(57)【要約】【課題】等速自在継手としての機能を損なうことなくケージの強度を向上させる。【解決手段】ケージ５は、ボール４を保持可能なポケット１５を有する。ポケット１５は、ボール４が接触可能な縁部１６と、縁部１６の全周に亘って形成される浸炭焼入硬化層ＨＬとを備える。縁部１６は、ボール４に接触するように軸方向で対向する一対の第一辺部１６ａと、第一辺部１６ａ同士を繋ぐ一対の第二辺部１６ｂと、を備える。このケージ５では、第一辺部１６ａと第二辺部１６ｂとの境界部１８における浸炭焼入硬化層ＨＬの厚さｔ３が第一辺部１６ａにおける浸炭焼入硬化層ＨＬの厚さｔ２よりも薄い。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボールを保持可能なポケットを備える等速自在継手用ケージにおいて、
前記ポケットは、前記ボールが接触可能な縁部と、前記縁部の全周に亘って形成される浸炭焼入硬化層とを備え、
前記縁部は、前記ボールに接触するように軸方向で対向する一対の第一辺部と、前記第一辺部同士を繋ぐ一対の第二辺部とを備え、
前記第一辺部と前記第二辺部との境界部における前記浸炭焼入硬化層の厚さが前記第一辺部における前記浸炭焼入硬化層の厚さよりも薄いことを特徴とする等速自在継手用ケージ。
【請求項２】
前記第一辺部における前記浸炭焼入硬化層の厚さが前記第二辺部における前記浸炭焼入硬化層の厚さよりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手用ケージ。
【請求項３】
前記境界部の表面におけるビッカース硬度が前記第一辺部における表面のビッカース硬度よりも低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の等速自在継手用ケージ。
【請求項４】
前記境界部の前記表面におけるビッカース硬度は、Ｈｖ５００〜６５０であることを特徴とする請求項３に記載の等速自在継手用ケージ
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の等速自在継手用ケージを備えることを特徴とする等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や各種産業機械において適用される等速自在継手用ケージ及び当該ケージを備える等速自在継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な等速自在継手は、内球面にトラック溝を形成した外輪と、外球面にトラック溝を形成した内輪と、各トラック溝に介在してトルクを伝達する複数のボールと、ボールを保持するケージ（保持器）とを備える（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
自動車や各種産業機械における燃費向上（車両軽量化）の要求に対応すべく、等速自在継手には常に小型化及び軽量化が求められている。等速自在継手の小型化及び軽量化で最も困難となるのは、高作動角時に十分な強度を確保することである。この強度を評価するために、等速自在継手に対する高角強度試験が行われる。この試験における評価は、ケージの強度に大きく依存する。このため、等速自在継手の小型化及び軽量化を達成するためには、ケージの高強度化が課題となる。
【０００４】
例えば特許文献２には、高強度化を実現するために、炭素量０．３〜０．５％の鋼に無心焼入れ及び焼戻しを行うことによって得られる延性及び硬度が全体に亘って均一になるように付与されたケージが開示されている。このケージに係るビッカース硬度は、Ｈｖ５００〜６５０とされている（同文献の請求項１及び３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１０４７４９号公報
【特許文献２】特許第４７０８４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に開示されるケージでは、全体の強度を高めるために、Ｈｖ５００〜６５０という低硬度に留めている。このため、ケージのポケットにおいてボールと接触する部分（転走面）の耐摩耗性が低下し、使用中に摩耗による異音、振動が発生するおそれがある。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みて為されたものであり、等速自在継手としての機能を損なうことなくケージの強度を向上させることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためのものであり、ボールを保持可能なポケットを備える等速自在継手用ケージにおいて、前記ポケットは、前記ボールが接触可能な縁部と、前記縁部の全周に亘って形成される浸炭焼入硬化層とを備え、前記縁部は、前記ボールに接触するように軸方向で対向する一対の第一辺部と、前記第一辺部同士を繋ぐ一対の第二辺部とを備え、前記第一辺部と前記第二辺部との境界部における前記浸炭焼入硬化層の厚さが前記第一辺部における前記浸炭焼入硬化層の厚さよりも薄いことを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によれば、境界部の浸炭焼入硬化層の厚さを第一辺部における浸炭焼入硬化層の厚さよりも薄くすることで、境界部の硬度を第一辺部の硬度よりも低下させることができる。境界部の硬度が高い場合、上記の高角強度試験において、当該境界部が破損起点となり得る。このため、この境界部の硬度を低下させることで延性を高め、ケージ全体としての強度を向上させることができる。一方、第一辺部は、境界部よりも高硬度に構成されるため、当該第一辺部の耐摩耗性、すなわち等速自在継手の機能を損なうことなくケージの強度を向上させることが可能になる。
【００１０】
また、前記第一辺部における前記浸炭焼入硬化層の厚さは、高い寸法精度が求められるため、焼入後に削る必要があり、前記第二辺部における前記浸炭焼入硬化層の厚さよりも薄くなる。しかし、削る量は少量のため、第一辺部の耐摩耗性は保たれる。
【００１１】
本発明に係るケージでは、前記境界部の表面におけるビッカース硬度を、前記第一辺部の表面におけるビッカース硬度よりも低くすることが可能である。これにより、第一辺部の耐摩耗性を損なうことなくケージの強度を向上させることができる。
【００１２】
前記境界部の前記表面におけるビッカース硬度は、Ｈｖ５００〜６５０であることが望ましい。これにより、高角強度試験に耐え得るケージの強度を確保できる。
【００１３】
本発明に係る等速自在継手は、上記の特徴を有するケージを備えることで、その機能を損なうことなく小型化及び軽量化を実現できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、等速自在継手としての機能を損なうことなくケージの強度を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る等速自在継手の斜視図である。
【図２】等速自在継手の正面図である。
【図３】図２のＩＩＩ―ＩＩＩ矢視線断面図である。
【図４】ケージの側面図である。
【図５】図４のＡ領域を拡大したケージの側面図である。
【図６】ケージの製造方法を示すフローチャートである。
【図７】熱処理後のケージの側面図である。
【図８】熱処理後におけるケージの硬度分布を示すグラフである。
【図９】ポケット切削工程におけるケージの側面図である。
【図１０】図９のＢ領域を拡大したケージの側面図である。
【図１１】ポケット切削工程におけるケージの側面図である。
【図１２】図１１のＣ領域を拡大したケージの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１乃至図１２は、本発明に係るケージを備える等速自在継手の一実施形態を示す。図１乃至図３では、二軸間の角度変位だけを許容する固定式等速自在継手を例示する。
【００１７】
図１乃至図３に示すように、等速自在継手１は、外側継手部材としての外輪２と、内側継手部材としての内輪３と、トルクを伝達するための複数のボール４と、ボール４を保持するケージ５（保持器）とを備える。
【００１８】
外輪２は、マウス部６と、このマウス部６の底壁から突設されるステム部７とを有する。マウス部６は、その内側に球面状の内球面８を有する。内球面８には、曲線状に構成される複数のトラック溝９が形成されている。複数のトラック溝９は、外輪２の周方向に所定の間隔をおいて形成される。また、各トラック溝９は、軸方向Ｘ（図３参照）に沿って形成されている。
【００１９】
内輪３は、中心孔１０と、球面状の外球面１１とを有する。中心孔１０にはシャフトが嵌合され得る。外球面１１には、曲線状に構成される複数のトラック溝１２が形成されている。複数のトラック溝１２は、内輪３の周方向に所定の間隔をおいて形成される。また、各トラック溝１２は、軸方向Ｘに沿って形成されている。各トラック溝１２は、外輪２のトラック溝９と対向するように配される。これにより、外輪２のトラック溝９と内輪３のトラック溝１２とでボール４を収容するボールトラックが構成される。
【００２０】
ボール４は、ボールトラック（トラック溝９，１２）に収容され、当該ボールトラックの範囲内で転動しながら外輪２、内輪３間に動力を伝達する。本実施形態では、等速自在継手１に八個のボール４が配されているが、当該ボール４の数はこの例に限定されず、例えば六個であってもよい。
【００２１】
図１乃至図５に示すように、ケージ５は、環状に構成されるとともに、外輪２の内球面８と内輪３の外球面１１との間の空間に配される。ケージ５は、球面状に構成される外球面１３及び内球面１４と、ボール４を保持する複数のポケット１５とを備える。図３に示すように、外球面１３は、外輪２の内球面８に接触している。なお、ケージ５は、浸炭用鋼、例えば、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、ニッケルクロムモリブンデン鋼等により構成される。
【００２２】
複数のポケット１５は、環状に構成されるケージ５の周方向に一定の間隔をおいて形成されている。ポケット１５は、ほぼ四角形状の開口部である。ポケット１５は、すき間嵌め又は圧入によってボール４を保持する。ポケット１５は、当該ポケット１５を区画する縁部１６と、当該縁部１６の全周に亘って形成される浸炭焼入硬化層ＨＬとを有する。図４及び図５に示すように、縁部１６は、ボール４に接触する一対の第一辺部１６ａと、一対の第一辺部１６ａ同士を繋ぐ一対の第二辺部１６ｂとを有する。
【００２３】
第一辺部１６ａは、軸方向Ｘに対して直交する直線状の部分である。一対の第一辺部１６ａは、軸方向Ｘにおいて相互に対向するように構成される。第一辺部１６ａは、ボール４に接触した状態で当該ボール４を転走させる転走面１７を有する。
【００２４】
第二辺部１６ｂは、所定の曲率半径で湾曲する曲線状の部分である。一対の第二辺部１６ｂは、ケージ５の周方向において相互に対向するように構成される。一対の第二辺部１６ｂの間隔は、ポケット１５に収容されるボール４との間に隙間が形成されるように、当該ボール４の直径よりも大きく設定される。
【００２５】
浸炭焼入硬化層ＨＬは、第一辺部１６ａ、第二辺部１６ｂ、及び第一辺部１６ａと第二辺部１６ｂとの境界部１８の各所において、その厚さが異なる。すなわち、第二辺部１６ｂにおける浸炭焼入硬化層ＨＬの厚さｔ１が最も厚く、第一辺部１６ａにおける浸炭焼入硬化層ＨＬの厚さｔ２が次に厚く、境界部１８における浸炭焼入硬化層ＨＬの厚さｔ３が最も薄くなっている（図５参照）。なお、図４及び図５において、浸炭焼入硬化層ＨＬは、他の部分と区別するためにハッチングを付して表示している（図７、図９乃至図１２において同じ）。
【００２６】
第一辺部１６ａにおける転走面１７のビッカース硬度は、Ｈｖ６５０よりも高いことが好ましく、より好ましくは、Ｈｖ７００以上である。境界部１８における表面のビッカース硬度は、最も低く、Ｈｖ５００〜６５０とされることが好ましい。ここで、縁部１６（第一辺部１６ａ、第二辺部１６ｂ及び境界部１８）の表面（転走面１７を含む）とは、外球面１３と内球面１４との間で当該外球面１３と当該内球面１４とを繋ぐ面をいう。
【００２７】
次に上記構成のケージ５を製造する方法について説明する。図６に示すように、本方法は、パイプ切断工程Ｓ１と、プレス成形工程Ｓ２と、旋削工程Ｓ３と、ポケット成形工程Ｓ４と、熱処理工程Ｓ５と、ポケット切削工程Ｓ６と、研削工程Ｓ７とを備える。
【００２８】
パイプ切断工程Ｓ１では、鋼製パイプを所定の長さに切断することで、ケージ５の基材となる環状体が形成される。その後、環状体の外周面及び内周面を球面状に構成すべく、プレス成形工程Ｓ２が行われる。さらに、球面状に構成された外周面及び内周面に対して旋削工程Ｓ３が実行される。これにより、環状体には、ケージ５の外球面１３及び内球面１４が形成される。この時点において、外球面１３及び内球面１４には、ポケット１５が形成されていない。
【００２９】
その後、環状体にポケット１５を形成すべく、ポケット成形工程Ｓ４が実施される。ポケット成形工程Ｓ４では、環状体に対して打ち抜き成形を行うことで、その周方向に所定の間隔をおいて複数のポケット１５が貫通形成される。その後、シェービング加工により、ポケット１５の縁部１６が形成される。ポケット成形工程Ｓ４では、熱処理工程Ｓ５後にポケット１５の一部を切削（ポケット切削工程Ｓ６）するために、当該ポケット１５に切削代ＣＭａ，ＣＭｂが設定される。以下、ポケット成形工程Ｓ４後の環状体をケージ５と呼ぶ。
【００３０】
続く熱処理工程Ｓ５では、ケージ５のポケット１５（縁部１６）に対して浸炭焼入れ処理が施される。浸炭焼入れとは、低炭素材料の表面から炭素を浸入／拡散させ、その後に焼入れを行う熱処理である。鋼の場合、炭素濃度の高い表面付近は硬くて圧縮残留応力をもち、また炭素濃度の低い内部は、靭性の高い低炭素マルテンサイトとなる。熱処理工程Ｓ５によって、ポケット１５の縁部１６には、硬度が高められてなる浸炭焼入硬化層ＨＬが形成される。図７に示すように、後述のポケット切削工程Ｓ６の実行前における浸炭焼入硬化層ＨＬは、ポケット１５における縁部１６の全周に亘って均一な厚さｔ１（有効硬化層深さ：一般にＨｖ５１３以上の範囲をいう）を有する。
【００３１】
なお、本実施形態において、浸炭焼入れ処理は、浸炭窒化焼入れ処理を含むものとし、浸炭焼入硬化層ＨＬは、浸炭窒化焼入れ処理により構成される浸炭窒化焼入硬化層を含むものとする。
【００３２】
図８は、浸炭焼入れ処理後におけるポケット１５の硬度分布を示す。この図８では、ポケット１５の縁部１６の表面からの距離を、浸炭焼入硬化層ＨＬの深さとして横軸に示し、浸炭焼入硬化層ＨＬの硬度を縦軸に示す。図８に示すように、浸炭焼入硬化層ＨＬは、縁部１６の表面の硬度（符号Ｈｖ１で示す）が最も高く、この表面からの深さが深くなるにつれて硬度が低下する。
【００３３】
ポケット切削工程Ｓ６では、縁部１６の境界部１８の硬度を低下させるように、当該境界部１８に対する切削が行われる。また、ポケット切削工程Ｓ６では、ボール４を所定のすき間及び締め代で保持するために、当該第一辺部１６ａに対する切削が行われる。以下、ポケット切削工程Ｓ６について詳細に説明する。
【００３４】
ポケット切削工程Ｓ６では、ポケット１５の縁部１６に設定される切削代ＣＭａ，ＣＭｂを切削工具によって除去する。図９及び図１０に示すように、切削代ＣＭａ，ＣＭｂは、縁部１６の第一辺部１６ａに設定される第一切削代ＣＭａと、境界部１８に設定される第二切削代ＣＭｂとを含む。第二切削代ＣＭｂは、第一切削代ＣＭａよりも大きくなるように設定される。本明細書では、熱処理工程Ｓ５後（焼入れ後）において浸炭焼入硬化層ＨＬを切削することを「焼入鋼切削」と呼ぶ。なお、図９及び図１０では、切削代ＣＭａ，ＣＭｂと浸炭焼入硬化層ＨＬとを区別するために、浸炭焼入硬化層ＨＬとは異なるハッチングを切削代ＣＭａ，ＣＭｂに付して表示している（図１１、図１２において同じ）。
【００３５】
図１１及び図１２は、ポケット切削工程Ｓ６において第二切削代ＣＭｂが除去された状態のケージ５を示す。第二切削代ＣＭｂが焼入鋼切削により除去されることで、第一辺部１６ａと第二辺部１６ｂとの間に境界部１８が形成される。
【００３６】
図１１及び図１２に示すように、ケージ５の第一辺部１６ａには、第一切削代ＣＭａが残存している。ポケット切削工程Ｓ６では、焼入鋼切削によってこの第一切削代ＣＭａを除去する。これにより、一対の第一辺部１６ａに転走面１７が形成される。
【００３７】
第一辺部１６ａでは、第一切削代ＣＭａを除去することで、浸炭焼入硬化層ＨＬの厚さｔ２が切削前の厚さｔ１よりも薄くなる。また、図８に示すように、転走面１７の硬度は、ポケット切削工程Ｓ６前において、縁部１６の表面から第一切削代ＣＭａに相当する深さ位置Ｄ１での硬度Ｈｖ２となる。このため、転走面１７の硬度Ｈｖ２は、第二辺部１６ｂの表面の硬度Ｈｖ１よりも低くなる。
【００３８】
境界部１８では、第二切削代ＣＭｂを除去することで、浸炭焼入硬化層ＨＬの厚さｔ３が、転走面１７における浸炭焼入硬化層ＨＬの厚さｔ２よりも薄くなる。また、図８に示すように、境界部１８の表面の硬度は、ポケット切削工程Ｓ６前において、縁部１６の表面から第二切削代ＣＭｂに相当する深さ位置Ｄ２での硬度Ｈｖ３となる。第二切削代ＣＭｂが第一切削代ＣＭａよりも大きいことから、境界部１８の表面の硬度Ｈｖ３は、転走面１７の硬度Ｈｖ２よりも低くなる。
【００３９】
最後に、研削工程Ｓ７において、ケージ５の外球面１３及び内球面１４を研削工具によって研削加工する。
【００４０】
以上説明した本実施形態に係る等速自在継手１のケージ５によれば、ポケット１５における第一辺部１６ａと第二辺部１６ｂとの境界部１８の浸炭焼入硬化層ＨＬの厚さｔ３を第一辺部１６ａの浸炭焼入硬化層ＨＬの厚さｔ２よりも薄くすることで、境界部１８の硬度を、第一辺部１６ａの硬度よりも低下させることができる。境界部１８の硬度が高い場合、等速自在継手１の高角強度試験を行う場合に、当該境界部１８が破損起点となり得る。このため、この境界部１８の硬度を低下させることで延性を高め、亀裂敏感性を抑制することで、ケージ５全体としての強度を向上させることができる。これにより、ケージ５の肉厚を減少させても同強度を得ることが可能になり、その小型化及び軽量化を実現できる。
【００４１】
一方、第一辺部１６ａについては、その第一切削代ＣＭａを境界部１８に係る第二切削代ＣＭｂよりも小さく設定して焼入鋼切削を行うことで、転走面１７の硬度を境界部１８の硬度よりも高くすることができる。したがって、第一辺部１６ａ（転走面１７）の耐摩耗性、すなわち等速自在継手１の機能を損なうことなく、ケージ５の強度を向上させることが可能になる。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４３】
本発明は、ケージを備える全ての等速自在継手に適用できる。等速自在継手としては、例えば、バーフィールド型（ツェッパ型）の他、固定式のアンダーカットフリー型、摺動式のダブルオフセット型、クロスグルーブ型等が挙げられる。
【００４４】
上記の実施形態では、ポケット切削工程Ｓ６により焼入鋼切削を行うことで、ケージ５のポケット１５に転走面１７及び境界部１８を形成する例を示したが、本発明はこの態様に限定されるものではない。例えば、焼入鋼切削を行うことなく研削加工によって転走面１７及び境界部１８を形成してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１            等速自在継手
４            ボール
５            ケージ
１５            ポケット
１６            縁部
１６ａ          第一辺部
１６ｂ          第二辺部
１８            境界部
ＨＬ          浸炭焼入硬化層
Ｘ            軸方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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