(57)【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等速自在継手において、前記リングの内周面が円弧状凸断面で、前記脚軸の外周形状が縦断面において脚軸の軸線と平行なストレート形状であって、前記脚軸は継手の軸線に直交する方向で前記リングと点当たりし、かつ、前記脚軸に対して前記リングが首振り可能であることを特徴とする等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は摺動式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って、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したものであり、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の伝達を行うようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
摺動式トリポード型等速自在継手の一例を図１０を参照して説明すると、外側継手部材１の内周面の軸方向に３本の円筒形トラック溝２を形成し、外側継手部材１内に挿入したトリポード部材４の半径方向に突設した３本の脚軸５の円筒状の外周面に複数の針状ころ６を介して回転可能に外嵌した円環状のローラ７をトラック溝２に挿入して構成される。各トラック溝２の円周方向で対向する一対のローラ案内面３は軸方向に平行な凹曲面であり、３本の脚軸５の各ローラ７の外周面はローラ案内面３に適合する凸曲面である。各ローラ７は、対応するトラック溝２のローラ案内面３に係合して脚軸５を中心に回転しながらトラック溝２に沿って移動可能である。
【０００３】
図１０（Ｂ）に示すように、継手が作動角θをとった状態で回転力を伝達するとき、ローラ７とローラ案内面３とは図１０（Ｃ）に示すように互いに斜交する関係となる。この場合、ローラ７は図１０（Ｂ）に矢印ｔで示す方向に転がり移動しようとするのに対して、トラック溝２は外側継手部材の軸線と平行な円筒面の一部であるため、ローラ７はトラック溝２に拘束されながら移動することになる。その結果、ローラ案内面３とローラ７との相互間に滑りが発生してスライド抵抗が発生し、さらに、この滑りが軸方向に誘起スラストを発生させる。このような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。
【０００４】
かかるスライド抵抗と誘起スラストの低減を企図した摺動式トリポード型等速自在継手として、たとえば図１１に示す構造のものが知られている。すなわち、図示するように、トリポード部材４の脚軸５の外周面を真球面にして、この真球面に円筒状のリング８の円筒形内周面が摺動可能に外嵌している。リング８とローラ７とは転動体を介して相対回転自在のローラアセンブリを構成する。針状ころ６は、リング８の円筒形外周面とローラ７の円筒形内周面との間にいわゆる総ころ状態で配置され、円環状のワッシャ９で抜け止めがなされる。ローラ７は外側継手部材１のトラック溝２内に収容され、トラック溝２のローラ案内面３上を転動しながら外側継手部材１の軸方向に移動可能である。
【０００５】
脚軸５の外周面は脚軸５の軸線上に曲率中心を持つ真球面で、この曲率中心の回りをローラアセンブリ（７，８）が首振り揺動する。ローラアセンブリが首振り揺動自在であるため、外側継手部材１とトリポード部材４が作動角をとった状態で回転力伝達を行うとき、ローラ７は外側継手部材１の軸線と平行な姿勢を保つように外側継手部材１のローラ案内面３によって案内され、そのままの姿勢でローラ案内面３上を正しく転動する。したがって、作動角運転時における滑り抵抗が低減し、スライド抵抗と誘起スラストの発生が抑制されるというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達するために摺動式トリポード型等速自在継手を使用することが知られている。摺動式トリポード型等速自在継手は、トリポード部材の脚軸に球面ローラを取り付けてあり、脚軸外周面と球面ローラ内周面間に転動体として針状ころが保持器なしの総ころタイプで用いられる。そして、角度をとった状態でトルクを伝達するとき、内部部品間の相互摩擦によって、回転中には誘起スラストが、また、停止状態でも強制的に軸方向に伸縮させるとスライド抵抗がそれぞれ発生する。これら誘起スラストやスライド抵抗が関与する自動車の代表的なＮＶＨ現象として、前者との関連では走行中の車体の横振れ、後者との関連ではＡＴ車における停止時Ｄレンジのアイドリング振動現象がある。
【０００７】
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。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、これら誘起スラストやスライド抵抗の一層の低減および安定化を図ることにある。
【０００９】
本発明は、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等速自在継手において、前記リングの内周面が円弧状凸断面で、前記脚軸の外周形状が縦断面において脚軸の軸線と平行なストレート形状であって、前記脚軸は継手の軸線に直交する方向で前記リングと点当たりし、かつ、前記脚軸に対して前記リングが首振り可能であることを特徴とする。ここで、首振りとは、脚軸の軸線に対してリングの軸線が傾くこと、あるいは、リングの軸線を含む平面内で、リングの軸線に対して脚軸の軸線が傾くことをいう。
【００１０】
脚軸を上記の形状としたことにより、継手が作動角をとったとき、ローラアセンブリの姿勢を変えることなく、脚軸が外側継手部材に対して傾くことができる。しかも、図１（Ｃ）および図１１（Ｃ）を対比すれば明らかなように、脚軸の外周面とリングとの接触楕円が横長から点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。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、図１および図２に示す実施の形態を説明する。ここで、図１（Ａ）は継手の横断面を示し、図１（Ｂ）は脚軸に垂直な断面を示し、図２は作動角θをとった状態の継手の縦断面を示す。図１に示すように、等速自在継手は外側継手部材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。
【００１２】
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が形成されている。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。
【００１３】
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。図１（Ａ）に、２つの当たり位置の作用線を一点鎖線で示してある。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。
【００１４】
脚軸２２の外周面にリング３２が外嵌している。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している。すなわち、リング３２の円筒形外周面を内側軌道面とし、ローラ３４の円筒形内周面を外側軌道面として、これらの内外軌道面間に針状ころ３６が転動自在に介在する。図１（Ｂ）に示されるように、針状ころ３６は、できるだけ多くのころを入れた、保持器のない、いわゆる総ころ状態で組み込まれている。符号３３，３５で指してあるのは、針状ころ３６の抜け落ち止めのためにローラ３４の内周面に形成した環状溝に装着した一対のワッシャである。これらのワッシャ３３，３５は円周方向の一個所に切れ目を有し（図６（Ｂ）参照）、弾性的に縮径させた状態でローラ３４の内周面の環状溝に装着するようになっている。
【００１５】
脚軸２２の外周面は、縦断面（図２（Ａ））で見ると脚軸２２の軸線と平行なストレート形状であり、横断面（図１（Ｂ））で見ると、長軸が継手の軸線に直交する楕円形状である。脚軸の断面形状は、トリポード部材２０の軸方向で見た肉厚を減少させて略楕円状としてある。言い換えれば、脚軸の断面形状は、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。
【００１６】
リング３２の内周面は円弧状凸断面を有する。すなわち、内周面の母線が半径ｒの凸円弧である（図１（Ｃ））。このことと、脚軸２２の横断面形状が上述のように略楕円形状で、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ユニット化されているため、脚軸２２に対し、リング３２とローラ３４がユニット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の軸線を含む平面内で、脚軸２２の軸線に対してリング３２およびローラ３４の軸線が傾くことをいう（図２（Ａ）参照）。
【００１７】
図１１に示した従来の継手の場合、脚軸５の外周面が全周にわたってリング８の内周面と接するため、接触楕円が図１１（Ｃ）に破線で示すように円周方向に延びた横長形状を呈する。そのため、外側継手部材１に対して脚軸５が傾くとき、脚軸５の動きに伴ってリング８を、延いてはローラ７を傾かせるように作用する摩擦モーメントが発生する。これに対し、図１に示した実施の形態では、脚軸２２の横断面が略楕円状で、リング３２の内周面の横断面が円筒形であることから、図１（Ｃ）に破線で示すように、両者の接触楕円は点に近いものとなり、同時に面積も小さくなる。したがって、ローラアセンブリ（３２，３４）を傾かせようとする力が従来のものに比べると非常に低減し、ローラ３４の姿勢の安定性が一層向上する。また、図１１の従来の継手の場合、作動角０の状態では図１１（Ａ）に示されるように脚軸５とリング８との当たり部がリング８の幅方向中央部にあるが、継手が作動角をとった状態でトルクを伝達するときは脚軸４が図１１（Ａ）の紙面の手前側および紙背側に揺動するため、脚軸５とリング８との当たり部がリング８の幅方向中央部よりも下方にずれることとなる。その結果、針状ころ６の挙動が不安定となり安定した転動が行なわれない場合がある。これに対して図１の実施の形態では、脚軸２２とリング３２の内周面との当たり部が常にリング３２の幅方向中央にあるので、針状ころ３６が安定して転動する。
【００１８】
次に、図３および図４に示す実施の形態について説明する。この実施の形態は、リング３２の内周面の母線が、上述の実施の形態では単一の円弧で形成されているのに対して、中央の円弧部３２ａとその両側の逃げ部３２ｂとの組合せで形成されている点でのみ相違する。逃げ部３２ｂは、図３（Ｃ）のように作動角θをとったときの脚軸２２との干渉を避けるための部分であり、円弧部３２ａの端からリング３２の端部に向かって徐々に拡径した直線または曲線で構成する。ここでは、逃げ部３２ｂを円錐角α＝５０°の円錐面の一部とした場合を例示してある。円弧部３２ａは、リング３２に対する脚軸２２の２〜３°程度の傾きを許容するため、たとえば３０ｍｍ程度の大きな曲率半径ｒとする。
【００１９】
トリポード型等速自在継手では、機構上、外側継手部材１０が１回転するときトリポード部材２０は外側継手部材１０の中心に対して３回振れ回る。このとき符号ｅ（図２（Ａ））で表わされる偏心量は作動角θに比例して増加する。そして、３本の脚軸２２は１２０°ずつ離間しているが、作動角θをとると、図２（Ｂ）に示すように、図の上側に表われている垂直な脚軸２２を基本として考えると、他の２本の脚軸２２は、一点鎖線で示す作動角０のときのそれらの軸線からわずかに傾く。その傾きは作動角θがたとえば約２３°のとき２〜３°程度となる。この傾きがリング３２の内周面の円弧部３２ａの曲率によって無理なく許容されるため、脚軸２２とリング３２との接触部における面圧が過度に高くなるのを防止することができる。なお、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の左側面から見たトリポード部材２０の３本の脚軸２２を模式的に図示したもので、実線が脚軸を表わしている。さらに、かかるトリポード型等速自在継手特有のトラニオン中心の振れ回りに起因する脚軸２２の傾きを吸収し得るすきまを脚軸２２の長軸径２ａとリング３２の内径との間に設ける。このすきまの具体的数値については実施例の項で詳述する。
【００２０】
上述の実施の形態では、図１（Ａ）および図３（Ａ）に示されているように、ローラ３４の傾きを規制する目的で、トラック溝１２の奥側つまり外側継手部材１０の横断面で見て大径側に、ローラ３４の端面と対向した鍔を形成してある。しかしながら、上の各実施の形態、さらには以下に述べる実施例にあっては、ローラ３４を傾かせる要因が除去されているため、必ずしもトラック溝１２に鍔を設ける必要はなく、図５に示すように鍔を省略することができる。その結果、ローラ３４が何らかの原因で一時的に振れたとしても鍔に接触して滑り摩擦を発生させるといった心配が皆無となる。
【００２１】
【実施例】
本発明の実施をするにあたっては、図６に示すように、横断面が略楕円形状の脚軸２２と円形のリング３２とが接触してトルクを伝達することから、面圧の緩和を図る必要がある。以下、そのための具体的な実施例について説明する。なお、図６（Ｂ）において、紙面の上下方向が負荷側であり、紙面の左右方向が非負荷側となる。
【００２２】
継手が作動角θをとった状態でトルクを伝達するとき、図６に破線で示すように、脚軸２２はリング３２に対して作動角θの範囲内で往復揺動する。このとき、非負荷側については、脚軸２２とリング３２の間に比較的大きなすきまが存在するため、脚軸２２がリング３２と干渉することなく揺動することができる。しかしながら、負荷側については、作動角θが大きくなって脚軸２２の傾きが大きくなるにつれて図６（Ｂ）に破線で示されているように脚軸２２の見かけの曲率が大きくなり、リング３２の内径よりも大きな曲率になると脚軸２２とリング３２とが２点当たりとなるに至る。すると、それ以後は脚軸２２のみが自由に傾くことはできず、リング３２を、延いてはローラアセンブリ（３２，３４）を傾かせることとなる。したがって、所定の角度範囲内では、脚軸２２のみがリング３２と干渉することなく傾くことができるように、脚軸２２の横断面形状、とりわけ負荷側の形状を決定する。
【００２３】
具体的には、最大作動角θｍａｘを２５°としたとき、図７に示すように、脚軸２２の横断面の略楕円形状の長軸半径ａと短軸半径ｂならびにリング内周面の曲率半径ｒ（図１（ｃ）および図４参照）を次のように設定すると、継手が最大作動角をとってもリング３２が傾かないようにするとともに、脚軸２２とリング３２との間の面圧を最小にすることができる。
ｒ＝１．３６９ａ
ｂ／ａ＝０．７５９
リング内周面の曲率半径ｒの推奨範囲を０．５ｒ〜１．５ｒすなわち０．６８４ａ〜２．０５３ａとするならば、そのときの楕円度ｂ／ａは０．８３６〜０．６４７となる。
【００２４】
上述の設定では、しかしながら、形状的には可能であるが自動車用実使用になると脚軸２２／リング３２間の面圧が高すぎる懸念がある。そのため、自動車用途における常用作動角域で低振動を求められるのであれば、ローラアセンブリ（３２，３４）が傾かない程度まで作動角を下げれば面圧も下がり、実使用可能となる。たとえば、常用作動角θを１０°を超え２０°未満の範囲とするならば、リング内周面の曲率半径ｒおよび楕円度ｂ／ａの最適値および推奨範囲は表１に示すとおりとなる。
【００２５】
【表１】
0004118547.tif 000002
【００２６】
既述のとおり、脚軸２２の略楕円形状横断面の楕円度ｂ／ａが小さいほど、より大きな作動角をとってもローラアセンブリ（３２，３４）を傾かせることなく脚軸２２が傾くことができるが、その反面接触部の面圧が上がり、脚軸２２の強度も下がる。そこで、図８に示す実施例は、脚軸２２の横断面形状を、リング３２と接触する領域すなわち接触領域βについてだけ楕円度ｂ１／ａ１を大きくし、他の非接触領域については最大作動角で干渉しない程度の楕円度ｂ２／ａ２とした複合楕円形状としたものである。たとえば、常用作動角θｍａｘを１５°とし、リング３２の内周面の曲率半径ｒを２．８９８ａとした場合、接触領域の楕円度ｂ１／ａ１を０．８５９とし、非接触領域の楕円度ｂ２／ａ２を０．６３５とする。なお、図８では図の下側にのみ接触領域βの表示をしてあるが、脚軸２２の横断面は対称形であるため図の上側にも接触領域が存在することは言うまでもない。
【００２７】
また、図９に示す実施例は、上記接触領域βを単一楕円で構成するのではなく楕円度（ｂ／ａ）を連続的に変化させたものである。たとえば、上記と同様に常用作動角θｍａｘを１５°とし、リング３２の内周面の曲率半径ｒを２．８９８ａとした場合、接触領域では、長軸と交わる位置の楕円度を１．０とし、その位置から離れるにつれて楕円度を徐々に下げていき、非接触領域では楕円度を０．６３５とする。あるいは、接触領域、非接触領域に関係なく長軸側から短軸側に楕円度を１．０から０．６３５まで徐々に下げた形状としてもよい。図９は、接触領域の長軸と交わる位置では楕円度を１．０とし、その位置から離れるに従って、たとえば図示するように所定の角度ごとに、曲率半径を漸減させる場合を例示している。
【００２８】
上述のように脚軸２２の横断面形状が略楕円形状であるため、精度が要求される負荷側接触領域（β）だけ研削を施す範囲とし、それ以外の非接触領域については正規の楕円（図９に二点鎖線で示す）より内径側に避退した形状に加工しておき、研削逃がしとすることもできる。なお、この研削逃がし部分は必ずしも切削その他の加工を積極的に施すことによって形成する必要はなく、脚軸の鍛造の際に当該形状に形成して鍛造仕上げのままとしてもよく、これにより加工時間短縮、コストダウンにもなる。
【００２９】
トリポード型等速自在継手特有のトラニオン中心の振れ回りに起因する脚軸２２の傾きを吸収するため、脚軸２２の長軸径２ａとリング３２の内径との間に設けるすきまの値を例示するならば表２のとおりである。
【００３０】
【表２】
0004118547.tif 000003
【００３１】
本発明は、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等速自在継手において、前記リングの内周面が円弧状凸断面で、前記脚軸の外周形状が縦断面において脚軸の軸線と平行なストレート形状であって、前記脚軸は継手の軸線に直交する方向で前記リングと点当たりし、かつ、リングを脚軸に対して首振り可能としたものであるため、継手が作動角をとったとき、ローラアセンブリの姿勢を変えることなく、脚軸が外側継手部材に対して傾くことができる。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。
【００３２】
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】
【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）は脚軸とローラアセンブリの脚軸に垂直な断面図、
（Ｃ）はリングの断面図である。
【図２】（Ａ）は図１の等速自在継手の縦断面図であって作動角をとった状態を示し、
（Ｂ）は（Ａ）におけるトリポード部材の模式的側面図である。
【図３】（Ａ）は一部を断面にした等速自在継手の端面図であって本発明の別の実施の形態を示し、
（Ｂ）は脚軸とローラアセンブリの脚軸に垂直な断面図、
（Ｃ）は等速自在継手の縦断面図であって作動角をとった状態を示す。
【図４】図３におけるリングの拡大断面図である。
【図５】一部を断面にした等速自在継手の端面図であって外側継手部材の別の実施の形態を示す。
【図６】（Ａ）は等速自在継手の縦断面図、
（Ｂ）は脚軸とローラアセンブリの平面図である。
【図７】脚軸の横断面図である。
【図８】脚軸の横断面図である。
【図９】脚軸の横断面図である。
【図１０】（Ａ）は従来の等速自在継手の横断面図、
（Ｂ）は（Ａ）の等速自在継手の縦断面図、
（Ｃ）は（Ｂ）におけるローラとローラ案内面とローラとの相互関係を示す模式的斜視図である。
【図１１】（Ａ）は他の従来のトリポード型等速自在継手の横断面図、
（Ｂ）は脚軸に垂直な断面図、
（Ｃ）は接触楕円を説明するためのリングの断面図である。
【符号の説明】
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
ａ  長軸半径
ｂ  短軸半径
３２  リング
３２ａ  円弧部
ｒ    曲率半径
３２ｂ  逃げ部
３４  ローラ
３６  針状ころ
【図１】
0004118547.tif 000004
【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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