(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔が設けられたリング部を有し、且つ前記貫通孔の内周壁に内歯が形成された有内歯部材であって、
前記リング部における前記貫通孔が開口する両端面のうち少なくともいずれか一方の端面に、前記貫通孔から外周壁まで延在する通路が設けられ、
少なくとも、前記内歯及び前記通路に浸炭処理が施され、
且つ当該有内歯部材が、等速ジョイントを構成するスパイダであることを特徴とする有内歯部材。
【請求項２】
貫通孔が設けられたリング部を有し、且つ前記貫通孔の内周壁に内歯が形成された成形体に対して浸炭処理を施して有内歯部材とする有内歯部材の製造方法であって、
前記成形体として、前記リング部における前記貫通孔が開口する両端面のうち少なくともいずれか一方の端面に、前記貫通孔から外周壁まで延在する通路を設けたものを作製する工程と、
複数個の前記成形体の前記貫通孔を、前記通路が設けられた端面が同一方向を臨むようにして基台に立設された軸部材に通すことにより、前記成形体同士を積層する工程と、
積層された前記成形体を熱処理炉内で加熱するとともに、前記熱処理炉内に浸炭剤を供給し、前記成形体の前記通路又は前記貫通孔を経由した該浸炭剤を、前記貫通孔又は前記通路から排出させる工程と、
を有し、
前記通路又は前記貫通孔に到達した浸炭剤により、少なくとも、前記内歯及び前記通路に浸炭処理を施すことを特徴とする有内歯部材の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の製造方法において、前記浸炭処理が終了した後、複数個の前記成形体を積層した状態で冷却用媒体に浸漬し、前記冷却用媒体を、前記貫通孔又は前記通路を介して前記通路又は前記貫通孔まで流通させることを特徴とする有内歯部材の製造方法。
【請求項４】
請求項２又は３記載の製造方法において、前記有内歯部材として、等速ジョイントを構成するスパイダを作製することを特徴とする有内歯部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内周壁に内歯が設けられ、且つ該内歯に浸炭処理が施された有内歯部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製部材に対して焼入処理を行う際、表層部に炭素を拡散させて該表層部に硬化層を設ける浸炭処理は、従来から広汎に採用されている。例えば、図１１に示すスパイダ１は、トリポート型等速ジョイントを構成する部材であり、その貫通孔２の内周壁に形成された内歯３に対して浸炭処理が施される。
【０００３】
この種のスパイダ１に浸炭処理を施すに際しては、内歯３に必要以上の硬化層が形成されることを回避する必要がある。この場合、内歯３の硬度が必要以上に上昇するので靱性が低下し、クラックが発生し易くなってしまうからである。
【０００４】
このような観点から、従来、内歯３に対して浸炭防止剤を塗布したり（特許文献１参照）、ニッケルメッキ等を設けたりする（特許文献２参照）等の防炭処理を施すことが提案されている。また、特許文献３、４に記載されているように、硬化層の形成度合いを制御するべく、シールやスペーサで内歯３を囲繞することも想起される。
【０００５】
しかしながら、浸炭防止剤を用いる場合、浸炭処理を施した後に該浸炭防止剤をスパイダ１から剥離除去する煩雑な作業が必要となる。また、硬化層の深さを調整することができないという不都合がある。
【０００６】
一方、シールやスペーサを用いる場合、シールやスペーサ等を作業者が人力で設置しなければならず、このために長時間を要するので生産効率が低下してしまう。
【０００７】
以上の不具合を回避するべく、本出願人が特許文献５で等速ジョイント用インナ部材を例示して提案したように、枠体に立設されたパイプ等からなる支軸部材を複数のスパイダ１の貫通孔２に通して順次積層させるとともに、スパイダ１の内歯３と、支軸部材の外周壁との間に形成される環状の間隙を一定距離に保持しながら、前記間隙に浸炭ガスを供給することが想起される。この場合、スパイダ１の内歯３に形成される硬化層の深さが略均一となるとともに、該硬化層の深さが、外周壁に形成された硬化層に比して小さくなる。
【０００８】
【特許文献１】特開平２−２９８２４９号公報
【特許文献２】特開平６−２１０２号公報
【特許文献３】特開平４−２６３０６０号公報
【特許文献４】特開昭６０−１０３１２３号公報
【特許文献５】特開平９−３２４２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献５記載の技術を採用した場合、スパイダの端面同士が密接して積層される。従って、隣接するスパイダ間から浸炭剤（ガス）が漏洩することはほとんどない。このため、浸炭剤は、積層されたスパイダの中で露呈した、枠体の直上に位置する最下のスパイダの下端面と、最上部に積層されたスパイダの上端面との２箇所のみに接触する。従って、スパイダの各端面をも浸炭処理することを希求する場合、対応することが容易ではない。
【００１０】
また、前記した最下及び最上のスパイダでは、一端面のみに硬化層が形成される。このことに起因して、図１２に示すように、最下及び最上のスパイダに比較的大きな焼入れ歪み差が発生することがあり、このような事態が生じると、スパイダ、ひいては内歯の寸法精度を維持することが困難となる。特に、スパイダが、元素添加によって結晶粒界を強化させた高強度鋼、例えば、ボロン鋼である場合、ＳＣＭ鋼等の一般的な肌焼鋼に比して構造敏感性が大きいので、大きな焼入れ歪み差が発生してしまう（図１２参照。なお、図１２に示す数値は、積層個数を５個とした場合の結果であり、「積層位置」の欄の１が最上、３が中央、５が最下を表す。また、２、４は、それぞれ、１と３との間、３と５との間に介在されたものを示す。焼入れ歪み差は、各スパイダの同一部位同士で測定した焼入れ処理前後での寸法差である）。
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、内歯と両端面とに浸炭処理が施され、このために焼入れ歪み差が生じることを可及的に回避可能な有内歯部材及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するために、本発明は、貫通孔が設けられたリング部を有し、且つ前記貫通孔の内周壁に内歯が形成された有内歯部材であって、
前記リング部における前記貫通孔が開口する両端面のうち少なくともいずれか一方の端面に、前記貫通孔から外周壁まで延在する通路が設けられ、
少なくとも、前記内歯及び前記通路に浸炭処理が施されたことを特徴とする。
【００１３】
すなわち、この有内歯部材には、略全表面にわたって浸炭処理が施され、このために硬化層が設けられている。従って、焼入れ歪み差が生じることが抑制され、結局、寸法精度が確保される。これにより、有内歯部材の製造歩留まりも向上する。
【００１４】
ここで、有内歯部材の好適な例としては等速ジョイントのスパイダを挙げることができる。
【００１５】
そして、有内歯部材の材質の好適な例としては、ボロン鋼を挙げることができる。すなわち、本発明に係る有内歯部材は、比較的大きな焼入れ歪み差が生じるために寸法精度を確保することが困難となる材質から構成されたものであってもよい。
【００１６】
また、本発明は、貫通孔が設けられたリング部を有し、且つ前記貫通孔の内周壁に内歯が形成された成形体に対して浸炭処理を施して有内歯部材とする有内歯部材の製造方法であって、
前記成形体として、前記リング部における前記貫通孔が開口する両端面のうち少なくともいずれか一方の端面に、前記貫通孔から外周壁まで延在する通路を設けたものを作製する工程と、
複数個の前記成形体の前記貫通孔を、前記通路が設けられた端面が同一方向を臨むようにして基台に立設された軸部材に通すことにより、前記成形体同士を積層する工程と、
積層された前記成形体を熱処理炉内で加熱するとともに、前記熱処理炉内に浸炭剤を供給し、前記成形体の前記通路又は前記貫通孔を経由した該浸炭剤を、前記貫通孔又は前記通路から排出させる工程と、
を有し、
前記通路又は前記貫通孔に到達した浸炭剤により、少なくとも、前記内歯及び前記通路に浸炭処理を施すことを特徴とする。
【００１７】
このように、有内歯部材に通路を設け、気体ないし液体を該有内歯部材の内周壁（内歯）側から外周壁側、又は、外周壁側から内歯側に指向して流通可能とすることにより、有内歯部材の両端面に対して浸炭処理を施すこと、ひいては硬化層を設けることが可能となる。これにより焼入れ歪み差が生じることを回避することができるので、寸法精度が良好な有内歯部材を得ることができる。
【００１８】
なお、浸炭処理が終了した後、複数個の前記成形体を積層した状態で冷却用媒体に浸漬し、冷却用媒体を、前記貫通孔又は前記通路を介して前記通路又は前記貫通孔まで流通させるようにすることが好ましい。これにより、複数個の前記成形体における浸炭処理が施された領域に対して一度に焼入処理を施すことができる。すなわち、焼入処理の効率が向上する。
【００１９】
有内歯部材の好適な例としては、上記したように、等速ジョイントのスパイダを挙げることができる。
【００２０】
ここで、通路の開口上部は、成形体同士が積層された際、該成形体の直上に位置する別の成形体の下端面によって閉塞される。通常は、この状態で浸炭剤が通路を流通するので、成形体の下端面の一部にも浸炭処理が施される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、通路を設けることによって有内歯部材の内周壁側から外周壁側に、又はその逆方向に気体ないし液体が流通することを可能にしている。浸炭処理時にガスが内歯（内周壁）から通路を経由して外部へ、又は、外部から通路を経由して内歯へ流通するので、この通路の壁面と、該通路の直下又は直上に位置する別の成形体の端面に浸炭処理が施される。また、有内歯部材における露呈した外周壁及び内歯にも浸炭ガスが接触するので、結局、略全表面にわたって浸炭処理が施された有内歯部材が得られる。従って、焼入れ歪み差が生じることが抑制され、寸法精度に優れた有内歯部材を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る有内歯部材及びその製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１は、トリポート型等速ジョイントを構成する本実施の形態に係るスパイダ（有内歯部材）１０の全体概略斜視図である。この場合、スパイダ１０はボロン鋼からなり、その略中央部に貫通孔１２が軸線方向に沿って設けられたリング部１４と、該リング部１４の外周壁から突出形成された３本のトラニオン１６ａ〜１６ｃとを有する。
【００２４】
貫通孔１２の内周壁には、内歯１８が形成されている。この内歯１８には、図示しない軸部材の歯部が噛合される。
【００２５】
また、トラニオン１６ａ〜１６ｃは、互いに１２０°の間隔で離間している。これらトラニオン１６ａ〜１６ｃの各々には、複数本の転動体を介してリング状のローラ部材が外嵌される（ともに図示せず）。これらローラ部材は、前記トリポート型等速ジョイントを構成するアウタ部材の内周壁に設けられた摺動溝に挿入される。これにより、前記トリポート型等速ジョイントに対して前記軸部材が摺動自在に連結される。
【００２６】
ここで、スパイダ１０の図１における上端面には、該上端面の一部を円弧状に切り欠くようにして３個の通路２０ａ〜２０ｃが設けられている。各通路２０ａ〜２０ｃは、リング部１４の貫通孔１２から外周壁に至るまで延在している。このため、各通路２０ａ〜２０ｃは、後述するように、貫通孔１２から外周壁に至る気体ないし液体の流通路として機能する。
【００２７】
なお、通路２０ａ〜２０ｃを過度に深くすると、スパイダ１０の強度が低下する。一方、過度に浅いと、後述する浸炭ガス及び冷却剤が流通することが容易でなくなる。従って、通路２０ａ〜２０ｃの深さは、実用上十分な強度を有するスパイダ１０が得られ、且つ浸炭ガス及び冷却剤が確実に流通する程度に設定される。
【００２８】
通路２０ａ〜２０ｃの幅についても同様に、スパイダ１０が実用上十分な強度を示し、且つ浸炭ガス及び冷却剤が容易に流通する程度に設定される。
【００２９】
そして、スパイダ１０においては、少なくとも、この通路２０ａ〜２０ｃを形成する底壁面及び側壁面と、貫通孔１２の内周壁に形成された内歯１８とに、浸炭処理が施されたことによって硬化層が形成されている。なお、後述するように、下端面の一部にも硬化層が存在する。
【００３０】
このスパイダ１０は、ボロン鋼からなるワークから、例えば、冷間鍛造加工等によって、該スパイダ１０の形状に対応する形状の予備成形体２２を加工成形した後、図２に示すように、ワーク保持機構３０を用い、以下のようにして作製することができる。
【００３１】
このワーク保持機構（以下、単に保持機構という）３０は、略平行に並設された複数の枠体３２と、前記枠体３２の長手方向に沿って所定間隔離間する複数の支軸部材（軸部材）３４とを有する。支軸部材３４は軸線方向に沿って貫通孔３５が形成されたパイプからなり、隣接する一組の枠体３２間に、例えば、溶接等によって固着されている。
【００３２】
この場合、支軸部材３４には、図３及び図４に示すように予備成形体２２が５個保持される。そして、各予備成形体２２の貫通孔１２の内壁面に形成された内歯１８と、支軸部材３４の側周壁とは、所定の間隔で互いに離間する。換言すれば、内歯１８と支軸部材３４との間には、間隙３６が形成される。
【００３３】
ここで、予備成形体２２の形状はスパイダ１０と同一であり、従って、予備成形体２２において、スパイダ１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。なお、予備成形体２２には浸炭処理が施されておらず、このために硬化層が形成されていないことはいうまでもない。
【００３４】
本実施の形態では、予備成形体２２の各々は、通路２０ａ〜２０ｃが設けられた端面が上方を臨むように、且つ該通路２０ａ〜２０ｃ同士の位置が合致するようにして支軸部材３４に保持される。すなわち、例えば、予備成形体２２の通路２０ａ〜２０ｃの直上には、別の予備成形体２２における通路２０ａ〜２０ｃが設けられていない側の端面、換言すれば、下端面が位置する。これにより、通路２０ａ〜２０ｃの開口上部が閉塞されて天井面が形成される。
【００３５】
この通路２０ａ〜２０ｃが存在することにより、積層後の各予備成形体２２において、間隙３６から外周壁に至るまでが連通する。従って、各予備成形体２２では、図３〜図５に示すように、間隙３６から外周壁に至るまで、又は、外周壁から間隙３６に至るまで、通路２０ａ〜２０ｃを介して気体ないし液体が流通可能となる。
【００３６】
この状態を維持しながら、保持機構３０を図示しない熱処理炉の室内に搬入した後、浸炭処理を行う。具体的には、先ず、熱処理炉の温度を上昇させ、所定の温度に到達した際、浸炭剤としてのガス（例えば、メタンガス、プロパンガス等）を供給する。
【００３７】
浸炭ガスの一部は、予備成形体２２の外周壁に接触した後、通路２０ａ〜２０ｃを介して貫通孔１２側に流通する。すなわち、通路２０ａ〜２０ｃの底壁面、両側壁面及び天井面にも浸炭ガスが接触する。
【００３８】
ここで、通路２０ａ〜２０ｃの天井面とは、予備成形体２２の直上に載置された別の予備成形体２２の下端面の中、通路２０ａ〜２０ｃに臨んで露呈した部位である。従って、浸炭ガスが通路２０ａ〜２０ｃを流通する際、該浸炭ガスは、予備成形体２２の下端面において、別の予備成形体２２の通路２０ａ〜２０ｃの直上に位置して露呈した部位にも接触する。
【００３９】
通路２０ａ〜２０ｃを経由して間隙３６に流入した浸炭ガスは、下降ないし上昇しながら各内歯１８に接触して、最終的に間隙３６の下方ないし上方から排出される。
【００４０】
その一方で、浸炭ガスは、間隙３６の下方ないし上方から流入して予備成形体２２の内歯１８に到達することもある。この浸炭ガスは、通路２０ａ〜２０ｃを経由した後、予備成形体２２の外周壁側に排出される。従って、浸炭ガスは、内歯１８、通路２０ａ〜２０ｃの底壁面及び側壁面、別の予備成形体２２の下端面の一部（予備成形体２２の通路２０ａ〜２０ｃの直上に位置して露呈した部位）に接触する。
【００４１】
浸炭ガスが上記したように接触した各部位、すなわち、外周壁と、上端面における通路２０ａ〜２０ｃの底壁面及び側壁面と、下端面の一部（下方の予備成形体２２の通路２０ａ〜２０ｃの直上に位置して露呈した部位）と、内歯１８の各表層部には、浸炭ガスの構成元素である炭素成分が進入・拡散し、その結果、該表層部に所定の深さの硬化層が形成される。これにより、浸炭処理が施されて硬化層を有するスパイダ１０が得られるに至る。
【００４２】
すなわち、本実施の形態によれば、予備成形体２２の内歯１８のみならず、外周壁、及び上下両端面の一部に対しても浸炭処理を施して硬化層を形成することができる。換言すれば、予備成形体２２の略全表面にわたって硬化層を設けることができるので、予備成形体２２、ひいては最終製品であるスパイダ１０に焼入れ歪み差が生じることを抑制することができる。
【００４３】
以上の工程が行われた後、熱処理炉の室内から浸炭ガスを排気する排気工程、前記熱処理炉の内部の温度を略一定の焼入保持温度に保持する均熱工程が行われ、次に、スパイダ１０を所定温度に冷却する冷却工程が行われる。
【００４４】
熱処理炉の室内から取り出されたスパイダ１０は、支軸部材３４に通した状態のまま図示しない移送装置を介して搬送され、最終的に、図６に示すように、保持機構３０ごと、油槽４０に貯留された冷却用油（冷媒）４２に浸漬される。
【００４５】
冷却用油４２内に所定時間静置されることにより、スパイダ１０の露呈した外周壁は、油槽４０内の冷却用油４２と接することにより好適に冷却される。その一方で、通路２０ａ〜２０ｃ及び内歯１８は、浸炭ガスと同様の経路で流通する、換言すれば、間隙３６から通路２０ａ〜２０ｃに流入して外周壁側に排出される冷却用油４２、又は、外周壁側から通路２０ａ〜２０ｃに流入して間隙３６に排出される冷却用油４２が接触することによって冷却される。
【００４６】
以上によりスパイダ１０が所定温度まで下降することに伴って、該スパイダ１０に対する焼入処理が行われる。そして、外周壁側ないし間隙３６側から流入する冷却用油４２が上記したように流通するため、その流通経路に存在する内歯１８、通路２０ａ〜２０ｃの底壁面、両側壁面及び天井面に対し、均一な焼入処理を施すことが可能となる。
【００４７】
このようにしてスパイダ１０の全体が所定温度まで冷却された後、図示しない移送装置の作用下に、保持機構３０ごとスパイダ１０を油槽４０の外部へ引き上げれば、焼入処理が終了する。
【００４８】
以上の作業により、焼入れ歪み差が抑制され、このために寸法精度が良好なスパイダ１０が得られるに至る。
【００４９】
ここで、ＳＣＭ鋼及びボロン鋼からなる３０個の予備成形体２２に対して浸炭処理及び焼入れ処理を施した場合での、通路２０ａ〜２０ｃの有無と工程能力指数（ＣＰ値）との関係を図７に示す。ＣＰ値が大きいほど、不良品が少ないことを意味する。なお、Ｎ＝３０とした。
【００５０】
この図７から、ＳＣＭ鋼のみならず、焼入れ歪み差が発生し易いボロン鋼であっても、通路２０ａ〜２０ｃを設けて浸炭処理を施すことによって不良品が著しく少なくなること、換言すれば、焼入れ歪み差が小さく寸法精度に優れたスパイダ１０が得られることが明らかである。
【００５１】
このように、本実施の形態では、予備成形体２２のリング部１４の上端面に、貫通孔１２から外周壁まで延在する通路２０ａ〜２０ｃを設け、浸炭処理時や焼入処理時に、浸炭ガス又は冷却用油を内歯１８に接触させた後、通路２０ａ〜２０ｃを経由させて外周壁まで流通させるか、浸炭ガス又は冷却用油を外周壁に接触させた後、通路２０ａ〜２０ｃを経由させて内歯１８まで流通させるようにしている。これにより、スパイダ１０の外周壁のみならず内歯１８や上下両端面の一部にも硬化層を設けることができるので、該スパイダ１０に焼入れ歪み差が生じることを回避することができ、スパイダ１０の製造歩留まりを向上させることができる。
【００５２】
なお、上記した実施の形態では、トリポート型等速ジョイントを構成するスパイダ１０となる予備成形体２２に対して浸炭処理を行う場合について説明したが、特にこれに限定されるものではなく、リング部の貫通孔に内歯を有する部材であればよい。
【００５３】
また、支軸部材３４に通す予備成形体２２の個数は、特に限定されるものではなく、５個以下であっても５個以上であってもよい。通路の個数も３個に限定されるものではなく、例えば、図８に示すように通路２０ａ〜２０ｈを設ける等、通路の個数を９個に設定することもできる。
【００５４】
さらに、本発明は、ボロン鋼等のように、比較的大きな焼入れ歪み差が生じるために寸法精度を確保することが困難な材質で有内歯部材を構成する際に特に好適であるが、有内歯部材の材質はこれらに限定されるものではなく、どのような材質であってもよい。例えば、肌焼き鋼等であってもよい。
【００５５】
さらにまた、通路２０ａ〜２０ｃが設けられた端面が下方を臨むようにして予備成形体２２同士を積層するようにしてもよいし、図９に示すように、予備成形体２２の上端面に通路２０ａ〜２０ｃを設ける一方で下端面に通路２０ｄ〜２０ｆを設けるようにしてもよい。この場合、上端面の通路２０ａ〜２０ｃの位置と、下端面の通路２０ｄ〜２０ｆの位置とを互いに合致させる必要は特にない。勿論、上端面と下端面とで通路の個数が相違するようにしてもよい。
【００５６】
そして、予備成形体２２同士を積層する際には、通路２０ａ〜２０ｃ同士の位置を揃える必要は特になく、図１０に示すように、不規則であってもよい。この場合においても、通路２０ａ〜２０ｃが該通路２０ａ〜２０ｃの直上の予備成形体２２の一端面によって閉塞されることはない。従って、浸炭ガスの外周壁側から内歯１８への流れ、又は、内歯１８から外周壁側への流れが阻害されることはなく、結局、各予備成形体２２に浸炭処理が施される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施の形態に係る有内歯部材としてのスパイダの概略全体斜視図である。
【図２】本実施の形態に係る有内歯部材の製造方法を実施するための保持機構の一部省略斜視図である。
【図３】図２に示す保持機構によって複数の予備成形体を積層した状態を示す斜視図である。
【図４】図３の縦断面図である。
【図５】図３の平面図である。
【図６】加熱されたスパイダを保持機構に保持された状態で油槽によって冷却を行う際の概略動作説明図である。
【図７】通路の有無とＣＰ値との関係を示す図表である。
【図８】９個の通路が設けられたスパイダの概略全体斜視図である。
【図９】上下各端面に３個の通路が設けられたスパイダの概略全体斜視図である。
【図１０】図２に示す保持機構によって複数の予備成形体を不規則に積層した状態を示す斜視図である。
【図１１】一般的なスパイダの概略全体斜視図である。
【図１２】積層位置と焼入れ歪み差との関係を示す図表である。
【符号の説明】
【００５８】
１、１０…スパイダ（有内歯部材）      ２、１２…貫通孔
３、１８…内歯                        １４…リング部
１６ａ〜１６ｃ…トラニオン            ２０ａ〜２０ｈ…通路
２２…予備成形体                      ３０…ワーク保持機構
３２…枠体                            ３４…支軸部材
３６…間隙                            ４０…油槽
４２…冷却用油
【図１】
0004611237.tif 000002
【図２】
0004611237.tif 000003
【図３】
0004611237.tif 000004
【図４】
0004611237.tif 000005
【図５】
0004611237.tif 000006
【図６】
0004611237.tif 000007
【図７】
0004611237.tif 000008
【図８】
0004611237.tif 000009
【図９】
0004611237.tif 000010
【図１０】
0004611237.tif 000011
【図１１】
0004611237.tif 000012
【図１２】
0004611237.tif 000013