JP3949865B2 - 等速自在継手 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や各種産業機械等の動力伝達装置に使用される等速自在継手に関し、特にトリポード型等速自在継手に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車のエンジンから車輪に回転動力を伝達する動力伝達装置の一要素として（ドライブシャフトやプロペラシャフトの連結用継手として）、トリポード型等速自在継手が用いられている。
【０００３】
トリポード型等速自在継手は、一般に、内周部に軸方向の３本のトラック溝が形成され、各トラック溝の両側にそれぞれ軸方向のローラ案内面を有する外側継手部材と、半径方向に突出した３本の脚軸を有し、各脚軸にそれぞれローラを回転可能に配設したトリポード部材とを主体として構成される。トリポード部材の脚軸と外側継手部材のローラ案内面とがローラを介して回転方向に係合することにより、駆動側から従動側に回転トルクが等速で伝達される。また、各ローラが脚軸に対して回転しながらローラ案内面上を転動することにより、外側継手部材とトリポード部材との間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収されると同時に、外側継手部材とトリポード部材とが作動角を取りつつ回転トルクを伝達する際の、回転方向位相の変化に伴う、各脚軸のローラ案内面に対する軸方向変位が吸収される。
【０００４】
トリポード型等速自在継手としては、上記ローラを複数のニードルローラを介して脚軸の円筒状外周面に装着したものもあるが、外側継手部材とトリポード部材とが作動角をとりつつ回転トルクを伝達する際、脚軸の傾きに伴って各ローラとローラ案内面とが互いに斜交した関係になるので、両者の間に滑りが生じ、その際の摺動抵抗によって各ローラの円滑な転動が妨げられて誘起スラストが大きくなるという問題がある。また、各ローラとローラ案内面との間の摺動抵抗によって、外側継手部材とトリポード部材とが軸方向に相対変位する際のスライド抵抗が大きくなるという問題がある。
【０００５】
そこで、ローラとローラ案内面との斜交状態を解消して、誘起スラストやスライド抵抗の低減を図るため、脚軸に対するローラの傾動及び軸方向移動を自在とする機構（ローラ機構）を備えたトリポード型等速自在継手が種々提案され、実用化されている。この種のトリポード型等速自在継手として、脚軸の外周面を凸球状に形成すると共に、ローラを複数のニードルローラを介して支持リングに回転可能に組み付けてローラ機構（ローラアッセンブリ）を構成し、支持リングの円筒状の内周面を脚軸の凸球状の外周面に外嵌した構成が知られている（特公平７−１１７１０８号、特許２６２３２１６号等）。この構成によれば、支持リングの円筒状の内周面と脚軸の凸球状の外周面との間の滑りによって、脚軸に対するローラ機構の傾動及び軸方向移動が自在となる。
【０００６】
さらに、本出願人は、この種のトリポード型等速自在継手における誘起スラストやスライド抵抗を一層効果的に低減するため、支持リングの内周面が円弧状凸断面であり、脚軸の外周面は縦断面においてはストレート形状で、横断面においては継手の軸線と直交する方向で支持リングの内周面と接触し、かつ、継手の軸線方向で支持リングの内周面との間にすきまを形成するようになっている構成について既に出願している（特願平１１−０５９０４０号）。この構成によれば、支持リングの円弧状凸断面の内周面と脚軸のストレート形状の外周面との間の滑りによって、脚軸に対するローラ機構の傾動及び軸方向移動が自在となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この種の等速自在継手では、ローラと支持リングとがそれらの軸線方向に相対移動するのを係止手段で両側から規制することによって、ローラ機構のアッセンブリ体としての一体性を確保している。一方、この種の等速自在継手が作動角を取りつつ回転トルクを伝達する際、脚軸に対するローラ機構の傾動及び軸方向移動によって、支持リングの内周面と脚軸の外周面との間に滑りが生じ、その滑り摩擦力に起因して、係止手段に、ローラおよび支持リングの軸線方向に向いた軸方向繰り返し荷重（以下、単に「軸方向荷重」という。）が加わる。したがって、係止手段はこの軸方向荷重に耐えることができる強度（曲げ疲労や割れ疲労等に対する強度）を有することが必要とされる。また、係止手段は、ローラ又は支持リングの端面、さらにローラを支持リングに対してニードルローラで回転可能に支持する場合はニードルローラの端面とも滑り接触するので、その接触面の疲労寿命も問題となる。
【０００８】
本発明は、上述したようなローラ機構を備えたトリポード型等速自在継手において、係止手段、特にローラ又は支持リングに装着される係止リングの軸方向荷重に対する疲労強度を高め、また接触面の疲労寿命を高めることにより、現状のサイズを維持したままより耐久性や強度に優れたトリポード型等速自在継手を提供し、また、現状品と同等以上の耐久性や強度を確保しつつよりコンパクトなトリポード型等速自在継手を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明は、内周部に軸方向の３本のトラック溝が形成され、各トラック溝の両側にそれぞれ軸方向のローラ案内面を有する外側継手部材と、半径方向に突出した３本の脚軸を有するトリポード部材と、トリポード部材の各脚軸にそれぞれ装着されたローラ機構とを備え、ローラ機構は、ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸線と平行な方向に案内されるローラと、ローラを回転可能に支持する支持リングと、ローラと支持リングとがそれらの軸線方向に相対移動するのを両側からそれぞれ規制する係止手段とを含み、脚軸の軸線に対して傾動及び軸方向移動自在である等速自在継手において、支持リングの内周面は円弧状凸断面であり、脚軸の外周面は縦断面においてはストレート形状で、横断面においては継手の軸線と直交する方向で支持リングの内周面と接触し、かつ、継手の軸線方向で支持リングの内周面との間にすきまを形成するようになっており、少なくとも一方側の係止手段がローラ又は支持リングに装着された係止リングを有し、係止リングの厚さＷが０．５ｍｍ≦Ｗ≦１．２ｍｍであり、かつ、係止リングの表面硬さがＨＲＣ４３以上、ＨＲＣ５３以下である構成を提供する。
【００１０】
ここで、「少なくとも一方側の係止手段がローラ又は支持リングに装着された係止リングを有する」構成には、一方側の係止手段を係止リングとし、他方側の係止手段をローラ又は支持リングに一体に設けられた係止鍔とした構成、両側の係止手段を双方とも係止リングとした構成が含まれる。さらに、少なくとも一方側の係止手段を係止リングと他の係止要素とで構成したもの、例えば係止リングと係止鍔とで構成したものも含まれる。また、「係止リング」には、完全なリング形状の一体リングの他、一部をスリットによって分割した分割リングも含まれる。
【００１１】
係止リングの厚さＷを０．５ｍｍ≦Ｗ≦１．２ｍｍとした理由は次にある。上述したように、係止リングはローラ（又は支持リング）やニードルローラを介して軸方向繰り返し荷重を受けるが、この軸方向荷重に対する対応性を高め、疲労強度を高める観点から、係止リングに適度の靭性を持たせることが重要である。すなわち、係止リングに適度の靭性を持たせることにより、係止リングに加わる軸方向荷重が分散され、その結果、係止リングの疲労強度が向上する。また、この種の等速自在継手では、係止リングを縮拡径させながらローラ又は支持リングに装着する場合が多く、組付け性の点からも、係止リングに適度の靭性をもたせることが望ましい。さらに、製造工程の簡略化を図る観点から、係止リングの成形加工性にも配慮することが望ましい。係止リングの厚さＷを０．５ｍｍ≦Ｗ≦１．２ｍｍの範囲内の値とすることにより、係止リングに適度の靭性を付与して、軸方向荷重に対する疲労強度を向上させ、同時にローラ又は支持リングに対する組付け性を高めることができる。また、係止リングの成形加工性も良好になる。
【００１２】
一方、係止リングの表面は、軸方向荷重に対する疲労強度を高め、また接触面の疲労寿命を高める観点から、適度の硬さを与えて、良好な耐摩耗性を確保することが望ましい。係止リングの表面硬さをＨＲＣ４３〜ＨＲＣ５３の範囲内としたのはかかる理由による。ここで、「ＨＲＣ」はロックウェル硬さのＣスケールを表している。表面硬さがＨＲＣ４３未満であると、接触面の疲労寿命を十分に確保することができず、表面硬さがＨＲＣ５３を超えると靭性が低下して軸方向荷重に対する疲労強度、組付け性の点で不利になる。
【００１３】
以上の構成において、係止リングの少なくとも表層部がマルテンサイトの基地中に球状炭化物を含む組織を有する構成とすることができる。ここで、「少なくとも表層部がマルテンサイトの基地中に球状炭化物を含む組織を有する」には、表層部のみが上記組織を有するもの、表面から内部にわたって上記組織を有するものが含まれる。
【００１４】
この構成によれば、係止リングの少なくとも表層部の組織をマルテンサイトの基地（マトリックス）中に球状炭化物を含むものとしたので、一般構構造用鋼に比べて高い耐摩耗性が得られ、接触面の疲労寿命が向上する。
【００１５】
上記の球状炭化物はＦｅ₃Ｃを主体とする炭化物であり、このような球状炭化物をマルテンサイト基地中に含む組織は、少なくとも表層部に共析点以上（０．８ｗｔ％以上）の炭素Ｃを含有させ、焼入れ焼戻しを行うことにより形成することができる。
【００１６】
より具体的には、係止リングを炭素工具鋼で形成し、かつ、マルテンサイトの基地中の球状炭化物量を０．３〜０．６ｗｔ％にすることができる。この構成によれば、マルテンサイトの基地中に細かく球状化された適正量の炭化物が含まれるため、高い耐摩耗性が得られると同時に、基地は著しく硬くならず適度の靭性をもった組織となる。そのため、係止リングの接触面の疲労寿命が向上すると共に、軸方向荷重に対する疲労強度も向上する。また、係止リングに適度の靭性が確保されることにより、ローラ又は支持リングに対する組付け性も良好になる。ここで、マルテンサイトの基地中の球状炭化物量は０．３〜０．６ｗｔ％の範囲内に規制するのが好ましい。球状炭化物量が０．３ｗｔ％未満であると耐摩耗性向上効果が十分得られず、逆に球状炭化物量が０．６ｗｔ％を越えると基地の靭性が低くなり過ぎ、軸方向荷重に対する疲労強度や組付け性が不十分になる可能性がある。工具炭素鋼としては、ＳＫ３、ＳＫ４、ＳＫ５、ＳＫ６等を用いることができる。
【００１７】
あるいは、係止リングをばね鋼で形成することができる。この構成によれば、高い表面硬さを維持しながら高い弾性限が得られるので、係止リングの接触面の疲労寿命が向上すると共に、軸方向荷重に対する疲労強度も向上する。また、高い弾性限が得られることにより、係止リングの組付け性が一層向上し、組付け作業の自動化、それによる製造コストの低減にも有効である。ばね鋼の種類は特に問わず、熱間成形ばね鋼、冷間成形ばね鋼の中から使用条件や継手サイズ等に応じて最適なものを選択して用いることができ、例えば熱間成形ばね鋼ＳＵＰ４等を用いることができる。
【００１８】
また、係止リングを高硬線材で形成することができる。以上の構成に比べて耐摩耗性は若干劣るものの、高い弾性限が得られることにより、係止リングに加わる軸方向荷重が分散され、その結果、軸方向荷重に対する高い疲労強度が得られる。また、高硬線材は比較的安価であると共に、組付け性の改善にも有効である。高硬線材として、例えばＳＷＲＨ等を用いることができる。
【００１９】
以上の構成において、係止リングはローラ又は支持リングにガタ付きなく装着されているのが好ましい。ここで、「ガタ付きなく」とは、係止リングがローラ又は支持リングに、少なくとも径方向ガタがない状態で組み込まれていることを言う。好ましくは、径方向ガタのみならず、軸方向ガタもなくすのが良い。この構成によれば、係止リングがローラ又は支持リングにガタ付きなく装着されていることにより、係止リングがローラ又は支持リングから受ける軸方向荷重の作用領域（荷重点）が安定し、その結果、軸方向荷重に対する疲労強度が向上する。また、荷重点の変動が抑制されることにより、係止リングとローラ又は支持リングの接触面の疲労寿命も向上する。
【００２０】
さらに、他方側の係止手段をローラ又は支持リングに一体に設けられた係止鍔とすることにより、この部位に係止リングを装着する場合の組付け公差を排除できるので、両側の係止手段とローラ又は支持リングとの間の軸方向クリアランスを半減することができる。これにより、上記の効果を一層顕著なものとすることができる。
【００２１】
以上の構成において、係止手段（係止リング及び／又は係止鍔）の少なくとも接触面には、微小な凹部を無数にランダムに形成しても良い。接触面に形成された微小凹部が油溜りの役割を果たし、接触面における油膜形成が促進されるので、潤滑性が改善され、接触面の疲労寿命が向上する。微小凹部は、例えば大きさ数１０μｍ程度、深さ１μｍ程度のものである。接触面の研磨条件を変えることにより、任意の大きさ、深さ、数の微小凹部を形成することが可能である。接触面にのみ選択的に微小凹部を形成することが困難な場合は、接触面の周辺部を含めて、あるいは係止リングやローラ又は支持リングの全表面に微小凹部を形成しても良い。
【００２２】
また、係止手段（係止リング及び／又は係止鍔）の少なくとも接触面には、化成処理被膜を下地層とする固体潤滑被膜を形成しても良い。固体潤滑被膜により、接触面の摩擦抵抗が軽減され、潤滑性が改善されるので、接触面の疲労寿命が向上する。下地層となる化成処理被膜は、固体潤滑被膜の接触面に対する密着性を高める目的で形成される。化成処理被膜としては、例えばりん酸マンガン処理被膜、りん酸鉄処理被膜、りん酸亜鉛処理被膜等を挙げることができる。また、固体潤滑被膜としては、二硫化モリブデン被膜、ＰＴＦＥ被膜等を挙げることができる。尚、処理前の接触面（母材表面）の表面粗さは処理後の効果に影響するので、適度な油溜りの作用が得られるように、接触面の表面粗さを、Ｒａ０．２〜０．８に仕上げ加工しておくのが望ましい。接触面にのみ選択的に被膜処理を施すことが困難な場合は、接触面の周辺部を含めて、あるいは係止リングやローラ又は支持リングの全表面に被膜処理を施しても良い。
【００２３】
また、係止手段（係止リング及び／又は係止鍔）の少なくとも接触面には、常温浸硫処理を施しても良い。浸硫処理は、鋼の表面に硫黄を浸透させ、硫化鉄を生成させる表面処理法である。浸硫処理を施すことにより、表面の摩擦抵抗が軽減されるので、初期なじみ性が改善され、接触疲労寿命の向上になる他、ＮＶＨ特性も安定する。また、常温浸硫処理によれば、例えば３０〜４０°Ｃ×１０〜３０分の条件で処理を行うので、表面硬化層の硬さ低下も起こらない。処理前の接触面の表面粗さは処理後の効果に影響するので、適度な油溜りの作用が得られるように、接触面の表面粗さを、Ｒａ０．２〜０．８に仕上げ加工しておくのが望ましい。接触面にのみ選択的に浸硫処理を施すことが困難な場合は、接触面の周辺部を含めて、あるいは係止リングやローラ又は支持リングの全表面に浸硫処理を施しても良い。
【００２４】
また、係止手段（係止リング及び／又は係止鍔）の少なくとも接触面には、ショットピーニング処理を施しても良い。ショット粒の大きさ、投射速度、投射量等を適宜調整して、接触面に微小ディンプルを形成し、微小ディンプルに油溜りの役割を持たせることにより、潤滑性の改善を図ることができる。また、ショットピーニング処理により、表面組織が微細化されると共に、表面に残留圧縮応力が発生するので、軸方向荷重に対する疲労強度や接触面の疲労寿命の向上に効果的である。接触面にのみ選択的にショットピーニング処理を施すことが困難な場合は、接触面の周辺部を含めて、あるいは係止リングやローラ又は支持リングの全表面にショットピーニング処理を施しても良い。
【００２５】
上述のように、本発明の等速自在継手のローラ機構において、支持リングの内周面は円弧状凸断面であり、脚軸の外周面は縦断面においてはストレート形状で、横断面においては継手の軸線と直交する方向で支持リングの内周面と接触し、かつ、継手の軸線方向で支持リングの内周面との間にすきまを形成するようになっている。
【００２６】
脚軸の横断面形状について、継手の軸線と直交する方向で支持リングの内周面と接触するとともに継手の軸線方向で支持リングの内周面との間にすきまを形成するような形状とは、言い換えれば、トリポード部材の軸方向で互いに向き合った面部分が相互方向に、つまり、仮想円筒面よりも小径側に退避している形状を意味する。その一つの具体例として略楕円形が挙げられる。「略楕円形」には、字義どおりの楕円形の他、一般に卵形、小判形等と称される形状も含まれる。
【００２７】
従来円形であった脚軸の断面形状を上記の形状としたことにより、継手が作動角をとったとき、ローラ機構（ローラアッセンブリ）の姿勢を変えることなく、脚軸が外側継手部材に対して傾くことができる。しかも、脚軸の外周面と支持リングとの接触楕円が従来の横長から点に近づくため（図１（Ｃ）参照）、ローラ機構を傾けようとする摩擦モーメントが低減する。したがって、ローラ機構の姿勢が常に安定し、ローラがローラ案内面と平行に保持されるため円滑に転動することができる。これにより、スライド抵抗の低減ひいては誘起スラストの低減に寄与する。
【００２８】
なお、ローラ機構は脚軸と外側継手部材との間に介在してトルクを伝達する役割を果たすものであるが、この種の等速自在継手におけるトルクの伝達方向は常に継手の軸線に直交する方向であるため、当該トルクの伝達方向において脚軸と支持リングとが接していることでトルクの伝達は可能であり、継手の軸線方向において両者間にすきまがあってもトルク伝達に支障を来すことはない。
【００２９】
上記構成において、支持リングの内周面の母線を、中央部の円弧部と両端部の逃げ部とで構成することができる。円弧部の曲率半径は、２〜３°程度の脚軸の傾きを許容できる大きさとするのが好ましい。また、支持リングとローラの間に複数の転動体を配置して支持リングとローラを相対回転自在とすることができ、その転動体として、ニードルローラやボール等を用いることができる。さらに、ローラの外周面を球状（曲率中心が脚軸の軸線上にある「真球面」、又は曲率中心が脚軸の軸線から外径側にオフセットされた、いわゆる「トーラス面」）に形成し、このローラの球状外周面を外側継手部材のローラ案内面とアンギュラコンタクトさせた構成とすることができる。ローラとローラ案内面とをアンギュラコンタクトさせることにより、ローラが振れにくくなってその姿勢が一層安定するため、ローラが外側継手部材の軸方向に移動する際にローラ案内面上をより少ない抵抗で円滑に転動する。かかるアンギュラコンタクトを実現するための具体的な構成として、ローラ案内面の断面形状をテーパ形状またはゴシックアーチ形状とすることが挙げられる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３２】
図１および図２は、本発明の第一の実施形態を示している。図１（Ａ）は継手の横断面を示し、図１（Ｂ）は脚軸に垂直な断面を示し、図１（Ｃ）は支持リングの断面を示し、図２は作動角（θ）をとった状態の継手の縦断面を示している。
【００３３】
図１に示すように、等速自在継手は外側継手部材１０とトリポード部材２０とを主体として構成され、連結すべき２軸の一方が外側継手部材１０と連結され、他方がトリポード部材２０と連結される。
【００３４】
外側継手部材１０は内周部に軸方向に延びる３本のトラック溝１２を有する。各トラック溝１２の円周方向で向かい合った側壁にそれぞれローラ案内面１４が形成されている。トリポード部材２０は半径方向に突設した３本の脚軸２２を有し、各脚軸２２にはローラ３４が取り付けてあり、このローラ３４が外側継手部材１０のトラック溝１２内に収容される。ローラ３４の外周面３４ａはローラ案内面１４に適合する凸曲面である。
【００３５】
ここでは、ローラ３４の外周面３４ａは脚軸２２の軸線から半径方向に離れた位置に曲率中心を有する円弧を母線とする凸曲面であり、ローラ案内面１４の断面形状はゴシックアーチ形状であって、これにより、ローラ３４の外周面３４ａとローラ案内面１４とがアンギュラコンタクトをなす。図１（Ａ）に、２つの当たり位置を一点鎖線で示してある。球状のローラ外周面に対してローラ案内面１４の断面形状をテーパ形状としても両者のアンギュラコンタクトが実現する。このようにローラ３４の外周面３４ａとローラ案内面１４とがアンギュラコンタクトをなす構成を採用することによって、ローラが振れにくくなるため姿勢が安定する。なお、アンギュラコンタクトを採用しない場合には、たとえば、ローラ案内面１４を軸線が外側継手部材１０の軸線と平行な円筒面の一部で構成し、その断面形状をローラ３４の外周面３４ａの母線に対応する円弧とすることもできる。
【００３６】
脚軸２２の外周面２２ａに支持リング３２が外嵌している。この支持リング３２とローラ３４とは複数のニードルローラ３６を介してアッセンブリ（ユニット化）され、相対回転可能なローラ機構（ローラアセンブリ）Ａを構成している。すなわち、図５に拡大して示すように、支持リング３２の円筒形外周面を内側軌道面とし、ローラ３４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複数のニードルローラ３６が転動自在に介装されている。そして、支持リング３２、ローラ３４、及びニードルローラ３６が、それらの軸線方向に相対移動するのを規制するために、ローラ機構Ａの軸方向両側にそれぞれ係止手段が設けられている。この実施形態において、両側の係止手段は係止リング３３、３５で構成され、それぞれ、ローラ３４の端部内周に設けられた円周溝３４ｃ、３４ｄに嵌合される。係止リング３３、３５の幅Ｗは０．５ｍｍ≦Ｗ≦１．２ｍｍの範囲内に設定され、また表面硬さはＨＲＣ４７〜ＨＲＣ５７の範囲内に規定されている。これにより、支持リング３２やニードルローラ３６からの軸方向荷重に対する疲労強度を高め、また支持リング３２やニードルローラ３６との接触に伴う接触面の疲労寿命を向上させることができる。係止リング３３、３５を円周溝３４ｃ、３４ｄに嵌合するに際しては、係止リング３３、３５を弾性的に縮径させ、ローラ３４の端部内周に組み入れて、円周溝３４ｃ、３４ｄの形成位置まで推し進める。そうすると、係止リング３３、３５は円周溝３４ｃ、３４ｄの形成位置に達した時点で弾性的に拡径復元して、円周溝３４ｃ、３４ｄに嵌まり込む。このようにして、ローラ３４に装着された係止リング３３、３５は、支持リング３２の端面、ニードルローラ３６の端面と接触することによって、これらの部材がローラ３４に対して軸方向に相対移動するのを規制する。尚、係止リング３３、３５は、例えば一部をスリットによって分割した分割リングである。また、図１（Ｂ）に示すように、ニードルローラ３６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。
【００３７】
脚軸２２の外周面２２ａは、縦断面｛図１（Ａ）｝で見ると脚軸２２の軸線と平行なストレート形状であり、横断面｛図１（Ｂ）｝で見ると、長軸が継手の軸線に直交する楕円形状である。脚軸の断面形状は、トリポード部材２０の軸方向で見た肉厚を減少させて略楕円状としてある。言い換えれば、脚軸の断面形状は、トリポード部材の軸方向で互いに向き合った面が相互方向に、つまり、仮想円筒面よりも小径側に退避している。
【００３８】
支持リング３２の内周面３２ｃは円弧状凸断面を有する。すなわち、内周面３２ｃの母線が半径ｒの凸円弧である｛図１（Ｃ）｝。このことと、脚軸２２の断面形状が上述のように略楕円形状であり、脚軸２２と支持リング３２との間には所定のすきまが設けてあることから、支持リング３２は脚軸２２の軸方向での移動が可能であるばかりでなく、脚軸２２に対して傾動自在である。また、上述のとおり支持リング３２とローラ３４はニードルローラ３６を介して相対回転自在にアッセンブリ（ユニット化）されているため、脚軸２２に対し、支持リング３２とローラ３４がユニットとして傾動可能な関係にある。ここで、傾動とは、脚軸２２の軸線を含む平面内で、脚軸２２の軸線に対して支持リング３２およびローラ３４の軸線が傾くことをいう（図２参照）。
【００３９】
この種の従来継手の場合、脚軸の外周面が全周にわたって支持リングの内周面と接するため、接触楕円が円周方向に延びた横長形状を呈する。そのため、外側継手部材に対して脚軸が傾くとき、脚軸の動きに伴って支持リングを、延いてはローラを傾かせるように作用する摩擦モーメントが発生する。これに対し、図１に示した実施の形態では、脚軸２２の横断面が略楕円状で、支持リング３２の内周面３２ｃの横断面が円弧状凸断面であることから、図１（Ｃ）に破線で示すように、両者の接触楕円は点に近いものとなり、同時に面積も小さくなる。したがって、ローラ機構（３２、３３、３４、３５、３６）を傾かせようとする力が従来のものに比べると非常に低減し、ローラ３４の姿勢の安定性が一層向上する。
【００４０】
上記構成において、係止リング３３、３５に、前述した種々の材質改善や表面改質を行うことにより、支持リング３２やニードルローラ３６からの軸方向荷重に対する疲労強度を一層高め、また支持リング３２やニードルローラ３６との接触に伴う接触面の疲労寿命を一層向上させることができる。さらに、係止リング３３、３５をローラ３４の円周溝３４ｃ、３４ｄにガタ付きなく装着することにより、この効果をより一層高めることができる。この実施形態では、係止リング３３、３５の外周を円周溝３４ｃ、３４ｄの溝底に締め代をもって嵌合することにより、係止リング３３、３５とローラ３４との間の径方向ガタをなくしている。
【００４１】
図６〜図１２は、ローラ機構Ａの他の構成例を示している。
【００４２】
図６に示す実施形態は、ローラ機構Ａの一方側の係止手段を係止リング３３で構成し、他方側の係止手段を係止鍔３４ｅで構成したものである。係止リング３３は、ローラ３４の一方側の端部内周に設けられた円周溝３４ｃに嵌着される。また、係止鍔３４ｅはローラ３４の他方側の端部に一体に設けられる。係止リング３３は、例えば円周溝３４ｃの溝底に締め代をもって嵌合することで、ローラ３４との間の径方向ガタをなくすことができる。係止鍔３４ｅはローラ３４と一体に設けられているので、ローラ３４との間に軸方向ガタ及び径方向ガタは存在しない。図５に示す実施形態に比べ、他方側の係止手段を係止リングで構成することによる組付け公差を排除して、支持リング３２及びニードルローラ３６との間の軸方向クリアランスを半減できるという利点がある。尚、係止鍔３４ｅの形成部位は、ローラ３４の脚軸基端側に向いた端部、脚軸先端側に向いた端部の何れでも良いが、この実施形態では、ローラ３４の脚軸基端側に向いた端部に係止鍔３４ｅを設けている。幅Ｗや表面硬さ等、その他の事項は、図５に示す実施形態に準じる。
【００４３】
図７に示す実施形態は、図５に示す実施形態と同様に、ローラ機構Ａの軸方向両側の係止手段を係止リング３３、３５で構成したものであるが、この実施形態では、係止リング３３、３５に、外向きに拡径する方向のテーパ（テーパ角β）をもった段部３３ａ、３５ａを設け、段部３３ａ、３５ａをローラ３４の端部内周に締め代をもって嵌合している。これにより、係止リング３３、３５とローラ３４との間の径方向ガタをなくすことができる。さらに、支持リング３２やニードルローラ３６からの軸方向荷重を、段部３３ａ、３５ａとローラ３４の端部内周との接触部Ｓ’で受けることができるので、係止リング３３、３５の曲げ疲労防止にも有効である。尚、係止リング３３、３５の外周と円周溝３４ｃ、３４ｄの溝底との間には僅かな半径方向隙間がある。また、係止リング３３、３５は、例えば一部をスリットによって分割した分割リングである。幅Ｗや表面硬さ等、その他の事項は、図５に示す実施形態に準じる。
【００４４】
図８に示す実施形態は、係止リング３３、３５の外周と円周溝３４ｃ、３４ｄの側壁に、相互にテーパ嵌合するテーパ面３３ｂ、３５ｂ、３４ｃ１、３４ｄ１を設けたものである。係止リング３３、３５のテーパ面３３ｂ、３５ｂを、円周溝３４ｃ、３４ｄのテーパ面３４ｃ１、３４ｄ１に締め代をもってテーパ嵌合することにより、係止リング３３、３５とローラ３４との間の径方向ガタ及び軸方向ガタをなくすことができる。係止リング３３、３５は分割リングとしても良いが、図９に示すような一体リングで構成することもできる。すなわち、係止リング３３（３５）の環状部３３ｃ（３５ｃ）を自然状態において傾斜状に形成しておき、ローラ３４の円周溝３４ｃ（３４ｄ）の形成位置まで挿入した後、軸方向力Ｐを加えて環状部３３ｃ（３５ｃ）を弾性的に起立変形させる。そうすると、環状部３３ｃ（３５ｃ）の外周が拡径して円周溝３４ｃ（３４ｄ）に嵌まり込み、これにより係止リング３３、３５がローラ３４の円周溝３４ｃ（３４ｄ）に嵌合固定される。幅Ｗや硬さ等、その他の事項は、図５に示す実施形態に準じる。
【００４５】
図１０に示す実施形態は、ローラ機構Ａの両側の係止手段を係止リング３３’、３５’で構成すると共に、係止リング３３’、３５’を、支持リング３２の端部外周に設けた円周溝３２ｄ、３２ｅにそれぞれ嵌合したものである。係止リング３３’、３５’を円周溝３２ｄ、３４ｅに嵌合するに際しては、係止リング３３’、３５’を弾性的に拡径させて、支持リング３２の端部外周に組み入れ、円周溝３２ｄ、３４ｅの形成位置まで推し進める。そうすると、係止リング３３’、３５’が円周溝３２ｄ、３４ｅの形成位置に達した時点で弾性的に縮径復元して、円周溝３２ｄ、３４ｅに嵌まり込む。このようにして、支持リング３２に装着された係止リング３３’、３５’は、ローラ３４の端面、ニードルローラ３６の端面と接触することにより、これらの部材が支持リング３２に対して軸方向に相対移動するのを規制する。この実施形態では、係止リング３３’、３５’の内周を円周溝３２ｄ、３４ｅの溝底に締め代をもって嵌合することで、係止リング３３’、３５’と支持リング３２との間の径方向ガタをなくしている。尚、係止リング３３’、３５’は、例えば一部をスリットによって分割した分割リングである。幅Ｗ表面硬さ等、その他の事項は、図５に示す実施形態に準じる。
【００４６】
図１１に示す実施形態は、ローラ機構Ａの一方側の係止手段を係止リング３３’で構成し、他方側の係止手段を係止鍔３２ｆで構成したものである。係止リング３３’は、支持リング３２の一方側の端部外周に設けられた円周溝３２ｄに嵌合される。また、係止鍔３２ｆは支持リング３２の他方側の端部に一体に設けられる。係止リング３３’は、例えば円周溝３２ｄの溝底に締め代をもって嵌合することで、支持リング３２との間の径方向ガタをなくすことができる。係止鍔３２ｆは支持リング３２と一体に設けられているので、支持リング３２との間に軸方向ガタ及び径方向ガタは存在しない。図１０に示す実施形態に比べ、他方側の係止手段を係止リングで構成することによる組付け公差を排除して、ローラ３４及びニードルローラ３６との間の軸方向クリアランスを半減できるという利点がある。尚、係止鍔３２ｆの形成部位は、支持リング３２の脚軸基端側に向いた端部、脚軸先端側に向いた端部の何れでも良いが、この実施形態では、支持リング３２の脚軸基端側に向いた端部に係止鍔３２ｆを設けている。幅Ｗや表面硬さ等、その他の事項は、図５に示す実施形態に準じる。
【００４７】
図１２に示す実施形態は、ローラ機構Ａの一方側の係止手段を係止リング３３及び係止鍔３２ｇで構成し、他方側の係止手段を係止鍔３４ｅで構成したものである。係止リング３３は、ローラ３４の一方側の端部内周に設けられた円周溝３４ｃに嵌合される。また、係止鍔３２ｇは支持リング３２の一方側の端部に一体に設けられる。係止鍔３４ｅは、ローラ３４の他方側の端部に一体に設けられる。係止リング３３は、例えば円周溝３４ｃの溝底に締め代をもって嵌合することで、ローラ３４との間の径方向ガタをなくすことができる。係止鍔３２ｇは支持リング３２と一体に設けられているので、支持リング３２との間に軸方向ガタ及び径方向ガタは存在しない。また、係止鍔３４ｅはローラ３４と一体に設けられているので、ローラ３４との間に軸方向ガタ及び径方向ガタは存在しない。幅Ｗや表面硬さ等、その他の事項は、図５に示す実施形態に準じる。
【００４８】
以上の実施形態において、ニードルローラ３６の端面形状として、図１３に示す種々の形状を採用することができる。同図（Ａ）はニードルローラ３６の端面を曲率半径Ｒ’１の半球面としたもの、同図（Ｂ）はニードルローラ３６の端面を曲率半径Ｒ’２の一部球面としたもの、同図（Ｃ）はニードルローラ３６の端面を平坦面とし、角部にチャンファｃｆを施したもの、同図（Ｄ）はニードルローラ３６の端面を曲率半径Ｒ’３とｒ’（Ｒ’３＞ｒ’）の複合球面としたものである。
【００４９】
図３および図４は、本発明の他の実施形態を示している。この実施形態は、支持リング３２の内周面３２ｃの母線が、上述の実施形態では単一の円弧で形成されているのに対して、中央の円弧部３２ａとその両側の逃げ部３２ｂとの組合せで形成されている点で相違する。逃げ部３２ｂは、図３（Ｃ）のように作動角（θ）をとったときの脚軸２２との干渉を避けるための部分であり、円弧部３２ａの端から支持リング３２の端部に向かって徐々に拡径した直線または曲線で構成する。ここでは、逃げ部３２ｂを円錐角α＝５０°の円錐面の一部とした場合を例示してある。円弧部３２ａは、支持リング３２に対する脚軸２２の２〜３°程度の傾きを許容するため、たとえば３０ｍｍ程度の大きな曲率半径（ｒ）とする。トリポード型等速自在継手では、機構上、外側継手部材１０が１回転するときトリポード部材２０は外側継手部材１０の中心に対して３回振れ回る。このとき符号ｅ｛図２（Ａ）｝で表わされる偏心量は作動角（θ）に比例して増加する。そして、３本の脚軸２２は１２０°ずつ離間しているが、作動角（θ）をとると、図２（Ｂ）に示すように、図の上側に表われている垂直な脚軸２２を基本として考えると、他の２本の脚軸２２は、一点鎖線で示す作動角０のときのそれらの軸線からわずかに傾く。その傾きは作動角（θ）がたとえば約２３°のとき２〜３°程度となる。この傾きが支持リング３２の内周面３２ｃの円弧部３２ａの曲率によって無理なく許容されるため、脚軸２２と支持リング３２との接触部における面圧が過度に高くなるのを防止することができる。なお、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の左側面から見たトリポード部材２０の３本の脚軸２２を模式的に図示したもので、実線が脚軸を表わしている。尚、ローラ機構Ａの係止手段に関する構成および効果は、図１、図２および図５に示す実施形態と同様である。また、ローラ機構Ａの係止手段として図６〜図１２に示す種々の構成を採用することができ、さらにニードルローラ３６の端面形状として図１３に示す種々の形状を採用することができる。
【００５０】
図１４および図１５は、参考例を示している。尚、図１５は、継手の作動角が０°で、かつ、継手に回転トルクが負荷されていない時の状態を示している。
【００５１】
この参考例のトリポード型等速自在継手は、連結すべき二軸の一方に結合される外側継手部材１と、他方に結合されるトリポード部材２とを備えている。
【００５２】
外側継手部材１は概ねカップ状の外観をなし、軸方向に延びる３本のトラック溝１ａが内周部の円周等配位置に形成されている。各トラック溝１ａの両側には、それぞれローラ案内面１ａ１が設けられている。
【００５３】
トリポード部材２は半径方向に突出した３本の脚軸２ａを円周等配位置に有する。各脚軸２ａの外周面２ａ１は凸球状に形成され、その外周面２ａ１に、支持リング３、複数のニードルローラ４、およびローラ５をアッセンブリしたローラ機構Ａ’が装着されている。
【００５４】
図１４（Ｂ）に拡大して示すように、ローラ機構Ａ’は、支持リング３の円筒状の外周面３ａとローラ５の円筒状の内周面５ａとの間に複数のニードルローラ４を転動自在に介装し、ローラ５の内周面５ａに嵌着した一対の係止リング６によって、支持リング３およびニードルローラ４の両端を係止して、ローラ５に対する支持リング３およびニードルローラ４の軸方向移動（それらの軸線方向への移動）を規制したものである。尚、ローラ機構Ａ’の係止手段に関する構成および効果は、図１、図２および図５に示す実施形態と同様である。また、ローラ機構Ａ’の係止手段として図６〜図１２に示す種々の構成を採用することができ、さらにニードルローラ４の端面形状として図１３に示す種々の形状を採用することができる。
【００５５】
支持リング３の内周面３ｂは、脚軸２ａの球状の外周面２ａ１に嵌合される。この参考例において、支持リング３の内周面３ｂは脚軸２ａの先端側に向かって漸次縮径した円錐状で、脚軸２ａの外周面２ａ１と線接触する。これにより、ローラ機構Ａ’の脚軸２ａに対する首振り揺動が許容される。支持リング３の内周面３ｂの傾斜角αは、例えば０．１°〜３°、好ましくは０．１°〜１°と僅かなものであり、この参考例ではα＝０．５°に設定している。図面では、内周面３ｂの傾斜の度合をかなり誇張して示している。
【００５６】
ローラ５の外周面５ｂの母線は、脚軸２ａの中心から外側にオフセットされた点を中心とする円弧である。
【００５７】
この参考例において、外側継手部材１のローラ案内面１ａ１の断面形状は、２円弧状（ゴシックアーチ状）になっている。そのため、ローラ案内面１ａ１とローラ５の外周面５ｂとは２点ｐ、ｑでアンギュラコンタクトする。アンギュラコンタクト点ｐ、ｑは、ローラ５の外周面５ｂの中心を含み、脚軸２ａの軸線Ｚと直交する中心線に対して、軸線Ｚ方向に等距離だけ反対側に離れた位置にある。尚、ローラ案内面１ａ１の断面形状は、Ｖ字状または放物線状等でも良い。また、この参考例において、トラック溝１ａに、ローラ案内面１ａ１と近接して肩面１ａ２が設けられ、この肩面１ａ２によってローラ５の脚軸先端側の端面５ｃが案内される。
【００５８】
支持リング３の内周面３ｂが脚軸先端側に向かって漸次縮径した円錐状になっているため、この継手に回転トルクが負荷されると、図１５に示すように（内周面３ｂの傾斜の度合いを図１４よりもさらに誇張して示している。）、支持リング３の内周面３ｂと脚軸２ａの外周面２ａ１との接触位置Ｓに脚軸先端側に向いた負荷分力Ｆが発生する。この負荷分力Ｆは、支持リング３およびニードルローラ４を脚軸先端側に押し上げるように作用して、支持リング３およびニードルローラ４を、脚軸先端側の係止リング６に押し付けた状態にする。そのため、支持リング３の内周面３ｂと脚軸２ａの外周面２ａ１との接触位置Ｓが安定する。また、この負荷分力Ｆは、支持リング３およびニードルローラ４を介して、ローラ５を脚軸先端側に押し上げるように作用して、ローラ案内面１ａ１に対するローラ５の姿勢を安定させる。このような接触位置Ｓの安定化とローラ５の姿勢安定化とが相俟って、誘起スラストが効果的に低減され、また安定化される。尚、支持リング３の内周面３ｂは円筒状にしても良い。
【００５９】
【実施例】
係止リングの幅Ｗを所定範囲内に設定したことによる効果、表面硬さを所定範囲内に規定したことによる効果を確認するため、以下の試験を行った。
【００６０】
［幅Ｗの設定に関する試験］
図１、図２及び図５に示す構成において、係止リングの幅Ｗを０．５ｍｍ未満、０．８ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ超に設定して、下記の試験条件で試験を行い、軸方向荷重に対する疲労強度、ローラに対する組付け性、成形加工性について評価した。その結果を表１に示す。評価項目の○は目標特性を満足できたもの、△は目標特性を満足できなかったものを示している。
【００６１】
（試験条件）
トルク：６８６Ｎｍ、回転数：２５０ｒｐｍ、作動角θ：１０ｄｅｇ
試験時間：３００ｈ
係止リングの表面硬さ：ＨＲＣ５０
【００６２】
【表１】

【００６３】
表１に示す試験結果より、係止リングの厚さＷを０．５ｍｍ≦Ｗ≦１．２ｍｍの範囲内に設定することにより、軸方向荷重に対する疲労強度、ローラに対する組付け性、成形加工性ともに、良好な結果が得られることが確認できた。
【００６４】
［表面硬さの規定に関する試験］
図１、図２及び図５に示す構成において、係止リングの表面硬さをＨＲＣ４３未満、ＨＲＣ４７、ＨＲＣ５０、ＨＲＣ５３超として、下記の試験条件で試験を行い、軸方向荷重に対する疲労強度、接触面の疲労寿命について評価した。その結果を表２に示す。評価項目の○は目標特性を満足できたもの、△は目標特性を満足できなかったものを示している。
【００６５】
（試験条件）
トルク：６８６Ｎｍ、回転数：２５０ｒｐｍ、作動角θ：１０ｄｅｇ
試験時間：３００ｈ
係止リングの厚さＷ：０．８ｍｍ
【００６６】
【表２】

【００６７】
表２に示す試験結果より、係止リングのＨＲＣ４３〜ＨＲＣ５３の範囲内に規定することにより、軸方向荷重に対する疲労強度、接触面の疲労寿命ともに、良好な結果が得られることが確認できた。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、係止手段、特にローラ又は支持リングに装着される係止リングの軸方向荷重に対する疲労強度や接触面の疲労寿命が向上するので、現状のサイズを維持したままより耐久性や強度に優れたトリポード型等速自在継手を提供し、また、現状品と同等以上の耐久性や強度を確保しつつより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ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を示し、図１（Ａ）は一部を断面にした端面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）における脚軸に垂直な断面図、図１（Ｃ）は接触楕円を説明するための支持リングの断面図である。
【図２】 図２（Ａ）は図１の等速自在継手の縦断面図であって作動角をとった状態を示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるトリポード部材の模式的側面図である。
【図３】 本発明の他の実施形態を示し、図３（Ａ）は一部を断面にした端面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）における脚軸に垂直な断面図、図３（Ｃ）は作動角をとった状態を示す縦断面図である。
【図４】 図３における支持リングの拡大断面図である。
【図５】 図１および図２におけるローラ機構の部分拡大断面図である。
【図６】 他の実施形態のローラ機構の部分拡大断面図である。
【図７】 図７（Ａ）は他の実施形態のローラ機構の部分拡大断面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）におけるＸ部の拡大図である。
【図８】 図８（Ａ）は他の実施形態のローラ機構の部分拡大断面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）におけるＹ部の拡大図である。
【図９】 係止リングを示す部分断面図である。
【図１０】 他の実施形態のローラ機構の部分拡大断面図である。
【図１１】 他の実施形態のローラ機構の部分拡大断面図である。
【図１２】 他の実施形態のローラ機構の部分拡大断面図である。
【図１３】 ニードルローラの端面を示す部分側面図である。
【図１４】 参考例を示し、図１４（Ａ）は一部を断面にした端面図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の部分拡大断面図である。
【図１５】 図１４における支持リングと脚軸との接触位置に発生する負荷分力Ｆを説明するための図である。

Claims (12)

1. 内周部に軸方向の３本のトラック溝が形成され、各トラック溝の両側にそれぞれ軸方向のローラ案内面を有する外側継手部材と、半径方向に突出した３本の脚軸を有するトリポード部材と、前記トリポード部材の各脚軸にそれぞれ装着されたローラ機構とを備え、前記ローラ機構は、前記ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸線と平行な方向に案内されるローラと、前記ローラを回転可能に支持する支持リングと、前記ローラと支持リングとがそれらの軸線方向に相対移動するのを両側からそれぞれ規制する係止手段とを含み、前記脚軸の軸線に対して傾動及び軸方向移動自在である等速自在継手において、
   前記支持リングの内周面は円弧状凸断面であり、前記脚軸の外周面は縦断面においてはストレート形状で、横断面においては継手の軸線と直交する方向で前記支持リングの内周面と接触し、かつ、継手の軸線方向で前記支持リングの内周面との間にすきまを形成するようになっており、
   少なくとも一方側の前記係止手段が前記ローラ又は支持リングに装着された係止リングを有し、前記係止リングの厚さＷが０．５ｍｍ≦Ｗ≦１．２ｍｍであり、かつ、前記係止リングの表面硬さがＨＲＣ４３以上、ＨＲＣ５３以下であることを特徴とする等速自在継手。
2. 前記係止リングの少なくとも表層部がマルテンサイトの基地中に球状炭化物を含む組織を有する請求項１記載の等速自在継手。
3. 前記係止リングが炭素工具鋼で形成され、前記マルテンサイトの基地中の球状炭化物量が０．３〜０．６ｗｔ％である請求項２記載の等速自在継手。
4. 前記係止リングがばね鋼で形成されている請求項１記載の等速自在継手。
5. 前記係止リングが硬鋼線材で形成されている請求項１記載の等速自在継手。
6. 前記係止リングが前記ローラ又は支持リングにガタ付きなく装着されている請求項１〜５の何れかに記載の等速自在継手。
7. 他方側の前記係止手段が前記ローラ又は支持リングに一体に設けられた係止鍔である請求項１〜６の何れかに記載の等速自在継手。
8. 前記係止手段の少なくとも接触面に微小な凹部が無数にランダムに形成されている請求項１〜７の何れかに記載の等速自在継手。
9. 前記係止手段の少なくとも接触面に化成処理被膜を下地層とする固体潤滑被膜が形成されている請求項１〜８の何れかに記載の等速自在継手。
10. 前記係止手段の少なくとも接触面に常温浸硫処理が施されている請求項１〜７の何れかに記載の等速自在継手。
11. 前記係止手段の少なくとも接触面にショットピーニング処理が施されている請求項１〜７の何れかに記載の等速自在継手。
12. 前記脚軸の横断面が、継手の軸線と直交する長軸をもった略楕円形である請求項１記載の等速自在継手。

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