(57)【要約】【課題】  ローラ・アセンブリに玉軸受を使用したボールタイプのトリポード型等速自在継手において、誘起スラストが増大しない設計条件を見出す。【解決手段】  ローラ３４の内周に形成した外側軌道面３５ａ，３５ｂと、リング３２の外周に形成した内側軌道面３３ａ，３３ｂとの間にボール３６を介在させ、リング３２、ローラ３４およびボール３６で構成されるローラ・アセンブリのボール３６中心からローラ・アセンブリの接触角方向へ延ばした直線Ｎ1，Ｎ2が外側継手部材１０のローラ案内面１４と交差する２つの交点をＰ1、Ｐ2とし、外側継手部材１０のローラ案内面１４に接するローラ・アセンブリのローラ３４の球状外周面の中心をＣとし、外側継手部材のローラ案内面とローラ・アセンブリのローラ外周面との接触角をα1、α2とするとき、α1＋α2＞∠Ｐ1ＣＰ2の角度関係となるようにする。【選択図】  図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に向き合って配置された円筒状のローラ案内面を有する三つのトラック溝が形成された外側継手部材と、半径方向に突出した三つの脚軸を備えたトリポード部材と、前記トラック溝に挿入されたローラと、前記脚軸に外嵌して前記ローラを回転自在に支持するリングとを備え、前記ローラが前記ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸方向に移動可能なトリポード型等速自在継手において、前記ローラの内周に形成した外側軌道面と、前記リングの外周に形成した内側軌道面との間にボールを介在させ、前記リング、ローラおよびボールで構成されるローラ・アセンブリの前記ボール中心から前記ローラ・アセンブリの接触角方向へ延ばした直線が前記外側継手部材のローラ案内面と交差する２つの交点をＰ1、Ｐ2とし、前記外側継手部材のローラ案内面に接する前記ローラ・アセンブリのローラの球状外周面の中心をＣとし、外側継手部材のローラ案内面と前記ローラ・アセンブリのローラ外周面との接触角をα1、α2とするとき、α1＋α2＞∠Ｐ1ＣＰ2の関係を満足するようにしたことを特徴とするトリポード型等速自在継手。
【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に関する。
一般に、等速自在継手は駆動側と従動側の２軸を連結して２軸間に角度があっても等速で回転力を伝達することのできるユニバーサルジョイントの一種である。等速自在継手は固定式と摺動式があり、摺動式のものは継手のプランジングによって２軸間の相対的軸方向変位を可能にする。摺動式等速自在継手の一種としてトリポード型があり、このトリポード型は半径方向に突出した３本の脚軸を備えたトリポード部材を一方の軸に結合する。また、軸方向に延びる３つのトラック溝を備えた中空円筒状の外方継手部材を他方の軸に結合する。そして外方継手部材のトラック溝内にトリポード部材の脚軸を係合させてトルクの伝達を行う。
【背景技術】
【０００２】
トリポード型等速自在継手は、図１０のように、外側継手部材とトリポード部材とからなり、連結すべき二軸の一方が外側継手部材と接続され、他方がトリポード部材と接続される。外側継手部材１０は有底筒状で、内周に軸方向に延びる三本のトラック溝１２を有する。各トラック溝１２の円周方向で向かい合った側壁に円筒状のローラ案内面１４が形成される。トリポード部材２０は半径方向に突出した三本の脚軸２２を有し、各脚軸２２にローラ・アセンブリ（３２，３４，３６）が担持される。このローラ・アセンブリが外側継手部材１０のトラック溝１２内に収容される。
【０００３】
脚軸２２の外周面は、脚軸２２がローラ・アセンブリ（３２，３４，３６）に対し図１０紙面に垂直方向に揺動可能なように、長軸が継手の軸線に直交する楕円形状であり、縦断面では脚軸の軸線と平行なストレート形状である。
【０００４】
ローラ・アセンブリはリング３２とローラ３４とボール３６を含んでいる。脚軸２２に外嵌したリング３２は、内周面の縦断面が凸円弧形状となった円環状で、外周に二段の内側軌道面３３ａ，３３ｂを備える。ローラ３４はここでは二分割構造で、軸線に垂直な面で接した一対のローラ部分３４ａ，３４ｂで構成される。各ローラ部分３４ａ，３４ｂの外周面は、軸線から半径方向に離れた位置にある点を曲率中心とする球面の一部すなわち部分球面である。各ローラ部分３４ａ，３４ｂは内周に二段の外側軌道面３５ａ，３５ｂを備える。リング３２とローラ３４とは複数のボール３６を介してユニット化され、相対回転可能なローラ・アセンブリを構成する。すなわち、リング３２の外周の内側軌道面３３ａ，３３ｂと、ローラ３４の内周の外側軌道面３５ａ，３５ｂとの間に複列のボール３６ａ，３６ｂが転動自在に介在する。ボール３６は、できるだけ多くのボールを入れるために保持器のない、いわゆる「総玉状態」で組み込んでもいいし、保持器を使用して組み込んでもよい。
【０００５】
ローラ３４の外周面と接する外側継手部材１０のローラ案内面１４は、ローラ３４の外周面と適合する断面形状を有する。ここでは、ローラ案内面１４の断面形状はゴシック・アーチ形状であって、これにより、ローラ３４とローラ案内面１４とがアンギュラ・コンタクトをなす。図示は省略したが、球面状のローラ外周面に対してローラ案内面１４の断面形状をテーパ形状としても両者のアンギュラ・コンタクトが実現する。このようにローラ３４とローラ案内面１４とがアンギュラ・コンタクトをなす構成を採用することによって、ローラ３４が振れにくくなるため姿勢が安定する。なお、アンギュラ・コンタクトを採用しない場合には、たとえば、ローラ案内面１４を軸線が外側継手部材１０の軸線と平行な円筒面の一部で構成し、その断面形状をローラ３４の外周面の母線に対応する円弧とすることもできる。
【０００６】
従来のスライド式トリポード型等速自在継手には、転動体に図示例のようにボールを使用したものの他に総ころタイプの針状ころを使用したものがある。針状ころは、回転中のころのスキュー等により、転動体面にエッジロードなど偏荷重が作用しやすい。さらには内部のすきまや精度の関係によって接触状態が安定せず、球面ローラが傾いたりしてもエッジロードが作用する。また、構造上球面ローラの端部と脚軸や針状ころ抜止め用の止め輪との間で相対滑りも発生する。このため、最近のトリポード型等速自在継手では針状ころに代えてボールを使用するものが多くなりつつある（特許文献１〜５参照）。ボールを使用するものは作動角運転時でも針状ころのようにスキューやエッジロードの発生する虞がないため、ローラの回転は常に抵抗の少ない円滑なものとなる。その結果、ローラがトラック溝を外方継手部材の軸方向にスライド移動するときのスライド抵抗が一層低減し、外方継手部材とトリポード部材が作動角運転するときの誘起スラストも一層低減する。スライド抵抗と誘起スラストは、車体の振動や騒音の発生原因となり、自動車のＮＶＨ性能に影響を与え、車両の足回りの設計自由度を低くするため、できるだけ低減させることが望まれる。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２２７１２４
【特許文献２】特開２００１−２９５８５５
【特許文献３】特開２０００−２５７６４３
【特許文献４】特開２０００−３４６０８８
【特許文献５】特開２００２−３２３０６０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようにスライド抵抗と誘起スラストを一般的には低減可能なボールタイプのトリポード型等速自在継手ではあるが、ローラ・アセンブリに玉軸受を使用すると、内部設計仕様によっては、誘起スラストが却って増大し、ローラの姿勢も外側継手部材１０の溝に倣わなくなることが本発明者によって判明した。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ここで、ボールタイプのトリポード型等速自在継手の内部設計仕様と誘起スラストとの関係を分析した結果について、図１と図７に基づき説明する。図１はボールタイプのトリポード型等速自在継手の一部の断面であって、同図において、上下二列の各ボールの中心からボールの接触角方向に伸ばした直線Ｎ1，Ｎ2が、外側継手部材１０の円筒状に成形されたローラ外周面と交わる箇所を交点Ｐ1、Ｐ2とする。また、外側継手部材１０のローラ案内面１４に接するローラ・アセンブリの球状外周面の中心をＣ、外側継手部材１０のローラ案内面１４とローラ・アセンブリの球状ないし曲面状の外周面との接触角をα1，α2とする。なお、ローラ・アセンブリの外周面が球状外周面でなくトーラス面の場合、前記中心Ｃは、図１１のようにローラ・アセンブリの外周面の円弧断面の中心とする。この場合、パラメータ「ｆ」の値が球状外周面の場合よりも大きくなるだけであり、以下で説明する球状外周面の式をトーラス面の場合にも同様に適用できる。
【００１０】
図７は、図１に示すＤＦ（正面合わせ）型の複列アンギュラ玉軸受を適用した等速自在継手において、外側継手部材１０のローラ案内面１４と、ローラ・アセンブリの球状外周面との接触角α1，α2による誘起スラスト回転３次成分の影響の検討結果である。図７からわかるように、α1＋α2があるしきい値より小さくなると、急激に誘起スラストが増大することがわかった。
【００１１】
このことから、ローラ・アセンブリに適用したボールの接触角α01，α02と、外側継手部材１０のローラ案内面１４と、ローラ・アセンブリの球状または曲面状の外周面との接触角α1，α2との関係を適切にすることによって、常にローラ・アセンブリが外側継手部材１０の溝に倣い、誘起スラストを低減できることがわかる。
【００１２】
そのような適切な関係とは、ローラ・アセンブリのボール中心からローラ・アセンブリの接触角方向へ延ばした直線Ｎ1，Ｎ2が外側継手部材１０のローラ案内面と交差する２つの交点をＰ1、Ｐ2とし、外側継手部材１０のローラ案内面に接するローラ・アセンブリのローラの球状外周面の中心をＣとし、外側継手部材１０のローラ案内面とローラ・アセンブリのローラ外周面との接触角をα1、α2とするとき、α1＋α2＞∠Ｐ1ＣＰ2の関係を満足する関係である。
【００１３】
したがって、前記課題を解決するため本発明は、円周方向に向き合って配置された円筒状のローラ案内面を有する三つのトラック溝が形成された外側継手部材と、半径方向に突出した三つの脚軸を備えたトリポード部材と、前記トラック溝に挿入されたローラと、前記脚軸に外嵌して前記ローラを回転自在に支持するリングとを備え、前記ローラが前記ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸方向に移動可能なトリポード型等速自在継手において、前記ローラの内周に形成した外側軌道面と、前記リングの外周に形成した内側軌道面との間にボールを介在させ、前記リング、ローラおよびボールで構成されるローラ・アセンブリの前記ボール中心から前記ローラ・アセンブリの接触角方向へ延ばした直線が前記外側継手部材のローラ案内面と交差する２つの交点をＰ1、Ｐ2とし、前記外側継手部材のローラ案内面に接する前記ローラ・アセンブリのローラの球状外周面の中心をＣとし、外側継手部材のローラ案内面と前記ローラ・アセンブリのローラ外周面との接触角をα1、α2とするとき、α1＋α2＞∠Ｐ1ＣＰ2の関係を満足するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
ローラ・アセンブリに適用したボールの接触角と、外側継手部材の円筒状に成形されたローラ案内面に対するローラ・アセンブリの球状または曲面状の外周面の接触角との関係を適切に設定すると、ローラ・アセンブリの姿勢が、外側継手部材のローラ案内面に成形された溝に倣い、誘起スラストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明に係るトリポード型等速自在継手を図面に基づき説明する。本発明のトリポード型等速自在継手は、部品の種類ないし個数から見た場合、図１０に示す従来のトリポード型等速自在継手とまったく変わらない。従来にない本発明の特徴部分は、前述したように、α1＋α2と∠Ｐ1ＣＰ2の角度の大小関係である。α1＋α2＞∠Ｐ1ＣＰ2の関係を満足する場合に、ローラ・アセンブリの姿勢が安定して図８に示す傾き角が小さくなり、誘起スラストを低減できる。
【００１６】
図８は、外側継手部材１０のローラ案内面に対するローラ・アセンブリの傾き角を示したものである。図９は、図７の接触角αと誘起スラストとの関係を示すグラフで、縦軸の誘起スラストの回転３次成分をローラ・アセンブリの傾き角に置き換えたものである。
【００１７】
このように、外側継手部材１０の円筒状のローラ案内面に対するローラ・アセンブリの球状外周面の接触角が小さくなると、ローラ・アセンブリは大きく傾くことがわかる。したがって、誘起スラストの増大は、ローラ・アセンブリの傾きによって引き起こされると考えられる。
【００１８】
トリポード型等速自在継手は、脚軸の首振り運動とは関係なく、ローラ・アセンブリが外側継手部材１０のローラ案内面に倣うべく脚軸に自由度を持たせている。しかし、外側継手部材１０のローラ案内面とローラ・アセンブリ外周面との接触角が所定角度よりも小さいと、脚軸の首振り運動の影響でローラ・アセンブリに作用するモーメントにより、ローラ・アセンブリが傾斜すると考えられる。
【００１９】
ここで、前記「接触角」のしきい値に関係する要素としては、ローラ・アセンブリ内部のボール３６の接触角が関係していると考えられる。本発明者はこの推測に基づき、さらに以下の検討を行った。
【００２０】
図２において、ローラ・アセンブリが外側継手部材１０のローラ案内面１４から受ける力（モーメント）と、ローラ・アセンブリ内のボール３６から受ける力（モーメント）について検討する。ＤＦ（正面合わせ）型アンギュラ玉軸受の各ボール３６の中心Ｂ1から、接触角θ1方向へ伸ばした直線の方程式は、式：ｙ＝tanθ1（x−PCR1）＋w1で表される。また外輪継手部材のローラ案内面に接し、Ｃを中心として半径R1である円の方程式は、式：（ｘ−ｆ）2＋y2＝R12で表される。図２に示されるP1（Ｘｐ1、Ｙｐ1）は、前記２式で表される図形の交点である。よって２つの交点の座標は前記２式を連立方程式として解いて求めることが出来る。なお、図２〜図６で「ＰＣＲ1」は脚軸２２の中心からボール３６の中心までの距離を表す。
【００２１】
同様にP2（Ｘｐ2、Ｙｐ2）は、式：ｙ＝−ｔａｎθ2×（ｘ−ＰＣＲ2）−ｗ2と式：（ｘ−ｆ）2＋ｙ2＝Ｒ22によって求めることが出来る。
【００２２】
三点の座標、すなわち、P1（Ｘp1，Ｙp1）、Ｐ2（Ｘp2，Ｙp2）およびＣ（ｆ，０）より、∠Ｐ1ＣＰ2＝α01＋α02は次式で表される。
【数１】
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【００２３】
この式より求めた∠Ｐ1ＣＰ2＝α01＋α02を、図７および図９にプロットすると、両図の破線で示すように、しきい値として相関関係があることがわかった。したがって、誘起スラストを増大させないためには、α1＋α2＞∠Ｐ1ＣＰ2を満足する形状が重要である。
【００２４】
ローラ・アセンブリに適用する軸受形式には、図２の他、ＤＢ（背面合わせ）型の複列アンギュラ玉軸受（図３（ａ）、（ｂ））、複列深溝玉軸受（図４）、およびアンギュラ接触の単列玉軸受（図５）があるが、これら玉軸受を用いた場合の接触点Ｐ1、Ｐ2の計算式をそれぞれ以下に示す。
【００２５】
（１）ＤＢ（背面合わせ）型の複列アンギュラ玉軸受（図３（ａ））の場合
Ｐ1：ｙ＝−ｔａｎθ1×（ｘ−ＰＣＲ1）＋ｗ1，（ｘ−ｆ）2＋ｙ2＝Ｒ12
Ｐ2：ｙ＝ｔａｎθ2×（ｘ−ＰＣＲ2）−ｗ2，（ｘ−ｆ）2＋ｙ2＝Ｒ22
（２）ＤＢ（背面合わせ）型の複列アンギュラ玉軸受（図３（ｂ））の場合
Ｐ1：ｙ＝ｔａｎθ2×（ｘ−ＰＣＲ2）−ｗ2，（ｘ−ｆ）2＋ｙ2＝Ｒ12
Ｐ2：ｙ＝−ｔａｎθ1×（ｘ−ＰＣＲ1）＋ｗ1，（ｘ−ｆ）2＋ｙ2＝Ｒ22
（３）複列の深溝玉軸受（図４）の場合
Ｐ1：ｙ＝ｗ1，（ｘ−ｆ）2＋ｙ2＝Ｒ12
Ｐ2：ｙ＝−ｗ2，（ｘ−ｆ）2＋ｙ2＝Ｒ22
（４）アンギュラ接触の単列玉軸受（図５）の場合
Ｐ1：ｙ＝ｔａｎθ1×（ｘ−ＰＣＲ1），（ｘ−ｆ）2＋ｙ2＝Ｒ12
Ｐ2：ｙ＝−ｔａｎθ2×（ｘ−ＰＣＲ2），（ｘ−ｆ）2＋ｙ2＝Ｒ22
【００２６】
なお、図６のようにローラ・アセンブリに単列の深溝玉軸受を適用することも可能である。この場合、図６で示すとおり、α01＋α02＝０となるため、本発明の前述した条件式がα1＋α2＞０となる。しかしながら、実際の軸受には組隙間が存在するため、実際にはα01＋α02＝Δα≠０となり、α1＋α2＞Δαを設定条件とする必要がある。
【００２７】
本件は、先に検討した他形式の軸受を適用した等速自在継手と同様、隙間によって広がるΔαを考慮すると、α1＋α2＞∠Ｐ1ＣＰ2＋Δαという条件式に拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】トリポード型等速自在継手の各部品の配置を示す部分断面図。
【図２】ＤＦ（正面あわせ型）の複列アンギュラ玉軸受を適用した場合の部分断面図。
【図３】ＤＢ（背面合わせ）型の複列アンギュラ玉軸受を適用した場合の部分断面図であって、（ａ）はボール接触角が小さいとき、（ｂ）はボール接触角が大きいときの図。
【図４】複列の深溝玉軸受を適用した場合の部分断面図。
【図５】アンギュラ接触の単列玉軸受を適用した場合の部分断面図。
【図６】単列深溝玉軸受を適用した場合の部分断面図。
【図７】外側継手部材の円筒状の溝とローラ・アセンブリの球状外周面との接触角αと誘起スラストとの関係を示すグラフ図。
【図８】外側継手部材のローラ案内面の軸方向に対し傾斜した状態のローラ・アセンブリの平面図。
【図９】外側継手部材のローラ案内面に対するローラ・アセンブリの球状外周面の接触角αと、外側継手部材のローラ案内面の軸方向に対するローラ・アセンブリの傾斜度との関係グラフ図。
【図１０】従来のトリポード型等速自在継手の部分断面図。
【図１１】ローラ・アセンブリの外周面がトーラス面の場合の図１と同様の部分断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１０      外側継手部材
１２      トラック溝
１４      ローラ案内面
２０      トリポード部材
２２      脚軸
３２ リング
３３ａ，３３ｂ     内側軌道面
３４ ローラ
３４ａ，３４ｂ     ローラ部分
３５ａ，３５ｂ     外側軌道面
３６ ボール
３６ａ，３６ｂ     ボール
Ｃ   中心
α01，α02         ローラの接触角
α1，α2           ボールの接触角
【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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