JP4015822B2 - 等速自在継手 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は等速自在継手に関し、特に、スライド式トリポード型等速自在継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、等速自在継手は駆動側と従動側の二軸を連結して当該二軸間に角度があっても等速で回転力を伝達することのできるユニバーサルジョイントの一種であって、スライド式のものは、継手のプランジングによって二軸間の相対的軸方向変位を可能にしたものであり、トリポード型は、半径方向に突出した三本の脚軸を備えたトリポード部材を一方の軸に結合し、軸方向に延びる三つのトラック溝を備えた中空円筒状の外側継手部材を他方の軸に結合し、外側継手部材のトラック溝内にトリポード部材の脚軸を収容してトルクの伝達を行うようにしたものである。
【０００３】
スライド式トリポード型等速自在継手の一例について図１４を参照して説明すると、外側継手部材１の内周面の軸方向に三本のトラック溝２を形成し、外側継手部材１内に挿入したトリポード部材４の半径方向に突設した三本の脚軸５の円柱状の外周面に複数の針状ころ６を介して回転可能に外嵌した円環状のローラ７をトラック溝２に挿入して構成される。各トラック溝２の円周方向で対向する一対のローラ案内面３は、外側継手部材１の軸線と平行な凹曲面（部分円筒面）であり、三本の脚軸５に外挿された各ローラ７の外周面は、ローラ案内面３に適合する凸曲面（部分球面）である。各ローラ７は、対応するトラック溝２のローラ案内面３に係合して脚軸５を中心に回転しながらトラック溝２に沿って外側継手部材１の軸線方向に移動可能である。
【０００４】
図１４（Ｂ）に示すように、継手が作動角θをとった状態でトルクを伝達するとき、ローラ７とローラ案内面３とは図１４（Ｃ）に示すように互いに斜交する関係となる。この場合、ローラ７は図１４（Ｂ）に矢印ｔで示す方向に転がり移動しようとするのに対して、ローラ案内面３は外側継手部材１の軸線と平行な部分円筒面であるため、ローラ７はローラ案内面３に拘束されながら移動することになる。その結果、ローラ案内面３とローラ７との相互間に滑り摩擦が発生してスライド抵抗が発生し、さらに、この滑り摩擦が軸方向に誘起スラストを発生させる。このようなスライド抵抗と誘起スラストは、車体の振動や騒音の発生原因となり、自動車のＮＶＨ｛Noize（騒音），Vibration（振動）and Harshness(粗い乗り心地)｝性能に影響を与え、車両の足回りの設計自由度を低くするため、できるだけ低減させることが望まれる。
【０００５】
このようなスライド抵抗と誘起スラストの低減を企図したスライド式トリポード型等速自在継手として、たとえば図１５に示す構造のものが知られている。すなわち、図示するように、トリポード部材４の脚軸５の外周面を真球面にして、この真球面に円筒状のリング８の円筒形内周面が摺動可能に外嵌している。リング８とローラ７とは針状ころ６を介して相対回転自在のローラ・アセンブリを構成する。針状ころ６は、リング８の円筒形外周面とローラ７の円筒形内周面との間にいわゆる総ころ状態で配置され、円環状の止め輪９で抜け止めがなされる。ローラ７は外側継手部材１のトラック溝２内に収容され、トラック溝２のローラ案内面３上を転動しながら外側継手部材１の軸方向に移動可能である。
【０００６】
脚軸５の外周面は脚軸５の軸線上に曲率中心を持つ真球面で、この曲率中心の回りをローラ・アセンブリ（７，８，９）が首振り揺動する。ローラ・アセンブリが首振り揺動自在であるため、外側継手部材１とトリポード部材４が作動角をとった状態でトルク伝達を行うとき、ローラ７は外側継手部材１の軸線と平行な姿勢を保つように外側継手部材１のローラ案内面３によって案内され、そのままの姿勢でローラ案内面３上を正しく転動する。したがって、作動角をとった状態でトルクを伝達する際の滑り摩擦が低減し、スライド抵抗と誘起スラストの発生が抑制される、というものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
自動車のエンジンから車輪にトルクを等速で伝達するためにスライド式トリポード型等速自在継手を使用することが知られている。スライド式トリポード型等速自在継手は、トリポード部材の脚軸に球面ローラを取り付けてあり、脚軸外周面と球面ローラ内周面間に転動体として針状ころが保持器なしの総ころタイプで用いられる。そして、角度をとった状態でトルクを伝達するとき、内部部品間の相互摩擦によって、回転中には誘起スラストが、また、停止状態でも強制的に軸方向に伸縮させるとスライド抵抗がそれぞれ発生する。これら誘起スラストやスライド抵抗が関与する自動車の代表的なＮＶＨ現象として、前者との関連では走行中の車体の横振れ、後者との関連ではＡＴ車における停止時Ｄレンジのアイドリング振動現象がある。
【０００８】
自動車のＮＶＨ問題は、継手の誘起スラストやスライド抵抗の大きさを小さくすることが解決のポイントである。一般に、継手の誘起スラストやスライド抵抗は作動角の大きさに依存する傾向がある。このため、自動車のドライブシャフトに適用する場合、作動角を大きくできないという設計上の制約につながる。したがって、自動車の足回り設計の自由度を高めるには、誘起スラストやスライド抵抗の低位安定化が課題であった。
【０００９】
しかし、従来のスライド式トリポード型等速自在継手では転動体が総ころタイプの針状ころであるため、回転中のころのスキュー等により、転動体面にエッジロードなど偏荷重が作用しやすい。さらには内部のすきまや精度の関係によって接触状態が安定せず、球面ローラが傾いたりしてもエッジロードが作用する。また、構造上球面ローラの端部と脚軸や止め輪との間で相対滑りも発生する。このようなスキュー、エッジロード、相対滑りといった現象が、継手内部の摩擦力の大きさを支配していると考えられる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、これら摩擦力をできるだけなくして誘起スラストやスライド抵抗の一層の低減および安定化を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、円周方向に向き合って配置されたローラ案内面を有する三つのトラック溝が形成された外側継手部材と、半径方向に突出した三つの脚軸を備えたトリポード部材と、前記トラック溝に挿入されたローラと、前記脚軸に外嵌して前記ローラを回転自在に支持するリングとを備え、前記ローラが前記ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸方向に移動可能な等速自在継手において、前記ローラが一組の環状ローラ部分からなり、かつ、前記各環状ローラ部分の内周と前記リングの外周のそれぞれに、一列のボールが転動する軌道面を形成し、この軌道面の間にボールを総玉状態で組み込んであり、前記ボールと前記軌道面とが接触角をもって接触し、かつ、前記ローラと前記ローラ案内面とがアンギュラ・コンタクトする等速自在継手である。
【００１２】
ここで、一組の環状ローラ部分からなるローラには、二つの環状ローラ部分で構成されるもののみならず、三以上の環状ローラ部分で構成されるもの、さらには隣接する環状ローラ部分間に中間体を介在させたものも含まれる。したがって、二つの環状ローラ部分で構成されるローラの場合、二つの環状ローラ部分にまたがって外側軌道面を有する。三つの環状ローラ部分で構成されるローラの場合、三つの環状ローラ部分にまたがって、あるいは両側に位置する環状ローラ部分に外側軌道面を設ける。
【００１３】
ローラが一組の環状ローラ部分からなる分割構造であるため、環状ローラ部分同士の相対回転が可能となり、すべり抵抗、転がり抵抗が減少する。すなわち、外側継手部材とトリポード部材とが作動角をとった状態でトルクを伝達するとき、ローラはローラ案内面に対して弧を描いて揺動するものもある。その際、各環状ローラ部分とローラ案内面との接触位置が脚軸の軸方向で離間していることから、各環状ローラ部分とローラ案内面との接触位置からトリポード部材の軸心までの距離が相違し、両環状ローラ部分の周速度が互いに異なる。周速度が相違する結果、環状ローラ部分の角度位置のずれが生じ得るところ、環状ローラ部分同士の相対回転が可能であるため、上記角度位置のずれが環状ローラ部分の相対回転によって吸収される。したがって、ローラがローラ案内面上を弧状に揺動する際のすべり抵抗、転がり抵抗が減少する。また、ローラを分割構造としたことによって、ボールの組込みが容易となり、入れ溝を設ける必要もない。
【００１４】
トリポード部材と外側継手部材との間に介在するローラを、スキュー等の問題がなく常に円滑に低摩擦回転をするボールで支持するようにしたので、外側継手部材のトラック溝内をローラがローラ案内面に沿って転動するとき、低摩擦、低抵抗の転動が実現する。したがって、ローラがトラック溝内を外側継手部材の軸方向にスライドする際のスライド抵抗、延いては外側継手部材とトリポード部材が作動角をとった状態でトルクを伝達するときに発生していた誘起スラストが一層低減し、騒音や振動の少ない高性能なスライド式トリポード型等速自在継手が提供できる。
【００１５】
さらに、ローラをボールで支持させることにより、針状ころの場合に比べてモーメント荷重に対する負荷容量が増し、耐久性も向上する。また、環状ローラ部分が同期回転しやすくなると考えられる。
ボールと軌道面とが接触角をもって接触することによって剛性が高まるため、負荷容量のアップ、耐久性の向上に役立つ。
ローラとローラ案内面とがアンギュラ・コンタクトをなすことにより、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を例示するならば、ローラの外周面の母線を凸円弧とし、かつ、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。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の等速自在継手において、前記一組の環状ローラ部分は、前記脚軸の軸方向に当接していることを特徴とするものである。
【００１７】
このように、前記一組の環状ローラ部分が、前記脚軸の軸方向に当接していると、一組の環状ローラ部分が一体となって継手の軸方向およびローラ案内面を移動する。もちろん、環状ローラ部分は当接しているだけであるから、相対回転が可能なことは既述のとおりである。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１に記載の等速自在継手において、前記一組の環状ローラ部分は、前記脚軸の軸方向にすきまを有していることを特徴とするものである。
【００１９】
このように、前記一組の環状ローラ部分が、前記脚軸の軸方向にすきまを有していると、環状ローラ部分相互間、あるいは環状ローラ部分と外側継手部材のローラ案内面との間に寸法公差の範囲内で寸法ばらつきが存在していても、両者の良好な当たりを確保でき、ローラ・アセンブリが継手の軸方向およびローラ案内面を円滑に移動することができる。また、一組の環状ローラ部分相互間のすきまを介して潤滑剤が流れやすくなり、その結果、ローラとローラ案内面との間の潤滑性能が向上して摩擦抵抗が減少し、発熱、摩耗、フレーキング、凝着などが抑制され、等速自在継手の耐久性向上につながる。
【００２０】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の等速自在継手において、前記リングの内周面が凸円弧状断面を有し、前記脚軸の外周面が、継手の軸線と直交する方向で前記リングの内周面と接触するとともに継手の軸線方向で前記リングの内周面との間にすきまを形成する断面形状を有することを特徴とする。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前記リングの内周面と接触するとともに継手の軸線方向で前記リングの内周面との間にすきまを形成する断面形状」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楕円形が挙げられる（請求項５）。ここで、楕円形とは、字義どおりの楕円に限らず、一般に卵形、小判形等と称される形状を含むものとする。
【００２１】
脚軸の横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・ア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、図３と図１５（Ｃ）を対比すれば明らかなように、脚軸の外周面とリングとの接触楕円が横長から点に近づくため、ローラ・アセンブリ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・アセンブリ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。さらに、脚軸の根元部の断面係数が増加することによる脚軸の曲げ強度が向上するという利点もある。なお、リングの内周面は全長にわたって円筒形である必要はなく、脚軸と接触する中央部分のみ円筒形とし、両端部は脚軸が傾いたとき干渉を避けるための逃げ部を形成してもよい。
【００２２】
ローラ・アセンブリ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。
【００２３】
しかも、リングを傾かせることなく脚軸が傾くことができるため、ローラが傾くことなく円滑にローラ案内面を転動することができる。したがって、ローラの傾きを規制する目的で外側継手部材のトラック溝に設けることのある鍔を省略することができる。鍔を省略することにより、外側継手部材の軽量化、加工の簡素化が図れるばかりでなく、ローラと鍔との滑り接触を原因とするスライド抵抗が皆無となる結果、スライド抵抗の一層の減少と誘起スラストの低減が達成される。
【００２４】
本発明は、上述のように脚軸の横断面を略楕円形状としたものに限らず、たとえば次のような構成のものにも適用可能である。すなわち、請求項６の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の等速自在継手において、前記リングの内周面が円筒状で、前記脚軸の外周面が球状であることを特徴とする。請求項７の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の等速自在継手において、前記リングの凹球状内周面と、前記脚軸の円筒状外周面との間に、外周面が凸球面状で内周面が円筒状のブッシュが介在していることを特徴とする。請求項８の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の等速自在継手において、前記ローラの外周面の縦断面が凸円弧形状で、前記ローラ案内面の横断面が凹円弧形状であることを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に例示した本発明の実施の形態を説明する。ここで、図１（Ａ）は一部を断面にした継手の端面図であり、図１（Ｂ）はローラ部分の合わせ面を含む脚軸に垂直な断面を示す。図２（Ａ）は作動角θをとった状態の継手の縦断面を示す。図示するように、等速自在継手は外側継手部材１０とトリポード部材２０とを有し、連結すべき二軸の一方が外側継手部材１０と接続され、他方がトリポード部材２０と接続される。
【００２８】
外側継手部材１０は有底筒状で、図１（Ａ）および図２（Ａ）に示されるように、内周に軸方向に延びる三本のトラック溝１２を有する。各トラック溝１２の円周方向で向き合った側壁にローラ案内面１４が形成されている。トリポード部材２０は半径方向に突出した三本の脚軸２２を有し、各脚軸２２にローラ・アセンブリ３０（３２，３４，３６）が担持されている。このローラ・アセンブリ３０が外側継手部材１０のトラック溝１２内に収容される。
【００２９】
この実施の形態では、脚軸２２の外周面は、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り、縦断面｛図２（Ａ）｝で見ると脚軸２２の軸線と平行なストレート形状である。言い換えれば、横断面は脚軸２２の軸方向のあらゆる位置で合同になっている。脚軸２２の楕円形状は、トリポード部材２０の軸方向で見た肉厚を減少させて略円弧状としてある。言い換えれば、脚軸２２の横断面形状は、トリポード部材２０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。
【００３０】
ローラ・アセンブリ３０は、リング３２とローラ３４とボール３６を含んでいる。脚軸２２に外嵌したリング３２は、図３に示すように、内周面の縦断面が凸円弧形状となった円環状で、外周に内側軌道面３３を備えている。そして、リング３２の内周面３２ａにおける軸方向の両側に逃げ部３２ｂが施してある。ローラ３４はここでは二分割構造で、軸線に垂直な面で接した一対の環状ローラ部分３４ａ，３４ｂで構成されている。各環状ローラ部分３４ａ，３４ｂの外周面は、軸線から半径方向に離れた位置にある点を曲率中心とする球面の一部、すなわち部分球面である。各環状ローラ部分３４ａ，３４ｂは内周にそれぞれ略１／４凹球面状の外側軌道面３５ａ，３５ｂを備えている。リング３２とローラ３４とは複数のボール３６を介してユニット化され、相対回転可能なローラ・アセンブリ３０を構成している。すなわち、リング３２の外周の内側軌道面３３と、各ローラ部分３４ａ，３４ｂの内周の外側軌道面３５ａ，３５ｂとの間にボール３６が転動自在に介在する。図１（Ｂ）に示されるように、ボール３６は、できるだけ多くのボールを入れた、保持器のない、いわゆる総玉状態で組み込まれている。ローラ３４が二分割構造であるため、入れ溝その他の特別な工夫を要することなく、容易にボール３６を組み込むことができる。
【００３１】
ローラ・アセンブリ３０（３２，３４，３６）を脚軸２２に担持させた状態で外側継手部材１０のトラック溝１２に収容させる。一旦トラック溝１２に収容されると、ローラ・アセンブリ３０はローラ案内面１４と相俟ってばらけることなくユニットを保持する。しかしながら、トラック溝１２に収容させるまでの間、あるいは、保守・点検等に際し継手を分解してローラ・アセンブリ３０をトラック溝１２から取り出すとき、ローラ・アセンブリ３０がばらけないようにするのが好ましい。その目的で図４に示すように、リング３２の端部外周面に環状溝３２’を形成して止め輪３８を装着し、環状ローラ部分３４ａ，３４ｂを幅方向に固定するようにしてある。このようにすることによって、ローラ・アセンブリ３０のユニット・ハンドリングが可能となり、取り扱いが容易となる。
【００３２】
ローラ３４の外周面と接する外側継手部材１０のローラ案内面１４は、ローラ３４の外周面と適合する断面形状を有している。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の外周面の母線に対応する円弧とすることもできる。また、ローラ案内面１４とローラ３４とが後述するようにアンギュラ・コンタクトをなすようにすることもできる。さらに、ローラ３４（環状ローラ部分３４ａ，３４ｂ）内周の軌道面３５ａ，３５ｂとボール３６との接触、およびボール３６とリング３２外周の軌道面３３との接触に、後述するように接触角をもたせることができる。
【００３３】
図４は、ローラ案内面１４とローラ３４との接触部、ローラ３４とボール３６の軌道面との接触部およびボール３６とリング３２の軌道面３３との接触部の要部拡大断面を示す。凹円筒断面形状のローラ案内面１４と凸円弧断面形状のローラ３４（環状ローラ部分３４ａ．３４ｂ）外周との接触は面接触状である。これに対し、ローラ３４（環状ローラ部分３４ａ．３４ｂ）の内周の軌道面３５ａ，３５ｂの曲率半径は、ボール３６の半径よりも大きく設定されており、軌道面３５ａ，３５ｂとボール３６とが接触角をもって接触している。また、リング３２の軌道面３３の曲率半径がボール３６の半径よりも大きい複合曲線で形成されており、ボール３６とリング３２の軌道面３３とが接触角をもって接触している。このような構成とすることによって、剛性が高まるため、負荷容量のアップ、耐久性の向上に役立つ。
【００３４】
また、図５は、ローラ案内面１４とローラ３４とがアンギュラ・コンタクトする場合の一例を示す要部拡大断面図であり、ローラ案内面１４ａがゴシック・アーチ状断面形状に形成されているのに対して、ローラ３４（環状ローラ部分３４ａ，３４ｂ）の外周面が凸円弧断面状に形成されている。このように構成することによって、ローラ案内面１４とローラ３４（環状ローラ部分３４ａ，３４ｂ）の外周面とが、アンギュラ・コンタクトしている。このように、ローラ案内面１４とローラ３４（環状ローラ部分３４ａ，３４ｂ）の外周面とが、アンギュラ・コンタクトをなすことによって、ローラ３４が振れにくくなってその姿勢が安定するため、ローラ３４が外側継手部材１０の軸方向に移動する際に、ローラ案内面１４上をより少ない抵抗で円滑に転動する。なお、図示は省略するが、ローラ案内面１４の断面形状をテーパ形状としても、同様にローラ案内面１４とローラ３４（環状ローラ部分３４ａ，３４ｂ）の外周面とが、アンギュラ・コンタクトをもって接触するようになすことができる。
【００３５】
ボール３６と環状ローラ部分３４ａ，３４ｂとの当たり点の離間距離が、ローラ部分３４ａ，３４ｂとローラ案内面１４との当たり点の離間距離よりも長い場合、外側継手部材１０と脚軸２２との間でトルクを伝達するとき、図１（Ａ）で下に現われている環状ローラ部分３４ａは反時計方向の、上に現われている環状ローラ部分３４ｂは時計方向の、モーメント荷重の作用を受けて相互に突っ張り合うこととなる。一方、ボール３６と環状ローラ部分３４ａ，３４ｂとの当たり点の離間距離が、環状ローラ部分３４ａ，３４ｂとローラ案内面１４との当たり点の離間距離よりも短い場合、外側継手部材１０と脚軸２２との間でトルクを伝達するとき、図１（Ａ）で下に現われている環状ローラ部分３４ａは時計方向の、上に現われている環状ローラ部分３４ｂは反時計方向の、モーメント荷重の作用を受けて相互に突っ張り合うこととなる。いずれにしても、環状ローラ部分３４ａ，３４ｂどうしが突っ張り合うことでローラ・アセンブリ３０の一体性を維持する上で有利に働く。
【００３６】
図３に示されるように、リング３２の内周面は円弧状凸断面を有する。すなわち、内周面の母線が半径Ｒの凸円弧である。このことと、脚軸２２の縦断面形状が上述のように略楕円形状であり、脚軸２２とリング３２との間には所定のすきまが設けてあることから、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に対して首振り揺動自在である。また、上述のとおりリング３２とローラ３４はボール３６を介して相対回転自在にユニット化されているため、脚軸２２に対し、リング３２とローラ３４がユニットとして首振り揺動可能な関係にある。ここで、「首振り」とは、脚軸２２の軸線を含む平面内で、脚軸２２の軸線に対してリング３２およびローラ３４の軸線が傾くことをいう｛図２（Ａ）参照｝。
【００３７】
リング３２の内周面をほぼ全長にわたって凸円弧とすることも可能であるが、ここでは、リング３２の内周面の母線は、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。逃げ部３２ｂは、図２（Ａ）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。
【００３８】
トリポード型等速自在継手では、機構上、外側継手部材１０が一回転するときトリポード部材２０は外側継手部材１０の中心に対して三回振れ回る。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、三本の脚軸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、同図の上側に現われている垂直な脚軸２２を基本として考えると、他の二本の脚軸２２は、二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。この傾きがリング３２の内周面の曲率によって無理なく許容されるため、脚軸２２とリング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の三本の脚軸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。
【００３９】
図１５に示した従来の継手の場合、脚軸５の外周面が全周にわたってリング８の内周面と接するため、接触楕円が図１５（Ｃ）に破線で示すように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１に対して脚軸５が傾くとき、脚軸５の動きに伴ってリング８を、ひいてはローラ７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の横断面が楕円形で、リング３２の内周面が円筒形であることから、両者の接触楕円は図３に二点鎖線で示すように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、作動角をとった状態でトルクを伝達する際、ローラ・アセンブリ３０（３２，３４，３６）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】
さらに、図１５の従来の継手では、ローラ７の傾きを規制する目的で、トラック溝２の奥側つまり外側継手部材１の横断面で見て大径側に、ローラ７の端面と対向した鍔を形成してある。しかしながら、上の各実施の形態ならびに以下に述べる実施の形態、さらには後述する実施例にあっては、ローラ３４を傾かせる要因が低減されているため、必ずしもそのような鍔を設ける必要はなく、鍔を省略することができる。その結果、ローラ３４が何らかの原因で一時的に振れたとしても鍔に接触して滑り摩擦を発生させるといった心配が皆無となる。
【００４１】
図１の実施の形態を実施するにあたっては、図１（Ｂ）に示されるように、横断面が楕円形の脚軸２２と円環状のリング３２とが接触してトルクを伝達することから、両者間の接触部における面圧の緩和を図る必要がある。以下、そのための具体的な実施例について説明する。なお、図９（Ｂ）ないし図１２においては、紙面の上下方向がトルク伝達方向，すなわち負荷側であり、紙面の左右方向が非負荷側となる。
【００４２】
継手が作動角θをとった状態でトルクを伝達するとき、図２（Ａ）および図９（Ａ）に示すように、脚軸２２はリング３２に対して作動角θの範囲内で往復揺動する。このとき、非負荷側については、脚軸２２とリング３２の間に比較的大きなすきまが存在するため、脚軸２２がリング３２と干渉することなく揺動することができる。しかしながら、負荷側については、作動角θが大きくなって脚軸２２の傾きが大きくなるにつれて図９（Ｂ）に二点鎖線で示されているように脚軸２２の見かけの曲率が大きくなり、リング３２の内径よりも大きな曲率になると脚軸２２とリング３２とが二点当たりとなるに至る。すると、それ以後は脚軸２２のみが自由に傾くことはできず、リング３２を、ひいてはローラ・アセンブリ３０（３２，３４，３６）を傾かせることとなる。したがって、所定の角度範囲内では、脚軸２２のみがリング３２と干渉することなく傾くことができるように、脚軸２２の横断面形状、とりわけ負荷側の形状を決定する。
【００４３】
具体的には、最大作動角θｍａｘを２５°としたとき、図１０に示すように、脚軸２２の楕円形横断面の長軸半径ａと短軸半径ｂならびにリング３２の内周面の曲率半径Ｒ（図３参照）を次のように設定すると、継手が最大作動角θｍａｘをとってもリング３２が傾かないようにするとともに、脚軸２２とリング３２との間の接触楕円を作動角０°の時に円に近づける（最小楕円）ことができる。
ｂ／ａ＝０．８４１
Ｒ＝１．３６９ａ
曲率半径Ｒの推奨範囲を０．５Ｒ〜１．５Ｒすなわち０．６８４ａ〜２．０５３ａとするならば、そのときの楕円度ｂ／ａは０．８３６〜０．６４７となる。
【００４４】
上述の設定では、しかしながら、形状的には可能であるが自動車実使用になると脚軸２２／リング３２間の面圧が高すぎる懸念がある。そのため、自動車用途における常用作動角域で低振動を求められるのであれば、ローラ・アセンブリ３０（３２，３４，３６）が傾かない程度まで作動角θを下げれば面圧も下がり、実使用可能となる。たとえば、常用作動角θを１０°を超え２０°未満の範囲とするならば、リング内周面の曲率半径Ｒおよび楕円度ｂ／ａの最適値および推奨範囲は表１に示すとおりとなる。
【００４５】
【表１】

【００４６】
既述のとおり、脚軸２２の楕円形横断面の楕円度ｂ／ａが小さいほど、より大きな作動角θをとってもローラ・アセンブリ３０（３２，３４，３６）を傾かせることなく脚軸２２が傾くことができるが、その反面、接触部の面圧が上がり、脚軸２２の強度も下がる。そこで、図１１に示す実施例は、脚軸２２の横断面形状を、リング３２と接触する領域，すなわち接触領域βについてだけ楕円度ｂ ₁ ／ａ ₁ を大きくし、他の非接触領域（１８０°−β）については、最大作動角θｍａｘで干渉しない程度の楕円度ｂ ₂ ／ａ ₂ とした複合楕円形状としたものである。例えば、常用作動角θを１５°とし、リング３２の内周面の曲率半径Ｒを２．８９８ａとした場合、接触領域の楕円度ｂ ₁ ／ａ ₁ を０．８５９とし、非接触領域の楕円度ｂ ₂ ／ａ ₂ を０．６３５とする。なお、図１１では図の下側にのみ接触領域βの表示をしてあるが、脚軸２２の横断面は対称形であるため図の上側にも接触領域が存在することは言うまでもない。
【００４７】
また、図１２に示す実施例は、上記接触領域βを単一楕円で構成するのではなく、楕円度（ｂ／ａ）を連続的に変化させたものである。例えば、上記と同様に常用作動角θを１５°とし、リング３２の内周面の曲率半径Ｒを２．８９８ａとした場合、接触領域では、長軸と交わる位置の楕円度を１．０とし、その位置から離れるにつれて楕円度を徐々に下げていき、非接触領域では楕円度を０．６３５とする。あるいは、接触領域、非接触領域に関係なく長軸側から短軸側に楕円度を１．０から０．６３５まで徐々に下げた形状としてもよい。図１２は、接触領域の長軸と交わる位置では楕円度を１．０とし、その位置から離れるに従って、たとえば図示するように所定の角度ごとに、曲率半径を漸減させる場合を例示している。
【００４８】
図６ないし図８、図１３は別の実施の形態に係る等速自在継手を示す。図６の等速自在継手は、ボール１３６を介して相対回転自在のリング１３２と、一組の環状ローラ部分１３４ａ，１３４ｂからなるローラ１３４とで、ローラ・アセンブリ１３０が構成され、リング１３２の円筒形内周面がトリポード部材１２０の脚軸１２２の球形外周面に外嵌している。脚軸１２２の軸線に対して垂直な断面で見て、脚軸１２２の外周面の曲率半径とリング１３２の内周面の曲率半径を異ならせることにより、両者間にすきまが形成されて摺動面間に潤滑剤が流れやすくなる。その結果、潤滑性能が向上して摩擦抵抗が減少し、摺動面の発熱、摩耗、フレーキング、凝着などが抑制され、等速自在継手の耐久性向上につながる。なお、リング１３２の端部外周面に環状溝１３２’を設けて、この環状溝１３２’に止め輪１３８を装着し、環状ローラ部分１３４ａ，１３４ｂを幅方向に固定するようにしてある。このようにすることによって、ローラ・アセンブリ１３０のユニット・ハンドリングが可能となり、取扱いが容易となる。
【００４９】
図７の等速自在継手は、ボール２３６を介して相対回転自在のリング２３２と、一組の環状ローラ部分２３４ａ，２３４ｂからなるローラ２３４とで、ローラ・アセンブリ２３０が構成され、リング２３２の凹球状内周面とトリポード部材２２０の脚軸２２２の円柱状外周面との間に、外周面が凸球面状で内周面が円筒状のブッシュ２００を介在させてある。なおこの実施の形態では、リング２３２の一方端部外周面に鍔２３２ａを一体に形成するとともに、他端部外周面に環状溝２３２’を形成して、ローラ２３４の一方端部側（図示上側）に止め輪２３８を当接し、前記環状溝２３２’にストッパ部材２３９を装着して、鍔２３２ａと前記止め輪２３８およびストッパ部材２３９とで、ローラ２３４を保持するようにしている。このような構成によれば、ローラ・アセンブリ２３０のユニット化が容易に行える。
【００５０】
図８の等速自在継手では、ボール３３６を介して相対回転自在のリング３３２と、一組の環状ローラ部分３３４ａ，３３４ｂからなるローラ３３４とで、ローラ・アセンブリ３３０が構成され、脚軸３２２の円柱形外周面に摺動可能にリング３３２が外嵌している。この場合、他の実施の形態と異なり、ローラ・アセンブリ３３０は脚軸３２２の軸方向に移動できるのみで、いわゆる首振り運動は行わない。なお、この実施の形態では、ローラ３３４の両側に止め輪３３８を配置し、この止め輪３３８をリング３３２の端部外周面に形成した環状溝３３２’に装着したストッパ部材３３９によって保持するようにしている。
【００５１】
図１３の等速自在継手では、ボール４３６を介して相対回転自在のリング４３２と、一組の環状ローラ部分４３４ａ，４３４ｂからなるローラ４３４とで、ローラ・アセンブリ４３０が構成され、脚軸４２２の円柱形外周面に摺動可能にリング４３２が外嵌している。この場合、前記一組の環状ローラ部分４３４ａ，４３４ｂは、トリポード部材４２０の脚軸４２２の軸方向にすきまｇを有している。このように、一組の環状ローラ部分４３４ａ，４３４ｂが、脚軸４２２の軸方向にすきまｇを有していると、このすきまｇを介して潤滑剤が流れやすくなって、その結果、潤滑性能が向上して摩擦抵抗が減少し、発熱、摩耗、フレーキング、凝着などが抑制され、等速自在継手の耐久性向上につながる。しかも、一組の環状ローラ部分４３４ａ，４３４ｂが相互に独立して回転傾斜可能になり、特に、継手が作動角をとる際に、円滑な動作が得られる。なお、このような一組の環状ローラ部分４３４ａ，４３４ｂが脚軸４２２の軸方向にすきまｇを有する構成は、これまでに述べた図１ないし図８の各実施の形態において採用されてもよい。また、この実施の形態では、リング４３２の一方端部に鍔４３２ａを一体に形成するとともに、他方端部外周面に環状溝４３２’を形成し、この環状溝４３２’に止め輪４３８を装着して、鍔４３２ａと止め輪４３８とで、ローラ４３４を保持するようにしている。さらに、この実施形態では、ローラ案内面１４とローラ４３４とがアンギュラ・コンタクトをなし、ローラ４３４（環状部分ローラ４３４ａ，４３４ｂ）の軌道面４３５ａ，４３５ｂとボール４３６との接触、ボール４３６とリング４３２の軌道面４３３との接触が、接触角を有する場合を示している。このようなローラ案内面１４とローラ４３４とのアンギュラ・コンタクトについては、図５で説明したと同様であり、また、ローラ４３４とボール４３６およびボール４３６とリング４３２の軌道面４３３とが接触角を有する点については、図４で説明したと同様である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は、円周方向に向き合って配置されたローラ案内面を有する三つのトラック溝が形成された外側継手部材と、半径方向に突出した三つの脚軸を備えたトリポード部材と、前記トラック溝に挿入されたローラと、前記脚軸に外嵌して前記ローラを回転自在に支持するリングとを備え、前記ローラが前記ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸方向に移動可能な等速自在継手において、前記ローラが一組の環状ローラ部分からなり、かつ、前記各環状ローラ部分の内周に形成した外側軌道面と前記リングの外周に形成した内側軌道面との間にボールを介在させたものであるため、スキュー等の問題がなく常に円滑に低摩擦回転をするボールでローラが支持され、外側継手部材のトラック溝内をローラがローラ案内面に沿って転動するとき、低摩擦、低抵抗の転動が実現する。したがって、ローラがトラック溝内を外側継手部材の軸方向にスライドする際のスライド抵抗、ひいては外側継手部材とトリポード部材が作動角をとった状態でトルクを伝達するときに発生していた誘起スラストが一層低減し、振動や騒音の少ない高性能なスライド式トリポード型等速自在継手が提供できる。
【００５３】
内周面が凸円弧状断面を有するリングを、継手の軸線と直交する方向で前記リングの内周面と接触するとともに継手の軸線方向で前記リングの内周面との間にすきまを形成する断面形状を有する脚軸の外周面に外嵌させることにより、継手が作動角をとったとき、ローラ・ア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、脚軸の外周面とリングとの接触楕円が横長から点に近づくため、ローラ・アセンブリ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・アセンブリ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。さらに、脚軸の根元部の断面係数が増加することによる脚軸の曲げ強度が向上するという利点もある。
【００５４】
本発明の等速自在継手は、特に自動車のドライブシャフト用に適用すれば、スライド抵抗や誘起スラストの大きさが関与する自動車のＮＶＨ性能の改善に寄与し得、車両足回り設計の自由度も高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の実施の形態に係る等速自在継手の一部を断面にした端面図、
（Ｂ）は脚軸に垂直な断面図である。
【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、（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】図１の等速自在継手におけるリングの拡大断面図である。
【図４】ローラとボール、およびボールとリングとが接触角を有する実施形態の等速自在継手の要部断面図である。
【図５】ローラとローラ案内面とがアンギュラ・コンタクトをなす他の実施形態の等速自在継手の要部断面図である。
【図６】さらに他の実施の形態を示す等速自在継手の要部断面図である。
【図７】他の実施の形態を示す等速自在継手の要部断面図である。
【図８】さらに他の実施の形態を示す等速自在継手の要部断面図である。
【図９】（Ａ）はローラ・アセンブリとトリポード部材の断面図、
（Ｂ）は図９（Ａ）におけるローラ・アセンブリの平面図である。
【図１０】等速自在継手が作動角をとった場合に対応する実施例を説明するための脚軸の横断面図である。
【図１１】等速自在継手が作動角をとった場合に対応する他の実施例を説明するための脚軸の横断面図である。
【図１２】等速自在継手が作動角をとった場合に対応するさらに他の実施例を説明するための脚軸の横断面図である。
【図１３】本発明の環状ローラ部分が脚軸の軸方向にすきまを有する他の実施の形態に係る等速自在継手の要部断面図である。
【図１４】（Ａ）は従来の等速自在継手の横断面図、
（Ｂ）は縦断面図、
（Ｃ）はローラとローラ案内面との相互関係を示す模式的斜視図である。
【図１５】（Ａ）は他の従来の等速自在継手の横断面図、
（Ｂ）は脚軸に垂直な断面図、
（Ｃ）は接触楕円を説明するためのリングの断面図である。
【符号の説明】
１０ 外側継手部材
１２ トラック溝
１４、１４ａ ローラ案内面
２０、１２０、２２０，３２０、４２０ トリポード部材
２２、１２２、２２２、３２２、４２２ 脚軸
ａ 長軸半径
ｂ 短軸半径
Ｒ 曲率半径
３０、１３０、２３０、３３０、４３０ ローラ・アセンブリ
３２、１３２、２３２、３３２、４３２ リング
３２ａ 円弧部
３２ｂ 逃げ部
３２’、１３２’、２３２’、３３２’、４３２’ 環状溝
３３ 軌道面
３４ ローラ
３４ａ、３４ｂ、１３４ａ、１３４ｂ、２３４ａ、２３４ｂ、３３４ａ、３３４ｂ、４３４ａ、４３４ｂ 環状ローラ部分
３５ａ、３５ｂ、１３５ａ、１３５ｂ、２３５ａ、２３５ｂ、３３５ａ、３３５ｂ、４３５ａ、４３５ｂ 軌道面
３６ ボール
３８、１３８、２３８、３３８、４３８ 止め輪
２３９、３３９ ストッパ部材
２３２ａ、４３２ａ 鍔部
ｇ すきま

Claims (8)

1. 円周方向に向き合って配置されたローラ案内面を有する三つのトラック溝が形成された外側継手部材と、半径方向に突出した三つの脚軸を備えたトリポード部材と、前記トラック溝に挿入されたローラと、前記脚軸に外嵌して前記ローラを回転自在に支持するリングとを備え、前記ローラが前記ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸方向に移動可能な等速自在継手において、
   前記ローラが一組の環状ローラ部分からなり、かつ、前記各環状ローラ部分の内周と前記リングの外周のそれぞれに、一列のボールが転動する軌道面を形成し、この軌道面の間にボールを総玉状態で組み込んであり、
   前記ボールと前記軌道面とが接触角をもって接触し、かつ、前記ローラと前記ローラ案内面とがアンギュラ・コンタクトする
   ことを特徴とする等速自在継手。
2. 前記一組の環状ローラ部分は、前記脚軸の軸方向に当接していることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
3. 前記一組の環状ローラ部分は、前記脚軸の軸方向にすきまを有することを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
4. 前記リングの内周面が凸円弧状断面を有し、前記脚軸の外周面が、継手の軸線と直交する方向で前記リングの内周面と接触するとともに継手の軸線方向で前記リングの内周面との間にすきまを形成する断面形状を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の等速自在継手。
5. 前記脚軸の横断面が、継手の軸線と直交する方向を長軸とする楕円形状で、長軸半径をａ、短軸半径をｂとしたとき、ｂ／ａが０．５０〜０．９５であることを特徴とする請求項４に記載の等速自在継手。
6. 前記リングの内周面が円筒状で、前記脚軸の外周面が球状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の等速自在継手。
7. 前記リングの凹球状内周面と、前記脚軸の円筒状外周面との間に、外周面が凸球面状で内周面が円筒状のスリーブが介在していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の等速自在継手。
8. 前記ローラの外周面の縦断面が凸円弧形状で、前記ローラ案内面の横断面が凹円弧形状であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の等速自在継手。

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