JP2014086386A

JP2014086386A - 高周波熱処理用コイル、等速自在継手用外側継手部材、および等速自在継手

Info

Publication number: JP2014086386A
Application number: JP2012236833A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shimazawa; 武島澤; Shintaro Suzuki; 慎太郎鈴木
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2014-05-12
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: JP6067326B2

Abstract

【課題】自己発熱量が小さくでき、自己発熱量に起因する割れ等を有効に回避できる高周波熱処理用コイル、等速自在継手用外側継手部材、および等速自在継手を提供する。
【解決手段】等速自在継手用外側継手部材の加熱処理部位を加熱する高周波熱処理用コイルである。高周波熱処理用コイルは、高周波電流が流れる電流経路が形成されるコイル本体と、コイル本体に接合されてコイル本体内に冷却水経路を構成するための蓋部材とからなる。コイル本体が一体削り出し加工にて成形されてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波熱処理用コイル、等速自在継手用外側継手部材、および等速自在継手に関する。

自動車の駆動に使用する部品には等速自在継手やプロペラシャフト等がある。金属製品であるこれらの部品は、強度などを高める目的で熱処理を施している。熱処理方法の一つである高周波焼入では製品形状や焼入深さ、焼入範囲により、製品ごとに適したコイルを用いて焼入を行っている。

等速自在継手（固定式等速自在継手）は、一般的には、図１１に示すように、内径面１に複数の案内溝（トラック溝）２を軸方向に形成した外側継手部材３と、外径面４に複数の案内溝（トラック溝）５を形成した内側継手部材６と、外側継手部材３のトラック溝２と内側継手部材６のトラック溝５とで協働して形成されるボールトラックに配される複数のボール７と、ボール７を収容するためのポケット９を有するケージ８等から構成される。

この場合、この外側継手部材３には、図８と図９に示すように、その内径面１に高周波熱処理等によって、硬化層１０が形成される。

高周波熱処理に用いられコイル２０としては、例えば、銅で製作した複数の部品を、銀ロウなどでロウ付けすることで組み立てられる。すなわち、このコイルは、図１０に示すように、高周波電流の電流経路を形成する第１・第２部材１１，１２と、これらを連結する連結体１３と、第１部材１１の開口部を塞ぐ第１蓋部材１４と、第２部材１２の開口部を塞ぐ第２蓋部材１５との部品にて構成される。この場合、各部品は銅等にて構成され、これらがロウ付け等で接合されてなる。

そして、コイルの内部には、冷却水が流れる冷却水経路が形成される。すなわち、コイルの断面形状は自己発熱や加熱された製品からの輻射熱の影響を低減させるために管状に作られ、使用時は常時管（冷却水経路）内に冷却水を通水している。しかし、このコイルは自己発熱、輻射熱などの加熱と冷却水通水による冷却を繰り返すことによって発生した応力により破損に至る場合がある。

そこで、コイル寿命改善方法として種々の方法が提案されている。すなわち、出力を下げて加熱時間を延ばしたり、または、特許文献１や特許文献２等に示すようにコイル形状に工夫をこらすようにしたりしたものがある。

特開平７−２２６２９２号公報実開平７−３６３９５号公報

しかしながら、出力を下げて加熱時間を延ばすことにより、コイルに対する負荷を小さくして寿命を延ばすようにした場合、加工時間が長くなることで生産性が下がる問題がある。

また、特許文献１，２に記載のように、コイル形状を工夫することで、コイルへの負荷を減らして寿命を延ばすようにした場合、コイル形状が複雑になり既存の設備では電気的な整合が取れない場合がある。ところで、周波数は次の数１に示す公式にて計算できる。

このため、コイル形状が複雑となれば、コイルの持つインダクタンスが大きく変わる。このようにコイルの持つインダクタンスが変われば、狙いとする出力や周波数で発振されない。そこで、既存の発振機の改造が必要となる。

前記図１０に示すようなコイルでは、ロウ材と銅の境界面が存在するため自己発熱や輻射熱を繰り返し受けることで境界面を起点として割れが発生して、冷却水が漏れ出し寿命となる。また、第１・第２部材１１，１２との接続部１６には電流が集中し易く、この場合、この接続部にロウ材と銅の境界面があり、割れが発生し易くコイル寿命が短いものとなる。

本発明は、上記課題に鑑みて、自己発熱量が小さくでき、自己発熱量に起因する割れ等を有効に回避できる高周波熱処理用コイル、等速自在継手用外側継手部材、および等速自在継手を提供する。

本発明の高周波熱処理用コイルの製造方法は、等速自在継手用外側継手部材の加熱処理部位を加熱する高周波熱処理用コイルの製造方法であって、高周波熱処理用コイルは高周波電流が流れる電流経路が形成されるコイル本体を備え、このコイル本体を一体削り出し加工にて成形して、その後、このコイル本体に蓋部材を接合して冷却水経路を形成することよって完成させるものである。

本発明の高周波熱処理用コイルは、等速自在継手用外側継手部材の加熱処理部位を加熱する高周波熱処理用コイルであって、高周波電流が流れる電流経路が形成されるコイル本体と、コイル本体に接合されてコイル本体内に冷却水経路を構成するための蓋部材とからなり、前記コイル本体が一体削り出し加工にて成形されてなるものである。

本発明の高周波熱処理用コイルによれば、高周波電流が流れる電流経路が形成されるコイル本体が一体削り出し加工にて成形されてなるものであるので、自己発熱量が小さくでき、破損起点となりやすいロウ材と銅との境界面を少なくできる。

蓋部材とコイル本体との接合部に流れる電流を微小電流として、この接合部が加熱に寄与しない位置に配置されるのが好ましい。また、コイル本体の電流経路は、第１周方向経路と第２周方向経路の２経路があり、この第１周方向経路と第２周方向経路との間の接続部が、電流流れ方向に対して所定角度で傾斜しているのが好ましい。このように設定することによって、破損原因となりやすい角部の電流集中を緩和させることができる。

高周波熱処理用コイルとしては、高周波焼入れや高周波焼戻しに用いることができる。高周波焼入れとは高周波誘導加熱を用いる焼入れであり、高周波電流の流れているコイル中に焼入れに必要な部分を入れ、電磁誘導作用により、ジュール熱を発生させて、伝導性物体を加熱する原理を応用した焼入れ方法である。また、高周波焼戻しとは高周波誘導加熱を用いる焼戻しであり、誘導加熱した後、冷媒（冷却水等）で冷却する方法である。すなわち、高周波熱処理としては、鉄鋼製品の表面全体又は部分の表面硬化を目的として、誘導加熱によって Ac3又はAc1点以上の適切な温度に加熱した後、適切な冷却剤で冷却し（焼入れ）、さらに硬さを調節し、じん性（靱性）を増すために、Ac1点以下の適切な温度に通常の焼戻し炉中で加熱した後、冷却（焼戻）処理するのが好ましい。

本発明の等速自在継手用外側継手部材は、前記高周波熱処理用コイルを用いて熱処理が
施されたものである。前記等速自在継手用外側継手部材は、内径面にトルク伝達部材としてボールが嵌合するトラック溝が形成されたマウス部を有する固定式等速自在継手用であってもよい。等速自在継手は、前記等速自在継手用外側継手部材を用いたものである。

本発明の高周波熱処理用コイルでは、自己発熱量が小さくでき、自己発熱量に起因する割れ等を有効に防止でき、長寿命化を図ることができる。しかも、全体としての部品を少なくでき、組立性の向上を図ることができる。

蓋部材とコイル本体との接合部に流れる電流を微小電流として、この接合部が加熱に寄与しない位置に配置されるように設定することによって、この部位にはほとんど電流が流れず、また、輻射熱の影響も少ないため、破損起点とならない。このため、安定して長寿命化を図ることができる。

コイル本体の電流経路は、第１周方向経路と第２周方向経路との間の接続部が、電流流れ方向に対して所定角度で傾斜ように設定することによって、破損原因となりやすい角部の電流集中を緩和させることができる。

高周波熱処理用コイルとしては、高周波焼入れや高周波焼戻しに用いることができ、安定した高周波焼入れ焼戻し作業を行うことが可能である。

また、本発明の高周波熱処理用コイルを用いて加熱処理を施した等速自在継手用外側継手部材は、高品質の熱硬化層を備えたものとなって、強度的に優れた外側継手部材となる。このため、このような外側継手部材を用いた等速自在継手は、強度的に優れ、長期にわたって等速自在継手として安定した機能を発揮できる。

本発明の高周波熱処理用コイルによる等速自在継手用外側継手部材への熱処理状態の説明図である。前記図１のＡ−Ａ線断面図である。本発明の高周波熱処理用コイルの分解斜視図である。本発明の高周波熱処理用コイルを示し、（ａ）は簡略平面図であり、（ｂ）は簡略底面図である。本発明の高周波熱処理用コイルのコイル本体の成形方法を示す斜視図である。本発明の高周波熱処理用コイルのコイル本体の成形方法を示す簡略図である。本高周波電流を流しているときの電流密度を示し、（ａ）は従来の高周波熱処理用コイルの可視化モデル図であり、（ｂ）は本発明の高周波熱処理用コイルの可視化モデル図である。従来の高周波熱処理用コイルによる等速自在継手用外側継手部材への熱処理状態の説明図である。図７のＢ−Ｂ線断面図である。従来の高周波熱処理用コイルの分解斜視図である。固定式等速自在継手の断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１と図２に本発明に係る高周波熱処理用コイル３０による等速自在継手用外側継手部材３３への熱処理状態を示し、図３はこの高周波熱処理用コイル３０の分離状態を示す斜視図である。

外側継手部材３３は、内径面３１に複数の案内溝（トラック溝）３２を軸方向に形成したマウス部３４を有するものである。そして、このトラック溝３２を含む内径面３１に、前記高周波熱処理用コイル３０による熱硬化処理にて硬化層Ｓが形成される。

高周波熱処理用コイル３０は、高周波電流が流れる電流経路３５が形成されるコイル本体３６と、このコイル本体３６の開口部を塞ぐ一対の蓋部材３７、３８とからなる。

コイル本体３６は、図３と図４等に示すように、外周壁４０と内周壁４１とを備える。外周壁４０は、軸方向中間部のリング状の胴部４０ａと、胴部４０ａの上縁部から上方に向かって縮径する第１コーン部４０ｂと、胴部４０ａの下縁部から下方に向かって縮径する第２コーン部４０ｃとからなる。また、内周壁４１は円筒体からなる。

図４（ａ）に示すように、内周壁４１と第１コーン部４０ｂとはそれぞれスリット４２，４３があり、このスリット４２，４３が連結片４４、４５で連結されている。また、図４（ｂ）に示すように、内周壁４１と第２コーン部４０ｃとはそれぞれスリット４６，４７があり、このスリット４６，４７が連結片４８、４９で連結されている。

連結片４４、４５との間の隙間は、図３に示すように、このコイルの軸心に所定角度で傾斜するスリット部５０となり、また、連結片４８、４９との間の隙間は、コイルの軸心に所定角度で傾斜するスリット部５１となり、これらのスリット部５０、５１は平行に設定される。また、外周壁４０と内周壁４１との間には、胴部４０ａにおいて仕切壁４６が設けられ、スリット部５０とスリット部５１とは、この仕切壁４６に形成される分離スリット部５２に連通されている。この場合、分離スリット部５２は、スリット部５０とスリット部５１との間の所定範囲においてはその形成が省略される。すなわち、分離スリット部５２において残部を残すことによって、図１０に示す従来のコイルの連結体１３を構成するものである。

これによって、連結片４４から連結片４５に達する２重リング部からなる第１周方向経路５３が形成され、連結片４８から連結片４９に達する２重リング部からなる第２周方向経路５４が形成される。そして、第１周方向経路５３と第２周方向経路５４とがスリット部５０とスリット部５１の間で接続部５５を介して連結されている。

すなわち、第１周方向経路５３と接続部５５と第２周方向経路５４とで、いわゆる螺旋状に巻かれたコイル形状体を形成することになる。また、第１周方向経路５３のリング状の上方開口部５３ａが蓋部材３７にて塞がれ、第２周方向経路５４のリング状の下方開口部５４ａが蓋部材３８にて塞がれている。なお、蓋部材３７にスリット３７ａが設けられ、このスリット３７ａが連結片４４、４５との間の隙間に対応し、蓋部材３８にスリット３８ａが設けられ、このスリット３７ａが連結片４８、４９との間の隙間に対応する。また、蓋部材３７のスリット３７ａによって、冷却水経路６５（図３参照）の冷却水入口を形成し、蓋部材３８のスリット３８ａによって、冷却水経路６５の冷却水出口を形成する。

このコイル本体３６は、図５（ａ）と図６（ａ）とに示すように、銅の母材６０を一体削り出し加工にて成形される。この場合、図６（ａ）に示すように、多軸制御機能を有するマニシングセンタＭを用いることができる。母材６０としては、断面矩形のブロック体からなり、図６（ａ）に示すように、一方の端部６０ａをマニシングセンタＭのバイス６１で端部を把持する。この際、一方の幅広側面を上方に向けて配置する。この状態で、図５（ｂ）と図６（ｂ）に示すように、削り出し工具６２にて削り出し加工を行う。まず、外周壁４０の第１コーン部４０ｂと胴部４０ａと内周壁４１の上半分とスリット部５０と分離スリット部５２等を削り出す。その後、この母材６０を図５（ｃ）と図６（ｃ）に示すように、母材６０を反転させて、外周壁４０の第２コーン部４０ｃと内周壁４１の下半分とスリット部５１等削り出す。そして、母材６０の端部６０ａから切り離して、コイル本体３６を完成する。

このように、構成されたコイル本体３６に対して、別途成形した蓋部材３７、３８を銀ロウ付け等のロウ付けにて接合する。これによって、第１周方向経路５３と第２周方向経路５４と接続部５５とからなる電流経路３５が形成されるとともに、内部、つまり、外周壁４０と内周壁４１と蓋部材３７、３８との間で、冷却水経路６５が形成される。この冷却水経路６５は、第１周方向経路５３にて構成される第１冷却水経路６５ａと、第２周方向経路５４にて構成される第２冷却水経路６５ｂとからなる。なお、仕切壁４６の残部（つまり、従来の連結体１３に対応する部位）の開口孔が設けられ、第１冷却水経路６５ａと第２冷却水経路６５ｂとは連通される。

次に、前記のように構成された高周波熱処理用コイル３０を用いた加熱処理方法を説明する。この場合、電流経路３５の第１周方向経路５３の上流端と電流経路３５の第２周方向経路５４の下流端とにリード線を接続し、また、冷却水経路６５の第１冷却水経路６５ａに冷却水供給路を接続するとともに、冷却水経路６５の第２冷却水経路６５ｂに冷却水排水路を接続する。

この状態で、図１に示すように、高周波熱処理用コイル３０を、外側継手部材３３に内嵌状とする。そして、電流経路３５の第１周方向経路５３に前記リード線を介して高周波電流を流す。これによって、高周波電流が、第１周方向経路５３の上流側から供給され、この第１周方向経路５３をこの経路に沿って周方向に流れて、接続部５５を介して第２周方向経路５４に入って、この第２周方向経路５４をこの経路に沿って周方向に流れて第２周方向経路５４からリード線を介して流出することになる。

これによって、この高周波熱処理用コイル３０に電磁誘導作用によってジュール熱を発生させ、外側継手部材３３の被加熱部位（外側継手部材３３のトラック溝を含む内径面）を加熱する。すなわち、誘導加熱によって、被加熱部位をＡｃ３又はＡｃ１点以上の適切な温度に加熱した後、焼入用冷却水で冷却し（焼入れ）、さらに、被加熱部位をAc1点以下の適切な温度に加熱した後、冷却（焼戻）処理する。これによって、図１と図２に示すように、硬化層Ｓを形成することができる。なお、冷却水は、第１冷却水経路６５ａに冷却水供給路を介して流して、第２冷却水経路６５ｂから冷却水排水路に流出させる。

ところで、蓋部材３７は、図１に示すように、マウス部３４の底壁３４ａに相対向し、また、蓋部材３８は、マウス部３４の開口部よりも外側に配置されるものである。このため、蓋部材３７、３８乃至この接続部にて、被加熱部位を加熱する必要がない。蓋部材３７、３８とコイル本体３６との接合部に流れる電流を微小電流とすることができる。

本発明の高周波熱処理用コイルによれば、高周波電流が流れる電流経路が形成されるコイル本体３６が一体削り出し加工にて成形されてなるものであるので、自己発熱量が小さくできる。さらに、ロウ材と銅との境界面を少なくできる。このため、自己発熱量に起因する割れ等を有効に防止でき、長寿命化を図ることができる。しかも、全体としての部品を少なくでき、組立性の向上を図ることができる。

蓋部材３７、３８とコイル本体３６との接合部に流れる電流を微小電流として、図１に示すように、この接合部が加熱に寄与しない位置に配置されるように設定することによって、この部位にはほとんど電流が流れず、また、輻射熱の影響も少ないため、破損起点とならない。このため、安定して長寿命化を図ることができる。

ところで、従来にように、第１・第２部材１１，１２との接続部１６が、電流流れ方向に対して直交するものであれば、図７（ａ）の範囲Ｈ１に示すように、その接続部１６の角部に電流密度集中が見られる。

これに対して、この実施形態のコイルでは、コイル本体３６の電流経路３５は、第１周方向経路５３と第２周方向経路５４との間の接続部５５が、電流流れ方向に対して所定角度θで傾斜ように設定している。このため、図７（ｂ）の範囲Ｈ２に示すように、破損原因となりやすい角部の電流集中を緩和させることができる。この場合の接続部５５の傾斜角度θとしては、例えば、３０°〜７０°程度とされる。すなわち、破損原因となりやすい角部の電流集中を緩和できればよい。

本発明の高周波熱処理用コイルとしては、高周波焼入れや高周波焼戻しに用いることができ、安定した高周波焼入れ焼戻し作業を行うことが可能である。

また、本発明の高周波熱処理用コイル３０を用いて加熱処理を施した等速自在継手用外側継手部材３３は、高品質の熱硬化層を備えたものとなって、強度的に優れた外側継手部材３３となる。このため、このような外側継手部材を用いた等速自在継手は、強度的に優れ、長期にわたって等速自在継手として安定した機能を発揮できる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、等速自在継手として、前記各実施形態では、ツェッパタイプの固定式等速自在継手であったが、アンダーカットフリータイプの固定式等速自在継手であってもよい。また、プロペラシャフト用であっても、ドライブシャフト用であってもよい。さらに、外側継手部材のトラック溝としては、８本に限るものではない。

また、実施形態では、高周波電流を第１周方向経路５３側から流していたが、逆に第２周方向経路５４側から流すようにしてもよい。冷却水としても、第１冷却水経路６５ａから流していたが、逆に第２冷却水経路６５ｂ側から流すようにしてもよい。さらには、高周波電流の流れ方向と冷却水の流れ方向とが同一方向であっても、逆方向であってもよい。

３０高周波熱処理用コイル
３１内径面
３２トラック溝
３３外側継手部材
３４マウス部
３５電流経路
３６コイル本体
３７蓋部材
３８蓋部材
５３第１周方向経路
５３ａ上方開口部
５４ａ下方開口部
５４第２周方向経路
５５接続部
６５冷却水経路
Ｍマニシングセンタ
Ｓ硬化層

Claims

等速自在継手用外側継手部材の加熱処理部位を加熱する高周波熱処理用コイルの製造方法であって、高周波熱処理用コイルは高周波電流が流れる電流経路が形成されるコイル本体を備え、このコイル本体を一体削り出し加工にて成形して、その後、このコイル本体に蓋部材を接合して冷却水経路を形成することよって完成させることを特徴とする高周波熱処理用コイルの製造方法。
等速自在継手用外側継手部材の加熱処理部位を加熱する高周波熱処理用コイルであって、高周波電流が流れる電流経路が形成されるコイル本体と、コイル本体に接合されてコイル本体内に冷却水経路を構成するための蓋部材とからなり、前記コイル本体が一体削り出し加工にて成形されてなることを特徴とする高周波熱処理用コイル。
蓋部材とコイル本体との接合部に流れる電流を微小電流として、この接合部が加熱に寄与しない位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載の高周波熱処理用コイル。
コイル本体の電流経路は、第１周方向経路と第２周方向経路の２経路があり、この第１周方向経路と第２周方向経路との間の接続部が、電流流れ方向に対して所定角度で傾斜していることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の高周波熱処理用コイル。
高周波焼入れおよび高周波焼戻しの少なくとも一方に用いることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の高周波熱処理用コイル。
前記請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載の高周波熱処理用コイルを用いて熱処理が施されたことを特徴とする等速自在継手用外側継手部材。
前記等速自在継手用外側継手部材は、内径面にトルク伝達部材としてボールが嵌合するトラック溝が形成されたマウス部を有する固定式等速自在継手用であることを特徴とする請求項６の等速自在継手用外側継手部材。
前記請求項６又は請求項７に記載の等速自在継手用外側継手部材を用いたことを特徴とする等速自在継手。