(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸軸がスプライン嵌合される筒軸を加工する方法において、
軸方向所要領域の外径が他の領域に対して異径となっている筒軸に対し、メススプライン部を形成する工程と、
前記筒軸のメススプライン部に対して高温加熱工程と急冷工程とからなる熱硬化処理を施す工程と、
を含み、
前記熱硬化の処理過程において、前記筒軸においての外径が小径である領域に対して、前記メススプライン部の軸方向各部の放熱を均等化ないしはほぼ均等化する放熱均等化用治具をあてがうことにより、前記急冷工程での形状歪み量を軸方向各部で均等化する、
ことを特徴とする筒軸加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の筒軸加工方法において、
前記熱硬化処理の工程が、高周波焼き入れである、ことを特徴とする筒軸加工方法。
【請求項３】
凸軸がスプライン嵌合される筒軸において、
請求項１または２に記載の筒軸加工方法により加工されている、
ことを特徴とする筒軸。
【請求項４】
請求項３に記載の筒軸において、
一方開口端に、前記凸軸との連結時の位相ずれを補正するための案内面が設けられている、
ことを特徴とする筒軸。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凸軸とスプライン嵌合されて使用される筒軸を加工する方法ならびにその筒軸に関する。この筒軸は、例えば伸縮軸を構成する一方軸体の軸端部分、自在継手のヨークの軸端部分、あるいは、トラクタの駆動軸とトラクタで牽引される各種作業機の入力軸との一方の軸端部分に設けられる。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、例えば２つの軸体を自在継手を介して連結するような場合、自在継手のヨークと各軸体とをスプライン嵌合とすることがあり、その場合、例えば、ヨークの軸端部分を、内周面にメススプライン部を有する筒軸とし、また軸体の軸端部分をオススプライン部が形成された凸軸とする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなヨークにおいては、筒軸と凸軸それぞれをスプライン嵌合する過程で、筒軸のメススプライン部が凸軸のオススプライン部に衝突すると、メススプライン部の端縁が変形させられる可能性がある。このような変形は、好ましくないので、本発明者らが、筒軸のメススプライン部に対して各種条件で熱硬化処理を施し、前記変形に抗する強度を向上させることを試みたところ、この熱硬化処理はメススプライン部の強度向上には効果があった。しかしながら、その熱硬化処理をするとメススプライン部に形状歪みが発生し、これによってその寸法精度が確保されず、前記オススプライン部との嵌合性が低下することが判明した。
【０００４】
そこで、本発明者らは、さらに鋭意研究を進めた。その結果、各種形状の筒軸のうち、筒軸の肉厚がほぼ均一な場合は、熱硬化処理をしてもメススプライン部の形状歪み量が、各部ではほぼ均等になるので、寸法公差の範囲内に収めるように管理すれば問題ない。しかし、筒軸が異形外周の場合、つまり、肉厚が軸方向の所要領域で大小異なる場合では、形状歪み量が軸方向に不均一となるために、メススプライン部の寸法精度が確保できなくなり、前記スプライン嵌合性が低下するなど、後加工が必要になることを見いだした。
【０００５】
したがって、本発明は、異形外周の筒軸の熱硬化処理を含む筒軸加工方法において、スプライン嵌合部の形状歪み量を軸方向に一様にでき、メススプライン部の寸法精度が確保できるように筒軸を加工する筒軸加工方法およびこれによる筒軸を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の筒軸加工方法においては、凸軸がスプライン嵌合される筒軸を加工する方法において、軸方向所要領域の外径が他の領域に対して異径となっている筒軸に対し、メススプライン部を形成する工程と、前記筒軸のメススプライン部に対して高温加熱工程と急冷工程とからなる熱硬化処理を施す工程とを含み、前記熱硬化の処理過程において、前記筒軸においての外径が小径である領域に対して、前記メススプライン部の軸方向各部の放熱を均等化ないしはほぼ均等化する放熱均等化用治具をあてがうことにより、前記急冷工程での形状歪み量を軸方向各部で均等化することを特徴としている。
【０００７】
前記筒軸加工方法においては、好ましくは、前記熱硬化処理の工程が、高周波焼き入れである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【０００９】
本実施の形態の筒軸加工方法は、詳しくは後述するが、要するに、凸軸がスプライン嵌合される筒軸を加工する方法において、外周の軸方向所要領域が他の領域に対して異径となっている筒軸に対し、メススプライン部を形成する工程と、前記筒軸のメススプライン部に対して熱硬化処理を施す工程とを含み、前記熱硬化の処理過程において、前記筒軸においての外径が小径である領域に対して、前記メススプライン部の軸方向各部の放熱を均等化ないしはほぼ均等化する放熱治具をあてがうようにしている。この熱硬化処理の工程においては、特に、前記軸方向所要領域は、筒軸の外周において他の部材（例えば、後述する図５および図６の支持ユニットＣに相当する）が取り付けられる嵌合面となる。なお、ここに言う放熱治具の用語は、軸方向各部の熱容量の差異を均等化するものでもあるから、熱容量均等化用治具とも換言できるし、放熱を均等化するから放熱均等化用治具とも換言できるし、材料が同じの場合は軸方向各部の肉厚を均等化するための肉厚均等化用治具とも換言できるし、また、熱硬化処理における急冷工程での形状歪み量を軸方向各部で均等化するために形状歪み量均等化用治具とも換言できるし、その名称に限定されるものではなく、結果として、メススプライン部の軸方向各部の放熱を均等化できるものであればそのすべてが含まれる。
【００１０】
図１は、上述した実施の形態の筒軸加工方法により加工された円筒形の筒軸１０と、これにスプライン嵌合する円柱形の凸軸２０とを示している。
【００１１】
筒軸１０は、外周が前記軸方向所要領域が薄肉とされた小径部１１と、小径部１１より厚肉の大径部１２との段差形状となった異形外周を有し、かつ内周軸方向に高周波焼き入れなどで熱硬化処理が施されたメススプライン部１３を有している。
【００１２】
凸軸２０は、外周にオススプライン部２１を有しており、筒軸１０にスプライン嵌合されることで、筒軸１０に対して、両スプライン部１３，２１どうしの嵌合（スプライン嵌合）により、軸方向に摺動可能にかつ周方向に同期回転する状態に連結されるようになっている。
【００１３】
筒軸１０は、熱硬化処理が施されているので、両スプライン部１３，２１がスプライン嵌合する過程で、筒軸１０のメススプライン部１３が凸軸２０のオススプライン部２１に衝突しても、一方側開口端縁が変形させられることがない。
【００１４】
また、その熱硬化処理により発生するメススプライン部１３の歪み量が軸方向でほぼ一定となりスプライン嵌合上の寸法精度を確保できたものとなっている。
【００１５】
以下、このような筒軸１０に加工する本実施の形態の筒軸加工方法について詳しく説明する。
【００１６】
筒軸１０は、外周に小径部１１と大径部１２とを有しているが、小径部１１は、薄肉であるために、熱容量が小さい。大径部１２は、厚肉であるために、熱容量が大きい。したがって、かかる外周を備えた筒軸１０の場合、軸方向各部の熱容量に差、つまり、放熱に差を有するから、メススプライン部１３を形成して直ちに熱硬化処理を施したのでは、その熱硬化処理によるメススプライン部１３の軸方向各部の形状歪み量が不均一となりその寸法精度の確保が困難となる。そこで、実施の形態では、メススプライン部１３を形成した後、前記両熱容量の差をなくして放熱を均等化ないしはほぼ均等化するために、小径部１１に放熱治具３０をあてがうことで、この放熱治具３０を含めた全体の軸方向各部の放熱を均等化ないしはほぼ均等化している。
【００１７】
そして、この状態で、メススプライン部１３の熱硬化処理を施すようになっている。これによって、放熱治具３０を取り去った後の筒軸１０においては、メススプライン部１３における歪み量は軸方向どこでも一様となり、これによって、メススプライン部１３の寸法精度を確保することが可能となっている。
【００１８】
以下、このことをさらに図２を参照して具体的に説明する。
【００１９】
図２（ａ）で示すように、断面が円形で、かつ、外周が、軸方向において異径、つまり、小径部１１と大径部１２とを有する鍛造筒軸１０を用意する。この筒軸１０は、その貫通孔内周面と当該筒軸１０外周面との間の肉厚が、小径部１１では薄肉であり、大径部１２では厚肉となっている。
【００２０】
次に、図２（ｂ）で示すように、筒軸１０の貫通孔の内周面にブローチ加工を施すことにより、メススプライン部１３を形成する。
【００２１】
メススプライン部１３を形成したあと、図２（ｃ）で示すように、環状の放熱治具３０を小径部１１にあてがって、全体としての軸方向各部における熱容量を均等化する。この熱容量の均等化について説明する。放熱治具３０の材料が、筒軸１０のそれと同じであれば、放熱治具３０は、小径部１１の軸方向長と一致する軸方向長と、大径部１２と小径部１１との差に対応した肉厚とを有する。したがって、図２（ｃ）の状態では、筒軸１０のメススプライン部１３の軸方向各部における熱容量は均等化される。
【００２２】
なお、放熱治具３０の材料は、筒軸１０のそれと異なっても構わない。この場合は、放熱治具３０の肉厚は、大径部１２と小径部１１との肉厚差に限定されず、要するに、全体としての熱容量が均等となればよい。
【００２３】
このようにして放熱治具３０を小径部１１の外周面にあてがった状態で、メススプライン部１３に対して高周波焼き入れ等による熱硬化処理を施す。この熱硬化処理によりメススプライン部１３の強度が向上し、前記衝突による一方側開口端縁の変形が防止可能とされる。
【００２４】
このメススプライン部１３に対する熱硬化処理には、高温加熱工程と急冷工程とがあり、この急冷工程において、メススプライン部１３に形状歪みが発生する。この場合、上述したように、筒軸１０の軸方向各部の熱容量がほぼ均等であるので、この形状歪みの量は、熱硬化処理時点の放熱治具３０を含む筒軸１０の全体の肉厚が軸方向各部で一様となった。具体的には、従来の加工方法では、公差幅０．０６ｍｍ（直径当たり）に対し、小径部１１での形状歪み量と、大径部１２での形状歪み量との差（歪量差）は、０．１０ｍｍであったが、実施の形態では、前記歪量差は、公差幅以下となり、筒軸１０のメススプライン部１３の所要の寸法精度の確保が可能となった。メススプライン部１３の形成時に、この歯と溝との形状寸法について、歪みが発生した状態で、製品として要求される寸法公差となるように管理している。
【００２５】
次いで、図２（ｄ）で示すように、放熱治具３０を取り去ることで、図１で示される小径部１１と大径部１２とを有する異形外周の筒軸１０が得られる。
【００２６】
本実施の形態の筒軸加工方法は、次に図３および図４を参照して述べるような構造を備えた筒軸の加工には特に有用である。
【００２７】
１０ａは、筒軸であり、２０は、凸軸である。
【００２８】
筒軸１０ａは、その内周面の一方開口端に拡径テーパ面１４、メススプライン部１３の各スプライン歯の先端部分の周方向両側には、それぞれ斜めに湾曲した斜面１５が形成されていて、当該スプライン歯の先端部分の形状が平面視ほぼＶ字形に形成されている。なお、斜面１５において、それぞれスプライン溝側に位置する２つの斜面１５が一対となって、すり鉢状に湾曲した形状になっている。拡径テーパ面１４においてメススプライン部１３の各スプライン溝の先端側の領域には、前述したスプライン溝側に位置する２つ一対の斜面１５に対して連接する扇形の陥没部１６が形成されている。各スプライン歯のＶ字形歯先は、先鋭に尖っておらずに、周方向に沿って平坦に形成されている。この平坦部分を平坦部１７とする。この平坦部１７の周方向幅Ｂは、０．５〜３ｍｍの範囲内、好ましくは１ｍｍに設定される。なお、この平坦部１７は、丸いＲ面としてもよい。なお、スプライン溝の先端部分に形成される２つ一対の斜面１５，１５と陥没部１６とは凸軸２０を連結するときの位相ずれを補正する案内面となる。
【００２９】
そして、この筒軸１０ａは、その外周面が小径部１１と大径部１２とを有した異形外周となっているが、その製作は、上述した筒軸１０の場合と同様であるので、その説明を省略する。また、凸軸２０は、スプライン部２１の各スプライン歯の先端に、テーパ面２２を有している。
【００３０】
上述した筒軸１０ａの場合、凸軸２０との連結過程において、両軸１０ａ，２０の軸心がずれていたり、あるいは両軸１０ａ，２０のスプライン部１３，２１どうしの位相がずれていたりしても、芯ずれや位相ずれが、人手を煩わせることなく自動的に円滑に補正される。また、両軸１０ａ，２０の軸心がずれている場合、両軸１０ａ，２０を突き合わせる動作に伴い、筒軸１０ａのテーパ面１４と、凸軸２のスプライン歯のテーパ面２２とが当接したときに、筒軸１０ａのテーパ面１４が、凸軸２０の軸方向推進力を径方向へ変位させる力に変換させるように作用し、筒軸１０ａの軸心と凸軸２０の軸心とが合致するようになる。
【００３１】
この筒軸１０ａは、例えば図５に示されるトラクタ２の駆動軸２ａに対して作業機３の凸軸形状の入力軸３ａを連結するためのカップリングとして利用することができる。具体的には、トラクタ２の駆動軸２ａの自由端に取り付けられてある十字軸継手２ｂのヨーク２ｃの軸端に、筒軸１０ａが一体に設けられる。
【００３２】
図４に示した例では、トラクタ２の駆動軸２ａと作業機３の入力軸３ａとを人手を介入せずに自動的に連結できるようにするために、トラクタ２側に配設されて作業機３を引き寄せるアームユニットＡと、作業機３側に配設されてアームユニットＡに係止される係止ユニットＢと、トラクタ２のアームユニットＡに配設されて十字軸継手２ｂの一方ヨーク２ｃをほぼ水平姿勢で回動可能な状態で傾動可能かつ径方向変位可能に支持する支持ユニットＣとを装備している。
【００３３】
支持ユニットＣは、例えば図５に示すように、トラクタ２のアームユニットＡに固定される環状枠体４と、この環状枠体４に取り付けられる自動調心玉軸受５と、この自動調心玉軸受５を環状枠体４のほぼ中心位置に宙づり保持する３つのコイルばね６とで構成されている。環状枠体４は、２枚一対の環状板４ａ，４ｂと、環状板４ａ，４ｂの間に挟まれて径方向内外に配設される内筒４ｃおよび外筒４ｄとからなる。内筒４ｃは、径方向に摺動可能になっている。外筒４ｄの円周３カ所には、コイルばね６の圧縮量を調節する３つの中空ボルト４ｅが螺着されている。
【００３４】
このようなトラクタ２と作業機３との連結用のカップリングとして、筒軸１０ａを利用すれば、筒軸１０ａによる位相ずれ補正機能がきわめて有効になり、トラクタ２の駆動軸２ａと作業機３の入力軸３ａとの連結動作の一層の円滑化に大きく貢献できるようになる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の筒軸加工方法においては、まず、熱硬化処理の工程ではメススプライン部の軸方向熱容量が均等化されているので、熱硬化処理によるメススプライン部の形状歪み量は、軸方向どこでも一様となる。その結果、筒軸のメススプライン部は、凸軸のオススプライン部との嵌合に際しての開口端縁の変形が防止されるとともに、メススプライン部における歪み量を軸方向どこでも一様なため、メススプライン部の寸法精度を確保して、凸軸とのスプライン嵌合性を向上させることができる。
【００３６】
前記筒軸加工方法においては、前記熱硬化処理の工程が、高周波焼き入れである場合は、筒軸の外周面を熱硬化処理しないので、通常の旋削により、軸方向所要領域を例えば薄肉などの異径加工ができて好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の筒軸加工方法で加工された筒軸とそれにスプライン嵌合する凸軸との斜視図
【図２】図１の筒軸の加工方法の説明に供する断面図
【図３】実施の形態の加工方法が適用される他の筒軸の断面図
【図４】図３の筒軸とそれにスプライン嵌合する凸軸との斜視図
【図５】図３の筒軸をトラクタと作業機との連結用カップリングとした例を示す側面図
【図６】図５中の支持ユニットを示す縦断側面図
【符号の説明】
１０      筒軸
１１      筒軸の小径部
１２      筒軸の大径部
１３      筒軸のメススプライン部
２０      凸軸
２１      凸軸のオススプライン部
３０      放熱治具
【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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