(57)【要約】【課題】十字軸の各トラニオンの外周面においてころ軸受のころの軌道面となる領域の剥離寿命や曲げ疲労強度を向上させる。【解決手段】十字軸４は、複数列のころ軸受５Ａ〜５Ｄが外装される４つのトラニオン４１〜４４を有する。各トラニオン４１〜４４の端面に、中抜き穴４６が設けられている。この中抜き穴４６の底側領域４６ａは、球面形状に形成されている。この中抜き穴４６において球面形状の底側領域４６ａを除く開口側領域４６ｂの内径寸法は、中抜き穴４６の開口端縁へ向かうにつれて漸次大きく設定されている。中抜き穴４６の開口端縁から最深部までの深さがころの軸心方向長さの３０〜７０％に設定されている。このようなすり鉢形状の中抜き穴４６を設けることによって、十字軸４の各トラニオン４１〜４４の十分な強度を確保したうえで、各トラニオン４１〜４４の剛性を下げることができる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数列のころ軸受が外装されるトラニオンを４つ有する十字軸であって、
前記トラニオンの端面に中抜き穴が設けられており、
前記中抜き穴の底側領域が球面形状に形成されており、この中抜き穴において球面形状の底側領域を除く開口側領域の内径寸法が前記中抜き穴の開口端縁へ向かうにつれて漸次大きく設定され、前記中抜き穴の開口端縁から最深部までの深さが前記複数列のころの軸心方向総長さの３０〜７０％に設定されている、十字軸。
【請求項２】
請求項１の十字軸において、
前記各トラニオンの外周面に、その根元側から先端側に向けて順次縮径された複数のころ転動面が設けられている、十字軸。
【請求項３】
請求項１または２の十字軸において、
前記中抜き穴の開口端縁の内径寸法が、各トラニオンの先端における外径寸法の５０〜８０％に設定され、前記球面形状の底側領域の中心角が、１２０〜１６０度に設定され、前記球面形状の底側領域の曲率半径が、前記中抜き穴の開口端縁の内径寸法の５０％未満に設定される、十字軸。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の十字軸において、
前記十字軸は浸炭鋼よりなり、前記ころ転動面にローラバニシング加工が施されている、十字軸。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の十字軸と、十字軸の４つのトラニオンにそれぞれ装着される４つのころ軸受とを有する、十字軸継手。
【請求項６】
請求項５の十字軸継手において、前記ころの外周面の両端部に曲面のクラウニングが施されている、十字軸継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、十字軸ならびに十字軸継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、車両などのトルク伝達経路において、例えば非同軸状に設置されるか、あるいは非同軸状に傾き可能に設置される２つの回転軸を連結する場合に、十字軸継手が用いられる。
【０００３】
この十字軸継手では、トルク伝達時に十字軸のトラニオン先端側ころの接触面圧が大きくなりやすく、荷重が大きくなるところが破損することがある。ころの破損を考慮して、十字軸のトラニオン外周面ところ軸受の外輪カップとの間の環状空間に、ころを軸心方向隣り合わせに複数列配置した構成であって、各列のころの直径を、トラニオンの先端側から根元側へ配置されるものの順に大きくしている。これにより、トルク伝達時において各列のころに作用する接触面圧をほぼ均等にさせようとしている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
上記従来例では、トルク伝達時の荷重が大きくなればなるほど、各列のころの直径差を大きくする必要があるが、その場合、直径を小さくする列のころ群の径方向隙間が大きくなるために、当該ころ群がスキューしやすくなる。
【０００５】
また、十字軸のトラニオン端面に、略円錐台状の中抜き穴を設けて、トラニオンの曲げ剛性を下げるようにしている。この場合、トルク伝達時にトラニオンが撓むことで、トラニオン根元部への曲げ応力の偏りが軽減されるようにしたものがある（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−５１０７３号公報
【特許文献２】
実開昭６１−１４１８１９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、中抜き穴を大きくすると、トルク伝達時の荷重に対するトラニオンの強度が不足するおそれがある。ここに改良の余地がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の十字軸は、複数列のころ軸受が外装されるトラニオンを４つ有するもので、前記トラニオンの端面に中抜き穴が設けられており、前記中抜き穴の底側領域が球面形状に形成されており、この中抜き穴において球面形状の底側領域を除く開口側領域の内径寸法が前記中抜き穴の開口端縁へ向かうにつれて漸次大きく設定され、前記中抜き穴の開口端縁から最深部までの深さが前記複数列のころの軸心方向総長さの３０〜７０％に設定されている。
【０００９】
なお、上記中抜き穴の底側領域とは、中抜き穴において、十字軸の中心側に位置する領域を指す。また、上記中抜き穴の開口側領域とは、十字軸のトラニオン先端側の領域を指す。
【００１０】
上記構成では、十字軸の各トラニオンの先端側に中抜き穴を設けることによって、各トラニオンの先端側に存在する円筒部分の厚みが先端に向けて漸次薄肉になっている。これにより、トルク伝達時において各トラニオンがその付け根側から全体的に撓むことができる。このような撓みにより、トルク伝達時においてトラニオンの外周面に対してころがほぼ均等に接触されるようになって、ころのエッジへの接触面圧集中が抑制される。したがって、十字軸の各トラニオンの外周面においてころ軸受のころの軌道面となる領域の剥離寿命や曲げ疲労強度を向上させることが可能となる。また、トラニオン根元部に作用する曲げモーメントも小さくなり、曲げ応力も小さくなる。
【００１１】
なお、上記構成において、前記各トラニオンの外周面に、その根元側から先端側に向けて順次縮径された複数のころ転動面を設けることができる。この場合、トルク伝達時において、各列のころに対して作用する荷重分布を均等にするうえで有利となるとともに、ころのスキューを防止するうえで有利となる。
【００１２】
また、上記構成において、前記中抜き穴の開口端縁の内径寸法を、各トラニオンの先端における外径寸法の５０〜８０％に設定し、前記球面形状の底側領域の中心角を、１２０〜１６０度に設定し、さらに、前記球面形状の底側領域の曲率半径を、前記中抜き穴の開口端縁の内径寸法の５０％未満に設定することができる。このように中抜き穴の寸法関係を特定すれば、トラニオンの強度と剛性の関係を適正にできるようになる。
【００１３】
また、上記構成において、前記十字軸を浸炭鋼とし、前記ころ転動面にローラバニシング加工を施すことができる。この場合、ローラバニシング加工によってころ転動面に残留圧縮応力が生じるとともに、その表面粗さが向上する点と相まってころ転動面の疲労強度を高めることができる。
【００１４】
本発明の十字軸継手は、上記構成の十字軸と、十字軸の４つのトラニオンにそれぞれ装着される４つのころ軸受とを有する。この場合、上述した特徴を有する十字軸を備える構成であるから、十字軸継手の耐久性、信頼性が向上するようになる。
【００１５】
上記十字軸継手において、前記ころの外周面の両端部に曲面のクラウニングを施したものとすることができる。この場合、ころの軸方向両端部でのエッジへの接触面圧の集中をさらに抑制し、ころの転動面となる領域の剥離寿命や曲げ疲労強度を向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１から図３に本発明の一実施形態を示している。図中、１は十字軸継手である。この十字軸継手１は、同軸状に対向配置される第１回転軸２と第２回転軸３とをトルク伝達可能にかつ傾動可能に連結するものである。
【００１７】
十字軸継手１は、十字軸４と、４つのころ軸受５Ａ〜５Ｄを備える周知の構成である。十字軸４は、４つのトラニオン４１〜４４を有している。
【００１８】
４つのころ軸受５Ａ〜５Ｄは、いずれも全く同じ構成の針状ころ軸受と呼ばれるものが用いられており、複数の針状ころ６と、スラストブッシュ７と、外輪カップ８とを備えている。なお、図示していないが、ころ軸受５Ａ〜５Ｄの外輪カップ８と十字軸４のトラニオン４１〜４４との間に密封装置を付設することにより、ころ軸受５Ａ〜５Ｄの内部にグリースなどの潤滑剤が封入されるようになっている。
【００１９】
上記十字軸４において１８０度対向する２つのトラニオン４１，４３が、第１回転軸２の一方軸端に対してころ軸受５Ａ，５Ｂを介して取り付けられる。また、十字軸４の残り１８０度対向する２つのトラニオン４２，４４が、第２回転軸３の一方軸端に対してころ軸受５Ｃ，５Ｄを介して取り付けられる。
【００２０】
なお、上記各ころ軸受５Ａ〜５Ｄの外輪カップ８は、ボルト９などを介して両回転軸２，３に対して取り付けられる。この外輪カップ８の取り付けは、特に限定されず、一般的に周知の方法により行うものすべてが本発明に含まれる。また、この外輪カップ８には、その内部にグリースを注入するためのグリースニップル１０が取り付けられている。
【００２１】
この実施形態では、上記十字軸４の各トラニオン４１〜４４の形状を工夫しているので、以下で説明する。
【００２２】
まず、ころ軸受５Ａ〜５Ｄのころ６は、軸心方向隣り合わせに３列に配置されている。十字軸４の各トラニオン４１〜４４の外周面には、その根元側から先端側に向けて外径Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３と３段階で順次小さく設定された大、中、小のころ転動面４５ａ，４５ｂ，４５ｃが形成されている。この各トラニオン４１〜４４の各ころ転動面４５ａ〜４５ｃが、３列で配置される。これにより、ころ６の径方向隙間が、トラニオン４１〜４４の根元側から先端側に向けて順次大きくなる。このトラニオン４１〜４４の各ころ転動面４５ａ〜４５ｃ相互の外径差は、ころ６の直径寸法ｄの０．００１〜０．００５倍に設定される。図では、トラニオン４１〜４４の各ころ転動面４５ａ〜４５ｃの外径差を誇張して示している。このようにしていれば、トルク伝達時において、各列のころ６に対して作用する接触面圧分布を均等にするうえで有利となるとともに、ころ６のスキューを防止するうえで有利となる。
【００２３】
これに加えて、各トラニオン４１〜４４にすり鉢形状の中抜き穴４６を設けている。この中抜き穴４６は、各トラニオン４１〜４４の中心部分に、当該各トラニオン４１〜４４の端面に向けて開放されている。
【００２４】
この中抜き穴４６の底側領域４６ａは、球面形状に形成される。この中抜き穴４６において球面形状の底側領域４６ａを除く開口側領域４６ｂの内径寸法は、中抜き穴４６の開口端縁へ向かうにつれて漸次大きく設定される。この中抜き穴４６を設けることによって、十字軸４の各トラニオン４１〜４４の先端側に存在する円筒部分の厚みが先端に向けて漸次薄肉になっている。
【００２５】
ここで、上記中抜き穴４６については、下記▲１▼〜▲５▼の条件を満たすように設定される。
【００２６】
▲１▼  上記中抜き穴４６の開口側端縁から最深部までの深さＬ１は、軸心方向三列に配置するころ６の軸心方向総長さＬ０の３０〜７０％、好ましくは５０〜６０％に設定される。
【００２７】
▲２▼  上記中抜き穴４６の開口端縁の内径寸法Ｄ０は、各トラニオン４１〜４４の先端における外径寸法Ｄ３の５０〜８０％、好ましくは６０〜７０％に設定される。
【００２８】
▲３▼  上記中抜き穴４６における球面形状の底側領域４６ａの中心角αは、１２０〜１６０度、好ましくは１３０〜１５０度に設定される。
【００２９】
▲４▼  上記中抜き穴４６において球面形状の底側領域４６ａの曲率半径ｒは、前記中抜き穴４６における開口端縁の内径寸法Ｄ０の５０％未満に設定される。
【００３０】
▲５▼  上記中抜き穴４６の開口側領域４６ｂは、テーパ形状とされる。このテーパ形状の開口側領域４６ｂの角度βは、１０〜３０度、好ましくは１５〜２５度に設定される。
【００３１】
ところで、上記▲５▼に関しては、中抜き穴４６の開口側領域４６ｂの形状を、その内径寸法が中抜き穴４６の開口端縁へ向かうにつれて漸次大きくなる曲面形状とすることができる。
【００３２】
上記▲１▼〜▲５▼の条件を満たす中抜き穴４６を設ければ、十字軸４の各トラニオン４１〜４４の十分な強度を確保したうえで、各トラニオン４１〜４４における剛性を下げることができる。
【００３３】
なお、図３では、上記中抜き穴４６の底側領域４６ａの曲率中心Ｏを、トラニオン４１〜４４の先端よりも根元側へ所定量Ｌ２だけ入り込んだ位置に設定しているが、図４に示すように、トラニオン４１〜４４の先端と一致する位置に設定したり、あるいは図５に示すように、トラニオン４１〜４４の先端よりも所定量Ｌ２だけ飛び出した位置に設定したりすることができる。
【００３４】
詳しくは、上記構成の十字軸４では、トルク伝達時において各トラニオン４１〜４４の付け根側の曲面部分に対して最大曲げ応力が作用することになるので、各トラニオン４１〜４４が、その付け根側から全体的に撓むことができる。このように撓むことにより、トルク伝達時においてトラニオン４１〜４４の各ころ転動面４５ａ〜４５ｃに対して各列のころ６がほぼ均等に接触されるようになって、ころのエッジに対する接触面圧集中が抑制される。したがって、十字軸４のトラニオン４１〜４４における各ころ転動面４５ａ〜４５ｃの剥離寿命や曲げ疲労強度を向上させることが可能となる。
【００３５】
参考までに、トラニオン４１〜４４の中抜き穴４６の形状について、その開口側領域４６ｂをテーパ形状とせずに、底側領域４６ａから開口側領域４６ｂまでの全体を球面形状に形成した場合、最大曲げ応力がトラニオン４１〜４４の付け根側ではなく、中抜き穴４６を設けた転動面に作用するため、トラニオン４１〜４４の強度不足となる。
【００３６】
以上、要するに、ころ軸受５Ａ〜５Ｄに備える三列のころ６の軌道面となる十字軸４のトラニオン４１〜４４の外周面を先端へ向けて３段階に縮径する形状とすることにより、トルク伝達時において各列のころ６に対して作用する接触面圧分布をできるだけ均等化させるようにするとともに、ころ６のスキューを防止させるようにしている。それに加えて、十字軸４のトラニオン４１〜４４に上記特殊な中抜き穴４６を設けることにより、トルク伝達時においてトラニオン４１〜４４をその付け根から全体的に撓ませるようにしている。これらの相乗作用でもって、各列のころ６に対する接触面圧分布をほぼ均等にできるようになり、十字軸継手の耐久性ならびに信頼性向上に貢献できる。
【００３７】
ところで、上記十字軸４を浸炭鋼とし、十字軸４のころ転動面となるトラニオン４１〜４４の外周面にローラバニシング加工を施すことができる。この場合、ローラバニシング加工によってころ転動面に残留圧縮応力が生じるとともに、その表面粗さが向上する点と相まってころ転動面の疲労強度を高めることができる。
【００３８】
また、上記ころ６の外周面の両端部に、曲面のクラウニングを施したものとすることができる。この場合、ころ６の軸方向両端部でのエッジへの接触面圧の集中をさらに抑制し、ころ６の転動面となる領域の剥離寿命や曲げ疲労強度を向上させることができる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００４０】
（１）図６に示すように、十字軸４の中心から各トラニオン４１〜４４の中抜き穴４６の最深部に至る領域に、グリースをころ軸受５Ａ〜５Ｄに供給するとともにグリースを貯溜するための通路４７…を設けることができる。この各通路４７の一端は、個別に各トラニオン４１〜４４の各中抜き穴４６の底中央で開放されており、また、各通路４７の他端は、十字軸４の中心部分で１つになって当該十字軸４の中心部分の側方へ開放されている。この通路４７において十字軸４の中心部分の開口には、グリースを注入するためのグリースニップル１０が装着されている。図６では、図２において外輪カップ８に取り付けていたグリースニップルを無くしている。そして、上記グリースニップル１０からグリースガンなどによりグリースを注入することにより、各通路４７内にグリースが貯溜されるとともに、各ころ軸受５Ａ〜５Ｄに供給されるようになる。特に、各トラニオン４１〜４４の先端側に設けてある中抜き穴４６も、グリース溜まりとなるので、グリース貯溜量を多くできる。
【００４１】
（２）上記実施形態において、ころ軸受５Ａ〜５Ｄのころ６の列数は２列以上であればよい。例えばころ６を２列配置とする場合、十字軸４のトラニオン４１〜４４の外周面には、大小２つのころ転動面を設けることになるが、中抜き穴４６の寸法関係については上記実施形態と基本的に同じである。
【００４２】
（３）図７に示すように、トラニオン４１〜４４において、その軸心方向中央のころ転動面４５ｂの外径Ｄ２を根元側のころ転動面４５ａの外径Ｄ１と同じにすることによりトラニオン４１〜４４の外径を大小２段とし、トラニオン４１〜４４の根元側に配置するころ６の外径ｄ１より、軸心方向中央のころ６と先端側のころ６の外径ｄ２を小さくすることもできる。軸心方向中央のころ６の外径ｄ２と先端側のころ６の外径ｄ２は同じに設定されている。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の十字軸では、トルク伝達時において各トラニオンがその付け根側から全体的に撓むようにすることにより、各トラニオンの外周面においてころ軸受のころの軌道面となる領域の剥離寿命や曲げ疲労強度を向上させるようにしている。これにより、十字軸の耐久性、信頼性の向上に貢献できる。
【００４４】
また、本発明の十字軸継手は、上記十字軸を備える構成であるから、十字軸継手としての耐久性、信頼性の向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る十字軸継手を分解した斜視図
【図２】図１の十字軸継手を示す正面図
【図３】十字軸のトラニオンを示す断面図
【図４】トラニオンの中抜き穴の変形例で、図３に対応する図
【図５】トラニオンの中抜き穴の変形例で、図３に対応する図
【図６】十字軸の他の実施形態を示す平面図
【図７】トラニオンの他の実施形態を示す断面図
【符号の説明】
１      十字軸継手
２      第１回転軸
３      第２回転軸
４      十字軸
４１〜４４      十字軸のトラニオン
４６      トラニオンの中抜き穴
４６ａ    中抜き穴の底側領域
４６ｂ    中抜き穴の開口側領域
５Ａ〜５Ｄ    ころ軸受
６      ころ軸受の針状ころ
８      ころ軸受の外輪カップ
【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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