特開 2024-124797 トリポード型等速自在継手

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024124797

(43)【公開日】2024-09-13

(54)【発明の名称】トリポード型等速自在継手

(51)【国際特許分類】

   F16D 3/205 20060101AFI20240906BHJP

【ＦＩ】

F16D3/205 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023032708

(22)【出願日】2023-03-03

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(72)【発明者】

【氏名】板垣 卓

(72)【発明者】

【氏名】杉山 達朗

(57)【要約】

【課題】所望のトルク伝達性能を安定的に発揮できるトリポード型等速自在継手を実現する。
【解決手段】外側継手部材２のカップ部３を、円弧状の大径部３Ａ及び小径部３Ｂを周方向に交互に３つずつ配した断面非真円状に形成すると共に、大径部３Ａの径方向内側にローラ１０が転動するトラック溝４が設けられたトリポード型等速自在継手１において、トリポード部材５のボス部６の径方向の肉厚をＴ、ボス部６に設けた軸孔７の内面に形成したスプライン７ａの大径をｘ、カップ部３の小径部３Ｂの内接円径をＤｂとしたとき、
Ｔ／ｘ＝０．２９～０．３８、
Ｄｂ／ｘ＝１．７０～１．９５、
を満たすようにパラメータＴ，ｘ，Ｄｂの値を設定した。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

有底筒状のカップ部の内周に軸方向に延びる３本のトラック溝を周方向等間隔で画成した外側継手部材と、軸部材がスプライン嵌合される軸孔が設けられた円筒状のボス部を有し、該ボス部の外周面から径方向外向きに延びる３本の脚軸が周方向等間隔で設けられたトリポード部材と、複数の針状ころを介して前記脚軸に回転可能に支持された状態で対応する前記トラック溝に収容されたローラと、を備え、
前記カップ部が、円弧状の大径部及び小径部を周方向に交互に３つずつ配した断面非真円状に形成され、前記大径部の径方向内側に前記トラック溝が設けられたトリポード型等速自在継手において、
前記ボス部の径方向の肉厚をＴ、前記軸孔の内面に形成したスプラインの大径をｘ、前記小径部の内接円径をＤｂとしたとき、
Ｔ／ｘ＝０．２９～０．３８、
Ｄｂ／ｘ＝１．７０～１．９５、であることを特徴とするトリポード型等速自在継手。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トリポード型等速自在継手に関する。

【背景技術】

【0002】

等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結し、これら二軸が作動角をとってもトルクを等速で伝達可能な構造を有しており、上記二軸の角度変位のみを許容する固定式と、上記二軸の角度変位及び軸方向変位を許容する摺動式とに大別される。摺動式等速自在継手としては、例えば特開２００１－３３００４９号公報（特許文献１）に記載されているようなトリポード型がある。

【0003】

特許文献１に記載のトリポード型等速自在継手は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、有底筒状のカップ部１０１を有し、このカップ部１０１の内周に軸方向に延びる３本のトラック溝１０２が周方向等間隔で画成された外側継手部材１００と、カップ部１０１の内部空間に配置された継手内部部品とを備える。外側継手部材１００のカップ部１０１は、継手全体の軽量・コンパクト化を図るため、円弧状の大径部１０１Ａ及び小径部１０１Ｂを周方向に交互に３つずつ配した断面非真円状に形成されており、大径部１０１Ａの径方向内側にトラック溝１０２が設けられる。

【0004】

継手内部部品としてのトリポードユニットは、軸孔１０３Ｂが形成された円筒状のボス部１０３Ａを有し、このボス部１０３Ａの外周面から径方向外向きに延びる３本の脚軸１０３Ｃが周方向等間隔で設けられたトリポード部材１０３と、複数の針状ころ１０４を介して脚軸１０３Ｃに回転可能に支持された状態でトラック溝１０２に収容された（計３つの）ローラ１０５と、を含む。トリポード部材１０３のボス部１０３Ａには、図示しない軸部材がトルク伝達可能に連結される。軸部材は、その外周面に形成したスプラインをボス部１０３Ａの軸孔１０３Ｂの内面に形成したスプライン１０３Ｄに嵌合するいわゆるスプライン嵌合により、トリポード部材１０３とトルク伝達可能に連結される。

【0005】

特許文献１においては、下記の種々の寸法比を管理することにより、強度及び耐久性のバランスがとれ、かつ軽量・コンパクトなトリポード型等速自在継手を実現できる、としている。
・軸部材の軸径ｄとトラック溝１０２に設けられる一対の案内面１０２ａのピッチ円直径ＰＣＤとの比（ｄ／ＰＣＤ）＝０．５０～０．５５
・トリポード部材１０３のボス部１０３Ａの外径（外接円径）Ｄｃとトリポード部材１０３の外径（外接円径）Ｄｄとの比（Ｄｃ／Ｄｄ）＝０．６５～０．７０
・カップ部１０１の小径部１０１Ｂの内径（内接円径）Ｄｂと大径部１０１Ａの内径（内接円径）Ｄａとの比（Ｄｂ／Ｄａ）＝０．６６～０．７２
・ローラ１０５の幅Ｌｒと外径Ｄｒの比（Ｌｒ／Ｄｒ）＝０．２４～０．２７
・トリポード部材１０３の脚軸１０３Ｃの軸径Ｄｊとローラ１０５の外径Ｄｒとの比（Ｄｊ／Ｄｒ）＝０．５４～０．５７
・脚軸１０３Ｃの軸径Ｄｊと軸部材の軸径ｄとの比（Ｄｊ／ｄ）＝０．８３～０．８６
・針状ころ１０４の長さＬｎと脚軸１０３Ｃの軸径Ｄｊとの比（Ｌｎ／Ｄｊ）＝０．４７～０．５０

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００１－３３００４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、例えば、外側継手部材１００に対するトルクの入力／入力停止が繰り返される場合のように、トリポード部材１０３（のうち、軸部材が連結されたボス部１０３Ａのスプライン１０３Ｄ）に繰り返し荷重が負荷される場合には、スプライン１０３Ｄの歯元が繰り返し疲労破損の起点となるおそれがある。そのため、トリポード型等速自在継手に求められるトルク伝達性能を安定的に発揮可能とするためには、スプライン１０３Ｄの繰り返し疲労強度を高めることが必要不可欠である。

【0008】

スプライン１０３Ｄの繰り返し疲労強度は、例えばボス部１０３Ａの肉厚（径方向厚さ）に比例して高低し、ボス部１０３Ａを厚肉化するほど高くすることができる。但し、ボス部１０３Ａをむやみに厚肉化すると、継手が作動角をとったときに、ボス部１０３Ａが外側継手部材１００のカップ小径部１０１Ｂに干渉するおそれがある。

【0009】

上記の実情に鑑み、本発明は、トリポード部材のスプラインに必要とされる繰り返し疲労強度が確保され、かつ、トリポード部材が外側継手部材に干渉することなく所定の最大作動角をとることができるトリポード型等速自在継手を提供することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の目的を達成するために創案された本発明は、有底筒状のカップ部の内周に軸方向に延びる３本のトラック溝を周方向等間隔で画成した外側継手部材と、軸部材がスプライン嵌合される軸孔が設けられた円筒状のボス部を有し、このボス部の外周面から径方向外向きに延びる３本の脚軸が周方向等間隔で設けられたトリポード部材と、複数の針状ころを介して脚軸に回転可能に支持された状態で対応するトラック溝に収容されたローラとを備え、カップ部が、円弧状の大径部及び小径部を周方向に交互に３つずつ配した断面非真円状に形成され、上記大径部の径方向内側にトラック溝が設けられたトリポード型等速自在継手において、
上記ボス部の径方向の肉厚をＴ、上記軸孔の内面に形成したスプラインの大径をｘ、上記小径部の内接円径をＤｂとしたとき、
Ｔ／ｘ＝０．２９～０．３８、
Ｄｂ／ｘ＝１．７０～１．９５、であることを特徴とする。
なお、本発明で言う「軸孔の内面に形成したスプラインの大径」とは、「スプラインの歯底を通る円（円軌道）の直径寸法」と同義である。

【0011】

まず、Ｔ／ｘの値が０．２９を下回ると、スプラインに必要とされる繰り返し疲労強度を確保することができず、Ｔ／ｘの値が０．３８を上回ると、必要な繰り返し疲労強度を十分に確保できる反面、継手が所定の最大作動角をとるまでに、トリポード部材のボス部が外側継手部材のカップ部の小径部に干渉する。従って、Ｔ／ｘ＝０．２９～０．３８、すなわち０．２９≦（Ｔ／ｘ）≦０．３８となるように、ボス部の径方向の肉厚Ｔ、スプラインの大径ｘの値を適切に設定すれば、トリポード部材のスプラインに必要とされる繰り返し疲労強度を確保することができることに加え、継手が所定の最大作動角をとるまで外側継手部材とトリポード部材とを干渉させずに両者を滑らかに角度変位させることが可能となる。

【0012】

但し、スプラインの大径ｘに対する小径部の内接円径Ｄｂの比（＝Ｄｂ／ｘ）が所定値を下回っている場合、具体的には、（Ｄｂ／ｘ）＜１．７０の場合、トリポード部材がカップ部に対して滑らかに角度変位し得るだけの径方向隙間を外側継手部材のカップ小径部とトリポード部材との間に確保することができない。そのため、上記の比（＝Ｄｂ／ｘ）は１．７０以上に設定する必要があるが、この比を大きくするには小径部の内接円径を大きくせざるを得ないため、カップ部の大径化による継手全体の大型化を招来する。従って、上記Ｔ／ｘの値を０．２９～０．３８の範囲内に設定すると共に、Ｄｂ／ｘの値が１．７０～１．９５（１．７０以上１．９５以下）となるように、小径部の内接円径（小径部内径）Ｄｂを設定する。

【発明の効果】

【0013】

以上から、本発明によれば、トリポード部材のスプラインに必要とされる繰り返し疲労強度が確保され、かつ、トリポード部材を外側継手部材のカップ部に干渉させることなく所定の最大作動角をとることができるトリポード型等速自在継手を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】（ａ）図は、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正面図、（ｂ）図は、（ａ）図のＡ－Ａ線矢視断面図である。

【図2】図１に示す等速自在継手が作動角をとった状態を示す縦断面図である。

【図3】（ａ）図は、従来のトリポード型等速自在継手の正面図、（ｂ）図は、（ａ）図のＸ－Ｘ線矢視断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【0016】

図１（ａ）に、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の正面図を示し、図１（ｂ）に、図１（ａ）のＡ－Ａ線矢視断面図を示す。このトリポード型等速自在継手１（以下、単に「等速自在継手１」ともいう）は、駆動側及び従動側の二軸の角度変位及び軸方向変位を許容する摺動式等速自在継手の一種であり、例えば、図示しない軸部材を介して固定式等速自在継手と連結されることによりドライブシャフトを構成する。ドライブシャフトは、例えば自動車に搭載され、車台上に搭載されたエンジンや電動モータ等の駆動源から出力される回転トルクを駆動車輪に伝達する。このドライブシャフトにおいて、トリポード型等速自在継手１は駆動源側に配置され、固定式等速自在継手は駆動車輪側に配置される。

【0017】

等速自在継手１は、有底筒状のカップ部３を有する外側継手部材２と、カップ部３の内部空間に配置された継手内部部品としてのトリポードユニットとを備える。トリポードユニットは、トリポード部材５と、複数の針状ころ９と、円環状のローラ１０とを含む。以下、等速自在継手１における方向性について説明する際に使用する「軸方向」、「径方向」及び「周方向」とは、特に断りがない限り、それぞれ、外側継手部材２の中心軸に沿う方向、上記中心軸を中心とする円の径方向、及び上記中心軸を中心とする円の周方向である。

【0018】

トリポード部材５は、軸孔７が形成された円筒状のボス部６と、周方向等間隔（１２０°ピッチ）で配置され、ボス部６の外周面から径方向外向きに延びる３本の脚軸８とを一体に有する。軸孔７の内面（ボス部６の内周面）には、軸方向に延びる複数の凸部を周方向等間隔で配置してなるスプライン（セレーションを含む）７ａが形成されており、このスプライン７ａに対して図示しない軸部材がトルク伝達可能に結合される。

【0019】

トリポード部材５に設けられた各脚軸８は、円筒状の外周面と、自由端付近に形成された環状溝とを有しており、各脚軸８の外周には、複数の針状ころ９を介してローラ１０が回転自在に嵌合されている。各針状ころ９は、脚軸８の円筒状外周面上を脚軸８の周方向に沿って転動可能に配置されており、径方向外側の端部が脚軸８の軸端付近に外嵌された外側ワッシャ１２と接し、径方向内側の端部が脚軸８の付け根部に外嵌された内側ワッシャ１３と接している。外側ワッシャ１２は、脚軸８の軸端付近に形成された環状溝に装着された止め輪１１によって径方向移動（脚軸８の軸方向における移動）が規制されていることから、針状ころ９の径方向移動も規制される。外側ワッシャ１２の外径寸法は、その径方向外側の端部においてローラ１０の内径寸法よりも大きく設定され、その径方向外側の端部よりも径方向内側の領域においてローラ１０の内径寸法よりも小さく設定される。このため、ローラ１０は、径方向に沿って所定量移動可能ではあるが、脚軸８からの抜脱は規制されている。

【0020】

外側継手部材２のカップ部３の内周には、それぞれにローラ１０が収容された３本のトラック溝４が周方向等間隔（１２０°ピッチ）で設けられている。各トラック溝４は、互いに対向してローラ１０の転動を案内する一対のローラ案内面４ａ，４ｂを有し、ローラ案内面４ａ，４ｂも含めて軸方向に延びた直線状に形成されている。カップ部４は、円弧状の大径部４Ａと、外径及び内径が大径部４Ａのそれらよりも小さい円弧状の小径部４Ｂとを周方向で交互に３つずつ配した断面非真円状に形成されており、大径部４Ａと小径部４Ｂを接続する接続部４Ｃの内面がローラ案内面４ａ（又は４ｂ）として機能する。なお、ローラ１０とローラ案内面４ａ，４ｂの接触形態は、アンギュラコンタクト（二点接触）又はサーキュラコンタクト（一点接触）とされる。サーキュラコンタクトの場合の接触率は、１．０２～１．２の範囲、好ましくは１．０５～１．１８の範囲とされる。

【0021】

外側継手部材３は、例えばＪＩＳ Ｇ ４０５１に規定されたＳ４５Ｃ、Ｓ５３Ｃ、Ｓ５５Ｃ等の機械構造用炭素鋼からなる中実の棒材に鍛造等の塑性加工や切削等の機械加工を施すことで略完成品形状の素形材を得る素形材作製工程、素形材に焼入れ焼き戻しを施すことによって必要箇所（例えば、カップ部３の内径面）に表面硬化層を形成する熱処理工程、及び熱処理済みの素形材を完成品形状に仕上げる仕上げ工程等を順に実施することで得られる。

【0022】

本実施形態のトリポード型等速自在継手１は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、トリポード部材５のボス部６の径方向の肉厚（最大肉厚）をＴ、ボス部５の軸孔７内面に形成したスプライン７ａの大径をｘ、外側継手部材２のカップ部３の小径部３Ｂの内接円径をＤｂとしたとき、
Ｔ／ｘ＝０．２９～０．３８、
Ｄｂ／ｘ＝１．７０～１．９５
となるように、上記の各パラメータＴ，ｘ及びＤｂの寸法（値）を設定している。これは、以下のような理由による。

【0023】

まず、Ｔ／ｘの値が０．２９を下回ると、スプライン７ａに必要とされる繰り返し疲労強度を確保すること、すなわちトリポード型等速自在継手１に必要とされるトルク伝達性能を長期間に亘って安定的に発揮することができない。一方、例えば、Ｔ／ｘの値が所定値（＝０．３８）を上回るまでボス部５の肉厚Ｔを増加させると、スプライン７ａに必要な繰り返し疲労強度を十分に確保できる反面、継手が所定の最大作動角（例えば２３°）をとるまでに、トリポード部材５のボス部６の外径面がカップ部３の小径部３Ｂの内径面に干渉する。これは、作動角０°の状態の等速自在継手１を示す図１（ｂ）と、所定の作動角θをとった（作動角０°の状態から外側継手部材２とトリポード部材５とが相対的に角度変位した）等速自在継手１を示す図２とを対比すれば明らかなように、トリポード型等速自在継手１が作動角θをとったときには、トリポード部材５のボス部６の外径が、作動角０°のときよりもカップ部３の小径部３Ｂ内径に接近するためである。

【0024】

従って、Ｔ／ｘ＝０．２９～０．３８、すなわち０．２９≦（Ｔ／ｘ）≦０．３８となるように、ボス部５の径方向の肉厚Ｔ、ボス部６の軸孔７に設けるスプライン７ａの大径ｘの値を適切に設定すれば、トリポード部材５のスプライン７ａに必要とされる繰り返し疲労強度を確保することができ、しかも、継手が所定の最大作動角をとるまで外側継手部材２とトリポード部材５とを干渉させずに両者を滑らかに角度変位させることが可能となる。

【0025】

但し、スプライン７ａの大径ｘに対するカップ部３の小径部３Ｂの内接円径Ｄｂの比（＝Ｄｂ／ｘ）が所定値を下回っている場合、具体的には、（Ｄｂ／ｘ）＜１．７０の場合、トリポード部材５がカップ部３に対して滑らかに角度変位し得るだけの径方向隙間を外側継手部材２のカップ小径部３Ｂとトリポード部材５のボス部６との間に確保することができない。そのため、上記の比（Ｄｂ／ｘ）は１．７０以上に設定する必要があるが、この比を大きくするには小径部３Ｂの内接円径Ｄｂを大きくせざるを得ない（∵軸部材の軸径に関連するパラメータであるスプライン７ａの大径ｘは、軸部材に必要とされる捩り強度を確保する観点から基本的に小さくすることができない）ため、カップ部３の大径化による等速自在継手１の大型化を招来する。従って、Ｔ／ｘの値について、０．２９≦（Ｔ／ｘ）≦０．３８を満たすと共に、Ｄｂ／ｘの値について、１．７０≦（Ｄｂ／ｘ）≦１．９５を満たすように、カップ部３の小径部３Ｂの内接円径Ｄｂを設定する。

【0026】

以上の構成を有する本実施形態のトリポード型等速自在継手１においては、これを強度及び耐久性のバランスがとれ、かつ軽量・コンパクトなものとすべく、図３（ａ）（ｂ）を参照して説明した従来のトリポード型等速自在継手と同様に、以下に示す種々のパラメータの寸法比を管理するようにしている。なお、以下に示す種々のパラメータのうち、図３（ａ）（ｂ）に記載の寸法符号が指し示すパラメータと同じパラメータについては、図３（ａ）（ｂ）に記載の寸法符号と同じ符号を使用している。

【0027】

まず、軸部材の軸径をｄ、トラック溝４の一対の案内面４ａ，４ｂのピッチ円直径をＰＣＤとしたとき、ピッチ円直径ＰＣＤに対する軸径ｄの比（＝ｄ／ＰＣＤ）を０．５０～０．５５としている。軸径ｄは許容負荷容量に基づいて決定し、ピッチ円直径ＰＣＤは、ローラ１０の外径Ｄｒに対するローラ１０の幅（厚み）Ｌｒの比に基づいて決定する

【0028】

トリポード部材５のボス部６の外接円径をＤｃ、トリポード部材５の外接円径をＤｄとしたとき、外接円径Ｄｄに対する外接円径Ｄｃの比（＝Ｄｃ／Ｄｄ）を０．６５～０．７０としている。ボス部６の外接円径Ｄｃは、等速自在継手１に所定の回転トルクが負荷された時に必要とされる捩り強度に基づいて決定され、トリポード部材５の外接円径Ｄｄは、ローラ１０の幅Ｌｒ、カップ部３の大径部３Ａの内接円径Ｄａなどに基づいて決定する。

【0029】

カップ部３の大径部３Ａの内接円径をＤａとしたとき、大径部３Ａの内接円径Ｄａに対する小径部３Ｂの内接円径Ｄｂの比（＝Ｄｂ／Ｄａ）を０．６６～０．７２としている。大径部３Ａの内接円径Ｄａはトリポード部材５の外接円径Ｄｄやピッチ円直径ＰＣＤに基づいて設定され、小径部３Ｂの内接円径Ｄｂは、軸径ｄやトリポード部材５のボス部６の外接円径Ｄｃに基づいて設定される。

【0030】

ローラ１０の外径Ｄｒに対するローラ１０の幅Ｌｒの比（＝Ｌｒ／Ｄｒ）を０．２４～０．２７としている。ローラ１０の幅Ｌｒ及びローラ１０の外径Ｄｒは、等速自在継手１に所定のトルクを負荷したときの、ローラ１０とローラ案内面４ａ，４ｂの間における接触楕円長さ及び接触面圧を考慮して設定される。

【0031】

トリポード部材５の脚軸８の直径をＤｊとしたとき、ローラ１０の外径Ｄｒに対する脚軸径Ｄｊの比（＝Ｄｊ／Ｄｒ）を０．５４～０．５７としている。脚軸径Ｄｊは、必要とされる捩り強度に基づいて設定される。

【0032】

軸径ｄに対する脚軸８の直径Ｄｊの比（＝Ｄｊ／ｄ）を０．８３～０．８６としている。前述したとおり、軸径ｄ及び脚軸径Ｄｊは、必要とされる捩り強度に基づいて設定される。

【0033】

針状ころ９の長さをＬｎとしたとき、脚軸８の直径Ｄｊに対するころ長さＬｎの比（＝Ｌｎ／Ｄｊ）を０．４７～０．５０としている。ころ長さＬｎは、軸受の最大接触面圧を考慮して設定される。

【0034】

以上、本発明の実施形態について説明を行ったが、本発明の実施の形態はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得る。すなわち、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、および範囲内のすべての変更を含む。

【符号の説明】

【0035】

１ トリポード型等速自在継手
２ 外側継手部材
３ カップ部
３Ａ 大径部
３Ｂ 小径部
４ トラック溝
４ａ，４ｂ 案内面
５ トリポード部材
６ ボス部
７ 軸孔
７ａ スプライン
８ 脚軸
１０ ローラ
Ｄｂ 小径部の内接円径
Ｔ ボス部の肉厚
ｘ スプライン大径

【図1】

【図2】

【図3】