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技術 ドライブシャフトの製造方法

出願人 本田技研工業株式会社
発明者 上川満松岡和弥
出願日 2012年3月16日 (8年9ヶ月経過) 出願番号 2012-060642
公開日 2013年9月30日 (7年2ヶ月経過) 公開番号 2013-194787
状態 特許登録済
技術分野 軸・クランク・連接棒及び関連の軸受 物品の熱処理
主要キーワード 中空棒 どぶ付け 差比率 軸状体 成分組成比 塑性変形加工 周回動作 切断ステーション
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

切削加工によらずに寸法精度を向上させることができるとともに、焼入れムラを抑制して高強度化することが可能なドライブシャフトの製造方法を提供する。

解決手段

長手方向に沿って搬送された中実棒体10(軸状体)の同一部位における直径につき、複数方向から測定して最長径と最小径を求め、さらに、最長径と最小径との差(偏径差)を求める。この偏径差が予め設定した閾値以内であるものを合格品、閾値を超えるものを不合格品として選別する。不合格品は除外し、一方、合格品に対しては、切断、切削高周波焼入れを行う。これにより、合格品からドライブシャフトを得る。

概要

背景

ドライブシャフトは、周知の通り、自動車において走行機関を構成するとともに、エンジン又はモータ回転駆動力をタイヤまで伝達する中継軸として機能する。この種のドライブシャフトは、例えば、所定径の素材に対して引抜き加工を行うことで得られた軸状体所定長に切断し、さらに、切断された前記軸状体に高周波焼入れ処理を行うことによって作製される。

高周波焼入れ処理は、軸状体の一部又は全部の周面を高周波加熱コイルで囲繞して加熱した後に冷却液急冷を施す処理であり(例えば、特許文献1参照)、これにより軸状体の深さ方向に硬化層が形成され、その結果、走行機関の構成部品として十分な強度が付与されたドライブシャフトが得られる。

ところで、軸状体の直径方向断面は真円形状であることが理想的であるが、引抜き加工を行う際に用いるダイス引抜き穴の寸法に公差があることや、引抜き加工時の条件が相違すること等に起因して、楕円形状となることがほとんどである。すなわち、同一の直径方向断面であっても、該断面の一端から他端までの距離、換言すれば、径が部位に応じて相違する。このため、特許文献2に記載されるように、いわゆる曲がり(「フレ」とも指称される)が存在する。

曲がりが生じている軸状体では、高周波焼入れ処理の際、径が大きい部位では高周波加熱コイルからの離間距離が小さくなり、逆に、径が小さい部位では前記離間距離が大きくなる。すなわち、高周波加熱コイルと軸状体の周面との間の距離が、部位によって相違することになる。このような状況下では、軸状体を一様に加熱することが困難になるため、軸状体に焼入れムラや変形が生じて強度が十分であるとは言い難いドライブシャフトとなる懸念がある。さらに、このように変形等が生じたドライブシャフトを自動車車体に組み込んだ場合、該自動車の走行時にドライブシャフトが回転することに伴って騒音振動が発生する懸念がある。

このような不都合が生じることを回避するべく、切削加工にて曲がりを除去することで軸状体の直径方向断面を真円形状に近似させ、これにより曲がりを修正した後、該軸状体に対して高周波焼入れ処理を施すことが想起される。

概要

切削加工によらずに寸法精度を向上させることができるとともに、焼入れムラを抑制して高強度化することが可能なドライブシャフトの製造方法を提供する。長手方向に沿って搬送された中実棒体10(軸状体)の同一部位における直径につき、複数方向から測定して最長径と最小径を求め、さらに、最長径と最小径との差(偏径差)を求める。この偏径差が予め設定した閾値以内であるものを合格品、閾値を超えるものを不合格品として選別する。不合格品は除外し、一方、合格品に対しては、切断、切削高周波焼入れを行う。これにより、合格品からドライブシャフトを得る。

目的

本発明は上記した問題を解決するためになされたものであり、切削加工によらずに、高周波焼入れによる焼入れムラや変形を抑制して、ドライブシャフトの強度及び寸法精度を高めることが可能であり、且つ軸状体の切削量を低減して、製造コストを低廉化することが可能なドライブシャフトの製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

自動車車体に組み込まれるドライブシャフトの製造方法であって、所定長鋼材からなり、長手方向に沿って搬送される軸状体同一部位における直径を複数方向から測定し、得られた測定値中の最大値から最小値を差し引いた偏径差が、予め設定した閾値以内であるものを合格品、前記閾値を超えるものを不合格品として選別し、前記不合格品を除く工程と、前記合格品を切断する工程と、切断された前記合格品の両端に歯部を形成する工程と、前記合格品に高周波焼入れを施し、ドライブシャフトを得る工程と、を有することを特徴とするドライブシャフトの製造方法。

請求項2

請求項1記載の製造方法において、前記偏径差を、前記軸状体の搬送上流側から搬送下流側に沿う複数部位で測定するとともに、前記搬送上流側での前記閾値を、前記搬送下流側での前記閾値に比して大きい値に設定し、前記搬送上流側の偏径差が前記閾値を超えるときにはその時点で不合格品として判別する一方、前記搬送上流側の偏径差が前記閾値以内であり且つ前記搬送下流側の偏径差が前記閾値以内であるときに合格品であると判別することを特徴とするドライブシャフトの製造方法。

請求項3

請求項1又は2記載の製造方法において、前記高周波焼入れにより、表面から、Cスケールロックウェル硬度で40を示す部位に至るまでの距離をd、切断された前記軸状体の半径をrとするとき、硬化層比率d/rが0.7以上であるドライブシャフトを得ることを特徴とするドライブシャフトの製造方法。

請求項4

請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法において、前記高周波焼入れにおいて、切断された前記合格品を970℃〜1050℃で加熱することを特徴とするドライブシャフトの製造方法。

請求項5

請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法において、前記軸状体として、質量%で、C:0.47〜0.50%、Si:0.03〜0.25%、Mn:0.6〜0.8%、P:0.015%以下、S:0.02%以下、Cu:0.01〜0.15%、Ni:0.01〜0.15%、Cr:0.1〜0.2%、B:0.0010〜0.0030%、N:0.0080%以下、O:0.0015%以下を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物である鋼材からなるものを用いることを特徴とするドライブシャフトの製造方法。

請求項6

請求項5記載の製造方法において、前記軸状体として、Ca、Bi、V、Nbの中の1種以上をさらに含有する鋼材を用いることを特徴とするドライブシャフトの製造方法。

技術分野

0001

本発明は、自動車車体に組み込まれるドライブシャフトの製造方法に関する。

背景技術

0002

ドライブシャフトは、周知の通り、自動車において走行機関を構成するとともに、エンジン又はモータ回転駆動力をタイヤまで伝達する中継軸として機能する。この種のドライブシャフトは、例えば、所定径の素材に対して引抜き加工を行うことで得られた軸状体所定長に切断し、さらに、切断された前記軸状体に高周波焼入れ処理を行うことによって作製される。

0003

高周波焼入れ処理は、軸状体の一部又は全部の周面を高周波加熱コイルで囲繞して加熱した後に冷却液急冷を施す処理であり(例えば、特許文献1参照)、これにより軸状体の深さ方向に硬化層が形成され、その結果、走行機関の構成部品として十分な強度が付与されたドライブシャフトが得られる。

0004

ところで、軸状体の直径方向断面は真円形状であることが理想的であるが、引抜き加工を行う際に用いるダイス引抜き穴の寸法に公差があることや、引抜き加工時の条件が相違すること等に起因して、楕円形状となることがほとんどである。すなわち、同一の直径方向断面であっても、該断面の一端から他端までの距離、換言すれば、径が部位に応じて相違する。このため、特許文献2に記載されるように、いわゆる曲がり(「フレ」とも指称される)が存在する。

0005

曲がりが生じている軸状体では、高周波焼入れ処理の際、径が大きい部位では高周波加熱コイルからの離間距離が小さくなり、逆に、径が小さい部位では前記離間距離が大きくなる。すなわち、高周波加熱コイルと軸状体の周面との間の距離が、部位によって相違することになる。このような状況下では、軸状体を一様に加熱することが困難になるため、軸状体に焼入れムラや変形が生じて強度が十分であるとは言い難いドライブシャフトとなる懸念がある。さらに、このように変形等が生じたドライブシャフトを自動車車体に組み込んだ場合、該自動車の走行時にドライブシャフトが回転することに伴って騒音振動が発生する懸念がある。

0006

このような不都合が生じることを回避するべく、切削加工にて曲がりを除去することで軸状体の直径方向断面を真円形状に近似させ、これにより曲がりを修正した後、該軸状体に対して高周波焼入れ処理を施すことが想起される。

先行技術

0007

特開2007−204814号公報
特開昭62−88910号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかしながら、上記の方法では、軸状体の一部を切削するために切削屑廃材)が生じる。この切削屑を処理しなければならないため、煩雑であるとともに処理コストが必要である。しかも、この場合、素材を有効に使用することができないので、材料コストが高騰する。

0009

このような観点から、ドライブシャフトを得る過程で曲がりが生じることを可及的に抑制し、切削加工を不要とすることが要請されているが、そのようなドライブシャフトの製造方法は未だ確立されていない。

0010

本発明は上記した問題を解決するためになされたものであり、切削加工によらずに、高周波焼入れによる焼入れムラや変形を抑制して、ドライブシャフトの強度及び寸法精度を高めることが可能であり、且つ軸状体の切削量を低減して、製造コストを低廉化することが可能なドライブシャフトの製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0011

前記の目的を達成するために、本発明は、自動車車体に組み込まれるドライブシャフトの製造方法であって、
所定長の鋼材からなり、長手方向に沿って搬送される軸状体の同一部位における直径を複数方向から測定し、得られた測定値中の最大値から最小値を差し引いた偏径差が、予め設定した閾値以内であるものを合格品、前記閾値を超えるものを不合格品として選別し、前記不合格品を除く工程と、
前記合格品を切断する工程と、
切断された前記合格品の両端に歯部を形成する工程と、
前記合格品に高周波焼入れを施し、ドライブシャフトを得る工程と、
を有することを特徴とする。

0012

本発明者らの鋭意検討によれば、ドライブシャフトとしての曲がり量は、高周波焼入れを施す前の軸状体の真円度相関があり、且つ該真円度は、軸状体の偏径差と相関があるとの知見が得られた。すなわち、軸状体の真円度が小さく、その直径方向断面の形状が真円形状に近い(偏径差が小さい)ものほど、高周波焼入れを施してドライブシャフトとしたときの曲がり量が小さい。

0013

このため、偏径差の閾値を設定し、偏径差が該閾値以下であるものを合格品として選別することによって、曲がり量が小さく、騒音や振動が発生し難いドライブシャフトを容易に得ることができる。

0014

しかも、偏径差が該閾値以下である合格品においては、その周面と、高周波加熱コイルとの距離が部位に関わらず略均等となる。従って、該合格品の全体にわたって高周波焼入れを略一様に施すことができるので、有効硬化層が略均等な深さで形成される。従って、強度にばらつきのないドライブシャフトが得られる。しかも、この場合、焼入れによって変形(歪)が生じることが抑制されるので、寸法精度が良好なドライブシャフトを製造することができる。

0015

また、軸状体を所定長に切断する場合、合格品のみを切断すればよく、不合格品を切断する工程を省略することができる。高周波焼入れについても同様である。従って、ドライブシャフトを効率よく製造することができる。

0016

さらに、合格品に対しては、曲がりを修正するべく周面等の一部を切削除去する必要がない。換言すると、合格品に対して切削を行うことなくドライブシャフトを製造することができる。従って、素材を有効に使用することができるとともに、切削屑の処理作業が不要となる。このため、ドライブシャフトの製造コストが低廉化する。なお、不合格品については、例えば、曲がり量が一定量を超えていても差し支えない部品として用いることができる。

0017

上記のドライブシャフトの製造方法では、前記偏径差を、前記軸状体の搬送上流側から搬送下流側に沿う複数部位で測定するとともに、前記搬送上流側での前記閾値を、前記搬送下流側での前記閾値に比して大きい値に設定し、
前記搬送上流側の偏径差が前記閾値を超えるときにはその時点で不合格品として判別する一方、前記搬送上流側の偏径差が前記閾値以内であり且つ前記搬送下流側の偏径差が前記閾値以内であるときに合格品であると判別することが好ましい。

0018

この場合、搬送上流側での閾値が、搬送下流側での閾値に比して大きい値に設定されていることによって、軸状体の直径がばらついている場合であっても、搬送方向に沿って段階的に合格品及び不合格品を選別することができる。そして、搬送上流側で不合格品として選別されたものは、搬送下流側で直径が測定されることなく、搬送経路から除かれる。すなわち、合格品及び不合格品を選別する工程を簡略化することができるため、より効率よくドライブシャフトを製造することができる。

0019

また、前記高周波焼入れにより、表面からCスケールロックウェル硬度(HRC)で40を示す部位に至るまでの距離(深さ)をd、切断された軸状体の半径をrとするとき、硬化層比率d/rが0.7以上であるドライブシャフトを得ることが好ましい。この場合、捩り強度に優れたドライブシャフトとなるからである。

0020

なお、硬化層比率d/rを0.7以上とする場合、一般的には歪が生じ易い。しかしながら、本発明では、偏径差が小さく、直径方向断面が真円形状に近い合格品に対してのみ高周波焼入れを施すので、硬化層比率d/rを上記のように設定しても該高周波焼入れによる歪や変形等が生じることを十分に抑制することができる。すなわち、高強度且つ寸法精度が高いドライブシャフトを得ることができる。

0021

前記高周波焼入れでは、前記合格品が970℃〜1050℃となるように加熱することが好ましい。970℃未満では、合格品を深くまで加熱することが容易ではなく、硬化層比率d/rを0.7以上とすることが容易ではない。また、1050℃超では、合格品の端部や溝が集中的に加熱されて過熱状態となってしまう懸念がある。すなわち、温度を970℃〜1050℃とすることによって、合格品に高周波焼入れを良好に施すことができ、より高強度のドライブシャフトを製造することが可能になる。

0022

軸状体としては、質量%で、C:0.47〜0.50%、Si:0.03〜0.25%、Mn:0.6〜0.8%、P:0.015%以下、S:0.02%以下、Cu:0.01〜0.15%、Ni:0.01〜0.15%、Cr:0.1〜0.2%、B:0.0010〜0.0030%、N:0.0080%以下、O:0.0015%以下を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物である鋼材からなるものを用いることが好ましい。このような成分組成比の鋼材においては、加工が容易であるとともに、優れた強度を発現させる組織が得られる。

0023

軸状体には、さらに、Ca、Bi、V、Nbの中の1種以上が含有されていてもよい。このような成分・組成比の鋼材からなる軸状体から合格品を選別して、該合格品に対して高周波焼入れを施すことにより、硬度及び強度に優れたドライブシャフトを製造することが可能となる。

発明の効果

0024

本発明によれば、偏径差が所定の閾値以下である軸状体を合格品として選別し、その後、該合格品に対してのみ高周波焼入れを施すようにしている。この合格品が、真円度が小さいものであるので、曲がり量が小さく且つ歪が生じることが回避され、しかも、有効硬化層の深さが略均等であるドライブシャフトが得られる。

0025

このようなドライブシャフトは、高強度を示す。また、該ドライブシャフトでは、その回転動作時に振動や騒音が発生することが回避される。

0026

しかも、曲がりを修正するために切削加工を行う必要がないので、素材を有効に使用し得るとともに、切削屑の処理が不要となる。このため、ドライブシャフトの製造コストが低廉化する。

図面の簡単な説明

0027

本発明の実施形態に係るドライブシャフトの製造方法の概略フロー図である。
高周波焼入れを施す前の中実棒体の概略斜視図である。
図2のIII−III線矢視断面図である。
中実棒体の真円度と、該中実棒体から得られたドライブシャフトの中央部の曲がり量との関係を示すグラフである。
中実棒体の真円度と偏径差比率との関係を示すグラフである。
図2の中実棒体の直径を測定するための測定装置の要部概略斜視図である。
図6のVII−VII矢視断面図である。
図7のVIII−VIII線矢視断面図である。
合格品に対して高周波焼入れを施している状態を示す要部側面断面図である。
合格品に比して曲がり量が大きい中実棒体に対して高周波焼入れを施している状態を示す要部側面断面図である。
本発明の実施形態に係る製造方法によって得られたドライブシャフトのせん断応力と、硬化層比率との関係を示すグラフである。
本発明の実施形態に係る製造方法によって得られたドライブシャフトと、検査によって合格品・不合格品を判別することなく得られたドライブシャフトにおける捩り強度と硬化層比率との関係を示すグラフである。

実施例

0028

以下、本発明に係るドライブシャフトの製造方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

0029

図1は、本実施形態に係るドライブシャフトの製造方法の概略フロー図である。この製造方法は、引抜き・矯正工程S1と、検査工程S2と、切断工程S3と、切削工程S4と、高周波焼入れ工程S5とを有する。

0030

はじめに、引抜き・矯正工程S1において、所定径の素材をダイスの引抜き穴に通すことで引抜きを行う。

0031

ここで、前記素材は鋼材からなる。本実施形態においては、この鋼材は、鉄及び不可避的不純物の他、C、Si、Mn、S、Cr、Bを所定の組成比で含有するものである。

0032

Cは、ドライブシャフトの強度や硬度等を確保するための成分であり、その組成比は0.47〜0.50%(数字は質量%、以下同じ)に設定される。0.47%未満であると、硬度を確保することが困難となる。また、0.50%よりも多いと、硬度が過度に上昇するので塑性変形加工や切削加工等を施すことが容易でなくなるとともに、脆性破壊を示すようになるので強度が低下する。

0033

Siは、ドライブシャフトの脱酸剤として作用し、鋼材の粒界強化軟化抵抗を改善する元素として有効に作用する。鋼材におけるSiの組成比は0.03〜0.25%に設定される。より好ましくは0.17〜0.22%に設定される。0.03%未満では脱酸効果に乏しい。一方、0.25%を超えると、硬度が過度に上昇するので塑性変形加工や切削加工等を施すことが容易でなくなる。特に、冷間加工における変形能が低減する。

0034

Mnは、高周波焼入れ工程S5における焼入れ性を向上させる。すなわち、Mnが存在することにより、高周波焼入れ後の硬度が、焼入れ前に比して顕著に上昇する。この効果を確実に得るべく、Mnの組成比は、0.6〜0.8%に設定される。0.8%を超えると、硬度が過度に上昇するので塑性変形加工や切削加工等を施すことが容易でなくなる。

0035

Crは、高周波焼入れ工程S5における焼入れ性を向上させる。換言すれば、Crが存在することにより、高周波焼入れ後のドライブシャフトの硬度が顕著に上昇する。Crの組成比は、0.1〜0.2%に設定される。0.1%未満では、この効果を得ることが困難となる。一方、0.2%を超えると、硬度が過度に上昇するので塑性変形加工や切削加工等を施すことが容易でなくなる。

0036

Bは、粒界強度を向上させるとともに、高周波焼入れ工程S5における焼入れ性を向上させる。Bの組成比は、0.0010〜0.0030%(10〜30ppm)に設定される。10ppm未満であると、粒界強度を向上させる効果に乏しい。また、30ppmを超えて、添加しても効果に変化は見られない。

0037

Pは、捩り強度を低下させる不可避不純物であるため、工業的に成立する0.015%以下を組成比とする。

0038

Sは、鋼材の切削性を向上させる成分であるが、組成比が0.02%を超えると、特に冷間加工時の変形能が低減する。従って、Sの組成比は、0.02%以下に設定される。

0039

Cu、Niは、不純物として許容される0.01〜0.15%となるように組成比が設定される。

0040

Nは、高周波焼入れ工程S5における焼入れ性を低下させる不純物であるため、工業的に成立する0.0080%以下となるように組成比が設定される。

0041

Oは、硬質金属酸化物を過度に生成させて転動疲労強度を低下させるため、工業的に成立する0.0015%以下となるように組成比が設定される。

0042

さらに、鋼材は、必要に応じてCa、Bi、V、Nbの中の1種以上をさらに含有する。鋼材は、Ca、Biを含有することで、切削性を向上させることができ、V、Nbを含有することで、強度を向上させることができる。

0043

最終製品が比較的大径であるドライブシャフトであることから、上記したような素材(鋼材)に対する引抜きは、熱間加工として実施することが好ましく、特に、素材(鋼材)の温度を820℃〜900℃とすることが好ましい。820℃よりも低温では、鋼材を加工することが容易ではない。一方、900℃よりも高温では、鋼材の金属組織において、結晶粒が部分的に粗大化することがある。この場合、鋼材の強度が低下する懸念がある。さらには、高周波焼入れ工程S5における高周波焼入れ・焼戻し処理を経て得られたドライブシャフトの焼入れ深さがばらつき、強度が低下することもある。

0044

以上のようにして引抜きが行われることにより、図2に示すように、ドライブシャフトとして用いるのに適切な径(予め設定された設計直径)に縮径された中実棒体10(軸状体)が得られる。この時点での該中実棒体10の長手方向寸法は、12m〜20m程度である。

0045

この中実棒体10の周面に対し、矯正ローラが接触する。この矯正により曲がりが若干修正されるが、図2のIII−III線矢視断面図である図3に示すように、中実棒体10の直径方向断面は、楕円形状に近似し得る形状をなす。すなわち、曲がりが残留している。上記したように、曲がりの度合いが過度に大きいドライブシャフトを自動車車体に組み込むと、その回転動作時(すなわち、自動車の走行時)に振動や騒音が発生する懸念がある。

0046

そこで、中実棒体10を、その長手方向に沿って搬送するとともに、次工程である検査工程S2において、曲がりの度合い(曲がり量)が許容範囲内であるものと、許容範囲外であるものとに選別する。

0047

本発明者の鋭意検討によれば、高周波焼入れを施して得られたドライブシャフトの曲がり量は、高周波焼入れ前の中実棒体10の真円度が小さいほど小さくなる。すなわち、図4に示すように、真円度が80μm以下であれば、ドライブシャフトの長手方向中央部の曲がり量は、1.5mmよりも小さい一定範囲内に抑制される。これに対し、真円度が100μmを超えると、ドライブシャフトの曲がり量が1.5mmを超える傾向がある。

0048

さらに、中実棒体10の真円度は、該中実棒体10の偏径差(偏径差比率)と図5に示す関係がある。なお、偏径差は、図3に示すように、中実棒体10の直径方向断面における最長径φAから最短径φBを差し引くことで算出される値である。また、偏径差比率とは、中実棒体10の設計直径の公差に対する中実棒体10の偏径差の割合である。すなわち、偏径差及び偏径差比率は、それぞれ、次の式(1)、(2)で表される。

0049

偏径差=φA−φB ………………(1)

0050

偏径差比率=100×{φA−φB}/公差………………(2)

0051

図5から諒解されるように、中実棒体10の偏径差比率が30%以内であるときに、該中実棒体10の真円度を略80μm以下とすることができる。すなわち、上記の図4及び図5から、偏径差比率が30%以内である中実棒体10を選定することにより、曲がり量が1.5mmよりも小さい、換言すれば、直径方向断面が真円形状に近く且つ概ね直線状であるドライブシャフトを得ることが可能となる。

0052

以上から、検査工程S2では、後述するように、中実棒体10の同一部位における直径を複数方向から測定して偏径差及び偏径差比率を求め、該偏径差比率が30%以内であるものを合格品とし、偏径差比率が30%を超えるものを不合格品として選別する。そして、合格品については、そのまま搬送経路の下流側へ搬送し、不合格品については、搬送経路から除外する。

0053

すなわち、不合格品については、検査工程S2以降の製造工程における処理を施しても、ドライブシャフトとして適切でない曲がり量を有する完成品となる懸念があるため、予め搬送経路から除去しておく。これにより、不合格品に対して、検査工程S2以降の製造工程における処理を施す必要がなくなる分、ドライブシャフトを効率的に製造することが可能になる。なお、搬送経路から除外した不合格品については、例えば、曲がり量が一定量を超えていても差し支えない部品として用いることができる。

0054

ここで、図6図7及び図8を参照しつつ、検査工程S2において、中実棒体10の直径を測定する方法の一例について説明する。

0055

図6及び図7に示すように、中実棒体10の直径は、複数の測定装置12、14、16によって測定される。なお、本実施形態では、3個の測定装置12、14、16によって中実棒体10の直径を測定する場合を例示しているが、測定装置の個数は3個に限定されるものではない。例えば、測定装置の数は2個であってもよいし、4個以上であってもよい。

0056

測定装置12、14、16は、それぞれ、中実棒体10の設計直径よりも大きい内径φI、φII、φIII(図7参照)を有する円環状の挿通部18、20、22を有する。挿通部18、20、22は、互いに別個周回動作可能である。

0057

また、測定装置12、14、16は、各挿通部18、20、22の内径の径方向と中実棒体10の搬送方向とが略直交するように、且つ互いに同心軸となるように、搬送経路に沿って所定間隔を有するように配置されている。すなわち、搬送された中実棒体10は、測定装置12、14、16の各挿通部18、20、22をこの順に通過していく。また、挿通部18、20、22の内径は、φI>φII>φIIIの関係にあり、搬送上流側から搬送下流側に向かうにつれて小さくなる。

0058

図7及び図8に示すように、測定装置12の挿通部18の内周壁には、4個の測定素子24a〜24dが互いに略90°の間隔で離間するように設けられる。従って、測定素子24a、24c同士、及び測定素子24b、24d同士は互いに対向する。これら測定素子24a〜24dの端面は、挿通部18の内周面露呈している。つまり、上記した測定装置12の内径φIは、互いに対向する測定素子24a、24c同士、測定素子24b、24d同士の距離でもある。

0059

測定素子24a〜24dは、発光及び受光が可能な素子であり、例えば、測定素子24aが発した光は、該測定素子24aに対向する測定素子24cによって受光される。勿論、その逆も可能である。以上は、測定素子24b、24dについても同様である。なお、このように構成される測定装置12は、例えば、特開2006−153545号公報に記載されるように公知であるので、詳細な説明は省略する。

0060

残余の測定装置14、16は、挿通部20、22の内径が、それぞれ、φII、φIIIに設定されることを除いて、測定装置12と同様に構成されている。従って、測定装置14、16の各測定素子には、測定装置12の測定素子24a〜24dと同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

0061

以上のように構成される測定装置12、14、16中、測定装置12の挿通部18に中実棒体10が到達すると、例えば、測定素子24a、24bが中実棒体10に向かって紫外光を発光する。紫外光の一部は中実棒体10によって遮光され、残光が測定素子24c、24dに受光される。中実棒体10によって遮光された距離が、中実棒体10の直径に対応する。すなわち、測定素子24a、24cによって測定された距離(径)と、測定素子24b、24dによって測定された距離(径)とが個別に求められる。このようにして得られた径に関する情報は、図示しない制御回路に入力・記憶される。

0062

また、中実棒体10を回転させたり、挿通部18を周回動作させたりすることにより、360°にわたって中実棒体10の直径を測定することもできる。このようにして、中実棒体10の同一部位の直径を複数方向から測定する。上記したように、得られた値は制御回路に逐一入力される。

0063

測定が終了した後、制御回路は、上記式(1)、(2)に従って、最大径(最大値)から最小径(最小値)を差し引いて算出された値を偏径差として記憶するとともに、偏径差比率を算出する。制御回路には、偏径差比率の閾値が予め入力されており、測定に基づいて算出された偏径差比率が前記閾値を超える場合には、この時点で、中実棒体10は不合格品であると判定する。すなわち、この中実棒体10に対し、測定装置14、16による径の測定は行われない。

0064

一方、偏径差が前記閾値以下である場合には、中実棒体10は合格品であると判定され、さらに搬送下流側に搬送される。

0065

合格品である中実棒体10が測定装置14の挿通部20に到達すると、上記に準拠して径の測定が複数方向から行われる。ここでも、制御回路の制御作用下に、偏径差と偏径差比率が算出される。

0066

制御回路には、測定装置14での偏径差比率の閾値が予め入力されており、測定に基づいて算出された偏径差比率が前記閾値を超える場合には、この時点で、中実棒体10は不合格品であると判定する。すなわち、この中実棒体10に対し、測定装置16による径の測定は行われない。一方、偏径差が前記閾値以下である場合には、中実棒体10は合格品であると判定され、さらに搬送下流側に搬送される。そして、測定装置16の挿通部22において、中実棒体10の径の測定が複数方向から行われ、制御回路の制御作用下に、偏径差と偏径差比率が算出される。

0067

制御回路には、測定装置16での偏径差比率の閾値(好適には公差の30%となる値)が予め入力されており、測定に基づいて算出された偏径差比率が前記閾値を超える場合には、中実棒体10は不合格品であると判定される。一方、偏径差が前記閾値以下である場合には、中実棒体10は合格品であると判定され、切断工程を行うための切断ステーションに搬送される。

0068

ここで、測定装置12、14、16のそれぞれの内径は、φI>φII>φIIIの関係にある。このため、測定装置12、14、16それぞれによって測定可能な直径の最大値も、測定装置12>測定装置14>測定装置16となる。すなわち、測定装置12、14、16で求められる偏径差ないし偏径差比率について、搬送上流側での閾値が、搬送下流側での閾値に比して許容範囲が大きくなるように設定されている。さらに、搬送経路の最も下流側での偏径差比率の閾値が、例えば、公差の30%となるように設定されている。

0069

これによって、中実棒体10の直径がばらついている場合であっても、搬送方向に沿って段階的に合格品及び不合格品を選別することができる。そして、搬送上流側で不合格品として選別されたものは、搬送下流側の測定装置で直径が測定されることなく、搬送経路から除外され、最終的に偏径差比率が30%以内であったものだけを合格品とすることができる。

0070

すなわち、偏径差比率が30%を大きく上回る中実棒体10については、搬送下流側まで搬送するまでもなく不合格品として選別することができる。よって、検査工程S2を簡略化して、効率よく合格品及び不合格品の選別を行うことができる。

0071

検査工程S2を経て、搬送経路の下流側に搬送された合格品は、偏径差比率が小さく、真円度が小さい。すなわち、直径方向断面が真円形状に近い。

0072

この合格品は、次に、切断工程S3において、運搬に適切な長さ、好適には自動車車体に組み込むドライブシャフトとして適正な長さとなるように切断される。

0073

次に、切削工程S4において、製品長に切断された合格品の両端部に歯部30(図9参照)を形成する。なお、歯部30は、図示しない等速ジョイントを連結するためのものであり、典型的には、スプラインセレーション等である。

0074

この切削工程S4は、歯部30を形成する工程であり、曲がりを修正するべく合格品の外周面を切削するものではない。上記したように、真円度が小さいもの(直径方向断面が真円形状に近いもの)を合格品として選定しているので、曲がりを修正する必要がないからである。すなわち、本実施形態によれば、曲がりを修正するための切削加工が不要である。従って、切削屑を処理する作業も不要である。しかも、素材を有効に使用することができる。

0075

次に、歯部30が形成された合格品(切断された中実棒体10)に対し、高周波焼入れ工程S5において高周波焼入れ処理を施す。高周波焼入れ処理では、先ず、図9に示すように、高周波加熱コイル32によって合格品の周面を囲繞し、その後、該高周波加熱コイル32に通電する。これに伴って、合格品が誘導加熱される。

0076

誘導加熱は、好ましくは、硬化層比率が0.7以上となるように行う。硬化層比率は、有効硬化層深さdと合格品の半径rとの比であり、本実施形態において、有効硬化層深さdは、合格品の周面(表面)から径方向内方に向かい、Cスケールのロックウェル硬度(HRC)で40を示す部位に至るまでの深さ方向距離として定義される。

0077

また、誘導加熱は、合格品の温度が970℃〜1050℃となるようにして行うことが好ましい。970℃未満とする場合、合格品の表面から軸芯側に向かって十分な距離を略均等に加熱することが困難となる。一方、1050℃超とする場合、合格品の端部や溝が集中的に加熱されて過熱状態となってしまう懸念がある。すなわち、加熱温度を970℃〜1050℃とすることで、合格品に高周波焼入れを良好に施すことが可能となる。

0078

ここで、図10に、合格品に比して真円度が大きい(偏径差比率が大きい)中実棒体34に対して誘導加熱を行う場合を示す。この場合、中実棒体34の部位が相違すると、高周波加熱コイル32の内壁面と中実棒体34の外周面との距離Lが、無視し得ない程度に相違するようになる。上記したように、この中実棒体34では真円度が大きいため、高周波加熱コイル32の内壁面に対して他の部位よりも近接する部位と、離間する部位とが存在するからである。換言すれば、距離Lにばらつきが生じる。

0079

距離Lが小さい部位Aでは、誘導加熱時過熱される懸念があり、一方、距離Lが大きい部位Bでは、加熱不足となる懸念がある。すなわち、この場合、中実棒体34全体を所望の温度に加熱することが困難となり、焼入れムラ、ひいては硬化層深さにばらつきが生じることがある。このような中実棒体34からドライブシャフトを構成しても、部位によって強度が相違したり、十分な強度が得られなくなったりすることが懸念される。

0080

さらには、部位Aが過熱状態となると、該部位Aの組織の肥大化(結晶粒粗大化)が生じ、ドライブシャフトの強度を低下させる場合がある。また、加熱不足となる部位Bでは、内部まで熱が伝わらなかった場合、焼入れによってドライブシャフトの強度を十分に向上させることが困難となる。

0081

これに対して、合格品では、図9に示すように、距離Lが全体にわたって略均等となる。これによって、合格品の全体を略一様に加熱することが可能となり、ばらつきなく高周波焼入れを施すことが可能となる。

0082

また、硬化層比率を0.7以上とすることは、ドライブシャフトの中心部近傍まで有効硬化層を形成することを意味するが、この場合、焼入れによる歪が生じ易い。しかしながら、本実施形態に係る製造方法では、偏径差比率が小さく真円度が小さい合格品に高周波焼入れを施すので、硬化層比率を0.7以上としても、ドライブシャフトに歪や曲がりが生じることを十分に抑制することができる。すなわち、高強度且つ寸法精度に優れたドライブシャフトを得ることができる。

0083

上記のように合格品を加熱して2〜3秒後に、例えば冷却速度500℃/sec〜600℃/secで水冷を行う。なお、水冷は、いわゆるシャワー方式どぶ付け方式等の既存の方法で行うことができる。

0084

以上のようにして合格品のみに高周波焼入れを行った結果、図4に示すように、曲がり量が1.5mmよりも小さいドライブシャフトが得られるに至る。このように曲がり量が小さいドライブシャフトでは、回転動作時に振動や騒音が発生することが抑制される。

0085

ここで、ドライブシャフトについて、硬化層比率とせん断応力との関係を調べた結果を図11に示す。この図11から、硬化層比率が大きくなるほどせん断応力も大きくなり、硬化層比率が0.7以上となるところで、せん断応力が飽和し始めることが分かる。すなわち、硬化層比率を0.7以上とすることによって十分なせん応力を示す高強度のドライブシャフトを得ることができる。

0086

さらに、ドライブシャフトについて、硬化層比率と捩り強度との関係を調べた結果を図12に示す。ここで、白抜きの菱形(◇)は、検査工程S2によって選別された合格品のみの結果であり、黒塗り正方形(■)は、合格品及び不合格品を選別することなく高周波焼入れを行うことで得られたドライブシャフト(無選別ドライブシャフト)についての結果である。また、図12のグラフの縦軸における捩り強度は、捩り強度試験破断した時点でのトルク破断面体積で除して算出した値である。

0087

図12に示すように、硬化層比率が0.7(70%)以上である場合、硬化層比率が0.7より小さい場合に比して、ドライブシャフトの捩り強度が高められていることがわかる。すなわち、硬化層比率を0.7以上とすることで、捩り強度をより効果的に向上させることができ、高強度のドライブシャフトを得ることができる。

0088

図12からは、本実施形態に係る製造方法によって得られたドライブシャフトの方が、無線別ドライブシャフトに比して捩り強度が高いことも分かる。すなわち、検査工程S2にて選別した合格品、換言すれば、偏径差比率が所定の閾値以下であるものにのみ高周波焼入れ工程S5を行うことによって、強度に優れたドライブシャフトを得ることができる。

0089

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

0090

例えば、上記した実施形態では、検査工程S2の後に切断工程S3を行うようにしているが、特にこれに限定されるものではない。例えば、引抜きによって適切な長さの中実棒体10が得られるような場合、検査工程S2を行った後で高周波焼入れを行うようにしてもよい。また、切断工程S3によって所定長に切断された中実棒体10に対し、検査工程S2を行うようにしてもよい。

0091

また、上記した実施形態では、引抜き・矯正工程S1において、中実棒体10を得て、該中実棒体10に対して、検査工程S2、切断工程S3、切削工程S4、高周波焼入れ工程S5を施してドライブシャフトを製造することとした。しかし、特にこれに限定されるものではなく、例えば、引抜き・矯正工程S1において、中空棒体等の軸状体を得てもよい。この軸状体に対して、同様に上記の工程を施すことによって、上記した効果を同様に奏するドライブシャフトを製造することができる。

0092

10、34…中実棒体12、14、16…測定装置
18、20、22…挿通部 24a〜24d…測定素子
30…歯部32…高周波加熱コイル

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