JP2011140697A

JP2011140697A - 鋼製品の焼入れ方法

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Publication number: JP2011140697A
Application number: JP2010002248A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Kamikawa; 満上川; Isao Akiyama; 勇雄秋山
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2011-07-21

Abstract

【課題】硬度を必要とする部分と、靭性を必要とする部分が、混在する鋼製品の焼入れを、短い工程で実施することができる技術を提供することを課題とする。
【解決手段】硬度を必要とするセレーション部は８秒間焼入れし（ＳＴ０２）、靭性を必要とするねじ部は４秒間だけ強制冷却し（ＳＴ０３）、残りの４秒は冷却しない（ＳＴ０４）。
【効果】靭性を必要とする部分は、一度マルテンサイト変態させ、自熱焼戻ししてソルバイトとなる。そのため、靭性を必要とする部分に後工程で焼戻し処理をする必要はなくなる。結果、全体工程を短縮することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼製品、特に等速ボールジョイントの軸部材、に好適な焼入れ方法に関する。

鋼製品は、焼入れを施すことにより、強度を高めることが広く実施されている（例えば、特許文献１（第１図）参照。）。

特許文献１の第１図に示されるように、鋼材を切断し、鍛造（例えば冷間鍛造）し、焼戻し、機械加工を実施し、製品を得る。製品の金属組織は、マルテンサイト、ベイナイトまたはベイナイト＋ソルバイトになる。
このように、製品を対象に、焼入れ、焼戻しを行うことが、広く行われている。

ところで、車両用等速ボールジョイントの要部である軸部材にも、同様の熱処理が施される。軸部材の用法、軸部材の構造、軸部材の製造方法を、順に説明する。

図８に示されるように、車輪１１１は、ホイール１１２とタイヤ１１３とからなる。
また、車輪１１１を支えるサスペンション装置１１５は、鍔付きハブ１１６と、この鍔付きハブ１１６をベアリング１１７を介して支えるハブケース１１８と、このハブケース１１８に連結され上に延びているナックルアーム１１９と、このナックルアーム１１９の上端に球面ジョイント１２１を介して連結されるアッパアーム１２２と、ナックルアーム１１９の下部に球面ジョイント１２３を介して連結されるロアアーム１２４と、このロアアーム１２４の上下方向の移動を制御するストラットダンパー１２５とからなる。

車輪１１１を駆動する等速ボールジョイント１３０は、車幅方向へ延びる中間軸１３１と、この中間軸１３１のデフ１２６側の端部にローラ１３２を介して取付けられる軸部材１３３と、中間軸１３１の車輪１１１側の端部にボール１３４を介して取付けられる軸部材１３５とからなる。

鍔付きハブ１１６に、ホイール１１２を当て、ボルト１３６で結合することで、車輪１１１は、鍔付きハブ１１６に取付けられる。
また、鍔付きハブ１１６に軸部材１３５を挿入し、この軸部材１３５の先端にナット１３７をねじ込む。
鍔付きハブ１１６の内周面に雌スプラインが切られ、軸部材１３５に雄スプラインが切られているため、軸部材１３５と共に鍔付きハブ１１６が回転する。結果、デフ１２６からの駆動力が車輪１１１まで伝達される。

軸部材１３５は、図９に示されように、カップ部１４１と、このカップ部１４１から軸方向へ延びるセレーション部（スプラインが設けられている部位）１４２と、このセレーション部１４２から軸方向へ延びるねじ部１４３とからなる。

図８から明らかなように、カップ部の内面に硬いボール１３４が接触するため、硬度が必要である。同様に、セレーション部は雌雄のスプラインが接触するため、硬度が必要である。一方、ナット１３７が鍔付きハブ１１６に密着しているため、ねじ部に繰り返し曲げが作用する。そのため、ねじ部に靱性が必要となる。

したがって、図９において、カップ部１４１とセレーション部１４２とが硬度を必要とする部分１４４となり、ねじ部１４３が靭性を必要とする部分１４５になる。

このような構造の軸部材１３５を、特許文献１と同様の方法で、熱処理すると、次のようになる。
図１０に示すように、先ず、セレーション部とねじ部とを、焼入れ温度まで高周波加熱する（ＳＴ１０１）。次に、セレーション部とねじ部に水を噴射して焼入れする（ＳＴ１０２）。これで、セレーション部とねじ部とはマルテンサイト化し硬くなる。

次に、カップ部を、焼入れ温度まで高周波加熱し（ＳＴ１０３）、水を噴射して焼入れする（ＳＴ１０４）。これで、カップ部はマルテンサイト化し硬くなる。

ねじ部は靭性を付与する必要があるので、ＳＴ１０５でねじ部に高周波加熱を施して、ねじ部のみを焼戻す。
最後に、全体を対象に歪取りを主目的とする焼戻しを施す（ＳＴ１０６）。

ねじ部については、ＳＴ１０１で高周波加熱した後、ＳＴ１０５でも高周波加熱を実施するため、全体の工程が長くなる。生産性向上や製造コストの低減が求められる中で、全体工程の短縮が望まれる。

特開平２−１５３０１９号公報

本発明は、硬度を必要とする部分と、靭性を必要とする部分が、混在する鋼製品の焼入れを、短い工程で実施することができる技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、硬度を必要とする部分と、靭性を必要とする部分が、混在する鋼製品の焼入れ方法であって、
前記硬度を必要とする部分と、靭性を必要とする部分とを、高周波加熱法で焼入れ温度まで加熱する工程と、
前記硬度を必要とする部分は、マルテンサイト変態域に到達するまでの所定時間だけ強制冷却し、前記靭性を必要とする部分は、マルテンサイト変態させても自熱により焼戻し効果が得られる前記所定時間より短い一定時間だけ強制冷却し、残りの時間は強制冷却を行わないようにする、強制冷却工程と、からなることを特徴する。

請求項２に係る発明は、強制冷却工程で、一定時間が経過した時点で、靭性を必要とする部分に、冷却剤が当たることを防止する遮蔽部材を被せ、残りの時間が経過するまで遮蔽を維持することを特徴とする。残りの時間は、所定時間から一定時間を差し引いた時間に相当する。

請求項３に係る発明は、硬度を必要とする部分と、靭性を必要とする部分が、混在する鋼製品の焼入れ方法であって、
前記硬度を必要とする部分と、靭性を必要とする部分とを、高周波加熱法で焼入れ温度まで加熱する工程と、
前記硬度を必要とする部分は、マルテンサイト変態域に到達するまでの所定時間だけ強制冷却し、前記靭性を必要とする部分は、マルテンサイト変態させても自熱により焼戻し効果が得られるように強制冷却を行わないようにする、強制冷却工程と、からなることを特徴する。

請求項４に係る発明は、鋼製品は等速ボールジョイントの軸部材であり、靭性を必要とする部分は軸部材の先端に設けられたねじ部であることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、強制冷却工程で、硬度を必要とする部分は、マルテンサイト変態させるが、靭性を必要とする部分は、マルテンサイト変態させた後に、自熱で復熱するので所定の組織が得られる。
そのため、靭性を必要とする部分に後工程で焼戻し処理をする必要はなくなる。結果、全体工程を短縮することができる。

請求項２に係る発明では、遮蔽部材の出し入れで、冷却、無冷却を実現する。遮蔽部材という簡単な構成で発明が達成できるため、焼入れ設備の大型化を抑制することができる。

請求項３に係る発明でも、強制冷却工程で、硬度を必要とする部分は、マルテンサイト変態させるが、靭性を必要とする部分は、マルテンサイト変態させた後に、自熱で復熱するので所定の組織が得られる。
そのため、靭性を必要とする部分に後工程で焼戻し処理をする必要はなくなる。結果、全体工程を短縮することができる。

請求項４に係る発明でも、遮蔽部材の出し入れで、冷却、無冷却を実現する。遮蔽部材という簡単な構成で発明が達成できるため、焼入れ設備の大型化を抑制することができる。

軸部材の断面図である。実施例１に係る焼入れ方法を説明する図である。実施例１に係る強制冷却の原理を説明する図である。ねじ部における連続冷却曲線図である。実施例２に係る強制冷却の原理を説明する図である。実施例２に係る焼入れ方法を説明する図である。ねじ部における連続冷却曲線図である。等速ボールジョイントを含む車両の要部断面図である。軸部材の断面図である。従来の焼入れ工程を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、鋼製品として等速ボールジョイントの軸部材を例にする。

先ず、本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、軸部材１０は、カップ部１１と、このカップ部１１から軸方向へ延びるセレーション部１２と、このセレーション部１２から軸方向へ延びるねじ部１３とからなる。そして、従来の技術で説明したように、カップ部１１とセレーション部１２とが硬度を必要とする部分１４となり、ねじ部１３が靭性を必要とする部分１５になる。

このような構造の軸部材１０に、次に説明する熱処理を施す。
図２に示すように、セレーション部とねじ部とを焼入れ温度まで、加熱する（ＳＴ０１）。具体的には、図３（ａ）に示すように、高周波コイル１６、１６でセレーション部１２とねじ部１３とを焼入れ温度まで、加熱する。

次に、図３（ｂ）に示すように、冷却ノズル１７、１７から水などの冷却剤１８、１８をセレーション部１２とねじ部１３とへ噴射する。噴射後、一定時間（例えば４秒）が経過したら、（ｃ）に示すように、昇降手段２０を作動させてカップ状の遮蔽部材２１を、ねじ部１３にだけ被せる。すると、ねじ部１３には冷却剤１８が到達しない。一方、セレーション部１２は冷却が継続される。

昇降手段２０は、エアシリンダ、油圧シリンダ、電動シリンダ、その他の手段が、採用可能であるが、ピストンロッドが高速であることが望まれるので、エアシリンダが好適である。

すなわち、図２のＳＴ０２に示すように、セレーション部は例えば所定時間（８秒間）強制冷却が実施される。一方、ねじ部は、所定時間より短い一定時間（例えば４秒間）強制冷却され（ＳＴ０３）、遮蔽部材を被せることで、残りの時間は無冷却状態にする（ＳＴ０４）。残り時間は所定時間から一定時間を差し引いた時間が望ましい。

ねじ部の冷却曲線は、図４に示すように、最初はゆっくり下がり、途中から急激に下がり、４〜５秒後にマルテンサイト領域に到達する。Ｍｓ（マルテンサイト開始温度）は３８０℃である。
この時点で、冷却を停止すると、自己保有熱（自熱）により、温度上昇し、焼戻される。

つまり、ねじ部に一定時間（例えば４秒間）強制冷却を施したにも拘わらず、ねじ部の冷却曲線は、マルテンサイト領域に到達した後、自熱により焼戻される。

以降、図２に示すように、ＳＴ０５でカップ部を焼入れ温度まで高周波加熱し、次に強制冷却を施す（ＳＴ０６）。
最後に、全体を対象に歪取りを主目的とする焼戻し（低温焼戻し）を施す（ＳＴ０７）。

すなわち、実施例１の発明は、図２に示すように、硬度を必要とする部分と、靭性を必要とする部分とを、高周波加熱法で焼入れ温度まで加熱する工程（ＳＴ０１）と、前記硬度を必要とする部分は、マルテンサイト変態域に到達するまでの所定時間だけ強制冷却し（ＳＴ０２）、前記靭性を必要とする部分は、前記所定時間より短い一定時間だけ強制冷却し（ＳＴ０３）、残りの時間は強制冷却を行わないようにする（ＳＴ０４）、強制冷却工程と、からなることを特徴する鋼製品の焼入れ方法である。

強制冷却工程で、硬度を必要とする部分は、マルテンサイト変態させるが、靭性を必要とする部分は、マルテンサイト変態させた後、自熱で焼戻す。
そのため、靭性を必要とする部分に後工程で焼戻し処理をする必要はなくなる。結果、全体工程を短縮することができる。

また、図３で説明したように、強制冷却工程で、一定時間（例えば４秒）が経過した時点で、靭性を必要とする部分に、冷却剤が当たることを防止する遮蔽部材２１を被せ、残りの時間（例えば４秒）が経過するまで遮蔽を維持することを特徴とする。
遮蔽部材２１及びエアシリンダ等の昇降手段２０という簡単な構成で発明が達成できるため、焼入れ設備の大型化を抑制することができる。

次に、本発明の実施例２を図面に基づいて説明する。
図５に示すように、図５（ａ）に示すように、高周波コイル１６、１６でセレーション部１２とねじ部１３とを焼入れ温度まで、加熱する。

次に、図５（ｂ）に示すように、昇降手段２０Ｂを作動させてカップ状の遮蔽部材２１を、ねじ部１３にだけ被せる。
次に、図５（ｃ）に示すように、冷却ノズル１７、１７から水などの冷却剤１８、１８をセレーション部１２とねじ部１３とに噴射する。しかし、ねじ部１３には冷却剤１８が到達しない。

昇降手段２０Ｂは、エアシリンダ、油圧シリンダ、電動シリンダ、その他の手段が、採用可能である。ピストンロッドは低速で差し支えない。そのため、位置精度の良好な電動シリンダやステッピングシリンダが好適である。

すなわち、図６に示すように、セレーション部とねじ部とを焼入れ温度まで、加熱する（ＳＴ１１）。
次に、セレーション部を強制冷却する（ＳＴ１２）。このとき、ねじ部は、遮蔽部材の作用により無冷却状態にする（ＳＴ１３）。

図７に示すように、ねじ部は、強制的に冷却されないため、穏やかに冷却される。
または、セレーション部が強制冷却され、熱伝導により、ねじ部が冷却されることが考えられる。この場合であっても、図７に想像線で示すように、マルテンサイト領域まで下がるが、その後、自熱で復熱し、所望の組織が得られる。

図６において、以降、ＳＴ１４でカップ部を焼入れ温度まで高周波加熱し、次に強制冷却を施す（ＳＴ１５）。
最後に、全体を対象に歪取りを主目的とする焼戻しを施す（ＳＴ１６）。

尚、図２及び図６で、水焼入れと表記したが、冷却剤は、水に限定するものではなく、水に適宜薬剤を添加したクーラントや、油であってもよい。

また、本発明の製造方法は、等速ボールジョイントの軸部材に好適であるが、その他の機械部品、構造部品に適用することは差し支えない。

本発明の製造方法は、等速ボールジョイントの軸部材に好適である。

１０…鋼製品（等速ボールジョイントの軸部材）、１４…硬度を必要とする部分、１５…靭性を必要とする部分、１６…高周波コイル、１７…冷却ノズル、１８…冷却剤、２０、２０Ｂ…遮蔽部材の昇降手段、２１…遮蔽部材、１３０…等速ボールジョイント。

Claims

硬度を必要とする部分と、靭性を必要とする部分が、混在する鋼製品の焼入れ方法であって、
前記硬度を必要とする部分と、靭性を必要とする部分とを、高周波加熱法で焼入れ温度まで加熱する工程と、
前記硬度を必要とする部分は、マルテンサイト変態域に到達するまでの所定時間だけ強制冷却し、前記靭性を必要とする部分は、前記所定時間より短い一定時間だけ強制冷却し、冷却時間を制御して組織を制御し、残りの時間は強制冷却を行わないようにする、強制冷却工程と、からなることを特徴する鋼製品の焼入れ方法。
前記強制冷却工程で、前記一定時間が経過した時点で、前記靭性を必要とする部分に、冷却剤が当たることを防止する遮蔽部材を被せ、前記残りの時間が経過するまで遮蔽を維持することを特徴とする請求項１記載の鋼製品の焼入れ方法。
硬度を必要とする部分と、靭性を必要とする部分が、混在する鋼製品の焼入れ方法であって、
前記硬度を必要とする部分と、靭性を必要とする部分とを、高周波加熱法で焼入れ温度まで加熱する工程と、
前記硬度を必要とする部分は、マルテンサイト変態域に到達するまでの所定時間だけ強制冷却し、前記靭性を必要とする部分は強制冷却を行わないようにする、強制冷却工程と、からなることを特徴する鋼製品の焼入れ方法。
前記鋼製品は等速ボールジョイントの軸部材であり、前記靭性を必要とする部分は前記軸部材の先端に設けられたねじ部であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載の鋼製品の焼入れ方法。