JP2023512322A - ボールスプライン構造を有するドライブシャフト用管状シャフトのための熱処理方法およびそれにより製造された管状シャフト - Google Patents

ボールスプライン構造を有するドライブシャフト用管状シャフトのための熱処理方法およびそれにより製造された管状シャフト Download PDF

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Abstract

プランジングをためのボールスプライン構造を有し、直径が減少したアンダーカット領域を有するドライブシャフト用管状シャフトのための熱処理方法によると、前記アンダーカット領域の深部硬度がＨＲＣ３５～ＨＲＣ５０の範囲に属する値を有するように浸炭－オーステンパリングにより処理される。

Description

本発明は、ボールスプライン構造を有するドライブシャフトを構成する管状シャフトの熱処理方法に関する。
車両の動力伝達系統に使用されるドライブシャフトは、両端に結合される等速ジョイントを通じて回転動力を伝達する装置である。ボールスプライン構造を適用して軸方向の長さ変化が可能なように構成されるドライブシャフトが使用されている。ボールスプライン構造は、管状シャフト（ｔｕｂｕｌａｒ ｓｈａｆｔ）と、これに挿入される中実シャフト（ｓｏｌｉｄ ｓｈａｆｔ）に具現され、管状シャフトの内面に形成される複数の外側グルーブ、複数の外側グルーブとそれぞれ対をなすように中実シャフトの外面に形成される複数の内側グルーブ、そして対をなす外側グルーブと内側グルーブにより形成される空間に配置される複数のボール（ｂａｌｌ）を含む。一方では、外側グルーブと内側グルーブにより形成される空間に配置されるボールにより管状シャフトと中実シャフトの円周方向の相対回転が制限されて回転動力が伝達されることができ、他方では、ボールの転がり運動により管型グルーブと中実グルーブの長さ方向の相対移動、つまり、プランジング（ｐｌｕｎｇｉｎｇ）が可能である。
このようなボールスプライン構造によるプランジング機能を有するドライブシャフトの性能改善のために、長いプランジング距離およびジョイントの高切れ角（ｈｉｇｈ ａｒｔｉｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ）性能が要求されている。高切れ角を達成するための方法として、等速ジョイントが結合される管状シャフトの端部の付近に直径が減少したアンダーカット（ｕｎｄｅｒｃｕｔ）領域を形成する方法がある。切れ角のために管状シャフトが等速ジョイントのアウターレース（ｏｕｔｅｒ ｒａｃｅ）に対して相対回転する時、等速ジョイントが結合された端部付近の領域がアウターレースの開放側端部に接触することができ、最大切れ角を増加させるためにアウターレースが接触することができる端部付近の直径を減少させることによって最大切れ角を増加させている。
最大切れ角の増大のために形成されるかかるアンダーカット領域は、ドライブシャフトの捩り強度を落とす副作用を有する。したがって、要求される大きい切れ角を確保しながらも、必要な捩り強度の確保のためには、アンダーカット領域に対する特別な強度補強が必要である。
特開平０５－００４１２８号公報
本発明が解決しようとする課題は、アンダーカット領域の強度補強を通じて要求される捩り強度を確保することができる管状シャフトの熱処理方法を提供することにある。
本発明の実施形態によるプランジングをためのボールスプライン構造を有し、直径が減少したアンダーカット領域を有するドライブシャフト用管状シャフトのための熱処理方法によると、前記アンダーカット領域の深部硬度がＨＲＣ３５～ＨＲＣ５０の範囲に属する値を有するように浸炭－オーステンパリングにより処理される。
特に、前記深部硬度は、ＨＲＣ３８～ＨＲＣ４８の範囲に属する値を有することができる。
前記浸炭－オーステンパリング処理は、前記アンダーカット領域がベイナイト組織およびマルテンサイト組織を全て有するように行われ得る。
前記アンダーカット領域の有効硬化深さは、表面から０．６ｍｍ～２．０ｍｍの間の値であり得る。
本発明の実施形態によるドライブシャフト用管状シャフトは、前記熱処理方法のうちのいずれか一つにより製造される。
本発明によると、管状シャフトの深部硬度の管理を通じて要求される捩り強度を確保することができる。
本発明の実施形態による熱処理方法により製造されたドライブシャフトを示す。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿って切開した断面図である。 等速ジョイントが切れ角となった状態で等速ジョイントのアウターレースとドライブシャフトの管状シャフトとの相対位置を示す図面である。 本発明の実施形態による熱処理方法により製造された管状シャフトの断面図である。 図３のＶ－Ｖ線に沿って切開した断面図である。 本発明の実施形態による熱処理方法により得られた管状シャフトの断面での硬度プロファイルを示すグラフである。 本発明の実施形態による熱処理方法により得られた管状シャフトのアンダーカット領域の深部硬度の大きさによる捩り強度を示すグラフである。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１はドライブシャフト１０とその両側端にそれぞれ締結されている一対の等速ジョイント２０を示す。異物流入防止およびグリース密封のためのブーツ４０が等速ジョイント２０とドライブシャフト１０に締結され得る。
図２に示されているように、ドライブシャフト１０は、管状シャフト（ｔｕｂｕｌａｒ ｓｈａｆｔ）１１と中実シャフト（ｓｏｌｉｄ ｓｈａｆｔ）１２を備えることができる。管状シャフト１１は、一側端が開放された収容空間１１１を備える管形態を有することができ、中実シャフト１２の一側端部が管状シャフト１１の収容空間１１１にプランジング機能のために移動可能に挿入される。
等速ジョイント２０は、固定式ジョイントであるルゼッパ（Ｒｚｅｐｐａ）ジョイントであり得、図２に示されているようにアウターレース（ｏｕｔｅｒ ｒａｃｅ）２１、インナーレース（ｉｎｎｅｒ ｒａｃｅ）２２、トルク伝達ボール２３、およびボールケージ２４を含むことができる。管状シャフト１１と中実シャフト１２は、等速ジョイント２０のインナーレース２２と共に回転するようにインナーレース２２にスプライン結合され得る。管状シャフト１１の端部には等速ジョイント２０のインナーレース２２のスプライン結合のためのスプライン構造１１７が形成され得る。
管状シャフト１１と中実シャフト１２の軸方向の相対的な動き、つまり、プランジング動きが可能なようにするためのボールスプライン構造１３が備えられる。ボールスプライン構造１３は、管状シャフト１１の内面に長さ方向と平行に形成される複数の外側グルーブ１３１、複数の外側グルーブ１３１とそれぞれ対をなすように中実シャフト１２の外面に長さ方向と平行に形成される複数の内側グルーブ１３２、外側グルーブ１３１と内側グルーブ１３２により形成される複数の空間にそれぞれ配置される複数のボール１３３、及び複数のボールを収容するボールケージ１３４を含むことができる。ボール１３３が外側グルーブ１３１と内側グルーブ１３２により形成される空間で転がり運動をすることによって管状シャフト１１と中実シャフト１２が互いに近づいたり遠ざかったりするように移動する軸方向動き、つまり、プランジング動きをすることができる。
等速ジョイント２０が図３に示されているように最大切れ角となった状態、つまり、インナーレース２２と結合されたドライブシャフト１０がアウターレース２１に対して最大に折れた状態にある場合、管状シャフト１１の外面とアウターレース２１の端部２１１との接触を防止するために、管状シャフト１１は外面が半径方向内側に陥没するように形成されるアンダーカット領域１１２を含む。アンダーカット領域１１２の形成により等速ジョイント２０の最大切れ角が増加することができる。
図４を参照すると、管状シャフト１１は、ステム部（ｓｔｅｍ ｐｏｒｔｉｏｎ）１１３、およびボールスプライン構造13の外側グルーブ１３１が形成されるグルーブ形成部１１４を含むことができる。グルーブ形成部１１４は、ステム部１１３よりも大きい直径を有するように形成され得、ステム部１１３とグルーブ形成部１１４を連結する傾斜連結部１１５が備えられ得る。ステム部１１３は、グルーブ形成部１１４に備えられる収容空間１１１と連通する貫通ホール１１６を備えることができる。
本発明の実施形態によると、管状シャフト１１のアンダーカット領域１１２に対する表面硬度、有効硬化深さ、深部硬度が最適に管理され、さらには製品の靭性を増大するためのベイナイト（Ｂａｉｎｉｔｅ）組織が生成され、管理される。例えば管状シャフト１１は、０．１５～０．２５重量％の炭素を含有する合金で形成され得、このようなアンダーカット領域１１２の特性は浸炭－オーステンパリング（ｃａｒｂｕｒｉｚｉｎｇ－ａｕｓｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）処理により得られる。
図６は本発明の実施形態により製造された管状シャフトのアンダーカット領域の断面において深さ（半径方向位置）による硬度プロファイルを示すグラフである。図５および図６で「Ａ」は外側表面、「Ｃ」は内側表面、「Ｂ」は浸炭工程中の浸炭が行われていない深部領域を示す。例えば「Ａ」および「Ｃ」の硬度はＨＲＣ５８～６２であり得、「Ｂ」領域の硬度、つまり、深部硬度はＨＲＣ３５～５０であり得る。深部硬度は、浸炭工程とオーステンパリング工程からなる浸炭－オーステンパリング工程中の浸炭工程により浸炭が行われず、オーステンパリング工程により硬化が行われた部品深部の領域の硬度を意味する。温度、維持時間、攪拌などオーステンパリング条件により部品深部の硬度値が変わり、本発明は深部硬度範囲による剛性差があるという事実の認知に基づいて深部硬度値の範囲を限定する。
一方では、基準硬度は、浸炭硬化層内で硬化深さの基準とする特定硬度、つまり、有効硬化深さでの硬度であり得、例えばＨＲＣ５５であり得る。有効硬化深さは、外側表面および内側表面からアンダーカット領域の厚さの１０～１５％に該当する位置（Ｄｏ、Ｄｉ）であり得、他方では、表面から０．６ｍｍ～２．０ｍｍに該当する位置であり得る。
次の表１は３個のサンプル（ＳＰＬ１、ＳＰＬ２、ＳＰＬ３）で深部硬度による破断強度を評価した結果を示す。３個のサンプルはクロム－モリブデン鋼で管状シャフトを同一の方式で製造して得られた。
Figure 2023512322000002
 そして、図７は深部硬度による捩り強度を示すグラフであり、表１の結果をグラフで示したものである。図７を参照すると、深部硬度がＨＲＣ３０からＨＲＣ４５に増加する時、捩り強度は漸次に増加すると示され、深部硬度がＨＲＣ４５を超えれば捩り強度は漸次に減少すると示された。図７の結果から、深部硬度がＨＲＣ３５～ＨＲＣ５０である時、要求捩り強度が充足されると示された。一方、深部硬度は、ＨＲＣ３８～ＨＲＣ４８に管理されることもできる。次の表２は、ベイナイト存在の有無による捩り破断強度の評価結果を示す。３個のサンプルは、クロム－モリブデン鋼で管状シャフトを同一の方式で製造して得られており、浸炭熱処理をした場合、つまり、ベイナイトがない場合と、浸炭－オーステンパリング熱処理をした場合、つまり、ベイナイトがある場合に対して捩り破断強度をそれぞれ測定した。
Figure 2023512322000003
 表２の３個のサンプル（ＳＰＬ１、ＳＰＬ２、ＳＰＬ３）共にベイナイトの存在によりさらに大きい捩り破断強度が得られると示された。これは浸炭－オーステンパリング熱処理の結果、マルテンサイト（Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ）だけでなく、ベイナイト（Ｂａｉｎｉｔｅ）を形成することが捩り強度を増加させるということを意味する。
以上で本発明の実施形態を説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、本発明の実施形態から本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者により容易に変更されて均等なものと認められる範囲の全ての変更および修正を含む。
本発明は、車両のドライブシャフト用管状シャフトの熱処理のための方法に関するものであるため、産業上の利用可能性がある。

Claims (6)

  1. プランジングをためのボールスプライン構造を有し、直径が減少したアンダーカット領域を有するドライブシャフト用管状シャフトのための熱処理方法であって、
    前記アンダーカット領域の深部硬度がＨＲＣ３５～ＨＲＣ５０の範囲に属する値を有するように浸炭－オーステンパリングにより処理される熱処理方法。
  2. 前記深部硬度は、ＨＲＣ３８～ＨＲＣ４８の範囲に属する値を有する、請求項１に記載の熱処理方法。
  3. 前記浸炭－オーステンパリング処理は、前記アンダーカット領域がベイナイト組織およびマルテンサイト組織を全て有するように行われる、請求項１に記載の熱処理方法。
  4. 前記アンダーカット領域の有効硬化深さは、表面から０．６ｍｍ～２．０ｍｍの間の値である、請求項１に記載の熱処理方法。
  5. 前記アンダーカット領域の表面硬度は、ＨＲＣ５８～６２の間の値である、請求項１に記載の熱処理方法。
  6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の熱処理方法により得られるドライブシャフト用管状シャフト。
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