(57)【要約】【課題】高精度に動力伝達軸を製造する方法を提供する。【解決手段】相手部材に挿入してスプライン嵌合する動力伝達軸の製造方法である。多数本の線状凸部を互いに平行に設けた予備成形用ダイスの線状凸部を軸状部材６の外周全面にわたって押圧して軸線方向の仮溝９を形成する工程と、仮溝９を形成した軸状部材６を、仕上げ用ダイス１２の内周全面に軸線方向の突条部を形成したダイス孔１４に挿入すると共に、仮溝９内にダイス孔１４の突条部を圧入して仮溝９を拡大し本溝を形成する工程と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手部材に挿入してスプライン嵌合する動力伝達軸の製造方法であって、多数本の線状凸部を互いに平行に設けた予備成形用ダイスの前記線状凸部を軸状部材の外周全面にわたって押圧して軸線方向の仮溝を形成する工程と、
前記仮溝を形成した軸状部材を、仕上げ用ダイスの内周全面に軸線方向の突条部を形成したダイス孔に挿入すると共に、前記仮溝内に前記ダイス孔の突条部を圧入して前記仮溝を拡大し本溝を形成する工程と、
を有することを特徴とする動力伝達軸の製造方法。
【請求項２】
前記仮溝の幅寸法を前記本溝の幅寸法より０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲で狭く形成すると共に、前記仮溝の深さ寸法を前記本溝の深さ寸法より０．０２ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲で浅く形成することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達軸の製造方法。
【請求項３】
前記動力伝達軸が等速ジョイントの外側継手部材に設けたスプライン軸であることを特徴とする請求項１又は２に記載の動力伝達軸の製造方法。
【請求項４】
前記動力伝達軸が、ドライブシャフト又はプロペラシャフトのそれぞれの中間シャフトの端部に設けたスプライン軸であることを特徴とする請求項１又は２に記載の動力伝達軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は動力伝達軸の製造方法に関する。本発明の製造方法によって製造された動力伝達軸は、例えば、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、あるいは、等速ジョイントに適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
ドライブシャフトやプロペラシャフト等のそれぞれの中間シャフトの端部に嵌合用のスプラインを形成する方法には様々あるが、中でも塑性加工による成形方法は、（１）加工能率が高く大量生産に向いている、（２）切削加工のように切りくずの発生がない、（３）金属組織の流れを切断せずにスプラインを形成することができるので強度的にも有利である等の特徴を有し広く実用されている。代表的な塑性加工方法として、シャフト端部を凹凸面を有する一対のラックダイスにて挟圧しつつ転がしてシャフト端部の外周面にスプラインを転造する方法（例えば、非特許文献１参照）がある。また、別の塑性加工方法には、筒状ダイスの内周面に軸方向の突条部を多数形成した孔部にシャフト端部を圧入し、突条部がシャフト端部の外周面に圧接することでスプライン溝を形成するプレス加工（圧入加工）による方法（例えば、特許文献１参照）がある。
【０００３】
ところで、シャフト端部等に形成された雄スプラインと、それと嵌合する相手部材の雌スプラインとの締め代が小さいと、その雄スプラインと雌スプラインの嵌合部で回転時にがたつきや異常音が発生するといった不具合が生じる。また、逆に締め代が大きいと回転異常が起きたり、相手部材の強度低下の原因となるといった問題がある。
【０００４】
そこで、このような問題が生じないようにするために、スプラインを高精度に製造することが求められている。そして、シャフト端部等にスプラインが適正寸法に形成されているか否かを判断する寸法測定方法として、例えば、図１２及び図１３に示すように、スプライン軸１００の互いに１８０度反対側の溝１０１，１０１にそれぞれ同じ径の小球１０２を配置し、その２個の小球１０２，１０２の外径寸法Ｄ（Ｏ．Ｂ．Ｄ）を軸方向にわたって測定したり、あるいは、前記小球の代わりにピン（丸棒）を１８０度反対側の溝にそれぞれ配置し、２個のピンの外径寸法（Ｏ．Ｐ．Ｄ）を全周にわたって測定する方法がある。また、これら以外に、図１４に示す横断面図において、隣り合う溝１０１ａ，１０１ｂの同じ側の側壁と、軸心を中心とする基準円Ｃとの各交点１０３ａ，１０３ｂの円弧長さであるピッチＰを全周にわたって測定する方法がある。
【特許文献１】特開２００３−９４１４１号公報
【非特許文献１】日本塑性加工学会編：塑性加工技術シリーズ１１，回転加工，Ｐ４４，図３．２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記転造によりスプラインを形成する場合は、シャフト外周面に局部的な凹状塑性加工を周方向に順次行うため、加工前のシャフトの形状や、その外面の面粗度、また、ラックダイス側の様々な条件等によって、スプラインの全周にわたる外径寸法（Ｏ．Ｐ．Ｄ．）や、隣り合う溝の間のピッチにばらつきが生じやすい。これに対し、前記筒状ダイス内にシャフト端部を圧入して軸方向に溝を形成する場合は、ダイス（金型）加工の精度向上によって、スプラインの全周にわたる外径寸法（Ｏ．Ｐ．Ｄ．）及びピッチのばらつきが生じにくいといった長所がある。
【０００６】
また、一方で、筒状ダイス内にシャフト端部を圧入する場合は、シャフト端部に圧入方向と反対方向に比較的大きな塑性流動が発生し、スプラインの基端側の外径寸法（Ｏ．Ｂ．Ｄ．）が大きくなるといった問題がある。つまり、このように作製されたスプライン軸を相手部材に嵌合すると、スプライン軸の外径寸法の大きい基端側では締め代が大きくなるので、締め代の大きい箇所で相手部材の強度が低下し破損する虞がある。これに対し、転造加工の場合は、前記のような塑性流動による問題は生じないといった長所がある。
【０００７】
そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、転造加工と圧入加工のそれぞれの長所を複合してそれぞれの欠点を補完することにより、高精度の動力伝達軸を製造する方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、相手部材に挿入してスプライン嵌合する動力伝達軸の製造方法であって、多数本の線状凸部を互いに平行に設けた予備成形用ダイスの前記線状凸部を軸状部材の外周全面にわたって押圧して軸線方向の仮溝を形成する工程と、前記仮溝を形成した軸状部材を、仕上げ用ダイスの内周全面に軸線方向の突条部を形成したダイス孔に挿入すると共に、前記仮溝内に前記ダイス孔の突条部を圧入して前記仮溝を拡大し本溝を形成する工程と、を有する方法である。
【０００９】
予備成形用ダイスで仮溝を形成後、仮溝に沿って仕上げ用ダイスの突条部を圧入して本溝を形成するので、圧入時の塑性流動が抑制される。これにより、スプラインの軸線方向にわたる外径寸法（Ｏ．Ｂ．Ｄ．）のばらつきを低減することができる。
また、仮溝に沿って突条部を圧入して本溝を形成するので、言い換えれば、本溝を軸線方向に進行して加工していくので、スプラインの全周にわたる外径寸法（Ｏ．Ｐ．Ｄ．）や、隣り合う溝の間のピッチにばらつきを低減することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の動力伝達軸の製造方法において、前記仮溝の幅寸法を前記本溝の幅寸法より０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲で狭く形成すると共に、前記仮溝の深さ寸法を前記本溝の深さ寸法より０．０２ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲で浅く形成する。
【００１１】
このように、仮溝の寸法を設定することで、仕上げ用ダイスの仮溝への圧入時の塑性流動を効果的に抑制して、高精度な本溝を形成することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又２に記載の動力伝達軸の製造方法において、前記動力伝達軸が等速ジョイントの外側継手部材に設けたスプライン軸である。
【００１３】
外側継手部材のスプライン軸を高精度に製造することができるので、そのスプライン軸の相手部材との嵌合性が優れたものになる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１又は２に記載の動力伝達軸の製造方法において、前記動力伝達軸が、ドライブシャフト又はプロペラシャフトのそれぞれの中間シャフトの端部に設けたスプライン軸である。
【００１５】
中間シャフトの端部のスプライン軸を高精度に製造することができるので、そのスプライン軸の相手部材との嵌合性が優れたものになる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、動力伝達軸を高精度に製造することができるので、相手部材との嵌合時の締め代の不均一を低減することができる。これによって、スプライン嵌合箇所での異常回転や回転時のがたつき及び異常音の発生を抑制することができ、嵌合した相手部材の強度低下も防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は乗用自動車等のドライブシャフトの一部簡略図であり、図において、ドライブシャフトの中間シャフト１と、その中間シャフト１の一端をディファレンシャル側へ連結する摺動式等速ジョイント２と、中間シャフト１の他端をタイヤホイール側へ連結する固定式等速ジョイント３が示されている。
【００１８】
摺動式等速ジョイント２は、ディファレンシャル側の相手部材とスプライン嵌合するスプライン軸２０ａを有する外側継手部材２０と、外側継手部材２０に内装すると共にローラ２６を回転自在に取り付けたトリポード部材２１を具備する。このトリポード部材２１のハブ２２の中心孔２３には、中間シャフトの一端のスプライン軸１ａを挿入して嵌合してある。
【００１９】
また、固定式等速ジョイント３は、タイヤホイール側の相手部材とスプライン嵌合するスプライン軸３０ａを有する外側継手部材３０と、外側継手部材３０にボール３３を介して回転自在に内装した内側継手部材３１を備えている。そして、内側継手部材３１の挿入孔３２には、中間シャフト１の他端のスプライン軸１ｂを挿入して嵌合してある。
【００２０】
前記摺動式等速ジョイント２のスプライン軸２０ａ、固定式等速ジョイント３のスプライン軸３０ａ、及び中間シャフト１の両端に設けたスプライン軸１ａ，１ｂは、それぞれ相手部材と連動連結するための動力伝達軸４であり、これら動力伝達軸４の外周面には、各相手部材の雌スプラインと噛合するための軸線方向の凸部及び凹部が形成されている。本発明は、このような相手部材に挿入してスプライン嵌合する動力伝達軸の製造方法に関する技術であり、以下、本発明の製造方法を添付図面を参照して説明する。
【００２１】
本発明の製造方法は、主に、第一工程と第二工程を有し、図２（ａ）（ｂ）は本発明の製造方法の第一工程を行っている途中を示す断面図である。図２（ａ）（ｂ）において、６は、例えば前記シャフトの端部や等速ジョイントの外側継手部材に一体状に設けた軸状部材であり、軸状部材６は最初、断面円形で、その外周面は凹凸の無い滑面となっている。軸状部材６の上下にあるのは、多数本の線状凸部７を互いに平行に設けたラック型の予備成形用ダイス５であって、転造装置の一部をなす。２個の予備成形用ダイス５，５は線状凸部７を有する面を所定間隔をあけて向かい合わせにして配置されている。なお、軸状部材６は、上記シャフトや外側継手部材等に一体状に連結されておらず、分離した部材であってもよく、軸状部材６は中実又は中空のどちらでもよい。
【００２２】
第一工程では、まず、軸状部材６を２個の予備成形用ダイス５，５の間に配置する。このとき、軸状部材６の軸線方向が、予備成形用ダイス５の移動方向と直角になるように配置する。そして、図２（ａ）に示すように、軸状部材６を軸線方向に移動しないようにセンターピン８等で固定し、軸状部材６を予備成形用ダイス５，５にて（上下）両側から挟圧する。
【００２３】
予備成形用ダイス５，５を圧接した軸状部材６の外周面（滑面）には、予備成形用ダイス５の線状凸部７がめり込んで軸線方向の仮溝９が形成される。そして、図２（ｂ）に示すように、予備成形用ダイス５，５を軸状部材６の外周面に圧接しつつ互いに反対方向へ移動させる。この予備成形用ダイス５，５の移動に伴って軸状部材６は軸心廻りに回転し、軸状部材６の外周面には予備成形用ダイス５の線状凸部７が次々とめり込んで仮溝９が形成されていく。この場合、軸状部材６を軸心廻りに１８０度回転するまで予備成形用ダイス５を移動させると、図２（ｃ）に示すように、軸状部材６の外周全面に仮溝９を形成した予備成形軸体１０（軸状部材６）が作製される。
【００２４】
次に、第二工程について説明する。図３において、１１は上記第一工程にて作製された予備成形軸体１０に筒状ないしリング状の仕上げ用ダイス１２を軸線方向に押し込むための圧入装置である。仕上げ用ダイス１２は、図４の断面図に示すように、その内周全面に軸線方向の突条部１３を多数本形成したダイス孔１４を有し、突条部１３は予備成形軸体１０の仮溝９と同数個設けてある。この仕上げ用ダイス１２は、その軸線方向に（上下）移動可能な圧入装置１１に取り付けられている。また、ダイス孔１４の予備成形軸体１０が挿入される側の開口縁には、テーパー状に拡大開口した導入部２５が形成されている。
【００２５】
図３に示すように、予備成形軸体１０の軸線と仕上げ用ダイス１２の軸線とが同軸上にくるように、予備成形軸体１０を圧入装置１１の載置台１５の上に鉛直方向に向けて載せ、さらに、仕上げ用ダイス１２の突条部１３と予備成形軸体１０の仮溝９とが対応するように配置する。そして、その予備成形軸体１０の上端をセンターピン１６にて固定する。
【００２６】
図５は、仕上げ用ダイス１２と予備成形軸体１０を同軸上に配置し、かつ、突条部１３と仮溝９とが対応するように配置した状態の軸線方向から見た拡大図である。図からわかるように、実線で示す突条部１３は、二点鎖線で示す仮溝９の内部スペースよりも大きい寸法で形成されている。
【００２７】
そして、図３に示す状態から、仕上げ用ダイス１２を下方へ移動させると、図６に示すように、予備成形軸体１０は仕上げ用ダイス１２のダイス孔１４内に押し込まれる。このとき、仕上げ用ダイス１２の突条部１３は仮溝９に圧入され、突条部１３の圧入によって仮溝９が拡大されて本溝１７が形成される。その後、本溝１７を形成した完成軸体１８から仕上げ用ダイス１２を上方へ移動させて引き抜いて、第二工程を終了する。
【００２８】
図７は、実線で示す完成軸体１８の本溝１７と、破線で示す予備成形軸体１０の仮溝９とを、対応させて描いた図であり、この図に示すように、仮溝９は本溝１７よりも浅くかつ幅狭に形成されていることがわかる。
【００２９】
詳しくは、図７を拡大した図８に示すように、仮溝９の幅寸法Ｗ１は本溝１７の幅寸法Ｗ２よりも０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲で狭く形成されている。また、仮溝９の深さ寸法ｄ１は本溝１７の深さ寸法ｄ２よりも０．０２ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲で浅く形成されている。なお、仮溝９の幅寸法Ｗ１と本溝１７の幅寸法Ｗ２は、それぞれ予備成形軸体１０又は完成軸体１８と同一軸心の（任意の）基準円Ｃと、仮溝９又は本溝１７のそれぞれの対面する溝壁との交点間の円弧長さとする。
【００３０】
また、所望の寸法の完成軸体１８を得ることができるように、上述した第一工程の前には、軸状部材６の寸法調整等の前加工を行う。なお、完成軸体１８を成形後、熱処理を施す場合は、熱処理による変形を考慮して軸状部材６の寸法又は第一工程後の予備成形軸体１０の寸法設定を行うとよい。また、第二工程で圧入加工することにより、動力伝達軸の最大外径寸法がわずかに大きくなることを考慮して、第一工程後の段階で予備成形軸体１０の外径寸法を、完成軸体１８の最終外径寸法よりわずかに小さくしておくとよい。
【００３１】
また、本発明の製造方法によって成形された動力伝達軸と、従来の転造加工のみで製造した場合及びプレス（圧入加工）のみで製造した場合の動力伝達軸との比較を図９と図１０を参照して説明する。
【００３２】
図９は、動力伝達軸のＯ．Ｂ．Ｄ．（図１２に示す小球同士の外径寸法Ｄ）を軸線方向にわたって測定した値を上記各製造方法ごとに示したグラフ図である。また、グラフ図の横軸において、その左端は動力伝達軸のスプラインが形成された部分の基端側であり、右端は動力伝達軸の先端側を示す（図１２参照）。点線（イ）は、転造加工のみで製造した動力伝達軸のデータであり、点線（ロ）はプレスのみで製造した動力伝達軸のデータである。そして、実線で示す（ハ）は本発明の製造方法で製造した動力伝達軸のデータである。
【００３３】
このグラフ図からわかるように、（ハ）で示す本発明で製造した動力伝達軸のＯ．Ｂ．Ｄ．は、従来の（イ）と（ロ）で示すＯ．Ｂ．Ｄ．よりも軸線方向の相互差が極端に少なくなっている。また、（ロ）に示すプレスのみの場合は、スプライン形成部の基端（グラフの左端）が約３０μｍ太くなる傾向にあったが、本発明ではそれが解消されスプライン形成部の中央部が若干（１０μｍ未満）太く形成されるくらいであった。
【００３４】
このような、本発明と従来との比較試験を繰り返した結果、Ｏ．Ｂ．Ｄ．の値において、転造のみの製造方法では軸線方向の相互差が１０μｍ〜２０μｍであったが、本発明の製造方法では相互差が８μｍ〜１２μｍに減少し、また、図１４に示すピッチＰの周方向にわたって測定した相互差は、転造のみの製造方法では３０μｍ〜５０μｍであったのに対し、本発明の製造方法では２μｍ〜６μｍに減少することが確認された。
【００３５】
図１０は動力伝達軸のスプラインの溝周辺の金属組織を模式的に表した図である。図１０において、（イ）はプレスのみで製造した動力伝達軸、（ロ）は転造のみで製造した動力伝達軸を示し、（ハ）は本発明の製造方法で製造した動力伝達軸（完成軸体１８）を示す。プレスのみで製造した場合は、（イ）のＳで示す範囲において、具体的にはプレスによる溝１０１ａの表層から内部へ０．１ｍｍの範囲、また最大で表層から内部へ０．２ｍｍの範囲で、密に圧縮された金属組織が成形される。転造加工のみで製造した場合は、（ロ）のＴで示す溝１０１ｂの表層から内部へ約０．５ｍｍの範囲において、上記プレスのみで製造した場合ほどではないが圧縮された金属組織が形成される。
【００３６】
そして、（ハ）で示す本発明の場合は、Ｚで示す本溝１７の表層から内部へ０．５ｍｍの範囲において、（ロ）で示す転造加工のみの場合と同様の金属組織が確認され、Ｙで示す本溝１７の表層から内部へ０．１ｍｍ未満の範囲において、（イ）で示すプレスのみの場合と同様の密に圧縮された金属組織が確認できた。即ち、本発明の場合は、プレスのみの場合と転造加工のみによる場合の両方の金属組織が複合したものとなり、本溝１７の表層近くの密に圧縮された部分は硬く耐衝撃性に富む特性を有し、また、あまり密に圧縮されていない部分は衝撃吸収性に優れている。
【００３７】
また、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、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。例えば、仕上げ用ダイス１２の突条部１３と予備成形軸体１０の仮溝９とを対応して配置し易いように、図１１に示す如く位置決めピン１９を予備成形軸体１０の仮溝９に配置し、仕上げ用ダイス１２側にはその位置決めピン１９が嵌め込まれる孔部を設けてもよい（図示省略）。なお、図１１において２４の部材は位置決めピン１９が仮溝９内から脱落しないように保持する保持部材である。
【００３８】
また、予備成形用ダイス５は、ラック型のものに限らず、断面円形の外周に多数本の線状凸部７を有するローラ型や、円弧状の切欠部に線状凸部７を形成した内歯型のもの、又は、これら以外の形状のものであってもよい。また、軸状部材６を回転させずに予備成形用ダイス５を軸状部材６の周囲に沿って移動させて仮溝９を形成するようにしてもよい。
【００３９】
さらに、本発明は上述した実施例に限定されることなく、上記以外の相手部材とスプライン嵌合する軸部材の製造方法に適用することが可能であり、例えば、自動車のプロペラシャフトの中間シャフトの端部に設けるスプライン軸を本発明の製造方法によって製造してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の製造方法を適用する動力伝達軸の具体例を示す断面図である。
【図２】本発明の第一工程の説明図であって、（ａ）は軸状部材の軸線水平方向から見た縦断面説明図、（ｂ）は軸線方向から見た横断面説明図、（ｃ）は予備成形軸体の横断面説明図である。
【図３】圧入装置に予備成形軸体を設置した状態を示す一部断面図である。
【図４】仕上げ用ダイスの横断面図である。
【図５】仕上げ用ダイスの突条部と予備成形軸体の仮溝を対応させた状態を示す要部拡大横断面図である。
【図６】仕上げ用ダイスのダイス孔に軸状部材が圧入された状態を示す縦断面図である。
【図７】仮溝と本溝を対比させた状態を示す要部横断面図である。
【図８】前記図７の拡大断面図である。
【図９】従来の製造方法による動力伝達軸と本発明の製造方法による動力伝達軸のそれぞれのＯ．Ｂ．Ｄ．を比較したグラフ図である。
【図１０】動力伝達軸の溝表層付近の内部金属組織の模式図であって、（イ）はプレスのみで製造した動力伝達軸の金属組織の模式図、（ロ）は転造のみで製造した動力伝達軸の金属組織の模式図、（ハ）は本発明の製造方法で製造した動力伝達軸の金属組織の模式図である。
【図１１】仕上げ用ダイスの突条部と予備成形軸体の仮溝を位置決めピンを用いて対応させる方法を示した縦断面図である。
【図１２】Ｏ．Ｂ．Ｄ．の測定方法を説明するための縦断面図である。
【図１３】Ｏ．Ｂ．Ｄ．の測定方法を説明するための横断面図である。
【図１４】ピッチの測定方法を説明するための要部拡大横断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  中間シャフト
２  摺動式等速ジョイント
３  固定式等速ジョイント
４  動力伝達軸
５  予備成形用ダイス
６  軸状部材
７  線状凸部
９  仮溝
１２  仕上げ用ダイス
１３  突条部
１４  ダイス孔
１７  本溝
３０  外側継手部材
ｄ１  幅寸法
ｄ２  幅寸法
Ｗ１  深さ寸法
Ｗ２  深さ寸法
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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