JP4361351B2 - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車の駆動系に組込まれて主に非直線上に存在する回転軸同士の間で回転力の伝達を行うのに用いられるトリポード型等速自在継手に関するものである。

自動車のドライブシャフト等においては、そのインボード側の等速自在継手としてトリポード型等速自在継手が多用されている。このトリポード型等速自在継手３１は、図７および図８に示すように、駆動軸等の第一回転軸３２の端部に固定され、その内周面の円周方向三等分位置に軸方向のトラック溝３３を形成した有底円筒形状の外側継手部材３４と、従動軸等の第二回転軸３５の端部に固定され、その外周面の円周方向三等分位置に半径方向に延びるトラニオンジャーナル３６を形成した内側継手部材３７と、トラニオンジャーナル３６に回転自在かつトラニオンジャーナル３６軸方向に若干の変位可能に支持されたローラ３８とで構成される。ローラ３８は、外側継手部材３４のトラック溝３３に収容され、その円周方向両側に形成されたローラ案内面３３ａ上を転動可能である。

第一回転軸３２の中心軸と第二回転軸３５の中心軸とが一致しない場合、つまり、トリポード型等速自在継手３１が作動角をとった場合には、第一回転軸３２、第二回転軸３５の回転に伴って各トラニオンジャーナル３６が、対応するトラック溝３３のローラ案内面３３ａに対して、図７および図８に示すように、内側継手部材３７を中心として揺動する方向に変位する。この際、各トラニオンジャーナル３６に支持されたローラ３８がトラック溝３３のローラ案内面３３ａ上を転動する。

この場合、各ローラ３８は、ローラ案内面３３ａに沿って外側継手部材３４の軸方向に対する傾きを変えながら移動し、しかも、トラニオンジャーナル３６の軸方向に変位する。各ローラ３８がこのような複雑な動きをすると、各ローラ３８の外周面とローラ案内面３３ａとの間の相対変位が円滑に行われず、これら両面間に大きな摩擦が発生する。その結果、上記トリポード型等速自在継手３１に回転三次の軸力が発生し、この軸力がトリポード型等速自在継手３１を自動車等に組込んで大きな作動角をとった状態で大きなトルクを伝達する場合等に、シャダーと呼ばれる振動の発生要因となる。

上記問題点を解決するための手段が、例えば、米国特許公報ＵＳ２００２／０１１５４９１Ａ１（特許文献１）や特開平５−２１５１４１号公報（特許文献２）に開示されている。これらの文献には、図９および図１０に示すように、ニードルローラを介してインナローラと相対回転可能なアウタローラが外側継手部材のトラック溝に沿って平行に転動する、いわゆるダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手が記載されている。
米国特許公報ＵＳ２００２／０１１５４９１Ａ１ 特開平５−２１５１４１号公報

このうち、特許文献１に開示されているトリポード型等速自在継手４１は、トラニオンジャーナル４２の端部外周面を球状とし、インナローラ４３の内周面も球状とするとともに、両面間での球面嵌合を可能としている（図９参照）。これにより、トラニオンジャーナル４２とインナローラ４３との間で十分な接触面積を確保し、接触面圧を低減させることができ、ひいては回転耐久性を向上することが可能になる。

一方、特許文献２に開示されているトリポード型等速自在継手５１は、トラニオンジャーナルのＰＣＤと外側継手部材のトラック溝ＰＣＤをプラスオフセット（ジャーナルＰＣＤ＞トラック溝ＰＣＤ）もしくはマイナスオフセット（ジャーナルＰＣＤ＜トラック溝ＰＣＤ）に設定することにより、いかなる作動角においても誘起力の低減・安定化を図るものである。ローラ案内面５６ａはゴシックアーチ形状に形成され、このローラ案内面５６ａとアウタローラ５４外周面とは２点でアンギュラコンタクトしている（図１０参照）。アンギュラコンタクトにより、外側継手部材５６の中心軸を含む面内でアウタローラ５４が傾くのを、平行に戻す方向に働く回復偶力を発生させることができ、アウタローラ５４を外側継手部材５６のトラック溝に対して平行に保つことができる。

しかしながら、これらダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手では作動角をとった状態で回転する際、各トラニオンジャーナルがトラック溝上を揺動しながら外側継手部材半径方向に変位することにより、アウタローラを、外側継手部材の中心軸に垂直な断面内で傾かせるような傾動モーメントが発生する。また同時に、トラニオンジャーナルの揺動に伴うインナローラの内周面とトラニオンジャーナルの外周面との間の摩擦力により、アウタローラを外側継手部材の中心軸を含む断面内で傾かせようとするスピンモーメントが発生する。これらアウタローラを傾けようとするモーメントが大きくなると、アウタローラは大きく傾き、トラック溝非負荷側のローラ案内面とアウタローラの外周面とが接触し、もしくはトラック溝の底部に形成された鍔面とアウタローラの外径側の側面とが接触する。さらに、アウタローラが大きく傾こうとすれば、アウタローラと、トラック溝非負荷側のローラ案内面もしくはトラック溝底部の鍔面との接触面圧が一層増加する。

これにより、トリポード型等速自在継手内の摩擦力が増加し、ひいては回転三次の軸力が増加するため、シャダーの発生、あるいは回転耐久性の低下を招く恐れがある。

本発明の課題は、回転三次の軸力を低減することでシャダーの発生を抑制し、かつ高い回転耐久性を有するトリポード型等速自在継手を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明に係るトリポード型等速自在継手は、内周面の円周方
向三等分位置に軸方向のトラック溝を形成した外側継手部材と、円周方向三等分位置に半
径方向に突出するトラニオンジャーナルを形成した内側継手部材と、各トラニオンジャー
ナルに取り付けたローラ機構とを有し、各ローラ機構が、トラニオンジャーナルに対して
首振り可能でかつトラック溝を軸方向に転動可能のローラと、ローラの内周側に配置したリングと、リングとローラとの間に介在させた転動体とで構成され、各トラック溝が、その円周方向両側にローラ機構のローラ外周面を案内するローラ案内面と、ローラの側面と対向する鍔面とを備えるトリポード型等速自在継手において、トルク負荷状態で形成されるローラの外周面とローラ案内面との間のトラック隙間δ１［ｍｍ］を、δ１＞０．０３／Ａに設定し、かつローラの側面と鍔面との間の鍔隙間δ２［ｍｍ］を、δ２＞０．１５×Ａに設定したことを特徴とする。但し、Ａ＝ｒ／Ｒとする（ｒはローラ外周面の母線曲率半径、Ｒはローラの外径半径）。

これらトリポード型等速自在継手は、ローラの外径半径Ｒに対するローラ外周面の母線曲率半径ｒの比で表される円環度Ａ（＝ｒ／Ｒ）と、トラック溝内で様々な方向に傾くローラとの関係に着目し、ローラの外周面と、非負荷側のローラ案内面との間のトラック隙間δ１、あるいはローラの側面と鍔面との間の鍔隙間δ２を定めたものである。すなわち、この円環度Ａは、その値が小さいほど、ローラが外側継手部材の中心軸に垂直な断面内で傾きやすく、ローラ外周面と非負荷側のローラ案内面とが接触し易くなるのに対し、外側継手部材の中心軸を含む断面内では傾きにくく、ローラ側面とトラック溝の鍔面とが接触し難くなる。逆に、円環度Ａが大きいほど、ローラは外側継手部材の中心軸に垂直な断面内で傾きにくく、ローラと非負荷側のローラ案内面とが接触し難くなるのに対し、外側継手部材の中心軸を含む断面内では傾きやすく、ローラとトラック溝の鍔面とが接触し易くなる。

以上の検討結果に基づき、本発明では、特にローラ外周面とトラック溝非負荷側のローラ案内面との接触を回避するために、ローラの外周面と上記ローラ案内面との間のトラック隙間δ１をδ１＞０.０３／Ａに設定することとして、トラック隙間δ１と円環度Ａとの間に反比例の関係を持たせた。これにより、ローラの円環度が異なる場合でもローラ外周面とトラック溝非負荷側のローラ案内面との接触力を最小限に抑えることができる。従って、回転三次の軸力を低減でき、これによりシャダーの発生を抑制すると共に、高い回転耐久性を確保することができる。

また、特にローラ側面と鍔面との接触を回避するために、本願発明では、ローラの側面と鍔面との間の鍔隙間δ２を、δ２＞０.１５×Ａに設定して鍔隙間と円環度Ａとの間に比例関係を持たせた。これにより、円環度Ａが異なる場合でもローラ側面とトラック溝の鍔面との接触力を低減することができ、上記と同様に回転三次の軸力を低減して、シャダーの発生を抑制すると共に、高い回転耐久性を確保することができる。

トラック隙間δ１と鍔隙間δ２は、何れか一方の隙間を上記特定範囲内に設定するのみならず、個々のトリポード型等速自在継手において双方の隙間をそれぞれの特定範囲内に設定することもできる

なお、Ａ＝ｒ／Ｒ（ｒはローラ外周面の母線曲率半径、Ｒはローラの外径半径）なる式で定義される円環度Ａの値は０.４７５≦Ａ＜１の範囲内に設定することが好ましい。

ローラ案内面の形状は特に問わず、ローラ案内面の母線曲率半径とローラ外周面の母線曲率半径とをほぼ同一とすることにより、ローラ外周面とローラ案内面とをベタ当たりさせる他、例えばローラ案内面をゴシックアーチ形状とし、ローラ外周面とローラ案内面をアンギュラコンタクトさせてもよい。

以上のように、本発明に係るトリポード型等速自在継手によれば、回転三次の軸力を低減することで車両搭載時のシャダーの発生を低減することができ、かつ高い回転耐久性を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１および図２は、本発明の一実施形態に係るトリポード型等速自在継手の主軸垂直方向および水平方向断面図をそれぞれ示している。このトリポード型等速自在継手１は、主に内側継手部材２と、ローラ機構３と、外側継手部材４とで構成されている。

内側継手部材２は、例えば従動軸等の第二回転軸５に固定されたボス６と、ボス６の円周方向三等分位置から半径方向に突出したトラニオンジャーナル７とで構成されている。トラニオンジャーナル７の端部外周には、半径方向に凸の略球面７ａが形成されており、略球面７ａよりもボス６に近い外周部分には、ローラ機構３を傾けた状態でトラニオンジャーナル７に取り付けるための円環窪み７ｂが設けられている。

ローラ機構３は、リングとしてのインナローラ８と、転動体としてのニードルローラ９と、ニードルローラ９を介してインナローラ８と相対回転及び軸方向摺動可能な、ローラとしてのアウタローラ１０とで構成される。

インナローラ８は略円環形状を成しており、その内周には半径方向に凹の略球面８ａが形成されている。この略球面８ａは、ローラ機構３をトラニオンジャーナル７に取り付けた際、インナローラ８の内周に形成された略球面８ａとトラニオンジャーナル７の外周に形成された略球面７ａとが球面嵌合するように、その母線曲率半径を略球面７ａの母線曲率半径と略同一にしている。ローラ機構３をトラニオンジャーナル７に取り付けた際、インナローラ８は、その略球面８ａをトラニオンジャーナル７の略球面７ａに球面嵌合させた状態で、トラニオンジャーナル７に揺動自在に支持される。

アウタローラ１０は略円環形状を成しており、その外周面１０ａは、半径方向に凸の円環面となっている。インナローラ８の円筒外周面とアウタローラ１０の円筒内周面との間には転動体としてのニードルローラ９が複数介在している。詳しくは、アウタローラ１０の円筒内周面の両縁端には、その円周に亘ってニードルローラリテーナ１０ｂ、１０ｂが設けられており、このニードルローラリテーナ１０ｂ、１０ｂ間に複数のニードルローラ９が、若干の軸線方向移動可能に、かつ回動自在に収容されている。これにより、インナローラ８とアウタローラ１０との間での相対回転および軸心方向相対移動を可能にしている。なお、この実施形態では、ニードルローラリテーナ１０ｂとして、アウタローラ１０と一体に形成したものを例示したが、これに限らず、例えばアウタローラ１０とは別体の止め輪とワッシャをニードルローラリテーナとして用いることもできる。

外側継手部材４は、一端を開口した有底略円筒形状を成しており、他端有底面を駆動軸等の第一回転軸１１に固定している。外側継手部材４の内周には、図１に示すように、円周方向三等分位置に、トラック溝１２が開口側から外側継手部材４の中心軸方向に向けて形成されている。

トラック溝１２は、アウタローラ１０を外側継手部材４の中心軸方向に転動自在に収容できるようになっており、その両側部には、対向する一対のローラ案内面１２ａ，１２ａがそれぞれ凹となる断面円弧状に形成されている。このローラ案内面１２ａ、１２ａは、その母線曲率半径をアウタローラ１０の外周面１０ａの母線曲率半径と略同一にしている。また、トラック溝１２の底部であって、収容されるアウタローラ１０の側面１０ｃと対向する面には、平面状の鍔面１２ｂが形成されている。この鍔面１２ｂは、アウタローラ１０の、外側継手部材４の中心軸に垂直な断面内での傾きや、外側継手部材４の中心軸を含む断面内での傾きを規制する役割を果たす。

上述のように構成されたトリポード型等速自在継手１について、例えば第一回転軸１１を回転させると、この回転トルクは、外側継手部材４からローラ機構３、トラニオンジャーナル７を介して内側継手部材２のボス６に伝達され、第二回転軸５を回転させる。また、第一回転軸１１の中心軸と第二回転軸５の中心軸とが一致しない場合、すなわち作動角をとった状態では、第一回転軸１１、第二回転軸５の回転に伴って各トラニオンジャーナル７が対応するトラック溝１２のローラ案内面１２ａに対して、内側継手部材２を中心として揺動する方向に変位する。この際、各トラニオンジャーナル７に支持されているローラ機構３のアウタローラ１０が、トラック溝１２のローラ案内面１２ａ上を転動するとともに、トラニオンジャーナル７の軸方向に相対変位する。このように、トリポード型等速自在継手１が作動角をとった場合であっても、第一回転軸１１と第二回転軸５との間でトルク伝達が行われる。

図３は作動角が０の状態で第一回転軸１１から第二回転軸５へトルクが伝達される場合のトリポード型等速自在継手１を示す横断面図である。このとき、外側継手部材４（トラック溝１２のローラ案内面１２ａ）側からアウタローラ１０側に作用している力Ｆ１の作用線と、トラニオンジャーナル７側からインナローラ８側に作用している反力Ｆ２（＝−Ｆ１）の作用線とは一致している。この際、アウタローラ１０について、その外径半径Ｒに対する外周面１０ａの母線曲率半径ｒの比率を円環度Ａ（＝ｒ／Ｒ）で表すことにし、そのとるべき値をＡ＜１の範囲内とする。また、この接触状態における、非負荷側のローラ案内面１２ａ（この図示例では左側）とアウタローラ１０の外周面１０ａとの対向間隔をトラック隙間δ１、トラック溝１２の底部に形成された鍔面１２ｂとアウタローラ１０の側面１０ｃとの対向間隔を鍔隙間δ２とそれぞれ定義する。このとき、トラック隙間δ１［ｍｍ］を、δ１＞０.０３／Ａを満たすように定めるとともに、鍔隙間δ２［ｍｍ］を、δ２＞０.１５×Ａを満たすように定める。

図４は作動角をとった状態で回転トルクが伝達される場合のトリポード型等速自在継手１を示す横断面図である。この状態では、トラニオンジャーナル７が内側継手部材２の軸心を中心として揺動するため、トラニオンジャーナル７側からインナローラ８側に負荷される反力Ｆ２（力Ｆ１と大きさが同じで向きが逆）の作用線が、外側継手部材４（トラック溝１２のローラ案内面１２ａ）側からアウタローラ１０側に負荷される力Ｆ１の作用線に対してトラニオンジャーナル７の半径方向にずれ、両作用線間に半径方向のオフセットが形成される。このオフセットにより、アウタローラ１０を外側継手部材４の中心軸に垂直な断面内で傾かせようとする傾動モーメントＭｔ１が発生する。ここで、トラック隙間δ１が、δ１≦０.０３／Ａの範囲内であるならば、同図に示すように、非負荷側のローラ案内面１２ａとアウタローラ１０の外周面１０ａとが容易に接触し、その際の接触力も増大する。しかしながら、本発明では、トラック隙間δ１を、δ１＞０.０３／Ａの範囲内で設定しているので、上述の不具合を解消することができる。

図５は、図４の場合と同様、作動角をとった状態で、回転トルクが第一回転軸１１から第二回転軸５へ伝達される場合のトリポード型等速自在継手１を示す縦断面図である。このとき、トラニオンジャーナル７の略球面７ａ（外周面）は、インナローラ８の略球面８ａ（内周面）と接し、両面間の摩擦力により、アウタローラ１０を外側継手部材４の中心軸を含む平面内で回転させようとするスピンモーメントＭｓｐが発生する。同時に、円環度Ａが１未満（アウタローラ１０の外周面１０ａにおける母線曲率半径ｒが外径半径Ｒより小さい）で、かつ上記外周面１０ａの母線曲率半径ｒがローラ案内面１２ａの曲率半径と略同一であることにより、あるいは図６に示すように、アウタローラ１０の外周面１０ａとローラ案内面１２ａとをアンギュラコンタクトさせる場合は、このアンギュラコンタクトにより、アウタローラ１０を外側継手部材４の中心軸に対して平行に戻そうとする回復偶力Ｍｒｅが発生する。このとき、鍔隙間δ２が、δ２≦０.１５×Ａの範囲内であるならば、同図に示すように、アウタローラ１０の側面１０ｃと、トラック溝１２の底部に設けられた鍔面１２ｂとが容易に接触し、その際の接触力も増大する。しかしながら、本願発明では、鍔隙間δ２を、δ２＞０.１５×Ａの範囲内で設定しているので、上述の不具合を解消することができる。さらに好ましくは、図５におけるアウタローラ１０の傾きをトラック溝１２の軸線に対して３°以内となるようにδ２の最大値を設定するのがよく、この場合にはアウタローラ１０の転がり抵抗を抑制することができる。

以上のように、トラック隙間δ１を、δ１＞０.０３／Ａを満たすとともに、鍔隙間δ２を、δ２＞０.１５×Ａを満たすように設定し、さらに好ましくは、図５におけるアウタローラ１０の傾きをトラック溝１２の軸線に対して３°以内となるようにδ２の最大値を設定することにより、非負荷側でのアウタローラ１０の外周面１０ａとローラ案内面１２ａとの接触、およびアウタローラ１０の側面１０ｃと鍔面１２ｂとの接触を最小限に抑え、各接触面間に生じる摩擦力を低減することで、回転三次の軸力を低減することができ、ひいてはシャダーの発生を抑制することができる。

この際、円環度Ａの値は０.４７５≦Ａ＜１の範囲内に設定することがより望ましい。円環度Ａが１以上であると、アウタローラ１０を外側継手部材４の中心軸に対して平行に戻そうとするのに十分な大きさの回復偶力Ｍｒｅを発生させることができない。また、円環度Ａが０.４７５未満であれば、アウタローラ１０に生じる回復偶力Ｍｒｅは大きくなるが、その一方で、トラック隙間δ１の値が過大となるため、トラック溝１２とアウタローラ１０との間の円周方向のガタが大きくなり、ガタ打ち音の発生等の悪影響が懸念される。そのため、アウトボード側の等速自在継手も含めた総円周方向ガタはなるべく小さいことが好ましい。

上記実施形態では、ローラ案内面１２ａとアウタローラ１０の外周面１０ａとをほぼ同一の母線半径とし、両面１２ａ、１０ａを負荷側でベタ当たりさせる場合を例示しているが、両面１２ａ、１０ａの接触状態はこれに限定されない。例えば、図６に示すように、ローラ案内面２２ａをゴシックアーチ形状としてもよい。この際、図６のように、作動角が０でトルクが負荷された状態において、非負荷側のローラ案内面２２ａとアウタローラ２０の外周面２０ａとの間の図面水平方向の隙間幅の最小値がトラック隙間δ３［ｍｍ］となるので、このトラック隙間δ３を、δ３＞０.０３／Ａの範囲内で定める。もちろんトラック溝２２の底部に形成された鍔面２２ｂとアウタローラ２０の側面２０ｃとの鍔隙間δ４［ｍｍ］も、δ４＞０.１５×Ａの範囲内で定められる。

本発明の一実施形態に係るトリポード型等速自在継手１を主軸方向から見た場合の横断面図である。 上記トリポード型等速自在継手１を主軸水平方向から見た場合の縦断面図である。 作動角が０である状態でトルクが伝達される場合のトリポード型等速自在継手１を示す横断面図である。 作動角をとった状態で回転トルクが伝達される場合のトリポード型等速自在継手１を示す横断面図である。 作動角をとった状態で回転トルクが伝達される場合のトリポード型等速自在継手１を示す縦断面図である。 ゴシックアーチ形状のローラ案内面２２ａを有するトリポード型等速自在継手を示す横断面図である。 従来のトリポード型等速自在継手を示す概略斜視図である。 従来のトリポード型等速自在継手を示す一部縦断面図である。 ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手の一例を示す横断面図である。 ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手の他例を示す縦断面図である。

符号の説明

１ トリポード型等速自在継手
２ 内側継手部材
３ ローラ機構
４ 外側継手部材
７ トラニオンジャーナル
８ インナローラ
９ ニードルローラ
１０ アウタローラ
１０ａ 外周面
１０ｃ 側面
１２ トラック溝
１２ａ ローラ案内面
１２ｂ 鍔面
２０ アウタローラ
２０ａ 外周面
２０ｃ 側面
２２ トラック溝
２２ａ ローラ案内面
２２ｂ 鍔面
３１ トリポード型等速自在継手
３３ トラック溝
３３ａ ローラ案内面
３４ 外側継手部材
３７ 内側継手部材
３８ ローラ
４１ トリポード型等速自在継手
４２ トラニオンジャーナル
４３ インナローラ
５１ トリポード型等速自在継手
５４ アウタローラ
５６ 外側継手部材
５６ａ ローラ案内面
Ｒ 外径半径
ｒ 母線曲率半径
Ａ 円環度
Ｍｔ１ 傾動モーメント
Ｍｓｐ スピンモーメント
Ｍｒｅ 回復偶力
δ１ トラック隙間
δ２ 鍔隙間
δ３ トラック隙間
δ４ 鍔隙間

Claims (5)

1. 内周面の円周方向三等分位置に軸方向のトラック溝を形成した外側継手部材と、円周方向
   三等分位置に半径方向に突出するトラニオンジャーナルを形成した内側継手部材と、各ト
   ラニオンジャーナルに取り付けたローラ機構とを有し、
   各ローラ機構が、トラニオンジャーナルに対して首振り可能でかつトラック溝上を軸方
   向に転動可能のローラと、ローラの内周側に配置したリングと、リングとローラとの間に介在させた転動体とで構成され、
   各トラック溝が、その円周方向両側にローラ機構のローラ外周面を案内するローラ案内
   面と、ローラの側面と対向する鍔面とを備えるトリポード型等速自在継手において、
   トルク負荷状態で形成されるローラの外周面とローラ案内面との間のトラック隙間δ１
   ［ｍｍ］を、δ１＞０．０３／Ａに設定し、かつ
   ローラの側面と鍔面との間の鍔隙間δ２［ｍｍ］を、δ２＞０．１５×Ａに設定したこ
   とを特徴とするトリポード型等速自在継手：
   但し、Ａ＝ｒ／Ｒとする（ｒはローラ外周面の母線曲率半径、Ｒはローラの外径半径）
   。
2. ローラの傾きがトラック溝の軸線に対して３°以内となるよう鍔隙間δ２の最大値を設定した請求項１記載のトリポード型等速自在継手。
3. Ａを０．４７５以上、１未満にした請求項１又は２記載のトリポード型等速自在継手。
4. ローラ外周面母線曲率半径とローラ案内面曲率半径を略同一にした請求項１〜３何れか記載のトリポード型等速自在継手。
5. ローラ外周面とローラ案内面をアンギュラコンタクトさせた請求項１〜３何れか記載のトリポード型等速自在継手。