JP7233497B1 - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手において、組み付け性を低下させることなく、ローラユニットの脚軸からの脱落防止機能を向上させる。【解決手段】ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手において、トリポード部材３の脚軸３２の外周面のうち、インナリング１２よりも軸端側で、継手軸線Ｏと直交する方向の両端部を含む領域に突起部４０を設ける。突起部４０の継手軸線Ｏ方向寸法Ｔと、脚軸３２の外周面のインナリング接触部の長径ａｇ１との比Ｔ／ａｇ１が０．３以上である。【選択図】図８

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達用に用いられるトリポード型等速自在継手に関する。

自動車の動力伝達系で使用されるドライブシャフトにおいては、中間軸のインボード側（デファレンシャル側）に摺動式等速自在継手を結合し、アウトボード側（車輪側）に固定式等速自在継手を結合する場合が多い。ここでいう摺動式等速自在継手は、二軸間の角度変位および軸方向相対移動の双方を許容するものであり、固定式等速自在継手は、二軸間での角度変位を許容するが、二軸間の軸方向相対移動は許容しないものである。

摺動式等速自在継手としてトリポード型等速自在継手が公知である。このトリポード型等速自在継手としては、シングルローラタイプとダブルローラタイプとが存在する。シングルローラタイプは、外側継手部材のトラック溝に挿入されるローラを、トリポード部材の脚軸に複数の針状ころを介して回転可能に取り付けたものである。ダブルローラタイプは、外側継手部材のトラック溝に挿入されるローラと、トリポード部材の脚軸に外嵌して前記ローラを回転自在に支持するインナリングとを備えるものである（例えば、下記の特許文献１参照）。ダブルローラタイプは、ローラを脚軸に対して首振り揺動させることが可能となるため、シングルローラタイプに比べ、誘起スラスト（継手内部での部品間の摩擦により誘起される軸力）とスライド抵抗の低減を達成できるという利点を有する。

ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手の組立工程では、ローラの内周にインナリングを組み付けてローラユニットを形成した後、このローラユニットを、トリポード部材の各脚軸に外挿し、これらを外側継手部材の内周に組み付ける。ローラユニットと客軸との間には機能上必要な隙間が設けられている。そのため、組立や修理のために、ローラユニット及びトリポード部材を外側継手部材に対して着脱する際や、ドライブシャフトを車両に対して着脱する際に、ローラユニットが脚軸から脱落するおそれがある。

下記の特許文献２では、図１０に示すように、ローラ１３４及びインナリング１３２を含むローラユニット１３０を有するダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手において、トリポード部材１２０の脚軸１２２の先端に突起部１２４を設けている。この脚軸１２２の突起部１２４を、ローラユニット１３０のインナリング１３２と干渉させることで、組立時や修理時におけるローラユニット１３０の脚軸１２２からの脱落を防止している。

特開２０００－３２０５６３号公報 特開２００３－９７５８９号公報

上記の特許文献２には、突起部の半径方向突出量（ａｆ１－ａｇ１）及び脚軸軸線方向の幅ｈを所定以上とすることで、脱落防止機能を発揮できることが記載されている。しかし、これらを大きくしすぎると、脚軸へのローラユニットの組み込みがしにくくなるため、これらの拡大による脱落防止機能の向上には限界がある。

一方、上記の特許文献２には、突起部の脚軸周方向幅については言及されていない。突起部の脚軸周方向幅については、これまでは以下のように考えられていた。すなわち、ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手では、図１１に示すように、脚軸１２２の外周面の横断面が楕円形状であり、脚軸１２２の外周面とインナリング１３２とが、脚軸１２２の長軸方向（継手軸線と直交する方向）で接触し、脚軸１２２の短軸方向（継手軸線方向）ではこれらの間に隙間が設けられる。このため、脚軸１２２の先端の外周面のうち、インナリング１３２と接触する領域、すなわち、長軸方向両端部のみに突起部１２４を設ければ足り、突起部１２４の周方向幅（継手軸線方向寸法）をそれ以上大きくしても、脱落防止機能の向上には寄与しないと考えられていた。

そこで、本発明は、ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手において、ローラユニットとトリポード部材との組立性を低下させることなく、ローラユニットの脚軸からの脱落防止機能を向上させることを目的とする。

トリポード型等速自在継手の組立や修理を行う際に、外側継手部材に対してトリポード部材及びローラユニットを着脱するときや、ドライブシャフトを車両に対して着脱するとき、トリポード部材の脚軸に対してローラユニットが傾斜することが多い（図８参照）。このようにローラユニットが脚軸に対して傾斜すると、ローラユニットのインナリングの内周面と脚軸の外周面との間の隙間が見かけ上小さくなる（図７の鎖線参照）。そのため、従来はインナリングと干渉しないと考えられていた領域まで突起部の継手軸線方向寸法（周方向幅）を延ばすことで、この領域が、ローラユニットが脚軸に対して傾斜した状態で脚軸から抜けるときにインナリングと干渉する。以上のように、組立時や修理時、あるいはドライブシャフトを車両に対して着脱するときにおけるローラユニットと脚軸との傾斜状態を考慮して、突起部の継手軸線方向寸法を大きくすることにより、突起部とインナリングとの干渉領域が大きくなり、ローラユニットの脚軸からの脱落防止機能が高められる。

一方、ローラユニットを脚軸に組み付ける際には、インナリングと脚軸とを同軸に配することで、脚軸に設けられた突起部の周方向中央部（最大径部）のみがインナローラと干渉する。従って、ローラユニットを脚軸に組み付ける際の押し込み力は従来と変わらず、組み付けがしにくくなることはない。

以上の知見に基づいてなされた本発明は、円周方向の三箇所に軸方向に延びるトラック溝が形成された外側継手部材と、半径方向に突出した三つの脚軸を有するトリポード部材と、前記脚軸に回転自在に支持されると共に前記トラック溝に収容されるローラユニットとを備え、
前記ローラユニットは、ローラと、前記脚軸に外嵌され、前記ローラを回転自在に支持するインナリングとを有し、
前記インナリングの内周面が、前記インナリングの軸線方向中間部が内径側に突出した凸曲面を有し、
前記インナローラの内周面は、継手軸線と直交する方向で前記脚軸の外周面と接触し、継手軸線方向で前記脚軸の外周面との間に隙間を形成するトリポード型等速自在継手において、
前記脚軸の外周面のうち、前記インナリングよりも軸端側で、継手軸線と直交する方向の両端部を含む領域に突起部を設け、
前記突起部の継手軸線方向寸法Ｔと、前記脚軸の外周面の継手軸線と直交する方向の寸法ａｇ１との比Ｔ／ａｇ１が０．３以上であることを特徴とする。

上記のトリポード型等速自在継手において、脚軸の外周面のうち、継手軸線と直交する方向の両端部を含む領域に研削面を設ける場合、突起部を、研削面の研削と同時に形成することができる。この場合、突起部は、研削面の継手軸線方向全域に設けられる。

上記のトリポード型等速自在継手では、突起部の継手軸線方向全域において、突起部の突出量を０．０１５～０．１５ｍｍとすることが好ましい。また、突起部の継手軸線方向全域において、突起部の脚軸軸線方向の幅を０．１～０．５ｍｍとすることが好ましい。

以上のように、本発明によれば、ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手において、ローラユニットとトリポード部材との組立性を低下させることなく、ローラユニットの脚軸からの脱落防止機能を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るトリポード型等速自在継手の断面図である。 図１のＫ－Ｋ線における断面図である。 図１のＬ－Ｌ線における断面図である。 図１の等速自在継手が作動角を取った状態を示す断面図である。 図２の拡大図である。 図５のＡ部の断面図である。 図３のインナリング及び脚軸を拡大して示す断面図である。 ローラユニットが脚軸に対して傾斜した状態を示す断面図である。 脚軸の研削工程を示す断面図である。 従来のトリポード型等速自在継手の断面図である。 図１０の等速自在継手のインナリング及び脚軸の横断面図である。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態に係るトリポード型等速自在継手１はダブルローラタイプである。トリポード型等速自在継手１は、図１及び図２に示すように、外側継手部材２と、トリポード部材３と、トルク伝達部材としてのローラユニット４とで主要部が構成されている。

外側継手部材２は、一端が開口したカップ状をなし、内周面に軸方向に延びる３本の直線状トラック溝５が周方向等間隔に形成される。各トラック溝５には、外側継手部材２の円周方向に対向して配置され、それぞれ外側継手部材２の軸方向に延びるローラ案内面６が形成されている。外側継手部材２の内部には、トリポード部材３とローラユニット４が収容されている。

トリポード部材３は、中心孔３０を有する胴部３１と、胴部３１の円周方向の三等分位置から半径方向に突出する３本の脚軸３２とを一体に有する。トリポード部材３は、胴部３１の中心孔３０に形成された雌スプライン３４に、軸としてのシャフト８に形成された雄スプライン８１を嵌合させることで、シャフト８とトルク伝達可能に結合される。シャフト８に設けた肩部８２にトリポード部材３の一方の端面を係合させ、シャフト８の先端に装着した止め輪１０をトリポード部材３の端面と係合させることで、トリポード部材３がシャフト８に対して軸方向に固定される。

ローラユニット４は、ローラ１１と、このローラ１１の内周に配置されて脚軸３２に外嵌された円環状のインナリング１２とを有し、外側継手部材２のトラック溝５に収容されている。ローラ１１は、インナリング１２で回転自在に支持される。図示例では、ローラ１１とインナリング１２との間に介在された多数の針状ころ１３で、これらが相対回転自在とされる。インナリング１２、針状ころ１３、およびローラ１１からなるローラユニット４は、ワッシャ１４、１５により分離しない構造となっている。

この実施形態において、ローラ１１の外周面は、脚軸３２の軸線上に曲率中心を有する円弧を母線とする凸曲面である。ローラ１１はローラ案内面６に沿って継手軸線Ｏ方向に移動可能である。ローラ１１の外周面は、ローラ案内面６とアンギュラコンタクトしている。

針状ころ１３は、ローラ１１の円筒状内周面を外側軌道面とし、インナリング１２の円筒状外周面を内側軌道面として、これらの外側軌道面と内側軌道面の間に転動自在に配置される。

トリポード部材３の各脚軸３２の外周面は、脚軸３２の軸線Ｐを含んだ任意の縦断面において軸線Ｐと平行な直線状をなす。また、図３に示すように、脚軸３２の外周面は、脚軸３２の軸線Ｐに直交する横断面において略楕円形状をなす。脚軸３２の外周面は、継手の軸線Ｏと直交する方向、すなわち長軸ａの方向でインナリング１２の内周面１２ａと接触する。詳しくは、継手軸線Ｏと直交する方向で、脚軸３２の外周面とインナリング１２の内周面１２ａとの間には、両者を組み付けるための僅かな隙間が設けられる。一方、継手の軸線Ｏ方向、すなわち短軸ｂの方向では、脚軸３２の外周面はインナリング１２の内周面１２ａと接触せず、これらの間に、上記の継手軸線Ｏ方向と直交する方向の隙間よりもはるかに大きい隙間ｍが形成されている。

インナリング１２の内周面１２ａは、インナリング１２の軸線Ｐ方向中間部が内径側に突出した凸曲面を有する（図５参照）。図示例では、インナリング１２の内周面１２ａが断面円弧状の凸曲面で構成され、その軸線Ｐ方向両側にテーパ面１２ｂが設けられる。このようにインナリング１２の内周面１２ａに凸曲面を設けることと、脚軸３２の断面形状が上述のように略楕円形状であり、脚軸３２とインナリング１２の間に継手軸線Ｏ方向の隙間ｍを設けてあることから、インナリング１２は、脚軸３２に対して首振り揺動可能となる。上述のとおりインナリング１２とローラ１１が針状ころ１３を介して相対回転自在にアセンブリとされているため、ローラ１１はインナリング１２と一体となって脚軸３２に対して首振り揺動可能である。つまり、脚軸３２の軸線を含む平面内で、脚軸３２の軸線に対してローラ１１およびインナリング１２の軸線は傾くことができる（図４参照）。

図４に示すように、トリポード型等速自在継手１が作動角をとって回転すると、外側継手部材２の軸線に対してトリポード部材３の軸線は傾斜するが、ローラユニット４が首振り揺動可能であるため、ローラ１１とローラ案内面６とが斜交した状態になることを回避することができる。これにより、ローラ１１がローラ案内面６に対して水平に転動するので、誘起スラストやスライド抵抗の低減を図ることができ、継手の低振動化を実現することができる。

また、既に述べたように、脚軸３２の横断面が略楕円状で、インナリング１２の内周面１２ａの縦断面が円弧状凸断面であることから、トルク負荷側での脚軸３２の外周面とインナリング１２の内周面１２ａとは点接触に近い狭い面積で接触する。よって、ローラユニット４を傾かせようとする力が小さくなり、ローラ１１の姿勢の安定性が向上する。

トリポード部材３は、鋼材料から、鍛造加工（冷間鍛造加工）→機械加工（旋削）→スプライン３４のブローチ加工→熱処理→研削加工、という主要工程を経て製作される。研削工程では、脚軸３２の外周面のうち、インナリング１２と接触する長軸方向両端部を含む領域が研削される。本実施形態では、脚軸３２の外周面の長軸方向両端部及びその近傍に研削され、これらの周方向間領域は研削が施されない。すなわち、図５に示すように、脚軸３２の外周面の長軸方向両端部に研削面３２ａが形成され、その周方向間領域は、研削されていない非研削領域となる。図示例では、研削面３２ａが脚軸３２の外周面の先端まで設けられている。この研削面３２ａが、インナリング１２の内周面１２ａと接触する。

以下、本発明の特徴的構成である突起部４０について説明する。

図５及び図６に示すように、トリポード部材３の脚軸３２の外周面には、突起部４０が設けられる。突起部４０は、脚軸３２の外周面のうち、インナリング１２よりも軸端側に設けられる。突起部４０は、脚軸３２の外周面のうち、長軸ａ方向両端部を含む領域に設けられる（図７参照）。本実施形態では、脚軸３２の外周面の研削面３２ａに突起部４０が設けられ、特に、研削面３２ａの脚軸周方向（継手軸線Ｏ方向）の全域に設けられる（図８参照）。図示例では、突起部４０が、研削面３２ａのうち、脚軸３２の先端よりも少し基端側（トリポード部材３の中心側）に設けられる（図５参照）。そのため、突起部４０の脚軸軸線Ｐ方向両側には研削面３２ａが設けられる。

図７に示すように、突起部４０は、脚軸３２の周方向に沿って延びている。突起部４０の継手軸線Ｏ方向の寸法Ｔと、脚軸３２の継手軸線Ｏと直交する方向の寸法ａｇ１（すなわち、脚軸３２の横断面の長径）との比Ｔ／ａｇ１は０．３以上とされる。例えば、脚軸３２の長径ａｇ１が２０ｍｍである場合、突起部４０の継手の軸線Ｏ方向の寸法Ｔは、６ｍｍ以上とされる。なお、脚軸３２の長径ａｇ１は、インナリング１２と接触する領域（研削面３２ａ）で測定する。また、図７では、脚軸３２とインナリング１２との間の隙間や突起部４０の突出量を誇張して示している。

突起部４０の、脚軸軸線Ｐ方向に隣接する領域（図示例では研削面３２ａ）に対する突出量δは、周方向で一定であり、０．０１５～０．１５ｍｍの範囲内で設定される。この場合、突起部４０の外接円径ａｆ１とインナリング１２の最小内径φＤｓ１との差（ａｆ１－φＤｓ１）は、０．０２～０．２０ｍｍとなる。突起部４０の脚軸軸線Ｐ方向の幅ｈ（図６参照）は、周方向で一定であり、０．１～０．５ｍｍの範囲内で設定される。

トリポード型等速自在継手１の組立時や修理時に、トリポード部材３及びローラユニット４を外側継手部材２に対して着脱する際や、ドライブシャフトを車両に対して着脱する際、インナリング１２と脚軸３２の突起部４０とが干渉することにより、トリポード部材３の脚軸３２からのローラユニット４の抜けが規制される。例えば、脚軸３２とローラユニット４が同軸に配された状態で、ローラユニット４の内周から脚軸３２が引き抜かれる方向に相対移動すると、脚軸３２の長軸ａ方向両端部に設けられた各突起部４０の周方向中央部がインナリング１２の内周面と干渉する（図７参照）。このとき、各突起部４０の周方向両端付近は、インナリング１２の内周面から離反しているため、抜け止め機能に寄与しない。

しかし、実際の組立時や修理時、及びドライブシャフトを車両に対して着脱するときには、脚軸３２とローラユニット４が同軸に配されることはほとんどなく、図８に示すように、互いに傾斜した状態となることが多い。この場合、脚軸３２に設けられた突起部４０のうち、周方向一方の端部付近の領域４０ａが先行してインナリング１２の内周に干渉する。このとき、脚軸３２がローラユニット４に対して傾斜していることで、ローラユニット４の軸心と直交する方向における脚軸３２の断面（図８のＹ－Ｙ線における断面）が、図７に鎖線で示すように短軸ｂ方向に延び、脚軸３２の最大径部３２ｂ（長軸ａ方向両端部）における曲率半径が大きくなる。また、脚軸３２がローラユニット４に対して傾斜することで、脚軸３２の横断面が、図７に鎖線で示すようにローラユニット４に対して短軸ｂ方向一方側（図中右側）にオフセットする。その結果、図７に鎖線で示す脚軸３２の外周面のうち、最大径部３２ｂの周方向一方側（図中右側）に隣接する領域Ｑが、インナリング１２の内周面に近接する。

本発明に係るトリポード型等速自在継手１では、脚軸３２の外周面に設けられる突起部４０が、従来はインナリング１２と干渉しないと考えられていた領域まで延びている。詳しくは、突起部４０の継手軸線Ｏ方向の寸法Ｔが、脚軸３２とインナリング１２とを同軸に配した状態で干渉し得る領域の幅よりも大きくなっている。上述のように、ローラユニット４が脚軸３２に対して傾斜すると、脚軸３２の外周面のうち、最大径部３２ｂの周方向一方側に隣接する領域Ｑがインナリング１２の内周面に近接するため、突起部４０を周方向に延ばすことで、周方向一方の端部付近の領域４０ａがインナリング１２の内周面１２ａに先行して干渉する（図８に、干渉領域を細かいハッチングで示す）。特に、本実施形態では、インナリング１２の内周面１２ａが凸曲面であるため、突起部４０の周方向一方の端部付近の領域４０ａが周方向中央部よりも先にインナリング１２の内周面に干渉しやすい。

その後、さらにローラユニット４の内周から引き抜く方向に脚軸３２を相対移動させると、突起部４０とインナリング１２との干渉領域が、突起部４０の周方向中央部に向けて広がる。以上のように、脚軸３２とインナリング１２との傾斜状態を考慮して、突起部４０の継手軸線Ｏ方向寸法Ｔを従来よりも大きくすることで、突起部４０とインナリング１２との干渉領域を広げて、ローラユニット４の脚軸３２からの抜け止め力を高めることができる。

一方、ローラユニット４をトリポード部材３に組み付ける際には、脚軸３２の軸端側からローラユニット４を押し込むことにより、インナリング１２を弾性変形させながら突起部４０を乗り越えさせる。このとき、インナリング１２と脚軸３２とを同軸に配した状態で組み付けることにより、脚軸３２の突起部４０の周方向中央部のみがインナリング１２と干渉した状態となるため、ローラユニット４の押し込み力は従来と同様で足りる。従って、突起部４０の周方向幅を大きくすることで、ローラユニット４の脚軸３２への組み付け性が低下することはない。

突起部４０は、切削等の機械加工や、加締め等の塑性加工により形成することができる。本実施形態では、突起部４０が、脚軸３２に設けられる研削面３２ａと同時研削される。具体的には、図９に示すように、砥石５０を、脚軸３２に対して相対回転させながら脚軸３２の外周面に押し付けて研削する。砥石５０には、平坦面５１と、溝部５２とが設けられる。砥石５０の平坦面５１で脚軸３２の外周面に研削面３２ａを形成すると共に、溝部５２で突起部４０を形成する。すなわち、脚軸３２の研削面３２ａだけでなく、突起部４０の外径面や側面も、砥石５０で研削された面となっている。以上のように、突起部４０を研削面３２ａと同時研削することで、突起部４０を別工程で形成する場合と比べて、製造コストが低減される。この場合、突起部４０は、脚軸３２の研削面３２ａの周方向全域に設けられる。

以上に述べたトリポード型等速自在継手１は、自動車のドライブシャフトに限って適用されるものではなく、自動車や産業機器等の動力伝達経路に広く用いることができる。

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 ローラユニット
５ トラック溝
６ ローラ案内面
８ シャフト
１１ ローラ
１２ インナリング
３１ 胴部
３２ 脚軸
３２ａ 研削面
４０ 突起部
Ｏ 継手軸線
Ｐ 脚軸軸線

Claims (4)

1. 円周方向の三箇所に軸方向に延びるトラック溝が形成された外側継手部材と、半径方向に突出した三つの脚軸を有するトリポード部材と、前記脚軸に回転自在に支持されると共に前記トラック溝に収容されるローラユニットとを備え、
   前記ローラユニットは、ローラと、前記脚軸に外嵌され、前記ローラを回転自在に支持するインナリングとを有し、
   前記インナリングの内周面が、前記インナリングの軸線方向中間部が内径側に突出した凸曲面を有し、
   前記インナリングの内周面は、継手軸線と直交する方向で前記脚軸の外周面と接触し、継手軸線方向で前記脚軸の外周面との間に隙間を形成するトリポード型等速自在継手において、
   前記脚軸の外周面のうち、前記インナリングよりも軸端側で、継手軸線と直交する方向の両端部を含む領域に突起部を設け、
   前記突起部の継手軸線方向寸法Ｔと、前記脚軸の外周面の継手軸線と直交する方向の寸法ａｇ１との比Ｔ／ａｇ１が０．３以上であるトリポード型等速自在継手。
2. 前記脚軸の外周面のうち、継手軸線と直交する方向の両端部を含む領域に研削面を設け、
   前記突起部が、前記研削面の継手軸線方向全域に設けられた請求項１に記載のトリポード型等速自在継手。
3. 前記突起部の継手軸線方向全域において、前記突起部の突出量が０．０１５～０．１５ｍｍである請求項１又は２に記載のトリポード型等速自在継手。
4. 前記突起部の継手軸線方向全域において、前記突起部の脚軸軸線方向の幅が０．１～０．５ｍｍである請求項１～３の何れか１項に記載のトリポード型等速自在継手。
   

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