JP2012067881A - 摺動式等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動式等速自在継手において、ばね受け部材のサイズをできるだけ小さく保つことができ、また作動角が高角度になった場合でもばね受け部材がローラアッセンブリに接触したり引っ掛かったりすることのない摺動式等速自在継手を提供することである。
【解決手段】内部に中間軸１３を付勢するためのコイルばね１４を収納した摺動式等速自在継手において、中間軸１３の凸球面３１の中心点Ｃが中間軸１３とトラニオン軸２４の各中心線の交点に設定され、ばね受け部材１５と凸球面３１とがばね受け部材１５の底部の中心部近傍において点接触する構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車や各種産業機械等の動力伝達装置に使用される等速自在継手に関し、特に摺動式等速自在継手に関するものである。

自動車のデファレンシャルギヤと左右の車輪との間の各駆動軸にそれぞれ中間軸を挟んで一対の摺動式等速自在継手を介在した駆動力伝達構造が知られている（特許文献１、同２）。この場合の摺動式等速自在継手において、中間軸は軸方向への変位によって位置が定まらないため、中間軸の他端部が他方の等速自在継手の外側継手部材の内端面に当たって異音や振動を発生させる可能性がある。

その異音や振動の発生を防止するために、一方の等速自在継手の外側継手部材の内端と当該中間軸の他端部との間にコイルばねを圧縮状態に介在し、中間軸を他方の等速自在継手の方向に付勢し、その中間軸の他端部を外側継手部材の内端面に設けたばね受け部材に押し当てる構成が採られる。

図５及び図６は、このようなコイルばねを介在した従来のトリポード型の摺動式等速自在継手であり、図５は作動角が０°の場合、図６は作動角が最大の場合を示している。この等速自在継手は、外側継手部材１１、内側継手部材１２、中間軸１３、コイルばね１４及びばね受け部材１５の組合せによって構成される。中間軸１３は、一般的にはトルク伝達軸であるが、他の摺動式等速自在継手との間に介在される場合のトルク伝達軸をここでは中間軸１３と称する。

外側継手部材１１は、一端が開放されたカップ状のマウス部１６と、その閉塞端外面の中心部にマウス部１６と同軸反対向きに突き出したステム部１７とにより構成される。マウス部１６の内周面の周方向の３等分位置に軸方向の案内溝１８が設けられ、また、内底面中央部にばね受け凹部１９が設けられる。前記ステム部１７にはスプライン（セレーションを含む。以下同様）２１が施される。

内側継手部材１２は、ボス２３の周りの３等分位置に径方向に突き出したジャーナル軸、いわゆるトラニオン軸２４が設けられる。ボス２３のセンターにスプライン穴２２が設けられる。前記のトラニオン軸２４は楕円筒状に形成され、内輪２５と外輪２６の間に針状ころ２７を介在して構成されたローラアッセンブリ２８が径方向の余裕をもって首振り自在に嵌合される。ローラアッセンブリ２８は前記の案内溝１８に回転移動自在に嵌合される。

前記の内輪２５及び針状ころ２７は、外輪２６の内外両端面間に介在された止め輪２９ａ、２９ｂによって外輪２６と一体化されている。

中間軸１３は、その先端部にスプライン軸部３０が形成され、そのスプライン軸部３０の先端面は凸球面３１となっている。前記のスプライン軸部３０が前記内側継手部材１２のスプライン穴２２に嵌合され、止め輪３２によって抜け止めが図られている。前記の凸球面３１がスプライン穴２２からマウス部１６の内方に突き出す。

前記の凸球面３１の中心点Ｃは、中間軸１３の中心線とトラニオン軸２４の中心線との交点に設定される。

ばね受け部材１５は、図５（ｂ）に示したように、底板３３と、その底板３３の周縁から前記ばね受け凹部１９側に立ち上がった円筒状の周縁部３４とからなるキャップ状のものである。底板３３の全体は、前記の凸球面３１に面接触する凹球面３８に形成される。

周縁部３４の立ち上がり高さｈ１は、図５（ａ）に示した作動角０°の場合のコイルばね１４の１〜２ピッチ程度である。底板３３の内底面と周縁部３４の内周面立ち上がり部とのコーナ部分がコイルばね１４の着座部３５となる。

前記のコイルばね１４は前記ばね受け凹部１９とばね受け部材１５との間に圧縮状態に介在される。ばね受け部材１５側においては、コイルばね１４の端部が周縁部３４の内周面に沿い、着座部３５に突き当てられる。

図５（ｂ）に二点鎖線で示したように、周縁部３４の立ち上がり高さｈ２を前記の場合より、コイルばね１４の１ピッチ分程度大きく設定した従来例（特許文献３）もある（図７参照）。

特開２００８−８２３９３号公報 実公平６−１２２５８号公報 米国特許公開ＵＳ２０１０／００２２３１４Ａ１

前述の従来の等速自在継手においては、作動角θが０°又は低角度の場合は問題ないが、作動角θがある程度の高角度になると、図６に示したように、ばね受け部材１５の傾きが大きくなってその周縁部３４上端のエッジ３７が外輪２６や、ローラアッセンブリ２８裏面の止め輪２９ａや内輪２５の端面などによって形成された段差が存在する複雑な形状部分に干渉したり引っ掛かったりすることがある。

コイルばね１４とばね受け部材１５は、単に嵌り合っているだけであり容易に分離する構造であるため、前記のような引っ掛かりが生じた場合に、ばね受け部材１５がコイルばね１４の動きに追随できず、その先端から脱落するおそれがある。また、脱落しないまでも干渉が生じることによって接触抵抗が増し、等速自在継手の作動を不安定なものにするおそれがある。

作動角θが高角度になった場合にばね受け部材１５が大きく傾く要因としては、ばね受け部材１５の底板３３の全面に形成された凹球面３８と凸球面３１とが広く面接触していることから、中間軸１３の挙動にばね受け部材１５及びコイルばね１４が影響を受け易いことが考えられる。また、作動角θが大きくなると、ばね受け部材１５の底板３３の一部が凹球面３８の外へはみ出し、ばね受け部材１５の支持が不安定になる場合があることも前記要因の一つであると考えられる。

図５（ｂ）の二点鎖線及び図７に示した他の従来例のように、周縁部３４の高さｈ２を相対的に大きく形成した場合は、作動角θが最大角の場合に周縁部３４が外輪２６に接触することはあっても、エッジ３７がローラアッセンブリ２８の一部に引っ掛かることはないのでばね受け部材１５が脱落する等の問題は起こらない。

しかし、周縁部３４の立ち上がり高さｈ２が相対的に大きいために、部品の小型化を妨げるとともに、その重量を増加させる問題がある。また、ばね受け部材１５とコイルばね１４との接触範囲が増えるので、コイルばね１４に対する接触抵抗の増大をもたらして作動を不安定化させ、また異音の発生原因ともなる問題がある。

そこで、この発明は、摺動式等速自在継手において、部品の小型軽量化の観点から、ばね受け部材のサイズをできるだけ小さく保つことができ、また、安定した作動性の観点から、作動角が高角度になった場合でもばね受け部材がローラアッセンブリに接触したり引っ掛かったりすることのない摺動式自在継手を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明は、外側継手部材、前記外側継手部材に対して摺動可能な内側継手部材、内側継手部材の中心に嵌合されたトルク伝達軸及び前記トルク伝達軸の内端の凸球面に接触するばね受け部材及び前記ばね受け部材と前記外側継手部材の内底面との間に圧縮状態に介在されたコイルばねとからなり、前記内側継手部材は前記トルク伝達軸が嵌合されたボス部と、そのボス部に設けられたトラニオン軸と、そのトラニオン軸に首振り自在に嵌合され前記外側継手部材の案内溝に回転自在に収められたローラアッセンブリとにより構成され、前記ばね受け部材が前記凸球面に当接する底部と、その底部の周縁に立ち上がった円筒状の周縁部とにより構成され、その周縁部の内側に前記コイルばねの端部が差し込まれ、前記外側継手部材に設けられたステム部と前記トルク伝達軸が所定の作動角をもってトルクの伝達を行う摺動式等速自在継手において、前記凸球面の中心点が、前記伝達軸と前記トラニオン軸の各中心線の交点に設定され、前記ばね受け部材と前記凸球面とが当該ばね受け部材の底部の中心部近傍においてのみ接触する構成を採用した。

ここにおいて、「中心部近傍においてのみ接触する」とは、中心点において点接触する場合のみならず、中心点の周りに広がったある程度の範囲の接触部を含む概念であるが、できるだけ接触範囲を小さくすることにより、トルク伝達軸の挙動をばね受け部材やコイルばね側に伝達することがないようにする趣旨である。

具体的には、前記ばね受け部材の底部が平坦に形成され、当該ばね受け部材と前記凸球面とがその平坦な底部の中心部おいて接触する構成を採ることができる。ばね受け部材と凸球面とが中心部において点接触する構成である。

また、前記ばね受け部材の底部中心部が凹球面に形成され、その凹球面以外の部分が平坦に形成され、当該ばね受け部材と前記凸球面とがその凹球面において接触する構成を採ることができる。ばね受け部材と凸球面とが、中心点の周りにある程度の面接触部分を有する構成である。

さらに、前記ばね受け部材の底部が、前記凸球面より大きい曲率半径をもった凹球面に形成され、当該ばね受け部材と前記凸球面とがその底部中心部において接触する構成を採ることができる。ばね受け部材と凸球面とが中心部において実質的に点接触する構成である。

前記の構成によると、等速自在継手がどのような作動角をとったとしても、ばね受け部材は、その底部の中心部において伝達軸の凸球面と点接触又はそれに近い状態の狭い接触範囲で支持されるので、バランスを崩すことがない。このため、ばね受け部材の一部がローラアッセンブリの一部と接触したり引っ掛かったりすることがなく、安定した作動が行われる。

また、ばね受け部材の周縁部の高さは、コイルばねとの嵌合に必要な最低限の高さでよいので、部品の小型軽量化を図ることができる。

図１（ａ）は、実施形態１の摺動式等速自在継手の作動角０°の場合の断面図、図１（ｂ）は、同上の一部拡大断面図である。 図２（ａ）は、同上の一定の作動角θをとった場合の断面図、図２（ｂ）は、同（ａ）の一部拡大図である。 図３（ａ）は、同上のばね受け部材の他の例を示す断面図、図３（ｂ）は、ばね受け部材のその他の例を示す断面図である。 図４（ａ）は、同上の変形例１の一部を示す断面図、図４（ｂ）は、同上の変形例２の一部を示す断面図、図４（ｃ）は、同（ｂ）のｃ−ｃ線の断面図である。 図５（ａ）は、従来例の摺動式等速自在継手の作動角０°の場合の断面図、図５（ｂ）は、同（ａ）の一部拡大断面図である。 図６は、同上の一定の作動角θをとった場合の断面図である。 図７は、他の従来例の一部拡大断面図である。

以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
[実施形態１]

図１及び図２に示した実施形態１に係るトリポード型の摺動式等速自在継手は、先に「背景技術」の項において図５及び図６に基づいて説明したものと、ばね受け部材１５を除いて他はすべて同じ構成である。したがって、図１及び図２においては、同一部分には同一符号を付し、その説明はすべて「背景技術」の項に記載した内容を援用する。以下、主としてばね受け部材１５について説明する。

この場合のばね受け部材１５は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示したように、底板３３とその底板３３の周縁から一定高さに立ち上がった円筒状の周縁部３４とからなる点で従来の場合と基本的に同一構造である。また、底板３３と周縁部３４のコーナ部がコイルばね１４の一端部の着座部３５となっている点、周縁部３４の先端部がエッジ３７となっている点、周縁部３４の高さがｈ１であることも同様である。

また、中間軸１３の先端部の凸球面３１の中心点Ｃが、中間軸１３の中心線とトラニオン軸２４の中心線との交点に設定される点も同様である。

相違する点は、底板３３の外底面の全体が平坦面４０に形成され、その平坦面４０側の中心点Ａにおいて凸球面３１と点接触している点である。その中心点Ａ以外の部分において平坦面４０と凸球面３１とが接触することはない。

ばね受け部材１５の着座部３５に対し、コイルばね１４の先端部は一定の締め代をもって嵌められるが、それ以外の部分は、径方向のすき間Ｓを有する。これにより、ばね受け部材１５はコイルばね１４から容易に脱落することがなく、また、コイルばねの屈曲変形に対するばね受け部材１５の影響を少なくすることができる。

実施形態１に係る摺動式等速自在継手は以上のように構成され、次にその作用について説明する。

図１（ａ）は、作動角θが０°の場合を示す。この場合、その底板３３の平坦面４０側の中心点Ａが中間軸１３の凸球面３１の頂部に点接触する。底板３３に作用するコイルばね１４のばね力はバランスするのでばね受け部材１５に傾きは生じない（図１（ｂ）参照）。

コイルばね１４は、ばね受け部材１５の接触点を通じて中間軸１３を外方向に付勢し、その中間軸１３の他端を相手方の等速自在継手の受け部材に押し当て、異音や振動の発生を防止する。ステム部１７側に加えられたトルクは、外側継手部材１１から内側継手部材１２を経て中間軸１３に伝達される。

図２（ａ）は作動角θが最大角となった場合を示す。この場合は、凸球面３１とばね受け部材１５間の接触による摩擦は接触面積が少ないため、凸球面３１はばね受け部材１５の底板３３に対して滑り移動する。凸球面３１が滑り移動しても接触位置は底板３３の中心点Ａから変わることがない（図２（ｂ）参照）。このため、底板３３に作用するコイルばね１４のばね力はバランス状態を維持し、ばね受け部材１５が傾くことはい。

要するに、ばね受け部材１５及びコイルばね１４は中間軸１３の挙動に連動することがなく、当初の姿勢を保持する。

このため、作動角θが最大角になった場においても、ばね受け部材１５がローラアッセンブリ２８の一部と接触したり引っ掛かったりすることがない。

前記のばね受け部材１５は、一応所期の目的は達成することができるが、凸球面３１と点接触する部分の面圧が高くなるので、接触部分に何らかの補強手段を施すことが望ましい。

図３（ａ）（ｂ）は、前記の補強手段の一つとして、荷重の分散を図った例である。図３（ａ）の場合は、底板３３の中心点Ａを中心とする中央部分に直径Ｂの凹球面４１が形成され、その凹球面４１以外の部分は平坦面４０となっている。凹球面４１の曲率半径は凸球面３１の曲率半径と一致し、これにより凸球面３１の一部が凹球面４１に面接触する。

この場合も中間軸１３の傾きに伴って凸球面３１の姿勢が変わっても、ばね受け部材１５はその中心点Ａにおいて凸球面３１と接触しているため、ばね力がバランスし傾くことがない。また、凸球面３１との接触範囲は中心点Ａの周りの限られた範囲であるので、中間軸１３の挙動がばね受け部材１５及びコイルばね１４に及ぼす影響は限定的なものとなる。

図３（ｂ）に示した他の例の場合は、底板３３の外底面の全体が中心点Ａを中心とする浅い凹球面４２に形成されている。この凹球面４２の曲率半径は、凸球面３１の曲率半径より大に設定される。このため、凸球面３１は、中心点Ａ近傍において凹球面４２と実質的に点接触し、それ以外の部分において凹球面４２と接触することがない。

この場合も、中間軸１３の傾きに伴って凸球面３１の姿勢が変わっても、ばね受け部材１５はその中心点Ａにおいて凸球面３１と接触しているため、ばね力がバランスし傾くことがない。

図４（ａ）から（ｃ）は、ローラアッセンブリ２８の首振り構造の変形例を示している。図４（ａ）は、トラニオン軸２４に球面部４３設け、その球面部４３に内輪２５を線接触させるようにしたものである。また、図５（ｂ）（ｃ）は、トラニオン軸２４に断面形状が楕円となる楕円部４４を設けたものである。この場合は、トラニオン軸２４の楕円部４４に対しローラアッセンブリ２８の内輪２５が２個所の接点４５で接触する。

１１ 外側継手部材
１２ 内側継手部材
１３ 中間軸
１４ コイルばね
１５ ばね受け部材
１６ マウス部
１７ ステム部
１８ 案内溝
１９ ばね受け凹部
２１ スプライン
２２ スプライン穴
２３ ボス
２４ トラニオン軸
２５ 内輪
２６ 外輪
２７ 針状ころ
２８ ローラアッセンブリ
２９ａ、２９ｂ 止め輪
３０ スプライン軸部
３１ 凸球面
３２ 止め輪
３３ 底板
３４ 周縁部
３５ 着座部
３７ エッジ
３８ 凹球面
４０ 平坦面
４１ 凹球面
４２ 凹球面
４３ 球面部
４４ 楕円部
４５ 接点

Claims (14)

1. 外側継手部材、前記外側継手部材に対して摺動可能な内側継手部材、内側継手部材の中心に嵌合されたトルク伝達軸及び前記トルク伝達軸の内端の凸球面に接触するばね受け部材及び前記ばね受け部材と前記外側継手部材の内底面との間に圧縮状態に介在されたコイルばねとからなり、前記内側継手部材は前記トルク伝達軸が嵌合されたボス部と、そのボス部に設けられたトラニオン軸と、そのトラニオン軸に首振り自在に嵌合され前記外側継手部材の案内溝に回転自在に収められたローラアッセンブリとにより構成され、前記ばね受け部材が前記凸球面に当接する底部と、その底部の周縁に立ち上がった円筒状の周縁部とにより構成され、その周縁部の内側に前記コイルばねの端部が差し込まれ、前記外側継手部材に設けられたステム部と前記トルク伝達軸が所定の作動角をもってトルクの伝達を行う摺動式等速自在継手において、前記凸球面の中心点が、前記伝達軸と前記トラニオン軸の各中心線の交点に設定され、前記ばね受け部材と前記凸球面とが当該ばね受け部材の底部の中心部近傍においてのみ接触することを特徴とする摺動式等速自在継手。
2. 前記ばね受け部材の底部が平坦に形成され、当該ばね受け部材と前記凸球面とがその平坦な底部の中心部近傍おいて接触することを特徴とする請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
3. 前記ばね受け部材の底部中心部が凹球面に形成され、その凹球面以外の部分が平坦に形成され、当該ばね受け部材と前記凸球面とがその凹球面において接触することを特徴とする請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
4. 前記ばね受け部材の底部が、前記凸球面より大きい曲率半径をもった凹球面に形成され、当該ばね受け部材と前記前記凸球面とがその底部中心部において接触することを特徴とする請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
5. 前記ばね受け部材の底部と周縁部の内側コーナ部に、前記コイルばねの一端部の着座部が形成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の摺動式等速自在継手。
6. 前記ばね受け部材の着座部に接触するコイルばねの端部が締め代をもって装着されていることを特徴とする請求項５に記載の摺動式等速自在継手。
7. 前記着座部以外のばね受け部材内周面とコイルばねとの間に径方向のすき間があることを特徴とする請求項６に記載の摺動式等速自在継手。
8. 前記ローラアッセンブリは、前記トラニオン軸に対し首振り自在に嵌合された内輪と、その内輪の外径側に転動体を介して嵌合された前記の外輪とにより構成されたことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の摺動式等速自在継手。
9. 前記トラニオン軸が円柱形状に形成された、その円柱形状部分に前記内輪が首振り自在に嵌合されたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の摺動式等速自在継手。
10. 前記トラニオン軸が楕円柱状に形成され、その楕円柱状部分に前記内輪が首振り自在に嵌合されたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の摺動式等速自在継手。
11. 前記トラニオン軸に球面部が形成され、その球面部に前記内輪が首振り自在に嵌合されたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の摺動式等速自在継手。
12. 前記ばね受け部材は、金属板のプレス加工によって製作された金属製であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の摺動式等速自在継手。
13. 前記ばね受け部材は、焼結金属製であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の摺動式等速自在継手。
14. 前記ばね受け部材は、合成樹脂製であることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の摺動式等速自在継手。
    
    
    
    

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