JP2016169833A - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 強度および寿命を維持しながら、従来技術では到達できない軽量・コンパクトなトリポード型等速自在継手を提供すること。【解決手段】 円周方向の三等分位置に軸方向に延びるトラック溝６を形成した外側継手部材２と、トラニオン胴部８の円周方向の三等分位置から半径方向に突出したトラニオンジャーナル９を有するトリポード部材３と、トラニオンジャーナル９の回りに複数の針状ころ５を介して回転可能に装着された球状ローラ４とを備え、この球状ローラ４がトラック溝６に収容され、球状ローラ４の外球面がトラック溝６の両側壁に形成されたローラ案内面７によって案内されるようにしたトリポード型等速自在継手１において、トラニオンジャーナル９の付根部Ａにぬすみ形状のない隅部１０ｂを形成し、針状ころ５の端面隅アール部５ｃと付根部Ａの隅部１０ｂとの干渉により、トラニオンジャーナル９の付根部Ａ側への針状ころ５の軸方向移動を規制したことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車や産業機械等における動力伝達に使用される摺動式のトリポード型等速自在継手に関する。

トリポード型等速自在継手５１は、図１２（ａ）に示すように、円周方向の三等分位置に軸方向に延びる３本のトラック溝５３を有し、各トラック溝５３の対向する側壁にローラ案内面５４を形成した外側継手部材５２と、トラニオン胴部６１の円周方向の三等分位置から半径方向に突出したトラニオンジャーナル６２を有するトリポード部材６０と、各トラニオンジャーナル６２の回りに複数の針状ころ７２を介して回転自在に装着された球状ローラ７０とを備え、この球状ローラ７０が外側継手部材５２のトラック溝５３に収容され、球状ローラ７０の外球面がトラック溝５３の両側壁に形成されたローラ案内面５４によって案内されるようになっている。

上記のトラニオンジャーナル６２の付根部Ａ’を図１２（ｂ）に拡大して示す。図示のように、付根部Ａ’は、針状ころ７２の内側軌道面となる円筒形外周面７４に連続した曲率半径Ｒｂのアール面で形成され肩面６１ａに繋がっている。針状ころ７２の端部と肩面６１ａの間にインナーワッシャ７８が介在されている。このインナーワッシャ７８の側面と針状ころ７２の端面の接触により、トラニオンジャーナル６２の付根部Ａ’側への針状ころ７２の軸方向移動を規制したものである（特許文献１参照）。

図１２（ｃ）に示すように、トラニオンジャーナル６２’の付根部Ａ”にインナーワッシャを設けないものも知られている。この場合は、トラニオン胴部６１’に設けた肩面６１ａ’と針状ころ７２’の端面の接触により、トラニオンジャーナル６２’の付根部Ａ”側への針状ころ７２’の軸方向移動を規制している（例えば、特許文献２参照）。

特許第３９４７３４２号公報 特開２００５−３６９８２号公報

特許文献１および特許文献２に記載のトリポード型等速自在継手は、いずれも継手外径のコンパクト化を考えたものである。このコンパクト化に当たっては、トリポード部材の最小肉厚となる付根部の肉厚を確保しながら、ローラ案内面のピッチ円直径（ＰＣＤ）を下げる必要がある。特許文献１に記載のトリポード型等速自在継手５１では、インナーワッシャ７８があるので、針状ころ７２の継手半径方向の位置を下げることは困難であるため、別の工夫をしないとＰＣＤを下げることができない。

一方、特許文献２に記載のトリポード型等速自在継手では、インナーワッシャを廃止して針状ころ７２’の端面と肩面６１ａ’を接触させるために、トラニオンジャーナル６２’の付根部Ａ”にぬすみ部７４ａを設ける必要がある。ぬすみ部７４ａを設けると、付根部Ａ”の肉厚が減少し強度が低下することや、針状ころ７２’の内側軌道面となる円筒形外周面７４’がぬすみ部７４ａの長さ分減り、転動寿命が低下することが考えられる。

近年、自動車の燃費向上に対する要求がますます強くなり、自動車部品の１つである等速自在継手のさらなる軽量化・継手外径のコンパクト化が強く望まれている。この要求に対して、これまでに提案されたトリポード型等速自在継手では到達することができないことに着目した。

本発明は、上記の問題に鑑み、強度および寿命を維持しながら、従来技術では到達できない軽量・コンパクトなトリポード型等速自在継手を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の目的を達成するため種々検討、検証した結果、以下の知見と着想に基づいて本発明に至った。
（１）トリポード型等速自在継手のトラニオンジャーナルの付根部の円筒形外周面と肩面との間は、強度面からアール形状で接続することが不可欠である。このため、アール形状をぬすみ部のない形状で肩面に繋いだ場合は、インナーワッシャを入れてワッシャ側面と針状ころの端面が接触する構造となる。インナーワッシャを入れない場合は、アール形状のぬすみ部を設けて肩面に繋ぎ、この場合は、針状ころ端面と肩面が直接接触する構造となる。このように、針状ころの端面とつば面あるいはインナーワッシャ側面で規制すること、すなわち、面同士の接触により規制することが技術常識となっている（ＳＡＥ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｊｏｉｎｔ ａｎｄ Ｄｒｉｖｅｓｈａｆｔ ＤＥＳＩＧＮ ＭＡＮＵＡＬ Ｓｅｃｔｉｏｎ ３．２．６ １３８頁のＦｉｇ．１０参照）。

（２）継手外径がコンパクトなトリポード型等速自在継手を開発するに当って、針状ころの長さを確保するためにはインナーワッシャタイプでは成立不可能との着目により、ぬすみ部を設けて、針状ころの端面と肩面が直接接触するタイプを製作し耐久試験を実施した。その結果、針状ころの付根部側の端部にエッジロードによる損傷が生じることや、針状ころの回転が安定しないことが判明し、この原因を検討した。図１１に示すように、針状ころ５が肩面８ａに当接するまで付根部Ａ”側に移動したとき、針状ころ５の端部がトラニオンジャーナル９の円筒形外周面１０とぬすみ部１０ａの境界エッジ部１０ａ’に位置するためエッジロードが発生することや、針状ころ５とトラニオンジャーナル９の円筒形外周面１０との接触長さがぬすみ部１０ａの長さ分だけ減少するので、針状ころ５の荷重中心（接触長さの中心）Ｐｎと球状ローラ４の荷重中心（球状ローラの幅方向中心）Ｐｒとが一致しなくなり、荷重のバランスが崩れ、針状ころ５の回転が安定しなくなり、この傾向がコンパクトなトリポード型等速自在継手では顕著になることが考察された。

（３）前項の考察を通じて、針状ころの全長（端面隅アール部を除く）をトラニオンジャーナルの円筒形外周面に接触させること、および、針状ころの荷重中心と球状ローラの荷重中心を略一致させることが鍵になるとの着想に至り、この着想が、従来の技術常識を破る針状ころの位置決め構造として、トラニオンジャーナルの付根部にぬすみ形状のない隅部を形成した試験サンプルを製作し耐久試験を試みる動機づけとなった。

（４）前項の耐久試験の結果、意外にも、針状ころの端面隅アール部とトラニオンジャーナルの付根部にぬすみ形状のない隅部の干渉により、針状ころの付根部側への移動を規制できることが判明した。この理由は、トリポード型等速自在継手は、作動角をとって回転するとき、１回転ごとに、トラニオンジャーナルが一方側の傾斜状態から反対側に傾斜するワイパーのような運動を繰り返す揺動運動を行うが、この揺動運動に伴う針状ころの転がり量は、一般的な転がり軸受における転動体の転がり量に比べ、極めて少ないことが起因しているかと考えられる。

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、円周方向の三等分位置に軸方向に延びるトラック溝を形成した外側継手部材と、トラニオン胴部の円周方向の三等分位置から半径方向に突出したトラニオンジャーナルを有するトリポード部材と、前記各トラニオンジャーナルの回りに複数の針状ころを介して回転可能に装着された球状ローラとを備え、この球状ローラが前記トラック溝に収容され、前記球状ローラの外球面が前記トラック溝の両側壁に形成されたローラ案内面によって案内されるようにしたトリポード型等速自在継手において、前記各トラニオンジャーナルの付根部にぬすみ形状のない隅部を形成し、前記針状ころの端面隅アール部と前記付根部の隅部との干渉により、前記トラニオンジャーナルの付根側への前記針状ころの軸方向移動を規制したことを特徴とする。これにより、強度および寿命を維持しながら針状ころの径方向位置を下げることができ、部品点数を削減し、従来技術では到達できない軽量・コンパクト化を図ることができる。

具体的には、上記のトラニオンジャーナルの付根部の隅部がアール形状であることが好ましい。これにより、付根部の強度を確保し、トラニオンジャーナルの円筒形外周面から隅部にかけて連続した焼入れ鋼切削加工が容易となる。また、円筒形外周面から隅部にかけて一体砥石による研削加工が容易となる。

上記のトラニオンジャーナルの付根部の隅部の曲率半径Ｒと針状ころの端面隅アール部の曲率半径ｒとの比Ｒ／ｒを１．０〜５．０とすることが好ましい。これにより、付根部の強度や耐久性を確保すると共に、加工性に優れ、実用性が高い。

上記のトラニオンジャーナルの軌道面となる円筒形外周面から付根部の隅部にかけて連続した焼入れ鋼切削加工や一体砥石による研削加工を施すことにより、円筒形外周面に滑らかに接続する隅部を形成でき、かつ加工が容易となる。

上記のトラニオンジャーナルの軌道面となる外周面から付根部の隅部にかけての表面硬度を針状ころの表面硬度より低くすることが好ましい。これにより、付根部の隅部の強度を確保できると共に、針状ころの位置決め性が確実となる。

上記の針状ころの長さの中央位置をローラ案内面のピッチ円直径（ＰＣＤ）に略一致させることが好ましい。これにより、球状ローラと針状ころの荷重バランスがよく、針状ころの回転が安定する。

本発明のトリポード型等速自在継手によれば、強度および寿命を維持しながら針状ころの径方向位置を下げることができ、部品点数を削減し、従来技術では到達できない軽量・コンパクト化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るトリポード型等速自在継手を示し、（ａ）は横断面図で、（ｂ）は縦断面図である。 図１のトリポード型等速自在継手が作動角を取った状態を示す縦断面図である。 図１のトリポード型等速自在継手の各部の寸法を示す横断面図である。 図１の球状ローラとローラ案内面との接触部を拡大した横断面図である。 図１のトリポード型等速自在継手の作動角を取ったときの球状ローラの動きを示し、（ａ）図は外側継手部材とトリポード部材が傾斜した状態を示す縦断面図で、（ｂ）図は外側継手部材とトリポード部材が傾斜していない状態を示す縦断面図である。 球状ローラの動作を説明する模式図で、（ａ）図は球状ローラが位相角０°に位置する状態を示す模式図で、（ｂ）図は球状ローラが位相角９０°に位置する状態を示す模式図である。 球状ローラの移動量を示す縦断面図である。 図１のトリポード部材を示し、（ａ）図は、（ｂ）図のＦ−Ｆ線で矢視した側面図で、（ｂ）は縦断面図である。 図８（ａ）の付根部Ａ部を拡大した図である。 耐久試験後の図８（ａ）の付根部Ａ部を拡大した図である。 開発過程の知見を示す横断面図である。 従来のトリポード型等速自在継手を示し、（ａ）図は横断面図で、（ｂ）図は、（ａ）図の付根部Ａ’を拡大した図で、（ｃ）は他の従来のトリポード型等速自在継手の一部を示す図である。

本発明の一実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るトリポード型等速自在継手の横断面図であり、図１（ｂ）は縦断面図である。図示のように、本実施形態に係るトリポード型等速自在継手１は、外側継手部材２、内側継手部材としてのトリポード部材３、球状ローラ４および転動体としての針状ころ５を主な構成とする。外側継手部材２は、その内周に円周方向の三等分位置に軸方向に延びる３本のトラック溝６を有する中空カップ状である。各トラック溝６の対向する側壁にローラ案内面７が形成されている。ローラ案内面７は、円筒面の一部、すなわち部分円筒面で形成されている。

トリポード部材３は、トラニオン胴部８とトラニオンジャーナル９からなり、トラニオンジャーナル９はトラニオン胴部８の円周方向の三等分位置から半径方向に突出して３本形成されている。各トラニオンジャーナル９は、円筒形外周面１０と、軸端付近に形成された環状の止め輪溝１１を備えている。トラニオンジャーナル９の円筒形外周面１０の周りに複数の針状ころ５を介して回転自在に球状ローラ４が装着されている。トラニオンジャーナル９の円筒形外周面１０は針状ころ５の内側軌道面を形成する。球状ローラ４の内周面４ａは円筒形状で、針状ころ５の外側軌道面を形成する。

トラニオンジャーナル９の軸端付近に形成された止め輪溝１１には、アウタワッシャ１２を介して止め輪１３が装着されている。針状ころ５は、トラニオンジャーナル９の付根部Ａとアウタワッシャ１２により、トラニオンジャーナル９の軸線方向の移動が規制されている。アウタワッシャ１２は、トラニオンジャーナル９の半径方向に延びた円盤部１２ａと、トラニオンジャーナル９の軸線方向に延びた円筒部１２ｂとからなる。アウタワッシャ１２の円筒部１２ｂは球状ローラ４の内周面４ａより小さな外径を有し、トリポード部材３の半径方向で見た円筒部１２ｂの外側の端部１２ｃは、球状ローラ４の内周面４ａよりも大径に形成されている。したがって、球状ローラ４は、トラニオンジャーナル９の軸線方向に移動することができ、かつ、端部１２ｃにより脱落が防止されている。

トラニオン部材３のトラニオンジャーナル９に回転自在に装着された球状ローラ４は、外側継手部材２のトラック溝６のローラ案内面７に回転自在に案内される。図２にトリポード型等速自在継手１が作動角θを取った状態を示す。ローラ案内面７は部分円筒面で形成されているので、球状ローラ４５はローラ案内面７内で傾斜することができる。このような構造により、外側継手部材２とトリポード部材３との間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収され、回転が等速で伝達される。

球状ローラ４とローラ案内面７の接触形態には、一般的にアンギュラコンタクトとサーキュラコンタクトの二通りがある。アンギュラコンタクトは接触角をもち、２点で接触する。サーキュラコンタクトは、図４に示すように１点で接触する。本実施形態では、ローラ案内面７の曲率半径をＲｔ、球状ローラ４の曲率半径をＲｒとしたとき、接触率Ｒｔ／Ｒｒを１．０２〜１．１５程度としている。本実施形態では、後述するように、従来のトリポード型等速自在継手に対して球状ローラ４の幅Ｌｓ（図３参照）を大幅に縮小しているので、サーキュラコンタクトが望ましい。

図３に示すように、外側継手部材２の内径は、円周方向に交互に現れる内径Ｄ１の大内径部と内径Ｄ２の小内径部とで構成される。そして、外側継手部材２の内部に組み込まれるトリポード部材３は、そのトラニオン胴部８にスプライン大径（軸径）ｄのスプライン孔が形成され、トラニオンジャーナル９の円筒形外周面１０は外径Ｄｊを有する。トリポード部材３の外径はＳＤｊであり、トラニオン胴部の外径はｄｒである。球状ローラ４は、その外径がＤｓであり、球状ローラ４の幅はＬｓである。針状ころ５は長さＬｎを有する。ローラ案内面７のピッチ円直径はＰＣＤである。

本実施形態に係るトリポード型等速自在継手１は、強度および寿命を維持しながら、継手外径のコンパクト化を図るために、従来技術とは大幅に異なる寸法設定となっている。まず、本実施形態のトリポード型等速自在継手１のベースになる寸法設定ついて説明する。

トリポード型等速自在継手１の強度はシャフト強度以上とすることを基本としているが、その次に強度の確保が必要な部材がトリポード部材３と球状ローラ４となることから、本実施形態に係るトリポード型等速自在継手１はトリポード部材３と球状ローラ４の強度の確保を前提とした寸法設定になっている。

基本指針としては、ジョイントサイズ毎に決められる軸径ｄを一定として、トルク負荷方向のトラニオンジャーナル９の付根部Ａにおけるトラニオン胴部８の最小肉厚ｔを確保しながら、ローラ案内面７のピッチ円直径ＰＣＤが大幅に縮小されている。

上記の基本指針を実現するためには、上記のようにローラ案内面７のピッチ円直径ＰＣＤを縮小しても、トルク負荷方向のトラニオンジャーナル９の付根部Ａにおけるトラニオン胴部８の最小肉厚ｔを確保する必要がある。このために、トラニオンジャーナル９の外径Ｄｊを拡大した寸法設定となっている。そして、トラニオンジャーナル９の外径Ｄｊに合わせて球状ローラ４の外径Ｄｓも大きくなっている。

球状ローラ４の外径Ｄｓを大きくすると、外側継手部材２の外径も大きくなるので、球状ローラ４の幅Ｌｓを縮小することにより外側継手部材２の外径を縮小している。

球状ローラ４の幅Ｌｓを縮小すると、外側継手部材２の外径が縮小され、小内径Ｄ２／大内径Ｄ１（Ｄ２／Ｄ１）が大きくなり、小内径Ｄ２と大内径Ｄ１との凹凸が縮小される。小内径Ｄ２と大内径Ｄ１の凹凸が縮小されるので、軽量化と鍛造加工性に優位となる。

寿命（耐久性）の観点からは、トラニオンジャーナル９の外径Ｄｊが大きくなることにより、装填する針状ころ５の本数が増加し面圧が減少するので、従来と同等の寿命を確保している。

本実施形態のトリポード型等速自在継手１のベースになる寸法比率を表１に示す。

次に、本実施形態のトリポード型等速自在継手の特徴的な構成を図４〜１０に基づいて説明する。図４に示すように、トリポード型等速自在継手１の構成部材であるトリポード部材３のトラニオンジャーナル９の付根部Ａには、ぬすみ形状のない隅部１０ｂが形成され、隅部１０ｂはアール形状となっている。このアール形状の隅部１０ｂに針状ころ５の端面隅アール部が干渉することにより、針状ころ５は、トラニオンジャーナル９の付根部Ａ側への移動が規制される。これにより、針状ころ５の長さの中央位置をローラ案内面７のピッチ円直径（ＰＣＤ、図３参照）に略一致させることができ、球状ローラ４と針状ころ５の荷重バランスがよく、針状ころ５の回転が安定する。

ここで、トリポード型等速自在継手１が作動角を取ったときの作動について説明する。トリポード型等速自在継手１は、図２のように、作動角θを取って回転するとき、１回転ごとに外側継手部材２のトラック溝６（ローラ案内面７）に対してトラニオンジャーナル９および球状ローラ４がワイパーのような揺動運動を行う。

上記の揺動運動を図５（ａ）および図５（ｂ）に基づいて説明する。図５（ｂ）は作動角０°の状態を示し、図５（ａ）は作動角θを取ってトラニオンジャーナル９（球状ローラ４）が図の左側に揺動した状態を示す。図５（ａ）の状態を詳述すると、上死点、すなわち、位相角が０°の位置にある１つのトラニオンジャーナル９（球状ローラ４）は、作動角θと同じ角度で傾斜してローラ案内面７内に位置する。位相角０°の位置から１２０°の周方向の間隔をもった残り２つのトラニオンジャーナル９（球状ローラ４、図示省略）は、下側の２つのローラ案内面７〔図１（ａ）参照〕内に位置している。このように、３つのトラニオンジャーナル９および球状ローラ４の軸線は、外側継手部材２の軸線Ｘに対してθ傾いた平面Ｊθ上に整列している。そして、継手が１回転する間に、図５（ａ）の傾斜状態から反対の傾斜状態を経て揺動運動する。

上記の揺動運動の際、球状ローラ４は、トラニオンジャーナル９に対してその軸線方向に相対移動する。この相対移動量を作動角０°の状態を基準にして説明する。作動角０°の状態を示す図５（ｂ）の球状ローラ４のトラニオンジャーナル９に対する位置を、作動角θを取って左側に揺動した状態を示す図５（ａ）に重ねて破線で示す。このように、球状ローラ４は、作動角を取った状態では、トラニオンジャーナル９の軸線方向に相対移動する。

球状ローラ４が上記の動作をする理由を図６に基づいて説明する。図６は球状ローラ４の中心を示す模式図で、図６（ａ）は図５（ａ）の状態、すなわち１つのトラニオンジャーナル９（球状ローラ４）が位相角０°に位置する状態を示し、図６（ｂ）は、１つのトラニオンジャーナル９（球状ローラ４）が位相角９０°に位置する状態を示す。図６（ａ）および図６（ｂ）において、二点鎖線で示す真円のピッチ円は、作動角０°の状態、すなわち、図５（ｂ）の状態におけるローラ案内面７の中心を結んだものである。また、一点鎖線で示す楕円のピッチ円は、図５（ａ）のθ傾いた平面Ｊθにおけるローラ案内面７の中心を結んだものである。

図６（ａ）に示すように、作動角０°の状態では、二点鎖線で示す真円のピッチ円上の円周方向の三等分位置であるＯｒ０にローラ案内面７の中心（球状ローラ４の中心でもある）が位置する。この状態では、トリポード部材３の中心Ｏｔ０は、外側継手部材２の軸線Ｘと一致している。θ傾いた平面Ｊθの断面では、一点鎖線で示す楕円のピッチ円上にローラ案内面７の中心Ｏｒθが位置することになる。トラニオンジャーナル９はトラニオン胴部８〔図１（ａ）参照〕の円周方向の三等分位置（１２０°間隔）から半径方向に突出しているので、１つのトラニオンジャーナル９（球状ローラ４）が位相角０°に位置する状態で、トリポード部材３の中心Ｏｔθは外側継手部材２の軸線Ｘより下側にδ１ずれる。また、ローラ案内面７の中心ＯｒθとＯｒ０はδ２ずれる。このため、位相角０°に位置する球状ローラ４は、トラニオンジャーナル９に対してδ１＋δ２の量だけトラニオンジャーナル９の軸端側に相対移動する。

トリポード部材３が回転し、図６（ｂ）に示すように、１つのトラニオンジャーナル９（球状ローラ４）が位相角９０°に位置する状態を説明する。作動角０°の状態では、二点鎖線で示す真円のピッチ円上のＯｒ０’にローラ案内面７の中心（球状ローラ４の中心でもある）が位置する。この状態では、トリポード部材３の中心Ｏｔ０は、外側継手部材２の軸線Ｘと一致している。θ傾いた平面Ｊθの断面では、一点鎖線で示す楕円のピッチ円上にローラ案内面７の中心Ｏｒθ’が位置することになる。この場合には、トリポード部材３の中心Ｏｔθ’は外側継手部材２の軸線Ｘより左側にδ３ずれる。これに伴い、位相角９０°に位置する球状ローラ４は、トラニオンジャーナル９に対してδ３の量だけトラニオンジャーナル９の付根部Ａ側に相対移動する。

トリポード部材３がさらに回転し、１つのトラニオンジャーナル９（球状ローラ４）が位相角１８０°に位置すると、前述した位相角０°の状態と同様になる。さらに、位相角２７０°に位置すると、前述した位相角９０°の状態と同様になり、球状ローラ４は、これらの動作を繰り返す。トリポード型等速自在継手１は、トリポード部材３の中心Ｏｔθ、Ｏｔθ’の上記ずれ運動により等速性が得られる。

トラニオンジャーナル９に対する球状ローラ４の相対移動の状態をまとめて図７に示す。実線で示した球状ローラ４が作動角０°の位置で、破線で示した球状ローラ４’が位相角０°および１８０°において相対移動した状態で、細破線で示した球状ローラ４”が位相角９０°および２７０°において相対移動した状態を示す。作動角０°の球状ローラ４の位置を基準にして、球状ローラ４’はトラニオンジャーナル９の軸端側にδ１＋δ２の量で相対移動し、球状ローラ４”はトラニオンジャーナル９の付根部Ａ側にδ３の量で相対移動する。

球状ローラ４は、トルク負荷状態で、前述した揺動運動をしながら相対移動する。その際、針状ころ５は球状ローラ４から荷重を受けて回転し、球状ローラ４の移動方向に引き摺られる。このため、球状ローラ４（４’）が図７の細破線で示す方向に相対移動するとき、針状ころ５がトラニオンジャーナル９の付根部Ａ側に移動し隅部１０ｂに針状ころ５の端面隅アール部が干渉する。

本実施形態のトリポード型等速自在継手１のトラニオンジャーナル９の付根部Ａ側における針状ころ５の位置決め構造の詳細を図８〜１０に基づいて説明する。

図８はトリポード部材３を示し、図８（ａ）は、図８（ｂ）のＦ−Ｆ線で矢視した側面図で、図８（ｂ）は部分縦断面図である。トリポード部材３のトラニオンジャーナル９の付根部Ａには隅部１０ｂが形成されている。図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、隅部１０ｂは、トラニオンジャーナル９の円筒形外周面１０の全周にわたって形成されている。トラニオンジャーナル９において、トルク負荷を受けるのは円筒形外周面１０の部分である。

トラニオンジャーナル９の付根部Ａの詳細形状を図９に示す。図９において、実線はトラニオンジャーナル９の形状を示し、破線は針状ころ５の形状を示す。トラニオンジャーナル９の円筒形外周面１０の付根部Ａ側端部に連続して曲率半径Ｒのアール形状の隅部１０ｂが形成されている。アール形状の隅部１０ｂはトラニオン胴部８の肩面８ａに繋がっている。針状ころ５は平坦な端面５ａを有し、この端面５ａと転動面５ｂとの間に曲率半径ｒの端面隅アール部５ｃが形成されている。そして、トラニオンジャーナル９の隅部１０ｂのアール形状の立ち上がり部に針状ころ５の端面隅アール部５ｃが干渉することにより、針状ころ５は、トラニオンジャーナル９の付根部Ａ側への移動が規制される。

ここで、本実施形態に至った開発過程の知見と着想を説明する。
（１）トリポード型等速自在継手のトラニオンジャーナルの付根部の円筒状外周面と肩面との間は、強度面からアール形状で接続することが不可欠である。このため、アール形状をぬすみ部のない形状で肩面に繋いだ場合は、インナーワッシャを入れてワッシャ側面と針状ころの端面が接触する構造となる。インナーワッシャを入れない場合は、アール形状のぬすみ部を設けて肩面に繋ぎ、この場合は、針状ころ端面と肩面が直接接触する構造となる。このように、針状ころの端面とつば面あるいはインナーワッシャ側面で規制すること、すなわち、面同士の接触により規制することが技術常識となっている（ＳＡＥ Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｊｏｉｎｔ ａｎｄ Ｄｒｉｖｅｓｈａｆｔ ＤＥＳＩＧＮ ＭＡＮＵＡＬ Ｓｅｃｔｉｏｎ ３．２．６ １３８頁のＦｉｇ．１０参照）。

（２）前述した寸法設定をベースとする継手外径がコンパクトなトリポード型等速自在継手を開発するに当って、針状ころの長さを確保するためにはインナーワッシャタイプでは成立不可能との着目により、ぬすみ部を設けて、針状ころの端面と肩面が直接接触するタイプを製作し耐久試験を実施した。その結果、針状ころの付根部側の端部にエッジロードによる損傷が生じることや、針状ころの回転が安定しないことが判明し、この原因を検討した。

その結果、図１１に示すように、針状ころ５が肩面８ａに当接するまで付根部Ａ”側に移動したとき、針状ころ５の端部がトラニオンジャーナル９の円筒形外周面１０とぬすみ部１０ａの境界エッジ部１０ａ’に位置するためエッジロードが発生することや、針状ころ５とトラニオンジャーナル９の円筒形外周面１０との接触長さがぬすみ部１０ａの長さ分だけ減少するので、針状ころ５の荷重中心（接触長さの中心）Ｐｎと球状ローラ４の荷重中心（球状ローラの幅方向中心）Ｐｒとが一致しなくなり、荷重のバランスが崩れ、針状ころ５の回転が安定しなくなり、この傾向が、前述した針状ころの長さＬｎを短縮したコンパクトなトリポード型等速自在継手１では顕著になることが考察された。

（３）前項の考察を通じて、針状ころ５の全長（端面隅アール部を除く）をトラニオンジャーナル９の円筒状外周面１０に接触させること、および、針状ころ５の荷重中心Ｐｎと球状ローラ４の荷重中心Ｐｒを略一致させることが鍵になるとの着想に至り、この着想が、従来の技術常識を破る針状ころの位置決め構造として、トラニオンジャーナルの付根部にぬすみ形状のない隅部を形成した試験サンプルを製作し耐久試験を試みる動機づけとなった。

（４）前項の耐久試験の結果、意外にも、針状ころ５の端面隅アール部５ｃとトラニオンジャーナル９の付根部Ａにぬすみ形状のない隅部１０ｂの干渉により、針状ころ５の付根部Ａ側への移動を規制できることが判明した。なお、耐久試験は、高負荷をかけながら回転させて寿命・破損モードを確認するためのもので、負荷トルクＴ＝５４０Ｎｍ、角度θ＝６ｄｅｇ、回転数Ｎ＝２７０ｒｐｍの条件で実施をした。

耐久試験後のトラニオンジャーナル９の隅部１０ｂの状態を図１０に示す。前述したように、球状ローラ４（図７参照）は、トルク負荷状態で揺動運動をしながら相対移動することにより、針状ころ５がトラニオンジャーナル９の付根部Ａ側に移動し隅部１０ｂに針状ころ５の端面隅アール部５ｃが干渉する。耐久試験中に針状ころ５が、その端面隅アール部５ｃよりトラニオンジャーナル９の隅部１０ｂに力を加え、次第に隅部１０ｂが塑性変形し、針状ころ５の端面隅アール部５ｃの形状が転写されるが、図１０に示すように、許容範囲Ｇで塑性変形が収束し、損傷に至ることがないことが確認できた。

上記の理由は、トリポード型等速自在継手１は、作動角θをとって回転するとき、１回転ごとに、トラニオンジャーナル９が一方側の傾斜状態から反対側に傾斜するワイパーのような運動を繰り返す揺動運動を行うが、この揺動運動に伴う針状ころ５の転がり量は、一般的な転がり軸受における転動体の転がり量に比べ、極めて少ないことが起因しているかと考えられる。以上の知見および着想に基づいて本実施形態に至った。

トラニオンジャーナル９の付根部Ａの隅部１０ｂはアール形状が好ましい。これにより、付根部Ａの強度を確保し、トラニオンジャーナル９の円筒形外周面１０から隅部１０ｂにかけて連続した焼入れ鋼切削加工が容易となる。また、トラニオンジャーナル９の円筒形外周面１０から隅部１０ｂにかけて一体砥石による研削加工が容易となる。

トラニオンジャーナル９の付根部Ａの隅部１０ｂの曲率半径Ｒと針状ころ５の端面隅アール部５ｃの曲率半径ｒとの比Ｒ／ｒは、付根部Ａの強度や耐久性、加工面を考慮すると、１．０〜５．０が好ましい。

トリポード部材３は、クロム鋼（例えば、ＳＣｒ４１５又はＳＣｒ４２０）やクロム・モリブデン鋼（例えば、ＳＣＭ４２０）からなる。トラニオンジャーナル９の円筒形外周面１０から付根部Ａの隅部１０ｂにかけての表面硬度を針状ころ５の表面硬度より低くすることが好ましい。具体的には、トラニオンジャーナル９の表面硬度をＨＲＣ５７〜６２とし、針状ころ５の表面硬さをＨＲＣ６０〜６５とした。これにより、付根部Ａの隅部１０ｂの強度を確保できると共に、針状ころ５の位置決め性が確実となる。

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、さらに種々の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。

１ トリポード型等速自在継手
２ 外側継手部材
３ トリポード部材
４ 球状ローラ
５ 針状ころ
５ｃ 端面隅アール部
６ トラック溝
７ ローラ案内面
８ トラニオン胴部
９ トラニオンジャーナル
１０ 円筒形外周面
１０ｂ 隅部
Ａ 付根部
Ｌｓ 球状ローラの幅
ＰＣＤ ローラ案内面のピッチ円直径
Ｒ 曲率半径
ｒ 曲率半径

Claims (7)

1. 円周方向の三等分位置に軸方向に延びるトラック溝を形成した外側継手部材と、トラニオン胴部の円周方向の三等分位置から半径方向に突出したトラニオンジャーナルを有するトリポード部材と、前記各トラニオンジャーナルの回りに複数の針状ころを介して回転可能に装着された球状ローラとを備え、この球状ローラが前記トラック溝に収容され、前記球状ローラの外球面が前記トラック溝の両側壁に形成されたローラ案内面によって案内されるようにしたトリポード型等速自在継手において、
   前記各トラニオンジャーナルの付根部にぬすみ形状のない隅部を形成し、前記針状ころの端面隅アール部と前記付根部の隅部との干渉により、前記トラニオンジャーナルの付根部側への前記針状ころの軸方向移動を規制したことを特徴とするトリポード型等速自在継手。
2. 前記トラニオンジャーナルの付根部の隅部がアール形状であることを特徴とする請求項１に記載のトリポード型等速自在継手。
3. 前記トラニオンジャーナルの付根部の隅部の曲率半径Ｒと前記針状ころの端面隅アール部の曲率半径ｒとの比Ｒ／ｒを１．０〜５．０としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトリポード型等速自在継手。
4. 前記トラニオンジャーナルの軌道面となる円筒形外周面から前記付根部の隅部にかけて連続して焼入れ鋼切削加工が施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のトリポード型等速自在継手。
5. 前記トラニオンジャーナルの軌道面となる円筒形外周面から前記付根部の隅部にかけて一体砥石による研削加工が施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のトリポード型等速自在継手。
6. 前記トラニオンジャーナルの軌道面となる円筒形外周面から前記付根部の隅部にかけての表面硬度を前記針状ころの表面硬度より低くしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のトリポード型等速自在継手。
7. 前記針状ころの長さの中央位置を前記ローラ案内面のピッチ円直径（ＰＣＤ）に略一致させたことを特徴とする請求項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。

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