(57)【要約】      （修正有）【課題】等速自在継手に高負荷や衝撃荷重が加わった際、外側継手部材に脆性破壊が生じる恐れを低減する。【解決手段】内側継手部材3との間で転動体３２を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する等速自在継手に装備され、内径面に転動体３２を収容するトラック溝２５が形成された外側継手部材２において、該外側継手部材２の内径面２２に浸炭焼入れ硬化処理が行われた硬化層Ｓを形成すると共に、外径面２１の少なくとも一部にに防炭処理を施すことにより浸炭焼入れ硬化処理が行われない調質層Ｓ１を形成する。【選択図】図１
2009052656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側継手部材との間で転動体を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する等速自在継手に装備され、内径面に転動体を収容するトラック溝が形成された外側継手部材において、
内径面に浸炭焼入れ硬化処理が行われた硬化層を設けるとともに、外径面の少なくとも一部に浸炭焼入れ硬化処理が行われていない調質層を設けたことを特徴とする等速自在継手の外側継手部材。
【請求項２】
トラック溝に転動体が接触し得る軸方向領域の外径面に前記調質層を設けた請求項１記載の等速自在継手の外側継手部材。
【請求項３】
前記調質層の表層硬さをＨｖ２５０以上、４５０以下とした請求項１記載の等速自在継手の外側継手部材。
【請求項４】
前記調質層の表層の旧オーステナイト粒度をＮｏ．８以上とした請求項１記載の等速自在継手の外側継手部材。
【請求項５】
内側継手部材との間で転動体を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する等速自在継手に装備され、内径面に転動体を収容するトラック溝が形成された外側継手部材を製造するための方法であって、
外周面の少なくとも一部に防炭処理を施した状態で、全面に浸炭焼入れ硬化処理を行った後、前記防炭処理を施した部分に調質処理を行うことを特徴とする等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
【請求項６】
前記調質処理を高周波誘導加熱で行った請求項５記載の等速自在継手の外側継手部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、等速自在継手の外側継手部材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、図３の横断面図で示すように、外径方向へ突出した３本の脚軸３１を有する内側継手部材３（トリポード部材）と、内側継手部材３を内周に収容する外側継手部材２とを備えた、いわゆるトリポード型等速自在継手が示されている。この等速自在継手では、外側継手部材２と内側継手部材３との間で、角度変位及び軸方向変位を許容しながらトルクが伝達される。この等速自在継手の外側継手部材２の外径面２１及び内径面２２には、浸炭硬化処理による硬化層Ｓが形成されている。このように、表層に硬化層Ｓを形成することにより、トルク伝達時にローラ３２から受ける負荷に対する強度を高めることができる。一方、外側継手部材２の内部は硬化されていないため、外側継手部材２全体として優れた靭性を奏することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１９３７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、外側継手部材２に浸炭焼入れを施すと、表面の硬度が高められる一方で、表面の延性が劣化すると共に表面が亀裂敏感となる。このため、かかる硬化層Ｓを外側継手部材２の内径面２２及び外径面２１の双方に形成すると、外側継手部材２に高負荷や衝撃的な負荷が加わった際、表面が脆性的、すなわち塑性変形を伴わずに破損し、等速自在継手に突発的な動作不良が生じる恐れがある。
【０００５】
そこで本発明は、等速自在継手に高負荷や衝撃荷重が加わった際、外側継手部材に脆性破壊が生じる恐れを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、内側継手部材との間で転動体を介して角度変位を許容しながらトルクを伝達する等速自在継手に装備され、内径面に転動体を収容するトラック溝が形成された外側継手部材において、内径面に浸炭焼入れ硬化処理が行われた硬化層を設けるとともに、外径面の少なくとも一部に浸炭焼入れ硬化処理が行われていない調質層を設けたことを特徴とする。
【０００７】
ここで、浸炭焼入れは、鋼の表面に炭素を浸み込ませ、その後焼入れして表面を硬化させる金属硬化処理である（ＪＩＳ  Ｂ  ６９０５―１９９５参照）。すなわち、低炭素鋼を浸炭剤中で所定温度に加熱すると、炭素が拡散して鋼表面層の炭素含有量が多くなる。これを焼入れすると浸炭層が硬化して耐摩耗性に優れる表面となる。このとき、母材内部は低炭素鋼のままであるから全体として靭性に富み、かつ表面の硬度が高い製品となる。また、調質とは、焼入れ後の鋼を比較的高温（４５０℃から６５０℃）で適当な時間（例えば１時間〜２時間程度）加熱保持する処理のことを言う（いわゆる高温焼戻し、ＪＩＳ  Ｂ  ６９０５―１９９５参照）。この調質処理により、α鉄中に過飽和な炭素を炭化物とし析出させた調質層が形成される。浸炭焼入れされたマルテンサイト（過飽和に炭素を固溶したα鉄）は、非常に高硬度である一方で延性に乏しいという性質を有するが、調質層は強度と延性の両特性バランスよく具備した組織である。
【０００８】
本発明の外側継手部材では、内径面に浸炭焼入れ硬化処理が行われた硬化層を設けているので、内径面は優れた耐摩耗性が得られる。従って、内径面に形成されたトラック溝の耐摩耗性が高められ、ローラ等の転動体の接触による摩耗を抑えることができる。一方、耐摩耗性がそれ程要求されない外径面には浸炭焼入れ硬化処理を行わないため、硬化層の形成による延性の劣化あるいは亀裂敏感等の不具合を回避することができる。さらに、この面に調質層を設けることにより、外径面に強度と延性をバランスよく付与することができるため、等速自在継手に高負荷や衝撃荷重が作用しても外側継手部材に脆性的な破損が生じることをより一層効果的に防止できる。
【０００９】
等速自在継手の外側継手部材は、トルク伝達時にトラック溝が転動体から抗力を受けるため、優れた強度や靭性が求められる。特に、トラック溝に転動体が接触し得る軸方向領域では、転動体からの抗力の影響を受けやすい。そこで、この軸方向領域における外径面に前記調質層を設けて延性を付与することで、外側継手部材の脆性的な破損をより一層効果的に防止することができる。
【００１０】
前記調質層の表層硬さは、Ｈｖ２５０以上、４５０以下の範囲内に設定することが好ましい。Ｈｖ２５０未満であると外径面に必要とされる強度が得られず、Ｈｖ４５０を超えると延性が不足し、脆性的な破損が生じる恐れがあるためである。
【００１１】
また、前記調質層の表層の旧オーステナイト粒度は、Ｎｏ．８以上に設定することが好ましい。旧オーステナイト粒度がＮｏ．８に満たないと延性が不足し、脆性的な破損が生じる恐れがあるためである。
【００１２】
上記のような等速自在継手の外側継手部材は、外周面の少なくとも一部に防炭処理を施した状態で浸炭焼入れ硬化処理を行った後、前記防炭処理を施した部分に調質処理を行うことにより製造することができる。このように必要な部分にのみ調質処理を行うことにより、製造時間の短縮及び低コスト化を図ることができる。また、この調質処理を高周波誘導加熱により行うと、外側継手部材に局部的な急速短時間加熱を施すことができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によると、等速自在継手に高負荷や衝撃荷重が加わっても、外側継手部材に脆性破壊が生じる恐れを低減することができる。
【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１と図２に基づいて説明する。
【００１５】
図１はトリポード型等速自在継手を示し、このトリポード型等速自在継手は、外側継手部材２と、この外側継手部材２に収納される内側継手部材としてのトリポード部材３とを備える。この等速自在継手では、外側継手部材２とトリポード部材３との間で、角度変位及び軸方向変位を許容しながらトルクを伝達する。
【００１６】
外側継手部材２は、有底筒状のカップ部（マウス部）２３と、このマウス部２３から突出するステム部２４とからなる。ステム部２４は端部に形成したスプラインまたはセレーション軸にて第１の回転軸（図示せず）とトルク伝達可能に結合する。マウス部２３は、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２５が形成してある。マウス部２３は、横断面で見て、大径部２３ａと小径部２３ｂが交互に現れる非円筒形状である。すなわち、マウス部２３は、大径部２３ａと小径部２３ｂ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本の前記トラック溝２５が形成される。各トラック溝２５の円周方向で向き合った側壁にローラ案内面２６が形成される。
【００１７】
トリポード部材３は、ボス３０と脚軸３１とを備える。ボス３０には第２の回転軸（シャフト）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３３が形成してある。脚軸３１はボス３０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３の各脚軸３１には、トルク伝達部材としてもローラ３２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３２は外側継手部材２のそれぞれのトラック溝２５内に収容される。なお、脚軸３１およびローラ３２は、大径部２３ａの内周面２７に接触させないようにしている。また、ローラ３２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。
【００１８】
外側継手部材２の内径面には硬化層Ｓが形成されている。この硬化層Ｓは、浸炭焼入れにて形成することができる。浸炭処理には、固体浸炭と、液体浸炭と、ガス浸炭と、真空浸炭とがある。固体浸炭は、大物部品の処理が可能で、少量生産向きであり、設備費が安い利点がある。液体浸炭は、小物部品の処理に有利で、薄い硬化層形成が可能であり、設備費が安い利点がある。ガス浸炭は、炭素濃度の調整が可能で、自動化が容易であり、多量生産向きである。真空浸炭は、作業環境が良好で、処理品の光輝性が良好であり、粒界酸化の面で有利である。
【００１９】
このため、この外側継手部材２の内径面には硬化層Ｓの形成には、前記種々の浸炭処理が可能であるが、等速自在継手は多量生産されることが多いため、上記のうち特にガス浸炭が好ましい。例えば、この等速自在継手が車両のドライブシャフト用として使用される程度のサイズであれば、硬化層Ｓの厚さは０．５ｍｍ以上、２ｍｍ以下程度とするのが好ましい。すなわち、硬化層Ｓの肉厚は、外側継手部材２のマウス部２３の肉厚の１０％以上、４０％以下とすることが好ましい。硬化層Ｓの肉厚が１０％に満たないと必要な強度が得られず、４０％を超えると靭性が過小となり却って強度が低下するためである。
【００２０】
また、この外側継手部材２の浸炭処理時には、外径面２１の所定部位、本実施形態では図２にしめす軸方向領域Ｈに防炭処理を施す。この軸方向領域Ｈは、トラック溝２５のローラ案内面２６とローラ３２とが接触し得る領域、すなわちトルク伝達時にトラック溝２５がローラ３２から抗力を受ける領域に対応する。こうして、外径面２１の所定部位に防炭処理を施すことで、外径面２１に浸炭層は形成されず、この浸炭層の形成による延性の劣化あるいは亀裂敏感等の不具合を回避することができる。
【００２１】
浸炭焼入れ工程の後、防炭処理を施した外径面２１の軸方向領域Ｈに調質処理を施すことにより、調質層Ｓ１を設ける。具体的には、比較的高温状態（４５０℃〜６５０℃程度）で１時間〜２時間程度加熱保持した後、冷却することにより、α鉄中に過飽和な炭素を炭化物とし析出させた調質層Ｓ１が形成される。この調質層は、強度と延性の両特性バランスよく具備した組織であるため、外側継手部材２にこれらの特性を付与することができる。
【００２２】
例えば、この等速自在継手が車両のドライブシャフト用として使用される程度のサイズであれば、調質層Ｓ１の厚さは０．５ｍｍ以上、２ｍｍ以下程度とするのが好ましい。すなわち、硬化層Ｓの肉厚は、外側継手部材２のマウス部２３の肉厚の１０％以上、４０％以下とすることが好ましい。硬化層Ｓの肉厚が１０％に満たないと外径面２１に必要な延性が付与されず、４０％を超えると靭性が過小となり却って強度が低下するためである。
【００２３】
本発明では、内径面に浸炭焼入れ硬化処理が行われた硬化層Ｓを設けているので、内径面側において耐摩耗性に優れる。このため、トラック溝２５内のトルク伝達手段（ローラ３２）の移動による案内面２６の摩耗を抑制することができる。また、外径面２１に浸炭硬化処理が行われていない調質処理Ｓ１を設けているため、外径面２１側においては延性特性に優れ、高負荷や衝撃荷重が作用しても瞬間的に脆性破壊が生じることを防止できる。
【００２４】
また、長手方向（軸方向）で機能上必要な部位（本実施形態では軸方向領域Ｈ）のみに局部調質処理を行うことができ、強度的に弱い所（応力集中部）に延性に優れた調質層Ｓ１を形成することになる。このため、外径面全域に亘っての局部調質処理を行う必要がなく、製造時間の短縮と低コスト化を図ることができる。
【００２５】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、コスト面等に特に問題がなければ、調質層Ｓ１を外側継手部材の全長に亘って形成するようにしてもよい。また、前記実施形態では、硬化層Ｓを内径面の全周に亘って設けているが、例えば浸炭処理時に防炭処理を施す領域を拡大し、硬化層Ｓをローラ３２が接触する部分、つまり案内面２６にのみに設けてもよい。
【００２６】
また、前記実施形態では、トルク伝達手段がローラであるトリポード型等速自在継手用であったが、等速自在継手として、トルク伝達手段がボールである他の摺動型等速自在継手であってもよい。また、本発明によると、内径面の硬化層Ｓが形成されることでローラ３２等が転動するローラ案内面２６の摩耗を抑制することができるため、摺動型等速自在継手において特に優れた効果を発揮することができるが、他の種々の固定型等速自在継手用に本発明を適用してもよい。
【実施例１】
【００２７】
本発明の効果を確認するため、以下の試験を行った。
【００２８】
まず、本発明に係る外側継手部材、すなわち、浸炭焼入れ処理が行われていない調質層Ｓ１を有する外側継手部材（図１参照）を有するトリポード型等速自在継手（実施例）と、表層全体に浸炭焼入れ処理による硬化層が形成された外側継手部材（図３参照）を有する等速自在継手（比較例）とを用意した。これらの外側継手部材は、材料にＳＣｒ４２０を使用し、９００℃に加熱して鍛造した後、冷間で仕上げ鍛造を行い、さらに機械加工した後、熱処理を行ったものである。この熱処理は、浸炭焼入れにより行われ、具体的には９３０℃で浸炭拡散処理（８時間）を施した後、８７０℃から油焼入れを施すことで行われる。比較例の外側継手部材は、内径面及び外径面に浸炭焼入れを施し、実施例の外側継手部材は、外径面を防炭処理した状態で同様の浸炭焼入れを行い、その後外径面のみに３０ｋＨｚの誘導加熱による調質処理を行った。この誘導加熱時に内径面の軟化を防止するために、内径面を水冷した。この結果、比較例の外側継手部材の内径面及び外径面、実施例の外側継手部材の内径面に形成された浸炭硬化層は、表面硬さがＨｖ７２０、有効効果深さが０．７ｍｍであった。また、実施例の外側継手部材の外径面に形成された調質層の表面硬さは、Ｈｖ２８０であった。
【００２９】
（１）片振り捩り疲労試験
上記の実施例、比較例に係る等速自在継手を用いて、油圧式捩り疲労試験機により、下記の条件で片振り捩り疲労試験を行った。
トルク：０〜２５００Ｎｍ
ジョイント作動角：０ｄｅｇ
周波数：２Ｈｚ
【００３０】
その結果、比較例に係る外側継手部材は、約１０万回で破損が生じたのに対し、実施例に係る外側継手部材は、約２３万回で破損が生じた。すなわち、実施例にかかる外側継手部材は、比較例にかかる外側継手部材と比べて約２．３倍の強度があった。
【００３１】
（２）静捩り強度試験
また、上記の実施例及び比較例に係る等速自在継手を用いて、下記の条件で静捩り強度試験を行った。
ジョイント作動角：０ｄｅｇ
スライドアウト（外側継手部材の開口側端部から１０ｍｍ入った位置に負荷）
捩り速度：２５ｄｅｇ／１ｍｉｎ
【００３２】
その結果、比較例にかかる外側継手部材は約５１００Ｎｍで破断したのに対し、実施例に係る外側継手部材は約６６３０Ｎｍで破断が生じた。すなわち、実施例に係る外側継手部材は、比較例に係る外側継手部材と比べて約１．３倍の強度があった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態を示す外側継手部材を使用した等速自在継手の横断面図である。
【図２】前記外側継手部材の一部を断面で示す断面図である。
【図３】従来の外側継手部材を使用した等速自在継手の横断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
２     外側継手部材
２１   外径面
２２   内径面
２３   マウス部
２４   ステム部
２５   トラック溝
２６   ローラ案内面
３     トリポード部材（内側継手部材）
３０   ボス
３１   脚軸
３２   ローラ
３３   セレーション孔
Ｓ     硬化層
Ｓ１   調質層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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