(57)【要約】【課題】中空素材に肉厚バラツキがあってもその外周面に高精度にかつ安全に直線状歯部（スプライン、セレーション等）を成形できるようにする。【解決手段】直線状凹凸成形部１２が形成されたダイ１３と、センター穴成形部１４が形成されたセンターダイ１５とをホルダ１７内に連接して配設し、ダイ１３内には、センターダイ１５の軸孔１９に弾性体２１を介して小径軸部２０を挿入させた状態でマンドレル１６を配置する。ポンチ１０により中空素材Ｗをダイ１３とマンドレル１６との間の環状隙間に押込むと、マンドレル１６が、中空素材Ｗの肉厚のバラツキに倣って弾性体２１を弾性変形させながら平行移動し、この結果、中空素材Ｗの外周面には直線状歯部が高精度に成形され、かつマンドレル１６の折損も防止される。さらに、成形の最終段階で、センター穴成形部１４により中空素材Ｗの先端部の内周縁部にセンター穴が同時加工される。【選択図】図１
2005305495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
穴の内周面に直線状凹凸成形部が形成されたダイと該ダイ内に配置されたマンドレルとの間の環状隙間に中空素材を押込み、該中空素材の外周面に軸方向に延びる直線状歯部を鍛造成形する中空シャフトの製造装置において、前記マンドレルは、前記ダイの軸径方向へフローティング可能に配置されていることを特徴とする中空シャフトの製造装置。
【請求項２】
ダイの一端側に、中空素材の先端の内周縁部にセンター穴を成形するセンターダイを配設し、該センターダイに、マンドレルと一体をなす小径軸部をフローティング機構を介して支持させたことを特徴とする請求項１に記載の中空シャフトの製造装置。
【請求項３】
フローティング機構が、弾性体からなることを特徴とする請求項２に記載の中空シャフトの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外周面にスプライン、セレーション等の直線状歯部を有する中空シャフトを鍛造成形により製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外周面にスプライン、セレーション等の直線状歯部を有するシャフト部品は、一般に中実構造となっていたが、最近、軽量化の観点からその中空化が推し進められている。ところで、前記した直線状歯部を有する中空シャフトを鍛造成形により製造する場合、従来の棒状素材を単に中空素材に代えただけでは、成形圧を受けて中空素材が座屈してしまい、直線状歯部を精度よく成形することは困難になる。
【０００３】
そこで従来、この種の中空シャフトを鍛造成形により製造する場合は、例えば、特許文献１に記載されるように、穴の内周面に直線状凹凸成形部が形成された型（ダイ）内にガイドピン（マンドレル）を配置し、前記ダイとマンドレルとの間の環状隙間にパイプ（中空素材）を押込んで、該中空素材の外周面に直線状歯部を鍛造成形するようにしていた。
【特許文献１】特開２００３−７１５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載された製造装置によれば、マンドレルがダイ内に位置固定的に配置されているため、中空素材に肉厚バラツキ（偏肉）があると、中空素材に成形圧が均等に作用せず、直線状歯部を精度よく成形することが困難になる。特に、中空素材としてコスト的に安価なシームレスパイプを用いる場合は、前記肉厚バラツキが大きい（例えば、±５％）ため、前記精度確保がきわめて困難になり、その上、マンドレルに大きな曲げ力が作用して、マンドレルが折損してしまう危険もあり、実質、その適用は電縫管等の溶接パイプに限られる、という問題があった。
【０００５】
また、シャフト部品としては、例えば、図３に符号１にて示されるように、小径に絞った一端側の小径部２の外周面に直線状歯部３が設けられる一方で、他端側の大径部４に溝等の係合部５が設けられたものがある。そして、このようなシャフト部品を製造するには、小径部２に鍛造成形により直線状歯部３を成形した後に、小径部の先端に形成したセンター穴６を利用して前記大径部４に係合部５を機械加工することになる。この場合、前記直線状歯部３の成形と同時に小径部１の先端にセンター穴６を成形すれば、コスト的に有利になるが、上記特許文献１に記載された製造装置によれば、マンドレルがダイ内を挿通して延ばされるため、センター穴加工用のダイすなわちセンターダイを配置するスペースがなく、実質、直線状歯部とセンター穴との同時加工も断念せざるを得ない状況にあった。
【０００６】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その第１の課題とするところは、中空素材に肉厚バラツキがあってもその外周面に高精度にかつ安全に直線状歯部を成形できるようにすることにある。また、第２の課題とするところは、前記第１の課題に加え、直線状歯部とセンター穴との同時加工を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記第１の課題を解決するための第１の発明は、穴の内周面に直線状凹凸成形部が形成されたダイと該ダイ内に配置されたマンドレルとの間の環状隙間に中空素材を押込み、該中空素材の外周面に軸方向に延びる直線状歯部を鍛造成形する中空シャフトの製造装置において、前記マンドレルは、前記ダイの軸径方向へフローティング可能に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
上記した第１の発明においては、鍛造成形中、マンドレルが中空素材の肉厚バラツキに倣って、肉厚の薄い側へ平行移動するので、中空素材に成形圧が均等に作用すると共に、マンドレルに加わる曲げ力が著しく低減される。
【０００９】
上記第２の課題を解決するための第２の発明は、上記第１の発明において、上記ダイの一端側に、中空素材の先端の内周縁部にセンター穴を成形するセンターダイを配設し、該センターダイに、マンドレルと一体をなす小径軸部をフローティング機構を介して支持させたことを特徴とする。この場合、前記フローティング機構は、弾性体からなる構成とすることができる。
【００１０】
上記した第２の発明においては、センターダイにマンドレルと一体の小径軸部を支持させることで、マンドレルに邪魔されることなくセンターダイを設置することができるようになり、直線状歯部とセンター穴との同時加工が可能になる。また、センターダイとマンドレルと一体の小径軸部との間にフローティング機構を介装するので、フローティング機構を、弾性体のような簡単なものを用いてコンパクトに構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、中空素材に成形圧が均等に作用すると共に、マンドレルに加わる曲げ力が著しく低減されるので、シームレスパイプのような肉厚バラツキの大きい中空素材を用いても直線状歯部を高精度にかつ安全に成形でき、安価な素材を用いることができる分、製造コストの低減を達成できる。
【００１２】
また、第２の発明によれば、上記した第１の発明の効果に加え、直線状歯部とセンター穴との同時加工が可能になるので、利用価値が増大する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１４】
図１および図２は、本発明の１つの実施形態としての中空シャフトの製造装置を示したものである。本実施形態は、前記図３に示した中空シャフト１の製造に適用されるもので、図１中、Ｗで示される中空素材には、例えば、前方押出加工等を利用して、予め小径部Ｗａが形成されている。中空素材Ｗとしては、ここではシームレスパイプが用いられており、図１に強調して示されるように、その片側の肉厚ｔ１が他側の肉厚ｔ２よりも厚く（ｔ１＞ｔ２）なっている。
【００１５】
本製造装置は、前記中空素材Ｗを吊下支持し、駆動手段により昇降動するポンチ１０と該ポンチ１０の下方に位置固定的に配置された下型１１とから概略構成されている。下型１１は、内周面に直線状凹凸成形部（例えば、スプライン成形部）１２が形成されたダイ１３と、中央にセンター穴成形部１４が形成されたセンターダイ１５と、前記ダイ１３の軸心Ｃ上に配置されたマンドレル１６とを備えている。ダイ１３とセンターダイ１５とは、円筒ホルダ１７内に上下に連接して嵌合保持されており、両者は該円筒ホルダ１７とともにベース１８上に載置固定されている。
【００１６】
上記センターダイ１５のセンター穴成形部１４には、ダイ１３の軸心Ｃと同心をなす軸孔１９が貫設されており、この軸孔１９には、前記マンドレル１６と一体をなす小径軸部２０が円筒状弾性体２１を介して挿入されている。ここで、前記マンドレル１６の小径軸部２０は前記軸孔１９内に十分深く挿入されており、これによりマンドレル１６は、その本体部１６ａと小径軸部２０との接続段差（肩部）２２をセンターダイ１５の端面に着座させた状態でその位置が固定されている。一方、マンドレル１６の小径軸部２０はセンターダイ１５の軸孔１９よりもわずかに長い長さを有しており、その先端はセンターダイ１５の背面側にわずか突出している。このセンターダイ１５の背面側にわずか突出する小径軸部２０の先端部にはボルト２３を用いて板状ストッパ２４が取付けられており、マンドレル１６は、このストッパ２４によりセンターダイ１５からの抜けが規制されている。ただし、マンドレル１６の小径軸部２０の長さがセンターダイ１５の軸孔１９よりもわずか長くなっていることから、マンドレル１６は、ストッパ２４に拘束されることなくダイ１３の軸径方向への移動が許容されている。なお、この板状ストッパ２４は、ベース１８の上面に形成された凹部１８ａ内に納められている。また、センターダイ１５には、そのセンター穴成形部１４の周りに位置して複数のピン孔１５ａが設けられており、各ピン孔１５ａには、ベース１８の下方に配設した昇降手段（図示略）から延ばされたノックアウトピン２５が挿入されている。
【００１７】
上記弾性体２１は、一例としてウレタンゴムからなっており、常時はマンドレル１６を、ダイ１３の軸心Ｃ上に位置決めしている。一方、上記したようにマンドレル１６の、ダイ１３の軸径方向への移動が許容されていることから、マンドレル１６に対してダイ１３の軸径方向の外力が作用した場合には、該弾性体２１は、前記外力が作用する方向へ弾性変形し、これによりマンドレル１６の平行移動が許容される。すなわち、この弾性体２１は、マンドレル１６を、ダイ１３の軸径方向へフローティングさせるフローティング機構を構成している。
【００１８】
以下、上記のように構成した製造装置による中空シャフトの製造方法を説明する。
【００１９】
中空シャフト１の製造に際しては、ポンチ１０を上昇させた状態で、該ポンチ１０に前記中空素材Ｗを吊下支持させ、続いてポンチ１０を下動させる。すると、このポンチ１０の下動に応じて、中空素材Ｗの小径部Ｗａの中空内部にマンドレル１６が次第に挿入されるとともに、中空素材Ｗの肉部がダイ１３とマンドレル１６との間の環状隙間に次第に押込まれる。これにより中空素材Ｗの外周面には、ダイ１３の直線状凹凸成形部１２の凹凸形状に倣う、軸方向に延びる直線状歯部３（図２）が次第に創成される。このとき、前記したように中空素材Ｗに肉厚のバラツキ（ｔ１〜ｔ２）が存在することから、マンドレル１６には、ダイ１３の軸径方向の外力（横力）が作用し、この横力を受けてマンドレル１６が、図２に示されるように、弾性体２１を弾性変形させながら中空素材Ｗの肉厚の薄い側へ平行移動する。これにより、中空素材Ｗの内径はマンドレル１６により一様に拘束された状態となり、この結果、中空素材Ｗには成形圧が均等に作用し、中空素材Ｗの外周面には精度的に優れた直線状歯部３が成形される。また、マンドレル１６の動きが弾性体２１により吸収される結果、マンドレル１６に作用する曲げ力はわずかとなり、マンドレル１６が折損するなどの不具合が発生することもなくなる。なお、このときのマンドレル１６の移動量は、ダイ１３の軸心Ｃと中空素材Ｗの内径中心Ｃ´との差分値δとなり、弾性体２１は、この差分値δに相当する分だけ、その片側が軸径方向に圧縮される。
【００２０】
そして、ポンチ１０の下動により、図２に示されるように、遂には中空素材Ｗの先端がセンターダイ１５の上面に当接するまで押込まれ、これにより中空素材Ｗの小径部Ｗａの外周面には、そのほぼ全長にわたって直線状歯部３が成形される。一方、中空素材Ｗの先端がセンターダイ１５に当接するまで押込まれることで、中空素材Ｗの先端部にセンターダイ１５のセンター成形部１４が圧入され、この結果、該中空素材Ｗの先端の内周縁部には、前記したセンター穴６（図３）が裁頭円錐状に成形される。すなわち、直線状歯部３の成形終了とほぼ同時にセンター穴６の成形も終了する。
【００２１】
上記ポンチ１０は、中空素材Ｗの先端がセンターダイ１５の上面に当接する段階が下降端（下死点）となっており、この段階で、小径部２の外周面に直線状歯部３を有すると共に、小径部２の先端の内周縁部にセンター穴６を有する中空シャフト１（図３参照）の製造は完了する。その後は、ポンチ１０が上昇に転じ、これに合わせて、駆動手段によりノックアウトピン２５が上動する。すると、中空シャフト１は、ダイ１３とマンドレル１６との環状隙間から上方へ押出され、これに応じてマンドレル１６が弾性体２１の弾性復元力で元の位置、すなわちダイ１３の軸心Ｃ上に戻り、これにて一連の成形工程は終了する。中空シャフト１は、所望によりそのセンター穴６を利用して前記係合部５（図３）が後加工されて完成するが、本実施形態においては、センター穴６が直線状歯部３と同時加工されているので、別途センター穴を形成する面倒な作業が不要になり、その分、製造コストは低減する。
【００２２】
なお、上記実施形態においては、ダイ１３にセンターダイ１５を連接して、直線状歯部３とセンター穴６とを同時加工するようにしたが、本発明は、直線状歯部３の成形だけを行うようにしてもよいものである。この場合は、センターダイ１５が省略されるので、マンドレル１６は、ベース１８にフローティング可能に支持させるようにする。また、この場合は、マンドレル１６から小径軸部２０を省略して、マンドレル１６をベース１８に直接支持させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の１つの実施形態としての製造装置の構造を示す断面図である。
【図２】本製造装置による成形の最終段階を示す断面図である。
【図３】本製造装置で製造する中空シャフトの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    中空シャフト
３    直線状歯部
６    センター穴
１０  ポンチ
１１  下型
１２  直線状凹凸成形部
１３  ダイ
１４  センター穴成形部
１５  センターダイ
１６  マンドレル
２０  小径軸部
２１  弾性体（フローティング機構）
Ｗ    中空素材
【図１】
2005305495.tif 000003
【図２】
2005305495.tif 000004
【図３】
2005305495.tif 000005