WO2013065818A1 - 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 - Google Patents

Abstract

　高い寸法精度で組み立てることができて、高品質の熱処理を行うことが可能な高周波熱処理用コイル、およびこのような高周波熱処理用コイルの製造方法を提供し、また高品質の熱処理が施された等速自在継手、さらには、このような等速自在継手を用いたドライブシャフト及びプロペラシャフトを提供する。 等速自在継手用外側継手部材５１の加熱処理部位を加熱する加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃを有する高周波熱処理用コイルの製造方法である。加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃを一体削り出し加工にて成形して、この加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃと他の部分とを接合して完成させる。

Description

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

　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。

　自動車や各種産業機械等の動力伝達装置に使用される等速自在継手には、図１４と図１５に示すように、外側継手部材２１０と内側継手部材であるトリポード部材２２０とローラ２３０とで主要部が構成されている。連結すべき駆動側と従動側の二軸の一方の軸（駆動軸）が外側継手部材２１０の底部から一体的に延び、他方の軸（図示せず）がトリポード部材２２０と結合される。

　外側継手部材２１０は一端が開口した有底筒状で、その内周に軸方向に延びる三本のトラック溝２１２が円周方向等間隔に形成されている。トリポード部材２２０は円筒状のボス部２２２から半径方向外側に突出した三本の脚軸２２４を有し、これら脚軸２２４が外側継手部材２１０のトラック溝２１２に挿入され、そのトラック溝２１２と係合してトルク伝達を行う。脚軸２２４には針状ころ２４０を介してローラ２３０が回転自在に外嵌され、このローラ２３０がトラック溝２１２の互いに対向する一対のローラ案内面２１４に沿って転動することで連結二軸間の角度変位と軸方向変位を円滑にする。

　脚軸２２４の外周面は針状ころ２４０の内側転動面を構成し、ローラ２３０の内周面は針状ころ２４０の外側転動面を構成している。複数の針状ころ２４０は、脚軸２２４の外周面とローラ２３０の内周面との間に総ころ状態で配設されている。

　これら針状ころ２４０は、脚軸２２４の付け根部に外嵌されたインナワッシャ２５０と半径方向内側で接すると共に、脚軸２２４の先端部に外嵌されたアウタワッシャ２６０と半径方向外側で接している。このアウタワッシャ２６０は、脚軸２２４の先端部に形成された環状溝２２６に丸サークリップ等の止め輪２７０を嵌合させることにより抜け止めされている。

　このような等速自在継手の外側継手部材等の金属部品は、強度などを高める目的で熱硬化処理を施している。熱硬化処理方法として高周波熱処理方法がある。高周波熱処理では、製品形状、焼入れ深さ、焼入れ範囲等により、製品ごとに適したコイルを用いることになる。

　従来においては、高周波誘導加熱用コイルとして銅等の金属管を用いたものがある（特許文献１）。このような金属管は、銅で製作した複数の部品を、銀ロウ等でロウ付けすることで組立てられる。

　すなわち、図１４等に示すトリポード型等速自在継手の外側継手部材に対する高周波誘導加熱用コイルは、図１２に示す複数個の部品を成形した後、ロウ付けすることによって組立てられる。

　この場合のコイル１０は、３つのトラック溝内に嵌入される加熱部１ａ、１ｂ、１ｃを備えたものである。加熱部１ａ、１ｂ、１ｃはその内部を冷却水が流れるように中空状となっている。すなわち、各加熱部１ａ、１ｂ、１ｃは、倒立Ｕ字形状の加熱部本体２と、加熱部本体２の下端を連結する連結部材３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、加熱部本体２の上壁部の開口部を塞ぐ蓋部材４ａ、４ｂ、４ｃと、連結部材３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの下方開口部を塞ぐ蓋部材５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄと、加熱部本体２の加熱部本体２の上壁部に連結される内鍔部６ａ、６ｂ、５ｃとからなる。このため、全部で１７個の部品からなる。

　また、固定式等速自在継手は、一般的には、図１９に示すように、内径面３０１に複数の案内溝（トラック溝）３０２を軸方向に形成した外側継手部材３０３と、外径面３０４に複数の案内溝（トラック溝）３０５を形成した内側継手部材３０６と、外側継手部材３０３のトラック溝３０２と内側継手部材３０６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３０７と、ボール３０７を収容するためのポケット３０９を有するケージ３０８等から構成される。

　この場合、この外側継手部材３０３には、図１６と図１７に示すように、その内径面３０１に高周波熱処理等によって、硬化層３１０が形成される。

　高周波熱処理に用いられコイル３２０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１８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３１１，３１２と、これらを連結する連結体３１３と、第１部材３１１の開口部を塞ぐ第１蓋部材３１４と、第２部材３１２の開口部を塞ぐ第２蓋部材３１５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２や特許文献３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２０１０－８６９０４号公報 特開平７－２２６２９２号公報 実開平７－３６３９５号公報

　ところで、このような銅材で成形された各部品をロウ付けする場合、例えば、６００℃以上に加熱した部品を銀ロウ付けすることになる。この際、部品の固定や、加熱による変形や歪を抑制するために、図１３に示すような治具１１を用いて組み立てるのが好ましい。治具１１は、その内径部が、被加熱部材であるトリポード型等速自在継手の外側継手部材のマウス部内径部に対応するような筒状体からなる。

　しかしながら、前記図１２に示すようなコイル１０であれば、部品点数が多く、ロウ付け箇所が多い。このため、図１３に示すような拘束治具１１を用いても、高い寸法精度で組立てを行うには、熟練したロウ付け技術と長い作業時間を必要とし、コスト高となっていた。

　また、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。

　さらに、特許文献２，３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１８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３１１，３１２との接続部３１６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。

　そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、高い寸法精度で組み立てることができて、高品質の熱処理を行うことが可能な高周波熱処理用コイル、およびこのような高周波熱処理用コイルの製造方法を提供することを第１の目的とする。また、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ことを第２の目的とする。また、高品質の熱処理が施された等速自在継手、このような等速自在継手を用いたドライブシャフト及びプロペラシャフトを提供することを第３の目的とする。

　本発明の第１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加熱部を有する高周波熱処理用コイルの製造方法であって、前記加熱部を一体削り出し加工にて成形して、この加熱部と他の部分とを接合して完成させるものである。

　本発明の第１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加熱部を有する高周波熱処理用コイルであって、前記加熱部が一体削り出し加工にて成形されてなるものである。

　本発明の第１の高周波熱処理用コイルによれば、組み立てる際の接合部位は、加熱部以外であるので、接合（例えば、ロウ付け接合）による加熱部の寸法精度の低下を招かない。すなわち、加熱に必要な部分が機械加工による一体で作られることになり、ロウ付けに伴う変形や歪の影響を小さく抑えることができ、組立後のコイルは高い精度を保つことが可能となる。

　第１の高周波熱処理用コイルの製造方法において、加熱部は、高周波電流が流れる電流経路が形成されるコイル本体であり、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、前記他の部分としての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ってもよい。

　また、本発明の第１の高周波熱処理用コイルにおいて、加熱部は、高周波電流が流れる電流経路が形成されるコイル本体であり、このコイル本体を一体削り出し加工にて成形されてなり、このコイル本体に、蓋部材を接合して冷却水経路を形成されているものであってもよい。

　前記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。

　等速自在継手用外側継手部材としては、内周に軸線方向に延びる３本のトラック溝を設けると共に各トラック溝の内側壁に互いに対向する案内面を設け、両案内面間に設けられた大内径部が形成されたトリポード型等速自在継手用であってもよい。

　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。

　本発明の等速自在継手は、前記等速自在継手用外側継手部材を用いたものである。

　本発明のドライブシャフトは、前記等速自在継手を用いたものであり、本発明のプロペラシャフトは、前記等速自在継手を用いたものである。ドライブシャフトとは、エンジンの回転力をデファレンシャルギヤからタイヤに伝達する車軸である。プロペラシャフトとは、推進軸という意味で、ＦＲ車や４ＷＤ車の車体中央を前後にはしる回転軸である。エンジンの回転力をデファレンシャルギヤなどに伝達する。

　本発明の第１の高周波熱処理用コイルでは、ロウ付けに伴う変形や歪の影響を小さく抑えることができる。このため、組立後のコイルは高い精度を保つことが可能となり、熟練したロウ付け技術も必要なく、しかも短時間での組立てが可能であり、生産性に優れ、低コスト化を図ることができる。このように、高精度のコイルであるので、熱処理品質に大きく影響する加熱部と、被加熱部との間の隙間を一定の寸法に安定して維持でき、高品質の熱処理を行うことができる。

　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。また、このような等速自在継手を用いたドライブシャフトやプロペラシャフトは安定した機能を発揮できる。

本発明の第１の実施形態を示す高周波熱処理用コイルの各部材の斜視図である。 前記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を用いたドライブシャフトの断面図である。 加熱処理を行っている状態の前記等速自在継手用外側継手部材の横断面図である。 加熱処理を行っている状態の前記等速自在継手用外側継手部材の要部拡大縦断面図である。 本発明の第２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５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す簡略平面図である。 本発明の高周波熱処理用コイルを示す簡略底面図である。 本発明の第２の高周波熱処理用コイルのコイル本体の成形方法を示し、母材の斜視図である。 本発明の第２の高周波熱処理用コイルのコイル本体の成形方法を示し、削り出し途中の斜視図である。 本発明の第２の高周波熱処理用コイルのコイル本体の成形方法を示し、削り出し終了時の斜視図である。 本発明の第２の高周波熱処理用コイルのコイル本体の成形方法を示し、母材をマニシングセンタにて把持している状態の側面図である。 本発明の第２の高周波熱処理用コイルのコイル本体の成形方法を示し、削り出し途中の側面図である。 本発明の第２の高周波熱処理用コイルのコイル本体の成形方法を示し、削り出し終了時の側面図である。 高周波電流を流しているときの電流密度を示し、従来の高周波熱処理用コイルの可視化モデル図である。 高周波電流を流しているときの電流密度を示し、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の各部材の斜視図である。 従来の高周波熱処理用コイルの組立状態を示す斜視図である。 トリポード型等速自在継手の横断面図である。 トリポード型等速自在継手の縦断面図である。 他の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１６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、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

　図２は本発明に係るドライブシャフトを示し、このシャフトは、中空シャフト２０と、シャフト２０の一方の端部に連結される固定式等速自在継手２３と、シャフト２０の他方の端部に連結される摺動式等速自在継手２４とを備える。

　固定式等速自在継手２３は、外側継手部材２５と、内側継手部材２６と、トルク伝達要素としての複数のボール２７と、ボール２７を保持するケージ２８とを主要な部材として含む。なお、この場合の固定式等速自在継手は、ツェッパ型を例示したが、トラック溝の溝底に直線部を有するアンダーカットフリー型等の他の固定式等速自在継手であってもよい。

　外側継手部材２５はマウス部３１と軸部（ステム部）３２とからなり、マウス部３１は一端にて開口した椀状で、その球面状の内周面（内球面）３３に、軸方向に延びた複数のトラック溝３４が円周方向に等間隔に形成してある。

　内側継手部材２６は、軸心部のスプライン孔２６ａにてシャフト２０の端部のスプライン２１とスプライン嵌合させることにより、シャフト２０とトルク伝達可能に結合してある。内側継手部材２６は球面状の外周面（外球面）３５を有し、軸方向に延びた複数のトラック溝３６が円周方向に等間隔に形成してある。

　外側継手部材２５のトラック溝３４と内側継手部材２６のトラック溝３６とは対をなし、各対のトラック溝３４，３６で形成されるボールトラックに１個ずつ、ボール２７が転動可能に組み込んである。ボール２７は外側継手部材２５のトラック溝３４と内側継手部材２６のトラック溝３６との間に介在してトルクを伝達する。

　マウス部３１の開口部はブーツ４０で塞いである。ブーツ４０は、大径部４０ａと、小径部４０ｂと、大径部４０ａと小径部４０ｂとを連結する蛇腹部４０ｃとからなる。大径部４０ａはマウス部３１の開口部に取り付けてブーツバンド４１で締め付けてある。小径部４０ｂはシャフト１のブーツ装着部４３に取り付けてブーツバンド４２で締め付けてある。

　摺動型等速自在継手２４は、ここではトリポード型の例を示してあるが、ダブルオフセット型等、他の摺動型等速自在継手を採用することもできる。等速自在継手２４は、外側継手部材５１と、内側継手部材としてのトラニオン５２と、トルク伝達要素としてのローラ５３とを主要な構成要素としている。

　外側継手部材５１はマウス部５１ａとステム部５１ｂとからなり、ステム部５１ｂにて終減速機の出力軸とトルク伝達可能に連結するようになっている。マウス部５１ａは一端にて開口したカップ状で、内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝５６が形成してある。このためマウス部５１ａの横断面形状は花冠状を呈する。

　トラニオン５２はボス５８と脚軸５９とからなり、ボス５８のスプライン孔５８ａにてシャフト２０のスプライン２１とトルク伝達可能に結合している。脚軸５９はボス５８の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。各脚軸５９にはローラ５３を回転自在に支持させてある。

　ここでも、ブーツ６０を取り付けて外側継手部材５１の開口部を塞いである。ブーツ６０は、大径部６０ａと、小径部６０ｂと、大径部６０ａと小径部６０ｂとの間の蛇腹部６０ｃとからなり、大径部６０ａをマウス部５１ａの開口端部に取り付けてブーツバンド６１で締め付け、小径部６０ｂをシャフト１のブーツ装着部６３に取り付けてブーツバンド６２で締め付けてある。

　ところで、図３に示すように、摺動式等速自在継手２４の外側継手部材５１のトラック溝５６は、円周方向に向き合った案内面６５と両案内面６５，６５間に設けられた大内径部６６からなる。そして、この案内面６５，６５および大内径部６６の案内面近傍に硬化層Ｓが形成される。

　この硬化層Ｓは、図１に示すように、高周波熱処理用コイル７０を用いて形成される。この高周波熱処理用コイル７０は、３つの加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃを有するもので、各加熱部７１ａ、７０ｂ、７０ｃが、それぞれ、トラック溝５６ａ、５６ｂ、５６ｃに嵌合状となる。

　この場合の高周波熱処理用コイル７０は、複数個の部品を成形した後、銀ロウ付け等のロウ付けにて接合されて組立てられる。高周波熱処理用コイル７０は、加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃを有する本体部７２を備える。

　加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃは、それぞれ、一対の縦枠７３，７３と、縦枠７３、７３の上部を連結する上枠７４と、縦枠７３、７３の下部を連結する下枠７５とを有するものである。また、加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃは、上枠７４，７４，７４が上連結枠７６にて連結され、下枠７５，７５，７５が下連結枠７７にて連結されている。

　加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃは、その内部に冷却水が循環するために、中空状となっている。そして、加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃの上枠７４には、外側方に開口する開口部９０が設けられ、下連結枠７７には、下方に開口する開口部（図示省略）が設けられている。

　このように、加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃと、上枠７４，７４，７４と、下枠７５，７５，７５とで一体に成形される本体部７２が形成される。また、上方の開口部９０が蓋部材７８ａ、７８ｂ、７８ｃにて塞がれ、下方の開口部が蓋部材７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７８ｄにて塞がれている。蓋部材７８ａ、７８ｂ、７８ｃは平板矩形状である。蓋部材７９ａ、７９ｂは、平板状の第１部８０ａと、この第１部８０ａの両端部に連設されて第１部８０ａに対して所定角度で傾斜する第２部８０ｂ、８０ｂとからなる。また、蓋部材７９ｃ、７９ｄは、第１部８１ａと第２部８１ｂとからなり、第２部８１ｂが前記蓋部材７８ａ、７９ｂの第２部８０ｂに対向する。

　このため、このコイル７０は、加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃを有する１つの本体部７２と、３つの蓋部材７８ａ、７８ｂ、７８ｃと、４つの蓋部材７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７８ｄとから構成される。すなわち、８個の部品から構成される。

　本体部７２は、多軸制御機能を有するマニシングセンタを用いて、種々の角度から加工することによって、一体で削り出すことができる。すなわち、公知公用の削り出し装置にて、この加熱部７１ａ，７１ｂ、７１ｃを有する本体部７２の一体での削り出しが可能となる。

　このように、成形された加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃと蓋部材７８ａ、７８ｂ、７８ｃと蓋部材７９ａ、７９ｂ、７９ｃ、７９ｄとを銀ロウ付け等のロウ付けによって接合して組み立てることができる。

　このように組立てられたコイル７０は、図３に示すように、各加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃが外側継手部材５１のトラック溝５６に嵌入状となる。この際、加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃは、縦枠７３の外面７３ａが、案内面６５及び案内面６５側の大内径部６６に所定一定隙間をもって対向する。

　この状態で、このコイル７０に高周波電流を流し、発生する誘導加熱によって、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、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３と図４に示すように、硬化層Ｓを形成することができる。

　ところで、前記実施形態では、高周波熱処理用コイルは、ドライブシャフトの摺動式等速自在継手２４の外側継手部材５１の硬化層Ｓを形成するものであったが、プロペラシャフトの摺動式等速自在継手における外側継手部材の硬化層を形成するものであってもよい。

　前記高周波熱処理用コイルによれば、組み立てる際の接合部位は、加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃ以外であるので、接合（例えば、ロウ付け接合）による加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃの寸法精度の低下を招かない。すなわち、加熱に必要な部分が機械加工による一体で作られることになり、ロウ付けに伴う変形や歪の影響を小さく抑えることができ、組立後のコイルは高い精度を保つことが可能となる。従って、熟練したロウ付け技術も必要なく、しかも短時間での組立てが可能であり、生産性に優れ、低コスト化を図ることができる。このように、高精度のコイルであるので、熱処理品質に大きく影響する加熱部と、加熱部７１ａ、７１ｂ、７１ｃとの間の隙間を一定の寸法に安定して維持でき、高品質の熱処理を行うことができる。

　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、前記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Ｓを備えたものとなって、強度的に優れた外側継手部材５１となる。このため、このような外側継手部材５１を用いた等速自在継手２４は、強度的に優れ、長期にわたって等速自在継手２４として安定した機能を発揮できる。また、このような等速自在継手２４を用いたドライブシャフトやプロペラシャフトは安定した機能を発揮できる。

　次に他の実施形態について、図５～図１１に基づいて説明する。図５と図６に本発明に係る高周波熱処理用コイル１３０による等速自在継手用外側継手部材１３３への熱処理状態を示し、図７はこの高周波熱処理用コイル１３０の分離状態を示す斜視図である。

　外側継手部材１３３は、内径面１３１に複数の案内溝（トラック溝）１３２を軸方向に形成したマウス部１３４を有するものである。そして、このトラック溝１３２を含む内径面１３１に、前記高周波熱処理用コイル１３０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１３０は、高周波電流が流れる電流経路１３５が形成されるコイル本体１３６と、このコイル本体１３６の開口部を塞ぐ一対の蓋部材１３７、１３８とからなる。

　コイル本体１３６は、図７と図８Ａと図８Ｂ等に示すように、外周壁１４０と内周壁１４１とを備える。外周壁１４０は、軸方向中間部のリング状の胴部１４０ａと、胴部１４０ａの上縁部から上方に向かって縮径する第１コーン部１４０ｂと、胴部１４０ａの下縁部から下方に向かって縮径する第２コーン部１４０ｃとからなる。また、内周壁１４１は円筒体からなる。

　図８Ａに示すように、内周壁１４１と第１コーン部１４０ｂとはそれぞれスリット１４２，１４３があり、このスリット１４２，１４３が連結片１４４、１４５で連結されている。また、図４Ｂに示すように、内周壁１４１と第２コーン部１４０ｃとはそれぞれスリット１４６，１４７があり、このスリット１４６，１４７が連結片１４８、１４９で連結されている。

　連結片１４４、１４５との間の隙間は、図７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１５０となり、また、連結片１４８、１４９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１５１となり、これらのスリット部１５０、１５１は平行に設定される。また、外周壁１４０と内周壁１４１との間には、胴部１４０ａにおいて仕切壁１４６が設けられ、スリット部１５０とスリット部１５１とは、この仕切壁４６に形成される分離スリット部１５２に連通されている。この場合、分離スリット部１５２は、スリット部１５０とスリット部１５１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１５２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１１３を構成するものである。

　これによって、連結片１４４から連結片１４５に達する２重リング部からなる第１周方向経路１５３が形成され、連結片１４８から連結片１４９に達する２重リング部からなる第２周方向経路１５４が形成される。そして、第１周方向経路１５３と第２周方向経路１５４とがスリット部１５０とスリット部１５１の間で接続部１５５を介して連結されている。

　すなわち、第１周方向経路１５３と接続部１５５と第２周方向経路１５４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１５３のリング状の上方開口部１５３ａが蓋部材１３７にて塞がれ、第２周方向経路１５４のリング状の下方開口部１５４ａが蓋部材１３８にて塞がれている。なお、蓋部材１３７にスリット１３７ａが設けられ、このスリット１３７ａが連結片１４４、１４５との間の隙間に対応し、蓋部材１３８にスリット１３８ａが設けられ、このスリット１３７ａが連結片１４８、１４９との間の隙間に対応する。また、蓋部材１３７のスリット１３７ａによって、冷却水経路１６５（図７参照）の冷却水入口を形成し、蓋部材１３８のスリット１３８ａによって、冷却水経路１６５の冷却水出口を形成する。

　このコイル本体１３６は、図９Ａと図１０Ａに示すように、銅の母材１６０を一体削り出し加工にて成形される。この場合、図１０Ａ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１６０としては、断面矩形のブロック体からなり、図１０Ａに示すように、一方の端部１６０ａをマニシングセンタＭのバイス１６１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９Ｂと図１０Ｂに示すように、削り出し工具１６２にて削り出し加工を行う。まず、外周壁１４０の第１コーン部１４０ｂと胴部１４０ａと内周壁１４１の上半分とスリット部１５０と分離スリット部１５２等を削り出す。その後、この母材１６０を図９Ｃと図１０Ｃに示すように、母材１６０を反転させて、外周壁１４０の第２コーン部１４０ｃと内周壁１４１の下半分とスリット部１５１等削り出す。そして、母材１６０の端部１６０ａから切り離して、コイル本体１３６を完成する。

　このように、構成されたコイル本体１３６に対して、別途成形した蓋部材１３７、１３８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１５３と第２周方向経路１５４と接続部１５５とからなる電流経路１３５が形成されるとともに、内部、つまり、外周壁１４０と内周壁１４１と蓋部材１３７、１３８との間で、冷却水経路１６５が形成される。この冷却水経路１６５は、第１周方向経路１５３にて構成される第１冷却水経路１６５ａと、第２周方向経路１５４にて構成される第２冷却水経路１６５ｂとからなる。なお、仕切壁１４６の残部（つまり、従来の連結体１１３に対応する部位）の開口孔が設けられ、第１冷却水経路１６５ａと第２冷却水経路１６５ｂ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１３０を用いた加熱処理方法を説明する。この場合、電流経路１３５の第１周方向経路１５３の上流端と電流経路１３５の第２周方向経路１５４の下流端とにリード線を接続し、また、冷却水経路１６５の第１冷却水経路１６５ａに冷却水供給路を接続するとともに、冷却水経路１６５の第２冷却水経路１６５ｂに冷却水排水路を接続する。

　この状態で、図５に示すように、高周波熱処理用コイル１３０を、外側継手部材１３３に内嵌状とする。そして、電流経路１３５の第１周方向経路１５３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１５３の上流側から供給され、この第１周方向経路１５３をこの経路に沿って周方向に流れて、接続部１５５を介して第２周方向経路１５４に入って、この第２周方向経路１５４をこの経路に沿って周方向に流れて第２周方向経路１５４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１３０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１３３の被加熱部位（外側継手部材１３３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５と図６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１６５ａに冷却水供給路を介して流して、第２冷却水経路１６５ｂから冷却水排水路に流出させる。

　ところで、蓋部材１３７は、図５に示すように、マウス部１３４の底壁１３４ａに相対向し、また、蓋部材１３８は、マウス部１３４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１３７、１３８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１３７、１３８とコイル本体１３６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。

　図５から図７等に示す高周波熱処理用コイル１３０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１３６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１３７、１３８とコイル本体１３６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１１１，１１２との接続部１１６が、電流流れ方向に対して直交するものであれば、図１１Ａの範囲Ｈ１に示すように、その接続部１１６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１３６の電流経路１３５は、第１周方向経路１５３と第２周方向経路１５４との間の接続部１５５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１１Ｂ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。

　図５から図７等に示す高周波熱処理用コイル１３０であっても、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、図５から図７等に示す高周波熱処理用コイル１３０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１３３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１３３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、周波熱処理用コイルの材質として、銅に限るものではなく、高周波熱処理用コイルを組立てる場合、前記実施形態では、銀ロウ付けを用いたが、使用する材質に応じて、可能ならば、銅ロウ、黄銅ロウ、リン銅ロウ等の他のロウ付けを用いてもよい。トリポード型等速自在継手として、前記実施形態では、シングルローラタイプであったが、ダブルローラタイプであってもよい。また、固定式等速自在継手の場合、ツェッパタイプに限らず、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１５３側から流していたが、逆に第２周方向経路１５４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１６５ａから流していたが、逆に第２冷却水経路１６５ｂ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。

　本発明の高周波熱処理用コイルは、高い寸法精度で組み立てることができて、高品質の熱処理を行うことが可能なである。高品質の熱処理が施された等速自在継手、このような等速自在継手を用いたドライブシャフト及びプロペラシャフトを提供することができる。

５１   外側継手部材
５６   トラック溝
６６   大内径部
７０   高周波熱処理用コイル
７１ａ，７１ｂ，７１ｃ      加熱部
１３０ 高周波熱処理用コイル
１３１ 内径面
１３２ トラック溝
１３３ 外側継手部材
１３４ マウス部
１３４ａ      底壁
１３５ 電流経路
１３７ 蓋部材
１３８ 蓋部材
１５３ 周方向経路
１５３ａ      上方開口部
１５４ａ      下方開口部
１５４ 周方向経路
１５５ 接続部
１６５ 冷却水経路
１６５ａ      冷却水経路
１６５ｂ      冷却水経路
 
 

Claims (14)

1. 　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加熱部を有する高周波熱処理用コイルの製造方法であって、前記加熱部を一体削り出し加工にて成形して、この加熱部と他の部分とを接合し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。
2. 　加熱部は、高周波電流が流れる電流経路が形成されるコイル本体であり、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、前記他の部分としての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請求項１に記載の高周波熱処理用コイルの製造方法。
3. 　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加熱部を有する高周波熱処理用コイルであって、前記加熱部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。
4. 　加熱部は、高周波電流が流れる電流経路が形成されるコイル本体であり、このコイル本体を一体削り出し加工にて成形されてなり、このコイル本体に、蓋部材を接合して冷却水経路を形成されていることを特徴とする請求項３に記載の高周波熱処理用コイル。
5.   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４に記載の高周波熱処理用コイル。
6.   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４又は請求項５に記載の高周波熱処理用コイル。
7. 　高周波焼入れに用いることを特徴とする請求項３～請求項６のいずれか１項に記載の高周波熱処理用コイル。
8. 　高周波焼戻しに用いることを特徴とする請求項３～請求項６のいずれか１項に記載の高周波熱処理用コイル。
9. 　前記請求項３～請求項８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。
10. 　前記等速自在継手用外側継手部材は、内周に軸線方向に延びる３本のトラック溝を設けると共に各トラック溝の内側壁に互いに対向する案内面を設け、両案内面間に設けられた大内径部が形成されたトリポード型等速自在継手用であることを特徴とする請求項９の等速自在継手用外側継手部材。
11. 　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９の等速自在継手用外側継手部材。
12. 　前記請求項１０又は請求項１１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。
13. 　前記請求項１２に記載の等速自在継手を用いたことを特徴とするドライブシャフト。
14. 　前記請求項１２に記載の等速自在継手を用いたことを特徴とするプロペラシャフト。

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