JP2020139611A - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】針状ころがアウタワッシャに接触することによる、アウタワッシャの摩耗やローラの回転抵抗を抑制することできるトリポード型等速自在継手を提供する。【解決手段】トリポード部材３は、径方向に突出する脚軸８を有し、脚軸８に針状ころ１１を介してローラ４を回転自在に支持すると共に、脚軸８の先端部側に装着されたアウタワッシャ１３によってローラ４及び針状ころ１１の脚軸方向の移動を規制するトリポード型等速自在継手であって、アウタワッシャ１３の針状ころ側１１の面１３０が、脚軸８の付け根部側に向かって拡径する傾斜面Ｅを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、自動車や各種産業機械などの動力伝達系、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。

例えば、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（ＴＪ）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、カップ状の外側継手部材と、その外側継手部材との間でローラを介して角度変位を許容しながら回転トルクを伝達する内側継手部材であるトリポード部材とを備え、ローラ及びトリポード部材から成る内部部品が外側継手部材に軸方向摺動自在に収容された構造を具備する。

図８に示すように、特許文献１で開示されているトリポード型等速自在継手は、径方向に突出する脚軸１０１を有するトリポード部材１００と、その脚軸１０１に対して針状ころ１０２を介して回転自在に装着されたローラ１０３などを備えている。

針状ころ１０２は、脚軸１０１の付け根部に装着されたインナワッシャ１０４と継手径方向内側で接すると共に、脚軸１０１の先端部側に装着されたアウタワッシャ１０５と継手径方向外側で接している。また、脚軸１０１の先端部側には環状溝１０６が形成され、環状溝１０６には丸サークリップ等の止め輪１０７が装着されている。この止め輪１０７によってアウタワッシャ１０５が抜け止めされていることで、針状ころ１０２及びローラ１０３がアウタワッシャ１０５によって抜け止めされている。

特許第３９４７３４２号公報

ところで、特許文献１に開示されているようなトリポード型等速自在継手においては、ローラの回転揺動などによって、図９に示すように、針状ころ１０２の軸が脚軸１０１に対して傾斜することがある。なお、図９では、針状ころ１０２の傾斜がわかりやすいように、脚軸１０１に対する傾斜角度を実際よりも大きく誇張して示している。このように、針状ころ１０２が傾斜した場合、ローラ１０３の回転に伴って針状ころ１０２が脚軸１０１の外周面上を転動すると、図１０に示すように、針状ころ１０２が脚軸１０１の先端部側（図の上側）へ移動するため、アウタワッシャ１０５が針状ころ１０２によって押し上げられることになる。そして、このときのアウタワッシャ１０５に対する針状ころ１０２の接触によって、アウタワッシャ１０５が摩耗したり、接触抵抗によりローラ１０３の回転が阻害されたりする虞があった。

すなわち、針状ころが傾斜していると、図１０に示すように、アウタワッシャ１０５に対して針状ころ１０２がその円形の端面全体ではなく、その外周エッジにて局部的に接触するため、アウタワッシャ１０５に対する針状ころ１０２の接触圧が高くなる。さらに、図１０のＹ矢視図である図１１に示すように、アウタワッシャ１０５に対する針状ころ１０２の接触箇所Ａでは、針状ころ１０２の回転によってアウタワッシャ１０５が脚軸１０１側へ押される方向の力を受けるが、アウタワッシャ１０５は脚軸１０１の外周面に接触すると、それ以上の脚軸１０１側への移動は規制されているため、接触箇所Ａにおけるアウタワッシャ１０５と針状ころ１０２との摺動抵抗が大きくなる傾向にある。

このように、従来の構成においては、針状ころが脚軸に対して傾斜した状態でアウタワッシャに接触すると、これらの接触箇所での接触圧と摺動抵抗とが大きくなる傾向にあるため、特に、継手にかかるトルクが大きい場合や、脚軸に対する針状ころの傾斜角度が大きい場合に、アウタワッシャの摩耗が促進されると共に、ローラの回転抵抗が大きくなることが懸念される。また、小型化などにより針状ころを短くした場合は、針状ころの傾斜角度がより一層大きくなる傾向にあるため、アウタワッシャの摩耗やローラの回転抵抗の発生が顕著になると予想される。

そこで、本発明は、針状ころが接触することによるアウタワッシャの摩耗やローラの回転抵抗を抑制することできる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。

上記課題を解決するため、本発明は、外側継手部材と、外側継手部材との間でローラを介して角度変位及び軸方向変位を許容しながら回転トルクを伝達するトリポード部材とを備え、トリポード部材は、径方向に突出する脚軸を有し、脚軸に針状ころを介してローラを回転自在に支持すると共に、脚軸の先端部側に装着されたアウタワッシャによってローラ及び針状ころの脚軸からの抜けを防止するトリポード型等速自在継手であって、アウタワッシャの針状ころ側の面が、脚軸の付け根部側に向かって拡径する傾斜面を有することを特徴とする。

このように、アウタワッシャの針状ころ側の面が、脚軸の付け根部側に向かって拡径する傾斜面を有することで、アウタワッシャが針状ころから押し上げられる押圧力を受けた際に、傾斜面には、押圧力の分力である外径方向の力が生じるため、アウタワッシャに対して脚軸から離れる方向の力が作用する。一方で、アウタワッシャには、従来と同様に、針状ころの回転によって脚軸側へ押される内径方向の力を受けるが、上記外径方向の力によって内径方向の力の作用が部分的あるいは全体的に相殺される。これにより、脚軸に対してアウタワッシャが押し当てられるのを回避又は抑制できるようになり、アウタワッシャと針状ころとの接触箇所における摺動抵抗を軽減することができるようになる。その結果、針状ころが接触することによる、アウタワッシャの摩耗や、ローラの回転抵抗を抑制することができるようになる。

アウタワッシャの中心軸に直交する面に対する傾斜面の傾斜角度（以下、単に「傾斜面の傾斜角度」という。）を小さくしすぎると、針状ころが傾斜面に接触した際に生じる外径方向の力が得られ難くなるので、アウタワッシャが脚軸に対して押し当てられるのを回避又は抑制するのが困難になる。一方、傾斜面の傾斜角度を大きくしすぎると、アウタワッシャと針状ころとの接触箇所が傾斜面よりも外径側のエッジ部に移動するため、針状ころを傾斜面に接触させることができなくなる。従って、傾斜面の傾斜角度は、傾斜面による上記作用・効果が良好に得られるように、２°以上１５°以下の範囲内、より好ましくは、５°以上１０°以下の範囲内で設定されるのがよい。

また、傾斜面は、円錐面であってもよいし、曲面であってもよい。

本発明によれば、針状ころがアウタワッシャに接触した際の摺動抵抗を低減することができるので、アウタワッシャの摩耗や、ローラの回転抵抗を抑制することができるようになる。

本発明の一実施形態に係るトリポード型等速自在継手の縦断面図である。 図１のＸ矢視図である。 図２の要部拡大断面図である。 アウタワッシャに針状ころが接触した際に、アウタワッシャが針状ころから受ける力を示す図である。 傾斜面の傾斜角度が、小さい角度である場合と、大きい角度である場合とを、比較して示す図である。 傾斜面が凸状の曲面である例を示す図である。 傾斜面が凹状の曲面である例を示す図である。 従来のトリポード型等速自在継手の要部拡大断面図である。 針状ころが脚軸に対して傾斜した状態を示す図である。 針状ころが傾斜した状態でアウタワッシャに接触した状態を示す図である。 図１０のＹ矢視図である。

まず、図１〜図３を参照しつつ、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基本構成及び動作について説明する。図１は、本実施形態に係るトリポード型等速自在継手の縦断面図、図２は、図１のＸ矢視図、図３は、図２の要部拡大図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係るトリポード型等速自在継手１は、カップ状の外側継手部材２と、トリポード部材３と、３個のローラ４と、を備えている。外側継手部材２の内部には、トリポード部材３とローラ４とから成る内部部品５が軸方向摺動自在に収容されている。

外側継手部材２は、軸方向に伸びる３本の直線状のトラック溝６が円筒状内周面２ａの円周方向３箇所に等間隔で形成されている。各トラック溝６は、その内側両壁に互いに対向する一対のローラ案内面６ａを有する。ローラ案内面６ａは円弧状断面を有し、外側継手部材２の軸線方向に直線状に伸びる。

トリポード部材３は、円筒状をなすボス７の外周面に３本の脚軸８が円周方向等間隔（１２０°間隔）で放射状に一体形成されている。脚軸８は、先端がトラック溝６の底部付近まで継手径方向に延在し、外周面は一般的に円筒面とされている。ボス７の軸孔７ａにシャフト９の軸端部９ａがスプライン嵌合により結合され、止め輪１０によりトリポード部材３に対して抜け止めされている。

外側継手部材２のローラ案内面６ａと脚軸８の外周面との間に針状ころ１１を介してローラ４が回転自在に配置される。ローラ４の外周面は縦断面円弧状とされ、ローラ案内面６ａとアンギュラ接触により二箇所で接触する場合と、サーキュラ接触により一箇所で接触する場合がある。ローラ４の内周面は円筒状に形成されている。

ローラ４と脚軸８との間に、複数の針状ころ１１が、保持器のない、いわゆる単列総ころ状態で配置されている。脚軸８の外周面は針状ころ１１の内側転動面を構成し、ローラ４の内周面は針状ころ１１の外側転動面を構成している。

針状ころ１１は、脚軸８の付け根部側に装着された環状のインナワッシャ１２と継手径方向内側で接すると共に、脚軸８の先端部側に装着された環状のアウタワッシャ１３と継手径方向外側で接している。これにより、針状ころ１１は、脚軸８に対して軸方向移動が規制されている。また、アウタワッシャ１３は、脚軸８の先端部側に形成された環状溝１５に丸サークリップ等の止め輪１４を嵌合することにより抜け止めされている。これにより、アウタワッシャ１３は、針状ころ１１の位置決め及び抜けの防止と、ローラ４の抜けの防止とを兼ねている。

詳しくは、図３に示すように、アウタワッシャ１３は、円環形状部１３ａと、円環形状部１３ａの外径部から立ち上がる立ち上がり部１３ｂと、立ち上がり部１３ｂから外径方向に突出する突起部１３ｃと、で構成されている。円環形状部１３ａが、針状ころ１１の端面に対して対向するように配置され、突起部１３ｃの外径がローラ４の内径よりも大きく形成されていることで、アウタワッシャ１３によって針状ころ１１とローラ４との脚軸８からの抜けが防止される。

以上の構成からなるトリポード型等速自在継手１では、トリポード部材３の脚軸８と外側継手部材２のローラ案内面６ａとがローラ４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４が脚軸８に対して回転しながらローラ案内面６ａ上を転動することにより、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許容される。

この種の等速自在継手では、外側継手部材２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２、トリポード部材３、針状ころ１１及びローラ４の各構成部品の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止する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２の開口部とシャフト９との間に、樹脂製あるいはゴム製の蛇腹状ブーツ１６が装着されている。

本実施形態に係るトリポード型等速自在継手の基本構成及び動作は、上述の通りである。以下、本実施形態に係るトリポード型等速自在継手の特徴的な構成について説明する。

上述のように、従来のトリポード型等速自在継手においては、針状ころが脚軸に対して傾斜した状態でアウタワッシャに接触すると（図１０参照）、アウタワッシャの摩耗やローラの回転抵抗が生じるといった課題がある。

そこで、本発明の実施形態においては、従来の課題を解決するため、図３に示すように、アウタワッシャ１３（円環形状部１３ａ）の針状ころ１１側の面１３０を、脚軸８の付け根部側に向かって拡径させ、脚軸８に直交する面に対して角度θ傾斜する傾斜面Ｅとなるように構成している。

このように、アウタワッシャ１３の針状ころ１１側の面１３０が、脚軸８の付け根部側に向かって拡径する傾斜面Ｅを有することで、図４に示すように、脚軸８に対して傾斜した針状ころ１１がアウタワッシャ１３に接触した場合、アウタワッシャ１３は脚軸８から離れる方向の力（図の右方向への力）Ｆを受ける。すなわち、アウタワッシャ１３が針状ころ１１から押し上げられる押圧力を受けた際に、傾斜面Ｅには、その押圧力の分力である外径方向の力Ｆが生じる。一方で、アウタワッシャ１３には、従来と同様に、針状ころ１１の回転によって脚軸８側へ押される内径方向の力Ｇを受けるが、上記アウタワッシャ１３に生じる外径方向の力Ｆによって内径方向の力Ｇの作用が部分的又は全体的に相殺される。これにより、脚軸８に対してアウタワッシャ１３が押し当てられるのを回避又は抑制できるようになり、アウタワッシャ１０５と針状ころ１０２との間での摺動抵抗を低減できるようになる。その結果、針状ころ１１が接触することによる、アウタワッシャ１３の摩耗や、ローラ４の回転抵抗を抑制することが可能となる。

図５は、アウタワッシャ１３の中心軸Ｏに直交する面に対する傾斜面Ｅの傾斜角度θが、小さい角度θ１である場合（実線の場合）と、大きい角度θ２である場合（二点鎖線の場合）とを、比較して示す図である。

図５に示すように、傾斜面Ｅの傾斜角度θが小さい角度θ１である場合は、針状ころ１１とアウタワッシャ１３の接触箇所Ａ１における外径方向の力Ｆ１が小さくなるので、アウタワッシャ１３を脚軸８から離す力は小さくなる。従って、傾斜面Ｅの傾斜角度θを小さくしすぎると、アウタワッシャ１３を脚軸８から離す力が得られ難くなり、アウタワッシャ１３が脚軸８に対して押し当てられるのを回避又は抑制するのが困難になる。これに対して、傾斜面Ｅの傾斜角度θが大きい角度θ２である場合は、接触箇所Ａ２における外径方向の力Ｆ２が大きくなるので、アウタワッシャ１３が脚軸８に押し当てられるのをより確実に回避又は抑制できるようになる。ただし、傾斜面Ｅの傾斜角度θが大きくなると、これに伴ってアウタワッシャ１３に対する針状ころ１１の接触箇所Ａの位置が外径側へ（接触箇所Ａ１から接触箇所Ａ２へ）変位する。従って、傾斜面Ｅの傾斜角度θを大きくしすぎると、接触箇所Ａが傾斜面Ｅよりも外径側のエッジ部に移動することになり、針状ころ１１を傾斜面Ｅに接触させることによる上述の作用・効果が得られなくなる。

このように、傾斜面Ｅの傾斜角度θは、小さすぎても大きすぎても傾斜面Ｅによる作用・効果が得られ難くなるため、所定の範囲内で設定されることが望ましい。具体的には、２°以上１５°以下の範囲内、より好ましくは５°以上１０°以下の範囲内で、傾斜面Ｅの傾斜角度θを設定するのがよい。

また、傾斜面Ｅは、脚軸８の付け根部側に向かって拡径していれば、図３〜図５に示すような凹凸の無い円錐面で形成されていてもよいし、曲面で形成されていてもよい。また、傾斜面Ｅを形成する曲面は、図６に示すような脚軸８の付け根部側（図の下方）に向かって膨らむような凸状の曲面であってもよいし、反対に、図７に示すような脚軸８の先端部側（図の上方）に向かって窪むような凹状の曲面であってもよい。

以上のように、本発明によれば、アウタワッシャの針状ころ側の面を、脚軸の付け根部側に向かって拡径する傾斜面を有するように構成することで、アウタワッシャが脚軸に対して押し当てられるのを回避又は抑制することできるようになるので、針状ころがアウタワッシャに接触した際の摺動抵抗を低減できるようになる。これにより、アウタワッシャの摩耗や、ローラの回転抵抗を抑制することができるようになり、トリポード型等速自在継手の信頼性を向上させることができるようになる。

また、小型化などにより針状ころを短くした構成においては、針状ころの傾斜角度がより一層大きくなって、アウタワッシャの摩耗やローラの回転抵抗が増大する虞があるため、本発明を適用することで、アウタワッシャの摩耗とローラの回転抵抗とを効果的に抑制することができるようになり、大きな効果が期待できる。

なお、本発明は上述の実施形態に何ら限定されるものではない。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である。

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 ローラ
８ 脚軸
１１ 針状ころ
１２ インナワッシャ
１３ アウタワッシャ
１４ 止め輪
１５ 環状溝
１３０ アウタワッシャの針状ころ側の面
Ｅ 傾斜面
Ｏ アウタワッシャの中心軸
θ 傾斜角度

Claims (5)

1. 外側継手部材と、前記外側継手部材との間でローラを介して角度変位及び軸方向変位を許容しながら回転トルクを伝達するトリポード部材とを備え、前記トリポード部材は、径方向に突出する脚軸を有し、前記脚軸に針状ころを介して前記ローラを回転自在に支持すると共に、前記脚軸の先端部側に装着されたアウタワッシャによって前記ローラ及び前記針状ころの前記脚軸からの抜けを防止するトリポード型等速自在継手であって、
   前記アウタワッシャの前記針状ころ側の面が、前記脚軸の付け根部側に向かって拡径する傾斜面を有することを特徴とするトリポード型等速自在継手。
2. 前記アウタワッシャの中心軸に直交する面に対する前記傾斜面の傾斜角度は、２°以上１５°以下の範囲内に設定されている請求項１に記載のトリポード型等速自在継手。
3. 前記アウタワッシャの中心軸に直交する面に対する前記傾斜面の傾斜角度は、５°以上１０°以下の範囲内に設定されている請求項１に記載のトリポード型等速自在継手。
4. 前記傾斜面は、円錐面である請求項１から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. 前記傾斜面は、曲面である請求項１から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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