(57)【要約】【課題】大径部を有する軸材の軸肥大加工に好適に用いられ、耐久性に優れる軸肥大加工用金型及び軸肥大加工装置を提供し、二つの大径部を有する段付き軸の製造方法及び段付き軸を提供する。【解決手段】段付き軸１の製造に用いられる軸肥大加工装置１００の軸肥大加工用金型１２０は、互いに組み合わされることによって、軸材２の外周に嵌合する環状体を形成し、軸材２に対して径方向に着脱可能となるように、環状体の周方向に分割されてなる金型片１４０〜１４２を備え、金型片１４０〜１４２は、環状体の軸方向の一端側に配置され、軸材２の肥大部６を成形する成形面と、環状体の内径側に配置される内径面と、環状体の周方向に隣り合う他の金型片と突合される一対の突合せ面と、をそれぞれ有し、成形面と、内径面と、突合わせ面とによって形成される各角部は、面取りされている。【選択図】図７
2020066043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の圧縮応力と、軸方向と交差する方向の繰り返しせん断応力とを軸材に作用させることによって前記軸材を部分的に肥大させる軸肥大加工に用いられる軸肥大加工用金型であって、
互いに組み合わされることによって、前記軸材の外周に嵌合する環状体を形成し、前記軸材に対して径方向に着脱可能となるように、前記環状体の周方向に分割されてなる複数の金型片を備え、
前記複数の金型片は、
前記環状体の軸方向の一端側に配置され、前記軸材の肥大部を成形する成形面と、
前記環状体の内径側に配置される内径面と、
前記環状体の周方向に隣り合う他の金型片と突合される一対の突合せ面と、
をそれぞれ有し、
前記成形面と、前記内径面と、前記突合わせ面とによって形成される各角部は、面取りされている軸肥大加工用金型。
【請求項２】
請求項１記載の軸肥大加工用金型であって、
前記角部は、Ｒ面取りされている軸肥大加工用金型。
【請求項３】
請求項１又は２記載の軸肥大加工用金型であって、
前記軸材と一体に軸肥大加工装置に着脱される軸肥大加工用金型。
【請求項４】
軸方向の圧縮応力と、軸方向と交差する方向の繰り返しせん断応力とを軸材に加えることによって前記軸材を部分的に肥大させる軸肥大加工装置であって、
前記軸肥大加工装置は、前記軸材の両端部を保持する一対のホルダを備え、
前記一対のホルダのうち一方の第１ホルダは、
前記軸材の第１端部の外周に嵌合した請求項１から３のいずれか一項記載の前記軸肥大加工用金型が装着される金型装着部と、
前記軸材の前記第１端部の先端部に当接する押出ロッドと、
を有し、
前記軸肥大加工用金型と前記押出ロッドとの間に、前記軸肥大加工用金型の内径よりも大径な収容空間が設けられる軸肥大加工装置。
【請求項５】
請求項４記載の軸肥大加工装置であって、
前記金型装着部は、前記軸材の前記第１端部と、前記軸肥大加工用金型とを収容する収容穴を有し、
前記軸肥大加工用金型は、前記押出ロッドによって、前記軸材と一体に前記収容穴から押し出される軸肥大加工装置。
【請求項６】
請求項５記載の軸肥大加工装置であって、
前記第１ホルダは、
前記軸肥大加工用金型の外周に着脱可能に嵌合し、且つ前記収容穴の内周に嵌合する環状のスリーブと、
前記収容空間の外周を囲み、前記スリーブ及び前記軸肥大加工用金型と前記収容穴の底との間に挟まれる環状の座金と、
前記座金との間に前記スリーブを挟み、前記金型装着部に固定される押さえリングと、
を有する軸肥大加工装置。
【請求項７】
請求項６記載の軸肥大加工装置であって、
前記スリーブは、当該スリーブの内周面に突出する一つ以上の凸部を有し、
前記軸肥大加工用金型の外周面には、前記凸部と周方向に係合する凹部が設けられている軸肥大加工装置。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか一項記載の軸肥大加工装置であって、
前記第１ホルダは、前記軸肥大加工用金型と前記押出ロッドとの間に挟まれるスペーサを有する軸肥大加工装置。
【請求項９】
第１端部に設けられている大径部と、前記大径部から第２端部まで延びている小径の軸部とを有する軸材の前記軸部の外周に一対の軸肥大加工用金型を嵌合させ、前記一対の軸肥大加工用金型の間に配置されている前記軸部の中間部に、軸方向の圧縮応力と、軸方向と交差する方向の繰り返しせん断応力とを作用させることにより、前記軸部の前記中間部を前記一対の軸肥大加工用金型の間で肥大させるステップと、
前記軸部の前記中間部を肥大させた後、前記軸材を前記一対の軸肥大加工用金型から取り外すステップと、
を備え、
前記一対の軸肥大加工用金型のうち前記大径部側に配置される一方の軸肥大加工用金型は、請求項１から３のいずれか一項記載の前記軸肥大用金型であり、当該軸肥大加工用金型を複数の金型片に分離することによって、前記軸材を当該軸肥大加工用金型から取り外す段付き軸の製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載の段付き軸の製造方法であって、
前記軸部のうち、前記中間部が肥大されてなる肥大部から前記第２端部側に延びている部分を切除するステップと、
前記肥大部に、他の軸材を接合するステップと、
をさらに備える段付き軸の製造方法。
【請求項１１】
軸材の第１端部に設けられている大径部と、
前記大径部に対して前記軸材の第２端部側に間隔をあけて設けられている肥大部と、
前記大径部と前記肥大部との間に設けられており、前記大径部及び前記肥大部よりも小径な軸部と、
を備え、
前記肥大部と前記軸部とによって形成される環状の隅部の外周面には、周方向に間隔をあけて複数の突起が形成されており、又は複数の突起除去痕が形成されている段付き軸。
【請求項１２】
請求項１１記載の段付き軸であって、
前記肥大部に、他の軸材が接合されている段付き軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸肥大加工用金型、軸肥大加工装置、段付き軸の製造方法及び段付き軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸材の一部に大径部を形成する加工方法の一つとして軸肥大（登録商標）加工が知られている。軸肥大加工は、典型的には、軸方向の圧縮応力を軸材に作用させた状態で、軸材を曲げて且つ回転させることにより軸材の一部を肥大させ、それにより大径部を形成するものである。
【０００３】
特許文献１に記載されたチャック装置は、軸肥大加工装置において軸材を回転させる一対のスピンドルの少なくとも一方に装着され、軸材を保持するために用いられるものである。この特許文献１に記載された一つのチャック装置は、軸肥大加工装置のスピンドルに固定されるチャック本体と、チャック本体に対して回動可能にチャック本体の穴部に配設された複数の可動スリーブとを備える。複数の可動スリーブは、回動に応じて互いに組み合わされ、また、互いに分離され、組み合わされた状態では、軸材を保持する保持孔をチャック本体の軸心上に形成しており、分離された状態では、チャック本体の軸心から離間している。
【０００４】
特許文献１に記載されたもう一つのチャック装置は、軸肥大加工装置のスピンドルに固定されるチャック本体と、チャック本体の軸心上の空孔部に着脱可能に嵌め込まれる複数のスリーブとを備え、チャック本体の空孔部及び複数のスリーブには、互いに嵌合するテーパ部が設けられている。複数のスリーブは、チャック本体の空孔部に引き込まれることによって互いに組み合わされ、チャック本体から取り外されることによって互いに分離され、組み合わされた状態では、軸材を保持する保持孔をチャック本体の軸心上に形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５９４００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された一つのチャック装置では、複数の可動スリーブが回動されて互いに分離されることにより、保持孔よりも大きい空間が複数の可動スリーブの内側に形成される。したがって、保持孔よりも大きい大径部を有する軸材もチャック装置によって保持できる。特許文献１に記載されたもう一つのチャック装置でも、複数のスリーブが予め軸材を保持した状態でチャック本体の空孔部に嵌め込まれることにより、保持孔よりも大きい大径部を有する軸材をチャック装置によって保持できる。これらの場合に、軸材に予め形成されている大径部と、軸肥大加工によって軸材に形成される肥大部との二つの大径部を有する段付き軸が得られる。
【０００７】
しかし、肥大部は、軸材の材料が塑性流動することによって形成され、塑性流動する軸材の材料は、肥大部の基部に密接する保持孔の開口部において、複数のスリーブの突合せ面の隙間に進入する。また、保持孔の開口部には比較的大きい荷重が作用し、この荷重が、軸材の回転に伴って繰り返し作用する。このため、複数のスリーブの突合せ面のエッジに、割れ、欠け等の損傷が生じる虞がある。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、大径部を有する軸材の軸肥大加工に好適に用いられ、耐久性に優れる軸肥大加工用金型及び軸肥大加工装置を提供し、二つの大径部を有する段付き軸の製造方法及び段付き軸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】
【０００９】
本発明の一態様の軸肥大加工用金型は、軸方向の圧縮応力と、軸方向と交差する方向の繰り返しせん断応力とを軸材に作用させることによって前記軸材を部分的に肥大させる軸肥大加工に用いられる軸肥大加工用金型であって、互いに組み合わされることによって、前記軸材の外周に嵌合する環状体を形成し、前記軸材に対して径方向に着脱可能となるように、前記環状体の周方向に分割されてなる複数の金型片を備え、前記複数の金型片は、前記環状体の軸方向の一端側に配置され、前記軸材の肥大部を成形する成形面と、前記環状体の内径側に配置される内径面と、前記環状体の周方向に隣り合う他の金型片と突合される一対の突合せ面と、をそれぞれ有し、前記成形面と、前記内径面と、前記突合わせ面とによって形成される各角部は、面取りされている。
【００１０】
また、本発明の一態様の軸肥大加工装置は、軸方向の圧縮応力と、軸方向と交差する方向の繰り返しせん断応力とを軸材に加えることによって前記軸材を部分的に肥大させる軸肥大加工装置であって、前記軸肥大加工装置は、前記軸材の両端部を保持する一対のホルダを備え、前記一対のホルダのうち一方の第１ホルダは、前記軸材の第１端部の外周に嵌合した前記軸肥大加工用金型が装着される金型装着部と、前記軸材の前記第１端部の先端部に当接する押出ロッドと、を有し、前記軸肥大加工用金型と前記押出ロッドとの間に、前記軸肥大加工用金型の内径よりも大径な収容空間が設けられる。
【００１１】
また、本発明の一態様の段付き軸の製造方法は、第１端部に設けられている大径部と、前記大径部から第２端部まで延びている小径の軸部とを有する軸材の前記軸部の外周に一対の軸肥大加工用金型を嵌合させ、前記一対の軸肥大加工用金型の間に配置されている前記軸部の中間部に、軸方向の圧縮応力と、軸方向と交差する方向の繰り返しせん断応力とを作用させることにより、前記軸部の前記中間部を前記一対の軸肥大加工用金型の間で肥大させるステップと、前記軸部の前記中間部を肥大させた後、前記軸材を前記一対の軸肥大加工用金型から取り外すステップと、を備え、前記一対の軸肥大加工用金型のうち前記大径部側に配置される一方の軸肥大加工用金型は、前記軸肥大用金型であり、当該軸肥大加工用金型を複数の金型片に分離することによって、前記軸材を当該軸肥大加工用金型から取り外す。
【００１２】
また、本発明の一態様の段付き軸は、軸材の第１端部に設けられている大径部と、前記大径部に対して前記軸材の第２端部側に間隔をあけて設けられている肥大部と、前記大径部と前記肥大部との間に設けられており、前記大径部及び前記肥大部よりも小径な軸部と、を備え、前記肥大部と前記軸部とによって形成される環状の隅部の外周面には、周方向に間隔をあけて複数の突起が形成されており、又は複数の突起除去痕が形成されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、大径部を有する軸材の軸肥大加工に好適に用いられ、耐久性に優れる軸肥大加工用金型及び軸肥大加工装置を提供し、二つの大径部を有する段付き軸の製造方法及び段付き軸を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態を説明するための、段付き軸の一例の平面図である。
【図２】図１の段付き軸のII−II線断面図である。
【図３】本発明の実施形態を説明するための、段付き軸の他の例の平面図である。
【図４】図３の段付き軸の適用例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工装置の一例の模式図である。
【図６】図５の軸肥大加工装置のホルダの断面図である。
【図７】本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工用金型の一例の斜視図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態を説明するための、段付き軸の製造工程を示す模式図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態を説明するための、段付き軸の製造工程を示す模式図である。
【図８Ｃ】本発明の実施形態を説明するための、段付き軸の製造工程を示す模式図である。
【図８Ｄ】本発明の実施形態を説明するための、段付き軸の製造工程を示す模式図である。
【図８Ｅ】本発明の実施形態を説明するための、段付き軸の製造工程を示す模式図である。
【図８Ｆ】本発明の実施形態を説明するための、段付き軸の製造工程を示す模式図である。
【図９】図８Ｃの破線枠IXで囲まれた部分を拡大して示す軸肥大加工用金型の斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工方法の他の例の模式図である。
【図１１】本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工方法の他の例の模式図である。
【図１２】本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工方法の他の例の模式図である。
【図１３】本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工方法の他の例の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１及び図２は、本発明の実施形態を説明するための、段付き軸の一例を示す。
【００１６】
段付き軸１は、軸材の第１端部３に設けられている大径部４と、大径部４に対して軸材の第２端部５側に間隔をあけて設けられている肥大部６と、大径部４と肥大部６との間に設けられている第１軸部７と、肥大部６から第２端部５まで延びている第２軸部８とを備える。軸材は、例えば鋼等の金属材料からなる丸棒が用いられる。
【００１７】
第１軸部７及び第２軸部８の外径は、軸材（素材）の外径と略同一であり、大径部４及び肥大部６の外径よりも小さい。大径部４の外径と、肥大部６の外径とは、略同一でもよいし、一方が他方より大きくてもよい。大径部４は、例えば鍛造加工等によって形成されており、肥大部６は軸肥大加工によって形成されている。肥大部６には、軸肥大加工に起因する金属組織のファイバーフローが形成されており、このファイバーフローは、典型的には、軸心を含む断面において、第１軸部７及び第２軸部８から肥大部６に向けて且つ軸心側から肥大部６の外径側に向けて延びている。
【００１８】
肥大部６と第１軸部７とによって形成される環状の隅部９の外周面には、複数の突起１０が周方向に間隔をあけて設けられており、図１及び図２に示す例では、三つの突起１０が周方向に等しい間隔をあけて設けられている。突起１０は、肥大部６を形成する軸肥大加工に伴って形成されたものであり、肥大部６及び第１軸部７と一体である。突起１０は、例えばバリであり、又は肥大部６を補強するリブである。突起１０の数及び配置は、軸肥大加工に使用される軸肥大加工用金型に応じて異なるが、周方向に隣り合う二つの突起１０と軸心とを結ぶ二つの直線の交角φは１８０°以下である。なお、突起１０がバリである場合に、突起１０は切削加工等によって取り除かれてもよく、突起１０が取り除かれる場合に、隅部９の外周面には突起除去痕が形成される。
【００１９】
図３は、段付き軸１の変形例を示す。
【００２０】
図３に示す段付き軸１１は、段付き軸１の第２軸部８が切除され、第２軸部８が切除されることによって形成された肥大部６の端面６ａに、他の軸材１２が同軸に接合されたものである。軸材１２の接合端部１３の外径と、肥大部６の外径とは略同一である。肥大部６は、切除された第２軸部８よりも大径なので、第２軸部８と、この第２軸部８と略同一の外径を有する軸材とを接合するよりも、肥大部６と、肥大部６と略同一の外径を有する軸材１２とを接合することにより、接合面積を増加させ、接合強度を高めることができる。肥大部６と軸材１２との接合方法は、摩擦圧接、超音波溶接等を例示できる。
【００２１】
軸材１２の材料と、段付き軸１に使用されている軸材の材料とは、同じでもよいし、異なってもよい。例えば段付き軸１に使用されている軸材の材料に、機械的強度、硬度、耐食性、耐熱性等に優れる特殊鋼が用いられ、軸材１２の材料に普通鋼が用いられてもよい。かかる段付き軸１１は、例えば船外機のドライブシャフトＤＳに好適に用いることができる。図４に示すドライブシャフトＤＳでは、プロベラシャフトＰＳに接続される先端部側であって、少なくとも水中に沈む部分が、特殊鋼からなる段付き軸１によって形成されており、段付き軸１の大径部４には、プロベラシャフトに回転を伝達するための、かさ歯車が形成されている。一方、エンジンＥに連結される基端部側であって、水面ＷＳより上に配置される部分は、普通鋼からなる軸材１２によって形成されている。これにより、ドライブシャフトＤＳに要求される耐食性を満足し且つドライブシャフトＤＳの製造コストを下げることができる。また、軸材１２は、丸棒でもよいし、中空の円管でもよい。軸材１２が円管である場合に、段付き軸１１の軽量化を図ることができる。
【００２２】
図５は、本発明の実施形態を説明するための、軸肥大加工装置の一例を示す。
【００２３】
軸肥大加工は、軸方向の圧縮応力と、軸方向と交差する方向の繰り返しせん断応力とを軸材に作用させることによって軸材を部分的に肥大させるものであり、図５に示す軸肥大加工装置１００は、軸材を曲げた状態で軸材を回転させることにより、軸材に繰り返しせん断応力を作用させる。この軸肥大加工装置１００によって加工される軸材２は、上述した段付き軸１の製造に用いられる軸材であり、第１端部３に設けられている大径部４と、大径部４から第２端部５まで延びている軸部１４とを有する。軸部１４の外径は大径部４の外径よりも小さい。
【００２４】
軸肥大加工装置１００は、軸材２が配置される基準線Ｃ上で互いに離間して配置された一対のホルダ１０１，１０２を備える。ホルダ１０１は、軸材２の第２端部５を保持し、基準線Ｃに沿って移動可能に基台１０３に支持されている。ホルダ１０２は、軸材２の第１端部３を保持し、基準線Ｃに対して傾斜可能に基台１０３に支持されている。
【００２５】
軸材２の第２端部５を保持するホルダ１０１は、軸材２の軸部１４の外周に嵌合する環状の軸肥大加工用金型１１０と、軸肥大加工用金型１１０が装着されるスピンドル１１１と、スピンドル１１１を回転可能に支持するハウジング１１２と、押出ロッド１１３とを有する。押出ロッド１１３は、軸材２の第２端部５の先端部に当接しており、シリンダ等の直動装置１１４によって駆動されて第２端部５を軸方向に押圧する。ホルダ１０２もまた、軸肥大加工用金型と、スピンドルと、ハウジングと、押出ロッドと、直動装置とを有する。
【００２６】
そして、軸肥大加工装置１００は、ホルダ１０１を基準線Ｃに沿って移動させる加圧部１０４と、ホルダ１０２を基準線Ｃに対して傾ける傾動部１０５と、ホルダ１０２のスピンドルを回転させる回動部１０６とを備える。軸材２の両端部３，５が一対のホルダ１０１，１０２によって保持されている状態で、ホルダ１０１が基準線Ｃに沿ってホルダ１０２側に移動されることにより、軸材２に圧縮応力が作用する。また、ホルダ１０２が基準線Ｃに対して傾けられることにより、一対のホルダ１０１，１０２の間に配置される軸部１４の中間部が曲げられる。また、ホルダ１０２のスピンドルが回転されることにより、軸材２が回転される。ホルダ１０１のスピンドル１１１は軸材２と一体に回転される。
【００２７】
図６は、軸材２の第１端部３を保持するホルダ１０２の構成を示す。
【００２８】
軸材２の第１端部３を保持するホルダ１０２は、軸材２の軸部１４の外周に嵌合する環状の軸肥大加工用金型１２０と、軸肥大加工用金型１２０が装着されるスピンドル１２１と、押出ロッド１２３とを有する。なお、図５では、スピンドル１２１を回転可能に支持するハウジングと、押出ロッド１２３を駆動する直動装置とは省略されている。
【００２９】
スピンドル１２１は、軸肥大加工用金型１２０が装着される金型装着部１２５を有し、金型装着部１２５は、軸材２の第１端部３と、軸肥大加工用金型１２０とを収容する収容穴１２６を有する。押出ロッド１２３は、スピンドル１２１を軸方向に貫通し、収容穴１２６の底から収容穴１２６内部に突出している。収容穴１２６に収容された軸肥大加工用金型１２０と押出ロッド１２３との間には、軸肥大加工用金型１２０の内径よりも大径な収容空間１２７が設けられる。この収容空間１２７には、収容穴１２６の底に向けて軸肥大加工用金型１２０から突出している軸材２の大径部４が配置される。
【００３０】
押出ロッド１２３は、軸材２の第１端部３の先端部、すなわち収容空間１２７に配置された軸材２の大径部４に当接している。ホルダ１０１の押出ロッド１１３（図５参照）とホルダ１０２の押出ロッド１２３との間に挟まれた軸材２には、ホルダ１０１の移動に応じて、軸方向の圧縮応力が作用する。そして、ホルダ１０１の軸肥大加工用金型１１０（図５参照）とホルダ１０２の軸肥大加工用金型１２０との間に配置されている軸部１４の中間部には、ホルダ１０２の傾き及びスピンドル１２１の回転に応じて、軸方向と交差する方向のせん断応力が繰り返し作用する。これにより、軸部１４の中間部が軸肥大加工用金型１１０と軸肥大加工用金型１２０との間で肥大され、肥大部６が形成される。
【００３１】
ホルダ１０２は、環状のスリーブ１３０と、環状の座金１３１と、押えリング１３２とをさらに有する。スリーブ１３０は、軸肥大加工用金型１２０の外周に着脱可能に嵌合し、且つ収容穴１２６の内周に嵌合している。座金１３１は、スリーブ１３０及び軸肥大加工用金型１２０と収容穴１２６の底との間に挟まれており、収容空間１２７の外周を囲んでいる。押えリング１３２は、座金１３１との間にスリーブ１３０のフランジ部１３３を挟んで、金型装着部１２５の開口部１３４に固定されている。
【００３２】
押えリング１３２と座金１３１との間に挟まれたスリーブ１３０は、収容穴１２６の内周に嵌合した状態で金型装着部１２５に固定されている。一方、スリーブ１３０の内周に着脱可能に嵌合する軸肥大加工用金型１２０は、金型装着部１２５に対しても着脱可能であり、座金１３１に当接することによって収容穴１２６内部における軸方向の位置が決められている。軸材２の大径部４が押出ロッド１２３によって押圧された際に、軸肥大加工用金型１２０は、軸材２の第１端部３と一体に収容穴１２６から押し出される。
【００３３】
好ましくは、図６に示すように、軸肥大加工用金型１２０と押出ロッド１２３との間にスペーサ１３５が設けられ、軸肥大加工用金型１２０も押出ロッド１２３によって押圧される。これにより、軸材２と軸肥大加工用金型１２０との相対移動が抑制され、例えば軸部１４の外周面に疵がつくことを防止できる。
【００３４】
また、好ましくは、スリーブ１３０は、スリーブ１３０の内周面に突出する一つ以上の凸部１３６を有し、スリーブ１３０の内周に着脱可能に嵌合する軸肥大加工用金型１２０の外周面には、凸部１３６と周方向に係合する凹部１３７が設けられる。図６に示す例では、スプリングプランジャ１３８がスリーブ１３０に埋設されており、スプリングプランジャ１３８の先端部が凸部１３６を構成している。凸部１３６と凹部１３７とが係合することによって、軸肥大加工用金型１２０のスリーブ１３０に対する回転が阻止され、スピンドル１２１の回転が、スリーブ１３０及び軸肥大加工用金型１２０を介して軸材２に確実に伝達される。なお、凸部１３６は、スリーブ１３０に接合されたキーによって構成されてもよく、この場合に、凹部１３７は、軸肥大加工用金型１２０の一端から軸方向に延びるキー溝によって構成される。
【００３５】
図７は、軸肥大加工用金型１２０の構成を示す。
【００３６】
軸肥大加工用金型１２０は、複数の金型片を備え、図７に示す例では、三つの金型片１４０〜１４２を備える。金型片１４０〜１４２が互いに組み合わされることによって、軸材２の軸部１４の外周に嵌合する環状の軸肥大加工用金型１２０が形成される。金型片１４０〜１４２は、環状の軸肥大加工用金型１２０の周方向に分割されており、いずれも断面略扇形状を呈し、その中心角度φは１８０°以下である。金型片１４０〜１４２それぞれの中心角度φが１８０°以下であることにより、金型片１４０〜１４２は、軸材２の軸部１４に対して径方向に着脱可能となっている。
【００３７】
中心角度φが１８０°以下である限りにおいて、軸肥大加工用金型１２０を形成する金型片の数と、金型片それぞれの中心角度φとは、特に限定されない。軸肥大加工用金型１２０は、例えば中心角度φが１８０°である二つの金型片によって形成されてもよい。ただし、好ましくは、軸肥大加工用金型１２０は、中心角度φが１８０°未満の三つ以上の金型片によって形成される。これにより、多少の成形誤差にかかわらず、各金型片を軸材２の軸部１４に対して円滑に着脱できる。さらに好ましくは、軸肥大加工用金型１２０は、図７に示すように、中心角度φが１２０°の三つの金型片１４０〜１４２によって形成される。これにより、金型片の製作が容易となり且つ金型片を組み合わせることも容易となる。
【００３８】
金型片１４０は、軸肥大加工用金型１２０の軸方向の一端側に配置される略扇形状の成形面１４０ａと、軸肥大加工用金型１２０の内径側に配置される内径面１４０ｂと、軸肥大加工用金型１２０の周方向に隣り合う他の金型片１４１，１４２と突合される一対の突合せ面１４０ｃ，１４０ｄとを有する。金型片１４１及び金型片１４２もまた、成形面と、内径面と、一対の突合せ面とをそれぞれ有する。金型片１４０〜１４２それぞれの成形面は、軸肥大加工用金型１２０において、軸材２の肥大部６に接し、肥大部６を成形する成形面１２８（図６参照）を形成する。
【００３９】
図８Ａ〜図８Ｆは、軸肥大加工装置１００を用いた段付き軸１の製造工程を示す。
【００４０】
段付き軸１の製造に用いられる軸材２は、第１端部３に設けられている大径部４と、大径部４から第２端部５まで延びる軸部１４とを有する。まず、図８Ａに示すように、金型片１４０〜１４２が軸材２に対して径方向に取り付けられ、金型片１４０〜１４２が組み合わされてなる軸肥大加工用金型１２０が、軸材２の軸部１４の外周に嵌合される。
【００４１】
次に、図８Ｂに示すように、軸材２の第１端部３と、軸肥大加工用金型１２０とが、ホルダ１０２のスピンドル１２１の収容穴１２６に収容される。軸材２の大径部４は、ホルダ１０２の押出ロッド１２３と軸肥大加工用金型１２０との間に設けられる収容空間１２７に配置される。そして、ホルダ１０１が基準線Ｃに沿ってホルダ１０２側に移動され、相対的に、軸材２の軸部１４が、第２端部５側からホルダ１０１の軸肥大加工用金型１１０に挿入される。軸部１４の外周に嵌合している軸肥大加工用金型１１０と軸肥大加工用金型１２０との間には間隔Ｄがあけられる。間隔Ｄは、軸部１４に形成する肥大部６の軸方向長さ及び外径に応じて適宜設定される。
【００４２】
次に、図８Ｃに示すように、ホルダ１０１が基準線Ｃに沿ってホルダ１０２側に移動され、軸材２に軸方向の圧縮応力が加えられる。また、ホルダ１０２が基準線Ｃに対して傾けられることにより、軸肥大加工用金型１１０と軸肥大加工用金型１２０との間に配置されている軸部１４の中間部が曲げられる。曲げ角度θは、典型的には２°〜４°である。そして、ホルダ１０２のスピンドル１２１が回転されることにより、軸材２が回転される。
【００４３】
図８Ｄに示すように、軸材２の回転に伴い、軸部１４の中間部には、曲げ内側における圧縮と曲げ外側における引張りとに基づき、軸方向と交差する方向のせん断応力が繰り返し作用する。軸部１４の中間部には軸方向の圧縮応力も作用していることから、軸部１４の中間部における曲げ内側の材料が外径側に塑性流動して膨出する。この膨出が全周に亘って成長することにより、肥大部６が形成される。
【００４４】
図８Ｅに示すように、軸肥大加工用金型１１０と軸肥大加工用金型１２０との間隔が所定間隔（肥大部６の所定軸方向長さ）に到達した後、軸材２の圧縮が停止される。そして、基準線Ｃに対して傾けられたホルダ１０２が再び基準線Ｃ上に配置され、軸部１４が曲げ戻される。以上により、段付き軸１が得られる。
【００４５】
この後、図８Ｆに示すように、段付き軸１の回転が停止され、段付き軸１が軸肥大加工用金型１１０，１２０から取り外される。ホルダ１０１が基準線Ｃに沿ってホルダ１０２側とは反対側に移動され、且つ段付き軸１の第２端部５がホルダ１０１の押出ロッド１１３によって押圧され、段付き軸１がホルダ１０１の軸肥大加工用金型１１０から押し出される。また、段付き軸１の大径部４がホルダ１０２の押出ロッド１２３によって押圧され、段付き軸１の第１端部３と、軸肥大加工用金型１２０とが、ホルダ１０２のスピンドル１２１の収容穴１２６から一体に押し出される。収容穴１２６から押し出された軸肥大加工用金型１２０が金型片１４０〜１４２に分離されることにより、段付き軸１は金型片１４０〜１４２から取り外される。
【００４６】
ここで、図８Ｃ〜図８Ｄに示した、肥大部６を形成するステップにおいて、軸肥大加工用金型１２０の成形面１２８側の開口部１２９は、肥大部６の基部に密接しており、塑性流動する軸材２の材料が、隣り合う金型片１４０と金型片１４１との間、金型片１４１と金型片１４２との間、及び金型片１４２と金型片１４０との間で開口部１２９に露出している隙間に進入する。そして、これらの隙間に進入した軸材２の材料は、製造された段付き軸１における環状の隅部９の外周面に突起１０（図１及び図２参照）を形成する。隙間は、周方向に等しい間隔をあけて開口部１２９の三箇所に設けられており、突起１０もまた、周方向に等しい間隔をあけて環状の隅部９の三箇所に設けられる。
【００４７】
図９は、軸材２の材料が進入する隙間を拡大して示す。
【００４８】
図９は、軸肥大加工用金型１２０の開口部１２９において、金型片１４０と金型片１４１との間に設けられている隙間１４３を示している。隙間１４３は、開口部１２９に配置される金型片１４０の角部１４０ｅと、金型片１４１の角部１４１ｅとの間に設けられている。角部１４０ｅは、金型片１４０の成形面１４０ａと、内径面１４０ｂと、一方の突合せ面１４０ｃとによって形成されており、角部１４１ｅは、金型片１４１の成形面１４１ａと、内径面１４１ｂと、一方の突合せ面１４１ｄとによって形成されており、両角部１４０ｅ，１４１ｅともに面取りされている。
【００４９】
軸材２の材料が隙間１４３に進入することによって、両角部１４０ｅ，１４１ｅは、軸材２に作用する圧縮応力及び繰り返しせん断応力に応じた荷重を受ける。両角部１４０ｅ，１４１ｅが面取りされていることにより、両角部１４０ｅ，１４１ｅにおける応力集中が緩和されており、割れ、欠け等の損傷が両角部１４０ｅ，１４１ｅに生じることが抑制される。図示は省略するが、開口部１２９に配置される金型片１４０〜１４２の他の角部も同様に面取りされており、割れ、欠け等の損傷が各角部に生じることが抑制される。これにより、軸肥大加工用金型１２０の耐久性を高め、軸肥大加工用金型１２０の寿命を延長できる。金型片１４０〜１４２の各角部の面取りは、Ｃ面取りでもよいが、好ましくはＲ面取りであり、各角部における応力集中をさらに緩和できる。
【００５０】
なお、上述した軸肥大加工装置１００では、金型片１４０〜１４２からなる軸肥大加工用金型１２０が、ホルダ１０２のスピンドル１２１に対して軸材２と一体に着脱されるが、特許文献１に記載されたチャック装置のように、金型片１４０〜１４２が、ホルダ１０２のスピンドル１２１に対して回動可能に、スピンドル１２１の収容穴１２６内部に配設されてもよい。この場合に、金型片１４０〜１４２は、回動に応じて互いに組み合わされ、また、互いに分離される。軸材２の大径部４は、互いに分離された金型片１４０〜１４２の内側を通される。ただし、金型片１４０〜１４２の可動域は、収容穴１２６内部に制限され、金型片１４０〜１４２の内側を通される軸材２の大径部４の外径も制限される。この点、金型片１４０〜１４２からなる軸肥大加工用金型１２０が、ホルダ１０２のスピンドル１２１に対して軸材２と一体に着脱されることにより、金型片１４０〜１４２の可動域の制限がなくなり、より大きな大径部４にも対応可能である。
【００５１】
また、軸肥大加工装置１００は、軸材２の第１端部３を保持するホルダ１０２を基準線Ｃに対して傾けることによって軸材２の軸部１４を曲げ、軸部１４を曲げた状態で軸材２を回転させることにより、軸部１４に繰り返しせん断応力を作用させるが、他の方法によって軸部１４に繰り返しせん断応力を作用させてもよい。
【００５２】
図１０に示す例は、曲げ及び回転によって軸材２の軸部１４に繰り返しせん断応力を加える点で上述した軸肥大加工方法と共通するが、軸材２の第１端部３を保持するホルダＡを基準線Ｃに対して傾けることに替えて、ホルダＡを基準線Ｃと交差する方向にスライドさせることによって軸部１４を曲げる。
【００５３】
また、図１１に示す例は、ホルダＢによって軸材２の第２端部５を回転不能な拘束状態に保持し、ホルダＡによって軸材２の第１端部３を非拘束状態に保持し、ホルダＡを基準線Ｃまわりに旋回させることにより、軸材２の軸部１４に繰り返しせん断応力を作用させる。
【００５４】
また、図１２に示す例は、ホルダＡ，Ｂによって軸材２の両端部３，５を回転不能な拘束状態に保持し、ホルダＡを基準線Ｃまわりに往復回転させることにより、軸材２の軸部１４に繰り返しせん断応力を作用させる。
【００５５】
また、図１３に示す例は、振動発生器ＯＳＣから軸材２に曲げ又は捻り振動を与えることにより、軸材２の軸部１４に繰り返しせん断応力を作用させる。
【００５６】
以上、説明したとおり、本明細書に開示された軸肥大加工用金型は、軸方向の圧縮応力と、軸方向と交差する方向の繰り返しせん断応力とを軸材に作用させることによって前記軸材を部分的に肥大させる軸肥大加工に用いられる軸肥大加工用金型であって、互いに組み合わされることによって、前記軸材の外周に嵌合する環状体を形成し、前記軸材に対して径方向に着脱可能となるように、前記環状体の周方向に分割されてなる複数の金型片を備え、前記複数の金型片は、前記環状体の軸方向の一端側に配置され、前記軸材の肥大部を成形する成形面と、前記環状体の内径側に配置される内径面と、前記環状体の周方向に隣り合う他の金型片と突合される一対の突合せ面と、をそれぞれ有し、前記成形面と、前記内径面と、前記突合わせ面とによって形成される各角部は、面取りされている。
【００５７】
また、本明細書に開示された軸肥大加工用金型は、前記角部が、Ｒ面取りされている。
【００５８】
また、本明細書に開示された軸肥大加工用金型は、前記軸材と一体に軸肥大加工装置に着脱される。
【００５９】
また、本明細書に開示された軸肥大加工装置は、軸方向の圧縮応力と、軸方向と交差する方向の繰り返しせん断応力とを軸材に加えることによって前記軸材を部分的に肥大させる軸肥大加工装置であって、前記軸肥大加工装置は、前記軸材の両端部を保持する一対のホルダを備え、前記一対のホルダのうち一方の第１ホルダは、前記軸材の第１端部の外周に嵌合した請求項１から３のいずれか一項記載の前記軸肥大加工用金型が装着される金型装着部と、前記軸材の前記第１端部の先端部に当接する押出ロッドと、を有し、前記軸肥大加工用金型と前記押出ロッドとの間に、前記軸肥大加工用金型の内径よりも大径な収容空間が設けられる。
【００６０】
また、本明細書に開示された軸肥大加工装置は、前記金型装着部が、前記軸材の前記第１端部と、前記軸肥大加工用金型とを収容する収容穴を有し、前記軸肥大加工用金型は、前記押出ロッドによって、前記軸材と一体に前記収容穴から押し出される。
【００６１】
また、本明細書に開示された軸肥大加工装置は、前記第１ホルダが、前記軸肥大加工用金型の外周に着脱可能に嵌合し、且つ前記収容穴の内周に嵌合する環状のスリーブと、前記収容空間の外周を囲み、前記スリーブ及び前記軸肥大加工用金型と前記収容穴の底との間に挟まれる環状の座金と、前記座金との間に前記スリーブを挟み、前記金型装着部に固定される押さえリングと、を有する。
【００６２】
また、本明細書に開示された軸肥大加工装置は、前記スリーブが、当該スリーブの内周面に突出する一つ以上の凸部を有し、前記軸肥大加工用金型の外周面には、前記凸部と周方向に係合する凹部が設けられている。
【００６３】
また、本明細書に開示された軸肥大加工装置は、前記第１ホルダが、前記軸肥大加工用金型と前記押出ロッドとの間に挟まれるスペーサを有する。
【００６４】
また、本明細書に開示された段付き軸の製造方法は、第１端部に設けられている大径部と、前記大径部から第２端部まで延びている小径の軸部とを有する軸材の前記軸部の外周に一対の軸肥大加工用金型を嵌合させ、前記一対の軸肥大加工用金型の間に配置されている前記軸部の中間部に、軸方向の圧縮応力と、軸方向と交差する方向の繰り返しせん断応力とを作用させることにより、前記軸部の前記中間部を前記一対の軸肥大加工用金型の間で肥大させるステップと、前記軸部の前記中間部を肥大させた後、前記軸材を前記一対の軸肥大加工用金型から取り外すステップと、を備え、前記一対の軸肥大加工用金型のうち前記大径部側に配置される一方の軸肥大加工用金型は、前記軸肥大用金型であり、当該軸肥大加工用金型を複数の金型片に分離することによって、前記軸材を当該軸肥大加工用金型から取り外す。
【００６５】
また、本明細書に開示された段付き軸の製造方法は、前記軸部のうち、前記中間部が肥大されてなる肥大部から前記第２端部側に延びている部分を切除するステップと、前記肥大部に、他の軸材を接合するステップと、をさらに備える。
【００６６】
また、本明細書に開示された段付き軸は、軸材の第１端部に設けられている大径部と、前記大径部に対して前記軸材の第２端部側に間隔をあけて設けられている肥大部と、前記大径部と前記肥大部との間に設けられており、前記大径部及び前記肥大部よりも小径な軸部と、を備え、前記肥大部と前記軸部とによって形成される環状の隅部の外周面には、周方向に間隔をあけて複数の突起が形成されており、又は複数の突起除去痕が形成されている。
【００６７】
また、本明細書に開示された段付き軸は、前記肥大部に、他の軸材が接合されている。
【符号の説明】
【００６８】
１  段付き軸
２  軸材
３  第１端部
４  大径部
５  第２端部
６  肥大部
７  第１軸部
８  第２軸部
９  隅部
１０  バリ
１１  段付き軸
１２  軸材
１３  接合端部
１４  軸部
１００  軸肥大加工装置
１０１  ホルダ
１０２  ホルダ
１０３  基台
１０４  加圧部
１０５  傾動部
１０６  回動部
１１０  軸肥大加工用金型
１１１  スピンドル
１１２  ハウジング
１１３  押出ロッド
１１４  直動装置
１２０  軸肥大加工用金型
１２１  スピンドル
１２３  押出ロッド
１２５  金型装着部
１２６  収容穴
１２７  収容空間
１２８  成形面
１２９  開口部
１３０  スリーブ
１３１  座金
１３２  押さえリング
１３３  フランジ部
１３４  開口部
１３５  スペーサ
１３６  凸部
１３７  凹部
１３８  スプリングプランジャ
１４０  金型片
１４０ａ  成形面
１４０ｂ  内径面
１４０ｃ  突合せ面
１４０ｄ  突合せ面
１４０ｅ  角部
１４１  金型片
１４２  金型片
１４３  隙間
【図１】
2020066043.tif 000003
【図２】
2020066043.tif 000004
【図３】
2020066043.tif 000005
【図４】
2020066043.tif 000006
【図５】
2020066043.tif 000007
【図６】
2020066043.tif 000008
【図７】
2020066043.tif 000009
【図８Ａ】
2020066043.tif 000010
【図８Ｂ】
2020066043.tif 000011
【図８Ｃ】
2020066043.tif 000012
【図８Ｄ】
2020066043.tif 000013
【図８Ｅ】
2020066043.tif 000014
【図８Ｆ】
2020066043.tif 000015
【図９】
2020066043.tif 000016
【図１０】
2020066043.tif 000017
【図１１】
2020066043.tif 000018
【図１２】
2020066043.tif 000019
【図１３】
2020066043.tif 000020