(57)【要約】【課題】良好な曲げ疲労強度を有するシャフト部品を提供する。【解決手段】表面硬化層を有するシャフト部品であり、表面からの深さ方向に関し、硬さ分布を有し、ピーク硬さが内部に存在する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面硬化層を有するシャフト部品であって、
表面からの深さ方向に関し、硬さ分布を有し、ピーク硬さが内部に存在することを特徴とするシャフト部品。
【請求項２】
表面からの深さが０．１ｍｍ未満における硬さは、前記ピーク硬さより小さいことを特徴とする請求項１に記載のシャフト部品。
【請求項３】
前記ピーク硬さは、７００ＨＶ以上かつ８３０ＨＶ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシャフト部品。
【請求項４】
前記ピーク硬さは、表面からの深さが０．２ｍｍ以上かつ０．４ｍｍ以下に位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシャフト部品。
【請求項５】
前記ピーク硬さと表面硬さとの差は、７０ＨＶ以上かつ１５０ＨＶ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシャフト部品。
【請求項６】
表面からの深さが１５０μｍの位置において、０．６重量％以上かつ１．０重量％以下の窒素濃度を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のシャフト部品。
【請求項７】
表面からの深さ方向に関し、硬さ分布を有し、ピーク硬さが内部に存在するように、表面硬化層を形成することを特徴とするシャフト部品の表面硬化方法。
【請求項８】
前記表面硬化層は、浸炭窒化処理によって形成されることを特徴とする請求項７に記載のシャフト部品の表面硬化方法。
【請求項９】
表面からの深さが１５０μｍの位置において、０．６重量％以上かつ１．０重量％以下の窒素濃度を有することを特徴とする請求項８に記載のシャフト部品の表面硬化方法。
【請求項１０】
前記浸炭窒化処理は、ガス浸炭窒化であり、前記窒素濃度は、アンモニアの流量に基づいて、制御されることを特徴とする請求項９に記載のシャフト部品の表面硬化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シャフト部品およびシャフト部品の表面硬化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のシャフト部品は、例えば、浸炭焼入れ焼戻し処理を施すことで、表面硬化層を形成し、曲げ疲労強度および耐焼付き性を向上させている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、摺動条件が厳しい環境に適用される場合、例えば、塩浴軟窒化処理を施すことで、第２の表面硬化層を形成し、耐焼付き性を改善しているものもある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１４３６３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のいずれの方法においても、硬さ分布におけるピーク硬さは、表面に存在するため、亀裂が表面で発生しやすく、亀裂の進展を促進させることで、曲げ疲労強度を低下させる虞がある。
【０００６】
また、第２の表面硬化層を形成する場合、高温の熱処理が必要であり、シャフト部品を構成する母材の硬さを悪化させ、第１の表面硬化層の形成によって得られた曲げ疲労強度を低下させる問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、良好な曲げ疲労強度を有するシャフト部品と、良好な曲げ疲労強度を有するシャフト部品を得るための表面硬化方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は
表面硬化層を有するシャフト部品であって、
表面からの深さ方向に関し、硬さ分布を有し、ピーク硬さが内部に存在することを特徴とするシャフト部品である。
【０００９】
上記目的を達成するための請求項７に記載の発明は、
表面からの深さ方向に関し、硬さ分布を有し、ピーク硬さが内部に存在するように、表面硬化層を形成することを特徴とするシャフト部品の表面硬化方法である。
【００１０】
【発明の効果】
上記のように構成した本発明は以下の効果を奏する。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、シャフト部品の表面の硬さが、内部より小さく、ピーク硬さが内部に存在する。したがって、シャフト部品の表面は高靭性を有し、表面における亀裂の発生および亀裂の進展が抑制されるため、曲げ疲労強度を確保することが可能である。つまり、良好な曲げ疲労強度を有するシャフト部品を提供することができる。
【００１２】
請求項７に記載の発明によれば、ピーク硬さが内部に存在し、表面の硬さが、内部より小さい表面硬化層がシャフト部品に形成される。したがって、シャフト部品の表面は高靭性を有し、表面における亀裂の発生および亀裂の進展が抑制されるため、曲げ疲労強度を確保することが可能である。つまり、良好な曲げ疲労強度を有するシャフト部品を得るための表面硬化方法を提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
本発明の実施の形態に係るシャフト部品は、例えば、耐焼付き性および曲げ疲労強度が要求されるファイナルドライブのピニオンメートシャフトに適用される。
【００１５】
当該シャフト部品は、例えば、クロム鋼やクロム−モリブデン鋼を母材として形成されており、表面硬化層を有する。クロム鋼は、例えば、ＳＣｒ４２０Ｈである。クロム−モリブデン鋼は、例えば、ＳＣＭ４２０Ｈである。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係るシャフト部品の硬さ分布を説明するためのグラフである。
【００１７】
表面硬化層は、表面からの深さ方向に関し、硬さ分布を有し、ピーク硬さが内部に存在する。つまり、シャフト部品の表面の硬さが、内部より小さく、ピーク硬さが内部に存在する。
【００１８】
したがって、シャフト部品の表面は高靭性を有し、表面における亀裂の発生および亀裂の進展が抑制されるため、曲げ疲労強度を確保することが可能である。また、硬さは、ピーク硬さを示す深さを越えると徐々に低下し、最終的に一定の値（深部硬さ）を示すようになる。
【００１９】
なお、シャフト部品の表面の高靭性を確実に確保するためには、表面からの深さが０．１ｍｍ未満における硬さは、ピーク硬さより小さいことが好ましい。特に、耐焼付け性および耐摩耗性の観点からは、ピーク硬さは、７００ＨＶ以上かつ８３０ＨＶ以下であることが好ましい。
【００２０】
また、ピーク硬さは、表面からの深さが０．２ｍｍ以上かつ０．４ｍｍ以下に位置することが好ましい。この場合、繰返し曲げ入力によるシャフト部品の表面の陥没などの変形を抑制することができる。そして、特に、ピーク硬さと表面硬さとの差は、７０ＨＶ以上かつ１５０ＨＶ以下であることが好ましい。
【００２１】
さらに、表面からの深さが１５０μｍの位置において、０．６重量％以上かつ１．０重量％以下の窒素濃度を有することが好ましい。この場合、シャフト部品の表面に、炭窒化物が適度に生成されるため、耐焼付け性を向上させることができる。
【００２２】
以上のように、本実施の形態においては、良好な曲げ疲労強度を有するシャフト部品を提供することができる。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態に係る表面硬化方法を説明する。
【００２４】
当該表面硬化方法においては、ガス浸炭窒化処理を適用し、表面からの深さ方向に関し、硬さ分布を有し、ピーク硬さが内部に存在するように、表面硬化層を形成する。
【００２５】
ガス浸炭窒化処理においては、例えば、図２に示されるように、アンモニアを流入（浸窒）させながら、９００℃で２．５時間の浸炭、８４０℃で０．５時間の保持後、アンモニアの流入を停止し、焼入れを施した。これによって、シャフト部品の母材に、炭素と窒素を侵入させている。
【００２６】
この場合、シャフト部品の表面に形成される炭窒化物によって、耐焼付け性が確保される。また、表面硬さが内部より小さいため、シャフト部品の表面は高靭性を有し、表面における亀裂の発生および亀裂の進展が抑制され、曲げ疲労強度が確保される。
【００２７】
なお、硬さ分布は、アンモニアの流量を変更し、表面硬化層中の窒素濃度分布を調整することで、制御することが可能である。
【００２８】
また、塩浴軟窒化処理やめっき処理等によって第２の表面硬化層を形成しないため、シャフト部品を構成する母材の硬さを悪化させる高温の熱処理が不要である。したがって、ガス浸炭窒化処理によって得られた良好な曲げ疲労強度は、維持される。
【００２９】
以上のように、本実施の形態においては、良好な曲げ疲労強度を有するシャフト部品を得るための表面硬化方法を提供することができる。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態に係る表面硬化方法が適用された実施例を説明する。図３は、実施例１〜４および比較例１〜３の仕様を説明するための図表、図４は、図３に示される浸炭焼入れ焼戻し処理を説明するための工程図、図５は、図３に示される塩浴軟窒化処理を説明するための工程図、図６は、図３に示されるＮｉ−Ｐめっき処理を説明するための工程図である。
【００３１】
実施例１〜４および比較例１〜３の母材は、共通（ＳＣＭ４２０Ｈ）である。また、実施例１〜４は、ガス浸炭窒化処理（図２参照）によって表面硬化層を形成しており、アンモニア流量を除き、同一条件で作成している。アンモニア流量は、実施例１〜４において順次増加させており、実施例１を基準とした比率は、実施例２においては２．７、実施例３においては３、実施例４においては３．７である。
【００３２】
比較例１は、浸炭焼入れ焼戻し処理によって表面硬化層を形成している。浸炭焼入れ焼戻し処理においては、９３０℃で２．５時間の浸炭を施し、９３０℃〜８５０℃で０．５時間の保持後に焼入れし、その後、１７０℃で１．５時間の焼戻しを施している。
【００３３】
比較例２は、比較例１と同一条件によって表面硬化層を形成した後で、塩浴軟窒化処理を施すことで、約１０μｍの窒化物層（第２の表面硬化層）を形成している。塩浴軟窒化処理においては、２７０℃で０．５時間の保持後、シアン酸塩を主成分とする塩浴に、５８０℃で１．５時間浸漬し、３８０℃で０．５時間の保持後、焼入れを施している。
【００３４】
比較例３は、比較例１と同一条件によって表面硬化層を形成した後で、Ｎｉ−Ｐめっき処理を施すことで、約１０μｍのめっき層（第２の表面硬化層）を形成している。Ｎｉ−Ｐめっき処理においては、硫酸ニッケルや燐酸などを含んでいるめっき浴を使用し、８５℃で３４分のめっきを施し、その後、３７０℃で１６０分の熱処理を施し、硬度を向上させている。
【００３５】
図７は、実施例１〜４および比較例１〜３の物性測定結果および試験結果を示している図表である。物性測定項目および試験項目は、硬さ分布、窒素濃度、曲げ疲労強度、耐焼付き性である。
【００３６】
硬さ分布においては、表面硬さ、ピーク硬さ（および深さ）、ピーク硬さと表面硬さとの差、深部硬さが測定対象である。窒素濃度は、表面からの深さが１５０μｍの位置の値である。
【００３７】
曲げ疲労強度においては、長さが１００ｍｍでφ２０の円柱形試験片を使用し、片振り４点曲げ疲労試験による１００００回強度での曲げ疲労強度比で評価している。
【００３８】
耐焼付き性は、ＡＳＴＭ−Ｄ−３２３３に準じるファレックス試験による焼付き荷重比で評価している。なお、図８および図９は、ファレックス試験を説明するための斜視図および断面図である。
【００３９】
ファレックス試験においては、回転する試験片（ピン）１０を、両側から鋼製のＶブロック２０，３０で挟み、４本の線接触ＬＣ１〜ＬＣ４をさせ、焼付くまで負荷が付与される。
【００４０】
次に、物性測定結果および試験結果を説明する。
【００４１】
硬さ分布に関し、実施例１〜４においては、ピーク硬さが内部に存在し、表面からの深さが０．１〜０．３ｍｍに位置しており、比較例１〜３は、表面硬さがピーク硬さである。また、実施例１〜４においては、ピーク硬さは、７００〜７６０ＨＶであり、表面硬さとの差は、４０〜９１ＨＶである。
【００４２】
実施例１〜４における窒素濃度は、０．３〜１．１重量％であり、アンモニア流量の増加に対応して上昇している。
【００４３】
曲げ疲労強度に関し、実施例１〜４は、１．４５〜１．６１の値を示し、比較例１〜３は、０．９５〜１．３９の値を示している。つまり、実施例１〜４は、比較例１〜３に比べて曲げ疲労強度が向上している。
【００４４】
また、実施例２，３は、実施例１，４に比べて良好な曲げ疲労強度を有する。これは、実施例１に比べてピーク硬さが深い位置にあり、かつ実施例４に比べてピーク硬さが大きいためである。
【００４５】
耐焼付き性に関し、実施例１〜４は、０．８３〜０．９１の値を示し、比較例１は、０．７８の値を示している。つまり、実施例１〜４は、第２の表面硬化層を有しない比較例１に比べて、耐焼付き性が向上している。
【００４６】
また、実施例２，３は、実施例１，４に比べて良好な耐焼付き性を有する。これは、窒素濃度が、実施例１，４に比べて良好であり、炭窒化物が表面に適度に生成されているためである。
【００４７】
以上のように、実施例１〜４は、良好な曲げ疲労強度および耐焼付き性を有している。
【００４８】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、表面硬化層の形成は、浸炭窒化処理を適用することに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るシャフト部品の硬さ分布を説明するためのグラフである。
【図２】本発明の実施の形態に係る表面硬化方法を説明するための工程図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る表面硬化方法が適用された実施例１〜４および比較例１〜３の仕様を説明するための図表である。
【図４】図３に示される浸炭焼入れ焼戻し処理を説明するための工程図である。
【図５】図３に示される塩浴軟窒化処理を説明するための工程図である。
【図６】図３に示されるＮｉ−Ｐめっき処理を説明するための工程図である。
【図７】実施例１〜４および比較例１〜３の物性測定結果および試験結果を示している図表である
【図８】図７に示されるファレックス試験を説明するための斜視図である。
【図９】図７に示されるファレックス試験を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０…試験片（ピン）、
２０，３０…Ｖブロック、
ＬＣ１〜ＬＣ４…線接触。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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