JP2007270902A

JP2007270902A - トリポード型等速自在継手

Info

Publication number: JP2007270902A
Application number: JP2006095306A
Authority: JP
Inventors: Yukio Matsubara; 幸生松原
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】外側継手部材において、トラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる箇所の硬さを高めることにより、コンパクト化、薄肉化に伴って使用条件が厳しくなっても、該部を起点とする破損を防ぐことができるトリポード型等速自在継手を提供する。
【解決手段】円周方向に向き合ったローラ案内面７を有するトラック溝６が形成された鋼からなる外側継手部材１を備えたトリポード型等速自在継手である。外側継手部材１の少なくともトラック溝６のローラ有効接触範囲の裏側に当たる箇所の組織が、微細フェライトパーライト組織、ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか、もしくは少なくともそれら２種類以上の混合組織である。
【選択図】図１

Description

本発明は、トリポード型等速自在継手に関するものである。

一般に、等速自在継手（トリポード型等速自在継手）は、図３と図４に示すように、外側継手部材５１と、内側継手部材としてのトリポード部材５２と、トルク伝達部材としてのローラ５３を主要な構成要素としている。

外側継手部材５１は一体に形成されたマウス部５４とステム部５５とからなる。マウス部５４は一端にて開口したカップ状で、内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝５６が形成してある。マウス部５４は、横断面（図４参照）で見ると、大径部５４ａと小径部５４ｂが交互に現れる非円筒形状である。すなわち、マウス部５４は、大径部５４ａと小径部５４ｂとを形成することによって、その内周面に、軸方向に延びる３本の前記トラック溝５６が形成される。各トラック溝５６の円周方向で向き合った側壁にローラ案内面５７、５７が形成される。

トリポード部材５２はボス５８と脚軸５９とを備える。ボス５８にはシャフト６０とトルク伝達可能に結合するスプラインまたはセレーション孔６１が形成してある。脚軸５９はボス５８の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。トリポード部材５２の各脚軸５９はローラ５３を担持している。

すなわち、トリポード型等速自在継手では、ローラ外周面と外側継手部材のトラック溝のローラ案内面がヘルツ接触することでトルク伝達がなされる。そのため、外側継手部材には一般には中炭素鋼が用いられ、高面圧が作用するローラ案内面にのみ高周波焼入が施されているものがある（特許文献１及び特許文献２）。
実開昭５８−１１１４３１号公報特開２００５−９５０７号公報

ところで、外側継手部材の外周側において、ローラが接触するトラック溝の裏側に当たる箇所は曲げを受ける状態となり、外周面に向かって大きくなる引張応力場が形成される。今後の技術動向として、省資源化、省エネ化、コンパクト化などに対応するため、トリポード型等速自在継手の外側継手部材はコンパクト化、薄肉化される方向にある。それに伴い、単位面積あたりの負荷が上昇するにつれて上記の引張応力が大きくなるので、それに起因する損傷が懸念される。

そこで、外周側にも高周波焼入を施して高強度化することが提案される。しかしながら、高周波焼入を施して高強度化した場合には、焼入部周囲に引張残留応力が生成する。このため、この引張残留応力がトルク伝達時に作用する引張応力に重畳すると、焼入部周囲が起点となって破損することが考えられる。

本発明は、上記課題に鑑みて、外側継手部材において、トラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる箇所の硬さを高めることにより、コンパクト化、薄肉化に伴って使用条件が厳しくなっても、硬化部を起点とする破損を防ぐことができるトリポード型等速自在継手を提供する。

本発明のトリポード型等速自在継手は、トラック溝が形成された鋼からなる外側継手部材を備えたトリポード型等速自在継手において、外側継手部材のトラック溝の少なくともローラ有効接触範囲の裏側に当たる箇所の組織が、微細フェライトパーライト組織、ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか１種、もしくは少なくともそれら２種類以上の混合組織である非標準組織部としたものである。

トラック溝のローラ有効接触範囲（ローラが転動する部位であって、ローラ案内面）の裏側に当たる箇所(ローラ案内面の外周側)の硬さを高めることができる。この非標準組織部では主たる組織形態が微細フェライトパーライト組織等であるので、この非標準組織部（硬化部）周囲において引張残留応力の生成を防止できる。なお、このオーステナイト化した後に強制空冷することで、微細フェライトパーライトとなる。オーステナイト化した後にオーステンパー処理を施すことで、ベイナイト組織となる。オーステナイト化した後に急冷してマルテンサイト変態させ、引き続き焼戻を施すことで、焼戻マルテンサイト組織となる。

前記微細フェライトパーライト組織が、ＪＩＳＧ０５５２（鋼のフェライト結晶粒度試験方法）で定義されているフェライト粒度が８番以上であり、また、トラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる箇所に局所的に非標準組織部を形成し、かつその非標準組織部の硬さをＨＶ６００以下にする。

本発明のトリポード型等速自在継手は、トリポード型等速自在継手の外側継手部材において、トラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる箇所の硬さを高めることができ、しかも、この硬化部（非標準組織部）周囲において引張残留応力の生成を防止できる。これにより、コンパクト化、薄肉化に伴って使用条件が厳しくなっても、非標準組織部を起点とする破損を防ぐことができる。

微細フェライトパーライト組織が、ＪＩＳＧ０５５２（鋼のフェライト結晶粒度試験方法）で定義されているフェライト粒度が８番以上とすることによって、非標準組織部の疲労強度のさらなる向上を達成できる。

非標準組織部の硬さをＨＶ６００以下にすることによって、非標準組織部周囲に生成する引張残留応力を小さく抑えることができ、非標準組織部を起点とする破損を有効に防ぐことができる。すなわち、局部的に高周波焼入した後に焼戻して高硬度にする場合、その効果を発揮させるためには、焼入境界に生成する残留引張応力を焼戻によって十分に小さくする必要がある。このため、非標準組織部としては、硬度がＨＶ６００以下となるような条件で焼戻することが望ましい。

以下本発明の実施の形態を図１と図２に基づいて説明する。

この等速自在継手は、図１に示すように、外側継手部材１と、内側継手部材としてのトリポード部材２と、トルク伝達部材としてのローラ３とを備えたトリポード型等速自在継手である。

外側継手部材１は一体に形成されたマウス部４とステム部（図示省略）とからなる。マウス部４は一端にて開口したカップ状で、内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝６が形成してある。マウス部４は、横断面で見ると、大径部４ａと小径部４ｂが交互に現れる非円筒形状である。すなわち、マウス部４は、大径部４ａと小径部４ｂとを形成することによって、その内周面に、軸方向に延びる３本の前記トラック溝６が形成される。各トラック溝６の円周方向で向き合った側壁にローラ案内面７、７が形成される。

トリポード部材２はボス８と脚軸９とを備える。ボス８にはシャフト（図示省略）とトルク伝達可能に結合するスプラインまたはセレーション孔１1が形成してある。脚軸９はボス８の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。トリポード部材２の各脚軸９には、トルク伝達部材としても前記ローラ３が軸線（軸心）を中心として回転自在に外嵌されている。そして、各ローラ３は外側継手部材１のそれぞれのトラック溝６内に収容される。なお、ローラ３として、内側ローラと外側ローラとを有するダブルローラタイプであっても、１個のみのシングルローラタイプであってもよい。

外側継手部材１において、トルク伝達時に高面圧が作用するトラック溝６、特にこのトラック溝６の有効接触範囲（ローラが転動する部位であって、ローラ案内面７）には高周波焼入が施され、硬化部１２が形成されている。すなわち、硬化部１２の表面が前記ローラ案内面７を構成する。ここで、高周波焼入れとは、高周波による表皮硬化を利用した処理物の表面のみを加熱して焼き入れを行うものである。なお、硬化部１２を形成する場合、高周波焼入れ以外の他の金属熱処理にて行ってもよい。

図１に示す第1実施形態では、トラック溝６の裏側に当たる大きな引張応力が作用する部分に局部的に非標準組織部１３を形成している。これらの非標準組織部１３は、トラック溝６の硬化部１２を形成する前に、熱処理（例えば、高周波局部加熱）を施して形成するものであって、硬さを高めることができる。このように、トラック溝６の裏側に当たる部分の硬さを高めれば、疲労強度の向上を図ることができる。

非標準組織部１３としては、微細フェライトパーライト組織、ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれかを主たる組織形態にて構成することができ、また、これらのうち、少なくともそれら２種類以上の混合組織を主たる組織形態にて構成することができる。なお、２種類以上の混合組織の場合、それらの組織の混合割合は任意である。

また、微細フェライトパーライトを構成するには、オーステナイト化した後に強制空冷すればよい。ベイナイト組織を構成するには、オーステナイト化した後にオーステンパー処理を施すればよい。焼戻マルテンサイト組織を構成するには、オーステナイト化した後に急冷してマルテンサイト変態させ、引き続き焼戻を施せばよい。また、微細フェライトパーライトである場合、ＪＩＳＧ０５５２（鋼のフェライト結晶粒度試験方法）で定義されているフェライト粒度が８番以上であるのが好ましい。

このように、トラック溝６の裏側に当たる大きな引張応力が作用する部分が非標準組織部１３を形成することによって、この部分の硬さを高めることができて、疲労強度の向上を図ることができる。しかしながら、局部的に高周波焼入した後に焼戻して高硬度にする場合、その効果を発揮させるためには、焼入境界に生成する残留引張応力を焼戻によって十分に小さくする必要がある。このため、非標準組織部１３としては、硬度がＨＶ６００以下となるような条件で焼戻することが望ましい。

この等速自在継手によれば、その外側継手部材１において、トラック溝６のローラ有効接触範囲の裏側に当たる箇所（ローラ案内面７に対応する外周側）の硬さを高めることができ、しかも、この硬化部（非標準組織部１３）周囲に引張残留応力の生成を防止できる。これにより、コンパクト化、薄肉化に伴って使用条件が厳しくなっても、この硬化部を起点とする破損を防ぐことができる。

微細フェライトパーライト組織を主たる組織形態とする場合に、ＪＩＳＧ０５５２（鋼のフェライト結晶粒度試験方法）で定義されているフェライト粒度が８番以上とすることによって、非標準組織部１３の疲労強度のさらなる向上を達成できる。フェライト粒度が８番未満では、非標準組織部１３の疲労強度の向上をあまり望めない。

非標準組織部１３の硬さをＨＶ６００以下にすることによって、非標準組織部１３周囲に生成する引張残留応力を小さく抑えることができ、非標準組織部１３を起点とする破損を有効に防ぐことができる。非標準組織部１３の硬さをＨＶ６００未満では、非標準組織部１３周囲に生成する引張残留応力を小さく抑えにくく、非標準組織部１３を起点とする破損を有効に防ぐことができない。

次に図２は第２実施形態の要部断面図である。この場合、硬化部１２以外を非標準組織部１３としている。このような非標準組織部１３は、全体炉加熱（外側継手部材１の全体を加熱する方法）にて加熱することによって構成することができる。

この図２のように、硬化部１２以外を非標準組織部１３としても、前記図１に示す外側継手部材１と同様、トラック溝６の裏側に当たる大きな引張応力が作用する部分が非標準組織部１３を形成することによって、この部分の硬さを高めることができて、疲労強度の向上を図ることができる。

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、図２では、非標準組織部１３と硬化部１２との間に、標準組織部（母材部）が介在されていないが、マウス部４の全周に非標準組織部１３を設ける場合、非標準組織部１３と硬化部１２との間に標準組織部が介在されるものであってもよい。ここで、標準組織部とは、熱処理が施されていない部位であって、硬化部１２でも非標準組織部１３でもない組織部である。

本発明品（実施例）として、Ａ１、Ａ２、Ａ３、及びＡ４の４つの外側継手部材（試供体）を製造すると共に、比較例としてＢ１、Ｂ２の２つの外側継手部材（試供体）を製造して、各試供体について片振り捩り試験を行った。この場合、各試供体の素材として、Ｓ５３Ｃを使用し、熱処理までの加工履歴も同一とした。Ａ１、Ａ２の試供体の非標準組織部１３は、全体炉加熱することで図２のように形成した。Ａ３、Ａ４、Ｂ２の非標準組織部１３については、高周波局部加熱することで図１のように形成した。表１に各供試体に非標準組織部を形成するための熱処理履歴、主たる組織変態、及び硬さを示した。

表１の熱処理履歴の欄において、実施例Ａ１は、全体炉加熱した後、強制空冷したことを示し、実施例Ａ２は、全体炉加熱した後、４００℃でオーステンパー処理を行ったことを示し、実施例Ａ３は、高周波局部加熱した後、水冷して、３５０℃で焼き戻しを行ったことを示し、実施例Ａ４は、高周波局部加熱した後、水冷して、２５０℃で焼き戻しを行ったことを示している。また、比較例Ｂ１は、非標準組織を構成しないことを示し、比較例Ｂ２は、高周波局部加熱した後、水冷して、１５０℃で焼き戻しを行ったことを示している。

このため、実施例Ａ１は、微細フェライトパーライト組織が主たる組織形態となり、実施例Ａ２は、ベイナイト組織が主たる組織形態となり、実施例Ａ３は、焼戻マルテンサイト組織が主たる組織形態となり、実施例Ａ４は、焼戻マルテンサイト組織が主たる組織形態となり、比較例Ｂ１は、フェライトパーライト組織が主たる組織形態となり、比較例Ｂ２は、焼戻マルテンサイト組織が主たる組織形態となった。なお、実施例Ａ１の微細フェライトパーライト組織は、ＪＩＳＧ０５５２で定義されているフェライト粒度が８．２番であり、比較例Ｂ１のフェライトパーライト組織は、ＪＩＳＧ０５５２で定義されているフェライト粒度が７．３番である。

外側継手部材１の外周側の引張応力が最大になる位置に亀裂が発生するまでの負荷回数を求めた。表２に外周側の最大引張応力と亀裂発生寿命の関係から求めた１０^５回における疲労強度（最大引張応力値）を示す。実施例Ａ１〜Ａ４は、従来品である比較例Ｂ１に比べ疲労強度が向上した。それに対し、非標準組織部の硬さが高いＢ２は比較例Ｂ１（従来品）と同等であった。Ｂ２の破壊起点を調べた結果、非標準組織部と母材部との境界付近に見られた。これは焼入部周囲に生成した引張残留応力が、疲労試験で外周側に作用する引張応力に重畳したためと考えられる。

以上から、大きな引張応力が作用するトラック溝６の裏側に当たる箇所の硬さを高めれば、疲労強度を向上させることができるといえる。

本発明の第１実施形態を示す等速自在継手の横断面図である。本発明の第２実施形態を示す等速自在継手の外側継手部材の要部断面図である。従来の等速自在継手の縦断面図である。従来の等速自在継手の横断面図である。

符号の説明

１外側継手部材
６トラック溝
７ローラ案内面
１３非標準組織部

Claims

トラック溝が形成された鋼からなる外側継手部材を備えたトリポード型等速自在継手において、外側継手部材のトラック溝の少なくともローラ有効接触範囲の裏側に当たる箇所の組織が、微細フェライトパーライト組織、ベイナイト組織、焼戻マルテンサイト組織のうちのいずれか１種、もしくは少なくともそれら２種類以上の混合組織である非標準組織部としたことを特徴とするトリポード型等速自在継手。
前記微細フェライトパーライト組織が、ＪＩＳＧ０５５２で定義されているフェライト粒度が８番以上であることを特徴とする請求項１のトリポード型等速自在継手。
前記トラック溝のローラ有効接触範囲の裏側に当たる箇所に局所的に非標準組織部を形成し、かつその部分の硬さをＨＶ６００以下にすることを特徴とする請求項１又は請求項２のトリポード型等速自在継手。