JP6328505B2 - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

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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摺動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５１は、図５に示すように、円周方向の三等分位置に軸方向に延びる３本のトラック溝５３を有し、各トラック溝５３の対向する側壁にローラ案内面５４を形成した外側継手部材５２と、トラニオン胴部６１の円周方向の三等分位置から半径方向に突出したトラニオンジャーナル６２を有するトリポード部材６０と、各トラニオンジャーナル６２の回りに複数の針状ころ７２を介して回転自在に装着された球状ローラ７０とを備え、この球状ローラ７０が外側継手部材５２のトラック溝５３に収容され、球状ローラ７０の外球面がトラック溝５３の両側壁に形成されたローラ案内面５４によって案内されるようになっている（特許文献１参照）。
特許第３９４７３４２号公報
特許文献１に記載のトリポード型等速自在継手５１は、強度および耐久性を考慮して、外側継手部材の外径を縮小して軽量・コンパクト化を図ったものである。この軽量・コンパクト化に当たって、このトリポード型等速自在継手５１では、強度、耐久性のバランスが耐久性に余裕が偏っていることに着目して、強度、耐久性のバランスをとることを目的として寸法比率を見直したものである。しかしながら、近年、自動車の燃費向上に対する要求がますます強くなり、自動車部品の１つである等速自在継手のさらなる軽量化が強く望まれている。この要求に対して、これまでに提案されたトリポード型等速自在継手では到達することができない。
本発明は、上記の問題に鑑み、強度および寿命を維持しながら、従来技術とは質的に異なる寸法設定をもつ軽量・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を目的とする。
トリポード型等速自在継手は、基本的な寸法比率として次の７項目を有する。
（１）軸径ｄ／ローラ案内面ピッチ円直径ＰＣＤ（ｄ／ＰＣＤ）
（２）トラニオン胴径ｄｒ／トラニオン外径ＳＤｊ（ｄｒ／ＳＤｊ）
（３）外側継手部材の小内径Ｄ２／大内径Ｄ１（Ｄ２／Ｄ１）
（４）ローラ幅Ｌｓ／ローラ外径Ｄｓ（Ｌｓ／Ｄｓ）
（５）トラニオンジャーナル径Ｄｊ／ローラ外径Ｄｓ（Ｄｊ／Ｄｓ）
（６）トラニオンジャーナル径Ｄｊ／軸径ｄ（Ｄｊ／ｄ）
（７）針状ころ長さＬｎ／トラニオンジャーナル径Ｄｊ（Ｌｎ／Ｄｊ）
一般的に、トリポード型等速自在継手は強度（捩り強度）を主体に設計されている。強度は通常、軸の最小外径によって一義的に決まり、次に、トリポード部材の強度あるいは球状ローラの強度が考慮される。したがって、トリポード部材あるいは球状ローラは、軸以上の強度を有するように設定されている。
トリポード部材の強度には、トルク負荷方向におけるトラニオンジャーナルの付け根部の強度が関係する。ここで、トルク負荷方向におけるトラニオンジャーナルの付け根部とは、３本のトラニオンジャーナルの軸線を含む平面に位置するトラニオンジャーナルの付け根部のことである。トルク負荷方向におけるトラニオンジャーナルの付け根部におけるトラニオン胴部の最小肉厚（図２のｔ）は、トラニオンジャーナルの径を大きくすることによって増加するので、トラニオンジャーナルの付け根部の強度が増大する。
また、外側継手部材の外径を縮小するに当たっては、トリポード型等速自在継手の作動領域の制約を考慮する必要がある。
さらに、転がり部、特に針状ころとトラニオンジャーナルとの間での転がり疲労寿命（耐久性）も併せて考慮する必要がある。
本発明者は、前述した状況の中から、トリポード型等速自在継手の強度はシャフト強度以上とすることを基本としているが、その次に強度の確保が必要な部材がトリポード部材と球状ローラとなることから、トリポード部材と球状ローラの強度の確保を前提とした寸法設定に着目した。
基本指針としては、ジョイントサイズ毎に決められる軸径ｄを一定として、トルク負荷方向におけるトラニオンジャーナルの付け根部のトラニオン胴部の最小肉厚を確保しながら、ローラ案内面のピッチ円直径ＰＣＤを従来技術とは異質の寸法設定で縮小することである。ここで、ローラ案内面のピッチ円直径ＰＣＤとは、ローラ案内面の中心（図２のＯ１）を結ぶピッチ円直径である。また、軸径ｄはトリポード部材３のトラニオン胴部８に形成したスプラインの大径とする。
上記の基本指針を実現するためには、上記のようにローラ案内面のピッチ円直径ＰＣＤを縮小しても、トルク負荷方向のトラニオンジャーナルの付け根部におけるトラニオン胴部の最小肉厚（図２のｔ）を確保する必要があり、このために、トラニオンジャーナル径Ｄｊを拡大した究極の寸法設定を着想した。そして、トラニオンジャーナル径Ｄｊに合わせて球状ローラの外径Ｄｓを大きくする。
併せて、球状ローラの外径Ｄｓを大きくすると、外側継手部材の外径も大きくなるので、球状ローラの幅Ｌｓを縮小することにより外側継手部材の外径を縮小することを着想した。
球状ローラの幅Ｌｓを縮小すると、外側継手部材の外径が縮小され、小内径Ｄ２／大内径Ｄ１（Ｄ２／Ｄ１）の値が大きくなり、小内径Ｄ２と大内径Ｄ１の凹凸が縮小される。小内径Ｄ２と大内径Ｄ１の凹凸が縮小されるので、軽量化と鍛造加工性に優位となる。
寿命（耐久性）の観点からは、トラニオンジャーナル径Ｄｊが大きくなることにより、装填する針状ころの本数が増加し面圧が減少するので、従来と同等の寿命を確保しつつ、ころ長さを短縮することができる。
上記のような着想により、前述した（１）、（３）、（４）、（６）および（７）項について従来技術とは質的に異なる寸法設定に至った。
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、円周方向の三等分位置に軸方向に延びるトラック溝を形成した外側継手部材と、シャフトとトルク伝達可能にスプライン嵌合するトラニオン胴部とこのトラニオン胴部の円周方向の三等分位置から半径方向に突出したトラニオンジャーナルとからなるトリポード部材と、前記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可能に装着された球状ローラとを備え、この球状ローラが前記トラック溝に収容され、前記球状ローラの外球面が前記トラック溝の両側壁に形成された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、前記ローラ案内面の半径方向の外方端部を結ぶ大内径をＤ１とし、前記ローラ案内面の半径方向の内方端部を結ぶ小内径をＤ２としたとき、Ｄ２とＤ１の比Ｄ２／Ｄ１を０．７３〜０．８０とし、かつ、前記トリポード部材のトラニオン胴部に形成したスプライン大径をｄとし、前記ローラ案内面のピッチ円直径をＰＣＤとしたとき、ｄとＰＣＤの比ｄ／ＰＣＤを０．６０以上としたことを特徴とする。
上記の構成により、強度および寿命を維持しながら、従来技術とは質的に異なる寸法比率をもつ軽量・コンパクトなトリポード型等速自在継手を実現することができる。具体的には、外径コンパクト化を行なっている同じ軸径の従来のトリポード型等速自在継手に対し、さらに１サイズダウン（約４％）程度のコンパクト化を達成することができる。
有利な構成として、上記のｄとＰＣＤの比ｄ／ＰＣＤを０．６２〜０．７０とすることが望ましい。これにより、一層の軽量・コンパクト化を図ることができる。
また、上記の球状ローラの幅をＬｓとし、球状ローラの外径をＤｓとしたとき、ＬｓとＤｓの比Ｌｓ／Ｄｓを０．２０〜０．２７とすることにより、外側継手部材の外径を小さく抑えることができる。
さらに、上記の針状ころの長さをＬｎとし、前記トラニオンジャーナルの外径をＤｊとしたとき、ＬｎとＤｊの比Ｌｎ／Ｄｊを０．４０〜０．４７とすることにより、トラニオンの強度を確保すると共に十分な耐久性を確保することができる。
本発明のトリポード型等速自在継手によれば、強度および寿命を維持しながら、従来技術とは質的に異なる寸法設定とし、究極の軽量・コンパクト化を図ることができる。
本発明の一実施形態に係るトリポード型等速自在継手を示し、（ａ）は横断面図で、（ｂ）は縦断面図である。 図１のトリポード型等速自在継手の各部の寸法を示す横断面図である。 図１の球状ローラとローラ案内面との接触部の拡大断面図である。 図１のトリポード型等速自在継手と従来技術を左右に対比して示した横断面図である。 従来のトリポード型等速自在継手を示し、（ａ）は横断面図で、（ｂ）は縦断面図である。
本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係るトリポード型等速自在継手の横断面図であり、図１（ｂ）は縦断面図である。図示のように、本実施形態に係るトリポード型等速自在継手１は、外側継手部材２、内側継手部材としてのトリポード部材３、球状ローラ４および転動体としての針状ころ５を主な構成とする。外側継手部材２は、その内周に円周方向の三等分位置に軸方向に延びる３本のトラック溝６を有する中空カップ状である。各トラック溝６の対向する側壁にローラ案内面７が形成されている。ローラ案内面７は、円筒面の一部、すなわち部分円筒面で形成されている。
トリポード部材３は、トラニオン胴部８とトラニオンジャーナル９からなり、トラニオンジャーナル９はトラニオン胴部８の円周方向の三等分位置から半径方向に突出して３本形成されている。各トラニオンジャーナル９は、円筒形外周面１０と、軸端付近に形成された環状の止め輪溝１１を備えている。トラニオンジャーナル９の円筒形外周面１０の周りに複数の針状ころ５を介して回転自在に球状ローラ４が装着されている。トラニオンジャーナル９の円筒形外周面１０は針状ころ５の内側軌道面を形成する。球状ローラ４の内周面４ａは円筒形状で、針状ころ５の外側軌道面を形成する。
トラニオンジャーナル９の軸端付近に形成された止め輪溝１１には、アウタワッシャ１２を介して止め輪１３が装着されている。針状ころ５は、トラニオンジャーナル９の付根段部とアウタワッシャ１２により、トラニオンジャーナル９の軸方向の移動が規制されている。アウタワッシャ１２は、トラニオンジャーナル９の半径方向に延びた円盤部１２ａと、トラニオンジャーナル９の軸線方向に延びた円筒部１２ｂとからなる。アウタワッシャ１２の円筒部１２ｂは球状ローラ４の内周面４ａより小さな外径を有し、トリポード部材３の半径方向で見た円筒部１２ｂの外側の端部１２ｃは、球状ローラ４の内周面４ａよりも大径に形成されている。したがって、球状ローラ４は、トラニオンジャーナル９の軸線方向に移動することができ、かつ、端部１２ｃにより脱落が防止されている。
トリポード部材３のトラニオンジャーナル９に回転自在に装着された球状ローラ４は、外側継手部材２のトラック溝６のローラ案内面７に回転自在に案内される。このような構造により、外側継手部材２とトリポード部材３との間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収され、回転が等速で伝達される。
球状ローラ４とローラ案内面７の接触形態には、一般的に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接触角をもち、２点で接触する。サーキュラコンタクトは、図３に示すように１点で接触する。本実施形態では、ローラ案内面７の曲率半径をＲ、球状ローラ４の曲率半径をｒとしたとき、接触率Ｒ／ｒを１．０２〜１．１５程度としている。本実施形態では、後述するように、従来のトリポード型等速自在継手に対して球状ローラ４の幅Ｌｓを大幅に縮小しているので、サーキュラコンタクトが望ましい。
図２に示すように、外側継手部材２の内径は、円周方向に交互に現れる内径Ｄ１の大内径部と内径Ｄ２の小内径部とで構成される。そして、外側継手部材２の内部に組み込まれるトリポード部材３は、そのトラニオン胴部８にスプライン大径ｄのスプライン孔が形成され、トラニオンジャーナル９の円筒形外周面１０は外径Ｄｊを有する。球状ローラ４は、その外径がＤｓであり、球状ローラ４の幅はＬｓである。針状ころ５は長さＬｎを有する。ローラ案内面７のピッチ円直径はＰＣＤである。
本実施形態に係るトリポード型等速自在継手１の特徴的な構成は、強度および寿命を維持しながら、究極の軽量・コンパクト化を図るために、従来技術とは質的に異なる寸法設定となっている。
トリポード型等速自在継手１の強度はシャフト強度以上とすることを基本としているが、その次に強度の確保が必要な部材がトリポード部材３と球状ローラ４となることから、本実施形態に係るトリポード型等速自在継手１はトリポード部材３と球状ローラ４の強度の確保を前提とした寸法設定になっている。
基本指針としては、ジョイントサイズ毎に決められる軸径ｄを一定として、トルク負荷方向のトラニオンジャーナル９の付け根部９ａにおけるトラニオン胴部８の最小肉厚ｔを確保しながら、ローラ案内面７のピッチ円直径ＰＣＤが従来技術とは異質の寸法設定で縮小されている。
上記の基本指針を実現するためには、上記のようにローラ案内面７のピッチ円直径ＰＣＤを縮小しても、トルク負荷方向のトラニオンジャーナル９の付け根部９ａにおけるトラニオン胴部８の最小肉厚ｔを確保する必要がある。このために、トラニオンジャーナル９の外径Ｄｊを拡大した寸法設定となっている。そして、トラニオンジャーナル９の外径Ｄｊに合わせて球状ローラ４の外径Ｄｓも大きくなっている。
球状ローラ４の外径Ｄｓを大きくすると、外側継手部材２の外径も大きくなるので、球状ローラ４の幅Ｌｓを縮小することにより外側継手部材２の外径を縮小している。
球状ローラ４の幅Ｌｓを縮小すると、外側継手部材２の外径が縮小され、小内径Ｄ２／大内径Ｄ１（Ｄ２／Ｄ１）が大きくなり、小内径Ｄ２と大内径Ｄ１との凹凸が縮小される。小内径Ｄ２と大内径Ｄ１の凹凸が縮小されるので、軽量化と鍛造加工性に優位となる。
寿命（耐久性）の観点からは、トラニオンジャーナル９の外径Ｄｊが大きくなることにより、装填する針状ころ５の本数が増加し面圧が減少するので、従来と同等の寿命を確保しつつ、ころ長さＬｎを短縮している。
本実施形態に係るトリポード型等速自在継手は、前述した（１）、（３）、（４）、（６）および（７）項について従来技術とは質的に異なる寸法設定となっている。
本実施形態の寸法比率を表１に示す。
Figure 0006328505
表１に示した実施形態は、図１および図２の構成において各部の寸法を次のように設定したものである。
スプライン大径（軸径）ｄとローラ案内面７のＰＣＤとの比率ｄ／ＰＣＤは６０％以上であれば大幅な軽量・コンパクト化が図れる。より好ましくは６２％〜７０％の範囲である。軸径ｄは許容負荷容量から決定されるもので、ジョイントサイズ毎に一定である。したがって、この比率ｄ／ＰＣＤは外側継手部材の外径を縮小するベースとなるものである。しかし、従来のトリポード型等速自在継手の考え方では、トリポード部材と球状ローラの強度の確保を前提とした着目や次に述べる着想がなかったので、比率ｄ／ＰＣＤは、６０％以上、さらには６２％〜７０％の範囲には到達できなかった。
外側継手部材２の小内径Ｄ２と大内径Ｄ１との比率Ｄ２／Ｄ１は７３％〜８０％とした。外側継手部材２の小内径Ｄ２は、軸径ｄ、トラニオン胴径ｄｒに対して干渉なく作動領域を確保できると共に後述する球状ローラ４のローラ幅Ｌｓおよびローラ外径Ｄｓを考慮して設定されている。一方、大内径Ｄ１は、ローラ案内面７のピッチ円直径ＰＣＤ、トラニオン外径ＳＤｊ、球状ローラ４のローラ幅Ｌｓおよびローラ外径Ｄｓから決定される。この小内径Ｄ２と大内径Ｄ１との比率Ｄ２／Ｄ１は、この実施形態を最も特徴づけるものである。外側継手部材２の小内径Ｄ２と大内径Ｄ１との比率Ｄ２／Ｄ１は７３％〜８０％としたことにより、外側継手部材２の外径が小さくなり、小内径Ｄ２と大内径Ｄ１の凹凸が縮小されるので、軽量化と鍛造加工性に優位となる。
球状ローラ４のローラ幅Ｌｓとローラ外径Ｄｓとの比率Ｌｓ／Ｄｓは２０％〜２７％とした。ここで、上限は２７％未満とする。これにより、ローラ案内面７のＰＣＤ上の円周方向に占める球状ローラの外径Ｄｓを極限まで大きくでき、所定のトルクを負荷した場合の球状ローラ４とローラ案内面７との間における接触楕円長さと接触面圧を許容範囲に抑えることができる。また、前述した軸径ｄとローラ案内面７のＰＣＤとの比率ｄ／ＰＣＤの大幅な増大化と外側継手部材の外径を縮小することを可能にするものである。
針状ころ５のころ長さＬｎとトラニオンジャーナル９の外径Ｄｊとの比率Ｌｎ／Ｄｊは４０％〜４７％とした。ここで、上限は４７％未満とする。トラニオンジャーナル９の外径Ｄｊを軸径ｄに対して８７％〜９３％の範囲に大きくしたことにより、比率Ｌｎ／Ｄｊが４０％〜４７％の範囲でも、針状ころとトラニオンジャーナルとの間での転がり疲労寿命（耐久性）を確保できる。これは、前述したように、装填する針状ころ５の本数が増加し面圧が減少するので、従来と同等の寿命を確保しつつ、ころ長さＬｎを短縮できるからである。因みに、本実施形態では、装填する針状ころ５の本数を約２０％増加させている。
トラニオン胴８の径ｄｒとトラニオン外径ＳＤｊとの比率ｄｒ／ＳＤｊやトラニオンジャーナル９の外径Ｄｊと球状ローラ４の外径Ｄｓとの比率Ｄｊ／Ｄｓは、強度、耐久性を考慮して従来技術と同じ寸法設定としている。
図４は、本発明の実施形態に係るトリポード型等速自在継手と従来技術を左右に対比して横断面図である。この図の右側に示した本実施形態に係るトリポード型等速自在継手が従来技術に比べて、如何に軽量・コンパクトであるかが理解されるであろう。
以上の実施形態では、トリポード部材３のトラニオンジャーナル９の付け根部９ａを直接針状ころ５の案内つばとしたが、これに限ることなく、付け根部に肩部を設け、この肩部と針状ころの端部との間に別体のインナワッシャを介在させてもよい。
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
１ トリポード型等速自在継手
２ 外側継手部材
３ トリポード部材
４ 球状ローラ
５ 針状ころ
６ トラック溝
７ ローラ案内面
８ トラニオン胴部
９ トラニオンジャーナル
９ａ 付け根部
１０ 円筒形外周面
Ｄ１ 大内径
Ｄ２ 小内径
Ｄｊ トラニオンジャーナル径
Ｄｓ 球状ローラの外径
Ｌｎ 針状ころのころ長さ
Ｌｓ 球状ローラの幅
ｄ 軸径（スプライン大径）
ＰＣＤ ローラ案内面のピッチ円直径

Claims (4)

  1. 円周方向の三等分位置に軸方向に延びるトラック溝を形成した外側継手部材と、シャフトとトルク伝達可能にスプライン嵌合するトラニオン胴部とこのトラニオン胴部の円周方向の三等分位置から半径方向に突出したトラニオンジャーナルとからなるトリポード部材と、前記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可能に装着された球状ローラとを備え、この球状ローラが前記トラック溝に収容され、前記球状ローラの外球面が前記トラック溝の両側壁に形成された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、
    前記ローラ案内面の半径方向の外方端部を結ぶ大内径をＤ１とし、前記ローラ案内面の半径方向の内方端部を結ぶ小内径をＤ２としたとき、Ｄ２とＤ１の比Ｄ２／Ｄ１を０．７３〜０．８０とし、かつ、前記トリポード部材のトラニオン胴部に形成したスプライン大径をｄとし、前記ローラ案内面のピッチ円直径をＰＣＤとしたとき、ｄとＰＣＤの比ｄ／ＰＣＤを０．６０以上としたことを特徴とするトリポード型等速自在継手。
  2. 前記ｄとＰＣＤの比ｄ／ＰＣＤを０．６２〜０．７０と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. 前記球状ローラの幅をＬｓとし、前記球状ローラの外径をＤｓとしたとき、ＬｓとＤｓの比Ｌｓ／Ｄｓを０．２０〜０．２７としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトリポード型等速自在継手。
  4. 前記針状ころの長さをＬｎとし、前記トラニオンジャーナルの外径をＤｊとしたとき、ＬｎとＤｊの比Ｌｎ／Ｄｊを０．４０〜０．４７としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のトリポード型等速自在継手。
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