(57)【要約】【課題】安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる自在継手用トルク伝達部材、および当該自在継手用トルク伝達部材を備えた自在継手を提供する。【解決手段】固定ジョイント１を構成する自在継手用トルク伝達部材であるボール１３は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．５≦ｚ≦３．０を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成される。【選択図】図１
2010001941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自在継手において、第１の軸部材に接続された軌道部材と第２の軸部材との間において転動および摺動可能に介在し、前記第１の軸部材または前記第２の軸部材の一方に伝達された軸周りの回転を前記第１の軸部材または前記第２の軸部材の他方に伝達する自在継手用トルク伝達部材であって、
窒化珪素に比べて前記軌道部材に対する衝撃を抑制することが可能なセラミックスからなる、自在継手用トルク伝達部材。
【請求項２】
前記セラミックスは、
Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．５≦ｚ≦３．０を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成される、請求項１記載の自在継手用トルク伝達部材。
【請求項３】
前記セラミックスは、
Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．５≦ｚ≦３．０を満たすβサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる焼結体から構成される、請求項１記載の自在継手用トルク伝達部材。
【請求項４】
他の部材と接触する面である接触面を含む領域には、内部よりも緻密性の高い層である緻密層が形成されている、請求項２または３に記載の自在継手用トルク伝達部材。
【請求項５】
前記緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は７％以下である、請求項４に記載の自在継手用トルク伝達部材。
【請求項６】
前記緻密層の表面を含む領域には、前記緻密層内の他の領域よりもさらに緻密性の高い層である高緻密層が形成されている、請求項４または５に記載の自在継手用トルク伝達部材。
【請求項７】
前記高緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は３．５％以下である、請求項６に記載の自在継手用トルク伝達部材。
【請求項８】
第１の軸部材に接続された軌道部材と、
前記軌道部材に接触し、前記軌道部材の表面上を転走および摺動可能に配置されたトルク伝達部材と、
前記トルク伝達部材および前記軌道部材を介して前記第１の軸部材に接続された第２の軸部材とを備え、
前記第１の軸部材または前記第２の軸部材の一方に伝達された軸周りの回転が、前記第１の軸部材または前記第２の軸部材の他方に伝達される自在継手であって、
前記トルク伝達部材は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の自在継手用トルク伝達部材である、自在継手。
【請求項９】
前記軌道部材は鋼からなり、
前記軌道部材の表面の硬度はＨＶ６８０以上である、請求項８に記載の自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自在継手用トルク伝達部材および自在継手に関し、より特定的には、βサイアロンを主成分とする焼結体からなる自在継手用トルク伝達部材および当該自在継手用トルク伝達部材を備えた自在継手に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化珪素やサイアロンなどのセラミックスは、鋼に比べて比重が小さく、かつ耐食性が高いだけでなく、絶縁性を有するという特徴を備えている。そのため、軌道部材およびトルク伝達部材を備えた自在継手の構成部品、たとえばトルク伝達部材の素材にセラミックスを採用した場合、自在継手の軽量化が可能となるとともに、トルク伝達部材の腐食による損傷、構成部品の電食による自在継手の短寿命化などを抑制することができる。
【０００３】
また、自在継手においては、トルク伝達部材が軌道部材の表面上において、転走と停止とを繰り返すため、トルク伝達部材と軌道部材との間に十分な油膜が形成されない。さらに、自在継手は、内部に水分が浸入するおそれのある環境において使用される場合も多く、潤滑が不十分となる場合もある。セラミックスからなるトルク伝達部材は、上述のような不十分な潤滑環境下においても損傷しにくいという特徴を有している。そのため、たとえばトルク伝達部材の素材にセラミックスを採用することにより、不十分な潤滑環境下において使用される自在継手の耐久性を向上させることができる。
【０００４】
しかし、窒化珪素やサイアロンなどのセラミックスは、鋼に比べて製造コストが高いため、自在継手の構成部品の素材としてセラミックスを採用すると、自在継手の製造コストが大幅に上昇するという問題点があった。
【０００５】
これに対し、近年、セラミックスであるβサイアロンを、燃焼合成法を含む製造工程により製造することにより、低コストで製造する方法が開発された（たとえば特許文献１〜３参照）。そのため、このβサイアロンを構成部品の素材として採用した低価格な自在継手の製造が検討され得る。
【特許文献１】特開２００４−９１２７２号公報
【特許文献２】特開２００５−７５６５２号公報
【特許文献３】特開２００５−１９４１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記βサイアロンを自在継手のトルク伝達部材の素材として採用するためには、βサイアロンからなる自在継手のトルク伝達部材が十分な耐久性を有している必要がある。より具体的には、自在継手のトルク伝達部材は、自在継手が動作することにより、軌道部材に形成された軌道上を滑りつつ転がる。そのため、トルク伝達部材は転がり滑り疲労を受ける。この転がり滑り疲労に対する耐久性は、トルク伝達部材の破壊強度等とは必ずしも一致せず、βサイアロンからなる自在継手のトルク伝達部材も、必ずしも十分な転がり滑り疲労に対する耐久性を有しているとはいえない。そのため、βサイアロンからなるトルク伝達部材を備えた自在継手においても、十分な耐久性を安定して確保することは容易ではないという問題点があった。
【０００７】
また、弾性変形しにくいβサイアロンをトルク伝達部材の素材として採用した場合、軌道部材とトルク伝達部材との間の接触面圧が大きくなる傾向にある。そのため、βサイアロンからなるトルク伝達部材が、負荷される荷重が急激に変化するような用途に適用される自在継手の構成部品として採用された場合、軌道部材とトルク伝達部材との間の接触面圧が許容値を超え、軌道部材およびトルク伝達部材に損傷が発生するおそれがある。したがって、負荷される荷重が急激に変化するような用途、たとえば耐衝撃性が求められる環境下において用いられるトルク伝達部材の素材としては、βサイアロンは必ずしも適していない場合があるという問題点もあった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いることが可能なβサイアロン焼結体（βサイアロンを主成分とする焼結体）からなるトルク伝達部材、および当該トルク伝達部材を備えた自在継手を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に従った自在継手用トルク伝達部材は、自在継手において、第１の軸部材に接続された軌道部材と第２の軸部材との間において転動および摺動可能に介在し、第１の軸部材または第２の軸部材の一方に伝達された軸周りの回転を第１の軸部材または第２の軸部材の他方に伝達する自在継手用トルク伝達部材である。この自在継手用トルク伝達部材は、窒化珪素に比べて軌道部材に対する衝撃を抑制することが可能なセラミックスからなっている。
【００１０】
本発明の自在継手用トルク伝達部材においては、本発明の自在継手用トルク伝達部材を含む自在継手に衝撃が作用した場合に、当該自在継手用トルク伝達部材に接触する軌道部材の損傷が抑制される。その結果、本発明の自在継手用トルク伝達部材によれば、自在継手の耐衝撃性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の一の局面における自在継手用トルク伝達部材は、自在継手において、第１の軸部材に接続された軌道部材と第２の軸部材との間において転動および摺動可能に介在し、第１の軸部材または第２の軸部材の一方に伝達された軸周りの回転を第１の軸部材または第２の軸部材の他方に伝達する自在継手用トルク伝達部材である。この自在継手用トルク伝達部材は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．５≦ｚ≦３．０を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成される。
【００１２】
本発明の他の局面における自在継手用トルク伝達部材は、自在継手において、第１の軸部材に接続された軌道部材と第２の軸部材との間において転動および摺動可能に介在し、第１の軸部材または第２の軸部材の一方に伝達された軸周りの回転を第１の軸部材または第２の軸部材の他方に伝達する自在継手用トルク伝達部材である。この自在継手用トルク伝達部材は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．５≦ｚ≦３．０を満たすβサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる焼結体から構成される。
【００１３】
本発明者は、βサイアロンを主成分とするトルク伝達部材の転がり滑り疲労に対する耐久性と、トルク伝達部材の構成との関係を詳細に調査した。その結果、以下の知見が得られ、本発明に想到した。
【００１４】
すなわち、上述のβサイアロンは、燃焼合成を含む製造工程を採用することにより、上記ｚの値（以下、ｚ値という）が０．１以上となる種々の組成を有するものが製造可能である。そして、一般に転がり滑り疲労に対する耐久性に大きな影響を与える硬度は、製造の容易なｚ値４．０以下の範囲において、ほとんど変化しない。しかしながら、βサイアロンを主成分とする焼結体からなるトルク伝達部材の転がり滑り疲労に対する耐久性とｚ値との関係を詳細に調査したところ、ｚ値が３．５を超えるとトルク伝達部材の転がり滑り疲労に対する耐久性が大幅に低下することが分かった。
【００１５】
より具体的には、ｚ値が０．１以上３．５以下の範囲においては、転がり滑り疲労に対する耐久性はほぼ同等で、自在継手の運転時間が所定時間を超えると、トルク伝達部材の表面に剥離が発生して破損する。これに対し、ｚ値が３．５を超えるとトルク伝達部材が摩耗しやすくなり、これに起因して転がり滑り疲労に対する耐久性が大幅に低下する。つまり、ｚ値が３．５となる組成を境界として、βサイアロン焼結体からなるトルク伝達部材の破損モードが変化し、ｚ値が３．５を超えると転がり滑り疲労に対する耐久性が大幅に低下するという現象が明らかとなった。したがって、βサイアロン焼結体からなるトルク伝達部材において、安定して十分な転がり滑り疲労に対する耐久性を確保するためには、ｚ値を３．５以下とする必要がある。
【００１６】
一方、上述のように、βサイアロンは、燃焼合成を含む製造工程により製造することにより、安価に製造することができる。しかし、ｚ値が０．１未満では、燃焼合成の実施が困難となることが分かった。そのため、βサイアロン焼結体からなるトルク伝達部材を安価に製造するためには、ｚ値を０．１以上とする必要がある。
【００１７】
さらに、本発明者は、自在継手に衝撃や振動等の急激な荷重変動が負荷される条件下で、βサイアロン焼結体からなるトルク伝達部材の相手部材（βサイアロン焼結体からなるトルク伝達部材に接触する軌道部材など）への攻撃性とｚ値との関係を詳細に調査した。その結果、ｚ値が０．５未満では、相手部材に破損が生じ易くなること、ｚ値が３．０を超えるとトルク伝達部材が破損し易くなることがわかった。
【００１８】
すなわち、ｚ値が低くなると、トルク伝達部材を構成する素材の強度が上昇する傾向にある。しかし、その反面、ｚ値が低くなると、トルク伝達部材が弾性変形しにくくなるため、相手部材との接触面積が小さくなり、接触面圧が高くなる。その結果、負荷される荷重が急激に上昇した場合、トルク伝達部材と相対する相手部材に損傷が発生しやすくなる。一方、トルク伝達部材のｚ値が高くなると、トルク伝達部材が弾性変形しやすくなるため、相手部材との接触面積が大きくなり、接触面圧が低くなる。しかし、その反面、トルク伝達部材のｚ値が高くなると、これに伴ってトルク伝達部材を構成する素材の強度が低下する傾向にある。そのため、トルク伝達部材自身に損傷が生じやすくなる。したがって、トルク伝達部材のｚ値は、トルク伝達部材を構成する素材の強度と相手部材との接触面圧の低減とのバランスを確保可能な範囲とすることが必要である。
【００１９】
より具体的には、βサイアロン焼結体からなるトルク伝達部材のｚ値が０．５未満になると、接触面圧の増加の影響が大きくなる。そのため、衝撃や振動などで急激に負荷される荷重が増加した場合、相手部材に変形などの損傷が発生しやすくなる。その結果、βサイアロン焼結体からなるトルク伝達部材を備えた自在継手の転がり滑り疲労に対する耐久性が低下する。したがって、衝撃や振動などにより負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いられる場合、βサイアロン焼結体からなるトルク伝達部材のｚ値は、０．５以上であることが必要である。
【００２０】
一方、βサイアロン焼結体からなるトルク伝達部材のｚ値が３．０を超える場合、トルク伝達部材を構成する素材の強度低下の影響が、接触面圧の低減の効果を上回る。そのため、衝撃や振動などにより急激に負荷される荷重が増加した場合、βサイアロン焼結体からなるトルク伝達部材が損傷し、転がり滑り疲労に対する耐久性が低下する。したがって、荷重が急激に変化するような用途に用いられる場合、βサイアロン焼結体からなるトルク伝達部材のｚ値は、３．０以下であることが必要である。
【００２１】
これに対し、本発明の一の局面における自在継手用トルク伝達部材は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．５≦ｚ≦３．０を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成されている。そのため、本発明の一の局面における自在継手用トルク伝達部材によれば、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、衝撃や振動などにより負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる自在継手用トルク伝達部材を提供することができる。
【００２２】
なお、負荷される荷重が比較的大きい用途に用いられる場合、自在継手用トルク伝達部材のｚ値は２．０以下であることが望ましい。一方、外部から大きな衝撃が負荷される場合など、負荷される荷重の変化が特に大きい環境下で使用される場合、自在継手用トルク伝達部材のｚ値は１．０以上であることが望ましい。
【００２３】
また、本発明の他の局面における自在継手用トルク伝達部材は、基本的には上記本発明の一の局面における自在継手用トルク伝達部材と同様の構成を有し、同様の作用効果を奏する。しかし、本発明の他の局面における自在継手用トルク伝達部材では、自在継手用トルク伝達部材の用途等を考慮し、焼結助剤を含む点で上記本発明の一の局面における自在継手用トルク伝達部材とは異なっている。本発明の他の局面における自在継手用トルク伝達部材によれば、焼結助剤の採用により、焼結体の気孔率を低下させやすくなり、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる自在継手用トルク伝達部材を容易に提供することができる。
【００２４】
なお、焼結助剤としては、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、希土類元素の酸化物、窒化物、酸窒化物のうち少なくとも一種類以上を採用することができる。また、上記本発明の一の局面における自在継手用トルク伝達部材と同等の作用効果を奏するためには、焼結助剤は、焼結体のうち２０質量％以下とすることが望ましい。
【００２５】
上記自在継手用トルク伝達部材において好ましくは、他の部材と接触する面である接触面を含む領域には、内部よりも緻密性の高い層である緻密層が形成されている。
【００２６】
上述のβサイアロンを主成分とする焼結体からなる自在継手用トルク伝達部材においては、その緻密性が転がり滑り疲労に対する耐久性に大きく影響する。これに対し、上記構成によれば、接触面を含む領域に内部よりも緻密性の高い層である緻密層が形成されていることにより、転がり滑り疲労に対する耐久性が向上する。その結果、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる自在継手用トルク伝達部材を提供することができる。
【００２７】
ここで、緻密性の高い層とは、焼結体において空孔率の低い（密度の高い）層であって、たとえば以下のように調査することができる。まず、自在継手用トルク伝達部材の表面に垂直な断面において自在継手用トルク伝達部材を切断し、当該断面を鏡面ラッピングする。その後、鏡面ラッピングされた断面を光学顕微鏡の斜光（暗視野）にて、たとえば５０〜１００倍程度で撮影し、３００ＤＰＩ（Ｄｏｔ  Ｐｅｒ  Ｉｎｃｈ）以上の画像として記録する。このとき、白色の領域として観察される白色領域は、空孔率の高い（密度の低い）領域に対応する。したがって、白色領域の面積率が低い領域は、当該面積率が高い領域に比べて緻密性が高い。そして、画像処理装置を用いて記録された画像を輝度閾値により２値化処理した上で白色領域の面積率を測定し、当該面積率により、撮影された領域の緻密性を知ることができる。
【００２８】
つまり、上記自在継手用トルク伝達部材において好ましくは、接触面を含む領域に内部よりも白色領域の面積率の低い層である緻密層が形成されている。なお、上記撮影は、ランダムに５箇所以上で行ない、上記面積率は、その平均値で評価することが好ましい。また、自在継手用トルク伝達部材の内部における上記白色領域の面積率は、たとえば１５％以上である。また、自在継手用トルク伝達部材の転がり滑り疲労に対する耐久性を一層向上させるためには、上記緻密層は１００μｍ以上の厚みを有していることが好ましい。
【００２９】
上記自在継手用トルク伝達部材において好ましくは、緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は７％以下である。
【００３０】
白色領域の面積率が７％以下となる程度に上記緻密層の緻密性を向上させることで、自在継手用トルク伝達部材の転がり滑り疲労に対する耐久性がより向上する。したがって、上記構成により、本発明の自在継手用トルク伝達部材の転がり滑り疲労に対する耐久性を一層向上させることができる。
【００３１】
上記自在継手用トルク伝達部材において好ましくは、緻密層の表面を含む領域には、当該緻密層内の他の領域よりもさらに緻密性の高い層である高緻密層が形成されている。
【００３２】
緻密性のさらに高い高緻密層が緻密層の表面を含む領域に形成されることにより、自在継手用トルク伝達部材の転がり滑り疲労に対する耐久性が一層向上する。
【００３３】
上記自在継手用トルク伝達部材において好ましくは、高緻密層の断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は３．５％以下である。
【００３４】
白色領域の面積率が３．５％以下となる程度に上記高緻密層の緻密性を向上させることで、自在継手用トルク伝達部材の転がり滑り疲労に対する耐久性を一層向上させることができる。
【００３５】
本発明に従った自在継手は、第１の軸部材に接続された軌道部材と、軌道部材に接触し、軌道部材の表面上を転走および摺動可能に配置されたトルク伝達部材と、トルク伝達部材および軌道部材を介して第１の軸部材に接続された第２の軸部材とを備えており、第１の軸部材または第２の軸部材の一方に伝達された軸周りの回転が、第１の軸部材または第２の軸部材の他方に伝達される自在継手である。そして、トルク伝達部材は、上記本発明の自在継手用トルク伝達部材である。
【００３６】
本発明の自在継手によれば、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる自在継手用トルク伝達部材を備えた自在継手を提供することができる。
【００３７】
上記自在継手においては、軌道部材は鋼からなるものとすることができる。この場合、軌道部材の表面の硬度はＨＶ６８０以上であることが好ましい。
【００３８】
これにより、外部からの衝撃や振動が負荷される場合など、負荷される荷重の変化が大きい環境下で使用される場合でも、鋼からなる軌道部材における損傷の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３９】
以上の説明から明らかなように、本発明の自在継手用トルク伝達部材および自在継手によれば、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる自在継手用トルク伝達部材および当該自在継手用トルク伝達部材を備えた自在継手を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である実施の形態１の自在継手としての等速ジョイント（固定ジョイント）の構成を示す概略断面図である。また、図２は、図１の線分ＩＩ−ＩＩに沿う概略断面図である。また、図３は、図１の固定ジョイントが角度をなした状態を示す概略断面図である。なお、図１は、図２の線分Ｉ−Ｉに沿う概略断面図に対応する。また、図４は、図１の要部を拡大して示す概略部分断面図である。また、図５は、図２の要部を拡大して示す概略部分断面図である。図１〜図５を参照して、本発明の実施の形態１における自在継手としての固定ジョイントについて説明する。
【００４２】
図１を参照して、実施の形態１の固定ジョイント１は、第２の軸部材としての軸１５に連結された軌道部材としてのインナーレース１１と、インナーレース１１の外周側を囲むように配置され、第１の軸部材としての軸１６に連結された軌道部材としてのアウターレース１２と、インナーレース１１とアウターレース１２との間に配置されたトルク伝達部材としてのボール１３と、ボール１３を保持するケージ１４とを備えている。ボール１３は、インナーレース１１の外周面に形成されたインナーレースボール溝１１Ａと、アウターレース１２の内周面に形成されたアウターレースボール溝１２Ａとにボール１３の表面であるボール転走面１３Ａにおいて接触して配置され、脱落しないようにケージ１４によって保持されている。
【００４３】
インナーレース１１の外周面およびアウターレース１２の内周面のそれぞれに形成されたインナーレースボール溝１１Ａとアウターレースボール溝１２Ａとは、図１に示すように、軸１５および軸１６の中央を通る軸が一直線上にある状態において、それぞれ当該軸上のジョイント中心Ｏから当該軸上の左右に等距離離れた点Ａおよび点Ｂを曲率中心とする曲線（円弧）状に形成されている。すなわち、インナーレースボール溝１１Ａおよびアウターレースボール溝１２Ａに接触して転動するボール１３の中心Ｐの軌跡が、点Ａ（インナーレース中心Ａ）および点Ｂ（アウターレース中心Ｂ）に曲率中心を有する曲線（円弧）となるように、インナーレースボール溝１１Ａおよびアウターレースボール溝１２Ａのそれぞれは形成されている。これにより、固定ジョイントが角度をなした場合（軸１５および軸１６の中央を通る軸が交差するように固定ジョイントが動作した場合）においても、ボール１３は、常に軸１５および軸１６の中央を通る軸のなす角（∠ＡＯＢ）の２等分線上に位置する。
【００４４】
次に、固定ジョイント１の動作について説明する。図１および図２を参照して、固定ジョイント１においては、軸１５、１６の一方に軸まわりの回転が伝達されると、インナーレースボール溝１１Ａおよびアウターレースボール溝１２Ａに嵌め込まれたボール１３を介して、軸１５、１６の他方の軸に当該回転が伝達される。
【００４５】
ここで、図３に示すように軸１５、１６が角度θをなした場合、ボール１３は、前述のインナーレース中心Ａおよびアウターレース中心Ｂに曲率中心を有するインナーレースボール溝１１Ａおよびアウターレースボール溝１２Ａに案内されて、中心Ｐが∠ＡＯＢの二等分線上となる位置に保持される。また、ジョイント中心Ｏからインナーレース中心Ａまでの距離と、アウターレース中心Ｂまでの距離とが等しくなるように、インナーレースボール溝１１Ａおよびアウターレースボール溝１２Ａが形成されているため、ボール１３の中心Ｐからインナーレース中心Ａおよびアウターレース中心Ｂまでの距離はそれぞれ等しく、三角形ＯＡＰと三角形ＯＢＰとは合同である。その結果、ボール１３の中心Ｐから軸１５、１６までの距離Ｌは互いに等しくなり、軸１５、１６の一方が軸まわりに回転した場合、他方も等速で回転する。このように、固定ジョイント１は、軸１５、１６が角度をなした場合でも、等速性を確保することができる。なお、ケージ１４は、軸１５、１６が回転した場合に、インナーレースボール溝１１Ａおよびアウターレースボール溝１２Ａからボール１３が飛び出すことをインナーレースボール溝１１Ａおよびアウターレースボール溝１２Ａとともに防止すると同時に、固定ジョイント１のジョイント中心Ｏを決定する機能を果たしている。
【００４６】
すなわち、実施の形態１における自在継手としての固定ジョイント１は、第１の軸部材としての軸１６に接続された軌道部材としてのアウターレース１２と、アウターレース１２に接触し、アウターレース１２に形成されたアウターレースボール溝１２Ａの表面上を転走および摺動可能に配置されたトルク伝達部材としてのボール１３と、ボール１３およびアウターレース１２を介して軸１６に接続された第２の軸部材としての軸１５とを備えている。また、固定ジョイント１は、軸１６または軸１５の一方に伝達された軸周りの回転が、軸１６または軸１５の他方に伝達される自在継手である。
【００４７】
さらに、ボール１３は、自在継手である固定ジョイント１において、第１の軸部材としての軸１６に接続された軌道部材としてのアウターレース１２と第２の軸部材としての軸１５との間において転動および摺動可能に介在し、軸１６または軸１５の一方に伝達された軸周りの回転を軸１６または軸１５の他方に伝達する自在継手用トルク伝達部材である。
【００４８】
ここで、図４および図５を参照して、本実施の形態における自在継手用トルク伝達部材としてのボール１３は、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．５≦ｚ≦３．０を満たすβサイアロンを主成分とし、残部不純物からなる焼結体から構成される。そして、ボール１３の接触面であるボール転走面１３Ａを含む領域には、内部１３Ｃよりも緻密性の高い層であるボール緻密層１３Ｂが形成されている。このボール緻密層１３Ｂの断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は７％以下である。そのため、本実施の形態おける固定ジョイント１は、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる自在継手用トルク伝達部材（ボール１３）を備えた自在継手となっている。上記不純物は、原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものを含む不可避的不純物を含む。
【００４９】
なお、上記本実施の形態においては、自在継手用トルク伝達部材としてのボール１３は、βサイアロンを主成分とし、残部焼結助剤および不純物からなる焼結体から構成されていてもよい。焼結助剤を含むことで、焼結体の気孔率を低下させやすくなり、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなる自在継手用トルク伝達部材を備えた自在継手を、容易に提供することができる。上記不純物は、原料に由来するもの、あるいは製造工程において混入するものを含む不可避的不純物を含む。
【００５０】
さらに、図４および図５を参照して、ボール緻密層１３Ｂの表面であるボール転走面１３Ａを含む領域には、ボール緻密層１３Ｂ内の他の領域よりもさらに緻密性の高い層であるボール高緻密層１３Ｄが形成されている。このボール高緻密層１３Ｄの断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率は３．５％以下となっている。これにより、ボール１３の転がり滑り疲労に対する耐久性が一層向上している。
【００５１】
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態１における自在継手用トルク伝達部材および自在継手の製造方法について説明する。図６は、本発明の一実施の形態である実施の形態１における自在継手の製造方法の概略を示す図である。また、図７は、本発明の実施の形態１における自在継手の製造方法に含まれる自在継手用トルク伝達部材の製造方法の概略を示す図である。
【００５２】
図６を参照して、本実施の形態における自在継手の製造方法においては、まず、軌道部材を製造する軌道部材製造工程と、トルク伝達部材を製造するトルク伝達部材製造工程とが実施される。具体的には、軌道部材製造工程では、インナーレース１１、アウターレース１２などが製造される。一方、トルク伝達部材製造工程では、ボール１３などが製造される。
【００５３】
そして、軌道部材製造工程において製造された軌道部材と、トルク伝達部材製造工程において製造されたトルク伝達部材とを組み合わせることにより、自在継手を組立てる組立工程が実施される。具体的には、たとえばインナーレース１１およびアウターレース１２と、ボール１３と、別途準備されたケージ１４などの他の部品とを組み合わせることにより、固定ジョイント１が組立てられる。そして、トルク伝達部材製造工程は、たとえば以下の自在継手用トルク伝達部材の製造方法を用いて実施される。
【００５４】
図７を参照して、本実施の形態における自在継手用トルク伝達部材の製造方法においては、まず、βサイアロンの粉末を準備するβサイアロン粉末準備工程が実施される。βサイアロン粉末準備工程においては、たとえば燃焼合成法を採用した製造工程により、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚの組成式で表され、０．５≦ｚ≦３．０を満たすβサイアロンの粉末を安価に製造することができる。
【００５５】
次に、βサイアロン粉末準備工程において準備されたβサイアロンの粉末に、焼結助剤を添加して混合する混合工程が実施される。この混合工程は、焼結助剤を添加しない場合、省略することができる。
【００５６】
次に、図７を参照して、上記βサイアロンの粉末またはβサイアロンの粉末と焼結助剤との混合物を、自在継手用トルク伝達部材の概略形状に成形する成形工程が実施される。具体的には、上記βサイアロンの粉末またはβサイアロンの粉末と焼結助剤との混合物に、プレス成形、鋳込み成形、押し出し成形、転動造粒などの成形手法を適用することにより、自在継手用トルク伝達部材であるボール１３などの概略形状に成形された成形体が作製される。
【００５７】
次に、上記成形体の表面が加工されることにより、当該成形体が焼結後に所望の自在継手用トルク伝達部材の形状により近い形状になるよう成形される焼結前加工工程が実施される。具体的には、グリーン体加工などの加工手法を適用することにより、上記成形体が焼結後にボール１３などの形状により近い形状になるように加工される。この焼結前加工工程は、成形工程において上記成形体が成形された段階で、焼結後に所望の自在継手用トルク伝達部材の形状に十分近い形状が得られる状態である場合には省略することができる。
【００５８】
次に、図７を参照して、上記成形体が焼結される焼結工程が実施される。具体的には、上記成形体が、たとえば１ＭＰａ以下の圧力下でヒータ加熱、マイクロ波やミリ波による電磁波加熱などの加熱方法により加熱されて焼結されることにより、ボール１３などの概略形状を有する焼結体が作製される。焼結は、不活性ガス雰囲気中または窒素と酸素との混合ガス雰囲気中において、１５５０℃以上１８００℃以下の温度域に上記成形体が加熱されることにより実施される。不活性ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、窒素などが採用可能であるが、製造コスト低減の観点から、窒素が採用されることが好ましい。
【００５９】
次に、焼結工程において作製された焼結体の表面が加工され、当該表面を含む領域が除去される仕上げ加工が実施されることにより、自在継手用トルク伝達部材を完成させる仕上げ工程が実施される。具体的には、焼結工程において作製された焼結体の表面を研磨することにより、自在継手用トルク伝達部材としてのボール１３などを完成させる。以上の工程により、本実施の形態における自在継手用トルク伝達部材は完成する。
【００６０】
ここで、上記焼結工程における焼結により、焼結体の表面から厚み５００μｍ程度の領域には、内部よりも緻密性が高く、断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率が７％以下である緻密層が形成される。さらに、焼結体の表面から厚み１５０μｍ程度の領域には、緻密層内の他の領域よりもさらに緻密性が高く、断面を光学顕微鏡の斜光にて観察した場合、白色の領域として観察される白色領域の面積率が３．５％以下である高緻密層が形成されている。したがって、仕上げ工程においては、除去される焼結体の厚みは、特に接触面となるべき領域において１５０μｍ以下とすることが好ましい。これにより、ボール転走面１３Ａを含む領域に、高緻密層を残存させ、自在継手用トルク伝達部材の転がり滑り疲労に対する耐久性を向上させることができる。
【００６１】
なお、上記焼結工程は、βサイアロンの分解を抑制するため、０．０１ＭＰａ以上の圧力下で行なうことが好ましく、低コスト化を考慮すると大気圧以上の圧力下で行なうことがより好ましい。また、製造コストを抑制しつつ緻密層を形成するためには、焼結工程は１ＭＰａ以下の圧力下で行なうことが好ましい。
【００６２】
（実施の形態２）
図８は、本発明の一実施の形態である実施の形態２の自在継手としての等速ジョイント（トリポードジョイント）の構成を示す概略断面図である。また、図９は、図８の線分ＩＸ−ＩＸに沿う概略断面図である。図１０は、図９の要部を拡大して示す概略部分断面図である。図８〜図１０を参照して、本発明の実施の形態２における自在継手としてのトリポードジョイントの構成について説明する。
【００６３】
図８〜図１０を参照して、実施の形態２のトリポードジョイント２と、実施の形態１の固定ジョイント１とは、基本的に同様の構成を有しており、同様の効果を有しているが、軌道部材およびトルク伝達部材の構成が異なっている。すなわち、トリポードジョイント２は、同一平面上の３つの方向に延びるトリポード軸２１１を有し、第２の軸部材としての軸２５に接続されたトリポード２１と、トリポード２１を囲むように配置され、第１の軸部材としての軸２６に接続された軌道部材としてのアウターレース２２と、トリポード軸２１１にニードルころ２９を介して転動自在に取り付けられ、アウターレース２２の内周面に形成されたアウターレース溝２２Ａの表面に、外周面に形成された球面ローラ転走面２３Ａにおいて接触するように配置されたトルク伝達部材としての環状の球面ローラ２３とを備えている。
【００６４】
以上の構成により、トリポードジョイント２においては、軸２５、２６の一方に軸まわりの回転が伝達されると、トリポード２１、アウターレース２２および球面ローラ２３を介して、軸２５、２６の他方の軸に当該回転が等速に伝達されるとともに、軸２５、２６は、軸２５、２６の中央を通る軸方向に互いに相対的に移動することができる。
【００６５】
すなわち、実施の形態２における自在継手としてのトリポードジョイント２は、第１の軸部材としての軸２６に接続された軌道部材としてのアウターレース２２と、アウターレース２２に接触し、アウターレース２２に形成されたアウターレース溝２２Ａの表面上を転走および摺動可能に配置されたトルク伝達部材としての球面ローラ２３と、球面ローラ２３およびアウターレース２２を介して軸２６に接続された第２の軸部材としての軸２５とを備えている。また、トリポードジョイント２は、軸２６または軸２５の一方に伝達された軸周りの回転が、軸２６または軸２５の他方に伝達される自在継手である。
【００６６】
さらに、球面ローラ２３は、自在継手であるトリポードジョイント２において、第１の軸部材としての軸２６に接続された軌道部材としてのアウターレース２２と第２の軸部材としての軸２５との間において転動および摺動可能に介在し、軸２６または軸２５の一方に伝達された軸周りの回転を軸２６または軸２５の他方に伝達する自在継手用トルク伝達部材である。
【００６７】
ここで、図９および図１０を参照して、本実施の形態における自在継手用トルク伝達部材としての球面ローラ２３は、実施の形態１におけるボール１３に対応し、同様のβサイアロン焼結体からなるとともに、同様の内部２３Ｃ、緻密層（球面ローラ緻密層２３Ｂ）および高緻密層（球面ローラ高緻密層２３Ｄ）を有している。そのため、本実施の形態おけるトリポードジョイント２は、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いることが可能なβサイアロン焼結体からなる自在継手用トルク伝達部材（球面ローラ２３）を備えた自在継手となっている。なお、実施の形態２における自在継手としてのトリポードジョイント２および当該トリポードジョイント２が備える自在継手用トルク伝達部材としての球面ローラ２３は、実施の形態１の場合と同様に製造することができる。
【００６８】
なお、上記実施の形態においては、本発明の自在継手の一例として固定ジョイントおよびトリポードジョイントについて説明したが、本発明の自在継手はこれらに限られない。たとえば、自在継手は、ダブルオフセットジョイント（ＤＯＪ）、フリーリングトリポードジョイント（ＦＴＪ）、クロスグルーブジョイント（ＬＪ）などであってもよい。
【００６９】
また、本発明の自在継手における軌道部材の素材は特に限定されず、たとえば鋼、具体的にはＪＩＳ規格Ｓ５３Ｃなどの炭素鋼や、ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０などの浸炭鋼を採用することができる。また、本発明の自在継手における軌道部材の素材には、窒化珪素、サイアロン（βサイアロンを含む）などのセラミックスを採用してもよい。
【実施例１】
【００７０】
以下、本発明の実施例１について説明する。種々のｚ値を有するβサイアロン焼結体からなる試験片を作製し、ｚ値と転がり滑り疲労に対する耐久性との関係を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【００７１】
まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。はじめに、燃焼合成法でｚ値を０．１〜４の範囲で作製したβサイアロンの粉末を準備し、上記実施の形態１において図７に基づいて説明した自在継手用トルク伝達部材の製造方法と同様の方法で、ｚ値が０．１〜４である試験片を作製した。具体的な作製方法は以下のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム（住友化学株式会社製、ＡＫＰ３０）および酸化イットリウム（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製、Ｙｔｔｒｉｕｍｏｘｉｄｅ  ｇｒａｄｅ  Ｃ）とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で円筒状に成形し、さらに冷間静水圧成形（ＣＩＰ）で加圧を行ない、円筒状の成形体を得た。
【００７２】
引き続き当該成形体に対して１次焼結として常圧焼結を行なった後、圧力２００ＭＰａの窒素雰囲気中でＨＩＰ処理することで、焼結円筒体を製造した。次に、当該焼結円筒体の外周面にラッピング加工を行ない、直径φ４０ｍｍの円筒状の試験片とした。また、比較のため、窒化珪素からなる試験片、すなわちｚ値が０である試験片も上記βサイアロンからなる試験片と同様の方法で作製した（比較例Ａ）。
【００７３】
次に、試験条件について説明する。上述のように作製された試験片に対し、別途準備された軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製の相手試験片（直径φ４０ｍｍの円筒状、焼入硬化済み）を、両者の軸が平行になるように、外周面において最大接触面圧Ｐｍａｘ：２．５ＧＰａで接触させた。そして、試験片を回転数：３０００ｒｐｍで軸周りに回転させるとともに、相手試験片を試験片に対する滑り率が５％となるように軸回りに回転させた。そして、潤滑：タービン油ＶＧ６８(清浄油)のパット給油、試験温度：室温、の条件の下で回転を継続する転がり滑り疲労試験（２円筒試験）を行なった。そして、振動検出装置により運転中の試験片の振動を監視し、試験片に破損が発生して振動が所定値を超えた時点で試験を中止するとともに、運転開始から中止までの時間を当該試験片の寿命として記録した。また、試験中止後、試験片の破損状態を確認した。
【００７４】
【表１】
2010001941.tif 000003
【００７５】
表１に本実施例の試験結果を示す。表１においては、各実施例、参考例および比較例における寿命が、比較例Ａ（窒化珪素）における寿命を１とした寿命比で表されている。また、破損形態は、試験片の表面に剥離が発生した場合「剥離」、剥離が発生することなく表面が摩耗して試験が中止された場合「摩耗」と記載されている。
【００７６】
表１を参照して、ｚ値が０．１以上３．５以下となっている本発明の実施例Ａ〜Ｆおよび参考例Ａ〜Ｂでは、窒化珪素（比較例Ａ）と比較して遜色ない寿命を有している。また、破損形態も窒化珪素の場合と同様に「剥離」となっている。これに対し、ｚ値が３．５を超え、本発明の範囲外となっている比較例Ｂでは、寿命が大幅に低下するとともに、試験片に摩耗が観察される。すなわち、ｚ値が３．８である比較例Ｂでは、最終的には試験片に剥離が発生しているものの、試験片における摩耗が影響し、寿命が大幅に低下したものと考えられる。さらに、ｚ値が４である比較例Ｃにおいては、極めて短時間に試験片の摩耗が進行し、耐久性が著しく低下している。
【００７７】
以上のように、ｚ値が０．１以上３．５以下の範囲においては、サイアロン焼結体からなる試験片の耐久性は、窒化珪素の焼結体からなる試験片とほぼ同等である。これに対し、ｚ値が３．５を超えると試験片が摩耗しやすくなり、これに起因して転がり滑り疲労に対する耐久性が大幅に低下する。さらに、ｚ値が大きくなると、βサイアロンからなる試験片の破損原因が「剥離」から「摩耗」に変化し、転がり滑り疲労に対する耐久性が著しく低下することが明らかとなった。このように、ｚ値を０．１以上３．５以下とすることにより、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能なβサイアロン焼結体からなるトルク伝達部材を備えた自在継手が提供可能であることが確認された。
【００７８】
なお、表１を参照して、ｚ値が３を超える３．５の参考例Ｂにおいては、試験片には僅かな摩耗が発生しており、寿命も実施例Ａ〜Ｆに比べて低下している。このことから、十分な耐久性をより安定して確保するためには、ｚ値は３以下とすることが望ましいといえる。
【００７９】
また、上記実験結果より、窒化珪素からなるトルク伝達部材と同等以上の耐久性（寿命）を得るには、ｚ値は２以下とすることが好ましく、１．５以下とすることが、より好ましい。一方、燃焼合成を採用した製造工程による、βサイアロン粉体の作製の容易性を考慮すると、十分に自己発熱による反応が期待できるｚ値である０．５以上とすることが好ましい。
【実施例２】
【００８０】
以下、本発明の実施例２について説明する。種々のｚ値を有するβサイアロン焼結体からなるトルク伝達部材を有する自在継手を作製し、当該自在継手に対して急激な捩り（衝撃捩り）が作用する場合におけるｚ値と耐久性との関係を調査する衝撃捩り試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【００８１】
まず、試験の対象となる自在継手の作製方法について説明する。はじめに、燃焼合成法でｚ値を０．１〜３．５の範囲で作製したβサイアロンの粉末を準備し、上記実施例１と同様の方法で、ｚ値が０．１〜３．５であるトルク伝達部材（ボール；直径１７／３２インチ（ＪＩＳ等級  Ｇ２０））を作製した。そして、別途準備した様々な鋼材を素材として製作した軌道部材と組み合わせて、等速ジョイント（型番ＥＵＪ８２）を作製した（比較例Ｂ〜Ｅ、実施例Ａ〜Ｆ）。軌道部材を構成する鋼としては、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２、ＳＣＭ４２０、Ｓ５３Ｃ、Ｓ４５ＣおよびＳ４０Ｃを採用した。また、比較のため、窒化珪素からなるボール、すなわちｚ値が０であるボールも上記βサイアロンからなるボールと同様の方法で作製し、同様に等速ジョイントに組立てた（比較例Ａ）。
【００８２】
次に、試験条件について説明する。上述のように作製された型番ＥＵＪ８２の等速ジョイントをフライホイールに連結して回転を加え，一気にブレーキかける衝撃捩り試験を行なった。この試験は、たとえば等速ジョイントを備えた自動車が急停止する場合を模擬するものである。そして、試験後、等速ジョイントを分解して破損状態を確認した。
【００８３】
【表２】
2010001941.tif 000004
【００８４】
表２に本実施例の試験結果を示す。表２においては、軌道部材またはボールに損傷が発生した場合、各欄内の上段に損傷の形態が、下段には損傷した部品（軌道部材またはボール）が表示されている。また、軌道部材およびボールに損傷が発生しなかった場合、各欄内には、「ＯＫ」との表示が記載されている。
【００８５】
表２を参照して、ｚ値が０．５以上３．０以下となっている本発明の実施例Ａ〜Ｆにおいては、軌道部材の表面硬度がＨＶ６８０以上である場合（軌道部材の材質がＳＵＪ２、ＳＣＭ４２０およびＳ５３Ｃの場合）、軌道部材およびボールともに破損が発生しなかった。また、軌道部材の表面硬度がＨＶ６８０未満の場合でも、軌道部材に打痕が生じたものの、軌道部材の割れやボールの割損には至らなかった。これに対し、ｚ値が３．０を超え、本発明の範囲外となっている比較例Ｄ〜Ｅでは、軌道部材の材質および表面硬度に関わらず、ボールに割損が発生した。すなわち、ｚ値が３．２５以上である比較例ＤおよびＥでは、衝撃的な捩りよって、βサイアロン焼結体からなるボールに割損が発生していた。
【００８６】
一方、ｚ値が０．５より小さく、本発明の範囲外となっている比較例Ｂ〜Ｃでは、軌道部材にボールによる打痕または割損が発生していた。すなわち、ｚ値が０．２５以下である比較例ＢおよびＣでは、ｚ値が０（窒化珪素）である比較例Ａとの物性の差が小さくなる。そのため、βサイアロン焼結体からなるボールと、当該ボールに相対する軌道部材との衝突によって、一方的に軌道部材側に損傷が生じ、窒化珪素焼結体からなる玉を採用した比較例Ａの場合と同様に、軌道部材に打痕または割れが発生したものと考えられる。
【００８７】
さらに、表２を参照して、ｚ値が０．５以上３．０以下となっている本発明の範囲であっても、相対する軌道部材の硬度（表面硬度）がＨＶ６８０未満である場合、軌道部材において打痕が発生した。これは、軌道部材の硬度が低い場合、βサイアロン焼結体からなるボールと、当該ボールに相対する軌道部材との衝突によって、軌道部材側に損傷が生じ易くなるためであると考えられる。
【００８８】
以上のように、ｚ値が３．０を超えるとβサイアロン焼結体からなるトルク伝達部材自身が破損し易くなる一方、ｚ値が０．５未満では、相手部材との間の接触面圧が増加し、相手部材に損傷が発生しやすくなる。そして、ｚ値を０．５以上３．０以下とすることにより、トルク伝達部材を構成する素材の強度と相手部材との間の接触面圧の低減とのバランスが確保される。その結果、負荷される荷重が急激に変化する環境下において、βサイアロン焼結体からなるトルク伝達部材を含む自在継手の耐久性が向上することが確認された。特に、軌道部材が鋼からなる場合、軌道部材の物性とトルク伝達部材の物性とがほどよく調和して、衝撃、振動等による損傷の発生を抑制することができる。このように、ｚ値を０．５以上３．０以下とすることにより、安価でありながら、十分な耐久性を安定して確保することが可能であるとともに、負荷される荷重が急激に変化するような用途に用いることが可能なβサイアロン焼結体からなるトルク伝達部材を備えた自在継手が提供可能であることが確認された。
【００８９】
また、軌道部材が鋼からなる場合、当該軌道部材の損傷を抑制するため、鋼からなる軌道部材の表面硬度はＨＶ６８０以上とすることが好ましいことが確認された。
【実施例３】
【００９０】
以下、本発明の実施例３について説明する。本発明の自在継手用トルク伝達部材の断面における緻密層および高緻密層の形成状態を調査する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【００９１】
はじめに、燃焼合成法で作製した組成がＳｉ５ＡｌＯＮ７であるβサイアロンの粉末（株式会社イスマンジェイ製、商品名メラミックス）を準備し、実施の形態１において図７に基づいて説明した自在継手用トルク伝達部材の製造方法と同様の方法で、一辺が約１０ｍｍの立方体試験片を作製した。具体的な製造方法は次のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム（住友化学株式会社製、ＡＫＰ３０）および酸化イットリウム（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製、Ｙｔｔｒｉｕｍｏｘｉｄｅ  ｇｒａｄｅ  Ｃ）とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で所定の形状に成形し、さらに冷間静水圧成形（ＣＩＰ）で加圧を行ない、成形体を得た。引き続き当該成形体を圧力０．４ＭＰａの窒素雰囲気中で１６５０℃に加熱して焼結することで、上記立方体試験片を製造した。
【００９２】
その後、当該試験片を切断し、切断された面をダイヤモンドラップ盤でラッピングした後、酸化クロムラップ盤による鏡面ラッピングを実施することにより、立方体の中心を含む観察用の断面を形成した。そして、当該断面を光学顕微鏡（株式会社ニコン製、マイクロフォト−ＦＸＡ）の斜光で観察し、倍率５０倍のインスタント写真（フジフイルム株式会社製  ＦＰ−１００Ｂ）を撮影した。その後、得られた写真の画像を、スキャナーを用いて（解像度３００ＤＰＩ）パーソナルコンピューターに取り込んだ。そして、画像処理ソフト（三谷商事株式会社製  ＷｉｎＲＯＯＦ）を用いて輝度閾値による２値化処理を行なって（本実施例での２値化分離閾値：１４０）、白色領域の面積率を測定した。
【００９３】
次に、試験結果について説明する。図１１は、試験片の上記観察用の断面を光学顕微鏡の斜光で撮影した写真である。また、図１２は、図１１の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理した状態を示す一例である。また、図１３は、図１１の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理して白色領域の面積率を測定する際に、画像処理を行なう領域（評価領域）を示す図である。図１１において、写真上側が試験片の表面側であり、上端が表面である。
【００９４】
図１１および図１２を参照して、本発明の自在継手用トルク伝達部材と同様の製造方法により作製された本実施例における試験片は、表面を含む領域に内部よりも白色領域の少ない層が形成されていることがわかる。そして、図１３に示すように、撮影された写真の画像を試験片の最表面からの距離に応じて３つの領域（最表面からの距離が１５０μｍ以内の領域、１５０μｍを超え５００μｍ以内の領域、５００μｍを超え８００μｍ以内の領域）に分け、領域毎に画像解析を行なって白色領域の面積率を算出したところ、表３に示す結果が得られた。表３においては、図１３に示した各領域を１視野として、無作為に撮影された５枚の写真から得られる５視野における白色領域の面積率の、平均値と最大値とが示されている。
【００９５】
【表３】
2010001941.tif 000005
【００９６】
表３を参照して、本実施例における白色領域の面積率は、内部において１８．５％であったのに対し、表面からの深さが５００μｍ以下である領域においては３．７％、表面からの深さが１５０μｍ以下の領域においては１．２％となっていた。このことから、本発明の自在継手用トルク伝達部材と同様の製造方法により作製された本実施例における試験片は、表面を含む領域に内部よりも白色領域の少ない緻密層および高緻密層が形成されていることが確認された。
【実施例４】
【００９７】
以下、本発明の実施例４について説明する。本発明の自在継手用トルク伝達部材の転がり滑り疲労に対する耐久性を確認する試験を行なった。試験の手順は以下のとおりである。
【００９８】
まず、試験の対象となる試験片の作製方法について説明する。はじめに、燃焼合成法で作製した組成がＳｉ５ＡｌＯＮ７であるβサイアロンの粉末（株式会社イスマンジェイ製、商品名メラミックス）を準備し、実施の形態１において図７に基づいて説明した自在継手用トルク伝達部材の製造方法と同様の方法で直径φ４０ｍｍの円筒状の試験片を作製した。具体的な製造方法は次のとおりである。まず、サブミクロンに微細化されたβサイアロン粉末と、焼結助剤としての酸化アルミニウム（住友化学株式会社製、ＡＫＰ３０）および酸化イットリウム（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ社製、Ｙｔｔｒｉｕｍｏｘｉｄｅ  ｇｒａｄｅ  Ｃ）とをボールミルを用いて湿式混合により混合した。その後、スプレードライヤーにて造粒を実施し、造粒粉を製造した。当該造粒粉を金型で円筒状に成形し、さらに冷間静水圧成形（ＣＩＰ）で加圧を行ない円筒状の成形体を得た。
【００９９】
次に、当該成形体に対して焼結後の加工代が所定の寸法となるようにグリーン加工を行ない、引き続き当該成形体を圧力０．４ＭＰａの窒素雰囲気中で１６５０℃に加熱して焼結することで、焼結円筒体を製造した。次に、当該焼結円筒体の外周面に対してラッピング加工を行ない、直径φ４０ｍｍの円筒状の試験片とした。ここで、上記焼結円筒体に対するラッピング加工により除去される焼結円筒体の厚み（加工代）を８段階に変化させ、８種類の試験片を作製した（実施例Ａ〜Ｈ）。一方、比較のため、窒化珪素および焼結助剤からなる原料粉末を用いて加圧焼結法により焼結した焼結円筒体に対して、上述と同様にラッピング加工を行ない、直径φ４０ｍｍの円筒状の試験片を作製した（比較例Ａ）。ラッピング加工による加工代は０．２５ｍｍとした。
【０１００】
次に、試験条件について説明する。上述のように作製された試験片に対し、別途準備された軸受鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製の相手試験片（直径φ４０ｍｍの円筒状、焼入硬化済み）を、両者の軸が平行になるように、外周面において最大接触面圧Ｐｍａｘ：２．５ＧＰａで接触させた。そして、試験片を回転数：３０００ｒｐｍで軸周りに回転させるとともに、相手試験片を試験片に対する滑り率が５％となるように軸回りに回転させた。そして、潤滑：タービン油ＶＧ６８(清浄油)のパット給油、試験温度：室温、の条件の下で回転を継続する転がり滑り疲労試験（２円筒試験）を行なった。そして、振動検出装置により運転中の試験片の振動を監視し、試験片に破損が発生して振動が所定値を超えた時点で試験を中止するとともに、運転開始から中止までの時間を当該試験片の寿命として記録した。なお、試験数は実施例、比較例ともに８個ずつとし、その平均寿命を算出した上で、比較例Ａに対する寿命比で耐久性を評価した。
【０１０１】
【表４】
2010001941.tif 000006
【０１０２】
表４に本実施例の試験結果を示す。表４を参照して、実施例の試験片の寿命は、その製造コスト等を考慮するといずれも良好であるといえる。そして、加工代を０．５ｍｍ以下とすることにより試験片の表面に緻密層を残存させた実施例Ｄ〜Ｇの試験片の寿命は、比較例Ａの寿命の２〜３倍程度となっていた。さらに、加工代を０．１５ｍｍ以下とすることにより試験片の表面に高緻密層を残存させた実施例Ａ〜Ｃの試験片の寿命は、比較例Ａの寿命の５倍程度となっていた。このことから、本発明の自在継手用トルク伝達部材を備えた自在継手は、耐久性において優れているものと考えられる。そして、本発明の自在継手用トルク伝達部材を備えた自在継手は、自在継手用トルク伝達部材の加工代を０．５ｍｍ以下として、表面に緻密層を残存させることにより寿命が向上し、自在継手用トルク伝達部材の加工代を０．１５ｍｍ以下として、表面に高緻密層を残存させることにより寿命がさらに向上すると考えられる。
【０１０３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明の自在継手用トルク伝達部材および自在継手は、βサイアロンを主成分とする焼結体からなる自在継手用トルク伝達部材および当該自在継手用トルク伝達部材を備えた自在継手に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】実施の形態１の等速ジョイント（固定ジョイント）の構成を示す概略断面図である。
【図２】図１の線分ＩＩ−ＩＩに沿う概略断面図である。
【図３】図１の固定ジョイントが角度をなした状態を示す概略断面図である。
【図４】図１の要部を拡大して示す概略部分断面図である。
【図５】図２の要部を拡大して示す概略部分断面図である。
【図６】実施の形態１における自在継手の製造方法の概略を示す図である。
【図７】実施の形態１における自在継手の製造方法に含まれる自在継手用トルク伝達部材の製造方法の概略を示す図である。
【図８】実施の形態２の等速ジョイント（トリポードジョイント）の構成を示す概略断面図である。
【図９】図８の線分ＩＸ−ＩＸに沿う概略断面図である。
【図１０】図９の要部を拡大して示す概略部分断面図である。
【図１１】試験片の観察用の断面を光学顕微鏡の斜光で撮影した写真である。
【図１２】図１１の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理した状態を示す一例である。
【図１３】図１１の写真の画像を、画像処理ソフトを用いて輝度閾値により２値化処理する際に、画像処理を行なう領域（評価領域）を示す図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１  固定ジョイント、２  トリポードジョイント、１１  インナーレース、１１Ａ  インナーレースボール溝、１２  アウターレース、１２Ａ  アウターレースボール溝、１３  ボール、１３Ａ  ボール転走面、１３Ｂ  ボール緻密層、１３Ｃ  内部、１３Ｄ  ボール高緻密層、１４  ケージ、１５，１６  軸、２１  トリポード、２１１  トリポード軸、２２  アウターレース、２２Ａ  アウターレース溝、２３  球面ローラ、２３Ａ  球面ローラ転走面、２３Ｂ  球面ローラ緻密層、２３Ｃ  内部、２３Ｄ  球面ローラ高緻密層、２５，２６  軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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