JPH059583A - ステム部を強化した等速自在継手外輪 - Google Patents

ステム部を強化した等速自在継手外輪

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JPH059583A
JPH059583A JP3185496A JP18549691A JPH059583A JP H059583 A JPH059583 A JP H059583A JP 3185496 A JP3185496 A JP 3185496A JP 18549691 A JP18549691 A JP 18549691A JP H059583 A JPH059583 A JP H059583A
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JP
Japan
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hardness
outer ring
stem
hardened layer
mouth
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JP3185496A
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English (en)
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Yasunori Terada
保徳 寺田
Kazuharu Kato
一治 加藤
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Publication date
Application filed by NTN Corp, NTN Toyo Bearing Co Ltd filed Critical NTN Corp
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Publication of JPH059583A publication Critical patent/JPH059583A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固定型ボールジョイントなどの等速自在継手
の外輪には、マウス部とステム部とから一体に形成され
ているものがある。従来はマウス部内面の転走溝の硬化
層とステム部の外周面硬化層とが、同じ表面硬度の範囲
内にあった。軸継手使用中には、ステム部に捩り応力が
作用し、捩り破損は、専ら、ステム部セレーションの端
部の切下げ部で発生するので、ステム部を強化する必要
がある。 【構成】 ステム部の少なくともセレーションのマウス
側端部近傍における硬化層の表面硬度を、マウス部内面
の転走溝の硬化層の表面硬度より低く、好ましくはロッ
クウェルC硬度RHC55〜60の範囲に調整して捩り破
損強度を大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自在継手の外輪マウス
部から突設れているステム部の強化を図った等速自在継
手外輪の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】等速自在継手の中で、転動体が内輪と外
輪との間に介装された構造の継手の外輪、例えば固定型
ボールジョイントの外輪は、内面に数条の転走溝が形成
されてたマウス部と、そのマウス部の背後から中心軸上
に突設されたステム部とから形成されているものがあ
り、また、ステム部の先側にセレーションやスプライン
などの歯型部が刻設されて、他の外部伝動軸部材に、そ
の歯型部が嵌合固定されるものがある。
【0003】このような自在継手の外輪は、通常は、一
般に機械構造用鋼材によって、一体に形成されるのであ
るが、マウス部の転走溝を含む内面とステム部外周面と
には、焼入れ焼戻しによる硬化層が形成されて、当該転
走溝の転がり疲労寿命を確保し、同時にステム部の捩り
強度や繰り返し負荷に対する疲労破壊強度を確保して、
外輪としての機能を強度的に保証している。
【0004】そして、従来の外輪の製造・熱処理は、マ
ウス部とステム部とは、鋼材から別個に製作して摩擦溶
接等の溶接法により接合するか、又は、近年において
は、一体に型鍛造を行って、外輪に成形し、次いでマウ
ス部内面とステム部外周面とは別個に高周波焼入れを行
って、焼入れ硬化層を形成し、その外輪を炉内に装入し
て、均一加熱により焼戻しを行うものであり、マウス部
内面とステム部外周面との熱処理条件や鋼質はほぼ同じ
であった。そこでマウス部内面の転走溝の硬化層とステ
ム部外周面の硬化層とはほぼ同じ強度と硬度の範囲にあ
り、その硬度はロックウェルC硬度HRC60〜64であ
り、この硬度は専ら転走面の転がり寿命から定められて
いた。従って、ステム部外周面の硬化層の表面硬度も、
必然的に、同じく硬度HRC60〜64にならざるを得な
かった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】近年、自動車用の等速
自在継手においては、自動車の燃費向上及び軽量化のた
めに、継手の小型軽量化が必要となり、またエンジン性
能の向上に伴って継手が高負荷トルクに耐える構造と材
質が要求されている。しかるに、継手に作用する回転ト
ルクが高くなると、ステム部の応力集中部で捩り破壊が
生じるが、従来の継手外輪は、ステム部の形状・構造を
改良しても、なおその捩り破壊強度が低いという問題が
あり、熱処理・材質の観点から、捩り強度を改善する必
要があった。
【0006】本発明者らは研究の結果、上記熱処理法に
より、ステム部外周面の硬化層硬度が、専ら転走面の転
がり破壊寿命の観点から硬度が規定された転走溝の硬化
層硬さにほぼ等しいことが、捩り強度を低くする原因で
あるとの知見を得た。
【0007】本発明は、この知見に基づいて上記問題に
対処すべく、捩り強度が高く、強靱化されたステム部を
有する等速自在継手外輪を提供しようとするものであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の自在継手の外輪
は、転走溝を内面に有するマウス部と、セレーションな
どの歯型部を外周面に有するステム部とから一体に成形
されて成る外輪であって、当該ステム部外周面に誘導加
熱焼入れ及び焼戻しによる硬化層を有し、当該硬化層の
少なくとも当該歯型部のマウス部側端部近傍における硬
度が当該転走溝の硬化層に硬度より低いことを特徴とす
るものである。
【0009】そして、本発明は当該歯型部のマウス部側
端部近傍における硬度が、好ましくは、ロックウェルC
硬度HRC55〜60の範囲に調整されている外輪が含ま
れる。
【0010】
【作用】外輪ステム部のセレーションやスプラインなど
の歯型部は、継手の使用時には、他の伝動軸部材の内面
に刻設された歯型部と嵌合されているが、その嵌合部位
からマウス部の外径拡大部位までのステム部には、大き
な捩り応力が働く。図1に示す外輪の縦断面において、
外輪3のステム部1の外周面には、歯形部15が形成さ
れているが、特にスプラインなどの歯型部15の端部近
傍の歯型切下げ部151、即ち転造の際の刻設端部にお
ける歯底151には、複雑な切欠き形状を有するので、
捩り応力による応力集中が生じ、当該歯型切下げ部15
1で亀裂が生じる。その亀裂は、例えば、軸受支持部1
4に伝播して、ステム部は破壊する。本発明において
は、ステム部外周面の表面硬化層11であって、少なく
とも歯型部15端部近傍における応力集中部の表面硬度
を、マウス部転走溝23の表面硬化層21に要求される
硬度より低くするので、靱性が高くなり、捩り強度を高
くすることができる。
【0011】マウス部転走溝23の表面硬度は、高速高
負荷用の自在継手においては、ロックウェルC硬度HRC
60〜64の高硬度が要求されるが、この硬度範囲は歯
型部15端部の硬化層11の表面硬度としては高すぎて
捩り強度が低いので、歯型部15の端部近傍の硬度はH
RC60以下とする。またその硬度がHRC55より低いと
表面硬化層11が軟質となって、残留圧縮強度が低下し
て、繰り返し応力による疲労強度が低下するので好まし
くない。
【0012】歯型部15端部近傍の上記硬度範囲は、高
周波加熱焼入れによる焼入れ硬化能を有する構造用鋼材
であれば、捩り強度の向上に有効であり、したがって本
発明の外輪には、通常の高周波焼入鋼や浸炭焼入鋼が使
用される。
【0013】
【実施例】本発明の実施例を以下に示す。
【0014】供試材である等速自在継手の外輪は、図1
に示す断面形状の固定型ボールジョイント用外輪と、図
2に示すプランジング型ジョイント用外輪とを選んだ。
【0015】図1(A)において、外輪はステム部1と
マウス部2とから高周波焼入れ鋼から型鍛造により一体
に形成されたもので、マウス部2内面には、転走溝23
が刻設され、ステム部1はマウス部側から先側に向けて
軸受け用支持部14、セレーション部15と先端のネジ
部16から成り、セレーションは台形型で、転造成形さ
れたものである。セレーション部15の歯型外径は24
mmで、歯高は、2mmである。
【0016】図2のプランジング型ジョイント用外輪
は、ステム部1には、ネジ部の代わりに止め輪溝17が
端部に設けられているが、セレーション部15と軸受け
用支持部14の形状は、図1の固定型ボールジョイント
のものとほぼ同じである。
【0017】この外輪のステム部外周面とマウス部内面
に別個に高周波コイルによる加熱後注水して焼入れ処理
をし、焼入れ後の外輪を電気炉内に装入して通常の製造
工程と同じ条件で、180℃×60分の加熱をし、焼戻
処理を行い、表面硬化層11,21を形成した。
【0018】次に、外輪のステム部のみを再加熱して軟
化させるため、ステム部のセレーション部15と軸受支
持部14との間を中心に、低周波コイルによる誘導加熱
をして二次焼戻りを行った。二次焼戻し後の外周面の硬
度をHRC61〜62の硬度上限とHRC55〜58の硬度
下限の二水準になるように、表面加熱温度を160〜2
20℃に、10〜15sec加熱時間の範囲で調整し
た。
【0019】比較例として、高周波焼入れと炉内均一焼
戻しの上記の熱処理だけを実施して、二次焼戻しを省略
した外輪を用いた。他の製作上の条件は、実施例の供試
材と同じである。
【0020】実施例の供試材と比較材の外輪につき、ス
テム部のセレーションの切下げ部の歯底151における
表面硬度を、マイクロヴィッカース硬度計により実測し
てロックウェルC硬度HRCにより換算表示した。
【0021】次に供試材と比較材の外輪は、静的捩り試
験機により、ステム部の捩り試験を行い、破損に至るま
での破壊トルクを測定した。破壊位置は供試材・比較材
ともステム部のセレーション端部切下げ部151から発
生し、図2に模式的に示すように、軸受支持部14を約
45°の角度で破断曲面18が通過して破壊していた。
【0022】図3は、試験結果をまとめたもので、固定
型ボールジョイントとプランジング型とも、実施例の表
面硬度の下限狙いステムが最も破損トルクが高いことを
示しており、この観点からステム部の破損位置であるセ
レーションの端部切下げ部における硬化層の表面硬度を
HC55〜60の範囲に規制することが重要で、少なく
とも、マウス部の転走溝硬度HHC60〜64より低くす
る必要があることがわかる。
【0023】
【発明の効果】本発明の等速自在継手外輪のステム外周
面の硬化層のうち、少なくとも捩り破損の最も起こり易
いセレーション端部近傍の表面硬度を低く調整すること
により、ステム部の捩り破壊トルクを高めることができ
るから、本発明の継手は継手の小型軽量化あるいは伝動
トルクの高率化の要求される機械の分野に広く利用する
ことができ、継手の信頼性の向上に寄与することができ
る。また本発明の外輪は、継手の生産工程に誘導加熱に
よる二次焼戻し工程を追加するだけで、簡単に実現でき
るから、継手の安全を容易に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】固定型ボールジョイントの外輪の縦断面図
(A)と、セレーション部端部拡大図。
【図2】プランジング型ジョイント用外輪の縦断面図。
【図3】セレーション部端部における表面硬度と捩り試
験による破壊トルクとの関係を示す図。
【符号の説明】
1 ステム部 11 外周面硬化層 15 歯型部 2 マウス部 21 マウス部内面の硬化層 22 マウス部内面 23 転走溝 3 外輪
【手続補正書】
【提出日】平成3年8月15日
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0018
【補正方法】変更
【補正内容】
【0018】 次に、外輪のステム部のみを再加熱して
軟化させるため、ステム部のセレーション部15と軸受
支持部14との間を中心に、低周波コイルによる誘導加
熱をして二次焼戻りを行った。二次焼戻し後の外周面の
度をHRC 55〜58の硬度の範囲になるように、表面
加熱温度を220℃に、15sec加熱時間で調整
た。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0022
【補正方法】変更
【補正内容】
【0022】 図3は、試験結果をまとめたもので、固
定型ボールジョイントとプランジング型とも、実施例の
表面硬度のステムが破壊トルクが高いことを示してお
り、この観点からステム部の破損位置であるセレーショ
ンの端部切下げ部における硬化層の表面硬度をHRC55
〜60の範囲に規制することが重要で、少なくとも、マ
ウス部の従来の転走溝硬度HRC60〜64より低くする
必要があることがわかる。
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
【図3】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 転動体が転走する転走溝を内面に有する
    マウス部とセレーションなどの歯型部を外周面に有する
    ステム部とから一体に成形されて成る等速自在継手外輪
    において、 当該ステム部外周面に有する誘導加熱焼入れ及び焼戻し
    による硬化層の少なくとも当該歯型部のマウス部側端部
    近傍における表面硬度が、当該転走溝に有する表面硬化
    層の表面硬度より低いことを特徴とする等速自在継手外
    輪。
  2. 【請求項2】 当該歯型部のマウス部側端部近傍の当該
    表面硬度が、ロックウェルC硬度HRC55〜60の範囲
    にある請求項1記載の等速自在継手外輪。
JP3185496A 1991-06-28 1991-06-28 ステム部を強化した等速自在継手外輪 Pending JPH059583A (ja)

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