(57)【要約】【課題】静的強度と疲労強度のバランスが優れた一体中空型の動力伝達シャフトを提供することである。【解決手段】一体中空型のシャフト１を外周側から高周波焼入れして、焼入れ硬化層５を形成し、スプライン部２で未硬化層を残して、その内表面の硬度を他の部位の硬度よりも低くすることにより、疲労クラックの起点となりやすいスプライン部２でのシャフト１の靱性と圧縮残留応力を高めて、静的強度と疲労強度のバランスが優れたものとした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に継手接続部を一体に設けて、全長に渡って中空に形成され、前記継手接続部の少なくとも一方を、継手に内嵌されるスプライン部とした動力伝達シャフトにおいて、前記シャフトを外周側から高周波焼入れし、前記スプライン部でのシャフトの内表面の硬度を、その他の部位でのシャフトの内表面の硬度よりも低くしたことを特徴とする動力伝達シャフト。
【請求項２】
前記スプライン部でのシャフトの外表面と内表面との硬度差を、ロックウェル硬さでΔＨＲＣ９以上とした請求項１に記載の動力伝達シャフト。
【請求項３】
前記スプライン部でのシャフトの肉厚に対する焼入れ深さ比を０．３以上とし、このスプライン部でのシャフトの内表面の硬度を、ロックウェル硬さでＨＲＣ４３以下とした請求項１または２に記載の動力伝達シャフト。
【請求項４】
前記スプライン部でのシャフトの内表面に、未硬化層を残した請求項１乃至３のいずれかに記載の動力伝達シャフト。
【請求項５】
前記スプライン部での焼入れ深さを、スプライン部の先端側から基端側へ滑らかに深くするようにした請求項１乃至４のいずれかに記載の動力伝達シャフト。
【請求項６】
前記スプライン部でのシャフトの内表面の硬度を他の部位よりも低くする終端位置を、前記スプライン部の基端側に設けられるスプライン肩部の範囲内とした請求項１乃至５のいずれかに記載の動力伝達シャフト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、両端部を等速自在継手等の継手に接続されて動力を伝達する動力伝達シャフトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
両端部を継手に接続されて動力を伝達する動力伝達シャフトには、両端に継手接続部を一体に設けて、全長に渡って中空に形成したものがある。このような一体中空型の動力伝達シャフトには、継手接続部の一方または両方を継手に内嵌されるスプライン部としたものがよく用いられる。例えば、自動車の駆動力伝達機構用の動力伝達シャフトには、両側の継手接続部を、等速自在継手の内輪に内嵌されるスプライン部としたものが多く用いられている。
【０００３】
一体中空型の動力伝達シャフトは、中実型のものよりも軽量化して同等の静的強度を得ることができる利点がある。この種の動力伝達シャフトの強化手段としては、外周側からの高周波焼入れや、縮径による加工硬化手段が採用されることが多い。シャフトの中間部は加工硬化で強化し、その両端の継手接続部は高周波焼入れで強化したものもある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２０８０３７号公報（第３−４頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した一体中空型で継手接続部の少なくとも一方をスプライン部とした動力伝達シャフトは、静的強度と疲労強度のバランスが中実型のものと異なり、軽量化して中実型のものと同等の静的強度を得るように設計すると、疲労強度が中実型のものより劣る問題がある。疲労クラックは、スプライン切上がり部を起点として発生することが多い。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、静的強度と疲労強度のバランスが優れた一体中空型の動力伝達シャフトを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、両端に継手接続部を一体に設けて、全長に渡って中空に形成され、前記継手接続部の少なくとも一方を、継手に内嵌されるスプライン部とした動力伝達シャフトにおいて、前記シャフトを外周側から高周波焼入れし、前記スプライン部でのシャフトの内表面の硬度を、その他の部位でのシャフトの内表面の硬度よりも低くした構成を採用した。
【０００８】
すなわち、シャフトの強化手段として外周側からの高周波焼入れを採用するとともに、スプライン部でのシャフト内表面の硬度を他の部位のシャフト内表面の硬度よりも低くして、疲労破壊の起点となりやすいスプライン部のシャフトの靱性と圧縮残留応力を高め、静的強度と疲労強度のバランスが優れたものとした。
【０００９】
前記スプライン部でのシャフトの外表面と内表面との硬度差は、ロックウェル硬さでΔＨＲＣ９以上とするのが望ましい。この硬度差の下限値ΔＨＲＣ９は、後述するシャフトの捩じり疲労試験の結果から求めたものである。
【００１０】
前記スプライン部でのシャフトの肉厚に対する焼入れ深さ比は０．３以上、このスプライン部でのシャフトの内表面の硬度は、ロックウェル硬さでＨＲＣ４３以下とするのが望ましい。この焼入れ深さ比の下限値０．３と、シャフト内表面の硬度の上限値ＨＲＣ４３も、後述するシャフトの捩じり疲労試験の結果から求めたものである。
【００１１】
前記スプライン部でのシャフトの内表面に、未硬化層を残すことにより、スプライン部のシャフトの靱性をより確実に確保することができる。
【００１２】
前記スプライン部での焼入れ深さを、スプライン部の先端側から基端側へ滑らかに深くすることにより、継手からの負荷が大きいスプライン部基端側のシャフト強度を高めるとともに、応力集中を防止することができる。
【００１３】
前記スプライン部でのシャフトの内表面の硬度をその他の部位よりも低くする終端位置は、前記スプライン部の基端側に設けられるスプライン肩部の範囲内とするのが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図５に基づき、この発明の実施形態を説明する。この動力伝達シャフトは、自動車の駆動力伝達機構用のものであり、図１に示すように、全長に渡って中空とされた一体中空型のシャフト１で形成され、等速自在継手（図示省略）に接続される継手接続部としてのスプライン部２が両側に設けられている。各スプライン部２の先端側には、それぞれ等速自在継手の内輪を固定する止め輪溝３が設けられ、基端側にはスプライン肩部４が設けられている。また、シャフト１は構造用炭素鋼鋼管（ＳＴＫＭ）で形成されて、外周側から高周波焼入れを施され、各止め輪溝３よりも先端側の部分を除いて、全長に渡って焼入れ硬化層５が形成されている。
【００１５】
図２に示すように、前記スプライン部２近傍の焼入れ硬化層５は、スプライン部２の先端２ａから基端２ｂ側へ向けてＳ字曲線状に滑らかに深くなり、スプライン肩部４の途中でシャフト１の内表面に達しており、スプライン部２のシャフト１の内表面には未硬化層が残されている。
【００１６】
図３は、前記スプライン部２近傍の焼入れ硬化層５の変形例を示す。この変形例では、焼入れ硬化層５がスプライン部２の先端２ａから直線状に深くなり、スプライン肩部４の途中でシャフト１の内表面に達している。
【００１７】
以下に実施例および比較例を挙げる。
【００１８】
【実施例】
実施例として、図１に示した実施形態のシャフト１で、スプライン部２における焼入れ硬化層５のシャフト１の肉厚に対する焼入れ深さ比γを変化させた動力伝達シャフト（実施例１〜１１）を用意した。焼入れ深さ比γは、図２に示したスプライン部２の基端２ｂにおける値で定義した。また、比較例として、同様のシャフト１で、止め輪溝３よりも先端側の部分を除いて、シャフト１の全肉厚に焼入れ硬化層を形成した動力伝達シャフト（比較例１〜２）も用意した。
【００１９】
上記各実施例と比較例の動力伝達シャフトについて、片側のスプライン部２を等速自在継手の内輪に内嵌して片振り捩じり疲労試験を行い、疲労クラックが発生するまでの捩じり繰り返し回数Ｎを調査した。なお、疲労試験での繰り返し回数Ｎは、２．０×１０６  回で打ち切りとした。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
この疲労試験の結果を表１と、図４および図５に示す。表１中には、焼入れ深さ比γの他に、焼入れ深さ比γを定義したスプライン部２の基端２ｂにおけるシャフト１の内表面硬度ＨＲＣと、その外表面との硬度差ΔＨＲＣも併記する。各実施例のものは、いずれも内表面硬度がＨＲＣ４３以下で、外表面との硬度差がΔＨＲＣ９以上となっている。図４は、表１に示した結果を基にして、焼入れ深さ比γと繰り返し回数Ｎの関係をプロットしたグラフ、図５は、内表面硬度ＨＲＣと繰り返し回数Ｎの関係をプロットしたグラフである。
【００２２】
これらの結果より、全肉厚に焼入れ硬化層を形成した比較例のものは、外表面硬度がＨＲＣ５６、内表面硬度がＨＲＣ５３で、繰り返し回数Ｎが５．０×１０５  回程度であるのに対して、内表面の硬度を外表面よりも低くした各実施例のものは、いずれも繰り返し回数Ｎが８．０×１０５  回以上となっており、著しく疲労強度が改善されていることがわかる。
【００２３】
上述した実施形態では、両側の継手接続部をスプライン部としたが、本発明に係る動力伝達シャフトは、片側の継手接続部のみをスプライン部としたものにも適用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、この発明の動力伝達シャフトは、一体中空型のシャフトの強化手段として外周側からの高周波焼入れを採用するとともに、スプライン部でのシャフト内表面の硬度を他の部位のシャフト内表面の硬度よりも低くし、疲労クラックの起点となりやすいスプライン部のシャフトの靱性と圧縮残留応力を高めて、静的強度と疲労強度のバランスを改善したので、軽量化が求められる自動車の駆動力伝達機構用等に好適なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】動力伝達シャフトの実施形態を示す切欠き縦断面図
【図２】図１のスプライン部近傍を拡大して示す切欠き縦断面図
【図３】図２の変形例を示す切欠き縦断面図
【図４】疲労試験における焼入れ深さ比γと繰り返し回数Ｎの関係を示すグラフ
【図５】疲労試験における内表面硬度ＨＲＣと繰り返し回数Ｎの関係を示すグラフ
【符号の説明】
１  シャフト
２  スプライン部
２ａ  先端
２ｂ  基端
３  止め輪溝
４  スプライン肩部
５  焼入れ硬化層
【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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