JP2006239736A - Ｃｖｊアウターレースの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法精度と耐摩耗性に優れたＣＶＪアウターレースの製造方法を提供する。
【解決手段】出発材を概略形状のＣＶＪアウターレース１に成形し、該ＣＶＪアウターレースのカップ部１０の内周面に概略形状のボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６を成形し、かつ、該ボール溝の奥半部にそれぞれ肉厚部１１ａ・１２ａ・１３ａ・１４ａ・１５ａ・１６ａを成形する鍛造工程２００と、該鍛造工程において成形された肉厚部を冷間加工して最終形状のボール溝を成形するコイニング工程３００と、該コイニング工程において最終形状のボール溝が成形されたＣＶＪアウターレースの表面に焼入れを施す焼入れ工程５００と、により、内周面にボール溝が成形されたカップ部を具備するＣＶＪアウターレースを製造する。
【選択図】図３

Description

本発明は、等速ジョイント（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｊｏｉｎｔ；以下、本出願では「ＣＶＪ」と表記する）の技術に関する。
より詳細には、内周面に複数のボール溝が成形されたカップ部を具備するＣＶＪアウターレースの製造方法に関する。

従来、自動車のドライブシャフトのジョイント部等に用いられるＣＶＪの技術は公知となっている。ＣＶＪは軸線方向が変化し得る一対の回転軸を等速回転可能に連結するものであり、その用途に応じて多種多様な形式のものが存在する。
これらのＣＶＪのうち、複数のボールと、該複数のボールがそれぞれ嵌合する複数のボール溝が内周面に成形されたカップ部を具備するＣＶＪアウターレースと、該複数のボールがそれぞれ嵌合する複数のボール溝が外周面に成形されたＣＶＪインナーレースと、を具備するいわゆるボールジョイント型のＣＶＪの技術は公知となっている。
ＣＶＪを構成するボール、アウターレース、インナーレース等は、長期間の使用に渡って駆動力を効率良く伝達するために、高い寸法精度と耐摩耗性が要求される。
上記ボールジョイント型のＣＶＪにおけるＣＶＪアウターレースの製造方法としては、特許文献１および特許文献２に記載の方法が知られている。

従来の一般的なＣＶＪアウターレースの製造方法は、鉄鋼材料からなる棒材（出発材）を所定の長さに切断する切断工程と、該所定の長さに切断された棒材を温間（または熱間）で鍛造してカップ部等の概略形状を成形する鍛造工程と、カップ部の内周面のボール溝の形状を成形するコイニング工程と、カップ部の内周面およびボール溝の最終形状を成形する機械加工工程と、表面の耐摩耗性を向上させるために焼入れを行う焼入れ工程と、を具備する。
ここで、ＣＶＪアウターレースには高い寸法精度が要求されるため、機械加工工程が煩雑なものとなり、ＣＶＪアウターレースの製造コストを削減する、あるいはサイクルタイムを短縮する（生産性を向上する）上での阻害要因となっている。
このような問題点を解消する方法の一つとしては、カップ部の内周面のボール溝の形状を成形するコイニング工程において、ＣＶＪアウターレースのボール溝を精度良く成形することにより機械加工工程を省略または機械加工工程内の工数を削減する、すなわちコイニング工程により最終形状のボール溝を成形することが考えられる。
特開昭５９−９３５２０号公報 特開２００３−１１２２２８号公報

しかし、従来のＣＶＪアウターレースの製造方法では、コイニング工程により最終形状のボール溝を成形した場合に、焼入れ工程後のＣＶＪアウターレースのボール溝部分の寸法精度のばらつきが大きくなるという問題があった。
このような焼入れ工程後のＣＶＪアウターレースのボール溝部分の寸法精度のばらつきは、以下の如きメカニズムにより起こると考えられる。

従来は、加工時の負荷が小さい温間または熱間での鍛造工程においてＣＶＪアウターケース内周面のボール溝をほぼ最終形状に近い形状に成形していた。そのため、コイニング工程において内周面のボール溝に対応する部分に付与される変形量（加工歪み）は小さいものであった。このような場合、切断工程における切断寸法のばらつきや鍛造工程におけるプレス装置の下死点のばらつき等により、ボール溝に対応する部分に付与される残留応力のばらつきが大きくなる。そして、ボール溝に対応する部分の残留応力のばらつきが大きいと焼入れ工程における焼入れ時に解放される残留応力のばらつきも大きくなるため、焼入れ工程後のＣＶＪアウターレースのボール溝部分の寸法精度のばらつきが生じる。

本発明は以上の如き状況に鑑み、寸法精度と耐摩耗性に優れたＣＶＪアウターレースの製造方法を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、
内周面に複数のボール溝が成形されたカップ部を具備するＣＶＪアウターレースの製造方法であって、
出発材を概略形状のＣＶＪアウターレースに成形し、該ＣＶＪアウターレースのカップ部の内周面に概略形状の該複数のボール溝を成形し、かつ、該複数のボール溝の奥半部にそれぞれ肉厚部を成形する鍛造工程と、
該鍛造工程において成形された肉厚部を冷間加工して最終形状の該複数のボール溝を成形するコイニング工程と、
該コイニング工程において最終形状の該複数のボール溝が成形されたＣＶＪアウターレースの表面に焼入れを施す焼入れ工程と、
を具備するものである。

請求項２においては、
前記コイニング工程において、前記カップ部の外周面奥半部を拘束するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、寸法精度と耐摩耗性に優れたＣＶＪアウターレースを製造することが可能である。

請求項２においては、ＣＶＪアウターレースの寸法精度が向上する。

以下では、図１から図９を用いて本発明に係るＣＶＪアウターレースの製造方法の実施例について説明する。
なお、本発明はいわゆるボールジョイント型のＣＶＪアウターレースに広く適用可能であって、本実施例のＣＶＪアウターレース１に限定されるものではない。

図１に示す如く、本発明に係るＣＶＪアウターレースの実施の一形態であるＣＶＪアウターレース１はいわゆるボールジョイント型のＣＶＪを構成する部材の一つである。
ＣＶＪアウターレース１は、主としてカップ部１０とジョイント部２０とを具備する。

カップ部１０は一方に開口した略カップ状の形状を有し、その内部に図示せぬＣＶＪインナーレースおよび複数のボールを収容する。カップ部１０の内周面には開口部から内周面の奥部に向かって延びたボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６が成形されている。ボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６には、図示せぬ複数のボールがそれぞれ嵌合する。
また、カップ部１０の内周面の最奥部（底部）には、後述する機械加工工程における基準となる基準面１７が成形されている。
なお、本実施例のＣＶＪアウターレース１の内周面には計六本のボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６が成形されるが、ボール溝の本数は六本に限定されず、ＣＶＪの用途や大きさ等に応じて適宜選択することが可能である。

ジョイント部２０はカップ部１０の底部からカップ部１０の開口方向と逆の方向に突出した略円柱状の部分であり、その先端部には図示せぬ駆動力伝達軸等に固定するための雄ネジ２１が形成される。

図２に示す如く、本実施例のＣＶＪアウターレースの製造方法は、主に切断工程１００、鍛造工程２００、コイニング工程３００、機械加工工程４００、焼入れ工程５００等を具備する。

切断工程１００は、本実施例のＣＶＪアウターレース１を製造するための原材料を所定の大きさに切断した出発材を得る工程である。
ここで、本出願における「原材料」は、通常はクロム、モリブデン、ボロン等を必要に応じて適宜添加した中炭素鋼や高炭素鋼である。
また、本出願における「出発材」は原材料を所定の大きさに切断したものであり、本実施例の場合、所定の直径を有する棒材を所定の長さに切断したものである。

切断工程１００が終了したら、鍛造工程２００に移行する。

鍛造工程２００は、切断工程１００において得られた出発材を温間または熱間で鍛造し、概略形状のＣＶＪアウターレース１を成形する工程である。
ここで、本出願における「概略形状のＣＶＪアウターレース」は、各部の寸法が最終製品としての寸法精度をまだ十分に確保していない状態のＣＶＪアウターレースを指す。

図３に示す如く、本実施例の鍛造工程２００が終了した時点でのＣＶＪアウターレース１の内周面には、概略形状のボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６が成形されている。
ここで、本出願における「概略形状のボール溝」は、最終製品としての寸法精度をまだ十分に確保していない状態のボール溝を指す。
また、概略形状のボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６の奥半部、すなわちボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６においてカップ部１０の開口部から遠い略半部には肉厚部１１ａ・１２ａ・１３ａ・１４ａ・１５ａ・１６ａ（図３において肉厚部１５ａ・１６ａは図示せず）がそれぞれ形成されている。
肉厚部１１ａ・１２ａ・１３ａ・１４ａ・１５ａ・１６ａは、それぞれ最終形状のボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６（図３において点線で示す）の奥半部からカップ部１０の内側に向かって突出した余剰の部分である。
ここで、本出願における「最終形状のボール溝」は、最終製品としての寸法精度が十分に確保された形状のボール溝を指す。

鍛造工程２００が終了したら、コイニング工程３００に移行する。

コイニング工程３００は、鍛造工程２００において概略形状に成形されたＣＶＪアウターレース１の概略形状のボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６、特に肉厚部１１ａ・１２ａ・１３ａ・１４ａ・１５ａ・１６ａを冷間加工して最終形状のボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６を成形する工程である。

本実施例のコイニング工程３００は、図４に示すコイニング装置３０を用いて行われる。
コイニング装置３０は、主としてベース部材３１、下部支持部材３２、下部リング部材３３、上部リング部材３４、コイニングパンチ３５等を具備する。

ベース部材３１はコイニング装置３０を構成する他の部材のうち、下部リング部材３３および上部リング部材３４を固定するための部材である。
ベース部材３１は略中央部に上下に貫通する孔３１ａが形成されている。

下部支持部材３２は略円筒状の部材であり、その上端面には孔３２ａの開口部が形成されている。
下部支持部材３２はベース部材３１の孔３１ａに貫装され、図示せぬアクチュエータ（油圧シリンダ等）により、上下方向に移動可能である。

下部リング部材３３は略リング状の部材であり、その略中央部には孔３３ａが形成されている。
下部リング部材３３は、ベース部材３１の上面に固定される。このとき、下部リング部材３３の孔３３ａの中心線とベース部材３１の孔３１ａの中心線とが一致し、下部リング部材３３の孔３３ａには下部支持部材３２が上下に移動可能に貫装される。

上部リング部材３４は略リング状の部材であり、その略中央部には孔３４ａが形成されている。
上部リング部材３４は、下部リング部材３３の上端面に固定される。このとき、上部リング部材３４の孔３４ａの中心線と下部リング部材３３の孔３３ａの中心線とが一致する。

コイニングパンチ３５はＣＶＪアウターレース１のカップ部１０の内周面に押し当てられる部材であり、その先端部中央にはＣＶＪアウターレース１の基準面１７に対応する形状の突起３５ａが形成され、先端部周縁にはそれぞれ最終形状のボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６に対応する形状の突起３５ｂ・３５ｃ・３５ｄ・３５ｅ・３５ｆ・３５ｇが形成されている。
コイニングパンチ３５は、図示せぬアクチュエータ（油圧シリンダ等）により、コイニングパンチ３５の先端部が上部リング部材３４の孔３４ａに進入した位置（印圧位置）と、コイニングパンチ３５の先端部が上部リング部材３４の孔３４ａから退避した位置（退避位置）と、の間で上下に移動可能である。

以下では、図４および図６を用いてコイニング工程３００の作業手順の詳細を説明する。

まず、鍛造工程２００が施されたＣＶＪアウターレース１をコイニング装置３０にセットする。このとき、ＣＶＪアウターレース１のジョイント部２０を下部支持部材３２の孔３２ａに貫装し、ＣＶＪアウターレース１のカップ部１０を下部支持部材３２の上端面に支持した状態で下部支持部材３２を下方に移動させ、下部支持部材３２の上端面を下部リング部材３３の上端面と略同じ高さとする。その結果、ＣＶＪアウターレース１は、カップ部１０の外周面が上部リング部材３４の孔３４ａの内周面に当接した状態で上部リング部材３４の孔３４ａに収容される。

次に、図４に示す如く、コイニングパンチ３５を退避位置から印圧位置に移動させ、コイニングパンチ３５をＣＶＪアウターレース１の内周面に押し当てる。このとき、コイニングパンチ３５の突起３５ａによりＣＶＪアウターレース１の内周面の最奥部（底部）が冷間加工されて基準面１７が成形される。また、コイニングパンチ３５の突起３５ｂ・３５ｃ・３５ｄ・３５ｅ・３５ｆ・３５ｇにより、概略形状のボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６、特に肉厚部１１ａ・１２ａ・１３ａ・１４ａ・１５ａ・１６ａがそれぞれ冷間加工されて、最終形状のボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６が成形される。

続いて、図６に示す如く、コイニングパンチ３５を印圧位置から退避位置に移動させ、下部支持部材３２を上方に移動させてＣＶＪアウターレース１を上部リング部材３４の上方に移動させ、取り出す。

コイニング工程３００が終了したら、機械加工工程４００に移行する。

機械加工工程４００は、コイニング工程３００において最終形状のボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６が成形されたＣＶＪアウターレース１のカップ部の内周面のアンダーカット部を成形したり、ジョイント部２０の先端部に雄ネジ２１を成形したりする等、最終的な仕上げ加工（切削加工等）を施す工程である。なお、ＣＶＪアウターレース１の大きさや材質等によっては、ボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６の仕上げ加工を行う場合もある。

機械加工工程４００が終了したら、焼入れ工程５００に移行する。

焼入れ工程５００は、コイニング工程３００において最終形状のボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６が成形され、機械加工工程４００において最終的な仕上げ加工が施されたＣＶＪアウターレース１の表面に焼入れを施し、ＣＶＪアウターレース１の表面に耐摩耗性に優れたマルテンサイト層を形成する工程である。
本実施例の焼入れ工程５００は、高周波誘導加熱によりＣＶＪアウターレース１を昇温しつつＣＶＪアウターレース１の表面に浸炭処理を施し、その後ＣＶＪアウターレース１を油槽に浸漬することにより行われる。
なお、本発明に係る焼入れ工程は、ＣＶＪアウターレースの表面にマルテンサイト層を形成可能であれば上記焼入れ工程５００に限定されず、他の方法でも良い。すなわち、ＣＶＪアウターレースの表面にマルテンサイト層を形成可能であれば、浸炭の有無、昇温の方法、昇温時の温度、ＣＶＪアウターレースを浸漬する油または水の種類等は特に限定されるものではない。

以上の如く、本実施例のＣＶＪアウターレースの製造方法は、
出発材を概略形状のＣＶＪアウターレース１に成形し、該ＣＶＪアウターレース１のカップ部１０の内周面に概略形状のボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６を成形し、かつ、ボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６の奥半部にそれぞれ肉厚部１１ａ・１２ａ・１３ａ・１４ａ・１５ａ・１６ａを成形する鍛造工程２００と、
鍛造工程２００において成形された肉厚部１１ａ・１２ａ・１３ａ・１４ａ・１５ａ・１６ａを冷間加工して最終形状のボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６を成形するコイニング工程３００と、
コイニング工程３００において最終形状のボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６が成形されたＣＶＪアウターレース１の表面に焼入れを施す焼入れ工程５００と、
を具備するものである。

このように構成することは、以下の如き効果を奏する。
すなわち、鍛造工程２００において、敢えてボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６の奥半部にそれぞれ肉厚部１１ａ・１２ａ・１３ａ・１４ａ・１５ａ・１６ａを成形することにより、コイニング工程３００におけるボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６の奥半部の冷間加工による歪みの付与量が大きくなる。そのため、その後の焼入れ工程５００において焼入れを行った場合に、ボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６の奥半部は既に大きな歪みが付与されており、焼入れによる歪み変形を抑制する（歪み変形量を小さくする）ことが可能である。
結果として、寸法精度と耐摩耗性に優れたＣＶＪアウターレース１を製造することが可能である。
また、ＣＶＪアウターレース１において最も高い寸法精度が要求される部分の一つであるボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６がコイニング工程３００において最終形状に成形されるため、その後の機械加工工程４００の工数を削減することが可能であり、作業性、生産性に優れる。

図７に本発明に係るＣＶＪアウターレースの実施の一形態であるＣＶＪアウターレース１と、従来のＣＶＪアウターレースとのボール溝の各部の寸法精度を比較した結果を示す。
ここで、図７における「従来のＣＶＪアウターレース」は、切断工程、鍛造工程、コイニング工程、機械加工工程、焼入れ工程を経て製造されるという点では本実施例のＣＶＪアウターレース１と基本的には同じであるが、鍛造工程において肉厚部を成形しない、すなわち鍛造工程においてボール溝をほぼ最終形状に近い形状に成形し、コイニング工程においてボール溝の部分に小さい歪みを付与するという点で本実施例のＣＶＪアウターレース１と大きく異なる。
また、図７におけるＰ１、Ｐ２、Ｐ３はそれぞれボール溝の寸法精度を測定した位置を示し、Ｐ１はボール溝の手前側端部（カップ部の開口部寄りの端部）、Ｐ２はボール溝の略中央部、Ｐ３はボール溝の奥側端部を示す（図１参照）。
図７に示す如く、本発明に係るＣＶＪアウターレースの実施の一形態であるＣＶＪアウターレース１は、従来のＣＶＪアウターレースに比べてＰ１、Ｐ２、Ｐ３のいずれの位置においても高い残留応力が付与されており、焼入れ後のＣＶＪアウターレース、すなわち最終製品のボール溝へのボールの接触角のばらつきが小さい。
図８は、ボール溝１２へのボール４０の接触角を示す模式図である。本実施例のＣＶＪアウターレース１のボール溝は、接触角の規定値が３８．５度であり、許容誤差が±４．５度である。ボール溝へのボールの接触角のばらつきが小さい程、ボール溝へのボールの接触角を許容誤差の範囲内に収めることが容易となり、歩留まりの向上とそれに伴う再加工（修正）工数を削減することも可能である。

また、図９に示す如く、コイニング装置３０に拘束部材３６を付加することも可能である。拘束部材３６は、コイニング工程３００において、ＣＶＪアウターレース１の外周面奥半部、すなわち肉厚部１１ａ・１２ａ・１３ａ・１４ａ・１５ａ・１６ａが成形されている内周面の奥半部に対応する部分を拘束する部材である。

以上の如く、本実施例のＣＶＪアウターレースの製造方法は、
コイニング工程３００において、カップ部１０の外周面奥半部を拘束するものである。
このように構成することは、以下の如き利点を有する。
すなわち、ＣＶＪアウターレースを軽量化するために、使用時の強度に影響を与えない範囲でカップ部は極力薄く構成される。しかし、コイニング工程においては大きな力が付与されるために、ＣＶＪアウターレース１の外周面奥半部に隙間があると、カップ部１０が撓む（弾性変形する）場合がある。このような撓みが起こると、肉厚部１１ａ・１２ａ・１３ａ・１４ａ・１５ａ・１６ａを冷間加工する際にボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６に付与される歪みが相対的に小さくなる。
拘束部材３６によりＣＶＪアウターレース１の外周面奥半部を拘束し、当該部位の隙間を無くす（小さくする）ことにより、コイニング工程３００においてボール溝１１・１２・１３・１４・１５・１６に付与される歪みをより大きくすることが可能であり、ＣＶＪアウターレース１の寸法精度が向上する。

本発明に係るＣＶＪアウターレースを示す斜視図。 本発明に係るＣＶＪアウターレースの製造方法を示すフロー図。 鍛造工程終了時の本発明に係るＣＶＪアウターレースを示す側面断面図。 コイニング工程途中の本発明に係るコイニング装置を示す側面断面図。 本発明に係るコイニングパンチを示す斜視図。 コイニング工程終了時の本発明に係るコイニング装置を示す側面断面図。 コイニング工程においてボール溝に付与された残留応力の大きさとボール溝とボールとの接触角のばらつきとの関係を示す図。 ボール溝とボールとの接触角を示す模式図。 本発明に係るコイニング装置の別実施例を示す側面断面図。

符号の説明

１ ＣＶＪアウターレース
１０ カップ部
１１・１２・１３・１４・１５・１６ ボール溝
１１ａ・１２ａ・１３ａ・１４ａ・１５ａ・１６ａ 肉厚部
２００ 鍛造工程
３００ コイニング工程
５００ 焼入れ工程

Claims (2)

1. 内周面に複数のボール溝が成形されたカップ部を具備するＣＶＪアウターレースの製造方法であって、
   出発材を概略形状のＣＶＪアウターレースに成形し、該ＣＶＪアウターレースのカップ部の内周面に概略形状の該複数のボール溝を成形し、かつ、該複数のボール溝の奥半部にそれぞれ肉厚部を成形する鍛造工程と、
   該鍛造工程において成形された肉厚部を冷間加工して最終形状の該複数のボール溝を成形するコイニング工程と、
   該コイニング工程において最終形状の該複数のボール溝が成形されたＣＶＪアウターレースの表面に焼入れを施す焼入れ工程と、
   を具備することを特徴とするＣＶＪアウターレースの製造方法。
2. 前記コイニング工程において、前記カップ部の外周面奥半部を拘束することを特徴とする請求項１に記載のＣＶＪアウターレースの製造方法。

Images