JP2010090937A - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】トリポード型等速自在継手の部品点数を削減する。
【解決手段】外輪とトリポードとスフェリカルローラの３部品のみでトリポード型等速自在継手を構成し、トラニオン26とスフェリカルローラ30を直接接触させる。外輪10は、内周に軸線と平行な３本のトラック溝14を有し、各トラック溝14の両側壁にローラ案内面16が形成してある。トリポード20は、外輪10の内部に挿入され、ボス22とボス22から半径方向に突出した３本のトラニオン26とからなる。スフェリカルローラ30はトラニオン26に回転自在に支持され、外輪10のトラック溝14内で、ローラ案内面16に沿って転動しながら、外輪10の軸線方向に移動することができる。
【選択図】図１

Description

この発明はトリポード型等速自在継手に関するもので、自動車や各種産業機械等の動力伝達装置に利用することができる。

一般に、等速自在継手は、外側継手部材を原動軸または従動軸と接続し、内側継手部材を従動軸または原動軸と接続し、両者間にトルク伝達部材を介在させて、原動軸と従動軸が角度をなした状態でもトルクを伝達するようにしたもので、角度変位のみ可能な固定式と、角度変位だけでなく軸方向変位（プランジング）も可能なしゅう動式とに大別される。トリポード型等速自在継手はしゅう動式に属し、図４に示すように、外側継手部材としての外輪１１０と、内側継手部材としてのトリポード１２０と、トルク伝達部材としてのスフェリカルローラ１３０を主要な構成要素としている。

外輪１１０はマウス部１１２と図示しないステム部とからなり、ステム部に形成したスプライン軸部で原動軸または従動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。マウス部１１２はカップ状で、内周に、軸方向に延びる３本のトラック溝１１４が円周方向に等間隔に形成してある。トラック溝１１４の両側壁にローラ案内面１１６が形成してある。

トリポード１２０はボス１２２と３本のトラニオン１２６とからなり、ボス１２２に形成したスプライン孔１２４で従動軸または原動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。３本のトラニオン１２６はボス１２２の円周方向に等間隔に配置してあり、それぞれボス１２２から半径方向に突出している。各トラニオン１２６は円筒形状で、先端付近に環状溝１２８が形成してある。

各トラニオン１２６にスフェリカルローラ１３０が取り付けてある。スフェリカルローラ１３０とトラニオン１２６との間には複数の針状ころ１３２が総ころ状態で介在させてある。したがって、スフェリカルローラ１３０はトラニオン１２６に対して回転自在である。針状ころ１３２の軸方向の両端側にインナ・ワッシャ１３４とアウタ・ワッシャ１３６が配置してある。インナ・ワッシャ１３４はトラニオン１２６の付け根の肩に着座している。トラニオン１２６の環状溝１２８にサークリップ１３８が装着してあり、トラニオン１２６の先端側へのアウタ・ワッシャ１３６の移動を規制する。したがって、針状ころ１３２のトラニオン１２６の先端側への移動が規制される（抜止め）。
特許第３６１５９８７号公報

従来のトリポード型等速自在継手は、外輪１１０とトリポード１２０のほかに、スフェリカルローラ１３０、針状ころ１３２、インナ・ワッシャ１３４、アウタ・ワッシャ１３６、サークリップ１３８といった多くの部品を必要とする。このように部品点数が多いことがコスト等の観点から課題となっている。
そこで、この発明の目的は、トリポード型等速自在継手の部品点数を削減することにある。

この発明は、トルク伝達部材をスフェリカルローラのみとし、トラニオンの外周面とスフェリカルローラの内周面を直接接触させた形態とすることによって課題を解決したものである。すなわち、この発明のトリポード型等速自在継手は、内周に軸線方向に延びる３本のトラック溝を有し各トラック溝の両側壁にローラ案内面を形成した外輪と、ボスとそのボスから半径方向に突出した３本のトラニオンとからなるトリポードと、各トラニオンに対して回転および軸方向移動可能に支持されトラック溝内に挿入されたスフェリカルローラとからなり、トラニオンとスフェリカルローラを直接接触させ、トリポードのボスの軸線方向において、トラニオンとスフェリカルローラとの間に空所を設けたことを特徴とするものである。これにより、トリポード型等速自在継手を構成する部品が外輪（外側継手部材）とトリポード（内側継手部材）とスフェリカルローラ（トルク伝達部材）の３点のみとなり、部品点数の大幅な削減を図ることができる。

スフェリカルローラの内周面を円筒形状とし、トラニオンの外周面も円筒形状とし、両者の円筒面間に所望のすきまを設けてスフェリカルローラをトラニオンにはめた構造では、トラニオンの外周面とスフェリカルローラの内周面との接触面積が大きく、トラニオンとスフェリカルローラの相対回転に対する摩擦抵抗が大きい。また、トラニオンにスフェリカルローラをはめるのに必要最低限のすきまでは、トラニオンの外周面とスフェリカルローラの内周面との間のグリース介在性も良くない。このため、円滑なスフェリカルローラの転動が阻害される恐れがある。そこで、トリポードのボスの軸線方向において、トラニオンの外周面とスフェリカルローラの内周面との間に空所を設ける。このような構成を採用することにより、上記空所にグリースが介在してスフェリカルローラの転動を促すことができる。

トラニオンとスフェリカルローラとの間に空所を設けるため、例えば、トラニオンの円筒形状の外周面を、ボスの軸線方向を向いた部分を含む所定の領域にわたって切除した形状とすることができる。

スフェリカルローラの縦断面における外周面形状は、スフェリカルローラの回転軸線上に曲率中心をもつ円弧とするのが好ましい（請求項６）。この場合、スフェリカルローラの外周面は部分球面となり、ローラ案内面内で回転しやすくなる。

トラニオンの横断面は、少なくとも切除部を除いた部分すなわちスフェリカルローラの内周面と接触する部分において、真円の一部すなわち真円形状とすることができる（請求項２）。あるいは、トラニオンの横断面は、少なくともスフェリカルローラの内周面と接触する部分において、非真円形状とすることができる（請求項３）。非真円形状の例として、トラニオンの軸線から離れた位置に中心をもつ円弧（請求項５）や、楕円形状（請求項４）が挙げられる。楕円形状の場合、楕円の長軸方向外周面とスフェリカルローラ内径が接触する。

トラニオンの横断面形状を非真円とすることで、トラニオンとスフェリカルローラとの間のすきまが、トラニオンとスフェリカルローラの接触部から空所に向かって徐々に広くなるため、グリースを引き込みやすくなるだけでなく、トラニオンとスフェリカルローラの接触幅が小さくなるため、スフェリカルローラが揺動しやすくなる。したがって、スフェリカルローラの転がりが促進され、より低振動な等速自在継手が実現する。

トラニオンの、少なくともスフェリカルローラの内周面と接触する部分は、研削または焼入れ鋼切削で仕上げるのが好ましい。特に焼入鋼切削の場合、いわゆるドライカットとすることで、研削で必要な研削油剤（クーラント）を使用しないので環境面で優れる。

トラニオンに表面熱処理による硬化層を設けるのが好ましい（請求項８）。トラニオンはスフェリカルローラと接触し、かつ、トルクを伝達する役割を果たすものであるため、強度と耐久性が求められる。表面硬化処理には種々の方法が知られているが、たとえば、浸炭焼入れ、浸炭窒化、高周波焼入れのいずれを選択してもよい。

高周波焼入れによる場合、トラニオンの少なくとも付け根と外周面に、硬化層が設けるようにしてもよい（請求項９）。高周波焼入れは必要な箇所に局部的に焼入れを施すことができる点で有利である。

この発明によれば、トリポード型等速自在継手を構成する部品を外輪とトリポードとスフェリカルローラの３点のみとして、トリポード型等速自在継手の大幅な部品点数削減が達成できる。また、トリポードのボスの軸線方向において、トラニオンとスフェリカルローラの間に空所を設けることにより、グリース介在性を向上させてスフェリカルローラの転動を促すことができる。したがって、トリポード型等速自在継手のプランジング時、スフェリカルローラがローラ案内面に沿って円滑に転動し、スライド抵抗の減少、誘起スラストの低減に寄与する。

以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。
図１および図２に示すトリポード型等速自在継手は、外側継手部材としての外輪１０と、内側継手部材としてのトリポード２０と、トルク伝達部材としてのスフェリカルローラ３０の３部材で構成されている。図１から明らかなように、このトリポード型等速自在継手は外輪１０とトリポード２０とスフェリカルローラ３０の３部品のみで構成されている。なお、スフェリカルローラ３０の全数が３個であるのは言うまでもない。

外輪１０はマウス部１２と図示しないステム部とからなり、ステム部に形成したスプライン軸部で原動軸または従動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。マウス部１２はカップ状で、内周に３本のトラック溝１４を有する。トラック溝１４はマウス部１２の円周方向に等間隔で形成してあり、マウス部１２の軸線Ｘと平行に延びている。各トラック溝１４の両側壁にローラ案内面１６が形成してある。ローラ案内面１６は円筒面の一部であり、軸線Ｘに垂直な断面は真円の一部である。

トリポード２０はボス２２と３本のトラニオン２６とからなり、ボス２２のスプライン孔２４で従動軸または原動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。３本のトラニオン２６はボス２２の円周方向に等間隔に配置してあり、それぞれボス２２の半径方向に突出している。各トラニオン２６にスフェリカルローラ３０を取り付け、トラニオン２６とスフェリカルローラ３０を直接接触させてある。また、スフェリカルローラ３０はトラック溝１４に収容され、外周面３２でローラ案内面１６と直接接触する。

スフェリカルローラ３０はリング状で、部分球面状の外周面３２と、円筒形状の内周面３４を有する。スフェリカルローラ３０の外周面３２については、継手が作動角θをとった際に機構上スフェリカルローラ３０も追随して傾斜する必要があるため（図２参照）、スフェリカルローラ３０の外周面３２はスフェリカルローラ３０の回転軸線上に曲率中心をもった球面の一部すなわち部分球面状とする。言い換えれば、スフェリカルローラ３０の縦断面における外周面３２の形状は、スフェリカルローラ３０の回転軸線上に曲率中心をもった円弧である。スフェリカルローラ３０の外周面３２の曲率半径はローラ案内面１６の曲率半径とほぼ同一、もしくは、ローラ案内面１６の曲率半径の方が大きいものとする。なお、スフェリカルローラ３０の縦断面における外周面３２の形状は、スフェリカルローラ３０の回転軸線から離れた位置に曲率中心をもった円弧とすることもできる。この場合、スフェリカルローラ３０の外周面３２はトーラス（円環）の一部である。

図２から分かるように、トラニオン２６はボス２２の軸線Ｙと直交する面部分２８を有している。この面部分２８は、トラニオン２６の仮想円筒面から軸心側に後退している。そして、ボス２２の軸線Ｙ方向において、トラニオン２６の面部分２８とスフェリカルローラ３０の内周面３４との間に空所３６が形成されている。ここでは面部分２８は平坦面で、したがって空所３６は三日月形状の断面を呈している。このような空所３６を設けることで、トラニオン２６とスフェリカルローラ３０との間の、潤滑剤（グリース）の介在性が改善され、スフェリカルローラ３０の転動を促すことが期待できる。

図示した実施例では、面部分２８は平坦であるが、必ずしも平坦である必要はなく、スフェリカルローラ３０の内周面との間に所望の空所３６が形成できるかぎり、平坦面以外の、例えば凸または凹曲面であってもよい。また、図示した実施例では、面部分２８はトラニオン２６の全長にわたって存在し、かつ、ボス２２の端面と面一となっているが、必ずしもボス２２の端面と面一である必要はない。もっとも、面部分２８が平坦で、かつ、ボス２２の端面と面一であると加工が比較的容易であるため製造面で有利である。トリポード２０は、通常、全体を鍛造で成形した後、スプライン孔２４やトラニオン２６の外周面を機械加工で仕上げる。面部分２８は鍛造の過程で同時に成形してもよく、円筒形状に鍛造成形した後で切削加工を施すようにしてもよい。

図３（Ａ）を参照するとトラニオンを特に符号２６ａで指してある。そして、トラニオン２６ａの軸線Ｚに垂直な断面すなわち横断面は、少なくともスフェリカルローラ３０の内周面３４と接触する領域において、真円の一部すなわち真円形状である。当該真円はトラニオン２６ａの軸線Ｚ上に中心をもっている。

図３（Ｂ）を参照するとトラニオンを特に符号２６ｂで指してある。そして、トラニオン２６ｂの横断面は、少なくともスフェリカルローラ３０の内周面３４と接触する領域において、非真円形状としてもよい。図３（Ｂ）は、トラニオン２６ｂの横断面における外周面形状を、トラニオン２６の軸線Ｚから離れた位置に曲率中心をもつ円弧、言い換えれば、トラニオン２６ｂの軸線Ｚ上に曲率中心をもたない円弧とした例である。円弧の曲率半径を符号Ｒで表してある。

図３（Ｂ）の場合、上に述べたようにトラニオン２６ｂの横断面形状を真円形状とする場合に比べて、負荷点を支点としてスフェリカルローラ３０が揺動しやすくなる。図３（Ａ）（Ｂ）において、ローラ案内面１６に垂直な一点鎖線はトルク負荷方向を表している。そして、この一点鎖線とローラ案内面１６との交点が負荷点となる。なお、図３（Ａ）（Ｂ）は、反負荷側にわずかなすきまａができていることから分かるとおり、外輪１０からトルクが伝達された場合において、同図の右側から左側に力が作用していることを示している。

トラニオン２６の横断面形状について、非真円形状の他の例として楕円の一部すなわち楕円形状とすることもできる。この場合、図３（Ｂ）と類似の断面形状となり、したがって、図３（Ｂ）の構成についてスフェリカルローラ３０の揺動に関して述べたのと同様の効果が期待できる。

したがって、例えば当該トリポード型等速自在継手を搭載した車両の停車時（アイドリング時）にエンジンからドライブシャフトに伝達する継手軸方向に発生する振動を吸収して振動を抑制する効果が期待できる（スライド抵抗の低減）。また、継手が作動角を取って回転する際、スフェリカルローラ３０の揺動運動によりスフェリカルローラ３０がより転動しやすくなることから、継手軸方向に発生する力（誘起スラスト）の低減が期待できる。

従来のトリポード型等速自在継手には、図４に示したように、スフェリカルローラを複数の針状ころを介してトラニオンの外周に装着した構造が一般的であるが、外輪とトリポードとが作動角をとりつつトルクを伝達するとき、トラニオンの傾きに伴って各スフェリカルローラとローラ案内面とが互いに斜めに交差した状態となるので、両者間にすべりが発生し、スフェリカルローラの円滑な転がりが妨げられて誘起スラストが大きくなるという問題がある。また、各スフェリカルローラとローラ案内面との間の摩擦力によって、外輪とトリポードとが軸方向に相対変位する際のスライド抵抗が大きくなるという問題がある。

ここで、誘起スラストとは、等速自在継手が回転中にある角度でトルクが負荷されたときに、その継手内部の摩擦により発生する継手の軸方向の力をいい、トリポード型の場合、主として三次成分として強く現出する。また、スライド抵抗とは、トリポード型等速自在継手のようにしゅう動式継手で、外輪とトリポードが互いにしゅう動するときに発生する軸方向摩擦力の大きさのことをいう。誘起スラストやスライド抵抗は、車体の振動や騒音の発生原因となり、自動車のＮＶＨ特性に影響を与え、車両の足回りの設計自由度を低くすることから、できるだけ低減させることが望ましい。ＮＶＨとは、ノイズ（騒音）、バイブレーション（振動）、ハーシュネス（粗い乗り心地）を意味し、車両の振動騒音減少の総称である。

つまり、この種のトリポード型等速自在継手では、角度をとった状態でトルクを伝達するとき、内部部品間の相互摩擦によって、回転中には誘起スラストが、また、停止状態でも強制的に軸方向に伸縮させるとスライド抵抗がそれぞれ発生する。これら誘起スラストやスライド抵抗が関与する自動車の代表的なＮＶＨ現象として、前者との関連では走行中の車体の横振れ、後者との関連ではＡＴ車における停止時Ｄレンジのアイドリング振動現象がある。

自動車のＮＶＨ問題は、継手の誘起スラストやスライド抵抗の大きさを小さくすることが解決のポイントである。一般に、継手の誘起スラストやスライド抵抗は作動角の大きさに依存する傾向がある。そのため、自動車のドライブシャフトに適用する場合、作動角を大きくできないという設計上の制約につながる。したがって、自動車の足回り設計の自由度を高めるためには、誘起スラストやスライド抵抗の低位安定化が課題であった。

トラニオン２６は表面硬化処理を施して硬化層を設ける。表面硬化処理には種々の方法が知られているが、たとえば、浸炭焼入れ、浸炭窒化、高周波焼入れのいずれを選択してもよい。なお、高周波焼入れの場合、少なくともトラニオン２６の付け根と外周面に硬化層が設けられれば足りる。

浸炭焼入れは、低炭素の炭素鋼や合金鋼を用い、通常９００〜９３０℃間で鋼材表面から炭素を浸透させ、表面付近だけ炭素量を約０．８％まで高めてから焼入れをし、低い温度、たとえば１８０℃程度で焼戻しを行ない、表面には硬いマルテンサイトを、内部には靭性マルテンサイトをうる方法である。浸炭には固体浸炭、液体浸炭、ガス浸炭などがある。

浸炭窒化は、鋼の表面層に炭素と窒素を同時に拡散させ、引き続く焼入れにより表面のみを硬化する方法である。浸炭性のキャリアガスにＨＮＯ３を添加して行なうガス浸炭窒化法と、シアン化ソーダなどの塩浴中で行なう液体窒化（浸炭）法がある。炭素は温度が高いほど、窒素は低めの方が浸入しやすいので、８００〜９００℃で行なわれる。

高周波焼入れは、主として０．３〜０．５％の炭素量を有する中炭素鋼を用い、あらかじめ焼入れ、焼戻しして鋼材全断面について十分に強度と靭性をもたらした後、高周波電流による誘導加熱で急速に加熱し、表面だけがオーステナイト化した状態から焼入れし、表面だけを硬化する方法である。高周波加熱に用いるコイルの形状を工夫することにより、必要な部分だけ局部的に加熱することができる。

さらに、トラニオン２６の少なくともスフェリカルローラ３０の内周面３４と接触する部分は、研削または焼入れ鋼切削で仕上げる。焼入れ鋼切削は、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）焼結体工具のような高硬度の工具を用いて、焼入れ後のワークを切削する方法である。焼入れ鋼切削の場合、いわゆるドライカットとすることで、研削で必要な研削油剤（クーラント）を使用しないので環境面で優れる。

この発明の実施例を示すトリポード型等速自在継手の横断面図である。 作動角をとった状態の図１のトリポード型等速自在継手の縦断面図である。 図１のIII−III断面図に相当する図であって、（Ａ）はトラニオンの横断面形状が真円形状である場合、（Ｂ）はトラニオンの横断面形状が非真円形状である場合を示す。 従来のトリポード型等速自在継手の横断面図である。

符号の説明

１０ 外輪（外側継手部材）
１２ マウス部
１４ トラック溝
１６ ローラ案内面
２０ トリポード（内側継手部材）
２２ ボス
２４ スプライン孔
２６、２６ａ、２６ｂ トラニオン
２８ 面部分
３０ スフェリカルローラ（トルク伝達部材）
３２ 外周面
３４ 内周面
３６ 空所

Claims (9)

1. 内周に軸線と平行な３本のトラック溝を有し各トラック溝の両側壁にローラ案内面を形成した外輪と、ボスとそのボスから半径方向に突出した３本のトラニオンとからなるトリポードと、各トラニオンに回転および軸方向移動可能に支持されトラック溝内に挿入されたスフェリカルローラとからなり、トラニオンとスフェリカルローラを直接接触させ、トリポードのボスの軸線方向において、トラニオンとスフェリカルローラとの間に空所を設けたトリポード型等速自在継手。
2. トラニオンの横断面は、少なくともスフェリカルローラの内周面と接触する部分において、真円形状である請求項１のトリポード型等速自在継手。
3. トラニオンの横断面は、少なくともスフェリカルローラの内周面と接触する部分において、非真円形状である請求項１のトリポード型等速自在継手。
4. 前記非真円形状は楕円形状である請求項３のトリポード型等速自在継手。
5. 前記非真円形状はトラニオン軸線から離れた位置に曲率中心をもつ円弧である請求項３のトリポード型等速自在継手。
6. スフェリカルローラの縦断面における外周面形状は、スフェリカルローラの軸線上に曲率中心をもつ円弧である請求項１〜５のいずれか１項のトリポード型等速自在継手。
7. トラニオンの、少なくともスフェリカルローラの内周面と接触する部分は、研削または焼入れ鋼切削で仕上げてある請求項１〜６のいずれか１項のトリポード型等速自在継手。
8. トラニオンに表面熱処理による硬化層を設けた請求項１〜７のいずれか１項のトリポード型等速自在継手。
9. トラニオンの少なくとも付け根および外周面に高周波焼入れによる硬化層を設けた請求項８のトリポード型等速自在継手。

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