JP2008256082A - トリポード型等速ジョイント - Google Patents

Abstract

【課題】内輪部材等の新たな部材を用いることなく、トリポード軸部および内周スプラインに要求されるそれぞれの表面硬度をバラツキなく安定して確保することができるトリポード型等速ジョイントを提供する。
【解決手段】トリポード２０は、炭素が０．３５質量％以上０．６０質量％以下の調質鋼または非調質鋼で形成され、トリポード軸部２２の少なくとも外周面は、高周波焼入れされている。これにより、ボス部２１の内周スプラインに要求される表面硬度と、トリポード軸部２２の外周面に要求される表面硬度とを確実に満たすトリポード２０を形成することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、トリポード型等速ジョイントに関するものである。

トリポード型等速ジョイントを構成するトリポードは、内周スプラインを有するボス部と、ボス部からそれぞれシャフト軸の径方向外側に延在する３本のトリポード軸部とを備えている。ここで、ボス部の内周スプラインは、ドライブシャフト等の中間シャフトの一端に形成されている外周スプラインに係合される。従って、ボス部の内周スプラインとシャフトの外周スプラインとの間において回転を伝達するためには、それぞれのスプラインに所定の曲げ強度が要求される。そして、所定の曲げ疲労強度を確保するために、内周スプラインの表面硬度が６００Ｈｖ以下であることが望ましいとされている。さらに、内周スプラインは、シャフトの外周スプラインと接触するため、４５０Ｈｖ以上の表面硬度も要求される。

一方、トリポード軸部は、外周にローラを回転可能に且つ摺動可能に軸支している。つまり、トリポード軸部とローラとの間において回転を伝達するためには、トリポード軸部とローラとがトリポードの回転方向に押圧し合っている。従って、トリポード軸部の外周面は高い表面硬度が要求される。例えば、トリポード軸部の外周面の表面硬度は、６５０〜８５０Ｈｖの範囲であることが望まれる。

このように、トリポードは、部位によって要求される表面硬度が異なっている。このようなトリポードは、従来、以下のように成形している。すなわち、トリポードの材料として、ＳＣＭ４２０などの肌焼鋼を用い、浸炭した後に焼入焼戻しを行っている。このとき、トリポード軸部は、浸炭により十分に高い表面硬度となる。しかし、ボス部の内周スプラインが、トリポード軸部と同様に浸炭したのでは、表面硬度が高くなりすぎ、曲げ疲労強度が低下する。そこで、内周スプラインの部分に、浸炭性ガスが侵入しにくい状態で浸炭を行っている。このようにして、内周スプラインの部分をトリポード軸部に比べて浸炭されにくい状態とすることで、それぞれに求められる表面硬度を得るようにしている。

また、他の方法として、例えば、特開２０００−２４０６７６号公報（特許文献１）に開示されたものがある。当該公報には、トリポード軸部の外周に圧入され、外周面がニードルの転動面となる内輪部材を設けることが記載されている。トリポード軸部とニードルとの間に内輪部材を設けることにより、トリポード軸部が直接ニードルの負荷荷重を受けることがない。その結果、トリポード軸部は高周波焼入れするだけでよく、トリポードの浸炭を行わなくてもよい。つまり、内周スプラインが過浸炭による表面異常層が防止できるとされている。
特開２０００−２４０６７６号公報

しかし、前者の場合には、内周スプラインに浸炭性ガスが侵入しにくい状態で浸炭を行っているため、浸炭性ガスの侵入状態によって内周スプラインの表面硬度にバラツキが生じ、結果として内周スプラインの曲げ疲労強度にバラツキが生じる。

また、後者の場合には、浸炭を行わないので、内周スプラインの表面硬度にバラツキが生じるという問題はない。しかし、内輪部材を新たに設ける必要があるため、部品点数の増加により部品コストおよび製造コストの増大を招く。

なお、特許文献１におけるトリポードは、トリポード軸部のみに高周波焼入れを行っているので、内周スプラインの表面硬度よりもトリポード軸部の表面硬度が高くなっている。しかし、当該トリポード型等速ジョイントにおいては、内輪部材を新たに設けることにより、トリポード軸部の表面硬度を低下させてもよいということを利用して、結果として浸炭を行わず、高周波焼入を行えばよいとしたものである。つまり、トリポード軸部の表面硬度は、内輪部材を用いることを前提とした表面硬度であり、内輪部材を用いない場合に要求されるトリポード軸部の表面硬度を確保できているとは言えない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、内輪部材等の新たな部材を用いることなく、トリポード軸部および内周スプラインに要求されるそれぞれの表面硬度をバラツキなく安定して確保することができるトリポード型等速ジョイントを提供することを目的とする。

本発明のトリポード型等速ジョイントは、アウタレースと、トリポードと、ローラとを備える。アウタレースは、筒状からなり、内周面にアウタレース回転軸方向に延びる３本の案内溝が形成されている。トリポードは、シャフトの外周スプラインに係合される内周スプラインを有するボス部と、ボス部からそれぞれシャフト軸の径方向外側に延在しそれぞれの案内溝内に挿入される３本のトリポード軸部とを備える。ローラは、リング状からなり、それぞれのトリポード軸部にトリポード軸回りに回転可能に軸支され、且つ、案内溝に転動可能に係合する。そして、トリポードは、炭素が０．３５質量％以上０．６０質量％以下の調質鋼または非調質鋼で形成され、トリポード軸部の少なくとも外周面は、高周波焼入れされていることを特徴とする。

つまり、トリポードを形成する鋼材は、調質鋼であってもよいし、非調質鋼であってもよい。さらに、トリポードを形成する鋼材は、炭素鋼であってもよいし、合金鋼であってもよい。ただし、炭素鋼を用いる方が、安価で加工性が良好となる。また、調質鋼および非調質鋼の硬度は、炭素含有量が多いほど高くなるという性質を有している。

そして、本発明におけるトリポードは、炭素が０．３５質量％以上の調質鋼または非調質鋼で形成している。従って、当該トリポードの硬度は、炭素が０．２質量％のＳＣＭ４２０で形成した場合の硬度に比べて高くできる。具体的には、炭素が０．３５質量％以上の調質鋼または非調質鋼で形成したトリポードの表面硬度は、４５０Ｈｖ以上とすることができる。また、従来のように浸炭性ガスが侵入しにくいようにして浸炭を行うという処理方法を適用しないので、内周スプラインの表面硬度にバラツキが生じることもない。

さらに、本発明におけるトリポードは、炭素が０．６０質量％以下の調質鋼または非調質鋼で形成しているので、表面硬度が６００Ｈｖ以下とすることができる。従って、ボス部の内周スプラインの曲げ疲労強度を十分に確保することができる。

さらに、本発明におけるトリポード軸部の少なくとも外周面は、高周波焼入れされている。ここで、高周波焼入れされる鋼材の硬度は、炭素含有量が多いほど高くなる。そして、本発明のトリポード軸部を含むトリポードは、炭素が０．３５質量％以上の調質鋼または非調質鋼で形成している。この鋼材で形成されたトリポード軸部に高周波焼入れを施すことで、確実に６５０Ｈｖ以上の表面硬度を確保することができる。従って、トリポード軸部の外周面に要求される高い表面硬度を確保することができる。つまり、従来の特許文献１に記載されたような内輪部材を用いることを前提としたトリポード軸部の表面硬度よりも、本発明のトリポード軸部の表面硬度は、確実に高い表面硬度とすることができる。

以上より、内輪部材等の新たな部材を用いることなく、トリポード軸部および内周スプラインに要求されるそれぞれの表面硬度をバラツキなく安定して確保することができる。

また、トリポード軸部は、炭素が０．５０質量％以下の調質鋼または非調質鋼で形成されるとよい。ここで、調質鋼で形成されたトリポードは、まず冷間鍛造を行った後、焼入焼戻しを行って高周波焼入れを行う。また、非調質鋼で形成されたトリポードは、冷間鍛造を行った後、高周波焼入れを行う。そして、炭素含有量が多いほど、冷間鍛造を行う際の加工性が悪くなる。そこで、炭素が０．５０質量％以下の調質鋼または非調質鋼とすることで、冷間鍛造を行う際の加工性を良好とできる。

また、上記において、トリポード軸部の少なくとも外周面が高周波焼入れされているとしている。この理由は、トリポード軸部の外周面は、ローラとの間で大きな荷重がかかる部分であるため、高硬度化が必要であるためである。さらに、トリポード軸部の外周面に加えて、トリポード軸部の根元部が、高周波焼入れされているとよい。トリポード軸部の根元部には、トルクが伝達される際に曲げ荷重がかかる。そこで、トリポード軸部の根元部についても高周波焼入れを施すことにより、高硬度化を図り、結果として曲げ荷重に耐えることができる。

本発明のトリポード型等速ジョイントによれば、内輪部材等の新たな部材を用いることなく、トリポード軸部および内周スプラインに要求されるそれぞれの表面硬度をバラツキなく安定して確保することができる。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。ここで、本実施形態のトリポード型等速ジョイントは、車両の動力伝達シャフトの連結に用いる場合を例に挙げて説明する。具体的には、ディファレンシャルギヤに連結された軸部と中間シャフト１００との連結部位に用いる場合である。本実施形態のトリポード型等速ジョイントについて、図１を参照して説明する。図１（ａ）は、トリポード型等速ジョイントのシャフト軸方向の部分断面図を示す。図１（ｂ）は、トリポード型等速ジョイントのシャフト軸径方向の断面図を示す。

このトリポード型等速ジョイントは、アウタレース１０と、トリポード２０と、ローラ３０と、複数のニードル４０とから構成される。

アウタレース１０は、筒状（本実施形態では有底筒状）に形成されており、筒底外側（図１（ａ）の左側）がディファレンシャルギヤ（図示せず）に連結されている。そして、アウタレース１０の筒状部分の内周面には、アウタレース回転軸方向（図１（ａ）の左右方向）に延びる案内溝１１が周方向に等間隔に３本形成されている。

トリポード２０は、アウタレース１０の筒状部分の内側に配置されている。このトリポード２０は、ボス部２１と、３本のトリポード軸部２２とを備える。ボス部２１は、円筒状からなり、内周側には内周スプラインが形成されている。この内周スプラインは、中間シャフト１００の端部の外周スプラインに係合する。それぞれのトリポード軸部２２は、ボス部２１の外周側に、シャフト軸（トリポード２０の軸心に一致した軸）の径方向外側に向かって延在するように、且つ、ボス部２１の周方向に等間隔に形成されている。トリポード軸部２２は、円柱状からなる。それぞれのトリポード軸部２２の先端部は、アウタレース１０のそれぞれの案内溝１１内に挿入されている。

ローラ３０は、リング状からなる。このローラ３０は、トリポード軸部２２の外周側に、複数のニードル４０を介してトリポード軸（トリポード軸部２２の軸心）回りに回転可能に、且つ、トリポード軸方向に摺動可能に、軸支されている。ローラ３０は、案内溝１１に転動可能に係合している。

次に、上述したトリポード２０の成形工程について、より詳細に説明する。まず、トリポード２０は、炭素が所定の質量％の炭素鋼を用いる。そして、この炭素鋼からなる基材に対して冷間鍛造を施して、トリポード２０の形状を形成する。続いて、焼入焼戻しを行った後に、トリポード軸部２２の外周面および根元部に高周波焼入れを施す。また、炭素が所定の質量％の非調質鋼を用いた場合には、冷間鍛造を施した後、トリポード軸部２２の外周面および根元部に高周波焼入れを施す。

このようにすることで、ボス部２１の内周スプラインの表面硬度は、所定の硬度に安定して確保できる。さらに、トリポード軸部２２の外周面および根元部の表面硬度は、所定の硬度に安定して確保できる。

本発明のトリポード２０に調質炭素鋼を用いて、炭素が０．２０、０．３０、０．３５、０．４０、０．５０、０．６０、０．７０、０．８０質量％を変化させた場合について、実験を行った。なお、本実施例では、調質炭素鋼を用いた場合について実験したが、非調質炭素鋼を用いた場合には、冷間鍛造を施した後、トリポード軸部２２の外周面および根元部に高周波焼入れを施すことで、下記と同様の結果を得られる。

そして、焼入れ後のトリポード２０の表面硬度、焼戻し後のトリポード２０の表面硬度、および、高周波焼入れ後のトリポード軸部２２の外周面および根元部の表面硬度について測定した。つまり、最終的に形成されたトリポード２０のボス部２１の内周スプラインの表面硬度は、焼戻し後のトリポード２０の表面硬度に相当する。また、最終的に形成されたトリポード２０のトリポード軸部２２の表面硬度は、高周波焼入れ後のトリポード軸部２２の表面硬度に相当する。

そして、焼入れは、Ａ３変態点より３０〜５０度高い温度範囲で行った。例えば、炭素含有量が０．３０質量％の場合には、約８００〜９００度で行った。また、焼戻しは、１８０〜２００度の範囲内で約１２０分間行った。

上記実験の測定結果を図２に示す。図２に示すように、焼入れ後のトリポード２０の表面硬度は、炭素が０．２０、０．３０、０．３５、０．４０、０．５０、０．６０、０．７０、０．８０質量％の場合には、それぞれ順に、４３５Ｈｖ、５１０Ｈｖ、５６０Ｈｖ、６１５Ｈｖ、７００Ｈｖ、７５０Ｈｖ、７７０Ｈｖ、８１０Ｈｖとなった。

また、焼戻し後のトリポード２０の表面硬度は、炭素が０．２０、０．３０、０．３５、０．４０、０．５０、０．６０、０．７０、０．８０質量％の場合には、それぞれ順に、２３５〜３８５Ｈｖ、３１０〜４６０Ｈｖ、３６０〜５１０Ｈｖ、４１５〜５５０Ｈｖ、５００〜６５０Ｈｖ、５５０〜７００Ｈｖ、５７０〜７２０Ｈｖ、６１０〜７６０Ｈｖとなった。なお、このように焼戻し後のトリポード２０の表面硬度に幅を有しているのは、焼戻し温度などによって硬度が変化するためである。

また、高周波焼入れ後のトリポード軸部２２の外周面および根元部の最高表面硬度は、炭素が０．２０、０．３０、０．３５、０．４０、０．５０、０．６０、０．７０、０．８０質量％の場合には、それぞれ順に、５５０Ｈｖ、６１０Ｈｖ、６６０Ｈｖ、７００Ｈｖ、８００Ｈｖ、８２０Ｈｖ、８５０Ｈｖ、８７０Ｈｖとなった。

ここで、トリポード２０に要求される表面硬度は、次のとおりである。ボス部２１の内周スプラインに要求される表面硬度は、４５０Ｈｖ以上、好ましくは５００Ｈｖ以上で、６００Ｈｖ以下である。また、トリポード軸部２２に要求される表面硬度は、６５０Ｈｖ以上、好ましくは７００Ｈｖ以上である。

そして、内周スプラインの表面硬度は、焼入れ焼戻し後の表面硬度に相当する。つまり、図２において、内周スプラインに要求される表面硬度４５０Ｈｖ以上を満たす炭素含有量は、０．３０質量％以上である。ただし、炭素含有量０．３０質量％の場合における表面硬度４５０Ｈｖは上限値に近い。従って、安定して確実に表面硬度４５０Ｈｖ以上を確保するためには、炭素含有量０．３５質量％以上となる。また、内周スプラインがより好ましいとされる表面硬度５００Ｈｖ以上を満たす炭素含有量は、０．３５％以上である。ただし、炭素含有量０．３５質量％の場合における表面硬度５００Ｈｖは上限値に近い。従って、安定して確実に表面硬度５００Ｈｖ以上を確保するためには、炭素含有量０．４０質量％以上となる。

さらに、図２において、内周スプラインに要求される表面硬度６００Ｈｖ以下を満たす炭素含有量は、０．７０質量％以下である。ただし、炭素含有量０．７０質量％の場合における表面硬度６００Ｈｖは下限値に近い。従って、安定して確実に表面硬度６００Ｈｖ以下を確保するためには、炭素含有量０．６０質量％以下となる。

さらに、図２において、トリポード軸部２２に要求される表面硬度６００Ｈｖ以上を満たす炭素含有量は、０．３０質量％以上である。ただし、炭素含有量０．３０質量％の場合における表面硬度６００Ｈｖは上限値に近い。従って、安定して確実に表面硬度６００Ｈｖ以上を確保するためには、炭素含有量０．３５質量％以上となる。また、トリポード軸部２２がより好ましいとされる表面硬度６５０Ｈｖ以上を満たす炭素含有量は、０．３５質量％以上である。ただし、炭素含有量０．３５質量％の場合における表面硬度６５０Ｈｖは上限値に近い。従って、安定して確実に表面硬度６５０Ｈｖ以上を確保するためには、炭素含有量０．４０質量％以上となる。

ところで、炭素含有量と加工性との関係について説明する。上述したように、トリポード２０は、まず冷間鍛造を行っている。この冷間鍛造の加工性は、素材の炭素含有量が少ないほど良好となる。特に、炭素含有量０．５０質量％以下であることが好ましい。従って、炭素含有量を０．５０質量％以下の鋼材を用いることが、冷間鍛造における加工性を良好にすることができる。

（ａ）トリポード型等速ジョイントのシャフト軸方向の部分断面図を示す。（ｂ）トリポード型等速ジョイントのシャフト軸径方向の断面図を示す。 炭素鋼の炭素の質量％を０．２０〜０．８０に変化させた場合において、焼入れ後のトリポード２０の表面硬度、焼戻し後のトリポード２０の表面硬度、および、高周波焼入れ後のトリポード軸部２２の外周面および根元部の表面硬度について測定した結果を示す図である。

符号の説明

１０：アウタレース、 １１：案内溝、
２０：トリポード、 ２１：ボス部、 ２２：トリポード軸部、
３０：ローラ、 ４０：ニードル、 １００：中間シャフト

Claims (3)

1. 筒状からなり、内周面にアウタレース回転軸方向に延びる３本の案内溝が形成されたアウタレースと、
   シャフトの外周スプラインに係合される内周スプラインを有するボス部と、前記ボス部からそれぞれシャフト軸の径方向外側に延在しそれぞれの前記案内溝内に挿入される３本のトリポード軸部と、を備えるトリポードと、
   リング状からなり、それぞれの前記トリポード軸部にトリポード軸回りに回転可能に軸支され、且つ、前記案内溝に転動可能に係合するローラと、
   を備えるトリポード型等速ジョイントであって、
   前記トリポードは、炭素が０．３５質量％以上０．６０質量％以下の調質鋼または非調質鋼で形成され、
   前記トリポード軸部の少なくとも外周面は、高周波焼入れされていることを特徴とするトリポード型等速ジョイント。
2. 前記トリポード軸部は、炭素が０．５０質量％以下の調質鋼または非調質鋼で形成されている請求項１記載のトリポード型等速ジョイント。
3. 前記トリポード軸部の根元部は、高周波焼入れされている請求項１または２に記載のトリポード型等速ジョイント。

Images