(57)【要約】      （修正有）【課題】  等速自在継手の誘起スラストやスライド抵抗をより一層低減させる。【解決手段】３つのトラック溝１２が形成された外側継手部材１０と、半径方向に突出した３つの脚軸２２を備えたトリポード部材２０と、前記トラック溝１２に挿入されたローラ３４と、前記ローラ３４は前記ローラ案内面１４に沿って外側継手部材１０の軸方向に移動可能であり、前記リング３２の内周面は縦断面凸Ｒとなる円弧に形成され、かつ、横断面においては継手の軸線方向で前記リング３２の内周面との間にすきまを形成する楕円形とされた等速自在継手であって、前記リング内周面の縦断面凸Ｒの円弧曲率半径ｒと、前記脚軸横断面の楕円形の長軸半径をａ、短軸半径をｂとしたときの短軸長軸比ｂ／ａの２つの値で規定される、リング内周面と脚軸外周面との間の面圧を最小とする接触楕円の形状から、前記短軸長軸比ｂ／ａを不変のまま前記曲率半径ｒのみ小さくなるように変形した。【選択図】図５
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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ローラ案内面を有する３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３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、前記ローラは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であり、前記リングの内周面は縦断面凸Ｒとなる円弧に形成され、前記脚軸の外周面は、縦断面においてはストレート形状とされ、かつ、横断面においては、継手の軸線と直交する方向で前記リングの内周面と接触するとともに継手の軸線方向で前記リングの内周面との間にすきまを形成する楕円形とされた等速自在継手であって、前記リング内周面の縦断面凸Ｒの円弧曲率半径ｒと、前記脚軸横断面の楕円形の長軸半径をａ、短軸半径をｂとしたときの短軸長軸比ｂ／ａの２つの値で規定される、リング内周面と脚軸外周面との間の面圧を最小とする接触楕円の形状から、前記短軸長軸比ｂ／ａを不変のまま前記曲率半径ｒのみ小さくなるように変形したことを特徴とする等速自在継手。
【請求項２】
前記曲率半径ｒを１．９ａ〜２．５ａ、短軸長軸比ｂ／ａを０．８〜０．９としたことを特徴とする請求項１の等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や各種産業機械等の動力伝達装置に使用される等速自在継手に関し、特にトリポード型等速自在継手の誘起スラストの低振動領域を高角度側に広げたものである。
【背景技術】
【０００２】
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。この等速自在継手には固定型と摺動型があり、摺動型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。また、摺動型にはさらに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し、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側継手部材を他方の軸に結合し、外側継手部材のトラック溝内にトリポード部材の脚軸を収容してトルク伝達を行う。
【０００３】
このトリポード型等速自在継手において、ＮＶＨ（騒音、振動、乗り心地）低減を図るために、トラニオン脚軸に対するローラの傾動を自在とする機構を備えたトリポード型等速自在継手（以下、「ＰＴＪ」ということがある）が本願出願人によって提案されている（特許文献１、２参照）。
【０００４】
このＰＴＪは、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、外側継手部材１０とトリポード部材２０とからなり、連結すべき２軸の一方が外側継手部材１０と接続され、他方がトリポード部材２０と接続される。外側継手部材１０は内周面に軸方向に延びる３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は半径方向に突設した３本の脚軸２２を有し、各脚軸２２にはローラ３４が取り付けてあり、このローラ３４が外側継手部材１０のトラック溝１２内に収容される。ローラ３４の外周面はローラ案内面１４に適合する凸曲面である。ローラ３４の外周面は脚軸２２の軸線から半径方向に離れた位置に曲率中心を有する円弧を母線とする凸曲面であり、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。
【０００５】
脚軸２２の外周面２２ａに図２のようにリング３２が外嵌する。このリング３２とローラ３４とは複数の針状ころ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。脚軸２２の外周面２２ａは、縦断面で見ると図１（Ａ）（Ｂ）のように脚軸２２の軸線と平行なストレート形状である。また、脚軸２２を横断面で見ると図２（Ａ）および図３のように長軸が継手の軸線に直交する楕円形、すなわち、トリポード部材２０の軸方向で見た肉厚を減少させた楕円形である。言い換えれば、脚軸２２の断面形状は、トリポード部材の軸方向で互いに向き合った面が相互方向に、つまり、仮想円筒面よりも小径側に退避している。
【０００６】
リング３２の内周面３２ａは、図４（Ａ）（Ｂ）のように縦断面凸Ｒとなる円弧に形成される。すなわち、内周面３２ａの母線が半径ｒの凸円弧である。このことと、脚軸２２の横断面形状が上述のように楕円形であり、脚軸２２とリング３２との間には所定のすきまが設けてあることから、リング３２は脚軸２２の軸方向での移動が可能であるばかりでなく、脚軸２２に対して「首振り」揺動自在である。また、上述のとおりリング３２とローラ３４は針状ころ３６を介して相対回転自在にアセンブリ化されているため、脚軸２２に対し、リング３２とローラ３４がアセンブリとして首振り揺動可能な関係にある。ここで、「首振り」とは、脚軸２２の軸線とトリポード部材２０の軸線の２軸線を含む平面内で、リング３２およびローラ３４の軸線が脚軸２２の軸線に対して傾くことをいう（図１（Ｂ）参照）。
【０００７】
以上のような脚軸２２とリング３２の断面形状としたことにより、継手が作動角θをとったとき、ローラアセンブリの姿勢を変えることなく、脚軸２２が外側継手部材１０に対して傾くことができる。また、脚軸外周面２２ａとリング内周面３２ａとの接触楕円の面積が縮小し、巨視的にはほとんど点状かつ微視的には円形に近づくため、ローラアセンブリを傾けようとする摩擦モーメントが低減する。したがって、ローラアセンブリの姿勢が常に安定し、ローラがローラ案内面と平行に保持されるため円滑に転動することができる。これにより、スライド抵抗の低減ひいては誘起スラストの低減に寄与する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、ＰＴＪの脚軸外周面とリング内周面との当接面は接触楕円を成す。この接触楕円の面積と形状は、継手の誘起スラストやスライド抵抗に深く関与する。このため、従来から最適な接触楕円の面積や形状について研究が重ねられているが、いまだ満足のいく結果は得られていない状況にある。
【０００９】
接触楕円の形状は、脚軸２２の楕円断面の短軸長軸比ｂ／ａと、リング内周面の縦断面凸Ｒの円弧曲率半径ｒで規定される。これまでは、短軸長軸比ｂ／ａと曲率半径ｒの最適値として、接触面圧を最小にする値が推奨されてきた。しかし、接触面圧を最小にするｂ／ａとｒでは、所定の作動角まではローラアセンブリが外側継手部材のローラ案内面に対して傾斜することなく脚軸２２とローラアセンブリとが相対的に傾斜可能であるから、誘起スラストやスライド抵抗を低く抑えることができる。この所定の作動角を越えると前記接触楕円の干渉によってローラアセンブリが傾きだし、振動特性が悪くなってくることが判明した。このことから、単に、脚軸２２とローラアセンブリとが相対的に傾斜可能な角度を増大させても、接触面圧が増大するため振動特性が悪化し、ひいては耐久性が悪化する。
【００１０】
自動車のＮＶＨ問題は、継手の誘起スラストやスライド抵抗の大きさを小さくすることが解決のポイントである。一般に、継手の誘起スラストやスライド抵抗は作動角の大きさに依存する傾向がある。このため、自動車のドライブシャフトに適用する場合、作動角を大きくできないという設計上の制約につながる。したがって、自動車の足回り設計の自由度を高めるには、誘起スラストやスライド抵抗の低位安定化が課題であった。
【００１１】
本発明の目的は、ＰＴＪにおける脚軸とリング間の接触楕円の形状を最適化することにより、誘起スラストの一層の低減と低振動化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するため、請求項１の発明は、円周方向に向き合って配置されたローラ案内面を有する３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３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、前記ローラは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であり、前記リングの内周面は縦断面凸Ｒとなる円弧に形成され、前記脚軸の外周面は、縦断面においてはストレート形状とされ、かつ、横断面においては、継手の軸線と直交する方向で前記リングの内周面と接触するとともに継手の軸線方向で前記リングの内周面との間にすきまを形成する楕円形とされた等速自在継手であって、前記リング内周面の縦断面凸Ｒの円弧曲率半径ｒと、前記脚軸横断面の楕円形の長軸半径をａ、短軸半径をｂとしたときの短軸長軸比ｂ／ａの２つの値で規定される、リング内周面と脚軸外周面との間の面圧を最小とする接触楕円の形状から、前記短軸長軸比ｂ／ａを不変のまま前記曲率半径ｒのみ小さくなるように変形したことを特徴とする。
【００１３】
ＰＴＪにおいて、脚軸外周面とリング内周面との間の面圧を最小にするためには、特許文献１の段落［００１１］と［００２５］に記載のように、接触楕円をできるだけ円に近付けるのが望ましいとされてきた。従来の短軸長軸比ｂ／ａや曲率半径ｒの推奨値はこのような観点に基づいて決定されていた。
【００１４】
本願発明者は、接触楕円の形状を、今までの常識である「面圧最小」に拘泥することなく、脚軸の軸線方向長さに比べて脚軸の円周方向長さを相対的に少し延ばした形状とすることにより、誘起スラストないし振動を低いレベルに抑制したまま継手作動角を広げることが可能であることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、曲率半径ｒを１．９ａ〜２．５ａ、短軸長軸比ｂ／ａを０．８〜０．９としたことを特徴とする。短軸長軸比ｂ／ａの範囲は従来のＰＴＪと変わらない。本発明は短軸長軸比を従来のままにして、曲率半径ｒのみ小さくするもので、その範囲としては、１．９ａ〜２．５ａを採用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は前述の如く、接触楕円の形状をリング曲率半径ｒの単独減少で脚軸円周方向に少し延ばした形状とすることにより、誘起スラストを一定値以下に抑制して低振動領域を高角度側に拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係るトリポード型等速自在継手は、構造的には図１〜図４と同様である。したがって、図１〜図４に関する説明を本発明の実施形態の説明としてそのまま援用する。本発明の継手の新規な点は、図３に示す脚軸楕円断面の短軸長軸比ｂ／ａと、図４に示すリング内周面の縦断面凸Ｒの円弧曲率半径ｒの組合せにある。
【００１８】
ＰＴＪでは楕円断面の脚軸２２と内周凸Ｒのリング３２とが当接してトルクを伝達することから、両者間の面圧緩和を考慮する必要がある。この面圧緩和について特許文献１では、接触楕円の形状を、作動角１５度の場合、ｒ＝２．９ａ、ｂ／ａ＝０．８６の二式により規定している（特許文献１の表１参照）。作動角を１５度よりも高角側に広げて例えば１７度とした場合、特許文献１の面圧最小の考え方では、短軸長軸比ｂ／ａも曲率半径ｒも共に小さくしていくことになる。特許文献１の表１で、作動角２０度で、ｒ＝１．９９４ａ、ｂ／ａ＝０．８０６と規定する所以である。本願は曲率半径ｒのみ小さくすることで誘起スラストを低減する。曲率半径ｒのみ小さくすると、短軸長軸比ｂ／ａも同時に小さくする場合に比べて接触楕円の面積低減率は少なくなるから、高作動角での面圧上昇が緩和される。
【００１９】
機構解析ソフトを使用したシミュレーションの結果、曲率半径ｒと短軸長軸比ｂ／ａを共に小さくする場合と、短軸長軸比ｂ／ａのみ小さくする場合では、いずれも高角度域で誘起スラストが下がらなかったが、曲率半径のみ小さくする場合は、高角度域で誘起スラストが下がることが判明した。
【００２０】
図５はこの解析結果をまとめたものである。図中、従来例が特許文献１の表１で規定されている値である。比較例１は、従来例から短軸長軸比ｂ／ａのみ小さくしたもの、比較例２は、従来例から曲率半径ｒのみ小さくしたものである。機構解析では、いずれも高角域（１７度）での誘起スラスト低減が十分ではないことを示している。これに対して、従来例から曲率半径ｒのみ小さくした本発明実施例では、高角域（１７度）で誘起スラストが大幅に低減されることが分かる。この実施例は短軸長軸比ｂ／ａを従来の０．８６のままとし、曲率半径ｒのみ２．９ａ→２．１ａに減少させた。
【００２１】
機構解析の結果をグラフ化したものが図６である。破線で示しているのが比較例１と２である。実線は本発明実施例である。仮に誘起スラスト成分の許容上限を２０Ｎとした場合、本発明は比較例に対して２度以上の高作動角化を実現していることになる。
【００２２】
本発明の等速自在継手は、特に自動車のドライブシャフト用に適用すればスライド抵抗や誘起スラストの大きさが関与する自動車のＮＶＨ性能の改善に寄与し得、車両足回り設計の自由度も高まる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（Ａ）は本発明の実施の形態を示す等速自在継手の横断面図、（Ｂ）は同継手が作動角をとった状態での縦断面図。
【図２】（Ａ）はローラアセンブリを含む脚軸の横断面図、（Ｂ）はリングの縦断面図。
【図３】脚軸の短軸長軸比を示す拡大断面図。
【図４】（Ａ）はリングの縦断面図、（Ｂ）は同平面図。
【図５】誘起スラストの機構解析結果を示す表。
【図６】誘起スラストの機構解析結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２４】
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
３４   ローラ
３６   針状ころ
【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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