JP4178302B2 - トリポード型等速ジョイント - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の駆動力伝達軸部に用いられるトリポード型等速ジョイントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にトリポード型等速ジョイントにおいては、ジョイント部が交差角を有する状態で使用される場合、アウタレースの案内溝とインナレースの各トリポード軸に設けられた球面ローラとの間に相対滑り現象が生じ、これが軸方向のスラスト力を誘起し、ひいては駆動軸に振動を発生させるという問題がある。
【０００３】
このような問題を解決するものとして、各トリポード軸に入れ子状に複数のローラを設け、これによって、最も外側に配置されるローラがアウタレースの案内溝に対する姿勢を安定させて正しい転がり運動を生ずるようにし、スラスト力の発生や振動の発生等を低減するようにした構成のトリポード型等速ジョイントがある。この種の等速ジョイントにおいては、ジョイント角を有しつつトルクを伝達する場合、荷重点の移動により外側のローラにモーメントが発生し、案内溝に対して外側のローラが傾いてしまうため、スラスト力の低減にはなお改良の余地があった。
【０００４】
外側ローラの傾きを抑え、さらにスラスト力の低減を図ったものとして、例えば図７に示す特開平５−２１５１４３号公報に記載のものがある。このものは、外ローラ１０６が転動するよう案内溝内に形成されたトラック面１０２ａと、外ローラ１０６の上側面１０６ｂおよび下側面１０６ｃに平行且つトラック面１０２ａに連続して設けられた上ガイド面１０２ｂおよび下ガイド面１０２ｃとで構成されている。そして外ローラ１０６にモーメントが生じた場合には、外ローラ１０６の上側面１０６ｂまたは下側面１０６ｃと、上ガイド面１０２ｂまたは下ガイド面１０２ｃとが接触することにより、トラック面１０２ａ上を転動する外ローラ１０６の傾きを防止するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図７の等速ジョイントにおいては、前記各ガイド面１０２ｂ，１０２ｃが外ローラ１０６の上側面１０６ｂおよび下側面１０６ｃに平行に設けられているため、これらの間の接触面積が大きくなって滑り抵抗が生じ、これによりスラスト力が誘起されるという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題に鑑み、トリポード型等速ジョイントがジョイント角を大きくとった時のスラスト力の誘起を抑えることを目的とするものである。本発明の請求項１に係る発明では、内周に軸方向に複数の案内溝を有するアウタレースと、このアウタレースの内側に同軸的に配置され且つ前記各案内溝内に突出するように設けられたトリポード軸を有するインナレースと、前記各トリポード軸に回転自在に入れ子状に複数設けられたローラとから構成されるトリポード型等速ジョイントにおいて、前記各案内溝を一対の平坦なトラック面とこれに連なるテーパ状のガイド面とで形成し、前記トラック面を転動する前記ローラののうち最も外側に配置されるローラを円筒状に形成するとともにその端部に曲面状の面取り部を形成し、前記案内溝には、前記ガイド面に連なるとともに前記最も外側に配置されるローラとの間に隙間を介してトラック側面が設けられるようにした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。
図１〜図４は第１の実施の形態を示す。
図１および図２において、１はアウタレース、２はアウタレース１の内周面に軸方向に設けられた案内溝、３はアウタレース１の内側に同軸的に配置されたインナレース、４はインナレース３に設けられ案内溝２内に放射状に等角度間隔に３本突出するトリポード軸である。また、内ローラ５はニードル８を介してトリポード軸４に回転自在に支承され、この内ローラ５には外ローラ６が案内溝２内を転動可能に外嵌されている。そして、インナレース３は駆動軸７を介して図略の車輪側等速ジョイントにつながり、アウタレース１は図略のディファレンシャルギヤにつながっている。また、アウタレース１および駆動軸７の間には図略のブーツが設けられ、これにより等速ジョイント全体が密封されている。
【００１０】
ここで図２に示すように、外ローラ６は円筒状に形成されており、この外ローラ６は案内溝２内に形成された一対の平坦なトラック面２ａ上を転動する。また図２においてトラック面２ａの上下には、テーパ状の上ガイド面２ｂおよび下ガイド面２ｃがトラック面２ａに連続して形成されており、更に上ガイド面２ｂに連続してトラック面２ａに垂直なトラック側面２ｄが形成されている。
【００１１】
内ローラ５の外周面５ａおよび外ローラ６の内周面６ｄは、それぞれ凸球面および凹球面にて形成されて回転自在に嵌合している。また、円筒状の外ローラ６の端部はＲ面取り部６ｅによりＲ面取りされており、外ローラ６の上側面６ｂおよび円筒面６ａの間と、下側面６ｃおよび円筒面６ａの間とがなめらかにつながっている。
【００１２】
図２において、図略のディファレンシャルギヤにつながれたアウタレース１には時計周りの駆動力が与えられているものとして、すなわち図２中左を駆動側、右を減速側として、本実施の形態を説明していく。なお減速側においては、外ローラ６とトラック面２ａとの間にはわずかな隙間ができるようにして滑り抵抗が発生しないようにしている。
【００１３】
ここで図３は、図２における駆動側を拡大した図である。トラック面２ａは、外ローラ６の円筒面６ａの幅Ｗよりも大きく、外ローラ６の全幅Ｈよりも小さい幅Ｌを有している。そして、このトラック面２ａに約４５度の角度でテーパ状に上下ガイド面２ｂ，２ｃが連なって形成されている。
図３は、外ローラ６がトリポード軸４方向に移動して、Ｒ面取り部６ｅが上ガイド面２ｂに当接した状態を示している。この時、外ローラ６の上側面６ｂとトラック側面２ｄとの間、および、Ｒ面取り部６ｅと下ガイド面２ｃとの間にはわずかな隙間ができるようになっている。同様に外ローラ６がトリポード軸４方向に移動してＲ面取り部６ｅと下ガイド面２ｃとが当接する状態では、外ローラ６の上側面６ｂとトラック側面２ｄとの間の隙間が上記の場合よりも広がり、また、Ｒ面取り部６ｅと上ガイド面２ｂとの間にはわずかな隙間ができる。
【００１４】
上記の構成においては、Ｒ面取り部６ｅと上下ガイド面２ｂ，２ｃとの間の接触によって外ローラ６の姿勢を安定させている。しかも、Ｒ面取り部６ｅと上下ガイド面２ｂ，２ｃとの接触は点接触である（接触面積が小さい）ため、これらの間には滑り抵抗はほとんど発生しない。
次に図４において、外ローラ６に発生するモーメントを考察する。このモーメントは、ジョイント角を持ちつつ回転する状態で発生する。この時、トリポード軸４および内ローラ５はトリポード軸４方向に相対移動するため、内ローラ５にはニードル８との間に摩擦力ｆｉが作用する。このため、内ローラ５に作用するトリポード軸４方向の力を釣り合わせるべく内ローラ５と外ローラ６との接点（力の作用点）Ｐ２が移動し、この接点Ｐ２の移動に起因して外ローラ６にモーメントが発生するのである。
【００１５】
図４中、トラック面２ａと外ローラ６との間に作用する駆動力Ｆ１（＝Ｆ）の作用点Ｐ１は、簡単のため、仮想的に応力分布の重心として考える。
いま駆動力Ｆ１が外ローラ６の幅方向中心から移動量δだけ離れた作用点Ｐ１に右向きに作用したとすると、内ローラ５と外ローラ６との間には駆動力Ｆ１に等しく且つ逆向きの反作用力Ｆ２（＝Ｆ）が作用する。この反作用力Ｆ２が作用する作用点Ｐ２は、外ローラ６の内周面６ｄの中心から角度γの位置にある。（この角度γは実際にはごくわずかの角度であるが、図４では理解し易いようにかなり大きく示している。）
また、作用点Ｐ２には、トリポード軸４方向に、内ローラ５および外ローラ６の間の摩擦力ｆと、反作用Ｆ２の分力Ｆｔ（＝Ｆ・ｔａｎγ）とが作用する。（摩擦力ｆは実際には作用点Ｐ２の接線方向に作用するが、角度γが十分小さいため、トリポード軸４方向に作用するものとして考える。）
さらにトリポード軸４方向には、内ローラ５とニードル８との間の摩擦力ｆｉが作用する。なお図４中、Ｒ１は外ローラ６の円筒面６ａの半径、Ｒ２は外ローラ６の内周面６ｄの半径である。
【００１６】
ここで、駆動力Ｆ１の作用点Ｐ１が円筒面６ａの幅方向にその幅Ｗ内に位置している場合、外ローラ６は傾かないので、円筒面６ａの幅方向中心とトラック面２ａとの接点（モーメントの中心点Ｏ）回りのモーメントは釣り合っている。角度γは十分小さいので摩擦力ｆがトリポード軸４方向に作用すると考えると、
δ・Ｆ１≒（Ｒ２・ｓｉｎγ）・Ｆ２＋（Ｒ１−Ｒ２）・（ｆ−Ｆｔ）
である。Ｆ１＝Ｆ２＝Ｆであるから、
δ・Ｆ≒（Ｒ２・ｓｉｎγ）・Ｆ＋（Ｒ１−Ｒ２）・（ｆ−Ｆｔ）…式１
となる。
【００１７】
また、内ローラ５に作用するトリポード軸４方向の力を考えると、
ｆ−Ｆｔ≒ｆｉ…式２
となる。
ここで、外ローラ６と内ローラ５との間の摩擦係数をμｏ、内ローラ５とニードル８との間の摩擦係数をμｉとすると、
ｆ＝μｏ・Ｆ…式３
ｆｉ＝μｉ・Ｆ…式４
となる。また、反作用力Ｆ２の分力Ｆｔ＝Ｆ・ｔａｎγであるから、式３および式４より、
ｔａｎγ≒μｏ＋μｉ
であり、γは十分小さいので、
ｔａｎγ≒μｏ＋μｉ≒ｓｉｎγ…式５
となる。
【００１８】
式２〜式５を式１に代入することにより、駆動力Ｆ１の作用点Ｐ１の移動量δと、外ローラ６の円筒面６ａおよび内周面６ｄの半径Ｒ１およびＲ２と、摩擦係数μｏおよびμｉの関係式
δ・Ｆ≒Ｒ２・（μｏ＋μｉ）・Ｆ＋（Ｒ１−Ｒ２）・μｉ・Ｆ
∴ δ≒Ｒ２・μｏ＋Ｒ１・μｉ…式６
が得られる。
【００１９】
外ローラ６が傾かないためには、円筒面６ａの幅Ｗ内で駆動力Ｆ１の作用点Ｐ１が移動する必要があるから、
Ｗ＞２・δ≒２（Ｒ２・μｏ＋Ｒ１・μｉ）
となることが分かる。外ローラ６にはＲ面取り部６ｅがあるので、外ローラ６の全幅Ｈとの関係式は、
Ｈ＞Ｗ＞２・δ≒２（Ｒ２・μｏ＋Ｒ１・μｉ）
となる。
【００２０】
ここで、外ローラ６の円筒面６ａの直径をＤ１（＝２・Ｒ１）、内周面６ｄの直径をＤ２（＝２・Ｒ２）とすると、
Ｈ＞Ｗ＞Ｄ２・μｏ＋Ｄ１・μｉ…式７
の関係式が得られる。
つまり式７を満たすような寸法設計とすれば、中心点Ｏ回りのモーメントが釣り合うため、外ローラ６が傾かず姿勢が安定することとなる。
【００２１】
従って第１の実施の形態によれば、外ローラ６がトリポード軸４方向に移動した場合、Ｒ面取り部６ｅと上下いずれかのガイド面２ｂ，２ｃとの点接触で外ローラ６の姿勢を安定することができるため、滑り抵抗がほとんど発生せずスラスト力を低減することができる。
また式７を満たすような寸法設計とすれば、外ローラ６に発生するモーメントが釣り合うため外ローラ６は傾かず、外ローラ６の姿勢をさらに安定させてスラスト力を低減することができる。このことは、減速側で外ローラ６と上下いずれかのガイド面２ｂ，２ｃ（あるいは外ローラ６とトラック側面２ｄ）とが接触せず減速側での滑り抵抗が発生しないことにつながり、このためスラスト力がさらに低減されることとなる。
【００２２】
図５に第２の実施の形態を示す。
第２の実施の形態では、内ローラ５の内周面５ｂを断面凸円弧にて形成している点が第１の実施の形態と異なっている。
この構成によれば、内ローラ５とニードル８との間の接触面積を小さくできるため、図４における摩擦力ｆｉを小さくすることができる。これにより、反作用力Ｆ２の作用点Ｐ２の角度γを小さくすることができるため、第１の実施の形態に比べさらに外ローラ６の姿勢を安定させることが可能となる。
【００２３】
図６に第３の実施の形態を示す。
第３の実施の形態では、トリポード軸４の外周面４ａを凸球面にて形成している点が第１の実施の形態と異なっている。
この構成によれば、トリポード軸４とニードル８との間の接触面積を小さくすることができ、これらの間の摩擦力を小さくすることができる。このことは、ニードル８に作用するトリポード軸４方向の力の釣り合いを考えれば、図４における摩擦力ｆｉが小さくなることが分かる。これにより、第２の実施の形態と同様に、反作用力Ｆ２の作用点Ｐ２の角度γを小さくすることができるため、第１の実施の形態に比べさらに外ローラ６の姿勢を安定させることが可能となる。
【００２４】
以上第１〜第３の実施の形態に基づき本発明を説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち第１〜第３の実施の形態ではトリポード軸にローラを２つ入れ子状にした構成であったが、ローラは複数であればいくつでもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係るトリポード型等速ジョイントによれば、外ローラがトリポード軸方向に移動した場合、外ローラのＲ面取り部と上下いずれかのガイド面との点接触で外ローラの姿勢を安定することができるため、滑り抵抗がほとんど発生せずスラスト力を低減することができる。
【００２６】
また外ローラに発生するモーメントが釣り合うため外ローラは傾かず、外ローラの姿勢をさらに安定させてスラスト力を低減することができる。このことは、減速側で外ローラと上下いずれかのガイド面（あるいは外ローラとトラック側面）とが接触せず減速側での滑り抵抗が発生しないことにつながり、このためスラスト力がさらに低減されることとなる。
【００２７】
従ってスラスト力の誘起を抑えることができ、ひいては駆動軸の振動の発生を抑えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の横断面図である。
【図３】図２の駆動側における要部拡大図である。
【図４】図３において、それぞれに作用する力を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の横断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態の横断面図である。
【図７】従来の技術に係るトリポード型等速ジョイントの要部を拡大した横断面図である。
【符号の説明】
１ アウタレース
２ 案内溝
２ａ 案内溝２のトラック面
２ｂ 案内溝２の上ガイド面
２ｃ 案内溝２の下ガイド面
２ｄ 案内溝２のトラック側面
３ インナレース
４ トリポード軸
５ 内ローラ
６ 外ローラ
６ａ 外ローラ６の円筒面
６ｂ 外ローラ６の上側面
６ｃ 外ローラ６の下側面
６ｄ 外ローラ６の内周面
６ｅ 外ローラ６のＲ面取り部
７ 駆動軸
Ｈ 外ローラ６の全幅
Ｗ 外ローラ６の円筒面６ａの幅
Ｒ１ 外ローラ６の円筒面６ａの半径
Ｄ１ 外ローラ６の円筒面６ａの直径
Ｒ２ 外ローラ６の内周面６ｄの半径
Ｄ２ 外ローラ６の内周面６ｄの直径
Ｆ１ 駆動力
Ｆ２ 駆動力Ｆの反作用力
Ｐ１ 駆動力Ｆの作用点
Ｐ２ 反作用力Ｆ２の作用点
δ 作用点Ｐ１の移動量
γ 作用点Ｐ２の角度
ｆ 外ローラ６と内ローラ５との間の摩擦力
ｆｉ 内ローラ５とニードル８との間の摩擦力
Ｆｔ 反作用力Ｆ２のトリポード軸４方向の分力
Ｏ モーメントの中心点
μｏ 外ローラ６と内ローラ５との間の摩擦係数
μｉ 内ローラ５とニードル８との間の摩擦係数

Claims (1)

1. 内周に軸方向に複数の案内溝を有するアウタレースと、このアウタレースの内側に同軸的に配置され且つ前記各案内溝内に突出するように設けられたトリポード軸を有するインナレースと、前記各トリポード軸に回転自在に入れ子状に複数設けられたローラとから構成されるトリポード型等速ジョイントにおいて、前記各案内溝を一対の平坦なトラック面とこれに連なるテーパ状のガイド面とで形成し、前記トラック面を転動する前記ローラのうち最も外側に配置されるローラを円筒状に形成するとともにその端部に曲面状の面取り部を形成し、前記案内溝には、前記ガイド面に連なるとともに前記最も外側に配置されるローラとの間に隙間を介してトラック側面が設けられていることを特徴とするトリポード型等速ジョイント。

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