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JP2011094700A - 中空シャフトおよび等速自在継手 - Google Patents

中空シャフトおよび等速自在継手 Download PDF

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和彦 吉田
Hiroki Mukai
浩氣 向井
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Abstract

【課題】端部のスプライン近傍の小径部（外周面が平滑面とされた小径部）の静捩り強度や捩り疲労強度を向上させることができ、しかも低コスト化を図ることが可能な中空シャフトおよびこのような中空シャフトを用いた等速自在継手を提供する。
【解決手段】中空シャフト１は、管状素材から塑性加工により成形され、焼入硬化処理されたものである。焼入硬化処理が浸炭焼入処理であって、浸炭焼入処理後において、その一部に局部加熱処理による軟化部を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、中空シャフト、特に自動車の動力伝達系の一部を構成するドライブシャフトやプロペラシャフトに使用される中空シャフト、及びこのような中空シャフトを用いた等速自在継手に関する。
自動車の動力伝達系を構成するシャフトには、終減速機と車輪軸受装置を繋ぐドライブシャフトや、減速歯車装置の終減速機に動力を伝達するプロペラシャフトがあり、いずれも軸端部に連結要素であるスプライン等が設けられる。この中空のドライブシャフトの中間シャフトは、その種類を基本構造で大別すると、中実の棒材から加工された中実シャフトと、棒材や鋼管などから塑性加工され、また、接合加工された中空シャフトとがある。
従来は、通常中実シャフトを使用していたが、近年、自動車の足回りの軽量化、捩り剛性やＮＶＨ特性の向上といった機能面での必要性から中空シャフトが用いられることが多くなってきた。
一体型中空シャフトは、例えば、鋼管をその軸周りに回転させながら、高速度で直径方向に打撃して縮径させるスウェージング加工や鋼管をダイスに軸方向に押し込むことで縮径させるプレス加工により成形されたものが用いられる。このようなスウェージング加工などの塑性加工により製作された一体型中空シャフトは、鋼管が縮径される際にその内径側に素材が塑性流動することにより、内径面（内表面）に加工しわが残り易い。この内径面の加工しわは、シャフトに捩りトルクが付加される際、破損起点となる可能性があり、この部位から破損すれば、静捩り強度や捩り疲労強度が低下するおそれがある。
そこで、従来には、強度向上を図った中空シャフトが種々提案されている（特許文献１〜特許文献３）。特許文献１は、シャフト構成部材の円筒状部の開口端面と他のシャフト構成部材の開口端面とを接合させるものであって、接合面積を増大させ、これによって、接合部の強度を向上させるものである。特許文献２は、スプライン加工の前加工が、塑性加工により成形され、その成形後の内径を成形前の内径よりも小径とし、かつその肉厚を成形前後で略同一としたものである。特許文献３は、焼入硬化処理前に塑性加工で生じたしわを切削および研削加工にて除去するものである。
特開２００５-１６４０１６号公報 特開２００７−７５８２４号公報 特開２００７−２４７８４７号公報
特許文献１では、接合部においてその外径が大であるフランジ部を形成し、この接合部における強度の向上を図っている。しかしながら、拡径したフランジ部以外においては、捩り強度等に変化はなく、シャフト全体としての捩り強度の向上を図ることができない。しかも、外径の大きいフランジ部を形成するため、大型化することになる。
また、特許文献２では、スプライン下径の強度を向上させることができるが、他の部位、特に、スプライン近傍の外径面が平滑面とされた小径部の強度を向上させることはできない。
さらに、特許文献３では、内径面の加工しわを除去することによって、静捩り強度及び捩り強度を確保しようとしている。しかしながら、内径面の加工しわの全てを検出することは困難で、全ての加工しわを除去することは難しい。しかも、このような加工しわの除去工程が必要であり、全体としての加工工程が大と長くなるとともに、コスト高となっていた。
ところで、このような中間シャフトは、強度向上のため焼入が施される。この焼入は高周波焼入が用いられることが多い。しかしながら、中空シャフトのスウェージング加工により内径面にできる加工しわは、手で触っても分からない程度の微妙なものであるが、高周波焼入を行うと、内部に引張の応力が残留するため加工しわの進展の引き金となるため強度的に問題となる場合がある。そのため、近年では、この種の中間シャフトにおける焼入手段として浸炭焼入を行うようになってきた。
しかしながら、浸炭焼入により形成される硬化層には、その表面部に不完全焼入部や粒界酸化部などを含んだ表面異常層が存在する。この表面異常層は軟質で脆い層である。このため、従来における浸炭品では、浸炭焼入後に、焼入層表面に研削加工等を施し、これによりこの表面異常層を除去するようにしていた。しかしながら、浸炭焼入後に研削加工等を施す必要があり、生産性に劣るとともに、コスト高となっていた。
本発明の課題は、端部のスプライン近傍の小径部（外周面が平滑面とされた小径部）の静捩り強度や捩り疲労強度を向上させることができ、しかも低コスト化を図ることが可能な中空シャフトおよびこのような中空シャフトを用いた等速自在継手を提供することにある。
本発明の中空シャフトは、管状素材から塑性加工により成形され、焼入硬化処理された中空シャフトであって、前記焼入硬化処理が浸炭焼入処理であって、浸炭焼入処理後において、その一部に局部加熱処理による軟化部を形成したものである。
通常、浸炭焼入後においては、硬化層は高い炭素濃度で高い硬度となっており、脆化している場合がある。このため、浸炭焼入処理後において、一部に局部加熱処理による軟化部を形成することによって、この軟化部において、硬度を低下させてじん性を持たすことができる。
両端部にそれぞれ雄スプラインが形成され、両端部の雄スプラインの近傍に、その外径面が平滑とされた小径部を備えた一体型中空シャフトであって、２つのうち一方を最小径部とし、この最小径部が局部加熱処理による軟化部であるのが好ましい。このような中空シャフトにおいては、外径面が平滑とされた最小径部が変形しやすい部位である。このため、この小径部を軟化部とすることによって、粒界破壊による脆化破壊を防止することが、このような中空シャフトにおいて強度向上に最も好ましいものとなる。
局部加熱処理は高周波加熱処理で行うことができる。ここで、高周波焼入とは、高周波電流の流れているコイル中に焼入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方法である。
管状素材として炭素量を０．１５％〜０．４５％とすることができ、浸炭焼入処理部の表面炭素濃度を０．５０％〜０．７０％とすることができる。また、局部加熱処理による軟化部とした小径部の内径面硬度を４５ＨＲＣ〜５５ＨＲＣとしたり、浸炭焼入処理後の表面異常層の深さを５μｍ以下としたりするのが好ましい。
浸炭焼入処理後に高周波焼戻しが施される中空シャフトであって、高周波焼戻し時に局部加熱処理による軟化部が形成されているものであってもよい。局部加熱処理として液中で行われるのが好ましい。液中で行う局部加熱処理とは、例えば、焼入槽に満たされた焼入油等の中にシャフトを浸漬し、高周波電源に接続された加熱コイルを、シャフトに対して外嵌状として、このコイルに高周波を流すことによって行う加熱処理である。
一方の端部が固定型等速自在継手に連結され、固定型等速自在継手側の小径部を局部加熱処理による軟化部とすることができる。すなわち、固定型等速自在継手側のみに軟化部を設けたものとできる。
また、一方の端部が固定型等速自在継手に連結され、他方の端部が摺動型等速自在継手に連結されるものであってもよい。
摺動型等速自在継手の小径部の外径寸法をＤｓとし、固定型等速自在継手側の小径部の外径寸法をＤｆとしたときの比（Ｄｓ／Ｄｆ）を１．０５〜１．１３としたものであってもよい。
一方の端部が固定型等速自在継手に連結され、固定型等速自在継手側の小径部であるシャフト最小径部の軸方向長さをＬ´とし、固定型等速自在継手の外側継手部材との高作動角曲げ状態での干渉部位の長さをＬｏとしときの比（Ｌ´／Ｌｏ）を１〜４としたものであってもよい。
本発明の中空シャフトでは、軟化部において、硬度を低下させてじん性を持たすことができ、加工しわの有無によらず、その静捩り強度や捩り疲労強度の向上を図ることができる。また、小径部を軟化部とすれば、変形しやすい部位の強度向上を図ることができ、シャフトとしての強度を安定して得ることができる。特に、最小径部を軟化部とすれば、強度の安定性の信頼度が向上する。
局部加熱処理は高周波加熱処理でもって行うことができ、多くの利点を有することになる。例えば、高周波加熱処理は局部加熱ができる点、短時間に加熱ができるため酸化が少ない点、他の焼入方法に比べて、焼入歪が少ない点、表面硬さが高く、優れた強度を得られる点、硬化層の深さの選定も比較的容易である点、自動化が容易で機械加工ラインへの組み入れも可能である点等の利点を有する。
管状素材として炭素量を０．１５％〜０．４５％とすることによって、塑性加工性が良く、さらに高強度にできる。炭素量が０．１５％未満では、浸炭焼入処理後の芯部の必要硬度が得られず、強度低下を招き、炭素量が０．４５％を越えると、管状素材の塑性加工性が低下する。
浸炭焼入処理時の表面炭素濃度（ＣＰ値）を０．５０％〜０．７０％とすることによって、浸炭焼入処理時の硬度分布を適正にしやすくなる。表面炭素濃度（ＣＰ値）が０．５０％未満では、安定した表面硬度を得ることができず、表面炭素濃度（ＣＰ値）が０．７０％を越えると、脆性破壊を生じ易くなる。ここで、脆性破壊とは、塑性変化が著しく低下する破壊である。
局部加熱処理による軟化部とした小径部の内径面硬度を４５ＨＲＣ〜５５ＨＲＣとすることによって、静的捩り強度を確保できる。内径面硬度が４５ＨＲＣ未満であれば、降伏点が低くなり、内径面硬度が５５ＨＲＣを越えると、塑性加工によって生じた加工しわや傷の亀裂が鋭敏となり、強度低下を招く。
浸炭焼入処理後の表面異常層の深さを５μｍ以下とすることによって、強度低下を招かず、浸炭焼入後において表面異常層を除去するための研削加工等を行う必要がなく、生産性の向上及び低コスト化を図ることができる。これに対して、表面異常層の深さが５μｍを越えると、それが基点となり強度が低下することになる。
高周波焼戻時に、同時に局部加熱処理による軟化部が形成されるものであれば、高周波焼戻しを行った後、局部加熱処理による軟化部形成を行う工程に比べて、作業時間の短縮を図ることができ、生産性の向上を図ることができ、コスト低減を図ることができる。
局部加熱処理として液中で行うことによって、熱影響部の範囲を局在化できる。このため、小径部に対する局部加熱の管理の容易化を図ることができ、この小径部に隣接するスプライン等の局部加熱の不必要な部位の軟化を有効に防止できる。
比（Ｄｓ／Ｄｆ）を１．０５〜１．１３としたものであれば、固定型等速自在継手側の小径部が最小径部となり、この最小径部にのみ局部加熱すればよく、局部加熱のコストを低減できる。比（Ｄｓ／Ｄｆ）が１．０５未満では、局部加熱後に摺動型等速自在継手側の小径部が最弱部となるため対策とならない。比（Ｄｓ／Ｄｆ）が１．１３より大きいと塑性加工が困難となり、製造コストが増大する。
比（Ｌ´／Ｌｏ）を１〜４としたものであれば、等速自在継手としての最大作動角を確保でき、しかも局部加熱部位の範囲を比較的小さく設定でき管理しやすくなり、コスト低減を図ることができる。比（Ｌ´／Ｌｏ）＜１であれば、等速自在継手としての最大作動角が確保できず、比（Ｌ´／Ｌｏ）＞４であれば、限定のメリットが得にくい。
本発明の等速自在継手では、中空シャフトが静捩り強度や捩り疲労の向上を図ることができ、長期にわたって安定したトルク伝達が可能な等速自在継手を構成することができる。
本発明の第１の実施形態を示す中空シャフトの正面図である。 前記中空シャフトを用いたドライブシャフトアッセンブリの断面図である。 前記ドライブシャフトアッセンブリの固定型等速自在継手の要部拡大断面図である。 液中での局部加熱処理状態を示す簡略図である。 局部加熱処理後の中空シャフトの要部拡大断面図である。 局部加熱処理における高周波加熱処理条件を示すグラフ図である。 本発明の第２の実施形態を示す中空シャフトの断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す中空シャフトの断面図である。
以下、本発明の実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図１に本発明に係る中空シャフト１の第１の実施形態を示し、この中空シャフト１は、軸方向中間部の大径部２と、両端部のスプライン（雄スプライン部）３、４と、大径部２とスプライン３，４との間に配設される小径部５、６とを備える。また、スプライン３と小径部５との間にはスプライン肩部７が設けられ、スプライン４と小径部６との間にはスプライン肩部８が設けられている。なお、スプライン肩部７、８は、それぞれ、短円筒部７ａ、８ａと、テーパ部７ｂ，８ｂとからなる。
大径部２と小径部５、６との間には、それぞれ中径部９，１０が設けられている。そして、中径部９，１０には、後述するブーツ装着用の周方向溝１１、１２が形成されている。また、中径部９，１０と小径部５，６との間にはテーパ部１３、１４が設けられている。なお、スプライン３，４には、後述する止め輪が装着される嵌合溝１５，１６が形成されている。
ところで、この中空シャフト１は、例えば、図２に示すように、ドライブシャフトに適用される。すなわち、一方の端部がスプライン３を介して固定型等速自在継手２０に連結され、他方の端部スプライン４を介して摺動型等速自在継手２１に連結される。
等速自在継手２０は、ここではツェッパ型の例を示してあるが、ボール溝の溝底に直線部分を有するアンダーカットフリー型等、他の固定式等速自在継手を採用することもできる。等速自在継手２０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。
外側継手部材２５は例えばＳ５３Ｃ等の炭素０．５０〜０．５５ｗｔ％を含む中炭素鋼でつくられ、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ボール溝３４が円周方向に等間隔に形成してある。
内側継手部材２６は例えばＳＣｒ４２０等の炭素０．１７〜０．２３ｗｔ％を含む中炭素鋼でつくられ、軸心部のスプライン孔３６ａにてシャフト１の端部のスプライン３とスプライン嵌合させることにより、シャフト１とトルク伝達可能に結合してある。シャフト１の端部に装着した止め輪３９によって内側継手部材２６からのシャフト１の抜け止めをしてある。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ボール溝３６が円周方向に等間隔に形成してある。
外側継手部材２５のボール溝３４と内側継手部材２６のボール溝３６とは対をなし、各対のボール溝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のボール溝３４と内側継手部材２６のボール溝３６との間に介在してトルクを伝達する。すべてのボール２７はケージ２８によって同一平面内に保持される。ケージ２８は外側継手部材２５と内側継手部材２６との間に球面接触状態で介在し、球面状の外周面にて外側継手部材２５の内球面３３と接し、球面状の内周面にて内側継手部材２６の外球面３５と接する。
内部に充填した潤滑剤の漏洩を防止するとともに、外部から異物が侵入するのを防止するため、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（中径部９のブーツ装着用の周方向溝１１を有する部位）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２１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、他のしゅう動式等速自在継手を採用することもできる。等速自在継手２１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は例えばＳＣｒ４２０等の炭素０．１７〜０．２３ｗｔ％を含む中炭素鋼でつくられ、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、例えば、ＳＣｒ４２０等の炭素０．１７〜０．２３ｗｔ％を含む中炭素鋼でつくられ、ボス５８のスプライン孔５８ａにてシャフト１のスプライン４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。これにより、内部に充填した潤滑剤の漏洩を防止するとともに、外部から異物が侵入するのを防止する。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（中径部１０のブーツ装着用の周方向溝１２を有する部位）に取り付けてブーツバンド６２で締め付けてある。
この中空シャフト１は、摺動型等速自在継手２１側の小径部６の外径寸法をＤｓ（図１参照）とし、固定型等速自在継手２０側の小径部５の外径寸法をＤｆ（図１参照）としたときの比（Ｄｓ／Ｄｆ）を１．０５〜１．１３としている。このため、固定型等速自在継手２０側の小径部５が最小径部（最小平滑部）となる。
ところで、この中空シャフト１は、まず、鋼管（管状素材）をその軸周りに回転させながら、高速度で直径方向に打撃して縮径させるスウェージング加工などの塑性加工により、両端部にスプライン３、４が形成されていない中空体を成形する。その後、中空体の端部に、転造加工又はプレス加工等にてスプライン３、４を形成する。
次に、浸炭焼入にて中空シャフト１のほぼ全長及び全周にわたって硬化層を形成する。ここで、浸炭焼入とは、低炭素材料の表面から炭素を浸入／拡散させ、その後に焼入を行う方法である。ところで、管状素材は、その炭素量を、０．１５％〜０．４５％とし、浸炭焼入処理時の表面炭素濃度（ＣＰ値）を０．５０％〜０．７０％としている。
その後、その一部に局部加熱処理による軟化部Ｍ（図４と図５参照）を形成する。この場合、軟化部Ｍとするのが、固定型等速自在継手２０側の小径部５、つまり外周面が平滑面とされた最小径部である。局部加熱処理としては、高周波焼入を行う。浸炭焼入を行ったままの中空シャフト１では、小径部（最小平滑部）５は高い硬度となっており、脆化している場合がある。このため、この小径部（最小平滑部）５に対して局部的な加熱を行うことによって、その硬度を低下させ、延性を持たせている。高周波焼入とは、高周波電流の流れているコイル中に焼入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方法である。例えば、図６に示すように、室温の状態から１．５秒程度で３００℃程度に加熱し、この状態で高周波加熱を停止し、その後、空冷にて室温まで温度を低下させるものである。
高周波焼入は、図４に示すような液中で行うのが好ましい。液中で行う局部加熱処理は、焼入油７２等に満たされた焼入槽７０と、高周波電源（図示省略）に接続された加熱コイル７１とを備える。すなわち、焼入槽７０に満たされた焼入油７２等の中にシャフト１を浸漬し、高周波電源に接続された加熱コイル７１を、シャフト１に対して外嵌状として、このコイル７１に高周波を流すことによって行う加熱処理である。なお、図４と図５におけるクロスハッチング部がこの液中高周波焼入処理によって形成された軟化部Ｍを示している。このように形成された軟化部Ｍの内径面硬度を４５ＨＲＣ〜５５ＨＲＣとする。なお、この液中で行う局部加熱処理の処理条件(加熱温度、加熱時間、冷却時間等の処理条件)としては、軟化部Ｍの内径面硬度を４５ＨＲＣ〜５５ＨＲＣ等となるような条件を種々選択することができる。
また、浸炭焼入処理後の表面異常層の深さを５μｍ以下となるように設定する。すなわち、浸炭焼入にて形成される硬化層の厚さを調整したり、管状素材の材質を調整したりすることによって、浸炭焼入処理後の表面異常層の深さが５μｍ以下となるよう設定することができる。
本発明の中空シャフトでは、軟化部Ｍにおいて、硬度を低下させて延性を持たすことができ、加工しわの有無によらず、その静捩り強度や捩り疲労強度の向上を図ることができる。また、小径部５を軟化部Ｍとしているので、最も変形しやすい部位の強度向上を図ることができ、シャフト１としての強度を安定して得ることができる。
局部加熱処理は高周波加熱処理でもって行うものであり、多くの利点を有することになる。例えば、高周波加熱処理は局部加熱ができる点、短時間に加熱ができるため酸化が少ない点、他の焼入方法に比べて、焼入歪が少ない点、表面硬さが高く、優れた強度を得られる点、硬化層の深さの選定も比較的容易である点、自動化が容易で機械加工ラインへの組み入れも可能である点等の利点を有する。
管状素材として炭素量を０．１５％〜０．４５％とすることによって、塑性加工性が良く、さらに高強度にできる。炭素量が０．１５％未満では、浸炭焼入処理後の芯部の必要硬度が得られず、強度低下を招き、炭素量が０．４５％を越えると、管状素材の塑性加工性が低下する。
浸炭焼入処理時の表面炭素濃度（ＣＰ値）を０．５０％〜０．７０％とすることによって、浸炭焼入処理時の硬度分布を適正にしやすくなる。表面炭素濃度（ＣＰ値）が０．５０％未満では、安定した表面硬度を得ることができず、表面炭素濃度（ＣＰ値）が０．７０％を越えると、脆性破壊を生じ易くなる。ここで、脆性破壊とは、塑性変化が著しく低下する破壊である。
局部加熱処理による軟化部とした小径部の内径面硬度を４５ＨＲＣ〜５５ＨＲＣとすることによって、静的捩り強度を確保できる。内径面硬度が４５ＨＲＣ未満であれば、降伏点が低くなり、内径面硬度が５５ＨＲＣを越えると、塑性加工によって生じた加工しわや傷の亀裂が鋭敏となり、強度低下を招く。
浸炭焼入処理後の表面異常層の深さを５μｍ以下とすることによって、強度低下を招かず、浸炭焼入後において表面異常層を除去するための研削加工等を行う必要がなく、生産性の向上及び低コスト化を図ることができる。これに対して、表面異常層の深さが５μｍを越えると、それが基点となり強度が低下することになる。
局部加熱処理として液中で行うことによって、小径部５に対する局部加熱の管理の容易化を図ることができ、この小径部５に隣接するスプライン３等の局部加熱の不必要な部位の軟化を有効に防止できる。
比（Ｄｓ／Ｄｆ）を１．０５〜１．１３としたものであれば、固定型等速自在継手側の
小径部５が最小径部となり、この最小径部にのみ局部加熱すればよく、局部加熱のコストを低減できる。比（Ｄｓ／Ｄｆ）が１．０５未満では、局部加熱後に摺動型等速自在継手側の小径部６が最弱部となるため対策とならない。比（Ｄｓ／Ｄｆ）が１．１３より大きいと塑性加工が困難となり、製造コストが増大する。
ところで、浸炭焼入処理としては通常焼戻処理を行うものである。また、本発明では、浸炭焼入処理後において、前記したような高周波焼入を行うものである。そこで、このような浸炭焼入処理における焼戻しを行わずに、局部加熱処理である高周波焼入と同時に、全体もしくは必要部位の焼戻しを行うものであってもよい。
このように、高周波焼戻し時に、同時に局部加熱処理による軟化部Ｍが形成されるものであれば、高周波焼戻しを行った後、局部加熱処理による軟化部形成を行う工程に比べて、作業時間の短縮を図ることができ、生産性の向上を図ることができ、コスト低減を図ることができる。
図７に示すように、他方（摺動型等速自在継手２１側）の小径部６にも局部加熱処理による軟化部Ｍを形成してもよい。このように、両小径部５、６を軟化部Ｍとすることによって、シャフト１全体としての強度を安定して得ることができる。
図８では、固定型等速自在継手２０側の最小径部（小径部５）の軸方向長さをＬ´とし、固定型等速自在継手２０の外側継手部材２５における高作動角曲げ状態でのシャフト干渉部位Ｓ（図３参照）の長さをＬｏとしたとき、比（Ｌ´／Ｌｏ）を１〜４としている。この場合、シャフト１の小径部５の軸方向長さＬ´を図１に示す小径部５の軸方向長さＬよりも短く設定している。
比（Ｌ´／Ｌｏ）を１〜４としたものであれば、等速自在継手としての最大作動角を確保でき、しかも局部加熱部位の範囲を比較的小さく設定でき管理しやすくなり、また、コスト低減を図ることができる。比（Ｌ´／Ｌｏ）＜１であれば、等速自在継手としての最大作動角が確保できず、比（Ｌ´／Ｌｏ）＞４であれば、限定のメリットが得にくい。
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、塑性加工として、冷間で行っても、熱間で行ってもよく、寸法精度の面から冷間で行うことが望ましい。また、転造加工によって形成されるスプラインとして、その軸方向凸部および軸方向凹部の数等は任意に設定することができ、軸方向凸部および軸方向凹部の形状としても、装着される相手側に応じて種々変更することができる。また、スプライン加工は、型に押し込み成型することも可能である。寸法精度の面から、押し込み成型が好ましい。
Ｍ 軟化部
Ｓ シャフト干渉部位
１ 中空シャフト
３，４ スプライン
５，６ 小径部
２０ 固定型等速自在継手
２１ 摺動型等速自在継手

Claims (14)

  1. 管状素材から塑性加工により成形され、焼入硬化処理された中空シャフトであって、
    前記焼入硬化処理が浸炭焼入処理であって、浸炭焼入処理後において、少なくともその一部に局部加熱処理による軟化部を形成したことを特徴とする中空シャフト。
  2. 両端部にそれぞれ雄スプラインが形成され、両端部の雄スプラインの近傍に、その外径面が平滑とされた小径部を備えた中空シャフトであって、２つのうち一方を最小径部とし、この最小径部が局部加熱処理による軟化部であることを特徴とする請求項１に記載の中空シャフト。
  3. 前記局部加熱処理は高周波加熱処理であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の中空シャフト。
  4. 前記管状素材として炭素量を０．１５％〜０．４５％としたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の中空シャフト。
  5. 浸炭焼入処理部の表面炭素濃度を０．５０％〜０．７０％としたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の中空シャフト。
  6. 局部加熱処理による軟化部とした小径部の内径面硬度を４５ＨＲＣ〜５５ＨＲＣとしたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の中空シャフト。
  7. 浸炭焼入処理後の表面異常層の深さが５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の中空シャフト。
  8. 浸炭焼入処理後に高周波焼戻が施される中空シャフトであって、高周波焼戻時に局部加熱処理による軟化部が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の中空シャフト。
  9. 局部加熱処理は液中で行われたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の中空シャフト。
  10. 一方の端部が固定型等速自在継手に連結され、固定型等速自在継手側の小径部であるシャフト最小径部を局部加熱処理による軟化部としたことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の中空シャフト。
  11. 一方の端部が固定型等速自在継手に連結され、他方の端部が摺動型等速自在継手に連結されることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の中空シャフト。
  12. 摺動型等速自在継手側の小径部の外径寸法をＤｓとし、固定型等速自在継手側の小径部の外径寸法をＤｆとしたときの比（Ｄｓ／Ｄｆ）を１．０５〜１．１３としたことを特徴とする請求項１〜請求項１１に記載の中空シャフト。
  13. 一方の端部が固定型等速自在継手に連結され、固定型等速自在継手側の小径部の軸方向長さをＬ´とし、固定型等速自在継手の外側継手部材との高作動角曲げ状態での干渉部位の長さをＬｏとしたときの比（Ｌ´／Ｌｏ）を１〜４としたことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の中空シャフト。
  14. 前記請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の中空シャフトを用いたことを特徴とする等速自在継手。
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