JP2019132316A - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

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実 石島
達朗 杉山
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達朗 杉山
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Taku Itagaki
卓 板垣
琢也 小島
Takuya Kojima
琢也 小島
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Abstract

【課題】 ローラユニットの転がり摺動抵抗を低減し、NVH特性の向上を図る。【解決手段】 継手軸方向に延びるトラック溝16の内側壁に互いに対向するローラ案内面17が形成された外側継手部材11と、継手径方向に突出した脚軸19を有するトリポード部材12と、脚軸19に回転自在に支持されると共にトラック溝16に収容されてローラ案内面17上を転動するローラユニット13とからなり、ローラユニット13は、外周面22がローラ案内面17と接触するアウタローラ23と、アウタローラ23の内側で脚軸19に外嵌されたインナローラ24とを備え、アウタローラ23の外周面22は、円筒部31と、円筒部31のローラ軸方向両側でローラ径方向に突出する凸部32とで構成され、外側継手部材11のローラ案内面17は、円筒部31に当接する平坦部33と、凸部32が収容される凹部34とで構成されている。【選択図】 図4

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達系、特に、自動車用のドライブシャフトやプロペラシャフトに組み込まれるトリポード型等速自在継手に関する。
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には、固定式等速自在継手と摺動式等速自在継手の二種がある。これら両者の等速自在継手は、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得る構造を備えている。
エンジンから車輪に動力を伝達するドライブシャフトは、エンジンと車輪との相対的位置関係の変化による角度変位と軸方向変位に対応する必要がある。
そのため、ドライブシャフトは、一般的に、エンジン側(インボード側)に摺動式等速自在継手を、車輪側(アウトボード側)に固定式等速自在継手をそれぞれ装備し、両者の等速自在継手をシャフトで連結した構造を具備する。
ドライブシャフトを構成する摺動式等速自在継手の一つに、トルク伝達部材としてローラを用いたトリポード型等速自在継手がある(例えば、特許文献1参照)。
このトリポード型等速自在継手は、図10および図11に示すように、外側継手部材111と、トリポード部材112と、ローラユニット113とで主要部が構成され、トリポード部材112およびローラユニット113からなる内部部品が外側継手部材111に軸方向摺動自在に収容された構造を具備する。
外側継手部材111は、内周面に継手軸方向に延びる三本のトラック溝116が形成されると共に、各トラック溝116の内側壁に互いに対向するローラ案内面117が形成されている。
トリポード部材112は、継手径方向に突出した三本の脚軸119を有する。ローラユニット113は、トリポード部材112の脚軸119に回転自在に支持されると共に、外側継手部材111のトラック溝116に収容されてローラ案内面117上を転動する。
ローラユニット113は、外周面122がローラ案内面117と接触するアウタローラ123と、そのアウタローラ123の内側で脚軸119に外嵌されたインナローラ124と、アウタローラ123とインナローラ124との間に介在する針状ころ125とで主要部が構成されている。
このトリポード型等速自在継手では、外側継手部材111の内部空間にグリース等の潤滑剤を封入することにより、継手作動時、継手内部の摺動部位での潤滑性を確保するようにしている。
また、継手内部に封入された潤滑剤の漏洩を防ぐと共に継手外部からの異物侵入を防止するため、外側継手部材111の開口部と、トリポード部材112から軸方向に延びるシャフト120との間に、樹脂製あるいはゴム製のブーツ130を装着している。
以上の構成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112の脚軸119と外側継手部材111のローラ案内面117とがローラユニット113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、ローラユニット113が脚軸119に対して回転しながらローラ案内面117上を転動することにより、外側継手部材111とトリポード部材112との間の相対的な軸方向変位や角度変位が許容される。
特許第3599618号公報
ところで、特許文献1で開示された従来のトリポード型等速自在継手では、ローラユニット113におけるアウタローラ123の外周面122は、例えば球形状となっている。
これに対して、ローラユニット113の転動面であるローラ案内面117は、アウタローラ123の外周面122の形状に倣い、所定の接触率を持つサーキュラコンタクト形状、あるいは所定の接触率や接触角を持つアンギュラコンタクト形状となっている。
このような構造を採用しているため、継手作動時、図12に示すように、ローラユニット113が継手軸線と直交する断面で傾く現象(以下、左右傾き現象と称す)や、図13に示すように、継手軸線に沿う断面で傾く現象(以下、前後傾き現象と称す)が発生するおそれがある。
このようなローラユニット113の左右傾き現象や前後傾き現象が発生すると、アウタローラ123の外周面122と外側継手部材111のローラ案内面117との接触部での転がり摺動抵抗が大きくなる。
さらに、左右傾き現象や前後傾き現象により、トルク負荷部位以外の部位、例えばアウタローラ123の端面とトラック溝116の溝底面や、アウタローラ123の外周面122とトルク非負荷側のローラ案内面117が接触することがある。
このようなトルク負荷部位以外の部位での不要な接触があると、さらに、転がり摺動抵抗が増加し、誘起スラストやスライド抵抗が大きくなってNVH(Noise Vibration Harshness)特性が低下する。
なお、左右傾き現象が生じないように、アウタローラ123の外周面122を円筒形状とすることも考えられる。しかしながら、その場合、アウタローラ123の外周面122を球形状とした構造と比べて前後傾き現象が発生し易くなり、転がり摺動抵抗が大きくなるおそれがある。
また、図14に示すように、高速回転中でのトルク無負荷時に発生する遠心力(図中矢印参照)により、ローラユニット113が外側継手部材111のトラック溝116の溝底側に押し付けられる。この場合、ローラユニット113とトラック溝116との間に発生する楔作用により、転がり摺動抵抗が大きくなる。
そこで、本発明は、前述の課題に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、ローラユニットの傾きを抑制し、ローラユニットの転がり摺動抵抗を低減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。
本発明に係るトリポード型等速自在継手は、内周面に継手軸方向に延びるトラック溝が形成されると共にトラック溝の内側壁に互いに対向するローラ案内面が形成された外側継手部材と、継手径方向に突出した脚軸を有するトリポード部材と、脚軸に回転自在に支持されると共にトラック溝に収容されてローラ案内面上を転動するローラユニットとからなる基本構成を具備する。
このトリポード型等速自在継手におけるローラユニットは、その外周面がローラ案内面と接触するアウタローラと、そのアウタローラの内側で脚軸に外嵌されたインナローラとを備えている。
本発明は、アウタローラの外周面を、円筒部と、その円筒部のローラ軸方向両側でローラ径方向に突出する凸部とで構成すると共に、外側継手部材のローラ案内面を、アウタローラの円筒部に当接する平坦部と、アウタローラの凸部が収容される凹部とで構成したことを特徴とする。
本発明では、回転トルクの負荷時、アウタローラの外周面の円筒部と外側継手部材のローラ案内面の平坦部とが線接触することにより、ローラユニットの左右傾き現象を抑制することができる。
また、継手作動時、アウタローラの外周面の凸部内側面と外側継手部材のローラ案内面の凹部内側面とが接触することにより、ローラユニットの前後傾き現象を抑制することができる。
このように、アウタローラの外周面の円筒部および凸部と外側継手部材のローラ案内面の平坦部および凹部とで、ローラユニットの姿勢を修正することにより、ローラユニットの姿勢を安定化することができる。
本発明において、アウタローラの外周面の円筒部幅を外側継手部材のローラ案内面の平坦部幅よりも大きく設定すると共に、アウタローラのローラ軸方向への移動時にアウタローラの外周面の凸部と外側継手部材のローラ案内面の凹部とが所定の接触角度でもって当接する構造が望ましい。
このような構造を採用すれば、アウタローラの外周面の円筒部幅を外側継手部材のローラ案内面の平坦部幅よりも大きく設定することで、ローラユニットの左右傾き現象をより一層確実に抑制することができる。
また、アウタローラのローラ軸方向への移動時にアウタローラの外周面の凸部と外側継手部材のローラ案内面の凹部とが所定の接触角度でもって当接することで、ローラユニットの前後傾き現象をより一層確実に抑制することができる。
本発明において、アウタローラの外周面の凸部と外側継手部材のローラ案内面の凹部との接触角度を15°以上とした構造が望ましい。
このような構造を採用すれば、アウタロータの凸部内側面と外側継手部材のローラ案内面の凹部内側面とが接触する時の摩擦力を低減することができる。その結果、ローラユニットの転がり摺動抵抗が低減し、ローラユニットの前後傾き現象を抑制することが容易となる。
本発明における外側継手部材のトラック溝は、トルク無負荷時にローラユニットの継手径方向外側への移動でアウタローラの端面と当接する鍔部が形成されている構造が望ましい。
このような構造を採用すれば、トルク無負荷時に遠心力によってローラユニットが継手径方向外側へ移動しても、アウタローラの端面が外側継手部材のトラック溝の鍔部に当接することで、ローラユニットの継手径方向外側への移動が規制されてローラユニットの姿勢が安定する。
本発明によれば、継手作動時、アウタローラの外周面の円筒部および凸部と外側継手部材のローラ案内面の平坦部および凹部とで、ローラユニットの左右傾き現象および前後傾き現象を抑制することによりローラユニットの姿勢を安定化させることができる。
これにより、ローラユニットの転がり摺動抵抗を低減することができる。その結果、ローラユニットの転がり摺動抵抗に起因する振動が減少し、トリポード型等速自在継手におけるNVH特性の向上が図れる。
本発明の実施形態で、トリポード型等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。 図1のP−P線に沿う断面図である。 脚軸およびローラユニットを示す横断面図である。 ローラユニットの構造例を示す部分拡大断面図である。 アウタローラおよび外側継手部材を示す部分拡大断面図である。 アウタローラの外周面の凸部が外側継手部材のローラ案内面の凹部に当接した状態を示す部分拡大断面図である。 外側継手部材のトラック溝に鍔部を設けた構造例を示す部分拡大断面図である。 トラック溝の鍔部にアウタローラの端面が当接した状態を示す部分拡大断面図である。 ローラユニットの他の構造例を示す部分拡大断面図である。 従来のトリポード型等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。 図10のQ−Q線に沿う断面図である。 ローラユニットの左右傾き現象を示す部分拡大断面図である。 ローラユニットの前後傾き現象を示す縦断面図である。 ローラユニットが外側継手部材のトラック溝の溝底側に押し付けられた状態を示す部分拡大断面図である。
本発明に係るトリポード型等速自在継手の実施形態を図面に基づいて以下に詳述する。以下の実施形態では、作動時の低振動化を可能にしたダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手(以下、単に等速自在継手と称す)を例示する。
図1〜図3は等速自在継手の全体構成を示し、図1は継手の軸線に対する縦断面図、図2は図1のP−P線に沿う断面図(ただし、ブーツ30を省略し、一つのローラユニット13のみを断面で示す)、図3は図2の脚軸19およびローラユニット13の横断面図である。
この実施形態の特徴的な構成を説明する前に、等速自在継手の全体構成を説明する。
この実施形態の等速自在継手は、外側継手部材11と、トリポード部材12と、ローラユニット13とで主要部が構成されている。トリポード部材12およびローラユニット13からなる内部部品は、外側継手部材11に軸方向摺動自在に収容されている。
外側継手部材11は、一端に開口部14を有するカップ状をなし、その底部中央に軸部15が一体的に設けられている。外側継手部材11の内周面には、継手軸方向に延びる三本の直線状トラック溝16が円周方向等間隔に形成されている。
各トラック溝16は、その内側両壁に互いに対向する一対のローラ案内面17を有する。ローラ案内面17は、外側継手部材11の軸線方向に直線状に延びる。
トリポード部材12は、円筒状ボス18の外周面に三本の脚軸19が円周方向等間隔(120°間隔)で放射状に一体形成されたものである。脚軸19は、ボス18から継手径方向に突出してトラック溝16の溝底付近まで延在する。
ボス18の軸孔にシャフト20の軸端がスプライン嵌合によりトルク伝達可能に連結されている。このシャフト20は、環状の止め輪21によりトリポード部材12に対して抜け止めされている。
ローラユニット13は、外周面22がローラ案内面17と接触するアウタローラ23と、アウタローラ23の内側で脚軸19に外嵌されたインナローラ24と、アウタローラ23とインナローラ24との間に介在する複数の針状ころ25とを備えている。
ローラユニット13は、トリポード部材12の脚軸19に回転自在に支持されると共に、外側継手部材11のトラック溝16に収容されてローラ案内面17上を転動する。
インナローラ24および針状ころ25は、アウタローラ23の内周面の径方向外側および径方向内側に形成された環状凹溝26,27に嵌合した止め輪28,29により、アウタローラ23に対して抜け止めされている。
アウタローラ23の内周面とインナローラ24の外周面は円筒形状をなし、アウタローラ23とインナローラ24との間に、複数の針状ころ25が、保持器のない単列総ころ状態で配設されている。インナローラ24の内周面は、縦断面で凸円弧状をなす。
脚軸19は、縦断面において継手軸線と直交するストレート形状をなし、横断面において継手軸線と直交する方向でインナローラ24の内周面と接触し、かつ、継手軸線に沿う方向でインナローラ24の内周面との間に隙間n(図3参照)が形成されている。
以上の構成からなる等速自在継手では、トリポード部材12の脚軸19と外側継手部材11のローラ案内面17とがローラユニット13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、ローラユニット13が脚軸19に対して回転しながらローラ案内面17上を転動することにより、外側継手部材11とトリポード部材12との間の相対的な軸方向変位や角度変位が許容される。
この時、継手軸線に沿う方向で脚軸19とインナローラ24との間に隙間nがあることから、ローラ案内面17上を転動するローラユニット13に対して脚軸19が傾動可能となっている。
その結果、継手が作動角をとっても、ローラユニット13がローラ案内面17に対して傾くことを抑制できる。つまり、脚軸19の傾きに伴ってローラユニット13とローラ案内面17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ようにしている。
一方、この等速自在継手では、外側継手部材11の内部空間にグリース等の潤滑剤(図示せず)を封入することにより、継手作動時において、継手内部の摺動部位、つまり、外側継手部材11、トリポード部材12およびローラユニット13における摺動部位での潤滑性を確保している。
また、継手内部に封入された潤滑剤の漏洩を防ぐと共に継手外部からの異物侵入を防止するため、外側継手部材11の開口部14と、トリポード部材12から軸方向に延びるシャフト20との間に、樹脂またはゴム製のブーツ30を装着している。このブーツ30により、外側継手部材11の開口部14を閉塞している。
この実施形態における等速自在継手の全体構成は、前述のとおりであるが、この実施形態における等速自在継手の特徴的な構成について、以下に詳述する。
図4に示すように、アウタローラ23の外周面22は、円筒部31と、その円筒部31のローラ軸方向両側でローラ径方向に突出する凸部32とで構成されている。また、外側継手部材11のローラ案内面17は、アウタローラ23の円筒部31に当接する平坦部33と、平坦部33の両側にアウタローラ23の凸部32が収容される凹部34とで構成されている。
アウタローラ23の外周面22の凸部32は、図6に示すように、曲率半径R1の縦断面円弧状をなし、この曲率半径R1よりも小さな曲率半径R2(R1>R2)でもって円筒部31と繋がっている。
一方、外側継手部材11のローラ案内面17の凹部34は、外周面22の凸部32の形状に対応して、図6に示すように、曲率半径R1の縦断面円弧状に対応した縦断面円弧状を有している。
この場合、凹部34の縦断面円弧状の曲率半径は凸部32の曲率半径R1より大きくなっている。また、凹部34は曲率半径R2より大きな曲率半径でもって円筒部33と繋がっている。
アウタローラ23の外周面22が円筒部31を有する。これに対して、外側継手部材11のローラ案内面17が平坦部33を有する。
これにより、ローラユニット13へのトルク負荷時、アウタローラ23の外周面22の円筒部31と外側継手部材11のローラ案内面17の平坦部33とが線接触することで、ローラユニット13の左右傾き現象(図12参照)を抑制することができる。
また、アウタローラ23の外周面22が凸部32を有する。これに対して、外側継手部材11のローラ案内面17が凹部34を有する。
これにより、ローラユニット13がローラ案内面17上を転動する時、アウタローラ23の凸部32の内側面がローラ案内面17の凹部34の内側面とが接触することで、ローラユニット13の前後傾き現象(図13参照)を抑制することができる。
このように、アウタローラ23の外周面22の円筒部31と外側継手部材11のローラ案内面17の平坦部33とが当接すると共に、アウタローラ23の外周面22の凸部32と外側継手部材11のローラ案内面17の凹部34とが当接することで、ローラユニット13の姿勢を抑制することができる。
この姿勢抑制により、外側継手部材11のローラ案内面17に対してローラユニット13を水平状態に保持することができる。この水平保持により、トルク負荷部位以外の部位、例えばアウタローラ23の端面とトラック溝16の溝底面や、アウタローラ23の外周面とトルク非負荷側のローラ案内面17が接触することを回避できる。
このようにして、トルク負荷部位以外の部位での不要な接触を防止することができるので、ローラユニット13の姿勢を安定化することができる。
ここで、図5に示すように、アウタローラ23の外周面22の円筒部幅W1(円筒部31のローラ軸方向寸法)を外側継手部材11のローラ案内面17の平坦部幅W2(平坦部33の継手径方向寸法)よりも大きく設定している(W1>W2)。
このように、円筒部幅W1と平坦部幅W2の大小関係(W1>W2)を規定することにより、アウタローラ23の外周面22の円筒部31と外側継手部材11のローラ案内面17の平坦部33とが確実に線接触する。その結果、ローラユニット13の左右傾き現象をより一層確実に抑制することができる。
また、図6に示すように、アウタローラ23のローラ軸方向への移動時、アウタローラ23の外周面22の凸部32と外側継手部材11のローラ案内面17の凹部34とが所定の接触角度、例えば15°以上の接触角度θでもって当接するようにしている。
ここで、前述の接触角度θとは、凸部32と凹部34との接触点Xでの接線が、円筒部31の外周面の軸線に対してなす角度を意味する。
このように、アウタローラ23の外周面22の凸部32と外側継手部材11のローラ案内面17の凹部34とが例えば15°以上の接触角度θでもって当接することにより、アウタロータ23の凸部32の内側面とローラ案内面17の凹部34の内側面とが接触する時の摩擦力を低減することができる。
その結果、ローラユニット13の転がり摺動抵抗を低減することができ、ローラユニット13の前後傾き現象をより一層確実に抑制することが容易となる。
アウタローラ23の外周面22の凸部32と外側継手部材11のローラ案内面17の凹部34との接触角度θが15°よりも小さいと、アウタローラ23のローラ軸方向への移動時、アウタローラ23の凸部32の内側面とローラ案内面17の凹部34の内側面との間に発生する楔作用により、凸部32と凹部34との接触時の摩擦力が大きくなる。
凸部32と凹部34との接触時の摩擦力が大きくなると、アウタローラ23の外周面22の凸部32が外側継手部材11のローラ案内面17の凹部34に食い込む状態となる。その結果、ローラユニット13の前後傾き現象を抑制することが困難となる。
以上で説明した実施形態では、図4に示すように、外側継手部材11のトラック溝16の溝底全体が断面円弧状をなす場合を例示したが、外側継手部材11のトラック溝16は、図7に示すような構造であってもよい。
同図に示すように、外側継手部材11のトラック溝16の溝底の一部、つまり、トラック溝16の溝底両側のみに、平坦な鍔部35を形成するようにしてもよい。なお、鍔部35は、トラック溝16の溝底全体であってもよい。その場合、脚軸19の先端部がアウタローラ23の端面36から突出しないようにする。
このように、外側継手部材11のトラック溝16の溝底に鍔部35を形成することにより、トルク無負荷時に遠心力によってローラユニット13が継手径方向外側へ移動するに際して、図8に示すように、アウタローラ23の端面36が外側継手部材11のトラック溝16の鍔部35に当接する。
このように、アウタローラ23の端面36がトラック溝16の鍔部35に当接することにより、ローラユニット13の継手径方向外側への移動が規制されてローラユニット13の姿勢が安定する。
なお、図7に示すように、トラック溝16の鍔部35とアウタローラ23の端面36との間の隙間M1(ローラ軸方向寸法)は、アウタローラ23の凸部32とローラ案内面17の凹部34との間の隙間M2(ローラ軸方向寸法)よりも小さくなるように設定されている(M1<M2)。
このように、隙間M1と隙間M2との大小関係(M1<M2)を規定することにより、ローラユニット13のローラ軸方向への移動時、アウタローラ23の凸部32とローラ案内面17の凹部34とが接触する前に、アウタローラ23の端面36をトラック溝16の鍔部35に確実に当接させることができる。
このように、アウタローラ23の端面36をトラック溝16の鍔部35に確実に当接させることで、ローラユニット13の姿勢を確実に安定させることができる。
以上で説明した実施形態では、図4に示すように、インナローラ24の内周面が縦断面で凸円弧状をなし、脚軸19の外周面が縦断面で継手軸線と直交するストレート形状をなす接触構造を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、図9に示すような接触構造にも適用可能である。
図9に示すローラユニット13は、インナローラ37の内周面が縦断面で凹円弧状をなし、脚軸38の外周面が縦断面で凸円弧状をなす球面嵌合構造を具備する。
図9において、図4と同一部分には同一参照符号を付す。この実施形態における具体的な構成および作用効果については、前述の実施形態(図4参照)と同様であるため、重複説明は省略する。
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。
11 外側継手部材
12 トリポード部材
13 ローラユニット
16 トラック溝
17 ローラ案内面
19 脚軸
22 外周面
23 アウタローラ
24 インナローラ
31 円筒部
32 凸部
33 平坦部
34 凹部
35 鍔部
W1 円筒部幅
W2 平坦部幅
θ 接触角度

Claims (4)

  1. 内周面に継手軸方向に延びるトラック溝が形成されると共に前記トラック溝の内側壁に互いに対向するローラ案内面が形成された外側継手部材と、継手径方向に突出した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共に前記トラック溝に収容されて前記ローラ案内面上を転動するローラユニットとからなり、
    前記ローラユニットは、外周面が前記ローラ案内面と接触するアウタローラと、前記アウタローラの内側で前記脚軸に外嵌されたインナローラとを備え、
    前記アウタローラの外周面は、円筒部と、前記円筒部のローラ軸方向両側でローラ径方向に突出する凸部とで構成し、前記外側継手部材のローラ案内面は、前記円筒部に当接する平坦部と、前記凸部が収容される凹部と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. 前記アウタローラの外周面の円筒部幅を前記外側継手部材のローラ案内面の平坦部幅よりも大きく設定すると共に、アウタローラのローラ軸方向への移動時にアウタローラの外周面の凸部と外側継手部材のローラ案内面の凹部とが所定の接触角度でもって当接する請求項1に記載のトリポード型等速自在継手。
  3. 前記アウタローラの外周面の凸部と前記外側継手部材のローラ案内面の凹部との接触角度を15°以上とした請求項1又は2に記載のトリポード型等速自在継手。
  4. 前記外側継手部材のトラック溝は、トルク無負荷時にローラユニットの継手径方向外側への移動で前記アウタローラの端面と当接する鍔部が形成されている請求項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。
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