(57)【要約】【課題】優れた疲労特性を有する等速ジョイント外輪を安定して提供する。【解決手段】動力伝達部となるステム部の外周面に表面硬化層を有する等速ジョイント外輪であって、Ｃ：０．３５〜０．７  ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．３０〜１．１  ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．２  〜２．０  ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．００５  〜０．２５ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００５  〜０．１  ｍａｓｓ％、Ｍｏ：０．０５〜０．６  ｍａｓｓ％、Ｂ：０．０００３〜０．００６  ｍａｓｓ％、Ｓ：０．０６ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０２ｍａｓｓ％以下およびＣｒ：０．２  ｍａｓｓ％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になり、母材組織が、ベイナイト組織および／またはマルテンサイト組織を有し、かつこれらベイナイト組織とマルテンサイト組織の合計の組織分率が１０％以上であり、さらに高周波焼入れによる表面硬化層の旧オーステナイト粒径を該表面硬化層全厚にわたり１２μｍ  以下とする。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力伝達部となるステム部の外周面に表面硬化層を有する等速ジョイント外輪であって、
Ｃ：０．３５〜０．７  ｍａｓｓ％、
Ｓｉ：０．３０〜１．１  ｍａｓｓ％、
Ｍｎ：０．２  〜２．０  ｍａｓｓ％、
Ａｌ：０．００５  〜０．２５ｍａｓｓ％、
Ｔｉ：０．００５  〜０．１  ｍａｓｓ％、
Ｍｏ：０．０５〜０．６  ｍａｓｓ％、
Ｂ：０．０００３〜０．００６  ｍａｓｓ％、
Ｓ：０．０６ｍａｓｓ％以下、
Ｐ：０．０２ｍａｓｓ％以下および
Ｃｒ：０．２  ｍａｓｓ％以下
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になり、母材組織が、ベイナイト組織および／またはマルテンサイト組織を有し、かつこれらベイナイト組織とマルテンサイト組織の合計の組織分率が１０％以上であり、さらに高周波焼入れによる表面硬化層の旧オーステナイト粒径が該表面硬化層全厚にわたり１２μｍ  以下であることを特徴とする、疲労特性に優れた等速ジョイント外輪。
【請求項２】
請求項１において、表面硬化層の厚みが２ｍｍ以上であることを特徴とする、疲労特性に優れた等速ジョイント外輪。
【請求項３】
請求項１または２において、前記等速ジョイント外輪が、さらに
Ｃｕ：１．０  ｍａｓｓ％以下、
Ｎｉ：３．５  ｍａｓｓ％以下、
Ｃｏ：１．０  ｍａｓｓ％以下、
Ｎｂ：０．１  ｍａｓｓ％以下および
Ｖ：０．５  ｍａｓｓ％以下
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成になることを特徴とする、疲労特性に優れた等速ジョイント外輪。
【請求項４】
Ｃ：０．３５〜０．７  ｍａｓｓ％、
Ｓｉ：０．３０〜１．１  ｍａｓｓ％、
Ｍｎ：０．２  〜２．０  ｍａｓｓ％、
Ａｌ：０．００５  〜０．２５ｍａｓｓ％、
Ｔｉ：０．００５  〜０．１  ｍａｓｓ％、
Ｍｏ：０．０５〜０．６  ｍａｓｓ％、
Ｂ：０．０００３〜０．００６  ｍａｓｓ％、
Ｓ：０．０６ｍａｓｓ％以下、
Ｐ：０．０２ｍａｓｓ％以下および
Ｃｒ：０．２  ｍａｓｓ％以下
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になる鋼素材に、熱間加工を施して等速ジョイント外輪のマウス部およびステム部を成形し、その後０．２  ℃／ｓ以上の速度で冷却したのち、焼入れ時の加熱温度：８００  〜１０００℃の条件下で高周波焼入れを行って、上記ステム部の外周面に表面硬化層を形成することを特徴とする、疲労特性に優れた等速ジョイント外輪の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、前記鋼素材が、さらに
Ｃｕ：１．０  ｍａｓｓ％以下、
Ｎｉ：３．５  ｍａｓｓ％以下、
Ｃｏ：１．０  ｍａｓｓ％以下、
Ｎｂ：０．１  ｍａｓｓ％以下および
Ｖ：０．５  ｍａｓｓ％以下
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成になることを特徴とする、疲労特性に優れた等速ジョイント外輪の製造方法。
【請求項６】
請求項４または５において、前記切削後に、高周波焼入れを複数回繰り返し、最終の高周波焼入れ時の加熱温度を  ８００〜１０００℃とすることを特徴とする、疲労特性に優れた等速ジョイント外輪の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、前記複数回の高周波焼入れの全てについて、高周波焼入れ時の加熱温度を  ８００〜１０００℃とすることを特徴とする、疲労特性に優れた等速ジョイント外輪の製造方法。
【請求項８】
請求項４ないし７のいずれかにおいて、前記加熱温度範囲での加熱時間を、１回の高周波焼入れ当たり５秒以下とすることを特徴とする、疲労特性に優れた等速ジョイント外輪の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波焼入れによる硬化層をそなえる、自動車や産業機械の動力伝達装置の駆動車軸などに用いる、疲労特性に優れた等速ジョイントの外輪ならびにその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車の動力伝達装置において、その車輪側の駆動車軸では、図１に示すように、ドライブシャフト１からの動力を車輪のハブ２に伝えるために、等速ジョイント３を介するのが通例である。
この等速ジョイント３は、外輪４および内輪５の組み合わせになる。すなわち、外輪４のマウス部４ａの内面に形成したボール軌道溝に嵌めるボール６を介して、マウス部４ａの内側に内輪５を揺動可能に固定してなり、この内輪５にドライブシャフト１を連結する一方、外輪４のステム部４ｂをハブ２に例えばスプライン結合させることによって、ドライブシャフト１からの動力を車輪のハブ２に伝えるものである。
【０００３】
等速ジョイントの外輪は、熱間圧延棒鋼に、熱間鍛造、さらには冷間鍛造や転造などを施して所定の形状に加工したのち、高周波焼入れ−焼戻しを行うことにより、そのステム部の外周面およびマウス部の内周面にそれぞれ高周波焼入れによる表面硬化層を形成し、この種用途として重要な特性であるねじり疲労強度や転動疲労強度を確保しているのが一般的である（特許文献１参照）。
【０００４】
他方、近年の環境問題から自動車用部材に対する軽量化への要求が強く、この観点から自動車用部材の疲労強度の一層の向上が要求されている。
疲労強度を向上させるためには、例えば高周波焼入れによる焼入れ深さを増加させることが考えられる。しかしながら、焼入れ深さを増加してもある深さで疲労強度は飽和する。
また、ねじり疲労強度の向上には、粒界強度の向上も有効であり、この観点から、ＴｉＣを分散させることによって旧オーステナイト粒径を微細化する技術が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
上記の特許文献２に記載された技術では、高周波焼入れ加熱時に微細なＴｉＣを多量に分散させることで、旧オーステナイト粒径の微細化を図るものであるため、焼入れ前にＴｉＣを溶体化しておく必要があり、熱間圧延工程で１１００℃以上に加熱する工程を採用している。そのため、熱延時に加熱温度を高くする必要があり、生産性に劣るという問題があった。
また、上記の特許文献２に開示された技術をもってしても、近年のねじり疲労強度に対する要求には十分に応えられないところにも問題を残していた。
【０００６】
さらに、特許文献３には、硬化層深さＣＤと高周波焼入れ軸物部品の半径Ｒとの比（ＣＤ／Ｒ）を  ０．３〜０．７  に制限した上で、このＣＤ／Ｒと高周波焼入れ後の表面から１ｍｍまでのオーステナイト結晶粒径γｆ、高周波焼入れままの（ＣＤ／Ｒ）＝０．１  までの平均ビッカース硬さＨｆおよび高周波焼入れ後の軸中心部の平均ビッカース硬さＨｃで規定される値Ａを、Ｃ量に応じて所定の範囲に制御することによってねじり疲労強度を向上させた機械構造用軸物部品が提案されている。
しかしながら、この部品では、焼入れ硬化層の全厚にわたる旧オーステナイト粒径に考慮が払われていないため、やはり近年のねじり疲労強度に対する要求には十分に応えることができない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−７４８７４  号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開２０００−１５４８１９号公報（特許請求の範囲、段落〔０００８〕）
【特許文献３】
特開平８−５３７１４  号公報（特許請求の範囲）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、従来よりも疲労強度を一層向上させた等速ジョイント外輪を、その有利な製造方法と共に提案することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者らは、疲労強度を効果的に向上させるべく、鋭意検討を行った。
その結果、以下に述べるように、等速ジョイント外輪の素材の化学組成、組織、焼入れ条件および焼入れ後の表面硬化層全厚にわたる旧オーステナイト粒径を最適化することにより、優れたねじり疲労強度が得られるとの知見を得た。
【００１０】
（１）  適正な化学組成に調整した等速ジョイント外輪に、焼入れを施し、焼入れ後の表面硬化層全厚にわたる旧オーステナイト粒径を１２μｍ  以下とすることによって、疲労強度が顕著に向上する。具体的には、化学組成に関しては、特にＳｉおよびＭｏを適正な範囲で添加することで、高周波焼入れ加熱時におけるオーステナイトの核生成サイト数が増加し、またオーステナイト粒の成長が抑制されることにより、表面硬化層の粒径が効果的に微細化し、その結果ねじり疲労強度が顕著に向上する。特に、Ｓｉを０．３０ｍａｓｓ％以上添加することにより、高周波焼入れ後に、表面硬化層全厚にわたり粒径：１２μｍ  以下の表面硬化層が得られる。
【００１１】
（２）  等速ジョイント外輪の母材組織、すなわち焼入れ前の組織を、ベイナイト組織および／またはマルテンサイト組織が特定の分率で含有された組織にすると、ベイナイト組織あるいはマルテンサイト組織がフェライト−パーライト組織に比べて炭化物が微細に分散した組織であるため、焼入れ加熱時にオーステナイトの核生成サイトであるフェライト／炭化物の界面の面積が増えて、生成したオーステナイトが微細化する。その結果、表面硬化層の粒径が微細となり、これにより粒界強度が向上し、ねじり疲労強度が増加する。
【００１２】
（３）  上記したように、化学組成および組織を調整した等速ジョイント外輪に対する、高周波焼入れ条件（加熱温度、時間、焼入れ回数）を適正に制御することで、硬化層粒径が顕著に微細化し、粒界強度が向上する。具体的には、加熱温度：８００  〜１０００℃、加熱時間：５秒以下とすることにより、表面硬化層全厚にわたり粒径：１２μｍ  以下の微細粒を安定して得ることができる。さらに、上記条件での焼入れ処理を２回以上繰り返すことにより、１回の焼入れに比べてさらに微細な表面硬化層粒径が得られる。
（４）  そして、等速ジョイント外輪においてねじり力が加わる部分、すなわちステム部に上記（１）  〜（３）  の知見を応用することにより、等速ジョイント外輪の耐久性を向上できる。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【００１３】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．動力伝達部となるステム部の外周面に表面硬化層を有する等速ジョイント外輪であって、
Ｃ：０．３５〜０．７  ｍａｓｓ％、
Ｓｉ：０．３０〜１．１  ｍａｓｓ％、
Ｍｎ：０．２  〜２．０  ｍａｓｓ％、
Ａｌ：０．００５  〜０．２５ｍａｓｓ％、
Ｔｉ：０．００５  〜０．１  ｍａｓｓ％、
Ｍｏ：０．０５〜０．６  ｍａｓｓ％、
Ｂ：０．０００３〜０．００６  ｍａｓｓ％、
Ｓ：０．０６ｍａｓｓ％以下、
Ｐ：０．０２ｍａｓｓ％以下および
Ｃｒ：０．２  ｍａｓｓ％以下
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になり、母材組織が、ベイナイト組織および／またはマルテンサイト組織を有し、かつこれらベイナイト組織とマルテンサイト組織の合計の組織分率が１０％以上であり、さらに高周波焼入れによる表面硬化層の旧オーステナイト粒径が該表面硬化層全厚にわたり１２μｍ  以下であることを特徴とする、疲労特性に優れた等速ジョイント外輪。
【００１４】
２．上記１において、表面硬化層の厚みが２ｍｍ以上であることを特徴とする、疲労特性に優れた等速ジョイント外輪。
【００１５】
３．上記１または２において、前記等速ジョイント外輪が、さらに
Ｃｕ：１．０  ｍａｓｓ％以下、
Ｎｉ：３．５  ｍａｓｓ％以下、
Ｃｏ：１．０  ｍａｓｓ％以下、
Ｎｂ：０．１  ｍａｓｓ％以下および
Ｖ：０．５  ｍａｓｓ％以下
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成になることを特徴とする、疲労特性に優れた等速ジョイント外輪。
【００１６】
４．Ｃ：０．３５〜０．７  ｍａｓｓ％、
Ｓｉ：０．３０〜１．１  ｍａｓｓ％、
Ｍｎ：０．２  〜２．０  ｍａｓｓ％、
Ａｌ：０．００５  〜０．２５ｍａｓｓ％、
Ｔｉ：０．００５  〜０．１  ｍａｓｓ％、
Ｍｏ：０．０５〜０．６  ｍａｓｓ％、
Ｂ：０．０００３〜０．００６  ｍａｓｓ％、
Ｓ：０．０６ｍａｓｓ％以下、
Ｐ：０．０２ｍａｓｓ％以下および
Ｃｒ：０．２  ｍａｓｓ％以下
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になる鋼素材に、熱間加工を施して等速ジョイント外輪のマウス部およびステム部を成形し、その後０．２  ℃／ｓ以上の速度で冷却したのち、焼入れ時の加熱温度：８００  〜１０００℃の条件下で高周波焼入れを行って、上記ステム部の外周面に表面硬化層を形成することを特徴とする、疲労特性に優れた等速ジョイント外輪の製造方法。
【００１７】
５．上記４において、前記鋼素材が、さらに
Ｃｕ：１．０  ｍａｓｓ％以下、
Ｎｉ：３．５  ｍａｓｓ％以下、
Ｃｏ：１．０  ｍａｓｓ％以下、
Ｎｂ：０．１  ｍａｓｓ％以下および
Ｖ：０．５  ｍａｓｓ％以下
のうちから選んだ１種または２種以上を含有する組成になることを特徴とする、疲労特性に優れた等速ジョイント外輪の製造方法。
【００１８】
６．上記４または５において、前記切削後に、高周波焼入れを複数回繰り返し、最終の高周波焼入れ時の加熱温度を  ８００〜１０００℃とすることを特徴とする、疲労特性に優れた等速ジョイント外輪の製造方法。
【００１９】
７．上記６において、前記複数回の高周波焼入れの全てについて、高周波焼入れ時の加熱温度を  ８００〜１０００℃とすることを特徴とする、疲労特性に優れた等速ジョイント外輪の製造方法。
【００２０】
８．上記４ないし７のいずれかにおいて、前記加熱温度範囲での加熱時間を、１回の高周波焼入れ当たり５秒以下とすることを特徴とする、疲労特性に優れた等速ジョイント外輪の製造方法。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に説明する。
すなわち、本発明の等速ジョイント外輪は、図２に示すように、そのステム部４ｂの外周面に、表面硬化層７を有し、この表面硬化層７における旧オーステナイト粒径が該表面硬化層全厚にわたり１２μｍ  以下であることを特徴とする。
【００２２】
かような等速ジョイント外輪について、まず、その成分組成を上記の範囲に限定した理由から説明する。
Ｃ：０．３５〜０．７  ｍａｓｓ％
Ｃは、焼入れ性への影響が最も大きい元素であり、焼入れ硬化層の硬さおよび深さを高めてねじり強度の向上に有効に寄与する。しかしながら、含有量が０．３５ｍａｓｓ％に満たないと必要とされるねじり強度を確保するためには焼入れ硬化深さを飛躍的に高めねばならず、その際焼割れの発生が顕著となり、またベイナイト組織も生成し難くなるため、０．３５ｍａｓｓ％以上を添加する。一方、０．７  ｍａｓｓ％を超えて含有させると粒界強度が低下し、それに伴いねじり疲労強度が低下し、また切削性、冷間鍛造性および耐焼き割れ性も低下する。このためＣは、０．３５〜０．７ｍａｓｓ％の範囲に限定した。好ましくは  ０．４〜０．６  ｍａｓｓ％の範囲である。
【００２３】
Ｓｉ：０．３０〜１．１  ｍａｓｓ％
Ｓｉは、焼入れ加熱時にオーステナイトの核生成サイト数を増加させると共に、オーステナイトの粒成長を抑制し、焼入れ硬化層の粒径を微細化する作用を有する。また、炭化物生成を抑制し、炭化物による粒界強度の低下を抑制する。さらに、ベイナイト組織の生成にも有用な元素であり、これらのことによりねじり疲労強度を向上させる。
このように、Ｓｉは、本発明において非常に重要な元素であり、０．３０ｍａｓｓ％以上の含有を必須とする。というのは、Ｓｉ量が０．３０ｍａｓｓ％に満たないと、製造条件および焼入れ条件をいかように調整しても硬化層全厚にわたって粒径が１２μｍ  以下の微細粒とすることができないからである。しかしながら、Ｓｉ量が  １．１ｍａｓｓ％を超えると、フェライトの固溶硬化により硬さが上昇し、切削性および冷間鍛造性の低下を招く。従って、Ｓｉは、０．３０〜１．１  ｍａｓｓ％の範囲に限定した。好ましくは０．４０〜１．０  ｍａｓｓ％の範囲である。
【００２４】
Ｍｎ：０．２  〜２．０  ｍａｓｓ％
Ｍｎは、焼入れ性を向上させ、焼入れ時の硬化深さを確保する上で不可欠の成分であるため、積極的に添加するが、含有量が  ０．２ｍａｓｓ％未満ではその添加効果に乏しいので、０．２  ｍａｓｓ％以上とした。好ましくは  ０．３ｍａｓｓ％以上である。一方、Ｍｎ量が  ２．０ｍａｓｓ％を超えると焼入れ後の残留オーステナイトが増加し、かえって表面硬度が低下し、ひいてはねじり疲労強度の低下を招くので、Ｍｎは  ２．０ｍａｓｓ％以下とした。なお、Ｍｎは含有量が多いと、母材の硬質化を招き、被削性に不利となるきらいがあるので、１．２  ｍａｓｓ％以下とするのが好適である。さらに好ましくは  １．０ｍａｓｓ％以下である。
【００２５】
Ａｌ：０．００５  〜０．２５ｍａｓｓ％
Ａｌは、脱酸に有効な元素である。また、焼入れ加熱時におけるオーステナイト粒成長を抑制することによって焼入れ硬化層の粒径を微細化する上でも有用な元素である。しかしながら、含有量が  ０．００５ｍａｓｓ％に満たないとその添加効果に乏しく、一方０．２５ｍａｓｓ％を超えて含有させてもその効果は飽和し、むしろ成分コストの上昇を招く不利が生じるので、Ａｌは  ０．００５〜０．２５ｍａｓｓ％の範囲に限定した。好ましくは０．０５〜０．０６ｍａｓｓ％の範囲である。
【００２６】
Ｔｉ：０．００５  〜０．１  ｍａｓｓ％
Ｔｉは、不可避的不純物として混入するＮと結合することで、ＢがＢＮとなってＢの焼入れ性向上効果が消失するのを防止し、Ｂの焼入れ性向上効果を十分に発揮させる作用を有する。この効果を得るためには、少なくとも  ０．００５ｍａｓｓ％の含有を必要とするが、０．１  ｍａｓｓ％を超えて含有されるとＴｉＮが多量に形成される結果、これが疲労破壊の起点となってねじり疲労強度の著しい低下を招くので、Ｔｉは  ０．００５〜０．１  ｍａｓｓ％の範囲に限定した。好ましくは０．０１〜０．０７ｍａｓｓ％の範囲である。さらに、Ｎを確実に固定して、Ｂによる焼入れ性向上により、ベイナイトとマルテンサイト組織を得る観点からは、Ｔｉ（ｍａｓｓ％）／Ｎ（ｍａｓｓ％）≧３．４２を満足させることが好適である。
【００２７】
Ｍｏ：０．０５〜０．６  ｍａｓｓ％
Ｍｏは、ベイナイト組織の生成を促進することにより、焼入れ加熱時のオーステナイト粒径を微細化し、表面硬化層の粒径を細粒化する作用がある。また、焼入れ加熱時におけるオーステナイトの粒成長を抑制することにより、表面硬化層の粒径を微細化する作用がある。さらに、焼入れ性の向上に有用な元素であるため、焼入れ性を調整するために用いられる。加えて、Ｍｏは、炭化物の生成を抑制し、炭化物による粒界強度の低下を有効に阻止する元素でもある。
このように、Ｍｏは、本発明において非常に重要な元素であり、含有量が０．０５ｍａｓｓ％に満たないと、製造条件や焼入れ条件をいかように調整しても表面硬化層全厚にわたって粒径が１２μｍ  以下の微細粒とすることができない。しかしながら、  ０．６ｍａｓｓ％を超えて含有させると、圧延材の硬さが著しく上昇し、加工性の低下を招く。従って、Ｍｏは０．０５〜０．６  ｍａｓｓ％の範囲に限定した。好ましくは  ０．１〜０．６  ｍａｓｓ％の範囲である。
【００２８】
Ｂ：０．０００３〜０．００６  ｍａｓｓ％
Ｂは、ベイナイト組織あるいはマルテンサイト組織の生成を促進する効果を有する。またＢは、微量の添加によって焼入れ性を向上させ、焼入れ時の焼入れ深さを高めることによりねじり強度を向上させる効果もある。さらにＢは、粒界に優先的に偏析して、粒界に偏析するＰの濃度を低減し、粒界強度を向上させ、もってねじり疲労強度を向上させる作用もある。
このため、本発明では、Ｂを積極的に添加するが、含有量が０．０００３ｍａｓｓ％に満たないとその添加効果に乏しく、一方  ０．００６ｍａｓｓ％を超えて含有させるとその効果は飽和し、むしろ成分コストの上昇を招くため、Ｂは０．０００３〜０．００６  ｍａｓｓ％の範囲に限定した。好ましくは０．０００５〜０．００４  ｍａｓｓ％の範囲である。
【００２９】
Ｓ：０．０６ｍａｓｓ％以下
Ｓは、鋼中でＭｎＳを形成し、切削性を向上させる有用元素であるが、０．０６ｍａｓｓ％を超えて含有させると粒界に偏析して粒界強度を低下させるため、Ｓは０．０６ｍａｓｓ％以下に制限した。好ましくは０．０４ｍａｓｓ％以下である。
【００３０】
Ｐ：０．０２  ｍａｓｓ％以下
Ｐは、オーステナイトの粒界に偏析し、粒界強度を低下させることにより、ねじり疲労強度を低下させる。また、焼割れを助長する弊害もある。従って、Ｐの含有は極力低減することが望ましいが、０．０２  ｍａｓｓ％までは許容される。
【００３１】
Ｃｒ：０．２  ｍａｓｓ％以下
Ｃｒは、炭化物を安定化させて残留炭化物の生成を助長し、粒界強度を低下させてねじり疲労強度を劣化させる。従って、Ｃｒの含有は極力低減することが望ましいが、０．２  ｍａｓｓ％までは許容できる。好ましくは０．０５ｍａｓｓ％以下である。
【００３２】
以上、基本成分について説明したが、本発明ではその他にも、以下に述べる元素を適宜含有させることができる。
Ｃｕ：１．０  ｍａｓｓ％以下
Ｃｕは、焼入れ性の向上に有効であり、またフェライト中に固溶し、この固溶強化によって、ねじり疲労強度を向上させる。また炭化物の生成を抑制することにより、炭化物による粒界強度の低下を抑制し、ねじり疲労強度を向上させる。しかしながら、含有量が  １．０ｍａｓｓ％を超えると熱間加工時に割れが発生するため、１．０  ｍａｓｓ％以下の添加とする。なお好ましくは０．５  ｍａｓｓ％以下である。
【００３３】
Ｎｉ：３．５  ｍａｓｓ％以下
Ｎｉは、焼入れ性を向上させる元素であるので、焼入れ性を調整する場合に用いる。また、炭化物の生成を抑制し、炭化物による粒界強度の低下を抑制して、ねじり疲労強度を向上させる元素でもある。しかしながら、Ｎｉは極めて高価な元素であり、３．５  ｍａｓｓ％を超えて添加すると等速ジョイント外輪のコストが上昇するので、３．５  ｍａｓｓ％以下の添加とする。なお、０．０５ｍａｓｓ％未満の添加では焼入れ性の向上効果および粒界強度の低下抑制効果が小さいので、０．０５ｍａｓｓ％以上含有させることが望ましい。好ましくは  ０．１〜１．０  ｍａｓｓ％である。
【００３４】
Ｃｏ：１．０  ｍａｓｓ％以下
Ｃｏは、炭化物の生成を抑制して、炭化物による粒界強度の低下を抑制し、ねじり強度およびねじり疲労強度を向上させる元素である。しかしながら、Ｃｏは極めて高価な元素であり、１．０  ｍａｓｓ％を超えて添加すると等速ジョイント外輪のコストが上昇するので、１．０  ｍａｓｓ％以下の添加とする。なお、０．０１ｍａｓｓ％未満の添加では、粒界強度の低下抑制効果が小さいので、０．０１ｍａｓｓ％以上添加することが望ましい。好ましくは０．０２〜０．５  ｍａｓｓ％である。
【００３５】
Ｎｂ：０．１  ｍａｓｓ％以下
Ｎｂは、焼入れ性の向上効果があるだけでなく、鋼中でＣ，  Ｎと結合し析出強化元素として作用する。また、焼もどし軟化抵抗性を向上させる元素でもあり、これらの効果によってねじり疲労強度を向上させる。しかしながら、０．１  ｍａｓｓ％を超えて含有させてもその効果は飽和するので、０．１  ｍａｓｓ％を上限とする。なお、０．００５  ％未満の添加では、析出強化作用および焼もどし軟化抵抗性の向上効果が小さいため、０．００５  ｍａｓｓ％以上添加することが望ましい。好ましくは０．０１〜０．０５ｍａｓｓ％である。
【００３６】
Ｖ：０．５  ｍａｓｓ％以下
Ｖは、鋼中でＣ，  Ｎと結合し析出強化元素として作用する。また、焼もどし軟化抵抗性を向上させる元素でもあり、これらの効果によりねじり疲労強度を向上させる。しかしながら、０．５  ｍａｓｓ％を超えて含有させてもその効果は飽和するので、０．５  ｍａｓｓ％以下とする。なお、０．０１ｍａｓｓ％未満の添加では、ねじり疲労強度の向上効果が小さいので、０．０１ｍａｓｓ％以上添加することが望ましい。好ましくは０．０３〜０．３  ｍａｓｓ％である。
【００３７】
以上、好適成分組成範囲について説明したが、本発明では、成分組成を上記の範囲に限定するだけでは不十分であり、母材組織の調整も重要である。
すなわち、本発明においては、等速ジョイント外輪の母材組織、すなわち焼入れ前の組織（高周波焼入れ後の表面硬化層以外の組織に相当）が、ベイナイト組織および／またはマルテンサイト組織を有し、かつこれらベイナイト組織とマルテンサイト組織の合計の組織分率を体積分率（  ｖｏｌ％）で１０％以上とする必要がある。この理由は、ベイナイト組織あるいはマルテンサイト組織は、フェライト−パーライト組織に比べて炭化物が微細に分散した組織であるため、焼入れ加熱時にオーステナイトの核生成サイトである、フェライト／炭化物界面の面積が増加し、生成したオーステナイトが微細化するため、焼入れ後の表面硬化層の粒径を微細化するのに有効に寄与するからである。そして、表面硬化層の粒径の微細化により、粒界強度が上昇し、ねじり疲労強度が向上する。
ここに、ベイナイト組織とマルテンサイト組織の合計の組織分率は２０  ｖｏｌ％以上とすることがより好ましい。
【００３８】
なお、ベイナイト組織あるいはマルテンサイト組織以外の残部組織は、フェライト、パーライト等いずれでもよく、特に規定しない。
また、焼入れ後の表面硬化層の粒径の微細化に関しては、マルテンサイト組織もベイナイト組織と同程度の効果を有するが、工業的な観点からは、マルテンサイト組織に比べてベイナイト組織の方がより合金元素の添加量が少なくて済み、また低冷却速度で生成させることが可能であるため、製造上有利となる。
【００３９】
また、本発明の等速ジョイント外輪では、高周波焼入れ後のステム部の表面硬化層に関し、その全厚にわたって旧オーステナイト粒径を１２μｍ  以下とする必要がある。というのは、表面硬化層の全厚にわたる旧オーステナイト粒径が１２μｍを超えると、十分な粒界強度が得られず、満足いくほどのねじり疲労強度の向上が望めないからである。なお、好ましくは１０μｍ  以下、さらに好ましくは５μｍ以下である。
【００４０】
ここに、表面硬化層の全厚にわたる旧オーステナイト粒径の測定は、次のようにして行う。
高周波焼入れ後の本発明の等速ジョイント外輪において、高周波焼入れしたステム部の外周面の最表層は面積率で  １００％のマルテンサイト組織を有する。そして、表面から内部にいくに従い、ある深さまでは  １００％マルテンサイト組織の領域が続くが、ある深さから急激にマルテンサイト組織の面積率が減少する。
本発明では、高周波焼入れした部分について、等速ジョイント外輪のステム部の外周面の表面から、マルテンサイト組織の面積率が９８％に減少するまでの深さ領域を表面硬化層と定義する。
そして、この表面硬化層について、表面から硬化層厚の  １／５位置、１／２  位置および４／５  位置それぞれの位置における平均旧オーステナイト粒径を測定し、いずれの平均旧オーステナイト粒径も１２μｍ  以下である場合に、表面硬化層の全厚にわたる旧オーステナイト粒径が１２μｍ  以下であるとする。
なお、平均旧オーステナイト粒径の測定は、光学顕微鏡により、４００  倍（１視野の面積：０．２５ｍｍ×０．２２５  ｍｍ）から１０００倍（１視野の面積：０．１０ｍｍ×０．０９ｍｍ）で、各位置毎に５視野観察し、画像解析装置により平均粒径を測定することにより行う。
【００４１】
さらに、本発明において、高周波焼入れによる表面硬化層厚みは２ｍｍ以上とすることが好適である。というのは、所望特性が転動疲労寿命のような極表層の組織のみに依存するような場合には、硬化層厚みが１ｍｍ程度でもそれなりの効果は得られるが、本発明のように、さらにねじり疲労強度を問題とする場合には、硬化層厚みは厚いほど好ましいからである。従って、より好ましい硬化層厚みは  ２．５ｍｍ以上、さらに好ましくは３ｍｍ以上である。
なお、等速ジョイントの外輪のステム部で、最もねじり疲労破壊が生じやすいのは、ハブとの接触部と非接触部との境目近傍であるため、この境目近傍について少なくとも上記の好適表面硬化層厚みを有することが好ましい。
【００４２】
次に、本発明の等速ジョイント外輪を製造する条件について説明する。
まず、所定の成分組成に調整した鋼材を棒鋼圧延して得た棒鋼を所定長さに切断し、その後熱間鍛造によって等速ジョイント外輪のマウス部およびステム部を一体に成形し、必要に応じて焼ならしを施し、次いで冷間鍛造によって等速ジョイント外輪のマウス部内面のボールの軌条溝などの成形を行うとともに、転造加工によって等速ジョイント外輪のステム部にスプライン軸とする成形を行ったのち、高周波焼入れをステム部の外周面の表層に施して、製品とする。
【００４３】
本発明では、母材組織を、上述したベイナイト組織および／またはマルテンサイト組織を有し、かつこれらベイナイト組織とマルテンサイト組織の合計の組織分率が１０  ｖｏｌ％以上の組織とするために、高周波焼入れを施す前の素材については、鍛造等の熱間加工により所定の形状に加工したのち、０．２  ℃／ｓ以上の速度で冷却する必要がある。というのは、冷却速度が０．２  ℃／ｓ未満の場合には、ベイナイトあるいはマルテンサイト組織が得られ難くなり、これら組織の合計の組織分率が１０  ｖｏｌ％に達しない場合が生じるからである。熱間加工後の冷却速度の好適範囲は  ０．３〜３０℃／ｓである。
【００４４】
なお、熱間加工は  ９００℃超〜１１５０℃の温度範囲で行うことが好ましい。９００  ℃以下では、必要なベイナイト組織および／またはマルテンサイト組織が得られず、一方１１５０℃超では加熱コストが大きくなるため、経済的に不利となるからである。
【００４５】
次に、本発明では、上述した表面硬化層を得るために高周波焼入れを施すが、この高周波焼入れ時の加熱温度範囲は  ８００〜１０００℃とする必要がある。というのは、加熱温度が  ８００℃未満の場合、オーステナイト組織の生成が不十分となり、上述した表面硬化層組織の生成が不十分となる結果、十分な疲労強度を確保することができず、一方、加熱温度が１０００℃超えの場合、オーステナイト粒の成長が促進されて粗大となり、表面硬化層の粒径が粗大となるため、やはり疲労強度の低下を招くからである。より好ましい加熱温度範囲は  ８００〜９５０  ℃である。
【００４６】
上記した高周波焼入れを複数回繰り返す場合には、少なくとも最終の高周波焼入れを、加熱温度：８００  〜１０００℃として行えばよい。ここに、高周波焼入れを複数回繰り返す場合には、全ての高周波焼入れについて、加熱温度：８００  〜１０００℃とすることが最も望ましい。そして、２回以上の繰り返し焼入れを行うことで、１回焼入れに比べてさらに微細な表面硬化層粒径を得ることができる。
【００４７】
なお、高周波焼入れを複数回繰り返す場合、少なくとも最終の高周波焼入れによる焼入れ深さは、それ以前の高周波焼入れによる焼入れ深さと同等またはそれ以上とすることが好ましい。というのは、表面硬化層の結晶粒径は、最後の高周波焼入れに一番強く影響されるので、最後の高周波焼入れによる焼入れ深さが、それ以前の高周波焼入れによる焼入れ深さよりも小さいと、表面硬化層全厚にわたる平均結晶粒径がむしろ大きくなり、かえって疲労強度が低下する傾向にあるからである。
【００４８】
また、本発明においては、高周波焼入れは、上記加熱温度範囲における加熱時間を５秒以下とすることが好ましい。というのは、加熱時間を５秒以下とした場合には、５秒を超える場合に比べて、オーステナイトの粒成長をさらに抑制することができ、非常に微細な表面硬化層粒径を得ることができる。より好ましい加熱時間は３秒以下である。
【００４９】
【実施例】
表１に示す成分組成になる鋼素材を、転炉により溶製し、連続鋳造により鋳片とした。鋳片サイズは  ３００×４００ｍｍ  であった。この鋳片を、ブレークダウン工程を経て１５０  ｍｍ角ビレットに圧延したのち、５０ｍｍφの棒鋼に圧延した。圧延の仕上温度はベイナイトあるいはマルテンサイト組織生成の観点から好適な温度として  ９００℃超とした。圧延後の冷却は表２に示す条件とした。
【００５０】
ついで、この棒鋼を所定長さに切断後、熱間鍛造によって等速ジョイント外輪のマウス部（外径：６０ｍｍ）およびステム部（直径：２０ｍｍ）を一体に成形し、次いで冷間鍛造によって等速ジョイント外輪のマウス部内面のボールの軌条溝などの成形を行うとともに、転造加工によって等速ジョイント外輪のステム部にスプライン軸とする成形を行った。
【００５１】
図２に示すように、この等速ジョイント外輪４のステム部４ｂに、周波数：１５ｋＨｚ  の高周波焼入れ装置を用いて、焼入れを行い硬化層７を形成した後、加熱炉を用いて  １８０℃×２ｈの条件で焼もどしを行って製品とした。ここで、焼入れ条件は表２に示す条件とした。かくして得られた等速ジョイント外輪は、そのマウス部にボール（鋼球）を介して、ドライブシャフトを連結した内輪を装着するとともに、ステム部をハブに嵌合させることによって、等速ジョイントユニットとした（図１参照）。なお、ボール、内輪およびハブの仕様は下記の通りである。
記
ボール：高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２の焼入れ焼もどし鋼
内輪：クロム鋼ＳＣｒ  の浸炭焼入れ焼もどし鋼
ハブ：機械構造用炭素鋼
【００５２】
次に、この等速ジョイントユニットを用いて、ドライブシャフトの回転運動を等速ジョイントの内輪そして外輪を経てハブに伝える動力伝達系において、ねじり疲労強度に関する耐久試験を行った。
【００５３】
ここで、ねじり疲労試験は、等速ジョイントユニットの作動角（外輪の軸線とドライブシャフト軸線とのなす角度）：０°とし、最大トルク：４９００  Ｎ・ｍ  のねじり疲労試験機を用いて、ハブとドライブシャフトとの間にねじり力を負荷するようにし、ステム部の最大トルクを変化させることで両振りで応力条件を変えて行い、１×１０５  回の寿命となる応力をねじり疲労強度として評価した。
なお、ねじり疲労試験にあたっては、等速ジョイント外輪のねじり疲労を評価するため、ハブ、ドライブシャフトの強度が十分大きくなるように、ハブ、ドライブシャフト形状、寸法を調整した。
【００５４】
また、同じ条件で作製した等速ジョイント外輪について、その母材組織、焼入れ後の表面硬化層厚み、表面硬化層の全厚にわたって得られる平均旧オーステナイト粒径を、光学顕微鏡を用いて測定した。
表２には、これらの結果も併記する。
ここで、表面硬化層厚みについては、前述したように、等速ジョイント外輪のマウス部内周面およびステム部外周面の表面からマルテンサイト組織の面積率が９８％に減少する深さまでとした。また、高周波焼入れを複数回実施したものについては、それぞれの焼入れ後の表面硬化層厚みを測定した。さらに、表面硬化層粒径については、表面から硬化層厚の  １／５位置、１／２  位置および４／５  位置それぞれの位置における平均旧オーステナイト粒径を測定し、それらの最大値を示した。なお、高周波焼入れを複数回実施したものについては、最終焼入れ後の平均旧オーステナイト粒径を測定した。
【００５５】
【表１】
2005060719.tif 000002
【００５６】
【表２】
2005060719.tif 000003
2005060719.tif 000004
【００５７】
表２から明らかなように、本発明で規定した成分組成範囲を満足し、かつ本発明の高周波焼入れ条件を満たす条件で製造した等速ジョイント外輪はいずれも、表面硬化層の旧オーステナイト粒径が全厚にわたって１２μｍ  以下を満たしており、その結果ステム部のねじり疲労強度７００ＭＰａ以上の優れた疲労特性を得ることができた。
【００５８】
なお、表２中のＮｏ．１と２あるいはＮｏ．４と５を比較すると、焼入れ回数を１回から２回に増やすことで、表面硬化層の粒径が微細化し、疲労特性がさらに向上することが分かる。
【００５９】
また、Ｎｏ．８，  Ｎｏ．３７，  Ｎｏ．３８を比較すると、焼入れ回数を１回から２回に増やした場合において、２回目の焼入れ深さの方が浅い場合（Ｎｏ．３７）には、１回しか施さなかった場合よりも疲労特性はむしろ劣化するのに対し、２回目の焼入れ深さを深くした場合（Ｎｏ．３８）には、１回しか施さなかった場合に比べてねじり疲労強度は大幅に向上した。Ｎｏ．３８  では、硬化層厚方向で、表面から硬化層厚の  ４／５位置で最も旧オーステナイト粒径が大きく、３．５  μｍ  であったが、表層近傍（表面から硬化層厚の  １／５位置）では旧オーステナイト粒径は  ２．６μｍ  であり、表層の粒径が微細化していることが、疲労特性の向上に寄与したものと考えられる。
【００６０】
これに対し、Ｎｏ．１１  は、加工後の冷却速度が小さいため、ベイナイトとマルテンサイトの合計組織分率が１０％未満となっており、その結果、表面硬化層粒径が粗大となり、疲労特性が悪い。
Ｎｏ．２４  は、表面硬化層粒径は微細であるものの、Ｃ含有量が本発明の範囲より高いため、粒界強度の低下を招き、そのため疲労特性が劣っている。
Ｎｏ，２５，  ２６，  ２７  は、それぞれＣ，  Ｓｉ，  Ｍｏの含有量が本発明の適正範囲よりも低いため、表面硬化層粒径が粗大となり、疲労特性が劣っている。
Ｎｏ．２８  はＢ含有量が低く、またＮｏ．２９  はＭｎ含有量が、Ｎｏ．３０  はＳおよびＰ含有量が、Ｎｏ．３１  はＣｒ含有量が、それぞれ本発明の適正範囲を超えているため、いずれも粒界強度の低下を招き、疲労特性が劣っている。
Ｎｏ．３２  は、Ｔｉ含有量が本発明の適正範囲を超えているため、疲労特性が劣っており、逆にＮｏ．３５  はＴｉ含有量が低いため、表面硬化層粒径が粗大となり、疲労特性が劣っている。
Ｎｏ．３３  は、高周波焼入れ時の加熱温度が高すぎるため表面硬化層の粒径が粗大となり、一方Ｎｏ．３４  は、高周波焼入れ時の加熱温度が低すぎるため表面硬化層が形成されず、いずれも疲労特性に劣っている。
Ｎｏ．３６  は、Ｓｉ量が本発明の下限に満たない０．２８ｍａｓｓ％の場合であるが、この例のように、Ｓｉ量が本発明の下限をわずかでも下回る場合には、表面硬化層全厚にわたって１２μｍ  以下の粒径を得ることができず、その結果、疲労特性に劣っている。
【００６１】
【発明の効果】
かくして、本発明によれば、優れた疲労特性を有する等速ジョイント外輪を安定して得ることができ、その結果、自動車用部材の軽量化の要求に対し偉功を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】等速ジョイントの部分断面図である。
【図２】等速ジョイント外輪のにおける表面硬化層を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ドライブシャフト
２  ハブ
３  等速ジョイント
４  外輪
４ａ  マウス部
４ｂ  ステム部
５  内輪
６  ボール
７  表面硬化層
【図１】
2005060719.tif 000005
【図２】
2005060719.tif 000006