JP2006112495A - 等速ジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】 トリポードタイプの等速ジョイントの動力伝達用ローラユニットが傾いて振動・騒音の発生や動力損失が生じるのを防止する。
【解決手段】 等速ジョイントにおいて、 次の２式
0.5Ｒtc（１／cos0.3Θ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１
1.5Ｒtc（１−cos0.3Θ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ２
を満足するように各ローラユニット２５の外周の円筒面２５ａの半径Ｒ１、外側幅Ｗ１及び内側幅Ｗ２、並びに円筒状の中心孔２５ｄの半径Ｒ３を設定する。ただし
Ｒtc：トリポード球面の中心を通る円の半径
Θ ：等速ジョイント最大ジョイント角
μ ：トリポード球面とローラユニットの円筒状の中心孔の間の摩擦係数
上記各部の寸法は、さらに次の２式
Ｗ１＜0.5Ｒtc（１／cosΘ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
Ｗ２＜1.5Ｒtc（１−cosΘ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
を満足するように設定するのがよい。
【選択図】 図４

Description

本発明は、車両の動力伝達装置において差動装置のサイドギヤと車両を駆動するドライブシャフトの間などに用いられる等速ジョイントに関する。

この種の等速ジョイントには、例えば特許文献１に示すように、内面に軸線方向に延びる３本のローラ溝（案内溝）が形成されたトリポード・ケース（外側継手部材）と、半径方向外向きに延びる３本のトラニオン軸（トリポード軸）の先端にそれぞれ部分球面状外周面（トリポード球面）が形成されたトラニオン（内側継手部材）と、内周面（中心孔）がトラニオンの各部分球面状外周面に摺動自在に嵌合支持されされると共に外周面がトリポード・ケースの各ローラ溝に軸線方向に沿った転動のみ可能に係合される３個のジョイント・ローラ（ローラユニット）を備えたものがある。この特許文献１の等速ジョイントでは、ジョイント・ローラを、アウタ・レース（アウタローラ）と、その内周面にニードル・ローラ（転動体）を介して回転自在に係合されたインナレース（インナリング）により構成して、トリポード・ケースとトラニオンの間にジョイント角が与えられて回転した場合にローラ溝内を転動するジョイント・ローラとトラニオン軸の間に生じる摩擦抵抗を減少させ、トリポード・ケースとトラニオンを軸線方向互いに逆向きに押すスラスト力を減少させて、振動・騒音の発生や動力損失という問題が生じるのを防いでいる。
実開平４−８４９２３号公報（実用新案登録請求の範囲の記載、図１）。

この種の等速ジョイントでは、ローラユニットが係合された内側継手部材の半径が最大となる部分はローラユニットの外周の外側の角部であり、外側継手部材の内面はこの角部と対向する部分の半径が最大となり、これに強度上必要な肉厚を加えたものが外側継手部材の最大半径、すなわち等速ジョイントの最大半径になる。この最大半径を減少させて等速ジョイントをコンパクト化するために、ローラユニットの外周の角部にテーパ状の面取りを行って、ローラユニットの外周面の幅をローラユニットの幅よりも小さくすることが考えられる（図２参照）。なおこの等速ジョイントのコンパクト化の問題は、ローラユニットをアウタローラとその内周面に回転自在に係合されたインナリングよりなるものとした場合には、ローラユニットが大径になるので特に問題となるが、ローラユニットが単純な一体構造の場合にも、同様な問題は存在する。

外側継手部材の各案内溝は、互いに平行に対向する１対の帯状の平面を有しており、各ローラユニットの外周面はこの帯状平面の間に案内溝の長手方向に沿った転動のみ可能に係合されて、各案内溝に対する各ローラユニットのそれ以外の方向の移動は拘束されるようになっている。このようなローラユニットを介して、等速ジョイントの外側継手部材と内側継手部材の間では力の伝達が行われる。この力の伝達は、その時の力の伝達の向きに応じて一方の帯状平面がローラユニットの外周面に当接し、ローラユニットを介して内側継手部材のトリポード球面に外側継手部材からの力を伝達することにより行われ、反対側の帯状平面とローラユニットの外周面の間にはわずかの隙間が生じている。

前述のように各ローラユニットは各案内溝に対し長手方向にのみ移動可能に係合されそれ以外の方向の移動は拘束されているので、外側継手部材に対しその中心軸線と直交する方向には移動しない。これに対し内側継手部材の各トリポード球面は、ジョイント角が与えられた状態で等速ジョイントが回転されると、外側継手部材に対しその中心軸線と直交する方向に移動するので、ローラユニットの円筒状の中心孔に嵌合されたトリポード球面はこの中心孔内を摺動する。この摺動により、力の伝達がなされるトリポード球面とローラユニットの中心孔の接触位置には中心孔の内面に沿った摩擦力が生じ、これによりこの接触位置を通って中心孔からトリポード球面に伝達される力の作用線の方向は半径方向に延びるトリポード軸の中心線に対し直交する方向から傾く。

そして前述のようにローラユニットの外周面の幅をローラユニットの幅よりも小さくすると、傾いたこの力の作用線が案内溝の帯状平面と当接するローラユニットの外周面を外れてその外側を通るようになり、それと反対側となる外周面が帯状平面から浮き上がってローラユニットが傾くことがある。このような傾きが生じると、ローラユニットは力の伝達がなされる側と反対側において案内溝の内面に接触して、その摩擦抵抗のため両継手部材を軸線方向互いに逆向きに押すスラスト力を生じる。このスラスト力は等速ジョイントの回転角度に応じて急激に変動するので、振動・騒音の発生や動力損失という問題を生じる。本発明はこのような各問題を解決することを目的とする。

このために、請求項１の発明による等速ジョイントは、
内面に中心軸線方向と平行に延びる３本の案内溝が等角度間隔で形成された筒状体よりなり、第１回転軸に同軸的に連結される外側継手部材と、
先端部にそれぞれトリポード球面が形成されてボス部から等角度間隔で半径方向外向きに延びる３本のトリポード軸よりなり、第２回転軸に同軸的に連結される内側継手部材と、
互いに同軸的に形成された円筒状の中心孔と外周の円筒面を有する３個のローラユニットを備え、
案内溝は筒状体の中心軸線を含む第１中心面を挟んで互いに平行に対向する１対の帯状平面を有し、
ローラユニットは、中心孔が各トリポード球面に摺動自在に嵌合支持されると共に、円筒面が各案内溝の１対の帯状平面の間に筒状体の中心軸線方向に沿った転動のみ可能に係合され、
各ローラユニットの外周の円筒面の幅は同ローラユニットの幅よりも小さくしてなる等速ジョイントにおいて、
次の２式
0.5Ｒtc（１／cos0.3Θ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１
1.5Ｒtc（１−cos0.3Θ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ２
を満足するように各ローラユニットの外周の円筒面の半径、外側幅及び内側幅、並びに円筒状の中心孔の半径を設定したことを特徴とするものである。ただし、各符号は
Ｒtc：各トリポード球面の中心を通る円の半径
Θ ：外側継手部材と内側継手部材の間の最大ジョイント角
Ｒ１：ローラユニットの外周の円筒面の半径
Ｒ３：ローラユニットの円筒状の中心孔の半径
μ ：トリポード球面とローラユニットの円筒状の中心孔の間の摩擦係数
Ｗ１：ローラユニットの外周の円筒面の外側幅（第１中心面と直交し筒状体の中心軸線か らトリポード球面中心の半径だけ離れて同中心軸線と平行に延びる第２中心面と、 案内溝に係合されたローラユニットの外周の円筒面の中心軸線と反対側となる端縁 との間の距離）
Ｗ２：ローラユニットの外周の円筒面の内側幅（第２中心面と、案内溝に係合されたロー ラユニットの外周の円筒面の中心軸線側となる端縁との間の距離）
とする。

請求項１に記載の等速ジョイントは、さらに次の２式
Ｗ１＜0.5Ｒtc（１／cosΘ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
Ｗ２＜1.5Ｒtc（１−cosΘ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
を満足するように各ローラユニットの外周の円筒面の半径、外側幅及び内側幅、並びに円筒状の中心孔の半径を設定することが好ましい。

請求項１に記載の等速ジョイントは、式
0.5Ｒtc（１／cos0.3Θ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１
に代えて式
0.5Ｒtc（１−cos0.3Θ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１
を満足するように各ローラユニットの外周の円筒面の半径、外側幅及び内側幅、並びに円筒状の中心孔の半径を設定してもよい。

請求項２に記載の等速ジョイントは、式
0.5Ｒtc（１／cos0.3Θ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１、及び
Ｗ１＜0.5Ｒtc（１／cosΘ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
に代えて式
0.5Ｒtc（１−cos0.3Θ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１、及び
Ｗ１＜0.5Ｒtc（１−cosΘ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
を満足するように各ローラユニットの外周の円筒面の半径、外側幅及び内側幅、並びに円筒状の中心孔の半径を設定してもよい。

前各項に記載の等速ジョイントは、各ローラユニットにはその外周の円筒面の両側部に１対のテーパ面を形成して同円筒面の幅を同ローラユニットの幅よりも小さくし、案内溝にはその帯状平面の両側縁に続けて各テーパ面の根本部と当接してローラユニットがその軸線方向に移動することを拘束する１対の傾斜面を形成することが好ましい。

前各項に記載の等速ジョイントにおいて、各ローラユニットは、外周に円筒面が形成されたアウタローラと、内周に中心孔が形成されアウタローラの内周面に転動体を介して相対回転自在にかつ軸線方向の相対移動が拘束されて係合されたインナリングよりなるものとすることが好ましい。

上述のように、この等速ジョイントの請求項１の発明によれば、
次の２式
0.5Ｒtc（１／cos0.3Θ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１
1.5Ｒtc（１−cos0.3Θ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ２
を満足するように各ローラユニットの外周の円筒面の半径、外側幅及び内側幅、並びに円筒状の中心穴の半径を設定している。これにより、最大ジョイント角の３０％のジョイント角が与えられた状態で等速ジョイントが回転された場合でも、ローラユニットを介して案内溝の帯状平面からトリポード球面に伝達される力の作用線が、案内溝の帯状平面と当接するローラユニットの外周の円筒面の外側縁においても内側縁においても、円筒面の外側を通ることはなくなる。これにより、少なくともジョイント角が最大ジョイント角の３０％未満の領域では円筒面の片側が帯状平面から浮き上がってローラユニットが傾くことはなくなり、力の伝達がなされる側と反対側においてローラユニットが案内面の内側に接触することがなくなる。従って、外側継手部材と内側継手部材を軸方向逆向きに押すスラスト力が生じて振動・騒音が発生したり動力損失が発生することを防止することができる。つまり、等速ジョイントの通常の使用状態である最大ジョイント角の３０％以下の領域において、スラスト力による振動・騒音及び動力損失を防止することができ、常用域において実用上の性能を確保できる。

さらに次の２式
Ｗ１＜0.5Ｒtc（１／cosΘ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
Ｗ２＜1.5Ｒtc（１−cosΘ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
を満足するように各ローラユニットの外周の円筒面の半径、外側幅及び内側幅、並びに円筒状の中心穴の半径を設定した請求項２の発明によれば、必要以上にローラユニットの円筒面の幅が大きくなることがない。即ち、上記２式の各右辺は、ジョイント角が最大ジョイント角Θである場合においてローラユニットが傾かないためのＷ１，Ｗ２を規定するものであり、これ以上Ｗ１，Ｗ２を大きくしてもローラユニットを係合保持する筒状体の最大半径が大きくなるばかりで有効ではない。従って、上記２式に従って各ローラユニットの外周の円筒面の外側幅及び内側幅等を設定すれば、等速ジョイントが必要以上に大きくなることを防ぐことができる。

式
0.5Ｒtc（１／cos0.3Θ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１
に代えて式
0.5Ｒtc（１−cos0.3Θ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１
を満足するように各ローラユニットの外周の円筒面の半径、外側幅及び内側幅、並びに円筒状の中心孔の半径を設定した請求項３の発明によれば、最大ジョイント角が小さい範囲では
１−cosθ≒１／cosθ−１
であるので、この種の等速ジョイントが通常使用される上述の範囲では、請求項１の発明と実質的に同様な効果が得られる。

式
0.5Ｒtc（１／cos0.3Θ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１、及び
Ｗ１＜0.5Ｒtc（１／cosΘ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
に代えて式
0.5Ｒtc（１−cos0.3Θ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１、及び
Ｗ１＜0.5Ｒtc（１−cosΘ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
を満足するように各ローラユニットの外周の円筒面の半径、外側幅及び内側幅、並びに円筒状の中心孔の半径を設定した請求項４の発明によれば、請求項３の場合と同様な理由により、この種の等速ジョイントが通常使用される上述の範囲では、請求項２の発明と実質的に同様な効果が得られる。

各ローラユニットにはその外周の円筒面の両側部に１対のテーパ面を形成して同円筒面の幅を同ローラユニットの幅よりも小さくし、案内溝にはその帯状平面の両側縁に続けて各テーパ面の根本部と当接してローラユニットがその軸線方向に移動することを拘束する１対の傾斜面を形成した請求項５の発明によれば、比較的容易に外側継手部材の最大半径を減少させて等速ジョイントをコンパクト化することができる。

各ローラユニットは、外周に円筒面が形成されたアウタローラと、内周に中心孔が形成されアウタローラの内周面に転動体を介して相対回転自在にかつ軸線方向の相対移動が拘束されて係合されたインナリングよりなるものとした請求項６の発明によれば、ジョイント角が与えられた状態で等速ジョイントが回転された場合に外側継手部材と内側継手部材の間に生じる摩擦抵抗によりこの両者を軸線方向互いに逆向きに押すスラスト力が減少するので、等速ジョイントに生じる振動・騒音の発生や動力損失は一層減少する。

以下に、図１〜図５により、本発明による等速ジョイントの最良の形態の説明をする。先ず図１及び図２によりこの実施形態の等速ジョイントの構造を説明する。この等速ジョイントは、外側継手部材１０と、内側継手部材２０と、ローラユニット２５により構成されている。

図１及び図２に示すように、外側継手部材１０は、中心軸線ax１を有する筒状体１１とその軸線方向一端側を閉じる底部１２よりなり、底部１２の外面には筒状体１１と同軸的に第１回転軸１３が設けられたもので、この各部分１１〜１３は、鍛造などにより一体的に形成されている。筒状体１１の内面には全長にわたり中心軸線ax１の方向と平行に延びる３本の案内溝１５が円周方向に１２０度間隔で形成され、各案内溝１５の底部１２と反対側となる一端は外部に開放されている。主として図２に示すように、各案内溝１５は一定断面形状で、外側継手部材１０の中心軸線ax１を含む第１中心面Ｐを挟んで互いに平行に対向して案内溝１５の長手方向に延びる１対の帯状平面１５ａと、この各帯状平面１５ａの両側縁に続いて形成されて第１中心面Ｐ側に向かう各１対の内側傾斜面１５ｂ及び外側傾斜面１５ｃと、第１中心面Ｐと直交して各外側傾斜面１５ｃの先端縁を連結する底面１５ｄよりなり、案内溝１５は内側傾斜面１５ｂの先端縁において外側継手部材１０の内面に開放されている。第１中心面Ｐに対する内側傾斜面１５ｂ及び外側傾斜面１５ｃの傾斜角度は、例えば何れも４２度である。

第１中心面Ｐと直交する案内溝１５の第２中心面Ｑは各帯状平面１５ａの幅方向の中間部を通っている。中心軸線ax１と反対側となる帯状平面１５ａの端縁と第２中心面Ｑの間の距離及び、中心軸線ax１側となる帯状平面１５ａの端縁と第２中心面Ｑの間の距離は、後述するローラユニット２５の外周の円筒面２５ａの外側幅Ｗ１及び内側幅Ｗ２と実質的に同じとなっている。筒状体１１の内面及びこれに設けた３本の案内溝１５に強度上必要な肉厚を加えた筒状体１１の外面の半径は、外側傾斜面１５ｃと対応する付近が最大となっている。

内側継手部材２０は、中心軸線ax２を有するボス部２１とそれから１２０度間隔で半径方向外向きに延びる３本のトリポード軸２２よりなり、各トリポード軸２２の先端部に高さの低い樽状のトリポード球面２３が形成されたもので、ボス部２１にはスプラインなどを介して第２回転軸２４が同軸的に固定されている。中心軸線ax２からトリポード球面２３の球面中心Ｏまでの半径Ｒtcは、外側継手部材１０の中心軸線ax１から案内溝１５の第２中心面Ｑまでの距離と同一である。

この実施形態のローラユニット２５はダブルローラタイプのもので、アウタローラ２６とその内周にニードルローラ（転動体）２８を介して同軸的に相対回転自在に係合されたインナリング２７よりなり、ローラユニット２５に対するインナリング２７及び転動体２８の軸線方向移動は、アウタローラ２６の内周の両端部に係止された止め輪２９により拘束されている。このローラユニット２５は、インナリング２７の円筒状の中心孔２５ｄをトリポード軸２２のトリポード球面２３に嵌合することにより、軸線方向摺動及びトリポード球面中心Ｏを中心とする揺動自在に、トリポード軸２２の先端部に支持される。

アウタローラ２６の外周の円筒面２５ａには両側部に１対のテーパ面２５ｂ，２５ｃを形成して、ローラユニット２５の最大幅部分であるアウタローラ２６の幅よりも円筒面２５ａの幅を小さくしている。アウタローラ２６の円筒面２５ａの外径は、筒状体１１の案内溝１５の帯状平面１５ａの間の幅よりわずかに小さく、従ってアウタローラ２６は実質的に隙間なく転動可能に案内溝１５内に嵌合可能である。この実施形態の各テーパ面２５ｂ，２５ｃは外側に張り出した大きな円弧状であり、案内溝１５内に嵌合された状態では、それぞれの先端部が案内溝１５の傾斜面１５ｂ，１５ｃの根本部と当接するように円筒面２５ａの幅（＝Ｗ１＋Ｗ２）及びテーパ面２５ｂ，２５ｃの傾斜角度を設定する。これにより各トリポード球面２３に各ローラユニット２５を装着した内側継手部材２０を外側継手部材１０内に挿入した状態では、アウタローラ２６は、円筒面２５ａが中心軸線ax１方向に沿った転動可能に各案内溝１５の１対の帯状平面１５ａの間に係合されると共に、テーパ面２５ｂ，２５ｃの先端部が案内溝１５の傾斜面１５ｂ，１５ｃの根本部に当接されて、ローラユニット２５は、中心軸線ax１に沿った方向以外の移動は拘束される。このように案内溝１５に係合されたローラユニット２５の円筒面２５ａの、中心軸線ax１と反対側となる端縁と第２中心面Ｑとの間の幅が円筒面２５ａの外側幅Ｗ１であり、中心軸線ax１側となる端縁と第２中心面Ｑとの間の幅が円筒面２５ａの内側幅Ｗ２である。

次に図３〜図５により、外側継手部材１０の中心軸線ax１と内側継手部材２０の中心軸線ax２の間にジョイント角θが与えられて等速ジョイントが回転された場合の説明をする。内側継手部材２０のトリポード軸２２の先端のトリポード球面中心Ｏは、図１及び図２に示すようにジョイント角θが０の場合には常にローラユニット２５の第２中心面Ｑ上にある。しかしあるジョイント角θが与えられて等速ジョイントが回転した場合には、等速ジョイントが回転するにつれてトリポード球面中心Ｏは第２中心面Ｑに対し出入りし、図３及び図４に示すように両中心軸線ax１，ax２を含む平面上に位置した場合には、トリポード球面中心Ｏは第２中心面Ｑから中心軸線ax１側に最も離れ、図５に示すように中心軸線ax２を含み両中心軸線ax１，ax２を含む平面と直交する平面上に位置した場合には、トリポード球面中心Ｏは第２中心面Ｑから中心軸線ax１と反対側に最も離れる。

先ず図３及び図４により、トリポード球面中心Ｏが両中心軸線ax１，ax２を含む平面上に位置した場合の説明をする。この状態ではジョイント角θが与えられると、図３に示すように、内側継手部材２０は残る２つのトリポード球面中心Ｏを結ぶ線を中心として外側継手部材１０に対し回動する。前述のように中心軸線ax１から第２中心面Ｑまでの距離は各トリポード球面中心Ｏを通る円の半径Ｒtcであり、従って内側継手部材２０の回転中心と中心軸線ax１の距離は 0.5Ｒtcであるので、第２中心面Ｑから中心軸線ax１に近づく向きに移動するトリポード球面中心Ｏの移動量をＤ2(θ) とすれば
Ｄ2(θ) ＝1.5Ｒtc（１−cosθ）
となる。

図４は図３の４−４断面図であり、外側継手部材１０からの力がローラユニット２５を介して内側継手部材２０に伝達される状態を示している。位置ａ２に作用する力Ｆ１は、案内溝１５の帯状平面１５ａとローラユニット２５の円筒面２５ａの全幅に分布されて外側継手部材１０からローラユニット２５に伝達される力の合力を示し、位置ｂ２に作用する力Ｆ２は、ローラユニット２５の中心孔２５ｄとトリポード球面２３の接触位置においてローラユニット２５からトリポード球面２３に伝達される力の反力を示している。この状態ではトリポード球面中心ＯはＤ2(θ) だけ中心軸線ax１側に移動しているので、反力Ｆ２が作用する接触位置ｂ２は第２中心面ＱからＤ2(θ) だけ中心軸線ax１側に移動している。ローラユニット２５を介して案内溝１５の帯状平面１５ａからトリポード軸２２のトリポード球面２３に伝達される力の作用線の方向は、本来はトリポード軸２２の中心軸線に対し直角のはずであるが、この状態に達する直前にはトリポード球面２３は中心孔２５ｄに対し中心軸線ax１側に向かって移動しているので、トリポード球面２３と中心孔２５ｄの間に作用する摩擦力により、ローラユニット２５を介して合力Ｆ１の作用位置ａ２から反力Ｆ２の接触位置ｂ２に伝達される力の作用線の方向は、トリポード球面２３と中心孔２５ｄの間の摩擦係数μにより与えられる摩擦角だけ、作用位置ａ２が第２中心面Ｑから離れる側となるように傾いた方向となる状態が存在する。

この状態では、第２中心面Ｑと合力Ｆ１の間の距離をＳ２とすれば
Ｓ２＝Ｄ2(θ) ＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
＝1.5Ｒtc（１−cosθ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
ただし Ｒ１：ローラユニット２５の外周の円筒面２５ａの半径
Ｒ３：ローラユニット２５の円筒状の中心孔２５ｄの半径
となる。このＳ２は、Ｒtc、Ｒ１、Ｒ３及びμが一定であれば、ジョイント角θの増大に
応じて増大し、θが最大ジョイント角Θ（例えば２３度）となった場合に最大となる。ここでいう最大ジョイント角Θとは、各部分が干渉することなく等速ジョイントが回転することができるジョイント角θの最大値のことでである。また、通常の使用状態におけるジョイント角θは最大ジョイント角Θの３０％程度である。そしてこの実施形態では、ローラユニット２５の円筒面２５ａの内側幅Ｗ２が、通常の使用状態における距離Ｓ２よりは大きく、最大ジョイント角Θの場合における距離Ｓ２よりは小さくなるように、すなわち
1.5Ｒtc（１−cos0.3Θ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
＜Ｗ２＜1.5Ｒtc（１−cosΘ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
となるように、ローラユニット２５の外周の円筒面２５ａの半径Ｒ１及び内側幅Ｗ２、並びに円筒状の中心孔２５ｄの半径Ｒ３を設定している。

次に図５により、トリポード球面中心Ｏが中心軸線ax２を含み両中心軸線ax１，ax２を含む平面と直交する平面上に位置した場合の説明をする。この状態ではジョイント角θが与えられると、内側継手部材２０（スケルトンで示す）は両中心軸線ax１，ax２を含む平面と直交し中心軸線ax１と交わる線を中心として外側継手部材１０に対し回動する。中心軸線ax１を中心線として案内溝１５の各第２中心面Ｑと接する仮想的円筒面と、各トリポード球面中心Ｏを含む平面が交差する線は、外側継手部材１０に対する内側継手部材２０のジョイント角θが０の状態では、図５の符号Ｔ１で示す半径がＲtcの円であり、ジョイント角θが与えられた状態では、符号Ｔ２で示す短半径がＲtcで長半径がＲtc／cosθ の楕円である。

ジョイント角θが与えられる前は、図２にも示すように各トリポード球面中心Ｏは円Ｔ１上に位置しており（例えば図５の部分拡大図の位置ｙ１参照）、両中心軸線ax１，ax２を含む平面と直交する位置にない２つのトリポード球面中心Ｏの間の距離と、これに対応する２つの案内溝１５の中心線（第１及び第２中心面Ｐ，Ｑの交差線）が内側継手部材２０の横中心面（各トリポード球面中心Ｏを含む平面）と交差する点の間の距離は、何れも３^1/2Ｒtc である。ジョイント角θが与えられれば、２つのトリポード球面中心Ｏの間の距離は３^1/2Ｒtc のままで変化しないが、２つの案内溝１５の中心線が内側継手部材２０の横中心面と交差する位置は、外側継手部材１０に対し内側継手部材２０がジョイント角θだけ傾くことにより、ｙ１からｙ２に移動して、それらの間の距離は３^1/2Ｒtc／cosθに伸びる。これによりトリポード球面２３に嵌合された２つのローラユニット２５外側への移動量は
（３^1/2Ｒtc／cosθ−３^1/2Ｒtc）／２＝３^1/2Ｒtc(１／cosθ−１)／２
となり、これに伴い２つのトリポード球面中心Ｏの位置はｙ１からｙ３に移動し、その移動量をＤ1(θ) とすれば、
Ｄ1(θ) ＝0.5Ｒtc（１／cosθ−１）
となる。これにより両中心軸線ax１，ax２を含む平面と直交する位置のトリポード球面中心Ｏも、前述した円Ｔ１上の位置、すなわち第２中心面Ｑ上の位置から中心軸線ax１より離れる向きにＤ1(θ) だけ移動する。

図５の右側部の部分断面図は、外側継手部材１０からの力がローラユニット２５を介して内側継手部材２０に伝達される状態を示しており、位置ａ１に作用する力Ｆ１は、図４の場合と同様な、外側継手部材１０からローラユニット２５に伝達される力の合力を示し、位置ｂ１に作用する力Ｆ２は、図４の場合と同様な、ローラユニット２５からトリポード球面２３に伝達される力の反力を示している。この状態では、トリポード球面中心ＯはＤ1(θ) だけ中心軸線ax１と反対側側に移動しているので、反力Ｆ２が作用するトリポード球面２３と中心孔２５ｄの接触位置ｂ１も第２中心面ＱからＤ1(θ) だけ中心軸線ax１と反対側に移動している。この状態に達する直前にはトリポード球面２３は中心孔２５ｄに対し中心軸線ax１と反対側に向かって移動しているので、トリポード球面２３と中心孔２５ｄの間に作用する摩擦力により、ローラユニット２５を介して合力Ｆ１の作用位置ａ２から反力Ｆ２の接触位置ｂ２に伝達される力の作用線の方向は、トリポード球面２３と中心孔２５ｄの間の摩擦係数μにより与えられる摩擦角だけ、作用位置ａ２が第２中心面Ｑから離れる側に傾いた方向となる状態が存在する。

この状態では、第２中心面Ｑと合力Ｆ１の間の距離をＳ１とすれば
Ｓ１＝Ｄ1(θ) ＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
＝0.5Ｒtc（１／cosθ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
となる。このＳ１は、Ｒtc、Ｒ１、Ｒ３及びμが一定であれば、ジョイント角θの増大に応じて増大し、θが最大ジョイント角Θとなった場合に最大となる。ここでいう最大ジョイント角Θの意味及び通常の値は前述のとおりである。また、通常の使用状態におけるジョイント角θは最大ジョイント角Θの３０％程度であることも同じである。そしてこの実施形態では、ローラユニット２５の円筒面２５ａの外側幅Ｗ１が、通常の使用状態における距離Ｓ１よりは大きく、最大ジョイント角Θの場合における距離Ｓ１よりは小さくなるように、すなわち
0.5Ｒtc（１／cos0.3Θ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
＜Ｗ１＜0.5Ｒtc（１／cosΘ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
となるように、ローラユニット２５の外周の円筒面２５ａの半径Ｒ１及び外側幅Ｗ１、並びに円筒状の中心孔２５ｄの半径Ｒ３を設定している。

上述した実施形態では、アウタローラ２６の外周の円筒面２５ａの外側部に１対のテーパ面２５ｂ，２５ｃを形成して、ローラユニット２５の幅よりも円筒面２５ａの幅を小さくし、これに対応して筒状体１１の内面に外側傾斜面１５ｃを形成しているので、筒状体１１の外径を減少させて等速ジョイントをコンパクト化することができる。しかしながらそのようにしてローラユニット２５の外周の円筒面２５ａの幅を減少させると、等速ジョイントのジョイント角θが最大値Θに近づいた場合には、前述のようにトリポード球面２３と中心孔２５ｄの間の接触位置ｂ１，ｂ２を通って伝達される力の作用線の方向が接触位置ｂ１，ｂ２の摩擦により傾くと、力の作用線がローラユニット２５の円筒面２５ａの両端縁のいずれかの外側を通るようになることがある。そのような事態が生じると、その側縁の反対側となる円筒面２５ａが帯状平面１５ａから浮き上がってローラユニット２５が傾く。

この種の等速ジョイントでは、力が伝達される側と反対側となる円筒面２５ａ及びテーパ面２５ｂ，２５ｃと帯状平面１５ａ及び傾斜面１５ｂ，１５ｃの間には僅かの隙間を生じて摩擦係合することはないが、上述したようなローラユニット２５の傾きが生じると、力が伝達される側とは反対側においてテーパ面２５ｂ，２５ｃと傾斜面１５ｂ，１５ｃが当接して（場合によっては円筒面２５ａ帯状平面１５ａが当接することもある）摩擦抵抗を生じ、両継手部材１０，２０を軸線方向互いに逆向きに押すスラスト力を生じ、このスラスト力は等速ジョイントの回転角度に応じて急激に変動するので、振動・騒音の発生や動力損失という問題を生じる。

しかしながら上述した実施形態によれば、図５に示すようにトリポード球面中心Ｏが第２中心面Ｑから中心軸線ax１と反対側に最も離れる位置では
0.5Ｒtc（１／cos0.3Θ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１
を満足するように各ローラユニット２５の外周の円筒面２５ａの半径Ｒ１及び外側幅Ｗ１、並びに円筒状の中心孔２５ｄの半径Ｒ３を設定しているので、等速ジョイントに通常の使用状態である最大ジョイント角Θの３０％のジョイント角あるいはそれ以上のジョイント角が与えられた状態でトリポード球面２３と中心孔２５ｄの間の接触位置ｂ１，ｂ２を通って伝達される力の作用線が、ローラユニット２５の円筒面２５ａの中心軸線ax１と反対側となる端縁の外側を通ることはない。また
Ｗ１＜0.5Ｒtc（１／cosΘ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
を満足するように各ローラユニット２５の外周の円筒面２５ａの半径Ｒ１及び外側幅Ｗ１、並びに円筒状の中心孔２５ｄの半径Ｒ３を設定しており、外側幅Ｗ１が必要以上に大きくなりすぎることもない。

また、図３及び図４に示すようにトリポード球面中心Ｏが第２中心面Ｑから中心軸線ax１側に最も離れる位置では
1.5Ｒtc（１−cos0.3Θ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ２
を満足するように各ローラユニット２５の外周の円筒面２５ａの半径Ｒ１及び内側幅Ｗ２、並びに円筒状の中心孔２５ｄの半径Ｒ３を設定しているので、上述の場合と同様、等速ジョイントに通常の使用状態のジョイント角あるいはそれ以上のジョイント角が与えられた状態でトリポード球面２３と中心孔２５ｄの間の接触位置ｂ１，ｂ２を通って伝達される力の作用線が、ローラユニット２５の円筒面２５ａの中心軸線ax１と反対側となる端縁の外側を通ることはない。また
Ｗ２＜1.5Ｒtc（１−cosΘ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
を満足するように各ローラユニット２５の外周の円筒面２５ａの半径Ｒ１及び内側幅Ｗ２、並びに円筒状の中心孔２５ｄの半径Ｒ３を設定しているので、内側幅Ｗ２が必要以上に大きくなりすぎることもない。

上述のように等速ジョイントに通常の使用状態のジョイント角あるいはそれ以上のジョイント角が与えられた状態では、トリポード球面中心Ｏが第２中心面Ｑから中心軸線ax１と反対側に最も離れる位置でも、中心軸線ax１側に最も離れる位置でも、円筒面２５ａの片側が帯状平面１５ａから浮き上がってローラユニット２５が傾くことはなくなり、力が伝達される側と反対側においてローラユニット２５の円筒面２５ａ及びテーパ面２５ｂ，２５ｃと案内溝１５の帯状平面１５ａ及び傾斜面１５ｂ，１５ｃが当接して摩擦抵抗を生じることはないので、そのような原因により両継手部材１０，２０を軸線方向互いに逆向きに押すスラスト力が生じて等速ジョイントに振動・騒音の発生や動力損失が発生することを防止することができる。

また外側幅Ｗ１及び内側幅Ｗ２が必要以上に大きくなりすぎることがないので、ローラユニット２５のテーパ面２５ｂ，２５ｃの幅を大きくすることができ、この外側テーパ面２５ｃに案内溝１５の外側傾斜面１５ｃを沿わせることにより案内溝１５の両肩部の中心軸線ax１からの減少させ、これに強度上必要な肉厚を加えた筒状体１１の最大半径、すなわち等速ジョイントの最大半径を減少させることができる。

上述した実施形態では、図５に示すようにトリポード球面中心Ｏが第２中心面Ｑから中心軸線ax１と反対側に最も離れる位置では
0.5Ｒtc（１／cos0.3Θ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
＜Ｗ１＜0.5Ｒtc（１／cosΘ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
を満足するように各ローラユニット２５の外周の円筒面２５ａの半径Ｒ１及び外側幅Ｗ１、並びに円筒状の中心孔２５ｄの半径Ｒ３を設定している。しかしながら最大ジョイント角Θが小さい範囲では
１−cosθ≒１／cosθ−１
であるので、上記式に代えて式
0.5Ｒtc（１−cos0.3Θ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
＜Ｗ１＜0.5Ｒtc（１−cosΘ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
を満足するように各ローラユニット２５の外周の円筒面２５ａの半径Ｒ１及び外側幅Ｗ１並びに円筒状の中心孔２５ｄの半径Ｒを設定してもよい。この種の等速ジョイントでは、ジョイント角θが比較的小さい範囲（例えば７．５度）で通常は使用されるので、このようにしても前述と実質的に同様な効果を得ることができる。このようにすれば、トリポード球面中心Ｏが第２中心面Ｑから中心軸線ax１と反対側に最も離れる位置と中心軸線ax１側に最も離れる位置における各式が類似の式となるので、解析が容易となる。

上述した実施形態では、ローラユニット２５の幅よりも円筒面２５ａの幅を小さくするためにアウタローラ２６の外周の円筒面２５ａの外側部に直線に近い大きな曲率半径の１対のテーパ面２５ｂ，２５ｃを形成しており、このようにすれば比較的簡単な加工で筒状体１１の外径を減少させて等速ジョイントをコンパクト化することができる。しかしながら本発明はこれに限られるものではなく、円筒面２５ａの外側部に曲率半径が比較的小さい円弧よりなる面取りを設けて実施してもよく、あるいは円筒面２５ａの外側部を階段状に切削し、帯状平面１５ａの両側部に沿って円筒面２５ａを案内する段部を設けるようにして実施してもよい。

また上述した実施形態では、ローラユニット２５は、外周に円筒面２５ａが形成されたアウタローラ２６と、内周に中心孔２５ｄが形成されアウタローラ２６の内周面にニードルローラ２８を介して相対回転自在にかつ軸線方向の相対移動が拘束されて係合されたインナリング２７よりなるダブルローラタイプのものを使用したが、本発明はこれに限られるものではなく、単純な一体構造のローラとしてもよい。

本発明による等速ジョイントの一実施形態の全体構造を示す縦断面図である。 図１に示す実施形態の２−２断面図である。 図１に示す実施形態のある作動状態を説明する図である。 図３の４−４断面図である。 図１に示す実施形態の図３とは異なる作動状態を説明する図である。

符号の説明

１０…外側継手部材、１１…筒状体、１３…第１回転軸、１５…案内溝、１５ａ…帯状平面、１５ｂ，１５ｃ…傾斜面、２０…内側継手部材、２１…ボス部、２２…トリポード軸、２３…トリポード球面、２４…第２回転軸、２５…ローラユニット、２５ａ…円筒面、２５ｂ，２５ｃ…テーパ面、２５ｄ……中心孔、２６…アウタローラ、２７…インナリング、２８…転動体（ニードルローラ）、ax１…筒状体の中心軸線、Ｐ…第１中心面、Ｑ…第２中心面、Ｒtc…トリポード球面中心の半径、Ｒ１…円筒面の半径、Ｒ３…中心孔の半径、θ…ジョイント角、Θ…最大ジョイント角、Ｗ１…外側幅、Ｗ２…内側幅。

Claims (6)

1. 内面に中心軸線方向と平行に延びる３本の案内溝が等角度間隔で形成された筒状体よりなり、第１回転軸に同軸的に連結される外側継手部材と、
   先端部にそれぞれトリポード球面が形成されてボス部から等角度間隔で半径方向外向きに延びる３本のトリポード軸よりなり、第２回転軸に同軸的に連結される内側継手部材と、
   互いに同軸的に形成された円筒状の中心孔と外周の円筒面を有する３個のローラユニットを備え、
   前記案内溝は前記筒状体の中心軸線を含む第１中心面を挟んで互いに平行に対向する１対の帯状平面を有し、
   前記ローラユニットは、前記中心孔が前記各トリポード球面に摺動自在に嵌合支持されると共に、前記円筒面が前記各案内溝の１対の帯状平面の間に前記筒状体の中心軸線方向に沿った転動のみ可能に係合され、
   前記各ローラユニットの外周の円筒面の幅は同ローラユニットの幅よりも小さくしてなる等速ジョイントにおいて、
   次の２式
   0.5Ｒtc（１／cos0.3Θ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１
   1.5Ｒtc（１−cos0.3Θ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ２
   を満足するように前記各ローラユニットの外周の円筒面の半径、外側幅及び内側幅、並びに円筒状の前記中心孔の半径を設定したことを特徴とする等速ジョイント。ただし、各符号は
   Ｒtc：前記各トリポード球面の中心を通る円の半径
   Θ ：前記外側継手部材と内側継手部材の間の最大ジョイント角
   Ｒ１：前記ローラユニットの外周の円筒面の半径
   Ｒ３：前記ローラユニットの円筒状の中心孔の半径
   μ ：前記トリポード球面と前記ローラユニットの円筒状の中心孔の間の摩擦係数
   Ｗ１：前記ローラユニットの外周の円筒面の外側幅（前記第１中心面と直交し前記筒状体 の中心軸線から前記トリポード球面中心の半径だけ離れて同中心軸線と平行に延び る第２中心面と、前記案内溝に係合された前記ローラユニットの外周の円筒面の前 記中心軸線と反対側となる端縁との間の距離）
   Ｗ２：前記ローラユニットの外周の円筒面の内側幅（前記第２中心面と、前記案内溝に係 合された前記ローラユニットの外周の円筒面の前記中心軸線側となる端縁との間の 距離）
   とする。
2. 請求項１に記載の等速ジョイントにおいて、さらに次の２式
   Ｗ１＜0.5Ｒtc（１／cosΘ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
   Ｗ２＜1.5Ｒtc（１−cosΘ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
   を満足するように前記各ローラユニットの外周の前記円筒面の半径、外側幅及び内側幅、並びに円筒状の前記中心孔の半径を設定したことを特徴とする等速ジョイント。
3. 請求項１に記載の等速ジョイントにおいて、式
   0.5Ｒtc（１／cos0.3Θ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１
   に代えて式
   0.5Ｒtc（１−cos0.3Θ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１
   を満足するように前記各ローラユニットの外周の前記円筒面の半径、外側幅及び内側幅、並びに円筒状の前記中心孔の半径を設定したことを特徴とする等速ジョイント。
4. 請求項２に記載の等速ジョイントにおいて、式
   0.5Ｒtc（１／cos0.3Θ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１、及び
   Ｗ１＜0.5Ｒtc（１／cosΘ−１）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
   に代えて式
   0.5Ｒtc（１−cos0.3Θ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ＜Ｗ１、及び
   Ｗ１＜0.5Ｒtc（１−cosΘ）＋（Ｒ１−Ｒ３）μ
   を満足するように前記各ローラユニットの外周の前記円筒面の半径、外側幅及び内側幅、並びに円筒状の前記中心孔の半径を設定したことを特徴とする等速ジョイント。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の等速ジョイントにおいて、前記各ローラユニットにはその外周の円筒面の両側部に１対のテーパ面を形成して同円筒面の幅を同ローラユニットの幅よりも小さくし、前記案内溝にはその帯状平面の両側縁に続けて前記各テーパ面の根本部と当接して前記ローラユニットがその軸線方向に移動することを拘束する１対の傾斜面を形成したことを特徴とする等速ジョイント。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の等速ジョイントにおいて、前記各ローラユニットは、外周に前記円筒面が形成されたアウタローラと、内周に前記中心孔が形成され前記アウタローラの内周面に転動体を介して相対回転自在にかつ軸線方向の相対移動が拘束されて係合されたインナリングよりなることを特徴とする等速ジョイント。
   

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