JP4971825B2 - シャフトの製造方法及びその製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、シャフトの製造方法及びその製造装置に関し、詳細には長尺で且つ力の伝達に適したシャフトを製造する方法及びその装置に関する。
従来から、自動車用のシャフトは、エンジンからの動力伝達経路の一部として用いられ、すなわち、エンジンの回転運動を回転駆動力として駆動輪等へと伝達している。このシャフトに対しては、車両の燃費向上を図るために軽量化が求められ、また、振動を低減し静粛性の向上を図るために高剛性化が求められている。
軽量化を目的としたシャフトの製造方法としては、特許文献１に示すような方法が知られている。この製造方法では、中空円管１００の一端の端部１０２を金型１０４のキャビティ１０６に押し込んで、絞り加工により縮径した後に（図８Ａ参照）、端部１０２の開口部にマンドレル１０８を押し込み、キャビティ１０６の内周面とマンドレル１０８の外周面との間で端部１０２に対してしごき成形を施し、中空円管１００の一端の端部１０２の加工を終了し（図８Ｂ参照）、次いで、前記中空円管１００の他端を同じ工程で加工することによりシャフトが製造される。
また、シャフトの高剛性化を目的としたシャフトの製造方法としては、特許文献２に示すように、高周波焼入をした炭素鋼を用いる製造方法が知られている。
しかしながら、特許文献１に示されたシャフトは中空のシャフトであって、肉厚が薄く、強度の点から中空円管１００の両端部を同時に加工することは難しい。従って、両端を同時に加工することにより、工程数を削減し製造時間の短縮を図ることは困難であった。
また、特許文献２に示されたシャフトは表面硬さが大きく、中実丸棒の両端部を同時に旋盤によりレース加工することは難しく、結局工程数を削減し製造時間の短縮を図ることは不可能である。
本発明は、上記の課題を考慮してなされたものであって、中実丸棒の両端部を同時に絞り加工することにより簡便にシャフトを製造することが可能であり、これによって工程数を削減し製造時間を短縮するとともに品質に優れたシャフトの製造方法及びその製造装置を提供することを目的とする。
本発明に係るシャフトの製造方法は、両端が開口された円柱状のキャビティを有する第１絞り金型と第２絞り金型を備え、前記第１絞り金型と前記第２絞り金型の各キャビティの第１開口部及び第２開口部の直径は、前記各キャビティ内に形成された成形ランド部の直径よりも大きく形成され、前記各第１開口部から前記各成形ランド部にかけてテーパ部が形成され、前記第１絞り金型の前記キャビティ内に形成された前記テーパ部と前記キャビティの軸線方向とのなす角度と、前記第２絞り金型の前記キャビティ内に形成された前記テーパ部と前記キャビティの軸線方向とのなす角度が等しく形成され、前記中実丸棒を前記各第１開口部に挿入する工程と、前記各第１開口部が互いに近づく方向に前記第１絞り金型と前記第２絞り金型の少なくともいずれか一方を移動し、前記各第１開口部に挿入された前記中実丸棒の両端部を前記各テーパ部及び前記各成形ランド部によって絞り成形する工程とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、中実丸棒の両端部を同時に絞り成形することにより、シャフトの製造工程を削減し製造時間の短縮を図ることができる。
また、他の本発明に係るシャフト製造装置は、両端が開口された円柱状のキャビティを有する第１絞り金型と第２絞り金型を備え、前記各キャビティの第１開口部及び第２開口部の直径は、前記第１絞り金型と前記第２絞り金型の各キャビティ内に形成された成形ランド部の直径よりも大きく形成され、前記各第１開口部から前記各成形ランド部にかけてテーパ部が形成され、前記第１絞り金型の前記キャビティ内に形成された前記テーパ部と前記キャビティの軸線方向とのなす角度と、前記第２絞り金型の前記キャビティ内に形成された前記テーパ部と前記キャビティの軸線方向とのなす角度が等しく、前記中実丸棒を前記各第１開口部に挿入した後に前記各第１開口部が互いに近づく方向に前記第１絞り金型と前記第２絞り金型の少なくともいずれか一方を移動し、前記中実丸棒の両端部を前記各テーパ部及び前記各成形ランド部によって絞り成形することを特徴とする。
さらに、前記第１絞り金型と前記第２絞り金型のいずれか一方が固定されていてもよい。
さらにまた、前記第１絞り金型と前記第２絞り金型の間に、前記シャフトを貫通するための貫通孔が形成されたガイド金型を設けることにより、中実丸棒の両端部を同時に絞り成形する際に中実丸棒に生じ得る座屈や据え込みを防ぎ、品質の優れたシャフトを得ることができる。
本発明によれば、中実丸棒の両端部を同時に絞り成形することにより、シャフトの製造工程を削減し製造時間の短縮を図ることができる。また、第１絞り金型と第２絞り金型との間にガイド金型を設けることにより、中実丸棒の両端部を同時に絞り成形する際に中実丸棒に生じ得る座屈や据え込みを防ぎ、品質の優れたシャフトを得ることができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るシャフト製造装置１０の概略説明図である。
シャフト製造装置１０は、柱状の絞り金型１２Ａ（第１絞り金型）と絞り金型１２Ｂ（第２絞り金型）を備える。絞り金型１２Ａ、１２Ｂには、両端が開口された円柱状のキャビティ１４Ａ、１４Ｂがそれぞれ形成されており、キャビティ１４Ａの一端の第１開口部１６Ａから成形素材である中実丸棒５０が挿入される。キャビティ１４Ａには、中実丸棒５０を絞り成形するための成形ランド部１８Ａと、前記第１開口部１６Ａから成形ランド部１８Ａにかけて形成されたテーパ部２０Ａと、中実丸棒５０を絞り成形した後に逃がすための第２開口部２２Ａが形成されている。第１開口部１６Ａの直径は、中実丸棒５０の直径とほぼ等しく、且つ成形ランド部１８Ａの直径よりも大きく形成されている。テーパ部２０Ａは、キャビティ１４Ａの軸線方向となす角度が所定の角度αとなるように形成されている（図２参照）。また、第２開口部２２Ａの直径は、成形ランド部１８Ａの直径よりも大きく形成されている。なお、絞り金型１２Ｂの構成は、前記絞り金型１２Ａの構成と対称的であるために、絞り金型１２Ａの構成要素を示す参照符号Ａの代わりに参照符号Ｂを付し、その詳細な説明を省略する。ここで、テーパ部２０Ａがキャビティ１４Ａの軸線方向となす角度と、テーパ部２０Ｂがキャビティ１４Ｂの軸線方向となす角度はともに角度αとなるように形成されている。
次に、前記第１実施形態に係るシャフト製造装置１０を用いたシャフトの製造方法について説明する。
まず、絞り金型１２Ａと絞り金型１２Ｂを第１開口部１６Ａ、１６Ｂが対向するように配設し、中実丸棒５０を第１開口部１６Ａ、１６Ｂに挿入し、絞り金型１２Ａ、１２Ｂを互いに近づく方向に移動する（図３Ａ参照）。中実丸棒５０がテーパ部２０Ａ、２０Ｂに到達した後、さらに絞り金型１２Ａ、１２Ｂを互いに近づく方向に移動する。成形ランド部１８Ａ、１８Ｂ及びテーパ部２０Ａ、２０Ｂの直径は、中実丸棒５０の直径よりも小さいために、絞り金型１２Ａ、１２Ｂを移動させることにより、成形ランド部１８Ａ、１８Ｂ及びテーパ部２０Ａ、２０Ｂによって中実丸棒５０の両端部が絞り成形される。中実丸棒５０の両端部のうち所望の範囲が絞り成形されるまで、絞り金型１２Ａ、１２Ｂを互いに近づく方向に変位動作を続行する（図３Ｂ参照）。
中実丸棒５０の所望の範囲で絞り成形が終了した後に、絞り金型１２Ａ、１２Ｂを互いに離間する方向に移動させ、絞り金型１２Ａ、１２Ｂから中実丸棒５０を外すことにより、中央部が両端部よりも拡径した形状の所望のシャフト５２が得られる（図３Ｃ参照）。
上記のシャフトの製造方法では、絞り金型１２Ａ、１２Ｂの両方を互いに近づける方向に移動させていたが、絞り金型１２Ａ、１２Ｂのいずれか一方、例えば、絞り金型１２Ａを固定し、絞り金型１２Ｂを移動可能な状態で、中実丸棒５０を第１開口部１６Ａ、１６Ｂに挿入し（図４Ａ参照）、絞り金型１２Ｂのみを移動させることにより、中実丸棒５０の両端部を絞り成形してもよい（図４Ｂ参照）。かかる場合であっても、絞り金型１２Ａ、１２Ｂを構成するテーパ部２０Ａ、２０Ｂのキャビティ１４Ａ、１４Ｂの軸線方向に対する角度は角度αと等しいために、同様に絞り成形された所望のシャフト５２を得ることができる（図３Ｃ参照）。
なお、絞り金型１２Ａ、１２Ｂの両方を移動させ、中実丸棒５０を絞り成形する場合のテーパ部２０Ａ、２０Ｂに対する負荷は、絞り金型１２Ａを固定し、絞り金型１２Ｂを移動した場合のテーパ部２０Ａ、２０Ｂに対する負荷と比べて半分になる。
以上説明したように、第１実施形態に係るシャフトの製造方法及び装置では、両端が開口された円柱状のキャビティ１４Ａを有する絞り金型１２Ａ（第１絞り金型）とキャビティ１４Ｂを有する絞り金型１２Ｂ（第２絞り金型）を用いている。この場合、キャビティ１４Ａ、１４Ｂの第１開口部１６Ａ、１６Ｂ及び第２開口部２２Ａ、２２Ｂの直径は、キャビティ１４Ａ、１４Ｂ内に形成された成形ランド部１８Ａ、１８Ｂの直径よりも大きく形成されている。しかも、第１開口部１６Ａ、１６Ｂから成形ランド部１８Ａ、１８Ｂにかけてテーパ部２０Ａ、２０Ｂが形成され、絞り金型１２Ａに形成されたテーパ部２０とキャビティ１４Ａの軸線方向とのなす角度と、絞り金型１２Ｂに形成されたテーパ部２０とキャビティ１４Ｂの軸線方向とのなす角度が等しく形成されている。このシャフト製造装置１０を用いて、中実丸棒５０を第１開口部１６Ａ、１６Ｂに挿入し、第１開口部１６Ａ、１６Ｂが互いに近づく方向に絞り金型１２Ａと絞り金型１２Ｂの少なくともいずれか一方を移動し、第１開口部１６Ａ、１６Ｂに挿入された中実丸棒５０の両端部をテーパ部２０Ａ、２０Ｂ及び成形ランド部１８Ａ、１８Ｂによって絞り成形することにより、所望のシャフトを製造することができる。この場合、絞り金型１２Ａ、１２Ｂのいずれか一方を固定し、他方のみを移動させることにより、中実丸棒５０の両端部を絞り成形してもよい。
本実施形態のシャフトの製造方法及びその装置では、中実丸棒５０の両端部を同時に絞り成形することにより、シャフトの製造工程を削減し製造時間の短縮を図ることができる。
図５は、本発明の第２実施形態に係るシャフト製造装置３０の概略説明図である。この場合、第１実施形態と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。この第２実施形態に係るシャフト製造装置３０では、シャフト製造装置１０に対して絞り金型１２Ａ、１２Ｂの間にガイド金型３２が介装されている。
柱状のガイド金型３２には、中実丸棒５０を挿入し誘導するための貫通孔３４が形成されている。貫通孔３４の直径は、図６に示すように貫通孔３４への中実丸棒５０の挿入を容易にするために、中実丸棒５０を貫通孔３４へ挿入した場合に所定のクリアランス３６が形成されるように、中実丸棒５０の直径よりも大きい。
次に、第２実施形態のシャフトの製造方法について、第２実施形態に係るシャフト製造装置３０との関連で以下説明する。
まず、ガイド金型３２に中実丸棒５０を挿入し、次に、絞り金型１２Ａ、１２Ｂを第１開口部１６Ａ、１６Ｂが対向するように配設し、中実丸棒５０を第１開口部１６Ａ、１６Ｂに挿入する（図７Ａ参照）。次いで、中実丸棒５０の両端部のうち所望の範囲で絞り成形されるまで、絞り金型１２Ａ、１２Ｂを互いに近づく方向に移動する（図７Ｂ参照）。
所望の範囲が絞り成形が終了した後に、絞り金型１２Ａ、１２Ｂを離間する方向に移動させ、絞り金型１２Ａ、１２Ｂから中実丸棒５０を外し、さらにガイド金型３２から中実丸棒５０を外すことにより所望のシャフト５２が得られる。
上記のシャフトの製造方法では、絞り金型１２Ａ、１２Ｂの両方を互いに近づける方向に移動させていたが、絞り金型１２Ａ、１２Ｂのいずれか一方、例えば、絞り金型１２Ａを固定し、絞り金型１２Ｂが移動可能な状態で中実丸棒５０の端部を絞り成形してもよい。かかる場合には、絞り金型１２Ａの第１開口部１６Ａとガイド金型３２の貫通孔３４の位置が合うように絞り金型１２Ａとガイド金型３２を配設した後に、絞り金型１２Ａにガイド金型３２の端部が当接した状態で中実丸棒５０を貫通孔３４を介して、絞り金型１２Ａの第１開口部１６Ａに挿入する。次いで、中実丸棒５０の両端部のうち所望の範囲が絞り成形されるまで、絞り金型１２Ｂを移動させることにより、中実丸棒５０の両端部を絞り成形してもよい。
なお、第２実施形態に係るシャフト製造装置３０では、絞り金型１２Ａ、１２Ｂとガイド金型３２を別体としていたが、このガイド金型３２を絞り金型１２Ａ又は絞り金型１２Ｂと一体形成してもよい。また、前記第２実施形態では、絞り金型１２Ａと絞り金型１２Ｂの間に１のガイド金型３２を配置していたが、これらの絞り金型１２Ａ、１２Ｂの間に２以上のガイド金型３２を挟んでもよい。
以上説明したように第２実施形態に係るシャフトの製造方法及びその装置では、絞り金型１２Ａと絞り金型１２Ｂの間に設けられたガイド金型３２に形成された貫通孔３４に中実丸棒５０を挿入した後に、中実丸棒５０の両端部を絞り成形することにより、中実丸棒５０が相当長い場合であっても中実丸棒５０に生じうる座屈や据え込みを防ぐことができる。
なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
１０、３０…シャフト製造装置 １２Ａ、１２Ｂ…絞り金型
１４Ａ、１４Ｂ、１０６…キャビティ １６Ａ、１６Ｂ…第１開口部
１８Ａ、１８Ｂ…成形ランド部 ２０Ａ、２０Ｂ…テーパ部
２２…第２開口部 ３２…ガイド金型
３４…貫通孔 ３６…クリアランス
５０…中実丸棒 ５２…シャフト
１４Ａ、１４Ｂ、１０６…キャビティ １６Ａ、１６Ｂ…第１開口部
１８Ａ、１８Ｂ…成形ランド部 ２０Ａ、２０Ｂ…テーパ部
２２…第２開口部 ３２…ガイド金型
３４…貫通孔 ３６…クリアランス
５０…中実丸棒 ５２…シャフト
Claims (3)
- 両端が開口された円柱状のキャビティを有する第１絞り金型と第２絞り金型を用いたシャフトの製造方法であって、
前記第１絞り金型と前記第２絞り金型の各キャビティの第１開口部及び第２開口部の直径は、前記各キャビティ内に形成された成形ランド部の直径よりも大きく形成され、
前記各第１開口部から前記各成形ランド部にかけてテーパ部が形成され、
前記第１絞り金型の前記キャビティ内に形成された前記テーパ部と前記キャビティの軸線方向とのなす角度と、前記第２絞り金型の前記キャビティ内に形成された前記テーパ部と前記キャビティの軸線方向とのなす角度が等しく形成され、
中実丸棒を、前記第１絞り金型と前記第２絞り金型の間に設けられたガイド金型に形成された貫通孔に挿入するとともに、前記各第１開口部に挿入する工程と、
前記各第１開口部が互いに近づく方向に前記第１絞り金型と前記第２絞り金型の少なくともいずれか一方を移動し、前記各第１開口部に挿入された前記中実丸棒の両端部を前記各テーパ部及び前記各成形ランド部によって絞り成形する工程とを備えることを特徴とするシャフトの製造方法。 - 両端が開口された円柱状のキャビティを有する第１絞り金型と第２絞り金型を備えるシャフト製造装置であって、
前記第１絞り金型と前記第２絞り金型の間に、貫通孔が形成されたガイド金型を有し、
前記第１絞り金型と前記第２絞り金型の各キャビティの第１開口部及び第２開口部の直径は、前記各キャビティ内に形成された成形ランド部の直径よりも大きく形成され、
前記各第１開口部から前記各成形ランド部にかけてテーパ部が形成され、
前記第１絞り金型の前記キャビティ内に形成された前記テーパ部と前記キャビティの軸線方向とのなす角度と、前記第２絞り金型の前記キャビティ内に形成された前記テーパ部と前記キャビティの軸線方向とのなす角度が等しく形成され、
中実丸棒を、前記ガイド金型の前記貫通孔に挿入するとともに前記各第１開口部に挿入した後に、前記各第１開口部が互いに近づく方向に前記第１絞り金型と前記第２絞り金型の少なくともいずれか一方を移動し、前記中実丸棒の両端部を前記各テーパ部及び前記各成形ランド部によって絞り成形することを特徴とするシャフト製造装置。 - 請求項２記載のシャフト製造装置において、
前記第１絞り金型と前記第２絞り金型のいずれか一方が固定されていることを特徴とするシャフト製造装置。
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