(57)【要約】【課題】製造時に焼割れが生じるリスクが低く生産性が高く低コストな自在継手用ヨーク及びその製造方法並びに自在継手を提供する。【解決手段】鋼材を熱間鍛造により略Ｕ字形状に成形し、得られた成形品を油焼入れ及び高温焼戻しすることにより、自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂを製造した。油焼入れ及び高温焼戻しにおいては冷却速度を２．５℃／ｓ以上５５℃／ｓ以下に制御して、成形品の鋼組織をフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織とした。２個の自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂを互いに揺動可能に十字軸８で連結して、自在継手６を得た。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の端部に結合可能な基部と、この基部から同一方向に突出して互いに対向する一対の腕部と、を備えて略Ｕ字形状をなし、十字軸が備える２本の軸のうち一方の軸を前記両腕部の間に回転可能に支持可能な自在継手用ヨークであって、
鋼材の熱間鍛造により成形されたものであり、フェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織を有することを特徴とする自在継手用ヨーク。
【請求項２】
表面粗さＲｚが１６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の自在継手用ヨーク。
【請求項３】
表面粗さＲｚが２５μｍ以上１６０μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の自在継手用ヨーク。
【請求項４】
前記混合組織は、前記熱間鍛造後の熱処理における冷却速度を制御することによって得られた組織であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の自在継手用ヨーク。
【請求項５】
前記熱処理が油焼入れ及び高温焼戻しであることを特徴とする請求項４に記載の自在継手用ヨーク。
【請求項６】
前記混合組織は、熱間鍛造温度からの冷却における冷却速度を制御することによって得られた組織であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の自在継手用ヨーク。
【請求項７】
前記冷却速度が２．５℃／ｓ以上５５℃／ｓ以下であることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の自在継手用ヨーク。
【請求項８】
一対のヨークと、これら両ヨークを互いに揺動可能に連結する十字軸と、を備え、
前記両ヨークは、回転軸の端部に結合可能な基部と、この基部から同一方向に突出して互いに対向する一対の腕部と、を備えて略Ｕ字形状をなし、
前記十字軸が備える２本の軸のうち一方の軸が、前記一対のヨークのうち一方のヨークの前記一対の腕部の間に回転可能に支持され、他方の軸が、他方のヨークの前記一対の腕部の間に回転可能に支持されている自在継手であって、
前記両ヨークのうちの少なくとも一方が、請求項１〜７のいずれか一項に記載の自在継手用ヨークであることを特徴とする自在継手。
【請求項９】
回転軸の端部に結合可能な基部と、この基部から同一方向に突出して互いに対向する一対の腕部と、を備えて略Ｕ字形状をなし、十字軸が備える２本の軸のうち一方の軸を前記両腕部の間に回転可能に支持可能な自在継手用ヨークを製造する方法であって、
鋼材を熱間鍛造により略Ｕ字形状に成形する熱間鍛造工程と、前記熱間鍛造工程により得られた成形品を熱処理する熱処理工程と、を備え、
前記熱処理工程における冷却速度を、前記成形品の鋼組織がフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となるように制御することを特徴とする自在継手用ヨークの製造方法。
【請求項１０】
前記熱処理工程により熱処理された成形品の表面にショットブラストを施し、表面粗さＲｚを１６０μｍ以下に仕上げ加工する仕上げ工程をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の自在継手用ヨークの製造方法。
【請求項１１】
前記熱処理工程が油焼入れ及び高温焼戻しを備えることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の自在継手用ヨークの製造方法。
【請求項１２】
回転軸の端部に結合可能な基部と、この基部から同一方向に突出して互いに対向する一対の腕部と、を備えて略Ｕ字形状をなし、十字軸が備える２本の軸のうち一方の軸を前記両腕部の間に回転可能に支持可能な自在継手用ヨークを製造する方法であって、
鋼材を熱間鍛造により略Ｕ字形状に成形する熱間鍛造工程と、
前記熱間鍛造工程により得られた成形品を、鋼組織がフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となるように冷却速度を制御しつつ熱間鍛造温度から冷却する冷却工程と、
を備えることを特徴とする自在継手用ヨークの製造方法。
【請求項１３】
前記冷却工程により冷却された成形品の表面にショットブラストを施し、表面粗さＲｚを１６０μｍ以下に仕上げ加工する仕上げ工程をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の自在継手用ヨークの製造方法。
【請求項１４】
前記冷却速度が２．５℃／ｓ以上５５℃／ｓ以下であることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の自在継手用ヨークの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸線がある角度をなして交わる２つの回転軸を連結し、一方の回転軸の回転力を他方の回転軸に伝達する自在継手、並びに、この自在継手を構成するヨーク及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自在継手は、軸線が同一直線上に存在しない２つの回転軸の端部同士を連結して、これら両回転軸の間で回転力の伝達を可能とする部品である。自在継手の使用例としては、自動車のステアリング装置があげられる。ステアリングホイールに入力された回転トルクは、ステアリングシャフト及び中間シャフトを介してステアリングギヤユニットに伝達され、このステアリングギヤユニットによって車輪が操舵される。
【０００３】
通常、ステアリングシャフトと、ステアリングギヤユニットの入力軸とは、互いの軸線を同一直線上に設けることができない。このため従来から、ステアリングシャフトと入力軸との間に中間シャフトを設け、この中間シャフトの両端部と、ステアリングシャフト及び入力軸の端部とを、それぞれカルダン継手と呼ばれる自在継手を介して結合している。これにより、軸線が同一直線上に存在しないステアリングシャフトと入力軸との間で、回転力の伝達を行うことを可能としている。
【０００４】
このような自在継手の構造には種々のものが知られているが、例えば特許文献１には、図９に示す自在継手１０６が開示されている。この自在継手１０６は、一対の金属板製のヨーク１０７Ａ，１０７Ｂと、十字軸１０８とを備える。一対のヨーク１０７Ａ，１０７Ｂのうち一方のヨーク１０７Ａ（図９においては右側のヨーク）は、基部１０９と、この基部１０９の軸方向端部（図９においては左端部）から突出した一対の腕部１１０，１１０と、を備えて、略Ｕ字形状をなしている。
【０００５】
このうち基部１０９は、ステアリングシャフト等の図示しない回転軸の端部を挿入するため、円周方向１個所を不連続部とした欠円筒状に形成されており、内径が拡縮可能となっている。また、この不連続部には、互いに対向する一対のフランジ１１１ａ，１１１ｂが設けられている。そして、このうち一方のフランジ１１１ａに、ボルト（図示せず）の杆部を挿通するための通孔が形成されている。これとともに、他方のフランジ１１１ｂに形成した通孔にナット１１４を圧入固定することにより、上記ボルトを螺合するためのねじ孔が設けられている。なお、このねじ孔は、フランジ１１１ｂに直接形成してもよい。また、欠円筒状の基部１０９の内周面と、上記図示しない回転軸の端部の外周面とは、互いにセレーション係合が可能となっている。
【０００６】
また、両腕部１１０，１１０は、基部１０９の軸方向端部で径方向反対側となる２個所位置から、この基部１０９の軸方向に突出しており、互いの内側面同士を対向させている。これら両腕部１１０，１１０の先端部には、互いに同心の円孔１１５，１１５が形成されている。
さらに、一対のヨーク１０７Ａ，１０７Ｂのうちの他方のヨーク１０７Ｂ（図９においては左側のヨーク）は、基部１０９の形状のみが前記一方のヨーク１０７Ａとは異なる。すなわち、他方のヨーク１０７Ｂを構成する基部１０９は、中間シャフト等の回転軸１１７の端部を挿入するため、全体が略円筒状に形成されているとともに、軸方向端部（図９においては右端部）の全周が、径方向外方に向け折り曲げられた形状となっている。
【０００７】
さらに、十字軸１０８は、十字に交わる状態で設けられた２本の軸のうちの一方の軸の両端部が、一方のヨーク１０７Ａの腕部１１０，１１０に形成した円孔１１５，１１５の内側に枢支されるとともに、他方の軸の両端部が、他方のヨーク１０７Ｂの腕部１１０，１１０に形成した円孔１１５，１１５の内側に枢支されている。具体的には、各円孔１１５，１１５の内側に、複数のニードル１１８を備える転がり軸受が配されていて、この転がり軸受の内側に十字軸１０８の端部１１９が配されている。
【０００８】
このような自在継手１０６使用時には、図９に示すように、他方のヨーク１０７Ｂを構成する基部１０９の内側に、回転軸１１７の端部を挿入又は圧入した（あるいはスプライン係合させた）状態で、基部１０９に対して回転軸１１７の端部を溶接固定する。これとともに、一方のヨーク１０７Ａを構成する基部１０９の内側に、図示しない別の回転軸の端部をスプライン係合させた状態で、一方のフランジ１１１ａに形成した通孔にその杆部を挿通した図示しないボルトの先端部を、他方のフランジ１１１ｂに固定したナット１１４に螺合させて締め付ける。
【０００９】
これにより、両フランジ１１１ａ，１１１ｂ同士の間隔を狭めて、基部１０９を縮径させることにより、この基部１０９に対して上記別の回転軸の端部を結合固定する。そして、このように２本の回転軸１１７の端部同士を自在継手１０６を介して連結することにより、同一直線上に存在しない両回転軸１１７の間で、回転力の伝達を行うことが可能となっている。
【００１０】
この自在継手１０６を構成するヨーク１０７Ａ，１０７Ｂは、例えば、金属板を所定の形状に打ち抜き、折り曲げるプレス加工や、熱間鍛造，冷間鍛造等の鍛造加工により形成することができる。熱間鍛造によりヨークを製造する場合には、Ｓ３５Ｃ，Ｓ４５Ｃ等の炭素鋼が素材として使用される。そして、必要な機械的性質を得るために、通常は、熱間鍛造後に調質（焼入れ及び高温焼戻し）が施される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−２９９７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
調質は、焼入れによりマルテンサイト組織を得た後に高温で焼戻すことにより、強度と靱性のバランスが良好なソルバイト組織を得る熱処理であるが、マルテンサイト変態時に大きな体積変化を伴う。そのため、ワークの内部と外部とでマルテンサイト変態に時間差が生じて応力（変態応力）が発生し、ワークに焼割れが起こるおそれがあった。特に、マルテンサイト変態時の体積変化は、鋼中の炭素量に比例して大きくなるため、Ｓ４５Ｃ以上の炭素量を有する鋼材となると、焼割れによる不良率が高くなる傾向がある。そのため、不良品の出荷防止のために、磁粉探傷等を用いた品質確認を熱処理後に製品全数について行う必要があり、生産性低下やコスト上昇の原因となっていた。
【００１３】
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、製造時に焼割れが生じるリスクが低く生産性が高く低コストな自在継手用ヨーク及びその製造方法並びに自在継手を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するため、本発明の態様は、次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係る自在継手用ヨークは、回転軸の端部に結合可能な基部と、この基部から同一方向に突出して互いに対向する一対の腕部と、を備えて略Ｕ字形状をなし、十字軸が備える２本の軸のうち一方の軸を前記両腕部の間に回転可能に支持可能な自在継手用ヨークであって、鋼材の熱間鍛造により成形されたものであり、フェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織を有することを特徴とする。
【００１５】
この自在継手用ヨークにおいては、表面粗さＲｚは１６０μｍ以下であってもよいし、２５μｍ以上１６０μｍ以下であってもよい。
また、この自在継手用ヨークにおいては、前記混合組織は、前記熱間鍛造後の熱処理における冷却速度を制御することによって得ることができる。前記熱処理は、油焼入れ及び高温焼戻しとすることができる。さらに、前記混合組織は、熱間鍛造温度からの冷却における冷却速度を制御することによっても得ることができる。そして、いずれの冷却速度も、２．５℃／ｓ以上５５℃／ｓ以下とすることができる。
【００１６】
また、本発明の他の態様に係る自在継手は、一対のヨークと、これら両ヨークを互いに揺動可能に連結する十字軸と、を備え、前記両ヨークは、回転軸の端部に結合可能な基部と、この基部から同一方向に突出して互いに対向する一対の腕部と、を備えて略Ｕ字形状をなし、前記十字軸が備える２本の軸のうち一方の軸が、前記一対のヨークのうち一方のヨークの前記一対の腕部の間に回転可能に支持され、他方の軸が、他方のヨークの前記一対の腕部の間に回転可能に支持されている自在継手であって、前記両ヨークのうちの少なくとも一方が、前記自在継手用ヨークであることを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明の他の態様に係る自在継手用ヨークの製造方法は、回転軸の端部に結合可能な基部と、この基部から同一方向に突出して互いに対向する一対の腕部と、を備えて略Ｕ字形状をなし、十字軸が備える２本の軸のうち一方の軸を前記両腕部の間に回転可能に支持可能な自在継手用ヨークを製造する方法であって、鋼材を熱間鍛造により略Ｕ字形状に成形する熱間鍛造工程と、前記熱間鍛造工程により得られた成形品を熱処理する熱処理工程と、を備え、前記熱処理工程における冷却速度を、前記成形品の鋼組織がフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となるように制御することを特徴とする。
【００１８】
この自在継手用ヨークの製造方法は、前記熱処理工程により熱処理された成形品の表面にショットブラストを施し、表面粗さＲｚを１６０μｍ以下に仕上げ加工する仕上げ工程をさらに備えていてもよい。
前記熱処理工程は、油焼入れ及び高温焼戻しを備えていてもよい。
【００１９】
さらに、本発明の他の態様に係る自在継手用ヨークの製造方法は、回転軸の端部に結合可能な基部と、この基部から同一方向に突出して互いに対向する一対の腕部と、を備えて略Ｕ字形状をなし、十字軸が備える２本の軸のうち一方の軸を前記両腕部の間に回転可能に支持可能な自在継手用ヨークを製造する方法であって、鋼材を熱間鍛造により略Ｕ字形状に成形する熱間鍛造工程と、前記熱間鍛造工程により得られた成形品を、鋼組織がフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となるように冷却速度を制御しつつ熱間鍛造温度から冷却する冷却工程と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
この自在継手用ヨークの製造方法は、前記冷却工程により冷却された成形品の表面にショットブラストを施し、表面粗さＲｚを１６０μｍ以下に仕上げ加工する仕上げ工程をさらに備えていてもよい。
そして、これらの自在継手用ヨークの製造方法においては、いずれも、前記冷却速度を２．５℃／ｓ以上５５℃／ｓ以下とすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の自在継手用ヨーク及びその製造方法並びに自在継手は、製造時に焼割れが生じるリスクが低く生産性が高く低コストである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る自在継手を備えた自動車用ステアリング装置の側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る自在継手用ヨークの構造を示す斜視図である。
【図３】図２の自在継手用ヨークを腕部の先端側から見た図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る自在継手の構造を示す側面図である。
【図５】図４の自在継手の下面図である。
【図６】自在継手用ヨークの製造時の加熱・冷却パターンを説明する図である。
【図７】自在継手用ヨークの捻り耐久試験の結果を示すグラフである。
【図８】自在継手用ヨークの表面粗さと耐久回数との関係を示すグラフである。
【図９】従来の自在継手の構造を示す下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る自在継手用ヨーク及びその製造方法並びに自在継手の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る自在継手を備えた自動車用ステアリング装置の構造を、一部を切断して示す側面図である。また、図２，３は、本発明の一実施形態に係る自在継手用ヨークの構造を示す図であり、図２は斜視図、図３は腕部の先端側から見た図である。さらに、図４，５は、図１の自動車用ステアリング装置に組み込まれた自在継手の構造を示す図であり、図４は側面図、図５は一部を切断して示す下面図である。
【００２４】
本実施形態の自在継手６を備える図１の自動車用ステアリング装置においては、ステアリングホイール１に入力された回転トルクは、ステアリングシャフト２及び中間シャフト３を介してステアリングギヤユニット４に伝達され、このステアリングギヤユニット４によって車輪が操舵される。
すなわち、ステアリングシャフト２と、ステアリングギヤユニット４の入力軸５とは、互いに軸線を同一直線上に設けることができず、軸線がある角度をなして交わっているので、ステアリングシャフト２と入力軸５との間に中間シャフト３を設け、この中間シャフト３の両端部と、ステアリングシャフト２及び入力軸５の端部とを、それぞれ自在継手６，６を介して結合している。これにより、軸線が同一直線上に存在しないステアリングシャフト２と入力軸５との間で、回転力の伝達を行うことを可能としている。
【００２５】
自在継手６，６は、図４，５に示すように、一対の自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂと、これら両自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂを互いに揺動可能に連結する十字軸８と、を備えている。
自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂのうち一方の自在継手用ヨーク７Ａ（図４，５においては右側の自在継手用ヨーク）は、略円筒形状の基部９と、基部９の軸方向端部（図４，５においては左端部）から同一方向に突出して互いに対向する一対の腕部１０，１０と、を備えて、略Ｕ字形状をなしている（図２を参照）。
【００２６】
両腕部１０，１０は、基部９の軸方向端部で径方向反対側となる２個所位置から、基部９の軸方向に突出しており、互いの内側面同士を対向させている。そして、これら両腕部１０，１０の先端部には、互いに同心の円孔１５，１５が形成されている。
また、基部９は、ステアリングシャフト等の図示しない回転軸の端部を挿入するため、周方向１個所を溝状に切り欠いてなるスリット２０を有して周方向に不連続とした欠円筒状に形成されており、その内径を拡縮可能となっている。
【００２７】
さらに、この溝状のスリット２０の両縁部には、互いに対向する一対のフランジ１１ａ，１１ｂが設けられている。このうち一方のフランジ１１ａに、ボルト２１の杆部を挿通するための通孔２３が形成されている（図２，３を参照）。そして、他方のフランジ１１ｂに形成した通孔にナット１４を圧入固定することにより、ボルト２１をねじ止めするためのねじ孔が設けられている。なお、このねじ孔は、フランジ１１ｂに直接形成してもよい。
【００２８】
欠円筒状の基部９の内周面と、前記図示しない回転軸の端部の外周面とは、互いにセレーション係合により結合可能となっているので、一方の自在継手用ヨーク７Ａの基部９の内側に、前記図示しない回転軸の端部をスプライン係合させた状態で、一方のフランジ１１ａに形成した通孔２３にその杆部を挿通したボルト２１の先端部を、他方のフランジ１１ｂに固定したナット１４に螺合させて締め付ける。これにより、両フランジ１１ａ，１１ｂ同士の間隔を狭めて、基部９を縮径させることにより、この基部９に対して上記回転軸の端部を結合固定する。
【００２９】
一方、一対の自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂのうちの他方の自在継手用ヨーク７Ｂ（図４，５においては左側の自在継手用ヨーク）は、基部９の形状のみが自在継手用ヨーク７Ａとは異なっている。すなわち、他方の自在継手用ヨーク７Ｂの基部９は、中間シャフト等の回転軸１７の端部を挿入するため、全体が略円筒形状をなしているとともに、軸方向端部（図４，５においては右端部）の全周が、径方向外方に向け折り曲げられた形状となっている。
他方の自在継手用ヨーク７Ｂの基部９の内側に、回転軸１７の端部をがたつきなく挿入又は圧入した（あるいはスプライン係合させた）状態で、基部９と回転軸１７の端部とを例えば溶接することにより固定して、基部９に対して回転軸１７の端部を結合する。
【００３０】
他方、十字軸８は、十字に交わる状態で設けられた２本の軸のうちの一方の軸が、一方の自在継手用ヨーク７Ａの一対の腕部１０，１０の間に回転可能に支持され、２本の軸のうちの他方の軸が、他方の自在継手用ヨーク７Ｂの一対の腕部１０，１０の間に回転可能に支持されている。
具体的には、腕部１０，１０に形成された各円孔１５，１５の内側に、複数のニードル１８を備える転がり軸受が配され、この転がり軸受の内側に十字軸８の端部１９が配されることにより、十字軸８の各軸が腕部１０，１０の間に回転可能に支持される。
【００３１】
このように、２本の回転軸（前記図示しない回転軸と回転軸１７）の端部同士を自在継手６を介して連結することにより、同一直線上に存在しない両回転軸（前記図示しない回転軸と回転軸１７）の間で、回転力の伝達を行うことが可能となっている。
これら自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂは、鋼材の熱間鍛造により成形されたものである。熱間鍛造法は、形状の自由度が高い成形方法であるため、形状が多少複雑であっても加工可能である。
【００３２】
また、自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂは、フェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織を有する。この混合組織を構成する前記４つの組織の比率は特に限定されるものではないが、面積比で、フェライトが３％以上２８％以下、微細パーライトが７０％以上８０％以下、上部ベイナイトと下部ベイナイトの合計値が２％以上２０％以下であることが好ましい。さらに、鋼材の種類は特に限定されるものではないが、炭素の含有量が０．４質量％以上０．８質量％以下の炭素鋼（例えばＳ３５Ｃ，Ｓ４５Ｃ）が好ましい。
【００３３】
次に、フェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織を有する自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂの製造方法の一例について説明する。
まず、熱間鍛造により鋼材を成形して、前述のような略Ｕ字形状の成形品を得る（熱間鍛造工程）。熱間鍛造温度は、Ａ３変態点よりも高い温度とする。そして、この熱間鍛造温度の成形品を、鋼組織がフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となるように冷却速度を制御しつつ熱間鍛造温度から室温まで冷却する（冷却工程）。これにより、フェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織を有する（すなわち、鋼組織が標準組織ではなく非標準組織である）自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂが得られる。鋼組織をフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織とするためには、冷却工程における冷却速度を２．５℃／ｓ以上５５℃／ｓ以下とすることが好ましく、１０℃／ｓ以上４０℃／ｓ以下とすることがより好ましい。
【００３４】
なお、自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂに必要な機械的性質を付与するために、熱間鍛造後に調質（焼入れ及び高温焼戻し）等の熱処理をさらに施してもよい。この熱処理を施す製造方法について以下に説明する。
まず、上記製造例と同様に、熱間鍛造により鋼材を成形して、前述のような略Ｕ字形状の成形品を得る（熱間鍛造工程）。熱間鍛造温度は、Ａ３変態点よりも高い温度とする。そして、この熱間鍛造温度の成形品を室温まで空冷する。この段階では、成形品はフェライト及びパーライトの混合組織を有する（すなわち、鋼組織が標準組織である）。
【００３５】
続いて、熱間鍛造工程により得られた成形品に熱処理を施す（熱処理工程）。この熱処理としては、調質（焼入れ及び高温焼戻し）が好ましい。すなわち、熱間鍛造工程により得られた成形品を、Ａ３変態点よりも高い温度に加熱し所定の時間保持した後に、室温まで冷却して焼入れを施す。さらに、この成形品を、Ｍｓ点よりも高く且つＡ１変態点よりも低い温度に加熱し所定の時間保持した後に、室温まで冷却して高温焼戻しを施す。
【００３６】
そして、これら焼入れ及び高温焼戻しにおいてはいずれも、鋼組織がフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となるように冷却速度を制御しつつ冷却する。これにより、フェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織を有する（すなわち、鋼組織が標準組織ではなく非標準組織である）自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂが得られる。鋼組織をフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織とするためには、焼入れ及び高温焼戻しにおける冷却速度を２．５℃／ｓ以上５５℃／ｓ以下とすることが好ましく、１０℃／ｓ以上４０℃／ｓ以下とすることがより好ましい。
【００３７】
なお、前記焼入れは油焼入れとすることが好ましい。冷媒として油を用いて焼入れを行えば、鋼組織がフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となるように冷却速度を制御しつつ冷却を行うことができる。
また、最後の高温焼戻しは行わずとも、焼入れが終了した段階で、鋼組織はフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となっているので、この段階の成形品を自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂとしてもよい。
【００３８】
これらの製造方法で自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂを製造すれば、マルテンサイトが生じないので、マルテンサイト変態を回避することができる。よって、マルテンサイト変態に起因する変態応力による焼割れの起こるおそれがほとんどなく、Ｓ４５Ｃ以上の炭素量を有する鋼材を用いた場合でも、焼割れを防止することができる。よって、不良品の出荷防止のために、磁粉探傷等による品質確認を製品全数について行う必要がないので、本実施形態の自在継手用ヨークの製造方法は生産性が高く低コストである。さらに、得られた自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂは、従来の熱間鍛造及び調質を用いて製造された自在継手用ヨークと同レベルの硬さと強度を有している。
【００３９】
また、前記２つの製造例においては、前者の製造例の場合には冷却工程の後に、後者の製造例の場合には熱処理工程の後に、表面にショットブラストを施し仕上げ加工する仕上げ工程を行ってもよい。以下に、仕上げ工程について説明する。
従来、熱間鍛造により自在継手用ヨークを製造する場合には、Ｓ３５Ｃ，Ｓ４５Ｃ等の炭素鋼が素材として使用される。そして、必要な機械的性質を得るために、通常は、熱間鍛造後に調質（焼入れ及び高温焼戻し）が施され、その後に、熱処理スケール等の除去のためにショットブラスト仕上げが施される。
【００４０】
ショットブラスト仕上げは、略球状の鋼球をワーク表面に投射してスケールを除去するとともに、細かい凹凸形状を有し金属光沢のある表面を得るものであるが、従来のショットブラスト仕上げは、外観上有害な欠陥がなければ良品と判断され、表面粗さの管理まではなされていなかった。そのため、外観上は問題のないレベルであっても、表面粗さが大きすぎて、表面の凹凸形状が応力集中源となり、自在継手用ヨークの疲労強度が低下するおそれがあった。
【００４１】
本発明者らは、鋭意検討の結果、表面粗さＲｚが１６０μｍ以下（好ましくは１５０μｍ以下）になるように自在継手用ヨークにショットブラストを施せば、ショットブラストによって疲労強度が低下するおそれがなく十分な耐久強度を有する自在継手用ヨークが得られることを見出した。
ただし、表面粗さＲｚを過度に小さく管理しても、表面の凹凸に代わって鋼材中の欠陥である大型非金属介在物（例えば、直径約４００μｍ以下の非金属介在物）が破壊の起点となるため、表面粗さＲｚを小さく管理する意味が薄れる。逆に、表面粗さＲｚの下限を規定すれば、確実に表面の凹凸を起点とした破壊が起きるため、大型非金属介在物（材料の清浄度）を必要以上に管理する必要がなくなり、清浄度の低い海外材を素材として使用することが可能となる。
【００４２】
このようなことから、表面粗さＲｚが２５μｍ以上１６０μｍ以下になるように自在継手用ヨークにショットブラストを施すことが好ましく、５０μｍ以上１５０μｍ以下になるようにショットブラストを施すことがより好ましい。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００４３】
例えば、本実施形態においては、自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂの両方が、鋼材の熱間鍛造により成形されたものであり、且つ、フェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織を有するという条件を満たしていたが、自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂの一方が前記条件を満たし、他方は満たしていなくてもよい。
また、本実施形態においては、自在継手用ヨーク７Ａ，７Ｂの基部９の形状が異なっていたが、同一形状であってもよい。
【実施例】
【００４４】
以下に、実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。鋼材（Ｓ４５Ｃ）を熱間鍛造して成形した後に、図６に示す種々の加熱・冷却パターンを経由させ、さらに切削を加えて、図２に示すような略Ｕ字形状の自在継手用ヨークを製造した。図６においては、横軸は時間の経過を、縦軸は温度を示している。また、図６中のＦは熱間鍛造温度、Ａ３はＡ３変態点となる温度、Ａ１はＡ１変態点となる温度、Ｍｓはマルテンサイト変態が開始する温度、Ｍｆはマルテンサイト変態が終了する温度を示す。
【００４５】
加熱・冷却パターン（１）〜（３）は、通常の熱間鍛造及び調質による従来の製造方法における加熱・冷却パターンである。また、加熱・冷却パターン（４），（５）は比較例であり、（４）は熱間鍛造温度からの冷却における冷却速度が早すぎる例、（５）は調質の焼入れにおける冷却速度が遅すぎる例である。さらに、加熱・冷却パターン（６）〜（８）は実施例であり、（６）は熱間鍛造温度からの冷却における冷却速度を適切に制御した例、（７）は調質の焼入れにおける冷却速度を適切に制御した例、（８）は調質の高温焼戻しにおける冷却速度を適切に制御した例である。
【００４６】
加熱・冷却パターンについて、以下に詳細に説明する。
〔比較例１：加熱・冷却パターン（１）〕
鋼材の熱間鍛造により得られた成形品を、熱間鍛造温度Ｆから室温（例えば２５℃）まで空冷（徐冷）した。得られた成形品の鋼組織は、熱間鍛造後の標準組織であるフェライト及びパーライトの混合組織となっていた。
【００４７】
〔比較例２：加熱・冷却パターン（２）〕
鋼材の熱間鍛造により得られた成形品を、熱間鍛造温度Ｆから室温（例えば２５℃）まで空冷（徐冷）した。続いて、得られた成形品を、Ａ３変態点よりも高い温度に加熱し所定の時間保持した後に、水冷により室温（例えば２５℃）まで急冷して水焼入れを施した。水焼入れが施された成形品の鋼組織は、水焼入れ後の標準組織であるマルテンサイトとなっていた。
【００４８】
〔比較例３：加熱・冷却パターン（３）〕
鋼材の熱間鍛造により得られた成形品を、熱間鍛造温度Ｆから室温（例えば２５℃）まで空冷（徐冷）した。続いて、得られた成形品を、Ａ３変態点よりも高い温度に加熱し所定の時間保持した後に、水冷により室温（例えば２５℃）まで急冷して水焼入れを施した。さらに、水焼入れが施された成形品を、Ｍｓ点よりも高く且つＡ１変態点よりも低い温度に加熱し所定の時間保持した後に、室温まで徐冷して高温焼戻しを施した。高温焼戻しが施された成形品の鋼組織は、調質後の標準組織であるソルバイト（焼戻しマルテンサイト）となっていた。
【００４９】
〔比較例４：加熱・冷却パターン（４）〕
鋼材の熱間鍛造により得られた成形品を、水冷により熱間鍛造温度Ｆから室温（例えば２５℃）まで急冷した。得られた成形品の鋼組織は、熱間鍛造後の非標準組織であるマルテンサイトとなっていた。
【００５０】
〔比較例５：加熱・冷却パターン（５）〕
鋼材の熱間鍛造により得られた成形品を、熱間鍛造温度Ｆから室温（例えば２５℃）まで空冷（徐冷）した。続いて、得られた成形品を、Ａ３変態点よりも高い温度に加熱し所定の時間保持した後に、室温（例えば２５℃）まで空冷（徐冷）した。このようにして得られた成形品の鋼組織は、熱処理後の非標準組織であるフェライト及びパーライトの混合組織となっていた。
【００５１】
〔実施例１：加熱・冷却パターン（６）〕
鋼材の熱間鍛造により得られた成形品を、鋼組織がフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となるように冷却速度を２．５℃／ｓに制御しつつ、熱間鍛造温度Ｆから室温（例えば２５℃）まで冷却を行った。この冷却においては、冷媒として油を用いた。すなわち、液体状の油に浸漬することにより冷却を行った。ただし、冷媒として、油のミストや低温エアーを用いることもできる。このようにして得られた成形品の鋼組織は、熱間鍛造後の非標準組織であるフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となっていた。
【００５２】
〔実施例２：加熱・冷却パターン（７）〕
鋼材の熱間鍛造により得られた成形品を、熱間鍛造温度Ｆから室温（例えば２５℃）まで空冷（徐冷）した。続いて、得られた成形品を、Ａ３変態点よりも高い温度に加熱し所定の時間保持した後に、鋼組織がフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となるように冷却速度を２．５℃／ｓに制御しつつ、Ａ３変態点よりも高い加熱温度から室温（例えば２５℃）まで冷却を行った。この冷却においては、冷媒として油を用いた（すなわち、油焼入れを行った）。ただし、冷媒として、油のミストや低温エアーを用いることもできる。このようにして得られた成形品の鋼組織は、熱処理後の非標準組織であるフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となっていた。
【００５３】
〔実施例３：加熱・冷却パターン（８）〕
鋼材の熱間鍛造により得られた成形品を、熱間鍛造温度Ｆから室温（例えば２５℃）まで空冷（徐冷）した。続いて、得られた成形品を、Ａ３変態点よりも高い温度に加熱し所定の時間保持した後に、鋼組織がフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となるように冷却速度を５５℃／ｓに制御しつつ、Ａ３変態点よりも高い加熱温度から室温（例えば２５℃）まで冷却を行った。この冷却においては、冷媒として油を用いた（すなわち、油焼入れを行った）。ただし、冷媒として、油のミストや低温エアーを用いることもできる。
【００５４】
さらに、得られた成形品を、Ｍｓ点よりも高く且つＡ１変態点よりも低い温度に加熱し所定の時間保持した後に、鋼組織がフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となるように冷却速度を５５℃／ｓに制御しつつ、Ｍｓ点よりも高い加熱温度から室温（例えば２５℃）まで冷却を行った。この冷却においては、冷媒として油を用いた。すなわち、液体状の油に浸漬することにより冷却を行った。ただし、冷媒として、油のミストや低温エアーを用いることもできる。
上記のような熱処理が施された成形品の鋼組織は、熱処理後の非標準組織であるフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となっていた。
【００５５】
〔実施例４：加熱・冷却パターン（７）〕
鋼材の熱間鍛造により得られた成形品を、熱間鍛造温度Ｆから室温（例えば２５℃）まで空冷（徐冷）した。続いて、得られた成形品を、Ａ３変態点よりも高い温度に加熱し所定の時間保持した後に、鋼組織がフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となるように冷却速度を１０℃／ｓに制御しつつ、Ａ３変態点よりも高い加熱温度から室温（例えば２５℃）まで冷却を行った。この冷却においては、冷媒として油を用いた（すなわち、油焼入れを行った）。ただし、冷媒として、油のミストや低温エアーを用いることもできる。このようにして得られた成形品の鋼組織は、熱処理後の非標準組織であるフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となっていた。
【００５６】
〔実施例５：加熱・冷却パターン（７）〕
鋼材の熱間鍛造により得られた成形品を、熱間鍛造温度Ｆから室温（例えば２５℃）まで空冷（徐冷）した。続いて、得られた成形品を、Ａ３変態点よりも高い温度に加熱し所定の時間保持した後に、鋼組織がフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となるように冷却速度を４０℃／ｓに制御しつつ、Ａ３変態点よりも高い加熱温度から室温（例えば２５℃）まで冷却を行った。この冷却においては、冷媒として油を用いた（すなわち、油焼入れを行った）。ただし、冷媒として、油のミストや低温エアーを用いることもできる。このようにして得られた成形品の鋼組織は、熱処理後の非標準組織であるフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となっていた。
【００５７】
なお、上記各冷却速度は、以下のような方法により判定した。すなわち、上記のようにして得られた各成形品の鋼組織及び硬さを、既知の冷却速度で冷却したサンプルの鋼組織及び硬さと対比することにより、各成形品の冷却速度を推定した。鋼組織は、フォーマスター試験機により測定した。冷却速度は、冷却用油の種類や撹拌方法を変更することによって制御した。
【００５８】
上記のようにして得られた実施例１〜５及び比較例１〜６の各自在継手用ヨークについて、硬さ、組織、及び焼割れの発生数を調査した。
焼割れの発生数は、以下のようにして調査した。１種の自在継手用ヨークにつき１０００個の製品を製造し、全数について蛍光磁粉探傷検査を行うことにより、割れの有無を調査した。結果を表１に示す。
【００５９】
【表１】
2014040907.tif 000003
【００６０】
また、硬さ及び組織は、以下のようにして調査した。製造した１０００個の製品の中から任意に３個を抽出し、腕部の根元部分を切断した。その際には、腕部の突出方向に直交する切断平面が得られるように、腕部の根元部分を切断した。そして、基部から切り離された腕部の切断平面の硬さと組織を調査した。
硬さの測定は、ＨＶ硬度計を用いて９．８Ｎの荷重で行った。１個の自在継手用ヨークにつき５点の硬さを測定し、測定結果の平均値をその自在継手用ヨークの硬さとした。そして、３個の自在継手用ヨークの硬さの最大値と最小値を表１に示した。また、組織は、金属顕微鏡を用いて５００倍の倍率で観察して、組織の種類を判別し、結果を表１に示した。
【００６１】
比較例２，３は、通常の熱間鍛造及び調質により製造され、組織がマルテンサイトやソルバイト（焼戻しマルテンサイト）であるため、マルテンサイト変態を回避することができず、一部の製品に焼割れが発生した。これに対して実施例１〜５は、冷却速度を前記のように制御することで、組織がフェライト、微細パーライト、上部ベイナイト、及び下部ベイナイトの混合組織となっており、マルテンサイト変態を回避することができるので、焼割れが発生しなかった。
【００６２】
また、比較例４は、熱間鍛造温度からの冷却における冷却速度が早すぎるため、組織がマルテンサイトとなり、一部の製品に焼割れが発生した。さらに、比較例１，５は、冷却速度が遅すぎる冷却過程を有するため、焼割れは発生しなかったものの、後述する強度に問題があった。
次に、焼割れが発生しなかった種類の自在継手用ヨークについて捻り耐久試験を行って、その強度を評価した。すなわち、２個の自在継手用ヨーク、十字軸、及び軸受を組み立てて、図４，５に示すものと同様の自在継手を製造し、自在継手の両自在継手用ヨークの基部と捻り試験機の２つの軸（トルク入力側軸及び固定側軸）とをそれぞれ連結した。なお、捻り試験機の２つの軸は、それぞれの軸線が同一直線上に存在する。
【００６３】
そして、いずれかの自在継手用ヨークの腕部の根元部分にクラックが発生するまで、８０，１００，又は１２０Ｎｍの各負荷トルクで自在継手に繰り返し捻りを加えた。クラックが発生した捻り回数（耐久回数）と負荷トルクとの関係を、図７のグラフに示す。
図７のグラフから、実施例１〜３は、従来技術である比較例３と同等レベルの強度を有していることが分かる。これに対して、比較例１，５は、焼割れは発生しなかったものの、強度は低かった。これは、冷却速度が遅すぎる冷却過程を有するため、フェライトの析出が多くなり、強度が低下したものと考えられる。
【００６４】
次に、ショットブラストにより仕上げ加工を行った実施例について説明する。前述の実施例３の自在継手用ヨークに種々の条件でショットブラストを施した。ショットブラストは、新東工業株式会社製のドラム式ショットブラスト装置を用いて行い、メディアの大きさ（１．０〜１．７ｍｍ）や投射圧力（インペラー電流値４０〜６０Ａ）を変更することにより、表面粗さＲｚが種々異なる自在継手用ヨークを作製した。
【００６５】
得られた自在継手用ヨークについて、前述と同様にして捻り耐久試験を行って、その強度を評価した。いずれかの自在継手用ヨークの腕部の根元部分にクラックが発生するまで、１００Ｎｍの負荷トルクで自在継手に繰り返し捻りを加えた。クラックが発生した繰り返し捻り回数（耐久回数）とクラック近傍の表面粗さＲｚとの関係を、図８のグラフに示す。
【００６６】
グラフ中の黒塗りプロットは、表面の凹凸を起点としてクラックが発生したものを示し、白抜きプロットは、鋼材中の大型非金属介在物（本実施例では直径約４００μｍ以下の非金属介在物）を起点としてクラックが発生したものを示す。図８のグラフから、表面粗さＲｚが１６０μｍ以下であると自在継手用ヨークが十分な耐久強度を有し、表面粗さＲｚが１５０μｍ以下であると自在継手用ヨークがより十分な耐久強度を有することが分かる。また、表面粗さＲｚが５０μｍ未満であると、表面の凹凸だけでなく大型非金属介在物を起点とした破壊も混在することが分かる。
【符号の説明】
【００６７】
２      ステアリングシャフト
３      中間シャフト
５      入力軸
６      自在継手
７Ａ，７Ｂ      自在継手用ヨーク
８      十字軸
９      基部
１０      腕部
１７      回転軸
【図１】
2014040907.tif 000004
【図２】
2014040907.tif 000005
【図３】
2014040907.tif 000006
【図４】
2014040907.tif 000007
【図５】
2014040907.tif 000008
【図６】
2014040907.tif 000009
【図７】
2014040907.tif 000010
【図８】
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【図９】
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