JP2008169923A - 等速自在継手外輪の焼戻し加工方法及び誘導加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で均一の硬度に焼戻すことができる等速自在継手外輪の焼戻し加工方法を提供する。
【解決手段】軸線を含む平面に沿って巻回した単位巻線１０を周方向に複数配設して成るリング状コイル５内にマウス部２を軸方向に挿入し、かつ、マウス部２の案内溝４に対応する外面をリング状コイル５内に設けた磁性体から成る磁束遮蔽部材９と対向するように配置する工程と、リング状コイル５に電流を流し、マウス部２に誘導電流を軸方向に発生させて所定時間誘導加熱する工程と、誘導加熱したマウス部２を冷却する工程と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、等速自在継手の外輪を焼入れして形成した硬化層を誘導加熱して焼戻す等速自在継手外輪の焼戻し加工方法と、その方法に使用する誘導加熱装置に関する。

例えば、自動車用の等速自在継手の外輪には、内周面にトルク伝達部材が案内される軸方向の案内溝を形成したマウス部と、外周面にセレーション等の歯型部を形成したステム部を一体形成したものがある。このようなマウス部の内周面とステム部の外周面には、焼入れ・焼戻しによる硬化層が形成され、機械的強度を向上させ疲労寿命等を保障している。

等速自在継手の外輪を焼戻す従来の方法について図４を参照して説明する。まず、マウス部１０４とステム部１０５を一体に有する外輪１０１を、上下治具１０２，１０３にて支持し、筒状のコイル１００内に軸方向に挿入する。そして、コイル１００に高周波電流を流して外輪１０１を所定時間誘導加熱し、その後冷却して焼戻しを行っていた（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−９５８４号公報

図５は図４の横断面図であり、図５において斜線部はマウス部１０４の内周面に形成した焼入れによる硬化層を示している。同図に示すように、マウス部１０４の内周面には案内溝１０６が形成されているため、案内溝１０６の特に底部にあたる、例えばＡ部は、底部以外の内面、例えばＢ部よりもコイル１００に近い位置にあるため、誘導加熱した場合温度が高くなる。

また、一般的に焼入れにより硬化した部分（Ａ部・Ｂ部）において、加熱時間が同じ場合は、加熱温度が高いほど硬度の低下量は大きくなる傾向にある。つまり、昇温しやすいＡ部の方が昇温しにくいＢ部よりも硬度が低くなるので、Ａ部の加熱を規定硬度を維持可能な温度までに抑えなければならない。

しかし、従来の方法で外輪の焼戻しを行った場合、図６のグラフに示すように、昇温しにくいＢ部を焼戻しに必要な温度（Ｔ１）になるまで所定時間（α）加熱すると、昇温しやすいＡ部は規定硬度を維持できる限界の加熱温度（Ｔ２）を超えてしまうといった問題があった。

また、図７のグラフに示すように、Ａ部とＢ部の両方を適切温度域内（Ｔ１〜Ｔ２）に昇温させようとすると、図６の場合の加熱時間（α）より長く（α＋β）加熱しなければならなかった。

そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、短時間で均一の硬度に焼戻すことができる等速自在継手外輪の焼戻し加工方法を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、トルク伝達部材が案内される軸方向の案内溝を内周面に形成したマウス部を有する等速自在継手外輪の前記マウス部の内周面に形成した焼入れ硬化層を誘導加熱して焼戻す等速自在継手外輪の焼戻し加工方法において、軸線を含む平面に沿って巻回した単位巻線を周方向に複数配設して成るリング状コイル内に前記マウス部を軸方向に挿入する工程と、前記リング状コイルに電流を流し、前記マウス部に誘導電流を軸方向に発生させて所定時間誘導加熱する工程と、誘導加熱した前記マウス部を冷却する工程と、を有する方法である。

リング状コイルの単位巻線を軸線を含む平面に沿って巻回したので、リング状コイルに電流を流すと、マウス部に軸方向の誘導電流を発生させることができる。このマウス部に生じる軸方向の誘導電流を周方向にわたって調整すれば、マウス部の加熱を周方向に差をつけて行うことが可能となる。具体的には、マウス部の案内溝に対応する部位に生じる誘導電流を、マウス部のそれ以外の部位に生じる誘導電流より、小さくなるように設定すれば、コイルから近い案内溝の底面（内面）の昇温速度を、コイルから遠いそれ以外の内面の昇温速度に近づけることができる。

請求項２の発明は、トルク伝達部材が案内される軸方向の案内溝を内周面に形成したマウス部を有する等速自在継手外輪の前記マウス部の内周面に形成した焼入れ硬化層を誘導加熱して焼戻す等速自在継手外輪の焼戻し加工方法において、軸線を含む平面に沿って巻回した単位巻線を周方向に複数配設して成るリング状コイル内に、予め前記マウス部の案内溝に対応する外面に対向するように磁性体からなる磁束遮蔽部材を配置しておき、当該リング状コイル内に前記マウス部を軸方向に挿入する工程と、前記リング状コイルに電流を流し、前記マウス部に誘導電流を軸方向に発生させて所定時間誘導加熱する工程と、誘導加熱した前記マウス部を冷却する工程と、を有する方法である。

マウス部の案内溝に対応する部位では、リング状コイルから発生する磁束が、介在する磁束遮蔽部材へ集中するため、一部遮蔽される。このことにより、案内溝の底面（内面）の焼入れ硬化層の加熱が抑制される。すなわち、コイルから近い案内溝の底面の昇温速度を、コイルから遠いそれ以外の内面の昇温速度に近づけることができる。

請求項３の発明は、トルク伝達部材が案内される軸方向の案内溝を内周面に形成したマウス部と、セレーション等の歯型部を外周面に形成したステム部を一体に有する等速自在継手外輪の前記マウス部の内周面と前記ステム部の外周面のそれぞれに形成した焼入れ硬化層を誘導加熱して焼戻す等速自在継手外輪の焼戻し加工方法において、周方向に巻回して成る筒状コイル内に前記ステム部を軸方向に挿入すると共に、軸線を含む平面に沿って巻回した単位巻線を周方向に複数配設して成るリング状コイル内に、予め前記マウス部の案内溝に対応する外面に対向するように磁性体からなる磁束遮蔽部材を配置しておき、当該リング状コイル内に前記マウス部を軸方向に挿入する工程と、前記筒状コイル及びリング状コイルに電流を流し、前記ステム部に誘導電流を周方向に発生させると共に、前記マウス部に誘導電流を軸方向に発生させて、前記ステム部及びマウス部を所定時間誘導加熱する工程と、誘導加熱した前記ステム部及びマウス部を冷却する工程と、を有する方法である。

マウス部の案内溝に対応する部位では、リング状コイルから発生する磁束が、介在する磁束遮蔽部材へ集中するため、一部遮蔽される。このことにより、案内溝の底面（内面）の焼入れ硬化層の加熱が抑制される。すなわち、コイルから近い案内溝の底面の昇温速度を、コイルから遠いそれ以外の内面の昇温速度に近づけることができる。また、ステム部の外周面に形成された焼入れ硬化層は、その全周にわたって筒状コイルから等距離にあるため、均一に加熱される。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の等速自在継手外輪の焼戻し加工方法において、前記リング状コイルの複数の単位巻線を、巻線導体を連続して複数巻回して作製したものである。

リング状コイルの構造を簡単なものにすることができる。また、リング状コイルに接続する発振装置や整合装置等の周辺装置を少なくすることができる。このことにより、本発明に使用する誘導加熱装置の製造コストを削減することができる。

請求項５の発明は、請求項３に記載の等速自在継手外輪の焼戻し加工方法において、前記リング状コイルの複数の単位巻線を、巻線導体を連続して複数巻回して作製したものであって、前記筒状コイルと前記リング状コイルを直列又は並列に接続した。

筒状コイルとリング状コイルに使用する発振装置や整合装置等の周辺装置を共用することができ、製造コストの削減を図ることができる。

請求項６の発明は、トルク伝達部材が案内される軸方向の案内溝を内周面に形成したマウス部と、セレーション等の歯型部を外周面に形成したステム部を一体に有する等速自在継手外輪の前記マウス部の内周面と前記ステム部の外周面のそれぞれに形成した焼入れ硬化層を誘導加熱する誘導加熱装置において、前記ステム部の周囲に配置すると共に周方向に巻回して成る筒状コイルと、前記マウス部の周囲に配置すると共に軸線を含む平面に沿って巻回した単位巻線を周方向に複数配設して成るリング状コイルと、前記マウス部とリング状コイルとの間に介装すると共に前記マウス部の案内溝に対応する外面に対向して配置した磁性体から成る磁束遮蔽部材を備えたものである。

本発明の誘導加熱装置によれば、マウス部の案内溝に対応する部位では、リング状コイルから発生する磁束が、介在する磁束遮蔽部材へ集中するため、一部遮蔽される。このことにより、案内溝の底面（内面）の焼入れ硬化層の加熱が抑制される。すなわち、コイルから近い案内溝の底面の昇温速度を、コイルから遠いそれ以外の内面の昇温速度に近づけることができる。また、ステム部の外周面に形成された焼入れ硬化層は、その全周にわたって筒状コイルから等距離にあるため、均一に加熱される。

本発明の等速自在継手外輪の焼戻し加工方法によれば、マウス部のコイルから近い案内溝の底面の昇温速度を、コイルから遠いそれ以外の内面の昇温速度に近づけることができる。言い換えれば、所定の加熱時間におけるマウス部内周面の凹部と凸部での加熱温度差を小さくすることができ、マウス部の内周全面において均一かつ適切な硬度に成形することができる。従って、従来の方法で焼戻し加工を行った場合よりも、マウス部の特に案内溝底面の機械的強度を高めることができ、製品寿命の長い高品質の等速自在継手外輪を製造することができる。また、従来よりも短時間での加熱が可能となりサイクルタイムの短縮を図ることができる。

本発明は、例えば自動車用の等速自在継手の中で、トルク伝達部材が内輪と外輪との間に介装された構造の等速自在継手における前記外輪を焼戻し加工する方法である。図１は本発明の一実施例を示し、詳しくは本発明に使用する誘導加熱装置に外輪をセットした状態を示す概略側面図である。また、図２は図１におけるＸ−Ｘ断面図である。以下、図１と図２を参照して本発明について説明する。

図１に示すように、外輪１は、カップ状のマウス部２と、マウス部２の閉じた端部に突設したステム部３を、鋼材にて一体成形したものである。ステム部３の外周面には、他の動力伝達軸に嵌合するためのセレーションやスプライン等の歯型部が形成されている（図示省略）。マウス部２の内周面には、トルク伝達部材が案内される軸方向の案内溝４が周方向等間隔に複数本（図２では３本）形成されている。つまり、ステム部３は、周方向に一様な形状をしているのに対し、マウス部２は、案内溝４の特に底面４ａが形成されている薄肉部２ａと、それ以外の厚肉部２ｂを周方向に交互に有している。

また、ステム部３の外周面とマウス部２の内周面には、焼入れによる硬化層があらかじめ形成されており、図２において斜線で表した部分はマウス部２の内周面に形成した焼入れ硬化層である。

本発明に係る焼戻し加工方法に使用する誘導加熱装置について説明すると、誘導加熱装置は、リング状コイル５と、筒状コイル６と、上下治具７，８と、磁束遮蔽部材９を備えている。

リング状コイル５は、軸線を含む平面に沿って巻回した一巻き又は数回巻きの単位巻線１０を周方向に複数配設して成るものであり、この場合、複数の単位巻線１０は巻線導体を複数回連続して巻回したものである。単位巻線１０は矩形に巻回され、その内径側には軸線と平行な直線部１０ａを有する。さらに、図２に示すように、各単位巻線１０は、軸線から径方向に等距離に、かつ、周方向に等間隔に配置され、つまり、軸線を中心とする放射状に配置されている。

また、図２に示すように、リング状コイル５の内径側には、磁性体から成る３枚の板状の磁束遮蔽部材９が周方向に等間隔で配置されている。磁束遮蔽部材９は、リング状コイル５の周方向に沿って円弧状に湾曲して形成され、リング状コイル５の直方体あるいは直線部１０ａ近傍に配置されている。また、側面視すると、図１に示すように磁束遮蔽部材９は軸線と平行に配置されている。

筒状コイル６は巻線導体を周方向に複数巻回して作製したものである。筒状コイル６はリング状コイル５の上方に同軸線上に配置され、筒状コイル６とリング状コイル５は直列又は並列に接続してある。すなわち、リング状コイル５と筒状コイル６は、発振装置及び整合装置（図示せず）を共用でき、この誘導加熱装置に必要な発振装置及び整合装置は１台ずつ設けていればよい。

本発明の焼戻し加工方法の工程について説明する。まず、外輪１の上下端部、つまりステム部３の端部とマウス部２の端部に、上治具７と下治具８を取り付ける。そして、外輪１を上下治具７，８で支持したまま、図１に示すように筒状コイル６とリング状コイル５内に挿入し、外輪１のマウス部２をリング状コイル５内に配置し、ステム部３を筒状コイル６内に配置する。さらに、図２に示すように、マウス部２の案内溝４に対応する外面、つまり薄肉部２ａの外面を、磁束遮蔽部材９と対向するように配置する。また、図例では、磁束遮蔽部材９の周方向幅寸法は、マウス部２の薄肉部２ａの周方向幅寸法とほぼ同じ寸法となるように形成されている。

この状態で筒状コイル６とリング状コイル５に、高周波電流を流して外輪１を所定時間誘導加熱する。ステム部３の外周面に形成された焼入れ硬化層は、その全周にわたって筒状コイル６から等距離にあるため、均一に誘導加熱される。

また、同時にリング状コイル５（軸方向と平行な直線部２ａ）に電流が流れると、リング状コイル５から発生する磁束によりマウス部２では軸方向に誘導電流が発生し、誘導加熱され始める。

このとき、リング状コイル５からマウス部２の薄肉部２ａへの磁束が、介在する磁束遮蔽部材９へ集中するため一部遮蔽される。このことにより、薄肉部２ａ内面の焼入れ硬化層、例えばＡ´部では、加熱が抑制される。すなわち、薄肉部２ａのＡ´部と、リンク状コイル５から距離がＡ´部と同じ距離Ｌの厚肉部２ｂのＣ部とを比べた場合、磁束遮蔽部材９が介在するＡ´部の方が、磁束遮蔽部材９が介在しないＣ部よりも、加熱の進行が抑えられる。

従って、図３のグラフに示すように、従来の方法と同じ加熱時間α（図６参照）で本発明の方法による誘導加熱を行った場合、本発明によるＡ´部の加熱温度は、磁束遮蔽部材を有さない従来の方法による（二点鎖線で示す）Ａ部の加熱温度より、低くなる。そして、本発明によれば、図２における薄肉部２ａのＡ´部、及び、厚肉部２ｂ内面のＢ部の両方を適切温度域内（Ｔ１〜Ｔ２）に昇温させること可能となった。なお、図２のＡ´部と図５のＡ部は同じ箇所である。

このように、ステム部３の外周面及びマウス部２の内周面のそれぞれを適切かつ均一に加熱した後、外輪１を冷却装置に搬送し、外輪１に水を噴射するなどして冷却し、焼戻し加工が完了する。

本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、マウス部２の薄肉部２ａとリング状コイル５との間に磁束遮蔽部材９を介装しない場合であってもよい（図示省略）。つまり、リング状コイル５によって発生するマウス部２の軸方向の誘導電流を、薄肉部２ａでは小さくし、厚肉部２ｂでは大きくすることができればよい。例えば、単位巻線１０を、薄肉部２ａの位置において薄肉部２ａの位置より多く（密に）配置したり、また、単位巻線１０を、薄肉部２ａの位置において厚肉部２ｂの位置より遠ざけて配置したりすることで、同様の効果を奏することが可能である。また、各単位巻線１０を、互いに連結しない独立のものとしてもよく、単位巻線１０に流す電流の量を、薄肉部２ａの位置において厚肉部２ｂの位置より少なく流してもよい。

また、リング状コイルや筒状コイルの巻き数は、焼戻し加工する外輪の形状等に応じて、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。

本発明に係る等速自在継手外輪の焼戻し加工方法の一実施例を示す概略側面図である。 前記図１のＸ−Ｘ断面図である。 本発明によって外輪を焼戻し加工した場合のマウス部の薄肉部内面と厚肉部内面のそれぞれの温度上昇を示したグラフである。 従来の等速自在継手外輪の焼戻し加工方法の実施例を示す概略側面図である。 前記図４の横断面図である。 従来の方法によって外輪を焼戻し加工した場合のマウス部の薄肉部内面と厚肉部内面のそれぞれの温度上昇を示したグラフである。 従来の方法によって別の条件で外輪を焼戻し加工した場合のマウス部の薄肉部内面と厚肉部内面のそれぞれの温度上昇を示したグラフである。

符号の説明

１ 外輪
２ マウス部
３ ステム部
４ 案内溝
５ リング状コイル
６ 筒状コイル
９ 磁束遮蔽部材
１０ 単位巻線

Claims (6)

1. トルク伝達部材が案内される軸方向の案内溝を内周面に形成したマウス部を有する等速自在継手外輪の前記マウス部の内周面に形成した焼入れ硬化層を誘導加熱して焼戻す等速自在継手外輪の焼戻し加工方法において、
   軸線を含む平面に沿って巻回した単位巻線を周方向に複数配設して成るリング状コイル内に前記マウス部を軸方向に挿入する工程と、
   前記リング状コイルに電流を流し、前記マウス部に誘導電流を軸方向に発生させて所定時間誘導加熱する工程と、
   誘導加熱した前記マウス部を冷却する工程と、
   を有することを特徴とする等速自在継手外輪の焼戻し加工方法。
2. トルク伝達部材が案内される軸方向の案内溝を内周面に形成したマウス部を有する等速自在継手外輪の前記マウス部の内周面に形成した焼入れ硬化層を誘導加熱して焼戻す等速自在継手外輪の焼戻し加工方法において、
   軸線を含む平面に沿って巻回した単位巻線を周方向に複数配設して成るリング状コイル内に、予め前記マウス部の案内溝に対応する外面に対向するように磁性体からなる磁束遮蔽部材を配置しておき、当該リング状コイル内に前記マウス部を軸方向に挿入する工程と、
   前記リング状コイルに電流を流し、前記マウス部に誘導電流を軸方向に発生させて所定時間誘導加熱する工程と、
   誘導加熱した前記マウス部を冷却する工程と、
   を有することを特徴とする等速自在継手外輪の焼戻し加工方法。
3. トルク伝達部材が案内される軸方向の案内溝を内周面に形成したマウス部と、セレーション等の歯型部を外周面に形成したステム部を一体に有する等速自在継手外輪の前記マウス部の内周面と前記ステム部の外周面のそれぞれに形成した焼入れ硬化層を誘導加熱して焼戻す等速自在継手外輪の焼戻し加工方法において、
   周方向に巻回して成る筒状コイル内に前記ステム部を軸方向に挿入すると共に、軸線を含む平面に沿って巻回した単位巻線を周方向に複数配設して成るリング状コイル内に、予め前記マウス部の案内溝に対応する外面に対向するように磁性体からなる磁束遮蔽部材を配置しておき、当該リング状コイル内に前記マウス部を軸方向に挿入する工程と、
   前記筒状コイル及びリング状コイルに電流を流し、前記ステム部に誘導電流を周方向に発生させると共に、前記マウス部に誘導電流を軸方向に発生させて、前記ステム部及びマウス部を所定時間誘導加熱する工程と、
   誘導加熱した前記ステム部及びマウス部を冷却する工程と、
   を有することを特徴とする等速自在継手外輪の焼戻し加工方法。
4. 前記リング状コイルの複数の単位巻線を、巻線導体を連続して複数巻回して作製したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の等速自在継手外輪の焼戻し加工方法。
5. 前記リング状コイルの複数の単位巻線を、巻線導体を連続して複数巻回して作製し、前記筒状コイルと前記リング状コイルを直列又は並列に接続したことを特徴とする請求項３に記載の等速自在継手外輪の焼戻し加工方法。
6. トルク伝達部材が案内される軸方向の案内溝を内周面に形成したマウス部と、セレーション等の歯型部を外周面に形成したステム部を一体に有する等速自在継手外輪の前記マウス部の内周面と前記ステム部の外周面のそれぞれに形成した焼入れ硬化層を誘導加熱する誘導加熱装置において、
   前記ステム部の周囲に配置すると共に周方向に巻回して成る筒状コイルと、前記マウス部の周囲に配置すると共に軸線を含む平面に沿って巻回した単位巻線を周方向に複数配設して成るリング状コイルと、前記マウス部とリング状コイルとの間に介装すると共に前記マウス部の案内溝に対応する外面に対向して配置した磁性体から成る磁束遮蔽部材を備えたことを特徴とする誘導加熱装置。

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