(57)【要約】【課題】通常の焼戻し工程を省略できて製造コストの低減を図ることができ、製造工程のインライン化が可能であって、しかも高強度な動力伝達軸及びその製造方法を提供する。【解決手段】炭素量が０．３０〜０．４８ｗｔ％の炭素鋼からなり、高周波焼入れにより表面硬化層４を形成した動力伝達軸である。表面硬化層４は焼入れ後の外力付与による発熱にて焼戻しを施している焼戻し効果部位を備えている。外力付与による焼戻しが施されている部位の残留応力を−８００ＭＰａ以下とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素量が０．３０〜０．４８ｗｔ％の炭素鋼からなり、高周波焼入れにより表面硬化層を形成した動力伝達軸であって、前記表面硬化層は焼入れ後の外力付与による発熱にて焼戻しを施している焼戻し効果部位を備えていることを特徴とする動力伝達軸。
【請求項２】
切欠部を有し、この切欠部に外力付与による焼戻しを施していることを特徴とする請求項１の動力伝達軸。
【請求項３】
外力付与による焼戻しが施されている部位の残留応力を−８００ＭＰａ以下としたことを特徴とする請求項１又は請求項２の動力伝達軸。
【請求項４】
炭素量が０．３０〜０．４８ｗｔ％の炭素鋼に対して、高周波焼入れをした後、外力を付与することによって、発熱させて、焼戻しを行うことを特徴とする動力伝達軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や各種産業機械における動力の伝達に用いられる動力伝達軸に関し、特に等速自在継手に使用される動力伝達軸及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車の動力伝達系に組み込まれるドライブシャフトやプロペラシャフトなどに使用される動力伝達軸では、通常、素材として炭素鋼が用いられ、さらに熱処理により表面を硬化させて所定の強度が確保されている。さらに、動力伝達軸には、中実の一体シャフトと溶接や圧接を用いた接合シャフトが存在する。
【０００３】
近年では、自動車の高出力化、あるいは安全性指向による車両重量の増加などに対応して動力伝達軸の更なる高強度化が望まれている。また、燃費向上の観点から動力伝達軸の軽量化要求が顕在化しており、これを達成する上でも動力伝達軸の高強度化が急務である。そのため、この動力伝達軸の高強度化を図ることを目的として、種々の提案がなされている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。
【０００４】
特許文献１に開示された動力伝達軸では、素材である炭素鋼にＢを添加することにより、焼入れ性向上、粒界強化、焼割れ感受性の低下を図っており、また、Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒを添加することにより、結晶粒の微細化による靭性の向上を図っている。
【０００５】
特許文献２に開示された動力伝達軸では、鋼材にＭｏやＢを添加することにより、母材組織をベイナイト化し、焼入れ性を極端に向上させることで、結晶粒の微細化により耐焼割れ性および疲労強度の向上を図っている。
【０００６】
このように、特許文献１及び特許文献２に記載の動力伝達軸では、焼入れ性向上や結晶粒の微細化効果がある特殊な合金元素を添加することにより、動力伝達軸の高強度化を図っている。
【０００７】
ところで、このような動力伝達軸の熱処理は、高周波焼入れや浸炭焼入れ後に、焼戻し処理を行うのが一般的である。そこで、特許文献３に開示された動力伝達軸では、焼入れ焼戻し後に、さらにショットピーニング処理を追加することで高強度化を図っている。
【特許文献１】特開２０００−２３４１４１号公報
【特許文献２】特開２００５−０６０７１８号公報
【特許文献３】特開２００３−３０７２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のように特殊な合金元素を多量に添加することは、製品のコストアップを招くという問題があった。また、動力伝達軸の高強度化のために素材組織をベイナイト化することは、素材硬さの上昇により加工性が低下して製品のコストアップを招くという問題もあった。さらに、熱処理において、通常の焼入れ焼戻し工程が実施された上で、さらにショットピーニング処理を追加することは、コスト上昇につながる。
【０００９】
また、前記特許文献１に記載のように、Ｂを添加した場合、このＢの添加の効果を十分に引き出すため、Ｔｉを合わせて添加する必要がある。Ｔｉを添加した場合に生成されるＴｉＮの硬く大きい介在物が、旋削のチップ欠けなどを誘発し、工具寿命が低下するという問題もあった。さらに、前記特許文献２に記載のように、Ｍｏなどを添加することで焼入れ性を向上させることは、一般的に溶接性が悪化するという問題もあった。また、Ｓが増加すると接合性（溶接・摩擦圧接性）が低下する問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、通常の焼戻し工程を省略できて製造コストの低減を図ることができ、製造工程のインライン化が可能であって、しかも高強度な動力伝達軸及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の動力伝達軸は、炭素量が０．３０〜０．４８ｗｔ％の炭素鋼からなり、高周波焼入れにより表面硬化層を形成した動力伝達軸であって、前記表面硬化層は焼入れ後の外力付与による発熱にて焼戻しを施している焼戻し効果部位を備えているものである。
【００１２】
本発明の動力伝達軸における焼戻し工程は、外力付与による発熱にて行うものであるので、通常の焼戻し工程を必要としない。炭素量が０．３０ｗｔ％未満であれば、焼入れ焼戻し後に十分な硬さと深さが得られず、強度低下の問題がある。また、炭素量が０．４８ｗｔ％を越えると、著しく溶接性を阻害し、さらには機械加工性の阻害と焼割れが発生し易くなる。
【００１３】
切欠部を有し、この切欠部に外力付与による焼戻しを施すのが好ましい。この焼戻しにて、切欠部において、硬さを減少させて粘りを増加させることができる。ここで、切欠部とは、例えば軸端部に形成されたスプライン部の根本部（スプライン切上部）である。
【００１４】
外力付与による焼戻しが施されている部位の残留応力を−８００ＭＰａ以下とする。これにより、強度向上が得られる。残留応力が−８００ＭＰａを越えると、十分な強度（例えば、捩り疲労試験による強度）を得ることができない。
【００１５】
本発明の動力伝達軸の製造方法は、炭素量が０．３０〜０．４８ｗｔ％の炭素鋼に対して、高周波焼入れをした後、外力を付与することによって、発熱させて、焼戻しを行うものである。
【００１６】
本発明の動力伝達軸の製造方法では、焼戻しを外力付与による発熱にて行うので、通常の焼戻し工程を必要としない。また、外力付与の方法としては、バニシング加工、焼入れ工切削、ショットピーニング処理等にて行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の動力伝達軸は、通常の焼戻し工程を必要としないので、製造コストの低減を図ることができる。焼戻しを廃止することによって、製造工程のインライン化が可能となる。また、外力付与部位のみが焼戻し効果を得ることができる。すなわち、所望の部位のみに焼戻し効果を有する動力伝達軸を簡単に構成することができる。特に、外力の作用により、圧縮の残留応力が付与され、高強度な動力伝達軸を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る動力伝達軸およびその製造方法の実施形態を以下に詳述する。
【００１９】
図１は動力伝達軸の実施形態として、例えば、自動車のドライブシャフトに使用される場合を例示する。ドライブシャフトは、動力伝達軸である中間シャフト１の一方の軸端部２に摺動式等速自在継手（図示せず）がスプライン嵌合などにより連結され、他方の軸端部３に固定式等速自在継手（図示せず）がスプライン嵌合などにより連結される。
【００２０】
また、シャフト１の端部２、３には夫々スプライン部５、６が形成されている。なお、この中間シャフト１は、中実の棒材から加工された中実シャフト、あるいは鋼管などから加工された中空シャフト、あるいは溶接や摩擦圧接を用いた接合シャフトのいずれであってもよい。
【００２１】
この中間シャフト１は、炭素量が０．３〜０．４８ｗｔ％の炭素鋼を用いている。すなわち、Ｃ：０．３〜０．４８ｗｔ％を含む炭素鋼からなる素材を高周波加熱し、その高周波加熱により表面に硬化層４を形成する。この高周波加熱処理では、焼入れ温度を例えば、１０００℃とする。
【００２２】
素材の成分を前述の範囲に規定したのは以下の理由による。つまり、Ｃ量が０．３ｗｔ％未満であると、焼入れ焼戻し後に十分な硬さと硬化深さが得られず、強度低下の問題がある。またＣ量が０．４８ｗｔ％を超えると、著しく溶接性を阻害し、さらに機械加工性の阻害と焼き割れが発生し易くなるという問題がある。
【００２３】
そして、この動力伝達軸（中間シャフト）１における焼戻しは、外力付与による発熱にて行う。外力付与を行う方法としては、バニシング加工、焼入れ工切削、ショットピーニング処理等にて行うことができる。ここで、バニシング加工とは、バニシングロールを被加工体に所定押付力にて押付けて、この被加工体の切削面の鏡面仕上げする工程である。また、焼入れ工切削とは、通常の焼入れ後の研削加工の代替として、超硬工具を用いて旋盤加工による仕上げを行う加工である。また、ショットピーニングとは、ショット材と呼ばれる硬質な小球を、投射装置により加速して噴射させ、被加工部体に高速で衝突させる冷間加工法である。
【００２４】
すなわち、本発明では、通常の焼戻し工程を行うことなく、前記のような外力付与手段によって、動力伝達軸１に例えば、切欠部、つまりスプライン部２，３の根本部（スプライン切上部）に外力を付与することができ、これによって、高周波焼入れされた動力伝達軸１が発熱して、焼戻しが施されることになる。このように外力を付与することによって、圧縮の残留応力が発生するが、この残留応力として、−８００ＭＰａ以下とする。この残留応力は、発生させる温度によって、変更できる。残留応力が−８００ＭＰａを越えると、十分な強度（例えば、捩り疲労試験による強度）を得ることができない。
【００２５】
また、硬化層深さは半径ｒに対する有効硬化深さｔの比（ｔ／ｒ）を０．４０以上とする。半径に対する有効硬化深さの比が０．４０未満であると、内部起点による破壊が発生し、著しく強度が低下するという問題がある。
【００２６】
本発明によれば、外力付与による発熱にて行うものであるので、通常の焼戻し工程を必要としない。このため、製造コストの低減を図ることができる。炉焼戻しを廃止することによって、製造工程のインライン化が可能となる。また、外力付与部位のみが焼戻し効果を得ることができる。すなわち、所望の部位のみに焼戻し効果を有する動力伝達軸を簡単に構成することができる。特に、外力の作用により、圧縮の残留応力が付与され、高強度な動力伝達軸を提供することができる。さらに、炭素量が０．３０〜０．４８ｗｔ％であるので、焼入れ焼戻し後に十分な硬さと深さが得られ、しかも、溶接性に優れるとともに、機械加工性の向上と焼割れの発生を防止できる。
【００２７】
特に、スプライン部５、６の根本部である切欠部に外力付与による焼戻しを施すことができ、この焼戻しにて、硬さを減少させて粘りを増加させることができる。これにより、動力伝達軸１は靭性に優れたものとなる。
【００２８】
残留応力として、−８００ＭＰａ以下とすることにより、強度向上（特に捩り疲労試験に対する強度）が得られる。
【００２９】
ところで、前記実施形態では、スプライン部５、６の根本部である切欠部のみを、外力付与による焼戻しを施した焼戻し効果部位としていたが、他の部位にこの焼戻し効果部位を設けてもよく、さらにはこの軸の硬化層４の全体に焼戻し効果部位を設けてもよい。
【実施例１】
【００３０】
表１に示すように、図１に示す形状を有する中間シャフト１となる発明品と、この中間シャフト１と同一形状をなす従来品とを形成して、各発明品と従来品とについて捩り試験を行った。発明品及び従来品の各シャフト素材にＳＡＥ１０４１を使用した。また、各素材に対して、焼入れ温度が１０００℃となる高周波焼入れを行い、従来品においては、炉焼戻しによって１８０℃で１時間の焼戻しを行った。また、発明品については、ショットピーニングを行い、この際生じる熱によって焼戻しを行った。なお、この発明品のショットピーニングは、通常の焼入れ焼戻し工程後に行うのではなく、通常の焼戻し工程に代えて行うものである。
【００３１】
【表１】
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図１に示すように、発明品及び従来品ではスプライン部の硬化比（ｔ／ｒ）を０．４とし、平滑部の硬化比（ｔ／ｒ）を０．６としている。ここで、「平滑部」とは、中間シャフト１の中央部分である。また、残留応力は、発明品では−１０００ＭＰａとなり、従来品では−６００ＭＰａとなった。
【００３２】
これら本発明品と従来品について捩り疲労強度試験を実施した結果を次の表２に示す。に示す。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
表２に示すように従来品を基準とした場合、本発明品は、捩り疲労強度が２５％向上した。このように、本発明では、強度向上を大幅に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の動力伝達軸の実施形態を示す正面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１     動力伝達軸
４     表面硬化層
【図１】
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