(57)【要約】【課題】  熱処理後に取り代の大きな加工を施す場合でも、必要な熱処理硬化層の深さと表面硬さを確保することができて強度低下を防止でき、熱処理コストの低減を図る。【解決手段】  等速自在継手の外輪の内球面と内輪の外球面との間に配置され、外輪と内輪間のボールトラックに配されたボールを収容する複数のポケットが円周方向等間隔に形成された短円筒形状のケージ４０であって、ポケット４１の周縁部およびそのポケット４１間の柱部４２を含み、かつ、両端面部４３を除く部位に、厚み方向全域に亘って高周波焼入れによる熱処理硬化層Ｍを形成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
等速自在継手の外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に配置され、前記外側継手部材と内側継手部材間のボールトラックに配されたボールを収容する複数のポケットが円周方向等間隔に形成された短円筒形状のケージであって、前記ポケット周縁部およびそのポケット間の柱部を含み、かつ、両端面部を除く部位に、厚み方向全域に亘って熱処理硬化層を形成したことを特徴とする等速自在継手のケージ。
【請求項２】
前記熱処理硬化層は、高周波焼入れにより形成されている請求項１に記載の等速自在継手のケージ。
【請求項３】
中炭素鋼からなる請求項１又は２に記載の等速自在継手のケージ。
【請求項４】
前記外側継手部材と、内側継手部材と、請求項１〜３のいずれか一項に記載のケージと、前記外側継手部材と内側継手部材の間で前記ケージにより回転自在に保持されてトルクを伝達するボールとを具備した等速自在継手。
【請求項５】
内周面に複数の直線状トラック溝を軸線に対して傾斜させた状態で軸方向に形成した前記外側継手部材と、外周面に複数の直線状トラック溝を軸線に対して前記外側継手部材のトラック溝と反対方向に傾斜させた状態で軸方向に形成した内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との交叉部に組み込まれたボールと、前記外側継手部材の内周面と内側継手部材の外周面との間に配されて前記ボールを外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間で保持するケージとを備えた請求項４に記載の等速自在継手。
【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の動力伝達機構において使用され、例えば４ＷＤ車やＦＲ車などで使用されるドライブシャフトやプロペラシャフトに組み込まれる等速自在継手、並びにその等速自在継手の構成部品の一つであるケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
等速自在継手は、自動車や各種産業機械の動力伝達系において、駆動側の回転軸と従動側の回転軸を連結して等角速度でトルクを伝達するもので、トルク伝達要素であるボールを用いたボールタイプの等速自在継手として、バーフィールド型等速自在継手（ＢＪ）、ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）やレブロ（クロスグルーブ）型等速自在継手（ＬＪ）など種々のものがある。
【０００３】
これら等速自在継手は、外側継手部材、内側継手部材、ボールおよびケージを主要な構成要素として成り立っている。外側継手部材の内周面には軸方向に延びるトラック溝が形成され、また、内側継手部材の外周面にも軸方向に延びるトラック溝が形成されている。これら外側継手部材と内側継手部材に、駆動側の回転軸と従動側の回転軸がそれぞれ連結されている。外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝とが対をなしてボールトラックを形成し、各ボールトラックにボールが組み込んである。ボールは、ケージの円周方向に形成されたポケット内に収容されて転動自在に保持されている。
【０００４】
従って、継手が作動角をとった状態でトルクを伝達するとき、ボールは、常に、外側継手部材の回転軸と内側継手部材の回転軸とがなす角を二等分する平面内に位置するようにケージによって規制され、これにより、継手の等速性が確保される。このように等速自在継手の一つの構成部品であるケージは、外側継手部材と内側継手部材の間に組み込まれ、大きな負荷に耐えてボールを等速二等面上に保持する重要な部品の一つであり、高強度であることが望まれている。
【０００５】
このケージの高強度を確保するために、ケージに熱処理が施されるが、一般的にその熱処理として浸炭焼入れが用いられている。この浸炭焼入れは、ケージのような複雑で薄いものに適した熱処理技術であるが、その浸炭焼入れに処理時間を要するため、生産性が悪い点が挙げられる。また、浸炭焼入れでは、その性質上、熱処理硬化層をあまり深く形成することが困難である。そのため、浸炭焼入れ後に加工を要する場合、特に、表面を大きく削り取るような加工においては、熱処理硬化層の深さと必要な表面硬さを確保することが困難となって強度の低下を招くことになる。
【０００６】
そこで、取り代の大きな切削加工などが必要な場合、浸炭焼入れ前に前加工として切削加工を行い、浸炭焼入れ後にさらに最終仕上げ寸法となるように加工する二段式の加工を行う必要があった。このような浸炭焼入れとケージポケットの加工については、ケージポケットにハードミーリングを適用していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
つまり、この特許文献１に開示された手法は、ケージの短円筒状素形材からポケットをプレス加工により打ち抜いた後、シェービング加工でそのポケット寸法をある程度まで加工し、さらに熱処理後に熱処理変形で寸法精度が悪くなったポケットを最終仕上げ寸法にハードミーリング等で加工するようにしている。
【特許文献１】特開２００３−４９８６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、従来の浸炭焼入れでは、熱処理に時間がかかり、また、炉によるバッチ処理のためにインライン化が困難である。また、浸炭焼入れでは、深い熱処理硬化層を形成することが困難である。従って、浸炭焼入れ後に取り代の大きな切削加工などを施す場合、必要な熱処理硬化層の深さと表面硬さを確保することが困難となる。
【０００９】
このような加工が必要な場合は、特許文献１のように浸炭焼入れ前の前加工（シェービング加工）と浸炭焼入れ後の後加工（ハードミーリング加工）からなる二段階の加工を施せばよい。このようにすれば、浸炭焼入れ後に熱処理硬化層を切削しすぎることによるケージの強度低下を未然に防止することができる。
【００１０】
しかしながら、浸炭焼入れ前の前加工と浸炭焼入れ後の後加工からなる二段階の加工の場合、浸炭焼入れの前後二回に分けて加工を行わなければならないため、加工に手間がかかり、全体の処理時間が長くなり、ひいては製品のコストアップを招くことになるという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は前述した問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、熱処理後に取り代の大きな加工を施す場合でも、必要な熱処理硬化層の深さと表面硬さを確保することができて強度低下を未然に防止でき、熱処理コストの低減を図り得る等速自在継手及びそのケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、等速自在継手の外側継手部材の内球面と内側継手部材の外球面との間に配置され、外側継手部材と内側継手部材間のボールトラックに配されたボールを収容する複数のポケットが円周方向等間隔に形成された短円筒形状のケージであって、ポケット周縁部およびそのポケット間の柱部を含み、かつ、両端面部を除く部位に、厚み方向全域に亘って熱処理硬化層を形成したことを特徴とする。
【００１３】
本発明では、ケージの厚み方向全域に亘って熱処理硬化層を形成したことにより、その熱処理後に取り代の大きな加工を施す場合でも、必要な熱処理硬化層の深さと表面硬さを確保することができて強度低下を未然に防止できる。
【００１４】
この熱処理硬化層を形成する部位として、ポケット周縁部およびそのポケット間の柱部を含む部位としたのは、ボールと接触することにより最も荷重が大きいためであり、この熱処理硬化層の形成により必要な強度を確保する。また、ケージの両端面部に熱処理硬化層を形成しないのは、その端面部での亀裂敏感性を緩和するためであり、これにより、ケージの強度を向上させている。
【００１５】
本発明における熱処理硬化層は、高周波焼入れにより形成することが望ましい。熱処理として高周波焼入れを使用することにより、深い熱処理硬化層を形成することができることから、厚み方向全領域に亘って熱処理硬化層を容易に形成することができる。
【００１６】
本発明のケージは、中炭素鋼からなる素形材を使用することが望ましい。中炭素鋼は、所定量の炭素を含有することから、高周波焼入れにより深い熱処理硬化層を形成することが容易である。
【００１７】
本発明は、前述の構成からなるケージに、外側継手部材と、内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材の間でケージにより回転自在に保持されてトルクを伝達するボールとを付加すれば、等速自在継手を構成することが可能である。
【００１８】
本発明は、内周面に複数の直線状トラック溝を軸線に対して傾斜させた状態で軸方向に形成した外側継手部材と、外周面に複数の直線状トラック溝を軸線に対して外側継手部材のトラック溝と反対方向に傾斜させた状態で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内側継手部材のトラック溝との交叉部に組み込まれたボールと、外側継手部材の内周面と内側継手部材の外周面との間に配されてボールを外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間で保持するケージとを備えた等速自在継手、つまり、レブロ（クロスグルーブ）型等速自在継手に適用することが好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ケージの厚み方向全域に亘って高周波焼入れによる熱処理硬化層を形成したことにより、その熱処理後に取り代の大きな加工を施す場合でも、必要な熱処理硬化層の深さと表面硬さを確保することができて強度低下を未然に防止できる。また、熱処理硬化層は、ケージの両端面部に形成させないことから、その端面部の亀裂敏感性を緩和することができるためにケージの強度を向上させることができる。さらに、高周波焼入れを使用することにより、熱処理時間の短縮化が図れて熱処理コストを低減することができ、工程のインライン化も実現可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図５〜図７は本発明に係る等速自在継手のケージの実施形態で、そのケージを組み込んだレブロ（クロスグルーブ）型等速自在継手（ＬＪ）を例示する。なお、本発明は、ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）やバーフィールド型等速自在継手（ＢＪ）など、他のタイプの等速自在継手にも適用可能である。
【００２１】
この等速自在継手は、図５および図６に示すように内側継手部材としての内輪１０、外側継手部材としての外輪２０、複数のボール３０およびケージ４０を主要な構成要素としている。内輪１０は、その中心孔１１にシャフト（図示せず）がスプライン嵌合により連結され、外周面に複数の直線状トラック溝１２が軸方向に形成されている。外輪２０は内輪１０の外周に位置し、内周面に内輪１０のトラック溝１２と同数の直線状トラック溝２２が軸方向に形成されている。内輪１０と外輪２０の間に、軸方向に短い円筒状のケージ４０が配置されている。複数のボール３０は、ケージ４０の円周方向等間隔に形成された複数のポケット４１内にそれぞれ収容されている。
【００２２】
内輪１０のトラック溝１２と外輪２０のトラック溝２２は、図７（ケージ４０については図示省略）に示すように軸線Ｌに対して反対方向に傾斜した角度（トラック交叉角α）をなし、対をなす内輪１０のトラック溝１２と外輪２０のトラック溝２２との交叉部にボール３０が組み込まれている。
【００２３】
このレブロ（クロスグルーブ）型等速自在継手に組み込まれたケージ４０は、ボール３０と接触するポケット４１の周縁部およびそのポケット４０間の柱部４２を含む部位が最も大きな荷重を受けることから、その部位に熱処理を施す。この熱処理としては、深い熱処理硬化層を形成することが可能な高周波焼入れを採用する。
【００２４】
従来の浸炭焼入れでは、ケージの全ての部分が硬化処理され、その処理後に粒界酸化層が表面異常層として表層部に生成され、強度のばらつきを招く問題がある。また、浸炭焼入れは、表面に高濃度の炭素を拡散させるため、炭化物が多く粒界に析出する結晶粒の粗大化が発生し変形を招き強度が低下する問題もある。粒界酸化層は後工程で加工により取り除くことはできるが、通常、加工を伴わないポケットの周縁部やケージの端面部には残ってしまうことになる。
【００２５】
そこで、この実施形態では、高周波焼入れを採用することにより、ケージ４０の全領域で粒界酸化層の発生を抑止することができるため、その粒界酸化層によるケージ４０の強度低下がなくなり、ケージ４０の強度を向上させることができる。また、高周波焼入れを採用したことにより、熱処理時間の短縮化が図れて熱処理コストを低減することができ、工程のインライン化も実現可能で製品コストの低減化が図れる。
【００２６】
図１および図２は図５および図６の等速自在継手に組み込まれたケージ４０における熱処理パターンの二例を示す。図３（ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿う断面、図３（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面であり、図４（ａ）は図２のＣ−Ｃ線に沿う断面、図４（ｂ）は図２のＤ−Ｄ線に沿う断面である。なお、ケージ４０の素形材としては、中炭素鋼を使用する。この中炭素鋼は、所定量の炭素を含有することから、高周波焼入れにより深い熱処理硬化層を形成することが容易である。
【００２７】
図１および図２に示すケージ４０について、ボール３０との接触で最も大きな荷重を受ける部位、つまり、ポケット４１の周縁部およびそのポケット４１間の柱部４２を含む部位を高周波焼入れにより熱処理硬化層Ｍ，Ｎを形成する。この熱処理硬化層Ｍ，Ｎは、高周波焼入れを採用したことにより深く形成し、図３および図４に示すようにケージ４０の厚み方向全領域に亘って形成する。なお、図中の斜線部が熱処理硬化層Ｍ，Ｎの形成部分を示す。
【００２８】
このようにケージ４０の厚み方向全領域に亘って熱処理硬化層Ｍ，Ｎを形成したことにより、その高周波焼入れ後に取り代の大きな切削加工などを施す場合であっても、必要な熱処理硬化層の深さと表面硬さを確保することができて強度低下を未然に防止することができる。
【００２９】
ここで、熱処理後に取り代の大きな加工を施す場合、従来では、ケージの短円筒状素形材からポケットをプレス加工により打ち抜いた後、シェービング加工でそのポケット寸法をある程度まで加工し、さらに熱処理後に熱処理変形で寸法精度が悪くなったポケットを最終仕上げ寸法にハードミーリング等で加工していた（特許文献１参照）。
【００３０】
これに対して、この実施形態では、高周波焼入れにより熱処理硬化層Ｍ，Ｎを深く形成できることから、高周波焼入れ後に取り代の大きな加工を施す場合でも、最終工程で一気にハードミーリングで加工しても、必要な熱処理硬化層の深さと表面硬さを確保することができる。従って、ハードミーリングで高いポケットの寸法精度を確保しつつ、シェービング加工を廃止することができ、熱処理コストの低減化が図れる。
【００３１】
この熱処理硬化層Ｍ，Ｎを形成する部位として、ポケット４１の周縁部およびそのポケット４１間の柱部４２を含む部位としたのは、前述したようにボール３０と接触することにより最も荷重が大きいためである。従って、ケージ４０の両端面部４３には、ボール３０との接触による大きな荷重を受けないことから、高周波焼入れによる熱処理硬化層Ｍ，Ｎを形成する必要はない（図１および図２参照）。ケージ４０の両端面部４３に熱処理硬化層Ｍ，Ｎを形成しないことにより、その端面部４３での亀裂敏感性を緩和することができ、ケージ４０の強度が向上する。
【００３２】
以上の実施形態では、レブロ（クロスグルーブ）型等速自在継手に適用した場合について説明したが、本発明は、ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）やバーフィールド型等速自在継手（ＢＪ）にも適用可能である。但し、本発明の適用は、レブロ（クロスグルーブ）型等速自在継手が最適である。その理由は次のとおりである。
【００３３】
ダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）やバーフィールド型等速自在継手（ＢＪ）では、継手が作動角をとった場合、内輪外径がケージ内径に接触案内されながら傾く。そのため、ケージ内径と内輪外径間では球面すきまを小さくする必要がある。それに対して、レブロ（クロスグルーブ）型等速自在継手では、ケージ内径と内輪外径間が非接触である。従って、ケージの内外径を完全に熱処理する必要はなく、ケージの両端面部に未硬化部分を残すような熱処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態で、ケージにおける熱処理パターンの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態で、ケージにおける熱処理パターンの他例を示す断面図である。
【図３】（ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】（ａ）は図２のＣ−Ｃ線に沿う断面図、（ｂ）は図２のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図５】本発明を適用するレブロ（クロスグルーブ）型等速自在継手の概略構成を示す断面図である。
【図６】図５の側面図である。
【図７】図５の内輪および外輪におけるトラック交叉角αを説明するための部分正面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  外輪
１２  トラック溝
２０  内輪
２２  トラック溝
３０  ボール
４０  ケージ
４１  ポケット
４２  柱部
４３  端面部
【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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