JP2009293701A - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 十分な強度と耐久性を安定して確保し、軽量コンパクト化を容易に実現する。
【解決手段】 内周面に軸方向に延びる三本のトラック溝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２４を有するトリポード部材２０と、トリポード部材２０の脚軸２４に回転自在に支持されると共に外側継手部材１０のトラック溝１２に転動自在に挿入されたローラ部材３０とを備え、ローラ部材３０がローラ案内面１４に沿って外側継手部材１０の軸方向に移動可能なトリポード型等速自在継手であって、トリポード部材２０とローラ部材３０の少なくとも一方の接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、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系において使用され、例えば４ＷＤ車やＦＲ車などで使用されるドライブシャフトやプロペラシャフト等に組み込まれて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ある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つ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、内周面に軸方向に延びる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、そのトリポード部材の脚軸と外側継手部材のローラ案内面との間に回転自在に収容されたローラ部材とを主要な構成要素としている。駆動側と従動側の二軸の一方が外側継手部材に連結され、他方がトリポード部材に連結される。

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

このトリポード型等速自在継手では、外側継手部材とトリポード部材とが作動角をとりつつ回転トルクを伝達する際、脚軸の傾きに伴ってローラ部材とローラ案内面とが互いに斜交した状態となることを回避し、誘起スラストやスライド抵抗の低減を図るため、脚軸に対するローラ部材の傾動および軸方向変位を自在とする機構を備えているものがある（例えば、特許文献１参照）。

つまり、この種のトリポード型等速自在継手におけるローラ部材は、外ローラを複数の針状ころを介して内ローラに回転可能に組み付けてアッセンブリ体を構成し、内ローラの内周面を円弧状凸断面に形成して脚軸に外嵌し、その脚軸の縦断面形状をストレート形状とし、かつ、脚軸の横断面形状を、継手軸線と直交する方向で内ローラの内周面に接触させると共に、継手軸線と平行な方向で内ローラ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。

これにより、内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部材の傾動および軸方向変位が自在となることから、外ローラとローラ案内面とが斜交状態となることを回避し、継手が作動角をとった時、ローラ部材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、脚軸の外周面と内ローラとの接触楕円が横長から点に近づくため、ローラ部材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、ローラ部材の姿勢が常に安定し、外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。
特許第３５９９６１８号公報

ところで、前述の特許文献１に開示されたトリポード型等速自在継手では、その動作時、構成要素である外側継手部材、トリポード部材およびローラ部材の各部材同士が転がり滑り作動するため、各部材は転がり滑り疲労を受けることになる。

このような転がり滑り疲労を受ける各部材で構成されたトリポード型等速自在継手を軽量コンパクト化するためには、外側継手部材、トリポード部材およびローラ部材の各部材が十分な強度と耐久性を有している必要がある。これに対して、従来のトリポード型等速自在継手では、軽量コンパクト化のための十分な強度と耐久性を安定して確保することが困難であるというのが現状であった。

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、十分な強度と耐久性を安定して確保し、軽量コンパクト化を容易に実現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、内周面に軸方向に延びる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、トリポード部材の脚軸に回転自在に支持されると共に外側継手部材のトラック溝に転動自在に挿入されたローラ部材とを備え、ローラ部材が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トリポード型等速自在継手であって、トリポード部材とローラ部材の少なくとも一方の接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成したことを特徴とする。

ここで、「トリポード部材とローラ部材の少なくとも一方の接触部位」とは、トリポード部材におけるローラ部材との接触部位のみ、ローラ部材におけるトリポード部材との接触部位のみ、およびトリポード部材におけるローラ部材との接触部位とローラ部材におけるトリポード部材との接触部位の両方を意味する。

本発明では、トリポード部材とローラ部材の少なくとも一方の接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成したことにより、トリポード部材とローラ部材の両部材間にセラミックスを主成分とする焼結体が介在することになる。従って、継手動作時、トリポード部材とローラ部材の両部材同士が転がり滑り作動するが、トリポード部材とローラ部材の金属同士が直接接触することはないので、両部材間に介在する焼結体によって十分な強度と耐久性を確保することが容易となる。

トリポード部材におけるローラ部材との接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成するには、セラミックスを主成分とする焼結体でトリポード部材自体を成形すればよい。

また、トリポード部材のローラ部材との接触部位を別部材で構成し、その別部材を、セラミックスを主成分とする焼結体で成形することも可能である。このようにすれば、ローラ部材との接触部位のみを焼結体で構成することができるので、必要最小限のセラミックス量で済むことから、コスト低減が図れる。

さらに、トリポード部材のローラ部材との接触部位に、セラミックスを主成分とする焼結体からなるコーティング膜を形成することも可能である。このようにすれば、コスト低減が図れると共に、コーティング処理だけで済むことから、トリポード部材の製作も容易となる。

ローラ部材におけるトリポード部材との接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成するには、セラミックスを主成分とする焼結体でローラ部材自体を成形すればよい。

また、ローラ部材のトリポード部材との接触部位に、セラミックスを主成分とする焼結体からなるコーティング膜を形成することも可能である。このようにすれば、コスト低減が図れると共に、コーティング処理だけで済むことから、ローラ部材の製作も容易となる。

なお、本発明は、ローラ部材が、ローラ案内面に沿って継手軸線と平行な方向に案内される外ローラと、トリポード部材の脚軸に外嵌されて複数の転動体を介して外ローラを回転自在に支持する内ローラとを備え、内ローラの内周面を円弧状凸断面に形成すると共に脚軸の外周面を縦断面にてストレート形状とし、かつ、横断面にて継手軸線と直交する方向で内ローラの内周面に接触すると共に継手軸線と平行な方向で内ローラの内周面との間に隙間を形成するようにした構造のトリポード型等速自在継手に適用可能である。

このタイプのトリポード型等速自在継手においては、外ローラと転動体の少なくとも一方の接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成することが望ましく、また、内ローラと転動体の少なくとも一方の接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成することが望ましい。このようにすれば、外ローラと転動体との接触部位、内ローラと転動体との接触部位においても、セラミックスを主成分とする焼結体が介在することになる。従って、継手動作時、外ローラ、転動体、内ローラが転がり滑り作動しても、金属同士が直接接触することはないので、外ローラ、転動体、内ローラ間に介在する焼結体によって十分な強度と耐久性を確保することが容易となる。

本発明によれば、トリポード部材とローラ部材の少なくとも一方の接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成したことにより、トリポード部材とローラ部材の両部材間にセラミックスを主成分とする焼結体が介在することになる。従って、継手動作時、トリポード部材とローラ部材の両部材同士が転がり滑り作動するが、トリポード部材とローラ部材の金属同士が直接接触することはないので、両部材間に介在する焼結体によって十分な強度と耐久性を確保することが容易となる。この十分な強度と耐久性の確保により、軽量コンパクト化を容易に実現し得る長寿命のトリポード型等速自在継手を提供することができる。

図１〜図３は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。なお、図１は継手軸線に対する横断面図を示し、図２は継手軸線に対する縦断面図を示す。また、図３は図１のローラ部材と脚軸の脚軸軸線に対する横断面図である。

この実施形態のトリポード型等速自在継手は、図１および図２に示すように、外側継手部材１０、トリポード部材２０およびローラ部材３０とを主要部として構成し、駆動側と従動側で連結すべき二軸の一方が外側継手部材１０に連結され、他方がトリポード部材２０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。

外側継手部材１０は、一端が開口した有底筒状でその底部中央から回転軸（例えば駆動軸）が一体的に延びている。外側継手部材１０の内周面には、軸方向に延びる三本のトラック溝１２が円周方向等間隔に形成される。各トラック溝１２は、その両側に互いに対向する一対のローラ案内面１４を有する。ローラ案内面１４は円弧状断面を有し、外側継手部材１０の軸線、つまり、継手軸線と平行な方向に直線状に延びる。なお、外側継手部材１０の外周面は、軽量化のため、トラック溝１２間と対応する部位が減肉されて凹所１６が軸方向に形成されている。

トリポード部材２０は、円筒状をなすボス部２２の外周面に、半径方向外方に突出した三本の脚軸２４が円周方向等間隔（１２０°間隔）で一体形成されたものである。ボス２２の軸孔に図示しない回転軸（例えば従動軸）の軸端がスプライン嵌合により連結される。各脚軸２４の先端は、半径方向外方へ延びてトラック溝１２の底面付近まで延在する。

ローラ部材３０は、ローラ案内面１４に沿って継手軸線と平行な方向に案内される外ローラ３２と、トリポード部材２０の脚軸２４に外嵌されて複数の転動体である針状ころ３４を介して外ローラ３２を回転自在に支持する内ローラ３６とで構成されたアッセンブリ体としている。外ローラ３２の内周面に嵌着された止め輪３１，３３により、針状ころ３４および内ローラ３６が抜け止めされている。

外ローラ３２の外周面は、ローラ案内面１４に適合する凸曲面状をなし、ローラ案内面１４の断面形状は二つの曲率半径からなるゴシックアーチ状をなし、これにより、外ローラ３２の外周面とローラ案内面１４とをアンギュラ接触させている。このアンギュラ接触により、外ローラ３２が振れにくくなるために姿勢の安定化が図れる。なお、アンギュラ接触により二箇所で接触させる以外に、サーキュラ接触により一箇所で接触させることも可能である。

この外ローラ３２の内周面は円筒状に形成されて針状ころ３４の外側軌道面を構成する。また、内ローラ３６の内周面も円筒状に形成されて針状ころ３４の内側軌道面を構成する。この内ローラ３６の外周面と外ローラ３２の内周面との間に、複数の針状ころ３４が、保持器のない、いわゆる単列総ころ状態で配設されている。

一方、内ローラ３６の内周面は円弧状凸断面を有する。また、脚軸２４の外周面は、縦断面で見ると脚軸２４の軸線と平行なストレート形状であり、かつ、横断面で見ると継手軸線と直交する方向で内ローラ３６の内周面に接触すると共に継手軸線と平行な方向で内ローラ３６の内周面との間に隙間３８を形成するようにした形状、つまり、長軸が継手軸線と直交する楕円形状を有する（図３参照）。

これにより、内ローラ３６は脚軸２４の軸方向での移動が可能であるばかりでなく、脚軸２４に対して首振り揺動自在となっている。内ローラ３６と外ローラ３２は針状ころ３４を介して相対回転自在にユニット化されたアッセンブリ体としているため、脚軸２４に対してローラ部材３０が首振り揺動可能となっている。ここで、首振りとは、脚軸２４の軸線を含む平面内で、脚軸２４の軸線に対してローラ部材３０の軸線が傾くことを意味する。

このトリポード部材２０の脚軸２４に装着されたローラ部材３０が、外側継手部材１０のトラック溝１２に挿入されて係合し、そのトラック溝１２の互いに対向する一対のローラ案内面１４に沿って転動することにより、連結二軸（駆動軸と従動軸）間の角度変位と軸方向変位を許容しながらトルク伝達を行う。

以上で説明した外側継手部材１０、トリポード部材２０およびローラ部材３０からなるトリポード型等速自在継手では、トリポード部材２０におけるローラ部材３０との接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成する。なお、セラミックスとしては、窒化ケイ素、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン等を使用することが可能であり、以下の他の実施形態でも同様である。

例えば、図４に示すように、トリポード部材２０のローラ部材３０との接触部位、つまり、脚軸２４の内ローラ３６との接触部位〔横断面で見ると継手軸線と直交する方向で内ローラ３６の内周面と接触する部位（図３参照）〕を別部材４０で構成し、その別部材４０を、セラミックスを主成分とする焼結体で成形する。この別部材４０は、脚軸２４の外周面に形成された切欠き部２６に接着することにより一体化が可能である。

なお、前述したように接着による固定手段以外に、図５および図６に示すように、別部材４２を、脚軸２４の外周面に形成された切欠き凹部２８に圧入でもって嵌入させることにより一体化が可能である。

このように、脚軸２４の内ローラ３６との接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成したことにより、脚軸２４と内ローラ３６の両部材間にセラミックスを主成分とする焼結体が介在することになる。従って、継手動作時、脚軸２４と内ローラ３６の両部材同士が転がり滑り作動するが、脚軸２４と内ローラ３６の金属同士が直接接触することはないので、焼結体からなる別部材４０，４２が両部材間に介在することによって十分な強度と耐久性を確保することが容易となる。

また、脚軸２４の全体ではなく、別部材４０，４２により、脚軸２４の一部である内ローラ３６との接触部位のみを焼結体で構成することができるので、必要最小限のセラミックス量で済むことから、コスト低減が図れる。

なお、前述の実施形態の場合、脚軸２４の内ローラ３６との接触部位を別部材４０，４２で構成し、その別部材４０，４２を、セラミックスを主成分とする焼結体で成形したが、図７に示すように、トリポード部材２０自体を、セラミックスを主成分とする焼結体で成形するようにしてもよい。

また、図８に示すように、脚軸２４の内ローラ３６との接触部位に、セラミックスを主成分とする焼結体からなるコーティング膜４４を形成するようにしてもよい。このようにすれば、コスト低減が図れると共に、コーティング処理だけで済むことから、トリポード部材２０の製作も容易となる。なお、コーティング膜４４を形成する方法としては、イオンプレーティング法やプラズマ溶射法等を使用することが可能であり、以下の他の実施形態でも同様である。

以上の実施形態では、脚軸２４の内ローラ３６との接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成した場合について説明したが、ローラ部材３０におけるトリポード部材２０との接触部位、つまり、内ローラ３６の脚軸２４との接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成することも可能である。

内ローラ３６の脚軸２４との接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成するには、例えば、図９に示すように、セラミックスを主成分とする焼結体で内ローラ３６自体を成形すればよい。

また、図１０に示すように、内ローラ３６の脚軸２４との接触部位に、セラミックスを主成分とする焼結体からなるコーティング膜４６を形成するようにしてもよい。このようにすれば、コスト低減が図れると共に、コーティング処理だけで済むことから、内ローラ３６の製作も容易となる。

このタイプのトリポード型等速自在継手は、前述したように、ローラ部材３０を、内ローラ３６、針状ころ３４および外ローラ３２でユニット化されたアッセンブリ体としている。この外ローラ３２と針状ころ３４とは高面圧で接触していることから、外ローラ３２と針状ころ３４との接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成するようにしてもよい。例えば、図１１に示すように、セラミックスを主成分とする焼結体で外ローラ３２自体を成形すればよい。また、図１２に示すように、外ローラ３２の針状ころ３４との接触部位に、セラミックスを主成分とする焼結体からなるコーティング膜４８を形成するようにしてもよい。このようにすれば、コスト低減が図れると共に、コーティング処理だけで済むことから、外ローラ３２の製作も容易となる。

また、内ローラ３６と針状ころ３４とは高面圧で接触していることから、内ローラ３６と針状ころ３４との接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成するようにしてもよい。例えば、図１３に示すように、内ローラ３６の針状ころ３４との接触部位に、セラミックスを主成分とする焼結体からなるコーティング膜４１を形成するようにしてもよい。このようにすれば、コスト低減が図れると共に、コーティング処理だけで済むことから、内ローラ３６の製作も容易となる。

さらに、図１４に示すように、セラミックスを主成分とする焼結体で針状ころ３４自体を成形するようにしてもよい。また、図１５に示すように、針状ころ３４の外周面に、セラミックスを主成分とする焼結体からなるコーティング膜４３を形成するようにしてもよい。このようにすれば、コスト低減が図れると共に、コーティング処理だけで済むことから、針状ころ３４の製作も容易となる。

このようにすれば、外ローラ３２と針状ころ３４との接触部位、内ローラ３６と針状ころ３４との接触部位においても、セラミックスを主成分とする焼結体が介在することになる。従って、継手動作時、外ローラ３２、針状ころ３４、内ローラ３６が転がり滑り作動しても、金属同士が直接接触することはないので、外ローラ３２、針状ころ３４、内ローラ３６間に介在する焼結体によって十分な強度と耐久性を確保することが容易となる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係るトリポード型等速自在継手の実施形態で、継手の横断面図である。 本発明に係るトリポード型等速自在継手の実施形態で、継手の縦断面図である。 図１のローラ部材と脚軸の脚軸軸線に対する横断面図である。 トリポード部材の脚軸に焼結体の別部材を接着した実施形態を示す部分正面図である。 トリポード部材の脚軸に焼結体の別部材を圧入した実施形態を示す部分正面図である。 図５の側面図である。 トリポード部材を焼結体で成形した実施形態を示す部分正面図である。 トリポード部材の脚軸に焼結体のコーティング膜を形成した実施形態を示す部分正面図である。 内ローラを焼結体で成形した実施形態を示す断面図である。 内ローラの脚軸との接触部位に焼結体のコーティング膜を形成した実施形態を示す断面図である。 外ローラを焼結体で成形した実施形態を示す断面図である。 外ローラの針状ころとの接触部位に焼結体のコーティング膜を形成した実施形態を示す断面図である。 内ローラの針状ころとの接触部位に焼結体のコーティング膜を形成した実施形態を示す断面図である。 針状ころを焼結体で成形した実施形態を示す断面図である。 針状ころの外周面に焼結体のコーティング膜を形成した実施形態を示す断面図である。

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
２４ 脚軸
３０ ローラ部材
３２ 外ローラ
３４ 転動体（針状ころ）
３６ 内ローラ
４０，４２ 別部材
４１，４３，４４，４６，４８ コーティング膜

Claims (9)

1. 内周面に軸方向に延びる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脚軸に回転自在に支持されると共に前記外側継手部材のトラック溝に転動自在に挿入されたローラ部材とを備え、前記ローラ部材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トリポード型等速自在継手であって、
   前記トリポード部材とローラ部材の少なくとも一方の接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成したことを特徴とするトリポード型等速自在継手。
2. 前記トリポード部材は、セラミックスを主成分とする焼結体で成形されている請求項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のローラ部材との接触部位を別部材で構成し、その別部材がセラミックスを主成分とする焼結体で成形されている請求項１に記載のトリポード型等速自在継手。
4. 前記トリポード部材のローラ部材との接触部位に、セラミックスを主成分とする焼結体からなるコーティング膜を形成した請求項１に記載のトリポード型等速自在継手。
5. 前記ローラ部材は、セラミックスを主成分とする焼結体で成形されている請求項１に記載のトリポード型等速自在継手。
6. 前記ローラ部材のトリポード部材との接触部位に、セラミックスを主成分とする焼結体からなるコーティング膜を形成した請求項１に記載のトリポード型等速自在継手。
7. 前記ローラ部材は、ローラ案内面に沿って継手軸線と平行な方向に案内される外ローラと、前記トリポード部材の脚軸に外嵌されて複数の転動体を介して前記外ローラを回転自在に支持する内ローラとを備え、前記内ローラの内周面を円弧状凸断面に形成すると共に前記脚軸の外周面を縦断面にてストレート形状とし、かつ、横断面にて継手軸線と直交する方向で前記内ローラの内周面に接触すると共に継手軸線と平行な方向で前記内ローラの内周面との間に隙間を形成するようにした請求項１〜６のいずれか一項に記載のトリポード型等速自在継手。
8. 前記外ローラと転動体の少なくとも一方の接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成した請求項７に記載のトリポード型等速自在継手。
9. 前記内ローラと転動体の少なくとも一方の接触部位を、セラミックスを主成分とする焼結体で構成した請求項７に記載のトリポード型等速自在継手。

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