JP2014088889A - ダブルローラタイプのトリポード型等速ジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】外ローラの径方向の肉厚をより薄くするとともに外ローラの内周面に転動体による圧痕が形成されることを適切に防止し、小型化、軽量化に寄与することができるダブルローラタイプのトリポード型等速ジョイントを提供する。
【解決手段】トリポード軸部に外嵌される略円筒状の内ローラ３４と、内ローラに外嵌される略円筒状の外ローラ３１と、内ローラと外ローラとの間に形成された環状空間に配置される複数の転動体３３と、環状空間における転動体と外ローラの内周面との間に配置されて転動体よりも高い硬度を有する略円筒状の高硬度リング３２と、外ローラの内周面に形成されたリング溝に嵌め込まれて転動体と高硬度リングと内ローラがトリポード軸部の軸方向に沿って脱落することを防止する止め輪３５と、を有する、ダブルローラタイプのトリポード型等速ジョイント。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両の動力伝達機構等に用いられるダブルローラタイプのトリポード型等速ジョイントに関する。

近年の車両は環境性能が重視され、特に燃費の向上が求められている。
燃費を向上させるためには、小型化・軽量化が有効であり、車両を構成するあらゆる部品に小型化・軽量化が求められている。
ここで、車両を構成している部品の１つであるダブルローラタイプのトリポード型等速ジョイントについては、小型化・軽量化の１つとして、外ローラの径方向の肉厚をより薄くすることで、外ローラ及び外ローラを収容している外輪の小型化・軽量化を促進することができる。
外ローラの径方向の肉厚をより薄くした場合、外ローラの剛性の確保が重要である。従来では以下の特許文献に、外ローラ（またはトリポード軸部）の剛性を確保することを目的とした等速ジョイントが開示されている。

特許文献１に記載された従来技術には、トリポード軸部に内ローラと外ローラを外嵌し、内ローラと外ローラとの間の環状空間に複数のニードルを配置し、内ローラと外ローラの少なくとも一方の材質をセラミックスとしたダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手が開示されている。
また特許文献２に記載された従来技術には、トリポード軸部に内ローラと外ローラを外嵌し、内ローラと外ローラとの間の環状空間に複数のニードルを配置し、外ローラの内周面または内ローラの外周面にセラミックスを主成分とする焼結体のコーティングを施したダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手が開示されている。
また特許文献３に記載された従来技術には、トリポード軸部にローラ（外ローラのみ）を外嵌し、トリポード軸部とローラの間の環状空間に複数のニードルを配置し、トリポード軸部におけるニードルとの当接部をセラミックス材料で形成、またはトリポード軸部とニードルとの間にセラミックス材料で形成したブッシュを配置した、（シングルローラタイプの）等速ジョイントが開示されている。
また特許文献４に記載された従来技術には、トリポード軸部にローラ（外ローラのみ）を外嵌し、トリポード軸部とローラの間の環状空間に複数のニードルを配置し、トリポード軸部とニードルとの間に清浄度が高く高硬度の材料で形成されたスリーブを配置した、（シングルローラタイプの）自在継手の軸受構造が開示されている。

特開２０１０−２５２３５号公報 特開２００９−２９３７０１号公報 実開昭５９−３７４３２号公報 実開昭５７−５５３５号公報

外ローラの径方向の肉厚をより薄くする際、外ローラに必要となる剛性は、外ローラよりも高硬度の材質で形成された転動体（ニードル）による圧痕（凹み）が外ローラの内周面に形成されない剛性が求められる。外ローラの内周面に転動体の圧痕が形成されると当該圧痕から外ローラの破損が進行する場合がある。
特許文献１に記載された従来技術では、外ローラの材質をセラミックスとすることで外ローラに必要とされる剛性を確保して転動体による圧痕の形成を防止できるが、セラミックスで外ローラを形成した場合、加工が非常に困難であるとともに、非常にコストがかかるので、好ましくない。
また特許文献２に記載された従来技術では、外ローラの内周面にセラミックスを主成分とする焼結体のコーティングを施すことで外ローラの剛性を向上させることはできるが、コーティングでは薄すぎて転動体による圧痕の形成を防止することまではできないので、好ましくない。
また特許文献３及び特許文献４に記載された従来技術は、トリポード軸部の剛性を確保することはできるが、外ローラの剛性を確保する点については特に考慮されておらず、転動体による圧痕が外ローラの内周面に形成されることを防止できない。
特許文献１〜特許文献４には、小型化・軽量化を目指して外ローラの径方向の肉厚をより薄くする点について特に記載が無いので、外ローラの径方向の肉厚をより薄くしながらも外ローラの内周面に、転動体による圧痕が形成されることを防止する点についての記載も無い。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、外ローラの径方向の肉厚をより薄くするとともに外ローラの内周面に転動体による圧痕が形成されることを適切に防止し、小型化、軽量化に寄与することができるダブルローラタイプのトリポード型等速ジョイントを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るダブルローラタイプのトリポード型等速ジョイントは次の手段をとる。
まず、本発明の第１の発明は、略筒状の形状を有して軸方向に沿うように対向配置されたローラ案内面を有する３つの案内溝が内周面に形成された外輪と、前記外輪内に収容されて前記案内溝のそれぞれに向かって突出する３つの軸部であるトリポード軸部が設けられたトリポード部材と、前記トリポード軸部のそれぞれに外嵌される略円筒状の内ローラと、前記内ローラに外嵌されるとともに前記案内溝における対向配置された前記ローラ案内面の間に配置される略円筒状の外ローラと、前記内ローラと前記外ローラとの間に形成された環状空間に配置される複数の転動体と、前記環状空間における前記転動体と前記外ローラの内周面との間に配置されて前記転動体よりも高い硬度を有する略円筒状の高硬度リングと、前記外ローラの内周面に形成されたリング溝に嵌め込まれて前記転動体と前記高硬度リングと前記内ローラが前記トリポード軸部の軸方向に沿って脱落することを防止する止め輪と、を有する、ダブルローラタイプのトリポード型等速ジョイントである。

この第１の発明では、内ローラと外ローラとの間に形成された環状空間において、外ローラの内周面と転動体との間に、転動体よりも高い硬度を有する環状の高硬度リングを配置する。
高硬度リングを配置することで、外ローラの内周面に、転動体による圧痕が形成されることを適切に防止することが可能である。従って、外ローラの径方向の肉厚をより薄くするとともに外ローラの内周面に転動体による圧痕が形成されることを適切に防止することが可能であり、ダブルローラタイプのトリポード型等速ジョイントの耐久性向上、および、小型化、軽量化に寄与することができる。

本発明のダブルローラタイプのトリポード型等速ジョイントの全体構成の例を説明する分解斜視図である。 （Ａ）はダブルローラタイプのトリポード型等速ジョイントの軸方向断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 トリポード軸部に外嵌するローラユニットの分解斜視図と、組み付けたローラユニットの軸方向断面図である。 連結軸からの回転駆動力が転動体を介してシャフトに伝達される様子を説明する図である。

以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。
●［ダブルローラタイプのトリポード型等速ジョイントの全体構成（図１、図２）］
まず図１及び図２を用いて、ダブルローラタイプのトリポード型等速ジョイント１（以降、等速ジョイント１と記載する）の全体構成について説明する。図１は等速ジョイント１の分解斜視図を示しており、図２（Ａ）は等速ジョイント１の軸方向断面図を示しており、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図を示している。なお図１では図２（Ａ）に示すブーツ４０の記載を省略している。
図１に示すように、等速ジョイント１は、回転駆動力の入力側である駆動部２０と、回転駆動力の出力側である受動部１０とにて構成されており、駆動部２０の回転軸Ｚ２０に対して受動部１０の回転軸Ｚ１０が一致せずに所定角度で傾斜しても、回転軸Ｚ１０と回転軸Ｚ２０とを常に等速で回転させて回転駆動力を伝達することができる。なお、符号１０と符号２０は、どちらが駆動部であってもよく、一方が駆動部となれば他方が受動部となる。本実施の形態では符号２０を駆動部として説明する。

受動部１０は、シャフト１２と、当該シャフト１２の一方端に固定されたトリポード部材１１と、にて構成されている。
トリポード部材１１は外輪２１内に収容され、トリポード部材１１には、外輪２１の内周面に形成された３つの案内溝２１Ａのそれぞれに向かって突出する３本の軸部であるトリポード軸部１１Ａが設けられている。そしてトリポード軸部１１Ａのそれぞれには、ローラユニット３０が外嵌されている。そしてローラユニット３０は、案内溝２１Ａに対向配置されたローラ案内面２１Ｂの間に配置されている。
駆動部２０は、外輪２１と、当該外輪２１に固定された連結軸２２と、にて構成されている。
外輪２１には、略筒状の形状を有して駆動部２０の回転軸Ｚ２０の軸方向に沿うように対向配置されたローラ案内面２１Ｂを有する３つの案内溝２１Ａが内周面に形成されている。

ローラユニット３０は、トリポード軸部１１Ａに外嵌され、トリポード軸部１１Ａに対して回転可能であり、ローラ案内面２１Ｂに沿って回転しながら移動可能である。
また図２（Ａ）に示すように、外輪２１の開口部には、ブーツ４０が取り付けられ、異物や水の浸入を防止するとともに潤滑油を内部に保持する。
以上の構成により、連結軸２２から回転駆動力が入力されると、回転方向に対向しているローラ案内面２１Ｂにローラユニット３０が当接し、トリポード部材１１及びシャフト１２に回転駆動力を伝達する。

●［ローラユニットの構造（図３）］
次に図３を用いてローラユニット３０の詳細構造について説明する。図３はローラユニット３０の分解斜視図と、組み付けた状態のローラユニット３０の軸方向断面図を示している。
ローラユニット３０は、外ローラ３１と、高硬度リング３２と、複数のニードル３３（転動体に相当）と、内ローラ３４と、止め輪３５と、にて構成されている。

外ローラ３１は外周面における軸方向に沿った中央部が凸状となるように軸方向に湾曲した外周面を有する略円筒状であり、一方の端面には径方向内方に突出する鍔部３１Ｂが円周方向に形成されており、他方の端面の近傍の内壁には、止め輪３５を嵌め込むための溝３１Ａ（リング溝に相当）が円周方向に形成されている。なお、外ローラ３１の材質は、ニードル３３の材質よりも低い硬度であって従来と同等の材質のものが用いられている。
高硬度リング３２は、ニードル３３よりも高い硬度の材質（例えばセラミックス）にて形成されており、外ローラ３１の内周面の径に対応する外径を有する円筒形状である。高硬度リング３２の形状は単純な円筒形状であるので、高い硬度であっても形成が比較的容易である。また高硬度リング３２の径方向の厚さは、伝達する回転駆動力やニードル３３の硬度等から適切な厚さに設定されている。
ニードル３３は、針状ころであり、内ローラ３４に対する外ローラ３１の回転抵抗を低減する。そしてニードル３３の材質は、外ローラ３１の材質よりも高い硬度の材質であり、且つ高硬度リング３２よりも低い硬度の材質である。
内ローラ３４は円筒状であり、内周面の径はトリポード軸部の外径に外嵌可能な径に設定されている。そして内ローラ３４の材質は、外ローラ３１の材質と同様である。
止め輪３５は、切欠き部３５Ａが形成されたＣ字形状を有しており、径方向に伸縮可能である。

ローラユニット３０を組み付ける際は、外ローラ３１における鍔部３１Ｂが形成されていない側の端面の側から、高硬度リング３２を外ローラ３１に嵌め込み、高硬度リング３２の内側に内ローラ３４を配置し、内ローラ３４と外ローラ３１との間の環状空間であって高硬度リング３２と内ローラ３４との間の環状空間に複数のニードル３３を配置し、径を縮小した止め輪３５を外ローラ３１の溝３１Ａに嵌め込む。
そして組み付けたローラユニット３０をトリポード軸部１１Ａに外嵌することで受動部１０（図１参照）が出来上がる。
ローラユニット３０がトリポード軸部１１Ａに外嵌された状態では、内ローラ３４はトリポード軸部に外嵌されている。また、外ローラ３１は、内ローラ３４に外嵌されている。そして外ローラ３１と内ローラ３４との間に形成される環状空間には、内ローラ３４の外周面に接するように複数のニードル３３が配置されている。そして環状空間におけるニードル３３と外ローラ３１の内周面との間には高硬度リング３２が配置されている。
そして止め輪３５は、高硬度リング３２、ニードル３３、内ローラ３４が、軸方向に沿って外ローラ３１の鍔部３１Ｂと反対の方向に脱落しないように、高硬度リング３２とニードル３３と内ローラ３４を保持している。

●［回転駆動力Ｆが連結軸から外ローラへ伝達される様子（図４）］
等速ジョイント１の小型化・軽量化を促進するには、外ローラ３１の径方向の肉厚をより薄くして小径に形成し、小径化した外ローラに合わせて外輪２１をより小型化すればよい。しかし、外ローラ３１の肉厚をより薄くしていくと、外ローラ３１の破損の懸念がある。
図４は、駆動部２０の回転軸Ｚ２０と受動部１０の回転軸Ｚ１０とが一致している場合において、連結軸２２から反時計回り方向の回転駆動力が入力された状態を示している。この場合、回転軸Ｚ１０と回転軸Ｚ２０が一致しているので、外ローラ３１は回転することなくローラ案内面２１Ｂに対して同じ位置を維持している。従って、ニードル３３も回転することがなく、外ローラ３１の内周面に対して同じ位置を維持しており、ニードル３３はずっと同じ位置で（高硬度リング３２を介して）外ローラ３１に押し付けられる。

本発明において、高硬度リングを外ローラの内周面とニードルとの間に設けたのは、高トルク伝達時に内ローラの外周面と外ローラの内周面にニードルの圧痕が生じやすく、圧痕を起点として、内ローラよりも外ローラが破損しやすく、外ローラの耐久性に問題があるためである。
トリポードユニット（トリポード軸部とローラユニット）において、トリポード軸部、内ローラの内周面、内ローラの外周面、ニードルに比べ、外ローラの内周面が高トルク伝達時に破損しやすく、耐久性が低い理由を以下に説明する。
まず、高トルク伝達時において、トリポード軸部、内ローラの内周面、ニードルに比べ、内ローラの外周面、外ローラの内周面に圧痕が生じやすいことを説明する。
トルク伝達時の内ローラの外周面とニードルの接触部、及び、外ローラの内周面とニードルの接触部の面積は、トリポード軸部と内ローラの内周面の接触楕円部の面積に対して小さいため、内ローラの外周面とニードル、及び、外ローラの内周面とニードルに発生する面圧は、トリポード軸部と内ローラの内周面に発生する面圧よりも大きくなる。このため、内ローラの外周面とニードル、及び、外ローラの内周面とニードルの接触部の方が、トリポード軸部と内ローラの内周面の接触楕円部に比べ、高トルク伝達時に圧痕が生じやすい。
また、内ローラ、外ローラの材質は、ニードルの材質に比べ硬度が低いものが用いられている。
このため、ニードルよりも硬度が低い内ローラの外周面、外ローラの内周面は、高トルク伝達時に、ニードルによる圧痕が生じやすい。

次に、高トルク伝達時において、上記圧痕が生じている内ローラの外周面に対し、同じく上記圧痕が生じている外ローラの内周面の方が破損しやすいことを説明する。
高トルク伝達時において、内ローラはニードルとトリポード軸部に挟まれ、内ローラ全体が楕円状に変形しようとし、全体に歪みが生じるが、そのとき、内ローラの外周面の圧痕が生じた部分では、円周方向の圧縮歪が生じている。
一方、外ローラはニードルと外輪に挟まれ、同様に全体に歪みが生じるが、外ローラの内周面の圧痕が生じた部分には、円周方向の引張り歪が生じている。
一般的に、圧痕が生じた部分に引張り歪が生じると、圧痕を起点に亀裂が生じやすい。
つまり、外ローラの内周面の方が、内ローラの外周面よりも亀裂が生じやすく破損しやすい。
以上より、トリポードユニット（トリポード軸部とローラユニット）において、高トルク伝達時に最も破損しやすく、耐久性が低くなるのは、外ローラの内周面であるといえる。

なお、従来の等速ジョイントでは、圧痕が形成されても破損が進行しないように外ローラの径方向の厚さが充分に確保されていた。しかし、これでは等速ジョイントの小型化・軽量化を促進することが困難である。
これに対して、本実施の形態の等速ジョイント１では、ニードル３３と外ローラ３１の内周面との間に、ニードル３３よりも高い硬度の高硬度リング３２が配置されているので、外ローラ３１の内周面にニードル圧痕が形成されることがない。なお、ニードル３３は、従来より、回転駆動力Ｆでは変形しない（潰れない）硬度の材質で形成されており、ニードル３３が破損することもない。
これにより、外ローラの径方向の肉厚をより薄くするとともに外ローラの内周面に転動体による圧痕が形成されることを適切に防止することが可能であり、等速ジョイントの耐久性向上、および、小型化、軽量化に寄与することができる。
また高硬度リング３２の形状は単純な円筒形状であり、形成が非常に容易である。また高硬度リング３２の径方向の厚さや硬度等は比較的自由に選定できるので、回転駆動力Ｆやニードル３３の硬度等に応じて、適切な厚さと硬度を選定すればよい。

本発明のダブルローラタイプのトリポード型等速ジョイント１、及びローラユニット３０を構成する各部材の構成、構造、外観、形状等は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また本実施の形態の説明では、転動体としてニードルを用いた例を説明したが、ニードルに限定されず、鋼球等、種々の転動体を用いることができる。

１ 等速ジョイント
１０ 受動部
１１ トリポード部材
１１Ａ トリポード軸部
１２ シャフト
２０ 駆動部
２１ 外輪
２１Ａ 案内溝
２１Ｂ ローラ案内面
２２ 連結軸
３０ ローラユニット
３１ 外ローラ
３１Ａ 溝（リング溝）
３１Ｂ 鍔部
３２ 高硬度リング
３３ ニードル（転動体）
３４ 内ローラ
３５ 止め輪
Ｚ１０ （受動部の）回転軸
Ｚ２０ （駆動部の）回転軸

Claims (1)

1. 略筒状の形状を有して軸方向に沿うように対向配置されたローラ案内面を有する３つの案内溝が内周面に形成された外輪と、
   前記外輪内に収容されて前記案内溝のそれぞれに向かって突出する３つの軸部であるトリポード軸部が設けられたトリポード部材と、
   前記トリポード軸部のそれぞれに外嵌される略円筒状の内ローラと、
   前記内ローラに外嵌されるとともに前記案内溝における対向配置された前記ローラ案内面の間に配置される略円筒状の外ローラと、
   前記内ローラと前記外ローラとの間に形成された環状空間に配置される複数の転動体と、
   前記環状空間における前記転動体と前記外ローラの内周面との間に配置されて前記転動体よりも高い硬度を有する略円筒状の高硬度リングと、
   前記外ローラの内周面に形成されたリング溝に嵌め込まれて前記転動体と前記高硬度リングと前記内ローラが前記トリポード軸部の軸方向に沿って脱落することを防止する止め輪と、を有する、
   ダブルローラタイプのトリポード型等速ジョイント。
   
   

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