JP3949866B2

JP3949866B2 - Constant velocity universal joint

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Publication number: JP3949866B2
Application number: JP2000019038A
Authority: JP
Inventors: 竜宏後藤; 重好石黒; 和彦吉田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2020-01-27
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や各種産業機械等の動力伝達装置に使用される等速自在継手に関し、特にトリポード型等速自在継手に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車のエンジンから車輪に回転動力を伝達する動力伝達装置の一要素として（ドライブシャフトやプロペラシャフトの連結用継手として）、トリポード型等速自在継手が用いられている。
【０００３】
トリポード型等速自在継手は、一般に、内周部に軸方向の３本のトラック溝が形成され、各トラック溝の両側にそれぞれ軸方向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３本の脚軸を有し、各脚軸にそれぞれローラを回転自在に配設したトリポード部材とを主体として構成される。トリポード部材の脚軸と外側継手部材のローラ案内面とがローラを介して回転方向に係合することにより、駆動側から従動側に回転トルクが等速で伝達される。また、各ローラが脚軸に対して回転しながらローラ案内面上を転動することにより、外側継手部材とトリポード部材との間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収されると同時に、外側継手部材とトリポード部材とが作動角を取りつつ回転トルクを伝達する際の、回転方向位相の変化に伴う、各脚軸のローラ案内面に対する軸方向変位が吸収される。
【０００４】
トリポード型等速自在継手としては、上記ローラを複数のニードルローラを介して脚軸の円筒状外周面に装着したものもあるが、外側継手部材とトリポード部材とが作動角をとりつつ回転トルクを伝達する際、脚軸の傾きに伴って各ローラとローラ案内面とが互いに斜交した関係になるので、両者の間に滑りが生じ、その際の摺動抵抗によって各ローラの円滑な転動が妨げられて誘起スラストが大きくなるという問題がある。また、各ローラとローラ案内面との間の摺動抵抗によって、外側継手部材とトリポード部材とが軸方向に相対変位する際のスライド抵抗が大きくなるという問題がある。
【０００５】
そこで、ローラとローラ案内面との斜交状態を解消して、誘起スラストやスライド抵抗の低減を図るため、脚軸に対するローラの首振り揺動を自在とする機構（ローラ機構）を備えたトリポード型等速自在継手が種々提案され、実用化されている。この種のトリポード型等速自在継手として、例えば、ローラ案内面に案内される外側ローラと、脚軸の外周面に複数のニードルローラを介して回転自在に支持された内側ローラとを備えた構成が知られている。この構成はさらに以下の▲１▼〜▲４▼の態様に大別することができる。
【０００６】
▲１▼外側ローラの外周面を凸球状（曲率中心が脚軸の軸線上にある「真球面」、曲率中心が脚軸の軸線から外径側にオフセットされている、いわゆる「トーラス面」の双方を含む。）、内周面を円筒状、内側ローラの外周面を凸球状とし、外側ローラの円筒状の内周面と内側ローラの凸球状の外周面との間の滑りによって、外側ローラの首振り揺動を自在としたもの（特公平３−１５２９号等）。
【０００７】
▲２▼外側ローラの外周面を凸球状（真球面、トーラス面の双方を含む。）、内周面を内側ローラの外周面と線接触する形状、内側ローラの外周面を凸球状とし、外側ローラの内周面と内側ローラの凸球状の外周面との間の滑りによって、外側ローラの首振り揺動を自在とし、かつ、誘起スラストやスライド抵抗を一層低減するため、外側ローラの内周面を内側ローラの外周面との接触位置で脚軸先端側に向いた負荷分力を発生させる形状としたもの（特開平９−１４２８０号等）。
【０００８】
▲３▼ローラ案内面を平坦面、外側ローラの外周面を円筒状、内周面を凹球状、内側ローラの外周面を凸球状とし、外側ローラの凹球状の内周面と内側ローラの凸球状の外周面との間の滑りによって、外側ローラの首振り揺動を自在としたもの（特願平８−４０７３号、特願平８−１３８３３５号）。
【０００９】
▲４▼上記▲３▼の構成に加え、ローラ案内面と脚軸の軸線とを作動角が０°の状態で互いに非平行としたもの（特開平１１−１３７７９号）。
【００１０】
また、この種のトリポード型等速自在継手として、▲５▼脚軸の外周面を凸球状に形成すると共に、ローラを複数のニードルローラを介して支持リングに組み付けてローラアッセンブリを構成し、支持リングの円筒状の内周面を脚軸の凸球状の外周面に外嵌した構成が知られている（特公平７−１１７１０８号、特許２６２３２１６号等）。この構成によれば、支持リングの円筒状の内周面と脚軸の凸球状の外周面との間の滑りによって、ローラを含むローラアッセンブリの首振り揺動が自在となる。
【００１１】
さらに、本出願人は、この種のトリポード型等速自在継手における誘起スラストやスライド抵抗を一層効果的に低減するため、▲６▼ローラ案内面に案内されるローラと、脚軸の外周面に外嵌されてローラを回転自在に支持する支持リングとを有し、支持リングの内周面は円弧状凸断面であり、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の軸線と直交する方向で支持リングの内周面と接触し、かつ、継手の軸線方向で支持リングの内周面との間にすきまを形成するようになっている構成について既に出願している（特願平１１−０５９０４０号）。この構成によれば、支持リングの円弧状凸断面の内周面と脚軸のストレート形状の外周面との間の滑りによって、ローラを含むローラアッセンブリの首振り揺動が自在となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したようなローラ機構を備えたトリポード型等速自在継手において、構成部品の転動疲労寿命を高め、また割れ等に対する強度を高めることにより、現状のサイズを維持したままより耐久性や強度に優れたトリポード型等速自在継手を提供し、また、現状品と同等以上の耐久性や強度を確保しつつよりコンパクトなトリポード型等速自在継手を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明は、内周部に軸方向の３本のトラック溝が形成され、各トラック溝の両側にそれぞれ軸方向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３本の脚軸を有するトリポード部材と、トリポード部材の各脚軸にそれぞれ装着されたローラ機構とを備え、ローラ機構は、脚軸に対して首振り揺動自在で、ローラ案内面に沿って外側継手部材の軸線と平行な方向に案内されるローラを有する等速自在継手において、ローラ機構が、脚軸の外周面に外嵌されてローラを回転自在に支持する支持リングを有し、支持リングの内周面は円弧状凸断面であり、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の軸線と直交する方向で支持リングの内周面と接触し、かつ、継手の軸線方向で支持リングの内周面との間にすきまを形成するようになっており、少なくとも１つの構成部品の表層部がマルテンサイトの基地中に炭化物を分散させた組織を有する構成を提供する。この構成には、表層部のみが上記組織を有するもの、表面から内部にわたって上記組織を有するものが含まれる。
【００１４】
一般に、転がり接触面の代表的な疲労形態としてフレーキング（疲れ剥離）がある。すなわち、転がり運動に伴う繰返し応力が接触面に加わると転走部に亀裂が発生し、それがフレーキングに進展して転動疲労寿命に至ることが知られている。多くの実験と経験から、フレーキングの最初の起点である亀裂の多くは、接触面から少し内部に入った部分に発生することが観察されている。また、潤滑剤中に金属摩耗粉等の異物が混入しやすい条件下では、異物噛み込みによる圧痕を起点とする剥離、潤滑油膜が不十分なために生じるピーリングやスミアリング、およびこれらを起点とする割れ（表面起点型損傷）によって、接触面が本来的なフレーキングと同様の損傷形態を呈して転動疲労寿命に至ることが観察されている。後者の場合、接触面の転動疲労寿命は、清浄な潤滑剤による潤滑条件下に比べて短くなる。
【００１５】
一方、この種の等速自在継手は、構成部品の接触面の表面あらさが通常の転がり軸受に比べて大きく、しかもローラが脚軸に対して首振り揺動する際に、ローラ機構の支持リングと脚軸との接触部、あるいは、ローラ機構の内側ローラと外側ローラとの接触部などに滑りが生じる。そのため、接触部での摩耗粉の発生があり、これが潤滑剤中に混入し、接触面に噛み込まれて、圧痕の生成や潤滑油膜の形成阻害の要因となり、上記の表面起点型損傷が生じ易い傾向にある。
【００１６】
本発明によれば、構成部品の少なくとも表層部の組織をマルテンサイトの基地（マトリックス）中に炭化物を分散させたものとしたので、表面硬さが高くなり、接触面の耐摩耗性が向上してフレーキングが抑制されると共に、接触面に異物噛み込みによる圧痕が生じにくく、上記の表面起点型損傷も抑制される。そのため、接触面の転動疲労寿命が向上する。
【００１７】
上記組織は、構成部品を炭素含有量０．８０〜１．１０ｗｔ％の鋼材料、例えば高炭素クロム鋼で形成し、ずぶ焼入れ焼戻しを行うことにより形成することができる。この構成によれば、接触面はフレーキングや表面起点型損傷に対して高い耐性を示し、また、内部にまで均等に焼きが入るので高荷重下での変形も少なくなる。従って、当該構成部品は高い転動疲労寿命と耐荷重変形性等を兼ね備えたものとなる。高炭素クロム鋼としては、軸受鋼ＳＵＪ１、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３、ＳＵＪ４、ＳＵＪ５等を用いることができる。
【００１８】
また、上記組織は、構成部品を炭素含有量０．１５〜０．４０ｗｔ％の鋼材料、例えば浸炭用鋼で形成し、高濃度浸炭焼入れ焼戻しを行うことにより形成することができる。ここでの高濃度浸炭は、表層部のマトリックス中に固溶するＣ濃度を例えば１．５〜４．０ｗｔ％に高める処理である。芯部の硬さを左右する母材の炭素含有量は、疲労強度確保の観点から、０．１５〜０．４０ｗｔ％の範囲内とするのが好ましい。母材の炭素含有量が０．１５ｗｔ％よりも低くなると、浸炭に要する時間が長くなってしまうと同時に、芯部の硬さが不足し、満足する疲労強度が得られない。逆に、炭素含有量が０．４ｗｔ％よりも多くなると、芯部の硬さが上昇し、靭性が著しく低下し、同時に歪みも増加する。この構成によれば、表層部はフレーキングや表面起点型損傷に対して高い耐性を示す組織となり、かつ、芯部は靭性をもった組織となる。従って、当該構成部品は高い転動疲労寿命と割れ強度等を兼ね備えたものとなる。浸炭用鋼としては、ＳＣｒ４１５、ＳＣｒ４２０、ＳＣｒ４３０、ＳＣｒ４３５、ＳＣｒ４４０、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４２０、ＳＣＭ４３０、ＳＣＭ４３５、ＳＣＭ４４０、ＳＮＣＭ２２０、ＳＮＣＭ４１５、ＳＮＣＭ４２０、ＳＮＣＭ８１５等を用いることができる。また、浸炭処理として、ガス浸炭、プラズマ浸炭を採用することができる。ガス浸炭を採用する場合、浸炭ガス中のカーボンポテンシャルを例えば１．５〜４．０ｗｔ％以上に高めて高濃度浸炭を行う。プラズマ浸炭は、真空雰囲気中で、炉体を陽極、非処理物を陰極とし、その両者間に直流高電圧のプラズマ放電を浸炭ガス中のＣを媒体とすることで発生させ、Ｃをイオン化（Ｃ⁺）した状態で非処理物の表層部のマトリックス中に侵入させる処理である。プラズマ浸炭は、非平衡状態下での浸炭であり、ガス浸炭に比べて表層部の高いＣ濃度を短時間で得ることができ、しかも、その濃度分布が均一であるため、表層部中に適正量の炭化物を均一に析出させることができるという利点がある。尚、プラズマ浸炭を採用する場合、浸炭用鋼中のＭｏ、Ｃｒの含有量を通常よりも多くするのが好ましい。
【００１９】
上記のようにして、マルテンサイト基地中に炭化物を析出させることにより、接触面の表面硬さをＨＲＣ６０〜６８、好ましくはＨＲＣ６３〜６８にすることができる。ここで、「ＨＲＣ」はロックウェル硬さのＣスケールを表している。接触面の表面硬さがＨＲＣ６０未満であると転動疲労寿命の向上につながらず、逆に靭性を考慮するとＨＲＣ６８以下であることが好ましい。
【００２０】
上述のように、本発明の等速自在継手のローラ機構において、支持リングの内周面は円弧状凸断面であり、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の軸線と直交する方向で支持リングの内周面と接触し、かつ、継手の軸線方向で支持リングの内周面との間にすきまを形成するようになっている。ローラ及び支持リングを含むローラ機構は、脚軸に対して、ユニットとして首振り揺動する。ここで、首振揺動とは、脚軸の軸線を含む平面内で、脚軸の軸線に対して支持リングおよびローラの軸線が傾くことをいう。
【００２１】
脚軸の横断面形状について、継手の軸線と直交する方向で支持リングの内周面と接触するとともに継手の軸線方向で支持リングの内周面との間にすきまを形成するような形状とは、言い換えれば、トリポード部材の軸方向で互いに向き合った面部分が相互方向に、つまり、仮想円筒面よりも小径側に退避している形状を意味する。その一つの具体例として略楕円形が挙げられる。「略楕円形」には、字義どおりの楕円形の他、一般に卵形、小判形等と称される形状も含まれる。
【００２２】
従来円形であった脚軸の断面形状を上記の形状としたことにより、継手が作動角をとったとき、ローラアセンブリの姿勢を変えることなく、脚軸が外側継手部材に対して傾くことができる。しかも、脚軸の外周面と支持リングとの接触楕円が従来の横長から点に近づくため（図１（Ｃ）参照）、ローラアセンブリを傾けようとする摩擦モーメントが低減する。したがって、ローラアセンブリの姿勢が常に安定し、ローラがローラ案内面と平行に保持されるため円滑に転動することができる。これにより、スライド抵抗の低減ひいては誘起スラストの低減に寄与する。
【００２３】
なお、ローラアセンブリは脚軸と外側継手部材との間に介在してトルクを伝達する役割を果たすものであるが、この種の等速自在継手におけるトルクの伝達方向は常に継手の軸線に直交する方向であるため、当該トルクの伝達方向において脚軸と支持リングとが接していることでトルクの伝達は可能であり、継手の軸線方向において両者間にすきまがあってもトルク伝達に支障を来すことはない。
【００２４】
上記構成において、支持リングの内周面の母線を、中央部の円弧部と両端部の逃げ部とで構成することができる。円弧部の曲率半径は、２〜３°程度の脚軸の傾きを許容できる大きさとするのが好ましい。また、支持リングとローラの間に複数の転動体を配置して支持リングとローラを相対回転自在とすることができ、その転動体として、ニードルローラを用いることができる。さらに、ローラの外周面を球状に形成し、このローラの球状外周面を外側継手部材のローラ案内面とアンギュラコンタクトさせた構成とすることができる。ローラとローラ案内面とをアンギュラコンタクトさせることにより、ローラが振れにくくなってその姿勢が一層安定するため、ローラが外側継手部材の軸方向に移動する際にローラ案内面上をより少ない抵抗で円滑に転動する。かかるアンギュラコンタクトを実現するための具体的な構成として、ローラ案内面の断面形状をテーパ形状またはゴシックアーチ形状とすることが挙げられる。
【００２８】
以上の構成において、構成部品の少なくとも接触面には、微小な凹部を無数にランダムに形成しても良い。接触面に形成された微小凹部が油溜りの役割を果たし、接触面における油膜形成が促進されるので、潤滑性が改善され、接触面の転動疲労寿命が向上する。微小凹部は、例えば大きさ数１０μｍ程度、深さ１μｍ程度のものである。接触面の研磨条件を変えることにより、任意の大きさ、深さ、数の微小凹部を形成することが可能である。尚、接触面にのみ選択的に微小凹部を形成することが困難な場合は、その構成部品の接触面の周辺部を含めて、あるいは全表面に微小凹部を形成しても良い。
【００２９】
また、構成部品の少なくとも接触面には、化成処理被膜を下地層とする固体潤滑被膜を形成しても良い。固体潤滑被膜により、接触面の摩擦抵抗が軽減され、潤滑性が改善されるので、接触面の転動疲労寿命が向上する。下地層となる化成処理被膜は、固体潤滑被膜の接触面に対する密着性を高める目的で形成される。化成処理被膜としては、例えばりん酸マンガン処理被膜、りん酸鉄処理被膜、りん酸亜鉛処理被膜等を挙げることができる。また、固体潤滑被膜としては、二硫化モリブデン被膜、ＰＴＦＥ被膜等を挙げることができる。尚、処理前の接触面（母材表面）の表面粗さは処理後の効果に影響するので、適度な油溜りの作用が得られるように、接触面の表面粗さを、Ｒａ０．２〜０．８に仕上げ加工しておくのが望ましい。また、接触面にのみ選択的に被膜処理を施すことが困難な場合は、その構成部品の接触面の周辺部を含めて、あるいは全表面に被膜処理を施しても良い。
【００３０】
また、構成部品の少なくとも接触面には、常温浸硫処理を施しても良い。浸硫処理は、鋼の表面に硫黄を浸透させ、硫化鉄を生成させる表面処理法である。浸硫処理を施すことにより、表面の摩擦抵抗が軽減されるので、初期なじみ性が改善され、転動疲労寿命の向上になる他、ＮＶＨ特性も安定する。また、常温浸硫処理によれば、例えば３０〜４０°Ｃ×１０〜３０分の条件で処理を行うので、表面硬化層の硬さ低下も起こらない。処理前の接触面の表面粗さは処理後の効果に影響するので、適度な油溜りの作用が得られるように、接触面の表面粗さを、Ｒａ０．２〜０．８に仕上げ加工しておくのが望ましい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３２】
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態を示している。図１（Ａ）は継手の横断面を示し、図１（Ｂ）は脚軸に垂直な断面を示し、図１（Ｃ）は支持リングの横断面を示し、図２は作動角（θ）をとった状態の継手の縦断面を示している。
【００３３】
図１に示すように、等速自在継手は外側継手部材１０とトリポード部材２０とを主体として構成され、連結すべき２軸の一方が外側継手部材１０と連結され、他方がトリポード部材２０と連結される。
【００３４】
外側継手部材１０は内周部に軸方向に延びる３本のトラック溝１２を有する。各トラック溝１２の円周方向で向かい合った側壁にそれぞれローラ案内面１４が形成されている。トリポード部材２０は半径方向に突設した３本の脚軸２２を有し、各脚軸２２にはローラ３４が取り付けてあり、このローラ３４が外側継手部材１０のトラック溝１２内に収容される。ローラ３４の外周面３４ａはローラ案内面１４に適合する凸曲面である。
【００３５】
ここでは、ローラ３４の外周面３４ａは脚軸２２の軸線から半径方向に離れた位置に曲率中心を有する円弧を母線とする凸曲面であり、ローラ案内面１４の断面形状はゴシックアーチ形状であって、これにより、ローラ３４の外周面３４ａとローラ案内面１４とがアンギュラコンタクトをなす。図１（Ａ）に、２つの当たり位置を一点鎖線で示してある。球状のローラ外周面に対してローラ案内面１４の断面形状をテーパ形状としても両者のアンギュラコンタクトが実現する。このようにローラ３４の外周面３４ａとローラ案内面１４とがアンギュラコンタクトをなす構成を採用することによって、ローラが振れにくくなるため姿勢が安定する。なお、アンギュラコンタクトを採用しない場合には、たとえば、ローラ案内面１４を軸線が外側継手部材１０の軸線と平行な円筒面の一部で構成し、その断面形状をローラ３４の外周面３４ａの母線に対応する円弧とすることもできる。
【００３６】
脚軸２２の外周面２２ａに支持リング３２が外嵌している。この支持リング３２とローラ３４とは複数のニードルローラ３６を介してアッセンブリ（ユニット化）され、相対回転可能なローラアセンブリを構成している。すなわち、支持リング３２の円筒形外周面を内側軌道面とし、ローラ３４の円筒形内周面を外側軌道面として、これらの内外軌道面間にニードルローラ３６が転動自在に介在する。図１（Ｂ）に示されるように、ニードルローラ３６は、できるだけ多くのころを入れた、保持器のない、いわゆる総ころ状態で組み込まれている。符号３３，３５で示してあるのは、ニードルローラ３６の抜け落ち止めのためにローラ３４の内周面に形成した環状溝に装着した一対のワッシャである。
【００３７】
脚軸２２の外周面２２ａは、縦断面｛図１（Ａ）｝で見ると脚軸２２の軸線と平行なストレート形状であり、横断面｛図１（Ｂ）｝で見ると、長軸が継手の軸線に直交する楕円形状である。脚軸の断面形状は、トリポード部材２０の軸方向で見た肉厚を減少させて略楕円状としてある。言い換えれば、脚軸の断面形状は、トリポード部材の軸方向で互いに向き合った面が相互方向に、つまり、仮想円筒面よりも小径側に退避している。
【００３８】
支持リング３２の内周面３２ｃは円弧状凸断面を有する。すなわち、内周面３２ｃの母線が半径ｒの凸円弧である｛図１（Ｃ）｝。このことと、脚軸２２の断面形状が上述のように略楕円形状であり、脚軸２２と支持リング３２との間には所定のすきまが設けてあることから、支持リング３２は脚軸２２の軸方向での移動が可能であるばかりでなく、脚軸２２に対して首振り揺動自在である。また、上述のとおり支持リング３２とローラ３４はニードルローラ３６を介して相対回転自在にアッセンブリ（ユニット化）されているため、脚軸２２に対し、支持リング３２とローラ３４がユニットとして首振り揺動可能な関係にある。ここで、首振りとは、脚軸２２の軸線を含む平面内で、脚軸２２の軸線に対して支持リング３２およびローラ３４の軸線が傾くことをいう（図２参照）。
【００３９】
この種の従来継手の場合、脚軸の外周面が全周にわたって支持リングの内周面と接するため、接触楕円が円周方向に延びた横長形状を呈する。そのため、外側継手部材に対して脚軸が傾くとき、脚軸の動きに伴って支持リングを、延いてはローラを傾かせるように作用する摩擦モーメントが発生する。これに対し、図１に示した実施の形態では、脚軸２２の横断面が略楕円状で、支持リング３２の内周面３２ｃの横断面が円弧状凸断面であることから、図１（Ｃ）に破線で示すように、両者の接触楕円は点に近いものとなり、同時に面積も小さくなる。したがって、ローラアセンブリ（３２、３４、３６）を傾かせようとする力が従来のものに比べると非常に低減し、ローラ３４の姿勢の安定性が一層向上する。
【００４０】
上記構成において、トリポード部材２０は、例えば炭素含有量０．１５〜０．４０ｗｔ％の浸炭用鋼から鍛造加工→機械加工→高濃度浸炭焼入れ焼戻し→脚軸２２の外周面２２ａの研削加工という主要工程を経て製造される。図８は、浸炭用鋼ＳＣＭ４２０材を使用して、プラズマ浸炭を行う場合の処理条件を例示している（図８において、例えば９２０°Ｃ×３．５時間、８９０°Ｃ×１．５時間の工程で浸炭を行う。）。トリポード部材２０の表面の直下には、高濃度浸炭焼入れ焼戻しによる表層部（浸炭層）が形成され、その表層部はマルテンサイト基地中に炭化物が分散した組織を有する。あるいは、トリポード部材２０をＳＵＪ２等の軸受鋼で形成し、ずぶ焼入れ焼戻しを行っても良い。この場合の処理条件は、例えば８４０°Ｃ×３０分（加熱）→１１０°Ｃ（油冷）→１８０°Ｃ×１００分（焼戻し）とすることができる。脚軸２２の外周面２２ａは研削量が大きくなる可能性があるので、内部まで焼が入る後者の構成は有効である。
【００４１】
ここで、上記の炭化物は、具体的にはＦｅ₃Ｃを主体とする炭化物であり、このような炭化物をマルテンサイト基地中に分散させた組織は、少なくとも表層部に共析点以上（０．８ｗｔ％以上）の炭素Ｃを含有させ、焼入れ焼戻しを行うことにより形成することができる。特に、構成部品の成形工程で球状化焼戻しを行ったり、あるいは、鋼材料の成分含有量や熱処理条件を適宜調整することにより上記炭化物を球状化とすることができ、この場合より好ましい結果が得られる。
【００４２】
外側継手部材１０は、例えば炭素含有量０．１５〜０．４０ｗｔ％の鋼材料から、鍛造加工→機械加工→浸炭焼入れ焼戻し→軸部１０ａ｛図２（Ａ）参照｝の研削加工という主要工程を経て製造される。浸炭焼入れ焼戻しに代えて、浸炭窒化焼入れ焼戻しを採用することもできる。
【００４３】
ローラアッセンブリを構成する支持リング３２、ローラ３４、およびニードルローラ３６は、例えば炭素含有量０．１５〜０．４０ｗｔ％の浸炭用鋼から鍛造加工→機械加工→高濃度浸炭焼入れ焼戻し→研削加工という主要工程を経て製造される。これら構成部品の表面の直下には、高濃度浸炭焼入れ焼戻しによる表層部（浸炭層）が形成され、その表層部はマルテンサイト基地中に炭化物が分散した組織を有する。あるいは、これら構成部品をＳＵＪ２等の軸受鋼で形成し、ずぶ焼入れ焼戻しを行っても良い。その他の事項は、トリポード部材２０に準ずるので、説明を省略する。
【００４４】
また、トリポード部材２０、外側継手部材１０、支持リング３２、ローラ３４、ニードルローラ３６の接触面には、前述した微小凹部、化成処理被膜を下地層とする固体潤滑被膜を形成しても良い。また、常温浸硫処理を施しても良い。
【００４５】
さらに、上述した主要工程を経た後、トリポード部材２０の脚軸２２の外周面２２ａ、基端部、およびセレーション部（又はスプライン部）のうち少なくとも１個所、外側継手部材１０のローラ案内面１４および軸部（特にセレーション部又はスプライン部）のうち少なくとも一個所にショットピーニング処理を施しても良い。ショットピーニング処理を施すことにより、表面組織が微細化されると共に、表面に残留圧縮応力が発生する。そのため、転動疲労寿命や捩り疲労に対する強度が向上する。
【００４６】
この実施形態の等速自在継手は、構成部品の材料、表層部の性状が最適化され、転動疲労や割れ等に対する強度向上が図られている結果、現状の同サイズの等速自在継手と比較して、優れた耐久性や強度を有する。また、現状品と同等以上の耐久性や強度を確保しつつ、よりコンパクト化を図ることが可能である。
【００４７】
図３および図４は、本発明の第２の実施の形態を示している。この第２の実施の形態は、支持リング３２の内周面３２ｃの母線が、上述の第１の実施の形態では単一の円弧で形成されているのに対して、中央の円弧部３２ａとその両側の逃げ部３２ｂとの組合せで形成されている点でのみ相違する。逃げ部３２ｂは、図３（Ｃ）のように作動角（θ）をとったときの脚軸２２との干渉を避けるための部分であり、円弧部３２ａの端から支持リング３２の端部に向かって徐々に拡径した直線または曲線で構成する。ここでは、逃げ部３２ｂを円錐角α＝５０°の円錐面の一部とした場合を例示してある。円弧部３２ａは、支持リング３２に対する脚軸２２の２〜３°程度の傾きを許容するため、たとえば３０ｍｍ程度の大きな曲率半径（ｒ）とする。トリポード型等速自在継手では、機構上、外側継手部材１０が１回転するときトリポード部材２０は外側継手部材１０の中心に対して３回振れ回る。このとき符号ｅ｛図２（Ａ）｝で表わされる偏心量は作動角（θ）に比例して増加する。そして、３本の脚軸２２は１２０°ずつ離間しているが、作動角（θ）をとると、図２（Ｂ）に示すように、図の上側に表われている垂直な脚軸２２を基本として考えると、他の２本の脚軸２２は、一点鎖線で示す作動角０のときのそれらの軸線からわずかに傾く。その傾きは作動角（θ）がたとえば約２３°のとき２〜３°程度となる。この傾きが支持リング３２の内周面３２ｃの円弧部３２ａの曲率によって無理なく許容されるため、脚軸２２と支持リング３２との接触部における面圧が過度に高くなるのを防止することができる。なお、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の左側面から見たトリポード部材２０の３本の脚軸２２を模式的に図示したもので、実線が脚軸を表わしている。
【００４８】
外側継手部材１０、トリポード部材２０、ローラアッセンブリＡを構成する部品（支持リング３２、ニードルローラ３６、ローラ３４）の材料、製造工程、少なくとも表層部の組織、その他の事項は第１の実施形態に準じるので説明を省略する。
【００４９】
図５および図６は、参考例を示している。尚、図５は、継手の作動角が０°で、かつ、継手に回転トルクが負荷されていない時の状態を示している。
【００５０】
この参考例のトリポード型等速自在継手は、連結すべき二軸の一方に結合される外側継手部材１と、他方に結合されるトリポード部材２とを備えている。
【００５１】
外側継手部材１は概ねカップ状の外観をなし、軸方向に延びる３本のトラック溝１ａが内周部の円周等配位置に形成されている。各トラック溝１ａの両側には、それぞれローラ案内面１ａ１が設けられている。
【００５２】
トリポード部材２は半径方向に突出した３本の脚軸２ａを円周等配位置に有する。各脚軸２ａの外周面２ａ１は凸球状に形成され、その外周面２ａ１に、支持リング３、複数のニードルローラ４、およびローラ５をアッセンブリしたローラアッセンブリＡが装着されている。
【００５３】
図５（Ｂ）に拡大して示すように、ローラアッセンブリＡは、支持リング３の円筒状の外周面３ａとローラ５の円筒状の内周面５ａとの間に複数のニードルローラ４を転動自在に介装し、ローラ５の内周面５ａに嵌着した一対のスナップリング６によって、支持リング３およびニードルローラ４の両端を係止して、ローラ５に対する支持リング３およびニードルローラ４の軸方向移動（脚軸２ａの軸線Ｚ方向への移動）を規制したものである。支持リング３の両端面およびニードルローラ４の両端面と、一対のスナップ支持リング６との間には僅かなアキシャル隙間δがある。図面では、アキシャル隙間δの大きさを実際よりもかなり誇張して示している。また、支持リング３の端面とスナップ支持リング６との間のアキシャル隙間と、ニードルローラ４の端面とスナップ支持リング６との間のアキシャル隙間とは、設計上、同じ値に設定する場合もあるし、異なる値に設定する場合もあるが、図面では両者の場合を区別することなくアキシャル隙間δとして示している。さらに、支持リング３の外周面３ａおよびローラ５の内周面５ａとニードルローラ４の転動面との間には僅かなラジアル隙間がある。
【００５４】
支持リング３の内周面３ｂは、脚軸２ａの球状の外周面２ａ１に嵌合される。この参考例において、支持リング３の内周面３ｂは脚軸２ａの先端側に向かって漸次縮径した円錐状で、脚軸２ａの外周面２ａ１と線接触する。これにより、ローラアッセンブリＡの脚軸２ａに対する首振り揺動が許容される。支持リング３の内周面３ｂの傾斜角αは、例えば０．１°〜３°、好ましくは０．１°〜１°と僅かなものであり、この参考例ではα＝０．５°に設定している。図面では、内周面３ｂの傾斜の度合をかなり誇張して示している。
【００５５】
ローラ５の外周面５ｂの母線は、脚軸２ａの中心から外側にオフセットされた点を中心とする円弧である。
【００５６】
この参考例において、外側継手部材１のローラ案内面１ａ１の断面形状は、２円弧状（ゴシックアーチ状）になっている。そのため、ローラ案内面１ａ１とローラ５の外周面５ｂとは２点ｐ、ｑでアンギュラコンタクトする。アンギュラコンタクト点ｐ、ｑは、ローラ５の外周面５ｂの中心を含み、脚軸２ａの軸線Ｚと直交する中心線に対して、軸線Ｚ方向に等距離だけ反対側に離れた位置にある。尚、ローラ案内面１ａ１の断面形状は、Ｖ字状または放物線状等でも良い。また、この参考例において、トラック溝１ａに、ローラ案内面１ａ１と近接して肩面１ａ２が設けられ、この肩面１ａ２によってローラ５の脚軸先端側の端面５ｃが案内される。
【００５７】
支持リング３の内周面３ｂが脚軸先端側に向かって漸次縮径した円錐状になっているため、この継手に回転トルクが負荷されると、図６に示すように（内周面３ｂの傾斜の度合いを図５よりもさらに誇張して示している。）、支持リング３の内周面３ｂと脚軸２ａの外周面２ａ１との接触位置Ｓに脚軸先端側に向いた負荷分力Ｆが発生する。この負荷分力Ｆは、支持リング３およびニードルローラ４を脚軸先端側に押し上げるように作用して、支持リング３およびニードルローラ４を、脚軸先端側のワッシャ６に押し付けた状態にする。そのため、支持リング３の内周面３ｂと脚軸２ａの外周面２ａ１との接触位置Ｓが安定する。また、この負荷分力Ｆは、支持リング３およびニードルローラ４を介して、ローラ５を脚軸先端側に押し上げるように作用して、ローラ案内面１ａ１に対するローラ５の姿勢を安定させる。このような接触位置Ｓの安定化とローラ５の姿勢安定化とが相俟って、誘起スラストが効果的に低減され、また安定化される。尚、支持リング３の内周面３ｂは円筒状にしても良い。
【００５８】
外側継手部材１、トリポード部材２、ローラアッセンブリＡを構成する部品（支持リング３、ニードルローラ４、ローラ５）の材料、製造工程、少なくとも表層部の組織、その他の事項は第１の実施形態に準じるので説明を省略する。
【００５９】
図７は、本発明の他の参考例を示している。尚、図７は、継手の作動角が０°の時の状態を示している。
【００６０】
図７に示すように、この参考例の等速自在継手は、連結すべき二軸の一方に結合される外側継手部材１’と、他方に結合されるトリポード部材２’とを備えている。外側継手部材１’は概ねカップ状の外観をなし、軸方向に延びる３本のトラック溝１ａ’が内周部の円周等配位置に形成されている。各トラック溝１ａ’の両側には、それぞれローラ案内面１ａ’１が設けられている。トリポード部材２’は半径方向に突出した３本の脚軸２ａ’を円周等配位置に有する。各脚軸２ａ’の円筒状の外周面には、複数のニードルローラ７’を介して内側ローラ３’が回転自在に嵌合され、さらにその外側に外側ローラ４’が回転自在に嵌合されている。
【００６１】
図７（Ｂ）に拡大して示すように、ニードルローラ７’および内側ローラ３’は、それらの一端が脚軸２ａ’の先端部に装着された抜け止めリング８’と止め輪９’によって係止され、他端が脚軸２ａ’の基端部に装着されたワッシャ１０’によって係止され、脚軸２ａ’の軸線Ｚ方向への移動が規制されている。実際には、ニードルローラ７’および内側ローラ３’と、抜け止めリング８’およびワッシャ１０’との間には僅かなアキシャル隙間δ’がある。図面では、アキシャル隙間δ’の大きさが実際よりもかなり誇張されている。また、脚軸２ａ’の外周面および内側ローラ３’の内周面３ａ’とニードルローラ７’との間には僅かなラジアル隙間がある。内側ローラ３’の内周面３ａ’は円筒状、外周面３ｂ’は凸球状である。この実施形態において、外周面３ｂ’の母線は、内側ローラ３’の半径中心Ｏ２’から所定量だけ外側にオフセットされた点Ｏ１’を中心とする半径ｒ１の円弧である。半径ｒ１は、外周面３ｂ’の最大半径ｒ２よりも小さい。
【００６２】
外側ローラ４’は、内側ローラ３’の外周面３ｂ’に嵌合される。この参考例において、外側ローラ４’の内周面４ａ’は脚軸２ａ’の先端側に向かって漸次縮径した円錐状で、内側ローラ３’の外周面３ｂ’と線接触する。これにより、外側ローラ４’の脚軸２ａ’に対する首振り揺動が許容される。内周面４ａ’の傾斜角は例えば０．１°〜３°と僅かなものであり、この参考例では０．３°〜０．７°に設定している。図面では、内周面４ａ’の傾斜がかなり誇張されている。外側ローラ４’の外周面４ｂ’の母線は、点Ｏ１’よりもさらに外側にオフセットされた点Ｏ３’を中心とする半径ｒ３の円弧である。
【００６３】
この参考例において、外側継手部材１’のローラ案内面１ａ’１の断面形状は、２円弧状（ゴシックアーチ状）になっている。そのため、ローラ案内面１ａ’１と外側ローラ４’の外周面４ｂ’とは２点ｐ’、ｑ’でアンギュラコンタクトする。アンギュラコンタクト点ｐ’、ｑ’は、外側ローラ４’の外周面４ｂ’の中心Ｏ３’を含み、脚軸２ａ’の軸線Ｚと直交する中心線に対して、軸線Ｚ方向に等距離だけ反対側に離れた位置にある。尚、ローラ案内面１ａ’１の断面形状は、Ｖ字状または放物線状等でも良い。
【００６４】
外側ローラ４’の内周面４ａ’が脚軸先端側に向かって漸次縮径した円錐状になっているため、図７（Ｃ）に示すように、内側ローラ３’の外周面３ｂ’との接触位置Ｓ’に脚軸先端側に向いた負荷分力Ｆが発生する。この負荷分力Ｆは、外側ローラ４’を脚軸先端側に押し上げるように作用して、非負荷側のローラ案内面１ａ’におけるＢ部の接触面圧を低減する。また、接触位置Ｓ’には、負荷分力Ｆの反力として脚軸基端側（同図で下側）に向いた力が発生する。この反力は、内側ローラ３’を脚軸基端側に押し下げるように作用して、内側ローラ３’およびニードルローラ７’の脚軸２ａ’に対する軸方向移動を抑制する。その結果、図７（Ｂ）に示すように、内側ローラ３’およびニードルローラ７’は下側のワッシャ１０’に押し付けられた状態になり、アキシャル隙間δ’に起因する接触位置Ｓ’の変動が抑制される。このような非負荷側のローラ案内面１ａ’１におけるＢ部の接触面圧低減と、接触位置Ｓ’の安定化とが相俟って、誘起スラストが効果的に低減され、また安定化される。尚、外側ローラ４’の内周面４ａ’は円筒状にしても良い。
【００６５】
外側継手部材１’、トリポード部材２’、ローラ機構を構成する部品（内側ローラ３’、外側ローラ４’、ニードルローラ７’）の材料、製造工程、少なくとも表層部の組織、その他の事項は第１の実施形態に準じるので説明を省略する。
【００６６】
尚、本発明は、以上に説明した構成の等速自在継手に限らず、例えば、ローラ案内面を平坦面、外側ローラの外周面を円筒状、内周面を凹球状、内側ローラの外周面を凸球状とし、外側ローラの凹球状の内周面と内側ローラの凸球状の外周面との間の滑りによって、外側ローラの首振り揺動を自在とした等速自在継手（特願平８−４０７３号、特願平８−１３８３３５号）、さらにローラ案内面と脚軸の軸線とを作動角が０°の状態で互いに非平行とした等速自在継手（特開平１１−１３７７９号）にも同様に適用することができる。
【００６７】
【実施例】
構成部品の表層部の組織を、マルテンサイトの基地中に炭化物を分散させたものとしたことによる効果を確認するため、以下の試験を行った。試験は、実施例、比較例ともに上述した第１の実施形態の等速自在継手を対象とし、トリポード部材の材質、熱処理方法を下記の通りとした。
【００６８】
実施例１：トリポード部材をＳＣＭ４２０鋼で形成し、高濃度浸炭焼入れ焼戻しを行った。
【００６９】
実施例２：トリポード部材をＳＵＪ２鋼で形成し、ずぶ焼入れ焼戻しを行った。
【００７０】
比較例：トリポード部材をＳＣＭ４２０鋼で形成し、通常の浸炭焼入れ焼戻しを行った。
（試験条件）
トルク：６８６Ｎｍ、回転数：２５０ｒｐｍ、作動角θ：１０ｄｅｇ
試験時間：３００ｈ
以上の条件で試験を行い、トリポード部材の脚軸の外周面の転動疲労寿命について評価した。その結果を表１に示す。評価項目の○は目標時間を満足できたもの、△は目標時間を満足できなかったものを示している。
【００７１】
【表１】

【００７２】
表１に示す結果より、実施例１及び実施例２の構成、すなわち表層部の組織を、マルテンサイトの基地中に炭化物を分散させた構成とすることにより、良好な転動疲労寿命が得られることが確認できた。
【００７３】
尚、上記はトリポード部材についてのものであるが、外側継手部材等の他の構成部品についても同様の結果が得られた。また、第２の実施形態、及び上述した参考例においても同様の結果が得られた。これらの試験結果の記載は省略する。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、構成部品の材料、少なくとも表層部の組織が最適化され、転動疲労寿命や割れ強度等が向上するので、現状のサイズを維持したままより耐久性や強度に優れたトリポード型等速自在継手を提供し、また、現状品と同等以上の耐久性や強度を確保しつつよりコンパクトなトリポード型等速自在継手を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、図１（Ａ）は一部を断面にした端面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）における脚軸に垂直な断面図、図１（Ｃ）は接触楕円を説明するための支持リングの断面図である。
【図２】図２（Ａ）は図１の等速自在継手の縦断面図であって作動角をとった状態を示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるトリポード部材の模式的側面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示し、図３（Ａ）は一部を断面にした端面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）における脚軸に垂直な断面図、図３（Ｃ）は作動角をとった状態を示す縦断面図である。
【図４】図３における支持リングの拡大断面図である。
【図５】参考例を示し、図５（Ａ）は一部を断面にした端面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の要部拡大横断面図である。
【図６】図５における支持リングと脚軸との接触位置に発生する負荷分力Ｆを説明するための図である。
【図７】他の参考例を示し、図７（Ａ）は横断面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の要部拡大横断面図、図７（Ｃ）は外側ローラと内側ローラとの接触位置に発生する負荷分力Ｆを説明するための図である。
【図８】プラズマ浸炭を行う場合の処理条件を示す図である。
【符号の説明】
１０外側継手部材
１２トラック溝
１４ローラ案内面
２０トリポード部材
２２脚軸
３２支持リング
３２ａ円弧部
３２ｂ逃げ部
３４ローラ
３６ニードルローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a constant velocity universal joint used for a power transmission device of an automobile or various industrial machines, and more particularly to a tripod type constant velocity universal joint.
[0002]
[Prior art]
For example, a tripod constant velocity universal joint is used as one element of a power transmission device that transmits rotational power from an automobile engine to wheels (as a coupling for connecting a drive shaft or a propeller shaft).
[0003]
In general, a tripod type constant velocity universal joint has an outer joint member formed with three track grooves in the axial direction on the inner periphery and axial roller guide surfaces on both sides of each track groove, and protrudes in the radial direction. The tripod member has three leg shafts, and rollers are rotatably disposed on the respective leg shafts. When the leg shaft of the tripod member and the roller guide surface of the outer joint member are engaged with each other in the rotational direction via the roller, the rotational torque is transmitted from the drive side to the driven side at a constant speed. Further, by rolling on the roller guide surface while each roller rotates with respect to the leg shaft, the relative axial displacement and angular displacement between the outer joint member and the tripod member are absorbed, When the outer joint member and the tripod member transmit the rotational torque while taking the operating angle, the axial displacement of each leg shaft with respect to the roller guide surface accompanying the change in the rotational direction phase is absorbed.
[0004]
Some tripod type constant velocity universal joints have the above roller mounted on the cylindrical outer peripheral surface of the leg shaft via a plurality of needle rollers. However, the outer joint member and the tripod member generate rotational torque while taking an operating angle. During transmission, each roller and the roller guide surface are in an oblique relationship with the inclination of the leg shaft, so that slip occurs between the two and smooth rolling of each roller due to the sliding resistance at that time. There is a problem that the induced thrust becomes large due to hindering. Further, there is a problem that the sliding resistance when the outer joint member and the tripod member are relatively displaced in the axial direction is increased due to the sliding resistance between each roller and the roller guide surface.
[0005]
Therefore, a tripod equipped with a mechanism (roller mechanism) that freely swings the roller with respect to the leg shaft in order to eliminate the oblique state between the roller and the roller guide surface and reduce induced thrust and slide resistance. Various types of constant velocity universal joints have been proposed and put into practical use. As this kind of tripod type constant velocity universal joint, for example, a configuration provided with an outer roller guided by a roller guide surface and an inner roller rotatably supported on the outer peripheral surface of a leg shaft via a plurality of needle rollers It has been known. This configuration can be further roughly divided into the following modes (1) to (4).
[0006]
(1) The outer peripheral surface of the outer roller has a convex spherical shape (a “spherical surface” in which the center of curvature is on the axis of the leg axis, and a so-called “torus surface” in which the center of curvature is offset from the axis of the leg axis to the outer diameter side). The inner circumferential surface is cylindrical, the outer circumferential surface of the inner roller is convex spherical, and the outer roller is slipped between the cylindrical inner circumferential surface of the outer roller and the convex spherical outer circumferential surface of the inner roller. (No. 3-1529 etc.).
[0007]
(2) The outer peripheral surface of the outer roller is convex spherical (including both a true spherical surface and a torus surface), the inner peripheral surface is in line contact with the outer peripheral surface of the inner roller, and the outer peripheral surface of the inner roller is convex spherical. In order to allow the outer roller to swing freely by sliding between the inner peripheral surface of the roller and the convex spherical outer peripheral surface of the inner roller, and to further reduce induced thrust and slide resistance, The surface is shaped so as to generate a load component directed toward the distal end side of the leg shaft at the contact position with the outer peripheral surface of the inner roller (Japanese Patent Laid-Open No. 9-14280, etc.).
[0008]
(3) The roller guide surface is a flat surface, the outer roller outer peripheral surface is cylindrical, the inner peripheral surface is concave spherical, the inner roller outer peripheral surface is convex spherical, the outer roller concave spherical inner peripheral surface and the inner roller convex The outer roller can swing freely by sliding with a spherical outer peripheral surface (Japanese Patent Application Nos. 8-4073 and 8-138335).
[0009]
(4) In addition to the configuration of (3) above, the roller guide surface and the axis of the leg shaft are made non-parallel to each other when the operating angle is 0 ° (Japanese Patent Laid-Open No. 11-13779).
[0010]
In addition, as this type of tripod type constant velocity universal joint, (5) the outer peripheral surface of the leg shaft is formed in a convex spherical shape, and the roller is assembled to a support ring via a plurality of needle rollers to constitute a roller assembly. A configuration in which a cylindrical inner peripheral surface of a ring is externally fitted to a convex spherical outer peripheral surface of a leg shaft is known (Japanese Patent Publication No. 7-117108, Japanese Patent No. 2623216, etc.). According to this configuration, the roller assembly including the roller can swing freely by sliding between the cylindrical inner peripheral surface of the support ring and the convex spherical outer peripheral surface of the leg shaft.
[0011]
Further, in order to more effectively reduce the induced thrust and the slide resistance in this type of tripod type constant velocity universal joint, the applicant of the present invention (6) a roller guided by the roller guide surface and an outer peripheral surface of the leg shaft. A support ring that is externally fitted and rotatably supports the roller, the inner peripheral surface of the support ring is an arc-shaped convex cross section, the outer peripheral surface of the leg shaft is a straight shape in the vertical cross section, and in the horizontal cross section An application has already been filed for a structure that is in contact with the inner peripheral surface of the support ring in a direction perpendicular to the joint axis and that forms a clearance with the inner peripheral surface of the support ring in the axial direction of the joint. (Japanese Patent Application No. 11-059040). According to this configuration, the roller assembly including the roller can swing freely by sliding between the inner peripheral surface of the arc-shaped convex section of the support ring and the straight outer peripheral surface of the leg shaft.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In the tripod type constant velocity universal joint provided with the roller mechanism as described above, the rolling fatigue life of the component parts is increased, and the strength against cracking is increased, so that the current size is maintained and the durability is further increased. It is intended to provide a tripod type constant velocity universal joint excellent in properties and strength, and to provide a more compact tripod type constant velocity universal joint while ensuring durability and strength equal to or higher than those of current products.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, there are provided an outer joint member in which three track grooves in the axial direction are formed on the inner peripheral portion and each has an axial roller guide surface on each side of each track groove. A tripod member having three protruding leg shafts, and a roller mechanism mounted on each leg shaft of the tripod member. The roller mechanism swings freely with respect to the leg shaft and is provided on the roller guide surface. In a constant velocity universal joint having a roller guided along a direction parallel to the axis of the outer joint member along The roller mechanism has a support ring that is fitted on the outer peripheral surface of the leg shaft and rotatably supports the roller. The inner peripheral surface of the support ring has an arcuate convex cross section, and the outer peripheral surface of the leg shaft has a vertical cross section. Is a straight shape, and in the cross section, it is in contact with the inner peripheral surface of the support ring in the direction perpendicular to the axis of the joint, and a gap is formed between the inner peripheral surface of the support ring in the axial direction of the joint. And Provided is a configuration in which a surface layer portion of at least one component has a structure in which carbides are dispersed in a matrix of martensite. This configuration includes one in which only the surface layer portion has the above structure, and one having the above structure from the surface to the inside.
[0014]
In general, flaking (fatigue separation) is a typical fatigue form of a rolling contact surface. That is, it is known that when a repetitive stress accompanying rolling motion is applied to the contact surface, a crack occurs in the rolling portion, which progresses to flaking and reaches the rolling fatigue life. From many experiments and experiences, it has been observed that many of the cracks, the first starting point of flaking, occur in the part slightly inside from the contact surface. Also, under conditions where foreign matters such as metal wear powder are likely to be mixed in the lubricant, peeling starting from indentations due to foreign matter biting, peeling and smearing caused by insufficient lubricating oil film, and these as starting points It has been observed that due to cracking (surface-initiated damage), the contact surface exhibits the same form of damage as the original flaking and reaches the rolling fatigue life. In the latter case, the rolling contact fatigue life of the contact surface is shorter than that under lubrication conditions with a clean lubricant.
[0015]
On the other hand, this type of constant velocity universal joint has a surface roughness of the contact surface of the component parts larger than that of a normal rolling bearing, and when the roller swings with respect to the leg shaft, the support ring of the roller mechanism Slip occurs at a contact portion between the roller shaft and the leg shaft or a contact portion between the inner roller and the outer roller of the roller mechanism. For this reason, abrasion powder is generated at the contact portion, which is mixed into the lubricant and bite into the contact surface, which causes generation of indentation and obstruction of formation of the lubricating oil film, resulting in the above-mentioned surface-initiated damage. It tends to be easy.
[0016]
According to the present invention, the structure of at least the surface layer of the component is made by dispersing carbide in the matrix (matrix) of martensite, so that the surface hardness is increased and the wear resistance of the contact surface is improved. In addition, flaking is suppressed, and indentation due to foreign object biting hardly occurs on the contact surface, and the above-described surface-origin damage is also suppressed. Therefore, the rolling fatigue life of the contact surface is improved.
[0017]
The above organization has a carbon content of 0.80 ~ 1.10 It can be formed by forming with wt% steel material, for example, high carbon chromium steel, and performing quenching and tempering. According to this configuration, the contact surface is highly resistant to flaking and surface-origin type damage, and the inner surface is evenly burned, so that deformation under high load is reduced. Therefore, the component parts have a high rolling fatigue life and load deformation resistance. As high carbon chromium steel, bearing steel SUJ1, SUJ2, SUJ3, SUJ4, SUJ5, etc. can be used.
[0018]
Moreover, the said structure | tissue can be formed by forming a component with the steel material of carbon content 0.15-0.40 wt%, for example, steel for carburizing, and performing high concentration carburizing quenching tempering. The high-concentration carburization here is a process for increasing the C concentration dissolved in the matrix of the surface layer portion to, for example, 1.5 to 4.0 wt%. From the viewpoint of ensuring fatigue strength, the carbon content of the base material that determines the hardness of the core is preferably within the range of 0.15 to 0.40 wt%. When the carbon content of the base material is lower than 0.15 wt%, the time required for carburization becomes long, and at the same time, the hardness of the core portion is insufficient, and satisfactory fatigue strength cannot be obtained. On the other hand, when the carbon content is more than 0.4 wt%, the hardness of the core portion is increased, the toughness is remarkably lowered, and the strain is increased at the same time. According to this configuration, the surface layer portion has a structure exhibiting high resistance to flaking and surface-origin type damage, and the core portion has a tough structure. Therefore, the component has a high rolling fatigue life and crack strength. As the carburizing steel, SCr415, SCr420, SCr430, SCr435, SCr440, SCM415, SCM420, SCM430, SCM435, SCM440, SNCM220, SNCM415, SNCM420, SNCM815, or the like can be used. Moreover, gas carburizing and plasma carburizing can be employed as the carburizing treatment. When employing gas carburizing, the carbon potential in the carburizing gas is increased to, for example, 1.5 to 4.0 wt% or higher to perform high-concentration carburizing. Plasma carburization is performed by using a furnace body as an anode and a non-processed material as a cathode in a vacuum atmosphere, and generating a DC high voltage plasma discharge between them using C in the carburizing gas as a medium. C ⁺ ) In a state of being introduced into the matrix of the surface layer portion of the non-processed product. Plasma carburization is a carburization under non-equilibrium conditions, and a high C concentration in the surface layer can be obtained in a short time compared to gas carburizing. Moreover, since the concentration distribution is uniform, it is appropriate in the surface layer. There is an advantage that an amount of carbide can be uniformly deposited. In addition, when employ | adopting plasma carburizing, it is preferable to make more content of Mo and Cr in steel for carburizing than usual.
[0019]
As described above, by precipitating carbide in the martensite matrix, the surface hardness of the contact surface can be HRC 60 to 68, preferably HRC 63 to 68. Here, “HRC” represents the C scale of Rockwell hardness. If the surface hardness of the contact surface is less than HRC60, the rolling fatigue life is not improved, and conversely, considering toughness, it is preferably HRC68 or less.
[0020]
As mentioned above, Roller mechanism of constant velocity universal joint of the present invention In The inner peripheral surface of the support ring has an arcuate convex cross section, and the outer peripheral surface of the leg shaft has a straight shape in the vertical cross section, and in the horizontal cross section, contacts the inner peripheral surface of the support ring in a direction perpendicular to the joint axis. In addition, a clearance is formed between the inner peripheral surface of the support ring in the axial direction of the joint. Roller including roller and support ring Mechanism The head swings as a unit with respect to the leg shaft. Here, the oscillation swing means that the axis of the support ring and the roller is inclined with respect to the axis of the leg shaft in a plane including the axis of the leg shaft.
[0021]
Regarding the cross-sectional shape of the leg shaft, what is the shape that makes contact with the inner peripheral surface of the support ring in the direction perpendicular to the axis of the joint and forms a clearance between the inner peripheral surface of the support ring in the axial direction of the joint? In other words, it means a shape in which the surface portions of the tripod member facing each other in the axial direction are retracted in the mutual direction, that is, on the smaller diameter side than the virtual cylindrical surface. One specific example is a substantially elliptical shape. The “substantially elliptical shape” includes a shape generally called an oval shape, an oval shape, etc. in addition to an elliptical shape literally.
[0022]
Since the cross-sectional shape of the leg shaft, which has been circular in the past, is the above shape, the leg shaft can be inclined with respect to the outer joint member without changing the posture of the roller assembly when the joint takes an operating angle. . In addition, since the contact ellipse between the outer peripheral surface of the leg shaft and the support ring approaches a point from the conventional horizontally long shape (see FIG. 1C), the friction moment for tilting the roller assembly is reduced. Accordingly, the posture of the roller assembly is always stable, and since the roller is held in parallel with the roller guide surface, it can roll smoothly. Thereby, it contributes to the reduction of the slide resistance, and hence the induced thrust.
[0023]
The roller assembly plays a role of transmitting torque by being interposed between the leg shaft and the outer joint member, but the torque transmission direction in this type of constant velocity universal joint is always orthogonal to the axis of the joint. Therefore, torque transmission is possible because the leg shaft and the support ring are in contact with each other in the torque transmission direction, and even if there is a gap between them in the axial direction of the joint, torque transmission will be hindered. Never do.
[0024]
The said structure WHEREIN: The bus-line of the internal peripheral surface of a support ring can be comprised by the circular arc part of a center part, and the escape part of both ends. The radius of curvature of the arc portion is preferably set to a size that allows the inclination of the leg shaft to be about 2 to 3 °. Further, a plurality of rolling elements can be arranged between the support ring and the roller so that the support ring and the roller can rotate relative to each other, and a needle roller can be used as the rolling element. Further, the outer peripheral surface of the roller may be formed in a spherical shape, and the spherical outer peripheral surface of the roller may be in angular contact with the roller guide surface of the outer joint member. Angular contact between the roller and the roller guide surface makes it difficult for the roller to swing and stabilizes its posture, so that when the roller moves in the axial direction of the outer joint member, the roller guide surface is smoothed with less resistance. Roll to. As a specific configuration for realizing such an angular contact, the cross-sectional shape of the roller guide surface may be a tapered shape or a Gothic arch shape.
[0028]
In the above configuration, an infinite number of minute recesses may be randomly formed on at least the contact surface of the component. The minute recesses formed on the contact surface serve as an oil reservoir, and the formation of an oil film on the contact surface is promoted, so that the lubricity is improved and the rolling fatigue life of the contact surface is improved. The minute recess is, for example, about several tens of micrometers in size and about 1 μm in depth. By changing the polishing conditions of the contact surface, it is possible to form minute recesses of any size, depth and number. In addition, when it is difficult to selectively form the minute recess only on the contact surface, the minute recess may be formed on the entire surface including the peripheral portion of the contact surface of the component.
[0029]
Moreover, you may form the solid lubricating film which uses a chemical conversion treatment film as a base layer at least on the contact surface of a component. The solid lubricating coating reduces the frictional resistance of the contact surface and improves the lubricity, thereby improving the rolling fatigue life of the contact surface. The chemical conversion treatment film to be the underlayer is formed for the purpose of improving the adhesion of the solid lubricant film to the contact surface. Examples of the chemical conversion coating include a manganese phosphate coating, an iron phosphate coating, a zinc phosphate coating, and the like. In addition, examples of the solid lubricating coating include molybdenum disulfide coating and PTFE coating. In addition, since the surface roughness of the contact surface (base material surface) before the treatment affects the effect after the treatment, the surface roughness of the contact surface is set to Ra 0.2 to so as to obtain an appropriate oil sump action. It is desirable to finish to 0.8. Further, when it is difficult to selectively perform the coating process only on the contact surface, the coating process may be performed on the entire surface including the periphery of the contact surface of the component.
[0030]
Further, at least the contact surface of the component part may be subjected to room temperature sulfuration treatment. The sulfur treatment is a surface treatment method in which sulfur is infiltrated into the steel surface to produce iron sulfide. By performing the sulfuration treatment, the frictional resistance of the surface is reduced, so that the initial conformability is improved, the rolling fatigue life is improved, and the NVH characteristics are also stabilized. In addition, according to the room temperature sulfurating treatment, for example, the treatment is performed under the conditions of 30 to 40 ° C. × 10 to 30 minutes, so that the hardness of the surface hardened layer does not decrease. Since the surface roughness of the contact surface before the treatment affects the effect after the treatment, the surface roughness of the contact surface is finished to Ra 0.2 to 0.8 so that an appropriate oil sump action can be obtained. It is desirable to keep it.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0032]
1 and 2 show a first embodiment of the present invention. 1A shows the cross section of the joint, FIG. 1B shows the cross section perpendicular to the leg axis, FIG. 1C shows the cross section of the support ring, and FIG. 2 shows the operating angle (θ). The longitudinal section of the joint in the state which took is shown.
[0033]
As shown in FIG. 1, the constant velocity universal joint is mainly composed of an outer joint member 10 and a tripod member 20, one of the two shafts to be connected is connected to the outer joint member 10, and the other is connected to the tripod member 20. Is done.
[0034]
The outer joint member 10 has three track grooves 12 extending in the axial direction on the inner periphery. Roller guide surfaces 14 are formed on the side walls of the track grooves 12 facing each other in the circumferential direction. The tripod member 20 has three leg shafts 22 protruding in the radial direction, and a roller 34 is attached to each leg shaft 22, and this roller 34 is accommodated in the track groove 12 of the outer joint member 10. . The outer peripheral surface 34 a of the roller 34 is a convex curved surface that fits the roller guide surface 14.
[0035]
Here, the outer peripheral surface 34a of the roller 34 is a convex curved surface having an arc having a center of curvature at a position away from the axis of the leg shaft 22 in the radial direction, and the cross-sectional shape of the roller guide surface 14 is a Gothic arch shape. Thus, the outer peripheral surface 34a of the roller 34 and the roller guide surface 14 form an angular contact. In FIG. 1A, the two hit positions are indicated by a one-dot chain line. Even if the cross-sectional shape of the roller guide surface 14 is tapered with respect to the outer peripheral surface of the spherical roller, the angular contact between them is realized. By adopting a configuration in which the outer peripheral surface 34a of the roller 34 and the roller guide surface 14 form an angular contact in this manner, the posture of the roller is stabilized because the roller is less likely to shake. In the case where the angular contact is not employed, for example, the roller guide surface 14 is constituted by a part of a cylindrical surface whose axis is parallel to the axis of the outer joint member 10, and the cross-sectional shape thereof is a generatrix of the outer peripheral surface 34 a of the roller 34. It can also be an arc corresponding to.
[0036]
A support ring 32 is fitted on the outer peripheral surface 22 a of the leg shaft 22. The support ring 32 and the roller 34 are assembled (unitized) via a plurality of needle rollers 36 to constitute a roller assembly that can rotate relative to each other. That is, the cylindrical outer peripheral surface of the support ring 32 is an inner raceway surface, and the cylindrical inner peripheral surface of the roller 34 is an outer raceway surface, and the needle roller 36 is interposed between these inner and outer raceway surfaces so as to roll freely. As shown in FIG. 1B, the needle roller 36 is incorporated in a so-called full-roller state in which as many rollers as possible are inserted and there is no cage.

Reference numerals

33 and 35 denote a pair of washers mounted in an annular groove formed on the inner peripheral surface of the roller 34 to prevent the needle roller 36 from falling off.
[0037]
The outer peripheral surface 22a of the leg shaft 22 has a straight shape parallel to the axis of the leg shaft 22 when viewed in the longitudinal section {FIG. 1 (A)}, and the major axis is viewed in the transverse section {FIG. 1 (B)}. It has an elliptical shape orthogonal to the joint axis. The cross-sectional shape of the leg shaft is substantially elliptical by reducing the thickness of the tripod member 20 viewed in the axial direction. In other words, the cross-sectional shape of the leg shaft is such that the surfaces facing each other in the axial direction of the tripod member are retracted in the mutual direction, that is, on the smaller diameter side than the virtual cylindrical surface.
[0038]
The inner peripheral surface 32c of the support ring 32 has an arcuate convex cross section. That is, the generatrix of the inner peripheral surface 32c is a convex arc with a radius r {FIG. 1 (C)}. Since the cross-sectional shape of the leg shaft 22 is substantially elliptical as described above and a predetermined clearance is provided between the leg shaft 22 and the support ring 32, the support ring 32 is connected to the leg shaft 22 by this. In addition to being able to move in the axial direction, the head shaft can be swung freely with respect to the leg shaft 22. Further, as described above, the support ring 32 and the roller 34 are assembled (unitized) via the needle roller 36 so as to be relatively rotatable, so that the support ring 32 and the roller 34 swing as a unit with respect to the leg shaft 22. It is in a movable relationship. Here, swinging means that the axes of the support ring 32 and the roller 34 are inclined with respect to the axis of the leg shaft 22 in a plane including the axis of the leg shaft 22 (see FIG. 2).
[0039]
In the case of this type of conventional joint, since the outer peripheral surface of the leg shaft is in contact with the inner peripheral surface of the support ring over the entire circumference, the contact ellipse exhibits a horizontally long shape extending in the circumferential direction. For this reason, when the leg shaft is tilted with respect to the outer joint member, a frictional moment is generated that acts to tilt the support ring and, in turn, the roller as the leg shaft moves. On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 1, the cross section of the leg shaft 22 is substantially elliptical, and the cross section of the inner peripheral surface 32c of the support ring 32 is an arcuate convex cross section. As indicated by a broken line in C), the contact ellipse is close to a point, and the area is also reduced at the same time. Accordingly, the force for tilting the roller assembly (32, 34, 36) is greatly reduced as compared with the conventional one, and the stability of the posture of the roller 34 is further improved.
[0040]
In the above configuration, the tripod member 20 is mainly made of carburizing steel having a carbon content of 0.15 to 0.40 wt%, forging, machining, high-concentration carburizing and tempering, and grinding of the outer peripheral surface 22a of the leg shaft 22. It is manufactured through a process. FIG. 8 exemplifies the processing conditions when plasma carburizing is performed using a carburizing steel SCM420 material (in FIG. 8, for example, 920 ° C. × 3.5 hours, 890 ° C. × 1.5 hours). Carburizing is performed in the process.) A surface layer portion (carburized layer) is formed immediately below the surface of the tripod member 20 by high-concentration carburizing and quenching tempering, and the surface layer portion has a structure in which carbides are dispersed in the martensite base. Or you may form the tripod member 20 with bearing steel, such as SUJ2, and perform quenching and tempering. The processing conditions in this case can be, for example, 840 ° C. × 30 minutes (heating) → 110 ° C. (oil cooling) → 180 ° C. × 100 minutes (tempering). Since the outer peripheral surface 22a of the leg shaft 22 may have a large amount of grinding, the latter configuration in which the inner part is hardened is effective.
[0041]
Here, the above carbide is specifically Fe. _Three A carbide mainly composed of C, and a structure in which such a carbide is dispersed in the martensite matrix contains carbon C at least in the surface layer portion at or above the eutectoid point (0.8 wt% or more), and is quenched and tempered. It can be formed by doing. In particular, the carbide can be spheroidized by spheroidizing and tempering in the molding process of the component parts, or by appropriately adjusting the component content of the steel material and the heat treatment conditions. In this case, more preferable results are obtained. It is done.
[0042]
The outer joint member 10 is made of, for example, a steel material having a carbon content of 0.15 to 0.40 wt%, forging, machining, carburizing, tempering, and grinding of the shaft portion 10a {see FIG. 2A}. It is manufactured through. Instead of carburizing and quenching and tempering, carbonitriding and quenching and tempering can be employed.
[0043]
The support ring 32, the roller 34, and the needle roller 36 constituting the roller assembly are made of, for example, forging from a carburizing steel having a carbon content of 0.15 to 0.40 wt% → machining → high concentration carburizing quenching and tempering → grinding. Manufactured through the main process. Directly below the surface of these components, a surface layer portion (carburized layer) is formed by high-concentration carburizing and tempering, and the surface layer portion has a structure in which carbides are dispersed in the martensite base. Alternatively, these components may be formed of bearing steel such as SUJ2 and subjected to continuous quenching and tempering. Since other matters are the same as those of the tripod member 20, the description thereof is omitted.
[0044]
In addition, a solid lubricant film may be formed on the contact surfaces of the tripod member 20, the outer joint member 10, the support ring 32, the roller 34, and the needle roller 36 with the above-described minute recesses and the chemical conversion treatment film as an underlayer. Moreover, you may perform a normal temperature sulfuration process.
[0045]
Further, after the main steps described above, at least one of the outer peripheral surface 22a of the leg shaft 22 of the tripod member 20, the base end portion, and the serration portion (or spline portion), the roller guide surface 14 of the outer joint member 10, and Shot peening may be applied to at least one of the shaft portions (particularly serration portions or spline portions). By performing the shot peening treatment, the surface texture is refined and residual compressive stress is generated on the surface. Therefore, the strength against rolling fatigue life and torsional fatigue is improved.
[0046]
The constant velocity universal joint of this embodiment is optimized for the material of the component parts and the properties of the surface layer part, and as a result of improving the strength against rolling fatigue, cracks, etc. Compared with superior durability and strength. In addition, it is possible to further reduce the size while ensuring durability and strength equal to or higher than those of current products.
[0047]
3 and 4 show a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the bus bar of the inner peripheral surface 32c of the support ring 32 is formed as a single arc in the first embodiment described above, whereas the center arc portion 32a It is different only in that it is formed in combination with the relief portions 32b on both sides. The escape portion 32b is a portion for avoiding interference with the leg shaft 22 when the operating angle (θ) is taken as shown in FIG. 3 (C), and from the end of the arc portion 32a to the end of the support ring 32. It consists of a straight line or a curve that gradually increases in diameter. Here, a case where the escape portion 32b is a part of a conical surface having a cone angle α = 50 ° is illustrated. The arc portion 32a has a large radius of curvature (r) of about 30 mm, for example, in order to allow an inclination of about 2 to 3 ° of the leg shaft 22 with respect to the support ring 32. In the tripod type constant velocity universal joint, the tripod member 20 swings about the center of the outer joint member 10 three times when the outer joint member 10 makes one rotation. At this time, the amount of eccentricity represented by the symbol e {FIG. 2 (A)} increases in proportion to the operating angle (θ). The three leg shafts 22 are separated by 120 °, but when the operating angle (θ) is taken, the vertical leg shafts 22 appearing on the upper side of the figure as shown in FIG. 2B. The other two leg shafts 22 are slightly tilted from their axes when the operating angle is 0 indicated by a one-dot chain line. The inclination is about 2 to 3 ° when the operating angle (θ) is about 23 °, for example. Since this inclination is reasonably allowed by the curvature of the arc portion 32a of the inner peripheral surface 32c of the support ring 32, it is possible to prevent the surface pressure at the contact portion between the leg shaft 22 and the support ring 32 from becoming excessively high. it can. 2B schematically shows the three leg shafts 22 of the tripod member 20 viewed from the left side of FIG. 2A, and the solid line represents the leg shaft.
[0048]
The material of the outer joint member 10, tripod member 20, and components (support ring 32, needle roller 36, roller 34) constituting the roller assembly A, the manufacturing process, at least the structure of the surface layer portion, and other matters are the same as those in the first embodiment. The explanation is omitted because it conforms.
[0049]
FIG. 5 and FIG. Reference example Is shown. FIG. 5 shows a state in which the operating angle of the joint is 0 ° and no rotational torque is applied to the joint.
[0050]
this Reference example The tripod type constant velocity universal joint includes an outer joint member 1 coupled to one of two shafts to be coupled and a tripod member 2 coupled to the other.
[0051]
The outer joint member 1 has a generally cup-like appearance, and three track grooves 1a extending in the axial direction are formed at equal circumferential positions on the inner peripheral portion. Roller guide surfaces 1a1 are provided on both sides of each track groove 1a.
[0052]
The tripod member 2 has three leg shafts 2a protruding in the radial direction at equal circumferential positions. An outer peripheral surface 2a1 of each leg shaft 2a is formed in a convex spherical shape, and a roller assembly A in which a support ring 3, a plurality of needle rollers 4 and a roller 5 are assembled is mounted on the outer peripheral surface 2a1.
[0053]
As shown in an enlarged view in FIG. 5B, the roller assembly A rolls a plurality of needle rollers 4 between the cylindrical outer peripheral surface 3 a of the support ring 3 and the cylindrical inner peripheral surface 5 a of the roller 5. Both ends of the support ring 3 and the needle roller 4 are locked by a pair of snap rings 6 that are movably inserted and fitted to the inner peripheral surface 5 a of the roller 5. Movement in the axial direction (movement of the leg shaft 2a in the direction of the axis Z) is restricted. There is a slight axial gap δ between both end faces of the support ring 3 and both end faces of the needle roller 4 and the pair of snap support rings 6. In the drawing, the size of the axial gap δ is exaggerated more than the actual size. Further, the axial gap between the end surface of the support ring 3 and the snap support ring 6 and the axial gap between the end surface of the needle roller 4 and the snap support ring 6 may be set to the same value in design. Although different values may be set, in the drawing, both cases are shown as an axial gap δ without distinction. Further, there is a slight radial gap between the outer peripheral surface 3 a of the support ring 3 and the inner peripheral surface 5 a of the roller 5 and the rolling surface of the needle roller 4.
[0054]
The inner peripheral surface 3b of the support ring 3 is fitted to the spherical outer peripheral surface 2a1 of the leg shaft 2a. this Reference example The inner peripheral surface 3b of the support ring 3 has a conical shape with a diameter gradually reduced toward the distal end side of the leg shaft 2a, and comes into line contact with the outer peripheral surface 2a1 of the leg shaft 2a. Thus, swinging of the roller assembly A with respect to the leg shaft 2a is allowed. The inclination angle α of the inner peripheral surface 3b of the support ring 3 is as small as 0.1 ° to 3 °, preferably 0.1 ° to 1 °, for example. Reference example Then, α is set to 0.5 °. In the drawing, the degree of inclination of the inner peripheral surface 3b is shown in a considerably exaggerated manner.
[0055]
The generatrix of the outer peripheral surface 5b of the roller 5 is an arc centered at a point offset outward from the center of the leg shaft 2a.
[0056]
this Reference example The cross-sectional shape of the roller guide surface 1a1 of the outer joint member 1 is a two-arc shape (Gothic arch shape). Therefore, the roller guide surface 1a1 and the outer peripheral surface 5b of the roller 5 are in angular contact at two points p and q. The angular contact points p and q include the center of the outer peripheral surface 5b of the roller 5 and are located on the opposite side of the center line orthogonal to the axis Z of the leg shaft 2a by an equal distance in the axis Z direction. The cross-sectional shape of the roller guide surface 1a1 may be V-shaped or parabolic. Also this Reference example , A shoulder surface 1a2 is provided in the track groove 1a adjacent to the roller guide surface 1a1, and the end surface 5c on the tip end side of the leg shaft of the roller 5 is guided by the shoulder surface 1a2.
[0057]
Since the inner peripheral surface 3b of the support ring 3 has a conical shape with the diameter gradually reduced toward the distal end side of the leg shaft, when rotational torque is applied to this joint, as shown in FIG. 6 (inner peripheral surface 3b 5 is exaggerated more than that in FIG. 5), and a load component directed toward the leg shaft tip side at the contact position S between the inner peripheral surface 3 b of the support ring 3 and the outer peripheral surface 2 a 1 of the leg shaft 2 a. A force F is generated. The load component force F acts to push up the support ring 3 and the needle roller 4 toward the tip end of the leg shaft, thereby pressing the support ring 3 and the needle roller 4 against the washer 6 at the tip end of the leg shaft. Therefore, the contact position S between the inner peripheral surface 3b of the support ring 3 and the outer peripheral surface 2a1 of the leg shaft 2a is stabilized. Further, the load component force F acts to push up the roller 5 toward the distal end side of the leg shaft via the support ring 3 and the needle roller 4, and stabilizes the posture of the roller 5 with respect to the roller guide surface 1a1. The stabilization of the contact position S and the stabilization of the posture of the roller 5 combine to effectively reduce and stabilize the induced thrust. The inner peripheral surface 3b of the support ring 3 may be cylindrical.
[0058]
The outer joint member 1, tripod member 2, parts of the roller assembly A (support ring 3, needle roller 4, roller 5), the manufacturing process, at least the structure of the surface layer, and other matters are the same as in the first embodiment. The explanation is omitted because it conforms.
[0059]
FIG. 7 illustrates the present invention. Other reference examples Is shown. FIG. 7 shows a state when the operating angle of the joint is 0 °.
[0060]
As shown in FIG. Reference example The constant velocity universal joint includes an outer joint member 1 ′ coupled to one of the two shafts to be coupled and a tripod member 2 ′ coupled to the other. The outer joint member 1 ′ has a generally cup-like appearance, and three track grooves 1a ′ extending in the axial direction are formed at equal circumferential positions on the inner peripheral portion. Roller guide surfaces 1a′1 are provided on both sides of each track groove 1a ′. The tripod member 2 ′ has three leg shafts 2a ′ protruding in the radial direction at circumferentially equidistant positions. An inner roller 3 ′ is rotatably fitted to the cylindrical outer peripheral surface of each leg shaft 2 a ′ via a plurality of needle rollers 7 ′, and an outer roller 4 ′ is rotatably fitted to the outside thereof. ing.
[0061]
As shown in an enlarged view in FIG. 7B, the needle roller 7 ′ and the inner roller 3 ′ are constituted by a retaining ring 8 ′ and a retaining ring 9 ′, one end of which is attached to the tip of the leg shaft 2a ′. The other end is locked by a washer 10 ′ attached to the base end portion of the leg shaft 2 a ′, and movement of the leg shaft 2 a ′ in the axis Z direction is restricted. Actually, there is a slight axial gap δ ′ between the needle roller 7 ′ and the inner roller 3 ′ and the retaining ring 8 ′ and the washer 10 ′. In the drawing, the size of the axial gap δ ′ is greatly exaggerated from the actual size. Further, there is a slight radial gap between the outer peripheral surface of the leg shaft 2a ′ and the inner peripheral surface 3a ′ of the inner roller 3 ′ and the needle roller 7 ′. The inner peripheral surface 3a ′ of the inner roller 3 ′ is cylindrical, and the outer peripheral surface 3b ′ is convex spherical. In this embodiment, the generatrix of the outer peripheral surface 3b ′ is an arc with a radius r1 centered on a point O1 ′ offset outward by a predetermined amount from the radius center O2 ′ of the inner roller 3 ′. The radius r1 is smaller than the maximum radius r2 of the outer peripheral surface 3b ′.
[0062]
The outer roller 4 ′ is fitted to the outer peripheral surface 3b ′ of the inner roller 3 ′. this Reference example The outer peripheral surface 4a ′ of the outer roller 4 ′ has a conical shape gradually reduced in diameter toward the tip end side of the leg shaft 2a ′, and comes into line contact with the outer peripheral surface 3b ′ of the inner roller 3 ′. Thereby, swinging of the outer roller 4 ′ with respect to the leg shaft 2a ′ is permitted. The inclination angle of the inner peripheral surface 4a ′ is as small as 0.1 ° to 3 °, for example. Reference example Then, the angle is set to 0.3 ° to 0.7 °. In the drawing, the inclination of the inner peripheral surface 4a ′ is considerably exaggerated. The generatrix of the outer peripheral surface 4b ′ of the outer roller 4 ′ is an arc having a radius r3 centered on a point O3 ′ offset further outward than the point O1 ′.
[0063]
this Reference example The cross-sectional shape of the roller guide surface 1a′1 of the outer joint member 1 ′ is a two-arc shape (Gothic arch shape). Therefore, the roller guide surface 1a′1 and the outer peripheral surface 4b ′ of the outer roller 4 ′ are in angular contact at two points p ′ and q ′. The angular contact points p ′ and q ′ include the center O3 ′ of the outer peripheral surface 4b ′ of the outer roller 4 ′ and are opposite to the center line orthogonal to the axis Z of the leg shaft 2a ′ by an equal distance in the axis Z direction. It is in a position away from the side. The cross-sectional shape of the roller guide surface 1a′1 may be V-shaped or parabolic.
[0064]
Since the inner peripheral surface 4a ′ of the outer roller 4 ′ has a conical shape with a gradually reduced diameter toward the tip end side of the leg shaft, as shown in FIG. 7C, the outer peripheral surface 3b ′ of the inner roller 3 ′ A load component force F directed toward the distal end side of the leg shaft is generated at the contact position S ′. This load component force F acts to push up the outer roller 4 ′ toward the tip end side of the leg shaft, thereby reducing the contact surface pressure of the B portion on the roller guide surface 1a ′ on the non-load side. Further, a force directed toward the base end side of the leg shaft (lower side in the figure) is generated as a reaction force of the load component force F at the contact position S ′. This reaction force acts to push down the inner roller 3 ′ toward the base end side of the leg shaft, and suppresses the axial movement of the inner roller 3 ′ and the needle roller 7 ′ relative to the leg shaft 2a ′. As a result, as shown in FIG. 7B, the inner roller 3 ′ and the needle roller 7 ′ are pressed against the lower washer 10 ′, and the contact position S ′ varies due to the axial gap δ ′. Is suppressed. Combined with the reduction of the contact surface pressure of the B portion on the roller guide surface 1a′1 on the non-load side and the stabilization of the contact position S ′, the induced thrust is effectively reduced and stabilized. The The inner peripheral surface 4a ′ of the outer roller 4 ′ may be cylindrical.
[0065]
The outer joint member 1 ′, tripod member 2 ′, parts of the roller mechanism (inner roller 3 ′, outer roller 4 ′, needle roller 7 ′), materials, manufacturing process, at least surface layer structure, and other matters The description is omitted because it conforms to the first embodiment.
[0066]
The present invention is not limited to the constant velocity universal joint having the above-described configuration. For example, the roller guide surface is a flat surface, the outer peripheral surface of the outer roller is cylindrical, the inner peripheral surface is concave spherical, and the outer peripheral surface of the inner roller. Is a convex spherical shape, and a constant velocity universal joint (Japanese Patent Application No. Hei 8) that allows the outer roller to swing freely by sliding between the concave spherical inner peripheral surface of the outer roller and the convex spherical outer peripheral surface of the inner roller. No. 4073, Japanese Patent Application No. 8-138335), and a constant velocity universal joint (Japanese Patent Laid-Open No. 11-13779) in which the roller guide surface and the axis of the leg shaft are non-parallel to each other with the operating angle being 0 °. Can be applied similarly.
[0067]
【Example】
In order to confirm the effect obtained by dispersing the carbide in the martensite matrix in the surface layer structure of the component parts, the following test was performed. The tests were conducted on the constant velocity universal joint of the first embodiment described above in both the examples and comparative examples, and the material of the tripod member and the heat treatment method were as follows.
[0068]
Example 1 A tripod member was formed of SCM420 steel and subjected to high-concentration carburizing and tempering.
[0069]
Example 2: A tripod member was formed of SUJ2 steel and subjected to continuous quenching and tempering.
[0070]
Comparative Example: A tripod member was formed of SCM420 steel and subjected to normal carburizing and quenching and tempering.
(Test conditions)
Torque: 686 Nm, rotation speed: 250 rpm, operating angle θ: 10 deg
Test time: 300h
The test was conducted under the above conditions, and the rolling fatigue life of the outer peripheral surface of the leg shaft of the tripod member was evaluated. The results are shown in Table 1. The evaluation item ○ indicates that the target time was satisfied, and Δ indicates that the target time was not satisfied.
[0071]
[Table 1]

[0072]
From the results shown in Table 1, a favorable rolling fatigue life can be obtained by configuring the structures of Example 1 and Example 2, that is, the structure of the surface layer portion, in which carbides are dispersed in the base of martensite. I was able to confirm.
[0073]
Although the above is for the tripod member, similar results were obtained for other components such as the outer joint member. Second Embodiment of , And the reference example mentioned above The same result was obtained in. Description of these test results is omitted.
[0074]
【The invention's effect】
According to the present invention, the material of the component part, at least the structure of the surface layer part is optimized, and the rolling fatigue life, crack strength, etc. are improved, so that the tripod having superior durability and strength while maintaining the current size A constant velocity universal joint can be provided, and a more compact tripod constant velocity universal joint can be provided while ensuring durability and strength equal to or higher than those of current products.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a partial end view, and FIG. 1B is a cross-sectional view perpendicular to a leg axis in FIG. FIG. 1C is a cross-sectional view of the support ring for explaining the contact ellipse.
2A is a longitudinal sectional view of the constant velocity universal joint of FIG. 1 and shows a state where an operating angle is taken, and FIG. 2B is a schematic view of the tripod member in FIG. 2A. It is a side view.
3A and 3B show a second embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a partial end view, and FIG. 3B is a cross-sectional view perpendicular to a leg axis in FIG. FIG. 3C is a longitudinal sectional view showing a state where the operating angle is taken.
4 is an enlarged cross-sectional view of the support ring in FIG. 3. FIG.
[Figure 5] Reference example FIG. 5A is an end view with a part in cross section, and FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view of the main part of FIG.
6 is a diagram for explaining a load component force F generated at a contact position between a support ring and a leg shaft in FIG. 5; FIG.
[Fig. 7] Other reference examples 7A is a cross-sectional view, FIG. 7B is an enlarged cross-sectional view of the main part of FIG. 7A, and FIG. 7C is generated at a contact position between the outer roller and the inner roller. 5 is a diagram for explaining a load component force F. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing processing conditions when plasma carburizing is performed.
[Explanation of symbols]
10 Outer joint member
12 Track groove
14 Roller guide surface
20 Tripod members
22 Leg axis
32 Support ring
32a Arc part
32b Escape part
34 Laura
36 Needle roller

Claims

Tripod member having three axial groove tracks on the inner periphery, outer joint members having axial roller guide surfaces on both sides of each track groove, and three leg shafts projecting in the radial direction And a roller mechanism mounted on each leg shaft of the tripod member. The roller mechanism is swingable with respect to the leg shaft, and the axis of the outer joint member along the roller guide surface. In a constant velocity universal joint having a roller guided in a direction parallel to
The roller mechanism has a support ring that is externally fitted to the outer peripheral surface of the leg shaft and rotatably supports the roller, and an inner peripheral surface of the support ring has an arcuate convex cross section, and an outer periphery of the leg shaft The surface is straight in the longitudinal section, and in the transverse section, it is in contact with the inner peripheral surface of the support ring in a direction perpendicular to the joint axis, and between the inner peripheral surface of the support ring in the joint axial direction. To form a gap,
A constant velocity universal joint, wherein a surface layer portion of at least one component has a structure in which carbide is dispersed in a matrix of martensite.

The constant velocity universal joint according to claim 1, wherein the carbide is a spherical carbide.

The constant velocity universal joint according to claim 1 or 2, wherein the component is made of a steel material having a carbon content of 0.80 to 1.10 wt%.

The constant velocity universal joint according to claim 1 or 2, wherein the component is made of a steel material having a carbon content of 0.15 to 0.40 wt%, and the surface layer portion is a carburized layer.

The constant velocity universal joint according to claim 1 or 2, wherein at least a contact surface of the component has a surface hardness of HRC 60 to 68.

Cross-section of said leg shaft, constant velocity universal joint of claim 1 wherein the substantially elliptical shape with a major axis perpendicular to the axis of the joint.

The constant velocity universal joint according to any one of claims 1 to 5, wherein an infinite number of minute recesses are randomly formed on at least a contact surface of the component.

The constant velocity universal joint according to any one of claims 1 to 5, wherein a solid lubricating coating having a chemical conversion coating as a base layer is formed on at least a contact surface of the component.

The constant velocity universal joint according to any one of claims 1 to 5, wherein at least a contact surface of the component is subjected to a room temperature sulfurating treatment.