JPH06173967A - 等速ジョイント用アウターレース - Google Patents

等速ジョイント用アウターレース

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JPH06173967A
JPH06173967A JP4326513A JP32651392A JPH06173967A JP H06173967 A JPH06173967 A JP H06173967A JP 4326513 A JP4326513 A JP 4326513A JP 32651392 A JP32651392 A JP 32651392A JP H06173967 A JPH06173967 A JP H06173967A
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陽一 渡辺
Shunzo Umegaki
俊造 梅垣
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    • 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

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】耐面疲労性、耐摩耗性に優れた等速ジョイント
用アウターレースを提供すること。 【構成】構造用鋼を用いた等速ジョイント用アウターレ
ースのボール転動溝部の表面硬化層において、母材固溶
窒素量よりも高い濃度の窒素を固溶した焼き入れマルテ
ンサイト組織の硬化層が、表面から部品肉厚の0.6〜
20%とすることを特徴とする等速ジョイント用アウタ
ーレース。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐面疲労性および耐摩
耗性に優れた等速ジョイント用アウターレースに関す
る。
【0002】
【従来の技術】一般に鋼部品の耐疲労性、耐摩耗性を向
上させるには表面層を硬化させることが有効であること
が知られており、その方法としては高周波焼き入れ、あ
るいは窒化または軟窒化処理等を行い、表層部において
焼き入れマルテンサイト組織あるいは硬い窒素化合物層
と固溶窒素による硬化層を形成させることが従来より行
われている。同様に、等速度ジョイント用アウターレー
スにおいても、高周波焼き入れなどにより、表面層部に
焼き入れマルテンサイト組織を形成させて、耐疲労性お
よび耐摩耗性を付与することが行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高周波
焼き入れなどによって表面層部に生成する焼き入れマル
テンサイト組織は、その生成層の厚さを比較的容易に制
御できるという利点はあるが、表面硬化層の硬度は母材
炭素量により決定されてしまうため構造用鋼では硬度に
限界があるという問題点がある。
【0004】窒素と親和性の強い元素、例えばアルミニ
ウム、クロム、およびバナジウムなどを含有する鋼を窒
化あるいは軟窒化させることにより形成される表面硬化
層は、硬い複窒化物および窒素の固溶体硬化により著し
く硬化する。しかし、その表面硬化層は極めて浅く、ま
た脆弱で剥離しやすいため、転がり成分に対するすべり
成分(すべり率)の高い状態での耐面疲労強度が要求さ
れる等速ジョイント用アウターレースのボール転動溝部
への適用は好ましくない。
【0005】本発明は、等速ジョイント用アウターレー
スの転動溝部において、上記問題点を解決し、剥離しに
くい硬い組織からなる表面硬化層を有する等速ジョイン
ト用アウターレースを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決する手段】本発明は、構造用鋼を用いた等
速ジョイント用アウターレースのボール転動溝部の表面
硬化層において、母材固溶窒素量よりも高い濃度の窒素
を固溶した焼き入れマルテンサイト組織の硬化層が、表
面から部品肉厚の0.6〜20%となる等速ジョイント
用アウターレースの構成とした。
【0007】
【作用】本発明は、構造用鋼を用いた等速ジョイント用
アウターレースのボール転動溝部において、母材固溶窒
素量よりも高い濃度の窒素を固溶した焼き入れマルテン
サイト組織の硬化層が、表面から部品肉厚の0.6〜2
0%からなる。
【0008】曲率を有する弾性体が、互いに押し付けら
れた際の応力を弾性解析した結果により、垂直応力の最
大値は表面であるのに対して、せん断応力については表
面からある深さの位置で最大値をとり、すべり率の増加
と共に最大位置が表面に近づくことが知られている。等
速ジョイント用アウターレースのボール転動部において
は、平均のすべり率が高く、最大せん断応力発生位置は
表面から0.6〜5%であることから、表面から部品肉
厚の0.6〜20%の表面層が耐面疲労性および耐摩耗
性に最も大きく影響する。従って、表面から部品肉厚の
0.6〜20%の表面層を最も強化することが有効であ
る。
【0009】
【実施例】本発明において、該表面硬化層の表面から部
品肉厚の0.6〜20%に形成した母材固溶量よりも高
い量の窒素を固溶した焼き入れマルテンサイト組織は、
非常に微細なラス状形態を呈し、通常の焼き入れマルテ
ンサイト組織より高硬度および高靱性の特性を有する。
残部硬化層は母材成分と同じ通常の焼き入れマルテンサ
イトであるが、微細ラス状マルテンサイト組織と該残部
硬化層の境界部は、第1図(a)のようになるため硬化
層部での硬度変化は緩やかである。このような本発明硬
化層は、接触面圧が短時間に大きく変化し、また平均す
べり率が高い等速ジョイント用アウターレースのボール
転動面において、従来技術での表面硬度ならびに脆弱・
剥離の難点を克服し、耐面疲労性、耐摩耗性を著しく向
上させることができる。
【0010】表面から部品肉厚の0.6〜20%の表面
層を最も強化する場合、硬化層を支える深部硬化層が必
要であり、好ましくは硬化層を含め表面から5%〜13
%(乗用車では、1.5[mm]〜4.0[mm]に相
当)程度までの硬化層を形成させることが理想的であ
る。
【0011】本発明を以下の実施例に基づいて説明す
る。 実施例1 試料として、組成が炭素0.55重量%,珪素0.23
重量%,マンガン重量%,リン0.025重量%,硫黄
0.029重量%,ニッケル0.03重量%,クロム
0.20重量%,モリブデン0.01重量%およびバナ
ジウム0.11重量%という組成のS55C鋼にクロム
およびバナジウムを添加した鋼を用い、真空溶製したの
ち鍛造、焼準および試験片加工を行い、580[℃]に
て90分間塩浴軟窒化処理した。その後、高周波加熱に
より試料表面温度を850[℃]まで0.9秒間で昇温
させ、さらに1.9秒間昇温させ1150[℃]にて水
焼き入れし、170[℃]で120分間の焼き戻しを行
い、最終仕上げとして表面層を0.03[mm](表面
から0.1%)研磨除去した。本試料の硬化層は肉厚の
0.7%である。
【0012】後述するローラーピッチング用試験片につ
いては、直径26[mm]、長さ30[mm]の試験部
位に対し、また、後述する振動摩擦摩耗試験用の円盤状
試験用片については、直径24[mm],長さ8mmの
平坦部両面に対して以下の作業を行った。まず、高周波
加熱により試料表面温度が850[℃]まで0.9秒間
で昇温さる。さらに、1150[℃]まで1.9秒間で
昇温して水焼き入れし、170[℃]で120分間の焼
き戻しを行う。そして、最終仕上げとして表面層を30
[μm](表面から0.1%)研磨除去し試験に供し
た。
【0013】実施例2 S55C鋼にバナジウム、クロム、モリブデンを添加し
た構造用鋼を温間鍛造および機械加工を行い、その後5
70[℃]×180[分]ガス軟窒化処理し、さらにボ
ール溝部においては、7.5[Hz]の周波数、140
[Kw]の電力にて3.6秒間高周波加熱した後焼き入
れ処理を行った。最終仕上げとしてボール溝部において
は、表層部0.2[mm]切削除去し、第五図の1に示
す形状の等速ジョイント用アウターレースに仕上げた。
上記工法にて作成したアウターレースのボール溝部では
表面硬さがHv=830に達し、表面層0.4[mm]
(表面から1.3%)の微細なラス状の鉄−炭素−窒素
(Fe−C−N)系マルテンサイトと2.3[mm]
(表面から7.7%)の通常の鉄−炭素(Fe−C)系
マルテンサイトからなる硬化層を形成していることを光
学顕微鏡およびX線マイクロアナライザーを用いた定性
分析により確認した。
【0014】比較例1 塩浴軟窒化を行うまでは実施例1と同様にして、試験片
2を得た。
【0015】比較例2 高周波加熱を行うまでは実施例1と同様にして試験片3
を得た。
【0016】試験評価 試験片1は、第1図(a)に示すように、顕微鏡組織が
表面から0.2[mm](表面から0.7%)までは微
細なラス状マルテンサイト組織であり残部硬化層につい
ては通常のマルテンサイト組織であった。硬化層のX線
マイクロアナライザーによる分析では微細なラス状マル
テンサイト組織に対応する領域では深部の窒素濃度より
もかなり高い濃度の窒素が同定できた。また表面のX線
回折を行った結果、窒素化合物の存在は確認されなかっ
た。これは1150℃にて1.9秒間保持した過程で窒
素化合物層が完全に分解し、窒素が内部に拡散固溶した
ためである。以上、明らかなように試験片1は本発明の
該硬化層を有する試験片である。試験片2については、
第1図(b)に示すように表面に生成した1.5×10
-2[mm](表面から0.05%)の白色層とフェライ
トパーライト混合組織からなっており、この白色層はX
線回折により窒素化合物層であることが確認できた。試
験片3については、第1図(c)に示すように表面硬化
層は通常の焼き入れマルテンサイト組織であった。断面
の硬度プロフィールにおいては、第2図の代表例に示す
ように試験片2、試験片3に比較して試験片1は表面か
ら0.2[mm](表面から0.7%)まで硬度が試験
片3よりも高く、この硬化深さは試験片2よりも深い。
【0017】以上のような熱処理を行った試験片1、試
験片2および試験片3それぞれについて、アウターレー
スのボール転動面の耐面疲労の評価法としてローラーピ
ッチング試験、また耐摩耗製の評価法として振動摩擦摩
耗試験を行った。ローラーピッチング試験については、
アウターレースに良くみられる、ピッチングおよびフレ
ーキング発生の促進条件として以下の条件、即ち 接触面圧;375kg/mm2 すべり率;−40% 相手材;SCM420浸炭材 潤滑油;等速ジョイント用グリースの基油 なる条件でピッチングあるいはフレーキングの発生寿命
を測定する方法で行った。その結果、第3図に示すよう
に、試験片1は、試験片2および試験片3に比較し5〜
10倍に寿命が向上することが判明した。また、振動摩
擦摩耗試験については、等速ジョイント内のグリース潤
滑での摩耗状況を再現した促進条件として以下の条件、
で行い試験中の摩擦係数および試験片表面の摩耗深さを
測定する方法で評価した。
【0018】試験片形状; 円盤状 接触面圧; 221[kg/mm2] 試験片温度; 80℃均熱 潤滑油;等速ジョイント用グリース 振動摩擦条件;相手材を50[Hz]の周波数で30分
間連続振動 以上の条件で行った試験結果については第4図に示すよ
うに、試験片1は試験片2および試験片3に対し摩擦係
数に差異は認められなかったが、摩耗深さが1/3に大
きく抑えられた。
【0019】本試験例より、塩浴軟窒化後高周波加熱保
持焼き入れ処理により得られた本発明の硬化層は、耐面
疲労性および耐摩耗性向上に大きな効果のあることが確
認できた。
【0020】試験例2 第5図に示すように、本発明のアウターレース1、SC
r420浸炭焼き入れインナーレース2、ボール溝部
3、SUJ2焼き入れ焼き戻しボール4、ボールゲージ
5およびグリース6、さらには中間軸7から構成される
等速ジョイントと、比較のためS55C鋼の高周波焼き
入れにより作成した従来アウターレースを用いた等速ジ
ョイント各々について、動力循環式耐久評価試験機を用
い、下記条件で試験し、その結果を第6図に示した。 回転数;700[rpm.] 負荷トルク;34〜45[kgfm] 角度変動パターン;約20[度]の幅にて15[秒]周
期で変動 耐久時間;75[時間] 第6図に示すように本発明の等速ジョイント用アウター
レースは全く損失がみられなかったのに対し、従来アウ
ターレースはフレーキングと思われる面疲労現象が認め
られた。また、試験前後のグリースを分析して比較した
結果、外観、調度、滴点、水分および全酸化価いずれも
差が認められなかった。しかし、鉄分量については、全
構成部品で損傷が殆ど見られないとき、本発明の等速ジ
ョイント用アウターレースは、耐面疲労性および耐摩耗
性に優れた特性を有することが確認できた。
【0021】本発明の適用鋼としては、本実施例以外
に、基本鋼に炭素量0.3%以上0.7%未満の炭素鋼
を用い、クロム0.2%以上1.5%未満、バナジウム
0.1%以上0.4%未満およびモリブデン0.1%以
上0.9%未満添加した鋼が望ましい。また本実施例に
おいては、塩浴軟窒化後高周波加熱保持焼き入れによ
り、本発明の硬化層を得たが、そのほかイオン窒化、プ
ラズマ浸炭窒化、ガス軟窒化およびガス浸炭窒化などの
処理後、高周波加熱焼き入れ、レーザ加熱焼き入れ、炉
中加熱焼き入れおよび火炎焼き入れ処理してもよい。
【0022】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の構成
とすることにより等速ジョイント用アウターレースのボ
ール溝部において、従来の表面硬化層に比較して耐面疲
労性をおよび耐摩耗性を飛躍的に向上させる効果を有
し、部品の小型軽量化に多大に貢献できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明実施例における試験片の断面ミクロ組
織の模式図
【図2】 本発明実施例における試験片断面の硬度プロ
フィール
【図3】 ローラーピッチング試験結果
【図4】 振動摩擦摩耗試験結果
【図5】 等速ジョイント用アウターレースの構造
【図6】 動力循環式耐久評価試験結果
【符号の説明】
【図5】 1 アウターレース 2 インナーレース 3 ボール溝部 4 ボール 5 ボールゲージ 6 グリース 7 中間軸(ドライブシャフト)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C23C 8/50 7516−4K

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】構造用鋼を用いた等速ジョイント用アウタ
    ーレースのボール転動溝部の表面硬化層において、母材
    固溶窒素量よりも高い濃度の窒素を固溶した焼き入れマ
    ルテンサイト組織の硬化層が、表面から部品肉厚の0.
    6〜20%とすることを特徴とする等速ジョイント用ア
    ウターレース。
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