JP5349762B2 - 等速自在継手 - Google Patents

Description

本発明は、自動車や各種産業機械の動力伝達系において使用され、例えばＦＦ車や４ＷＤ車、ＦＲ車などで使用されるドライブシャフトやプロペラシャフトに組み込まれる固定式あるいは摺動式等速自在継手に関し、特に内側継手部材とシャフトとを連結するための凹凸嵌合構造を備えた等速自在継手に関する。

例えば、自動車のドライブシャフトは、シャフトの一方の軸端に摺動式等速自在継手を装着し、他方の軸端に固定式等速自在継手を装着した構造を具備する。

このドライブシャフトの連結用継手として使用されている摺動式等速自在継手の一つであるトリポード型等速自在継手（ＴＪ）は、内周面に三本のトラック溝が軸方向に形成され、各トラック溝の両側にそれぞれ軸方向のローラ案内面を有する外側継手部材（外輪）と、半径方向に突出した三本の脚軸を有する内側継手部材（トリポード部材）と、その内側継手部材の脚軸と外側継手部材のローラ案内面との間に回転自在に収容された転動体（ローラ）とを主要な部材として構成される。

また、固定式等速自在継手の一つであるバーフィールド型等速自在継手（ＢＪ）は、内球面に複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した外側継手部材（外輪）と、外球面に外側継手部材のトラック溝と対をなす複数のトラック溝を円周方向等間隔に軸方向に沿って形成した内側継手部材（内輪）と、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間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に介在してボールを保持するケージとを主要な部材として構成される。

これら摺動式等速自在継手あるいは固定式等速自在継手とシャフトとの連結構造には、内側継手部材の軸孔内径にシャフトの軸端を圧入する構造が採用されている。この内側継手部材の軸孔内径に軸方向に沿う凹凸として雌スプラインを形成すると共に、シャフトの軸端外径にも雄スプラインを形成する。

これら雌スプラインが形成された内側継手部材の軸孔内径と、雄スプラインが形成されたシャフトの軸端外径には、例えば高周波焼入れあるいは浸炭焼入れにより硬化処理が施されて硬化層が形成されている。この硬化層の形成により内側継手部材の軸孔内径およびシャフトの軸端外径の強度を確保するようにしている。

シャフトの軸端外径を内側継手部材の軸孔内径に圧入して雄スプラインと雌スプラインを噛み合わせることにより、シャフトを内側継手部材に嵌合させている。このシャフトと内側継手部材のスプライン嵌合により両者間でトルクを伝達可能としている（例えば、特許文献１の図２参照）。

また、このような内側継手部材とシャフトとの連結構造では、シャフトの軸端部に取り付けられた断面丸形の止め輪を、内側継手部材に設けられた係止面に当接させることにより抜け止めとしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−３１４５８０号公報 特開平８−６８４２６号公報

ところで、前述した等速自在継手の内側継手部材とシャフトとの嵌合構造では、内側継手部材の軸孔内径に硬化処理された雌スプラインを形成し、シャフトの軸端外径に硬化処理された雄スプラインを形成することにより、シャフトの軸端外径を内側継手部材の軸孔内径に圧入してスプライン嵌合させるようにしている。

しかしながら、これら内側継手部材とシャフトとの嵌合構造は、硬化処理された雌スプラインと硬化処理された雄スプラインとによる凹凸嵌合であるため、ガタが発生し易いという問題があり、このようなガタがあると、回転トルクを確実に伝達することが困難になると共に、トルクを断続的に付加した際、スプラインの歯面が擦れ合い、スプラインの疲労強度が低下するおそれがあった。しかも、ガタによって異音が発生するおそれがあった。

また、内側継手部材とシャフトの連結構造に止め輪による抜け止めを設けた場合、シャフトの止め輪嵌合用の溝加工および内側継手部材の係止面加工を必要として、工数が増加すると共に、止め輪が必要なことから、部品点数も多くなり、製品のコストアップを招いていた。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、シャフト連結部位のガタを発生しにくくし、内側継手部材とシャフトを堅固に連結し得る凹凸嵌合構造を有する等速自在継手を提供することにある。

本発明の第１の車輪用軸受装置は、外側継手部材と、外側継手部材に内挿される内側継手部材と、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を行なうトルク伝達部材とを備えた等速自在継手において、内側継手部材の外径側に高周波焼入れによる硬化層を形成すると共に、内側継手部材の内径側を未焼き状態とし、シャフトの外径面に圧入始端側の端面を軸方向に対して直交する面にした凸部を設け、この凸部を軸方向に沿って内側継手部材の軸孔に圧入し、圧入した凸部で内側継手部材を切削することで内側継手部材に前記凸部との嵌合接触部位全域が密着する凹部を形成して、凸部および凹部からなる凹凸嵌合構造で内側継手部材と内側継手部材の軸孔に嵌挿されるシャフトとを連結し、凸部と凹部の前記嵌合接触部位全域での密着が凸部を他方に圧入することで完成していることを特徴とするものである。

本発明の第１の等速自在継手によれば、シャフトの外径面の凸部とその凸部に嵌合する内側継手部材の軸孔内径面の凹部との嵌合接触部位全域が密着しているので、この嵌合構造において、径方向及び円周方向においてガタが生じる隙間が形成されない。また、内側継手部材の内径側を未焼き状態としているので、内側継手部材の内径側は比較的柔らかい。このため、シャフトの外径面の凸部を内側継手部材の軸孔内径面の凹部に嵌合させる際の嵌合性の向上を図ることができる。

本発明の第１の等速自在継手としては、トルク伝達部材にボールを用いたものがあり、トルク伝達部材にボールを用いたものは、バーフィールド型等速自在継手（ＢＪ）やアンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）等の固定式であっても、さらに、クロスグルーブ型等速自在継手（ＬＪ）やダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）等の摺動式であってもよい。すなわち、バーフィールド型等速自在継手（ＢＪ）、アンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）、及びダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）は、内径面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した外側継手部材としての外輪と、外径面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した内側継手部材としての内輪と、前記外輪の案内溝と前記内輪の案内溝とが協働して形成されるトラックに配されたトルク伝達ボールと、前記トルク伝達ボールを保持するポケットを有するケージとを備えたものであり、クロスグルーブ型等速自在継手（ＬＪ）は、外周面に軸線に対して互いに逆方向にねじれたボール溝を円周方向に交互に形成した内側継手部材と、内周面に軸線に対して互いに逆方向にねじれたボール溝を円周方向に交互に形成した外側継手部材と、軸線に対して互いに逆方向にねじれた内側継手部材のボール溝と外側継手部材のボール溝との交差部に組み込んだトルク伝達ボールと、内側継手部材の外周面と外側継手部材の内周面との間に介在してトルク伝達ボールを円周方向で所定間隔に保持するケージ（保持器）とを備えたものである。

本発明の第２の車輪用軸受装置は、円周方向に向き合ったローラ案内面を有する３つのトラック溝が形成された外側継手部材と、ボス部から半径方向に突出する３本の脚軸を備えた内側継手部材としてのトリポード部材と、前記脚軸に回転自在に外嵌するとともに前記トラック溝に挿入されたトルク伝達部材としてのローラとを備え、前記ローラが前記ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸方向に移動可能とした等速自在継手において、トリポード部材の外径面のうち少なくとも脚軸およびボス部の付け根部の外径面に高周波焼入れによる硬化層を形成するとともに、ボス部の内径側を未焼き状態とし、シャフトの外径面に圧入始端側の端面を軸方向に対して直交する面にした凸部を設け、この凸部を軸方向に沿ってボス部の軸孔に圧入し、圧入した凸部でボス部を切削することでボス部に前記凸部との嵌合接触部位全域が密着する凹部を形成して、凸部および凹部からなる凹凸嵌合構造でトリポード部材とボス部の軸孔に嵌挿されるシャフトとを連結し、凸部と凹部の前記嵌合接触部位全域での密着が凸部を他方に圧入することで完成していることを特徴とするものである。

本発明の第２の等速自在継手によれば、シャフトの外径面の凸部とその凸部に嵌合するボス部の軸孔内径面の凹部との嵌合接触部位全域が密着しているので、この嵌合構造において、径方向及び円周方向においてガタが生じる隙間が形成されない。また、ボス部の内径側を未焼き状態としているので、ボス部の内径側は比較的柔らかい。このため、シャフトの外径面の凸部をボス部の軸孔内径面の凹部に嵌合させる際の嵌合性の向上を図ることができる。

また、第１の等速自在継手であっても、第２の等速自在継手であっても、内側継手部材の外径面の硬化層は、高周波焼入れにて形成される。ここで、高周波焼入れとは、高周波電流の流れているコイル中に焼入れに必要な部分を入れ、電磁誘導作用により、ジュール熱が発生させて、伝導性物体を加熱する原理を応用した焼入れ方法である。すなわち、この高周波焼入れを行えば、表面は硬く、内部は素材のそ硬さのままとすることができ、内側継手部材の内径側を未焼き状態に維持できる。これに対して、等速自在継手の各部位の硬化処理に多く用いられる浸炭焼入れを使用すれば、内径側も硬化するおそれがある。すなわち、浸炭焼入れとは、低炭素材料の表面から炭素を浸入／拡散させ、その後に焼入れ行ものであるので、防炭したとしても、内径側にもある程度炭素が含まれ、ＨＶ４００程度に硬化する。

シャフトの外径面の凸部に熱処理による硬化層を形成することにより、凸部が軸孔内径面に食い込み易くなる。この食い込みにより、軸孔が僅かに拡径した状態となって、凸部の軸方向の移動を許容し、軸方向の移動が停止すれば、軸孔が元の径に戻ろうとして縮径することになる。これによって、シャフト側の凸部と軸孔側の凹部との嵌合接触部位全域が密着する。また、内側継手部材の内径側を未焼き状態としているので、軸孔内径面への凹部成形性が良好となる。

前記圧入による凹部形成によって生じるはみ出し部を収納するポケット部をシャフトに設けるのが好ましい。ここで、はみ出し部は、凸部の凹部嵌合部位が嵌入（嵌合）する凹部の容量の材料分であって、形成される凹部から押し出されたもの、凹部を形成するために切削されたもの、又は押し出されたものと切削されたものの両者等から構成される。

また、前記はみ出し部を収納するポケット部を、シャフトの凸部の圧入始端側に設けるとともに、このポケット部の反凸部側に内側継手部材の軸孔との調芯用の鍔部を設けるのが好ましい。

また、凸部の突出方向のいずれかの部位が、凹部形成前の凹部形成面の位置に対応する。この際、複数の凸部の頂点を結ぶ円弧の最大直径寸法を内側継手部材の軸孔の内径寸法よりも大きくするとともに、隣り合う凸部間のシャフト外径面の最大外径寸法を内側継手部材の軸孔の内径寸法よりも小さくする場合がある。

凸部の突出方向中間部位の周方向厚さを、周方向に隣り合う凸部間における前記中間部位に対応する位置での周方向寸法よりも小さくするのが好ましい。このように設定することによって、凸部の突出方向中間部位の周方向厚さの総和を、周方向に隣り合う凸部間に嵌合する相手側の凸部における前記中間部位に対応する位置での周方向厚さの総和よりも小さくなる。

前記凸部側の軸方向の少なくとも一部に軸方向に沿う凹凸部を設けるのも好ましい。また、前記凸部側の軸方向に沿う凹凸部を鋸歯状に形成する場合がある。

本発明の凹凸嵌合構造では、径方向及び円周方向においてガタが生じる隙間が形成されないので、嵌合部位の全てが回転トルク伝達に寄与し、安定した回転トルク伝達が可能で
あり、スプラインの歯面の擦れ合いによるスプラインの疲労強度の低下を回避でき、耐久性に優れる。しかも、異音の発生も生じさせない。さらには、径方向及び円周方向において隙間無く密着しているため、トルク伝達部位の強度が向上し、等速自在継手を軽量、コンパクトにすることができる。

また、内側継手部材の内径側は比較的柔らかい。このため、シャフトの外径面の凸部を内側継手部材の軸孔内径面の凹部に嵌合させる際の嵌合性（密着性）の向上を図ることができ、径方向及び円周方向においてガタが生じるのを精度良く抑えることができる。さらに、内側継手部材はその外径側に硬化層を形成しているので、内側継手部材の強度や耐久性の向上を図ることができる。特に、硬化層を高周波焼入れによって形成することによって、内径側の硬化が防止され、内径側の未焼入れ状態の確保が安定する。

シャフトの外径面の凸部に熱処理による硬化層を形成し、シャフトを軸孔に圧入するのみで、凹凸嵌合構造を確実に形成することができる。しかも、凹部が形成される部材には、スプライン部等を形成しておく必要がなく、生産性に優れ、かつスプライン同士の位相合わせを必要とせず、組立性の向上を図るとともに、圧入時の歯面の損傷を回避することができ、安定した嵌合状態を維持できる。また、シャフト側の硬度を高くでき、シャフトの捩り強度を向上させることができる。

圧入による凹部形成によって生じるはみ出し部を収納するポケット部を設けることによって、はみ出し部をこのポケット内に保持（維持）することができ、はみ出し部が等速自在継手内に紛れ込むことがない。すなわち、はみ出し部をポケット部に収納したままにしておくことができ、はみ出し部の除去処理を行う必要がなく、組み立て作業工数の減少を図ることができて、組み立て作業性の向上及びコスト低減を図ることができる。

また、ポケット部の軸方向反凸部側に調芯用の鍔部を設けることによって、ポケット部内のはみ出し部の鍔部側への飛び出しがなくなって、はみ出し部の収納がより安定したものとなる。しかも、鍔部は調芯用であるので、芯ずれを防止しつつシャフトを内側継手部材に圧入することができる。このため、内側継手部材とシャフトとを高精度に連結でき、安定したトルク伝達が可能となる。

また、凸部の突出方向のいずれかの部位が、凹部形成前の凹部形成面上に配置されるようにすることによって、凸部が圧入時に凹部形成面に食い込んでいき、凹部を確実に形成することができる。

凸部の突出方向中間部位の周方向厚さを、周方向に隣り合う凸部間における前記中間部位に対応する位置での寸法よりも小さくすることによって、凹部が形成される側の凸部（形成される凹部間の凸部）の突出方向中間部位の周方向厚さを大きくすることができる。このため、相手側の凸部（凹部が形成されることによる凹部間の硬度が低い凸部）のせん断面積を大きくすることができ、ねじり強度を確保することができる。しかも、硬度が高い側の凸部の歯厚が小であるので、圧入荷重を小さくでき、圧入性の向上を図ることができる。

凸部側の軸方向の少なくとも一部に軸方向に沿う凹凸部を設けたことによって、圧入した際に、硬度が小である側（凸が嵌合する凹部が形成される側）に軸方向に沿う凹凸部が軸方向に沿って食い込むことになる。この食い込みによって、内側継手部材に対するシャフトの軸方向の抜け止めを構成することができる。また、凹凸部を鋸歯状にすることで、硬度が小である側に鋸歯がより食い込むため、より強固な抜け止め機構となる。このため、安定した連結状態を維持でき、等速自在継手の高品質化を図ることができる。しかも、
軸方向に沿う凹凸部にて抜け止めを構成することができるので、シャフトに止め輪嵌合用の溝および内側継手部材に係止面を設ける必要がなくなって、加工工数および部品点数の減少を図ることができて、生産コストの低減および組み立て作業性の向上を達成できる。

以下本発明の実施の形態を図１〜図１７に基づいて説明する。なお、図１から図１４は
固定式（バーフィールド型）等速自在継手（ＢＪ）に適用した場合を例示するが、本発明においては、他の等速自在継手、例えばアンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）に適用可能であり、さらに、摺動式等速自在継手、例えば、クロスグルーブ型等速自在継手（ＬＪ）やダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）、トリポード型等速自在継手（ＴＪ）（図１５から図１７参照）にも適用可能である。

図１は第１実施形態の凹凸嵌合構造を用いたバーフィールド型等速自在継手の全体構成を例示する。この等速自在継手は、外側継手部材としての外輪１と、外輪１の内挿される内側継手部材としての内輪２と、外輪１と内輪２との間に介在してトルクを伝達するトルク伝達部材としてのボール３と、外輪１と内輪２との間に介在してボール３を保持するケージ４とを主要な部材として構成される。この固定式等速自在継手をドライブシャフトに適用する場合、外輪１を車輪軸受装置（図示せず）に結合させ、内輪２に本発明にかかる凹凸嵌合構造Ｍでもってシャフト５を結合させることにより、外輪１と内輪２の回転軸が角度をなした状態でも等速でトルクを伝達するようになっている。

外輪１はマウス部６とステム部７とからなり、ステム部７にて車輪軸受装置とトルク伝達可能に結合する。マウス部６は一端にて開口した椀状で、その内球面８に、軸方向に延びた複数のトラック溝９が円周方向等間隔に形成されている。そのトラック溝９はマウス部６の開口端まで延びている。内輪２は、その外球面１０に、軸方向に延びた複数のトラック溝１１が円周方向等間隔に形成されている。そのトラック溝１１は内輪２の軸方向に切り通されている。

外輪１のトラック溝９と内輪２のトラック溝１１とは対をなし、各対のトラック溝９，１１で構成されるボールトラックに１個ずつ、トルク伝達要素としてのボール３が転動可能に組み込んである。ボール３は外輪１のトラック溝９と内輪２のトラック溝１１との間に介在してトルクを伝達する。ケージ４は外輪１と内輪２との間に摺動可能に介在し、外球面４ａにて外輪１の内球面８と接し、内球面４ｂにて内輪２の外球面１０と接する。

前述したように内輪２はその軸孔２２にシャフト５の端部５ａを圧入することによりシャフト５とトルク伝達可能に結合されている。すなわち、本発明に係る第１実施形態の凹凸嵌合構造Ｍを介して、シャフト５と内輪２とが連結される。なお、この内輪２の軸孔２２の内径面３７（図２参照）は、冷間鍛造仕上げにより形成されているが、旋削、研磨仕上げにより形成されていてもよい。

凹凸嵌合構造Ｍは、図３に示すように、例えば、シャフト５側に設けられて軸方向に延びる凸部３５と、内輪２の軸孔２２の内径面３７に形成される凹部３６とからなり、凸部３５とその凸部３５に嵌合する内輪２の凹部３６との嵌合接触部位３８全域が密着している。複数の凸部３５が周方向に沿って所定ピッチで配設され、内輪２の内径面３７に凸部３５が嵌合する複数の凹部３６が周方向に沿って形成されている。つまり、周方向全周にわたって、凸部３５とこれに嵌合する凹部３６とがタイトフィットしている。

この場合、凸部の突出方向のいずれかの部位（図例では、突出方向中間部）が、凹部形成前の凹部形成面の位置に対応するものである。すなわち、各凸部３５は、その断面が凸アール状の頂点を有する三角形状（山形状）であり、各凸部３５と内輪２の凹部３６との嵌合接触部位３８とは、図３（ｂ）に示す範囲Ａであり、断面における山形の中腹部から
山頂にいたる範囲である。また、周方向の隣合う凸部３５間において、内輪２の内径面３７よりも内径側に隙間４０が形成されている。なお、凸部３５の突出方向中間部が凹部形成前の凹部形成面の位置に対応せずに、一部（例えば先端部位）が対応するものであってもよい。

ところで、図４と図５に示すように、シャフト５の端部５ａの外径部には、熱硬化処理を施し、この硬化層Ｓに軸方向に沿う凸部４１ａと凹部４１ｂとからなるスプライン４１を形成する。このため、スプライン４１の凸部４１ａが硬化処理されて、この凸部４１ａが凹凸嵌合構造Ｍの凸部３５となる。この熱硬化処理としては、高周波焼入れや浸炭焼入れ等の種々の熱処理を採用することができる。ここで、高周波焼入れとは、高周波電流の流れているコイル中に焼入れに必要な部分を入れ、電磁誘導作用により、ジュール熱が発生させて、伝導性物体を加熱する原理を応用した焼入れ方法である。また、浸炭焼入れとは、低炭素材料の表面から炭素を浸入／拡散させ、その後に焼入れ行う方法である。なお、図４と図５において、破線によるハッチング部が硬化層Ｓを示している。

また、図２と図３に示すように、内輪２は外径面（トラック溝およびトラック溝間の外球面）に高周波焼入れにより硬化層Ｓ１（クロスハッチング部）が形成され、その軸孔２２の内径面３７を未硬化としている。高周波焼入れを行えば、表面は硬く、内部は素材の硬さそのままとすることができ、内輪２の内径側を未焼き状態に維持できる。このため、内輪２の軸孔２２の内径面３７側においては熱硬化処理を行わない未硬化部（未焼き状態）とする。シャフト５の硬化層Ｓと内輪２の軸孔２２の内径面３７の未硬化部との硬度差は、ＨＲＣで３０ポイント以上とする。シャフト５のスプライン４１のモジュールを０．５以下の小さい歯とする。ここで、モジュールとは、ピッチ円直径を歯数で割ったものである。

凸部３５の突出方向いずれかの部位が、凹部形成前の凹部形成面（この場合、内輪２の軸孔２２の内径面３７）の位置に対応している。すなわち、図２に示すように、軸孔２２の内径面３７の内径寸法Ｄを、凸部３５の最大外径寸法、つまりスプライン４１の凸部４１ａである前記凸部３５の頂点を結ぶ円の最大直径寸法（外接円直径）Ｄ１よりも小さく、隣合う凸部間のシャフト外径面の最大外径寸法、つまりスプライン４１の凹部４１ｂの底を結ぶ円の最大直径寸法Ｄ２よりも大きく設定される。すなわち、Ｄ２＜Ｄ＜Ｄ１とされる。スプライン４１は、従来からの公知公用の手段である転造加工、切削加工、プレス加工、引き抜き加工等の種々の加工方法によって、形成することがきる。

次に、この凹凸嵌合構造Ｍの嵌合方法を説明する。まず、図２に示すように、内輪２の軸心とシャフト５の軸心とを合わせた状態で、内輪２に対して、シャフト５を挿入（圧入）していく。この際、軸孔２２の内径面３７の内径寸法Ｄと、凸部３５の最大外径寸法Ｄ１と、スプライン４１の凹部の最大外径寸法Ｄ２とが前記のような関係であり、しかも、凸部３５の硬度が軸孔２２の内径面３７の硬度よりも３０ポイント以上大きいので、シャフト５を内輪２の軸孔２２に圧入していけば、この凸部３５が内径面３７に食い込んでいき、凸部３５が、この凸部３５が嵌合する凹部３６を軸方向に沿って形成していくこになる。

これによって、図３（ａ）（ｂ）に示すように、シャフト５の端部５ａの凸部３５と内輪２の凹部３６との嵌合接触部位３８全域が密着している嵌合状態を構成することができる。すなわち、相手側の凹部形成面（この場合、軸孔２２に内径面３７）に凸部３５の形状の転写を行うことになって、凹凸嵌合構造Ｍを形成することができる。

本発明では、凹凸嵌合構造Ｍは、凸部３５と内輪２の凹部３６との嵌合接触部位３８全域が密着しているので、この凹凸嵌合構造Ｍにおいて、径方向及び円周方向においてガタが生じる隙間が形成されない。このため、嵌合部位の全てが回転トルク伝達に寄与し、安定した回転トルク伝達が可能であり、スプラインの歯面の擦れ合いによるスプラインの疲労強度の低下を回避でき、耐久性に優れる。しかも、異音の発生も生じさせない。さらには、径方向及び円周方向において隙間無く密着しているため、トルク伝達部位の強度が向上し、等速自在継手を軽量、コンパクトにすることができる。

また、内輪２の内径側を未焼き状態に維持しているので、内輪２の内径側は比較的柔らかい。このため、シャフト５を内輪２の軸孔２２に圧入する際、シャフト５の外径面の凸部３５にて軸孔内径面３７に凸部３５に密着嵌合する凹部３６の成形性が良好であり、シャフト５の外径面の凸部３５を内輪の軸孔内径面の凹部３６に嵌合させる際の嵌合性（密着性）の向上を図ることができ、径方向及び円周方向においてガタが生じるのを精度良く抑えることができる。さらに、内輪２はその外径側に硬化層Ｓを形成しているので、内輪２の強度や耐久性の向上を図ることができる。特に、硬化層Ｓを高周波焼入れによって形成することによって、内径側の硬化が防止され、内径側の未焼入れ状態の確保が安定する。

シャフト５の外径面の凸部３５に熱処理による硬化層Ｓを形成し、シャフト５を軸孔２２に圧入することによって、軸孔内径面にシャフト側の凸部３５の形状の転写を行うことになる。この際、凸部３５が軸孔２２の内径面３７に食い込んでいくことによって、軸孔２２が僅かに拡径した状態となって、凸部３５の軸方向の移動を許容し、軸方向の移動が停止すれば、軸孔２２が元の径に戻ろうとして縮径することになる。言い換えれば、凸部３５の圧入時に内輪２が径方向に弾性変形し、この弾性変形分の予圧が凸部３５の歯面（嵌合接触部位３８の表面）に付与される。このため、凸部３５と内輪２の凹部３６との嵌合接触部位３８全域が密着する凹凸嵌合構造Ｍを確実に形成することができる。

しかも、凹部３６が形成される部材には、スプライン部等を形成しておく必要がなく、生産性に優れ、しかもスプライン同士の位相合わせを必要とせず、組立性の向上を図るとともに、圧入時の歯面の損傷を回避することができ、安定した嵌合状態を維持できる。シャフト５側の硬度を高くでき、また、シャフト５の捩り強度を向上させることができる。

前記実施形態のように、シャフト５に形成するスプライン４１は、モジュールが０．５以下の小さい歯を用いたので、このスプライン４１の成形性の向上を図ることができるとともに、圧入荷重の低減を図ることができる。なお、凸部３５を、この種のシャフトに通常形成されるスプラインをもって構成することができるので、低コストにて簡単にこの凸部３５を形成することができる。

また、シャフト５を内輪２に圧入していくとによって、凹部３６を形成していくと、この凹部３６側に加工硬化が生じる。ここで、加工硬化とは、物体に塑性変形（塑性加工）を与えると，変形の度合が増すにつれて変形に対する抵抗が増大し，変形を受けていない材料よりも硬くなることをいう。このため、圧入時に生じる塑性変形によって、凹部３６側の内輪２の内径面３７が硬化して、回転トルク伝達性の向上を図ることができる。

ところで、前記図３に示すスプライン４１では、凸部４１ａのピッチと凹部４１ｂのピッチとが同一設定される。このため、前記実施形態では、図３（ｂ）に示すように、凸部３５の突出方向中間部位の周方向厚さＬと、周方向に隣り合う凸部３５間における前記中間部位に対応する位置での周方向寸法Ｌ０とがほぼ同一となっている。

これに対して、図６に示すように、凸部３５の突出方向中間部位の周方向厚さＬ２を、周方向に隣り合う凸部３５間における前記中間部位に対応する位置での周方向寸法Ｌ１よりも小さいものであってもよい。すなわち、シャフト５に形成されるスプライン４１において、凸部３５の突出方向中間部位の周方向厚さ（歯厚）Ｌ２を、凸部３５間に嵌合する相手側つまり内輪２側の凸部４３の突出方向中間部位の周方向厚さ（歯厚）Ｌ１より小さくしている。

したがって、シャフト５側の凸部（凸歯）３５の歯厚の総和（ΣＢ１＋Ｂ２＋Ｂ３＋・・・）を、内輪２側の全周における凸部４３の歯厚の総和（ΣＡ１＋Ａ２＋Ａ３＋・・・）よりも小さく設定している。これによって、内輪２側の凸部４３のせん断面積を大きくすることができ、ねじり強度を確保することができる。しかも、凸部３５の歯厚が小であるので、圧入荷重を小さくでき、圧入性の向上を図ることができる。凸部３５の周方向厚さの総和を、相手側の凸部４３における周方向厚さの総和よりも小さくする場合、全凸部３５の周方向厚さＬ２を、周方向に隣り合う凸部３５間における周方向の寸法Ｌ１よりも小さくする必要がない。すなわち、複数の凸部３５のうち、任意の凸部３５の周方向厚さが周方向に隣り合う凸部間における周方向の寸法と同一であっても、この周方向の寸法よりも大きくても、総和で小さければよい。なお、図６における凸部３５は、断面台形（富士山形状）としている。

次に、図７は第２実施形態を示し、この凹凸嵌合構造Ｍは、シャフト５の凸部３５、つまりスプライン４１の凸部４１ａに、軸方向の一部に軸方向に沿う凹凸部５５が形成される。この場合、凹凸部５５は軸方向に沿う鋸歯状に形成されている。この場合、凸部（凸歯）５５ａはその断面がポケット側を傾斜面とした直角三角形状とされるものである。

図９に示すように、内輪２の軸心とシャフト５の軸心を合わせて、この凹凸部５５を備えたシャフト５を、内輪２の軸孔２２に圧入すれば、シャフト５側の凸部３５によって内輪２に凹部３６を形成することになるが、この場合、凹凸部５５が内輪２側に形成される凹部３６の底部に食い込む。すなわち、圧入の際に拡径していた内輪２の軸孔２２が拡径しているが、圧入完了時には元の状態に戻るように縮径する。このため、内輪２の軸孔２２の内径面側から図８の矢印のように凹凸部５５に対して押圧力（縮径力）が作用して、内輪２の軸孔２２の内径面に凹凸部５５の凸部５５ａが食い込む。

凸部３５側の軸方向の少なくとも一部に軸方向に沿う凹凸部５５を設けたことによって、圧入した際に、硬度が小である側（凸部３５が嵌合する凹部３６が形成される側）に軸方向に沿う凹凸部５５が軸方向に沿って食い込むことになる。この食い込みによって、内側継手部材に対するシャフト５の軸方向の抜け止めを構成することができる。また、凹凸部５５を鋸歯状にすることで、硬度が小である側に鋸歯がより食い込むため、より強固な抜け止め機構となる。このため、安定した連結状態を維持でき、等速自在継手の高品質化を図ることができる。しかも、軸方向に沿う凹凸部５５にて抜け止めを構成することができるので、シャフト５に止め輪嵌合用の溝および内側継手部材に係止面を設ける必要がなくなって、加工工数および部品点数の減少を図ることができて、生産コストの低減および組み立て作業性の向上を達成できる。

ところで、内輪２に対してシャフト５を圧入していけば、凸部３５にて形成される凹部３６から材料がはみ出して、第３実施形態の図１０に示すようなはみ出し部４５が形成される。はみ出し部４５は、凸部３５の嵌合接触部位３８が嵌入（嵌合）する凹部３６の容量の材料分であって、形成される凹部３６から押し出されたもの、凹部３６を形成するために切削されたもの、又は押し出されたものと切削されたものの両者等から構成される。

このため、前記図１に示す等速自在継手では、内輪２にシャフト５を組み付けた後、このはみ出し部４５の除去作業を必要としていた。そこで、図１０に示す他の実施形態では、はみ出し部４５を収納するポケット部５０をシャフト５に設けている。

すなわち、シャフト５のスプライン４１の軸端縁に周方向溝５１を設けることによって、ポケット部５０を形成している。図１１に示すように、周方向溝５１は、そのスプライン４１側の側壁５１ａが、軸方向に対して直交する平面であり、反スプライン側の側面５１ｂが、溝底５１ｃから反スプライン側に向かって拡径するテーパ面である。

また、この側面５１ｂよりも反スプライン側には、調芯用の円盤状の鍔部５２が設けられている。鍔部５２の外径寸法が軸孔２２の孔径と同一乃至軸孔２２の孔径（内径寸法）Ｄよりも僅かに小さく設定される。この場合、鍔部５２の外径面５２ａと軸孔２２の内径面３７との間に微小隙間ｔが設けられている。

この図１０に示す内輪２であっても、図１２に示すように、内輪２の軸心とシャフト５の軸心とを合わせて、シャフト５を内輪２の軸孔２２に圧入していけば、シャフト５側の凸部３５によって、内輪２側に凹部３６を形成することになる。この際、生じるはみ出し部４５は、図１１に示すように、カールしつつポケット部５０内に収納されて行く。

このように、前記圧入による凹部形成によって生じるはみ出し部４５を収納するポケット部５０を設けることによって、はみ出し部４５をこのポケット部５０内に保持（維持）することができ、等速自在継手内に紛れ込むことがない。すなわち、はみ出し部４５をポケット部５０に収納したままにしておくことができ、はみ出し部４５の除去処理を行う必要がなく、組み立て作業工数の減少を図ることができて、組み立て作業性の向上及びコス
ト低減を図ることができる。

また、ポケット部５０の反凸部側に内輪２の軸孔２２との調芯用の鍔部５２を設けることによって、ポケット部５０内のはみ出し部４５の鍔部５２側への飛び出しがなくなって、はみ出し部４５の収納がより安定したものとなる。しかも、鍔部５２は調芯用であるので、芯ずれを防止しつつ軸部を内輪２の軸孔２２に圧入することができる。このため、内輪２とシャフト５を高精度に連結でき、安定したトルク伝達が可能となる。

前記鍔部５２は圧入時の調芯用であるので、その外径寸法は、内輪２の孔径よりも僅かに小さい程度に設定するのが好ましい。すなわち、鍔部５２の外径寸法が内輪２の孔径と同一や内輪２の孔径よりも大きければ、鍔部５２自体を内輪２の軸孔を圧入することになる。この際、芯ずれしていれば、このまま凹凸嵌合構造Ｍの凸部３５が圧入され、シャフト５の軸心と内輪２の軸心とが合っていない状態でシャフト５と内輪２とが連結されることになる。また、鍔部５２の外径寸法が軸孔の孔径よりも小さすぎると、調芯用として機能しない。このため、鍔部５２の外径面５２ａと軸孔の内径面との間に微小隙間ｔとしては、０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度に設定するのが好ましい。

図１０に示す等速自在継手の他の構成は図１に示す等速自在継手と同様であるので、同一部材については図１の符号と同一の符号を付してそれらの説明を省略する。このため、図１０に示す等速自在継手は、図１に示す等速自在継手と同様の作用効果を奏する。

ところで、図１３と図１４に示すように、内輪２の軸孔２２の内径面に、周方向に沿って所定ピッチで配設される小凹部６０を設けてもよい。小凹部６０としては、凹部３６の容積よりも小さくする必要がある。このように小凹部６０を設けることによって、凸部３５の圧入性の向上を図ることができる。すなわち、小凹部６０を設けることによって、凸部３５の圧入時に形成されるはみ出し部４５の容量を減少させることができて、圧入抵抗の低減を図ることができる。また、はみ出し部４５を少なくできるので、ポケット部５０の容積を小さくでき、ポケット部５０の加工性及びシャフト５の強度の向上を図ることができる。なお、小凹部６０の形状は、図例では半楕円状であるが、矩形等の他の種々のものを採用でき、数も任意に設定できる。

等速自在継手としては、その内側継手部材が、図１５から図１７に示すようなトリポード系のトラニオンを用いた摺動型の等速自在継手であってもよい。この内側継手部材としてのトリポード部材６６は、ボス部６５と、このボス部６５から周方向に沿って１２０度ピッチで外径方向へ突出する脚軸６２とを備え、このボス部６５の軸孔６３にシャフト５が嵌挿される。また、脚軸６２にトルク伝達部材としてのローラ（図示省略）が付設される。なお、脚軸６２の先端部には、脚軸６２に嵌着されるローラの抜け止めの止め輪が装着される周方向溝６７が形成されている。

この場合、図１５においては、トリポード部材６６の外径面のうち脚軸６２およびボス部６５の付け根部６８の外径面に高周波焼入れによる硬化層Ｓ２を形成している。このため、ボス部６５の内径側を未焼き状態に維持している。

トリポード部材６６の軸孔６３に、軸端部にスプライン４１が形成されたシャフト５（図４参照）をこのボス部６５の軸孔６３に圧入することになる。この圧入によって、スプライン４１の凸部４１ａにて構成される凸部３５にて、ボス部６５の軸孔６３の内径面に、凸部３５に嵌合する凹部３６を形成することができる。この場合であっても、凸部３５とシャフト５の凹部３６との嵌合接触部位３８全域が密着する。

このようなトリポード型等速自在継手であっても、図１等に示す第１実施形態の等速自在継手と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、凹凸嵌合構造Ｍにおいて、径方向及び円周方向においてガタが生じる隙間が形成されない。このため、嵌合部位の全てが回転トルク伝達に寄与し、安定した回転トルク伝達が可能であり、スプラインの歯面の擦れ合いによるスプラインの疲労強度の低下を回避でき、耐久性に優れる。しかも、異音の発生も生じさせない。さらには、径方向及び円周方向において隙間無く密着しているため、トルク伝達部位の強度が向上し、等速自在継手を軽量、コンパクトにすることができる。

また、トリポード部材６６のボス部６５の内径側を未焼き状態に維持しているので、ボス部６５の内径側は比較的柔らかい。このため、シャフト５をトリポード部材６６の軸孔６３に圧入する際、シャフト５の外径面の凸部３５にて軸孔内径面に凸部３５に密着嵌合する凹部３６の成形性が良好であり、シャフト５の外径面の凸部３５をボス部６５の軸孔内径面の凹部３６に嵌合させる際の嵌合性（密着性）の向上を図ることができる。さらに、トリポード部材６６はその脚軸６２およびボス部６５の付け根部６８の外径面に硬化層Ｓ２を形成しているので、トリポード部材６６の強度や耐久性の向上を図ることができる。特に、硬化層Ｓ２を高周波焼入れによって形成することによって、内径側の硬化が防止され、内径側の未焼入れ状態の確保が安定する。

トリポード部材６６としては、図１６に示すように、トリポード部材６６の外径面の全周に硬化層Ｓ２を形成したものであっても、図１７に示すように、図１５のトリポード部材６６において脚軸６２の先端部の硬化層Ｓ２を省略したものであってもよい。すなわち、図１５に示すトリポード部材６６では、脚軸６２の周方向溝６７およびその近傍の硬化処理を行っていない。

図１６や図１７に示すトリポード部材６６であっても、図１等に示す第１実施形態の等速自在継手と同様の作用効果を奏することができる。なお、図１５から図１７に示すトリポード部材６６であっても、凹凸嵌合構造Ｍを、図６、図７、図１０、図１３等に示す種々のものを採用できる。

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、凹凸嵌合構造の凸部３５の形状として、前記図３に示す実施形態では断面三角形状であり、図６に示す実施形態では断面台形（富士山形状）であるが、これら以外の半円形状、半楕円形状、矩形形状等の種々の形状のものを採用でき、凸部３５の面積、数、周方向配設ピッチ等も任意に変更できる。すなわち、スプライン４１，６１を形成し、このスプライン４１、６１の凸部（凸歯）４１ａ、６１ａをもって凹凸嵌合構造Ｍの凸部３５とする必要はなく、キーのようなものであってもよく、曲線状の波型の合わせ面を形成するものであってもよい。要は、凸部３５とそれに対応する凹部３６との嵌合接触部位３８全域が密着し、しかも、内輪２とシャフト５との間で回転トルクの伝達ができればよい。

また、内輪２の軸孔２２としては円孔以外の多角形孔等の異形孔であってよく、この軸
孔２２に嵌挿するシャフト５の端部５ａの断面形状も円形断面以外の多角形等の異形断面であってもよい。このため、例えば、内輪２の軸孔２２を円孔として、シャフト５の端部５ａの断面形状を円形以外の多角形として、このエッジ部を前記凸部３５とすることができる。

ポケット部５０の形状としては、前記実施形態では、その周方向溝５１は反スプライン側の側面５１ｂを、溝底５１ｃから反スプライン側に向かって拡径するテーパ面としたが、このようなテーパ面としないものであってもよく、要は、生じるはみ出し部４５を収納（収容）できるものであればよく、そのため、ポケット部５０の容量として、生じるはみ出し部４５に対応できるものであればよい。

凹凸部５５を設ける場合、図７では、スプライン４１の軸方向中間部に設けていたが、スプライン４１のシャフト端面側に設けても、逆に、反シャフト端面側に設けても、さらには、スプライン４１の軸方向全長に設けてもよい。また、各凹凸部５５の凸部（凸歯）５５ａの数及び形状も任意である。すなわち、凹凸部５５としては、全凸部３５に設けたものであっても、全凸部３５のうち任意の凸部３５に設けるようにしてもよい。図１０等に示すようにポケット部５０を有するシャフト５に凹凸部５５を設けてもよい。なお、実施形態では、凸部３５を構成するスプライン４１の凸部４１ａに凹凸部５５を設けていたが、スプライン４１の凹部４１ｂに凹凸部５５を設けてもよい。

また、圧入する際に凸部３５の圧入始端部のみが、凹部３６が形成される部位より硬度が高ければよいので、凸部３５の全体の硬度を高くする必要がない。さらに、図２等では隙間４０が形成されるが、凸部３５間の凹部まで、内輪２の内径面３７に食い込むようなものであってもよい。なお、凸部３５側と、凸部３５にて形成される凹部形成面側との硬度差としては、前記したようにＨＲＣで３０ポイント以上とするのが好ましいが、凸部３５が圧入可能であれば３０ポイント未満であってもよい。

凸部３５の端面（圧入始端）は前記実施形態では軸方向に対して直交する面であったが、軸方向に対して、所定角度で傾斜するものであってもよい。この場合、内径側から外径側に向かって反凸部側に傾斜しても凸部側に傾斜してもよい。なお、凸部３５を圧入する場合、凹部３６が形成される側を固定して、凸部３５を形成している側を移動させても、逆に、凸部３５を形成している側を固定して、凹部３６が形成される側を移動させても、両者を移動させてもよい。

本発明の第１実施形態を示す凹凸嵌合構造を用いた等速自在継手の断面図である。 前記凹凸嵌合構造の分解状態の断面図である。 前記等速自在継手の凹凸嵌合構造を示し、（ａ）は拡大断面図であり、（ｂ）（ａ）のＸ部拡大図である。 前記等速自在継手に連結されるシャフトの要部側面図である。 前記シャフトの正面図である。 凹凸嵌合構造の変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態を示す凹凸嵌合構造の断面図である。 前記図７の凹凸嵌合構造の要部拡大断面図である。 前記図７の分解状態の断面図である。 本発明の第３実施形態を示す凹凸嵌合構造の断面図である。 前記図１０に示す凹凸嵌合構造の要部拡大断面図である。 前記図１０に示す凹凸嵌合構造の組み立て状態の断面図である。 本発明の凹凸嵌合構造を構成する他の内輪の断面図である。 前記図１３に示す等速自在継手の内輪の要部拡大断面図である。 本発明の凹凸嵌合構造を用いるトリポード型等速自在継手の内側継手部材を示し、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＺ−Ｚ断面図である。 前記トリポード型等速自在継手の内側継手部材の第１変形例を示す断面図である。 前記トリポード型等速自在継手の内側継手部材の第２変形例を示す断面図である。

符号の説明

５ シャフト
２２ 軸孔
３５ 凸部
３６ 凹部
３７ 内径面
３８ 嵌合接触部位
４５ はみ出し部
５０ ポケット部
５２ 鍔部
５５ 凹凸部
６２ 脚軸
６３ 軸孔
６５ ボス部
６６ トリポード部材
Ｍ 凹凸嵌合構造
Ｓ 硬化層
Ｓ１ 硬化層
Ｓ２ 硬化層

Claims (13)

1. 外側継手部材と、外側継手部材に内挿される内側継手部材と、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を行なうトルク伝達部材とを備えた等速自在継手において、
   内側継手部材の外径側に高周波焼入れによる硬化層を形成すると共に、内側継手部材の内径側を未焼き状態とし、
   シャフトの外径面に圧入始端側の端面を軸方向に対して直交する面にした凸部を設け、この凸部を軸方向に沿って内側継手部材の軸孔に圧入し、圧入した凸部で内側継手部材を切削することで内側継手部材に前記凸部との嵌合接触部位全域が密着する凹部を形成して、凸部および凹部からなる凹凸嵌合構造で内側継手部材と内側継手部材の軸孔に嵌挿されるシャフトとを連結し、凸部と凹部の前記嵌合接触部位全域での密着が凸部を他方に圧入することで完成していることを特徴とする等速自在継手。
2. 内径面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した外側継手部材としての外輪と、外径面に軸方向に延びる複数の案内溝を形成した内側継手部材としての内輪と、前記外輪の案内溝と前記内輪の案内溝とが協働して形成されるトラックに配されたトルク伝達部材と、前記トルク伝達部材を保持するポケットを有するケージとを備え、前記トルク伝達部材にボールを用いたことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
3. 外周面に軸線に対して互いに逆方向にねじれたボール溝を円周方向に交互に形成した内側継手部材と、内周面に軸線に対して互いに逆方向にねじれたボール溝を円周方向に交互に形成した外側継手部材と、軸線に対して互いに逆方向にねじれた内側継手部材のボール溝と外側継手部材のボール溝との交差部に組み込んだトルク伝達部材としてのトルク伝達ボールと、内側継手部材の外周面と外側継手部材の内周面との間に介在してトルク伝達ボールを円周方向で所定間隔に保持するケージとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
4. 円周方向に向き合ったローラ案内面を有する３つのトラック溝が形成された外側継手部材と、ボス部から半径方向に突出する３本の脚軸を備えた内側継手部材としてのトリポード部材と、前記脚軸に回転自在に外嵌するとともに前記トラック溝に挿入されたトルク伝達部材としてのローラとを備え、前記ローラが前記ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸方向に移動可能とした等速自在継手において、
   トリポード部材の外径面のうち少なくとも脚軸およびボス部の付け根部の外径面に高周波焼入れによる硬化層を形成するとともに、ボス部の内径側を未焼き状態とし、
   シャフトの外径面に圧入始端側の端面を軸方向に対して直交する面にした凸部を設け、この凸部を軸方向に沿ってボス部の軸孔に圧入し、圧入した凸部でボス部を切削することでボス部に前記凸部との嵌合接触部位全域が密着する凹部を形成して、凸部および凹部からなる凹凸嵌合構造でトリポード部材とボス部の軸孔に嵌挿されるシャフトとを連結し、凸部と凹部の前記嵌合接触部位全域での密着が凸部を他方に圧入することで完成していることを特徴とする等速自在継手。
5. シャフトの外径面の凸部に熱処理による硬化層を形成したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の等速自在継手。
6. 前記圧入による凹部形成によって生じるはみ出し部を収納するポケット部をシャフトに設けたことを特徴とする請求項５に記載の等速自在継手。
7. 前記はみ出し部を収納するポケット部を、シャフトの凸部の圧入始端側に設けるとともに、このポケット部の反凸部側に内側継手部材の軸孔との調芯用の鍔部を設けたことを特徴とする請求項６に記載の等速自在継手。
8. 凸部の突出方向のいずれかの部位が、凹部形成前の凹部形成面の位置に対応することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の等速自在継手。
9. 複数の凸部の頂点を結ぶ円弧の最大直径寸法を内側継手部材の軸孔の内径寸法よりも大きくするとともに、隣り合う凸部間のシャフト外径面の最大外径寸法を内側継手部材の軸孔の内径寸法よりも小さくしたことを特徴とする請求項８に記載の等速自在継手。
10. 凸部の突出方向中間部位の周方向厚さを、周方向に隣り合う凸部間における前記中間部位に対応する位置での周方向寸法よりも小さくしたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の等速自在継手。
11. 凸部の突出方向中間部位の周方向厚さの総和を、周方向に隣り合う凸部間に嵌合する相手側の凸部における前記中間部位に対応する位置での周方向厚さの総和よりも小さくしたことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の等速自在継手。
12. 前記凸部側の軸方向の少なくとも一部に軸方向に沿う凹凸部を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の等速自在継手。
13. 前記凸部側の軸方向に沿う凹凸部を鋸歯状に形成したことを特徴とする請求項１２に記載の等速自在継手。

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