JP5917249B2 - 等速自在継手の内方部材およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、等速自在継手の内方部材およびその製造方法に関し、特に、自動車、航空機、船舶や各種産業機械などの動力伝達部に使用される等速自在継手の内方部材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ドライブシャフトやプロペラシャフト等に組込ま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、デフと車輪との相対的な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、一般的にデフ側（インボード側）に角度変位と軸方向変位に対応できる摺動式等速自在継手を、駆動車輪側（アウトボード側）に大きな作動角が取れる固定式等速自在継手をそれぞれ装着し、両等速自在継手をシャフトで連結した構造を有する。この等速自在継手の内方部材とシャフトの連結構造として、スプライン結合（セレーション結合も含む。以下、本明細書および特許請求の範囲において同じとする。）が使用されている。

例えば、摺動式等速自在継手の一種に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６１は、図１４に示すように、外側継手部材６２、内方部材としてのトリポード部材６３、転動体６５および球面ローラ６４を主な構成とする。外側継手部材６２の内周部に３本のトラック溝６６が軸方向に形成され、各トラック溝６６の両側にそれぞれローラ案内面６７が軸方向に形成されている。トリポード部材６３は、そのボス部６３ａより３本の脚軸６３ｂが放射状に形成されている。脚軸６３ｂに多数の転動体６５を介して球面ローラ６４が嵌合され、転動体の両端にワッシャ６９、７０を介在させ、ワッシャ６９は止め輪６８により位置決めされている。脚軸６３ｂの外周面は転動体６５の内側軌道面を形成し、球面ローラ６４の内周面は転動体６５の外側軌道面を形成している。上記の構成により、転動体６５の列が脚軸６３ｂ上で案内されると共に、球面ローラ６４は、転動体６５上で回転自在で、かつ脚軸６３ｂの軸線方向に移動可能となっている。球面ローラ６４は、外側継手部材６２のローラ案内面６７に回転自在に収容されている。このような構造により、外側継手部材６２とトリポード部材６３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。トリポード部材６３のボス部６３ａの内周面７２にスプライン７３が形成され、このスプライン７３とシャフト７１のスプライン７４が嵌合され、トルク伝達可能に連結される。

一方、固定式等速自在継手の一種にツェッパ型等速自在継手がある。ツェッパ型等速自在継手９１は、図１７および図１８に示すように、外側継手部材９２、内方部材としての内側継手部材９３、ボール９４および保持器９５を主な構成とする。外側継手部材９２の球状内周面９８には複数のトラック溝９６が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材９３の球状外周面９９には、外側継手部材９２のトラック溝９６と対向するトラック溝９７が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材９２のトラック溝９６と内側継手部材９３のトラック溝９７との間にトルクを伝達する複数のボール９４が介在されている。外側継手部材９２の球状内周面９８と内側継手部材９３の球状外周面９９の間に、ボール９４を保持する保持器９５が配置されている。外側継手部材９２の球状内周面９８と内側継手部材９３の球状外周面９９の曲率中心は、いずれも、継手の中心Ｏに形成されている。また、保持器９５の球状外周面１００および球状内周面１０１の曲率中心も継手の中心Ｏに形成されている。これに対して、外側継手部材９２のトラック溝９６の曲率中心Ａと、内側継手部材９３のトラック溝９７の曲率中心Ｂとは、継手の中心Ｏに対して軸方向に等距離オフセットされている。これにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材９２と内側継手部材９３の二軸間で回転が等速で伝達されることになる。内側継手部材９３の内周面１０５にスプライン１０６が形成され、このスプライン１０６とシャフト１０２のスプライン１０７が嵌合され、トルク伝達可能に連結されている。

上記の等速自在継手６１、９１の内方部材としてのトリポード部材６３や内側継手部材９３は、周方向の肉厚が変化する形状であるので、スプラインの熱処理変形に対する対策技術が公開されている（特許文献１）。

特開２００４−２３２６９７号公報

図１５に、トリポード部材を拡大して示す。従来、トリポード部材６３は、図１６に示すように、バー材切断工程Ｓ１、球状化焼なまし工程Ｓ２、ボンデ処理工程Ｓ３、冷間鍛造工程Ｓ４、旋削加工工程Ｓ５、ブローチ加工工程Ｓ６、熱処理工程Ｓ７、研削加工工程Ｓ８を経て製作される。トリポード部材６３は、強度や耐摩耗性及び耐はく離性を要求されることから、上記の製作工程のように浸炭焼入焼戻しなどの熱処理を施して硬度を高めるようにしている。ところが、図１５に示すように、トリポード部材６３は、ボス部６３ａから脚軸６３ｂが放射状に突出した形状であるので、周方向での肉厚の変化が大きい。

このような肉厚の変化が大きい部品を浸炭焼入焼戻しした場合、冷却速度が部位により異なるため熱処理変形が大きくなる。また、焼入れでの変態により膨張が生じ、この膨張は部品の体積に比例する。そのため、肉厚の厚い部位は大きく膨張し、逆に肉厚の薄い部位は小さな膨張となり、その結果、トリポード部材６３のスプライン７３のピッチ円Ｐは、熱処理前の真円形状から、図１５に示すように、肉厚の厚い脚軸形成部位Ｄにおいてピッチ円Ｐの直径が大きく、肉厚の薄い円筒状部位Ｃではピッチ円Ｐの直径が小さくなり、数十μｍ程度の直径差を有する略三角形状に変形する。図１５では、理解しやすいように直径差を誇張して図示している。

上記のような熱処理変形が生じるため、トリポード部材６３のスプライン７３にシャフト７１のスプライン７４を嵌合結合してトルクを伝達する場合、肉厚の薄い円筒状部位Ｃのスプライン７３に大きな負荷がかかり、脚軸形成部位Ｄのスプライン７３には小さな負荷となって、スプライン７３の各歯に作用する応力が不均一になる。これにより、トリポード部材６３の疲労強度の低下や疲労強度の大きなバラツキを招く場合がある。また、このようなトリポード部材６３の熱処理変形によるスプライン負荷の不均一により、嵌合するシャフトの強度を低下させる場合がある。このような状況にあるが、トリポード部材６３のスプライン７３の熱処理変形は、容易に、また経済的に研削仕上げすることが難しいこともあって、熱処理後仕上げ加工されずに使用されることが多い。

図１９に、ツェッパ型等速自在継手の内側継手部材を拡大して示す。内側継手部材９３についても、前述したトリポード部材６３とほぼ同様の工程を経て製作される。内側継手部材９３は、トラック溝形成部位Ｅと球状外周面形成部位Ｆからなり、肉厚が周方向で変化する。この内側継手部材９３の肉厚の変化量は、トリポード部材６３ほど大きくはないが、内側継手部材９３の内周面１０５に形成されたスプライン１０６のピッチ円Ｐは多角形状の熱処理変形が生じ、前述したトリポード部材６３と同様の問題がある。図１９でも、多角形状の熱処理変形を理解しやすいように誇張して図示している。

上記の問題に対して、特許文献１に記載の技術は、内側継手部材のセレーションの熱処理前形状を、その熱処理による変形量を予め考慮して、薄肉部の内径寸法を厚肉部の内径寸法よりも大きくするものである。しかし、この技術では、不可避的に発生する熱処理変形のバラツキを解消することができない。したがって、スプラインの各歯に作用する応力を均一するには限界がある。また、トリポード部材の破壊の起点となるスプラインの歯底（大径）の表面に浸炭異常層が形成されるので、強度面での改善も必要であることが分かった。

また、特許文献１には、内側継手部材の熱処理後に、セレーションを形成することも記載されている。しかし、この場合には、超硬工具鋼に特殊なコーティングを施したハードブローチやワイヤカットなどの仕上げ加工が必要となり、このため、新たな設備の導入や加工時間が長いことにより、大幅なコストの増加を招くため問題がある。

上記のような問題に鑑み、本発明は、加工時間の増加やコスト増加を抑制しつつ、スプラインの各歯に作用する応力を均一にし、高強度な等速自在継手の内方部材を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討した結果、内方部材のスプライン形成部を一般的なブローチ加工が可能な硬度とし、浸炭焼入焼戻し後のブローチ加工により、真円度が高く、かつ浸炭異常層を除去したスプラインを形成するという新たな着想を行い、本発明に至った。

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、外周にトルク伝達要素を支承する軌道面が形成され、内周にスプライン部が形成された等速自在継手の内方部材の製造方法であって、前記内方部材を鋼材とし局部的に浸炭を抑制した浸炭焼入焼戻しを施し、前記スプライン部を形成する部分を不完全焼入部とすると共に、当該部分を除いた表面にスプライン部より炭素濃度の高い焼入部を形成し、前記浸炭焼入焼戻し後に前記スプライン孔部を形成する部分をブローチ加工し、このブローチ加工により前記スプライン部の少なくともスプライン大径の表面を浸炭異常層のない金属組織にすることを特徴とする。

上記の構成により、等速自在継手の内方部材のスプライン形成部を一般的なブローチ加工が可能な硬度とし浸炭焼入焼戻し後にブローチ加工することにより、ブローチの寿命向上が図れると共に、新たな設備の導入や長い加工時間によるコストの増加や生産性の低下を抑制することができる。また、本製造方法に基づく内方部材は、真円度の高いピッチ円を有するスプラインが形成され、かつ、歯底部の浸炭異常層が除去されているので、高強度でかつ強度のバラツキの小さな内方部材を実現することができる。同時に、当該内方部材に嵌合されるシャフトの強度を向上させることができる。

ここで、一般的なブローチとは、通常の高速度工具鋼（ＳＫＨ５５やＳＫＨ５１）や、これに相当する鋼材（モリブデン系高速度工具鋼）を熱処理しＨＲＣ６３以上に焼入焼戻し後、仕上げ加工したブローチを意味する。

具体的には、上記のスプライン大径の表面硬さをＨｖ２３０以上でＨｖ３９０以下とすることが好ましい。さらに好ましくはＨｖ２６０以上でＨｖ３４０以下とする。表面硬さがＨｖ３９０を越えると、ブローチの寿命が著しく低下すると共にトラニオンの強度も低下する。一方、表面硬さがＨｖ２３０未満では、スプラインの強度の低下を招き、また、浸炭作業面では、浸炭の拡散を完全に防止する必要が生じ、大掛かりな治工具が必要となり、生産性の低下とコストの増加を招き、好ましくない。表面硬さの測定部位は、スプライン軸方向中央の円周方向断面の大径表面から０．２ｍｍである。

上記の内方部材をクロム鋼とすることが好ましい。クロム鋼の方が、クロムモリブデン鋼より内周部の硬度が低下するためブローチの寿命が向上する。また、モリブデンを添加しない低コストのクロム鋼でも高強度になることが判明した。

上記の内方部材がトリポード部材であることを特徴とする。トリポード部材は、ボス部から３本の脚軸が放射状に突出した形状であるので、周方向での肉厚の変化が大きく、熱処理変形が大きい。したがって、トリポード部材に適用するとより効果が大きい。

本発明によれば、等速自在継手の内方部材のスプライン孔部が真円度の高いピッチ円に形成され、かつ、歯底部の浸炭異常層が除去されることにより、高強度でかつ強度のバラツキの小さな内方部材を実現することができる。また、本発明の製造方法によれば、ブローチの寿命向上が図れると共に、新たな設備の導入や長い加工時間によるコストの増加や生産性の低下を抑制することができる。

本発明の実施形態に基づく内方部材としてのトリポード部材を組込んだ等速自在継手の縦断面図である。 上記のトリポード部材を拡大して示した正面図である。 本発明の製造方法についての実施形態におけるトリポード部材の製造工程を示す図である。 旋削工程後のトリポード部材を示す縦断面図である。 熱処理工程を示す概況図である。 熱処理後のトリポード部材を示す図である。 ブローチ加工のトリポード部材を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に基づくトリポード部材を示す図である。 本発明の実施形態に基づく内方部材としての内側継手部材を組込んだ等速自在継手の縦断面図である。 上記の等速自在継手の側面図である。 上記の内側継手部材を拡大して示した正面図である。 本発明の実施形態に基づく内側継手部材を示す図である。 実施形態の内方部材を組込んだドライブシャフトを示す縦断面図である。 従来のトリポード部材を組込んだ等速自在継手の縦断面図である。 上記のトリポード部材を拡大して示した正面図である。 上記のトリポード部材の製造工程を示す図である。 従来の内側継手部材を組込んだ等速自在継手の縦断面図である。 上記の等速自在継手の側面図である。 上記の内側継手部材を拡大した正面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の実施形態に基づく等速自在継手の内方部材を図１および図２に示す。この等速自在継手は摺動式トリポード型等速自在継手である。トリポード型等速自在継手１は、外側継手部材２、内方部材としてのトリポード部材３、トルク伝達要素としての転動体５および球面ローラ４を主な構成とする。外側継手部材２の内周部に３本のトラック溝６が軸方向に形成され、各トラック溝６の両側にそれぞれローラ案内面７が軸方向に形成されている。トリポード部材３は、そのボス部３ａより３本の脚軸３ｂが放射状に形成されている。脚軸３ｂに多数の転動体５を介して球面ローラ４が嵌合され、転動体の両端にワッシャ９、１０を介在させ、ワッシャ９は止め輪８により位置決めされている。脚軸３ｂの外径面は転動体５の内側軌道面を形成し、球面ローラ４の内径面は転動体５の外側軌道面を形成している。転動体５の列が脚軸３ｂ上で案内されると共に、球面ローラ４は、転動体５上で回転自在で、かつ脚軸３ｂの軸線方向に移動可能となっている。また、球面ローラ４は、外側継手部材２のローラ案内面７に回転自在に収容されている。このような構造により、外側継手部材２とトリポード部材３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。

トリポード部材３のボス部３ａの内周面１２にスプライン１３が形成され、このスプライン１３とシャフト１１のスプライン１４が嵌合され、トルク伝達可能に連結されている。

図２にトリポード部材３の正面図を拡大して示す。トリポード部材３は、ボス部３ａから３本の脚軸３ｂが放射状に突出し、転動体５の内側軌道面となる脚軸３ｂの外径面１５は、例えば、研削加工により仕上げられている。ボス部３ａの内周面１２にスプライン１３が形成されている。図示のように、本実施形態のトラニオン部材３のスプライン１３は、熱処理変形がなく、肉厚の厚い脚軸形成部位Ｄと肉厚の薄い円筒状部位Ｃの全周にわたって真円度の高いピッチ円Ｐで形成されている。したがって、このスプライン１３にシャフト１１のスプライン１４を嵌合してトルクを伝達するとき、各スプライン１３、１４の各歯に作用する応力は可及的に均一になる。このトラニオン部材３は、後述する局部的に浸炭を抑制した浸炭焼入焼戻しが施されており、スプライン１３が形成された部位１３ｓは不完全焼入部で形成され、このスプライン１３が形成された部位１３ｓを除いた表面は焼入部となっている。以下、スプライン１３が形成された部位１３ｓをスプライン形成部１３ｓと略称する。本実施形態のトラニオン部材３のスプライン１３において、熱処理変形がなく、真円度の高いピッチ円Ｐで形成される理由は、スプライン形成部１３ｓを、一般的なブローチ加工が可能な硬度を有する不完全焼入部としているので、浸炭焼入焼戻し後に、ブローチ加工によりスプライン１３を形成することができるからである。すなわち、前述した従来技術のようなスプラインの熱処理変形の問題は生じない。

また、ブローチ加工により浸炭異常層が除去されるので、トリポード部材３の破壊の起点となるスプライン１３の歯底（大径）の表面が浸炭異常層のない金属組織となる。したがって、トリポード部材３の疲労強度が向上し、同時に、トリポード部材３に嵌合されるシャフト１１の強度を向上させることができる。

次に、前述したトリポード部材３を得るための本発明の製造方法についての実施形態について図３〜７に基づいて説明する。図３にトリポード部材３の製造工程の概要を示す。トリポード部材３は、図示のようにバー材切断工程Ｓ１、球状化焼なまし工程Ｓ２、ボンデ処理工程Ｓ３、冷間鍛造工程Ｓ４、旋削加工工程Ｓ５、熱処理工程Ｓ６、ブローチ加工工程Ｓ７、研削加工工程Ｓ８を経て製作される。本実施形態の製造工程は、従来の製造工程（図１６参照）を比較すると、熱処理工程Ｓ６の内容と製造工程の順序として熱処理後にスプラインのブローチ加工工程Ｓ７を施すところが異なる。

各工程の概要を説明する。各工程は、代表的な例を示すものであって、必要に応じて適宜変更や追加を行うことができる。

［バー材切断工程Ｓ１］
鍛造重量に基づいて所定長さで切断し、ビレットを製作する。

［球状化焼なまし工程Ｓ２］
冷間鍛造において通常行われるもので、球状化焼なましを施すことにより、冷間鍛造の際の材料流動性（変形能）を向上させる。球状化焼なましの処理時間を短縮するために、ビレットを据え込み加工し、加工ひずみを与える場合がある。

［ボンデ処理工程Ｓ３］
鍛造金型の寿命向上や鍛造性を向上するために、ビレットに潤滑性を高めるボンデ処理を施す。

［冷間鍛造工程Ｓ４］
鍛造金型のキャビティ内にビレットを投入し、ビレットを塑性加工により金型に充足させる。これにより、ボス部とボス部内周面並びに脚軸が形成されたトリポード部材の冷間鍛造品が得られる。

［旋削加工工程Ｓ５］
冷間鍛造品から脚軸の外径面、止め輪溝、根元部、端面、内周面および面取り部を機械加工する。

［熱処理工程Ｓ５］
等速自在継手の内方部材は、強度を要求されることから、浸炭焼入焼戻しを施して硬度を高める。本実施形態では、局部的に浸炭を抑制した浸炭焼入焼戻しにより、スプライン形成部を一般的なブローチ加工が可能な硬度を有する不完全焼入部とし、このスプライン形成部を除いた表面は焼入部を形成させる。

［ブローチ加工工程Ｓ７］
熱処理完了品の内周面にブローチ加工してスプラインを形成する。

［研削加工工程Ｓ８］
転動体の軌道面となる脚軸の外径面を研削加工で仕上げる。

本製造工程の内、バー材切断工程Ｓ１〜旋削加工工程Ｓ５および研削加工工程Ｓ８は、従来と同じである。

本実施形態では、図４に示すスプライン加工前のトリポード部材３の旋削完了品３’を熱処理工程Ｓ６に投入する。旋削完了品３’は、具体的には、旋削加工工程Ｓ５において、冷間鍛造品（図示省略）から脚軸３ｂ’の外径面１５、止め輪溝１６、根元部１７、端面１８、内周面１２および面取り部１９が旋削加工されている。

次に、熱処理工程Ｓ６を図５および図６に基づいて説明する。熱処理として浸炭処理を施す。トリポード部材３の内周のスプライン形成部１３ｓの硬度を局部的に低下させて、一般的なブローチ加工が可能な硬度を有する不完全焼入部を得るために、スプライン形成部１３ｓへの浸炭を抑制する。局部的に浸炭を抑制するには、例えば、浸炭炉に処理品（旋削完了品３’）を投入する際に、処理品の内周の径に近い径の浸炭抑制棒に串刺しにし、炭素の侵入を抑制することにより得ることができる。

局部的に浸炭を抑制した浸炭焼入焼戻しの具体例を図５に基づいて説明する。図示のように、トリポード部材３の旋削完了品３’を二点鎖線で示す部分を含めて多数（例えば、十数個）積み重ねて浸炭抑制棒２０に串刺し状態にし、この浸炭抑制棒２０を多数（例えば、十数本）のセットにし、二点鎖線で図示した平網２１に固定し、この平網２１を適宜段数（例えば、３段）重ねて、その状態で浸炭焼入焼戻しする。浸炭抑制棒２０は、耐熱性のステンレス鋼製が好ましく、浸炭抑制棒２０は、旋削完了品３’の串刺し作業性も考慮して、内周面の径より若干小さい外径に設定する。図５では、旋削完了品３’の内周面と浸炭抑制棒２０の外径面との嵌合すきまを省略して図示している。

浸炭処理の条件は、浸炭・拡散が９５０℃で１８０〜２００分で、浸炭・拡散の後、８４０℃で２０〜３０分の加熱保持し、その後、１００〜１２０℃の油に焼入れし、焼戻しは１５０〜１８０℃で１２０分の条件が好ましい。当然、処理品のサイズ等が異なれば、適宜処理条件を変える。

上記の状態で浸炭焼入焼戻しすると、旋削完了品３’の内周面１２は、その径に近い外径の浸炭抑制棒２０が嵌合されているので、炭素の侵入を抑制することができる。ただし、旋削完了品３’のボス部３ａ’の両端面１８は、内周面１２の軸方向中央部スプライン部より炭素が侵入しやすいため硬度が増加する。

図６に浸炭焼入焼戻し後のトリポード部材３’の状態を示す。図６（ａ）はトリポード部材３’の部分的な縦断面を示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＧ部の金属組織を示す。図６（ａ）に示すように、トリポード部材３の熱処理完了品３’の内周のスプライン形成部１３ｓを除いた表面、すなわち、クロスハッチングを施した表面にスプライン部より炭素濃度の高い焼入部Ｈが形成されている。焼入部Ｈは、脚軸３ｂ’の外径面１５、止め輪溝１６、根元部１７、ボス部３ａ’の外表面および端面１８に形成され、焼入部Ｈは面取り部１９の手前で留まっている。浸炭は拡散現象のため、焼入部Ｈと面取り部１９の境部では、炭素濃度は連続的に変化するものである（急激に変化するものではない）。焼入部Ｈの表面硬さは、Ｈｖ６６０〜７５０程度である。表面硬さの測定部位は、ボス部については軸方向中央部で表面から０．２ｍｍであり、脚軸部ついては軌道面の表面から０．２ｍｍである。一方、トリポード部材３の熱処理完了品３’の内周のスプライン形成部１３ｓは、炭素の侵入が抑制され、冷却速度も遅くなるため不完全焼入部Ｊが形成されている。この不完全焼入部Ｊは、スプライン形成部１３ｓの内周面１２から半径方向にはスプラインの大径（図７参照）を越えて形成されている。

内周のスプライン形成部１３ｓの金属組織を図６（ｂ）に示す。内周面１２から厚さＩの部分が浸炭異常層である。浸炭異常層の厚さＩは、浸炭時間が長くなるほど厚くなるが、本実施形態のトリポード部材では１０〜２５μｍ程度である。ＳＣＭ４２０材、ＳＣｒ４２０材などの浸炭用鋼を浸炭焼入焼戻しした場合、表層部に浸炭異常層という軟質の組織が形成される。浸炭異常層とは、鋼中の鉄よりも酸化されやすい珪素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）などの合金元素が浸炭中、オーステナイト粒界で優先酸化した粒界酸化物と、この粒界酸化物生成により固溶合金元素が低下して焼入れ中に生じる不完全焼入層とからなり、これを本明細書および特許請求の範囲において浸炭異常層という。

図７にブローチ加工工程Ｓ７を経たトリポード部材３を示す。内周のスプライン形成部１３ｓは、不完全焼入部Ｊが形成されており、一般的なブローチ加工が適用可能な硬度になっている。具体的には、スプライン１３の大径の表面硬さをＨｖ２３０以上でＨｖ３９０以下とすることが好ましい。さらに好ましくはＨｖ２６０以上でＨｖ３４０以下としている。スプライン１３の大径の表面硬さがＨｖ３９０を越えると、ブローチの寿命が著しく低下すると共にブローチの強度も低下する。一方、表面硬さがＨｖ２３０未満では、スプライン１３の強度の低下を招き、また、浸炭作業面では、浸炭の拡散を完全に防止する必要が生じるので、大掛かりな治工具が必要となり、生産性の低下とコストの増加を招く。表面硬さの測定部位は、スプライン軸方向中央の円周方向断面の大径表面から０．２ｍｍである。スプライン形成部１３ｓをブローチ加工が可能な硬度とし浸炭後にブローチ加工することにより、真円度の高いピッチ円Ｐ（図２参照）を有するスプラインを形成することができる。これにより、シャフト１１のスプライン１４（図１参照）と嵌合してトルクを伝達するとき、スプライン１３、１４各歯の応力が均一になり、その結果、スプライン１３、１４への作用応力を低下させることができる。

また、前述したように、浸炭異常層の厚さＩは１０〜２５μｍ程度であるので、スプライン１３のブローチ加工により、トリポード部材３の破壊の起点となるスプライン１３の歯底（大径）の表面の浸炭異常層は除去され、少なくともスプライン大径の表面は浸炭異常層のない金属組織となっている。したがって、高強度でかつ強度のバラツキの小さなトリポード部材３を実現することができる。同時に、当該トリポード部材３に嵌合されるシャフト１１の強度を向上させることができる。なお、ブローチ加工の際、トリポード部材３の内周面１２は切削しないので、内周面１２には浸炭異常層は残存するが、トルク負荷時の破壊の起点となる部位ではないので、問題は生じない。

次に、本発明の実施形態に基づくトリポード型等速自在継手のトリポード部材を図８に基づいて説明する。図８（ａ）は、トリポード部材の部分的な縦断面図であり、図８（ｂ）はトリポード部材の正面図である。このトリポード部材３は、ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手に組込まれるものである。前述した実施形態に基づくトリポード型等速自在継手と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明を省略する。

本実施形態のトリポード部材３には、図８（ａ）に二点鎖線で示すようにダブルローラタイプのローラカセット２２が装着される。トルク伝達要素としてのローラカセット２２は、外側ローラ４、内側リング２３および転動体５から構成され、外側ローラ４にワッシャ２４を装着して一体ユニットとしている。トリポード部材３の脚軸３ｂの横断面が略楕円形状に形成されており、この脚軸３ｂにローラカセット２２の内側リング２３が首振り自在に装着されている。本実施形態では、脚軸３ｂの外径面１５は、トルク伝達要素としての内側リング２３の内径面と嵌合し転がり運動を含んだ支承形態となっており、この外径面１５を本明細書および特許請求の範囲において軌道面という。外側ローラ４は、外側継手部材のローラ案内面（図示省略）に回転自在に収容される。このダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手は、外側ローラ４が外側継手部材のローラ案内面に平行に案内されるので、軸方向の誘起スラストやスライド抵抗を低減し低振動を実現する。

本実施形態のトリポード部材３においても、スプライン形成部１３ｓは不完全焼入部Ｊで形成され、少なくともスプライン１３の大径の表面を浸炭異常層のない金属組織となっており、スプライン形成部１３ｓを除いた表面はスプライン部より炭素濃度の高い焼入部（図示省略）となっている。そして、浸炭焼入焼戻し後のブローチ加工により、トラニオン部材３のスプライン１３は熱処理変形がなく、真円度の高いピッチ円で形成され、このスプライン１３にシャフトのスプラインを嵌合しトルクを伝達するとき、各スプラインの応力は可及的に均一になる。また、ブローチ加工により浸炭異常層が除去されるので、トリポード部材３の疲労強度が向上し、同時に、トリポード部材３に嵌合されるシャフトの強度を向上させることができる。その他、製造工程や、内周面１２に形成されたスプライン１３およびスプライン形成部１３ｓの金属組織、寸法精度、強度特性などの詳細については、前述した実施形態に基づくトリポード型等速自在継手と同様であるので、重複説明を省略する。

本発明の実施形態に基づく等速自在継手の内方部材について図９〜１１に基づいて説明する。図９および図１０に示す等速自在継手は、固定式等速自在継手の一種であるツェッパ型等速自在継手である。この等速自在継手３１は、外側継手部材３２、内方部材としての内側継手部材３３、トルク伝達要素としてのボール３４およびケージ３５を主な構成とする。外側継手部材３２の球状内周面３８には６本のトラック溝３６が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材３３の球状外周面３９には、外側継手部材３２のトラック溝３６と対向するトラック溝３７が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材３２のトラック溝３６と内側継手部材３３のトラック溝３７との間にトルクを伝達する６個のボール３４が介在されている。トラック溝３６、３７がボール３４の軌道面を形成する。外側継手部材３２の球状内周面３８と内側継手部材３３の球状外周面３９の間に、ボール３４を保持するケージ３５が配置されている。内側継手部材３３の内周面４５にはスプライン４６が形成され、このスプライン４６にシャフト４２のスプライン４７が嵌合され、止め輪４４により軸方向に固定されている。
外側継手部材３２の外周と、内側継手部材３３にスプライン連結されたシャフト４２の外
周とをブーツ４３で覆い、継手内部には、潤滑剤としてグリースが封入されている。

図９に示すように、外側継手部材３２の球状内周面３８と内側継手部材３３の球状外周面３９の曲率中心は、いずれも、継手の中心Ｏに形成されている。また、保持器３５の球状外周面４０および球状内周面４１の曲率中心も継手の中心Ｏに形成されている。これに対して、外側継手部材３２のトラック溝３６の曲率中心Ａと、内側継手部材３３のトラック溝３７の曲率中心Ｂとは、継手の中心Ｏに対して軸方向に等距離オフセットされている。これにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材３２と内側継手部材３３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール３４が常に案内され、二軸間で等速に回転が伝達されることになる。

図１１に内側継手部材３３を拡大した正面図を示す。内側継手部材３３も、前述した第１の実施形態のトリポード部材とほぼ同様の工程を経て製作される。内側継手部材３３は、トラック溝形成部位Ｅと球状外周面形成部位Ｆからなり、肉厚が周方向で変化する。この内側継手部材３３においても、スプライン形成部４６ｓは不完全焼入部で形成され、少なくともスプライン４６の大径の表面は浸炭異常層のない金属組織となっており、スプライン形成部４６ｓを除いた表面はスプライン部より炭素濃度の高い焼入部となっている。

内側継手部材３３のスプライン４６は、熱処理変形がなく、肉厚の厚い球状外周面形成部位Ｆと肉厚の薄いトラック溝形成部位Ｅの全周にわたって真円度の高いピッチ円Ｐで形成され、このスプライン４６にシャフト４２のスプライン４７を嵌合しトルクを伝達するとき、各スプライン４６、４７の応力は可及的に均一になる。また、ブローチ加工により浸炭異常層が除去されるので、内側継手部材３３の疲労強度が向上し、同時に、内側継手部材３３に嵌合されるシャフト４２の強度を向上させることができる。その他、製造工程や、内周面４５に形成されたスプライン４６およびスプライン形成部４６ｓの金属組織、寸法精度、強度特性などの詳細については、前述した実施形態に基づくトリポード型等速自在継手と同様であるので、重複説明を省略する。

本発明の実施形態に基づく等速自在継手の内方部材を図１２に基づいて説明する。図１２（ａ）は内方部材としての内側継手部材の縦断面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の軸方向中央部での横断面図である。この内側継手部材３３は、摺動式等速自在継手の一種であるダブルオフセット型等速自在継手の内側継手部材である。この内側継手部材３３の球状外周面３９には直線状のトラック溝３７が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。トラック溝３７がボールの軌道面を形成する。この内側継手部材３３も、前述した第１の実施形態のトリポード部材とほぼ同様の工程を経て製作される。内側継手部材３３は、トラック溝形成部位Ｅと球状外周面形成部位Ｆからなり、肉厚が周方向で変化する。

この内側継手部材３３においても、スプライン形成部４６ｓは不完全焼入部Ｊで形成さ
れ、少なくともスプライン４６の大径の表面は浸炭異常層のない金属組織となっており、
スプライン形成部４６ｓを除いた表面はスプライン部より炭素濃度の高い焼入部（図示省
略）となっている。そして、浸炭焼入焼戻し後のブローチ加工により、内側継手部材３３
のスプライン４６は熱処理変形がなく、真円度の高いピッチ円で形成され、このスプライ
ン４６にシャフトのスプラインを嵌合しトルクを伝達するとき、各スプラインの応力は可
及的に均一になる。また、ブローチ加工により浸炭異常層が除去されるので、内側継手部
材３３の疲労強度が向上し、同時に、内側継手部材３３に嵌合されるシャフトの強度を向
上させることができる。その他、製造工程や、内周面４５に形成されたスプライン４６お
よびスプライン形成部４６ｓの金属組織、寸法精度、強度特性などの詳細については、前述した実施形態に基づくトリポード型等速自在継手と同様であるので、重複説明を省略する。

図１３は、実施形態に基づく内側継手部材を組込んだ固定式のツェッパ型等速自在継手
３１と実施形態に基づくトリポード部材を組み込んだ摺動式のトリポード型等速自在継手
１を適用した自動車のフロント用ドライブシャフト５０を示す。ツェッパ型等速自在継手
３１の内側継手部材３３は中空シャフト５１の一端にスプライン連結され、他端にはトリ
ポード型等速自在継手１のトリポード部材３がスプライン連結されている。ツェッパ型等
速自在継手３１の外周面と中空シャフト５１の外周面との間、およびトリポード型等速自
在継手１の外周面とシャフト５１の外周面との間に、それぞれ蛇腹状ブーツ４３、５２が
ブーツバンド５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄにより締付け固定されている。継手内部に
は、潤滑剤としてのグリースが封入されている。

内側継手部材３３およびトリポード部材３のスプラインは熱処理変形がなく、真円度の高いピッチ円で形成されているので、前述したように嵌合する中空シャフトのスプラインとの間の応力は可及的に均一になる。また、ブローチ加工により浸炭異常層が除去されるので、内側継手部材３３の疲労強度が向上し、同時に、内側継手部材３３に嵌合される中空シャフト５１の強度を向上させることができる。これにより、高強度の自動車用ドライブシャフト５０を実現することができる。

さらに、前述した製造方法についての実施形態の変形例として、ブローチの寿命がより向上する加工工程を種々検討した結果、クロム鋼（ＳＣｒ４１５）のバー材を切断、球状化焼なまし、ボンデ処理、冷間鍛造、荒旋削、熱処理、内周部仕上げ旋削、ブローチ加工、脚軸部研削という工程であることが分かった。

熱処理後の内周部仕上げ旋削は、ボス部の両端、すなわち、スプラインの軸方向の両端面と内周部仕上げ旋削する。これは、ボス部の両端面は、内周部の軸方向中央部より炭素が侵入しやすく、表面硬さが増加することに対処するためである。また、内周部は、浸炭焼入焼戻し後、真円度が悪化する。この変形を残した状態でブローチ加工するとブローチの歯の寿命が低下する。したがって、仕上げ旋削で硬化部の除去と内周部の真円度の向上により、ブローチの寿命がより向上することが分かった。本発明の製造方法についての実施形態は、図３に示す熱処理工程Ｓ６とブローチ加工工程Ｓ７との間に、上記のような内周面仕上げ旋削加工工程を追加したものも当然含むものである。

本発明の製造方法についての実施形態によれば、ブローチ加工は、通常の高速度工具鋼（ＳＫＨ５５やＳＫＨ５１）や、これに相当する鋼材（モリブデン系高速度工具鋼）を熱処理しＨＲＣ６３以上に焼入焼戻し後、仕上げ加工した一般的なブローチで加工することができる。

本発明の実施例および比較例を以下に説明する。本発明の実施形態に基づくトリポード部材３を実施例１は、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４２０）のバー材を、実施形態の製造工程である切断、球状化焼なまし、ボンデ処理、冷間鍛造、旋削、浸炭焼入焼戻し、ブローチ加工、脚軸の研削を行って製作した。スプラインはＪＩＳ Ｂ １６０３の平底スプラインで、主要諸元は、ダイヤメトラルピッチ：３２／６４、圧力角：３７．５°、歯数：３０、大径：２５．０３４ｍｍ、小径：２３．１９ｍｍ、ピッチ円直径（ＰＣＤ）：２３．８１３ｍｍとした。熱処理条件としては、トリポード部材の旋削完了品を浸炭抑制棒に積み重ねて串刺し状態にし、９５０℃で２００分の浸炭・拡散の後、８４０℃で２３分の加熱保持後、１１０℃の油に焼入れた。その後、１６０℃で１２０分の焼戻しを行った。

実施例２は、クロム鋼（ＳＣｒ４２０）のバー材を用いて、実施例１と同じ製造工程で製作した。平底スプラインの諸元および熱処理条件は、実施例１と同じである。

実施例３は、実施例２のＪＩＳ Ｂ １６０３の平底スプラインを丸底スプラインに変更した点のみが異なる。

比較例１は、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４２０）のバー材を、従来の製造工程である切断、球状化焼なまし、ボンデ処理、冷間鍛造、旋削、ブローチ加工、浸炭焼入焼戻し、脚軸の研削を行って製作した。熱処理条件は、通常の浸炭焼入焼戻しで、実施例1と同じ温度条件および時間条件とした。スプライン歯の形状および諸元は、実施例１および実施例２と同じである。

実施例と比較例の特性と疲労試験結果を表１に示す。ただし、疲労試験は、自動車規格（ＪＡＳＯ Ｃ ３０４−８９：自動車の駆動軸用等速ジョイント １９８９年３月３１日制定 社団法人 自動車技術会 発行）の３ページの表３中の等速ジョイントの呼び２２．２のジョイントに作動角０°の状態で１５０４Ｎｍの荷重を負荷して実施した。表１の表面硬さの測定部位は、歯面部については軸方向中央部で表面から０．２ｍｍであり、脚軸部ついては軌道面の表面から０．２ｍｍである。

疲労試験結果より、比較例１の破断回数Ｌ₅₀（５０％破壊確率寿命）を基準として、実施例１〜３は大幅に疲労寿命が向上している。モリブデン（Ｍｏ）を添加しない低コストのクロム鋼（ＳＣｒ４２０）を用いた実施例２でも高強度になることが分かった。また、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４２０）を用いた実施例１よりクロム鋼（ＳＣｒ４２０）を用いた実施例２の方が歯面部の硬さが低下するためブローチの寿命が向上することが分かった。

実施例３の疲労試験結果より、スプライン歯の形状変更の効果として、平底スプラインよりも丸底スプラインの方が若干疲労強度で有利と考えられる。

次に、実施例１と比較例１を中空シャフトにスプライン嵌合させた組付け状態での疲労強度を評価するために疲労試験を実施した。中空シャフトは、ＳＡＥ１５Ｂ３５材の鋼管を用いて、塑性加工と機械加工を行い、高周波焼入れにより硬化させ中空シャフトを製作した。中空シャフトのスプラインの主要諸元は、ダイヤメトラルピッチ：３２／６４、圧力角：３７．５°、歯数：３０、大径：２４．６１３ｍｍ、小径：２２．５３５ｍｍ、ピッチ円直径（ＰＣＤ）：２３．８１３ｍｍとした。スプライン形成部における中空シャフトの内径は１０．８ｍｍとした。

実施例１のトリポード部材と比較例１のトリポード部材を中空シャフトにスプライン嵌合させた中空シャフト組付け体ＡおよびＢの疲労試験結果を表２に示す。疲労試験の荷重は、表１の場合と同じであるが、両振り捩り疲労試験を行った。

疲労試験の結果、比較例１のトリポード部材を組付けた中空シャフト組付け体Ｂの破断回数Ｌ₅₀を基準として、実施例１のトリポード部材を組付けた中空シャフト組付け体Ａの疲労強度は大幅に向上することが分かった。また、破断部位はいずれも中空シャフトのスプライン部であった。

以上の実施形態では、固定式等速自在継手としてツェッパ型等速自在継手、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およびトリポード型等速自在継手の内
方部材を示したが、これに限定されるものではない。上記の他に、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、カウンタートラック形式の等速自在継手や
、摺動式等速自在継手として、クロスグルーブ型等速自在継手、保持器のないデルタ型等
速自在継手の内方部材でも適宜実施することができる。また、ボールの個数は６個のもの
を示したが、これに限定されるものではなく、３〜５個、８個や１０個以上でも実施する
ことができる。

また、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、さらに種々の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。

１ トリポード型等速自在継手
２ 外側継手部材
３ トリポード部材
４ 球面ローラ（トルク伝達要素）
５ 転動体（トルク伝達要素）
６ トラック溝
７ ローラ案内面
１１ シャフト
１２ 内周面
１３ スプライン
１３ｓ スプライン形成部
１５ 外径面（軌道面）
３１ ツェッパ型等速自在継手
３２ 外側継手部材
３３ 内側継手部材
３４ ボール（トルク伝達要素）
３５ 保持器
３６ トラック溝（軌道面）
３７ トラック溝（軌道面）
４２ シャフト
Ａ 曲率中心
Ｂ 曲率中心
Ｃ 円筒状部位
Ｄ 脚軸形成部位
Ｅ トラック溝形成部位
Ｈ 焼入部
Ｊ 不完全焼入部
Ｏ 継手の中心

Claims (4)

1. 外周にトルク伝達要素を支承する軌道面が形成され、内周にスプライン部が形成された等速自在継手の内方部材の製造方法であって、前記内方部材を鋼材とし局部的に浸炭を抑制した浸炭焼入焼戻しを施し、前記スプライン部を形成する部分を不完全焼入部とすると共に、当該部分を除いた表面にスプライン部より炭素濃度の高い焼入部を形成し、前記浸炭焼入焼戻し後に前記スプライン孔部を形成する部分をブローチ加工し、このブローチ加工により前記スプライン部の少なくともスプライン大径の表面を浸炭異常層のない金属組織にすることを特徴とする等速自在継手の内方部材の製造方法。
2. 前記スプライン大径の表面硬さをＨｖ２３０以上でＨｖ３９０以下としたことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手の内方部材の製造方法。
3. 前記内方部材がクロム鋼からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の等速自在継手の内方部材の製造方法。
4. 前記内方部材がトリポード部材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の等速自在継手の内方部材の製造方法。