JP2010038296A - ドライブピニオンシャフト、及び、ドライブピニオンシャフトの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中間加工粗材を成形する種類を減少させることで途中工程における在庫量を削減し、製造過程における作業効率の向上、及び省スペース化を図ることができ、また、ギヤ部について高硬度で高価な素材を使用した場合でもコストの増加を抑制し、さらに、軽量化を実現できる、ドライブピニオンシャフト、及び、ドライブピニオンシャフトの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るドライブピニオンシャフト２１は、シャフト部粗材１２１ａと、ギヤ部粗材１２１ｂと、がそれぞれ個別の工程で中間加工粗材に成形され、シャフト部中間加工粗材２２１ａと、ギヤ部中間加工粗材２２１ｂと、を摩擦溶接で接合して溶接品３２１が形成され、該溶接品３２１におけるギヤ部３２１ｂに歯切加工がなされる、ことによって形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ドライブピニオンシャフト、及び、ドライブピニオンシャフトの製造方法に関し、より詳しくは、ドライブピニオンシャフトの生産性を向上させる技術に関する。

従来、ＦＲ型自動車等の車両が旋回運動をする場合において、左右の車輪の軌跡長の差を吸収し、動力源より同じトルクを伝達するために差動装置が用いられている。該差動装置には、動力源からの駆動力を、前記差動装置内に配設されたリングギヤに伝達するために、ドライブピニオンシャフトが連結される（例えば、特許文献１）。
一方、前記ドライブピニオンシャフトを一例とする駆動ユニット構成部品については、一つの粗材を熱間鍛造して中間加工粗材を形成し、該中間加工粗材を冷間鍛造して成形品を形成する技術が用いられている（例えば、特許文献２）。
特開２００７−７８０５３号公報 特開２００７−３０１６０５号公報

前記ドライブピニオンシャフトのギヤ部については、車種等によってギヤ比が異なるため、前記ギヤ部の外形サイズが異なるドライブピニオンシャフトの中間加工粗材を例えば５種類程度確保しておく必要がある。即ち、前記中間加工粗材を全てのギヤ比に対応した種類について成形しておく必要があるため、途中工程における中間加工粗材の在庫量が一定数必要となり、作業効率が向上せず、また、省スペース化の阻害要因ともなっていた。

また前記ドライブピニオンシャフトはギヤ部とシャフト部の軸径が大きく異なることにより、前記従来技術においては、例えば図４に示すように、一つの粗材から熱間鍛造によってギヤ部を形成した後に、冷間鍛造によってシャフト部を形成している。このため、一つの粗材を複数の鍛造工程で加工することから、鍛造加工のために大きな設備装置が必要となり、加工時間も長くなっていた。
さらに、前記ギヤ部について歯面強度を確保する必要から、高硬度で高価な素材を使用する場合は、高硬度を必要としないシャフト部をも同じ粗材から形成する必要があり、コスト高の要因となっていた。

一方、車体の軽量化及び材料コスト低減のため、各構成部品の軽量化が求められている。前記ドライブピニオンシャフトについては、図５に示すように、機械加工によって内部を切削加工し、中空化する技術が用いられている。しかし前記機械加工による中空化加工は加工面粗度が低くなるため、加工面で加工傷が発生し、ドライブピニオンシャフトの耐久性が低下する可能性があった。

そこで本発明では、上記現状に鑑み、中間加工粗材を成形する種類を減少させることで途中工程における在庫量を削減し、製造過程における作業効率の向上、及び省スペース化を図ることができ、また、ギヤ部について高硬度で高価な素材を使用した場合でもコストの増加を抑制し、さらに、軽量化を実現できる、ドライブピニオンシャフト、及び、ドライブピニオンシャフトの製造方法を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、シャフト部と、該シャフト部よりも大径のギヤ部と、を有し、差動装置に連結される、ドライブピニオンシャフトであって、前記シャフト部の粗材と、前記ギヤ部の粗材と、がそれぞれ個別の工程で中間加工粗材に成形され、該シャフト部の中間加工粗材と、該ギヤ部の中間加工粗材と、を摩擦溶接で接合して溶接品が形成され、該溶接品における前記ギヤ部に歯切加工がなされる、ことによって形成されるものである。

請求項２においては、前記シャフト部の中間加工粗材、及び、前記ギヤ部の中間加工粗材、の少なくとも何れか一方における、他の一方との接合部は、スリーブ状に形成されるものである。

請求項３においては、前記シャフト部の中間加工粗材は、軸方向に貫通孔を有したパイプ状に形成されるものである。

請求項４においては、前記シャフト部の中間加工粗材は、パイプ材からスェージング加工で成形されるものである。

請求項５においては、前記ギヤ部の中間加工粗材は、熱間横型フォーマーで成形されるものである。

請求項６においては、シャフト部と、該シャフト部よりも大径のギヤ部と、を有し、差動装置に連結される、ドライブピニオンシャフトの製造方法であって、前記シャフト部の粗材と、前記ギヤ部の粗材と、をそれぞれ個別の工程で中間加工粗材に成形する前加工工程と、該シャフト部の中間加工粗材と、該ギヤ部の中間加工粗材と、を摩擦溶接で接合して溶接品を形成する接合工程と、該溶接品における前記ギヤ部に歯切加工がなされる歯切加工工程と、を備えるものである。

請求項７においては、前記前加工工程において、前記シャフト部の中間加工粗材、及び、前記ギヤ部の中間加工粗材、の少なくとも何れか一方における、他の一方との接合部を、スリーブ状に形成するものである。

請求項８においては、前記前加工工程において、前記シャフト部の中間加工粗材を、軸方向に貫通孔を有したパイプ状に形成するものである。

請求項９においては、前記前加工工程において、前記シャフト部の中間加工粗材を、パイプ材からスェージング加工で成形するものである。

請求項１０においては、前記前加工工程において、前記ギヤ部の中間加工粗材を、熱間横型フォーマーで成形するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

本発明により、ドライブピニオンシャフトの製造過程において、中間加工粗材を成形する種類を減少させることで途中工程における在庫量を削減し、作業効率の向上、及び省スペース化を図ることができる。また、ドライブピニオンシャフトのギヤ部について高硬度で高価な素材を使用した場合でも、コストの増加を抑制することが可能となる。さらに、ドライブピニオンシャフトの軽量化が実現できる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明に係るドライブピニオンシャフトが連結される差動装置の断面図である。
図２は本発明に係るドライブピニオンシャフトの断面図である。
図３は本発明に係るドライブピニオンシャフトの、各製造工程における断面図である。
図４は従来技術に係るドライブピニオンシャフトの、各製造工程を示した図である。
図５は従来技術に係るドライブピニオンシャフトの、中空化加工後における断面図である。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。

［差動装置１０］
まず始めに、本発明に係るドライブピニオンシャフト２１が連結される差動装置１０について、図１を用いて説明をする。本明細書では便宜上、図１における上側を前方、下側を後方とし、同様に右側を右側方、左側を左側方として説明する。

ドライブピニオンシャフト２１は、シャフト部２１ａと、該シャフト部２１ａよりも大径のギヤ部２１ｂと、が摩擦溶接で接合された部材である。前記シャフト部２１ａの前端部は図示しない出力軸に連結されており、前記ギヤ部２１ｂは、差動装置１０内に配設されたリングギヤ３１と歯合されている。即ち、出力軸の回動により、動力が前記ドライブピニオンシャフト２１を介して差動装置１０に伝達されるのである。

前記差動装置１０は、リングギヤ３１、差動ケース３３、ピニオンシャフト３５、第１ピニオンギヤ３７、第２ピニオンギヤ３９、第１サイドギヤ４１、第１駆動軸４２、第２サイドギヤ４３、及び、第２駆動軸４４、等で構成され、これらが一体的に図示しないケースに収納されている。

前記リングギヤ３１は、差動ケース３３にボルト３２で固定されており、該差動ケース３３は回動軸を前記ドライブピニオンシャフト２１と直交するように回動可能に配設される。該差動ケース３３にはピニオンシャフト３５が固定され、該ピニオンシャフト３５には第１ピニオンギヤ３７、及び第２ピニオンギヤ３９が回動自在に配設される。そして、該第１ピニオンギヤ３７、及び第２ピニオンギヤ３９は軸線方向を左右に向けた第１駆動軸４２、及び、第２駆動軸４４にそれぞれ配設された第１サイドギヤ４１、及び、第２サイドギヤ４３と歯合されているのである。

このように構成することにより、前記ドライブピニオンシャフト２１から伝えられた動力は、差動ケース３３、ピニオンシャフト３５、第１ピニオンギヤ３７、第２ピニオンギヤ３９、第１サイドギヤ４１、及び、第２サイドギヤ４３を介して、軸線方向を左右に向けた回転運動として第１駆動軸４２、及び、第２駆動軸４４に伝達されるのである。

［ドライブピニオンシャフト２１］
次に、ドライブピニオンシャフト２１、及びその製造方法について、図２及び図３を用いて説明をする。
前記ドライブピニオンシャフト２１は、前加工工程により、シャフト部中間加工粗材２２１ａと、ギヤ部中間加工粗材２２１ｂと、がそれぞれ別工程で個別に形成される。

具体的には、図３に示すように、前記シャフト部２１ａの粗材であり、パイプ材であるシャフト部粗材１２１ａをスェージング加工することにより、シャフト部中間加工粗材２２１ａを形成するのである。
一方、前記ギヤ部２１ｂの粗材であり、略中央部に軸心方向に向けて貫通孔が開口された短円筒状部材であるギヤ部粗材１２１ｂを熱間横型フォーマーで加工し、ギヤ部中間加工粗材２２１ｂを形成するのである。

次に、接合工程において、前記シャフト部中間加工粗材２２１ａと、前記ギヤ部中間加工粗材２２１ｂと、が摩擦溶接で接合され、ドライブピニオンシャフト２１の溶接品３２１が形成される。
その後、歯切加工工程において、前記溶接品３２１におけるギヤ部３２１ｂに歯切加工がなされ、歯切面２１ｃを備えたドライブピニオンシャフト２１が形成されるのである。

前記前加工工程においては、前記シャフト部中間加工粗材２２１ａ、及び、前記ギヤ部中間加工粗材２２１ｂ、の少なくとも何れか一方における、他の一方との接合部は、スリーブ状に形成される。本実施例においては、両部材の接合部においてスリーブ状に形成しているが、シャフト部中間加工粗材２２１ａ、又はギヤ部中間加工粗材２２１ｂの何れか一方のみをスリーブ状に形成することも可能である。
また、前記前加工工程においては、前記シャフト部中間加工粗材２２１ａは、軸方向に貫通孔を有したパイプ状に形成される。

上記のように形成することにより、シャフト部中間加工粗材２２１ａとギヤ部中間加工粗材２２１ｂとで別々に形成し、保管することが可能となるため、作業効率の向上、及び省スペース化を図ることができる。即ち、シャフト部中間加工粗材２２１ａとギヤ部中間加工粗材２２１ｂとを別工程で製造することにより、大きな設備装置が必要とならず、各粗材ごとに短時間で形成することができるため、生産性を向上させることができるのである。

さらに、車種が異なることから前記リングギヤ３１とのギヤ比が異なり、これによってギヤ部２１ｂの外形サイズが異なる場合であっても、シャフト部中間加工粗材２２１ａの製造量を少なくすることができる。即ち、シャフト部中間加工粗材２２１ａは１種類のみ形成するとともに、ギヤ部中間加工粗材２２１ｂを複数形成しておき、該ギヤ部中間加工粗材２２１ｂを取り換えてシャフト部中間加工粗材２２１ａに溶接して、ドライブピニオンシャフト２１を形成することができるため、シャフト部中間加工粗材２２１ａの製造量が最小限に抑えられ、保管のためのスペースを小さくすることができるのである。

また、前記ギヤ部２１ｂについて高硬度で高価な素材を使用する場合でも、シャフト部２１ａを別の安価な粗材から形成することができるため、ドライブピニオンシャフト２１の全体に高価な素材を使用する必要がなくなり、コストを抑えることができるのである。

また、本実施例においては、前記シャフト部中間加工粗材２２１ａ、及び、前記ギヤ部中間加工粗材２２１ｂ、の双方において、他の一方との接合部をスリーブ状に形成することにより、摩擦溶接における接合面積を小さくして溶接時の圧力を大きくし、小さい溶接強度で溶接できる構成にしている。

また、前記シャフト部中間加工粗材２２１ａを、軸方向に貫通孔を有したパイプ状に形成することにより、加工面精度を保持したまま、即ち耐久性を保持したまま中空化が可能となり、ドライブピニオンシャフト２１の軽量化を実現することができる。

さらに、前記シャフト部中間加工粗材２２１ａをパイプ状に形成することで、ドライブピニオンシャフト２１の浸炭熱処理における焼入れ油の流れが良くなる構成としている。即ち、貫通しない片穴孔であれば、焼入れ油が溜まったり、焼入れ油が廻らずに焼入れが不均一になったりする場合があるが、本実施例によればドライブピニオンシャフト２１は貫通孔を有したパイプ状に形成されているため、焼入れ油を溜めることなく、全ての表面に廻らせることができるのである。

本発明に係るドライブピニオンシャフトが連結される差動装置の断面図。 本発明に係るドライブピニオンシャフトの断面図。 本発明に係るドライブピニオンシャフトの、各製造工程における断面図。 従来技術に係るドライブピニオンシャフトの、各製造工程を示した図。 従来技術に係るドライブピニオンシャフトの、中空化加工後における断面図。

符号の説明

１０ 差動装置
２１ ドライブピニオンシャフト
２１ａ シャフト部
２１ｂ ギヤ部
１２１ａ シャフト部粗材
１２１ｂ ギヤ部粗材
２２１ａ シャフト部中間加工粗材
２２１ｂ ギヤ部中間加工粗材
３２１ 溶接品

Claims (10)

1. シャフト部と、該シャフト部よりも大径のギヤ部と、を有し、差動装置に連結される、ドライブピニオンシャフトであって、
   前記シャフト部の粗材と、前記ギヤ部の粗材と、がそれぞれ個別の工程で中間加工粗材に成形され、
   該シャフト部の中間加工粗材と、該ギヤ部の中間加工粗材と、を摩擦溶接で接合して溶接品が形成され、
   該溶接品における前記ギヤ部に歯切加工がなされる、ことによって形成される、
   ことを特徴とする、ドライブピニオンシャフト。
2. 前記シャフト部の中間加工粗材、及び、前記ギヤ部の中間加工粗材、の少なくとも何れか一方における、他の一方との接合部は、スリーブ状に形成される、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のドライブピニオンシャフト。
3. 前記シャフト部の中間加工粗材は、軸方向に貫通孔を有したパイプ状に形成される、
   ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のドライブピニオンシャフト。
4. 前記シャフト部の中間加工粗材は、パイプ材からスェージング加工で成形される、
   ことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のドライブピニオンシャフト。
5. 前記ギヤ部の中間加工粗材は、熱間横型フォーマーで成形される、
   ことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のドライブピニオンシャフト。
6. シャフト部と、該シャフト部よりも大径のギヤ部と、を有し、差動装置に連結される、ドライブピニオンシャフトの製造方法であって、
   前記シャフト部の粗材と、前記ギヤ部の粗材と、をそれぞれ個別の工程で中間加工粗材に成形する前加工工程と、
   該シャフト部の中間加工粗材と、該ギヤ部の中間加工粗材と、を摩擦溶接で接合して溶接品を形成する接合工程と、
   該溶接品における前記ギヤ部に歯切加工がなされる歯切加工工程と、を備える、
   ことを特徴とする、ドライブピニオンシャフトの製造方法。
7. 前記前加工工程において、
   前記シャフト部の中間加工粗材、及び、前記ギヤ部の中間加工粗材、の少なくとも何れか一方における、他の一方との接合部を、スリーブ状に形成する、
   ことを特徴とする、請求項６に記載のドライブピニオンシャフトの製造方法。
8. 前記前加工工程において、
   前記シャフト部の中間加工粗材を、軸方向に貫通孔を有したパイプ状に形成する、
   ことを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載のドライブピニオンシャフトの製造方法。
9. 前記前加工工程において、
   前記シャフト部の中間加工粗材を、パイプ材からスェージング加工で成形する、
   ことを特徴とする、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のドライブピニオンシャフトの製造方法。
10. 前記前加工工程において、
    前記ギヤ部の中間加工粗材を、熱間横型フォーマーで成形する、
    ことを特徴とする、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載のドライブピニオンシャフトの製造方法。

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