(57)【要約】【課題】従来の中炭素鋼成形品で必要とされる強度や耐久性を確保しつつ、低捩り剛性化した等速自在継手用外側継手部材および等速自在継手を提供する。【解決手段】別部材にて構成されたカップ部と軸部とが連結一体化されてなる等速自在継手用外側継手部材である。カップ部の材質を中炭素鋼とするとともに、軸部を中炭素鋼よりも深焼入れ可能な材質とした。【選択図】図１
2016136040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
別部材にて構成されたカップ部と軸部とが連結一体化されてなる等速自在継手用外側継手部材であって、
カップ部の材質を中炭素鋼とするとともに、軸部を中炭素鋼よりも深焼入れ可能な材質としたことを特徴とする等速自在継手用外側継手部材。
【請求項２】
軸部の材質が機械構造用ボロン鋼鋼材であることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手用外側継手部材。
【請求項３】
全体中炭素鋼成形品の軸部よりも軸径が小となる小径部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の等速自在継手用外側継手部材。
【請求項４】
全体中炭素鋼成形品の軸部よりも軸部の軸長を長く設定したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の等速自在継手用外側継手部材。
【請求項５】
カップ部と軸部とが摩擦圧接にて連結一体化されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の等速自在継手用外側継手部材。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の等速自在継手用外側継手部材を用いたことを特徴とする等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車および各種産業機械の動力伝達系において用いる等速自在継手および等速自在継手用外側継手部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車および各種産業機械の動力伝達系において用いる等速自在継手用外側継手部材は、図４に示すように、内径面にトルク伝達部部品が係合するトラック溝５１が形成されたカップ部５２と、このカップ部５２の底壁部５３からアキシャル方向に延びた軸部５４とからなる。このような等速自在継手用外側継手部材５５としては、成形性や加工性の観点から、中炭素鋼(例えば、Ｓ５３Ｃ)による鍛造工法で成形されるのが一般的である。
【０００３】
図５は、前記外側継手部材５５を取り付けたディファレンシャル装置５６を示している。ディファレンシャル装置５６は、ピニオンギヤ６０と一対のサイドギヤ６１，６１が内蔵されたデフケース６２を有するものである。すなわち、デフケース６２内には、回転自在に設けられたピニオンシャフト６３と、このピニオンシャフト６３に装着される前記ピニオンギヤ６０と、ピニオンギヤ６０に噛合する前記サイドギヤ６１，６１とを有しており、このサイドギヤ６１，６１に車軸が連結される。この車軸として、前記外側継手部材５５の軸部５４である。また、デフケース６２は、軸受６５を介して、外ケース６６に回転自在に支持されている。
【０００４】
ところで、外側継手部材５５の軸部５４は、その端部（先端部）には、雄スプライン６７が設けられ、この雄スプライン６７がサイドギヤ６１の雌スプライン６８に嵌合する。また、外側継手部材５５の軸部５４の基部大径部７０が、デフケース６２の軸挿入孔部７１に支持されている。
【０００５】
外ケース６６には、大径部７５ａと小径部７５ｂとを有する軸受嵌合用の孔部７５が設けられている。すなわち、孔部７５の大径部７５ａに前記軸受６５が装着され、小径部７５ｂにシール部材７６が装着されている。
【０００６】
従来には、差動歯車装置と動力伝達系との間に、低トルク領域と高いトルク領域とで係合状態が切り替わる機構を有する防振継手を設けているものがある（特許文献１）。このため、引用文献１に記載のものでは、低トルク領域では、低捩り剛性設定となり振動発生の防止に寄与する。また、高トルク領域では、高捩り剛性設定となり操安性やドライバビリティの確保に寄与する。
【０００７】
さらに、従来には、サイドギアの径方向内側に出力部材を設け、サイドギアと出力部材間に弾性部材を設置したディファレンシャルギア装置がある（特許文献２）。この場合、
トルク伝達に関して、駆動トルクが大きい高負荷領域よりも、低負荷領域の方が低剛性になるような構成となっている。しかも、この機構により、トルクコンバータのロックアップ回転数の低減（即ち燃費の向上）と、こもり音の抑制が両立可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１９０８４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２１７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、自動車の燃費向上に対する要望の高まりを受けて、等速自在継手に対して低捩り剛性化の要求がある。低捩り剛性化には軸部の軸径ダウンが有効であるが、強度の制約もあることから軸径ダウンにも限界があり、等速自在継手の低捩り剛性化への効果も限定的であった。
【００１０】
前記特許文献１及び特許文献２等に記載のように、周辺装置の改良技術を採用することでもシステムの低剛性化が図れる。しかしながら、構造が複雑で量産性やコスト面で優位とは言い難い状況であった。
【００１１】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、
従来の中炭素鋼成形品で必要とされる強度や耐久性を確保しつつ、低捩り剛性化した等速自在継手用外側継手部材および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】
【００１２】
本発明は、別部材にて構成されたカップ部と軸部とが連結一体化されてなる等速自在継手用外側継手部材であって、カップ部の材質を中炭素鋼とするとともに、軸部を中炭素鋼よりも深焼入れ可能な材質としたものである。ここで、深焼入れとは、中炭素鋼と比較して、軸部の材質の方がより深く焼入れできることであり、全硬化ではない。
【００１３】
本発明によれば、軸部を中炭素鋼よりも深焼入れ可能な材質とすることによって、軸部を焼入れによる熱硬化処理を行えば、中炭素鋼の軸部を熱硬化処理したものに比べて、軸部の強度の向上を図ることができる。このため、従来品と同様の強度であれば、軸部の軸径を小径とすることができ、低剛性（低捩り剛性）とすることができる。
【００１４】
軸部の材質が機械構造用ボロン鋼鋼材であるのが好ましい。ここで、機械構造用ボロン鋼鋼材としては、ＳＡＥ規格材（１０Ｂ３８）、欧州規格材（３８Ｂ３）、１５Ｂ４１等である。
【００１５】
全体中炭素鋼成形品の軸部よりも軸径が小となる小径部を有するものであってもよい。すなわち、軸部全体を小径軸とすることなく、一部を小径部とすることができる。
【００１６】
カップ部と軸部とが摩擦圧接にて連結一体化されているものであってもよい。ここで、摩擦圧接は接合する部材（たとえば金属や樹脂など）を高速で擦り合わせ、そのときに生じる摩擦熱によって部材を軟化させると同時に圧力を加えて接合する方法である。
【００１７】
本発明の等速自在継手は、前記等速自在継手用外側継手部材を用いたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、従来品と同様の強度であれば、軸部の軸径を小径とすることができ、低剛性（低捩り剛性）とすることができる。このため、従来の中炭素鋼成形品で必要とされる強度や耐久性を満足しつつ、低剛性（低捩り剛性）化を達成できる外側継手部材を提供できる。
【００１９】
外側継手部材のカップ部のトルク伝達部材の転動面の面圧が非常に高く、軸部（ステム部）とは相違して、高い表面硬度（耐圧痕性）が求められる。このため、カップ部を炭素量が多い中炭素鋼を使用するのが好ましい。また、機械構造用ボロン鋼材は、中炭素鋼よりもコスト高である。このため、全体を機械構造用ボロン鋼材にて構成するよりも低コストで、外側継手部材を提供できる。
【００２０】
軸部の軸長を長く設定することによって、全軸長が長くなれば、より低剛性化を図ることができる。
【００２１】
摩擦圧接を用いることによって、以下の摩擦圧接の利点を生かせることができる。
（１）比較的簡単な作業で寸法精度の高い製品が得られる。従って、仕上げ加工を施した部材の組み立て接合が行える。
（２）接合結果に高い再現性がある。
（３）アーク溶接では接合が難しい一部の材料についても、摩擦圧接で接合できる。
（４）鍛造などに比べて振動、騒音が少ない。
（５）スパッタ、ヒューム等が生じないので、他の工作機械と組み合わせた一貫ラインが編成できる。
【００２２】
本発明の等速自在継手では、外側継手部材を低捩り剛性化したことによって、トルクコンバータが使用されている場合、トルクコンバータによるロックアップ回転数を低減し、燃費向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の等速自在継手用外側継手部材を用いた等速自在継手の断面図である。
【図２】前記等速自在継手の横断面図である。
【図３】前記等速自在継手用外側継手部材をディファレンシャル装置に接続した状態の断面図である。
【図４】従来の等速自在継手用外側継手部材の断面図である。
【図５】従来の等速自在継手用外側継手部材をディファレンシャル装置に接続した状態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。図４はドライブシャフトを示し、摺動式等速自在継手は、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を主要な構成要素としている。
【００２５】
外側継手部材１はカップ部４とステム部（軸部）５とからなる。図２に示すように、カップ部４は一端で開口したカップ状であり、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。カップ部４は、大径部４ａと小径部４ｂとが交互に表れる非円筒形状であり、大径部４ａの径方向内側にトラック溝６が形成されている。各トラック溝６の円周方向に向き合う側壁に、ローラ案内面７，７が形成されている。
【００２６】
トリポード部材２は図１に示すようにボス８と脚軸９とを有する。ボス８の軸孔には雌スプライン１１が形成され、このボス８の軸孔にシャフト１０の端部の雄スプライン１０ａが嵌入され、雌スプライン１１に嵌合している。なお、雄スプライン１０ａの端部には、止め輪１８が装着され、シャフト抜け止め構造が形成されている。
【００２７】
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はローラ３を回転可能に支持している。脚軸９とローラ３との間には複数の針状ころ１２が配設されている。これらの針状ころ１２は、脚軸９の基端方向では、脚軸９の基端側外周面に装着されたインナーワッシャ１３で位置規制される。脚軸９の先端方向では、脚軸９の先端側に設けられたアウターワッシャ１４によって位置規制と抜け止めがされる。脚軸９の先端側外周面には周方向溝１５が形成され、この周方向溝１５に止め輪１６が装着される。止め輪１６の内側（脚軸基端側）の脚軸９外周面に上記アウターワッシャ１４が嵌合される。
【００２８】
この外側継手部材１においては、カップ部４とステム部（軸部）５とが別部材にて構成される。この場合、カップ部４は底壁部２０を有し、この底壁部２０には、軸部連結用の短軸部１７が設けられ、この短軸部１７の端面１７ａに軸部５の基端面５ｆが突き合わされた状態で接合されている。
【００２９】
ところで、接合前の軸部５は、先端雄スプライン部５ａと、基部大径部５ｂと、この先端雄スプライン部５ａと基部大径部５ｂとの間の小径部５ｃとを有するものである。また、先端雄スプライン部５ａと小径部５ｃはテーパ部５ｄを介して連設され、小径部５ｃと基部大径部５ｂとはテーパ部５ｅを介して連設されている。なお、先端雄スプライン部５ａに止め輪が装着される周方向溝１９が形成されている。
【００３０】
カップ部４の材質が中炭素鋼であり、軸部５の材質が機械構造用ボロン鋼鋼材である。中炭素鋼は炭素含有量（質量パーセント濃度）が０．２５％〜０．６％のものである。また、機械構造用ボロン鋼鋼材としては、ＳＡＥ規格材（１０Ｂ３８）、欧州規格材（３８Ｂ３）、１５Ｂ４１等である。
【００３１】
このため、軸部５を中炭素鋼よりも深焼入れ可能な材質としている。ここで、深焼入れとは、カップ部４の材質である中炭素鋼と比較して、軸部５の材質の方がより深く焼入れできることであり、全硬化ではない。
【００３２】
従って、このような軸部５に対して高周波焼入れや浸炭焼入れ等の熱処理を施すことになる。この場合、軸部５の材質である機械構造用ボロン鋼鋼材は中炭素鋼よりも深焼入れ可能であるので、全体中炭素鋼成形品である軸部を熱処理したものと比較して機械構造用ボロン鋼鋼材を用いた軸部５は、強度的に優れたものとなる。
【００３３】
このため、図１に示すように、軸部５に小径部５ｃを形成しても、全体中炭素鋼成形品である軸部と同等の強度を得ることができる。しかも、このように、小径部５ｃを形成することによって、軸部５を低剛性（低捩り剛性）化することが可能となる。なお、同一サイズの全体中炭素鋼成形品である軸部(図４に示すもの)に比べて、図１に示す軸部５の小径部５ｃの軸径ダウン量Ａとして、２５％程度とすることが可能である。すなわち、図４に示す軸部５４の本体部７２(先端スプライン部６７から軸部の基部大径部７０までの範囲)の軸径をＤとし、図１に示す軸部５の小径部５ｃの軸径をＤ１としたときに、（１−０．２５）×Ｄ＝Ｄ１となる。
【００３４】
ところで、軸部５の低剛性（低捩り剛性）化を図るためには、軸部の軸長を長くするのが好ましい。すなわち、図４に示す軸部５４の軸長をＬとし、図１に示す軸部５の軸長Ｌ１としたときに、Ｌ＜Ｌ１となる。
【００３５】
図３は、図１に示す等速自在継手の外側継手部材１を取り付けたディファレンシャル装置２６を示している。ディファレンシャル装置２６は、図５に示すディファレンシャル装置５６と同様である。このため、デフケース３２内には、回転自在に設けられたピニオンシャフト３３と、このピニオンシャフト３３に装着される前記ピニオンギヤ３０と、ピニオンギヤ３０に噛合する前記サイドギヤ３１，３１とを内有するデフケース３２を備える。そして、このサイドギヤ３１に車軸としの前記外側継手部材１の軸部５が連結される。また、デフケース３２は、軸受３５を介して、外ケース３６に回転自在に支持されている。
【００３６】
外側継手部材１の軸部５の先端雄スプライン部５ａがサイドギヤ３１の雌スプライン３８に嵌合する。また、外側継手部材１の軸部５の基部大径部５ｂが、デフケース３２の軸挿入孔部４１に支持されている。外ケース３６の孔部４５の大径部４５ａに前記軸受３５が装着され、孔部４５の小径部４５ｂにシール部材４６が装着されている。
【００３７】
ところで、自動車のＡＴ（オートマチックトランスミッション）ではトルクコンバータと呼ばれる変速機が使用されている場合が多い。トルクコンバータは、流体を介して動力を伝達しているため滑り（伝達ロス）領域があり、機構上ＭＴ（マニュアルトランスミッション）等と比較すると伝達効率が悪くなる傾向があった。この問題を解決するため、ロックアップと呼ばれる機構が開発され、ＡＴ車の燃費向上に寄与してきた経緯がある。
【００３８】
ロックアップ機構とは、走行条件が整った際に機械的に入出力軸を直結するものであり、ロックアップ時は伝達ロスが少ないため、より幅広い使用領域でロックアップさせることができれば、自動車の燃費を向上させることが可能である。ここで、ＡＴ車でロックアップさせるために障害となる要因の1つとして、ロックアップ時の振動/ショック発生が挙げられる。低速度領域でロックアップさせようとした場合、Ｄ／Ｓ（ＬＯＷ ＳＥＣＯＮＤ ＤＲＩＶＥ）の剛性が高いと振動/ショックが発生し、自動車の商品性を損ねることになる。従って、低速度領域でのロックアップ回転数は比較的高めに設定されているが、Ｄ／Ｓを低剛性化することによりこれを解消することが可能である。
【００３９】
本発明によれば、軸部５を中炭素鋼材よりも深焼入れ可能な材質とすることによって、軸部５の強度の向上を図ることができる。このため、従来品と同様の強度であれば、軸部５の軸径を小径とすることができ、低剛性（低捩り剛性）とすることができる。このため、従来の中炭素鋼成形品で必要とされる強度や耐久性を満足しつつ、低剛性（低捩り剛性）化を達成できる外側継手部材１を提供できる。
【００４０】
外側継手部材１のカップ部４のトルク伝達部材の転動面の面圧が非常に高く、軸部（ステム部）５とは相違して、高い表面硬度（耐圧痕性）が求められる。このため、カップ部４を炭素量が多い中炭素鋼を使用するのが好ましい。また、機械構造用ボロン鋼材は、中炭素鋼よりもコスト高であるので、全体を機械構造用ボロン鋼材にて構成するよりも低コストで、外側継手部材１を提供できる。
【００４１】
全体中炭素鋼成形品の軸部よりも軸部５の軸長を長く設定することによって、全軸長が長くなれば、より低剛性化を図ることができる。
【００４２】
摩擦圧接を用いることによって、以下の摩擦圧接の利点を生かせることができる。
（１）比較的簡単な作業で寸法精度の高い製品が得られる。従って、仕上げ加工を施した部材の組み立て接合が行える。
（２）接合結果に高い再現性がある。
（３）アーク溶接では接合が難しい一部の材料についても、摩擦圧接で接合できる。
（４）鍛造などに比べて振動、騒音が少ない。
（５）スパッタ、ヒューム等が生じないので、他の工作機械と組み合わせた一貫ラインが編成できる。
【００４３】
本発明の等速自在継手では、外側継手部材を低捩り剛性化したことによって、トルクコンバータが使用されている場合、トルクコンバータによるロックアップ回転数を低減し、燃費向上に寄与する。
【００４４】
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、等速自在継手として、前記実施形態では、トリポード型の摺動式等速自在継手であったが、ダブルオフセット型やクロスグルーブ型などの摺動式等速自在継手であっても、ツェッパ型、バーフィールド型などのボールを用いたタイプの固定式等速自在継手であってもよい。また、等速自在継手として、ディファレンシャル装置に限るものではなく、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用することができる。
【００４５】
前記実施形態では、カップ部４の底壁部２０に短軸部１７を設けているが、このような短軸部１７を設けないものであってもよい。また、短軸部１７を設ける場合、その軸方向長さとしても任意に設定できる。すなわち、短軸部１７の端面１７ａと、軸部５の端面５ｆとの接合面位置を任意に設定できる。
【００４６】
実施形態では、軸部５の一部に小径部５ｃを設けたものであったが、軸部５の全長にわたって、小径部にて構成してもよい。カップ部４と軸部５との接合方法として、前記実施形態では、摩擦接合を用いたが、これに限るものではなく、アーク溶接、電子ビーム溶接、又はレーザービーム溶接等の溶接であってもよい。さらには、軸部５又はカップ部のいずれか一方に雄セレーション部（雄スプライン部）を形成し、この雄セレーション部を他方の内径部に圧入し、この圧入によって、雄セレーション部に噛合する雌セレーション部（雌スプライン部）を形成する接合方法であってもよい。このような接合方法によれば、雌セレーション部側は、弾性変形を伴って切削されており、雄セレーション部の凸部と雌セレーション部の凹部は、締代をもって嵌合することになる。このため、接合部に与圧が付与され、雄セレーション部と雌セレーション部とが密着嵌合する。従って、軸部とカップ部とは、安定した接合状態を得ることができる。
【符号の説明】
【００４７】
４     カップ部
５     軸部
５ｃ   小径部
【図１】
2016136040.tif 000003
【図２】
2016136040.tif 000004
【図３】
2016136040.tif 000005
【図４】
2016136040.tif 000006
【図５】
2016136040.tif 000007