特開 2024-90753 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】P2024090753

(43)【公開日】2024-07-04

(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 20060101AFI20240627BHJP

【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 2022206843

(22)【出願日】2022-12-23

(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】軽量・コンパクトでありながら、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と小径部３Ｂとを周方向に交互に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を画成したトリポード型等速自在継手１において、大径部３Ａの外接円径をＤ、小径部３Ｂの内接円径をＤｂ、大径部３Ａと小径部３Ｂを接続する接続部３Ｃの肉厚をＳ１、小径部３Ｂの肉厚をＳ２、トリポード部材５に設けた軸孔７の孔径をｄとしたとき、Ｄ／ｄ＝２．７５～３．１０、Ｄｂ／ｄ＝１．７０～１．９５、Ｓ１／ｄ＝０．２０～０．３５、Ｓ２／ｄ＝０．２５～０．４０である。
【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、軸孔が形成された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、大径部と小径部とを周方向に交互に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画成されたトリポード型等速自在継手において、
前記大径部の外接円径をＤ、前記小径部の内接円径をＤｂ、前記接続部の肉厚をＳ１、前記小径部の肉厚をＳ２、前記軸孔の孔径をｄとしたとき、
Ｄ／ｄ＝２．７５～３．１０、
Ｄｂ／ｄ＝１．７０～１．９５、
Ｓ１／ｄ＝０．２０～０．３５、
Ｓ２／ｄ＝０．２５～０．４０、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が周方向等間隔で設けられた外側継手部材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と小径部１０１Ｂとを周方向に交互に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が設けられている。

【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の軸孔１０３Ｂには、図示しない軸部材がトルク伝達可能に連結される。トリポード部材１０３と軸部材は、例えば、ボス部１０３Ａの軸孔１０３Ｂの内面に形成したスプライン１０３Ｄに対して軸部材の外周面に形成したスプラインを嵌合する、いわゆるスプライン嵌合によって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率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。下記の各パラメータが指し示す部位は図３（ａ）（ｂ）に併せて示す。
・軸部材の軸径ｄとトラック溝１０２の一対の案内面１０２ａのピッチ円直径ＰＣＤとの比（ｄ／ＰＣＤ）＝５０～５５％
・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）＝６５～７０％
・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）＝６６～７２％
・ローラ１０５の幅Ｌｒと外径Ｄｒの比（Ｌｒ／Ｄｒ）＝２４％～２７％
・トリポード部材１０３の脚軸径Ｄｊとローラ１０５の外径Ｄｒとの比（Ｄｊ／Ｄｒ）＝５４～５７％
・脚軸径Ｄｊと軸径ｄとの比（Ｄｊ／ｄ）＝８３～８６％
・針状ころ１０４の長さＬｎと脚軸径Ｄｊとの比（Ｌｎ／Ｄｊ）＝４７～５０％
なお、上記の「軸径（ｄ）」は、トリポード部材１０３の軸孔１０３Ｂの直径、あるいはスプライン１０３Ｄの大径とも言える。

【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】

トリポード型等速自在継手を効率良く軽量・コンパクト化するには、その構成部材の中で最も大型で重量の嵩む外側継手部材（のカップ部）を薄肉化・小型化（小径化）等するのが有効である。しかしながら、カップ部をむやみに薄肉化・小型化等すると、必要とされる耐久性やトルク伝達性能を確保できなくなる可能性がある。

【0008】

上記の実情に鑑み、本発明は、軽量・コンパクトでありながら、必要とされるトルク伝達性能を具備したトリポード型等速自在継手を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

トリポード型等速自在継手に必要とされる耐久性やトルク伝達性能を確保するためには、少なくとも、外側継手部材のカップ部の強度（捩り強度）を、トリポード部材（の軸孔）に対してトルク伝達可能に連結される軸部材の強度以上にする必要がある。また、カップ部の径方向寸法やカップ部を構成する各部肉厚は、カップ部の強度や、カップ部の内部空間に収容すべきトリポード部材等のサイズを考慮して設定する必要がある。そこで、外側継手部材を軽量・コンパクト化しつつ、トリポード型等速自在継手に必要とされるトルク伝達性能を確保するには、トリポード部材のうち軸部材の被連結部となるボス部の軸孔径に対するカップ部の各部の肉厚の比等を適切に定めることが重要であると考え、本発明を創案するに至った。

【0010】

すなわち、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、軸孔が形成された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、大径部と小径部とを周方向に交互に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画成されたトリポード型等速自在継手において、
大径部の外接円径をＤ、小径部の内接円径をＤｂ、大径部と小径部を接続する接続部の肉厚をＳ１、小径部の肉厚をＳ２、軸孔の孔径をｄとしたとき、
Ｄ／ｄ＝２．７５～３．１０、
Ｄｂ／ｄ＝１．７０～１．９５、
Ｓ１／ｄ＝０．２０～０．３５、
Ｓ２／ｄ＝０．２５～０．４０であることを特徴とする。
なお、上記の軸孔の孔径ｄは、トリポード部材の軸孔の直径、あるいはスプラインの大径とも言える。

【0011】

上記のように、大径部及び小径部を周方向に交互に配することで断面非真円形状に形成された外側継手部材のカップ部について、ボス部の軸孔径に対する大径部の外接円径（外径）及び小径部の内接円径（内径）の比、並びにボス部の軸孔径に対する接続部及び小径部の肉厚の比がとるべき数値範囲を設定したことにより、トリポード型等速自在継手の更なる軽量・コンパクト化を図りつつ、必要とされるトルク伝達性能を確保することができる。

【発明の効果】

【0012】

以上から、本発明によれば、軽量・コンパクトでありながら、必要とされるトルク伝達性能を具備したトリポード型等速自在継手を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【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の外側継手部材に回転トルクＴが負荷されたときの状態を示す正面図である。

【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】

【0014】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【0015】

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。

【0016】

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、トルク伝達部材としての円環状のローラ１０とを含む。以下、方向性を説明するために「軸方向」、「径方向」及び「周方向」という語句を使用するが、これらは特に断りがない限り、それぞれ、カップ部３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（カップ部３の径方向）、及び上記中心軸を中心とする円の周方向（カップ部３の周方向）である。

【0017】

トリポード部材５は、軸孔７が形成された筒状のボス部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に間隔を空けて配置してなる凹凸形状部（スプライン又はセレーション）７ａが形成されており、この凹凸形状部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。

【0018】

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、軸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、その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、その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、脚軸８の軸方向に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。

【0019】

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の外周面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３Ａと、外径寸法及び内径寸法が大径部３Ａのそれらよりも小さい円弧状の小径部３Ｂ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３Ａと小径部３Ｂを接続する接続部３Ｃ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。

【0020】

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。

【0021】

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、以下に示す種々の寸法比率を管理するようにしている。なお、以下説明する一部のパラメータには、図３（ａ）（ｂ）に記載した符号を援用している。

【0022】

まず、図１（ａ）に示すように、トリポード部材５に設けた軸孔７の孔径を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に対する軸孔径ｄの比（＝ｄ／ＰＣＤ）を５０～５５％としている。軸孔径ｄは、この軸孔７にスプライン嵌合される軸部材の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の幅（厚み）及び外径、具体的には、ローラ１０の外径に対するローラ１０の厚みの比に基づいて決定する。

【0023】

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［符号Ｄｃ，Ｄｄについては図３（ａ）参照］、外接円径Ｄｄに対する外接円径Ｄｃの比（＝Ｄｃ／Ｄｄ）を６５～７０％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、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。

【0024】

カップ部３の大径部３Ａの内接円径をＤａ［図３（ａ）参照］、カップ部３の小径部３Ｂの内接円径をＤｂ［図１（ａ）参照］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６６～７２％としている。なお、大径部３Ａの内接円径Ｄａ及び小径部３Ｂの内接円径Ｄｂは、トリポード部材５のボス部６の外接円径Ｄｃ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る。

【0025】

ローラ１０の幅をＬｒ、ローラ１０の外径をＤｒ［符号Ｌｒ，Ｄｒについては図３（ｂ）参照］としたとき、ローラ１０の外径Ｄｒに対するローラ１０の幅Ｌｒの比（＝Ｌｒ／Ｄｒ）を２４～２７％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。

【0026】

トリポード部材５の脚軸８の直径をＤｊ［図３（ｂ）参照］としたとき、ローラ１０の外径「Ｄｒ」に対する「Ｄｊ」の比（＝Ｄｊ／Ｄｒ）を５４～５７％としている。脚軸８の直径Ｄｊは、必要とされる捩り強度に基づいて設定される。

【0027】

軸孔７の直径ｄに対する脚軸８の直径Ｄｊの比（＝Ｄｊ／ｄ）を８３～８６％としている。前述したとおり、軸孔７の直径ｄ及び脚軸８の直径Ｄｊは、必要とされる捩り強度に基づいて設定される。

【0028】

針状ころ９の長さをＬｎ［図３（ｂ）参照］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４７～５０％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。

【0029】

本実施形態のトリポード型等速自在継手１は、以上で説明した計７つの寸法比率を管理することに加え、以下に示すパラメータの寸法比率を管理するようにしている。具体的には、図１（ａ）に示すように、カップ部３の大径部３Ａの外接円径をＤ、カップ部３の小径部３Ｂの内接円径をＤｂ、カップ部３の接続部３Ｃの肉厚をＳ１、小径部３Ｂの肉厚をＳ２、トリポード部材５の軸孔７の孔径をｄとすると、
（Ａ）軸孔径ｄに対する大径部外接円径Ｄの比（＝Ｄ／ｄ）が２．７５～３．１０
（Ｂ）軸孔径ｄに対する小径部内接円径Ｄｂの比（＝Ｄｂ／ｄ）が１．７０～１．９５
（Ｃ）軸孔径ｄに対する接続部肉厚Ｓ１の比（＝Ｓ１／ｄ）が０．２０～０．３５
（Ｄ）軸孔径ｄに対する小径部肉厚Ｓ２の比（＝Ｓ２／ｄ）が０．２５～０．４０
となるようにしている。
なお、接続部３Ｃの肉厚Ｓ１は、脚軸８の軸線に直交し、ピッチ円直径ＰＣＤに接する直線Ｌ［図１（ａ）参照］上での測定値であり、小径部３Ｂの肉厚Ｓ２は、小径部３Ｂの内接円径と外接円径の径差で定義される。

【0030】

ここで、図２に示すように、外側継手部材２に対して時計回りの方向にトルクＴが負荷された場合、外側継手部材２のカップ部３のうち、ローラ案内面４ｂが設けられた接続部３Ｃに応力が集中する。図示は省略するが、これとは逆に、外側継手部材２に対して反時計回りの方向にトルクが負荷された場合、カップ部３のうちローラ案内面４ａが設けられた接続部３Ｃに応力が集中する。そして、上記（Ｃ）（Ｄ）の比率の下限値は、上記のカップ部３（の接続部３Ｃ）への応力集中が生じた場合でも、外側継手部材２がトリポード部材５に連結される軸部材よりも先に変形等しないだけの捩れ強度を外側継手部材２に確保するために必要な値である。また、上記（Ｃ）（Ｄ）の比率の上限値は、必要とされる捩れ強度を確保しつつ、外側継手部材２（カップ部３）を精度良く成形（鍛造成形）可能とするために必要な値である。

【0031】

また、カップ部３を構成する大径部３Ａ及び小径部３Ｂの径方向寸法は、外側継手部材２に必要とされる捩れ強度の他、カップ部３の内部空間に収容すべきトリポードユニットのサイズも考慮して設定する必要がある。上記（Ａ）（Ｂ）の比率は、所望のトルク伝達性能を安定的に発揮するために必要とされるサイズのトリポードユニットをカップ部３の内部空間に収容するために必要な値である。

【0032】

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】

【0033】

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
３Ｃ 接続部
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
Ｄ 大径部の外接円径
Ｄｂ 小径部の内接円径
Ｓ１ 接続部の肉厚
Ｓ２ 小径部の肉厚
ｄ 軸孔の孔径

【図1】

【図2】

【図3】