(57)【要約】【課題】  中空の中間シャフトの静的強度及びねじり疲労強度を中実のもの以上にする。【解決手段】  等速ジョイント１４，１５が両端に連結された中間シャフトにおいて、前記中間シャフトを内径と外径との比が０．１５〜０．８の中空シャフト１１にし、該中空シャフト１１の外周表面を高周波焼入れすることにより、焼入れされている外周表面からの焼き入れ深さｈと該中空シャフトの肉厚ｔとの比ｈ／ｔである焼入れ率を０．７〜０．９とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
等速ジョイントが両端に連結された中間シャフトにおいて、前記中間シャフトを内径と外径との比が０．１５〜０．８の中空シャフトにし、該中空シャフトの外周表面を高周波焼入れすることにより、焼入れされている外周表面からの焼き入れ深さと該中空シャフトの肉厚との比である焼入れ率を０．７〜０．９とすることを特徴とする等速ジョイントが両端に連結された中間シャフト。
【請求項２】
前記高周波焼入れによって硬度がHv４００以上に焼入れされている前記中空シャフトの外周表面からの焼き入れ深さと該中空シャフトの肉厚との比である焼入れ率を０．７〜０．９とすることを特徴とする請求項１に記載の等速ジョイントが両端に連結された中間シャフト。
【請求項３】
前記中空シャフトを０．９〜２．０％のマンガン、０．０６〜０．２％のクロム及び０．０００５〜０．００５％の硼素を含有し、硫黄の含有量を０．００１〜０．００５％に低減した炭素鋼で形成したことを特徴とする請求項１に記載の等速ジョイントが両端に連結された中間シャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等のドライブシャフトに用いられる等速ジョイントが両端に連結された中間シャフトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前輪駆動自動車用ドライブシャフトは、図６に示すように、エンジン側及び車輪側の等速ジョイント１，２と該等速ジョイントのインナレース３，４が両端に連結された中間シャフト５により構成されている。エンジン側の等速ジョイント１は軸方向の相体運動が可能なタイプで、車輪を懸架するサスペンション動作時の両ジョイント間の長さ及び角度変化を許容してトルクを伝達する。車輪側の等速ジョイント２は大角度タイプで、主として操舵による車輪の偏向を可能にしている。等速ジョイント１，２の軸動、角度変位時に中間シャフト５がジョイントのアウタレース６，７に干渉しないようにするために中間シャフト５の両端部外径は制限され、その中で所定の静的強度とねじり疲労強度が要求される。
【０００３】
従来、制限された外径のなかで静的強度、ねじり疲労強度を確保するために、係る中間シャフト５は中実にされ、シャフト表面を高周波コイルで加熱して急冷し表面焼入れしていた。静的強度の向上には、焼入れ率を高くするのが有効であるが、焼入れ率を高くし過ぎるとシャフト表面部分の残留圧縮応力が小さくなり、ねじり疲労強度が低下する。中実シャフトの焼入れ率は、硬度がHv４００以上に焼入れされている外周表面からの焼き入れ深さとシャフトの半径との比である。中間シャフト５は、その静的強度及びねじり疲労強度の要求値を満たすために、高周波焼入れにより焼入れ率０．４〜０．６に表面焼入れを施されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、軽量化と高剛性化のために中間シャフトの中空化が図られている。しかし、中実シャフトと同径の中空シャフトに焼入れ率０．４〜０．６で表面焼入れを施すと中実シャフトに比して強度が著しく低下する不具合があった。中空シャフトの焼入れ率は、硬度がHv４００以上に焼入れされている外周表面からの焼き入れ深さとシャフトの肉厚との比である。
【０００５】
本発明は、係る従来の不具合を解消するためになされたもので、中空の中間シャフトの静的強度及びねじり疲労強度を中実のもの以上にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、等速ジョイントが両端に連結された中間シャフトにおいて、前記中間シャフトを内径と外径との比が０．１５〜０．８の中空シャフトにし、該中空シャフトの外周表面を高周波焼入れすることにより、焼入れされている外周表面からの焼き入れ深さと該中空シャフトの肉厚との比である焼入れ率を０．７〜０．９とすることである。
【０００７】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１に記載の等速ジョイントが両端に連結された中間シャフトにおいて、前記高周波焼入れによって硬度がHv４００以上に焼入れされている前記中空シャフトの外周表面からの焼き入れ深さと該中空シャフトの肉厚との比である焼入れ率を０．７〜０．９とすることである。
【０００８】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項２に記載の等速ジョイントが両端に連結された中間シャフトにおいて、前記中空シャフトを０．９〜２．０％のマンガン、０．０６〜０．２％のクロム及び０．０００５〜０．００５％の硼素を含有し、硫黄の含有量を０．００１〜０．００５％に低減した炭素鋼で形成したことである。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、等速ジョイントが両端に連結された中間シャフトを内径と外径との比が０．１５〜０．８の中空にし、該中空シャフトを０．７〜０．９の焼入れ率で外周表面を高周波焼入れした。焼入れ率を高くするために中空シャフトは軸穴に接する内周表面の近傍まで加熱されるが、中空シャフトは軸穴内に空気が存在し、この空気が加熱時に加熱され且つ鋼材から空気層への熱伝導率の低下により中空シャフトの内周表面近傍では急冷されないので、硬度は直線的に低下する。従って、焼入れ条件を適切に設定することにより中空シャフトを０．７〜０．９の焼入れ率で表面焼入れすることができ、静的強度及びねじり疲労強度を中実シャフト以上或いは同定度に維持して軽量化と高剛性化を可能にすることができる。
【００１０】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、高周波焼入れによって硬度がHv４００以上に焼入れされている中空シャフトの外周表面からの焼き入れ深さと該中空シャフトの肉厚との比を０．７〜０．９としたので、自動車等のドライブシャフトに用いられる中空シャフトを外周表面から必要な深さだけHv４００以上の必要硬度に高周波焼入れし、中空シャフトの静的強度及びねじり疲労強度を中実シャフト以上或いは同定度に維持して軽量化と高剛性化を可能にすることができる。
【００１１】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、前記中空シャフトを０．９〜２．０％のマンガン、０．０６〜０．２％のクロム及び０．０００５〜０．００５％の硼素を含有し、硫黄の含有量を０．００１〜０．００５％に低減した炭素鋼で形成したので、高周波焼入れの安定性及び焼入れ性が向上し、中空シャフトを０．７〜０．９の焼入れ率に正確に表面焼入れし、靭性の高い焼き入れ層を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１において、１０はエンジンの回転を車輪に伝達するドライブシャフトで、中間シャフトである中空シャフト１１、中空シャフト１１の両端にインナレース１２，１３が夫々スプライン嵌合されたエンジン側及び車輪側の等速ジョイント１４，１５により構成されている。中空シャフト１１の両端部１８は、等速ジョイント１４，１５が角度変位したときに中空シャフト１１が等速ジョイント１４，１５のアウタレース１６，１７と干渉しないように中央部分１９より外径が小さく形成されている。中央部分１９は外径を大きくして剛性アップを図っている。中空シャフト１１は、一例として、炭素鋼のパイプ材を軸線方向に延びないように両端を規制した状態で、外周を殴打して外径を所定寸法に収縮させ軸線上に軸穴２０を設けてスエージングにより形成され、両端の小径部分１８は中央の大径部分１９より外径を収縮された分だけ肉厚が厚くなっている。中空シャフト１１の寸法は車種によって異なるが、一般的には全長２００〜６５０ｍｍ、両端部１８の外径１６〜３０ｍｍ、内径３〜２１ｍｍ、中央部分の外径２９〜３９ｍｍ、内径２０〜３１ｍｍに形成され、中空シャフト１１の内径と外径との比は０．１５〜０．８である。
【００１３】
中空シャフト１１は前述のように炭素鋼で形成され、該炭素鋼の含有成分及びその含有量（重量％）の一例を示すと、炭素（C）０．３〜０．５％、珪素（Si）０．０１〜０．２％、マンガン（Mn）０．９〜２．０％、燐（P）０．００１〜０．０１５、硫黄（S）０．００１〜０．００５％、クロム（Cr）０．０６〜０．２０、チタン（Ti）０．００５〜０．２％、硼素（B）０．０００５〜０．００５％である。この中、マンガンは高周波焼入れの安定性を確保し、クロム及び硼素は高周波焼入れ性を向上する。硫黄は含有量を低減することにより高周波焼入れ層の靭性が向上する。
【００１４】
中空シャフト１１は、上述のような材料、形状で形成された中間品の外周表面を高周波コイルで加熱して急冷し、０．７〜０．９の焼入れ率で表面焼入れされている。焼入れ率を高くするために中空シャフト１１は軸穴２０に接する内周表面の近傍まで加熱されるが、中空シャフト１１は軸穴２０内に空気が存在し、この空気が加熱時に加熱され且つ鋼材から空気層への熱伝導率の低下により中空シャフト１１の内周表面近傍では急冷されない。中実シャフトの場合は、加熱された層の熱は外周表面からの急冷時に非加熱層にも急激に伝達されて急冷されるので、焼入れ硬度は加熱された深さまで高くなりそれより深い部分では階段状に低下するが、中空シャフトの場合は、上述のように内周表面近傍では急冷されないので、図２に示すように、硬度は直線的に低下する。従って、焼入れ条件を最適化することにより中空シャフト１１を０．７〜０．９の焼入れ率で表面焼入れすることができる。中空シャフト１１の焼入れ率は、硬度がHv４００以上に焼入れされている外周表面からの焼き入れ深さｈとシャフトの肉厚ｔとの比ｈ／ｔである。高周波焼入れは焼入れ条件の設定、コントロールを正確に行なうことができるので、中空シャフト１１を０．７〜０．９の焼入れ率で表面焼入れする焼入れ条件の最適化に適している。
【００１５】
本発明に係る等速ジョイントが両端に連結された中間シャフトによれば、中空シャフト１１の両端部１８の外径が同径の従来の中実のものに比して、両端部１１の静的強度及びねじり疲労強度が同定度以上となる。図３は、横軸に焼入れ率、縦軸に中実及び中空シャフトの同径の両端部のねじり疲労強度を示したもので、白丸で示す中実シャフトのねじり疲労強度は、焼入れ率が０．４〜０．６の範囲で要求値以上になっているが、焼入れ率の増加につれて低下し０．６以上では要求値以下となる。これに対し、黒丸で示す中空シャフト１１のねじり疲労強度は焼入れ率が０．７〜０．９の範囲において要求値以上に山状に高くなっている。図４は焼入れ率０．５で表面焼入れした従来の中実シャフトと焼入れ率０．８で表面焼入れした本発明に係る中空シャフトの残留圧縮応力を示すもので、中空シャフトの方が中実シャフトより残留圧縮応力が１８％増加している。
【００１６】
図５は、焼入れ率０．５の中実及び中空シャフト、焼入れ率０．８の中空シャフト１１の同径の端部の静的強度を示すもので、中間シャフトを中空シャフトにして焼入れ率を中実シャフトと同じ０．５にすると静的強度が約１割低下するが、０．８にすると従来の中実シャフトで焼入れ率０．５で表面焼入れした中間シャフトと同程度以上の静的強度になる。
【００１７】
このように本発明に係る等速ジョイントが両端に連結された中間シャフトは、端部の外径が従来の中実シャフトと同一で、内径と外径との比が０．１５〜０．８の中空シャフト１１にすることによって軽量化し、中空シャフト１１を０．７〜０．９の焼入れ率で表面焼入れすることによって静的強度及びねじり疲労強度を中実のもの以上或いは同程度にし、さらに、中央部分１９の外径を大きくして剛性アップしたので、エンジンの回転を車輪に確実に効率的に応答性よく伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る等速ジョイントが両端に連結された中間シャフトの正面図である。
【図２】中空シャフトの外周表面から内周表面の間の硬度変化を示す図である。
【図３】焼入れ率とねじり疲労強度との関係を示すグラフである。
【図４】従来の中実シャフトと本発明に係る中空シャフトの残留圧縮応力を示すグラフである。
【図５】焼入れ率と静的強度の関係を示すグラフである。
【図６】従来の等速ジョイントが両端に連結された中間シャフトを示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１０・・・ドライブシャフト、１１・・・中空シャフト（中間シャフト）、１４，１５・・・等速ジョイント、１８・・・両端部、１９・・・中央部分、２１・・・軸穴。
【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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