JP2020159546A - トリポード型等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストの高騰を抑制しつつトリポード部材の脚軸の耐久性を向上させる。【解決手段】 脚軸７に、脚軸７の表面に形成され、表面側から芯部側にかけて徐々に炭素量が減少する高硬度部Ａと、高硬度部Ａよりも芯部側に形成され、高硬度部Ａよりも低硬度の中硬度部Ｂと、中硬度部Ｂよりも芯部側に形成され、中硬度部よりも低硬度の低硬度部Ｄとを設ける。高硬度部Ａおよび中硬度部Ｂの硬度を５５０ＨＶ以上にし、低硬度部の硬度を５５０ＨＶ未満にする。【選択図】図９

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達用に用いられるトリポード型等速自在継手に関する。

自動車の動力伝達系で使用されるドライブシャフトにおいては、中間軸のインボード側（車幅方向の中央側）に摺動式等速自在継手を結合し、アウトボード側（車幅方向の端部側）に固定式等速自在継手を結合する場合が多い。ここでいう摺動式等速自在継手は、二軸間の角度変位および軸方向相対移動の双方を許容するものであり、固定式等速自在継手は、二軸間での角度変位を許容するが、二軸間の軸方向相対移動は許容しないものである。

摺動式等速自在継手としてトリポード型等速自在継手が公知である。このトリポード型等速自在継手としては、シングルローラタイプとダブルローラタイプとが存在する。シングルローラタイプは、外側継手部材のトラック溝に挿入されるローラを、トリポード部材の脚軸に複数の針状ころを介して回転可能に取り付けたものである。ダブルローラタイプは、外側継手部材のトラック溝に挿入されるローラと、トリポード部材の脚軸に外嵌して前記ローラを回転自在に支持するインナリングとを備えるものである。ダブルローラタイプは、ローラを脚軸に対して首振り揺動させることが可能となるため、シングルローラタイプに比べ、誘起スラスト（継手内部での部品間の摩擦により誘起される軸力）とスライド抵抗の低減を達成できるという利点を有する。ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手の一例が、例えば特許第３５９９６１８号公報に記載されている。

特許第３５９９６１８号公報

特許文献１に記載されたダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手では、トルク負荷側において、トリポード部材の脚軸の外周面とインナリングの内周面とが点に近い形で接触する。特に高負荷トルク時には、この接触部における面圧が高くなるため、脚軸外周面の耐久性に影響する。脚軸耐久性を向上することができれば、ローラの安定した動きを維持することが可能となり、振動特性の経時劣化を防止することができる。

脚軸耐久性向上のためには、脚軸の表面に形成した硬化層の深さを深くするのが有効となる。トリポード部材では、肌焼鋼に浸炭焼入れ焼戻しを適用して表面に硬化層を形成するのが一般的であるため、硬化層の深さを深くする手法として、浸炭時間を増すことが考えられる。しかしながら、浸炭時間は深さの増大分の二乗に比例して増加するため、深い硬化層を形成しようとすると膨大な浸炭時間が必要となり、製造コストが嵩む。

他の対策として、トリポード部材を、炭素含有量を増やした鋼材、例えばＳ５０Ｃ〜Ｓ５５Ｃ等の機械構造用炭素鋼（ＪＩＳ Ｇ４０５１参照）で製作し、その表面に高周波焼入れにより硬化層を形成することも考えられる。しかしながら、この手法では、炭素量の増加により、鋼材が硬くなるため、トリポード部材を鍛造加工により成形する際の加工荷重が大きくなる。そのため、鍛造設備の大型化や鍛造金型寿命の低下を招く。

そこで、本発明は、製造コストの高騰を抑制しつつトリポード部材の脚軸の耐久性を向上させることを目的とする。

以上の知見に基づいてなされた本発明は、円周方向の三カ所に軸方向に延びるトラック溝を備え、各トラック溝が円周方向に対向して配置された一対のローラ案内面を有する外側継手部材と、半径方向に突出した三つの脚軸を備えたトリポード部材と、前記各脚軸に装着されるローラとを備え、前記ローラが前記ローラ案内面に沿って前記外側継手部材の軸方向に移動可能に構成され、前記トリポード部材の各脚軸の表面に熱処理による硬化層が形成されたトリポード型等速自在継手において、前記脚軸に、当該脚軸の表面に形成され、表面側から芯部側にかけて徐々に炭素量が減少する高硬度部と、前記高硬度部よりも芯部側に形成され、前記高硬度部よりも低硬度の中硬度部と、前記中硬度部よりも芯部側に形成され、前記中硬度部よりも低硬度の低硬度部とを設け、前記高硬度部および中硬度部の硬度が５５０ＨＶ以上であり、前記低硬度部の硬度が５５０ＨＶ未満であることを特徴とする。

脚軸の表面に上記の硬度分布を形成することにより、５５０ＨＶを超える硬化層（高硬度部および中硬度部）の深さを深くし、その一方で、芯部となる低硬度部の硬度を低くすることができる。従って、トリポード型等速自在接手に対する過大トルクの負荷により、脚軸の表面が局所的に高面圧となった場合にも脚軸の耐久性を確保することができる。また、脚軸の芯部が高靭性となるため、トリポード部材の繰り返し疲労強度の低下も回避することができる。

このトリポード型等速自在接手としては、前記脚軸に外嵌され、前記ローラを回転自在に支持するインナリングを備え、前記ローラと前記インナリングとでローラユニットが形成され、前記ローラユニットが前記脚軸に対して首振り揺動可能である構成を採用することができる。

このトリポード型等速自在継手では、前記脚軸の外周面が、縦断面においてはストレートで横断面においては略楕円となる形状をなし、前記インナリングの内周面が凸曲面で形成され、前記脚軸の外周面が、継手の軸線と直交する方向で前記インナリングの内周面と接触し、かつ継手の軸線方向で前記インナリングの内周面との間に隙間を形成する。

前記低硬度部における炭素含有量は０．１０％以上とするのが好ましい。なお、炭素含有量を表す「％」は、質量％を意味する（以下、同じ）。

本発明によれば、製造コストの高騰を抑制しつつトリポード部材の脚軸の耐久性を向上させることが可能となる。

ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手を示す縦断面図である。 図１のＫ−Ｋ線で矢視した縦断面図である。 図１のＬ−Ｌ線で矢視した横断面図である。 図１のトリポード型等速自在継手が作動角をとった状態を表す縦断面図である。 トリポード部材に形成した硬化層を示す縦断面図である。 従来品の脚軸での硬度分布を示す図である。 改良品の脚軸での硬度分布を示す図である。 改良品の脚軸での硬度分布を示す図である。 本実施形態の脚軸との硬度分布を示す図である。 シングルローラタイプのトリポード型等速自在継手の横断面図である。 （ａ）図は図１のＫ−Ｋ線で矢視したトリポード部材の縦断面図であり、（ｂ）図は（ａ）図中のＭ−Ｍ線で矢視した横断面図である。 図１１（ａ）のＭ−Ｍ線で矢視した横断面図である。

本発明に係るトリポード型等速自在継手の第一の実施形態を図１〜図９に基づいて説明する。

図１〜図４に示す本実施形態のトリポード型等速自在継手１はダブルローラタイプである。なお、図１は、ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手を示す縦断面図であり、図２は図１のＫ−Ｋ線で矢視した部分横断面図である。図３は、図１のＬ−Ｌ線で矢視した横断面図であり、図４は、作動角をとった時のトリポード型等速自在継手を示す縦断面図である。

図１および図２に示すように、このトリポード型等速自在継手１は、外側継手部材２と、内側継手部材としてのトリポード部材３と、トルク伝達部材としてのローラユニット４とで主要部が構成されている。外側継手部材２は、一端が開口したカップ状をなし、内周面に軸方向に延びる３本の直線状トラック溝５が周方向等間隔に形成される。各トラック溝５には、外側継手部材２の円周方向に対向して配置され、それぞれ外側継手部材２の軸方向に延びるローラ案内面６が形成されている。外側継手部材２の内部には、トリポード部材３とローラユニット４が収容されている。

トリポード部材３は、トラニオン胴部３ａと、トラニオン胴部３ａの円周方向の三等分位置から半径方向に突出する３本の脚軸７（トラニオンジャーナル）とを一体に有する。トリポード部材３は、トラニオン胴部３ａの中心孔８に形成された雌スプライン２３に、軸としてのシャフト９に形成された雄スプライン２４（図１参照）を嵌合させることで、シャフト９とトルク伝達可能に結合される。シャフト９の先端に装着した止め輪１０をトリポード部材３の端面と係合させることで、トリポード部材３がシャフト９に対して軸方向に固定される。

ローラユニット４は、ローラであるアウタリング１１と、このアウタリング１１の内側に配置されて脚軸７に外嵌された円環状のインナリング１２と、アウタリング１１とインナリング１２との間に介在された多数の針状ころ１３とで主要部が構成されており、外側継手部材２のトラック溝５に収容されている。インナリング１２、針状ころ１３、およびアウタリング１１からなるローラユニット４は、ワッシャ１４、１５により分離しない構造となっている。

この実施形態において、アウタリング１１の外周面は、脚軸７の軸線上に曲率中心を有する円弧を母線とする凸曲面である。アウタリング１１の外周面は、ローラ案内面６とアンギュラコンタクトしている。

針状ころ１３は、アウタリング１１の円筒状内周面を外側軌道面とし、インナリング１２の円筒状外周面を内側軌道面として、これらの外側軌道面と内側軌道面の間に転動自在に配置される。

トリポード部材３の各脚軸７の外周面は、脚軸７の軸線を含んだ縦断面においてストレート形状をなす。また、図３に示すように、脚軸７の外周面は、脚軸７の軸線に直交する横断面において略楕円形状をなす。脚軸７の外周面は、継手の軸線と直交する方向、すなわち長軸ａの方向でインナリング１２の内周面１２ａと接触する。継手の軸線方向、すなわち短軸ｂの方向では、脚軸７の外周面とインナリング１２の内周面１２ａとの間に隙間ｍが形成されている。

インナリング１２の内周面１２ａは凸曲面状、具体的にはインナリング１２の軸線を含む縦断面において凸円弧状をなす。このことと、脚軸７の断面形状が上述のように略楕円形状であり、脚軸７とインナリング１２の間に所定の隙間ｍを設けてあることから、インナリング１２は、脚軸７に対して首振り揺動可能となる。上述のとおりインナリング１２とアウタリング１１が針状ころ１３を介して相対回転自在にアセンブリとされているため、アウタリング１１はインナリング１２と一体となって脚軸７に対して首振り揺動可能である。つまり、脚軸７の軸線を含む平面内で、脚軸７の軸線に対してアウタリング１１およびインナリング１２の軸線は傾くことができる（図４参照）。

図４に示すように、トリポード型等速自在継手１が作動角をとって回転すると、外側継手部材２の軸線に対してトリポード部材３の軸線は傾斜するが、ローラユニット４が首振り揺動可能であるため、アウタリング１１とローラ案内面６とが斜交した状態になることを回避することができる。これにより、アウタリング１１がローラ案内面６に対して水平に転動するので、誘起スラストやスライド抵抗の低減を図ることができ、継手の低振動化を実現することができる。

また、既に述べたように、脚軸７の横断面が略楕円状で、インナリング１２の内周面１２ａの横断面が円弧状凸断面であることから、トルク負荷側での脚軸７の外周面とインナリング１２の内周面１２ａとは点接触に近い狭い面積で接触する。よって、ローラユニット４を傾かせようとする力が小さくなり、アウタリング１１の姿勢の安定性が向上する。

以上に述べたトリポード部材３は、鋼材料から、鍛造加工→機械加工（旋削）→熱処理→脚軸７の外周面の研削加工、という主要工程を経て製作される。脚軸７の外周面は、研削加工に代えて焼入れ鋼切削で仕上げることもできる。

図５は、トリポード部材３に対する熱処理によって形成された硬化層１６を示す断面図である。図５に示すように、トリポード部材３の脚軸７の外周面および雌スプライン２３を含む全表面に硬化層１６が形成される。完成品としてのトリポード部材３は、脚軸７の外周面が研削（もしくは焼入れ鋼切削）で仕上げられるため、脚軸７の外周面の硬化層１６の深さは、他の領域に比べて研削等による取り代分だけ浅い。なお、この取り代は、通常、０．１ｍｍ程度で小さいため、図５では硬化層１６の厚さを全表面で均一に描いている。

既に述べたように、ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手では、図３に示すように、トルク負荷側で脚軸７の外周面とインナリング１２の内周面１２ａとが点に近い領域Ｍで接触するため、高トルク負荷時には当該接触部の面圧が高くなる問題がある。面圧が過大であると、脚軸７の耐久性の低下につながる。

この課題を解決するため、本発明者らは以下の検証を行った。

一般に、トリポード部材３においては、肌焼鋼の一種であるクロム・モリブデン鋼を素材として鍛造を行い、その後、熱処理として浸炭焼入れ焼戻しを行うことにより、表面に硬化層１６が形成される。図６に、従来のトリポード部材３の素材（例えばＪＩＳ Ｇ４０５２のクロム・モリブデン鋼等であり、炭素量約０．２３％未満の相当材）を使用し、これに浸炭焼入れ焼戻し（焼入れ温度８６０℃、焼戻し温度１８０℃）を行った時の脚軸７表面から芯部にかけての硬度分布を示す。なお、図６中の破線は推定値を示す（図７も同じ）。この場合、図６から明らかなように、表面の硬度は、５５０ＨＶを超えているが、表面からごく浅い領域で硬度が５５０ＨＶを下回る。よって、過大なトルクが負荷された場合、脚軸７の耐久性に影響する。従って、上記の課題を解決するためには、硬化層１６を極力深く形成する必要がある。

硬化層１６を深くするには、浸炭層の深さを増すのが最も簡単な手法となるが、既に述べたように、深い浸炭層を形成するには、膨大な浸炭時間が必要となり製造コストの高騰を招く。素材として炭素含有量が多い鋼材、例えばＳ５０Ｃ〜Ｓ５５Ｃ等の機械構造用炭素鋼を使用し、熱処理方法を、浸炭焼入れよりも深く焼入れが可能な高周波焼入れに変更することも考えられるが、この場合、炭素量が増す分だけ素材が固くなるため、トリポード部材３を鍛造する際の加工荷重が増大し、鍛造設備の大型化等を招く問題がある。

以上の考察を経て、本発明者らは、浸炭処理の条件や焼入れ焼戻しの条件を従来と同様としつつ、従来よりも高炭素量の肌焼鋼を使用することの有効性について検証した。図７に、素材としてクロム・モリブデン鋼で炭素量約０．３４％相当材を使用して浸炭焼入れ焼戻しを行った時の硬度分布を示す。焼入れ温度は８５０℃、焼戻し温度は１８０℃である。なお、図７における横軸（表面からの深さ）は、図６と同じ縮尺で示してある（図８、図９も同様である）。

図７の結果から明らかなように、肌焼鋼の炭素量を増すことにより、狙いどおり硬化層１６の深さを増すことができることが判明した。その一方で、浸炭焼入れ焼戻し後の芯部の硬度が５５０ＨＶ程度まで達しているため、脚軸７の靭性が低下し、トリポード部材３の繰り返し疲労強度が低下するおそれがある。このように肌焼鋼の炭素量を増すだけでは、疲労強度が低下するため、対策として不十分である。同じ素材を使用し、浸炭焼き入れ焼戻しに代えてズブ焼入れおよび焼戻し（焼入れ温度８７０℃、焼戻し温度１６０℃）を行うことも試みたが、図８に示すように、芯部の硬度が５５０ＨＶを超えて同様の問題を生じることが明らかになった。

以上の検証結果から、課題解決のためには、材料の変更だけでは足りず、熱処理の手法を見直す必要があることが明らかとなった。

一般に鋼材の焼入れ後、焼戻しを行う際の焼戻し温度は、焼戻し後の硬度に影響を与える。例えば、焼戻し温度２５０℃程度までは、焼戻しを行わずに焼入れのままにした場合と同程度の硬さが維持され、焼戻し温度を高めるほど、焼戻し後の硬さが低下する。従って、焼戻し温度を高めて、例えば３５０℃〜４５０℃の温度で焼戻し（以下、「高温焼戻し」という）を行えば、脚軸７の芯部における硬度を低下させ得ると考えられる。

以上の考察に基づいて、クロム・モリブデン鋼の炭素量約０．３４％相当材で製作したトリポード部材３について、浸炭焼入れ後に高温焼戻しを行ったところ（焼入れ温度８６０℃、焼戻し温度４１０℃）、表面硬度が５４５ＨＶとなり、芯部硬度が４２５ＨＶとなることが判明した。このままでは、表面硬度が不十分であり、さらに表面硬度を高める必要がある。

以上の知見を経て、本発明者は、不足する表面硬度を補うため、浸炭焼入れおよび焼戻し（高温焼戻し）後に、高周波焼入れを行う、との着想に至った。つまり、トリポード部材１３の熱処理として、浸炭焼入れ後に高温焼戻しを行った上で、さらに高周波焼入れ焼戻しを行うこととした。高周波焼入れであれば、加熱時間は数秒程度であるため、サイクルタイムの増加も最小限に抑えることができる。なお、高周波焼入れ後は焼戻しが不可欠となるが、既に述べたように、２５０℃以下の焼戻し（以下、「低温焼戻し」という）を行えば、硬度の低下は殆ど生じない。従って、表層および芯部を問わず、高周波焼入れ後の硬度を維持することが可能となる。

図９は、以上に述べた手順で熱処理を行ったトリポード部材３の脚軸７の硬度分布を示すものである。なお、トリポード部材３の素材は前述の炭素量約０．３４％相当材としている。また、浸炭焼入れ焼戻しにおける焼入れ温度は８６０℃、焼戻し温度は４１０℃に設定し、高周波焼入れ焼戻しの際の焼戻し温度は１９０℃に設定している。

この硬度分布からも明らかなように、本実施形態のトリポード部材３は、脚軸７の表面に形成された高硬度部Ａ、高硬度部Ａよりも芯部側に形成された中硬度部Ｂ、中硬度部Ｂよりも芯部側に形成された境界部Ｃ、境界部Ｃよりも芯部側に形成された低硬度部Ｄをそれぞれ有する。

高硬度部Ａは、浸炭焼入れおよび高周波焼入れにより硬化された領域であり、各部Ａ〜Ｄの中で最も炭素濃度が高い。また高硬度部Ａでは、浸炭に起因して表面側から芯部側にかけて徐々に炭素濃度が低下している。そのため、高硬度部Ａの硬度は、脚軸７の各部Ａ〜Ｄの中で最も高く、かつ表面側から芯部側にかけて徐々に低下している。中硬度部Ｂは、浸炭による炭素の添加はないが高周波焼入れにより硬化された領域であり、その硬度は高硬度部Ａよりも低く、略一定の値（６００ＨＶ程度）になっている。高硬度部Ａおよび中硬度部Ｂは、マルテンサイト化した焼入れ領域であり、そのため、高硬度部Ａおよび中硬度部Ｂの双方でビッカース硬さ５５０ＨＶを超える硬化層１６が形成されている。なお、ここでいう「５５０ＨＶ」は、ＪＩＳ Ｇ０５５７に規定の有効硬化層深さにおける限界深さと一致する。また、ビッカース硬さの試験力は何れも０．３ｋｇである。

低硬度部Ｄは、焼入れされていない領域、すなわちマルテンサイト化していない領域である。低硬度部Ｄの硬度（芯部硬度）は中硬度部Ｂの硬度よりも低く、５５０ＨＶを下回る略一定の硬度（３００ＨＶ程度）になっている。境界部Ｃは、中硬度部Ｂと低硬度部Ｄの間に位置し、硬化層１６と非硬化領域との間の遷移層を形成する。境界部Ｃでは表面側から芯部側にかけて硬度が徐々に低下している。境界部Ｃの表面側は５５０ＨＶを超える硬度、芯側は５５０ＨＶを下回る硬度をそれぞれ有する。

このように、浸炭焼入れ後に高温焼戻しを行い、次いで高周波焼入れ焼戻し（低温焼戻し）を行うことにより、図９に示す硬度分布が得られる。この硬度分布では、５５０ＨＶを超える硬化層１６の深さが従来品（図６参照）に比べて４倍〜５倍程度の深さにまで達し、その一方で、５５０ＨＶを下回る低硬度部Ｄの硬度は従来品と同程度、もしくは従来品よりも低い。従って、トリポード型等速自在接手に対する過大トルクの負荷により、接触領域Ｍ（図３参照）が高面圧となった場合にも脚軸７の耐久性を確保することができる。また、脚軸７の芯部が高靭性となるため、トリポード部材３の繰り返し疲労強度の低下も回避することができる。

なお、以上の説明では、トリポード部材３の素材として炭素量約０．３４％相当材を使用する場合を例示したが、使用できる素材の種類は限定されない。例えばクロム・モリブデン鋼であれば、ＳＣＭ４３５の他に、ＳＣＭ４４０等を使用することができる。また、焼入れ性が保証された、いわゆるＨ鋼（例えばＳＣＭ４３５Ｈ、ＳＣＭ４４０Ｈ等：ＪＩＳＧ４０５２に規定）を使用することもできる。肌焼鋼であれば、他の種類の鋼材も使用可能であり、例えばＪＩＳ Ｇ４０５３に規定のクロム鋼（例えばＳＣｒ４３５、ＳＣｒ４４０等）を素材として使用することもできる。クロム鋼についても、例えばＳＣｒ４３５Ｈ、ＳＣｒ４４０Ｈ等のＨ鋼を使用することが可能である。クロム・モリブデン鋼やクロム鋼等の肌焼鋼に限らず、Ｓ１０Ｃ〜Ｓ３５Ｃ等の機械構造用炭素鋼（ＪＩＳ Ｇ４０５１に規定）を素材として使用することもできる。

冷間鍛造時の成形性を考慮すれば、炭素量０．４４％以下の鋼材を使用するのが好ましいが、例えば熱間鍛造する場合等のように鍛造時の成形性が問題とならない場合は、より多くの炭素を含む鋼材を使用することもできる。炭素量１％以下の肌焼鋼であれば、熱間鍛造時にも特に不具合は生じない。

炭素量の下限値として０．１％以上の炭素を含む鋼材を使用するのが好ましいが、高硬度部Ａおよび中硬度部Ｂの硬度を極力高める観点からは、炭素量が０．２４％以上、さらに好ましくは０．３２％以上の鋼材をトリポード部材３の素材として使用するのが好ましい。通常は、低硬度部Ｄの炭素量は素材に含まれる炭素量と一致する。

次に本発明の第二の実施形態を説明する。
既に述べたように、炭素量約０．３４％相当材を使用して浸炭焼入れ焼戻し（高温焼戻し）を行う一方で、高周波焼入れ焼戻しを省略した場合、脚軸７の表面硬度は５４５ＨＶであり、芯部硬度は４２５ＨＶ程度となる。この結果と、図９の硬度分布との対比から、脚軸７の芯部硬度は、高周波焼入れ有りの方が高周波焼入れ無しの場合よりも低下していることが理解できる。これは、高周波焼入れ時の加熱によって脚部７の芯部が４００℃程度まで昇温し、その後の焼戻しの際に空冷（徐冷）されることにより、高温焼戻しと同様の硬度低減効果（焼鈍り）が得られたことによる、と推測される。

この点に着目すれば、浸炭焼入れ後の高温焼戻しは必ずしも必須ではなく、省略することも可能である。例えば、浸炭焼入れ後に焼戻しを行うことなく高周波焼入れを行い、その後、低温焼戻しを行うことにより、図９に示す硬度分布と同様の硬度分布を得ることが可能である。そのため、高面圧に対する脚軸７の耐久性と、脚軸７の靭性とを両立することができる。以上に説明した事項を除き、トリポード型自在接手の各部の構成および機能は第一の実施形態と共通する。

次に本発明の第三の実施形態を説明する。
以上に述べた第一の実施形態および第二の実施形態では、浸炭焼入れ後に高周波焼入れを行っているが、浸炭による炭素浸入のみを行い（浸炭直後の焼入れを省略）、その後、高周波焼入れを行うことで硬化層１６を形成することもできる。具体的には、浸炭工程によりトリポード部材３の表面に炭素を浸入させた後、空冷等の冷却を経て、高周波焼入れおよび焼戻し（低温焼戻し）を行う。これにより、図９に示す硬度分布と同様の硬度分布を得ることができ、高面圧に対する脚軸７の耐久性と、脚軸７の靭性とを両立することが可能となる。この場合、浸炭直後の焼入れや焼戻しが省略されるので、低コスト化を図ることができる。

浸炭（炭素浸入）を行う際の雰囲気温度は５００℃以上とする。浸炭後は表面および芯部の双方の組織がフェライト＋パーライトとなる。その後、高周波焼入れ焼戻しを行うことで、表面にマルテンサイトが形成され、芯部では、マルテンサイトが形成されず、フェライト＋パーライトの組織が維持される。

この第三の実施形態において、高周波焼入れにより形成される硬化層１６は、図１１（ａ）に示すように、少なくとも脚軸７の外周面および脚軸７の付け根に形成すれば足りる。脚軸７の付け根はトリポード型等速自在接手にトルクが伝達された際に引張応力が集中する領域であるため、脚軸７の付け根に硬化層１７を設けることにより、トリポード部材３の捩り強度を確保することができる。

脚軸７の外周面の硬化層１６は、その耐久性を向上させるために設けられれる。脚軸７の外周面の硬化層１６は、図１１（ｂ）に示すように、その全周に渡って形成する他、図１２に示すように、インナリング１２の内周面１２ａとの接触部に限って形成してもよい。

また、トリポード部材３の内周面は一般にシャフト９（図１参照）とスプライン等（セレーションも含む）と嵌合する領域であるため、図１１（ａ）に示すように、トリポード部材３の内周面（スプライン等の歯面）にも焼入れによる硬化層１６を形成するのが好ましい。なお、図１１（ａ）（ｂ）および図１２に示す硬化層１６の分布は、既に述べた第一の実施形態および第二の実施形態においても採用することができる。

この第三の実施形態のトリポード部材３の製造工程の一例を挙げれば、ａ）バー材切断工程→ｂ）球状化焼き鈍し工程→ｃ）ボンデ処理工程→ｄ）冷間鍛造工程→ｅ）旋削加工工程→ｆ）ブローチ加工工程→ｇ）炭素浸入工程→ｈ）高周波熱処理（焼入れ、焼戻し）工程→ｉ）研削加工工程、となる。ａ）〜ｆ）の工程については、第一の実施形態および第二の実施形態でも適用することができる。炭素量の低い材料を使用する等の事情により、冷間鍛造時の打鍛性に問題がなければ、球状化焼き鈍し工程を省略することができる。また、炭素量の低い材料を使用する場合、焼割れ感受性が低くなるため、高周波焼入れ後の焼戻し工程を廃止できる可能性がある。

以上に述べた本発明の各実施形態は、他の構成を有するダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手にも適用することができる。

例えば、脚軸７の外周面を凸曲面（例えば断面凸円弧状）に形成し、インナリング１２の内周面１２ａを円筒面状に形成することもできる。また、脚軸７の外周面を凸曲面（例えば断面凸円弧状）に形成し、インナリング１２の内周面１２ａを脚軸外周面と嵌合する凹球面に形成することもできる。この際、アウタリングの内径両端部に鍔を設けることにより、ワッシャ１４，１５を不要とすることもできる。

以上の実施形態の説明では、ダブルローラタイプのトリポード型等速自在接手を例示したが、図９に示す硬度分布は、シングルローラタイプのトリポード型等速自在接手においても同様に適用することができる。

図１０は、シングルローラタイプのトリポード型等速自在継手１００の横断面図である。
図１０に示すように、このトリポード型等速自在継手１００は、外側継手部材１０２、内側継手部材としてのトリポード部材１０３、トルク伝達部材としてのローラ１１１、および転動体としての針状ころ１１３を主な構成とする。外側継手部材１０２は、その内周に円周方向の三等分位置に軸方向に延びる３本のトラック溝１０５を有する中空カップ状である。各トラック溝１０５の円周方向で対向する側壁にローラ案内面１０６が形成されている。ローラ案内面１０６は、円筒面の一部、すなわち部分円筒面で形成されている。

トリポード部材１０３は、トラニオン胴部から円周方向の三等分位置で半径方向に突出した３本の脚軸１０７を有する。トリポード部材１０３は、シャフトとトルク伝達可能にスプライン嵌合している。脚軸１０７の円筒状外周面の周りに複数の針状ころ１１３を介して回転自在にローラ１１１が装着されている。脚軸７の外周面は針状ころ１１３の内側軌道面を形成する。ローラ１１１の内径面は円筒形状で、針状ころ１１３の外側軌道面を形成する。

トラニオンジャーナル９の軸端付近には、アウタワッシャ１１３を介して止め輪１１２が装着されている。針状ころ１１３は、インナワッシャ１１４とアウタワッシャ１１３により、脚軸１０７の軸線方向への移動が規制されている。

トリポード部材１０３の脚軸７に回転自在に装着されたローラ１１１は、外側継手部材１０２のトラック溝１０５のローラ案内面１０６に回転自在に案内される。このような構造により、外側継手部材１０２とトリポード部材１０３との間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収され、回転が等速で伝達される。

以上に述べたシングルローラタイプのトリポード型等速自在継手１００においても、針状ころ１１３と脚軸１０７の外周面が線接触するため、過大なトルク負荷時に両者の接触部が高面圧となり、ダブルローラタイプと同様の課題を生じる可能性がある。従って、この場合も、既に述べたように、脚軸１０７に、脚軸１０７の表面に設けられ、表面側から芯部側にかけて徐々に炭素量が減少する高硬度部Ａと、高硬度部Ａよりも芯部側に形成され、高硬度部Ａよりも低硬度の中硬度部Ｂと、中硬度部Ｂよりも芯部側に形成され、中硬度部Ｂよりも低硬度の低硬度部Ｄとを設け、高硬度部Ａおよび中硬度部Ｂの硬度を５５０ＨＶ以上とし、低硬度部Ｄの硬度を５５０ＨＶ未満とすることにより、同様の効果を得ることができる。

以上に述べたトリポード型等速自在継手１，１００は、自動車のドライブシャフトに限って適用されるものではなく、自動車や産業機器等の動力伝達経路に広く用いることができる。

１，１００ トリポード型等速自在継手
２，１０２ 外側継手部材
３，１０３ トリポード部材
４ ローラユニット
５，１０５ トラック溝
６，１０６ ローラ案内面
７，１０７ 脚軸
９ 軸（シャフト）
１１ ローラ（アウタリング）
１２ インナリング
１３，１１３ 針状ころ
１６ 硬化層
１１１ ローラ
Ａ 高硬度部
Ｂ 中硬度部
Ｃ 境界部
Ｄ 低硬度部

Claims (4)

1. 円周方向の三カ所に軸方向に延びるトラック溝を備え、各トラック溝が円周方向に対向して配置された一対のローラ案内面を有する外側継手部材と、半径方向に突出した三つの脚軸を備えたトリポード部材と、前記各脚軸に装着されるローラとを備え、前記ローラが前記ローラ案内面に沿って前記外側継手部材の軸方向に移動可能に構成されたトリポード型等速自在継手において、
   前記脚軸に、当該脚軸の表面に形成され、表面側から芯部側にかけて徐々に炭素量が減少する高硬度部と、前記高硬度部よりも芯部側に形成され、前記高硬度部よりも低硬度の中硬度部と、前記中硬度部よりも芯部側に形成され、前記中硬度部よりも低硬度の低硬度部とを設け、
   前記高硬度部および中硬度部の硬度を５５０ＨＶ以上とし、前記低硬度部の硬度を５５０ＨＶ未満としたことを特徴とするトリポード型等速自在継手。
2. 前記脚軸に外嵌され、前記ローラを回転自在に支持するインナリングを備え、前記ローラと前記インナリングとでローラユニットが形成され、前記ローラユニットが前記脚軸に対して首振り揺動可能である請求項１に記載のトリポード型等速自在接手。
3. 前記脚軸の外周面が、縦断面においてはストレートで横断面においては略楕円となる形状をなし、前記インナリングの内周面が凸曲面で形成され、前記脚軸の外周面が、継手の軸線と直交する方向で前記インナリングの内周面と接触し、かつ継手の軸線方向で前記インナリングの内周面との間に隙間を形成する請求項２に記載のトリポード型等速自在継手。
4. 前記低硬度部における炭素含有量が０．１％以上である請求項１〜３何れか１項に記載のトリポード型等速自在継手。

Images