JP4731945B2 - Constant velocity universal joint, cage for constant velocity universal joint, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、自動車や各種産業機械の動力伝達機構において使用され、外輪と内輪の相互間で回転トルクを伝達する等速自在継手、並びにその等速自在継手の構成部品の一つであるケージ及びその製造方法に関する。 The present invention is used in, for example, power transmission mechanisms of automobiles and various industrial machines, and is a constant velocity universal joint that transmits rotational torque between an outer ring and an inner ring, and one of the components of the constant velocity universal joint. The present invention relates to a cage and a manufacturing method thereof.
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。 Constant velocity universal joints are used to transmit torque at a constant angular speed by connecting the rotating shaft on the drive side and the rotating shaft on the driven side in the power transmission system of automobiles and various industrial machines. There are various ball type constant velocity universal joints such as a ball fixed type constant velocity universal joint (BJ), a double offset type constant velocity universal joint (DOJ), and a Lebro type constant velocity universal joint (LJ). The number of torque transmission balls is typically 6 or 8.
これら等速自在継手は、外輪、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、ケージの円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。 These constant velocity universal joints include an outer ring, an inner ring, a torque transmission ball and a cage as main components. A track groove extending in the axial direction is formed on the inner peripheral surface of the outer ring, and a track groove extending in the axial direction is also formed on the outer peripheral surface of the inner ring. A driving-side rotating shaft and a driven-side rotating shaft are connected to the outer ring and the inner ring. A track groove of the outer ring and a track groove of the inner ring make a pair to form a ball track, and a torque transmission ball is incorporated in each ball track. The torque transmission ball is accommodated in a pocket formed in the circumferential direction of the cage and is held so as to be able to roll.
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。 Therefore, when the torque is transmitted with the joint at an operating angle, the torque transmitting ball is always positioned in a plane that bisects the angle formed by the rotating shaft of the outer ring and the rotating shaft of the inner ring. This ensures the constant velocity of the joint. As described above, the cage, which is one component of the constant velocity universal joint, is incorporated between the outer ring and the inner ring, and is one of the important parts that can withstand a large load and hold the torque transmission ball on the isobaric surface. It is.
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、低炭素の肌焼き鋼(SCr415)からなる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浸炭焼入れにより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。
ところで、環境問題の対応から自動車の軽量化が必須となり、等速自在継手の軽量化が強く要求されている。等速自在継手の軽量化を実現するためには、ケージの薄肉化が重要な課題となっているが、そのケージの薄肉化を達成するためには、ケージの強度向上が必要となってくる。しかしながら、薄く、大きな応力集中部となる鋭角部分を多く持つケージの強度向上を図ることは特に困難な課題であった。 By the way, it is essential to reduce the weight of automobiles in order to deal with environmental problems, and there is a strong demand for weight reduction of constant velocity universal joints. In order to reduce the weight of constant velocity universal joints, thinning the cage is an important issue, but in order to achieve thinning of the cage, it is necessary to improve the strength of the cage. . However, it has been a particularly difficult task to improve the strength of a cage that is thin and has many acute angle portions that become large stress concentration portions.
従来、前述したケージの強度向上を図るため、ケージの形状による対策として、ボールの組み込み角を小さくしてポケット間の柱部の断面積を増加することにより強度を確保する提案(例えば、特許文献1,2参照)がなされている。また、等速自在継手の内部の主要寸法を最適化することにより、ケージの高強度化を図るようにした提案(例えば、特許文献3〜6参照)もある。しかしながら、ケージの外周側に位置する外輪や内周側に位置する内輪の形状を変更することによりケージを強度化することから、内外輪の形状変更を伴うために効率的な対策であるとは言いがたい。 Conventionally, in order to improve the strength of the cage as described above, as a countermeasure by the shape of the cage, a proposal to secure the strength by reducing the ball mounting angle and increasing the cross-sectional area of the pillar portion between the pockets (for example, patent document) 1 and 2). In addition, there is a proposal (for example, see Patent Documents 3 to 6) in which the main dimensions inside the constant velocity universal joint are optimized to increase the strength of the cage. However, since the cage is strengthened by changing the shape of the outer ring located on the outer peripheral side of the cage and the shape of the inner ring located on the inner peripheral side, it is an effective measure to accompany the shape change of the inner and outer rings. It's hard to say.
ケージの形状による他の対策として、長さの異なる二種類のポケットを形成することによりケージの強度を確保する提案(例えば、特許文献7参照)があるが、素形材を打抜きプレスしてポケットを形成するプレス加工を二回に亘って実施しなければならず、製品コストの増加を招くという問題がある。 As another countermeasure depending on the shape of the cage, there is a proposal for securing the strength of the cage by forming two types of pockets having different lengths (see, for example, Patent Document 7). There is a problem in that the press work for forming the film must be performed twice, resulting in an increase in product cost.
また、ケージの断面積を増加させて強度を確保する提案(例えば、特許文献8参照)があるが、素材投入重量と製品重量の増加によりコストの増加を招き、ケージの軽量化にも逆行することになる。 In addition, there is a proposal for securing the strength by increasing the cross-sectional area of the cage (see, for example, Patent Document 8). However, an increase in the material input weight and the product weight causes an increase in cost and goes against the weight reduction of the cage. It will be.
さらに、ボールの組込み角を減少させるためにポケットに盗みを設けることによりポケット間の柱部の断面積を増加させてケージの強度を確保する提案(例えば、特許文献9参照)もあるが、盗みが形成されたケージ外径側の側縁が鋭角になっており、浸炭後非常に脆い網目状セメンタイトが析出しやすくなるために接触応力が集中し早期に欠けが発生する問題がある。 Furthermore, there is a proposal (for example, see Patent Document 9) that secures the strength of the cage by increasing the cross-sectional area of the pillar portion between the pockets by providing the theft in the pocket in order to reduce the ball mounting angle. The side edge on the outer diameter side of the cage where the slag is formed has an acute angle, and a very brittle reticulated cementite is likely to precipitate after carburizing, so that contact stress is concentrated and chipping occurs early.
また、ケージのポケット間の柱部の側面を焼入れ後に切削して硬化部分を除去し軟化させることにより靭性を向上させる提案(例えば、特許文献10参照)がある。この場合、柱部の側面は剪断面となっており面性状が粗いために厚い取り代が必要で、しかも、その側面が円弧形状となっているため、加工時間が長くなり製品コストの大幅な増加を伴う。また、ボールの挿入される軸方向の転走面間の幅は、熱処理した状態のままであることから、寸法精度も低下し、ボールのマッチングが必要で高コストになる問題がある。 In addition, there is a proposal for improving toughness by cutting the side surfaces of the pillar portions between the pockets of the cage after quenching to remove the hardened portions and soften them (see, for example, Patent Document 10). In this case, the side surface of the column part is a sheared surface and the surface properties are rough, so a large machining allowance is required. Moreover, since the side surface has an arc shape, the processing time is increased and the product cost is greatly increased. Accompanied by an increase. Further, since the width between the axial rolling surfaces into which the balls are inserted remains in the heat-treated state, there is a problem that the dimensional accuracy is lowered and the matching of the balls is necessary and the cost is increased.
ケージはボールから高荷重を受けるため、十分な機械的強度と転動寿命(摩耗・剥離寿命)を必要とする。このため、ケージの製造においては、高硬度を得るために炭素を拡散させる浸炭焼入れによる熱処理を行っているが、浸炭焼入れは、浸炭異常層が生成して強度のばらつきが増加する問題がある。 Since the cage receives a high load from the ball, it needs sufficient mechanical strength and rolling life (wear / peel life). For this reason, in the manufacture of a cage, heat treatment is performed by carburizing and quenching to diffuse carbon in order to obtain high hardness. However, carburizing and quenching has a problem in that an abnormal carburization layer is generated and strength variation increases.
また、ケージは薄肉の球形状でその円周方向に複数のポケットを有する複雑な形状をなしているため、加工工程が多くなる。その結果、浸炭後の変形が大きく、仕上げ加工の取り代が増加することから、多くの加工時間を要し加工コストが高くなる。そこで、ポケットの外輪開口側の側面を熱処理前にシェービングすると共に、ポケットのボール転走面の負荷がより小さい外輪奥側のみを焼入れ後に仕上げ切削し、寸法精度を高める提案(例えば、特許文献11参照)がある。しかしながら、ポケットの外輪開口側も仕上げ切削すると、表面硬化部が軟化し、浸炭深さも減少する問題がある。 Further, since the cage is a thin sphere and has a complicated shape having a plurality of pockets in the circumferential direction, the number of processing steps increases. As a result, the deformation after carburizing is large and the machining allowance for finishing is increased, so that a lot of processing time is required and the processing cost is increased. Therefore, the side surface of the pocket on the outer ring opening side is shaved before heat treatment, and only the outer ring inner side where the load on the ball rolling surface of the pocket is smaller is subjected to finish cutting after quenching to improve dimensional accuracy (for example, Patent Document 11). See). However, if the outer ring opening side of the pocket is also finished and cut, there is a problem that the hardened surface portion is softened and the carburization depth is also reduced.
そこで、本発明は前述した様々な問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、内外輪の形状を変更することなく、ケージの高強度化、ポケット寸法の高精度化および製品の低コスト化を実現し得る等速自在継手並びに等速自在継手用ケージ及びその製造方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described various problems, and the object of the present invention is to increase the strength of the cage, increase the accuracy of the pocket dimensions, and to change the shape of the inner and outer rings. It is an object of the present invention to provide a constant velocity universal joint, a constant velocity universal joint cage and a method of manufacturing the same that can realize cost reduction of products.
前述の目的を達成するため、本発明は以下の構成要件を具備する。 In order to achieve the above object, the present invention has the following constituent elements.
本発明に係る等速自在継手用ケージは、中炭素鋼からなる短円筒状素形材の円周方向に、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打抜きプレスにより形成し、前記素形材全体を焼入れによる熱処理で炭素勾配がなく表層から芯部までの硬度がHRC58以上となるように全硬化させることにより、前記ポケットの素形材軸方向で対向する一対のボール転走面に、プレス加工による剪断面と前記プレス加工および熱処理後の仕上げ面からなる二段の加工面を形成したことを特徴とする。 The constant velocity universal joint cage according to the present invention is formed by punching a plurality of pockets for accommodating a torque transmitting ball in a circumferential direction of a short cylindrical shaped member made of medium carbon steel, and capable of rolling freely. A pair of ball rolling surfaces that face each other in the axial direction of the shape of the pocket by fully curing the entire shape so that the hardness from the surface layer to the core is HRC 58 or higher without a carbon gradient by heat treatment by quenching. In addition, a two-step processed surface is formed which includes a sheared surface by press processing and a finished surface after the press processing and heat treatment.
このケージは、内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝を形成した外輪と、外周面に軸方向に延びる複数のトラック溝を形成した内輪と、前記外輪のトラック溝と前記内輪のトラック溝との対で形成されるボールトラックに一個ずつ組み込んだ複数のトルク伝達ボールと、前記トルク伝達ボールが収容されたポケットを有するケージとを備えた等速自在継手に適用可能である。
本発明に係る等速自在継手用ケージの製造方法は、中炭素鋼からなる短円筒状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、前記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、シェービング加工を省略し、ポケット形成後の素形材の全体を焼入れして炭素勾配がなく表層から芯部までの硬度がHRC58以上となるように全硬化させる熱処理工程と、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ボール転走面となる側面を切削する仕上げ工程とを含むことを特徴とする。
前述の製造方法において、前記旋削工程とプレス工程との間に、素形材を軟化熱処理する工程を挿入することが望ましい。旋削後の素形材に軟化熱処理を加えることにより、プレス加工性が改善され、その素形材を打抜きプレスしてポケットを容易に形成することができる。
The cage includes an outer ring formed with a plurality of track grooves extending in the axial direction on an inner peripheral surface, an inner ring formed with a plurality of track grooves extending in the axial direction on the outer peripheral surface, a track groove of the outer ring, and a track groove of the inner ring. The present invention is applicable to a constant velocity universal joint including a plurality of torque transmission balls each incorporated in a ball track formed by a pair of and a cage having a pocket in which the torque transmission balls are accommodated.
A method for manufacturing a cage for a constant velocity universal joint according to the present invention includes a turning step of turning an outer surface and an inner surface of a short cylindrical shaped member made of medium carbon steel to form a spherical outer surface and a spherical inner surface, and the shaped member. The press process of punching and forming a plurality of pockets in the circumferential direction of the base material and the shaving process are omitted, and the whole of the base material after the pocket formation is quenched and there is no carbon gradient from the surface layer to the core part . A heat treatment step for fully curing so that the hardness is equal to or higher than HRC58, a grinding step for grinding the spherical outer surface and the spherical inner surface of the shaped material after the heat treatment, and a pair of ball rolling facing each other in the shape material axial direction of the pocket And a finishing step of cutting a side surface to be a surface.
In the manufacturing method described above, it is desirable to insert a softening heat treatment step between the turning step and the pressing step. By applying a softening heat treatment to the shaped material after turning, the press workability is improved, and the shaped material can be punched and pressed to easily form a pocket.
また、前述の構成からなる製造方法において、中炭素鋼からなる素形材に、焼入れ性を改善する元素として、C、Si、Mn、Cr、Mo、Bのうちから選択されたいずれかを添加することが望ましい。これらの元素を添加すれば、熱処理工程において素形材の焼入れ時の質量効果により素形材の全体を容易に焼入れすることができ、良好な焼入れ性を確保することができる。 Moreover, in the manufacturing method which consists of the above-mentioned structure, as the element which improves hardenability, the element selected from C, Si, Mn, Cr, Mo and B is added to the base material made of medium carbon steel. It is desirable to do. If these elements are added, the entire shape material can be easily quenched by the mass effect during quenching of the shape material in the heat treatment step, and good hardenability can be ensured.
また、これら焼入れ性を改善する元素は固溶強化することから、加工性を改善する観点から、その添加量を規格鋼成分以下にすることが好ましい。これらの元素の添加量を規格鋼成分以下にすれば、素形材が硬化することを抑制することができるので、旋削工程やプレス工程における加工を容易に行うことができる。なお、前述の「規格鋼成分」とは、日本工業規格(JIS)、アメリカ鉄鋼協会(AISI)、欧州標準化委員会(EN)等が規定している鋼の成分を意味する。 Moreover, since these elements which improve hardenability strengthen a solid solution, it is preferable to make the addition amount below a standard steel component from a viewpoint of improving workability. If the addition amount of these elements is less than or equal to the standard steel component, it is possible to suppress the hardening of the shaped material, and thus it is possible to easily perform the processing in the turning process and the pressing process. In addition, the above-mentioned “standard steel component” means a steel component defined by Japanese Industrial Standards (JIS), American Iron and Steel Institute (AISI), European Standardization Committee (EN), and the like.
従来、浸炭焼入れにより熱処理されていたケージでは、静捩り試験に供して破断させた場合、その破断部は粒界破壊を伴った脆性破壊を呈する。このことから、脆性破壊を防止することがケージの高強度化に必要である。この脆性破壊を生じる原因を破面解析により調査した結果、浸炭焼入れによりケージの表層に0.7〜0.9wt%程度の炭素が拡散し、粒界に微細な炭化物が析出して粒界強度を低下させたり、表面異常層が生成し表層部での亀裂発生を助長して強度の低下を招くことが判明した。 Conventionally, in a cage that has been heat-treated by carburizing and quenching, when it is subjected to a static torsion test and fractured, the fractured portion exhibits brittle fracture accompanied by grain boundary fracture. For this reason, it is necessary to increase the strength of the cage to prevent brittle fracture. As a result of investigating the cause of this brittle fracture by fracture surface analysis, about 0.7 to 0.9 wt% of carbon diffuses in the surface layer of the cage due to carburizing and quenching, and fine carbides precipitate at the grain boundaries, resulting in grain boundary strength. It has been found that an abnormal surface layer is formed and cracks in the surface layer are promoted to cause a decrease in strength.
このことから、ケージの強度を向上させるためには、高濃度の浸炭を拡散させないことと、表面異常層の生成を抑制することが有効な対策である。その結果、ケージの素形材として炭素量を所定量含有した中炭素鋼を使用した素形材を焼入れすることにより、強度が著しく増加することが判明した。 For this reason, in order to improve the strength of the cage, it is effective measures not to diffuse high-concentration carburization and to suppress the formation of a surface abnormal layer. As a result, it has been found that the strength is remarkably increased by quenching a material using a medium carbon steel containing a predetermined amount of carbon as a cage material.
従来のケージでは、打抜きプレスによる剪断加工の後、形状の崩れや面性状を修正するためシェービング加工を実施し、浸炭焼入れ後に仕上げ加工を行っていた。このシェービング加工を省略できれば、機械装置が不要となり、サイクルタイムが大幅に向上することにより加工コストの大幅削減が可能となる。 In a conventional cage, after a shearing process by a punching press, a shaving process is performed to correct a shape collapse and a surface property, and a finishing process is performed after carburizing and quenching. If this shaving process can be omitted, a mechanical device is not necessary, and the cycle time can be greatly improved, thereby significantly reducing the processing cost.
しかしながら、シェービング加工を省略した場合、ポケットのボール転走面の仕上げは、熱処理後の仕上げ加工のみとなるため、仕上げの取り代が増加し浸炭熱処理で形成した硬化部の表層を除去してしまうことになるため、仕上げ面の硬化が低下して摩耗が著しく増加することになる。 However, if the shaving process is omitted, the finishing of the ball rolling surface of the pocket is only the finishing process after the heat treatment, so the finishing allowance increases and the surface layer of the hardened part formed by the carburizing heat treatment is removed. As a result, the hardness of the finished surface decreases and wear increases remarkably.
浸炭焼入れ後の硬化深さを増加させておき、取り代の多い仕上げ加工をしても硬化深さと表面硬さを必要な値にすることは可能である。但し、浸炭時間の大幅増加(コストアップ)と浸炭異常層(強度低下)の増加を招く。さらに、ケージは、加工上、鋭角部分が多く存在するため、鋭角部分は過剰浸炭されやすく、浸炭後、鋭角部分に非常に脆い網目状セメンタイトが析出し、角部の欠けや強度の低下を起こす場合がある。以上の理由から、シェービング加工を省略することが困難であった。 Even if the hardening depth after carburizing and quenching is increased and finishing processing with a large machining allowance is performed, the hardening depth and the surface hardness can be set to required values. However, it causes a significant increase in carburizing time (cost increase) and an increase in the carburized abnormal layer (decrease in strength). In addition, since the cage has many sharp corners due to processing, the sharp corner portions are easily excessively carburized, and after carburizing, very brittle network cementite is deposited on the sharp corner portions, causing corner chipping and strength reduction. There is a case. For these reasons, it is difficult to omit the shaving process.
本発明は、所定量の炭素を含有する素形材として中炭素鋼を使用し、その素形材の全体を焼入れによる熱処理で硬化させるため、炭素勾配がなく十分な硬化深さが得られる。その結果、シェービング加工を省略して熱処理後の仕上げ加工で取り代が増加しても、表層の硬さと硬化深さを十分に確保でき、耐摩耗性の低下を招くことはない。 In the present invention, medium carbon steel is used as a shape material containing a predetermined amount of carbon, and the entire shape material is hardened by heat treatment by quenching, so that a sufficient hardening depth can be obtained without a carbon gradient. As a result, even if the shaving process is omitted and the machining allowance is increased in the finishing process after the heat treatment, the hardness and the curing depth of the surface layer can be sufficiently secured, and the wear resistance is not lowered.
また、熱処理後にポケットのボール転走面を仕上げ加工するため大幅に寸法精度が向上する。そのため、ボールのマッチングも不要となり大幅に低コスト化を実現できる。さらに、通常の焼入れのため処理温度も低く処理時間が大幅に短いため、熱処理変形も小さく熱処理コストも大幅に削減できる。 In addition, since the ball rolling surface of the pocket is finished after the heat treatment, the dimensional accuracy is greatly improved. This eliminates the need for ball matching and can greatly reduce the cost. Furthermore, since the treatment temperature is low and the treatment time is significantly short due to normal quenching, the heat treatment deformation is small and the heat treatment cost can be greatly reduced.
本発明によれば、所定量の炭素を含有する素形材として中炭素鋼を使用し、その素形材の全体を焼入れによる熱処理で硬化させるため、炭素勾配がなく十分な硬化深さが得られる。その結果、シェービング加工を省略して熱処理後の仕上げ加工で取り代が増加しても、表層の硬さと硬化深さを十分に確保でき、耐摩耗性の低下を招くことはない。また、熱処理後にポケットのボール転走面を仕上げ加工するため大幅に寸法精度が向上する。そのため、ボールのマッチングも不要となり大幅に低コスト化を実現できる。さらに、通常の焼入れのため処理温度も低く処理時間が大幅に短いため、熱処理変形も小さく熱処理コストも大幅に削減できる。このように、内外輪の形状を変更することなく、ケージの高強度化、ポケット寸法の高精度化および製品の低コスト化を実現することができる。 According to the present invention, medium carbon steel is used as a shape material containing a predetermined amount of carbon, and the entire shape material is hardened by heat treatment by quenching, so that there is no carbon gradient and a sufficient hardening depth is obtained. It is done. As a result, even if the shaving process is omitted and the machining allowance is increased in the finishing process after the heat treatment, the hardness and the curing depth of the surface layer can be sufficiently secured, and the wear resistance is not lowered. In addition, since the ball rolling surface of the pocket is finished after the heat treatment, the dimensional accuracy is greatly improved. This eliminates the need for ball matching and can greatly reduce the cost. Furthermore, since the treatment temperature is low and the treatment time is significantly short due to normal quenching, the heat treatment deformation is small and the heat treatment cost can be greatly reduced. In this way, it is possible to achieve higher strength of the cage, higher accuracy of the pocket dimensions, and lower cost of the product without changing the shape of the inner and outer rings.
図1は、本発明に係る等速自在継手の実施形態で、ボールフィックス型等速自在継手(BJ)を例示する。なお、本発明は、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、他のタイプの等速自在継手にも適用可能である。 FIG. 1 is an embodiment of a constant velocity universal joint according to the present invention, and illustrates a ball fixed type constant velocity universal joint (BJ). The present invention is also applicable to other types of constant velocity universal joints such as a double offset type constant velocity universal joint (DOJ) and a Lebro type constant velocity universal joint (LJ).
この等速自在継手は、外輪10と内輪20とトルク伝達ボール30とケージ40とを主要な構成要素として成り立っている。外輪10は球形の内周面11を有し、その内周面11に、軸方向に沿って曲線状に延びる複数のトラック溝12が周方向に等間隔で形成されている。内輪20は球形の外周面21を有し、その外周面21に、軸方向に沿って曲線状に延びる複数(外輪10のトラック溝12と同数)のトラック溝22が形成されている。
This constant velocity universal joint includes an
外輪10のトラック溝12と内輪20のトラック溝22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1個ずつトルク伝達ボール30が組み込んである。トルク伝達ボール30は外輪10と内輪20との間に介在してトルクを伝達する役割を果たす。各トルク伝達ボール30は、ケージ40の円周方向に形成されたポケット41内に保持されている。なお、ボール個数が増加するとケージ40の強度が低下することから、ボール個数が多い方がこの実施形態はより一層効果を発揮する。
The
ケージ40は、軸方向に短い略円筒形状を有し、球形外面42が外輪10の内周面11に接触案内され、球形内面43が内輪20の外周面21に接触案内される。このケージ40には、図2(a)(b)に示すようにトルク伝達ボール30を収容するポケット41が形成されている。ポケット41のケージ軸方向で対向する一対の側面44は平行面とされ、その一対の側面44の間隔(ポケット幅)はトルク伝達ボール30の球形と略等しく、各側面44はトルク伝達ボール30の転走面となっている。
The
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30は、常に、外輪10の回転軸と内輪20の回転軸とがなす角を二等分する平面内に位置し、これにより、継手の等速性が確保される。
When torque is transmitted with the joint at an operating angle, the
以下、前述した等速自在継手の構成部品の一つであるケージ40とその製造方法について、本発明の実施形態を背景技術と比較しながら詳述する。図3は背景技術におけるケージ50の製造工程、図4は本発明の実施形態におけるケージ40の製造工程を示す。また、図5および図6は背景技術におけるケージ50のポケット51を示す要部拡大図、図7は本発明の実施形態におけるケージ40のポケット41を示す要部拡大図である。
Hereinafter, the
まず、背景技術におけるケージ50は、以下の工程を経て製造されるのが一般的である。図3に示すように短円筒状の素形材Q1の外面および内面を旋削して球形外面52および球形内面53を形成する旋削工程(ア)と、素形材Q2を打抜きプレスして複数のポケット51を素形材周方向に形成するプレス工程(イ)と、素形材Q3のポケット51の内周をシェービングしてその素形材軸方向で対向する一対の側面54を切削するシェービング工程(ウ)と、シェービング加工後の素形材Q4の表面硬さを浸炭焼入れにより高める熱処理工程(エ)と、熱処理後の素形材Q5の球形外面52および球形内面53を研削する研削工程(オ)と、研削後の素形材Q6についてポケット51の素形材軸方向で対向する一対の側面54を切削する仕上げ工程(カ)とからなる。
First, the
なお、素形材Q1としては、例えばSCr415等の低炭素の肌焼き鋼が使用されていた。また、熱処理条件としては、930℃で浸炭拡散処理を5時間行い、その後、850℃で油焼入れ焼戻しを行っていた。 As the raw material Q 1 , for example, low-carbon case-hardened steel such as SCr415 was used. As heat treatment conditions, carburizing diffusion treatment was performed at 930 ° C. for 5 hours, and then oil quenching and tempering were performed at 850 ° C.
この製造方法で製作されたケージ50では、そのポケット51のケージ軸方向で対向する一対の側面54が図5に示す形状となる。すなわち、プレス加工による剪断面Y1とシェービング加工による切削面Y2と熱処理後の仕上げ面Y3とからなる三段の加工面が形成されている。このケージ50におけるポケット51の側面54では、シェービング加工取り代が0.3mm、仕上げ加工取り代が0.1mm、有効硬化深さが仕上げ面から1.0mm、表層硬さがHv715となっている。
In the
従来のケージ50の製造において、シェービング加工を省略して打抜きプレス後に熱処理すると、ポケット51のケージ軸方向で対向する一対の側面54は図6に示す形状となる。すなわち、プレス加工による剪断面Y1と熱処理後の仕上げ面Y3とからなる二段の加工面が形成されている。このケージ50におけるポケット51の側面54では、仕上げ加工取り代が0.3mm、有効硬化深さが仕上げ面から0.7mm、表層硬さがHv630となっている。この場合、前述したシェービング工程を有する場合を基準とすると、30%の摩耗増加が生じた。このようにシェービング加工を省略した場合、浸炭の硬化深さが減少し、硬度も低下することから、耐摩耗性が著しく低下する。
In the manufacturing of the
そこで、本発明の実施形態におけるケージ40を、以下の工程を経て製造することとした。図4に示すように短円筒状素形材P1の外面および内面を旋削して球形外面42および球形内面43を形成する旋削工程(ア)と、素形材P2を打抜きプレスして複数のポケット41を素形材周方向に形成するプレス工程(イ)と、ポケット形成後の素形材P4の全体を焼入れ焼戻しする熱処理工程(ウ)と、熱処理後の素形材P5の球形外面42および球形内面43を研削する研削工程(エ)と、研削後の素形材P6についてポケット41の素形材軸方向で対向する一対の側面44を切削する仕上げ工程(オ)とからなる。
Therefore, the
なお、素形材P1としては、AISI1060の中炭素鋼を使用した。また、熱処理条件としては、850℃で加熱油焼入れ焼戻しを1.5時間行った。この方法では、プレス加工後、シェービング加工を省略し、素形材P2の全体を通常の焼入れ焼戻しして硬化させた。 As the raw material P 1 , AISI 1060 medium carbon steel was used. As heat treatment conditions, heating oil quenching and tempering were performed at 850 ° C. for 1.5 hours. In this method, after the pressing process, the shaving process was omitted, and the entire shaped material P 2 was cured by ordinary quenching and tempering.
この製造方法で製作されたケージ40では、シェービング加工を省略して打抜きプレス後に熱処理することにより、ポケット41のケージ軸方向で対向する一対の側面44は図7に示す形状となった。すなわち、プレス加工による剪断面X1と熱処理後の仕上げ面X3とからなる二段の加工面が形成されている。
In the
従来品のケージ50と本実施品のケージ40とを比較すると下表のようになる。
上表から明らかなように従来品では表面異常層が4μmであるのに対して、本実施品では表面異常層が1μmとなった。また、捩り強度に関しては、従来品を基準した場合、本実施品では、25.5%強度が上昇した。さらに、従来品で表面硬化(1.2mm)がHRC60、芯部がHRC35であるのに対して、本実施品で全硬化がHRC60.5、芯部がHRC58となったことから、耐摩耗性の観点では、HRC58以上が好ましい。 As is apparent from the above table, the surface abnormal layer is 4 μm in the conventional product, whereas the surface abnormal layer is 1 μm in the present product. In addition, regarding torsional strength, when the conventional product is used as a standard, the strength of this product increased by 25.5%. Furthermore, the surface hardening (1.2 mm) of the conventional product is HRC60 and the core part is HRC35, whereas the total hardening is HRC60.5 and the core part is HRC58 in this product, so that the wear resistance is high. From the viewpoint, HRC58 or higher is preferable.
なお、前述した素形材は、(1)鋼管→切断→据込みプレス、(2)鋼管→切断→旋削→冷間ローリング、(3)鋼管→切断→冷間ローリング→旋削、(4)中実材→熱鍛→焼準→冷間ローリング→旋削などの工法により製作することが可能である。 In addition, the above-mentioned shapes are (1) steel pipe → cutting → upsetting press, (2) steel pipe → cutting → turning → cold rolling, (3) steel pipe → cutting → cold rolling → turning, (4) It can be manufactured by actual methods-> hot forging-> normalizing-> cold rolling-> turning.
10 外輪
12 トラック溝
20 内輪
22 トラック溝
30 トルク伝達ボール
40 ケージ
41 ポケット
44 ボール転走面(側面)
P1 素形材
X1 剪断面
X3 仕上げ面
10
P 1 element X 1 shear surface X 3 finished surface
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