JP5766548B2 - 等速自在継手およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車、航空機、船舶や各種産業機械の動力伝達系において使用され、例えば４ＷＤ車や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等に組み込まれる等速自在継手およびその製造方法に関する。
例えば、自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達する手段として使用される等速自在継手には、固定式等速自在継手と摺動式等速自在継手の二種がある。これら両者の等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結してその二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し得る構造を備えている。
自動車のエンジンから駆動車輪に動力を伝達するドライブシャフトは、エンジンと車輪との相対的位置関係の変化による角度変位と軸方向変位に対応する必要があるため、一般的にエンジン側（インボード側）に摺動式等速自在継手を、駆動車輪側（アウトボード側）に固定式等速自在継手をそれぞれ装備し、両者の等速自在継手を中間シャフトで連結した構造を具備する。
これら固定式等速自在継手あるいは摺動式等速自在継手は、軸方向に延びるトラック溝が内周面の複数箇所に形成された外側継手部材と、軸方向に延びるトラック溝が外側継手部材のトラック溝と対をなして外周面の複数箇所に形成された内側継手部材と、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との間に介在するトルク伝達部材とを備えた構造が一般的である。
固定式等速自在継手には、トルク伝達部材としてボールを用いたボールタイプのツェッパ型等速自在継手（ＢＪ）やアンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）があり、また、摺動式等速自在継手には、トルク伝達部材としてボールを用いたボールタイプのダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）がある。これら等速自在継手では、６個ボールのものが一般的であった。
特許第４０４１６５７号公報
ところで、近年では、軽量でコンパクトな等速自在継手の要望が高いことから、ボールの個数を増加させることでボール１個当りの負荷を軽減し、ボール径を小さくすることでコンパクト化を実現容易にした８個ボールの等速自在継手が提案されている。
この８個ボールの等速自在継手のようにコンパクトな多数個ボールの等速自在継手において、高負荷時での耐久性の向上および寿命ばらつきの安定化を図るため、ボールＰＣＤすきまなどの内部寸法仕様を規制することで対応したものがある（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、前述したようなコンパクトな多数個ボールの等速自在継手では、ボール径を小さくすることで外側継手部材および内側継手部材のトラック溝の深さが小さくなる。この場合、高負荷時にボールがトラック溝からトラックエッジ部（外側継手部材の場合はトラック溝と内周面との境界部、また、内側継手部材の場合はトラック溝と外周面との境界部）へ乗り上げる現象が発生し易くなる。
この乗り上げた場合には、ボールとトラックエッジ部との干渉によるボールの傷付きが等速自在継手の寿命低下に影響する。
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、高負荷時に発生するボールのトラックエッジ部への乗り上げた場合でも、それに起因する寿命の低下を抑制し得る等速自在継手およびその製造方法を提供することにある。
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、軸方向に延びるトラック溝が内周面の複数箇所に形成された外側継手部材と、軸方向に延びるトラック溝が外側継手部材のトラック溝と対をなして外周面の複数箇所に形成された内側継手部材と、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との間に介在するトルク伝達部材とを備えた等速自在継手であって、外側継手部材のトラック溝と内周面との境界部、および内側継手部材のトラック溝と外周面との境界部にトラックチャンファを設け、外側継手部材あるいは内側継手部材の少なくとも一方のトラックチャンファおよびトラック溝を焼入れし、トラック溝の表面硬度よりも小さい表面硬度を有する表面硬化層をトラックチャンファに形成したことを特徴とする。
ここで、「外側継手部材あるいは内側継手部材の少なくとも一方のトラックチャンファ」とは、外側継手部材のトラックチャンファのみの場合、内側継手部材のトラックチャンファのみの場合、外側継手部材のトラックチャンファと内側継手部材のトラックチャンファの両方の場合を含むことを意味する。
本発明は、球面状内周面に円弧状トラック溝が形成された外側継手部材と、球面状外周面に円弧状トラック溝が形成された内側継手部材と、外側継手部材の球面状内周面と内側継手部材の球面状外周面との間に配されたケージにより保持されたトルク伝達部材であるボールとで構成された固定式等速自在継手、例えばツェッパ型やアンダーカットフリー型等速自在継手に適用すれば有効である。
また、本発明は、円筒状内周面に直線状トラック溝が形成された外側継手部材と、球面状外周面に直線状トラック溝が形成された内側継手部材と、外側継手部材の円筒状内周面と内側継手部材の球面状外周面との間に配されたケージにより保持されたトルク伝達部材であるボールとで構成された摺動式等速自在継手、例えばダブルオフセット型等速自在継手にも適用可能である。
さらに、本発明におけるボールの個数は８個以上であることが望ましい。このような多数個ボールの等速自在継手の場合、ボール径が小さくなることで外側継手部材および内側継手部材のトラック溝の深さが小さくなり、ボールの乗り上げ現象が発生し易くなる点で有効である。
本発明では、外側継手部材のトラック溝と内周面との境界部、および内側継手部材のトラック溝と外周面との境界部に設けられたトラックチャンファのうち、少なくとも一方のトラックチャンファの表面硬度をトラック溝の表面硬度よりも小さくしたことにより、コンパクトな多数個ボールの等速自在継手において、高負荷時にボールが外側継手部材あるいは内側継手部材のトラックチャンファへ乗り上げても、この乗り上げ時のボールとトラックチャンファとの干渉によるボールの傷付きが発生し難くなる。
本発明において、トラックチャンファの表面硬度をＨＲＣ５６〜６０の範囲に規定することが望ましい。このような範囲にトラックチャンファの表面硬度を規定すれば、乗り上げ時のボールとトラックチャンファとの干渉によるボールの傷付きを確実に発生し難くすることができる。なお、トラックチャンファの表面硬度がＨＲＣ５６よりも小さいと、そのトラックチャンファが柔らかくなり過ぎることから、トラックチャンファの強度不足となる。逆に、トラックチャンファの表面硬度がＨＲＣ６０よりも大きいと、そのトラックチャンファが硬くなり過ぎることから、乗り上げ時のボールの傷付きが発生し易くなる。
本発明は、軸方向に延びるトラック溝が内周面の複数箇所に形成された外側継手部材と、軸方向に延びるトラック溝が外側継手部材のトラック溝と対をなして外周面の複数箇所に形成された内側継手部材と、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との間に介在するトルク伝達部材とを備えた等速自在継手の製造方法であって、外側継手部材のトラック溝と内周面との境界部および内側継手部材のトラック溝と外周面との境界部に設けられたトラックチャンファのうち、少なくとも一方のトラックチャンファの表面硬度がトラック溝の表面硬度よりも小さくなるように、外側継手部材および内側継手部材を熱処理してトラックチャンファおよびトラック溝を焼入れることを特徴とする。
本発明方法において、トラックチャンファの表面硬度は、外側継手部材のトラック溝および内周面、内側継手部材のトラック溝および外周面を連続的なパターンで焼入れした後、その焼戻し工程でトラックチャンファでの焼戻し量を大きくすることにより設定することが可能である。また、外側継手部材のトラック溝および内周面、内側継手部材のトラック溝および外周面を連続的なパターンで焼入れした後、トラックチャンファの表面硬化層を除去することにより設定することも可能である。このように、トラックチャンファの表面硬度は、熱処理および機械加工の組合せにより適宜設定可能である。
本発明によれば、外側継手部材のトラック溝と内周面との境界部、および内側継手部材のトラック溝と外周面との境界部に設けられたトラックチャンファのうち、少なくとも一方のトラックチャンファの表面硬度をトラック溝の表面硬度よりも小さくしたことにより、コンパクトな多数個ボールの等速自在継手において、高負荷時にボールがトラックチャンファへ乗り上げても、この乗り上げ時のボールとトラックチャンファとの干渉によるボールの傷付きが発生し難くなる。その結果、高負荷時に発生するボールのトラックチャンファへの乗り上げに起因する寿命の低下を抑制することができるので、信頼性の高い長寿命の等速自在継手を提供できる。
本発明の実施形態で、ツェッパ型等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図１の等速自在継手の外側継手部材で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は右側面図である。 図１の等速自在継手の内側継手部材で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は右側面図である。 本発明の実施形態で、ダブルオフセット型等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。 図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図５の等速自在継手の外側継手部材で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は右側面図である。 図５の等速自在継手の内側継手部材で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は右側面図である。
本発明に係る等速自在継手の実施形態を以下に詳述する。以下の実施形態では、トルク伝達部材としてボールを用いたボールタイプのツェッパ型等速自在継手（ＢＪ）を例示するが、他のボールタイプの固定式等速自在継手としてアンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）にも適用可能であり、さらに、他のボールタイプの摺動式等速自在継手としてダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）にも適用可能である。また、以下の実施形態では、８個ボールの等速自在継手に適用した場合を例示するが、８個以上の多数個ボールの等速自在継手に対して有効である。
図１および図２に示す実施形態のツェッパ型等速自在継手は、軸方向に延びる８つの円弧状トラック溝１１が球面状内周面１２に円周方向等間隔で形成された外側継手部材１０と、その外側継手部材１０のトラック溝１１と対をなして８つの円弧状トラック溝２１が球面状外周面２２に形成された内側継手部材２０と、外側継手部材１０のトラック溝１１と内側継手部材２０のトラック溝２１との間に介在するトルク伝達部材としての８個のボール３０と、外側継手部材１０の球面状内周面１２と内側継手部材２０の球面状外周面２２との間に配されてボール３０を保持するケージ４０とで主要部が構成されている。
この等速自在継手を構成する外側継手部材１０は、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、トラック溝１１とその両側にある球面状内周面１２との境界部であるトラックエッジ部にトラックチャンファ１３が設けられている。また、内側継手部材２０は、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、トラック溝２１とその両側にある球面状外周面２２との境界部であるトラックエッジ部にトラックチャンファ２３が設けられている。このトラックチャンファ１３，２３は、トラックエッジ部での応力集中を緩和するためのものであり、平坦なテーパ面状あるいは凸Ｒ曲面状のいずれであってもよく、その断面形状は任意である。
この実施形態におけるツェッパ型等速自在継手において、トラックチャンファ１３，２３の表面硬度をトラック溝１１，２１の表面硬度よりも小さくする。通常、トラック溝１１，２１の表面硬度がＨＲＣ６１〜６３程度であるのに対して、トラックチャンファ１３，２３の表面硬度をＨＲＣ５６〜６０の範囲に規定する。
このように、トラックチャンファ１３，２３の表面硬度をトラック溝１１，２１の表面硬度よりも小さくしたことにより、コンパクトな８個ボール３０の等速自在継手において、高負荷時にボール３０が外側継手部材１０のトラック溝１１と内周面１２との境界部、および内側継手部材２０のトラック溝２１と外周面２２との境界部であるトラックチャンファ１３，２３へ乗り上げても、そのトラックチャンファ１３，２３を柔らかくしたことで、この乗り上げ時のボール３０とトラックチャンファ１３，２３との干渉によるボール３０の傷付きが発生し難くなる。
特に、トラックチャンファ１３，２３の表面硬度をＨＲＣ５６〜６０の範囲に規定することにより、乗り上げ時のボール３０とトラックチャンファ１３，２３との干渉によるボール３０の傷付きを確実に発生し難くすることができる。なお、トラックチャンファ１３，２３の表面硬度がＨＲＣ５６よりも小さいと、そのトラックチャンファ１３，２３が柔らかくなり過ぎることから、トラックチャンファの強度不足となる。逆に、トラックチャンファ１３，２３の表面硬度がＨＲＣ６０よりも大きいと、そのトラックチャンファ１３，２３が硬くなり過ぎることから、乗り上げ時のボール３０の傷付きが発生し易くなる。
以上の実施形態のように、トラックチャンファ１３，２３の表面硬度がトラック溝１１，２１の表面硬度よりも小さくなるように、外側継手部材および内側継手部材を熱処理することになるが、その場合、以下のような手法により、トラックチャンファの表面硬度をＨＲＣ５６〜６０の範囲に規定すればよい。
まず、第一の手法として、通常の浸炭あるいは高周波焼入れ焼戻しにより、外側継手部材１０のトラック溝１１および内周面１２、内側継手部材２０のトラック溝２１および外周面２２の全体を連続的なパターンで焼入れすることにより、外側継手部材１０のトラック溝１１および内周面１２、内側継手部材２０のトラック溝２１および外周面２２で必要とする表面硬度、例えばＨＲＣ６３程度を確保する。その後、焼戻し工程で誘導テンパー方式を採用することにより部分的な表面硬度のコントロールを行う。つまり、誘導テンパー方式の焼戻しにより、トラックチャンファ１３，２３での焼戻し量を部分的に大きくすることにより、トラックチャンファ１３，２３の表面硬度を低下させてＨＲＣ５６〜６０の範囲に設定する。
また、第二の手法として、高周波焼入れ焼戻しにより、外側継手部材１０のトラック溝１１および内周面１２、内側継手部材２０のトラック溝２１および外周面２２を非連続的なパターンで焼入れすることにより、トラックチャンファ１３，２３を除く部位を焼入れすることにより、トラックチャンファ１３，２３の表面硬度をＨＲＣ５６〜６０の範囲に設定する。
さらに、第三の手法として、通常の浸炭あるいは高周波焼入れ焼戻しにより、外側継手部材１０のトラック溝１１および内周面１２、内側継手部材２０のトラック溝２１および外周面２２の全体を連続的なパターンで焼入れすることにより、外側継手部材１０のトラック溝１１および内周面１２、内側継手部材２０のトラック溝２１および外周面２２で必要とする表面硬度、例えばＨＲＣ６３程度を確保する。その後、トラックチャンファ１３，２３の表面硬化層を焼入れ鋼切削や研削などの仕上げ加工による機械加工を加えることで除去することにより、トラックチャンファ１３，２３の表面硬度をＨＲＣ５６〜６０の範囲に設定する。
以上の実施形態では、外側継手部材１０のトラックチャンファ１３および内側継手部材２０のトラックチャンファ２３の両方について、それらトラックチャンファ１３，２３の表面硬度をトラック溝１１，２１の表面硬度よりも小さくした場合について説明したが、外側継手部材１０のトラックチャンファ１３あるいは内側継手部材２０のトラックチャンファ２３のいずれか一方のみの表面硬度をトラック溝１１，２１の表面硬度よりも小さくするだけでもよい。
以上の実施形態では、固定式等速自在継手の一つであるツェッパ型等速自在継手に適用した場合を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、摺動式等速自在継手の一つであるダブルオフセット型等速自在継手にも適用可能である。
ダブルオフセット型等速自在継手は、図５および図６に示すように、軸方向に延びる８つの直線状トラック溝１１１が円筒状内周面１１２に円周方向等間隔で形成された外側継手部材１１０と、その外側継手部材１１０のトラック溝１１１と対をなして８つの直線状トラック溝１２１が球面状外周面１２２に形成された内側継手部材１２０と、外側継手部材１１０のトラック溝１１１と内側継手部材１２０のトラック溝１２１との間に介在するトルク伝達部材としての８個のボール１３０と、外側継手部材１１０の円筒状内周面１１２と内側継手部材１２０の球面状外周面１２２との間に配されてボール１３０を保持するケージ１４０とで主要部が構成されている。
この等速自在継手を構成する外側継手部材１１０は、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、トラック溝１１１とその両側にある円筒状内周面１１２との境界部であるトラックエッジ部にトラックチャンファ１１３が設けられている。また、内側継手部材１２０は、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、トラック溝１２１とその両側にある球面状外周面１２２との境界部であるトラックエッジ部にトラックチャンファ１２３が設けられている。
このダブルオフセット型等速自在継手に適用した実施形態において、トラックチャンファ１１３，１２３の表面硬度をトラック溝１１１，１２１の表面硬度よりも小さくする。そのトラックチャンファ１１３，１２３の表面硬度およびトラック溝１１１，１２１の表面硬度の数値範囲や、その表面硬度を設定するための熱処理などの手法については、前述のツェッパ型等速自在継手の実施形態の場合と同様であるため、重複説明は省略する。
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
１０，１１０ 外側継手部材
１１，１１１ トラック溝
１２，１１２ 内周面
１３，１１３ トラックチャンファ
２０，１２０ 内側継手部材
２１，１２１ トラック溝
２２，１２２ 外周面
２３，１２３ トラックチャンファ
３０，１３０ トルク伝達部材（ボール）
４０，１４０ ケージ

Claims (8)

  1. 軸方向に延びるトラック溝が内周面の複数箇所に形成された外側継手部材と、軸方向に延びるトラック溝が前記外側継手部材のトラック溝と対をなして外周面の複数箇所に形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と前記内側継手部材のトラック溝との間に介在するトルク伝達部材とを備えた等速自在継手であって、
    前記外側継手部材のトラック溝と内周面との境界部、および前記内側継手部材のトラック溝と外周面との境界部にトラックチャンファを設け、前記外側継手部材あるいは内側継手部材の少なくとも一方のトラックチャンファおよびトラック溝を焼入れし、前記トラック溝の表面硬度よりも小さい表面硬度を有する表面硬化層を前記トラックチャンファに形成したことを特徴とする等速自在継手。
  2. 前記トラックチャンファの表面硬度をＨＲＣ５６〜６０の範囲に規定した請求項１に記載の等速自在継手。
  3. 前記外側継手部材は球面状内周面に円弧状トラック溝が形成され、前記内側継手部材は球面状外周面に円弧状トラック溝が形成され、前記トルク伝達部材は、外側継手部材の球面状内周面と内側継手部材の球面状外周面との間に配されたケージにより保持されたボールである請求項１又は２に記載の等速自在継手。
  4. 前記外側継手部材は円筒状内周面に直線状トラック溝が形成され、前記内側継手部材は球面状外周面に直線状トラック溝が形成され、前記トルク伝達部材は、外側継手部材の円筒状内周面と内側継手部材の球面状外周面との間に配されたケージにより保持されたボールである請求項１又は２に記載の等速自在継手。
  5. 前記ボールの個数は８個以上である請求項３又は４に記載の等速自在継手。
  6. 軸方向に延びるトラック溝が内周面の複数箇所に形成された外側継手部材と、軸方向に延びるトラック溝が前記外側継手部材のトラック溝と対をなして外周面の複数箇所に形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と前記内側継手部材のトラック溝との間に介在するトルク伝達部材とを備えた等速自在継手の製造方法において、
    前記外側継手部材のトラック溝と内周面との境界部、および前記内側継手部材のトラック溝と外周面との境界部に設けられたトラックチャンファのうち、少なくとも一方のトラックチャンファの表面硬度が前記トラック溝の表面硬度よりも小さくなるように、前記外側継手部材および内側継手部材を熱処理してトラックチャンファおよびトラック溝を焼入れることを特徴とする等速自在継手の製造方法。
  7. 前記トラックチャンファの表面硬度は、外側継手部材のトラック溝および内周面、内側継手部材のトラック溝および外周面を連続的なパターンで焼入れした後、その焼戻し工程でトラックチャンファでの焼戻し量を大きくすることにより設定されている請求項６に記載の等速自在継手の製造方法。
  8. 前記トラックチャンファの表面硬度は、外側継手部材のトラック溝および内周面、内側継手部材のトラック溝および外周面を連続的なパターンで焼入れした後、トラックチャンファの表面硬化層を除去することにより設定されている請求項６に記載の等速自在継手の製造方法。
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