等速萬向聯軸器用保持器、組裝有其的固定式等速萬向聯軸器、以及組裝有該固定式等速...的制作方法

等速萬向聯軸器用保持器、組裝有其的固定式等速萬向聯軸器、以及組裝有該固定式等速 ...的制作方法
【專利摘要】一種等速萬向聯軸器用保持器(5、65、95)，其形成為具有大致均勻的壁厚的環狀，在其周向上具備收容轉矩傳遞滾珠的多個球袋(20、80、110)，其特征在于，保持器(5、65、95)由碳鋼形成，作為熱處理被實施滲碳淬火回火，球袋(20、80、110)的側面(23、83、113)通過熱處理后的精加工形成，所述碳鋼含有0.41～0.51質量％的C、0.10～0.35質量％的Si、0.60～0.90質量％的Mn、0.005～0.030質量％的P、0.002～0.035質量％的S，其余由Fe以及煉鋼、精煉時不可避免地殘留的元素構成。
【專利說明】等速萬向聯軸器用保持器、組裝有其的固定式等速萬向聯 軸器、以及組裝有該固定式等速萬向聯軸器的驅動軸

【技術領域】
[0001] 本發明涉及等速萬向聯軸器用保持器、組裝有其的固定式等速萬向聯軸器、以及 組裝有該固定式等速萬向聯軸器的驅動軸。

【背景技術】
[0002] 等速萬向聯軸器用于機動車、飛機、船舶或各種工業機械的動力傳遞系統。例如， 被裝入從機動車的發動機向車輪等速地傳遞旋轉力的驅動軸或傳動軸等的等速萬向聯軸 器具有固定式等速萬向聯軸器和滑動式等速萬向聯軸器這兩種。上述等速萬向聯軸器具備 如下結構：將驅動側與從動側的兩軸連結，即使這兩軸具有工作角也能夠等速地傳遞旋轉。
[0003] 從機動車的發動機向驅動車輪傳遞動力的驅動軸需要與由差動器和車輪的相對 位置關系的變化引起的角度位移及軸向位移相對應，因此通常具有如下結構：在差動器側 (內側）安裝能與角度位移及軸向位移對應的滑動式等速萬向聯軸器，在驅動車輪側（外 偵υ安裝能取得大的工作角的固定式等速萬向聯軸器，將兩等速萬向聯軸器利用軸來連 結。
[0004] 例如，作為固定式等速萬向聯軸器的一種可以舉出球籠型等速萬向聯軸器。如圖 15所示，球籠型等速萬向聯軸器121以外側聯軸器構件122、內側聯軸器構件123、轉矩傳遞 滾珠124以及保持器125為主要結構。在外側聯軸器構件122的球狀內周面128上在圓周 方向上等間隔地沿著軸向形成有多個滾道槽126。內側聯軸器構件123的球狀外周面129 上，在圓周方向上等間隔地沿著軸向形成有與外側聯軸器構件122的滾道槽126對置的滾 道槽127。外側聯軸器構件122的滾道槽126與內側聯軸器構件123的滾道槽127之間組 裝有傳遞轉矩的多個滾珠124。外側聯軸器構件122的球狀內周面128與內側聯軸器構件 123的球狀外周面129之間配置有保持滾珠124的保持器125。
[0005] 外側聯軸器構件122的球狀內周面128與內側聯軸器構件123的球狀外周面129 的曲率中心均形成于聯軸器的中心0。另外，保持器125的球狀外周面130以及球狀內周面 131的曲率中心也形成于聯軸器的中心0。相對于此，外側聯軸器構件122的滾道槽126的 曲率中心A與內側聯軸器構件123的滾道槽127的曲率中心B相對于聯軸器的中心0在軸 向上等距離偏移。由此，在聯軸器具有工作角的情況下，在外側聯軸器構件122與內側聯軸 器構件123的兩軸間等速地傳遞旋轉。在內側聯軸器構件123的內周面135上形成有花鍵 136,該花鍵136與軸132的花鍵137嵌合，以能夠傳遞轉矩的方式聯結。
[0006] 近年來，一方面要求機動車的高輸出化，另一方面對等速萬向聯軸器的小型、輕量 化的要求也不斷增加。另外，為了不使車輛旋轉半徑變大，追求固定式等速萬向聯軸器的高 工作角化帶來的前輪的轉向角的增大。在固定式等速萬向聯軸器121的小型、輕量化中，最 困難的是能否確保高工作角時的強度（高角強度）。為了評價該高角強度，多進行準靜態扭 轉試驗。準靜態扭轉試驗，是指考慮到實際車輛狀況，一邊向等速萬向聯軸器施加低速旋轉 一邊施加轉矩從而測定破壞轉矩的試驗。實施準靜態扭轉試驗時，等速萬向聯軸器121的 強度依賴于保持器125和內側聯軸器構件123等的滲碳部件的強度，尤其強烈依賴于保持 器125的強度。進而，為了達到固定式等速萬向聯軸器121的小型、輕量化，滲碳部件的高 強度化、尤其是保持器125的高強度化成為課題。
[0007] 關于此種等速萬向聯軸器的滲碳部件的高強度化，以下的專利文獻進行了各種提 案。
[0008] 在先技術文獻
[0009] 專利文獻
[0010] 專利文獻1 :日本特開2007-56296號公報
[0011] 專利文獻2 :日本特許第3995904號公報
[0012] 專利文獻3 :日本特開2001-153148號公報
[0013] 專利文獻4 :日本特許第4708430號公報
[0014] 專利文獻5 :日本特許第4731945號公報
[0015] 專利文獻6 :日本特開平5-331616號公報


【發明內容】

[0016] 發明要解決的課題
[0017] 以下對上述各專利文獻的內容進行說明。專利文獻1中記載的技術通過以局部退 火對與保持器強烈干涉的外側聯軸器構件的內球面的入口角部進行軟化，緩和入口角部對 保持器的攻擊性，結果保持器的強度得到提高。然而，由于對外側聯軸器構件實施追加的熱 處理，因此存在制造成本的增加和生產性的降低的問題。
[0018] 專利文獻2和專利文獻3中記載的技術使用特殊的材料實現高強度化，然而此種 特殊的材料在成本方面和全球范圍內的材料供應性方面存在問題。另外，無法避免滲碳引 起的P(磷）和細微碳化物向晶界的析出，因此存在不能完全防止晶界脆化，強度得不到提 尚的情況。
[0019] 專利文獻4中記載的技術涉及將碳量為0. 3?0. 5質量％的B(硼）添加鋼淬火 直至芯部的保持器。該保持器由于沒有進行滲碳處理，因此存在著與進行了滲碳處理的構 件相比表層的硬度低、抗軟化性降低、耐磨性變差的問題，并且由于含有稀土元素 B，因此存 在著材料成本增加的問題。B與N(氮）的親和力強，因而容易生成氮化物，成為氮化物后則 對淬火性不再有幫助。因此，需要添加與N的親和力比B強的Ti (鈦），將N固定為氮化物 (TiN)，使得B有效地作用于淬火性。然而，由此不再生成有助于晶粒的細微化的AlN(氮化 鋁），滲碳時存在晶粒粗大化、強度降低的情況。
[0020] 專利文獻5中記載的技術使中碳鋼的表面和芯部全硬化為硬度HRC58以上，省略 了保持器球袋的熱處理前的修整加工。然而其與專利文獻4同樣，由于沒有進行滲碳處理， 因而表層的碳濃度低，從而存在抗軟化性低、耐磨性變差的問題。
[0021] 專利文獻6中記載的技術將特殊的合金鋼用于保持器，并進行高濃度滲碳處理而 提高耐磨性，但合金鋼存在著導致材料成本增加的問題。
[0022] 由以上可以確認，在現有技術中，難以找到兼備低成本和高強度這兩方面特性的 保持器。確認了由于保持器承受來自外側聯軸器構件、內側聯軸器構件、滾珠這3個部件的 負載，處于以高表面壓力進行滑動接觸等苛刻的使用環境，為薄壁且剛性小、易變形、易發 生應力集中的形狀等理由，因此難以找到對策。
[0023] 滲碳用鋼是如SCr415 (鉻鋼）和SCM415 (鉻鉬鋼）那樣為了促進滲碳而添加了大 量與碳的親和性強的元素 Cr(鉻）、Mo(鉬）的低合金鋼。由于該Cr和Mo元素是高價的元 素，因此滲碳用鋼與碳鋼（C-Mn鋼）相比存在著材料成本增加的課題。另一方面，如果使用 不積極地增量添加 Cr和Mo的碳鋼，則存在著不完全淬火組織析出的問題。而且，由于滲碳 處理是使碳擴散的處理，因此存在著處理時間變長的問題。
[0024] 本發明鑒于上述問題而提出，其目的在于提供一種強度特性以及耐磨性優異、不 降低生產性地抑制制造成本、且能夠實現全球范圍內的材料供應性的等速萬向聯軸器用保 持器以及固定式等速萬向聯軸器和驅動軸。
[0025] 用于解決課題的手段
[0026] 本發明基于為了實現上述目的而進行銳意研宄發現的以下見解。
[0027] (1)對省去了提高淬火性且促進滲碳的Cr和Mo的碳鋼進行滲碳淬火回火時，存在 著表層部產生不完全淬火組織（淬火后，不全部成為馬氏體，是鐵素體、貝氏體、珠光體等 組織混合的淬火組織）的問題。對其原因進行銳意研宄，結果確認了不完全淬火組織的產 生是淬火性降低和滲碳性降低的主要原因，可以通過冷卻速度的增加和坯料碳量的增加來 解決。
[0028] (2)然而，冷卻速度的增加會引起導致熱處理變形的增加這一新的問題，該保持器 的熱處理變形中的最大問題是保持滾珠的球袋的尺寸（窗尺寸）波動。最近，由于切削工 具的表面處理技術顯著提高，切削淬火硬化后的鋼的切削工具的壽命變長，并且能夠在短 時間內完成最終精加工，因此著眼于通過上述最終精加工，以低成本來解決前述的窗尺寸 的熱處理變形的增加。結果證明，通過相對于現有的滲碳品大幅降低窗尺寸的波動，能顯著 減少保持器與滾珠的等級分選導致的匹配這一繁雜的工序，因此消除了最終精加工導致的 追加成本，不會導致成本增加。
[0029] (3)更重要的是，確認了不完全淬火組織的產生強烈受到材料的碳量的影響，并且 如果使用碳量低的碳鋼，則硬化部易產生不完全淬火組織。推定其原因為鋼的不均勻性。鋼 中的添加元素不會均勻分布，一定會存在微觀的偏析。滲碳用鋼多使用含碳量0. 12?0. 24 質莖％的鋼。確認了如果有微觀偏析，則泮火性會廣生局部的波動，滲碳后局部存在碳3；小 于0. 55質量％的部分，由于淬火性的降低而產生不完全淬火組織。
[0030] (4)確認了坯料的碳量增加會很大程度上影響加工保持器的球袋的沖壓性，如果 過硬會導致沖頭的提前損壞，因此需要使坯料硬度為HRB94以下。另外，確認了如果坯料硬 度過低，車削加工時存在產生啃削和飛邊的問題，因此需要使坯料硬度為HRB76以上。
[0031] (5)需要在更高水平上確保強度和耐磨性這兩個特性，通過使滲碳深度更淺并且 使芯部硬度適當化，實現了使相反的耐磨性和強度同時成立。
[0032] (6)進一步確認了通過限定因滲碳侵入表面的碳量，就算使滲碳深度更深也能得 到與現有的保持器同等的強度。
[0033] 基于上述見解產生了以下想法：首先提高材料的碳量水平，使滲碳淬火回火后在 表層固溶有最低0. 55質量％以上的碳，則有可能能夠防止不完全淬火組織。為了對其進行 檢驗，使用省去了 Cr、Mo的低成本的碳鋼，用具有規定的碳量的碳鋼制作了環狀且壁厚比 較均勻、薄壁且開有多個球袋（窗）的保持器并進行了實驗。結果，確認到淬火時得到了充 分的冷卻速度，不產生不完全淬火組織。另外，確認到未開有球袋的環易產生不完全淬火組 織。基于上述見解、想法以及檢驗，終于完成了本發明。
[0034] 作為具體的技術手段，本發明的等速萬向聯軸器用保持器形成為具有大致均勻的 壁厚的環狀，在其周向上具備收容轉矩傳遞滾珠的多個球袋，其特征在于，所述保持器由碳 鋼形成，作為熱處理被實施滲碳淬火回火，所述球袋的側面由熱處理后的精加工形成，所述 碳鋼含有〇· 41?0· 51質量％的C、0. 10?0· 35質量％的Si、0. 60?0· 90質量％的]^、 0. 005?0. 030質量％的P、0. 002?0. 035質量％的S，其余由Fe以及煉鋼、精煉時不可避 免地殘留的元素構成。此處，大致均勻的壁厚，是指對由具有上述的元素含有范圍的碳鋼形 成的等速萬向聯軸器用保持器進行滲碳淬火回火的情況下，包括不產生不完全淬火組織的 壁厚差的概念，意味著由于上述元素的含有范圍內的材料成分的差異和滲碳處理條件的差 異等，不產生不完全淬火組織的壁厚差的程度具有適當的范圍。
[0035] 通過上述結構，能夠實現強度特性以及耐磨性優異、不降低生產性地抑制制造成 本、降低材料成本且能夠實現全球范圍內的材料供應性的等速萬向聯軸器用保持器。
[0036] 此處，對上述成分元素的質量％的數值限定進行說明。
[0037] [0· 41 ?0· 51 質量％的 C]
[0038] C(碳）是對不完全淬火組織的產生有強烈影響，對芯部的淬火性、鍛造性、機械加 工性也有影響的元素。小于0. 41質量％的話，坯料硬度要比HRB76軟，會產生機械加工后 的啃削和飛邊，另外，由于產生不完全淬火組織，得不到充分的芯部硬度，強度降低，因此需 要為〇. 41質量％以上。另一方面，如果C的含量變多，則坯料硬度增加，如果超過HRB94,則 會顯著阻礙開窗沖壓性和切削性等加工性，另外，由于滲碳淬火回火后，芯部硬度增加且脆 化，因此也考慮到其他添加元素引起的硬度增加，使其上限為0. 51質量％。
[0039] [0· 2 ?0· 35 質量％的 Si]
[0040] Si (硅）由于是脫氧所需的元素，因此需要為0. 2質量％以上。另一方面，Si由于 提高抗軟化特性因而優選增量，但由于是增加滲碳淬火回火引起的異常層而導致晶界脆化 的元素，因此使其上限為〇. 35質量％。
[0041] [0· 6 ?0· 9 質量％的 Mn]
[0042] Mn(錳）是對淬火性的提高有用的元素。由于會增加滲碳時的晶界氧化，因而有時 會抑制其添加量，但如果減少Mn，則滲碳部的淬火性降低，耐磨特性也降低。從這一觀點來 看，如果小于0. 6質量％則不能確保充分的淬火性。另一方面，如果超過0. 9質量％，則珠 光體分率增加而硬化，鍛造性和機械加工性降低。因此，使Mn的含量的上限為0.9質量％ 以下。
[0043] [0· 005 ?0· 030 質量 ％ 的 P]
[0044] P(磷）是有助于提高淬火性的元素，也是使晶界脆化的元素。尤其是如果超過 0. 030質量％，則晶界脆化顯著。另一方面，如果小于0. 005質量％，則精煉工序難以減少使 得制造成本增大，而且也導致淬火性的降低。
[0045] [0· 002 ?0· 035 質量 ％ 的 S]
[0046] S(硫）是提高切削性的元素，但也是降低韌性的元素，因此越低越好。尤其是如果 超過0.035質量％，則韌性的降低明顯，不僅部件的強度降低，也會在制造部件的過程中引 起鍛造裂紋。另一方面，如果小于0. 002質量％，則不會生成提高切削性的MnS (硫化錳）， 切削性降低，因此使下限為0. 002質量％。
[0047] 其余為Fe (鐵）及其他的Mo (鉬）、Cr (鉻）、Cu (銅）、Ni (鎳）、Sn (錫）、B (硼）、 Al (鋁）、Ti (鈦）、V (釩）、N(氮）、0 (氧）等煉鋼、精煉時不可避免地殘留的元素。
[0048] 上述保持器優選具有球狀外周面和球狀內周面，且具有球狀外周面的曲率中心與 球狀內周面的曲率中心在軸向上的偏移量小于Imm的大致均勻的壁厚。對其理由進行如下 說明。上述偏移量優選小于〇. 7mm，進一步最優選無偏移，即偏移量為Omm的均勻壁厚的保 持器。
[0049] 在完成本發明的檢驗過程中，制作了圖13及圖14所示的滑動式的雙偏移型等速 萬向聯軸器（DOJ)的保持器并進行了實驗。首先，對該等速萬向聯軸器31的概要進行說明。 等速萬向聯軸器31以外側聯軸器構件32、內側聯軸器構件33、滾珠34以及保持器35為主 要結構。在外側聯軸器構件32的圓筒狀內周面38上沿圓周方向等間隔地形成多個滾道槽 36,且滾道槽36形成為與聯軸器軸線X平行的直線狀。內側聯軸器構件33的球狀外周面 39上，沿圓周方向等間隔地形成與外側聯軸器構件32的滾道槽36對置的滾道槽37,且滾 道槽37形成為與聯軸器軸線X平行的直線狀。外側聯軸器構件32的滾道槽36與內側聯 軸器構件33的滾道槽37之間夾設有傳遞轉矩的多個滾珠34。外側聯軸器構件32的圓筒 狀內周面38與內側聯軸器構件33的球狀外周面39之間配置有保持滾珠34的保持器35。
[0050] 如圖14所示，在保持器35上沿周向形成有多個（八個）球袋49。在雙偏移型等 速萬向聯軸器31中，為了在將外側聯軸器構件32與內側聯軸器構件33的兩軸線所成的角 度（工作角）二等分的平面上引導滾珠34,保持器35的球狀外周面40的曲率中心I與球 狀內周面41的曲率中心J相對于聯軸器中心0在軸向的相反側等距離偏移。該偏移量f4 隨著聯軸器尺寸而變化，機動車用的聯軸器尺寸大概為3?6mm左右。因此保持器35呈壁 厚不均勻且壁厚厚的形狀。
[0051] 用具有規定的碳量的碳鋼制作上述雙偏移型等速萬向聯軸器31的保持器35并進 行了實驗。結果，確認了該保持器35的情況下，由于滲碳淬火回火時難以冷卻，因此易產生 不完全淬火組織。另外，如果壁厚差增加，則開窗沖壓性降低。因而，優選球狀外周面的曲 率中心與球狀內周面的曲率中心在軸向上的偏移量小于1_。
[0052] 另外，形成上述保持器的碳鋼優選含有0. 42?0. 48質量％的C，優選滲碳淬火回 火后的表面硬度為HRC58?62,芯部硬度為HRC53?58。磨削后的表面硬度優選內外周面 部為HRC56以上，球袋側面部為HRC58以上。此時，強度最穩定，能得到高強度的保持器。磨 削后的表面硬度從耐磨性的觀點來看越硬越好，但從強度上考慮較低為好，考慮到作用于 保持器的表面壓力，將其設定為適當的表面硬度。內周面部與外周面部由于是面接觸或線 接觸，因而表面壓力低，球袋側面部由于是點接觸，因而表面壓力高。因此，球袋側面部的硬 度優選比內外周面部硬。因此，優選將不產生不完全淬火組織的最低硬度HRC58作為球袋 側面部的下限，內外周面部由于表面壓力低，能夠允許微小的不完全淬火組織的產生，因此 優選將HRC56作為內外周面部的下限。
[0053] 上述保持器的總硬化層深度優選為0. 25?0. 55mm。進而，其為0. 25?0. 45mm時 強度更穩定。從滲碳時間和滾動壽命的觀點來看，將硬化深度確定為最合適的深度。從滲 碳時間的觀點來看優選較淺，但變淺會導致滾動壽命降低。另外，由于滲碳淬火回火后實施 最終精加工，因此考慮到內外周面部的最大0. 2mm、球袋側面部的最大0. Imm的加工余量， 并且從滾動壽命的觀點來看最終精加工后的滲碳殘留層需要為最低0. 05mm，因此滲碳淬火 回火后的總硬化層深度的下限為0. 25mm。另一方面，考慮到材料的成分波動和滲碳處理條 件的波動，上限為〇.55mm。此處，總硬化層深度是指，由JIS G 0557定義，從硬化層的表面 直到已經難以區分硬化層與基材的物理性質（硬度）的差異的位置為止的距離。
[0054] 上述保持器的表層的碳濃度優選為0.55?0.75質量％。表面的滲碳濃度如果 超過0.75質量％，則滲碳淬火回火后，初析滲碳體在銳角部容易向晶界析出使強度顯著降 低，因此以0. 75質量％為上限。另一方面，如果小于0. 55質量％，則由于硬度的降低和抗 軟化特性的降低，磨損顯著增加，因此以〇. 55質量％為下限。通過這樣限定表面的碳濃度， 表面的韌性增加，即使硬化深度增加，強度的降低也少。因此，總硬化層深度的增加變得可 能，上限能夠達到0. 75mm。
[0055] 通過在具有大致均勻的壁厚的保持器且需要高工作角時的強度的固定式等速萬 向聯軸器中應用上述保持器，可以實現低成本、高強度、且耐磨性與現有的滲碳鋼（例如 SCr415、SCM415)構成的保持器為同等水平，進一步能夠確保固定式等速萬向聯軸器以及組 裝有其的驅動軸的低成本、高強度、耐磨性。
[0056] 發明效果
[0057] 根據本發明，能夠實現強度特性以及耐磨性優異、不降低生產性地抑制制造成本、 降低材料成本且能夠實現全球范圍內的材料供應性的等速萬向聯軸器用保持器。
[0058] 更具體來說，使用不積極地增量添加高價的Cr (鉻）、Mo (鉬）、B (硼）的低成本的 碳鋼，能夠大幅縮短滲碳時間，所以能夠謀求熱處理成本的降低和生產性的提高，并且能夠 實現芯部硬度增加了的高強度的保持器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0059] 圖1是組裝有本發明的第一實施方式的等速萬向聯軸器用保持器的固定式等速 萬向聯軸器的縱剖視圖。
[0060] 圖2是示出圖1的固定式等速萬向聯軸器具有最大工作角的狀態的縱剖視圖。
[0061] 圖3是圖1的保持器的縱剖視圖。
[0062] 圖4是圖1的保持器的橫剖視圖。
[0063] 圖5是應用了圖1的固定式等速萬向聯軸器的機動車用驅動軸的縱剖視圖。
[0064] 圖6是組裝有本發明的第二實施方式的等速萬向聯軸器用保持器的固定式等速 萬向聯軸器的縱剖視圖。
[0065] 圖7是圖6的保持器的縱剖視圖。
[0066] 圖8是組裝有本發明的第三實施方式的等速萬向聯軸器用保持器的滑動式等速 萬向聯軸器的縱剖視圖。
[0067] 圖9是示出圖8的滑動式等速萬向聯軸器的滾道槽與保持器的狀態的概要圖。
[0068] 圖10是圖8的保持器的縱剖視圖。
[0069] 圖11是示意性示出實施例與比較例的滲碳條件的圖。
[0070] 圖12是示意性示出實施例與比較例的保持器柱部的硬度的測定結果的圖。
[0071] 圖13是用于說明完成本發明的檢驗過程中的見解的滑動式等速萬向聯軸器的縱 剖視圖。
[0072] 圖14是圖13的等速萬向聯軸器的保持器的縱剖視圖。
[0073] 圖15是示出現有的固定式等速萬向聯軸器的縱剖視圖。

【具體實施方式】
[0074] 以下，基于【專利附圖】

【附圖說明】本發明的實施方式。
[0075] 基于圖1?5說明本發明的第一實施方式的等速萬向聯軸器用保持器。圖1是組 裝有本實施方式的保持器的固定式等速萬向聯軸器的縱剖視圖。該等速萬向聯軸器1是八 個滾珠式的球籠型等速萬向聯軸器，與現有的六個滾珠的等速萬向聯軸器相比，通過減小 滾道偏移量、增加滾珠個數且減小直徑，從而實現輕量、緊湊且轉矩損失少的高效率的等速 萬向聯軸器。等速萬向聯軸器1以外側聯軸器構件2、內側聯軸器構件3、滾珠4以及保持 器5為主要結構。
[0076] 外側聯軸器構件2的球狀內周面8上在圓周方向上等間隔地沿著軸向形成有八根 滾道槽6。在內側聯軸器構件3的球狀外周面9上，在圓周方向上等間隔地沿著軸向形成有 與外側聯軸器構件2的滾道槽6對置的滾道槽7。每個外側接頭構件2的滾道槽6與內側 接頭構件3的滾道槽7之間裝有一個傳遞轉矩的滾珠4,滾珠4 一共有八個。外側聯軸器構 件2的球狀內周面8與內側聯軸器構件3的球狀外周面9之間配置有保持滾珠4的保持器 5。在內側聯軸器構件3的內周面16上形成有花鍵17,軸12的花鍵19與花鍵17嵌合，通 過擋圈18在軸向上固定。外側聯軸器構件2的外周與聯結于內側聯軸器構件3的軸12的 外周被防護罩13覆蓋，通過防護罩帶14、15將防護罩13緊固固定。聯軸器內部封入有作 為潤滑劑的潤滑脂。
[0077] 與外側聯軸器構件2的球狀內周面8嵌合的保持器5的球狀外周面10、以及與內 側聯軸器構件3的球狀外周面9嵌合的保持器5的球狀內周面11的曲率中心均形成于聯 軸器中心0。相對于此，外側聯軸器構件2的滾道槽6的曲率中心A與內側聯軸器構件3的 滾道槽7的曲率中心B相對于聯軸器中心O在軸向上等距離偏移。由此，在聯軸器具有工 作角的情況下，滾珠4始終在將外側聯軸器構件2與內側聯軸器構件3的兩軸線所成的角 度（工作角）二等分的平面上被引導，在兩軸間等速地傳遞旋轉轉矩。
[0078] 外側聯軸器構件2的滾道槽6的曲率中心A與內側聯軸器構件3的滾道槽7的曲 率中心B相對于聯軸器中心O在軸向上等距離偏移，因此外側聯軸器構件2與內側聯軸器 構件3的相對的滾道槽6、7從外側聯軸器構件2的里側朝向開口側呈擴張的楔形，各滾珠 4被收容于楔形的滾道槽6、7,在外側聯軸器構件2與內側聯軸器構件3之間傳遞轉矩。為 了將所有的滾珠4保持于工作角的二等分平面上，組裝有保持器5。滾道槽6、7的橫截面形 狀形成為橢圓形狀或哥特式拱形狀，滾道槽6、7與滾珠4取有接觸角（30°?45°左右） 而接觸，即呈所謂的角接觸（angular contact)。進而，滾珠4在稍微遠離滾道槽6、7的槽 底的滾道槽6、7的側面側接觸。
[0079] 圖2是示出等速萬向聯軸器1具有最大工作角Θ max時的狀態的縱剖視圖。該等 速萬向聯軸器1的最大工作角Smax為47°左右。等速萬向聯軸器1在具有工作角的狀態 下傳遞轉矩時，頂出力作用于滾珠4,其結果是，在楔形的滾道槽6、7的空間的擴張方向上， 滾珠4引起的球袋負載作用于保持器5的球袋20的側面23 (參照圖3)。另外，在該球袋負 載作用下，保持器5向外側聯軸器構件2的球狀內周面8與內側聯軸器構件3的球狀外周 面9按壓。由楔形的滾道槽6、7形成的楔角隨著工作角的變大而增大。因此，作用于滾珠 4的頂出力隨著轉矩與工作角的變大而增大。進而，為了在傳遞轉矩的同時具有高工作角， 保持器5需要具有充分的強度，另外，保持器5的球狀外周面10以及球狀內周面11由于一 邊與外側聯軸器構件2的球狀內周面8、內側聯軸器構件3的球狀外周面9接觸一邊進行滑 動運動，因此需要具有充分的耐磨性。
[0080] 另外，為了將滾珠4可靠地保持于二等分平面或者防止噪音，多將滾珠4以負間隙 裝入保持器5的球袋20。即，滾珠4的直徑稍大于保持器5的球袋20的面向軸向的側面 23、23間的窗尺寸K(參照圖3)。而且，如果聯軸器具有工作角，則滾珠4在半徑方向以及 周向上在保持器5的球袋20內運動。如上所述，在滾珠4與球袋20為負間隙的狀態下，由 于滾珠4在半徑方向以及周向上運動，因此需要具有充分的強度和耐磨性。
[0081] 圖3以及圖4示出本實施方式的保持器。圖3是圖4的C-C線上的縱剖視圖，圖 4是圖3的D-D線上的橫剖視圖。如圖3所示，保持器5形成為具有球狀外周面10和球狀 內周面11的環狀。球狀外周面10的曲率中心和球狀內周面11的曲率中心位于聯軸器中 心0,無軸向上的偏移（偏移量〇mm)，壁厚為薄壁，且以均勻的壁厚形成。在位于外側聯軸 器構件2的開口側的保持器5的球狀內周面11的端部設有內側聯軸器構件3的裝入用凹 窩21，該部分為薄壁。
[0082] 保持器5優選具有球狀外周面10的曲率中心與球狀內周面11的曲率中心在軸向 上的偏移量小于Imm的大致均勻的壁厚。確認了壁厚不均勻且壁厚厚的保持器由于滲碳淬 火時難以冷卻，因此易產生不完全淬火組織。另外，如果壁厚差增加，則開窗沖壓性降低。進 而，球狀外周面的曲率中心與球狀內周面的曲率中心在軸向上的偏移量小于1_，優選小于 0. 7mm〇
[0083] 如圖3及圖4所示，保持器5在其周向上形成收容滾珠4的多個（八個）球袋20， 球袋20、20之間形成有柱部22。如前所述，聯軸器在傳遞轉矩時，頂出力作用于滾珠4,其 結果是，滾珠4引起的球袋負載作用于保持器5的球袋20的面向軸向的側面23。另外，由 于該球袋負載，保持器5的球狀外周面10、球狀內周面11被向外側聯軸器構件2的球狀內 周面8與內側聯軸器構件3的球狀外周面9按壓。
[0084] 保持器4的材料為碳鋼，其成分含有0. 41?0. 51質量％的C、0. 10?0. 35質量％ 的Si、0. 60?0· 90質量％的Μη、0· 005?0· 030質量％的Ρ、0· 002?0· 035質量％的S，其 余由Fe (鐵）以及煉鋼、精煉時不可避免地殘留的元素構成。保持器5作為熱處理被實施 滲碳淬火回火。熱處理后，保持器5的球狀外周面10、球狀內周面11通過磨削加工或切削 加工被精加工，球袋20的側面23也通過切削加工被精加工。保持器5具有使用不積極地 增量添加高價的Cr (鉻）、Mo (鉬）、B (硼）的低成本的碳鋼的優點，并且是與滲碳鋼相比含 有更多碳量的碳鋼，因此能夠大幅縮短滲碳時間，所以能夠謀求熱處理成本的降低和生產 性的提高，并且能夠實現芯部硬度增加的高強度的保持器。另外，由于不是特殊材料，因此 能夠實現全球范圍內的材料供應性。進而，由于熱處理是滲碳淬火回火，因此強度特性和耐 磨性均優異。
[0085] 進一步，形成保持器5的碳鋼優選含有0. 42?0. 48質量％的C，能夠實現表面硬 度為HRC58以上、芯部硬度為HRC53?58。此時強度最穩定，能夠得到高強度的保持器。
[0086] 保持器5的總硬化層深度優選為0. 25?0. 55mm。滲碳淬火回火后的表面硬度從 耐磨性的觀點來看越硬越好，但從強度上來看較低為好，因此優選以不產生不完全淬火組 織的最低硬度HRC58為下限。從滲碳時間和滾動壽命的觀點來看，將硬化深度確定為最合 適的深度。從滲碳時間的觀點來看較淺為好，但變淺會導致滾動壽命降低。另外，滲碳淬火 回火后，對保持器5的球狀外周面10、球狀內周面11和球袋20的側面23實施最終精加工， 因此考慮到球狀外周面10、球狀內周面11的最大0. 2mm、球袋20的側面23的最大0. Imm 的加工余量，并且從滾動壽命的觀點來看最終精加工后的滲碳殘留層需要為最低0. 05mm， 因此滲碳淬火回火后的總硬化層深度的下限優選為0. 25mm。另一方面，考慮到材料的成分 波動和滲碳處理條件的波動，上限優選為〇. 55mm。
[0087] 進一步，保持器5的表層的碳濃度優選為0. 55?0. 75質量％。表面的滲碳濃度 如果超過0.75質量％，則滲碳淬火回火后，初析滲碳體在銳角部容易向晶界析出使強度顯 著降低，因此上限優選0.75質量％，另一方面，如果小于0.55質量％，則由于硬度的降低和 抗軟化特性的降低，磨損顯著增加，因此下限優選0. 55質量％。通過限定碳濃度，能夠進一 步增加滲碳淬火回火后的總硬化層深度，直到〇. 75mm為止不產生強度的降低。
[0088] 圖5示出應用了組裝有第一實施方式的等速萬向聯軸器用保持器5的固定式的球 籠型等速萬向聯軸器1的機動車的前部用驅動軸50。球籠型等速萬向聯軸器1以外側聯軸 器構件2、內側聯軸器構件3、滾珠4以及第一實施方式的保持器5為主要結構，內側聯軸器 構件3通過花鍵聯結于軸12的一端。滑動式的雙偏移型等速萬向聯軸器31的內側聯軸器 構件33花鍵聯結于軸12的另一端。雙偏移型等速萬向聯軸器31以外側聯軸器構件32、內 側聯軸器構件33、滾珠34以及保持器35為主要結構。球籠型等速萬向聯軸器1的外周面 與軸12的外周面之間、以及雙偏移型等速萬向聯軸器31的外周面與軸12的外周面之間， 分別通過防護罩帶14、15、45、46緊固固定有蛇腹狀防護罩13、42。聯軸器內部封入有作為 潤滑劑的潤滑脂。
[0089] 通過將第一實施方式的保持器5應用于需要高工作角時的強度的固定式等速萬 向聯軸器，可以實現低成本、高強度、且耐磨性與現有的滲碳鋼（例如SCr415、SCM415)構成 的保持器為同等水平，而且能夠確保固定式等速萬向聯軸器以及驅動軸的低成本、高強度、 耐磨性。
[0090] 接著，基于圖6以及圖7說明本發明的第二實施方式的等速萬向聯軸器用保持器。 圖6是組裝有本實施方式的保持器的固定式等速萬向聯軸器的縱剖視圖，圖7是上述保持 器的縱剖視圖。該等速萬向聯軸器61是六個滾珠式的免根切型等速萬向聯軸器。等速萬向 聯軸器61以外側聯軸器構件62、內側聯軸器構件63、滾珠64以及保持器65為主要結構。
[0091] 在外側聯軸器構件62的球狀內周面68上在圓周方向上等間隔地沿著軸向形成有 六根滾道槽66。內側聯軸器構件63的球狀外周面69上，在圓周方向上等間隔地沿著軸向 形成有與外側聯軸器構件62的滾道槽66對置的六根滾道槽67。每個外側聯軸器構件62 的滾道槽66與內側聯軸器構件63的滾道槽67之間組裝有一個傳遞轉矩的滾珠64,滾珠64 一共有六個。外側聯軸器構件62的球狀內周面68與內側聯軸器構件63的球狀外周面69 之間配置有保持滾珠64的保持器65。內側聯軸器構件63的內周面76上形成有花鍵77， 雖然省略圖示，但軸的花鍵與花鍵77嵌合，通過擋圈在軸向上固定。外側聯軸器構件62的 外周與聯結于內側聯軸器構件63的軸的外周被防護罩覆蓋，聯軸器內部封入有作為潤滑 劑的潤滑脂。
[0092] 在本實施方式的保持器65中，與外側聯軸器構件62的球狀內周面68嵌合的保持 器65的球狀外周面70的曲率中心E、以及與內側聯軸器構件63的球狀外周面69嵌合的保 持器65的球狀內周面71的曲率中心F，相對于聯軸器中心O在軸向上以等距離被賦予少量 的偏移。該偏移量f3為Imm以下。外側聯軸器構件62的滾道槽66由里側的圓弧狀滾道 槽部66a和開口側的直線狀滾道槽部66b構成，圓弧狀滾道槽部66a具有曲率中心G，直線 狀滾道槽部66b形成為與聯軸器的軸線X平行。內側聯軸器構件63的滾道槽67由開口側 的圓弧狀滾道槽部67a和里側的直線狀滾道槽部67b構成，圓弧狀滾道槽部67a具有曲率 中心H，直線狀滾道槽部67b形成為與聯軸器的軸線X平行。外側聯軸器構件62的圓弧狀 滾道槽部66a的曲率中心G與內側聯軸器構件63的圓弧狀滾道槽部67a的曲率中心H相 對于聯軸器中心O在軸向上等距離偏移。在聯軸器具有工作角的情況下，滾珠64始終在將 外側聯軸器構件62與內側聯軸器構件63的兩軸線所成的角度（工作角）二等分的平面上 被引導，在兩軸間等速地傳遞旋轉轉矩。
[0093] 在該等速萬向聯軸器61中，外側聯軸器構件62與內側聯軸器構件63的相對的滾 道槽66、67也呈從外側聯軸器構件62的里側朝向開口側擴張的楔形。因此，對于保持器65， 與前述第一實施方式的保持器5同樣，作用有球袋負載、以及伴隨于此的球狀外周面69、70 與球狀內周面71、68之間的球面接觸力。進而，在該等速萬向聯軸器61中，由于外側聯軸 器構件62與內側聯軸器構件63的滾道槽66、67具有直線狀滾道槽部66b、67b，因此能夠具 有比第一實施方式所述的等速萬向聯軸器1大的、例如為50°左右的工作角。另外，由于具 有直線狀滾道槽部66b、67b，因此其楔角變得更大。因此，保持器65需要具有充分的強度和 耐磨性。
[0094] 圖7示出本實施方式的保持器。圖7是保持器的柱部中央的縱剖視圖。保持器65 形成為具有球狀外周面70與球狀內周面71的環狀，在其周向上形成有收容滾珠64的六個 球袋80,球袋80、80之間形成有柱部82。保持器65的球狀外周面70的曲率中心E與球狀 內周面71的曲率中心F相對于聯軸器中心O在軸向上以等距離被賦予少量的偏移。該偏 移量f3為Imm以下，保持器65具有大致均勻的壁厚。
[0095] 本實施方式的保持器65的材料與第一實施方式同樣為碳鋼，其成分含有0. 41? 0· 51 質量％ 的 C、0. 10 ?0· 35 質量％ 的 Si、0. 60 ?0· 90 質量％ 的 Μη、0· 005 ?0· 030 質 量％的Ρ、0. 002?0. 035質量％的S，其余由Fe以及煉鋼、精煉時不可避免地殘留的元素構 成。保持器65作為熱處理被實施滲碳淬火回火。球袋80的側面83在熱處理后進行最終 精加工。
[0096] 在本實施方式的保持器65中，關于優選形成保持器的碳鋼含有0. 42?0. 48質 量％的C、表面硬度為HRC58以上、芯部硬度為HRC53?58,優選保持器的總硬化層深度為 0. 25?0. 55mm，進一步優選保持器的表層的碳濃度為0. 55?0. 75質量％等內容，與第一 實施方式所述的保持器5同樣，因此省略重復說明。
[0097] 基于圖8?10說明本發明的第三實施方式的等速萬向聯軸器用保持器。組裝有 本實施方式的保持器的等速萬向聯軸器是滑動式的交叉槽（cross groove)型等速萬向聯 軸器。該等速萬向聯軸器91以外側聯軸器構件92、內側聯軸器構件93、滾珠94以及保持 器95為主要結構。外側聯軸器構件92的圓筒狀內周面98中形成有六根滾道槽96。內側 聯軸器構件93的凸狀外周面99中，形成有與外側聯軸器構件92的滾道槽96對置的六根 滾道槽97。外側聯軸器構件92的圓筒狀內周面98與內側聯軸器構件93的凸狀外周面99 之間配置有保持滾珠94的保持器95。外側聯軸器構件92與內側聯軸器構件93的成對的 滾道槽96、97在周向上彼此向反向傾斜，滾珠被裝入兩滾道槽96、97的交叉部（參照圖9)。 由于是此種結構，因此能夠減少滾珠94與滾道槽96、97之間的晃動，尤其多用于避忌晃動 的機動車的驅動軸或傳動軸。
[0098] 如圖9所示，外側聯軸器構件92的內周形成有滾珠槽96a、96b，彼此相鄰的滾珠槽 96a、96b在周向上向反向傾斜。在內側聯軸器構件93的外周形成有滾珠槽97a、97b，彼此 相鄰的滾珠槽97a、97b也在周向上向反向傾斜。外側聯軸器構件92與內側聯軸器構件93 的成對的滾道槽96a、97a或96b、97b也彼此向反向傾斜，成對的各滾道槽間各裝入一個滾 珠94。由于是此種結構，因此在聯軸器具有工作角的情況下，滾珠94始終在將外側聯軸器 構件92與內側聯軸器構件93的兩軸線所成的角度（工作角）二等分的平面上被引導，在 兩軸間等速地傳遞旋轉轉矩。
[0099] 在內側聯軸器構件93的內周面形成有花鍵，軸102的花鍵與該花鍵嵌合，通過擋 圈在軸向上被固定。為了防止潤滑脂的泄漏以及異物的進入，外側聯軸器構件92與軸102 上組裝有防護罩103,外側聯軸器構件92的相反側的端面上組裝有端板104。
[0100] 如圖9及圖10所示，保持器95具有在圓周方向上以規定的間隔配置的多個球袋 110。保持器95的球狀外周面100的曲率中心與球狀內周面101的曲率中心與保持器95 的寬度中心一致，在軸向上沒有被賦予偏移。
[0101] 本實施方式的保持器95的材料也與第一實施方式同樣為碳鋼，其成分含有 0· 41 ?0· 51 質量 ％ 的 C、0. 10 ?0· 35 質量 ％ 的 Si、0. 60 ?0· 90 質量 ％ 的 Μη、(λ 005 ? 0. 030質量％的Ρ、0. 002?0. 035質量％的S，其余由Fe以及煉鋼、精煉時不可避免地殘留 的元素構成。保持器65作為熱處理被實施滲碳淬火回火。球袋110的側面113在熱處理 后進行最終精加工。
[0102] 在本實施方式的保持器95中，關于優選形成保持器的碳鋼含有0. 42?0. 48質 量％的C、表面硬度為HRC58以上、芯部硬度為HRC53?58,優選保持器的總硬化層深度為 0. 25?0. 55mm，進一步優選保持器的表層的碳濃度為0. 55?0. 75質量％等內容，也與前 述第一實施方式的保持器5同樣，因此省略重復說明。
[0103] 實施例
[0104] 以下說明本發明的實施例以及比較例。首先說明保持器的加工方法的概要。保持 器的加工方法具有如下所示等幾種。
[0105] (1)鋼管一切斷一鐓鍛一車削一窗（球袋）沖壓一窗精加工一滲碳淬火回火一最 終精加工
[0106] (2)鋼管一切斷一車削一乳制一車削一窗沖壓一窗精加工一滲碳淬火回火一最終 精加工
[0107] (3)棒鋼一切斷一熱鍛一車削一窗沖壓一窗精加工一滲碳泮火回火一最終精加工
[0108] 上述加工方法的各工程僅示出代表性的例子，可以根據需要進行適當變更和追 加。例如，為了使在鐓鍛和軋制加工后加工硬化的部件軟化，可以施加熱處理，也可以考慮 省略熱處理前的窗精加工的工序。本發明不受加工方法的限定。
[0109] 實施例以及比較例基于所述（1)工序進行加工。以下示出用于實施例1的碳鋼制 的鋼管的材料成分。
[0110][用于實施例1的鋼管的材料成分]
[0111] 含有 C :0· 45 質量％、Si :0· 24 質量％、Mn :0· 76 質量％、P :0· 014 質量％、S :0· 012 質量％、Cu :0· 02 質量％、Cr :0· 16 質量％、Ni :0· 03 質量％、Mo :0· 01 質量％、Ti :0· 001 質 量％、B :0. 0001質量％，其余由Fe以及煉鋼、精煉時不可避免地殘留的元素構成。鋼管的 硬度在退火后為HV185。
[0112] 以下示出用于比較例的低合金鋼（JIS G 4052 SCr415)制的鋼管的材料成分。
[0113] [用于比較例的鋼管的材料成分]
[0114] 含有 C :0· 15 質量％、Si :0· 29 質量％、Mn :0· 73 質量％、P :0· 015 質量％、S :0· 018 質量％、Cu :0.02 質量％、Cr :1. 00 質量％、Ni :0.02 質量％、Mo :0.01 質量％、Ti :0.001 質 量％、B :0. 0001質量％，其余由Fe以及煉鋼、精煉時不可避免地殘留的元素構成。鋼管的 硬度在退火后為HV150。
[0115] 實施例以及比較例的保持器，使用機動車規格（JASO C 304-89 :機動車的驅動軸 用等速聯軸器1989年3月31日制定社團法人機動車技術會發行）的第3頁的表3中的等速 聯軸器的標稱值25. 4相當的八個滾珠的固定式等速萬向聯軸器（允許最大工作角47° ) 的保持器進行加工。保持器的球狀外周面以及球狀內周面的曲率中心不在軸向上發生偏 移，具有均勻的壁厚。
[0116] 加工時，用于實施例1的碳鋼制鋼管由于碳量增加，因而鋼管的硬度增加。通過從 市售品中選擇最合適的切削工具，并從市售材料中選擇最合適的開窗（球袋）沖頭的材質， 加工實施例1的切削工具的壽命和沖頭的壽命與使用低合金鋼制的鋼管的比較例為相同 水平，能夠容易地加工。
[0117] 表1示出滲碳淬火回火的條件。表1的滲碳淬火回火后的特性值是圖3以及圖4 示出的保持器5的柱部22的滲碳表面原樣的部位的截面硬度的測定結果。表1中，淬火油 的JIS 1種1號以及JIS 2種2號基于JIS K2242。回火條件為180°C X 120分鐘。圖11 示意性地示出比較例與實施例3的滲碳條件。另外，圖12中示出比較例與實施例3的保持 器的柱部的滲碳表面原樣的部位的截面硬度的測定結果。實施例1與實施例2為相同材 料，滲碳的碳位（carbon potential)(以下稱為CP)相同，作為實施例1、實施例2,改變滲 碳時間制作了總硬化層深度不同的保持器。實施例3與實施例1為相同材料，增加滲碳時 的CP (CP :0. 75質量％ )，作為實施例3,制作了增加滲碳后的表面碳濃度的保持器。
[0118] 表 1
[0119]

【權利要求】
1. 一種等速萬向聯軸器用保持器，其形成為具有大致均勻的壁厚的環狀，在其周向上 具備收容轉矩傳遞滾珠的多個球袋，其特征在于， 所述保持器由碳鋼形成，作為熱處理被實施滲碳淬火回火，所述球袋的側面通過熱處 理后的精加工形成，所述碳鋼含有0. 41?0. 51質量％的C、0. 10?0. 35質量％的Si、 0. 60?0. 90質量％的Mn、0. 005?0. 030質量％的P以及0. 002?0. 035質量％的S，其 余由Fe以及煉鋼、精煉時不可避免地殘留的元素構成。
2. 根據權利要求1所述的等速萬向聯軸器用保持器，其特征在于， 所述保持器具有球狀外周面和球狀內周面，且具有球狀外周面的曲率中心與球狀內周 面的曲率中心在軸向上的偏移量小于1_的大致均勻的壁厚。
3. 根據權利要求1或2所述的等速萬向聯軸器用保持器，其特征在于， 形成所述保持器的碳鋼含有〇. 42?0. 48質量％的C，表面硬度為HRC58以上，芯部硬 度為HRC56?59。
4. 根據權利要求1?3中任一項所述的等速萬向聯軸器用保持器，其特征在于， 所述保持器的總硬化層深度為〇. 25?0. 55mm。
5. 根據權利要求1?4中任一項所述的等速萬向聯軸器用保持器，其特征在于， 所述保持器的表層的碳濃度為〇. 55?0. 75質量％。
6. -種固定式等速萬向聯軸器，其特征在于，組裝有權利要求1?5中任一項所述的等 速萬向聯軸器用保持器。
7. -種驅動軸，其特征在于，組裝有權利要求6所述的固定式等速萬向聯軸器。
【文檔編號】C22C38/00GK104508310SQ201380040984
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年8月1日 優先權日:2012年8月3日
【發明者】吉田和彥, 大杉真史, 山崎健太, 長久正登, 高木陸王 申請人:Ntn株式會社