JP2000204432A - 動力伝達軸 - Google Patents
動力伝達軸Info
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- JP2000204432A JP2000204432A JP11005574A JP557499A JP2000204432A JP 2000204432 A JP2000204432 A JP 2000204432A JP 11005574 A JP11005574 A JP 11005574A JP 557499 A JP557499 A JP 557499A JP 2000204432 A JP2000204432 A JP 2000204432A
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- JP
- Japan
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- power transmission
- transmission shaft
- graphite
- steel
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
- F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
- F16D3/20—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members
- F16D3/22—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts
- F16D3/223—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts one coupling part entering a sleeve of the other coupling part and connected thereto by sliding or rolling members the rolling members being balls, rollers, or the like, guided in grooves or sockets in both coupling parts the rolling members being guided in grooves in both coupling parts
- F16D2003/22303—Details of ball cages
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 鍛造性や被削性などの加工性に優れ、かつ高
強度の動力伝達軸の提供する。 【解決手段】 等速自在継手を使用した動力伝達軸にお
いて、黒鉛鋼を高周波焼入れして表層を硬化させると共
に、芯部にフェライトとマルテンサイトの２相組織を生
成させる。黒鉛鋼は、重量％で、Ｃ：０．３５〜０．７
０％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜１．５
％、Ｓ：０．０２５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ａ
ｌ：０．０１〜０．１％、Ｂ：０．００１〜０．００４
％、Ｎ：０．００２〜０．００８％を基本成分とし、残
部がＦｅおよび不可避的不純物からなるものとする。
強度の動力伝達軸の提供する。 【解決手段】 等速自在継手を使用した動力伝達軸にお
いて、黒鉛鋼を高周波焼入れして表層を硬化させると共
に、芯部にフェライトとマルテンサイトの２相組織を生
成させる。黒鉛鋼は、重量％で、Ｃ：０．３５〜０．７
０％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜１．５
％、Ｓ：０．０２５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ａ
ｌ：０．０１〜０．１％、Ｂ：０．００１〜０．００４
％、Ｎ：０．００２〜０．００８％を基本成分とし、残
部がＦｅおよび不可避的不純物からなるものとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や産業機械
などにおいて等速自在継手を介してトルク伝達を行う動
力伝達軸に関する。
などにおいて等速自在継手を介してトルク伝達を行う動
力伝達軸に関する。
【０００２】
【従来の技術】動力伝達軸、例えば自動車の駆動軸で
は、素材として通常炭素鋼もしくは浸炭鋼が用いられ、
さらに熱処理による表面硬化と有効硬化層深さとを適宜
選択して所定の強度が確保されている。
は、素材として通常炭素鋼もしくは浸炭鋼が用いられ、
さらに熱処理による表面硬化と有効硬化層深さとを適宜
選択して所定の強度が確保されている。
【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等に対応して駆動軸のさら
なる高強度化が望まれている。また、燃費向上の観点か
ら駆動軸の軽量化要求が顕在化しており、これを達成す
る上でも駆動軸の高強度化が急務である。
性指向による車両重量の増加等に対応して駆動軸のさら
なる高強度化が望まれている。また、燃費向上の観点か
ら駆動軸の軽量化要求が顕在化しており、これを達成す
る上でも駆動軸の高強度化が急務である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】軸の負荷容量向上のた
めには、素材の炭素濃度を高めるなどして素材強度を向
上させるか、有効硬化層深さを深くする方法が一般的で
ある。しかしながら、前者の場合、切欠き等のある部品
では強度が低下し、また、素材硬さの増大による鍛造性
や被削性などの機械加工性の低下につながる。一方、後
者の場合、浸炭材では硬化層深さの選択範囲が非常に狭
くなる。また、炭素鋼では軸径が太くなるに従って深焼
入れが困難となり、有効硬化層深さ／軸半径比（以下、
γで表わす）＝０．４を超える深焼入れは、焼割れ発生
等の懸念があり、かなり難しい。近年では、深焼きを可
能にするためにホウ素Ｂを添加した炭素鋼が使用されて
いるが、有効硬化層深さを増加させても、静的強度はγ
＞０．６５、捩り疲労強度はγ＞０．５で飽和する傾向
にあるため（特開平５−３２０８２５号）、１５％程度
の強度向上が達成されているにすぎない。また、Ｂ添加
材では、ＴｉＮなどの硬い窒素化合物が形成されるた
め、切削加工性の低下を招くおそれがある。
めには、素材の炭素濃度を高めるなどして素材強度を向
上させるか、有効硬化層深さを深くする方法が一般的で
ある。しかしながら、前者の場合、切欠き等のある部品
では強度が低下し、また、素材硬さの増大による鍛造性
や被削性などの機械加工性の低下につながる。一方、後
者の場合、浸炭材では硬化層深さの選択範囲が非常に狭
くなる。また、炭素鋼では軸径が太くなるに従って深焼
入れが困難となり、有効硬化層深さ／軸半径比（以下、
γで表わす）＝０．４を超える深焼入れは、焼割れ発生
等の懸念があり、かなり難しい。近年では、深焼きを可
能にするためにホウ素Ｂを添加した炭素鋼が使用されて
いるが、有効硬化層深さを増加させても、静的強度はγ
＞０．６５、捩り疲労強度はγ＞０．５で飽和する傾向
にあるため（特開平５−３２０８２５号）、１５％程度
の強度向上が達成されているにすぎない。また、Ｂ添加
材では、ＴｉＮなどの硬い窒素化合物が形成されるた
め、切削加工性の低下を招くおそれがある。
【０００５】 そこで、本発明は、鍛造性や被削性などの
加工性に優れ、かつ高強度の動力伝達軸の提供を目的と
する。
加工性に優れ、かつ高強度の動力伝達軸の提供を目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、等速自在継手を使用した動力伝達軸に
おいて、黒鉛鋼を高周波焼入れして表層を硬化させると
共に、芯部にフェライトとマルテンサイトの２相組織を
生成させた。黒鉛鋼は炭素鋼中のセメンタイトを黒鉛化
焼鈍により黒鉛化したもので、快削元素である黒鉛を含
むために被削性に優れ、また、軟らかいために冷間、温
間鍛造性に優れるという特徴を有する。従って、高強度
化のために高炭素化した場合でも、良好な機械加工性を
確保することができる。
め、本発明では、等速自在継手を使用した動力伝達軸に
おいて、黒鉛鋼を高周波焼入れして表層を硬化させると
共に、芯部にフェライトとマルテンサイトの２相組織を
生成させた。黒鉛鋼は炭素鋼中のセメンタイトを黒鉛化
焼鈍により黒鉛化したもので、快削元素である黒鉛を含
むために被削性に優れ、また、軟らかいために冷間、温
間鍛造性に優れるという特徴を有する。従って、高強度
化のために高炭素化した場合でも、良好な機械加工性を
確保することができる。
【０００７】 従来の動力伝達軸の多くは、炭素鋼に高周
波焼入れ処理して製作されているが、焼割れ防止等の観
点から芯部には熱影響を与えないものが多い。また、芯
部まで熱影響を与えたものも、芯部のほとんど全てがマ
ルテンサイト化しているため、表面の残留圧縮応力が消
失している。これに対し、本発明では、高周波焼入れに
より、表層を硬化させるだけでなく、さらに熱影響を芯
部にまで及ぼし、黒鉛をフェライトに固溶させて芯部を
フェライトとマルテンサイトの２相組織にしているの
で、表面に残留圧縮応力が残り、従って、高強度化、高
疲労強度化が達成される。熱影響を芯部まで及ぼすため
には、複数回（例えば２回）の高周波焼入れを行うのが
よい。
波焼入れ処理して製作されているが、焼割れ防止等の観
点から芯部には熱影響を与えないものが多い。また、芯
部まで熱影響を与えたものも、芯部のほとんど全てがマ
ルテンサイト化しているため、表面の残留圧縮応力が消
失している。これに対し、本発明では、高周波焼入れに
より、表層を硬化させるだけでなく、さらに熱影響を芯
部にまで及ぼし、黒鉛をフェライトに固溶させて芯部を
フェライトとマルテンサイトの２相組織にしているの
で、表面に残留圧縮応力が残り、従って、高強度化、高
疲労強度化が達成される。熱影響を芯部まで及ぼすため
には、複数回（例えば２回）の高周波焼入れを行うのが
よい。
【０００８】 上記黒鉛鋼としては、重量％で、Ｃ：０．
３５〜０．７０％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：
０．３〜１．５％、Ｓ：０．０２５％以下、Ｐ：０．０
２％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｂ：０．００１
〜０．００４％、Ｎ：０．００２〜０．００８％を基本
成分とし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるも
のを使用する。
３５〜０．７０％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：
０．３〜１．５％、Ｓ：０．０２５％以下、Ｐ：０．０
２％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｂ：０．００１
〜０．００４％、Ｎ：０．００２〜０．００８％を基本
成分とし、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるも
のを使用する。
【０００９】 上記各元素のうち、Ｃは黒鉛を生成するた
めに不可欠の元素である。これが０．３５％より小さい
と高周波焼入れ後の表面硬さが低すぎて十分な強度が得
られず、０．７０％より大きいと、芯部にセメンタイト
が析出し、芯部が硬く（脆く）なって強度が低下する。
めに不可欠の元素である。これが０．３５％より小さい
と高周波焼入れ後の表面硬さが低すぎて十分な強度が得
られず、０．７０％より大きいと、芯部にセメンタイト
が析出し、芯部が硬く（脆く）なって強度が低下する。
【００１０】 Ｓｉは、製鋼段階での脱酸剤、黒鉛化促進
剤として、さらには粒界強化のために添加される。これ
が０．４％より小さいと、炭化物が黒鉛化しにくくなる
と共に、粒界強化の効果が減じられ、２．０％より大き
いと冷間加工性（鍛造性、旋削性）が著しく低下する。
剤として、さらには粒界強化のために添加される。これ
が０．４％より小さいと、炭化物が黒鉛化しにくくなる
と共に、粒界強化の効果が減じられ、２．０％より大き
いと冷間加工性（鍛造性、旋削性）が著しく低下する。
【００１１】 Ｍｎは、鋼中硫黄をＭｎＳとして固定・分
散させるために必要であり、これが、０．３％より小さ
いと、焼入れ性が低下し（焼入れ深さが得られない）、
１．５％より大きいと黒鉛化を著しく阻害して冷間加工
性を低下させる。
散させるために必要であり、これが、０．３％より小さ
いと、焼入れ性が低下し（焼入れ深さが得られない）、
１．５％より大きいと黒鉛化を著しく阻害して冷間加工
性を低下させる。
【００１２】 Ｓは、Ｍｎと結合してＭｎＳ介在物として
存在するが、冷間加工時の割れ発生の起点となるので
０．０２５％よりも小さくする。また、Ｐは、鋼中にお
いて粒界に析出して粒界を脆化させ、強度を低下させた
り焼割れ感受性を増大させたりするので０．０２％以下
とする。
存在するが、冷間加工時の割れ発生の起点となるので
０．０２５％よりも小さくする。また、Ｐは、鋼中にお
いて粒界に析出して粒界を脆化させ、強度を低下させた
り焼割れ感受性を増大させたりするので０．０２％以下
とする。
【００１３】 Ａｌは脱酸剤で、製鋼段階で鋼中酸素を酸
化物介在物として除去し、粒径を小さくするために０．
０１％よりも大きくするが、酸化物介在物が多すぎると
靭性が低下し、冷間加工時の割れ発生起点となるので、
０．１０％以下とする。
化物介在物として除去し、粒径を小さくするために０．
０１％よりも大きくするが、酸化物介在物が多すぎると
靭性が低下し、冷間加工時の割れ発生起点となるので、
０．１０％以下とする。
【００１４】 ＢとＮは、ＢＮの生成により黒鉛化焼鈍時
間を短縮させるために添加される。短縮効果を十分に得
るためには、０．００１％よりも大きいＢを添加しなけ
ればならないが、０．００４％を越えて添加しても焼鈍
時間短縮効果は飽和する。Ｎは０．００１％〜０．００
４％のＢをＢＮとするために、０．００２％以上で０．
００８％以下とした。
間を短縮させるために添加される。短縮効果を十分に得
るためには、０．００１％よりも大きいＢを添加しなけ
ればならないが、０．００４％を越えて添加しても焼鈍
時間短縮効果は飽和する。Ｎは０．００１％〜０．００
４％のＢをＢＮとするために、０．００２％以上で０．
００８％以下とした。
【００１５】 上記黒鉛鋼には、Ｎｉ：０．３〜１．０重
量％、Ｍｏ：０．２重量％以上を一種または二種（何れ
か一方または双方）添加する。Ｎｉを添加すると、フェ
ライトの延性が増すために冷間加工性や強度が向上す
る。これが０．３％より小さいと冷間加工性や強度の向
上に不十分であり、１．０％よりも大きいと旋削性が著
しく低下する。Ｍｏを添加すると、靭性を向上させるこ
とができるが、０．２％より多く添加すると黒鉛化を低
下させる。
量％、Ｍｏ：０．２重量％以上を一種または二種（何れ
か一方または双方）添加する。Ｎｉを添加すると、フェ
ライトの延性が増すために冷間加工性や強度が向上す
る。これが０．３％より小さいと冷間加工性や強度の向
上に不十分であり、１．０％よりも大きいと旋削性が著
しく低下する。Ｍｏを添加すると、靭性を向上させるこ
とができるが、０．２％より多く添加すると黒鉛化を低
下させる。
【００１６】 表面の硬さ（ビッカース硬さ）の最大値と
最小値の差が２００Ｈｖ以下であれば強度バランスを保
ち、強度低下を防止することができる。この範囲の強度
バラツキは、黒鉛の粒径が１５μｍ以下の黒鉛鋼を使用
することによって実現することができる。黒鉛粒径が１
５μｍよりも大きいと、焼入れ後に生じる、黒鉛の溶け
込みによるボイド（空孔）が大きくなり、また、焼ムラ
が生じて表面硬さが大きくばらつき、強度低下を招く。
最小値の差が２００Ｈｖ以下であれば強度バランスを保
ち、強度低下を防止することができる。この範囲の強度
バラツキは、黒鉛の粒径が１５μｍ以下の黒鉛鋼を使用
することによって実現することができる。黒鉛粒径が１
５μｍよりも大きいと、焼入れ後に生じる、黒鉛の溶け
込みによるボイド（空孔）が大きくなり、また、焼ムラ
が生じて表面硬さが大きくばらつき、強度低下を招く。
【００１７】 上記動力伝達軸においては、芯部の硬さ
（ロックウェル硬さ）を２５〜４５ＨＲＣとする。２５
よりも小さいと、マルテンサイトが少ないために強度向
上効果が不十分となり、４５よりも大きいとフルマルテ
ンサイトが多くなり、軸の切欠き部（例えばセレーショ
ン部）に焼割れが生じ易くなる。
（ロックウェル硬さ）を２５〜４５ＨＲＣとする。２５
よりも小さいと、マルテンサイトが少ないために強度向
上効果が不十分となり、４５よりも大きいとフルマルテ
ンサイトが多くなり、軸の切欠き部（例えばセレーショ
ン部）に焼割れが生じ易くなる。
【００１８】表面の圧縮残留応力を６０ｋｇｆ／ｍｍ2
以上とすれば、疲労強度の向上が達成される。一般に黒
鉛鋼を高周波焼入れする場合、黒鉛部分がγ化時に固溶
しにくいため、焼入れ性が低く、そのため高炭素鋼と同
様に水焼入れを行っても焼割れ等が生じにくい。水焼き
であれば、６０ｋｇｆ／ｍｍ2 程度の高い表面圧縮残留
応力を実現することができる。
以上とすれば、疲労強度の向上が達成される。一般に黒
鉛鋼を高周波焼入れする場合、黒鉛部分がγ化時に固溶
しにくいため、焼入れ性が低く、そのため高炭素鋼と同
様に水焼入れを行っても焼割れ等が生じにくい。水焼き
であれば、６０ｋｇｆ／ｍｍ2 程度の高い表面圧縮残留
応力を実現することができる。
【００１９】高周波焼入れ後のショットピーニングによ
り表面の圧縮残留応力を９０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上とすれ
ば、さらなる疲労強度の向上が図れる。これを実現する
ためには、ショットピーニングを２回行うのが望まし
い。
り表面の圧縮残留応力を９０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上とすれ
ば、さらなる疲労強度の向上が図れる。これを実現する
ためには、ショットピーニングを２回行うのが望まし
い。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１は自動車のプロペラシャフト
やドライブシャフトとして使用される等速自在継手用圧
接スタブ１を示す。このスタブ１は黒鉛鋼で形成され、
一端部にトルク伝達用の歯部２（セレーション等）を有
する。この歯部２に等速自在継手が固定される。他端に
は鋼管を圧接固定するためのフランジ部３が設けられて
いる。
やドライブシャフトとして使用される等速自在継手用圧
接スタブ１を示す。このスタブ１は黒鉛鋼で形成され、
一端部にトルク伝達用の歯部２（セレーション等）を有
する。この歯部２に等速自在継手が固定される。他端に
は鋼管を圧接固定するためのフランジ部３が設けられて
いる。
【００２１】黒鉛鋼としては、黒鉛粒径が１５μｍ以下
のものが使用される。この種の黒鉛鋼は、例えば特開平
８−２８３８４７号に開示された方法で製造することが
できる。すなわち、熱間圧延後に、冷却開始温度をＡr1
点以上、冷却終了温度をＭｓ点以下、平均冷却速度を３
０〜１００℃／ｓとして水冷却後、さらに自然冷却し、
次いで加熱温度６００〜７２０℃で黒鉛化処理した後、
減面率３０％以上の伸線加工、引抜き加工、または押出
し加工を行って棒鋼とするのである。
のものが使用される。この種の黒鉛鋼は、例えば特開平
８−２８３８４７号に開示された方法で製造することが
できる。すなわち、熱間圧延後に、冷却開始温度をＡr1
点以上、冷却終了温度をＭｓ点以下、平均冷却速度を３
０〜１００℃／ｓとして水冷却後、さらに自然冷却し、
次いで加熱温度６００〜７２０℃で黒鉛化処理した後、
減面率３０％以上の伸線加工、引抜き加工、または押出
し加工を行って棒鋼とするのである。
【００２２】上記の工程において、棒鋼表面で測定した
冷却開始温度は、マルテンサイト変態歪と圧延歪とを同
時に発生させて黒鉛生成サイト数を多くするため、Ａr1
点以上でなければならない。冷却終了温度はマルテンサ
イト変態組織を得て黒鉛生成を容易にするためにＭｓ点
以下でなければならない。平均冷却速度の下限値を３０
℃／ｓとしたのは、マルテンサイト変態組織を得るため
と加工歪を残留させて黒鉛化を容易にすためであり、上
限を１００℃／ｓとしたのは、これ以上急冷してもマル
テンサイト変態が増加しないためである。焼鈍温度を６
００〜７２０℃にしたのは、この温度範囲における黒鉛
化時間がもっとも短いからである。黒鉛化した後に伸線
加工等を行うのは、棒鋼の真円度並びに所定の強度を確
保すると共に、黒鉛を分解させ、冷間鍛造後に行う焼入
れ、焼戻しの際に発生する空孔を小さくし、靭性を向上
させるためである。特に冷間鍛造では、デッドメタルと
称される未変形部が生じる。この未変形部では黒鉛が分
解されておらず、冷間鍛造後の焼入れ、焼戻しで生じる
空孔が大きく、靭性が低い。そこで、冷間鍛造前に伸線
加工等で黒鉛を分解しておくことが必要であり、その
際、減面率が３０％よりも小さいと黒鉛が十分に分解さ
れないために冷間鍛造後の焼入れ・焼戻しで生じる空孔
が大きく、靭性値が向上しない。
冷却開始温度は、マルテンサイト変態歪と圧延歪とを同
時に発生させて黒鉛生成サイト数を多くするため、Ａr1
点以上でなければならない。冷却終了温度はマルテンサ
イト変態組織を得て黒鉛生成を容易にするためにＭｓ点
以下でなければならない。平均冷却速度の下限値を３０
℃／ｓとしたのは、マルテンサイト変態組織を得るため
と加工歪を残留させて黒鉛化を容易にすためであり、上
限を１００℃／ｓとしたのは、これ以上急冷してもマル
テンサイト変態が増加しないためである。焼鈍温度を６
００〜７２０℃にしたのは、この温度範囲における黒鉛
化時間がもっとも短いからである。黒鉛化した後に伸線
加工等を行うのは、棒鋼の真円度並びに所定の強度を確
保すると共に、黒鉛を分解させ、冷間鍛造後に行う焼入
れ、焼戻しの際に発生する空孔を小さくし、靭性を向上
させるためである。特に冷間鍛造では、デッドメタルと
称される未変形部が生じる。この未変形部では黒鉛が分
解されておらず、冷間鍛造後の焼入れ、焼戻しで生じる
空孔が大きく、靭性が低い。そこで、冷間鍛造前に伸線
加工等で黒鉛を分解しておくことが必要であり、その
際、減面率が３０％よりも小さいと黒鉛が十分に分解さ
れないために冷間鍛造後の焼入れ・焼戻しで生じる空孔
が大きく、靭性値が向上しない。
【００２３】このようにして得られた黒鉛鋼の棒鋼は、
冷間鍛造等で上記スタブ形状に成形された後、高周波焼
入れされる。高周波焼入れは、セレーション部２を含
み、かつフランジ部３に至るまでの領域Ａに施される。
高周波焼入れにより、スタブ１の領域Ａの表層は５０Ｈ
ＲＣ以上に硬化される。この時、高周波焼入れの熱影響
を芯部まで及ぼし、芯部にフェライトとマルテンサイト
の２相組織を生成する。芯部に熱影響を与えるため、焼
入れは２回に分けて行うのが好ましいが、１回の焼入れ
でも、例えば低い周波数で加熱する、高周波数の場合は
加熱時間を長くする、加熱終了時から冷却までの時間
（遅延時間）を長くする等の手段により、芯部に上記２
相組織を形成することができる。
冷間鍛造等で上記スタブ形状に成形された後、高周波焼
入れされる。高周波焼入れは、セレーション部２を含
み、かつフランジ部３に至るまでの領域Ａに施される。
高周波焼入れにより、スタブ１の領域Ａの表層は５０Ｈ
ＲＣ以上に硬化される。この時、高周波焼入れの熱影響
を芯部まで及ぼし、芯部にフェライトとマルテンサイト
の２相組織を生成する。芯部に熱影響を与えるため、焼
入れは２回に分けて行うのが好ましいが、１回の焼入れ
でも、例えば低い周波数で加熱する、高周波数の場合は
加熱時間を長くする、加熱終了時から冷却までの時間
（遅延時間）を長くする等の手段により、芯部に上記２
相組織を形成することができる。
【００２４】高周波焼入れ終了後、焼戻しを行い、さら
に必要に応じて研削加工等の仕上げ加工を行うことによ
り、上記スタブ１が製品化される。
に必要に応じて研削加工等の仕上げ加工を行うことによ
り、上記スタブ１が製品化される。
【００２５】本発明は、上記圧接用スタブ１に限らず、
溶接スタブ、あるいは等速自在継手に連結されるシャフ
ト（中空、中実を問わない）など、等速自在継手を使用
する動力伝達軸に広く適用することができる。
溶接スタブ、あるいは等速自在継手に連結されるシャフ
ト（中空、中実を問わない）など、等速自在継手を使用
する動力伝達軸に広く適用することができる。
【００２６】
【実施例】本発明の効果を確認するため、以下の試験を
行った。
行った。
【００２７】先ず、素材径φ３０のＳ５３Ｃ相当の黒鉛
鋼（Ｃ：０．５３％、Ｓｉ：１．２％、Ｍｎ：０．４
％、Ｐ：０．０１０％、Ｓ：０．０１５％、Ａｌ：０．
０３％、Ｂ：０．００１８％、Ｎ：０．００５５％）を
用いた長さ１７０ｍｍのトルク伝達用の軸の両端部に
Ｄ．Ｐ．＝３２／６４、歯数Ｎ＝３０の嵌合用スプライ
ンを設け、軸中央部にφ２０、形状係数α＝１．３３の
段付き切欠きをつけた形状に加工し、その後高周波加熱
により焼入れを施した。比較例として、Ｓ５３Ｃ（Ｃ：
０．５３％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：０．７５％、
Ｐ：０．０１５％、Ｓ：０．０１７％、Ａｌ：０．０２
５％、Ｃｒ：０．１０％）の炭素鋼を用いて同形状の軸
を成形後、同様の焼入れ方法にて焼入れした。何れのサ
ンプルも表面硬度５８〜６２ＨＲＣ、有効硬化層深さま
での焼入れ深さを２．５ｍｍになるように熱処理した。
その時、軸の芯部の硬さは黒鉛鋼で２５ＨＲＣ程度、炭
素鋼で１８ＨＲＣ程度とした。但し、芯部の金属組織
は、Ｓ５３Ｃ相当黒鉛鋼はフェライトとマルテンサイト
を含む組織とし、Ｓ５３Ｃ炭素鋼はフェライトとパーラ
イトを含む組織とした。
鋼（Ｃ：０．５３％、Ｓｉ：１．２％、Ｍｎ：０．４
％、Ｐ：０．０１０％、Ｓ：０．０１５％、Ａｌ：０．
０３％、Ｂ：０．００１８％、Ｎ：０．００５５％）を
用いた長さ１７０ｍｍのトルク伝達用の軸の両端部に
Ｄ．Ｐ．＝３２／６４、歯数Ｎ＝３０の嵌合用スプライ
ンを設け、軸中央部にφ２０、形状係数α＝１．３３の
段付き切欠きをつけた形状に加工し、その後高周波加熱
により焼入れを施した。比較例として、Ｓ５３Ｃ（Ｃ：
０．５３％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：０．７５％、
Ｐ：０．０１５％、Ｓ：０．０１７％、Ａｌ：０．０２
５％、Ｃｒ：０．１０％）の炭素鋼を用いて同形状の軸
を成形後、同様の焼入れ方法にて焼入れした。何れのサ
ンプルも表面硬度５８〜６２ＨＲＣ、有効硬化層深さま
での焼入れ深さを２．５ｍｍになるように熱処理した。
その時、軸の芯部の硬さは黒鉛鋼で２５ＨＲＣ程度、炭
素鋼で１８ＨＲＣ程度とした。但し、芯部の金属組織
は、Ｓ５３Ｃ相当黒鉛鋼はフェライトとマルテンサイト
を含む組織とし、Ｓ５３Ｃ炭素鋼はフェライトとパーラ
イトを含む組織とした。
【００２８】このサンプルついて、捩り強度試験を実施
した。静捩り試験では、黒鉛鋼、炭素鋼とも同等強度で
あったが、繰返しによる両捩り捩り試験では、黒鉛鋼は
炭素鋼より５％以上強度アップした。
した。静捩り試験では、黒鉛鋼、炭素鋼とも同等強度で
あったが、繰返しによる両捩り捩り試験では、黒鉛鋼は
炭素鋼より５％以上強度アップした。
【００２９】また、同様の形状にてＳ４５Ｃ相当黒鉛鋼
（Ｃ：０．４５％、Ｓｉ：１．４１％、Ｍｎ：０．３１
％、Ｐ：０．０１５％、Ｓ：０．０１０％、Ａｌ：０．
０２７％、Ｂ：０．００１４％、Ｎ：０．００５％）
と、Ｓ４５Ｃ炭素鋼（Ｃ：０．４５％、Ｓｉ：０．２０
％、Ｍｎ：０．９％、Ｐ：０．０１６％、Ｓ：０．０１
５％、Ａｌ：０．０２５％、Ｃｒ：０．１０％）の比較
実験を実施した。同様に高周波加熱により焼入れを実施
したが、この場合は、表面硬度５６〜６１ＨＲＣ、有効
硬化層深さまでの焼入れ深さを４．０ｍｍになるように
熱処理した。その時、軸の芯部の硬さは、黒鉛鋼で２８
ＨＲＣ程度、炭素鋼で１２ＨＲＣ程度とした。また、芯
部の金属組織は、Ｓ４５Ｃ相当黒鉛鋼はフェライトとマ
ルテンサイトを含む組織とし、Ｓ４５Ｃ炭素鋼はフェラ
イトとパーライトを含む組織とした。
（Ｃ：０．４５％、Ｓｉ：１．４１％、Ｍｎ：０．３１
％、Ｐ：０．０１５％、Ｓ：０．０１０％、Ａｌ：０．
０２７％、Ｂ：０．００１４％、Ｎ：０．００５％）
と、Ｓ４５Ｃ炭素鋼（Ｃ：０．４５％、Ｓｉ：０．２０
％、Ｍｎ：０．９％、Ｐ：０．０１６％、Ｓ：０．０１
５％、Ａｌ：０．０２５％、Ｃｒ：０．１０％）の比較
実験を実施した。同様に高周波加熱により焼入れを実施
したが、この場合は、表面硬度５６〜６１ＨＲＣ、有効
硬化層深さまでの焼入れ深さを４．０ｍｍになるように
熱処理した。その時、軸の芯部の硬さは、黒鉛鋼で２８
ＨＲＣ程度、炭素鋼で１２ＨＲＣ程度とした。また、芯
部の金属組織は、Ｓ４５Ｃ相当黒鉛鋼はフェライトとマ
ルテンサイトを含む組織とし、Ｓ４５Ｃ炭素鋼はフェラ
イトとパーライトを含む組織とした。
【００３０】このサンプルついて捩り強度試験を実施し
たところ、静捩り試験では黒鉛鋼、炭素鋼とも同強度で
あったが、繰返しによる両捩り捩り疲労試験では、黒鉛
鋼は炭素鋼より１２％以上強度アップした。特に、低負
荷領域（高サイクル疲労）では、１５〜２０％強度アッ
プした。
たところ、静捩り試験では黒鉛鋼、炭素鋼とも同強度で
あったが、繰返しによる両捩り捩り疲労試験では、黒鉛
鋼は炭素鋼より１２％以上強度アップした。特に、低負
荷領域（高サイクル疲労）では、１５〜２０％強度アッ
プした。
【００３１】さらに、Ｓ４５Ｃ相当黒鉛鋼に対し、同様
の形状に加工したものを表面硬度５６〜６１ＨＲＣ、有
効硬化層深さまでの焼入れ深さが４．０ｍｍになるよう
に２回焼入れを実施した。この時の芯部の硬さ、金属組
織は、上記Ｓ４５Ｃ相当黒鉛鋼と同様に２８ＨＲＣ程
度、フェライトとマルテンサイトを含む組織とした。な
お、表層部の硬さのバラツキは、ビッカース硬さにて２
００Ｈｖ以内とした。
の形状に加工したものを表面硬度５６〜６１ＨＲＣ、有
効硬化層深さまでの焼入れ深さが４．０ｍｍになるよう
に２回焼入れを実施した。この時の芯部の硬さ、金属組
織は、上記Ｓ４５Ｃ相当黒鉛鋼と同様に２８ＨＲＣ程
度、フェライトとマルテンサイトを含む組織とした。な
お、表層部の硬さのバラツキは、ビッカース硬さにて２
００Ｈｖ以内とした。
【００３２】このサンプルについて捩り強度試験を実施
したところ、１回焼入れの黒鉛鋼に対し、静捩り強度で
１０％強度アップした。両捩り捩り疲労試験では、１回
焼入れの黒鉛鋼と同様に炭素鋼より１２％以上強度アッ
プした。特に低負荷領域（高サイクル疲労）では１５〜
２０％強度アップした。
したところ、１回焼入れの黒鉛鋼に対し、静捩り強度で
１０％強度アップした。両捩り捩り疲労試験では、１回
焼入れの黒鉛鋼と同様に炭素鋼より１２％以上強度アッ
プした。特に低負荷領域（高サイクル疲労）では１５〜
２０％強度アップした。
【００３３】Ｓ４５Ｃ相当黒鉛鋼と、その水焼入れ品
（水＋水溶性冷却剤１５％の冷却材を使用）およびショ
ットピーニング品（高周波焼入れ後にショットピーニン
グ処理）とについて表面圧縮応力の測定および両捩り捩
り疲労（高サイクル疲労）試験を行ったところ、表面圧
縮応力は、Ｓ４５Ｃ相当黒鉛鋼で５０ｋｇｆ／ｍｍ2 、
水焼入れ品で６５ｋｇｆ／ｍｍ2 、ショットピーニング
品で９７ｋｇｆ／ｍｍ2となった。また、両捩り捩り疲
労は、Ｓ４５Ｃ相当黒鉛鋼を基準とすると、水焼入れ品
で９％増、ショットピーニング品で２０％増が達成され
た。
（水＋水溶性冷却剤１５％の冷却材を使用）およびショ
ットピーニング品（高周波焼入れ後にショットピーニン
グ処理）とについて表面圧縮応力の測定および両捩り捩
り疲労（高サイクル疲労）試験を行ったところ、表面圧
縮応力は、Ｓ４５Ｃ相当黒鉛鋼で５０ｋｇｆ／ｍｍ2 、
水焼入れ品で６５ｋｇｆ／ｍｍ2 、ショットピーニング
品で９７ｋｇｆ／ｍｍ2となった。また、両捩り捩り疲
労は、Ｓ４５Ｃ相当黒鉛鋼を基準とすると、水焼入れ品
で９％増、ショットピーニング品で２０％増が達成され
た。
【００３４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、被削性、
冷間・温間鍛造性等の機械加工性に優れ、かつ静的強度
や疲労強度等に優れる高強度の動力伝達軸を提供するこ
とができる。
冷間・温間鍛造性等の機械加工性に優れ、かつ静的強度
や疲労強度等に優れる高強度の動力伝達軸を提供するこ
とができる。
【図１】動力伝達軸の一例として、等速自在継手のスタ
ブを示す側面図である。
ブを示す側面図である。
１ スタブ ２ 歯部（セレーション部） ３ フランジ部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２１Ｄ 9/28 Ｃ２１Ｄ 9/28 Ｚ Ｃ２２Ｃ 38/06 Ｃ２２Ｃ 38/06 38/12 38/12 (72)発明者 牧野 弘昭 静岡県磐田市東貝塚1578番地 エヌティエ ヌ株式会社内 Ｆターム(参考） 4K042 AA14 AA25 BA01 BA03 BA05 BA09 CA02 CA08 CA10 DA01 DB01 DC05
Claims (7)
- 【請求項１】 等速自在継手を使用した動力伝達軸にお
いて、黒鉛鋼を高周波焼入れして表層を硬化させると共
に、芯部にフェライトとマルテンサイトの２相組織を生
成させたことを特徴とする動力伝達軸。 - 【請求項２】 上記黒鉛鋼が重量％で、Ｃ：０．３５〜
０．７０％、Ｓｉ：０．４〜２．０％、Ｍｎ：０．３〜
１．５％、Ｓ：０．０２５％以下、Ｐ：０．０２％以
下、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｂ：０．００１〜０．
００４％、Ｎ：０．００２〜０．００８％を基本成分と
し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特
徴とする請求項１記載の動力伝達軸。 - 【請求項３】 上記黒鉛鋼にＮｉ：０．３〜１．０重量
％、Ｍｏ：０．２重量％以下を一種又は二種添加したこ
とを特徴とする請求項２記載の動力伝達軸。 - 【請求項４】 表面の硬さの最大値と最小値の差を２０
０Ｈｖ以下とした請求項１記載の動力伝達軸。 - 【請求項５】 芯部の硬さを２５〜４５ＨＲＣとした請
求項１記載の動力伝達軸。 - 【請求項６】 表面の圧縮残留応力を６０ｋｇｆ／ｍｍ
2 以上とした請求項１記載の動力伝達軸。 - 【請求項７】 ショットピーニングにより表面の圧縮残
留応力を９０ｋｇｆ／ｍｍ2 以上にした請求項１記載の
動力伝達軸。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11005574A JP2000204432A (ja) | 1999-01-12 | 1999-01-12 | 動力伝達軸 |
| US09/468,328 US6390924B1 (en) | 1999-01-12 | 1999-12-21 | Power transmission shaft and constant velocity joint |
| FR0000216A FR2788821B1 (fr) | 1999-01-12 | 2000-01-10 | Arbre de transmission de puissance et joint homocinetique |
| FR0008723A FR2796685B1 (fr) | 1999-01-12 | 2000-07-05 | Joint homocinetique pour arbre de transmission de puissance |
| FR0103585A FR2808311B1 (fr) | 1999-01-12 | 2001-03-16 | Joint homocinetique pour arbre de transmission |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11005574A JP2000204432A (ja) | 1999-01-12 | 1999-01-12 | 動力伝達軸 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000204432A true JP2000204432A (ja) | 2000-07-25 |
Family
ID=11615003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11005574A Pending JP2000204432A (ja) | 1999-01-12 | 1999-01-12 | 動力伝達軸 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000204432A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005116284A1 (ja) | 2004-05-07 | 2005-12-08 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | シームレス鋼管およびその製造方法 |
| WO2006030800A1 (ja) * | 2004-09-17 | 2006-03-23 | Nippon Steel Corporation | 疲労特性に優れた高強度機械部品およびシャフト、ならびにそれらの疲労特性向上方法 |
| WO2007086215A1 (ja) * | 2006-01-26 | 2007-08-02 | Jfe Steel Corporation | 転動疲労特性に優れた等速自在継手及び捩り疲労特性に優れた動力伝達軸ならびにその製造方法 |
| JP2007197772A (ja) * | 2006-01-26 | 2007-08-09 | Jfe Steel Kk | 捩り疲労特性に優れた動力伝達軸及びその製造方法 |
| CN100516268C (zh) * | 2004-09-17 | 2009-07-22 | 新日本制铁株式会社 | 疲劳特性优异的高强度机械部件和轴及提高它们的疲劳特性的方法 |
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| US9539675B2 (en) | 2012-03-05 | 2017-01-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing machined part, and machined part |
| KR20200049924A (ko) | 2018-10-29 | 2020-05-11 | 현대자동차주식회사 | 크랭크 샤프트용 강재 및 이를 이용한 크랭크 샤프트 제조방법 |
| JP7711856B1 (ja) * | 2024-03-18 | 2025-07-23 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 機械構造用鋼 |
-
1999
- 1999-01-12 JP JP11005574A patent/JP2000204432A/ja active Pending
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| US11319609B2 (en) | 2018-10-29 | 2022-05-03 | Hyundai Motor Company | Steel for crankshaft and method of manufacturing crankshaft using the same |
| JP7711856B1 (ja) * | 2024-03-18 | 2025-07-23 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 機械構造用鋼 |
| WO2025196916A1 (ja) * | 2024-03-18 | 2025-09-25 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 機械構造用鋼 |
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