(57)【要約】【課題】靭性の向上を図れて強度向上を達成でき、従来品と同等負荷容量に対して、等速自在継手のコンパクト化を図ることが可能な等速自在継手用ケージおよび等速自在継手用ケージの製造方法を提供する。【解決手段】外側継手部材の内球面１に接触案内される球形外面２１および内側継手部材の外球面４に接触される球形内面２２を有し、外側継手部材と内側継手部材との間に介在されるトルク伝達用ボール７が収容される複数個のポケット８を周方向に沿って所定ピッチで配設した等速自在継手用ケージである。周方向に隣合うポケット８間の柱部３８において、周方向に対向する一方の対向面３２ｂ側の硬化層３６の厚さ寸法を他方側の対向面３２ａ側の硬化層３６の厚さ寸法よりも小さく設定する。【選択図】図１
2008240904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側継手部材の内球面に接触案内される球形外面および内側継手部材の外球面接触される球形内面を有し、外側継手部材と内側継手部材との間に介在されるトルク伝達用ボールが収容される複数個のポケットを周方向に沿って所定ピッチで配設した等速自在継手用ケージであって、
周方向に隣合うポケット間の柱部において、周方向に対向する一方の対向面側の硬化層の厚さ寸法を他方側の対向面側の硬化層の厚さ寸法よりも小さく設定して、柱部の非硬化層部の割合を３０％〜７５％としたことを特徴とする等速自在継手用ケージ。
【請求項２】
ポケット数が５〜８個であることを特徴とする請求項１の等速自在継手用ケージ。
【請求項３】
外側継手部材の内球面に接触案内される球形外面および内側継手部材の外球面に接触される球形内面を有し、外側継手部材と内側継手部材との間に介在されるトルク伝達用ボールが収容される複数個のポケットを周方向に沿って所定ピッチで配設した等速自在継手用ケージの製造方法であって、
周壁に周方向に沿って所定ピッチで複数のポケットを打ち抜く打抜工程と、ポケットが形成された素材に対して硬化処理を行って前記ポケットの内周縁部に硬化層を形成する硬化処理工程と、硬化処理済素材のポケットの内周縁部を研削又は切削するポケット仕上工程とを備え、打抜工程において、打ち抜くポケットの周方向に対面する対向面間寸法をケージ完成品の対向面間寸法よりも小さくし、ポケット仕上工程において、周方向に対面する対向面のいずれか一方側のみを研削又は切削して、対向面間寸法をケージ完成品の対向面間寸法とすることを特徴とする等速自在継手用ケージの製造方法。
【請求項４】
硬化処理工程における硬化処理が浸炭熱処理であることを特徴とする請求項３の等速自在継手用ケージの製造方法。
【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使用される等速自在継手用ケージおよび等速自在継手用ケージの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のドライブシャフト等の連結用継手として使用されている固定型等速自在継手（ツェパー型等速自在継手 ：ＢＪ）は、球面状の内径面に曲線状のトラック溝を軸方向に形成した外側継手部材と、球面状の外径面に曲線状のトラック溝を軸方向に形成した内側継手部材と、外側継手部材のトラック溝とこれに対応する内側継手部材のトラック溝とが協働して形成されるボールトラックに配された複数のトルク伝達ボールと、トルク伝達ボールを保持するポケットを備えた保持器（ケージ）とで構成される。
【０００３】
近年においては、軽量化及びコンパクト化が可能な固定型等速自在継手として、８個のボールを備えたものがある。これらに使用されるケージとしては主に浸炭焼き入れが適用される。固定式等速自在継手の必要機能として、高作動角時の強度確保がある。高角時においては、ケージが最弱部品となる場合が多く、そのため、従来にはケージ強度対策として種々のものが提案されている（特許文献１〜特許文献３）。
【０００４】
特許文献１に記載のものは、ケージポケットにおいて、隅アール部の曲率半径とトルク伝達ボールの直径との寸法関係を設定している。この設定によって、保持器の内径面及び外径面の表面積を増大させ、この増大と、周方向に隣り合うポケット間の柱部の最大主応力荷重の低減効果とによって、保持器の強度及び耐久性を高めることができるようにしたものである。
【０００５】
また、特許文献２に記載のものは、ポケット（窓）の開口長さ（周方向長さ）と、ボールの直径との寸法関係を設定している。この設定によって、窓の間の柱部の長さを確保して柱部の断面積を増加させ、ケージの強度を向上させるようにしたものである。
【０００６】
また、特許文献３に記載のものは、ケージのポケットの周方向で対向する一対の端面を焼き入れした後、切削させた面で形成して、表面硬さをポケットのケージ軸方向で対向する一体の対向面の表面硬さより低くするものである。このように設定することによって、ポケット間に形成された柱部に靭性を持たせ、これによって、柱部の引張り強度および捩り強度を向上させて、ケージの強度向上を向上させるものである。
【特許文献１】特開２００２−１３５４４号公報
【特許文献２】特開２００２−１７１４３号公報
【特許文献３】特開２００１−１５３１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ボールタイプの固定式等速自在継手では、高作動角をとるためにケージは、その作動角を吸収でき、かつ組み立てる上で必要なポケット周方向長さの設定となっている。すなわち、最大作動角以上に角度をとって組み立てるため、ケージのポケット周方向長さは、組立時の角度で決まる。
【０００８】
これを満足できるように（高作動角をとるために）、ケージポケット周方向長さを設定すると、前記各特許文献１〜特許文献３に記載のものであっても、ケージのポケット間の柱部は細くなり、必要強度の確保は困難になる。
【０００９】
ところで、ケージは一般的に図６に示す方法にて製造される。すなわち、パイプを切断して図６（ａ）に示す筒状体Ｐ１を形成する第１工程と、筒状体Ｐ1を軸方向両端からプレスして、図６（ｂ）に示すように、外周面５１ａおよび内周面５２ａが円弧状に湾曲する素材Ｐ２を形成する第２工程と、素材Ｐ２の外周面５１ａおよび内周面５２ａを旋削して、図６（ｃ）に示すように球形外面５１および球形内面５２を有する素材Ｐ３を成形する第３工程と、素材Ｐ３を打抜きプレスして、図６（ｄ）に示すように複数のポケット５３(図７参照)を有する素材Ｐ４を形成する第４工程と、各ポケット５３の内周をシェービングして、ポケット５３のケージ軸方向で対向する一対の対向面５４，５４を削って凹窪面（ボール転走面）５４ａ、５４ａ（図８参照）を形成して、その一対の５４ａ、５４ａ間の寸法Ｗ１をトルク伝達ボールの外径にほぼ一致させる第５工程と、ポケット形成後の素材Ｐ４を熱処理して図６（ｅ）に示すように、ポケット５３の内周縁部に硬化層５５を形成する第６工程と、熱処理後の素材Ｐ４を研削して、図６（ｆ）に示すように、球形外面５１および球形内面５２を仕上げ、ケージ５６を形成する第７工程とを備える。その後、ポケット５３の軸方向に対向するボール転走面５４ａ、５４ａを研削（又は焼入鋼切削）による仕上げ加工する場合もある。
【００１０】
ポケット５３内において、ボール転走面５４ａ、５４ａ（軸方向に対向する面）はボールとの接触による高面圧に耐え得るように、表面硬度として例えばＨＲＣ（ロックウェル硬さ）５８以上と極めて硬くする必要がある。また、第７工程後に、ポケット５３を研削（又は焼入鋼切削）による仕上げ加工する場合、ボール転走面５４ａ、５４ａの硬化層５５が削られるため、硬化層５５の厚さを予め大きくしておく必要があり、しかも、第６工程における熱処理における硬化層５５は、ポケット５３の全周にわたって同一厚さに形成される。
【００１１】
ケージ５６のポケット間の柱部５８は、前記したように、従来では細くなっている。このため、ボール転走面に必要な深さの硬化層５５をポケット５３の全周にわたって同一厚さに形成すれば、図９に示すように、柱部５８において非硬化部５９が占める割合が小さくなる。このように、非硬化部５９が小さくなると、ケージ５６の靭性が小さくなって、強度が低下する。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みて、靭性の向上を図れて強度向上を達成でき、従来品と同等負荷容量に対して、等速自在継手のコンパクト化を図ることが可能な等速自在継手用ケージおよび等速自在継手用ケージの製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の等速自在継手用ケージは、外側継手部材の内球面に接触案内される球形外面および内側継手部材の外球面に接触される球形内面を有し、外側継手部材と内側継手部材との間に介在されるトルク伝達用ボールが収容される複数個のポケットを周方向に沿って所定ピッチで配設した等速自在継手用ケージであって、周方向に隣合うポケット間の柱部において、周方向に対向する一方の対向面側の硬化層の厚さ寸法を他方側の対向面側の硬化層の厚さ寸法よりも小さく設定して、柱部の非硬化層部の割合を３０％〜７５％としたたものである。
【００１４】
本発明の等速自在継手用ケージによれば、周方向に隣合うポケット間の柱部の非硬化層部の割合を３０％〜７５％として、柱部の非硬化層部の割合を大きくとることができる。これにより、ケージの靭性を向上させることができ、しかも、ポケット内のボール転走面（軸方向に相対面する面）においては、従来と同等の硬化層深さ（表面硬度）を確保できる。
【００１５】
また、ポケット数を５個〜８個として、このケージを使用する等速自在継手においてボール数を５個〜８個とすることができる。
【００１６】
本発明の等速自在継手用ケージの製造方法は、外側継手部材の内球面に接触案内される球形外面および内側継手部材の外球面に接触される球形内面を有し、外側継手部材と内側継手部材との間に介在されるトルク伝達用ボールが収容される複数個のポケットを周方向に沿って所定ピッチで配設した等速自在継手用ケージの製造方法であって、周壁に周方向に沿って所定ピッチで複数のポケットを打ち抜くプレス工程と、ポケットが形成された素材に対して硬化処理を行って前記ポケットの内周縁部に硬化層を形成する硬化処理工程と、硬化処理済素材のポケットの内周縁部を研削又は切削するポケット仕上工程とを備え、打抜工程において、打ち抜くポケットの周方向に対面する対向面間寸法をケージ完成品の対向面間寸法よりも小さし、ポケット仕上工程において、周方向に対面する対向面のいずれか一方側のみを研削又は切削して、対向面間寸法をケージ完成品の対向面間寸法とするものである。
【００１７】
本発明の等速自在継手用ケージの製造方法では、打ち抜くポケットの周方向に対面する対向面間寸法をケージ完成品の対向面間寸法よりも小さし、ポケット仕上工程において、周方向に対面する対向面のいずれか一方側のみを研削又は切削して、対向面間寸法をケージ完成品の対向面間寸法とするので、完成品において、前記一方の対向面が他方の対向面よりも深く削られることになる。これによって、周方向に隣合うポケット間の柱部において、周方向に対向する一方の対向面側の硬化層の厚さ寸法を他方側の対向面側の硬化層の厚さ寸法よりも小さくでき、柱部の非硬化層部の割合を大きくしたケージを安定して提供することができる。
【００１８】
硬化処理工程における硬化処理を浸炭熱処理とすることができる。ここで、浸炭熱処理とは、表面層の炭素量を増加させ、表面層のみを焼入硬化する処理法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の等速自在継手用ケージによれば、柱部の非硬化層部の割合を大きくとることができるので、ケージの靭性を向上させることができて、ケージの強度を向上させることができる。しかも、ポケット内のボール転走面（軸方向に相対面する面）においては、従来と同等の硬化層深さ（表面硬度）を確保でき、ボールは安定した転動を確保できる。
【００２０】
柱部の非硬化層部の割合を３０％〜７５％とすることによって、柱部の断面積を従来品と同等に確保しつつケージの靭性を確実に確保することができる。また、５個〜８個のトルク伝達ボールを使用することができ、特に、８個のトルク伝達ボールを備えた等速自在継手では、強度、負荷容量、及び耐久性を確保しつつ、より一層のコンパクト化、軽量化を実現することができる。
【００２１】
本発明の等速自在継手用ケージの製造方法によれば、柱部の非硬化層部の割合を大きくとることができるケージを安定して製造でき、強度的に優れた等速自在継手を構成することができる。浸炭熱処理を行うことによって、ケージに強靭で耐摩耗の高い特性を与えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下本発明の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【００２３】
図２に等速自在継手（ツェパー型等速自在継手 ：ＢＪ）を示す。この等速自在継手（は、球面状の内球面１に曲線状のトラック溝２を軸方向に形成した外側継手部材としての外輪３と、球面状の外球面４に曲線状のトラック溝５を軸方向に形成した内側継手部材としての内輪６と、外輪３のトラック溝２とこれに対応する内輪６のトラック溝５とが協働して形成されるボールトラックに配された複数のトルク伝達ボール７と、トルク伝達ボール７を保持するポケット８を備えた保持器（ケージ）９とで構成される。このケージ９は、例えば、浸炭用鋼で形成され、その表層部に浸炭焼入れ焼戻しによる浸炭層を備えている。浸炭用鋼としては、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を用いることができる。
【００２４】
内輪６は、その中心孔（内径孔）に図示省略のシャフト１０を挿してスプライン嵌合させ、そのスプライン嵌合により両者間でトルク伝達可能としている。このため、内側継手部材（内輪）６の内径面１１にスプライン部１２が形成されている。また、外輪３は、前記トラック溝２が形成されたマウス部３ａと、このマウス部３ａの底壁から突設されるステム部３ｂとからなる。
【００２５】
次にケージの製造方法について述べる。この製造方法は、図１（ａ）に示すような素材Ｓ１を成形するパイプ切断工程（第１工程）と、図１（ｂ）に示すような素材Ｓ２を成形するプレス工程（第２工程）と、図１（ｃ）に示すような素材Ｓ３を成形する旋削工程（第３工程）と、図１（ｄ）に示すような素材Ｓ４を成形するポケット打抜工程（第４工程）と、図１（ｅ）に示すような素材Ｓ５を成形するシェービング工程（第５工程）と、素材Ｓ５に対して焼入れ処理を行って、図１（ｆ）に示す素材Ｓ６を成形する硬化処理工程（第６工程）と、図１（ｇ）に示すような素材Ｓ７を成形する研削工程（第７工程）と、図１（ｈ）に示すようにポケット８の仕上げ工程を行うポケット仕上工程（第８工程）とを備える。
【００２６】
すなわち、第２工程では、第１工程にて成形した短円筒状の素材Ｓ１を軸方向両端からプレスして、図１（ｂ）に示すように、外周面２１ａおよび内周面２２ａが円弧状に湾曲する素材Ｓ２を形成する。第３工程では、素材Ｓ２の外周面２１ａおよび内周面２２ａを旋削して、図１（ｃ）に示すように球形外面２１および球形内面２２を有する形成する。第４工程では、素材Ｓ３を打抜きプレスして、図１（ｄ）に示すように複数のポケット８（図３参照）を有する素材Ｓ４を形成する。第５工程では、各ポケット８の内周をシェービングして、図１（ｅ）に示すように、ポケット８のケージ軸方向で対向する一対の対向面３５，３５を削って凹窪面（ボール転走面）３５ａ、３５ａ（図４参照）を形成して、その一対のボール転走面３５ａ、３５ａ間の寸法Ｗ１をトルク伝達ボールの外径にほぼ一致させた素材Ｓ５を成形する。第６工程では、素材Ｓ５を熱処理して、図１（ｆ）に示すように、ポケット８の内周縁部に硬化層３６を有する素材Ｓ６を形成する。第７工程では、球形外面２１および球形内面２２を仕上げ、図１（ｇ）に示すように、ケージ９を形成して素材Ｓ７を成形する。第８工程では、図１（ｈ）に示すように、ポケット８の周方向に対面する対向面および軸方向に対面する対向面を研削（又は焼入れ切削）による仕上げ加工する。
【００２７】
第６工程における熱処理としては、例えば、浸炭焼入れである。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の残留応力をもち、また炭素濃度の低い内部は、じん性の高い低炭素マルテンサイトとなる。これにより、強靭で耐摩耗の高い特性を与えることができる。例えば、浸炭層（硬化層３６）の表面硬さはＨＲＣ５８〜６３とし、芯部（浸炭層を除く部分）の非硬化部３７（図５参照）の硬さはＨＲＣ２５〜４５とする。
【００２８】
ところで、第４工程においては、前記したように、ポケット８を打ち抜くことになるが、この打ち抜きの際には、図３に示すように、周方向に対面する対向面３２ａ、３２ｂ間寸法Ｌ２を、ケージ完成品の対向面３２ａ、３２ｃ間寸法（図４参照）よりも小さくする。すなわち、完成品のポケット８の周方向長さをＬ１としたときに、第４工程にて打ち抜いたポケット８の周方向長さＬ２がＬ１よりも短くなっている。すなわち、完成品のポケット８のセンター（ケージ軸方向センター）Ｌと対向面３２ａとの寸法をＬ１／２とし、センターＬと対向面３２ｂとの寸法を、Ｌ１／２よりも短いＬ３とする。なお、従来においては、周方向に対面する各対向面５５ａ、５５ｂとケージ５３の軸方向センターＬとの寸法が、対向面５５ａ、５５ｂ間寸法Ｌ１の半分であるＬ１／２である。
【００２９】
そして、第８工程において、対向面３２ｂのみを研削又は切削して、対向面間寸法をケージ完成品の対向面間寸法Ｌ１とする。この際、対向面３２ａに対しては研削等を行わないものである。
【００３０】
このため、周方向に隣合うポケット８間の柱部３８においては、対向面間寸法をケージ完成品の対向面間寸法Ｌ１とするので、完成品において、その断面形状で示す図５のように、一方の対向面３２ｂが他方の対向面３２ａよりも深く削られることになる。これによって、柱部３８において、その断面積に対する非硬化層部３７の割合を大きくとることができる。この際、柱部３８の非硬化部の割合（柱部３８の断面において、全面積中に占める非硬化部の面積比率）を３０％〜７５％とすることができる。
【００３１】
成形するポケット８の数は、５個〜８個とするのが好ましい。このため、このケージ９を用いた等速自在継手は、５個〜８個トルク伝達ボールを使用することになる。
【００３２】
このように、本発明では、周方向に隣合うポケット８間の柱部３８において、その断面積に対する非硬化層部３７の割合を大きくとることができる。このため、ケージ９の靭性を向上させることができて、ケージ９の強度を向上させることができる。しかも、ポケット８内のボール転走面３５ａ、３５ａにおいては、従来と同等の硬化層深さ（表面硬度）を確保でき、ボール７は安定した転動を確保できる。
【００３３】
柱部３８の非硬化層部３７の割合を３０％〜７５％とすることによって、柱部断面積を従来品と同等に確保しつつケージ９の靭性を確実に確保することができる。すなわち、非硬化層部３７の割合が３０％未満ならば、硬化層３６の割合が多くなって、靭性の向上を期待できず、非硬化層部３７の割合が７５％を越えれば、硬化層３６の割合が少なすぎて、剛性および強度低下を招くおそれがあるからである。
【００３４】
また、５個〜８個のトルク伝達ボール７を使用することができ、特に、８個のトルク伝達ボール７を備えた等速自在継手では、強度、負荷容量及び耐久性を確保しつつ、より一層のコンパクト化、軽量化を実現することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、等速自在継手としては、前記実施形態では、ツェパー型等速自在継手（ＢＪ）であったが、外側継手部材の開口側でのトラック溝形状を軸方向と平行なストレート状にしたアンダーカットフリータイプの固定型等速自在継手（ＵＪ）等の他の等速自在継手であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態を示す等速自在継手用ケージの製造方法の工程図である。
【図２】前記等速自在継手ケージを使用した等速自在継手の断面図である。
【図３】前記等速自在継手ケージの製造途中を示す要部簡略図である。
【図４】前記等速自在継手ケージの製造途中を示す要部簡略図である。
【図５】前記等速自在継手ケージの柱部の拡大断面図である。
【図６】従来の等速自在継手用ケージの製造方法の工程図である。
【図７】従来の等速自在継手ケージの製造途中を示す要部簡略図である。
【図８】従来の等速自在継手ケージの製造途中を示す要部簡略図である。
【図９】従来の等速自在継手ケージの柱部の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    内球面
２    トラック溝
４    外球面
７    トルク伝達ボール
８    ポケット
２１  球形外面
２２  球形内面
３２ａ  対向面
３２ｂ  対向面
３６  硬化層
３８  柱部
【図１】
2008240904.tif 000003
【図２】
2008240904.tif 000004
【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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