JP2006283828A - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

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    • Y10S464/905—Torque transmitted via radially extending pin

Abstract

【課題】強度を維持しながらも、軽量・コンパクト、低コストなトリポード型等速自在継手を提供する。
【解決手段】各部品の寸法比を、以下のように設定した。０．８０＜Ｄｏｒ＜０．９０、０．１０５＜Ｔｏｒ＜０．１１５、０．０２５＜ｔ１ｒ＜０．０４５、０．０２５＜ｔ２ｒ＜０．０７５、０．５３＜Ｄｉｒ＜０．６３、０．０６５＜Ｔｉｒ＜０．０８５、０．３２＜Ｄｊ１ｒ＜０．４２、０．３２＜Ｄｊ２ｒ＜０．３５。ここで、Ｄｏ：外側ローラの外径、Ｔｏ：外側ローラの半径方向肉厚ｔ１：外側ローラの継手半径方向外側の鍔厚ｔ２：外側ローラの継手半径方向内側の鍔厚Ｄｉ：内側ローラの外径Ｔｉ：内側ローラ肉厚Ｄｊ１：トラニオンジャーナルの付根部断面形状の継手円周方向の径Ｄｊ２：トラニオンジャーナルの付根部断面形状の継手軸線方向の径添字「ｒ」は継手のトラニオンジャーナルピッチ円直径Ｄ（＝ＰＣＤ）で各寸法を除したことを意味する。
【選択図】図１

Description

この発明に係るトリポード型等速自在継手は、たとえば自動車の駆動系に組込まれるものであって、自動車駆動系の非直線上にある２つの回転軸の間で、等角速度で回転力の伝達を行うものである。
トリポード型等速自在継手は、自動車の燃費向上のためいっそうの軽量・コンパクト化が要求されつつあり、この要求に対応するものとして例えば特許文献１のトリポード型等速自在継手が提案されている。この特許文献１に記載のトリポード型等速自在継手はダブルローラタイプであって、外側ローラがトラック溝に平行に転動するようになっている。また、ジャーナルの付根部が、継手円周方向の径が継手軸線方向の径よりも大きい非円形断面とされる。これにより、トラニオンの強度最弱部になる可能性が高いトラニオンジャーナルの付根部の強度を維持しながらも、軽量・コンパクト、低コスト化を実現する。
特開２００４−２５７４１８号公報
しかしながら、特許文献１のトリポード型等速自在継手を、さらに軽量・コンパクト化を目的として限界設計を施す場合、トラニオンジャーナルの付根部の強度を維持するためには、ジャーナル付根部の断面を非円形にするだけでは不十分であることが分かった。すなわち、トリポード型等速自在継手全体の強度を考慮すると、各構成部品の寸法、とりわけローラカセットとトラニオンジャーナル付根部の形状・寸法を最適に設定しなければ、トリポード型等速自在継手全体の軽量・コンパクト化を達成することが困難であることが判明した。
本発明は、前述した課題を解決し、トリポード型等速自在継手全体の強度を維持しながらも、軽量・コンパクト、低コストなトリポード型等速自在継手を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、第１の回転軸とトルク伝達可能に結合する外側継手部材であって、その内周面の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝を形成した外側継手部材と、
第２の回転軸とトルク伝達可能に結合する内側継手部材であって、前記第２の回転軸に直接結合されるボスと、前記ボスの円周方向三等分位置から半径方向に突出したジャーナルとからなる内側継手部材と、
前記外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルクを伝達するローラカセットであって、前記外側継手部材のトラック溝に沿って転動可能な外側ローラと、前記内側継手部材のジャーナルに嵌合した内側ローラと、前記外側ローラおよび内側ローラ間に配設された複数の転動体からなるローラカセットとを具備し、
前記外側ローラの外径をＤｏ、外側ローラの半径方向肉厚をＴｏ、外側ローラの継手半径方向外側の鍔厚をｔ１、外側ローラの継手半径方向内側の鍔厚をｔ２、前記内側ローラの外径をＤｉ、内側ローラの肉厚Ｔｉ、トラニオンジャーナルの付根部断面形状の継手円周方向の径をＤｊ１、トラニオンジャーナルの付根部断面形状の継手軸線方向の径をＤｊ２とし、継手のトラニオンジャーナルピッチ円直径（ＰＣＤ）をＤとすると、外側ローラの外径比Ｄｏｒ＝Ｄｏ／Ｄ、肉厚比Ｔｏｒ＝Ｔｏ／Ｄ、外側鍔厚比ｔ１ｒ＝ｔ１／Ｄ、内側鍔厚比ｔ２ｒ＝ｔ２／Ｄ、内側ローラの外径比Ｄｉｒ＝Ｄｉ／Ｄ、肉厚比Ｔｉｒ＝Ｔｉ／Ｄ、トラニオンジャーナル付根部の継手円周方向径比Ｄｊ１ｒ＝Ｄｊ１／Ｄ、トラニオンジャーナル付根部の継手軸線方向径比Ｄｊ２ｒ＝Ｄｊ２／Ｄと定義したとき、前記各比率を、０．８０＜Ｄｏｒ＜０．９０、０．１０５＜Ｔｏｒ＜０．１１５、０．０２５＜ｔ１ｒ＜０．０４５、０．０２５＜ｔ２ｒ＜０．０７５、０．５３＜Ｄｉｒ＜０．６３、０．０６５＜Ｔｉｒ＜０．０８５、０．３２＜Ｄｊ１ｒ＜０．４２、０．３２＜Ｄｊ２ｒ＜０．３５、の範囲に設定したことを特徴とする。
ここで、Ｄｏｒ、Ｔｏｒ、ｔ１ｒ、ｔ２ｒは外側ローラの寸法の比率であり、Ｄｉｒ、Ｔｉｒは内側ローラの寸法の比率であるが、前記のプロポーションに設定することにより、当該部分の強度及び剛性のバランスを保つことができ、必要強度を維持しながらも軽量・コンパクトと低コスト化を達成できる。
Ｄｊ１ｒ、Ｄｊ２ｒはトラニオンジャーナル部の寸法の比率であるが、前記のプロポーションに設定することにより、等速自在継手の必要作動角を確保でき、かつ、当該部の強度及び剛性のバランスを保つことができ、必要強度を維持しながらも軽量・コンパクトと低コスト化を達成できる。
このように、等速自在継手の各構成部品の寸法比を所定範囲に設定することにより、トリポード型等速自在継手全体の強度を維持しながらも、軽量・コンパクト、低コストな等速ジョインを提供することができる。
請求項２に係る発明は、略球面状のトラニオンジャーナルの継手円周方向に内側ローラ組込用の逃げを設けたことを特徴とする。
これにより、トラニオンジャーナルにローラカセットを組み付ける際、ローラカセットを大きく傾けてスムーズに組み付けることを可能にする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２の継手において、ジャーナル付け根部が、継手円周方向の径が継手軸方向の径より大きい非円形断面であることを特徴とする。
これにより、トルク負荷を受ける際の最大応力位置となりやすいジャーナル首下円周方向での強度向上が可能となり、よりコンパクトな継手とすることが可能となる。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３の継手において、継手円周方向におけるジャーナル付け根部の曲率半径Ｒ１を、継手円周方向の頂点から所定の角度範囲にわたり一定としたことを特徴とする。
このように一定角度範囲にわたり曲率半径Ｒ１を一定としても、トリポードの強度最弱部になる可能性が高いジャーナル付根部の強度を維持しながらも、継手の最大作動角を犠牲にすることなく、小型軽量・低コスト化を図ることが可能である。
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４の継手において、ジャーナル付け根部の継手円周方向における曲率半径Ｒ１と継手軸線方向における曲率半径Ｒ２との比の値をａとしたとき、２．０≦ａ≦６．５に設定したことを特徴とする。
ａ＜２．０の場合、Ｒ２が大きすぎてローラカセット２０と干渉し、継手の最大作動角が減少するため、継手ＰＣＤを大きくして干渉を避ける必要があり、継手の外径アップに繋がるおそれがある。ａ＞６．５の場合、Ｒ２が小さすぎて鍛造成型性が悪化するおそれがある。
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５の継手において、ジャーナル付け根部の継手円周方向における曲率半径Ｒ１とボスのメススプラインＰＣＤとの比の値をｂとしたとき、０．１３≦ｂ≦０．２５に設定したことを特徴とする。
ｂ＜０．１３の場合、Ｒ１が小さすぎてトリポード１６の強度が低下するおそれがある。ｂ＞０．２５の場合、Ｒ１が大きすぎてローラカセット２０と干渉し、継手の最大作動角が減少する。このため、継手ＰＣＤを大きくして干渉を避ける必要があり、継手の外径アップに繋がるおそれがある。
以上のように、トリポード型等速自在継手の各構成部品の寸法比を適正値に設定することにより、継手全体の強度を維持しながらも、軽量・コンパクト、低コストのすべての要求を満足するトリポード型等速自在継手を提供することが可能となる。
以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。
（トリポード型等速自在継手の基本的構成）
図３〜図５に、トリポード型等速自在継手１１の基本的構成を示す。この等速自在継手１１は、駆動軸等の第１の回転軸１２の端部に固定される中空筒状の外側継手部材１４と、車輪側の回転軸等の第２の回転軸１３の端部に固定されるトリポード（内側継手部材）１６を有する。
外側継手部材１４は鍛造成型にて第１の回転軸１２と一体的に形成され、内周面の円周方向三等分位置に、軸方向に延びる凹溝１４ａを有する。各凹溝１４ａは、外側継手部材１４の内周面から半径方向外方に向けて凹入しており、円周方向に向かい合った一対のガイド面１４ｂと、外側継手部材の半径方向外側に位置して両ガイド面１４ｂを接続する底面とで構成される。一対のガイド面１４ｂは、後述する外側ローラ２６を外側継手部材軸方向に案内して転動させるための軌道を提供し、外側ローラ２６との間でトルクを伝達する。また、凹溝１４ａの底面の一部には外側ローラ２６の転動を案内する案内肩面１４ｃが形成される。この案内肩面１４ｃは、外側ローラ２６が凹溝１４ａ内を移動する際に外側継手部材軸方向と平行な姿勢を維持させ、円滑に転動させる役割を果たす。
トリポード１６は、鍛造成型にて一体をなすボス１６ａおよびトラニオンジャーナル１６ｂで構成される。ボス１６ａは、第２の回転軸１３の端部に固定される。たとえば、第２の回転軸１３に形成されたスプライン軸と、ボス１６ａに形成されたスプライン孔とを嵌合させ、止め輪１３ａで位置決めする。トラニオンジャーナル１６ｂはボス１６ａの円周方向三等分位置から半径方向に突出する。各トラニオンジャーナル１６ｂの端部は球状を呈する。
各トラニオンジャーナル１６ｂはローラカセット２０を支持する。ローラカセット２０は、針状ころ２４を介して相対回転可能な内側ローラ２２と外側ローラ２６とからなるダブルローラタイプである。針状ころ２４の抜け出しを防止するため、針状ころ２４の両端側の外側ローラ２６に環状の鍔３８を設ける。内側ローラ２２の内周面はトラニオンジャーナル１６ｂの球状外周面と略同一の曲率半径の球状であって、内側ローラ２２とトラニオンジャーナル１６ｂとが球面嵌合する。これにより、内側ローラ２２の球状内周面がトラニオンジャーナル１６ｂの球状外周面の周囲に首振り自在に支持される。
内側ローラ２２の円筒形外周面と外側ローラ２６の円筒形内周面との間に、複数本の針状ころ２４が介在する。これにより、内側ローラ２２と外側ローラ２６とが相対的に回転可能、かつ、軸方向変位が可能とされる。
外側ローラ２６は、外側継手部材１４の凹溝１４ａに収容される。各凹溝１４ａを構成する一対のガイド面１４ｂは、外側継手部材１４の横断面（図３）において、外側ローラ２６の外周面の母線と略同一の円弧状である。したがって、外側ローラ２６はこれら一対のガイド面１４ｂ間に転動自在に支持される。
前述のように構成されたトリポード型等速自在継手は、その使用時にたとえば第１の回転軸１２が回転すると、この回転力は、外側継手部材１４からローラカセット２０とトラニオンジャーナル１６ｂを介してトリポード１６のボス１６ａに伝わり、第２の回転軸１３を回転させる。また、図４のように第１の回転軸１２の中心軸と第２の回転軸１３の中心軸とが不一致の場合、言い換えれば作動角をとった状態では、両回転軸の回転に伴って各トラニオンジャーナル１６ｂが対応する凹溝１４ａのガイド面１４ｂに対して、トリポード１６を中心として揺動する方向に変位する。その際、トラニオンジャーナル１６ｂに支承された外側ローラ２６が、凹溝１４ａのガイド面１４ｂ上を転動するとともにトラニオンジャーナル１６ｂの軸方向に変位する。これらの動きにより、周知のように、第１、第２の回転軸１２，１３の間で等速性が確保される。
（トラニオンジャーナルの形状）
図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、トラニオンジャーナル１６ｂの付け根部は、継手円周方向の径が継手軸方向の径より大きい非円形断面である。この非円形断面は、典型的には、図１（Ｂ）に示すように、短軸を継手軸方向に向けた楕円形である。楕円以外の非円形断面をトラニオンジャーナル１６ｂの付け根部に適用することも勿論可能である。その際、非円形断面の輪郭線は応力集中を起こさないように滑らかに連続する曲線とするのがよい。
トラニオンジャーナル１６ｂの付け根部を、継手円周方向の径が継手軸方向の径より大きい非円形断面とすることで以下の利点がある。すなわち、ローラカセットを継手軸方向を含む平面内で傾けてトラニオンジャーナルに組み付ける際、ジャーナル首下部とローラとの組付け用干渉逃げは、ジャーナル首下部の継手軸方向側にのみ存在すればよいため、継手円周方向側には組付け用の干渉逃げが不要となる。トルク負荷を受ける際の最大応力位置となりやすい首下円周方向位置では干渉逃げがないため、強度向上が可能となり、よりコンパクトな継手とすることが可能となる。
図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、トリポード１６のボス１６ａとジャーナル１６ｂを繋ぐジャーナル付根部１６ｅは凹円弧形状で、継手円周方向（トルク負荷方向）における曲率半径をＲ１とし、継手軸方向における曲率半径をＲ２とすると、Ｒ１＞Ｒ２で、かつ、Ｒ１からＲ２まで漸減している。
これにより、トリポード１６の強度最弱部となるジャーナル付け根部の強度を維持しながらも、継手の最大作動角を犠牲にすることなく、軽量・コンパクト、低コストなトリポード型等速自在継手を提供することができる。
継手円周方向（トルク負荷方向）における曲率半径Ｒ１と継手軸方向における曲率半径Ｒ２との比の値をａとしたとき、２．０≦ａ≦６．５に設定するのが望ましい。ａ＜２．０の場合、Ｒ２が大きすぎてローラカセット２０と干渉し、継手の最大作動角が減少するため、継手ＰＣＤを大きくして干渉を避ける必要があり、継手の外径アップに繋がるおそれがある。ａ＞６．５の場合、Ｒ２が小さすぎて鍛造成型性が悪化するおそれがある。
また、継手円周方向（トルク負荷方向）における曲率半径Ｒ１とボス１６ａのメススプライン２５のＰＣＤとの比の値をｂとしたとき、０．１３≦ｂ≦０．２５に設定するのが望ましい。ｂ＜０．１３の場合、Ｒ１が小さすぎてトリポード１６の強度が低下するおそれがある。ｂ＞０．２５の場合、Ｒ１が大きすぎてローラカセット２０と干渉し、継手の最大作動角が減少する。このため、継手ＰＣＤを大きくして干渉を避ける必要があり、継手の外径アップに繋がるおそれがある。
第１の実施の形態において、トリポード１６のボス１６ａとジャーナル１６ｂを繋ぐジャーナル付根部１６ｅの、継手円周方向（トルク負荷方向）における曲率半径Ｒ１を、符号Ａ（図１（Ｂ））で示す角度範囲にわたり一定とすることも可能である。この場合、当該角度範囲の外延からは、継手軸線方向における曲率半径Ｒ２まで漸減させる。
このように一定角度範囲にわたり曲率半径Ｒ１を一定としても、トリポード１６の強度最弱部になる可能性が高いジャーナル付根部１６ｅの強度を維持しながらも、継手の最大作動角を犠牲にすることなく、小型軽量・低コスト化を図ることが可能である。角度範囲Ａは、継手の最大作動角に影響を与えない範囲で大きくとるのが望ましく、好ましくはＡ≧５°とする。
なお、図２（Ｂ）に符号１６ｄで示してあるのは、略球面状のジャーナル１６ｂの継手円周方向における一部をカットして形成した内側ローラ２２組み込み用の逃げである。
（外側ローラ、内側ローラ、ジャーナル付根部の最適寸法比）
トリポード型等速自在継手の外側ローラ２６、内側ローラ２２、ジャーナル付根部の最適寸法比の範囲は、以下の表１に示す通りである。「寸法比」は、継手のトラニオンジャーナルピッチ円直径Ｄ（＝ＰＣＤ）（図５参照）に対する比率である。構成部品の寸法比のいずれか一つでも、表１に示す下限以下又は上限以上になるにつれて、他の寸法比が上下限の最適寸法比の範囲内に収まっていても、トリポード型等速自在継手の寸法比を外れた部分で強度ないし剛性が低下するか、又は、継手の外径が大きくなり、高強度とコンパクトさの両立が不可能となる。各部寸法の記号は、図１（Ｂ）、図５、図６、図７に表されている。
Figure 2006283828
（ローラカセットの組付け）
図８は、トラニオンジャーナル１６ｂにローラカセット２０を組み付ける際の要領を示す。同図に示すように、トリポード１６のボス１６ａの、第２の回転軸１３の端部側（図４の右側、図８では左側）のみに大きな面取り１６ｃを設けてある。この面取り１６ｃと、前述した継手円周方向の逃げ１６ｄにより、トラニオンジャーナル１６ｂにローラカセット２０を組み付ける際に、図８に想像線で示すように、ローラカセット２０を大きく傾けて組み付けることを可能にする。そして、ローラカセット２０（の内側ローラ２２）とトラニオンジャーナル１６ｂとが干渉するのは、トルク負荷が作用する方向（図８の紙面に垂直な方向）における対向二箇所のみとなるため、内側ローラ２２を弾性変形させながら押し込むことにより組み付けが可能となる。
なお、トラニオンジャーナル１６ｂとローラカセット２０との干渉逃げは、継手軸方向のトラニオンジャーナル首下部に存在すればよく、継手円周方向のトラニオンジャーナル首下部には不要である。この仕様の場合、トルク負荷を受ける際の最大応力位置となりやすい首下円周方向位置の干渉逃げが不要なため、強度向上が可能となり、よりコンパクトなトリポード型等速自在継手とすることが可能となる。さらに、トラニオンジャーナル１６ｂのトルク負荷を受ける位置と直角方向二箇所（負荷範囲外）に平面を設けて逃げてもよい。
前記構造によれば、高性能タイプのトリポード型等速自在継手において、内側ローラ２２の球状内周面と球状トラニオンジャーナル１６ｂとの間でトルクを伝達するため、接触面圧が低く抑えられ、強度・耐久性で有利であるとともに、トラニオンジャーナル１６ｂの首下強度も向上するため、高性能と高強度・高耐久性・コンパクトのすべてを満足するトリポード型等速自在継手を提供することが可能となる。
以上、本発明の実施の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、特許請求の範囲に表現された技術的思想に基づき種々の変形が可能であることは勿論である。
（Ａ）は本発明のトリポード型等速自在継手に使用するトリポードの正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図。 （Ａ）はトラニオンジャーナルの正面図、（Ｂ）はトラニオンジャーナルの側面図。 トリポード型等速自在継手の横断面図。 トリポード型等速自在継手の縦断面図。 トリポード型等速自在継手の横断面の拡大図。 外側ローラの断面図。 内側ローラの断面図。 トリポードキットの組立て要領を説明するための断面図。
符号の説明
１１ トリポード型等速自在継手
１２，１３ 回転軸
１３ａ 止め輪
１４ 外側継手部材
１４ａ 凹溝
１４ｂ ガイド面
１４ｃ 案内肩面
１６ トリポード
１６ａ ボス
１６ｂ トラニオンジャーナル
１６ｃ 面取り
１６ｄ 逃げ
１６ｅ ジャーナル付根部
２０ ローラカセット
２２ 内側ローラ
２４ 針状ころ
２５ メススプライン
２６ 外側ローラ
３８ 鍔

Claims (6)

  1. 第１の回転軸とトルク伝達可能に結合する外側継手部材であって、その内周面の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝を形成した外側継手部材と、
    第２の回転軸とトルク伝達可能に結合する内側継手部材であって、前記第２の回転軸に直接結合されるボスと、前記ボスの円周方向三等分位置から半径方向に突出したジャーナルとからなる内側継手部材と、
    前記外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルクを伝達するローラカセットであって、前記外側継手部材のトラック溝に沿って転動可能な外側ローラと、前記内側継手部材のジャーナルに嵌合した内側ローラと、前記外側ローラおよび内側ローラ間に配設された複数の転動体からなるローラカセットとを具備し、
    前記外側ローラの外径をＤｏ、外側ローラの半径方向肉厚をＴｏ、外側ローラの継手半径方向外側の鍔厚をｔ１、外側ローラの継手半径方向内側の鍔厚をｔ２、前記内側ローラの外径をＤｉ、内側ローラの肉厚Ｔｉ、トラニオンジャーナルの付根部断面形状の継手円周方向の径をＤｊ１、トラニオンジャーナルの付根部断面形状の継手軸線方向の径をＤｊ２とし、継手のトラニオンジャーナルピッチ円直径（ＰＣＤ）をＤとすると、外側ローラの外径比Ｄｏｒ＝Ｄｏ／Ｄ、肉厚比Ｔｏｒ＝Ｔｏ／Ｄ、外側鍔厚比ｔ１ｒ＝ｔ１／Ｄ、内側鍔厚比ｔ２ｒ＝ｔ２／Ｄ、内側ローラの外径比Ｄｉｒ＝Ｄｉ／Ｄ、肉厚比Ｔｉｒ＝Ｔｉ／Ｄ、トラニオンジャーナル付根部の継手円周方向径比Ｄｊ１ｒ＝Ｄｊ１／Ｄ、トラニオンジャーナル付根部の継手軸線方向径比Ｄｊ２ｒ＝Ｄｊ２／Ｄと定義したとき、前記各比を、０．８０＜Ｄｏｒ＜０．９０、０．１０５＜Ｔｏｒ＜０．１１５、０．０２５＜ｔ１ｒ＜０．０４５、０．０２５＜ｔ２ｒ＜０．０７５、０．５３＜Ｄｉｒ＜０．６３、０．０６５＜Ｔｉｒ＜０．０８５、０．３２＜Ｄｊ１ｒ＜０．４２、０．３２＜Ｄｊ２ｒ＜０．３５、の範囲に設定したことを特徴とするトリポード型等速自在継手。
  2. 略球面状のトラニオンジャーナルの継手円周方向に内側ローラ組込用の逃げを設け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。
  3. ジャーナル付け根部が、継手円周方向の径が継手軸方向の径より大きい非円形断面であることを特徴とする請求項１又は２のトリポード型等速自在継手。
  4. 継手円周方向におけるジャーナル付け根部の曲率半径Ｒ１を、継手円周方向の頂点から所定の角度範囲にわたり一定としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかのトリポード型等速自在継手。
  5. ジャーナル付け根部の継手円周方向における曲率半径Ｒ１と継手軸線方向における曲率半径Ｒ２との比の値をａとしたとき、２．０≦ａ≦６．５に設定したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかのトリポード型等速自在継手。
  6. ジャーナル付け根部の継手円周方向における曲率半径Ｒ１とボスのメススプラインＰＣＤとの比の値をｂとしたとき、０．１３≦ｂ≦０．２５に設定したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかのトリポード型等速自在継手。
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