JP2008025780A - クロスグルーブ型等速自在継手用ケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内径面側の切削加工を省略できて、生産性に優れ、製造コストの低減を図ることが可能なクロスグルーブ型等速自在継手用ケージの製造方法を提供する。
【解決手段】外周面３０に膨出部３２を有するマンドレル３１に短円筒状素材２２を外嵌する。短円筒状素材２２の外径側に配設される成形ロール３６の凹周溝３５とマンドレル３１の膨出部３２とで、短円筒状素材２２を挟んだ状態で短円筒状素材２２をその軸心Ｌ５周りに回転させる。マンドレル３１の膨出部３２にてケージ内径面１２となる素材内径面２０ｂを成形するとともに、成形ロールの凹周溝にてケージ外径面１１となる素材外径面２０ａを成形する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車や各種産業機械などに用いられる動力伝達装置である等速自在継手に使用されるケージの製造方法に関し、特に、摺動タイプのクロスグルーブ型等速自在継手用ケージの製造方法に関する。

クロスグルーブ型等速自在継手はプロペラシャフト用やドライブシャフト用に使用されている。クロスグルーブ型等速自在継手には、フロートタイプとノンフロートタイプの二種類に大別され、両タイプはプロペラシャフトが装備される車両の特性（スライド量など）に応じて使い分けられている。

この種の等速自在継手は図４と図５に示すように、内輪１、外輪２、ボール３およびケージ４を主要な構成要素としている。この等速自在継手はフロートタイプを示している。

内輪１は、その外周面に複数のトラック溝６が形成されている。この内輪１の中心孔５にプロペラシャフトのスタブシャフト８を挿入してスプライン嵌合させ、そのスプライン嵌合により両者間でトルク伝達可能としている。なお、スタブシャフト８は、スナップリング１４により内輪１に対して抜け止めされている。

そして、外輪２は、内輪１の外周に位置し、その内周面に内輪１のトラック溝６と同数のトラック溝７が形成されている。内輪１のトラック溝６と外輪２のトラック溝７は軸線に対して反対方向に傾斜した角度をなし、対をなす内輪１のトラック溝６と外輪２のトラック溝７との交叉部にボール３が組み込まれている。内輪１と外輪２の間にケージ４が配置され、ボール３は、ケージ４のポケット９内に保持されている。

図４と図５に示す等速自在継手では、外輪２に対して内輪１、ボール３およびケージ４が、図８に示すように、反シャフト突出側（外輪２の一端面２ａ側）へ移動した際には、内輪１の外径面１３がケージ内径面１２に接触して、その反シャフト突出側への移動が規制される。また、図９に示すように、シャフト突出側（外輪２の他端面２ｂ側）へ移動した際には、内輪１の外径面１３がケージ内径面１２に接触して、シャフト突出側への移動が規制される。

図８において、Ａは継手中心を示し、Ａ２は反シャフト突出側へ最大に移動した際の内輪１の中心線を示し、Ａ１は反シャフト突出側へ最大に移動した際のボール３の中心線を示している。図９において、Ａは継手中心を示し、Ａ４はシャフト突出側へ最大に移動した際の内輪１の中心線を示し、Ａ３はシャフト突出側へ最大に移動した際のボール３の中心線を示している。

ところで、ケージ４の製造方法としては、一般的には、図１２に示すような樽型円筒形状のケージ素材２０を成形し、このケージ素材２０にポケット９をあけるものである。ケージ素材２０は、図１０に示すように、パイプ材２１から所定寸の短円筒状素材２２を切り出し、この短円筒状素材２２を図１１に示すようなプレス装置２３にて、軸方向に押圧することによって得ることができる。

プレス装置２３は、内径面２４ａがケージ素材２０の外径面２０ａの下半分に対応する形状の成形孔２４を有する下型２５と、内径面２６ａがケージ素材２０の外径面２０ａの上半分に対応する形状の成形孔２６を有する上型２７とを備える。そして、図１１に示すように、短円筒状素材２２を下型２５の成形孔２４内に配置し、この状態で上型２７を下降させることによって、下型２５の成形孔２４と上型２７の成形孔２６とで構成されるキャビティ２８内で、短円筒状素材２２がケージ素材２０に成形される。

ケージ素材２０を成形する方法としては、円板状の素材から成形するもの（特許文献１）、また、短円筒体からなる素材を、バルジ加工にて、複数の樽型円筒形状部を有する筒体を成形し、その後、この筒体から樽型円筒形状体を切り出すものがある（特許文献２）。

特許文献１に記載のものは、第１工程と第２工程と第３工程とを有する。第１工程では、円板状のワーク(素材)を、上下型を有するプレス装置にて、カップ状体を成形する。ここで、カップ状体とは、円筒状の上半分部分と、截頭半球面状の下半分部分と、底部とを有するものである。第２工程では、カップ状体を半球面状の型部を有する上型で押圧して、このカップ状体の上半分部分を截頭半球面状に成形する。第３工程ではカップ状体の底部を打抜く。これによって、図１２に示すようなケージ素材２０を成形する。

特許文献２に記載のものは、所定寸のパイプ材を上型と下型との間に介在させ、この状態で、パイプ材内に高圧水等の加圧媒体を導入することによって、複数の樽型円筒形状部を有する筒体を成形する。その後、この筒体の樽型円筒形状部間を切断することによって、樽型円筒形状のケージ素材２０を切り出すことになる。
特開昭５９−１４７７３７号公報 実開平１１−２２６６６２号公報

図４等に示す等速自在継手では、外輪２の内周面１０とケージ外径面１１とは、図６に示すように接触する可能性があり、その隙間は製作時に十分管理する必要がある。

また、ケージ内径面１２と内輪１の外径面１３とは、図８や図９に示すように最大スライド状態では接触するが、図７に示すように通常の使用領域では十分な隙間が確保され、接触しない。

このため、外輪２の内周面１０とケージ外径面１１との間を管理するケージ外径面を精度よく仕上げる必要から、ケージ素材２０の外径面の仕上加工（切削加工）を必要としていた。この際、成形されるケージ素材２０の完成精度と必要隙間精度から、切削加工は旋削加工のみ、旋削加工と研削加工とを必要とする場合がある。

これに対して、ケージ外径面１１と比較すれば大きな隙間（内輪１の外径面１３との間の隙間）があるケージ内径面１２では、この内径面１２の形状と必要な隙間を確保することが可能であれば、切削加工が不要となる。

しかしながら、図１１に示すプレス装置２３を使用する場合、短円筒状素材２２の外径面は拘束されるが、内径面は拘束されない。このため、成形されたケージ素材２０は内径面の変形は不安定であり、球面形状に変形が生じる。したがって、所定の寸法や球面形状を狙って内径面を切削加工する必要がある。

また、特許文献１に記載のものでは、ケージ素材２０の下半分は、内径面及び外径面が拘束されて、ケージ内径面およびケージ外径面を成形することができる。しかしながら、ケージ素材２０の上半分は、内径面が拘束されない。しかも、プレス加工後にカップ状体の底部を打抜く工程を必要として、全体として作業工程が多く、生産性に劣っている。

特許文献２に記載のものでは、バルジ加工を行うものであるので、成形条件が複雑であり、加工装置が巨大で高価であり、サイクルタイムが長く、生産性が劣る等のバルジ加工の欠点をそのまま具備する。

本発明は、上記課題に鑑みて、内径面側の切削加工を省略できて、生産性に優れ、製造コストの低減を図ることが可能なクロスグルーブ型等速自在継手用ケージの製造方法を提供する。

本発明のクロスグルーブ型等速自在継手用ケージの製造方法は、内輪のトラック溝と外輪のトラック溝の交叉部に組み込まれるボールを保持するクロスグルーブ型等速自在継手用ケージの製造方法において、外周面に膨出部を有するマンドレルに短円筒状素材を外嵌し、短円筒状素材の外径側に配設される成形ロールの凹周溝と前記マンドレルの膨出部とで、短円筒状素材を挟んだ状態でこの短円筒状素材をその軸心周りに回転させつつ、マンドレルの膨出部にてケージ内径面となる素材内径面を成形するとともに、成形ロールの凹周溝にてケージ外径面となる素材外径面を成形するものである。

本発明のクロスグルーブ型等速自在継手用ケージの製造方法によれば、成形する素材内径面はマンドレルの膨出部の外径面形状に対応したものとなり、素材外径面は成形ロールの凹周溝の底面形状に対応したものとなる。このため、マンドレルの膨出部と、成形ロールの凹周溝との寸法形状を、ケージ完成品の寸法形状に合わせることによって、成形される素材内径面及び素材外径面をケージ完成品に合わせることができる。

前記短円筒状素材を鍛造にて成形することも、パイプ材から所定寸に切断して成形することもできる。

加熱手段にて短円筒状素材を加熱しつつ、マンドレルの膨出部による素材内径面の成形および成形ロールの凹周溝による素材外径面の成形を行うことができる。これによって、マンドレルと成形ロールとによる成形時における素材の変形抵抗を低減できる。加熱手段として、高周波加熱コイル等を使用することができる。

本発明のクロスグルーブ型等速自在継手用ケージの製造方法によれば、成形される素材内径面及び素材外径面をケージ完成品に近づけることができるので、その後の工程において、外径面及び内径面の切削等による仕上げ加工を削減することができる。すなわち、クロスグルーブ型等速自在継手で使用するケージの必要寸法公差に対して、素材外径面、素材内径面共に、内径面を拘束しないものや内径面を加圧媒体で拘束する従来の方法に比べて、高精度に成形することができる。更に、クロスグルーブ型等速自在継手では、その構造上、内輪とケージの隙間は他の等速自在継手よりも大きく設定できるため、本発明の方法にて成形された素材内径面の寸法精度は、必要精度が確保され、素材内径面の切削加工等による仕上げ加工を省略することができる。従って、本発明の方法によれば、生産性の向上を図ることができ、さらに歩留まり向上を図って製造コスト低減を達成できる。

短円筒状素材を鍛造にて成形することも、パイプ材から所定寸に切断して成形することもできる。すなわち、短円筒状素材を種々の方法で形成でき、しかも、短円筒状素材から成形される素材内径面及び素材外径面は精度よく仕上げることができる。

短円筒状素材を加熱することによって、素材の変形抵抗を低減でき、素材内径面及び素材外径面を一層精度よく仕上げることができるため、より高精度を必要とする場合でも、素材外径面、内径面共に切削仕上げ加工を省略することができる。また、加熱することによって、表面の加工硬化を抑えることができ、ケージ製造の次工程である窓抜き加工において、加工抵抗を低減でき、加工性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。

図１と図２に本発明のクロスグルーブ型等速自在継手用ケージの製造方法に使用する製造装置を示し、この製造装置では、図１０に示す短円筒状素材２２から図１２に示すケージ素材２０を成形するものである。なお、ケージ素材２０を成形した後は、ケージ素材２０に窓抜き加工を行って、図５に示すようなケージ４を製造することになる。

製造装置は、外周面３０に膨出部３２を有するマンドレル３１と、このマンドレル３１を受ける受けロール３３と、外周面３４に凹周溝３５を有する成形ロール３６とを備える。

マンドレル３１は、軸部３７と、この軸部３７の外周面３０に形成される膨出部３２とからなり、膨出部３２は、その外径面３２ａが軸方向端部から軸方向内方に向かって拡大し、その軸方向中央で最大となる。すなわち、縦断面形状において、膨出部３２の外径面３２ａが円弧面になっている。この場合、膨出部３２の外径面３２ａの曲率半径Ｒ１は、製造すべきケージ内径面１２の曲率半径ｒ１（図１２参照）と一致している。また、膨出部３２の軸方向長さを短円筒状素材２２の軸方向長さよりも長くしている。

受けロール３３は、一対の円板体３８、３９と、この円板体３８、３９をその軸心部で連結する軸部４０とを備える。そして、円板体３８、３９の外周縁３８ａ、３９ａでマンドレル３１の軸部３７を受ける。すなわち、マンドレル３１と受けロール３３とは、その軸線Ｌ１、Ｌ２が平行になるように配置され、マンドレル３１の軸部３７が円板体３８、３９の外周縁３８ａ、３９ａに当接する。

成形ロール３６は、その軸線Ｌ３が前記マンドレル３１および受けロール３３の軸線Ｌ１、Ｌ２と平行になるように配置される。この際、各軸線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は一平面（例えば、水平面）Ｍ(図２参照)上に配置されるとともに、成形ロール３６は、マンドレル３１に関して受けロール３３と反対側に配置される。また、受けロール３３の軸方向中心線Ｏ２と、膨出部３２の軸方向中心線Ｏ１と、成形ロール３６の軸方向中心線Ｏ３とが一致している。

成形ロール３６の凹周溝３５の曲率半径Ｒ２は、製造すべきケージ外径面１１の曲率半径ｒ２（図１２参照）と一致している。さらに、凹周溝３５の軸方向長さは、ケージ素材２０の軸方向長さよりも長く設定している。

成形ロール３６は、図示省略の移動機構にて、前記平面Ｍに沿って、マンドレル３１に対して接近・離間する方向に平行移動するとともに、図示省略の駆動機構にてその軸線Ｌ３廻りに回転駆動する。なお、移動機構としては、シリンダ機構等の往復動機構にて構成することができ、駆動機構としては、モータと、このモータの回転力を成形ロール３６に伝達するベルト等の伝達機構等にて構成することができる。

次に、前記のように構成された製造装置を使用してケージを製造する方法を説明する。まず、図１（ａ）と図２（ａ）に示すように、マンドレル３１の膨出部３２に短円筒状素材２２を外嵌した状態にセットする。この際、膨出部３２の軸方向中心と短円筒状素材２２の軸方向中心とを一致させる。なお、短円筒状素材２２は、図１０に示すように、パイプ材２１を所定寸に切断することによって形成している。

次に、成形ロール３６を図２（ａ）に示す矢印Ｃの方向にその軸線Ｌ３廻りに回転させつつ、矢印Ｘ方向にマンドレル３１の膨出部３２に接近させる。これによって、短円筒状素材２２は、マンドレル３１と成形ロール３６とに挟持することになる。この際、成形ロール３６が回転しているので、この回転に伴って短円筒状素材２２がその軸心Ｌ５廻りに回転する。

このため、短円筒状素材２２の外径面は、成形ロール３６の凹周溝３５の底面に加圧されて、この回転に伴って次第に凹周溝３５の底面に合った形状に変形していく。また、短円筒状素材２２の内径面は、マンドレル３１の膨出部３２の外径面に加圧されて、この回転に伴って次第に膨出部３２の外径面に合った形状に変形していく。

そして、マンドレル３１の膨出部３２の外径面と成形ロール３６の凹周溝３５の底面との間の隙間寸法Ｓがケージ素材２０の肉厚ｔと同じになったときに、素材内径面２０ｂがケージ内径面１２と一致する寸法形状となるとともに、素材外径面２０ａがケージ外径面１１と一致する寸法形状となるケージ素材２０を成形することができる。

このように成形されたケージ素材２０に対して窓抜き工程を行うことによって、ポケット（窓部）９が形成されたケージ４が完成する。

本発明のクロスグルーブ型等速自在継手用ケージの製造方法では、成形される素材内径面２０ｂ及び素材外径面２０ａをケージ完成品に近づけることができるので、その後の工程において、外径面２０ａ及び内径面２０ｂの切削等による仕上げ加工を削減することができる。すなわち、クロスグルーブ型等速自在継手で使用するケージ４の必要寸法公差に対して、素材外径面２０ａ、素材内径面２０ｂ共に、内径面を拘束しないものや内径面を加圧媒体で拘束する従来の方法に比べて、その素材内径面２０ｂを高精度に成形することができる。更に、クロスグルーブ型等速自在継手では、その構造上、内輪１とケージ４の隙間は他の等速自在継手よりも大きく設定できるため、本発明の方法にて成形された素材内径面２０ｂの寸法精度は、必要精度が確保され、素材内径面２０ｂの切削加工等による仕上げ加工を省略することができる。従って、本発明の方法によれば、生産性の向上を図ることができ、さらに歩留まり向上を図って製造コスト低減を達成できる。

ところで、前記実施形態では、短円筒状素材２２をパイプ材２１から所定寸に切断して成形していたが、鍛造プレス装置等を使用して鍛造にて成形することも可能である。このように、短円筒状素材２２を種々の方法で形成でき、しかも、短円筒状素材２２から成形される素材内径面２０ｂ及び素材外径面２０ａは精度よく仕上げることができる。

次に、図３は他の製造方法に使用する製造装置を示し、この装置は、図１と図２に示す製造装置に加熱手段５０が付設されたものである。この場合の加熱手段５０は高周波加熱用コイル５１を用い、この高周波加熱用コイル５１をこの装置にセットされる短円筒状素材２２の近傍に配置する。

すなわち、この図３に示す製造装置では、高周波加熱用コイル５１に高周波電流を流しして短円筒状素材を加熱しつつ、前記図１と図２に示す製造装置を使用した方法と同様、成形ロール３６を図３（ａ）に示す矢印Ｃの方向にその軸線Ｌ３廻りに回転させながら、矢印Ｘ方向にマンドレル３１の膨出部３２に接近させる。これによって、短円筒状素材２２の外径面は、成形ロール３６の凹周溝３５の底面に加圧されて、この回転に伴って次第に凹周溝３５の底面に合った形状に変形していく。また、短円筒状素材２２の内径面は、マンドレル３１の膨出部３２の外径面に加圧されて、この回転に伴って次第に膨出部３２の外径面に合った形状に変形していく。

最終的に、素材内径面２０ｂがケージ内径面１２と一致する寸法形状となるとともに、外径面２０ａがケージ外径面１１と一致する寸法形状となるケージ素材２０を成形することができる。

このように、加熱手段５０にて短円筒状素材２２を加熱すれば、マンドレル３１と成形ロール３６とによる成形時における素材２２の変形抵抗を低減できる。これによって、素材内径面２０ｂ及び素材外径面２０ａを一層精度よく仕上げることができるため、より高精度を必要とする場合でも、素材外径面２０ａ、素材内径面２０ｂ共に切削仕上げ加工を省略することができる。また、加熱することによって、表面の加工硬化を抑えることができ、ケージ製造の次工程である窓抜き加工において、加工抵抗を低減でき、加工性の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、製造されるケージ４のポケット数の増減は任意である。また、加熱手段５０としては、素材の変形抵抗を低減できる程度に素材を加熱できるのもであれば、高周波加熱用コイル５１を用いる誘導加熱以外に、抵抗加熱等の他の加熱手段を使用することができる。

また、短円筒状素材２２を回転させる際、前記実施形態では、図２（ａ）に示すように、成形ロール３６を矢印Ｃ方向（反時計廻り）に回転させていたが、時計廻りに回転させてもよい。また、成形ロール３６を回転させる際には、マンドレル３１を回転自由状態としても、成形ロール３６の回転に同期させて回転駆動させてもよい。

本発明のクロスグルーブ型等速自在継手用ケージの製造方法に使用する製造装置を示し、（ａ）は短円筒状素材をセットした状態の平面図であり、（ｂ）はケージ素材成形後の平面図である。 前記図１の製造装置を示し、（ａ）は短円筒状素材をセットした状態の正面図であり、（ｂ）はケージ素材成形後の正面図である。 本発明のクロスグルーブ型等速自在継手用ケージの他の製造方法に使用する製造装置を示し、（ａ）は短円筒状素材をセットした状態の正面図であり、（ｂ）はケージ素材成形後の正面図である。 クロスグルーブ型等速自在継手の断面図である。 クロスグルーブ型等速自在継手の分解斜視図である。 クロスグルーブ型等速自在継手の要部拡大断面図である。 クロスグルーブ型等速自在継手の他の要部拡大図である。 クロスグルーブ型等速自在継手の内輪周り部品が最大に反シャフト突出側へ移動した状態の断面図である。 クロスグルーブ型等速自在継手の内輪周り部品が最大にシャフト突出側へ移動した状態の断面図である。 短円筒状素材の製造工程図である。 ケージ素材を成形するプレス装置の断面図である。 ケージ素材の断面図である。

符号の説明

１ 内輪
２ 外輪
３ ボール
４ ケージ
６ トラック溝
７ トラック溝
１１ ケージ外径面
１２ ケージ内径面
２０ａ 素材外径面
２０ｂ 素材内径面
２２ 短円筒状素材
３０ 外周面
３１ マンドレル
３２ 膨出部
３４ 外周面
３５ 凹周溝
３６ 成形ロール
５０ 加熱手段

Claims (4)

1. 内輪のトラック溝と外輪のトラック溝の交叉部に組み込まれるボールを保持するクロスグルーブ型等速自在継手用ケージの製造方法において、
   外周面に膨出部を有するマンドレルに短円筒状素材を外嵌し、短円筒状素材の外径側に配設される成形ロールの凹周溝と前記マンドレルの膨出部とで、短円筒状素材を挟んだ状態でこの短円筒状素材をその軸心周りに回転させつつ、マンドレルの膨出部にてケージ内径面となる素材内径面を成形するとともに、成形ロールの凹周溝にてケージ外径面となる素材外径面を成形することを特徴とするクロスグルーブ型等速自在継手用ケージの製造方法。
2. 前記短円筒状素材を鍛造にて成形することを特徴とする請求項１のクロスグルーブ型等速自在継手用ケージの製造方法。
3. 前記短円筒状素材を、パイプ材から所定寸に切断して成形することを特徴とする請求項１のクロスグルーブ型等速自在継手用ケージの製造方法。
4. 加熱手段にて短円筒状素材を加熱しつつ、マンドレルの膨出部による素材内径面の成形および成形ロールの凹周溝による素材外径面の成形を行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかのクロスグルーブ型等速自在継手用ケージの製造方法。

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