JP3909992B2 - 固定式等速自在継手のケージおよびその製造方法並びに固定式等速自在継手 - Google Patents

固定式等速自在継手のケージおよびその製造方法並びに固定式等速自在継手 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、外輪と内輪の相互間で回転トルクを伝達する固定式等速自在継手のケージおよびその製造方法並びに固定式等速自在継手に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固定式等速自在継手として図５に示したものが従来から知られている。この等速自在継手は、外輪５０の球形内面５１と内輪５２の球形外面５３に複数の曲線状トラック溝５４、５５を形成し、継手径方向で対向するトラック溝５４、５５間にトルク伝達ボール５６を組込んでいる。
【０００３】
また、外輪５０の球形内面５１および内輪５２の球形外面５３に接触案内される球形外面５８および球形内面５９を有するケージ５７に前記トルク伝達ボール５６が収容される複数のポケット６０を設けている。
【０００４】
ここで、外輪５０に形成されたトラック溝５４の曲率中心Ａ1 と、内輪５２に設けられたトラック溝５５の曲率中心Ａ2 は継手の角度中心Ｏ0 に対して左右に等距離オフセットされ、外輪５０と内輪５２とが作動角をとってトルクを伝達するトルク伝達時に、その作動角の２等分位置を通る直線と直交する平面上にトルク伝達ボール５６を位置させて等速性を確保するようにしている。
【０００５】
上記等速自在継手においては、外輪５０と内輪５２とが作動角をとって回転トルクを伝達するとき、トルク伝達ボール５６はポケット６０内をケージ周方向に向けて移動する。
【０００６】
このとき、トルク伝達ボール５６は図６（II）に示すポケット６０のケージ軸方向で対向する一対の側面６１を擦り乍ら移動するため、上記側面６１には耐摩耗性が要求される。
【０００７】
その要求に応えるため、従来では、ケージ５７を製作するにあたって、図７に示す製造方法を採用している。この製造方法は下記の７工程から成る。
第１工程；パイプを切断して図７（Ｉ）に示す筒状体Ｐ1 を形成する。
第２工程；筒状体Ｐ1 を軸方向両端からプレスして、図７（II）に示すように、外周面および内周面が円弧状にわん曲するケージ素形材Ｐ2 を形成する。
第３工程；ケージ素形材Ｐ2 の外周面および内周面を旋削して、図７（III ）に示すように球形外面５８および球形内面５９を形成する。
第４工程；ケージ素形材Ｐ2 を打抜きプレスして、図７（IV）に示すように複数のポケット６０を形成する。
第５工程；各ポケット６０の内周をシェービングして、ポケット６０のケージ軸方向で対向する一対の側面６１を削り、その一対の側面６１間の寸法をトルク伝達ボール５６の外径にほぼ一致させる（図７（Ｖ）参照）。
第６工程；ポケット形成後のケージ素形材Ｐ2 を熱処理して表面硬さを高める。この場合、熱処理して浸炭焼入れが採用される。
第７工程；熱処理後のケージ素形材Ｐ2 を研削して、図７（VI）に示すように、球形外面５８および球形内面５９を仕上げ、ケージ５７を形成する。
【０００８】
上記の製造方法においては、ポケット６０の打抜き後に浸炭焼入れしているため、ポケット６０の内周では、図６（Ｉ）、（II）に示すように、硬化層６３の浸炭深さは全体にわたって一定の深さに仕上がっており、トルク伝達ボール５６の転走面である一対の側面６１の表面硬さは５８〜６３ＨR Ｃときわめて硬く、耐摩耗性に優れたケージ５７を得ることができるという特徴を有する。
【０００９】
ここで、固定式等速自在継手においては、外輪５０と内輪５２とが作動角とってトルクを伝達するとき、ケージ５７には引張りや捩りが作用するため、ケージ５７のポケット６０間に形成された柱部６４は硬度を低くして靱性を与えるのが好ましい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述従来のケージ５７においては、ケージ素形材Ｐ2 に形成されたポケット６０の一対の側面６１をシェービングにより仕上げたのち、浸炭焼入れを施すようにしているため、ポケット６０の内周では、図６（II）に示すように、浸炭深さが全体にわたってほぼ均一とされる。このため、柱部６４の硬度も高くなって靱性が低下する。また、柱部６４は、ケージ５７のポケット６０を打抜きによって形成するため、断面が台形形状をなして内径側の幅寸法が外径側よりも小さい。とくに、等速自在継手を外径寸法を小さくして、トルク伝達ボール５６の個数を多くし、負荷容量を大きくしようとすると、ポケット６０間に形成される柱部６４の内径側の幅寸法が小さくなる。
【００１１】
したがって、従来のケージ５７においては、強度を向上させるうえにおいて改善すべき点が残されている。
【００１２】
また、従来のケージ５７においては、ポケット６０のケージ軸方向で対向する一対の側面６１をシェービングによって仕上げる構成であるため、ポケット６０の幅寸法（一対の側面６１間の寸法）のバラツキが大きい。
【００１３】
このため、等速自在継手の組立てに際して、ポケット６０の幅寸法に応じてケージ５７をランク分けすると共に、トルク伝達ボール５６もポケット幅毎にランクを設けて、ポケット６０とトルク伝達ボール５６間のすきま調整を行う必要があり、適当なすきまが得られない場合は、ポケット６０の側面６１を研削する必要が生じ、組立てに非常に手間がかかり、その組立て性を向上させるうえにおいても改善すべき点が残されている。
【００１４】
この発明の課題は、機械的強度の優れた固定式等速自在継手のケージおよびその製造方法並びに耐久性に優れた固定式等速自在継手を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明に係るケージおいては、外輪の球形内面に接触案内される球形外面および内輪の球形外面に接触案内される球形内面を有する筒体部の周方向に前記外輪と内輪の相互間で回転トルクを伝達するトルク伝達ボールが収容される複数のポケットを等間隔に形成した固定式等速自在継手のケージにおいて、前記ポケットのケージ周方向で対向する一対の端面全体を焼入れ後切削された面として、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た構成を採用したのである。
【００１６】
ここで、筒体部に形成された球形外面の中心と球形内面の中心は同一位置に配置されたものであってもよく、あるいは、筒体部の軸方向に間隔をおいて配置されたものであってもよい。
【００１７】
上記のように、ポケットのケージ周方向で対向する一対の端面を焼入れ後切削された面として、その表面硬さを一対の側面の表面硬さをより低くすることにより、隣接するポケット間の柱部に靱性をもたせることができ、柱部の引張り強度および捩り強度を向上させることができる。
【００１８】
ここで、ポケットの一対の端面の表面硬さを一対の側面の表面硬さより低くする方法として、ポケットを有する筒体部を浸炭焼入れされた肌焼き鋼で形成し、その筒体部に形成された前記ポケットの内周全体を切削すると共に、その切削深さを一対の端面で浅くして、一対の端面における浸炭深さを一対の側面における浸炭深さにより浅くする方法、あるいは、前記一対の端面のみを切削して、その端面の浸炭深さを一対の側面の浸炭深さより浅くする方法を採用することができる。
【００１９】
浸炭焼入れされた一対の端面の切削において、その端面がケージ外径側に向けて拡がりをもって傾斜する傾斜面となるように切削してもよい。
【００２０】
一般に、球形外面の中心と球形内面の中心がケージ軸方向に間隔をおいて配置されたケージを外輪と内輪間に組込んだ等速自在継手においては、外輪と内輪とが作動角をとってトルクを伝達するとき、ケージのポケット内に収容されたトルク伝達ボールは、外径側での周方向の動き量が内径側での周方向の動き量より大きい８の字形を描くように運動する。このため、前記のように、ポケットの一対の端面を傾斜面とすることにより、その一対の端面を平行面とする場合に比較して、ポケット間に形成された柱部の内径側の幅寸法を大きくとることができ、柱部の強度をより向上させることができる。
【００２１】
この発明に係るケージの製造方法においては、筒状のケージ素形材の外面および内面を旋削して球形外面および球形内面を形成する旋削工程と、前記ケージ素形材を打抜きプレスして複数のポケットを形成する打抜きプレス工程と、ポケット形成後のケージ素形材を浸炭焼入れする熱処理工程と、熱処理後のケージ素形材の球形外面および球形内面を研削する研削工程と、前記ポケットの少なくとも周方向で対向する一対の端面全体を切削して、その端面の表面硬さをポケットの軸方向で対向する一対の側面の表面硬さより低くする切削工程とから成る構成を採用したのである。
【００２２】
上記のような製造方法を採用することにより、柱部に靱性を有する機械的強度の高いケージを形成することができる。
【００２３】
さらに、この発明に係る固定式等速自在継手においては、外輪の球形内面と内輪の球形外面に複数の曲線状トラック溝を形成し、継手径方向で対向するトラック溝にトルク伝達ボールを組込み、前記外輪の球形内面と内輪の球形外面に接触案内される球形外面および球形内面を有するケージに前記トルク伝達ボールを収容するポケットを形成し、前記外輪のトラック溝の中心と内輪のトラック溝の中心を継手の角度中心より左右に等距離オフセットさせた等速自在継手において、前記ポケットのケージ周方向で対向する端面全体を焼入れ後切削された面で形成して、その表面硬さをケージ軸方向で対向する側面の表面硬さより低くした構成を採用したのである。
【００２４】
上記のように構成された等速自在継手においては、ケージの機械的強度が高いため、等速自在継手の耐久性の向上を図ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図１乃至図４に基づいて説明する。図１に示すように、等速自在継手は、外輪１、内輪１１、トルク伝達ボール２１およびケージ３１とから成る。
【００２６】
外輪１は球形内面２を有し、その球形内面２に８つの曲線状のボール溝３が周方向に等間隔に形成されている。
【００２７】
内輪１１は球形外面１２を有し、その球形外面１２に外輪１に形成されたボール溝３と同数の曲線状ボール溝１３が周方向に等間隔に形成されている。
【００２８】
外輪１に形成されたボール溝３の曲率中心Ａ1 と内輪１１に設けられたボール溝１３の曲率中心Ａ2 は継手の角度中心Ｏ0 に対して左右に等距離オフセットされている。
【００２９】
トルク伝達ボール２１は、外輪１のボール溝３と内輪１１のボール溝１３間に組込まれて外輪１と内輪１１の相互で回転トルクを伝達する。
【００３０】
図２はケージ３１を示す。このケージ３１は筒体部３２の一方の端部には、内輪１１の外径とほぼ等しいインロー３３を形成している。また、筒体部３２に外輪１の球面内面２に接触案内される球形外面３４および内輪１１の球形外面１２に接触案内される球形内面３５を形成している。
【００３１】
球形外面３４の曲率中心Ｂ1 と球形内面３５の曲率中心Ｂ2 は軸方向に間隔をおいた配置とされ、前記ケージ３１を外輪１と内輪１１間に配置した組込み状態で、これらの曲率中心Ｂ1 およびＢ2 は継手の角度中心Ｏ0 に対して左右に等距離オフセットされる。
【００３２】
ここで、球形外面３４の曲率中心Ｂ1 および球形内面３５の曲率中心Ｂ2 は、外輪１に形成されたボール溝３の曲率中心Ａ1 および内輪１１に設けられたボール溝１３の曲率中心Ａ2 と同一位置に配置されるものであってもよく、これらの曲率中心Ａ1 、Ａ2 より外側に位置する配置であってもよい。
【００３３】
図３に示すように、前記ケージ３１にはトルク伝達ボール２１を収容するポケット３６が形成されている。ポケット３６のケージ軸方向で対向する一対の側面３７は平行面とされ、その一対の側面３７の間隔（ポケット幅）はトルク伝達ボール２１の球形とほぼ等しく、各側面３７はボール転走面とされている。
【００３４】
ケージ３１のポケット３６内に収容されたトルク伝達ボール２１は、等速自在継手の外輪１と内輪１１とが作動角をとってトルクを伝達するとき、図３（II）に示すように、ボール中心の移動軌跡が８の字形を描くようにして移動する。
【００３５】
このとき、ケージ３１に形成された球形外面３４の曲率中心Ｂ1 と球形内面３５の曲率中心Ｂ2 は継手の角度中心Ｏ0 に対して左右にオフセットされているため、トルク伝達ボール２１は外径側での周方向の動き量が内径側での周方向の動き量より大きい８の字形を描いて動くようになっている。
【００３６】
また、トルク伝達ボール２１は、外輪１と内輪１１とを相対的に傾け、ケージ３１の１つのポケット３６を外輪１の外側に位置させた状態で各ポケット３６に１つずつ組込まれるのであるが、その組込み時においても、先に組込まれたトルク伝達ボール２１は外径側で大きく、内径側で小さい８の字形を描いて動き、その動き量は、トルク伝達時のトルク伝達ボール２１の動き量より大きい。
【００３７】
このため、ポケット３６のケージ周方向で対向する一対の端面３８が平行面であると、隣接するポケット３１間に形成された柱部３９の内径両側の幅寸法が小さくなり、強度上不利になる。
【００３８】
そこで、ポケット３６のケージ周方向で対向する一対の端面３８をケージ外径側に向けて拡がりをもって傾斜する傾斜面としている。ここで、上記端面３８は図３（II）に示すように平面であってもよく、あるいは図では省略したがトルク伝達ボール２１の球形表面に沿う凹入部の局面であってもよい。
【００３９】
上記のように、ポケット３６のケージ周方向で対向する一対の端面３８を傾斜面とすることにより、ポケット３６間に形成された柱部３９の内径面側の幅寸法の増大を図ることができ、ケージ３１の強度を向上させることができる。
【００４０】
図１に示す等速自在継手が外輪１と内輪１１の相互で作動角をとってトルクを伝達するとき、トルク伝達ボール２１はケージ３１に形成されたポケット３６の一対の側面３７を転走面として接触移動するため、上記側面３７には硬度が要求される。
【００４１】
そこで、従来では、図６（Ｉ）、（II）で示すように、ケージ５７を浸炭焼入れして硬度を高めるようにしているが、浸炭深さは、ポケット６０の内周全体でほぼ均一であるため、柱部６４の靱性が低下し、強度の高いケージ５７を得ることができない問題があった。
【００４２】
その問題点を解決するため、ＳＣｒ４１５あるいはＳＣＭ４１５等の低炭素の肌焼き鋼（硬度２５〜４５ＨR Ｃ）を素材とするケージ３１を浸炭焼入れしたのち、ポケット３６の内周を切削し、ポケット３６のケージ周方向で対向する一対の端面３８を切削された面として、その表面硬さを軸方向で対向する一対の側面３７の表面硬さより低くしている。
【００４３】
この場合、一対の側面３７および一対の端面３８のそれぞれを切削してもよく、あるいは一対の端面３８のみを切削してもよい。一対の側面３７および一対の端面３８の双方を切削する場合は、切削深さを相違させ、各面３７、３８の表面硬さを相違させる。
【００４４】
上記のように、一対の端面３８の表面硬さを一対の側面３７の表面硬さより低くすることにより、ポケット３６間に形成された柱部３９に靱性をもたせることができ。ケージ３１の強度の向上を図ることができる。
【００４５】
図４は、柱部３９に靱性を有する上記ケージ３１の製造方法を示し、下記の工程から成る。
第１工程；ＳＣｒ４１５あるいはＳＣＭ４１５から成るパイプ材を切断して図４（Ｉ）に示す筒状体Ｐ1 を形成する。
第２工程；筒状体Ｐ1 を軸方向両端からプレスして図４（II）に示すように、外周面および内周面が円弧状にわん曲するケージ素形材Ｐ2 を形成する。
第３工程；ケージ素形材Ｐ2 の外周面および内周面を旋削して、図４（III ）に示すように球形外面３４および球形内面３５を形成する。
第４工程；ケージ素形材Ｐ2 を打抜きプレスして、図４（IV）に示すように複数のポケット３６を形成する。
第５工程；ポケット３６を有するケージ素形材Ｐ2 を浸炭焼入れして、図４（Ｖ）の点線で示すように、浸炭深さ０．４５〜１．００ミリ表面硬さ５８〜６３ＨR Ｃの硬化層４０を形成する。
第６工程；焼入れ後のケージ素形材Ｐ2 の球形外面３４および球形内面３５を研削して、表面仕上げする（図４（VI）参照）。
第７工程；ポケット３６の内周を切削してポケット３６を所定の寸法に仕上げて図４（VII ）で示すケージ３１を形成する。この場合、ポケット３６の側面３７の切削しろを端面３８の切削しろより小さくして、端面３８の表面硬さを側面３７の表面硬さより低くする。
【００４６】
上記のケージ製造方法によれば、ポケット３６を有するケージ素形材Ｐ2 の浸炭焼入れ後にポケット３６の内周の切削を行うため、図３（II）で示すように、ポケット３６の一対の端面３８をケージ外径方向に拡がりをもって傾斜させる加工が可能であり、柱部３９に靱性を有する機械的強度の高いケージ３１を得ることができる。
【００４７】
ここで、ポケット３６の内周の切削に際して、一対の端面３８のみを切削してもよく、あるいは、一対の端面３８と一対の側面３７を共に切削してもよい。一対の側面３７を切削しない場合は、ケージ素形材Ｐ2 を浸炭焼入れする前の工程において、その一対の側面３７をシェービングしてポケット幅（一対の側面３７間の寸法）を所定の寸法に仕上げるようにする。
【００４８】
一対の側面３７を切削してポケット幅を所定の幅寸法とする場合には、ポケット３６の一対の側面３７は、シェービングする場合に比較してポケット幅の加工公差を小さいものとすることができる。
【００４９】
この場合、等速自在継手の組立てに際し、ケージ３１のランク選別およびトルク伝達ボール２１のランク選別を廃止することができ、組立てコストの低減を図ることができる。
【００５０】
図１に示す実施の形態では８個のポケット３６を有し、球形外面３４の曲率中心Ｂ1 と球形外面３５の曲率中心Ｂ2 が軸方向に間隔をおいて形成されたケージ３１およびそのケージ３１が組込まれた等速自在継手を示したが、ケージおよび等速自在継手はこれに限定されるものではない。
【００５１】
例えば、従来の技術で述べた図５に示すケージや等速自在継手であってもよい。図５に示す等速自在継手ではボール数を６個としている。また、ケージ５７に形成された球形外面５８の曲率中心と球形内面５９に設けられた曲率中心を継手の角度中心上に配置している。
【００５２】
上記等速自在継手は、外輪５０と内輪５２とが作動角をとって回転トルクを伝達するとき、ポケット６０内に収容されたトルク伝達ボール５６は図６（II）に示すように、上下対称の８の字形を描くようにして動くため、ポケット６０の周方向で対向する一対の端面６２を平行面としている。
【００５３】
上記端面６２を切削による面として表面硬さを図６（II）に示す一対の側面６１の表面硬さにより低くすることにより、図４（VII ）に示すケージ３１と同様にポケット６０間に形成された柱部６４に靱性を付与することができるため、ケージ５７の強度向上を図ることができると共に、等速自在継手の耐久性を向上させることができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、ケージに形成されたポケットのケージ周方向で対向する一対の端面を焼入れ後切削された面で形成して、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たことにより、ポケット間に形成された柱部に靱性をもたせることができる。このため、柱部の引張り強度および捩り強度が向上し、ケージの強度向上を図ることができる。
【００５５】
また、上記ケージを等速自在継手に組み込んだことにより、等速自在継手の耐久性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る等速自在継手の一部切欠正面図
【図２】図１に示す等速自在継手のケージを示す断面図
【図３】（Ｉ）は図２に示すケージの一部分を示す平面図、（II）は（Ｉ）の断面図
【図４】ケージの製造工程を示す図
【図５】従来の等速自在継手を示す一部切欠正面図
【図６】（Ｉ）は図５に示すケージの一部分を示す平面図、（II）は（Ｉ）の断面図
【図７】従来の等速自在継手のケージの製造工程を示す図
【符号の説明】
１ 外輪
２ 球形内面
３ ボール溝
１１ 内輪
１２ 球形外面
１３ ボール溝
２１ トルク伝達ボール
３１ ケージ
３２ 筒体部
３４ 球形外面
３５ 球形内面
３６ ポケット
３７ 側面
３８ 端面
Ｐ2 ケージ素形材
５０ 外輪
５１ 球形内面
５２ 内輪
５３ 球形外面
５４ トラック溝
５５ トラック溝
５６ トルク伝達ボール
５７ ケージ
５８ 球形外面
５９ 球形内面
６０ ポケット
６１ 側面
６２ 端面

Claims (8)

  1. 外輪の球形内面に接触案内される球形外面および内輪の球形外面に接触案内される球形内面を有する筒体部の周方向に前記外輪と内輪の相互間で回転トルクを伝達するトルク伝達ボールが収容される複数のポケットを等間隔に形成した固定式等速自在継手のケージにおいて、前記ポケットのケージ周方向で対向する一対の端面全体を焼入れ後切削された面として、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たことを特徴とする固定式等速自在継手のケージ。
  2. 前記筒体部の球形外面の中心と球形内面の中心が筒体部の軸方向に間隔をおいた配置とされていることを特徴とする請求項１に記載の固定式等速自在継手のケージ。
  3. 前記筒体部が浸炭焼入れされた肌焼き鋼から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の固定式等速自在継手のケージ。
  4. 前記ポケットのケージ周方向で対向する一対の端面のみが焼入れ後切削された面で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の固定式等速自在継手のケージ。
  5. 前記ポケットのケージ周方向で対向する一対の端面がケージ外径側に向けて拡がりをもって傾斜する傾斜面とされていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固定式等速自在継手のケージ。
  6. 前記筒体部に形成されたポケットの数が８個であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の固定式等速自在継手のケージ。
  7. 筒状のケージ素形材の外面および内面を旋削して球形外面および球形内面を形成する旋削工程と、前記ケージ素形材を打抜きプレスして複数のポケットを形成する打抜きプレス工程と、ポケット形成後のケージ素形材を浸炭焼入れする熱処理工程と、熱処理後のケージ素形材の球形外面および球形内面を研削する研削工程と、前記ポケットの少なくとも周方向で対向する一対の端面全体を切削して、その端面の表面硬さをポケットの軸方向で対向する一対の側面の表面硬さより低くする切削工程とから成る固定式等速自在継手におけるケージの製造方法。
  8. 外輪の球形内面と内輪の球形外面に複数の曲線状トラック溝を形成し、外輪のトラック溝の曲率中心と内輪のトラック溝の曲率中心を継手の角度中心より左右に等距離オフセットし、継手径方向で対向するトラック溝間にトルク伝達ボールを組込み、各トルク伝達ボールを請求項１乃至６のいずれかに記載のケージで保持した固定式等速自在継手。
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