JP2008202689A - トリポート型等速ジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】零又は極力零に近似する程度まで誘起スラスト力をより一層低減させることにある。
【解決手段】トラニオン２８ａ〜２８ｃの球面３４に対応する球面状の凹部３６を有する内側ローラ３８と、複数のニードルベアリング４０を介して前記内側ローラ３８に外嵌され、案内溝１８ａ〜１８ｃに沿って変位する外側ローラ４２と、前記外側ローラ４２を前記案内溝１８ａ〜１８ｃに対して転動可能な状態に保持するばね部材５２とを備え、前記ばね部材５２は、圧縮ばねからなり、圧縮方向の変位の平方根とばね定数とが比例するばね特性を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、車両の駆動力伝達部において、一方の伝達軸である第１軸と他方の伝達軸である第２軸とを連結させるトリポート型等速ジョイントに関する。

従来技術に係るトリポート型等速ジョイントを図７〜図１０に示す（特許文献１参照）。このトリポート型等速ジョイント１は、一端部が開口した有底円筒状で内周面に軸線方向に沿って延在する複数の球面案内溝２を有し図示しない第１軸（駆動軸）に連結された外方継手部材３と、前記外方継手部材３の内側に同軸的に配設されると共に第２軸４に連結され、各球面案内溝２に向かって突出する複数のトリポート軸５を有する内方継手部材６と、前記トリポート軸５にニードルベアリング７を介して回転可能に設けられ、前記球面案内溝２に沿って転動するローラ部材８とから構成される（図７及び図８参照）。

前記従来技術に係るトリポート型等速ジョイント１では、外方継手部材３に連結された図示しない第１軸（駆動軸）が回転するとその回転トルクを外方継手部材３から各ローラ部材８を介して内方継手部材６に伝達し、第２軸４が前記第１軸と等速で回転する。前記第１軸と前記第２軸４とが軸線方向に沿ってスライドする際、及び前記第１軸と前記第２軸４とが交差して作動角（ジョイント角）を形成する際、ローラ部材８が球面案内溝２に沿って転動し、又は球面案内溝２内で回転することにより、その相対的軸方向変位又は相対的角度変位が許容される。

ところで、前記従来技術に係るトリポート型等速ジョイント１では、内外方両継手部材３、６（第１軸と第２軸４）が交差した状態で回転する際、図９に示されるように、ローラ部材８は、球面案内溝２で点Ｏを回転中心として２点鎖線のような円弧運動をする。このときローラ部材８は、球面案内溝２との間で捻れが生じて円滑なころがり運動をすることができないため、トリポート軸５及び球面案内溝２との間に滑りが発生し、この滑りによってシャフト軸方向の力（回転３次の誘起スラスト力）が発生することが知られている。この誘起スラスト力は、車両の発進時や加速時に発生する騒音や振動の要因となるため、できるだけ小さいことが好ましい。

そこで、特許文献１では、前記誘起スラスト力の発生を低減させるために、図１０に示されるように、リテーナ８ａと筒状部材８ｂとの間にバネ部材９を配設し、前記バネ部材９の引張力によって前記筒状部材８ｂの軸線が前記ローラ部材８の軸線と一致する方向に向くように常時付勢することが開示されている。

実開平４−４４５２３号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示された技術的思想では、誘起スラスト力を有る程度まで低減させることができても、前記誘起スラスト力を零又は零に極力近似する程度まで抑制することは困難である。

本発明は、誘起スラスト力を零又は極力零に近似する程度までより一層低減させることが可能な等速ジョイントを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、所定間隔離間し軸線方向に沿って延在する複数の案内溝が内周面に設けられ一方の伝達軸に連結される筒状のアウタ部材と、前記アウタ部材の開口する内空部内に挿入されて他方の伝達軸に連結されるインナ部材とを有する等速ジョイントにおいて、
前記案内溝に向かって膨出し、部分球面を有する複数のトラニオンと、
前記トラニオンを囲繞し、該トラニオンの部分球面に対応する球面状の凹部を有する内側ローラと、
複数の転動体を介して前記内側ローラに外嵌され、前記案内溝に沿って変位する外側ローラと、
前記各外側ローラを前記案内溝に対して転動可能な状態に保持すると共に、前記各外側ローラが前記案内溝に沿って変位するときに正弦波状のスラスト力を発生させる正弦波状スラスト力発生手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、正弦波状スラスト力発生手段を設けることにより、各外側ローラが案内溝に対して転動可能な状態（姿勢）に保持される共に、各外側ローラが前記案内溝に沿って変位するときに正弦波状のスラスト力を発生させる。従って、本発明では、各案内溝で発生するスラスト荷重は、所定角度ずつの位相差を有して相互にキャンセル（相殺）されるため、等速ジョイントの各案内溝で発生するトータルした誘起スラスト力を零又は極力零に近似した値とすることができる。

前記正弦波状スラスト力発生手段として、少なくともばね部材を含む弾性体によって構成し、前記弾性体は、弾性力による変位の平方根とばね定数とが比例するばね特性を有するとよい。あるいは、前記正弦波状スラスト力発生手段は、圧縮ばねによって構成されたばね部材からなり、前記ばね部材は、前記案内溝の平坦面からなる天井部と前記内側ローラの軸線方向に沿った一端部との間に介装され、圧縮方向の変位の平方根とばね定数とが比例するばね特性を有するとよい。この場合、圧縮方向の変位の平方根とばね定数とが比例するばね特性を有することにより、各案内溝の天井部で発生するスラスト力（スラスト荷重）を正弦波状に設定することができる。

本発明では、案内溝と外側ローラとの間で発生する誘起スラスト力を零又は極力零に近似する程度までより一層低減させることができる。この結果、本発明では、前記誘起スラスト力に起因する騒音・振動等を極力抑制することができる。

本発明に係るトリポート型等速ジョイントについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係るトリポート型等速ジョイントを示す。

このトリポート型等速ジョイント１０は、一方の伝達軸である図示しない第１軸の一端部に連結されて開口部を有する有底円筒状のアウタカップ（アウタ部材）１２と、他方の伝達軸である第２軸１４の一端部に連結されて前記アウタカップ１２の内空部内に収納されるインナ部材１６とから構成される。

前記アウタカップ１２の内壁面には、図１に示されるように、軸線方向に沿って延在し、軸心の回りにそれぞれ１２０度の間隔をおいて３本の案内溝１８ａ〜１８ｃが形成される。前記案内溝１８ａ〜１８ｃは、それぞれ、平坦面からなる天井部２０と、前記天井部２０の両側に連続し所定角度傾斜する傾斜面２２ａ、２２ｂと、前記傾斜面２２ａ、２２ｂに連続し相互に対向する平坦面からなる側面部２４ａ、２４ｂとから構成される。

図１に示されるように、第２軸１４にはリング状のスパイダボス部２６がセレーション嵌合され、前記スパイダボス部２６の外周面には、それぞれ、前記案内溝１８ａ〜１８ｃに向かって膨出し軸心の回りに１２０度の間隔をおいて３本のトラニオン２８ａ〜２８ｃが一体的に形成される。各トラニオン２８ａ（２８ｂ、２８ｃ）は、リング状のスパイダボス部２６から半径外方向に向かって膨出する首部と、前記首部と一体的に形成された頭部とから構成される。

図２に示されるように、前記頭部の上面部には、アウタカップ１２の軸線方向から見ると所定の曲率半径からなる円弧状に形成され、且つアウタカップ１２の軸線と直交する方向から見ると直線状に形成された第１曲面３０が設けられる。また、前記頭部の下面部には、前記第１曲面３０と同様な第２曲面３２が前記首部に連続するように形成される。さらに、頭部は、第１曲面３０と第２曲面３２との間の外周面の全周にわたって形成され、且つ部分球面からなる球面３４を有する。

トラニオン２８ａ〜２８ｃと側面部２４ａ、２４ｂとの間には、図２に示されるように、リング体からなり内周面の全体にわたって前記トラニオン２８ａ〜２８ｃの球面３４に対応する球面状の凹部３６が形成された内側ローラ３８と、複数のニードルベアリング４０を介して前記内側ローラ３８に外嵌される円筒状の外側ローラ４２とを有する。前記外側ローラ４２の外周面は、案内溝１８ａ〜１８ｃの側面部２４ａ、２４ｂに対応して断面略直線状に形成され、該外側ローラ４２の外周面と前記案内溝１８ａ〜１８ｃの側面部２４ａ、２４ｂとがそれぞれ線接触するように設けられている。

前記複数のニードルベアリング４０は、両端部側に設けられたサークリップ４４ａ及びワッシャ４４ｂを介して、内側ローラ３８の外周面と外側ローラ４２の内周面との間で転動自在に装着される。

なお、図２に示されるように、内側ローラ３８の環状平面上面部４６と孔部４８の内周面との境界部分には、該内側ローラ３８の孔部４８に対してトラニオン２８ａ〜２８ｃを容易に組み込むために、平面視して略楕円形状からなるトラニオン案内部５０が形成されている。また、前記略楕円形状のトラニオン案内部５０に代替して、平面視して円形状からなる孔部の境界部分に一組の相互に対向する切り欠き部（図示せず）を形成してトラニオン案内部５０としてもよい。

トラニオン２８ａ〜２８ｃの頭部とアウタカップ１２の内壁との間には、一端部が内側ローラ３８の上面に係着され、他端部が各案内溝１８ａ〜１８ｃの天井部２０に接触するばね部材（正弦波状スラスト力発生手段）５２が設けられる。このばね部材５２は、コイル状に複数巻回された圧縮ばねからなり、第１軸と第２軸１４との作動角に影響されることがなく内側ローラ３８及び外側ローラ４２の姿勢を所定状態に保持する機能を有する。

さらに、前記ばね部材５２は、後述するように、該ばね部材５２の圧縮方向の変位の平方根とばね荷重（ばね定数）とが比例するばね特性を有するものを用いることにより、該ばね部材５２によって天井部２０に付与されるスラスト荷重を正弦波状とすることができる。

なお、正弦波状スラスト力発生手段としては、前記ばね部材５２に限定されるものではなく、例えば、図示しない板ばね等の弾性体を含み、弾性力による変位方向の変位の平方根とばね荷重（ばね定数）とが比例するばね特性を有するものであればよい。

この場合、図１に示されるように、前記トラニオン２８ａ〜２８ｃの球面３４と内側ローラ３８の球面状の凹部３６とは、それぞれ面接触するように設けられている。従って、トラニオン２８ａ〜２８ｃは、内側ローラ３８に対して点Ｐを中心として矢印Ａ方向に回動自在に設けられると共に、該トラニオン２８ａ〜２８ｃの軸線を回動中心として球面３４に沿った周方向（矢印Ｂ方向）に回動自在に設けられる。

また、トラニオン２８ａ〜２８ｃ及び内側ローラ３８は、外側ローラ４２に保持されたニードルベアリング４０に対して、一体的に上下方向に沿って変位自在に設けられる。

さらに、トラニオン２８ａ〜２８ｃは、外側ローラ４２を介して案内溝１８ａ〜１８ｃに沿ってアウタカップ１２の軸線方向に沿って変位自在に設けられると共に、案内溝１８ａ〜１８ｃに沿ってアウタカップ１２の軸線と略直交する方向に変位可能に設けられる。

本発明の実施の形態に係るトリポート型等速ジョイント１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

一方の伝達軸として機能する第１軸が回転すると、その回転力はアウタカップ１２を介してインナ部材１６に伝達され、トラニオン２８ａ〜２８ｃを通じて第２軸１４が所定方向に回転する。

すなわち、アウタカップ１２の回転力は、案内溝１８ａ〜１８ｃに接触する外側ローラ４２及びニードルベアリング４０を介して内側ローラ３８に伝達され、さらに、前記内側ローラ３８の凹部３６に面接触する球面３４を介してトラニオン２８ａ〜２８ｃに伝達されることにより、前記トラニオン２８ａ〜２８ｃに係合する第２軸１４が回転する。

この場合、前述したように、第１軸と第２軸１４との相対的軸方向変位及び相対的角度変位が許容された状態で、第１軸の回転運動がアウタカップ１２に対する第２軸１４の傾斜角度に影響されることがなく、該第２軸１４に対して円滑に且つ等速で伝達される。

ここで、従来技術に係るトリポート型等速ジョイント１において、１つの球面案内溝２に付与されるスラスト力は、図４に示されるような波形になるものと推定される。他の２つの球面案内溝２においても位相が１２０度ずつ異なる同様の波形からなるスラスト力が発生し、この結果、回転３次の誘起スラスト力が発生する。この誘起スラスト力は、外方継手部材３の球面案内溝２に対するローラ部材８の傾きに起因するものである。

この場合、従来技術に係るトリポート型等速ジョイント１では、例えば、首振り機構等により各球面案内溝２に発生する個々のスラスト力の絶対値を小さくすることができても、トータルした誘起スラスト力を零とすることは困難である。

そこで、本願発明者は、３つの各案内溝１８ａ〜１８ｃで１２０度の位相差をもって同様の波形からなるスラスト力が発生していることに着目すると共に、これが正弦波であれば、相互に相殺されてトータルした誘起スラスト力が零となることに注目した。

すなわち、外側ローラ４２の姿勢を強固に保持すると共に、発生するスラスト力（スラスト荷重）を正弦波とするために、外側ローラ４２を傾ける力に対して十分な抗力を有するばね部材５２を内側ローラ３８の上面とアウタカップ１２の天井部２０との間に介装した。

しかも、本実施の形態では、正弦波状の挙動を示すトラニオン２８ａ〜２８ｃの球面３４の変位を利用すると共に、ばね部材５２の圧縮方向の変位の平方根とばね定数（バネレート）とが比例するような特性を有するばね部材５２を用いることにより、天井部２０に対して付与されるスラスト荷重を正弦波状とすることができる。

この場合、ばね部材５２のばね力によって外側ローラ４２の姿勢が保持されて傾かないため、外側ローラ４２と、トルク伝達面であるアウタカップ１２の側面部２４ａ、２４ｂとの間で発生するスラスト力は、極めて小さいものとなる。ばね部材５２は、第１軸及び第２軸１４の回転に伴って正弦波状の荷重をアウタカップ１２の天井部２０に付与し、この回転と外側ローラ４２の軸方向移動によって正弦波状のスラスト荷重が発生する（図４参照）。

例えば、図３Ａに示されるように、外側ローラ４２が天井部２０に近接してばね部材５２が最も圧縮された状態では、正弦波における最大荷重Ｄ１が天井部２０に対して付与され、図３Ｂに示されるように、外側ローラ４２が天井部２０から僅かに離間して案内溝１８ａ〜１８ｃの軸線と直交する方向に僅かに変位してばね部材５２が僅かに伸長した状態では、前記最大荷重Ｄ１よりも減少した荷重Ｄ２が天井部２０に対して付与され、図３Ｃに示されるように、外側ローラ４２がさらに天井部２０から離間して案内溝１８ａ〜１８ｃの軸線と直交する方向にさらに変位してばね部材５２が伸長した状態では、さらに減少した荷重Ｄ３が天井部２０に対して付与され、このようにばね部材５２によって正弦波状の荷重が天井部２０に付与される。

また、図３Ａ〜図３Ｃに示されるように、図示しない第１軸の軸線に対して第２軸１４の軸線が所定角度交差するように角度変位した場合、ばね部材５２のばね力により、案内溝１８ａ〜１８ｃの軸線（Ｅ１）に対して外側ローラ４２の軸線（Ｅ２）が常時直交した状態で保持されるため、前記外側ローラ４２が案内溝１８ａ〜１８ｃに沿って円滑に転動（往復動）することができる。

各案内溝１８ａ〜１８ｃの天井部２０に付与されるスラスト荷重は、比較的大きな荷重であっても、１２０度ずつの位相差を有する３つの案内溝１８ａ〜１８ｃで相互にキャンセル（相殺）されるため、トータルした誘起スラスト力を零又は極力零に近似した値とすることができる（図４参照）。

次に、ばね部材５２の設定について検討する。

図６は、圧縮ばねからなり、ばねの圧縮方向の変位とばね定数とが比例するばね特性を有する比較例に係るばね（図示せず）を用いて、３つのトラニオンにそれぞれ外嵌された３つの外側ローラ（外側ローラ１〜３）の回転角度と誘起スラストとの関係を実験及びシミュレーションによって求めたものである。

変位とばね定数とが比例するばね特性を有する前記比較例に係るばねでは、
天井部で発生するスラスト荷重は、図６に示されるように、正弦波状とならない。

これに対し、本実施の形態では、圧縮ばねからなり、ばね部材５２の圧縮方向の変位の平方根とばね定数（バネレート、ばねの硬さ）とが比例するばね特性を有するばね部材５２を用いているため、天井部２０で発生するスラスト荷重が、図４に示されるような正弦波状となり、トータルの誘起スラスト力を零又は極力零に近似する値とすることができた。

なお、前記ばね部材５２の圧縮方向の変位の平方根とばね定数とが比例するばね特性とすることにより、天井部２０に対して付与されるスラスト荷重が正弦波状となる理由は、以下の通りである。

すなわち、通常のばねでは、その圧縮方向の変位が正弦波状となるものの、等速ジョイントの１回転に２周波（２山）の波形となり、スラスト力は、案内溝に沿って往復動作する外側ローラの移動方向の向きにより、そのうちの１山が線対称に反転した波形となる。この波形は正弦波とならない（図６参照）。換言すると、ばね変位自体は正弦波となるが、スラスト力は案内溝に沿って外側ローラが移動する方向に発生し、等速ジョイントが１回転する間に前記外側ローラの移動方向の向きが反転することにより、零点を対称軸として正負反転したものがスラスト力となり、この波形は正弦波とならないからである。

このため、本実施の形態では、前記天井部２０に対して付与されるスラスト力を正弦波状とするために、ばね部材５２の圧縮方向の変位の平方根に設定した。

本発明の実施の形態に係るトリポート型等速ジョイントの軸線と直交する方向の縦断面図である。 図１に示すトリポート型等速ジョイントを構成するインナ部材の分解斜視図である。 図３Ａ〜図３Ｃは、それぞれ、ばね部材によって正弦波状の荷重が案内溝の天井部に対して付与される状態を示す側面図である。 図１に示すトリポート型等速ジョイントに組み付けられ、圧縮方向の変位の平方根とばね定数とが比例するばね特性を有するばね部材によって付与されるスラスト力の特性図である。 従来技術に係るトリポート型等速ジョイントの１つの球面案内溝に付与されるスラスト力の特性図である。 圧縮方向の変位とばね定数とが比例するばね特性を有する比較例に係るばね部材によって付与されるスラスト力の特性図である。 従来技術に係るトリポート型等速ジョイントの軸線と直交する方向の縦断面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った縦断面図である。 図７に示す従来技術に係るトリポート型等速ジョイントにおいて、ローラ部材が球面案内溝を円弧運動する状態を示す説明図である。 従来技術に係るトリポート型等速ジョイントにおいて、リテーナと筒状部材の間にバネ部材が配設された状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１０…トリポート型等速ジョイント １２…アウタカップ
１４…第２軸 １６…インナ部材
１８ａ〜１８ｃ…案内溝 ２０…天井部
２２ａ、２２ｂ…傾斜面 ２４ａ、２４ｂ…側面部
２８ａ〜２８ｃ…トラニオン ３０、３２…曲面
３４…球面 ３６…凹部
３８…内側ローラ ４０…ニードルベアリング
４２…外側ローラ ５０…トラニオン案内部
５２…ばね部材

Claims (3)

1. 所定間隔離間し軸線方向に沿って延在する複数の案内溝が内周面に設けられ一方の伝達軸に連結される筒状のアウタ部材と、前記アウタ部材の開口する内空部内に挿入されて他方の伝達軸に連結されるインナ部材とを有する等速ジョイントにおいて、
   前記案内溝に向かって膨出し、部分球面を有する複数のトラニオンと、
   前記トラニオンを囲繞し、該トラニオンの部分球面に対応する球面状の凹部を有する内側ローラと、
   複数の転動体を介して前記内側ローラに外嵌され、前記案内溝に沿って変位する外側ローラと、
   前記各外側ローラを前記案内溝に対して転動可能な状態に保持すると共に、前記各外側ローラが前記案内溝に沿って変位するときに正弦波状のスラスト力を発生させる正弦波状スラスト力発生手段と、
   を備えることを特徴とするトリポート型等速ジョイント。
2. 請求項１記載の等速ジョイントにおいて、
   前記正弦波状スラスト力発生手段は、少なくともばね部材を含む弾性体からなり、前記弾性体は、弾性力による変位の平方根とばね定数とが比例するばね特性を有することを特徴とするトリポート型等速ジョイント。
3. 請求項１記載の等速ジョイントにおいて、
   前記正弦波状スラスト力発生手段は、圧縮ばねによって構成されたばね部材からなり、前記ばね部材は、前記案内溝の平坦面からなる天井部と前記内側ローラの軸線方向に沿った一端部との間に介装され、圧縮方向の変位の平方根とばね定数とが比例するばね特性を有することを特徴とするトリポート型等速ジョイント。

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