JPH1129820A - 浸炭焼入部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】浸炭焼入部品を浸炭焼入し、次いで該浸炭焼入
部品を組立てるまでの間の各工程間で含有水素を放出す
るように保温することで、工程の増加やコストアップを
招くことなく、組立時までに浸炭部品に含有する水素が
放出され、組立後に遅れ破壊クラックや部品折損等の破
壊が生ずることがない浸炭焼入部品の製造方法の提供を
目的とする。 【解決手段】浸炭焼入部品の製造方法であって、浸炭焼
入部品を浸炭焼入Ｓ３し、次いで該浸炭焼入部品を組立
てるＳ８までの間の各工程間で含有水素を放出するよう
に保温することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば変速機の
プライマリシャフトやセカンダリシャフトのようなネジ
付き部品の如き浸炭焼入部品の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に上述例のネジ付き部品は浸炭焼入
れによって、その表面硬度を高くするが、浸炭焼入れ後
のネジ付き部品のネジ部に例えばナットを螺合してギヤ
等を締付けると、１００時間以内に遅れ破壊（水素脆性
破壊）発生することが知られている。この遅れ破壊が発
生するメカニズムについて述べると次の通りである。

【０００３】ＣＯが約２３．５vol%、Ｈ₂ が約２９．４
vol%の変成ブタンの浸炭雰囲気中（浸炭炉内）において
図６に示すようなネジ部６１をもった部品６２を浸炭焼
入れすると、鋼材製の部品６２内に炭素Ｃおよび水素Ｈ
が侵入する。浸炭焼入れ後に部品６２の全体を図７に示
すように例えば１８０℃×２時間の焼戻し条件下で焼戻
し処理すると、鋼材中の水素が放出されて、焼入直後の
部品６２中の水素吸蔵量約０．４ppm が約０．１５ppm
に減少する。

【０００４】この浸炭焼入れ工程および焼戻し工程を経
た部品６２は組立工程までの間の物流時間と外気温（放
置温度）とにより、その部品６２中の水素が図８に示す
如く放出される。ここで、外気温度が高い夏期にあって
は図８に実線で示す如く高い放出効率にて水素が放出さ
れる一方、外気温度が低い冬期にあっては図８に点線で
示す如く低い放出効率にて水素が放出される。

【０００５】しかし、上述の部品６２の組立時において
も該部品６２中の水素は皆無とならず残存水素が存在す
るので、図６に示す如く焼戻し後の部品６２のネジ部６
１にナット６３を締付けてギヤ等の被締付部材６４を同
図の矢印方向に締付けると、ネジ部６１の谷部に応力
（ネジ部が受ける反力）が集中し、特に残存水素量が多
い冬期にあっては、この応力発生部６５に残存水素が集
中拡散し、被締付部材６４の締付け後において遅れ破壊
クラックが生成および成長して、図６の波線６６の部分
から部品６２が折損する。

【０００６】このような遅れ破壊はナット６３による被
締付部品６４の締付トルク（軸力）の大小にもよるが、
図９に示す如く概ね１００時間以内に発生し、１００時
間が経過しても遅れ破壊が生じない部品６２については
その後においても何等問題は発生しない。

【０００７】このような遅れ破壊による折損を防止する
には、浸炭焼入れ工程、焼戻し工程終了後において図６
の部品６２のネジ部６１のみを例えば高周波焼戻し手段
にて約７００℃に加熱して別途高温焼戻し処理を施せば
よいが、このような方法であると、コスト高になるばか
りでなく工程数が増大する問題点があった。

【０００８】一方、特開平５−２５７０９号公報に記載
のように、９２０〜９６０℃で３〜５時間浸炭焼入れし
た後に、約８４０℃で１時間油焼入れし、その後、約１
８０℃で２時間焼戻し処理する熱処理方法が既に発明さ
れているが、この発明の技術思想をネジ付き部品のよう
な浸炭焼入部品に適用しても上述同様に残存水素（含有
水素）に起因する遅れ破壊が発生する問題点があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明の請求項１記
載の発明は、浸炭焼入部品を浸炭焼入し、次いで該浸炭
焼入部品を組立てるまでの間の各工程間で含有水素を放
出するように保温することで、工程の増加やコストアッ
プを招くことなく、組立時までに浸炭部品に含有する水
素が放出され、組立後に遅れ破壊クラックや部品折損等
の破壊が生ずることがない浸炭焼入部品の製造方法の提
供を目的とする。

【００１０】この発明の請求項２記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、浸炭焼入後の浸炭焼
入部品を保温トレイにて保温しながら搬送することで、
部品搬送中において該部品を保温し、含有水素を放出さ
せることができる浸炭焼入部品の製造方法の提供を目的
とする。

【００１１】この発明の請求項３記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、上記工程を研磨工程
に設定することで、比較的長時間を要する研磨工程の時
間を有効利用しつつ、含有水素を放出させることができ
る浸炭焼入部品の製造方法の提供を目的とする。

【００１２】この発明の請求項４記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、上述の保温温度を約
４０℃以上に設定することで、含有水素を効率よく放出
させることができる浸炭焼入部品の製造方法の提供を目
的とする。

【００１３】この発明の請求項５記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、外気温度が低い時は
保温用の出力を上げるように構成することで、小出力化
を図りつつ、外気温に対応した適正な保温を行なうこと
ができる浸炭焼入部品の製造方法の提供を目的とする。

【００１４】この発明の請求項６記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、上述の浸炭焼入部品
を変速機のプライマリシャフト、セカンダリシャフトの
ネジ付き部品に設定することで、組立後において変速機
内のこれらシャフトは外気と接触する懸念がないうえ、
駆動時には変速機内のオイルが約１００〜１５０℃とな
り、一旦放出させた水素が上記シャフトに再び侵入する
おそれもなく、これらネジ付き部品の耐遅れ破壊性を確
実に向上させることができる浸炭焼入部品の製造方法の
提供を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１記載
の発明は、浸炭焼入部品の製造方法であって、浸炭焼入
部品を浸炭焼入し、次いで該浸炭焼入部品を組立てるま
での間の各工程間で含有水素を放出するように保温する
浸炭焼入部品の製造方法であることを特徴とする。

【００１６】この発明の請求項２記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、上記浸炭焼入後の浸
炭焼入部品を保温トレイにて保温しながら搬送する浸炭
焼入部品の製造方法であることを特徴とする。

【００１７】この発明の請求項３記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、上記工程を研磨工程
に設定した浸炭焼入部品の製造方法であることを特徴と
する。

【００１８】この発明の請求項４記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、上記保温温度を約４
０℃以上に設定した浸炭焼入部品の製造方法であること
を特徴とする。

【００１９】この発明の請求項５記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、外気温度が低い時は
保温用の出力を上げる浸炭焼入部品の製造方法であるこ
とを特徴とする。

【００２０】この発明の請求項６記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、上記浸炭焼入部品を
変速機のプライマシャフト、セカンダリシャフトのネジ
付き部品に設定した浸炭焼入部品の製造方法であること
を特徴とする。

【００２１】

【発明の作用及び効果】この発明の請求項１記載の発明
によれば、浸炭焼入部品がまず浸炭焼入され、次にこの
浸炭焼入部品を組立てるまでの間の各工程間で、該部品
が保温されて部品内部に含有する水素が放出させる。こ
のように工程の増加やコストアップを何等招くことな
く、組立時までに浸炭焼入部品に含有する水素が放出さ
れるので、組立後に遅れ破壊クラックや部品折損等の破
壊が生ずることがなく、耐遅れ破壊性を向上させること
ができる効果がある。

【００２２】この発明の請求項２記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、浸炭焼入後の
浸炭焼入部品を保温トレイにて保温しながら搬送するの
で、部品搬送中において該部品を保温することができ、
この結果、物流時間を有効利用して搬送中に含有水素を
放出させることができる効果がある。

【００２３】この発明の請求項３記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、上述の工程を
研磨工程に設定したので、この研磨工程は比較的長時間
を要するが、この工程の時間および研磨が終了するまで
に浸炭焼入部品をストックさせておく時間を有効利用し
つつ、含有水素を放出させることができる効果がある。

【００２４】この発明の請求項４記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、上述の保温温
度を約４０℃以上に設定したので、含有水素を効率よく
放出させることができる効果がある。

【００２５】この発明の請求項５記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、外気温度が低
い時は保温用の出力を上げるように構成したので、小出
力化（省エネルギ化）を図りつつ、外気温度に応じた適
正な保温を行なって、含有水素を良好に放出させること
ができる効果がある。

【００２６】この発明の請求項６記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、上述の浸炭焼
入部品を変速機（トランスミッション）のプライマリシ
ャフト、セカンダリシャフトのネジ付き部品に設定した
ので、組立後において変速機内のこれらシャフトは外気
と接触する懸念がないうえ、駆動時において変速機内の
オイルが約１００〜１５０℃となり、これらシャフトは
該オイルにて潤滑されている関係上、一旦放出した水素
がプライマリシャフト、セカンダリシャフトに再び侵入
するおそれもなく、これらネジ付き部品の耐遅れ破壊性
を確実に向上させることができる効果がある。

【００２７】

【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図１は本願発明の浸炭焼入部品の製造方法を含
むプライマリシャフトのクロスロール工程から組立て工
程までを示す工程図であって、第１の工程Ｓ１で素材を
クロスロール加工（転造加工の１つ）し、次の第２工程
Ｓ２でクロスローリング終了後の素材をブランク加工し
て、荒削りを施す。

【００２８】次に第３の工程Ｓ３でブランク加工済みの
ものに対してスプライン１、ギヤ２、ネジ部３（図２参
照）を形成する歯切り加工を施す。次に第４の工程Ｓ４
で歯切り加工済みのプライマリシャフト４（図２参照）
に浸炭焼入を施す。この浸炭焼入はＣＯ＝２３．５vol
%、Ｈ₂ ＝２９．４vol%、Ｎ₂ ＝４７．１vol%の変成ブ
タンの浸炭雰囲気中において焼入温度約９３０℃、焼入
時間約３．４〜４時間の条件下にて行なう。この際、プ
ライマリシャフト４を構成する鋼材中に炭素および水素
が侵入する。

【００２９】次に第５の工程Ｓ５で浸炭焼入終了後のプ
ライマリシャフト４に対して焼戻し処理を施す。この焼
戻し処理は焼戻し温度約１６０〜２００℃、焼戻し時間
約２時間の条件下にて行なう。この焼戻し時にプライマ
リシャフト４を構成する鋼材中の水素が焼戻し条件に対
応して図７で示した如く放出される。

【００３０】次に第６の工程Ｓ６で焼戻し終了後のプラ
イマリシャフト４に対しショットピーニング加工による
調質および曲がり矯正加工を施す。この第６の工程Ｓ６
終了後からプライマリシャフト４がミッションケース５
（図５参照）に組立てられるまでの物流時間を有効利用
し、このプライマリシャフト４を図２、図３に示す保温
トレイ６に保持して、保温しながら搬送する。

【００３１】上述の保温トレイ６は図２、図３に示す如
く構成している。すなわち、ベース７上に板状ヒータ８
（加熱手段）を配設する一方、ベース７に位置決め固定
される外枠９と、この祖と枠９に連結ピン１０を介して
配置される上枠１１とを備え、外枠９の下部に設けられ
た係入片９ａをベース７に形成された係入凹部７ａに係
入して、ベース７と外枠９とを固定している。

【００３２】上述の上枠１１は図３に示す如くフレーム
１２の四隅部に連結ピン１０が挿入される挿入孔１３を
有すると共に、縦横に配列された複数かつ円環状のシャ
フト保持部１４と、これら保持部相互間、並びにシャフ
ト保持部１４とフレーム１２との間を相互連結するスポ
ーク１５とを備えている。

【００３３】また上述のシャフト保持部１４と上下方向
に対向するように板状ヒータ８の上部には耐熱金属（例
えばＳＣＨ２１、耐熱鋼鋳鋼）製で、かつ断面が略凹部
のホルダ１６を固定し、このホルダ１６とシャフト保持
部１４との間に図２に示す如くプライマリシャフト４を
立設固定すべく構成している。この実施例では１つの保
温トレイ６に合計４０本のプライマリシャフト４を保持
すべく構成したが、該シャフト４の保持数量はこれに限
定されるものではない。また上述の保温トレイ６は板状
ヒータ８以外の各要素を耐熱金属にて構成することが望
まれる。

【００３４】上述の板状ヒータ８にはバッテリ（図示せ
ず）から直流電源を供給し、板状ヒータ８の発熱により
ホルダ１６を介してプライマリシャフト４のネジ部３を
約４０℃以上に保温すると共に、外気温度が低い時（冬
期）には保温用の出力（通電電流または印加電圧）を増
加すべく構成している。上述のネジ部３の保温によりプ
ライマリシャフト４内に含有する水素が放出される。

【００３５】図１に示す第６の工程Ｓ６終了後にプライ
マリシャフト４を上述の保温トレイ６に保持して、板状
ヒータ８への連続通電により保温しながら搬送するが、
ショットピーニング工程と組立て工程との間でプライマ
リシャフト４を研磨するので、保温トレイ６に保持され
たプライマリシャフト４は図１に示す第７の工程Ｓ７に
て研磨を行なうべきエリアに保温しながら搬送され、こ
の第７の工程Ｓ７でプライマリシャフト４を研磨する。

【００３６】研磨終了後のプライマリシャフト４は再び
保温トレイ６に保持され、図１に示す第８の工程Ｓ８に
て組立てを行なうべきエリアに保温しながら搬送され、
この第８工程Ｓ８で、図５に示すようにプライマリシャ
フト４は軸受１７を介してミッションケース５の内部に
軸架されると共に、上述のネジ部３にはナット１８が締
付けられる。またプライマリシャフト４には各種の変速
要素が配設される一方、セカンダリシャフト１９も軸受
２０を介してミッションケース５内に軸架され、そのネ
ジ部２１にはナット２２が締付けられると共に、このセ
カンダリシャフト１９に対しても各種の変速要素が配設
される。

【００３７】図４は横軸に遅れ破壊時間をとり、縦軸に
軸力（ナット１８の締付けトルク）をとって上記実施例
の方法により製造されたプライマリシャフト４の特性ａ
と、保温トレイ６を一切使用しない条件下での冬期（外
気温度が低い時）におけるプライマリシャフトの特性ｂ
と、保温トレイ６を一切使用しない条件下での夏期（外
気温度が高い時）におけるプライマリシャフトの特性ｃ
とを実測した結果を示す。

【００３８】図４の特性から明らかなように含有水素の
放出が大幅に抑制される冬期（特性ｂ参照）においては
軸力約１０トンでの締付後に約１８時間が経過すると、
遅れ破壊が発生するが、保温により含有水素を積極的に
放出させた上記実施例のプライマリシャフト４（特性ａ
参照）は同等もしくはそれ以上の軸力での締付け後にお
いても遅れ破壊が発生することなく、夏期の特性ｃに近
似した優れた特性を発揮する。

【００３９】以上要するに上記実施例の浸炭焼入部品の
製造方法によれば、浸炭焼入部品（プライマリシャフト
４参照）がまず浸炭焼入され、次にこの浸炭焼入部品
（プライマリシャフト４参照）を組立てるまでの間の各
工程間で、該部品が保温されて部品内部（特にネジ部３
参照）に含有する水素が放出させる。このように工程の
増加やコストアップを何等招くことなく、組立時までに
浸炭焼入部品（プライマリシャフト４参照）に含有する
水素が放出されるので、組立後に遅れ破壊クラックや部
品折損等の破壊が生ずることがなく、耐遅れ破壊性を向
上させることができる効果がある。

【００４０】また、浸炭焼入後の浸炭焼入部品（プライ
マリシャフト４参照）を保温トレイ６にて保温しながら
搬送するので、部品搬送中において該部品（プライマリ
シャフト４参照）を保温することができ、この結果、物
流時間（概ね４〜５日）有効利用して搬送中に含有水素
を放出させることができる効果がある。

【００４１】さらに、上述の工程を研磨工程（図１の第
７の工程Ｓ７参照）に設定したので、この研磨工程は比
較的長時間を要するが、この工程の時間および研磨が終
了するまでに浸炭焼入部品（プライマリシャフト４参
照）をストックさせておく時間を有効利用しつつ、含有
水素を放出させることができる効果がある。

【００４２】しかも、上述の保温温度を約４０℃以上に
設定したので、含有水素を効率よく放出させることがで
きる効果がある。また、外気温度が低い時は保温用の出
力（板状ヒータ８に対する通電電流または印加電圧参
照）を上げるように構成したので、小出力化（省エネル
ギ化）を図りつつ、外気温度に応じた適正な保温を行な
って、含有水素を良好に放出させることができる効果が
ある。

【００４３】さらに、上述の浸炭焼入部品を変速機（ト
ランスミッション）のプライマリシャフト４のようなネ
ジ（ネジ部３参照）付き部品に設定したので、組立後に
おいて変速機内のプライマリシャフト４は外気と接触す
る懸念がないうえ、駆動時において変速機内のオイルが
約１００〜１５０℃となり、プライマリシャフト４は該
オイルにて潤滑されている関係上、一旦放出した水素が
プライマリシャフト４に再び侵入するおそれもなく、上
述のネジ付き部品（プライマリシャフト４参照）の耐遅
れ破壊性を確実に向上させることができる効果がある。
なお、プライマリシャフト４に代えセカンダリシャフト
１９を上記実施例の方法により製造しても同等の効果を
得ることができるのは勿論である。

【００４４】この発明の構成と、上述の実施例との対応
において、この発明の浸炭焼入部品およびネジ付き部品
は、実施例のプライマリシャフト４に対応し、以下同様
に、研磨工程は、図１に示す第７の工程Ｓ７に対応する
も、この発明は、上述の実施例の構成のみに限定される
ものではない。

【００４５】例えば上述の浸炭焼入部品はＦＦタイプの
変速機に用いられるプライマリシャフト４の他にセカン
ダリシャフト１９や或はＦＲタイプの変速機に用いられ
るメインシャフト、カウンタシャフト等の他のネジ付き
部品であってもよい。また直流タイプの板状ヒータ８に
代えて交流タイプのヒータやその他の加熱手段であって
もよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の浸炭焼入部品の製造方法を含む部品
の製造工程を示す工程図。

【図２】 プライマリシャフトを保温トレイに保持させ
た状態の断面図。

【図３】 保温トレイを構成する上枠の平面図。

【図４】 遅れ破壊時間と軸力の関係を示す特性図。

【図５】 プライマリシャフトの組立状態を示す断面
図。

【図６】 遅れ破壊発生のメカニズムを示す説明図。

【図７】 焼戻しによる水素放出特性を示す特性図。

【図８】 焼戻し後の時間経過にともなう水素放出特性
を示す特性図。

【図９】 遅れ破壊時間と軸力の関係を示す特性図。

【符号の説明】

３…ネジ部 ４…プライマリシャフト（浸炭焼入部品） ６…保温トレイ Ｓ７…第７の工程（研磨工程）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】浸炭焼入部品の製造方法であって、浸炭焼
   入部品を浸炭焼入し、次いで該浸炭焼入部品を組立てる
   までの間の各工程間で含有水素を放出するように保温す
   る浸炭焼入部品の製造方法。
2. 【請求項２】上記浸炭焼入後の浸炭焼入部品を保温トレ
   イにて保温しながら搬送する請求項１記載の浸炭焼入部
   品の製造方法。
3. 【請求項３】上記工程を研磨工程に設定した請求項１記
   載の浸炭焼入部品の製造方法。
4. 【請求項４】上記保温温度を約４０℃以上に設定した請
   求項１記載の浸炭焼入部品の製造方法。
5. 【請求項５】外気温度が低い時は保温用の出力を上げる
   請求項１記載の浸炭焼入部品の製造方法。
6. 【請求項６】上記浸炭焼入部品を変速機のプライマシャ
   フト、セカンダリシャフトのネジ付き部品に設定した請
   求項１記載の浸炭焼入部品の製造方法。