(57)【要約】【課題】等速自在継手の接合部の割れの発生を抑制し、安定した品質の等速自在継手の外方部材を提供する。【解決手段】複数のトラック溝が形成されたカップ部１と、カップ部１の底部に一端が連結された軸部２とを備えた等速自在継手の外方部材である。炭素量が異なる部材を接合した後、高周波焼入れすることにより、高周波焼入れによる焼入熱影響箇所と、高周波焼入れによる焼入非熱影響箇所と、接合時に発生する熱による影響を受ける接合熱影響箇所と、接合時に発生する熱による影響を受けない接合非熱影響箇所とが形成される。炭素量の高い部材の焼入非熱影響箇所であって、炭素量の低い部材との接合端面２３を含む端部２５における接合熱影響箇所に、マルテンサイト組織を無くした。【選択図】図１
2010164181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のトラック溝が形成されたカップ部と、カップ部の底部に一端が連結された軸部とを備えた等速自在継手の外方部材であって、
炭素量が異なる部材を接合した後、高周波焼入れすることにより、高周波焼入れによる焼入熱影響箇所と、高周波焼入れによる焼入非熱影響箇所と、接合時に発生する熱による影響を受ける接合熱影響箇所と、接合時に発生する熱による影響を受けない接合非熱影響箇所とが形成され、
炭素量の高い部材の焼入非熱影響箇所であって、炭素量の低い部材との接合端面を含む端部における接合熱影響箇所に、マルテンサイト組織を無くしたことを特徴とする等速自在継手の外方部材。
【請求項２】
炭素量の高い部材の炭素の偏析度が１．０２〜１．１２であることを特徴とする請求項１の等速自在継手の外方部材。
【請求項３】
炭素量の高い部材の炭素量を０．４５mass％〜０．５８mass％としたことを特徴とする請求項１又は請求項２の等速自在継手の外方部材。
【請求項４】
母材硬さに比べて、炭素量の高い部材及び炭素量の低い部材の接合に伴う前記接合熱影響箇所の硬さの増加がＨＶ５０〜１５０であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項の等速自在継手の外方部材。
【請求項５】
炭素量の高い部材のＳ量を０．００５〜０．０２０mass％としたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項の等速自在継手の外方部材。
【請求項６】
炭素量の低い部材の炭素量を０．３５mass％〜０．４６mass％としたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項の等速自在継手の外方部材。
【請求項７】
炭素量の低い部材のＳ量を０．００５〜０．０２０mass％としたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項の等速自在継手の外方部材。
【請求項８】
炭素量の高い部材及び炭素量の低い部材のうち、少なくとも一方にＢを０．０００５mass％〜０．００３５mass％添加したことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項の等速自在継手の外方部材。
【請求項９】
軸部の反カップ部側の端部にスプラインが形成され、炭素量が異なる部材同士を接合してなる接合部の径を、前記スプラインの外径よりも大としたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項の等速自在継手の外方部材。
【請求項１０】
軸部の高周波焼入れ方法を、移動焼入としたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項の等速自在継手の外方部材。
【請求項１１】
前記接合部の直径φＤと、軸部に形成されたスプラインの小径φｄとの比Ｄ／ｄが１．４を超えたものについて、軸部の高周波焼入れ方法を定置焼入としたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項の等速自在継手の外方部材。
【請求項１２】
焼入硬化後に、前記接合部の外径部に研削仕上げを施したことを特徴とする請求項１０又は請求項１１の等速自在継手の外方部材。
【請求項１３】
前記接合部を含む接合熱影響箇所の外径部にショットピーニング処理を施したことを特徴とする請求項１２の等速自在継手の外方部材。
【請求項１４】
焼入硬化された軸部のうち、少なくとも軸端部に形成されたスプライン部にショットピーニング処理を施したことを特徴とする請求項１２又は請求項１３の等速自在継手の外方部材。
【請求項１５】
軸部材を中実素材から成形したことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１項の等速自在継手の外方部材。
【請求項１６】
軸部材を中空素材から成形したことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１項の等速自在継手の外方部材。
【請求項１７】
軸部材の中空素材を電縫管としたことを特徴とする請求項１６の等速自在継手の外方部材。
【請求項１８】
軸部材の中空素材をシームレス管としたことを特徴とする請求項１６の等速自在継手の外方部材。
【請求項１９】
トリポードタイプの摺動型等速自在継手に用いることを特徴とする請求項１〜請求項１８のいずれか１項の等速自在継手の外方部材。
【請求項２０】
ボールタイプの固定型等速自在継手に用いることを特徴とする請求項１〜請求項１８のいずれか１項の等速自在継手の外方部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、等速自在継手の外方部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
等速自在継手は、自動車や各種産業機械の動力伝達機構に組み込んで用いられるもので、互いの交差角度が変化可能に設けられた駆動側および従動側の二軸を備え、駆動側からの回転トルクを従動側へ等速で伝達できるように連結するものである。この等速自在継手は、角度変位のみを許容する固定型等速自在継手と、角度変位および軸方向変位を許容する摺動型等速自在継手とに大別され、用途に応じて適宜使い分けられている。
【０００３】
例えば、固定型等速自在継手としては、バーフィールド型（ＢＪ）やアンダーカットフリー型（ＵＪ）が知られている。これらの固定型等速自在継手は、軸方向に延びる複数の案内溝を球面状の内径面に形成したカップ部と、カップ部の底部に一端が連結され、他端にスプラインが形成された軸部とを備えた外方部材（ロングステムタイプ）と、外方部材の案内溝と対をなして軸方向に延びる複数の案内溝を球面状の外径面に形成した内方部材と、外方部材および内方部材の両案内溝が協働して形成するボールトラックに配された複数のトルク伝達ボールと、外方部材と内方部材との間に配設され、トルク伝達ボールを保持するケージとを備える（特許文献１及び特許文献２）。
【０００４】
摺動型等速自在継手としては、ダブルオフセット型（ＤＯＪ）やトリポード型（ＴＪ）が知られている。ダブルオフセット型の摺動式等速自在継手は、軸方向に延びる複数のトラック溝が円筒状内周面に形成されたカップ部と、カップ部の底部に一端が連結され、他端にスプラインが形成された軸部とを備えた外方部材（ロングステムタイプ）と、外方部材のトラック溝と対をなして軸方向に延びるトラック溝が球面状外周面に形成された内方部材と、外方部材のトラック溝と内方部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、外方部材の円筒状内周面と内方部材の球面状外周面との間に介在してボールを保持するケージとを主要な構成要素として備えている。
【０００５】
特許文献１に記載のロングステムタイプの等速自在継手の外方部材は、カップ部を形成する部品と、軸部を形成する部品を接合した後に、熱処理を施している。軸部を形成する部品の軸方向一端の外周面にスプライン（セレーション）を形成することで、部品点数の削減、接合箇所の削減による低コスト化を図っている。さらに、接合部のみを太径とすることにより、接合部の強度が増し、軸部を形成する部品の軸方向のほぼ全域に熱処理を施すことで強度を向上できる。このため、軸部を薄肉にすることができて、軽量化を図ることができる。
【０００６】
また、特許文献２のものは、ドライブシャフト等に用いられる接合シャフトについて、炭素鋼を基本とし、焼入性を向上させる元素として少なくともＣｒを０．２〜０．８ｗｔ％添加した鋼を素材として用いて、シャフト同士を摩擦圧接により接合する。摩擦圧接とは、固体同士を溶融させずに接合する直接固相接合法の一種であり、接合する部材（たとえば金属や樹脂など）を高速で擦り合わせ、そのときに生じる摩擦熱によって部材を軟化させると同時に圧力を加えて接合する方法である。摩擦圧接法の利点としては、比較的簡単な作業で寸法精度の高い製品が得られ、仕上げ加工を施した部材の組み立て接合が行える。摩擦圧接の接合部には、ベイナイト状の異常組織が発生するが、部分加熱焼入することで接合部をオーステナイト化させる。そして、加熱後の冷却により接合部の中心まで焼入硬化させることで、接合部の強度を向上させ、他の部位よりも高強度として、接合部の強度余裕を持たせるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−６４０６０号公報
【特許文献２】特開昭６１−１３２２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記特許文献に記載のものは、いずれも接合部の強度向上に関するものであり、接合部の品質の安定、つまり接合部の割れ発生を抑制するような考慮はなされていない。接合部の強度が向上しても、内部に割れなどの欠陥が発生すれば、品質がばらつくおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みて、等速自在継手の接合部の割れの発生を抑制し、安定した品質の等速自在継手の外方部材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の等速自在継手の外方部材は、複数のトラック溝が形成されたカップ部と、カップ部の底部に一端が連結された軸部とを備えた等速自在継手の外方部材であって、炭素量が異なる部材を接合した後、高周波焼入れすることにより、高周波焼入れによる焼入熱影響箇所と、高周波焼入れによる焼入非熱影響箇所と、接合時に発生する熱による影響を受ける接合熱影響箇所と、接合時に発生する熱による影響を受けない接合非熱影響箇所とが形成され、炭素量の高い部材の焼入非熱影響箇所であって、炭素量の低い部材との接合端面を含む端部における接合熱影響箇所に、マルテンサイト組織を無くしたものである。
【００１１】
本発明の等速自在継手の外方部材では、炭素量の高い部材の焼入非熱影響箇所における、炭素量の低い部材との接合端面を含む端部における接合熱影響箇所に、マルテンサイト組織を無くしたため、この部位においては、組織変態にともなう引張応力が発生することがない。
【００１２】
炭素量の高い部材の炭素の偏析度を１．０２〜１．１２とすることができる。ここで、偏析度とは、ビレットの直径をＤとして、１／４Ｄ部における炭素量をＣ０、ビレットの中心付近に存在する偏析部の炭素量をＣとすると、Ｃ／Ｃ０をいう。偏析度を１．０２未満にすると、一般的な製鋼において不可避な成分偏析を許容しないものとなり、製鋼に多大な費用を要することになる。一方、偏析度が１．１２を超えると、炭素量の濃化にともない接合時の熱影響により、マルテンサイト組織が生成する可能性が高まる。
【００１３】
炭素量の高い部材の炭素量を０．４５〜０．５８％とすることができる。高炭素材について、特にカップ部に求められるのは、カップ部内の転動疲労寿命である。このため、炭素の含有量が０．４５mass％未満では、必要とされる寿命を確保するために、硬さおよび硬化層比をかなり大きくしなければならず、その際に焼割れの発生が顕著となるおそれがある。また、０．５８mass％を超えると粒界強度が低下し、さらに切削性、冷間鍛造性、および耐焼割れ性も低下するおそれがある。
【００１４】
炭素量の低い部材の炭素量を０．３５〜０．４６％とすることができ、さらに好ましくは、０．３８〜０．４５mass%である。低炭素材について、特に軸端部のスプライン部に求められるのは、捩り強度及び捩り疲労強度である。このため、含有量が０．３５mass％未満では、必要とされる強度を確保するために、硬化層比をかなり大きくしなければならず、その際に、焼割れの発生が顕著となるおそれがある。また、０．４６mass%を超えると、粒界強度が低下し、また、切削性、転造性、および耐焼き割れ性も低下するおそれがある。
【００１５】
母材硬さに比べて、炭素量の高い部材及び炭素量の低い部材の接合に伴う前記接合熱影響箇所の硬さの増加がＨＶ５０〜１５０とすることができる。母材硬さに対して、接合にともなう熱影響層の硬さの増加をＨＶ５０〜１５０に抑えることで、硬さの急激な変化にともなう強度低下を避けることができる。なお、硬さの増加をＨＶ５０以上としたのは、接合による熱影響により硬さが増加することは不可避であるためで、ＨＶ１５０以下としたのは、硬さの変化が急激になることを防止するためである。
【００１６】
炭素量の高い部材、及び炭素量の低い部材のＳ量を０．００５〜０．０２０mass％とすることができる。Ｓは鋼中でＭｎＳを形成し、切削性を向上させる有用元素である。Ｓ量が０．００５mass%未満では切削性が低下し、０．０２０mass％を超えると、接合時に割れが発生するなど接合性が悪化する。
【００１７】
炭素量の高い部材及び炭素量の低い部材のうち、少なくとも一方にＢを０．０００５mass％〜０．００３５mass％添加することができる。Ｂは微量添加によって焼入性を向上させ、焼入深さを増して強度向上させる効果がある。さらに、Ｂは粒界に優先的に偏析して粒界に偏析するＰの濃度を低減し、粒界強度を向上させる。また、粒界強化により耐焼割れ性も向上さる。Ｂ量が０．０００５mass％未満では、前記した効果が乏しく、０．００３５mass％を超えるとその効果が飽和し、むしろ成分コストの上昇を招く。
【００１８】
軸部の反カップ部側の端部にスプラインが形成され、炭素量が異なる部材同士を接合してなる接合部の径を、前記スプラインの外径よりも大とすることができる。
【００１９】
軸部の高周波焼入れ方法を、移動焼入とすることができる。移動焼入とは、被加熱物と誘導加熱コイルを相対的に移動させながら被加熱物を加熱する方法をいう。
【００２０】
前記接合部の直径φＤと、軸部に形成されたスプラインの小径φｄとの比Ｄ／ｄが１．４を超えたものについて、軸部の高周波焼入れ方法を定置焼入とすることができる。定置焼入とは、被加熱物を焼入温度に加熱する際に、被加熱物に沿った形状の誘導加熱コイルを用いて、この誘導加熱コイルも被加熱物も所定の位置に置いたまま、つまり、両者を移動させずに被加熱物を加熱する方法をいう。
【００２１】
焼入硬化後に、前記接合部の外径部に研削仕上げを施すことができる。また、前記接合部を含む接合熱影響箇所の外径部にショットピーニング処理を施すことができる。さらに、焼入硬化された軸部のうち、少なくとも軸端部に形成されたスプライン部にショットピーニング処理を施すことができる。
【００２２】
軸部材を中実素材から成形したり、中空素材から成形したりすることができる。中空素材にて成形した場合、電縫管としたり、シームレス管としたりすることができる。
【００２３】
トリポードタイプの摺動型等速自在継手に使用したり、ボールタイプの固定型等速自在継手に使用したりすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の等速自在継手の外方部材では、炭素量の高い部材の焼入非熱影響箇所であって、炭素量の低い部材との接合端面を含む端部における接合熱影響箇所に、マルテンサイト組織を無くしたため、この部位においては組織変態にともなう引張応力が発生することがなく、接合部近傍の割れの発生を抑制し、安定した品質とすることができる。これにより、等速自在継手の外方部材として、長期にわたって安定した機能を発揮することができる。
【００２５】
炭素量の高い部材の炭素の偏析度を１．０２〜１．１２とすると、接合端面を含む他の部材との接合時の熱影響層内にマルテンサイト組織を効果的に無くすことができて、接合部の割れを安定して抑制することができる。
【００２６】
炭素量の高い部材の炭素量を０．４５〜０．５８％とすると、焼割れの発生を防止しつつ、粒界強度の低下、切削性、冷間鍛造性、及び耐焼割れ性の低下を防止することができ、特にカップ部内の転動疲労寿命を向上させることができる。
【００２７】
炭素量の低い部材の炭素量を０．３５〜０．４６％とすると、焼割れの発生を防止しつつ、粒界強度の低下、切削性、転造性、及び耐焼割れ性の低下を防止することができ、特に軸端部のスプライン部の捩り強度及び捩り疲労強度を向上させることができる。
【００２８】
母材硬さに比べて、炭素量の高い部材及び炭素量の低い部材の接合に伴う前記接合熱影響箇所の硬さの増加がＨＶ５０〜１５０とすると、硬さの急激な変化にともなう強度低下を避けることができて、接合部近傍に割れが発生する可能性を低減することができる。
【００２９】
炭素量の高い部材、及び炭素量の低い部材のＳ量を０．００５〜０．０２０mass％とすると、切削性を向上させつつ、接合部近傍の割れの発生を抑制することができ、加工性の向上を図ることができる。
【００３０】
炭素量の異なる部材のうち、少なくとも一方にＢを０．０００５〜０．００３５ｍａｓｓ％添加すると、一層強度を向上させることができる。
【００３１】
接合部の径を軸部に形成したスプラインの外径よりも大とすると、炭素量の異なる部材の接合強度が高められる。
【００３２】
軸部の高周波焼入れ方法を移動焼入とすると、高周波焼入れにおいて、ロングステムのように軸方向に長いものを焼入れする場合、軸径が同じであれば、軸方向長さが異なっても、焼入れに用いるコイルを共有することができ、効率的である。また、製造コストの低減を図ることができる。
【００３３】
接合部の直径φＤと、軸部に形成されたスプラインの小径φｄとの比Ｄ／ｄが１．４を超えたものについては、軸部の高周波焼入れ方法を定置焼入とするのが有効である。すなわち、焼入範囲において最大径となる接合部の径φＤと、最小径となるスプライン小径φｄとの差が大きくなると、一つの焼入コイルで焼入れを行った場合、それぞれの部位での焼入コイルとワークのクリアランスに差が大きくなり、加熱の過不足が生じる。そのため、φＤ／φｄが１．４を超えるときには、専用のコイルを用いて定置焼入を行うと、加熱の過不足が発生するのを防止できる。
【００３４】
焼入硬化後に、接合部の外径部に研削仕上げを施すと、加工及び熱処理歪の影響による変寸、変形を除去できて高精度となる。
【００３５】
接合部を含む接合熱影響箇所の外径部や、焼入硬化された軸部のうち、少なくとも軸端部に形成されたスプライン部にショットピーニング処理を施すと、表面層に圧縮残留応力を生じさせるとともに加工硬化が起こり、静的並びに疲労強度を高めることができる。
【００３６】
軸部材を中実素材から成形すると、素材の製造において設備などの制限が比較的少ないため、入手性がよいという利点がある。
【００３７】
軸部材を中空素材から成形すると、軸部の外径を大きくすることで剛性を高め、且つ大幅な軽量化を図ることができる。この場合、軸部材の中空素材を電縫管とすると、板材から成形するため寸法精度が良く比較的安価だが、素管製造時に溶接にともなう継目部を有する。また、軸部材の中空素材をシームレス管とすると、素材に穴を空けその穴を広げるので継目部はないが、肉厚を均一にすることが難しい。
【００３８】
トリポードタイプの摺動型等速自在継手継手に使用したり、ボールタイプの固定型等速自在継手継手に使用したりして、種々のタイプの等速自在継手に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す等速自在継手の外方部材の一部断面図である。
【図２】カップ部側形成部品と軸部側形成部品とを摩擦圧接する前の一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明に係る等速自在継手の外方部材の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
【００４１】
トリポード型等速自在継手は、外方部材と、内方部材としてのトリポード部材と、トルク伝達部材としてのローラとを備える。
【００４２】
図１は、トリポード型等速自在継手の外方部材の第１実施形態の一部断面図である。外方部材は、図１に示すように、カップ部１とそのカップ部１から一体的に軸方向に延びる軸部２とからなる。
【００４３】
カップ部１は、一端にて開口し、内径が円筒形状を有する。カップ部１の内面の円周方向等配位置には、軸方向に延びるトラック溝（図示省略）が形成されている。
【００４４】
軸部２は、軸方向の全長にわたって中実の円柱状部材である。軸部２は、外径寸法が夫々異なる複数の円柱部３、５、６、７と、これら円柱部同士の間に介在するテーパ面８、１０、１５とから構成されている。円柱部５には、２つの部材（カップ部側形成部品２１及び軸部側形成部品２２）の端部２５、２６（図２参照）を接合してなる接合部１１が形成されている。円柱部７の外径面には、等速自在継手を連結する連結部（スプライン）１３が形成されている。接合部１１を有する円柱部の外径φＤは、スプライン１３を有する円柱部７の外径φｄよりも大としている。外方部材の軸部３の外径面の全体にわたって、硬化層Ｓが形成されている。
【００４５】
次に、トリポードタイプの摺動型等速自在継手の外方部材の製造方法について説明する。まず、炭素量が異なる２つの部材を準備する。この場合、２つの部材は、図２に示すように、主にカップ部１を形成するカップ部側形成部品２１と、主に軸部２を形成する軸部側形成部品２２である。
【００４６】
カップ部側形成部品２１について、後述の高周波焼入れによる熱影響箇所以外の焼入非熱影響箇所（高周波焼入れによる熱の影響を受けない箇所）であって、軸部側形成部品２２との接合端面２３を含む端部２５における接合熱影響箇所（接合時に発生する熱により影響を受ける箇所）に、マルテンサイト組織を無くしている。
【００４７】
カップ部側形成部品２１は、炭素量が０．４５mass％〜０．５８mass％の鋼材を用いている。一方、軸部側形成部品２２は、炭素量が０．３５mass％〜０．４６mass％、さらに好ましくは、０．３８〜０．４５mass%の鋼材を用いる。すなわち、カップ部側形成部品２１が炭素量の高い部材であり、軸部側形成部品２２が炭素量の低い部材である。カップ部側形成部品２１について、カップ部１に求められるのは、カップ部内の転動疲労寿命である。このため、炭素の含有量が０．４５mass％未満では、必要とされる寿命を確保するために、硬さおよび硬化層比をかなり大きくしなければならず、その際に焼割れの発生が顕著となるおそれがある。また、０．５８mass％を超えると粒界強度が低下し、さらに切削性、冷間鍛造性、および耐焼割れ性も低下するおそれがある。一方、軸部側形成部品２２について、特に軸端部のスプライン１３に求められるのは、捩り強度及び捩り疲労強度である。このため、含有量が０．３５mass％未満では、必要とされる強度を確保するために、硬化層比をかなり大きくしなければならず、その際に、焼割れの発生が顕著となるおそれがある。また、０．４６mass%を超えると、粒界強度が低下し、また、切削性、転造性、および耐焼き割れ性も低下するおそれがある。
【００４８】
カップ部側形成部品２１の炭素の偏析度を１．０２〜１．１２としている。このように炭素量を制御して、カップ部側形成部品２１の焼入非熱影響箇所であって、軸部側形成部品２２との接合端面２３を含む端部２５における接合熱影響箇所に、マルテンサイト組織を無くすことができる。ここで偏析度とは、ビレットの直径をＤとして、１／４Ｄ部における炭素量をＣ０、ビレットの中心付近に存在する偏析部の炭素量をＣとすると、Ｃ／Ｃ０をいう。偏析度を１．０２未満にすると、一般的な製鋼において不可避な成分偏析を許容しないものとなり、製鋼に多大な費用を要することになる。一方、偏析度が１．１２を超えると、炭素量の濃化にともない接合時の熱影響により、マルテンサイト組織が生成する可能性が高まる。
【００４９】
カップ部側形成部品２１及び軸部側形成部品２２のＳ量を０．００５〜０．０２０mass％としている。Ｓは鋼中でＭｎＳを形成し、切削性を向上させる有用元素である。Ｓ量が０．００５mass%未満では切削性が低下し、０．０２０mass％を超えると、接合時に割れが発生するなど接合性が悪化する。
【００５０】
カップ部側形成部品２１及び軸部側形成部品２２のＢ量を０．０００５mass％〜０．００３５mass％としている。Ｂは微量添加によって焼入性を向上させ、焼入深さを増して強度向上させる効果がある。さらに、Ｂは粒界に優先的に偏析して粒界に偏析するＰの濃度を低減し、粒界強度を向上させる。また、粒界強化により耐焼割れ性も向上さる。Ｂ量が０．０００５mass％未満では、前記した効果が乏しく、０．００３５mass％を超えるとその効果が飽和し、むしろ成分コストの上昇を招く。
【００５１】
そして、カップ部側形成部品２１の端部２５と、軸部側形成部品２２の端部２６とを摩擦圧接して接合する。すなわち、カップ部側形成部品２１の端面２３と、軸部側形成部品２２の端面２４とを高速で擦り合わせ、そのときに生じる摩擦熱によって部材を軟化させると同時に圧力を加えて接合する方法である。これにより、図１に示すように、カップ部１と軸部２とを有する外方部材が形成される。
【００５２】
この場合、母材硬さに比べて、接合に伴う接合熱影響箇所の硬さの増加がＨＶ５０〜１５０としている。これにより、硬さの急激な変化にともなう強度低下を避けることができる。なお、硬さの増加をＨＶ５０以上としたのは、接合による熱影響により硬さが増加することは不可避であるためで、ＨＶ１５０以下としたのは、硬さの変化が急激になることを防止するためである。
【００５３】
次に、軸部２の外周面に移動焼入にて高周波焼入れ方法を施す。移動焼入とは、被加熱物と誘導加熱コイルを相対的に移動させながら被加熱物を加熱する方法をいう。これにより、軸部２の外径面の全体にわたって、硬化層Ｓが形成される。
【００５４】
焼入硬化後に、接合部１１の外径部に研削仕上げを施す。また、接合部１１含む接合時の熱影響範囲の外径部にショットピーニング処理を施し、焼入硬化された軸部２のうち、軸端部に形成されたスプライン１３にショットピーニング処理を施す。
【００５５】
このように、第１実施形態の等速自在継手の外方部材では、カップ部側形成部品２１の焼入非熱影響箇所であって、軸部側形成部品２２との接合端面２３を含む端部２５における接合熱影響箇所に、マルテンサイト組織を無くしたため、この部位においては組織変態にともなう引張応力が発生することがなく、接合部１１の割れの発生を抑制し、安定した品質とすることができる。これにより、等速自在継手の外方部材として、長期にわたって安定した機能を発揮することができる。
【００５６】
カップ部側形成部品２１の炭素の偏析度を１．０２〜１．１２とすると、接合端面２３を含む軸部側形成部品２２との接合時の熱影響層内にマルテンサイト組織を効果的に無くすことができて、接合部１１の割れを安定して抑制することができる。
【００５７】
カップ部側形成部品２１の炭素量を０．４５〜０．５８％とすると、焼割れの発生を防止しつつ、粒界強度の低下、切削性、冷間鍛造性、及び耐焼割れ性の低下を防止することができ、カップ部内の転動疲労寿命を向上させることができる。
【００５８】
軸部側形成部品２２の炭素量を０．３５〜０．４６％とすると、焼割れの発生を防止しつつ、粒界強度の低下、切削性、転造性、及び耐焼割れ性の低下を防止することができ、軸端部のスプライン１３の捩り強度及び捩り疲労強度を向上させることができる。
【００５９】
母材硬さに比べて、カップ部側形成部品２１及び軸部側形成部品２２の接合に伴う接合熱影響箇所の硬さの増加をＨＶ５０〜１５０とすると、硬さの急激な変化にともなう強度低下を避けることができて、接合部近傍に割れが発生する可能性を低減することができる。
【００６０】
カップ部側形成部品２１、及び軸部側形成部品２２のＳ量を０．００５〜０．０２０mass％とすると、切削性を向上させつつ、接合部近傍の割れの発生を抑制することができ、加工性の向上を図ることができる。
【００６１】
カップ部側形成部品２１、及び軸部側形成部品２２にＢを０．０００５〜０．００３５ｍａｓｓ％添加すると、一層強度を向上させることができる。
【００６２】
接合部１１の径を軸部に形成したスプライン１３の外径よりも大とすると、カップ部側形成部品２１と軸部側形成部品２２との接合強度が高められる。
【００６３】
軸部２の高周波焼入れ方法を移動焼入とすると、高周波焼入れにおいて、ロングステムのように軸方向に長いものを焼入れする場合、軸径が同じであれば、軸方向長さが異なっても、焼入れに用いるコイルを共有することができ、効率的である。また、製造コストの低減を図ることができる。
【００６４】
焼入硬化後に、接合部１１の外径面に研削仕上げを施すと、加工及び熱処理歪の影響による変寸、変形を除去できて高精度となる。
【００６５】
接合部１１を含む接合時の熱影響範囲の外径部や、焼入硬化された軸部のうち、少なくとも軸端部に形成されたスプライン１３にショットピーニング処理を施すと、表面層に圧縮残留応力を生じさせるとともに加工硬化が起こり、静的並びに疲労強度を高めることができる。
【００６６】
軸部材を中実素材から成形すると、素材の製造において設備などの制限が比較的少ないため、入手性がよいという利点がある。
【００６７】
他の実施形態として、軸部材を中空素材から成形する。これにより、軸部２の外径を大きくすることで剛性を高め、且つ大幅な軽量化を図ることができる。この場合、軸部材の中空素材を電縫管とすると、板材から成形するため寸法精度が良く比較的安価だが、素管製造時に溶接にともなう継目部を有する。また、軸部材の中空素材をシームレス管とすると、素材に穴を空けその穴を広げるので継目部はないが、肉厚を均一にすることが難しい。
【００６８】
さらに、別の実施形態として、接合部１１の直径φＤと、端部に形成されたスプライン１３の小径φｄとの比をＤ／ｄが１．４を超えたものについては、軸部２の高周波焼入れ方法を定置焼入とするのが有効である。すなわち、焼入範囲において最大径となる接合部１１の径φＤと、最小径となるスプライン小径φｄとの差が大きくなると、一つの焼入コイルで焼入れを行った場合、それぞれの部位での焼入コイルとワークのクリアランスに差が大きくなり、加熱の過不足が生じる。そのため、φＤ／φｄが１．４を超えるときには、専用のコイルを用いて定置焼入を行うと、加熱の過不足が発生するのを防止できる。
【００６９】
前記実施形態では、本発明の外方部材をトリポードタイプの摺動型継手に使用したが、ボールタイプの固定型継手に使用したりして、種々のタイプの等速自在継手に適用することができる。
【００７０】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、ＳやＢは、カップ部側形成部品２１と軸部側形成部品２２のいずれか一方にのみ添加してもよい。実施形態では、カップ部側形成部品２１を高炭素、軸部側形成部品２２を低炭素としたが、カップ部側形成部品２１を低炭素、軸部側形成部品２２を高炭素としてもよい。
【実施例】
【００７１】
カップ部側形成部品を炭素量０．５３％の機械構造用炭素鋼（ＪＩＳ  Ｇ４０５１）にて成形し、軸部側形成部品を炭素量０．４５％の機械構造用炭素鋼（ＪＩＳ  Ｇ４０５１）にて成形した。そして、カップ部側形成部品と軸部側形成部品とを摩擦圧接により接合して、等速自在継手の外方部材を成形した。表１に、等速自在継手の外方部材について、マルテンサイト組織の有無、偏析度、Ｓの含有量、接合による熱影響層の母材硬さに対する硬さ上昇量、及び接合による割れの発生の有無について調べた。
【００７２】
【表１】
2010164181.tif 000003
【００７３】
表１において、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５で割れが発生している。Ｎｏ．２では、マルテンサイト組織が存在すること、偏析度が１．１８であり１．０２〜１．１２の範囲外であること、母材比硬さがＨＶ２２０でありＨＶ５０〜ＨＶ１５０の範囲外であることが割れの発生の原因であると考えられる。Ｎｏ．３では、偏析度が１．１８であり１．０２〜１．１２の範囲外であること、母材比硬さがＨＶ２０５でありＨＶ５０〜ＨＶ１５０の範囲外であることが割れの発生の原因であると考えられる。Ｎｏ．４では、Ｓ量が０．０３３mass％であり０．００５mass％〜０．０２０mass％の範囲外であることが割れの発生の原因であると考えられる。Ｎｏ．５では、偏析度が１．１８であり１．０２〜１．１２の範囲外であること、母材比硬さがＨＶ２００でありＨＶ５０〜ＨＶ１５０の範囲外であることが割れの発生の原因であると考えられる。
【００７４】
一方、Ｎｏ．１、Ｎｏ．６、Ｎｏ．７では、割れは発生していない。これは、いずれもマルテンサイト組織がない、偏析度が１．０７、１．０４、１．１１であり１．０２〜１．１２の範囲内である、Ｓ量が０．０１２mass％、０．０１５mass％、０．００７mass％であり０．００５mass％〜０．０２０mass％の範囲内である、母材比硬さがＨＶ１０５、ＨＶ６５、ＨＶ９５でありＨＶ５０〜ＨＶ１５０の範囲内であるためであると考えられる。
【符号の説明】
【００７５】
１       カップ部
２       軸部
１１     接合部
２１     カップ部側形成部品
２２     軸部側形成部品
２３、２４    接合端面
２５、２６    端部
【図１】
2010164181.tif 000004
【図２】
2010164181.tif 000005