JPH07506169A - トリポード形等速度比ユニバーサルジョイント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称　トリポード形等速度比ユニバーサル７ｇインド本発明はトリポード 形の等速度比（等運動型）ユニバーサルジヨイントに関するもので、このジヨイ ントは、外側ジヨイント部材であって回転軸とこの回転軸の回りで円周上等間隔 に離間されジヨイント部材の長手方向に延在する３本の軌道ををする外側ジヨイ ント部材と、内側ジヨイント部材であって回転軸とこの回転軸の回りで円周上等 間隔に離間され内側ジヨイント部材から外側ジヨイント部材の軌道に向かって外 方に延びた３本のアームを有する内側ジヨイント部材とを含み、各アームは対応 する軌道の対向する側面に係合する外周面を有するローラを備え、各ローラは対 応する軌道内で傾斜したり軌道に沿って動くことかでき、これにより内側および 外側）ヨイント部材か互いに軸方向に動いたり相対的な関節運動ができるように なっている。

以下このようなジヨイントを“この種のジヨイント”と呼ぶ。

トリポード形のこの挿ジヨイントは自動車の駆動系統、たとえば自動車の駆動車 輪に向かって横方向に延びる駆動軸の内側ユニバーサルジヨイントに広く用いら れている。自動車、特に乗用車に用いられる場合には、ユニバーサルジヨイント の、自動車の駆動系統にいかなる振動も引き起こさないという伝達特性は、搭乗 者が感する騒音、振動および粗雑感を低減させるために極めて重要である。

従来のこの種のトリポード形ジヨイントにおいては、外側ジヨイント部材の軌道 はそのジヨイント部材の回転軸に平行に延在している。内側ジヨイント部材のア ームは内側ジヨイント部材の回転軸に対して直角となっている。

軌道とアームか他の方向に向いているトリポード形ンヨイントも提案されている 。例えば、米国特許第３９９０２Ｏ２号には、ジヨイントかトルクを伝達すると きに軸方向の力を生じさせるために、一方のジヨイント部材の軌道をその回転軸 に対して斜めにしたトリポード形ジヨイントが示されている。日本の実用新案公 報第６３−１１５９２７号には、内側ジヨイント部材のアームをジヨイントの回 転軸に対して９０度以外の角度で＃Ａ斜させるべきであることか提案されている 。しかしながら、これは以下に述べる伝達誤差を排除するようなものではない。

一般には等速度比（等運動型）ユニバーサルジヨイントと呼称されているが、従 来のこの種トリポード形のジヨイントでは、角度をもった状態でジヨイントが回 転したときに外側ジヨイント部材の軸に対して内側ジヨイント部材の回転軸の傾 斜に変化が生じないように装着された場合のみ、真の等速度比ジヨイントとして はたらくのである。もしこのように装着されておらず、かつジョイノドが角度を 持った状態で一方のジヨイント部材が一定の角速度で回転した場合、両方のジヨ イント部材の平均角速度はもちろん同じではあるものの、他方のジヨイント部材 の角速度か周期的に増減する。真の等速度特性からのこのような変位、以下ここ ては伝達誤差と呼ぶ、は主として三次のものであり、ツタインドの回転速度の３ 倍の周波数を待った正弦変動である。もちろんその他の次元の伝達誤差もあるが 、フーリエ解析によれば、他に幾何学的な歪のない幾何学的に完全なジヨイント の場合、すべての伝達誤差のＲＭＳ値のうち三次成分か９９，８％を占めること か示されている。もし外側ジヨイント部材の回転軸が固定されていると、内側ジ ヨイント部材の中心か軌道運動し、これによって伝達誤差が生じる。また、内側 ジヨイント部材に連結された軸の反対側の端が固定点のまわりを回転するように 拘束されていると、内側ジヨイント部材はその傾斜を変化させなければならない 。

もしこの軸が（論理的に）無限に長いものであれば傾斜の変化はゼロになるであ ろう。また、この軸の他端にトリポード形のジヨイントを使用し２つの）ｇイン ドの内側ジヨイント部材のアームが互いに同相関係にあり、かつ２つのジヨイン トの関節角度か同しであれば、軸の傾斜の変化を防止することは可能である。２ つのジヨイントを連結する軸は依然として仮想軸を中心として軌道運動するか、 その軸は仮想軸と平行な状態を維持し、かつ角速度も変動しない。

上述の伝達誤差は、駆動系統での振動誘発という点において、トリポード形ノヨ イノトの全体的な特性の中で非常に重要なファクターであると考えられ、１．た がってそうした伝達誤差ならびにそこから派生する種々の不都合を少なくするの が本発明の目的の１つである。また速度変動を無くすことは、機器の駆動用や精 密な機構等の特殊な応用、あるいは高回転慣性駆動において有用である。

本発明はトリポード形の等速度比ユニバーサルジヨイントを提供するものである が、このジヨイントは、外側ジヨイント部材であって回転軸とこの回転軸の回り で円周上等間隔に離間されジヨイント部材の長手方向に延在する３本の軌道を有 する外側ジヨイント部材と、内側ジヨイント部材であって回転軸とこの回転軸の 回りで円周上等間隔に離間され内側ジヨイント部材から外側ジヨイント部材の軌 道に向がって外方に延びた３本のアームを有する内側ジヨイント部材とを含み、 各アームは対応する軌道の対向する側面に係合する外周面を有するローラを備え 、各ローラは対応する軌道内で傾斜したり軌道に沿って動くことができ、これに より内側および外側シタインド部材が互いに軸方向に動いたり相対的な関節運動 ができるようになっており、そして、 ｌ）外側ジヨイント部材の回転軸を念む基準に対して配置された外側ジヨイント 部材の軌道と、 ２）内側ジヨイント部材の回転軸に対して直角な平面を含む基準に対して配置さ れた内側ジヨイント部材のアームの内、少なくとも外側ジヨイント部材の軌道を 、ジヨイントの三次伝達誤差を実質的に排除できるように、対応する基準に対し て傾斜させた構成になっている。

前述のように、従来のこの種のトリポード形ユニバーサルジヨイントにおいては 、外側シタインド部材の軌道はそのジヨイント部材の回転軸に平行に延びている 。内側ジヨイント部材のアームは内側ジヨイント部材の回転軸に対して直角とな っている。本発明によるジヨイントの場合、三次伝達誤差は外側ジヨイント部材 の軌道をジヨイント部材の回転軸に対して平行以外の方向に向りるか、あるいは 外側ジヨイント部材の軌道をジヨイント部材の回転軸に対して平行以外の方向を 向け、かつ内側ジヨイント部材のアームを内側ジヨイント部材の回転軸に対して 直角以外の向きとすることによって排除できることが明きらかとなった。

本発明に関連するこの種のトリポード形ジヨイントの内側および外側ジヨイント 部材の通常の構成は、外側ジヨイント部材は一般的に一端が閉じた中空部品で作 られており、その端部にはスタブシャフト、駆動用フランジあるいはその他の手 段が取り付けられ、それらによって外側ジヨイント部材にトルクが伝達されるよ うになっている。内側ジヨイント部材は、外側シタインド部材の閉塞端の反対側 に延びる軸部品と連結されるようになっている。

本発明によるジヨイントの一実施例においては、内側ジヨイント部材のアームは 従来のジヨイントと同様の配列、すなわち、内側ジヨイント部材の回転軸に直角 に配列し、−力作側ジョイント部材の軌道は、外側シタインド部材の閉塞端から 開口端に向かって互いに放射状に広がるような傾斜とし、軌道の中心線は外側ジ ヨイント部材の回転軸を含む各々の市内にあり、そのような軸に対して３〜４ｅ の角度で傾斜している。

典型的なジヨイントでは、この量適角度は約３．８６であることが判明している 。三次伝達誤差を論理的に完全に排除できる外側ジヨイント部材の回転軸に対す るそれぞれの軌道の傾斜角度は、０．　９９９８ａｒｃＬａｎ　（ｒ／Ｌ）でめ ることができる。ここで、ｒは内側ジヨイント部材が外側ジヨイント部材の中で 通常の軸方向位置にあるときの軌道のピンチ円半径であり、Ｌは内側ジヨイント 部材に連結された軸の長さである。

本発明によるジヨイントの別の実施例では、外側ジヨイント部材の軌道を外側ジ ヨイント部材の回転軸に対して前記の場合と反対方向に傾斜させることもできる 。すなわち、軌道が外側ジヨイント部材の閉塞端が呟内側ジヨイント部材に連結 された軸要素がそこから延出する開口端に向かうにしたがって収束するようにし たものである。同時に、内側ジヨイント部材のアームも、内側ジヨイント部材の 回転軸に対して通常直角になっている従来の向きに対して傾けられている。この 傾斜は外側ジヨイント部材の回転軸に対して軌道を傾斜させるのと同じ方向、す なわち、内側ジヨイント部材に連結される軸要素の反対の端に向かってアームを 傾斜させるのである。

この場合、外側ジヨイント部材の回転軸に対するそれぞれの軌道の傾斜、および 内側ジヨイント部材の回転軸と直交する方向に対するそれぞれのアームの傾斜は ３″〜４°の範囲かよく、好ましくは約３．８°である。

軌道およびアームの傾斜角度は、０．９９４９ａｒｃＬａｎ　（ｒ／Ｌ）で与え られる。［およびＬは先に定義した通りである。

外側ジヨイント部材の軌道を傾斜させる場合、軌道のピッチ円半径は外側ジヨイ ント部材の長手方向位置によって変わることになる。軌道の傾斜の計算を上記の いずれかの式で行なう場合、軌道の形状は理論的に浅いカーブとなり、軌道の傾 斜は軌道の長さ方向位置により変わってくることになる。軌道の理論形状は次の 近似式で与えられる。

ｒ　＝　、　、、ｅ　Ｌ　寞／　Ｌ　１ここで、ｒ　−軌道のピッチ円半径 ｒｏ＝　軸方向基準位置におけるピッチ円半径Ｘ　＝　基準位置からの軸方向変 位 Ｌ　−白側ジヨイント部材に連結される軸の長さ長さ方向位置に応じて傾斜が変 わるこのような湾曲した軌道を製造するのは難しく、実際には、軌道が直線であ れば、内側ジヨイント部材が外側ジヨイント部材内において通常の軸方向作動位 置に位置するときのピッチ円半径により傾斜をめれば、三次伝達誤差を大幅に排 除することかできる。

本発明による驚嘆すべき特徴は、このようなジヨイントであれば１つのジヨイン ト関節角だけでなく、これらのジヨイントが関節運動することが要求される角度 範囲全体に亘って伝達誤差を少なくすることができることである。

以下、本発明を添付図面を参照して実施例により説明する。添付図面において、 図１は従来のトリポード形ジヨイントの断面略図で、付帯するグラフはその伝達 誤差を示すものである。

図２は本発明によるジヨイントの第１実施例を図１と同様に示したものである。

図３は本発明によるジヨイントの別の実施例を示したものである。

図４は本発明によるジヨイントの軌道およびアームの傾斜の計算に適用する寸法 を示したものである。

先ず添付図面中、図１を参照すると、図示したトリポード形ユニバーサルジヨイ ントは、全体がｌＯで示される外側ジヨイント部材と、全体が１１で示される内 側ジヨイント部材で構成されている。外側ジヨイント部材は全体として中空部品 の形状をしており、−１（１２）が閉した形になっており、そこからスタブシャ フト１３が外側ジヨイント部材から他の部品、たとえば自動車の駆動系統へのト ルク伝達のために延びている。外側ジヨイント部材の回転軸は１４で示されてい る。外側ジヨイント部材の閉塞端１２から３本の軌道Ｉ５が、ジヨイント・部材 の回転軸１４の回りに円周上等間隔で離間され、軸方向に延びている。各軌道は 全体として円筒状または実質的に円筒状の表面の１部分の形状をした対向表面を 含んでいる。図中１６で示されている軌道の中心線、これはまた軌道の表面がそ の１部分を構成している円筒の長手方向中心軸であるが、外側ジヨイント部材の 回転軸１４に対して平行となっている。図示のジヨイントでは軌道１５は外側シ タインド部材の外周に向かって開放されたものとなっているが、他のトリポード 形ジジイントでは軌道がこのように開放されたものではなく、外側ジヨイント部 材の外周面が途切れていないカップ型のものもある。

内側ジヨイント部材１１は環状部品で、外側ジヨイント部材１０の開口端から外 方に向かって延びる軸要素１７とトルク伝達のために係合しており、内側ジヨイ ント部材および軸１７の回転軸が１８で示されている。３本のアーム（その内の １本が１９で示されている）は内側ジヨイント部材から外側ジヨイント部材の軌 道１５に向けて外側に延びている。これらのアームにはそれぞれの軸（アーム１ ９については図中２０で示されている）を有し、これらの軸は内側ジヨイント部 材の回転軸１８に対して直交する面内にある。

それぞれのアーム１９は２１で示されているように個々にローラを備えており、 アームの回りを回転したりアームの長手方向、つまりアームの軸２０に対して軸 方向に動くことができるようになっている。各ローラ２１は部分球面状の外表面 を有し、係合している軌道１５の中でローラが傾斜できるようになっている。こ の状態が図１に示されているが、この図では、ジヨイントが角度を持った状態に あり、外側および内側ジヨイント部材の回転軸１４．１８が互いに傾斜している 。

先にも述べたように、従来のトリポード形ジヨイントには前述のような伝達誤差 が付きまとう。もしジａ４ントが角度を持っている場合に、一方のジヨイント部 材が一定の角速度で回転すると、もう一方のジシイン！・部材の角速度が周期的 に増減する。この伝達誤差は主として三次誤差であり、図１のジヨイントの右側 に示したように、ジヨイントの回転速度の３倍の周波数を持った正弦変動である 　。

図２は本発明によるユニバーサルジヨイントの第１実施例を示したものである。

外側ジヨイント部材および内側ジヨイント部材および関連部品からなるジヨイン トの基本的な構造は前記と同じであり、したがってここでは説明を繰り返さない 。しかしながらこのジヨイントは、外側ジヨイント部材のそれぞれの軌道の中心 線が外側ジヨイント部材の回転軸に平行ではなく、傾斜している点で図１のジヨ イントとは異なる。図２においては、図示されている軌道の中心線は１６ａで示 されており、この中心線は外側ジヨイント部材の回転軸１４に平行な線１４ａに 対して角度Ｘで傾けられている。中心線１６ａは軸１４を含む平面の中にあり、 それぞれの軌道の傾斜は、軌道が外側ジヨイント部材の閉塞端から開口端に向か うにつれて互いに離れるようなものとなっている。

この角度Ｘを適当に選択することによって、図２のグラフに示されているように 、ジヨイントの三次伝達誤差をゼロにすることができる。自動車の駆動系統に使 わわる典型的なタイプのジヨイントの場合、この角度Ｘは３６〜４６の間、好ま しくは約３．８６である。

図３は本発明によるジヨイントの別の実施例を示すものであるが、これも全体的 な構造は図１のジヨイントと同じである。この実施例においては、外側ジヨイン ト部材の軌道と内側ジヨイント部材のアームの中心線の両方が、外側ジヨイント 部材の回転軸、および内側ジヨイント部材の回転軸と直交する平面に対してそれ ぞれ傾斜している。

図３では、外側ジヨイント部材の回転軸１４に平行な１！１４ｂに対してＹの角 度で傾斜している中心１！１６ｂを持った外側ジヨイント部材の軌道の１つが示 されている。図３の実施例における軌道は図２の実施例の傾斜とは反対方向、つ まり外側シタインド部材の閉塞端から開口端に向かうにつれて軌道が互いに収束 するような傾斜となっている。

図３においては、内側ジヨイント部材の図示のアーム１９の軸２０ａは、内側ジ ヨイント部材の回転軸１８に直角な平面に対して角度Ｚで傾斜している。内側ジ ヨイント部材のアームは外側ジヨイント部材の軌道の場合と同じ方向に傾斜して いる。すなわち、軸要素１７の内側ジヨイント部材に連結された端部とは反対側 の端部に向かってアームが傾斜している。アームの軸は内側ジヨイント部材の軸 と交差する。

この角度Ｙは角度Ｚと実質的に同じであって、典型的なジヨイントの場合、この 角度は同様に３″〜４６の範囲がよく、好ましくは３．８６である。

添付図中、図４は、図２の実施例における角度Ｘ１あるいは図３の実施例におけ る角度ＹおよびＺがどのようにして計算されるかを示したものである。

これらの角度の正確な値は外側ジヨイント部材の軌道のピッ千円半径により異な る。すなわち、外側ジヨイント部材の回転軸から軌道の中心線までの距離、およ び内側ジヨイント部材に連結される軸要素の全長により異なる。それぞれのケー スにおける角度Ｘ％ＹまたはＺはほぼａｒｃＬａｎ　（ｒ　／　Ｌ　）に等しい 。さらに正確には、図２の実施例におけるＸは０．　９９９８ａｒｃｔａｎ　（ ｒ／Ｌ）に等しく、図３の実施例における角度ＹおよびＺはそれぞれ０．９９４ ９　ａｒｃＬａｎ　（ｒ　／　Ｌ　）に等しい。

もし軌道が傾斜していると半径ｒが変わり、軌道の傾斜角度は理論的には軌道の 長手方向に応じて変化する。理論的には軌道の形状は浅いカーブ状であり、軌道 のピッチ円半径はｒ＝ｒｏ　・ｅ１ｍ／Ｌｌ　に応じて変わる。実際には、軌道 が直線であれば、外側ジヨイント部材内での内側ジヨイント部材の通常の軸方向 作動位置におけるピッチ円半径から傾斜をめれば、三次伝達誤差を大幅に除去で きる。自動車の駆動系統に使用される典型的なジヨイントにおいては、内側シタ インド部材の通常作動位置からの軸方向変位の殆ど小さなものであり、大きな変 位はめったに起こらない。

上記の説明、下記の請求の範囲、特定の形態でまたは開示された機能を達成する ための手段という観点で表現された添付の図面、もしくは開示された結果を１得 るための方法やプロセスに開示された特徴は、本発明を多様な形態で実施するた めに、それらの特徴を個別にまたは組み合わせて使用できるものである。

Ｌ−ｍ− 国際調査報告　ｏｒＴＩ曲。’ｌ／＋１１’ｉｏＩム、　＆Ｉ＋　ＰＣＴ／ＧＢ 　９３１００９１４

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．外側ジョイント部材であって回転軸とこの回転軸の回りで円周上等間隔に離 間されジョイント部材の長手方向に延在する３本の軌道を有する外側ジョイント 部材と、内側ジョイント部材であって回転軸とこの回転軸の回りで円周上等間隔 に離間され内側ジョイント部材から外側ジョイント部材の軌道に向かって外方に 延びた３本のアームを有する内側ジョイント部材とを含み、各アームは対応する 軌道の対向する側面に係合する外周面を有するそれぞれのローラを備え、各ロー ラは対応する軌道内で傾斜したり軌道に沿って動くことができ、これにより内側 および外側ジョイント部材が互いに軸方向に動いたり相対的な関節運動ができる ようになっているトリボード形の等速度比ユニバーサルジョイントであって、こ れにおいて１）外側ジョイント部材の回転軸を含む基準に対して配置された外側 ジョイント部材の軌道と、 ２）内側ジョイント部材の回転軸に対して直角な平面を含む基準に対して配置さ れた内側ジョイント部材のアームの内、少なくとも外側ジョイント部材の軌道を 、ジョイントの三次伝達誤差を実質的に排除できるように、対応する基準に対し て傾斜させたジョイント。
2. ２．請求項１記載のジョイントであって、内側ジョイント部材のアームは内側ジ ョイントの回転軸に対して直角であり、外側ジョイント部材の軌道は外側ジョイ ント部材の閉塞端側から反対端に向かって互いに広がるよう傾斜し、軌道の中心 線は外側ジョイント部材の回転軸も含む各々の面内にあるジョイント。
3. ３．請求項１記載のジョイントであって、外側ジョイント部材の軌道は外側ジョ イント部材の閉塞端側から反対端に向かうにしたがって互いに収束するよう傾斜 し、その軌道の中心線は外側ジョイント部材の回転軸も含む各々の面内にあり、 内側ジョイント部材のアームは内側ジョイント部材の回転軸に対して直角な面に 対して傾斜し、この傾斜は軌道の傾斜と同じ方向であるジョイント。
4. ４．上記請求項のいずれかに記載のジョイントであって、少なくとも軌道の傾斜 が３°〜４°の範囲であるジョイント。
5. ５．請求項４記載のジョイントであって、前記傾斜が約３．８°であるジョイン ト。
6. ６．請求項１から３のいずれかに記載のジョイントであって少なくとも軌道の傾 斜角度がほぼａｒｃｔａｎ（ｒ／Ｌ）（ただしｒは内側ジョイント部材が外側ジ ョイント部材内における通常の軸方向位置にあるときの軌道のピッチ円半径であ り、Ｌは内側ジョイント部材に連結された軸の長さ）であるジョイント。
7. ７．請求項２に従属する請求項６に記載のジョイントであって前記角度が０．９ ９９８ａｒｃｌａｎ（ｒ／Ｌ）に等しいジョイント。
8. ８．請求項３に従属する請求項６に記載のジョイントであって前記角度が０．９ ９４９ａｒｃｔａｎ（ｒ／Ｌ）に等しいジョイント。
9. ９．添付図面中、図２または図３を参照して説明したジョイントと実質的に同じ ジョイント。
10. １０．本明細書および／または添付図面で説明したすべての新規な特徴または新 規な組み合わせ。