(57)【要約】【課題】トリポード型等速自在継手の外側継手部材の外周凹Ｒ部が、薄肉化に伴い最弱部位となる可能性があるので、この最弱部位を強化すること。【解決手段】  外側継手部材１０の少なくとも凹Ｒ部１０ａを含む外周面に、焼入れ、ショットブラスト又はショットピーニングなどの方法で表面硬化処理層４１ａを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に向き合ったローラ案内面と両ローラ案内面間に設けられた大内径部からなるトラック溝が内周の三箇所に形成されるとともに、前記三箇所のトラック溝相互間に対応する外周側部位に凹Ｒ部を形成した外側継手部材と、前記外側継手部材内に配設され半径方向に突出した３つの脚軸を備えたトリポード部材と、前記トリポード部材の各脚軸に装着され前記ローラ案内面に沿って前記外側継手部材の軸方向に案内されるローラとを有するトリポード型等速自在継手において、
前記外側継手部材の少なくとも前記凹Ｒ部を含む外周面に表面硬化処理層を形成したトリポード型等速自在継手。
【請求項２】
前記表面硬化処理層を前記外側継手部材の全周面に形成した請求項１のトリポード型等速自在継手。
【請求項３】
前記表面硬化処理層を、焼入れ、ショットブラスト又はショットピーニングのいずれかで形成した請求項１又は２のトリポード型等速自在継手。
【請求項４】
前記大内径部のうち、少なくとも傾斜したローラとの接触部分に表面硬化処理層を形成した請求項１から３のいずれかのトリポード型等速自在継手。
【請求項５】
トラック溝の中心から表面硬化処理層のトラック溝中心側の端部までの距離をＦ、ローラの外周直径をＤとして、Ｆ／Ｄを０．４５以下にした請求項４のトリポード型等速自在継手。
【請求項６】
Ｆ／Ｄを０．１５以上にした請求項５のトリポード型等速自在継手。
【請求項７】
前記ローラは、外側ローラと、前記脚軸に外嵌して前記外側ローラを回転自在に支持する内側ローラとを備えるローラカセットである請求項４〜６の何れかのトリポード型等速自在継手。
【請求項８】
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内側ローラの内周面と接触するとともに、継手の軸線方向で前記内側ローラの内周面との間にすきまを形成する請求項７の等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車や各種産業機械等の動力伝達装置に使用される等速自在継手に関し、特に、摺動側に使われる摺動式トリポード型等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
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る。その中で摺動式のものは、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、その一種としてトリポード型等速自在継手が広く知られている。
【０００３】
このトリポード型等速自在継手は各種型式があるが、シングルローラタイプのものは、トリポード部材の半径方向に突設した３本の脚軸の円筒状外周面に複数の針状ころを介してローラを回転可能に外嵌し、このローラがトラック溝のローラ案内面を転動する。シングルローラタイプでは脚軸に対するローラの姿勢が固定状態（同軸状態）にあるため、継手が作動角をとった状態で回転力を伝達するとき、ローラとローラ案内面とが斜交する関係となる。その結果、ローラ案内面とローラとの相互間に滑りが発生してスライド抵抗が発生し、さらに、この滑りが軸方向に誘起スラストを発生させる。このようなスライド抵抗と誘起スラストは、車体の振動や騒音の発生原因となり、自動車のＮＶＨ性能に影響を与え、車両の足回りの設計自由度を低くするため、できるだけ低減させることが望まれる。
【０００４】
かかるスライド抵抗と誘起スラストの低減を企図した摺動式トリポード型等速自在継手として、図４のダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手がある（特許文献１参照）。このトリポード型等速自在継手は、図４に示すように、半径方向に突出した３本の脚軸２２を備えたトリポード部材２０を一方の軸に結合し、軸方向に延びる３つのトラック溝１２を備えた中空円筒状の外側継手部材１０を他方の軸に結合し、外側継手部材１０のトラック溝１２内にトリポード部材２０の脚軸２２を収容してトルクの伝達を行うが、脚軸２２には、内側ローラ３２と外側ローラ３４を有するローラカセット３７が取付けられる（ダブルローラタイプ）。内側ローラ３２と外側ローラ３４との間には針状ころ３６が総ころ状態で介装される。内側ローラ３２の内周面を円弧状凸断面に形成すると共に、脚軸２２の外周面を、縦断面においてはストレート形状とし、かつ横断面においては、継手の軸線と直交する方向で内側ローラ３２の内周面と接触すると共に、継手の軸線方向で内側ローラ３２の内周面との間にすきまを形成している。なお、外側継手部材１０の外周面には円周方向三等配位置に軽量化のために凹Ｒ部１０ａが形成されている。
【０００５】
この発明では、内側ローラ３２と外側ローラ３４を含むローラカセット３７は、脚軸２２に対して首振り揺動可能な関係にある。従って、継手が作動角をとったとき、ローラカセット３７の姿勢を変えることなく、脚軸２２が外側継手部材１０に対して傾くことができる。そのため、ローラカセット３７の姿勢が常に安定し、外側ローラ３４がローラ案内面１４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ことができる。
【０００６】
ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手における外側継手部材１０は、トラック溝１２のローラ案内面１４よりも外径側に鍔部を設けたタイプと、鍔部を省略して円筒状の大内径部１５（図４参照）を形成したタイプとに大別される。このうち、特に鍔部を省略した鍔なしタイプでは、自動車が慣性力だけで進行する等の無負荷状態で継手が回転する際、上記外側ローラ３４の外周形状との関係で、図５に示すようにローラカセット３７が正規の姿勢（ローラカセット３７がローラ案内面１４と平行に保持されている状態）からずれて傾斜し易くなる（ここでいう傾斜は、ローラカセット３７の軸心が継手軸心を含む平面上で傾斜することを意味する。以下同じ）。
【０００７】
この傾斜が生じた場合、ローラカセット３７の一部、例えば外側ローラ３４の外径側端面３４ｂがローラ案内面１４間の大内径部１５と接触する場合があり、この状態で継手が回転すれば、干渉部で摺動摩擦が生じ、大内径部１５の摩耗量が増大する場合がある。
【０００８】
そこで、従来の鍔なしタイプのトリポード型等速自在継手では、外側継手部材の大内径部での摩耗量の抑制を図ることを目的として、図４のように、ローラ案内面１４の他、大内径部１５における傾斜した外側ローラとの接触部分に表面硬化処理層４１ｂ、４１ｃを形成したものや（特許文献２、３参照）、図６のように外側継手部材１０の内周全面に表面硬化処理層４１ｅを形成したものがある（特許文献３参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のトリポード型等速自在継手の外側継手部材は、前述のように、内周全面もしくは外側ローラ接触部のみが高周波焼入れされているが、外側継手部材は軽量化のための薄肉化が進行しており、この薄肉化がさらに進行すると、外側継手部材の疲労試験を行なった場合に外周凹Ｒ部が外側継手部材の最弱部位となる可能性がある。本発明はこの最弱部位を強化することを目的とする。
【特許文献１】特開２０００‐３２０５６３号公報
【特許文献２】実開昭５８−１１１４３１号公報
【特許文献３】特開２００５−９５０７号公報
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、円周方向に向き合ったローラ案内面と両ローラ案内面間に設けられた大内径部からなるトラック溝が内周の三箇所に形成されるとともに、前記三箇所のトラック溝相互間に対応する外周側部位に凹Ｒ部を形成した外側継手部材と、前記外側継手部材内に配設され半径方向に突出した３つの脚軸を備えたトリポード部材と、前記トリポード部材の各脚軸に装着され前記ローラ案内面に沿って前記外側継手部材の軸方向に案内されるローラとを有するトリポード型等速自在継手において、前記外側継手部材の少なくとも前記凹Ｒ部を含む外周面に表面硬化処理層を形成した。
【００１１】
外側継手部材の外周凹Ｒ部を含む外周面に表面硬化処理層を形成することにより、外側継手部材の最弱部である外周凹Ｒ部の強度が向上する。これにより、継手疲労試験における破損起点近傍の圧縮残留応力の増加と、継手の使用により進行する表面硬化で生じる初期亀裂の遅延効果（継手寿命の延長）が得られる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記表面硬化処理層を前記外側継手部材の全周面に形成したものである。外側継手部材の凹Ｒ部だけでなく凸Ｒ部にも表面硬化処理層を形成することで凸Ｒ部の薄肉化も可能となるから継手の軽量化に貢献する。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記表面硬化処理層を、焼入れ、ショットブラスト又はショットピーニングのいずれかで形成したものである。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１から３の発明において、前記大内径部のうち、少なくとも傾斜したローラとの接触部分に表面硬化処理層を形成したものである。
【００１５】
このように大内径部のうちで傾斜したローラとの接触部分に表面硬化処理層を形成することでローラが傾斜した場合でもローラとの摺動による大内径部の摩耗を減じることができ、等速自在継手の長寿命化に寄与することができる。この表面硬化処理層は、通常、大内径部の円周方向両端に形成される。この他にもローラ案内面に表面硬化処理層を形成することもでき、これによりローラの転動によるローラ案内面の摩耗も抑制可能となる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、トラック溝の中心から表面硬化処理層のトラック溝中心側の端部までの距離をＦ、ローラの外周直径をＤとして、Ｆ／Ｄを０．４５以下にしたものである。
【００１７】
ここでのＦ／Ｄは大内径部に形成する表面硬化処理層のトラック溝中心側の境界を示し、これが小さくなるほど当該境界はトラック溝の中心側へ移行する。Ｆ／Ｄ≦０．４５であれば、大内径部のうち傾斜したローラとの接触部分に確実に表面硬化処理層を形成することができる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項５の発明において、Ｆ／Ｄを０．１５以上にしたものである。
【００１９】
Ｆ／Ｄの最小値は、大内径部の摩耗抑制の観点からは特に制限がなく、例えばＦ／Ｄ＝０とし、大内径部に形成した二つの表面硬化処理層を円周方向で連続させることもできる。しかしながら、大内径部のトラック溝中心付近はローラと接触することはなく、この部分にも表面硬化処理層を形成することは熱処理コストの高騰を招く。従って、経済性を考慮すると、Ｆ／Ｄは０．１５以上（Ｆ／Ｄ≧０．１５）とするのが望ましい。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項４〜６の発明において、ローラが、外側ローラと、脚軸に外嵌して外側ローラを回転自在に支持する内側ローラとを備えるいわゆるローラカセットである場合である。
【００２１】
内側ローラと外側ローラは相対回転可能であればよく、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を介在させてもよい。何れにしても、内側     ローラと外側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。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項７の発明において、脚軸の外周面が、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内側ローラの内周面と接触するとともに、継手の軸線方向で前記内側ローラの内周面との間にすきまを形成するものである。
【００２３】
かかる構成によって、ローラカセットが脚軸に対して首振り自在となると共に、脚軸の外周面と内側ローラとの接触楕円が横長から点に近づくためローラカセットを傾けようとする摩擦モーメントが低減する。従って、ローラカセット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。
【００２４】
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内側ローラの内周面と接触すると共に、継手の軸線方向で内側ローラ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、トリポード部材の軸方向で互いに向き合った面部分が相互方向に、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。この「楕円形」は、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。
【００２５】
なお、ローラ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内側ローラ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。
【発明の効果】
【００２６】
外側継手部材の外周凹Ｒ部に焼入れを行なうことにより、最弱部である同部の強度を向上させ、外側継手部材全体の強度を向上させることができる。これにより、外側継手部材の凹Ｒ部の肉薄化が可能となり、外側継手部材の軽量化を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明にかかる等速自在継手の実施形態を説明する。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。
【００２８】
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。また、外側継手部材１０の外周面には、トラック溝１２相互間に対応する部位に凹Ｒ部１０ａが形成される。
【００２９】
本発明における外側継手部材１０は、ローラ３４の外径側端面と対向する鍔部をもたない、いわゆる鍔なしタイプである。すなわち、外側継手部材１０の各トラック溝１２の外径側には、継手中心に中心を持つ円筒面状をなし、その円周方向両端をローラ案内面１４に滑らかに繋げた大内径部１５が形成される。
【００３０】
この実施形態において、ローラ３４の外周面は脚軸２２の軸線から半径方向に離れた位置に曲率中心を有する円弧を母線とする凸曲面である。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、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。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。また、ローラ３４の外周面を脚軸２２の軸線上に曲率中心を有する真球面とすることもできる。
【００３１】
脚軸２２の外周面に内側ローラ３２が外嵌している。この内側ローラ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カセット３７を構成している。すなわち、内側ローラ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。
【００３２】
脚軸２２の外周面は、図１（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、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２２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２２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。
【００３３】
内側ローラ３２の内周面は円弧状凸断面を有する。すなわち、内周面の母線が一定半径を有する凸円弧である。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、脚軸２２と内側ローラ３２との間には所定のすきまが設けてあることから、内側ローラ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に対して首振り自在である。また、上述のとおり内側ローラ３２と外側ローラ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、内側ローラ３２と外側ローラ３４がローラカセット３７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の軸線に対して内側ローラ３２および外側ローラ３４の軸線が傾くことをいう。
【００３４】
上述の各構成要素のうち、外側継手部材１０は、冷間鍛造等の成形工程を経た後、熱処理工程に移送されて熱処理が施される。この際、熱処理による表面硬化処理層は、図１にハッチングで示すように、外側継手部材１０の外周凹Ｒ部（３箇所）と、トラック溝１２のローラ案内面１４（３箇所）と、大内径部１５の円周方向両端（６箇所）、すなわち傾斜した外側ローラ３４の外径側端面との接触部分に形成される（それぞれ、符号４１ａ、符号４１ｂ、符号４１ｃで示す）。熱処理としては、局部加熱ができ、表面硬化処理層深さの選定が自由であり、かつ表面硬化処理層以外への熱影響が少なく母材の性能を保持できる高周波焼入れが適当であるが、高周波焼入れに限定されることなく、ショットブラストあるいはショットピーニングなど、熱処理以外の他の方法で形成してもよいことは勿論である。
【００３５】
以上の構成において、継手にトルクがかかった状態では、外側継手部材１０の凹Ｒ部１０ａをさらに屈曲させる方向に力が作用し、凹Ｒ部１０ａの内部応力が増大する。しかし、凹Ｒ部１０ａは表面硬化処理層４１ａによって補強されているので、凹Ｒ部１０ａを補強していない従来のトリポード型等速自在継手に比べて、破損起点近傍の圧縮残留応力の増加、表面硬化による初期亀裂の遅延効果が得られる。
【００３６】
また、継手が作動角をとった状態でトルクを伝達するとき、脚軸２２は内側ローラ４３に対して作動角の範囲内で往復揺動する。この際、脚軸２２の姿勢を問わず、正規状態ではローラカセット３７の軸心は継手中心と直交する方向（半径方向）にあるが、無負荷回転等においては、ローラカセット３７の軸心が本来あるべき方向からずれて前後（継手の軸心方向）に傾斜する場合がある。この場合、傾斜したローラカセット３７のうち、例えばローラ３４の外径側端面がトラック溝１２の大内径部１５の一部と接触するが、上記のとおりこの接触部分に表面硬化処理層４１ｂを形成していることから、接触部における外側継手部材１０の摩耗量を低減させることができ、これによって継手寿命を向上させることが可能となる。
【００３７】
大内径部１５のうち、傾斜したローラカセット３７との全接触部に確実に表面硬化処理層４１ｂを存在させるため、図１に示すＦ／Ｄ値は０．４５以下に設定する（Ｆ／Ｄ≦０．４５）。ここでＦはトラック溝１２の中心Ｌから表面硬化処理層４１ｂ表面のトラック溝中心Ｌ側の端部までの距離を表し、Ｄはローラカセット３７の外周直径（本実施形態でいえばローラ３４の最大外周直径）を表す。
【００３８】
この際、Ｆ／Ｄが小さすぎると、傾斜したローラカセット３７と接触しない部分（大内径部１５のトラック溝中心側）にも表面硬化処理層４１ｂが形成され、熱処理コストの無駄となるので、Ｆ／Ｄ値は０．１５以上（Ｆ／Ｄ≧０．１５）とするのが望ましい。
【００３９】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、前記実施形態では外側継手部材１０の凹Ｒ部１０ａのみに高周波加熱により表面硬化処理層を形成したが、図２に示すように、凹Ｒ部１０ａを含め、外側継手部材１０の全外周面に表面硬化処理層を形成してもよい。すなわち、凹Ｒ部１０ａに加えて、凸Ｒ部にも表面硬化処理層４１ｄを形成してもよい。さらに、図３のように、外側継手部材１０の全内周面に表面硬化処理層４１ｅを形成してもよい。また、本発明は、ローラの外径側端面と対向する鍔部をもたない前述したいわゆる鍔なしタイプのトリポード型等速自在継手の他、ローラの外径側端面と対向する鍔部を有する鍔付きタイプのトリポード型等速自在継手の外側継手部材の凹Ｒ部１０または全周に、前述した表面硬化処理層を形成してもよい。なお、図２と図３は表面硬化処理層以外が図１と同様であるので、同一部分に同一符号を付して説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトリポード型等速自在継手を示すもので、（Ａ）は、本発明にかかる等速自在継手の横断面を示す図、（Ｂ）は脚軸とローラカセットの断面図で、脚軸と直交する方向の断面図である。
【図２】本発明の第１変形実施形態に係るトリポード型等速自在継手を示すもので、等速自在継手の横断面を示す図。
【図３】本発明の第２変形実施形態に係るトリポード型等速自在継手を示すもので、等速自在継手の横断面を示す図。
【図４】トリポード型等速自在継手の従来例を示す横断面図である。
【図５】ローラカセットの傾斜状態を示すトリポード型等速自在継手の部分横断面図である。
【図６】トリポード型等速自在継手の他の従来例を示す横断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０      外側継手部材
１２      トラック溝
１４      ローラ案内面
１５      大内径部
２０      トリポード部材
２２      脚軸
３２      内側ローラ
３４      外側ローラ
３６      針状ころ
３７      ローラカセット
４１ａ〜４１ｅ      表面硬化処理層
【図１】
2006275101.tif 000003
【図２】
2006275101.tif 000004
【図３】
2006275101.tif 000005
【図４】
2006275101.tif 000006
【図５】
2006275101.tif 000007
【図６】
2006275101.tif 000008