固定型等速自在継手
【課題】極寒地において使用されても、潤滑不足によるスティックスリップの発生、冷時異音を抑えることができる固定型等速自在継手を提供する。
【解決手段】内径面に複数のトラック溝２２が形成された外側継手部材２３と、外径面に複数のトラック溝２５が形成された内側継手部材２６と、外側継手部材２３のトラック溝２２と内側継手部材２６のトラック溝２５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール２７と、このボール２７を保持するケージ２８とを備え、継手内部にグリースを封入した固定式等速自在継手において、前記外側継手部材２３の内表面、内側継手部材２６の外表面、およびケージ２８の内外表面のうち、少なくとも外側継手部材２３のトラック溝２２に多数の微少くぼみを形成し、このくぼみ形成面の表面粗さをRa０．８以上とすると共に表面粗さのパラメータのＲsk値を負の値とし、冷時異音を抑制した。
【解決手段】内径面に複数のトラック溝２２が形成された外側継手部材２３と、外径面に複数のトラック溝２５が形成された内側継手部材２６と、外側継手部材２３のトラック溝２２と内側継手部材２６のトラック溝２５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール２７と、このボール２７を保持するケージ２８とを備え、継手内部にグリースを封入した固定式等速自在継手において、前記外側継手部材２３の内表面、内側継手部材２６の外表面、およびケージ２８の内外表面のうち、少なくとも外側継手部材２３のトラック溝２２に多数の微少くぼみを形成し、このくぼみ形成面の表面粗さをRa０．８以上とすると共に表面粗さのパラメータのＲsk値を負の値とし、冷時異音を抑制した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車等の車両の動力伝達系に使用されるもので、駆動側と従動側の二軸間で角度変位のみを許容する固定型等速自在継手であって、特に極寒地で使用されても、潤滑不足によるスティックスリップの発生を抑制した固定型等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
固定型等速自在継手であるツェッパ型等速自在継手は、図６に示すように、外側継手部材３、内側継手部材６、ボール７およびケージ８からなる。外側継手部材３の球状内径面１には複数のトラック溝２が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材６の球状外径面４には、外側継手部材３のトラック溝２と対向するトラック溝５が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材３のトラック溝２と内側継手部材６のトラック溝５との間にトルクを伝達する複数のボール７が介在されている。外側継手部材３の球状内径面１と内側継手部材６の球状外径面４の間に、ボール７を保持するケージ８が配置されている。外側継手部材３の外周と、内側継手部材６に連結されたシャフトの外周とをブーツで覆い、継手内部には、潤滑剤としてグリースが封入されている（図示省略）。
【０００３】
図６に示すように、外側継手部材３の球状内径面１と内側継手部材６の球状外径面４の曲率中心は、いずれも、継手の中心Ｏに形成されている。これに対して、外側継手部材３のトラック溝２の曲率中心Ａと、内側継手部材６のトラック溝５の曲率中心Ｂとは、継手の中心Ｏに対して軸方向に等距離Ｌオフセットされている。これにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材３と内側継手部材６の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール７が常に案内され、二軸間で等速に回転トルクが伝達されることになる。
【０００４】
ところで、極寒地に長時間放置された自動車では、その前輪を駆動するために使用される固定型等速自在継手も外気温と同等の低温（例えば、−２０℃以下）となり、その固定型等速自在継手に封入されているグリースも同様の低温になっている。
【０００５】
このような場合に、固定型等速自在継手が高作動角状態で、この継手にトルクが入力されると、トルク入力した直後に、継手内部のトラック溝と、このトラック溝に案内されるボールとの間で、一時的な潤滑不足によるスティックスリップが発生することがある。このようなスティックスリップが発生すれば異音として運転者に聴こえる場合がある。この異音のことを冷時異音という。この冷時異音はジョイントが回転すれば、その発熱によりジョイント内部温度が上昇しすぐに消えるため、長期に低温環境下に置かれた車両で発進する際のみ問題となり、発進直後以外は問題とならない。
【０００６】
上記のような冷時異音の問題ではないが、従来、等速自在継手の異音の発生を抑えるものがある（特許文献１〜３）。特許文献１に記載のものは、摺動型等速自在継手であって、保持器ポケットの継手軸方向に対向するポケット壁面の周方向中央部を中高として、この中高部において所望のボール締め代にして、異音発生を防止したものである。
【０００７】
特許文献２に記載のものは、固定型等速自在継手の保持器のポケットとボールとの間の隙間を０〜３０μｍとすると共に、トラック溝に摩擦係数０．１３以下のグリースを付着させて、打音の発生を抑えたものである。
【０００８】
特許文献３に記載のものは、８個のボールを使用した固定型等速自在継手において、ボールの表面に微少凹部をランダムに多数形成し、ボールの表面粗さをRａ０．０３〜Rａ０．６、ボールの表面粗さパラメータＲsk値を−１．０以下に設定したことで、摩擦を低減させてトルク伝達効率を向上したものである。
【特許文献１】実公昭６１−１９２１２号公報
【特許文献２】実開平５−７５５２５号公報
【特許文献３】特開２００８−１９０５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術は、前述したような極寒地に長時間放置された自動車における固定型等速自在継手のトラック溝とボールとの間で、一時的な潤滑不足によるスティックスリップ、冷時異音という特殊な環境で発生する異音に着目したものではない。
【００１０】
本願の発明者らは、上記のスティックスリップの原因を究明するために固定型等速自在継手の作動状態を検討した。図６に示す固定型等速自在継手は、ボールが６個のツェッパ型等速自在継手が作動角４０°をとった状態を示す。ラインＬ１は外側継手部材３のトラック溝２とボール７との接触点の軌跡であり、ラインＬ２は内側継手部材６のトラック溝５とボール７との接触点の軌跡である。両トラック溝２、５とボール７とは、接触角をもって接触しているので、ラインＬ１およびラインＬ２は各トラック溝２、５の溝底から離れた位置で接触する。ラインＬ１およびラインＬ２の接触点軌跡の長さを表１に記載した。ラインＬ１の接触点軌跡の長さは、ラインＬ２接触点の軌跡の長さの１．５７倍の長さであり、外側継手部材３のトラック溝２とボール７との接触点の移動量が大きいことがわかる。
【００１１】
図７に示す固定型等速自在継手は、ボールが８個のツェッパ型等速自在継手が作動角４０°をとった状態を示す。図６と同様に、ラインＬ１は外側継手部材３のトラック溝２とボール７との接触点の軌跡であり、ラインＬ２は内側継手部材６のトラック溝５とボール７との接触点の軌跡である。表１に記載したように、ボールが８個のツェッパ型等速自在継手の場合は、ラインＬ１の接触点軌跡の長さは、ラインＬ２接触点の軌跡の長さの１．５３倍の長さであり、外側継手部材３のトラック溝２とボール７との接触点の移動量が大きいことがわかる。
【表１】
【００１２】
上記の結果、外側継手部材３のトラック溝２とボール７との接触点と内側継手部材６のトラック溝５とボール７との接触点との間に周速差が発生し、滑りが生じる。固定型等速自在継手の内部が極低温になると、グリースが流動しにくい状態になり、上記の滑り接触部に一時的な潤滑不足によるスティックスリップが発生すると考えられる。
【００１３】
上記のスティックスリップは、固定型等速自在継手が回転すると、ボールとトラック溝間やケージと内側継手部材および外側継手部材の球面接触部での発熱により、極短時間で固定型等速自在継手の内部に封入されたグリースの温度が上昇するため、スティックスリップは発生しなくなる。また、固定型等速自在継手の内部温度が−２０℃まで低くならない場合や、−２０℃以下でも固定型等速自在継手の作動角が小さい場合にはスティックスリップは発生しないことが分かった。作動角が小さい場合には、トラック溝とボール間の相対変位が小さく、外側継手部材のトラック溝とボールとの接触点と内側継手部材のトラック溝とボールとの接触点との間に発生する周速差による滑り量が少ないためと考えられる。
【００１４】
このような状態に鑑み、極低温かつ高面圧下での潤滑性を向上する手段として、外側継手部材のトラック溝と球状内径面、内側継手部材のトラック溝と球状外径面、およびケージの球状内外径面の表面粗さに着目したものである。
【００１５】
この発明の目的は、極寒地で使用されても、一時的な潤滑不足によるスティックスリップの発生を抑え、冷時異音を抑制した固定型等速自在継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明に係る固定型等速自在継手は、内径面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを保持するケージとを備え、継手内部にグリースを封入した固定式等速自在継手において、前記外側継手部材の内表面、内側継手部材の外表面、およびケージの内外表面のうち、少なくとも、外側継手部材のトラック溝に多数の微少くぼみを形成し、このくぼみ形成面の表面粗さをRa０．８以上とすると共に表面粗さのパラメータのＲsk値を負の値とし、冷時異音を抑制したことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の固定型等速自在継手において、前記微少くぼみを、外側継手部材の内表面を構成する球状内径面にも形成したものである。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の固定型等速自在継手において、前記微少くぼみを、内側継手部材の外表面を構成するトラック溝および球状外径面にも形成したものである。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記微少くぼみを、ケージの内外表面を構成する球状内径面および球状外径面にも形成したものである。
【００２０】
請求項５の発明に係る固定型等速自在継手は、内径面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを保持するケージとを備え、継手内部にグリースを封入した固定式等速自在継手において、前記外側継手部材の内表面、内側継手部材の外表面およびケージの内外表面のうち、少なくとも内側継手部材の外表面とケージの内外表面に多数の微少くぼみを形成し、この微少くぼみの表面粗さをRa０．８以上とすると共に表面粗さのパラメータのＲsk値を負の値とし、冷時異音を抑制したことを特徴とするものである。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記微少くぼみの表面粗さをRa０．８以上Ra１．５以下の範囲にしたものである。
【００２２】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記グリースの増ちょう剤をウレア化合物とし、ちょう度を０号から２号としたものである。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記外側継手部材および内側継手部材の各トラック溝を軸方向において円弧部のみで形成したものである。
【００２４】
請求項９の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記外側継手部材および内側継手部材の各トラック溝を軸方向において円弧部とストレート部で構成したものである。
【００２５】
請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記外側継手部材および内側継手部材のトラック溝を６本とし、外側継手部材および内側継手部材の対向するトラック溝に介在するボールを６個としたものである。
【００２６】
請求項１１の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記外側継手部材および内側継手部材のトラック溝を８本とし、外側継手部材および内側継手部材の対向するトラック溝に介在するボールを８個としたものである。
【００２７】
前述のように、外側継手部材のトラック溝とボールとの接触点と内側継手部材のトラック溝とボールとの接触点との周速差が発生し、滑りが生じる。このような固定型等速自在継手の内部が極低温になると、グリースが流動しにくい状態になり、上記の滑り接触部に一時的な潤滑不足が起こり、スティックスリップが発生しやすいという現象をつきとめ、これに着目し、外側継手部材のトラック溝と球状内径面、内側継手部材のトラック溝と球状外径面、およびケージの球状内外径面の表面粗さの新たな設定を見出したものである。本発明はこのような知見に基づくものである。
【発明の効果】
【００２８】
この発明の固定型等速自在継手によれば、外側継手部材の内表面、内側継手部材の外表面、およびケージの内外表面のうち、少なくとも外側継手部材のトラック溝に、あるいは内側継手部材の外表面とケージの内外表面に多数の微少くぼみを形成し、このくぼみ形成面の表面粗さをRa０．８以上とすると共に表面粗さのパラメータのＲsk値を負の値としたので、このような表面粗さを有するトラック溝表面とボール間や各接触部におけるスティックスリップが起こりにくい接触状態に加えて、潤滑剤であるグリースの高い保持能力により、スティックスリップ、冷時異音の発生を抑制することができる。
【００２９】
さらに、上記くぼみ形成面の表面粗さをRa０．８以上Ra１．５以下の範囲にしたことにより、上記の作用に加えて、定常走行における音響抑制も維持しつつ、冷時スティックスリップおよび、これによる冷時異音の発生をより一層抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、この発明の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は実施形態の固定型等速自在継手を軸線と平行な面で切断した縦断面図、図２は軸線と直交する断面で切断した横断面図である。図３は図２の要部を示す。
【００３１】
本発明の実施形態の固定型等速自在継手は、図１および図２に示すように、外側継手部材２３、内側継手部材２６、ボール２７およびケージ２８からなる。外側継手部材２３の球状内径面２１には複数のトラック溝２２が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材２６の球状外径面２４には、外側継手部材２３のトラック溝２２と対向するトラック溝２５が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材２３のトラック溝２２と内側継手部材２６のトラック溝２５との間にトルクを伝達する複数のボール２７が介在されている。外側継手部材２３の球状内径面２１と内側継手部材２６の球状外径面２４の間に、ボール２７を保持するケージ２８が配置されている。ケージ２８の球状外径面２８aは外側継手部材２３の球状内径面２１と、ケージ２８の球状内径面２８bは内側継手部材２６の球状外径面２４とそれぞれ嵌合している。ここで、外側継手部材２３のトラック溝２２と球状内径面２１を合わせて外側継手部材２３の内表面という。また、内側継手部材２６のトラック溝２５と球状外径面２４を合わせて内側継手部材２６の外表面といい、ケージ２８の球状外径面２８aと球状内径面２８ｂを合わせてケージ２８の内外表面という。
【００３２】
外側継手部材２３の球状内径面２１と内側継手部材２６の球状外径面２４の曲率中心は、それぞれ継手の中心Ｏに形成されている。外側継手部材２３のトラック溝２２は、開口側のストレート部２２aと、奥側の円弧部２２bとからなる。一方、内側継手部材２６のトラック溝２５は、開口側の円弧部２５bと奥側のストレート部２５aとからなる。外側継手部材２３のトラック溝２２の円弧部２２bの曲率中心Ｏ１と、内側継手部材２６のトラック溝２５の円弧部２５bの曲率中心Ｏ２とは、継手の中心Ｏに対して軸方向に等距離Ｆオフセットされている。これにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材２３と内側継手部材２６の両軸線がなす角度を二等する平面上にボール２７が常に案内され、二軸間で等速に回転が伝達されることになる。この固定型等速自在継手は、ボールが８個のアンダーカットフリータイプである。尚、この実施形態では、ケージ２８の球状外径面２８aの曲率中心（図示省略）は継手中心Ｏより開口側に、ケージ２８の球状内径面２８bの曲率中心（図示省略）は継手中心Ｏより奥側にそれぞれ小量オフセットして形成されている。
【００３３】
図３は図２の要部であり、詳しくは外側継手部材２３と内側継手部材２６の対向するトラック溝２２、２５の横断面である。図３に示すように、ボール２７は、外側継手部材２３のトラック溝２２と２点Ｃ１２、Ｃ１３でアンギュラコンタクトし、内側継手部材２６のトラック溝２５と２点Ｃ１５、Ｃ１６でアンギュラコンタクトしている。ボール中心Ｏ５と各接点Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１５、Ｃ１６を通る直線と、ボール中心Ｏ５と継手中心Ｏを通る直線がなす角度αは３０°〜３８°に設定することが好ましい。本実施形態の８個ボールの継手は、従来の６個ボールの継手に比べ、そのボール径が小さく形成されているが、従来の継手と同等以上の耐久性が得られる。
【００３４】
このアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手の場合も、前述の図７に示すボールが８個のツェッパ型等速自在継手と同様に、外側継手部材２３のトラック溝２２とボール２７との接触点の移動量が、内側継手部材２６のトラック溝２５とボール２７との接触点の移動量より大きい。したがって、外側継手部材２３のトラック溝２２とボール２７との接触点と内側継手部材２６のトラック溝２５とボール２７との接触点との間に周速差が発生し、滑りが生じる。
【００３５】
外側継手部材２３の外周と、内側継手部材２６に連結されるシャフト３０の外周とをブーツ３１で覆い、継手内部には、潤滑剤としてグリースが封入されている。
【００３６】
封入グリースは、基油、増ちょう剤および添加剤からなる。基油としては、鉱物油、エステル系合成油、エーテル系合成油、炭化水素系合成油等の普通に使用される潤滑油又はそれらの混合油が挙げられる。しかしながら、コストや固定型等速自在継手に取り付けられるブーツへの影響を考慮し、鉱物油のみの適用も可能である。
【００３７】
増ちょう剤としては、リチウム石けん、リチウムコンプッレクス石けん、カルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等の石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア化合物が挙げられるが、特に限定されるものではない。ただし、固定型等速自在継手の耐久性を考慮すると、ジウレア増ちょう剤が望ましい。
【００３８】
添加剤としては、固定型等速自在継手の耐久性を考慮し、モリブデン系添加剤や、その他極圧添加剤を０．１〜１０質量％添加してもよい。
【００３９】
固定型等速自在継手に封入されるグリースは、その使用状態から、ちょう度０〜２号とするのが好ましく、より好ましくは１号とする。
【００４０】
外側継手部材２３のトラック溝２２、球状内径面２１、内側継手部材２６のトラック溝２５、球状外径面２４やケージ２８の球状外径面２８a、球状内径面２８bの表面には、多数の微少凹部をランダムに形成してあり、その表面粗さ（算術的平均粗さ）を０．８以上とすると共に、表面粗さのパラメータＲsk値を負の値とした。
【００４１】
ここで、表面粗さのＲaとは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１において規定する表面粗さパラメータの「高さ方向の振幅平均パラメータ」における算術平均粗さＲａである。また、本文中に表記のＲaの単位はすべて「μｍ」である。
【００４２】
表面粗さのパラメータＲsk値とは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１において規定する表面粗さの分布曲線の歪度（ＳＫＥＷＮＥＳＳ）、すなわち、表面粗さの平均値に対する凹凸の振幅分布曲線の相対性を表す値である。
【００４３】
パラメータＲsk値は、表面粗さの平均線に対して、振幅分布曲線の山が多いときは正、山と谷が等しいときは零、谷が多いときは負の値となる。したがって、微少凹部を多数形成した外側継手部材２３のトラック溝２２、球状内径面２１、内側継手部材２６のトラック溝２５、球状外径面２４やケージ２８の球状外径面２８a、球状内径面２８bの表面粗さのパラメータＲsk値は負の値となる。
【００４４】
表面粗さの測定箇所は、内側継手部材２６および外側継手部材２３のいずれも次のとおりである。トラック溝２２、２５は、一つのトラック溝底の継手中心Ｏの位置で、軸方向および周方向の２方向の測定結果の平均値とする。球状内径面２１、球状外径面２４は、球面幅中心（継手中心Ｏの位置）の一箇所で、軸方向および周方向の２方向の測定結果の平均値とする。ケージ２８については次のとおりである。球状外径面２８a、球状内径面２８ｂのいずれも、一箇所の柱部中央の継手中心Ｏの位置で、軸方向および周方向の２方向の測定結果の平均値とする。
【００４５】
Ｒa値およびＲsk値の測定には、測定器フォームタリサーフ（テーラーホブソン製）で測定する。測定条件として、カットオフ種別：ガウシアン、測定長さ：５λで、カットオフ数：６、カットオフ波長：０．２５ｍｍ、測定倍率：１００００倍、測定速度：０．３０ｍｍ／Ｓとした。
【００４６】
微少くぼみを多数形成する方法としては、例えば、特殊バレル研磨があるが、それ以外にショットピーニング処理等により表面加工を行ってもよい。バレル研磨は、バレル容器に研磨対象物であるワークと研磨材（メディア）を入れ、バレル運動により発生するワークとメディアとの相対摩擦のより表面加工を行う。バレル研磨においてＲsk値のコントロールは、バレル研磨機の回転速度、加工時間、ワーク投入量、チップの種類と大きさ等を選ぶことにより行える。
【００４７】
ショットピーニングは、処理対象物の表面に小粒子を投射する処理であり、最表面を塑性変形させる条件で行われる。
【実施例】
【００４８】
以下に本発明の実施例および比較例を説明する。表２に示すように各実施例および比較例の固定型等速自在継手は、両継手部材、ケージに種々レベルの表面粗さおよびＲsk値を有する処理を施した。各実施例および比較例は、いずれも実施形態で説明したボールが８個のアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手である。
【００４９】
各実施例および比較例には実績のある同じグリースを封入し、その組成は、次のとおりである。
基油：ナフテン系鉱物油３０質量％、パラフィン系鉱物油７０質量％（基油として含まれる潤滑成分の全質量に対する質量％）
増ちょう剤：脂肪式ジウレア化合物と芳香族ジウレア化合物の混合１４質量％（グリース組成成分(基油と増ちょう剤と添加剤)の全質量に対する質量％）
添加剤：二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）、モリブデンジチオカーバメイト（ＭＯＤＴＣ）、モリブデンジチオフォスフェート（ＭＯＤＴＰ）、Ｓ系極圧添加剤、ＳＮ系極圧添加剤
しかし、封入グリースはこれに限るものではない。
【００５０】
各実施例および比較例は、表２に示す表面粗さを有する。具体的には、各実施例および比較例として、微少くぼみを形成した部位、そのくぼみ形成面の表面粗さＲａ、Ｒskを表２に示すように種々異ならせたものを準備した。
【００５１】
冷時異音の評価試験
冷時異音を計測する試験機を図５に示す。冷時異音の試験条件は、各実施例および比較例ともに次のとおりである。
ジョイント作動角：３５°
回転数：２００rpm
負荷トルク：５００Ｎｍ、
冷蔵温度：−４０℃で６時間以上冷蔵
内側継手部材に貼り付けた熱電対により、試験直前の継手内部温度を計測し、継手内部温度が−３０℃のときの異音レベルを集音マイクにて計測した。その測定結果を表２に示す。
表中の評価基準は次のとおりである。
◎：優れる、○：良好、△：やや劣る、×：不良
また、表中の表面処理実施部位の欄の記号は次のとおりである。
○：表面処理を実施 −：表面処理を未実施
【表２】
【００５２】
表２に示す比較例４は現状品のサンプルである。外側継手部材の内表面、内側継手部材の外表面およびケージの内外表面は、いずれも微少くぼみを形成しておらず、その表面粗さＲａ０．５、Ｒsk０．０３である。評価結果として、冷時異音の問題がある。通常異音については当然のことながら問題はない。この比較例４を基準にして、微少くぼみを形成する部位、そのくぼみ形成面の表面粗さＲａ、Ｒskを種々異ならせたサンプルを立案、評価して本発明に至った。
【００５３】
各比較例の分析経緯は後述することにして、まず、実施例の評価結果を説明する。
実施例１は、外側継手部材の内表面、内側継手部材の外表面およびケージの内外表面のいずれにも表面粗さＲａ０．８、Ｒsk−０．１２の微少くぼみを形成したもので、優れた冷時異音の抑制効果が認められた。これは、当該表面粗さを有するトラック溝表面とボール間および各接触部におけるスティックスリップが起こりにくい接触面状態に加えて、潤滑剤であるグリースの高い保持能力によるものと考えられる。
【００５４】
実施例４は、実施例１に対して表面粗さを粗くしたものであり、外側継手部材の内表面、内側継手部材の外表面およびケージの内外表面のいずれにも表面粗さＲａ１．５、Ｒsk−０．５の微少くぼみを形成したものである。実施例４は、同様に優れた冷時異音の抑制効果が認められた。
【００５５】
実施例２および実施例５は、微少くぼみを形成する部位を外側継手部材の内表面のみとしたものである。実施例２は、外側継手部材の内表面のみ表面粗さＲａ０．８、Ｒsk−０．４９の微少くぼみを形成したもので、一方、実施例５は、外側継手部材の内表面のみ表面粗さＲａ１．５、Ｒsk−０．５の微少くぼみを形成したものである。実施例２および実施例５は、いずれも冷時異音の抑制効果が優れていた。これは、外側継手部材のトラック溝とボールとの接触点の移動量が大きいことによると考えられる。
【００５６】
実施例３および実施例６は、微少くぼみを形成する部位を内側継手部材の外表面とケージの内外表面としたものである。実施例３は、内側継手部材の外表面とケージの内外表面の双方の表面粗さＲａ０．８、Ｒsk−０．６９の微少くぼみを形成したもので、一方、実施例６は、内側継手部材の外表面とケージの内外表面の双方の表面粗さＲａ１．５、Ｒsk−０．７４の微少くぼみを形成したものである。実施例３および実施例６は、実施例１、実施例２、実施例４および実施例５に比べて冷時異音の抑制効果は少し劣るが、実用上は問題のないレベルであった。
【００５７】
上記の各実施例は、表２に示すように通常異音においても良好な結果であった。また、微少くぼみの表面粗さがＲａ０．７以下では、通常環境でのグリース保持能力があったとしても、特殊な環境下でのスティックスリップ、冷時異音の発生を抑制できるものではない。一方、微少くぼみの表面粗さがＲａ１．５を越えると、冷時異音を抑制できるものの、常温での評価において異音が発生する通常異音という別の問題が発生することが評価試験の結果より明らかになった。したがって、微少くぼみを形成した表面の粗さはＲａ０．８〜Ｒａ１．５が実用的な範囲となる。
【００５８】
次に、各比較例の評価結果を説明する。比較例１〜３は、いずれも現状品（比較例４）に対して、表面粗さを良くしたものである（微少くぼみは形成していない）が、冷時異音の評価結果は劣っていた。表面粗さを良好にしても冷時異音の抑制に効果がないことが分かった。
【００５９】
比較例５および比較例６は、現状品（比較例４）レベルの表面粗さで、微少くぼみを形成したものである。表面粗さＲａ０．５で微少くぼみを形成した表面状態では、冷時異音の抑制には十分でないことが判明した。
【００６０】
比較例７〜９は、表面粗さＲａ０．８又は１．５で微少くぼみを形成する部位を内側継手部材の外表面又はケージの内外表面としたものである。比較例７〜９の評価結果より、微少くぼみを形成する部位を内側継手部材の外表面又はケージの内外表面のみとした場合は、冷時異音の抑制効果が十分出ないことが判明した。
【００６１】
比較例１０〜１３は、表面粗さを非常に粗くし、表面粗さＲａ２．５として微少くぼみを形成したものである。微少くぼみを形成する部位により、冷時異音の抑制効果が良好なものもあるが、このような表面粗さすると、トラック溝とボールとの接触移動に伴う通常異音が大きくなり、実用できないことが判明した。
【００６２】
表２の測定結果は、ボールが８個のアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手のものであるが、ボールが６個のアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手においても同様に冷時異音の抑制効果がある。
【００６３】
また、図４に示すような、トラック溝が円弧部のみからなるツェッパ型等速自在継手においても、外側継手部材のトラック溝とボールとの接触点と内側継手部材のトラック溝とボールとの接触点との間に発生する周速差による滑り量は、アンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手と同様であるので、冷時異音の抑制効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明に係る固定型等速自在継手の縦断面図である。
【図２】前記固定型等速自在継手の横断面図である。
【図３】図２の要部を拡大した横断面図である。
【図４】軸方向において円弧部のみで形成されたトラック溝を有する固定型等速自在 継手の縦断面図である。
【図５】冷時異音を計測する試験機の平面図である。
【図６】従来の６個ボールの固定型等速自在継手が高作動角をとった場合の、トラッ ク溝とボールの接触状態を示す縦断面図である。
【図７】従来の８個ボールの固定型等速自在継手が高作動角をとった場合の、トラッ ク溝とボールの接触状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
２１ 球状内径面
２２ トラック溝
２２a ストレート部
２２b 円弧部
２３ 外側継手部材
２４ 球状外径面
２５ トラック溝
２５ａ ストレート部
２５b 円弧部
２６ 内側継手部材
２７ ボール
２８ ケージ
２８a 球状外径面
２８b 球状内径面
Ｏ 継手中心
Ｏ１ 外側継手部材のトラック溝の円弧部の曲率中心
Ｏ２ 内側継手部材のトラック溝の円弧部の曲率中心
Ｏ５ ボール中心
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車等の車両の動力伝達系に使用されるもので、駆動側と従動側の二軸間で角度変位のみを許容する固定型等速自在継手であって、特に極寒地で使用されても、潤滑不足によるスティックスリップの発生を抑制した固定型等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
固定型等速自在継手であるツェッパ型等速自在継手は、図６に示すように、外側継手部材３、内側継手部材６、ボール７およびケージ８からなる。外側継手部材３の球状内径面１には複数のトラック溝２が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材６の球状外径面４には、外側継手部材３のトラック溝２と対向するトラック溝５が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材３のトラック溝２と内側継手部材６のトラック溝５との間にトルクを伝達する複数のボール７が介在されている。外側継手部材３の球状内径面１と内側継手部材６の球状外径面４の間に、ボール７を保持するケージ８が配置されている。外側継手部材３の外周と、内側継手部材６に連結されたシャフトの外周とをブーツで覆い、継手内部には、潤滑剤としてグリースが封入されている（図示省略）。
【０００３】
図６に示すように、外側継手部材３の球状内径面１と内側継手部材６の球状外径面４の曲率中心は、いずれも、継手の中心Ｏに形成されている。これに対して、外側継手部材３のトラック溝２の曲率中心Ａと、内側継手部材６のトラック溝５の曲率中心Ｂとは、継手の中心Ｏに対して軸方向に等距離Ｌオフセットされている。これにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材３と内側継手部材６の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール７が常に案内され、二軸間で等速に回転トルクが伝達されることになる。
【０００４】
ところで、極寒地に長時間放置された自動車では、その前輪を駆動するために使用される固定型等速自在継手も外気温と同等の低温（例えば、−２０℃以下）となり、その固定型等速自在継手に封入されているグリースも同様の低温になっている。
【０００５】
このような場合に、固定型等速自在継手が高作動角状態で、この継手にトルクが入力されると、トルク入力した直後に、継手内部のトラック溝と、このトラック溝に案内されるボールとの間で、一時的な潤滑不足によるスティックスリップが発生することがある。このようなスティックスリップが発生すれば異音として運転者に聴こえる場合がある。この異音のことを冷時異音という。この冷時異音はジョイントが回転すれば、その発熱によりジョイント内部温度が上昇しすぐに消えるため、長期に低温環境下に置かれた車両で発進する際のみ問題となり、発進直後以外は問題とならない。
【０００６】
上記のような冷時異音の問題ではないが、従来、等速自在継手の異音の発生を抑えるものがある（特許文献１〜３）。特許文献１に記載のものは、摺動型等速自在継手であって、保持器ポケットの継手軸方向に対向するポケット壁面の周方向中央部を中高として、この中高部において所望のボール締め代にして、異音発生を防止したものである。
【０００７】
特許文献２に記載のものは、固定型等速自在継手の保持器のポケットとボールとの間の隙間を０〜３０μｍとすると共に、トラック溝に摩擦係数０．１３以下のグリースを付着させて、打音の発生を抑えたものである。
【０００８】
特許文献３に記載のものは、８個のボールを使用した固定型等速自在継手において、ボールの表面に微少凹部をランダムに多数形成し、ボールの表面粗さをRａ０．０３〜Rａ０．６、ボールの表面粗さパラメータＲsk値を−１．０以下に設定したことで、摩擦を低減させてトルク伝達効率を向上したものである。
【特許文献１】実公昭６１−１９２１２号公報
【特許文献２】実開平５−７５５２５号公報
【特許文献３】特開２００８−１９０５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来技術は、前述したような極寒地に長時間放置された自動車における固定型等速自在継手のトラック溝とボールとの間で、一時的な潤滑不足によるスティックスリップ、冷時異音という特殊な環境で発生する異音に着目したものではない。
【００１０】
本願の発明者らは、上記のスティックスリップの原因を究明するために固定型等速自在継手の作動状態を検討した。図６に示す固定型等速自在継手は、ボールが６個のツェッパ型等速自在継手が作動角４０°をとった状態を示す。ラインＬ１は外側継手部材３のトラック溝２とボール７との接触点の軌跡であり、ラインＬ２は内側継手部材６のトラック溝５とボール７との接触点の軌跡である。両トラック溝２、５とボール７とは、接触角をもって接触しているので、ラインＬ１およびラインＬ２は各トラック溝２、５の溝底から離れた位置で接触する。ラインＬ１およびラインＬ２の接触点軌跡の長さを表１に記載した。ラインＬ１の接触点軌跡の長さは、ラインＬ２接触点の軌跡の長さの１．５７倍の長さであり、外側継手部材３のトラック溝２とボール７との接触点の移動量が大きいことがわかる。
【００１１】
図７に示す固定型等速自在継手は、ボールが８個のツェッパ型等速自在継手が作動角４０°をとった状態を示す。図６と同様に、ラインＬ１は外側継手部材３のトラック溝２とボール７との接触点の軌跡であり、ラインＬ２は内側継手部材６のトラック溝５とボール７との接触点の軌跡である。表１に記載したように、ボールが８個のツェッパ型等速自在継手の場合は、ラインＬ１の接触点軌跡の長さは、ラインＬ２接触点の軌跡の長さの１．５３倍の長さであり、外側継手部材３のトラック溝２とボール７との接触点の移動量が大きいことがわかる。
【表１】
【００１２】
上記の結果、外側継手部材３のトラック溝２とボール７との接触点と内側継手部材６のトラック溝５とボール７との接触点との間に周速差が発生し、滑りが生じる。固定型等速自在継手の内部が極低温になると、グリースが流動しにくい状態になり、上記の滑り接触部に一時的な潤滑不足によるスティックスリップが発生すると考えられる。
【００１３】
上記のスティックスリップは、固定型等速自在継手が回転すると、ボールとトラック溝間やケージと内側継手部材および外側継手部材の球面接触部での発熱により、極短時間で固定型等速自在継手の内部に封入されたグリースの温度が上昇するため、スティックスリップは発生しなくなる。また、固定型等速自在継手の内部温度が−２０℃まで低くならない場合や、−２０℃以下でも固定型等速自在継手の作動角が小さい場合にはスティックスリップは発生しないことが分かった。作動角が小さい場合には、トラック溝とボール間の相対変位が小さく、外側継手部材のトラック溝とボールとの接触点と内側継手部材のトラック溝とボールとの接触点との間に発生する周速差による滑り量が少ないためと考えられる。
【００１４】
このような状態に鑑み、極低温かつ高面圧下での潤滑性を向上する手段として、外側継手部材のトラック溝と球状内径面、内側継手部材のトラック溝と球状外径面、およびケージの球状内外径面の表面粗さに着目したものである。
【００１５】
この発明の目的は、極寒地で使用されても、一時的な潤滑不足によるスティックスリップの発生を抑え、冷時異音を抑制した固定型等速自在継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明に係る固定型等速自在継手は、内径面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを保持するケージとを備え、継手内部にグリースを封入した固定式等速自在継手において、前記外側継手部材の内表面、内側継手部材の外表面、およびケージの内外表面のうち、少なくとも、外側継手部材のトラック溝に多数の微少くぼみを形成し、このくぼみ形成面の表面粗さをRa０．８以上とすると共に表面粗さのパラメータのＲsk値を負の値とし、冷時異音を抑制したことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の固定型等速自在継手において、前記微少くぼみを、外側継手部材の内表面を構成する球状内径面にも形成したものである。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の固定型等速自在継手において、前記微少くぼみを、内側継手部材の外表面を構成するトラック溝および球状外径面にも形成したものである。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記微少くぼみを、ケージの内外表面を構成する球状内径面および球状外径面にも形成したものである。
【００２０】
請求項５の発明に係る固定型等速自在継手は、内径面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを保持するケージとを備え、継手内部にグリースを封入した固定式等速自在継手において、前記外側継手部材の内表面、内側継手部材の外表面およびケージの内外表面のうち、少なくとも内側継手部材の外表面とケージの内外表面に多数の微少くぼみを形成し、この微少くぼみの表面粗さをRa０．８以上とすると共に表面粗さのパラメータのＲsk値を負の値とし、冷時異音を抑制したことを特徴とするものである。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記微少くぼみの表面粗さをRa０．８以上Ra１．５以下の範囲にしたものである。
【００２２】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記グリースの増ちょう剤をウレア化合物とし、ちょう度を０号から２号としたものである。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記外側継手部材および内側継手部材の各トラック溝を軸方向において円弧部のみで形成したものである。
【００２４】
請求項９の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記外側継手部材および内側継手部材の各トラック溝を軸方向において円弧部とストレート部で構成したものである。
【００２５】
請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記外側継手部材および内側継手部材のトラック溝を６本とし、外側継手部材および内側継手部材の対向するトラック溝に介在するボールを６個としたものである。
【００２６】
請求項１１の発明は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手において、前記外側継手部材および内側継手部材のトラック溝を８本とし、外側継手部材および内側継手部材の対向するトラック溝に介在するボールを８個としたものである。
【００２７】
前述のように、外側継手部材のトラック溝とボールとの接触点と内側継手部材のトラック溝とボールとの接触点との周速差が発生し、滑りが生じる。このような固定型等速自在継手の内部が極低温になると、グリースが流動しにくい状態になり、上記の滑り接触部に一時的な潤滑不足が起こり、スティックスリップが発生しやすいという現象をつきとめ、これに着目し、外側継手部材のトラック溝と球状内径面、内側継手部材のトラック溝と球状外径面、およびケージの球状内外径面の表面粗さの新たな設定を見出したものである。本発明はこのような知見に基づくものである。
【発明の効果】
【００２８】
この発明の固定型等速自在継手によれば、外側継手部材の内表面、内側継手部材の外表面、およびケージの内外表面のうち、少なくとも外側継手部材のトラック溝に、あるいは内側継手部材の外表面とケージの内外表面に多数の微少くぼみを形成し、このくぼみ形成面の表面粗さをRa０．８以上とすると共に表面粗さのパラメータのＲsk値を負の値としたので、このような表面粗さを有するトラック溝表面とボール間や各接触部におけるスティックスリップが起こりにくい接触状態に加えて、潤滑剤であるグリースの高い保持能力により、スティックスリップ、冷時異音の発生を抑制することができる。
【００２９】
さらに、上記くぼみ形成面の表面粗さをRa０．８以上Ra１．５以下の範囲にしたことにより、上記の作用に加えて、定常走行における音響抑制も維持しつつ、冷時スティックスリップおよび、これによる冷時異音の発生をより一層抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、この発明の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は実施形態の固定型等速自在継手を軸線と平行な面で切断した縦断面図、図２は軸線と直交する断面で切断した横断面図である。図３は図２の要部を示す。
【００３１】
本発明の実施形態の固定型等速自在継手は、図１および図２に示すように、外側継手部材２３、内側継手部材２６、ボール２７およびケージ２８からなる。外側継手部材２３の球状内径面２１には複数のトラック溝２２が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材２６の球状外径面２４には、外側継手部材２３のトラック溝２２と対向するトラック溝２５が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材２３のトラック溝２２と内側継手部材２６のトラック溝２５との間にトルクを伝達する複数のボール２７が介在されている。外側継手部材２３の球状内径面２１と内側継手部材２６の球状外径面２４の間に、ボール２７を保持するケージ２８が配置されている。ケージ２８の球状外径面２８aは外側継手部材２３の球状内径面２１と、ケージ２８の球状内径面２８bは内側継手部材２６の球状外径面２４とそれぞれ嵌合している。ここで、外側継手部材２３のトラック溝２２と球状内径面２１を合わせて外側継手部材２３の内表面という。また、内側継手部材２６のトラック溝２５と球状外径面２４を合わせて内側継手部材２６の外表面といい、ケージ２８の球状外径面２８aと球状内径面２８ｂを合わせてケージ２８の内外表面という。
【００３２】
外側継手部材２３の球状内径面２１と内側継手部材２６の球状外径面２４の曲率中心は、それぞれ継手の中心Ｏに形成されている。外側継手部材２３のトラック溝２２は、開口側のストレート部２２aと、奥側の円弧部２２bとからなる。一方、内側継手部材２６のトラック溝２５は、開口側の円弧部２５bと奥側のストレート部２５aとからなる。外側継手部材２３のトラック溝２２の円弧部２２bの曲率中心Ｏ１と、内側継手部材２６のトラック溝２５の円弧部２５bの曲率中心Ｏ２とは、継手の中心Ｏに対して軸方向に等距離Ｆオフセットされている。これにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材２３と内側継手部材２６の両軸線がなす角度を二等する平面上にボール２７が常に案内され、二軸間で等速に回転が伝達されることになる。この固定型等速自在継手は、ボールが８個のアンダーカットフリータイプである。尚、この実施形態では、ケージ２８の球状外径面２８aの曲率中心（図示省略）は継手中心Ｏより開口側に、ケージ２８の球状内径面２８bの曲率中心（図示省略）は継手中心Ｏより奥側にそれぞれ小量オフセットして形成されている。
【００３３】
図３は図２の要部であり、詳しくは外側継手部材２３と内側継手部材２６の対向するトラック溝２２、２５の横断面である。図３に示すように、ボール２７は、外側継手部材２３のトラック溝２２と２点Ｃ１２、Ｃ１３でアンギュラコンタクトし、内側継手部材２６のトラック溝２５と２点Ｃ１５、Ｃ１６でアンギュラコンタクトしている。ボール中心Ｏ５と各接点Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１５、Ｃ１６を通る直線と、ボール中心Ｏ５と継手中心Ｏを通る直線がなす角度αは３０°〜３８°に設定することが好ましい。本実施形態の８個ボールの継手は、従来の６個ボールの継手に比べ、そのボール径が小さく形成されているが、従来の継手と同等以上の耐久性が得られる。
【００３４】
このアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手の場合も、前述の図７に示すボールが８個のツェッパ型等速自在継手と同様に、外側継手部材２３のトラック溝２２とボール２７との接触点の移動量が、内側継手部材２６のトラック溝２５とボール２７との接触点の移動量より大きい。したがって、外側継手部材２３のトラック溝２２とボール２７との接触点と内側継手部材２６のトラック溝２５とボール２７との接触点との間に周速差が発生し、滑りが生じる。
【００３５】
外側継手部材２３の外周と、内側継手部材２６に連結されるシャフト３０の外周とをブーツ３１で覆い、継手内部には、潤滑剤としてグリースが封入されている。
【００３６】
封入グリースは、基油、増ちょう剤および添加剤からなる。基油としては、鉱物油、エステル系合成油、エーテル系合成油、炭化水素系合成油等の普通に使用される潤滑油又はそれらの混合油が挙げられる。しかしながら、コストや固定型等速自在継手に取り付けられるブーツへの影響を考慮し、鉱物油のみの適用も可能である。
【００３７】
増ちょう剤としては、リチウム石けん、リチウムコンプッレクス石けん、カルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等の石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア化合物が挙げられるが、特に限定されるものではない。ただし、固定型等速自在継手の耐久性を考慮すると、ジウレア増ちょう剤が望ましい。
【００３８】
添加剤としては、固定型等速自在継手の耐久性を考慮し、モリブデン系添加剤や、その他極圧添加剤を０．１〜１０質量％添加してもよい。
【００３９】
固定型等速自在継手に封入されるグリースは、その使用状態から、ちょう度０〜２号とするのが好ましく、より好ましくは１号とする。
【００４０】
外側継手部材２３のトラック溝２２、球状内径面２１、内側継手部材２６のトラック溝２５、球状外径面２４やケージ２８の球状外径面２８a、球状内径面２８bの表面には、多数の微少凹部をランダムに形成してあり、その表面粗さ（算術的平均粗さ）を０．８以上とすると共に、表面粗さのパラメータＲsk値を負の値とした。
【００４１】
ここで、表面粗さのＲaとは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１において規定する表面粗さパラメータの「高さ方向の振幅平均パラメータ」における算術平均粗さＲａである。また、本文中に表記のＲaの単位はすべて「μｍ」である。
【００４２】
表面粗さのパラメータＲsk値とは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１において規定する表面粗さの分布曲線の歪度（ＳＫＥＷＮＥＳＳ）、すなわち、表面粗さの平均値に対する凹凸の振幅分布曲線の相対性を表す値である。
【００４３】
パラメータＲsk値は、表面粗さの平均線に対して、振幅分布曲線の山が多いときは正、山と谷が等しいときは零、谷が多いときは負の値となる。したがって、微少凹部を多数形成した外側継手部材２３のトラック溝２２、球状内径面２１、内側継手部材２６のトラック溝２５、球状外径面２４やケージ２８の球状外径面２８a、球状内径面２８bの表面粗さのパラメータＲsk値は負の値となる。
【００４４】
表面粗さの測定箇所は、内側継手部材２６および外側継手部材２３のいずれも次のとおりである。トラック溝２２、２５は、一つのトラック溝底の継手中心Ｏの位置で、軸方向および周方向の２方向の測定結果の平均値とする。球状内径面２１、球状外径面２４は、球面幅中心（継手中心Ｏの位置）の一箇所で、軸方向および周方向の２方向の測定結果の平均値とする。ケージ２８については次のとおりである。球状外径面２８a、球状内径面２８ｂのいずれも、一箇所の柱部中央の継手中心Ｏの位置で、軸方向および周方向の２方向の測定結果の平均値とする。
【００４５】
Ｒa値およびＲsk値の測定には、測定器フォームタリサーフ（テーラーホブソン製）で測定する。測定条件として、カットオフ種別：ガウシアン、測定長さ：５λで、カットオフ数：６、カットオフ波長：０．２５ｍｍ、測定倍率：１００００倍、測定速度：０．３０ｍｍ／Ｓとした。
【００４６】
微少くぼみを多数形成する方法としては、例えば、特殊バレル研磨があるが、それ以外にショットピーニング処理等により表面加工を行ってもよい。バレル研磨は、バレル容器に研磨対象物であるワークと研磨材（メディア）を入れ、バレル運動により発生するワークとメディアとの相対摩擦のより表面加工を行う。バレル研磨においてＲsk値のコントロールは、バレル研磨機の回転速度、加工時間、ワーク投入量、チップの種類と大きさ等を選ぶことにより行える。
【００４７】
ショットピーニングは、処理対象物の表面に小粒子を投射する処理であり、最表面を塑性変形させる条件で行われる。
【実施例】
【００４８】
以下に本発明の実施例および比較例を説明する。表２に示すように各実施例および比較例の固定型等速自在継手は、両継手部材、ケージに種々レベルの表面粗さおよびＲsk値を有する処理を施した。各実施例および比較例は、いずれも実施形態で説明したボールが８個のアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手である。
【００４９】
各実施例および比較例には実績のある同じグリースを封入し、その組成は、次のとおりである。
基油：ナフテン系鉱物油３０質量％、パラフィン系鉱物油７０質量％（基油として含まれる潤滑成分の全質量に対する質量％）
増ちょう剤：脂肪式ジウレア化合物と芳香族ジウレア化合物の混合１４質量％（グリース組成成分(基油と増ちょう剤と添加剤)の全質量に対する質量％）
添加剤：二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）、モリブデンジチオカーバメイト（ＭＯＤＴＣ）、モリブデンジチオフォスフェート（ＭＯＤＴＰ）、Ｓ系極圧添加剤、ＳＮ系極圧添加剤
しかし、封入グリースはこれに限るものではない。
【００５０】
各実施例および比較例は、表２に示す表面粗さを有する。具体的には、各実施例および比較例として、微少くぼみを形成した部位、そのくぼみ形成面の表面粗さＲａ、Ｒskを表２に示すように種々異ならせたものを準備した。
【００５１】
冷時異音の評価試験
冷時異音を計測する試験機を図５に示す。冷時異音の試験条件は、各実施例および比較例ともに次のとおりである。
ジョイント作動角：３５°
回転数：２００rpm
負荷トルク：５００Ｎｍ、
冷蔵温度：−４０℃で６時間以上冷蔵
内側継手部材に貼り付けた熱電対により、試験直前の継手内部温度を計測し、継手内部温度が−３０℃のときの異音レベルを集音マイクにて計測した。その測定結果を表２に示す。
表中の評価基準は次のとおりである。
◎：優れる、○：良好、△：やや劣る、×：不良
また、表中の表面処理実施部位の欄の記号は次のとおりである。
○：表面処理を実施 −：表面処理を未実施
【表２】
【００５２】
表２に示す比較例４は現状品のサンプルである。外側継手部材の内表面、内側継手部材の外表面およびケージの内外表面は、いずれも微少くぼみを形成しておらず、その表面粗さＲａ０．５、Ｒsk０．０３である。評価結果として、冷時異音の問題がある。通常異音については当然のことながら問題はない。この比較例４を基準にして、微少くぼみを形成する部位、そのくぼみ形成面の表面粗さＲａ、Ｒskを種々異ならせたサンプルを立案、評価して本発明に至った。
【００５３】
各比較例の分析経緯は後述することにして、まず、実施例の評価結果を説明する。
実施例１は、外側継手部材の内表面、内側継手部材の外表面およびケージの内外表面のいずれにも表面粗さＲａ０．８、Ｒsk−０．１２の微少くぼみを形成したもので、優れた冷時異音の抑制効果が認められた。これは、当該表面粗さを有するトラック溝表面とボール間および各接触部におけるスティックスリップが起こりにくい接触面状態に加えて、潤滑剤であるグリースの高い保持能力によるものと考えられる。
【００５４】
実施例４は、実施例１に対して表面粗さを粗くしたものであり、外側継手部材の内表面、内側継手部材の外表面およびケージの内外表面のいずれにも表面粗さＲａ１．５、Ｒsk−０．５の微少くぼみを形成したものである。実施例４は、同様に優れた冷時異音の抑制効果が認められた。
【００５５】
実施例２および実施例５は、微少くぼみを形成する部位を外側継手部材の内表面のみとしたものである。実施例２は、外側継手部材の内表面のみ表面粗さＲａ０．８、Ｒsk−０．４９の微少くぼみを形成したもので、一方、実施例５は、外側継手部材の内表面のみ表面粗さＲａ１．５、Ｒsk−０．５の微少くぼみを形成したものである。実施例２および実施例５は、いずれも冷時異音の抑制効果が優れていた。これは、外側継手部材のトラック溝とボールとの接触点の移動量が大きいことによると考えられる。
【００５６】
実施例３および実施例６は、微少くぼみを形成する部位を内側継手部材の外表面とケージの内外表面としたものである。実施例３は、内側継手部材の外表面とケージの内外表面の双方の表面粗さＲａ０．８、Ｒsk−０．６９の微少くぼみを形成したもので、一方、実施例６は、内側継手部材の外表面とケージの内外表面の双方の表面粗さＲａ１．５、Ｒsk−０．７４の微少くぼみを形成したものである。実施例３および実施例６は、実施例１、実施例２、実施例４および実施例５に比べて冷時異音の抑制効果は少し劣るが、実用上は問題のないレベルであった。
【００５７】
上記の各実施例は、表２に示すように通常異音においても良好な結果であった。また、微少くぼみの表面粗さがＲａ０．７以下では、通常環境でのグリース保持能力があったとしても、特殊な環境下でのスティックスリップ、冷時異音の発生を抑制できるものではない。一方、微少くぼみの表面粗さがＲａ１．５を越えると、冷時異音を抑制できるものの、常温での評価において異音が発生する通常異音という別の問題が発生することが評価試験の結果より明らかになった。したがって、微少くぼみを形成した表面の粗さはＲａ０．８〜Ｒａ１．５が実用的な範囲となる。
【００５８】
次に、各比較例の評価結果を説明する。比較例１〜３は、いずれも現状品（比較例４）に対して、表面粗さを良くしたものである（微少くぼみは形成していない）が、冷時異音の評価結果は劣っていた。表面粗さを良好にしても冷時異音の抑制に効果がないことが分かった。
【００５９】
比較例５および比較例６は、現状品（比較例４）レベルの表面粗さで、微少くぼみを形成したものである。表面粗さＲａ０．５で微少くぼみを形成した表面状態では、冷時異音の抑制には十分でないことが判明した。
【００６０】
比較例７〜９は、表面粗さＲａ０．８又は１．５で微少くぼみを形成する部位を内側継手部材の外表面又はケージの内外表面としたものである。比較例７〜９の評価結果より、微少くぼみを形成する部位を内側継手部材の外表面又はケージの内外表面のみとした場合は、冷時異音の抑制効果が十分出ないことが判明した。
【００６１】
比較例１０〜１３は、表面粗さを非常に粗くし、表面粗さＲａ２．５として微少くぼみを形成したものである。微少くぼみを形成する部位により、冷時異音の抑制効果が良好なものもあるが、このような表面粗さすると、トラック溝とボールとの接触移動に伴う通常異音が大きくなり、実用できないことが判明した。
【００６２】
表２の測定結果は、ボールが８個のアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手のものであるが、ボールが６個のアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手においても同様に冷時異音の抑制効果がある。
【００６３】
また、図４に示すような、トラック溝が円弧部のみからなるツェッパ型等速自在継手においても、外側継手部材のトラック溝とボールとの接触点と内側継手部材のトラック溝とボールとの接触点との間に発生する周速差による滑り量は、アンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手と同様であるので、冷時異音の抑制効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明に係る固定型等速自在継手の縦断面図である。
【図２】前記固定型等速自在継手の横断面図である。
【図３】図２の要部を拡大した横断面図である。
【図４】軸方向において円弧部のみで形成されたトラック溝を有する固定型等速自在 継手の縦断面図である。
【図５】冷時異音を計測する試験機の平面図である。
【図６】従来の６個ボールの固定型等速自在継手が高作動角をとった場合の、トラッ ク溝とボールの接触状態を示す縦断面図である。
【図７】従来の８個ボールの固定型等速自在継手が高作動角をとった場合の、トラッ ク溝とボールの接触状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
２１ 球状内径面
２２ トラック溝
２２a ストレート部
２２b 円弧部
２３ 外側継手部材
２４ 球状外径面
２５ トラック溝
２５ａ ストレート部
２５b 円弧部
２６ 内側継手部材
２７ ボール
２８ ケージ
２８a 球状外径面
２８b 球状内径面
Ｏ 継手中心
Ｏ１ 外側継手部材のトラック溝の円弧部の曲率中心
Ｏ２ 内側継手部材のトラック溝の円弧部の曲率中心
Ｏ５ ボール中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを保持するケージとを備え、継手内部にグリースを封入した固定式等速自在継手において、前記外側継手部材の内表面、内側継手部材の外表面およびケージの内外表面のうち、少なくとも外側継手部材のトラック溝に多数の微少くぼみを形成し、この微少くぼみの表面粗さをRa０．８以上とすると共に表面粗さのパラメータのＲsk値を負の値とし、冷時異音を抑制したことを特徴とする固定式等速自在継手。
【請求項２】
前記微少くぼみを、外側継手部材の内表面を構成する球状内径面にも形成したことを特徴とする請求項１に記載の固定式等速自在継手。
【請求項３】
前記微少くぼみを、内側継手部材の外表面を構成するトラック溝および球状外径面にも形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固定式等速自在継手。
【請求項４】
前記微少くぼみを、ケージの内外表面を構成する球状内径面および球状外径面にも形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
【請求項５】
内径面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを保持するケージとを備え、継手内部にグリースを封入した固定式等速自在継手において、前記外側継手部材の内表面、内側継手部材の外表面およびケージの内外表面のうち、少なくとも内側継手部材の外表面とケージの内外表面に多数の微少くぼみを形成し、この微少くぼみの表面粗さをRa０．８以上とすると共に表面粗さのパラメータのＲsk値を負の値とし、冷時異音を抑制したことを特徴とする固定式等速自在継手。
【請求項６】
前記微少くぼみの表面粗さをRa０．８以上Ra１．５以下の範囲にしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項７】
前記グリースの増ちょう剤をウレア化合物とし、ちょう度を０号から２号としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項８】
前記外側継手部材および内側継手部材の各トラック溝を軸方向において円弧部のみで形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項９】
前記外側継手部材および内側継手部材の各トラック溝を軸方向において円弧部とストレート部で構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項１０】
前記外側継手部材および内側継手部材のトラック溝を６本とし、外側継手部材および内側継手部材の対向するトラック溝に介在するボールを６個としたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項１１】
前記外側継手部材および内側継手部材のトラック溝を８本とし、外側継手部材および内側継手部材の対向するトラック溝に介在するボールを８個としたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項１】
内径面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを保持するケージとを備え、継手内部にグリースを封入した固定式等速自在継手において、前記外側継手部材の内表面、内側継手部材の外表面およびケージの内外表面のうち、少なくとも外側継手部材のトラック溝に多数の微少くぼみを形成し、この微少くぼみの表面粗さをRa０．８以上とすると共に表面粗さのパラメータのＲsk値を負の値とし、冷時異音を抑制したことを特徴とする固定式等速自在継手。
【請求項２】
前記微少くぼみを、外側継手部材の内表面を構成する球状内径面にも形成したことを特徴とする請求項１に記載の固定式等速自在継手。
【請求項３】
前記微少くぼみを、内側継手部材の外表面を構成するトラック溝および球状外径面にも形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固定式等速自在継手。
【請求項４】
前記微少くぼみを、ケージの内外表面を構成する球状内径面および球状外径面にも形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手。
【請求項５】
内径面に複数のトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面に複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、このボールを保持するケージとを備え、継手内部にグリースを封入した固定式等速自在継手において、前記外側継手部材の内表面、内側継手部材の外表面およびケージの内外表面のうち、少なくとも内側継手部材の外表面とケージの内外表面に多数の微少くぼみを形成し、この微少くぼみの表面粗さをRa０．８以上とすると共に表面粗さのパラメータのＲsk値を負の値とし、冷時異音を抑制したことを特徴とする固定式等速自在継手。
【請求項６】
前記微少くぼみの表面粗さをRa０．８以上Ra１．５以下の範囲にしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項７】
前記グリースの増ちょう剤をウレア化合物とし、ちょう度を０号から２号としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項８】
前記外側継手部材および内側継手部材の各トラック溝を軸方向において円弧部のみで形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項９】
前記外側継手部材および内側継手部材の各トラック溝を軸方向において円弧部とストレート部で構成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項１０】
前記外側継手部材および内側継手部材のトラック溝を６本とし、外側継手部材および内側継手部材の対向するトラック溝に介在するボールを６個としたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【請求項１１】
前記外側継手部材および内側継手部材のトラック溝を８本とし、外側継手部材および内側継手部材の対向するトラック溝に介在するボールを８個としたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の固定型等速自在継手。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１０６５３４（Ｐ２０１１−１０６５３４Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６０６７０（Ｐ２００９−２６０６７０）
【出願日】平成２１年１１月１６日（２００９．１１．１６）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１６日（２００９．１１．１６）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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