JP2003013143A - シャフトおよびその高周波焼き入れ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高周波加熱による加熱温度バランスを調整して
中実部および中空部に対して略均一な高周波焼き入れ硬
化層を形成することにある。 【解決手段】空間部２２およびテーパ状孔部２６に一部
が設けられた中空部１６では、コイルギャップＤ１が大
なる第１直線状加熱導体部３０によって加熱されるとと
もに、テーパ状孔部２６の残部および中実部１４ａ、１
４ｂでは、コイルギャップＤ２が小なる第２直線状加熱
導体部３４によって加熱され、シャフト１２の内部に
は、該シャフト１２の端部側に向かって徐々に縮径する
テーパ状孔部２６が形成されてシャフト１２全体に対す
る加熱温度バランスを調整することにより、略一定の層
厚からなる高周波焼き入れ硬化層が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、自動車の
プロペラシャフトやドライブシャフト等に使用されるシ
ャフトおよびその高周波焼き入れ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車の駆動力を車軸に伝達する
ためのプロペラシャフトやドライブシャフト等のシャフ
トには、騒音や振動等を低減して乗り心地をよくするた
めや、シャフトの剛性を高めるとともに、車体を軽量化
して燃費を向上させるために中空シャフトが使用される
場合がある。

【０００３】自動車の車輪は路面状態により上下動する
ので、その動作に追従可能なプロペラシャフトやドライ
ブシャフトが使用され、前記プロペラシャフトやドライ
ブシャフトの両端部には、自在継手としてのユニバーサ
ルジョイントや等速ジョイントが取り付けられている。

【０００４】また、従来技術に係る中空ドライブシャフ
トの製造方法として、特開平１０−２６７０２７号公報
には、所定長に切断された中空管（パイプ）の両端部に
中実部材からなるスタブをそれぞれ摩擦圧接して一体化
した後、前記摩擦圧接部を含むシャフト全体に調質処理
を施し、さらに、両端軸部であるスタブ部分の外周表面
層に対して高周波焼き入れ、焼き戻し処理を行う方法が
開示されている。

【０００５】さらに、従来技術に係る中空ドライブシャ
フトの製造方法として、特開平５−１０３１９号公報に
は、ドライブシャフトの長手方向の前部分となり中空部
が形成された第一部材と、後部分となり中空部が形成さ
れた第二部材とをそれぞれ鍛造成形によって別個に製造
し、前記第一部材および第二部材をそれぞれの接合面で
互いに摩擦圧接した後、前記摩擦圧接された接合部を含
むシャフト全体に対して浸炭焼き入れを施すことが開示
されている。

【０００６】さらにまた、中空管にスウェージング加工
を施したものが用いられる場合がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−２６７０２７号公報に開示された従来技術では、
中実部材からなるスタブと中空である中空管とを、それ
ぞれ複数の工程によって硬化処理を施す必要があり、作
業工数が増加して製造コストが高騰するという不具合が
ある。

【０００８】また、特開平５−１０３１９号公報に開示
された従来技術では、一体的に接合されたドライブシャ
フトの中実部分に対してより深い硬化層が必要となる場
合にその硬化層の深さをコントロールすることができな
いため、焼き入れ処理の段取りや処理時間に多くの時間
を費やさなければならないという不具合がある。

【０００９】そこで、半開放型の鞍型コイルによって構
成され、ワークの外面形状に対応させた形状からなる高
周波加熱コイルを用い、中実部と中空部とが一体的に形
成されたシャフト全体を薄肉な中空部の硬化層の深さを
基準として加熱した場合、厚肉な中実部では硬化層の深
さが不足するという問題がある。この場合、シャフトの
一部である中実部と中空部との加熱バランス制御が困難
であるため、前記中空部に対しては焼き入れ処理を施さ
ずに、強度確保のために肉厚および直径を大きくして対
処しようとするとシャフト全体の重量が増大するという
他の問題がある。

【００１０】また、高周波焼き入れの他の手段として移
動焼き入れ処理を行った場合、被焼き入れ加工物が長尺
軸のものでは焼き入れ処理時間が長時間となり、生産性
が劣化して多量生産に向いていないとともに、製造コス
トが高騰するという不具合がある。

【００１１】本発明は、前記の不具合を考慮してなされ
たものであり、高周波加熱による加熱温度バランスを調
整して中実部および中空部に対して略均一な高周波焼き
入れ硬化層を形成することが可能なシャフトおよびその
高周波焼き入れ方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、先ず、薄肉中空管からなるパイ
プ部材と、前記パイプ部材の両端部に、例えば、摩擦圧
接等の方法によって、中実または厚肉中空管からなる一
組の軸部材とを一体的に形成する。

【００１３】続いて、前記薄肉中空管からなるパイプ部
材に対応し、前記パイプ部材の外周面とコイル内壁面と
の離間間隔が大なる高周波加熱コイル部によって該パイ
プ部材を加熱するとともに、前記中実または厚肉中空管
からなる一組の軸部材に対応し、前記軸部材の外周面と
コイル内壁面との離間間隔が小なる高周波加熱コイル部
によって軸部材を加熱する。

【００１４】その際、シャフトの内部には、前記パイプ
部材の空間部に連通し該シャフトの端部側に向かって徐
々に縮径するテーパ状孔部または環状段付孔部が形成さ
れている。

【００１５】従って、薄肉中空管からなるパイプ部材で
は、離間間隔が大なる高周波加熱コイル部によってその
加熱力が抑制され、薄肉中空管に対する過加熱が防止さ
れる。一方、テーパ状孔部または環状段付孔部が形成さ
れた部分および軸部材では、離間間隔が小なる高周波加
熱コイル部によって加熱力が強化されて有効硬化層深さ
を深くすることができる。

【００１６】このようにシャフトの肉厚に対応して設定
された離間間隔の大小およびシャフトの内部に形成され
たテーパ状孔部または環状段付孔部によってシャフト全
体に対する加熱温度バランスを調整し、略一定な層厚か
らなる高周波焼き入れ硬化層が形成される。

【００１７】この場合、前記離間間隔が大なる高周波加
熱コイル部と離間間隔が小なる高周波加熱コイル部との
境界部分に段部を設け、前記段部を、シャフトの内部に
形成されたテーパ状孔部または環状段付孔部の一端部と
他端部との間に配置するとよい。

【００１８】なお、前記高周波加熱コイル部を、シャフ
トの軸線方向に沿って一体的に形成し、あるいは、シャ
フトの部位に対応して離間間隔が調整可能な分割コイル
によって構成するとよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明に係る高周波焼き入れ方法
について、これを実施する高周波加熱コイルとの関連に
おいて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しな
がら以下詳細に説明する。

【００２０】図１および図２において、参照数字１０
は、本発明の実施の形態に係る高周波焼き入れ方法を実
施する高周波加熱コイルを示し、参照数字１２は、前記
高周波加熱コイル１０によって高周波焼き入れ処理が施
されるシャフトを示す。

【００２１】このシャフト１２は、軸線方向に沿った両
端部にそれぞれ設けられる一組の中実部１４ａ、１４ｂ
と、一方の中実部１４ａと他方の中実部１４ｂとの間に
介装された中空部１６とから構成され、高周波焼き入れ
処理が施される前工程において、所定長に切断された薄
肉中空管１８と、その両端部に一組の中実軸部材２０
ａ、２０ｂをそれぞれ摩擦圧接することにより、略同軸
状に一体的に固着されて形成される。

【００２２】前記中空部１６には、肉厚が略一定の薄肉
に形成された薄肉部によって囲繞される空間部２２が形
成され、前記空間部２２の両端部には、薄肉中空管１８
と中実軸部材２０ａ、２０ｂとの連結部位２４からシャ
フト１２の端部側に向かって徐々に厚肉となることによ
り、前記空間部２２の内部口径が徐々に減少するテーパ
状孔部２６がそれぞれ形成される。

【００２３】前記中実部１４ａ、１４ｂには、端部側に
向かって外径が徐々に縮径する環状段部２８が形成され
ている。

【００２４】この高周波加熱コイル１０は、被加熱体で
あるシャフト１２の外面形状に対応した形状を有する半
開放状のライン型コイルからなり、薄肉部によって形成
される空間部２２と肉厚が徐々に厚肉となるテーパ状孔
部２６の一部とにそれぞれ対応し、シャフト１２の外周
面とコイル内壁面との離間間隔（以下、コイルギャップ
ともいう）Ｄ１が最も大なる第１直線状加熱導体部（高
周波加熱コイル部）３０を備える。

【００２５】さらに高周波加熱コイル１０には、傾斜す
る第１段部３２を介して前記第１直線状加熱導体部３０
に連続して形成され、テーパ状孔部２６の一部を除いた
残部と中実部１４ａ、１４ｂとにそれぞれ対応し、シャ
フト１２の外周面とコイル内壁面との離間間隔Ｄ２が前
記第１直線状加熱導体部３０よりも小さく設定された第
２直線状加熱導体部（高周波加熱コイル部）３４が設け
られる。この場合、前記第２直線状加熱導体部３４は、
薄肉中空管１８と中実軸部材２０ａ、２０ｂとの連結部
位２４よりもシャフト１２の端部側に設けられ、また、
第２直線状加熱導体部３４の中間部には中実部１４ａ、
１４ｂの環状段部２８に対応して緩やかに傾斜する第２
段部３６が形成されている。

【００２６】なお、シャフト１２の外周面との離間間隔
Ｄ１、Ｄ２がそれぞれ異なる第１直線状加熱導体部３０
と第２直線状加熱導体部３２との境界部分には、該シャ
フト１２の端部側に向かって傾斜する第１段部３２が形
成され、前記第１段部３２は、肉厚が徐々に変化するテ
ーパ状孔部２６の一端部２６ａと他端部２６ｂとの間の
対応する部位に設けられる。

【００２７】本発明の実施の形態に係る高周波焼き入れ
方法を実施する高周波加熱コイル１０は、基本的には以
上のように構成されるものであり、次に、シャフト１２
に対する焼き入れ工程について詳細に説明する。なお、
シャフト１２は、図示しない回転駆動源の駆動作用下に
軸芯を回転中心として所定方向に回動自在に設けられて
いるものとする。

【００２８】図示しない高周波電源を付勢して高周波加
熱コイル１０に通電し、所定方向に回動するシャフト１
２の外周面を１回の工程によって誘導加熱する。この結
果、図３に示されるように、中空部１６および中実部１
４ａ、１４ｂに対してそれぞれ略一定の層厚からなる高
周波焼き入れ硬化層３８が形成された。

【００２９】この場合、空間部２２およびテーパ状孔部
２６の一部が設けられた中空部１６では、高周波加熱コ
イル１０の第１直線状加熱導体部３０とシャフト１２の
外周面との離間間隔であるコイルギャップＤ１が大きく
設定されているため、薄肉に形成された中空部１６に対
する加熱力が抑制され、前記中空部１６に対する過加熱
または溶解を防止することができる。

【００３０】一方、テーパ状孔部２６の残部および中実
部１４ａ、１４ｂでは、高周波加熱コイル１０の第２直
線状加熱導体部３４とシャフト１２の外周面とのコイル
ギャップＤ２が前記コイルギャップＤ１よりも小さく設
定されているため、加熱力が強化されて有効硬化層深さ
を深くすることができる。

【００３１】さらに、コイルギャップＤ１、Ｄ２がそれ
ぞれ異なる第１直線状加熱導体部３０と第２直線状加熱
導体部３４との境界部分に設けられた第１段部３２を、
肉厚が徐々に変化するテーパ状孔部２６の一端部２６ａ
と他端部２６ｂとの間に形成することにより、薄肉な中
空部１６の終端部近傍をコイルギャップＤ２が小さい第
２直線状加熱導体部３４によって過加熱されることを防
止することができる。

【００３２】このように、シャフト１２の肉厚に対応し
てコイルギャップＤを異なるように設定して該シャフト
１２の外周面に対する加熱温度バランスを調整すること
により、シャフト１２全体に対して所望の要求強度を有
する略一定の層厚からなる高周波焼き入れ硬化層３８を
形成することができた。

【００３３】なお、中空部１６に対応する範囲内におい
て所定のコイルギャップＤを設定する場合、図４に示さ
れるように、高周波加熱コイル１０ａの第１直線状加熱
導体部３０ａと第２直線状加熱導体部３４ａとをそれぞ
れ分割して構成し、前記第１直線状加熱導体部３０ａを
矢印方向に変位させて中空部１６に対するコイルギャッ
プＤを任意に調整することができるように設けるとよ
い。前記分割構造とすることにより、コイルギャップＤ
を設定するために試作する試作用高周波加熱コイルの製
造コストを削減することができるという利点がある。

【００３４】高周波加熱コイル１０によってシャフト１
２に対して加熱処理が施された後、図示しない冷却液ジ
ャケットから被焼き入れ部分に対して冷却液を吐出する
ことにより急冷され、高周波焼き入れ処理が終了する。

【００３５】また、シャフト１２の変形例として、テー
パ状孔部２６に代替して、該シャフト１２ａの端部側に
向かって段々に肉厚が薄肉となる環状段付孔部４０が形
成されたシャフト１２ａを用い（図５参照）、あるい
は、中実部１４ａ、１４ｂに対して軸線方向に沿って貫
通する貫通孔４２が穿孔されたシャフト１２ｂを用い
（図６参照）、さらに、スウェージング加工により一体
成形されたシャフト１２ｃを用いてもよい（図７参
照）。

【００３６】なお、図８は、前記環状段付孔部４０が形
成されたシャフト１２ａに対して高周波焼き入れ処理が
施された場合における高周波焼き入れ硬化層３８が形成
された状態を示すものであり、シャフト１２ａ全体に対
して所望の要求強度を有する略一定の層厚からなる高周
波焼き入れ硬化層３８を形成することができた。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が得られ
る。

【００３８】すなわち、シャフトの肉厚に対応して設定
された離間間隔の大小およびシャフトの内部に形成され
たテーパ状孔部または環状段付孔部によって、シャフト
全体に対する加熱温度バランスを調整することにより、
略一定な層厚からなる高周波焼き入れ硬化層を形成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る高周波焼き入れ方法
を実施する高周波加熱コイル内にシャフトがセットされ
た状態を示す一部切欠斜視図である。

【図２】前記高周波加熱コイルおよびシャフトの構造を
示す一部断面側面図である。

【図３】図２に示すシャフトに対して焼き入れ処理を施
すことにより、高周波焼き入れ硬化層が形成された状態
を示す一部断面側面図である。

【図４】高周波加熱コイルを分割した変形例を示す一部
断面側面図である。

【図５】第１変形例に係るシャフトの構造を示す一部断
面側面図である。

【図６】第２変形例に係るシャフトの構造を示す一部断
面側面図である。

【図７】第３変形例に係るシャフトの構造を示す一部断
面側面図である。

【図８】図５に示すシャフトに対して焼き入れ処理を施
すことにより、高周波焼き入れ硬化層が形成された状態
を示す一部断面側面図である。

【符号の説明】

１０、１０ａ…高周波加熱コイル １２、１２ａ〜１
２ｃ…シャフト １４ａ、１４ｂ…中実部 １６…中空部 １８…薄肉中空管 ２０ａ、２０ｂ…
中実軸部材 ２２…空間部 ２４…連結部位 ２６…テーパ状孔部 ３０、３０ａ…第
１直線状加熱導体部 ３２…第１段部 ３４、３４ａ…第
２直線状加熱導体部 ３６…第２段部 ３８…高周波焼き
入れ硬化層 ４０…環状段付孔部 ４２…貫通孔

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄肉中空管からなるパイプ部材と、前記パ
   イプ部材の両端部に一体的に形成された中実または厚肉
   中空管からなる一組の軸部材とによって構成されるシャ
   フトに対して焼き入れを施すための方法であって、 前記薄肉中空管からなるパイプ部材に対応し、前記パイ
   プ部材の外周面とコイル内壁面との離間間隔が大なる高
   周波加熱コイル部によって該パイプ部材を加熱するとと
   もに、前記中実または厚肉中空管からなる一組の軸部材
   に対応し、前記軸部材の外周面とコイル内壁面との離間
   間隔が小なる高周波加熱コイル部によって軸部材を加熱
   し、 シャフトの内部には、前記パイプ部材の空間部に連通し
   該シャフトの端部側に向かって徐々に縮径するテーパ状
   孔部または環状段付孔部が形成されてシャフト全体に対
   する加熱温度バランスを調整することにより、所定の高
   周波焼き入れ硬化層を形成することを特徴とするシャフ
   トの高周波焼き入れ方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、 前記パイプ部材の外周面とコイル内壁面との離間間隔が
   大なる高周波加熱コイル部と前記軸部材の外周面とコイ
   ル内壁面との離間間隔が小なる高周波加熱コイル部との
   境界部分に段部が設けられ、前記段部は、シャフトの内
   部に形成されたテーパ状孔部または環状段付孔部の一端
   部と他端部との間に配置されることを特徴とするシャフ
   トの高周波焼き入れ方法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の方法において、 前記高周波加熱コイル部は、シャフトの軸線方向に沿っ
   て一体的に形成され、あるいは、シャフトの部位に対応
   して離間間隔が調整可能な分割コイルからなることを特
   徴とするシャフトの高周波焼き入れ方法。
4. 【請求項４】薄肉中空管からなるパイプ部材と、前記パ
   イプ部材の両端部に中実または厚肉中空管からなる一組
   の軸部材とが一体的に形成されたシャフトであって、 前記薄肉中空管からなるパイプ部材に対応し、前記パイ
   プ部材の外周面とコイル内壁面との離間間隔が大なる高
   周波加熱コイル部によって該パイプ部材を加熱するとと
   もに、前記中実または厚肉中空管からなる一組の軸部材
   に対応し、前記軸部材の外周面とコイル内壁面との離間
   間隔が小なる高周波加熱コイル部によって軸部材を加熱
   し、 前記パイプ部材の空間部に連通し該シャフトの端部側に
   向かって徐々に縮径するテーパ状孔部または環状段付孔
   部が内部に形成されて加熱温度バランスを調整すること
   により、外表面に所定の高周波焼き入れ硬化層が形成さ
   れたことを特徴とするシャフト。