JP2009052656A - Outer coupling member of constant velocity universal joint and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、等速自在継手の外側継手部材及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an outer joint member of a constant velocity universal joint and a manufacturing method thereof.
例えば特許文献1には、図3の横断面図で示すように、外径方向へ突出した3本の脚軸31を有する内側継手部材3(トリポード部材)と、内側継手部材3を内周に収容する外側継手部材2とを備えた、いわゆるトリポード型等速自在継手が示されている。この等速自在継手では、外側継手部材2と内側継手部材3との間で、角度変位及び軸方向変位を許容しながらトルクが伝達される。この等速自在継手の外側継手部材2の外径面21及び内径面22には、浸炭硬化処理による硬化層Sが形成されている。このように、表層に硬化層Sを形成することにより、トルク伝達時にローラ32から受ける負荷に対する強度を高めることができる。一方、外側継手部材2の内部は硬化されていないため、外側継手部材2全体として優れた靭性を奏することができる。
For example, in Patent Document 1, as shown in the cross-sectional view of FIG. 3, an inner joint member 3 (tripod member) having three
しかしながら、外側継手部材2に浸炭焼入れを施すと、表面の硬度が高められる一方で、表面の延性が劣化すると共に表面が亀裂敏感となる。このため、かかる硬化層Sを外側継手部材2の内径面22及び外径面21の双方に形成すると、外側継手部材2に高負荷や衝撃的な負荷が加わった際、表面が脆性的、すなわち塑性変形を伴わずに破損し、等速自在継手に突発的な動作不良が生じる恐れがある。
However, when carburizing and quenching is performed on the
そこで本発明は、等速自在継手に高負荷や衝撃荷重が加わった際、外側継手部材に脆性破壊が生じる恐れを低減することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce the risk of brittle fracture occurring in the outer joint member when a high load or impact load is applied to the constant velocity universal joint.
上記目的を達成するために、本発明は、内側継手部材との間で転動体を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する等速自在継手に装備され、内径面に転動体を収容するトラック溝が形成された外側継手部材において、内径面に浸炭焼入れ硬化処理が行われた硬化層を設けるとともに、外径面の少なくとも一部に浸炭焼入れ硬化処理が行われていない調質層を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is equipped with a constant velocity universal joint that transmits torque while allowing angular displacement between the inner joint member and the inner joint member, and accommodates the rolling element on the inner surface. In the outer joint member in which the track grooves are formed, a hardened layer that has been subjected to carburizing and quenching hardening treatment is provided on the inner diameter surface, and a tempered layer that is not subjected to carburizing and hardening treatment is provided on at least a part of the outer diameter surface. It is characterized by that.
ここで、浸炭焼入れは、鋼の表面に炭素を浸み込ませ、その後焼入れして表面を硬化させる金属硬化処理である(JIS B 6905―1995参照)。すなわち、低炭素鋼を浸炭剤中で所定温度に加熱すると、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る表面となる。このとき、母材内部は低炭素鋼のままであるから全体として靭性に富み、かつ表面の硬度が高い製品となる。また、調質とは、焼入れ後の鋼を比較的高温(450℃から650℃)で適当な時間(例えば1時間〜2時間程度)加熱保持する処理のことを言う(いわゆる高温焼戻し、JIS B 6905―1995参照)。この調質処理により、α鉄中に過飽和な炭素を炭化物とし析出させた調質層が形成される。浸炭焼入れされたマルテンサイト(過飽和に炭素を固溶したα鉄)は、非常に高硬度である一方で延性に乏しいという性質を有するが、調質層は強度と延性の両特性バランスよく具備した組織である。 Here, the carburizing and quenching is a metal hardening process in which carbon is immersed in the surface of the steel and then hardened by hardening (see JIS B 6905-1995). That is, when low carbon steel is heated to a predetermined temperature in a carburizing agent, carbon diffuses and the carbon content of the steel surface layer increases. When this is quenched, the carburized layer hardens and becomes a surface with excellent wear resistance. At this time, since the inside of the base material remains low carbon steel, the product is rich in toughness as a whole and has high surface hardness. Further, tempering refers to a process of heating and holding the quenched steel at a relatively high temperature (450 ° C. to 650 ° C.) for an appropriate time (eg, about 1 to 2 hours) (so-called high temperature tempering, JIS B). 6905-1995). By this tempering treatment, a tempered layer is formed in which supersaturated carbon is precipitated as carbide in α-iron. Carburized and quenched martensite (alpha iron with supersaturated carbon in solid solution) has the property of being extremely hard and poor in ductility, but the tempered layer has a good balance between strength and ductility. It is an organization.
本発明の外側継手部材では、内径面に浸炭焼入れ硬化処理が行われた硬化層を設けているので、内径面は優れた耐摩耗性が得られる。従って、内径面に形成されたトラック溝の耐摩耗性が高められ、ローラ等の転動体の接触による摩耗を抑えることができる。一方、耐摩耗性がそれ程要求されない外径面には浸炭焼入れ硬化処理を行わないため、硬化層の形成による延性の劣化あるいは亀裂敏感等の不具合を回避することができる。さらに、この面に調質層を設けることにより、外径面に強度と延性をバランスよく付与することができるため、等速自在継手に高負荷や衝撃荷重が作用しても外側継手部材に脆性的な破損が生じることをより一層効果的に防止できる。 In the outer joint member of the present invention, since the hardened layer that has been subjected to carburizing and quenching hardening treatment is provided on the inner diameter surface, the inner diameter surface has excellent wear resistance. Accordingly, the wear resistance of the track grooves formed on the inner diameter surface is enhanced, and wear due to contact of rolling elements such as rollers can be suppressed. On the other hand, since carburizing and hardening treatment is not performed on the outer diameter surface that does not require so much wear resistance, problems such as deterioration of ductility or crack sensitivity due to the formation of a hardened layer can be avoided. Furthermore, by providing a tempered layer on this surface, strength and ductility can be imparted to the outer diameter surface in a balanced manner, so that the outer joint member is brittle even when a high load or impact load is applied to the constant velocity universal joint. Can be more effectively prevented from occurring.
等速自在継手の外側継手部材は、トルク伝達時にトラック溝が転動体から抗力を受けるため、優れた強度や靭性が求められる。特に、トラック溝に転動体が接触し得る軸方向領域では、転動体からの抗力の影響を受けやすい。そこで、この軸方向領域における外径面に前記調質層を設けて延性を付与することで、外側継手部材の脆性的な破損をより一層効果的に防止することができる。 The outer joint member of the constant velocity universal joint is required to have excellent strength and toughness because the track groove receives a drag force from the rolling element during torque transmission. In particular, in the axial region where the rolling element can contact the track groove, it is easily affected by the drag from the rolling element. Therefore, providing the ductility by providing the tempered layer on the outer diameter surface in the axial direction region can more effectively prevent brittle breakage of the outer joint member.
前記調質層の表層硬さは、Hv250以上、450以下の範囲内に設定することが好ましい。Hv250未満であると外径面に必要とされる強度が得られず、Hv450を超えると延性が不足し、脆性的な破損が生じる恐れがあるためである。 The surface hardness of the tempered layer is preferably set within a range of Hv250 or more and 450 or less. This is because if it is less than Hv250, the strength required for the outer diameter surface cannot be obtained, and if it exceeds Hv450, ductility is insufficient and brittle damage may occur.
また、前記調質層の表層の旧オーステナイト粒度は、No.8以上に設定することが好ましい。旧オーステナイト粒度がNo.8に満たないと延性が不足し、脆性的な破損が生じる恐れがあるためである。 The prior austenite grain size of the surface layer of the tempered layer is No. It is preferable to set it to 8 or more. Old austenite grain size is No. If it is less than 8, the ductility is insufficient and brittle damage may occur.
上記のような等速自在継手の外側継手部材は、外周面の少なくとも一部に防炭処理を施した状態で浸炭焼入れ硬化処理を行った後、前記防炭処理を施した部分に調質処理を行うことにより製造することができる。このように必要な部分にのみ調質処理を行うことにより、製造時間の短縮及び低コスト化を図ることができる。また、この調質処理を高周波誘導加熱により行うと、外側継手部材に局部的な急速短時間加熱を施すことができる。 The outer joint member of the constant velocity universal joint as described above is subjected to a tempering treatment on the portion subjected to the carburizing and quenching treatment after performing the carburizing and quenching hardening treatment in a state where the carburizing treatment is performed on at least a part of the outer peripheral surface. It can manufacture by performing. By performing the tempering process only on the necessary parts in this way, the manufacturing time can be shortened and the cost can be reduced. Further, when this tempering treatment is performed by high frequency induction heating, the outer joint member can be locally heated for a short time.
以上のように、本発明によると、等速自在継手に高負荷や衝撃荷重が加わっても、外側継手部材に脆性破壊が生じる恐れを低減することができる。 As described above, according to the present invention, even if a high load or an impact load is applied to the constant velocity universal joint, it is possible to reduce the possibility that brittle fracture occurs in the outer joint member.
以下本発明の実施の形態を図1と図2に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1はトリポード型等速自在継手を示し、このトリポード型等速自在継手は、外側継手部材2と、この外側継手部材2に収納される内側継手部材としてのトリポード部材3とを備える。この等速自在継手では、外側継手部材2とトリポード部材3との間で、角度変位及び軸方向変位を許容しながらトルクを伝達する。
FIG. 1 shows a tripod type constant velocity universal joint, and this tripod type constant velocity universal joint includes an
外側継手部材2は、有底筒状のカップ部(マウス部)23と、このマウス部23から突出するステム部24とからなる。ステム部24は端部に形成したスプラインまたはセレーション軸にて第1の回転軸(図示せず)とトルク伝達可能に結合する。マウス部23は、内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝25が形成してある。マウス部23は、横断面で見て、大径部23aと小径部23bが交互に現れる非円筒形状である。すなわち、マウス部23は、大径部23aと小径部23bとを形成することによって、その内周面に、軸方向に延びる3本の前記トラック溝25が形成される。各トラック溝25の円周方向で向き合った側壁にローラ案内面26が形成される。
The
トリポード部材3は、ボス30と脚軸31とを備える。ボス30には第2の回転軸(シャフト)とトルク伝達可能に結合するスプラインまたはセレーション孔33が形成してある。脚軸31はボス30の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。トリポード部材3の各脚軸31には、トルク伝達部材としてもローラ32が軸線(軸心)を中心として回転自在に外嵌されている。そして、各ローラ32は外側継手部材2のそれぞれのトラック溝25内に収容される。なお、脚軸31およびローラ32は、大径部23aの内周面27に接触させないようにしている。また、ローラ32として、内側ローラと外側ローラとを有するダブルローラタイプであっても、1個のみのシングルローラタイプであってもよい。
The
外側継手部材2の内径面には硬化層Sが形成されている。この硬化層Sは、浸炭焼入れにて形成することができる。浸炭処理には、固体浸炭と、液体浸炭と、ガス浸炭と、真空浸炭とがある。固体浸炭は、大物部品の処理が可能で、少量生産向きであり、設備費が安い利点がある。液体浸炭は、小物部品の処理に有利で、薄い硬化層形成が可能であり、設備費が安い利点がある。ガス浸炭は、炭素濃度の調整が可能で、自動化が容易であり、多量生産向きである。真空浸炭は、作業環境が良好で、処理品の光輝性が良好であり、粒界酸化の面で有利である。
A hardened layer S is formed on the inner diameter surface of the
このため、この外側継手部材2の内径面には硬化層Sの形成には、前記種々の浸炭処理が可能であるが、等速自在継手は多量生産されることが多いため、上記のうち特にガス浸炭が好ましい。例えば、この等速自在継手が車両のドライブシャフト用として使用される程度のサイズであれば、硬化層Sの厚さは0.5mm以上、2mm以下程度とするのが好ましい。すなわち、硬化層Sの肉厚は、外側継手部材2のマウス部23の肉厚の10%以上、40%以下とすることが好ましい。硬化層Sの肉厚が10%に満たないと必要な強度が得られず、40%を超えると靭性が過小となり却って強度が低下するためである。
For this reason, in order to form the hardened layer S on the inner diameter surface of the outer
また、この外側継手部材2の浸炭処理時には、外径面21の所定部位、本実施形態では図2にしめす軸方向領域Hに防炭処理を施す。この軸方向領域Hは、トラック溝25のローラ案内面26とローラ32とが接触し得る領域、すなわちトルク伝達時にトラック溝25がローラ32から抗力を受ける領域に対応する。こうして、外径面21の所定部位に防炭処理を施すことで、外径面21に浸炭層は形成されず、この浸炭層の形成による延性の劣化あるいは亀裂敏感等の不具合を回避することができる。
Further, during the carburizing process of the outer
浸炭焼入れ工程の後、防炭処理を施した外径面21の軸方向領域Hに調質処理を施すことにより、調質層S1を設ける。具体的には、比較的高温状態(450℃〜650℃程度)で1時間〜2時間程度加熱保持した後、冷却することにより、α鉄中に過飽和な炭素を炭化物とし析出させた調質層S1が形成される。この調質層は、強度と延性の両特性バランスよく具備した組織であるため、外側継手部材2にこれらの特性を付与することができる。
After the carburizing and quenching step, the tempered layer S1 is provided by applying a tempering treatment to the axial region H of the
例えば、この等速自在継手が車両のドライブシャフト用として使用される程度のサイズであれば、調質層S1の厚さは0.5mm以上、2mm以下程度とするのが好ましい。すなわち、硬化層Sの肉厚は、外側継手部材2のマウス部23の肉厚の10%以上、40%以下とすることが好ましい。硬化層Sの肉厚が10%に満たないと外径面21に必要な延性が付与されず、40%を超えると靭性が過小となり却って強度が低下するためである。
For example, if the constant velocity universal joint is of a size that can be used for a drive shaft of a vehicle, the thickness of the tempered layer S1 is preferably about 0.5 mm to 2 mm. That is, the thickness of the hardened layer S is preferably 10% or more and 40% or less of the thickness of the
本発明では、内径面に浸炭焼入れ硬化処理が行われた硬化層Sを設けているので、内径面側において耐摩耗性に優れる。このため、トラック溝25内のトルク伝達手段(ローラ32)の移動による案内面26の摩耗を抑制することができる。また、外径面21に浸炭硬化処理が行われていない調質処理S1を設けているため、外径面21側においては延性特性に優れ、高負荷や衝撃荷重が作用しても瞬間的に脆性破壊が生じることを防止できる。
In the present invention, since the hardened layer S that has been subjected to carburizing and quenching hardening treatment is provided on the inner diameter surface, the wear resistance is excellent on the inner diameter surface side. For this reason, the wear of the
また、長手方向(軸方向)で機能上必要な部位(本実施形態では軸方向領域H)のみに局部調質処理を行うことができ、強度的に弱い所(応力集中部)に延性に優れた調質層S1を形成することになる。このため、外径面全域に亘っての局部調質処理を行う必要がなく、製造時間の短縮と低コスト化を図ることができる。 In addition, it is possible to perform local tempering treatment only in the longitudinal direction (axial direction) functionally necessary parts (axial direction region H in this embodiment), and is excellent in ductility in weak places (stress concentration parts). The tempered layer S1 is formed. For this reason, it is not necessary to perform the local refining process over the entire outer diameter surface, and the manufacturing time can be shortened and the cost can be reduced.
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る。例えば、コスト面等に特に問題がなければ、調質層S1を外側継手部材の全長に亘って形成するようにしてもよい。また、前記実施形態では、硬化層Sを内径面の全周に亘って設けているが、例えば浸炭処理時に防炭処理を施す領域を拡大し、硬化層Sをローラ32が接触する部分、つまり案内面26にのみに設けてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments and can be variously modified. For example, if there is no particular problem in terms of cost or the like, the tempered layer S1 may be formed over the entire length of the outer joint member. Moreover, in the said embodiment, although the hardened layer S is provided over the perimeter of an internal diameter surface, the area | region which performs a carbon-proof process at the time of a carburizing process is expanded, for example, the part which the
また、前記実施形態では、トルク伝達手段がローラであるトリポード型等速自在継手用であったが、等速自在継手として、トルク伝達手段がボールである他の摺動型等速自在継手であってもよい。また、本発明によると、内径面の硬化層Sが形成されることでローラ32等が転動するローラ案内面26の摩耗を抑制することができるため、摺動型等速自在継手において特に優れた効果を発揮することができるが、他の種々の固定型等速自在継手用に本発明を適用してもよい。
In the above embodiment, the torque transmission means is for a tripod type constant velocity universal joint, which is a roller. However, the constant velocity universal joint is another sliding type constant velocity universal joint in which the torque transmission means is a ball. May be. Further, according to the present invention, since the hardened layer S of the inner diameter surface is formed, wear of the
本発明の効果を確認するため、以下の試験を行った。 In order to confirm the effect of the present invention, the following tests were conducted.
まず、本発明に係る外側継手部材、すなわち、浸炭焼入れ処理が行われていない調質層S1を有する外側継手部材(図1参照)を有するトリポード型等速自在継手(実施例)と、表層全体に浸炭焼入れ処理による硬化層が形成された外側継手部材(図3参照)を有する等速自在継手(比較例)とを用意した。これらの外側継手部材は、材料にSCr420を使用し、900℃に加熱して鍛造した後、冷間で仕上げ鍛造を行い、さらに機械加工した後、熱処理を行ったものである。この熱処理は、浸炭焼入れにより行われ、具体的には930℃で浸炭拡散処理(8時間)を施した後、870℃から油焼入れを施すことで行われる。比較例の外側継手部材は、内径面及び外径面に浸炭焼入れを施し、実施例の外側継手部材は、外径面を防炭処理した状態で同様の浸炭焼入れを行い、その後外径面のみに30kHzの誘導加熱による調質処理を行った。この誘導加熱時に内径面の軟化を防止するために、内径面を水冷した。この結果、比較例の外側継手部材の内径面及び外径面、実施例の外側継手部材の内径面に形成された浸炭硬化層は、表面硬さがHv720、有効効果深さが0.7mmであった。また、実施例の外側継手部材の外径面に形成された調質層の表面硬さは、Hv280であった。 First, an outer joint member according to the present invention, that is, a tripod type constant velocity universal joint (Example) having an outer joint member (see FIG. 1) having a tempered layer S1 that has not been subjected to carburizing and quenching, and the entire surface layer A constant velocity universal joint (comparative example) having an outer joint member (see FIG. 3) having a hardened layer formed by carburizing and quenching was prepared. These outer joint members are made of SCr420 as a material, heated to 900 ° C., forged, cold-finished forged, further machined, and heat-treated. This heat treatment is performed by carburizing and quenching. Specifically, after performing carburizing diffusion treatment (8 hours) at 930 ° C., oil quenching is performed from 870 ° C. The outer joint member of the comparative example is subjected to carburizing and quenching on the inner diameter surface and the outer diameter surface, and the outer joint member of the example is subjected to the same carburizing and quenching with the outer diameter surface being subjected to the carburizing treatment, and then only the outer diameter surface. A tempering treatment by induction heating at 30 kHz was performed. In order to prevent softening of the inner surface during this induction heating, the inner surface was cooled with water. As a result, the carburized hardened layer formed on the inner and outer diameter surfaces of the outer joint member of the comparative example and the inner diameter surface of the outer joint member of the example has a surface hardness of Hv 720 and an effective effect depth of 0.7 mm. there were. Moreover, the surface hardness of the tempered layer formed in the outer-diameter surface of the outer joint member of an Example was Hv280.
(1)片振り捩り疲労試験
上記の実施例、比較例に係る等速自在継手を用いて、油圧式捩り疲労試験機により、下記の条件で片振り捩り疲労試験を行った。
トルク:0〜2500Nm
ジョイント作動角:0deg
周波数:2Hz
(1) Single swing torsion fatigue test Using the constant velocity universal joints according to the above examples and comparative examples, a single swing torsion fatigue test was performed under the following conditions using a hydraulic torsion fatigue tester.
Torque: 0-2500Nm
Joint working angle: 0deg
Frequency: 2Hz
その結果、比較例に係る外側継手部材は、約10万回で破損が生じたのに対し、実施例に係る外側継手部材は、約23万回で破損が生じた。すなわち、実施例にかかる外側継手部材は、比較例にかかる外側継手部材と比べて約2.3倍の強度があった。 As a result, the outer joint member according to the comparative example was damaged at about 100,000 times, whereas the outer joint member according to the example was damaged at about 230,000 times. That is, the outer joint member according to the example was about 2.3 times stronger than the outer joint member according to the comparative example.
(2)静捩り強度試験
また、上記の実施例及び比較例に係る等速自在継手を用いて、下記の条件で静捩り強度試験を行った。
ジョイント作動角:0deg
スライドアウト(外側継手部材の開口側端部から10mm入った位置に負荷)
捩り速度:25deg/1min
(2) Static torsion strength test Moreover, the static torsion strength test was done on condition of the following using the constant velocity universal joint which concerns on said Example and a comparative example.
Joint working angle: 0deg
Slide out (Loaded at a position 10 mm from the opening side end of the outer joint member)
Twist speed: 25deg / 1min
その結果、比較例にかかる外側継手部材は約5100Nmで破断したのに対し、実施例に係る外側継手部材は約6630Nmで破断が生じた。すなわち、実施例に係る外側継手部材は、比較例に係る外側継手部材と比べて約1.3倍の強度があった。 As a result, the outer joint member according to the comparative example broke at about 5100 Nm, whereas the outer joint member according to the example broke at about 6630 Nm. That is, the outer joint member according to the example was about 1.3 times stronger than the outer joint member according to the comparative example.
2 外側継手部材
21 外径面
22 内径面
23 マウス部
24 ステム部
25 トラック溝
26 ローラ案内面
3 トリポード部材(内側継手部材)
30 ボス
31 脚軸
32 ローラ
33 セレーション孔
S 硬化層
S1 調質層
2 outer
30
Claims (6)
内径面に浸炭焼入れ硬化処理が行われた硬化層を設けるとともに、外径面の少なくとも一部に浸炭焼入れ硬化処理が行われていない調質層を設けたことを特徴とする等速自在継手の外側継手部材。 In an outer joint member that is equipped with a constant velocity universal joint that transmits torque while allowing angular displacement between the inner joint member and the inner joint member, and in which a track groove that accommodates the rolling element is formed on the inner surface,
A constant velocity universal joint characterized in that a hardened layer that has been subjected to carburizing and hardening treatment is provided on the inner diameter surface, and a tempered layer that has not been subjected to carburizing and hardening treatment is provided on at least a part of the outer diameter surface. Outer joint member.
外周面の少なくとも一部に防炭処理を施した状態で、全面に浸炭焼入れ硬化処理を行った後、前記防炭処理を施した部分に調質処理を行うことを特徴とする等速自在継手の外側継手部材の製造方法。 An outer joint member is provided which is mounted on a constant velocity universal joint that transmits torque while allowing angular displacement between the inner joint member and the inner joint member, and in which a track groove for accommodating the rolling element is formed on the inner diameter surface. A method for
A constant velocity universal joint characterized by subjecting at least a part of the outer peripheral surface to a carburizing and hardening treatment after performing a carburizing and hardening treatment on the entire surface and then subjecting the portion subjected to the carburizing treatment to a tempering treatment. The manufacturing method of the outside joint member of.
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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