JP2013224746A - 固定式等速自在継手の外側継手部材 - Google Patents

Abstract

【課題】鍛造加工後の後加工を低減して加工工数の低減を図り、歩留まりの向上、および製造コストの低減が図れる固定式等速自在継手の外側継手部材を提供する。
【解決手段】カップ部１６と、カップ部１６の底部から軸方向に延びる軸部１８とを備えた固定式等速自在継手の外側継手部材である。機械構造用炭素鋼から成り、トラック溝１２と、内径球面部１４ａと、カップ入口チャンファ１２ｂと、トラックチャンファ１２ｃと、トラック入口チャンファ１２ａと、カップ部１６の外径面におけるブーツ取付部１９を除く部位と、軸部１８の端面１８ａのセンター穴１３とを冷間鍛造により仕上げられている。トラック入口チャンファ１２ａは、トラック溝１２のトラック入口端におけるボール接触点対応部位に設けられるボール食い込み緩和用の切欠アール部１２ａ，２２ａからなる
【選択図】図１

Description

本発明は、固定式等速自在継手の外側継手部材に関する。

等速自在継手には、角度変位のみ許容する固定式等速自在継手と、角度変位のみならず軸方向変位も許容する摺動式等速自在継手とがある。固定式等速自在継手には、バーフィールド型（ＢＪ）やアンダーカットフリー型（ＵＪ）等があり、摺動式等速自在継手には、ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）やクロスグルーブ型等速自在継手（ＬＪ）等がある。

ＢＪタイプの固定式等速自在継手は、内球面に複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪と、外球面に外輪のトラック溝と対をなす複数のトラック溝が円周方向等間隔に軸方向に沿って形成された内側継手部材としての内輪と、外輪のトラック溝と内輪のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外輪の内球面と内輪の外球面との間に介在してボールを保持するケージとを備えている。ケージには、ボールが収容される窓部が周方向に沿って複数配設されている。

自動車用等速自在継手では、その外輪（外側継手部材）の材質として、剛性確保のため、はだ焼鋼よりも炭素量の多い機械構造用炭素鋼が用いられる。等速自在継手に用いられる外側継手部材の機械構造用炭素鋼は、硬質のため、冷間鍛造が困難な材質である。逆に言えば、温室等で加工する冷間鍛造では、熱間鍛造に比べて材料の変形能が大幅に低下し、変形抵抗が非常に高くなるため、鍛造しうる材料は制限される。ここで、変形抵抗とは、材料を変形させるのに必要な応力のことである。この変形抵抗が大きいと加工力が高くなり、金型に作用する応力が高くなるため、金型の摩耗や変形、破壊が起りやすくなる。また、変形能とは、破壊することなしに変形しうる性質で、鍛造加工時の割れ発生限度、すなわち、加工率またはひずみの大小で評価される。

ところで、前記外側継手部材（外輪）は機械精度が要求される部品である。このため、従来、機械要素である外輪については、一般的な冷間鍛造は不可能という技術常識があって、冷間鍛造という発想はなく、熱間で鍛造して得た素材を、製品に近い形状に旋削加工し、熱処理後に研削加工を施して製造していた。具体的には、内径球面、カップ入口チャンファ、及びトラック入口チャンファを切削加工し、熱処理後に、トラック溝、内径球面に研削加工を施していた。このため、従来では、このように鍛造加工の後工程として、切削加工および研削加工が多用されているため、後工程の工数が大きくなり、製造コストが高くなる。

このため、近年では、冷間鍛造を採用して、機械加工工程を少なくしようとする提案がなされている（特許文献１）。

特開２００２−３４６６８８号公報

しかしながら、冷間鍛造を採用する場合、通常は冷間鍛造は不可能という技術常識下で改良されるものであって、加工し易い箇所だけを冷間鍛造するものであり、外輪のごく一部だけを冷間鍛造するものである。これに対して、前記特許文献１に記載のものでは、外輪の大部分を冷間鍛造するものである。

ところが、前記特許文献１では、各部位を冷間鍛造で成形する旨の記載はあるものの、この冷間鍛造でもって仕上げられるとの記載はない。このため、この特許文献１に記載の外輪の製造方法では、冷間鍛造を行った後に、各部位での仕上げ加工を必要とする。

本発明は、上記課題に鑑みて、鍛造加工後の後加工を低減して加工工数の低減を図り、歩留まりの向上、および製造コストの低減が図れる固定式等速自在継手の外側継手部材を提供する。

本発明の固定式等速自在継手の外側継手部材は、カップ部と、このカップ部の底部から軸方向に延びる軸部とを備えた固定式等速自在継手の外側継手部材であって、機械構造用炭素鋼から成り、カップ部の内径面に、トラック溝と、内径球面部と、カップ部の開口縁全周に沿って形成されるカップ入口チャンファと、内径球面部とトラック溝との境界部に沿って形成されるトラックチャンファと、トラック溝のトラック入口端におけるボール接触点対応部位に設けられるボール食い込み緩和用の切欠アール部からなるトラック入口チャンファとを有し、トラック溝と、内径球面部と、カップ入口チャンファと、トラックチャンファと、トラック入口チャンファと、カップ部の外径面におけるブーツ取付部を除く部位と、軸部の端面のセンター穴とが冷間鍛造により仕上げられているものである。ここで、冷間鍛造により仕上げているとは、冷間鍛造後における切削加工や研削加工等の仕上げ加工を行わなくてよいことである。

本発明の固定式等速自在継手の外側継手部材によれば、機械構造用炭素鋼から成り、トラック溝と、内径球面部と、カップ入口チャンファと、トラックチャンファと、トラック入口チャンファと、カップ部の外径面におけるブーツ取付部を除く部位と、軸部の端面のセンター穴とが冷間鍛造により仕上げているので、これらの部位においては、従来の冷間鍛造後の切削加工や研削加工等の仕上げ加工を行わないで済むことにある。

前記カップ部の内径球面部としては、要求される精度が厳しい場合があり、このため、熱処理後の仕上げ加工が施されるものであってもよい。ここで、熱処理とは、例えば、高周波焼入れ処理である。また、仕上げ加工としては、例えば切削加工や研削加工等の仕上げ加工である。高周波焼入れとは、高周波電流の流れているコイル中に焼入れに必要な部分を入れ、電磁誘導作用により、ジュール熱を発生させて、伝導性物体を加熱する原理を応用した焼入れ方法である。なお、内径球面部の要求精度によって、この内径球面部を冷間鍛造による仕上げのままとすることができる。

前記カップ部の内径球面部に軸方向に沿って延びるスリット溝が形成され、周方向に隣設するトラック溝間における内径球面部の最大幅寸法に対して、前記スリット溝の幅寸法を５％〜３０％とするのが好ましい。

このように外側継手部材の内径球面部で周方向に隣接するトラック溝間に軸方向に延びるスリット溝を形成すれば、冷間鍛造の際、冷間鍛造用の成形型の隙間に、外側継手部材の素材の余肉が入り込まず、内径球面部について所望の形状精度を得ることができる。特に、スリット溝の幅寸法を５％〜３０％とすれば、冷間鍛造時に外側継手部材を成形型から離型させることが容易となり、かつ、外側継手部材の内径球面部の必要面積が確保できて、必要な強度、耐久性を確保することができる。なお、スリット溝の幅寸法が５％よりも小さいと、冷間鍛造時に外側継手部材を成形型から離型させることが困難となり、かつ、スリット溝の幅寸法が３０％よりも大きいと、外側継手部材の内径球面部の必要面積が確保することが困難となって強度、耐久性の低下を招くことになる。

トラック溝の開口端において、ボール接触点対応部位に、前記トラック入口チャンファとしての切欠アール部を設けることになる。切欠アール部としては、トラック溝毎に２個形成されるものであっても、トラック溝の開口端全体（開口端全周）に設けてもよい。

このような切欠アール部を設けることによって、等速自在継手の高角作動時、特に使用時において想定されている角度をなんらかの理由で超えて、ボールが外側継手部材のトラック溝の軸方向端部に位置したとしても、切欠アール部によって、ボールがこの軸方向端部に食い込むことを防止できる。この際、トラック溝と切欠アール部とを同時冷間鍛造により仕上げるのが好ましい。

切欠アール部からなるトラック入口チャンファとして、トラック溝とカップ入口チャンファとの境界部全体に形成されたものであってもよく、この際、トラック溝とこのトラック入口チャンファとを同時冷間鍛造により仕上げるのが好ましい。

また、トラックチャンファを凸アール形状とするのが好ましい。このように凸アール形状とすれば、この部分における応力集中を回避することができる。この際、トラック溝とトラックチャンファとを同時冷間鍛造により仕上げるのが好ましい。

トラック溝の横断面形状を、ボールとアンギュラ接触するゴシックアーチ形状とし、その接触角を３５°〜４５°とするのが好ましい。このような接触角であれば、トラック溝に対するボールの接触状態を安定化させることができる。なお、ボール接触角が３５°よりも小さいと、トラック面圧が増大し耐久性の低下が懸念される。逆に、ボール接触角が４５°よりも大きいと、高作動角におけるトラック肩部までのボールの乗り上げ余裕が小さくなり、高トルク負荷時のボールによる接触楕円の乗り上げが生じ、トラック肩部の欠け等が懸念される。

トラック溝の曲率中心とこのトラック溝に嵌合するボールのボール中心とを結ぶ線と、ボール中心と内径球面部の曲率中心とを結ぶ線とが成す角度であるトラックオフセット角を５．５°〜７．５°とするのが好ましい。このようなトラックオフセット角であれば、等速自在継手の作動性、耐久性、および準静捩り強度を同時に満足できる。

トラック溝の曲率中心を、継手軸心上に位置するときの半径よりも大きい半径を描く位置となるように径方向にずらすことも可能である。これによって、トラック溝の軸方向中央部ですきまを詰めることができる。

本発明の固定式等速自在継手の外側継手部材では、従来の冷間鍛造後の切削加工や研削加工等の仕上げ加工を行わないで済むので、歩留まりが向上し、外側継手部材、延いてはこの外側継手部材を用いる等速自在継手の製造コストの低減を図ることができる。

また、カップ入口チャンファを設けることによって、等速自在継手が作動角をとった際に、内側継手部材に装着したシャフトにこの外側継手部材の開口縁が干渉しなくて済む。トラック入口チャンファ（切欠アール部）を設けることによって、トルク伝達ボールの稼動する有効範囲を有効に確保することができる。トラックチャンファを設けることによって、トラック溝エッジ部の欠けを防止できる。

軸部の端面にセンター穴を設けることによって、このセンター穴を用いたその後の加工（軸に形成される雄スプラインや雄ねじ等の加工）性の向上を図ることができる。特に、このセンター穴の冷間鍛造を行う際に、他の部位の冷間鍛造を行うことができ、これによって、センター穴がこの外側継手部材の軸方向位置の基準面となって、外側継手部材の軸方向位置精度を高精度に成形することができる。このため、本発明の外側継手部材は、軸方向位置精度を必要とするＢＪタイプの固定式等速自在継手の外側継手部材に最適となる。

前記カップ部の内径球面部に対して、熱処理後の仕上げ加工を施すことによって、要求される高精度に対応することができ、高品質の製品（外側継手部材）を成形することができる。

内径球面部にスリット溝を形成し、内径球面部の最大幅寸法に対して、スリット溝の幅寸法を５％〜３０％とすれば、高精度、高品質の製品（外側継手部材）を安定して低コストで生産することができる。

トラック溝の横断面形状を、ボールとアンギュラ接触するゴシックアーチ形状とし、その接触角を３５°〜４５°とすることによって、ボールの接触状態を安定化させることができて、回転力伝達をなめらかに行うことができ、耐久性に優れた等速自在継手を構成できる。

トラックオフセット角を５．５°〜７．５°とすることによって、この外側継手部材を用いた等速自在継手は、作動性、耐久性、及び強度を満足することができる。このトラックオフセット角が５．５°未満であれば、十字作動性、耐久性、および準静捩り強度の全ての面で問題があり、トラックオフセット角が７．５°を越えると、耐久性及び強度面で劣る。

トラック溝の曲率中心を、継手軸心上に位置するときの半径よりも大きい半径を描く位置となるように径方向にずらすことによって、トラック溝の軸方向中央部ですきまを詰めることができ、ガタ詰めが容易となって異音の発生を抑制することができる。

本発明の実施形態を示す外側継手部材を用いた固定式等速自在継手の断面図である。 前記固定式等速自在継手の横断面図である。 前記固定式等速自在継手のトラック溝の形状を示す拡大断面図である。 外側継手部材の開口端部を示し、（ａ）は切欠アール部の一例を示す部分拡大斜視図であり、（ｂ）は切欠アール部の他例を示す部分拡大斜視図である。 内側継手部材の開口端部を示し、（ａ）は切欠アール部の一例を示す部分拡大斜視図であり、（ｂ）は切欠アール部の他例を示す部分拡大斜視図である。 カップ入口チャンファ、トラックチャンファおよびトラック入口チャンファとスリット溝を設けた外輪を示す部分斜視図である。 図６の外輪をその開口端側から見た状態を示す側面図である。 外側継手部材を成形する鍛造装置の断面図である。 前記鍛造装置における成形時の断面図である。 前記鍛造装置のパンチセットの平面図である。 前記鍛造装置の加工時のパンチセットの断面図である。 パンチセットの分割パンチの要部斜視図である。 パンチセットの分割パンチの平面図である。 パンチセットの分割パンチの側面図である。 前記鍛造装置のパンチベースを示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はだ断面図である。 外輪前素材の一部断面で示す側面図である。 前記外輪前素材の平面図である。 外輪のトラック溝の曲率中心を、継手軸心上に位置するときの半径よりも大きい半径を描く位置となるように径方向にずらした等速自在継手を示す部分断面図である。 内輪のトラック溝の曲率中心を、継手軸心上に位置するときの半径よりも小さい半径を描く位置となるように径方向にずらした等速自在継手を示す部分断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図１９に基づいて説明する。図１と図２は本発明にかかる外側継手部材を用いた固定式等速自在継手である。この固定式等速自在継手は、バーフィールド型であって、外側継手部材である外輪１０、内側継手部材である内輪２０、ボール３０およびケージ４０を主要な構成要素とし、内輪２０、ボール３０およびケージ４０からなる内部部品５０を外輪１０に角度変位可能に収容した構造を具備する。

外輪１０は機械構造用炭素鋼からなり、一端が開口したカップ状をなし、軸方向に延びる複数のトラック溝１２が内径面１４に円周方向等間隔に形成されている。なお、周方向で隣合うトラック溝間を内径球面部１４ａと呼ぶ。内輪２０は、軸方向に延びる複数のトラック溝２２が外輪１０のトラック溝１２と対をなして外球面２４に円周方向等間隔に形成されている。ボール３０は、外輪１０のトラック溝１２と内輪２０のトラック溝２２との間に介在してトルクを伝達する。ケージ４０は、外輪１０の内径面１４と内輪２０の外球面２４との間に介在してボール３０を保持する。

機械構造用炭素鋼の炭素成分は、０．３７ｗｔ％以上０．６１ｗｔ％以下が好ましく、より好ましくは０．５０ｗｔ％以上０．５８ｗｔ％以下である。具体的には、日本工業規格（ＪＩＳ）で規格されている、Ｓ４０Ｃ〜Ｓ５８Ｃ、望ましくはＳ５３Ｃ〜Ｓ５５Ｃである。

複数のボール３０は、ケージ４０に形成されたポケット４２に収容されて円周方向等間隔に配置されている。この実施形態では６個のボール３０を例示しているが、その個数については任意である。外輪１０のトラック溝１２と内輪２０のトラック溝２２とが協働して形成するボールトラックは外輪１０の開口側へ向けて拡径する楔形状をなす。

なお、外輪１０は、内輪２０、ボール３０およびケージ４０からなる内部部品５０を収容したカップ部（マウス部）１６と、そのカップ部１６の底部から一体的に軸方向に延びるステム部（軸部）１８とで構成され、その軸部１８の外周面には図示省略の車輪用軸受に連結するための雄スプライン１１及び端部ねじ部１５が形成されている。また、内輪２０の軸孔２６には、図示省略のシャフトを連結するためのスプライン２８が形成されている。

外輪１０の軸部１８の端面１８ａにはセンター穴１３が形成されている。また、外輪１０のカップ部１６の開口縁全周に沿ってカップ入口チャンファ１２ｂが形成されている。

外輪１０の内径球面部１４ａとトラック溝１２との境界部に沿って形成されたトラックチャンファ１２ｃ、および内輪２０の外球面２４とトラック溝２２との境界部に沿って形成されたトラックチャンファ２２ｃは、図２で拡大して示すようにＲ形状としている。このＲ形状のトラックチャンファ１２ｃ，２２ｃは、トラック溝１２と内径球面部１４aとの間およびトラック溝２２と外球面２４との間で滑らかに繋がるように連続的に形成されている。

外輪１０のトラック溝１２および内輪２０のトラック溝２２の横断面形状は、ボール３０とアンギュラ接触するゴシックアーチ形状としている。例えば、図３は外輪１０のトラック溝１２および内輪２０のトラック溝２２の横断面形状を例示する。このゴシックアーチ形状を有するトラック溝１２，２２では、ボール３０とアンギュラ接触する二つのボール接触点Ｐ，Ｑ（ボール接触角α）を持っている。

このボール３０とアンギュラ接触する二つのボール接触点Ｐ，Ｑにおけるボール接触角αは、３５〜４５°が好ましい。ボール接触角αを前述の規定範囲とすることにより、トラック溝１２，２２に対するボール３０の接触状態を安定化させることができる。

図４（ａ）に示すように外輪１０のトラック溝１２の開口端において、ボール接触点対応部位にトラック入口チャンファ１２ａとしての切欠アール部を設けている。また、図５（ａ）に示すように内輪２０のトラック溝２２の開口端において、ボール接触点対応部位に切欠アール部２２ａを設けている。前述のボール接触点対応部位は、前述したようにトラック溝１２，２２とボール３０とがアンギュラ接触することから、図中の一点鎖線で示すように二つのボール接触点Ｐ，Ｑ（図中では接触点の軌跡を示す）がトラック溝１２，２２の開口端と交わる部位となる。

このように外輪１０のトラック溝１２の開口端および内輪２０のトラック溝２２の開口端に切欠アール部１２ａ，２２ａを設けることにより、等速自在継手の高角作動時、特に使用時において想定されている角度をなんらかの理由で超えて、ボール３０が外輪１０あるいは内輪２０のトラック溝１２，２２の軸方向端部に位置したとしても、切欠アール部１２ａ，２２ａによって、ボール３０がこの軸方向端部に食い込むことを防止できる。

なお、前述の場合、切欠アール部１２ａ，２２ａを外輪１０のトラック溝１２の開口端および内輪２０のトラック溝２２の開口端においてボール接触点対応部位のみに形成しているが、図４（ｂ）および図５（ｂ）に示すように、外輪１０のトラック溝１２の開口端全体および内輪２０のトラック溝２２の開口端全体に切欠アール部１２ａ，２２ａを設けてもよい。このように外輪１０のトラック溝１２の開口端全体および内輪２０のトラック溝２２の開口端全体に設けた場合には、その切欠アール部１２ａ，２２ａは後述のトラック入口チャンファとなる。このように、切欠アール部１２ａ，２２ａは、ボール食い込み緩和用の切欠アール部を構成する。

トラック溝１２が形成された外輪１０において、図６および図７に示すように、外輪１０の開口縁全周に沿って形成されたカップ入口チャンファ１２ｂと、内径球面部１４ａとトラック溝１２との境界部に沿って形成されたトラックチャンファ１２ｃと、トラック溝１２とカップ入口チャンファ１２ｂとの境界部に沿って形成されたトラック入口チャンファ１２ａと形成されることになる。また、外輪１０の開口端部には、継手内部に充填されたグリースの漏洩ならびに継手外部からの水や異物の侵入を防止するための樹脂またはゴム製のブーツ（図示省略）が装着される。このため、その外輪１０の開口端外周面に凹溝からなるブーツ取付部１９を設けている。

また、外輪１０の内径球面部１４ａで周方向に隣接するトラック溝１２間に軸方向に延びるスリット溝１２ｄを形成する。このスリット溝１２ｄは、外輪１０の開口端面からカップ入口チャンファ１２ｂを経て内径球面部１４ａへ至るように形成されている。なお、この実施形態では、６本のスリット溝１２ｄを例示しているが、その本数については任意である。この場合、周方向に隣接するトラック溝１２間における内径球面部１４ａの最大幅寸法Ｓ２に対して、スリット溝１２ｄの幅寸法Ｓ１を５％〜３０％としている。このスリット溝１２ｄは、後述する分割パンチ５５間のすきまδ１（図１０参照）に外輪前素材Ｍ（図１６と図１７参照）の余肉が入らないように設けている。このため、外輪１０の内径面１４には、トラック溝１２と、周方向に隣合うトラック溝１２間の内径球面部１４ａと、各内径球面部１４ａの設けられるスリット溝１２ｄとが設けられることになる。

ボール３０が６個の場合、前記最大幅寸法Ｓ２は、内径球面部１４ａの軸方向中間付近における寸法となる。しかしながら、等速自在継手の形態やボール数によっては、最大幅寸法が内径球面部１４ａの軸方向中間付近とならない場合がある。

図１に示すように外輪１０のトラック溝１２の曲率中心Ｏ１と内輪２０のトラック溝２２の曲率中心Ｏ2とは、継手中心Ｏに対して軸方向に等距離Ｆだけ反対側（トラック溝１２の曲率中心Ｏ１は継手の開口側、トラック溝２２の曲率中心Ｏ2は継手の奥部側）にオフセットされている。そのため、ボールトラックは開口側が広く、奥部側に向かって漸次縮小した楔形状になっている。

また、ケージ４０の外球面４４の曲率中心、およびその外球面４４に摺接する外輪１０の内径面１４の曲率中心のそれぞれは継手中心Ｏに一致する。また、ケージ４０の内球面４６の曲率中心、およびその内球面４６に摺接する内輪２０の外球面２４の曲率中心のそれぞれも継手中心Ｏに一致する。外輪１０と内輪２０とが角度変位すると、ケージ４０に保持されたボール３０は常にどの作動角においても、その作動角の二等分面内に維持され、継手の等速性が確保される。

図１に示すように、トラック溝１２の曲率中心Ｏ１とボール中心Ｏ３とを結ぶ線Ｌ１と、ボール中心Ｏ３と内径面１４の曲率中心（つまり、前記継手中心Ｏ）とを結ぶ線Ｌ２とが成す角度であるトラックオフセット角φを５．５°〜７．５°とする。このオフセット角φは従来品のオフセット角（８．０°程度）よりも小さく、それゆえトラック溝１２の深さは従来品に比べて軸方向でより均一に近くなる。

この場合、トラック溝１２の浅い所では従来品よりも溝深さが深くなるので、高負荷下においてもトラック溝１２の肩部にボール３０による接触楕円が乗り上げにくくなり、肩部の欠け等を防止してトラック溝１２の高強度化、耐久性の向上を図ることができる。また、ケージ４０の肉厚を厚くすることもできるので、ケージ４０の高強度化や長寿命化も達成される。さらに、前述した通り、この範囲内のオフセット角φであれば、作動性も良好に維持される。

その結果、外輪１０のトラック溝１２の高強度化、耐久性の向上が図れることから、後述するように、外輪１０のトラック溝１２を冷間鍛造仕上げにより形成することが容易となる。また、ボール３０が継手開口側に飛び出そうとする力（軸力）も従来品に比べて弱くなるため、ボール３０の軸力に起因した打音の発生を抑制することも可能となる。

その一方、オフセット角φが小さすぎると、逆に耐久性や強度が低下したり、あるいは作動性に問題を生じることが懸念される。

外輪１０において、トラック溝１２と、内径球面部１４ａと、カップ入口チャンファ１２ｂと、トラックチャンファ１２ｃと、トラック入口チャンファ１２ａと、カップ部の外径面におけるブーツ取付部１９を除く部位と、および軸部１８の端面１８ａのセンター穴１３とを冷間鍛造により仕上げている。この冷間鍛造における温度としては、例えば、０℃以上５０℃以下とされる。なお、もちろんこの冷間鍛造の温度に限るものではない。

この場合、冷間鍛造された外輪１０の外径面は、ねじり強度を高めるため焼入れ等の熱処理を施さず、この冷間鍛造による加工硬化により製品強度を高くしている。また、外輪１０の外径面の硬度が高すぎると、ブーツ取付部１９における溝の旋削加工等の際に、旋削加工工具の短寿命化を招いたりする。このため、ブーツ取付部１９の表面硬度を２５０ＨＶ〜３５０ＨＶ程度としている。

次に、外側継手部材（外輪）１０に成形する製造装置（鍛造装置）を図８〜図１５に示す。この装置は、外輪成形金型となるパンチセット５１と絞り込みダイス５２とを備える。パンチセット５１は、パンチセット本体５３と、パンチホルダ５４と、複数の分割パンチ５５と、パンチベース５６と、傘パンチ５７と、スプリング５８とを備える。

パンチセット本体５３は有底短円筒体からなり、その底壁６０に傘パンチ５７の軸部７６の基端部が支持部材７７を介して収容される貫孔６０ａが設けられている。また、パンチセット本体５３の孔部５３ａ内には、パンチベース５６の下部膨出部５６ａが嵌入され、その下部膨出部５６ａの底面６１が底壁６０の内面６２に当接した状態で、パンチホルダ５４のフランジ部５４ａがパンチセット本体５３の上面に載置固定される。

パンチホルダ５４はテーパ孔６３を有し、このテーパ孔６３に、複数の分割パンチ５５とパンチベース５６等を設けている。パンチベース５６は、複数の分割パンチ５５を円周方向一定間隔おきに配置するものである。図１５（ａ）（ｂ）に示すように、パンチベース５６は、これら分割パンチ５５を配置するためのパンチベース本体５６ｂと、このパンチベース本体５６ｂの下端に連設される前記膨出部５６ａとを有する。パンチベース本体５６ｂのテーパ状外周部６５に、複数（この場合、６個）の割型仕切溝６６を形成している。この割型仕切溝６６に、図１０と図１１に示すように、周方向に沿って配設される分割パンチ５５が介在される。なお、テーパ状外周部６５のテーパ角は前記テーパ孔６３のテーパ角に対応させている。

分割パンチ５５は断面略扇型部材からなり、図１２〜図１４に示すように、内径球面部成形部７０と、トラック溝成形部７１と、トラックチャンファ成形部７２と、カップ入口チャンファ成形部７３と、トラック入口チャンファ成形部７４とを有する。

トラック溝成形部７１は、外輪１０のトラック溝１２を成形するためのものであって、その両側に外輪１０の内径球面部を成形する内径球面部成形部７０、７０が形成されている。また、トラック溝成形部７１と内径球面部成形部７０との境界部にトラックチャンファ成形部７２が形成される。カップ入口チャンファ成形部７３は、外輪１０のカップ入口チャンファ１２ｂを成形するためのものであって、内径球面部成形部７０の下端縁と、トラック溝成形部７１の下端縁と、トラックチャンファ成形部７２の下端と、トラック溝成形部７１よりも下方に配設される胴部７９の上面とで形成される。なお、胴部７９は、複数の分割パンチ５５を周方向に沿って配設したことによって、環状部分を構成する。

カップ入口チャンファ成形部７３は、半径方向外方に向かうに従って下方に傾斜するテーパ状に形成され、このテーパ状のカップ入口チャンファ成形部７３により、外輪１０のカップ入口チャンファ１２ｂの所定角度を設定することができる。トラック入口チャンファ成形部７４は、外輪１０のトラック入口チャンファ１２ａを成形するためのものであって、カップ入口チャンファ成形部７３とトラック溝成形部７１との境界部に沿って形成されている。

このように、内径球面部成形部７０と、トラック溝成形部７１と、トラックチャンファ成形部７２と、カップ入口チャンファ成形部７３と、トラック入口チャンファ成形部７４とを、一体として一つの分割パンチ５５に設けている。このため、これらを別体で形成したものに比べて、各成形部の寸法精度を高めるとともに、これらの寸法相互差の減少を図ることが可能となる。すなわち、前記製造装置（鍛造装置）を用いれば、各部位の寸法精度を高めることができるとともに、これらの寸法相互差の低減を図ることができる。

各分割パンチ５５は、その内径側の稜線部５５ｂがパンチベース本体５６ｂのテーパ部に沿うように傾斜し、このテーパ部に沿った上下動が可能とされている。また、パンチベース５６には貫通孔７５が設けられ、この貫通孔７５に傘パンチ５７から突設される軸部７６が挿通されている。軸部７６の下端部がパンチセット本体５３との底壁６０の貫孔６０ａに配置された支持部材７７に支持されている。

貫通孔７５は、図１５（ｂ）に示すように、小径部７８ａと大径部７８ｂとを備え、大径部７８ｂに、軸部７６に外嵌されるスプリング５８が配置されている。これによって、軸部７６に連設されている傘パンチ５７が下方に弾性付勢され、傘パンチ５７にて分割パンチ５５の上端縁を規制している（抑えている）。

絞り込みダイス５２は、外輪１０の外径面を成形するための貫通孔部８０を備える。この貫通孔部８０は、上部側のストレート孔８０ａと、下部側のテーパ孔８０ｂとからなる。テーパ孔８０ｂは下方に向かって拡開している。

また、絞り込みダイス５２の貫通孔部８０には、軸部成形用ダイス８２の突出部８２ｂが挿入される。軸部成形用ダイス８２は、ダイス本体部８２ａと、このダイス本体部８２ａの下面から突設される前記突出部８２ｂとを備え、外輪１０の軸部が挿入される孔部８３が設けられている。この孔部８３は、軸部の雄スプライン形成部位を成形する大径部８３ａと、軸部の雄ねじ部形成部位を成形する小径部８３ｂと、この大径部８３ａと小径部８３ｂとの間のテーパ部８３ｃとを備える。

絞り込みダイス５２の孔部８３の小径部８３ｂには、外輪１０の軸部１８の端面１８ａのセンター穴１３を成形するためのセンター穴成形ポンチ８５が嵌入される。センター穴成形ポンチ８５の外径面は、前記小径部８３ｂの内径面と僅かな隙間を持って対向するものである。そして、センター穴成形ポンチ８５の下端に、センター穴１３を成形するコーン部８５ａが設けられている。

ところで、センター穴１３は、図１に示すように、センター穴基準となる基準テーパ孔部１３ａと、この基準テーパ孔部１３ａの開口端縁から連設される開口側テーパ孔部１３ｂと、この開口側テーパ孔部１３ｂの開口端縁から連設される大径開口部１３ｃとからなる。このため、センター穴成形ポンチ８５のコーン部８５ａは、その外面に、基準テーパ孔部１３ａを成形する基準テーパ部位８６が形成されている。

製造装置（鍛造装置）を用いて外輪１０を成形する場合、図１６と図１７に示すような外輪前素材Ｍが予め成形され、この外輪前素材Ｍが製造装置（鍛造装置）に投入されて、冷間鍛造が行われる。外輪前素材Ｍは、温間鍛造、熱間鍛造、又は亜熱間鍛造等による塑性加工で成形される。すなわち、外輪前素材Ｍは、カップ部Ｍ１６と、このカップ部Ｍ１６の底部に連設される軸部Ｍ１８とからなり、カップ部Ｍ１６の内径面に、トラック溝Ｍ１２及びスリット溝Ｍ１２ｄが形成されている。また、外輪前素材Ｍのカップ部Ｍ１６の開口端面には、カップ入口チャンファＭ１２ｂが形成されている。

また、カップ部Ｍ１６の内径球面部のスリット溝Ｍ１２ｄは、周方向に隣接するトラック溝Ｍ１２間に設けられ、内径球面部の最大幅寸法Ｓ４に対して、このスリット溝Ｍ１２ｄの溝幅Ｓ３を１０％以上４０％以下とするのが好ましい。このように設定することによって、製品（外輪１０）のスリット溝の溝幅寸法を内径球面部（トラック溝によって分離されたアイランド状の内径球面部）の最大幅寸法の５％以上３０％以下とすることができる。

次に、前記のように構成された製造装置（鍛造装置）にて、外輪を成形する方法を説明する。予め成形され外輪前素材Ｍを、絞り込みダイス５２の貫通孔部８０に挿入する。その後、絞り込みダイス５２に対してパンチセット５１を相対移動させ、これによって、傘パンチ５７が、外輪前素材Ｍのカップ部Ｍ１６の内表面における球面底部に当接し、分割パンチ５５が内面表面におけるトラック溝Ｍ１２に嵌合する。

この状態で、パンチセット５１をさらに相対移動させることにより、外輪前素材Ｍのカップ部Ｍ１６は、絞り込みダイス５２の絞り込み作用を受けて半径方向内方へ縮径する。その絞り込み時に、トラック溝Ｍ１２の表面は分割パンチ５５のトラック溝成形部７１により拘束され、このトラック溝１２、内径球面部１４ａ、及びトラックチャンファ１２ａが、それぞれ、トラック溝成形部７１、内径球面部成形部７０、トラックチャンファ成形部７２によって塑性変形される。さらには、これとともに、前記絞り込み時に、カップ入口チャンファ１２ｂ及びトラック入口チャンファ１２ａが、それぞれカップ入口チャンファ成形部７３及びトラック入口チャンファ成形部７４によって塑性加工される。

この際、カップ部１６の外径面におけるブーツ取付部１９を除く部位においても塑性加工（冷間鍛造）が施されることになる。また、前記絞り込み時には、センター穴成形ポンチ８５のコーン部８５ａを外輪前素材Ｍの軸部Ｍ１８の端面Ｍ１８ａに押し付ける。これによって、センター穴１３を成形することになる。すなわち、軸部成形用ダイス８２とセンター穴成形ポンチ８５とを同時に外輪前素材Ｍに押し当てることになり、この際、外輪前素材Ｍの移動が拘束されて、センター穴１３が成形される。これにより、型離れの防止によるカップ部１６の内部精度の向上と、センター穴１３の成形が同時に実現される。

センター穴成形ポンチ８５は、軸部成形用ダイス８２の内径面に僅かな隙間を持ってガイドされ、また軸部成形用ダイス８２を外輪前素材Ｍに押し付けるときに、外輪前素材Ｍの軸部外径部が軸部成形用ダイス８２の孔部８３の大径部８３ａでしごき加工される。そのため、外輪前素材Ｍと同心に心出しされた軸部成形用ダイス８２の内径面にガイドされてセンター穴成形ポンチ８５が外輪１０の軸部１８の端面１８ａにセンター穴１３を成形することになる。よって、センター穴１３の外輪１０の軸部外径に対する同心度が、高精度に確保される。

また、センター穴１３の成形時には、センター穴成形ポンチ８５と軸部成形用ダイス８２の軸方向位置が一定となるように設定される。このため、センター穴成形ポンチ８５と軸部成形用ダイス８２の基準面８２ｃの相対位置は一定となる。この押圧力付与方式によるセンター穴１３の形成は、常に外輪前素材Ｍの基準面Ｍａを基準にして成形が行われる。このため、成形されたセンター穴１３の素材基準面Ｍａに対する軸方向位置精度、つまり寸法Ａの精度が、高精度に確保される。

このように、製造装置（鍛造装置）を用いることによって、トラック溝１２と、内径球面部１４ａと、カップ入口チャンファ１２ｂと、トラックチャンファ１２ｃと、トラック入口チャンファ１２ａと、カップ部１６の外径面におけるブーツ取付部１９を除く部位と、軸部１８の端面１８ａのセンター穴１３とを冷間鍛造により仕上げられてなる外輪１０を成形することができる。なお、ブーツ取付部１９においては、旋削加工等により溝加工がなされる。

ところで、カップ部１６の内径球面部１４ａとしては、要求される精度が厳しい場合があり、このため、熱処理後の仕上げ加工が施されるものであってもよい。ここで、熱処理とは、例えば、高周波焼入れ処理である。また、仕上げ加工としては、例えば切削加工や研削加工等の仕上げ加工である。高周波焼入れとは、高周波電流の流れているコイル中に焼入れに必要な部分を入れ、電磁誘導作用により、ジュール熱を発生させて、伝導性物体を加熱する原理を応用した焼入れ方法である。内径球面部の要求精度によって、この内径球面部を冷間鍛造による仕上げのままとすることができる。

このように、カップ部１６の内径球面部１４ａに対して、熱処理後の仕上げ加工を施すことによって、要求される高精度に対応することができ、高品質の製品（外側継手部材）を成形することができる。

本発明の固定式等速自在継手の外側継手部材によれば、機械構造用炭素鋼から成り、トラック溝１２と、内径球面部１４ａと、カップ入口チャンファ１２ｂと、トラックチャンファ１２ｃと、トラック入口チャンファ１２ａと、カップ部１６の外径面におけるブーツ取付部１９を除く部位と、軸部１８の端面１８ａのセンター穴１３とを冷間鍛造により仕上げているので、これらの部位においては、従来の冷間鍛造後の切削加工や研削加工等の仕上げ加工を行わないで済むことである。このため、歩留まりが向上し、外側継手部材、延いてはこの外側継手部材を用いる等速自在継手の製造コストの低減を図ることができる。

カップ部１６に大部分を冷間鍛造により仕上げているので、製品の強度を高めることが可能となる。特に、外輪１０の炭素成分を０．３７ｗｔ％以上と炭素量を多い機械構造用炭素鋼から鍛造仕上げすれば、カップ部１６の内外表面を所望の硬い表面硬度にすることができる。これにより、製品寿命を延ばすことが可能となる。素材となる機械構造用炭素鋼の炭素成分の上限を０．６１ｗｔ％以下に設定することによって、硬すぎて加工不能となることなく、冷間鍛造が可能となる。また、特に硬い材質を用いなくても、冷間鍛造で成形するので、加工硬化により、外輪１０のカップ部１６の外径面の硬度が高くなり、剛性の高い高強度の外輪１０となる。

また、カップ入口チャンファ１２ｂを設けることによって、等速自在継手が作動角をとった際に、内輪２０に装着したシャフトにこの外輪１０の開口縁が干渉しなくて済む。トラック入口チャンファ１２ａを設けることによって、トルク伝達ボール３０の稼動する有効範囲を有効に確保することができる。トラックチャンファ１２ｃを設けることによって、トラック溝エッジ部の欠けを防止できる。トラックチャンファ１２ｃを凸アール形状とすれば、この部分における応力集中を回避することができる。

軸部１８の端面１８ａにセンター穴１３を設けることによって、このセンター穴１３を用いたその後の加工（軸に形成される雄スプラインや雄ねじ等の加工）性の向上を図ることができる。特に、このセンター穴１３の冷間鍛造を行う際に、他の部位の冷間鍛造を行うことができ、これによって、センター穴１３がこの外輪１０の軸方向位置の基準面となって、外輪１０の軸方向位置精度を高精度に成形することができる。このため、本発明の外側継手部材（外輪１０）は、軸方向位置精度を必要とするＢＪタイプの固定式等速自在継手の外輪に最適となる。

内径球面部１４ａにスリット溝１２ｄを形成し、内径球面部１４ａの最大幅寸法に対して、スリット溝１２ｄの幅寸法を５％〜３０％とすれば、高精度、高品質の製品（外輪１０）を安定して低コストで生産することができる。すなわち、冷間鍛造の際、周方向に分離した分離パンチ間の周方向すきまδ１に、外輪前素材Ｍの余肉が入り込まないようにできる。なお、スリット溝の幅寸法が５％よりも小さいと、冷間鍛造時に外側継手部材を成形型から離型させることが困難となり、かつ、スリット溝の幅寸法が３０％よりも大きいと、外輪１０の内径球面部１４ａの必要面積を確保することが困難となって強度、耐久性の低下を招くことになる。

トラック溝１２の横断面形状を、ボール３０とアンギュラ接触するゴシックアーチ形状とし、その接触角αを３５°〜４５°とすることによって、ボール３０の接触状態を安定化させることができて、回転力伝達をなめらかに行うことができ、耐久性に優れた等速自在継手を構成できる。なお、ボール接触角が３５°よりも小さいと、トラック面圧が増大し耐久性の低下が懸念される。逆に、ボール接触角が４５°よりも大きいと、高作動角におけるトラック肩部までのボールの乗り上げ余裕が小さくなり、高トルク負荷時のボールによる接触楕円の乗り上げが生じ、トラック肩部の欠け等が懸念される。

トラックオフセット角を５．５°〜７．５°とすることによって、この外輪１０を用いた等速自在継手は、作動性、耐久性、及び強度を満足することができる。このトラックオフセット角が５．５°未満であれば、十字作動性、耐久性、および準静捩り強度の全ての面で問題があり、トラックオフセット角が７．５°を越えると、耐久性及び強度面で劣る。

ところで、外輪１０のトラック溝１２の曲率中心Ｏ１'を、図１８に示すように継手軸心上に位置するときの半径よりも大きい半径を描く位置となるように径方向にずらすようにしてもよい。また、内輪２０のトラック溝２２の曲率中心Ｏ２'を、図１９に示すように継手軸心上に位置するときの半径よりも小さい半径を描く位置となるように径方向にずらすようにしてもよい。

このように外輪１０のトラック溝１２の曲率中心Ｏ１'を、継手軸心上に位置するときの半径よりも大きい半径を描く位置となるように径方向にずらしたり、あるいは、内輪２０のトラック溝２２の曲率中心Ｏ２'を、継手軸心上に位置するときの半径よりも小さい半径を描く位置となるように径方向にずらしたりすることにより、トラック溝１２，２２の軸方向中央部ですきまを詰めることができる。その結果、ガタ詰めが容易となって異音の発生を抑制することができる。

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、前記実施形態では、外側継手部材としては、トラック溝の底面が円弧部のみからなるバーフィールド型（ＢＪ）の固定式等速自在継手に用いるものであったが、トラック溝の底面が円弧部と直線部とを備えたアンダーカットフリー型（ＵＪ）の固定式等速自在継手であってもよい。また、トラック溝１２の数は６個に限るものではなく、増減は任意である。

センター穴形状としては、図１に示すものに限るものではなく、少なくとも基準テーパ孔部１３ａを備えたものであればよい。

１２ トラック溝
１２ａ 切欠アール部（トラック入口チャンファ）
１２ｂ カップ入口チャンファ
１２ｃ，２２ｃ トラックチャンファ
１２ｄ スリット溝
１３ センター穴
１４ 内径面
１４ａ 内径球面部
１６ カップ部
１８ 軸部
１８ａ 端面
１９ ブーツ取付部
７０ 内径球面部成形部
７１ トラック溝成形部
７２ トラックチャンファ成形部
７３ カップ入口チャンファ成形部
７４ トラック入口チャンファ成形部

Claims (11)

1. カップ部と、このカップ部の底部から軸方向に延びる軸部とを備えた固定式等速自在継
   手の外側継手部材であって、
   機械構造用炭素鋼から成り、カップ部の内径面に、トラック溝と、内径球面部と、カップ部の開口縁全周に沿って形成されるカップ入口チャンファと、内径球面部とトラック溝との境界部に沿って形成されるトラックチャンファと、トラック溝のトラック入口端におけるボール接触点対応部位に設けられるボール食い込み緩和用の切欠アール部からなるトラック入口チャンファとを有し、トラック溝と、内径球面部と、カップ入口チャンファと、トラックチャンファと、トラック入口チャンファと、カップ部の外径面におけるブーツ取付部を除く部位と、軸部の端面のセンター穴とが冷間鍛造により仕上げられていることを特徴とする固定式等速自在継手の外側継手部材。
2. 前記カップ部の内径球面部は、熱処理後の仕上げ加工が施されてなることを特徴とする請求項１に記載の固定式等速自在継手の外側継手部材。
3. 前記カップ部の内径球面部に軸方向に沿って延びるスリット溝が形成され、周方向に隣設するトラック溝間における内径球面部の最大幅寸法に対して、前記スリット溝の幅寸法を５％〜３０％としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固定式等速自在継手の外側継手部材。
4. トラック溝と切欠きアール部からなるトラック入口チャンファとを同時冷間鍛造により仕上げていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手の外側継手部材。
5. 切欠きアール部からなるトラック入口チャンファが、トラック溝とカップ入口チャンファとの境界部全体に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手の外側継手部材。
6. 切欠きアール部からなるトラック入口チャンファが、トラック溝毎に２箇所形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手の外側継手部材。
7. 前記トラックチャンファを凸アール形状としたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手の外側継手部材。
8. トラック溝とトラックチャンファとを同時冷間鍛造により仕上げることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手の外側継手部材。
9. トラック溝の横断面形状を、ボールとアンギュラ接触するゴシックアーチ形状とし、その接触角を３５°〜４５°としたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手の外側継手部材。
10. トラック溝の曲率中心とこのトラック溝に嵌合されるボールのボール中心とを結ぶ線と、ボール中心と内径球面部の曲率中心とを結ぶ線とが成す角度であるトラックオフセット角を５．５°〜７．５°としたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手の外側継手部材。
11. トラック溝の曲率中心を、継手軸心上に位置するときの半径よりも大きい半径を描く位置となるように径方向にずらしたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の固定式等速自在継手の外側継手部材。

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