JP5165488B2 - 等速自在継手の内側継手部材 - Google Patents

Description

この発明は等速自在継手の内側継手部材に関する。より具体的には、内側継手部材に相当するのは、トルク伝達要素としてボールを使用するボールタイプの等速自在継手の場合はボールが転動するためのボール溝を有する内輪であり、トルク伝達要素としてローラを使用するトリポード系の等速自在継手の場合はローラを回転自在に支持するためのトラニオン・ジャーナルを有するトリポードである。

等速自在継手は自動車や各種産業機械の動力伝達装置に使用される。とくに自動車用の等速自在継手の場合、等速自在継手の軽量・コンパクト化は自動車の燃費向上や駆動系レイアウトの自由度向上に寄与するため、必要とされる機能を満たした上で、できる限り小さい方が望ましい。

等速自在継手は外側継手部材と、外側継手部材の内側に位置する内側継手部材と、両者間に介在してトルクを伝達するトルク伝達要素を含み、外側継手部材と駆動軸または従動軸を接続し、内側継手部材と従動軸または駆動軸と接続する。
等速自在継手は固定式としゅう動式に大別でき、前者の例としてバーフィールド型やアンダーカット・フリー型などがあり、後者の例としてはダブルオフセット型やトリポード型などがある。

等速自在継手の内側継手部材の熱処理は、高周波焼入れで行う場合もある。この場合、焼入れ後の硬度と鍛造性を両立させるため、中炭素鋼を用いることが多い。
特開２０００−２２７１２３号公報 米国公開特許公報２００５−００３９８２９号

等速自在継手の軽量・コンパクト化に伴い、外側継手部材の内部に収容される内側継手部材の各部肉厚も薄くなっている。そのため、形状変更による強度向上はほぼ限界に達していると言える。
そこで、この発明の目的は、内側継手部材の形状や寸法を変更することなく強度を向上させることにある。

この発明は、等速自在継手の内側継手部材の製造過程において、高周波焼入れの前に調質を行うことによって課題を解決した。
すなわち、この発明は、駆動軸または従動軸と接続する外側継手部材と、従動軸または駆動軸と接続する内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルクを伝達するトルク伝達要素を具備した等速自在継手の内側継手部材であって、
前記トルク伝達要素は、前記外側継手部材と前記内側継手部材の間に介在するケージによって同一平面に保持された複数のボールであり、
前記内側継手部材は前記従動軸または前記駆動軸と接続するためのスプライン孔と、前記ボールが転動するボール溝と、前記ケージと接触する外周面を有し、
鍛造により成形した後、調質を施し、前記スプライン孔と前記ボール溝と前記外周面に高周波焼入れにより表面硬化処理を施してあることを特徴とする。
また、この発明は、駆動軸または従動軸と接続する外側継手部材と、従動軸または駆動軸と接続する内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルク伝達するトルク伝達要素を具備した等速自在継手の内側継手部材であって、
前記等速自在継手はトルク伝達要素としてローラを使用するものであり、前記内側継手部材は前記ローラを回転自在に支持するトラニオン・ジャーナルを有するトリポードであり、
鍛造により成形した後、調質を施し、前記トリポードのボス部のスプライン孔とトラニオン・ジャーナルの根元部から外周面にかけて高周波焼入れにより表面硬化処理を施してあることを特徴とする。
高周波焼入れの前に調質を行うことで、非焼入れ部の硬度が上がり、かつ、組織が微細化するため、形状を変えることなく強度を向上させることができる。

調質は、具体的には、４００〜６００℃の高温焼もどしとすることができる（請求項３）。

鍛造性と焼入れ性の両立を図るため、内側継手部材の材質は炭素０．４〜０．６ｗｔ％を含む炭素鋼が好ましい（請求項４）。

内側継手部材のコア部の硬度はＨＶ２５０以上が好ましい。通常、非焼入れ層の硬度はＨＶ１５０〜２５０程度であるところ、調質により、コア部の硬度をＨＶ２５０以上に高めることができる（請求項５）。

調質により、内側継手部材のコア部の組織がトルースタイトまたはソルバイトであるのが好ましい（請求項６）。

この発明によれば、調質を行った内側継手部材の非焼入れ部の組織はトルースタイト組織あるいはソルバイト組織になり、組織が微細化され、さらに硬度も上昇するため、引張り強度が改善され、内側継手部材の強度が向上する。また、繰返し負荷がかかる疲労強度でも、同じ理由で強度が向上する。

以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。
まず、ボールタイプの等速自在継手の例としてダブルオフセット型等速自在継手について述べる。ダブルオフセット型等速自在継手は、図１に示すように、外側継手部材としての外輪１０と、内側継手部材としての内輪２０と、トルク伝達要素としての複数のボール３０と、ケージ４０とを主要な構成要素としている。

外輪１０はマウス部１２とステム部１８とからなり、ステム部１８のスプライン（またはセレーション。以下、同じ。）軸部で駆動軸または従動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。マウス部１２の内周面１４は円筒形状で、その内周面１４の円周方向に等間隔に、軸方向に延びるボール溝１６が形成してある。

内輪２０は軸心部に形成したスプライン孔２２で従動軸または駆動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。内輪２０の外周面２４は凸球面状で、その外周面２４の円周方向に等間隔に、軸方向に延びるボール溝２６が形成してある。

外輪１０のボール溝１６と内輪２０のボール溝２６は対をなし、各対のボール溝１６、２６間に１個ずつ、ボール３０が組み込んである。ボール３０の数、したがってまたボール溝１６、２６の数は任意であるが、例を挙げるならば６または８が一般的である。

ケージ４０は外輪１０の内周面１４と内輪２０の外周面２４との間に介在させてある。ケージ４０の円周方向に所定の間隔で、半径方向に貫通するポケット４６が形成してあり、各ポケット４６に１個ずつ、ボール３０が収容される。したがって、ケージ４０によってすべてのボール３０が同一平面に保持される。

ケージ４０の外周面の円弧状断面部分の中心Ｏ₁とケージ４０の内周面の円弧状断面部
分の中心Ｏ₂は、軸方向に等距離だけ、継手の角度中心Ｏをはさんで反対向きにオフセッ
トさせてある。したがって、外輪１０の回転軸線と内輪２０の回転軸線が角度（作動角θ）をなした状態でトルクを伝達するとき、ケージ４０は、作動角θを二等分する平面にボール３０を配向せしめる役割を果たす。

図２（Ａ）は内輪２０の横断面を示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面を示す。これらの図ではハッチングが省略してあり、梨地部分は内輪２０の内周面と外周面に形成した表面硬化層を表している。具体的には、スプライン孔２２と、外周面２４と、ボール溝２６に、それぞれ表面硬化層が設けてある。

次に、トリポード型等速自在継手について述べる。トリポード型等速自在継手は、図３に示すように、外側継手部材としての外輪１１０と、内側継手部材としてのトリポード１２０と、トルク伝達要素としてのローラ１３０とを主要な構成要素としている。

外輪１１０はマウス部１１２とステム部１１８とからなり、ステム部１１８のスプライン軸部で、駆動軸または従動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。マウス部１１２はカップ状で、内周面の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝１１４が形成してある。トラック溝１１４の側壁を形成している面はローラ案内面１１６となる。

トリポード１２０はボス１２２とトラニオン・ジャーナル１２６とからなり、ボス１２２の軸心部に形成したスプライン孔１２４で、従動軸または駆動軸とトルク伝達可能に接続するようになっている。トラニオン・ジャーナル１２６はボス１２２の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。トラニオン・ジャーナル１２６は円筒形状で、端部付近に環状溝１２８が形成してある。

各トラニオン・ジャーナル１２６にローラ１３０が回転自在に取り付けてある。トラニオン・ジャーナル１２６とローラ１３０との間に針状ころ１３２が総ころ状態で組み込んである。トラニオン・ジャーナル１２６の円筒形の外周面が針状ころ１３２のための内側軌道面となり、ローラ１３０の円筒形の内周面が針状ころ１３２のための外側軌道面となる。トラニオン・ジャーナル１２６の環状溝１２８にサークリップ１３８を装着することによって、針状ころ１３２およびローラ１３０がトラニオン・ジャーナル１２６の先端側に抜けないように抜け止めがしてある。

針状ころ１３２の両端側にインナ・ワッシャ１３４とアウタ・ワッシャ１３６が配置してある。アウタ・ワッシャ１３６は、トラニオン・ジャーナル１２６の半径方向に延びた円盤部と、トラニオン・ジャーナル１２６の軸線方向に延びた円筒部とからなる。環状溝１２８に装着した状態のサークリップ１３８の外径はアウタ・ワッシャ１３６の円盤部の内径より大きいため、トラニオン・ジャーナル１２６の軸端側へのアウタ・ワッシャ１３６の移動が規制される。アウタ・ワッシャ１３６の円筒部の外径は針状ころ１３２の外接円と同じかわずかに小さいため、針状ころ１３２の抜け止めが行われる。また、アウタ・ワッシャ１３６の円筒部の外径はローラ１３０の内径より小さく、端部がローラ１３０の内径よりも大きく拡大している。したがって、ローラ１３０はトラニオン・ジャーナル１２６の軸線方向に一定程度移動することができる。

外輪１１０のトラック溝１１４は外輪１１０の中心軸線と平行な中心軸線をもった部分円筒状で、ローラ１３０の外周面はトラック溝１１４の断面と実質的に同径の球状である。したがって、ローラ１３０はトラック溝１１４内で回転可能である。継手が作動角をとった状態でトルクを伝達するとき、ローラ１３０はトラック溝１１４内を外輪１１０の軸方向に往復移動する。

図４（Ａ）はトリポードの部分横断面を示し、図４（Ｂ）はトラニオン・ジャーナルの
横断面を示す。これらの図では、ハッチングが省略してあり、梨地部分は表面硬化層を表している。すなわち、トリポード１２０のボス部１２２のスプライン孔１２４と、トラニオン・ジャーナル１２６の根元部から外周面にかけて、表面硬化層が形成してある。トラニオン・ジャーナル１２６の外周面は針状ころ１３２が転動する軌道面となる。根元部は針状ころ１３２の端部を支えるインナ・ワッシャ１３４が着座する部分である。

内側継手部材（内輪２０／トリポード１２０）はトルク伝達要素（ボール３０／ローラ１３０）と直接または間接に接触する。具体的には、内輪２０はボール溝２６でボール３０と接触し、トリポード１２０は針状ころ１３２を介してローラ１３０と間接的に接触する。したがって、内輪２０のボール溝２６、トリポード１２０は高硬度が要求される。このため、高周波焼入れ・焼もどしにより表面硬化処理を施す。内側継手部材（２０、１２０）の材料は、炭素量が０．４〜０．６ｗｔ％の中炭素鋼である。

高周波焼入れ前に調質を行う。調質処理により、硬度をＨＶ２５０以上とする。具体的には、４００〜６００℃の高温焼もどしにより、調質を行った内側継手部材（２０、１２０）の非焼入れ部の組織は、トルースタイト組織あるいはソルバイト組織になり、組織が微細化され、さらに硬度も上昇するため、引張り強度が改善され、内側継手部材（２０、１２０）の強度が向上する。また、繰返し負荷がかかる疲労強度でも、同じ理由で強度が向上する。

加工精度が必要な場合、旋削前に調質を行い、その後、旋削を行うが、加工の容易性を考慮し、旋削後に調質してもよい。

（Ａ）はダブルオフセット型等速自在継手の縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。 （Ａ）は内輪の横断面図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 （Ａ）はトリポード型等速自在継手の縦断面図、（Ｂ）は横断面図である。 （Ａ）はトリポードの部分横断面図、（Ｂ）はトラニオン・ジャーナルの横断面図である。

符号の説明

１０ 外輪（外側継手部材）
１２ マウス部
１４ 内周面
１６ ボール溝
１８ ステム部
２０ 内輪（内側継手部材）
２２ スプライン孔
２４ 外周面
２６ ボール溝
３０ ボール（トルク伝達要素）
４０ ケージ
４２ ポケット
１１０ 外輪（外側継手部材）
１２ マウス部
１４ トラック溝
１６ ローラ案内面
１８ ステム部
１２０ トリポード（内側継手部材）
１２２ ボス
１２４ スプライン孔
１２６ トラニオン・ジャーナル
１２８ 環状溝
１３０ ローラ（トルク伝達要素）
１３２ 針状ころ
１３４ インナ・ワッシャ
１３６ アウタ・ワッシャ
１３８ サークリップ

Claims (6)

1. 駆動軸または従動軸と接続する外側継手部材と、従動軸または駆動軸と接続する内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルクを伝達するトルク伝達要素を具備した等速自在継手の内側継手部材であって、
   前記トルク伝達要素は、前記外側継手部材と前記内側継手部材の間に介在するケージによって同一平面に保持された複数のボールであり、
   前記内側継手部材は前記従動軸または前記駆動軸と接続するためのスプライン孔と、前記ボールが転動するボール溝と、前記ケージと接触する外周面を有し、
   鍛造により成形した後、調質を施し、前記スプライン孔と前記ボール溝と前記外周面に高周波焼入れにより表面硬化処理を施してある等速自在継手の内側継手部材。
2. 駆動軸または従動軸と接続する外側継手部材と、従動軸または駆動軸と接続する内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材との間に介在してトルク伝達するトルク伝達要素を具備した等速自在継手の内側継手部材であって、
   前記等速自在継手はトルク伝達要素としてローラを使用するものであり、前記内側継手部材は前記ローラを回転自在に支持するトラニオン・ジャーナルを有するトリポードであり、
   鍛造により成形した後、調質を施し、前記トリポードのボス部のスプライン孔とトラニオン・ジャーナルの根元部から外周面にかけて高周波焼入れにより表面硬化処理を施してある等速自在継手の内側継手部材。
3. 前記調質は４００〜６００℃の高温焼もどしである請求項１または２の等速自在継手の内側継手部材。
4. 炭素０．４〜０．６ｗｔ％を含む炭素鋼で製造された請求項１または２の等速自在継手の内側継手部材。
5. コア部の硬度がＨＶ２５０以上である請求項１または２の等速自在継手の内側継手部材。
6. コア部の組織がトルースタイトまたはソルバイトである請求項１または２の等速自在継手の内側継手部材。

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