JP5322452B2 - 等速ジョイント、等速ジョイント外輪の製造方法およびその製造装置 - Google Patents
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Description
前記外輪は、前記カップ部分の内表面に、溝底に沿う断面形状が円弧状に形成される前記トラック溝、外輪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、前記内径球面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、および、前記トラック溝とカップ入口チャンファとの境界部に前記トラック溝の円弧全域に沿って形成されるトラック入口チャンファを有し、このトラック入口チャンファは断面が凸曲線とされ、
前記外輪は、炭素成分が0.37wt%以上0.61wt%以下である機械構造用炭素鋼から成り、これら、トラック溝、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を含むカップ部分が冷間鍛造により仕上げられていることを特徴とする。前記炭素成分が0.37wt%以上0.61wt%以下である機械構造用炭素鋼は、いわゆる調質鋼の範囲であり、日本工業規格、略称JISのG4051に規定されるS40C〜S58Cに相当する。
また、前記カップ部分の内表面を冷間鍛造により仕上げているため、従来のものに比べて製品の強度を高めることが可能となる。外輪が炭素成分0.37wt%以上と炭素量の多い機械構造用炭素鋼から鍛造仕上げされるので、カップ部分の内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は、0.61wt%以下としたので、硬すぎて加工不能となることなく、冷間鍛造が可能である。また、特に硬い材質を用いなくても、冷間鍛造で成形するため、加工硬化により、外輪のカップ部分の外径部分の硬度が高くなり、剛性の高い高強度の外輪となる。前記カップ部分の内表面を冷間鍛造により一体に仕上げることができるため、この内表面のトラック溝、およびチャンファ等の寸法精度をより高めることができる。また、これらトラック溝、チャンファ等の寸法の相互差を、従来のものより低減することができる。
炭素成分が0.37wt%以上0.61wt%以下である機械構造用炭素鋼に熱間鍛造または温間鍛造を施して、開口端に向けて広がりを持つカップ状の外輪前素材を成形する外輪前素材成形過程と、前記外輪前素材に冷間鍛造を施して、この外輪のカップ部分の内表面における、溝底に沿う断面形状が円弧状に形成される前記トラック溝、外輪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、外輪の内径球面と前記トラック溝との境界部に沿って形成され、断面が凸曲線とされるトラックチャンファ、および、前記トラック溝とカップ入口チャンファとの境界部に前記トラック溝の円弧全域に沿って形成されるトラック入口チャンファを同時に成形する冷間鍛造過程とを有することを特徴とする。
それぞれ前記トラック溝、カップ入口チャンファ、トラックチャンファ、トラック入口チャンファ、内径球面の仕上り形状に沿う形状を有するトラック溝成形部、カップ入口チャンファ成形部、トラックチャンファ成形部、トラック入口チャンファ成形部、および内径球面成形部が一体形成された分割パンチを、パンチベースの周囲に周方向隙間を介して円形に配列したパンチセットと、
このパンチセットの前記各成形部を同外輪前素材のカップ部分の内側に挿入した状態で、前記外輪前素材の外径を絞り込む絞り込みダイスとを有し、
前記パンチセットは、前記パンチベースを分割パンチ配列から軸方向の基端側へ移動させることで、分割パンチの配列径を縮径可能としたものである。
カップ部分は球面状の内表面に、軸方向に沿うトラック溝が周方向に複数形成される。また、カップ部分は、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を有する。
この外輪前素材のカップ部分の内側に、パンチセットの分割パンチに一体形成された、トラック溝成形部,カップ入口チャンファ成形部,トラックチャンファ成形部,トラック入口チャンファ成形部,および内径球面成形部を挿入する。複数の分割パンチは、パンチベースの周囲に周方向隙間を介して円形に配列されている。
この挿入状態で、絞り込みダイスをパンチセットに対して相対移動させる。これにより、外輪前素材の外径は、絞り込みダイスによる絞り込み作用を受けて半径方向内方に縮径する。その絞り込み時に、トラック溝の表面はトラック溝成形部により拘束され、トラック溝がトラック溝成形部により塑性変形すると共に、内径球面が内径球面成形部により塑性変形する。またカップ部分の底部が、パンチセットの傘パンチにより塑性変形する。これにより所定の形状、寸法に仕上げられる。その他請求項1と同様の作用、効果を奏する。
前記外輪は、前記カップ部分の内表面に、溝底に沿う断面形状が円弧状に形成される前記トラック溝、外輪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、前記内径球面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、および、前記トラック溝とカップ入口チャンファとの境界部に前記トラック溝の円弧全域に沿って形成されるトラック入口チャンファを有し、このトラック入口チャンファは断面が凸曲線とされ、
前記外輪は、炭素成分が0.37wt%以上0.61wt%以下である機械構造用炭素鋼から成り、これら、トラック溝、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を含むカップ部分が冷間鍛造により仕上げられているため、鍛造加工後の後加工を低減して加工工数の低減を図ると共に、歩留りの向上を図ることができ、かつ等速ジョイント外輪の剛性も確保できて、材質面からも実用化が可能となる。
炭素成分が0.37wt%以上0.61wt%以下である機械構造用炭素鋼に熱間鍛造または温間鍛造を施して、開口端に向けて広がりを持つカップ状の外輪前素材を成形する外輪前素材成形過程と、前記外輪前素材に冷間鍛造を施して、この外輪のカップ部分の内表面における、溝底に沿う断面形状が円弧状に形成される前記トラック溝、外輪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、外輪の内径球面と前記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、および、前記トラック溝とカップ入口チャンファとの境界部に前記トラック溝の円弧全域に沿って形成され、断面が凸曲線とされるトラック入口チャンファを同時に成形する冷間鍛造過程とを有するため、鍛造加工後の後加工を低減して加工工数の低減を図ると共に、歩留りの向上を図ることができ、かつ等速ジョイント外輪の剛性も確保できて、材質面からも実用化が可能となる。
それぞれ前記トラック溝、カップ入口チャンファ、トラックチャンファ、トラック入口チャンファ、内径球面の仕上り形状に沿う形状を有するトラック溝成形部と、カップ入口チャンファ成形部と、トラックチャンファ成形部と、トラック入口チャンファ成形部と、内径球面成形部とが一体形成された分割パンチを、パンチベースの周囲に周方向隙間を介して円形に配列したパンチセットと、
このパンチセットの前記各成形部を同外輪前素材のカップ部分の内側に挿入した状態で、前記外輪前素材の外径を絞り込む絞り込みダイスとを有し、
前記パンチセットは、前記パンチベースを分割パンチ配列から軸方向の基端側へ移動させることで、分割パンチの配列径を縮径可能としたため、鍛造加工後の後加工を低減して加工工数の低減を図ると共に、歩留りの向上を図ることができ、かつ等速ジョイント外輪の剛性も確保できて、材質面からも実用化が可能となる。
以下、等速ジョイントの全体構成、構成部品、外輪成形金型、および外輪成形方法について順次説明する。
図1は等速ジョイントを示す。この等速ジョイントは、自動車のドライブシャフトの固定側端に設けられる。この等速ジョイントは、外輪1の球形内面2に複数の軸方向に沿うトラック溝3を形成し、内輪4の球形外面5に上記トラック溝3と同数のトラック溝6を設け、その外・内輪1,4のトラック溝3,6間に組込んだトルク伝達ボール7を、両輪1,4間に組込んだケージ8で保持している。トラック溝3,6の本数は、図示の例では、6本としているが、8本であっても、また他の本数であっても良い。外輪1の球形内面2は、上記トラック溝3によって、周方向に並ぶ複数の球形内面部分2a(内径球面に相当)に分かれている。
ケージ8は、外輪1の球形内面部分2aと内輪4の球形外面5とで接触案内される球面9a,9bを内外に有する。外輪1は、カップ部分1aと、このカップ部分1aの底部から軸方向に延びる軸部分1bとを有する。前記カップ部分1aの開口縁に沿ってカップ入口チャンファ11が形成されている。
また、図2(A)に示すように、外輪1のトラック溝3の有効深さH1 は、外輪1の軸心と直交して球形内面2の球面中心を含む直線より角度αsだけ外輪奥側に偏った位置イから外輪開口端に至る範囲にわたって均一深さとされている。
本実施形態では、外輪1の前記球形内面部分2aを冷間鍛造だけで仕上げているため、研削加工の工数を削減し、等速ジョイントの製造コストの低減を図ることができる。ただし、球形内面部分2aは、要求される精度が厳しい場合があり、その場合は、この球形内面部分2aのみ研削仕上げとする。
上記外径部16は、カップ部分1aの周壁部のうちカップ開口側の先端16sから、底部まで繋がる基端16kにわたる外周面全体を言う。一方、この外径部16の硬度が高過ぎると、外径部16のカップ開口側の外径面端縁部16a(図16参照)、ブーツ溝16bの旋削加工等の際、旋削工具の短寿命化等の原因になる。このため、外輪1の外径部16における外径面端縁部16a、ブーツ溝16b付近部の表面硬度を250HV以上350HV以下に規定している。
外輪1の外径部16における外径面端縁部16a、ブーツ溝16b付近部を、上記規定範囲内の表面硬度に規定することにより、外輪1のねじり強度を高めることができると共に、同外径部16の旋削加工等を容易化して工具寿命を長くすることが可能となる。
前記冷間鍛造された外輪1のカップ部分1aのうち、球形内面部分2aおよびトラック溝3に、高周波熱処理を施している。これにより、トルク伝達ボール7やケージ8の接触する外輪接触面を高強度化し、外輪1の耐久性の向上を図っている。
図6、図7は、外輪成形金型となるパンチセット18と絞り込みダイス19とを示す。前記パンチセット18は、パンチセット本体20、パンチホルダ21、複数の分割パンチ22、パンチベース23、傘パンチ24、およびスプリング25を含む。このパンチセット18において、パンチセット本体20の上面に、パンチホルダ21を図示外のボルト等により固定している。
図13(A)に示すように、各割型仕切片26は、横断面が台形状ないし三角形状のテーパ状とされ、かつ図13(B)に示すように、各割型仕切片26の先端が上端側へ狭まるテーパ状の側面形状とされている。これら割型仕切片25間に各分割パンチ22を介在させる。
外輪前素材1Mは、図14、図15に示すように、温間鍛造、熱間鍛造、または亜熱間鍛造による塑性加工でカップ状に成形され、その開口部付近の周壁部分は開口端に向けて広がりを持ち、内周には分割パンチ22(図10)と同数のトラック溝3Mが形成されている。外輪前素材1Mの底部外面の中心には軸部1bが突出している。また、外輪前素材1Mのカップ部分1aの開口端面には、カップ入口チャンファ11Mが、おおよその形状に形成されている。
図6に示すように、この外輪前素材1Mを治具33に設けたうえで絞り込みダイス19の貫通孔部19aに挿入する。その後、絞り込みダイス19に対しパンチセット18を相対移動させると、傘パンチ24が、外輪前素材カップ部分1aの内表面における球面底部に当接し、分割パンチ22が同内表面におけるトラック溝に嵌合する。
これにより、外輪1のカップ部分1aの、トラック溝3、球形内面部分2a、トラックチャンファ12、カップ入口チャンファ11、およびトラック入口チャンファ13のそれぞれが、所定の形状、寸法に仕上げられる。
外輪1が浸炭鋼等ではなく特に機械構造用炭素鋼から成り、この外輪1のトラック溝3、カップ入口チャンファ11、トラックチャンファ12、および、トラック入口チャンファ13を含むカップ部分1aの内表面全体を冷間鍛造により仕上げているため、図16左欄に示すような従来の冷間鍛造後の切削加工や研削加工等を省略することができる。それ故、歩留まりが向上し、等速ジョイントの製造コストの低減を図ることができる。
冷間鍛造の後、球形内面部分2aおよびトラック溝3に、高周波熱処理を施しても良い。機械構造用炭素鋼は浸炭鋼よりも炭素量が多いため、この高周波熱処理を採用し得る。これにより、熱処理の時間短縮を図ると共に、焼入れ深さを深くすることができる。
この等速ジョイントは、図16右欄に示すように、外径面端縁部16aおよびブーツ溝16bを除くカップ部分1aの外径面が冷間鍛造により仕上げられている。前記「外径面」とは、カップ部分1aの周壁部においてカップ開口側の先端16sから、基端16kにわたる外周面全体のうち、カップ開口側の外径面端縁部16aおよび、ブーツの端部を保持するブーツ溝16bを除く残余の部分である。その他前述の図1に示す実施形態と同様の構成となっている。
また、ブーツ溝16bを除くカップ部分1aの前記外径面を冷間鍛造により仕上げているため、このカップ部分1aの外径面の硬度を高め、ねじり強度を高くすることができるうえ、加工工数を低減して製造コストの低減を図ることができる。
この等速ジョイントは、
図1、図2(B)に示すように、外輪1の球形内面部分2aが、冷間鍛造後、研削または焼入れ鋼切削により仕上げられ、
図16右欄に示すように、外径面端縁部16aおよびブーツ溝16bを除くカップ部分1aの前記外径面が冷間鍛造により仕上げられている。その他前述の図1に示す実施形態と同様の構成となっている。
この製造方法は、機械構造用炭素鋼に熱間鍛造または温間鍛造を施して、開口端に向けて広がりを持つカップ状の外輪前素材1Mを成形する外輪前素材成形過程と、前記外輪前素材1Mに冷間鍛造を施して、この外輪1のカップ部分1aにおける外径面の表面硬度を250HV以上350HV以下に規定する冷間鍛造過程とを有する。
特に、外輪前素材1Mが浸炭鋼等ではなく機械構造用炭素鋼であり、カップ部分1aにおける外径面を冷間鍛造により仕上げているため、いわゆる外径面総削り品等よりも加工工数の低減を図ることができるうえ、加工硬化による強度向上を図ることができる。前記加工工数の低減により、歩留まりが向上し、等速ジョイント外輪の製造コストの低減を図ることができる。
機械構造用炭素鋼は浸炭鋼よりも炭素量が多いため、この高周波熱処理を採用し得る。これにより、熱処理の時間短縮を図ると共に、球形内面部分2aおよびトラック溝3に対する焼入れ深さを深くすることができる。
この等速ジョイントは、図5に示すように、球形内面部分2aの最大幅寸法S2に対して、スリット溝Smの幅寸法S1を5%以上30%以下としている。
この等速ジョイントの外輪1は、機械構造用炭素鋼から成り、トラック溝3、球形内面部分2a、カップ入口チャンファ11、トラックチャンファ12、および、トラック入口チャンファ13を含むカップ部分1aの内表面全体が冷間鍛造により仕上げられ、球形内面部分2aに軸方向に沿ったスリット溝Smを形成し、周方向に隣接するトラック溝3,3間における球形内面部分2aの最大幅寸法S2に対して、スリット溝Smの幅寸法S1を5%以上30%以下としている。
外輪前素材1Mは、図15に示すように、外輪前素材成形過程において、外輪前素材スリット溝Smaの幅寸法S3をこの球形内面部分2aの最大幅寸法S2に対して10%以上40%以下としている。このため、冷間鍛造後のスリット溝Smの幅寸法S1を、図4、図5に示すように、球形内面部分2aの最大幅寸法S2に対して5%以上30%以下とすることができる。これにより、冷間鍛造の際、周方向に分割した分割パンチ間の隙間δ1いわゆる周方向隙間δ1に、外輪前素材1Mの余肉が入り込まないようにすることができる。
1a…カップ部分
1b…軸部分
1M…外輪前素材
2a…内径球面
3,6…トラック溝
4…内輪
7…トルク伝達ボール
8…ケージ
11…カップ入口チャンファ
12…トラックチャンファ
13…トラック入口チャンファ
14…センタ孔
18…パンチセット
19…絞り込みダイス
27…内径球面成形部
28…トラック溝成形部
29…トラックチャンファ成形部
30…カップ入口チャンファ成形部
31…トラック入口チャンファ成形部
34…内径球面入口チャンファ
Claims (6)
- カップ部分の内表面に軸方向に沿うトラック溝が形成された外輪と、球形外面に外輪のトラック溝と同数のトラック溝が形成された内輪と、内外輪のトラック溝間に組込まれたトルク伝達ボールと、外輪の内径球面および内輪の球形外面に案内され前記トルク伝達ボールを保持するケージとを有する等速ジョイントにおいて、
前記外輪は、前記カップ部分の内表面に、
溝底に沿う断面形状が円弧状に形成される前記トラック溝、
外輪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、
前記内径球面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、および、
前記トラック溝とカップ入口チャンファとの境界部に前記トラック溝の円弧全域に沿って形成されるトラック入口チャンファを有し、このトラック入口チャンファは断面が凸曲線とされ、
前記外輪は、炭素成分が0.37wt%以上0.61wt%以下である機械構造用炭素鋼から成り、これら、トラック溝、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を含むカップ部分が冷間鍛造により仕上げられていることを特徴とする等速ジョイント。 - 請求項1において、前記外輪は、カップ入口チャンファと前記内径球面との境界部に沿って形成される内径球面入口チャンファを有し、この内径球面入口チャンファを含む前記カップ部分が冷間鍛造により仕上げられている等速ジョイント。
- 請求項1または請求項2において、前記カップ入口チャンファは、円すい面状とされる等速ジョイント。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、前記内径球面およびトラック溝に、高周波熱処理を施している等速ジョイント。
- カップ部分と、このカップ部分の底部から軸方向に延びる軸部分とを有し、上記カップ部分は球面状の内表面に、軸方向に沿うトラック溝が周方向に複数形成された等速ジョイント外輪を製造する製造方法であって、
炭素成分が0.37wt%以上0.61wt%以下である機械構造用炭素鋼に熱間鍛造または温間鍛造を施して、開口端に向けて広がりを持つカップ状の外輪前素材を成形する外輪前素材成形過程と、
前記外輪前素材に冷間鍛造を施して、この外輪のカップ部分の内表面における、
溝底に沿う断面形状が円弧状に形成される前記トラック溝、
外輪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、
外輪の内径球面と前記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、および、
前記トラック溝とカップ入口チャンファとの境界部に前記トラック溝の円弧全域に沿って形成され、断面が凸曲線とされるトラック入口チャンファ、
を同時に成形する冷間鍛造過程と、
を有することを特徴とする等速ジョイント外輪の製造方法。 - 炭素成分が0.37wt%以上0.61wt%以下である機械構造用炭素鋼に熱間鍛造または温間鍛造を施して、開口端に向けて広がりを持つカップ状とした外輪前素材を素材とし、カップ部分と、このカップ部分の底部から軸方向に延びる軸部分とを有し、上記カップ部分は球面状の内表面に、軸方向に沿うトラック溝が周方向に複数形成され、各トラック溝は溝底に沿う断面形状が円弧状に形成され、前記カップ部分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、前記カップ部分の内径球面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、および、前記トラック溝とカップ入口チャンファとの境界部に前記トラック溝の円弧全域に沿って形成され、断面が凸曲線とされるトラック入口チャンファを有する等速ジョイント外輪を製造する製造装置であって、
それぞれ前記トラック溝、カップ入口チャンファ、トラックチャンファ、トラック入口チャンファ、内径球面の仕上り形状に沿う形状を有するトラック溝成形部、カップ入口チャンファ成形部、トラックチャンファ成形部、トラック入口チャンファ成形部、および内径球面成形部が一体形成された分割パンチを、パンチベースの周囲に周方向隙間を介して円形に配列したパンチセットと、
このパンチセットの前記各成形部を同外輪前素材のカップ部分の内側に挿入した状態で、前記外輪前素材の外径を絞り込む絞り込みダイスと、
を有し、
前記パンチセットは、前記パンチベースを分割パンチ配列から軸方向の基端側へ移動させることで、分割パンチの配列径を縮径可能とした等速ジョイント外輪の製造装置。
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