WO2019059285A1 - 等速自在継手およびそのケージ - Google Patents

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WO2019059285A1
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cage
constant velocity
universal joint
velocity universal
ball
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翼 西川
雅司 船橋
智茂 小林
輝明 藤尾
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a constant velocity universal joint and a cage used therefor.
  • a constant velocity universal joint (also referred to as a constant velocity joint) that transmits rotational motion is used, for example, at a connection portion of a wheel or axle of a car, and torque transmission can be performed at constant speed even if the operating angle is changed.
  • Connection parts are used, for example, at a connection portion of a wheel or axle of a car, and torque transmission can be performed at constant speed even if the operating angle is changed.
  • An inner ring 3 having an outer spherical surface 2 having a plurality of guide grooves 1 and an inner spherical surface having a plurality of guide grooves 4 are provided.
  • a mechanism capable of transmitting the rotational speed at an equal speed by interposing at the opposite position of the groove is provided.
  • the cage of the constant velocity joint of the above-mentioned structure has a plurality of pockets (also the window part) in which torque transmitting balls are rollably accommodated in the circumferential direction of a short cylindrical base material made of low and medium carbon steel etc. Is punched and formed by pressing, and after carburizing it in order to increase its strength, quenching and tempering are carried out, thereby making the entire surface as hard as possible and imparting ductility to the central part doing.
  • a shear surface is formed by pressing on a pair of ball rolling surfaces (contact surfaces) facing in the axial direction of the pocket, and a finished surface is formed by cutting after heat treatment.
  • a cage for a constant velocity universal joint in which the cage strength is enhanced is known (Patent Document 2).
  • the constant velocity universal joint cage increases the cage ball contact surface hardness to ensure wear resistance, while enhancing the cage toughness and the peripheral surface of the pocket (window) generated by repeated occurrence of torsional deformation in the cage. It is necessary to make it hard to generate cracks.
  • a pair of end surfaces facing in the cage circumferential direction of the pocket is a surface cut after quenching, and the surface hardness is lower than the surface hardness of the pair of side surfaces facing in the cage axial direction of the pocket
  • the peripheral portion of the pocket is made of carburized and hardened skin steel and is hard, generation of cracks was inevitable.
  • the constant velocity universal joint requires a constant velocity universal joint that can respond to usage conditions where the operating angle is changed as much as possible, although the load (surface pressure) applied from the ball to the cage also changes significantly as the operating angle changes significantly. It is.
  • the object of the present invention is to secure the required strength in the cage of a constant velocity universal joint by suppressing the occurrence of cracks in the peripheral portion of the pocket and the development thereof, which are the above-mentioned problems, and It is to ensure the wear resistance of the contact surface. And, by using a cage that maintains such high strength and durability, it is possible to reduce the weight and size of the constant velocity universal joint, and it is possible to have the required strength even when used at a large operating angle. Is also an issue.
  • an inner ring provided with an outer spherical surface formed with a plurality of guide grooves
  • an outer ring provided with an inner spherical surface formed with a plurality of guide grooves
  • a guide groove of the inner ring and the outer ring A plurality of balls which transmit torque by being interposed between the guide grooves and a cage which has windows for receiving the balls and which is interposed between the outer spherical surface of the inner ring and the inner spherical surface of the outer ring
  • the cage is made of fully hardened steel and has a hardness lower than the hardness of the contact surface of the cage with the ball, at or around the window excluding the contact surface of the cage with the ball. It is a constant velocity universal joint provided with a soft part.
  • the ductility is enhanced by its ductility because the peripheral portion etc. locally has a hardness that is lower than the hardness of the ball contact surface of the cage, and the dynamic load such as a cyclic load is The occurrence of cracks and their progress are sufficiently suppressed.
  • the soft part is preferably a soft part having a thickness of 0.05 mm or more.
  • the hardness (Vickers hardness) of the ball contact surface of the cage exceeds Hv 650 so that the wear resistance of the cage and the prevention of the occurrence of cracks such as the peripheral portion of the window can both be achieved.
  • the hardness of Hv is preferably 650 or less.
  • the cage is made of steel having a carbon content of at least 0.45% so that the wear resistance of the contact surface with the balls of the cage is sufficient.
  • the constant velocity universal joint becomes a constant velocity universal joint which has the required strength and sufficiently withstands use even when used at a large operating angle.
  • the constant velocity universal joint can achieve the same strength even if the thickness of the cage is reduced by improving the strength of the cage, and weight reduction of parts including the cage and further the entire constant velocity universal joint Miniaturization is possible.
  • the hardness of the contact surface with the ball of the cage by the local heat treatment on the peripheral portion of the window except the contact surface with the ball It is preferable to manufacture a cage of a constant velocity joint by employing a manufacturing process for forming a soft part with lower hardness.
  • a method of manufacturing such a constant velocity universal joint cage is a heat treatment by local heating and annealing, thereby forming a layered or streaked soft part, which is a high strength cage. It is preferable in order to manufacture efficiently.
  • the invention provides a constant velocity universal joint in which a soft portion having a hardness lower than the hardness of the ball contact surface of the cage is provided at or around the window except the contact surface with the ball of the cage made of fully hardened steel. Therefore, the cage can receive the contact pressure of the ball with sufficient wear resistance, has ductility such as the peripheral portion of the window portion, etc., and can be subjected to dynamic load such as repeated load. On the other hand, there is an advantage that the occurrence of a crack and its progress can be sufficiently suppressed.
  • the constant velocity universal joint can ensure sufficient wear resistance in the cage and can sufficiently suppress the occurrence of a crack and its development on the surface such as the peripheral portion of the window including the non-contact surface with the ball. Therefore, it is possible to reduce the weight or size of the constant velocity universal joint by reducing the weight and weight of the high-strength cage, and also having the required strength even when used at a large operating angle.
  • FIG. 1 Front view of the cage of the first embodiment
  • FIG. 3 of the cage in which the soft part is provided on the inner diameter side in the first embodiment The aa cross section of FIG. 3 of the cage which provided the soft part in the radial direction both sides of 1st Embodiment
  • the aa sectional view taken along the line aa of FIG. 3 of the cage in which the soft portion is provided in the entire radial direction except the ball contact portion of the first embodiment 3 is a sectional view taken along the line bb of FIG.
  • FIG. 3 of the cage in which the soft portion is provided in the entire radial direction excluding the ball contact portion according to the first embodiment Front view of the cage of the second embodiment
  • the aa sectional view taken along the line aa of FIG. 8 of the cage in which the soft portion is provided in the whole area in the radial direction in the second embodiment 8 is a cross-sectional view taken along the line bb of FIG. 8 of the cage in which the soft portion is provided in the entire radial direction according to the second embodiment.
  • the aa cross-sectional view of FIG. 8 of the cage in which the soft portions are provided on both sides in the radial direction in the second embodiment 8 is a cross-sectional view taken along the line bb of FIG.
  • FIG. 8 Front view of the cage of the third embodiment
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line bb of FIG. 11 of the cage in which the soft portion is provided in the entire radial direction in the third embodiment.
  • the aa sectional view taken along the line aa of FIG. 11 of the cage in which the soft portions are provided on both sides in the radial direction in the third embodiment 11 is a cross-sectional view taken along the line bb of FIG.
  • FIG. 14 of the cage in which the soft portions are provided on both sides in the radial direction in the fourth embodiment 14 is a cross-sectional view taken along the line bb of FIG. 14 of the cage in which the soft portions are provided on both sides in the radial direction in the fourth embodiment.
  • the constant velocity universal joint A includes an inner ring 3 having an outer spherical surface 2 on which a plurality of guide grooves (hereinafter may be referred to as a track) are formed;
  • An outer ring 6 provided with an inner spherical surface 5 in which a plurality of guide grooves 4 are formed, a plurality of balls 7 interposed between a guide groove 1 of the inner ring 3 and a guide groove 4 of the outer ring 6 to transmit torque
  • the fixed constant velocity universal joint is provided with a cylindrical cage 9 having a window 8 accommodated therein and interposed between the outer spherical surface 2 of the inner ring 3 and the inner spherical surface 5 of the outer ring 6.
  • a soft portion 10 having a hardness lower than the hardness of the ball contact surface of the cage 9 is provided on the peripheral portion of the window portion 8 including the non-contact surface with the ball 7 of the cage 9.
  • eight guide grooves 1 formed at equal intervals on the outer spherical surface 2 of the inner ring 3 extend in the axial direction of the inner ring 3, and similarly equally spaced on the inner spherical surface 5 of the outer ring 6.
  • the eight guide grooves 4 formed in the above are also in the form of circular grooves extending in the axial direction of the outer ring 6 respectively.
  • the number of guide grooves 1 and 4 formed in the inner ring 3 and the outer ring 6 may be increased or decreased in accordance with the type and application of the constant velocity universal joint, and any number of grooves other than 6 or 8 may be employed.
  • the guide groove 1 on the inner ring side and the guide groove 4 on the outer ring side form a pair to form a ball track, and eight balls 7 for transmitting torque are incorporated in each ball track.
  • the inner ring 3 and the outer ring 6 of such a constant velocity universal joint A operate in a state in which the rotary shaft on the drive side and the rotary shaft on the driven side are connected.
  • the ball 7 is formed by the rotary shaft of the inner ring 3 and the rotary shaft of the outer ring 6.
  • the cage 9 arranges the centers of the balls 7 in a plane bisecting the angle. At this time, the ball 7 is in a state of being fitted into both the guide groove 1 on the inner ring side and the guide groove 4 on the outer ring side, and torque can be transmitted bidirectionally between the inner ring 3 and the outer ring 6.
  • the cylindrical cage 9 for holding the balls 7 is made of a completely hardened and hardened steel material, and of the inner peripheral surface of the window portion 8, the end surface 8 a facing the cage 9 in the axial direction.
  • the contact surface with the ball 7 which occupies most of the above is heat-treated to the required hardness so as to ensure the wear resistance.
  • a preferred ball contact surface hardness to ensure sufficient wear resistance is a hardness greater than Hv 650.
  • the ball contact surface of the cage 9 is in the form of a strip in the middle of the thickness of the pair of end surfaces 8a, 8a of the cylindrical cage 9 facing in the axial direction out of the inner peripheral surface of the window 8 of the rounded rectangular hole. It is an extended portion (see FIGS. 3 and 6B).
  • the ball non-contacting surface of the cage 9 is the inner peripheral surface of the window portion 8 and both the inner and outer diameter edge portions of the cage 9 of the pair of end surfaces 8a facing in the axial direction of the cage 9
  • the edges other than the inner circumferential surface, that is, the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the cage 9 are both non-contact surfaces with the ball 7.
  • the constant velocity universal joint according to the first embodiment is a ball contact of the cage 9 so as to be continuous with the entire circumference of the peripheral portion of the window 8 including the non-contact surface with the ball 7 of the cage 9.
  • a soft portion 10 having a hardness lower than that of the surface is provided.
  • the soft part 10 is provided in a layer or band or stripe form at a depth of 0.05 mm or more in thickness (for example, 0.05 to 0.5 mm) from the surface of the cage 9 by a known heat treatment of quenching and annealing. Is preferable for preventing the occurrence of a crack and for suppressing its progress.
  • the soft portion 10 shown in FIG. 3 is formed so as to be continuous on the entire periphery of the peripheral portion of the window portion 8 except the contact surface with the ball 7 of the cage 9.
  • the soft portion 10 can be formed by annealing treatment with the above-described local heating step so that the hardness is lower than the hardness of the ball contact surface of the cage 9.
  • the soft part 10 formed with a layer thickness of 05 mm or more also appears on the non-contact surface of the balls 7 on the outer peripheral side or the inner peripheral side of the cylindrical cage 9 or on both sides thereof.
  • the position in the diameter (thickness) direction of the cage 9 in which the soft portion 10 is disposed is preferably changed according to the type and application of the constant velocity universal joint, for example, when used for the front portion of a drive shaft of an automobile It is desirable to narrow the range of the soft portion 10 because the working angle of the fast universal joint changes significantly and the relative movement of the ball with respect to the cage 9 increases accordingly.
  • the hardness of the ball contact surface of cage 9 exceeds Hv 650, and the soft portion disposed on the non-contact surface with ball 7 in consideration of the strength of cage 9 It is preferable to make the hardness of 10 Hv 650 or less.
  • the operating angle of the constant velocity universal joint is relatively small, and the relative movement of the ball relative to the cage 9 is correspondingly small. Therefore, the soft portion 10 can be widened accordingly.
  • FIG. 4A and FIG. 4B shows that the soft part 10 was formed only in the edge of the outer peripheral surface side of the cage 9 among the perimeters of the inner peripheral surface of the window part 8.
  • the central region in the radial direction and the inner circumferential surface side of the entire circumference of the inner circumferential surface of the window portion 8 of the cage 9 have high hardness (Hv 650 or more).
  • FIGS. 5A and 5B shows that the soft portion 10 is formed only at the edge portion on the inner circumferential surface side of the cage 9 among the entire circumference of the inner circumferential surface of the window portion 8.
  • the central region in the radial direction and the outer peripheral surface side of the entire circumference of the inner peripheral surface of the window portion 8 of the cage 9 have high hardness (Hv 650 or more).
  • the soft portion 10 is formed on only the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the cage 9 out of the entire peripheral surface of the inner peripheral surface of the window 8. It shows. Only the central region in the radial direction has high hardness (Hv 650 or more) over the entire circumference of the inner peripheral surface of the window portion 8 of the cage 9.
  • FIGS. 7A and 7B shows that the soft portion 10 is formed on all the non-contact surfaces with the ball 7 (see FIG. 1) in the entire circumference of the inner peripheral surface of the window portion 8. . Only the contact portion with the ball 7 has high hardness (Hv 650 or more) on the entire circumference of the inner peripheral surface of the window portion 8 of the cage 9.
  • the soft portion 10 having a hardness lower than the hardness of the ball contact surface of the cage 9 is provided continuously over the entire periphery of the peripheral portion of the window portion 8 Therefore, regardless of the shape of the edge of the window portion 8 of the cage 9, elastic deformation and ductility are provided at all peripheral portions, and cracks are generated even under dynamic load such as repeated load at operation. And their progress can be sufficiently suppressed.
  • a cage is used instead of forming the soft portion 10 continuously on the entire periphery of the peripheral portion of the window portion 8 as in the first embodiment.
  • the soft portion 10 is formed only at four corner portions 8c formed by circular curved surfaces which are boundary portions where a pair of end faces 8a, 8a opposed in the axial direction of 9 and a pair of end faces 8b, 8b opposed in the circumferential direction are in contact.
  • the soft portion 10 is formed in the same manner as in the first embodiment except for the arrangement.
  • the arrangement in the radial direction (the thickness direction of the cage) of the cage 9 of the soft portion 10 is the same as in the example of the first embodiment (the example shown in FIGS. 4A to 7B). It can be changed according to the type and application.
  • the soft portions 10 formed at the four corners 8c of the window 8 with rounded rectangular holes are in the diameter (thickness) direction of the cage 9. It may be formed over the entire area.
  • the pair of end surfaces 8a, 8a and the pair of end surfaces 8b, 8b have high hardness (Hv 650 or more).
  • the soft part 10 formed in the four corner parts 8c of the window part 8 is formed only in the both-ends of the inner peripheral surface side of cage 9 and an outer peripheral surface side. May be In the inner peripheral surface of the window portion 8 of the cage 9, the radial center regions of the pair of end surfaces 8a, 8a and the pair of end surfaces 8b, 8b and the four corners 8c have high hardness (Hv 650 or more).
  • Hv 650 high hardness
  • illustration is omitted as another example, as in the arrangement of the soft portion 10 shown in FIGS. 4A, 4B, 5A and 5B of the first embodiment, the arrangement of the soft portion 10 is also the second embodiment. It can be adopted.
  • a cylinder is used. At the boundary where the pair of end surfaces 8b, 8b opposite in the circumferential direction of the cage 9 and the pair of end surfaces 8a, 8a opposite in the axial direction of the cage 9 contact the pair of end surfaces 8b, 8b opposite in the circumferential direction
  • the soft portion 10 is disposed at a portion where the four corner portions 8c and 8c which are circularly curved and are combined, and the other configuration is the same as that of the first embodiment.
  • the position in the diameter (thickness) direction of the cage 9 in which the soft portion 10 is disposed is uniform as in the first embodiment (example shown in FIGS. 4A to 7B). It can be changed according to the type and application of the universal joint.
  • the soft portion 10 formed on the pair of end faces 8b and 8b and the four corners 8c of the window 8 covers the entire area in the diameter (thickness) direction of the cage 9. It may be formed.
  • the pair of end surfaces 8a, 8a have high hardness (Hv 650 or more).
  • the soft portions 10 formed on the pair of end faces 8b and 8b and the four corners 8c of the window portion 8 are both on the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side of the cage 9. It may be formed only at the edge.
  • the entire area in the radial direction of the pair of end surfaces 8a, 8a and the radial center region of the pair of end surfaces 8b, 8b and the four corners 8c have high hardness (Hv 650 or more) is there.
  • Hv 650 high hardness
  • the position in the diameter (thickness) direction of the cage 9 in which the soft portion 10 is disposed is the type of constant velocity universal joint And can be changed according to the application.
  • the soft portion 10 is formed only on both the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side of the cage 9 in the inner peripheral surface of the window portion 8. May be On the inner peripheral surface of the window portion 8 of the cage 9, the entire area in the radial direction of the pair of end surfaces 8b, 8b and the central region in the radial direction of the pair of end surfaces 8a, 8a and the four corners 8c have high hardness (Hv 650 or more) is there.
  • illustration is abbreviate
  • the required ductility of the window portion can be obtained by appropriately changing and arranging the soft portion 10 in the portion of the cage 9 where the crack tends to occur.
  • the surface pressure of the ball 7 can be received by the force.
  • the cost by heat processing can be reduced by making the range of the soft part 10 as small as possible.
  • Reference Signs List 1 4 guide groove 2 outer spherical surface 3 inner ring 5 inner spherical surface 6 outer ring 7 ball 8 window 8a 8b end face 8c corner 9 cage 10 soft portion A constant velocity universal joint

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Abstract

等速自在継手Ａのケージ（９）は、ボール（７）の収容される窓部（８）を有して内輪（３）の外球面（２）と外輪（６）の内球面（５）との間に介在し、ボール（７）との接触面を除く窓部（８）またはその周囲に、局所的な熱処理を施し、ボール（７）との接触面の硬度より低い硬度の軟質部（１０）を設けたものであり、その延性によって靱性を高めて動的荷重に対する亀裂の発生やその進展を抑制する。

Description

等速自在継手およびそのケージ
　この発明は、等速自在継手およびこれに用いるケージに関する。
　一般に、回転運動を伝達する等速自在継手（等速ジョイントとも別称される。）は、例えば自動車の車輪や車軸の接続部分に用いられ、作動角度を変化させても等速でトルク伝達が可能な接続部品である。
　図１、２を利用して代表的な等速自在継手の主な構造を説明すると、複数の案内溝１を形成した外球面２を備える内輪３と、複数の案内溝４を形成した内球面５を備える外輪６と、内輪３の案内溝１と外輪６の案内溝４との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、内輪３の外球面２と外輪６の内球面５との間に介在してボール７を保持するケージ９とを備え、内輪３と外輪６の回転軸とがなす角度が付いてもボール７が、案内溝１、４内を移動し、これら両溝の対向する位置に介在することにより回転速度を等速で伝達できる機構を備えている。
　因みに、上記構造の等速自在継手のケージは、低・中炭素鋼などからなる短円筒状素形材の円周方向に、トルク伝達ボールを転動自在に収容する複数のポケット(窓部とも称される。) をプレス加工により打ち抜いて形成し、その強度を高めるために、ガス浸炭を施した後、焼入れ、焼戻しが行われ、これによって表面全体をできるだけ硬くし、中心部に延性を付与している。
　等速自在継手のケージについての改良技術としては、ポケットのケージ周方向に対向する一対の端面を、焼入れ後に切削することにより、その表面硬さをポケットのケージ軸方向で対向する一対の側面の表面硬さより低くし、ポケット間の柱部に靱性を持たせて、柱部の引張り強度および捩じり強度を向上させた固定式等速自在継手のケージが知られている（特許文献１）。
　また、素材全体を焼入れにより硬化したケージについて、ポケットの軸方向に対向する一対のボール転走面（接触面）に、プレス加工で剪断面を形成し、さらに熱処理後の切削による仕上げ面を形成し、ケージの強度を高めた等速自在継手用のケージが知られている（特許文献２）。
　さらにまた、ケージ(保持器)の横断面の全体が同じ延性および硬度であるように、いわゆる全硬化焼入れし、ケージ全体を炭素含有量０．３～０．５％の炭素鋼を無心焼入れおよび焼戻しすることにより、５００～６５０Ｈｖの硬度としたケージが知られている（特許文献３）。
特開２００１－１５３１４８号公報 特開２００６－２２６４１２号公報 特許第４７０８４３０号公報
　等速自在継手のケージは、ケージのボール接触表面硬度を高めて耐摩耗性を確保しつつ、ケージの靭性を高め、ケージに捩じれ変形が繰り返し起こることによって生じるポケット(窓部)の周縁部表面の亀裂を発生し難くする必要がある。
　特許文献１に記載されるように、ポケットのケージ周方向に対向する一対の端面を焼入れ後に切削した面とし、その表面硬さをポケットのケージ軸方向に対向する一対の側面の表面硬さより低くしても、ポケットの周縁部分は、浸炭焼入れされた肌焼き鋼からなっていて硬質であるので、亀裂の発生は避けられなかった。
　また、特許文献２に記載されたものは、ケージ全体の硬度を高めているので、耐摩耗性は充分にあるが、ポケットの周縁部分の表面には靱性は付与されていない。
　さらにまた、炭素含有量が所定範囲の炭素鋼からなり、全硬化（無心）焼入れしたケージ（保持器）の全体を５００～６５０Ｈｖに焼き戻しした特許文献３に記載されるケージでは、ポケットの周縁部分の亀裂は発生し難くなるが、ケージのボール接触面の硬度が低く、耐摩耗性が充分ではない。
　また、等速自在継手は、作動角が大きく変化するほどボールからケージに及ぶ負荷（面圧）も大きく変化するが、できるだけ作動角度を大きく変化させる使用状態にも対応できる等速自在継手が必要である。
　そこで、この発明の課題は、上記した問題点であるポケットの周縁部分の亀裂の発生とその進展を抑制することにより、等速自在継手のケージに所要強度を確保すると共に、ケージのボールとの接触面の耐摩耗性を確保することである。そして、このような高い強度と耐久性を保持したケージを用いることで、等速自在継手の軽量化や小型化を可能とし、しかも大きな作動角度で使用しても所要強度を有することを可能とすることも課題としている。
　上記の課題を解決するために、この発明においては、複数の案内溝を形成した外球面を備える内輪と、複数の案内溝を形成した内球面を備える外輪と、前記内輪の案内溝と前記外輪の案内溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、これらボールの収容される窓部を有して前記内輪の外球面と前記外輪の内球面との間に介在するケージとを備え、このケージは、全硬化焼入れされた鋼材からなり、前記ケージの前記ボールとの接触面を除く前記窓部またはその周囲に、前記ケージの前記ボールとの接触面の硬度より低い硬度の軟質部を設けた等速自在継手としたのである。
　上記したように構成されるこの発明の等速自在継手は、トルクが負荷されると、内輪と外輪の案内溝とボールが接触し、これらの接触点からボールを軸方向に移動させる力、すなわちケージを軸方向に押す力が発生するが、このとき、全硬化焼入れされた鋼材からなるケージのボールとの接触面に充分に高い硬度を付与するため、充分な耐摩耗性と機械的強度で前記ボールの面圧を受け止めることができる。
　このとき、前記ケージの前記窓部またはその周囲であって、例えば前記窓部の周縁部（以下、窓部の周縁部等と称する。）には、歪み、すなわち伸び、縮み、捩じれ等の変形が生じるが、前記周縁部等が局所的に前記ケージのボール接触面の硬度より低い硬度の軟質部を有するので、その延性によって靱性は高められており、繰り返し荷重などの動的荷重に対しても亀裂の発生やその進展は充分に抑制される。
　上記作用を充分に発揮させるため、前記軟質部は、厚さ０．０５ｍｍ以上の軟質部であることが好ましい。
　また、ケージの耐摩耗性と窓部の周縁部等の亀裂の発生防止が共に図れるように、前記ケージのボール接触面の硬度（ビッカース硬さ）は、Ｈｖ６５０を超えるものであり、前記軟質部の硬度がＨｖ６５０以下であることが好ましい。
　また、ケージのボールとの接触面の耐摩耗性が、充分であるように、炭素含有量０．４５％以上の鋼からなるケージであることが好ましい。
　上記のような高い強度のケージを用いれば等速自在継手は、大きな作動角度で使用されても所要強度を有して充分に使用に耐える等速自在継手になる。また等速自在継手は、ケージの強度が向上することで、ケージの肉厚を減少させても同強度を得ることが可能となり、ケージを含む部品、さらには等速自在継手全体の軽量化や小型化が可能となる。
　上記した構成の等速自在継手のケージを効率よく形成するために、前記ボールとの接触面を除く前記窓部の周縁部等に、局所的な熱処理によって前記ケージのボールとの接触面の硬度より低い硬度の軟質部を形成する製造工程を採用し、等速自在継手のケージを製造することが好ましい。
　そのような等速自在継手のケージの製造方法は、局所的な加熱と焼なましによる熱処理であり、これによって層状または筋状の軟質部を形成する熱処理であることが、高強度のケージを効率よく製造するために好ましい。
　この発明は、全硬化焼入れされた鋼材からなるケージのボールとの接触面を除く窓部またはその周囲に、前記ケージのボール接触面の硬度より低い硬度の軟質部を設けた等速自在継手としたので、ケージは、充分な耐摩耗性で前記ボールの面圧を受け止めることができ、前記窓部の周縁部等の延性を備えた靱性を有するものになり、繰り返し荷重などの動的荷重に対しても、亀裂の発生とその進展を充分に抑制できるものになる利点がある。
　またこれにより、等速自在継手は、ケージに充分な耐摩耗性を確保すると共に、ボールとの非接触面を含む窓部の周縁部等の表面に亀裂の発生とその進展を充分に抑制できるので、高強度のケージを薄肉化して軽量化することにより等速自在継手を軽量化し、または小型化することが可能であり、しかも大きな作動角度で使用されても所要強度を有する等速自在継手となる利点がある。
実施形態の等速自在継手の一部を切り欠いて示す正面図 図１の外輪開口側の端面図 第１実施形態のケージの正面図 第１実施形態の外径側に軟質部を設けたケージの図３のａ－ａ線断面図 第１実施形態の外径側に軟質部を設けたケージの図３のｂ－ｂ線断面図 第１実施形態の内径側に軟質部を設けたケージの図３のａ－ａ線断面図 第１実施形態の内径側に軟質部を設けたケージの図３のｂ－ｂ線断面図 第１実施形態の径方向両側に軟質部を設けたケージの図３のａ－ａ線断面図 第１実施形態の径方向両側に軟質部を設けたケージの図３のｂ－ｂ線断面図 第１実施形態のボール接触部を除く径方向全域に軟質部を設けたケージの図３のａ－ａ線断面図 第１実施形態のボール接触部を除く径方向全域に軟質部を設けたケージの図３のｂ－ｂ線断面図 第２実施形態のケージの正面図 第２実施形態の径方向全域に軟質部を設けたケージの図８のａ－ａ線断面図 第２実施形態の径方向全域に軟質部を設けたケージの図８のｂ－ｂ線断面図 第２実施形態の径方向両側に軟質部を設けたケージの図８のａ－ａ線断面図 第２実施形態の径方向両側に軟質部を設けたケージの図８のｂ－ｂ線断面図 第３実施形態のケージの正面図 第３実施形態の径方向全域に軟質部を設けたケージの図１１のａ－ａ線断面図 第３実施形態の径方向全域に軟質部を設けたケージの図１１のｂ－ｂ線断面図 第３実施形態の径方向両側に軟質部を設けたケージの図１１のａ－ａ線断面図 第３実施形態の径方向両側に軟質部を設けたケージの図１１のｂ－ｂ線断面図 第４実施形態のケージの正面図 第４実施形態の径方向両側に軟質部を設けたケージの図１４のａ－ａ線断面図 第４実施形態の径方向両側に軟質部を設けたケージの図１４のｂ－ｂ線断面図
　この発明の実施形態を以下に添付図面に基づいて説明する。
　図１～図７Ｂに示すように、第１実施形態の等速自在継手Ａは、複数の案内溝（以下、トラックと称する場合がある。）１を形成した外球面２を備える内輪３と、複数の案内溝４を形成した内球面５を備える外輪６と、内輪３の案内溝１と外輪６の案内溝４との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、これらボール７の収容される窓部８を有して内輪３の外球面２と外輪６の内球面５との間に介在する筒状のケージ９とを備えた固定式等速自在継手である。
　そして、ケージ９のボール７との非接触面を含む窓部８の周縁部には、ケージ９のボール接触面の硬度より低い硬度の軟質部１０を設けている。
　図１、２に示されるように、内輪３の外球面２に等間隔に形成された８本の案内溝１は、内輪３の軸方向に延び、同様に外輪６の内球面５に等間隔に形成された８本の案内溝４についても外輪６の軸方向にそれぞれ延びる円溝状のものである。内輪３および外輪６に形成する案内溝１、４の数は、等速自在継手の種類や用途に対応して増減し、例えば６本または８本の他、任意の溝数を採用できる。
　そして、内輪側の案内溝１と外輪側の案内溝４とが対をなしてボールトラックを形成し、各ボールトラックにはトルクを伝達するための８個のボール７が組み込まれ、これらボール７は、ケージ９の周方向に等間隔で形成された８個の窓部８に収容され、回転自在に保持されている。
　このような等速自在継手Ａの内輪３と外輪６には、駆動側の回転軸と従動側の回転軸とが連結された状態で作動する。等速自在継手Ａは、内輪３の回転軸と外輪６の回転軸とが所要の作動角をとった状態であるとき、ボール７が、内輪３の回転軸と外輪６の回転軸とのなす角度を二等分する平面内にボール７の中心が並ぶようにケージ９によって配置される。このときボール７は、内輪側の案内溝１と外輪側の案内溝４の両方に嵌まり合った状態であり、内輪３と外輪６の間で双方向にトルクの伝達が可能である。
　図１～３に示すように、ボール７を保持する筒状のケージ９は、全硬化焼入れされた鋼材からなり、窓部８の内周面のうち、ケージ９の軸方向に対向する端面８ａの大部分を占めるボール７との接触面は、耐摩耗性が確保できるように所要の硬度に熱処理されている。例えば、充分な耐摩耗性を確保するために好ましいボール接触面の硬度は、Ｈｖ６５０を超える硬度である。
　ケージ９のボール接触面は、角の丸い長四角穴の窓部８の内周面のうち、筒状のケージ９の軸方向に対向する一対の端面８ａ，８ａの厚みの中程に帯状に延びる部分（図３、図６Ｂ参照）である。言い換えると、ケージ９のボール非接触面は、窓部８の内周面のうち、ケージ９の軸方向に対向する一対の端面８ａ、８ａのケージ９の内径側と外径側の両縁部分と、ケージ９の周方向に対向する一対の端面８ｂ，８ｂと、これら端面８ａ、８ｂ同士が接する境界部分である円曲面で形成されている４つの隅部８ｃであり、さらに窓部８の内周面以外の縁部、すなわちケージ９の内周面と外周面は、両面ともボール７との非接触面である。
　図３に示すように、第１実施形態の等速自在継手は、ケージ９のボール７との非接触面を含む窓部８の周縁部の全周に連続するように、ケージ９のボール接触面の硬度より低い硬度の軟質部１０を設けている。
　軟質部１０は、焼入れと焼なましという周知の熱処理によって、ケージ９の表面から厚さ０．０５ｍｍ以上の深さ（例えば０．０５～０．５ｍｍ）に層状または帯状もしくは筋状に設けることが、亀裂の発生防止およびその進展抑止のために好ましい。
　図３に示す軟質部１０は、ケージ９のボール７との接触面を除く窓部８の周縁部の全周において連続するように形成したものである。軟質部１０は、ケージ９のボール接触面の硬度より低い硬度であるように、上述の局所加熱工程を伴った焼なまし処理によって形成することができ、窓部８の内周面から０．０５ｍｍ以上の層厚で形成された軟質部１０は、筒状のケージ９の外周側もしくは内周側またはこれら両側のボール７の非接触面にも現れる。
　軟質部１０を配置するケージ９の径(厚み)方向の位置は、等速自在継手の種類や用途に応じて変更することが好ましく、例えば自動車のドライブシャフトのフロント部に使用する場合は、等速自在継手の作動角が大きく変化し、それだけケージ９に対するボールの相対移動量が大きくなるため、軟質部１０の範囲を狭くすることが望ましい。
　なお、この場合には耐摩耗性を考慮して、ケージ９のボール接触面の硬度はＨｖ６５０を超える硬度とし、ケージ９の強度を考慮してボール７との非接触面に配置される軟質部１０の硬度をＨｖ６５０以下にすることが好ましい。
　また、等速自在継手を自動車のプロペラシャフトまたはドライブシャフトのリア部に使用する場合には、等速自在継手の作動角は比較的小さくて、それだけケージ９に対するボールの相対移動量が小さくなるため、その分軟質部１０を広くすることができる。
　また、図４Ａ、図４Ｂに示す例は、軟質部１０が、窓部８の内周面の全周のうち、ケージ９の外周面側の縁部にのみ形成されたものを示している。ケージ９の窓部８の内周面の全周において径方向中央領域と内周面側は高硬度（Ｈｖ６５０以上）である。
　図５Ａ、図５Ｂに示す例は、軟質部１０が、窓部８の内周面の全周のうち、ケージ９の内周面側の縁部にのみ形成されたものを示している。ケージ９の窓部８の内周面の全周において径方向中央領域と外周面側は高硬度（Ｈｖ６５０以上）である。
　図６Ａ、図６Ｂに示す例は、軟質部１０が、窓部８の内周面の全周のうち、ケージ９の内周面側と外周面側の両縁部にのみ形成されたものを示している。ケージ９の窓部８の内周面の全周において径方向中央領域のみが高硬度（Ｈｖ６５０以上）である。
　図７Ａ、図７Ｂに示す例は、軟質部１０が、窓部８の内周面の全周のうち、ボール７（図１参照）との非接触面全てに形成されたものを示している。ケージ９の窓部８の内周面の全周においてボール７との接触部のみが高硬度（Ｈｖ６５０以上）である。
　上記のように構成される第１実施形態の等速自在継手は、ケージ９のボール接触面の硬度より低い硬度の軟質部１０を、窓部８の周縁部の全周に連続するように設けたので、ケージ９の窓部８の縁がどのような形状であっても全ての周縁部に弾性変形性および延性が備わり、作動時の繰り返し荷重などの動的荷重に対しても亀裂の発生とその進展を充分に抑制できるものになる。
　次に、図８～図１０Ｂに示す第２実施形態は、第１実施形態のように、軟質部１０を窓部８の周縁部の全周に連続するように形成することに代えて、ケージ９の軸方向に対向する一対の端面８ａ、８ａと周方向に対向する一対の端面８ｂ、８ｂとが接する境界部分である円曲面で形成されている４つの隅部８ｃのみに軟質部１０を配置したこと以外は第１実施形態と同様に、軟質部１０を形成したものである。
　第２実施形態においても第１実施形態の例(図４Ａ～図７Ｂに示す例)と同様に、軟質部１０のケージ９の径方向（ケージの厚み方向）の配置は、等速自在継手の種類や用途に応じて変更することができる。
　例えば、図８及び図９Ａ、図９Ｂに示すように、角の丸い長四角穴状の窓部８の４つの隅部８ｃに形成された軟質部１０が、ケージ９の径(厚み)方向の全域にわたって形成されていてもよい。ケージ９の窓部８の内周面において、一対の端面８ａ、８ａおよび一対の端面８ｂ、８ｂが高硬度（Ｈｖ６５０以上）である。
　また、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、窓部８の４つの隅部８ｃに形成された軟質部１０が、ケージ９の内周面側と外周面側の両縁部にのみ形成されていてもよい。ケージ９の窓部８の内周面において、一対の端面８ａ、８ａと一対の端面８ｂ、８ｂ、および４つの隅部８ｃの径方向中央領域が高硬度（Ｈｖ６５０以上）である。
　その他の例として図示は省略したが、第１実施形態の図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂに示す軟質部１０の配置と同じように、第２実施形態においても軟質部１０の配置を採用することができる。
　次に、図１１～図１３Ｂに示す第３実施形態は、第１実施形態のように、軟質部１０を窓部８の周縁部の全周に連続するように形成することに代えて、筒状のケージ９の周方向に対向する一対の端面８ｂ、８ｂと、ケージ９の軸方向に対向する一対の端面８ａ、８ａと周方向に対向する一対の端面８ｂ、８ｂとが接する境界部分であって円曲面で形成されている４つの隅部８ｃ、８ｃとを合わせた部分に軟質部１０を配置し、このこと以外は、第１実施形態と同様に構成したものである。
　このように構成される第３実施形態は、第１実施形態(図４Ａ～図７Ｂに示す例)と同様に、軟質部１０を配置するケージ９の径(厚み)方向の位置は、等速自在継手の種類や用途に応じて変更することができる。
　例えば図１１及び図１２Ａ、図１２Ｂに示すように、窓部８の一対の端面８ｂ、８ｂおよび４つの隅部８ｃに形成された軟質部１０が、ケージ９の径(厚み)方向の全域にわたって形成されたものであってもよい。ケージ９の窓部８の内周面において、一対の端面８ａ、８ａが高硬度（Ｈｖ６５０以上）である。
　また、図１３Ａ、図１３Ｂに示すように、窓部８の一対の端面８ｂ、８ｂおよび４つの隅部８ｃに形成された軟質部１０が、ケージ９の内周面側と外周面側の両縁部にのみ形成されてもよい
。ケージ９の窓部８の内周面において、一対の端面８ａ、８ａの径方向の全域、および一対の端面８ｂ、８ｂと４つの隅部８ｃの径方向中央領域が高硬度（Ｈｖ６５０以上）である。
　その他の例として、図示は省略したが第１実施形態の図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂに示す軟質部の配置と同様の例を、第３実施形態においても採用することができる。
　次に、図１４及び図１５Ａ、図１５Ｂに示す第４実施形態は、第１実施形態において、軟質部１０を窓部８の周縁部の全周に連続するように形成することに代えて、筒状のケージ９の軸方向に対向する一対の端面８ａ、８ａに加え、上記した４つの隅部８ｃを合わせて軟質部１０を配置したこと以外は、第１実施形態と同様に構成したものである。
　第４実施形態においても第１実施形態の例(図４Ａ～図７Ｂに示す例)と同様に、軟質部１０を配置するケージ９の径(厚み)方向の位置は、等速自在継手の種類や用途に応じて変更することができる。
　また、図１４及び図１５Ａ、図１５Ｂに示すように、軟質部１０が、窓部８の内周面のうち、ケージ９の内周面側と外周面側の両縁部にのみ形成されていてもよい。ケージ９の窓部８の内周面において、一対の端面８ｂ、８ｂの径方向の全域、および一対の端面８ａ、８ａと４つの隅部８ｃの径方向中央領域が高硬度（Ｈｖ６５０以上）である。
　その他の例として図示は省略したが、第１実施形態の図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂに示す軟質部１０の配置と同様の例を、第４実施形態において採用することもできる。
　上記のように構成される第２～４実施形態の等速自在継手は、ケージ９の亀裂の生じやすい部分に軟質部１０を適宜に変更して配置することで、窓部に所要の延性を有して、繰り返し荷重などの動的荷重に対しても亀裂の発生とその進展を充分に抑制でき、ケージ９のボール７との接触面である一対の端面８ａ、８ａには充分な耐摩耗性でボール７の面圧を受け止めることができる。また、軟質部１０の範囲を可能な限り少なくすることで熱処理によるコストを低減することができる。
１、４　案内溝
２　外球面
３　内輪
５　内球面
６　外輪
７　ボール
８　窓部
８ａ、８ｂ　端面
８ｃ　隅部
９　ケージ
１０　軟質部
Ａ　等速自在継手

Claims (6)

  1. 　複数の案内溝を形成した外球面を備える内輪と、
    　複数の案内溝を形成した内球面を備える外輪と、
    　前記内輪の案内溝と前記外輪の案内溝との間に介在しトルクを伝達する複数のボールと、
    　これらボールの収容される窓部を有して前記内輪の外球面と前記外輪の内球面との間に介在するケージとを備え、
    　このケージは、全硬化焼入れされた鋼材からなり、前記ケージの前記ボールとの接触面を除く前記窓部またはその周囲に、前記ケージの前記ボールとの接触面の硬度より低い硬度の軟質部を設けた等速自在継手。
  2. 　前記軟質部が、前記窓部の周縁部に設けられている請求項１に記載の等速自在継手。
  3. 　前記軟質部が、厚さ０．０５ｍｍ以上の軟質部である請求項１または２に記載の等速自在継手。
  4. 　前記ケージのボール接触面の硬度がＨｖ６５０を超え、前記軟質部の硬度がＨｖ６５０以下である請求項１～３のいずれかに記載の等速自在継手。
  5. 　前記ケージが、炭素含有量０．４５％以上の鋼からなるケージである請求項１～４のいずれかに記載の等速自在継手。
  6. 　請求項１～５のいずれかに記載の等速自在継手のケージ。
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