JP4198995B2 - 等速ジョイントおよびその機械伝達部材 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に定義されるタイプの等速伝達ジョイントに関する。
【０００２】
本発明は特に、自動車の変速装置の等速ジョイントに適用される。
【０００３】
以下の文章において、「軸方向」および「半径方向」という用語は、当該アームの軸に関して用いられる。同様に、「内側」および「外側」という用語は、偏角ゼロで曲げられたジョイントのアームの軸と一致する外部ローラの回転軸に関して用いられる。
【０００４】
かかるジョイントの分野では、雄型要素の各アームは、アームの軸に沿った往復並進において、対応する対のトラックに対して移動することが知られている。それらの移動は、ジョイントの構造形状のために不可避である。それらの移動は、ジョイントによって互いに連結される２軸間に偏角が存在する場合にジョイントが作動する方法に起因し、また、ジョイントの回転頻度の３倍の頻度で雄型要素の中心が行う軌道運動に存在する「オフセット」現象から生じる。
【０００５】
トルク伝達時に、摩擦によって上記移動から駆動力の軸方向成分が発生し、一般に外側表面が円環面である各外部ローラに加わる往復傾斜力（reciprocating tilting force）を生じる。この傾斜力は外部ローラを、それが転動するトラックとの接触点付近で振動させる傾向がある。するとローラの外側表面の、圧力を印加している部分とは全く反対の部分が、ローラが圧力を印加していないトラックの表面と相対的に強く振動するため、ジョイントの伝達効率が低減してしまう。
【０００６】
上記振動はまた、使用者にとって不快な高レベルの騒音を発生する。また、当該振動は、ローラとの振動接触を受けやすいトラックの領域の表面硬度が適切な表面処理により強化されることを必要とする。この表面処理は、雌型要素の形状のために多くの場合複雑である。最終的には、上記振動は、トラックの端部で外部ローラが動かなくなる危険を冒す。
【０００７】
本発明の目的は、シンプルな手段により外部ローラの振動運動を防止し、それによって、ローラに顕著な安定性を与える上述のタイプの等速伝達ジョイントを提供することである。
【０００８】
本発明によれば、上記目的は、上に明記した、請求項１の特徴を備えるタイプの等速伝達ジョイントによって達成される。
【０００９】
本発明の様々な実施形態において、ジョイントは、単独で、または技術的に実現可能なあらゆる組み合わせで考慮した請求項２ないし１０の１つまたは複数の特徴をさらに備え得る。
【００１０】
本発明はまた、上に定義したような等速伝達ジョイントの伝達部材を提供する。
【００１１】
本発明は、全くの例示目的で記載する、図面を参照して行う以下の説明を読むことでより適切に理解されるであろう。
【００１２】
図１は、基本的に以下の部品を備える、本発明の第１の実施形態におけるトリポード型等速ジョイント１の部分を示す。
【００１３】
まず、ジョイント１は、図１の紙面に対して直角である中心軸Ｘ−Ｘについて三方が対称である雄型スパイダ要素すなわち「トリポード」１０を備える。この要素は、ハブ１２と、１２０°の角度を成して離間した３つのラジアルアーム１４（１つのみ図示）とを含む。各アーム１４の末端部分は、アームの軸Ｙ−Ｙを中心とする球状のトラニオン１６を形成する。トリポード１０は、第１の軸１８に固定される。
【００１４】
次に、ジョイント１は、中心軸Ｘ’−Ｘ’について三方が対称である雌型レース要素すなわち「チューリップ」２０を備え、前記軸Ｘ’−Ｘ’は、図示のジョイントが一直線または整合位置にある場合に軸Ｘ−Ｘと一致する。チューリップは、各アーム１４の両側に２つの対向トラック２２および２３を提供する。チューリップは、第２の軸（不図示）に固定される。
【００１５】
最後に、各アーム１４について、ジョイント１は、対のトラック２２、２３によって、軸方向に保持された機械伝達部材３０を有する。この機械伝達部材３０は、一方または他方のトラック２２、２３上で転動する外部ローラ３２と、外部ローラ３２の内側に配置される内部リング３４と、内部リング３４および外部ローラ３２を互いに連結する連結手段３６とを備える。ローラ３２は、図１において軸Ｙ−Ｙと一致する回転軸Ｚ−Ｚを示す。
【００１６】
３つの機械伝達部材３０は同一であり、また、トリポード１０およびチューリップ２０は三方対称（three-way symmetry）であるので、図１に示すジョイント１の一部のみを詳細に説明する。
【００１７】
機械伝達部材３０は、アーム１４の軸Ｙ−Ｙを中心とする旋回および可動接続を確立し、ここで、内部リング３４の内側表面と、トラニオン１６の外側表面との接触を維持する。よって、内部リング３４は、アーム１４の周りで回転、傾斜、および摺動する。
【００１８】
伝達部材３０はまた、対のトラック２２、２３の長手方向に、すなわち図１の紙面に対して垂直な方向に移動することができる。
【００１９】
経線片側断面（meridian half-section）において、たとえば、図１における軸Ｚ−Ｚに関して左側の半平面において、外部ローラ３２は、２つの凸状円弧３２Ａ、３２Ｂを有する外側形状を呈し、対応するトラック２２は、ローラ３２の外側形状の凸状弧３２Ａ、３２Ｂにほぼ相補的な２つの凹状円弧２２Ａ、２２Ｂを有する内側形状を呈している。これらの弧において、ジョイントが駆動され得る各方向について、ローラ３２およびそれに関連するトラック２２は、ローラの軸Ｚ−Ｚに略垂直な合力Ｒ_Ａ、Ｒ_Ｂをそれぞれ呈する２つの接触ゾーン３７Ａ、３７Ｂを形成する。これらの接触ゾーン３７Ａ、３７Ｂは、トラック２２の内側形状の２つの弧２２Ａおよび２２Ｂの底部に位置するため、互いに離間している。
【００２０】
より正確には（図１Ａ）、弧３２Ａおよび３２Ｂの半径は弧２２Ａおよび２２Ｂの半径よりもわずかに小さく、弧３２Ａおよび３２Ｂを相互接続する凹状弧３２Ｃの半径は、弧２２Ａおよび２２Ｂを相互接続する凸状弧２２Ｃとの接触がないことを確実にするのに十分なほど小さい。図を明確にするために、図１Ａでは半径の差を強調してある。
【００２１】
内部リング３４と外部ローラ３２の間の連結手段３６は、内部リング３４の外側円筒面と外部ローラ３２の内側円筒面との間に配置される円形のニードル組（circular set of needles）３８を、リング３４およびニードル組３８の両側に配置される２つの平軌道輪（flat bearing washers）３９および４０とともに含む。各軌道輪３９、４０の外周は、外部ローラの内側表面に形成される環状溝に収容される。
【００２２】
したがって、動作隙間を無視すれば、上記連結手段３６は、外部ローラ３２と内部リング３４との軸Ｚ−Ｚを中心とする相対的な回動のみを可能にする。
【００２３】
ジョイント１は、以下のように動作する。
【００２４】
図１において、反時計回り方向と仮定した軸１８に加えられる駆動トルクの作用下で、アーム１４は、伝達力Ｔを機械伝達部材３０に加える。この力の作用点は、アーム１４のトラニオン１６と、部材３０の内部リング３４との間の接触点である。この力は、軸１８に加えられた駆動トルクの印加に直接的に起因する半径方向成分Ｔ_Ｒと、トラニオン１６の外側表面と内部リング３４の内側表面との間の摩擦に起因する軸Ｚ−Ｚに沿った軸方向成分Ｔ_Ａとを加えたものからなる。この摩擦は、ジョイントが非ゼロの偏角で動作しているときにはいつでも、トラニオン１６とリング３４の間の相対的な摺動運動によって、上述したような雄型部材１０の軸Ｘ−Ｘの「オフセット」軌道運動に対して生じる。
【００２５】
上記の力の半径方向成分Ｔ_Ｒは、これが加わる外部ローラ３２と、雌型要素２０の関連するトラック２２との間で維持される接触ゾーン３７Ａおよび３７Ｂを介して雌型要素２０へ伝達される。
【００２６】
伝達力の軸方向成分Ｔ_Ａは、公称値が通常は半径方向成分Ｔ_Ｒの公称値の約１０分の１であり、伝達部材３０を傾斜させるような力を生じさせる。しかしながらこの力は、ローラ３２とトラック２２との間に維持される接触ゾーン３７Ａおよび３７Ｂを介して雌型要素のトラック２２に完全に吸収される。
【００２７】
各接触ゾーンにおける合力Ｒ_ＡおよびＲ_Ｂは、ローラの軸Ｚ−Ｚに対して垂直を維持し、トラック２２および２３の中央平面Ｐから各接触ゾーンまでの距離ｄは、軸Ｚ−Ｚに垂直である接触ゾーン３７Ａおよび３７Ｂのそれぞれの中心を含む２つの平行平面Ｐ_ＡおよびＰ_Ｂの間に画成される体積中に力Ｔ_Ｒの作用点が永久に存続することを十分確保できるように選択される。
【００２８】
したがって、駆動トルクの作用下で、機械伝達部材３０は、運動の自由度に関して、上記トラックに沿って転動し、かつ、上記対のトラックの長手方向軸に沿って摺動することだけの能力を有する。
【００２９】
したがって本発明により、伝達部材３０が、安定していることを確実にし、伝達部材３０が、対応する対のトラックと相対的に、外部ローラ３２の軸Ｚ−Ｚに沿った並進におけるあらゆる運動、上記対のトラックの長手方向軸を中心とした回転におけるあらゆる運動、および軸Ｚ−Ｚに垂直な軸を中心とする回転におけるあらゆる運動を行うことを防止することが可能となる。
【００３０】
外部ローラ２２の安定性が向上するため、ジョイントの振動レベルおよび伝達効率が向上する。同様に、従来技術のジョイントでは雌型要素の一定のゾーンの表面硬度を強化するために不可欠である表面処理は、もはや必要ない。
【００３１】
この第１の実施形態の変形（図示せず）では、外部ローラは外側形状が２つの凹状弧を有しており、内側形状が実質的にこれと相補的である２つの凸状弧を呈するトラックと係合するようになっている。
【００３２】
本発明のジョイント１の別の実施形態を図２に示す。
【００３３】
ジョイント１は、以下の差異を除き、第１の実施形態と同一の要素を有する。
【００３４】
まず第一に、アーム１４のトラニオン１６は、回転軸Ｙ−Ｙを中心として実質的に円筒形である。
【００３５】
次に、機械伝達部材３０は、内部リング３４とアーム１４との間に連結手段を備える。これらの連結手段は、トラニオン１６の両側の２つの肩部５０および５１によって半径方向に保持される円形のニードル組３８によって構成される。したがって連結手段は、内部リング３４とアーム１４との軸Ｙ−Ｙに沿う並進における相対的な運動と軸Ｙ−Ｙまわりの相対的な回転を可能にする。
【００３６】
さらに、外部ローラ３２の内側表面は実質的に球状であり、相補的な球形状である内部リング３４の球面と協働し、外部ローラ３２と内部リング３４の間のみで旋回運動が可能となっている。
【００３７】
この第２の実施形態は、上述の方法に類似した方法で作動する。
【００３８】
アーム１４から伝達される力Ｔは、トラニオン１６の外側表面と、ニードル組３８の内側表面との間の接触線に沿って加わる。次に内部リング３４にこの力が加わり、内部リング３４は、その略球状の外側形状のために、ローラ３２の相補的な内側表面の湾曲の底の位置を占め、よって力の作用ゾーンがジョイントの外側に向かって、内部リング３４が外部ローラ３２との間で維持する接触ゾーン、すなわち小さな点（spot）に等しいゾーンにおいて伝達されるようにする。
【００３９】
したがって、その時にこの圧力によって外部ローラ３２に伝達される力は、上述のような半径方向成分Ｔ_Ｒと、ローラ３２および対応するトラック２２の間で維持される２つの接触ゾーン３７Ａ、３７Ｂに完全に吸収される軸方向成分Ｔ_Ａとを呈する。力Ｔ_Ｒの作用点は、上で定義した２つの平面Ｐ_ＡおよびＰ_Ｂの間にある体積中に含まれる。
【００４０】
図３は、以下の要素によってのみ図２に示す実施形態と異なる、本発明のジョイント１の第３の実施形態を示す。
【００４１】
まず、機械伝達部材３０は、リング３４をアーム１４に連結する上述の手段だけでなく、ジョイントの外側に位置するトラニオン１６の端部に隣接する環状溝に部分的に収容される割り軌道輪（split bearing washer）５２も含む。トラニオン１６はまた、ジョイントの内側に位置する端部に隣接する肩部５３を有する。この肩部５３および軌道輪５２は、円形のニードル組３８およびリング３４の対向する端部に位置付けられる。
【００４２】
したがって、動作隙間を無視すれば、アーム１４とリング３４の間では、軸Ｙ−Ｙを中心とする相対回転のみが可能である。
【００４３】
さらに、外部ローラ３２の内側表面は軸Ｚ−Ｚを中心に円筒形であるため、内部リング３４が、その球状の外側表面により、軸Ｚ−Ｚを中心とした、ローラ３２と相対的な摺動および旋回の両方の運動を行うことを可能にする。
【００４４】
この実施形態は、上述の実施形態と同様に作動する。アーム１４から伝達される力Ｔは、内部リング３４が外部ローラ３２と維持する接触ゾーンを介して外部ローラ３２に加えられる。
【００４５】
次に、前述の実施形態と同様に、外部ローラ３２に伝達される力の半径方向成分Ｔ_Ｒの作用点は永久に平面Ｐ_ＡおよびＰ_Ｂの間に維持され、軸方向成分Ｔ_Ａは２つの接触ゾーン３７Ａおよび３７Ｂに吸収される。
【００４６】
図４は、図１に示す第１の実施形態と以下のように異なる、本発明の等速ジョイント１の第４の実施形態を示す。
【００４７】
外部ローラ３２は、平面Ｐについて対称である２つの並置した半体３３Ａおよび３３Ｂから構成される。
【００４８】
有利には、図４に示すように、各半体３３Ａ、３３Ｂの内側部分はそれぞれ、内方へ突出する肩部５４Ａ、５４Ｂを呈する。２つの半体３３Ａおよび３３Ｂを並置させて完全な外部ローラを形成すると、２つの肩部５４Ａ、５４Ｂは、連結手段３６（この場合は、円形のニードル組３８によって構成される）を収容するキャビティを画定する。
【００４９】
内部リング３４は、２つの半径方向外方に向かう肩部の端部５６Ａおよび５６Ｂを有しており、ニードル組３８の内側表面と形状が相補的であるキャビティ５５を呈するリング３４の外側表面に収容されるニードル組３８によって、軸Ｚ−Ｚに関して軸方向に保持される。
【００５０】
この構造は、伝達部材３０とアーム１４との間の運動に対して、第１の実施形態と同様の自由度および制限を提供し、ジョイント１は同様に動作する。
【００５１】
この第４の実施形態のジョイント１は、その連結手段３６が軌道輪を必要とせず、内部リング３４が、キャビティ５５に収容されるニードル組３８によって、軸Ｚ−Ｚに関して、軸方向に直接保持され、当該ニードル組自体は、外部ローラを形成する２つの半体３３Ａおよび３３Ｂの並置された組立体によって軸方向に保持されるため、付加的な利点を提供する。
【００５２】
最後に、外部ローラ３２の外側形状はすべての図面において、ローラの中央平面Ｐについて対称であるように見えることが認められるはずだが、これは必要条件ではない。非対称であるローラ３２を考えることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 直線位置にある本発明のトリポード型等速伝達ジョイントの部分断面図である。
【図１Ａ】 図１の詳細を示す図である。
【図２】 図１に類似した図であり、それぞれが本発明のトリポード型等速伝達ジョイントの特定の実施形態を示す。
【図３】 図１に類似した図であり、それぞれが本発明のトリポード型等速伝達ジョイントの特定の実施形態を示す。
【図４】 図１に類似した図であり、それぞれが本発明のトリポード型等速伝達ジョイントの特定の実施形態を示す。

Claims (12)

1. 複数のアーム（１４）を有する雄型要素（１０）と、各アーム（１４）について、該アームの両側に位置する対向する一対のトラック（２２、２３）を画成する雌型要素（２０）と、各アームに取り付けられ、前記対のトラック（２２、２３）の長手方向に沿って移動可能であり、前記トラックによって軸方向に保持されており、また、旋回し、前記アームの軸（Ｙ−Ｙ）に沿って軸方向に移動できる前記アームとの接続を確立する機械伝達部材（３０）とを備えるタイプの等速伝達ジョイントであって、前記伝達部材は、対応する前記トラック間に配置されて該トラックの一方または他方上で転動する円形対称の外部ローラ（３２）を含み、前記ジョイントは、各アームについて、前記外部ローラ（３２）の経線片側断面の外側形状は、前記関連するトラック（２２、２３）の２つの実質的に相補的な弧（２２Ａ、２２Ｂ）と協働して２つの離間した接触ゾーン（３７Ａ、３７Ｂ）を形成する、同一符号の曲率を有する２つの弧（３２Ａ、３２Ｂ）を含み、前記各接触ゾーン（３７Ａ、３７Ｂ）においては、前記外部ローラ（３２）の軸（Ｚ−Ｚ）に対してほぼ垂直な接触合力（Ｒ_Ａ、Ｒ_Ｂ）が画成されることを特徴とする等速伝達ジョイント。
2. 前記ローラ（３２）の２つの弧（３２Ａ、３２Ｂ）は、凸状であることを特徴とする請求項１に記載のジョイント。
3. 前記ローラ（３２）の弧（３２Ａ、３２Ｂ）は、円弧であることを特徴とする請求項１または２に記載のジョイント。
4. 前記ローラ（３２）の外側形状は、前記ローラの中央平面（Ｐ）について対称であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のジョイント。
5. 前記伝達部材（３０）は、前記外部ローラ（３２）の内側に配置される内部リング（３４）と、前記外部ローラと前記内部リングを互いに連結して、両者間の、共通の回転軸を中心とする相対回動のみを可能にする連結手段（３６）とを備え、前記内部リングは、前記アームに対し旋回および摺動するように取り付けられることを特徴とする（図１および図４）、請求項１乃至４のいずれかに記載のジョイント。
6. 前記伝達部材（３０）は、前記外部ローラの内側で旋回するように取り付けられる内部リング（３４）を備えることを特徴とする（図２および図３）、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のジョイント。
7. 前記内部リング（３４）は、前記アーム（１４）上で、これらの共通の回転軸（Ｚ−Ｚ）に沿って摺動するように取り付けられ、前記ローラ（３２）の内側表面と、前記リング（３４）の外側表面とは、球状で実質的に相補的であることを特徴とする（図２）、請求項６に記載のジョイント。
8. 前記内部リング（３４）は、前記外部ローラ（３２）と相対的に該ローラの回転軸（Ｚ−Ｚ）に沿って摺動可能であり、かつ、前記内部リングは、前記アームに対し、軸方向に移動しないようにされていることを特徴とする（図３）、請求項６に記載のジョイント。
9. 前記外部ローラは、２つの並置された部分（３３Ａ、３３Ｂ）を含み、各並置された部分は、該外部ローラの２つの弧（３２Ａ、３２Ｂ）の一方を有する外側形状を経線片側断面において呈することを特徴とする、請求項１乃至４及び６乃至８のいずれかに記載のジョイント。
10. 前記外部ローラは、２つの並置された部分（３３Ａ、３３Ｂ）を含み、各並置された部分は、該外部ローラの２つの弧（３２Ａ、３２Ｂ）の一方を有する外側形状を経線片側断面において呈することを特徴とする、請求項５に記載のジョイント。
11. 前記外部ローラの各並置された部分（３３Ａ、３３Ｂ）は、内方に向かう肩部（５４Ａ、５４Ｂ）を、該ローラの軸（Ｚ−Ｚ）の周りの内面に有し、該２つの肩部は、前記連結手段（３６）を収容するキャビティをその間に画成することを特徴とする、請求項１０に記載のジョイント。
12. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の等速伝達ジョイント用の伝達部材。

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