(57)【要約】【課題】外側継手部材において、トラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる外周表面の残留応力を適正にし、さらにこのローラ有効接触範囲の裏側の硬さを高めて高強度化することにより、コンパクト化、薄肉化に伴って使用条件が厳しくなっても、この硬化部を起点とする破損を防ぐことができるトリポード型等速自在継手を提供する。【解決手段】円周方向に向き合ったローラ案内面７を有するトラック溝６が形成された鋼からなる外側継手部材１を備えたトリポード型等速自在継手である。外側継手部材１のトラック溝６のローラ有効接触範囲の裏側に当たる外周表面の周方向の圧縮残留応力を２００ＭＰａ以上とし、かつ硬さをＨＶ３００以上とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラック溝が形成された鋼からなる外側継手部材を備えたトリポード型等速自在継手において、外側継手部材のトラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる外周表面の周方向の圧縮残留応力を２００ＭＰａ以上とし、かつ硬さをＨＶ３００以上としたことを特徴とするトリポード型等速自在継手。
【請求項２】
前記外側継手部材は、高温での粗成形と、その後の冷間での仕上げ成形とを備えた塑性加工にて形成され、前記圧力残留応力及び硬さは、粗成形時のワーク加熱温度、及び粗形成と仕上げ成形の鍛造型形状に基づいて設定したことを特徴とする請求項１の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ものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、等速自在継手（トリポード型等速自在継手）は、外側継手部材５１と、内側継手部材としてのトリポード部材５２と、トルク伝達部材としてのローラ５３を主要な構成要素としている。
【０００３】
外側継手部材５１は一体に形成されたマウス部５４とステム部５５とからなる。マウス部５４は一端にて開口したカップ状で、内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝５６が形成してある。マウス部５４は、横断面（図４参照）で見ると、大径部５４ａと小径部５４ｂが交互に現れる非円筒形状である。すなわち、マウス部５４は、大径部５４ａと小径部５４ｂとを形成することによって、その内周面に、軸方向に延びる３本の前記トラック溝５６が形成される。各トラック溝５６の円周方向で向き合った側壁にローラ案内面５７、５７が形成される。
【０００４】
トリポード部材５２はボス５８と脚軸５９とを備える。ボス５８にはシャフト６０とトルク伝達可能に結合するスプラインまたはセレーション孔６１が形成してある。脚軸５９はボス５８の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。トリポード部材５２の各脚軸５９はローラ５３を担持している。
【０００５】
すなわち、トリポード型等速自在継手では、ローラ外周面と外側継手部材のトラック溝のローラ案内面がヘルツ接触することでトルク伝達がなされる。そのため、外側継手部材には一般には中炭素鋼が用いられ、高面圧が作用するローラ案内面にのみ高周波焼入が施されているものがある（特許文献１及び特許文献２）。
【特許文献１】実開昭５８−１１１４３１号公報
【特許文献２】特開２００５−９５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、外側継手部材の外径側において、ローラが接触するトラック溝の裏側に当たる箇所は曲げを受ける状態となり、外周表面に向かって大きくなる引張応力場が形成される。今後の技術動向として、省資源化、省エネ化、コンパクト化などに対応するため、トリポード型等速自在継手の外側継手部材はコンパクト化、薄肉化される方向にある。それに伴い、単位面積あたりの負荷が上昇するにつれて上記の引張応力が大きくなるので、それに起因する損傷が懸念される。
【０００７】
そこで、外径側にも高周波焼入を施して高強度化することが提案される。しかしながら、高周波焼入を施して高強度化した場合には、高周波焼入れを施すことで、変形するおそれがあり、しかも、工程の増加を招きコスト高となる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みて、外側継手部材において、トラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる外周表面の残留応力を適正にし、さらにこのローラ有効接触範囲の裏側の硬さを高めて高強度化することにより、コンパクト化、薄肉化に伴って使用条件が厳しくなっても、この硬化部を起点とする破損を防ぐことができるトリポード型等速自在継手を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のトリポード等速自在継手は、トラック溝が形成された鋼からなる外側継手部材を備えたトリポード型等速自在継手において、外側継手部材のトラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる外周表面の周方向の圧縮残留応力を２００ＭＰａ以上とし、かつ硬さをビッカー硬さ（ＨＶ）３００以上としたものである。
【００１０】
これによって、トラック溝のローラ有効接触範囲（ローラが転動する部位）の裏側に当たる外周表面の残留応力を適正化することができ、しかもトラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる箇所の硬さを高めることができる。
【００１１】
前記外側継手部材は、高温での粗成形と、その後の冷間での仕上げ成形とを備えた塑性加工にて形成され、前記圧力残留応力及び硬さは、粗成形時のワーク加熱温度、及び粗形成と仕上げ成形の鍛造型形状に基づいて設定することができる。このため、別途特別な工程や材料を使用することなく、既存の成形装置を使用して、圧力残留応力を２００ＭＰａ以上であるとともに硬さをＨＶ３００以上である外側継手部材を形成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のトリポード等速自在継手は、トリポード型等速自在継手の外側継手部材において、トラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる外周表面の残留応力を適正化することができ、しかもトラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる箇所の硬さを高めることができる。これにより、コンパクト化、薄肉化に伴って使用条件が厳しくなっても、その硬化部（トラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる箇所）を起点とする破損を防ぐことができる。
【００１３】
別途特別な工程や材料を使用することなく、既存の成形装置を使用して、圧力残留応力を２００ＭＰａ以上であるとともに硬さをＨＶ３００以上である外側継手部材を形成することができる。このため、工程数の減少を図ってコスト低減を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明の実施の形態を図１と図２に基づいて説明する。
【００１５】
この等速自在継手は、図１に示すように、外側継手部材１と、内側継手部材としてのトリポード部材２と、トルク伝達部材としてのローラ３とを備えたトリポード型等速自在継手である。
【００１６】
外側継手部材１は一体に形成されたマウス部４とステム部（図示省略）とからなる。マウス部４は一端にて開口したカップ状で、内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝６が形成してある。マウス部４は、横断面で見ると、大径部４ａと小径部４ｂが交互に現れる非円筒形状である。すなわち、マウス部４は、大径部４ａと小径部４ｂとを形成することによって、その内周面に、軸方向に延びる３本の前記トラック溝６が形成される。各トラック溝６の円周方向で向き合った側壁にローラ案内面７、７が形成される。
【００１７】
トリポード部材２はボス８と脚軸９とを備える。ボス８にはシャフト（図示省略）とトルク伝達可能に結合するスプラインまたはセレーション孔１1が形成してある。脚軸９はボス８の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。トリポード部材２の各脚軸９には、トルク伝達部材としても前記ローラ３が軸線（軸心）を中心として回転自在に外嵌されている。そして、各ローラ３は外側継手部材１のそれぞれのトラック溝６内に収容される。なお、ローラ３として、内側ローラと外側ローラとを有するダブルローラタイプであっても、１個のみのシングルローラタイプであってもよい。
【００１８】
外側継手部材１において、トルク伝達時に高面圧が作用するトラック溝６、特にこのトラック溝６のローラ有効接触範囲（ローラが転動する部位であって、ローラ案内面７）には高周波焼入が施され、硬化部１２が形成されている。すなわち、硬化部１２の表面が前記ローラ案内面７を構成する。ここで、高周波焼入れとは、高周波による表皮硬化を利用した処理物の表面のみを加熱して焼き入れを行うものである。なお、硬化部１２を形成する場合、高周波焼入れ以外の他の金属熱処理にて行ってもよい。
【００１９】
外側継手部材１のトラック溝６のローラ有効接触範囲の裏側に当たる外周表面の周方向の圧縮残留応力を２００ＭＰａ以上とし、かつ硬さをＨＶ３００以上としたものである。この場合の外側継手部材１は、高温での粗成形と、その後の冷間での仕上げ成形とを備えた塑性加工にて形成され、前記圧力残留応力及び硬さは、粗成形時のワーク加熱温度、及び粗形成と仕上げ成形の鍛造型形状に基づいて設定することができる。すなわち、圧力残留応力及び硬さは、塑性加工の段階で決定することができる。
【００２０】
この等速自在継手の外側継手部材において、トラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる外周表面の残留応力を適正化することができ、しかもトラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる箇所の硬さを高めることができる。これにより、コンパクト化、薄肉化に伴って使用条件が厳しくなっても、その硬化部（ラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる部位）を起点とする破損を防ぐことができる。
【００２１】
圧力残留応力及び硬さは、粗成形時のワーク加熱温度、及び粗形成と仕上げ成形の鍛造型形状に基づいて設定することができる。このため、別途特別な工程や材料を使用することなく、既存の成形装置を使用して、圧力残留応力を２００ＭＰａ以上であるとともに硬さをＨＶ３００以上である外側継手部材を形成することができ、工程数の減少を図ってコスト低減を達成できる。
【００２２】
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って、例えば、外側継手部材１の外径面全周を、圧力残留応力が２００ＭＰａ以上であるとともに硬さをＨＶ３００以上であるようにしてもよい。また、この圧力残留応力及び硬さとした部位の深さとしても、任意であり、焼入硬化部１２に達するものであってもよい。
【実施例】
【００２３】
本発明品（実施例）として、Ａ１、Ａ２、Ａ３、及びＡ４の４つの外側継手部材（試供体）を製造すると共に、比較例としてＢ１、Ｂ２、Ｂ３、及びＢ４の２つの外側継手部材（試供体）を製造して、各試供体について片振り捩り疲労試験を行った。この場合、各試供体の素材として、Ｓ５３Ｃを使用し、高温での粗成形と、その後の冷間での仕上げ成形とを備えた塑性加工にて形成する。圧力残留応力（トラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる外周表面の圧縮残留応力）及びこの部位の硬さを、粗成形時のワーク加熱温度、及び粗形成と仕上げ成形の鍛造型形状に基づいて設定した。
【００２４】
この場合、図１において、矢印Ｓで示す部位あたりがトルク伝達時に引張応力が最大となる。そこで、この実施例では、この部位での周方向と軸方向の残留圧縮力及び硬さを測定し、表１にその結果を示す。また、外側継手部材１の外径側の引張応力が最大になる位置に亀裂が発生するまでの負荷回数を求めた。なお、応力計算の結果、最大引張応力の作用方向は周方向とほぼ一致した。疲労試験で発生した亀裂は、応力計算結果に対応するように、周方向にほぼ垂直であった。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
図２に外周部の最大引張応力と亀裂発生寿命の関係から求めた１０5回における疲労強度（最大引張応力値）を比較例（従来品）Ｂ１との比を示す。実施例Ａ１〜Ａ４は、従来品である比較例Ｂ１に比べ疲労強度が向上した。比較例Ｂ２と比較例Ｂ４は比較例Ｂ１と同等であり、比較例Ｂ３は比較例Ｂ１以下であった。亀裂発生モードを考えると、周方向の残留圧縮応力が大きいほど有利といえる。また、一般に、硬さが高いほど疲労強度は高くことが知られている。これらの観点から表１を見ると、実施例のものは残留圧縮応力、硬さともに、比較例のものに比べて大きくなっている。さらに、いずれの試供体も軸方向の残留圧縮応力は周方向に比べて大きくなっている。これは、軸方向に伸張するような塑性加工であり、軸方向に大きな残留圧縮応力が生成するため、それとバランスするように周方向の残留圧縮応力が小さくなると思われる。特に、硬さが高い実施例Ａ３と比較例Ｂ２は異方性が大きくなっている。
【００２７】
鋳造型の形状にも影響するが、硬さが高いほど残留応力状態の異方性が大きくなる傾向がある。特に、比較例Ｂ２は硬さが高すぎるため、周方向の残留圧縮応力が小さくなりすぎると考えられる。一方、比較例Ｂ４は周方向の残留圧縮応力が比較的大きいが、硬さが低くなっている。
【００２８】
以上から、亀裂発生の起点となるトラック溝接触部の裏側の外周表面の周方向の残留圧縮が大きく、かつ硬さが高ければ、疲労強度を向上させることができる。しかし、高硬度すぎると、残留応力状態の異方性が大きくなり、周方向の残留圧縮応力が小さくなる傾向にあるので、これらのバランスを保つ必要がある。実施例のものを総合すると、目安として周方向の残留圧縮応力が２００ＭＰａ以上、硬さはビッカー硬さ（ＨＶ）３００以上にするのが好ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態を示す等速自在継手の横断面図である。
【図２】本発明品と従来品との疲労強度関係を示すグラフ図である。
【図３】従来の等速自在継手の縦断面図である。
【図４】従来の等速自在継手の横断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    外側継手部材
６    トラック溝
７    ローラ案内面
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007205512.tif 000006
【図４】
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