JP2023032201A - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 シングルローラを用いたアンギュラコンタクトタイプのトリポード型等速自在継手の耐久性を向上させる。【解決手段】 外側継手部材２の一対のローラ案内面６ａのうち、負荷側のローラ案内面はローラ４との接触点Ｐ１、Ｐ２を二箇所に有する。無負荷状態で、負荷側のローラ案内面６ａの各接触点Ｐ１、Ｐ２からそれぞれ延ばした二つの法線がなす角度の二等分線を基準線Ｍとして、無負荷状態で、基準線Ｍが脚軸８の軸線と直交する方向に対して継手内径側に傾くように、負荷側のローラ案内面６ａの形状を定める。【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。

ドライブシャフトに適用される等速ジョイントには、大別すると、２軸間の角度変位のみを許容する固定式等速自在継手と、２軸間の角度変位および軸方向変位を供する摺動式等速自在継手とがある。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。

摺動式等速自在継手としてトリポード型等速自在継手が公知である。トリポード型等速自在継手としては、シングルローラタイプとダブルローラタイプとが存在する。シングルローラタイプは、外側継手部材のトラック溝に挿入されるローラを、トリポード部材の脚軸に複数の針状ころを介して回転可能に取り付けたものである。ダブルローラタイプは、外側継手部材のトラック溝に挿入されるアウタリング（アウタローラ）と、トリポード部材の脚軸に外嵌して前記ローラを回転自在に支持するインナリング（インナローラ）とを備えるものである。シングルローラタイプは、ダブルローラタイプに比べ、構造が簡単で低コストである、という利点を有する。

シングルローラタイプのトリポード型等速自在継手では、ローラとトラック溝のローラ案内面とを二点で接触させるアンギュラコンタクトタイプと、両者を一点で接触させるサーキュラーコンタクトタイプとが知られている（特許文献１）。

特開２００１－３３００４９号公報

近年では、ＥＶ車両やＳＵＶタイプの車両が市場で人気を博しているが、これらの車両では、ドライブシャフトに使用される等速自在継手に大きな負荷が作用する傾向にある。このことも要因の一つとして、トリポード型等速自在継手のさらなる耐久性の向上が望まれている。

シングルローラを用いたトリポード型等速自在継手のうち、特にアンギュラコンタクトタイプについて、トルクを与えて耐久試験を行い、ローラとローラ案内面の間の脚軸の軸線方向の二つの接触部を観察したところ、脚軸の外径側よりも内径側の接触部で面圧が大きくなることが判明した。これは、外径側よりも内径側でより大きな接触面圧となっていることを意味し、これを放置すれば、トリポード型等速自在継手全体の耐久性の低下を招くことになる。

そこで、本発明は、シングルローラを用いたアンギュラコンタクトタイプのトリポード型等速自在継手の耐久性を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、円周方向の三カ所に継手軸方向に延びるトラック溝を備え、各トラック溝が継手円周方向に対向して配置された一対のローラ案内面を有する外側継手部材と、前記外側継手部材の内部に収容され、継手半径方向に突出した三つの脚軸を有するトリポード部材と、前記各脚軸に、複数の針状ころを介して回転可能に取り付けられたローラとを備え、前記ローラが前記一対のローラ案内面に沿って継手軸方向に移動可能であり、前記一対のローラ案内面のうち、負荷側のローラ案内面がローラとの接触点を二箇所に有するトリポード型等速自在継手において、負荷側のローラ案内面の前記各接触点からそれぞれ延ばした二つの法線がなす角度の二等分線を基準線とし、無負荷状態で、前記基準線が前記脚軸の軸線と直交する方向に対して継手内径側に傾くように、前記負荷側のローラ案内面が形成されていることを特徴とする。

かかる構成であれば、トルク負荷による外側継手部材の変形により、ローラが傾いても、二つの接触点での法線が成す角度の二等分線である基準線をトラック荷重の作用方向と平行にすることができる。従って、二つの接触点に作用する負荷を等分化して接触面圧の均一化を図ることが可能となり、継手全体での耐久寿命の向上を図ることができる。

このトリポード型等速自在継手では、無負荷状態で、前記脚軸の軸線と直交する方向に対する前記基準線の傾斜角を、０．２°以上１．２°以下にするのが好ましい。

特に低トルクの負荷条件での使用が支配的となる用途では、無負荷状態で、前記脚軸の軸線と直交する方向に対する前記基準線の傾斜角を、０．２°以上、０．６°未満にするのが好ましい。

特に高トルクの負荷条件での使用が支配的となる用途では、無負荷状態で、前記脚軸の軸線と直交する方向に対する前記基準線の傾斜角を、０．６°以上１．２°以下にするのが好ましい。

本発明によれば、シングルローラを用いたアンギュラコンタクトタイプのトリポード型等速自在継手の耐久性を向上させることができる。

トリポード型等速自在継手の継手軸方向に沿った縦断面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線で矢視した横断面図である。 無負荷状態における、図２の負荷側ローラ案内面を含む領域を拡大して示す横断面図である。 トルク負荷状態における、図２の負荷側ローラ案内面を含む領域を拡大して示す横断面図である。 無負荷状態における、従来のトリポード型等速自在継手の負荷側ローラ案内面を含む領域を拡大して示す横断面図である。 トルク負荷状態における、従来のトリポード型等速自在継手の負荷側ローラ案内面を含む領域を拡大して示す横断面図である。

以下、図１～図６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について説明する。このトリポード型等速自在継手は、以下に説明するように、シングルローラタイプでかつアンギュラコンタクトタイプである。

図１は、本実施形態に係るトリポード型等速自在継手の継手軸線方向に沿った縦断面図であり、作動角を０°とした状態を示している。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線で矢視した横断面図である。なお、以下の説明において、「継手軸方向」、「継手半径方向」、および「継手円周方向」は、作動角０°の状態でのトリポード型等速自在継手の軸方向、半径方向、および円周方向をそれぞれ意味する。

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、外側継手部材２の内部に収容された内側継手部材としてのトリポード部材３と、トリポード部材３に装着されたローラ４とを備えている。

外側継手部材２は、継手軸方向に伸びる３本の直線状のトラック溝６が円筒状内周面２ａの継手円周方向３箇所に等間隔で形成されている。各トラック溝６は、その両側壁に継手円周方向で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、継手軸方向に直線状に延びている。

トリポード部材３は、円筒状をなす胴部７（トラニオン胴部）と、胴部７の外周面から継手半径方向の外側に向けて突出した３本の脚軸８（トラニオンジャーナル）とを一体に有する。脚軸８は、胴部７の円周方向３箇所に等間隔で形成されている。脚軸８は、各トラック溝６に一つずつ収容され、その先端はトラック溝６の底部付近まで延びている。脚軸８の外周面は円筒面状に形成されている。胴部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に対してシャフト９の抜け止めがなされている。

各脚軸８の外周面には、複数の針状ころ１１を介してローラ４が回転自在に装着される。ローラ４の内周面は円筒面状に形成されている。

ローラ４の内周面と脚軸８の外周面との間には、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が転動する内側転動面を構成し、ローラ４の内周面は針状ころ１１が転動する外側転動面を構成する。

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と継手半径方向の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と継手半径方向の外側で接している。これにより、針状ころ１１は、脚軸８の軸方向への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。

以上の構成を有す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の周りを自転しながらローラ案内面６ａに沿って継手軸方向に移動することにより、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および角度変位が許容される。

図３は、トルクが負荷されていない無負荷状態において、負荷側となるべきローラ案内面６ａ並びにその周辺領域を拡大して示す横断面図である。図３に示すように、外側継手部材２の負荷側のローラ案内面６ａは、ローラ４の外周面との間に、脚軸８の軸方向に離れた二つの接触点Ｐ１、Ｐ２を備えている。つまり、負荷側のローラ案内面６ａとローラ４の外周面は二点接触（アンギュラコンタクト）している。

ローラ４の外周面は、トリポード型等速自在継手１のＰＣＲと脚軸８の軸線との交点であるローラ中心Ｏを中心とする球面状に形成され、ローラ案内面６ａは、脚軸８の軸線と二つの接触点Ｐ１，Ｐ２を含む断面において、ローラ４の外周面の曲率半径Ｒｒよりも大きな曲率半径ＲＲを有する二つの円弧からなるゴシックアーチ状に形成されている。ローラ案内面６ａを形成する二つの円弧の曲率半径ＲＲの長さは等しい。

本実施形態では、無負荷状態において、負荷側のローラ案内面６ａの各接触点Ｐ１、Ｐ２からそれぞれ延ばした二つの法線がなす角度の二等分線を基準線Ｍとして、二つの接触点Ｐ１，Ｐ２および脚軸８の軸線を含む断面において、無負荷状態で、この基準線Ｍが脚軸８の軸線と直交する方向に延びる直線Ｎ（以下、直交直線と呼ぶ）に対し、ローラ中心Ｏを中心として継手半径方向内側に角度βだけ傾くように、ローラ案内面６ａの形状を定めた点に特色がある。これは、無負荷状態において、直交直線Ｎに対して角度β分だけ傾斜させた基準線Ｍの両側に等しい接触角αが形成されるようにローラ案内面６ａの形状を定めたことを意味する。

図５は、従来のトリポード型等速自在継手をトルクが負荷されていない無負荷状態として、トルク負荷側となるべきローラ案内面６ａ並びにその周辺領域を拡大して示す横断面図である。図５に示すように、従来では、ローラ案内面６ａの二つの接触点Ｐ１’、Ｐ２’での法線が成す角度の二等分線である基準線Ｍ’が、直交直線Ｎ’と重なっている点で本実施形態と異なる。なお、図５に示すローラ案内面６ａでは、二つの曲率中心Ｏ１、Ｏ２を結ぶ線が直交直線Ｎ’（基準線Ｍ’）と直交する方向にあり、かつ各曲率中心Ｏ１、Ｏ２から直交直線Ｎ’までの距離も等しくなっている。

本発明者らが行った耐久試験により、図５に示す従来のトリポード型等速自在継手では、既に述べたように、継手半径方向外側の接触点Ｐ１’よりも継手半径方向内側の接触点Ｐ２’での接触面圧が大きく、継手半径方向内側の接触点Ｐ２’で摩耗がより進行することが判明した。この接触面圧の差は、結果として、継手全体の耐久寿命を低下させることにつながる。

この課題は、以下の現象を原因として生じると考えられる。
図６は、図５に示す従来のトリポード型等速自在継手のトリポード部材３にトルクＴを負荷した状態を示す横断面である。図６に示すように、トリポード部材３にトルクＴを負荷した状態では、トルク負荷に伴う図面左側への外側継手部材２の弾性変形により、脚軸８が、無負荷時の姿勢よりもトルク負荷方向に角度βだけ傾き、これに伴ってローラ４も同方向に傾く（なお、角度βは理解の容易化のために誇張されており、実際の角度βは図示されたものよりも小さい）。これにより、ローラ４の外周面上では、接触点Ｐ１、Ｐ２の位置が無負荷状態よりも継手半径方向外側に移動する。この場合、トラック荷重Ｆの作用方向が、基準線Ｍ’対して角度β分だけ継手半径方向内側に傾くため、継手半径方向内側の接触点Ｐ２’での接触面圧が大きくなり、接触点Ｐ１、Ｐ２における接触面圧に差を生じる。

図４は、本実施形態に係るトリポード型等速自在継手１のトリポード部材３にトルクＴを負荷した状態を示す横断面図である。本実施形態に係るトリポード型等速自在継手１であれば、図４に示すように、トリポード部材３へのトルクＴの負荷による外側継手部材２の変形により、ローラ４が傾いてローラ４の外周面上での接触点Ｐ１、Ｐ２の位置が継手外径側に移動しても、二つの接触点Ｐ１、Ｐ２での法線が成す角度の二等分線である基準線Ｍが、トラック荷重Ｆの方向と実質的に平行となる。従って、二つの接触点Ｐ１，Ｐ２に作用する負荷を等分化して接触面圧の均一化を図ることが可能となる。そのため、継手全体での耐久寿命の向上を図ることができる。

また、接触面圧の均一化により、誘起スラストの低減およびスライド抵抗の低減も達成することができ、トルク伝達効率の向上を図ることが可能となる。

このように、本実施形態に係るトリポード型等速自在継手１は、トルク伝達中の脚軸８の傾き（角度β）を考慮に入れて、無負荷状態でのローラ案内面６ａの形状（基準線Ｍの姿勢）を定めた点で、従来のトリポード型等速自在継手と異なるものである。

以上の効果を有するローラ案内面６ａは、図３に示すように、例えば、従来のトリポード型等速自在継手におけるローラ案内面６ａの曲率中心Ｏ１，Ｏ２（図５参照）を、両者の相対的な位置関係を保持したまま、ローラ４の傾きに追従させながらローラ中心Ｏを中心として角度β分だけ回転させた位置に配置することで得ることができる。この場合、ローラ案内面６ａの曲率中心Ｏ１，Ｏ２を結ぶ線は、傾斜した基準線Ｍと直交する方向に延び、かつ各曲率中心Ｏ１、Ｏ２から基準線Ｍまでの距離も等しくなっている。

なお、以上の説明では、負荷側のローラ案内面６ａについて説明したが、図３および図４には図示されていない、非負荷側のローラ案内面６ａについても、既に述べた負荷側のローラ案内面６ａと同じ形状とするのが好ましい。これにより、非負荷側のローラ案内面６ａがトルク負荷側となる際にも接触面圧の均一化を達成でき、正逆両方向のトルクに対して継手全体での耐久寿命の向上を図ることができる。

本実施形態形において、直交直線Ｎに対する基準線Ｍの傾斜角βは、０．２°以上、１．２°以下とするのが好ましい。

好ましい基準線Ｍの傾斜角βは、トリポード型等速自在継手に負荷されるトルクの大きさや頻度によって変動する。低トルクの負荷状態での使用（例えば高速走行時）が支配的な場合は、傾斜角βは０．２°以上、０．６°未満が好ましく、高トルクの負荷状態での使用（例えば発進時）が支配的な場合は、傾斜角βは０．６°以上、１．２°以下が好ましい。通常は、高トルク時の耐久性を確保できれば、低トルク時の耐久性も確保できるため、基準線Ｍの傾斜角βは、高トルクに対応した０．６°以上、１．２°以下に設定するのが好ましい。なお、外側継手部材２の材質、強度、サイズ等によっても左右されるが、低トルク負荷時の外側継手部材２の変形量は約０．１ｍｍ～０．２ｍｍ程度であり、高トルク負荷時の外側継手部材２の変形量は約０．２ｍｍ～０．５ｍｍｍ程度である。

本発明は上述の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である。例えば、ローラ案内面６ａの断面形状を二つの円弧（ゴシックアーチ形状）で形成する場合を例示したが、これ以外にも、ローラ案内面６ａを二つの平面で形成することもできる。ローラ案内面６ａとローラ４の外周面が二箇所でアンギュラコンタクトする限り、ローラ案内面６ａの形状は任意に選択することができる。

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
６ トラック溝
６ａ ローラ案内面
７ 胴部
８ 脚軸
Ｍ 基準線
Ｎ 脚軸の軸線と直交する直線
Ｐ１ 接触点
Ｐ２ 接触点

Claims (4)

1. 円周方向の三カ所に継手軸方向に延びるトラック溝を備え、各トラック溝が継手円周方向に対向して配置された一対のローラ案内面を有する外側継手部材と、前記外側継手部材の内部に収容され、継手半径方向に突出した三つの脚軸を有するトリポード部材と、前記各脚軸に、複数の針状ころを介して回転可能に取り付けられたローラとを備え、
   前記ローラが前記一対のローラ案内面に沿って継手軸方向に移動可能であり、
   前記一対のローラ案内面のうち、負荷側のローラ案内面がローラとの接触点を二箇所に有するトリポード型等速自在継手において、
   負荷側のローラ案内面の前記各接触点からそれぞれ延ばした二つの法線がなす角度の二等分線を基準線として、無負荷状態で、前記基準線が前記脚軸の軸線と直交する方向に対して継手内径側に傾くように、前記負荷側のローラ案内面が形成されていることを特徴とするトリポード型等速自在継手。
2. 無負荷状態で、前記脚軸の軸線と直交する方向に対する前記基準線の傾斜角を、０．２°以上１．２°以下にした請求項１に記載のトリポード型等速自在継手。
3. 無負荷状態で、前記脚軸の軸線と直交する方向に対する前記基準線の傾斜角を、０．２°以上、０．６°未満にした請求項１に記載のトリポード型等速自在継手。
4. 無負荷状態で、前記脚軸の軸線と直交する方向に対する前記基準線の傾斜角を、０．６°以上１．２°以下にした請求項１に記載のトリポード型等速自在継手。

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