JP4943169B2 - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

Description

本発明は、トリポード型等速自在継手に関する。

等速自在継手は、例えば自動車や各種産業機械の動力伝達機構に組み込んで用いられるもので、互いの交差角度が変化可能に設けられた入力軸と出力軸とを備え、入力軸からの回転トルクを出力軸へ等速で伝達できるように連結するものである。この等速自在継手は、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手と、角度変位に加えて軸方向変位をも許容する摺動式等速自在継手とに大別される。

例えば、自動車には、エンジンから車輪に回転力を等速で伝達するために、摺動式等速自在継手の一種であるトリポード型等速自在継手が組み込まれる場合がある。ここで、公知のトリポード型等速自在継手の一例を図６（ａ）に示す。同図に示す等速自在継手１００は、内径面の円周方向三等分位置に、軸線方向に延在するトラック溝１０２が形成された外側継手部材１０１と、外側継手部材１０１に対して相対的に角度変位および軸方向変位可能な継手内部部材１０４とを備える。

詳細に述べると、継手内部部材１０４は、各トラック溝１０２に向かって突出した三本の脚軸１０６を有するトリポード部材１０５と、各脚軸１０６に回転自在に外嵌されたトルク伝達部材としてのローラアセンブリ１０７とで構成される。ローラアセンブリ１０７は、図６（ｂ）にも示すように、内側ローラ１０８と外側ローラ１１０とを有し、両ローラ１０８，１１０間には多数の針状ころ１０９が配設されている。図示する形態では、さらに、針状ころ１０９の抜け止めを図るために、一対のワッシャ１１１、１１１が設けられている。外側継手部材１０１の各トラック溝１０２には円周方向で対向する一対のローラ案内面１０３，１０３が形成され、継手内部部材１０４は、これを構成するローラアセンブリ１０７（外側ローラ１１０）がローラ案内面１０３に係合されるようにして外側継手部材１０１内に収容される。トラック溝１０２も含め、外側継手部材１０１の内部には潤滑剤（例えば、グリース）が充満され、外側継手部材１０１と継手内部部材１０４とは、潤滑剤を介して相対的に角度変位および軸方向変位する（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０００−３２０５６３号公報

近年、等速自在継手に対する動作性能向上および低コスト化の要請が厳しさを増している。しかしながら、上記構成のトリポード型等速自在継手は、長期に亘って高い動作性能を確保できる反面、外側継手部材、トリポード部材、内側ローラ、多数の針状ころ、外側ローラ、およびワッシャといった数多くの部材で構成されているため、部品管理や組み立てに多大な工数を要し、低コスト化の要請に対応するのが困難である。

本発明の課題は、高い動作性能を誇り、かつ低コストなトリポード型等速自在継手を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明では、内径面の円周方向三等分位置に、軸線方向に延在するトラック溝が形成された外側継手部材と、潤滑剤の介在下で、外側継手部材に対して相対的に角度変位および軸方向変位可能に設けられた継手内部部材とを備えるトリポード型等速自在継手であって、継手内部部材は、トラック溝に向かって突出した脚軸を有するトリポード部材と、脚軸に回転自在に外嵌され、トラック溝に収容されたローラとからなり、相互に対向する脚軸の外周面およびローラの内周面の双方が、脚軸の軸線と平行なストレート形状に形成され、脚軸をその軸線と直交する断面において楕円状に形成することにより、相互に対向する脚軸の外周面とローラの内周面が、継手の軸線と直交する方向で接触すると共に継手の軸線方向で非接触とされ、かつ、相互に対向する脚軸の外周面およびローラの内周面のうち、脚軸の外周面のみに微小凹形状のくぼみがランダムに無数設けられていることを特徴とするトリポード型等速自在継手を提供する。

上記のように、本発明にかかるトリポード型等速自在継手では、これを構成する継手内部部材が、外側継手部材に形成されたトラック溝に向かって突出した脚軸を有するトリポード部材と、脚軸に回転自在に外嵌され、トラック溝に収容されたローラとからなる。そのため、トリポード部材、内側ローラ、多数の針状ころ、外側ローラ、およびワッシャという多数の部材で継手内部部材を構成していた従来構成に比べて部品点数を大幅に削減することができ、部品管理工数や組み立て工数の削減を通じて低コストなトリポード型等速自在継手を提供することができる。

上記のように針状ころを排除した場合には、脚軸とローラとが滑り接触状態となるため、継手作動時に大きな摺動抵抗が発生し易くなり、ＮＶＨ性能に悪影響を及ぼすおそれが、ひいては継手の耐久寿命を低下させるおそれがある。そこで本発明では、上記構成に加え、相互に対向する脚軸の外周面およびローラの内周面のうち、少なくとも何れか一方に微小凹形状のくぼみをランダムに無数設けることとした。かかる構成とすれば、くぼみで潤滑剤が安定的に保持され、対向する両面間に潤滑膜が形成され易くなる。そのため、両面間での摩擦抵抗を軽減することができ、ＮＶＨ性能が低下するのを抑制あるいは防止することができる。また、上記構成とすることにより、潤滑不良に起因した焼付きを抑制あるいは防止することもできる。従って、長期に亘って高い動作性能を確保することができる。なお、上記構成を採用することでくぼみの形成工程が追加されることとなるが、上記の部品点数削減によるコスト低減効果が十分に勝るため、全体としては十分な低コスト化が図られる。

上記のくぼみは、切削等の機械加工や、エッチング等の化学的手法で形成することも可能であるが、前者の手法は多数のくぼみを設けるのに手間がかかり、後者の手法は廃液処理等の問題があり、総じてコスト高となり易い。そのため、上記のくぼみは、バレル加工やショットブラスト等で形成するのが、コスト上および環境上好ましい。

上記の構成において、継手の縦断面において、相互に対向する脚軸の外周面あるいはローラの内周面の何れか一方を、相手部材側に突出した円弧状凸断面に形成すると共に、他方を脚軸の軸線と平行なストレート形状に形成することができる。かかる構成とすれば、特許文献１にも記載されているように、ローラが脚軸に対して首振り揺動自在となる。そのため、外側継手部材と継手内部部材とが作動角をとった状態で回転するときに、ローラとローラ案内面とが斜行状態となるのを回避することができる。従って、スライド抵抗等を軽減することができ、ＮＶＨ性能が低下するのを抑制あるいは防止することができる。

この場合、脚軸の外周面とローラの内周面とは、脚軸の軸線と直交する断面で、継手の軸線と直交する方向で接触させ、継手の軸線方向で非接触とするのが望ましい。かかる構成とすれば、トルク伝達性を損なうことなく、外側継手部材と継手内部部材とが作動角をとった状態で回転するときに、ローラとローラ案内面とが斜交状態になるのを一層効果的に回避することが可能となる。なお、かかる構成は、例えば脚軸の横断面形状を、継手の軸線と直交する方向に長軸を有する略楕円状に形成することで得ることができる。

以上のように、本発明によれば、部材点数の削減を通じて、低コストなトリポード型等速自在継手を提供することができる。しかも、このトリポード型等速自在継手は、摺動抵抗等の増大に起因したＮＶＨ性能の低下を抑制あるいは防止することが可能であり、長期に亘って高い動作性能を発揮し得る。

以下、本発明に係るトリポード型等速自在継手を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係るトリポード型等速自在継手の第１実施形態を示すものである。なお、図１（ａ）は継手の横断面図（継手の軸線と直交する方向の断面図）であり、図１（ｂ）は継手の縦断面図（継手の軸線と平行な方向の断面図）である。同図に示すトリポード型等速自在継手は、外側継手部材１と、外側継手部材１の内部に充満された潤滑剤（例えば、グリース）を介して、外側継手部材１に対して相対的に角度変位および軸方向変位可能に設けられた継手内部部材４とで構成される。図示は省略しているが、外側継手部材１あるいは内部継手部材４の何れか一方に入力軸が連結され、他方に出力軸が連結される。

外側継手部材１の内径面には、円周方向三等分位置に、軸線方向に延在するトラック溝２が形成されている。各トラック溝２には、凹曲面状をなし、円周方向で対向する一対のローラ案内面３，３が形成されている。なお、本実施形態では、外側継手部材１の外周面を真円形状とした場合を例示しているが、外側継手部材１の外周面は、隣接するトラック溝２間の厚肉部分を周方向の所定領域で切り欠いた非真円形状ともされる。

継手内部部材４は、各トラック溝２に向かって突出した脚軸６を有するトリポード部材５と、脚軸６に対して回転自在に外嵌されたローラ７とで構成される。ローラ７の外周面はローラ案内面３形状に対応した凸曲面に形成され、各ローラ７は、対応するトラック溝２のローラ案内面３に係合するようにしてトラック溝２内に収容される。ローラ７は、脚軸６を中心に回転しながら、外側継手部材１（トラック溝２）内に充満された潤滑剤を介して、トラック溝２に沿って軸方向移動する。

トリポード部材５を構成する脚軸６の外周面には、図２にも拡大して示すように、微小凹形状（例えば、直径および深さが数μｍ程度）のくぼみ８がランダムに無数設けられている。このくぼみ８は、例えば、平滑面状に形成された脚軸６の外周面にバレル加工を施すことにより形成される。バレル加工としては、回転バレル加工、振動バレル加工、遠心バレル加工、およびジャイロ加工（スピンドル加工）等の公知の手法を採用することができ、またその方式としては乾式および湿式の何れでもよい。なお、図示例では、脚軸６の外周面の全面に亘ってくぼみ８を設けた構成としているが、くぼみ８は必ずしも脚軸６の外周面全面に亘って設ける必要はなく、ローラ７の内周面と対向する（接触する）領域にのみ設ければ足りる。

このように、くぼみ８の形成手法としてバレル加工を採用すれば、この種の多数のくぼみ８を切削やエッチング等で形成する場合に懸念される加工コストや環境負荷の増大を抑制することができる。なお、くぼみ８の形成手法は、バレル加工に限定されるものではなく、この他にも、例えばショットブラスト加工で形成することもできる。

以上に示すように、本発明に係るトリポード型等速自在継手では、継手内部部材４が、トリポード部材５およびローラ７のみで構成される。そのため、トリポード部材、内側ローラ、多数の針状ころ、外側ローラ、およびワッシャといった数多くの部材で継手内部部材を構成していた従来構成に比べ、部品点数を大幅に削減することができ、部品管理工数や組み立て工数の削減を通じて低コストなトリポード型等速自在継手を提供することができる。

このように、針状ころを廃止した本発明にかかるトリポード型等速自在継手では、脚軸６とローラ７とが滑り接触状態となるため、継手作動時に大きな摺動抵抗や転がり抵抗が発生し易くなる。このような抵抗の増大は振動や騒音等の発生原因となり、自動車のＮＶＨ性能に悪影響を及ぼすおそれが、ひいては継手の耐久寿命を低下させるおそれがある。

この点、本実施形態に係るトリポード型等速自在継手では、脚軸６の外周面に、微小凹形状のくぼみ８をランダムに無数設けているので、くぼみ８で潤滑剤が安定的に保持され、両面間に潤滑膜が形成され易くなる。そのため、両面間での摩擦抵抗を軽減することができ、ＮＶＨ性能に悪影響が及ぶのを抑制あるいは防止することができる。また、潤滑不良に起因した焼付きの発生を防止することもできる。かかる構成を採用することでくぼみ８の形成工程が追加されることとなるが、部品点数削減によるコスト低減効果が十分に勝るため、全体としては十分な低コスト化が図られる。

ところで、この種のトリポード型等速自在継手は、図３（ａ）に示すように外側継手部材１と継手内部部材４とが作動角をとった状態で回転力を伝達する場合があり、この場合、図１に示すトリポード型等速自在継手の構成では、ローラ７とローラ案内面３とが、図３（ｂ）に示すように相互に斜交する関係となる。このとき、ローラ７は、図３（ａ）に矢印ｔで示す方向に転がり移動しようとするのに対して、トラック溝２は継手の軸線と平行な円筒面の一部であるため、ローラ７はトラック溝２に拘束されながら移動することになる。その結果、ローラ案内面３とローラ７の相互間に発生する滑りに起因してスライド抵抗、さらには誘起スラストが発生し、自動車のＮＶＨ性能を低下させるおそれがある。かかる事態は、対向する脚軸６の外周面およびローラ７の内周面の双方が、脚軸６の軸線と平行なストレート形状に形成されているために生じる。

図４は、上記の問題点を解消し得るトリポード型等速自在継手の一構成例を示すものであり、本発明に係るトリポード型等速自在継手の第２実施形態を示すものである。

同図に示すトリポード型等速自在継手が、図１に示すものと異なる主な点は、図４（ａ）に示す継手の縦断面において、トリポード部材５の脚軸１６の外周面が、対向するローラ７の内周面側に突出した円弧状凸断面に形成されている（脚軸１６の外周面の母線が凸円弧に形成されている）点、および図４（ｂ）に示すように、脚軸１６の横断面（脚軸１６の軸線と直交する断面）形状が、継手の軸線と直交する方向に長軸を有する略楕円形状に形成され、脚軸１６の外周面とローラ７の内周面とが、継手の軸線と直交する方向で接触し、継手の軸線方向で非接触とされている点にある。

かかる構成を採用することにより、ローラ７が脚軸１６に対して首振り揺動自在（ローラ７が脚軸１６に対して傾動および軸方向変位自在）となる。そのため、図３（ａ）に示す態様で外側継手部材１と継手内部部材４とが作動角をとった状態で回転力伝達を行うとき、ローラ７とローラ案内面３とが図３（ｂ）に示す斜交状態となることを回避することができ、ローラ７は外側継手部材１の軸線と平行な姿勢を保つようにしてローラ案内面３によって案内され、そのままの姿勢でローラ案内面３上を正しく転動する。従って、作動角運転時における滑り抵抗が軽減され、スライド抵抗と誘起スラストの発生が効果的に抑制あるいは防止される。

なお、本実施形態では、ローラ７の内周面と対向する脚軸１６の外周面に、微小凹形状のくぼみ８がランダムに無数設けられている。また、本実施形態では、脚軸１６の横断面形状を、継手の軸線と直交する方向に長軸を有する略楕円形に形成しているが、脚軸１６の横断面形状は真円形状に形成することもできる（図示省略）。これ以外の構成は、図１に示す実施形態に準ずるので、共通の参照番号を付して重複説明を省略する。

図５は、本発明に係るトリポード型等速自在継手の第３実施形態を示すものである。同図に示すトリポード型等速自在継手が図１に示すものと異なる主な点は、図５（ａ）に示すように、ローラ２７の内周面が、対向する脚軸２６の外周面側に突出した円弧状凸断面に形成されている（ローラ２７の内周面の母線が凸円弧に形成されている）点、および図５（ｂ）に示すように、脚軸２６の横断面（脚軸２６の軸線と直交する断面）形状が、継手の軸線と直交する方向に長軸を有する略楕円形状に形成され、脚軸２６の外周面とローラ２７の内周面とが継手の軸線と直交する方向で接触し、継手の軸線方向で非接触とされている点にある。かかる構成であっても、図４に示す構成と同様に、外側継手部材１と継手内部部材４とが作動角をとった状態で回転力伝達を行うときに懸念されるスライド抵抗と誘起スラストの発生が効果的に抑制あるいは防止される。

なお、ローラ２７の内周面と対向する脚軸２６の外周面には、微小凹形状のくぼみ８がランダムに無数設けられている。また、上記同様に、脚軸２６の横断面形状は真円形状に形成することもできる（図示省略）。これ以外の構成は、図１に示す実施形態に準ずるので、共通の参照番号を付して重複説明を省略する。

以上の説明では、微小凹形状のくぼみ８を脚軸の外周面にランダムに無数設けた構成を例示しているが、くぼみ８は、脚軸の外周面に対向するローラの内周面に設けてもよい。またくぼみ８は、相互に対向する脚軸の外周面およびローラの内周面の双方に設けることもできる。

以上、本発明について説明を行ったが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことである。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、および範囲内の全ての変更を含む。

本発明に係るトリポード型等速自在継手の第１実施形態を示すもので、（ａ）図は継手の横断面図、（ｂ）図は継手の縦断面図である。 図１のトリポード部材を示す図である。 （ａ）図は図１に示すトリポード型等速自在継手が作動角をとった状態の縦断面図、（ｂ）図は（ａ）図におけるローラとローラ案内面との相互関係を示す模式的斜視図である。 本発明に係るトリポード型等速自在継手の第２実施形態を示すもので、（ａ）図は継手の縦断面図、（ｂ）図は（ａ）図におけるローラと脚軸の横断面図である。 本発明に係るトリポード型等速自在継手の第３実施形態を示すもので、（ａ）図は継手の縦断面図、（ｂ）図は（ａ）図におけるローラと脚軸の横断面図である。 従来構成のトリポード型等速自在継手の一例を示すもので、（ａ）図は継手の横断面図、（ｂ）図は（ａ）図におけるローラアセンブリの横断面図である。

符号の説明

１ 外側継手部材
２ トラック溝
３ ローラ案内面
４ 内部継手部材
５ トリポード部材
６，１６，２６ 脚軸
７，２７ ローラ
８ くぼみ

Claims (3)

1. 内径面の円周方向三等分位置に、軸線方向に延在するトラック溝が形成された外側継手部材と、潤滑剤の介在下で、前記外側継手部材に対して相対的に角度変位および軸方向変位可能に設けられた継手内部部材とを備えるトリポード型等速自在継手であって、
   前記継手内部部材は、前記トラック溝に向かって突出した脚軸を有するトリポード部材と、前記脚軸に回転自在に外嵌され、前記トラック溝に収容されたローラとからなり、
   相互に対向する前記脚軸の外周面および前記ローラの内周面の双方が、前記脚軸の軸線と平行なストレート形状に形成され、前記脚軸をその軸線と直交する断面において楕円状に形成することにより、相互に対向する前記脚軸の外周面と前記ローラの内周面が、継手の軸線と直交する方向で接触すると共に継手の軸線方向で非接触とされ、
   かつ、相互に対向する前記脚軸の外周面および前記ローラの内周面のうち、前記脚軸の外周面のみに微小凹形状のくぼみがランダムに無数設けられていることを特徴とするトリポード型等速自在継手。
2. 前記くぼみを、バレル加工で形成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. 前記くぼみを、ショットブラストで形成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。

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