WO2010029841A1 - 動力伝達軸、ドライブシャフト及びプロペラシャフト - Google Patents

Abstract

　本発明は、平滑部の静的捩り強度の向上を図った動力伝達軸を提供する。本発明の動力伝達軸は、端部側の外周面に形成されたトルク伝達用歯部２と、トルク伝達用歯部２に隣接する外周面に段階的に縮径して形成された平滑部３を有するものである。平滑部３の最小径Ｄ３min／トルク伝達用歯部２の最小径Ｄ２minの比を０．９以上で１．０２以下に設定した。さらに、トルク伝達用歯部２及び平滑部３を熱処理して熱処理硬化層４を形成した。熱処理硬化層４をトルク伝達用歯部２側から平滑部３側へ深くなるように形成した。平滑部３の少なくとも最小径部３ａにおいて熱処理硬化層４を表面から軸心Ｘまで形成する全硬化を行った。

Description

動力伝達軸、ドライブシャフト及びプロペラシャフト

　本発明は、自動車や各種産業機械における動力の伝達に用いられる動力伝達軸、ドライブシャフト及びプロペラシャフトに関する。

　自動車や産業機械などの多くの機械部品に使用されている動力伝達軸は、通常、その外周に形成したセレーションやスプライン等を相手部材（ボス）と嵌合させることによりトルク伝達を行う。セレーションやスプライン等のトルク伝達用歯部は、塑性加工性や機械加工性およびコストを考慮し、中炭素鋼や低合金鋼に高周波焼入れ、浸炭焼入れ、窒化等の表面硬化処理や調質等の熱処理を施すことにより軸強度を高めて使用される。

　例えば、自動車のドライブシャフトとして使用する動力伝達軸の一般的な製造工程は、図５Ａに示す棒状の母材の切り出し工程→図５Ｂに示す母材の外径の旋削工程→図５Ｃに示す両端部におけるセレーション５の転造工程→図５Ｄに示す両端部におけるクリップ溝６の旋削工程→図５Ｅに示す高周波焼入れ及び焼戻し工程→図５Ｆに示す外径の焼付け塗装工程を行う。

　熱処理により軸強度を高める一例として、例えば、特許文献１に記載の発明があり、この発明では、軸形状機械部品に高周波焼入れや浸炭焼入れを施し、有効硬化層深さと部品半径との比を０．４～０．８に設定している。

　また、有効硬化層深さと部品半径との比（以下、硬化層比という）を設定した発明が、特許文献２、３、４に開示されている。特許文献２、３、４に記載の発明は、それぞれ硬化層比を０．４以上、０．４５以上、０．５以上となるように設定している。

　上記公報に記載の発明では、スプライン等のトルク伝達用歯部と、この種の歯のない滑面状の平滑部とを、特に区別することなく熱処理している。これはトルク伝達用歯部と平滑部とを同時に同条件で熱処理するものと考えられ、この場合の焼入れ深さはトルク伝達用歯部と平滑部とでほぼ同一となる（図５Ｅのハッチング部参照）。

　動力伝達軸の強度向上には、静的捩り強度（静的強度）と捩り疲労強度（動的強度）の両面からの強度アップを行うことが必要である。静的捩り強度は、主に軸径の大きさで決定されるが、疲労強度は軸径と応力集中係数によって決定される。また、スプライン等のトルク伝達用歯部と平滑部のそれぞれおける静的捩り強度を比較した場合、平滑部における静的捩り強度の方がトルク伝達用歯部におけるそれよりも低い。一方、平滑部における捩り疲労強度は、トルク伝達用歯部におけるそれよりも高くなる傾向にある。

　このようなトルク伝達用歯部と平滑部における性質の違いに着目し、特許文献５又は６に記載の発明は、トルク伝達用歯部と平滑部の焼入れ深さに差をもたせている。すなわち、特許文献５又は特許文献６の発明は、平滑部の有効硬化層深さ（又は硬化層比）を、トルク伝達用歯部の有効硬化層深さ（又は硬化層比）よりも深くなるようにしている。

特許第３１９４０９３号公報 特開２００７－１０７０２９号公報 特許第３５３９９８１号公報 特開２００７－１０７０２７号公報 特開２０００－２４０６６９号公報 特開２００６－１３８００７号公報

　近年では、地球環境問題がクローズアップされるのに伴い、例えば自動車では排ガス規制の強化や燃費の向上が強く求められており、その対策としてプロペラシャフトやドライブシャフト等の動力伝達軸にも、さらなる軽量化・強度向上が強く求められている。また、プロペラシャフトやドライブシャフト等に用いられる等速自在継手ができるだけ大きく作動角をとれるようにするためにも、動力伝達部材の小径化・強度向上が求められている。斯かる要望に対して、上記特許文献に記載の発明では、十分に対応できないことも予想される。

　そこで、本発明は、動力伝達軸の強度、特に平滑部の静的捩り強度の向上を図ることを目的とする。

　請求項１の発明は、端部側の外周面に形成されたトルク伝達用歯部と、当該トルク伝達用歯部に隣接する外周面に段階的に縮径して形成された平滑部を有する動力伝達軸において、前記平滑部の最小径／前記トルク伝達用歯部の最小径の比を０．９以上で１．０２以下に設定し、前記トルク伝達用歯部及び前記平滑部を熱処理して熱処理硬化層を形成すると共に、当該熱処理硬化層を前記トルク伝達用歯部側から前記平滑部側へ深くなるように形成し、前記平滑部の少なくとも最小径部において前記熱処理硬化層を表面から軸心まで形成する全硬化を行ったものである。

　本発明の動力伝達軸は、トルク伝達用歯部側から平滑部側へ硬化層を深くなるように形成すると共に、平滑部の少なくとも最小径部において全硬化させているので、平滑部の静的捩り強度を向上させることができる。このため、平滑部の特に最小径部において、十分な強度を維持しつつさらなる小径化を図れる。

　また、本発明は、平滑部の最小径／トルク伝達用歯部の最小径の比を０．９以上で１．０２以下に設定している。このように設定したのは、平滑部の最小径／トルク伝達用歯部の最小径の比が０．９に未満となった場合は、静的捩り強度が十分に得られないからである。一方、平滑部の最小径／トルク伝達用歯部の最小径の比が１．０２を越えた場合は、平滑部の最小径のさらなる小径化を図りにくくなるからである。

　請求項２の発明は、請求項１に記載の動力伝達軸において、前記トルク伝達用歯部の前記熱処理硬化層を、層厚／軸半径の比が０．４以上で０．６５以下となるように設定すると共に、前記トルク伝達用歯部の表面硬度がＨｖ６５０以上でＨｖ６９０以下に設定したものである。

　層厚／軸半径の比が０．４未満となった場合は、十分な静的捩り強度が得られない。一方、層厚／軸半径の比が０．６５を越えた場合は、トルク伝達用歯部の表面圧縮残留応力が低下して、疲労強度が低下する虞がある。また、トルク伝達用歯部の表面硬度がＨｖ６５０未満となった場合は、繰り返し荷重による摩耗の発生が懸念される。一方、トルク伝達用歯部の表面圧縮残留応力がＨｖ６９０を越えると、脆化による疲労強度の低下の虞がある。

　請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の動力伝達軸において、前記平滑部の最小径部の表面硬度よりも前記トルク伝達用歯部の表面硬度を小さく設定し、当該平滑部の最小径部とトルク伝達用歯部との表面硬度差の上限値をＨｖ６０に設定したものである。

　トルク伝達用歯部は切欠き脆化するため、平滑部よりも硬度を低下させる必要がある。また、平滑部の最小径部とトルク伝達用歯部との表面硬度差がＨｖ６０を越えると、高サイクル域の寿命が著しく低下するため、上限値をＨｖ６０に設定した。

　請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の動力伝達軸において、前記平滑部の全硬化した部分における軸心部の硬度を、Ｈｖ４００以上でＨｖ６００以下に設定したものである。

　平滑部の全硬化した部分の軸心部の硬度がＨｖ４００未満となると、静的捩り強度の低下を招く。一方、平滑部の全硬化した部分の軸心部の硬度がＨｖ６００を越えると、表面残留応力が得られにくくなり、疲労強度（高サイクル条件）が低下する虞がある。

　請求項５の発明は、請求高１から４のいずれか１項に記載の動力伝達軸において、前記平滑部の全硬化した部分における表面圧縮残留応力を４００ＭＰａ以上で８００ＭＰａ以下に設定したものである。

　平滑部の全硬化した部分の表面圧縮残留応力が４００ＭＰａ未満となると、十分な疲労強度が得られない。一方、全硬化した部分の表面圧縮残留応力が８００ＭＰａを越えるようにしようとすると、製造コストが高くなるので好ましくない。

　請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の動力伝達軸において、前記熱処理硬化層の旧オーステナイト平均粒径を、８μｍ以上で３５μｍ以下に設定したものである。

　熱処硬化層の旧オーステナイト平均粒径が３５μｍを越えると、十分な粒界強度が得られない。一方、旧オーステナイト平均粒径を８μｍ未満とするには、焼入れ温度を低くする必要がある。このため、不完全焼入れとなりやすく、所定の強度が得られない虞がある。

　請求項７の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の動力伝達軸において、素材の炭素量を０．３７重量％以上で０．４４重量％以下に設定したものである。

　炭素（Ｃ）の含有量を上記の範囲に設定することによって、高周波焼入れ後の硬化層の硬度や深さを十分に得て強度を向上させることが可能である。なぜなら、Ｃの含有量が０．３７重量％未満となると、必要な強度を確保することが難しくなると共に、ベイナイト組織も生成しにくくなるからである。一方、Ｃの含有量が０．４４重量％を越えると、粒界強度が低下すると共に、切削性、冷間鍛造性、及び耐焼割れ性の低下を招く。

　請求項８の発明は、請求項１から７のいずれか１項に記載の動力伝達軸において、Ｓｉを０．０２重量％以上で０．２５重量％以下、Ｍｎを０．６重量％以上で１．２重量％以下、Ｐを０．０２重量％以下、Ｓを０．０２５重量％以下、Ｂを０．０００５重量％以上で０．００３５重量％以下、Ｔｉを０．０１重量％以上で０．０５重量％以下となるように含有したものである。

　上記のように各元素の含有量を設定したことによって、強度、耐久性、製造性等において優れたものとなる。

　請求項９の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の動力伝達軸において、等速自在継手に連結する動力伝達軸であって、前記平滑部の最小径部を、前記等速自在継手が最大作動角をとった場合に当該等速自在継手に接近する部位に形成したものである。

　上記の部位に形成した最小径部のさらなる小径化を図ることにより、等速自在継手が作動角をとった場合に、等速自在継手と動力伝達軸が互いに干渉しにくくなるため、等速自在継手の高作動角化を図れる。

　請求項１０の発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載の動力伝達軸において、スタブシャフトに適用したものである。

　これにより、スタブシャフトを十分な強度を維持しつつ小径化することが可能である。

　請求項１１の発明は、中間軸の両端部に等速自在継手を取り付けて成るドライブシャフトにおいて、前記中間軸に請求項１から９のいずれか１項に記載の動力伝達軸を適用したものである。

　これにより、ドライブシャフトの中間軸を十分な強度を維持しつつ小径化することが可能である。

　請求項１２の発明は、中間軸の両端部にスタブシャフトを介して等速自在継手を取り付けて成るプロペラシャフトにおいて、前記スタブシャフトに請求項１から９のいずれか１項に記載の動力伝達軸を適用したものである。

　これにより、プロペラシャフトが有するスタブシャフトを十分な強度を維持しつつ小径化することが可能である。

　本発明によれば、平滑部の静的捩り強度を向上させることができるため、平滑部を十分な強度を維持しつつさらなる小径化を図ることができる。これにより、軽量化及び等速自在継手の高作動角化を実現可能な信頼性の高い動力伝達軸を提供することが可能となる。

発明を実施するため形態

　本発明に係る動力伝達軸の構成について説明する。
　図１は、本発明に係る動力伝達軸の一端部を示す図である。図１に示す動力伝達軸１は、中実軸によって構成されている。動力伝達軸１の端部の外周面には、トルク伝達を行うために相手部材と嵌合させるトルク伝達用歯部２が形成されている。トルク伝達用歯部２は、セレーション又はスプライン等の複数の凹部５を軸方向に形成して構成されている。また、トルク伝達用歯部２には、抜け止め用のクリップを嵌め込むためのクリップ溝６が周方向に形成されている。

　動力伝達軸１のトルク伝達用歯部２に隣接する外周面には、セレーション等の歯のない滑面状の平滑部３が形成されている。この平滑部３は、段階的に縮径するように形成されている。図１では、平滑部３の両端部から中央部に向かって段階的に縮径している。

　動力伝達軸１の外周面は、高周波焼入れによって熱処理されている。図１において、軸線Ｘより下側のハッチング部は、熱処理によって形成された熱処理硬化層４（以下、単に硬化層４という）を示す。なお、熱処理による硬化層４は、動力伝達軸１の周方向に同様に形成されているが、図１のハッチング部は硬化層４の断面（深さ）を示している。

　上記硬化層４は、トルク伝達用歯部側２から平滑部３側へ深くなるように形成されている。そして、平滑部３の少なくとも最小径部３ａにおいて、硬化層４を表面から軸心Ｘまで形成する全硬化を行っている。また、平滑部３における硬化層４の深さに着目すると、平滑部３の両端側の最大径部から中央部の最小径部３ａへ向かって硬化層４の深さが増し、最小径部３ａ及びその周辺部分で硬化層４の深さが軸心Ｘに達している。

　また、平滑部３の全硬化した部分における軸心部の硬度を、Ｈｖ４００以上でＨｖ６００以下に設定している。全硬化した部分の軸心部の硬度がＨｖ４００未満となると、静的捩り強度の低下を招く。一方、全硬化した部分の軸心部の硬度がＨｖ６００を越えると、表面残留応力が得られにくくなり、疲労強度（高サイクル条件）が低下する虞がある。

　さらに、平滑部３の全硬化した部分における表面圧縮残留応力を、４００ＭＰａ以上で８００ＭＰａ以下に設定した。全硬化した部分の表面圧縮残留応力が４００ＭＰａ未満となると、十分な疲労強度が得られない。一方、全硬化した部分の表面圧縮残留応力が８００ＭＰａを越えるようにしようとすると、製造コストが高くなるので好ましくない。

　図１において、トルク伝達用歯部２における最小径を符号Ｄ２minで示し、平滑部３における最小径を符号Ｄ３minで示す。本発明は、平滑部３の最小径Ｄ３min／トルク伝達用歯部２の最小径Ｄ２minの比（Ｄ３min／Ｄ２min）を０．９以上で１．０２以下に設定している。このＤ３min／Ｄ２minが０．９に未満となった場合は、静的捩り強度が十分に得られない。一方、Ｄ３min／Ｄ２minが１．０２を越えた場合は、平滑部３の最小径Ｄ３minが大きくなって、動力伝達軸１の軽量化や等速自在継手の高作動角化等の目的を果たしにくくなるため好ましくない。

　また、動力伝達軸１の軸半径ｒに対する硬化層４の層厚ｔの比（ｔ／ｒ）を硬化層比と定義すると、トルク伝達用歯部２における硬化層比を、０．４以上で０．６５以下となるように設定する。この硬化層比が０．４未満となった場合は、十分な静的捩り強度が得られない。一方、硬化層比が０．６５を越えた場合は、トルク伝達用歯部２の表面圧縮残留応力が低下して、疲労強度が低下する虞がある。

　また、トルク伝達用歯部２の熱処理による表面硬度を、Ｈｖ６５０以上でＨｖ６９０以下になるように設定した。トルク伝達用歯部２の表面硬度がＨｖ６５０未満となった場合は、繰り返し荷重による摩耗の発生が懸念される。一方、トルク伝達用歯部２の表面圧縮残留応力がＨｖ６９０を越えると、脆化による疲労強度の低下の虞がある。

　トルク伝達用歯部２は切欠き脆化するため、平滑部３よりも硬度を低下させる必要がある。そのため、平滑部３の最小径部３ａの熱処理による表面硬度よりもトルク伝達用歯部２の熱処理による表面硬度を小さく設定している。硬度を低下させるためには、焼入れ時のトルク伝達用歯部２の最高加熱温度を平滑部３のそれよりも低下させることによって、急冷度を緩和する。ただし、平滑部３の最小径部３ａとトルク伝達用歯部２との表面硬度差がＨｖ６０を越えると、高サイクル域の寿命が著しく低下するため、その上限値をＨｖ６０に設定している。

　また、硬化層４の旧オーステナイト平均粒径を、８μｍ以上で３５μｍ以下に設定している。この旧オーステナイト平均粒径が３５μｍを越えると、十分な粒界強度が得られない。一方、旧オーステナイト平均粒径を８μｍ未満とするには、焼入れ温度を低くする必要がある。このため、不完全焼入れとなりやすく、所定の強度が得られない虞がある。

　以上、図１において、動力伝達軸１の一端部の構造について説明したが、それと反対側の他端部においても同様に構成することが可能である。

　以下、本発明の動力伝達軸の素材について説明する。
　本発明の動力伝達軸を構成する鋼材成分のうち、炭素（Ｃ）は動力伝達軸の焼入れ性への影響が最も大きい元素である。また、動力伝達軸の母材の組織、すなわち焼入れ前の組織を、ベイナイト組織が特定の分率で含有された組織にすると、そのベイナイト組織がフェライト－パーライト組織に比べて炭化物が微細に分散した組織であるため、焼入れ加熱時にオーステナイトの核生成サイトであるフェライト／炭化物の界面の面積が増えて、生成したオーステナイトが微細化する。その結果、焼入れ硬化層の粒径が微細となり、これにより粒界強度が向上し、捩り疲労強度および耐焼割れ性が向上する。

　本発明では、Ｃの含有量を、０．３７重量％以上で０．４４重量％以下に設定している。Ｃの含有量を上記の範囲に設定することによって、高周波焼入れ後の硬化層の硬度や深さを十分に得て強度を向上させることが可能である。なぜなら、Ｃの含有量が０．３７重量％未満となると、必要な強度を確保することが難しくなると共に、ベイナイト組織も生成しにくくなるからである。一方、Ｃの含有量が０．４４重量％を越えると、粒界強度が低下すると共に、切削性、冷間鍛造性、及び耐焼割れ性の低下を招く。

　また、ケイ素（Ｓｉ）の含有量を０．０２重量％以上で０．２５重量％以下、マンガン（Ｍｎ）の含有量を０．６重量％以上で１．２重量％以下、リン（Ｐ）の含有量を０．０２重量％以下、硫黄（Ｓ）の含有量を０．０２５重量％以下、ホウ素（Ｂ）の含有量を０．０００５重量％以上で０．００３５重量％以下、チタン（Ｔｉ）を０．０１重量％以上で０．０５重量％以下とした。以下、このように各元素の含有量を設定した理由について説明する。

　Ｓｉは、焼戻しによる軟化を抑制する作用を有するが、Ｓｉが多すぎると切削性や鍛造性等の加工性の低下、及び耐焼割れ性の低下を招くため、上記のように設定した。

　Ｍｎは、焼入れ性を向上させる元素であり、高周波焼入れ後の硬化層４の深さを確保するのに不可欠である。しかし、Ｍｎの含有量が０．６重量％未満の場合は、その添加効果は得られにくくなる。一方、Ｍｎの含有量が１．２重量％を越えると、素材の硬さが上昇し、転造性、切削性等の加工性が低下すると共に、耐焼割れ性も低下する。

　Ｐは、鋼材成分中に含まれる不可避的不純物である。Ｐが含まれていることによって、旧オーステナイト粒界に偏析して粒界強度が低下すると共に、焼割れを助長する弊害がある。そのため、Ｐの含有量は極力少ない方が好ましいため、その含有量を０．０２重量％以下に設定している。

　Ｓは、鋼材に含有されるＭｎと化合して硫化マンガン（ＭｎＳ）を生成し、切削性を向上させる有用元素である。しかし、Ｓの含有量が０．０２５重量％を越えるとＭｎＳの量が増加して強度が低下する虞がある。

　Ｂは、微量添加することによって焼入れ性を向上させ、焼入れ深さを増加させて強度を向上させる作用を有する。さらに、Ｂは粒界に偏析して粒界に偏析するＰの濃度を低減し、粒界強度を向上させる役割を果たす。また、粒界強度が向上することによって、耐焼割れ性も向上する。ただし、Ｂの含有量が０．０００５重量％未満であると、Ｂを添加することによる作用が得られにくくなる。一方、Ｂの含有量が０．００３５重量％を越えると、その効果は飽和し、むしろコストの上昇を招く。

　Ｔｉは、上記Ｂによる焼入れ性の向上の効果を得るために添加される。つまり、鋼材成分中に窒素（Ｎ）が含まれていると、ＢとＮが化合して窒化ホウ素（ＢＮ）が生成され、Ｂの焼入れ向上効果が阻害されるが、Ｔｉがあれば、窒化チタン（ＴｉＮ）がＢＮよりも優先して生成されるため、Ｂの効果が効率良く発揮される。このためには、Ｔｉが少なくとも０．０１重量％含有されていることを必要とする。一方、Ｔｉの含有量が０．０５重量％を越えると、ＴｉＮが多量に生成され、これが強度低下を招く虞がある。

　上記本発明の動力伝達軸の製造工程（製造方法）は、上記図５で説明した製造工程と基本的に同じである。ただし、本発明の動力伝達軸に係る高周波焼入れ工程においては、軸端部のトルク伝達用歯部２から平滑部３へと順に移動加熱コイル（移動加熱源）を移動させて高周波焼入れを行うことが好ましい。このように高周波焼入れを行うことによって、移動加熱コイルの予熱を制御して、トルク伝達用歯部側２から平滑部３側へ硬化層４を深くなるように形成すると共に、平滑部３の少なくとも最小径部３ａにおいて全硬化させることが容易となる。また、上記本発明の硬化層４を形成しやすくするために、高周波焼入れは、３ｋＨｚ以下の周波数で行うことが好ましい。なお、設定条件によっては焼付け塗装工程において焼戻しの効果も得られる場合があるので、その場合は焼戻し工程を省略してもよい。

　図２は、自動車等に用いる一般的な（フロント側の）ドライブシャフト１０を示している。ドライブシャフト１０は、中間軸１１の両端に等速自在継手１２，１３を取り付けて構成されている。図の右側の等速自在継手１２は摺動型等速自在継手で、左側の等速自在継手１３は固定型等速自在継手である。中間軸１１の両端部には、セレーション又はスプラインのトルク伝達用歯部１１ａ，１１ｂが形成され、各トルク伝達用歯部１１ａ，１１ｂに両等速自在継手１２，１３が連結されている。また、中間軸１１には、トルク伝達用歯部１１ａ，１１ｂに隣接した平滑部１１ｃ，１１ｄが形成されている。このようなドライブシャフト１０の中間軸１１の各等速自在継手１２，１３との連結端部に、上記本発明の構成を適用可能である。

　また、図３に、自動車等に用いる一般的なプロペラシャフト２０を示す。プロペラシャフト２０は、中空の中間軸２１の両端に、中実のスタブシャフト２４，２５を介して等速自在継手２２，２３を取り付けて構成されている。図の右側の等速自在継手２２は摺動型等速自在継手で、左側の等速自在継手２３は固定型等速自在継手である。各スタブシャフト２４，２５の端部には、セレーション又はスプラインのトルク伝達用歯部２４ａ，２５ａが形成され、各トルク伝達用歯部２４ａ，２５ａに両等速自在継手２２，２３が連結されている。各スタブシャフト２４，２５には、トルク伝達用歯部２４ａ，２５ａに隣接した平滑部２４ｂ，２５ｂが形成されている。これらスタブシャフト２４，２５の各等速自在継手２２，２３との連結端部にも、上記本発明の構成を適用可能である。

　図４は、ドライブシャフトやプロペラシャフトに適用された本発明の動力伝達軸３１が固定型等速自在継手４０と連結した状態であって、固定型等速自在継手４０が最大作動角をとった状態を示す。

　固定型等速自在継手４０は、内周面に複数の案内溝４１を形成した外側継手部材４２と、外周面に複数の案内溝４３を形成した内側継手部材４４と、外側継手部材４２の案内溝４１と内側継手部材４４の案内溝４３との間に介在してトルクを伝達する複数のボール４５と、外側継手部材４２と内側継手部材４４との間に介在してボール４５を保持するケージ４６を有する。図４に示す固定型等速自在継手は、外側継手部材４２の案内溝４１と内側継手部材４４の案内溝４３に、それぞれストレート底を形成したアンダーカットフリー型の等速自在継手（ＵＪ）である。なお、上記固定型等速自在継手は、アンダーカットフリー型（ＵＪ）に限らず、案内溝の全域が曲線状に形成されたバーフィールド型（ＢＪ）などを適用することも可能である。

　一方、動力伝達軸３１は、その端部に形成されたトルク伝達用歯部３２と、トルク伝達用歯部３２に隣接して形成された平滑部３３を有している。トルク伝達用歯部３２は、内側継手部材４４の内周面に形成したセレーション又はスプラインに連結されている。平滑部３３は段階的に縮径するように形成されており、平滑部３３の最小径部３３ａは、固定型等速自在継手４０が最大作動角をとった場合に、固定型等速自在継手に接近する動力伝達軸３１の部位に形成している。

　本発明の構成によれば、図１に示すように、トルク伝達用歯部側２から平滑部３側へ硬化層４を深くなるように形成すると共に、平滑部３の少なくとも最小径部３ａにおいて全硬化させているので、平滑部３の静的捩り強度を向上させることができる。このため、平滑部３の強度を十分に維持しつつさらに小径化することができ、動力伝達軸１の軽量化を図れる。

　また、図４に示すように、本発明の動力伝達軸３１を固定型等速自在継手４０に連結した場合は、平滑部３３の特に最小径部３３ａを小径化することにより、固定型等速自在継手４０の高作動角化を図ることができる。あるいは、平滑部３３の最小径部３３ａを小径化した分、高作動角時に最小径部３３ａが接近する固定型等速自在継手４０の部分の肉厚を大きくすることができる。このため、固定型等速自在継手４０の強度を向上させることも可能である。特に、アンダーカットフリー型の等速自在継手（ＵＪ）の場合は、高作動角時の外側継手部材の案内溝におけるボールの接触点が、シャフト（動力伝達軸）との干渉を回避するための逃げ面に近い設計となっているため、その逃げ面の形成箇所の肉厚を大きくすることによりその強度向上効果が大きく期待できる。また、平滑部３３の最小径部３３ａを、固定型等速自在継手に接近する部位にのみ形成することによって、動力伝達軸３１の捩り剛性の低下を最小限に抑えることが可能である。

　以上、本発明の動力伝達軸について説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更を加え得ることは勿論である。本発明の構成を、自動車用のドライブシャフトやプロペラシャフトに限らず、その他の各種産業機械に用いられる動力伝達軸にも適用可能である。

本発明の動力伝達軸の一端部を示す図である。 ドライブシャフトの全体構成図である。 プロペラシャフトの全体構成図である。 動力伝達軸が固定型等速自在継手と連結した状態であって、固定型等速自在継手が最大作動角をとった状態を示す図である。 動力伝達軸の切り出し工程を説明するための図である。 動力伝達軸の外径の旋削工程を説明するための図である。 動力伝達軸の両端部におけるセレーションの転造工程を説明するための図である。 動力伝達軸の両端部におけるクリップ溝の旋削工程を説明するための図である。 動力伝達軸の高周波焼入れ及び焼戻し工程を説明するための図である。 動力伝達軸の外径の焼付け塗装工程を説明するための図である。

　１　　　　動力伝達軸
　２　　　　トルク伝達用歯部
　３　　　　平滑部
　３ａ　　　最小径部
　４　　　　硬化層
　１０　　　ドライブシャフト
　１１　　　中間軸
　１２　　　摺動型等速自在継手
　１３　　　固定型等速自在継手
　２０　　　プロペラシャフト
　２１　　　中間軸
　２２　　　摺動型等速自在継手
　２３　　　固定型等速自在継手
　２４　　　スタブシャフト
　２５　　　スタブシャフト
　３１　　　動力伝達軸
　３２　　　トルク伝達用歯部
　３３　　　平滑部
　３３ａ　　最小径部
　４０　　　固定型等速自在継手
　Ｄ２min　最小径
　Ｄ３min　最小径
　Ｘ　　　　軸線

Claims (12)

1. 　端部側の外周面に形成されたトルク伝達用歯部と、当該トルク伝達用歯部に隣接する外周面に段階的に縮径して形成された平滑部を有する動力伝達軸において、
   　前記平滑部の最小径／前記トルク伝達用歯部の最小径の比を０．９以上で１．０２以下に設定し、
   　前記トルク伝達用歯部及び前記平滑部を熱処理して熱処理硬化層を形成すると共に、当該熱処理硬化層を前記トルク伝達用歯部側から前記平滑部側へ深くなるように形成し、前記平滑部の少なくとも最小径部において前記熱処理硬化層を表面から軸心まで形成する全硬化を行ったことを特徴とする動力伝達軸。
2. 　前記トルク伝達用歯部の前記熱処理硬化層を、層厚／軸半径の比が０．４以上で０．６５以下となるように設定すると共に、前記トルク伝達用歯部の表面硬度がＨｖ６５０以上でＨｖ６９０以下に設定した請求項１に記載の動力伝達軸。
3. 　前記平滑部の最小径部の表面硬度よりも前記トルク伝達用歯部の表面硬度を小さく設定し、当該平滑部の最小径部とトルク伝達用歯部との表面硬度差の上限値をＨｖ６０に設定した請求項１又は２に記載の動力伝達軸。
4. 　前記平滑部の全硬化した部分における軸心部の硬度を、Ｈｖ４００以上でＨｖ６００以下に設定した請求項１から３のいずれか１項に記載の動力伝達軸。
5. 　前記平滑部の全硬化した部分における表面圧縮残留応力を４００ＭＰａ以上で８００ＭＰａ以下に設定した請求項１から４のいずれか１項に記載の動力伝達軸。
6. 　前記熱処理硬化層の旧オーステナイト平均粒径を、８μｍ以上で３５μｍ以下に設定した請求項１から５のいずれか１項に記載の動力伝達軸。
7. 　素材の炭素量を０．３７重量％以上で０．４４重量％以下に設定した請求項１から６のいずれか１項に記載の動力伝達軸。
8. 　Ｓｉを０．０２重量％以上で０．２５重量％以下、Ｍｎを０．６重量％以上で１．２重量％以下、Ｐを０．０２重量％以下、Ｓを０．０２５重量％以下、Ｂを０．０００５重量％以上で０．００３５重量％以下、Ｔｉを０．０１重量％以上で０．０５重量％以下となるように含有した請求項１から７のいずれか１項に記載の動力伝達軸。
9. 　等速自在継手に連結する動力伝達軸であって、前記平滑部の最小径部を、前記等速自在継手が最大作動角をとった場合に当該等速自在継手に接近する部位に形成した請求項１から８のいずれか１項に記載の動力伝達軸。
10. 　スタブシャフトに適用した請求項１から９のいずれか１項に記載の動力伝達軸。
11. 　中間軸の両端部に等速自在継手を取り付けて成るドライブシャフトにおいて、
    　前記中間軸に請求項１から９のいずれか１項に記載の動力伝達軸を適用したことを特徴とするドライブシャフト。
12. 　中間軸の両端部にスタブシャフトを介して等速自在継手を取り付けて成るプロペラシャフトにおいて、
    　前記スタブシャフトに請求項１から９のいずれか１項に記載の動力伝達軸を適用したことを特徴とするプロペラシャフト。
     

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