JP2008261393A - 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】外球面を十分に確保した内側継手部材をケージ内に組み込むことが可能であり、かつ、ケージ強度も十分に確保することができる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を提供する。
【解決手段】外側継手部材の内球面１に接触案内される球形外面および内側継手部材の外球面４に接触案内される球形内面を有し、外側継手部材３と内側継手部材６との間に介在されるトルク伝達用ボール７が収容される複数個のポケット８を周方向に沿って所定ピッチで配設した等速自在継手用ケージである。ポケット８が、周方向寸法が内側継手部材６の軸方向長さＷ１よりも短い複数の標準ポケット２０と、周方向寸法が内側継手部材６の軸方向長さＷ１よりも長い少なくとも１個の長寸ポケット２１を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は自動車や各種産業機械において使用される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。

例えば、自動車のドライブシャフト等の連結用継手として使用されている固定式等速自在継手（ツェパー型等速自在継手 ：ＢＪ）は、球面状の内径面に曲線状のトラック溝を軸方向に形成した外側継手部材と、球面状の外径面に曲線状のトラック溝を軸方向に形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるボールトラックに配された複数のトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するポケットを備えた保持器（ケージ）とで構成される。

近年においては、軽量化及びコンパクト化が可能な固定式等速自在継手として、８個のボールを備えたものがある。これらに使用されるケージとしては主に浸炭焼き入れが適用される。固定式等速自在継手の必要機能として、高作動角時の強度確保がある。高角時においては、ケージが最弱部品となる場合が多く、そのため、従来にはケージ強度対策として種々のものが提案されている（特許文献１〜特許文献３）。

特許文献１に記載のものは、ケージポケットにおいて、隅アール部の曲率半径とトルク伝達ボールの直径との寸法関係を設定している。この設定によって、保持器の内径面及び外径面の表面積を増大させ、この増大と、周方向に隣り合うポケット間の柱部の最大主応力荷重の低減効果とによって、保持器の強度及び耐久性を高めることができるようにしたものである。

また、特許文献２に記載のものは、ポケット（窓）の開口長さ（周方向長さ）と、ボールの直径との寸法関係を設定している。この設定によって、窓の間の柱部の長さを確保して柱部の断面積を増加させ、ケージの強度を向上させるようにしたものである。

また、特許文献３に記載のものは、ケージのポケットの周方向で対向する一対の端面を焼き入れした後、切削させた面で形成して、表面硬さをポケットのケージ軸方向で対向する一体の対向面の表面硬さより低くするものである。このように設定することによって、ポケット間に形成された柱部に靭性を持たせ、これによって、柱部の引張り強度および捩り強度を向上させて、ケージの強度向上を向上させるものである。

ところで、固定式等速自在継手において、ケージ内へ内側継手部材を組み込むため、内側継手部材の形状やケージの形状として種々のものが提案されている（特許文献４〜特許文献６）。

特許文献４に記載のものは、内側継手部材のジョイント開口側の外球面を大きく切り欠いた切欠部を設けて、内側継手部材の外球面部をケージポケット内に落とし込んで組立てを行うものである。特許文献５に記載のものは、内側継手部材の外周面とボール溝との間に形成される各稜線に面取りを設けるものである。特許文献６に記載のものは、ケージの内径面の開口部側に切欠部を設けるものである。すなわち、切欠部は、保持器軸心と平行に面取りがなされることによって形成されている。
特開２００２−１３５４４号公報 特開２００６−１７１４３号公報 特開２００１−１５３１４８号公報 ＤＥ １９５ １４８６８号公報 特許第３６７８０２６号公報 特開平９−１７７８１０号公報

しかしながら、ボールタイプの固定式等速自在継手では、高作動角をとるためにケージは、その作動角を吸収でき、かつを組み立てる上で必要なポケット周方向長さの設定となっている。すなわち、最大作動角以上に角度をとって組み立てるため、ケージのポケット周方向長さは、組立時の角度で決まる。

これを満足できるように（高作動角をとるために）、ケージポケット周方向長さを設定すると、前記各特許文献１〜特許文献３に記載のものであっても、ケージのポケット間の柱部は細くなり、必要強度の確保は困難になる。

また、特許文献４や特許文献５に記載のものでは、ジョイントが高作動角をとって、高トルクを負荷した場合に、十分な強度が確保できないおそれがある。すなわち、切欠部を設けたことによって、内側継手部材の外球面の面積が十分に確保できない。このように内側継手部材の外球面の面積が十分に確保できないと、ジョイント高作動角時において、ジョイント内部で発生する内側継手部材の球面力をケージ内球面の十分な接触面積で受け止めることができない。その結果、高作動角、高トルク負荷時において、ジョイントが円滑に回転できなくなり、ケージへ過大応力が負荷され、ケージ強度が低下する。

このため、内側継手部材が十分な外球面を確保しようとすると、内側継手部材の外球面幅がケージポケット長さよりも大となって、ケージポケット内に内側継手部材の外球面を落とし込むことができなくなり、ジョイントの組立てができなくなる。これを解決しようとしてケージ窓長さを長くしようとしても、ケージ強度（ケージポケット間柱幅）を確保する上で、ケージ窓長さには限界がある。

また、特許文献６に記載のものは、ケージの内径面の開口部側に切欠部を設けているので、この切欠部の分だけ内球面を確保することができない。この場合も、前記特許文献４や特許文献５と同様に、ジョイント高作動角時において、ジョイント内部で発生する内側継手部材の球面力をケージ内球面の十分な接触面積で受け止めることができない。

本発明は、上記課題に鑑みて、外球面を十分に確保した内側継手部材をケージ内に組み込むことが可能であり、かつ、ケージ強度も十分に確保することができる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を提供する。

本発明の等速自在継手用ケージは、外側継手部材の内球面に接触案内される球形外面および内側継手部材の外球面に接触案内される球形内面を有し、外側継手部材と内側継手部材との間に介在されるトルク伝達用ボールが収容される複数個のポケットを周方向に沿って所定ピッチで配設した等速自在継手用ケージであって、前記ポケットが、周方向寸法が内側継手部材の軸方向長さよりも短い複数の標準ポケットと、周方向寸法が内側継手部材の軸方向長さよりも長い少なくとも１個の長寸ポケットを備えたものである。

本発明の等速自在継手用ケージによれば、周方向寸法が内側継手部材の軸方向長さよりも長い長寸ポケットを少なくとも１個備えているので、内側継手部材をケージ内に組み込む際に、内側継手部材の外球面を、この長寸ポケットに落とし込んで組み込むことができる。

長寸ポケットの周方向に対面する対向面の硬化層厚さ、及び長寸ポケットに隣設する標準ポケットの長寸ポケット対応面の硬化層厚さを、他の標準ポケットの周方向に対面する対向面の硬化層厚さよりも小さくすることができる。これにより、長寸ポケットの周方向に対面する対向面、及び長寸ポケットに隣接する標準ポケットの長寸ポケット対応面の非硬化層部を、他の標準ポケットの周方向に対面する対向面の非硬化層部と同等に確保することができる。

前記硬化層は、浸炭熱処理にて形成することができる。ここで、浸炭熱処理とは、表面層の炭素量を増加させ、表面層のみを焼入硬化する処理法である。

また、ポケット数を５個〜８個として、このケージを使用する等速自在継手においてボール数を５個〜８個とすることができる。

本発明の等速自在継手用ケージの製造方法は、外側継手部材の内球面に接触案内される球形外面および内側継手部材の外球面に接触案内される球形内面を有し、外側継手部材と内側継手部材との間に介在されるトルク伝達用ボールが収容される複数個のポケットを周方向に沿って所定ピッチで配設した等速自在継手用ケージの製造方法であって、周壁に周方向に沿って所定ピッチで複数のポケットを打ち抜く打抜工程と、ポケットが形成された素材に対して硬化処理を行って前記ポケットの内周縁部に硬化層を形成する硬化処理工程と、硬化処理済素材のポケットの内周縁部を研削又は切削するポケット仕上工程とを備え、打抜工程において、一つのポケットの両側のポケットの周方向寸法を他のポケットの周方向寸法よりも小さくし、その後、ポケット仕上工程にて、周方向寸法が小であるポケットと、この小ポケット間のポケットとの間の柱部において、周方向に対向する両側面を研削又は切削して、周方向長さを小としたポケットの対向面間寸法をケージ完成品のポケットの対向面間寸法とし、小ポケット間のポケットを内側継手部材の軸方向長さよりも周方向長さが長い長寸ポケットとするものである。

本発明の等速自在継手用ケージの製造方法では、ポケット仕上工程において、周方向寸法が小であるポケットと、この小ポケット間のポケットとの間の柱部において、周方向に対向する両側面を研削又は切削して、周方向長さを小としたポケットの対向面間寸法をケージ完成品のポケットの対向面間寸法とすることになる。これにより、一つのポケットの周方向に対面する対向面の硬化層の厚さ、及び一つのポケットの両側のポケットの一つのポケットの対応面の硬化層の厚さを小さくすることができる。また、小ポケット間の一つのポケットが、他のポケットよりも周方向長さが長い長寸ポケットであるケージ、つまり前記本発明に係る等速自在継手用ケージを構成することができる。

本発明の等速自在継手用ケージによれば、内側継手部材をケージ内に組み込む際に、内側継手部材の外球面を、長寸ポケットに落とし込んで組み込むことができるため、内側継手部材において、球面部等に切欠きを形成する必要がない。このため、本発明の等速自在継手用ケージを用いて等速自在継手を組み立てる場合に、球面部を切り欠いていない内側継手部材を適用することができる。従って、この等速自在継手用ケージを用いた等速自在継手は、ジョイント高作動角、高トルク負荷時における内側継手部材のケージへの食い込み現象を軽減することができる。しかも、このケージへの過大な負荷が軽減できて、ケージの強度を確保することができる。

長寸ポケットの周方向に対面する対向面、及び長寸ポケットに隣接する標準ポケットの長寸ポケット対応面の非硬化層部を、標準ポケットの非硬化層部と同等に確保することができるため、ケージの靭性を維持することができて、ケージの強度を向上させることができる。

浸炭熱処理を行うことによって、ケージに強靭で耐摩耗の高い特性を与えることができる。

５個〜８個のトルク伝達ボールを使用することができ、特に、８個のトルク伝達ボールを備えた等速自在継手では、強度、負荷容量、及び耐久性を確保しつつ、より一層のコンパクト化、軽量化を実現することができる。

本発明の等速自在継手用ケージの製造方法によれば、外球面を十分に確保した内側継手部材を組み込むことが可能であり、かつ、強度も十分に確保することができるケージを安定して製造でき、強度的に優れた等速自在継手を構成することができる。また、浸炭熱処理を行うことによって、ケージに強靭で耐摩耗の高い特性を与えることができる。

以下本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。

図２に等速自在継手（ツェパー型等速自在継手 ：ＢＪ）を示す。この等速自在継手（は、球面状の内球面１に曲線状のトラック溝２を軸方向に形成した外側継手部材としての外輪３と、球面状の外球面４に曲線状のトラック溝５を軸方向に形成した内側継手部材としての内輪６と、外輪３のトラック溝２とこれに対応する内輪６のトラック溝５とが協働して形成されるボールトラックに配された複数のトルク伝達ボール７と、トルク伝達ボール７を保持するポケット８を備えた保持器（ケージ）９とで構成される。このケージ９は、例えば、浸炭用鋼で形成され、その表層部に浸炭焼入れ焼戻しによる浸炭層を備えている。浸炭用鋼としては、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、ニッケルクロムモリブンデン鋼等を用いることができる。

内輪６は、その中心孔１１にシャフト１０を挿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。このため、内側継手部材（内輪）６の内径面にスプライン部１２が形成されている。また、外輪３は、前記トラック溝２が形成されたマウス部３ａと、このマウス部３ａの底壁から突設されるステム部３ｂとからなる。

ケージ９は、図１（ケージの展開図）に示すように、一対のリング部１５を有しており、両リング部１５、１５の間に複数本の柱部１６を有している。この柱部相互間に、ボール７を保持するポケット８を形成している。ポケット８は、周方向寸法が内側継手部材６の軸方向長さＷ１（図３参照）よりも短い複数の標準ポケット２０と、周方向寸法が内側継手部材６の軸方向長さＷ１よりも長い１個の長寸ポケット２１とを備えている。すなわち、標準ポケット２０の周方向長さをＬ１とし、長寸ポケット２１の周方向長さをＬ２とした場合、Ｌ２＞Ｗ１＞Ｌ１となる。

長寸ポケット２１は、周方向に対面する対向面３３ａ、３３ｂの中央部に凹部３４ａ、３４ｂが設けられたものであって、この凹部３４ａ、３４ｂの底面間寸法が前記長寸ポケット２１の周方向長さＬ２である。なお、この凹部３４ａ、３４ｂは、ボール７の一部が転動自在に嵌入する寸法に設定される。

次にケージの製造方法について述べる。この製造方法は、周壁に周方向に沿って所定ピッチで複数のポケット８を打ち抜く打抜工程（第１工程）と、ポケット８が形成された素材に対して硬化処理を行って前記ポケット８の内周縁部３０に硬化層を形成する硬化処理工程（第２工程）と、硬化処理済素材のポケット８の内周縁部３０を研削又は切削するポケット仕上工程（第３工程）とを備える。ここで、内周縁部３０とは、ポケット８の周方向に対向する対向面３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄと、軸方向に対向する対向面３１ａ、３１ｂとからなる。

第１工程において、図４に示すように、長寸ポケット２１となる一つのポケット２３の両側のポケット２４ａ、２４ｂの周方向寸法を他のポケット２０、２３の周方向寸法よりも小さくしている。すなわち、一つのポケット２３の両側のポケット２４ａ、２４ｂの周方向に対面する対向面３２ａ、３２ｃ（３２ｂ、３２ｄ）間寸法Ｌ４を、他のポケット２０、２３の周方向に対面する対向面３２ａ、３２ｂ間寸法Ｌ１（図４参照）よりも小さくする。ここで、Ｌ１＞Ｌ４である。

この場合、長寸ポケット２１となる一つのポケット２３と、一つのポケット２３の両側のポケット２４ａ、２４ｂとの間の柱部１６、１６の厚さが大となる。すなわち、ポケット２４ａは、図５（ａ）に示すように、完成品のポケット２０のセンター（ケージ周方向センター）Ｌと、対向面３２ａとの寸法をＬ１／２とし、センターＬと対向面３２ｃとの寸法を、Ｌ１／２よりも短いＬ３とする。また、ポケット２４ｂは、図５（ｂ）に示すように、完成品のポケット２０のセンター（ケージ周方向センター）Ｌと、対向面３２ｂとの寸法をＬ１／２とし、センターＬと対向面３２ｄとの寸法を、Ｌ１／２よりも短いＬ３とする。

第２工程における熱処理としては、例えば、浸炭焼入れである。浸炭焼入れとは、低炭素材料の表面から炭素を浸入／拡散させ、その後に焼入れ行う熱処理である。鋼の場合、炭素濃度の高い表面付近は硬くて圧縮の残留応力をもち、また炭素濃度の低い内部は、靭性の高い低炭素マルテンサイトとなる。これにより、強靭で耐摩耗の高い特性を与えることができる。例えば、浸炭層（硬化層）の表面硬さはＨＲＣ５８〜６３とし、芯部（浸炭層を除く部分）の非硬化部の硬さはＨＲＣ２５〜４５とする。

そして、第３工程において、周方向寸法が小（Ｌ４）であるポケット２４ａ、２４ｂと、この小ポケット間のポケット２３との間の柱部１６、１６において、周方向に対向する両側面を研削又は切削して、周方向長さを小としたポケット２０、２０の対向面間寸法をケージ完成品のポケットの対向面間寸法Ｌ１とする。すなわち、図５（ａ）に示すように、ポケット２４ａの対向面３２ｃをＬ１−Ｌ４分研削又は切削する。また、図５（ｂ）に示すように、ポケット２４ｂの対向面３２ｄをＬ１−Ｌ４分研削又は切削する。また、図６に示すように、一つのポケット２３の対向面間寸法をＬ２とする。すなわち、ポケット２３の対向面３２ａ、３２ｂをそれぞれ、（Ｌ２−Ｌ１）／２分研削又は切削する。なお、図５及び図６の仮想線は、研削又は切削後の対向面を示し、ハッチングで示す箇所は、研削又は切削箇所を示している。

このため、対向面間寸法がＬ２である長寸ポケット２１の周方向に対面する対向面３３ａ、３３ｂの硬化層厚さ、及び長寸ポケット２１に隣設する標準ポケット２０、２０の長寸ポケット対応面の硬化層厚さは、他の標準ポケットの周方向に対面する対向面の硬化層厚さよりも小さくなる。

成形する全ポケット８の数は、５個〜８個とするのが好ましい。このため、このケージ９を用いた等速自在継手は、５個〜８個トルク伝達ボールを使用することになる。

このように、本発明では、周方向寸法が内側継手部材６の軸方向長さＷ１よりも長い長寸ポケット２１を少なくとも１個備えているので、内側継手部材６をケージ内に組み込む際に、内側継手部材６の外球面を、この長寸ポケット２１に落とし込んで組み込むことができる。このため、外球面を十分に確保した（外球面部に切り欠きを有していない）内側継手部材６をケージ内に組み込むことが可能となる。これにより、ジョイント高作動角、高トルク負荷時における内側継手部材のケージへの食い込み現象を軽減することができ、ケージ９への過大な負荷が軽減できて、ケージ９の強度を確保することができる。

長寸ポケット２１の周方向に対面する対向面の硬化層厚さ、及び長寸ポケット２１に隣設する標準ポケット２０、２０の長寸ポケット対応面３２ａ、３２ｂの硬化層厚さを、他の標準ポケットの周方向に対面する対向面３２ａ、３２ｂの硬化層厚さよりも小さくすることができる。これにより、長寸ポケット２１の周方向に対面する対向面３３ａ、３３ｂ、及び長寸ポケット２１に隣接する標準ポケット２０、２０の長寸ポケット対応面３２ａ、３２ｂの非硬化層部を、標準ポケット２０の非硬化層部と同等に確保することができる。このため、ケージ９の靭性を維持することができて、ケージ９の強度を向上させることができる。

前記硬化層は、浸炭熱処理にて形成することができる。これにより、ケージ９に強靭で耐摩耗の高い特性を与えることができる。

また、５個〜８個のトルク伝達ボール７を使用することができ、特に、８個のトルク伝達ボール７を備えた等速自在継手では、強度、負荷容量及び耐久性を確保しつつ、より一層のコンパクト化、軽量化を実現することができる。

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、等速自在継手としては、前記実施形態では、ツェパー型等速自在継手（ＢＪ）であったが、外側継手部材の開口側でのトラック溝形状を軸方向と平行なストレート状にしたアンダーカットフリータイプの固定式等速自在継手（ＵＪ）等の他の等速自在継手であってもよい。また、長寸ポケット２１としては、１個に限られるものではなく、２個以上備えたものであってもよい。

本発明の実施形態を示す等速自在継手用ケージの展開図である。 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を使用した等速自在継手の内側継手部材の断面図である。 前記等速自在継手ケージの製造途中を示す展開図である。 前記等速自在継手ケージの製造途中を示す要部簡略図であり、（ａ）は一つのポケットの両側のポケットの一方のポケットであり、（ｂ）は他方のポケットである。 前記等速自在継手ケージの製造途中を示す要部簡略図である。

符号の説明

１ 内球面
３ 外側継手部材
４ 外球面
６ 内側継手部材
７ トルク伝達ボール
８ ポケット
２０ 標準ポケット
２１ 長寸ポケット
Ｗ１ 軸方向長さ

Claims (6)

1. 外側継手部材の内球面に接触案内される球形外面および内側継手部材の外球面に接触案内される球形内面を有し、外側継手部材と内側継手部材との間に介在されるトルク伝達用ボールが収容される複数個のポケットを周方向に沿って所定ピッチで配設した等速自在継手用ケージであって、
   前記ポケットが、周方向寸法が内側継手部材の軸方向長さよりも短い複数の標準ポケットと、周方向寸法が内側継手部材の軸方向長さよりも長い少なくとも１個の長寸ポケットを備えたことを特徴とする等速自在継手用ケージ。
2. 長寸ポケットの周方向に対面する対向面の硬化層厚さ、及び長寸ポケットに隣設する標準ポケットの長寸ポケット対応面の硬化層厚さを、他の標準ポケットの周方向に対面する対向面の硬化層厚さよりも小さくしたことを特徴とする請求項１の等速自在継手用ケージ。
3. 前記硬化層は、浸炭熱処理にて形成された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. ポケット数が５〜８個であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項の等速自在継手用ケージ。
5. 外側継手部材の内球面に接触案内される球形外面および内側継手部材の外球面に接触案内される球形内面を有し、外側継手部材と内側継手部材との間に介在されるトルク伝達用ボールが収容される複数個のポケットを周方向に沿って所定ピッチで配設した等速自在継手用ケージの製造方法であって、
   周壁に周方向に沿って所定ピッチで複数のポケットを打ち抜く打抜工程と、ポケットが形成された素材に対して硬化処理を行って前記ポケットの内周縁部に硬化層を形成する硬化処理工程と、硬化処理済素材のポケットの内周縁部を研削又は切削するポケット仕上工程とを備え、打抜工程において、一つのポケットの両側のポケットの周方向寸法を他のポケットの周方向寸法よりも小さくし、その後、ポケット仕上工程にて、周方向寸法が小であるポケットと、この小ポケット間のポケットとの間の柱部において、周方向に対向する両側面を研削又は切削して、周方向長さを小としたポケットの対向面間寸法をケージ完成品のポケットの対向面間寸法とし、小ポケット間のポケットを他のポケットよりも周方向長さが長い長寸ポケットとすることを特徴とする等速自在継手用ケージの製造方法。
6. 硬化処理工程における硬化処理が浸炭熱処理であることを特徴とする請求項５の等速自在継手用ケージの製造方法。