JP7211261B2

JP7211261B2 - トリポード型等速継手

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Publication number: JP7211261B2
Application number: JP2019094069A
Authority: JP
Inventors: 啓志小畠; 陽星安藤
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2023-01-24
Anticipated expiration: 2039-05-17
Also published as: DE102020206157A1; US11655857B2; CN111946751B; JP2020190250A; CN111946751A; US20200362921A1

Description

本発明は、耐久性を損なわずに強制力を低減可能なトリポード型等速継手に関するものである。

脚軸に取り付けられた内輪から外周側に突設され、凸状外周面をそれぞれ有する３つのトラニオン（突起）と、前記３つのトラニオンの先端部に回転可能に支持された３つのローラと、前記３つのローラを収容する円筒状外輪とを備え、前記内輪が前記円筒状外輪に前記円筒状外輪の回転軸線方向に相対移動可能且つ相対回転不能に嵌め入れられているトリポード型等速継手が、知られている。たとえば、特許文献１に記載されたトリポード型等速継手がそれである。

特開２０１１－１６３４１１号公報

ところで、上記トリポード型等速継手において、前記脚軸（内輪）の回転中心線と前記円筒状外輪の回転中心線との間の角度に対応するジョイント角の変化に伴って、前記トラニオンの凸状外周面と前記ローラとの間の接点も前記トラニオンの突出し方向において変位する。ローラは、転動体として機能する複数本のニードルを径方向に挟むインナーローラおよびアウターローラから構成されている。そのアウターローラのトラニオン先端側の端部には、内向きの鍔部が形成され、アウターローラのトラニオン根元側の端部にはスナップリングが設けられ、ニードルおよびインナーローラのアウターローラに対する移動が規制されている。

しかしながら、前記脚軸（内輪）の回転中心線と前記円筒状外輪の回転中心線との間の角度に対応するジョイント角が変化すると、インナーローラとアウターローラのトリポードの突出し方向の隙間が詰まり、インナーローラがアウターローラの鍔部或に当接して強制力が発生し、耐久性が低下する可能性があった。

本発明は以上の事情を背景として為なされたものであり、その目的とするところは、ジョイント角の変化による強制力の発生を抑制して、高い耐久性を有するトリポード型等速継手を提供することにある。

本発明の要旨とするところは、（ａ）脚軸に取り付けられた内輪と、凸状外周面をそれぞれ有し前記内輪から外周側に突設された３つのトラニオンと、前記３つのトラニオンに回転可能に支持された３つのローラと、前記３つのローラを収容する円筒状外輪とを備え、前記内輪が前記円筒状外輪内に前記円筒状外輪の回転軸線方向に相対移動可能且つ相対回転不能に嵌め入れられているトリポード型等速継手であって、（ｂ）前記ローラは、前記トラニオンの凸状外周面と摺動可能に嵌合する円筒状内周面を有するインナーローラと、前記インナーローラに複数本の円柱状転動体を介して支持された円環状のアウターローラと、前記トラニオンの先端側の前記アウターローラから内周面側に一体に突き出して前記複数本の円柱状転動体および前記インナーローラの移動を規制する規制部とを、有するものであり、（ｃ）前記インナーローラと前記規制部との前記トラニオンの中心軸線方向の隙間が、予め設定されたジョイント角のときの前記トラニオンと前記インナーローラとの接点の往復移動量よりも大きく、前記円柱状転動体のクラウニング長さよりも小さい値に設定されている。

上記のように構成されたトリポード型等速継手では、前記インナーローラと前記規制部との前記トラニオンの中心軸線方向の隙間が、予め設定されたジョイント角のときの前記トラニオンと前記インナーローラとの接点の往復移動量よりも大きく、前記円柱状転動体のクラウニング長さよりも小さい値に設定されているので、前記インナーローラが前記規制部に当接することがなく、また前記転動体の転動面とエッジ当たりすることが抑制される。これにより、インナーローラから加えられる強制力が抑制され、高い耐久性が得られる。

好適には、前記インナーローラと前記規制部との前記トラニオンの中心軸線方向の隙間は、ジョイント角が１０°であるときの前記トラニオンと前記インナーローラとの接点の往復移動量よりも小さく設定される。これにより、前記インナーローラが前記規制部に当接することが解消される。

好適には、予め設定されたジョイント角は、最も多用されるときのジョイント角であるジョイント常用角であり、さらに好適には６°である。これにより、前記インナーローラと前記規制部との前記トラニオンの中心軸線方向の隙間がジョイント常用角として設定された角度であるときの前記トラニオンと前記インナーローラとの接点の往復移動量よりも大きく設定されているので、ジョイント常用角では、インナーローラの端面が円柱状転動体の円柱状外周面に入ることがなく、インナーローラのエッジ当たりによる応力集中が回避される。

本発明の一実施例であるトリポード型等速継手が適用された車両用動力伝達軸を説明する正面図である。図１のトリポード型等速継手を構成する、第２回転部材に設けられた円筒状外輪を説明する断面図である。図１のトリポード型等速継手を図１の左側から視た、トラニオンの中心軸線を含む横断面を示す図である。図１のトリポード型等速継手のトラニオンの中心軸線と平行な方向におけるインナーローラとアウターローラの規制部との間の隙間を、模式的に示す横断面である。図１のトリポード型等速継手における上死点の場合のトラニオンの中心に対するトラニオンとインナーローラとの接点の移動量を説明する模式図である。図１のトリポード型等速継手における下死点の場合のトラニオンの中心に対するトラニオンとインナーローラとの接点の移動量を説明する模式図である。比較例のトリポード型等速継手を示す図であり図３に対応する断面図である。図１のトリポード型等速継手の隙間と図７のトリポード型等速継手の隙間とを、対比して示す図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は本発明の等速継手１６が適用された車両用ドライブシャフト１０の全体的な構成を説明する概略図である。図１の車両用ドライブシャフト１０は、たとえばＦＦ車両の前部に幅方向に配置されるフロントドライブシャフトであって、たとえば機械構造用炭素鋼製の中間シャフト１２と、その中間シャフト１２の両端に固設された一対の等速継手１４および２０とから構成される。

一対の等速継手１４および２０のうち、中間シャフト１２の車体外側の端部に設けられている等速継手１４は、バーフィールド型等速ジョイントから構成され、図示しない駆動輪（前輪）が固定されるハブ２２に連結されている。また、一対の等速継手１４および２０のうち、中間シャフト１２の車体内側の端部に設けられている等速継手２０は、摺動式のトリポード型等速ジョイントから構成され、図示しない終減速装置のサイドギヤに連結されている。これにより、車両用ドライブシャフト１０は、たとえば、トランスアクスル内の終減速装置から出力される駆動力を車両の前輪である駆動輪に伝達する。

バーフィールド型等速ジョイントから成る等速継手１４は、中間シャフト１２の車体外側の一端部１２ａに相対回転不能に嵌装された内輪１５と、内部に収容室１６ａが形成された円筒状の外輪１６とを備え、その内輪１５は外輪１６の内部に形成された収容室１６ａ内に収容されている。外輪１６は、その回転軸線Ｃ４方向に突き出してハブ２２に形成された嵌合孔２２ａに相対回転不能に嵌合される連結軸１６ｂを備えている。連結軸１６ｂの端部外周面にはスプライン歯が形成されるとともに嵌合孔２２ａの内周面にはスプライン歯が形成されており、連結軸１６ｂは嵌合孔２２ａにスプライン嵌合される。

上記内輪１５と外輪１６との間には、略円筒状のケージ１４ａおよび複数のボール１４ｂが設けられており、これらのボール１４ｂは、ケージ１４ａに形成された複数の保持孔内に保持されている。内輪１５の外周面および外輪１６の内周面には、複数のボール１４ｂに対応する複数本の案内溝１４ｃがそれらの中心軸線方向にそれぞれ形成されており、複数のボール１４ｂはそれら複数本の案内溝１４ｃ内に嵌め入れられて案内されるようになっている。これにより、外輪１６およびハブ２２は、中間シャフト１２の車両外側の端部を起点とする所定範囲内の円弧運動が許容されている。

中間シャフト１２の端部と外輪１６との間の開口部分は、軟質樹脂製の合成ゴムからなる蛇腹状のブーツ１８により覆われている。このブーツ１８は、その大径端が外輪１６の周囲に嵌め着けられ、内径端が中間シャフト１２の端部に嵌め着けられている。そのブーツ１８内には潤滑グリースが充填されている。

摺動式トリポード型等速ジョイントからなる等速継手２０は、中間シャフト１２（脚軸）の車体内側の他端部１２ｂに嵌め着けられた内輪２４と、内部に収容室２６ａが形成された外輪２６とを備え、その内輪２４は外輪２６に形成された収容室２６ａ内に相対回転不能且つ外輪２６の回転軸線Ｃ２方向の移動可能に収容されている。外輪２６は、その回転軸線Ｃ２方向に突き出して前記終減速装置のサイドギヤの中央に形成されたスプライン嵌合孔に相対回転不能に嵌合される連結軸２６ｂを備えている。

図２は、上記等速継手２０の外輪２６の構成を一部切り欠き拡大して示す図である。図２において、等速継手２０の外輪２６からその回転軸線Ｃ２方向に突き出す連結軸２６ｂは、スプライン歯が形成されたスプライン軸部２６ｄと、そのスプライン軸部２６ｄよりもやや大きい径を有してそのスプライン軸部２６ｄに続いて位置し前記終減速装置のデフケースに摺動可能に嵌合されてそれにより支持される嵌合軸部２６ｅと、その嵌合軸部２６ｅに続いて位置しその嵌合軸部２６ｅより大きい径を有する大径軸部２６ｆとを有している。

上記内輪２４には、周方向の等間隔で外周側に突き出してローラ３０をそれぞれ支持する３つのトラニオン（突起）２４ａが設けられている。外輪２６の内周面には、３つのローラ３０をそれぞれ受け入れてそれを回転軸線Ｃ２に平行な方向に案内する長手状の３本の案内溝２６ｃが設けられている。これにより、内輪２４は、外輪２６に対して、回転軸線Ｃ２方向に相対移動可能且つ相対回転不能に嵌め入れられている。

中間シャフト１２の端部と外輪２６との間の開口部分は、軟質樹脂材料からなる蛇腹状のブーツ２８により覆われている。このブーツ２８は、その大径端が外輪２６の周囲に嵌め着けられ、内径端が中間シャフト１２の端部に嵌め着けられている。そのブーツ２８内には高粘性の潤滑油として機能する潤滑グリースが充填されている。

図３は、１つのローラ３０を受け入れてそれを回転軸線Ｃ２に平行な方向に案内する１本の案内溝２６ｃを示す断面図である。図３に示すように、内輪２４と外輪２６とは、内輪２４の回転軸線Ｃ１および外輪２６の回転軸線Ｃ２を含む面内において、内輪２４にスプライン嵌合により相対回転不能に嵌合された中間シャフト１２の車体内側の他端部（軸脚）１２ｂを中心とする所定のジョイント角θｔの範囲内の相対回転が許容されている。

内輪２４から周方向の等間隔で外周側に突き出す３つのトラニオン２４ａは、言い換えると、内輪２４の回転軸線Ｃ２から外周側に向かって、３つのトラニオン２４ａのそれぞれの中心軸線Ｃ３方向に突き出している。このトラニオン２４ａは、中心軸線Ｃ３に直交する方向に凸となる環状の部分球面である凸状外周面２４ｂを備えている。また、トラニオン２４ａには、凸状外周面２４ｂが内接するローラ３０が嵌め付けられている。ローラ３０は、インナーローラ３２と、複数本の円柱状転動体（転動体）３４と、円環状のアウターローラ３６と、スナップリング３８とを備えている。インナーローラ３２は、トラニオン２４ａの凸状外周面２４ｂと摺動可能に嵌合する円筒状内周面３２ａを有し、アウターローラ３６は、インナーローラ３２に複数本の円柱状転動体（ニードル）３４を介して支持されている。

アウターローラ３６は、複数本の円柱状転動体３４およびインナーローラ３２の移動を規制する規制部３６ａと、スナップリング３８が嵌め付けられる環状溝３６ｂとを有する。規制部３６ａは、トラニオン２４ａの先端側のアウターローラ３６から内周面側へ内向きフランジ状に一体に突き出している。環状溝３６ｂは、トラニオン２４ａの基端部側のアウターローラ３６に形成されている。外輪２６の案内溝２６ｃには、周方向に対向する一対の凹溝２６ｇが形成されており、アウターローラ３６は、その一対の凹溝２６ｇ内に嵌め入れられた凸状外周面３６ｃを備えている。

アウターローラ３６は、凹溝２６ｇに沿って直線運動する。これに対し、ジョイント角θの増加に伴ってトラニオン２４ａの凸状外周面２４ｂが円弧運動する。このため、部分球面である凸状外周面２４ｂの球心Ｍを通る回転軸線Ｃ１まわりの仮想円を仮想円ＰＣとすると、中心軸線Ｃ３と直交する仮想円ＰＣの接線Ｌに対して、凸状外周面２４ｂとインナーローラ３２の円筒状内周面３２ａとの接点Ｔは、等速継手２０の回転に同期して中心軸線Ｃ３方向に往復する。インナーローラ３２は、その円筒状内周面３２ａに当接して移動するトラニオン２４ａの凸状外周面２４ｂとの摩擦によって中心軸線Ｃ３方向に移動させられる。

図４は、トラニオン２４ａの中心軸線Ｃ３と平行な方向におけるインナーローラ３２とアウターローラ３６の規制部３６ａとの間の隙間ＣＬを、模式的に示す図である。インナーローラ３２および円柱状転動体３４は、規制部３６ａとスナップリング３８との間で、アウターローラ３６に対する中心軸線Ｃ３方向の所定の相対移動量以上の相対移動が制限されている。これにより、図４に示すように、所定の相対移動量を下まわるインナーローラ３２とアウターローラ３６との相対移動が許容されるように、インナーローラ３２とアウターローラ３６の規制部３６ａとの間の隙間ＣＬが設定されている。

図５は、接点Ｔの往復移動のうちの上死点において、接点Ｔと中心軸線Ｃ３と直交する仮想円ＰＣの接線Ｌとの、中心軸線Ｃ３方向の距離Ｄｕを説明する図である。この距離Ｄｕは、上死点における凸状外周面２４ｂの中心Ｍに対するトラニオン２４ａとインナーローラ３２との接点Ｔの移動量である。図５において、接点Ｔは仮想円ＰＣよりも外周側に位置しており、仮想円ＰＣの半径をＤｐとし、ジョイント角をθとすると、距離Ｄｕは、次式（１）により表される。ここで、ジョイント角θは、仮想円ＰＣの中心と凸状外周面２４ｂの球心Ｍとを結ぶ直線と、中心軸線Ｃ３との成す角、すなわち外輪２６の回転軸線Ｃ２と内輪２４の回転軸線Ｃ１との成す角である。

Ｄｕ＝〔（１－ｃｏｓθ）／４ｃｏｓθ〕・Ｄｐ・・・（１）

図６は、接点Ｔの往復移動のうちの下死点において、接点Ｔと中心軸線Ｃ３に直交する仮想円ＰＣの接線Ｌとの、中心軸線Ｃ３方向の距離Ｄｄを説明する図である。この距離Ｄｄは、下死点における凸状外周面２４ｂの中心Ｍに対するトラニオン２４ａとインナーローラ３２との接点Ｔの移動量である。図６において、接点Ｔは仮想円ＰＣよりも内周側に位置しており、仮想円ＰＣの半径をＤｐとし、ジョイント角をθとすると、距離Ｄｄは、次式（２）により表される。

Ｄｄ＝（３／４）・（１－ｃｏｓθ）・Ｄｐ・・・（２）

凸状外周面２４ｂとインナーローラ３２の円筒状内周面３２ａとの接点Ｔの往復移動量Ｄは、ＤｕとＤｄとの合計（すなわちＤ＝Ｄｕ＋Ｄｄ）で表わされる。本実施例の等速継手２０においては、インナーローラ３２とアウターローラ３６の規制部３６ａとの間の隙間ＣＬは、ジョイント角θがジョイント常用角θｎである６°のときの接点Ｔの往復移動量ＤであるＤ６を上まわり、且つ円柱状転動体３４のクラウニング長さＬｓを下まわる値となるように、すなわち、Ｄ６＜ＣＬ＜Ｌｓを満足するように、設定されている。ジョイント常用角θｎは、最も多用される平均的車両荷重である時のジョイント角θであり、例えば、１名乗車または定積載時のジョイント角θである。また、ジョイント常用角θｎである６°は、車両用のトリポード型等速継手の転動疲労寿命およびノイズ・振動性能の観点から、車両適合検討段階で、１名乗車または定積載時のジョイント角θが６°以下の車両に対して適合を考慮した場合に採用されている値である。

なお、隙間ＣＬの上限値は、ジョイント角θが１０°であるときの接点Ｔの往復移動量ＤであるＤ１０とクラウニング長さＬｓとのいずれか小さい値であってもよい。すなわち、Ｄ６＜ＣＬ＜Ｍｉｎ（Ｄ１０，Ｌｓ）を満足するように、隙間ＣＬが設定されていてもよい。例えば、クラウニング長さＬｓがＤ１０より大きい値である場合には、Ｄ６＜ＣＬ＜Ｄ１０を満足するように、隙間ＣＬが設定されていてもよい。

図７は、比較例のトリポード型等速継手を示す図であり図３に対応する図である。本実施例の等速継手（トリポード型等速継手）２０は、図３に示すように規制部３６ａがアウターローラ３６から内周側へ一体に突き出した内向フランジ状に構成されていたのに対し、図７に示す比較例のトリポード型等速継手は、規制部１３６ａがスナップリングにより構成されている。図７のインナーローラ１３２および円柱状転動体１３４は、規制部１３６ａとスナップリング１３８との間で、アウターローラ１３６に対する中心軸線Ｃ３方向の所定の相対移動量以上の相対移動が制限されている。これにより、所定の相対移動量を下まわるインナーローラ１３２とアウターローラ１３６との相対移動が許容されるように、インナーローラ１３２とスナップリングである規制部１３６ａとの間の隙間が設定されている。このような図７の構造のトリポード型等速継手では、インナーローラ１３２の脱落防止機能が２枚のスナップリングで行われているため、部品点数の多さから、寸法のばらつきの影響で隙間の詰まりが起こりやすい構造となっている。

図８は、比較例である図７の構造である比較例品１および２の場合の隙間と、本実施例の図３の構造である実施例品の場合の隙間を、対比して示す図である。図８において、▽は隙間の下限値、△は隙間の上限値、○は隙間の中央値を示している。比較例品１および比較例品２の場合は、隙間の下限値と上限値との間の大きく、且つ相互にばらついている。これに対して、図８の右端にしめす実施例品の場合は、隙間ＣＬの下限値と上限値との間が小さい。また、実施例品は、図示しないがばらつきも小さい。

上述のように、本実施例のトリポード型の等速継手２０によれば、中間シャフト（脚軸）１２に取り付けられた内輪２４と、凸状外周面２４ｂをそれぞれ有し内輪２４から外周側に突設された３つのトラニオン２４ａと、３つのトラニオン２４ａに回転可能に支持された３つのローラ３０と、３つのローラ３０を収容する外輪（円筒状外輪）２６とを備え、内輪２４が外輪２６内に外輪２６の回転軸線Ｃ２方向に相対移動可能且つ相対回転不能に嵌め入れられている等速継手２０（トリポード型等速継手）であって、ローラ３０は、トラニオン２４ａの凸状外周面２４ｂと摺動可能に嵌合する円筒状内周面３２ａを有するインナーローラ３２と、インナーローラ３２に複数本の円柱状転動体３４を介して支持された円環状のアウターローラ３６と、トラニオン２４ａの先端側のアウターローラ３６から内周面側に一体に突き出して複数本の円柱状転動体３４およびインナーローラ３２の移動を規制する規制部３６ａとを有するものであり、インナーローラ３２と規制部３６ａとのトラニオン２４ａの中心軸線Ｃ３方向の隙間ＣＬが、予め設定されたジョイント角θのときのトラニオン２４ａとインナーローラ３２との接点Ｔの往復移動量よりも大きく、円柱状転動体３４のクラウニング長さＬｓよりも小さい値に設定されているので、インナーローラ３２が規制部３６ａに当接することがなく、また円柱状転動体３４の円筒状外周面である転動面とエッジ当たりすることが抑制される。これにより、インナーローラ３２から加えられる強制力が抑制され、高い耐久性が得られる。

また、本実施例のトリポード型の等速継手２０では、インナーローラ３２と規制部３６ａとのトラニオン２４ａの中心軸線Ｃ３方向の隙間ＣＬは、ジョイント角θが１０°であるときのトラニオン２４ａとインナーローラ３２との接点Ｔの往復移動量Ｄ１０よりも小さく設定される。これにより、インナーローラ３２が規制部３６ａに当接することが解消される。

また、本実施例のトリポード型の等速継手２０では、予め設定されたジョイント角θはジョイント常用角θｎである。また、本実施例のトリポード型の等速継手２０では、ジョイント常用角θｎは６°である。これにより、インナーローラ３２と規制部３６ａとのトラニオン２４ａの中心軸線Ｃ３方向の隙間ＣＬがジョイント常用角θｎとして設定された６°であるときのトラニオン２４ａとインナーローラ３２との接点Ｔの往復移動量Ｄ６よりも大きく設定されているので、ジョイント常用角θｎでは、インナーローラ３２の端面が円柱状転動体３４の円柱状外周面である転動面に入ることがなく、インナーローラ３２のエッジ当たりによる応力集中が回避される。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

例えば、前述の実施例の等速継手２０において、内輪２４は中間シャフト１２の軸端にスプライン嵌合されたものであったが、相互に一体に形成されたものであってもよい。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１２：中間シャフト（脚軸）
２０：等速継手（トリポード型等速継手）
２４：内輪
２４ａ：トラニオン
２４ｂ：凸状外周面
２６：外輪（円筒状外輪）
３０：ローラ
３２：インナーローラ
３２ａ：円筒状内周面
３４：円柱状転動体（転動体）
３６：アウターローラ
３６ａ：規制部
Ｃ２：外輪の回転軸線
Ｃ３：トラニオンの中心軸線
ＣＬ：隙間
Ｄ：往復移動量
Ｌｓ：クラウニング長さ
θ ：ジョイント角

Claims

脚軸に取り付けられた内輪と、凸状外周面をそれぞれ有し前記内輪から外周側に突設された３つのトラニオンと、前記３つのトラニオンに回転可能に支持された３つのローラと、前記３つのローラを収容する円筒状外輪とを備え、前記内輪が前記円筒状外輪内に前記円筒状外輪の回転軸線方向に相対移動可能且つ相対回転不能に嵌め入れられているトリポード型等速継手であって、
前記ローラは、前記トラニオンの凸状外周面と摺動可能に嵌合する円筒状内周面を有するインナーローラと、前記インナーローラに複数本の円柱状転動体を介して支持された円環状のアウターローラと、前記トラニオンの先端側の前記アウターローラから内周面側に一体に突き出して前記複数本の円柱状転動体および前記インナーローラの移動を規制する規制部とを、有するものであり、
前記インナーローラと前記規制部との前記トラニオンの中心軸線方向の隙間が、予め設定されたジョイント角のときの前記トラニオンと前記インナーローラとの接点の往復移動量よりも大きく、前記円柱状転動体のクラウニング長さよりも小さい値に設定されている
ことを特徴とするトリポード型等速継手。