JP2001280360A

JP2001280360A - 等速自在継手の外側継手部材

Info

Publication number: JP2001280360A
Application number: JP2000091616A
Authority: JP
Inventors: Michio Iihara; 道雄飯原; 泰司 ▲高▼原; Taiji Takahara; Kenichi Nakano; 健一中野
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】中空軸を有する外側継手部材を十分な強度を
確保しつつ、低コストかつ高精度に製造可能とする。【解決手段】外側継手部材１は、内周面１１に複数の
案内溝１３を形成したマウス部１０、およびマウス部１
０から延びた軸部２０を有する。この外側継手部材１
は、軸部２０とマウス部１０とを一体成形したもので、
鋼材料を亜熱間鍛造で予備成形した後、軸部２０を冷間
鍛造、特にしごき加工で仕上げることによって製造され
る。軸部２０は、空洞部２１を備える有底の中空状で、
中実部２５にはトルク伝達用の歯部２７を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や各種産業
機械において動力伝達用に使用される等速自在継手の外
側継手部材、およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車のプロペラシャフトやド
ライブシャフトの連結用に種々の形式の等速自在継手が
使用されている。等速自在継手には、大別して、外側継
手部材と内側継手部材との間の相対的な角度変位のみを
許容する固定型と、相対的な角度変位および軸方向変位
を許容する摺動型があり、前者にはボールフィックスド
ジョイント、後者にはダブルオフセットジョイント、ト
リポードジョイント、クロスグルーブジョイント等が含
まれる。等速自在継手のうち、トリポードジョイントは
トルク伝達部材として球面ローラを用い、その他はトル
ク伝達部材としてボールを用いている。

【０００３】従来、等速自在継手の外側継手部材は、鋼
材料を亜熱間鍛造によってほぼ所定形状に予備成形した
後、マウス部の内周面および案内溝を冷間鍛造（しごき
加工やローリング加工）によって最終形状・寸法に仕上
げ成形していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】近年では、車両の燃費
向上等の観点から、等速自在継手の軽量化が強く望まれ
ており、この軽量化対策として、外側継手部材の軸を中
空化することが考えられている。

【０００５】従来では、個別に仕上げた中空軸とマウス
部とを溶接して外側継手部材を得ているが、かかる手順
は加工工数が多く、コスト高となる。また、二つの部材
を溶接する際に、同軸度等の精度に狂いを生じかねな
い。

【０００６】そこで、本発明は、中空軸を有する外側継
手部材を十分な強度を確保しつつ、低コストかつ高精度
に製造可能とすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、内周面に複数の案内溝を形成したマウ
ス部、およびマウス部から延びた軸部を有する外側継手
部材において、軸部とマウス部とを一体成形し、軸部
を、空洞部を備える有底の中空状でかつ中実部分にトル
ク伝達用の歯部を有するものとした。

【０００８】このように外側継手部材の軸部を、空洞部
を備える有底の中空状としているので、空洞部の分だけ
外側継手部材、ひいては等速自在継手の軽量化が達成さ
れ、車両の軽量化に貢献することができる。また、空洞
部の分だけ放熱面積が増大するので、マウス部内に封入
されたグリースの温度上昇を抑制する効果が得られ、等
速自在継手の寿命向上が図られる。外側継手部材は一部
品として成形されるので、従来のようなマウス部と軸部
との溶接は不要となり、従って、低コスト化を図りつ
つ、溶接に伴う精度の悪化も回避することができる。

【０００９】上記外側継手部材は、鋼材料を亜熱間鍛造
で予備成形した後、少なくとも軸部を冷間鍛造で仕上げ
ることによって得られる。軸部を冷間鍛造で仕上げるこ
とにより、軸部表面に加工硬化が生じるので、軸径の小
径化や中空部分の薄肉化を図ることができ、更なる小型
化・軽量化が可能となる。冷間鍛造としては、例えば軸
部にしごき加工を施すことが考えられる。

【００１０】軸部に、しごき加工時における空洞部の底
近傍での加工度の急変化を緩和するための加工度調整部
を設けておくことにより、素材の割れや破断を回避する
ことができる。

【００１１】この加工度調整部としては、空洞部の底近
傍で、軸部の内径寸法を軸端側ほど小さくしたものや、
空洞部の底近傍で、軸部の外径寸法を軸端側ほど小さく
したものが考えられる。

【００１２】上記外側継手部材に、外側継手部材のマウ
ス部に組み入れられる内側継手部材と、外側継手部材の
案内溝と内側継手部材との間に介在して外側継手部材と
内側継手部材との間でトルク伝達を行う複数のトルク伝
達部材とを組み込むことによって等速自在継手が得られ
る。

【００１３】上記外側継手部材の製造工程をまとめる
と、鋼材料を亜熱間鍛造で予備成形した後、少なくとも
軸部を冷間鍛造で仕上げる、という手順となる。軸の冷
間鍛造は、しごき加工により行うことができる。また、
トルク伝達用の歯部は、軸部のしごき加工後に軸部の中
実部分に形成する。しごき加工時には、空洞部の底近傍
での加工度の急変化を軸部に設けた加工度調整部で緩和
するのが望ましく、その手段としては、しごき前素材
の、空洞部の底近傍で軸部の内径寸法を軸端側ほど小さ
くしたり、しごき前素材の、空洞部の底近傍で軸部の外
径寸法を軸端側ほど小さくすることが考えられる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を摺動型
図１〜図５に基づいて説明する。

【００１５】図１は、摺動型等速自在継手の一種である
ダブルオフセット型等速自在継手の断面図である。この
等速自在継手は、円筒状の内周面１１に複数（例えば６
本）の直線状の案内溝１３を軸方向に形成したマウス部
１０を有する外側継手部材１と、球面状の外周面２ａに
複数（例えば６本）の直線状の案内溝２ｂを軸方向に形
成した内側継手部材２と、外側継手部材１の案内溝１３
と内側継手部材２の案内溝２ｂ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（例えば６個）のトルク
伝達部材としてのトルク伝達ボール３と、トルク伝達ボ
ール３を保持する保持器４とで構成される。この等速自
在継手は、保持器４の外周面４ａの球面中心と内周面４
ｂの球面中心とが、それぞれポケット中心に対して軸方
向に等距離だけ反対側にオフセットされているので、ダ
ブルオフセット型と呼ばれている。

【００１６】この種の等速自在継手が作動角をとりつつ
回転トルクを伝達する際、保持器４は、内側継手部材２
の傾きに応じてボールトラック上を移動するトルク伝達
ボール３の位置まで回転し、トルク伝達ボール３を作動
角の角度二等分面内に保持する。また、外側継手部材１
と内側継手部材２とが軸方向に相対移動すると、保持器
４の外周面４ａと外側継手部材１の内周面１１との間で
滑りが生じ、円滑な軸方向移動（プランジング）を可能
にする。

【００１７】外側継手部材１はカップ状のマウス部１０
と長尺の軸部２０とを一体成形したものである。ここで
の「一体成形」は、マウス部１０および軸部２０からな
る外側継手部材１が一部品として成形されていることを
意味する。

【００１８】マウス部１０の内周面には、保持器４の外
周面４ａと接触する内周面１１と、トルク伝達ボール３
と接触する案内溝１３とが形成される。

【００１９】軸部２０は、空洞部２１を有する有底円筒
状の中空部２３と、軸端部分に設けられた中実部２５と
で構成される。中空部２３は、その底部２３ａ付近およ
び開口部２３ｂ付近を除いて内外径寸法が均一である。
中空部２３の空洞部２１は断面円形で、その一端は拡径
しながらマウス部１０の内部空間に開口し、他端はテー
パ状に縮径して底部２３ａによって閉塞されている。空
洞部２１他端の縮径部分は、後述する軸部２０の冷間鍛
造時に加工度調整部２６として機能したものが最終製品
に残ったものである。中実部２５の軸端部外周には、他
部材にトルクを伝達するためのトルク伝達用の歯部とし
て、例えばセレーション（またはスプライン）２７が形
成されている。歯部２７と中空部２３との間にはテーパ
部２９が介在しており、中実部２５の外径寸法（歯部２
７の山部外径寸法）は、中空部２３の外径寸法よりも小
さくなっている。

【００２０】この外側継手部材１は、例えば中炭素鋼、
あるいは浸炭鋼を材料として、図２の（ａ）〜（ｈ）の
製造工程を経て製造される。上記鋼材料中の含有炭素量
としては、０．４％〜０．７wt％程度が望ましく、これ
に該当するものとして、中炭素鋼ではＳ４８Ｃ、Ｓ５０
Ｃ、Ｓ５３Ｃ、Ｓ５５Ｃなどを、浸炭鋼ではＳＣｒ４１
５などを挙げることができる。

【００２１】図中の（ａ）〜（ｅ）は、上記鋼材料の熱
間圧延材を亜熱間鍛造により所定形状に予備成形する工
程、（ｆ）〜（ｈ）は素材を冷間鍛造により最終形状お
よび寸法に仕上げ成形する工程である。亜熱間鍛造工程
（ａ）〜（ｅ）と冷間鍛造工程（ｆ）〜（ｈ）との間に
は、必要に応じて、マウス部１０や軸部２０の表面に不
溶性のリン酸塩被膜を生成するボンデ処理（ボンデライ
ト処理）を施す場合もある。

【００２２】冷間鍛造工程（ｆ）〜（ｈ）のうち、
（ｆ）はマウス部１０の外周をしごき加工によって成形
する工程であり、（ｇ）はマウス部１０の内面（内周面
１１および案内溝１３）を冷間鍛造（型鍛造）によって
成形する工程、および軸部２０の外周をしごき加工によ
って一次成形する工程である。（ｈ）は軸部２０の外周
をしごき加工によって二次成形する工程である。

【００２３】ところで、工程（ｇ）および（ｈ）のしご
き加工では、小径でかつ軸方向に長い空洞部２１を形成
する関係上、中空部２３の底部２３ａ付近で素材の割れ
や破断が発生しやすい。図３に示すように、しごき加工
は、後で空洞部２１となる部分２１’にマンドレル６を
密着挿入すると共に、鋼材料１’の外周にダイス７を配
し、鋼材料１’（マンドレル６も含む）とダイス７とを
軸方向に相対移動させることによって行われるが（この
時、しごき方向は軸端側からマウス部１０に向かう方向
である）、何らの対策も講じないと、同図中のグラフに
も示すように、空洞部２１’の底２１ａ’付近Ａでは、
しごきの進行に伴って加工度（板厚減少率）が急に増大
するため、この部分の急激な延びや引張りによって素材
に割れ・破断等が起こり易くなる。

【００２４】本発明では、この加工度の急変化を緩和す
るための手段として、しごき加工前の鋼材料１’（以
下、「しごき前素材」という）に加工度調整部２６を設
けている。図１、図２、および図４は加工度調整部２６
の一例で、しごき前素材１’の、空洞部２１’の底２１
ａ’近傍で軸部２０’の内径寸法を軸端側ほど小さくし
たものである（なお、図２〜図５では、図1に示す最終
製品の各部位に対応した部位を（’）を付した同一参照
番号で表している）。この加工度調整部２６との間の密
着性を確保するため、マンドレル７の先端部外周も先端
側ほど縮径している。

【００２５】軸部２０’に加工度調整部２６を設けるこ
とにより、図４に示すように、空洞部２１’の底近傍で
の板厚減少率の増加割合が緩和されるため、素材１’の
割れや破断を防止することができる。同図中の破線はし
ごき前素材１’の形状を表し、二点鎖線は図３中の対応
形状を表している（図５でも同様）。なお、上述したよ
うにこの加工度調整部２６は、最終製品（図１参照）と
なった後も軸部２０に残存する。

【００２６】図５は、加工度調整部２６の他例を示すも
ので、しごき前素材１’の、空洞部２１’の底２１ａ’
近傍で軸部２０’の外径寸法を軸端側ほど小さくしたも
のである。この場合も空洞部２１’の底２１ａ’近傍で
の板厚減少率の増加割合が緩和されるので、素材１’の
割れや破断を防止することができる。なお、この加工度
調整部２６も最終製品となった後は、その一部が軸部２
０外周面に残存する。

【００２７】上記実施形態では、軸部２０のしごき加工
を二回に分けて行っているが、素材１’の割れ等を生じ
ないのであれば、一回のしごき加工で仕上げてもよく、
あるいは必要に応じて三回以上のしごき加工を施しても
よい。上記のように加工度調整部２６を設けることによ
り、しごき加工一回あたりの板圧減少率が３５％以下で
あれば、割れや破断を生じることなく確実に加工するこ
とが可能となる。なお、板厚減少率の下限値は、通常は
１０％以上に設定される。

【００２８】上述したように本発明では、外側継手部材
１の軸部２０を、空洞部２１を備える有底の中空状とし
ているので、空洞部２１の分だけ外側継手部材１、ひい
ては等速自在継手の軽量化が達成され、車両の軽量化に
貢献することができる。また、空洞部２１の分だけ放熱
面積が増大するのでマウス部１０内に封入されたグリー
スの温度上昇を抑制する効果が得られ、等速自在継手の
寿命向上が図られる。外側継手部材１は上記工程からも
明らかなように一部品として成形されるので、従来のよ
うなマウス部１０と軸部２０との溶接は不要となり、従
って、低コスト化を達成しつつ溶接に伴う精度の悪化も
回避することができる。

【００２９】また、軸部２０の成形を冷間鍛造、特にし
ごき加工によって行っているので、しごき加工後の表層
には加工硬化が生じる。そのため、軸部２０の径や中空
部２３の肉厚を小さくすることができ、継手の小型化に
も寄与することができる。しごき加工後のしごき面の硬
さは、これが高すぎると後の施削工程での工具寿命や加
工サイクルタイムの点で不具合を生じるので、ＨＲＢ１
０５以下に設定する（ＨＲＢ＝１００〜１０５が好まし
い）。

【００３０】亜熱間鍛造工程（ａ）〜（ｅ）では、図２
に示すように中実部２５’が形成されるが、この中実部
２５’の外径寸法を最終的な中空部２３の外径寸法より
も小さく設定しておくことにより、後の冷間鍛造工程
（ｆ）〜（ｈ）で鍛造加圧面が中実部２５’の外周面に
接触することはなくなる。従って、冷間鍛造による加工
硬化が中実部２５’の表面に生じることはなく、後述す
るセレーション２７転造時の転造工具への負荷を軽減し
て、仕上げ寸法のばらつき、成形不要や工具寿命の短縮
等を回避することができる。

【００３１】冷間鍛造工程（ｆ）〜（ｈ）の終了した外
側継手部材１には、施削加工が施される。施削加工は、
通常、マウス部１０の開口側端部の内周（止め輪溝の周
辺部）・端面・外周（ブーツ装着部の周辺部）、および
マウス部１０の底側端部の外周から軸部２０にかけての
部分に行われる。

【００３２】その後、中実部２５の外周にセレーション
２７を転造し、マウス部１０の内周面１１や案内溝１３
等に高周波焼入れ等の熱処理を施した上で、所要個所に
研削加工を施して最終製品となる。熱処理後の表面固さ
はＨＲＣ６３以下に設定される（ＨＲＣ＝５３〜６３が
好ましい）。

【００３３】この外側継手部材１のマウス部１０内に内
側継手部材２、トルク伝達ボール３、および保持器４等
を組み込むことにより、図１に示す等速自在継手が完成
する。この等速自在継手は、例えば自動車のドライブシ
ャフトのインボード側に組込まれ、この場合、軸部２０
の歯部２７がディファレンシャルに結合される。

【００３４】以上、ダブルオフセット型等速自在継手の
外側継手部材に適用した実施形態について説明したが、
本発明はトリポードジョイントやクロスグルーブジョイ
ント等の外側継手部材にも適用することができる。これ
らのジョイントは、外側継手部材１と内側継手部材２と
の間に相対的な角度変位および軸方向変位をとることが
できる摺動型等速自在継手であるが、本発明は、ボール
フィックスドジョイント等の相対的な角度変位のみをと
ることができる（軸方向変位をとることができない）固
定型等速自在継手の外側継手部材にも同様に適用するこ
とができる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、外側継手部材（等速自
在継手）の軽量化が達成されるので車両の軽量化、燃費
向上に貢献することができる。また、空洞部の分だけ放
熱面積が増大するのでマウス部内に封入されたグリース
の温度上昇を抑制することができ、グリース寿命の向上
を通じて等速自在継手の寿命向上が達成される。外側継
手部材はマウス部と軸部とは一体であり、一部品として
成形されるので、従来のようなマウス部と軸部との溶接
は不要となる。従って、低コスト化が達成され、かつ溶
接に伴う精度の悪化も回避することが可能となる。

【００３６】軸部の成形を冷間鍛造、特にしごき加工に
よって行っているので、しごき加工後の表層には加工硬
化が生じる。そのため、軸部の径や肉厚を小さくするこ
とができ、継手の小型化・軽量化が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる外側継手部材を用いた等速自在
継手の断面図である。

【図２】本発明にかかる外側継手部材の製造工程を示す
断面図である。

【図３】空洞部の底近傍の拡大断面図、および軸方向の
断面位置と板厚減少率の関係を示すグラフである。

【図４】空洞部の底近傍の拡大断面図、および軸方向の
断面位置と板厚減少率の関係を示すグラフである。

【図５】空洞部の底近傍の拡大断面図、および軸方向の
断面位置と板厚減少率の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１外側継手部材２内側継手部材３トルク伝達部材４保持器１０マウス部１１マウス部内周面１３案内溝２０軸部２１空洞部２１ａ空洞部の底２３中空部２５中実部２６加工度調整部２７歯部（セレーション）

フロントページの続き (72)発明者中野健一静岡県磐田市東貝塚1578番地エヌティエヌ株式会社内Ｆターム(参考） 4E087 AA10 BA02 CA21 CB02 DB06 HA22 HB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内周面に複数の案内溝を形成したマウス
部、およびマウス部から延びた軸部を有する外側継手部
材において、軸部とマウス部とが一体成形され、軸部が
空洞部を備える有底の中空状でかつ中実部分にトルク伝
達用の歯部を有することを特徴とする、等速自在継手の
外側継手部材。
【請求項２】鋼材料を亜熱間鍛造で予備成形した後、
少なくとも軸部を冷間鍛造で仕上げた請求項１記載の等
速自在継手の外側継手部材。
【請求項３】上記冷間鍛造として、軸部にしごき加工
を施した請求項２記載の等速自在継手の外側継手部材。
【請求項４】軸部に、しごき加工時における空洞部の
底近傍での加工度の急変化を緩和するための加工度調整
部を有する請求項3記載の等速自在継手の外側継手部
材。
【請求項５】加工度調整部が、空洞部の底近傍で、軸
部の内径寸法を軸端側ほど小さくしたものである請求項
４記載の等速自在継手の外側継手部材。
【請求項６】加工度調整部が、空洞部の底近傍で、軸
部の外径寸法を軸端側ほど小さくしたものである請求項
４記載の等速自在継手の外側継手部材。
【請求項７】請求項１〜６何れかに記載した外側継手
部材と、外側継手部材のマウス部に組み入れられた内側
継手部材と、外側継手部材の案内溝と内側継手部材との
間に介在して外側継手部材と内側継手部材との間でトル
ク伝達を行う複数のトルク伝達部材とを有する等速自在
継手。
【請求項８】内周面に複数の案内溝を形成したマウス
部と、空洞部を有する有底中空状の軸とを一体に備えた
外側継手部材を製造するに際して、鋼材料を亜熱間鍛造
で予備成形した後、少なくとも軸を冷間鍛造で仕上げる
ことを特徴とする等速自在継手用外側継手部材の製造方
法。
【請求項９】軸部の冷間鍛造を、しごき加工により行
う請求項８記載の等速自在継手用外側継手部材の製造方
法。
【請求項１０】軸部のしごき加工後に軸部の中実部分
にトルク伝達用の歯部を形成する請求項９記載の等速自
在継手用外側継手部材の製造方法。
【請求項１１】上記しごき加工時における空洞部の底
近傍での加工度の急変化を軸部に設けた加工度調整部で
緩和する請求項９記載の等速自在継手用外側継手部材の
製造方法。
【請求項１２】しごき前素材の、空洞部の底近傍で軸
部の内径寸法を軸端側ほど小さくする請求項１０記載の
等速自在継手用外側継手部材の製造方法。
【請求項１３】しごき前素材の、空洞部の底近傍で軸
部の外径寸法を軸端側ほど小さくする請求項１０記載の
等速自在継手用外側継手部材の製造方法。