(57)【要約】【課題】内周表面部の焼き割れ検査を簡略化できる中空状動力伝達シャフトを提供する。【解決手段】中空状動力伝達シャフト１は、軸方向のほぼ全域Ｌに亘って、焼入れ処理による硬化層Ｓを有している。軸方向域Ｌにおいて、硬化層Ｓは、外周表面１ｇから所定深さｈ０の領域に形成され、硬化層Ｓから内周表面１ｉに至る領域は熱処理により硬化していない未硬化層Ｓ０になっている。【選択図】図２
2006002809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向中間部が大径部に形成されると共に、該大径部よりも軸方向両側部がそれぞれ小径部に形成され、該小径部の端部に継手が連結される連結部を有する中空状動力伝達シャフトにおいて、
外周表面から所定の深さ領域に焼入れ処理による硬化層を有すると共に、内周表面部に前記焼入れ処理により硬化しない未硬化層を有することを特徴とする中空状動力伝達シャフト。
【請求項２】
前記小径部は、前記連結部よりも軸方向中間部側に、外径が最小となる最小径部を有し、該最小径部における下記の焼入れ率αがα＜０．７であることを特徴とする請求項１に記載の中空状動力伝達シャフト。
α＝ｈ／ｔ
ここで、ｈはＨＲＣ４０以上の硬度を有する前記硬化層の外周表面からの深さを表し、ｔは肉厚を表す。
【請求項３】
前記最小径部を除く他の部位における焼入れ率αが、該部位の断面係数をＺｘ、前記最小径部の断面係数をＺ０として、α≦０．７×（Ｚ０／Ｚｘ）であることを特徴とする請求項２に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項４】
前記小径部は、前記連結部よりも軸方向中間部側に、外径が最小となる最小径部を有し、該最小径部における下記の焼入れ率αが０．５≦α＜０．７であることを特徴とする請求項１に記載の中空状動力伝達シャフト。
α＝ｈ／ｔ
ここで、ｈはＨＲＣ４０以上の硬度を有する前記硬化層の外周表面からの深さを表し、ｔは肉厚を表す。
【請求項５】
前記最小径部を除く他の部位における焼入れ率αが、該部位の断面係数をＺｘ、前記最小径部の断面係数をＺ０として、０．７×（Ｚ０／Ｚｘ）−０．２≦α≦０．７×（Ｚ０／Ｚｘ）であることを特徴とする請求項４に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項６】
前記小径部は、前記連結部よりも軸方向中間部側に、外径が最小となり、かつ、軸方向にほぼ均一な形状になった最小径部を有し、該最小径部における下記の焼入れ率αが１．０であることを特徴とする請求項１に記載の中空状動力伝達シャフト。
α＝ｈ／ｔ
ここで、ｈはＨＲＣ４０以上の硬度を有する前記硬化層の外周表面からの深さを表し、ｔは肉厚を表す。
【請求項７】
前記最小径部を除く他の部位における焼入れ率αが、該部位の断面係数をＺｘ、前記最小径部の断面係数をＺ０として、α≦Ｚ０／Ｚｘであることを特徴とする請求項６に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項８】
前記最小径部を除く他の部位における焼入れ率αが、該部位の断面係数をＺｘ、前記最小径部の断面係数をＺ０として、（Ｚ０／Ｚｘ）−０．２≦α≦Ｚ０／Ｚｘであることを特徴とする請求項６に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項９】
前記焼入れ処理が、前記外周表面からの高周波焼入れであることを特徴とする請求項１に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項１０】
前記未硬化層が、前記焼入れ処理時に、前記内周表面を冷却材の流れに接触させることによって形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項１１】
請求項１から９の何れかに記載の中空状動力伝達シャフトと、該中空状動力伝達シャフトの一端部の前記連結部に連結された摺動型等速自在継手と、該中空状動力伝達シャフトの他端部の前記連結部に連結された固定型等速自在継手とを備えた動力伝達機構。
【請求項１２】
軸方向中間部が大径部に形成されると共に、該大径部よりも軸方向両側部がそれぞれ小径部に形成され、該小径部は端部に継手が連結される連結部を有し、該連結部よりも軸方向中間部側に、外径が最小となり、かつ、軸方向にほぼ均一な形状になった最小径部を有する中空状動力伝達シャフトの製造方法において、
外周表面から所定の深さ領域に焼入れ処理による硬化層を形成すると共に、内周表面部に前記焼入れ処理により硬化しない未硬化層を残し、一方、前記最小径部については下記の焼入れ率αを１．０とし、前記最小径部の内周表面部における焼入れ処理時の焼き割れを非破壊検査によって検査することを特徴とする中空状動力伝達シャフトの製造方法。
α＝ｈ／ｔ
ここで、ｈはＨＲＣ４０以上の硬度を有する前記硬化層の外周表面からの深さを表し、ｔは肉厚を表す。
【請求項１３】
前記焼入れ処理が、前記外周表面からの高周波焼入れであることを特徴とする請求項１１に記載の中空状動力伝達シャフトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、等速自在継手等の継手に連結される中空状動力伝達シャフトに関し、例えば、自動車の動力伝達系を構成するドライブシャフト（駆動軸）やプロペラシャフト（推進軸）に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車の動力伝達系において、減速装置（ディファレンシャル）から駆動輪に動力を伝達する動力伝達シャフトは、ドライブシャフト（駆動軸）と呼ばれることがある。特に、ＦＦ車に使用されるドライブシャフトでは、前輪操舵時に大きな作動角と等速性が要求され、また、懸架装置との関係で軸方向の変位を吸収する機能が要求されるので、その一端部を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等の摺動型等速自在継手を介して減速装置側に連結し、その他端部をバーフィールド型等速自在継手（ゼッパジョイントと呼ばれることもある。）等の固定側等速自在継手を介して駆動輪側に連結する機構が多く採用されている。
【０００３】
上記のようなドライブシャフトとしては、従来、また現在においても、中実シャフトが多く使用されているが、自動車の軽量化、ドライブシャフトの剛性増大による機能向上、曲げ一次固有振動数のチューニング最適化による車室内の静粛性向上等の観点から、近時では、ドライブシャフトを中空シャフト化する要求が増えてきている。
【０００４】
ドライブシャフト等に適用される中空状動力伝達シャフトとしては、例えば、下記の特許文献１〜３に記載されたものが知られている。
【０００５】
特許文献１では、中空シャフトの内周表面を軸方向のほぼ全域に亘って熱硬化処理している。この熱硬化処理は、例えば、中空シャフトの外周表面側から高周波焼入れ・焼戻しを行なうことにより、外周表面から内周表面に至る全深さ領域に対して施している（同文献の段落番号００１２参照）。
【０００６】
特許文献２では、例えば、高周波焼入れ・焼戻しにより、中空シャフトの軸方向のほぼ全域に亘って、外周表面から内周表面に至る全深さ領域に熱硬化処理を施している（同文献の段落番号００１２参照）。
【０００７】
特許文献３では、中空シャフトの静的強度とねじり疲労強度を中実シャフト以上にするために、中空シャフトを０．７〜０．９の焼入れ率で表面焼入れしている。ここで、焼入れ率は、硬度がＨＶ４００以上に焼入れされている外周表面からの焼入れ深さｈとシャフトの肉厚ｔとの比ｈ／ｔ、と定義されている（同文献の段落番号００１４参照）。
【特許文献１】特開２００２―３４９５３８号公報
【特許文献２】特開２００２―３５６７４２号公報
【特許文献３】特開２００３―９０３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に、この種の中空状動力伝達シャフトにおいて、静的ねじり強度等の静的強度を高めるためには、熱処理硬化層の外周表面からの深さを大きくすることが有効である。この点、特許文献１〜２では、中空シャフトの軸方向両側域あるいは軸方向ほぼ全域について、外周表面から内周表面に至る全深さ領域を熱処理硬化させることで（以下、このような熱硬化処理を「全硬化」という。）、中空シャフトの静的強度を最大限に確保している。
【０００９】
ところで、この種の中空状動力伝達シャフトは、熱硬化処理時の焼き割れに対する品質管理が厳しく要求される場合が多く、通常、熱硬化処理後に焼き割れ検査を行っている。
【００１０】
一般に、外周表面部の焼き割れ検査は比較的容易であるが、内径表面部の焼き割れ検査は技術的に困難であり、通常、超音波探傷等による非破壊検査が主流になる。そのため、検査には多大な費用と工数を要する。
【００１１】
一方、特許文献３では、中空シャフトを上記の焼入れ率０．７〜０．９で表面焼入れしており、特許文献１〜２のような全硬化の場合に比べて、内周表面部の硬化硬度が低くなるので、内周表面部における焼き割れ発生の可能性は幾分低減する。すなわち、同文献では、焼入れ時に内周表面の近傍まで加熱しているが、この加熱された内周表面近傍は、シャフト内部の空気層が加熱時に加熱され、かつ、内周表面から空気層への熱伝達率が金属内部の熱伝達効率よりも低いことから、急冷されない、としている（同文献の段落番号００１４参照）。しかしながら、焼入れ率が０．７以上であると、加熱された内周表面近傍の熱影響を、シャフト内部の空気層により完全に無くすことは困難である。
【００１２】
本発明の課題は、内周表面部の焼き割れ検査を簡略化できる中空状動力伝達シャフトを提供することである。
【００１３】
本発明の他の課題は、内周表面部の焼き割れ検査を簡略化できると共に、強度バランスに優れた中空状動力伝達シャフトを提供することである。
【００１４】
本発明の他の課題は、内周表面部の焼き割れ検査を簡略化できると共に、強度バランスに優れ、かつ、内周表面部の焼き割れが無いことを保証し得る中空状動力伝達シャフトの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明は、軸方向中間部が大径部に形成されると共に、大径部よりも軸方向両側部がそれぞれ小径部に形成され、小径部の端部に継手が連結される連結部を有する中空状動力伝達シャフトにおいて、外周表面から所定の深さ領域に焼入れ処理による硬化層を有すると共に、内周表面部に焼入れ処理により硬化しない未硬化層を有する構成を提供する。
【００１６】
本発明の中空状動力伝達シャフトは、例えば、パイプ素材に塑性加工を施して、軸方向中間部に大径部、軸方向両側部に小径部を有する中空状シャフト素材を成形し、この中空状シャフト素材に必要に応じて所要の機械加工を施した後、焼入れ処理を施すことによって製造される。
【００１７】
上記の塑性加工としては、スウェージング加工やプレス加工等が採用される。前者のスウェージング加工には、ロータリースウェージングとリンクタイプスウェージングがあり、その何れも採用することができる。例えば、ロータリースウェージングは、機内の主軸に組込まれた一対又は複数対のダイスとバッカーとが回転運動を行なうと共に、外周ローラとバッカー上の突起により一定ストロークの上下運動を行なって、挿入されるパイプ素材に打撃を加えて絞り加工を行なう加工法である。また、プレス加工は、パイプ素材をダイスに軸方向に押し込んで絞り加工を行なう加工法である。上記の塑性加工は、パイプ素材の軸方向全域に対して行っても良いし、軸方向両側部に対してのみ部分的に行なっても良い。前者の場合、塑性加工後の中空状シャフト素材は、軸方向中間部の大径部と軸方向両側部の小径部において、塑性加工に伴う加工硬化と縮径による増肉が認められる。後者の場合、塑性加工後の中空状シャフト素材は、軸方向両側部の小径部において、塑性加工に伴う加工硬化と縮径による増肉が認められるが、軸方向中間部の大径部には、これらの現象は認められない。あるいは、塑性加工として、パイプ素材の軸方向中間部を内周側から加圧して拡径させる加工法を採用することもできる。この場合、塑性加工後の中空状シャフト素材は、軸方向中間部の大径部において、塑性加工に伴う加工硬化と拡径による減肉が認められる。上記の機械加工は、例えば、小径部の端部の連結部に、継手との連結に供される歯型（スプラインやセレーション等）を転造等の手段によって加工するものである。この歯型は、両端部の連結部にそれぞれ形成しても良いし、一端部又は他端部の連結部にのみ形成しても良い。
【００１８】
パイプ素材の材質としては、例えば、ＳＴＫＭやＳＴＭＡ等の機械構造用炭素鋼、または、それらをベースに加工性や焼入れ性等の改善のために合金元素を添加した合金鋼、あるいは、ＳＣｒ、ＳＣＭ、ＳＮＣＭ等のはだ焼鋼を用いることができる。
【００１９】
上記の焼入れ処理としては、パイプ素材の材質や動力伝達シャフトに要求される特性等に応じて、高周波焼入れ、浸炭焼入れ、浸炭窒化焼入れ等の種々の手段を採用することができるが、硬化層の範囲や深さを自由に選択でき、また、表面に残留圧縮応力が生成されることによる耐疲れ疲労性の改善等の点から、高周波焼入れを採用するのが好ましい。尚、本明細書において、「焼入れ処理」は、焼入れ後に焼戻しを行なう処理と、焼入れ後に焼戻しを行なわない処理の双方を含む。処理工程の簡素化の観点からは、焼入れのみを行ない、焼戻しは行なわないようにするのが好ましい。
【００２０】
本発明の中空状動力伝達シャフトは、上記の焼入れ処理が施されることにより、外周表面から所定の深さ領域に焼入れ処理による硬化層を有すると共に、内周表面部に焼入れ処理により硬化しない未硬化層を有する。この未硬化層の硬度は、塑性加工後（焼入れ処理前）の中空状シャフト素材の内周表面部の硬度と同程度か、これよりも小さい。このような未硬化層は、例えば、中空状シャフト素材の焼入れ処理時に、焼入れ率αを０．７未満（α＜０．７）に設定し、中空状シャフト素材の内周表面から所定の深さ領域が、加熱されないように、または、オーステナイト化温度未満の温度で加熱されるように、あるいは、急冷されないように、焼入れ処理を行なうことによって形成することができる。ここで、焼入れ率αは、ＨＲＣ４０以上の硬度を有する硬化層の外周表面からの深さ（ｈ）と肉厚（ｔ）との比（ｈ／ｔ）である。一般に、焼き割れは、加熱によってオーステナイト化された鋼組織がＭｓ点を通過してマルテンサイトに変態するときに発生するが、上記のような未硬化層ではマルテンサイト変態が起こらないので、焼き割れが発生しない。この場合、未硬化層の硬度は、熱処理前の中空状シャフト素材の内周表面部における硬度が同程度に維持された状態になる。
【００２１】
この種の中空状動力伝達シャフトは、静的ねじり強度等の静的強度とねじり疲労強度等の動的強度のバランスを確保することが重要である。静的強度は、全硬化の場合に最も大きくなるが、内周表面部の焼き割れの原因となる可能性があり、また、内周表面部の靭性が小さくなることにより動的強度が低下する傾向がある。
【００２２】
小径部において、連結部よりも軸方向中間部側に外径が最小となる最小径部を有する中空状動力伝達シャフトの場合、この最小径部が静的強度の最弱部となる。したがって、所要の静的強度を確保する観点から、最小径部の焼入れ深さはできるだけ大きくするのが好ましい。一方、焼入れ深さを大きくし過ぎると、内周表面部の焼き割れの可能性と動的強度低下の問題が生じる。実験によれば、最小径部における焼入れ率αをα＜０．７とした場合に、内周表面部の焼き割れを防止でき、かつ、動的強度の点でも好ましい結果が得られている。より好ましくは、最小径部における焼入れ率αは０．５≦α＜０．７に設定するのが良い。尚、小径部の連結部に歯型（スプラインやセレーション等）を形成する場合、この歯型の終端部（切り上がり部）が動的強度（ねじり疲労強度）の最弱部となるので、歯型の形成部位、特に終端部についても焼入れ率αを０．７未満にすることが好ましい。
【００２３】
静的強度は、各部位における熱処理硬化層の断面係数と密接に関係しており、静的強度のバランスを確保するためには、径の小さな部位は焼入れ深さを相対的に大きくし、径の大きな部位は焼入れ深さを相対的に小さくすれば良い。このような観点から、最小径部を除く他の部位における焼入れ率αは、該部位の断面係数をＺｘ、最小径部の断面係数をＺ０として、α≦０．７×（Ｚ０／Ｚｘ）、好ましくは、０．７×（Ｚ０／Ｚｘ）−０．２≦α≦０．７×（Ｚ０／Ｚｘ）とするのが良い。
【００２４】
最小径部が軸方向にほぼ均一な形状を有する場合は、該部位の内周表面部における焼き割れを非破壊検査することが可能であるので、最小径部については入れ率αを１．０（全硬化）とすることもできる。これにより、静的強度の最弱部となる最小径部の静的強度を最大限に確保することができる。この場合、最小径部を除く他の部位における焼入れ率αは、該部位の断面係数をＺｘ、最小径部の断面係数をＺ０として、α≦Ｚ０／Ｚｘ、好ましくは、（Ｚ０／Ｚｘ）−０．２≦α≦Ｚ０／Ｚｘとするのが良い。ここで、「軸方向にほぼ均一な形状を有する」とは、内径と外径が軸方向にほぼ一定であることを意味し、「ほぼ均一」とは、文字通りの均一の他、内周表面部の焼き割れを非破壊検査する際に支障とならない程度に僅かに不均一になっているものも含むことを意味する。
【００２５】
あるいは、上記のような、内周表面部の未硬化層は、例えば、中空状シャフト素材の焼入れ処理時に、内周表面を冷却材の流れに接触させることによっても形成することができる。この場合、焼入れ率αを０．７以上（α≧０．７）、例えば、最大０．９程度にしても、上記の未硬化層を形成することが可能である。ここでの冷却材は、例えば、冷却水や高周波焼入れ等に用いる焼入冷却材（冷却水溶液等）であり、焼入れ処理時に、中空状シャフト素材の内周表面に沿って流通される。焼入れ処理時に、中空状シャフト素材の内周表面が冷却材の流れと接触することにより、中空状シャフト素材の内周表面から所定の深さ領域が、未加熱、または、オーステナイト化温度未満の温度で加熱され、あるいは、焼きなましの状態となり、上記の未硬化層が形成される。中空状シャフト素材の内周表面から所定の深さ領域が焼きなましの状態となって上記の未硬化層が形成される場合等、この未硬化層の硬度は、熱処理前の中空状シャフト素材の内周表面部における硬度よりも小さくなることがある。このような未硬化層が形成されることによっても、内周表面部の焼き割れが防止される。また、焼入れ率αを大きくすることができるので、静的強度を高める上で有利である。
【００２６】
また、本発明は上記課題を解決するため、軸方向中間部が大径部に形成されると共に、大径部よりも軸方向両側部がそれぞれ小径部に形成され、小径部は端部に継手が連結される連結部を有し、連結部よりも軸方向中間部側に、外径が最小となり、かつ、軸方向にほぼ均一な形状になった最小径部を有する中空状動力伝達シャフトの製造方法において、外周表面から所定の深さ領域に焼入れ処理による硬化層を形成すると共に、内周表面部に焼入れ処理により硬化しない未硬化層を残し、一方、最小径部については上記の焼入れ率αを１．０とし、最小径部の内周表面部における焼入れ処理時の焼き割れを非破壊検査によって検査する構成を提供する。ここで、「非破壊検査」には、超音波探傷、磁気探傷、放射線探傷、渦電流探傷などが含まれる。
【００２７】
内周表面部に焼入れ処理により硬化しない未硬化層を残すことにより、内周表面部の焼き割れ防止と動的強度の向上を図り、同時に、軸方向にほぼ均一な形状を有する最小径部については、静的強度向上の点から焼入れ率αを１．０とし（全硬化）、かつ、該部位の内周表面部の焼き割れを非破壊検査して焼き割れ品を排除できるようにしている。これにより、強度バランスを高めると共に、軸方向全域の内周表面部に関して焼き割れが無いことを保証することが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、内周表面部の焼き割れ検査を簡略化できる中空状動力伝達シャフトを提供することができる。
【００２９】
また、本発明によれば、内周表面部の焼き割れ検査を簡略化できると共に、強度バランスに優れた中空状動力伝達シャフトを提供することができる。
【００３０】
さらに、本発明によれば、内周表面部の焼き割れ検査を簡略化できると共に、強度バランスに優れ、かつ、内周表面部の焼き割れが無いことを保証し得る中空状動力伝達シャフトの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
【００３２】
図１は、中空状の動力伝達シャフト１と、動力伝達シャフト１の一端部に連結された摺動型等速自在継手２と、動力伝達シャフト１の他端部に連結された固定型等速自在継手３とを備えた自動車の動力伝達機構を示している。この実施形態の動力伝達機構において、摺動型等速自在継手２は減速装置（ディファレンシャル）に連結され、固定型等速自在継手３は駆動輪側に連結される。動力伝達シャフト１の一端部は摺動型等速自在継手２のトリポード部材２ａにスプライン連結され、摺動型等速自在継手２の外輪２ｂの端部外周と動力伝達シャフト１の外周にブーツ２ｃがそれぞれ固定されている。また、動力伝達シャフト１の他端部は固定型等速自在継手３の内輪３ａにスプライン連結され、固定型等速自在継手３の外輪３ｂの端部外周と動力伝達シャフト１の外周にブーツ３ｃがそれぞれ固定されている。尚、同図には、摺動型等速自在継手２としてトリポード型等速自在継手が例示され、固定型等速自在継手３としてバーフィールド型等速自在継手が例示されているが、他の型式の等速自在継手が用いられる場合もある。
【００３３】
図２は、動力伝達シャフト（ドライブシャフト）１を示している。この動力伝達シャフト１は、軸方向の全域に亘って中空状をなし、軸方向中間部に大径部１ａ、大径部１ａよりも軸方向両側部にそれぞれ小径部１ｂを有している。大径部１ａと小径部１ｂとは、軸端側に向かって漸次縮径したテーパ部１ｃを介して連続している。小径部１ｂは、等速自在継手（２、３）との連結に供される端部側の連結部１ｄと、ブーツ（２ｃ、３ｃ）が固定される軸方向中間部側のブーツ固定部１ｅと、連結部１ｄとブーツ固定部１ｅとの間の最小径部１ｆとを有している。連結部１ｄには、等速自在継手（２、３）にスプライン連結されるスプライン１ｄ１と、等速自在継手（２、３）に対する軸方向抜け止め用の止め輪を装着するための止め輪溝１ｄ２が形成されている。ブーツ固定部１ｅには、ブーツ（２ｃ、３ｃ）の小径端部の内周を嵌合するための嵌合溝１ｅ１が形成されている。最小径部１ｆは、内径及び外径が軸方向にほぼ一定であり、軸方向にほぼ均一な形状を有している。
【００３４】
また、同図にハッチングを付して示しているように、この動力伝達シャフト１は、止め輪溝１ｄ２の近傍から軸端に至る一部領域を除く、軸方向のほぼ全域Ｌに亘って、焼入れ処理による硬化層Ｓを有している。軸方向域Ｌにおいて、硬化層Ｓは、外周表面１ｇから所定深さｈ０の領域に形成され、硬化層Ｓから内周表面１ｉに至る領域は焼入れ処理により硬化していない未硬化層Ｓ０になっている。
【００３５】
ＨＲＣ４０以上の硬度を有する硬化層Ｓの外周表面１ｇからの深さｈ（ｈ≦ｈ０）と肉厚ｔとの比（ｈ／ｔ）である焼入れ率αは、最小径部１ｆにおいて０．５≦α＜０．７の範囲内の値になっている。また、最小径部１ｆを除く他の部位の焼入れ率αは、該部位の断面係数をＺｘ、最小径部１ｆの断面係数をＺ０として、０．７×（Ｚ０／Ｚｘ）−０．２≦α≦０．７×（Ｚ０／Ｚｘ）の範囲内の値になっている。尚、止め輪溝１ｄ２の近傍から軸端に至る一部領域は、焼入れ処理が施されておらず、外周表面１ｇから内周表面１ｉに至る全領域が焼入れ処理前の状態のまま残されている。
【００３６】
上記構成の動力伝達シャフト１は、例えば、つぎのような態様で製造することができる。まず、機械構造用炭素鋼管（ＳＴＫＭ）等のパイプ素材に軸方向全域に亘ってロータリースウェージング加工を施して、軸方向中間部に大径部１ａ、軸方向両側部に小径部１ｂを有する中空状シャフト素材を成形する。このようにして成形された中空状シャフト素材には、軸方向全域に亘って、ロータリースウェージング加工による加工硬化と縮径による増肉が認められる。そして、この中空状シャフト素材の小径部１ｂの端部に転造加工等によってスプライン１ｄ１を成形して連結部１ｄを形成すると共に、連結部１ｄに転造加工や切削加工等によって止め輪溝１ｄ２を形成する。また、ブーツ固定部１ｅとなる部位に転造加工や切削加工等によってブーツ固定溝１ｅ１を形成する。その後、この中空状シャフト素材の外周表面１ｇの側に高周波誘導加熱コイルを配置して、軸方向域Ｌに対して外周表面１ｇの側から高周波焼入れを行なう。この高周波焼入れは、定置式焼入れ、移動式焼入れの何れの方式で行なっても良い。さらに、高周波焼入れを行なう際に、中空状シャフト素材の内周に冷却水を所定流量で流通させても良い。この場合は、最小径部１ｆの焼入れ率αを０．７以上（α≧０．７）にすることも可能である。この冷却水は、高周波焼入れで使用する焼入冷却水（水溶液等）を用いても良い。高周波焼入れの後、焼戻しを行なっても良い。
【００３７】
上記の高周波焼入れにより、中空状シャフト素材の軸方向域Ｌにおいて、外周表面１ｇから所定深さｈ０の領域に硬化層Ｓが形成される。また、高周波焼入れ時に、中空状シャフト素材の焼入れ率αを０．７未満（α＜０．７）にすることにより、あるいは、中空状シャフト素材の内周に冷却水を所定流量で流通させ、中空状シャフト素材の内周表面１ｉを冷却水の流れと接触させることにより、中空状シャフト素材の内周表面１ｉから所定の深さ領域が、例えば、未加熱又はオーステナイト化温度未満の温度で加熱され、未硬化層Ｓ０が形成される。この未硬化層Ｓ０の硬度は、例えば、高周波焼入れ前における中空状シャフト素材の内周面部の硬度と同程度に維持されている。すなわち、この未硬化層Ｓ０は、焼き割れの原因となるマルテンサイトが生成されない組織となる。
【００３８】
この実施形態の動力伝達シャフト１は、外周表面１ｇから所定の深さ領域ｈ０に高周波焼入れによる硬化層Ｓを有すると共に、内周表面１ｉを含む内周面部に高周波焼入れより硬化しない未硬化層Ｓ０を有するので、内周面部の焼き割れがなく、内周面部の検査を簡略化できる。また、静的強度と動的強度の強度バランスに優れたものとなる。
【００３９】
図３は、他の実施形態に係る動力伝達シャフト１１を示している。この実施形態の動力伝達シャフト１１が、上述した実施形態の動力伝達シャフト１と異なる点は、最小径部１ｆにおける焼入れ率αを１．０（全硬化）にしている点にある。そして、最小径部１ｆにおける焼入れ率αを１．０にしたことに伴い、最小径部１ｆを除く他の部位の焼入れ率αを、該部位の断面係数をＺｘ、最小径部１ｆの断面係数をＺ０として、０．７×（Ｚ０／Ｚｘ）−０．２≦α≦０．７×（Ｚ０／Ｚｘ）の範囲内の値にしている。
【００４０】
静的強度の最弱部となる最小径部１ｆの焼入れ率αを１．０としたことにより、この実施形態の動力伝達シャフト１１は静的強度にも優れたものとなる。一方、最小径部１ｆは軸方向にほぼ均一な形状を有するので、内周表面部における焼き割れを非破壊検査、例えば、超音波探傷によって検査することが可能である。また、最小径部１ｆを除く他の部位の内周面部には未硬化層Ｓ０が形成されているので、焼き割れは発生しない。したがって、最小径部１ｆの超音波探傷により、軸方向全域の内周表面部に関して焼き割れが無いことを保証することが可能となる。その他の事項は、第１の実施形態に関して説明した事項に準じるので、重複する説明を省略する。
【実施例１】
【００４１】
機械構造用炭素鋼（ＳＴＫＭ）からなるパイプ素材に対してロータリースウェージング加工とその後の機械加工を施して、図２に示す動力伝達シャフト１と同一形態の中空状パイプ素材を製作し、この中空状パイプ素材に高周波焼入れ（焼入れ率α≧０．７）を施して、実施例１と比較例の動力伝達シャフトをそれぞれ作製した。実施例１の動力伝達シャフトに対しては、高周波焼入れ時に内周部に所定温度の冷却水を所定流量で流通させた。比較例の動力伝達シャフトに対しては、通常の高周波焼入れを行ない、内周部への冷却水の流通は行なわなかった。高周波焼入れの条件は、実施例１、比較例とも同一条件とした。
【００４２】
上記のようにして作製した実施例１及び比較例の動力伝達シャフトの最小径部（１ｆ）を切断し、該切断面の硬度分布を測定した。その結果を図４に示す。同図において、横軸は外周表面からの深さと肉厚ｔとの比率（以下、「深さ比」という。深さ比０は外周表面、深さ比１は内周表面である。）、縦軸はビッカース硬さ（Ｈｖ）を表している。焼入れ率αは、ロックウェル硬さＨＲＣ４０（Ｈｖ３９１）以上の硬度を有する硬化層の深さｈと肉厚ｔとの比率（ｈ／ｔ）で定義され、実施例１の動力伝達シャフトではα＝０．８１（≧０．７）、比較例の動力伝達シャフトではα＝０．８７（≧０．７）であった。同図に示すように、比較例の動力伝達シャフトでは、深さ比０．５５付近の位置から内周表面にかけて硬度がほぼ一定の比率で漸減する傾向がみられた。そして、深さ比０．９７の位置では硬度が焼入れ前よりも高くなり、内周面部に高周波焼入れによる熱硬化の影響がみられた。これに対して、実施例１の動力伝達シャフトでは、深さ比０．７９付近の位置まで硬度がほぼ一定の高い値で推移し、そこから深さ比０．８４の位置にかけて硬度がほぼ垂直に近い状態で急激に減少し、深さ比０．８４の位置から内周表面にかけて硬度がほぼ一定の低い値で推移する傾向がみられた。そして、深さ比０．９７の位置では硬度が焼入れ前と同程度であり、深さ比０．８４の位置から内周面に至る内周面部に、高周波焼入れによる硬化の影響がみられず、高周波焼入れ前における内周面部の硬度が同程度に維持されていた。
【実施例２】
【００４３】
機械構造用炭素鋼（ＳＴＫＭ）からなるパイプ素材に対してロータリースウェージング加工とその後の機械加工を施して、図２に示す動力伝達シャフト１と同一形態の中空状パイプ素材を製作し、この中空状パイプ素材に高周波焼入れ（焼入れ率α＜０．７）を施して、実施例２の動力伝達シャフトを作製した。この実施例２の動力伝達シャフトに対しては、通常の高周波焼入れを行ない、内周部への冷却水の流通は行なわなかった。
【００４４】
上記のようにして作製した実施例２の動力伝達シャフトの最小径部（１ｆ）を切断し、該切断面の硬度分布を測定した。その結果を図５に示す。同図に示すように、実施例２の動力伝達シャフトでは、焼入れ率α＝０．６８（＜０．７）であり、深さ比０．８８の位置から内周表面にかけて硬度がほぼ一定の比率で漸減する傾向がみられた。そして、深さ比０．９の位置では硬度が焼入れ前と同程度であり、深さ比０．９の位置から内周面に至る内周面部に、高周波焼入れによる硬化の影響がみられず、高周波焼入れ前における内周面部の硬度が同程度に維持されていた。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】自動車の動力伝達機構を示す図である。
【図２】実施形態に係る動力伝達シャフトを示す一部断面図である。
【図３】他の実施形態に係る動力伝達シャフトを示す一部断面図である。
【図４】硬度分布を示す図である。
【図５】硬度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１、１１    動力伝達シャフト
１ａ  大径部
１ｂ  小径部
１ｆ  最小径部
１ｉ  内周表面
１ｇ  外周表面
Ｓ    硬化層
Ｓ０  未硬化層
【図１】
2006002809.tif 000003
【図２】
2006002809.tif 000004
【図３】
2006002809.tif 000005
【図４】
2006002809.tif 000006
【図５】
2006002809.tif 000007