(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸軸とスプライン嵌合される異形筒軸を加工する方法において、ほぼ均一な肉厚を有する筒軸の貫通孔の内周面にメススプラインを形成する工程と、次いでこのメススプライン部を硬化する工程と、この工程の後に、この筒軸の少なくとも一方の開口部側外周の軸方向所定領域を他の領域に対して肉薄の異形にする工程と、を含むことを特徴とする異形筒軸加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の異形筒軸の加工方法において、前記硬化の工程が高周波焼入れであり、前記筒軸を肉薄の異形にする工程は外周の非硬化部の旋削加工である、ことを特徴とする異形筒軸の加工方法。
【請求項３】
凸軸にスプライン嵌合される異形筒軸において、請求項１または２に記載の異形筒軸加工方法により加工されている、ことを特徴とする異形筒軸。
【請求項４】
請求項３に記載の異形筒軸において、一方開口端のスプライン溝の先端部分に形成される２つの一対の斜面と、斜面に対して連接する扇形の陥没部とにより、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、ことを特徴とする異形筒軸。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、凸軸とスプライン嵌合されて使用される異形筒軸を加工する方法ならびにその異形筒軸に関する。この異形筒軸は、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を各種条件下で硬化処理し、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、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、異形外周の筒軸の硬化処理を含む異形筒軸加工方法において、スプライン嵌合部の形状歪みを抑えることができるように筒軸を加工する異形筒軸加工方法およびこれによる異形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】
本発明の異形筒軸加工方法は、凸軸とスプライン嵌合される異形筒軸を加工する方法において、ほぼ均一な肉厚を有する筒軸の貫通孔の内周面にメススプラインを形成する工程と、次いでこのメススプライン部を硬化する工程と、この工程の後に、この筒軸の少なくとも一方の開口部側外周の軸方向所定領域を他の領域に対して肉薄の異形にする工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
前記異形筒軸加工方法においては、好ましくは、前記硬化の工程が、高周波焼入れである。
【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。なお、この実施形態の欄においては異形筒軸を単に筒軸という。
【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、ほぼ均一な肉厚を有する筒軸のメススプライン部を硬化する第１の工程と、この第１の工程の後、この筒軸の外周の軸方向所要領域を薄肉にする第２の工程とを、少なくとも、含む。その第２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。
【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。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ている。筒軸１０は、内周軸方向に高周波焼き入れなどで硬化処理されたメススプライン部１３を有している。
【００１１】
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。
【００１２】
筒軸１０は、硬化処理されているので、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、その一方側開口端縁が変形させられることがない。
【００１３】
また、その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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、異形外周の筒軸１０の場合、軸方向各部の熱容量に差を有するから、この異形外周のまま、メススプライン部１３を硬化処理すると、そのメススプライン部１３の軸方向の形状歪み量は不均一となる。実施の形態では、これとは異なって、硬化処理前は、筒軸１０の肉厚を軸方向いずれにおいても一様な状態としておき、この状態で硬化処理を行うことで、筒軸１０のメススプライン部１３の歪み量を、軸方向均一としている。そして、硬化処理の後で、用途に対応して軸方向所要領域の肉厚を他の領域の肉厚と比較して薄肉とした異形外周に形成することで、メススプライン部１３における歪み量を軸方向どこでも一様とし、メススプライン部１３の寸法精度を確保することを可能としている。
【００１６】
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と、図２（ａ）で示すように、断面が円形で、かつ、肉厚が軸方向のすべてにおいて一様となっている鍛造された筒軸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、軸方向に一定となっている。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、図２（ｂ）で示すように、メススプライン部１３を形成する。
【００１７】
メススプライン部１３を形成したあと、メススプライン部１３に対して高周波焼き入れ等による硬化処理を施す。この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。
【００１８】
このメススプライン部１３に対する硬化処理には、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。この歪み量は、筒軸１０の肉厚が軸方向に一様であるので、軸方向にほぼ一定となる。その結果、筒軸１０のメススプライン部１３の所要の寸法精度が確保できる。
【００１９】
次いで、図２（ｂ）の仮想線で示される軸方向所要領域を、旋削加工して外径を小径にして薄肉にし、これによって、図２（ｃ）で示すような小径部１１と大径部１２とを有する異形外周の筒軸１０が得られる。
【００２０】
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。
【００２１】
１０ａは、筒軸であり、２０は、凸軸である。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の異形筒軸加工方法にいては、ほぼ均一な肉厚を有する筒軸のメススプライン部を硬化する工程と、この工程の後、この筒軸の外周の軸方向所要領域を他の領域に対して異形にする工程とを含むので、まず、硬化の工程でメススプライン部が硬化処理されて、凸軸とのスプライン嵌合に際しての開口端縁の変形が防止される構造となる。そして、硬化処理の後で、用途に対応して軸方向所要領域の肉厚を例えば他の領域の肉厚と比較して薄肉とした異形外周に形成することで、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とし、メススプライン部の寸法精度を確保することが可能となる。この場合、軸方向所要領域を、筒軸の外周において他の部材が取り付けられる嵌合面とした場合、異形加工の工程が硬化の工程の後であるために、その軸方向所要領域を異形加工に際して、他の部材との嵌合に合わせた薄肉にすることができる。つまり、その工程の順序が逆であると、肉厚を薄肉にした後で、硬化処理でメススプライン部の寸法精度が変化させられると、再度、寸法精度を調整するための工程が必要となり、作業コストが高くつくが、本発明では、そのようなやり直し作業がなくなり、作業コストが大幅に削減可能となる。
【００３０】
前記筒軸加工方法においては、前記硬化の工程が、高周波焼き入れである場合は、筒軸の外周面が硬化しないので、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異形筒軸加工方法で加工された異形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の異形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の異形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の異形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        異形筒軸
１１        異形筒軸の小径部
１２        異形筒軸の大径部
１３        異形筒軸のメススプライン部
２０        凸軸
【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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