JP2818308B2 - 軽量ドライブシャフト - Google Patents

軽量ドライブシャフト

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JP2818308B2
JP2818308B2 JP3020710A JP2071091A JP2818308B2 JP 2818308 B2 JP2818308 B2 JP 2818308B2 JP 3020710 A JP3020710 A JP 3020710A JP 2071091 A JP2071091 A JP 2071091A JP 2818308 B2 JP2818308 B2 JP 2818308B2
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Motor Power Transmission Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車のエンジ
ンから車輪へ動力を伝達するのに用いられるドライフシ
ャフトを改良したものに係り、特に従来のドライブシャ
フトと同じサイズで且つ少なくとも同じ強度を有する一
方、重量はかなり軽量化されたドライフシャフトに関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】エンジ
ンの回転動力を車輪に伝達するために用いられる自動車
用ドライブシャフトは、典型的には中空の細長い金属製
のシャフトから成る。このシャフトは両端にカップリン
グ部を有している。これらはスプラインその他の適当な
カップリング手段から成り、シャフトの両端を当該エン
ジン及び車輪の接続部へ接続する。従来のドライブシャ
フト（前端駆動車両に用いられるもの）は、長さは種々
であるが、約12インチから約36インチの範囲にある。こ
れらシャフトは、通常、鍛造・機械加工技術により製造
され、比較的重い。例えば、長さ約27インチ，直径約１
インチのシャフトは約５ポンドの重量を有する。
【０００３】最近では、燃費改善のために自動車製造会
社は色々な車両要素の重量軽減の努力をしている。パワ
ートランスミッションシャフトの場合は、要求される強
度及び製造技術に鑑みると、重量軽減は難しい。このよ
うなシャフトの中央部をドリル加工して除去し、シャフ
トを中空にして、軽量化しようとする企みもされたが、
この作業は比較的コスト高であると共に、シャフトの強
度を下げる。従って、中実のシャフトに通常要求される
強度を維持した中空の軽量ドライブシャフトを製造する
方法の提案が望まれていた。
【０００４】細長いチューブ材を製造する一つの方法は
冷間押出しである。この製造プロセスは本発明者の米国
特許第3,837,205 号（1974年 9月24日発行、発明の名称
「内方に厚くされた端部を有する金属管の冷間装置方
法」），米国特許第3,886,649号（1975年 6月 3日発
行、発明の名称「内方に厚くされた端部を有する金属管
の冷間製造方法」），米国特許第4,277,969 号（1981年
7月14日発行、発明の名称「内方により厚い壁部内に管
材を冷間製造する方法」）及び米国特許第4,292,831 号
（1981年10月 6日発行、発明の名称「内方に厚くされた
端部を有する金属管を押出成形する方法」）に示されて
いる。更に、同様の方法が本発明者の米国特許出願第07
/490,286号（1990年 3月 8日出願）に開示されている。
この出願はステアリングギアラックタイプ装置（Steeri
ng Gear Rack Type Device）に関するものである。本発
明は、要求される性能強度と構造的特徴を維持する一方
で、目的物を軽量化すべく、端部以外の薄い壁部で形成
された中央部を有する筒状ドライブシャフトの製造方法
を提供する。
【０００５】
【発明の概要】本発明によれば、中央部と２つの両端部
とを有する一体細長筒状ドライブシャフトの押出成形が
可能である。この場合、中央部は両端部よりかなり薄い
壁を有する。両端部の付加的に厚い部分は必要とされる
強度・剛性を提供し、更に、カップリング部をも形成し
得る。カップリングは、例えばスプライン等であり、ド
ライブシャフトの両端に形成されるものである。薄い中
央部は、十分な強度を提供すると共に、いくらかの弾性
をも提供する。これにより、動力を伝達する一方で、伝
達される動力の大きさの速い変化を（吸収いかなる時点
でも）できる。更に、その他のショックや振動力を弾性
的に撓んで吸収する。
【０００６】本発明によれば、先ずドライブチューブ
（管材）の薄い壁部の内径に近い内部開口部を有する筒
状ブランクを形成することによってドライブシャフトが
製造される。このブランクは、ブランクが押出される絞
られた押出スロートを有する筒状ダイ内に位置される。
【０００７】動力駆動パンチはダイ内に挿入される。パ
ンチは長手方向に延びるエクステンションを有する。こ
のエクステンションは、ブランクの開口部内にぴったり
と係合（フィット）するが、ブランクの全長を長くしな
い。即ち、エクステンションはダイスロートからの所定
の位置のところで終わる。パンチがブランクをダイスロ
ートの方向へ押すので、まず、ブランクの両端（リーデ
ィングエンド）がダイスロートを通って押出されその外
径が減少される。同時に、材料を内方へつぶす。これに
より、筒状内側開口部が形成され、チューブ（管材）に
は厚壁端部が形成される。押出の長さとブランクの寸法
とを調整することにより、所定長の厚壁筒状部が形成さ
れる。
【０００８】次に、パンチがダイスロートの方向へ動く
と、そのエクステンションはダイスロート内へ入り、パ
ンチが前進する間ダイスロート内に居残る。この間、ブ
ランクがさらに押出されるとブランクの外径はシャフト
の設定外径に押出加工される。しかし、チューブ（管
材）の内径はパンチ押出とブランクの直径にほぼ等しい
ままでいる。これによりドライブシャフトに長さの大き
い薄壁の中央部が形成される。
【０００９】ブランクの押出加工が終了する少し前に、
パンチは停止され完全に取り除かれる。新しいブランク
がダイ内に配された後に、パンチが新しいブランク内に
配置されたそのエクステンションに再びセットされる。
そして、スロートへのパンチの動作により新しいブラン
クが最初のブランクのトレーリングエンド（後端）部に
対してプレスされる。この圧力により上記トレーリング
エンド部の押出が完了する。またこれと同時に、第２の
ブランクのリーディングエンド（前端）が押出される。
これにより第２のブランクのリーディングエンドと第１
のブランクのトレーリングエンドとに厚壁端部が形成さ
れる。
【００１０】第１のブランクが完全に押出されると、第
１のブランクは取外されプロセスが完了し、その次のチ
ューブ（管材）（１つのブランクで１つのチューブ）を
連続的に製造していく。
【００１１】本発明の１つの目的は、１つのパンチを用
いて、細長いチューブ（管材）を製造する簡易化された
方法を提供することである。チューブはかなりの長さを
有することができると共に、細長くされた厚壁端部と薄
壁の長い中央部とを有することができる。これら端部及
び中央部は押出加工により金属冶金（学）的に近似のも
のとなる。従って、必要に応じて、最終的な押出加工ド
ライブシャフトの端部が熱処理されるか、あるいはシャ
フトの全体が熱処理される。例えば、両端が熱処理され
て硬度・耐摩耗性等が改善される。
【００１２】本発明の他の目的は、従来使用されていた
同等のドライブシャフトよりかなり軽量になるように中
空である高強度ドライブシャフトの安価且つ簡易な製造
方法を提供することである。例えば、長さ27インチ、直
径１インチの中実ドライブシャフト（即ち、従来のドラ
イブシャフト）は上述のように約５ポンドの重量を有す
るが、本発明の改良ドライブシャフトはたった約３ポン
ドの重量しか有さない。製品において、２ポンド軽量化
することは自動車産業においてはかなりの重量軽減であ
る。
【００１３】上述されたあるいはされなかった本発明の
目的及び利点は、添付図面がその一部を形成する以下の
詳細な説明より明らかにされる。
【００１４】
【実施例】図１１−図１３は薄壁中央部１１と、この中
央部に一体的な厚壁端部（両端）１２と１３とを有する
軽量ドライブシャフト１０を示している。押出しプロセ
スにより比較的大きな直径の中央開口部１４と、これよ
り小さな直径の開口部１５が両端部１２と１３にそれぞ
れ形成される。例えば、端部開口部１５は、中央部開口
部１４の直径の約半分となるようにしてもよい。
【００１５】ドライブシャフトが押出加工された後、そ
の両端の厚壁端部にはカップリング部が形成される。例
えば、添付図面には、両端部に形成されたスプラインは
１８が示されている。しかしながら、ドライブシャフト
の両端を機械要素に接続するためには、端部にはネジが
切られてもよく、あるいは他のカップリング構造が形成
若しくは設けられてもよい。
【００１６】ドライブシャフトを製造するプロセス（方
法）は、中央開口部又は孔２１を有する管状ブランク
（図１０参照）をもって始まる。上記孔２１の直径は薄
壁中央部１１の内部の所望直径に略等しい。
【００１７】ブランクはダイのオープンエントリーエン
ド（開口受入端）２６を通って管状ダイ２５内へ降下さ
れる。ダイの端部には環状の内方へ延びるショルダー部
２８により区画形成される絞られた（制限された）押出
スロート２７が設けられている。
【００１８】ブランクがダイへ降下された後、パンチ３
０がダイ内へ位置される。パンチ３０は環状のブラント
（blunt)な面３１として形成されるリーディングエンド
部を有する。この面３１はブランクのトレーリングエン
ドにオーバーラップすると共に隣接・接触する。さら
に、パンチはパンチエクステンションを有する。このエ
クステンションの直径はブランクの孔２１の直径に略等
しい。したがって、エクステンションはブランクの孔に
しっかりと係合（フィット）する。
【００１９】パンチエクステンションの長さは、図２に
示されているように、ブランクの高さより少し小さい。
したがって、その自由端はダイスロートから長手方向に
少し隔てられている。
【００２０】図２は、ブランク３０に相対的に位置され
たパンチとダイの内に位置されたブランクを、パンチエ
クステンション３２と共に描いている。次のステップで
は、図３に示されているように、パンチがダイスロート
の方向へ動かされる。これにより、ブランクのリーディ
ングエンドがダイスロートを通って押出される。端部が
押出されると、中央に小径の孔１５を残して端部は径方
向内方につぶされる。この間、パンチエクステンション
はダイスロートの上方に、即ち隔てられて、位置されて
いる。
【００２１】パンチがダイスロートの方向への運動を続
けると、そのエクステンション３２がダイスロートに入
る。そこで、パンチエクステンションはマンドリルのよ
うに作用し、さらに押出が続けば薄壁の中央部がシャフ
トに形成される。ダイがさらに運動を続けると、図５に
示されるように、パンチはダイスロートを通って動き、
マンドリルとしてダイスロート内に居残る。この時点
で、薄壁中央部の押出は終了する。
【００２２】次に、図６に示されるように、パンチがダ
イから取外されると、押出されたブランクにトレーリン
グエンド部が残る。そして、第２のブランク３５（第１
のブランクと同じもの）がダイのエントリーエンドを通
ってダイ内へ降下される。同じパンチがダイ内の所定の
位置に再び配される。次に、パンチが第２のブランクに
当接し、パンチのエクステンションが第２のブランクの
開口部内へ延びていく。ここで再び、パンチがダイスロ
ートの方へ動かされるので、第２のブランクは、パンチ
が第１のブランクをダイスロートを通して押出したよう
な動作をする。
【００２３】図８に示されるように、パンチがさらに
（連続して）動けば（パンチエクステンションはダイス
ロートからは長手方向に隔てられている）、第１のブラ
ンクのトレーリングエンド部が押出され、同時に内方に
つぶされ、厚壁端部１３が形成される。一方、第２のブ
ランクのリーディングエンドもダイスロートを通って押
出され、同様に、内方につぶされて厚壁端部エクステン
ション１２を形成する。
【００２４】次に、図９に示されるように、第２のブラ
ンクのリーディングエンドはダイスロートを通って押出
され続け、第１のブランクをダイスロートから押出す。
よって、押出された第１のブランクが取外されその両端
にカップリング部が形成されることになる。
【００２５】ドライブシャフトの寸法はその用途により
かなり幅がある。例えば全長約27インチ、直径約１イン
チのドライブシャフトで、大開口部の直径約5/8 イン
チ，小開口部の直径約1/4 インチ，薄壁の厚さ約3/16イ
ンチ，厚壁の厚さ約3/8/インチ，端部の長さ 3・1/2 イ
ンチでスチール製ならば約３ポンドの重量である。これ
は同寸法の中実のドライブシャフトが５ポンドの重量で
あるのと比較して大きな差である。
【００２６】中空のドライブシャフトは、金属押出し故
に、諸々の要件に合致するのに十分強い。典型的には、
このようなドライブシャフトはその両端が熱処理される
か、あるいは金属冶金的に改善され（例えば窒化処理に
よって）、その用途に応じ強度，靱性，耐摩耗性が増加
される。
【００２７】ドライブシャフトの寸法は典型的には長さ
約12インチから36インチ，直径約１インチから２イン
チ，端部長さ 3・1/2 インチから 6・1/2 インチの範囲
で変化する。同様に、壁部の厚さは薄壁部では約1/8 イ
ンチから1/4 インチ，厚壁部はその約２部の厚さで変化
する。
【００２８】上述の記載は本発明の実施可能な例を開示
したものである。したがって、上述の記載は単に実施例
を説明するためのものとして読まれるべきで、厳格な限
定として読まれるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ダイ内に位置された押出ブランクの概略断面図
である。
【図２】ブランクとダイ内に位置されたパンチを示す概
略断面図である。
【図３】リーディング部の厚壁部の押出しを示す概略断
面図である。
【図４】薄壁の中央部の押出しの始まりを示す概略断面
図である。
【図５】薄壁の中央部の押出しの終了を示す概略断面図
である。
【図６】中央部の押出しにつづくパンチの取外しを概略
的に描いている。
【図７】ダイ内にある第２のブランクの位置と、第２の
ブランクとダイの内にあるパンチの位置とを概略的に示
している。
【図８】第２のブランクのリーディングエンド部の押出
と、第１のブランクのリーディング厚壁部の押出の終了
を概略的に示している。
【図９】押出された第１のブランクの取外しと、第２の
ブランクの押出しの連続を概略的に且つ部分断面で描い
ている。
【図１０】ブランクの斜視部分断面図である。
【図１１】両端の厚壁部でのスプラインの形成の後の、
押出されたドライブシャフトの斜視部分断面図である。
【図１２】スプライン加工された最終的なドライブシャ
フトの斜視図である。
【図１３】両端にスプラインが形成されたドライブシャ
フトの断面図である。
【図１４】ドライブシャフトの中央部の一部と端部を示
す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ ドライブシャフト １１ 薄壁中央部 １２，１３ 厚壁端部 １４ 大径中央開口部 １５ 小径開口部 １８ スプライン歯 ２０ 管状ブランク（第１のブランク） ２１ 中央開口部 ２５ ダイ ２６ オープンエントリーエンド ２７ ダイスロート ２８ ショルダー部 ３０ パンチ ３１ 環状ブラント面 ３２ パンチエクステンション ３５ 第２のブランク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B21C 23/08 B21C 25/08

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 自動車等で用いられる回転動力伝達用の
    軽量細長ドライブシャフトを製造する方法において、 リーディングエンド（前端）とトレーリングエンド（後
    端）とを有す管状金属ブランクを開口端を有す管状ダイ
    内に配し、該ダイがエントリーエンドを有し、ブランク
    が該エントリーエンドを通って挿入されダイ内に位置さ
    れるものであり、上記ダイが出口を有し、該出口が環状
    の径方向内方に延びるダイスロートとして形成されてお
    り、該ダイスロートの直径が上記ブランクの外径より小
    さく、上記ブランクのリーディングエッヂが上記スロー
    トを通っての押出しのために上記スロートの近くに位置
    され、 力を作用させるためのパンチを上記ダイエントリーエン
    ドへ挿入し、上記パンチを上記ダイにしっかりと挿入係
    合させ、上記パンチが環状の比較的ブラント（blunt)な
    面のリーディングエンドを有し、上記パンチのリーディ
    ングエンドが上記ブランクのトレーリングエンドにオー
    バーラップすると共に係合するようにし、上記パンチが
    長手方向にアライメントされたパンチエクステンション
    を有し、該エクステンションが上記パンチエンドから延
    びて上記ブランクの管状内側開口部に挿入され該開口部
    にしっかりと係合し、上記パンチエクステンションが上
    記ブランクのトレーリングエンドからブランクのリーデ
    ィングエンドに向かって延び、上記エクステンションの
    先端がブランクの内側から所定の距離にあり、 所定の距離だけ上記パンチをそのエクステンションと共
    に上記ダイに対し長手方向にダイスロートの方向へ移動
    し、上記パンチエクステンションが上記ダイスロートか
    ら長手方向内方に隔てられたままであり、上記ブランク
    のリーディングエンドを上記ダイスロートを通して押出
    し、これにより、同時に上記ブランクのリーディングエ
    ンドを径方向内方につぶし上記エンドを所定長の厚壁管
    状押出部とし、この際、上記所定長が上記ダイスロート
    の外にあるパンチエクステンションの長さに相当するよ
    うにし、 上記パンチが上記ダイスロートに入るまで、上記ダイ内
    に位置されて長手方向に動くパンチエクステンションと
    共に上記パンチを動かし続け、その後、この長手方向の
    運動を続けて、対応するブランクの部分を細長い薄壁の
    所定長の部分に押出成形し、 上記薄壁部の押出成形の終了と共に上記パンチの運動を
    停止し、パンチとそのエクステンションをダイの内に残
    っているブランクの部分からをダイの外へ引出し、第１
    のブランクと同様な第２のブランクを上記ダイに挿入
    し、 上記パンチを上記ダイに再び挿入し、この際パンチエク
    ステンションが上記第２のブランクの管状内側開口部に
    しっかりと係合するようにすると共に、上記パンチのブ
    ラントな端部が第２のブランクのトレーリングエンドに
    係合するようにし、これによりパンチエクステンション
    が、第２のブランクのリーディングエンド長手方向内方
    に第１のブランクの場合と略同じ所定の距離のところへ
    上記トレーリングエンドから延び、 上記パンチを長手方向に動かして上記第２のブランクの
    リーディングエンドを上記第１のトレーリングエンドに
    対して強制し第１のブランクのトレーリングエンド部を
    ダイスロートを通して押出し、その後、第２のブランク
    のリーディングエンドがダイスロートを通して押出し、
    一方、パンチエクステンションがダイスロートから長手
    方向内方に隔てられ、第１のブランクと第２のブランク
    のトレーリングエンドとリーディングエンドがダイスロ
    ートを通って押出されるとそれぞれ径方向内方につぶさ
    れて第１のブランクのリーディングエンドに形成された
    厚壁部に相当する厚壁部分が形成され、 上記第１のブランクが上記第２のブランクを動かすこと
    により上記ダイスロートを通って完全に押出されるまで
    上記パンチの動きを続け、その後上述のステップを繰返
    して押出シャフトを連続的に製造することを特徴とする
    方法。
  2. 【請求項２】 厚壁部の押出しの後に、厚壁部の少なく
    とも１つの外面にスプラインを形成するステップをさら
    に有する請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 押出成形されたドライブシャフトの各厚
    壁部の外面にカップリング部を形成するステップをさら
    に有する請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 自動車その他の回転動力システムで機関
    動力を伝達するのに用いられる軽量ドライブシャフトに
    おいて、 上記ドライブシャフトが均一の直径を有する細長い管材
    を備え、 上記管材が中央部とこれに一体的な両端部とを有し、該
    中央部と両端部が一体的に押出成型されて金属冶金学的
    に近似の構造を有しており、 上記中央部が上記端部よりも長く、 上記中央部が薄壁で形成され、上記両端部がそれぞれ同
    じ厚さの厚壁を有し、上記薄壁が上記厚壁の厚さの略半
    分か半分未満であり、 上記ドライブシャフトが、ドライブシャフトを動力伝達
    システム内の動力源及び伝導装置に接続するために、上
    記厚壁端部の外面に形成されたカップリング手段を備え
    ることを特徴とするドライブシャフト。
  5. 【請求項５】 対応するカップリング装置と係合すべ
    く、上記カップリング手段の少なくとも１つがスプライ
    ン加工された請求項４記載のドライブシャフト。
  6. 【請求項６】 上記両端部が同じ長さである請求項５記
    載のドライフシャフト。
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US07/550,303 US5105644A (en) 1990-07-09 1990-07-09 Light weight drive shaft
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JPH0557335A JPH0557335A (ja) 1993-03-09
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