JP3894760B2 - 等速自在継手 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は等速自在継手とりわけ摺動式トリポード型等速自在継手に関する。一般に、等速自在継手は駆動側と従動側の２軸を連結して２軸間に角度があっても等速で回転力を伝達することのできるユニバーサルジョイントの一種であって、摺動式のものは、継手のプランジングによって２軸間の相対的軸方向変位を可能にしたものであり、トリポード型は、半径方向に突出した３本の脚軸を備えたトリポード部材を一方の軸に結合し、軸方向に延びる３つのトラック溝を備えた中空円筒状の外側継手部材を他方の軸に結合し、外側継手部材のトラック溝内にトリポード部材の脚軸を収容してトルクの伝達を行うようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は先に、誘起スラストやスライド抵抗の一層の低減および安定化を図ったトリポード型等速自在継手を提案している（特開２０００−３２０５６３号公報）。図６および図７に、かかるトリポード型等速自在継手の一部を示す。同図からわかるように、ローラアセンブリ（３２，３４）と脚軸（２２）の外周面との間には機能上必要なスキマが設けられている（ａｇ１＜φＤｓ１）。組立て工程では、脚軸２２にローラアセンブリ（３２，３４）をセットした後すぐに外側継手部材（１０：図１参照）を被せる。そのため、機能上不必要な脚軸２２とローラアセンブリ（３２，３４）との固定（抜け止め）は、現状では未実施である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
機能上不要である抜け止めも、ユーザー側からは、取扱い上要求されるケースが想定される。とくに、車両からドライブシャフトを取り外すときに、許容スライド範囲を越え、ローラが脱落する場合がある。従来、このようなローラ脱落を防止する手段として、外側継手部材のカップ入口部にスライドを規制する抜け止めサークリップを設ける、脚軸先端に抜け止めサークリップ、スナップリングを設ける等が実施されているが、いずれも、解決すべき問題点を抱えていた。すなわち、前者の場合はサークリップ使用に伴う部品点数増のみならず外側継手部材カップ長アップによる重量増といった問題があり、後者の場合はサークリップやスナップリングの使用に伴う部品点数増といった問題があり、さらに、部品点数増はコストアップにつながる。
本発明の目的は、部品点数増によるコストアップ、外側継手部材カップ長アップによる重量増などを招くことなく、ローラアセンブリの脱落を防止することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、内周部に軸方向の３本のトラック溝が形成され、各トラック溝の両側にそれぞれ軸方向ローラ案内面を有する外側継手部材と、半径方向に突出した３本の脚軸を有するトリポード部材と、前記トリポード部材の各脚軸にそれぞれ装着されたローラアセンブリとを備え、前記ローラアセンブリは、前記脚軸に対して首振り揺動自在で、前記ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸線と平行な方向に案内されるローラを有する等速自在継手において、前記ローラアセンブリは、前記ローラと、前記脚軸に外嵌して前記ローラを回転自在に支持するリングとを備えており、
前記リングの内周面は円弧状凸断面であり、前記脚軸の外周面は、縦断面においてはストレート形状で、横断面においては、継手の軸線と直交する方向で前記リングの内周面と接触するとともに継手の軸線方向で前記リングの内周面との間にすきまを形成し、前記脚軸の先端近傍に、前記ローラアセンブリの脱落を防止するための手段が設けてあることを特徴とする。この手段は具体的には塑性加工または切削加工により形成した突起部の形態をとる（請求項１および請求項２）。そのような突起部の外接円径ａｆ１とリングの内径φＤｓ１との関係を、ａｆ１＞φＤｓ１とすることにより、リングが脚軸の軸方向に脱落する向きに移動しようとしても突起部と干渉するため、ローラアセンブリの脱落が防止される。突起部の半径方向突出量（ａｆ１−φＤｓ１）は０．０５〜０．１ｍｍ程度に設定することが望ましい。（ａｆ１−φＤｓ１）＜０．０５ｍｍでは脱落防止機能を発揮しえず、（ａｆ１−φＤｓ１）＞０．１ｍｍでは干渉量が大きいため組み込みにくくなるからである。また、突起部の長手寸法ｈは０．１〜０．５ｍｍが好適である。ｈ＜０．１ｍｍでは脱落防止機能を発揮しえず、ｈ＞０．５ｍｍでは干渉量が大きいため組み込みにくくなるからである。
【０００５】
前記突起部はリング内径と干渉する。リングとローラは相対回転可能で、円筒面同士ですべり接触可能に嵌合していてもよいし、両者間に針状ころのような転動体が介在していてもよい。いずれにしても、リングとローラはワッシャなどを用いて非分離にユニット化されている。
【０００６】
前記脚軸の外周面は、縦断面においてはストレート形状で、横断面においては、継手の軸線と直交する方向で前記リングの内周面と接触するとともに継手の軸線方向で前記リングの内周面との間にすきまを形成する。かかる構成によって、ローラアセンブリが脚軸に対して首振り揺動自在となる。脚軸の横断面形状について、継手の軸線と直交する方向で前記リングの内周面と接触するとともに継手の軸線方向で前記リングの内周面との間にすきまを形成するような形状とは、言い換えれば、仮想円筒面よりも小径側に退避している形状を意味する。その一つの具体例として楕円形が挙げられる。字義どおりの楕円に限らず、一般に卵形、小判形等と称される形状を含むものとする。
【０００７】
脚軸の断面形状を上記の形状とすることにより、継手が作動角をとったとき、ローラアセンブリの姿勢を変えることなく、脚軸が外側継手部材に対して傾くことができる。しかも、脚軸の外周面とリングとの接触楕円が横長から点に近づくためローラアセンブリを傾けようとする摩擦モーメントが低減する。したがって、ローラアセンブリの姿勢が常に安定し、ローラがローラ案内面と平行に保持されるため円滑に転動することができる。これにより、スライド抵抗の低減ひいては誘起スラストの低減に寄与する。さらに、脚軸の根元部の断面係数が増加することによる脚軸の曲げ強度が向上するという利点もある。
【０００８】
なお、ローラアセンブリは脚軸と外側継手部材との間に介在してトルクを伝達する役割を果たすものであるが、この種の等速自在継手におけるトルクの伝達方向は常に継手の軸線に直交する方向であるため、当該トルクの伝達方向において脚軸とリングとが接していることでトルクの伝達は可能であり、継手の軸線方向において両者間にすきまがあってもトルク伝達に支障を来すことはない。
脚軸にローラアセンブリを取り付ける際には、ローラアセンブリが突起部を乗り越える必要があるが、脚軸横断面が楕円形状であるため、これは容易に達成される。ローラアセンブリに半径方向外側から外力Ｐを加えてリングを弾性変形させることにより、ａｆ１＜Ｄｄａおよびｂ１＜Ｄｄｂの関係が成立する。
【０００９】
ローラアセンブリの脱落を防止するための手段としての突起部を形成する方法は、図８に示すように脚軸外周面の未研削部を選択的に残す、塑性加工により先端部をかしめる（請求項１）又は叩くなどが挙げられる。図１１に示すように突起部を切削（旋削または研削）で形成（請求項２）してもよい。脚軸にローラを取り付けた後に塑性加工により先端部をかしめる、または叩いてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず、図１および図２に示す実施の形態を説明する。ここで、図１（Ａ）は継手の横断面を示し、図１（Ｂ）は脚軸に垂直な断面を示し、図２（Ａ）は作動角θをとった状態の継手の縦断面を示す。図１に示すように、等速自在継手は外側継手部材１０とトリポード部材２０とからなり、連結すべき２軸の一方が外側継手部材１０と接続され、他方がトリポード部材２０と接続される。
【００１１】
外側継手部材１０は内周面に軸方向に延びる３本のトラック溝１２を有する。各トラック溝１２の円周方向で向かい合った側壁にローラ案内面１４が形成されている。トリポード部材２０は半径方向に突設した３本の脚軸２２を有し、各脚軸２２にはローラ３４が取り付けてあり、このローラ３４が外側継手部材１０のトラック溝１２内に収容される。ローラ３４の外周面はローラ案内面１４に適合する凸曲面である。
【００１２】
ローラ案内面１４の断面形状はゴシックアーチ形状であって、これにより、ローラ３４とローラ案内面１４とがアンギュラコンタクトをなす。図１（Ａ）に、２つの当たり位置の作用線を一点鎖線で示してある。球面状のローラ外周面に対してローラ案内面１４の断面形状をテーパ形状としても両者のアンギュラコンタクトが実現する。このようにローラ３４とローラ案内面１４とがアンギュラコンタクトをなす構成を採用することによって、ローラが振れにくくなるため姿勢が安定する。なお、アンギュラコンタクトを採用しない場合には、たとえば、ローラ案内面１４を軸線が外側継手部材１０の軸線と平行な円筒面の一部で構成し、その断面形状をローラ３４の外周面の母線に対応する円弧とすることもできる。
【００１３】
脚軸２２の外周面にリング３２が外嵌している。このリング３２とローラ３４とは複数の針状ころ３６を介してユニット化され、相対回転可能なローラアセンブリを構成している。すなわち、リング３２の円筒形外周面を内側軌道面とし、ローラ３４の円筒形内周面を外側軌道面として、これらの内外軌道面間に針状ころ３６が転動自在に介在する。図１（Ｂ）に示されるように、針状ころ３６は、できるだけ多くのころを入れた、保持器のない、いわゆる総ころ状態で組み込まれている。符号３３，３５で指してあるのは、針状ころ３６の抜け落ち止めのためにローラ３４の内周面に形成した環状溝に装着した一対のワッシャである。これらのワッシャ３３，３５は円周方向の一個所に切れ目を有し、弾性的に縮径させた状態でローラ３４の内周面の環状溝に装着するようになっている。また、ワッシャ３３，３５の存在によってリング３２とローラ３４が非分離にユニット化されている。
【００１４】
脚軸２２の外周面は、縦断面（図２（Ａ））で見ると脚軸２２の軸線と平行なストレート形状であり、横断面（図１（Ｂ））で見ると、長軸が継手の軸線に直交する楕円形状である。脚軸の断面形状は、トリポード部材２０の軸方向で見た肉厚を減少させて略楕円状としてある。言い換えれば、脚軸の断面形状は、トリポード部材の軸方向で互いに向き合った面が相互方向に、つまり、仮想円筒面よりも小径側に退避している。
【００１５】
リング３２の内周面は円弧状凸断面を有する。すなわち、内周面の母線が半径ｒの凸円弧である（図１（Ｃ））。このことと、脚軸２２の横断面形状が上述のように略楕円形状であり、脚軸２２とリング３２との間には所定のすきまが設けてあることから、リング３２は脚軸２２の軸方向での移動が可能であるばかりでなく、脚軸２２に対して首振り揺動自在である。また、上述のとおりリング３２とローラ３４は針状ころ３６を介して相対回転自在にユニット化されているため、脚軸２２に対し、リング３２とローラ３４がユニットとして首振り揺動可能な関係にある。ここで、首振りとは、脚軸２２の軸線を含む平面内で、脚軸２２の軸線に対してリング３２およびローラ３４の軸線が傾くことをいう（図２（Ａ）参照）。
【００１６】
図１に示した実施の形態では、脚軸２２の横断面が略楕円状で、リング３２の内周面の横断面が円筒形であることから、図１（Ｃ）に破線で示すように、両者の接触楕円は点に近いものとなり、同時に面積も小さくなる。したがって、ローラアセンブリ（３２，３４）を傾かせようとする力が従来のものに比べると非常に低減し、ローラ３４の姿勢の安定性が一層向上する。また、脚軸２２とリング３２の内周面との当たり部が常にリング３２の幅方向中央にあるので、針状ころ３６が安定して転動する。
【００１７】
次に、図３および図４に示す実施の形態について説明する。なお、図３（Ａ）では一部の部品すなわち、リング３２、ローラ３４、ワッシャ３３，３５を断面にしたものである。この実施の形態は、リング３２の内周面の母線が、上述の実施の形態では単一の円弧で形成されているのに対して、中央の円弧部３２ａとその両側の逃げ部３２ｂとの組合せで形成されている点でのみ相違する。逃げ部３２ｂは、図３（Ｃ）のように作動角θをとったときの脚軸２２との干渉を避けるための部分であり、円弧部３２ａの端からリング３２の端部に向かって徐々に拡径した直線または曲線で構成する。ここでは、逃げ部３２ｂを円錐角α＝５０°の円錐面の一部とした場合を例示してある。円弧部３２ａは、リング３２に対する脚軸２２の２〜３°程度の傾きを許容するため、たとえば３０ｍｍ程度の大きな曲率半径ｒとする。
【００１８】
トリポード型等速自在継手では、機構上、外側継手部材１０が１回転するときトリポード部材２０は外側継手部材１０の中心に対して３回振れ回る。このとき符号ｅ（図２（Ａ））で表わされる偏心量は作動角θに比例して増加する。そして、３本の脚軸２２は１２０°ずつ離間しているが、作動角θをとると、図２（Ｂ）に示すように、図の上側に表われている垂直な脚軸２２を基本として考えると、他の２本の脚軸２２は、一点鎖線で示す作動角０のときのそれらの軸線からわずかに傾く。その傾きは作動角θがたとえば約２３°のとき２〜３°程度となる。この傾きがリング３２の内周面の円弧部３２ａの曲率によって無理なく許容されるため、脚軸２２とリング３２との接触部における面圧が過度に高くなるのを防止することができる。なお、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の左側面から見たトリポード部材２０の３本の脚軸２２を模式的に図示したもので、実線が脚軸を表わしている。さらに、かかるトリポード型等速自在継手特有のトラニオン中心の振れ回りに起因する脚軸２２の傾きを吸収し得るすきまを脚軸２２の長軸径２ａとリング３２の内径との間に設ける。
【００１９】
上述の実施の形態では、図１（Ａ）および図３（Ａ）に示されているように、ローラ３４の傾きを規制する目的で、トラック溝１２の奥側つまり外側継手部材１０の横断面で見て大径側に、ローラ３４の端面と対向した鍔を形成してある。しかしながら、上の各実施の形態にあっては、ローラ３４を傾かせる要因が除去されているため、必ずしもトラック溝１２に鍔を設ける必要はなく、図５に示すように鍔を省略することができる。その結果、ローラ３４が何らかの原因で一時的に振れたとしても鍔に接触して滑り摩擦を発生させるといった心配が皆無となる。
【００２０】
上述の各実施の形態において、図８に拡大して示すように、脚軸２２の先端近傍に突起部２４を設ける。そして、突起部２４の外接円径ａｆ１とリング３２の内径φＤｓ１との関係を、ａｆ１＞φＤｓ１とすることにより、ローラアセンブリ（３２，３４）が脚軸２２から脱落する向きに移動しようとしてもリング３２が突起部２４と干渉するため、ローラアセンブリ（３２，３４）の脱落が防止される。その結果、脚軸２２にローラアセンブリ（３２，３４）を取り付ける際には、とりわけリング３２が突起部２４を乗り越える必要があるが、いずれの実施の形態でも脚軸２２の横断面が楕円形状であるため、これは容易に達成される。すなわち、図１０に示すように、ローラアセンブリ（３２，３４）に半径方向外側から外力Ｐを加えてリング３２を弾性変形させることにより、ａｆ１＜Ｄｄａおよびｂ１＜Ｄｄｂの関係が成立する。突起部２４の半径方向突出量（ａｆ１−φＤｓ１）は０．０５〜０．１ｍｍ程度に設定することが望ましい。また、突起部の長手寸法ｈは０．１〜０．５が好適である。突起部２４を形成する手段としては、脚軸２２の外周面の未研削部を選択的に残す、塑性加工により先端部をかしめる又は叩くなどが挙げられる。図１１に示すように突起部２４を切削（旋削または研削）で形成してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明は、脚軸の先端近傍に突起部を設けるといった簡単な構成で、部品点数増によるコストアップ、外側継手部材カップ長アップによる重量増などを招くことなく、ローラアセンブリの脱落を防止するという所期の課題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は等速自在継手の横断面図、
（Ｂ）は脚軸とローラアセンブリの脚軸に垂直な断面図、
（Ｃ）はリングの断面図である。
【図２】（Ａ）は図１の等速自在継手の縦断面図であって作動角をとった状態を示し、
（Ｂ）は（Ａ）におけるトリポード部材の模式的側面図である。
【図３】（Ａ）は一部を断面にした等速自在継手の端面図、
（Ｂ）は脚軸とローラアセンブリの脚軸に垂直な断面図、
（Ｃ）は等速自在継手の縦断面図であって作動角をとった状態を示す。
【図４】図３におけるリングの拡大断面図である。
【図５】一部を断面にした等速自在継手の端面図である。
【図６】従来の技術を示す脚軸とローラアセンブリの拡大断面図である。
【図７】図６における脚軸とリングの平面図である。
【図８】図１、３、５の等速自在継手における脚軸とローラアセンブリを示す拡大断面図である。
【図９】図８における脚軸とリングの平面図である。
【図１０】リングを弾性変形させた状態を示す図９と類似の平面図である。
【図１１】突起部の別の実施の形態を示す脚軸の断面図である。
【符号の説明】
１０ 外側継手部材
１２ トラック溝
１４ ローラ案内面
２０ トリポード部材
２２ 脚軸
ａ 長軸半径
ｂ 短軸半径
２４ 突起部
３２ リング
３２ａ 円弧部
ｒ 曲率半径
３２ｂ 逃げ部
３４ ローラ
３６ 針状ころ

Claims (2)

1. 内周部に軸方向の３本のトラック溝が形成され、各トラック溝の両側にそれぞれ軸方向ローラ案内面を有する外側継手部材と、半径方向に突出した３本の脚軸を有するトリポード部材と、前記トリポード部材の各脚軸にそれぞれ装着されたローラアセンブリとを備え、前記ローラアセンブリは、前記脚軸に対して首振り揺動自在で、前記ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸線と平行な方向に案内されるローラを有する等速自在継手において、
   前記ローラアセンブリは、前記ローラと、前記脚軸に外嵌して前記ローラを回転自在に支持するリングとを備えており、前記リングの内周面は円弧状凸断面であり、
   前記脚軸の外周面は、縦断面においてはストレート形状で、横断面においては、継手の軸線と直交する方向で前記リングの内周面と接触するとともに継手の軸線方向で前記リングの内周面との間にすきまを形成し、
   前記脚軸の先端近傍に、前記ローラアセンブリの脱落を防止するための手段として塑性加工により突起部を形成した等速自在継手。
2. 内周部に軸方向の３本のトラック溝が形成され、各トラック溝の両側にそれぞれ軸方向ローラ案内面を有する外側継手部材と、半径方向に突出した３本の脚軸を有するトリポード部材と、前記トリポード部材の各脚軸にそれぞれ装着されたローラアセンブリとを備え、前記ローラアセンブリは、前記脚軸に対して首振り揺動自在で、前記ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸線と平行な方向に案内されるローラを有する等速自在継手において、
   前記ローラアセンブリは、前記ローラと、前記脚軸に外嵌して前記ローラを回転自在に支持するリングとを備えており、前記リングの内周面は円弧状凸断面であり、
   前記脚軸の外周面は、縦断面においてはストレート形状で、横断面においては、継手の軸線と直交する方向で前記リングの内周面と接触するとともに継手の軸線方向で前記リングの内周面との間にすきまを形成し、
   前記脚軸の先端近傍に、前記ローラアセンブリの脱落を防止するための手段として切削加工により突起部を形成した等速自在継手。

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