JP5483822B2

JP5483822B2 - 等速ジョイント

Info

Publication number: JP5483822B2
Application number: JP2008027440A
Authority: JP
Inventors: 晃次増岡; 昌世良
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2008-02-07
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2028-02-07
Also published as: JP2009185930A

Description

この発明は、等速ジョイントに関し、外輪を機械構造用炭素鋼を用いて冷間鍛造により加工し、製造コストの低減を図った技術に関する。

等速ジョイントとして、球形内面にトラック溝が形成された外輪と、球形外面に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、これらトルク伝達ボールを保持するケージとからなるものがある。外輪の開口縁には、内外輪の相互の屈曲時に、内輪を装着した軸に外輪の開口縁が干渉しないようにカップ入口チャンファが設けられている。

自動車用等の等速ジョイントでは、その外輪の材質として、剛性確保のために、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。等速ジョイントの外輪に用いられる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、室温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。前記「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、破壊が起こしやすくなる。前記「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。

また上記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、球形内面、カップ入口チャンファ、およ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、球形内面に研削加工を施している。従来は、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たため、後工程の工数が大きくなり、製造コストが高くなる。

このような背景下で、冷間鍛造を採用し、機械加工工程を少なくしようとする提案もなされてきている。しかし、これらの提案は、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、等速ジョイント外輪のごく一部の冷間鍛造に止まる。等速ジョイント外輪の大部分を冷間鍛造しようとする提案もなされてはいる（例えば、特許文献１）。
特開２００２−３４６６８８号公報

しかし、上記の等速ジョイント外輪の大部分を冷間鍛造しようとする提案例は、材質面からの考察がなされていない。冷間鍛造は、前記変形抵抗および変形能の観点から軟質な素材であれば、最終製品の形状まで仕上げることが可能であり、実用化されているが、等速ジョイント外輪は、上記のように剛性を確保する必要があり、硬質の素材を用いる必要があって、全体の冷間鍛造は非常に困難である。材質面からも考察し、かつ剛性も確保できなければ、全体の冷間鍛造の実現は困難である。

この発明の目的は、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であり、さらに外輪外径面のブーツ溝の加工等に際して切削工具の短寿命の問題のない等速ジョイントを提供することである。

この発明の等速ジョイントは、カップ部分の球形内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、外輪の前記球形内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し、前記外輪と前記内輪とが軸方向に相対移動不能な固定式の等速ジョイントにおいて、
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し、この外輪前素材に冷間鍛造を施して、この外輪のカップ部分における外径面の表面硬度を２５０ＨＶ以上３５０ＨＶ以下に規定したことを特徴とする。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。

この構成によると、特に、機械構造用炭素鋼に熱間鍛造または温間鍛造を施して、カップ状の外輪前素材を成形する。その後、この外輪前素材に冷間鍛造を施して、カップ部分における外径面の表面硬度を２５０ＨＶ以上３５０ＨＶ以下に規定する。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、カップ部分の外表面の表面硬度を高めることができる。これにより製品のねじり強度を高くすることができる。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、且つ前記外径面の表面硬度の上限値を３５０ＨＶとしたため、硬すぎて加工不能となることがなく、外径面の一部を後加工することが容易となる。これにより切削工具の寿命を延ばすことが可能となり、その分、製造コストの低減を図ることができる。

前記外輪は、前記カップ部分の内表面に、
前記トラック溝、
前記球形内面、
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、
前記球形内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、
これらトラック溝、球形内面、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。
前記外輪の外径面には、熱処理を施さない非熱処理部分が設けられ、前記冷間鍛造した球形内面およびトラック溝には、高周波熱処理を施す熱処理部分が設けられても良い。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、球形内面およびトラック溝に対する焼入れ深さを深くすることができる。

高周波熱処理を施した前記球形内面が研削により仕上げられていても良い。カップ部分の内表面のトラック溝、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研削しないので、加工工数の低減を図ることができる。球形内面を研削するため、より高精度のケージの案内面を実現でき、円滑な動作を得ることができる。球形内面は、円滑な動作を得るために厳しい寸法精度、形状精度が要求されている。このように、特に厳しい精度の要求される球形内面のみを研削加工等することで、機械加工を最小限としながら、優れた機能と生産性とを両立させることができる。

この発明の等速ジョイントは、カップ部分の球形内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、外輪の前記球形内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し、前記外輪と前記内輪とが軸方向に相対移動不能な固定式の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、前記トラック溝、前記球形内面、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、前記球形内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、これらトラック溝、球形内面、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て、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し、この外輪前素材に冷間鍛造を施して、この外輪のカップ部分における外径面の表面硬度を２５０ＨＶ以上３５０ＨＶ以下に規定したため、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であり、さらに外輪外径面のブーツ溝の加工等に際して切削工具の短寿命の問題のないようにし得る。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

この発明の一実施形態を図１ないし図１６と共に説明する。
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（球形内面に相当）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。

外輪１のトラック溝３は、溝底に沿う断面形状が円弧状の曲線状とされている。この外輪１のトラック溝３の中心Ｏ₁と内輪４のトラック溝６の中心Ｏ₂は、ジョイント角度中心Ｏ₀に対して左右にオフセットされている。ここで、ジョイントの角度中心Ｏ₀は、外輪１の球形内面２および内輪４の球形外面５の球面中心と一致する。

図２（Ａ），（Ｂ）は外輪１の一部分を拡大して示す。外輪１の開口縁には全周に上記カップ入口チャンファ１１が設けられている。カップ入口チャンファ１１は、外輪１の球形内面２からトラック溝３の溝底に対応する半径位置まで設けられ、外輪軸方向Ｌａに対して所定角度β（図１参照）だけ傾いた円すい面状とされている。所定角度βは、例えば６０°程度とされる。このカップ入口チャンファ１１は、外輪１の正面つまり外輪軸方向一方から見ると、図２（Ｂ）、図４のように表される。
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。

外輪１は機械構造用炭素鋼から成り、その炭素成分は、０．３７ｗｔ％以上０．６１ｗｔ％が好ましく、より好ましくは０．５０ｗｔ％以上０．５８ｗｔ％以下である。この機械構造用炭素鋼としては、日本工業規格、略称ＪＩＳ：Japanese Industrial Standardsで規定される、Ｓ４０Ｃ〜Ｓ５８Ｃ、望ましくはＳ５３Ｃ〜Ｓ５５Ｃが適用される。例えばＳ５３Ｃは、炭素０．５０ｗｔ％以上０．５６ｗｔ％以下を含む中炭素鋼である。図２（Ｂ）、図４に示すように、この外輪１の、球形内面部分２ａ、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、トラック入口チャンファ１３が、例えば、０℃以上５０℃以下の冷間鍛造により仕上げられている。ただし、この冷間鍛造の温度範囲は必ずしも０℃以上５０℃以下に限定されるものではない。

前記トラックチャンファ１２は、球形内面部分２ａとトラック溝３との境界部に沿って形成され、この断面が円弧状等の凸曲線とされる。前記トラック入口チャンファ１３は、トラック溝３とカップ入口チャンファ１１との境界部に沿って形成され、断面が円弧状等の凸曲線とされる。
本実施形態では、外輪１の球形内面部分２ａを冷間鍛造の後、研削仕上げとする。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ことにより要求精度を満たし得る。この場合、従来技術のものより、切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。なお、球形内面部分２ａの要求精度によっては、この球形内面部分２ａを冷間鍛造仕上げとすることも可能である。

前記トラック入口チャンファ１３は、トルク伝達ボール７の稼動する有効範囲を確保する必要があるため、例えばＲ２．５ｍｍ以下、望ましくはＲ１．５ｍｍ程度の円弧状断面に設定される。このような設定値にトラック入口チャンファ１３を形成することにより、トルク伝達ボール７の稼動する有効範囲を容易に確保することができる。

図４、図５に示すように、外輪１の球形内面２に、軸方向に沿ったスリット溝Ｓｍを各トラック溝３間に位置するように円周方向一定間隔おきに複数（本実施形態の場合６条）形成している。ただしスリット溝Ｓｍは６条に限定されるものではない。例えば８条でも良い。すなわち、外輪１の球形内面部分２ａ、カップ入口チャンファ１１、およびカップ端面１５に連なるスリット溝Ｓｍを形成している。このスリット溝Ｓｍの幅寸法Ｓ１を、周方向に隣接するトラック溝３，３間における前記球形内面部分２ａの最大幅寸法Ｓ２に対して５％以上３０％以下としている。このスリット溝Ｓｍは、後述する分割パンチ間のすきまδ１に外輪前素材１Ｍ（図１４、図１５参照）の余肉が入らないように設けられる。

後述するが、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。

本実施形態に係る等速ジョイントにおいて、トルク伝達ボール７のボール個数が６個の場合、前記最大幅寸法Ｓ２は、球形内面２の長手方向中間付近つまり軸方向中間付近における幅寸法となる。ただし、等速ジョイントの形態やボール個数によっては、この「最大幅寸法」が球形内面２の軸方向中間付近とはならない場合もある。

図１において、前記冷間鍛造された外輪１の外径部１６は、ねじり強度を高めるため焼入れ等の熱処理を施しておらず、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。
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。

ＪＩＳＺ２２４４に規定されるビッカース硬さ試験により、これら外径面端縁部１６ａ、ブーツ溝１６ｂ付近部外周の例えば円周方向複数箇所の表面硬度を測定し、上記規定範囲内にあるか否かを確認し得る。ただし、測定箇所は一箇所であっても良い。前記外径面端縁部１６ａ、ブーツ溝１６ｂ付近部は、外径面端縁部１６ａ自体、ブーツ溝１６ｂ自体をも含む。
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。

図３に示すように、前記外輪１の軸部分１ｂのうち、基端部から長手方向中間付近部にわたってスプラインＳＰが形成され、軸部分１ｂの先端部に雄ねじ１７が形成されている。
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。この高周波熱処理後、球形内面部分２ａについてのみ、焼入れ鋼切削または研削等の機械加工を施している。これにより、球形内面部分２ａに対する厳しい要求精度を満たすことが可能となる。この球形内面部分２ａ要求精度によっては、前記機械加工を省略することも可能である。この場合、工数を削減し、製造コストの低減をさらに図ることができる。

等速ジョイント外輪の製造装置としての外輪成形金型について、図６ないし図１３と共に説明する。
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。
パンチセット本体２０は、上方に開放する有底円筒状に形成され、この円筒孔２０ａの底面の中央部に、傘パンチ２４の基端部を収容する孔部２０ａａが形成されている。パンチベース２３の下端に設けられる突出部２３ａが前記円筒孔２０ａに入り込み、さらにこの突出部２３ａの端部２３ａａが前記底面に当接した状態で、パンチホルダ２１のフランジ部２１ａがパンチセット本体２０の上面の周縁部に固定される。

パンチホルダ２１はテーパ筒状に形成され、内径孔は上方に向かう程小径化するテーパ孔２１ｂに形成されている。このテーパ孔２１ｂに、そのテーパ形状に対応した複数の分割パンチ２２、パンチベース２３等を設けている。パンチベース２３は、複数の分割パンチ２２を円周方向一定間隔おきに配置するものである。図１３（Ａ），（Ｂ）に示すように、パンチベース２３は、これら分割パンチ２２を配置するパンチベース本体２３ｂと、このパンチベース本体２３ｂの下端に連なる前記突出部２３ａとを有する。パンチベース本体２３ｂのテーパ状外周２３ｂａに、複数（この例では６個）の割型仕切片２６を放射状に突出させて設けている。なお、前記テーパ状外周２３ｂａは、パンチホルダ２１のテーパ孔に対応したテーパ度に形成されている。
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。

図１０乃至図１２に示すように、分割パンチ２２は、横断面形状が略扇形のものであり、内径球面成形部２７、トラック溝成形部２８、トラックチャンファ成形部２９、カップ入口チャンファ成形部３０、およびトラック入口チャンファ成形部３１とを有し、これら成形部２７，２８，２９，３０，３１は一体形成されている。
トラック溝成形部２８が、分割パンチ２２の上記略扇形の外周側面における周方向の中央に突出していて、トラック溝成形部２８の両側に内径球面成形部２７が設けられている。前記内径球面成形部２７は、外輪１の球形内面部分２ａを成形するための部分であり、前記略扇形の円弧に略対応して形成される。また内径球面成形部２７は、特に図１２に示すように、上下両端から高さ方向中間付近に向けて次第に半径方向外方に突出するような湾曲形状に形成される。トラック溝成形部２８は、外輪１のトラック溝３を成形するための部分で、内径球面成形部２７よりも径方向外方に突出する横断面形状が円弧状の突条に形成されている。
トラックチャンファ成形部２９は、外輪１のトラックチャンファ１２を成形するための部分である。このトラックチャンファ成形部２９は、内径球面成形部２７とトラック溝成形部２８との境界部に沿って形成され、上端から下端まで延びる横断面形状が円弧状の突条に形成されている。

カップ入口チャンファ成形部３０は、外輪１のカップ入口チャンファ１１を成形するための部分である。このカップ入口チャンファ成形部３０は、内径球面成形部２７、トラック溝成形部２８、およびトラックチャンファ成形部３１の各下端と、この分割パンチ２２の環状胴部２２ａの上端とによって囲まれている。胴部２２ａは、分割パンチ２２が円周上に並ぶことで環状部分を構成する。

また、カップ入口チャンファ成形部３０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３０により、外輪１のカップ入口チャンファ１１の所定角度β（図１）を実現している。トラック入口チャンファ成形部３１は、外輪１のトラック入口チャンファ１３を成形するための部分であり、カップ入口チャンファ成形部３０とトラック溝成形部２８との境界部に沿って形成されている。

内径球面成形部２７、トラック溝成形部２８、トラックチャンファ成形部２９、カップ入口チャンファ成形部３０、およびトラック入口チャンファ成形部３１を、全て一体の分割パンチ２２に形成したため、例えばカップ入口チャンファ成形部を分割パンチとは別体に形成したもの等に比べて、各成形部の寸法精度を高めると共に、これらの寸法相互差の低減を図ることが可能となる。これにより、外輪１の球形内面部分２ａ、トラック溝３、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の寸法精度を高めると共に、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２２は、その扇形中心側の稜線部２２ｂがパンチベース本体２３ｂのテーパ部に沿うように傾斜している。各分割パンチ２２は、このパンチベース本体２３ｂのテーパ部に沿う上下方向に移動可能に支持されている。各分割パンチ２２の上方への移動は、傘パンチ２４で拘束される。
この傘パンチ２４は、パンチベース２３の小径孔２３ｃ、スプリング２５を収容するばね収容孔２３ｄ、および支持部材３２の孔部３２ａにわたって設けられている。これら小径孔２３ｃ、ばね収容孔２３ｄ、孔部３２ａは、同心位置に形成されている。前記小径孔２３ｃはパンチベース本体２３ｂの上部に形成され、ばね収容孔２３ｄは小径孔２３ｃよりもやや大径に形成され、パンチベース本体２３ｂの長手方向中段、下段および突出部２３ａにわたって形成される。前記支持部材３２は、パンチセット本体２０の孔部２０ａａに嵌合されている。この支持部材３２の上端部とばね収容孔２３ｄの上端面との間に、前記スプリング２５を介在させている。前記傘パンチ２４は、このスプリング２５により弾性付勢され上端の広がり部分２４ａで各分割パンチ２２の上端面を受けている。

図６、図７に示すように、絞り込みダイス１９は、外輪１の外径面および底側端面に対応する内径形状の貫通孔部１９ａを有する。この貫通孔部１９ａの下端開口部が開口端側に開くテーパ面１９ａａに形成されている。この貫通孔部１９ａの上端から中段にわたり円筒面状のストレート面１９ａｂを成し、外輪前素材１Ｍを貫通して支持する治具３３が挿入可能に構成されている。

パンチセット１８および絞り込みダイス１９による外輪成形方法を、図６、図７、図１４、図１５等と共に説明する。外輪前素材成形過程の後、冷間鍛造過程を行い、所望の外輪１を製造する。
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１５に示すように、外輪前素材１Ｍの球形内面には、軸方向に沿った外輪前素材スリット溝Ｓｍａを形成している。周方向に隣接するトラック溝３Ｍ，３Ｍ間における球形内面の最大幅寸法Ｓ２に対して、この外輪前素材スリット溝Ｓｍａの幅寸法Ｓ３を１０％以上４０％以下としている。このため、以下の冷間鍛造過程後のスリット溝Ｓｍの幅寸法Ｓ１（図５）を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２２，２２間の隙間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。

冷間鍛造過程について説明する。
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。

この状態で、図７、図９に示すように、パンチセット１８をさらに相対移動させることにより、外輪前素材１Ｍのカップ部分１ａは、絞り込みダイス１９により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、前記トラック溝の表面は分割パンチ２２のトラック溝成形部２８により拘束され、カップ部分１ａのトラック溝３、球形内面部分２ａ、およびトラックチャンファ１２のそれぞれが、トラック溝成形部２８、内径球面成形部２７、およびトラックチャンファ成形部２９によって塑性変形される。これと共に、前記絞り込み時に、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、カップ入口チャンファ成形部３０、およびトラック入口チャンファ成形部３１によって塑性変形される。

外輪前素材１Ｍの成形後、絞り込みダイス１９に対し、パンチセット本体２０を相対的に離隔させると、スプリング２５の復元力により、傘パンチ２４がパンチホルダ２１に対して上昇する。前記スプリング２５の復元力に抗して、分割パンチ２２がパンチベース２３のテーパ部に沿って軸方向に若干の滑りを生じ、複数の分割パンチ２２の円形の配列が縮径する。これにより、分割パンチ２２がカップ部分１ａのトラック溝３から外れ、分割パンチ２２および傘パンチ２４の先端部が、外輪１から引き抜かれる。
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。

以上説明した等速ジョイントによれば、外輪１は、カップ部分１ａの内表面に、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を有し、外輪１は、機械構造用炭素鋼から成り、これら、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の大部分が冷間鍛造により仕上げられている。
また、球形内面部分２ａを研削または焼入れ鋼切削により仕上げているので、より高精度のケージ８の案内面を実現でき、円滑な動作を得ることができる。球形内面部分２ａは、円滑な動作を得るために厳しい寸法精度、形状精度が要求されている。このように、特に厳しい精度の要求される球形内面部分２ａのみを研削加工等することで、機械加工を最小限としながら、優れた機能と生産性とを両立させることができる。

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の大部分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。

また、カップ部分１ａの大部分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１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１ａ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１のカップ部分１ａの外径部分の硬度が高くなり、剛性の高い高強度の外輪１となる。カップ部分１ａの内表面の大部分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３、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３、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。

図２（Ｂ）に示すように、外輪１は、カップ入口チャンファ１１と球形内面部分２ａ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３４を有し、この内径球面入口チャンファ３４を含む前記カップ部分の内表面の大部分が冷間鍛造により仕上げられていても良い。この場合、内径球面入口チャンファ３４の旋削加工、研削加工等をも省略して、加工工数を低減することで、歩留まり向上および製造コストの低減を図ることができる。

カップ入口チャンファ１１は、円すい面状とされている。このため、内外輪４，１の相互の屈曲時に、内輪４を装着した軸３５に外輪１の開口縁が干渉することを防ぐことができる。このような円すい面状のカップ入口チャンファ１１を冷間鍛造により仕上げるため、カップ入口チャンファ１１の旋削加工等を省略し、歩留まり向上および製造コストの低減を確実に図ることができる。
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。

上記の等速ジョイント外輪の製造方法によると、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の内表面における、前記トラック溝３、外輪１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１１、外輪１の球形内面部分２ａと前記トラック溝３との境界部に沿って形成されるトラックチャンファ１２、および、前記トラック溝３とカップ入口チャンファ１１との境界部に沿って形成されるトラック入口チャンファ１３を同時に成形する冷間鍛造過程とを有する。

この構成によると、外輪前素材成形過程において、特に、機械構造用炭素鋼に熱間鍛造または温間鍛造を施して、カップ状の外輪前素材１Ｍを成形する。その後、冷間鍛造過程において、この外輪前素材１Ｍに冷間鍛造を施して、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を同時に成形する。このため、従来の冷間鍛造後の切削加工等複数の加工工程を省略することができる。それ故、歩留まりが向上し、外輪の製造コストの低減を図ることができる。

本実施形態に係る等速ジョイント外輪の製造装置は、トラック溝成形部２８とカップ入口チャンファ成形部３０とトラックチャンファ成形部２９とトラック入口チャンファ成形部３１と内径球面成形部２７とが一体形成された分割パンチ２２を円形に配列したパンチセット１８と、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について、これら成形部を同外輪前素材１Ｍのカップ部分１ａの内側に挿入した状態で、前記外輪前素材１Ｍの外径を絞り込む絞り込みダイス１９とを有する。

この構成によると、機械構造用炭素鋼に熱間鍛造または温間鍛造を施して、カップ状の外輪前素材１Ｍを成形する。この外輪前素材１Ｍのカップ部分１ａの内側に、分割パンチ２２の、トラック溝成形部２８，カップ入口チャンファ成形部３０，トラックチャンファ成形部２９，トラック入口チャンファ成形部３１，内径球面成形部２７，およびトラック溝成形部２８を挿入する。この挿入状態で、絞り込みダイス１９をパンチセット１８に対して相対移動させる。これにより、外輪前素材１Ｍの外径は、絞り込みダイス１９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３の表面はトラック溝成形部２８により拘束され、トラック溝３がトラック溝成形部２８により塑性変形すると共に、球形内面部分２ａが内径球面成形部２７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。

この発明の他の実施形態に係る等速ジョイントについて説明する。
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。

この他の実施形態に係る等速ジョイントによると、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、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の内表面全体を冷間鍛造により仕上げている。さらに、ブーツ溝１６ｂ等を除くカップ部分１ａの前記外径面を冷間鍛造により仕上げているため、従来の冷間鍛造後の切削加工や研削加工等多くの機械加工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。
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。

この発明のさらに他の実施形態に係る等速ジョイントについて説明する。
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。

この構成によると、外輪１が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の内表面の大部分を冷間鍛造により仕上げている。さらに、ブーツ溝１６ｂ等を除くカップ部分１ａの前記外径面を冷間鍛造により仕上げているため、従来の冷間鍛造後の切削加工や研削加工等多くの機械加工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。
また、前記球形内面部分２ａを研削または焼入れ鋼切削により仕上げているので、球形内面部分２ａの厳しい要求精度に対応することができる。

図１６右上欄に示すように、前記ブーツ溝１６ｂは、トラック溝３を半径方向内方側からチャックして切削加工により仕上げられている。トラック溝３等を含むカップ部分１ａの内表面全体を冷間鍛造により一体に仕上げることができるため、これらトラック溝３等の寸法精度をより高めることができる。このように寸法精度を高めたトラック溝３を半径方向内方側からチャックつまり支持して、図１６右下欄に示すように、外輪１を軸芯まわりに回転させ、ブーツ溝１６ｂおよび外径面端縁部１６ａを切削加工するので、このブーツ溝１６ｂの寸法精度をも高めることができる。

他の提案例に係る等速ジョイント外輪の製造方法について説明する。
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。

この構成によると、外輪前素材成形過程において、特に、機械構造用炭素鋼に熱間鍛造または温間鍛造を施して、カップ状の外輪前素材１Ｍを成形する。その後、冷間鍛造過程において、この外輪前素材１Ｍに冷間鍛造を施して、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。外輪１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１ａの外径面の表面硬度を高めることができる。これにより製品のねじり強度を高くすることができる。

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、且つ前記外径面の表面硬度の上限値を３５０ＨＶとしたため、硬すぎて加工不能となることがなく、外径面の一部を後加工することが容易となる。これにより切削工具の寿命を延ばすことが可能となり、その分、製造コストの低減を図ることができる。前記外径面の表面硬度の上限値を３５０ＨＶとしたため、外径面の一部つまり図１６右欄に示す外径面端縁部１６ａ、ブーツ溝１６ｂを後加工することが容易となる。これにより切削工具の寿命を延ばすことが可能となり、その分、製造コストの低減を図ることができる。

カップ部分１ａの前記外径面の一部を切削加工等してこの加工後の一部をチャックして軸部分１ｂ等に加工を施す場合、その振れ精度を高精度に保ち、加工精度を高精度化することが可能となる。
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。

前記外径面の表面硬度を規定する構成において、カップ部分１ａの前記外径面には、熱処理を施さない非熱処理部分が設けられ、冷間鍛造した球形内面部分２ａおよびトラック溝３には、高周波熱処理を施す熱処理部分が設けられていても良い。
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、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。

前記外径面の表面硬度を規定する構成において、高周波熱処理を施した球形内面部分２ａが研削により仕上げられていても良い。カップ部分１ａの内表面のトラック溝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を研削しないので、加工工数の低減を図ることができる。球形内面部分２ａを研削するため、球形内面部分２ａの厳しい要求精度に対応することができる。

この発明のさらに他の実施形態に係る等速ジョイントについて説明する。
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の内表面の大部分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。

この構成によると、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、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の内表面全体を冷間鍛造により仕上げているため、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。

また、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％以下としたため、前記冷間鍛造の際、周方向に分割したいわゆる分割パンチ２２，２２間の隙間δ１に、外輪前素材１Ｍの余肉が入り込まず、球形内面部分２ａについて所望の形状精度を得ることができる。特に、前記下限値を５％以上としたため、これら分割パンチ２２による鍛造加工後、複数の分割パンチ２２の円径の配列を縮径させて、これら分割パンチ２２を外輪１から円滑に引き抜くことができる。前記上限値を最大幅寸法３０％以下としたため、等速ジョイント外輪の球形内面の必要面積が確保できて、強度不足の問題を解消することができる。また、分割パンチ２２，２２間の隙間δ１に生じていた突出部分を未然に防止できるので、この突出部分除去のための後加工が不要となり、その分、製造コストの低減を図ることができる。

このスリット溝Ｓｍの幅寸法Ｓ１を規定した構成において、球形内面部分２ａが研削または焼入れ鋼切削により仕上げられていても良い。この場合、球形内面部分２ａの厳しい要求精度に対応することができる。前記冷間鍛造後、この球形内面部分２ａの研削または焼入れ鋼切削前に、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す熱処理過程を有するものであっても良い。

この発明のさらに他の実施形態に係る等速ジョイント外輪の前素材について説明する。
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。

この発明の一実施形態に係る等速ジョイントの断面図である。（Ａ）は同等速ジョイントの外輪の要部の断面図、（Ｂ）はこの外輪の要部を拡大して示す側面図である。同外輪の冷間鍛造形状を一部破断して表す断面図である。図３の一側面図である。同外輪における内径球面幅の最大寸法等を表す斜視図である。外輪成形金型と外輪前素材との関係を表す縦断側面図である。同外輪成形金型の成形時の状態を表す縦断側面図である。同外輪成形金型のパンチセットを軸方向一方から視た平面図である。同パンチセットの加工時の状態を表す断面図である。同パンチセットの各分割パンチの要部の斜視図である。同分割パンチの平面図である。同分割パンチの側面図である。（Ａ）は同外輪成形金型のパンチベースの平面図、（Ｂ）はこのパンチベースの断面図である。同外輪の外輪前素材を一部破断して表す断面図である。図１４の一側面図である。従来例と本発明の一例の加工工程の違いを説明する図である。

符号の説明

１…外輪
１ａ…カップ部分
１ｂ…軸部分
１Ｍ…外輪前素材
２ａ…球形内面部分
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

カップ部分の球形内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、外輪の前記球形内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し、前記外輪と前記内輪とが軸方向に相対移動不能な固定式の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、
前記トラック溝、
前記球形内面、
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、
前記球形内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、
これらトラック溝、球形内面、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て、
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し、この外輪前素材に冷間鍛造を施して、この外輪のカップ部分における外径面の表面硬度を２５０ＨＶ以上３５０ＨＶ以下に規定したことを特徴とする等速ジョイント。
請求項１において、前記外輪の外径面には、熱処理を施さない非熱処理部分が設けられ、前記冷間鍛造した球形内面およびトラック溝には、高周波熱処理を施す熱処理部分が設けられる等速ジョイント。
請求項２において、高周波熱処理を施した前記球形内面が研削により仕上げられている等速ジョイント。