(57)【要約】【課題】高温・高負荷・高速回転でも、焼き付きや潤滑不良がなく、温度変化に耐えうる等速自在継手を提供する。【解決手段】内周面２１に複数のトラック溝２２が形成された外側継手部材と、外周面２４に複数のトラック溝２５が形成された内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝２２と内側継手部材のトラック溝２５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール２７と、ボール２７を収容するポケット２９を有するとともに外側継手部材と内側継手部材との間に介装されるケージ２８とを備えた等速自在継手である。ボール２７を鋼球とするとともに、ボール鋼材を、Ｃ：０．６〜１．３重量％、Ｓｉ：０．３〜３．０重量％、Ｎｉ：０．１〜３．０重量％、Ｍｎ：０．２〜１．５重量％、Ｃｒ：０．３〜５．０重量％を含有する合金鋼とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面にトラック溝が形成された外側継手部材と、外周面にトラック溝が形成された内側継手部材と、前記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、このボールを収容するポケットを有するとともに外側継手部材と内側継手部材との間に介装されるケージとを備えた等速自在継手であって、
前記ボールを、Ｃ：０．６〜１．３重量％、Ｓｉ：０．３〜３．０重量％、Ｎｉ：０．１〜３．０重量％、Ｍｎ：０．２〜１．５重量％、Ｃｒ：０．３〜５．０重量％を含有する合金鋼としたことを特徴とする等速自在継手。
【請求項２】
内周面にトラック溝が形成された外側継手部材と、外周面にトラック溝が形成された内側継手部材と、前記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、このボールを収容するポケットを有するとともに外側継手部材と内側継手部材との間に介装されるケージとを備えた等速自在継手であって、
前記ボールを、Ｖ：０．０５〜１．０重量％、Ｍｏ：０．０５重量％以上０．２５重量％未満を含有する合金鋼としたことを特徴とする等速自在継手。
【請求項３】
内周面にトラック溝が形成された外側継手部材と、外周面にトラック溝が形成された内側継手部材と、前記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、このボールを収容するポケットを有するとともに外側継手部材と内側継手部材との間に介装されるケージとを備えた等速自在継手であって、
前記ボールを高炭素クロムモリブデン鋼としたことを特徴とする等速自在継手。
【請求項４】
内周面にトラック溝が形成された外側継手部材と、外周面にトラック溝が形成された内側継手部材と、前記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、このボールを収容するポケットを有するとともに外側継手部材と内側継手部材との間に介装されるケージとを備えた等速自在継手であって、
外側継手部材、内側継手部材、及びケージを鋼で構成するとともに、ボールをセラミックスで構成したことを特徴とする等速自在継手。
【請求項５】
内側継手部材のトラック溝の曲率中心と外側継手部材のトラック溝の曲率中心とは、継手中心Ｏに対して軸方向に逆向きにオフセットされているバーフィールド型であ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。
【請求項６】
ケージの外周面の中心と内周面の中心とが、継手中心Ｏに対し、軸方向に逆方向にオフセットしているダブルオフセット型であ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。
【請求項７】
外側継手部材の内周面に、軸線に対し周方向の一方にねじれたトラック溝と周方向の他方にねじれたトラック溝とが交互に設けられ、内側継手部材の外周面に、周方向の相反した向きにねじれたトラック溝が交互に設けられたクロスグルーブ型であ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、等速自在継手に関し、特にトルク伝導部材にボールを使用する等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車用、産業機械用、農業機械用等におけるドライブシャフトに使用される等速自在継手に、バーフィールド型（ＢＪ）、ダブルオフセット型（ＤＯＪ）、クロスグルーブ型（ＬＪ）等が用いられる。これらの等速自在継手は、トルクを伝達するトルク伝達部材としてボールが使用される。
【０００３】
バーフィールド型（ＢＪ）、ダブルオフセット型（ＤＯＪ）、クロスグルーブ型（ＬＪ）等のボールは、一般的に軸受鋼（ＳＵＪ２：高炭素クロム軸受鋼鋼材JIS G4805）が使用される（特許文献１）。
【０００４】
例えば、バーフィールド型（ＢＪ）の等速自在継手は、図４に示すように内周面１に複数のトラック溝２が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪３と、外周面４に外輪３のトラック溝２と対をなす複数のトラック溝５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成され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との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、外輪３の内周面１と内輪６の外周面４との間に介在してボール７を保持するケージ８とを備えている。ケージ８には、ボール７が収容されるポケット９が周方向に沿って複数配設されている。
【０００５】
また、外輪３のトラック溝２の曲率中心Ｏ１と内輪のトラック溝５の曲率中心Ｏ２とは、継手中心Ｏに対して等距離Ｆ、Ｆだけ軸方向に逆向きにオフセットされている。
【０００６】
ところで、このような等速自在継手は高温下で使用され、高温条件下での耐かじり性、ボール疲労性、耐表面損傷性を向上させる必要がある。これには、一般的には、外輪表面温度（雰囲気温度）が１００℃以上になる場合、グリース等で対応させている。
【０００７】
また、等速自在継手は、トルク伝達時の回転時に、ボール周辺に油膜形成が形成され、ボールの滑らかな回転を許容するものである。しかしながら、外輪の表面温度が１００℃以上で、高速回転の場合、ボール周辺の油膜形成が悪くなり、ボールが局部的に２００℃〜２５０℃程度に達するおそれがある。このように、２００〜２５０℃の高温に達すると、寸法変化が生じ、滑らかなな回転が困難となるとともに、損傷するおそれがある。そのため、寸法変化を抑えるため、ボールに、２００℃を越える温度で焼き戻しを行っていた。この場合、使用する鋼材を軸受鋼とした場合、予め使用温度より５０〜１００℃程度高い温度で焼き戻しする。これによって、２００℃を越える高温でも寸法変化を抑えるようにしている。
【特許文献１】特開平５−２４０２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、２００℃を越える温度で焼き戻しを行うと、硬度低下や機械的強度が弱くなって、「剥離」「摩耗」「割れ」等を起し易くなり、使用寿命が短くなるおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みて、高温・高負荷・高速回転でも、焼き付きや潤滑不良がなく、温度変化に耐えうる等速自在継手を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の等速自在継手は、内周面にトラック溝が形成された外側継手部材と、外周面にトラック溝が形成された内側継手部材と、前記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、このボールを収容するポケットを有するとともに外側継手部材と内側継手部材との間に介装されるケージとを備えた等速自在継手であって、前記ボールを、Ｃ：０．６〜１．３重量％、Ｓｉ：０．３〜３．０重量％、Ｎｉ：０．１〜３．０重量％、Ｍｎ：０．２〜１．５重量％、Ｃｒ：０．３〜５．０重量％を含有する合金鋼としたものである。
【００１１】
本発明の等速自在継手によれば、ボール鋼材を、Ｃ：０．６〜１．３重量％、Ｓｉ：０．３〜３．０重量％、Ｎｉ：０．１〜３．０重量％、Ｍｎ：０．２〜１．５重量％、Ｃｒ：０．３〜５．０重量％を含有する合金鋼としたことによって、ボールが極めて耐熱性に優れたものとなって、耐かじり性、ボール疲労性、耐表面損傷性の向上を図ることができる。
【００１２】
本発明の第２の等速自在継手は、内周面にトラック溝が形成された外側継手部材と、外周面にトラック溝が形成された内側継手部材と、前記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、このボールを収容するポケットを有するとともに外側継手部材と内側継手部材との間に介装されるケージとを備えた等速自在継手であって、前記ボールを、Ｖ：０．０５〜１．０重量％、Ｍｏ：０．０５重量％以上０．２５重量％未満を含有する合金鋼としたものである。
【００１３】
本発明の第２の等速自在継手によれば、ボール鋼材を、Ｖ：０．０５〜１．０重量％、Ｍｏ：０．０５重量％以上０．２５重量％未満を含有する合金鋼としたことによって、前記第1の等速自在継手と同様、ボールが極めて耐熱性に優れたものとなって、耐かじり性、ボール疲労性、耐表面損傷性の向上を図ることができる。
【００１４】
本発明の第３の等速自在継手は、内周面にトラック溝が形成された外側継手部材と、外周面にトラック溝が形成された内側継手部材と、前記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鋼材製のボールと、このボールを収容するポケットを有するとともに外側継手部材と内側継手部材との間に介装されるケージとを備えた等速自在継手であって、前記ボールを高炭素クロムモリブデン鋼（化学成分は質量％で、Ｃ：０．７７〜０．８５、Ｃｒ：３．７５〜４．２５、Ｍｏ：４．０〜４．５、Ｖ：０．５〜１．１、残部Ｆｅ）としたものである。
【００１５】
本発明の第３の等速自在継手によれば、ボール鋼材を高炭素クロムモリブデン鋼（Ｍ５０）としているので、ボールは、耐熱性に優れるともに、高硬度が得られ耐脆性剥離に優れ、疲労寿命の向上を図ることができる。すなわち、本発明の第３の等速自在継手であっても、前記第１の等速自在継手や第２の等速自在継手と同様、耐かじり性、ボール疲労性、耐表面損傷性の向上を図ることができる。
【００１６】
本発明の第４の等速自在継手は、内周面にトラック溝が形成された外側継手部材と、外周面にトラック溝が形成された内側継手部材と、前記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、このボールを収容するポケットを有するとともに外側継手部材と内側継手部材との間に介装されるケージとを備えた等速自在継手であって、外側継手部材、内側継手部材、及びケージを鋼で構成するとともに、ボールをセラミックスで構成したものである。
【００１７】
本発明の第４の等速自在継手によれば、外側継手部材、内側継手部材、及びケージを鋼で構成するとともに、ボールをセラミックスで構成したことによって、ボールが極めて耐熱性に優れたものとなって、前記第１の等速自在継手や第２の等速自在継手と同様、耐かじり性、ボール疲労性、耐表面損傷性の向上を図ることができる。
【００１８】
等速自在継手としては、バーフィールド型であっても、ダブルオフセット型であっても、クロスグルーブ型であってもよい。バーフィールド型の等速自在継手は、内側継手部材のトラック溝の曲率中心と外側継手部材のトラック溝の曲率中心とは、継手中心Ｏに対して軸方向に逆向きにオフセットされているものである。ダブルオフセット型の等速自在継手は、ケージの外周面の中心と内周面の中心とが、継手中心Ｏに対し、軸方向に逆方向にオフセットしているものである。クロスグルーブ型の等速自在継手は、外側継手部材の内周面に、軸線に対し周方向の一方にねじれたトラック溝と周方向の他方にねじれたトラック溝とが交互に設けられ、内側継手部材の外周面に、周方向の相反した向きにねじれたトラック溝が交互に設けられたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、耐かじり性、ボール疲労性、耐表面損傷性の向上を図ることができる。このため、高温・高負荷・高速回転でも、焼き付きや潤滑不良がなく、温度変化に耐えることができ、高効率のトルク伝達機能を安定して長期にわたって発揮することができる。
【００２０】
等速自在継手としては、トルク伝達部材にボールを使用するタイプのバーフィールド型であっても、ダブルオフセット型であっても、クロスグルーブ型であってもよく、種々の用途のものに対応する。
【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３に基づいて説明する。
【００２２】
図１に示す第１実施形態の等速自在継手はバーフィールド型（ＢＪ）を示し、内周面２１に複数のトラック溝２２が軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪２３と、外周面２４に複数のトラック溝２５が軸方向に沿って形成された内側継手部材としての内輪２６とを備える。そして、外輪２３のトラック溝２２と内輪２６のトラック溝２５とが対をなし、トルクを伝達するボール３７が外輪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。外輪２３の内周面２１と内輪２６の外周面２４との間にケージ２８が介在され、このケージ２８の周方向に沿って所定ピッチで配設された複数のポケット（ポケット）２９にボール２７が保持される。
【００２３】
前記外輪２３のトラック溝２２は、その曲率中心Ｏ１を継手中心Ｏから軸方向に外輪３３の開口側にずらしている。また、内輪２６トラック溝２５の曲率中心Ｏ２を継手中心Ｏから軸方向に外輪２３のトラック溝２２の曲率中心Ｏ１と反対側の奥側に等距離Ｆだけ離して設けている。
【００２４】
この内輪２６の中心孔（内径孔）２６ａにシャフト（図示省略）を挿入してスプライン嵌合させ、そのスプライン嵌合により両者間でトルク伝達可能としている。
【００２５】
外輪２３、内輪２６、及びケージ２８は、鋼（例えば、ＳＵＪ２等の軸受鋼）を使用し、ボール２７を鋼球とし、ボール２７の鋼材には、Ｃ：０．６〜１．３重量％、Ｓｉ：０．３〜３．０重量％、Ｎｉ：０．１〜３．０重量％、Ｍｎ：０．２〜１．５重量％、Ｃｒ：０．３〜５．０重量％を含有する合金鋼を用いる。
【００２６】
このように、ボール鋼材を、前記のような合金鋼としたことによって、ボールが極めて耐熱性に優れたものとなって、耐かじり性、ボール疲労性、耐表面損傷性の向上を図ることができる。これによって、本等速自在継手は、高温・高負荷・高速回転でも、焼き付きや潤滑不良がなく、温度変化に耐えうるものとなって、高効率のトルク伝達機能を安定して長期にわたって発揮することができる。
【００２７】
ボール２７の鋼材には、Ｖ：０．０５〜１．０重量％、Ｍｏ：０．０５重量％以上０．２５重量％未満を含有する合金鋼を用いてもよい。この場合であっても、ボール２７が極めて耐熱性に優れたものとなって、耐かじり性、ボール疲労性、耐表面損傷性の向上を図ることができるものであり、前記実施形態と同様の作用効果を発揮する。
【００２８】
また、ボール２７の鋼材には、高炭素クロムモリブデン鋼（Ｍ５０）（化学成分は質量％で、Ｃ：０．７７〜０．８５、Ｃｒ：３．７５〜４．２５、Ｍｏ：４．０〜４．５、Ｖ：０．５〜１．１、残部Ｆｅ）を用いてもよい。このため、ボール２７は、耐熱性に優れるともに、高硬度が得られ耐脆性剥離に優れ、疲労寿命の向上を図ることができる。すなわち、耐かじり性、ボール疲労性、耐表面損傷性の向上を図ることができ、前記実施形態と同様の作用効果を発揮することができる。
【００２９】
また、ボール２７を耐熱性に優れたセラミックスにて構成してもよい。ここで、セラミックスとは、基本成分が金属酸化物で、高温での熱処理によって焼き固めた焼結体である。この場合、外輪２３、内輪２６、及びケージ２８は、浸炭鋼を使用することができ、外輪２３は、例えば、ＳＣＭ４２０、Ｓ５３Ｃ等を使用することができ、内輪２６は、例えば、ＳＣＭ４２０、ＳＣｒ４２０等を使用することができ、ケージ２８は、例えば、ＳＣｒ４１５等を使用することができる。
【００３０】
ボール２７をセラミックスにて構成しても、ボール２７が極めて耐熱性に優れたものとなって、耐かじり性、ボール疲労性、耐表面損傷性の向上を図ることができるものであり、前記実施形態と同様の作用効果を発揮する。
【００３１】
次に図２は第２実施形態を示し、この等速自在継手はダブルオフセット型である。外側継手部材としての外輪３３と、内側継手部材としての内輪３６、ボール３７及びケージ３８を主要な構成要素としている。外輪３３は、円筒状内周面３１の周方向に等ピッチで配設される軸方向の複数本のトラック溝３２を有している。内輪３６は球面状外周面３４を有し、その球面状外周面３４に軸方向に延びる複数のトラック溝３５が形成されている。
【００３２】
外輪３３のトラック溝３２と内輪３６のトラック溝３５とが対をなしてボールトラックを形成し、各ボールトラックに１個ずつボール３７が組み込んである。ケージ３８は、外周面３８ａにて外輪３３の円筒状内周面３１と接し、内周面３８ｂにて内輪３６の球面状外周面３４と接している。また、ケージ３８にはポケット３９が形成され、このポケット３９にてボール３７が支持される。
【００３３】
なお、等速自在継手における外輪３３は、車体への取り付け形態から種々のタイプがあり、図２に示すものはフランジタイプである。このタイプの外輪３３は、その外径端部に複数の車体取付フランジ４０が円周方向等間隔に一体的に突設され、各車体取付フランジ４０に貫設されたボルト孔４０ａを利用してボルト締めにより車体に取り付けられる。また、内輪３６の中心孔（内径孔）３６ａにシャフト（図示省略）を挿入してスプライン嵌合させ、そのスプライン嵌合により両者間でトルク伝達可能としている。
【００３４】
ケージ３８の外周面３８ａの中心Ｏｏと内周面３８ｂの中心Ｏｉは、継手中心Ｏを挟んで軸方向に互いに反対側に等距離だけオフセットされている。
【００３５】
この場合であっても、ボール３７を鋼球とし、ボール２７の鋼材には、Ｃ：０．６〜１．３重量％、Ｓｉ：０．３〜３．０重量％、Ｎｉ：０．１〜３．０重量％、Ｍｎ：０．２〜１．５重量％、Ｃｒ：０．３〜５．０重量％を含有する合金鋼を用いる。または、Ｖ：０．０５〜１．０重量％、Ｍｏ：０．０５重量％以上０．２５重量％未満を含有する合金鋼を用いる。さらには、ボール３７を耐熱性に優れたセラミックスにて構成してもよい。
【００３６】
次に、図３は第３実施形態を示し、この場合の等速自在継手はクロスグループ型であり、外周面に軸線に対して互いに逆方向にねじれたトラック溝８６を円周方向に交互に形成した内側継手部材としての内輪８７と、内周面に軸線に対して互いに逆方向にねじれたトラック溝８８を円周方向に交互に形成した外側継手部材としての外輪８９と、軸線に対して互いに逆方向にねじれた内輪８７のトラック溝８６と外輪８９のトラック溝８８との交差部に組み込んだ複数個のトルク伝達ボール９０と、内輪８７の外周面と外輪８９の内周面との間に介在してトルク伝達ボール９０を円周方向で所定間隔に保持するケージ９１とを有する。
【００３７】
内輪８７の中心孔（内径孔）８７ａにシャフト９２を挿入してスプライン嵌合させ、そのスプライン嵌合により両者間でトルク伝達可能としている。また、ケージ９１にはポケット９８が設けられ、このポケット９８にてボール９０が支持される
【００３８】
外輪８９の軸方向一端側（反シャフト突出側の開口部）には、エンドキャップ９３が嵌着され、シャフト突出側の外輪開口部は密封装置９４にて塞がれている。密封装置９４は、外輪８９に取り付けた金属製アダプタ９５と、このアダプタ９５とシャフト間に配設されるゴムブーツ９６とを備える。外輪８９にはボルト部材９７が装着され、このボルト部材９７の装着によって、密封装置９４の金属製アダプタ９５とエンドキャップ９３とが外輪８９に支持される。
【００３９】
この場合であっても、ボール９０を鋼球とし、ボール２７の鋼材には、Ｃ：０．６〜１．３重量％、Ｓｉ：０．３〜３．０重量％、Ｎｉ：０．１〜３．０重量％、Ｍｎ：０．２〜１．５重量％、Ｃｒ：０．３〜５．０重量％を含有する合金鋼を用いる。または、Ｖ：０．０５〜１．０重量％、Ｍｏ：０．０５重量％以上０．２５重量％未満を含有する合金鋼を用いる。さらには、ボール３７を耐熱性に優れたセラミックスにて構成してもよい。
【００４０】
前記図２に示す等速自在継手であっても、図３に示す等速自在継手であっても、ボール３７，９０が極めて耐熱性に優れたものとなって、耐かじり性、ボール疲労性、耐表面損傷性の向上を図ることができるものであり、前記実施形態と同様の作用効果を発揮する。
【００４１】
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、ボール数の増減は任意であり、ボールが周方向に沿って不等ピッチで配設したものであってもよい。また、ボール鋼材の各成分の割合は、前記範囲内で任意に選択できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す等速自在継手の断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す等速自在継手の断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示す等速自在継手の断面図である。
【図４】従来の等速自在継手の断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１、２１、３１  内周面
２、２２、３２、８８ トラック溝
３、２３、３３，８９  外輪
４、２４、３４  外周面
５、２５、３５、８６トラック溝
６、２６、３６、８７  内輪
７、２７、３７、９０  ボール
８、２８、３８、９１  ケージ
９、２９、３９，９８  ポケット
２６ａ、３６ａ、８７ａ  内輪中心孔
４０ａボルト穴孔
９２  シャフト
９３  エンドキャップ
９４  密封装置
９５  金属製アダプター
９６  ゴムブーツ
９７  ボルト部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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