JP2018071757A - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】トリポード型等速自在継手の性能を維持しながら円周方向ガタを大幅に削減することができるトリポード型等速自在継手を提供する。【解決手段】内周に軸線方向に延びる３本のトラック溝を設けると共に各トラック溝の内側壁に互いに対向するローラ案内面を設けた外側継手部材と、三本の脚軸を有するトリポード部材と、前記脚軸に回転自在に支持されるととも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を有するトルク伝達部材とを備えたトリポード型等速自在継手である。外側継手部材のトラック溝のローラ案内面とローラとの間の隙間の最小値が無負荷状態において−５０μｍ〜＋１０μｍである。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達装置に用いられるトリポード型等速自在継手に関する。

等速自在継手は、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手と、角度変位および軸方向変位を許容する摺動式等速自在継手とに大別される。また、摺動式等速自在継手には、図９及び図１０に示すトリポード型等速自在継手がある。

このようなトリポード型等速自在継手は、外側継手部材１と、内側継手部材としてのトリポード部材２と、トルク伝達部材としてのローラ３とを備える。外側継手部材１は一端にて開口したカップ状のカップ部５と、このカップ部５の底壁５ａから突設される軸部６とを有する。カップ部５は、その内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝７が形成してある。カップ部５は、横断面で見ると、大径部８ａと小径部８ｂが交互に現れる非円筒形状である。すなわち、カップ部５は、大径部８ａと小径部８ｂとを形成することによって、その内周面に、軸方向に延びる３本の前記トラック溝７が形成される。

各トラック溝７の円周方向で向き合った側壁にローラ案内面（ローラ摺接面）７ａ、７ａが形成される。また、内径面においては、円周方向に交互に現れる小内径部９ｂと大内径部９ａをローラ案内面７ａで接続した３弁の花冠状を呈している。すなわち、外側継手部材１は、円周方向に向き合ったローラ案内面７ａ，７ａと両ローラ案内面７ａ，７ａ間に設けられた大内径部９ａからなるトラック溝７が内周の三箇所に形成されるものである。

トリポード部材２はボス１０と脚軸１１とを備える。ボス１０にはシャフト（図示省略）とトルク伝達可能に結合するスプライン孔１０ａが形成してある。脚軸１１はボス１０の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。

この場合、ローラ３は、脚軸１１の外径面に周方向に沿って配設される複数の針状ころ１２を介して外嵌されている。脚軸１１の外周面は針状ころ１２の内側転動面を構成し、ローラ３の内周面は針状ころ１２の外側転動面を構成している。すなわち、この図９と図１０に示すトリポード型等速自在継手は、シングルローラタイプである。なお、複数の針状ころ１２は、脚軸１１の外周面とローラ３の内周面との間に総ころ状態で配設されている。

これら針状ころ１２は、脚軸１１の付け根部に外嵌されたインナワッシャ１３と半径方向内側で接すると共に、脚軸１１の先端部に外嵌されたアウタワッシャ１４と半径方向外側で接している。このアウタワッシャ１４は、脚軸１１の先端部に形成された環状溝１５に丸サークリップ等の止め輪１６を嵌合させることにより抜け止めされている。

図１２と図１３は、ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手である。この場合、トルク伝達部材は、その外径面が凸球面とされたリング状体からなるローラ２０と、このローラ２０に複数の針状ころ２１を介してリング２２とを備える。すなわち、ローラ２０とリング２２とが複数の針状ころ２１を介してユニット化され、これら等でローラアセンブリ（ローラユニット）を構成している。この場合、ローラ２０を外側ローラ（アウタローラ）と呼び、リング２２を内側ローラ（インナローラ）と呼ぶことができる。

すなわち、リング（内側ローラ）２２は脚軸１１の外周面に外嵌している。内側ローラ２２の円筒形外周面を内側軌道面とし、外側ローラ２０の円筒形内周面を外側軌道面として、これらの内外軌道面間に針状ころ２１が転動自在に介在する。針状ころ２１は、できるだけ多くのころを入れた、保持器のない、いわゆる総ころ状態で組み込まれている。なお、外側ローラ２０の端部内周面に形成した環状溝には、針状ころ２１の抜け止め用のワッシャ２３ａ、２３ｂが装着されている。なお、このダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手の他の構成は、前記シングルローラタイプのトリポード型等速自在継手と同様であるので、同一部材については、図１２と図１３において、図９と図１０と同一の符号を附して、それらの説明を省略する。

ところで、シングルローラタイプであっても、ダブルローラタイプであっても、外側継手部材のトラック溝のローラ案内面・ローラ・ニードル（針状ころ）・トリポード部材(トラニオン)等の各部品間に隙間が形成されている。これによって、ローラが滑らかに回転することができ、かつ、作動角を取りながら滑らかにスライドさせることができるように設定している。

一般に、各部品間の隙間の中でも、鍛造で成形されるトラック溝の案内面とローラの間の隙間は他の部品間の隙間よりも大きく設定される（特許文献１及び特許文献２参照）。

すなわち、シングルローラタイプであっても、ダブルローラタイプであっても、図１１及び図１４に示すように、トラック溝のローラ案内面とローラとの間に隙間ｔ`が形成される。この隙間ｔ`は、例えば、０．２０ｍｍ程度に設定される。

特開２００２−５４６４９号公報 特開２００２−２３５７６６号公報

ところで、トリポード型等速自在継手の課題の1つに、円周方向ガタ（バックラッシュ）が大きいという問題がある。また、トリポード型等速自在継手は、外側継手部材のカップ部内を冷間鍛造で仕上げることが多く、トラック溝の幅寸法（トラック径）は、軸方向でばらつきがある。また、３位相のトラック径のばらつきもある。そのため、トラック径の軸方向ばらつきと３位相のトラック径のばらつきを考慮し、常に隙間になるローラを選択する必要があり、円周方向ガタを小さくすることが難しい。

このガタが大きいと等速自在継手の内部部品間の衝突に起因する打音が発生したり、他の駆動系と影響し合って振動を引き起こすことがある。また、アクセルを踏み込んだ時のレスポンス性が悪くなるという問題もある。そのため、バックラッシュを大幅に削減するよう強い要望がある。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、トリポード型等速自在継手の性能を維持しながら円周方向ガタを大幅に削減することができるトリポード型等速自在継手を提供するものである。

本発明のトリポード型等速自在継手は、内周に軸線方向に延びる３本のトラック溝を設けると共に各トラック溝の内側壁に互いに対向するローラ案内面を設けた外側継手部材と、三本の脚軸を有するトリポード部材と、前記脚軸に回転自在に支持されるととも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を有するトルク伝達部材とを備えたトリポード型等速自在継手であって、外側継手部材のトラック溝のローラ案内面とローラとの間の隙間の最小値が無負荷状態において−５０μｍ〜＋１０μｍであるものである。

本発明のトリポード型等速自在継手によれば、トラック溝のローラ案内面とローラとの間の隙間が、しまりばめから微小のすきまばめとなって、円周方向のガタを低減できる。
すなわち、本発明のトリポード型等速自在継手は、外側継手部材のトラック溝の実車でのスライド範囲において、外側継手部材のトラック溝の案内面とローラ間の隙間がほぼ０または僅かに負になる部分を設けることになる。外側継手部材のトラック溝の案内面とローラとの間がほぼ０または僅かに負隙間になる部位においては、円周方向のガタはほぼ無くなる。また、負隙間でない部分においても、全トラック溝において隙間になるローラを選択する場合より、ほぼ０または負隙間を許容したローラを選択する方が隙間を低減できるため、等速自在継手全体の円周方向ガタを大幅に削減することができる。

外側継手部材のトラック溝の案内面とローラ間の隙間が負になると、ローラの摺動抵抗が増加するため、スライド抵抗の増加や、スライド抵抗に起因する誘起スラスト力の増加が懸念されるが、トルクが負荷されるとトラック間距離が弾性変形で拡大し、トラックとローラ間の隙間が負から正に変わるように設定できる。これによって、ローラがスムーズに回転し、滑らかにスライドできる。

従って、トラックとローラ間の隙間が負隙間であっても、トルクが入力される実車においては、実用上問題は無く、しかも円周方向ガタは大幅に削減することができる。

トラック溝の長手方向中央部に、ローラ案内面間距離が最小となる部位を設け、この部位における、トラック溝のローラ案内面とローラとの間の隙間が０または僅かに負であるものであってもよい。このように設定することによって、トラック溝のローラ案内面とローラとの間の隙間がしまりばめから中間ばめとなり円周方向のガタを低減できる。

ローラが、脚軸に複数の針状ころを介して回転可能に取付られるシングルローラタイプであっても、ローラが、脚軸に外嵌されたインナローラの外周側に配置されたアウタローラであるダブルローラタイプであってもよい。

本発明のトリポード型等速自在継手では、円周方向のガタを低減できるので、継手内部の内部部品（トリポード部材及びトルク伝達部材等からなる内部部品）間の衝突に起因する打音や、他の駆動系と影響し合って引き起こされる振動の発生を抑制でき、またアクセルを踏み込んだ時のレスポンス性を向上させることができる。

本発明のシングルローラタイプのトリポード型等速自在継手の縦断面図である。 図１のトリポード型等速自在継手の横断面図である。 図１のトリポード型等速自在継手の要部拡大断面図である。 図１のトリポード型等速自在継手を示し、（ａ）はトルクが負荷される前の要部拡大断面図であり、（ｂ）はトルクが負荷されている状態の要部拡大図である。 負荷トルクとスライド抵抗との関係を示すグラフ図である。 本発明のダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手の縦断面図である。 図６のトリポード型等速自在継手の横断面図である。 図６のトリポード型等速自在継手の要部拡大断面図である。 従来のシングルローラタイプのトリポード型等速自在継手の縦断面図である。 図９のトリポード型等速自在継手の横断面図である。 図９のトリポード型等速自在継手の要部拡大断面図である。 従来のダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手の縦断面図である。 図１２のトリポード型等速自在継手の横断面図である。 図１２のトリポード型等速自在継手の要部拡大断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。図１〜図３に本発明にかかる第１のトリポード型等速自在継手（シングルローラタイプのトリポード型等速自在継手）を示す。このトリポード型等速自在継手は、外側継手部材３１と、内側継手部材としてのトリポード部材３２と、トルク伝達部材としてのローラ３３とを備える。外側継手部材３１は一端にて開口したカップ状のカップ部３５と、このカップ部３５の底壁３５ａから突設される軸部３６とを有する。カップ部３５は、その内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝３７が形成してある。カップ部３５は、横断面で見ると、大径部３８ａと小径部３８ｂが交互に現れる非円筒形状である。すなわち、カップ部３５は、大径部３８ａと小径部３８ｂとを形成することによって、その内周面に、軸方向に延びる３本の前記トラック溝３７が形成される。

各トラック溝３７の円周方向で向き合った側壁にローラ案内面（ローラ摺接面）３７ａ、３７ａが形成される。また、内径面においては、円周方向に交互に現れる小内径部３９ｂと大内径部３９ａをローラ案内面３７ａで接続した３弁の花冠状を呈している。すなわち、外側継手部材３１は、円周方向に向き合ったローラ案内面３７ａ，３７ａと両ローラ案内面３７ａ，３７ａ間に設けられた大内径部３９ａからなるトラック溝３７が内周の三箇所に形成されるものである。

トリポード部材３２はボス４０と脚軸４１とを備える。ボス４０にはシャフト（図示省略）とトルク伝達可能に結合するスプライン孔４０ａが形成してある。脚軸４１はボス４０の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。

この場合、ローラ３３は、脚軸４１の外径面に周方向に沿って配設される複数の針状ころ４２を介して外嵌されている。脚軸４１の外周面は針状ころ４２の内側転動面を構成し、ローラ３３の内周面は針状ころ４２の外側転動面を構成している。すなわち、この図１と図２に示すトリポード型等速自在継手は、シングルローラタイプである。なお、複数の針状ころ４２は、脚軸４１の外周面とローラ３３の内周面との間に総ころ状態で配設されている。

これら針状ころ４２は、脚軸４１の付け根部に外嵌されたインナワッシャ４３と半径方向内側で接すると共に、脚軸４１の先端部に外嵌されたアウタワッシャ４４と半径方向外側で接している。このアウタワッシャ４４は、脚軸４１の先端部に形成された環状溝４５に丸サークリップ等の止め輪４６を嵌合させることにより抜け止めされている。

外側継手部材３１のトラック溝３７のローラ案内面３７ａとローラ３３との間の隙間の最小値が−５０μｍ〜＋１０μｍであるように設定する。また、トラック溝３７の長手方向（継手軸方向）中央部に、ローラ案内面間距離が最小となる部位を設けるのが良い。

すなわち、トラック溝３７のローラ案内面３７ａ間の距離は、カップ部３５の入口側から中央にかけて徐々に小さくなり、カップ部３５の奥側にかけて徐々に大きくなる形状をしている。外側継手部材３１は、一般には、鍛造工程→切削工程→焼入れ工程→研削工程で製作され、カップ部３５内は鍛造で仕上げられているため、鍛造の工程にてカップ部３５の中央部に、ローラ案内面間距離が最小となる形状を成形しておく。カップ部３５の中央部は、実車で使用するスライド範囲となるため、実車の使用域において円周方向ガタを低減することができる。

トラック間距離が最も小さくなるカップ部３５の中央部において、トラック溝３７の案内面３７ａとローラ３３間の隙間が適正範囲になるように、ローラ３３を選択して使用する。その際、トラック溝３７の案内面３７ａとローラ３３間の隙間がほぼ０または僅かに負になるように選択する。この場合、トラック溝３７の入口側（継手入口側）と奥側（継手奥側）は負の隙間でも正の隙間でも構わない。また、トラック溝３７の案内面３７ａとローラ３３間の隙間の最小値の範囲としては、―５０〜１０μｍの範囲とし、継手のサイズや入力されるトルクによって適宜隙間を決定する。

外側継手部材３１のトラック溝３７の実車でのスライド範囲において、外側継手部材３１のトラック溝３７の案内面３７ａとローラ３３間の隙間がほぼ０または僅かに負になる部分を設けることになる。外側継手部材３１のトラック溝３７の案内面３７ａとローラ３３との間がほぼ０または僅かに負隙間になる部位においては、円周方向のガタはほぼ無くなる。また、負隙間でない部分においても、全トラック溝３７において隙間になるローラ３３を選択する場合より、ほぼ０または負隙間を許容したローラを選択する方が隙間を低減できるため、等速自在継手全体の円周方向ガタを大幅に削減することができる。

外側継手部材３１のトラック溝３７の案内面３７ａとローラ３３間の隙間が負になると、ローラ３３の摺動抵抗が増加するため、スライド抵抗の増加や、スライド抵抗に起因する誘起スラスト力の増加が懸念されるが、トルクが負荷されるとトラック間距離が弾性変形で拡大し、トラック溝３７とローラ３３間の隙間が負から正に変わるように設定できる。すなわち、トルクが負荷されていない状態では、図４（ａ）に示すように、外側継手部材３１のトラック溝３７の案内面３７ａとローラ３３間には、正の隙間が形成されない。しかしながら、トルクＦが負荷されると、図４（ｂ）に示すように、外側継手部材３１のトラック溝３７の案内面３７ａとローラ３３間には、正の隙間ｔが形成される。これによって、ローラ３３がスムーズに回転し、滑らかにスライドできる。なお、図４（ｂ）は隙間を説明するために誇張した図にしている。

図５は、負荷トルクとスライド抵抗との関係を示している。図５の実線は、無負荷状態において、トラック溝３７の案内面３７ａとローラ３３間の隙間が正隙間の場合であり、図５の点線は、無負荷状態において、トラック溝３７の案内面３７ａとローラ３３間の隙間が負隙間の場合である。

この図５からわかるように、無負荷の時はトラック溝３７の案内面３７ａとローラ３３間の隙間が負のため、スライド抵抗は高い値であるが、トルクが増大するにつれ、スライド抵抗が低下し、あるトルクからトラック溝３７の案内面３７ａとローラ３３間の隙間が正のものと同じスライド抵抗の値になる。

従って、トラック溝３７の案内面３７ａとローラ３３間の隙間が負隙間であっても、トルクが入力される実車においては、実用上問題は無く、しかも円周方向ガタは大幅に削減することができる。すなわち、本発明のトリポード型等速自在継手では、円周方向のガタを低減できるので、継手内部の内部部品（トリポード部材及びトルク伝達部材等からなる内部部品）間の衝突に起因する打音や、他の駆動系と影響し合って引き起こされる振動の発生を抑制でき、またアクセルを踏み込んだ時のレスポンス性を向上させることができる。

図６と図７は、ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手である。この場合、トルク伝達部材は、その外径面が凸球面とされたリング状体からなるローラ５０と、このローラ５０に複数のころ５１を介してリング５２とを備える。すなわち、ローラ５０とリング５２とが複数のころ５１を介してユニット化され、これら等でローラアセンブリ（ローラカセット）を構成している。この場合、ローラ５０を外側ローラ（アウタローラ）と呼び、リング５２を内側ローラ（インナローラ）と呼ぶことができる。

すなわち、リング（内側ローラ）５２は脚軸４１の外周面に外嵌している。内側ローラ５２の円筒形外周面を内側軌道面とし、外側ローラ５０の円筒形内周面を外側軌道面として、これらの内外軌道面間に針状ころ５１が転動自在に介在する。針状ころ５１は、できるだけ多くのころを入れた、保持器のない、いわゆる総ころ状態で組み込まれている。なお、外側ローラ５０の端部内周面に形成した環状溝には、針状ころ５１の抜け止め用のワッシャ５３ａ、５３ｂが装着されている。なお、このダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手の他の構成は、前記シングルローラタイプのトリポード型等速自在継手と同様であるので、同一部材については、図６と図７において、図１と図２と同一の符号を附して、それらの説明を省略する。

このダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手においても、外側継手部材３１のトラック溝３７のローラ案内面３７ａとローラ５０との間の隙間の最小値が−５０μｍ〜＋１０μｍであるように設定する。また、トラック溝３７の長手方向（継手軸方向）中央部に、ローラ案内面間距離が最小となる部位を設けるのが好ましい。カップ部３５の中央部は、実車で使用するスライド範囲となるため、実車の使用域において円周方向ガタを低減することができる。

このため、このダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手においても、図１と図２に示すシングルローラタイプのトリポード型等速自在継手と同様、「円周方向のガタを低減できるので、継手内部の内部部品間の衝突に起因する打音や、他の駆動系と影響し合って引き起こされる振動の発生を抑制でき、またアクセルを踏み込んだ時のレスポンス性を向上させることができる。」という作用効果を奏することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、ダブルローラタイプにおいて、図例では、外径面が楕円筒面形状の脚軸としてローラカセットの首振りを可能としたものであったが、外径面が球面形状の脚軸としてローラカセットの首振りを可能としたものであってもよい。

内部部品間の衝突に起因するガタ打ち音、アクセル踏込み時のレスポンス性、スライド対抗、誘起スラスト等について本発明品と従来品とを比較した。従来品として、トラック溝の案内面とローラとの間の隙間を＋１０μｍ〜＋２４０μｍとし、本発明品として、トラック溝の案内面とローラとの間の隙間を−５０μｍ〜＋１０μｍとした。また、隙間を−５０μｍよりもさらに負とした場合と、＋２４０μｍよりもさらに正としてた場合も調べた。それらの結果を次に表１に示す。なお、従来品における＋１０μｍには、＋１０μｍは入らず、１０μｍを越えているものであり、本発明品の＋１０μｍには、＋１０μｍが入り、１０μｍ以下である。

本発明品は、無負荷時のスライド抵抗が高いため、実車装着前の取り扱い易さに一部に難有りそれ以外は良である。なお、表１の◎は最良を示し、○は良を示し、×は不良を示し、△は一部に難ありを示している。

３１ 外側継手部材
３２ トリポード部材
３３ ローラ
３７ トラック溝
３７ａ ローラ案内面
４２ 針状ころ
５０ ローラ（アウタローラ）
５２ リング（インナローラ）

Claims (5)

1. 内周に軸線方向に延びる３本のトラック溝を設けると共に各トラック溝の内側壁に互いに対向するローラ案内面を設けた外側継手部材と、三本の脚軸を有するトリポード部材と、前記脚軸に回転自在に支持されるととも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を有するトルク伝達部材とを備えたトリポード型等速自在継手であって、
   外側継手部材のトラック溝のローラ案内面とローラとの間の隙間の最小値が無負荷状態において−５０μｍ〜＋１０μｍであることを特徴とするトリポード型等速自在継手。
2. トラック溝の長手方向中央部に、ローラ案内面間距離が最小となる部位を設けた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. 外側継手部材のトラック溝のローラ案内面とローラとの間の隙間が負隙間となる場合において、トルクが負荷されるとトラック間距離が弾性変形で拡大し、ローラ案内面とローラとの間の隙間が負隙間から正隙間に変わる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. ローラが、脚軸に複数の針状ころを介して回転可能に取付られるシングルローラタイプであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のトリポード型等速自在継手。
5. ローラが、前記脚軸に外嵌されたインナローラの外周側に配置されたアウタローラであるダブルローラタイプであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のトリポード型等速自在継手。

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