(57)【要約】【課題】必ずしも接触部を熱処理にて硬度を高める必要が無く、摩擦抵抗を減らすことで、金属同士の凝着、摩耗を抑制し、さらに継手効率の向上を図ることができ摺動型等速自在継手を提供する。【解決手段】円筒状の内径面に複数の直線状のトラック溝を軸方向に形成した外側継手部材と、球面状の外径面に複数の直線状のトラック溝を軸方向に形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達するボールと、外側継手部材の内径面と内側継手部材の外径面との間に介在してボールを保持するケージとを備えた摺動型等速自在継手である。ケージを、アルミナ・ジルコニア・窒化アルミ・窒化珪素・炭化珪素等を主成分とする焼結体にて構成した。【選択図】図１
2009299834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の内径面に複数の直線状のトラック溝を軸方向に形成した外側継手部材と、球面状の外径面に複数の直線状のトラック溝を軸方向に形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達するボールと、外側継手部材の内径面と内側継手部材の外径面との間に介在してボールを保持するケージとを備えた摺動型等速自在継手であって、
ケージは、その表面にセラミック層が形成されていることを特徴とする摺動型等速自在継手。
【請求項２】
ケージの外球面全体、又はケージの外球面のうちトルク入力時に外側継手部材の内径面に接触する部位にセラミック層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の摺動型等速自在継手。
【請求項３】
ケージの内球面全体、又はケージの内球面のうちトルク入力時に内側継手部材の外径面に接触する部位にセラミック層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の摺動型等速自在継手。
【請求項４】
ケージの窓内周面にセラミック層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の摺動型等速自在継手。
【請求項５】
ケージの外球面全体、又はケージの外球面のうちトルク入力時に外側継手部材の内径面に接触する部位及びケージの窓内周面にセラミック層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の摺動型等速自在継手。
【請求項６】
ケージの内球面全体、又はケージの内球面のうちトルク入力時に内側継手部材の外径面に接触する部位、及びケージの窓内周面にセラミック層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の摺動型等速自在継手。
【請求項７】
ケージの外球面全体、又はケージの外球面のうちトルク入力時に外側継手部材の内径面に接触する部位、及びケージの内球面全体、又はケージの内球面のうちトルク入力時に内側継手部材の外径面に接触する部位にセラミック層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の摺動型等速自在継手。
【請求項８】
前記セラミック層は、セラミックコーティングにて構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の摺動型等速自在継手。
【請求項９】
前記セラミック層は、別途成形されてケージ本体に接合されるセラミック体にて構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の摺動型等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の動力伝達軸に用いられる等速自在継手に関し、特に駆動軸と被動軸との間で角度変位及び軸方向変位を可能にした摺動型等速自在継手（ＤＯＪ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
摺動式等速自在継手（ＤＯＪ）は、図９に示すように、円筒状の内径面１に複数の直線状のトラック溝２を軸方向に形成した外側継手部材としての外輪３と、球面状の外径面４に前記外輪３のトラック溝２と同数の直線状のトラック溝５を軸方向に形成した内側継手部材としての内輪６と、外輪３のトラック溝２と内輪６のトラック溝５との間に介在するトルク伝達ボール７と、トルク伝達ボール７を保持するケージ８とを備える。また、内輪６の内周面に図示しない軸を連結するためのセレーション（又はスプライン）９を形成している。
【０００３】
ケージ８は、トルク伝達ボール７を収容する複数のポケット１０とを備えた環体であり、外輪３の内径面１に接触案内される凸球面状の外球面８ａと、内輪６の外径面４に接触案内される凹球面状の内球面８ｂとを有する。また、外球面８ａの曲率中心Ｏ１と内球面８ｂの曲率中心Ｏ２とが、ボール中心Ｂを含む継手中心面Ｐに対して軸方向の反対側にオフセットされている。
【０００４】
作動角をとると外側継手部材の内径円筒面上をケージ８がその外球面８ａの曲率中心Ｏ１のまわりに回転し、さらに内側継手部材がケージ８の内球面８ｂの曲率中心Ｏ２のまわりに回転する。このときボール７の位置はトラックの傾斜によって決まり、また、ボール７を保持するケージ８もボール位置により規制される。このように角度をとって回転するとケージ８によって保持されたボール７は外側継手部材及び内側継手部材のトラック上を転がり、ケージ８は外側継手部材及び内側継手部材の対応面上を滑る。さらに、継手が角度をとって回転するときでもケージ８の外径球面と外側継手部材の内径円筒面間で滑り、ボール７が外側継手部材のトラック上を滑り、幾分かは転がることによって軸方向の相対変位が可能である。
【０００５】
そして、ボール中心Ｂを含む継手中心面Ｐに対してケージ８の外球面８ａ及び内球面８ｂの曲率中心Ｏ１、Ｏ２を等距離だけオフセットさせてあることにより、ケージ８は継手のあらゆる回転角においてボール７を入力軸と出力軸の二等分面上に確保することができる。
【特許文献１】特許第３８５９２９５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、この種の等速自在継手は、トルクが入力された状態で、ケージ８は、外輪３の内径面１と内輪６の外径面４とに接触して作動する。従来の等速自在継手の各部品には鋼が用いられている。このため、鋼同士の接触で発生する凝着により部品間の摩擦抵抗が発生する可能性がある。そこで、各部品の接触部が熱処理により硬度を高め、潤滑剤を介入させて、その接触抵抗を抑えて、摩擦損失を減少させる必要があった。
【０００７】
本発明は、前記課題に鑑みて、必ずしも接触部を熱処理にて硬度を高める必要が無く、摩擦抵抗を減らすことで、金属同士の凝着、摩耗を抑制し、さらに継手効率の向上を図ることができる摺動型等速自在継手を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の摺動型等速自在継手は、円筒状の内径面に複数の直線状のトラック溝を軸方向に形成した外側継手部材と、球面状の外径面に複数の直線状のトラック溝を軸方向に形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達するボールと、外側継手部材の内径面と内側継手部材の外径面との間に介在してボールを保持するケージとを備えた摺動型等速自在継手であって、ケージは、その表面にセラミック層が形成されているものである。
【０００９】
本発明の摺動型等速自在継手によれば、ケージと接触する部位との摩擦抵抗を減少させることができる。
【００１０】
ケージの外球面全体、又はケージの外球面のうちトルク入力時に外側継手部材の内径面に接触する部位にセラミック層を設ける場合がある。この場合、ケージの外径面と接触する部位（外側継手部材の内径面）との摩擦抵抗を減少させることができる。
【００１１】
ケージの内球面全体、又はケージの内球面のうちトルク入力時に内側継手部材の外径面に接触する部位にセラミック層を設ける場合がある。この場合、ケージの内径面と接触する部位（内側継手部材の外径面）との摩擦抵抗を減少させることができる。
【００１２】
ケージの窓内周面にセラミック層を設ける場合がある。この場合、ケージの窓内周面に接触する部位(トルク伝達ボール)との摩擦抵抗を減少させることができる。
【００１３】
セラミック層が、セラミックコーティングにて構成されるものであっても、別途成形されてケージ本体に接合されるセラミック体にて構成されたものであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、セラミック層と接触する部位との摩擦を減少させることができる。これによって、継手の伝達効率の向上を図ることができる。
【００１５】
セラミック層を、ケージの外球面全体、又はケージの外球面のうちトルク入力時に外側継手部材の内径面に接触する部位に設ければ、ケージの外球面と接触する外側継手部材の内径面との摩擦抵抗を減少させることができて、伝達効率の向上を図ることができる。
【００１６】
前記セラミック層を、ケージの内球面全体、又はケージの内球面のうちトルク入力時に内側継手部材の外径面に接触する部位に設ければ、ケージの内球面と接触する内側継手部材の外径面との摩擦抵抗を減少させることができて、伝達効率の向上を図ることができる。前記セラミック層を、ケージの窓内周面に設ければ、ケージの窓内周面に摺接するボールの表面との摩擦抵抗を減少させることができて、伝達効率の向上を図ることができる。
【００１７】
特に、ケージ全体を前記焼結体にて成形して、ケージ全体が前記セラミック層にて構成されるものでは、ケージの外球面と接触する外側継手部材の内径面、ケージの内球面と接触する内側継手部材の外径面、及びケージの窓内周面に摺接するボールの表面との摩擦を減少させることができて、伝達効率の向上を図ることができる。
【００１８】
セラミック層がセラミックコーティングにて構成されるものであれば、溶射等によって種々の部位に安定したセラミック層を確実に成形できる。また、セラミック層がセラミックプレートにて構成されるものであれば、セラミックプレートを別工程で成形することができるので、一度に多数のプレートを炉に入れて加工でき、生産性に優れる。
【００１９】
このように、本発明では、金属同士の凝着を防止でき、外側継手部材等と他部品の接触面の磨耗（フレーキング等）を抑え、等速自在継手としての耐久性が向上する。また、鋼よりも軽いセラミックスを使うことで、継手全体の軽量化を図ることができる。
【００２０】
ケージの一部にセラミック層を設けるものでは、ケージ全体を焼結体（セラミックス）で構成したものに比べて、使用するセラミックスの量を少なくでき、低コスト化を図ることができるとともに、成形加工性に優れる。また、ケージ全体を焼結体（セラミックス）で構成した場合、大幅な軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下本発明の実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。
【００２２】
本発明に係る等速自在継手は、図１に示すように、円筒状の内径面２１に複数の直線状のトラック溝２２を軸方向に形成した外側継手部材としての外輪２３と、球面状の外径面２４に前記外輪２３のトラック溝２２と同数の直線状のトラック溝２５を軸方向に形成した内側継手部材としての内輪２６と、外輪２３のトラック溝２２と内輪２６のトラック溝２５との間に介在するトルク伝達ボール２７と、トルク伝達ボール２７を保持するケージ２８とを備える。また、内輪２６の内周面に図示しない軸を連結するためのセレーション（又はスプライン）２９を形成している。なお、外輪２３は、前記トラック溝２２が形成された円筒状の本体部２３ａと、この本体部２３ａの底部から突設される軸部２３ｂとからなる。
【００２３】
ケージ２８は、図２に示すように、複数のポケット３０とを備えた環体であり、外輪２３の内径面２１に接触案内される凸球面状の外球面２８ａと、内輪２６の外径面２４に接触案内される凹球面状の内球面２８ｂとを有する。また、外球面８ａの曲率中心Ｏ１と内球面８ｂの曲率中心Ｏ２とが、ボール中心Ｂを含む継手中心面Ｐに対して軸方向の反対側にオフセットされている。
【００２４】
作動角をとると外輪２３の内径面上をケージ２８がその外球面２８ａの曲率中心Ｏ１のまわりに回転し、さらに内輪２６がケージ２８の内球面２８ｂの曲率中心Ｏ２のまわりに回転する。このときボール２７の位置はトラックの傾斜によって決まり、また、ボール２７を保持するケージ２８もボール位置により規制される。このように角度をとって回転するとケージ２８によって保持されたボール２７は外輪２３及び内輪２６のトラック上を転がり、ケージ２８は外輪２３及び内輪２６の対応面上を滑る。さらに、継手が角度をとって回転するときでもケージ２８の外径面と外輪２３の内径面間で滑り、ボール２７が外輪２３のトラック上を滑り、幾分かは転がることによって軸方向の相対変位が可能である。
【００２５】
そして、ボール中心Ｂを含む継手中心面Ｐに対してケージ２８の外球面２８ａ及び内球面２８ｂの曲率中心Ｏ１、Ｏ２を等距離だけオフセットさせてあることにより、ケージ２８は継手のあらゆる回転角においてボール２７を入力軸と出力軸の二等分面上に確保することができる。
【００２６】
ケージ２８はセラミックスで成形されている。セラミックスとしては、アルミナ・ジルコニア・窒化アルミ・窒化珪素・炭化珪素等の種々のセラミックを採用することができる。セラミックスは、硬度が高い、耐摩耗性に優れている、耐薬品性に優れている、電気絶縁性に優れている、耐熱性に優れている、金属製に比べ軽量である等の種々の特性を有する。
【００２７】
本発明では、ケージと接触する部位との摩擦抵抗を減少させることができ、これによって、継手の伝達効率の向上を図ることができる。
【００２８】
図３に示すケージ２８は、外球面２８ａの継手開口側にセラミック層４０が形成されている。すなわち、ケージ２８は、一対のリング状体３１ａ，３１ｂと、周方向に沿って所定ピッチ（４５°ピッチ）で配設されてリング状体３１ａ，３１ｂを連結する柱部３３とからなるケージ本体３５と、このケージ本体３５にコーティングされる前記セラミック層４０とで構成される。このため、周方向に隣合う柱部３３間に前記ポケット３０が形成される。この実施形態のセラミック層４０では、外球面２８ａにおけるトルク負荷時の接触部分に設けられている。なお、ケージ本体３５は、この種のケージに使用される炭素鋼、浸炭鋼等の鋼材から構成される。外球面２８ａは、ケージ本体３５の外径面とセラミック層４０の外径面とで構成される。
【００２９】
この場合のセラミック層４０は、一方のリング状体３１ａの外径面における柱部対応部位及び柱部３３の外径面に設けられる。セラミック層４０を構成するセラミックスとしては、アルミナ・ジルコニア・窒化アルミ・窒化珪素・炭化珪素等の種々のセラミックを採用することができる。
【００３０】
また、セラミック層４０は、溶射、真空蒸着、化学蒸着（ＣＶＤ）、イオンプレーティング等の種々の方法（ドライプロセス）にて成形することができる。溶射とは、コーティング材料を、加熱により溶融もしくは軟化させ、微粒子状にして加速し被覆対象物表面に衝突させて、扁平に潰れた粒子を凝固・堆積させることにより皮膜を形成するコーティング技術である。真空蒸着は、真空にした容器の中で、蒸着材料を加熱し気化もしくは昇華して、離れた位置に置かれた被コーティング材の表面に付着させ、薄膜を形成するものである。化学蒸着は、薄膜構成原子を含む化合物ガスを原料として化学反応を利用する薄膜化法である。イオンプレーティングは、真空蒸着とプラズマの複合技術である。イオンプレーティングは、原則としてガスプラズマを利用して、蒸発粒子の一部をイオンもしくは励起粒子とし、活性化して蒸着する技術である。
【００３１】
次に、図４に示すケージ２８は、セラミック層４０が内球面２８ｂにおけるトルク負荷時の接触部分に設けられている。すなわち、セラミック層４０は、他方のリング状体３１ｂの内径面における柱部対応部位及び柱部３３の内径面に設けられる。この場合のケージ２８の内球面２８ｂは、ケージ本体３５の内径面とセラミック層４０の内径面とで構成される。
【００３２】
また、図５に示すケージ２８は、窓部（ポケット）３０の内周面にセラミック層４０が形成されている。図６に示すケージ２８は、図３に示すものと図５に示すものとを組み合わせたものである。すなわち、セラミック層４０を、一方のリング状体３１ａの外径面における柱部対応部位及び柱部３３の外径面と、ポケット３０の内周面とに形成している。
【００３３】
図７に示すケージ２８は、図４に示すものと図５に示すものとを組み合わせたものがある。すなわち、セラミック層４０を、他方のリング状体３１ｂの内径面における柱部対応部位及び柱部３３の内径面と、ポケット３０の内周面とに形成している。図８に示すケージ２８は、図３に示すものと図４に示すものとを組み合わせたものである。すなわち、セラミック層４０を、一方のリング状体３１ａの外径面における柱部対応部位及び柱部３３の外径面と、他方のリング状体３１ｂの内径面における柱部対応部位及び柱部３３の外径面とに形成している。
【００３４】
ところで、ケージ本体３５の外径面全体をセラミック層４０にて被覆するものであってもよい。また、ケージ本体３５の内径面全体をセラミック層４０にて被覆するものであってもよい。さらには、ケージ本体３５の外径面全体及びケージ本体３５の内径面全体をセラミック層４０にて被覆するものであっても、ケージ本体３５全体をセラミック層４０にて被覆するものであってもよい。このように、ケージ本体３５の外径面全体をセラミック層４０にて被覆したものを、ケージ２８の外球面２８ａ全体にセラミック層４０を設けたものと呼ぶことができ、ケージ本体３５の内径面全体をセラミック層４０にて被覆したものを、ケージ２８の内球面２８ｂ全体にセラミック層４０を設けたものと呼ぶことができる。
【００３５】
なお、ケージ２８の外球面２８ａが、ケージ本体３５の外球面とセラミック層４０の外径面とで構成される場合、ケージ本体３５の外球面とセラミック層４０の外径面との間において段差が生じないように設定する必要がある。この場合、ケージ本体３５の外球面に、セラミック層４０の厚さを考慮して、セラミック層形成用の凹所を形成すればよい。また、ケージ２８の内球面２８ｂが、ケージ本体３５の内球面とセラミック層４０の内径面とで構成される場合、ケージ本体３５の内球面とセラミック層４０の内径面との間において段差が生じないように設定する必要がある。この場合、ケージ本体３５の内球面に、セラミック層４０の厚さを考慮して、セラミック層形成用の凹所を形成すればよい。
【００３６】
本発明では、設けられるセラミック層４０と接触する部位との摩擦抵抗を減少させることができる。これによって、継手の伝達効率の向上を図ることができる。また、一部をセラミック層４０にて構成でき、軽量化を図ることができ、しかも、セラミック層４０を設ける部品全体をセラミック製とする必要がないので、低コスト化を図ることができる。
【００３７】
すなわち、セラミック層４０を、ケージ２８の外球面２８ａ全体、ケージ２８の外球面２８ａのうち、少なくともトルク入力時に外輪２３の内径面２１に接触する部位に設ければ、ケージ２８の外球面２８ａと接触する外輪２３の内径面２１との摩擦抵抗を減少させることができて、伝達効率の向上を図ることができる。
【００３８】
また、セラミック層４０を、ケージ２８の内球面２８ｂ全体、又はケージ２８の内球面２８ｂのうち、少なくともトルク入力時に内輪２６の外径面２４に接触する部位に設ければ、ケージ２８の内球面２８ｂと接触する内輪２６の外径面２４との摩擦抵抗を減少させることができて、伝達効率の向上を図ることができる。セラミック層４０を、ケージ２８の窓内周面に設ければ、ケージ２８の窓内周面の摺接するボール２７の表面との摩擦抵抗を減少させることができて、伝達効率の向上を図ることができる。
【００３９】
ところで、セラミック層４０は前記実施形態では、セラミックコーティングによって構成していたが、別部材の焼結体（セラミック体）を成形し、この焼結体をケージ本体３５に接合（接着）するものであってもよい。
【００４０】
この場合、セラミックスと金属材料の接合に用いるもの、例えば、エポキシ樹脂等の接着剤を使用して、この別部材の焼結体を、ケージ本体３５に接合することができる。
【００４１】
なお、外球面２８ａや内球面２８ｂの一部にセラミック層４０を形成する場合、凹部を設け、別部材の焼結体をこの凹部に嵌合させるのが好ましい。これによって、外球面２８ａや内球面２８ｂに段差を生じさせずに済む。
【００４２】
セラミック層４０がセラミックコーティングにて構成されるものであれば、溶射等によって種々の部位に安定したセラミック層４０を確実に成形できる。また、セラミック層４０がセラミック体にて構成されるものであれば、セラミック体を別工程で成形することができるので、一度に多数のプレートを炉に入れて加工でき、生産性に優れる。セラミックプレートにて構成される場合、セラミック体と、このセラミック体が接着される母材との間に凹凸嵌合部を設けることによって、セラミック体のずれや剥がれを防止できる。
【００４３】
特に、ケージ全体を前記焼結体にて成形して、ケージ全体がセラミック層４０にて構成されるものでは、ケージ２８の外球面２８ａと接触する外輪２３の内径面２１、ケージ２８の内球面２８ｂと接触する内輪２６の外径面２４、及びケージ２８の窓内周面に摺接するボール２７の表面との摩擦抵抗を減少させることができて、伝達効率の向上を図ることができる。
【００４４】
このように、本発明では、金属同士の凝着を防止でき、外輪２３等と他部品の接触面の磨耗（フレーキング等）を抑え、等速自在継手としての耐久性が向上する。また、鋼よりも軽いセラミックスを使うことで、継手全体の軽量化を図ることができる。
【００４５】
また、ケージ２８の一部にセラミック層４０を設けるものでは、ケージ全体を焼結体（セラミックス）で構成したものに比べて、使用するセラミックスの量を少なくでき、低コスト化を図ることができるとともに、成形加工性に優れる。ケージ全体を焼結体（セラミックス）で構成した場合、大幅な軽量化を図ることができる。
【００４６】
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、ケージ２８の母材（ケージ本体）の素材は、たとえば鋼、具体的にはＪＩＳ規格Ｓ５３Ｃなどの炭素鋼や、ＳＣＲ４２０、ＳＣＭ４２０などの浸炭鋼を採用することができる。また、別部材の焼結体を接合する場合、接合（接着）する面を、高周波焼入れや浸炭焼入れ等の熱硬化処理を施すようにしてもよい。このように、熱硬化処理を施すことによって、強度向上を図ることができる。ケージ２８の一部にセラミック層４０を設けるものでは、厚さ寸法や形成範囲等は、強度、重さ、コスト等を考慮して、種々変更することができる。また、ボール数の増減も任意である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態を示す摺動型等速自在継手の断面図である。
【図２】前記摺動型等速自在継手のケージの斜視図である。
【図３】ケージの第１変形例を示す斜視図である。
【図４】ケージの第２変形例を示す斜視図である。
【図５】ケージの第３変形例を示す斜視図である。
【図６】ケージの第４変形例を示す斜視図である。
【図７】ケージの第５変形例を示す斜視図である。
【図８】ケージの第６変形例を示す斜視図である。
【図９】従来の摺動型等速自在継手の内輪の簡略斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
２１   内径面
２２   トラック溝
２４   外径面
２５   トラック溝
２７   トルク伝達ボール
２８   ケージ
２８ａ 外球面
２８ｂ 内球面
３５   ケージ本体
４０   セラミック層
【図１】
2009299834.tif 000003
【図２】
2009299834.tif 000004
【図３】
2009299834.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009299834.tif 000007
【図６】
2009299834.tif 000008
【図７】
2009299834.tif 000009
【図８】
2009299834.tif 000010
【図９】
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