(57)【要約】【課題】トリポード型等速自在継手のハウジングについて、減肉により重量軽減を図るとともに、減肉に伴う強度低下を補う。【解決手段】トリポード型等速自在継手のハウジング10は、中心軸線と平行な３本の柱部12a、12b、12cを円周方向に等間隔に配置することにより、中心軸線と平行な３本のトラック溝14を形成し、前記柱部12a、12b、12cの外周にＦＲＰ層18を設けて接着剤により一体化させてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸線と平行な３本の柱部を円周方向に等間隔に配置することにより、中心軸線と平行な３本のトラック溝を形成し、前記柱部の外周にＦＲＰ層を設けた、トリポード型等速自在継手のハウジング。
【請求項２】
前記トラック溝は部分円筒面形状であって、前記トラック溝の側壁面と前記柱部の外周面との稜線部分に丸みをつけた請求項２のトリポード型等速自在継手のハウジング。
【請求項３】
前記ＦＲＰ層は、合成樹脂を含浸した炭素繊維をフィラメントワインディング法によりマンドレルに巻き付けて焼き固めることでパイプ状に成形したものを前記柱部の外周にはめ合わせて接着剤により一体化させたものである請求項１または２のトリポード型等速自在継手のハウジング。
【請求項４】
前記柱部の外周面を粗面にした請求項３のトリポード型等速自在継手。
【請求項５】
前記ＦＲＰ層は、合成樹脂を含浸した炭素繊維をフィラメントワインディング法により前記柱部の外周に直接巻き付けて焼き固めることで成形したものである請求項１または２のトリポード型等速自在継手の外輪。
【請求項６】
前記炭素繊維は、前記ハウジングの中心軸線方向に対して±５〜９０°の角度でらせん状に巻き付けてあり、互いに巻き付け角の異なった層状をなしている、請求項３、４または５のトリポード型等速自在継手のハウジング。
【請求項７】
前記ＦＲＰ層の内周面は円筒面形状で、前記柱部の外周面は部分円筒面形状である請求項１〜４、６のいずれか１項のトリポード型等速自在継手のハウジング。
【請求項８】
前記ＦＲＰ層の内周面および前記柱部の外周面に凹凸嵌合による回り止め機構を設けた請求項１〜４、６、７のいずれか１項のトリポード型等速自在継手のハウジング。
【請求項９】
前記回り止め機構は、前記ＦＲＰ層の内周面に形成した凸円弧状の部分と、前記柱部の外周面に形成した凹円弧状の部分とからなり、前記ＦＲＰ層は針状炭素繊維またはガラス繊維を含有させた樹脂材を用いて射出成形により成形してある、請求項８のトリポード型等速自在継手のハウジング。
【請求項１０】
前記柱部の端部外周に隆起部を形成した請求項１から９のいずれか１項のトリポード型等速自在継手のハウジング。
【請求項１１】
前記柱部の端部をかしめて前記ＦＲＰ層側に張り出させた請求項１から１０のいずれか１項のトリポード型等速自在継手のハウジング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はトリポード型等速自在継手のハウジングに関する。
【背景技術】
【０００２】
トリポード型等速自在継手は、外側継手部材の内部に内側継手部材を挿入し、両者間に転がり部材を介在させて、角度変位だけでなく軸方向変位（プランジング）も可能にしたしゅう動式等速自在継手の一種で、図１４および図１５に示すように、外側継手部材としてのハウジング１１０と、内側継手部材としてのトリポード２０と、転がり部材としてのローラアセンブリ３０を有する。
【０００３】
ハウジング１１０は、カップ部１１２とステム部とからなり、ステム部に形成したスプライン（またはセレーション、以下同じ）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。カップ部１１２はステム部とは反対側（図１５では左側）が開口したカップ状で、中心軸線と平行な３本のトラック溝１１４（図１４）が円周方向に等間隔に形成してある。
【０００４】
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に形成したスプライン孔２４で、図１５に二点鎖線で示してある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。トラニオン２６は、ボス２２の円周方向に等間隔に形成してあり、ボス２２の半径方向に突出している。各トラニオン２６にローラアセンブリ３０が回転可能に取り付けてある。
【０００５】
図１４から分かるとおり、ハウジング１１０のカップ部１１２の全周にわたって外壁が存在しており、その横断面輪郭は、図１４の場合、トラック溝１１４に対応する凸円弧状の部分と、トラック溝１１４とトラック溝１１４の間の凹円弧状の部分とが交互に現われる、言わば３弁の花冠状を呈している。
【０００６】
トリポード２０とローラアセンブリ３０を合わせてトリポードキットと呼ぶならば、このトリポードキットをカップ１１２内に挿入し、ローラアセンブリ３０をトラック溝１１４内に収容させる。トリポード型等速自在継手が作動角をとった状態で回転するとき、ローラアセンブリ３０はトラック溝１１４に沿って転がりながらカップ部１１２の中心軸線方向に往復移動する。
【０００７】
従来、種々のタイプのトリポード型等速自在継手が考案されており、車両からの要求に応じて、シングルローラタイプ、ダブルローラタイプを適宜選択している。近年、自動車には、環境保護および省エネルギーの観点から、軽量化の要求が益々高まってきており、構成部品の形状を最適化することで対応している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開平７−１０５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
トリポード型等速自在継手を含め、各種等速自在継手の材料は鋼であることが通例であり、軽量化を図るためには、可能な限り構成部品を減肉するしか手立てがなかった。このため、軽量化には限界があった。たとえば特許文献１では、図１４に関連して既に述べたように、カップ部１１２の外周面のうち、トラック溝１１４とトラック溝１１４の間の部分を凹円弧状に肉を除去することで軽量化を図っているが、カップ部１１２の強度の関係上、減肉には限界がある。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、構成される部品で重量軽減効果が大きいハウジングのカップ部について、減肉により重量軽減を図るとともに、減肉に伴う強度低下を補った構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、トリポード型等速自在継手を構成する部品のうち重量軽減効果が大きいハウジングについて、部分的に減肉するとともにその部分を繊維強化樹脂（ＦＲＰ）に置き換えることによって課題を解決した。すなわち、この発明のトリポード型等速自在継手のハウジングは、中心軸線と平行な３本の柱部を円周方向に等間隔に配置することにより、中心軸線と平行な３本のトラック溝を形成し、前記柱部の外周にＦＲＰ層を設けたことを特徴とするものである。これにより、重量を軽減するとともに、それに伴う強度低下を補う構造体としてのハウジングを提供する。
【００１２】
前記トラック溝は部分円筒面形状であって、前記トラック溝の側壁面と前記柱部の外周面との稜線部分に丸みをつけるのが好ましい（請求項２）。この稜線部分が鋭いナイフエッジ状になっていると、ＦＲＰ層に食い込んでＦＲＰ層を傷付けるおそれがあるため、強度、耐久性上問題である。ハウジングの鍛造の過程で丸みを付けてもよく、あるいは、鍛造後に機械加工で丸みを付けてもよい。
【００１３】
前記ＦＲＰ層の具体的態様は、合成樹脂を含浸した炭素繊維をフィラメントワインディング法によりマンドレルに巻き付けて焼き固めることでパイプ状に成形したものを前記柱部の外周にはめ合わせて接着剤により一体化させたものとすることができる（請求項３）。この場合、前記柱部の外周面を粗面にしてもよい（請求項４）。柱部の外周面を粗面にすることで、接着剤が介在する面の表面積を増やし、ＦＲＰ層と柱部との密着性を高めることができる。その目的が表面積の拡大にあることから、粗面の具体的な態様を例示するならば、当該表面に微小な凹凸をランダムに、あるいは一定のパターンで、分散させたものが挙げられる。一定のパターンで分散させる場合でも、回り止めを目的とした凹凸嵌合と違って方向性は問わない。したがって、この粗面化のために採用し得る加工方法としては、たとえばショットブラストやローレット加工が挙げられる。
【００１４】
あるいは、前記ＦＲＰ層は、合成樹脂を含浸した炭素繊維をフィラメントワインディング法により前記柱部の外周に直接巻き付けて焼き固めることで成形したものとすることができる（請求項５）。
【００１５】
前記炭素繊維は、前記ハウジングの中心軸線方向に対して±５〜９０°の角度でらせん状に巻き付けてあり、互いに巻き付け角の異なった層状をなしているのが好ましい（請求項６）。炭素繊維は強度に異方性があり、巻き方により強度が異なる。基本的に、引っ張られる側については大きな角度（９０°付近）で巻き、捩れに対しては４５°付近で巻く。また、カップ部の長さによっては、４５°に対して更に小さい角度で巻く必要があることから、±５〜９０°の範囲が好適である。
【００１６】
前記ＦＲＰ層の内周面および前記柱部の外周面は種々の形状とすることができる。たとえば、前記ＦＲＰ層の内周面は円筒面形状、前記柱部の外周面は部分円筒面形状とすることができる（請求項７）。
【００１７】
前記ＦＲＰ層の内周面および前記柱部の外周面に凹凸嵌合による回り止め機構を設けることができる（請求項８）。とくに、これらの面が（部分）円筒面形状の場合には回り止め機構を設けるのが好ましい。
【００１８】
前記回り止め機構は、前記柱部と前記ＦＲＰ層を相対回転不能にするもので、たとえば、前記柱部の外周面に凹円弧状の部分を形成し、前記ＦＲＰ層の内周面に凸円弧状の部分を形成し、両者をはめ合わせる。この場合、前記ＦＲＰ層は針状炭素繊維またはガラス繊維を含有させた樹脂を用いて射出成形により成形する（請求項９）。
凹円弧状の部分と凸円弧状の部分の組み合わせからなる回り止め機構は、回り止めの機能上は少なくとも１つ設ければよいが、製造上の都合や回転バランスなどを考慮して３つの柱部にそれぞれ設けてもよい。
【００１９】
前記柱部から前記ＦＲＰ層が抜け出して両者が分離するのを防止するため、前記柱部の端部外周に隆起部を形成してもよい（請求項１０）。
【００２０】
同様に、前記柱部から前記ＦＲＰ層が抜け出して両者が分離するのを防止するため、前記柱部の端部をかしめて前記ＦＲＰ層側に張り出させてもよい（請求項１１）。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、トリポード型等速自在継手のハウジングの外周を部分的に、金属材料と同等以上の機械的性質をもち、かつ、金属材料よりも軽量なＦＲＰの層に置換することで、従来品と同等の強度を有しながらも、より軽量のハウジングを得ることができる。したがって、当該ハウジングを使用することにより、トリポード型等速自在継手全体の重量軽減に寄与することができる。トラック溝の外径側を開放させただけでなく、トラック溝とトラック溝の間の部分の外周部分をＦＲＰ層で置換したことにより、図１４に示した従来の技術に比べてハウジング全体として重量軽減が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１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２】（Ａ）は図１のトリポード型等速自在継手の縦断面図、（Ｂ）は図２（Ａ）の部分拡大図で変形例を示す。
【図３】図１（Ａ）の丸で囲んだ部分の拡大図である。
【図４】第２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５】図４のトリポード型等速自在継手の縦断面図である。
【図６】第３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７】図６のトリポード型等速自在継手の縦断面図である。
【図８】第４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９】図８のトリポード型等速自在継手の縦断面図である。
【図１０】第５実施例を示すトリポード型等速自在継手の図であって、中心線の左側は図１１のＺ矢視図、右側は図１１のＸ−Ｘ断面に相当する。
【図１１】図１０のトリポード型等速自在継手の縦断面図である。
【図１２】第６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１３】（Ａ）は図１２のトリポード型等速自在継手の縦断面図、（Ｂ）は図１３（Ａ）の丸で囲んだ部分の拡大図である。
【図１４】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。
【図１５】図１４のトリポード型等速自在継手の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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、トリポード型等速自在継手の基本的構成について述べる。
【００２４】
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ハウジング１０と、内側継手部材としてのトリポード２０と、転がり部材としてのローラアセンブリ３０を有し、ハウジング１０とトリポード２０とは角度変位と軸方向変位が可能である（しゅう動式等速自在継手）。なお、図１４および図１５を参照して既に述べた従来のトリポード型等速自在継手の部品または部分と同じ部品または部分には同じ符号を用いることとする。
【００２５】
ハウジング１０はカップ部１２と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。カップ部１２は一端で開口したカップ状で、内部に中心軸線と平行な３本のトラック溝１４が円周方向に等間隔に形成してある。各トラック溝１４の両側の側壁はローラ案内面１６となる。
【００２６】
トリポード２０は、ボス２２とトラニオン２６とからなり、ボス２２の軸心部に形成したスプライン孔２４で、二点鎖線で示す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本のトラニオンがボス２２の円周方向に等間隔に配置してあり、ボス２２から半径方向に突出している。トラニオン２６には部分球面状のジャーナル２８が形成してある。
【００２７】
各トラニオン２６にローラアセンブリ３０が取り付けてある。ローラアセンブリ３０は、リング３２とローラ３６と複数の針状ころ３４を含み、リング３２とローラ３６は針状ころ３４を介して相対回転自在の関係にある。リング３２は円筒形の内周面でトラニオンジャーナル２８とはまりあう。リング３２の円筒形の外周面がニードルローラ３４の内側軌道となり、ローラ３６の円筒形の内周面がニードルローラ３４の外側軌道となる。ローラ３６の外周面は凸球面状である。ローラ３６の内周面の端部に止め輪３８を装着して、リング３２および針状ころ３４の脱落を防止している。
【００２８】
ハウジング１０のカップ部１２にトリポードキット（トリポード２０、ローラアセンブリ３０）を挿入し、ローラアセンブリ３０をカップ部１２のトラック溝１４に収容させることで、トリポード型等速自在継手が組み立てられる。ローラ３６の外周面とカップ部１２のローラ案内面１６とは互いに対応する断面形状である。ローラ３６は、ローラ案内面１６上を転動しながら、カップ部１２の中心軸線方向に移動可能である。トリポード型等速自在継手がトルクを伝達しながら回転すると、ジャーナル２８が円弧運動をし、ローラアセンブリ３０はハウジング１０の中心軸線方向に往復移動することになる。
【００２９】
図１および図２に示すように、ハウジング１０のカップ部１２は、３本の柱部１２ａ〜１２ｃとＦＲＰ層１８とからなる。柱部１２ａ〜１２ｃは鋼製で、鍛造で成形した後、熱処理、機械加工を施して仕上げる。柱部１２ａ〜１２ｃは、カップ部１２の中心軸線と平行で、円周方向に等間隔に配置してある。図２（Ａ）から分かるように、同図の右側の端部ですべての柱部１２ａ〜１２ｃが円盤状の部分に結合して一体化し、さらにそこから前記ステム部が一体的に形成してある。
【００３０】
柱部１２ａ〜１２ｃの、相互に一体化した部分を基端部とすれば、その反対側（図２（Ａ）の左側）は自由端で、従来のハウジング１１０（図１５参照）における開口端部に相当する。隣り合った１対の柱部の間すなわち、柱部１２ａと柱部１２ｂの間、柱部１２ｂと柱部１２ｃの間、柱部１２ｃと柱部１２ａの間には、トラック溝１４が形成され、トラック溝１４の側壁がローラ案内面１６となる。トラック溝１４はカップ部１２の中心軸線と平行で、カップ部１２の開口端部側と、カップ部１２の外径側で開放している。
【００３１】
各柱部１２ａ〜１２ｃの外周面は部分円筒面状で、横断面形状は円弧状である。したがって、円周方向に不連続の３本の柱部１２ａ〜１２ｃによってカップ部１２の部分円筒面状の外周面が規定される。図２（Ａ）では、一方で柱部１２ａ〜１２ｃの基端部を一体化し、他方でステム部を一体的に形成した円盤状の部分が存在し、その部分の外周面は柱部１２ａ〜１２ｃの外周面と同径である。図２（Ｂ）に示すように、円盤状の部分の外周面と柱部１２ａ〜１２ｃの外周面との間に段差を設けてもよい。
【００３２】
柱部１２ａ〜１２ｃ外周に円筒状またはパイプ状のＦＲＰ層１８が存在し、このＦＲＰ層１８によってカップ部１２の最外周部分が構成されている。この実施例では、ＦＲＰ層１８は、あらかじめ円筒状またはパイプ状に成形したものを使用する。すなわち、ＦＲＰ層１８は、合成樹脂を含浸した炭素繊維またはガラス繊維を、フィラメントワインディング法により円筒状マンドレルに巻き付け焼き固めることで成形するか、あるいは、射出成形する。このようにして成形された円筒状ＦＲＰ部材を、柱部１２ａ〜１２ｃの外周に接着剤を介してはまり合わせて固定する。
【００３３】
上述のように段差を設けた場合（図２（Ｂ）参照）、ＦＲＰ部材の軸方向の位置決めが容易となる。また、柱部１２ａ〜１２ｃの外周面を粗面にすることにより、接着剤が介在する面の表面積を増やし、ＦＲＰ層と柱部との密着性を高めることができる。そのような粗面化のための加工方法の具体例としては、ショットブラストやローレット加工を挙げることができる。
【００３４】
ハウジング１０のカップ部１２の強度は、主に外周面周方向に働く引張り力が支配的になることから、この部位を金属材料と同等の機械的性質をもったＦＲＰで構成することで、軽量かつ高強度なハウジング１０を得ることができる。
【００３５】
炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を採用する場合の繊維配向角は、カップ部１２の軸線方向に対して±５〜９０°で、らせん状に巻き角の異なった層状になるよう、所定の肉厚になるまで巻く。炭素繊維は強度に異方性があり、巻き方により強度が異なる。基本的に、引っ張られる側については大きな角度（９０°付近）で巻き、捩れに対しては４５°付近で巻く。また、カップ部の長さによっては、４５°に対して更に小さい角度で巻く必要があることから、±５〜９０°の範囲が好適である。
【００３６】
図３に示すように、トルク負荷時におけるＦＲＰ層１８に対する食い込み対策として、柱部１２ａ〜１２ｃの外周面と側壁面すなわちローラ案内面１６との稜線部分に丸みを付けるのが好ましい。この丸み付けは、ハウジング１０の鍛造成形の過程に同時に実施してもよく、あるいは、その後の機械加工により行なってもよい。
【００３７】
図４および図５に示す実施例は、柱部１２ａ〜１２ｃの外周面の断面形状を中央部の平坦面と両端部の円弧面との組み合わせとすることで、ＦＲＰ層１８を異形の断面形状としたものである。柱部１２ａ〜１２ｃの外周面とＦＲＰ層１８の内周面が異形の断面形状となるため、ハウジング１０のカップ部１２を構成する柱部１２ａ〜１２ｃとＦＲＰ層１８の回転方向におけるずれを防止することができる。ここで異形とは、円形以外の形状を意味する。
【００３８】
柱部１２ａ〜１２ｃの外周面とＦＲＰ層１８の内周面を異形の断面形状とする場合、あらかじめ円筒または略円筒状に成形したＦＲＰ層１８を、柱部１２ａ〜１２ｃにはまり合わせるほか、図６および図７に示すように、樹脂を含浸させた繊維を所定の角度で層状に巻き付けることにより、柱部１２ａ〜１２ｃの外周に直接、ＦＲＰ層１８を形成するようにしてもよい。
【００３９】
図８および図９に示す実施例は、柱部１２ａ〜１２ｃの外周面にハウジング１０の中心軸線と平行な凹円弧形状の溝を設け、ＦＲＰ層１８の内周面に中心軸線と平行な凸円弧形状の突起を設け、互いにはめ合わせたものである（凹凸嵌合）。これにより、柱部１２ａ〜１２ｃとＦＲＰ層１８が相対回転不能となるため、回転方向での位置ずれを防止することができる。この場合、ＦＲＰ層１８は、針状炭素繊維またはガラス繊維を含有させた樹脂材料を用いて射出成形により成形する。図８では、記号３−Ｒから分かるように、各柱部に凹円弧形状の溝を設け、ＦＲＰ層１８に３本の凸円弧形状の突起を設けた例が示してあるが、回り止めの機能上は少なくとも１組の凹凸嵌合があればよい。また、一つの柱に設ける溝の数は図示例のように１本に限らず、２本以上とすることも可能である。さらに、凹凸嵌合を構成する溝と突起の断面形状も、図８に例示した円弧形状に限らず、他の任意の適当な形状を採用することも可能である。
【００４０】
図１０および図１１に示す実施例は、柱部１２ａ〜１２ｃの自由端部を相互に連結したもので、これにより、カップ部１２の剛性が高まり、ハウジング１０の強度が向上する。また、柱部１２ａ〜１２ｃを相互に連結するための手段として、柱部１２ａ〜１２ｃの自由端部に全周にわたり外径側に突出した隆起部を設けることで、ＦＲＰ層１８の抜け出しを防止することができる。この実施例では、あらかじめ成形したパイプ状のＦＲＰ層１８を使用する場合、ステム部側（図１１の右側）から柱部１２ａ〜１２ｃの外周にはめていき、上記の隆起部に当てることによって位置決めをする。
【００４１】
図１２および図１３に示す実施例は、接着剤を用いないで、柱部１２ａ〜１２ｃとＦＲＰ層１８を圧入（タイトフィット）するようにしたものである。鋼製の柱部１２ａ〜１２ｃとＦＲＰ層１８とでは線膨張係数が異なることから、使用温度状況によっては所定の圧入代が得られなくなる可能性がある。そこで、両者が分離してＦＲＰ層１８が抜け出ないよう、図１３（Ｂ）に示すように、柱部１２ａ〜１２ｃの端面をかしめて外径側、すなわちＦＲＰ層１８側に張り出させるようにしてもよい。なお、このかしめ形態は、図４および図５の実施例、図８および図９の実施例にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  ハウジング
１２  カップ部
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  柱部
１４  トラック溝
１６  ローラ案内面
１８  ＦＲＰ層
２０  トリポード
２２  ボス
２４  スプライン孔
２６  トラニオン
２８  ジャーナル
３０  ローラアセンブリ
３２  リング
３４  針状ころ
３６  ローラ
３８  止め輪
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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