JP2003094141A - 中空スプラインシャフトの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】型構造を簡素化しつつ、高精度のスプライン成
形を可能とする。 【解決手段】内周面にスプライン成形部３ｂが形成され
たダイス孔３ａをもつダイス３を用いて、軸孔１ａをも
つとともに外周面にスプライン被成形部１ｂをもつ中空
状のワーク１から中空スプラインシャフトを製造する。
軸孔１ａ内でスプライン被成形部１ｂの少なくとも一部
に対応する位置にバックアップ材２を圧入により嵌合固
定した後、ワーク１のみに荷重を加えてダイス孔３ａ内
にワーク１スプライン被成形部１ｂを押し込むことによ
り、バックアップ材２でスプライン被成形部１ｂの内側
をバックアップしつつスプライン成形部３ｂで該スプラ
イン被成形部１ｂにスプラインを成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は中空スプラインシャ
フトの製造方法に関する。本発明方法により得られた中
空スプラインシャフトは、例えば車両用等速ジョイント
の中間シャフト等に好適に利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】中空スプラインシャフトを製造する場
合、軸孔を有する中空状のワークの外周面にスプライン
を成形することから、成形時にワークが内方へ凹み、高
精度なスプライン成形が困難であるという問題がある。

【０００３】そこで、特開平９−１４１３５４号公報及
び特開平５−２１２４７０号公報には、ワークの内側を
バックアップしつつスプライン成形する製法が提案され
ている。

【０００４】特開平９−１４１３５４号公報に開示され
た製法では、図６に示すように、内周面にスプライン成
形部８０が形成された金型８１と、マンドレル８２と、
パンチ８３とを用いて、軸孔８４ａをもつとともに外周
面にスプライン被成形部８４ｂをもつ中空状のワーク８
４から中空スプラインシャフトを製造する。

【０００５】この製法では、金型８１のスプライン成形
部８０に対して、ワーク８４のスプライン被成形部８４
ｂを内側からバックアップするマンドレル８２を先端に
配設したパンチ８３を用いてワーク８４を押し込むこと
により、ワーク８４のスプライン被成形部８４ｂにスプ
ラインを成形する。

【０００６】上記マンドレル８２は、金型８１の硬度よ
りも十分低い硬度を有する材質よりなる。したがって、
ワーク８４及びマンドレル８２がパンチ８３で図６の左
方に押し込まれたとき、ワーク８４とともにマンドレル
８２が流動して塑性変形する。これにより、マンドレル
８２によるワーク８４の内部拘束力が緩和されるので、
ワーク８４の材料流動が確保され、高歯丈のスプライン
成形が可能となる。なお、得られた中空スプラインシャ
フトは、軸孔８４ａ内にマンドレル８２が一体的に形成
され保持されていることから、該軸孔８４ａ内に油止め
栓を別途、圧入固定することが不要とされる。

【０００７】また、特開平５−２１２４７０号公報に開
示された製法では、図７に示すように、内周面にスプラ
イン成形部９０が形成された金型９１と、ワーク９４を
内側からバックアップするバックアップ部９３ａが一体
成形されたパンチ９３とを用いて、軸孔９４ａをもつと
ともに外周面にスプライン被成形部９４ｂをもつ中空状
のワーク９４から中空スプラインシャフトを製造する。

【０００８】この製法では、金型９１のスプライン成形
部９０に対して、ワーク９４のスプライン被成形部９４
ｂをバックアップ部９３ａで内側からバックアップしつ
つ、ワーク９４をパンチ９３で図７の左方に押し込むこ
とにより、ワーク９４のスプライン被成形部９４ｂにス
プラインを成形する。このように、ワーク９４のスプラ
イン被成形部９４ｂの内側をバックアップ部９３ａでバ
ックアップしつつスプラインを成形するので、ワーク９
４が内方へ凹むことをバックアップ部９３ａで確実に防
止することができ、精度の高いスプラインを成形するこ
とが可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平９−１４１３５４号公報に開示された製法では、ワ
ーク８４とともにマンドレル８２もパンチ８３で直接押
し込むものであるから、パンチ８３をワーク８４の軸孔
８４ａ内に挿入する必要がある。このため、パンチ８３
の外面形状を該軸孔８４ａの内面形状に対応させる必要
があり、その分型構造が複雑となり、型製作費の高騰等
に繋がる。

【００１０】また、上記特開平５−２１２４７０号公報
に開示された製造においても、バックアップ部９３ａが
一体成形されたパンチ９３をワーク９４の軸孔９４ａ内
に挿入する必要があることから、このバックアップ部９
３ａ及びパンチ９３の外面形状を該軸孔９４ａの内面形
状に対応させる必要があり、上記と同様の問題がある。

【００１１】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、型構造を簡素化しつつ、高精度のスプライン成形
を可能とした中空スプラインシャフトの製造方法を提供
することを解決すべき技術課題とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の中空スプラインシャフトの製造方法は、内周面にス
プライン成形部が形成されたダイス孔をもつダイスを用
いて、軸孔をもつとともに外周面にスプライン被成形部
をもつ中空状のワークから中空スプラインシャフトを製
造する中空スプラインシャフトの製造方法であって、上
記軸孔内で上記スプライン被成形部の少なくとも一部に
対応する位置に、上記ワークを内側からバックアップす
るバックアップ材を圧入により嵌合固定する嵌合工程
と、上記ワークのみに荷重を加えて上記ダイスの上記ダ
イス孔内に該ワークの上記スプライン被成形部を押し込
むことにより、上記バックアップ材で該スプライン被成
形部の内側をバックアップしつつ上記スプライン成形部
で該スプライン被成形部にスプラインを成形する成形工
程とを順に実施することを特徴とするものである。

【００１３】好適な態様において、前記バックアップ材
は前記ワークの硬度と同等以上の硬度をもつ。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の中空スプラインシャフト
の製造方法では、内周面にスプライン成形部が形成され
たダイス孔をもつダイスを用いて、軸孔をもつとともに
外周面にスプライン被成形部をもつ中空状のワークから
中空スプラインシャフトを製造する。

【００１５】上記ワークの材質としては、特に限定され
ず、後工程、熱処理方法との関係で、ボロン鋼（ＳＢ３
３等）、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ２５等）やマンガ
ンボロン鋼（ＳＭｎＢ４０等）等の合金鋼や炭素鋼（Ｓ
４５等）を用いることができる。

【００１６】上記ワークの形状も、軸孔をもつとともに
外周面にスプライン被成形部をもつ中空状のものであれ
ば特に限定されない。

【００１７】上記スプライン被成形部とはスプラインが
成形される部分のことであり、このスプライン被成形部
は、ダイスのダイス孔に形成されたスプライン成形部に
対応する形状を有している。

【００１８】本発明の製造方法では、嵌合工程と、成形
工程とを順に実施する。

【００１９】上記嵌合工程では、ワークの軸孔内でスプ
ライン被成形部の少なくとも一部に対応する位置に、該
ワークを内側からバックアップするバックアップ材を圧
入により嵌合固定する。これにより、ワークの軸孔内の
所定位置にバックアップ材が確実に保持される。

【００２０】上記バックアップ材の材質としては、特に
限定されず、マンガンボロン鋼（ＳＴＫＭ１５Ａ等）や
クロムモリブデン鋼（ＳＡＥ１５４１等）等の合金鋼や
炭素鋼（Ｓ４５Ｃ等）を用いることができる。

【００２１】また、バックアップ材の形状や大きさも特
に限定されず、ワークの軸孔内でスプライン被成形部の
少なくとも一部に対応する位置に、圧入により嵌合固定
が可能な形状や大きさであればよい。

【００２２】なお、バックアップ材は、スプライン被成
形部と略同等の軸方向長さをもつものとして、該スプラ
イン被成形部のほぼ全体に対応する位置に嵌合固定され
るものでもよいし、又はスプライン被成形部の軸方向長
さの略半分程度若しくはそれ以下の軸方向長さをもつも
のとして、該スプライン被成形部の一部に対応する位置
に部分的に嵌合固定されるものでもよい。

【００２３】ただし、バックアップ材の軸方向長さを小
さくした方が中空スプラインシャフトの軽量化やコスト
の面では有利になるため、成形工程におけるバックアッ
プ機能や後述する油止め栓としての封止機能を果たし得
る範囲内でバックアップ材の軸方向長さをできるだけ短
くした方が好ましい。なお、バックアップ材の軸方向長
さがスプライン被成形部の軸方向長さの１／３程度以上
あれば、成形工程におけるバックアップ機能や後述する
油止め栓としての封止機能を果たし得ると考えられる。
また、スプライン被成形部よりも軸方向長さの小さいバ
ックアップ材を採用する場合は、スプライン成形の精度
を高める観点より、該スプライン被成形部の端部側に該
バックアップ材を偏らせて配置することが好ましい。

【００２４】上記成形工程では、ワークのみに荷重を加
えてダイスのダイス孔内に該ワークのスプライン被成形
部を押し込むことにより、バックアップ材で該スプライ
ン被成形部の内側をバックアップしつつ該ダイス孔に形
成されたスプライン成形部で該スプライン被成形部にス
プラインを成形する。

【００２５】すなわち、本発明の中空スプラインシャフ
トの製造方法では、成形工程において、バックアップ材
には直接押し込み荷重を加えることなく、ワークのみに
押し込み荷重を加える。これは、例えば、ワークの端面
にパンチ等を当てて直接押圧したり、ワークの端部を何
らかの把持手段で把持しつつ押し込んだりすることによ
り行うことができる。このため、本発明方法によれば、
バックアップ材に直接押し込み荷重を加えるべくワーク
の軸孔内にパンチ等を捜入させる必要がなく、型構造を
簡素化することが可能となる。また、ワークを型打ちす
る設備についても、成形ストロークが短くなる等、小型
・簡素化が期待できる。

【００２６】そして、ダイスのダイス孔内にワークのス
プライン被成形部が押し込まれれば、上記嵌合工程でワ
ークの軸孔内に予め嵌合固定されて保持されたバックア
ップ材も所定位置を維持したままダイス孔内に押し込ま
れる。このため、ワークのスプライン被成形部をバック
アップ材で確実にバックアップしながら、該スプライン
被成形部にスプラインを成形することができる。したが
って、ワークの内方への凹み等の変形をバックアップ材
で確実に防止することができ、高精度なスプライン成形
が可能となる。

【００２７】さらに、本発明方法により得られた中空ス
プラインシャフトは、上記バックアップ材が軸孔内に圧
入により嵌合固定されているので、該軸孔内へのグリー
ス等の進入を阻止するため等の油止め栓を別途設ける必
要がない。そして、この油止め栓として機能しうるバッ
クアップ材は、上記嵌合固定で圧入により軸孔内に嵌合
固定された後、さらに上記成形工程で、スプライン成形
時における成形荷重により軸孔の内周面とバックアップ
材との間の隙間（バラツキ）が無くなりより強固な圧入
状態とされている。このため、このバックアップ材によ
る油止め栓は、スプライン成形後に別途圧入により嵌合
固定された油止め栓と比較して、封止性が向上するとと
もに、より外れ難くなっている。

【００２８】ここに、上記バックアップ材の硬度として
は、上記ワークの硬度と同等程度の硬度であれば、上述
したようなバックアップ機能及び油止め栓における封止
機能を発揮しうる。ただし、このバックアップ機能及び
封止機能をより高めるという観点より、バックアップ材
の硬度は、ワークの硬度と同等以上であることが好まし
く、より高い方がより好ましい。

【００２９】バックアップ材の硬度をワークの硬度と同
等以上とすることにより、成形工程においては、バック
アップ材としてのバックアップ機能がより向上し、ワー
クの内方への凹み等の変形をより確実に防止して、スプ
ライン精度をより向上させることができる。また、この
成形工程で、軸孔の内周面とバックアップ材との間の隙
間（バラツキ）をより確実に無くすとともに、より強固
な圧入状態とすることができる。さらに、バックアップ
材の硬度がワークの硬度よりも高ければ、バックアップ
材の軸方向両端において、成形工程でワーク内周面が径
方向内方へ塑性変形することにより、バックアップ材の
軸方向への相対移動等を規制しうる膨出規制部がワーク
内周面に形成される。このため、バックアップ材の油止
め栓としての封止性や外れ難さをより向上させることが
可能となる。

【００３０】具体的には、例えばワークの硬度がビッカ
ース硬さで２００〜２３０ＨＶ程度である場合、バック
アップ材の硬度はこのワークの硬度よりもビッカース硬
さで１００〜２００ＨＶ程度高い３００ＨＶ程度以上と
することが好ましい。このようにバックアップ材の硬度
をワークの硬度よりもビッカース硬さで１００〜２００
ＨＶ程度高い３００ＨＶ程度以上とすることにより、成
形工程において、バックアップ材自身の塑性変形を確実
に阻止しながらワークのみを径方向内方へ塑性変形させ
ることができるので、スプライン精度をさらに向上させ
るとともに、バックアップ材の油止め栓としての封止性
や外れ難さをさらに向上させることが可能となる。な
お、バックアップ材の硬度がワークの硬度よりもビッカ
ース硬さで０〜７０ＨＶ程度高い場合には、成形工程に
おいて、バックアップ材自身も微小に（数％の変形量
で）塑性変形するが、この場合でもバックアップ機能や
油止め栓としての封止機能を十分に果たし得る。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の中空スプラインシャフトの製
造方法の実施例について、図面を参照しつつ具体的に説
明する。

【００３２】（嵌合工程）図１に示すように、軸孔１ａ
をもつとともに両端の外周面にスプライン被成形部１ｂ
をもつ中空状のワーク１を準備した。このワーク１は、
マンガンボロン鋼（具体的にはＳＭｎＢ３５）よりな
り、スプライン被成形部１ｂにおける軸孔１ａの内径１
６．５ｍｍ、スプライン被成形部１ｂにおける肉厚７．
７ｍｍ、スプライン被成形部１ｂの軸方向長さ３５ｍ
ｍ、ビッカース硬さ２００ＨＶ程度である。

【００３３】一方、炭素鋼（具体的にはＳ４５調質材）
よりなり、外径１６．７ｍｍ、軸方向長さ１５ｍｍの円
柱状をなし、ビッカース硬さ２５０ＨＶ程度のバックア
ップ材２を準備した。

【００３４】そして、ワーク１の軸孔１ａ内でスプライ
ン被成形部１ｂに対応する位置で該スプライン被成形部
１ｂの端部側（図１〜図３の右側）に偏った位置に、バ
ックアップ材２を圧入により嵌合固定した。なお、図２
及び図３においては、スプライン被成形部１ｂの端部か
ら少し軸方向内方に離れた位置にバックアップ材２が配
設されているが、スプライン被成形部１ｂの端部から７
ｍｍ程度の範囲は実際にはスプライン成形されない部分
であり、スプライン被成形部１ｂに実際にスプライン成
形される範囲内で端部側に偏った位置にバックアップ材
２が配置されている。

【００３５】これにより、ワーク１の軸孔１ａ内の所定
位置にバックアップ材２を確実に保持させた。

【００３６】（成形工程）図２に示すように、内周面に
スプライン成形部３ｂが形成されたダイス孔３ａをもつ
ダイス３を準備した。このスプライン成形部３ｂは、図
４に示すように、所定のインボリュートスプライン形状
面を有している。

【００３７】そして、軸孔１ａ内の所定位置にバックア
ップ材２が保持されたワーク１の端面にパンチ（図示せ
ず）を当てて直接押圧することにより、図３に示すよう
に、該ワーク１のスプライン被成形部１ｂをダイス３の
ダイス孔３ａ内に押し込んだ。これにより、ワーク１の
スプライン被成形部１ｂの内側をバックアップ材２でバ
ックアップしながら、ワーク１を径方向内方へ塑性変形
させて、該スプライン成形部１ｂにダイス３のスプライ
ン成形部３ｂでスプラインを成形した。なお、このと
き、バックアップ材２は微小に（２〜３％程度の変形量
で）塑性変形した。

【００３８】このように本実施例の成形工程では、バッ
クアップ材２には直接押し込み荷重を加えることなく、
ワーク１のみに押し込み荷重を加えているため、型構造
が極めて簡素となる。

【００３９】そして、ダイス３のダイス孔３ａ内にワー
ク１のスプライン被成形部１ｂが押し込まれたとき、バ
ックアップ材２もワーク１の軸孔１ａ内で所定位置に保
持されたまたダイス孔３ａ内に押し込まれるため、ワー
ク１のスプライン被成形部１ｂをバックアップ材２で確
実にバックアップしながら、該スプライン被成形部１ｂ
にスプライン成形することができる。したがって、ワー
ク１の内方への凹み等の変形をバックアップ材２で確実
に防止することができ、高精度なスプライン成形が可能
となる。

【００４０】また、本実施例方法により得られた中空ス
プラインシャフト１０は、図５に示すように、バックア
ップ材２が軸孔１ａ内に圧入により嵌合固定されている
ので、該軸孔１ａ内に油止め栓を別途設ける必要がな
い。そして、この油止め栓として機能しうるバックアッ
プ材２は、上記嵌合固定で圧入により軸孔１ａ内に嵌合
固定された後、さらに上記成形工程で、スプライン成形
時における成形荷重により軸孔１ａの内周面とバックア
ップ材２との間の隙間（バラツキ）が無くなりより強固
な圧入状態とされている。このため、このバックアップ
材２による油止め栓は、スプライン成形後に別途圧入に
より嵌合固定された油止め栓と比較して、封止性が向上
するとともに、より外れ難くなっている。

【００４１】さらに、本実施例では、バックアップ材２
の硬度がワーク１の硬度よりも高くされており、上記成
形工程で、バックアップ材２を微小な領域でのみ塑性変
形させていることから、バックアップ材２としてのバッ
クアップ機能がより向上し、ワーク１の内方への凹み等
の変形をより確実に防止して、スプライン精度をより向
上させることができる。また、この成形工程で、軸孔１
ａの内周面とバックアップ材２との間の隙間（バラツ
キ）をより確実に無くすとともに、より強固な圧入状態
とすることができ、さらにバックアップ材２の硬度がワ
ーク１の硬度よりも高いことから、バックアップ材２の
軸方向両端においてバックアップ材２の軸方向への相対
移動等を規制しうる膨出規制部（図示せず）がワーク内
周面に形成されたため、バックアップ材２の油止め栓と
しての封止性や外れ難さをより向上させることが可能と
なる。

【００４２】なお、本実施例により得られた中空スプラ
インシャフト１０は、その両端外周面に形成されたスプ
ライン部１０ｂ、１０ｂにインナーレース等の継手構成
部品が連結されて、等速ジョイントの中間シャフトとし
て適用可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の中空スプラ
インシャフトの製造方法によれば、簡素な型構造で高精
度なスプライン成形が可能となるので、生産性や品質の
向上のみならずコストの低減にも貢献しうる。

【００４４】また、油止め栓を別途設ける必要がないこ
とからもコスト面で有利となる。しかも、この油止め栓
として機能しうるバックアップ材の外れ防止が確実にな
されているので、信頼性の高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施例の中空スプラインシャフトの製造方
法の嵌合工程を説明するもので、ワークの軸孔内にバッ
クアップ材を嵌合固定する前の状態を示す断面図であ
る。

【図２】 本実施例の中空スプラインシャフトの製造方
法の成形工程を説明するもので、ワークをダイス孔に押
し込む前の状態を示す断面図である。

【図３】 本実施例の中空スプラインシャフトの製造方
法の成形工程を説明するもので、ワークをダイス孔に押
し込んだ後の状態を示す断面図である。

【図４】 本実施例の中空スプラインシャフトの製造方
法で用いてダイスのスプライン成形部を示す断面図であ
る。

【図５】 本実施例の中空スプラインシャフトの製造方
法で得られた中空スプラインシャフトの全体構成を示す
一部断面側面図である。

【図６】 従来の中空スプラインシャフトの製造方法を
示す断面図である。

【図７】 他の従来の中空スプラインシャフトの製造方
法を示す断面図である。

【符号の説明】

１…ワーク １ａ…軸孔 １ｂ…スプライン被成形部 ２…バックアッ
プ材 ３…ダイス ３ａ…ダイス孔 ３ｂ…スプライン成形部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周面にスプライン成形部が形成された
   ダイス孔をもつダイスを用いて、軸孔をもつとともに外
   周面にスプライン被成形部をもつ中空状のワークから中
   空スプラインシャフトを製造する中空スプラインシャフ
   トの製造方法であって、 上記軸孔内で上記スプライン被成形部の少なくとも一部
   に対応する位置に、上記ワークを内側からバックアップ
   するバックアップ材を圧入により嵌合固定する嵌合工程
   と、 上記ワークのみに荷重を加えて上記ダイスの上記ダイス
   孔内に該ワークの上記スプライン被成形部を押し込むこ
   とにより、上記バックアップ材で該スプライン被成形部
   の内側をバックアップしつつ上記スプライン成形部で該
   スプライン被成形部にスプラインを成形する成形工程と
   を順に実施することを特徴とする中空スプラインシャフ
   トの製造方法。
2. 【請求項２】 前記バックアップ材は前記ワークの硬度
   と同等以上の硬度をもつことを特徴とする請求項１記載
   の中空スプラインシャフトの製造方法。