JP2012241795A - トリポード系等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】トリポード系等速自在継手のトラニオンジャーナルとローラとの間に介在させた転動体の潤滑状態を良好に保つ。
【解決手段】トリポード系等速自在継手は、内周の円周方向等分位置に軸方向に延びるトラック溝16をもった外輪10と、円周方向等分位置から半径方向に突出するトラニオンジャーナル26をもったトラニオン20と、各トラニオンジャーナル26に転動体32を介して回転自在に支持されたローラ30とを有し、トラニオンジャーナル26の内部に、70℃で168時間放置した時に次式で定義される油分離率が10重量%以上である固形潤滑剤を封入して、トラニオンジャーナル26の外周面とローラ30の内周面との間の転動体収容部36に給脂するようにしてある。
油分離率（重量%）＝｛（放置前重量−放置後重量）／放置前重量｝× 100
【選択図】図１

Description

この発明はトリポード系等速自在継手に関し、自動車や各種産業機械の動力伝達装置に利用することができる。

トリポード系等速自在継手は、角度変位のみならず軸方向変位も可能なしゅう動式等速自在継手の一種で、軸方向に延びるトラック溝を内周に円周方向等間隔で形成した外輪と、半径方向に突出したトラニオンジャーナルを円周方向に等間隔で配置したトリポードを内側継手部材として使用する。各トラニオンジャーナルに転動体を介して回転自在にローラが取り付けてあり、このローラは外側継手部材としての外輪のトラック溝に収容され、トラック溝内を外輪の軸方向に転動可能である。外周面が球面状のローラを用いる単一ローラ形のほか、同心状に配置した複数のリングを用いる２段ローラ形もある。トラニオンジャーナルの数が３本のトリポード型、２本のバイポッド型などが知られている。以下ではもっぱらトリポード型を例にとって説明する。

トリポード型等速自在継手は、通常、ローラと転動体をトラニオンジャーナルに組み付けて止め輪で抜け止めしたトリポードキットを、防錆油で防錆処理してから外輪に組み付けた後、外輪内にグリースを封入して製造される。また、グリースの洩れ防止および外部衝撃に対する保護等のため、外輪の開口端部とシャフトとの間に可撓性のブーツを装着して使用する。

このようなトリポード系等速自在継手は、滑り運動が少なく、スライド抵抗が小さいことから、前輪駆動車や４輪駆動車の駆動軸（ドライブシャフト）、推進軸（プロペラシャフト）等に用いられている。

特開平１１−２７０５７２号公報 特開２００７− ２２１３号公報

通常のトリポード系等速自在継手は、組立最終段階で外輪内にグリースを封入してトラニオンジャーナルとローラとの間の転動体収納部の潤滑性を確保するようにしている。しかし、転動体収納部は複数の転動体が存在する狭い空間であり、かつ、転動体収納部は転動体の抜け止めのためのワッシャ類で半ば塞がれた状態にあって、外輪に封入したグリースが転動体収納部に入りにくい構造となっている。そのため、転動体収納部が潤滑剤の枯渇化等で潤滑不良が発生し、誘起スラストが増大する可能性がある。

特許文献１には、トラニオンジャーナルとローラとの間の転動体収納部に潤滑剤を積極的に進入させることが提案されているが、転動体の周囲に必要以上の潤滑剤を封入することになりかねず、またその作業には時間もかかる、といった問題がある。

そこで、この発明の目的は、トリポード系等速自在継手のトラニオンジャーナルとローラとの間に介在させた転動体の潤滑状態を良好に保つことにある。

この発明は、トラニオンジャーナルの内部に固形潤滑剤を封入し、トラニオンジャーナルの外周面から給脂する構造を採用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系等速自在継手は、内周の円周方向等分位置に軸方向に延びるトラック溝を形成した外輪と、円周方向等分位置から半径方向に突出するトラニオンジャーナルをもったトリポードと、各トラニオンジャーナルに転動体を介して回転自在に支持させたローラとを具備し、前記トラニオンジャーナルの内部に、７０℃で１６８時間放置した時に次式で定義される油分離率が１０重量％以上である固形潤滑剤を封入し、トラニオンジャーナルの外周面とローラの内周面との間の転動体収容部に給脂するようにしたことを特徴とする。
油分離率（重量％）＝｛（放置前重量−放置後重量）／放置前重量｝×１００ …（１）

トラニオンジャーナルの軸端からトラニオンボス部にかけてグリース溜まりを設け、さらに、そのグリース溜まりから、トラニオンジャーナルの外周面の転動体中央部に位置する部位に開口するグリース給油穴を設置する。この構造により、潤滑に必要なグリースが自然に滲み出てトラニオンジャーナルとローラとの間の良好な潤滑性を維持することが可能となる。そして、このグリースに、７０℃で１６８時間放置した時に上記の式（１）で定義される油分離率が１０重量％以上となる固形潤滑剤を使用する。

トラニオンジャーナルの外周面から給脂することにより、トラニオンジャーナルとローラとの間に介在する転動体の周囲に直接、油脂が供給されるためこの部分の潤滑性が向上し、ローラが抵抗少なく、円滑に回転するようになる。したがって、等速自在継手の誘起スラストを低減させるのに役立つ。
固形潤滑剤を使用することにより、通常のグリース潤滑とは異なり、必要な潤滑油のみがにじみ出る機構になる。そのため、転動体収納部が潤滑剤の枯渇で潤滑不良となり誘起スラストが増大するといった可能性も低くなる。

固形潤滑剤の例を挙げるならば、グリースと平均分子量約１×１０⁶〜５×１０⁶の超高分子量ポリオレフィン粉末とを少なくとも含む混合物を、前記超高分子量ポリオレフィン粉末の融点以上かつ分解温度以下の温度で攪拌混合した後、冷却固形化したものである（請求項２）。

前記混合物は、前記グリース７０〜９０重量％と、前記超高分子量ポリオレフィン粉末３０〜１０重量％とからなり（請求項３）、あるいは、前記グリース６０〜８９重量％と、前記超高分子量ポリオレフィン粉末３０〜１０重量％と、固体ワックス１０〜１重量％とからなる（請求項４）。

より具体的には、トラニオンジャーナルに、端面に開口するグリース溜まりと、グリース溜まりとトラニオンジャーナルの外周面とを連通させる給脂穴とを形成し、グリース溜まりに固形潤滑剤を充填して開口に埋め栓を設ける（請求項５）。これにより、固形潤滑剤から滲み出たグリースの基油由来の油脂がグリース溜まりから給脂穴を通ってトラニオンジャーナルの外周面すなわち転動体の周辺に供給される。

給脂穴からの給脂を適量にするため、給脂穴の内径はグリース溜まりの内径の１／２以下とするのが好ましい（請求項６）。給脂穴の内径を大きくしすぎると、油脂が過度に供給され、油脂が早期に枯渇するおそれがある

この発明によれば、トラニオンジャーナルとローラとの間に介在させた転動体の潤滑性が向上し、しかも、良好な潤滑状態を長期にわたって維持することができる。したがって、この発明のトリポード系等速自在継手は、転動体収納部が潤滑の枯渇化等で潤滑不良となり誘起スラストが増大する可能性がほとんどなく、常に安定した誘起スラストを維持する。

また、グリース溜まりには、転動体の潤滑に必要な最小限の固形潤滑剤を封入すればよいため、従来外輪内に充填していたグリースは廃止してもよい。したがって、グリースの使用量が減少してコスト低減が図られる。

さらに、必要以上にグリースを封入する必要がないため、グリース封入量の低減を図ることが可能となる。また、固形潤滑剤なので封入したグリースが組み立ての際に流れ出てくる可能性も少ない。さらに、油分離率にすぐれた固形潤滑剤を使用するため、潤滑に必要な油分が通常の固形潤滑剤よりも多く滲み出てくることが期待でき、潤滑性が向上する。

実施例を示すトリポードの正面図である。 別の実施例を示すトリポードの正面図である。 （Ａ）はトリポード型等速自在継手の縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。 （Ａ）は作動角をとった状態のトリポード型等速自在継手の縦断面図、（Ｂ）はローラとローラ案内面の模式的斜視図である。

以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。
まず、図３に従ってトリポード系等速自在継手の基本的構成について述べる。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、トルク伝達要素としてのローラ３０とを主要な構成要素としている。

外輪１０はマウス部１２とステム部１８とからなり、ステム部のスプライン（またはセレーション。以下、同じ。）軸部で、連結すべき２軸のうちの一方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、内周面１４の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝１６が形成してある。

トリポード２０はボス部２２とトラニオンジャーナル２６とからなり、ボス部２２の軸心部分に形成したスプライン孔２４で、連結すべき２軸のうちのもう一方とトルク伝達可能に接続するようになっている。トラニオンジャーナル２６はボス部２２の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。各トラニオンジャーナル２６は円筒形状で、端部付近に環状溝２８が形成してある。

ローラ３０は転動体としての針状ころ３２を介してトラニオンジャーナル２６に回転自在に支持されている。トラニオンジャーナル２６の外周面は針状ころ３２の内側軌道面となり、ローラ３０の内周面は針状ころ３２の外側軌道面となり、これらの軌道面間が転動体収容部３６となる。針状ころ３２は転動体収容部３６に総ころ状態で組み込まれ、トラニオンジャーナル２６の先端側に抜けないようにワッシャ３４とサークリップ３８で抜け止めがしてある。

ワッシャ３４は、トラニオンジャーナル２６の半径方向に延びた円盤部と、トラニオンジャーナル２６の軸線方向に延びた円筒部とからなる。サークリップ３８はトラニオンジャーナル２６の環状溝２８に装着してある。環状溝２８に装着した状態のサークリップ３８の外径はワッシャ３４の円盤部の内径より大きいため、トラニオンジャーナル２６の軸端側へのワッシャ３４の移動が規制される。ワッシャ３４の円筒部の外径は針状ころ３２の外接円と同じかわずかに小さいため、針状ころ３２の抜け止めが行われる。また、ワッシャ３４の円筒部の外径はローラ３０の内径より小さく、端部がローラ３０の内径よりも大きく拡大している。したがって、ローラ３０はトラニオンジャーナル２６の軸線方向に一定程度移動することができる。

ローラ３０は外輪１０のトラック溝１４に収容され、外輪１０の軸方向に転動することができる。そして、継手が作動角をとった状態でトルクを伝達するとき、ローラ３０はトラニオンジャーナル２６のまわりを自転しながら外輪１０の軸方向に往復移動する。トラック溝１４の両側の側壁はローラ３０が転動するときの案内面１６となる。このローラ案内面１６は、横断面（図３（Ｂ））で見て、凹円弧またはゴシックアーチ形状で、ローラ３０の外周面は円弧形状である。

ここで図１を参照すると、トラニオンジャーナル２６にグリース溜まり４０が設けてある。グリース溜まり４０はトラニオンジャーナル２６の端面から軸方向に穴をあけて形成してある。グリース溜まり４０の内端から半径方向に延びて外周面に開口する給脂穴４２が形成してあり、この給脂穴４２はグリース溜まり４０とトラニオンジャーナル２６の外周面とを連通させる。トラニオンジャーナル２６の軸方向における、トラニオンジャーナル２６の外周面に給脂穴４２が開口する位置は、針状ころ３２の中央部に相当する辺りとなっている。グリース溜まり４０の外端は、トラニオンジャーナル２６の端面側から埋め栓が取り付けられる設計とする。

グリース溜まり４０に充填するグリースとして固形潤滑剤を使用する。たとえば、グリースと平均分子量約１×１０⁶〜５×１０⁶の超高分子量ポリオレフィン粉末とを少なくとも含む混合物を、その超高分子量ポリオレフィン粉末の融点以上かつ分解温度以下の温度で拡販混合した後、冷却して固形化したものである。このような固形潤滑剤については、特許文献２に詳細に記載されている。

グリースは、特に限定されるものではなく、上記基油を、石けんまたは非石けんで増ちょうしたグリースである。石けんとしてはリチウム石けん、ナトリウム石件、アルミニウム石けん、カルシウム石けん、バリウム石けん等、またはこれら石けんの複合石けんおよび混合石けんであり、非石けんとしてはウレア、ナトリウムテレフタラメート、ポリテトラフルオロエチレン、ベントナイト、シリカゲル等である。

基油としては、鉱油、合成炭化水素油、ジエステル油、ポリオールエステル油、アルキルジフェニルエーテル油、シリコーン油、フッ素油等を挙げることができる。

超高分子量ポリオレフィン粉末は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンもしくはこれらの共重合体からなる粉末またはそれぞれ単独の粉末を配合した混合粉末であればよく、各粉末の、粘度法により測定される平均分子量は、１×１０⁶〜５×１０⁶である。このような分子量の範囲にあるポリオレフィンは、剛性および保油性において低分子量のポリオレフィンより優れ、高温に加熱してもほとんど流動することがない。

固形潤滑剤は、グリースと、超高分子量ポリオレフィン粉末との混合物を超高分子量ポリオレフィンの融点以上かつ分解温度以下で攪拌混合した後、冷却して固形化し、油性面すなわち油が滲み出る面を有する固形潤滑剤とする。
攪拌混合は、加熱機構を装着したケミカルミキサー、ラボブラストミル、スクリュー指揮射出成形機、溶融押出機（単軸押出機、二軸押出機）、熱ローラ、ニーダ、バンバリーミキサー等の熱を加えて攪拌混合する装置を用いて行う。また、攪拌混合温度は上記のとおり超高分子量ポリオレフィン粉末を固形化させる融点以上で、かつ、超高分子量ポリオレフィン粉末が分解しない分解温度以下とする。
上記温度範囲で攪拌することにより、超高分子量ポリオレフィン粉末が完全に融着するとともに、油と超高分子量ポリオレフィンが相分離してそれぞれが連続相を形成すると考えられる。

超高分子量ポリオレフィン粉末の融点は、平均分子量に対応して変化するため一定ではないが、たとえば粘度法による平均分子量が２×１０⁶〜５×１０⁶のものの融点は約１３６℃である。また、この分解温度は約３００℃である。したがって、この場合では上記攪拌混合温度は１５０℃〜２４０℃とするのが好ましい。

固形潤滑剤におけるグリースと超高分子量ポリオレフィンとの配合割合は、固形潤滑剤を７０℃で１６８時間放置したとき、式（１）で定義される油分離率が１０重量％以上となる割合とする。
油分離率（重量％）＝｛（放置前重量−放置後重量）／放置前重量｝×１００ …（１）
油分離率（重量％）は具体的には次のようにして求める。試験片の重量（放置前重量）を測定し、７０℃に設定した恒温槽（JTM K05-1991：日本試験機工業会の恒温槽）に１６８時間放置した後の試験片の重量（放置後重量）を測定し、式（１）に基づいて計算により求める。

好ましい配合割合としては、グリースが７０〜９０重量％、超高分子量ポリオレフィン粉末が３０〜１０重量％である。より好ましくは、グリースが８５〜７５重量％、超高分子量ポリオレフィン粉末が２５〜１５重量％である。このような範囲とすることにより、油分離率を１０重量％以上とすることができる。
また、高含油率を維持しつつ剛性を高めるために、各種有機あるいは無機充填材を配合することができる。

油の滲み出しを抑制するための添加剤として固体ワックスを採用してもよい。固体ワックスは、固形潤滑剤の油性面に滲出する油の分離率を適度に抑えるもので、ワックス（ロウ）のうち固体ワックスまたはこれを含む低分子量ポリオレフィンなどの配合物であってもよい。具体例としては、カルナバロウ、カンデリナロウ等の植物性ワックス、ミツロウ、虫白ロウ等の動物性ワックス、またはパラフィンロウなどの石油系ワックスが挙げられる。

固体ワックスの配合割合は、固形潤滑剤全体に対して１〜１０重量％である。この配合割が多いほど、油分離率が抑制でき、油が滲み出る速度が遅くなる。しかし、１０重量％を越えると、固形潤滑剤の機械的強度を低下させることとなるので好ましくない。なお、固体ワックスを配合する場合、固形潤滑剤全体の好ましい配合割合は、グリースが６０〜８９重量％、超高分子量ポリオレフィン粉末が３０〜１０重量％、固体ワックスが１０〜１重量％である。

述べたような構造とすることにより、グリース溜まり４０に保持された固形潤滑剤から油脂が自然に滲み出て転動体収容部３６に給脂し、トラニオンジャーナル２６とローラ３０との間に介在する転動体の良好な潤滑状態を維持することが可能となる。また、固形潤滑剤から滲み出た油脂は、給脂穴４２からトラニオンジャーナル２６の外周面に流出して針状ころ３２の周囲にゆきわたる。したがって、転動体収容部３６の良好な潤滑状態を長期間にわたって維持することができる。固形潤滑剤を使用することにより、通常のグリース潤滑とは異なり、グリースの基油由来の油脂のみが徐々に滲み出る機構になる。そのため、転動体周辺の潤滑油の枯渇化等で早期に潤滑不良となるのを回避することができる。

グリース溜まり４０の、トラニオンジャーナル２６の端面側に埋め栓４４を設けることにより、固形潤滑剤から滲み出た油脂の出口が給脂穴４２だけとなって、トラニオンジャーナル２６の外周面すなわち転動体収容部３６に油脂が常に充満している状態となる。また、埋め栓４４は、継手の回転に伴って発生する遠心力の作用でグリース溜まり４０から油脂や固形潤滑剤自体が飛び出すのを防ぐ働きもする。トラニオンジャーナル２６の端部に別体のキャップを取り付けるタイプでは、そのキャップに埋め栓の機能を兼ねさせ、埋め栓を省略してもよい。

給脂穴４２の内径φｄは、転動体収容部３６への給脂を適量にコントロールするという観点から、たとえばグリース溜まり４０の内径φＤの１／２以下に設定する。なお、給脂穴４２の内径φｄの下限値は、トラニオンジャーナル２６の外径や固形潤滑剤由来の油脂の粘度等にもよるが、油脂が流通可能な大きさが確保されていればよい。具体例を挙げるならば、トラニオンジャーナル２６の外径が２０ｍｍ未満の場合、φＤ＝６ｍｍ、φｄ＝３ｍｍに設定され、トラニオンジャーナル２６の外径が２０ｍｍ以上の場合、φＤ＝８ｍｍ、φｄ＝４ｍｍに設定される。

図１の実施例では、給脂穴４２がトラニオンジャーナル２６の半径方向に延びているが、トラニオンジャーナル２６の外周面に開口する限り、任意の方向に設けることができる。図２に示す実施例は、給脂穴４２は、トラニオンジャーナル２６の根元側にわずかに傾斜させた例である。あるいは、これとは逆に、給脂穴４２をトラニオンジャーナル２６の軸端側に傾斜させてもよい（図示省略）。このように、給脂穴４２をトラニオンジャーナル２６の軸線に対する給脂穴４２の角度を直角以外とすることにより、油脂が給脂穴４２からトラニオンジャーナル２６の外周面すなわち転動体収容部３６に向かって流れやすくなる。

給脂穴４２は、図示したようにトラニオン２０の軸線に対して垂直な平面内に配置するほか、トラニオン２０の軸線方向すなわち図１および図２の紙面に垂直な方向に設けてもよい。さらに、各トラニオンジャーナル２６に２以上の給脂穴４２を設けることもできる。いずれにしても、回転に伴う遠心力の影響や、トラニオンジャーナル２６に作用する荷重の方向等を勘案して、最適な給脂穴の配置を設定するのが望ましい。

１０ 外輪（外側継手部材）
１２ マウス部
１４ 内周面
１６ トラック溝
１８ ステム部
２０ トリポード（内側継手部材）
２２ ボス部
２４ スプライン孔
２６ トラニオンジャーナル
２８ 環状溝
３０ ローラ（トルク伝達要素）
３２ 針状ころ（転動体）
３４ ワッシャ
３８ サークリップ
３６ 転動体収容部
４０ グリース溜まり
４２ 給脂穴
４４ 埋め栓

Claims (6)

1. 内周の円周方向等分位置に軸方向に延びるトラック溝を形成した外輪と、
   円周方向等分位置から半径方向に突出するトラニオンジャーナルをもったトリポードと、
   各トラニオンジャーナルに転動体を介して回転自在に支持させたローラと
   を具備し、前記トラニオンジャーナルの内部に、７０℃で１６８時間放置した時に次式で定義される油分離率が１０重量％以上である固形潤滑剤を封入し、トラニオンジャーナルの外周面とローラの内周面との間の転動体収容部に給脂するようにしたトリポード系等速自在継手。
   油分離率（重量％）＝｛（放置前重量−放置後重量）／放置前重量｝×１００
2. 前記固形潤滑剤は、グリースと平均分子量約１×１０⁶〜５×１０⁶の超高分子量ポリオレフィン粉末とを少なくとも含む混合物を、前記超高分子量ポリオレフィン粉末の融点以上かつ分解温度以下の温度で攪拌混合した後、冷却固形化してなるものである請求項１のトリポード系等速自在継手。
3. 前記混合物は、前記グリース７０〜９０重量％と、前記超高分子量ポリオレフィン粉末３０〜１０重量％とからなることを特徴とする請求項２のトリポード系等速自在継手。
4. 前記混合物は、前記グリース６０〜８９重量％と、前記超高分子量ポリオレフィン粉末３０〜１０重量％と、固体ワックス１０〜１重量％とからなることを特徴とする請求項２のトリポード系等速自在継手。
5. 前記トラニオンジャーナルに、端面に開口するグリース溜まりと、前記グリース溜まりと前記トラニオンジャーナルの外周面とを連通させる給脂穴とを形成し、前記グリース溜まりに前記固形潤滑剤を充填して開口に埋め栓を設けた、請求項１から４のいずれか1項のトリポード系等速自在継手。
6. 前記給脂穴の内径を前記グリース溜まりの内径の１／２以下とした請求項５のトリポード系等速自在継手。

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