(57)【要約】【課題】ローラが外側継手部材のトラック溝に対して平行方向で直進転動するトリポード型等速自在継手において、ローラと脚軸との間に配設するころの接触面圧を低減すること。【解決手段】脚軸１２ｂの周面を所定曲率半径の球面状Ｓにすると共にローラ１５の内径面１５ｂを所定曲率半径と同曲率の凸Ｒ面とし、前記凸Ｒ面は継手中心側縁部に凸Ｒ面よりも隆起したはみ出し部１５ｃを形成し、前記脚軸周面とローラ内径面との間に、所定曲率半径と同曲率の凹Ｒ面を有するつづみ状ころ１６を円周方向に複数配列した。【選択図】  図１
2007177927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に軸線方向に延びる三本のトラック溝を設けると共に各トラック溝の内側壁に互いに対向するローラ案内面を設けた外側継手部材と、先端が前記トラック溝内に挿入された三本の脚軸を有するトリポード部材と、前記脚軸に回転自在に支持されると共に前記外側継手部材のトラック溝に転動自在に挿入されたローラとを備えたトリポード型等速自在継手において、
前記脚軸の周面を所定曲率半径の部分球面状にすると共に前記ローラの内径面を前記所定曲率半径と同曲率の凸Ｒ面とし、前記凸Ｒ面は継手中心側縁部に凸Ｒ面よりも隆起したはみ出し部を形成し、前記脚軸周面とローラ内径面との間に、前記所定曲率半径と同曲率の凹Ｒ面を有するつづみ状ころを円周方向に複数配列したことを特徴とするトリポード型等速自在継手。
【請求項２】
前記つづみ状ころをその継手中心側一端部が前記はみ出し部に当接するまで偏位させたときのころの一端部の内接円直径ｄを、前記脚軸の球面外径より僅かに小さくなるように設定したことを特徴とする請求項１のトリポード型等速自在継手。
【請求項３】
前記脚軸の継手円周方向の外径をＤ、継手軸線方向の外径をＣとしたとき、Ｃ＜Ｄの関係となるように前記脚軸の横断面形を非真円にすると共に、前記ころ端部の内接円直径ｄを、前記外径ＣとＤの中間の大きさに設定したことを特徴とする請求項２のトリポード型等速自在継手。
【請求項４】
前記脚軸の継手円周方向の外径Ｄを脚軸の周方向所定角度範囲で形成すると共に、前記所定の角度範囲を越えた領域で前記外径Ｄを漸減させて前記脚軸の継手軸線方向の外径Ｃに繋げたことを特徴とする請求項３のトリポード型等速自在継手。
【請求項５】
前記所定の角度範囲を９０°以上１５０°以下とした事を特徴とする請求項４の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】
本発明は、例えば自動車の駆動系に組み込んで非直線上に存在する回転軸同士の間で等速に回転力を伝達するトリポード型等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結して二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。等速自在継手に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二軸間の相対的軸方向変位を可能にする。摺動式の一種にトリポード型がある。
【０００３】
トリポード型等速自在継手は、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の軸が外側継手部材と接続され、他方の軸がトリポード部材と接続される。外側継手部材は有底筒状で、その内周に軸方向に延びる三本のトラック溝を有する。トリポード部材は筒状ハブから半径方向外方に突出した三本の脚軸を有し、これら脚軸が外側継手部材のトラック溝に係合してトルク伝達を行う。脚軸にはローラが回転自在に外嵌され、このローラがトラック溝の互いに対向する一対のローラ案内面に沿って転動することで連結二軸間の角度変位と相対摺動を円滑にする。
【０００４】
ところで、トリポード型等速自在継手が作動角を取った状態で連結二軸が回転すると各ローラが複雑な運動を行う。すなわち、各ローラは、ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸方向に向きを変えながら移動し、しかも、脚軸の軸方向にも変位する。各ローラがこのような複雑な動きをすると、ローラの外周面とローラ案内面との間の相対変位が必ずしも円滑に行なわれなくなり、これら両面間に比較的大きな摩擦が発生する。その結果、連結二軸が一回転する間に三次の軸力が発生する。等速自在継手が自動車に組み込まれて大きなトルクを伝達しつつ大きな作動角をとった場合、前記三次の軸力によってジャダーと呼ばれる大きな振動が発生することがある。
【０００５】
このようなジャダーを防止するものとして、ローラの内側にニードルころなどの転動体を介して別のローラを入れたダブルローラ型がある（特許文献１、特許文献２参照）。このダブルローラ型は、トラック溝のローラ案内面をゴシックアーチ形状とすることにより外側ローラとの接触をアンギュラコンタクトにする一方、脚軸が内側ローラに対して揺動可能としている。アンギュラコンタクトによりローラの転動方向がトラック溝方向と平行となり、これによりローラの転がり抵抗を低減して回転三次の誘起スラストを低減している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ダブルローラ型は内側ローラが余分に必要となるうえ、この内側ローラを脚軸の軸方向定位置に保持するための機構も必要になる。このため、組立に時間がかかりコストも嵩む。
【０００７】
そこで、内側ローラを使用することなくシングルローラのままでトラック溝に沿って一直線に転動するように工夫したトリポード型等速自在継手が提案されている（特許文献３）。このシングルローラ型は、脚軸周面を球面状にすると共に、この球面状脚軸とローラとの間に複数のニードルころを総ころ状態で配設している。また、トラック溝の互いに対向するローラ案内面を平面で構成し、ローラの外周面を円筒状にしてローラ案内面と線接触させることでローラを直進転動させ、これにより誘起スラストを防止している。この構成では、ローラを揺動させずに脚軸のみを傾動させることができるが、脚軸の球面状外周面がニードルころに対して点接触するため接触面圧が高くなり、寿命低下のおそれがある。
【０００８】
なお、脚軸の球面状外周面とニードルころとの間の接触面圧を軽減するため、ニードルころをつづみ状にして脚軸球面状外周面との接触を線接触にしたトリポード型等速自在継手があるが（特許文献４参照）、この継手は固定式継手であって、脚軸とローラとは相対角度を変えずに首振り運動をし、したがって誘起スラストの防止とは何ら関係がないものである。
【０００９】
本発明の目的は、構造の簡単なシングルローラ型のトリポード型等速自在継手において、ローラが外側継手部材のトラック溝に対して平行方向で直進転動し、かつローラと脚軸との間に配設するころの接触面圧を低減し、もって、低コスト、低振動、長寿命の総てを可能とするトリポード型等速自在継手を提供することにある。
【特許文献１】特表平４−５０３５５４号公報（ハーディ・スパイサー）
【特許文献２】特開平５−２１５１４１号公報（ＧＫＮ）
【特許文献３】特開２０００−７４０８６号公報（デルファイ）
【特許文献４】特開昭５８−６２７号公報（グレンツアー）
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、内周に軸線方向に延びる三本のトラック溝を設けると共に各トラック溝の内側壁に互いに対向するローラ案内面を設けた外側継手部材と、先端が前記トラック溝内に挿入された三本の脚軸を有するトリポード部材と、前記脚軸に回転自在に支持されると共に前記外側継手部材のトラック溝に転動自在に挿入されたローラとを備えたトリポード型等速自在継手において、前記脚軸の周面を所定曲率半径の部分球面状にすると共に前記ローラの内径面を前記所定曲率半径と同曲率の凸Ｒ面とし、前記凸Ｒ面は継手中心側縁部に凸Ｒ面よりも隆起したはみ出し部を形成し、前記脚軸周面とローラ内径面との間に、前記所定曲率半径と同曲率の凹Ｒ面を有するつづみ状ころを円周方向に複数配列したことを特徴とする。
つづみ状ころの凹Ｒ面は脚軸球面およびローラ内径面に対して線接触してこれら接触部を低面圧にし継手寿命を増大させる。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記つづみ状ころをその継手中心側一端部が前記はみ出し部に当接するまで偏位させたときのころの一端部の内接円直径ｄを、前記脚軸の球面外径より僅かに小さくなるように設定したことを特徴とする。
つづみ状ころを最大限偏位させたときのころ端部の内接円直径ｄを脚軸の球面外径より僅かに小さくすることで、ころの内側に対する脚軸の挿入を圧入とすることができ、ころの脱落を防止する。
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記脚軸の継手円周方向の外径をＤ、継手軸線方向の外径をＣとしたとき、Ｃ＜Ｄの関係となるように前記脚軸の横断面形を非真円にすると共に、前記ころ端部の内接円直径ｄを、前記外径ＣとＤの中間の大きさに設定したことを特徴とする。
これにより、脚軸の継手軸線方向でローラの弾性的縮径を許容する一方、脚軸の継手円周方向でローラの弾性的拡径を利用した十分な圧入寸法を取ることが可能になる。
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記脚軸の継手円周方向の外径Ｄを脚軸の周方向所定角度範囲で形成すると共に、前記所定の角度範囲を越えた領域で前記外径Ｄを漸減させて前記脚軸の継手軸線方向の外径Ｃに繋げたことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記所定の角度範囲を９０°以上１５０°以下とした事を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、脚軸球面とローラの内径凸Ｒ面との間に球面および凸Ｒ面と同曲率の凹Ｒ面を有するつづみ状ころを円周方向に複数配列したから、つづみ状ころに対して脚軸およびローラを線接触させることができ、これにより同接触部での面圧を低減して継手寿命を増大させることができる。また、つづみ状ころの内側に脚軸を圧入することにより、トリポード部材、ローラおよびつづみ状ころのアッセンブリ体から構成部品が不測に脱落することがなく、安定したアッセンブリ状態でのハンドリングが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の実施形態を図に基づき説明する。図１（Ａ）に示すように、本発明のトリポード型等速自在継手１０は外側継手部材１１とトリポード部材１２を有する。外側継手部材１１は有底筒状でその底壁中央に回転軸の一端が連結される。外側継手部材１１の内周面には、円周方向等間隔に３本のトラック溝１３が形成される。各トラック溝１３は、互いに対向する一対のローラ案内面１３ａと、これら一対のローラ案内面１３ａ間を繋ぐ底面１３ｂとで形成される。ローラ案内面１３ａは円弧状断面を有し、外側継手部材１１の軸線方向に直線状に延びる。トラック溝１３の底面１３ｂは中央平面１３ｂ１と両側鍔面１３ｂ２を有する。両側鍔面１３ｂ２は後述のローラ１５の傾斜防止を確実にするためのものである。なお、外側継手部材１１の外周面はトラック溝１３間に対応する部位が軽量化のため凹円弧状１４に減肉されている。
【００１３】
トリポード部材１２は、円筒状をなす中心ボス１２ａの外周面に３本の脚軸１２ｂが円周方向等間隔（１２０°間隔）かつ放射状に一体形成されたものである。ボス１２ａの中心孔１２ｃに外側継手部材１１の回転軸とは別の回転軸の一端がスプラインなどにより連結される。３本の脚軸１２ｂの先端はトラック溝１３の底面１３ｂ付近まで半径方向に延在する。脚軸１２ｂの周面は球面Ｓとされ、先端面は緩い凸Ｒ面とされてトラック溝１３の底面１３ｂと所定間隔を開けて対向する。脚軸１２ｂの基部は括れ部１２ｄを介してボス１２ａに連結する。
【００１４】
外側継手部材１１のトラック溝１３のローラ案内面１３ａと脚軸球面Ｓとの間にローラ１５が配設される。ローラ１５の外周面１５ａは縦断面円弧状とされ、ローラ案内面１３ａと線接触するように構成される。ローラ１５がトラック溝１３と平行に転動して誘起スラストを低減し、車両のジャダー現象を防止する。
【００１５】
ローラ１５の内径面１５ｂは脚軸球面Ｓと同曲率の凸Ｒ面とされる。この凸Ｒ面の継手中心側縁部には、図３（Ｂ）に示すように、凸Ｒ面よりも隆起したはみ出し部１５ｃが形成される。はみ出し部１５ｃはローラ１５の軸線方向と平行な平面で構成してよい。はみ出し部１５ｃはＲ面取りを経由してローラ１５の端面へと続く。
【００１６】
ローラ内径面１５ｂと脚軸球面Ｓとの間に、複数のつづみ状ころ１６が単列総ころ状態で配設される。つづみ状ころ１６の周面は、脚軸１２ｂおよびローラ内径面１５ｂの曲率と同曲率の凹Ｒ面とされる。つづみ状ころ１６の凹Ｒ面はトルク作用側において脚軸球面Ｓとローラ内径面１５ｂの双方に隙間なく転接する。すなわち、つづみ状ころ１６は、脚軸球面Ｓおよびローラ案内面１３ａに対してそれぞれ線接触し、低面圧を確保する。
【００１７】
つづみ状ころ１６相互間には若干の隙間を空けている。この隙間は、継手の組立時につづみ状ころ１６を図１（Ｂ）、図３（Ｂ）および図４のように、ローラ１５の厚み方向を二等分する中心線Ｌを基準として図上の上下方向に偏位可能とするためである。すなわち、つづみ状ころ１６をローラ１５の最小内径位置である中心線Ｌよりも継手軸心方向に偏位させてころ１６の軸線を傾斜させたとき、ころ１６の継手中心側一端部１６ａが離間し合いつつはみ出し部１５ｃに当接すると共にころ１６の継手中心と反対側他端部１６ｂが互いに接近し合う。このような状態にころ１６を偏位させた場合、ころ１６はそれ以上継手軸心方向に偏位させることができない。換言すると、前記離間し合うころ１６端部１６ａの内接円直径ｄは、これ以上は拡大しない。本発明ではこの内接円直径ｄを脚軸１２ｂの球面Ｓ外径より僅かに小さくなるように設定している。これにより、つづみ状ころ１６の内側に対する脚軸１２ｂの挿入が圧入となり、挿入後はころ１６相互間、およびころ１６と脚軸１２ｂ、ころ１６とローラ１５の間に適度の隙間が形成され、良好な作動性を確保できると共にころ１６の脱漏を防止できる。またトリポード部材１２、ローラ１５およびつづみ状ころ１６を安定したアッセンブリ状態でのハンドリングが可能となる。
【００１８】
脚軸１２ｂの横断面形は真円とするほか、図２（脚軸１２ｂは１本のみ図示）に示すように、継手軸線方向の外径Ｃと継手円周方向の外径Ｄとが異なる非真円とすることができる。前述のように、つづみ状ころ１６の内側に対する脚軸１２ｂの挿入は圧入が望ましいが、この圧入をより効果的にするのが図２の変形実施形態である。すなわち、脚軸１２ｂの外径ＣとＤは、前記内接円直径ｄに対してＣ＜ｄ＜Ｄの関係式を満足するように設定する。このような寸法関係にすることにより、脚軸１２ｂの継手軸線方向（外径Ｃ方向）ではころ１６との間に隙間を形成してローラ１５の弾性的縮径を許容する一方、脚軸１２ｂの継手円周方向（外径Ｄ方向）ではローラ１５の前記縮径による弾性的拡径を利用して十分な圧入寸法を取ることが可能になる。
【００１９】
さらに、トルク伝達時に脚軸１２ｂの球面Ｓに作用する圧力が継手円周方向に偏在することに着目して、図２のように、継手円周方向の中心線Ｍから両側所定角度θの範囲内では脚軸１２ｂの外径を外径Ｄと同じにし、角度２θの範囲外では脚軸１２ｂの外径を漸減させて外径Ｃに滑らかに繋がる形状にしてもよい。前記所定角度θは、例えばθ＝４５°（２θでは９０°）以上かつ７５°（２θでは１５０°）以下とする。この角度範囲内では脚軸１２ｂの外径面は真円であるから、ころ１６との間の面圧を均等分散させて低面圧とし継手寿命を増大させることができる。脚軸外径の真円を、前記角度θが７５°を越える範囲まで拡大すると、こんどは脚軸１２ｂところ１６との間の隙間が狭くなり、継手軸線方向でのローラ１５の縮径代減少、継手円周方向でのローラ１５の拡径代減少となって脚軸１２ｂの十分な圧入寸法を取ることが困難になる。
【００２０】
本発明のトリポード型等速自在継手は以上のように構成され、トリポード部材１２の脚軸１２ｂにローラ１５を装着する場合、図４のようにつづみ状ころ１６をローラ１５の厚み方向中心から最大限偏位させた状態で配列し、ころ１６の外側端部の内径ｄに向けて脚軸１２ｂを矢印方向から押し込む。この時、ころ１６の一端部ははみ出し部１５ｃに当接しているので、内径ｄはこれ以上は拡大しない。脚軸１２ｂの径Ｄがころ１６の端部内径ｄより大きいため、脚軸１２ｂの押し込みは圧入となる。脚軸１２ｂの圧入後はころ１６が図１（Ａ）の位置に収まり、ころ１６相互間に適度の隙間が生まれる。この状態でははみ出し部１５ｃはころ１６から離間するので、ころ１６の転動の妨げにはならない。次に、ローラ１５を外側継手部材１１のトラック溝１３に対してその端部から挿入することによりトリポード型等速自在継手１０が出来上がる。
【００２１】
トリポード型等速自在継手１０においては、外側継手部材１１のトラック溝１３とトリポード部材１２の脚軸１２ｂとの間でトルク伝達がなされる。脚軸１２ｂに回転自在に取付けられたローラ１５はトラック溝１３に沿って転動可能なため、外側継手部材１１とトリポード部材１２は相対的に軸方向に変位可能であり、この軸方向変位の前後でトルク伝達が変わらずに維持される。
【００２２】
また、外側継手部材１１とトリポード部材１２との間に角度差を生じると、脚軸１２ｂがトラック溝１３に対して相対的に傾斜するとともに、ローラ１５がトラック溝１３に沿って転動する。この際、ローラ１５はトラック溝１３に対して傾斜することなくトラック溝１３の方向に直進転動することで誘起スラストの発生を防止する。なお、脚軸１２ｂが傾斜すると図１（ｂ）のようにつづみ状ころ１６が継手中心側にやや偏位するが、ころ１６の周面は脚軸１２ｂおよびローラ１５に対して線接触を維持し、低面圧でのトルク伝達を可能にする。
【００２３】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲の技術的思想に基づき種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（Ａ）は本発明に係るトリポード型等速自在継手の断面図、（Ｂ）は同継手のローラに対してトリポード部材が傾斜した状態を示す側面図。
【図２】トリポード部材を脚軸の先端側から見た平面図。
【図３】（Ａ）はローラを脚軸先端側から見た平面図、（Ｂ）はローラを継手軸心側から見た底面図。
【図４】トリポード部材の脚軸をローラに圧入する状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１０   トリポード型等速自在継手
１１   外側継手部材
１２   トリポード部材
１２ａ ボス
１２ｂ 脚軸
１２ｃ 中心孔
１２ｄ 括れ部
１３   トラック溝
１３ａ ローラ案内面
１３ｂ 底面
１３ｂ１      中央平面
１３ｂ２      両側鍔面
１４   凹円弧状（減肉部）
１５   ローラ
１５ａ 外周面
１５ｂ 内径面
１６   つづみ状ころ
Ｓ     脚軸球面
【図１】
2007177927.tif 000003
【図２】
2007177927.tif 000004
【図３】
2007177927.tif 000005
【図４】
2007177927.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月12日(2006.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
ところで、トリポード型等速自在継手が作動角を取った状態で連結二軸が回転すると各ローラが複雑な運動を行う。すなわち、各ローラは、ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸方向に向きを変えながら移動し、しかも、脚軸の軸方向にも変位する。各ローラがこのような複雑な動きをすると、ローラの外周面とローラ案内面との間の相対変位が必ずしも円滑に行なわれなくなり、これら両面間に比較的大きな摩擦が発生する。その結果、連結二軸が一回転する間に三次の軸力が発生する。等速自在継手が自動車に組み込まれて大きなトルクを伝達しつつ大きな作動角をとった場合、前記三次の軸力によってシャダーと呼ばれる大きな振動が発生することがある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
このようなシャダーを防止するものとして、ローラの内側にニードルころなどの転動体を介して別のローラを入れたダブルローラ型がある（特許文献１、特許文献２参照）。このダブルローラ型は、トラック溝のローラ案内面をゴシックアーチ形状とすることにより外側ローラとの接触をアンギュラコンタクトにする一方、脚軸が内側ローラに対して揺動可能としている。アンギュラコンタクトによりローラの転動方向がトラック溝方向と平行となり、これによりローラの転がり抵抗を低減して回転三次の誘起スラストを低減している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
外側継手部材１１のトラック溝１３のローラ案内面１３ａと脚軸球面Ｓとの間にローラ１５が配設される。ローラ１５の外周面１５ａは縦断面円弧状とされ、ローラ案内面１３ａと線接触するように構成される。ローラ１５がトラック溝１３と平行に転動して誘起スラストを低減し、車両のシャダー現象を防止する。