JP5160316B2 - 等速ジョイント用ボール及びその製造方法 - Google Patents

等速ジョイント用ボール及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5160316B2
JP5160316B2 JP2008150856A JP2008150856A JP5160316B2 JP 5160316 B2 JP5160316 B2 JP 5160316B2 JP 2008150856 A JP2008150856 A JP 2008150856A JP 2008150856 A JP2008150856 A JP 2008150856A JP 5160316 B2 JP5160316 B2 JP 5160316B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
constant velocity
ring member
ball
velocity joint
depth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2008150856A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2009293780A (ja
Inventor
貴文 村上
直人 柴田
俊太 大迫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2008150856A priority Critical patent/JP5160316B2/ja
Priority to CN2009801213873A priority patent/CN102057173B/zh
Priority to US12/996,665 priority patent/US8317943B2/en
Priority to PCT/JP2009/059404 priority patent/WO2009150928A1/ja
Publication of JP2009293780A publication Critical patent/JP2009293780A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5160316B2 publication Critical patent/JP5160316B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/20Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
    • F16D3/22Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
    • F16D3/223Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
    • F16D3/224Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts the groove centre-lines in each coupling part lying on a sphere
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/25Hardening, combined with annealing between 300 degrees Celsius and 600 degrees Celsius, i.e. heat refining ("Vergüten")
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/002Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/04Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
    • C21D7/06Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface by shot-peening or the like
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/36Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for balls; for rollers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001Austenite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008Martensite
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2250/00Manufacturing; Assembly
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2300/00Special features for couplings or clutches
    • F16D2300/10Surface characteristics; Details related to material surfaces
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/47Burnishing
    • Y10T29/479Burnishing by shot peening or blasting

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Description

本発明は、等速ジョイントを構成する外輪部材と内輪部材との間に介在される等速ジョイント用ボール及びその製造方法に関する。
自動車車体には、内燃機関等のエンジンからの駆動力をタイヤまで伝達するべく、複数個の回転軸と、回転軸同士の間に介装された等速ジョイントとを有する駆動力伝達機構が搭載される。例えば、ドライブシャフトとハブとは、外輪部材と内輪部材との間に等速ジョイント用ボール(以下、転動ボールともいう)が介在されたバーフィールド型等速ジョイントを介して互いに変位自在に連結されている。
近年、自動車の燃料消費率を向上させる目的で、自動車車体、ひいては該自動車車体を構成する各種の部材を軽量化することが種々検討されている。この観点から、バーフィールド型等速ジョイントにも一層の軽量化、換言すれば、小型化が希求されている。
しかしながら、小形状の部材は一般的に剛性が低く、このため、バーフィールド型等速ジョイントでは、外輪部材や転動ボール等の耐久性が低下することになる。これを回避するべく、特許文献1では、外輪部材及び内輪部材のボール溝の表面粗さを10〜30μmに設定するとともに、化成処理を施した後、さらに潤滑剤皮膜を形成することが提案されている。
一方、転動ボールの長寿命化に関しては、特許文献2に、転動ボールの材質として軸受鋼ないし軸受鋼相当材を採用するとともに、この転動ボールに窒化処理を施して表面残留オーステナイト量を増加させ、その後、耐圧砕荷重処理を施すことが有効であるとの開示がある。
ここで、特許文献2記載の従来技術において、耐圧砕荷重処理を施す理由は、窒化処理が施されたのみの転動ボールでは圧砕荷重が低下して、却って割れが生じ易くなるためである(段落[0005]参照)。なお、該特許文献2には、耐圧砕荷重処理の具体例として、焼戻し処理を180〜230℃の温度範囲で行うことが挙げられている。すなわち、この場合、窒化処理時に硬度が上昇することに伴って脆性が高くなるので、上記の温度範囲で焼戻し処理を行うことによって表面硬度をHRC(Cスケールのロックウェル硬度)で60〜64に下げるようにしている。
特開2000−145804号公報 特開2002−122145号公報
本発明者らの鋭意検討によれば、特許文献1、2に記載されるような対処を行うと、転動ボールの表面から剥離が起こる場合が認められた。換言すれば、特許文献1、2記載の従来技術では、転動ボールの耐久性を確保することが容易ではない。
また、特許文献2記載の従来技術では、転動ボールの表面硬度を低下させるようにしているが、転動ボールには耐摩耗性が希求されることから、本来、転動ボールの表面硬度は高い方が望ましい。表面硬度が高い方が、耐摩耗性が良好となるからである。
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、安価な材質を用い、且つ耐久性及び耐摩耗性に優れる等速ジョイント用ボール及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、SUJ2等の安価な鋼材からなる等速ジョイント用ボールを小型化すると割れ等の欠陥が発生し易くなる原因につき究明する過程で、前記欠陥が生じた部位の金属組織に、ナイタール腐食液を用いた際に白色を呈する白色組織が生成しているとの知見を得た。そして、白色組織が、鋼材に含まれる炭素が減少することに起因して生成することから、欠陥が発生する理由が、金属組織(鋼材)に含まれる炭素が減少して強度・靭性が低下したためであると推察した。
等速ジョイント用ボールは、等速ジョイントを介して連結された回転軸が回転動作する際、外輪部材のボール溝、又は内輪部材のボール溝に対して摺接する。換言すれば、転動ボールと、外輪部材及び内輪部材との間で相対的な転がり・滑りが生じ、これに伴ってせん断応力とともに摩擦熱が発生する。本発明者らは、このようにしてせん断応力及び摩擦熱が発生することによって、炭素が減少すると考えた。
そこで、等速ジョイント用ボールに大きな圧縮残留応力を付与することが想起される。この場合、前記の転がり・滑りに伴ってせん断応力が生じると、圧縮残留応力がこれを吸収するからである。しかしながら、例えば、等速ジョイント用ボールの表面の圧縮残留応力を−1000MPaと大きくしても、欠陥が生じることを回避することは困難である。
本発明者らは、この理由につき鋭意検討を重ねる過程で、等速ジョイント用ボールの表面からの深さが0.1〜0.2mmである部位に集中して欠陥が発生しているとの知見を得た。この知見から、ヘルツ応力の理論と同様に、表面よりも内部でせん断応力が最大となっているとの結論に達した。
そこで、表面からの深さが0.1〜0.2mmの部位の圧縮残留応力を−1000MPa以上としたところ、等速ジョイント用ボールの表面から剥離が起こることが認められるようになった。この点につき、本発明者らは、等速ジョイント用ボールの表面からの深さが0.02〜0.03mmの間、特に0.025mm近傍で、亀裂が生じているとの知見を得た。この知見から、本発明者らは、表面からの深さが0.1〜0.2mmの部位の圧縮残留応力が大きくなったことに伴い、亀裂の起点が等速ジョイント用ボールの極最表面に移動したと推察し、さらなる鋭意検討を重ね、本発明をするに至った。
すなわち、本発明は、等速ジョイントを構成する外輪部材と内輪部材との間に介在され、前記外輪部材から前記内輪部材に、又はその逆方向に回転力を伝達する等速ジョイント用ボールであって、
日本工業規格に規定される高炭素クロム軸受鋼相当材を素鋼として形成され、
表面からの深さが0.1mmである第1部位から0.2mmである第2部位に至る領域の圧縮残留応力が−1000MPa以上を示し、
且つ表面から前記第1部位にわたって、金属組織内にオーステナイトが10〜25体積%存在することを特徴とする。ここで、本発明における「−1000MPa以上」は、−1000MPaよりも絶対値が大きい負の数値であることを意味する。すなわち、例えば、−1200MPaは−1000MPaよりも大きい圧縮残留応力であり、一方、−950MPaは−1000MPaよりも小さい圧縮残留応力である。
また、「高炭素クロム軸受鋼相当材」とは、日本工業規格であるJIS G 4805に規定されるSUJ1〜SUJ5の中のいずれかと同等の組成を有する鋼材を指称する。
上記したように、金属組織からの炭素の減少、ひいてはせん断応力の作用は、等速ジョイント用ボールの表面からの深さが0.1〜0.2mmである部位で最も大きくなると推察される。そこで、表面からの深さが0.2mmである部位における圧縮残留応力を−1000MPa以上と大きくする。これにより、該等速ジョイント用ボールと外輪部材及び内輪部材との間に相対的な転がり・滑りが生じて該等速ジョイント用ボールの内部にせん断応力が発生した際、該せん断応力が前記圧縮残留応力によって効果的に吸収され、その結果、炭素が減少することが抑制される。
このことから諒解されるように、所定の深さの圧縮残留応力を大きくすることにより、炭素が減少すること、ひいては強度や靭性が低下して欠陥が発生することを回避することができる。このため、等速ジョイント用ボールの材質として安価な鋼材を採用することも可能となるので、耐久性に優れる等速ジョイント用ボールを低コストで作製することもできる。
その一方で、表面から第1部位(表面からの深さが0.1mmである部位)に至るまでの金属組織中に、オーステナイトを10〜25体積%含ませる。オーステナイトは、パーライトやマルテンサイトに比して軟質な析出物であり、従って、表面から第1部位にかけての靭性が向上する。これにより、剥離の原因となる亀裂が表面近傍に発生することが抑制される。すなわち、剥離が起こることが回避され、その結果、耐久性が確保された転動ボールとなる。
しかも、金属組織中にオーステナイトを10〜25体積%含ませて靭性を向上させたことにより、該転動ボールの表面硬度が高い場合であっても剥離が起こり難くなる。例えば、この転動ボールでは、表面硬度をHRCで62〜68とすることも可能である。
そして、これにより、耐摩耗性も確保される。
なお、一般的な転動ボールでは、亀裂は、表面から前記第1部位の間の領域で発生し易い傾向にある。このため、表面からの深さが0.1mmである部位の圧縮残留応力は、深さが0.2mmである部位に比して大きいことが好ましい。このように表面側の方の圧縮残留応力を大きくすることにより、該表面側に亀裂が発生することを抑制することができるからである。
表面からの深さが0.1mmである部位の圧縮残留応力は、例えば、−1150MPa以上に設定すればよい。
また、本発明は、等速ジョイントを構成する外輪部材と内輪部材との間に介在され、前記外輪部材から前記内輪部材に、又はその逆方向に回転力を伝達する等速ジョイント用ボールの製造方法であって、
日本工業規格に規定される高炭素クロム軸受鋼相当材からなる球体に対し、840〜900℃に加熱した後、表面から深さが0.1mmである第1部位までオーステナイトが10〜25体積%残留する条件下で冷却を行う焼入れ処理工程と、
焼入れ処理が施された前記球体に対し、150℃以上で焼戻し処理を施す焼戻し処理工程と、
焼戻し処理が施された前記球体に対してショットピーニング処理を施し、前記第1部位から、表面からの深さが0.2mmである第2部位に至る領域に−1000MPa以上の圧縮残留応力を付与するショットピーニング処理工程と、
を有することを特徴とする。
このような過程を経ることにより、上記したように、表面から内部にわたって欠陥が発生し難く、耐久性に優れた等速ジョイント用ボールを得ることが可能となる。
なお、高炭素クロム軸受鋼相当材の好適な例としては、SUJ2相当材を挙げることができる。SUJ2相当材は安価であるので、コスト的に有利となる。
本発明においては、等速ジョイント用ボールにおける欠陥発生の原因となる白色組織が生成し易い部位(表面からの深さ0.1〜0.2mm)の圧縮残留応力を大きくすることで、該等速ジョイント用ボールと外輪部材及び内輪部材との間に相対的な転がり・滑りが生じたときに該部位に発生したせん断応力を吸収するとともに、表面〜表面からの深さ0.1mmの部位の金属組織中にオーステナイトを10〜25体積%含ませ、靭性を大きくするようにしている。このため、内部で白色組織が生成することが抑制され、且つ極表面で剥離が生じることが回避されるので、安価な鋼材であっても欠陥が発生し難くなる。
換言すれば、本発明によれば、表面からの深さが0.1〜0.2mmである部位の圧縮残留応力を−1000MPa以上と大きくし、且つ極表面の金属組織中のオーステナイト量を多くしたことにより、安価な高炭素クロム軸受鋼相当材からなる等速ジョイント用ボールであっても、耐久性に優れるものを構成することができる。
以下、本発明に係る等速ジョイント用ボール及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
図1は、バーフィールド型等速ジョイント(以下、単に等速ジョイントともいう)10の概略断面図である。この等速ジョイント10は、外輪部材12と、内輪部材14とを有し、これら外輪部材12と内輪部材14との間に、本実施の形態に係る転動ボール16(等速ジョイント用ボール)が介在されている。
外輪部材12は、軸部18と、開口した筒状部20とを有し、該筒状部20の湾曲した内壁には、互いに等角度で離間した6個のボール溝22a〜22fが設けられている。
筒状部20の内部には、前記内輪部材14がリテーナ24に保持された状態で挿入されている。ここで、内輪部材14には、直径方向外方に膨出するように湾曲した外周面を切り欠くようにして、外輪部材12のボール溝22a〜22fと同数個のインナ側ボール溝26a〜26fが設けられている。また、一端面から他端面にかけて貫通孔27が設けられている。この貫通孔27には、ドライブシャフトDSが嵌合される。
一方、リテーナ24には、該リテーナ24の内壁から外壁まで貫通した窓28が設けられている。前記転動ボール16は、この窓28に収容されるとともに、外輪部材12のボール溝22a〜22fと内輪部材14のインナ側ボール溝26a〜26fに挿入されている。
ここで、前記転動ボール16の表面近傍の断面を拡大して図2に示す。該図2中の参照符号30、32、34は、それぞれ、転動ボール16の表面、該表面30からの深さが0.1mmである第1部位、該表面30からの深さが0.2mmである第2部位を表す。また、参照符号Oは、転動ボール16の中心である。
図3に、直径が19/32インチである転動ボール16の表面30からの深さと圧縮残留応力との関係をグラフにして示す。本実施の形態に係る転動ボール16において、表面30、第1部位32、第2部位34における圧縮残留応力は、それぞれ、−1200MPa、−1180MPa、−1020MPaであり、いずれも−1000MPa以上である。また、図3から諒解されるように、第1部位32から第2部位34にわたる部位の圧縮残留応力も−1000MPa以上を示す。
なお、この場合、転動ボール16は、高炭素クロム軸受鋼であるSUJ2を素鋼として形成されている。
このような構成の転動ボール16が組み込まれた前記等速ジョイント10(図1参照)は、自動車車体に搭載されて駆動力伝達機構を構成し、エンジンからの駆動力をタイヤまで伝達する役割を果たす。
自動車が走行する際に運転者がステアリングを操作することで進路変更が行われたり、凹凸が大きな道路を通過したりすることに伴い、ドライブシャフトDSが変位する。このため、等速ジョイント10では、転動ボール16が外輪部材12のボール溝22a〜22f、内輪部材14のインナ側ボール溝26a〜26fに摺接する。すなわち、転動ボール16と、外輪部材12及び内輪部材14との間で相対的な転がり・滑りが生じ、せん断応力とともに摩擦熱が発生する。
このせん断応力及び摩擦熱は、特に、転動ボール16の第1部位32から第2部位34(図2参照)にわたる部位に負荷を及ぼす。この負荷により、該部位の金属組織から炭素が減少する。
炭素が減少した金属組織は、ナイタール腐食液で腐食させた際に白色を呈する、いわゆる白色組織となる。この白色組織は脆性であり、従って、剥離や亀裂の原因となる。
しかしながら、本実施の形態においては、図3に示されるように、第1部位32から第2部位34にわたって圧縮残留応力が−1000MPa以上に設定されている。圧縮残留応力がこのように大きい部位では、前記のせん断応力が作用した際、該せん断応力が吸収される。従って、炭素が減少して白色組織となる組織変化が起こり難くなる。
すなわち、本実施の形態によれば、転動ボール16の第2部位34に大きな圧縮残留応力を予め付与したことに伴って表面30からの深さが0.1mm(第1部位32)から0.2mm(第2部位34)にわたる部位の圧縮残留応力を大きくし、これにより該部位にせん断応力を吸収させるようにしたので、この部位に白色組織が生成することを抑制することができる。
第2部位34よりも深い部位では、白色組織が元々生成し難い。従って、第1部位32から第2部位34にわたる部位の圧縮残留応力を大きくすることのみで、転動ボール16全体にわたって、剥離や亀裂の原因である白色組織が生成することを回避することができる。
そして、このように白色組織が生成することを回避するようにした結果、SUJ2のような安価な鋼材からなる転動ボール16であっても、剥離や亀裂が生じることが防止される。すなわち、長寿命を示す転動ボール16を低コストで作製することが可能となる。
ここで、転動ボール16の表面30から深さ0.5mmに至るまでの金属組織中のオーステナイト量を、一般的なSUJ2からなる転動ボールにおける表面から深さ0.5mmに至るまでの金属組織中のオーステナイトと併せて図4に示す。この図4から諒解されるように、SUJ2からなる転動ボールでは、オーステナイト量は最大でも約9体積%である。これに対し、本実施の形態に係る転動ボール16では、表面30におけるオーステナイト量は約16体積%であり、第1部位32では14.8体積%である。さらに、深さ0.5mmに至るまで、オーステナイト量は14体積%を超える。
このように、転動ボール16は、SUJ2からなる転動ボールに比して、表面30から第1部位32に至るまでの領域の金属組織中に存在するオーステナイト量が多い。オーステナイトは、パーライトやマルテンサイトに比して軟質であるため、オーステナイト量が多いこの領域では靭性が向上する。このため、極表面、すなわち、表面30〜第1部位32までの領域に、剥離の原因である亀裂が発生し難い。
その上、この転動ボール16は、表面30の靭性が大きいので、表面硬度を大きくすることができる。具体的には、HRCで62〜68とすることが可能である。これにより、表面30の耐摩耗性も確保される。
この転動ボール16は、以下のようにして製造することができる。
先ず、SUJ2相当材(素鋼)からなる球体に対して焼入れ処理を施す。すなわち、該球体を840〜900℃に加熱し、その後、この球体を冷却する。ここで、この冷却は、該球体の表面30から深さ0.1mmである第1部位32に至る領域に、オーステナイトが10〜25体積%残留する条件下で行う。
通常、素鋼の金属組織中にはパーライトが存在する。このパーライトは、前記加熱によってオーステナイトに変化する。一般的に、オーステナイトは、後過程の冷却時にマルテンサイトに変態するが、本実施の形態においては、冷却速度を小さくしてマルテンサイト析出開始温度(Ms点)に到達するまでの時間を遅くする。これにより、冷却後に金属組織中に残留するオーステナイト量を多くすることができる。
なお、実際の冷却速度は、転動ボール16の直径に応じて設定すればよい。
次に、前記球体に対し、150℃以上で焼戻し処理を施す。これにより、前記焼入れ処理によって形成された金属組織が安定化する。
次に、前記球体に対して圧縮残留応力を付与する。この付与にあたっては、例えば、特開昭61−270331号公報又は特開平11−19828号公報に記載された公知の処理方法・装置を用いるようにすればよい。すなわち、焼入れ・焼戻しが施された転動ボール16を複数個バレルに収容し、次に、バレルを回転させて転動ボール16とバレルの内壁、又は転動ボール16同士を衝突させるようにすればよい。この衝突が繰り返されることにより、転動ボール16に圧縮残留応力が付与される。
転動ボール16において、圧縮残留応力が最大となる深さは、転動ボール16の直径寸法や処理条件に応じて変化する。例えば、直径が3/8インチの転動ボール16に対し、特開平11−19828号公報に記載の装置を用いて処理を行う場合、バレルと軸線が同一であり且つ該バレルと逆方向に回転する支持軸の回転数を50rpm、処理時間を90分としたとき、表面30からの深さが0.1mmの部位(第1部位32)の残留圧縮応力が最大となり、その値はおよそ−960MPaである。また、前記支持軸の回転数を65rpm、処理時間を90分としたとき、表面30からの深さが0.15mmの部位の残留圧縮応力が最大となり、その値はおよそ−1000MPaである。
このことから諒解されるように、支持軸の回転数を上昇させることによって、転動ボール16における圧縮残留応力の最大値と、この最大値をとる深さとを制御することが可能となる。例えば、図3に示すように、直径19/32インチの転動ボール16における第1部位32及び第2部位34の各圧縮残留応力を−1180MPa、−1020MPaとするには、支持軸の回転数を50rpmに設定し、回転時間を2.5時間とすればよい。
前記図3には、支持軸の回転数を低くし、直径が19/32インチであり且つ表面30からの深さが0.1mm、0.2mmである部位の各圧縮残留応力が−870MPa、−500MPaである比較例1、同一直径で且つ表面からの深さが0.1mm、0.2mmである部位の各圧縮残留応力が−510MPa、−380MPaである比較例2の転動ボールにおける表面からの深さと圧縮残留応力との関係が併せて示されている。すなわち、比較例1、2の転動ボールにおいては、白色組織が生成し易い部位の圧縮残留応力は、−1000MPa以下である。
この図3から、本実施の形態に係る転動ボール16と、比較例2の転動ボールとで表面の圧縮残留応力が略同等であるにも関わらず、両ボールの耐久性に著しい差があることも分かる。このことから、第2部位34における圧縮残留応力を−1000MPa以上とし、これにより白色組織が生成し易い第1部位32から第2部位34にわたって圧縮残留応力を大きくすることで、転動ボールの耐久性が向上することが認められる。
図5は、本実施の形態に係る転動ボール16、表面からの深さが0.1mm〜0.2mmに至る領域の圧縮残留応力が転動ボール16と略同等ではあるものの表面〜深さ0.1mmに至る領域のオーステナイト量が10%を下回る転動ボールA、及びSUJ2からなる転動ボールBのワイブル確率プロットであり、横軸は時間である。この図5から、転動ボールB、転動ボールA、転動ボール16の順で寿命が長期化していることが明らかである。
以上のように、本実施の形態によれば、耐久性に優れた転動ボール16を得ることができる。
なお、上記した実施の形態においては、SUJ2を素鋼として作製された転動ボール16を例示して説明したが、転動ボール16の材質はSUJ2に限定されるものではなく、高炭素クロム軸受鋼相当材であればよい。すなわち、SUJ1相当材であってもよく、SUJ3相当材、SUJ4相当材又はSUJ5相当材であってもよい。
本実施の形態に係る等速ジョイント用ボール(転動ボール)が組み込まれて構成されたバーフィールド型等速ジョイントの概略断面図である。 図1の転動ボールの要部拡大断面図である。 本実施の形態に係る転動ボール、及び比較例1、2の転動ボールにおける表面からの深さと圧縮残留応力との関係を示すグラフである。 本実施の形態に係る転動ボール、及びSUJ2からなる転動ボールにおける表面から深さ0.5mmに至るまでの金属組織中のオーステナイト量を示すグラフである。 本実施の形態に係る転動ボール、表面〜深さ0.1mmに至る領域のオーステナイト量が10%を下回る転動ボール、及びSUJ2からなる転動ボールのワイブル確率プロットである。
符号の説明
10…バーフィールド型等速ジョイント 12…外輪部材
14…内輪部材 16…転動ボール
22a〜22f…ボール溝 24…リテーナ
26a〜26f…インナ側ボール溝 30…表面
32…第1部位 34…第2部位
DS…ドライブシャフト

Claims (3)

  1. 等速ジョイントを構成する外輪部材と内輪部材との間に介在され、前記外輪部材から前記内輪部材に、又はその逆方向に回転力を伝達する等速ジョイント用ボールであって、
    日本工業規格に規定される高炭素クロム軸受鋼相当材を素鋼として形成され、
    表面からの深さが0.1mmである第1部位から0.2mmである第2部位に至る領域の圧縮残留応力が−1000MPa以上を示し、
    且つ表面から前記第1部位にわたって、金属組織内にオーステナイトが10〜25体積%存在することを特徴とする等速ジョイント用ボール。
  2. 請求項1記載の等速ジョイント用ボールにおいて、前記第1部位での圧縮残留応力が−1150MPa以上であることを特徴とする等速ジョイント用ボール。
  3. 等速ジョイントを構成する外輪部材と内輪部材との間に介在され、前記外輪部材から前記内輪部材に、又はその逆方向に回転力を伝達する等速ジョイント用ボールの製造方法であって、
    日本工業規格に規定される高炭素クロム軸受鋼相当材からなる球体に対し、840〜900℃に加熱した後、表面から深さが0.1mmである第1部位までオーステナイトが10〜25体積%残留する条件下で冷却を行う焼入れ処理工程と、
    焼入れ処理が施された前記球体に対し、150℃以上で焼戻し処理を施す焼戻し処理工程と、
    焼戻し処理が施された前記球体に対してショットピーニング処理を施し、前記第1部位から、表面からの深さが0.2mmである第2部位に至る領域に−1000MPa以上の圧縮残留応力を付与するショットピーニング処理工程と、
    を有することを特徴とする等速ジョイント用ボールの製造方法。
JP2008150856A 2008-06-09 2008-06-09 等速ジョイント用ボール及びその製造方法 Active JP5160316B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008150856A JP5160316B2 (ja) 2008-06-09 2008-06-09 等速ジョイント用ボール及びその製造方法
CN2009801213873A CN102057173B (zh) 2008-06-09 2009-05-22 用于等速万向节的球及其生产方法
US12/996,665 US8317943B2 (en) 2008-06-09 2009-05-22 Ball for constant velocity joint and method for producing the same
PCT/JP2009/059404 WO2009150928A1 (ja) 2008-06-09 2009-05-22 等速ジョイント用ボール及びその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008150856A JP5160316B2 (ja) 2008-06-09 2008-06-09 等速ジョイント用ボール及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009293780A JP2009293780A (ja) 2009-12-17
JP5160316B2 true JP5160316B2 (ja) 2013-03-13

Family

ID=41416639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008150856A Active JP5160316B2 (ja) 2008-06-09 2008-06-09 等速ジョイント用ボール及びその製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8317943B2 (ja)
JP (1) JP5160316B2 (ja)
CN (1) CN102057173B (ja)
WO (1) WO2009150928A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011236993A (ja) * 2010-05-12 2011-11-24 Mitsubishi Electric Corp スタータ用クラッチ
JP5999485B2 (ja) * 2012-07-04 2016-09-28 大同特殊鋼株式会社 水素脆性型の面疲労強度に優れた浸炭窒化部品
RU2607011C2 (ru) * 2012-09-28 2017-01-10 Бомбардье Рекриэйшенел Продактс Инк. Шарнир равных угловых скоростей с охлаждающим кольцом

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61270331A (ja) 1985-05-23 1986-11-29 Amatsuji Koukiyuu Seisakusho:Kk 鋼球の表面硬化処理方法
JPH02168022A (ja) * 1988-12-22 1990-06-28 Toyota Motor Corp 軸受部品
JP2921112B2 (ja) * 1990-11-30 1999-07-19 日本精工株式会社 転がり軸受
JP3665876B2 (ja) * 1992-01-24 2005-06-29 光洋精工株式会社 軸受部品の製造方法
JPH05215144A (ja) * 1992-02-10 1993-08-24 Ntn Corp 等速自在継手
JP3771007B2 (ja) 1997-07-01 2006-04-26 株式会社ツバキ・ナカシマ 玉軸受用鋼球の表面硬化処理方法及びその装置
JP2000145804A (ja) 1998-11-09 2000-05-26 Sumikou Junkatsuzai Kk バーフィールド型等速ジョイント
JP3666396B2 (ja) * 1999-02-22 2005-06-29 日本精工株式会社 転がり軸受及びその転動体加工方法
JP2001056031A (ja) * 1999-08-18 2001-02-27 Ntn Corp 等速ジョイント
JP2002122145A (ja) * 2000-10-13 2002-04-26 Nachi Fujikoshi Corp 等速ジョイント用ボール
JP4228725B2 (ja) * 2003-02-28 2009-02-25 株式会社ジェイテクト 転がり、摺動部品の製造方法および転がり軸受
JP5076274B2 (ja) * 2004-03-30 2012-11-21 日本精工株式会社 転がり軸受
JP4576842B2 (ja) * 2004-01-20 2010-11-10 日本精工株式会社 転がり軸受及びこれを用いたベルト式無段変速機
CN2703916Y (zh) * 2004-06-17 2005-06-08 万向钱潮股份有限公司 一种等速万向节
JP2006275171A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Ntn Corp 固定型等速自在継手
JP2007182607A (ja) * 2006-01-06 2007-07-19 Ntn Corp 等速ジョイント用転動部材の製造方法、等速ジョイント用転動部材および等速ジョイント

Also Published As

Publication number Publication date
CN102057173A (zh) 2011-05-11
US20110162765A1 (en) 2011-07-07
WO2009150928A1 (ja) 2009-12-17
JP2009293780A (ja) 2009-12-17
CN102057173B (zh) 2013-07-24
US8317943B2 (en) 2012-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012032926A1 (ja) 等速自在継手の外側継手部材およびその摩擦圧接方法
JP2007024273A (ja) 車輪用軸受装置の製造方法
WO2014057770A1 (ja) 車輪用軸受装置およびその製造方法
JP2001200314A (ja) 車輪軸受装置
CN109154328A (zh) 三球销型等速万向联轴器以及三球销构件的热处理方法
JP2002021858A (ja) 車輪軸受装置
JP2006291250A (ja) 車輪支持用転がり軸受ユニット
JP5160316B2 (ja) 等速ジョイント用ボール及びその製造方法
JP5019727B2 (ja) 車輪用軸受装置
WO2014021428A1 (ja) 等速自在継手用保持器およびこれを組み込んだ固定式等速自在継手、並びにこの固定式等速自在継手を組み込んだドライブシャフト
JP2009121673A (ja) 等速自在継手
EP1925837A1 (en) Uniform speed universal joint
JP3424035B2 (ja) 等速ボールジョイントの外輪
JP2008169941A (ja) 車輪用軸受装置
JP2007182607A (ja) 等速ジョイント用転動部材の製造方法、等速ジョイント用転動部材および等速ジョイント
US7909517B2 (en) Wheel support bearing assembly and manufacturing method thereof
JP5105723B2 (ja) 車輪用軸受装置
JP5105725B2 (ja) 車輪用軸受装置
JP5105722B2 (ja) 車輪用軸受装置
JP2009299759A (ja) 車輪支持用転がり軸受ユニット
JP2008164091A (ja) 等速ジョイント用ボール
JP2008207586A (ja) 車輪用軸受装置およびその製造方法
JP5467710B2 (ja) 固定式等速自在継手およびその外輪の製造方法
JP4855369B2 (ja) 等速自在継手用外側継手部材及び固定式等速自在継手
JP2007050857A (ja) 車輪用軸受装置

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110517

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110719

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111220

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120619

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120914

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20121011

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121113

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121212

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5160316

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151221

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250