JP2001330043A

JP2001330043A - パイプ状の二部材を接合したシャフト及びその接合方法

Info

Publication number: JP2001330043A
Application number: JP2000153085A
Authority: JP
Inventors: Hisao Yamaguchi; 久雄山口; Yoshiaki Ishiwatari; 善昭石渡; Toshihiko Mori; 敏彦森
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2001-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】軸方向及び回転方向にトルクに対し高い耐久
性を有するシャフトを、低コストで提供する。【解決手段】アウタレース部２の内周面には、オーバ
ーラップ部Ｂの軸方向両端部から所定距離を空け、か
つ、円周方向に独立した複数の溝部４を設けている。溝
部４に、シャフト部３からの素材流動Ｃにより、突起部
５を形成する。アウタレース部２とシャフト部３の接合
部分は、軸方向及び円周方向に対しキーとキー溝のごと
き関係で位置決めされる。接合部分の部品精度を、アウ
タレース部２とシャフト部３の各々で高精度に管理する
必要が無いので、部品コストを低く押えることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パイプ状の二部材
を接合して形成するシャフトの接合構造と、接合方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、パイプ状の二部材を接合して
一本のシャフト又はパイプにする技術は種々考案されて
いる（特開平4-197535号公報等参照）。また、自動車の
駆動系部品のごとく、軸方向及び回転方向に不連続のト
ルクが負荷される部品への対応を考慮した、パイプ状の
二部材の接合構造、接合方法も種々考案されている。

【０００３】従来は、二部材を接合して形成したシャフ
ト又はパイプを自動車の駆動系部品に用いる場合には、
軸方向及び回転方向の不連続のトルクに耐え得るよう
に、接合部の強度及び耐久性の高い接合方法が用いられ
ている。そのような接合方法としては、溶接による接合
方法、ねじによる接合方法、スプラインによる接合方法
等が挙げられる。しかしながら、溶接による接合方法
は、加工コストが高く、かつ、接合する二部材は、溶接
時の熱による影響を受けやすいという欠点があった。ま
た、ねじやスプラインによる接合方法は、接合する二部
材の接合部分の双方を高精度に加工しないと、必要な接
合強度が得られないことから、加工精度の高度な管理が
要求され、生産コストも高いという欠点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、低コストで熱
の影響等を受けにくい手法として、「かしめ」による二
部材の接合方法を用いることもあった。しかしながら、
かしめは、圧力をポンチによって一点に集中させて素材
を変形させるものゆえ、かしめによる接合面積を大きく
確保することが困難である（特開平11-101257号公報等
参照）。また、接合部分の全周に素材が収縮する方向の
かしめを施すと（特開平7-19234号公報等参照）、素材
にしわが生じ易く、接合強度の安定化が困難となる。こ
のため、パイプ状の二部材を接合して形成するシャフト
を、自動車の駆動系部品のごとき軸方向及び回転方向に
不連続のトルクが負荷される条件下で使用する場合に
は、接合部分の信頼性を高めるために、部品精度、かし
め作業の精度を高レベルに管理する必要があった。よっ
て、かしめによる接合方法においても、低コスト化を大
きく進めることが困難であった。

【０００５】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、溶接や、ねじ・スプラ
イン接合等、高コストの接合方法に頼ることなくパイプ
状の二部材の接合を確実に行う方法と、軸方向及び回転
方向にトルクに対し高い耐久性を有するシャフトを提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の、本発明の請求項１に係るシャフトは、パイプ状の二
部材を接合したシャフトであって、前記二部材の接合部
分に、軸方向のオーバーラップ部を有し、該オーバーラ
ップ部のアウタ側表面には、軸方向両端部から所定距離
を空けかつ円周方向に独立した複数の溝部を設け、前記
オーバーラップ部のインナ側表面には、インナ側部材か
らアウタ側部材への素材流動により前記アウタ側表面の
各溝部と係合する突起部を設けたことを特徴とする。

【０００７】本発明によると、前記二部材の接合部分に
オーバーラップ部を設けることにより、前記二部材の接
触面積を増やし、接合強度を高めている。また、前記オ
ーバーラップ部のアウタ側表面に設けた複数の溝部は、
前記アウタ側表面の軸方向両端部から所定距離を空けて
設けられていることから、前記インナ側部材からの素材
流動により前記溝部に前記突起部を形成することで、前
記二部材の接合部分は、軸方向に対しキーとキー溝のご
とき関係で位置決めされる。また、前記溝部は円周方向
に独立したものであることから、前記突起部が前記溝部
と係合することで、前記二部材の接合部分は円周方向に
も、キーとキー溝のごとき関係で位置決めされる。よっ
て、前記パイプ状の二部材は軸方向及び円周方向の双方
向の固定がなされる。

【０００８】本発明の請求項２に係るパイプ状の二部材
を接合したシャフトでは、前記溝部は、各々、四角形の
軸方向断面形状と三角形の円周方向断面形状とを備える
ものである。本発明では、二部材の接合部分に対する軸
方向の力を四角形の軸方向両端面で受け止め、円周方向
の力を三角形の斜面で受け止めることで、前記二部材の
接合部分は、軸方向及び円周方向に位置決めされる。

【０００９】また、本発明の請求項３に係るパイプ状の
二部材を接合したシャフトにおいて、前記インナ側部材
からアウタ側部材への素材流動は、前記インナ側部材の
内周面に凸部を設け、該凸部に対し内側から外側へと押
圧力を付与して発生させたものである。

【００１０】本発明では、前記インナ側部材の内周面に
設けた凸部に対し内側から外側へと押圧力を付与する際
に、該押圧力を前記凸部へと集中させ、該突起部からイ
ンナ側部材の素材流入を積極的に発生させる。そして、
前記溝部に対する素材の充填効率を高めている。

【００１１】また、本発明の請求項４に係るパイプ状の
二部材を接合したシャフトでは、前記凸部は、前記溝部
の容積に対し所定の容積比を有している。そして、当該
容積比を変更することにより、前記溝部に対する前記イ
ンナ側部材からの素材の充填効率を制御する。

【００１２】また、本発明の請求項５に係るパイプ状の
二部材を接合したシャフトでは、前記凸部の少なくとも
一部分は、前記溝部に対し軸方向にオーバーラップして
いる。この構成により、前記凸部に押圧力を付与して発
生する素材流入を、前記溝部へと積極的に導き、前記溝
部に対する前記インナ側部材からの素材の充填効率を高
める。

【００１３】また、本発明の請求項６に係るパイプ状の
二部材を接合したシャフトでは、前記凸部の少なくとも
軸方向一端部に、面取り加工が施されている。この構成
によると、いわゆるプラネタリ・コニカル・ローリング
加工（以下、「ＰＣＲ加工」という。）により、前記凸
部に対し内側から外側へと押圧力を付与して、前記アウ
タ側表面の各溝部へと素材流動を発生させる際に、回転
するテーパローラ列の前記凸部へのかみ込みを充分に行
い、前記溝部に対する前記インナ側部材からの素材の充
填効率を高める。

【００１４】さらに、本発明の請求項７に係るパイプ状
の二部材を接合したシャフトは、等速ジョイントのアウ
タレースを構成するものである。等速ジョイントのアウ
タレースには、軸方向及び回転方向に不連続のトルクが
負荷され得るが、上記構成によって前記パイプ状の二部
材は軸方向にも円周方向にも固定されるので、等速ジョ
イントの使用条件に、充分耐え得るものとなる。

【００１５】また、上記課題を解決するための本発明の
請求項８に係る接合方法は、パイプ状の二部材を接合し
たシャフトの接合方法であって、前記二部材の接合部分
に軸方向のオーバーラップ部を形成する工程と、該オー
バーラップ部のアウタ側表面に、軸方向両端部から所定
距離を空けかつ円周方向に独立した複数の溝部を形成す
る工程と、前記二部材の接合部分をオーバーラップさせ
る工程と、前記オーバーラップ部のインナ側部材を、内
側から外側へと押圧する工程とを有することを特徴とす
る。

【００１６】本発明では、パイプ状の二部材に軸方向の
オーバーラップ部を形成することによって、前記二部材
の接触面積を増やし、接合強度を高める。そして、前記
二部材の接合部分をオーバーラップさせた後、前記オー
バーラップ部のインナ側部材を、内側から外側へと押圧
することにより、前記インナ側部材から前記複数の溝部
へと素材流入させて、各溝部と係合する突起部を形成す
る。

【００１７】しかも、前記複数の溝部を、前記アウタ側
表面の軸方向両端部から所定距離を空けて形成し、前記
インナ側部材からの素材流動により前記溝部に前記突起
部を形成することで、前記二部材の接合部分は、軸方向
に対しキーとキー溝のごとき関係で位置決めすることが
できる。また、前記溝部を円周方向に独立したものとし
て形成することで、前記突起部と前記溝部との係合によ
り、前記二部材の接合部分は円周方向にも、キーとキー
溝のごとき関係で位置決めされる。よって、本接合方法
によれば、前記パイプ状の二部材は軸方向及び円周方向
の双方向に充分な強度及び耐久性を持って接合されるこ
ととなる。

【００１８】また、本発明の請求項９に係る接合方法
は、前記オーバーラップ部のアウタ側表面に、軸方向両
端部から所定距離を空けかつ円周方向に独立した複数の
溝部を設ける工程において、四角形の軸方向断面形状
と、三角形の円周方向断面形状とを有する溝部を形成す
る。

【００１９】本発明では、二部材の接合部分に対する軸
方向の力を四角形の軸方向両端面で受け止め、円周方向
の力を三角形の斜面で受け止めることで、前記二部材の
接合部分は軸方向及び円周方向に位置決めされる。

【００２０】さらに、本発明の請求項１０に係る接合方
法は、前記二部材の接合部分をオーバーラップさせる工
程以前に、前記インナ側部材の内周面に凸部を設ける工
程を含むものである。

【００２１】本発明では、前記オーバーラップ部のイン
ナ側部材に対し、内側から外側へと押圧力を付与する際
に、該押圧力を特定の範囲に集中させて、該突起部から
インナ側部材の前記溝部への素材流入を積極的に発生さ
せるため、前記凸部を設ける。そして、前記凸部に押圧
力を集中させることで、前記溝部に対する素材の充填効
率を高める。

【００２２】また、本発明の請求項１１に係る接合方法
は、前記凸部を、前記溝部の容積に対し所定の容積比を
なすように形成したものである。そして、当該容積比を
変更することにより、前記溝部に対する前記インナ側部
材からの素材の充填効率を制御する。

【００２３】また、本発明の請求項１２に係る接合方法
は、前記凸部の少なくとも一部分は、前記溝部に対し、
軸方向にオーバーラップするように形成している。この
構成により、前記凸部に押圧力を付与して発生する素材
流入を、前記溝部へと積極的に導き、前記溝部に対する
前記インナ側部材からの素材の充填効率を高める。

【００２４】さらに、本発明の請求項１３に係る接合方
法は、前記た凸部の少なくとも軸方向一端部には、面取
り加工を施している。この構成によると、いわゆるＰＣ
Ｒ加工により、前記凸部に対し内側から外側へと押圧力
を付与して、前記アウタ側表面の各溝部へと素材流動を
発生させる際に、回転するテーパローラ列の前記凸部へ
のかみ込みを充分に行い、前記溝部に対する前記インナ
側部材からの素材の充填効率を高める。

【００２５】また、本発明の請求項１４に係る接合方法
は、パイプ状の二部材を接合したシャフトは等速ジョイ
ントのアウタレースを構成している。等速ジョイントの
アウタレースには、軸方向及び回転方向に不連続のトル
クが負荷され得るが、上記接合方法によれば、前記パイ
プ状の二部材は軸方向にも円周方向にも固定されるの
で、等速ジョイントの使用条件に耐え得るシャフトを作
ることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００２７】図１には、本発明の実施の形態に係るシャ
フトの構造を、加工手順と共に概略図示している。ま
た、図２には、図１のＡ−Ａ線における断面図を示して
いる。シャフト１は、等速ジョイントのアウタレースを
端部に有するシャフトである。そして、パイプ状のアウ
ターレース部２と、少なくとも端部近傍がパイプ状に形
成されたシャフト部３とを接合して構成されている。ア
ウタレース部２とシャフト部３との物性的特徴を対比し
たとき、アウタレース部２は硬い材料を、シャフト部３
は粘り強い材料を用いることが望ましい。また、シャフ
ト１を二部材で構成することによる利点は、アウタレー
ス部２とシャフト部３との組合せに自由度を持たせて、
多種類のシャフト１を提供することができることにあ
る。

【００２８】アウタレース部２及びシャフト部３は、互
いの接合部分に、軸方向にオーバーラップする範囲Ｂを
設けて、両者の接触面積を増やしている（かかる範囲Ｂ
を、本説明ではオーバーラップ部という。）。本発明の
実施の形態では、接合部分のオーバーラップ部を、軸方
向と平行な円筒面として形成することにより、アウタレ
ース部２とシャフト部３との、軸方向の嵌め合わせに支
障を来すことなく双方の軸心合わせの精度を高めてい
る。なお、前記オーバーラップ部を円錐面として形成す
れば、アウタレース部２とシャフト部３との接合強度は
若干損なわれるが、円錐面がガイドとなって、互いの接
合時に両者の芯合わせを容易とすることができる。

【００２９】オーバーラップ部Ｂのアウタ側表面であ
る、アウタレース部２の内周面には、オーバーラップ部
Ｂの軸方向両端部から所定距離を空け、かつ、円周方向
に独立した複数の溝部４を設けている。溝部４は、図１
に示すように四角形の軸方向断面形状と、図２に示すよ
うに三角形の円周方向断面形状とを備えるものである。

【００３０】オーバーラップ部Ｂのインナ側表面であ
る、シャフト部３の外周面には、素材流動(図１、図２
に矢印Ｃで示す。)によって溝部４と係合する突起部５
を形成している。突起部５は、溝部４の形状に倣って、
四角形の軸方向断面形状と、三角形の円周方向断面形状
とを備えるものである。

【００３１】そして、シャフト１に軸方向及び円周方向
のトルクが負荷された場合に、アウタレース部２とシャ
フト部３の接合部分に対する軸方向の力は、溝部４及び
突起部５の四角形の軸方向両端面で受け止める。また、
円周方向の力は、溝部４及び突起部５の三角形の斜面で
受け止める。このようにして、アウタレース部２とシャ
フト部３の接合部分は、軸方向及び円周方向に固定され
る。

【００３２】すなわち、突起部５が溝部４と係合するこ
とで、アウタレース部２とシャフト部３の接合部分は軸
方向及び円周方向に、キーとキー溝のごとき関係で位置
決めされる。よって、アウタレース部２とシャフト部３
は、軸方向及び円周方向の双方向に充分な強度及び耐久
性を持って接合されている。

【００３３】なお、溝部４及び突起部５の軸方向の形状
を、若干のアンダーカット形状を有する四角形とすれ
ば、シャフト部３からの素材の流動性は若干損なわれる
が、軸方向の接合強度をより高めることができる。

【００３４】また、シャフト部３の内周面には、加工の
際に押し伸ばされ、加工終了時には消滅する凸部６を設
けている。本発明の実施の形態では、凸部６は、シャフ
トの内周面に帯状に形成されている。また、アウタレー
ス部２とシャフト３との接合状態で、凸部６の少なくと
も一部分は、溝部４に対し軸方向にオーバーラップする
ように設けられている。さらに、凸部６の少なくとも軸
方向の一端部には面取り加工が施され、シャフト部３の
端部と共に円錐面を形成している。

【００３５】ここで、アウタレース部２とシャフト部３
との接合方法についての説明を行う。まず、予め、アウ
タレース部２、シャフト部３の各々に、軸方向のオーバ
ーラップ部Ｂを形成する。また、オーバーラップ部Ｂの
アウタ側表面であるアウタレース部２の内周面に、溝部
４を形成し、シャフト部３の内周面には、凸部６を形成
する。

【００３６】次に、アウタレース部２を外部からチャッ
ク７によって把持する。チャック７は、チャック７の先
端部方向に対するアウタレース２の抜け止めを確実に行
い得る形状を有している。また、チャック７は、アウタ
レース部２を単に把持するだけでなく、素材流入Ｃを起
こす際の割れ防止の為の拘束も兼ねている。

【００３７】続いて、アウタレース部２にシャフト部３
を挿入して、両者の接合部分をオーバーラップさせる。
そして、アウタレース部２とシャフト部３を矢印Ｄのご
とく一体回転させる。

【００３８】ここで、円錐状に並べた複数のテーパロー
ラ８を備えるスピニングシャフト９を、アウタレース２
及びシャフト部３の軸心に一致させて、矢印Ｅ方向へと
挿入する。円錐状に並べたテーパ−ローラ８の最大径
を、シャフト部３の内周面（凸部６以外の部分）の径と
概略同一としておくことにより、テーパローラ８の円錐
面を凸部６へと圧接させ、内側から外側への圧力を付与
する。

【００３９】そして、シャフト部３からアウタレース部
２の溝部４へと素材流入Ｃを発生させて、各溝部４と係
合する突起部５を形成する。

【００４０】上記構成をなす本発明の実施の形態から得
られる作用効果は、以下の通りである。まず、アウタレ
ース部２とシャフト部３の接合部分にオーバーラップ部
Ｂを設けることにより、前記二部材の接触面積を増や
し、接合強度を高めている。また、オーバーラップ部Ｂ
のアウタ側表面に設けた複数の溝部４は、アウタ側表面
の軸方向両端部から所定距離を空けて設けられており、
シャフト部３からの素材流動により溝部４に突起部５を
形成することで、アウタレース部２とシャフト部３の接
合部分は、軸方向に対しキーとキー溝のごとき関係で位
置決めされる。また、溝部４は円周方向に独立したもの
であることから、突起部５が溝部４と係合することで、
前記二部材の接合部分は円周方向にも、キーとキー溝の
ごとき関係で位置決めされる。

【００４１】よって、アウタレース部２とシャフト部３
は軸方向及び円周方向の双方向の固定がなされ、軸方向
及び回転方向のトルクに対し高い耐久性を有するシャフ
ト１を提供することが可能となる。しかも、接合部分の
部品精度を、アウタレース部２とシャフト部３の各々で
高精度に管理する必要が無いので、部品コストを低く押
えることができる。また、アウタレース部２とシャフト
部３は、溶接による接合方法のごとく熱の影響を受ける
こともない。

【００４２】また、溝部４は、四角形の軸方向断面形状
と三角形の円周方向断面形状とを備え、突起部５も溝部
４の形状に倣って、四角形の軸方向断面形状と三角形の
円周方向断面形状とを備えるものである。そして、シャ
フト１に軸方向及び円周方向のトルクが負荷された場合
に、アウタレース部２とシャフト部３の接合部分に対す
る軸方向の力は、溝部４及び突起部５の四角形の軸方向
両端面で受け止める。また、円周方向の力は、溝部４及
び突起部５の三角形の斜面で受け止める。このようにし
て、アウタレース部２とシャフト部３の接合部分は、軸
方向及び円周方向に位置決めされるので、軸方向及び回
転方向のトルクに対し高い耐久性を有するシャフト１を
提供することが可能となる。

【００４３】また、シャフト部３の内周面には凸部６を
設け、円錐状に並べた複数のテーパローラ８を備えるス
ピニングシャフト９で、凸部６に対し内側から外側へと
押圧力を付与することで、素材流動Ｃを発生させるもの
である。凸部６を設けることで押圧力を凸部６に集中さ
せ、素材流入Ｃを積極的に発生させて、溝部４に対する
素材の充填効率を高めることができる。しかも、凸部６
は溝部４の容積に対する所定の容積比を有しており、当
該容積比を変更することにより、溝部４に対する素材の
充填効率を制御することができる。なお、後述のごと
く、当該容積比を１：１とすることで、素材の充填効率
をもっとも高めることができる。

【００４４】また、凸部６の少なくとも一部分は、溝部
４に対し軸方向にオーバーラップするように形成するこ
とで、素材流入Ｃを溝部４へと積極的に導き、素材の充
填効率を高めることができる。さらに、凸部６の端部に
面取り加工を施して、シャフト３の端部と共に円錐面を
形成することにより、回転するテーパローラ８の凸部６
へのかみ込みを充分に行い、溝部４に対する素材の充填
効率を高めることができる。

【００４５】したがって、本発明の実施の形態に係るシ
ャフト１は、軸方向及び回転方向に不連続のトルクが負
荷され得る使用条件に、充分耐え得るものであり、等速
ジョイントのアウタレースを構成するに適したものであ
る。

【００４６】

【実施例】以下に、パイプ状の二部材をＰＣＲ加工（プ
ラネタリ・コニカル・ローリング加工）によって接合す
る際の特徴点、および、アウタレース２とシャフト部３
の接合を確実に行うための、溝部４及び凸部６の形状的
条件の一例を示す。

【００４７】ＰＣＲ加工は、回転するテーパ−ローラ列
と円筒ダイスとの間で管肉厚を逐次的に減肉していく加
工法である。板厚方向へ直接的に圧力を付与するため、
高い壁厚減少率を得られるほか、管外表面への形状転写
やパイプ同士の冷間圧接が可能であるという特徴を有す
る。

【００４８】ＰＣＲ加工は、前述のごとくスピニングシ
ャフト９にはバックアップレースで支持された多数のテ
ーパローラ８の列を設け、これをシャフト部３の内周面
へと挿入することで達成されるものであり、個々のテー
パローラ８直下では、周囲の材料拘束のため半無限体へ
の押し込みに近く、高い圧縮応力場が形成される。ま
た、逐次加工であるため加工力も低く、転がり接触のた
め相対すべりも生じない。これらの理由から、素材に破
断を生ずることなく大きな壁厚減少を実現することがで
きる。

【００４９】本発明者らは、溝部４及び凸部６の形状的
条件を設定するにあたり、以下のような実験を行った。
まず、スピニングシャフト９については、図３に示すよ
うに、軸方向に対するテーパローラ８の円錐面のなす角
度θを0.218rad（12.5°）、スピニングシャフト９とシ
ャフト部３との相対回転速度を41.9 rad/s、スピニング
シャフト９の送り速度Ｖoを0.67×10^-3m /sとした。ま
た、テーパローラ８の半径を5×10^-3mとし、ローラ数を
14個とした。また、シャフト部３の内周面の半径を32.2
×10^-3mと、シャフト部３の接合部分の肉厚を4×10^-3m
で一定とし、シャフト部３の端部には、テーパローラ８
のかみ込みを良好とするため、0.785 rad（45°）の円
錐面を形成している。

【００５０】以上の加工条件において、溝部４の深さｄ
を2×10^-3m、長さを4×10^-3mとし、シャフト部３の端部
から溝部４までの距離Ｌを3×10^-3m（図４(ａ)）、7×1
0^-3m（図４（ｂ））、23×10^-3m（図４(ｃ)）と変化さ
せたときの、溝部４に対する素材の充填効率を調べた。

【００５１】すると、溝部４がシャフト部３端部の円錐
面とオーバーラップする距離Ｌ＝3×10^-3m（図４(ａ)）
の場合には、図６の、溝位置による充填体積の変化を示
すグラフに示すように、溝への流入体積Ｖは多くなる
が、図５(ａ)に示すように、シャフト部３に軸送り方向
の滑りを生じ、かみ込みは不充分であることがわかっ
た。一方、Ｌ＝7×10^-3m（図４（ｂ））、Ｌ＝23×10^-3
m（図４(ｃ)）の場合には、このような問題は発生せ
ず、図６に示すように溝への流入体積Ｖにも大きな差は
ない。

【００５２】図７の行程Ｘ−軸力Ｆ線図には、距離Ｌ＝
3×10^-3mのときの軸力変化を示す曲線を (ａ)で、Ｌ＝7
×10^-3mのときの軸力変化を示す曲線を（ｂ）で、Ｌ＝2
3×10^-3mのときの軸力変化を示す曲線を (ｃ)で、各々
示している。この図からは、溝位置で軸力（加工力）の
落ち込みが見られる。これより、溝部４への素材の充填
はローラが溝部４を通過する時にのみ起こり、それ以外
は、シャフト部３の内周面に沿って単純に素材を延ばし
ているということが把握される。

【００５３】また、距離Ｌ＝23×10^-3m（図４(ｃ)）の
ごとく、シャフト部３の端部から溝部までの距離が長く
なると、シャフト部３には、図８に示すような反りを生
ずることがわかった。かかる現象は、ローラによる逐次
加工のため、シャフト部３の被加工部分では、ローラが
接触する面の変形が、シャフト部３の内周面と接触する
面よりも大きくなることに起因している。かかる反りを
発生させる残留応力は、アウタレース部２とシャフト部
３との接合力を低下させる方向に作用することから、溝
部４への素材流入に寄与しない部分への圧力付与は避け
るべきである。

【００５４】以上の結果から、全気化好条件における溝
部４の位置は、Ｌ＝3×10^-3〜7×10 ^-3mの範囲内が好ま
しく、特にＬ＝6×10^-3mのときが最適であることがわか
った。

【００５５】次に、溝部４の位置を、Ｌ＝6×10^-3mに固
定して、シャフト部３の内周面に設ける凸部６の形状を
変えて実験を行った。図９(ａ)〜(ｃ)に示すように、溝
部４の形状（容積）は一定とし、凸部６（６Ａ、６Ｂ、
６Ｃ）の容積比を徐々に大きくしていくと、溝への充填
量は、かかる容積比の増大に比例して増加することがわ
かった。また、凸部６（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）の体積と実
際に溝部４に充填された体積との比は、ほぼ一定である
ことがわかった。なお、図９(ｂ)に示す凸部６Ｂは、溝
部４の容積に対し、１：１の容積比をなすものである
が、このとき、素材の充填効率をもっとも高めることが
できることが明らかとなった。

【００５６】

【発明の効果】本発明はこのように構成したので、以下
のような効果を有する。まず、本発明の請求項１に係る
パイプ状の二部材を接合したシャフトによれば、溶接
や、ねじ・スプライン接合等、高コストの接合方法に頼
ることなく、軸方向及び回転方向にトルクに対し高い耐
久性を有するシャフトを提供することが可能となる。

【００５７】また、本発明の請求項２に係るシャフトに
よれば、前記二部材の接合部分における、軸方向及び円
周方向の位置決めを確実に行い、軸方向及び回転方向の
トルクに対し高い耐久性を有するシャフトを提供するこ
とが可能となる。

【００５８】また、本発明の請求項３、請求項４、請求
項５に係るシャフトによれば、前記インナ側部材からア
ウタ側部材の溝部への素材の充填効率を高め、前記二部
材の接合部分における、軸方向及び円周方向の位置決め
を確実に行い、軸方向及び回転方向にトルクに対し高い
耐久性を有するシャフトを提供することが可能となる。

【００５９】さらに、本発明の請求項６に係るシャフト
によれば、ＰＣＲ加工により前記凸部に対し内側から外
側へと押圧力を付与して、前記アウタ側表面の各溝部へ
と素材流動を発生させる際に、回転するテーパローラ列
の前記凸部へのかみ込みを充分に行い、前記溝部に対す
る前記インナ側部材からの素材の充填効率を高めること
が可能となる。

【００６０】そして、本発明の請求項７に係るシャフト
によれば、軸方向及び回転方向にトルクに対し高い耐久
性を有する等速ジョイントのアウタレースを提供するこ
とができる。

【００６１】また、本発明の請求項８に係る接合方法に
よれば、溶接や、ねじ・スプライン接合等、高コストの
接合方法に頼ることなくパイプ状の二部材の接合を確実
に行うことが可能となる。

【００６２】また、本発明の請求項９に係る接合方法に
よれば、前記二部材の接合部分における、軸方向及び円
周方向の位置決めを確実に行い、軸方向及び回転方向の
トルクに対し高い耐久性を持たせた接合を行うことが可
能となる。

【００６３】また、本発明の請求項１０、請求項１１、
請求項１２に係る接合方法によれば、前記インナ側部材
からアウタ側部材の溝部への素材の充填効率を高め、前
記二部材の接合部分における、軸方向及び円周方向の位
置決めを確実に行い、軸方向及び回転方向にトルクに対
し高い耐久性を持たせた接合を行うことが可能となる。

【００６４】さらに、本発明の請求項１３に係る接合方
法によれば、ＰＣＲ加工により前記凸部に対し内側から
外側へと押圧力を付与して、前記アウタ側表面の各溝部
へと素材流動を発生させる際に、回転するテーパローラ
列の前記凸部へのかみ込みを充分に行い、前記溝部に対
する前記インナ側部材からの素材の充填効率を高めるこ
とが可能となる。

【００６５】そして、本発明の請求項１４に係る接合方
法によれば、等速ジョイントのアウタレースを二部材を
接合して製造する際に、接合部分に、軸方向及び回転方
向のトルクに対する高い耐久性を持たせることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るシャフトの構造を、
加工手順と共に示す断面模式図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。

【図３】本発明の実施の形態におけるＰＣＲ加工に用い
られる、スピニングシャフトの模式図である。

【図４】本発明の実施の形態において、溝部の位置を種
々変更した様子を示す、概略断面図である。

【図５】図４に示す各溝位置において、溝部へ流入した
素材の形状を示す断面図である。

【図６】溝位置による充填体積の変化を示すグラフであ
る。

【図７】行程−軸力線図である。

【図８】シャフト部の端部から溝部までの距離を長くし
たときに、シャフト部に生ずる反りを示す断面図であ
る。

【図９】本発明の実施の形態において、溝部に対する凸
部の容積比を変化させた例を示す、概略断面図である。

【符号の説明】

１シャフト２アウタレース部３シャフト部４溝部５突起部６凸部７チャック８テーパローラ９スピンドルシャフＢオーバーラップ部Ｃ素材流動

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パイプ状の二部材を接合したシャフトで
あって、前記二部材の接合部分に軸方向のオーバーラッ
プ部を有し、該オーバーラップ部のアウタ側表面には、
軸方向両端部から所定距離を空けかつ円周方向に独立し
た複数の溝部を設け、前記オーバーラップ部のインナ側
表面には、インナ側部材からアウタ側部材への素材流動
により前記アウタ側表面の各溝部と係合する突起部を設
けたことを特徴とするパイプ状の二部材を接合したシャ
フト。
【請求項２】前記溝部は、各々、四角形の軸方向断面
形状と三角形の円周方向断面形状とを備えることを特徴
とする請求項１記載のパイプ状の二部材を接合したシャ
フト。
【請求項３】前記インナ側部材からアウタ側部材への
素材流動は、前記インナ側部材の内周面に凸部を設け、
該凸部に対し内側から外側へと押圧力を付与して発生さ
せたものである請求項１または２記載のパイプ状の二部
材を接合したシャフト。
【請求項４】前記凸部は、前記溝部の容積に対し所定
の容積比を有することを特徴とする請求項３記載のパイ
プ状の二部材を接合したシャフト。
【請求項５】前記凸部の少なくとも一部分は、前記溝
部に対し軸方向にオーバーラップしていることを特徴と
する請求項３または４項記載のパイプ状の二部材を接合
したシャフト。
【請求項６】前記凸部の少なくとも軸方向一端部に、
面取り加工が施されていることを特徴とする請求項３か
ら５のいずれか１項記載のパイプ状の二部材を接合した
シャフト。
【請求項７】等速ジョイントのアウタレースを構成す
ることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載
のパイプ状の二部材を接合したシャフト。
【請求項８】パイプ状の二部材を接合したシャフトの
接合方法であって、前記二部材の接合部分に軸方向のオ
ーバーラップ部を形成する工程と、該オーバーラップ部
のアウタ側表面に、軸方向両端部から所定距離を空けか
つ円周方向に独立した複数の溝部を形成する工程と、前
記二部材の接合部分をオーバーラップさせる工程と、前
記オーバーラップ部のインナ側部材を、内側から外側へ
と押圧する工程とを有することを特徴とする接合方法。
【請求項９】前記オーバーラップ部のアウタ側表面
に、軸方向両端部から所定距離を空けかつ円周方向に独
立した複数の溝部を設ける工程では、四角形の軸方向断
面形状と、三角形の円周方向断面形状とを有する溝部を
形成することを特徴とする請求項８記載の接合方法。
【請求項１０】前記二部材の接合部分をオーバーラッ
プさせる工程以前に、前記インナ側部材の内周面に凸部
を設ける工程を含むことを特徴とする請求項８または９
記載の接合方法。
【請求項１１】前記凸部を、前記溝部の容積に対し所
定の容積比をなすように形成することを特徴とする請求
項１０記載の接合方法。
【請求項１２】前記凸部の少なくとも一部分は、前記
溝部に対し、軸方向にオーバーラップするように形成す
ることを特徴とする請求項１０または１１記載の接合方
法。
【請求項１３】前記凸部の少なくとも軸方向一端部に
は、面取り加工を施すことを特徴とする請求項１０から
１２のいずれか１項記載の接合方法。
【請求項１４】パイプ状の二部材を接合したシャフト
は等速ジョイントのアウタレースを構成することを特徴
とする請求項８から１３のいずれか１項記載の接合方
法。