JPH10238548A - 高強度スプラインおよびその製造方法 - Google Patents
高強度スプラインおよびその製造方法Info
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- JPH10238548A JPH10238548A JP9044444A JP4444497A JPH10238548A JP H10238548 A JPH10238548 A JP H10238548A JP 9044444 A JP9044444 A JP 9044444A JP 4444497 A JP4444497 A JP 4444497A JP H10238548 A JPH10238548 A JP H10238548A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低コストで繰返し応力に強いスプライン山部
を有する高強度スプラインおよびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 歯先３Ａを除く部分はほぼ円弧状の連続
した曲線で円弧状スプライン１を構成することにより歯
底３Ｂに生じる応力集中を防止すると共に、表面近傍の
金属組織を表面形状に沿ったものとし、さらに表面硬化
処理を施すことにより歯３部分の強度を増して、疲労強
度を改善した。また、表面近傍に圧縮残留応力が負荷さ
れているので引張り応力を低下させる。円弧状スプライ
ン１の少なくとも歯先３Ａから歯底３Ｂの下側までの部
分に表面焼入れ処理や、軟窒化処理のような拡散処理を
行って表面を硬化させた。表面焼入れや拡散処理後にシ
ョットピーニング処理を行う。
を有する高強度スプラインおよびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 歯先３Ａを除く部分はほぼ円弧状の連続
した曲線で円弧状スプライン１を構成することにより歯
底３Ｂに生じる応力集中を防止すると共に、表面近傍の
金属組織を表面形状に沿ったものとし、さらに表面硬化
処理を施すことにより歯３部分の強度を増して、疲労強
度を改善した。また、表面近傍に圧縮残留応力が負荷さ
れているので引張り応力を低下させる。円弧状スプライ
ン１の少なくとも歯先３Ａから歯底３Ｂの下側までの部
分に表面焼入れ処理や、軟窒化処理のような拡散処理を
行って表面を硬化させた。表面焼入れや拡散処理後にシ
ョットピーニング処理を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はトルクを伝達する
ための高強度スプラインおよびその製造方法に係り、さ
らに詳しくは、疲労強度の高い高強度スプラインおよび
その製造方法に関するものである。
ための高強度スプラインおよびその製造方法に係り、さ
らに詳しくは、疲労強度の高い高強度スプラインおよび
その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、回転軸に対応した穴を有する
種々の機能を備えた回転エレメントを回転軸に嵌着して
回転力を伝達する場合には、例えばプラスチック成形機
のスクリュを形成する場合のように、回転軸に設けられ
た溝とそれに嵌着された回転エレメントに設けられた溝
との間にキーを用いることが行なわれていた。
種々の機能を備えた回転エレメントを回転軸に嵌着して
回転力を伝達する場合には、例えばプラスチック成形機
のスクリュを形成する場合のように、回転軸に設けられ
た溝とそれに嵌着された回転エレメントに設けられた溝
との間にキーを用いることが行なわれていた。
【０００３】しかし、このキーによる方式ではキーの溝
部に応力集中が起るため大きなトルクを伝達することが
できないという問題があり、この問題を解決するために
軸まわりに直接複数条の歯が設けられているスプライン
およびこのスプライン形状に合致した穴を有するボスの
組合わせを用いることが考えられた。
部に応力集中が起るため大きなトルクを伝達することが
できないという問題があり、この問題を解決するために
軸まわりに直接複数条の歯が設けられているスプライン
およびこのスプライン形状に合致した穴を有するボスの
組合わせを用いることが考えられた。
【０００４】このようなスプラインの歯の形状として角
形を採用する角形スプラインでは、歯底の隅部に逃げ溝
を設ける必要があり、強度的に不利であるため図８に示
されるようなインボリュートスプライン１０１が開発さ
れた。
形を採用する角形スプラインでは、歯底の隅部に逃げ溝
を設ける必要があり、強度的に不利であるため図８に示
されるようなインボリュートスプライン１０１が開発さ
れた。
【０００５】しかしながら、前述のインボリュートスプ
ライン１０１においては、前述の角形スプラインのよう
に逃げ溝を設ける必要がなく、歯底１０３部分の歯幅１
０５を大きくとることができるので平均強度を上げるこ
とはできるものの、歯底１０３の隅角への応力集中をな
くすことができないという問題があるために図９に示さ
れているような円弧状スプライン１０７が提案されてい
るが、この円弧状スプライン１０７は応力集中はなくせ
るものの強度が十分でないという問題があった。
ライン１０１においては、前述の角形スプラインのよう
に逃げ溝を設ける必要がなく、歯底１０３部分の歯幅１
０５を大きくとることができるので平均強度を上げるこ
とはできるものの、歯底１０３の隅角への応力集中をな
くすことができないという問題があるために図９に示さ
れているような円弧状スプライン１０７が提案されてい
るが、この円弧状スプライン１０７は応力集中はなくせ
るものの強度が十分でないという問題があった。
【０００６】そこで、出願人は先に特願平８−２６７０
６４号において、図９に示されているような円弧状スプ
ライン１０７に高周波焼入れ等の表面焼入れ処理や、あ
るいは窒化処理等の拡散処理を行って強度、特に疲労強
度を高めることを提案した。また、一層の効果を上げる
ために表面焼入れや窒化処理後にショットピーニング処
理を行うことを提案した。
６４号において、図９に示されているような円弧状スプ
ライン１０７に高周波焼入れ等の表面焼入れ処理や、あ
るいは窒化処理等の拡散処理を行って強度、特に疲労強
度を高めることを提案した。また、一層の効果を上げる
ために表面焼入れや窒化処理後にショットピーニング処
理を行うことを提案した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術にあっては、圧延丸鋼を素材として使用
しているので、円弧状スプライン１０７の歯１０９にお
いては、断面組織が図１０に示されるように、負荷応力
と平行な組織（ラメラ組織）となっており、繰り返し応
力に弱いという問題がある。また、素材の調質、外形加
工、円弧状スプラインのホブ加工、表面焼入れ、ショッ
トピーニングに至る工程は長くコストが高いという問題
がある。
うな従来の技術にあっては、圧延丸鋼を素材として使用
しているので、円弧状スプライン１０７の歯１０９にお
いては、断面組織が図１０に示されるように、負荷応力
と平行な組織（ラメラ組織）となっており、繰り返し応
力に弱いという問題がある。また、素材の調質、外形加
工、円弧状スプラインのホブ加工、表面焼入れ、ショッ
トピーニングに至る工程は長くコストが高いという問題
がある。
【０００８】この発明の目的は、以上のような従来の技
術に着目してなされたものであり、低コストで繰返し応
力に強い高強度スプラインおよびその製造方法を提供す
ることにある。
術に着目してなされたものであり、低コストで繰返し応
力に強い高強度スプラインおよびその製造方法を提供す
ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１による発明の高強度スプラインは、軸回
りに設けられた歯により回転力を伝達する高強度スプラ
インであって、少なくとも前記歯の先端を除く部分がほ
ぼ円弧状の連続した曲線から構成されると共に、少なく
とも表面の近傍の金属組織が長繊維で且つ表面形状に沿
ったファイバーフローで構成され、前記歯の先端から少
なくとも歯底の下側までの部分に表面硬化処理が施され
ていること、を特徴とするものである。
めに、請求項１による発明の高強度スプラインは、軸回
りに設けられた歯により回転力を伝達する高強度スプラ
インであって、少なくとも前記歯の先端を除く部分がほ
ぼ円弧状の連続した曲線から構成されると共に、少なく
とも表面の近傍の金属組織が長繊維で且つ表面形状に沿
ったファイバーフローで構成され、前記歯の先端から少
なくとも歯底の下側までの部分に表面硬化処理が施され
ていること、を特徴とするものである。
【００１０】従って、歯先を除く部分をほぼ円弧状の連
続した曲線で構成することにより円弧状スプラインを形
成して歯底に生じる応力集中を防止すると共に、表面近
傍の金属組織を表面形状に沿ったものとし、さらに表面
硬化処理を施すことにより歯部分の強度を増して、疲労
強度を改善した。
続した曲線で構成することにより円弧状スプラインを形
成して歯底に生じる応力集中を防止すると共に、表面近
傍の金属組織を表面形状に沿ったものとし、さらに表面
硬化処理を施すことにより歯部分の強度を増して、疲労
強度を改善した。
【００１１】請求項２による発明の高強度スプライン
は、請求項１記載の表面近傍に圧縮残留応力が負荷され
ていること、を特徴とするものである。
は、請求項１記載の表面近傍に圧縮残留応力が負荷され
ていること、を特徴とするものである。
【００１２】従って、円弧状スプラインの表面近傍に圧
縮残留応力を負荷することにより疲労強度を改善した。
縮残留応力を負荷することにより疲労強度を改善した。
【００１３】請求項３による発明の高強度スプライン
は、請求項１記載の表面硬化処理が、高周波焼入れや火
炎焼入れのような表面焼入れ処理であること、を特徴と
するものである。
は、請求項１記載の表面硬化処理が、高周波焼入れや火
炎焼入れのような表面焼入れ処理であること、を特徴と
するものである。
【００１４】従って、円弧状スプラインの少なくとも歯
先から歯底の下側までの部分に表面焼入れ処理を行って
表面を硬化させた。
先から歯底の下側までの部分に表面焼入れ処理を行って
表面を硬化させた。
【００１５】請求項４による発明の高強度スプライン
は、請求項１記載の表面硬化処理が、軟窒化処理のよう
な拡散処理であること、を特徴とするものである。
は、請求項１記載の表面硬化処理が、軟窒化処理のよう
な拡散処理であること、を特徴とするものである。
【００１６】従って、円弧状スプラインの少なくとも歯
先から歯底の下側までの部分に軟窒化処理を行って表面
を硬化させた。
先から歯底の下側までの部分に軟窒化処理を行って表面
を硬化させた。
【００１７】請求項５による発明の高強度スプライン
は、請求項１記載の表面硬化処理が、高周波焼入れや火
炎焼入れのような表面焼入れ処理と、この表面焼入れ処
理後に行われるショットピーニング処理の組合わせであ
ること、を特徴とするものである。
は、請求項１記載の表面硬化処理が、高周波焼入れや火
炎焼入れのような表面焼入れ処理と、この表面焼入れ処
理後に行われるショットピーニング処理の組合わせであ
ること、を特徴とするものである。
【００１８】従って、円弧状スプラインの少なくとも歯
先から歯底の下側までの部分に表面焼入れ処理を行って
表面を硬化させた後に、ショットピーニングを行って強
度の改善を行う。
先から歯底の下側までの部分に表面焼入れ処理を行って
表面を硬化させた後に、ショットピーニングを行って強
度の改善を行う。
【００１９】請求項６による発明の高強度スプライン
は、請求項１記載の表面硬化処理が、軟窒化処理のよう
な拡散処理と、この拡散処理後に行われるショットピー
ニング処理の組合わせであること、を特徴とするもので
ある。
は、請求項１記載の表面硬化処理が、軟窒化処理のよう
な拡散処理と、この拡散処理後に行われるショットピー
ニング処理の組合わせであること、を特徴とするもので
ある。
【００２０】従って、円弧状スプラインの少なくとも歯
先から歯底の下側までの部分に軟窒化処理を行って表面
を硬化させた後に、ショットピーニングを行って表面の
脆弱な化合物層を除去する。
先から歯底の下側までの部分に軟窒化処理を行って表面
を硬化させた後に、ショットピーニングを行って表面の
脆弱な化合物層を除去する。
【００２１】請求項７による発明の高強度スプラインの
製造方法は、軸回りに設けられた歯により回転力を伝達
する高強度スプラインの製造方法において、丸鋼を所定
の高度に調質した後、コールドリダクションにより素材
径を絞ると共に表面に圧縮残留応力を負荷し、少なくと
も歯の先端を除く部分がほぼ円弧状の連続した曲線から
構成される形状に転造すること、を特徴とするものであ
る。
製造方法は、軸回りに設けられた歯により回転力を伝達
する高強度スプラインの製造方法において、丸鋼を所定
の高度に調質した後、コールドリダクションにより素材
径を絞ると共に表面に圧縮残留応力を負荷し、少なくと
も歯の先端を除く部分がほぼ円弧状の連続した曲線から
構成される形状に転造すること、を特徴とするものであ
る。
【００２２】従って、コールドリダクションおよび転造
を通じて圧縮残留応力が負荷された状態の円弧状スプラ
インを形成すると共に、表面近傍の金属組織が繰返しね
じりや回転負荷応力に強い表面形状に沿った流れ（ファ
イバーフロー）を形成するようにする。
を通じて圧縮残留応力が負荷された状態の円弧状スプラ
インを形成すると共に、表面近傍の金属組織が繰返しね
じりや回転負荷応力に強い表面形状に沿った流れ（ファ
イバーフロー）を形成するようにする。
【００２３】請求項８による発明の高強度スプラインの
製造方法は、請求項７記載の転造工程の後に、表面硬化
処理を行うと共にショットピーニング処理を行うこと、
を特徴とするものである。
製造方法は、請求項７記載の転造工程の後に、表面硬化
処理を行うと共にショットピーニング処理を行うこと、
を特徴とするものである。
【００２４】従って、表面硬化処理をした後、ショット
ピーニングにより表面の脆弱な化合物層を除去して表面
圧縮残留応力を一層負荷させ、強度を安定化させる。
ピーニングにより表面の脆弱な化合物層を除去して表面
圧縮残留応力を一層負荷させ、強度を安定化させる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。
面に基づいて詳細に説明する。
【００２６】図１（Ａ）を参照するに、この発明に係る
高強度スプラインである円弧状スプライン１の断面全体
が示されている。この円弧状スプライン１では、軸Ｓの
周囲に形成されている歯３の先端部分（歯先）３Ａを除
く部分の形状および歯底３Ｂがほぼ円弧状の連続した曲
線で構成されている。
高強度スプラインである円弧状スプライン１の断面全体
が示されている。この円弧状スプライン１では、軸Ｓの
周囲に形成されている歯３の先端部分（歯先）３Ａを除
く部分の形状および歯底３Ｂがほぼ円弧状の連続した曲
線で構成されている。
【００２７】図２を参照して、前述の円弧状スプライン
１の製造方法について説明する。まず開始すると（ステ
ップＳＳ）、図３に示されるように丸鋼５を高度ＨＲＣ
２３に調質（ステップＳ１）した後、コールドリダクシ
ョン（ＣＲ）して素材径を絞ると共に表面に圧縮残留応
力を負荷することにより引張り応力に対して有利にする
（ステップＳ２）。
１の製造方法について説明する。まず開始すると（ステ
ップＳＳ）、図３に示されるように丸鋼５を高度ＨＲＣ
２３に調質（ステップＳ１）した後、コールドリダクシ
ョン（ＣＲ）して素材径を絞ると共に表面に圧縮残留応
力を負荷することにより引張り応力に対して有利にする
（ステップＳ２）。
【００２８】このコールドリダクションされた素材を、
図４に示されるような転造により所定の円弧状スプライ
ン１に加工する（ステップＳ３）。この転造により加工
された円弧状スプライン１の断面組織は、図１（Ｂ）に
示されるようにスプライン表面の円周方向に沿う波形形
状（スプライン形状という）に沿った流れ（ファイバー
フロー）を形成しており、図５に示されるようなホブ加
工による断面組織と明らかに異なっていることがわか
る。
図４に示されるような転造により所定の円弧状スプライ
ン１に加工する（ステップＳ３）。この転造により加工
された円弧状スプライン１の断面組織は、図１（Ｂ）に
示されるようにスプライン表面の円周方向に沿う波形形
状（スプライン形状という）に沿った流れ（ファイバー
フロー）を形成しており、図５に示されるようなホブ加
工による断面組織と明らかに異なっていることがわか
る。
【００２９】さらに、前述の円弧状スプライン１を高周
波焼入れ等の方法で表面焼入れを行う（ステップＳ４）
か、あるいは軟窒化処理を行い（ステップＳ５）、その
後ショットピーニング処理を行って（ステップＳ６）、
円弧状スプライン１の製造を完了する（ステップＳ
Ｅ）。
波焼入れ等の方法で表面焼入れを行う（ステップＳ４）
か、あるいは軟窒化処理を行い（ステップＳ５）、その
後ショットピーニング処理を行って（ステップＳ６）、
円弧状スプライン１の製造を完了する（ステップＳ
Ｅ）。
【００３０】以上の結果から、円弧状スプライン１の断
面組織がスプライン形状に沿った流れを形成することか
ら繰返しねじりや回転負荷応力に対して強くなる。ま
た、表面焼入れまたは軟窒化処理を行った後、ショット
ピーニング処理を行うことにより表面圧縮残留応力を一
段と高めることができるので、繰返し応力に対して疲労
強度を向上させることができる。
面組織がスプライン形状に沿った流れを形成することか
ら繰返しねじりや回転負荷応力に対して強くなる。ま
た、表面焼入れまたは軟窒化処理を行った後、ショット
ピーニング処理を行うことにより表面圧縮残留応力を一
段と高めることができるので、繰返し応力に対して疲労
強度を向上させることができる。
【００３１】また、コールドリダクションから転造でス
プラインを形成する間に、加工部が周囲から拘束される
ため加工率が高く、切粉が出ないため歩留まりがよい。
また、バニシングが加わって良好な加工表面が得られる
ので一層疲労強度の向上を図ることができる。さらに、
軟窒化処理に対してはショットピーニングにより表面の
脆弱な化合物層を除去することで強度の安定化を図るこ
とができる。
プラインを形成する間に、加工部が周囲から拘束される
ため加工率が高く、切粉が出ないため歩留まりがよい。
また、バニシングが加わって良好な加工表面が得られる
ので一層疲労強度の向上を図ることができる。さらに、
軟窒化処理に対してはショットピーニングにより表面の
脆弱な化合物層を除去することで強度の安定化を図るこ
とができる。
【００３２】以下に、具体的な例について説明する。
【００３３】（実施例１）コールドリダクション→転造
→高周波焼入れ→ショットピーニングの順に各工程を行
う場合について、図６を参照してインボリュートスプラ
イン１０１（図８参照）と強度を比較しながら、説明す
る。なお、インボリュートスプライン１０１はごく一般
的なものなので詳細な説明は省略する。
→高周波焼入れ→ショットピーニングの順に各工程を行
う場合について、図６を参照してインボリュートスプラ
イン１０１（図８参照）と強度を比較しながら、説明す
る。なお、インボリュートスプライン１０１はごく一般
的なものなので詳細な説明は省略する。
【００３４】二軸押出し機（例えばスクリュウ径５８ｍ
ｍ）用スクリュウ軸（例えば軸径３２ｍｍ、全長４ｍ）
を対象に、まず市販のＳＵＳ４２０Ｊ２（ＪＩＳ規格）
丸鋼を硬度ＨＲＣ２３（ＪＩＳ規格）に調質し、コール
ドリダクションした後、円弧状スプライン１に転造す
る。この段階における残留応力および疲労強度が図６に
示されている。
ｍ）用スクリュウ軸（例えば軸径３２ｍｍ、全長４ｍ）
を対象に、まず市販のＳＵＳ４２０Ｊ２（ＪＩＳ規格）
丸鋼を硬度ＨＲＣ２３（ＪＩＳ規格）に調質し、コール
ドリダクションした後、円弧状スプライン１に転造す
る。この段階における残留応力および疲労強度が図６に
示されている。
【００３５】ここで、残留応力は谷部における値であ
り、図中「−」は圧縮であることを示している。また、
疲労強度は１００万回破断強さを示している。この段階
で、円弧状スプライン１の方がインボリュートスプライ
ン１０１に比して疲労強度が高いことがわかる。
り、図中「−」は圧縮であることを示している。また、
疲労強度は１００万回破断強さを示している。この段階
で、円弧状スプライン１の方がインボリュートスプライ
ン１０１に比して疲労強度が高いことがわかる。
【００３６】転造後、円弧状スプライン１の歯先から歯
底まで全周高周波焼入れ（硬度高度ＨＳ６５（ＪＩＳ規
格））し、４５０℃で焼戻しを行う。この段階におい
て、円弧状スプライン１の方がインボリュートスプライ
ン１０１に比して疲労強度が高いことおよび、前述の転
造後の円弧状スプライン１に比して一層疲労強度が向上
していることがわかる。
底まで全周高周波焼入れ（硬度高度ＨＳ６５（ＪＩＳ規
格））し、４５０℃で焼戻しを行う。この段階におい
て、円弧状スプライン１の方がインボリュートスプライ
ン１０１に比して疲労強度が高いことおよび、前述の転
造後の円弧状スプライン１に比して一層疲労強度が向上
していることがわかる。
【００３７】その後粒度＃１５０〜３００の鋼球を用い
て歯底から歯先に対して一様に４〜６kg／cm2 の圧力で
ショットピーニングする。この段階において、円弧状ス
プライン１の方がインボリュートスプライン１０１に比
して疲労強度が高いことおよび、前述の高周波焼入れ後
の円弧状スプライン１に比して一層疲労強度が向上して
いることがわかる。
て歯底から歯先に対して一様に４〜６kg／cm2 の圧力で
ショットピーニングする。この段階において、円弧状ス
プライン１の方がインボリュートスプライン１０１に比
して疲労強度が高いことおよび、前述の高周波焼入れ後
の円弧状スプライン１に比して一層疲労強度が向上して
いることがわかる。
【００３８】このように、ＳＵＳ４２０Ｊ２のような１
３Ｃｒ系のマルテンサイト系ステンレス鋼を用いると、
耐食性能に優れしかも調質および高周波焼入れ後の焼戻
し処理の際に４５０℃未満の高温疲労強度を十分に確保
することができる。さらに、表面焼入れ後にショットピ
ーニングすることにより、歯底部分での表面圧縮残留応
力を一段と高めて疲労強度を向上させることができる。
３Ｃｒ系のマルテンサイト系ステンレス鋼を用いると、
耐食性能に優れしかも調質および高周波焼入れ後の焼戻
し処理の際に４５０℃未満の高温疲労強度を十分に確保
することができる。さらに、表面焼入れ後にショットピ
ーニングすることにより、歯底部分での表面圧縮残留応
力を一段と高めて疲労強度を向上させることができる。
【００３９】（実施例２）コールドリダクション→転造
→ガス軟窒化→ショットピーニングの順に各工程を行う
場合について、図７を参照してインボリュートスプライ
ン１０１と強度を比較しながら、説明する。
→ガス軟窒化→ショットピーニングの順に各工程を行う
場合について、図７を参照してインボリュートスプライ
ン１０１と強度を比較しながら、説明する。
【００４０】前述の実施例と同様に、二軸押出し機（例
えばスクリュウ径５８ｍｍ）用スクリュウ軸（例えば軸
径３２ｍｍ、全長４ｍ）を対象に、まず市販のＳＵＳ４
２０Ｊ２丸鋼をＨＲＣ２３に調質し、コールドリダクシ
ョンした後、円弧状スプライン１に転造する。この段階
で、円弧状スプライン１の方がインボリュートスプライ
ン１０１に比して疲労強度が高いことがわかる。
えばスクリュウ径５８ｍｍ）用スクリュウ軸（例えば軸
径３２ｍｍ、全長４ｍ）を対象に、まず市販のＳＵＳ４
２０Ｊ２丸鋼をＨＲＣ２３に調質し、コールドリダクシ
ョンした後、円弧状スプライン１に転造する。この段階
で、円弧状スプライン１の方がインボリュートスプライ
ン１０１に比して疲労強度が高いことがわかる。
【００４１】転造後、円弧状スプライン１の全周をガス
軟窒化処理（５５０〜６００℃、５時間）し、その後、
熱による曲りの修正を行う。この段階において、円弧状
スプライン１の方がインボリュートスプライン１０１に
比して疲労強度が高いことおよび、前述の転造後の円弧
状スプライン１に比して一層疲労強度が向上しているこ
とがわかる。
軟窒化処理（５５０〜６００℃、５時間）し、その後、
熱による曲りの修正を行う。この段階において、円弧状
スプライン１の方がインボリュートスプライン１０１に
比して疲労強度が高いことおよび、前述の転造後の円弧
状スプライン１に比して一層疲労強度が向上しているこ
とがわかる。
【００４２】その後粒度＃１５０〜３００の鋼球を用い
て歯底から歯先に対して一様に４〜６kg／cm2 の圧力で
ショットピーニングする。この段階において、円弧状ス
プライン１の方がインボリュートスプライン１０１に比
して疲労強度が高いことおよび、前述のガス軟窒化処理
後の円弧状スプライン１に比して一層疲労強度が向上し
ていることがわかる。
て歯底から歯先に対して一様に４〜６kg／cm2 の圧力で
ショットピーニングする。この段階において、円弧状ス
プライン１の方がインボリュートスプライン１０１に比
して疲労強度が高いことおよび、前述のガス軟窒化処理
後の円弧状スプライン１に比して一層疲労強度が向上し
ていることがわかる。
【００４３】なお、この発明は前述の発明の実施の形態
に限定されることなく、適宜な変更を行なうことによ
り、その他の態様で実施し得るものである。
に限定されることなく、適宜な変更を行なうことによ
り、その他の態様で実施し得るものである。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よる高強度スプラインでは、歯先を除く部分をほぼ円弧
状の連続した曲線で円弧状スプラインを構成することに
より歯底に生じる応力集中を防止すると共に、円弧状ス
プラインの表面近傍の金属組織を表面形状に沿ったもの
とし、さらに表面硬化処理を施すことにより歯部分の強
度を増すことができるので、疲労強度の改善を図ること
ができる。
よる高強度スプラインでは、歯先を除く部分をほぼ円弧
状の連続した曲線で円弧状スプラインを構成することに
より歯底に生じる応力集中を防止すると共に、円弧状ス
プラインの表面近傍の金属組織を表面形状に沿ったもの
とし、さらに表面硬化処理を施すことにより歯部分の強
度を増すことができるので、疲労強度の改善を図ること
ができる。
【００４５】請求項２の発明による高強度スプラインで
は、円弧状スプラインの表面近傍に圧縮残留応力を負荷
することにより引っ張り応力を低下させて疲労強度の改
善を図ることができる。
は、円弧状スプラインの表面近傍に圧縮残留応力を負荷
することにより引っ張り応力を低下させて疲労強度の改
善を図ることができる。
【００４６】請求項３の発明による高強度スプラインで
は、円弧状スプラインの少なくとも歯先から歯底の下側
までの部分に表面焼入れ処理を行って表面を硬化させる
ことにより、強度を一層増すことができる。
は、円弧状スプラインの少なくとも歯先から歯底の下側
までの部分に表面焼入れ処理を行って表面を硬化させる
ことにより、強度を一層増すことができる。
【００４７】請求項４の発明による高強度スプラインで
は、円弧状スプラインの少なくとも歯先から歯底の下側
までの部分に軟窒化処理を行って表面を硬化させること
により、強度を一層増すことができる。
は、円弧状スプラインの少なくとも歯先から歯底の下側
までの部分に軟窒化処理を行って表面を硬化させること
により、強度を一層増すことができる。
【００４８】請求項５の発明による高強度スプラインで
は、円弧状スプラインの少なくとも歯先から歯底の下側
までの部分に表面焼入れ処理を行って表面を硬化させた
後に、ショットピーニングを行うことにより、強度を一
層増すことができる。
は、円弧状スプラインの少なくとも歯先から歯底の下側
までの部分に表面焼入れ処理を行って表面を硬化させた
後に、ショットピーニングを行うことにより、強度を一
層増すことができる。
【００４９】請求項６の発明による高強度スプラインで
は、円弧状スプラインの少なくとも歯先から歯底の下側
までの部分に軟窒化処理を行って表面を硬化させた後
に、ショットピーニングを行って表面の脆弱な化合物層
を除去することにより、強度を一層増すことができる。
は、円弧状スプラインの少なくとも歯先から歯底の下側
までの部分に軟窒化処理を行って表面を硬化させた後
に、ショットピーニングを行って表面の脆弱な化合物層
を除去することにより、強度を一層増すことができる。
【００５０】請求項７の発明による高強度スプラインの
製造方法では、コールドリダクションおよび転造を通じ
て、圧縮残留応力を負荷した状態で歯先を除く部分をほ
ぼ円弧状の連続した曲線で円弧状スプラインを構成する
ので歯底に生じる応力集中を防止すると共に、引張り応
力を低下させることができる。また、円弧状スプライン
の表面近傍の金属組織が長繊維で円弧状スプラインの円
周方向の表面形状に沿った流れ（ファイバーフロー）を
形成するようになるので、繰返しねじりや回転負荷応力
に対する強度を改善することができる。また、加工率が
向上するので、コストダウンを図ることができる。
製造方法では、コールドリダクションおよび転造を通じ
て、圧縮残留応力を負荷した状態で歯先を除く部分をほ
ぼ円弧状の連続した曲線で円弧状スプラインを構成する
ので歯底に生じる応力集中を防止すると共に、引張り応
力を低下させることができる。また、円弧状スプライン
の表面近傍の金属組織が長繊維で円弧状スプラインの円
周方向の表面形状に沿った流れ（ファイバーフロー）を
形成するようになるので、繰返しねじりや回転負荷応力
に対する強度を改善することができる。また、加工率が
向上するので、コストダウンを図ることができる。
【００５１】請求項８の発明による高強度スプラインの
製造方法では、表面硬化処理をした後、ショットピーニ
ングにより表面の脆弱な化合物層を除去して強度を安定
化させることができると共に、ショットピーニング処理
により表面残留応力を一段と高めることができるので、
疲労強度の改善を図ることができる。
製造方法では、表面硬化処理をした後、ショットピーニ
ングにより表面の脆弱な化合物層を除去して強度を安定
化させることができると共に、ショットピーニング処理
により表面残留応力を一段と高めることができるので、
疲労強度の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）はこの発明に係る高強度スプライン，
（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ部の拡大組織図である。
（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ部の拡大組織図である。
【図２】この発明に係る高強度スプラインの製造方法を
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
【図３】コールドリダクション工程を示す斜視図であ
る。
る。
【図４】転造工程を示す斜視図である。
【図５】従来のスプラインの金属繊維の状態を示す拡大
図である。
図である。
【図６】実施例１における円弧状スプラインとインボリ
ュートスプラインの比較を示す図である。
ュートスプラインの比較を示す図である。
【図７】実施例２における円弧状スプラインとインボリ
ュートスプラインの比較を示す図である。
ュートスプラインの比較を示す図である。
【図８】従来より一般的なインボリュートスプラインを
示す断面図である。
示す断面図である。
【図９】円弧状スプラインの断面形状を示す断面図であ
る。
る。
【図１０】図９中Ｘ矢視部の拡大図である。
１ 円弧状スプライン（高強度スプライン） ３ 歯 ３Ａ 歯先（歯の先端） ３Ｂ 歯底 ５ 丸鋼 Ｓ 軸
Claims (8)
- 【請求項１】 軸回りに設けられた歯により回転力を伝
達する高強度スプラインであって、少なくとも前記歯の
先端を除く部分がほぼ円弧状の連続した曲線から構成さ
れると共に、少なくとも表面の近傍の金属組織が長繊維
で且つ表面形状に沿ったファイバーフローで構成され、
前記歯の先端から少なくとも歯底の下側までの部分に表
面硬化処理が施されていること、を特徴とする高強度ス
プライン。 - 【請求項２】 前記表面近傍に圧縮残留応力が負荷され
ていること、を特徴とする請求項１記載の高強度スプラ
イン。 - 【請求項３】 前記表面硬化処理が、高周波焼入れや火
炎焼入れのような表面焼入れ処理であること、を特徴と
する請求項１記載の高強度スプライン。 - 【請求項４】 前記表面硬化処理が、軟窒化処理のよう
な拡散処理であること、を特徴とする請求項１記載の高
強度スプライン。 - 【請求項５】 前記表面硬化処理が、高周波焼入れや火
炎焼入れのような表面焼入れ処理と、この表面焼入れ処
理後に行われるショットピーニング処理の組合わせであ
ること、を特徴とする請求項１記載の高強度スプライ
ン。 - 【請求項６】 前記表面硬化処理が、軟窒化処理のよう
な拡散処理と、この拡散処理後に行われるショットピー
ニング処理の組合わせであること、を特徴とする請求項
１記載の高強度スプライン。 - 【請求項７】 軸回りに設けられた歯により回転力を伝
達する高強度スプラインの製造方法において、丸鋼を所
定の高度に調質した後、コールドリダクションにより素
材径を絞ると共に表面に圧縮残留応力を負荷し、少なく
とも歯の先端を除く部分がほぼ円弧状の連続した曲線か
ら構成される形状に転造すること、を特徴とする高強度
スプラインの製造方法。 - 【請求項８】 前記転造工程の後に、表面硬化処理を行
うと共にショットピーニング処理を行うこと、を特徴と
する請求項７記載の高強度スプラインの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9044444A JPH10238548A (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 高強度スプラインおよびその製造方法 |
| KR1019970014124A KR19980069741A (ko) | 1996-04-17 | 1997-04-17 | 고강도 스플라인 구조 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9044444A JPH10238548A (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 高強度スプラインおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10238548A true JPH10238548A (ja) | 1998-09-08 |
Family
ID=12691671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9044444A Pending JPH10238548A (ja) | 1996-04-17 | 1997-02-27 | 高強度スプラインおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10238548A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015200006A1 (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-30 | Schlumberger Canada Limited | Cold rolling devices and colled rolled rotary shouldered connection threads |
| JP2016150385A (ja) * | 2015-02-19 | 2016-08-22 | ジヤトコ株式会社 | スプライン軸及びその製造方法 |
| US10145496B2 (en) | 2014-06-13 | 2018-12-04 | Schlumberger Technology Corporation | Rotary shouldered connections and thread design |
| US10532492B2 (en) | 2013-05-15 | 2020-01-14 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Twin-screw extruder including variable diameter of screws and barrel and kneading method using the twin-screw extruder including variable diameter of screws and barrel |
| US10662722B2 (en) | 2014-06-13 | 2020-05-26 | Schlumberger Technology Corporation | Threaded connections and downhole tools incorporating the same |
-
1997
- 1997-02-27 JP JP9044444A patent/JPH10238548A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10532492B2 (en) | 2013-05-15 | 2020-01-14 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Twin-screw extruder including variable diameter of screws and barrel and kneading method using the twin-screw extruder including variable diameter of screws and barrel |
| DE112014002426B4 (de) | 2013-05-15 | 2021-12-30 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Doppelschneckenextruder und Knetverfahren, das einen Doppelschneckenextruder verwendet |
| US10145496B2 (en) | 2014-06-13 | 2018-12-04 | Schlumberger Technology Corporation | Rotary shouldered connections and thread design |
| US10662722B2 (en) | 2014-06-13 | 2020-05-26 | Schlumberger Technology Corporation | Threaded connections and downhole tools incorporating the same |
| WO2015200006A1 (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-30 | Schlumberger Canada Limited | Cold rolling devices and colled rolled rotary shouldered connection threads |
| CN106470778A (zh) * | 2014-06-23 | 2017-03-01 | 斯伦贝谢技术有限公司 | 冷轧装置和冷轧旋转台肩连接螺纹 |
| US10160033B2 (en) | 2014-06-23 | 2018-12-25 | Schlumberger Technology Corporation | Cold rolling devices and cold rolled rotary shouldered connection threads |
| US11389858B2 (en) | 2014-06-23 | 2022-07-19 | Schlumberger Technology Corporation | Cold rolling devices and cold rolled rotary shouldered connection threads |
| JP2016150385A (ja) * | 2015-02-19 | 2016-08-22 | ジヤトコ株式会社 | スプライン軸及びその製造方法 |
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