最大軸方向寸法であり、図示例では保持器３４の両端面間の軸方向距離である。

以下、上記のような内部仕様に至った設計思想を詳しく説明する。

固定式等速自在継手３では、作動角が大きくなるほど各ボール３３に加わる最大荷重が大きくなるため、上記のように最大作動角を小さくすることで、各ボール３３に加わる最大荷重が小さくなる。これにより、ボール３３と接触する内側継手部材３２の強度に余裕が生じるため、従来品と同等の耐久性を維持しながら、内側継手部材３２の半径方向の肉厚を薄くすることができる｛Ｔ_Ｉ＜Ｔ_Ｉ’、上記表１の（４）参照｝。このように内側継手部材３２を薄肉化することで、負荷容量や耐久性の低下を招くことなく、内側継手部材３２のトラック溝３２ｅのピッチ円径、すなわち、トラック溝３２ｅに配されるボール３３のピッチ円径を従来よりも小さくすることができる｛ＰＣＤ_ＢＡＬＬ＜ＰＣＤ_ＢＡＬＬ’、上記表１の（１）参照｝。これにより、固定式等速自在継手３を半径方向にコンパクト化して、軽量化を図ることができる。

固定式等速自在継手３の最大作動角を小さくすることで、各ボール３３に加わる最大荷重が小さくなり、ボール３３と接触する保持器３４の強度に余裕が生じるため、従来品と同等の耐久性を維持しながら、保持器３４の半径方向の肉厚を低減することが可能となる｛Ｔ_Ｃ＜Ｔ_Ｃ’、上記表１の（８）参照｝。また、図９（Ａ）に示す本発明品（最大作動角２０°）の保持器のポケット面Ｓとボールとの接点の軌跡Ｃと、図９（Ｂ）に示す従来品（最大作動角４７°）の保持器のポケット面Ｓ’とボールとの接点の軌跡Ｃ’とから明らかなように、固定式等速自在継手３の最大作動角を小さくすることで、保持器３４のポケット３４ａ内におけるボール３３の半径方向（図９の上下方向）の移動量が小さくなる。この観点からも、保持器３４の半径方向の肉厚を低減することが可能となる。以上のように、保持器３４の肉厚Ｔ_Ｃを薄くしながら、ボール３３のピッチ円径ＰＣＤ_ＢＡＬＬを小さくすることにより、外側継手部材３１及び内側継手部材３２のトラック溝３１ｄ、３２ｅの深さを確保してボール３３のトラック溝エッジ部への乗り上げを防止しつつ、固定式等速自在継手３の軽量・コンパクト化を図ることができる。

図７に、本発明品に係る固定式等速自在継手３が最大作動角（２０°）を取った状態を示し、図８に、従来品に係る固定式等速自在継手３’が最大作動角（４７°）を取った状態を示す。これらの図から明らかなように、本発明品における内側継手部材３２のトラック溝３２ｅとボール３３との接点軌跡Ｌ１の長さは、従来品における内側継手部材３２’のトラック溝３２ｅ’とボール３３’との接点軌跡Ｌ１’の長さよりも短い。このように、固定式等速自在継手３の最大作動角を小さくすることで、ボール３３の軸方向移動量が小さくなるため、内側継手部材３２のトラック溝３２ｅの軸方向長さを短くすることができる｛Ｗ_{Ｉ・ＴＲＵＣＫ}＜Ｗ_{Ｉ・ＴＲＵＣＫ}’、上記表１の（２）参照｝。これにより、内側継手部材３２を軸方向にコンパクト化して軽量化を図ることが可能となる。

また、図７及び図８に示すように、本発明品における外側継手部材３１のトラック溝３１ｄとボール３３との接点軌跡Ｌ２の長さは、従来品における外側継手部材３１’のトラック溝３１ｄ’とボール３３’との接点軌跡Ｌ２’の長さよりも短い。このように、固定式等速自在継手３の最大作動角を小さくすることで、外側継手部材３１に対するボール３３の軸方向移動量が短くなるため、外側継手部材３１のトラック溝３１ｄの軸方向長さ、特に、トラック溝３１ｄの継手中心Ｏ（ｆ）よりも開口側部分の軸方向長さ、具体的には、継手中心Ｏ（ｆ）から外側継手部材３１のマウス部３１ａの開口側端面までの軸方向長さを短くすることができる｛Ｗ１_Ｏ＜Ｗ１_Ｏ’、上記表１の（７）参照｝。これにより、外側継手部材３１を軸方向にコンパクト化して軽量化を図ることが可能となる。

固定式等速自在継手３の最大作動角を小さくすることで、上記のように保持器３４の強度に余裕が生じるため、従来品と同等の耐久性を維持しながら、保持器３４の軸方向幅を小さくすることができる｛Ｗ_Ｃ＜Ｗ_Ｃ’、上記（９）参照｝。これにより、保持器３４を軸方向にコンパクト化して軽量化を図ることが可能となる。

固定式等速自在継手３の最大作動角を小さくすることで、上記のように内側継手部材３２の半径方向の肉厚Ｔ_Ｉを減じることができるため、内側継手部材３２のスプライン穴３２ｃを大径化することができる｛ＰＣＤ_ＳＰＬ＞ＰＣＤ_ＳＰＬ’、上記表１の（５）参照｝。これにより、スプライン穴３２ｃに挿入される中間シャフト４を大径化して、捩じり強度を高めることができる。また、固定式等速自在継手３の最大作動角を小さくすることで、上記のようにボール３３のピッチ円径を縮小することができるため、外側継手部材３１を小径化することができる。以上より、本発明品では、外側継手部材３１の外径Ｄ_Ｏと内側継手部材３２のスプライン穴３２ｃのピッチ円径ＰＣＤ_ＳＰＬとの比Ｄ_Ｏ／ＰＣＤ_ＳＰＬを、従来品よりも小さくすることができる｛Ｄ_Ｏ／ＰＣＤ_ＳＰＬ＜Ｄ_Ｏ’／ＰＣＤ_ＳＰＬ’、上記表１の（６）参照｝。これにより、固定式等速自在継手３の軽量・コンパクト化と、中間シャフト４の強度向上とを同時に達成することができる。

また、上記のように内側継手部材３２のスプライン穴３２ｃを大径化することで、内側継手部材３２のスプライン穴３２ｃと中間シャフト４のスプライン４６との嵌合部のピッチ円径が大きくなるため、スプライン歯同士の接触部の面圧が低減される。これにより、スプライン歯一つ当たりの面圧を維持しながら、内側継手部材３２のスプライン穴３２ｃの軸方向長さを短くすることができるため、内側継手部材３２の円筒部３２ａの軸方向幅を短縮することができる。このように、内側継手部材３２のトラック溝３２ｅの軸方向長さを短くするだけでなく、スプライン穴３２ｃの軸方向長さを短くすることで、内側継手部材３２全体の軸方向幅Ｗ_Ｉを短くすることができる｛Ｗ_Ｉ＜Ｗ_Ｉ’、上記表１の（３）参照｝。

また、上記のように、外側継手部材３１の継手中心Ｏ（ｆ）よりも開口側部分の軸方向長さＷ１_Ｏを短くすることで、球面状の内周面３１ｃの開口端の内径側への迫り出しが減じられる。これにより、外側継手部材３１の開口部の内径が大きくなるため、図１０に示すように、外側継手部材３１の内周面３１ｃの開口端における直径Ｄ_３１ｃを、保持器３４を軸方向から見たときのポケット３４ａの周方向中央部における外径Ｄ_３４ｂよりも大きくすることができる。また、外側継手部材３１の球面状内周面３１ｃの、隣接するトラック溝３１ｄ間領域の周方向長さＬ_３１ｃは、保持器３４のポケット３４ａの周方向長さＬ_３４ａよりも短い。この場合、外側継手部材３１と保持器３４とを同軸上に並べて配置し、保持器３４のポケット３４ａの周方向間に設けられた柱部３４ｄを外側継手部材３１のトラック溝３１ｄの周方向位置（好ましくは周方向中央）に配した状態で、保持器３４の外周面３４ｂのうち、外側継手部材３１の球面状の内周面３１ｃと対向する領域を、内周面３１ｃの開口端よりも内径側に配することができる。これにより、保持器３４を、外側継手部材３１と同軸に配した状態で、外側継手部材３１の内周面３１ｃの開口端に干渉することなく、外側継手部材３１の内周に組み込むことができる。

また、図１１に示す従来品のように、保持器１０４と外側継手部材１０１とを互いの軸線を直交させた状態で組み付ける場合、外側継手部材１０１の内部には、軸線を直交させた状態の保持器１０４を収容できる空間を確保する必要がある。具体的には、図１１（Ａ）に示すように、外側継手部材１０１の内底面１０１ｆは、内周面１０１ｃを延長した仮想球面Ｑ’よりも奥側に配する必要がある。これに対し、図１０に示す本発明品のように、保持器３４と外側継手部材３１とを互いの軸心を一致させた状態で組み付ければ、外側継手部材３１の内部には、軸線を直交させた保持器３４を収容可能な空間を設ける必要がないため、図１１に示す従来品よりも外側継手部材３１の内部空間を小さく（浅く）することができる。具体的には、図１０（Ａ）に示すように、外側継手部材３１の内底面３１ｆを、外側継手部材３１の内周面３１ｃを延長した仮想球面Ｑと干渉する位置まで継手開口側（インボード側）に寄せて配することができる。これにより、外側継手部材３１の軸方向寸法を縮小して軽量化を図ることができる。

また、本発明品に係る固定式自在継手３にボール３３を組み込む際には、図１２に示すように、外側継手部材３１と内側継手部材３２とを最大作動角よりも大きい角度で屈曲させて、保持器３４のポケット３４ａの一つを外側継手部材３１から露出させる必要がある。このように、固定式自在継手３の作動角を大きくしたとき、両部材３１，３２の軸心を含む平面上にあるボール３３（図１２に現れているボール３３）、及びこれらのボール３３と位相が９０°異なるボール３３は、作動角０°のときと位相（すなわち、保持器３４に対する周方向位置）は変わらない。一方、これらの４個のボール３３の周方向間にあるボール３３は、作動角０°の状態に対して位相がずれる（すなわち、保持器３４に対して周方向に移動する）。従って、保持器３４のポケット３４ａの周方向寸法は、上記のようなボール３３の組み込み時の周方向移動を許容する大きさとする必要がある。

しかし、全てのポケット３４ａの周方向寸法を大きくすると、ポケット３４ａ間の柱部が細くなって強度が不足する恐れがある。このため、従来の固定式等速自在継手（８個ボールのゼッパ型等速自在継手）では、周方向寸法が大きいポケットと、周方向寸法が小さいポケットとを交互に配することで、柱部の強度を確保していた。この場合、まず、周方向寸法が大きい４個のポケットにボールを組み込んだ後、周方向寸法が小さい４個のポケットにボールを組み込むことで、全てのポケットにボールを組み込むことができる。しかし、ボールを組み込むポケットの順序を間違えると、ボールを組み込むことができなくなるため、組み込み作業に手間がかかる。

上記の固定式等速自在継手３では、最大作動角を小さくすることで、ボールを組み込む際の作動角が従来品よりも小さくなるため、保持器３４のポケット３４ａの周方向寸法を従来品よりも小さくすることができる。これにより、全てのポケット３４ａの周方向寸法を等しくしても、ポケット３４ａ間の柱部の強度を確保することができる。この場合、どのポケット３４ａからボール３３を組み込んでもよいため、ボール３３の組み込み作業が容易になる。尚、本実施形態では、図１２に示すように、固定式等速自在継手３にボール３３を組み込む際、保持器３４の外周面３４ｂの継手奥側端部が外側継手部材３１の底面３１ｆに当接し、それ以上作動角が大きくなることが規制されている。

以上のように、本発明は、等速自在継手の最大作動角を小さくすることにより得られる様々な条件を考慮して、等速自在継手の内部仕様を検討することで、従来品と同等のトルク負荷容量を維持しながら等速自在継手を軽量・コンパクト化したものである。これにより、後輪用ドライブシャフト専用として使用できる、軽量・コンパクトな固定式等速自在継手の新たなシリーズを構築することができる。

本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、上記の固定式等速自在継手は、後輪のみで駆動する後輪駆動車（例えばＦＲ車）の後輪用ドライブシャフトに限らず、四輪駆動車の後輪用ドライブシャフト（特に、後輪が主駆動輪となる四輪駆動車）にも用いることができる。尚、ＳＵＶ車は車輪の上下動が大きく、ドライブシャフトの角度変位が大きいため、上記のような低作動角の固定式等速自在継手は適用できない場合がある。従って、上記の固定式等速自在継手は、後輪駆動あるいは四輪駆動の乗用車の後輪用ドライブシャフトに適用することが好ましい。

１ 後輪用ドライブシャフト
２ 摺動式等速自在継手
２１ 外側継手部材
２２ 内側継手部材
２３ ボール
２４ 保持器
３ 固定式等速自在継手
３１ 外側継手部材
３１ｄ トラック溝
３２ 内側継手部材
３２ｃ スプライン穴
３２ｅ トラック溝
３３ ボール
３４ 保持器
３４ａ ポケット
４ 中間シャフト
Ｅ エンジン
Ｍ トランスミッション
ＰＳ プロペラシャフト
Ｇ デファレンシャルギヤ
Ｗ 車輪

Claims (3)

1. 後輪用ドライブシャフトに用いられる固定式等速自在継手であって、
   軸方向一方に開口したカップ状のマウス部を有し、球面状の内周面に軸方向に延びる８本のトラック溝が形成された外側継手部材と、球面状の外周面に軸方向に延びる８本のトラック溝が形成され、軸心にスプライン穴が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とで形成されるボールトラックに配された８個のボールと、前記ボールを収容する８個のポケットを有し、前記外側継手部材の内周面及び前記内側継手部材の外周面に摺接する保持器とを備え、
   前記外側継手部材のトラック溝の曲率中心と前記内側継手部材のトラック溝の曲率中心とがそれぞれ継手中心に対して軸方向反対側に等距離だけオフセットされ、
   前記ボールのピッチ円径ＰＣＤ_ＢＡＬＬと前記ボールの直径Ｄ_ＢＡＬＬとの比ＰＣＤ_ＢＡＬＬ／Ｄ_ＢＡＬＬが３．７０〜３．８７であり、
   前記継手中心から前記外側継手部材のマウス部の開口側端面までの軸方向長さＷ１_Ｏと前記ボールの直径Ｄ_ＢＡＬＬとの比Ｗ１_Ｏ／Ｄ_ＢＡＬＬが０．３５〜０．５２である固定式等速自在継手。
2. 前記外側継手部材の内周面の開口端における直径が、前記保持器を軸方向から見たときのポケットの周方向中央部における外径よりも大きい請求項１に記載の固定式等速自在継手。
3. 最大作動角が２０°以下である請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手。
   

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