JP2008075779A - 等速自在継手用ケージおよび等速自在継手用ケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】応力集中箇所を無くすとともに、亀裂進展による強度低下を防止でき、さらにはポケットへのボールの圧入性、及び外側継手部材への組込み性の向上を図ることができる等速自在継手用ケージおよびこのような等速自在継手用ケージを安定して製造できる等速自在継手用ケージの製造方法を提供する。
【解決手段】外側継手部材と内側継手部材の相互間で回転トルクを伝達するトルク伝達ボール４が収容される複数のポケット６を周方向に沿って形成するとともに、浸炭焼入れを施されてなる等速自在継手用ケージである。焼入れ前において、周方向に沿って隣合うポケット６間の柱部７の鋭角部に対して非鋭角処理が施されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、等速自在継手用ケージおよび等速自在継手用ケージの製造方法に関する。

等速自在継手は、自動車や各種産業機械の動力伝達系において、駆動側の回転軸と従動側の回転軸を連結して等角速度でトルクを伝達するもので、トルク伝達要素であるボールを用いたボールタイプの等速自在継手として、ボールフィックス型等速自在継手（ＢＪ）、ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）やレブロ型等速自在継手（ＬＪ）など種々のものがある。また、トルク伝達ボールの個数は６個または８個が代表的である。

これら等速自在継手は、外側継手部材としての外輪、内側継手部材としての内輪、トルク伝達ボールおよびケージを主要な構成要素として成り立っている。外輪の内周面には軸方向に延びるトラック溝が形成され、また、内輪の外周面にも軸方向に延びるトラック溝が形成されている。これら外輪と内輪に、駆動側の回転軸と従動側の回転軸が連結されている。外輪のトラック溝と内輪のトラック溝とが対をなしてボールトラックを形成し、各ボールトラックにトルク伝達ボールが組み込んである。トルク伝達ボールは、ケージの周方向に形成されたポケット内に収容されて転動自在に保持されている。

従って、継手が作動角をとった状態でトルクを伝達するとき、トルク伝達ボールは、常に、外輪の回転軸と内輪の回転軸とがなす角を二等分する平面内に位置するようにケージによって規制され、これにより、継手の等速性が確保される。このように等速自在継手の一つの構成部品であるケージは、外輪と内輪の間に組み込まれ、大きな負荷に耐えてトルク伝達ボールを等速二等面上に保持する重要な部品の一つである。

このケージは、従来、以下の工程を経て製造されるのが一般的であった。つまり、ケージの製造工程は、短円筒状の素形材の外面および内面を旋削して球形外面および球形内面を形成する旋削工程と、素形材を打抜きプレスして複数のポケットを素形材周方向に形成するプレス工程と、ポケットの内周をシェービングしてポケットのケージ軸方向で対向する一対の側面を切削するシェービング工程と、ポケット形成後の素形材の表面硬さを高める熱処理工程と、熱処理後の素形材の球形外面および球形内面を研削する研削工程と、前記ポケットの素形材軸方向で対向する一対の側面を切削する仕上げ工程とからなる。

すなわち、ケージの製造は、一般には、プレス加工によって窓抜く（ポケット形成）を行い、その後、熱処理を行って、ケージ外径面やケージ内径面等を研磨又は切削加工を行うものである。また、特許文献１に記載されているように、浸炭焼入れ後に、ショットピーニングすることによって耐久性や疲労向上を図っている。
特開平１−１８２６２５号公報

このように、通常の等速自在継手用ケージにおけるポケット（窓）は、プレス加工させる。このため、窓切断面はせん断から破断面になる２層で形成され、通常の切削加工したものに比べて強度低下が見られる。これは、ポケット（窓）の周囲（特にエッジ部）にバリや亀裂が存在し、その後の熱処理によって、その亀裂が進展するからである。

また、熱処理によりケージ表面の硬度が高くなっており、しかも、窓の周縁部は鋭角状である。このため、応力集中が起こりやすく、窓に対してボールが負隙間状態で圧入されるため、この組込み時の押込みによって、そのエッジ部が欠けるおそれがある。さらに、エッジ部にバリが形成されていると、ボールを挿入させにくく、しかも、そのバリがケージから離脱するおそれがある。このため、この外れたバリが研削砥石や切削工具に付着する場合があり、このような場合、研削砥石や切削工具が損傷することがある。
ところで、熱硬化処理には、浸炭焼入れ、さらには浸炭後に高周波焼入れを行う処理方法がある。浸炭焼入れを行った場合、ケージ窓（ポケット）周囲の鋭角部（エッジ部）には、Ｃ量が増加し、セメンタイトが出やすくなって、強度が低下する。ここで、セメンタイトとは、ＦｅとＣ（６．６９％）の金属間化合物であり、炭化物とも呼ばれＦｅ３Ｃで表される。金属光沢を有し硬くてもろく、常温では強磁性体であり、２１３℃（Ａ０変態：キューリ点）で磁性を失う。また、Ｆｅ３Ｃは比較的不安定な化合物で、９００℃程度の温度で、長時間加熱すると黒鉛（グラファイト）に分解する。硬さは１２００ＨＶ程度である。

また、浸炭後高周波焼入処理（以後浸炭高周波焼入れと呼ぶ場合がある）を行うことで結晶粒の微細化および粒界性状の改善を図ることができ、その結果，ショック強度とスポーリング強度の両立が可能となる。しかしながら、浸炭高周波焼入れを行えば、急速加熱・急速冷却の熱ひずみのアンバランスによりケージ窓（ケージポケット）のエッジ部（鋭角部）の亀裂が特に進み、強度低下を招くことになる。

本発明は、上記課題に鑑みて、応力集中箇所を無くすとともに、亀裂進展による強度低下を防止でき、さらにはポケットへのボールの圧入性、及び外側継手部材への組込み性の向上を図ることができる等速自在継手用ケージおよびこのような等速自在継手用ケージを安定して製造できる等速自在継手用ケージの製造方法を提供する。

本発明の第１の等速自在継手用ケージは、外側継手部材と内側継手部材の相互間で回転トルクを伝達するトルク伝達ボールが収容される複数のポケットを周方向に沿って形成するとともに、浸炭焼入れによる硬化層を表面に備えた等速自在継手用ケージであって、前記焼入れ前において、周方向に沿って隣合うポケット間の柱部の鋭角部に対して非鋭角処理が施されているものである。

本発明の第１の等速自在継手用ケージによれば、柱部の鋭角部に対して非鋭角処理が施されているので、従来のような柱部の鋭角部によるボール押込み困難を無くすとともに、応力集中箇所を生じさせない。また、非鋭角処理は焼入れ前であるので、硬度が低い状態での非鋭角処理となって、その非鋭角処理が施しやすい。

本発明の第２の等速自在継手用ケージは、外側継手部材と内側継手部材の相互間で回転トルクを伝達するトルク伝達ボールが収容される複数のポケットを周方向に沿って形成するとともに、浸炭後高周波焼入れによる硬化層を表面に備えた等速自在継手用ケージであって、浸炭後高周波焼入れ前において、周方向に沿って隣合うポケット間の柱部の鋭角部に対して非鋭角処理が施されているものである。

本発明の第２の等速自在継手用ケージによれば、柱部の鋭角部に対して非鋭角処理が施されているので、前記請求項１の等速自在継手用ケージと同様、ボール押込み困難を無くすとともに、応力集中箇所を生じさせない。また、浸炭焼入れと高周波焼入れとの前に、非鋭角処理が施されているので、前記請求項１の等速自在継手用ケージと同様、その非鋭角処理が施しやすい。

特に、非鋭角処理部を、柱部の外面側に形成したり、柱部の内面側に形成したり、ポケットの軸方向で対向する側面に形成したりするのが好ましい。

ケージの外径面中心と内径面中心とが、前記継手中心面に対して軸方向に反対側にオフセットされているものであっても、ケージの外径面中心と内径面中心とが一致しているものであってもよい。

そして、非鋭角処理部としては、曲率半径が０．３ｍｍ〜１ｍｍのアール部とするのが好ましい。

本発明の第１の等速自在継手用ケージの製造方法は、外側継手部材と内側継手部材の相互間で回転トルクを伝達するトルク伝達ボールが収容される複数のポケットを周方向に沿って形成した等速自在継手用ケージの製造方法であって、短円筒状素形材の周方向に沿って、トルク伝達ボールを転動自在に収容する複数のポケットを形成し、その後、周方向に沿って隣合うポケット間の柱部の鋭角部に対して非鋭角処理を施した後、浸炭焼入れを行うものである。

本発明の第１の等速自在継手用ケージの製造方法によれば、浸炭焼入れ前に、周方向に沿って隣合うポケット間の柱部の鋭角部に対して非鋭角処理を施すことになる。すなわち、非鋭角処理は高周波熱処理前であるので、硬度が低い状態での非鋭角処理となって、その非鋭角処理が施しやすい。そして、製造されたケージには、その柱部の鋭角部が形成されず、従来のような柱部の鋭角部によるボール押込み困難を無くすとともに、応力集中箇所を生じさせない。

本発明の第２の等速自在継手用ケージの製造方法は、外側継手部材と内側継手部材の相互間で回転トルクを伝達するトルク伝達ボールが収容される複数のポケットを周方向に沿って形成した等速自在継手用ケージの製造方法であって、短円筒状素形材の周方向に沿って、トルク伝達ボールを転動自在に収容する複数のポケットを形成し、その後、周方向に沿って隣合うポケット間の柱部の鋭角部に対して非鋭角処理を施し、次に浸炭後に高周波焼入れを行うものである。

本発明の第２の等速自在継手用ケージの製造方法によれば、焼入れ前に柱部の鋭角部に対して非鋭角処理を施すことになるので、前記第１の等速自在継手用ケージの製造方法と同様、その非鋭角処理が施しやすい。そして、製造されたケージには、その柱部の鋭角部が形成されず、ボール押込み困難を無くすとともに、応力集中箇所を生じさせない。

鋭角部に対してブラスト加工にて非鋭角処理を施しても、鋭角部に対してバレル加工にて非鋭角処理を施しても、鋭角部に対してブラッシング加工にて非鋭角処理を施してもよい。

また、鋭角部に対する非鋭角処理は、鋭角部の柱部に除去片を付着したままにしない処理であるのが好ましい。

本発明の等速自在継手用ケージでは、柱部の鋭角部に対して非鋭角処理が施されているので、従来のような柱部の鋭角部によるボール押込み困難を無くすことができる。このため、ポケットへのボールの圧入性、及び外側継手部材への組込み性の向上を図ることができ、また、応力集中箇所を無くすとともに、亀裂進展による強度低下を防止でき、長寿命化を図ることができる。

また、非鋭角処理は焼入れ前であるので、硬度が低い状態での非鋭角処理となって、その非鋭角処理が施しやすく、生産性の向上を図ることができる。

非鋭角処理部としては、曲率半径を０．３ｍｍ〜１ｍｍのアール部とすれば、このアール部により、ボールの組込み時等の干渉を安定して避けることができ、組込み作業性の一層の向上を図ることができる。

本発明の等速自在継手用ケージの製造方法では、非鋭角処理は焼入れ前であるので、硬度が低い状態での非鋭角処理となって、その非鋭角処理が施しやすい。このため、生産性の向上を図るとともに、低コスト化も達成できる。そして、製造されたケージには、その柱部の鋭角部が形成されず、従来のような柱部の鋭角部によるボール押込み困難を無くすとともに、応力集中箇所を生じさせない。このため、ポケットへのボールの圧入性、及び外側継手部材への組込み性の向上を図ることができるとともに、亀裂進展による強度低下を防止でき、長寿命化を図ることができる。

また、鋭角部に対する非鋭角処理は、鋭角部の柱部に除去片を付着したままにしないことによって、このような除去片が、その後の切削工程等に使用する研削砥石や切削工具等に付着するおそれが無くなる。このため、研削砥石や切削工具等の損傷等を回避させることができる。

以下本発明の実施の形態を図１〜図９に基づいて説明する。

図３は本発明にかかる等速自在継手を示している。この等速自在継手は、外側継手部材としての外輪３、内側継手部材としての内輪（図示省略）、トルク伝達ボール４およびケージ５を主要な構成要素として成り立っている。

外輪３の内周面（内径面）１には軸方向に延びるトラック溝２が形成され、また、図示省略しているが、内輪の外周面にも軸方向に延びるトラック溝が形成されている。これら外輪３と内輪に、駆動側の回転軸と従動側の回転軸が連結されている。外輪３のトラック溝２と内輪のトラック溝とが対をなしてボールトラックを形成し、各ボールトラックにトルク伝達ボール４が組み込んである。トルク伝達ボール４は、ケージ５の周方向に形成されたポケット６内に収容されて転動自在に保持されている。

図１と図２に示すように、ケージ５には周方向に沿って所定ピッチ（図例では、４５度ピッチ）で８個のポケット６が形成されている。このため、周方向に沿って隣合うポケット６間に柱部７（この場合、８個）が形成されることになる。

図２に示すように、柱部７の外面７ａ側及び内面７ｂ側の鋭角部１０、１１（図８参照）に対して非鋭角処理が施されて、非鋭角処理部１２、１３が形成されている。また、図４に示すように、ポケット６の軸方向で対向する側面１４、１４の鋭角部に対して非鋭角処理が施されて、非鋭角処理部１５、１６、１７、１８が形成されている。これら、非鋭角処理部１２、１３、１５、１６、１７、１８は、例えば、曲率半径Ｒが０．３ｍｍ〜１ｍｍ程度の凸アール部にて構成される。

次に前記のように構成されるケージ５の製造方法を説明する。図７に示すように、まず、短円筒状の素形材の外面及び内面を切削して、球形外面及び球形内面を有する素材２０を形成する。次に、この素材２０を打抜きプレスして複数のポケット６を素形材周方向に形成するプレス工程を行って素材２１を形成する。

その後、ポケット６の内周をシェービングしてポケット６のケージ軸方向で対向する一対の側面１４，１４を切削するシェービング工程を行う。次に、非鋭角処理を行う。この非鋭角処理としては、例えば、ブラスト加工やバレル加工やブラッシング加工等によって行うことができる。

ここで、ブラスト加工とは、ブラスト材料（各種研磨材等の粒）を、図７に示すように、吹き付けヘッド２２から圧縮空気で製品の表面に吹き付け、もしくは回転翼で連続して投射し、表面の錆・汚れの除去を行う表面処理方法である。ブラスト材料としてはスチールグリット、スチールショット、カットワイヤー、アルミナ、ガラスビーズ、珪砂等があり、ケージの材質等に応じて種々選択できる。

バレル加工とは、容器（バレル）に被研磨物と研磨材をいれ、バレルの運動により研磨する加工法である。ブラッシュシング加工とはワイヤーブラッシによる表面加工である。

すなわち、非鋭角処理を行う前は、図８に示すように、柱部７の外面７ａ側及び内面７ｂ側等には鋭角部１０、１１が形成されており、この非鋭角処理によって、図９に示すように非鋭角処理部１２、１３が形成されるとともに、図４に示すように非鋭角処理部１５、１６、１７、１８が形成されることになる。また、鋭角部１０等に対する非鋭角処理は、この非鋭角処理によって除去片が形成される場合に、この除去片が柱部７から離脱させる処理である。

その後は、浸炭熱処理工程を行って、最終的に研削・研磨の仕上工程を行うことによって、製品を完成させる。ここで、浸炭とは、活性化した炭素を多く含むガス、液体、固体などの浸炭剤中で鋼を長時間加熱することにより、表面層から炭素を含浸させる処理をいい、浸炭熱処理（浸炭焼入れ）とは、この浸炭した鋼を焼入れ焼もどしする処理である。すなわち、低炭素鋼を浸炭剤中で所定温度（例えば、９００度）以上に加熱すると、炭素が拡散して鋼表面層の炭素含有量が多くなる。これを焼入れすると浸炭層が硬化して耐摩耗性に優れた表面となる。このとき、鋼内部は低炭素鋼のままであるから、靭性に富み、かつ硬度の高い製品が得られる。

このように、形成されたケージ５は、図４に示すように、ポケット６の軸方向で対向する側面１４、１４に非鋭角処理部１５、１６、１７、１８が形成されているので、図３に示すように、ボール４をポケット６に組み込む際には、滑らかに挿入することができる。また、図５に示すように、柱部７に非鋭角処理部１２、１３が形成されているので、ケージ５を外輪３に滑らかに挿入することができる。すなわち、図６の仮想線で示すように、鋭角部１０があれば、外輪３の内径面１に引っかかってなめらかに組み込むことができない。

本発明の等速自在継手用ケージでは、柱部７の鋭角部１２等に対して非鋭角処理が施されているので、従来のような柱部７の鋭角部１２等によるボール押込み困難を無くすことができる。このため、ポケット６へのボール４の圧入性、及び外側継手部材への組込み性の向上を図ることができ、また、応力集中箇所を無くすとともに、亀裂進展による強度低下を防止でき、長寿命化を図ることができる。

また、非鋭角処理は浸炭熱処理前であるので、硬度が低い状態での非鋭角処理となって、その非鋭角処理が施しやすく、生産性の向上を図ることができる。

非鋭角処理部としては、曲率半径を０．３ｍｍ〜１ｍｍのアール部とすれば、このアール部により、ボールの組込み時等の干渉を安定して避けることができ、組込み作業性の一層の向上を図ることができる。

また、鋭角部１２等に対する非鋭角処理は、鋭角部１２等の柱部７に除去片を付着したままとさせないことによって、このような除去片が、その後の切削工程等に使用する研削砥石や切削工具等に付着するおそれが無くなる。このため、研削砥石や切削工具等の損傷等を回避させることができる。

ところで、前記図７に示す製造方法では、窓加工後にシェービング加工を行っていたが、このシェービング加工に代えて、ミーリング加工であってもよい。また、窓加工をレーザ加工にて行ってもよい。また、ケージ５としては、前記実施形態では、図３に示すようにケージ５の外径面５ａ中心と内径面５ｂ中心とが一致していたが、他の実施形態として、ケージ５の外径面５ａ中心と内径面５ｂ中心とが、前記継手中心面に対して軸方向に等距離だけ反対側にオフセットされているものであってもよい。ここで、継手中心面とは、この等速自在継手が作動角をとらないときにおいて、複数のボール４の中心を通る面である。

また、浸炭後にさらに高周波焼入れを行う浸炭高周波処理を行ってもよい。高周波焼入れとは、高周波電流の通じているコイルの間に品物（この場合、ケージ）を入れ、その表面に生じる渦電流に伴うジュール熱によって表面を加熱した後、急冷して表面のみ堅い組織にする方法である。

高周波焼入れしたままの状態での残留応力は、バラツキが大きく、低温焼戻しでそのバラツキを減少させることができる。このため、ミクロ的な残留応力のアンバランスが軽減されて疲労強度が増加する。

このため、浸炭高周波処理を行うことによって、結晶粒の微細化および粒界性状の改善を図ることができ、ショック強度とスポーリング強度の両立が可能となる。

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、ポケット数としては、８個に限るものではなく、その増減は任意であるが、８個や６個とするのが、ボールＰＣＤを小さくしてコンパクト化を図る上で有効である。

また、非鋭角処理部として、柱部７の外面７ａ側、柱部の内面７ｂ側、ポケット６の軸方向で対向する側面１４側のいずれか１箇所であってもよく、これらのうち任意の適数箇所に形成されていてもよい。非鋭角処理部１２等の曲率半径として、０．３ｍｍ〜１ｍｍに限るものではない。

本発明の実施形態を示す等速自在継手用ケージの側面図である。 前記等速自在継手用ケージの断面図である。 前記等速自在継手用ケージを使用した等速自在継手の断面図である。 前記等速自在継手用ケージにボールを組み込む状態の要部断面図である。 前記等速自在継手用ケージを外輪に組み込む状態を示す断面図である。 前記図５の要部拡大断面図である。 本発明の実施形態を示す等速自在継手用ケージの製造方法の工程図である。 非鋭角処理前のケージ素材の断面図である。 前記図８の要部拡大断面図である。

符号の説明

１ 内径面
２ トラック溝
４ トルク伝達ボール
５ ケージ
６ ポケット
７ｂ 内周面
７ａ 外周面
７ 柱部
１０ 鋭角部
１２ 非鋭角処理部
１４ 側面
１５ 非鋭角処理部

Claims (14)

1. 外側継手部材と内側継手部材の相互間で回転トルクを伝達するトルク伝達ボールが収容される複数のポケットを周方向に沿って形成するとともに、浸炭焼入れによる硬化層を表面に備えた等速自在継手用ケージであって、
   前記焼入れ前において、周方向に沿って隣合うポケット間の柱部の鋭角部に対して非鋭角処理が施されていることを特徴とする等速自在継手用ケージ。
2. 外側継手部材と内側継手部材の相互間で回転トルクを伝達するトルク伝達ボールが収容される複数のポケットを周方向に沿って形成するとともに、浸炭高周波焼入れによる硬化層を表面に備えた等速自在継手用ケージであって、
   前記焼入れ前において、周方向に沿って隣合うポケット間の柱部の鋭角部に対して非鋭角処理が施されていることを特徴とする等速自在継手用ケージ。
3. 前記柱部の外面側に非鋭角処理部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２の等速自在継手用ケージ。
4. 前記柱部の内面側に非鋭角処理部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２の等速自在継手用ケージ。
5. 前記ポケットの軸方向で対向する側面に非鋭角処理部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２の等速自在継手用ケージ。
6. ケージの外径面中心と内径面中心とが、前記継手中心面に対して軸方向に反対側にオフセットされていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかの等速自在継手用ケージ。
7. ケージの外径面中心と内径面中心とが一致していることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかの等速自在継手用ケージ。
8. 非鋭角処理部を、曲率半径が０．３ｍｍ〜１ｍｍのアール部としたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかの等速自在継手用ケージ。
9. 外側継手部材と内側継手部材の相互間で回転トルクを伝達するトルク伝達ボールが収容される複数のポケットを周方向に沿って形成した等速自在継手用ケージの製造方法であって、
   短円筒状素形材の周方向に沿って、トルク伝達ボールを転動自在に収容する複数のポケットを形成し、その後、周方向に沿って隣合うポケット間の柱部の鋭角部に対して非鋭角処理を施した後、浸炭焼入れを行うことを特徴とする等速自在継手用ケージの製造方法。
10. 外側継手部材と内側継手部材の相互間で回転トルクを伝達するトルク伝達ボールが収容される複数のポケットを周方向に沿って形成した等速自在継手用ケージの製造方法であって、
    短円筒状素形材の周方向に沿って、トルク伝達ボールを転動自在に収容する複数のポケットを形成し、その後、周方向に沿って隣合うポケット間の柱部の鋭角部に対して非鋭角処理を施し、次に浸炭後に高周波焼入れを行うことを特徴とする等速自在継手用ケージの製造方法。
11. 鋭角部に対してブラスト加工にて非鋭角処理を施すことを特徴とする請求項９又は請求項１０の等速自在継手用ケージの製造方法。
12. 鋭角部に対してバレル加工にて非鋭角処理を施すことを特徴とする請求項９又は請求項１０の等速自在継手用ケージの製造方法。
13. 鋭角部に対してブラッシング加工にて非鋭角処理を施すことを特徴とする請求項９又は請求項１０の等速自在継手用ケージの製造方法。
14. 鋭角部に対する非鋭角処理は、鋭角部の柱部に除去片を付着したままにしない処理であることを特徴とする請求項８〜請求項１３のいずれかの等速自在継手用ケージの製造方法。

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