JP2008286330A - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】構造の簡単なシングルローラタイプで、ローラがトラック溝に平行に転がり、かつ、接触面圧を減少させたトリポード型等速自在継手を提供する。
【解決手段】トリポード型等速自在継手は、トラニオンジャーナル26の外周面28の母線を、トラニオンジャーナル26の中心線から遠方側にオフセットさせた位置に曲率中心をもった円弧とし、ローラ32の内周面形状をトラニオンジャーナル26の母線と同じ曲率半径の凸円弧面とし、トラニオンジャーナル26の外周面28とローラ32の内周面36との間にそれらと同じ曲率をもつ鼓形のころ40を配列してなり、ローラ32の外周面から側面にかけてテーパ面33を形成し、トラック溝14の継手軸心側の端部にガイド15を設け、ローラ32が外側継手部材10の軸線に対して垂直な平面内で傾いたときガイド15がテーパ面33を受け止めるようになっている。
【選択図】図１５

Description

この発明はトリポード型等速自在継手に関し、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。

トリポード型等速自在継手の回転３次の誘起スラストに起因する車両のシャダーを解決するため、図１６および図１７に概略示すように、外ローラが外輪のトラック溝に平行に転がるようにしたダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手が知られている（たとえば特許文献１および特許文献２参照）。このタイプは、トラック溝の側壁に形成されるローラ案内面をゴシックアーチ形状とすることによりローラとの接触状態をアンギュラコンタクトとし、ローラの転がり方向をトラック溝に対して一直線に保つことでローラの転がり抵抗を減少させ、回転３次の誘起スラストが低減するように企図されている。
特表平 ４−５０３５５４号公報 特開平 ５−２１５１４１号公報 特開２０００−７４０８６号公報

上記従来の技術は、ダブルローラであるため部品点数が多く、コストアップの原因となる。これを解決するため、図１８に示すように、シングルローラで、トラック溝に対して平行に転がるようにしたタイプが提案されている（特許文献３）。しかしながら、このタイプは、針状ころとトリポードの球面ジャーナルが点接触する構造であるため接触面圧が高く、低寿命が懸念される。

そこで、この発明の目的は、述べたような従来のトリポード型等速自在継手の問題点を除去することにある。すなわち、構造の簡単なシングルローラタイプで、ローラがトラック溝に平行に転がり、かつ、接触面圧を減少させたトリポード型等速自在継手を提供する。

この発明のトリポード型等速自在継手は、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側継手部材と、円周方向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を有する内側継手部材と、各トラニオンジャーナルに回転自在に担持され前記トラック溝内に収容されたローラとを備え、トラニオンジャーナルの外周面の母線を、トラニオンジャーナルの中心線から遠方側にオフセットさせた位置に曲率中心をもった円弧とし、ローラの内周面形状をトラニオンジャーナルの母線と同じ曲率半径の凸円弧面とし、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にそれらと同じ曲率をもつ鼓形のころを配列してなり、ローラの外周面から側面にかけてテーパ面を形成し、前記トラック溝の継手軸心側の端部にガイドを設け、ローラが外側継手部材の軸線に対して垂直な平面内で傾いたとき前記ガイドが前記テーパ面を受け止めるようにしたことを特徴とするものである。
ローラが外側継手部材の軸線に対して垂直な平面内で傾いたとき、先にテーパ面にてガイドと接触させることにより、反負荷側が反継手軸心側に持ち上がって外側継手部材のつば部と接触することを回避できる。

請求項２の発明は、請求項１のトリポード型等速自在継手において、ローラの内周面の少なくとも継手軸心側の端部と、対応する側のころの端部とに、互いに当接し得る当接面を設けたことを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１のトリポード型等速自在継手において、前記当接面の角度を１０°以上４０°以下としたことを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか1項のトリポード型等速自在継手において、トラニオンジャーナルの軸線に垂直な投影が非真円であって、継手の軸線と直交する方向の径φＤが最大で、継手の軸線と平行な方向の径φＣが最小で、組付けの際のころ内接円径をφｄとしたときφＣ＜φｄ＜φＤの関係が成立することを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項４のトリポード型等速自在継手において、前記最大径φＤの角度範囲の下限が９０°であることを特徴とするものである。

請求項６の発明は、請求項１から６のいずれか１項のトリポード型等速自在継手において、ローラの外周面が、曲率半径がローラ直径の１／２より小さい円弧を母線とする円環の一部であることを特徴とするものである。

この発明によれば、構造の簡単なシングルローラタイプで、ローラがトラック溝に平行に転がり、かつ、接触面圧を減少させた、低コスト、低振動、長寿命のすべてを満足するトリポード型等速自在継手を提供することができる。

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１および図２を参照してトリポード型等速自在継手の基本的構成を説明する。図示した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ラニオン２０と、トルク伝達要素としてのローラアセンブリ３０からなり、外輪１０の回転軸線とトラニオン２０の回転軸線が角度（作動角）をなした状態でも等角速度でトルクを伝達することができる。また、外輪１０とトラニオン２０との間で相対的な軸方向変位が可能である。

外輪１０はマウス部１２とステム部１８とからなり、ステム部１８のセレーション（またはスプライン。以下、同じ。）軸にて、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の内周面には、軸方向に延びる３本のトラック溝１４が内周面の円周方向に等間隔で形成してある。各トラック溝１４の円周方向で向かい合った側壁がローラ案内面１６となる。

トラニオン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のセレーション孔２４にて、連結すべき２軸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３等分位置から半径方向に突出している。トラニオンジャーナル２６の外周面２８は球状である。各トラニオンジャーナル２６にローラアセンブリ３０が担持される。

ローラアセンブリ３０はローラ３２ところ４０からなり、ローラ３２は外輪１０のトラック溝１４内に収容される。ローラ３２の外周面３４はローラ案内面１６に適合する凸曲面である。トラニオンジャーナル２６の外周面２８とローラ３２との間に複数のころ４０が介在させてあり、ローラ３２はトラニオンジャーナル２６に対して回転自在である。すなわち、トラニオンジャーナル２６の外周面２８を内側軌道面とし、ローラ３２の内周面を外側軌道面として、これらの軌道面間にころ４０が転動自在に介在する。

図１５は、外輪１０の軸線に垂直な平面内でのローラの傾き（図１５（Ｂ）参照）を抑制するようにした実施例を示す。図１５（Ａ）に示すように、ローラ３２のトルク負荷面直近に、外周面３４から側面にかけてテーパ面３３を形成し、一方、それに対向させて、トラック溝１４の継手軸心側の端部にガイド１５が設けてある。図１５（Ｂ）に示すようにローラ３２が傾くと、ガイド１５がテーパ面３３を受け止めてローラ３２のそれ以上の傾きを阻止する。ガイド１５を設ける位置に関しては、ローラ３２が傾いたときに、先にテーパ面３３とガイド１５を接触させてローラ３２の傾きを制限し、ローラ３２の反対側（図１５（Ｂ）の左側）が外輪１０のつば部１７と接触しないように、設定するのが望ましい。

次に、図１〜５に示す実施例について述べる。
上でトラニオンジャーナル２６の外周面２８は球状であると述べたが、これには真球面のほか、擬似球面と呼べるような厳密には真球ではないものも含まれる。この実施例では、外周面２８の母線を、軸線から遠ざかる方向にオフセットさせた位置に曲率中心をもった半径Ｒ（図１）の円弧としてある。

ローラ３２は外輪１０のトラック溝１４に収容され、トラック溝１４に沿って外輪１０の軸線方向に移動可能である。その際、ローラ３２の外周面３４は外輪１０のローラ案内面１６によってガイドされ、トラック溝１４と平行に転動する。したがって、摩擦抵抗が減少して誘起スラストが減少し、当該トリポード型等速自在継手を搭載した車両のシャダー現象が低減する。

ローラ３２の内周面３６は、トラニオンジャーナル２６の外周面２８の母線と同じ曲率半径の凸円弧を母線とする円環の一部をなしている。トラニオンジャーナル２６の外周面２８とローラ３２の内周面３６との間に、それらと同じ曲率をもつ鼓形のころ４０が、円周上に配列してある。この場合、ころ４０とトラニオンジャーナル２６の外周面２８、ころ４０とローラ３２の内周面３６が、それぞれ線接触となり、低い面圧を確保することができる。

トリポード型等速自在継手が作動角をとると、図３に示すように、ころ４０とトラニオン２０の中心が継手軸心側に移動し、ローラ３２の内周面３８に沿わせたころ４０の内接円径が拡大する。そのため、ころ４０の内接円径とトラニオンジャーナル２６の外周面２８との間にすきま（ラジアルがた）が発生する。しかし、トラニオンジャーナル２６の外周面２８を太鼓状とし、言い換えれば母線の曲率半径を真円の場合よりも大きくし、対応するローラ３２の内周面３６の母線も同様に設定することにより、ローラ３２の内周面３６に沿ってころ４０が移動する際の内接円径の増加量が少なくなるため、大きな作動角をとったときの継手回転方向がたを抑制することができる。

このようにして、ローラ３２が外輪１０のトラック溝１４に平行に転がる低誘起スラスト性能すなわち車両のシャダー現象低減と、回転方向がたの低減とを両立させた、シンプルで低コストな構造のスライド式等速自在継手を提供することができる。

また、ころ４０をローラ３２の内周面３６に円周方向すきまをもって整列させ、ローラ３２の内周面上をすきま分だけ下側に移動させる（図３参照）。この状態では、ころ４０の上側端面がすきま詰めされて円周方向すきまがゼロとなり、ローラ３２の内周面３６に接したままそれ以上下に移動できない。この状態でのころ４０の継手軸心側端部の内接円径φＢ（図４）が、トラニオンジャーナル２６の外径φＡ（図５）よりわずかに小さくなるように設定することにより、トラニオンジャーナル２６にローラアセンブリを組み付ける際の嵌合態様が圧入となり、嵌合後は各部品間にすきまが存在して良好な作動性を確保でき、しかも簡単には外れない。

次に、転動体であるころ４０の製造方法について述べる。従来のトリポード型等速自在継手では針状ころを使用し、針状ころを研削加工で仕上げて、その形状および精度を確保している。これに対して、上述の鼓形のころ４０の場合、研削加工を廃止して低コスト化を図ることができる。すなわち、実施例のトリポード型等速自在継手の場合、その構造上、円周上のころ４０の自動整列機能があるため、研削加工で精度を出す必要がなく、研削を廃止することができる。ころの自動整列機能は、ローラ３２の内周面３６が凸円弧断面形状で、ころ４０の転動面４２が凹円弧断面形状となっていることに起因する。

図６を参照して説明するならば、ローラ３２の内周面３６上にころ４０が配置されてころ４０に荷重に加わると、ころ４０の回転方向に対して、ころ４０を常に垂直な方向に保とうとする力が働く。通常の針状ころを用いた総ころ型の軸受では、円周方向や軸方向にすきまがある場合、スキュー（ころの傾き）が発生して正確な回転運動が阻害される。しかし、ローラ３２ところ４０の組合せは、すきまがあっても、ころ４０の自動整列機能のためにスキューが発生しにくい構造であるため、若干のすきまであれば許容でき、針状ころを使用した従来のタイプよりもころ４０の高い仕上がり精度を必要としない。

ころ４０の加工方法の一例として旋削を挙げることができる。図７（Ａ）に示すように、円筒状の素材を旋削加工により鼓形に成形し、熱処理を施すことによって転動体として最適な材料組織および硬さにする。ここで、熱処理を施すことによってころ４０の寸法が若干変化するため、熱処理後にころ４０を全数寸法選別し、ローラ３２、ころ４０、トラニオンジャーナル２６を最適なすきまを持たせて組み合わせるようにする。

さらにころ表面の面粗度を向上させる必要がある場合には、熱処理後にバレル加工を施して面粗度を向上させることができる。

ころ４０の加工方法の他の例として転造を挙げることができる。図７（Ｂ）に示すように、円筒状の素材を転造加工により鼓形に成形する。旋削（切削）加工は材料の不要な部位を切りくずとして除去することにより目的の寸法や形状を得る加工方法であるが、転造加工では素材から完成形状までほぼ体積変化がないまま加工することができる。つまり、図７（Ａ）（Ｂ）を対比すれば明らかなように、転造の場合は素材をほぼ１００％利用できるため、経済的であり、低コスト化にもつながる。

転造後は熱処理を施すことによって転動体として最適な材料組織および硬さにする。また、熱処理を施すことによってころ４０の寸法が若干変化するため、熱処理後にころ４０を全数寸法選別し、ローラ３２、ころ４０、トラニオンジャーナル２６に最適なすきまを持たせて組み合わせるようにする。

次に、図８、図９、図１０に示す実施例は、ローラ３２の内周面の端部ところ４０の端部に互いに係合する当接面３８，４４（図１０Ｂ，１０Ｃ）を設けることにより、トラニオン２０とローラアセンブリ（３２，４０）が分解することを防止するようにしたものである。図１０（Ａ）に示すように、トラニオンジャーナル２６がローラ３２に対してトラニオン２０の軸心方向へ変位すると、ころ４０はローラ３２の内周面３６に沿って変位するが、ローラ３２の内周面３６の下端部に当接面３８があるため、この当接面３８にころ４０の当接面４４が当接し、ころ４０のそれ以上の変位が阻止される。

ころ４０の当接面４４の角度Ｃおよびローラ３２の当接面３８の角度Ｄは、１０°以上９０°以下であればよい。しかし、より強固に分解を防止するためには、角度Ｃ、Ｄは小さい方が好ましく、１０°以上４０°以下に設定するのが好ましい。当接面３８，４４は、少なくともころ４０およびローラ３２のトラニオン２０軸心側の端部に設ければ上述の作用が得られるが、図示した実施例のようにローラ３２の両端部に設けて対称形状とすることで、部品管理工数を削減することができる。

図１１に示すように、ころ４０をローラ３２の内周面３６に並べて当接面３８，４４どうしが当接する位置に整列させたときのころ４０の継手軸心側の内接円径φＢがトラニオンジャーナル２６の外径（最大径）φＡよりわずかに小さくなるように設定する。そうすることにより、トラニオンジャーナル２６にローラアセンブリ３２，４０を組み付けるとき、嵌合態様は圧入となり、嵌合後は各部品間にすきまが存在して良好な作動性が確保でき、しかも簡単には外れない。

図１２に示す実施例は、トラニオンジャーナル２６の軸端側から見た投影形状、言い換えれば軸線に垂直な投影形状を非真円としたものである。そして、ころ４０をローラ３２の内周面３６に並べて当接面３８，４４どうしが当接する位置に整列させたときのころ４０の継手軸心側の内接円径をφｄ（図１２（Ａ））、トルク伝達の際に負荷を受ける側（継手の軸線と直交する方向）の径をφＤ、負荷を受ける側と９０°方向（継手の軸線と平行な方向）の径をφＣとしたとき（図１２（Ｂ））、Ｃ＜ｄ＜Ｄとすることにより、トラニオンジャーナル２６にローラアセンブリ３０を圧入するときに、ローラ３２が弾性変形してＣ方向に縮径するとともにＤ方向に拡径するため、締めしろがある程度大きくても嵌合が可能である。また、トラニオンジャーナル２６の軸端側から見た投影形状を、符号θで示した負荷を受ける側の範囲では真円（の一部）とし、その他の範囲では径を漸次小さくして最小径φＣにつなげてもよい。範囲θを９０°以上とすることで、トラニオン２０の耐久性が向上する。

図１３に示す実施例は、外輪１０のローラ案内面１６の断面形状を変更することにより、ローラ３２の転がり抵抗を一層減少させて、さらに低振動性能と耐久性を改善したものである。具体的には、ローラ案内面１６の断面形状は、曲率半径Ｒがローラ３２の外周面３４の半径よりも小さい円弧を母線とする円環の一部をなしている。このような構成を採用することにより、継手が作動角をとった状態で回転すると、ローラ３２は外輪１０のローラ案内面１６上を転がり往復運動をするが、このとき、外輪１０の軸線を含む平面内でのローラ３２の傾き（図１４参照）は、トルク負荷時には偶力が発生して自動的に修正される。

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。 図１のトリポード型等速自在継手の縦断面図である。 図２の継手から外輪を除いたトリポードキットの縦断面図である。 （Ａ）はローラアセンブリの断面図、（Ｂ）はローラアセンブリの平面図、 （Ｃ）はローラアセンブリの底面図である。 トラニオンの平面図である。 （Ａ）はローラアセンブリの断面図、（Ｂ）はころの自動整列機能を説明するための図である。 （Ａ）は旋削によるころの加工方法を説明するための正面図、（Ｂ）は転造によるころの加工方法を説明するための正面図である。 別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。 図８のトリポード型等速自在継手の縦断面図である。 （Ａ）は図８の部分拡大図、（Ｂ）はローラの拡大断面図、（Ｃ）はころの拡大断面図である。 トラニオンジャーナルにローラアセンブリを組み付ける過程を示す図である。 （Ａ）はローラアセンブリの平面図、（Ｂ）はトラニオンの平面図である。 別の実施例を示すトリポード型等速自在継手の部分横断面図である。 傾いた状態のローラの部分斜視図である。 図１３と類似の部分横断面図であって、（Ａ）はローラアセンブリが正規の状態、（Ｂ）はローラアセンブリが傾いた状態を示す。 従来の技術を示すトリポード型等速自在継手の部分横断面図である。 従来の技術を示すトリポード型等速自在継手の部分横断面図である。 従来の技術を示す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
１５ ガイド
１６ ローラ案内面
１７ つば
１８ ステム部
２０ トラニオン（内側継手部材）
２２ ボス部
２４ セレーション孔
２６ トラニオンジャーナル
２８ 外周面
３０ ローラアセンブリ
３２ ローラ
３３ テーパ面
３４ 外周面
３６ 内周面
３８ 当接面
４０ ころ
４２ 転動面
４４ 当接面

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側継手部材と、円周方向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を有する内側継手部材と、各トラニオンジャーナルに回転自在に担持され前記トラック溝内に収容されたローラとを備え、
   トラニオンジャーナルの外周面の母線を、トラニオンジャーナルの中心線から遠方側にオフセットさせた位置に曲率中心をもった円弧とし、ローラの内周面形状をトラニオンジャーナルの母線と同じ曲率半径の凸円弧面とし、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にそれらと同じ曲率をもつ鼓形のころを配列してなり、
   ローラの外周面から側面にかけてテーパ面を形成し、前記トラック溝の継手軸心側の端部にガイドを設け、ローラが外側継手部材の軸線に対して垂直な平面内で傾いたとき前記ガイドが前記テーパ面を受け止めるようにしたトリポード型等速自在継手。
2. ローラの内周面の少なくとも継手軸心側の端部と、対応する側のころの端部とに、互いに当接し得る当接面を設けた請求項１のトリポード型等速自在継手。
3. 前記当接面の角度を１０°以上４０°以下とした請求項２のトリポード型等速自在継手。
4. トラニオンジャーナルの軸線に垂直な投影が非真円であって、継手の軸線と直交する方向の径φＤが最大で、継手の軸線と平行な方向の径φＣが最小で、組付けの際のころの内接円径をφｄとしたときφＣ＜φｄ＜φＤの関係が成立する請求項１から３のいずれか１項のトリポード型等速自在継手。
5. 前記最大径φＤの角度範囲の下限が９０°である請求項４のトリポード型等速自在継手。
6. ローラの外周面が、曲率半径がローラ直径の１／２より小さい円弧を母線とする円環の一部である請求項１から５のいずれか１項のトリポード型等速自在継手。

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