JP2007064265A - 等速自在継手及びその内方部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 内輪の外径面、トラック溝およびスプラインで最適な熱処理硬化層を形成し、内輪の外径面およびトラック溝の強度を確保すると共にスプラインの強度および嵌合精度も同時に確保する。
【解決手段】 外輪との間で角度変位を許容しながらトルクを伝達する等速自在継手に装備され、外径面４に複数のトラック溝５が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成され、かつ、軸孔２２の内径面にシャフト嵌合用のスプライン２３が形成された内輪６であって、前記外径面４、トラック溝５およびスプライン２３に高周波焼入れによる熱処理硬化層２１，２８を形成し、かつ、外径面４およびトラック溝５の硬化層２１の深さをスプライン２３の硬化層２８よりも大きくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車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に組み込まれる固定型あるいは摺動型の等速自在継手及びその等速自在継手の一部を構成する内方部材に関する。

例えば、自動車のドライブシャフト等の連結用継手として使用されている固定型等速自在継手（ツェパー型等速自在継手：ＢＪ）は、球面状の内径面に曲線状のトラック溝を軸方向に形成した外方部材としての外輪と、球面状の外径面に曲線状のトラック溝を軸方向に形成した内方部材としての内輪と、外輪のトラック溝とこれに対応する内輪のトラック溝とが協働して形成されるボールトラックに配された複数のトルク伝達用ボールと、それらのボールを保持するポケットを備えたケージとで構成される。複数のボールは、ケージに形成されたポケットに収容されて円周方向等間隔に配置されている。

この等速自在継手をドライブシャフトに使用する場合、外輪の一端から軸方向に一体的に延びる軸部（従動軸）を車輪軸受装置に連結すると共に、内輪の軸孔にスプライン嵌合されたシャフト（駆動軸）を摺動型等速自在継手に連結するようにしている。この外輪の軸部と内輪側のシャフトの二軸間で外輪と内輪とが角度変位すると、ケージのポケットに収容されたボールは常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。ここで、作動角とは、外輪の軸部と内輪のシャフトとがなす角度を意味する。

等速自在継手の内輪については、熱処理を施すことにより、製品寿命を向上させ、ひいては等速自在継手の製品寿命を向上させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。この内輪の熱処理は、一般的に浸炭焼入れで行われれている。
特開２０００−２２７１２３号公報

ところで、前述した等速自在継手における内輪は、通常、焼入れ硬化能を有する鋼材にて形成されており、図６および図７に示すようにケージの内径面と接触する外径面１０４と、ボールが転動するために高面圧に晒されるトラック溝１０５と、シャフトが嵌合するスプライン１２３とに、浸炭焼入れによる硬化層１２１，１２８が形成されている。

なお、図６は図７のＦ−Ｆ線に沿う断面図であり、図７は図６のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。同図においては、断面を表すハッチングを省略し、硬化層１２１，１２８を形成部位をハッチングで表している。

この内輪１０６では、ボールが転動するために高面圧に晒されるトラック溝１０５には深い熱処理硬化層を形成する必要があるのに対して、シャフトが嵌合するスプライン１２３には、熱処理変形の観点から浅い熱処理硬化層を形成することが望ましい。

つまり、内輪１０６の軸孔１２２にシャフトを挿入することにより、内輪１０６のスプライン１２３とシャフトの外径面に形成されたスプラインを噛み合わせることで内輪１０６とシャフトをトルク伝達可能なように連結固定するが、この内輪１０６のスプライン１２３に深い硬化層が形成されていると、その熱処理変形によってスプライン嵌合の精度を確保することが困難となる。一方、内輪１０６のスプライン１２３に硬化層が全く形成されていないと、内輪１０６の強度が低いものになってしまう。従って、耐磨耗性の点で内輪１０６の強度を確保しつつ、スプライン嵌合の精度を確保するため、内輪１０６のスプライン１２３には、浅い熱処理硬化層を形成する必要がある。

しかしながら、従来の内輪１０６における熱処理硬化層１２１，１２８は、浸炭焼入れにより、外径面１０４、トラック溝１０５およびスプライン１２３を同時に形成されていることから、それら外径面１０４、トラック溝１０５およびスプライン１２３の一部にのみ、深い熱処理硬化層を形成することは困難である。一方、外径面１０４およびトラック溝１０５に深い熱処理硬化層を形成すると共に、スプライン１２３に深い熱処理硬化層が形成されないようにするため、内輪１０６のスプライン１２３に蓋をしてから浸炭焼入れを行う例（防炭処理）もあるが、生産性が低下する原因となる。このように、浸炭焼入れによる熱処理では、硬化層の深さを内輪１０６の外径面１０４、トラック溝１０５およびスプライン１２３で必要に応じて制御することが困難であった。

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、内方部材の外径面、トラック溝およびスプラインで最適な熱処理硬化層を形成し、内方部材の強度を確保すると共にスプラインの精度も同時に確保することにある。

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、外方部材との間で角度変位を許容しながらトルクを伝達する等速自在継手に装備され、外径面に複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成され、かつ、軸孔の内径面にシャフト嵌合用のスプラインが形成された内方部材であって、前記外径面、トラック溝およびスプラインに高周波焼入れによる熱処理硬化層を形成し、かつ、外径面およびトラック溝の硬化層の深さをスプラインの硬化層よりも大きくしたことを特徴とする。

ここで、スプラインの硬化層は、軸孔の円周方向に沿って不連続に形成したり、あるいは全周に亘って形成したりすることが可能である。また、前述の構成からなる内方部材に、外方部材と、その外方部材と内方部材の間に介在してトルクを伝達するトルク伝達部材とを付加すれば、等速自在継手を構成することが可能となる。

本発明では、外径面、トラック溝およびスプラインに高周波焼入れによる熱処理硬化層を形成する。このように高周波焼入れを適用することで、外径面、トラック溝およびスプラインの熱処理硬化層の深さを自由に設定することができる。従って、外径面およびトラック溝の硬化層の深さをスプラインの硬化層よりも大きくしたことにより、ボールが転動するために高面圧に晒されるトラック溝やケージの内径面に摺接する外径面に深い熱処理硬化層を形成すると共に、強度およびスプライン嵌合の精度を確保するのに必要な最低限の浅い熱処理硬化層をスプラインに形成することが可能となる。

本発明によれば、外径面、トラック溝およびスプラインに高周波焼入れによる熱処理硬化層を形成し、かつ、外径面およびトラック溝の硬化層の深さをスプラインの硬化層よりも大きくしたことにより、ボールが転動するために高面圧に晒されるトラック溝やケージの内径面に摺接する外径面に深い熱処理硬化層を形成すると共に、シャフトが嵌合されるスプラインに浅い熱処理硬化層を形成することが可能となる。これにより、トラック溝および外径面の強度を確保すると同時に、スプラインの強度および嵌合精度を確保することができ、製品寿命を向上させることができると共に製品の信頼性も大幅に向上させることができる。

本発明の実施形態を以下に詳述する。なお、以下の実施形態は、８個ボールの固定型（ツェパー型）等速自在継手（ＢＪ）に適用した場合を例示するが、他の等速自在継手、例えば、固定型（アンダーカットフリー型）等速自在継手（ＵＪ）、摺動型（クロスグルーブ型）等速自在継手（ＬＪ）や摺動型（ダブルオフセット型）等速自在継手（ＤＯＪ）、摺動型（トリポード型）等速自在継手（ＴＪ）も適用可能である。また、６個ボールの固定型等速自在継手にも適用可能である。

図４および図５に示す実施形態の等速自在継手は、球面状の内径面１に曲線状のトラック溝２を軸方向に形成した外方部材としての外輪３と、球面状の外径面４に曲線状のトラック溝５を軸方向に形成した内方部材としての内輪６と、外輪３のトラック溝２とこれに対応する内輪６のトラック溝５とが協働して形成されるボールトラックに配された８個のトルク伝達用ボール７と、それらのボール７を保持するポケット８を備えたケージ９とで構成される。８個のボール７は、ケージ９に形成されたポケット８に一個ずつ収容されて円周方向等間隔に配置されている。

外輪３のトラック溝２の曲率中心Ｏ_１と内輪６のトラック溝５の曲率中心Ｏ_２とは、ボール７の中心を含む継手中心面Ｏに対して軸方向に等距離だけ反対側にオフセットされ、そのため、ボールトラックは開口側が広く、奥側に向かって漸次縮小した楔形状になっている。また、外輪３の内径面１および内輪６の外径面４の球面中心はいずれも継手中心面Ｏと一致する。

前述の構成からなる等速自在継手を自動車のドライブシャフトに使用する場合、前述の外輪３のマウス部１０の底部から一体的に延びる軸部１１（従動軸）を車輪軸受装置（図示せず）に連結すると共に、内輪６の軸孔２２にスプライン嵌合されたシャフト１２（駆動軸）を摺動型等速自在継手（図示せず）を連結する。

この等速自在継手では、外輪３の軸部１１と内輪側のシャフト１２の二軸間で作動角度変位を許容しながらトルク伝達が可能な構造となっている。つまり、外輪３と内輪６とが角度θだけ角度変位すると、ケージ９に案内されたボール７は常にどの作動角θにおいても、その作動角θの二等分面（θ／２）内に維持され、継手の等速性が確保される。

前述した内輪６において、その外径面４はケージ９の内径面１３と摺接するために耐磨耗性を必要とし、また、トラック溝５はボール７が転動するために高面圧に晒されることから耐磨耗性の点で強度を必要とする。さらに、軸孔２２の内径面のスプライン２３はシャフト１２の外径面のスプライン２４が嵌合するために強度および嵌合精度を必要とする。

この等速自在継手の内輪６は、高周波焼入れによる硬化処理が可能な鋼材、例えば機械構造用炭素鋼で製作されている。内輪６は、図１および図２に示すようにケージ９の内径面１３と摺接する外径面４と、ボール７が転動するために高面圧に晒されるトラック溝５と、軸孔２２の内径面のスプライン２３とに、高周波焼入れによる熱処理硬化層２１，２８が形成されている。なお、スプライン２３の焼入れ範囲は、スプライン２３の有効嵌合長の部分だけでよい。

ここで、図１は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であるが、同図においては、断面を表すハッチングを省略し、硬化層２１，２８を形成部位をハッチングで表している。

前述したように硬化層２１，２８の形成に高周波焼入れを適用したことにより、内輪６の外径面４、トラック溝５および軸孔２２のスプライン２３に形成された硬化層２１，２８の深さを自由に設定することができる。この硬化層２１，２８の深さを自由に設定する手段としては、例えば高周波焼入れ用の加熱コイルの出力を変更すること等により可能である。

そこで、内輪６の外径面４およびトラック溝５の硬化層２１の深さをスプライン２３の硬化層２８よりも大きくする。つまり、ボール７が転動するために高面圧に晒されるトラック溝５やケージ９の内径面１３に摺接する外径面４に深い熱処理硬化層２１を形成すると共に、シャフト１２が嵌合されるスプライン２３に強度およびスプライン嵌合の精度を確保するのに必要な最低限の浅い熱処理硬化層２８を形成する。これにより、トラック溝５および外径面４の強度を確保すると同時に、スプライン２３の強度および嵌合精度を確保することができる。

このように、ボール７が転動するために高面圧に晒されるトラック溝５やケージ９の内径面１３に摺接する外径面４に深い熱処理硬化層２１を形成するには、高周波焼入れ時、高周波加熱用コイルと内輪６の外径面４との距離を近くし、そのコイルの電源周波数を低くすればよい。また、内輪６の軸孔２２のスプライン２３に強度およびスプライン嵌合の精度を確保するのに必要な最低限の浅い熱処理硬化層２８を形成するには、高周波焼入れ時、高周波加熱用コイルと内輪６のスプライン２３との距離を遠くし、そのコイルの電源周波数を高くすればよい。

なお、内輪６の軸孔２２のスプライン２３に形成された硬化層２８については、図２に示すように円周方向に沿って全周に亘って形成したり、あるいは、図３に示すように円周方向に沿って不連続に形成することも可能である。図３に示す硬化層２８’は、円周方向に沿って等間隔に複数配列した状態で断続的に形成された場合を例示している。この硬化層２８’は、内輪６の肉厚が最も小さい箇所、つまり、トラック溝５と対応する箇所に形成することにより、内輪６の強度を確保するようにしている。

本発明の実施形態で、図４の固定型等速自在継手の内輪を示し、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図２の実施形態の変形例を示す断面図である。 固定型等速自在継手の構造例で、図５のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 図４のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 内輪の従来例で、図７のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。 図６のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。

符号の説明

３ 外方部材（外輪）
４ 内方部材（内輪）の外径面
５ 内方部材（内輪）のトラック溝
６ 内方部材（内輪）
７ トルク伝達部材（ボール）
２１ 硬化層
２２ 軸孔
２３ スプライン
２８ 硬化層

Claims (4)

1. 外方部材との間で角度変位を許容しながらトルクを伝達する等速自在継手に装備され、外径面に複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成され、かつ、軸孔の内径面にシャフト嵌合用のスプラインが形成された内方部材であって、前記外径面、トラック溝およびスプラインに高周波焼入れによる熱処理硬化層を形成し、かつ、外径面およびトラック溝の硬化層の深さをスプラインの硬化層よりも大きくしたことを特徴とする等速自在継手の内方部材。
2. 前記スプラインの硬化層は、軸孔の円周方向に沿って不連続に形成されている請求項１に記載の等速自在継手の内方部材。
3. 前記スプラインの硬化層は、軸孔の円周方向に沿って全周に亘って形成されている請求項１に記載の等速自在継手の内方部材。
4. 外方部材と、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内方部材と、前記外方部材と内方部材の間に介在してトルクを伝達するトルク伝達部材とを具備した等速自在継手。

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