JP2008019906A - クロスグルーブ型等速自在継手およびそのケージの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】クロスグルーブ型等速自在継手のケージポケット部の寸法精度を向上させる。
【解決手段】クロスグルーブ型等速自在継手16は、軸線に対して角度をなすトラック22を外周面に形成した内輪20と、内輪20のトラック22とは逆方向に軸線に対して角度をなすトラック32を内周面に形成した外輪30と、対をなす内輪20のトラック22と外輪30のトラック32が交差する位置に組み込んだトルク伝達ボール40と、内輪20の外周面と外輪30の内周面との間に介在してトルク伝達ボール40を保持するケージ50とを有し、ケージ50のポケット52部分を液中で高周波焼入れしてある。
【選択図】図1
【解決手段】クロスグルーブ型等速自在継手16は、軸線に対して角度をなすトラック22を外周面に形成した内輪20と、内輪20のトラック22とは逆方向に軸線に対して角度をなすトラック32を内周面に形成した外輪30と、対をなす内輪20のトラック22と外輪30のトラック32が交差する位置に組み込んだトルク伝達ボール40と、内輪20の外周面と外輪30の内周面との間に介在してトルク伝達ボール40を保持するケージ50とを有し、ケージ50のポケット52部分を液中で高周波焼入れしてある。
【選択図】図1
Description
この発明は、自動車その他の車両や一般産業機械の動力伝達系に使用されるクロスグルーブ型等速自在継手およびそのケージの製造方法に関する。
クロスグルーブ型等速自在継手は、軸線に対して角度をなすトラックを外周面に形成した内輪と、内輪のトラック溝とは逆方向に軸線に対して角度をなすトラックを内周面に形成した外輪と、対をなす内輪のトラックと外輪のトラックが交差する位置に組み込んだトルク伝達ボールと、内輪の外周面と外輪の内周面との間に介在してトルク伝達ボールを保持するケージとを有する。
特許文献1には、クロスグルーブ型等速自在継手のケージを浸炭焼入れによって表面硬さをHRC60以上とすることが記載されている。
E. R. Wagner, Universal joint and Driveshaft Design Manual, SAE INTERNATIONAL, p163-166
特開平04−297552号公報
特開2006−83962号公報
クロスグルーブ型等速自在継手は交差した内外輪のトラックの交点でボールをステアするが、トルクを負荷すると隣り合うボールには互いに軸心の逆方向に飛び出そうとする力が作用する。従来のクロスグルーブ型等速自在継手の内外輪トラック交差角では、トラックでボールの飛び出しを拘束することができず、ケージがボールの飛び出しを拘束する役目を果たしている。
クロスグルーブ型等速自在継手のケージは、ボールを2等分面上に拘束するために重要な部品である。特に、ケージのポケット数が多いクロスグルーブ型等速自在継手において、ポケットの千鳥(窓枠)寸法のばらつきが大きくなると多数個のボールが交差角の2等分面の同一平面上に整列位置せず、クロスグルーブ型等速自在継手の作動性や耐久性を損ねる。このため、たとえば特許文献2に記載されているように、クロスグルーブ型等速自在継手などボールタイプの等速自在継手のケージは炭素量0.2の合金鋼を浸炭焼入れ焼戻ししている。
通常、自動車などに用いられるクロスグルーブ型等速自在継手では、6個のボールを用いたものが知られているが、大きな負荷容量でできるだけ外径寸法をコンパクトにしなければならない場合には、ボール数が6個を越えるもの、たとえば特許文献3では鉄道車両のモーターギヤボックス間を繋ぐカップリング用として多数個ボールのクロスグルーブ型等速自在継手を提案している。しかし、同寸法のボールの個数を増やすと、PCDが大きくなるのに伴ってケージも必然的に薄肉大口径のプロポーションになる。このような薄肉大口径のケージを従来の浸炭焼入れで熱処理すると変形や歪が発生するという問題があった。変形や歪が大きいとその後の研削仕上加工の取りしろが多くなって必要以上に加工時間を費やしたり、また、変形や歪の度合いによっては研削後の良品の採取率が悪化したりして、生産性が損なわれ、結果的に製品の高コストに繋がるといった欠点もあった。
この発明の主要な目的は、従来のクロスグルーブ型等速自在継手における上述の問題点を除去し、ケージのポケット部の寸法精度を向上させることにある。
この発明は、クロスグルーブ型等速自在継手のケージを、液中でポケット部のみ高周波焼入れすることによって課題を解決したものである。すなわち、この発明のクロスグルーブ型等速自在継手は、軸線に対して角度をなすトラックを外周面に形成した内輪と、内輪のトラック溝とは逆方向に軸線に対して角度をなすトラックを内周面に形成した外輪と、対をなす内輪のトラックと外輪のトラックが交差する位置に組み込んだトルク伝達ボールと、内輪の外周面と外輪の内周面との間に介在してトルク伝達ボールを保持するケージとを有し、ケージのポケットを液中で高周波焼入れしたことを特徴とするものである(請求項1、請求項5)。
この発明の効果はケージが薄肉大口径となるボール個数が6個を越える多数個の場合(請求項2)にとりわけ顕著となる。
請求項3の発明は、請求項1のクロスグルーブ型等速自在継手において、ケージ材料としてC量が0.5%を越える機械構造用炭素鋼を用いたことを特徴とするものである。
請求項4の発明は、請求項1のクロスグルーブ型等速自在継手において、ケージを調質により硬さHRC20〜30としたことを特徴とするものである。
この発明によれば、ケージのポケット部を液中で高周波焼入れすることで、浸炭焼入れに比べて熱処理変形が抑制される。そして、熱処理変形が抑制される結果、後工程である研削加工の生産性が向上し、コスト低減が図れる。また、熱処理変形が抑制されることで、後工程の研削加工の対象部位であるポケット部が均一な硬化深さが得られ、ケージの耐久性が高まる。請求項4の発明のようにケージ材料を調質することで組織が安定し、機械的強度特性が安定し、ケージの柱や窓枠の安定した強度を確保できる。
以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。
まず、図1ないし図3に示す、鉄道車両等のモータと減速機を連結する軸継手に適用した実施の形態について述べる。ここで、図1は縦断面図、図2は図1のII−II矢視図、図3は斜視図である。なお、図3は、一部をカットしたほか、仕切り板やボルト・ナット、密封装置等を取り外した状態を示している。
この実施の形態の軸継手は一対のクロスグルーブ型等速自在継手16で構成され、各クロスグルーブ型等速自在継手16は、内輪20と、外輪30と、ボール40と、ケージ50を主要な構成要素としている。
内輪20は外周面に複数のトラック22を有し、中心部にテーパ孔26を有する。内輪20はテーパ孔26にてモータの出力軸または小歯車の支持軸に形成したテーパ軸と、キーによりトルク伝達可能に嵌合する。図示は省略したが、テーパ軸の端部にはおねじ部を有し、ナットで締結するようになっている。内輪20は既存のモータと減速機軸との接続に必要なはめ合い長さとし、組み込み性を考慮してケージ50に対し軸方向に分離できるタイプとしてある。すなわち、内輪20の最大外径がケージ50の最小内径より小さい。
内輪20のトラック22の両側に、異型断面形状のスペーサ76と止め輪78が装着してある。スペーサ76は内輪の円筒形外周面と嵌合する円筒形内周面を有し、外周にボール20を受ける斜面を有している。止め輪78は内輪20の外周面に形成した溝にはめ込んである。これらは、ケージ50と内輪20およびボール40(カセット)を外輪30と組み込んだ後、カセットが分離しないようにするためのストッパーとして機能する。なお、スペーサ76と止め輪78は外輪30に装着するようにしてもよい。
通常、クロスグルーブ型等速自在継手はトルク伝達ボールが6個で、内輪にスプライン孔を有し、これにはめ合うスプライン軸で一対となった自在軸継手として自動車のプロペラシャフトやドライブシャフトに採用されている。しかし、軸継手として鉄道車両のモータと減速機との連結に適用する場合、スプライン軸に比べ相当量の大きさの軸径になっており、自動車のプロペラシャフトやドライブシャフトに使用されるクロスグルーブ型等速自在継手の形態では内輪を直接モータ軸や減速機軸に取り付けることができない。そのため、ここでは、既存のモータ軸および減速機軸との接合を可能とするため、ボール40のピッチ円径を大きくするとともにボール数を増やし、ギヤカップリングの外歯歯車に相当する内輪20にキー溝付きテーパ穴26を設けた構成としたものである。もちろん、このような制約がない場合には通常のスプライン嵌合を採用してもよい。
外輪30は、内輪20の外周に位置し、内周面に内輪20のトラック22と同数のトラック32が形成してある。図4に示すように、内輪20のトラック22と外輪30のトラック32は軸線に対して反対方向に角度をなしている。各トラック22,32が軸線に対してなす角(以下、トラック交差角という。)を図4では符号αで示してある。そして、対をなす内輪20のトラック22と外輪30のトラック32との交差部にボール40が組み込んである。内輪20の外周面と外輪30の内周面との間にケージ50が介在する。ケージ50は、円周方向の等間隔位置に、ボール40を保持するためのポケット52を有する(図6参照)。
トルク伝達ボール40の数および内外輪20,30のトラック22,32のトラック交差角αについては、モータ出力とクロスグルーブ型等速自在継手16の負荷容量および取り付け軸の大きさとのバランスで、ボール数14個、トラックの角度10°を例として挙げることができるが、ボール数は10〜18個、トラック交差角αは3〜16°の範囲内が好ましい。
継手の内部空間には潤滑剤が充填される。潤滑剤は、自動車用プロペラシャフトやドライブシャフトの場合と同様にグリースを使用するほか、ギヤオイルでもよい。図示した実施の形態では、一対の外輪30の端面同士を突き合わせた状態でフランジ34をボルト・ナット74で締結して一体化してある。そして、外輪30の端面間に仕切り板70が挟み込んである。仕切り板70は軸継手の内部空間を中央部で仕切り、一対のクロスグルーブ型等速自在継手を個別に分解する場合などにグリースの洩れを最小限度に抑える役割を果たす。符号72はOリングを示す。
クロスグルーブ型等速自在継手16の外側の端部に密封装置60が装着してある。密封装置60はブーツ62とブーツアダプタ68とで構成されている。ブーツアダプタ68は金属製で、おおむね円筒形をしており、一端にフランジ69を有している。図示する実施の形態では、フランジ69をゴムパッキング63を介して外輪30の外側の端面に当て、座金を介してボルト38をねじ孔36にねじ込むことにより、ブーツアダプタ68を外輪30に固定してある。ブーツ62はゴムや樹脂等の可撓性材料でできており、小端部64と大端部66を有し、中間にて断面V字形に折り返した格好になっている。ブーツ62の大端部66はブーツアダプタ68の端部をかしめて保持させてある。ブーツ62の小端部64は内輪20の端部外周面に形成したブーツ溝28に嵌めてその上からブーツバンド65で締め付けてある。
上述の構成であるため、内輪20と外輪30とは角度変位が可能で、かつ、軸方向変位(プランジング)が可能である。図5(A)はスライドインすなわち、内輪20が図1の状態から同図の右側に相対的に移動した状態を示す。図5(B)はスライドアウトすなわち、内輪20が図1の状態から同図の左側に相対的に移動した状態を示す。ボール40の転動範囲がスペーサ76によって規制され、その結果、上記軸方向変位(プランジング)量が規制される。図5はこれが7mmの場合を例示したものである。
図6に示すように、ケージ50は、円周方向の等間隔位置に、ボール40を保持するためのポケット52を有する。ケージ50は、素材を切削加工した後、打ち抜き加工によりポケット52を形成する。その後、ポケット52を1箇所ずつ液中で高周波焼入れする。このように、ポケット部に液中で高周波焼入れを施すことにより、従来の浸炭焼入れ品に比べてポケットの歪や変形が大幅に減少し、大口径薄肉ケージのポケット精度確保と定・低変形による後工程における歪修正や研削加工工数削減が実現する。
図7に、18個ボールの薄肉大口径の多数個ボールクロスグルーブ型等速自在継手用ケージにつき、浸炭焼入れしたもの(比較例)と、液中高周波焼入れしたもの(実施例)の、ポケットの窓枠の寸法ばらつき(最大値と最小値の差)を示す。サンプル1〜4のいずれも、比較例に比べて実施例が大幅にばらつき幅が減少していることが判る。
ケージ50の材料としては、高周波焼入れによってポケット部にHRC58以上の表面硬さを確保するため、C量0.55%の機械構造用炭素鋼(S55C)を用いるのが好ましい。また、HRC20〜30の硬さ調質(ソルバイト組織)を施すのが好ましい。調質は主として鋼の結晶粒を微細にして材質を調整し、粘性、靭性を向上させること及び加工歪や高周波による熱処理歪の定・低変形を目的としており、処理方法は焼入れ後の400℃〜600℃程度の高温で焼戻しを行う。焼戻し温度によって硬さを調整することが可能で、たとえば、HRC20〜30の硬さが得られるような処理とすることで調質後の旋削加工が容易となる。ケージ材料として、S55Cに代えて、HRC58の焼入れ表面硬さを確保できるC量0.45%を越える、たとえばクロームモリブデン鋼(SCM445)を採用してもよい。
16 クロスグルーブ型等速自在継手
20 内輪
22 トラック
26 テーパ孔
28 ブーツ溝
30 外輪
32 トラック
34 フランジ
36 ねじ孔
38 ボルト
40 ボール
50 ケージ
52 ポケット
60 密封装置
62 ブーツ
63 ゴムパッキング
64 小端部
66 大端部
68 ブーツアダプタ
69 フランジ
70 仕切り板
72 Oリング
74 ボルト・ナット
76 スペーサ
78 止め輪
20 内輪
22 トラック
26 テーパ孔
28 ブーツ溝
30 外輪
32 トラック
34 フランジ
36 ねじ孔
38 ボルト
40 ボール
50 ケージ
52 ポケット
60 密封装置
62 ブーツ
63 ゴムパッキング
64 小端部
66 大端部
68 ブーツアダプタ
69 フランジ
70 仕切り板
72 Oリング
74 ボルト・ナット
76 スペーサ
78 止め輪
Claims (5)
- 軸線に対して角度をなすトラックを外周面に形成した内輪と、内輪のトラック溝とは逆方向に軸線に対して角度をなすトラックを内周面に形成した外輪と、対をなす内輪のトラックと外輪のトラックが交差する位置に組み込んだトルク伝達ボールと、内輪の外周面と外輪の内周面との間に介在してトルク伝達ボールを保持するケージとを有し、ケージのポケットを液中で高周波焼入れしたクロスグルーブ型等速自在継手。
- ボール個数が6個を越える請求項1のクロスグルーブ型等速自在継手。
- ケージ材料としてC量が0.5%を越える機械構造用炭素鋼を用いた請求項1のクロスグルーブ型等速自在継手。
- ケージを調質により硬さHRC20〜30とした請求項1のクロスグルーブ型等速自在継手。
- ケージのポケットを液中で高周波焼入れすることからなる請求項1のクロスグルーブ型等速自在継手のケージの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006190347A JP2008019906A (ja) | 2006-07-11 | 2006-07-11 | クロスグルーブ型等速自在継手およびそのケージの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006190347A JP2008019906A (ja) | 2006-07-11 | 2006-07-11 | クロスグルーブ型等速自在継手およびそのケージの製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008019906A true JP2008019906A (ja) | 2008-01-31 |
Family
ID=39076016
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006190347A Withdrawn JP2008019906A (ja) | 2006-07-11 | 2006-07-11 | クロスグルーブ型等速自在継手およびそのケージの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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-
2006
- 2006-07-11 JP JP2006190347A patent/JP2008019906A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20091006 |