JPH05320825A - 駆動軸用中実軸 - Google Patents

駆動軸用中実軸

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JPH05320825A
JPH05320825A JP4126102A JP12610292A JPH05320825A JP H05320825 A JPH05320825 A JP H05320825A JP 4126102 A JP4126102 A JP 4126102A JP 12610292 A JP12610292 A JP 12610292A JP H05320825 A JPH05320825 A JP H05320825A
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Kazuhiko Yoshida
和彦 吉田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、駆動軸用中実軸を、最大せん断応
力が所定の値以上となるように捩り強度を向上させ、か
つ加工精度がよく、セレーション軸も応力集中がなく、
小型化し得る高性能のものとする。 【構成】 セレーション軸部3を有する中実軸1を、
C:0.38〜0.45重量%、Si:0.35重量%
以下、Mn:0.8〜1.5重量%、B=0.0005
〜0.0035重量%、Ti:0.01〜0.05重量
%およびAl:0.01〜0.06重量%を含有し、
N:0.01重量%以下であって、残部が実質上Feか
らなる合金組成物から成形すると共に、その表面に、高
周波焼入れによる表面硬さがHR C55以上で焼入硬化
層を層厚/軸半径の比が0.45以上となるよう形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、自動車等の駆動軸用
中実軸に関し、さらに詳しくは、等速ジョイントを用い
た自動車等の駆動軸用中実軸に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、自動車等のエンジンにて発生し
たトルクは、トランスミッション、デファレンシャルか
ら等速ジョイントを介して中実軸に伝達され、さらに等
速ジョイントを介してハブ、タイヤに伝達される。この
ような駆動軸系に介在する中実軸1は、たとえば図1に
示すように、その両端が等速ジョイント2嵌合用のセレ
ーション軸部3であり、この部分に前記のトルクが負荷
される。
【0003】したがって、駆動軸用中実軸は、その全体
に所要の捩れ強度が必要であり、かつセレーション軸部
には、応力集中を招かないようにピッチ等を精密に加工
する必要がある。
【0004】このため、従来の駆動軸用中実軸は、圧延
用鋼AISI1541またはS40C等の中炭素鋼を成
形材料として、焼なましを行なって機械加工性を高めて
転造、切削等の加工を行なった後、最終工程にて高周波
焼入れを行ない、その表面を硬化して所要の捩れ強度を
確保していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、S40
C等の従来の中炭素鋼から成形され、高周波焼入れされ
た駆動軸用中実軸は、焼割れ感受性に問題があり、前記
焼入れによる硬化層を充分な層厚で形成できないため、
捩り強度が最大せん断応力(τmax)にて1.27G
Pa(130kgf/mm2 )に止まり、このような中実軸
では部品や装置の小型化、軽量化の要求に対応できない
という問題点がある。
【0006】具体的には、中実軸の小型化を計るため、
捩り強度を最大せん断応力(τmax)にて少なくとも
1.47GPa(150kgf/mm2 )以上とする必要が
あるが、このような捩り強度は、従来構造の中実軸では
得られなかった。
【0007】そこで、この発明は、上記した問題点を解
決し、駆動軸用中実軸を、最大せん断応力が所定の値以
上となるように捩り強度を向上させ、かつ加工精度がよ
く、セレーション軸部も応力集中のないものとして、充
分に小型化し得る高性能の中実軸とすることを課題とし
ている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、中実軸にセレーション軸部を
有する駆動軸用中実軸において、この中実軸を、C:
0.38〜0.45重量%、Si:0.35重量%以
下、Mn:0.8〜1.5重量%、B:0.0005〜
0.0035重量%、Ti:0.01〜0.05重量%
およびAl:0.01〜0.06重量%を含有し、N:
0.01重量%以下であって、残部が実質上Feからな
る合金組成物から成形すると共に、その表面に、高周波
焼入れによる表面硬さがHR C55以上で焼入硬化層
を、層厚/軸半径の比が0.45以上となるよう形成し
た構成を採用したのである。
【0009】以下、その詳細を述べる。
【0010】この発明に用いる合金組成物のうち炭素元
素(C)の含有量は、0.38〜0.45重量%(以
下、単に%と略記する)である。なぜなら、0.38%
未満の少量では、中実軸の捩り強度、耐衝撃性が充分で
なく、0.45%を越える多量では、被削性が著しく低
下すると共に、転造性も低下し、焼割れ感受性は増大し
て不都合となるからである。
【0011】またケイ素元素(Si)の合金組成物中の
含有量は、0.35%以下である。このものは、鋼材の
生産性を高める脱酸剤として若干量必要であるが、0.
35%を越えて多量に存在する場合には、冷間転造性が
低下する。
【0012】マンガン元素(Mn)の前記含有量は0.
8〜1.5%である。なぜなら、このものは、所定範囲
内の含有量にて高周波焼入れ性を高め、硫化マンガン化
合物となって被削性を向上させる。しかし、0.8%未
満の少量では、焼入れ性の改善効果が充分に得られず、
1.5%を越える多量では、冷間鍛造性を阻害するの
で、好ましくない。
【0013】ホウ素元素(B)の前記含有量は、0.0
005〜0.0035%である。Bは、上記所定範囲内
の含有量にて焼入れ性、粒界強化および耐衝撃性を改善
するが、0.0005%未満ではそのような改善効果が
充分にない。一方、0.0035%を越えると、添加量
に見合った焼入れ性の向上効果が発揮されないばかり
か、冷間加工時にFe2 Bを析出して、いわゆる冷間割
れの原因となるからである。
【0014】チタン元素(Ti)、アルミニウム元素
(Al)の前記含有量は、それぞれ0.01〜0.05
%、0.01〜0.06%である。これらは共に材料中
のNおよびOを固定する作用がある。たとえば、固溶し
たNがあると、窒化ホウ素化合物を形成してBの焼入れ
性向上効果が阻害されるが、TiやAlがあれば、Ti
N、AlNの生成が優先して、Bの効果が効率よく発揮
される。このためには、どちらも0.01%以上の存在
が必要であり、一方、多量に添加しても意味がなくなる
から、清浄度を害しないようにとの配慮によって、Ti
は0.05%、Alは0.06%を限界量とした。
【0015】チッ素元素(N)の前記含有量は0.01
%以下である。なぜなら、0.01%を越える多量で
は、窒化ホウ素(BN)が形成されるので、焼入れ性に
有効に作用するフリーボロンが減少して好ましくないか
らである。
【0016】なお、この発明における合金組成物の被削
性を更に改善する為、S、Pb、Te、Ca等の元素を
含有させてもよく、また、焼入れ性を改善する為、加工
性を著しく低下させない範囲でCr:0.5%以下、M
o:0.2%以下でそれぞれ、または両者併用して添加
してもよい。また、Nb:0.1%以下を添加すれば耐
衝撃性および焼割れ感受性が改善される。
【0017】上記の合金組成物から成形された中実軸に
は、高周波焼入れにより、表面硬さがHR C(ロックウ
ェルC硬さ)55以上で焼入硬化層を、層厚/軸半径の
比が0.45以上となるよう形成する。なぜなら、この
比が0.45未満の場合には、中実軸の捩り強度が充分
に改善されず、最大せん断応力(τmax)の値も1.
47GPa(150kgf/mm2 )未満となって、所期の
目的である中実軸の小型化を達成できないからである。
なお、前記焼入硬化層は、JISGO559の測定法に
従い、表面からビッカース硬さHV 392(HR C40
相当)までの距離とした。
【0018】
【作用】この発明の駆動軸用中実軸は、マルテンサイト
変態温度が従来材料より高い合金組成物であると共に、
ホウ素元素(B)が所定範囲の組成割合からなり、細粒
組織(フェライト結晶粒度番号6以上)を形成して、焼
割れ感受性は低下したものとなる。高周波焼入れによっ
て、所定の表面硬さでかつ所定の深さまで形成された焼
入硬化層は、中実軸の捩れ強度を充分に高めるので、最
大せん断応力が1.47GPa(150kgf/mm2 )以
上に高まる。
【0019】
【実施例】この発明の実施例を以下、図面を参照しつつ
説明する。
【0020】[実施例1〜21]C:0.38〜0.4
5重量%、Si:0.35重量%以下、Mn:0.8〜
1.5重量%、B:0.0005〜0.0035重量
%、Ti:0.01〜0.05重量%およびAl:0.
01〜0.06重量%を含有し、N:0.01重量%以
下であって、残部が実質上Feからなる合金組成物を、
加熱温度1100℃以下、仕上げ温度950℃以下で、
減面率70%以上の低温圧延を施して、図1に示す87
ACおよび109AC(等速ジョイントのサイズ別名
称)の中実軸1の素材を成形した。主な諸元を表1に示
す。
【0021】
【表1】
【0022】図1に示すように、中実軸1には、セレー
ション軸部3の他、端部に止め輪4装着用の周溝5およ
び、中程にブーツ6嵌合用の周溝7を形成した。
【0023】そして、上記中実軸1に対して、以下の条
件にて高周波焼入れを行ない、表2に示す表面硬さ(H
R C)および焼入硬化層の層厚/軸半径の比(γ)とし
た。 (高周波焼入れ条件) 周波数 :8KHz 出力 :250KW 移動速度:5.7〜9.3mm/sec
【0024】
【表2】
【0025】得られた中実軸に対し、静捩り強度試験に
よる最大せん断応力(τmax)を調べ、この結果を表
2に示した。また、τmaxと焼入硬化層の層厚/軸半
径の比γの関係を図2中に、前記表2の表面硬さ毎に一
致した符号をプロットして示した。
【0026】[比較例1〜7]従来材であるS40C相
当材(C:0.37〜0.43%、Si:0.15〜
0.35%、Mn:0.60〜0.90%、P:0.0
30以下、S:0.035以下)を用いる以外は、実施
例と全く同様にして製造した中実軸(87AC、109
AC)について、焼入硬化層の層厚/軸半径の比γと、
最大せん断応力を調べ、この結果を図2中に×印にてプ
ロットした。
【0027】表2および図2の結果から明らかなよう
に、比較例1〜7のγは0.45未満で捩り強度は、い
ずれも1.47GPaを下回ったが、実施例1〜21
(HR C55以上)のγは0.45以上で充分な焼入れ
深さであり、しかも1.47GPaを越える最大せん断
応力を有して、中実軸の小型化に充分な捩り強度であっ
た。
【0028】[実施例22〜24]実施例1〜21と全
く同様にして、実施例22;◆印(軸径φD28.1m
m、表面硬さHR C55以上、γ=0.55)、実施例
23;△印(軸径φD22.2mm、表面硬さHR C55
以上、γ=0.64)、実施例24;●印(軸径φD2
8.1mm、表面硬さHR C55以上、γ=0.75)の
中実軸を各4本ずつ得た。得られた中実軸について、実
施例別にトルクを負荷して両振り捩り疲労強度を調べ、
この結果を図3に示した。なお、前記した比較例6;×
印(軸径φD28.1mm、γ=0.33)についても同
様に両振り捩り疲労強度を調べ、この結果を図3中に併
記した。
【0029】すなわち、負荷トルクと破断部軸径より換
算した最大せん断応力τmaxをY軸に、破断までの繰
り返し回数N(常用対数)をX軸に採り、破断面部軸半
径に対する焼入深さの比γをパラメーターとして示し
た。なお、図3中の直線は、試験結果より求めた回帰直
線である。
【0030】図3の結果から明らかなように、実施例の
両振り捩り強度は、焼入深さ比γに比例して増加する
が、実施例23(△印、γ=0.64)と実施例24
(●印、γ=0.75)の強度は同レベルであり、静捩
り強度と、同様にγ=0.65近辺より飽和する傾向に
あった。また、τmaXで1.27GPa(130kgf
/mm2 )の静捩り保証強度を有する比較例6(×印、γ
=0.33)と前記の実施例22〜24の捩り疲労強度
を比較すると、後者が顕著に向上していた。
【0031】なお、上記いずれの実施例においてもセレ
ーション軸部に焼割れの発生はなく、量産加工機での加
工性評価結果も、素材切断については比較例と同等、そ
れ以外のセンタリング、外径旋削、セレーション転造、
止め輪溝加工性は、比較例よりいずれも良好であった。
特に、比較例1〜7では、セレーションのピッチ誤差が
平均x=0.06であったが、実施例1〜24のものは
平均x=0.03と半分以下に改善されており、セレー
ションの各歯に作用する応力も均一となることが判明し
た。
【0032】
【効果】この発明は、以上説明したように、所定の合金
組成物から、高周波焼入れにより所定の表面硬さで、か
つ焼入硬化層を所定の層厚にて形成した駆動軸用中実軸
としたので、最大せん断応力が1.47GPa(150
kgf/mm2 )となって、捩り強度が向上し、かつ、セレ
ーション軸も精密なピッチで応力集中のないものとな
り、充分に小型化し得る高性能の中実軸となる利点があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の正面図
【図2】最大せん断応力と焼入深さ/軸半径および表面
硬度の関係を示すグラフ
【図3】中実軸の両振り捩り疲労強度を示すグラフ
【符号の説明】
1 中実軸 2 等速ジョイント 3 セレーション軸部 4 止め輪 5、7 周溝 6 ブーツ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中実軸にセレーション軸部を有する駆動
    軸用中実軸において、 この中実軸を、C:0.38〜0.45重量%、Si:
    0.35重量%以下、Mn:0.8〜1.5重量%、
    B:0.0005〜0.0035重量%、Ti:0.0
    1〜0.05重量%およびAl:0.01〜0.06重
    量%を含有し、N:0.01重量%以下であって、残部
    が実質上Feからなる合金組成物から成形すると共に、
    その表面に、高周波焼入れによる表面硬さがHR C55
    以上で焼入硬化層を、層厚/軸半径の比が0.45以上
    となるよう形成したことを特徴とする駆動軸用中実軸。
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