特開 2023-162620 トリポード型等速自在継手

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023162620

(43)【公開日】2023-11-09

(54)【発明の名称】トリポード型等速自在継手

(51)【国際特許分類】

   F16D 3/205 20060101AFI20231101BHJP

【ＦＩ】

F16D3/205 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022073074

(22)【出願日】2022-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(72)【発明者】

【氏名】河田 将太

(72)【発明者】

【氏名】梁 正武

(72)【発明者】

【氏名】藤原 秀人

(72)【発明者】

【氏名】牛尾 和也

(72)【発明者】

【氏名】竹下 翔

(72)【発明者】

【氏名】西川 翼

(57)【要約】

【課題】 ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手の低振動化を図る。
【解決手段】 継手が常用作動角をとり、かつインナリング１２の軸線が脚軸３２の軸線に対して傾いていない状態で、インナリング内周面１２ａと脚軸外周面の接触面積が最小となる曲率半径ｒと短軸長軸比ｂ／ａをそれぞれ基準値とした時に、短軸長軸比ｂ／ａを基準値に設定すると共に、曲率半径ｒを前記基準値よりも小さくする。また、トリポード部材３の芯部における炭素含有量を０．２３～０．４４％とし、トリポード部材３の各脚軸３２の表面に浸炭焼入れによる硬化層を形成する。トリポード部材３に連結される軸８が捩り破断を起こす最小の静的捩りトルクの０．３倍をＴｓトルクとして、６００ＨＶを限界硬さとした硬化層１６の有効硬化層深さを、Ｔｓトルクを負荷した時のせん断応力深さ以上に設定する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

円周方向の三カ所に継手軸方向に延びるトラック溝を備え、各トラック溝が継手円周方向に対向して配置された一対のローラ案内面を有する外側継手部材と、
半径方向に突出した三つの脚軸を備えたトリポード部材と、
前記各脚軸に装着されるローラと、
前記脚軸に外嵌され、前記ローラを回転自在に支持するインナリングとを有し、
前記ローラが前記ローラ案内面に沿って前記外側継手部材の軸方向に移動可能であり、
前記インナリングの内周面の母線が凸円弧状に形成され、前記脚軸の外周面は縦断面においてはストレート形状で、横断面においては継手軸線と直交する方向で前記インナリングの内周面と接触し、かつ継手軸線方向で前記脚軸の外周面と前記インナリングの内周面との間にすきまが形成され、前記脚軸の横断面が長軸半径をａ、短軸半径をｂとした楕円状をなすトリポード型等速自在継手において、
前記インナリング内周面の縦断面における前記円弧の曲率半径をｒ、短軸長軸比をｂ／ａとし、
前記インナリングの軸線が脚軸の軸線に対して傾いていない状態で、前記インナリング内周面と脚軸外周面の接触面積が最小となる前記曲率半径ｒと前記短軸長軸比ｂ／ａをそれぞれ基準値とした時に、前記短軸長軸比ｂ／ａを前記基準値に設定すると共に、前記曲率半径ｒを前記基準値よりも小さくし、
前記トリポード部材の芯部における炭素含有量が０．２３～０．４４％であり、
前記トリポード部材の各脚軸の表面に浸炭焼入れによる硬化層が形成され、
前記トリポード部材に連結される軸が捩り破断を起こす最小の静的捩りトルクの０．３倍をＴｓトルクとして、６００ＨＶを限界硬さとした前記硬化層の有効硬化層深さが、前記Ｔｓトルクを負荷した時のせん断応力深さ以上であることを特徴とするトリポード型等速自在継手。

【請求項2】

前記ｒ値を１．４ａ以上、２．５ａ以下とした請求項１に記載のトリポード型等速自在継手。

【請求項3】

前記短軸長軸比ｂ／ａが０．８以上、０．９以下である請求項１に記載のトリポード型等速自在継手。

【請求項4】

１０００Ｎｍ以上のトルクが負荷される請求項１～３何れか１項に記載のトリポード型等速自在継手。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、動力伝達に用いられるトリポード型等速自在継手に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車の動力伝達系で使用されるドライブシャフトにおいては、中間軸のインボード側（車幅方向の中央側）に摺動式等速自在継手を結合し、アウトボード側（車幅方向の端部側）に固定式等速自在継手を結合する場合が多い。ここでいう摺動式等速自在継手は、二軸間の角度変位および軸方向相対移動の双方を許容するものであり、固定式等速自在継手は、二軸間での角度変位を許容するが、二軸間の軸方向相対移動は許容しないものである。

【0003】

摺動式等速自在継手としてトリポード型等速自在継手が公知である。このトリポード型等速自在継手としては、シングルローラタイプとダブルローラタイプとが存在する。シングルローラタイプは、外側継手部材のトラック溝に挿入されるローラを、トリポード部材の脚軸に複数の針状ころを介して回転可能に取り付けたものである。ダブルローラタイプは、外側継手部材のトラック溝に挿入されるローラと、トリポード部材の脚軸に外嵌して前記ローラを回転自在に支持するインナリングとを備えるものである。ダブルローラタイプは、ローラを脚軸に対して揺動させることが可能となるため、シングルローラタイプに比べ、誘起スラスト（継手内部での部品間の摩擦により誘起される軸力）とスライド抵抗をそれぞれ低減できるという利点を有する。下記の特許文献１にダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手の一例が開示されている。

【0004】

特許文献１のダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手では、脚軸の外周面が縦断面において脚軸の軸線と平行なストレート形状に形成され、横断面において、長軸を継手の軸線に直交させた断面楕円状に形成されている。インナリングの内周面は、母線が半径ｒの凸円弧で形成された円弧状凸断面を有する。継手の軸線と直交する方向で脚軸の外周面とインナリングの内周面を点に近い領域で接触させ、継手の軸線方向で脚軸の外周面とインナリングの内周面との間にすきまを形成することで、ローラ、インナリング、および針状ころからなるローラユニットを脚軸の軸線に対して揺動可能にしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３５９９６１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１には、脚軸の楕円断面の長軸半径をａ、短軸半径をｂとした時の短軸長軸比ｂ/ａと、インナリング内周面の曲率半径ｒとを、ｂ／ａ＝０．７５９、曲率半径ｒ＝１．３６９ａに設定することにより、継手が最大作動角をとってもリングが傾かず、脚軸とリングとの間の面圧を最小にすることができる旨が記載されている（段落００３１）。

【0007】

しかしながら、特許文献１のように、接触面圧が最小となるようにｒ値および短軸長軸比ｂ／ａを定めたのでは、所定の作動角まではローラユニットが外側継手部材のローラ案内面に対して傾かず、誘起スラストやスライド抵抗を低く抑えられるものの、この所定の作動角を超えると、ローラユニットがローラ案内面に対して傾き、誘起スライドやスライド抵抗の増大を招く点が問題となる。

【0008】

特にトリポード型等速自在継手に負荷されるトルクが大きくなる場合や、トリポード型等速自在継手の長期使用時には、この問題がより一層顕著に表れることが明らかとなった。

【0009】

そこで、本発明は、ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手の低振動化を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

以上の目的を達成するため、本発明に係るトリポード型等速自在継手は、円周方向の三カ所に継手軸方向に延びるトラック溝を備え、各トラック溝が継手円周方向に対向して配置された一対のローラ案内面を有する外側継手部材と、半径方向に突出した三つの脚軸を備えたトリポード部材と、前記各脚軸に装着されるローラと、前記脚軸に外嵌され、前記ローラを回転自在に支持するインナリングとを有する。

【0011】

このトリポード型等速自在継手では、前記ローラが前記ローラ案内面に沿って前記外側継手部材の軸方向に移動可能である。また、前記インナリングの内周面の母線が凸円弧状に形成され、前記脚軸の外周面は縦断面においてはストレート形状で、横断面においては継手軸線と直交する方向で前記インナリングの内周面と接触する。さらに、継手軸線方向で前記脚軸の外周面と前記インナリングの内周面との間にすきまが形成される。前記脚軸の横断面は長軸半径をａ、短軸半径をｂとした楕円状をなす。

【0012】

このトリポード型等速自在継手では、前記インナリング内周面の縦断面における前記円弧の曲率半径をｒ、短軸長軸比をｂ／ａとし、前記インナリングの軸線が脚軸の軸線に対して傾いていない状態で、前記インナリング内周面と脚軸外周面の接触面積が最小となる前記曲率半径ｒと前記短軸長軸比ｂ／ａをそれぞれ基準値とした時に、前記短軸長軸比ｂ／ａを前記基準値に設定すると共に、前記曲率半径ｒを前記基準値よりも小さくしている。

【0013】

また、このトリポード型等速自在継手では、前記トリポード部材の芯部における炭素含有量が０．２３～０．４４％であり、前記トリポード部材の各脚軸の表面に浸炭焼入れによる硬化層が形成され、前記トリポード部材に連結される軸が捩り破断を起こす最小の静的捩りトルクの０．３倍をＴｓトルクとして、６００ＨＶを限界硬さとした前記硬化層の有効硬化層深さが、前記Ｔｓトルクを負荷した時のせん断応力深さ以上とされている。

【0014】

以上に述べたトリポード型等速自在継手であれば、継手の長期使用後も、低振動領域を高作動角まで拡大することができ、振動特性の経時劣化を回避することができる。

【0015】

前記ｒ値を１．４ａ以上、２．５ａ以下にするのが好ましい。

【0016】

また、前記短軸長軸比ｂ／ａを０．８以上、０．９以下にするのが好ましい。

【0017】

以上に述べたトリポード型等速自在継手は、特に１０００Ｎｍ以上のトルクが負荷されるような条件に適合する。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手の低振動化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手を示す継手軸方向の断面図である。

【図2】図１のＫ－Ｋ線で矢視した断面図である。

【図3】図１のＬ－Ｌ線における断面図である。

【図4】図１のトリポード型等速自在継手が作動角をとった状態を表す断面図である。

【図5】トリポード部材に形成した硬化層を示す断面図である。

【図6】脚軸とインナリングとの接触部に形成される接触楕円を概念的に示す側面図である。

【図7】脚軸とインナリングとの接触部に形成される接触楕円の変化を概念的に示す側面図である。

【図8】誘起スラストの実験結果を示すグラフである。

【図9】接触楕円の面圧分布と深さ方向のせん断応力の変化を説明する図である。

【図10】従来品の硬度分布を示すグラフである。

【図11】実施例品の硬度分布異を示すグラフである。

【図12】比較例と実施例について、耐久試験後の誘起スラストの測定結果を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明に係るトリポード型等速自在継手の実施形態を図１～図１２に基づいて説明する。

【0021】

図１～図４に示す本実施形態のトリポード型等速自在継手１はダブルローラタイプである。なお、図１は、ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手の軸方向の断面図であり、図２は図１のＫ－Ｋ線で矢視した断面図である。図３は、図１のＬ－Ｌ線における断面図であり、図４は、作動角をとった時のトリポード型等速自在継手を示す軸方向の断面図である。なお、以下の説明において、継手軸方向は、作動角を０°の状態とした時のトリポード型等速自在継手の軸方向を意味する。

【0022】

図１および図２に示すように、このトリポード型等速自在継手１は、外側継手部材２と、内側継手部材としてのトリポード部材３と、トルク伝達部材としてのローラユニット４とで主要部が構成されている。外側継手部材２は、一端が開口したカップ状をなし、内周面に継手軸方向に延びる３本の直線状トラック溝５が継手円周方向で等間隔に形成される。各トラック溝５には、外側継手部材２の継手円周方向に対向して配置され、それぞれ継手軸方向に延びるローラ案内面６が形成されている。外側継手部材２の内部には、トリポード部材３とローラユニット４が収容されている。

【0023】

トリポード部材３は、中心孔３０を有する胴部３１（トラニオン胴部）と、胴部３１の外周面の継手円周方向の三等分位置から半径方向に突出する３本の脚軸３２（トラニオンジャーナル）とを一体に有する。トリポード部材３は、トラニオン胴部３１の中心孔３０に形成された雌スプライン３４に、軸としてのシャフト８に形成された雄スプライン８１を嵌合させることで、シャフト８とトルク伝達可能に結合される。シャフト８に設けた肩部にトリポード部材３の継手軸方向一方側の端面を係合させ、シャフト８の先端に装着した止め輪１０をトリポード部材３の継手軸方向他方側の端面と係合させることで、トリポード部材３がシャフト８に対して継手軸方向に固定される。

【0024】

ローラユニット４は、脚軸３２の軸線を中心とした円環状のローラであるアウタリング１１と、このアウタリング１１の内径側に配置されて脚軸３２に外嵌された円環状のインナリング１２と、アウタリング１１とインナリング１２との間に介在された多数の針状ころ１３とで主要部が構成されている。ローラユニット４は、外側継手部材２のトラック溝５に収容されている。アウタリング１１、インナリング１２、および針状ころ１３からなるローラユニット４は、ワッシャ１４、１５により分離しない構造となっている。

【0025】

この実施形態において、アウタリング１１の外周面１１ａ（図２参照）は、脚軸３２の軸線上に曲率中心を有する円弧を母線とする凸曲面である。アウタリング１１の外周面１１ａは、ローラ案内面６とアンギュラコンタクトしている。

【0026】

針状ころ１３は、アウタリング１１の円筒状内周面を外側軌道面とし、インナリング１２の円筒状外周面を内側軌道面として、これらの外側軌道面と内側軌道面の間に転動自在に配置される。

【0027】

トリポード部材３の各脚軸３２の外周面は、脚軸３２の軸線を含む任意の方向の断面（縦断面）において脚軸３２の軸方向でストレート形状をなす。また、図３に示すように、脚軸３２の外周面は、脚軸３２の軸線に直交する断面（横断面）において楕円形状（概ね楕円形状である場合も含む）をなす。脚軸３２の外周面は、継手軸方向と直交する方向、すなわち長軸ａの方向でインナリング１２の内周面１２ａと接触する。継手軸方向、すなわち短軸ｂの方向では、脚軸３２の外周面とインナリング１２の内周面１２ａとの間に隙間ｍが形成されている。

【0028】

インナリング１２の内周面１２ａは、インナリング１２の軸線を含む任意の断面において凸円弧状をなす。このことと、脚軸３２の横断面形状が上述のように楕円形状であり、脚軸３２とインナリング１２の間に所定の隙間ｍを設けてあることから、インナリング１２は、脚軸３２に対して揺動可能となる。上述のとおりインナリング１２とアウタリング１１が針状ころ１３を介して相対回転自在にアセンブリとされているため、アウタリング１１はインナリング１２と一体となって脚軸３２に対して揺動可能である。つまり、脚軸３２の軸線を含む平面内で、脚軸３２の軸線に対してアウタリング１１およびインナリング１２の軸線は傾くことができる（図４参照）。

【0029】

図４に示すように、トリポード型等速自在継手１が作動角をとって回転すると、外側継手部材２の軸線に対してトリポード部材３の軸線は傾斜するが、ローラユニット４が揺動可能であるため、アウタリング１１とローラ案内面６とが斜交した状態になることを回避することができる。これにより、アウタリング１１がローラ案内面６に対して水平に転動するので、誘起スラストやスライド抵抗の低減を図ることができ、トリポード型等速自在継手１の低振動化を実現することができる。

【0030】

また、既に述べたように、脚軸３２の横断面が楕円状で、インナリング１２の内周面１２ａの縦断面が円弧状凸断面であることから、図３に示すように、トルク負荷側での脚軸３２の外周面とインナリング１２の内周面１２ａとは、長軸ａ上の領域Ｘで点接触もしくは点接触に近い狭い面積で接触する。よって、ローラユニット４を傾かせようとする力が小さくなり、アウタリング１１の姿勢の安定性が向上する。

【0031】

以上に述べたトリポード部材３は、鋼材料から、鍛造加工（冷間鍛造加工）→機械加工（旋削）⇒スプライン３４のブローチ加工→熱処理→脚軸３２の外周面の研削加工、という主要工程を経て製作される。脚軸３２の外周面は、研削工程に代えて焼入れ鋼切削で仕上げることもできる。また、冷間鍛造前には、球状化焼き鈍し工程およびボンデ処理工程を追加することができる。炭素量の低い材料を使用する等の事情により、冷間鍛造時の打鍛性に問題がなければ、球状化焼き鈍し工程を省略することができる。熱処理としては、浸炭焼入れ焼戻しが行われる。

【0032】

図５は、トリポード部材３に対する熱処理によって形成された硬化層１６を示す断面図である。硬化層１６は浸炭層を焼入れにより硬化させることで形成される。脚軸３２の外周面、胴部３１の外周面、および雌スプライン３４の表面を含むトリポード部材３の全表面に硬化層１６が形成される。完成品としてのトリポード部材３は、脚軸３２の外周面が研削（もしくは焼入れ鋼切削）で仕上げられるため、脚軸３２の外周面の硬化層１６の深さは、他の領域に比べて研削等による取り代分だけ浅い。なお、この取り代は、通常、０．１ｍｍ程度で小さいため、図５では硬化層１６の厚さを全表面で均一に描いている。

【0033】

以上に述べたダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手では、図３に示すように、トルク負荷側で脚軸３２の外周面とインナリング１２の内周面１２ａとが領域Ｘで点接触し、もしくは点に近い形で接触する。この際、接触点Ｘでは接触楕円が形成される。接触楕円の面積と形状は、継手の誘起スラストやスライド抵抗に深く関与することが知られている。

【0034】

接触楕円の形状は、脚軸３２の楕円断面の短軸長軸比ｂ／ａと、インナリング１２の内周面の縦断面における円弧状凸Ｒの曲率半径ｒで規定することができる。この関係について、以下の事実がこれまでに判明している。

【0035】

（Ａ）ダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手が作動角θをとりつつトルクを伝達する際、図６に示す脚軸３２とインナリング１２との接触楕円Ｍは、継手１回転中に、図７に示すように、（１）→（２）→（３）→（２）→（１）のように変化する。作動角θが小さいと接触楕円Ｍは円形に近くなるため、インナリング１２を傾けようとするモーメントも小さくなる。一方、作動角θが大きくなると、接触楕円は円周方向に横長となり、インナリングを傾けようとするモーメントが大きくなる。

【0036】

（Ｂ）インナリング１２の軸線が脚軸３２の軸線に対して傾いていない状態において、インナリング１２の内周面１２ａと脚軸３２の外周面との接触面積が最小になる接触楕円の形状は円形である。この状態から、インナリング１２が脚軸３２に対して傾くと、接触楕円の形状は横長の楕円形状に変化する。

【0037】

（Ｃ）インナリング１２の内周面１２ａと脚軸３２の外周面との接触部Ｘにおける接触楕
円の長軸長さは、インナリング１２が脚軸３２に対して傾いていない時に一番短くなり、脚軸３２に対するインナリング１２の傾きが大きくなるほど長くなる。そのため、インナリング内周面１２ａの曲率半径ｒおよび短軸長軸比ｂ／ａが一定の値であっても、インナリング１２と脚軸３２の傾きの程度によって接触面積の大きさは変化する。具体的には、インナリング１２が脚軸３２に対して傾いていない時（作動角＝０°）に接触面積は最も小さくなり、インナリング１２の脚軸３２に対する傾きが大きくなる（作動角＞０°）ほど接触面積が大きくなる。

【0038】

以上の知見に基づき、これまでのダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手では、インナリング１２の軸線が脚軸３２の軸線の軸線に対して傾いていない状態（作動角０°の状態）で、インナリングの内周面と脚軸の外周面との間の接触面積が最小となるように（この時、接触楕円は円形となる）、曲率半径ｒと短軸長軸比ｂ／ａを設定している。

【0039】

しかしながら、このように接触面積を最小にする曲率半径ｒと短軸長軸比ｂ／ａでは、所定の作動角まではローラアセンブリ４が外側継手部材２のローラ案内面６に対して傾斜しないため、誘起スラストやスライド抵抗を低く抑えることができるが、この所定の作動角を越えると接触楕円の干渉によってローラアセンブリ４がローラ案内面６に対して傾きだし、誘起スラストやスライド抵抗の増大を招く。

【0040】

これに対し、本実施形態では、インナリングの軸線が脚軸３２の軸線に対して傾いていない状態で、インナリング１２の内周面１２ａと脚軸３２の外周面との接触面積が最小となる曲率半径ｒと短軸長軸比ｂ／ａをそれぞれ基準値とした時に、短軸長軸比ｂ／ａとして基準値を採用すると共に、曲率半径ｒを基準値よりも小さくしている。

【0041】

このように短軸長軸比ｂ／ａを基準値としつつ、曲率半径ｒを基準値よりも小さくすることにより、接触面積最小となる曲率半径ｒおよび短軸長軸比ｂ／ａを採用する場合に比べ、接触楕円の長径および短径の長さが小さくなると共に（差動角θ＞０）、接触楕円角度βが小さくなる。そのため、インナリング１２を傾けようとするモーメントが小さくなり、誘起スラストを抑制することができる。

【0042】

なお、曲率半径ｒは１．４ａ～２．５ａの範囲が好ましい。また、短軸長軸比ｂ／ａは０．８～０．９の範囲が好ましい。

【0043】

図８は、作動角を変えた時の誘起スラスト３次成分の実験結果を示すものである。誘起スラスト成分の許容上限を２０Ｎとすると、図９に示すように、トリポード型等速自在継手の低振動領域を高角度側に拡大できることが理解できる。なお、図８中の「従来例」は、曲率半径ｒおよび短軸長軸比ｂ／ａの双方を各基準値としたものを意味する。また、「実施例」は、短軸長軸比ｂ／ａを基準値としつつ曲率半径ｒを基準値よりも小さく設定したものを意味する。

【0044】

一方、かかる構成を採用しても、トリポード型等速自在継手を長期使用すれば、接触部Ｘで脚軸３２の耐久性が低下し、そのために振動特性が経時的に劣化することが明らかとなった。特にトリポード型等速自在継手に高トルク（１０００Ｎｍ以上）が頻繁に負荷される条件下で使用される場合には、この傾向が顕著なものとなる。

【0045】

この問題に対処するため、本実施形態では、脚軸３２の耐久性を向上させるため、高硬度の硬化層を深く形成すべきとの着想に至った。そして、この着想の下、トリポード部材３の素材として、従来使用していた鋼材よりも、鋼材中の炭素量を増やし、併せて、硬化層の有効硬化層深さをトリポード型等速自在継手に負荷されるトルクに応じた深さに設定することにした。以下、それぞれについて説明する。

【0046】

（１）炭素量の増大
従来のトリポード部材３は、肌焼鋼の一種であるクロム・モリブデン鋼を素材として使用する場合が多い。本実施形態では、炭素量が０．２３％よりも多い鋼材（好ましくは炭素量が０．２４％以上、さらに好ましくは０．３２％以上の鋼材）を素材として使用する（炭素量を表す「％」は「質量％」を意味する）。但し、炭素量が多すぎると、トリポード部材を鍛造する際の成形性が低下するため、炭素量は０．４４％以下の鋼材を使用する。この条件に該当する肌焼鋼として、例えばＪＩＳ Ｇ４０５３に規定のクロム・モリブデン鋼ＳＣＭ４３５、もしくはＳＣＭ４４０を挙げることができる。また、鋼材として、焼入れ性が保証された、ＪＩＳ Ｇ４０５２に規定の所謂Ｈ鋼（ＳＣＭ４３５Ｈ、ＳＣＭ４４０Ｈ）を使用するのが好ましい。ちなみに、ＪＩＳ Ｇ４０５２によれば、ＳＣＭ４３５Ｈの炭素量は０．３２％～０．３９％、ＳＣＭ４４０の炭素量は０．３７％～０．４４％である。

【0047】

なお、上記炭素量（０．２３％以上、０．４４％以下）を満たす肌焼鋼であれば、他の種類の鋼材、例えばＪＩＳ Ｇ４０５３に規定のクロム鋼（ＳＣｒ４３５、ＳＣｒ４４０等）を使用することもできる。クロム鋼についても、上記と同様にＳＣｒ４３５Ｈ、ＳＣｒ４４０Ｈ等のＨ鋼を使用するのが好ましい。ちなみにＳＣｒ４３５Ｈの炭素量は０．３２％～０．３９％、ＳＣｒ４４０Ｈの炭素量は０．３７％～０．４４％である。

【0048】

なお、トリポード部材３の表面では、浸炭焼入れにより炭素量が素材に含まれていた炭素量よりも増大するが、トリポード部材３の芯部では、浸炭焼入れ後もトリポード部材３の素材の炭素量（０．２３％以上、０．４４％以下）が維持される。

【0049】

（２）有効硬化層深さの設定
また、本実施形態では、トリポード部材３の表面に形成された硬化層１６の有効硬化層深さＨ（限界硬さ６００ＨＶ）を、トリポード型等速自在継手１にＴｓトルクを負荷した時の最大せん断応力深さＺ以上としている（Ｈ≧Ｚ）。

【0050】

ここでいう「Ｔｓトルク」は、トリポード部材３に連結されるシャフト８が捩り破断を起こす最小の静的捩りトルクの０．３倍の値である。トリポード型等速自在継手１にＴｓトルクが負荷されると、インナリング１２の内周面１２ａとの間で負荷側の接触部Ｘ（図３参照）を構成する脚軸７の外周面に接触楕円が生じる。この時、図９に示すように、接触楕円の中心が最大面圧Ｐｍａｘとなる。この接触楕円の中心上で脚軸直下方向（脚軸３２の内径方向）において最大のせん断応力τ_maxを発生する深さが「最大せん断応力深さＺ」である。

【0051】

なお、有効硬化層深さは鋼材の表面から限界硬さの位置までの距離を意味する。ＪＩＳ Ｇ０５５７によれば、有効硬化層の限界硬さは５５０ＨＶであるが、「表面から硬化層の３倍の距離の位置の硬さがビッカース硬さ４５０ＨＶを超える場合は 当事者間の協定で５５０ＨＶを超える限界硬さを用いてもよい」とも規定されている。本実施形態において、後述のようにトリポード部材３の内部硬さ（焼入れされていない領域の硬さ）は５１３ＨＶ以上であるので、上記の例外を受けて、本実施形態では、有効硬化層深さの限界硬さを６００ＨＶに規定している。なお、硬化層１６の硬さを硬くするほど脚軸７の耐久性の面で好ましいため、有効硬化層深さの限界硬さを６５３ＨＶ、もしくはそれ以上に規定するのが好ましい。

【0052】

浸炭焼入れ焼戻し後の内部硬さを高めることにより、有効硬化層深さを深くすることができる。内部硬さを５１３ＨＶ以上にすることで、上記のように最大せん断応力深さ以上の有効硬化層深さ（限界硬さ６００ＨＶ）を得ることが可能となる。

【0053】

なお、脚軸に対する相手部品（本実施形態ではインナリング１２）の転動による摩耗を抑制するため、脚軸７の表面硬さは６５３ＨＶ以上にするのが好ましい。

【0054】

図１０および図１１は、脚軸表面からの深さを横軸にとった時の硬度分布を示す図である。なお、硬度は脚軸３２の外周面のうち、インナリング１２の内周面１２ａとの接触部Ｘで測定している。両図のうち、図１０は低炭素量鋼（炭素量０．１７％相当材）を使用した従来品の硬度分布であり、図１１は高炭素量鋼材（炭素量０．３４％相当材）を使用した実施例品の硬度分布である。６００ＨＶを限界硬さとした時の有効硬化層深さは、図１０では「Ａ」で表され、図１１では「Ｂ」で表される。このように炭素量が異なることで、同じ処理条件で浸炭焼入れ焼き戻しを行っても、有効硬化層深さに差が生じることが明らかになった（Ａ＜Ｂ）。具体的には、炭素量が多い炭素量０．３４％相当材を使用した場合で有効硬化層深さが、２倍（２．０Ａ）となり、炭素量がさらに多い炭素量０．４１％相当材を使用した場合で有効硬化層深さが２．５倍（２．５Ａ）になることが確認された。

【0055】

図１１に示す結果から、実施例品では、表面から内部にかけての硬さの低下を抑えることができ、内部においても目標特性である５１３ＨＶの硬さを維持することができる。従って、硬化層１６の有効硬化層深さＨを、トリポード型等速自在継手１にＴｓトルクを負荷した時の最大せん断応力深さＺ以上に設定することが可能となる。これにより、トルク負荷側で脚軸７の外周面とインナリング１２の内周面１２ａとが点に近い領域で接触するダブルローラタイプのトリポード型等速自在継手において、脚軸の耐久性を向上させることが可能となる。従って、ローラユニット４の動きが阻害される事態を抑制し、振動特性の経時劣化を防止することが可能となる。

【0056】

その一方で、炭素量を０．４４％以下に規制しているので、トリポード部材３の鍛造成形性が極端に悪化することはなく、トリポード部材３の鍛造コストの高騰を防止することができる。

【0057】

加えて、本実施形態のようにＴｓトルクの概念に基づいて最大せん断応力深さを定めるようにしたことで、実際の使用条件に適合した形で有効硬化層深さを定めることができる。従って、トリポード型等速自在継手のサイズを問わず、上記の作用効果を安定的に得ることが可能となる。

【0058】

図１２に、二種類の比較例Ａ、Ｂと実施例について、耐久試験後に誘起スラスト３次成分を測定した結果を示す。比較例Ａは、曲率半径ｒおよび短軸長軸比ｂ／ａを、作動角０°の時の接触部Ｘでの接触面積が最小となるような値（基準値）に設定したものであり、比較例Ｂおよび実施例は、短軸長軸比ｂ／ａを基準値としつつ曲率半径ｒを基準値よりも小さく設定したものである。比較例Ａ、Ｂではトリポード部材３の素材（浸炭焼入れ前）の炭素含有量を０．１７％とし、実施例では、リポード部材３の素材（浸炭焼入れ前）の炭素含有量を０３６％としている。また、実施例では、トリポード部材３に連結される軸が捩り破断を起こす最小の静的捩りトルクの０．３倍をＴｓトルクとして、６００ＨＶを限界硬さとした硬化層１６の有効硬化層深さが、Ｔｓトルクを負荷した時のせん断応力深さ以上とされている。なお、表中の「低振動領域」は、誘起スラスト３次成分が５０Ｎ以下となる作動角の領域を意味する。これはトリポード型等速自在継手に１０００Ｎｍのトルクが負荷される場合を想定したものである。

【0059】

なお、耐久試験は、比較例Ａ、Ｂ、及び実施例の各継手について、作動角１０°、トルク１５００Ｎｍ、回転数６００ｒｐｍ、運転時間４０ｈの条件下で行っている。

【0060】

以上の試験結果から、比較例Ａの低振動領域は低作動角領域に留まるのに対し、比較例Ｂおよび実施例では低振動領域が高作動角領域まで拡大することが確認された（図１２の下から２段目）。また、比較例Ｂでは、耐久試験後の低振動領域が低作動角（作動角０～１１°）に留まるが、実施例では、耐久試験後の低振動領域が高作動角（作動角０～１３°）まで拡大することが明らかとなった（図１２の最下段）。従って、本実施形態に係るトリポード型等速自在継手であれば、長期間の使用後も低振動領域を高作動角まで拡大することができ、振動特性の経時劣化を回避できることが明らかとなった。

【0061】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明に係るトリポード型等速自在継手は、車両のフロント用ドライブシャフトのみならず、リア用ドライブシャフトにも使用することができる。

【符号の説明】

【0062】

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 ローラユニット
５ トラック溝
６ ローラ案内面
８ 軸（シャフト）
１１ ローラ（アウタリング）
１２ インナリング
１３ 針状ころ
１６ 硬化層
３０ 中心孔
３１ 胴部
３２ 脚軸
３４ 雌スプライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】