JP2007292294A - 等速自在継手内輪およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】等速自在継手内輪のボール溝の側壁と外周面との繋ぎ稜線部位にバリや打ち傷が発生することに伴う不具合を解消する。
【解決手段】等速自在継手の内輪10は、外周面14に円周方向に所定間隔で形成したボール溝12を有し、ボール溝12の側壁の、外周面14との稜線をなす部分に、軸方向全長にわたりチャンファ16が形成してある。
【選択図】図１

Description

この発明は等速自在継手内輪およびその製造装置に関する。

等速自在継手は自動車や各種産業機械の動力伝達系など、互いに角度をなす回転軸を連結して動力を伝達する用途に広く使用されている。ボールタイプの等速自在継手はトルク伝達要素としてボールを使い、ケージで保持したボールを、内輪と外輪のボール溝内に位置させ、その溝中心を継手中心に対して反対方向に等距離だけオフセットさせることにより、ボールを入力軸と出力軸の二等分面上に維持し、等速性を保つようにしたものである。

回転軸に対して傾斜したボール溝を有するクロスグルーブ型等速自在継手（レブロジョイント：ＬＪ）を例にとると、内輪と外輪のボール溝を互いに回転軸に対して等角度だけ対称に傾けることにより、等速自在継手の条件を満たすとともに伸縮性をもたせている。図７にＬＪの内輪またはその中間品（以下、製品と称する。）の形状を示す。図中、符号１２は等速自在継手として組み立てた場合にボールが転動するボール溝を指し、製品１０の外周の６箇所に形成してある。これらのボール溝１２は製品１０の軸線に対して傾斜しており、かつ、隣接するボール溝１２は互いに逆向きに傾斜している。ボール溝１２以外の外周面部１４は、ほぼ部分球面状である。

ＬＪの内輪は異形形状の部品であるため、一般に鍛造加工および機械加工によって製造している。すなわち、ボール溝を成形するための突起を内端に形成した複数の分割ダイスを、素形材を取り囲んで円周方向に等間隔に配置し、素形材を一対のパンチで軸線方向に加圧して半径方向に張り出させることによってボール溝を成形する。

ボール溝を成形するための鍛造ダイスは、たとえば特開昭５７−５６１３２号公報や特開昭６２−１９３９３８号公報に記載してあるように、円周方向に製品の溝数に分割してあり、ダイスの円周方向位置決めは、ダイスを放射線状に案内するガイド金型を設けてその中にダイスを収めることによって行い、ダイスの半径方向位置決めは、ダイス背面を円錐面とし、その外側に内径に円錐面をもったリングを嵌合させることによって行っていた。

上に述べた従来の方法では、ダイスが放射線状にガイド金型を摺動することになり、ダイスと金型との間にすきまが必要である。このため、ダイスの円周方向の位置決めをするガイド金型のガイド幅がダイス幅寸法より大きくなり、製品の円周方向の精度を良くすることが困難である。さらに、ダイス背面が円錐面の一部であるので傾きに対する剛性が弱く、加工圧力によりダイスの倒れが生じ、傾斜溝角度の精度を良くすることが難しい。したがって、製品傾斜溝の円周ピッチおよび傾斜角度を精度よく成形することが不十分である。

そこで本出願人は、上述の問題点を解消し、製品の溝に要求される高精度の円周ピッチや傾斜角度を実現し得る鍛造成形方法および装置として、特許文献１に記載のものを先に提案した。
特開２０００−１４０９８４号公報

鍛造成形された等速自在継手内輪は、両側端面、内径とともに外径を切削で仕上げ加工をしている。外周形状は、ほぼ部分球面状の外周面にボール溝が形成されているため、外周面の加工は断続切断となり、切削工具が外周面からボール溝に抜ける時に大きな切削バリが生じてしまう。このバリはボール溝をボールが転動するときの障害となり、等速自在継手としての機能を損なってしまうため、機械加工でバリを除去する工程が不可欠である。

また、切削加工後にボール溝の側壁と外周面との繋ぎ稜線部位が鋭角になっていると、熱処理工程等の運搬時に打ち傷を生じやすく、打ち傷によりボール溝へ突起や膨らみが生じるとボール溝をボールが転動するときの障害となり、等速自在継手としての機能を損なってしまうため、手直しまたは廃棄処理をする必要がある。

この発明の目的は、等速自在継手内輪にまつわる上述の問題点を除去することにある。

この発明の等速自在継手内輪は、円周方向に所定間隔で形成したボール溝を有し、前記ボール溝の側壁の、外周面との稜線をなす部分に、軸方向全長にわたりチャンファを形成したことを特徴とするものである。このチャンファは鍛造時に成形する。これにより、チャンファが一種のぬすみとなって、外径旋削時に特別な加工調整をすることなく有害なバリの発生を防ぐことができる。あるいはバリを極小のものにとどめることができるため、タンブラー等で簡単に除去することが可能となる。凹部の寸法（深さ）は、稜線部に多少のバリが発生したとしてもそれがボール溝にまで突出しない程度とし、具体例を挙げるならば、ボール径が２０ｍｍの場合で０．５ｍｍ程度である。このチャンファを鍛造時に成形するにあたっては、図１（Ｃ）に示すように外径旋削位置よりも外周面側においてはチャンファ形状を外周面側に逃がした形状とすることにより、金型のチャンファ成形部への負荷を小さく抑えることができ、金型寿命の向上を図ることが可能となる。

この発明の等速自在継手内輪の製造装置は、内端に製品の溝を成形するための突起を設けた、半径方向に移動可能な複数の分割ダイスを、素形材を取り囲むように放射状に配置してなるダイスと、分割ダイスの外端と係合して分割ダイスを半径方向に位置決めするためのダイスベースとを具備し、前記ダイスベースに、円周方向で互いに独立し、分割ダイスの外端部の形状を転写した形状を有する凹部を設けたことを特徴とするものである（請求項２）。

ダイスベースの凹部にて分割ダイスの外端部をしっかりと抱えた状態で半径方向のみならず円周方向にも位置決めする構造であるため、成形操作の間、分割ダイスはダイスベースとすきまなく密着することになる。すなわち、加工圧力により、ダイスベースの凹部と分割ダイスの外端部が高い剛性をもって密着する。したがって、製品傾斜溝に要求される高精度な円周ピッチや傾斜角度が得られる。

分割ダイスの後端部とダイスベースの凹部とは互いに転写した形状（輪郭）で、嵌合し得る関係にある。たとえば、請求項３の発明では、分割ダイスの外端が、円周方向に面した側面と、外径方向に面した外端面とを有し、前記側面が、分割ダイスの内端側から外端側にゆくほど先細となり、かつ、底面側から頂面側にゆくほど先細となるテーパ面であり、前記ダイスベースの凹部が前記分割ダイスの側面を転写した形状の側壁面を備えている。

請求項４の発明は、請求項２または３の等速自在継手内輪の製造装置において、隣接する分割ダイス間にすきまを設けたことを特徴とする。

この発明によれば、ボール溝の側壁と外周面との稜線部に発生したバリがボール溝を転動するボールに悪影響を与えて等速自在継手としての機能を損なうようなことがない。また、バリを除去するための機械加工を省略することができるため、その分製造原価の低減が実現する。さらに、チャンファにより製品の鋭角部をなくし、製品運搬時の打ち傷を生じにくくすることができる。あるいは、製品運搬時等に打ち傷が発生したとしても、ボール溝の側壁にまで変形が及ぶのを防止することができるため、手直しの手間や不良品の発生を回避することができる。

図１に示すように、等速自在継手の内輪１０は、部分球面状の外周面１４の円周方向に所定間隔でボール溝１２が形成してある。ボール溝１２は軸方向に切り通してあり、隣り合ったボール溝１２どうしは、軸線に対して互いに逆向きに傾いている。各ボール溝１２の側壁の、外周面１４との稜線をなす部分に、軸方向全長にわたりチャンファ１６が形成してある。ここで、比較のために既述の図７を参照すると、内輪１０のボール溝１２の側壁と外周面１４との稜線部にはチャンファ１６がなく、稜線部が鋭角になっている。チャンファ１６は鍛造時に金型で成形するのが好ましく、そうすることによって金型精度を転写することができ、成形位置の確保および断面ごとに形状を自由に選択して成形することが簡単にできるため、製品機能を損なうことのない範囲内で緻密なチャンファが成形可能である。

次に、図２〜図５に従って等速自在継手内輪の製造装置の構成を説明する。図２は下型の平面と上型の底面を示し、図４は装置全体の縦断面を示す。

この装置は、図４に示すように、同軸状に整列した下型２と上型３を有し、図示した実施の形態では、駆動機構により、下型２と上型３が共に可動になっている。下型２は、台座８、下ビレットガイド６ｂ、ダイス２０、下リングポンチ４ｂ、下カウンターポンチ５ｂ、バックアップリング７より構成されている。上型３は、ダイスベース３０、上ビレットガイド６ａ、上リングポンチ４ａ、上カウンターポンチ５ａより構成されている。

静止した台座８の上に下ビレットガイド６ｂが配置され、下ビレットガイド６ｂの上にダイス２０が配置されている。ダイス２０は、図２（Ａ）から分かるように、製品１０（図１）のボール溝１２の数に対応する数の分割ダイス２２を円周方向に放射状に配置して構成されている。各分割ダイス２２は、図２（Ｃ）および図３に示すように、内端２４側に製品１０のボール溝１２を成形するための突起２４ａを備えている。図１に関連して述べたように製品１０のボール溝１２は交互に逆向きに傾斜していることから、隣り合う分割ダイス２２では突起２４ａの傾斜が逆向きとする（図２（Ａ）参照）。分割ダイス２２の外端２６は、図示した実施の形態では、円周方向に面した側面２６ａと、外径方向に面した外端面２６ｂとを有し、側面２６ａが、分割ダイス２２の内端２４側から外端２６側にゆくほど先細となり、かつ、底面側から頂面側にゆくほど先細となるテーパ面である。

各分割ダイス２２は下ビレットガイド６ｂの上にダイス２０の半径方向に移動可能に載置されている。下ビレットガイド６ｂは円周方向に製品１０のボール溝１２の数と同数の溝を有している。各分割ダイス２２はダイスガイド２８を具備し、ダイスガイド２８は下ビレットガイド６ｂの前記溝によりガイドされ上型３に対して円周方向の概略位置決めをされるとともに、前記溝内をダイス２０の半径方向に移動可能である。なお、図２（Ｃ）および図３（Ｂ）において符号２９で指したのは、分割ダイス２２とダイスガイド２８を締結するボルトを挿入するための貫通孔である。ダイスガイド２８はスプリング（圧縮コイルバネ）９によって常時付勢され、これによりダイス２０は弾性的に拡径した状態（図２（Ａ））にある。分割ダイス２２がスプリング９の反発力に抗して内径側に移動してダイス２０が縮径した状態を図５に示す。

下ビレットガイド６ｂの内径部には下リングポンチ４ｂおよび下カウンターポンチ５ｂが同心状に、かつ、摺動自在に配置されている。下リングポンチ４ｂおよび下カウンターポンチ５ｂは製品１０の下端面形状に対応する形状である。

台座８の上には、ダイス２０および下ビレットガイド６ｂの外周を囲むようにしてバックアップリング７が固定されている。バックアップリング７は円筒形で、内周面にてダイスベース３０の外周面と嵌合し得るようになっており、ダイスベース３０の製品成形時の拡径および割れを防ぐ役割を果たす。

上型３は図示しないプレススライドによって昇降動作を行う。上型３のダイスベース３０は下端面に開口したすり鉢状の形態で、図２（Ｂ）に示すように、略円錐台形状の空間３２と、内周面の円周方向に等間隔に配置された凹部３４とを備える。凹部３４の数は分割ダイス２２の数に対応し、図示した実施の形態では６であり、全体として星形を呈している。各凹部３４の形状は、分割ダイス２２の外端２６の側面２６ａの形状を転写したものに相当する。すなわち、凹部３４はダイスベース３０の内径側から外径側に向かって先細となった一対の側壁面３４ａを有する。また、側壁面３４ａは、ダイスベース３０の開口下端面側から奥側に向かっても先細となっている。後述するように、この側壁面３４ａと分割ダイス２２の後端２６の側面２６ａとが係合するため、凹部３４の外端面３４ｂは分割ダイス２２の後端面２６ｂと干渉しないように逃がしておく。また、外端面３４ｂは製品成形時の拡径および割れを防止するため、曲率半径Ｒを１０〜２０ｍｍとし、各凹部３４をワイヤーカットや放電加工での加工時に生じる加工変質層を除去し、かつ切り欠き起点をなくすためにラップ仕上げにより面粗度をＲａ０．５以下としている。

すり鉢状のダイスベース３０の底面は上ビレットガイド６ａによって形成される。上ビレットガイド６ａの内径部には上リングポンチ４ａおよび上カウンターポンチ５ａが同心状に、かつ、摺動自在に配置されている。上リングポンチ４ａおよび上カウンターポンチ５ａは製品１０の上端面形状に対応する形状である。

次に、上述の構成よりなる装置における成形過程を図６に従って説明する。

ダイスガイド２８はスプリング９により常に外側に開く力を受けているため、分割ダイス２２は外から力が加わらない限り常に半径方向外側に開いている（図２（Ａ）、図４参照）。その状態で下ビレットガイド６ｂの内側で、かつ、下カウンターポンチ５ｂの上に、素形材１を供給した後、プレススライドを降下させる。

すると、図６（Ａ）および図５に示すように、ダイスベース３０の凹部３４の側壁面３４ａ（図２（Ａ））と分割ダイス２２の外端２６の側面２６ａが係合し、これにより分割ダイス２２が径方向内側に押され、半径方向位置決めと円周方向位置決めが同時に行なわれる。このとき、上ビレットガイド６ａが分割ダイス２２と接触し、分割ダイス２２と上下のビレットガイド６ａ，６ｂで製品１０のボール溝１２および上下端面に対応した空間（キャビティ）が形成される。

さらにプレススライドが下降すると、図６（Ｂ）に示すように、上下のカウンターポンチ５ａ，５ｂと上下のリングポンチ４ａ４ｂにより素形材１に加圧力が加わって素形材１が塑性流動し、プレススライド下死点で上記空間（キャビティ）を充足する。その結果、製品１０が得られる。

その後、図６（Ｃ）に示すように、プレススライドが上昇し、上型３が下型２から離れるとともに分割ダイス２２が半径方向外側に移動してダイス２０が拡径し、ノックアウト機構（図示せず）により製品１０を取り出す。なお、この段階の製品１０は最終製品たる内輪から見ればいわば中間品であって、孔明け、セレーションまたはスプライン加工、熱処理等を経て最終製品となる。

ところで、分割ダイスのみならず鍛造金型を製作する場合には精度誤差が不可避であるため、寸法公差を設定して精度を規格している。しかしながら、隣接する分割ダイスが密着あるいは接触する設定では、各分割ダイスの精度誤差の影響を受けて精度誤差が累積し、製品精度を悪化させてしまうことがある。また、各分割ダイスが隣接する分割ダイスと内側が密着あるいは接触し、かつ、外周面をダイスベースにより拘束されると、分割型およびガイドリングに過大な面圧が生じて破損等に至る危険がある。

図８と図９は、図５における分割ダイス２２だけを取り出したもので、これらの図を対比すれば明らかなように、図９では隣接する分割ダイス２２間にすきまが設けてある。図９に示すように、分割ダイス２２が内径側に移動してダイスが縮径した状態においても隣接する分割ダイス２２が接触しないように、隣接する分割ダイス２２間に分割ダイスとダイスベースの製作誤差や弾性変形量を考慮し、少なくとも０．１ｍｍ以上のすきまを設けるのが望ましい。そうすることにより、隣接する分割ダイス同士が互いに接触することがなく、分割ダイスは内端にて素材とだけ接触することになるため、分割ダイスの製作精度誤差が累積することを回避でき、また、過大な面圧が生じる危険を回避できる。分割ダイスの製作精度誤差が累積することを回避できる結果、鍛造成形されたトラック溝の円周方向ピッチや傾斜角度（または幅端面に対する直角度）および製品径方向中心からの距離等の高精度化が達成でき、トラック溝に熱処理後の仕上げ除去加工を施すことなく使用する場合の製品の高精度化が図られる。トラック溝に熱処理後の仕上げ除去加工を施す場合においても取代の削減や均一化が図られ、仕上げ除去加工の時間短縮や工具寿命の向上により製造コストの削減が可能となる。また、分割ダイスやダイスベースに過大な面圧が生じることがなくなるため、分割ダイスおよびダイスベースの寿命改善による鍛造コストの削減が可能となる。

ここではクロスグルーブ型等速自在継手（レブロジョイント：ＬＪ）を例にとって説明したが、この発明はその他の等速自在継手の内輪またはその中間品についても同様に適用することができる。

（Ａ）は実施例のクロスグルーブ型等速自在継手内輪の正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は断面図 （Ａ）は実施例の等速自在継手内輪の製造装置における下型の平面図、（Ｂ）は上型の底面図、（Ｃ）は分割ダイスの斜視図 （Ａ）は分割ダイスの正面図、（Ｂ）は斜視図、（Ｃ）は側面図 等速自在継手内輪の製造装置の縦断面図 ダイスが縮径した状態の下型の平面図 成形過程を示す工程図 （Ａ）は比較例のクロスグルーブ型等速自在継手内輪の正面図、（Ｂ）は平面図 図５における分割ダイス群の拡大図 図５における分割ダイス群の拡大図

符号の説明

１ 素形材
１０ 製品（内輪または中間品）
１２ ボール溝
１４ 外周面
１６ チャンファ
２ 下型
２０ ダイス
２２ 分割ダイス
２４ 内端
２４ａ 突起
２６ 外端
２６ａ 側面
２６ｂ 外端面
２８ ダイスガイド
４ｂ 下リングポンチ
５ｂ 下カウンターポンチ
６ｂ 下ビレットガイド
７ バックアップリング
８ 台座
９ スプリング
３ 上型
３０ ダイスベース
３２ 空間
３４ 凹部
３４ａ 側壁面
４ａ 上リングポンチ
５ａ 上カウンターポンチ
６ａ 上ビレットガイド

Claims (4)

1. 円周方向に所定間隔で形成した複数のボール溝を有し、前記ボール溝の側壁の、外周面との稜線をなす部分に、軸方向全長にわたり凹部を形成した等速自在継手内輪。
2. 請求項１の等速自在継手内輪を製造するための装置であって、内端に製品の溝を成形するための突起を設けた、半径方向に移動可能な複数の分割ダイスを、素形材を取り囲むように放射状に配置してなるダイスと、分割ダイスの外端と係合して分割ダイスを半径方向に位置決めするためのダイスベースとを具備し、前記ダイスベースに、円周方向で互いに独立し、分割ダイスの外端部の形状を転写した形状を有する凹部を設けた等速自在継手内輪の製造装置。
3. 前記分割ダイスの外端が、円周方向に面した側面と、外径方向に面した外端面とを有し、前記側面が、分割ダイスの内端側から外端側にゆくほど先細となり、かつ、底面側から頂面側にゆくほど先細となるテーパ面であり、前記ダイスベースの凹部が前記分割ダイスの側面を転写した形状の側壁面を備えている請求項２の等速自在継手内輪の製造装置。
4. 隣接する分割ダイス間にすきまを設けた請求項２または３の等速自在継手内輪の製造装置。