JP6026096B2

JP6026096B2 - 外側継手部材の製造方法

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Publication number: JP6026096B2
Application number: JP2011242399A
Authority: JP
Inventors: 武島澤; 慎太郎鈴木; 篤史徳田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2031-11-04
Also published as: JP2013098124A

Description

本発明は、製造方法に関し、特に、内周に３本のトラック溝を設けた等速自在継手用外側継手部材を高周波熱処理用コイルを用いて熱処理する外側継手部材の製造方法に関する

自動車や各種産業機械等の動力伝達装置に使用される等速自在継手には、外側継手部材２１０と内側継手部材であるトリポード部材２２０とローラ２３０とで主要部が構成されている。連結すべき駆動側と従動側の二軸の一方の軸（駆動軸）が外側継手部材２１０の底部から一体的に延び、他方の軸（図示せず）がトリポード部材２２０と結合される。

外側継手部材２１０は一端が開口した有底筒状で、その内周に軸方向に延びる三本のトラック溝２１２が円周方向等間隔に形成されている。トリポード部材２２０は円筒状のボス部２２２から半径方向外側に突出した三本の脚軸２２４を有し、これら脚軸２２４が外側継手部材２１０のトラック溝２１２に挿入され、そのトラック溝２１２と係合してトルク伝達を行う。脚軸２２４には針状ころ２４０を介してローラ２３０が回転自在に外嵌され、このローラ２３０がトラック溝２１２の互いに対向する一対のローラ案内面２１４に沿って転動することで連結二軸間の角度変位と軸方向変位を円滑にする。

図１３は図１１の部分拡大図で、脚軸２２４、針状ころ２４０およびローラ２３０を示す。脚軸２２４の外周面は針状ころ２４０の内側転動面を構成し、ローラ２３０の内周面は針状ころ２４０の外側転動面を構成している。複数の針状ころ２４０は、脚軸２２４の外周面とローラ２３０の内周面との間に総ころ状態で配設されている。

これら針状ころ２４０は、脚軸２２４の付け根部に外嵌されたインナワッシャ２５０と半径方向内側で接すると共に、脚軸２２４の先端部に外嵌されたアウタワッシャ２６０と半径方向外側で接している。このアウタワッシャ２６０は、脚軸２２４の先端部に形成された環状溝２２６に丸サークリップ等の止め輪２７０を嵌合させることにより抜け止めされている。

このような等速自在継手の外側継手部材等の金属部品は、強度などを高める目的で熱硬化処理を施している。熱硬化処理方法として高周波熱処理方法がある。高周波熱処理では、製品形状、焼入れ深さ、焼入れ範囲等により、製品ごとに適したコイルを用いることになる。

従来においては、高周波誘導加熱用コイルとして銅等の金属管を用いたものがある（特許文献１）。このような金属管は、銅で製作した複数の部品を、銀ロウ等でロウ付けすることで組立てられる。

すなわち、図７等に示すトリポード型等速自在継手の外側継手部材に対する高周波誘導加熱用コイルは、図５に示す複数個の部品を成形した後、ロウ付けすることによって組立てられる。

この場合のコイル１０は、３つのトラック溝内に嵌入される加熱部１ａ、１ｂ、１ｃを備えたものである。加熱部１ａ、１ｂ、１ｃはその内部を冷却水が流れるように中空状となっている。すなわち、各加熱部１ａ、１ｂ、１ｃは、倒立Ｕ字形状の加熱部本体２と、加熱部本体２の下端を連結する連結部材３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、加熱部本体２の上壁部の開口部を塞ぐ蓋部材４ａ、４ｂ、４ｃと、連結部材３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの下方開口部を塞ぐ蓋部材５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと、加熱部本体２の加熱部本体２の上壁部に連結される内鍔部６ａ、６ｂ、５ｃとからなる。このため、全部で１７個の部品からなる。

特開２０１０−８６９０４号公報

ところで、このような銅材で成形された各部品をロウ付けする場合、例えば、６００℃以上に加熱した部品を銀ロウ付けすることになる。この際、部品の固定や、加熱による変形や歪を抑制するために、図６に示すような治具１１を用いて組み立てるのが好ましい。治具１１は、その内径部が、被加熱部材であるトリポード型等速自在継手の外側継手部材のマウス部内径部に対応するような筒状体からなる。

しかしながら、前記図５に示すようなコイル１０であれば、部品点数が多く、ロウ付け箇所が多い。このため、図６に示すような拘束治具１１を用いても、高い寸法精度で組立てを行うには、熟練したロウ付け技術と長い作業時間を必要とし、コスト高となっていた。

そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、高い寸法精度で組み立てることができて、高品質の熱処理を行うことが可能な高周波熱処理用コイル、およびこのような高周波熱処理用コイルの製造方法を提供することを目的とし、また、高品質の熱処理が施された等速自在継手、このような等速自在継手を用いたドライブシャフト及びプロペラシャフトを提供することを目的とする。

本発明の高周波熱処理用コイルの製造方法は、等速自在継手用外側継手部材の内周に設けられた３本のトラック溝を高周波熱処理用コイルを用いて熱処理する外側継手部材の製造方法であって、前記等速自在継手用外側継手部材は、内周に軸線方向に延びる３本のトラック溝を設けると共に各トラック溝の内側壁に互いに対向する案内面を設け、両案内面間に設けられた大内径部が形成されたトリポード型等速自在継手用であり、前記高周波熱処理用コイルは３つの加熱部を有し、各加熱部は、トラック溝の案内面及び大内径部の案内面近傍に対向する一対の縦枠と、縦枠の上部を連結する上枠と、縦枠の下部を連結する下枠とからなり、３つの加熱部と、３つの上枠と、３つの下枠とで一体削り出し加工される一つの本体部を構成し、この加熱部と他の部分とを接合して完成した後、各３箇所の加熱部を、等速自在継手用外側継手部材の３本のトラック溝にそれぞれ嵌合させてトラック溝の熱処理を行うものであり、この本体部には、前記大内径部に対向する上方の開口部と軸方向に開口する下方の開口部を有し、前記他の部分である蓋部材にて両開口部が塞がれ、一体削り出し加工された本体部の３つの加熱部の縦枠にて、トラック溝の案内面及び大内径部の案内面近傍に対して熱処理を行うものである。

本発明の外側継手部材の製造方法に用いる高周波熱処理用コイルによれば、組み立てる際の接合部位は、加熱部以外であるので、接合（例えば、ロウ付け接合）による加熱部の寸法精度の低下を招かない。すなわち、加熱に必要な部分が機械加工による一体で作られることになり、ロウ付けに伴う変形や歪の影響を小さく抑えることができ、組立後のコイルは高い精度を保つことが可能となる。

高周波熱処理用コイルとしては、高周波焼入れや高周波焼戻しに用いることができる。
高周波焼入れとは高周波誘導加熱を用いる焼入れであり、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。また、高周波焼戻しとは高周波誘導加熱を用いる焼戻しであり、誘導加熱した後、冷媒（冷却水等）で冷却する方法である。すなわち、高周波熱処理としては、鉄鋼製品の表面全体又は部分の表面硬化を目的として、誘導加熱によって Ac3又はAc1点以上の適切な温度に加熱した後、適切な冷却剤で冷却し（焼入れ）、さらに硬さを調節し、じん性（靱性）を増すために、Ac1点以下の適切な温度に通常の焼戻し炉中で加熱した後、冷却（焼戻）処理するのが好ましい。

等速自在継手用外側継手部材としては、内周に軸線方向に延びる３本のトラック溝を設けると共に各トラック溝の内側壁に互いに対向する案内面を設け、両案内面間に設けられた大内径部が形成されたトリポード型等速自在継手用であってもよい。

本発明の外側継手部材の製造方法に用いる高周波熱処理用コイルでは、ロウ付けに伴う変形や歪の影響を小さく抑えることができる。このため、組立後のコイルは高い精度を保つことが可能となり、熟練したロウ付け技術も必要なく、しかも短時間での組立てが可能であり、生産性に優れ、低コスト化を図ることができる。このように、高精度のコイルであるので、熱処理品質に大きく影響する加熱部と、被加熱部との間の隙間を一定の寸法に安定して維持でき、高品質の熱処理を行うことができる。

高周波熱処理用コイルとしては、高周波焼入れや高周波焼戻しに用いることができ、安定した高周波焼入れ焼戻し作業を行うことが可能である。

また、本発明の高周波熱処理用コイルを用いて加熱処理を施した等速自在継手用外側継手部材は、高品質の熱硬化層を備えたものとなって、強度的に優れた外側継手部材となる。このため、このような外側継手部材を用いた等速自在継手は、強度的に優れ、長期にわたって等速自在継手として安定した機能を発揮できる。また、このような等速自在継手を用いたドライブシャフトやプロペラシャフトは安定した機能を発揮できる。

本発明の実施形態を示す高周波熱処理用コイルの各部材の斜視図である。前記高周波熱処理用コイルを用いて加熱処理を施した等速自在継手用外側継手部材を用いたドライブシャフトの断面図である。加熱処理を行っている状態の前記等速自在継手用外側継手部材の横断面図である。加熱処理を行っている状態の前記等速自在継手用外側継手部材の要部拡大縦断面図である。従来の高周波熱処理用コイルの各部材の斜視図である。従来の高周波熱処理用コイルの組立状態を示す斜視図である。トリポード型等速自在継手の横断面図である。トリポード型等速自在継手の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

図２は本発明に係るドライブシャフトを示し、このシャフトは、中空シャフト２０と、シャフト２０の一方の端部に連結される固定式等速自在継手２３と、シャフト２０の他方の端部に連結される摺動式等速自在継手２４とを備える。

固定式等速自在継手２３は、外側継手部材２５と、内側継手部材２６と、トルク伝達要素としての複数のボール２７と、ボール２７を保持するケージ２８とを主要な部材として含む。なお、この場合の固定式等速自在継手は、ツェッパ型を例示したが、トラック溝の溝底に直線部を有するアンダーカットフリー型等の他の固定式等速自在継手であってもよい。

外側継手部材２５はマウス部３１と軸部（ステム部）３２とからなり、マウス部３１は一端にて開口した椀状で、その球面状の内周面（内球面）３３に、軸方向に延びた複数のトラック溝３４が円周方向に等間隔に形成してある。

内側継手部材２６は、軸心部のスプライン孔２６ａにてシャフト２０の端部のスプライン２１とスプライン嵌合させることにより、シャフト２０とトルク伝達可能に結合してある。内側継手部材２６は球面状の外周面（外球面）３５を有し、軸方向に延びた複数のトラック溝３６が円周方向に等間隔に形成してある。

外側継手部材２５のトラック溝３４と内側継手部材２６のトラック溝３６とは対をなし、各対のトラック溝３４，３６で形成されるボールトラックに１個ずつ、ボール２７が転動可能に組み込んである。ボール２７は外側継手部材２５のトラック溝３４と内側継手部材２６のトラック溝３６との間に介在してトルクを伝達する。

マウス部３１の開口部はブーツ４０で塞いである。ブーツ４０は、大径部４０ａと、小径部４０ｂと、大径部４０ａと小径部４０ｂとを連結する蛇腹部４０ｃとからなる。大径部４０ａはマウス部３１の開口部に取り付けてブーツバンド４１で締め付けてある。小径部４０ｂはシャフト１のブーツ装着部４３に取り付けてブーツバンド４２で締め付けてある。

摺動型等速自在継手２４は、ここではトリポード型の例を示してあるが、ダブルオフセット型等、他の摺動型等速自在継手を採用することもできる。等速自在継手２４は、外側継手部材５１と、内側継手部材としてのトラニオン５２と、トルク伝達要素としてのローラ５３とを主要な構成要素としている。

外側継手部材５１はマウス部５１ａとステム部５１ｂとからなり、ステム部５１ｂにて終減速機の出力軸とトルク伝達可能に連結するようになっている。マウス部５１ａは一端にて開口したカップ状で、内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝５６が形成してある。このためマウス部５１ａの横断面形状は花冠状を呈する。

トラニオン５２はボス５８と脚軸５９とからなり、ボス５８のスプライン孔５８ａにてシャフト２０のスプライン２１とトルク伝達可能に結合している。脚軸５９はボス５８の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。各脚軸５９にはローラ５３を回転自在に支持させてある。

ここでも、ブーツ６０を取り付けて外側継手部材５１の開口部を塞いである。ブーツ６０は、大径部６０ａと、小径部６０ｂと、大径部６０ａと小径部６０ｂとの間の蛇腹部６０ｃとからなり、大径部６０ａをマウス部５１ａの開口端部に取り付けてブーツバンド６１で締め付け、小径部６０ｂをシャフト１のブーツ装着部６３に取り付けてブーツバンド６２で締め付けてある。

ところで、図３に示すように、摺動式等速自在継手２４の外側継手部材５１のトラック溝５６は、円周方向に向き合った案内面６５と両案内面６５，６５間に設けられた大内径部６６からなる。そして、この案内面６５，６５および大内径部６６の案内面近傍に硬化層Ｓが形成される。

この硬化層Ｓは、図１に示すように、高周波熱処理用コイル７０を用いて形成される。この高周波熱処理用コイル７０は、３つの加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃを有するもので、各加熱部７１ａ、７０ｂ、７０ｃが、それぞれ、トラック溝５６ａ、５６ｂ、５６ｃに嵌合状となる。

この場合の高周波熱処理用コイル７０は、複数個の部品を成形した後、銀ロウ付け等のロウ付けにて接合されて組立てられる。高周波熱処理用コイル７０は、加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃを有する本体部７２を備える。

加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃは、それぞれ、一対の縦枠７３，７３と、縦枠７３、７３の上部を連結する上枠７４と、縦枠７３、７３の下部を連結する下枠７５とを有するものである。また、加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃは、上枠７４，７４，７４が上連結枠７６にて連結され、下枠７５，７５，７５が下連結枠７７にて連結されている。

加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃは、その内部に冷却水が循環するために、中空状となっている。そして、加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃの上枠７４には、外側方に開口する開口部９０が設けられ、下連結枠７７には、下方に開口する開口部（図示省略）が設けられている。

このように、加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃと、上枠７４，７４，７４と、下枠７５，７５，７５とで一体に成形される本体部７２が形成される。また、上方の開口部９０が蓋部材７８ａ、７８ｂ、７８ｃにて塞がれ、下方の開口部が蓋部材７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７８ｄにて塞がれている。蓋部材７８ａ、７８ｂ、７８ｃは平板矩形状である。蓋部材７９ａ、７９ｂは、平板状の第１部８０ａと、この第１部８０ａの両端部に連設されて第１部８０ａに対して所定角度で傾斜する第２部８０ｂ、８０ｂとからなる。また、蓋部材７９ｃ、７９ｄは、第１部８１ａと第２部８１ｂとからなり、第２部８１ｂが前記蓋部材７８ａ、７９ｂの第２部８０ｂに対向する。

このため、このコイル７０は、加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃを有する１つの本体部７２と、３つの蓋部材７８ａ、７８ｂ、７８ｃと、４つの蓋部材７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７８ｄとから構成される。すなわち、８個の部品から構成される。

本体部７２は、多軸制御機能を有するマニシングセンタを用いて、種々の角度から加工することによって、一体で削り出すことができる。すなわち、公知公用の削り出し装置にて、この加熱部７１ａ，７１ｂ、７１ｃを有する本体部７２の一体での削り出しが可能となる。

このように、成形された加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃと蓋部材７８ａ、７８ｂ、７８ｃと蓋部材７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７９ｄとを銀ロウ付け等のロウ付けによって接合して組み立てることができる。

このように組立てられたコイル７０は、図３に示すように、各加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃが外側継手部材５１のトラック溝６６に嵌入状となる。この際、加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃは、縦枠７３の外面７３ａが、案内面６５及び案内面６５側の大内径部６６に所定一定隙間をもって対向する。

この状態で、このコイル７０に高周波電流を流し、発生する誘導加熱によって、被加熱部位をAc3又はAc1点以上の適切な温度に加熱した後、冷却水で冷却し（焼入れ）、さらに、被加熱部位をAc1点以下の適切な温度に加熱した後、冷却（焼戻）処理する。これによって、図３と図４に示すように、硬化層Ｓを形成することができる。

ところで、前記実施形態では、高周波熱処理用コイルは、ドライブシャフトの摺動式等速自在継手２４の外側継手部材５１の硬化層Ｓを形成するものであったが、プロペラシャフトの摺動式等速自在継手における外側継手部材の硬化層を形成するものであってもよい。

本発明の高周波熱処理用コイルによれば、組み立てる際の接合部位は、加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ以外であるので、接合（例えば、ロウ付け接合）による加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃの寸法精度の低下を招かない。すなわち、加熱に必要な部分が機械加工による一体で作られることになり、ロウ付けに伴う変形や歪の影響を小さく抑えることができ、組立後のコイルは高い精度を保つことが可能となる。従って、熟練したロウ付け技術も必要なく、しかも短時間での組立てが可能であり、生産性に優れ、低コスト化を図ることができる。このように、高精度のコイルであるので、熱処理品質に大きく影響する加熱部と、被加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃとの間の隙間を一定の寸法に安定して維持でき、高品質の熱処理を行うことができる。

また、本発明の高周波熱処理用コイルを用いて加熱処理を施した等速自在継手用外側継手部材は、高品質の熱硬化層Ｓを備えたものとなって、強度的に優れた外側継手部材５１となる。このため、このような外側継手部材５１を用いた等速自在継手２４は、強度的に優れ、長期にわたって等速自在継手２４として安定した機能を発揮できる。また、このような等速自在継手２４を用いたドライブシャフトやプロペラシャフトは安定した機能を発揮できる。

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、周波熱処理用コイルの材質として、銅に限るものではなく、高周波熱処理用コイルを組立てる場合、前記実施形態では、銀ロウ付けを用いたが、使用する材質に応じて、可能ならば、銅ロウ、黄銅ロウ、リン銅ロウ等の他のロウ付けを用いてもよい。トリポード型等速自在継手として、前記実施形態では、シングルローラタイプであったが、ダブルローラタイプであってもよい。

５１外側継手部材
６５案内面
６６トラック溝
６６大内径部
７０高周波熱処理用コイル
７１ａ、７１ｂ、７１ｃ加熱部

Claims

等速自在継手用外側継手部材の内周に設けられた３本のトラック溝を高周波熱処理用コイルを用いて熱処理する外側継手部材の製造方法であって、前記等速自在継手用外側継手部材は、内周に軸線方向に延びる３本のトラック溝を設けると共に各トラック溝の内側壁に互いに対向する案内面を設け、両案内面間に設けられた大内径部が形成されたトリポード型等速自在継手用であり、前記高周波熱処理用コイルは３つの加熱部を有し、各加熱部は、トラック溝の案内面及び大内径部の案内面近傍に対向する一対の縦枠と、縦枠の上部を連結する上枠と、縦枠の下部を連結する下枠とからなり、３つの加熱部と、３つの上枠と、３つの下枠とで一体削り出し加工される一つの本体部を構成し、この加熱部と他の部分とを接合して完成した後、各３箇所の加熱部を、等速自在継手用外側継手部材の３本のトラック溝にそれぞれ嵌合させてトラック溝の熱処理を行うものであり、この本体部には、前記大内径部に対向する上方の開口部と軸方向に開口する下方の開口部を有し、前記他の部分である蓋部材にて両開口部が塞がれ、一体削り出し加工された本体部の３つの加熱部の縦枠にて、トラック溝の案内面及び大内径部の案内面近傍に対して熱処理を行うことを特徴とする外側継手部材の製造方法。
前記高周波熱処理用コイルにて高周波焼入れを行うことを特徴とする請求項１に記載の外側継手部材の製造方法。
前記高周波熱処理用コイルにて高周波焼戻を行うことを特徴とする請求項１に記載の外側継手部材の製造方法。