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WO2012127995A1 - 等速自在継手 - Google Patents

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WO2012127995A1
WO2012127995A1 PCT/JP2012/054880 JP2012054880W WO2012127995A1 WO 2012127995 A1 WO2012127995 A1 WO 2012127995A1 JP 2012054880 W JP2012054880 W JP 2012054880W WO 2012127995 A1 WO2012127995 A1 WO 2012127995A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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constant velocity
velocity universal
universal joint
joint member
metal
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/054880
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English (en)
French (fr)
Inventor
美香 小原
達朗 杉山
夏比古 森
浩行 野田
孝洋 奥野
一 淺田
Original Assignee
Ntn株式会社
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Publication date
Priority claimed from JP2011060767A external-priority patent/JP5687101B2/ja
Priority claimed from JP2011275724A external-priority patent/JP2013124762A/ja
Application filed by Ntn株式会社 filed Critical Ntn株式会社
Priority to DE112012001288.7T priority Critical patent/DE112012001288T5/de
Priority to US14/005,367 priority patent/US9133886B2/en
Priority to CN201280014099.XA priority patent/CN103429922B/zh
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Definitions

  • the present invention is used in power transmission systems of automobiles, aircraft, ships, and various industrial machines.
  • the drive side is incorporated in a drive shaft or a propeller shaft used in an FF vehicle, a 4WD vehicle, or the like.
  • a constant velocity universal joint that allows angular displacement between two driven shafts.
  • constant velocity universal joints such as fixed constant velocity universal joints and sliding constant velocity universal joints, that are built into drive shafts and propeller shafts that transmit rotational force from automobile engines to wheels at constant speed.
  • These constant velocity universal joints have a structure in which two shafts on the driving side and the driven side are connected and the rotational torque can be transmitted at a constant speed even if the two shafts have an operating angle.
  • the drive shaft that transmits power from the engine of the automobile to the drive wheel must cope with the angular displacement and axial displacement caused by the change in the relative positional relationship between the differential and the wheel.
  • Side and a fixed type constant velocity universal joint on the drive wheel side (outboard side), and both constant velocity universal joints are connected by a shaft.
  • a typical fixed constant velocity universal joint there is a Rzeppa type constant velocity universal joint, and as a sliding type constant velocity universal joint, there are a double offset type constant velocity universal joint, a tripod type constant velocity universal joint, and the like.
  • the above constant velocity universal joint is required to have strength and durability, a solid metal material (melting material) is generally used for each component of the constant velocity universal joint. For this reason, the final product is finished through a process for obtaining a shaped material by forging, a turning process for the outer diameter surface and the inner diameter surface, a heat treatment process such as quenching, and a grinding process process for parts requiring high accuracy. . For this reason, the processing amount is large and the material loss is also large, and there is a limit to the reduction of the manufacturing cost.
  • the fixed constant velocity universal joint used to drive the front wheels is also as low as the outside temperature (for example, ⁇ 20 ° C. or less). Therefore, the enclosed grease is also at a low temperature.
  • the outside temperature for example, ⁇ 20 ° C. or less.
  • Stick slip due to temporary insufficient lubrication may occur at the spherical surface portion between the inner ring outer spherical surface and the cage inner spherical surface.
  • this abnormal noise is called cold abnormal noise. If the joint rotates, the joint internal temperature rises and immediately disappears due to this cold noise, so it becomes a problem only at the time of starting, and it will not be a problem except immediately after starting, but a countermeasure is desired.
  • the present invention provides a constant velocity universal joint that has the required performance, strength, and durability, can be mass-produced with good workability, has a high material yield, and can reduce costs.
  • the purpose is to provide.
  • Patent Document 1 does not describe a method for sintering a cage formed of a sintered metal body.
  • CIP method An isostatic pressing method
  • HIP method hot isostatic pressing method
  • the yield of the material is low, and the cost merit by forming the cage with the metal sintered body cannot be fully enjoyed.
  • the CIP method and the HIP method are not suitable for continuous production due to large equipment, and therefore lack feasibility as a method for manufacturing a cage that is a mass-produced part.
  • the present invention is suitable for continuous production of ring-shaped components, has the required performance, strength and durability, can be mass-produced with good workability, and has a material yield.
  • An object of the present invention is to provide a constant velocity universal joint that is high and can be reduced in cost.
  • the inventors of the present invention have an idea of utilizing a high-density metal sintered body as a constituent member of a constant velocity universal joint, and heat-treating the surface of the metal sintered body.
  • Two new ideas of forming a cured layer by the above were performed, and this led to the present invention.
  • the idea of making the ring-shaped component made of sintered metal into a structure that can be continuously produced by a general powder metallurgy press and cold rolling is combined. To the present invention.
  • the present invention includes an outer joint member, an inner joint member disposed inside the outer joint member, and a torque transmission member, and the outer joint member and the inner joint are provided.
  • the constant velocity universal joint in which at least one of the members is formed with a track groove that engages with a rolling surface of the torque transmitting member, at least one of the constituent members of the constant velocity universal joint is made of a metal sintered body.
  • the relative density of the sintered body is 80% or more and less than 100%, and a hardened layer is formed on the surface by heat treatment.
  • the relative density of the sintered metal forming at least one of the constituent members of the constant velocity universal joint is 80% or more and less than 100%.
  • the relative density is expressed by the following calculation formula.
  • Relative density (density of sintered metal / true density) ⁇ 100 [%]
  • the “true density [g / cm 3 ]” in the above equation means the theoretical density of a material that does not have pores inside the material, such as a material made of melted material. Can do.
  • the constant velocity universal joint according to the present invention is composed of a high-density metal sintered body having a relative density of 80% or more and less than 100%, and a hardened layer formed by heat treatment is formed on the surface thereof. Necessary mechanical strength and durability can be ensured.
  • a green compact corresponding to the shape of the component of the constant velocity universal joint is formed and sintered to obtain a metal sintered body, and then a hardened layer is formed on the surface by heat treatment.
  • HRC Rockwell C scale hardness
  • the heat treatment various quenching and carburizing quenching can be applied, and it can be appropriately selected depending on the material and product specifications.
  • the structural member which has a predetermined precision and mechanical strength is obtained. Therefore, the constituent members of the constant velocity universal joint having the required function can be mass-produced with good workability. Even if it is a structural member of a complicated shape, it can be produced without wasting material, and the cost of the constant velocity universal joint can be reduced.
  • the sintered metal body has a high density but appropriate holes, so that contact between the track groove surface of the fixed type constant velocity universal joint and the ball and stick slip is unlikely to occur at each contact portion.
  • the high holding ability of the grease which is a lubricant, can suppress the occurrence of stick-slip and cold abnormal noise. Therefore, it is suitable as a constant velocity universal joint attached to a drive shaft or a propeller shaft.
  • constant velocity universal joint for example, a track groove is formed in both the outer joint member and the inner joint member, and a torque transmission ball is engaged between the track grooves.
  • constant velocity universal joint held Specifically, fixed constant velocity universal joints include Rzeppa constant velocity universal joints and undercut free constant velocity universal joints. Sliding constant velocity universal joints include double offset constant velocity universal joints and crosses. There are groove type constant velocity universal joints. In these constant velocity universal joints, the number of torque transmission balls can be appropriately set to about 3 to 10.
  • the inner joint member is a tripod member, and a spherical roller is rotatably mounted on the tripod member, and the spherical roller is engaged with the track groove of the outer joint member.
  • tripod type constant velocity universal joints At least one of an inner joint member, an outer joint member, a cage, a roller, and the like, which are constituent members of such a constant velocity universal joint, can be formed of a metal sintered body. Therefore, it can be appropriately carried out in any case where one of the constituent members of the constant velocity universal joint is formed of a metal sintered body to when all of the constituent members are formed of a metal sintered body.
  • the metal sintered body comprises a green compact of a raw material powder composed of an alloyed powder containing a metal powder of an iron-based alloy as a main component and containing at least 0.5 to 20 mass% chromium and 3 mass% or less molybdenum. It can be formed by sintering (heating above the sintering temperature). Specifically, for example, it is formed by sintering a green compact of alloyed powder containing 1.5 mass% chromium and 0.2 mass% molybdenum with the balance being an iron-based alloy and inevitable impurities. Can do.
  • the alloying powder here is a concept including both a fully alloyed powder and a partially alloyed powder.
  • the metal sintered body may be obtained by sintering a green compact of a granulated powder made of a raw material powder mainly composed of a metal powder of an iron-based alloy.
  • At least the raceway surface or the track groove has a more dense porous structure than other regions by plastic working.
  • the raceway surface or the track groove is densified, the number of holes serving as stress concentration sources is reduced, and cracks starting from the holes are less likely to occur.
  • burnishing also referred to as burnishing
  • the raw material powder used for forming the green compact it is desirable to use a raw material powder or a material containing a lubricant for reducing the frictional force between the powder and the molding die. It is desirable to include a solid lubricant that becomes a liquid phase by receiving and diffuses and permeates between raw material powders. That is, the metal sintered body can be formed by heating a green compact of a raw material powder mixed with a solid lubricant. Thereby, since the green compact can be smoothly released from the molding die, high accuracy of the metal sintered body can be achieved.
  • the metal sintered body may be formed, for example, by sintering a green compact formed by pressing a raw material powder at a pressure of 800 MPa or higher and 1100 MPa or lower at 1150 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. it can.
  • the above-mentioned metal sintered body is made of a green compact under an inert gas atmosphere or under vacuum. It is desirable to form by sintering.
  • a ring-shaped constituent member is subjected to cold rolling processing, and the inner and outer diameter surfaces thereof have a denser porous structure than other regions.
  • the material yield And dimensional accuracy close to that of the finished product can be obtained.
  • the strength of the ring-shaped component subjected to the cold rolling process can be increased because the porous structure is more dense than the other regions.
  • the ring-shaped component is a tripod type in which the inner joint member is a tripod member, a roller is rotatably mounted on the tripod member, and the roller is engaged with a track groove of the outer joint member.
  • the components of the constant velocity universal joint can be mass-produced with good workability. Therefore, it can contribute to the cost reduction of the constant velocity universal joint having the required performance, strength and durability life.
  • the constituent members made of a sintered metal body when performing a cold rolling process on a ring-shaped constituent member, it is suitable for continuous production because a metal sintered body can be manufactured by a general powder metallurgy press, In addition, by molding the metal sintered body by cold rolling, the material yield is high and dimensional accuracy close to that of the finished product can be obtained. Further, the strength of the ring-shaped component subjected to the cold rolling process can be increased because the porous structure is more dense than the other regions.
  • FIG. 3b is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. 3a. It is a longitudinal cross-sectional view of the inner joint member of the constant velocity universal joint in the EE line of FIG. 4b. It is a front view of said inner joint member.
  • FIG. 5b is a longitudinal sectional view of the cage of the constant velocity universal joint taken along line GG in FIG. 5b.
  • FIG. 5b is a cross-sectional view taken along line FF in FIG. 5a. It is a figure which shows the manufacturing process of a metal sintered compact.
  • It is a partial longitudinal cross-sectional view of the constant velocity universal joint which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.
  • It is a front view of the constant velocity universal joint which concerns on 2nd Embodiment.
  • It is a partial longitudinal cross-sectional view of the constant velocity universal joint which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.
  • It is a front view of the constant velocity universal joint which concerns on 3rd Embodiment.
  • a constant velocity universal joint 1 shown in FIG. 1 is a Rzeppa type constant velocity universal joint which is a fixed type constant velocity universal joint, and shows an example applied to a drive shaft for an automobile.
  • the constant velocity universal joint 1 includes an outer joint member 2, an inner joint member 3, a torque transmission ball 4 and a cage 5.
  • Six track grooves 7 are formed on the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 at equal intervals in the circumferential direction and along the axial direction.
  • Track grooves 9 facing the track grooves 7 of the outer joint member 2 are formed on the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 at equal intervals in the circumferential direction and along the axial direction.
  • Six balls 4 that transmit torque are interposed between the track grooves 7 of the outer joint member 2 and the track grooves 9 of the inner joint member 3.
  • a cage 5 that holds the ball 4 is disposed between the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 and the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3. Since the track grooves 7 and 9 and the ball 4 are normally in contact with each other at a contact angle (about 30 ° to 45 °), the track grooves 7 and 9 and the ball 4 are actually grooves of the track grooves 7 and 9.
  • a female spline 12 is formed in the inner peripheral hole of the inner joint member 3, is fitted to a male spline 13 formed at the shaft end of the intermediate shaft 10, and is fixed in the axial direction by a retaining ring 14.
  • the outer joint member 2 is integrally formed with a shaft portion 15 connected to a wheel bearing device (not shown). Both ends of the boot 11 are attached to the outer periphery of the outer joint member 2 and the outer periphery of the intermediate shaft 10, and are fastened and fixed by boot bands 16 and 17 to seal the inside of the joint. Grease as a lubricant is sealed inside the joint.
  • the centers of curvature of the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 and the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3 are both formed at the center O of the joint.
  • the center of curvature A of the track groove 7 of the outer joint member 2 and the center of curvature B of the track groove 9 of the inner joint member 3 are offset by an equal distance in the axial direction with respect to the center O of the joint. . Therefore, the track grooves 7 and 9 of the outer joint member 2 and the inner joint member 3 have a wedge shape that expands toward the opening side, and the ball 4 sandwiched between the track grooves 7 and 9 faces the opening side. Extrusion force acts.
  • FIG. 2 shows the constant velocity universal joint 1 taken out.
  • 2A is a partial longitudinal sectional view of the constant velocity universal joint 1
  • FIG. 2B is a front view.
  • the outer joint member 2, the inner joint member 3, and the cage 5 of the constant velocity universal joint 1 are formed of a sintered metal.
  • a boot mounting groove 18 is formed on the outer periphery of the outer joint member 2 on the opening side.
  • the shaft portion 15 includes a male spline 19 that fits a hub wheel of a wheel bearing device (not shown) and a screw portion 20 that is fastened to the shaft end. Is formed.
  • a female spline 12 is formed in the inner peripheral hole of the inner joint member 3, and is fitted to the male spline 13 at the shaft end of the intermediate shaft 10 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a single view of the outer joint member 2.
  • 3A is a longitudinal sectional view
  • FIG. 3B is a transverse sectional view taken along the line DD in FIG. 3A.
  • the green compact of the outer joint member 2 is shown as 2 '
  • the metal sintered body is shown as 2 ".
  • the green compact 2' and the metal sintered body 2" are slightly more detailed than the outer joint member 2 as a final product. There are parts that differ in shape, but this point will be omitted and described in a simplified manner.
  • the following diagram of the components is similarly shown.
  • FIG. 4 is a single view of the inner joint member 3.
  • 4B is a front view
  • FIG. 4A is a longitudinal sectional view taken along line EE in FIG. 4B.
  • the notch 23 shown in FIG. 4A is for assembling the inner joint member 3 in the pocket 20 (see FIG. 5) of the retainer 5 when the inner joint member 3 is assembled in the retainer 5.
  • FIG. 5 is a single view of the cage 5.
  • FIG. 5A is a longitudinal sectional view taken along the center plane of the pocket 20 (the GG line in FIG. 5B), and
  • FIG. 5B is a transverse sectional view taken along the FF line in FIG. It is.
  • the outer joint member 2, the inner joint member 3, and the cage 5 are formed by sintering a green compact of a raw material powder containing metal powder as a main component.
  • the body 2 ′′, 3 ′′, 5 ′′ is formed on the surface of which a hardened layer (not shown) is formed by heat treatment.
  • the outer joint member 2, the inner joint member 3 and the cage 5 having such a configuration. Is mainly manufactured through a raw material powder preparation step S1, a compacting step S2, a degreasing step S3, a sintering step S4, a plastic working step S5, a heat treatment step S6 and a finishing step S7 as shown in FIG.
  • the basic process is the same for the outer joint member 2, the inner joint member 3, and the cage 5, and therefore, in the following description, three members will be described together.
  • raw material powder is prepared and generated as a molding material for the outer joint member 2, the inner joint member 3 and the cage 5 made of a sintered metal.
  • the raw material powder includes, for example, a partially alloyed powder or a fully alloyed powder containing iron (Fe) as a main component and containing at least 0.5 to 20 mass% chromium (Cr) and 3 mass% or less molybdenum (Mo).
  • This raw material powder includes, as necessary, solid additives such as copper, molybdenum disulfide, and graphite, as well as zinc stearate and ethylene bisstear, which is a non-metallic lubricant, for easy molding.
  • Solid additives such as copper, molybdenum disulfide, and graphite, as well as zinc stearate and ethylene bisstear, which is a non-metallic lubricant, for easy molding.
  • Lubricants such as luamide may be mixed.
  • the compacts 2 ′, 3 ′ and 5 ′ having the shapes of the outer joint member 2, the inner joint member 3 and the cage 5 are formed by compacting the raw material powder (FIG. 3 to FIG. 3). (See FIG. 5).
  • the green compacts 2 ′, 3 ′, and 5 ′ have a relative density of 80% or more and less than 100% of the sintered metal bodies 2 ′′, 3 ′′, and 5 ′′ formed by heating at a sintering temperature or higher.
  • the raw material powder used in this embodiment is mainly composed of iron, and the density of iron is about 7.8 g / cm 3 .
  • the green compacts 2 ′, 3 ′ and 5 ′ have a density within the range of 7.3 to 7.5 g / cm 3 when the sintered metal bodies 2 ′′, 3 ′′ and 5 ′′ are formed. It is desirable to perform compression molding.
  • a molding die that defines a cavity that follows the shape of a green compact is set in a CNC press machine that uses a servo motor as a drive source, and the above-mentioned raw material powder filled in the cavity is charged in 800 to
  • the green compacts 2 ′, 3 ′, and 5 ′ are formed by pressurizing with an applied pressure of 1100 MPa.
  • the molding die may be heated to 70 ° C. or higher.
  • the track groove 7 and the spherical inner peripheral surface 6 of the green compact 2 ′ of the outer joint member and the track groove 9 and the spherical outer peripheral surface 8 of the green compact 3 ′ of the inner joint member are curved in the axial direction of the joint.
  • the molding die that defines the cavity can be appropriately constituted by a die divided in the circumferential direction.
  • the raw powder is compressed to a high density.
  • the surfaces of the bodies 2 ′, 3 ′, and 5 ′ may come into close contact with the inner wall surface of the cavity, and the green compacts 2 ′, 3 ′, and 5 ′ may not be smoothly released from the molding die.
  • the solid lubricant is mixed with the raw material powder, when forming the green compacts 2 ′, 3 ′, and 5 ′, the solid lubricant is liquefied by the above high pressure, This liquid phase solid lubricant can be diffused and permeated between the raw material powders, so that the green compacts 2 ′, 3 ′ and 5 ′ which are brittle products can be released smoothly, It is possible to avoid the collapse of the shapes of the green compacts 2 ′, 3 ′, and 5 ′ accompanying the mold release.
  • the lubricant contained in the green compacts 2 ', 3', and 5 ' is removed.
  • Degreasing can be performed under the same conditions as those for producing a general sintered metal product.
  • the degreased green compacts 2 ', 3', 5 ' are heated at a temperature equal to or higher than the sintering temperature, and the adjacent raw material powders are sintered and bonded together to sinter the metal sintered bodies 2 ", 3". 5 ′′ is formed.
  • the raw material powder is mainly composed of iron, in order to prevent oxidation as much as possible, for example, a green compact 2 ′ is used in a mixed gas atmosphere of nitrogen gas and hydrogen gas. 3 ′ and 5 ′ are arranged and heated at 1150 to 1300 ° C. (for example, 1250 ° C.) for 60 minutes to form sintered metal bodies 2 ′′, 3 ′′ and 5 ′′.
  • the sintering of the green compacts 2 ′, 3 ′, and 5 ′ may be performed not only in the above inert gas atmosphere but also in a vacuum.
  • the threaded portion 20 (see FIG. 2A) of the shaft end portion of the outer joint member 2 is By rolling the metal sintered body 2 ′′, the boot mounting groove 18 of the outer joint member 2 (see FIG. 2A) and the helical oil groove of the shaft portion 76 of the outer joint member 61 (see FIG. 10) is preferably formed on the sintered metal body 2 ′′ by turning or rolling.
  • the relative density of the sintered metal bodies 2 ′′, 3 ′′, and 5 ′′ including the portion subjected to the plastic working is set to 80%. % Means less than 100%
  • the above-described plastic working step S5 may be performed as necessary, and is not necessarily performed.
  • the heat treatment step S6 is a step of forming a hardened layer (not shown) on the surface of the sintered metal bodies 2 ′′, 3 ′′, 5 ′′ by performing a heat treatment such as a quenching treatment.
  • a heat treatment such as a quenching treatment.
  • Higher surface height can be imparted to the bodies 2 ", 3", 5 ", and the track grooves 7, 9 and spherical surfaces 6, 8, 21, 22 of the sintered metal bodies 2", 3 ", 5" can be provided.
  • the required Rockwell C scale hardness (HRC) of 55 or higher, preferably 57 or higher, can be ensured as the quenching method. It can be appropriately selected depending on the specification.
  • the metal sintered bodies 2 ", 3", and 5 “ are subjected to a finishing process such as grinding on the predetermined portions of the sintered metal bodies 2", 3 ", and 5", so This is a process for further improving the accuracy of the part.
  • a sealing process on necessary portions of the sintered metal bodies 2 ′′, 3 ′′, and 5 ′′.
  • This finishing step S6 may be performed as necessary and is not necessarily performed. do not have to.
  • the outer joint member 2, the inner joint member 3 and the cage 5 which are constituent members of the constant velocity universal joint 1 according to the first embodiment of the present invention have a relative density of 100% or more. %, The required mechanical strength and durable life can be ensured.
  • the sintered metal body 2 ′′ By applying a heat treatment such as quenching to 3 ′′ and 5 ′′ to form a hardened layer on the surface, it is possible to impart a higher surface height to the sintered metal bodies 2 ′′, 3 ′′ and 5 ′′.
  • the sintered metal bodies 2 ", 3", 5 ′′ has a high density but appropriate holes, so that stick slips between the surface of the track grooves 7 and 9 and the balls 4 in the fixed type constant velocity universal joint and the contact portions 6, 8, 21 and 22. In addition to the contact state where The high retention of grease is, stick-slip, an occurrence of cold abnormal noise can be suppressed.
  • the high-density metal sintered body 2 ′′, 3 ′′, 5 in which the relative density of the metal sintered body is 80% or more and less than 100%.
  • the specific means for obtaining "" is not limited to the above.
  • a granulated powder formed by granulating a raw material powder is pressed to form a green compact, and then this green compact is used.
  • the metal sintered bodies 2 ′′, 3 ′′, and 5 ′′ in this case, the following procedure is taken.
  • a raw material powder containing an iron-based alloy as a main component and, if necessary, particles of copper, nickel, molybdenum disulfide, graphite or the like is produced.
  • iron as a main component, which contains 0.3% or more of carbon.
  • the powder particle size (D50) of the raw material powder is set to 20 ⁇ m or less, preferably 10 ⁇ m or less.
  • the raw material powder having a coarse powder particle size large voids are formed between the raw material powders constituting the green compact, and even when this green compact is heated to form a metal sintered body, the voids are not filled and high This is because it becomes difficult to achieve densification.
  • the raw material powder has a powder particle size (D50) of 20 ⁇ m or less, the pores can be filled at the time of sintering, so that high density can be achieved.
  • the above raw material powder is granulated to form a granulated powder.
  • the granulated powder is, for example, a lubricant such as zinc stearate, which is a metal-based lubricant for reducing friction loss during molding, and ethylene bisstearamide, which is a non-metallic lubricant, in the above raw material powder, It is an aggregate formed by adding a granulating agent such as an organic substance having an action of a paste for imparting appropriate strength to the release agent and the granulated powder.
  • the powder particle size (D50) of the granulated powder is preferably 500 ⁇ m or less. If it exceeds 500 ⁇ m, the filling property into the cavity deteriorates, so that it is not possible to fill the necessary and sufficient amount of granulated powder, and it may be difficult to obtain a high-density green compact and consequently a sintered body. Because there is.
  • the shape of the granulated powder is particularly preferably a spherical shape in consideration of fluidity.
  • the above-mentioned granulated powder is filled in the cavity of the molding die, and the green compact is formed by pressurizing the granulated powder, and the lubricant and granulating agent contained in the green compact are executed.
  • a sintering process is performed in which the green compact is heated at a sintering temperature or higher.
  • a raw material powder having an iron-based alloy as a main component and a powder particle size (D50) of 10 ⁇ m is used.
  • the granulated powder is pressed at 800 MPa to form a green compact, which is degreased at 750 ° C. for 30 minutes, and then the degreased green compact is heated at 1200 ° C. for 60 minutes.
  • the sintered metal bodies 2 ′′, 3 ′′, and 5 ′′ of the granulated powder have a relative density within the above range, and are obtained by compacting and sintering a powder for powder press molding that does not include the granulated powder.
  • the density is much higher than that of the sintered metal.
  • the high-density metal sintered bodies 2 ′′, 3 ′′, and 5 ′′ can be obtained by following the above procedure for the following reasons:
  • the high-density metal sintered body 2 As an example of means for obtaining “3” and “5”, it is considered effective to use a raw material powder (fine powder) having a small particle diameter. Since the moldability is deteriorated, such means cannot be adopted.
  • the granulated powder obtained by granulating the raw material powder to an appropriate particle size as described above the friction loss is reduced despite using the fine powder, and the raw material in the mold is used. Since the fluidity of the powder can be improved, the moldability can be improved and fine powder can be used. As a result, the surface area of the raw material powder is increased, the sinterability with the closely-adhered raw material powder is improved, and high-density metal sintered bodies 2 ", 3" and 5 "can be obtained.
  • the powder particle size (D50) of 20 ⁇ m or less, preferably 10 ⁇ m or less, pores are easily filled during sintering, and as a granulated powder, the powder particle size (D50) ) Of 500 ⁇ m or less improves the packing property of the granulated powder into the green compact mold, which also increases the density of the sintered metal bodies 2 ′′, 3 ′′, 5 ′′. It is thought to contribute.
  • FIG. Fig.7 (a) is a longitudinal cross-sectional view of the constant velocity universal joint which concerns on this embodiment
  • FIG.7 (b) is a front view. Parts having the same functions as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The same applies to the following third embodiment.
  • Only the cage 5 of the constant velocity universal joint 1 according to the second embodiment is formed of a sintered metal.
  • the outer joint member 2, the inner joint member 3, and the ball 4 are formed of a commonly used melted material.
  • the internal shape of the components of the constant velocity universal joint 1 according to this embodiment that is, the track groove 7 of the outer joint member 2, the spherical inner peripheral surface 6, the track groove 9 of the inner joint member 3, the spherical outer peripheral surface 8, and the cage Since the spherical outer peripheral surface 21, the spherical inner peripheral surface 22 and the ball 4 are the same as those in the first embodiment, a duplicate description is omitted.
  • the cage 5 made of a sintered metal body has a spherical outer peripheral surface 21 in spherical contact with the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 and a spherical inner peripheral surface 22 in spherical contact with the spherical outer peripheral surface 8 of the inner joint member 3.
  • This cage 5 is also made of a high-density sintered metal having a relative density of 80% or more and less than 100%, and a hardened layer (not shown) is formed on the surface thereof by heat treatment. Strength and durability can be ensured. Since the composition, properties, manufacturing process, and the like of the sintered metal body are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • FIG. 8A is a longitudinal sectional view of the constant velocity universal joint according to the present embodiment
  • FIG. 8B is a front view.
  • the outer joint member 2 and the inner joint member 3 of the constant velocity universal joint 1 are formed of a metal sintered body
  • the balls 4 and the cage 5 are formed of a commonly used melted material.
  • the balls 4 are disposed between the track grooves 7 and the track grooves 9, and the spherical inner peripheral surface 6 of the outer joint member 2 and the inner joint member 3.
  • the spherical outer peripheral surface 8 comes into spherical contact with the spherical outer peripheral surface 21 and the spherical inner peripheral surface 22 of the cage 5.
  • Both the outer joint member 2 and the inner joint member 3 are made of a high-density sintered metal having a relative density of 80% or more and less than 100%, and a hardened layer (not shown) is formed on the surface thereof by heat treatment. Therefore, the track grooves 7, 9, the spherical inner peripheral surface 6, and the spherical outer peripheral surface 8 can ensure the required mechanical strength and durability life. Since the composition, properties, manufacturing process, and the like of the sintered metal body are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • FIG. 9A is a longitudinal sectional view of the constant velocity universal joint 31, and FIG. 9B is a front view.
  • the constant velocity universal joint 31 includes an outer joint member 32, an inner joint member 33, a ball 34 and a cage 35.
  • Six track grooves 37 are formed on the cylindrical inner peripheral surface 36 of the outer joint member 32 at equal intervals in the circumferential direction and linearly in the axial direction.
  • Track grooves 39 facing the track grooves 37 of the outer joint member 32 are formed on the spherical outer peripheral surface 38 of the inner joint member 33 at regular intervals in the circumferential direction and linearly in the axial direction.
  • Six balls 34 for transmitting torque are interposed between the track grooves 37 of the outer joint member 32 and the track grooves 39 of the inner joint member 33.
  • the track grooves 37 and 39 and the ball 34 usually have a contact angle (about 30 ° to 45 °).
  • the track grooves 37 and 39 and the ball 34 are actually in contact with each other at positions on the side surfaces of the track grooves 37 and 39 that are slightly separated from the groove bottoms of the track grooves 37 and 39.
  • a cage 35 that holds the ball 34 is disposed between the cylindrical inner peripheral surface 36 of the outer joint member 32 and the spherical outer peripheral surface 38 of the inner joint member 33.
  • the ball 34 is accommodated in the pocket 40 of the cage 35.
  • the spherical outer circumferential surface 41 of the cage 35 is fitted with the cylindrical inner circumferential surface 36 of the outer joint member 32, and the spherical inner circumferential surface 42 of the cage 35 is fitted with the spherical outer circumferential surface 38 of the inner joint member 33. .
  • the shaft end portion of the intermediate shaft is spline-fitted into the inner diameter hole 43 of the inner joint member 33 and fixed in the axial direction by a retaining ring. Then, boots are attached to the outer periphery of the open end 44 of the outer joint member 32 and the outer periphery of the intermediate shaft, and grease as a lubricant is sealed inside the joint.
  • a shaft portion 45 is integrally formed at the bottom of the outer joint member 32 on the back side, and is connected to a differential side gear (not shown).
  • the spherical outer circumferential surface 41 of the cage 35 has a center of curvature H
  • the spherical inner circumferential surface 42 of the cage 35 has a center of curvature I.
  • the curvature centers H and I are offset from the joint center O by an equal distance in the axial direction.
  • the outer joint member 32, the inner joint member 33, and the cage 35 are made of a high-density sintered metal having a relative density of 80% or more and less than 100%.
  • a hardened layer (not shown) is formed on the surface by heat treatment. Therefore, the track grooves 37 and 39 and the cylindrical inner peripheral surface 36 of the outer joint member 32, the spherical outer peripheral surface 38 of the inner joint member 33, the spherical outer peripheral surface 41 of the cage 35, and the spherical inner peripheral surface 42 are required. Mechanical strength and durable life can be ensured. Since the composition, properties, manufacturing process, and the like of the sintered metal body are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
  • This embodiment is a tripod type constant velocity universal joint which is another example of the sliding type constant velocity universal joint, and similarly shows an example applied to an automobile drive shaft.
  • the constant velocity universal joint 61 includes an outer joint member 62, a tripod member 63 as an inner joint member, a rolling element 64, and a spherical roller 65.
  • Three track grooves 66 in the axial direction are formed on the inner peripheral portion of the outer joint member 62, and roller guide surfaces 67 in the axial direction are formed on both sides of each track groove 66.
  • the tripod member 63 has three leg shafts 63b formed radially from the boss portion 63a (see FIG. 12).
  • a spherical roller 65 is fitted to the leg shaft 63 b via a large number of rolling elements 64, and washers 68 and 69 are interposed at both ends of the rolling element 64, and the washer 69 is positioned by a retaining ring 70.
  • the row of rolling elements 64 is guided on the leg shaft 63b, and the spherical roller 65 is rotatable on the rolling element 64 and is movable in the axial direction of the leg shaft 63b.
  • the spherical roller 65 is rotatably accommodated in the roller guide surface 67 of the track groove 66 of the outer joint member 62.
  • roller guide surface 67 of the outer joint member 62 and the three leg shafts 63b of the tripod member 63 are engaged with each other in the rotational direction via the spherical roller 65, whereby rotational torque is generated from the driving side to the driven side. It is transmitted at a constant speed. Further, each spherical roller 65 rolls on the roller guide surface 67 while rotating with respect to the leg shaft 63b, whereby relative axial displacement and angular displacement between the outer joint member 62 and the tripod member 63 are caused. Absorbed.
  • a female spline 73 is formed in the inner diameter hole 72 of the boss portion 63 a of the tripod member 63.
  • the female spline 73 and the male spline 75 of the intermediate shaft 71 are fitted and fixed in the axial direction by a retaining ring 77.
  • a shaft portion 76 is integrally formed on the bottom of the outer joint member 62 on the back side, and is connected to a differential side gear (not shown).
  • FIG. 11 shows a single view of the spherical roller 65
  • FIG. 12 shows a single view of the tripod member 63.
  • the spherical roller 65 has a spherical outer diameter surface 65a and a cylindrical inner diameter surface 65b.
  • the spherical outer diameter surface 65 a constitutes a rolling surface, engages with the track groove 66 (roller guide surface 67) of the outer joint member 62, and rolls on the roller guide surface 67.
  • the roller guide surface 67 is formed in an arc-shaped cross section.
  • the cylindrical inner peripheral surface 65 b is a rolling surface of the rolling element (needle roller) 64. As shown in FIG.
  • the tripod member 63 has three leg shafts 63b formed radially from the boss portion 63a at equal intervals in the circumferential direction, and a spherical roller via a rolling element 64 on the leg shaft 63b. 65 is rotatably supported.
  • a female spline 73 is formed in the inner diameter hole 72 of the boss portion 63 a, and the female spline 73 is fitted into a male spline 75 formed at the shaft end of the intermediate shaft 71.
  • the outer joint member 62 that is a constituent member of the tripod type constant velocity universal joint 61, the tripod member 63 as the inner joint member, and the spherical roller 65 have a relative density of 80% or more and less than 100%. It consists of a metal sintered body, and a hardened layer (not shown) is formed on the surface by heat treatment. Therefore, the track groove 66 (roller guide surface 67) of the outer joint member 62, the spherical roller 65, and the leg shaft 63b of the tripod member 63 can ensure the required mechanical strength and durability. Since the composition, properties, manufacturing process, and the like of the sintered metal body are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the sixth embodiment will be described with reference to FIG.
  • the constant velocity universal joint 91 mainly includes an outer joint member 92, an inner joint member 93, a ball 94, and a cage 95.
  • the internal shapes of the components of the constant velocity universal joint 91 according to this embodiment that is, the track groove 97 of the outer joint member 92, the spherical inner peripheral surface 96, the track groove 99 of the inner joint member 93, the spherical outer peripheral surface 98, the cage. Since the spherical outer peripheral surface 101, the spherical inner peripheral surface 102, and the ball 94 are the same as those in the first embodiment, the duplicated explanation is omitted.
  • the shaft 104 has a large-diameter pipe portion 104 a.
  • a sliding type constant velocity universal joint or a fixed type constant velocity universal joint (not shown) is connected to the other end of the shaft 104 to form a propeller shaft 105.
  • the boot 106 includes a seal ring 106 a that is caulked and fixed to the outer peripheral surface of the opening of the outer joint member 92, and an elastic boot portion 106 b that has one end fixed to the seal ring 106 a and the other end attached to the shaft 104 by a boot band 108. Consists of.
  • the outer joint member 92 is provided with an attachment flange 101 on the outer periphery, and is attached to a mating member (not shown) in the bolt hole 102 by a bolt (not shown).
  • the inner joint member 93 and the cage 95 are formed of a metal sintered body, and the outer joint member 92 and the ball 94 are formed of a molten material.
  • the inner joint member 93 and the cage 95 are made of a high-density sintered metal having a relative density of 80% or more and less than 100%, and a hardened layer (not shown) is formed on the surface by heat treatment. Therefore, the constant velocity universal joint 91 having a required function can be mass-produced with good workability, and even a complicated shape can be manufactured without waste of material. Thereby, the cost reduction of the constant velocity universal joint 91 and the cost reduction of the propeller shaft 105 can be achieved. Since the composition, properties, manufacturing process, and the like of the sintered metal body are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the outer joint member 2, the inner joint member 3, and the cage 5 of the constant velocity universal joint 1 are formed of a metal sintered body, as in the first embodiment.
  • This embodiment is different from the first embodiment in that a cold rolling process (not shown) is performed on a ring-shaped cage formed of a metal sintered body.
  • the manufacturing processes of the sintered metal bodies 2 ′′, 3 ′′ of the outer joint member 2 and the inner joint member 3 of the present embodiment are the raw material powder preparation process S1 and the compacting process S2 described above with reference to FIG. 6 in the first embodiment.
  • raw material powder is granulated. Since it is the same that it can be obtained by pressurizing the granulated powder formed to form a green compact, and then heating and sintering the green compact, duplicate description is omitted.
  • the manufacturing process of the cage 5 will be described with reference to FIG. In summary, the manufacturing process of the cage 5 is different in that the plastic working step S5 of FIG. 6 described above becomes a cold rolling step S5 'and a pocket working step S5 ".
  • the raw material powder preparation step S1, the compacting step S2, the degreasing step S3, and the sintering step S4 are the same as those in FIG. The difference is that in the cage 5, a cylindrical ring-shaped green compact 5 ′ without pockets 20 (see FIG. 5) is formed in the compacting step S2 as shown in FIG. 16A, and the sintering step S4 is performed. After that, the sintered metal body 5 ′′ is formed. Thereafter, the sintered metal body in which the spherical outer peripheral surface 21 ′′ and the spherical inner peripheral surface 22 ′′ are formed as shown in FIG. 16B by the cold rolling step S5 ′. 5 "a is obtained. Thereafter, the pocket 20 (see FIG. 5) is opened by the pocket processing step S5 ′′.
  • cold rolling is a processing method that involves thinning and increasing the diameter of the material
  • a sintered metal body As 5 ' as shown in FIG. 16, the one formed to be thicker and smaller in diameter than the sintered metal body 5 "a after the rolling process is used.
  • a processing machine 80 shown in FIG. 17 has a mold portion 81 for forming the spherical inner peripheral surface 22 ′′ on the outer periphery, and forms a mandrel 82 that rotates in response to the output of a drive source (not shown) and the spherical outer peripheral surface 21 ′′.
  • a die roll 83 having a die portion 85 on the outer periphery and rotating in response to the output of a drive source (not shown) in contact with the outer diameter surface of the metal sintered body 5 ′′ (rotating in a direction opposite to the mandrel 82).
  • a support roll 84 that supports the axial end of the mandrel 82.
  • the support roll 84 supports the mandrel 82 inserted through the inner periphery of the sintered metal body 5 ′′.
  • the outer diameter surface of the metal sintered body 5 ′′ gradually decreases in thickness and diameter.
  • die roll follows each of three of the inner surface the outer diameter surface (the mold portion 81) of the (type 85) and the mandrel 82 is plastically deformed.
  • the cold-rolled metal sintered body 5 ′′ a is thinned and enlarged in diameter, and its inner and outer diameter surfaces are formed into a predetermined shape.
  • the spherical outer peripheral surface 21 ′′ and the spherical inner peripheral surface 22 ′′ are formed on the metal sintered body 5 ′′, and at the same time, the metal sintered body 5 ′′ after the cold rolling process.
  • the inner and outer diameter surfaces (surface layers on the inner diameter side and outer diameter side) of “a” have a denser porous structure than the central portion in the thickness direction of the sintered metal body 5 ′′ a.
  • the strength of the surface 21 "and the spherical inner peripheral surface 22" can be improved.
  • a cold rolling process is performed on the sintered metal body 5 ′′ having a density of 7.4 g / cm 3 and having a cylindrical ring shape with smooth inner and outer diameter surfaces shown in FIG. 16 (a).
  • the metal sintered body 5 ′′ a having the spherical outer peripheral surface 21 ′′ and the spherical inner peripheral surface 22 ′′ shown in FIG.
  • the sintered metal body 5 ′′ a after the cold rolling process has fewer voids as a whole than the sintered metal body 5 ′′ before processing, and the sintered metal body 5 ′′ after processing.
  • the pocket 20 (see FIG. 5) is opened in the sintered metal body 5 ′′ a in the pocket processing step S5 ′′ of FIG.
  • Pocket processing can be performed by press processing or machining performed in general.
  • the pocket processing step S5 ′′ there are a heat treatment step S6 and a finishing step S7.
  • the finishing step S7 the pocket is finished by grinding or cutting.
  • the others are the same as the heat treatment step S6 and the finishing step S7 in FIG. Therefore, duplicate explanation is omitted.
  • the outer joint member 2, the inner joint member 3 and the cage 5 which are constituent members of the constant velocity universal joint 1 according to the seventh embodiment of the present invention have a relative density of 100% or more. %, The required mechanical strength and durability can be ensured.
  • the sintered metal 2 "3" and 5 “a are subjected to a heat treatment such as quenching to form a hardened layer on the surface thereof, thereby imparting a higher surface height to the sintered metal bodies 2", 3 "and 5" a.
  • Rockwell C scale hardness (HRC) of 55 or more required for the track grooves 7 and 9 and the spherical surfaces 6, 8, 21 ′′ and 22 ′′ of the sintered metal body 2 ′′, 3 ′′ and 5 ′′ a.
  • HRC Rockwell C scale hardness
  • 57 or more can be secured.
  • the porous structure is densified by applying plastic working to the sintered metal bodies 2 ′′ and 3 ′′, the strength of the track grooves 7 and 9 and the spherical surfaces 6 and 8 is increased. And durability life can be improved. Further, by subjecting the metal sintered body 5 ′′ to cold rolling (plastic working), the spherical outer peripheral surface 21 ′′ and the spherical inner peripheral surface 22 ′′ (on the inner diameter side and the outer diameter side) of the metal sintered body 5 ′′ a. In the surface layer portion, the porous structure is densified as compared with the central portion in the thickness direction of the metal sintered body 5 ′′ a.
  • the cage 5 is not a CIP method or a HIP method, but a general powder. Continuous metal sinter can be manufactured by metallurgical press It is suitable for industrial use, and the metal sintered body is formed by cold rolling, so that the yield of the material is high and the dimensional accuracy close to the finished product can be obtained.
  • the metal sintered bodies 2 ", 3", 5 ′′ a has a high density but has appropriate holes, so that the sticks between the surfaces of the track grooves 7 and 9 and the balls 4 in the fixed type constant velocity universal joint and the contact portions 6, 8, 21 and 22 are used.
  • the generation of stick-slip and cold abnormal noise can be suppressed by the high holding ability of grease as a lubricant.
  • the high-density metal sintered body described above in the first embodiment having a relative density of the metal sintered body of 80% or more and less than 100%.
  • FIG. 18A is a partial longitudinal sectional view of the constant velocity universal joint according to the present embodiment
  • FIG. 18B is a front view. Parts having the same functions as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the cage 5 is formed of a metal sintered body.
  • the outer joint member 2, the inner joint member 3, and the ball 4 are formed of a commonly used melted material.
  • the internal shape of the components of the constant velocity universal joint 1 according to this embodiment that is, the track groove 7 of the outer joint member 2, the spherical inner peripheral surface 6, the track groove 9 of the inner joint member 3, the spherical outer peripheral surface 8, and the cage Since the spherical outer peripheral surface 21, the spherical inner peripheral surface 22 and the ball 4 are the same as those in the first embodiment, a duplicate description is omitted.
  • the cage 5 is also made of a high-density metal sintered body having a relative density of 80% or more and less than 100%, a hardened layer (not shown) is formed on the surface thereof by heat treatment, and the metal sintered body has Since cold rolling is performed, the required mechanical strength and durable life can be ensured.
  • the composition and properties of the sintered metal body of the cage are the same as those described in the first embodiment, and the manufacturing processes including cold rolling and pocketing are the same as those described in the seventh embodiment. Since it is the same as that, the description is omitted.
  • FIG. 19A is a partial longitudinal sectional view of the constant velocity universal joint 31, and FIG. 19B is a front view.
  • the constant velocity universal joint 31 of this embodiment is The internal shape of the component parts, that is, the track groove 37 of the outer joint member 32, the cylindrical inner peripheral surface 36, the track groove 39 of the inner joint member 33, the spherical outer peripheral surface 38, the spherical outer peripheral surface 41 of the cage 35, and the spherical inner peripheral surface Since the surface 42 and the ball 34 are the same as those in the fourth embodiment, portions having the same functions as those in the fourth embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the outer joint member 32, the inner joint member 33, and the cage 35 are made of a high-density sintered metal having a relative density of 80% or more and less than 100%.
  • a hardened layer (not shown) is formed on the surface by heat treatment.
  • the rolling cage 35 is subjected to cold rolling. Therefore, the track grooves 37 and 39 and the cylindrical inner peripheral surface 36 of the outer joint member 32, the spherical outer peripheral surface 38 of the inner joint member 33, the spherical outer peripheral surface 41 of the cage 35, and the spherical inner peripheral surface 42 are required. Mechanical strength and durable life can be ensured.
  • the sintered metal body of the retainer 35 in which the spherical inner and outer peripheral surfaces 41 and 42 of the present embodiment are offset it is formed into a cylindrical ring shape without the pocket 40 before the cold rolling process, and the spherical outer periphery is formed by the cold rolling process.
  • the surface 41 and the spherical inner peripheral surface 42 are formed.
  • the inner diameter surface (mold part) of the die roll and the outer diameter surface (mold part) of the mandrel have a shape corresponding to the shape of the cage 35.
  • the composition, properties, manufacturing process and the like of the sintered metal body are the same as those described in the first embodiment, and the manufacturing process including the cold rolling process and the pocket process of the cage are described in the seventh embodiment. In this case, the detailed description is omitted.
  • the constant velocity universal joint 61 of this embodiment is the same as that of the fifth embodiment with respect to the internal shapes of the components, that is, the outer joint member 62, the tripod member 63 as the inner joint member, the rolling element 64, and the spherical roller 65. Therefore, portions having the same functions as those of the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the outer joint member 62 that is a constituent member of the tripod type constant velocity universal joint 61, the tripod member 63 as the inner joint member, and the spherical roller 65 have a relative density of 80% or more and less than 100%. It consists of a metal sintered body, and a hardened layer (not shown) is formed on the surface by heat treatment.
  • the roller 65 having a ring shape shown in FIG. 21 is subjected to cold rolling. Although illustration is omitted, in this case, the shape of the roller 65 before the cold rolling process consists of a spherical outer peripheral surface and a cylindrical inner peripheral surface, but is thicker and smaller in diameter than the sintered metal body after the rolling process. The formed one is used.
  • the outer diameter surface (die part) of the die roll and the outer diameter surface (die part) of the mandrel of the rolling machine have shapes corresponding to the spherical outer peripheral surface and the cylindrical inner peripheral surface of the roller 65. Therefore, the track groove 66 (roller guide surface 67) of the outer joint member 62, the spherical roller 65, and the leg shaft 63b of the tripod member 63 can ensure the required mechanical strength and durability.
  • the composition, properties, manufacturing process and the like of the sintered metal body are the same as those described in the first embodiment, and the manufacturing process including the cold rolling process of the spherical roller is described in the seventh embodiment.
  • the high-density metal sintering described above in the first embodiment in which the relative density of the metal sintered body is 80% or more and less than 100%.
  • the granulated powder formed by granulating the raw material powder is pressed to form a green compact, and then the green compact is heated and sintered and bonded. The same can be done.
  • FIG. 22 shows an automotive drive shaft 25 in which the fixed type constant velocity universal joint 1 according to the first embodiment of the present invention and the sliding type constant velocity universal joint 61 according to the fifth embodiment are connected to both ends of the intermediate shaft 10.
  • the fixed type constant velocity universal joint 1 is connected to a wheel bearing device
  • the sliding type constant velocity universal joint 61 is connected to a differential side gear.
  • the outer joint members 2 and 62, the inner joint members 3 and 63, the cage 5 and the spherical roller 65, which are constituent members of the constant velocity universal joints 1 and 61, have a high density metal having a relative density of 80% or more and less than 100%.
  • the constant velocity universal joints 1 and 61 having the required functions can be mass-produced with good workability, and even complicated shapes can be manufactured without waste of materials.
  • the fixed constant velocity universal joint 1 and the tenth embodiment according to the seventh embodiment of the present invention in which the metal sintered body forming the ring-shaped cage 5 and the roller 65 is cold-rolled.
  • the sliding type constant velocity universal joint 61 according to the embodiment can also be applied to the automobile drive shaft 25. Thereby, the cost reduction of the constant velocity universal joints 1 and 61 and the cost reduction of the drive shaft 25 can be achieved.
  • the Rzeppa type constant velocity universal joint is shown as the fixed type constant velocity universal joint
  • the double offset type constant velocity universal joint and the tripod type constant velocity universal joint are shown as the sliding type constant velocity universal joint. It is not limited.
  • a fixed type constant velocity universal joint an undercut-free type constant velocity universal joint, a counter track type constant velocity universal joint, or a sliding type constant velocity universal joint, a cross groove type constant velocity universal joint, as appropriate. Can be implemented.
  • the example which applied the constant velocity universal joint of this embodiment to the drive shaft for motor vehicles was shown, it is not restricted to this, It can use for the power transmission shaft of a propeller shaft, an aircraft, a ship, and various industrial machines.

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Abstract

　外側継手部材（２、３２、６２）と、外側継手部材（２、３２、６２）の内部に配置される内側継手部材（３、３３、６３）と、トルク伝達部材（４、３４、６４）を備え、外側継手部材（２、３２、６２）と内側継手部材（３、３３、６３）の少なくとも一方に、トルク伝達部材（４、３４、６４）の転動面が係合するトラック溝（７、９、３７、３９、６６）を形成した等速自在継手（１、３１、６１）において、等速自在継手（１、３１、６１）の構成部材の少なくとも１つが金属焼結体からなり、この金属焼結体の相対密度が８０％以上で１００％未満であり、その表面に熱処理による硬化層が形成されており、金属焼結体からなる構成部材のうち、リング状をなす構成部材に冷間ローリング加工が施されていることを特徴とする。

Description

等速自在継手
　この発明は、自動車、航空機、船舶や各種産業機械の動力伝達系に使用され、具体的には、例えば、ＦＦ車や４ＷＤ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等に組み込まれて駆動側と従動側の二軸間で角度変位を許容する等速自在継手に関する。
　例えば、自動車のエンジンから車輪に回転力を等速で伝達するドライブシャフトやプロペラシャフト等に組み込まれる等速自在継手には、固定式等速自在継手と摺動式等速自在継手の二種がある。これらの等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸を連結して、その二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達し得る構造を備えている。
　自動車のエンジンから駆動車輪に動力を伝達するドライブシャフトは、デフと車輪との相対的な位置関係の変化による角度変位と軸方向変位に対応する必要があるため、一般的にデフ側（インボード側）に摺動式等速自在継手を、駆動車輪側（アウトボード側）に固定式等速自在継手をそれぞれ装着し、両等速自在継手をシャフトで連結した構造を有する。固定式等速自在継手の代表的なものとして、ツェッパ型等速自在継手があり、摺動式等速自在継手としては、ダブルオフセット型等速自在継手やトリポード型等速自在継手などがある。
　上記の等速自在継手は強度や耐久性が要求されるので、一般に、等速自在継手の各構成部品には、中実の金属材料（溶製材）が用いられている。そのため、鍛造加工等により素形材を得る工程、外径面や内径面などの旋削加工工程、焼入れ等の熱処理工程や高精度が要求される部位の研削加工工程などを経て最終製品に仕上げられる。このため、加工量が多く材料ロスも多く、製造コストの低減には限界がある。
　一方、等速自在継手の保持器に焼結金属を適用したものが、特許文献１に記載されているが、等速自在継手として、必要とする強度、耐久性の面で対策や多量生産という製造面での対策について検討の余地を残している。
　また、使用環境の面では、極寒地に長時間放置された自動車では、その前輪を駆動するために使用される固定式等速自在継手も外気温と同等の低温（例えば、－２０℃以下）となり、封入グリースも同様の低温になっている。このような場合に、高作動角状態で継手にトルクが入力されると、トルク入力した直後に、継手内部のトラック溝とボールとの間や、外輪内球面と保持器外球面との間、内輪外球面と保持器内球面との間のような球面部で、一時的な潤滑不足によるスティックスリップが発生することがある。このようなスティックスリップが発生すれば異音として運転者に聴こえる場合がある（この異音のことを冷時異音という）。この冷時異音はジョイントが回転すれば、その発熱によりジョイント内部温度が上昇しすぐに消えるため、発進する際のみ問題となり、発進直後以外は問題とならないが、対策が望まれる。
実開平３－１０５７２６号公報
　上記のような問題に鑑み、本発明は、必要とされる性能、強度および耐久性を備え、加工性よく量産可能で、材料歩留まりが高く、低コスト化を図ることができる等速自在継手を提供することを目的とする。
　加えて、特許文献１には、焼結金属体で形成された保持器の焼結方法については記載されていないが、保持器の機械的特性を実現するためには、一般的には冷間静水圧成形法（ＣＩＰ法）や熱間静水圧成形法（ＨＩＰ法）が必要である。これらの手法では、焼結金属製の棒鋼を形成し、この棒鋼を所定の長さに切断した後、機械加工にて所定形状の保持器に仕上げることが考えられる。この場合には、仕上げ加工を施す必要があるので、材料の歩留まりが低く、保持器を金属焼結体で形成することによるコストメリットを十分に享受することができないという問題がある。
　さらに、ＣＩＰ法やＨＩＰ法は、設備が大掛かりになり連続生産に適さず、したがって、量産部品である保持器を製造するための手法として実現性に欠ける。
　上記のような問題に鑑み、更なる目的として、本発明は、リング状構成部品が連続生産に適し、必要とされる性能、強度および耐久性を備え、加工性よく量産可能で、材料歩留まりが高く、低コスト化を図ることができる等速自在継手を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討した結果、等速自在継手の構成部材に高密度の金属焼結体を活用するという着想と、この金属焼結体の表面に熱処理による硬化層を形成するという二つの新たな着想を行い、これが相俟って本発明に至った。さらに、上記の二つの着想に加えて、金属焼結体からなるリング状をなす構成部品を、一般的な粉末冶金プレスと冷間ローリング加工による連続生産可能な構成にするという着想が相俟って本発明に至った。
　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、外側継手部材と、該外側継手部材の内部に配置される内側継手部材と、トルク伝達部材を備え、前記外側継手部材と内側継手部材の少なくとも一方に、前記トルク伝達部材の転動面が係合するトラック溝を形成した等速自在継手において、前記等速自在継手の構成部材の少なくとも１つが金属焼結体からなり、この金属焼結体の相対密度が８０％以上で１００％未満であり、その表面に熱処理による硬化層が形成されていることを特徴とする。
　等速自在継手の構成部材の少なくとも１つを形成する金属焼結体の相対密度が８０％以上で１００％未満であることを特徴とする。ここでいう相対密度は以下に示す計算式で示される。
　相対密度＝（金属焼結体の密度／真密度）×１００[％]
　上式における「真密度[ｇ／ｃｍ３]」とは、溶製材からなる素材のように、素材内部に空孔が存在しないような材料の理論密度を意味し、下記の計算式から求めることができる。
　　　・　単一組成からなる材料の場合
　　　真密度＝１００／（１００／材料を構成する元素の密度）＝材料を構成する元素の密度
　　　・　複数組成からなる材料の場合（ここでは組成Ａ～Ｃの３種類からなるものを例示）
　　　真密度＝１００／{（元素Ａの配合度／元素Ａの密度）＋（元素Ｂの配合度／元素Ｂの密度）＋（元素Ｃの配合度／元素Ｃの密度）}
例えば、Ｆｅ／Ｃｒの化学成分が、それぞれ８７．０／１３．０[ｗｔ％]のステンレス材の真密度は、上記各元素の密度がそれぞれ７．８７／７．１５[ｇ／ｃｍ３]であることから、
真密度＝１００／{（８７．０／７．８７）＋（１３．０／７．１５）}≒７．７８
となる。
　本発明に係る等速自在継手は、相対密度が８０％以上で１００％未満という高密度の金属焼結体からなり、かつ、その表面に熱処理による硬化層が形成されているものであるため、必要とされる機械的強度、耐久性を確保することができる。等速自在継手の構成部材の形状に対応した圧粉体を形成し、これを焼結して金属焼結体を得た後、その表面に熱処理による硬化層を形成する。これにより、金属焼結体に一層高い表面硬度を付与することができ、金属焼結体のトラック溝や球状面に必要とされるロックウエルＣスケール硬さ（ＨＲＣ）５５以上好ましくは５７以上を確保することができる。熱処理としては、ずぶ焼入れ、浸炭焼入れなど種々適用でき、また、材料や製品仕様により適宜選択することができる。これにより、所定の精度および機械的強度を有する構成部材が得られる。したがって、必要とされる機能を備えた等速自在継手の構成部材を加工性よく量産することができる。複雑な形状の構成部材であっても材料の無駄なく製作することができ、等速自在継手の低コスト化を図ることができる。また性能面では、金属焼結体は高密度ではあるが適宜の空孔を有しているので、固定式等速自在継手におけるトラック溝表面とボール間や各接触部におけるスティックスリップが起こりにくい接触状態に加えて、潤滑剤であるグリースの高い保持能力により、スティックスリップ、冷時異音の発生を抑制することができる。したがって、ドライブシャフトやプロペラシャフトに装着される等速自在継手として好適である。
　本発明に係る等速自在継手として、例えば、外側継手部材と内側継手部材の双方にトラック溝が形成され、このトラック溝間にトルク伝達ボールが係合すると共に、該トルク伝達ボールが保持器により保持された等速自在継手がある。具体的には、固定式等速自在継手では、ツェッパ型等速自在継手、アンダーカットフリー型等速自在継手などがあり、摺動式等速自在継手では、ダブルオフセット型等速自在継手、クロスグルーブ型等速自在継手などがある。これらの等速自在継手において、トルク伝達ボールの個数は３～１０個程度で適宜実施することができる。また、本発明に係る等速自在継手の別の例として、内側継手部材がトリポード部材であり、このトリポード部材に球面ローラが回転自在に装着され、この球面ローラが外側継手部材のトラック溝に係合するトリポード型等速自在継手がある。このような等速自在継手の構成部材である内側継手部材、外側継手部材、保持器やローラなどの少なくとも１つを金属焼結体で形成することができる。したがって、等速自在継手の構成部材の１つを金属焼結体で形成する場合から構成部材のすべてを金属焼結体で形成する場合のいずれの場合でも適宜実施することができる。
　上記の金属焼結体は、鉄系合金の金属粉末を主成分とし、これに少なくとも０．５～２０ｍａｓｓ％のクロムおよび３ｍａｓｓ％以下のモリブデンを含む合金化粉からなる原料粉末の圧粉体を焼結（焼結温度以上で加熱）することで形成することができる。具体的には、例えば、１．５ｍａｓｓ％のクロムおよび０．２ｍａｓｓ％のモリブデンを含み、残部を鉄系合金および不可避的不純物とした合金化粉の圧粉体を焼結することで形成することができる。なお、ここでいう合金化粉は、完全合金化粉と、部分合金化粉の双方を含む概念である。
　上記の金属焼結体は、鉄系合金の金属粉末を主成分とする原料粉末からなる造粒粉の圧粉体を焼結したものとすることができる。
　上記構成において、少なくとも、軌道面或いはトラック溝は、塑性加工により、他領域よりも多孔質組織が緻密化されている。軌道面或いはトラック溝が緻密化されると、応力集中源となる空孔が少なくなり、それを起点としたクラックも発生しにくくなる。塑性加工としてはバニシング加工（バニシ加工とも称される）を採用することができる。
　圧粉体の成形に用いる原料粉末としては、原料粉末同士や粉末と成形金型間の摩擦力を低減させるための潤滑剤を含むものを使用することが望ましく、特に粉末体成形時の加圧力を受けることによって液相化し、原料粉末間に拡散・浸透していくような固体潤滑剤を含むものが望ましい。すなわち、金属焼結体は、固体潤滑剤を混合した原料粉末の圧粉体を加熱することで形成されたものとすることができる。これにより、圧粉体を成形金型からスムーズに離型することができるので、金属焼結体の高精度化を達成することができる。
　上記の金属焼結体は、例えば、８００ＭＰａ以上で１１００ＭＰａ以下の加圧力で原料粉末を加圧することにより成形された圧粉体を、１１５０℃以上１３００℃以下で焼結することにより形成することができる。この場合、原料粉末（金属粉末）、ひいては金属焼結体が酸化するのを可及的に防止するために、上記の金属焼結体は、圧粉体を、不活性ガス雰囲気下又は真空下で焼結することで形成するのが望ましい。
　上記金属焼結体からなる構成部材のうち、リング状をなす構成部材に冷間ローリング加工が施され、その内外径面が他の領域よりも多孔質組織が緻密化されている。これにより、ＣＩＰ法やＨＩＰ法ではなく、一般的な粉末冶金プレスにより金属焼結体を製造できるため連続生産に適し、かつ金属焼結体を冷間ローリング加工により成形することで、材料の歩留まりが高く、完成品に近い寸法精度を得ることができる。また、リング状をなす構成部品の冷間ローリング加工を施した面が、他の領域よりも多孔質組織が緻密化されていることにより、強度を高めることができる。
　上記のリング状をなす構成部材は、外側継手部材と内側継手部材の双方にトラック溝が形成され、このトラック溝間にトルク伝達ボールが係合すると共に、該トルク伝達ボールが保持器により保持されてなる等速自在継手の保持器とする。また、リング状をなす構成部材は、内側継手部材がトリポード部材であり、該トリポード部材にローラが回転自在に装着され、該ローラが前記外側継手部材のトラック溝に係合してなるトリポード型等速自在継手のローラとする。これにより、上記の摺動嵌合する保持器や転動するローラの強度を高めることができる。上記の保持器を備えた等速自在継手として、具体的には、ツェッパ型等速自在継手、アンダーカットフリー型等速自在継手などがあり、摺動式等速自在継手では、ダブルオフセット型等速自在継手、クロスグルーブ型等速自在継手などがある。これらの等速自在継手において、トルク伝達ボールの個数は３～１０個程度で適宜実施することができる。
　本発明によれば、等速自在継手の構成部材を加工性よく量産することができる。したがって、必要とされる性能や強度、耐久寿命を有する等速自在継手の低コスト化に寄与することができる。
　さらに、金属焼結体からなる構成部材のうち、リング状をなす構成部材に冷間ローリング加工を施す場合には、一般的な粉末冶金プレスにより金属焼結体を製造できるため連続生産に適し、かつ金属焼結体を冷間ローリング加工により成形することで、材料の歩留まりが高く、完成品に近い寸法精度を得ることができる。また、リング状をなす構成部品の冷間ローリング加工を施した面が、他の領域よりも多孔質組織が緻密化されていることにより、強度を高めることができる。
本発明の第１の実施形態に係る等速自在継手示す部分的縦断面図である。 第１の実施形態に係る等速自在継手の部分的縦断面図である。 上記の等速自在継手の正面図である。 上記の等速自在継手の外側継手部材を示す部分的縦断面図である。 図３ａのＤ－Ｄ線における横断面図である。 図４ｂのＥ－Ｅ線における等速自在継手の内側継手部材の縦断面図である。 上記の内側継手部材の正面図である。 図５ｂのＧ－Ｇ線における等速自在継手の保持器の縦断面図である。 図５ａのＦ－Ｆ線における横断面図である。 金属焼結体の製造工程を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る等速自在継手の部分的縦断面図である。 第２の実施形態に係る等速自在継手の正面図である。 本発明の第３の実施形態に係る等速自在継手の部分的縦断面図である。 第３の実施形態に係る等速自在継手の正面図である。 本発明の第４の実施形態に係る等速自在継手の部分的縦断面図である。 第４の実施形態に係る等速自在継手の正面図である。 本発明の第５の実施形態に係る等速自在継手の部分的縦断面図である。 第５の実施形態に係る等速自在継手のローラを示す図である。 第５の実施形態に係る等速自在継手のトリポード部材を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係る等速自在継手の部分的縦断面図である。 本発明の第７の実施形態に係る等速自在継手の部分的縦断面図である。 金属焼結体の製造工程を示す図である。 第７の実施形態に係る等速自在継手の保持器の焼結体を示す縦断面図である。 第７の実施形態に係る等速自在継手の保持器の冷間ローリング加工後の形状を示す縦断面図である。 保持器の冷間ローリング加工を模式的に示す図である。 本発明の第８の実施形態に係る等速自在継手の部分的縦断面図である。 第８の実施形態に係る等速自在継手の正面図である。 本発明の第９の実施形態に係る等速自在継手の部分的縦断面図である。 第９の実施形態に係る等速自在継手の正面図である。 本発明の第１０の実施形態に係る等速自在継手の部分的縦断面図である。 第１０の実施形態に係る等速自在継手のローラを示す図である。 本発明に係る等速自在継手を連結したドライブシャフトを示す部分的縦断面図である。
　以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
　本発明の第１の実施形態に係る等速自在継手を図１～図５に基づいて説明する。図１に示す等速自在継手１は固定式等速自在継手であるツェッパ型等速自在継手で、自動車用ドライブシャフトに適用した例を示す。等速自在継手１は、外側継手部材２、内側継手部材３、トルク伝達ボール４および保持器５からなる。外側継手部材２の球状内周面６には６本のトラック溝７が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。内側継手部材３の球状外周面８には、外側継手部材２のトラック溝７と対向するトラック溝９が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。外側継手部材２のトラック溝７と内側継手部材３のトラック溝９との間にトルクを伝達する６個のボール４が介在されている。外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８の間に、ボール４を保持する保持器５が配置されている。トラック溝７、９とボール４は、通常、接触角（３０°～４５°程度）をもって接触しているので、トラック溝７、９とボール４とは、実際にはトラック溝７、９の溝底より少し離れたトラック溝７、９の側面側の位置で接触している。内側継手部材３の内周孔には雌スプライン１２が形成されており、中間シャフト１０の軸端に形成された雄スプライン１３に嵌合され、止め輪１４により軸方向に固定されている。外側継手部材２には、車輪用軸受装置（図示省略）に接続される軸部１５が一体に形成されている。外側継手部材２の外周と中間シャフト１０の外周にブーツ１１の両端が取り付けられ、ブーツバンド１６、１７により締め付け固定されて継手内部を密封している。継手内部には潤滑剤としてのグリースが封入されている。
　図１に示すように、外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８の曲率中心は、いずれも、継手の中心Ｏに形成されている。これに対して、外側継手部材２のトラック溝７の曲率中心Ａと、内側継手部材３のトラック溝９の曲率中心Ｂとは、継手の中心Ｏに対して軸方向に等距離オフセットされている。このため、外側継手部材２と内側継手部材３のトラック溝７、９は開口側に向けて拡がる楔状をなしており、両トラック溝７、９に挟まれたボール４には開口側に向けた押し出し力が作用する。この押し出し力によって、ボール４と保持器５のポケット面との間にポケット荷重が発生すると共に保持器５の球状外周面２１と外側継手部材２の球状内周面６との間および保持器５の球状内周面２２と内側継手部材３の球状外周面８との間に接触力が発生する。このため保持器５も機械的強度が要求される。上記のような構成により、継手が作動角をとった場合、外側継手部材２と内側継手部材３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール４が常に案内され、二軸間で等速に回転トルクが伝達されることになる。
　図２に、等速自在継手１の部分を取り出して示す。図２（ａ）は等速自在継手１の部分的縦断面図で、図２（ｂ）は正面図である。本実施形態では、等速自在継手１の外側継手部材２、内側継手部材３および保持器５が金属焼結体で形成されている。外側継手部材２の開口側外周にブーツ装着用溝１８が形成され、軸部１５には、図示しない車輪用軸受装置のハブ輪と嵌合する雄スプライン１９および軸端に締め付け固定用ねじ部２０が形成されている。図２（ｂ）に示すように内側継手部材３の内周孔には雌スプライン１２が形成されており、図１に示す中間シャフト１０の軸端の雄スプライン１３に嵌合する。
　等速自在継手１の各構成部材を図３～図５に示す。図３は外側継手部材２の単体図である。図３（ａ）は縦断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＤ－Ｄ線における横断面図である。この図では、外側継手部材２の圧粉体を２’、金属焼結体を２”として示す。圧粉体２’および金属焼結体２”は最終製品としての外側継手部材２と若干細部形状で異なる部分があるが、この点については省略して単純化して説明する。以下の構成部材の単体図も同様に示す。図４は内側継手部材３の単体図である。図４（ｂ）は正面図であり、図４（ａ）は図４（ｂ）のＥ－Ｅ線における縦断面図である。図４（ａ）に示す切欠部２３は、保持器５内に内側継手部材３を組み立てる際、保持器５のポケット２０（図５参照）内に内側継手部材３を潜らせて組み立てるためのものである。図５は保持器５の単体図である。図５（ａ）はポケット２０の中心面（図５（ｂ）のＧ－Ｇ線）における縦断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＦ－Ｆ線における横断面図である。
　図３～図５に示すように、外側継手部材２、内側継手部材３および保持器５は、金属粉末を主成分とする原料粉末の圧粉体を焼結することによって形成された金属焼結体２”、３”、５”からなり、その表面には、熱処理による硬化層（図示省略）が形成されている。このような構成を有する外側継手部材２、内側継手部材３および保持器５は、主に、図６に示すような原料粉末準備工程Ｓ１、圧粉工程Ｓ２、脱脂工程Ｓ３、焼結工程Ｓ４、塑性加工工程Ｓ５、熱処理工程Ｓ６および仕上げ工程Ｓ７を経て製造される。製造工程の基本的なところは、外側継手部材２、内側継手部材３および保持器５について同様であるので、以下の説明では３つの部材を併記する。
　原料粉末準備工程Ｓ１では、金属焼結体からなる外側継手部材２、内側継手部材３および保持器５の成形用材料としての原料粉末が準備・生成される。原料粉末は、例えば、鉄（Ｆｅ）を主成分とし、これに少なくとも０．５～２０ｍａｓｓ％のクロム（Ｃｒ）および３ｍａｓｓ％以下のモリブデン（Ｍｏ）を含む部分合金化粉又は完全合金化粉とすることができ、ここでは、１．５ｍａｓｓ％のクロムおよび０．２ｍａｓｓ％のモリブデンを加え、さらに０．３ｍａｓｓ％の炭素（Ｃ）を含み、残部を鉄とした完全合金化粉とされる。
　この原料粉末には、必要に応じて、添加剤として、銅、二硫化モリブデン、黒鉛等の固体潤滑剤や、成形を容易にするためにステアリン酸亜鉛や非金属系潤滑剤であるエチレンビスステアルアミド等の潤滑剤を混合しても良い。
　圧粉工程Ｓ２では、上記の原料粉末を圧粉することにより、外側継手部材２、内側継手部材３および保持器５の形状をなした圧粉体２’、３’、５’（図３～図５参照）を形成する。圧粉体２’、３’、５’は、焼結温度以上で加熱することにより形成される金属焼結体２”、３”、５”の相対密度が８０％以上で１００％未満、望ましくは９０％以上１００％未満となるように高密度に圧縮成形される。本実施形態で用いられる原料粉末は鉄を主成分とするものであり、鉄の密度は約７．８ｇ／ｃｍ３である。したがって、圧粉体２’、３’、５’は、金属焼結体２”、３”、５”となったときの密度が７．３～７．５ｇ／ｃｍ３の範囲内になるように圧縮成形することが望ましい。
　具体的には、例えばサーボモータを駆動源としたＣＮＣプレス機に圧粉体形状に倣ったキャビティを画成してなる成形金型をセットし、キャビティ内に充填した上記の原料粉末を８００～１１００ＭＰａの加圧力で加圧することにより圧粉体２’、３’、５’を成形する。圧粉体２’、３’、５’の成形時において、成形金型は７０℃以上に加温してもよい。外側継手部材の圧粉体２’のトラック溝７、球状内周面６や内側継手部材の圧粉体３’のトラック溝９、球状外周面８は継手の軸方向に湾曲した形状であるので、キャビティを画成する成形金型は円周方向に分割した金型で適宜構成することができる。
　金属焼結体２”、３”、５”の相対密度を上記の範囲内となるような圧粉体２’、３’、５’を得るべく、原料粉末を高密度に圧縮すると、圧粉体２’、３’、５’の表面がキャビティの内壁面に密着してしまい、圧粉体２’、３’、５’をスムーズに成形金型から離型することができなくなる恐れがある。この点、本実施形態では、原料粉末に固体潤滑剤を混合したことから、圧粉体２’、３’、５’の成形時には、上記の高い加圧力により固体潤滑剤を液相化し、この液相化された固体潤滑剤を原料粉末相互間に拡散・浸透させることができる。したがって、脆性品である圧粉体２’、３’、５’をスムーズに離型することができ、離型に伴う圧粉体２’、３’、５’の形状の崩れを回避することができる。
　脱脂工程Ｓ３では、圧粉体２’、３’、５’に含まれる潤滑剤等が除去される。脱脂は、一般的な焼結金属製品を製作する場合と同様の条件で行うことができる。
　焼結工程Ｓ４では、脱脂された圧粉体２’、３’、５’を焼結温度以上で加熱し、隣接する原料粉末同士を焼結結合させることによって金属焼結体２”、３”、５”を形成する。原料粉末は鉄を主成分とするものであることから、酸化を可及的に防止するために、例えば窒素ガスおよび水素ガスの混合ガス雰囲気下に圧粉体２’、３’、５’を配置し、これを１１５０～１３００℃（例えば１２５０℃）で６０分間加熱することにより金属焼結体２”、３”、５”を形成する。なお、圧粉体２’、３’、５’の焼結は、上記のような不活性ガス雰囲気下のみならず、真空下で行うようにしてもよい。
　塑性加工工程Ｓ５では、上記のように形成された金属焼結体２”、３”、５”のトラック溝７、９や球状面６、８、２１、２２にバニシング加工などの塑性加工を施すことにより、より高密度に形成することができる。なお、圧粉体の成形金型の設計面を考慮すると、外側継手部材２の軸端部のねじ部２０（図２（ａ）参照）は、金属焼結体２”に転造加工することにより、また、外側継手部材２のブーツ装着用溝１８（図２（ａ）参照）や外側継手部材６１の軸部７６の螺旋状油溝（図１０参照）は、金属焼結体２”に旋削加工又は転造加工により形成することが望ましい。
　上記の条件で圧粉体２’、３’、５’を焼結し、さらにトラック溝７、９や球状面６、８、２１、２２の塑性加工が加わることで、相対密度が８０％以上で１００％未満にある金属焼結体２”、３”、５”が形成される。また、トラック溝７、９や球状面６、８、２１、２２に塑性加工を施すことにより、当該塑性加工を施した部位は、その他の領域に比べて多孔質組織が緻密化される。そのため、当該塑性加工工程Ｓ５を経た金属焼結体２”、３”、５”のうち、少なくともトラック溝７、９や球状面６、８、２１、２２の成形領域は一層緻密化（高密度化）され、機械的強度や耐久寿命の更なる向上が図れる。トラック溝７、９や球状面６、８、２１、２２が緻密化されれば、応力集中源となる空孔が少なくなり、それを起点としたクラックも発生しにくくなるというメリットがある。上記の塑性加工を施した部位は一層高密度化されるが、本発明おいては、当該塑性加工を施した部位を含めた金属焼結体２”、３”、５”の相対密度を８０％以上で１００％未満とすることを意味する。上記の塑性加工工程Ｓ５は、必要に応じて実施すればよく、必ずしも実施する必要はない。
　熱処理工程Ｓ６は、金属焼結体２”、３”、５”に焼入れ処理等の熱処理を施すことにより、その表面に硬化層（図示省略）を形成する工程である。これにより、金属焼結体２”、３”、５”に一層高い表面高度を付与することができ、金属焼結体２”、３”、５”のトラック溝７、９や球状面６、８、２１、２２に必要とされるロックウエルＣスケール硬さ（ＨＲＣ）５５以上を、好ましくは５７以上を確保することができる。焼入れの手法としては、ずぶ焼入れや浸炭焼入れを採用することができ、また、材料や製品仕様により適宜選択することができる。
　仕上げ工程Ｓ７は、金属焼結体２”、３”、５”の所定部位に対して、研削加工等の仕上げ処理を施すことにより、金属焼結体２”、３”、５”の必要な部位を一層高精度化する工程である。また、金属焼結体２”、３”、５”の必要な部位に封孔処理を施すことも適宜実施することができる。この仕上げ工程Ｓ６は、必要に応じて実施すればよく、必ずしも実施する必要はない。
　以上で説明したように、本発明の第１の実施形態に係る等速自在継手１の構成部材である外側継手部材２、内側継手部材３および保持器５は、相対密度が８０％以上で１００％未満という高密度の金属焼結体２”、３”、５”からなるものであるため、必要とされる機械的強度および耐久寿命を確保することができる。また、金属焼結体２”、３”、５”に焼入れ処理等の熱処理を施して、その表面に硬化層を形成することにより、金属焼結体２”、３”、５”に一層高い表面高度を付与することができ、金属焼結体２”、３”、５”のトラック溝７、９や球状面６、８、２１、２２に必要とされるロックウエルＣスケール硬さ（ＨＲＣ）５５以上を、好ましくは５７以上を確保することができる。さらに、金属焼結体２”、３”、５”に塑性加工を施すことにより、多孔質組織が緻密化されるため、トラック溝７、９や球状面６、８、２１、２２の強度や耐久寿命を向上することができる。したがって、必要とされる機能を備えた等速自在継手１の構成部材である外側継手部材２、内側継手部材３および保持器５を加工性よく量産することができると共に、複雑な形状であっても材料の無駄なく製作することができる。これにより、等速自在継手１の低コスト化を図ることができる。さらに、金属焼結体２”、３”、５”は高密度ではあるが適宜の空孔を有しているので、固定式等速自在継手におけるトラック溝７、９表面とボール４間や各接触部６、８、２１、２２におけるスティックスリップが起こりにくい接触状態に加えて、潤滑剤であるグリースの高い保持能力により、スティックスリップ、冷時異音の発生を抑制することができる。
　以上、本発明の金属焼結体の一実施形態について説明したが、金属焼結体の相対密度が８０％以上で１００％未満とされる高密度の金属焼結体２”、３”、５”を得るための具体的手段は、上記のものに限定されない。例えば、原料粉末を造粒することで形成した造粒粉を加圧して圧粉体を形成し、その後、この圧粉体を加熱・焼結結合させることで得ることもできる。この場合において金属焼結体２”、３”、５”を得るためには、次のような手順を踏む。
　まず、鉄系合金を主成分とし、これに必要に応じて銅やニッケル、二硫化モリブデン、黒鉛などの粒子を配合した原料粉末を生成する。例えば、鉄を主成分として、これに炭素が０．３％以上含まれているものなどが好ましい。このとき、原料粉末の粉末粒度（Ｄ５０）を２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下とする。粗い粉末粒度の原料粉末では、圧粉体を構成する原料粉末間に大きな空孔ができてしまい、この圧粉体を加熱して金属焼結体を形成しても空孔が埋まらず、高密度化を達成することが難しくなるからである。これに対し、粉末粒度（Ｄ５０）２０μｍ以下の原料粉末であれば、焼結時に空孔を埋めることができるので高密度化を達成することができる。
　次いで、上記の原料粉末を造粒して造粒粉を形成する。このように、原料粉末を造粒することにより、圧粉体成形用の成形金型内での原料粉末の流動性が向上し、成形性を確保することができる。造粒粉は、例えば、上記の原料粉末に、成形時の摩擦損失を低減させるための金属系潤滑剤であるステアリン酸亜鉛や非金属系潤滑剤であるエチレンビスステアルアミドなどの潤滑剤、離型剤および造粒粉に適度な強度を付与するための糊の作用を有する有機物などの造粒剤を加えて凝集した集合体である。
　造粒粉の粉末粒度（Ｄ５０）は５００μｍ以下が好ましい。５００μｍを超えると、キャビティへの充填性が悪化するため、必要十分量の造粒粉を充填することができず、高密度の圧粉体、ひいては焼結体を得ることが難しくなる可能性があるからである。なお、造粒粉の形状は、流動性を考慮すると特に球形が好ましい。
　そして、成形金型のキャビティ内に上記の造粒粉を充填し、これを加圧することによって圧粉体を成形する圧粉工程を実行すると共に、圧粉体に含まれる潤滑剤や造粒剤などを脱脂する脱脂工程を実行した後、圧粉体を焼結温度以上で加熱する焼結工程を実行する。これにより、上記範囲内の相対密度を有する高密度の金属焼結体２”、３”、５”を得ることができる。
　なお、上記範囲内の相対密度を有する高密度の金属焼結体を得るための具体的な一例を挙げると、鉄系合金を主成分とし、粉末粒度（Ｄ５０）が１０μｍとされた原料粉末を造粒して粉末粒度（Ｄ５０）が１２０μｍの造粒粉を形成する。そして、この造粒粉を８００ＭＰａで加圧することによって圧粉体を形成し、これを７５０℃で３０分脱脂した後、脱脂された圧粉体を１２００℃で６０分加熱する。その結果、造粒粉の焼結金属体２”、３”、５”は、上記範囲内の相対密度になり、造粒粉を含まない粉末プレス成形用粉末を圧粉・焼結して得られる金属焼結体よりも大幅に高密度になる。
　以上の手順を踏むことで高密度の金属焼結体２”、３”、５”を得ることができるのは次のような理由によるものと考えられる。まず、高密度の金属焼結体２”、３”、５”を得るための手段の一例として、微少な粒径の原料粉末（微粉末）を用いることが有効であると考えられるが、微粉末をそのまま加圧すると、摩擦損失によって成形性が悪化するため、このような手段を採用することができない。これに対し、上記のように原料粉末を適度な粒径に造粒した造粒粉を用いることにより、微粉末を用いているにもかかわらず摩擦損失が軽減され、かつ金型内での原料粉の流動性を向上することができるので、成形性を向上することができ、微粉末を用いることが可能となる。これにより、原料粉末の表面積を増大させて、密着した原料粉末との焼結性を向上させ、高密度の金属焼結体２”、３”、５”を得ることができる。
　また、原料粉末として、その粉末粒度（Ｄ５０）が２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下のものを用いることにより、焼結時に空孔が埋まりやすくなった点、および造粒粉末として、その粉末粒度（Ｄ５０）が５００μｍ以下のものを用いることにより、圧粉体の成形金型への造粒粉末の充填性を向上した点、なども金属焼結体２”、３”、５”の高密度化に寄与するものと考えられる。
　次に、第２の実施形態を図７に基づいて説明する。図７（ａ）は本実施形態に係る等速自在継手の縦断面図であり、図７（ｂ）は正面図である。前述した第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明は省略する。以降の第３の実施形態においても同様とする。
　第２の実施形態に係る等速自在継手１の保持器５のみが金属焼結体で形成されている。外側継手部材２、内側継手部材３およびボール４は、通常用いられる溶製材で形成されている。この実施形態に係る等速自在継手１の構成部品の内部形状、すなわち、外側継手部材２のトラック溝７、球状内周面６、内側継手部材３のトラック溝９、球状外周面８、保持器５の球状外周面２１、球状内周面２２およびボール４については第１の実施形態と同じであるので、重複説明を省略する。金属焼結体からなる保持器５は、その球状外周面２１が外側継手部材２の球状内周面６と球面接触し、球状内周面２２が内側継手部材３の球状外周面８に球面接触する。この保持器５も、相対密度が８０％以上で１００％未満という高密度の金属焼結体からなり、その表面に熱処理による硬化層（図示省略）が形成されているので、必要とされる機械的強度および耐久寿命を確保することができる。金属焼結体の組成、性状や製造の工程などは、第１実施形態において前述した内容と同様であるので、説明を省略する。
　第３の実施形態を図８に基づいて説明する。図８（ａ）は本実施形態に係る等速自在継手の縦断面図であり、図８（ｂ）は正面図である。本実施形態では、等速自在継手１の外側継手部材２と内側継手部材３が金属焼結体で形成され、ボール４と保持器５は通常用いられる溶製材で形成されている。金属焼結体からなる外側継手部材２と内側継手部材３は、トラック溝７とトラック溝９との間にボール４が配置され、外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８が、保持器５の球状外周面２１と球状内周面２２にそれぞれ球面接触する。この外側継手部材２および内側継手部材３は、いずれも、相対密度が８０％以上で１００％未満という高密度の金属焼結体からなり、その表面に熱処理による硬化層（図示省略）が形成されているので、トラック溝７、９や球状内周面６、球状外周面８は、必要とされる機械的強度および耐久寿命を確保することができる。金属焼結体の組成、性状や製造の工程などは、第１実施形態において前述した内容と同様であるので、説明を省略する。
　第４の実施形態を図９に基づき説明する。この実施形態は、摺動式等速自在継手の一つであるダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）で、前述した実施形態と同様に自動車用ドライブシャフトに適用した例を示す。図９（ａ）は、この等速自在継手３１の縦断面図であり、図９（ｂ）は正面図である。等速自在継手３１は、外側継手部材３２、内側継手部材３３、ボール３４および保持器３５からなる。外側継手部材３２の筒状内周面３６には６本のトラック溝３７が円周方向等間隔に、かつ軸方向に直線状に形成されている。内側継手部材３３の球状外周面３８には、外側継手部材３２のトラック溝３７と対向するトラック溝３９が円周方向等間隔に、かつ軸方向に直線状に形成されている。外側継手部材３２のトラック溝３７と内側継手部材３３のトラック溝３９との間にトルクを伝達する６個のボール３４が介在されている。この摺動式等速自在継手３１においても、第１の実施形態に係る固定式等速自在継手１と同様、トラック溝３７、３９とボール３４は、通常、接触角（３０°～４５°程度）をもって接触しているので、トラック溝３７、３９とボール３４とは、実際にはトラック溝３７、３９の溝底より少し離れたトラック溝３７、３９の側面側の位置で接触している。外側継手部材３２の筒状内周面３６と内側継手部材３３の球状外周面３８との間に、ボール３４を保持する保持器３５が配置されている。ボール３４は保持器３５のポケット４０に収容されている。保持器３５の球状外周面４１は外側継手部材３２の筒状内周面３６と嵌合し、保持器３５の球状内周面４２は内側継手部材３３の球状外周面３８と嵌合している。図示は省略するが、内側継手部材３３の内径孔４３に中間シャフトの軸端部がスプライン嵌合され、止め輪によって軸方向に固定される。そして、外側継手部材３２の開口端部４４の外周と中間シャフトの外周にブーツが取り付けられ、継手内部に潤滑剤としてのグリースが封入される。外側継手部材３２の奥側の底部には軸部４５が一体に形成されており、図示しないデファレンシャルのサイドギヤに連結される。
　保持器３５の球状外周面４１は曲率中心Ｈを有し、保持器３５の球状内周面４２は曲率中心Ｉを有する。曲率中心Ｈ、Ｉは、継手中心Ｏに対して軸方向に等距離オフセットされている。これにより、継手が作動角をとった場合、外側継手部材３２と内側継手部材３３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール３４が常に案内され、二軸間で等速に回転が伝達されることになる。
　本実施形態に係る摺動式等速自在継手３１では、外側継手部材３２、内側継手部材３３および保持器３５が、相対密度が８０％以上で１００％未満という高密度の金属焼結体からなり、その表面に熱処理による硬化層（図示省略）が形成されている。したがって、トラック溝３７、３９や外側継手部材３２の筒状内周面３６、内側継手部材３３の球状外周面３８、保持器３５の球状外周面４１、球状内周面４２は、必要とされる機械的強度および耐久寿命を確保することができる。金属焼結体の組成、性状や製造の工程などは、第１実施形態において前述した内容と同様であるので、説明を省略する。
　第５の実施形態を図１０に基づき説明する。この実施形態は、摺動式等速自在継手の他の例であるトリポード型等速自在継手であり、同様に自動車用ドライブシャフトに適用した例を示す。この等速自在継手６１は、外側継手部材６２、内側継手部材としてのトリポード部材６３、転動体６４および球面ローラ６５とからなる。外側継手部材６２の内周部に軸方向の三本のトラック溝６６が形成され、各トラック溝６６の両側にそれぞれ軸方向のローラ案内面６７が形成されている。トリポード部材６３は、そのボス部６３ａより三本の脚軸６３ｂが放射状に形成されている（図１２参照）。脚軸６３ｂに多数の転動体６４を介して球面ローラ６５が嵌合され、転動体６４の両端にワッシャ６８、６９を介させ、ワッシャ６９は止め輪７０により位置決めされている。これにより、転動体６４の列が脚軸６３ｂ上で案内されると共に、球面ローラ６５は、転動体６４上で回転自在であると共に、脚軸６３ｂの軸線方向に移動可能となっている。球面ローラ６５は、外側継手部材６２のトラック溝６６のローラ案内面６７に回転自在に収容されている。
　このように、外側継手部材６２のローラ案内面６７とトリポード部材６３の三本の脚軸６３ｂとが球面ローラ６５を介して回転方向に係合することにより、駆動側から従動側へ回転トルクが等速で伝達される。また、各球面ローラ６５が脚軸６３ｂに対して回転しながらローラ案内面６７上を転動することにより、外側継手部材６２とトリポード部材６３との間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収される。
　図１０に示すように、トリポード部材６３のボス部６３ａの内径孔７２に雌スプライン７３が形成されている。この雌スプライン７３と中間シャフト７１の雄スプライン７５が嵌合され、止め輪７７によって軸方向に固定されている。外側継手部材６２の奥側の底部には軸部７６が一体に形成されており、図示しないデファレンシャルのサイドギヤに連結される。
　図１１に球面ローラ６５の単体図を示し、図１２にトリポード部材６３の単体図を示す。球面ローラ６５は球状外径面６５ａと円筒状内径面６５ｂを有する。球状外径面６５ａは転動面を構成し、外側継手部材６２のトラック溝６６（ローラ案内面６７）に係合して、ローラ案内面６７上を転動運動する。ローラ案内面６７は円弧状横断面に形成されている。円筒状内周面６５ｂは転動体（針状ころ）６４の転走面である。図１２の示すように、トリポード部材６３は、ボス部６３ａから円周方向等間隔で放射状に３本の脚軸６３ｂが形成されており、この脚軸６３ｂ上に転動体６４を介して球面ローラ６５が回転自在に支持される。ボス部６３ａの内径孔７２には雌スプライン７３が形成されており、この雌スプライン７３が中間シャフト７１の軸端に形成された雄スプライン７５に嵌合する。
　本実施形態では、トリポード型等速自在継手６１の構成部材である外側継手部材６２、内側継手部材としてのトリポード部材６３および球面ローラ６５が、相対密度が８０％以上で１００％未満という高密度の金属焼結体からなり、その表面に熱処理による硬化層（図示省略）が形成されている。したがって、外側継手部材６２のトラック溝６６（ローラ案内面６７）、球面ローラ６５、トリポード部材６３の脚軸６３ｂは、必要とされる機械的強度および耐久寿命を確保することができる。金属焼結体の組成、性状や製造の工程などは、第１実施形態において前述した内容と同様であるので、説明を省略する。
　第６の実施形態を図１３に基づいて説明する。本実施形態に係る固定式等速自在継手は自動車用プロペラシャフトに適用したものである。この等速自在継手９１は、外側継手部材９２、内側継手部材９３、ボール９４および保持器９５を主な構成としている。この実施形態に係る等速自在継手９１の構成部品の内部形状、すなわち、外側継手部材９２のトラック溝９７、球状内周面９６、内側継手部材９３のトラック溝９９、球状外周面９８、保持器９５の球状外周面１０１、球状内周面１０２およびボール９４については第１の実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。シャフト１０４は大径のパイプ部１０４ａを有し、シャフト１０４の他端には、摺動式等速自在継手あるいは固定式等速自在継手（図示省略）が連結され、プロペラシャフト１０５となる。ブーツ１０６は、外側継手部材９２の開口部外周面に加締め固定されたシール環１０６ａと一端をシール環１０６ａに固定され、他端をブーツバンド１０８によりシャフト１０４に取り付けられた弾性ブーツ部１０６ｂとからなる。外側継手部材９２は、外周に取り付けフランジ１０１を設けたもので、ボルト孔１０２に図示しないボルトによって、相手部材（図示省略）に取り付けられる。
　この実施形態では、等速自在継手９１の構成部材のうち内側継手部材９３および保持器９５が、金属焼結体で形成され、外側継手部材９２およびボール９４は溶製材で形成されている。内側継手部材９３および保持器９５は、相対密度が８０％以上で１００％未満という高密度の金属焼結体からなり、その表面に熱処理による硬化層（図示省略）が形成されている。したがって、必要とされる機能を有する等速自在継手９１を加工性よく量産することができると共に、複雑な形状であっても材料の無駄なく製作することができる。これにより、等速自在継手９１の低コスト化、ひいては、プロペラシャフト１０５の低コスト化を図ることができる。金属焼結体の組成、性状や製造の工程などは、第１実施形態において前述した内容と同様であるので、説明を省略する。
　次に、本発明の第７の実施形態に係る等速自在継手を図１４～図１７に基づいて説明する。この実施形態に係る等速自在継手１の構成部品の内部形状、すなわち、外側継手部材２のトラック溝７、球状内周面６、内側継手部材３のトラック溝９、球状外周面８、保持器５の球状外周面２１、球状内周面２２およびボール４については第１の実施形態と同じであるので、第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明は省略する。以降の第８の実施形態においても同様とする。
　図１４に示すように、本実施形態も、第１の実施形態と同様に、等速自在継手１の外側継手部材２、内側継手部材３および保持器５が金属焼結体で形成されている。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、金属焼結体で形成されたリング状をなす保持器に冷間ローリング加工（図示省略）が施されていることである。
　本実施形態の外側継手部材２と内側継手部材３の金属焼結体２”、３”の製造工程は、第１の実施形態における図６で前述した原料粉末準備工程Ｓ１、圧粉工程Ｓ２、脱脂工程Ｓ３、焼結工程Ｓ４、塑性加工工程Ｓ５、熱処理工程Ｓ６および仕上げ工程Ｓ７と同じである。また、第１の実施形態において前述した、金属焼結体の相対密度が８０％以上で１００％未満とされる高密度の金属焼結体を得るための具体的手段として、原料粉末を造粒することで形成した造粒粉を加圧して圧粉体を形成し、その後、この圧粉体を加熱・焼結結合させることで得ることもできることも同じであるので、重複説明を省略する。
　保持器５の製造工程を図１５に基づいて説明する。要約すると、保持器５の製造工程は、前述した図６の塑性加工工程Ｓ５が冷間ローリング工程Ｓ５’とポケット加工工程Ｓ５”となる点が異なる。
　図１５に示すように、原料粉末準備工程Ｓ１、圧粉工程Ｓ２、脱脂工程Ｓ３、焼結工程Ｓ４の工程自体は、図６と同じである。異なるところは、保持器５では、圧粉工程Ｓ２で図１６（ａ）に示すようにポケット２０（図５参照）のない円筒リング状の圧粉体５’が形成され、焼結工程Ｓ４を経て金属焼結体５”が形成される。その後、冷間ローリング工程Ｓ５’により、図１６（ｂ）に示すように球状外周面２１”および球状内周面２２”を形成した金属焼結体５”ａが得られる。その後、ポケット加工工程Ｓ５”によりポケット２０（図５参照）が開けられる。
　以下に示すように、冷間ローリング加工は素材の薄肉化および大径化を伴う加工方法であることから、冷間ローリング加工で球状外周面、球状内周面を成形する場合、金属焼結体５’としては、図１６に示すように、ローリング加工後の金属焼結体５”ａよりも厚肉でかつ小径に形成されたものを用いる。
　図１７に示す加工機８０は、球状内周面２２”を成形する型部８１を外周に有し、図示外の駆動源の出力を受けて回転するマンドレル８２と、球状外周面２１”を成形する型部８５を外周に有し、金属焼結体５”の外径面に接した状態で図示外の駆動源の出力を受けて回転する（マンドレル８２とは反対方向に回転する）ダイロール８３と、マンドレル８２の軸方向端部を支持するサポートロール８４とを備えている。このような加工機８０において、金属焼結体５”の内周に挿通させたマンドレル８２をサポートロール８４で支持しつつ、金属焼結体５”を互いに反対方向に回転するマンドレル８２とダイロール８３とで半径方向に挟み込むと、金属焼結体５”は徐々に薄肉化および大径化しながらその外径面および内径面がダイロール８３の内径面（型部８５）およびマンドレル８２の外径面（型部８１）にそれぞれ倣って塑性変形する。これにより、冷間ローリング加工された金属焼結体５”ａは、薄肉化および大径化されると共に、その内径面および外径面が所定形状に成形される。
　上記のように、冷間ローリング加工では、金属焼結体５”に球状外周面２１”および球状内周面２２”が成形されるのと同時に、冷間ローリング加工後における金属焼結体５”ａの内外径面（内径側および外径側の表層部）は、金属焼結体５”ａの厚み方向の中央部に比べて多孔質組織が緻密化されることとなる。そのため、球状外周面２１”および球状内周面２２”の強度向上も図られる。
　冷間ローリング加工により多孔質組織が緻密化される状況を説明する。図１６（ａ）に示す内径面および外径面が平滑な円筒リング状をなした密度７．４ｇ／ｃｍ３の金属焼結体５”に冷間ローリング加工を施すことにより、図１６（ｂ）に示す球状外周面２１”、球状内周面２２”を有する金属焼結体５”ａに成形した。その結果、冷間ローリング加工後の金属焼結体５”ａにおいては、加工前の金属焼結体５”に比べ、空孔が全体として少なくなっており、加工後の金属焼結体５”ａのうち、特に球状外周面２１”、球状内周面２２”の表層部領域においては、空孔がほぼ消失している状態となった。密度を実測すると、金属焼結体５”ａの球状外周面２１”、球状内周面２２”の表層部領域の密度は溶製材に限りなく近似した７．８ｇ／ｃｍ３となっており、金属焼結体５”ａ全体としての密度（平均密度）は７．６ｇ／ｃｍ３となった。
　上記の冷間ローリング加工後、図１５のポケット加工工程Ｓ５”において金属焼結体５”ａにポケット２０（図５参照）が開けられる。ポケット加工は一般的に行われるプレス加工や機械加工により行うことができる。
　ポケット加工工程Ｓ５”の後、熱処理工程Ｓ６および仕上げ工程Ｓ７となる。仕上げ工程Ｓ７において、ポケットの研削加工や切削加工により仕上げる。その他は、前述した図６における熱処理工程Ｓ６および仕上げ工程Ｓ７と同様であるので、重複説明は省略する。
　以上で説明したように、本発明の第７の実施形態に係る等速自在継手１の構成部材である外側継手部材２、内側継手部材３および保持器５は、相対密度が８０％以上で１００％未満という高密度の金属焼結体２”、３”、５”ａからなるものであるため、必要とされる機械的強度および耐久寿命を確保することができる。また、金属焼結体２”、３”、５”ａに焼入れ処理等の熱処理を施して、その表面に硬化層を形成することにより、金属焼結体２”、３”、５”ａに一層高い表面高度を付与することができ、金属焼結体２”、３”、５”ａのトラック溝７、９や球状面６、８、２１”、２２”に必要とされるロックウエルＣスケール硬さ（ＨＲＣ）５５以上を、好ましくは５７以上を確保することができる。
　さらに、図６において前述したように、金属焼結体２”、３”に塑性加工を施すことにより、多孔質組織が緻密化されるため、トラック溝７、９や球状面６、８の強度や耐久寿命を向上することができる。また、金属焼結体５”に冷間ローリング加工（塑性加工）を施すことにより、金属焼結体５”ａの球状外周面２１”、球状内周面２２”（内径側および外径側の表層部）は、金属焼結体５”ａの厚み方向の中央部に比べて多孔質組織が緻密化されることとなる。そのため、球状外周面２１”および球状内周面２２”の強度向上も図られる。したがって、必要とされる機能を備えた等速自在継手１の構成部材である外側継手部材２、内側継手部材３および保持器５を加工性よく量産することができると共に、複雑な形状であっても材料の無駄なく製作することができる。これにより、等速自在継手１の低コスト化を図ることができる。保持器５は、ＣＩＰ法やＨＩＰ法ではなく、一般的な粉末冶金プレスにより金属焼結体を製造できるため連続生産に適し、かつ金属焼結体を冷間ローリング加工により成形することで、材料の歩留まりが高く、完成品に近い寸法精度を得ることができる。さらに、金属焼結体２”、３”、５”ａは高密度ではあるが適宜の空孔を有しているので、固定式等速自在継手におけるトラック溝７、９表面とボール４間や各接触部６、８、２１、２２におけるスティックスリップが起こりにくい接触状態に加えて、潤滑剤であるグリースの高い保持能力により、スティックスリップ、冷時異音の発生を抑制することができる。
　本実施形態の冷間ローリング加工を施す保持器においても、第１の実施形態において前述した、金属焼結体の相対密度が８０％以上で１００％未満とされる高密度の金属焼結体を得るための具体的手段として、原料粉末を造粒することで形成した造粒粉を加圧して圧粉体を形成し、その後、この圧粉体を加熱・焼結結合させることで得ることもできることは同じである。この点については、後述する第８、第９の実施形態でも同じである。
　次に、第８の実施形態を図１８に基づいて説明する。図１８（ａ）は本実施形態に係る等速自在継手の部分的縦断面図であり、図１８（ｂ）は正面図である。前述した第１の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明は省略する。
　第８の実施形態に係る等速自在継手１は、保持器５のみが金属焼結体で形成されている。外側継手部材２、内側継手部材３およびボール４は、通常用いられる溶製材で形成されている。この実施形態に係る等速自在継手１の構成部品の内部形状、すなわち、外側継手部材２のトラック溝７、球状内周面６、内側継手部材３のトラック溝９、球状外周面８、保持器５の球状外周面２１、球状内周面２２およびボール４については第１の実施形態と同じであるので、重複説明を省略する。この保持器５も、相対密度が８０％以上で１００％未満という高密度の金属焼結体からなり、その表面に熱処理による硬化層（図示省略）が形成され、そして、金属焼結体には冷間ローリング加工が施されているので、必要とされる機械的強度および耐久寿命を確保することができる。保持器の金属焼結体の組成、性状などは、第１実施形態において前述した内容と同様であり、冷間ローリング加工、ポケット加工を含む製造の工程などは、第７実施形態において前述した内容と同様であるので、説明を省略する。
　第９の実施形態を図１９に基づき説明する。この実施形態は、摺動式等速自在継手の一つであるダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）で、前述した実施形態と同様に自動車用ドライブシャフトに適用した例を示す。図１９（ａ）は、この等速自在継手３１の部分縦断面図であり、図１９（ｂ）は正面図である。この実施形態の等速自在継手３１は、
構成部品の内部形状、すなわち、外側継手部材３２のトラック溝３７、筒状内周面３６、内側継手部材３３のトラック溝３９、球状外周面３８、保持器３５の球状外周面４１、球状内周面４２およびボール３４については第４の実施形態と同じであるので、第４の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明は省略する。
　本実施形態に係る摺動式等速自在継手３１では、外側継手部材３２、内側継手部材３３および保持器３５が、相対密度が８０％以上で１００％未満という高密度の金属焼結体からなり、その表面に熱処理による硬化層（図示省略）が形成されている。また、リング状をなす保持器３５には冷間ローリング加工が施されている。したがって、トラック溝３７、３９や外側継手部材３２の筒状内周面３６、内側継手部材３３の球状外周面３８、保持器３５の球状外周面４１、球状内周面４２は、必要とされる機械的強度および耐久寿命を確保することができる。本実施形態の球状内外周面４１、４２がオフセットされた保持器３５の金属焼結体においても、冷間ローリング加工前はポケット４０のない円筒リング状に形成され、冷間ローリング加工により球状外周面４１および球状内周面４２が成形される。ローリング加工機のダイロールの内径面（型部）およびマンドレルの外径面（型部）は、上記保持器３５の形状に対応した形状となっている。金属焼結体の組成、性状や製造の工程などは、第１実施形態において前述した内容と同様であり、保持器の冷間ローリング加工、ポケット加工を含む製造の工程などは、第７実施形態において前述した内容と同様であるので、詳細説明を省略する。
　第１０の実施形態を図２０および図２１に基づき説明する。この実施形態の等速自在継手６１は、構成部品の内部形状、すなわち、外側継手部材６２、内側継手部材としてのトリポード部材６３、転動体６４および球面ローラ６５については第５の実施形態と同じであるので、第５の実施形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付して重複説明は省略する。
　本実施形態では、トリポード型等速自在継手６１の構成部材である外側継手部材６２、内側継手部材としてのトリポード部材６３および球面ローラ６５が、相対密度が８０％以上で１００％未満という高密度の金属焼結体からなり、その表面に熱処理による硬化層（図示省略）が形成されている。そして、図２１に示すリング状をなすローラ６５には冷間ローリング加工が施されている。図示は省略するが、この場合、ローラ６５の冷間ローリング加工前の形状は、球状外周面と円筒状内周面からなるが、ローリング加工後の金属焼結体よりも厚肉でかつ小径に形成されたものを用いる。そして、冷間ローリング加工により薄肉化および大径化させて仕上げる。ローリング加工機のダイロールの外径面（型部）およびマンドレルの外径面（型部）は、上記ローラ６５の球状外周面と円筒状内周面に対応した形状となっている。したがって、外側継手部材６２のトラック溝６６（ローラ案内面６７）、球面ローラ６５、トリポード部材６３の脚軸６３ｂは、必要とされる機械的強度および耐久寿命を確保することができる。金属焼結体の組成、性状や製造の工程などは、第１実施形態において前述した内容と同様であり、球面ローラの冷間ローリング加工を含む製造の工程などは、第７実施形態において前述した内容と同様であるので、詳細説明を省略する。また、本実施形態の冷間ローリング加工を施す球面ローラにおいても、第１の実施形態において前述した、金属焼結体の相対密度が８０％以上で１００％未満とされる高密度の金属焼結体を得るための具体的手段として、原料粉末を造粒することで形成した造粒粉を加圧して圧粉体を形成し、その後、この圧粉体を加熱・焼結結合させることで得ることもできることは同じである。
　図２２に本発明の第１の実施形態に係る固定式等速自在継手１と第５の実施形態に係る摺動式等速自在継手６１を中間シャフト１０の両端に連結した自動車用ドライブシャフト２５を示す。図示は省略するが、固定式等速自在継手１が車輪用軸受装置に連結され、摺動式等速自在継手６１がデファレンシャルのサイドギヤに連結される。等速自在継手１、６１の構成部材である外側継手部材２、６２、内側継手部材３、６３、保持器５および球面ローラ６５が、相対密度が８０％以上で１００％未満という高密度の金属焼結体からなり、その表面に熱処理による硬化層（図示省略）が形成されている。したがって、必要とされる機能を有する等速自在継手１、６１を加工性よく量産することができると共に、複雑な形状であっても材料の無駄なく製作することができる。また、リング状をなす保持器５やローラ６５を形成する金属焼結体に冷間ローリング加工が施された本発明の第７の実施形態に係る固定式等速自在継手１と第１０の実施形態に係る摺動式等速自在継手６１を自動車用ドライブシャフト２５に適用することもできる。これにより、等速自在継手１、６１の低コスト化、ひいては、ドライブシャフト２５の低コスト化を図ることができる。
　以上の各実施形態では、固定式等速自在継手としてツェッパ型等速自在継手、摺動式等速自在継手としてダブルオフセット型等速自在継手およびトリポード型等速自在継手を示したが、これに限定されるものではない。上記の他に、固定式等速自在継手として、アンダーカットフリー型等速自在継手、カウンタートラック形式の等速自在継手や、摺動式等速自在継手として、クロスグルーブ型等速自在継手でも適宜実施することができる。本実施形態の等速自在継手を自動車用ドライブシャフトに適用した例を示したが、これに限られず、プロペラシャフトや航空機、船舶や各種産業機械の動力伝達軸に使用することができる。
　また、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、さらに種々の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。
１　　　　等速自在継手
２　　　　外側継手部材
３　　　　内側継手部材
４　　　　トルク伝達部材（ボール）
５　　　　保持器
７　　　　トラック溝
９　　　　トラック溝
１０　　　中間シャフト
２５　　　ドライブシャフト
３１　　　等速自在継手
３２　　　外側継手部材
３３　　　内側継手部材
３４　　　トルク伝達部材（ボール）
３５　　　保持器
３７　　　トラック溝
３９　　　トラック溝
６１　　　等速自在継手
６２　　　外側継手部材
６３　　　内側継手部材（トリポード部材）
６４　　　転動体
６５　　　トルク伝達部材（球面ローラ）
６６　　　トラック溝
６７　　　ローラ案内面
９１　　　等速自在継手
９２　　　外側継手部材
９３　　　内側継手部材
９４　　　トルク伝達部材（ボール）
９５　　　保持器
１０５　　プロペラシャフト
 

Claims (15)

  1. 　外側継手部材と、該外側継手部材の内部に配置される内側継手部材と、トルク伝達部材を備え、前記外側継手部材と内側継手部材の少なくとも一方に、前記トルク伝達部材の転動面が係合するトラック溝を形成した等速自在継手において、
    　前記等速自在継手の構成部材の少なくとも１つが金属焼結体からなり、この金属焼結体の相対密度が８０％以上で１００％未満であり、その表面に熱処理による硬化層が形成されていることを特徴とする等速自在継手。
  2. 　前記外側継手部材と内側継手部材の双方にトラック溝が形成され、このトラック溝間にトルク伝達ボールが係合すると共に、該トルク伝達ボールが保持器により保持されていることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
  3. 　前記内側継手部材がトリポード部材であり、該トリポード部材にローラが回転自在に装着され、該ローラが前記外側継手部材のトラック溝に係合していることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手。
  4. 　前記金属焼結体は、鉄系合金の金属粉末を主成分とし、これに少なくとも０．５～２０ｍａｓｓ％のクロムおよび３ｍａｓｓ％以下のモリブデンを含む合金化粉からなることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の等速自在継手。
  5. 　前記金属焼結体は、鉄系合金の金属粉末を主成分とする原料粉末からなる造粒粉を焼結したものであることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の等速自在継手。
  6. 　少なくとも、前記軌道面或いはトラック溝は、塑性加工により、他領域よりも多孔質組織が緻密化されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の等速自在継手。
  7. 　前記金属焼結体は、固体潤滑剤を混合した原料粉末の圧粉体を焼結することで形成されたものであることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の等速自在継手。
  8. 　前記金属焼結体は、８００ＭＰａ以上で１１００ＭＰａ以下の加圧力で原料粉末を加圧することにより成形された圧粉体を、１１５０℃以上で１３００℃以下で焼結することにより形成されてものであることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の等速自在継手。
  9. 　前記金属焼結体は、前記圧粉体を、不活性ガス雰囲気下、又は真空下で焼結することにより形成されたものであることを特徴とする請求項７に記載の等速自在継手。
  10. 　前記金属焼結体からなる構成部材のうち、リング状をなす構成部材に冷間ローリング加工が施されていることを特徴とする請求項１～９項のいずれか１項に記載の等速自在継手。
  11. 　前記リング状をなす構成部品の冷間ローリング加工を施した面が、他の領域よりも多孔質組織が緻密化されていることを請求項１０に記載の等速自在継手。
  12. 　前記リング状をなす構成部材がトルク伝達ボールを保持する保持器であることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の等速自在継手。
  13. 　前記リング状をなす構成部材がトリポード型等速自在継手のローラであることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の等速自在継手。
  14. 　請求項１～１３項のいずれか１項に記載の等速自在継手を少なくとも一端に連結したことを特徴とするドライブシャフト。
  15. 　請求項１～１３項のいずれか１項に記載の等速自在継手を少なくとも一端に連結したことを特徴とするプロペラシャフト。
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