JPH05331616A - 高炭素浸炭層を備えた等速自在継手 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車用のボールジョイントなど等速自在軸
継手の小型・軽量化に伴い、過大な荷重条件で使用さ
れ、継手の寿命の確保が必要とされる。本発明は高面圧
下でのボールが摺動・転走する継手部材、特にケージの
耐摩耗性と耐熱性を改善することを目的とする。 【構成】 内輪、外輪、ボール及びケージを０．１〜
０．４％Ｃ、０．１％以下のＳｉ、０．５〜３．０％Ｃ
ｒ及び０．１〜１．５％Ｍｏを含有する鋼で形成し、そ
の摺動面及び転走面に１．５％Ｃ以上の高炭素浸炭層の
焼入れ・焼戻し硬化層を有することを特徴とする等速自
在軸継手。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、等速自在継手の構成部
材、特にケージの浸炭処理により耐摩耗性を改善した等
速自在継手に関する。

【０００２】

【従来の技術】等速自在軸継手の中で、内包部材と外包
部材との転送溝の間に装入された数個のボール転動体を
もって、回転軸変曲自在に動力を伝達するボールジョイ
ントがある。ボールジョイントは、図４に示すように、
内包部材２と外包部材７とにそれぞれ設けられた転送溝
１，６内にボール転動体８を規制して、ボール転動体８
と転送溝１，６とを連関させるケージ（保持器）５が内
包部材２の外周面と外包部材７の内周面との間に介装さ
れている。ケージ５は、帯環状を成し、ボール転動体８
を包持する保持孔３が帯環の内外面に貫通して設けられ
ている。

【０００３】継手の構成部材の外包部材及び内包部材に
刻設された転送溝の転走面１，６と上記ケージの保持孔
３の内面３１は、継手使用中は、常にボール転動体８の
表面８１が加圧接触して摩耗するので、表面硬化処理に
よる硬化層を保持孔内面３１に設けられて耐摩耗性が付
与されている。

【０００４】継手の構成部材の鋼は、継手部材が雑な形
状を有するので、生産性の観点から熱間若しくは冷間の
型鍛造可能な程度に軟質とされ、特にケージ５の保持孔
３は、通常は冷間打抜きにより形成されるので、冷鍛性
が要求される。

【０００５】そこで、従来は、低・中炭素鋼によって、
継手部材を鍛造形成し、ガス浸炭法により、浸炭して後
焼入れ焼戻しする方法が採用されており、上記構成部材
の転走面・摺動面１，６，３１，８１などの上記機能面
は、表面硬さがヴィッカース硬度Ｈｖ７００以上である
浸炭層が形成され、耐摩耗性と転がり寿命が保証されて
いた。

【０００６】一般に、浸炭法には、従来の液体浸炭法
や、浸炭性雰囲気のカーボンポテンシャルを調整するガ
ス浸炭法が広く利用されているが、近年には、浸炭層中
のＣ量を高めた高炭素浸炭法（高濃度浸炭法）が知ら
れ、このような高炭素浸炭法としては、ガス浸炭炉中の
カーボンポテンシャルを１．５以上に高める方法や、減
圧雰囲気中に炭化水素ガスのみを気送して目的材料を外
熱で加熱する真空浸炭方法や、さらに、同様の減圧雰囲
気で目的材料を陰極にしてグロー放電させて浸炭させる
放電浸炭法（プラズマ浸炭法）などがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年の車輛用の等速自
在継手においては、車輛エンジンの高出力・高性能化に
伴って、軸継手に加わる負荷が大きくなり、転走面への
負荷圧力が高くなる様な使用の傾向にある。

【０００８】従来の、ガス浸炭法による浸炭硬化層によ
って、高面圧下での転走面の耐摩耗性を発現させるに
は、Ｈｖ７００以上の表面硬さが要求され、この硬さを
安定して確保するには、浸炭焼入れ後の焼戻し温度を高
くして、焼戻し過程での軟化をさせない必要がある。

【０００９】このような準高焼戻しによる硬度を確保し
た継手部材の転走面は、高負荷時の使用中の発熱によ
り、硬度低下を生じて、軸継手の寿命が低下する恐れが
ある。特に車輛用の等速自在継手には軽量小型化が要求
されるに伴って、継手部材の各転走面の面圧が高くな
り、使用中の転走面の温度上昇により浸炭硬化層が軟化
し、軸継手の寿命低下が問題となる。特に、ケージにつ
いて、継手荷重が過酷になるような条件で継手が使用さ
れると、ケージのボール保持孔３の内面、特にケージ円
周方向に平行な内面部位３１には、ボール表面８１によ
る過大な繰り返し圧縮応力とボール摺動に伴う摩擦力が
作用するので、保持孔３の内面の摩耗による硬化層の摩
耗が懸念される。

【００１０】本発明は、以上の問題に鑑み、継手の小型
軽量化に伴う継手部材の高面圧での使用条件に耐える表
面硬化層を具備した継手部材、特にケージを提供して軸
継手の長寿命と信頼性の維持を図ろうとするものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の等速自在継手
は、内包部材と外包部材とボール転動体とケージを主要
な構成部材とする等速自在軸継手において、上記構成部
材のうち、少なくともケージが、Ｃ０．１〜０．４％、
Ｓｉ１％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｃｒ０．５〜３．０
％及びＭｏ０．１〜１．５％を含有して成る鋼により形
成され、且つ、浸炭焼入れされて少なくとも１．５％Ｃ
以上の高炭素浸炭層を有することをを特徴とするもので
ある。

【００１２】

【作用】本発明の上記組成を有する鋼は、Ｃ量が０．１
〜０．４％と低い低炭素含有鋼であるから、加工性・成
形性に優れ、複雑な形状を有する継手の内輪外輪の熱間
鍛造が容易であり、またケージのボール保持孔の冷間打
抜き加工が容易になし得る。

【００１３】継手の構成部材の転動面・摺動面が浸炭層
の焼入れ焼戻しの硬化層を有するので高硬度となり、耐
摩耗性を付与する。

【００１４】浸炭層中のＣ量は、０．７％以上では焼入
れマルテンサイト組織の硬さに大差ないが、Ｃ量が増加
するほど焼戻し過程での耐焼戻し抵抗性を高め、本発明
は表面Ｃ濃度が１．５％Ｃ以上の高炭素浸炭層を有する
ので、常用の焼戻し温度１５０〜１８０℃より高温度で
焼戻しをしても、硬度低下が少なくなり、従って、高面
圧下での使用条件で転走面が高温になっても硬化層の軟
化が少ない。

【００１５】鋼中Ｃｒは、焼入れ硬化層の焼戻し軟化抵
抗性を有し、耐熱性を付与するので０．５％以上添加さ
れるが、他方、多量添加は浸炭層の靱性を害するので
３．０％を上限とする。

【００１６】Ｃｒの添加は、また、浸炭層が１．５％Ｃ
以上の高炭素濃度があるので、浸炭層中に微細なＣｒ炭
化物を形成させることができる。セメントタイトと共に
Ｃｒ含有炭化物は、浸炭層の耐摩耗性を改善するので、
軸継手のボールが摺動・転走する転走面の浸炭層の剥離
寿命を長くするのに有効である。

【００１７】Ｍｏの添加は、Ｃｒと同様に浸炭層の焼入
れ性と耐熱性を高めて、Ｍｏ炭化物を析出させて耐摩耗
性を付与し、かつ、靱性を害しないので０．１％Ｍｏ以
上とする。Ｍｏは高炭素濃度のオーステナイト中でＭｏ
とＣとの溶解度積が小さく、浸炭過程で粗大なＭｏ炭化
物を生成するので、多量添加しても、耐摩耗性の改善に
寄与せず、従って上限は１．５％となる。

【００１８】ＳｉとＭｎは、製鋼工程で、脱酸のため、
またはＡｌ脱酸のための予備脱酸剤として、所要量添加
される。Ｓｉの多量添加は、耐焼戻し抵抗を高めるが、
他方焼ならし状態でのフェライト組織を強化して、冷間
鍛造性を害するので、増量添加する場合は１％以下とす
る。

【００１９】浸炭層の表面Ｃ量を１．５％以上にするに
は、浸炭雰囲気中カーボンポテンシャルを１．５以上に
保持する。浸炭温度を９００〜１１００℃とし、所望の
浸炭層厚を得るように浸炭時間を確保する。浸炭後に油
中焼入れし、１７０〜３００℃で焼戻しを行う。

【００２０】浸炭層中に微細な炭化物を析出分散させて
耐摩耗性を付与するのであるが、この為には、浸炭油冷
後にＡ₁ 点直下で恒温保持して、球状化した微細なセメ
ンタイトや微細なＣｒ炭化物とし、焼入れ時に再度オー
ステナイト化して焼入れる。また、浸炭途中に、Ａｒ₁
直下の６７０℃近傍に保持して球状化処理後、再昇温し
て再度浸炭を行い焼入れする。

【００２１】浸炭処理は、常用のガス浸炭炉を使用し、
雰囲気中に炭化水素ガスを添加してカーボンポテンシャ
ルを調整すればよい。浸炭層中に粒界酸化層や異常組織
が発生し易いので、雰囲気中のＣＯ₂ ，Ｈ₂ Ｏ成分を極
力低減するように雰囲気制御を行う。また、ガス浸炭法
に代えて、真空浸炭法又は放電浸炭法が採用される。

【００２２】

【実施例】高炭素浸炭層をそなえた固定型ボールジョイ
ント用ケージについて試験を行った。鋼材は、０．１８
％Ｃ、０．５０％Ｓｉ、０．３０％Ｍｎ、０．０１４％
Ｓ、０．００７％Ｐ、１．９％Ｃｒ、０．３０％Ｍｏを
含有するＡｌキルド鋼で、上述のケージを鍛造成形し、
ボール保持孔を冷間で打抜き加工し、旋盤削した。

【００２３】浸炭処理は、次のように行った。抵抗加熱
式の真空炉内で、黒鉛を陽極とし、上記ケージを陰極と
して保持し、まず真空中で予備加熱を行い、次いでプロ
パンガスを炉内に導入しながら２〜１０ｍｍＨｇで９２
０℃３ｈの放電させて浸炭を行った。放電停止後真空中
で６８０℃１ｈの球状化恒温保持をした後８９０℃に昇
温して０．５ｈの拡散処理と再度プロパンガスを導入し
た２ｈの放電浸炭を行い炉内冷却した。

【００２４】焼入れ処理は、光輝炉で８３０℃１ｈの加
熱後油冷を行い、焼戻し処理は１６０℃２ｈ加熱後空冷
した。

【００２５】比較例として、０．１５％Ｃ、０．２５％
Ｓｉ、０．７６％Ｍｎ、０．０１８％Ｐ、０．０１８％
Ｓ、１．０２％Ｃｒ及び０．０３％Ｍｏ含有の低炭素鋼
により同様のケージを製作し、通常のガス浸炭炉によ
り、カーボンポテンシャル１．０の条件下で、９３０℃
３ｈの浸炭処理を行い、焼入れ焼戻しを行った。

【００２６】図１は、焼戻し後の浸炭層の硬度分布を示
す図で、表面近傍の硬度は、実施例の高炭素浸炭処理し
たケージ（図中曲線ａ）の方が比較例（図中曲線ｂ）よ
り高い。実施例の浸炭層のＣ量が１．６％であるのに対
して、比較例が１．０％にあるのに対応している。

【００２７】図２は、浸炭層表面の耐熱性を調査するた
め、実施例及び比較例のケージを２００℃と３００℃に
保持したときの表面硬度変化を示している。

【００２８】図２から、比較例の２００℃保持では図中
曲線ｂに示すように、加熱初期に軟化し始め、表面硬度
がＨｖ７００以下（ＨＲＣ６０以下）に低下する。実施
例のケージでは曲線ａに示すように２００℃で１００ｈ
保持しても、ほとんど軟化せず、３００℃加熱保持でも
軟化は緩慢であり、実用上、表面温度３００℃程度にな
る様な過大荷重条件での継手の使用に耐えることができ
る。

【００２９】ケージのボール保持孔の耐摩耗性と調べた
摩耗試験結果を図３に示してある。摩耗試験条件は次の
通りである。

【００３０】図３から、実施例（図中曲線ａ）の高炭素
浸炭層は、比較例（図中曲線ｂ）の浸炭層に比べて、初
期摩耗の低減に有効であり、その後の定常摩耗に対して
も摩耗速度が小さく、従って、耐摩耗性に優れているこ
とが判る。

【００３１】

【発明の効果】本発明の等速自在軸継手は、転動体のボ
ールが摺動・転走する転走面などの機能面に、高炭素浸
炭焼入れ層を具有しているから、機能面の耐熱性と耐摩
耗性にすぐれており、従って、高面圧下での使用条件に
あっても、継手の寿命を低下させることがなく、継手の
信頼性を維持することができる。

【００３２】特に、本発明の組成鋼から高炭素浸炭焼入
れ層を備えたケージとすることによって、冷間鍛造性に
すぐれ、かつケージのボール保持孔の耐摩耗性を改善す
ることができ、ケージの強化に伴う継手の高負荷使用を
可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】ケージの表層部１の浸炭焼入れ層の硬度分布を
示す図。

【図２】焼入れ・焼戻しされたケージの表層部浸炭層の
表面硬度と加熱保持間との関係を示す図。

【図３】摩耗試験によるケージのボール保持孔の摩耗量
を示す図。

【図４】固定型等速ボールジョイントの断面図（Ａ）と
ケージの横断面図（Ｂ）。

【符号の説明】

１ 内包部材転走面 ２ 内包部材 ３ ボール保持孔 ５ ケージ ６ 外包部材転走面 ７ 外包部材

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【手続補正書】

【提出日】平成５年２月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】 高炭素浸炭層を備えた等速自在継
手

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内包部材と外包部材とボール転動体とケ
   ージを主要な構成部材とする等速自在軸継手において、 上記構成部材のうち、少なくともケージが、Ｃ０．１〜
   ０．４％、Ｓｉ１％以下、Ｍｎ１．０％以下、Ｃｒ０．
   ５〜３．０％及びＭｏ０．１〜１．５％を含有して成る
   鋼により形成され、且つ、浸炭焼入れされて少なくとも
   １．５％Ｃ以上の高炭素浸炭層を有することを特徴とす
   る等速自在継手。