JP2007024266A

JP2007024266A - トリポード型等速自在継手

Info

Publication number: JP2007024266A
Application number: JP2005210329A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tomoue; 真友上
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】トリポード部材が熱処理により変形した場合であっても、シャフトとトリポード部材との良好なスプライン嵌合が得られる。
【解決手段】内周面に三本のトラック溝が軸方向に形成され、各トラック溝の両側にそれぞれ軸方向のローラ案内面を有する外方部材と、外周面に径方向に突出した三本の脚軸が円周方向等間隔に形成され、軸孔にシャフト１４がスプライン嵌合されるトリポード部材と、前記トリポード部材の各脚軸に回転自在に装着されて前記トラック溝に挿入され、前記外方部材とトリポード部材間でトルクを伝達するローラとを備え、そのローラがローラ案内面に沿って外方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、前記トリポード部材の軸孔は、熱処理により変形した内径形状を有し、前記シャフト１４のスプライン２３を前記軸孔の内径形状と合致した外径形状に成形する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車、航空機、船舶や各種産業機械などの動力伝達部への使用に好適なトリポード型等速自在継手に関する。

例えば、自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達する手段として使用される等速自在継手の一種にトリポード型等速自在継手がある。このトリポード型等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結してその二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し、しかも、軸方向の相対変位をも許容することができる構造を備えている。

一般的に、トリポード型等速自在継手は、図６および図７に示すように内周面に三本のトラック溝１が軸方向に形成され、各トラック溝１の両側にそれぞれ軸方向のローラ案内面２を有する外方部材としての外輪３と、半径方向に突出した三本の脚軸４を有するトリポード部材５と、そのトリポード部材５の脚軸４と外輪３のローラ案内面２との間に回転自在に収容されたローラ６とを主要な部材として構成される。この等速自在継手では、前述した駆動側の軸が外輪３に連結され、従動側の軸としてシャフト９がトリポード部材５に連結される。

このようにトリポード部材５の脚軸４と外輪３のローラ案内面２とがローラ６を介して二軸の回転方向に係合することにより、駆動側から従動側へ回転トルクが等速で伝達される。また、各ローラ６が脚軸４に対して回転しながらローラ案内面２上を転動することにより、外輪３とトリポード部材５間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収される。

この等速自在継手を構成するトリポード部材５は、図８および図９に示すように三本の脚軸４を有するボス部７の軸孔にトルク伝達用のスプライン８を形成した構成を有し、そのスプライン８は、図１０（ａ）（ｂ）に示すようにトリポード部材５に圧入されるシャフト９の外周面に形成されたスプライン１０と係合され、両スプライン８，１０の係合部においてトルク伝達が行われる。このトリポード部材５は、強度が要求されることから、通常、焼入れなどの熱処理を施して硬度を高めるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
実開平５−１０２８号公報（段落番号［０００２］〜［０００４］、図３〜図５）

ところで、前述した等速自在継手におけるトリポード部材５は、脚軸４の形成部位ｍにおける径方向の肉厚が厚く、脚軸４間の円筒部位ｎにおける径方向の肉厚が薄い。そのため、トリポード部材５の熱処理において、焼入れ後の冷却過程で素材の収縮量がボス部７の周方向で均一にならず、収縮量の大きい円筒部位ｎの内径面が脚軸４の形成部位ｍの内径面より数十μｍ程度大きく内方に変形し、図８の鎖線ｐで示すようにボス部７の軸孔がおむすび形に変形した内径形状となる。これに対して、図１０（ｂ）に示すようにシャフト９のスプライン１０の外径形状は真円形となっている。なお、図１０（ｂ）では、シャフト９のスプラインの外径形状を一点鎖線で示し、スプライン１０の一部を実線で示している。

このため、トリポード部材５にシャフト９を圧入して両者を互いに結合した場合、しまり嵌めのスプライン嵌合であると、円筒部位ｎの内径面におけるスプライン８の締め代が脚軸４の形成部位ｍにおけるスプライン８の締め代よりも大きく、また、すきま嵌めのスプライン嵌合であると、円筒部位ｎにおけるスプライン８の隙間が脚軸４の形成部位ｍにおけるスプライン８の隙間よりも小さくなる。

その結果、トルク伝達時に円筒部位ｎの内径面のスプライン８に大きな負荷がかかり、肉厚の薄い円筒部位ｎが強度的に弱いという問題があった。さらに、トリポード部材５にスプライン嵌合されたシャフト９でも、トリポード部材５のスプライン８に嵌合するスプライン１０に大きな負荷がかかることになり、シャフト９の強度も弱くなるという問題もあった。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、トリポード部材が熱処理により変形した場合であっても、シャフトとトリポード部材との良好なスプライン嵌合が得られるトリポード型等速自在継手を提供することにある。

前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、内周面に三本のトラック溝が軸方向に形成され、各トラック溝の両側にそれぞれ軸方向のローラ案内面を有する外方部材と、外周面に径方向に突出した三本の脚軸が円周方向等間隔に形成され、軸孔にシャフトがスプライン嵌合されるトリポード部材と、トリポード部材の各脚軸に回転自在に装着されてトラック溝に挿入され、外方部材とトリポード部材間でトルクを伝達するローラとを備え、そのローラがローラ案内面に沿って外方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、トリポード部材の軸孔は熱処理により変形した内径形状を有し、シャフトのスプラインを軸孔の内径形状と合致した外径形状に成形したことを特徴とする。ここで、シャフトのスプラインの外径形状とは、スプラインのＰＣＤ（ピッチ円径）で規定される形状を意味する。

本発明におけるシャフトは、スプライン形成前に、トリポード部材の軸孔の内径形状と合致した外径形状に成形し、その後にスプラインを形成することにより、そのスプラインＰＣＤをトリポード部材の軸孔の内径形状と合致した外径形状にすればよい。

この際、スプライン形成のための基準円外径の１／２をＲ、軸孔の内径形状と合致した外径形状の外接円半径と内接円半径の差の１／２をｒ、基準円外径の円周角をθとすると、スプライン形成前のシャフトをＲ＋ｒ・cos３θで規定される外径形状に成形すればよい。このように規定することにより、その外径形状（おむすび形）において、中心を通る外径寸法２Ｒは、常に一定となってスプライン形成が容易となる。

本発明では、トリポード部材の軸孔は熱処理により変形した内径形状を有し、シャフトのスプラインを軸孔の内径形状と合致した外径形状に成形したことにより、トリポード部材の硬度を高めるために熱処理を施したときに変形が生じても、トリポード部材の軸孔の内径形状とシャフトの外径形状が合致しているので、トリポード部材とシャフトのスプライン嵌合がその周方向に亘って均一な状態となり、トルク伝達時にスプラインにかかる負荷が均一となる。

本発明によれば、トリポード部材の軸孔は熱処理により変形した内径形状を有し、シャフトのスプラインを軸孔の内径形状と合致した外径形状に成形したことにより、トリポード部材の硬度を高めるために熱処理を施したときに変形が生じても、トリポード部材の軸孔の内径形状とシャフトの外径形状が合致している。その結果、トリポード部材とシャフトのスプライン嵌合がその周方向に亘って均一な状態となり、トルク伝達時にスプラインにかかる負荷が均一となって局部的な応力の上昇を抑制することができるので、トリポード部材またはシャフト、あるいはトリポード部材とシャフトの両者の強度を確保することができ、特に、疲労強度の低下を防止することができ、信頼性の高い長寿命のトリポード型等速自在継手を提供できる。

本発明に係るトリポード型等速自在継手の実施形態を以下に詳述する。

図３および図４に示す実施形態のトリポード型等速自在継手は、外方部材である外輪１１と、トリポード部材１２と、転動体であるローラ１３とで主要部が構成され、駆動側と従動側で連結すべき二軸のうち、駆動側の軸（図示せず）が外輪１１に連結され、従動側の軸であるシャフト１４がトリポード部材１２に連結されて作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し、しかも、軸方向の相対変位をも許容することができる構成を備えている。

外輪１１は、一端が開口し、他端が閉塞した略円筒カップ状をなし、その他端に駆動側の軸（図示せず）が連結され、内周面に軸方向の三本のトラック溝１５が中心軸の周りに１２０°間隔で形成されている。各トラック溝１５は、その円周方向で向かい合った側壁にそれぞれ凹曲面状のローラ案内面１６が軸方向に形成されている。トリポード部材１２は、半径方向に突出した三本の脚軸１７を有し、シャフト１４にスプライン嵌合により保持されている。ローラ１３は、複数の針状ころ１８を介して脚軸１７に回転自在に装着され、トリポート部材１２の脚軸１７と外輪１１のローラ案内面１６との間に収容されている。

なお、脚軸１７の外周面は針状ころ１８の内側軌道面とされ、ローラ１３の内周面は針状ころ１８の外側軌道面とされている。ローラ１３の外周面は、ローラ案内面１６に適合する凸球面とされている。針状ころ１８は、総ころ状態で組み込まれ、脚軸１７の先端付近に装着されたサークリップ１９により抜け止めされている。

この等速自在継手では、トリポード部材１２の脚軸１７と外輪１１のローラ案内面１６とがローラ１３を介して二軸の回転方向に係合することにより、駆動側から従動側へ回転トルクが等速で伝達される。また、各ローラ１３が脚軸１７に対して回転しながらローラ案内面１６上を転動することにより、外輪１１とトリポード部材１２との間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収される。

等速自在継手の一部を構成するトリポード部材１２は、図５に示すように円筒状のボス部２０と、そのボス部２０の中心軸の周りに１２０°間隔で一体的に突設された前述の脚軸１７とからなり、前述のボス部２０の軸心に貫設され、シャフト１４が圧入される軸孔２１を有する。

このトリポード部材１２の軸孔２１の内径面にスプライン２２がブローチ加工により形成されていると共に、シャフト１４の端部の外径面にスプライン２３が転造加工により形成され、その軸孔２１へのシャフト１４の圧入により両者のスプライン２２，２３を係合させることによりトルク伝達が可能となる（図３〜図５参照）。なお、シャフト１４は、止め輪２４によりトリポード部材１２に対して抜け止めされている。このトリポード部材１２は、強度が要求されることから、通常、浸炭焼入れなどの熱処理を施して硬度を高めるようにしている。

ここで、前述のトリポード部材１２は、図５に示すように脚軸１７の形成部位Ｘにおける径方向の肉厚が厚く、脚軸１７間の円筒部位Ｙにおける径方向の肉厚が薄い。そのため、トリポード部材１２の熱処理において、浸炭焼入れ後の冷却過程で素材の収縮量がボス部２０の周方向で均一にならず、収縮量の大きい円筒部位Ｙの内径面が脚軸１７の形成部位Ｘの内径面より数十μｍ程度大きく内方に変形し、ボス部２０の軸孔２１がおむすび形に変形した内径形状となる。なお、図５では、軸孔２１の内径形状を一点鎖線で示し、スプライン２２の一部を実線で示している。

そこで、この実施形態では、図１（ａ）（ｂ）に示すようにシャフト１４のスプラインＰＣＤを、トリポード部材１２の軸孔２１の内径形状と合致した形状、つまり、おむすび形に成形する。なお、図１（ｂ）では、シャフト１４のスプラインＰＣＤの外径形状を一点鎖線で示し、スプライン２３の一部を実線で示している。従来の等速自在継手では、シャフト９のスプラインＰＣＤを真円形に成形するため、スプライン形成のための転造加工前の外径も真円形に仕上げていた〔図１０（ｂ）参照〕。これに対して、実施形態では、スプライン形成のための転造加工前の外径をおむすび形に成形し、その後、転造加工を行うことによりスプラインＰＣＤをおむすび形に成形する〔図１（ｂ）参照〕。

この際、図２に示すようにスプライン形成のための基準円外径（真円形）の１／２をＲ、トリポード部材１２の軸孔２１の内径形状と合致した形状であるおむすび形状の外接円半径と内接円半径の差の１／２をｒ、基準円外径の円周角をθとすると、シャフト１４のスプライン形成のための転造加工前の形状は、Ｒ＋ｒ・cos３θで規定される。このように規定することにより、その外径形状（おむすび形）において、中心を通る外径寸法２Ｒは、常に一定となって転造加工が可能である。

このシャフト１４のスプライン２３を形成するための転造加工の前加工は、旋盤などでスプライン形成前の外径に研削取り代を付加して前研削を行い、前述のおむすび形状の狙い形状にカム研削盤などを使用して仕上げ研削を行う。その後、通常通りの転造加工および熱処理を行うことにより、スプラインＰＣＤがおむすび形に成形されたシャフト１４が得られる。

この実施形態のようにすれば、トリポード部材１２の硬度を高めるために熱処理を施したときに変形が生じても、トリポード部材１２の軸孔２１の内径形状とシャフトの外径形状が合致しているので、トリポード部材１２とシャフト１４のスプライン嵌合がその周方向に亘って均一な状態が得られ、トルク伝達時にスプライン２３にかかる負荷が均一となる。

なお、トリポード部材１２とシャフト１４を組み付ける際には、トリポード部材１２の軸孔２１のおむすび形状とシャフト１４のおむすび形状が一致するように、トリポード部材１２とシャフト１４の位置合わせが必要である。また、おむすび形状の外接円半径と内接円半径の差である歪み量２ｒは、トリポード部材１２の変形による歪み量に合わせて設定すればよく、例えば１０〜２０μｍ程度が好適である。

本発明の実施形態で、（ａ）はトリポード部材にスプライン嵌合されるシャフトを示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線におけるシャフト外径図である。本発明の実施形態で、シャフトの外径形状を説明するための図である。本発明の実施形態で、トリポード型等速自在継手を示す正断面図である。本発明の実施形態で、トリポード型等速自在継手を示す側断面図である。図４のトリポード部材を示す正面図である。トリポード型等速自在継手の従来例を示す正断面図である。トリポード型等速自在継手の従来例を示す側断面図である。図７のトリポード部材を示す正面図である。図８のトリポード部材の軸孔に形成されたスプラインを示す拡大部分正面図である。トリポード型等速自在継手の従来例で、（ａ）はトリポード部材にスプライン嵌合されるシャフトを示す正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線におけるシャフト外径図である。

符号の説明

１１外方部材（外輪）
１２トリポード部材
１３ローラ
１４シャフト
１５トラック溝
１６ローラ案内面
１７脚軸
２１軸孔
２２トリポード部材のスプライン
２３シャフトのスプライン

Claims

内周面に三本のトラック溝が軸方向に形成され、各トラック溝の両側にそれぞれ軸方向のローラ案内面を有する外方部材と、外周面に径方向に突出した三本の脚軸が円周方向等間隔に形成され、軸孔にシャフトがスプライン嵌合されるトリポード部材と、前記トリポード部材の各脚軸に回転自在に装着されて前記トラック溝に挿入され、前記外方部材とトリポード部材間でトルクを伝達するローラとを備え、そのローラがローラ案内面に沿って外方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、
前記トリポード部材の軸孔は熱処理により変形した内径形状を有し、前記シャフトのスプラインを前記軸孔の内径形状と合致した外径形状に成形したことを特徴とするトリポード型等速自在継手。
前記スプライン形成前のシャフトを前記軸孔の内径形状と合致した外径形状に成形した請求項１に記載のトリポード型等速自在継手。
前記スプライン形成のための基準円外径の１／２をＲ、軸孔の内径形状と合致した外径形状の外接円半径と内接円半径の差の１／２をｒ、基準円外径の円周角をθとすると、前記スプライン形成前のシャフトをＲ＋ｒ・cos３θで規定される外径形状に成形した請求項２に記載のトリポード型等速自在継手。