(57)【要約】【課題】トリポード部材の転動疲労寿命を延長でき、また、表面起点型損傷に対する強度を高めることができる等速自在継手を提供すること。【解決手段】内周部に軸方向の三本のトラック溝２が形成され、各トラック溝２の両側にそれぞれ軸方向のローラ案内面３を有する外側継手部材１と、半径方向に突出した三本の脚軸５を有するトリポード部材４と、トリポード部材４の各脚軸５の外周面に配置された複数の針状ころ６を介して回転自在に支持されてトラック溝２に挿入されたローラ７とを備え、このローラ７がローラ案内面３に沿って外側継手部材１の軸方向に移動可能なトリポード型等速自在継手において、トリポード部材４に、高濃度浸炭焼入れ焼き戻しで形成された表層部を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周部に軸方向の三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の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三本の脚軸を有するトリポード部材と、上記トリポード部材の各脚軸に複数の針状ころを介して回転自在に装着された状態で上記トラック溝に挿入されたローラとを備え、上記ローラがローラ案内面に沿って外側継手部材の軸方向に移動可能に形成された等速自在継手において、
上記トリポード部材に、高濃度浸炭焼入れ焼戻しで形成された表層部が設けられていることを特徴とする等速自在継手。
【請求項２】
上記トリポード部材が炭素含有量０．１５〜０．４０ｗｔ％の鋼で形成された請求項１に記載の等速自在継手。
【請求項３】
上記トリポード部材の表面硬度がＨＲＣ５８以上である請求項１に記載の等速自在継手。
【請求項４】
上記トリポード部材の高濃度浸炭焼入れ焼戻しで形成された表層部において、上記ローラ機構との接触部直下の表層部厚みを0.2mm以上とした請求項１から３のいずれかに記載の等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、特にトリポード型等速自在継手に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車のエンジンから車輪に回転動力を等速で伝達するために、摺動式のトリポード型等速自在継手が用いられている。この摺動式トリポード型等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結してその二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し、しかも、軸方向の相対変位をも許容することができる構造を備えている。
【０００３】
この摺動式トリポード型等速自在継手は、一般に、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の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、このトリポード部材の各脚軸の外周面に複数の針状ころを介して回転自在に外嵌されたローラとを主体として構成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記構成の摺動式トリポード型等速自在継手は、以下のように動作する。すなわち、トリポード部材の脚軸と外側継手部材のローラ案内面とがローラを介して回転方向に係合することにより、駆動側から従動側に回転トルクが等速で伝達される。また、各ローラが脚軸に対して回転しながらローラ案内面上を転動することにより、外側継手部材とトリポード部材との間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収される。また、外側継手部材とトリポード部材とが作動角を取りつつ回転トルクを伝達する際の、回転方向位相の変化に伴う、各脚軸のローラ案内面に対する軸方向変位が吸収される。
【特許文献１】特開２０００−３２０５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記構成のトリポード型等速自在継手は、外側継手部材とトリポード部材の間で回転力を伝達するとき、脚軸と針状ころの間に転がりと滑りが同時に発生する。そのため、脚軸と針状ころの接触部で摩耗が発生し易く、特に脚軸の表面にピーリングやスミアリングが発生し易く、トリポード部材の転動疲労寿命の短縮や、割れ等の表面起点型損傷を招来する可能性が有る。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、トリポード部材の脚軸の転動疲労寿命を延長でき、また、表面起点型損傷に対する強度を高めることができる等速自在継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、内周部に軸方向の三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の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三本の脚軸を有するトリポード部材と、上記トリポード部材の各脚軸に複数の針状ころを介して回転自在に装着された状態で上記トラック溝に挿入されたローラとを備え、上記ローラがローラ案内面に沿って外側継手部材の軸方向に移動可能に形成された等速自在継手において、上記トリポード部材に、高濃度浸炭焼入れ焼戻しで形成された表層部が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、トリポード部材に、高濃度浸炭焼入れ焼戻しによる表層部（高濃度浸炭層）を形成する。この高濃度浸炭層は、マルテンサイト基地中に炭化物が分散した組織を有し、高い耐摩耗性、耐表面損傷性及び疲労強度を有する。したがって、トリポード部材に、転動疲労に対する高い耐性や割れ等に対する高い強度を与えることができる。
【０００９】
特に、トリポード部材の脚軸に、高濃度浸炭焼入れ焼戻しによる表層部を形成することにより、脚軸の表面にピーリングやスミアリングが発生し難くできて、転動疲労に対する耐性や割れ等に対する強度を増大できる。
【００１０】
また、トリポード部材の脚軸の基端部は、トルク伝達時に捩り応力が集中し、しかも、通常非研削の状態で残されるため、捩り疲労が問題となる。これに対して、トリポード部材の表層部に高濃度浸炭層を形成することにより、表面硬さが増大し、捩り疲労強度を向上できる。
【００１１】
高濃度浸炭処理は、炭化物の高密度な微細分散組織を鋼表層に生成させる処理であり、耐磨耗性、耐表面損傷性、疲労強度が重要視される部位に適用されている。
高濃度浸炭処理では、鋼中の浸炭分布と炭化物の析出を制御する必要がある。その炭化物の大きさと量を制御するために、浸炭処理後に冷却を行う工程を数回繰り返し、鋼へのCの拡散とその浸炭層での炭化物の析出を繰り返す。炭化物が多く析出した鋼表面は、耐磨耗性、耐表面損傷性に優れることが知られている。また、その炭化物が高密度に微細分散析出しているほど、その部分の疲労強度が向上することが知られている。
ここでの高濃度浸炭処理とは、炭化物及びマルテンサイト中のC濃度の合計が1.5％以上になっており、その処理部における応力集中源である炭化物が平均直径で7.5μｍ以下、望ましくは、5μｍ以下である浸炭処理を高濃度浸炭処理とする。
【００１２】
なお、上記表層部は、トリポード部材の針状ころとの少なくとも接触面の直下に形成すれば良く、接触面の直下にのみ表層部を形成した構成、接触面およびその周辺の表面の直下に表層部を形成した構成、及び、構成部品の全表面の直下に表層部を形成した構成のいずれも含む。
【００１３】
他の側面の発明は、請求項１の等速自在継手において、上記トリポード部材の表層部は、上記針状ころとの接触部直下における厚みが0.2ｍｍ以上であることを特徴としている。
【００１４】
上記構成の等速自在継手によれば、表層部の厚みを0.2ｍｍ以上とすることにより、針状ころとの接触による摩耗が生じても、ピーリングやスミアリングの早期の発生を防止し、これらを起点とする割れ等の発生を防止できる。したがって、表層部の転動疲労に対する耐性や表面起点型損傷に対する強度を効果的に向上することができる。また、高濃度浸炭層の厚みを十分に確保することにより、表面硬さを効果的に増大できて、捩り疲労強度を向上することができる。
【００１５】
なお、上記表層部の厚みは、脚軸の靭性の確保や、高濃度浸炭層の形成効率の観点から、1.6mm以下とするのが好ましい。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の等速自在継手において、上記トリポード部材が炭素含有量０．１５〜０．４０ｗｔ％の鋼で形成されたことを特徴としている。
【００１７】
請求項２の等速自在継手によれば、表層部は高濃度浸炭層によって、転動疲労に対する耐久性に優れた組織になる一方、芯部は靭性をもった組織になる。従って、長い転動疲労寿命と高い割れ強度を兼ね備えたトリポード部材が得られる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、等速自在継手のトリポード部材に、高濃度浸炭焼入れ焼戻しで形成された表層部を設けたので、トリポード部材の転動疲労寿命を延長できる。これにより、現状のサイズを維持したまま、より耐久性や強度に優れた等速自在継手を提供することができ、また、現状品と同等以上の耐久性や強度を確保しつつ、より小型の等速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】
【００１９】
以下、本発明の等速自在継手を図示の実施形態により詳細に説明する。
【００２０】
図１（Ａ）は本発明の実施形態としてのトリポード型等速自在継手を示す横断面図であり、図１（Ｂ）は作動角θをとった状態の継手を示す縦断面であり、図１（Ｃ）はローラとローラ案内面とを取り出して示した斜視図である。
【００２１】
このトリポード型等速自在継手は、外側継手部材１の内周面に、軸方向に延びる三本の円筒形トラック溝２が形成されている。外側継手部材１内には、トリポード部材４が挿入されている。このトリポード部材４は、半径方向に突設した三本の脚軸５を有し、この脚軸５の円筒状の外周面に、複数の針状ころ６を介して円環状のローラ７が回転可能に外嵌されている。トリポード部材４のローラ７は、外側継手部材１のトラック溝２に挿入されている。
【００２２】
各トラック溝２には、円周方向に対向する一対のローラ案内面３が、軸方向に平行な凹曲面によって形成されている。三本の脚軸５の各ローラ７の外周面は、上記ローラ案内面３に適合する凸曲面に形成されている。各ローラ７は、対応するトラック溝２のローラ案内面３に係合して脚軸５を中心に回転しながらトラック溝２に沿って移動可能である。このトリポード型等速自在継手において、駆動軸が外側継手部材１に連結され、従動軸がトリポード部材４に連結される。
【００２３】
この等速自在継手は、トリポード部材４の脚軸５と外側継手部材１のローラ案内面３とがローラ７を介して二軸の回転方向に係合することにより、駆動側から従動側へ回転トルクを等速で伝達する。また、各ローラ７が脚軸５に対して回転しながらローラ案内面３上を転動することにより、外側継手部材１とトリポード部材４との間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収される。
【００２４】
ここで、図１（Ｂ）に示すように、継手が作動角θをとった状態で回転力を伝達するとき、ローラ７とローラ案内面３とは図１（Ｃ）に示すように互いに斜交する関係となる。この場合、ローラ７は図１（Ｂ）に矢印ｔで示す方向に転がり移動しようとするのに対して、トラック溝２は外側継手部材１の軸線と平行な円筒面の一部であるため、ローラ７はトラック溝２に拘束されながら移動することになる。トリポード部材４の脚軸５と針状ころ６との間には転がりと滑りが同時に発生し、トリポード部材４の軸脚５の外周面にピーリングやスミアリングが生じる原因となる。また、トルク伝達に伴い、トリポード部材４の脚軸５の基端部に捩り応力が集中し、捩り疲労が生じる原因となる。
【００２５】
これに対して、本実施形態のトリポード型等速自在継手は、従来のトリポード型等速自在継手と異なり、トリポード部材４の脚軸５に、高濃度浸炭焼入れ焼戻しで形成された表層部を設けている。なお、表層部は、脚軸５に限らず、トリポード部材４の他の部分に設けてもよい。
【００２６】
このトリポード部材４は、炭素含有量０．１５〜０．４０ｗｔ％の鋼材料から、鍛造加工→機械加工→高濃度浸炭焼入れ焼戻し→研削加工という主要工程を経て製造される。高濃度浸炭焼入れ焼戻し工程では、例えば浸炭用鋼材を使用し、所定の加熱温度と冷却温度との間で複数回の加熱及び冷却を行い、炭化物を粒界に網状に析出させることなく、微細化して均一に析出させる。このようにして形成された表層部（高濃度浸炭層）は、厚みが0.2ｍｍ以上1.6ｍｍ以下に形成されている。また、表層部の表面硬度は、ＨＲＣ58以上に形成されている。
【００２７】
これにより、トリポード部材４の脚軸５に、炭化物の析出により高硬度の表層部が得られるので、転動疲労に対する高い耐性や表面起点型損傷に対する高い強度が得られる。また、高濃度浸炭層で形成された表層部によって脚軸５の表面硬さが上昇するので、非研削の状態で残された場合においても、トルク伝達に必要な捩り疲労強度が十分に得られる。さらに、表層部の厚みを0.2ｍｍ以上とすることにより、針状ころ６との接触による摩耗が生じても、ピーリングやスミアリングの早期の発生を防止し、これらを起点とする割れ等の発生を防止できる。したがって、トリポード部材４の脚軸５に対して、転動疲労に対する耐性や表面起点型損傷に対する強度を効果的に向上することができる。また、高濃度浸炭層の厚みを十分に確保することにより、脚軸５の表面硬さを効果的に増大できて、捩り疲労強度を向上することができる。
【００２８】
図１に示すトリポード型等速自在継手について、表層部を浸炭焼入れ焼き戻しで形成したトリポード部材Ａ，Ｂ（比較例）と、表層部を高濃度浸炭焼入れ焼き戻しで0.1ｍｍに形成したトリポード部材Ｃ（比較例）と、表層部を高濃度浸炭焼入れ焼き戻しで0.2ｍｍ以上に形成したトリポード部材Ｄ，Ｅ（実施例）について行った寿命試験について説明する（表１参照）。比較例のトリポード部材Ａは表層部の厚みが0.1ｍｍであり、比較例のトリポード部材Ｂは表層部の厚みが0.2ｍｍである。また、実施例のトリポード部材Ｄは脚軸５の表面のみに厚み0.2ｍｍの表層部を設け、実施例のトリポード部材Ｅは全体の表面に厚み0.2ｍｍの表層部を設けた。トリポード部材Ａ〜Ｅは、上述の表層部の熱処理と厚み以外は、いずれも互いに同一の材料を用いて同一の寸法に作製した。
【００２９】
寿命試験は、互いに同じ回転トルク、作動角及び回転数で運転を行い、脚軸５の外周面の損傷（剥離、摩耗等）が所定割合を越えた運転時間を寿命とする。表１の転動疲労寿命欄に、目標運転時間を十分満足した場合に◎を、目標運転時間を満足した場合に○を、目標運転時間を満足しなかった場合に△を付している。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１より、トリポード部材４の少なくとも脚軸５に、高濃度浸炭焼入れ焼き戻しで形成された表層部を設け、この表層部の厚みを0.2ｍｍ以上とすることにより、転動疲労寿命を十分に延長できるといえる。したがって、従来のサイズを維持したまま、より耐久性や強度に優れたトリポード型等速自在継手が得られる。また、従来と同等以上の耐久性や強度を確保しつつ、より小型のトリポード型等速自在継手が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態の等速自在継手を示す図であり、（Ａ）は継手の横断面図、（Ｂ）は（Ａ）の継手の作動角をとった状態の縦断面図、（Ｃ）はローラとローラ案内面とを取り出して示した斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  外側継手部材
２  トラック溝
３  ローラ案内面
４  トリポード部材
５  脚軸
６  針状ころ
７  ローラ
【図１】
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