JP2007177292A - 中空部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中空部材の外面だけに特殊処理を簡単安価に施すことができ、中空部材の形状および材料に関し適用範囲が広い中空部品の製造方法を提供すること。
【解決手段】一列に配置された二つの内輪１,１の間にワッシャー５を配置すると共に、各内輪１の軸方向の外方に輪状のワッシャー６を配置する。そして、一方の内輪１の軸方向の外方に配置されたワッシャー６に頭部８が当接するようにボルト２を二つの内輪１,１内に挿通して、ボルト２の頭部側とは反対側の端部にワッシャー６の外方からナット３を螺合して締め付ける。このようにして、内輪１の貫通穴の内側を外部に対して略完全に遮断した上で、この貫通穴の内側が外部に対して略完全に遮断された内輪１を、高温で浸炭用雰囲気に曝して、内輪１の外面２１のみを浸炭焼入れする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、軸受の内輪、軸受の外輪、または、ロックアーム等の中空部材の製造方法に関し、特に、中空部材の外面のみに、表面硬化処理（例えば、浸炭、窒化、浸炭窒化）等の熱処理や、エッチングや、膜の形成を行う中空部材の製造方法に関する。

従来、中空部材の製造方法としては、特開平８−６０３３５号公報（特許文献１）に記載されている方法がある。この中空部材の製造方法は、中空部品における浸炭焼入れを行いたくない部分、例えば、中空部材の内周面に、予め水ガラス材等からなる防炭材を塗布して防炭材を乾かした後、この部分的に防炭材が塗布された中空部品を高温の浸炭用雰囲気に曝して、中空部品における防炭材が塗布されなかった部分のみに浸炭焼入れを行い、その後、上記防炭材を除去することにより、所望の部分のみを硬化させるようになっている。

しかしながら、この中空部材の製造方法では、防炭材が塗布された中空部材と、防炭材が塗布されていない中空部材との判別を行いにくいこと等の理由から、一般に、安全のため、防炭材を複数回塗布しなければならず、かつ、浸炭焼入れ後に塗布した防炭材を除去しなければならないので、製造に要する工数（労力）および時間が多大であるという問題がある。

更に、上記中空部材の製造方法では、中空部材の内周面に溝やネジが形成されている場合、その溝やネジの谷部に防炭材を塗布しにくくて、上記溝やネジへの防炭材の塗布が十分でない場合、浸炭焼入れ後、上記溝やネジの靱性が低くなって、上記溝やネジの破損が容易におこるという問題がある。また、上記溝やネジへ塗布された防炭材は、浸炭焼入れ後に除去するのが大変であるという問題がある。

また、従来、他の中空部材の製造方法としては、中空部材の外面を、高周波加熱して中空部材の外面のみに焼入れを行う方法がある。しかしながら、この方法は、材料によっては高周波で所定の硬さが得られない、または、中空部材の肉厚が薄いとき中空部材に割れが発生する等、この方法を適用できる中空部材の材料の範囲や肉厚の範囲が狭く、この方法を適用できる中空部材の形状および材料が限られるという問題がある。
特開平８−６０３３５号公報

そこで、本発明の課題は、中空部材の外面だけに特殊処理を簡単安価に施すことができ、中空部材の形状および材料に関して適用範囲が広い中空部品の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の中空部材の製造方法は、
軸部と頭部とを有する挿通部材の上記軸部を、一つまたは複数の中空部材の穴に挿通して、上記穴からはみ出した上記挿通部材の上記軸部に締結部材を螺合して、上記一つまたは複数の中空部材を上記頭部と上記締結部材とで締め付けて、上記一つまたは複数の中空部材の上記穴の内側を外部に対して遮断する遮断工程と、
上記穴の内側が外部に対して遮断されている上記一つまたは複数の中空部材を処理雰囲気に曝して、上記一つまたは複数の中空部材の外面に特殊処理を施す外面処理工程と
を備えることを特徴としている。

上記特殊処理には、表面硬化処理（浸炭、窒化、または、浸炭窒化等）、焼戻し、または、焼なまし等の熱処理一般が含まれる。また、上記特殊処理には、エッチングや、膜形成等が含まれる。

本発明によれば、穴の内側が外部に対して遮断されている状態の上記一つまたは複数の中空部材を、処理雰囲気に曝すことによって、上記一つまたは複数の中空部材の外面の特殊処理を行っているので、非処理材料（特殊処理が起こることを防止する材料）を内周面に塗布する方法と比較して、上記一つまたは複数の中空部材の外面の特殊処理を簡単安価に行うことができる。

また、本発明によれば、如何なる大きさ、形状および材料からなる中空部材であっても、その中空部材の大きさおよび形状に対応する大きさおよび形状を有する挿通部材および締結部材を用意するだけで、中空部材の外面の特殊処理を行うことができる。したがって、高周波を用いる方法と比較して、中空部材の形状および材料に関する適用範囲が格段に広くなる。

また、一実施形態の中空部材の製造方法は、上記遮断工程において、上記挿通部材の上記頭部とその頭部に隣接する上記中空部材の端面との間、および、上記締結部材とその締結部材に隣接する上記中空部材の端面との間のうちの少なくとも一方の間にワッシャーを挟み込んだ状態で、上記一つまたは複数の中空部材を上記頭部と上記締結部材とで締め付ける。

上記実施形態によれば、上記遮断工程の後の上記一つまたは複数の中空部材の内部領域の密閉度を高くすることができる。したがって、外面処理工程において、上記一つまたは複数の中空部材の内周面が特殊雰囲気に曝されることを確実に防止できる。

また、一実施形態の中空部材の製造方法は、上記ワッシャーの線膨張係数が、上記中空部材、上記挿通部材、および、上記締結部材のいずれの線膨張係数よりも大きい。

上記実施形態によれば、上記ワッシャーの線膨張係数が、上記中空部材、上記挿通部材、および、上記締結部材のいずれの線膨張係数よりも大きいので、遮断工程の後の外面処理工程を高温で行う場合、外面処理工程中にワッシャーの膨張が他の部材の膨張よりも大きくなって、ワッシャーが開口を有する中空部材の端面を押圧する押圧力が大きくなる。したがって、中空部材の内部領域の密閉度を更に高くすることができる。

また、一実施形態の中空部材の製造方法は、少なくとも一つの上記中空部材の内周面が、溝、段、および、ネジのうちの少なくとも一つを有している。

上記実施形態によれば、少なくとも一つの上記中空部材の内周面が、溝、段およびネジのうちの少なくとも一つを有しているので、非処理材料を内周面に塗布する方法と比較して、中空部材の外面の特殊処理を格段に簡単安価に行うことができて、かつ、外面処理工程によって、上記溝、段およびネジのうちの少なくとも一つの靱性が低下することを確実に防止できる。

本発明の中空部材の製造方法によれば、穴の内側が外部に対して遮断されている状態の一つまたは複数の中空部材を、処理雰囲気に曝すことによって、上記一つまたは複数の中空部材の外面の特殊処理を行っているので上記一つまたは複数の中空部材の外面の特殊処理を簡単安価に行うことができる。

また、本発明の中空部材の製造方法によれば、如何なる大きさ、形状および材料からなる中空部材であっても、その中空部材の大きさおよび形状に対応する大きさおよび形状を有する挿通部材および締結部材を用意するだけで、中空部材の外面の特殊処理を行うことができて、中空部材の形状および材料に関する適用範囲を格段に広くできる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の中空部材の製造方法の第１実施形態を用いて、オルタネータ用軸受の内輪１の製造を行っている最中の内輪１の斜視図である。

図１において、１は、中空部材であり、オルタネータのロータ軸を支持するオルタネータ用軸受の内輪である。また、２は、挿通部材の一例としてのボルトであり、３は、締結部材の一例としてのナットであり、５および６は、ワッシャー（ガスケット）である。上記ボルト２は、軸部７と頭部８とを有し、軸部７における頭部側とは反対側の端部にはネジが形成されている。言い換えれば、上記ボルト２の一端部には、径方向の外方に広がる頭部８が形成されている一方、ボルト２の他端部には、ネジが形成されている。上記ボルト２の頭部８の直径、ナット３の外接円の直径、および、ワッシャー５,６の直径は、内輪１の開口の直径よりも大きくなっている。

上記内輪１は、クロム鋼鋼材（ＳＣＲ）や肌焼き鋼（炭素鋼｛Ｓ９ＣＫ, Ｓ１５ＣＫ, Ｓ２０ＣＫ等｝）からなり、ボルト２およびナット３は、一般構造用圧延鋼材（例えばＳＳ）からなる。また、ワッシャー５,６は、オーステナイト系ステンレス（例えばＳＵＳ３０４）からなっている。上記ワッシャー５,６の線膨張係数は、内輪１、ボルト２およびナット３のいずれの線膨張係数よりも大きくなっている。以下に、図１を用いて、第１実施形態のオルタネータ用軸受の内輪１の製造方法を説明する。

先ず、遮断工程を行う。この遮断工程では、二つの同一の内輪１,１および輪状のワッシャー５を、各内輪１の一方の端面が輪状のワッシャー５を介して接触するように、すなわち、二つの内輪１の間にワッシャー５を挟み込むように、一例に配置する。次に、各内輪１の軸方向の外方側に、内輪１の端面に当接するように輪状のワッシャー６,６を配置した後、ボルト２を、ワッシャー６、内輪１、ワッシャー５、内輪１、ワッシャー６の順に、これら部材の各貫通穴に挿通する。その後、上記貫通穴からはみ出したボルト２の軸部７のネジに、ナット３を嵌め込んだ後、ナット３に締め付けトルクを付与することによって、ナット３を上記ネジに螺合する。このようにして、一列に配置されている、ワッシャー６、内輪１、ワッシャー５、内輪１、および、ワッシャー６を、頭部８とナット３とで軸方向に締め付ける。ここで、上記軸部７の上記ネジと、ナット３とは、上記ネジの隙間がないくらい密に接触している。図１は、このようにして、二つのワッシャー６と、二つの内輪１と、ワッシャー５と、ボルト２と、ナット３とを互いに密着して構成した組立構造を示している。この組立構造は、頭部８とナット３とで軸方向に締め付けられているから、貫通穴の内側が、外部に対して略遮断された状態になっている。このことから、上記構造の外部から上記構造の内部領域に空気が殆ど進入できないようになっている。

次に、外面処理工程を行う。この外面処理工程では、図１に示す組立構造を、ガス浸炭炉内に配置した後、この組立構造を、高温下で、天然ガス（主としてメタン（ＣＨ_４））、都市ガス、プロパンガス（Ｃ_３Ｈ_８）、ブタンガス（Ｃ_４Ｈ_１０）、または、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）等の処理雰囲気の一例としての浸炭用雰囲気に曝して、内輪１の外面２１の浸炭焼入れを行う。尚、内輪１の外面２１の浸炭焼入れを行う際、上記浸炭用雰囲気である炭化水素ガスは高温で分解してススを生じ、これが内輪１の外面２１に付着して浸炭を妨げる。このことを妨げるために、この実施形態では、上記浸炭用雰囲気に、弱浸炭性搬送ガス（キャリアガス）にＣＨ_４やプロパン、ブタンなどを少量混ぜたものを混入して、浸炭焼入れを行う。尚、キャリアガスとして、Ｎ_２を用いることもでき、また、炭化水素と空気を混合してＮｉ触媒で熱分解させたＲＸガス（ＣＯ：２０％、Ｈ_２：４０％、Ｎ_２：４０％）を用いることもできる。このようにして、外面２１のみを浸炭焼入れして、内周面２２を浸炭焼入れしない内輪１を製造する。

上記第１実施形態の内輪１の製造方法によれば、内輪１の内周面２２を外部に対して略完全に遮断した状態で（内輪１の内部空間を略完全に密封した状態で）、貫通穴の内側が外部に対して略完全に遮断されている内輪１を、浸炭用雰囲気に曝すことによって、内輪１の外面２１の浸炭焼入れを行っているので、防炭材（水ガラス系の材料等）を内周面に塗布する方法と比較して、内輪１の外面２１の浸炭焼入れを簡単安価に行うことができる。

また、上記第１実施形態の内輪１の製造方法によれば、如何なる大きさ、形状および材料からなる内輪１であっても、その内輪１の大きさおよび形状に対応する大きさおよび形状のボルト２およびナット３を用意するだけで、内輪１の外面２１の浸炭焼入れを行うことができる。したがって、高周波を用いる方法と比較して、内輪１の形状および材料に関する適用範囲を格段に広くできる。

また、上記第１実施形態の内輪１の製造方法によれば、上記遮断工程において、内輪１の開口を、ワッシャー５で略完全に塞いでいるので、上記遮断工程の後の内輪１の内部領域の密閉度を高くすることができて、外面処理工程において、内輪１の内周面２２が浸炭用雰囲気に曝されることを確実に防止できる。

また、上記第１実施形態の内輪１の製造方法によれば、上記ワッシャー５の線膨張係数が、内輪１、ボルト２およびナット３のいずれの線膨張係数よりも大きいので、高温雰囲気下で行われる浸炭焼入れ時に、ワッシャー５の膨張が、内輪１、ボルト２およびナット３の膨張よりも大きくなって、ワッシャー５が内輪１の端面を押圧する押圧力が格段に大きくなる。したがって、内輪２の内部空間の密封性を更に高くすることができて、品質に優れる内輪１を製造できる。

また、上記第１実施形態の内輪１の製造方法によれば、二つの内輪１を、一例にならべて、その一例に並べられた二つの内輪にボルト２を挿通して、二つの内輪１の外面２１を同時に浸炭焼入れしているので、大量の内輪１の外面２１を効率的に浸炭焼入れできて、内輪１の製造コストを低減できる。更に、この発明では、挿通部材として、市販されているボルトを利用でき、また、締結部材として、市販されているナットを利用できる。このことから、挿通部材および締結部材を、別途製造する必要がなくて、製造コストが小さくなる。

尚、上記第１実施形態の内輪１の製造方法では、外面処理工程を、上記組立構造を、浸炭用雰囲気に曝して、内輪１の外面２１を浸炭焼入れすることによって行ったが、この発明では、外面処理工程を、中空部材の貫通穴の内側を外部に対して略完全に遮断してなる組立構造を、窒化炉内で窒化雰囲気に曝して、中空部材の外面を窒化することによって行っても良く、外面処理工程を、中空部材の貫通穴の内側を外部に対して略完全に遮断してなる組立構造を、浸炭窒化雰囲気に曝して、中空部材の外面を浸炭窒化することによって行っても良い。このように、外面処理工程は、中空部材の貫通穴の内側を外部に対して略完全に遮断してなる組立構造を、熱処理を行う雰囲気に曝して、中空部材の外面に浸炭処理以外の熱処理を施すことによって行われても良い。また、この発明では、外面処理工程は、中空部材の貫通穴の内側を外部に対して略完全に遮断してなる組立構造を、エッチングガスや膜形成ガス等の雰囲気に曝して、中空部材の外面のみに、エッチングや膜形成を行っても良い。外面処理工程では、中空部材の外面の原子または分子に化学変化を施すような処理を行っても良い。

また、上記第１実施形態の内輪１の製造方法では、二つの内輪１と、ボルト２と、ナット３とを有する組立構造を形成して、二つの内輪１の外面２１を同時に窒化処理したが、この発明では、一つの中空部材と、一つの挿通部材と、一つの締結部材とを有する組立構造を形成して、一つの中空部材のみの外面の処理を行っても良く、また、この発明では、三つ以上の中空部材と、一つの挿通部材と、一つの締結部材と有する組立構造を形成して、三つ以上の中空部材の外面の処理を同時に行っても良い。

また、上記第１実施形態の内輪１の製造方法では、二つの内輪１の間、および、各内輪における他方の内輪側と反対側の端面に、三つのワッシャー５,６（ワッシャー５および二つのワッシャー６）を配置して、各内輪１の内部空間の密封性を高くしたが、この発明では、ワッシャーを省略しても良く、挿通部材の頭部または締結部材で直接、中空部材の開口を塞ぐようにしても良い。また、二つの中空部材の内部空間を連通させる一方、この連通している空間と外部空間とが、連通しないように、二つの中空部材を、直接密着させて配置するようにして、二つの中空部材の連結部に配置されたワッシャー（ガスケット）（上記実施形態におけるワッシャー５のこと）を省略しても良い。

また、上記第１実施形態では、外面２１に処理を施されるワークが、軸受の内輪１であったが、この発明では、外面に処理を施されるワークは、軸受の外輪、ロークアーム等、軸受の内輪以外の中空部材であっても良い。

図２は、本発明の中空部材の製造方法の第２実施形態を用いて、内部にネジが形成された筒部材４１の製造を行っている最中の筒部材４１の斜視図である。

図２において、４１は、筒部材であり、４２は、ボルトであり、４３は、ナットである。また、４５および４６は、ワッシャー（ガスケット）であり、４７は、ボルト４２の軸部であり、４８は、ボルト４２の頭部である。また、５１は、筒部材４１の外面であり、５２は、筒部材４１の内周面であり、５５は、内周面５２に形成されたネジ部である。

第２実施形態の中空部材の製造方法は、中空部品がオルタネータ用軸受の内輪でなくて、内周面５２にネジ部５５を有する筒部材４１である点のみが第１実施形態の中空部材の製造方法と異なる。第２実施形態の中空部材の製造方法では、第１実施形態の中空部材の製造方法と共通の作用効果および変形例について説明を省略する。

第２実施形態の中空部材の製造方法によれば、上記筒部材４１の内周面５２が、ネジ部５５を有しているので、非処理材料を内周面に塗布する方法と比較して、筒部材４１の外面５１の浸炭焼入れを格段に簡単安価に行うことができ、かつ、外面処理工程中に、ネジ部５５が浸炭用雰囲気に接触して、ネジ部５５の靱性が低下することを確実に防止できる。

尚、第２実施形態の中空部品の製造方法では、筒部材４１の内周面５２がネジ部５５を有していたが、内周面が、ネジ部、段部および溝のうちの少なくとも一つを有する中空部材を、この発明の製造方法を使用して製造すれば、品質が優れる中空部材を、従来と比較して格段に簡単安価に製造することができる。

本発明の中空部材の製造方法の第１実施形態を用いて、オルタネータ用軸受の内輪１の製造を行っている最中の内輪１の斜視図である。 本発明の中空部材の製造方法の第２実施形態を用いて、内部にネジが形成された筒部材５１の製造を行っている最中の筒部材５１の斜視図である。

符号の説明

１ 内輪
２,４２ ボルト
３,４３ ナット
５,６,４５,４６ ワッシャー
７,４７ 軸部
８,４８ 頭部
２１,５１ 外面
２２,５２ 内周面
５５ ネジ部

Claims (4)

1. 軸部と頭部とを有する挿通部材の上記軸部を、一つまたは複数の中空部材の穴に挿通して、上記穴からはみ出した上記挿通部材の上記軸部に締結部材を螺合して、上記一つまたは複数の中空部材を上記頭部と上記締結部材とで締め付けて、上記一つまたは複数の中空部材の上記穴の内側を外部に対して遮断する遮断工程と、
   上記穴の内側が外部に対して遮断されている上記一つまたは複数の中空部材を処理雰囲気に曝して、上記一つまたは複数の中空部材の外面に特殊処理を施す外面処理工程と
   を備えることを特徴とする中空部材の製造方法。
2. 請求項１に記載の中空部材の製造方法において、
   上記遮断工程において、上記挿通部材の上記頭部とその頭部に隣接する上記中空部材の端面との間、および、上記締結部材とその締結部材に隣接する上記中空部材の端面との間のうちの少なくとも一方の間にワッシャーを挟み込んだ状態で、上記一つまたは複数の中空部材を上記頭部と上記締結部材とで締め付けることを特徴とする中空部材の製造方法。
3. 請求項２に記載の中空部材の製造方法において、
   上記ワッシャーの線膨張係数は、上記中空部材、上記挿通部材、および、上記締結部材のいずれの線膨張係数よりも大きいことを特徴とする中空部材の製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の中空部材の製造方法において、
   少なくとも一つの上記中空部材の内周面は、溝、段およびネジのうちの少なくとも一つを有していることを特徴とする中空部材の製造方法。

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