JP4795271B2 - 等速自在継手用ケージ及びその組み付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、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、外輪と内輪の相互間で回転トルクを伝達する等速自在継手の構成部品の一つである等速自在継手用ケージ及びその組み付け方法に関する。

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）やレブロ型等速自在継手（ＬＪ）など種々のものがある。また、トルク伝達ボールの個数は６個または８個が代表的である。

これら等速自在継手は、外輪、内輪、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。外輪の内周面には軸方向に延びる複数のトラック溝が円周方向に沿って形成され、また、内輪の外周面にも軸方向に延びる複数のトラック溝が円周方向に沿って形成されている。これら外輪と内輪に、駆動側の回転軸と従動側の回転軸が連結されている。外輪の各トラック溝と内輪の各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。これらボールは、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。

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、常に外輪の回転軸と内輪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、外輪と内輪の間に組み込まれ、大きな負荷に耐えてボールを等速二等分面上に保持する重要な部品の一つである。

従来のケージは、一般的に浸炭鋼が使用され、素材を中央部径が大きい樽状の円環とした後、窓抜き加工によりポケットを形成した上で、浸炭焼入れ後、外球面と、内球面と、ボールとの接触面（ポケットの周壁面）を仕上げ加工していた。

このケージの窓抜き加工には、安価なプレスによる方法があるが、中炭素鋼などの材料硬度が高い場合に加工が困難であり、ミーリングによる窓抜き加工では、その加工時間が長くなり高価となる。そこで、材料硬度に左右されず、加工時間も比較的短いレーザ光による窓抜き加工がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２８８２６６号公報

ところで、前述したレーザ光による窓抜き加工は、ポケット形成予定部分の内側中央寄りの適当な一点をレーザ光の照射により穴あけし、そこを起点としてポケット形状に沿ってレーザ光を移動させ、そのレーザ光による最終カット部で完了するようにしている。

しかしながら、レーザ光の照射によるカットが最終カット部に近づくと、その最終カット部の付近でレーザ光の照射による熱が過大となる。その結果、最終カット部では、レーザ光によるカットというよりも過熱による溶断となって、その切断面（ポケットの周壁面）の粗さが大きくなる。

ケージのポケットは、四つの角部をＲ形状とした略矩形状をなし、ケージ軸方向で対向する周壁面部と、ケージ周方向で対向する周壁面部とからなり、それら隣接する二つの周壁面部間に前述の角部が位置する。

ケージ軸方向で対向する周壁面部は、ボールの軸方向移動を規制してそのボールを二等分面に保持する面であることから、レーザ加工後に研削または切削により仕上げ加工するが、レーザ加工の最終カット部をケージ軸方向で対向する周壁面部とした場合、面粗度が悪いために加工取り代を多くする必要があって高価となる。

また、レーザ加工の最終カット部をケージ周方向で対向する周壁面部とした場合、その周壁面部がポケット間に位置する柱部であることから、面が粗くその凹部が破損の起点となって柱部の強度を低下させる可能性がある。

そこで、本発明は前述の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、レーザ光による窓抜き加工により、低コストで高強度の等速自在継手用ケージ及びその組み付け方法を提供することにある。

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、環状周壁の円周方向に沿って複数のボール収納用窓が形成された等速自在継手用ケージにおいて、ボール収納用窓は、レーザ光による窓抜き加工により形成され、そのレーザ光による最終カット部を、ボール収納用窓の角部で、かつ、周方向移動端にあるボールと干渉しない位置としたことを特徴とする。

ケージのボール収納用窓をレーザ光による窓抜き加工により形成する。つまり、窓形成予定部分の内側中央寄りの適当な一点をレーザ光の照射により穴あけし、そこを起点として窓形状に沿ってレーザ光を移動させ、そのレーザ光による最終カット部で完了する。その場合、レーザ光による最終カット部を、ボール収納用窓の角部で、かつ、周方向移動端にあるボールと干渉しない位置とする。

このようにレーザ光による最終カット部をボール収納用窓の角部としたことにより、ボールの軸方向移動を規制してそのボールを二等分面に保持する面、つまり、ケージ軸方向で対向する周壁面部についてはその面粗度が良好となるため、レーザ加工後に研削または切削により仕上げ加工する場合に、加工取り代が少なくて済み、低コスト化を図ることができる。また、窓間に位置する柱部、つまり、ケージ周方向で対向する周壁面部についても、その面粗度が良好となるため、柱部の強度を確保することができる。

また、レーザ光による最終カット部に位置するボール収納用窓の角部は、周方向に隣接する他の角部よりも軸方向および周方向で肉厚とすることが望ましい。このようにすれば、最終カット部で面粗度が悪くなったとしても強度が低下することなく、その角部での強度を確保することができる。

さらに、複数のボール収納用窓のうち、径方向に対向する少なくとも一対のボール収納用窓の最終カット部を、径方向断面において鏡像対称位置となるように形成することが望ましい。このようにすれば、ケージを等速自在継手の外側継手部材に組み付けるに際して、ボール収納用窓の最終カット部が外輪の内周面に干渉することを防止できる。

なお、径方向断面において鏡像対称位置に形成するのは、最小限度で、径方向に対向する一対のボール収納用窓であればよく、複数対あるいは全てのボール収納用窓であってもよい。また、「鏡像対称」とは、例えば、鏡に写った像が元の図形と同じになることを意味し、一対のボール収納用窓の最終カット部のうち、一方のボール収納用窓の最終カット部を鏡に写した場合、その像が他方のボール収納用窓の最終カット部となることである。

以上の構成からなる等速自在継手用ケージは、次に述べる要領でもって等速自在継手の外側継手部材に組み付けることが可能である。

等速自在継手の外側継手部材の軸方向に対してケージを９０°回転させた向きに相対配置した状態でケージを外側継手部材に挿入するに際して、一対のボール収納用窓の最終カット部のうち、一方の最終カット部のボール収納用窓を周方向にそって外側継手部材側に傾けた状態でその外側継手部材の開口端部を通過させて外側継手部材の内周面に当接させ、これを支点として他方の最終カット部のボール収納用窓を挿入する方向に回転させ、外側継手部材の開口端部を通過させる。

このようにすれば、ケージを等速自在継手の外側継手部材に組み付けるに際して、ボール収納用窓の最終カット部が外輪の内周面に干渉することなく、等速自在継手の外側継手部材へのケージの組み付けが容易に行える。

本発明によれば、レーザ光による最終カット部をボール収納用窓の角部としたことにより、ボールの軸方向移動を規制してそのボールを二等分面に保持する面、つまり、ケージ軸方向で対向する周壁面部についてはその面粗度が良好となるため、レーザ加工後に研削または切削により仕上げ加工する場合に、加工取り代が少なくて済み、低コスト化を図ることができる。また、窓間に位置する柱部、つまり、ケージ周方向で対向する周壁面部についても、その面粗度が良好となるため、柱部の強度を確保することができる。その結果、低コストで高強度の等速自在継手用ケージを提供できる。

また、このケージを等速自在継手の外側継手部材に組み付けるに際しては、一対のボール収納用窓の最終カット部のうち、一方の最終カット部のボール収納用窓を周方向にそって外側継手部材側に傾けた状態でその外側継手部材の開口端部を通過させて外側継手部材の内周面に当接させ、これを支点として他方の最終カット部のボール収納用窓を挿入する方向に回転させ、外側継手部材の開口端部を通過させることにより、ボール収納用窓の最終カット部が外側継手部材の内周面に干渉することなく、等速自在継手の外側継手部材へのケージの組み付けが容易に行える。

本発明に係る等速自在継手用ケージと、そのケージを等速自在継手の外側継手部材に組み付ける方法の実施形態を以下に詳述する。

等速自在継手は、図１に示すように軸方向に延びる複数のトラック溝２が内球面１の円周方向等間隔に形成された外側継手部材としての外輪３と、外輪３のトラック溝２と対をなして軸方向に延びる複数のトラック溝５が外球面４の円周方向等間隔に形成され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と内輪６のトラック溝５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール７と、外輪３の内球面１と内輪６の外球面４との間に介在してボール７を保持するケージ８とを備えている。各ボール７は、ケージ８に形成されたボール収納用窓であるポケット９に収容されて円周方向等間隔に配置されている。

なお、この等速自在継手は、軸方向の縦断面が単一の円弧面形状を有するトラック溝２，５を持つ外輪３および内輪６を具備したバーフィールド型（ＢＪ）を示しているが、軸方向と平行なストレート底を有するトラック溝を持つ外輪および内輪を具備したアンダーカットフリー型（ＵＪ）等の他の等速自在継手であってもよい。

内輪６の中心孔（内径孔）１２にシャフト１１を挿入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。シャフト１１は止め輪１３により内輪６に対して抜け止めされている。

外輪３のトラック溝２の曲率中心Ｏ₁および内輪６のトラック溝５の曲率中心Ｏ₂は、ボール中心Ｏ₃を含む継手中心Ｏに対して等距離ｆだけ軸方向に逆向きにオフセットされている（トラックオフセット）。なお、外輪３の内球面１（ケージ８の外球面２１）の曲率中心および内輪６の外球面４（ケージ８の内球面２２）の曲率中心は前述の継手中心Ｏと一致している。このように、トラックオフセットを設けることにより、一対のトラック溝２，５でもって外輪３の奥側から開口側に向けて径方向間隔が徐々に増加する楔状のボールトラックが形成されている。

この等速自在継手の構成部品の一つであるケージ８は、図２および図３に示す以下の要領でもって製作される。

まず、軸方向中央部の径が大きい樽状の円環体素材を形成する。この円環体素材は、例えば炭素量が０．４％〜０．５５％である鋼（機械構造用炭素鋼 JIS G 4051、G 4104）を用いる。

次に、この円環体素材に対して高周波焼入れを行うことによって、硬化処理素材を製作する。ここで、高周波焼入れとは、高周波を流すことによって、誘導体（被加工体）の表面部分に誘導電流を生じさせて発熱させ、この熱により被加工体の表面を急速に加熱して焼入れを行う方法である。この際、硬化処理素材は、全表面、つまり、内径面、外径面、及び両軸方向端面に硬化層が形成されている。

硬化処理素材の焼入れは高周波焼入れであるので、浸炭焼入品に比べて、より芯部が硬くできる。これによって、外球面及び内球面の摩耗に伴う耐久性及び強度が向上する。このように、強度が向上することにより、等速自在継手のコンパクト化を図ることができる。また、硬化処理素材の材料に、炭素量が０．４％〜０．５５％である鋼を用いたことによって、一層強度の増加を図ることができる。さらに、高強度化を図る上で、ばね鋼を用いるのがより好ましい。

また、高周波焼入れによりインライン化が可能となって、生産効率の向上を図ることができる。さらに、窓抜き加工前に焼入れを行うものであるので、焼入れを行うものの形状を簡単な形状とすることができ、焼入れを容易にしかも短時間にできる。

その後、図２（ａ）（ｂ）に示すように、硬化処理素材に対してポケット９をレーザ加工機２３により窓抜き加工することによって、ケージ８を製作する。ここで、レーザ加工機２３とは、図示省略のレーザ発振器と、このレーザ発振器からのレーザ光を硬化処理素材に向けて照射するトーチ２４とを備え、トーチ２４からレーザ光を硬化処理素材のポケット形成予定部分に照射することによって窓抜き加工を行う。これによって、環状周壁２５の円周方向に沿って所定ピッチ（８個ボールの等速自在継手の場合、４５度ピッチ）で８個のポケット９を備えたケージ８が製作される。

ケージ８のポケット９は、四つの角部９ａをＲ形状とした略矩形状をなし、ケージ軸方向で平行に対向する周壁面部９ｂと、ケージ周方向で対向する周壁面部９ｃとからなり、それら隣接する二つの周壁面部９ｂ，９ｃ間に前述の角部９ａが位置する。このように、ポケット９は、最大作動角またはボール組み込み時のボール７の周方向移動を阻害しない周方向長さと周壁部９ｃの曲線形状および角部９ａのＲ形状を持つ周方向対称形状を有する。

一方、ケージ８のポケット９をレーザ光による窓抜き加工により形成するに際しては、図３に示すように、ポケット形成予定部分の内側中央寄りの適当な一点Ａをレーザ光の照射により穴あけし、そこを起点としてポケット形状に沿ってレーザ光を移動させ〔図２（ａ）参照〕、そのレーザ光による最終カット部Ｂで完了する。

このレーザ光による具体的な窓抜き加工は、穴あけした起点Ａからケージ周方向で対向する一方の周壁面部９ｃまではその周壁面部９ｃの曲率半径Ｒ₁よりも小さな曲率半径Ｒ₂でもってカットし、その一方の周壁面部９ｃに達した時点から次の角部９ａまでは曲率半径Ｒ₁でもってカットする。

その後、角部９ａを曲率半径Ｒ₃でもってカットし、ケージ軸方向で対向する一方の周壁面部９ｂをケージ周方向に沿ってストレートにカットし、次の角部９ａを曲率半径Ｒ₃で、ケージ周方向で対向する他方の周壁面部９ｃを曲率半径Ｒ₁で、次の角部９ａを曲率半径Ｒ₃で、ケージ軸方向で対向する他方の周壁面部９ｂをケージ周方向に沿ってストレートに順次カットする。そして、レーザ光による最終カット部Ｂを、穴あけした最初の角部９ａで、かつ、周方向移動端にあるボール７と干渉しない位置とする。

ここで、図中の破線は、ケージ周方向で対向する周壁面部９ｃに当接して周方向移動端にあるボール位置（この位置でボール中心Ｏ₃がケージ周方向で離隔する距離Ｌがボール最大移動幅となる）を示しており、角部９ａでこのボール位置よりも外側領域ｍが、周方向移動端にあるボール７と干渉しない位置である。

このようにレーザ光による最終カット部Ｂをポケット９の角部９ａとしたことにより、ボール７の軸方向移動を規制してそのボール７を二等分面に保持する面、つまり、ケージ軸方向で対向する周壁面部９ｂについてはその面粗度が良好となるため、レーザ加工後に研削または切削により仕上げ加工する場合に、加工取り代が少なくて済み、低コスト化を図ることができる。また、ポケット９間に位置する柱部２６〔図２（ａ）（ｂ）参照〕、つまり、ケージ周方向で対向する周壁面部９ｃについても、その面粗度が良好となるため、柱部２６の強度を確保することができる。

また、レーザ光による最終カット部Ｂに位置するポケット９の角部９ａは、周方向に隣接する他の角部９ａよりも軸方向および周方向で肉厚としている。これにより、最終カット部Ｂで面粗度が悪くなったとしても強度が低下することなく、その角部９ａでの強度を確保することができる。

このようにしてレーザ光により形成された最終カット部Ｂについては、図２（ａ）に示すように、複数のポケットのうち、径方向に対向する一対のポケット９の最終カット部Ｂを、径方向断面において鏡像対称位置Ｘ〔図２（ａ）中の破線で示す〕となるように形成する。これにより、後述するように、ケージ８を等速自在継手の外輪３に組み付けるに際して、ポケット９の最終カット部Ｂが外輪３の内球面１に干渉することを防止できる。

なお、径方向断面において鏡像対称位置Ｘに形成するのは、最小限度で、径方向に対向する一対のポケット９であればよく、複数対あるいは全てのポケット９であってもよい。また、鏡像対称位置Ｘとは、径方向で対向する一対のポケット９の最終カット部Ｂのうち、一方のポケット９の最終カット部Ｂを鏡に写した場合、その像が他方のポケット９の最終カット部Ｂとなることである。

以上の構成からなるケージ８は、図４〜図７に示す以下の要領でもって等速自在継手の外輪３に組み付けることが可能である。

まず、図４に示すように、等速自在継手の外輪３の軸方向に対してケージ８を９０°回転させた向きに相対配置した状態で、ケージ８において鏡像位置Ｘにある一対のポケット９の最終カット部Ｂ〔図２（ａ）（ｂ）参照〕のうち、一方の最終カット部Ｂのポケット９を周方向にそって外輪側に傾けた状態で挿入する。そして、図５に示すように、その一方の最終カット部Ｂを外輪３の開口端部を通過させて外輪３の内球面１に当接させる。

その後、図６に示すように、前述の一方の最終カット部Ｂと外輪３の内球面１との当接部分Ｙを支点として他方の最終カット部Ｂのポケット９を挿入する方向に回転させて外輪３の開口端部を通過させる。最後に、図７に示すように、ケージ全体を外輪３の奥側に押し込んだ上で、外輪３の軸方向に対してケージ８を９０°回転させることにより、外輪３に対してケージ８を軸合わせして正規の姿勢とする（図１参照）。

このようにして、ケージ８を等速自在継手の外輪３に組み付ければ、ポケット９の最終カット部Ｂが外輪３の内球面１に干渉することなく、等速自在継手の外輪３へのケージ８の組み付けが容易に行える。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明の実施形態で、等速自在継手の全体構成を示す断面図である。 図１の等速自在継手の構成部品であるケージのポケット形成要領を説明するためのもので、（ａ）はケージの断面図、（ｂ）はケージの平面図である。 ケージのポケット形成要領を説明するためのもので、ポケットを示す拡大図である。 図２（ａ）に示すケージを外輪に組み込む要領を説明するための断面図である。 図２（ａ）に示すケージを外輪に組み込む要領を説明するための断面図である。 図２（ａ）に示すケージを外輪に組み込む要領を説明するための断面図である。 図２（ａ）に示すケージを外輪に組み込む要領を説明するための断面図である。

符号の説明

３ 外側継手部材（外輪）
７ ボール
８ ケージ
９ ボール収納用窓（ポケット）
９ａ 角部
２５ 環状周壁
Ｂ 最終カット部
Ｘ 鏡像対称位置

Claims (4)

1. 環状周壁の円周方向に沿って複数のボール収納用窓が形成された等速自在継手用ケージにおいて、前記ボール収納用窓は、レーザ光による窓抜き加工により形成され、そのレーザ光による最終カット部を、前記ボール収納用窓の角部で、かつ、周方向移動端にあるボールと干渉しない位置としたことを特徴とする等速自在継手用ケージ。
2. 前記レーザ光による最終カット部に位置するボール収納用窓の角部は、周方向に隣接する他の角部よりも軸方向および周方向で肉厚とした請求項１に記載の等速自在継手用ケージ。
3. 複数のボール収納用窓のうち、径方向に対向する少なくとも一対のボール収納用窓の最終カット部を、径方向断面において鏡像対称位置となるように形成した請求項１又は２に記載の等速自在継手用ケージ。
4. 環状周壁の円周方向に沿って複数のボール収納用窓がレーザ光による窓抜き加工により形成され、そのレーザ光による最終カット部を、前記ボール収納用窓の角部で、かつ、周方向移動端にあるボールと干渉しない位置とすることにより、前記最終カット部に位置するボール収納用窓の角部を、周方向に隣接する他の角部よりも軸方向および周方向で肉厚とし、複数のボール収納用窓のうち、径方向に対向する少なくとも一対のボール収納用窓の最終カット部を、径方向断面において鏡像対称位置となるように形成した等速自在継手用ケージを等速自在継手の外側継手部材に組み付ける方法であって、
   前記外側継手部材の軸方向に対してケージを９０°回転させた向きに相対配置した状態で前記ケージを外側継手部材に挿入するに際して、一対のボール収納用窓の最終カット部のうち、一方の最終カット部のボール収納用窓を周方向にそって外側継手部材側に傾けた状態でその外側継手部材の開口端部を通過させて外側継手部材の内周面に当接させ、これを支点として他方の最終カット部のボール収納用窓を挿入する方向に回転させ、外側継手部材の開口端部を通過させるようにしたことを特徴とする等速自在継手用ケージの組み付け方法。