JP2016001042A

JP2016001042A - 摺動式等速自在継手

Info

Publication number: JP2016001042A
Application number: JP2014121507A
Authority: JP
Inventors: 卓板垣; Taku Itagaki
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2034-06-12
Also published as: JP6433689B2

Abstract

【課題】外側継手部材の捩り疲労強度を確保しつつ、硬化層形成のための熱処理による外側継手部材の変形を最小限に抑制する。【解決手段】軸方向に延びるローラ案内面が内周面の円周方向複数箇所に形成された外側継手部材１０と、その外側継手部材１０のローラ案内面に転動自在に挿入されたローラを介して外側継手部材１０との間で角度変位を許容しながらトルクが伝達されるトリポード部材とを備え、ローラが外側継手部材１０のローラ案内面に沿って案内されながらローラおよびトリポード部材が外側継手部材１０に軸方向変位可能に収容されたトリポード型等速自在継手であって、ローラが軸方向変位時にローラ案内面と接触する全軸方向領域Ａのうち、一部の軸方向領域Ｂと対応する外側継手部材１０の外周面の凹部１５に硬化層１７を形成する。【選択図】図４

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て駆動側と従動側の二軸間で軸方向変位および角度変位を許容する摺動式等速自在継手に関する。

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み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）に軸方向変位および角度変位を許容する摺動式等速自在継手を、駆動車輪側（アウトボード側）に軸方向変位は許容しないが大きな角度変位（作動角４５度）を許容する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シャフトで連結した構造を具備する。

このドライブシャフトに組み付けられる摺動式等速自在継手の一つに、トルク伝達部材としてローラを用いたローラタイプのトリポード型等速自在継手（ＴＪ）がある。また、他の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。

例えば、トリポード型等速自在継手は、軸方向に延びる三本のトラック溝が内周面に形成されると共に各トラック溝の内側壁に互いに対向するローラ案内面が形成された外側継手部材と、径方向に突出して先端が外側継手部材のトラック溝に挿入された三本の脚軸を有するトリポード部材と、そのトリポード部材の脚軸に回転自在に支持されると共に外側継手部材のトラック溝に転動自在に挿入されてローラ案内面に沿って案内されるローラとで主要部が構成されている。外側継手部材の外周面は、軽量化のため、トラック溝間と対応する部位に凹部が軸方向に形成されている。

このトリポード型等速自在継手は、ローラが外側継手部材のトラック溝のローラ案内面に沿って案内されながら、ローラおよびトリポード部材からなる内部部品が外側継手部材に軸方向変位可能に収容された構造を具備する。近年、自動車業界においては、等速自在継手に小型軽量化が要望されるようになっており、この要望に応えるために外側継手部材の薄肉化が図られている。この外側継手部材の薄肉化を図ろうとすると、外側継手部材の捩り疲労強度が低下することになる。

特に、外側継手部材のトラック溝のローラ案内面の裏側、つまり、外側継手部材の外周面の凹部でローラ案内面と対応する部位に、ローラから加わる荷重により生じる引張応力が集中する。そのため、外側継手部材の凹部のローラ案内面と対応する部位に初期クラックが発生して破損起点となることから、その部位の強度確保が必要である。本出願人は、外側継手部材の凹部のローラ案内面と対応する部位の捩り疲労強度を確保するため、その部位に硬化層を形成したトリポード型等速自在継手を先に提案している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２７０９０２号公報

ところで、前述の特許文献１で開示された従来のトリポード型等速自在継手では、外側継手部材のトラック溝の両側に位置するローラ案内面に硬化層を形成すると共に、そのローラ案内面の裏側、つまり、外側継手部材の外周面の凹部でローラ案内面と対応する部位に硬化層を形成している。この硬化層は、高周波焼入れ等の熱処理により、ローラが軸方向変位時にローラ案内面と接触する全軸方向領域に亘って形成されている。このように、外側継手部材の凹部のローラ案内面と対応する部位に硬化層を形成することにより、ローラからの繰り返し荷重による引張応力の集中により初期クラックが発生して破損起点となる部位の捩り疲労強度を確保するようにしている。

しかしながら、外側継手部材の外周面の凹部でローラ案内面と対応する部位において、硬化層が形成された軸方向領域が長くなればなるほど、高周波焼入れ等の熱処理による外側継手部材の変形が大きくなる可能性が高くなる。このような外側継手部材の変形が生じると、ローラ案内面を含む継手内部形状の精度が低下することになる。

そこで、本発明は前述の改善点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、外側継手部材の捩り疲労強度を確保しつつ、硬化層形成のための熱処理による外側継手部材の変形を最小限に抑制し得る摺動式等速自在継手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円周方向複数箇所に形成された外側継手部材と、その外側継手部材のトラック溝に転動自在に挿入された転動体を介して外側継手部材との間で角度変位を許容しながらトルクが伝達される内側継手部材とを備え、転動体が外側継手部材のトラック溝に沿って案内されながら転動体および内側継手部材が外側継手部材に軸方向変位可能に収容された摺動式等速自在継手であって、転動体が軸方向変位時にトラック溝と接触する全軸方向領域のうち、一部の軸方向領域と対応する外側継手部材の外周面部位に硬化層を形成したことを特徴とする。

本発明では、転動体が軸方向変位時にトラック溝と接触する領域と対応する外側継手部材の外周面部位に硬化層を形成したことにより、転動体からの繰り返し荷重による引張応力の集中により初期クラックが発生して破損起点となる部位の捩り疲労強度を確保することができる。しかも、転動体が軸方向変位時にトラック溝と接触する全軸方向領域のうち、一部の軸方向領域と対応する外側継手部材の外周面部位に硬化層を形成したことにより、硬化層形成のための熱処理による外側継手部材の変形を最小限に抑制することができ、トラック溝を含む継手内部形状の精度を確保することができる。

本発明における硬化層は、焼入れによって形成することが可能である。また、この硬化層は、ショットブラストあるいはショットピーニングによっても形成することが可能である。このようにすれば、硬化層を簡便な手段により容易に形成することができる。さらに、硬化層は、焼入れによって形成した後、その硬化層形成部位にショットブラストあるいはショットピーニングを行うことが望ましい。このようにすれば、硬化層が形成された外側継手部材の外周面部位における圧縮在留応力を適正化することができる。

本発明における外側継手部材は、軸線方向に延びる三本のトラック溝が内周面に形成されると共に各トラック溝の内側壁に互いに対向するローラ案内面が形成され、内側継手部材は、先端がトラック溝内に挿入された三本の脚軸を有するトリポード部材であり、転動体は、脚軸に回転自在に支持されると共に外側継手部材のトラック溝に挿入されてローラ案内面に沿って案内されるローラである構造が望ましい。つまり、本発明は、前述の構造を具備するローラタイプのトリポード型等速自在継手に適用可能である。この場合、本発明における硬化層は、ローラが軸方向変位時にローラ案内面と接触する全軸方向領域のうち、一部の軸方向領域と対応する外側継手部材の外周面部位に形成されることになる。

本発明によれば、転動体が軸方向変位時にトラック溝と接触する領域と対応する外側継手部材の外周面部位に硬化層を形成したことにより、転動体からの繰り返し荷重による引張応力の集中により初期クラックが発生して破損起点となる部位の捩り疲労強度を確保することができる。しかも、転動体が軸方向変位時にトラック溝と接触する全軸方向領域のうち、一部の軸方向領域と対応する外側継手部材の外周面部位に硬化層を形成したことにより、硬化層形成のための熱処理による外側継手部材の変形を最小限に抑制することができ、トラック溝を含む継手内部形状の精度を確保することができる。

このようにして、外側継手部材の捩り疲労強度を確保しつつ、硬化層形成のための熱処理による外側継手部材の変形を最小限に抑制することができ、トラック溝を含む継手内部形状の精度を確保することができるので、継手を小型軽量化する上で設計の自由度が向上する。

本発明に係る摺動式等速自在継手の実施形態で、トリポード型等速自在継手の全体構成を示す横断面図である。図１のトリポード型等速自在継手の全体構成を示す縦断面図である。図２の外側継手部材を示す縦断面図である。図３の外側継手部材を示す正面図である。

本発明に係る摺動式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、シングルローラタイプのトリポード型等速自在継手を例示する。なお、本発明は、このシングルローラタイプ以外に、作動時の低振動化を可能としたダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手にも適用可能である。また、本発明は、トリポード型等速自在継手以外に、ボールタイプのダブルオフセット型等速自在継手のような他の摺動式等速自在継手にも適用可能である。

図１および図２はシングルローラタイプのトリポード型等速自在継手の全体構成を示す。同図に示す実施形態のトリポード型等速自在継手は、外側継手部材１０と、内側継手部材であるトリポード部材２０と、転動体であるローラ３０とで主要部が構成されている。

外側継手部材１０は、一端に開口部１１を有するカップ状をなし、その底部中央に軸部１３が一体的に形成されている。外側継手部材１０の内周面には、軸方向に延びる三本の直線状トラック溝１２が円周方向等間隔に形成される。各トラック溝１２は、その内側両壁に互いに対向する一対のローラ案内面１４を有する。ローラ案内面１４は円弧状断面を有し、外側継手部材１０の軸線方向に直線状に延びる。外側継手部材１０の外周面は、軽量化のため、トラック溝１２間と対応する部位に凹部１５が軸方向に形成されている。この外側継手部材１０の内部には、トリポード部材２０とローラ３０からなる内部部品が軸方向変位可能に収容されている。

トリポード部材２０は、円筒状をなすボス２１の外周面に三本の脚軸２２が円周方向等間隔（１２０°間隔）で放射状に一体形成されたものである。脚軸２２は、その先端がトラック溝１２の底部付近まで半径方向に延在し、その外周面は一般的に円筒面とされている。ボス２１の軸孔にシャフト４０の軸端がスプライン嵌合により連結され、環状のスナップリング４１によりトリポード部材２０に対して抜け止めされている。

外側継手部材１０のトラック溝１２のローラ案内面１４と脚軸２２の外周面との間に針状ころ３１を介してローラ３０が回転自在に配設される。ローラ３０の外周面は縦断面円弧状とされ、ローラ案内面１４とアンギュラ接触により二箇所で接触する場合と、サーキュラ接触により一箇所で接触する場合がある。一方、ローラ３０の内周面は、円筒状に形成されている。このローラ３０と脚軸２２との間に、複数の針状ころ３１が、保持器のない、いわゆる単列総ころ状態で配設されている。脚軸２２の外周面は針状ころ３１の内側転動面を構成し、ローラ３０の内周面は針状ころ３１の外側転動面を構成している。

これら針状ころ３１は、脚軸２２の付け根部に外嵌されたインナワッシャ３２と半径方向内側で接すると共に、脚軸２２の先端部に外嵌されたアウタワッシャ３３と半径方向外側で接している。このアウタワッシャ３３は、脚軸２２の先端部に形成された環状溝２３に丸サークリップ等の止め輪３４を嵌合させることにより抜け止めされている。

この等速自在継手では、トリポード部材２０の脚軸２２と外側継手部材１０のローラ案内面１４とがローラ３０を介して二軸の回転方向に係合することにより、駆動側から従動側へ回転トルクが等速で伝達される。また、ローラ３０が脚軸２２に対して回転しながらローラ案内面１４上を転動することにより、外側継手部材１０とトリポード部材２０との間の相対的な軸方向変位や角度変位が許容される。

以上の構成を具備した等速自在継手の外側継手部材１０において、回転トルクの伝達時に高面圧が作用するトラック溝１２のローラ案内面１４には、焼入れ（例えば高周波焼入れ）により硬化層１６が形成されている。この硬化層１６は、図３に示すように、ローラ３０が軸方向変位時にトラック溝１２のローラ案内面１４と接触する全軸方向領域Ａに亘って形成されている。このように、ローラ案内面１４に硬化層１６を形成することにより、ローラ３０の転動でローラ案内面１４が摩耗することを未然に防止できる。ローラ案内面１４を転動するローラ３０も焼入れ（例えばズブ焼入れ）により表面硬化されている。硬化層１６およびローラ３０の表面硬さは、摩耗防止のため、ＨＲＣ５７〜６４としている。

一方、外側継手部材１０は、継手の小型軽量化のために薄肉化が図られている。この薄肉化に伴う外側継手部材１０の捩り疲労強度の低下により、外側継手部材１０のトラック溝１２のローラ案内面１４の裏側、つまり、外側継手部材１０の外周面の凹部１５でローラ案内面１４と対応する部位に、ローラ３０から加わる荷重により生じる引張応力が集中する。そのため、外側継手部材１０の凹部１５のローラ案内面１４と対応する部位に初期クラックが発生して破損起点となることから、その部位の強度確保が必要である。

そこで、この実施形態の等速自在継手では、外側継手部材１０の凹部１５のローラ案内面１４と対応する部位の捩り疲労強度を確保するため、外側継手部材１０の外周面の凹部１５でローラ案内面１４と対応する部位に、焼入れ（例えば高周波焼入れ）により硬化層１７を形成している。この硬化層１７は、図４に示すように、ローラ３０が軸方向変位時にトラック溝１２のローラ案内面１４と接触する全軸方向領域Ａのうち、一部の軸方向領域Ｂと対応する外側継手部材１０の外周面部位に形成されている。硬化層１７の表面硬さはＨＲＣ５７〜６４で、有効硬化深さは下限が０．０５ｍｍで上限が０．１３ｍｍ程度で十分である。あまり深く焼き入れると、内側の硬化層１６とつながり焼き抜けが生じ、耐久性および強度を低下させることになる。

この全軸方向領域Ａのうちの部分的軸方向領域Ｂとしては、軸方向変位の中心であるジョイントセンタＣを基準に、一般的な車両走行で常時の軸方向変位に使用される領域（ジョイントセンタＣを中心とした前後軸方向寸法Ｌで規定される領域）が有効である。ローラ３０からの繰り返し荷重に対する捩り疲労強度を確保する必要があるのは、一般的な車両走行で常時において軸方向変位に使用される領域、つまり、常時、ローラ３０からの繰り返し荷重が負荷される領域である。

この部分的軸方向領域Ｂは、継手の大きさや使用条件で任意に設定されるものであるが、ジョイントセンタＣを中心とした前後軸方向寸法Ｌ＝１５ｍｍ程度を最大値とする。この部分的軸方向領域Ｂ外である外側継手部材奥側の軸方向領域や入口側の軸方向領域については、例えば車両のフルバンプやフルリバウンド時など使用頻度が少ない領域であるので、これらの軸方向領域を含めた従来のような全軸方向領域Ａに硬化層１７を形成する必要はない。

以上のように、ローラ３０が軸方向変位時にローラ案内面１４と接触する領域と対応する外側継手部材１０の外周面部位に硬化層１７を形成したことにより、ローラ３０からの繰り返し荷重による引張応力の集中により初期クラックが発生して破損起点となる部位の捩り疲労強度を確保することができる。

しかも、ローラ３０が軸方向変位時にローラ案内面１４と接触する全軸方向領域Ａのうち、一部の軸方向領域Ｂと対応する外側継手部材１０の外周面部位に前述の硬化層１７を形成していることから、硬化層１７が形成された軸方向領域Ｂを短くすることで、硬化層形成のための熱処理による外側継手部材１０の変形を最小限に抑制することができ、ローラ案内面１４を含む継手内部形状の精度を確保することができる。

前述した硬化層１７は、焼入れ（例えば高周波焼入れ）によって形成する以外に、ショットブラストやショットピーニングによって形成することも可能である。このように、焼入れ、ショットブラストやショットピーニングを採用することにより、硬化層１７を簡便な手段により容易に形成することができる。

また、この硬化層１７は、焼入れ（例えば高周波焼入れ）によって形成した後、その硬化層形成部位にショットブラストやショットピーニングを行うようにしてもよい。このように、焼入れ後にショットブラストやショットピーニングを行うことにより、硬化層１７が形成された外側継手部材１０の外周面部位における圧縮残留応力を適正化することが可能となる。この硬化層１７の焼入れは、高周波焼入れの場合は内側の硬化層１６を焼入れるときに同時に高周波焼入れすることにより、製造工程を増加させることがないので有効である。一方、ショットブラストやショットピーニングを行う場合は、製造工程が増えるものの上記のように外側継手部材１０の外周面部位における圧縮残留応力を適正化することが可能となるので外側継手部材１０の耐久性向上に効果的である。

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外側継手部材
１２トラック溝
１４ローラ案内面
１７硬化層
２０内側継手部材（トリポード部材）
２２脚軸
３０転動体（ローラ、ボール）
Ａ全軸方向領域
Ｂ一部の軸方向領域

Claims

軸方向に延びるトラック溝が内周面の円周方向複数箇所に形成された外側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝に転動自在に挿入された転動体を介して前記外側継手部材との間で角度変位を許容しながらトルクが伝達される内側継手部材とを備え、前記転動体が前記外側継手部材のトラック溝に沿って案内されながら転動体および内側継手部材が外側継手部材に軸方向変位可能に収容された摺動式等速自在継手であって、
前記転動体が軸方向変位時にトラック溝と接触する全軸方向領域のうち、一部の軸方向領域と対応する外側継手部材の外周面部位に硬化層を形成したことを特徴とする摺動式等速自在継手。
前記硬化層は、焼入れによって形成されている請求項１に記載の摺動式等速自在継手。
前記硬化層は、ショットブラストあるいはショットピーニングによって形成されている請求項１又は２に記載の摺動式等速自在継手。
前記外側継手部材は、軸線方向に延びる三本のトラック溝が内周面に形成されると共に各トラック溝の内側壁に互いに対向するローラ案内面が形成され、前記内側継手部材は、先端が前記トラック溝内に挿入された三本の脚軸を有するトリポード部材であり、前記転動体は、前記脚軸に回転自在に支持されると共に前記外側継手部材のトラック溝に挿入されて前記ローラ案内面に沿って案内されるローラである請求項１〜３のいずれか一項に記載の摺動式等速自在継手。