(57)【要約】      （修正有）【課題】疲労強度を向上させた摺動型等速自在継手を提供する。【解決手段】摺動型等速自在継手であって、少なくとも外側部材５１が、Ｃ：０．４５〜０．５５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０５ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．５５〜０．６５ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０２０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００２〜０．０１５ｍａｓｓ％、Ｍｏ：０．３５〜０．４５ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０２〜０．０５ｍａｓｓ％、Ｃｕ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：０．０１５〜０．０３０ｍａｓｓ％およびＢ：０．００１５〜０．００３０ｍａｓｓ％を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物の組成を有し、６５０〜７３０℃の温度域で複数回の加工により、外側部材５１のマウス部外周側の母材組織をベイナイト相面積率が１５〜３０％、且つ、再結晶フェライト組織分率が１０％未満とされることを特徴とする摺動型等速自在継手。【選択図】図５
2007263319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側部材および内側部材の組み合わせによる摺動型等速自在継手であって、
少なくとも前記外側部材が、
Ｃ：0.45〜0.55mass%、
Si：0.05mass%以下、
Mn：0.55〜0.65mass%、
Ｐ：0.020mass%以下、
Ｓ：0.002〜0.015mass%、
Mo：0.35〜0.45mass%、
Al：0.02〜0.05mass%、
Cu：1.0mass%以下、
Ti：0.015〜0.030mass%および
Ｂ：0.0015〜0.0030mass％
を含み、残部Feおよび不可避的不純物の組成を有し、650〜730℃の温度域で複数回の加工により、該外側部材のマウス部外周側の母材組織をベイナイト相面積率が15〜30％、且つ、再結晶フェライト組織分率が10％未満とされ、次いで、マウス部に常温で板厚減少率が２０〜３０％となる外面側しごき鍛造が施され、しかる後に、マウス部案内溝に高周波焼入が施されてなることを特徴とする摺動型等速自在継手。
【請求項２】
前記マウス部案内溝の高周波焼入部における旧オーステナイト粒の平均粒径を10μm以下とする請求項１に記載の摺動型等速自在継手。
【請求項３】
前記外側部材は、Ｓ量を0.002〜0.008mass%とした鋼材からなる摩擦圧接部を有する請求項１または２に記載の摺動型等速自在継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼素材を加熱後に鍛造を施し高周波焼入れを施すことにより製造される摺動型等速自在継手に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
摺動型等速自在継手には、トリポードタイプやボールタイプなどがある。例えば、トリポードタイプは、軸方向断面である図５に示すように、外側部材５１と、内側部材としてのトリポード部材５２と、トルク伝達部材としてのローラー５３を主要な構成要素としている。
外側部材５１は一体に形成されたマウス部５４とステム部５５とからなる。マウス部５４は一端にて開口したカップ状で、内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝５６が形成してある。周方向断面である図６で見ると、マウス部４は、大径部４ａと小径部４ｂが交互に現れる非円筒形状である。すなわち、マウス部４は、大径部４ａと小径部４ｂとを形成することによって、その内周面に、軸方向に延びる３本のトラック溝６が形成される。各トラック溝６の円周方向で向き合った側壁にローラー案内面７、７が形成される。
トリポード部材５２はボス５８（図６では８）と脚軸５９（図６では９）とを備える。ボス５８にはシャフト６０とトルク伝達可能に結合するスプラインまたはセレーション孔６１が形成してある。脚軸５９はボス５８の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。トリポード部材５２の各脚軸５９はローラー５３を担持している。
すなわち、ローラー外周面と外側部材のトラック溝のローラー案内面が転がりすべり接触することでトルク伝達がなされる。
【０００３】
上記のような摺動型等速自在継手の外側部材等の条鋼製品は、例えば熱間圧延棒鋼等の鋼素材に、熱間鍛造、さらには切削、冷間鍛造等を施して所定の形状に成形される。そして更に、転動疲労寿命等疲労破壊が問題となる部位に対しては、高周波焼き入れを施すことにより表面硬化層を形成して用いられる。
【０００４】
近年、環境問題から自動車用部材に対する軽量化等への要求が強く、かかる用途の製品については、捩りや曲げに対する静的及び疲労強度の一層の向上が要求されている。
例えば、等速自在継手の疲労強度を向上させる手段としては、これまでにも種々の方法が提案されている。
【０００５】
特許文献１に開示された技術では、化学成分組成を適切にした鋼を、850〜950℃の温度範囲で鍛造して整細粒組織の素材とした後、冷間鍛造、切削加工および転造加工を施すことによって、インボリュートセレーション部およびねじ部を有する所定形状に成形加工し、引き続きインボリュートセレーション部に高周波焼入れおよび焼戻しを行うことによって、インボリュートセレーション端部における旧オーステナイト粒をJIS粒度番号で８以上、該端部の表面硬さをHVで720以上にすると共に、該端部における硬さがHVで450となる有効硬化層深さCDと軸部の半径Rとの比（CD／R）が0.35〜0.60となるようにして、等速ジョイント外輪のねじり疲労特性を向上させている。
【０００６】
また、特許文献２には、用いられる鋼の化学成分を適切にすると共に、インボリュートセレーション部の端部の有効硬化層深さｔと半径ｒの比ｔ／ｒを0.20〜0.50とし、さらに、カップ部（本発明では、マウス部と呼ぶ）のトラック溝部における有効硬化層深さを、有効硬化層深さｔとマウス部肉厚ｗの比ｔ／ｗで0.25〜0.45とすることにより、等速ジョイントの軸部のねじり疲労強度、カップ部のトラック溝部の耐フレーキング性とを向上させる技術が開示されている。
【０００７】
しかしながら、これら特許文献１および２には、等速自在継手の外側部材の軸部や、マウス部の内周面のトラック溝部といった高周波焼入れが施される部位に対して疲労強度を向上させるべく、有効硬化層深さや、旧オーステナイト粒径について検討がなされているものの、高周波焼入れが施されない部分についての疲労強度の強化に関しては何ら考慮がなされておらず、等速自在継手の外側部材の軽量化を実現するためには改良の余地があった。
【特許文献１】特開平９−２８０２６２号公報
【特許文献２】特開２０００−１５４８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたものであり、従来よりも疲労強度を一層向上させた摺動型等速自在継手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】
【０００９】
さて、発明者らは、上述した従来の技術による等速自在継手の外側部材に対して、さらなる軽量化を達成するには、軸部やマウス部の内周面トラック溝といった高周波焼入れ部の組織や有効硬化層深さを調整するだけでは不十分であり、特に高周波焼入れが施されないマウス部の外周面の組織に改良を加え、該外周面の疲労強度を向上させることが有効であることを知見した。そして、この外周面における疲労強度の向上には、当該外周面のベイナイト組織を加工ベイナイト組織とすることが有効であり、マウス部を形成する際の鍛造条件に工夫を加えることによって達成可能であることを見出した。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）  外側部材および内側部材の組み合わせによる摺動型等速自在継手であって、
少なくとも前記外側部材が、
Ｃ：0.45〜0.55mass%、
Si：0.05mass%以下、
Mn：0.55〜0.65mass%、
Ｐ：0.020mass%以下、
Ｓ：0.002〜0.015mass%、
Mo：0.35〜0.45mass%、
Al：0.02〜0.05mass%、
Cu：1.0mass%以下、
Ti：0.015〜0.030mass%および
Ｂ：0.0015〜0.0030mass％
を含み、残部Feおよび不可避的不純物の組成を有し、650〜730℃の温度域で複数回の加工により、該外側部材のマウス部外周側の母材組織をベイナイト相面積率が15〜30％、且つ、再結晶フェライト組織分率が10％未満とされ、次いで、マウス部に常温で板厚減少率が２０〜３０％となる外面側しごき鍛造が施され、しかる後に、マウス部案内溝に高周波焼入が施されてなることを特徴とする摺動型等速自在継手。
【００１１】
（２）前記マウス部案内溝の高周波焼入部における旧オーステナイト粒の平均粒径を10μm以下とする上記（１）に記載の摺動型等速自在継手。
【００１２】
（３）前記外側部材は、Ｓ量を0.002〜0.008mass%とした鋼材からなる摩擦圧接部を有する上記（１）または（２）に記載の摺動型等速自在継手。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、強度特性に優れた摺動型等速自在継手を得られるから、等速自在継手の軽量化等の要求に対し偉効を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図５、６に基づいて説明する。
この摺動型等速自在継手は、軸方向断面である図５に示すように、外側部材５１と、内側部材としてのトリポード部材５２と、トルク伝達部材としてのローラー５３とを備えたトリポード型等速自在継手である。
外側部材５１は一体に形成されたマウス部５４とステム部５５とからなる。マウス部５４は一端にて開口したカップ状で、内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝５６が形成してある。周方向断面である図６で見ると、マウス部４は、大径部４ａと小径部４ｂが交互に現れる非円筒形状である。すなわち、マウス部４は、大径部４ａと小径部４ｂとを形成することによって、その内周面に、軸方向に延びる３本のトラック溝６が形成される。各トラック溝６の円周方向で向き合った側壁にローラー案内面７、７が形成される。
トリポード部材５２はボス５８（図６では８）と脚軸５９（図６では９）とを備える。ボス５８にはシャフト６０とトルク伝達可能に結合するスプラインまたはセレーション孔６1が形成してある。脚軸５９はボス５８の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。トリポード部材５２の各脚軸５９には、トルク伝達部材としてのローラー５３が軸線（軸心）を中心として回転自在に外嵌されている。そして、各ローラー５３は外側部材５１のそれぞれのトラック溝５６内に収容される。なお、ローラー５３として、内側ローラと外側ローラとを有するダブルローラタイプであっても、１個のみのシングルローラタイプであってもよい。
【００１５】
本発明において、鋼の成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。
Ｃ：0.45〜0.55mass%
Ｃは、鋼の強度確保に必要な元素であり、また、焼入れ性への影響も大きく、焼入れ硬化層の硬さおよび深さを高めて疲労強度の向上にも寄与する。そのため、0.45mass%以上含有させるものとする。一方、Ｃを0.55mass%を超えて含有させると、被削性や鍛造性が劣化して、温間鍛造時あるいは冷間鍛造時に割れが生じたり，鍛造金型寿命が低下したり，切削加工時の工具寿命が短くなるという不利が生じる。したがって、Ｃ量は0.45〜0.55mass%に限定する。
【００１６】
Si：0.05mass%以下
Siは、高周波焼き入れ性を高めベイナイト組織の生成に有用であるとともに、高周波焼き入れ加熱時にオーステナイト粒成長を抑制するため、本来は積極的に添加したいが、Siの添加により鍛造性、被削性が著しく劣化する。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、その含有量が0.05mass%を超えると鍛造性が著しく劣化するため、ベイナイト組織の生成、焼入れ時のオーステナイト粒の成長抑制にはSiではなく後述するMn、Moの成分調整により効果を働かせる。Siは鍛造性劣化の抑止を目的に0.05mass%を上限とする。
【００１７】
Ｐ：0.020mass%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疲労強度を低下させる。また、焼き割れを助長する弊害もある。したがって、Ｐの含有量は極力低減することが望ましいが、0.020mass%までは許容される。
【００１８】
Ｓ：0.002〜0.015mass%
Ｓは、鋼中でMnSを形成し被削性を向上させる有用元素であるが、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疲労強度を低下させる弊害もあるため、0.015mass%を上限とする。一方、その含有量が0.002mass%に満たないと被削性を著しく悪化させるため、それを下限とする。なお、摩擦圧接する場合には、Ｓ量が0.008mass%を超えると摩擦圧接部にＳが粒界偏析して、疲労強度が低下するため、それ以下にすることが好ましい。
【００１９】
Mn：0.55〜0.65mass%
Mnは、ベイナイト組織の生成に有用であるとともに、強度の向上に有効に寄与する元素であるが、その含有量が0.55mass%に満たないと、その効果が十分ではない。また0.65mass%を超えると、高周波焼き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、ひいては疲労強度の低下を招くため、Mn量は0.55〜0.65mass%の範囲とする。
【００２０】
Mo：0.35〜0.45mass%
Moは、焼き入れ性を向上させベイナイト組織の生成を促進するのに有用な元素である。また、高周波焼き入れ時におけるオーステナイト粒の成長を抑制する上で有用な元素である。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は本発明において重要な元素であり、本発明の如くSi添加量を0.05mass%以下とした場合には、Mo添加量が0.35mass%に満たないと所望量のベイナイト組織を生成できないとともに、オーステナイト粒成長抑制作用を十分に発現できない。一方、Mo含有量が0.45mass%を超えても、その効果は飽和し，むしろコストの上昇を招くとともに，変形抵抗を増大させ，鍛造金型の寿命を大幅に低下させるため，その含有量を0.35〜0.45mass%に限定する。
【００２１】
Ti：0.015〜0.030mass%
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の焼き入れ性向上効果が消失するのを防止し、Ｂの焼き入れ性効果を十分に発揮させる作用を有するとともにTiNのピンニング効果により、結晶粒を微細化するために有用な元素である。これらの効果を十分に発現させるためには、Tiは0.015ass%以上を必要とするが、一方、Ti含有量が0.030mass%を超えても、結晶粒微細化効果が飽和するだけでなく、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疲労強度が低下するので、0.015〜0.030mass%の範囲に限定した。
【００２２】
Al：0.02〜0.05mass%
Alは、鋼の脱酸剤として作用する他、高周波焼入れ時におけるオーステナイト粒の成長を抑制して、硬化層の疲労強度を高める効果がある。しかし、その含有量が0.02mass%に満たないとその添加効果に乏しく、一方、0.05mass%を超えると疲労強度の低下を招くので、0.02〜0.05mass%と限定した。
【００２３】
Cu：1.0mass%以下
Cuは、固溶強化および析出硬化によって強度を向上させる有用元素であり、また、焼き入れ性の向上にも寄与するが、その添加量が1.0mass%を超えると、鍛造時に表面疵が多発するので、その含有量は1.0mass%を上限とする。なお、好ましくは0.5mass%以下である。
【００２４】
Ｂ：0.0015〜0.0030mass%以下
Ｂは、微量の添加によって焼き入れ性を高めて強度を向上させる有用元素である。また、粒界に優先的に偏析して、粒界に偏析するＰ、Ｓの濃度を低減し粒界強度を向上させて疲労特性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、その含有量が0.0015mass%に満たないとその添加効果に乏しく、一方、0.003mass%を超えて添加してもその効果は飽和し、むしろコストの上昇を招くので、0.0015〜0.003mass%の範囲に限定した。
【００２５】
以上説明した元素以外の残部はFeおよび不可避的不純物である。
そして、本発明では、特に外側部材の成形する鍛造において、その温度域を650〜730℃とすることによってマウス部外周面を高強度化し、マウス部の曲げ強度および疲労強度を確保する。具体的には、上記した730℃、つまり変態点以下の温度域で鍛造することにより、マウス部外周の組織がベイナイト相を面積率で15〜30％含む組織とする。なお、650℃未満では鍛造割れを生じるため、650℃以上が必要である。
【００２６】
すなわち、ベイナイト組織分率が15％未満となると、フェライト＋パーライト組織が主体組織となるために強度の向上は期待できない。また、ベイナイト組織分率が30％を超えると、次工程の常温でのしごき鍛造で割れを生じるために、ベイナイト組織分率は15〜30％とすることが肝要である。
【００２７】
また、フェライトの再結晶組織分率は面積率で10％未満とする。なぜなら、転位の解放が進んだ再結晶組織が10％以上となると、強度の向上が期待できないからである。
ここで、ベイナイトおよびフェライトおよびパーライトの面積率の測定は、ナイタールエッチングにより、ベイナイトおよびフェライトおよびパーライトが現出するようにエッチングし、光学顕微鏡により400倍（１視野の面積0.25mm×0.225mm）で３視野観察し、画像解析装置により各々の面積分率を測定することにより行う。
【００２８】
以上、成分組成範囲、鍛造温度範囲及び組織状態について説明したが、本発明では、上記の範囲に限定するだけでは不十分であり、マウス部案内溝の表面に施す高周波焼き入れ後の硬化層の旧オーステナイト（γ）粒径を調整することも重要である。
【００２９】
すなわち、本発明では、高周波焼入れが施されないマウス部外周面については、上述の如くベイナイト組織を残留させておくことでマウス部外周面を高強度化し、マウス部の曲げ疲労強度を確保するとともに、高周波焼き入れ後の硬化層の平均旧γ粒径を10μm以下とする必要がある。というのは、焼入れ硬化層の平均旧γ粒径が10μmを超えると十分な粒界強度が得られず、満足いくほどの強度の上昇が望めないからである。なお、ステム部の高周波焼入れに際し、同様に旧γ粒を細かくすれば、該部位の疲労強度を高めることができる。
【００３０】
ここで、焼入れ硬化層の旧γ粒径の測定は、高周波焼き入れ後の鋼材の硬化層における厚み方向断面を、旧γ粒が現出するようにエッチングし、光学顕微鏡により硬化層の旧γ粒径に応じて400倍（１視野の面積0.25mm×0.225mm）から1000倍（１視野の面積0.10mm×0.09mm）で３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。
【実施例】
【００３１】
表1に示す成分組成になる鋼材を、150kgづつ溶製し、1200℃に加熱して60mmφの棒状に鍛造した。その後、850℃に再加熱して１時間保持し空冷した。得られた棒状体を、鍛造試験に供するとともに、鍛造ひずみを付与するために２軸の鍛造した後、ドリル穿孔性試験、すべり転動疲労試験に供した。
【００３２】
鍛造試験は、上記棒状体から14mmφ×30.6mmの素材を採取し、図１に示すように第１工程軸出し、第２工程据え込み、第３工程後方押し出しの３工程をトランスファー鍛造にて実施し、ベイナイト面積分率の測定とともに、割れの有無および第３工程のパンチ寿命で評価した。この際、パンチは寿命の加速評価のため、表面処理を施さないSKD51を使用し、100shotを上限としてパンチ寿命を評価した。また、トランスファー鍛造後、マウス部を板厚減少率で20%になるよう常温（冷間）にてしごき試験し、割れの有無を評価した。得られた結果を、表２に併記する。
【００３３】
ドリル穿孔試験は、まず上記棒状体を図２に示す、650℃にて２軸の鍛造を施した素材を用い、４mmφのストレートドリルにて、回転数1500rpm、送り0.1mm/revおよび穴明け深さ12mmで、無潤滑にてドリルが折損するまでの総長さで評価した。得られた結果を、表３に併記する。
【００３４】
すべり転動疲労試験は、同様に上記棒状体を図２に示すように650℃にて２軸の鍛造を施した素材から図３に示す形状を採取し、周波数3.7kHz、出力100kWの高周波焼き入れ装置にてHv500以上となる硬化深さが4mmとなるように高周波焼き入れした後、170℃×30minの焼き戻しを行ったもので、図４に示す装置および条件にてピッチングを生じるまでの寿命を評価した。得られた結果を、表４に併記する。
【００３５】
【表１】
2007263319.tif 000003
【００３６】
【表２】
2007263319.tif 000004
【００３７】
【表３】
2007263319.tif 000005
【００３８】
【表４】
2007263319.tif 000006
【００３９】
表１〜４より、成分組成、鍛造条件、組織および硬化層旧γ粒径のいずれもが本発明の範囲を満たす場合には、鍛造性、被削性、疲労強度特性に優れていることが判る。
これに対し、成分組成、鍛造条件、組織および硬化層旧γ粒径のいずれかが本発明の条件を満足しない比較例は、鍛造性あるいは被削性あるいは疲労強度特性が劣っている。
【００４０】
続いて、鍛造性あるいは被削性あるいは疲労強度特性が良好であった本発明C鋼と、比較鋼H、L、P鋼を試験鋼材溶製した後、実機鋼片末端に溶接し実機棒鋼ラインに60mmφの棒状に圧延した。得られた棒状体を実機等速自在継手の外側部材形状に鍛造、冷間しごき、旋削、転造後、マウス部案内溝に高周波焼入れを施した後、170℃×60minの焼き戻しを行ったもので、捩回試験および片振り捩り疲労試験に供した。捩回試験については得られた最大トルクを表５に示す。また、片振り捩り疲労試験については、得られた捩りトルク−繰返数曲線から繰返数105回における捩りトルクを、表６に示す。
【００４１】
表５および６より、成分組成、鍛造条件、組織および硬化層旧γ粒径のいずれもが本発明の範囲を満たす場合には、等速自在継手としての強度特性に優れていることが判る。これに対し、成分組成、鍛造条件、組織および硬化層旧γ粒径のいずれかが本発明の条件を満足しない比較例は、等速自在継手としての疲労強度特性が劣っている。
【００４２】
【表５】
2007263319.tif 000007
【００４３】
【表６】
2007263319.tif 000008
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】トランスファー鍛造の工程図である。
【図２】鍛造工程を示す図である。
【図３】供試材の形状を示す図である。
【図４】すべり転動疲労試験の要領を示す図である。
【図５】摺動型等速自在継手の軸方向断面を示す図である。
【図６】摺動型等速自在継手の周方向断面を示す図である。
【図１】
2007263319.tif 000009
【図２】
2007263319.tif 000010
【図３】
2007263319.tif 000011
【図４】
2007263319.tif 000012
【図５】
2007263319.tif 000013
【図６】
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