JP2008200684A

JP2008200684A - 軸部材のスプライン形成方法

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Publication number: JP2008200684A
Application number: JP2007036298A
Authority: JP
Inventors: Tsuneaki Hiraoka; 恒哲平岡
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2008-09-04

Abstract

【課題】スプライン根元部に生じるＯＢＤ拡径の拡径量および軸方向拡径範囲を小さくした精度の高いスプラインを軸部材に形成することができる軸部材のスプライン形成方法を提供する。
【解決手段】シャフト６の外周面のスプライン形成予定部αに先端部から根元部にかけて、加工治具である金型２１に前進と後退の運動を交互に繰り返す軸方向振動を付与するにスプライン９を形成する方法において、スプライン根元部９ａの形成時は、金型２１の前進量Ａ₁と後退量をＢ₁の差、つまり、一回の振動による軸方向加工量（Ａ₁−Ｂ₁）を、スプライン９の他部位の形成時における金型２１の前進量Ａと後退量Ｂの差、つまり、一回の振動による軸方向加工量（Ａ−Ｂ）よりも小さくする。なお、前進量Ａは後退量Ｂよりも大きくし、前進量Ａ₁は後退量Ｂ₁よりも大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のドライブシャフトやプロペラシャフト等の軸部材に利用され、トルク伝達に関わるスプラインの塑性加工法に関するものである。

まずスプラインについて、図７に示す角度変位のみを許容する固定型等速自在継手の一つであるボールフィクス型等速自在継手（ＢＪ）を例に挙げて説明する。

この等速自在継手１００は、外側継手部材である外輪１０１、内側継手部材である内輪１０３、ボール１０４、ケージ１０５を主要部とする。内輪１０３、ボール１０４、ケージ１０５は、外輪１０１の内側に配される内部部品１０７を構成している。

外輪１０１は一端が開口しており、他端には外輪軸部１１３を有し、内球面にはトラック溝１０１ａが形成されている。内輪１０３は中心孔１０２を有し、外球面にはトラック溝１０３ａが形成されている。外輪１０１のトラック溝１０１ａと内輪１０３のトラック溝１０３ａとの間には複数のボール１０４が介在されており、このボール１０４はケージ１０５のポケット１０５ａで保持されている。

内輪１０３の中心孔１０２には軸部材であるシャフト１０６が挿嵌されている。この挿嵌は、中心孔１０２に形成されたスプライン１０８にシャフト１０６の外周面に形成されたスプライン１０９を嵌合させることによりなされる。同様に、図１２に示すように、外輪１０１の外輪軸部１１３の外周面に形成されたスプライン１１４は、車輪用軸受２００の中心孔２０２に形成されたスプライン２０１に嵌合される。

さて、この図７に示す等速自在継手１００において、シャフト１０６のスプライン１０９、外輪軸部１１３のスプライン１１４の形成方法には様々なものがあるが、塑性加工による形成法は、加工能率が高く、多量生産に向いていること、切削加工と違い、切りくずの発生しないこと、また、形成されたスプラインは、ひび割れなどの破損が生じにくく、強度的にも有利であること等の特徴を有するため、広く実用されている。

このスプラインの塑性加工の代表的なものとして、転造加工（棒材を回転させて、工具により局所的な塑性変形を徐々に繰り返し与え、全体の製品形状を創成していく加工法をいう。例えば、日本塑性加工会編：塑性加工技術シリーズ１１がある。）やプレス加工（加工材を２つ以上の工具間に置き、強い力を加えることにより成形する加工法をいう。鋼塊の鍛造、板材の絞り、曲げ、穴抜きなどがある。）がある。

上記の方法で形成されるシャフト１０６のスプライン１０９において、このスプライン１０９が嵌合する、相手部材である内輪１０３のスプライン１０８に対する締代が小さすぎると、シャフト１０６のスプライン１０９と内輪１０３のスプライン１０８との嵌合部で、回転時にがたつきや異常音が発生するなどの不具合が生じる。また、逆にスプライン１０９のスプライン１０８に対する締代が大きいと、スプライン１０８が形成された相手部材である内輪１０３の強度低下の原因となる。図１２に示すように、外輪軸部１１３のスプライン１１４と相手部材である車輪用軸受２００のスプライン２０１との嵌合部でも同様であるが、上記に加え、締代が大きいと、車輪用軸受２００の回転異常が生じる。（以下では、シャフト１０６のスプライン１０９を例示して説明する。）

シャフト１０６のスプライン１０９における、内輪１０３のスプライン１０８に対する締代に影響する寸法としては、図８（Ａ）（図７に示すシャフト１０６の要部拡大図）と、この図８（Ａ）におけるＺ部分での断面図である図８（Ｂ）に示すように、１８０°対向したスプライン１０９の歯溝１０９ａに、所定の径のピン１２０を嵌合し、その外径を測定したＯＰＤ、あるいは、図７に示すシャフト１０６の要部拡大側面図である図９（Ａ）に示すように、１８０°対向したスプライン１０９の歯溝１０９ａ（図８参照）に、所定の径のボール１３０を嵌合し、その外径を測定したＯＢＤ、もしくは、図７に示すシャフト１０６に形成されたスプライン１０９の要部拡大縦断面図である図１０に示すように、隣り合ったスプライン歯１０９ｂの同じ側の歯形で切り取られる基準円１１２上の円弧長さであるピッチが挙げられる。これらの寸法の大小や相互差により、スプライン１０９のスプライン１０８に対する締代が不均一になるため、これらの寸法の高精度化が求められている。なお、図８（Ａ）中の斜線部分は、ピン１２０と、このピン１２０がスプライン１０９に嵌合可能な軸方向範囲を同時に示している。

さて、既説のプレス加工によるスプラインの形成法であると、図７に示すシャフト１０６を内周面に挿入することで、シャフト１０６にスプライン１０９を形成する加工治具の精度向上により、隣接したスプライン歯１０９ｂ（図８参照）の形状のバラツキを小さくできるため、転造加工に比べ、図８（Ｃ）に示すようにシャフト１０６のスプライン１０９におけるＯＰＤや図１０（Ｂ）に示すように、スプライン１０９のスプライン歯１０９ｂにおけるピッチの周方向での相互差を改善して小さくすることが可能である。また、図５（Ａ）に加工治具である金型２１を示したが、この断面図である図５（Ｂ）に示すように金型２１は挿入孔２２を有し、内周面にスプライン２１ａが形成されており、このスプライン２１ａがシャフト１０６に転写されてスプライン１０９が形成されるため、金型２１の精度向上により、スプライン１０９の精度向上が可能となる。

しかし、このプレス加工は、シャフト１０６にスプライン１０９を形成する際、図５（Ａ）に示す加工治具である金型２１にかかる荷重が大きく、さらに潤滑油が切れることによる摩擦力の増加からその寿命が短くなるなどの課題があった（特許文献１参照）。

これを改善するために、図１１に示すように、金型２１に前進と後退の運動を交互に繰り返しながら、金型２１をシャフト１０６に先端部から反先端部に向けて徐々に外挿しつつスプライン１０９を成形する加工により、シャフト１０６の外周面のスプライン形成予定部αにスプライン１０９を形成する方法が知られている（特許文献２）。

さて、図１１に示すシャフト１０６のスプライン形成方法は、金型２１に、シャフト１０６の先端を支持部２３で支持した状態で、前進と後退の運動を交互に繰り返す軸方向振動を、前進量を後退量より大きくして付与することにより、金型２１をシャフト１０６に先端側から反先端側に向けて徐々に外挿しつつ、この金型２１によりシャフト１０６のスプライン形成予定部αに軸部材先端側端部（先端部）から軸部材反先端側端部（以下根元部とする）に向けてスプラインを徐々に形成していく。なお、図１１ではＳｔｅｐ１〜３につれ、順に時間が経過していることを示しており、Ｓｔｅｐ１、３は金型２１の軸方向振動における前進時を示し、Ｓｔｅｐ２は金型２１の後退時を示している。また、各Ｓｔｅｐにおいて、金型２１の移動前の位置を二点鎖線で示し、後に詳述するスプライン根元部１１０は未形成であるため、その指し線は点線で示している。さらに、スプライン形成予定部αは形成された状態と同様に実線で示し、このスプライン形成予定部αにおいて、スプライン１０９が形成された部分は散点模様で示している。
特開２００３− ９４１４１号公報特表２００１−５１４９６９号公報

さて、特許文献２に開示されているプレス加工法では、シャフト１０６と加工治具である金型２１との間で摩擦力が働き、シャフト１０６の外周面に形成されるスプライン１０９は、金型２１の圧入方向に塑性流動する。このため、図９（Ｂ）に示すように、形成されたシャフト１０６のスプライン根元部１１０でＯＢＤの拡径が発生する。なお、図中でＨはスプライン根元部１１０におけるＯＢＤ拡径の拡径量を示し、Ｌはスプライン根元部１１０におけるＯＢＤ拡径の軸方向拡径範囲を示している。

この問題を解決するために、図１１中のＳｔｅｐ２に示すように、金型２１が後退した際に、シャフト１０６のスプライン形成予定部αに潤滑成分等を含んだ加工油を流し込んで潤滑させる方法があり、これにより、シャフト１０６に形成するスプライン１０９が金型２１の圧入方向に塑性流動するのを抑えることができる。

しかし、この場合においても、シャフト１０６のスプライン根元部１１０におけるＯＢＤの拡径は残存が生じる。このスプライン根元部１１０のＯＢＤの拡径量が大きいと、スプライン根元部１１０の、このスプライン根元部１１０を嵌合させる相手部材である内輪１０３（図７参照）のスプライン１０８に対する締代が大きくなり、スプライン根元部１１０を内輪１０３のスプライン１０８に嵌合させた時、内輪１０３の強度が低下し、破損するおそれがあった。

さらに、シャフト１０６のスプライン根元部１１０に生じるＯＢＤ拡径の軸方向拡径範囲は、図７に示す内輪１０３のスプライン１０８との嵌合には適さない。そのため、この範囲を考慮して、シャフト１０６に形成するスプライン１０９は軸方向長さを長くして設計する必要があり、製造コストが嵩むという問題があった。

上記の問題を解決するために、シャフト１０６のスプライン根元部１１０に生じるＯＢＤ拡径の拡径量および軸方向拡径範囲を小さくするために、スプライン根元部１１０で、スプライン１０９の形成前にシャフト１０６の軸径をあらかじめ小さくしておくことが考えられる。しかし、この場合であると、スプライン１０９の形成前におけるシャフト１０６の軸径は、図１０（Ａ）に示すスプライン１０９の大径寸法１１１に与える影響が大きく、スプライン根元部１１０の形成後、この部分で大径寸法１１１のばらつきが生じることがあるため、スプライン１０９の高精度化を図る手段としては適当ではない。

そこで本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、スプライン根元部に生じるＯＢＤ拡径の拡径量および軸方向拡径範囲を小さくした精度の高いスプラインを軸部材に形成することができる軸部材のスプライン形成方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明に係る軸部材のスプライン形成方法は、軸端部の外周面にスプライン形成予定部を有する軸部材に加工治具を外挿し、前記加工治具に、前進と後退の運動を交互に繰り返す軸方向振動を、前進量を後退量よりも大きくして付与することにより、前記スプライン形成予定部の先端部から根元部に向けてスプラインを塑性加工する軸部材のスプライン形成方法であり、前記スプライン根元部の形成時は、前記スプラインの他部位の形成時よりも、前記加工治具に付与する軸方向振動による加工回数を多くして行うことを特徴とする。

ここで、スプライン根元部とは、スプラインの軸部材反先端側端部を意味する。加工治具は前進よりスプラインを形成し、この加工治具としては、プレス加工に用いるプレス装置の金型などを挙げることができる。また、加工治具に加える軸方向振動において、軸方向振動の前進量を後退量よりも大きくする理由としては、加工治具を軸部材に先端側から反先端側へ向けて徐々に外挿しつつ、この加工治具により、軸部材の外周面のスプライン形成予定部に先端部から根元部に向けてスプラインを徐々に形成していくためである。

加工治具に付与する軸方向振動による加工回数を多くする方法としては、スプライン根元部の形成時に、軸部材に形成するスプラインの他部位の形成時よりも加工治具に付与する軸方向振動の一定距離当りの振動回数を多くする方法と、スプライン根元部のみを繰り返し塑性加工する方法がある。

上記した、スプライン根元部の形成時に、軸部材に形成するスプラインの他部位の形成時よりも加工治具に付与する軸方向振動の一定距離当りの振動回数を多くする方法としては、軸部材のスプライン根元部の形成時に加工治具に付与する軸方向振動の前進量と後退量の差を、スプラインの他部位の形成時に加工治具に付与する軸方向振動の前進量と後退量の差よりも小さくする方法と、前進量は一定とし、後退量のみを大きくする方法とがある。

また、上記した、スプライン根元部のみを繰り返し塑性加工する方法としては、スプライン形成予定部にスプラインを形成後、加工治具を一旦後退させて、スプライン根元部のみを加工治具に軸方向振動を付与することで繰り返し塑性加工する方法がある。

上記において、加工治具を一旦後退させるとは、スプライン形成予定部に、スプライン根元部の形成終了端までスプラインを形成後、スプライン根元部の形成開始端まで加工治具を前進させることなく後退させることを意味する。

スプライン根元部の繰り返し加工は数回繰り返すのが望ましく、この繰り返し回数は、スプライン根元部の形状に悪影響を与えない程度であれば、特に限定されるものではない。

さて、上記した軸部材のスプライン形成方法により、軸部材のスプライン根元部の形成時に、スプラインの他部位の形成時よりも、加工治具に付与する軸方向振動による加工回数、つまり、軸方向振動の前進による加工回数を多くすると、スプライン根元部に生じるＯＢＤ拡径の拡径量および軸方向拡径範囲を小さくすることができる。

ここで、スプライン根元部のＯＢＤ（over ball diameter）とは、スプライン根元部の１８０°対向した歯溝に所定のボールを嵌合し、その外径を測定した値である。このスプライン根元部を含むスプラインのＯＢＤは、スプラインの寸法公差（実際の寸法として許容できる最大値と最小値）に基づいて決定されるが、その寸法公差としてスプラインのＯＢＤの公差幅（ＯＢＤにおける最大許容値と最小許容値の差）、あるいは、スプラインの１８０°対向した歯溝に所定のピンを嵌合し、その外径を測定した値であるＯＰＤの公差幅（ＯＰＤにおける最大許容値と最小許容値の差）を算出し、これらの値より小さくなるように設計するのが好ましい。

なお、本発明の上記した作用は、スプライン根元部の形成時に、スプラインの他部位の形成時よりも、加工治具に付与する軸方向振動の振動回数を多くする本発明の方法又はスプライン根元部の形成時に、スプラインの他部位の形成時よりも、加工治具に付与する軸方向振動の後退量のみを大きくする本発明の方法と、スプライン根元部のみを繰り返し加工する本発明の方法とを組み合わせることにより、より顕著となる。

本発明の軸部材のスプライン形成方法は、軸部材の外周面のスプライン形成予定部にスプライン根元部の形成する際、スプラインの他部位の形成時よりも、スプラインを形成する加工治具に付与する軸方向振動での加工回数を多くする。

この場合、軸部材のスプライン根元部に生じるＯＢＤ拡径の拡径量が小さくなり、このスプライン根元部の相手部材のスプラインに対する締代を小さくできる。この結果、スプライン根元部を相手部材のスプラインに嵌合させた時に、相手部材の強度が低下するのを防止することができる。

また、本発明では、上記のように軸部材のスプライン形成予定部に形成する、スプライン根元部に生じるＯＢＤ拡径の軸方向拡径範囲を小さくするため、スプラインで、相手部材のスプラインとの嵌合に使用できる軸方向長さが長くなる。これにより、軸部材に形成するスプラインの軸方向長さを短くすることができるため、製造コストを削減することができる。

以下に本発明の実施の形態について、図１〜図５の添付図面を参照して説明する。なお、図１〜図３および図５において、スプライン根元部９ａ（形成開始端９ａ₁、形成終了端９ａ₂）において未形成の状態にある場合は、その指し線を点線で示しており、各Ｓｔｅｐにおいて、金型２１の移動前の位置を二点鎖線で示している。また、スプライン形成予定部αは形成された状態と同様に実線で示し、このスプライン形成予定部αにおいて、スプライン９が形成された部分は散点模様で示している。

本実施形態は、本発明を図４に示した角度変位のみを許容する固定型等速自在継手の一つであるボールフィクス型等速自在継手（ＢＪ）のシャフト６のスプライン９に適用した実施形態である。

この等速自在継手１０は、外側継手部材である外輪１、内側継手部材である内輪３、ボール４、ケージ５を主要部としている。内輪３、ボール４、ケージ５は、外輪１の内側に配される内部部品７を構成している。

外輪１は一端が開口しており、内球にはトラック溝１ａが形成されている。内輪３は中心孔２を有し、外球面にはトラック溝３ａが形成されている。外輪１のトラック溝１ａと内輪３のトラック溝３ａとの間には複数のボール４が介在されており、このボール４はケージ５のポケット５ａで保持されている。

内輪３の中心孔２には軸部材であるシャフト６が挿嵌されている。この挿嵌は、中心孔２に形成されたスプライン８に、シャフト６の外周面に形成されたスプライン９を嵌合させることによりなされる。

このスプライン９の形成は、図５（Ａ）に示すように、加工治具である金型２１を用いたプレス加工により行い、金型２１は、この断面図である図５（Ｂ）に示すように挿入孔２２を有し、内周面にスプライン２１ａが形成されている。

スプライン９の形成についてさらに述べると、図５（Ａ）に示すように、上記した金型２１に、シャフト６の先端を支持部２３で支持した状態で、前進と後退の運動を交互に繰り返す軸方向振動を、前進量を後退量より大きくして付与する。これにより、金型２１をシャフト６に先端側から反先端側に向けて徐々に外挿しつつ、この金型２１によりシャフト６のスプライン形成予定部αに先端部から根元部に向けてスプラインを徐々に形成していく。

さて、本発明では、上記したスプライン９の形成において、スプライン根元部９ａの形成時は、スプライン９の他部位の形成時よりも金型２１の軸方向振動における加工回数を多くする。

この方法として、スプライン根元部９ａの形成時に、スプライン９の他部位の形成時よりも加工治具に付与する軸方向振動の一定距離当りの振動回数を多くする方法と、スプライン根元部９ａのみを繰り返し加工して、スプラインの他部位の形成時よりも加工回数を多くする方法がある。

上記したスプライン根元部９ａの形成時に、軸部材に形成するスプライン９の他部位の形成時よりも加工治具に付与する軸方向振動の一定距離当りの振動回数を多くする方法としては、軸部材のスプライン根元部９ａの形成時に加工治具に付与する軸方向振動の前進量と後退量の差を、スプライン９の他部位の形成時に加工治具に付与する軸方向振動の前進量と後退量の差よりも小さくする方法と、前進量は一定とし、後退量のみを大きくする方法とがある。

また、上記した、スプライン根元部９ａを形成する際、スプライン９の他部位の形成時よりも加工回数を多くするために、スプライン根元部９ａのみを繰り返し塑性加工する方法としては、スプライン形成予定部αにスプライン９を形成後、加工治具を一旦後退させて、スプライン根元部９ａのみを加工治具に軸方向振動を付与することで繰り返し塑性加工する方法がある。以下にそれぞれの実施形態について詳述する。

まず、第一の実施形態として、スプライン根元部の形成時に、軸部材に形成するスプラインの他部位の形成時よりも加工治具に付与する軸方向振動の一定距離当りの振動回数を多くする方法について、この過程を示した図１を用いて説明する。なお、この図３は、Ｓｔｅｐ１〜５につれ、順に時間が経過していることを示しており、Ｓｔｅｐ１、３、４は金型２１の軸方向振動における前進時を示しており、Ｓｔｅｐ２、５は金型２１の軸方向振動における後退時を示している。

まず、図１のＳｔｅｐ１〜３に示すように、シャフト６の外周面のスプライン形成予定部αに、スプライン９を、スプライン根元部９ａの形成開始端９ａ₁まで形成する。この形成は、加工治具である金型２１に、前進と後退の運動を交互に繰り返す軸方向振動を付与することにより行う。この軸方向振動において、前進量はＳｔｅｐ１にＡで示し、後退量はＳｔｅｐ２にＢで示しており、前進量Ａは後退量Ｂよりも大きくする。

ここで、金型２１は、金型２１の外挿方向側端部の軸方向位置が、Ｓｔｅｐ１に示すＯの位置から、Ｓｔｅｐ３に示すＯ₁の位置へ外挿方向側にずれていることから、既に述べたように、金型２１をシャフト６の先端側から反先端側に向けて徐々に外挿しつつ、この金型２１によりスプライン形成予定部αに先端側から根元部に向けてスプライン９を徐々に形成していく。

次に、Ｓｔｅｐ４、５に示すように、スプライン形成予定部αの根元部にスプライン根元部９ａを形成する。この際、金型２１の軸方向振動において、前進量は、Ｓｔｅｐ４に示すようにＡ₁、後退量は、Ｓｔｅｐ５に示すようにＢ₁とし、前進量Ａ₁は後退量Ｂ₁よりも大きくする。また、前進量Ａ₁と後退量Ｂ₁の差、つまり、金型２１の一回の振動による軸方向加工量（Ａ₁−Ｂ₁）を、Ｓｔｅｐ１およびＳｔｅｐ２に示すスプライン９の他部位の形成時における金型２１の前進量Ａと後退量Ｂの差、つまり、金型２１の一回の振動による軸方向加工量（Ａ−Ｂ）よりも小さくする。さらに言えば、本実施形態では、Ａ₁をＡよりも小さくし、この値を基に、上記の条件を満たす後退量Ｂ₁を決定する。

上記の場合において、シャフト６のスプライン根元部９ａの形成時において、金型２１の一回の振動による軸方向加工量（Ａ₁−Ｂ₁）が、スプライン９の他部位の形成時における金型２１の一回の振動による軸方向加工量（Ａ−Ｂ）よりも小さくすることにより、スプライン根元部９ａの形成時は、スプライン９の他部位の形成時よりも金型２１の一定距離当りの軸方向振動における振動回数が増し、金型２１の前進による加工回数を多くすることができる。これにより、スプライン根元部９ａに生じるＯＢＤ拡径の拡径量および軸方向拡径範囲を小さくすることができる。

ここで、スプライン根元部９ａのＯＢＤ（over ball diameter）とは、スプライン根元部９ａの１８０°対向した歯溝に所定のボールを嵌合し（図８参照）、その外径を測定した値である。このスプライン根元部９ａを含むスプライン９のＯＢＤは、スプライン９の寸法公差（実際の寸法として許容できる最大値と最小値）に基づいて決定する。この寸法公差としては、スプライン９のＯＢＤの公差幅（ＯＢＤにおける最大許容値と最小許容値の差）、あるいは、スプラインの１８０°対向した歯溝に所定のピンを嵌合し、その外径を測定した値であるＯＰＤの公差幅（ＯＰＤにおける最大許容値と最小許容値の差）があり、これらＯＢＤもしくはＯＰＤの公差幅のうち、少なくともいずれか一方の値より小さくなるようにスプライン９におけるＯＢＤを決定するのが望ましい。

上記のように、スプライン根元部９ａに生じるＯＢＤ拡径の拡径量を小さくすることで、スプライン根元部９ａの、このスプライン根元部９ａが嵌合する相手部材である内輪３のスプライン８に対する締代が小さくなる。そのため、スプライン根元部９ａをスプライン８に嵌合させた時に、内輪３の強度が低下するのを防止することができる。

また、スプライン根元部９ａに生じるＯＢＤ拡径の軸方向拡径範囲を小さくすることにより、スプライン９において、相手部材である内輪３のスプライン８との嵌合に使用できる軸方向長さを長くすることができる。この結果、スプライン９を短くすることができるため、製造コストを削減することができる。

図２に本発明の第２の実施形態として、金型２１に付与する軸方向振動において、前進量はスプライン９の他部位の形成時と同じとし、後退量はスプラインの他部位の形成時よりも大きくする方法について、この過程を示した図２を用いて説明する。本実施形態では、図１に示す第１の実施形態と同じ部位、機能、形態を示す部位については同じ符号を付してその詳細な説明を省略し、加工治具である金型２１で、シャフト６にスプライン９を形成する手段において、第１の実施形態と同じ点については、その詳細な説明を省略する。なお、この図２はＳｔｅｐ１〜５につれ、順に時間が経過していることを示し、Ｓｔｅｐ１、３、４は金型２１の軸方向振動における前進時を示しており、Ｓｔｅｐ２、５は金型２１の軸方向振動における後退時を示している。

本実施形態では、まず、Ｓｔｅｐ１〜３に示すように、軸部材のスプライン形成予定部αに、スプライン根元部９ａの形成開始端９ａ₁までスプライン９を形成する。この時の加工治具である金型２１に付与する軸方向振動において、前進量はＳｔｅｐ１にＡで示しており、後退量はＳｔｅｐ２にＢで示している。

次に、Ｓｔｅｐ４、５に示すようにスプライン根元部９ａを形成するが、この際、金型２１の軸方向振動において、前進量は、Ｓｔｅｐ４に示すようにＡ₂とし、この前進量Ａ₂は、スプライン９の他部位の形成時における前進量Ａと同じとする。これに対し、後退量は、Ｓｔｅｐ４に示すようにＢ₂とし、この後退量Ｂ₂は、Ｓｔｅｐ２に示すスプライン９の他部位の形成時における後退量Ｂよりも大きくする。なお、金型２１の前進量Ａ₂は後退量Ｂ₂よりも大きくする。

この場合、スプライン根元部９ａの形成時は、金型２１の前進後、スプライン９の他部位の形成時よりも金型２１が大きく後退する。そのため、スプライン根元部９ａの形成時は、スプライン９の他部位の形成時よりも、金型２１の軸方向振動による加工回数、つまり、金型２１の前進による加工回数を多くすることができる。なお、この時の作用および効果については、図１に示す第１の実施形態と同じであるため、その詳細な説明を省略する。

図３に本発明の第３の実施形態として、金型２１の軸方向振動により、スプライン根元部９ａのみを繰り返し加工する方法について、その過程を示した図３を用いて説明する。
本実施形態では、図１に示す第１の実施形態と同じ部位、機能、形態を示す部位については同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。なお、この図３において、Ｓｔｅｐ１、３は、金型２１の軸方向振動における前進時を示し、Ｓｔｅｐ２、４は、金型２１の軸方向振動における後退時を示している。

まず、Ｓｔｅｐ１に示すように、加工治具である金型２１に軸方向振動を付与し、スプライン形成予定部αに、スプライン根元部９ａの形成終了端９ａ₂までスプライン９を形成する。

次に、Ｓｔｅｐ２に示すように、金型２１をスプライン根元部９ａの形成開始端９ａ₁まで前進させることなく後退させ、その後、Ｓｔｅｐ３、４に示すように、金型２１に軸方向振動を付与し、スプライン根元部９ａを繰り返し加工する。なお、繰り返し加工の際、金型２１の軸方向振動は、前進量を後退量より大きくする。

この繰り返し加工は数回繰り返すことが可能であり、繰り返し回数はスプライン根元部９ａの形状に悪影響を及ぼすことがないのであれば、特に限定されるものではない。

また、このスプライン根元部９ａの繰り返し加工において、金型２１の軸方向振動による加工回数は、スプライン９の他部位の形成時よりも多くすることが望ましい。この手段としては、図１に示す第１の実施形態および図２に示す第２の実施形態の手段を採用するのが望ましい。

なお、本実施形態の作用および効果についても、図１に示す第１の実施形態と同じであるため、その詳細な説明を省略する。また、本実施形態の作用および効果は、本実施形態を第１の実施形態又は第２の実施形態と組み合わせることにより、より顕著となる。

さて、これまで本発明の実施形態について説明したが、より精度の高いスプラインが形成されたシャフト６を提供するために、本実施形態により形成するスプライン９のＯＢＤが、スプライン９のＯＰＤもしくはＯＢＤの公差幅のうち、少なくともいずれか一方より小さくするのが望ましい（スプラインのＯＢＤおよびＯＰＤについては、図８および図９を参照）。

また、シャフト６のスプライン形成予定部αにスプライン９を形成後、熱処理などを施して硬化することにより、強度を向上させることが考えられる。しかし、熱処理によりスプライン９は膨張してそのＯＢＤが拡径するため、この拡径量を考慮して、スプライン９の形成を含むシャフト６の設計、加工を行う必要がある。

なお、ここで挙げた実施形態はあくまで例示であり、特許請求の範囲に記載の意味および内容において全ての変更が可能である。

以下に、図１に示す本発明の第１の実施形態を採用した、本発明の実施例について説明する。

まず、軸部材であるシャフト６が外周面に有するスプライン形成予定部αに前加工を施し、適当な形状に成形する。なお、この前加工によるスプライン形成予定部αの形状は、厳密に設計するためにスプライン９の大径寸法１１１（図１０（Ａ）参照）のスプライン形成後の寸法、さらには後工程の熱処理完成後の膨張による大径寸法１１１（図１０（Ａ）参照）の寸法変化を考慮して行う必要がある。

次に、スプライン形成予定部αの前加工が完了したシャフト６に対し、図１に示すように、加工治具である金型２１に、前進と後退の運動を交互に繰り返す軸方向振動を付与することにより、シャフト６のスプライン形成予定部αにスプライン９を徐々に形成しつつ、金型２１をシャフト６に先端側から徐々に外挿していく。

金型２１の軸方向振動における一定距離の振動回数は、２条件に設定することとし、サンプルＡでは振動回数を少なくし、サンプルＢでは振動回数を多くした。さらに言えば、サンプルＡの前進量と後退量の差をサンプルＢの前進量と後退量の差よりも大きくした。なお、サンプルＡとサンプルＢのそれぞれの前進量および後退量の具体的設定条件を以下の表１に示した。

表１の各条件で形成されるスプライン根元部９ａに生じるＯＢＤ拡径の拡径量および軸方向拡径範囲を図６に示した。なお、この図６では、各条件で形成されるスプライン９のＯＢＤを、スプライン根元部９ａの形成終了端９ａ₂をＯとして示している。この図６により、サンプルＡとサンプルＢでは明確な違いがあることが判明した。この点について詳述する。

スプライン根元部９ａに生じるＯＢＤ拡径の拡径量は、サンプルＡでは、図中Ｈ_Aで示したように３０μｍであったのに対し、サンプルＢでは、図中Ｈ_Bで示すように１２μｍとサンプルＡの半分以下となっていた。

また、スプライン根元部９ａに生じるＯＢＤ拡径の軸方向拡径範囲については、サンプルＡでは、図中Ｌ_Aで示したように８ｍｍであったのに対し、サンプルＢでは、図中Ｌ_Bで示すように４ｍｍとサンプルＡの半分以下となっていた。

本実施例の結果により、プレス加工一回の金型２１の前進量とスプライン根元部９ａに生じるＯＢＤ拡径の軸方向拡径範囲とは一致していることが確認できた。このことから、金型２１に付与する軸方向振動において、前進量を小さくするほどスプライン根元部９ａに生じるＯＢＤ拡径の軸方向拡径範囲が短くなることが推測できた。

さて、ここでの実施例において、スプライン９では、そのＯＢＤの寸法公差の規格はないが、本実施例ではＯＰＤの交差幅（３０μｍ）とした。

これによれば、図６に示すように、サンプルＡにおいて、スプライン根元部９ａに生じるＯＢＤ拡径の拡径量（３０μｍ）は、スプライン９におけるＯＰＤの公差幅（３０μｍ）と一致している。しかし、スプライン９のＯＢＤにはばらつきが生じる点を考慮すると、スプライン根元部９ａで、ＯＢＤがＯＰＤの公差幅（３０μｍ）よりも大きくなる場合が生じ、スプライン９で規格を満足できない。これは、スプライン９のＯＢＤが、スプライン９のＯＰＤの公差幅（３０μｍ）より小さいことを満足できず、スプライン根元部９ａが、相手部材である内輪３のスプライン８（図１）への嵌合に使用できないことを意味する。このため、スプライン９の形成時は、相手部材との嵌合に使用できないスプライン根元部９ａを考慮して、軸方向長さを長く設定する必要があり、製造コストが嵩む。

一方、サンプルＢでは、スプライン根元部９ａに生じるＯＢＤ拡径の拡径量（１２μｍ）は、スプライン９におけるＯＰＤの公差幅（３０μｍ）の半分以下で、スプライン９のＯＢＤのばらつきを考慮しても、スプライン根元部９ａを含むスプライン９が上記の規格を満足している。これは、スプライン９のＯＢＤが、スプライン９のＯＰＤの公差幅（３０μｍ）より小さいことを満足し、スプライン根元部９ａを、相手部材である内輪３のスプライン８（図１）への嵌合に使用できることを意味する。このため、スプライン９の形成時は、スプライン９の軸方向長さを短くでき、製造コストを削減することができる。

なお、本実施例において、サンプルＡとサンプルＢの両方にスプライン９を形成後、熱処理を施したところ、サンプルＡとサンプルＢ共に、スプライン９に生じるＯＢＤ拡径の拡径量が大きくなり、軸方向拡径範囲は変化が無いことが確認できた。

本発明の第１の実施形態を説明するフローチャート図（断面図）である。本発明の第２の実施形態を説明するフローチャート図（断面図）である。本発明の第３の実施形態を説明するフローチャート図（断面図）である。本発明を固定型等速自在継手の一つであるボールフィクス型等速自在継手（ＢＪ）に適用した断面図である。（Ａ）は金型２１でシャフト６にスプラインを形成する方法を説明した断面図である。（Ｂ）は（Ａ）の金型２１の横断面図である。金型２１に付与する軸方向振動の振動回数を２条件に設定した実施例において、各条件でのスプライン根元部９ａに生じるＯＢＤ拡径の拡径量と軸方向拡径範囲を示したグラフである。従来の軸部材のスプライン形成方法を適用した固定型等速自在継手の一つであるボールフィクス型等速自在継手（ＢＪ）を示した断面図である。スプラインのＯＰＤについて説明したもので、（Ａ）はスプライン１０９に、ＯＰＤを測定するためのピン１２０をスプラインの歯溝に嵌合した時の状態とその嵌合範囲を示す断面図である。（Ｂ）はＯＰＤの測定方法を示したものであり、（Ａ）のＺ部分での断面図である。（Ｃ）は、スプライン１０９を転造加工により形成した場合とプレス加工により形成した場合におけるＯＰＤ拡径の拡径量の変化を示すグラフである。スプラインのＯＢＤについて説明したもので、（Ａ）はスプライン１０９に、ＯＢＤを測定するためのボール１３０をスプラインの歯溝に嵌合させた時の状態とＯＢＤの測定方法を示した断面図である。（Ｂ）はスプライン１０９をプレス加工により形成した場合におけるＯＢＤ拡径の拡径量の変化を示すグラフである。（Ａ）はシャフト１０６に形成したスプライン１０９の要部拡大断面図である。（Ｂ）は、シャフト１０６にスプライン１０９を転造加工により形成した場合とプレス加工により形成した場合のピッチの変化を示したグラフである。加工治具である金型２１を用いてシャフト１０６にスプライン１０９を形成する従来の方法を説明した断面図である。図７に示す固定型等速自在継手と車輪用軸受の嵌合状態を示す断面図である。

符号の説明

６シャフト（軸部材）
８スプライン（内輪）
９スプライン（軸部材）
９ａスプライン根元部（軸部材）
９ａ₁ 形成開始端（スプライン根元部）
９ａ₂形成終了端（スプライン根元部）
１０等速自在継手
２１金型（加工治具）
α スプライン形成予定部

Claims

軸端部の外周面にスプライン形成予定部を有する軸部材に加工治具を外挿し、前記加工治具に、前進と後退の運動を交互に繰り返す軸方向振動を、前進量を後退量よりも大きくして付与することにより、前記スプライン形成予定部の先端部から根元部に向けてスプラインを塑性加工する軸部材のスプライン形成方法であって、
前記スプライン根元部の形成は、前記スプラインの他部位の形成時よりも、前記加工治具に付与する軸方向振動による加工回数を多くして行うことを特徴とする軸部材のスプライン形成方法。
前記スプライン根元部の形成時は、前記スプラインの他部位の形成時よりも、前記加工治具に付与する軸方向振動の振動回数を多くして行うことを特徴とする請求項１に記載の軸部材のスプライン形成方法。
前記スプライン根元部の形成時は、前記スプラインの他部位の形成時よりも、前記加工治具に付与する軸方向振動の後退量のみを大きくして行うことを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の軸部材のスプライン形成方法。
前記スプライン根元部の形成は、前記スプライン根元部を形成後、前記加工治具を一旦後退させて、スプライン根元部のみを前記加工治具に軸方向振動を付与することで繰り返し塑性加工することにより行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸部材のスプライン形成方法。