JP2019090483A - 等速自在継手の外側継手部材の製造方法およびそれを用いた等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した姿勢でローラを転動させ得る等速自在継手の外側継手部材を提供する。【解決手段】カップ部１４のトラック溝部１６の両側の側面１８に硬化層Ｓを熱処理により形成し、側面１８をローラ１３が接触するローラ案内面１９とする。熱処理後におけるローラ案内面１９にローラ１３がその回転中心軸方向の中央部分で接触するように、熱処理前のトラック溝部１６の両側の側面１８を、熱処理によって生じる熱変形の方向と逆方向へ変位した状態に、かつ小径部１７の内面側の縁部１８ａがトラック溝部１６の大径部内面１６ｂ側の縁部１８ｂに対してトラック溝部１６の幅方向外側に位置する状態に成形し、熱処理後におけるトラック溝部１６の両側の側面１８に周方向に連続するように、熱処理前の小径部１７の内面を、熱処理後の小径部１７の内面位置よりも外側に変位した状態に成形した。【選択図】図５

Description

この発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用され、駆動側と従動側の二軸間で回転動力を等速で伝達する等速自在継手の外側継手部材の製造方法および、その外側継手部材を用いた等速自在継手に関する。

自動車や各種産業機械の動力伝達系に使用され、駆動側と従動側の二軸間で回転動力を等速で伝達する等速自在継手には、その内側継手部材としてトリポード部材を用いたトリポード型等速自在継手がある。

トリポード型等速自在継手は、内周部に三本のトラック溝部が周方向等間隔に形成されたカップ部を有する外側継手部材と、径方向外向きに突出する三本の脚軸を有するトリポード部材（内側継手部材）と、トラック溝部内を転動し、脚軸に回転可能に支持されるローラとを備えている。

このローラがカップ部のトラック溝部の側壁面を転動して、トリポード部材が外側継手部材のカップ部内を軸方向に移動できるようになっている。

このような等速自在継手では、ローラが転動するトラック溝部の側壁面に一定以上の硬度を持たせて、摩耗を抑制するために、外側継手部材のカップ部に熱処理を施すことが行われている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１には、高周波焼入れの移動焼入れにより、外側継手部材のトラック溝部の大径部に硬化層を形成することなく、ローラ案内面に硬化層を形成することができる等速自在継手の外側継手部材の熱処理方法が開示されている。

この特許文献１に開示された熱処理方法は、高周波焼入れの移動焼入れであるので、外側継手部材のひずみが生じ難く、かつ焼入れによる硬化層深さの均一化を図ることができるものである。

特許文献２には、外側継手部材のローラ案内面を、高周波焼入れ後の仕上げ加工を行わない油中での高周波焼入れにより浸炭焼入れ層を形成した硬化層とした等速自在継手が開示されている。

特許文献２に開示された等速自在継手は、外側継手部材のローラ案内面の硬化層でのスケールの発生が抑制され、寸法精度の向上を図ることができる。

特開２０１２−１８０９３０号公報 特開２００７−２３９８３７号公報

ところで、等速自在継手の外側継手部材は、例えば、自動車の燃費向上や、各種産業機械の動力伝達系の伝達効率の向上に寄与することを目的として、軽量化が求められている。

軽量化を図るために、図６に示すように、外側継手部材５０のカップ部５１は、外向きに突出する三本のトラック溝部５２と、隣り合うトラック溝部５２の間に配置される小径部５３とが周方向に交互に三個づつ配置した三弁の花冠状をなしている。また、小径部５３の外面は、カップ部５１の軸方向に直交する断面で見たとき、トラック溝部５２の大径部よりも、内側に位置している。

このような外側継手部材５０のカップ部５１は、図７に示すように、周方向等間隔に配置した複数の脚軸６１を有するトリポード部材６０が収容される。トラック溝部５２の側面５４は、脚軸６１に回転自在に取り付けたローラ６２が接触するローラ案内面５５とされる。

トラック溝部５２の両側の側面５４は、ローラ案内面５５としてローラ６２から荷重を受けるため、高周波焼入れによる熱処理で硬化層が形成されており、トラック溝部５２の側壁の肉厚が大きく設定される。その一方で、直接荷重を受けないトラック溝部５２の大径部は、側壁よりも肉厚が小さく設定されている。

このように肉厚が異なる外側継手部材５０のカップ部５１に対して、高周波焼入れによる熱処理を行った場合、昇温、冷却過程による熱膨張、熱収縮および熱硬化層の生成による体積膨張により、カップ部５１に熱変形が生じる。

カップ部５１の熱変形は、ローラ案内面５５、５５のそれぞれが、小径部５３側の部分において、互いに接近するように傾斜する状態となる。その一方で、トラック溝部５２の大径部がその断面中央付近を中心に径方向外向きに膨らむものとなる（図６中の二点鎖線参照）。なお、図６は、カップ部５１の熱処理による熱変形を誇張したものである。

特許文献１、２は、外側継手部材の大内径部（トラック溝部の大径部）に熱処理の硬化層を形成しないことによって、カップ部の変形を抑制しているが、この抑制では以下のような問題が生じる。

すなわち、ローラ案内面５５、５５が接近するように傾斜する変形に対しては、ローラ６２の外径寸法を調整して対応することができる。しかしながら、図７に示すように、ローラ６２は、傾斜するローラ案内面５５、５５に対して、小径部５３寄りの部分に偏って接触する、いわゆる片当たり状態となる。

この状態では、ローラ案内面５５に対するローラ６２の姿勢が不安定になり、自動車などの車両の騒音、振動及び乗り心地に関するＮＶＨ性能の悪化や、外側継手部材の強度、耐久性の低下が懸念される。

そこで、この発明の解決すべき課題としては、安定した姿勢でローラを転動させ得る等速自在継手の外側継手部材を提供することにある。

上記の課題を解決するために、この発明に係る等速自在継手の外側継手部材の製造方法としては、トリポード部材を収容する一端部が開口したカップ部を成形する前鍛造工程と、そのカップ部の内周部に軸方向に延びるトラック溝部を複数に成形するしごき工程と、
前記トラック溝部の両側の側面に熱処理による硬化層を形成する熱処理工程とを含み、
前記側面を、前記トリポード部材に回転自在に取り付けたローラが接触するローラ案内面とした等速自在継手の外側継手部材の製造方法であって、
前記しごき工程により前記カップ部の隣り合う前記トラック溝部の間に小径部を成形し、
前記熱処理後における前記ローラ案内面に前記ローラがその回転中心軸方向の中央部分で接触するように、前記熱処理前の前記トラック溝部の両側の側面を、前記熱処理によって生じる熱変形の方向と逆方向へ変位した状態に、かつ前記小径部の内面側の縁部が前記トラック溝部の大径部内面側の縁部に対して前記トラック溝部の幅方向外側に位置する状態に成形し、
前記熱処理後における前記トラック溝部の両側の側面に周方向に連続するように、前記熱処理前の前記小径部の内面を、前記熱処理後の前記小径部の内面位置よりも外側に変位した状態に成形した方法を採用することができる。

この製造方法では、カップ部の内周部に軸方向に延びる複数のトラック溝部を成形した後、熱処理によって、トラック溝部の両側の側面に硬化層を形成すると、ローラがその回転中心軸方向の中央部分でローラ案内面に接触するように、トラック溝部の両側の側面が変位する。

この製造方法において、前記熱処理後におけるそれぞれの前記トラック溝部の大径部外面が前記カップ部の中心軸から等距離の断面円弧状となるように、前記熱処理前の前記トラック溝部の大径部を、前記熱処理によって生ずる熱変形の方向と逆方向に変位させた状態に成形した方法を採用することができる。

この製造方法では、熱処理により、トラック溝部の大径部外面がカップ部の中心軸から等距離の断面円弧状となるため、カップ部の外周面の外径寸法が必要以上に大きくなることを防止することができる。

また、上記の課題を解決するために、この発明に係る等速自在継手としては、内周部に軸方向に延びる複数のトラック溝部が周方向に間隔をおいて形成されたカップ部を有する外側継手部材と、前記カップ部に収容され、筒状のボス部と、そのボス部に周方向等間隔に径方向外向きに突出する複数の脚軸とを有するトリポード部材と、前記脚軸に対してその軸心周りに回転自在に取り付けられ、前記トラック溝部の両側の側面を転動するローラとを備える等速自在継手であって、
前記外側継手部材が、上述の製造方法により製造された外側継手部材であり、前記トラック溝部の両側の側面は、熱処理により形成された硬化層を有し、前記ローラの外周部の接触するローラ案内面とされ、前記ローラが、その回転中心軸の軸方向の中央部分で前記ローラ案内面と接触する状態となる構成を採用することができる。

この構成によると、ローラがその回転中心軸方向の中央部分でローラ案内面に接触する状態となり、トラック溝部を転動するローラの姿勢が安定する。

この発明は、ローラがその回転中心軸方向の中央部分でローラ案内面に接触する状態となるので、トラック溝部を転動するローラの姿勢が安定し、自動車などの車両に採用することで、その車両の騒音、振動及び乗り心地に関するＮＶＨ性能を向上させることができる。

この発明に係る実施形態の等速自在継手の縦断面図 図１のＩＩ−ＩＩ線における等速自在継手の断面図 図１の外側継手部材の一部切り欠き断面図 図１のカップ部のローラ案内面とローラとの接触状態を示す拡大断面図 図１の外側継手部材のカップ部の熱処理前後の状態を示す断面図 従来の外側継手部材のカップ部の熱処理前後の状態を示す断面図 従来の等速自在継手の使用状態を示す断面図

以下、この発明の実施形態に係る等速自在継手を図１〜４に基づいて説明する。この実施形態に係る等速自在継手１は、自動車や各種産業機械の動力伝達系に使用され、駆動側と従動側の二軸間で回転動力を等速で伝達するものである。

この等速自在継手１は、図１に示すように、外側継手部材１１と、内側継手部材であるトリポード部材１２と、トルク伝達部材である三個のローラとしてのローラユニット１３とを備えている。

外側継手部材１１は、機械構造用炭素鋼からなり、一端側が開口する有底であるカップ部１４と、カップ部１４の底部の中央に軸方向外向きに延びる軸体部１５とを有する。カップ部１４は、内周部に周方向に等間隔で軸方向に延びる直線状の三本のトラック溝部１６と、隣り合うトラック溝部１６の間に形成された小径部１７とを有する。ここで、トラック溝部１６は、カップ部１４のうち、後述するローラユニット１３が軸方向に転動する空間を囲む部分を意味するものとする。

図２に示すように、カップ部１４は、その軸方向に直交する断面で見たとき、外向きに突出する三本のトラック溝部１６と、小径部１７とが周方向に交互に三個づつ配置した三弁の花冠状となっている。

それぞれのトラック溝部１６の大径部外面１６ａは、カップ部１４の中心軸Ｏから等距離の断面円弧状をなしている。同様に、それぞれのトラック溝部１６の大径部内面１６ｂも、カップ部１４の中心軸Ｏから等距離の断面円弧状をなしている。

それぞれのトラック溝部１６は、両側の側面１８、１８が周方向において相互に対向する状態となっている。両側の側面１８は、ローラユニット１３が転動し、荷重を受けるローラ案内面１９となっている。

それぞれのローラ案内面１９は、カップ部１４の軸方向に直交する断面において、同じ曲率半径の二つの円弧を組み合わせたゴシックアーク形状をなしている。なお、ローラ案内面１９は、単一の円弧からなるサーキュラアーク形状としてもよい。

トラック溝部１６の両側の側面１８には、熱処理による硬化層Ｓが形成されている。硬化層Ｓは、図３に示すように、カップ部１４の一端部近傍からカップ部１４の軸方向中央部分よりも他端部寄りの位置に至る範囲に形成されており、カップ部１４の他端部寄りの位置には形成されていない。

また、硬化層Ｓは、図４に示すように、トラック溝部１６の側面１８において、小径部１７の内面側の縁部１８ａから、トラック溝部１６の大径部内面１６ｂ側の縁部１８ｂを経てトラック溝部１６の大径部内面１６ｂの一部に至る範囲にまで形成されている。硬化層Ｓは、そのトラック溝部１６の側壁の肉厚の０．２から０．５倍の深さに形成されている。

硬化層Ｓは、熱処理より形成され、熱処理としては高周波焼入れを採用することができる。高周波焼入れを施す際には、コイルと外側継手部材１１とを相対的に軸方向に移動させながら熱処理する移動焼入れ方を適用することができる。

熱処理によって硬化層Ｓが形成されたトラック溝部１６の側面１８は、後述するアウタローラ３１が接触するローラ案内面１９として、その表面硬度が向上し、アウタローラ３１の転動による摩耗が抑制される。

小径部１７は、図２に示すように、トラック溝部１６の大径部よりも大きい厚みを有し、トラック溝部１６の側壁と同程度の厚みを有している。例えば、トラック溝部１６の側壁は、トラック溝部１６の大径部に対して１．２〜２．５倍となる肉厚を有する。

小径部１７の内面は、トラック溝部１６の側面１８に周方向に連続している。小径部１７の外面は、カップ部１４の軸方向に直交する断面で見たとき、トラック溝部１６の大径部内面１６ｂよりも、カップ部１４の中心軸Ｏからの距離が小さくなっている。

外側継手部材１１のカップ部１４に、トリポード部材１２およびローラユニット１３が軸方向摺動自在に収容される。

トリポード部材１２は、図１および図２に示すように、円筒状のボス部２１と、ボス部２１の外周部から突出する三本の脚軸２２とを有する。ボス部２１の軸孔２１ａには、図示しないシャフト（例えば、従動軸）の端部がスプライン嵌合により連結される。

それぞれの脚軸２２は、ボス部２１の外周面に対して、周方向等間隔に放射状に配置されている。脚軸２２の先端はトラック溝部１６の大径部内面１６ｂ付近にまで延びている。

それぞれの脚軸２２は、アウタローラ３１およびインナローラ３２を有するローラユニット１３が回転自在に取り付けられたものである。このようなローラユニット１３を備える本実施形態の等速自在継手は、いわゆるダブルローラタイプである。なお、本実施形態は、単一のローラからなる、いわゆるシングルローラタイプを採用してもよい。

アウタローラ３１の外周面は、アウタローラ３１の中心軸を含む断面において、円弧状をなしている。アウタローラ３１の外周面は、前記断面の形状の曲率半径が、ローラ案内面１９の断面形状である二つの円弧の曲率半径よりもわずかに小さい。

アウタローラ３１の外周面は、図４に示すように、アウタローラ３１の回転中心軸方向の中央位置Ｃを挟んで、ローラ案内面１９に二箇所で接触している。なお、ローラ案内面１９の断面形状が、上述のサーキュラアーク形状であれば、アウタローラ３１の外周面は、アウタローラ３１の中心軸の軸方向の中央位置Ｃで、ローラ案内面１９に一箇所で接触する。

ここで、「ローラ案内面にローラがその回転中心軸方向の中央部分で接触する状態」とは、アウタローラ３１の外周面がその回転中心軸方向の中央位置Ｃを挟んで、ローラ案内面１９に二箇所で接触する状態のみならず、前記中央位置Ｃの一箇所でローラ案内面１９に接触する状態や、前記中央位置Ｃを含む領域で面接触する状態をも含むものとする。

インナローラ３２の内周面は、インナローラ３２の中心軸を含む断面で径方向内向きに突出する円弧状をなしている。アウタローラ３１とインナローラ３２との間には、複数の針状ころ３３が、保持器のない、いわゆる単列総ころ状態で配置されている。

インナローラ３２および針状ころ３３は、アウタローラ３１の内周面に形成された環状凹溝に嵌合したワッシャ３４、３５によりアウタローラ３１に対して抜け止めされる。

この実施形態の等速自在継手１は、以上のように構成されている。その等速自在継手１では、図４に示すように、外側継手部材１１のカップ部１４において、トラック溝部１６の側面１８がローラ案内面１９とされる。

そのローラ案内面１９にローラユニット１３のアウタローラ３１がその回転中心軸方向の中央部分でローラ案内面に接触する状態となる。この状態では、アウタローラ３１の姿勢が安定し、自動車などの車両の騒音、振動及び乗り心地に関するＮＶＨ性能を向上させることができる。

この実施形態では、図２に示すように、外側継手部材１１のカップ部１４の小径部１７の外面は、カップ部１４の軸方向に直交する断面で見たとき、トラック溝部１６の大径部内面１６ｂよりも、カップ部１４の中心軸Ｏからの距離が小さくなっている。

次に、上述した等速自在継手１の外側継手部材１１の製造方法を説明する。外側継手部材１１の製造方法としては、前鍛造工程と、しごき工程と、熱処理工程とを含むものである。

具体的には、まず、据え込みや押し出しなどの各種鍛造加工を段階的に実行する前鍛造工程により、棒状素材を、内周面にトラック溝部が粗成形されたカップ部を有する中間鍛造品に成形する。

その後、成形した中間鍛造品にしごき加工を施すしごき工程により、内面に目標形状のトラック溝部１６と小径部１７とが設けられたカップ部１４を有する外側継手素材４０を成形する。

外側継手素材４０のカップ部１４は、図５中の実線で示すように、その軸方向に直交する断面で見たとき、外向きに突出する三本のトラック溝部１６と、小径部１７とが周方向に交互に三個づつ配置した三弁の花冠状となっている。

外側継手素材４０の小径部１７は、トラック溝部１６の大径部よりも大きい厚みを有し、トラック溝部１６の側壁と同程度の厚みを有している。小径部１７の内面は、トラック溝部１６の側面１８に周方向に連続している。小径部１７の外面は、カップ部１４の軸方向に直交する断面で見たとき、トラック溝部１６の大径部内面１６ｂよりも、カップ部１４の中心軸Ｏからの距離が小さくなっている。

外側継手素材４０では、それぞれのトラック溝部１６の大径部を、上記熱処理後におけるトラック溝部１６の大径部外面１６ａがカップ部１４の中心軸Ｏから等距離の断面円弧状となるように成形している。

すなわち、それぞれのトラック溝部１６の大径部を、前記熱処理によって生ずる熱変形の方向と逆方向に変位させ、熱処理後におけるトラック溝部１６の大径部外面１６ａよりも、カップ部１４の中心軸Ｏに向かって内側に位置するように成形する。

それぞれのトラック溝部１６の大径部の変位量としては、例えば、０．２〜０．５ｍｍとすることができる。

また、外側継手素材４０では、それぞれのトラック溝部１６の両側の側面１８を、上記熱処理後におけるローラ案内面１９にアウタローラ３１がその回転中心軸方向の中央部分で接触し、相互に対向するように成形している。

すわなち、それぞれのトラック溝部１６の両側の側面１８を、上記熱処理によって生じる熱変形の方向と逆方向へ変位させ、小径部１７の内面側の縁部１８ａがトラック溝部１６の大径部内面１６ｂ側の縁部１８ｂに対してトラック溝部１６の幅方向外側に位置するように成形している。

それぞれのトラック溝部１６の両側の側面１８の変位量としては、小径部１７の内面側の縁部１８ａにおいて０．１〜０．３ｍｍ、トラック溝部１６の大径部内面１６ｂ側の縁部１８ｂにおいて、０．０５〜０．２ｍｍとすることができる。

さらに、外側継手素材４０では、小径部１７の内面を、熱処理後の小径部１７の内面位置よりも外側に変位した状態に成形している。

続いて、外側継手素材４０に対して、熱処理工程を行い、外側継手部材１１を形成する。この熱処理工程は、外側継手素材４０のトラック溝部１６の側面１８に、図示しないコイルを対向させた状態で、そのコイルと外側継手素材４０と相対移動させる移動焼入れ法による高周波焼入れの熱処理を施すものである。この熱処理により、外側継手部材１１のトラック溝部１６の側面１８に硬化層Ｓを形成する。

なお、上記熱処理工程は、移動焼入れ法による高周波焼入れの熱処理を施すものであるが、高周波焼入れとしては、トラック溝部１６の側面１８に対して、定位置で熱処理を行う、いわゆるワンショット法を採用することができる。

以上の製造方法により外側継手部材１１が製造される。この外側継手部材１１を等速自在継手１に用いると、カップ部１４のトラック溝部１６の側面１８が熱処理により形成された硬化層を有するものとなる。

ここで、熱処理工程前では、外側継手素材４０を、上述のように熱処理による熱変形を見越して成形している。このため、熱処理工程後の外側継手部材１１は、トラック溝部１６の側面１８がアウタローラ３１の外周部の接触するローラ案内面とされる。そして、アウタローラ３１が、その回転中心軸の軸方向の中央部分でローラ案内面１９と接触する状態となる。

この結果、トラック溝部１６を転動するアウタローラ３１の姿勢が安定し、自動車などの車両の騒音、振動及び乗り心地に関するＮＶＨ性能を向上させることができる。

また、外側継手部材１１としては、トラック溝部１６の大径部外面１６ａが、カップ部１４の中心軸Ｏから等距離の断面円弧状となる。このため、従来のように、カップ部１４の外径寸法が必要以上に大きくなることを防止することができる。

１ 等速自在継手
１１、５０ 外側継手部材
１２、６０ トリポード部材
１３ ローラユニット
１４、５１ カップ部
１５ 軸体部
１６、５２ トラック溝部
１６ａ 大径部外面
１６ｂ 大径部内面
１７、５３ 小径部
１８、５４ 側面
１８ａ、１８ｂ 縁部
１９、５５ ローラ案内面
２１ ボス部
２１ａ 軸孔
２２、６１ 脚軸
３１ アウタローラ
３２ インナローラ
３３ 針状ころ
３４、３５ ワッシャ
４０ 外側継手素材
６２ ローラ
Ｃ 中央位置
Ｏ 中心軸
Ｓ 硬化層

Claims (3)

1. トリポード部材を収容する一端部が開口したカップ部を成形する前鍛造工程と、そのカップ部の内周部に軸方向に延びるトラック溝部を複数に成形するしごき工程と、前記トラック溝部の両側の側面に熱処理による硬化層を形成する熱処理工程とを含み、
   前記側面を、前記トリポード部材に回転自在に取り付けたローラが接触するローラ案内面とした等速自在継手の外側継手部材の製造方法であって、
   前記しごき工程により前記カップ部の隣り合う前記トラック溝部の間に小径部を成形し、
   前記熱処理後における前記ローラ案内面に前記ローラがその回転中心軸方向の中央部分で接触するように、前記熱処理前の前記トラック溝部の両側の側面を、前記熱処理によって生じる熱変形の方向と逆方向へ変位した状態に、かつ前記小径部の内面側の縁部が前記トラック溝部の大径部内面側の縁部に対して前記トラック溝部の幅方向外側に位置する状態に成形し、
   前記熱処理後における前記トラック溝部の両側の側面に周方向に連続するように、前記熱処理前の前記小径部の内面を、前記熱処理後の前記小径部の内面位置よりも外側に変位した状態に成形した等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
2. 前記熱処理後におけるそれぞれの前記トラック溝部の大径部外面が前記カップ部の中心軸から等距離の断面円弧状となるように、前記熱処理前の前記トラック溝部の大径部を、前記熱処理によって生ずる熱変形の方向と逆方向に変位させた状態に成形した請求項１に記載された等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
3. 内周部に軸方向に延びる複数のトラック溝部が周方向に間隔をおいて形成されたカップ部を有する外側継手部材と、前記カップ部に収容され、筒状のボス部と、そのボス部に周方向等間隔に径方向外向きに突出する複数の脚軸とを有するトリポード部材と、前記脚軸に対してその軸心周りに回転自在に取り付けられ、前記トラック溝部の両側の側面を転動するローラとを備える等速自在継手であって、
   前記外側継手部材が、請求項１または２に記載された製造方法により製造された外側継手部材であり、前記トラック溝部の両側の側面は、熱処理により形成された硬化層を有し、前記ローラの外周部の接触するローラ案内面とされ、前記ローラが、その回転中心軸の軸方向の中央部分で前記ローラ案内面と接触する状態となる等速自在継手。

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