(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記トリポード部材の各脚軸にそれぞれ装着されたローラ機構とを備え、前記ローラ機構は、前記脚軸に対して首振り揺動自在で、前記ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸線と平行な方向に案内されるローラを有する等速自在継手において、
前記ローラ機構が、前記脚軸の外周面に外嵌されて前記ローラを回転自在に支持する支持リングを有し、前記支持リングの内周面は円弧状凸断面であり、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支持リングの内周面と接触し、かつ、継手の軸線方向で前記支持リングの内周面との間にすきまを形成するようになっており、
少なくとも１つの構成部品の表層部がマルテンサイトの基地中に炭化物を分散させた組織を有することを特徴とする等速自在継手。
【請求項２】
前記炭化物が球状炭化物である請求項１記載の等速自在継手。
【請求項３】
前記構成部品が炭素含有量０．８０〜１．１０ｗｔ％の鋼材料で形成されている請求項１又は２記載の等速自在継手。
【請求項４】
前記構成部品が炭素含有量０．１５〜０．４０ｗｔ％の鋼材料で形成され、かつ、前記表層部が浸炭層である請求項１又は２記載の等速自在継手。
【請求項５】
前記構成部品の少なくとも接触面の表面硬さがＨＲＣ６０〜６８である請求項１又は２記載の等速自在継手。
【請求項６】
前記脚軸の横断面が、継手の軸線と直交する長軸をもった略楕円形である請求項１記載の等速自在継手。
【請求項７】
前記構成部品の少なくとも接触面に微小な凹部が無数にランダムに形成されている請求項１〜５の何れかに記載の等速自在継手。
【請求項８】
前記構成部品の少なくとも接触面に化成処理被膜を下地層とする固体潤滑被膜が形成されている請求項１〜５の何れかに記載の等速自在継手。
【請求項９】
前記構成部品の少なくとも接触面に常温浸硫処理が施されている請求項１〜５の何れかに記載の等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車のエンジンから車輪に回転動力を伝達する動力伝達装置の一要素として（ドライブシャフトやプロペラシャフトの連結用継手として）、トリポード型等速自在継手が用いられている。
【０００３】
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本の脚軸を有し、各脚軸にそれぞれローラを回転自在に配設したトリポード部材とを主体として構成される。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と同時に、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。
【０００４】
トリポード型等速自在継手としては、上記ローラを複数のニードルローラを介して脚軸の円筒状外周面に装着したものもあるが、外側継手部材とトリポード部材とが作動角をとりつつ回転トルクを伝達する際、脚軸の傾きに伴って各ローラとローラ案内面とが互いに斜交した関係になるので、両者の間に滑りが生じ、その際の摺動抵抗によって各ローラの円滑な転動が妨げられて誘起スラストが大きくなるという問題がある。また、各ローラとローラ案内面との間の摺動抵抗によって、外側継手部材とトリポード部材とが軸方向に相対変位する際のスライド抵抗が大きくなるという問題がある。
【０００５】
そこで、ローラとローラ案内面との斜交状態を解消して、誘起スラストやスライド抵抗の低減を図るため、脚軸に対するローラの首振り揺動を自在とする機構（ローラ機構）を備えたトリポード型等速自在継手が種々提案され、実用化されている。この種のトリポード型等速自在継手として、例えば、ローラ案内面に案内される外側ローラと、脚軸の外周面に複数のニードルローラを介して回転自在に支持された内側ローラとを備えた構成が知られている。この構成はさらに以下の▲１▼〜▲４▼の態様に大別することができる。
【０００６】
▲１▼外側ローラの外周面を凸球状（曲率中心が脚軸の軸線上にある「真球面」、曲率中心が脚軸の軸線から外径側にオフセットされている、いわゆる「トーラス面」の双方を含む。）、内周面を円筒状、内側ローラの外周面を凸球状とし、外側ローラの円筒状の内周面と内側ローラの凸球状の外周面との間の滑りによって、外側ローラの首振り揺動を自在としたもの（特公平３−１５２９号等）。
【０００７】
▲２▼外側ローラの外周面を凸球状（真球面、トーラス面の双方を含む。）、内周面を内側ローラの外周面と線接触する形状、内側ローラの外周面を凸球状とし、外側ローラの内周面と内側ローラの凸球状の外周面との間の滑りによって、外側ローラの首振り揺動を自在とし、かつ、誘起スラストやスライド抵抗を一層低減するため、外側ローラの内周面を内側ローラの外周面との接触位置で脚軸先端側に向いた負荷分力を発生させる形状としたもの（特開平９−１４２８０号等）。
【０００８】
▲３▼ローラ案内面を平坦面、外側ローラの外周面を円筒状、内周面を凹球状、内側ローラの外周面を凸球状とし、外側ローラの凹球状の内周面と内側ローラの凸球状の外周面との間の滑りによって、外側ローラの首振り揺動を自在としたもの（特願平８−４０７３号、特願平８−１３８３３５号）。
【０００９】
▲４▼上記▲３▼の構成に加え、ローラ案内面と脚軸の軸線とを作動角が０°の状態で互いに非平行としたもの（特開平１１−１３７７９号）。
【００１０】
また、この種のトリポード型等速自在継手として、▲５▼脚軸の外周面を凸球状に形成すると共に、ローラを複数のニードルローラを介して支持リングに組み付けてローラアッセンブリを構成し、支持リングの円筒状の内周面を脚軸の凸球状の外周面に外嵌した構成が知られている（特公平７−１１７１０８号、特許２６２３２１６号等）。この構成によれば、支持リングの円筒状の内周面と脚軸の凸球状の外周面との間の滑りによって、ローラを含むローラアッセンブリの首振り揺動が自在となる。
【００１１】
さらに、本出願人は、この種のトリポード型等速自在継手における誘起スラストやスライド抵抗を一層効果的に低減するため、▲６▼ローラ案内面に案内されるローラと、脚軸の外周面に外嵌されてローラを回転自在に支持する支持リングとを有し、支持リングの内周面は円弧状凸断面であり、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支持リングの内周面と接触し、かつ、継手の軸線方向で支持リングの内周面との間にすきまを形成するようになっている構成について既に出願している（特願平１１−０５９０４０号）。この構成によれば、支持リングの円弧状凸断面の内周面と脚軸のストレート形状の外周面との間の滑りによって、ローラを含むローラアッセンブリの首振り揺動が自在となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したようなローラ機構を備えたトリポード型等速自在継手において、構成部品の転動疲労寿命を高め、また割れ等に対する強度を高めることにより、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トリポード型等速自在継手を提供し、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コンパクトなトリポード型等速自在継手を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明は、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、トリポード部材の各脚軸にそれぞれ装着されたローラ機構とを備え、ローラ機構は、脚軸に対して首振り揺動自在で、ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸線と平行な方向に案内されるローラを有する等速自在継手において、ローラ機構が、脚軸の外周面に外嵌されてローラを回転自在に支持する支持リングを有し、支持リングの内周面は円弧状凸断面であり、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支持リングの内周面と接触し、かつ、継手の軸線方向で支持リングの内周面との間にすきまを形成するようになっており、少なくとも１つの構成部品の表層部がマルテンサイトの基地中に炭化物を分散させた組織を有する構成を提供する。この構成には、表層部のみが上記組織を有するもの、表面から内部にわたって上記組織を有するものが含まれる。
【００１４】
一般に、転がり接触面の代表的な疲労形態としてフレーキング（疲れ剥離）がある。すなわち、転がり運動に伴う繰返し応力が接触面に加わると転走部に亀裂が発生し、それがフレーキングに進展して転動疲労寿命に至ることが知られている。多くの実験と経験から、フレーキングの最初の起点である亀裂の多くは、接触面から少し内部に入った部分に発生することが観察されている。また、潤滑剤中に金属摩耗粉等の異物が混入しやすい条件下では、異物噛み込みによる圧痕を起点とする剥離、潤滑油膜が不十分なために生じるピーリングやスミアリング、およびこれらを起点とする割れ（表面起点型損傷）によって、接触面が本来的なフレーキングと同様の損傷形態を呈して転動疲労寿命に至ることが観察されている。後者の場合、接触面の転動疲労寿命は、清浄な潤滑剤による潤滑条件下に比べて短くなる。
【００１５】
一方、この種の等速自在継手は、構成部品の接触面の表面あらさが通常の転がり軸受に比べて大きく、しかもローラが脚軸に対して首振り揺動する際に、ローラ機構の支持リングと脚軸との接触部、あるいは、ローラ機構の内側ローラと外側ローラとの接触部などに滑りが生じる。そのため、接触部での摩耗粉の発生があり、これが潤滑剤中に混入し、接触面に噛み込まれて、圧痕の生成や潤滑油膜の形成阻害の要因となり、上記の表面起点型損傷が生じ易い傾向にある。
【００１６】
本発明によれば、構成部品の少なくとも表層部の組織をマルテンサイトの基地（マトリックス）中に炭化物を分散させたものとしたので、表面硬さが高くなり、接触面の耐摩耗性が向上してフレーキングが抑制されると共に、接触面に異物噛み込みによる圧痕が生じにくく、上記の表面起点型損傷も抑制される。そのため、接触面の転動疲労寿命が向上する。
【００１７】
上記組織は、構成部品を炭素含有量０．８０〜１．１０ｗｔ％の鋼材料、例えば高炭素クロム鋼で形成し、ずぶ焼入れ焼戻しを行うことにより形成することができる。この構成によれば、接触面はフレーキングや表面起点型損傷に対して高い耐性を示し、また、内部にまで均等に焼きが入るので高荷重下での変形も少なくなる。従って、当該構成部品は高い転動疲労寿命と耐荷重変形性等を兼ね備えたものとなる。高炭素クロム鋼としては、軸受鋼ＳＵＪ１、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３、ＳＵＪ４、ＳＵＪ５等を用いることができる。
【００１８】
また、上記組織は、構成部品を炭素含有量０．１５〜０．４０ｗｔ％の鋼材料、例えば浸炭用鋼で形成し、高濃度浸炭焼入れ焼戻しを行うことにより形成することができる。ここでの高濃度浸炭は、表層部のマトリックス中に固溶するＣ濃度を例えば１．５〜４．０ｗｔ％に高める処理である。芯部の硬さを左右する母材の炭素含有量は、疲労強度確保の観点から、０．１５〜０．４０ｗｔ％の範囲内とするのが好ましい。母材の炭素含有量が０．１５ｗｔ％よりも低くなると、浸炭に要する時間が長くなってしまうと同時に、芯部の硬さが不足し、満足する疲労強度が得られない。逆に、炭素含有量が０．４ｗｔ％よりも多くなると、芯部の硬さが上昇し、靭性が著しく低下し、同時に歪みも増加する。この構成によれば、表層部はフレーキングや表面起点型損傷に対して高い耐性を示す組織となり、かつ、芯部は靭性をもった組織となる。従って、当該構成部品は高い転動疲労寿命と割れ強度等を兼ね備えたものとなる。浸炭用鋼としては、ＳＣｒ４１５、ＳＣｒ４２０、ＳＣｒ４３０、ＳＣｒ４３５、ＳＣｒ４４０、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４２０、ＳＣＭ４３０、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０、ＳＮＣＭ２２０、ＳＮＣＭ４１５、ＳＮＣＭ４２０、ＳＮＣＭ８１５等を用いることができる。また、浸炭処理として、ガス浸炭、プラズマ浸炭を採用することができる。ガス浸炭を採用する場合、浸炭ガス中のカーボンポテンシャルを例えば１．５〜４．０ｗｔ％以上に高めて高濃度浸炭を行う。プラズマ浸炭は、真空雰囲気中で、炉体を陽極、非処理物を陰極とし、その両者間に直流高電圧のプラズマ放電を浸炭ガス中のＣを媒体とすることで発生させ、Ｃをイオン化（Ｃ+）した状態で非処理物の表層部のマトリックス中に侵入させる処理である。プラズマ浸炭は、非平衡状態下での浸炭であり、ガス浸炭に比べて表層部の高いＣ濃度を短時間で得ることができ、しかも、その濃度分布が均一であるため、表層部中に適正量の炭化物を均一に析出させることができるという利点がある。尚、プラズマ浸炭を採用する場合、浸炭用鋼中のＭｏ、Ｃｒの含有量を通常よりも多くするのが好ましい。
【００１９】
上記のようにして、マルテンサイト基地中に炭化物を析出させることにより、接触面の表面硬さをＨＲＣ６０〜６８、好ましくはＨＲＣ６３〜６８にすることができる。ここで、「ＨＲＣ」はロックウェル硬さのＣスケールを表している。接触面の表面硬さがＨＲＣ６０未満であると転動疲労寿命の向上につながらず、逆に靭性を考慮するとＨＲＣ６８以下であることが好ましい。
【００２０】
上述のように、本発明の等速自在継手のローラ機構において、支持リングの内周面は円弧状凸断面であり、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支持リングの内周面と接触し、かつ、継手の軸線方向で支持リングの内周面との間にすきまを形成するようになっている。ローラ及び支持リングを含むローラ機構は、脚軸に対して、ユニットとして首振り揺動する。ここで、首振揺動とは、脚軸の軸線を含む平面内で、脚軸の軸線に対して支持リングおよびローラの軸線が傾くことをいう。
【００２１】
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支持リングの内周面と接触するとともに継手の軸線方向で支持リング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略楕円形が挙げられる。「略楕円形」には、字義どおりの楕円形の他、一般に卵形、小判形等と称される形状も含まれる。
【００２２】
従来円形であった脚軸の断面形状を上記の形状としたことにより、継手が作動角をとったとき、ローラアセンブリの姿勢を変えることなく、脚軸が外側継手部材に対して傾くことができる。しかも、脚軸の外周面と支持リングとの接触楕円が従来の横長から点に近づくため（図１（Ｃ）参照）、ローラアセンブリを傾けようとする摩擦モーメントが低減する。したがって、ローラアセンブリ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。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。
【００２３】
なお、ローラアセンブリ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支持リング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。
【００２４】
上記構成において、支持リングの内周面の母線を、中央部の円弧部と両端部の逃げ部とで構成することができる。円弧部の曲率半径は、２〜３°程度の脚軸の傾きを許容できる大きさとするのが好ましい。また、支持リングとローラの間に複数の転動体を配置して支持リングとローラを相対回転自在とすることができ、その転動体として、ニードルローラを用いることができる。さらに、ローラの外周面を球状に形成し、このローラの球状外周面を外側継手部材のローラ案内面とアンギュラコンタクトさせた構成とすることができる。ローラとローラ案内面とをアンギュラコンタクトさせることにより、ローラが振れにくくなってその姿勢が一層安定するため、ローラが外側継手部材の軸方向に移動する際にローラ案内面上をより少ない抵抗で円滑に転動する。かかるアンギュラコンタクトを実現するための具体的な構成として、ローラ案内面の断面形状をテーパ形状またはゴシックアーチ形状とすることが挙げられる。
【００２８】
以上の構成において、構成部品の少なくとも接触面には、微小な凹部を無数にランダムに形成しても良い。接触面に形成された微小凹部が油溜りの役割を果たし、接触面における油膜形成が促進されるので、潤滑性が改善され、接触面の転動疲労寿命が向上する。微小凹部は、例えば大きさ数１０μｍ程度、深さ１μｍ程度のものである。接触面の研磨条件を変えることにより、任意の大きさ、深さ、数の微小凹部を形成することが可能である。尚、接触面にのみ選択的に微小凹部を形成することが困難な場合は、その構成部品の接触面の周辺部を含めて、あるいは全表面に微小凹部を形成しても良い。
【００２９】
また、構成部品の少なくとも接触面には、化成処理被膜を下地層とする固体潤滑被膜を形成しても良い。固体潤滑被膜により、接触面の摩擦抵抗が軽減され、潤滑性が改善されるので、接触面の転動疲労寿命が向上する。下地層となる化成処理被膜は、固体潤滑被膜の接触面に対する密着性を高める目的で形成される。化成処理被膜としては、例えばりん酸マンガン処理被膜、りん酸鉄処理被膜、りん酸亜鉛処理被膜等を挙げることができる。また、固体潤滑被膜としては、二硫化モリブデン被膜、ＰＴＦＥ被膜等を挙げることができる。尚、処理前の接触面（母材表面）の表面粗さは処理後の効果に影響するので、適度な油溜りの作用が得られるように、接触面の表面粗さを、Ｒａ０．２〜０．８に仕上げ加工しておくのが望ましい。また、接触面にのみ選択的に被膜処理を施すことが困難な場合は、その構成部品の接触面の周辺部を含めて、あるいは全表面に被膜処理を施しても良い。
【００３０】
また、構成部品の少なくとも接触面には、常温浸硫処理を施しても良い。浸硫処理は、鋼の表面に硫黄を浸透させ、硫化鉄を生成させる表面処理法である。浸硫処理を施すことにより、表面の摩擦抵抗が軽減されるので、初期なじみ性が改善され、転動疲労寿命の向上になる他、ＮＶＨ特性も安定する。また、常温浸硫処理によれば、例えば３０〜４０°Ｃ×１０〜３０分の条件で処理を行うので、表面硬化層の硬さ低下も起こらない。処理前の接触面の表面粗さは処理後の効果に影響するので、適度な油溜りの作用が得られるように、接触面の表面粗さを、Ｒａ０．２〜０．８に仕上げ加工しておくのが望ましい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３２】
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態を示している。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し、図１（Ｃ）は支持リングの横断面を示し、図２は作動角（θ）をとった状態の継手の縦断面を示している。
【００３３】
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とを主体として構成され、連結すべき２軸の一方が外側継手部材１０と連結され、他方がトリポード部材２０と連結される。
【００３４】
外側継手部材１０は内周部に軸方向に延びる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それぞれローラ案内面１４が形成されている。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。ローラ３４の外周面３４ａはローラ案内面１４に適合する凸曲面である。
【００３５】
ここでは、ローラ３４の外周面３４ａ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り、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、これにより、ローラ３４の外周面３４ａとローラ案内面１４とがアンギュラコンタクトをなす。図１（Ａ）に、２つの当たり位置を一点鎖線で示してある。球状のローラ外周面に対してローラ案内面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の外周面３４ａ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３４ａの母線に対応する円弧とすることもできる。
【００３６】
脚軸２２の外周面２２ａに支持リング３２が外嵌している。この支持リング３２とローラ３４とは複数のニードルローラ３６を介してアッセンブリ（ユニット化）され、相対回転可能なローラアセンブリを構成している。すなわち、支持リング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ニードルローラ３６が転動自在に介在する。図１（Ｂ）に示されるように、ニードルローラ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で示してあるのは、ニードルローラ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。
【００３７】
脚軸２２の外周面２２ａは、縦断面｛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、横断面｛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。
【００３８】
支持リング３２の内周面３２ｃは円弧状凸断面を有する。すなわち、内周面３２ｃの母線が半径ｒの凸円弧である｛図１（Ｃ）｝。このことと、脚軸２２の断面形状が上述のように略楕円形状であり、脚軸２２と支持リング３２との間には所定のすきまが設けてあることから、支持リング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に対して首振り揺動自在である。また、上述のとおり支持リング３２とローラ３４はニードルローラ３６を介して相対回転自在にアッセンブリ（ユニット化）されているため、脚軸２２に対し、支持リング３２とローラ３４がユニット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の軸線に対して支持リング３２およびローラ３４の軸線が傾くことをいう（図２参照）。
【００３９】
この種の従来継手の場合、脚軸の外周面が全周にわたって支持リングの内周面と接するため、接触楕円が円周方向に延びた横長形状を呈する。そのため、外側継手部材に対して脚軸が傾くとき、脚軸の動きに伴って支持リングを、延いてはローラを傾かせるように作用する摩擦モーメントが発生する。これに対し、図１に示した実施の形態では、脚軸２２の横断面が略楕円状で、支持リング３２の内周面３２ｃの横断面が円弧状凸断面であることから、図１（Ｃ）に破線で示すように、両者の接触楕円は点に近いものとなり、同時に面積も小さくなる。したがって、ローラアセンブリ（３２、３４、３６）を傾かせようとする力が従来のものに比べると非常に低減し、ローラ３４の姿勢の安定性が一層向上する。
【００４０】
上記構成において、トリポード部材２０は、例えば炭素含有量０．１５〜０．４０ｗｔ％の浸炭用鋼から鍛造加工→機械加工→高濃度浸炭焼入れ焼戻し→脚軸２２の外周面２２ａの研削加工という主要工程を経て製造される。図８は、浸炭用鋼ＳＣＭ４２０材を使用して、プラズマ浸炭を行う場合の処理条件を例示している（図８において、例えば９２０°Ｃ×３．５時間、８９０°Ｃ×１．５時間の工程で浸炭を行う。）。トリポード部材２０の表面の直下には、高濃度浸炭焼入れ焼戻しによる表層部（浸炭層）が形成され、その表層部はマルテンサイト基地中に炭化物が分散した組織を有する。あるいは、トリポード部材２０をＳＵＪ２等の軸受鋼で形成し、ずぶ焼入れ焼戻しを行っても良い。この場合の処理条件は、例えば８４０°Ｃ×３０分（加熱）→１１０°Ｃ（油冷）→１８０°Ｃ×１００分（焼戻し）とすることができる。脚軸２２の外周面２２ａは研削量が大きくなる可能性があるので、内部まで焼が入る後者の構成は有効である。
【００４１】
ここで、上記の炭化物は、具体的にはＦｅ3Ｃを主体とする炭化物であり、このような炭化物をマルテンサイト基地中に分散させた組織は、少なくとも表層部に共析点以上（０．８ｗｔ％以上）の炭素Ｃを含有させ、焼入れ焼戻しを行うことにより形成することができる。特に、構成部品の成形工程で球状化焼戻しを行ったり、あるいは、鋼材料の成分含有量や熱処理条件を適宜調整することにより上記炭化物を球状化とすることができ、この場合より好ましい結果が得られる。
【００４２】
外側継手部材１０は、例えば炭素含有量０．１５〜０．４０ｗｔ％の鋼材料から、鍛造加工→機械加工→浸炭焼入れ焼戻し→軸部１０ａ｛図２（Ａ）参照｝の研削加工という主要工程を経て製造される。浸炭焼入れ焼戻しに代えて、浸炭窒化焼入れ焼戻しを採用することもできる。
【００４３】
ローラアッセンブリを構成する支持リング３２、ローラ３４、およびニードルローラ３６は、例えば炭素含有量０．１５〜０．４０ｗｔ％の浸炭用鋼から鍛造加工→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。これら構成部品の表面の直下には、高濃度浸炭焼入れ焼戻しによる表層部（浸炭層）が形成され、その表層部はマルテンサイト基地中に炭化物が分散した組織を有する。あるいは、これら構成部品をＳＵＪ２等の軸受鋼で形成し、ずぶ焼入れ焼戻しを行っても良い。その他の事項は、トリポード部材２０に準ずるので、説明を省略する。
【００４４】
また、トリポード部材２０、外側継手部材１０、支持リング３２、ローラ３４、ニードルローラ３６の接触面には、前述した微小凹部、化成処理被膜を下地層とする固体潤滑被膜を形成しても良い。また、常温浸硫処理を施しても良い。
【００４５】
さらに、上述した主要工程を経た後、トリポード部材２０の脚軸２２の外周面２２ａ、基端部、およびセレーション部（又はスプライン部）のうち少なくとも１個所、外側継手部材１０のローラ案内面１４および軸部（特にセレーション部又はスプライン部）のうち少なくとも一個所にショットピーニング処理を施しても良い。ショットピーニング処理を施すことにより、表面組織が微細化されると共に、表面に残留圧縮応力が発生する。そのため、転動疲労寿命や捩り疲労に対する強度が向上する。
【００４６】
この実施形態の等速自在継手は、構成部品の材料、表層部の性状が最適化され、転動疲労や割れ等に対する強度向上が図られている結果、現状の同サイズの等速自在継手と比較して、優れた耐久性や強度を有する。また、現状品と同等以上の耐久性や強度を確保しつつ、よりコンパクト化を図ることが可能である。
【００４７】
図３および図４は、本発明の第２の実施の形態を示している。この第２の実施の形態は、支持リング３２の内周面３２ｃの母線が、上述の第１の実施の形態では単一の円弧で形成されているのに対して、中央の円弧部３２ａとその両側の逃げ部３２ｂとの組合せで形成されている点でのみ相違する。逃げ部３２ｂは、図３（Ｃ）のように作動角（θ）をとったときの脚軸２２との干渉を避けるための部分であり、円弧部３２ａの端から支持リング３２の端部に向かって徐々に拡径した直線または曲線で構成する。ここでは、逃げ部３２ｂを円錐角α＝５０°の円錐面の一部とした場合を例示してある。円弧部３２ａは、支持リング３２に対する脚軸２２の２〜３°程度の傾きを許容するため、たとえば３０ｍｍ程度の大きな曲率半径（ｒ）とする。トリポード型等速自在継手では、機構上、外側継手部材１０が１回転するときトリポード部材２０は外側継手部材１０の中心に対して３回振れ回る。このとき符号ｅ｛図２（Ａ）｝で表わされる偏心量は作動角（θ）に比例して増加する。そして、３本の脚軸２２は１２０°ずつ離間しているが、作動角（θ）をとると、図２（Ｂ）に示すように、図の上側に表われている垂直な脚軸２２を基本として考えると、他の２本の脚軸２２は、一点鎖線で示す作動角０のときのそれらの軸線からわずかに傾く。その傾きは作動角（θ）がたとえば約２３°のとき２〜３°程度となる。この傾きが支持リング３２の内周面３２ｃの円弧部３２ａの曲率によって無理なく許容されるため、脚軸２２と支持リング３２との接触部における面圧が過度に高くなるのを防止することができる。なお、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の左側面から見たトリポード部材２０の３本の脚軸２２を模式的に図示したもので、実線が脚軸を表わしている。
【００４８】
外側継手部材１０、トリポード部材２０、ローラアッセンブリＡを構成する部品（支持リング３２、ニードルローラ３６、ローラ３４）の材料、製造工程、少なくとも表層部の組織、その他の事項は第１の実施形態に準じるので説明を省略する。
【００４９】
図５および図６は、参考例を示している。尚、図５は、継手の作動角が０°で、かつ、継手に回転トルクが負荷されていない時の状態を示している。
【００５０】
この参考例のトリポード型等速自在継手は、連結すべき二軸の一方に結合される外側継手部材１と、他方に結合されるトリポード部材２とを備えている。
【００５１】
外側継手部材１は概ねカップ状の外観をなし、軸方向に延びる３本のトラック溝１ａが内周部の円周等配位置に形成されている。各トラック溝１ａの両側には、それぞれローラ案内面１ａ１が設けられている。
【００５２】
トリポード部材２は半径方向に突出した３本の脚軸２ａを円周等配位置に有する。各脚軸２ａの外周面２ａ１は凸球状に形成され、その外周面２ａ１に、支持リング３、複数のニードルローラ４、およびローラ５をアッセンブリしたローラアッセンブリＡが装着されている。
【００５３】
図５（Ｂ）に拡大して示すように、ローラアッセンブリＡは、支持リング３の円筒状の外周面３ａとローラ５の円筒状の内周面５ａとの間に複数のニードルローラ４を転動自在に介装し、ローラ５の内周面５ａに嵌着した一対のスナップリング６によって、支持リング３およびニードルローラ４の両端を係止して、ローラ５に対する支持リング３およびニードルローラ４の軸方向移動（脚軸２ａの軸線Ｚ方向への移動）を規制したものである。支持リング３の両端面およびニードルローラ４の両端面と、一対のスナップ支持リング６との間には僅かなアキシャル隙間δがある。図面では、アキシャル隙間δの大きさを実際よりもかなり誇張して示している。また、支持リング３の端面とスナップ支持リング６との間のアキシャル隙間と、ニードルローラ４の端面とスナップ支持リング６との間のアキシャル隙間とは、設計上、同じ値に設定する場合もあるし、異なる値に設定する場合もあるが、図面では両者の場合を区別することなくアキシャル隙間δとして示している。さらに、支持リング３の外周面３ａおよびローラ５の内周面５ａとニードルローラ４の転動面との間には僅かなラジアル隙間がある。
【００５４】
支持リング３の内周面３ｂは、脚軸２ａの球状の外周面２ａ１に嵌合される。この参考例において、支持リング３の内周面３ｂは脚軸２ａの先端側に向かって漸次縮径した円錐状で、脚軸２ａの外周面２ａ１と線接触する。これにより、ローラアッセンブリＡの脚軸２ａに対する首振り揺動が許容される。支持リング３の内周面３ｂの傾斜角αは、例えば０．１°〜３°、好ましくは０．１°〜１°と僅かなものであり、この参考例ではα＝０．５°に設定している。図面では、内周面３ｂの傾斜の度合をかなり誇張して示している。
【００５５】
ローラ５の外周面５ｂの母線は、脚軸２ａの中心から外側にオフセットされた点を中心とする円弧である。
【００５６】
この参考例において、外側継手部材１のローラ案内面１ａ１の断面形状は、２円弧状（ゴシックアーチ状）になっている。そのため、ローラ案内面１ａ１とローラ５の外周面５ｂとは２点ｐ、ｑでアンギュラコンタクトする。アンギュラコンタクト点ｐ、ｑは、ローラ５の外周面５ｂの中心を含み、脚軸２ａの軸線Ｚと直交する中心線に対して、軸線Ｚ方向に等距離だけ反対側に離れた位置にある。尚、ローラ案内面１ａ１の断面形状は、Ｖ字状または放物線状等でも良い。また、この参考例において、トラック溝１ａに、ローラ案内面１ａ１と近接して肩面１ａ２が設けられ、この肩面１ａ２によってローラ５の脚軸先端側の端面５ｃが案内される。
【００５７】
支持リング３の内周面３ｂが脚軸先端側に向かって漸次縮径した円錐状になっているため、この継手に回転トルクが負荷されると、図６に示すように（内周面３ｂの傾斜の度合いを図５よりもさらに誇張して示している。）、支持リング３の内周面３ｂと脚軸２ａの外周面２ａ１との接触位置Ｓに脚軸先端側に向いた負荷分力Ｆが発生する。この負荷分力Ｆは、支持リング３およびニードルローラ４を脚軸先端側に押し上げるように作用して、支持リング３およびニードルローラ４を、脚軸先端側のワッシャ６に押し付けた状態にする。そのため、支持リング３の内周面３ｂと脚軸２ａの外周面２ａ１との接触位置Ｓが安定する。また、この負荷分力Ｆは、支持リング３およびニードルローラ４を介して、ローラ５を脚軸先端側に押し上げるように作用して、ローラ案内面１ａ１に対するローラ５の姿勢を安定させる。このような接触位置Ｓの安定化とローラ５の姿勢安定化とが相俟って、誘起スラストが効果的に低減され、また安定化される。尚、支持リング３の内周面３ｂは円筒状にしても良い。
【００５８】
外側継手部材１、トリポード部材２、ローラアッセンブリＡを構成する部品（支持リング３、ニードルローラ４、ローラ５）の材料、製造工程、少なくとも表層部の組織、その他の事項は第１の実施形態に準じるので説明を省略する。
【００５９】
図７は、本発明の他の参考例を示している。尚、図７は、継手の作動角が０°の時の状態を示している。
【００６０】
図７に示すように、この参考例の等速自在継手は、連結すべき二軸の一方に結合される外側継手部材１’と、他方に結合されるトリポード部材２’とを備えている。外側継手部材１’は概ねカップ状の外観をなし、軸方向に延びる３本のトラック溝１ａ’が内周部の円周等配位置に形成されている。各トラック溝１ａ’の両側には、それぞれローラ案内面１ａ’１が設けられている。トリポード部材２’は半径方向に突出した３本の脚軸２ａ’を円周等配位置に有する。各脚軸２ａ’の円筒状の外周面には、複数のニードルローラ７’を介して内側ローラ３’が回転自在に嵌合され、さらにその外側に外側ローラ４’が回転自在に嵌合されている。
【００６１】
図７（Ｂ）に拡大して示すように、ニードルローラ７’および内側ローラ３’は、それらの一端が脚軸２ａ’の先端部に装着された抜け止めリング８’と止め輪９’によって係止され、他端が脚軸２ａ’の基端部に装着されたワッシャ１０’によって係止され、脚軸２ａ’の軸線Ｚ方向への移動が規制されている。実際には、ニードルローラ７’および内側ローラ３’と、抜け止めリング８’およびワッシャ１０’との間には僅かなアキシャル隙間δ’がある。図面では、アキシャル隙間δ’の大きさが実際よりもかなり誇張されている。また、脚軸２ａ’の外周面および内側ローラ３’の内周面３ａ’とニードルローラ７’との間には僅かなラジアル隙間がある。内側ローラ３’の内周面３ａ’は円筒状、外周面３ｂ’は凸球状である。この実施形態において、外周面３ｂ’の母線は、内側ローラ３’の半径中心Ｏ２’から所定量だけ外側にオフセットされた点Ｏ１’を中心とする半径ｒ１の円弧である。半径ｒ１は、外周面３ｂ’の最大半径ｒ２よりも小さい。
【００６２】
外側ローラ４’は、内側ローラ３’の外周面３ｂ’に嵌合される。この参考例において、外側ローラ４’の内周面４ａ’は脚軸２ａ’の先端側に向かって漸次縮径した円錐状で、内側ローラ３’の外周面３ｂ’と線接触する。これにより、外側ローラ４’の脚軸２ａ’に対する首振り揺動が許容される。内周面４ａ’の傾斜角は例えば０．１°〜３°と僅かなものであり、この参考例では０．３°〜０．７°に設定している。図面では、内周面４ａ’の傾斜がかなり誇張されている。外側ローラ４’の外周面４ｂ’の母線は、点Ｏ１’よりもさらに外側にオフセットされた点Ｏ３’を中心とする半径ｒ３の円弧である。
【００６３】
この参考例において、外側継手部材１’のローラ案内面１ａ’１の断面形状は、２円弧状（ゴシックアーチ状）になっている。そのため、ローラ案内面１ａ’１と外側ローラ４’の外周面４ｂ’とは２点ｐ’、ｑ’でアンギュラコンタクトする。アンギュラコンタクト点ｐ’、ｑ’は、外側ローラ４’の外周面４ｂ’の中心Ｏ３’を含み、脚軸２ａ’の軸線Ｚと直交する中心線に対して、軸線Ｚ方向に等距離だけ反対側に離れた位置にある。尚、ローラ案内面１ａ’１の断面形状は、Ｖ字状または放物線状等でも良い。
【００６４】
外側ローラ４’の内周面４ａ’が脚軸先端側に向かって漸次縮径した円錐状になっているため、図７（Ｃ）に示すように、内側ローラ３’の外周面３ｂ’との接触位置Ｓ’に脚軸先端側に向いた負荷分力Ｆが発生する。この負荷分力Ｆは、外側ローラ４’を脚軸先端側に押し上げるように作用して、非負荷側のローラ案内面１ａ’におけるＢ部の接触面圧を低減する。また、接触位置Ｓ’には、負荷分力Ｆの反力として脚軸基端側（同図で下側）に向いた力が発生する。この反力は、内側ローラ３’を脚軸基端側に押し下げるように作用して、内側ローラ３’およびニードルローラ７’の脚軸２ａ’に対する軸方向移動を抑制する。その結果、図７（Ｂ）に示すように、内側ローラ３’およびニードルローラ７’は下側のワッシャ１０’に押し付けられた状態になり、アキシャル隙間δ’に起因する接触位置Ｓ’の変動が抑制される。このような非負荷側のローラ案内面１ａ’１におけるＢ部の接触面圧低減と、接触位置Ｓ’の安定化とが相俟って、誘起スラストが効果的に低減され、また安定化される。尚、外側ローラ４’の内周面４ａ’は円筒状にしても良い。
【００６５】
外側継手部材１’、トリポード部材２’、ローラ機構を構成する部品（内側ローラ３’、外側ローラ４’、ニードルローラ７’）の材料、製造工程、少なくとも表層部の組織、その他の事項は第１の実施形態に準じるので説明を省略する。
【００６６】
尚、本発明は、以上に説明した構成の等速自在継手に限らず、例えば、ローラ案内面を平坦面、外側ローラの外周面を円筒状、内周面を凹球状、内側ローラの外周面を凸球状とし、外側ローラの凹球状の内周面と内側ローラの凸球状の外周面との間の滑りによって、外側ローラの首振り揺動を自在とした等速自在継手（特願平８−４０７３号、特願平８−１３８３３５号）、さらにローラ案内面と脚軸の軸線とを作動角が０°の状態で互いに非平行とした等速自在継手（特開平１１−１３７７９号）にも同様に適用することができる。
【００６７】
【実施例】
構成部品の表層部の組織を、マルテンサイトの基地中に炭化物を分散させたものとしたことによる効果を確認するため、以下の試験を行った。試験は、実施例、比較例ともに上述した第１の実施形態の等速自在継手を対象とし、トリポード部材の材質、熱処理方法を下記の通りとした。
【００６８】
実施例１：トリポード部材をＳＣＭ４２０鋼で形成し、高濃度浸炭焼入れ焼戻しを行った。
【００６９】
実施例２：トリポード部材をＳＵＪ２鋼で形成し、ずぶ焼入れ焼戻しを行った。
【００７０】
比較例  ：トリポード部材をＳＣＭ４２０鋼で形成し、通常の浸炭焼入れ焼戻しを行った。
（試験条件）
トルク：６８６Ｎｍ、回転数：２５０ｒｐｍ、作動角θ：１０ｄｅｇ
試験時間：３００ｈ
以上の条件で試験を行い、トリポード部材の脚軸の外周面の転動疲労寿命について評価した。その結果を表１に示す。評価項目の○は目標時間を満足できたもの、△は目標時間を満足できなかったものを示している。
【００７１】
【表１】
0003949866.tif 000002
【００７２】
表１に示す結果より、実施例１及び実施例２の構成、すなわち表層部の組織を、マルテンサイトの基地中に炭化物を分散させた構成とすることにより、良好な転動疲労寿命が得られることが確認できた。
【００７３】
尚、上記はトリポード部材についてのものであるが、外側継手部材等の他の構成部品についても同様の結果が得られた。また、第２の実施形態、及び上述した参考例においても同様の結果が得られた。これらの試験結果の記載は省略する。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、構成部品の材料、少なくとも表層部の組織が最適化され、転動疲労寿命や割れ強度等が向上するので、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トリポード型等速自在継手を提供し、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コンパクトな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】
【図１】  本発明の第１の実施の形態を示し、図１（Ａ）は一部を断面にした端面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）における脚軸に垂直な断面図、図１（Ｃ）は接触楕円を説明するための支持リングの断面図である。
【図２】  図２（Ａ）は図１の等速自在継手の縦断面図であって作動角をとった状態を示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるトリポード部材の模式的側面図である。
【図３】  本発明の第２の実施の形態を示し、図３（Ａ）は一部を断面にした端面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）における脚軸に垂直な断面図、図３（Ｃ）は作動角をとった状態を示す縦断面図である。
【図４】  図３における支持リングの拡大断面図である。
【図５】  参考例を示し、図５（Ａ）は一部を断面にした端面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の要部拡大横断面図である。
【図６】  図５における支持リングと脚軸との接触位置に発生する負荷分力Ｆを説明するための図である。
【図７】  他の参考例を示し、図７（Ａ）は横断面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の要部拡大横断面図、図７（Ｃ）は外側ローラと内側ローラとの接触位置に発生する負荷分力Ｆを説明するための図である。
【図８】  プラズマ浸炭を行う場合の処理条件を示す図である。
【符号の説明】
１０  外側継手部材
１２  トラック溝
１４  ローラ案内面
２０  トリポード部材
２２  脚軸
３２  支持リング
３２ａ  円弧部
３２ｂ  逃げ部
３４  ローラ
３６  ニードルローラ
【図１】
0003949866.tif 000003
【図２】
0003949866.tif 000004
【図３】
0003949866.tif 000005
【図４】
0003949866.tif 000006
【図５】
0003949866.tif 000007
【図６】
0003949866.tif 000008
【図７】
0003949866.tif 000009
【図８】
0003949866.tif 000010