JP2007211800A - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 ローラ機構の内側ローラと脚軸との接触部分での摩耗を低減する。
【解決手段】 内周部に軸方向の三本のトラック溝１２が形成され、各トラック溝１２の両側でそれぞれ軸方向に延びるローラ案内面１４を有する外側継手部材１０と、半径方向に突出した三本の脚軸２２を有するトリポード部材２０と、トリポード部材２０の各脚軸２２にそれぞれ装着され、脚軸２２に対して首振り揺動自在なローラ機構３７とを備え、ローラ機構３７は、ローラ案内面１４に沿って外側継手部材１０の軸線と平行な方向に案内される外側ローラ３４と、脚軸２２の外周面に外嵌されて複数の針状ころ３６を介して外側ローラ３４を回転自在に支持する内側ローラ３２とからなるトリポード型等速自在継手において、内側ローラ３２の内周面の研磨後の表面粗さＲａを０．５μｍ以下とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トリポード型等速自在継手に関し、詳しくは、駆動側と従動側の二軸間で軸方向変位および角度変位を許容する摺動式等速自在継手の一種で、例えば自動車、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。

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（例えば、特許文献１参照）。この等速自在継手は、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。

この等速自在継手の一例を図５（Ａ）〜（Ｃ）に示して説明すると、外側継手部材１の内周面の軸方向に三本の円筒形トラック溝２を形成し、外側継手部材１内に挿入されたトリポード部材４の半径方向に突設した三本の脚軸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の円周方向両側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、三本の脚軸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。駆動側と従動側の二軸の一方である駆動軸が外側継手部材１に連結され、他方の従動軸がトリポード部材４に連結される。

このようにトリポード部材４の脚軸５と外側継手部材１のローラ案内面３とがローラ７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７が脚軸５に対して回転しながらローラ案内面３上を転動することにより、外側継手部材１とトリポード部材４との間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収される。

図５（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５（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５（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１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。

かかるスライド抵抗と誘起スラストの低減を図るための摺動式トリポード型等速自在継手として、例えばダブルローラタイプの等速自在継手が知られている（例えば、特許文献２参照）。

このダブルローラタイプの等速自在継手の一例を本発明の図１（Ａ）〜（Ｄ）を援用して説明すると、トリポード部材２０の各脚軸２２に装着されて各トラック溝１２に挿入されたローラ機構３７を有する。ローラ機構３７は内側ローラ３２と外側ローラ３４を有し、両ローラ３２，３４間に針状ころ３６を介設したもので、脚軸２２に対して内側ローラ３２が首振り揺動自在に嵌合され、外側ローラ３４が外側継手部材１０のトラック溝１２内に収容され、トラック溝１２のローラ案内面１４上を転動しながら外側継手部材１０の軸方向に移動する。

このダブルローラタイプの等速自在継手では、ローラ機構３７が首振り揺動自在（ローラ機構３７が脚軸２２に対して傾動および軸方向変位自在）であるため、外側継手部材１０とトリポード部材２０が作動角をとった状態で回転力伝達を行うとき、外側ローラ３４とローラ案内面１４とが斜交状態となることを回避することができ、外側ローラ３４は外側継手部材１０の軸線と平行な姿勢を保つように外側継手部材１０のローラ案内面１４によって案内され、そのままの姿勢でローラ案内面１４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。
特開２０００−３２０５６３号公報 特開２００１−１３２７６６号公報

ところで、前述したダブルローラタイプの等速自在継手においては、ローラ機構３７が全体として脚軸２２に対し傾動可能なため、図５（Ｂ）に示すような斜交関係は生じず、ローラ案内面１４の摩耗は比較的少ない。その代わり、内側ローラ３２の内周面と脚軸２２の外周面との接触部分で滑りが発生する。その滑りによって内側ローラ３２の内周面と脚軸２２の外周面との接触部分に摩耗が生じる。この摩耗が過大に進行すると、車体振動や騒音の要因となる。

そこで、本発明は前述した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、ローラ機構の内側ローラと脚軸との接触部分での摩耗を低減し得るトリポード型等速自在継手を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、内周部に軸方向の三本のトラック溝が形成され、各トラック溝の両側でそれぞれ軸方向に延びるローラ案内面を有する外側継手部材と、半径方向に突出した三本の脚軸を有するトリポード部材と、トリポード部材の各脚軸にそれぞれ装着され、脚軸に対して首振り揺動自在なローラ機構とを備え、ローラ機構は、ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸線と平行な方向に案内される外側ローラと、脚軸の外周面に外嵌されて複数の転動体を介して外側ローラを回転自在に支持する内側ローラとからなるトリポード型等速自在継手であって、内側ローラ内径の研磨後の表面粗さＲａを０．５μｍ以下としたことを特徴とする。

このタイプの等速自在継手では、内側ローラ内径の研磨後の表面粗さＲａを０．５μｍ以下としたことにより、内側ローラの内周面の面性状を改善することができ、その内側ローラと脚軸との接触部分での摩耗を抑制する作用を呈する。この内側ローラ内径の研磨後の表面粗さＲａが０．５μｍより大きいと、内側ローラの内周面の面性状を改善することが困難となる。

なお、「内側ローラ内径の研磨後の表面粗さ」としたのは、内側ローラの内周面は研磨加工により最終仕上げされることから、その最終仕上げされた内周面の表面粗さを意味する。

本発明の等速自在継手は、前述した構成、つまり、外側継手部材、トリポード部材およびローラ機構からなる構成において、そのローラ機構は、内側ローラの内周面が円弧状凸断面で、かつ、脚軸の外周面がストレート形状の縦断面であることが望ましい。

このようにすれば、内側ローラの内周面と脚軸の外周面との間の滑りによって、脚軸に対するローラ機構の傾動および軸方向変位が自在となることから、外側ローラとローラ案内面とが斜交状態となることを回避することができる。

また、本発明の等速自在継手は、外側継手部材、トリポード部材およびローラ機構からなる構成において、そのトリポード部材は、脚軸の横断面を長軸が継手の軸線に直交する略楕円形とすることが望ましい。

これにより、継手が作動角をとった時、ローラ機構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、脚軸の外周面と内側ローラとの接触楕円が横長から点に近づくため、ローラ機構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、ローラ機構の姿勢が常に安定し、外側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。

本発明によれば、内側ローラ内径の研磨後の表面粗さＲａを０．５μｍ以下としたことにより、内側ローラの内周面の面性状を改善することができ、その内側ローラと脚軸との接触部分での摩耗を抑制することができ、摩耗増大が要因となる車体振動や騒音といった現象を抑えることができて車両の安定した振動特性を維持することができる。

図１（Ａ）〜（Ｄ）に本発明の実施形態で、ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手を示す。この実施形態のトリポード型等速自在継手は、構造的には従来のものと同様である。図１（Ａ）は等速自在継手の横断面図、同図（Ｂ）は作動角θをとった状態での等速自在継手の縦断面図、同図（Ｃ）は脚軸に垂直な断面図、同図（Ｄ）は内側ローラの断面を示す。なお、図１（Ｂ）で符号ｅは偏心量を表す。

このタイプの等速自在継手は、トリポード部材２０の脚軸２２に、ローラ機構３７が首振り揺動自在に嵌合される。ローラ機構３７は、内側ローラ３２、外側ローラ３４および両ローラ３２，３４間に介設された転動体としての針状ころ３６からなるアッセンブリ体で構成される。

外側継手部材１０は内周面に軸方向に延びる三本のトラック溝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三本の脚軸２２を有し、各脚軸２２にローラ機構３７が取り付けている。ローラ機構３７の外側ローラ３４が、外側継手部材１０のトラック溝１２内に収容される。外側ローラ３４の外周面は、ローラ案内面１４に適合する凸曲面である。

外側ローラ３４の外周面は脚軸２２の軸線上に曲率中心を置いた部分球面であり、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、外側ローラ３４の外周面とローラ案内面１４との接触は、二点接触のアンギュラコンタクトをなす。外側ローラ３４の球面状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。

このように外側ローラ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、外側ローラ３４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、例えばローラ案内面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、その断面形状を外側ローラ３４の外周面の母線に対応する円弧とすることもできる。

脚軸２２の外周面に内側ローラ３２が外嵌している。この内側ローラ３２と外側ローラ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機構３７を構成している。すなわち、内側ローラ３２の円筒形外周面を内側軌道面とし、外側ローラ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。

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〔図１（Ｃ）参照〕。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外側ローラ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、弾性的に縮径させた状態で外側ローラ３４の内周面の環状溝に装着するようになっている。

脚軸２２の外周面は、縦断面〔図１（Ａ）または図１（Ｂ）〕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（Ｃ）〕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２２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２２の断面形状は、トリポード部材２０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。

トリポード部材２０の脚軸２２の横断面を長軸が継手の軸線に直交する略楕円形としたことにより、継手が作動角をとった時、ローラ機構３７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。しかも、脚軸２２の外周面と内側ローラ３２との接触楕円が横長から点に近づくため、ローラ機構３７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、ローラ機構３７の姿勢が常に安定し、外側ローラ３４がローラ案内面１４と平行に保持されるため、円滑に転動することができる。

内側ローラ３２の内周面は、図１（Ｄ）のように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。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あり、脚軸２２と内側ローラ３２との間には所定のすきまが設けてあることから、内側ローラ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。つまり、内側ローラ３２の内周面と脚軸２２の外周面との間の滑りによって、脚軸２２に対するローラ機構３７の傾動および軸方向変位が自在となることから、外側ローラ３４とローラ案内面１４とが斜交状態となることを回避することができる。

また、前述したように内側ローラ３２と外側ローラ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、内側ローラ３２と外側ローラ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の軸線に対して内側ローラ３２および外側ローラ３４の軸線が傾くことをいう〔図１（Ｂ）参照〕。

このダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手では、ローラ機構３７が首振り揺動自在（ローラ機構３７が脚軸２２に対して傾動および軸方向変位自在）であるため、外側継手部材１０とトリポード部材２０が作動角をとった状態で回転力伝達を行うとき、外側ローラ３４とローラ案内面１４とが斜交状態となることを回避することができ、外側ローラ３４は外側継手部材１０の軸線と平行な姿勢を保つように外側継手部材１０のローラ案内面１４によって案内され、そのままの姿勢でローラ案内面１４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。

また、脚軸２２の横断面形状を、継手の軸線と直交する方向で内側ローラ３２の内周面と接触すると共に、継手の軸線方向で内側ローラ３２の内周面との間に隙間を形成するような形状、例えば楕円形としていることから、継手が作動角をとった時、ローラカセット３７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。しかも、脚軸２２の外周面と内側ローラ３２との接触楕円が横長から点に近づくため、ローラ機構３７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、ローラカセット３７の姿勢が常に安定し、外側ローラ３４がローラ案内面１４と平行に保持されるため、円滑に転動することができる。

以上で説明した等速自在継手では、ローラ機構３７の内側ローラ３２の内周面の表面粗さを０．５μｍ以下とする。この内側ローラ３２の内周面は研磨加工により最終仕上げされることから、その最終仕上げされた内側ローラ３２の内周面の表面粗さＲａを０．５μｍ以下とする。

ここで、この内側ローラ３２の内周面の表面粗さＲａが０．５μｍより大きいと、内側ローラ３２の内周面の面性状を改善することが困難となることから、内側ローラ３２の内周面の表面粗さＲａを０．５μｍ以下とする必要がある。

この実施形態の等速自在継手では、内側ローラ３２の内周面の研磨後の表面粗さＲａを０．５μｍ以下としたことにより、内側ローラ３２の内周面の面性状を改善することができ、その内側ローラ３２の内周面と脚軸２２の外周面との接触部分での摩耗を抑制することができる。

ここで、外側ローラ３４、内側ローラ３２の表面に直角な平面で切断した時、図２に示すようにその切り口に現れる輪郭（断面曲線）において、そのうねり曲線を直線に置き換えて表した時の曲線（粗さ曲線）の性質を種々の表面粗さパラメータを用いて定量的に表すことが可能であるが、この実施形態では、それらパラメータの一つであるＲａ（算術平均粗さ）で規定する。

図２に示すようにうねり曲線を置き換えた直線を平均線といい、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さ（カットオフ値）だけ抜き取った部分を抜き取り部分というが、図３に示すようにこの抜き取り部分の平均線の下側に現れる部分を平均線で折り返してそれら図中の斜線部分の面積を基準長さで除した値をμｍで表したものがＲａ（算術平均粗さ）となる（日本工業規格ＪＩＳ Ｂ ０６０１参照）。

図４は図１のタイプの等速自在継手について、内側ローラ３２の内周面の表面粗さＲａと耐久試験後の脚軸２２の外周面の摩耗量との関係を示す。この図からも明らかなように表面粗さと摩耗量は、直線的な関係にあることが判る。

脚軸２２の外周面の摩耗量ａとその許容値ｂの比率ａ／ｂ（縦軸）が１．０を越えると、車体の振動に影響を及ぼす可能性が高くなる。従って、この摩耗量ａと許容値ｂの比率ａ／ｂが１．０以下とするため、内側ローラ３２の外周面の表面粗さＲａを、ばらつきや製造公差を考慮して、０．５μｍ以下と規定する。なお、より安定した振動特性を維持するためには、その表面粗さＲａを０．３５μｍ以下にすることが好ましい。

本発明に係るトリポード型等速自在継手の実施形態を示すもので、（Ａ）は継手の横断面図、（Ｂ）は（Ａ）の継手の作動角をとった状態の縦断面図、（Ｃ）はローラカセットの脚軸に垂直な断面図、（Ｄ）は内側ローラの断面図である。 表面粗さパラメータである面粗度Ｒａを説明するための曲線を示す波形図である。 表面粗さパラメータである面粗度Ｒａを説明するための曲線を示す波形図である。 内側ローラ内径の表面粗さＲａと耐久試験後の脚軸の外周面の摩耗量との関係を示す特性図である。 従来のトリポード型等速自在継手の一例を示すもので、（Ａ）は継手の横断面図、（Ｂ）は（Ａ）の継手の作動角をとった状態の縦断面図、（Ｃ）は（Ｂ）におけるローラとローラ案内面との相互関係を示す模式的斜視図である。

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
３２ 内側ローラ
３４ 外側ローラ
３６ 転動体（針状ころ）
３７ ローラ機構

Claims (3)

1. 内周部に軸方向の三本のトラック溝が形成され、各トラック溝の両側でそれぞれ軸方向に延びるローラ案内面を有する外側継手部材と、半径方向に突出した三本の脚軸を有するトリポード部材と、前記トリポード部材の各脚軸にそれぞれ装着され、脚軸に対して首振り揺動自在なローラ機構とを備え、前記ローラ機構は、ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸線と平行な方向に案内される外側ローラと、脚軸の外周面に外嵌されて複数の転動体を介して前記外側ローラを回転自在に支持する内側ローラとからなるトリポード型等速自在継手において、前記内側ローラ内径の研磨後の表面粗さＲａを０．５μｍ以下としたことを特徴とするトリポード型等速自在継手。
2. 前記ローラ機構は、内側ローラの内周面が円弧状凸断面で、かつ、脚軸の外周面がストレート形状の縦断面である請求項１に記載のトリポード型等速自在継手。
3. 前記トリポード部材は、脚軸の横断面を長軸が継手の軸線に直交する略楕円形とした請求項１又は２に記載のトリポード型等速自在継手。

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