(57)【要約】【課題】外側ジョイント部材のカップ部と軸部との全体が加熱された状態から冷却する熱処理方法において、割れが発生する確率を低減する。【解決手段】冷却工程では、カップ部１１及び軸部２１の全体が加熱された状態から、カップ部１１及び軸部２１に対して冷却液を噴出することでカップ部１１及び軸部２１を冷却する。冷却工程では、カップ部１１と軸部２１との全体が加熱された状態から、軸部２１の外周面２３及びカップ部１１の底部１２の外側面１４を含む外表面３０を、カップ部１１の内表面１３よりも先に、冷却液によって冷却開始する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒状であるカップ部と、当該カップ部の底部から軸方向に延びている軸部とを有する外側ジョイント部材の熱処理方法であって、
前記カップ部及び前記軸部の全体が加熱された状態から、当該カップ部及び当該軸部に対して冷却液を噴出することで当該カップ部及び当該軸部を冷却する冷却工程を含み、
前記冷却工程では、前記カップ部と前記軸部との全体が加熱された状態から、当該軸部の外周面及び前記カップ部の前記底部の外側面を含む外表面を、当該カップ部の内表面よりも先に、前記冷却液によって冷却開始する、熱処理方法。
【請求項２】
前記内表面に対する前記冷却液の噴出流量は、前記外表面に対する前記冷却液の噴出流量よりも少なく、
前記内表面に対する前記冷却液の噴出流量は、毎分２０リットル以上であり、毎分４０リットル以下である、請求項１に記載の熱処理方法。
【請求項３】
前記外表面と前記内表面との冷却開始時刻の差は、２．５秒以上であり、７．５秒以下である、請求項１又は２に記載の熱処理方法。
【請求項４】
前記外側ジョイント部材は、前記カップ部と反対側の先部にねじ部を有し、
前記冷却工程では、前記ねじ部にカバーが被せられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、等速ジョイントが有する外側ジョイント部材の熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車及び各種産業機械では、動力伝達装置の一部に等速ジョイントが用いられている。自動車の場合、車輪を支持するハブユニットとドライブシャフトとの間に等速ジョイントが設けられている。等速ジョイントは、ハブユニットと連結される外側ジョイント部材、ドライブシャフトと連結される内側ジョイント部材、これら外側ジョイント部材と内側ジョイント部材との間に設けられる複数のボール、及び、複数のボールを保持するケージを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、外側ジョイント部材９０の断面図である。外側ジョイント部材９０は、有底筒状である椀形のカップ部９１と、このカップ部９１の底部９２から軸方向に延びている軸部９３とを有している。カップ部９１の内表面９９には、前記ボールが転がり接触することから、この内表面９９では所定の硬さが必要とされている。また、軸部９３にはスプライン９８が形成されており、軸部９３は、前記ハブユニットの内軸とスプライン結合されるため、その外周面９７（スプライン９８）は、所定の硬さが必要とされている。
【０００４】
このため、外側ジョイント部材９０に対して、従来、高周波加熱による部分焼入れが行われている。つまり、軸部９３の外周面９７（スプライン９８）に対して高周波加熱を行ってから冷却液を噴射して急冷を行ない、また、これとは別にカップ部９１の内表面９９に対して高周波加熱を行ってから冷却液を噴射して急冷を行なっている。このように、従来では、カップ部９１と軸部９３とに対して、個別に加熱及び冷却を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１４９２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の熱処理方法とは異なり、カップ部９１と軸部９３との全体を加熱し、全体を冷却する焼入れの試みが行われている。しかし、この場合、カップ部９１の底部９２の外側面の一部（前記ハブユニットの一部が接触する当たり面９５）に、周方向に沿って割れが発生する可能性があるという問題点がある。
【０００７】
そこで、本発明は、外側ジョイント部材のカップ部と軸部との全体が加熱された状態から冷却する熱処理方法において、割れが発生する確率を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発明者は、鋭意研究の結果、外側ジョイント部材のカップ部と軸部との全体を加熱してから冷却する場合において、カップ部の底部の外側面の一部に割れが発生するメカニズムを解明し、その対策として本発明を完成させた。つまり、割れが発生するメカニズムは、次のとおりであると推定される。軸部の外周面を含む外表面とカップ部の内表面との両者が同時に急冷されてマルテンサイト変態すると、これら外表面及び内表面それぞれにおいて大きな引張力が発生する。その後、外表面と内表面との間の内部がマルテンサイト変態し膨張する。このように、外表面及び内表面において大きな引張力が作用するのに対して、内部において膨張力が作用することから、外表面に割れが発生すると推定される。そこで、このような知見に基づき、また、試行錯誤の結果、外表面を冷却開始してから後に内表面を冷却開始させるように、冷却開始時刻に差を設けることで、先ず、外表面から内部側へマルテンサイト変態をある程度進行させてから、次に、内表面をマルテンサイト変態させれば、外表面の張力は緩和され、割れが発生する確率を低減させることが可能であるということを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明は、有底筒状であるカップ部と、当該カップ部の底部から軸方向に延びている軸部とを有する外側ジョイント部材の熱処理方法であって、前記カップ部及び前記軸部の全体が加熱された状態から、当該カップ部及び当該軸部に対して冷却液を噴出することで当該カップ部及び当該軸部を冷却する冷却工程を含み、前記冷却工程では、前記カップ部と前記軸部との全体が加熱された状態から、当該軸部の外周面及び前記カップ部の前記底部の外側面を含む外表面を、当該カップ部の内表面よりも先に、前記冷却液によって冷却開始する。
【００１０】
外側ジョイント部材のカップ部及び軸部の全体が加熱された状態から冷却を行なう場合、冷却工程では、カップ部及び軸部を全体として同時に冷却する方法が通常である（従来の方法）。しかし、本発明では、冷却工程において、カップ部と軸部との全体が加熱された状態から冷却するが、前記外表面に対する冷却の開始よりも、カップ部の内表面の冷却開始を遅らせている。この熱処理方法によれば、先ず、外表面からの冷却（急冷）により、マルテンサイト変態をカップ部の内部まである程度進行させ、その後、内表面側の冷却（急冷）により、内表面側のマルテンサイト変態を進行させる。このように内表面側のマルテンサイト変態の際に、内表面と外表面との間の内部にまでマルテンサイト変態が進んでいることから、外表面の張力は緩和され、外表面における割れの発生確率を低減することが可能となる。
【００１１】
また、前記のような割れを更に効果的に抑制するためには、前記内表面における急冷を若干和らげるのが好ましい。そこで、前記内表面に対する前記冷却液の噴出流量は、前記外表面に対する前記冷却液の噴出流量よりも少なく、前記内表面に対する前記冷却液の噴出流量は、毎分２０リットル以上であり、毎分４０リットル以下であるのが好ましい。このようにして、内表面に対する冷却液の噴出流量を外表面の場合よりも少なくしている。しかし、内表面に対する冷却液の噴出流量が少なすぎると、つまり、内表面に対する冷却液の噴出流量が毎分２０リットル未満になると、内表面の急冷が十分でなくなり、所望の硬さが得られなくなる可能性がある。
【００１２】
また、前記外表面と前記内表面との冷却開始時刻の差は、２．５秒以上であり、７．５秒以下であるのが好ましい。前記冷却開始時刻の差が小さすぎると、冷却開始時刻を相違させることによる割れの抑制作用が弱くなる可能性がある。これに対して、前記冷却開始時刻の差が大きすぎると、外表面からの冷却が内表面側にまで及び、内表面の急冷が十分でなくなり、内表面において所望の硬さが得られなくなる可能性がある。
【００１３】
外側ジョイント部材は、前記カップ部と反対側の先部にねじ部を有しているものがある。この場合、外側ジョイント部材の全体が加熱されていることから、ねじ部も他の部分と同じように加熱されている。しかし、ねじ部は、熱処理後にねじ加工が行われるため、焼入れされないようにするのが好ましい。そこで、前記外側ジョイント部材は、前記カップ部と反対側の先部にねじ部を有し、前記冷却工程では、前記ねじ部にカバーが被せられるのが好ましい。この方法によれば、ねじ部に冷却液が接触するのを防ぐことができ、ねじ部が焼入れされないで済む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、外側ジョイント部材のカップ部と軸部との全体が加熱された状態から冷却する熱処理方法において、割れが発生する確率を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の熱処理方法の対象となる外側ジョイント部材の断面図である。
【図２】熱処理方法のフロー図である。
【図３】冷却工程で用いられている冷却装置の一部の説明図である。
【図４】冷却工程における冷却液の噴出開始時刻と、冷却液の流量とを示すグラフである。
【図５】外側ジョイント部材の割れの発生の有無について調べた検査結果を示す表である。
【図６】外側ジョイント部材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の熱処理方法の対象となる外側ジョイント部材の断面図である。この外側ジョイント部材は、自動車の等速ジョイントの一部である。等速ジョイントは、図１に示す外側ジョイント部材１０の他に、図示しないが、内側ジョイント部材、これら外側ジョイント部材１０と内側ジョイント部材との間に配置される複数のボール、及び、複数のボールを保持するケージを備えている。
【００１７】
外側ジョイント部材１０は、有底筒状である椀形のカップ部１１と、このカップ部１１の底部１２から軸方向に延びている軸部２１とを有している。カップ部１１の内表面１３には、前記ボールが転がり接触することから、この内表面１３では所定の硬さが必要とされている。また、軸部２１の外周面２３にはスプライン２２が形成されており、軸部２１は、前記ハブユニットの内軸とスプライン結合される。このため、軸部２１の外周面２３（スプライン２２）は、所定の硬さが必要とされている。
【００１８】
そこで、外側ジョイント部材１０に対して熱処理として焼入れ処理が行われる。図１では、焼入れがされる領域にクロスハッチを付している。また、焼入れ処理の後に、焼戻し処理が行われる。外側ジョイント部材１０は炭素鋼からなり、本実施形態では、機械構造用炭素鋼（Ｓ５５Ｃ）である。外側ジョイント部材１０を、中炭素鋼又は高炭素鋼とすることができる。焼入れ前の外側ジョイント部材１０は鍛造により所定形状に成形される。
【００１９】
本実施形態では、軸部２１の外周面２３（スプライン２２）を焼入れ処理する際、カップ部１１の底部１２の外側面１４も焼入れ処理される。焼入れがされる軸部２１の外周面２３（スプライン２２）及びカップ部１１の底部１２の外側面１４をあわせて「外表面３０」と呼ぶ。外側ジョイント部材１０は、軸部２１のうちのカップ部１１と軸方向について反対側の先部に、ねじ部２４を有している。ねじ部２４は、本発明の熱処理を終えてから、機械加工によってねじ加工がされる。このため、ねじ部２４は、焼入れの対象部位から除かれる。つまり、本実施形態では、焼入れ処理の対象となる部位は、カップ部１１の内表面１３と、軸部２１の外周面２３（スプライン２２）及びカップ部１１の底部１２の外側面１４を含む外表面３０である。
【００２０】
前記構成を備えている外側ジョイント部材１０の熱処理方法の具体例について説明する。図２は、熱処理方法のフロー図である。この熱処理方法は、加熱工程（ステップＳ１１）及び冷却工程（ステップＳ１２）を含む焼入れ処理（ステップＳ１０）と、焼入れ処理（ステップＳ１０）の後に行われる焼戻し処理（ステップＳ２０）とを有している。
【００２１】
加熱工程（ステップＳ１１）では、カップ部１１及び軸部２１の全体が加熱された状態とする。なお、本実施形態の焼入れ処理として、オーステナイト状態で鍛造を施し、そのまま直ちに焼入れを行なう鍛造焼入れとすることができる。または、炉により、外側ジョイント部材１０の全体を加熱してオーステナイト状態とする。加熱工程では、外側ジョイント部材１０の各部（カップ部１１及び軸部２１）が、オーステナイト組織となる温度にされている。この温度以上であれば、部分的に温度は違っていてもよい。加熱温度は、従来知られている方法と同様の温度であればよい。
【００２２】
冷却工程（ステップＳ１２）では、カップ部１１及び軸部２１の全体が加熱された状態から、これらカップ部１１及び軸部２１に対して冷却液を噴出することでカップ部１１及び軸部２１を冷却する。図３は、冷却工程（ステップＳ１２）で用いられている冷却装置の一部の説明図である。冷却装置は、冷却液を噴出する第一冷却ジャケット４１及び第二冷却ジャケット４２を有している。第一冷却ジャケット４１は、外表面３０に対して冷却液を噴出する。第二冷却ジャケット４２は、内表面１３に対して冷却液を噴出する。図３では、冷却液の噴出方向を矢印で示している。第一冷却ジャケット４１と第二冷却ジャケット４２とは別系統とされており、つまり、第一冷却ジャケット４１と第二冷却ジャケット４２とはそれぞれ独立して機能することができる。第一冷却ジャケット４１と第二冷却ジャケット４２とによる冷却液の噴射タイミング及び噴射流量は個別に調整される。
【００２３】
冷却液は、水溶性の焼入れ油（焼入れ水）であり、水に可用性の溶剤を混合して得たものである。本実施形態では、溶剤の濃度を１５％としている。
【００２４】
図４は、冷却工程（ステップＳ１２）における冷却液の噴出開始時刻と、冷却液の流量とを示すグラフである。図４に示すように、冷却工程では、カップ部１１と軸部２１との全体が加熱された状態から、外表面３０を、カップ部１１の内表面１３よりも先に、冷却液によって冷却開始する。つまり、外表面３０側の冷却開始時刻（図４の時刻ｔ０）を、カップ部１１の内表面１３側の冷却開始時刻（図４の時刻ｔ１）よりも先とする。外表面３０と内表面１３との冷却開始時刻の差ΔＴ（＝ｔ１−ｔ２）は、２．５秒以上であり、７．５秒以下であるのが好ましい。本実施形態では、外表面３０の冷却を開始してから５秒後に、内表面１３の冷却を開始する。
【００２５】
図４に示すように、内表面１３に対する冷却液の噴出流量Ｑ２は、外表面３０に対する冷却液の噴出流量Ｑ１よりも少ない（Ｑ２＜Ｑ１）。具体的には、内表面１３に対する冷却液の噴出流量Ｑ２は、毎分２０リットル以上であり、毎分４０リットル以下であるのが好ましい。これに対して、外表面３０に対する冷却液の噴出流量Ｑ１は、毎分１１０リットル以上であり、毎分１３０リットル以下であるのが好ましい。
【００２６】
また、本実施形態の外側ジョイント部材１０は、前記のとおり（図１及び図３参照）、カップ部１１と反対側の先部にねじ部２４を有している。外側ジョイント部材１０の全体が加熱されていることから、ねじ部２４も他の部分と同じように加熱されている。しかし、ねじ部２４は、熱処理後にねじ加工が行われるため、焼入れされないようにするのが好ましい。そこで、本実施形態の冷却工程では、図３に示すように、ねじ部２４にカバー１７が被せられており、冷却液がねじ部２４に接触しないようにしている。
【００２７】
以上のようにして、外側ジョイント部材１０の各部が所定の温度に低下するまで冷却工程（図２のステップＳ１２）が行われる。
焼戻し処理（図２のステップＳ２０）は、従来、行われている方法によるため、ここでは説明を省略する。
【００２８】
図５は、外表面３０に対して冷却を開始した後に、内表面１３の冷却を開始した場合の実施例と、内表面１３及び外表面３０に対して同時に冷却を開始した従来例との外側ジョイント部材１０の割れの発生の有無について調べた検査結果を示す表である。実施例では、図３に示す第一冷却ジャケット４１から冷却液を噴出して外表面３０に対して冷却を開始した５秒後に、第二冷却ジャケット４２から冷却液を噴出して内表面１３の冷却を開始している。この点で実施例と従来例とで異なるが、他の条件は同じであり、冷却液の濃度は共に１５％である。また、冷却液の噴出流量は共に、外表面３０に対して毎分１２０リットルであり、内表面１３に対して毎分３０リットルである。検査の結果、従来例では、カップ部１１の底部１２の外側面１４に割れが発生したのに対して、実施例では、割れは発生しなかった。
【００２９】
以上のように、本実施形態の熱処理方法の冷却工程では、カップ部１１と軸部２１との全体が加熱された状態から、軸部２１の外周面２３及びカップ部１１の底部１２の外側面１４を含む外表面３０を、カップ部１１の内表面１３よりも先に、冷却液によって冷却開始する。
【００３０】
ここで、図１に示すような外側ジョイント部材１０のカップ部１１及び軸部２１の全体が加熱された状態から冷却を行なう場合、冷却工程では、カップ部１１及び軸部２１を全体として同時に冷却する方法が通常である（従来の方法）。しかし、本実施形態では、冷却工程において、カップ部１１と軸部２１との全体が加熱された状態から冷却するが、図４により説明したように、外表面３０に対する冷却の開始よりも、カップ部１１の内表面１３の冷却開始を遅らせている。この熱処理方法によれば、先ず、外表面３０からの冷却（急冷）により、マルテンサイト変態を外表面３０からカップ部１１の内部１５まである程度進行させ、その後、内表面１３側の冷却（急冷）により、内表面１３側のマルテンサイト変態を進行させる。このように内表面１３側のマルテンサイト変態の際に、外表面３０から内部１５にまで（従来よりも深い位置まで）マルテンサイト変態が進んでいることから、外表面３０の張力は緩和され、外表面３０における割れの発生確率を低減することが可能となる。
【００３１】
また、外表面３０と内表面１３との冷却開始時刻の差（図４においてΔＴ）は、２．５秒以上であり、７．５秒以下である。この冷却開始時刻の差（ΔＴ）が小さすぎると、つまり、差（ΔＴ）が２．５秒未満であると、内表面１３及び外表面３０への冷却液の噴出が同時となる従来例に近くなり、冷却開始時刻を相違させることによる割れの抑制作用が弱くなる可能性がある。これに対して、冷却開始時刻の差（ΔＴ）が大きすぎると、つまり、差が７．５秒を超えると、外表面３０からの冷却が内表面１３側にまで及び、内表面１３の急冷が十分でなくなり、内表面１３において所望の硬さが得られなくなる可能性がある。前記冷却開始時刻の差（ΔＴ）、つまり、外表面３０を基準とした内表面１３の噴射開始の遅延時間は、内表面１３の硬さに影響を及ぼす。
【００３２】
また、前記のような割れを更に効果的に抑制するためには、内表面１３における急冷を若干和らげるのが好ましい。そこで、本実施形態では、図４に示すように、内表面１３に対する冷却液の噴出流量Ｑ２は、外表面３０に対する冷却液の噴出流量Ｑ１よりも少なく設定されている（Ｑ２＜Ｑ１）。具体的には、内表面１３に対する冷却液の噴出流量Ｑ２は、毎分２０リットル以上であり、毎分４０リットル以下に設定される。このようにして、内表面１３に対する冷却液の噴出流量Ｑ２を外表面３０の場合よりも少なくしている。しかし、内表面１３に対する冷却液の噴出流量Ｑ２が少なすぎると、つまり、噴出流量Ｑ２が毎分２０リットル未満であると、内表面１３の急冷が十分でなくなり、所望の硬さが得られなくなる可能性がある。また、内表面１３に対する噴出流量が多すぎると、つまり、噴出流量Ｑ２が毎分４０リットルを超えると、前記のように内表面１３の冷却開始を外表面３０よりも遅らせることによる割れの抑制作用が弱くなる可能性がある。
【００３３】
本実施形態では、冷却液の濃度を１５％としているが、この値は変更可能である。また、内表面１３のための冷却液の濃度と、外表面３０のための冷却液の濃度とが異なっていてもよい。ただし、冷却液の濃度を高くしすぎると、急冷を和らげることとなり、所望の硬さが得られなくなる場合がある。そこで、冷却液の濃度は１０％以上であり、２０％以下であるのが好ましい。
【００３４】
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００３５】
ここで、参考発明について説明する。
前記の実施形態の発明の場合、熱処理方法の冷却工程では、カップ部１１と軸部２１との全体が加熱された状態から、軸部２１の外周面２３及びカップ部１１の底部１２の外側面１４を含む外表面３０を、カップ部１１の内表面１３よりも先に、冷却液によって冷却開始している（図４参照）。
これに対して、参考発明では、図示しないが例えば外側ジョイント部材１０の形状が異なる場合、外表面３０の冷却開始と内表面１３の冷却開始とを、前記実施形態の反対としてもよい。つまり、冷却工程では、カップ部１１と軸部２１との全体が加熱された状態から、外表面３０を、カップ部１１の内表面１３よりも後に、冷却液によって冷却開始する。この参考発明による熱処理方法によっても、外側ジョイント部材１０における割れの発生確率を低減することが可能となる。つまり、外表面３０と内表面１３との冷却開始時刻に差が設けられていればよい。このように参考発明では、内表面１３と外表面３０との冷却開始のタイミングについて、前記の実施形態の熱処理方法と異なるが、その他の各項目については、前記の実施形態と同じにすることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０：外側ジョイント部材        １１：カップ部            １２：底部
１３：内表面                    １４：外側面              １７：カバー
２１：軸部                      ２３：外周面              ２４：ねじ部
３０：外表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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