JP5049925B2 - 自在継手外輪の製造方法及び自在継手外輪用中間製品 - Google Patents

Description

本発明は、自在継手外輪の製造技術の改良に関する。

車両の動力伝達系には、撓み軸として等速ジョイントが使用されることが少なくない。この等速ジョイントは各種のものが実用に供されており、中でもトリポート型ジョイントが広く採用されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−３２９２９１公報（図２）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１２は従来の等速ジョイントの要部断面図であり、カップ型の自在継手外輪１００の内周面に、複数本の案内溝１０１が設けられており、これらの案内溝１０１、１０１にローラ１０２、１０２が回転自在に配置されている。これらのローラ１０２、１０２は枝軸１０３、１０３を介して伝動軸１０４の一端に取付けられている。

自在継手外輪１００が入力部材であるときには、案内溝１０１、ローラ１０２、枝軸１０３を介して、自在継手外輪１００から伝動軸１０４へ動力が伝達される。
自在継手外輪１００が出力部材であるときには、枝軸１０３、ローラ１０２、ローラ１０２を介して、伝動軸１０４から自在継手外輪１００へ動力が伝達される。

この際、ローラ１０２が案内溝１０１に沿って軸方向へ移動可能であるため、自在継手外輪１００と伝動軸１０４の相対位置が変化しても、動力の伝達が維持される。軸方向の移動が可能であることが、この種のジョイントの特長である。

ところで、自在継手外輪１００は、大径の丸棒から、冷間鍛造法又は温間鍛造法で大径の穴１０５が開けられ、この穴１０５に沿って案内溝１０１、１０１が設けられ、又、軸方向に延びる軸部１０６が切削により形成されてなる。
丸棒から削り出すために、切削量が大きくなり、材料の歩留まりはよくない。 材料費を低減するには材料の歩留まりをよく必要があり、そのための技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００２−２９５５０４公報（図１、図４）

図１３は従来の等速ボールジョイントの加工法を説明する図であり、（ａ）に示すように、鋼管を塑性変形させることで得たカップ部１１０と、丸棒から削り出した得た軸部１１１とを準備する。軸部１１１には、カップ部１１０の先端部１１２に対応する周溝１１３が設けられており、この周溝１１３へ先端部１１２を挿入する。

次に、（ｂ）に示すように、軸部１１１の後端（図では上端）をパンチ１１４で押圧するとともに、軸部１１１の後端部（図では上端部）の外周を縮径する。この結果、想像線Ａで示す部分が実線で示す位置まで縮径されるとともに、想像線Ｂで示す部分が潰されて増径し、結果、カップ部１１０に軸部１１１が、かしめ結合される。

このように、カップ部１１０と軸部１１１を別々に製造し、後に一体化する製造方法は知れている。この製造方法によれば、材料歩留まりがよくなる。
反面、一体化工程が必須であるため、加工コストが増加する。さらには、軽量化などを目的として中実の軸部１１１を中空の軸部に変えることがある。この場合には、中実の軸部にドリルで穴を開けることになる。すると、加工コストが更に嵩む。このように、加工コストが嵩むことは好ましくない。
そこで、材料コストと加工コストとの両方を低減することができる技術が必要となる。

本発明は、カップ部と軸部とからなる自在継手外輪において、材料コストと加工コストとの両方を低減することができる技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、カップ部と、このカップ部から延びる中空軸部とからなり、前記カップ部内に軸方向に延びる複数本の案内溝が設けられている自在継手外輪の製造方法であって、
前記カップ部の素となる大径筒部と、前記中空軸部の素となる小径筒部と、この小径筒部を前記大径筒部に繋ぐテーパ部とからなる筒形素材を準備し、前記小径筒軸部を囲うように前記案内溝の数と同数の成形用ローラを配置し、前記筒形素材を軸方向へ移動させながら前記テーパ部及び前記大径筒部をこの順に前記成形用ローラで圧縮することで、一対の成形用ローラ間に前記案内溝を塑性成形する自在継手外輪の製造方法において、
前記成形用ローラには、ローラ部とこのローラ部からローラの軸方向に延ばした一対のローラ軸部とからなり、前記ローラ部を収納するローラ収納部及び前記一対のローラ軸部を収納する軸収納部を有するホルダーに回転自在に支持されているものを用いることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、筒形素材は、パイプ素材を絞り加工することで得ることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、カップ部と、このカップ部から延びる中空軸部とからなり、前記カップ部内に軸方向に延びる複数本の案内溝が設けられている、自在継手外輪の仕上げ加工前の中間製品であって、
前記カップ部は、一対の案内溝の間で成形用ローラで径中心へ凸になるように凹溝が形成されており、且つ前記中空軸部から最も離れた端部で、前記案合溝の部分よりも前記凹溝の部分が軸方向に突出していることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、筒形素材に成形用ロールで凹溝を形成することで、中間製品を得る。カップ部と中空軸部とが一体に成形できるため、中空軸部をカップ部に接続する工程が不要であり、加工コストを低減することができる。カップ部と中空軸部とが一体であるため、材料歩留まりがよく、材料コストを低減することができる。特に、軸部の中空化が要求されている場合には、本発明によれば、穴開け加工が不要となり、加工コストを低減することができる。

加えて、請求項１に係る発明では、成形用ロールは、ホルダに回転自在に設けた。塑性加工時に成形用ロールが回転するため、成形のための軸力を小さくすることができると共に、中間製品に擦り傷が発生する心配がない。

請求項２に係る発明では、筒形素材は、パイプ素材を絞り加工することで得ることを特徴とする。
出発材料をパイプ素材とし、このパイプ素材を絞ることで筒形素材を得るようにすれば、材料の歩留まりは飛躍的に向上させることができ、材料コストの一層の低減を図ることができる。

請求項３に係る発明は、カップ部は、一対の案内溝の間で成形用ローラで径中心へ凸になるように凹溝が形成されており、且つ中空軸部から最も離れた端部で、案合溝の部分よりも凹溝の部分が軸方向に突出している。凹溝の部分は成形用ローラで押されて肉が薄くなる。この結果、凹溝の部分が軸方向に突出する。この突出部分は、次の仕上げ成形で凹凸が最小になるようにする。

それを条件として、筒形素材に成形用ロールで凹溝を形成することで、中間製品を得る。カップ部と中空軸部とが一体に成形できるため、中空軸部をカップ部に接続する工程が不要であり、加工コストを低減することができる。カップ部と中空軸部とが一体であるため、材料歩留まりがよく、材料コストを低減することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る自在継手外輪用中間製品の斜視図であり、自在継手外輪用中間製品１０は、カップ部１１と、このカップ部１１から延びる中空軸部１２とからなり、カップ部１１には軸方向に延びる凹溝１３が形成され、この凹溝１３の先端（中間軸部１２から最も離れた端部。図では下端）が軸方向に突出している。この凸部１４は、後の仕上げ工程で最小となる。

図２は自在継手外輪用中間製品のカップ部の断面図であり、カップ部１１の内周面に、複数本（実施例では３本）の案内溝１５、１５、１５が形成されている。そして、隣り合う一対の案内溝１５、１５の間に、成形用ローラで径中心へ凸になるように凹溝１３、１３、１３が形成されている。

外周面においては、凹溝１３と凹溝１３との間が一般面１６となる。この一般面１６が、後に説明する筒形素材の外周面に相当し、このような一般面１６から、中心へ絞り加工されることで凹溝１３、１３、１３が形成され、残った部位に案内溝１５、１５、１５が形成されたとも言える。

図３は図２の３−３線断面図であり、カップ部１１に中空軸部１２が一体形成されており、外側一般面１６に対して、凹溝１３は肉が薄くなっていることが分かる。

図４は自在継手外輪用中間製品の展開図であり、凹溝１３の先端（中間軸部１２から最も離れた端部。図では下端）が軸方向に突出して、凸部１４となっている。すなわち、凹溝１３を形成する段階で、素材が局部的に薄肉化し、結果、軸方向へ突出して、凸部１４ができた。
このような凸部１４の存在により、自在継手外輪用中間製品１０が、ローラにより絞り加工で製造されたことが分かる。

以上に述べたように、本発明の自在継手外輪用中間製品１０は、図１に示すように、カップ部１１と、このカップ部１１から延びる中空軸部１２とからなる仕上げ加工前の中間製品であって、カップ部１１は、一対の案内溝１５、１５（図２）の間で成形用ローラで径中心へ凸になるように凹溝１３、１３が形成されており、且つ中空軸部１２から最も離れた端部で、案合溝１３の部分よりも凹溝１３の部分が軸方向に突出して凸部１４となっていることを特徴とする。

以上の構成からなる自在継手外輪用中間製品１０の製造方法を次に説明する。
図５は筒形素材の製造装置の原理図であり、筒形素材の製造装置２０は、筒形素材の外側形状を規定する成形穴２１を有するダイ２２と、筒形素材の内側形状を規定するパンチ２３とからなり、パンチ２３にはパイプ素材の後端を押す鍔部２４が備えられている。

この鍔部２４は、便宜的にパンチ２３と一体にしたが、パンチ２３とは別の円筒にしてもよい。この場合は、円筒の下端面が鍔部となる。円筒にすれば、パンチ２３とは独立した作動をさせることでき、制御の自由度が高まる。この場合でも、円筒をパンチ２３に同期させることは無論可能である。

図６は筒形素材の製造装置の作用図であり、（ａ）に示すように、ダイ２２の成形穴２１にパイプ素材２６をセットする。パイプ素材２６は、所定の長さに切断した鋼管を採用することができる。鋼管であれば、材料コストは小さくなる。
次に、パイプ素材２６内へパンチ２３を挿入する。
すると、（ｂ）に示すように、鍔部２４がパイプ素材２６を押し下げる。この結果、パイプ素材２６は下端は、成形穴２１に沿って中心へ曲がり、縮径される。
結果、（ｃ）に示すように、ダイ２２とパンチ２３とで絞り加工され、筒形素材３０が得られる。

図７は筒形素材の断面図であり、筒形素材３０は、カップ部（図１、符号１１）の素となる大径筒部３１と、中空軸部（図１、符号１２）の素となる小径筒部３２と、この小径筒部３２を大径筒部３１に繋ぐテーパ部３３とからなる。
以上のように筒形素材３０は、パイプ素材を出発材料とし、このパイプ素材に絞り加工を施すことで得ることができ、材料コストを低減することができる。しかし、筒形素材３０は、絞り加工の他、熱間鍛造や温間鍛造でも製造することができるため、製造方法は絞り加工に限定するものではない。

筒形素材３０を自在継手外輪用中間製品（図１、符号１０）に加工する中間製品製造装置の構造を次に説明する。
図８は中間製品製造装置の原理図であり、中間製品製造装置４０は、第１成形用ローラ４１と第２成形用ローラ４２を備えているホルダ４３と、マンドレル兼用パンチ４４を備えている昇降部材４５とからなる。ホルダ４３はローラ４１、４２を組込むことができるように、第１型〜第４型４６〜４９に分割可能とされ、左右の分割型５１、５２で分離不能に抑えられている。左右の分割型５１、５２を左右に分離すると、第１型〜第４型４６〜４９は互いに分離することができる。

図９は図８の９−９線断面図であり、マンドレル兼用パンチ４４は、案内溝（図２、符号１５）を形成する溝形成凸条部５３、５３、５３と、凹溝（図２、符号１３）を形成する溝形成凹条部５４、５４、５４とを有する。

図１０は図８の１０−１０線断面図（第４型４９及び分割型５１、５２は省略した。）であり、第１成形用ローラ４１は、ローラ部５６と、このローラ部５６からローラの軸方向に延ばした一対のローラ軸５７、５７とからなる。第２成形用ローラ（図８、符号４２）も同様である。
第３型４８には、ローラ部５６を収納する、ローラ収納部５８と、一対のローラ軸５７、５７を収納する軸収納部５９、５９と、マンドレル兼用パンチ（図８、符号４４）を挿入させるダイ穴６１とが開けられている。

そして、軸収納部５９、５９にローラ軸５７、５７を収納し、ローラ収納部５８にローラ部５６を収納すると、ローラ部５６の一部がダイ穴６１へ突出するように、軸収納部５９、５９が位置決めされている。
図８に示した第１型４６、第２型４７及び第４型４９にも、ローラ収納部５８、軸収納部５９、５９及びダイ穴６１が設けられているが、詳細な説明は省略する。

以上に述べた中間製品製造装置の作用を次に説明する。
図１１は中間製品製造装置の作用説明図であり、（ａ）は図８の１１ａ−１１ａ断面図に相当し、（ａ）に示されるように、パンチ２３に筒形素材３０をセット（装着）する。筒形素材３０と溝形成凹条部５４、５４、５４との間に、大きな隙間ができる。

次に、パンチ２３を下げて、（ｂ）に示すように筒形素材３０を軸方向（図で表から奥へ）へ移動させながら、第１成形用ローラ４１、４１、４１の間を通す。 すると、ローラ部５６、５６、５６が溝形成凹条部５４、５４、５４へ筒形素材３０を押す。押された部分が、凹溝１３、１３、１３となる。一方、隣り合う一対の成形用ローラ４１、４１間は、溝形成凸条部（（ａ）、符号５３）で規制され、案内溝１５が成形される。

この間、第１成形用ローラ４１、４１、４１は自由に回転するため、第１成形用ローラ４１、４１、４１と筒形素材３０との間に発生する接触抵抗は、極く小さくなる。この結果、パンチ２３に作用する軸力は小さくなり、筒形素材３０に擦り傷が発生する心配はない。

第２成形用ローラ４２は第１成形用ローラ４１と同様である。ただし、第１成形用ローラ４１を第１次加工（粗加工）、第２成形用ローラ４２を第２次加工（仕上げ加工）として作業を分担させる。なお、第２成形用ローラ４２は省略してもよい。

以上に述べた製造方法により、図１で説明した自在継手外輪用中間製品１０を得ることができる。

また、本発明の自在継手外輪用中間製品は、車両の動力伝達系に配置する等速ボールジョインに好適であるが、一般産業機械の動力伝達系に配置する等速ボールジョインに適用することは差し支えない。

本発明の自在継手外輪用中間製品は、車両の動力伝達系に配置する等速ボールジョインに好適である。

本発明に係る自在継手外輪用中間製品の斜視図である。 自在継手外輪用中間製品のカップ部の断面図である。 図２の３−３線断面図である。 自在継手外輪用中間製品の展開図である。 筒形素材の製造装置の原理図である。 筒形素材の製造装置の作用図である。 筒形素材の断面図である。 中間製品製造装置の原理図である。 図８の９−９線断面図である。 図８の１０−１０線断面図である。 中間製品製造装置の作用説明図である。 従来の等速ジョイントの要部断面図である。 従来の等速ボールジョイントの加工法を説明する図である。

符号の説明

１０…自在継手外輪用中間製品、１１…カップ部、１２…中空軸部、１３…凹溝、１５…案内溝、２０…筒形素材の製造装置、２４…鍔部、２６…パイプ素材、３０…筒形素材、３１…大径筒部、３２…小径筒部、３３…テーパ部、４０…中間製品製造装置、４１…成形用ローラ（第１成形用ローラ）、４２…成形用ローラ（第２成形用ローラ）、４３…ホルダ、４４…マンドレル兼用パンチ、５６…ローラ部、５７…ローラ軸、５８…ローラ収納部、５９…軸収納部。

Claims (3)

1. カップ部と、このカップ部から延びる中空軸部とからなり、前記カップ部内に軸方向に延びる複数本の案内溝が設けられている自在継手外輪の製造方法であって、
   前記カップ部の素となる大径筒部と、前記中空軸部の素となる小径筒部と、この小径筒部を前記大径筒部に繋ぐテーパ部とからなる筒形素材を準備し、前記小径筒軸部を囲うように前記案内溝の数と同数の成形用ローラを配置し、前記筒形素材を軸方向へ移動させながら前記テーパ部及び前記大径筒部をこの順に前記成形用ローラで圧縮することで、一対の成形用ローラ間に前記案内溝を塑性成形する自在継手外輪の製造方法において、
   前記成形用ローラには、ローラ部とこのローラ部からローラの軸方向に延ばした一対のローラ軸部とからなり、前記ローラ部を収納するローラ収納部及び前記一対のローラ軸部を収納する軸収納部を有するホルダーに回転自在に支持されているものを用いることを特徴とする自在継手外輪の製造方法。
2. 前記筒形素材は、パイプ素材を絞り加工することで得ることを特徴とする請求項１記載の自在継手外輪の製造方法。
3. カップ部と、このカップ部から延びる中空軸部とからなり、前記カップ部内に軸方向に延びる複数本の案内溝が設けられている、自在継手外輪の仕上げ加工前の中間製品であって、
   前記カップ部は、一対の案内溝の間で成形用ローラで径中心へ凸になるように凹溝が形成されており、且つ前記中空軸部から最も離れた端部で、前記案合溝の部分よりも前記凹溝の部分が軸方向に突出していることを特徴とする自在継手外輪用中間製品。

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