CN104508310B - 等速万向联轴器用保持器、组装有其的固定式等速万向联轴器、以及组装有该固定式等速万向联轴器的驱动轴 - Google Patents

Abstract

一种等速万向联轴器用保持器(5、65、95)，其形成为具有大致均匀的壁厚的环状，在其周向上具备收容转矩传递滚珠的多个球袋(20、80、110)，其特征在于，保持器(5、65、95)由碳钢形成，作为热处理被实施渗碳淬火回火，球袋(20、80、110)的侧面(23、83、113)通过热处理后的精加工形成，所述碳钢含有0.41～0.51质量％的C、0.10～0.35质量％的Si、0.60～0.90质量％的Mn、0.005～0.030质量％的P、0.002～0.035质量％的S，其余由Fe以及炼钢、精炼时不可避免地残留的元素构成。

Description

等速万向联轴器用保持器、组装有其的固定式等速万向联轴 器、以及组装有该固定式等速万向联轴器的驱动轴

技术领域

本发明涉及等速万向联轴器用保持器、组装有其的固定式等速万向联轴器、以及组装有该固定式等速万向联轴器的驱动轴。

背景技术

等速万向联轴器用于机动车、飞机、船舶或各种工业机械的动力传递***。例如，被装入从机动车的发动机向车轮等速地传递旋转力的驱动轴或传动轴等的等速万向联轴器具有固定式等速万向联轴器和滑动式等速万向联轴器这两种。上述等速万向联轴器具备如下结构：将驱动侧与从动侧的两轴连结，即使这两轴具有工作角也能够等速地传递旋转。

从机动车的发动机向驱动车轮传递动力的驱动轴需要与由差动器和车轮的相对位置关系的变化引起的角度位移及轴向位移相对应，因此通常具有如下结构：在差动器侧(内侧)安装能与角度位移及轴向位移对应的滑动式等速万向联轴器，在驱动车轮侧(外侧)安装能取得大的工作角的固定式等速万向联轴器，将两等速万向联轴器利用轴来连结。

例如，作为固定式等速万向联轴器的一种可以举出球笼型等速万向联轴器。如图15所示，球笼型等速万向联轴器121以外侧联轴器构件122、内侧联轴器构件123、转矩传递滚珠124以及保持器125为主要结构。在外侧联轴器构件122的球状内周面128上在圆周方向上等间隔地沿着轴向形成有多个滚道槽126。内侧联轴器构件123的球状外周面129上，在圆周方向上等间隔地沿着轴向形成有与外侧联轴器构件122的滚道槽126对置的滚道槽127。外侧联轴器构件122的滚道槽126与内侧联轴器构件123的滚道槽127之间组装有传递转矩的多个滚珠124。外侧联轴器构件122的球状内周面128与内侧联轴器构件123的球状外周面129之间配置有保持滚珠124的保持器125。

外侧联轴器构件122的球状内周面128与内侧联轴器构件123的球状外周面129的曲率中心均形成于联轴器的中心O。另外，保持器125的球状外周面130以及球状内周面131的曲率中心也形成于联轴器的中心O。相对于此，外侧联轴器构件122的滚道槽126的曲率中心A与内侧联轴器构件123的滚道槽127的曲率中心B相对于联轴器的中心O在轴向上等距离偏移。由此，在联轴器具有工作角的情况下，在外侧联轴器构件122与内侧联轴器构件123的两轴间等速地传递旋转。在内侧联轴器构件123的内周面135上形成有花键136，该花键136与轴132的花键137嵌合，以能够传递转矩的方式联结。

近年来，一方面要求机动车的高输出化，另一方面对等速万向联轴器的小型、轻量化的要求也不断增加。另外，为了不使车辆旋转半径变大，追求固定式等速万向联轴器的高工作角化带来的前轮的转向角的增大。在固定式等速万向联轴器121的小型、轻量化中，最困难的是能否确保高工作角时的强度(高角强度)。为了评价该高角强度，多进行准静态扭转试验。准静态扭转试验，是指考虑到实际车辆状況，一边向等速万向联轴器施加低速旋转一边施加转矩从而测定破坏转矩的试验。实施准静态扭转试验时，等速万向联轴器121的强度依赖于保持器125和内侧联轴器构件123等的渗碳部件的强度，尤其强烈依赖于保持器125的强度。进而，为了达到固定式等速万向联轴器121的小型、轻量化，渗碳部件的高强度化、尤其是保持器125的高强度化成为课题。

关于此种等速万向联轴器的渗碳部件的高强度化，以下的专利文献进行了各种提案。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-56296号公报

专利文献2：日本特许第3995904号公报

专利文献3：日本特开2001-153148号公报

专利文献4：日本特许第4708430号公报

专利文献5：日本特许第4731945号公报

专利文献6：日本特开平5-331616号公报

发明内容

发明要解决的课题

以下对上述各专利文献的内容进行说明。专利文献1中记载的技术通过以局部退火对与保持器强烈干涉的外侧联轴器构件的内球面的入口角部进行软化，缓和入口角部对保持器的攻击性，结果保持器的强度得到提高。然而，由于对外侧联轴器构件实施追加的热处理，因此存在制造成本的增加和生产性的降低的问题。

专利文献2和专利文献3中记载的技术使用特殊的材料实现高强度化，然而此种特殊的材料在成本方面和全球范围内的材料供应性方面存在问题。另外，无法避免渗碳引起的P(磷)和细微碳化物向晶界的析出，因此存在不能完全防止晶界脆化，强度得不到提高的情况。

专利文献4中记载的技术涉及将碳量为0.3～0.5质量％的B(硼)添加钢淬火直至芯部的保持器。该保持器由于没有进行渗碳处理，因此存在着与进行了渗碳处理的构件相比表层的硬度低、抗软化性降低、耐磨性变差的问题，并且由于含有稀土元素B，因此存在着材料成本增加的问题。B与N(氮)的亲和力强，因而容易生成氮化物，成为氮化物后则对淬火性不再有帮助。因此，需要添加与N的亲和力比B强的Ti(钛)，将N固定为氮化物(TiN)，使得B有效地作用于淬火性。然而，由此不再生成有助于晶粒的细微化的AlN(氮化铝)，渗碳时存在晶粒粗大化、强度降低的情况。

专利文献5中记载的技术使中碳钢的表面和芯部全硬化为硬度HRC58以上，省略了保持器球袋的热处理前的修整加工。然而其与专利文献4同样，由于没有进行渗碳处理，因而表层的碳浓度低，从而存在抗软化性低、耐磨性变差的问题。

专利文献6中记载的技术将特殊的合金钢用于保持器，并进行高浓度渗碳处理而提高耐磨性，但合金钢存在着导致材料成本增加的问题。

由以上可以确认，在现有技术中，难以找到兼备低成本和高强度这两方面特性的保持器。确认了由于保持器承受来自外侧联轴器构件、内侧联轴器构件、滚珠这3个部件的负载，处于以高表面压力进行滑动接触等苛刻的使用环境，为薄壁且刚性小、易变形、易发生应力集中的形状等理由，因此难以找到对策。

渗碳用钢是如SCr415(铬钢)和SCM415(铬钼钢)那样为了促进渗碳而添加了大量与碳的亲和性强的元素Cr(铬)、Mo(钼)的低合金钢。由于该Cr和Mo元素是高价的元素，因此渗碳用钢与碳钢(C-Mn钢)相比存在着材料成本增加的课题。另一方面，如果使用不积极地增量添加Cr和Mo的碳钢，则存在着不完全淬火组织析出的问题。而且，由于渗碳处理是使碳扩散的处理，因此存在着处理时间变长的问题。

本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于提供一种强度特性以及耐磨性优异、不降低生产性地抑制制造成本、且能够实现全球范围内的材料供应性的等速万向联轴器用保持器以及固定式等速万向联轴器和驱动轴。

用于解决课题的手段

本发明基于为了实现上述目的而进行锐意研究发现的以下见解。

(1)对省去了提高淬火性且促进渗碳的Cr和Mo的碳钢进行渗碳淬火回火时，存在着表层部产生不完全淬火组织(淬火后，不全部成为马氏体，是铁素体、贝氏体、珠光体等组织混合的淬火组织)的问题。对其原因进行锐意研究，结果确认了不完全淬火组织的产生是淬火性降低和渗碳性降低的主要原因，可以通过冷却速度的增加和坯料碳量的增加来解决。

(2)然而，冷却速度的增加会引起导致热处理变形的增加这一新的问题，该保持器的热处理变形中的最大问题是保持滚珠的球袋的尺寸(窗尺寸)波动。最近，由于切削工具的表面处理技术显著提高，切削淬火硬化后的钢的切削工具的寿命变长，并且能够在短时间内完成最终精加工，因此着眼于通过上述最终精加工，以低成本来解决前述的窗尺寸的热处理变形的增加。结果证明，通过相对于现有的渗碳品大幅降低窗尺寸的波动，能显著减少保持器与滚珠的等级分选导致的匹配这一繁杂的工序，因此消除了最终精加工导致的追加成本，不会导致成本增加。

(3)更重要的是，确认了不完全淬火组织的产生强烈受到材料的碳量的影响，并且如果使用碳量低的碳钢，则硬化部易产生不完全淬火组织。推定其原因为钢的不均匀性。钢中的添加元素不会均匀分布，一定会存在微观的偏析。渗碳用钢多使用含碳量0.12～0.24质量％的钢。确认了如果有微观偏析，则淬火性会产生局部的波动，渗碳后局部存在碳量小于0.55质量％的部分，由于淬火性的降低而产生不完全淬火组织。

(4)确认了坯料的碳量增加会很大程度上影响加工保持器的球袋的冲压性，如果过硬会导致冲头的提前损坏，因此需要使坯料硬度为HRB94以下。另外，确认了如果坯料硬度过低，车削加工时存在产生啃削和飞边的问题，因此需要使坯料硬度为HRB76以上。

(5)需要在更高水平上确保强度和耐磨性这两个特性，通过使渗碳深度更浅并且使芯部硬度适当化，实现了使相反的耐磨性和强度同时成立。

(6)进一步确认了通过限定因渗碳侵入表面的碳量，就算使渗碳深度更深也能得到与现有的保持器同等的强度。

基于上述见解产生了以下想法：首先提高材料的碳量水平，使渗碳淬火回火后在表层固溶有最低0.55质量％以上的碳，则有可能能够防止不完全淬火组织。为了对其进行检验，使用省去了Cr、Mo的低成本的碳钢，用具有规定的碳量的碳钢制作了环状且壁厚比较均匀、薄壁且开有多个球袋(窗)的保持器并进行了实验。结果，确认到淬火时得到了充分的冷却速度，不产生不完全淬火组织。另外，确认到未开有球袋的环易产生不完全淬火组织。基于上述见解、想法以及检验，终于完成了本发明。

作为具体的技术手段，本发明的等速万向联轴器用保持器形成为具有大致均匀的壁厚的环状，在其周向上具备收容转矩传递滚珠的多个球袋，其特征在于，所述保持器由碳钢形成，作为热处理被实施渗碳淬火回火，所述球袋的侧面由热处理后的精加工形成，所述碳钢含有0.41～0.51质量％的C、0.10～0.35质量％的Si、0.60～0.90质量％的Mn、0.005～0.030质量％的P、0.002～0.035质量％的S，其余由Fe以及炼钢、精炼时不可避免地残留的元素构成。此处，大致均匀的壁厚，是指对由具有上述的元素含有范围的碳钢形成的等速万向联轴器用保持器进行渗碳淬火回火的情况下，包括不产生不完全淬火组织的壁厚差的概念，意味着由于上述元素的含有范围内的材料成分的差异和渗碳处理条件的差异等，不产生不完全淬火组织的壁厚差的程度具有适当的范围。

通过上述结构，能够实现强度特性以及耐磨性优异、不降低生产性地抑制制造成本、降低材料成本且能够实现全球范围内的材料供应性的等速万向联轴器用保持器。

此处，对上述成分元素的质量％的数值限定进行说明。

[0.41～0.51质量％的C]

C(碳)是对不完全淬火组织的产生有强烈影响，对芯部的淬火性、锻造性、机械加工性也有影响的元素。小于0.41质量％的话，坯料硬度要比HRB76软，会产生机械加工后的啃削和飞边，另外，由于产生不完全淬火组织，得不到充分的芯部硬度，强度降低，因此需要为0.41质量％以上。另一方面，如果C的含量变多，则坯料硬度增加，如果超过HRB94，则会显著阻碍开窗冲压性和切削性等加工性，另外，由于渗碳淬火回火后，芯部硬度增加且脆化，因此也考虑到其他添加元素引起的硬度增加，使其上限为0.51质量％。

[0.2～0.35质量％的Si]

Si(硅)由于是脱氧所需的元素，因此需要为0.2质量％以上。另一方面，Si由于提高抗软化特性因而优选增量，但由于是增加渗碳淬火回火引起的异常层而导致晶界脆化的元素，因此使其上限为0.35质量％。

[0.6～0.9质量％的Mn]

Mn(锰)是对淬火性的提高有用的元素。由于会增加渗碳时的晶界氧化，因而有时会抑制其添加量，但如果减少Mn，则渗碳部的淬火性降低，耐磨特性也降低。从这一观点来看，如果小于0.6质量％则不能确保充分的淬火性。另一方面，如果超过0.9质量％，则珠光体分率增加而硬化，锻造性和机械加工性降低。因此，使Mn的含量的上限为0.9质量％以下。

[0.005～0.030质量％的P]

P(磷)是有助于提高淬火性的元素，也是使晶界脆化的元素。尤其是如果超过0.030质量％，则晶界脆化显著。另一方面，如果小于0.005质量％，则精炼工序难以减少使得制造成本增大，而且也导致淬火性的降低。

[0.002～0.035质量％的S]

S(硫)是提高切削性的元素，但也是降低韧性的元素，因此越低越好。尤其是如果超过0.035质量％，则韧性的降低明显，不仅部件的强度降低，也会在制造部件的过程中引起锻造裂纹。另一方面，如果小于0.002质量％，则不会生成提高切削性的MnS(硫化锰)，切削性降低，因此使下限为0.002质量％。

其余为Fe(铁)及其他的Mo(钼)、Cr(铬)、Cu(铜)、Ni(镍)、Sn(锡)、B(硼)、Al(铝)、Ti(钛)、V(钒)、N(氮)、O(氧)等炼钢、精炼时不可避免地残留的元素。

上述保持器优选具有球状外周面和球状内周面，且具有球状外周面的曲率中心与球状内周面的曲率中心在轴向上的偏移量小于1mm的大致均匀的壁厚。对其理由进行如下说明。上述偏移量优选小于0.7mm，进一步最优选无偏移，即偏移量为0mm的均匀壁厚的保持器。

在完成本发明的检验过程中，制作了图13及图14所示的滑动式的双偏移型等速万向联轴器(DOJ)的保持器并进行了实验。首先，对该等速万向联轴器31的概要进行说明。等速万向联轴器31以外侧联轴器构件32、内侧联轴器构件33、滚珠34以及保持器35为主要结构。在外侧联轴器构件32的圆筒状内周面38上沿圆周方向等间隔地形成多个滚道槽36，且滚道槽36形成为与联轴器轴线X平行的直线状。内侧联轴器构件33的球状外周面39上，沿圆周方向等间隔地形成与外侧联轴器构件32的滚道槽36对置的滚道槽37，且滚道槽37形成为与联轴器轴线X平行的直线状。外侧联轴器构件32的滚道槽36与内侧联轴器构件33的滚道槽37之间夹设有传递转矩的多个滚珠34。外侧联轴器构件32的圆筒状内周面38与内侧联轴器构件33的球状外周面39之间配置有保持滚珠34的保持器35。

如图14所示，在保持器35上沿周向形成有多个(八个)球袋49。在双偏移型等速万向联轴器31中，为了在将外侧联轴器构件32与内侧联轴器构件33的两轴线所成的角度(工作角)二等分的平面上引导滚珠34，保持器35的球状外周面40的曲率中心I与球状内周面41的曲率中心J相对于联轴器中心O在轴向的相反侧等距离偏移。该偏移量f4随着联轴器尺寸而变化，机动车用的联轴器尺寸大概为3～6mm左右。因此保持器35呈壁厚不均匀且壁厚厚的形状。

用具有规定的碳量的碳钢制作上述双偏移型等速万向联轴器31的保持器35并进行了实验。结果，确认了该保持器35的情况下，由于渗碳淬火回火时难以冷却，因此易产生不完全淬火组织。另外，如果壁厚差增加，则开窗冲压性降低。因而，优选球状外周面的曲率中心与球状内周面的曲率中心在轴向上的偏移量小于1mm。

另外，形成上述保持器的碳钢优选含有0.42～0.48质量％的C，优选渗碳淬火回火后的表面硬度为HRC58～62，芯部硬度为HRC53～58。磨削后的表面硬度优选内外周面部为HRC56以上，球袋侧面部为HRC58以上。此时，强度最稳定，能得到高强度的保持器。磨削后的表面硬度从耐磨性的观点来看越硬越好，但从强度上考虑较低为好，考虑到作用于保持器的表面压力，将其设定为适当的表面硬度。内周面部与外周面部由于是面接触或线接触，因而表面压力低，球袋侧面部由于是点接触，因而表面压力高。因此，球袋侧面部的硬度优选比内外周面部硬。因此，优选将不产生不完全淬火组织的最低硬度HRC58作为球袋侧面部的下限，内外周面部由于表面压力低，能够允许微小的不完全淬火组织的产生，因此优选将HRC56作为内外周面部的下限。

上述保持器的总硬化层深度优选为0.25～0.55mm。进而，其为0.25～0.45mm时强度更稳定。从渗碳时间和滚动寿命的观点来看，将硬化深度确定为最合适的深度。从渗碳时间的观点来看优选较浅，但变浅会导致滚动寿命降低。另外，由于渗碳淬火回火后实施最终精加工，因此考虑到内外周面部的最大0.2mm、球袋侧面部的最大0.1mm的加工余量，并且从滚动寿命的观点来看最终精加工后的渗碳残留层需要为最低0.05mm，因此渗碳淬火回火后的总硬化层深度的下限为0.25mm。另一方面，考虑到材料的成分波动和渗碳处理条件的波动，上限为0.55mm。此处，总硬化层深度是指，由JIS G 0557定义，从硬化层的表面直到已经难以区分硬化层与基材的物理性质(硬度)的差异的位置为止的距离。

上述保持器的表层的碳浓度优选为0.55～0.75质量％。表面的渗碳浓度如果超过0.75质量％，则渗碳淬火回火后，初析渗碳体在锐角部容易向晶界析出使强度显著降低，因此以0.75质量％为上限。另一方面，如果小于0.55质量％，则由于硬度的降低和抗软化特性的降低，磨损显著增加，因此以0.55质量％为下限。通过这样限定表面的碳浓度，表面的韧性增加，即使硬化深度增加，强度的降低也少。因此，总硬化层深度的增加变得可能，上限能够达到0.75mm。

通过在具有大致均匀的壁厚的保持器且需要高工作角时的强度的固定式等速万向联轴器中应用上述保持器，可以实现低成本、高强度、且耐磨性与现有的渗碳钢(例如SCr415、SCM415)构成的保持器为同等水平，进一步能够确保固定式等速万向联轴器以及组装有其的驱动轴的低成本、高强度、耐磨性。

发明效果

根据本发明，能够实现强度特性以及耐磨性优异、不降低生产性地抑制制造成本、降低材料成本且能够实现全球范围内的材料供应性的等速万向联轴器用保持器。

更具体来说，使用不积极地增量添加高价的Cr(铬)、Mo(钼)、B(硼)的低成本的碳钢，能够大幅缩短渗碳时间，所以能够谋求热处理成本的降低和生产性的提高，并且能够实现芯部硬度增加了的高强度的保持器。

附图说明

图1是组装有本发明的第一实施方式的等速万向联轴器用保持器的固定式等速万向联轴器的纵剖视图。

图2是示出图1的固定式等速万向联轴器具有最大工作角的状态的纵剖视图。

图3是图1的保持器的纵剖视图。

图4是图1的保持器的横剖视图。

图5是应用了图1的固定式等速万向联轴器的机动车用驱动轴的纵剖视图。

图6是组装有本发明的第二实施方式的等速万向联轴器用保持器的固定式等速万向联轴器的纵剖视图。

图7是图6的保持器的纵剖视图。

图8是组装有本发明的第三实施方式的等速万向联轴器用保持器的滑动式等速万向联轴器的纵剖视图。

图9是示出图8的滑动式等速万向联轴器的滚道槽与保持器的状态的概要图。

图10是图8的保持器的纵剖视图。

图11是示意性示出实施例与比较例的渗碳条件的图。

图12是示意性示出实施例与比较例的保持器柱部的硬度的测定结果的图。

图13是用于说明完成本发明的检验过程中的见解的滑动式等速万向联轴器的纵剖视图。

图14是图13的等速万向联轴器的保持器的纵剖视图。

图15是示出现有的固定式等速万向联轴器的纵剖视图。

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施方式。

基于图1～5说明本发明的第一实施方式的等速万向联轴器用保持器。图1是组装有本实施方式的保持器的固定式等速万向联轴器的纵剖视图。该等速万向联轴器1是八个滚珠式的球笼型等速万向联轴器，与现有的六个滚珠的等速万向联轴器相比，通过减小滚道偏移量、增加滚珠个数且减小直径，从而实现轻量、紧凑且转矩损失少的高效率的等速万向联轴器。等速万向联轴器1以外侧联轴器构件2、内侧联轴器构件3、滚珠4以及保持器5为主要结构。

外侧联轴器构件2的球状内周面8上在圆周方向上等间隔地沿着轴向形成有八根滚道槽6。在内侧联轴器构件3的球状外周面9上，在圆周方向上等间隔地沿着轴向形成有与外侧联轴器构件2的滚道槽6对置的滚道槽7。每个外侧接头构件2的滚道槽6与内侧接头构件3的滚道槽7之间装有一个传递转矩的滚珠4，滚珠4一共有八个。外侧联轴器构件2的球状内周面8与内侧联轴器构件3的球状外周面9之间配置有保持滚珠4的保持器5。在内侧联轴器构件3的内周面16上形成有花键17，轴12的花键19与花键17嵌合，通过挡圈18在轴向上固定。外侧联轴器构件2的外周与联结于内侧联轴器构件3的轴12的外周被防护罩13覆盖，通过防护罩带14、15将防护罩13紧固固定。联轴器内部封入有作为润滑剂的润滑脂。

与外侧联轴器构件2的球状内周面8嵌合的保持器5的球状外周面10、以及与内侧联轴器构件3的球状外周面9嵌合的保持器5的球状内周面11的曲率中心均形成于联轴器中心O。相对于此，外侧联轴器构件2的滚道槽6的曲率中心A与内侧联轴器构件3的滚道槽7的曲率中心B相对于联轴器中心O在轴向上等距离偏移。由此，在联轴器具有工作角的情况下，滚珠4始终在将外侧联轴器构件2与内侧联轴器构件3的两轴线所成的角度(工作角)二等分的平面上被引导，在两轴间等速地传递旋转转矩。

外侧联轴器构件2的滚道槽6的曲率中心A与内侧联轴器构件3的滚道槽7的曲率中心B相对于联轴器中心O在轴向上等距离偏移，因此外侧联轴器构件2与内侧联轴器构件3的相对的滚道槽6、7从外侧联轴器构件2的里侧朝向开口侧呈扩张的楔形，各滚珠4被收容于楔形的滚道槽6、7，在外侧联轴器构件2与内侧联轴器构件3之间传递转矩。为了将所有的滚珠4保持于工作角的二等分平面上，组装有保持器5。滚道槽6、7的横截面形状形成为椭圆形状或哥特式拱形状，滚道槽6、7与滚珠4取有接触角(30°～45°左右)而接触，即呈所谓的角接触(angular contact)。进而，滚珠4在稍微远离滚道槽6、7的槽底的滚道槽6、7的侧面侧接触。

图2是示出等速万向联轴器1具有最大工作角θmax时的状态的纵剖视图。该等速万向联轴器1的最大工作角θmax为47°左右。等速万向联轴器1在具有工作角的状态下传递转矩时，顶出力作用于滚珠4，其结果是，在楔形的滚道槽6、7的空间的扩张方向上，滚珠4引起的球袋负载作用于保持器5的球袋20的侧面23(参照图3)。另外，在该球袋负载作用下，保持器5向外侧联轴器构件2的球状内周面8与内侧联轴器构件3的球状外周面9按压。由楔形的滚道槽6、7形成的楔角随着工作角的变大而增大。因此，作用于滚珠4的顶出力随着转矩与工作角的变大而增大。进而，为了在传递转矩的同时具有高工作角，保持器5需要具有充分的强度，另外，保持器5的球状外周面10以及球状内周面11由于一边与外侧联轴器构件2的球状内周面8、内侧联轴器构件3的球状外周面9接触一边进行滑动运动，因此需要具有充分的耐磨性。

另外，为了将滚珠4可靠地保持于二等分平面或者防止噪音，多将滚珠4以负间隙装入保持器5的球袋20。即，滚珠4的直径稍大于保持器5的球袋20的面向轴向的侧面23、23间的窗尺寸K(参照图3)。而且，如果联轴器具有工作角，则滚珠4在半径方向以及周向上在保持器5的球袋20内运动。如上所述，在滚珠4与球袋20为负间隙的状态下，由于滚珠4在半径方向以及周向上运动，因此需要具有充分的强度和耐磨性。

图3以及图4示出本实施方式的保持器。图3是图4的C-C线上的纵剖视图，图4是图3的D-D线上的横剖视图。如图3所示，保持器5形成为具有球状外周面10和球状内周面11的环状。球状外周面10的曲率中心和球状内周面11的曲率中心位于联轴器中心O，无轴向上的偏移(偏移量0mm)，壁厚为薄壁，且以均匀的壁厚形成。在位于外侧联轴器构件2的开口侧的保持器5的球状内周面11的端部设有内侧联轴器构件3的装入用凹窝21，该部分为薄壁。

保持器5优选具有球状外周面10的曲率中心与球状内周面11的曲率中心在轴向上的偏移量小于1mm的大致均匀的壁厚。确认了壁厚不均匀且壁厚厚的保持器由于渗碳淬火时难以冷却，因此易产生不完全淬火组织。另外，如果壁厚差增加，则开窗冲压性降低。进而，球状外周面的曲率中心与球状内周面的曲率中心在轴向上的偏移量小于1mm，优选小于0.7mm。

如图3及图4所示，保持器5在其周向上形成收容滚珠4的多个(八个)球袋20，球袋20、20之间形成有柱部22。如前所述，联轴器在传递转矩时，顶出力作用于滚珠4，其结果是，滚珠4引起的球袋负载作用于保持器5的球袋20的面向轴向的侧面23。另外，由于该球袋负载，保持器5的球状外周面10、球状内周面11被向外侧联轴器构件2的球状内周面8与内侧联轴器构件3的球状外周面9按压。

保持器4的材料为碳钢，其成分含有0.41～0.51质量％的C、0.10～0.35质量％的Si、0.60～0.90质量％的Mn、0.005～0.030质量％的P、0.002～0.035质量％的S，其余由Fe(铁)以及炼钢、精炼时不可避免地残留的元素构成。保持器5作为热处理被实施渗碳淬火回火。热处理后，保持器5的球状外周面10、球状内周面11通过磨削加工或切削加工被精加工，球袋20的侧面23也通过切削加工被精加工。保持器5具有使用不积极地增量添加高价的Cr(铬)、Mo(钼)、B(硼)的低成本的碳钢的优点，并且是与渗碳钢相比含有更多碳量的碳钢，因此能够大幅缩短渗碳时间，所以能够谋求热处理成本的降低和生产性的提高，并且能够实现芯部硬度增加的高强度的保持器。另外，由于不是特殊材料，因此能够实现全球范围内的材料供应性。进而，由于热处理是渗碳淬火回火，因此强度特性和耐磨性均优异。

进一步，形成保持器5的碳钢优选含有0.42～0.48质量％的C，能够实现表面硬度为HRC58以上、芯部硬度为HRC53～58。此时强度最稳定，能够得到高强度的保持器。

保持器5的总硬化层深度优选为0.25～0.55mm。渗碳淬火回火后的表面硬度从耐磨性的观点来看越硬越好，但从强度上来看较低为好，因此优选以不产生不完全淬火组织的最低硬度HRC58为下限。从渗碳时间和滚动寿命的观点来看，将硬化深度确定为最合适的深度。从渗碳时间的观点来看较浅为好，但变浅会导致滚动寿命降低。另外，渗碳淬火回火后，对保持器5的球状外周面10、球状内周面11和球袋20的侧面23实施最终精加工，因此考虑到球状外周面10、球状内周面11的最大0.2mm、球袋20的侧面23的最大0.1mm的加工余量，并且从滚动寿命的观点来看最终精加工后的渗碳残留层需要为最低0.05mm，因此渗碳淬火回火后的总硬化层深度的下限优选为0.25mm。另一方面，考虑到材料的成分波动和渗碳处理条件的波动，上限优选为0.55mm。

进一步，保持器5的表层的碳浓度优选为0.55～0.75质量％。表面的渗碳浓度如果超过0.75质量％，则渗碳淬火回火后，初析渗碳体在锐角部容易向晶界析出使强度显著降低，因此上限优选0.75质量％，另一方面，如果小于0.55质量％，则由于硬度的降低和抗软化特性的降低，磨损显著增加，因此下限优选0.55质量％。通过限定碳浓度，能够进一步增加渗碳淬火回火后的总硬化层深度，直到0.75mm为止不产生强度的降低。

图5示出应用了组装有第一实施方式的等速万向联轴器用保持器5的固定式的球笼型等速万向联轴器1的机动车的前部用驱动轴50。球笼型等速万向联轴器1以外侧联轴器构件2、内侧联轴器构件3、滚珠4以及第一实施方式的保持器5为主要结构，内侧联轴器构件3通过花键联结于轴12的一端。滑动式的双偏移型等速万向联轴器31的内侧联轴器构件33花键联结于轴12的另一端。双偏移型等速万向联轴器31以外侧联轴器构件32、内侧联轴器构件33、滚珠34以及保持器35为主要结构。球笼型等速万向联轴器1的外周面与轴12的外周面之间、以及双偏移型等速万向联轴器31的外周面与轴12的外周面之间，分别通过防护罩带14、15、45、46紧固固定有蛇腹状防护罩13、42。联轴器内部封入有作为润滑剂的润滑脂。

通过将第一实施方式的保持器5应用于需要高工作角时的强度的固定式等速万向联轴器，可以实现低成本、高强度、且耐磨性与现有的渗碳钢(例如SCr415、SCM415)构成的保持器为同等水平，而且能够确保固定式等速万向联轴器以及驱动轴的低成本、高强度、耐磨性。

接着，基于图6以及图7说明本发明的第二实施方式的等速万向联轴器用保持器。图6是组装有本实施方式的保持器的固定式等速万向联轴器的纵剖视图，图7是上述保持器的纵剖视图。该等速万向联轴器61是六个滚珠式的免根切型等速万向联轴器。等速万向联轴器61以外侧联轴器构件62、内侧联轴器构件63、滚珠64以及保持器65为主要结构。

在外侧联轴器构件62的球状内周面68上在圆周方向上等间隔地沿着轴向形成有六根滚道槽66。内侧联轴器构件63的球状外周面69上，在圆周方向上等间隔地沿着轴向形成有与外侧联轴器构件62的滚道槽66对置的六根滚道槽67。每个外侧联轴器构件62的滚道槽66与内侧联轴器构件63的滚道槽67之间组装有一个传递转矩的滚珠64，滚珠64一共有六个。外侧联轴器构件62的球状内周面68与内侧联轴器构件63的球状外周面69之间配置有保持滚珠64的保持器65。内侧联轴器构件63的内周面76上形成有花键77，虽然省略图示，但轴的花键与花键77嵌合，通过挡圈在轴向上固定。外侧联轴器构件62的外周与联结于内侧联轴器构件63的轴的外周被防护罩覆盖，联轴器内部封入有作为润滑剂的润滑脂。

在本实施方式的保持器65中，与外侧联轴器构件62的球状内周面68嵌合的保持器65的球状外周面70的曲率中心E、以及与内侧联轴器构件63的球状外周面69嵌合的保持器65的球状内周面71的曲率中心F，相对于联轴器中心O在轴向上以等距离被赋予少量的偏移。该偏移量f3为1mm以下。外侧联轴器构件62的滚道槽66由里侧的圆弧状滚道槽部66a和开口侧的直线状滚道槽部66b构成，圆弧状滚道槽部66a具有曲率中心G，直线状滚道槽部66b形成为与联轴器的轴线X平行。内侧联轴器构件63的滚道槽67由开口侧的圆弧状滚道槽部67a和里侧的直线状滚道槽部67b构成，圆弧状滚道槽部67a具有曲率中心H，直线状滚道槽部67b形成为与联轴器的轴线X平行。外侧联轴器构件62的圆弧状滚道槽部66a的曲率中心G与内侧联轴器构件63的圆弧状滚道槽部67a的曲率中心H相对于联轴器中心O在轴向上等距离偏移。在联轴器具有工作角的情况下，滚珠64始终在将外侧联轴器构件62与内侧联轴器构件63的两轴线所成的角度(工作角)二等分的平面上被引导，在两轴间等速地传递旋转转矩。

在该等速万向联轴器61中，外侧联轴器构件62与内侧联轴器构件63的相对的滚道槽66、67也呈从外侧联轴器构件62的里侧朝向开口侧扩张的楔形。因此，对于保持器65，与前述第一实施方式的保持器5同样，作用有球袋负载、以及伴随于此的球状外周面69、70与球状内周面71、68之间的球面接触力。进而，在该等速万向联轴器61中，由于外侧联轴器构件62与内侧联轴器构件63的滚道槽66、67具有直线状滚道槽部66b、67b，因此能够具有比第一实施方式所述的等速万向联轴器1大的、例如为50°左右的工作角。另外，由于具有直线状滚道槽部66b、67b，因此其楔角变得更大。因此，保持器65需要具有充分的强度和耐磨性。

图7示出本实施方式的保持器。图7是保持器的柱部中央的纵剖视图。保持器65形成为具有球状外周面70与球状内周面71的环状，在其周向上形成有收容滚珠64的六个球袋80，球袋80、80之间形成有柱部82。保持器65的球状外周面70的曲率中心E与球状内周面71的曲率中心F相对于联轴器中心O在轴向上以等距离被赋予少量的偏移。该偏移量f3为1mm以下，保持器65具有大致均匀的壁厚。

本实施方式的保持器65的材料与第一实施方式同样为碳钢，其成分含有0.41～0.51质量％的C、0.10～0.35质量％的Si、0.60～0.90质量％的Mn、0.005～0.030质量％的P、0.002～0.035质量％的S，其余由Fe以及炼钢、精炼时不可避免地残留的元素构成。保持器65作为热处理被实施渗碳淬火回火。球袋80的侧面83在热处理后进行最终精加工。

在本实施方式的保持器65中，关于优选形成保持器的碳钢含有0.42～0.48质量％的C、表面硬度为HRC58以上、芯部硬度为HRC53～58，优选保持器的总硬化层深度为0.25～0.55mm，进一步优选保持器的表层的碳浓度为0.55～0.75质量％等内容，与第一实施方式所述的保持器5同样，因此省略重复说明。

基于图8～10说明本发明的第三实施方式的等速万向联轴器用保持器。组装有本实施方式的保持器的等速万向联轴器是滑动式的交叉槽(cross groove)型等速万向联轴器。该等速万向联轴器91以外侧联轴器构件92、内侧联轴器构件93、滚珠94以及保持器95为主要结构。外侧联轴器构件92的圆筒状内周面98中形成有六根滚道槽96。内侧联轴器构件93的凸状外周面99中，形成有与外侧联轴器构件92的滚道槽96对置的六根滚道槽97。外侧联轴器构件92的圆筒状内周面98与内侧联轴器构件93的凸状外周面99之间配置有保持滚珠94的保持器95。外侧联轴器构件92与内侧联轴器构件93的成对的滚道槽96、97在周向上彼此向反向倾斜，滚珠被装入两滚道槽96、97的交叉部(参照图9)。由于是此种结构，因此能够减少滚珠94与滚道槽96、97之间的晃动，尤其多用于避忌晃动的机动车的驱动轴或传动轴。

如图9所示，外侧联轴器构件92的内周形成有滚珠槽96a、96b，彼此相邻的滚珠槽96a、96b在周向上向反向倾斜。在内侧联轴器构件93的外周形成有滚珠槽97a、97b，彼此相邻的滚珠槽97a、97b也在周向上向反向倾斜。外侧联轴器构件92与内侧联轴器构件93的成对的滚道槽96a、97a或96b、97b也彼此向反向倾斜，成对的各滚道槽间各装入一个滚珠94。由于是此种结构，因此在联轴器具有工作角的情况下，滚珠94始终在将外侧联轴器构件92与内侧联轴器构件93的两轴线所成的角度(工作角)二等分的平面上被引导，在两轴间等速地传递旋转转矩。

在内侧联轴器构件93的内周面形成有花键，轴102的花键与该花键嵌合，通过挡圈在轴向上被固定。为了防止润滑脂的泄漏以及异物的进入，外侧联轴器构件92与轴102上组装有防护罩103，外侧联轴器构件92的相反侧的端面上组装有端板104。

如图9及图10所示，保持器95具有在圆周方向上以规定的间隔配置的多个球袋110。保持器95的球状外周面100的曲率中心与球状内周面101的曲率中心与保持器95的宽度中心一致，在轴向上没有被赋予偏移。

本实施方式的保持器95的材料也与第一实施方式同样为碳钢，其成分含有0.41～0.51质量％的C、0.10～0.35质量％的Si、0.60～0.90质量％的Mn、0.005～0.030质量％的P、0.002～0.035质量％的S，其余由Fe以及炼钢、精炼时不可避免地残留的元素构成。保持器65作为热处理被实施渗碳淬火回火。球袋110的侧面113在热处理后进行最终精加工。

在本实施方式的保持器95中，关于优选形成保持器的碳钢含有0.42～0.48质量％的C、表面硬度为HRC58以上、芯部硬度为HRC53～58，优选保持器的总硬化层深度为0.25～0.55mm，进一步优选保持器的表层的碳浓度为0.55～0.75质量％等内容，也与前述第一实施方式的保持器5同样，因此省略重复说明。

实施例

以下说明本发明的实施例以及比较例。首先说明保持器的加工方法的概要。保持器的加工方法具有如下所示等几种。

(1)钢管→切断→镦锻→车削→窗(球袋)冲压→窗精加工→渗碳淬火回火→最终精加工

(2)钢管→切断→车削→轧制→车削→窗冲压→窗精加工→渗碳淬火回火→最终精加工

(3)棒钢→切断→热锻→车削→窗冲压→窗精加工→渗碳淬火回火→最终精加工

上述加工方法的各工程仅示出代表性的例子，可以根据需要进行适当变更和追加。例如，为了使在镦锻和轧制加工后加工硬化的部件软化，可以施加热处理，也可以考虑省略热处理前的窗精加工的工序。本发明不受加工方法的限定。

实施例以及比较例基于所述(1)工序进行加工。以下示出用于实施例1的碳钢制的钢管的材料成分。

[用于实施例1的钢管的材料成分]

含有C：0.45质量％、Si：0.24质量％、Mn：0.76质量％、P：0.014质量％、S：0.012质量％、Cu：0.02质量％、Cr：0.16质量％、Ni：0.03质量％、Mo：0.01质量％、Ti：0.001质量％、B：0.0001质量％，其余由Fe以及炼钢、精炼时不可避免地残留的元素构成。钢管的硬度在退火后为HV185。

以下示出用于比较例的低合金钢(JIS G 4052 SCr415)制的钢管的材料成分。

[用于比较例的钢管的材料成分]

含有C：0.15质量％、Si：0.29质量％、Mn：0.73质量％、P：0.015质量％、S：0.018质量％、Cu：0.02质量％、Cr：1.00质量％、Ni：0.02质量％、Mo：0.01质量％、Ti：0.001质量％、B：0.0001质量％，其余由Fe以及炼钢、精炼时不可避免地残留的元素构成。钢管的硬度在退火后为HV150。

实施例以及比较例的保持器，使用机动车规格(JASO C 304-89：机动车的驱动轴用等速联轴器1989年3月31日制定社团法人机动车技术会发行)的第3页的表3中的等速联轴器的标称值25.4相当的八个滚珠的固定式等速万向联轴器(允许最大工作角47°)的保持器进行加工。保持器的球状外周面以及球状内周面的曲率中心不在轴向上发生偏移，具有均匀的壁厚。

加工时，用于实施例1的碳钢制钢管由于碳量增加，因而钢管的硬度增加。通过从市售品中选择最合适的切削工具，并从市售材料中选择最合适的开窗(球袋)冲头的材质，加工实施例1的切削工具的寿命和冲头的寿命与使用低合金钢制的钢管的比较例为相同水平，能够容易地加工。

表1示出渗碳淬火回火的条件。表1的渗碳淬火回火后的特性值是图3以及图4示出的保持器5的柱部22的渗碳表面原样的部位的截面硬度的测定结果。表1中，淬火油的JIS 1种1号以及JIS 2种2号基于JIS K2242。回火条件为180℃×120分钟。图11示意性地示出比较例与实施例3的渗碳条件。另外，图12中示出比较例与实施例3的保持器的柱部的渗碳表面原样的部位的截面硬度的测定结果。实施例1与实施例2为相同材料，渗碳的碳位(carbonpotential)(以下称为CP)相同，作为实施例1、实施例2，改变渗碳时间制作了总硬化层深度不同的保持器。实施例3与实施例1为相同材料，增加渗碳时的CP(CP：0.75质量％)，作为实施例3，制作了增加渗碳后的表面碳浓度的保持器。

表1

将实施例1、实施例2以及比较例的保持器与滚珠、外侧联轴器构件、内侧联轴器构件相匹配，安装其他部件而组装固定式等速万向联轴器。使用该等速万向联轴器实施了强度试验和寿命试验。关于实施例以及比较例，实施各4根的试验，将以平均值进行了比较评价的结果示于表2。

表2

[强度试验(准静态扭转试验)]

作为试验结果，以比较例的强度为基准，实施例1的强度提高15％，实施例2的强度提高6％，实施例3的强度提高3％。实施例1、实施例2以及实施例3的保持器相对于比较例的保持器，表层的碳浓度降低、芯部硬度增加，因此强度提高。

[滚动寿命试验]

作为试验结果，以比较例的滚动寿命为基准，实施例1、2、3具有同等的结果。认为是由于芯部硬度增加加强了表面硬度的降低部分，由此实现了同等的滚动寿命。

如表1与图11的渗碳处理条件所示，使用了碳钢的实施例1以及实施例2由于渗碳温度比比较例低，因此加热和冷却所需时间短，进而，渗碳时间与使用了渗碳钢的比较例相比能够缩短，因此确认了能够实现热处理成本的降低和生产性的提高。

在图12中，硬度从HV615的芯部硬度起增加的深度是总硬化层深度。增加渗碳时的CP(CP：0.75质量％)、增加了渗碳后的表面碳浓度的实施例3的表层的碳浓度要低于比较例，表面韧性增加，即使增加硬化深度，强度降低也少。因此，总硬化层深度的增加变得可能，上限能够达到0.75mm。

在以上各实施方式中，作为组装有保持器的固定式等速万向联轴器示出了球笼型等速万向联轴器、免根切型等速万向联轴器，作为滑动式等速万向联轴器示出了交叉槽型等速万向联轴器，但并不限于此。除上述以外，作为固定式等速万向联轴器，也能够适用交叉槽式的等速万向联轴器、反向滚道(counter track)形式的等速万向联轴器等。另外，滚珠的个数示出了六个和八个的例子，但不限于此，也能够以三至五个、八个或十个以上实施。

并且，虽然示出了滚道槽与滚珠取有接触角而接触的角接触实施方式，但不限于此，也可以是将滚道槽的横截面形状形成为圆形的圆形接触。

本发明完全没有局限于上述的实施方式，当然可以在不脱离本发明的主旨的范围内以各种各样的方式实施，本发明的范围由权利要求书来表示，还包括权利要求书所记载的等同意思及范围内的所有的变更。

符号说明

1、61、91：等速万向联轴器

2、62、92：外侧联轴器构件

3、63、93：内侧联轴器构件

4、64、94：转矩传递滚珠

5、65、95：保持器

6、66、96：滚道槽

7、67、97：滚道槽

10、70、100：球状外周面

11、71、101：球状内周面

12、102：轴

20、80、110：球袋

23、83、113：侧面

A：曲率中心

B：曲率中心

E：曲率中心

F：曲率中心

G：曲率中心

H：曲率中心

K：窗尺寸

O：联轴器中心

X：联轴器的轴线

f1：偏移量

f2：偏移量

f3：偏移量

Claims (7)

1.一种等速万向联轴器用保持器，其形成为具有大致均匀的壁厚的环状，在其周向上具备收容转矩传递滚珠的多个球袋，其特征在于，

所述保持器由碳钢形成，作为热处理被实施渗碳淬火回火，所述球袋的侧面通过热处理后的精加工形成，所述碳钢含有0.41～0.51质量％的C、0.10～0.35质量％的Si、0.60～0.90质量％的Mn、0.005～0.030质量％的P以及0.002～0.035质量％的S，其余由Fe以及炼钢、精炼时不可避免地残留的元素构成，

所述保持器的表面硬度为HRC58以上，表层的碳浓度为0.55～0.75质量％，并且所述保持器的芯部硬度为HRC56～59。

2.根据权利要求1所述的等速万向联轴器用保持器，其特征在于，

所述保持器具有球状外周面和球状内周面，且具有球状外周面的曲率中心与球状内周面的曲率中心在轴向上的偏移量小于1mm的大致均匀的壁厚。

3.根据权利要求1或2所述的等速万向联轴器用保持器，其特征在于，

形成所述保持器的碳钢含有0.42～0.48质量％的C。

4.根据权利要求1或2所述的等速万向联轴器用保持器，其特征在于，

所述保持器的总硬化层深度为0.25～0.55mm。

5.根据权利要求4所述的等速万向联轴器用保持器，其特征在于，

所述保持器的总硬化层深度为0.25～0.55mm。

6.一种固定式等速万向联轴器，其特征在于，组装有权利要求1～5中任一项所述的等速万向联轴器用保持器。

7.一种驱动轴，其特征在于，组装有权利要求6所述的固定式等速万向联轴器。