JPS635614B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、等速自在継手の改良に関するもの
である。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点 ボールを利用して動力を伝達する等速自在継手
にあつては、第１図に示す如く、角度１を付与さ
せた軸２と軸３の間に回転力を伝達する際に、ボ
ール４が外方部材Ａの端面５に最も接近した状態
にあるボール溝６すなわち第１図ａにおいて上側
にあらわれているボール溝６の溝底部７の開口端
部に、大きな引張力８が発生する。一方、ボール
４が外方部材の端面５より最も遠ざかつた状態に
あるボール溝６すなわち第１図ａにおいて下側に
あらわれているボール溝６の溝底部７には、前記
の引張力８は発生しない。そして、軸２及び軸３
が作動角１を付与されつつ回転する間に、外方部
材のボール溝の溝底部の開口端部には、０から最
大値まで変動する引張荷重が繰り返し負荷され、
角度１を付与しつつ大なる回転力を伝達する使
途、例えば四輪駆動車の操舵輪駆動軸では、回転
が進行するにつれて、自在継手の外方部材の溝底
部の開口端部に疲労破壊が発生することがある。
又上記ボール溝６は、回転力伝達の際生ずる接触
圧力に耐える必要から熱処理にて硬化する必要が
あるが、従来の滲炭熱処理法では、第２図の如
く、硬化層１１は全表面部に形成され、ボール溝
６及び保持器案内面１２のみ硬化させる事は、特
殊で且つ高価な滲炭防止処理を実施する以外にも
実現出来ず、又熱処理してならない部分の熱処理
硬化を伴うものであつた。

一方、等速自在継手の外方部材の内孔表面のみ
を高周波焼入れて硬化処理することが、特公昭48
−32530号公報に開示されている。しかしながら、
単に内孔表面を全体に硬化させただけでは、ボー
ル溝の全長に亘つてつまり開口端部まで硬化層が
形成され、前述のように特に作動角をとりつつ回
転力を伝達するとき外方部材の端面におけるボー
ル溝溝底部に繰り返し発生する引張力に対する疲
労強度が劣り、寿命に対する信頼性が乏しいとい
う問題があつた。

この発明は、上に述べたような従来等速自在継
手に認められた問題点を解決せんとしたもので、
特に作動角をとりつつ回転力を伝達するとき外方
部材の溝底部に繰り返し発生する引張力に対する
疲労強度を大幅に向上せしめた等速自在継手を提
供することを主たる目的とするものである。

問題点を解決するための手段 斯かる目的を達成するため、この発明は、外方
部材の保持器案内面およびボール溝に設けるべき
表面硬化層を、外方部材のボール溝の溝底部の開
口端部には形成させないようにした。すなわちこ
の発明の等速自在継手は、球面状或いは円筒状の
内孔に、作動角をとりつつ回転力を伝達させるボ
ールを収容する複数のボール溝が周方向に等間隔
に形成され、その間を保持器の案内面とした外方
部材を有する等速自在継手であつて内孔表面に硬
化層を形成させるものにおいて、上記外方部材の
ボール溝の溝底部の開口端部をのこして、上記保
持器案内面及びボール溝の表面に高周波誘導加熱
熱処理による所定の硬化層を形成したことを特徴
としている。

作 用 図面を参照して説明すれば、第６図右半部に示
すように、外方部材Ａの端面５に環状の金属環を
当て、その状態で外方部材の内孔内に高周波誘導
加熱コイルを挿入し、内孔表面を加熱処理するこ
とによつて、所定の硬化層を斜線で示す範囲に形
成させる。その際外方部材Ａのボール溝の溝底部
の開口端部に熱処理硬化層が形成されないよう
に、金属環の内径を適当に選定する。要するに、
第６図の右半部で、斜線部分以外の部分が、硬化
層の形成されていない部分である。そして、参照
符号Ｄで指した部分は、保持器案内面１２部分に
比べて肉厚が薄く、しかも繰り返し最大引張応力
のかかる部分である。しかるにこの部分に硬化層
を形成させず非硬化層として残しておくことによ
り、この部分Ｄの亀裂感度が小さくなるとともに
硬化層部分には圧縮残留応力が得られ、この部分
Ｄに繰り返し作用する引張応力に耐え得るように
なる。これがため当該部分Ｄの疲労強度が大とな
る。尚、斜線部分には所定の硬化層が形成されて
いるので、ボール溝６の側壁面はボール４の転動
による回転力伝達に際して生ずる接触圧力に耐
え、また、案内面１２は保持器の摺動による摩耗
に耐え得る面となつている。

なお、単に、外方部材Ａの内孔表面全体を誘導
加熱処理して硬化層を形成させると、第６図左半
部に斜線で示すように、ボール溝６の溝底部７の
肉厚が案内面１２部の肉厚より薄いため、溝底部
７の硬化層の深さが案内面１２の硬化層の深さよ
り深くなる。そうすると、金属表面の加熱処理に
よる硬化層では亀裂感度が高いことは一般に知ら
れている通りであるが、ボール溝６の溝底部７は
硬化層が深く、表面硬度が高いので、大きな繰り
返し引張応力によつて亀裂が進行する程度まで亀
裂感度が高くなつている。それがため、等速自在
継手の回転中、当該部分に繰り返し引張応力が作
用することによつて、この部分に疲労破壊が生じ
ておつたものである。

実施例 以下、この発明の実施例を第３図、第３ａ図及
び第３ｂ図に従つて説明する。なお、この実施例
の場合、等速自在継手としての全体構造について
は第１図ａ，ｂに示した一般的なものでよい。す
なわち、連結すべき２軸のうちの一方の軸２に設
ける外方部材Ａと、他方の軸３に設ける内方部材
Ｂと、これら両部材間に介在するボール４と、ボ
ールの相互間隔を保たせるための保持器９とを主
要構成要素とする。外方部材Ａと内方部材Ｂは
夫々、軸方向に延在する異心円弧状断面のボール
溝６，２６を有し、対向する対のボール溝６，２
６でボール４のトラツクを構成する。周方向に隣
り合うボール溝間は保持器９の外又は内周面と摺
接する保持器案内面１２，２２となる。しかして
外方部材Ａの内周面および内方部材Ｂの外周面は
軸方向に直角な断面（第１図ｂ）でみると、周方
向にボール溝６，２６と保持器案内面１２，２２
が交互にあらわれる花冠状を呈する。

しかして前述したような疲労破壊に対する欠点
を解消するために、外方部材Ａの端面の面取寸法
１３を0.7ｍ／ｍ以上として応力集中を緩和する
と共に、熱処理方法として必要部のみ局部的に熱
処理硬化可能である高周波誘導加熱による熱処理
を採用し、溝底部の硬化層１４を端面５まで及ぼ
さずに溝底部の面取部にて止める。１５は放熱作
用と溝底部の硬化範囲を調整する作用とを果たす
金属環、そして１６は端面の非硬化層である。金
属環１５を端面５に当てがつた状態にて誘導加熱
を実施すれば、金属環１５の放熱作用により溝底
部より大径側の端面部分の昇温を防ぐことが出
来、かつ、溝底部の硬化層１４の範囲調整が可能
となる。

硬化層を設けるべき範囲は、第１図に概略示す
ように、等速自在継手が最大変位角度をとつたと
きに占めるボールの位置に基づいて定める。熱処
理にあたつてこの硬化層の範囲は、主として金属
環１５の内径（換言すれば、第６図における寸法
ｌ）により調整する。すなわち、第３ａ図および
第３ｂ図に示すように、高周波コイルＣによる磁
束Φ₁が矢印の方向に増してゆく場合、金属環１
５内に電流Ｉが流れ、この電流によつて磁束Φ₂
が発生して磁束Φ₁を打ち消すように作用する。
このため、金属環１５の端面からの磁束Φ₁は金
属環中を通過しにくくなり、Φ₃の方向に流れる
ようになる。したがつて、金属環１５をあてがつ
た外方部材Ａの端面５は加熱されず、非硬化層と
して残される。このような金属環１５は磁束を遮
断してジユール発熱を妨げる働きをするもので、
金属環１５の内径を変えることによつて外方部材
Ａに作用する磁束の巾を調整することができ、結
局そうすることで硬化層の範囲を設定・調整する
ことが可能となる。すなわち、金属環１５の内径
を大きくするほど外方部材Ａに到達する磁束の巾
が広くなつてそれだけ硬化層が端面５側（図中右
側）まで及ぶこととなり、逆に内径を小さくして
いけば硬化層の図中右側端が端面５から遠ざかつ
ていくことになる。

上に述べたところでは、金属環１５は磁束を遮
断する手段として利用しているが、その意味で、
金属環１５の材質は真鍮、砲金、ステンレス等の
非磁性体とすることが好ましい。しかしながら、
鉄のような材料であつても、熱を十分に取り去る
ように工夫すれば、熱伝導によつて同様の作用を
おこなわせることができる。また、この金属環１
５にも電流が流れるため、電気抵抗の小さい材料
を使用することにより、発熱を抑える必要があ
る。

第４図は平行なボール溝を有するいわゆる
DOJ型等速自在継手の外方部材における熱処理
硬化層１４を示す。

第５図は従来の滲炭品、端面焼入深さ１７の大
きな誘導加熱処理品及びこの発明に係る硬化範囲
を調整した誘導加熱処理品の、疲労寿命について
の比較例を示す。

発明の効果 以上説明したように、この発明に、球面状或い
は円筒状の内孔に、作動角をとりつつ回転力を伝
達させるボールを収容する複数のボール溝が周方
向に等間隔に形成され、その間を保持器の案内面
となした外方部材を有する等速自在継手であつて
内孔表面に硬化層を形成させるものにおいて、上
記外方部材のボール溝の溝底部の開口端部をのこ
して上記保持器案内面及びボール溝の表面に高周
波誘導加熱熱処理による所定の硬化層を形成した
から、作動角をとりつつ回転力を伝達する等速自
在継手において外方部材の溝底部に発生する引張
力の繰り返しに対する疲労強度を大幅に向上せし
めることができる。すなわち、ボール溝の溝底部
の開口端部に非硬化層１６を大きく残すことによ
り、熱処理硬化層１４における金属組織の変態に
伴う体積膨張が非硬化層１６で妨げられるので、
溝底部７の開口端部に圧縮残留応力が発生して溝
底開口端部面取部の繰り返し引張応力に対する疲
労強度が向上し、かつ、じん性の高い非硬化層が
存在することによつて亀裂感度が低下する。した
がつて、第１図の如く作動角１をとりつつ回転力
を伝達する等速自在継手の外方部材の溝底部７に
発生する引張力８の繰り返しに対する疲労強度が
大巾に向上し、疲労破壊に対する寿命が著しく延
長する。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは等速自在継手の縦断面図と横断
面図、第２図は従来の滲炭焼入れを施した外方部
材の縦断面図、第３図は金属環をあてがつた状態
の外方部材の半断面図、第３ａ図は高周波加熱熱
処理の要領を示す模式的断面図、第３ｂ図は金属
環の作用を説明するための断面略図、第４図は平
行なボール溝を有する外方部材の縦断面図と端面
図、そして第５図は従来品と本発明品の疲労寿命
についての比較実験結果を示すグラフである。第
６図は外方部材の端面における硬化層の範囲を示
す模式図で、左半部は単に内孔表面を全体に硬化
させた場合、右半部は本発明による場合である。 Ａ……外方部材、４……ボール、５……端面、
Ｃ……高周波コイル、６……ボール溝、７……溝
底部、９……保持器、１２……保持器案内面、１
４……熱処理硬化層、１５……金属環、１６……
非硬化層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 球面状或いは円筒状の内孔に、作動角をとり
   つつ回転力を伝達させるボールを収容する複数の
   ボール溝が周方向に等間隔に形成され、その間を
   保持器の案内面とした外方部材を有する等速自在
   継手であつて内孔表面に硬化層を形成させるもの
   において、上記外方部材のボール溝の溝底部の開
   口端部をのこして、上記保持器案内面及びボール
   溝の表面に高周波誘導加熱処理による所定の硬化
   層を形成したことを特徴とする等速自在継手。