WO2011114505A1 - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

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WO2011114505A1
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trunnion
tripod
spherical roller
constant velocity
universal joint
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卓 板垣
達朗 杉山
正幸 黒田
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Ntn株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/202—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members one coupling part having radially projecting pins, e.g. tripod joints
    • F16D3/205—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members one coupling part having radially projecting pins, e.g. tripod joints the pins extending radially outwardly from the coupling part
    • F16D3/2055—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members one coupling part having radially projecting pins, e.g. tripod joints the pins extending radially outwardly from the coupling part having three pins, i.e. true tripod joints

Definitions

  • the present invention relates to a tripod type constant velocity universal joint, and can be used for power transmission devices of automobiles, various industrial machines and the like.
  • the outer joint member is connected to the drive shaft or the driven shaft
  • the inner joint member is connected to the driven shaft or the drive shaft
  • the torque transmission member is interposed therebetween
  • the drive shaft and the driven shaft Is designed to transmit torque even in the angled state, and is roughly divided into a fixed type that allows only angular displacement and a sliding type that allows not only angular displacement but also axial displacement (plunging).
  • the tripod type constant velocity universal joint belongs to the sliding type, and as shown in FIG. 4, the outer ring 110 as an outer joint member, the tripod 120 as an inner joint member, and the spherical roller 130 as a torque transmission member are mainly configured. It is an element.
  • the outer ring 110 includes a mouth portion 112 and a stem portion (not shown), and a spline (or serration, hereinafter the same) shaft portion formed on the stem portion is connected to be able to transmit torque with the driving shaft or the driven shaft.
  • the mouse portion 112 has a cup shape, and three axially extending track grooves 114 are formed on the inner circumference at equal intervals in the circumferential direction. Roller guide surfaces 116 are formed on both side walls of the track groove 114.
  • the tripod 120 is composed of a boss 122 and three trunnions 126, and is connected with a driven shaft or a driving shaft so as to be capable of transmitting torque by means of a spline hole 124 formed in the boss 122.
  • the three trunnions 126 are equally spaced in the circumferential direction of the boss 122 and each project radially from the boss 122.
  • Each trunnion 126 has a cylindrical shape, and an annular groove 128 is formed near the tip.
  • a spherical roller 130 is attached to each trunnion 126.
  • a plurality of needle rollers 132 are interposed between the spherical roller 130 and the trunnion 126 in a full roller state.
  • the spherical roller 130 is rotatable relative to the trunnion 126.
  • An inner washer 134 and an outer washer 136 are disposed on both axial ends of the needle roller 132.
  • the inner washer 134 is seated on the shoulder of the base of the trunnion 126.
  • a circlip 138 is mounted in the annular groove 128 of the trunnion 126 to restrict the movement of the outer washer 136 to the distal end of the trunnion 126. Accordingly, movement of the needle roller 132 to the tip end side of the trunnion 126 is restricted (retaining).
  • Patent No. 3615987 gazette
  • the conventional tripod type constant velocity universal joint requires many parts such as the spherical roller 130, the needle roller 132, the inner washer 134, the outer washer 136 and the circlip 138 in addition to the outer ring 110 and the tripod 120.
  • the large number of parts in this way is a problem from the viewpoint of cost and the like. Accordingly, an object of the present invention is to reduce the number of parts of a tripod type constant velocity universal joint.
  • the tripod type constant velocity universal joint has an outer ring having three track grooves extending in the axial direction on the inner periphery and a roller guide surface formed on both side walls of each track groove, a radius from the boss and its boss
  • the trunnion and the spherical roller are in direct contact with each other, and a tripod roller comprising three trunnions projecting in a direction and a spherical roller supported rotatably and axially movably with respect to each trunnion and inserted in the track groove,
  • a void is provided between the trunnion and the spherical roller in the axial direction of the boss of the tripod.
  • the parts constituting the tripod type constant velocity universal joint become only three points of the outer ring (outer joint member), the tripod (inner joint member) and the spherical roller (torque transmission member), and the number of parts is greatly reduced.
  • the outer peripheral surface of the trunnion also has a cylindrical shape, and a desired gap is provided between the cylindrical surfaces of the two and the spherical roller is fitted to the trunnion, the outer surface of the trunnion and the spherical roller
  • the contact area with the inner peripheral surface is large, and the frictional resistance to relative rotation between the trunnion and the spherical roller is large.
  • the presence of grease between the outer peripheral surface of the trunnion and the inner peripheral surface of the spherical roller is not good until the clearance necessary to fit the spherical roller into the trunnion.
  • the cylindrical outer peripheral surface of the trunnion can be cut out over a predetermined region including the portion directed in the axial direction of the boss.
  • the outer peripheral surface shape of the longitudinal cross section of the spherical roller is preferably an arc having a center of curvature on the rotation axis of the spherical roller.
  • the outer peripheral surface of the spherical roller is a partial spherical surface, which facilitates rotation in the roller guide surface.
  • the cross section of the trunnion can be a part of a perfect circle, that is, a perfect circle, at least in a portion excluding the cut portion, that is, a portion in contact with the inner peripheral surface of the spherical roller.
  • the cross section of the trunnion may have a non-round shape at least in a portion in contact with the inner peripheral surface of the spherical roller.
  • non-perfect circular shapes include arcs having a center at a position away from the axis of the trunnion and elliptical shapes. In the case of the oval shape, the major axis direction outer peripheral surface of the oval contacts the inner diameter of the spherical roller.
  • the clearance between the trunnion and the spherical roller gradually widens from the contact portion of the trunnion and the spherical roller toward the void, so it becomes easy to draw in the grease. Instead, since the contact width between the trunnion and the spherical roller is reduced, the spherical roller is likely to rock. Therefore, the rolling of the spherical roller is promoted, and a lower vibration constant velocity universal joint is realized.
  • At least a portion of the trunnion in contact with the inner peripheral surface of the spherical roller is finished by grinding or hardened steel cutting.
  • hardened steel cutting by using so-called dry cutting, the grinding oil (coolant) necessary for grinding is not used, which is excellent in terms of environment.
  • the trunnion is in contact with the spherical roller and plays a role of transmitting torque, so strength and durability are required.
  • various methods are known for surface hardening treatment, for example, any of carburizing, carbonitriding and induction hardening may be selected.
  • a hardened layer may be provided on at least the root and outer peripheral surface of the trunnion. Induction hardening is advantageous in that it can be locally hardened where it is needed.
  • the present invention it is possible to achieve a significant reduction in the number of parts of the tripod constant velocity universal joint by setting the parts constituting the tripod constant velocity universal joint to only three points of the outer ring, the tripod and the spherical roller. Further, by providing a space between the trunnion and the spherical roller in the axial direction of the boss of the tripod, the interposition of grease can be improved and the rolling of the spherical roller can be promoted. Therefore, during plunging of the tripod type constant velocity universal joint, the spherical roller rolls smoothly along the roller guide surface, which contributes to the reduction of the slide resistance and the reduction of the induced thrust.
  • the tripod type constant velocity universal joint shown in FIGS. 1 and 2 is constituted by three members of an outer ring 10 as an outer joint member, a tripod 20 as an inner joint member, and a spherical roller 30 as a torque transfer member.
  • this tripod type constant velocity universal joint is constituted only by three parts of the outer ring 10, the tripod 20 and the spherical roller 30. Needless to say, the total number of spherical rollers 30 is three.
  • the outer ring 10 comprises a mouth portion 12 and a stem portion (not shown), and a spline shaft portion formed on the stem portion is connected to the driving shaft or the driven shaft so as to be capable of transmitting torque.
  • the mouse portion 12 is cup-shaped and has three track grooves 14 on its inner periphery.
  • the track grooves 14 are formed at equal intervals in the circumferential direction of the mouse portion 12 and extend in parallel with the axis X of the mouse portion 12.
  • Roller guide surfaces 16 are formed on both side walls of each track groove 14.
  • the roller guide surface 16 is a part of a cylindrical surface, and the cross section perpendicular to the axis X is a part of a perfect circle.
  • the tripod 20 is composed of a boss 22 and three trunnions 26, and is connected to the driven shaft or the driving shaft so as to be capable of transmitting torque by means of the spline holes 24 of the boss 22.
  • the three trunnions 26 are equally spaced in the circumferential direction of the boss 22 and each project in the radial direction of the boss 22.
  • a spherical roller 30 is attached to each trunnion 26, and the trunnion 26 and the spherical roller 30 are in direct contact with each other.
  • the spherical roller 30 is accommodated in the track groove 14 and directly contacts the roller guide surface 16 at the outer peripheral surface 32.
  • the spherical roller 30 is ring-shaped and has a partial spherical outer peripheral surface 32 and a cylindrical inner peripheral surface 34.
  • the outer peripheral surface 32 of the spherical roller 30 is spherical. It is a part of a spherical surface having a center of curvature on the rotation axis of the roller 30, ie, a partial spherical shape.
  • the shape of the outer peripheral surface 32 in the longitudinal cross section of the spherical roller 30 is a circular arc having the center of curvature on the rotation axis of the spherical roller 30.
  • the radius of curvature of the outer peripheral surface 32 of the spherical roller 30 is substantially the same as the radius of curvature of the roller guide surface 16, or the radius of curvature of the roller guide surface 16 is larger.
  • the shape of the outer peripheral surface 32 in the vertical cross section of the spherical roller 30 may be a circular arc having a center of curvature at a position away from the rotation axis of the spherical roller 30.
  • the outer peripheral surface 32 of the spherical roller 30 is a part of a torus (ring).
  • the trunnion 26 has a surface portion 28 orthogonal to the axis Y of the boss 22.
  • the surface portion 28 is axially retracted from the virtual cylindrical surface of the trunnion 26.
  • a space 36 is formed between the surface portion 28 of the trunnion 26 and the inner circumferential surface 34 of the spherical roller 30 in the direction of the axis Y of the boss 22.
  • the surface portion 28 is a flat surface, so the cavity 36 has a crescent-shaped cross section.
  • the interposition of the lubricant (grease) between the trunnion 26 and the spherical roller 30 is improved, and it can be expected that the rolling of the spherical roller 30 is promoted.
  • the surface portion 28 is flat, but not necessarily flat, as long as the desired space 36 can be formed with the inner circumferential surface of the spherical roller 30, for example, other than the flat surface, for example It may be convex or concave. Also, in the illustrated embodiment, the surface portion 28 exists over the entire length of the trunnion 26 and is flush with the end face of the boss 22 but does not have to be flush with the end face of the boss 22. However, if the surface portion 28 is flat and flush with the end face of the boss 22, it is relatively easy to process, which is advantageous in manufacturing.
  • the tripod 20 is generally formed by forging, and then the outer peripheral surface of the spline hole 24 and the trunnion 26 is finished by machining.
  • the surface portion 28 may be formed simultaneously in the process of forging, or may be subjected to cutting after forging into a cylindrical shape.
  • the trunnion is specifically designated 26a.
  • the cross section perpendicular to the axis Z (FIG. 2) of the trunnion 26a, that is, the cross section, is a part of a perfect circle, that is, a perfect circle shape at least in a region in contact with the inner peripheral surface 34 of the spherical roller 30.
  • the true circle is centered on the axis Z of the trunnion 26a.
  • the trunnion is specifically designated 26b.
  • the cross section of the trunnion 26 b may have a non-perfect circular shape at least in a region in contact with the inner peripheral surface 34 of the spherical roller 30.
  • the outer peripheral surface shape of the transverse section of the trunnion 26b is an arc having a center of curvature at a position away from the axis Z of the trunnion 26b, in other words, an arc having no center of curvature on the axis Z of the trunnion 26b. It is an example.
  • the radius of curvature of the arc is represented by the symbol R.
  • the spherical roller 30 swings more easily with the load point as the fulcrum, as compared with the case where the cross-sectional shape of the trunnion 26b is made into a perfect circle shape as described above.
  • a dot-and-dash line perpendicular to the roller guide surface 16 represents the torque load direction. And the intersection of this dashed-dotted line and the roller guide surface 16 becomes a load point.
  • FIGS. 3A and 3B as can be seen from the slight clearance a on the non-load side, when torque is transmitted from the outer ring 10, a force is applied from the right side to the left side in the same figure. Is shown.
  • the cross-sectional shape of the trunnion 26 may be elliptical as another example of the non-round shape.
  • the cross-sectional shape is similar to that of the oval shown in FIG. 3B, and therefore, the same effect as described for the swing of the spherical roller 30 can be expected for the configuration of FIG. 3B.
  • the vibration generated in the axial direction of the joint transmitted from the engine to the drive shaft can be absorbed to suppress the vibration (slide) Reduced resistance).
  • the rocking motion of the spherical roller 30 makes it easier for the spherical roller 30 to roll, thereby reducing the force (induced thrust) generated in the axial direction of the joint. .
  • a structure in which a spherical roller is mounted on the outer periphery of a trunnion via a plurality of needle rollers is general, but the outer ring and the tripod operate When transmitting the torque while taking the angle, since each spherical roller and the roller guide surface cross each other obliquely with the inclination of the trunnion, a slip occurs between them, and the smooth rolling of the spherical roller There is a problem that it is hindered and the induced thrust becomes large. Further, there is a problem that the sliding resistance when the outer ring and the tripod are relatively displaced in the axial direction is increased by the frictional force between each spherical roller and the roller guide surface.
  • the induced thrust means the axial force of the joint generated by the friction inside the joint when torque is applied at an angle during rotation of the constant velocity universal joint, and in the case of the tripod type, it is mainly It appears strongly as a third-order component.
  • the slide resistance is a sliding type joint such as a tripod type constant velocity universal joint, and means the magnitude of the axial friction force generated when the outer ring and the tripod slide relative to each other. It is desirable to reduce induced thrust and slide resistance as much as possible because they cause vibration and noise of the vehicle body, affect the NVH characteristics of the vehicle, and lower the design freedom of the vehicle underbody.
  • the NVH refers to noise (vibration), vibration (vibration), harshness (coarse ride quality), and is a generic term for reduction of vibration noise of a vehicle.
  • the NVH problem of automobiles is the point of solution by reducing the magnitude of the induced thrust and sliding resistance of the joint.
  • the induced thrust and sliding resistance of a joint tend to depend on the magnitude of the operating angle. Therefore, when it applies to the drive shaft of a motor vehicle, it leads to the design restrictions that an operating angle can not be enlarged. Therefore, in order to increase the degree of freedom in designing the underbody of a car, low stabilization of induced thrust and slide resistance has been a problem.
  • the trunnion 26 is surface-hardened to provide a hardened layer.
  • various methods are known for surface hardening treatment, for example, any of carburizing, carbonitriding and induction hardening may be selected. In the case of induction hardening, it is sufficient if a hardened layer is provided at least at the base of trunnion 26 and the outer peripheral surface.
  • Carburizing includes solid carburizing, liquid carburizing, gas carburizing and the like.
  • Carbonitriding is a method of simultaneously diffusing carbon and nitrogen into the surface layer of steel and hardening only the surface by subsequent hardening.
  • a salt bath such as sodium cyanide. The higher the temperature of carbon and the lower the more easily nitrogen infiltrates, the reaction is carried out at 800 to 900.degree.
  • Induction hardening mainly uses medium carbon steel with a carbon content of 0.3 to 0.5%, and after hardening and tempering in advance to provide sufficient strength and toughness for the entire cross section of the steel, induction heating by high frequency current is used. It is a method of rapidly heating, hardening only from the surface austenitized state, and hardening only the surface. By devising the shape of the coil used for high frequency heating, only a necessary part can be locally heated.
  • Hardened steel cutting is a method of cutting a work after quenching using a high hardness tool such as a CBN (cubic boron nitride) sintered body tool.
  • a high hardness tool such as a CBN (cubic boron nitride) sintered body tool.
  • dry cutting the grinding oil (coolant) necessary for grinding is not used, which is excellent in terms of environment.

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Abstract

外輪(10)とトリポード(20)とスフェリカルローラ(30)の３部品のみでトリポード型等速自在継手を構成し、トラニオン(26)とスフェリカルローラ(30)を直接接触させる。外輪(10)は、内周に軸線と平行な３本のトラック溝(14)を有し、各トラック溝(14)の両側壁にローラ案内面(16)が形成してある。トリポード(20)は、外輪(10)の内部に挿入され、ボス(22)とボス(22)から半径方向に突出した３本のトラニオン(26)とからなる。スフェリカルローラ(30)はトラニオン(26)に回転自在に支持され、外輪(10)のトラック溝(14)内で、ローラ案内面(16)に沿って転動しながら、外輪(10)の軸線方向に移動することができる。

Description

トリポード型等速自在継手
この発明はトリポード型等速自在継手に関するもので、自動車や各種産業機械等の動力伝達装置に利用することができる。
　一般に、等速自在継手は、外側継手部材を原動軸または従動軸と接続し、内側継手部材を従動軸または原動軸と接続し、両者間にトルク伝達部材を介在させて、原動軸と従動軸が角度をなした状態でもトルクを伝達するようにしたもので、角度変位のみ可能な固定式と、角度変位だけでなく軸方向変位（プランジング）も可能なしゅう動式とに大別される。トリポード型等速自在継手はしゅう動式に属し、図４に示すように、外側継手部材としての外輪１１０と、内側継手部材としてのトリポード１２０と、トルク伝達部材としてのスフェリカルローラ１３０を主要な構成要素としている。
　外輪１１０はマウス部１１２と図示しないステム部とからなり、ステム部に形成したスプライン（またはセレーション。以下同じ）軸部で原動軸または従動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。マウス部１１２はカップ状で、内周に、軸方向に延びる３本のトラック溝１１４が円周方向に等間隔に形成してある。トラック溝１１４の両側壁にローラ案内面１１６が形成してある。
　トリポード１２０はボス１２２と３本のトラニオン１２６とからなり、ボス１２２に形成したスプライン孔１２４で従動軸または原動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。３本のトラニオン１２６はボス１２２の円周方向に等間隔に配置してあり、それぞれボス１２２から半径方向に突出している。各トラニオン１２６は円筒形状で、先端付近に環状溝１２８が形成してある。
　各トラニオン１２６にスフェリカルローラ１３０が取り付けてある。スフェリカルローラ１３０とトラニオン１２６との間には複数の針状ころ１３２が総ころ状態で介在させてある。したがって、スフェリカルローラ１３０はトラニオン１２６に対して回転自在である。針状ころ１３２の軸方向の両端側にインナ・ワッシャ１３４とアウタ・ワッシャ１３６が配置してある。インナ・ワッシャ１３４はトラニオン１２６の付け根の肩に着座している。トラニオン１２６の環状溝１２８にサークリップ１３８が装着してあり、トラニオン１２６の先端側へのアウタ・ワッシャ１３６の移動を規制する。したがって、針状ころ１３２のトラニオン１２６の先端側への移動が規制される（抜止め）。
特許第３６１５９８７号公報
　従来のトリポード型等速自在継手は、外輪１１０とトリポード１２０のほかに、スフェリカルローラ１３０、針状ころ１３２、インナ・ワッシャ１３４、アウタ・ワッシャ１３６、サークリップ１３８といった多くの部品を必要とする。このように部品点数が多いことがコスト等の観点から課題となっている。
　そこで、この発明の目的は、トリポード型等速自在継手の部品点数を削減することにある。
　この発明は、トルク伝達部材をスフェリカルローラのみとし、トラニオンの外周面とスフェリカルローラの内周面を直接接触させた形態とすることによって課題を解決したものである。すなわち、この発明のトリポード型等速自在継手は、内周に軸線方向に延びる３本のトラック溝を有し各トラック溝の両側壁にローラ案内面を形成した外輪と、ボスとそのボスから半径方向に突出した３本のトラニオンとからなるトリポードと、各トラニオンに対して回転および軸方向移動可能に支持されトラック溝内に挿入されたスフェリカルローラとからなり、トラニオンとスフェリカルローラを直接接触させ、トリポードのボスの軸線方向において、トラニオンとスフェリカルローラとの間に空所を設けたことを特徴とするものである。これにより、トリポード型等速自在継手を構成する部品が外輪（外側継手部材）とトリポード（内側継手部材）とスフェリカルローラ（トルク伝達部材）の３点のみとなり、部品点数の大幅な削減を図ることができる。
スフェリカルローラの内周面を円筒形状とし、トラニオンの外周面も円筒形状とし、両者の円筒面間に所望のすきまを設けてスフェリカルローラをトラニオンにはめた構造では、トラニオンの外周面とスフェリカルローラの内周面との接触面積が大きく、トラニオンとスフェリカルローラの相対回転に対する摩擦抵抗が大きい。また、トラニオンにスフェリカルローラをはめるのに必要最低限のすきまでは、トラニオンの外周面とスフェリカルローラの内周面との間のグリース介在性も良くない。このため、円滑なスフェリカルローラの転動が阻害される恐れがある。そこで、トリポードのボスの軸線方向において、トラニオンの外周面とスフェリカルローラの内周面との間に空所を設ける。このような構成を採用することにより、上記空所にグリースが介在してスフェリカルローラの転動を促すことができる。
　トラニオンとスフェリカルローラとの間に空所を設けるため、例えば、トラニオンの円筒形状の外周面を、ボスの軸線方向を向いた部分を含む所定の領域にわたって切除した形状とすることができる。
　スフェリカルローラの縦断面における外周面形状は、スフェリカルローラの回転軸線上に曲率中心をもつ円弧とするのが好ましい。この場合、スフェリカルローラの外周面は部分球面となり、ローラ案内面内で回転しやすくなる。
　トラニオンの横断面は、少なくとも切除部を除いた部分すなわちスフェリカルローラの内周面と接触する部分において、真円の一部すなわち真円形状とすることができる。あるいは、トラニオンの横断面は、少なくともスフェリカルローラの内周面と接触する部分において、非真円形状とすることができる。非真円形状の例として、トラニオンの軸線から離れた位置に中心をもつ円弧や、楕円形状が挙げられる。楕円形状の場合、楕円の長軸方向外周面とスフェリカルローラ内径が接触する。
　トラニオンの横断面形状を非真円とすることで、トラニオンとスフェリカルローラとの間のすきまが、トラニオンとスフェリカルローラの接触部から空所に向かって徐々に広くなるため、グリースを引き込みやすくなるだけでなく、トラニオンとスフェリカルローラの接触幅が小さくなるため、スフェリカルローラが揺動しやすくなる。したがって、スフェリカルローラの転がりが促進され、より低振動な等速自在継手が実現する。
　トラニオンの、少なくともスフェリカルローラの内周面と接触する部分は、研削または焼入れ鋼切削で仕上げるのが好ましい。特に焼入鋼切削の場合、いわゆるドライカットとすることで、研削で必要な研削油剤（クーラント）を使用しないので環境面で優れる。
　トラニオンに表面熱処理による硬化層を設けるのが好ましい。トラニオンはスフェリカルローラと接触し、かつ、トルクを伝達する役割を果たすものであるため、強度と耐久性が求められる。表面硬化処理には種々の方法が知られているが、たとえば、浸炭焼入れ、浸炭窒化、高周波焼入れのいずれを選択してもよい。
　高周波焼入れによる場合、トラニオンの少なくとも付け根と外周面に、硬化層が設けるようにしてもよい。高周波焼入れは必要な箇所に局部的に焼入れを施すことができる点で有利である。
　この発明によれば、トリポード型等速自在継手を構成する部品を外輪とトリポードとスフェリカルローラの３点のみとして、トリポード型等速自在継手の大幅な部品点数削減が達成できる。また、トリポードのボスの軸線方向において、トラニオンとスフェリカルローラの間に空所を設けることにより、グリース介在性を向上させてスフェリカルローラの転動を促すことができる。したがって、トリポード型等速自在継手のプランジング時、スフェリカルローラがローラ案内面に沿って円滑に転動し、スライド抵抗の減少、誘起スラストの低減に寄与する。
この発明の実施例を示すトリポード型等速自在継手の横断面図 作動角をとった状態の図１のトリポード型等速自在継手の縦断面図 トラニオンの横断面形状が真円形状である場合を示す図１のIII－III断面図に相当する図 トラニオンの横断面形状が非真円形状である場合を示す図１のIII－III断面図に相当する図 トラニオンの楕円形横断面図 従来のトリポード型等速自在継手の横断面図
　以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。
　図１および図２に示すトリポード型等速自在継手は、外側継手部材としての外輪１０と、内側継手部材としてのトリポード２０と、トルク伝達部材としてのスフェリカルローラ３０の３部材で構成されている。図１から明らかなように、このトリポード型等速自在継手は外輪１０とトリポード２０とスフェリカルローラ３０の３部品のみで構成されている。なお、スフェリカルローラ３０の全数が３個であるのは言うまでもない。
　外輪１０はマウス部１２と図示しないステム部とからなり、ステム部に形成したスプライン軸部で原動軸または従動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。マウス部１２はカップ状で、内周に３本のトラック溝１４を有する。トラック溝１４はマウス部１２の円周方向に等間隔で形成してあり、マウス部１２の軸線Ｘと平行に延びている。各トラック溝１４の両側壁にローラ案内面１６が形成してある。ローラ案内面１６は円筒面の一部であり、軸線Ｘに垂直な断面は真円の一部である。
　トリポード２０はボス２２と３本のトラニオン２６とからなり、ボス２２のスプライン孔２４で従動軸または原動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。３本のトラニオン２６はボス２２の円周方向に等間隔に配置してあり、それぞれボス２２の半径方向に突出している。各トラニオン２６にスフェリカルローラ３０を取り付け、トラニオン２６とスフェリカルローラ３０を直接接触させてある。また、スフェリカルローラ３０はトラック溝１４に収容され、外周面３２でローラ案内面１６と直接接触する。
　スフェリカルローラ３０はリング状で、部分球面状の外周面３２と、円筒形状の内周面３４を有する。スフェリカルローラ３０の外周面３２については、継手が作動角θをとった際に機構上スフェリカルローラ３０も追随して傾斜する必要があるため（図２参照）、スフェリカルローラ３０の外周面３２はスフェリカルローラ３０の回転軸線上に曲率中心をもった球面の一部すなわち部分球面状とする。言い換えれば、スフェリカルローラ３０の縦断面における外周面３２の形状は、スフェリカルローラ３０の回転軸線上に曲率中心をもった円弧である。スフェリカルローラ３０の外周面３２の曲率半径はローラ案内面１６の曲率半径とほぼ同一、もしくは、ローラ案内面１６の曲率半径の方が大きいものとする。なお、スフェリカルローラ３０の縦断面における外周面３２の形状は、スフェリカルローラ３０の回転軸線から離れた位置に曲率中心をもった円弧とすることもできる。この場合、スフェリカルローラ３０の外周面３２はトーラス（円環）の一部である。
　図２から分かるように、トラニオン２６はボス２２の軸線Ｙと直交する面部分２８を有している。この面部分２８は、トラニオン２６の仮想円筒面から軸心側に後退している。そして、ボス２２の軸線Ｙ方向において、トラニオン２６の面部分２８とスフェリカルローラ３０の内周面３４との間に空所３６が形成されている。ここでは面部分２８は平坦面で、したがって空所３６は三日月形状の断面を呈している。このような空所３６を設けることで、トラニオン２６とスフェリカルローラ３０との間の、潤滑剤（グリース）の介在性が改善され、スフェリカルローラ３０の転動を促すことが期待できる。
　図示した実施例では、面部分２８は平坦であるが、必ずしも平坦である必要はなく、スフェリカルローラ３０の内周面との間に所望の空所３６が形成できるかぎり、平坦面以外の、例えば凸または凹曲面であってもよい。また、図示した実施例では、面部分２８はトラニオン２６の全長にわたって存在し、かつ、ボス２２の端面と面一となっているが、必ずしもボス２２の端面と面一である必要はない。もっとも、面部分２８が平坦で、かつ、ボス２２の端面と面一であると加工が比較的容易であるため製造面で有利である。トリポード２０は、通常、全体を鍛造で成形した後、スプライン孔２４やトラニオン２６の外周面を機械加工で仕上げる。面部分２８は鍛造の過程で同時に成形してもよく、円筒形状に鍛造成形した後で切削加工を施すようにしてもよい。
　図３Ａを参照するとトラニオンを特に符号２６ａで指してある。そして、トラニオン２６ａの軸線Ｚ（図２）に垂直な断面すなわち横断面は、少なくともスフェリカルローラ３０の内周面３４と接触する領域において、真円の一部すなわち真円形状である。当該真円はトラニオン２６ａの軸線Ｚ上に中心をもっている。
　図３Ｂを参照するとトラニオンを特に符号２６ｂで指してある。そして、トラニオン２６ｂの横断面は、少なくともスフェリカルローラ３０の内周面３４と接触する領域において、非真円形状としてもよい。図３Ｂは、トラニオン２６ｂの横断面における外周面形状を、トラニオン２６ｂの軸線Ｚから離れた位置に曲率中心をもつ円弧、言い換えれば、トラニオン２６ｂの軸線Ｚ上に曲率中心をもたない円弧とした例である。円弧の曲率半径を符号Ｒで表してある。
　図３Ｂの場合、上に述べたようにトラニオン２６ｂの横断面形状を真円形状とする場合に比べて、負荷点を支点としてスフェリカルローラ３０が揺動しやすくなる。図３Ａ、３Ｂにおいて、ローラ案内面１６に垂直な一点鎖線はトルク負荷方向を表している。そして、この一点鎖線とローラ案内面１６との交点が負荷点となる。なお、図３Ａ、３Ｂは、反負荷側にわずかなすきまａができていることから分かるとおり、外輪１０からトルクが伝達された場合において、同図の右側から左側に力が作用していることを示している。
　トラニオン２６の横断面形状について、非真円形状の他の例として楕円形とすることもできる。この場合、図３Ｂに示す長円形と類似の断面形状となり、したがって、図３Ｂの構成についてスフェリカルローラ３０の揺動に関して述べたのと同様の効果が期待できる。
　したがって、例えば当該トリポード型等速自在継手を搭載した車両の停車時（アイドリング時）にエンジンからドライブシャフトに伝達する継手軸方向に発生する振動を吸収して振動を抑制する効果が期待できる（スライド抵抗の低減）。また、継手が作動角を取って回転する際、スフェリカルローラ３０の揺動運動によりスフェリカルローラ３０がより転動しやすくなることから、継手軸方向に発生する力（誘起スラスト）の低減が期待できる。
　従来のトリポード型等速自在継手には、図４に示したように、スフェリカルローラを複数の針状ころを介してトラニオンの外周に装着した構造が一般的であるが、外輪とトリポードとが作動角をとりつつトルクを伝達するとき、トラニオンの傾きに伴って各スフェリカルローラとローラ案内面とが互いに斜めに交差した状態となるので、両者間にすべりが発生し、スフェリカルローラの円滑な転がりが妨げられて誘起スラストが大きくなるという問題がある。また、各スフェリカルローラとローラ案内面との間の摩擦力によって、外輪とトリポードとが軸方向に相対変位する際のスライド抵抗が大きくなるという問題がある。
　ここで、誘起スラストとは、等速自在継手が回転中にある角度でトルクが負荷されたときに、その継手内部の摩擦により発生する継手の軸方向の力をいい、トリポード型の場合、主として三次成分として強く現出する。また、スライド抵抗とは、トリポード型等速自在継手のようにしゅう動式継手で、外輪とトリポードが互いにしゅう動するときに発生する軸方向摩擦力の大きさのことをいう。誘起スラストやスライド抵抗は、車体の振動や騒音の発生原因となり、自動車のＮＶＨ特性に影響を与え、車両の足回りの設計自由度を低くすることから、できるだけ低減させることが望ましい。ＮＶＨとは、ノイズ（騒音）、バイブレーション（振動）、ハーシュネス（粗い乗り心地）を意味し、車両の振動騒音減少の総称である。
　つまり、この種のトリポード型等速自在継手では、角度をとった状態でトルクを伝達するとき、内部部品間の相互摩擦によって、回転中には誘起スラストが、また、停止状態でも強制的に軸方向に伸縮させるとスライド抵抗がそれぞれ発生する。これら誘起スラストやスライド抵抗が関与する自動車の代表的なＮＶＨ現象として、前者との関連では走行中の車体の横振れ、後者との関連ではＡＴ車における停止時Ｄレンジのアイドリング振動現象がある。
　自動車のＮＶＨ問題は、継手の誘起スラストやスライド抵抗の大きさを小さくすることが解決のポイントである。一般に、継手の誘起スラストやスライド抵抗は作動角の大きさに依存する傾向がある。そのため、自動車のドライブシャフトに適用する場合、作動角を大きくできないという設計上の制約につながる。したがって、自動車の足回り設計の自由度を高めるためには、誘起スラストやスライド抵抗の低位安定化が課題であった。
　トラニオン２６は表面硬化処理を施して硬化層を設ける。表面硬化処理には種々の方法が知られているが、たとえば、浸炭焼入れ、浸炭窒化、高周波焼入れのいずれを選択してもよい。なお、高周波焼入れの場合、少なくともトラニオン２６の付け根と外周面に硬化層が設けられれば足りる。
　浸炭焼入れは、低炭素の炭素鋼や合金鋼を用い、通常９００～９３０℃間で鋼材表面から炭素を浸透させ、表面付近だけ炭素量を約０．８％まで高めてから焼入れをし、低い温度、たとえば１８０℃程度で焼戻しを行ない、表面には硬いマルテンサイトを、内部には靭性マルテンサイトをうる方法である。浸炭には固体浸炭、液体浸炭、ガス浸炭などがある。
　浸炭窒化は、鋼の表面層に炭素と窒素を同時に拡散させ、引き続く焼入れにより表面のみを硬化する方法である。浸炭性のキャリアガスにＨＮＯ３を添加して行なうガス浸炭窒化法と、シアン化ソーダなどの塩浴中で行なう液体窒化（浸炭）法がある。炭素は温度が高いほど、窒素は低めの方が浸入しやすいので、８００～９００℃で行なわれる。
　高周波焼入れは、主として０．３～０．５％の炭素量を有する中炭素鋼を用い、あらかじめ焼入れ、焼戻しして鋼材全断面について十分に強度と靭性をもたらした後、高周波電流による誘導加熱で急速に加熱し、表面だけがオーステナイト化した状態から焼入れし、表面だけを硬化する方法である。高周波加熱に用いるコイルの形状を工夫することにより、必要な部分だけ局部的に加熱することができる。
　さらに、トラニオン２６の少なくともスフェリカルローラ３０の内周面３４と接触する部分は、研削または焼入れ鋼切削で仕上げる。焼入れ鋼切削は、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）焼結体工具のような高硬度の工具を用いて、焼入れ後のワークを切削する方法である。焼入れ鋼切削の場合、いわゆるドライカットとすることで、研削で必要な研削油剤（クーラント）を使用しないので環境面で優れる。
　１０　外輪（外側継手部材）
　　１２　マウス部
　　　１４　トラック溝
　　　　１６　ローラ案内面
　２０　トリポード（内側継手部材）
　　２２　ボス
　　　２４　スプライン孔
　　２６、２６ａ、２６ｂ　トラニオン
　　　２８　面部分
　３０　スフェリカルローラ（トルク伝達部材）
　　３２　外周面
　　３４　内周面
　３６　空所
 

Claims (9)

  1. 　内周に軸線と平行な３本のトラック溝を有し各トラック溝の両側壁にローラ案内面を形成した外輪と、ボスとそのボスから半径方向に突出した３本のトラニオンとからなるトリポードと、各トラニオンに回転および軸方向移動可能に支持されトラック溝内に挿入されたスフェリカルローラとからなり、トラニオンとスフェリカルローラを直接接触させ、トリポードのボスの軸線方向において、トラニオンとスフェリカルローラとの間に空所を設けたトリポード型等速自在継手。
  2. 　トラニオンの横断面は、少なくともスフェリカルローラの内周面と接触する部分において、真円形状である請求項１のトリポード型等速自在継手。
  3. 　トラニオンの横断面は、少なくともスフェリカルローラの内周面と接触する部分において、非真円形状である請求項１のトリポード型等速自在継手。
  4. 　前記非真円形状は楕円形状である請求項３のトリポード型等速自在継手。
  5. 　前記非真円形状はトラニオン軸線から離れた位置に曲率中心をもつ円弧である請求項３のトリポード型等速自在継手。
  6. 　スフェリカルローラの縦断面における外周面形状は、スフェリカルローラの軸線上に曲率中心をもつ円弧である請求項１～５のいずれか１項のトリポード型等速自在継手。
  7. 　トラニオンの、少なくともスフェリカルローラの内周面と接触する部分は、研削または焼入れ鋼切削で仕上げてある請求項１～６のいずれか１項のトリポード型等速自在継手。
  8. 　トラニオンに表面熱処理による硬化層を設けた請求項１～７のいずれか１項のトリポード型等速自在継手。
  9. 　トラニオンの少なくとも付け根および外周面に高周波焼入れによる硬化層を設けた請求項８のトリポード型等速自在継手。
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