KR20130140852A - 드라이브 플레이트 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 플레이트부(10)와 치형부(2)는, 1매의 강판 소재로 일체적으로 성형되어 있다. 플레이트부(10) 및 치형부(2)는, 그 표층 전체면에 두께 방향 중앙부보다도 탄소 농도가 높은 침탄층(15, 25)을 갖고 있다. 플레이트부(10)에 있어서의 침탄층(15)은, 두께 방향 중앙부(17)보다도 경도가 높고, 또한 치형부(2)에 있어서의 침탄층(25)은 ?칭 처리가 이루어지고 있어, 플레이트부(10)의 침탄층(15)보다도 더욱 경도가 높다. 플레이트부(10) 및 치형부(2)의 두께 방향 중앙부(17, 27)의 탄소 농도는 0.2질량％ 이하이고, 침탄층(15, 25)의 탄소 농도는 0.2질량％ 초과인 구성으로 할 수 있다.

Description

드라이브 플레이트 및 그 제조 방법{DRIVE PLATE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 드라이브 플레이트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

예를 들어, 차량 등의 엔진에 스타터 모터의 회전력을 전달하는 부재로서, 드라이브 플레이트가 사용되고 있다. 드라이브 플레이트는 엔진의 회전축에 고정되는 플레이트부와, 그 외주 단부에 설치되고, 스타터 모터의 기어에 걸어 결합하는 치형부를 갖고 이루어진다. 또한, 자동 변속기를 구비한 차량에 있어서는, 엔진의 회전축과 자동 변속기의 회전축과의 연결에도 드라이브 플레이트가 사용되고 있다.

드라이브 플레이트의 제조법으로는, 상기 플레이트부와 치형부를 각각 따로따로 제작하여, 최종적으로 양자를 접합하는 방법이 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 한편, 제조 공정의 합리화를 목적으로 하여, 상기의 플레이트부와 치형부를 1매의 판재로 일체적으로 성형하는 제안도 이루어져 있다(특허문헌 2 참조).

일본 특허 공개 제2010-291419호 공보 일본 특허 공개 제2002-286117호 공보

그런데, 종래의 1매의 판재로 일체적으로 성형하여 이루어지는 드라이브 플레이트는 최종적으로 치형부를 ?칭 처리하는 관계로 인해, 소재로서 탄소 농도가 0.3질량％를 초과하는 강판을 사용할 필요가 있다. 또한, 이러한 강판은 일반적인 비교적 저탄소 함유의 프레스용 강판보다도 소재 강도가 높기 때문에, 프레스 성형에 의해 플레이트부 및 치형부를 성형할 때, 고가의 고하중 대응 프레스 장치가 필요해진다. 그로 인해, 설비 투자 비용이 상승하여, 제품 비용의 충분한 저감이 곤란하다.

한편, 최근의 드라이브 플레이트에 대한 요구 성능은 종래보다도 엄격하게 되어, 치형부를 종래 이상으로 고경도화할 필요가 생겼다. 상기 치형부의 고경도화 요구에 대응하기 위해서는, 그 소재로서 보다 탄소 농도가 높은 것을 채용할 필요가 있다. 그러나, 이것은 프레스 성형성이 더욱 악화됨에 따른 제조 비용의 상승으로 이어지게 된다.

본 발명은 이러한 배경에 기초해서 이루어진 것으로, 치형부의 고경도화와 제조 비용의 저감을 양립시킬 수 있는 드라이브 플레이트 및 그 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 형태는 원반 형상의 플레이트부와, 상기 플레이트부의 외주 단부에 형성된 치형부를 갖고,

상기 플레이트부와 상기 치형부는 1매의 강판 소재로 일체적으로 성형되어 있고,

상기 플레이트부 및 상기 치형부는 그 표층 전체면에 두께 방향 중앙부보다도 탄소 농도가 높은 침탄층을 갖고 있고,

상기 플레이트부에 있어서의 상기 침탄층은 두께 방향 중앙부보다도 경도가 높고,

또한, 상기 치형부에 있어서의 상기 침탄층은 ?칭 처리가 이루어져 있으며, 상기 플레이트부의 상기 침탄층보다도 더욱 경도가 높은 것을 특징으로 하는, 드라이브 플레이트에 있다.

본 발명의 다른 형태는 드라이브 플레이트를 제조하는 방법에 있어서,

1매의 강판 소재로부터 펀칭한 블랭크재에 프레스 가공을 가함으로써, 원반 형상의 플레이트부와, 상기 플레이트부의 외주 단부에 형성된 치형부를 일체적으로 갖는 성형품을 얻는 성형 공정과,

상기 성형품을 침탄 분위기 중에 있어서 오스테나이트화 온도 이상으로 가열하고, 상기 플레이트부 및 상기 치형부의 표층 전체면에 두께 방향 중앙부보다도 탄소 농도가 높은 침탄층을 형성하는 침탄 공정과,

상기 침탄 공정에 이어서, 마르텐사이트 변태하는 냉각 속도보다도 늦은 냉각 속도에 의해, 또한 냉각에 의한 조직 변태가 완료되는 온도 이하까지 상기 성형품을 냉각하는 냉각 공정과,

고밀도 에너지에 의해 상기 치형부를 오스테나이트 영역까지 가열한 후에 마르텐사이트 변태하는 냉각 속도 이상의 냉각 속도에 의해 냉각하는 ?칭 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 드라이브 플레이트의 제조 방법에 있다.

상기 드라이브 플레이트는, 상기와 같이 플레이트부 및 치형부가, 그 표층 전체면에 두께 방향 중앙부보다도 탄소 농도가 높은 침탄층을 갖고 있다. 이로 인해, 상기 플레이트부에 있어서는, 침탄층에 끼워지는 두께 방향 중앙부의 탄소 농도를 종래보다도 낮은 설정으로 할 수 있다. 그리고, 이 저탄소 영역에 의해 높은 인성을 유지한 후, 표면의 침탄층에 의해 고강도화한 부위가 전체의 인장 강도를 향상시키는 구성이 얻어진다. 이로 인해, 상기 드라이브 플레이트의 플레이트부는 종래의 침탄층을 갖고 있지 않은 고탄소강에 의해 구성한 플레이트부와 비교해서 인장 강도가 동등 이상인 강도 특성을 실현할 수 있다.

또한, 상기 치형부는 그 침탄층에 ?칭 처리를 실시하였으므로, 플레이트부의 침탄층보다도 고경도화된 표면층을 갖는 것으로 되어 있다. 또한, 치형부의 두께 방향 중앙부는 저탄소 상태를 유지할 수 있으므로, 인성이 높은 상태로 된다. 이와 같은 구성에 의해, 상기 치형부의 특성은 종래의 드라이브 플레이트에 비하여 표면 경도를 향상시킬 수 있으면서, 또한 인성을 향상시킬 수 있고, 높은 내충격성을 갖는 것으로 할 수 있다.

또한, 상기 드라이브 플레이트는 플레이트부와 치형부가 1매의 강판 소재로 일체적으로 성형되어 있다. 여기서, 상기의 침탄층을 갖는 플레이트부 및 치형부의 구성을 적극적으로 채용함으로써, 강판 소재의 탄소량을 최대한 적은 상태로 하여, 프레스 성형성을 종래의 일체 성형품의 경우보다도 대폭 향상시키는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 제조 공정을 합리화할 수 있고, 그 합리화에 따른 비용 저감과, 강판 소재 자체의 비용 저감에 의해, 얻어진 상기 드라이브 플레이트를 종래보다도 저렴한 것으로 할 수 있다.

이어서, 상기 드라이브 플레이트의 제조 방법은, 적어도 상기 성형 공정과 침탄 공정과 냉각 공정과 ?칭 공정을 갖는 것이다. 이 제조 방법에 의해, 상술한 우수한 드라이브 플레이트를 용이하게 제작할 수 있다. 그리고, 이 제조 방법에 있어서 주목해야 할 것 중 하나는, 상기 침탄 공정에 이어서, 그 직후에 ?칭 처리를 행하지 않고 상기 특정한 냉각 공정을 실시하는 점에 있다.

이 냉각 공정에서는 마르텐사이트 변태하는 냉각 속도보다도 늦은 냉각 속도에 의해, 또한 냉각에 의한 조직 변태가 완료되는 온도 이하까지 상기 성형품을 냉각한다는 것이다. 이에 의해, 침탄 처리 후의 상기 성형품에 냉각 시의 열 왜곡이 발생하는 것을 최대한 억제할 수 있다.

또한, 그 후의 상기 ?칭 공정에 있어서는, 고밀도 에너지를 사용해서 상기 치형부를 국부적으로 ?칭 처리한다. 이에 의해, 상기 성형품(드라이브 플레이트)에 발생하는 열 왜곡을 억제할 수 있다. 따라서, 본 제조 방법에 의해 얻어지는 드라이브 플레이트는 열 왜곡의 발생이 적어 치수 정밀도가 우수한 것이 된다.

도 1은 실시예 1에 있어서의 블랭크재를 도시하는 사시도.
도 2는 실시예 1에 있어서의 드라이브 플레이트를 도시하는 사시도.
도 3은 실시예 1에 있어서의 드라이브 플레이트의 단면도(도 2의 A-A선 화살표 방향에서 볼 때의 단면도).
도 4는 실시예 1에 있어서의 드라이브 플레이트 내부 조직의 상태를 도시하는 설명도.
도 5는 실시예 1에 있어서의 드라이브 플레이트의 사용예를 도시하는 설명도.
도 6은 비교예 1에 있어서의 드라이브 플레이트 내부 조직의 상태를 도시하는 설명도.
도 7은 비교예 2에 있어서의 드라이브 플레이트 내부 조직의 상태를 도시하는 설명도.

상기 드라이브 플레이트는, 상기 플레이트부 및 상기 치형부의 두께 방향 중앙부의 탄소 농도는 0.2질량％ 이하이고, 상기 침탄층의 탄소 농도는 0.2질량％ 초과인 구성을 취할 수 있다. 즉, 강판 소재의 탄소 농도를 0.2질량％ 이하로 할 수 있고, 이에 의해, 제조 시의 프레스 성형성을 보다 확실하게 향상시킬 수 있다. 또한, 침탄층의 탄소 농도는 침탄 처리 조건에 의해 조정하는 것이 가능한데, 적어도 두께 방향 중앙부보다도 높은 탄소 농도로 한다. 침탄층의 탄소 농도는 플레이트부의 강도가 적절하게 향상하고, 또한 치형부의 ?칭 특성의 향상을 도모하기 위해서, 0.3질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.4질량％ 이상으로 하는 것이 좋다. 또한, 침탄층의 탄소 농도의 상한은 과잉 침탄의 방지를위해 0.9질량％로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 플레이트부의 두께 방향 중앙부는 페라이트 조직으로 이루어지고, 상기 플레이트부의 상기 침탄층은 펄라이트 조직으로 이루어지며, 상기 치형부에 있어서의 상기 침탄층은 마르텐사이트 조직으로 이루어지는 구성을 취할 수 있다. 이러한 내부 조직 구성으로 함으로써, 플레이트부 및 치형부 각각에 적합한 인성과 강도를 용이하게 얻을 수 있다.

또한, 상기 치형부의 표면 경도는 HV700 이상인 구성을 취할 수 있다. 즉, 상기와 같이, 치형부가 침탄층을 갖고 있으므로, 일체 성형품이면서 성형성을 저하 시키지 않고 비교적 용이하게 치형부의 표면 경도를 향상시킬 수 있다. 그로 인해, 상기 드라이브 플레이트는 침탄층에 있어서의 탄소 농도 및 ?칭 조건의 조정에 의해 종래의 일체 성형품의 평균적인 경도 HV500 내지 650에 비교해서 크게 표면 경도를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 드라이브 플레이트의 제조 방법에 있어서는, 상기 강판 소재의 탄소 농도는 0.2질량％ 이하로 할 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 적어도 상기 의 침탄 공정과 냉각 공정과 ?칭 공정을 행함으로써 강도 특성의 향상을 도모할 수 있으므로, 강판 소재의 강도 자체를 낮게 설정할 수 있다. 그리고, 강판 소재의 탄소 농도는 0.2질량％ 이하로 함으로써, 성형 공정에서의 프레스 가공성이 향상하고, 프레스 장치의 소규모화 및 설비의 저감, 그 밖의 공정 합리화를 도모하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 성형 공정을 실시하는 프레스 장치로는, 예를 들어 복수의 금형을 배열해서 성형품을 이동시키면서 복수의 가공 공정을 실시하는 트랜스퍼 프레스 장치를 사용할 수 있다. 또한, 복동 프레스 장치를 개발함으로써 1회의 프레스로 복수의 가공 공정을 실시하는 것도 가능하다.

또한, 상기 침탄 공정은 대기보다 산소 농도가 낮은 저산소 침탄 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다. 구체적인 방법으로는, 예를 들어, 대기압보다도 낮게 감압한 감압 하의 침탄 가스 중에서 행하는 방법이 있다. 즉, 감압 침탄 공정을 채용하는 것이 유효하다. 감압 침탄 공정에서는, 고온의 침탄로의 내부를 감압 상태로 유지하면서 비교적 소량의 침탄 가스에 의해 침탄 처리를 행할 수 있으므로, 종래보다도 효율적으로 침탄 처리를 행할 수 있다. 또한, 종래의 대형의 열처리로를 사용한 장시간의 가열 처리가 불필요하게 되므로, 처리 시간의 단축 및 소비 에너지의 저감, 나아가 침탄 ?칭 설비 자체의 소형화를 도모할 수 있다.

또한 감압 침탄을 채용함으로써, 침탄 공정에서 침탄 분위기를 대기압에 대하여 감압하여, 분위기 중의 산소량을 낮게 억제할 수 있다. 이에 의해 침탄층의 입계 산화를 방지할 수 있다.

또한, 대기보다 산소 농도가 낮은 침탄 분위기에서 행하는 침탄 방법으로는 상기의 감압 침탄 방법에 한정되지 않고, 예를 들어 분위기를 감압하지 않고, 질소 가스나 불활성 가스를 충전함으로써, 분위기 중의 산소량을 낮게 억제하여, 침탄층의 입계 산화를 방지하는 방법도 채용 가능하다.

상기 감압 침탄은 진공 침탄이라고도 하고, 로 내의 분위기를 감압하여, 침탄 가스로서 탄화수소계의 가스를 직접 로 내에 삽입해서 행하는 침탄 처리다. 감압 침탄 처리는 일반적으로 침탄 가스가 강의 표면에 접촉했을 때에 분해해서 발생하는 활성된 탄소가 강의 표면에서 탄화물로 되어서 강 중에 축적되는 침탄기와, 탄화물이 분해되어 축적되어 있던 탄소가 매트릭스에 용해해서 내부를 향하여 확산되어 가는 확산기에 의해 구성된다. 또한, 탄소의 공급 루트는 탄화물 경유의 루트에 의한 것에 한하지 않고, 직접 매트릭스에 용해하는 루트를 통하는 것도 존재한다고 말해지고 있다.

또한, 상기 침탄 공정은 1 내지 100h㎩의 감압 조건 하에서 행하는 것이 바람직하다. 감압 침탄 공정을 채용하는 경우에, 침탄 시의 감압이 1h㎩ 미만인 경우에는 진공도 유지를 위해서 고가의 설비가 필요해진다는 문제가 발생할 가능성이 있다. 한편, 감압 조건이 100h㎩를 초과하는 경우에는 침탄 중에 검은 가루가 발생하고, 침탄 농도 불균일이 발생한다는 문제가 발생할 우려가 있다.

또한, 상기 침탄 가스로는, 예를 들어 아세틸렌, 프로판, 부탄, 메탄, 에틸렌, 에탄 등의 탄화수소계 가스를 적용할 수 있다.

또한, 상기 ?칭 공정에 있어서 열원으로 사용하는 상기 고밀도 에너지로는, 예를 들어 전자 빔, 레이저 빔 등의 고밀도 에너지 빔, 또한 빔은 아니지만 고주파 가열 등의 고밀도 에너지가 있다. 고밀도 에너지를 이용함으로써, 단시간 가열이 가능해지면서, 또한 국부적인 가열이 가능하게 된다.

<실시예>

(실시예 1)

드라이브 플레이트 및 그 제조 방법에 관한 실시예에 대해서, 도 1 내지 도 5를 사용해서 설명한다.

본 예의 드라이브 플레이트(1)는 도 2에 도시하는 바와 같이, 원반 형상의 플레이트부(10)와, 플레이트부(10)의 외주 단부에 형성된 치형부(2)를 갖는 차량용 드라이브 플레이트다. 이 드라이브 플레이트(1)는 도 5에 도시하는 바와 같이, 자동차의 엔진(81)과 자동 변속기(82)의 사이에 플레이트부(10)를 배치하고, 당해 플레이트부(10)에 양자를 연결해서 사용된다. 또한, 드라이브 플레이트(1)의 외주부의 치형부(2) 근방에 스타터 모터(83)가 배치되고, 그 기어부(831)가 상기 치형부(2)와 적절히 걸어 결합한다.

드라이브 플레이트(1)는 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 플레이트부(10)와 치형부(2)는 1매의 강판 소재{블랭크재(19)}로부터 일체적으로 성형되어 있다. 또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 플레이트부(10) 및 치형부(2)는 그 표층 전체면에 두께 방향 중앙부보다도 탄소 농도가 높은 침탄층(15, 25)을 갖고 있다. 플레이트부(10)에 있어서의 침탄층(15)은, ?칭 처리가 이루어져 있지 않지만, 두께 방향 중앙부(17)보다도 경도가 높다. 또한, 치형부(2)에 있어서의 침탄층(25)은 ?칭 처리가 이루어져 있어, 플레이트부(10)의 침탄층(15)보다도 더욱 경도가 높다. 조직 관찰에 의해, 플레이트부(10)의 두께 방향 중앙부(17)는 페라이트 조직 F로 이루어지고, 플레이트부(10)의 침탄층(15)은 펄라이트 조직 P로 이루어지며, 치형부(2)에 있어서의 침탄층(25)은 마르텐사이트 조직 M으로 이루어지고, 치형부(2)의 두께 방향 중앙부(27)는 마르텐사이트, 베이나이트, 페라이트, 펄라이트의 혼합 조직(MBFP)인 것을 알았다. 즉, 침탄층에 착안하면, 플레이트부(10)에 있어서의 침탄층(15)은 마르텐사이트 조직 M을 포함하지 않고, 치형부(2)에 있어서의 침탄층(25)은 마르텐사이트 조직 M인 것을 알았다.

이 드라이브 플레이트(1)를 제조하는 데 있어서는, 우선 1매의 강판 소재로부터 펀칭한 블랭크재(19)에 프레스 가공을 가함으로써, 원반 형상의 플레이트부와, 상기 플레이트부의 외주 단부에 형성된 치형부를 일체적으로 갖는 성형품을 얻는 성형 공정을 실시한다. 강판 소재로는 탄소 농도가 0.1질량％ 정도인 것(재질SPH370)을 사용하였다. 블랭크재(19)는 중앙에 직사각형의 위치 결정 구멍(190)을 갖는 원반 형상이고, 이 위치 결정 구멍(190)을 기준으로 하여, 복수 회의 가공을 실시한다. 본 예에서는 새롭게 개발한 복동 프레스 장치(도시 생략)를 사용하여, 복수의 가공 공정을 1회의 프레스에 의해 행하였다. 얻어진 성형품(드라이브 플레이트)(1)은 복수의 관통 구멍(12)을 갖는 원반 형상의 플레이트부(10)와, 외측을 향해서 형성된 다수의 치부(21)를 갖는 치형부(2)를 일체적으로 갖는 것이 된다.

이어서, 이 성형품(1)에 대하여, 침탄 공정, 냉각 공정 및 ?칭 공정을 포함하는 열처리를 실시한다. 성형품(1)에 대하여 실시하는 열처리는 가열실, 감압 침탄실 및 감압 서랭실을 구비한 감압 침탄 서랭 장치 및 고주파 ?칭기를 구비한 열처리 설비(도시 생략)를 사용해서 실시한다.

상기 침탄 공정은 성형품(1)을 침탄 분위기 중에 있어서 오스테나이트화 온도 이상으로 가열하고, 플레이트부(10) 및 치형부(2)의 표층 전체면에 두께 방향 중앙부보다도 탄소 농도가 높은 침탄층을 형성하는 공정이다. 구체적으로는, 성형품(1)을 오스테나이트화 온도 이상의 유지 온도까지 가열한 후, 감압 침탄 분위기 중에 유지해서 침탄기 및 확산기의 처리를 행한다. 이때의 감압 침탄 분위기는, 감압도를 1 내지 3.5h㎩로 하면서, 또한 침탄 가스로서 아세틸렌을 사용하였다. 또한, 본 예의 침탄 공정에서의 조건은, 얻어지는 성형품(1)의 표층의 침탄층의 표층으로부터 깊이 500㎛ 부분의 탄소 농도가 0.2질량％ 초과인 0.3질량％로 되는 것을 목표로 설정하였다.

감압 침탄 처리의 확산기를 종료한 후, 이에 이어서 마르텐사이트 변태하는 냉각 속도보다도 늦은 냉각 속도에 의해, 또한 냉각에 의한 조직 변태가 완료되는 온도 이하까지 성형품(1)을 냉각하는 냉각 공정을 실시한다. 본 예에서는, 냉각 공정으로서 감압 서랭 공정을 채용하고, 그 감압 조건은 600h㎩로 하였다. 또한, 냉각 분위기 가스는 질소(N₂)로 하였다. 또한, 감압 서랭 공정의 냉각 속도는 침탄 처리 직후의 오스테나이트화 온도 이상의 온도로부터 A1 변태점보다도 낮은 150℃의 온도가 될 때까지, 냉각 속도는 0.1 내지 3.0℃/초의 범위 내로 되는 조건으로 하였다. 또한, 여기에서 나타내는 침탄 공정 및 냉각 공정의 히트 패턴 및 조건은 하나의 예이고, 적절히 예비 시험 등에 의해 성형품(1)의 재질에 있어서 최적의 조건으로 변경 가능하다.

냉각 공정 후에, 고밀도 에너지에 의해 치형부(2)를 오스테나이트 영역까지 가열한 후에 마르텐사이트 변태하는 냉각 속도 이상의 냉각 속도에 의해 냉각하는 ?칭 공정을 실시한다. 본 예에서는 상기 ?칭 공정의 가열 수단으로서 고주파 가열을 채용하고, 급냉 수단으로서 냉각수를 가열 부분에 분사하는 수냉을 채용하였다. 수냉용 냉각수는 통상의 물이어도 좋지만, ?칭 크랙 방지제를 포함한 냉각수를 사용할 수도 있다. 또한, 이 ?칭 공정의 히트 패턴 및 조건도, 적절히 예비 시험 등에 의해 성형품(1)의 재질에 최적인 조건으로 변경 가능하다.

상기 ?칭 공정 후, 마무리 기계 가공, 방청 오일 도포, 각종 시험 기타의 공정을 거쳐, 제품으로서의 드라이브 플레이트(1)가 얻어진다. 얻어진 드라이브 플레이트(1)는 상기와 같이, 플레이트부(10) 및 치형부(2)가 그 표층 전체면에, 두께 방향 중앙부보다도 탄소 농도가 높은 침탄층(15, 25)을 갖고 있다. 이로 인해, 플레이트부(10)에 있어서는, 침탄층(15)에 끼워지는 두께 방향 중앙부(17)의 탄소 농도를 종래보다도 낮은 설정으로 할 수 있다. 그리고, 이 저탄소 영역에 의해 높은 인성을 유지한 후에, 표면의 침탄층(15)에 의해 고강도화된 부위가 전체의 인장 강도를 향상시키는 구성이 얻어진다. 이로 인해, 드라이브 플레이트(1)의 플레이트부(10)는 후술하는 비교예 1에 나타내는 종래의 침탄층을 갖고 있지 않은 고탄소강에 의해 구성한 드라이브 플레이트(91)의 플레이트부(910)보다도 내충격성이 높고, 또한 인장 강도가 종래와 동등 이상인 강도 특성을 실현할 수 있다.

또한, 드라이브 플레이트(1)의 치형부(2)는, 그 침탄층(25)에 ?칭 처리를 실시하고 있으므로, 플레이트부(10)의 침탄층(15)보다도 고경도화된 표면층을 갖는 것으로 되어 있다. 또한, 치형부(2)의 두께 방향 중앙부(27)는 저탄소 상태를 유지할 수 있으므로, 인성이 높은 상태로 된다. 이와 같은 구성에 의해, 치형부(2)의 특성은 종래의 드라이브 플레이트(91)에 비하여 표면 경도를 향상시킬 수 있으면서, 또한 인성을 향상시킬 수 있어, 높은 내구성을 갖는 것으로 할 수 있다.

또한, 드라이브 플레이트(1)는 플레이트부(10)와 치형부(2)를, 1매의 강판 소재로 일체적으로 성형되어 있다. 여기서, 침탄층(15, 25)을 갖는 플레이트부(10) 및 치형부(2)의 구성을 적극적으로 채용함으로써, 강판 소재의 탄소량을 최대한 적은 상태로 하여, 프레스 성형성을 종래의 일체 성형품의 경우보다도 대폭 향상시키는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 제조 공정을 합리화할 수 있고, 그 합리화에 의한 비용 저감과, 강판 소재 자체의 비용 저감에 의해, 얻어진 상기 드라이브 플레이트의 비용도 종래보다도 저감된 것이 된다.

또한, 본 예의 드라이브 플레이트(1)의 제조 방법은, 적어도 상기 성형 공정과 침탄 공정과 냉각 공정과 ?칭 공정을 갖는 것이다. 이 제조 방법에 의해 제작함으로써, 상술한 우수한 기계적인 특성이 얻어질 뿐만 아니라, 열 왜곡 발생이 적은 치수 정밀도가 우수한 드라이브 플레이트(1)가 얻어진다.

즉, 상기 제조 방법에서는, 침탄 공정에 이어서, 그 직후에 ?칭 처리를 행하지 않고 상기 특정한 냉각 공정을 실시한다. 이 냉각 공정은, 상술하는 바와 같이, 마르텐사이트 변태하는 냉각 속도보다도 늦은 냉각 속도에 의해, 또한 냉각에 의한 조직 변태가 완료되는 온도 이하까지 성형품(드라이브 플레이트)(1)을 냉각한다는 것이다. 이에 의해, 침탄 처리 후의 성형품(1)에 냉각 시의 열 왜곡이 발생하는 것을 최대한 억제할 수 있다.

또한, 그 후의 상기 ?칭 공정에 있어서는, 고밀도 에너지를 사용해서 치형부(2)를 국부적으로 ?칭 처리한다. 이에 의해, 성형품(드라이브 플레이트)(1)에 발생하는 열 왜곡과 조직 변태 왜곡을 억제할 수 있다. 따라서, 얻어지는 드라이브 플레이트(1)는 열처리에 의한 변형이 적어 치수 정밀도가 우수한 것이 된다.

이어서, 실시예 1의 드라이브 플레이트(1)의 우수한 특성을 정량적으로 평가하기 위해서, 이하의 2종류의 비교예(비교예 1, 2)로서의 드라이브 플레이트(91, 92)를 준비하고, 각종 시험을 행하였다.

(비교예 1)

비교예 1의 드라이브 플레이트(91)는 탄소 농도 0.32 내지 0.38질량％의 강판 소재(재질 S35C)를 사용하여, 프레스 성형에 의해 플레이트부(910)와 그 외주 단부에 형성된 치형부(912)를 일체적으로 성형한 것이다. 치형부(912)에는 실시예 1과 마찬가지의 고주파 ?칭이 실시되어 있다. 또한, 어느 쪽 부위에도 탄소 농도를 다른 것보다도 높인 침탄층은 형성되어 있지 않다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 비교예 1의 드라이브 플레이트(91)의 단면 조직을 관찰한 결과, 플레이트부(910)는 전체가 페라이트·펄라이트 조직 FP이고, 치형부(912)는 거의 그 전체가 마르텐사이트 조직 M이었다.

(비교예 2)

비교예 2의 드라이브 플레이트(92)는, 플레이트부(920)와 치형부(922)를 각각의 소재에 의해 따로따로 성형하고, 최종적으로 양자를 용접부(929)에서 용접 접합해서 얻어진 것이다. 드라이브 플레이트(92)의 플레이트부(920)는 탄소 농도 0.09질량％ 정도의 강판 소재(재질 SPH440)를 사용하여, 프레스 성형에 의해 성형한 것이다. 치형부(922)는 탄소 농도 0.45 내지 0.51질량％의 강 소재(재질 S48C)를 사용하여, 링 형상으로 성형한 후, 외주부의 기어 형상을 절삭 가공해서 제작한 것이다. 이 치형부(922)는 그 내주측을 용접에 의해 플레이트부(920)의 외주 단부에 용접 접합되어 있으면서, 또한 실시예 1과 마찬가지의 고주파 ?칭이 실시되어 있다. 또한, 어느 쪽 부위에도 탄소 농도를 다른 것보다도 높인 침탄층은 형성되어 있지 않다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 비교예 2의 드라이브 플레이트(92)의 단면 조직을 관찰한 결과, 플레이트부(920)는 전체가 페라이트 조직 F이고, 치형부(922)는 거의 그 전체가 마르텐사이트 조직 M이었다. 단, 원주 상의 용접부(929) 근방은 용접시의 열 영향에 의해, 템퍼링 마르텐사이트가 되어 경도 저하가 발생하고 있었다.

(시험예)

시험으로는 우선, 실시예 1 및 비교예 1, 2의 각 드라이브 플레이트(1, 91, 92)에 있어서의 치형부(2, 912, 922)의 표면 경도를 측정하는 시험을 행하였다. 측정 결과, 비교예 1의 치형부(912)가 HV500 내지 650의 범위에 있고, 비교예 2의 치형부(922)가 HV700이었던 것에 반해, 실시예 1의 치형부(2)가 HV750이며, 매우 우수한 경도 특성을 나타내는 것을 알았다.

이어서, 실시예 1 및 비교예 1, 2의 각 드라이브 플레이트(1, 91, 92)에 있어서의 플레이트부(10, 910, 920)의 단면 경도를 측정하는 시험을 행하였다. 측정 결과, 비교예 1의 플레이트부(910)가 HV150이고, 비교예 2의 플레이트부(920)가 HV160이었던 것에 반해, 실시예 1의 플레이트부(10)의 두께 방향 중앙부(17)가 HV130, 침탄층(15)의 표층으로부터 200㎛의 깊이의 부위가 HV150 내지 200의 범위에 있었다.

이어서, 실시예 1 및 비교예 1, 2의 각 드라이브 플레이트(1, 91, 92)에 있어서의 플레이트부(10, 910, 920)의 부위에 대하여, 인장 강도를 구하는 시험을 행하였다. 측정 결과, 비교예 2의 드라이브 플레이트(92)에 있어서의 플레이트부(920)의 부위의 인장 강도를 기준값으로 한 경우, 비교예 1의 드라이브 플레이트(91)에 있어서의 플레이트부(910)의 부위의 인장 강도가 기준값의 1.1배, 실시예 1의 드라이브 플레이트(1)에 있어서의 플레이트부(10)의 부위의 인장 강도가 기준값의 1.2배였다.

이상의 각 시험의 결과로부터, 실시예 1의 드라이브 플레이트(1)의 특성이 비교예 1, 2의 것과 비교해서 종합적으로 우수한 것을 알 수 있다.

이어서, 각 드라이브 플레이트를 제조하는 경우의 비용에 관한 고찰을 행하였다. 소재 비용을 포함하는 제조 비용을 비교한 결과, 비교예 2의 드라이브 플레이트(92)의 제조 비용을 기준으로 하면, 비교예 1의 드라이브 플레이트(91)의 제조 비용은 삭감이 가능하고, 실시예 1의 드라이브 플레이트(1)의 제조 비용은 비교예 1보다도 더욱 삭감이 가능한 것을 알았다.

이어서, 실시예 1의 드라이브 플레이트(1) 및 비교예 1의 드라이브 플레이트(91)를 성형할 때의 프레스 성형 하중에 대해서 비교하였다. 그 결과, 비교예 1의 드라이브 플레이트(91)를 성형할 때의 프레스 하중을 기준으로 하면, 실시예 1의드라이브 플레이트(1)의 프레스 하중은 20％의 저감이 가능한 것을 알았다.

Claims (7)

1. 원반 형상의 플레이트부와, 상기 플레이트부의 외주 단부에 형성된 치형부를 갖고,
   상기 플레이트부와 상기 치형부는 1매의 강판 소재로 일체적으로 성형되어 있고,
   상기 플레이트부 및 상기 치형부는 그 표층 전체면에 두께 방향 중앙부보다도 탄소 농도가 높은 침탄층을 갖고 있고,
   상기 플레이트부에 있어서의 상기 침탄층은 두께 방향 중앙부보다도 경도가 높고,
   또한, 상기 치형부에 있어서의 상기 침탄층은 ?칭 처리가 이루어져 있으며, 상기 플레이트부의 상기 침탄층보다도 더욱 경도가 높은 것을 특징으로 하는, 드라이브 플레이트.
2. 제1항에 있어서, 상기 플레이트부 및 상기 치형부의 두께 방향 중앙부의 탄소 농도는 0.2질량％ 이하이고, 상기 침탄층의 탄소 농도는 0.2질량％ 초과인 것을 특징으로 하는, 드라이브 플레이트.
3. 제2항에 있어서, 상기 플레이트부의 두께 방향 중앙부는 페라이트 조직으로 이루어지고, 상기 플레이트부의 상기 침탄층은 펄라이트 조직으로 이루어지며, 상기 치형부에 있어서의 상기 침탄층은 마르텐사이트 조직으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 드라이브 플레이트.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 치형부의 표면 경도는 HV700 이상인 것을 특징으로 하는, 드라이브 플레이트.
5. 드라이브 플레이트를 제조하는 방법에 있어서,
   1매의 강판 소재로부터 펀칭한 블랭크재에 프레스 가공을 가함으로써, 원반 형상의 플레이트부와, 상기 플레이트부의 외주 단부에 형성된 치형부를 일체적으로 갖는 성형품을 얻는 성형 공정과,
   상기 성형품을 침탄 분위기 중에 있어서 오스테나이트화 온도 이상으로 가열하고, 상기 플레이트부 및 상기 치형부의 표층 전체면에 두께 방향 중앙부보다도 탄소 농도가 높은 침탄층을 형성하는 침탄 공정과,
   상기 침탄 공정에 이어서, 마르텐사이트 변태하는 냉각 속도보다도 늦은 냉각 속도에 의해, 또한 냉각에 의한 조직 변태가 완료되는 온도 이하까지 상기 성형품을 냉각하는 냉각 공정과,
   고밀도 에너지에 의해 상기 치형부를 오스테나이트 영역까지 가열한 후에 마르텐사이트 변태하는 냉각 속도 이상의 냉각 속도에 의해 냉각하는 ?칭 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 드라이브 플레이트의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 강판 소재의 탄소 농도는 0.2질량％ 이하인 것을 특징으로 하는, 드라이브 플레이트의 제조 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 침탄 공정은 대기보다 산소 농도가 낮은 저산소 침탄 분위기 중에서 행하는 것을 특징으로 하는, 드라이브 플레이트의 제조 방법.

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