JP4574242B2 - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

Description

本発明は、自動車や産業機械等における動力伝達に使用されるスライド式のトリポード型等速自在継手に関する。

トリポード型等速自在継手は、図４の左半分に示されるように、内周に軸方向の三本のトラック溝１２’を有し、各トラック溝１２’の向かい合った側壁にローラ案内面１４’を形成した外側継手部材１０’と、半径方向に突出した三本のトラニオン・ジャーナル２２’を有するトリポード部材２０’と、各トラニオン・ジャーナル２２’の回りに複数の針状ころ３２’を介して回転自在で、外側継手部材１０’のトラック溝１２’内に収容されたローラ３０’とを備え、ローラ３０’が外周面においてローラ案内面１４’によって案内されるようになっている。

ローラ３０’とローラ案内面１４’との接触形態にはアンギュラ・コンタクトとサーキュラ・コンタクトの二通りがある。アンギュラ・コンタクトはある接触角をもち、二点で接触する（図５（Ａ））。サーキュラ・コンタクトは一点で接触し、一般的に接触率１．００２〜１．００８で使用されている（図５（Ｂ））。

アンギュラ・コンタクトの場合、接触角方向の二点に接触楕円が発生し、所定トルクを負荷したとき、その接触楕円をローラ３０’の幅内におさめる必要がある。そのため、現状ではローラ３０’の幅／外径の比率は３２〜３６％である。また、接触角、接触率の見直しをしても幅方向の接触総長さがローラ３０’の幅を越える。ローラ３０’の両端部のローラ案内面１４’への食込み現象やローラ３０’の中央部にて二つの接触楕円が重なる現象を回避することができず、寿命向上や低振動化の妨げとなっている。

従来のサーキュラ・コンタクトの場合、接触率が１．００２〜１．００８であるため、所定トルクを負荷したとき、幅方向の接触楕円長さがローラ３０’の幅を越えることがある。そのため、アンギュラ・コンタクトの場合と同様にローラ３０’の幅を小さくすることには限界がある。現状では、ローラ３０’の幅／外径の比率は３２〜３６％である。また、ローラ３０’の幅を小さくすると幅方向の接触総長さがローラ３０’の幅をはるかに越え、寿命向上や低振動化の妨げとなっている。

また、アンギュラ・コンタクト、サーキュラ・コンタクト共に、ローラ案内面１４’をある接触率の曲率半径とし、大内径および小内径とはそのままＲ等でつながれている（逃がしなし）。トリポード型等速自在継手が作動角をとった状態で回転するとき、ローラ３０’とローラ案内面１４’との間でも角度変位が生ずる。これにより、ローラ案内面に摩耗が進行する。そのとき、ローラ案内面１４’の大小内径側それぞれにローラ３０’の両端部が食い込む現象が発生し、振動悪化の要因となる。

本発明の目的は、上述の問題点を解消してトリポード型等速自在継手の低振動化を図り、延いては振動特性を悪化させることなく軽量・コンパクト化を図ることにある。

請求項１の発明は、内周に軸方向の三本のトラック溝を有し、各トラック溝の向かい合った側壁にローラ案内面を形成した外側継手部材と、半径方向に突出した三本のトラニオン・ジャーナルを有するトリポード部材と、各トラニオン・ジャーナルの回りに複数の針状ころを介して回転自在で、上記外側継手部材のトラック溝内に収容されたローラとを備え、前記ローラが外周面において前記ローラ案内面によって案内されるようにしたトリポード型等速自在継手において、前記ローラと前記ローラ案内面との接触がサーキュラ・コンタクトで、前記ローラ案内面の前記ローラの端部に対応する部位に逃がし部を形成し、かつ、前記逃がし部が前記ローラ案内面となめらかにつながる円弧状で、つなぎ点間の距離が前記ローラの幅よりも小さいことを特徴とするトリポード型等速自在継手である。ローラ案内面のローラの端部に対応する部位に逃がし部を形成したことにより、トリポード型等速自在継手が作動角をとった状態で回転するときローラの端部がローラ案内面に食い込むおそれがないため、振動特性が改善され、トリポード型等速自在継手の低振動化が達成できる。また、逃がし部がローラ案内面となめらかにつながる円弧状で、つなぎ点間の距離がローラの幅よりも小さい構成としたことにより、ローラとローラ案内面との接触部に生じる接触楕円がローラ案内面の幅を越えることがないため、エッジロードの発生が抑制され、耐久性が向上する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のトリポード型等速自在継手において、非トルク負荷時の前記ローラと前記ローラ案内面との接触率を、所定のトルク負荷時に、前記ローラに生ずる接触面圧が前記トラニオン・ジャーナルと前記針状ころとの間に生ずる接触面圧以下となるように設定したことを特徴とする。具体的には、請求項３の発明のように、非トルク負荷時の前記ローラと前記ローラ案内面との接触率を１．０２〜１．２とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のトリポード型等速自在継手において、前記ローラの幅（Ｌｓ）と外径（ｄｏ）との比Ｌｓ／ｄｏの値を０．３２以下としたことを特徴とする。より好ましくは、請求項５の発明のように、比Ｌｓ／ｄｏの値を０．２４〜０．２７とする。接触楕円長さがローラの幅長さ以下になるように接触率を設定した結果、ローラの幅を小さくすることが可能となったもので、これにより、外側継手部材ひいてはトリポード型等速自在継手のコンパクト化に寄与する。

本発明によれば、ローラとローラ案内面との接触形態をサーキュラ・コンタクトとし、ローラ案内面のローラの端部に対応する部位に逃がし部を形成し、かつ、逃がし部がローラ案内面となめらかにつながる円弧状で、つなぎ点間の距離がローラの幅よりも小さくなるように設定することによって、トリポード型等速自在継手の振動特性を悪化させることなく軽量・コンパクト化および良好な耐久性を達成することができる。このことを図示するならば図４のとおりである。同図は、左半分に従来のトリポード型等速自在継手、右半分に本発明によるトリポード型等速自在継手を対比して示したものである。

図１ないし図3 に従って、本発明の実施の形態を説明する。

まず、図２および図３に示すように、トリポード型等速自在継手は、連結すべき二軸のうちの一方の回転軸と接続する外側継手部材１０と、他方の回転軸と接続するトリポード・ユニット（２０，３０，３２）とを主要な構成要素としている。

外側継手部材１０は、円周方向等分位置に軸方向に延びる３本のトラック溝１２を配置した中空カップ状である。各トラック溝１２は向かい合った側壁にローラ案内面１４を形成している。このローラ案内面１４は外側継手部材１０の軸線と平行な円筒面の一部すなわち部分円筒面である。外側継手部材１０の横断面は、円周方向に交互に現れる直径Ｄ₁の小内径部１６と直径Ｄ₂の大内径部１８とをローラ案内面１４で接続した花冠状を呈している。

トリポード・ユニットは、トラニオン２０とローラ３０と複数の針状ころ３２を含んでいる。

トラニオン２０は、円周方向等分位置に半径方向に突出した３本のトラニオン・ジャーナル２２を有する。各トラニオン・ジャーナル２２は、円筒形外周面２４と、軸端付近に形成された環状の輪溝２６を備えている。トラニオン・ジャーナル２２の外周に複数の針状ころ３２を介して回転自在にローラ３０が外嵌している。トラニオン・ジャーナル２２の円筒形外周面２４は針状ころ３２の内側軌道面を提供する。ローラ３０の内周面は円筒形で、針状ころ３２の外側軌道面を提供する。

針状ころ３２はトラニオン２０の半径方向で見た外側の端面にてアウタ・ワッシャ３４と接し、反対側の端面にてインナ・ワッシャ３８と接している。アウタ・ワッシャ３４は輪溝２６に装着されたサークリップ３６によって軸方向移動を規制されているため、結局、針状ころ３２も軸方向移動を規制される。アウタ・ワッシャ３４は、トラニオン・ジャーナル２２の半径方向に延びた円盤部３４ａと、トラニオン・ジャーナル２２の軸線方向に延びた円筒部３４ｂとからなる。アウタ・ワッシャ３４の円筒部３４ａはローラ３０の内径より小さな外径を有し、トラニオン２０の半径方向で見た外側の端部３４ｃにてローラ３０の内径よりも大径に拡大している。したがって、ローラ３０はトラニオン・ジャーナル２２の軸線方向に移動することができる。

ローラの外周面は球面の一部すなわち部分球面状であるが、軸線から半径方向に離れた位置にその曲率中心を有し、ローラ案内面１４よりも僅かに曲率半径が小さくなっている（図１参照）。また、ローラ３０とローラ案内面１４との接触形態は、横断面で見て円弧同士の接触すなわちサーキュラ・コンタクトとなる。そして、両者の曲率半径比すなわち、ローラ３０の外周面の曲率半径に対するローラ案内面１４の曲率半径の比を接触率と呼んでいる。

ローラ３０とローラ案内面１４との接触率は、小さいとトルク負荷時、接触楕円が大きくなり、ローラ３０の幅を越えてしまい短寿命となる。逆に、接触率が大きいと接触楕円は小さくなるが、面圧が高くなり、接触部の摩耗が促進され、短寿命となる。ただし、トリポード型等速自在継手の面圧は、構造上、トラニオン・ジャーナル２２／針状ころ３２間が最も厳しくなっているため、この部分の面圧を越えないように、接触率を設定すればよい。具体的には、この接触率は１．０２〜１．２の範囲が好ましく、より好ましくは１．０５〜１．１８の範囲とする。

接触楕円長さがローラ３０の幅長さＬｓ以下になるように接触率を設定することにより、ローラ３０の幅を小さくすることが可能となる。また、そうすることによって外側継手部材１０ひいてはトリポード型等速自在継手全体のコンパクト化に寄与する。具体的には、ローラ３０の幅Ｌｓと外径ｄｏとの比Ｌｓ／ｄｏの値を０．３２以下、より好ましくは０．２４〜０．２７とする。ローラ３０の外径ｄｏは図３（Ｂ）に示してある。接触楕円は図１に二点鎖線で示してある。

トリポード型等速自在継手が作動角をとった状態で回転するとき、ローラ３０とローラ案内面１４との間でも角度変位が生ずる。その際、既に述べたとおり、ローラ３０の両端部が、ローラ案内面１４の両端部すなわち外側継手部材１０の小内径部１６側および大内径部１８側に食い込む現象が発生し、その結果、振動特性が悪化する。これを防止するため、図１に示すように、ローラ案内面１４の両端部に逃がし部１５ａ，１５ｂを設ける。

逃がし部１５ａ，１５ｂの直径をｄ、ローラ３０の端面径をｄｉとするならば、逃がしの量は（ｄ−ｄｉ）／２で表わされる。この逃がしの量が小さすぎるとローラ案内面１４にローラ３０が食い込むのを有効に回避し得ず、逆に、逃がしの量が大きすぎるとローラ３０が脱落したり、ローラ３０とローラ案内面１４との接触領域が減少し、却って振動特性の悪化や短寿命の原因となってしまう。したがって、最適な逃がしの量としては、少なくとも所定トルク負荷時の接触楕円がローラ３０の幅内にあり、かつ、食込みが発生しないように、逃がし部１５ａ，１５ｂの直径ｄをローラ端面径ｄｉ以上とする。

逃がし部１５ａ，１５ｂは、横断面（図１）で見て、ローラ案内面１４の両端部をそれぞれ外側継手部材１０の小内径部１６および大内径部１８となめらかに繋ぐ円弧状の曲線で形成されている。図１に例示した実施の形態では、二点鎖線で示される接触楕円の長さと、ローラ案内面１４の逃がし部１５ａ，１５ｂのつなぎ点間の距離とが等しくなっている。

ローラとローラ案内面との接触部の拡大断面図である。 （Ａ）はトリポード型等速自在継手の横断面図、 （Ｂ）はトリポード型等速自在継手の縦断面図である。 （Ａ）は外側継手部材の端面図、 （Ｂ）はトラニオン・ジャーナル回りの断面図。

（Ｃ）は図３（Ｂ）の部分拡大図である。
トリポード型等速自在継手の横断面図であって、左右に本発明の実施の形態と従来例を対比して示す。 ローラとローラ案内面との接触部の拡大断面図であって、 （Ａ）はアンギュラ・コンタクトの場合、 （Ｂ）はサーキュラ・コンタクトの場合を示す。

符号の説明

１０ 外側継手部材
１２ トラック溝
１４ ローラ案内面
Ｒ 曲率半径
１５ａ，１５ｂ 逃がし部
ｄ 逃がし部直径
１６ 小内径部
Ｄ₁ 直径
１８ 大内径部
Ｄ₂ 直径
２０ トラニオン
２２ トラニオン・ジャーナル
２４ 円筒形外周面
２６ 輪溝
３０ ローラ
ｄｉ 端面径
ｄｏ 外径
Ｌｓ 幅
３２ 針状ころ
３４ アウタ・ワッシャ
３４ａ 円盤部
３４ｂ 円筒部
３４ｃ 拡径部
３６ サークリップ
３８ インナ・ワッシャ

Claims (5)

1. 内周に軸方向の三本のトラック溝を有し、各トラック溝の向かい合った側壁にローラ案内面を形成した外側継手部材と、半径方向に突出した三本のトラニオン・ジャーナルを有するトリポード部材と、各トラニオン・ジャーナルの回りに複数の針状ころを介して回転自在で、上記外側継手部材のトラック溝内に収容されたローラとを備え、前記ローラが外周面において前記ローラ案内面によって案内されるようにしたトリポード型等速自在継手において、前記ローラと前記ローラ案内面との接触がサーキュラ・コンタクトで、前記ローラ案内面の前記ローラの端部に対応する部位に逃がし部を形成し、かつ、前記逃がし部が前記ローラ案内面となめらかにつながる円弧状で、つなぎ点間の距離が前記ローラの幅よりも小さいことを特徴とするトリポード型等速自在継手。
2. 非トルク負荷時の前記ローラと前記ローラ案内面との接触率を、所定のトルク負荷時に、前記ローラに生ずる接触面圧が前記トラニオン・ジャーナルと前記針状ころとの間に生ずる接触面圧以下となるように設定したことを特徴とする請求項１に記載のトリポード型等速自在継手。
3. 非トルク負荷時の前記ローラと前記ローラ案内面との接触率を１．０２〜１．２としたことを特徴とする請求項１または２に記載のトリポード型等速自在継手。
4. 前記ローラの幅（Ｌｓ）と外径（ｄｏ）との比Ｌｓ／ｄｏの値を０．３２以下としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のトリポード型等速自在継手。
5. 前記ローラの幅（Ｌｓ）と外径（ｄｏ）との比Ｌｓ／ｄｏの値を０．２４〜０．２７としたことを特徴とする請求項４に記載のトリポード型等速自在継手。

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