JP5060424B2 - 中空シャフトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両のプロペラシャフトやドライブシャフト等の中空シャフトの製造方法に関する。

車両のプロペラシャフトやドライブシャフトの両端部に取り付けられる自在継手が雌スプラインを有し、プロペラシャフトやドライブシャフトの両端部に形成された雄スプラインが、自在継手の雌スプラインと嵌合して揺動できるように球面に形成されていることが知られている。

ここで、プロペラシャフトやドライブシャフトの軽量化のためにパイプのような中空素材を用いた場合には、中空素材の両端部に転造によりスプラインを形成することはできないという問題がある。

そこで、スタブに自在継手を取り付けるためのスプラインを転造し、このスタブを中空素材に結合してチューブシャフトを製造することが知られている（特許文献１参照）。
特開平１０−２６７０２７号公報

しかし、車両のプロペラシャフトやドライブシャフトの両端部におけるスタブは中実であり、軽量化を図るためには、パイプにスタブを結合した両端部に転造によりスプラインを形成した後に肉抜き加工により中空にするため、コストが嵩むという問題がある。

本発明は、車両のプロペラシャフトやドライブシャフトが軽量化されるとともに球面スプラインが形成可能な中空シャフトを安価に製造できる方法を提供することを目的とする。

本発明の中空シャフトの製造方法は、棒状の中空素材を一端からしごいて任意の長さに形成するしごき工程と、前記しごき工程によりしごかれた中空素材の両端部に軸方向に対して平行となるようにストレートスプラインをプレス成形するストレートスプライン形成工程と、前記ストレートスプライン形成工程により形成されたストレートスプラインを、内側面が球形の割り型で外側から径方向にプレス成形する球形スプライン形成工程とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、棒状の中空素材を一端からしごいて任意の長さに形成し、しごかれた中空素材の両端部に軸方向に対して平行となるようにストレートスプラインをプレス成形し、ストレートスプラインを球形の割り型で外側から径方向にプレス成形する。中空シャフトにスプラインを形成するには、プレス加工による軸方向成形によりスプラインを形成することが有効であるが、球面スプラインは形成方向に対して型抜きができない形状である。そこで本発明では、ストレートスプラインを球形の割り型で外側から径方向にプレス成形することにより、車両のプロペラシャフトやドライブシャフトが軽量であるとともに球面スプラインが形成可能な中空シャフトが製造される。

本発明の中空シャフトの製造方法においては、球形の割り型で径方向にプレス成形する際に、割り型の割り位置が歯先にあると歯先にバリが生じてしまうが、前記割り型の割り位置をスプラインの歯底とすることにより、上記のバリが生じることを防止することができる。
また、本発明によれば、１つの棒状中空素材から成形される中空シャフトであって、当該中空シャフトの軸方向において球面スプラインが形成された範囲に中空部を有し、該球面スプラインはプレス成形により形成されたものであることを特徴とする中空シャフトが提供される。

図１は、本発明の方法で製造される中空シャフトの一例として、プロペラシャフトを示す。プロペラシャフト１０は、車両のエンジントランスミッションの駆動力をディファレンシャルギアに伝達するようにエンジントランスミッションとディファレンシャルギアとの間に設けられる。
本発明の実施形態のプロペラシャフト１０は、円筒部１２と中空部１４とを有する所定長さに形成され、プロペラシャフト１０の両端部１６，１８には、球形スプライン２０が形成されている。この中空シャフトは、後述のように、１つの棒状中空素材から成形され、その軸方向においてプレス成形により球面スプライン２０が形成された範囲に中空部１４を有するものである。
球形スプライン２０は、プロペラシャフト１０がエンジントランスミッションおよびディファレンシャルギアと噛み合って揺動できるように形成されている。球形スプライン２０は、インボリュート歯車の歯型となるように形成されている。

エンジントランスミッションとプロペラシャフト１０との嵌合部、およびプロペラシャフト１０とディファレンシャルギアとの嵌合部には、嵌合部を覆うブーツが設けられる。ブーツは、ブーツバンドでプロペラシャフトに固定される。プロペラシャフト１０の左右両側には、ブーツバンドを固定するためのブーツバンド溝２１が設けられている。

次に、プロペラシャフト１０を製造する工程について、図２および図３を参照して説明する。

まず、棒状の中空素材から所定長さに切断された中空ブロック２２を形成する。中空ブロック２２の素材としては、Ｓ４５Ｃが挙げられる。なお、中空素材として、Ｓ４５Ｃのパイプ材は比較的安価であり、形成工程の後工程で硬度が必要な部分だけ局部的に高周波焼入れできるから、製造コストを抑えることができる。

次いで、中空ブロック２２を、一端から所定長さしごいて中空ブロック２２の端部を任意の長さにまで延伸し形成する（しごき工程）。この工程は、図中では３段階に分けて示しているが連続工程で行われる。しごき工程中の中空ブロック２４ａは、長さ方向に一端から略１／３までしごかれており、しごかれた部位は縮径するとともにしごき方向に伸びて端部を任意の長さにまで延伸し形成されている。しごき工程中の中空ブロック２４ｂは、長さ方向に一端から略２／３までしごかれており、しごかれた部位は縮径するとともにしごき方向に伸びて端部を任意の長さにまで延伸し形成されている。しごき工程後の中空ブロック２４ｃは、長さ方向に一端から略２／３以上であり他端から所定の長さまでしごかれており、しごかれた部位は縮径するとともにしごき方向に伸びて端部を任意の長さにまで延伸し形成されている。

そして、中空ブロック２４ｃの両端部の外面にストレートスプラインが形成された中空ブロック２６が形成される（ストレートスプライン形成工程）。ストレートスプラインは、図３（ａ）に示す金型により成形される。図３（ａ）に示す金型は、円筒状に形成され円筒の内側に雌のスプラインが形成されているダイ５０と、ワークである中空ブロック２４ｃをダイ５０の内部にプレスするパンチ５２と、中空ブロック２４ｃの中空部に挿入されるインサートピン５４から構成されている。

ストレートスプラインの形成については、ダイ５０の中空部の軸に中空ブロック２４ｃの中空部の軸が一致するようにダイ５０に中空ブロック２４ｃを位置決めし、中空ブロック２４ｃの中空部にインサートピン５４を挿入し、中空ブロック２４ｃをパンチ５２で下方向にプレスすることで、ストレートスプラインが形成される。形成後は、パンチ５２と中空ブロック２４ｃが密着しているインサートピン５４を、ダイ５０から上方向に抜くとともに中空ブロック２６の端面を押すことでパンチ５２およびインサートピン５４から中空ブロック２６が離型される。

その後、中空ブロック２６の中央部を細くする溝加工をして中空ブロック２７が形成され、両端面を仮仕上げする端面加工をして中空ブロック２８が形成される。

次いで、中空ブロック２８の両端部に形成されたストレートスプラインを球面スプラインにして中空ブロック２９，３０が形成される（球面スプライン形成工程）。中空ブロック２９は、プロペラシャフト１０の一端部１６に球面スプライン２９ａが形成された中空ブロックである。中空ブロック３０は、プロペラシャフト１０の両端部１６，１８に球面スプライン２９ａ，３０ａが形成された中空ブロックである。球面スプライン２９ａ，３０ａは、図３（ｂ）に示す金型により成形される。図３（ｂ）に示す金型は、円筒状に形成され円筒の内側に球面が形成されるとともに、中空ブロック２８の径方向に分割可能となるように割り型で構成されたダイ５６と、上下方向に移動してダイ５６を径方向に移動させてワークである中空ブロック２８をプレス可能にするパンチ５８と、中空ブロック２８の中空部に挿入されるインサートピン６０から構成されている。

球面スプライン２９ａ，３０ａの形成は、ダイ５６が径方向に開いた状態でダイ５６の中空部の軸に中空ブロック２８の中空部の軸が一致するようにダイ５６に中空ブロック２８を位置決めし、中空ブロック２８の中空部にインサートピン６０を挿入し、パンチ５８を下方向に移動させて中空ブロック２８をダイ５６にプレスすることで形成される。形成後は、パンチ５８を上方向に移動させてダイ５６が径方向に開いて中空ブロック２８とダイ５６が離型し、中空ブロック２８が当接されているインサートピン６０を、ダイ５６から抜くとともに中空ブロック２８の端面を押すことでインサートピン６０から中空ブロック２８が離型される。また、ダイ５６の割り型の割り位置はスプラインの歯底である。また、ダイ５６の内側には、スプラインの歯型が形成されていない。これは、ダイ５６の割り型でプレスした場合にバリの発生を防止するためである。

また、ここで内側面が球形の割り型で軸方向に鍛造成形、すなわち素材に比較的高い圧力を掛けて材料の流動を生じさせ、材料の流動を球面スプライン部に導いて球形スプライン形状を形成することのようなワークの成形を採用せずに、内側面が球形の割り型で外側から径方向にプレス成形、すなわち、素材に圧力を掛けて材料に塑性変形させるものの、材料の流動が比較的伴わない球形スプライン形成を採用したので、せっかく形成したストレートスプライン形状を比較的崩すことなく、球面スプラインを形成することができる。したがって、後工程のサイジング工程のサイジング量が少なくて済むので、作業時間も削減される。

そして、中空ブロック３０の両端部に形成された球面スプラインをサイジングして中空ブロック３１，３２が形成される（サイジング工程）。これは、ダイ５６の割り型でプレスした場合にスプラインの歯形状が乱れるため、その歯形状を整えて最終的にスプラインの精度を確保するために行う工程である。
中空ブロック３１は、プロペラシャフト１０の他端部１８に形成された球面スプライン３０ａをサイジングして球面スプライン３１ａが形成された中空ブロックである。中空ブロック３２は、プロペラシャフト１０の両端部１６，１８に形成された球面スプライン２９ａ，３０ａがサイジングされて球面スプライン３１ａ，３２ａが形成された中空ブロックである。
サイジングは、図３（ｃ）に模式的に示す金型により成形される。サイジングは、球面スプラインの歯形状を整えるため、中空ブロック３０の径方向から行う。図３（ｃ）の左側は、サイジングの金型が中空ブロック３０から離れている状態（上死点）を示している。図３（ｃ）の右側は、サイジングの金型が中空ブロック３０の球面スプラインをプレスしている状態（下死点）である。

なお、以上のストレートスプライン形成工程、球面スプライン形成工程およびサイジング工程は、一度に行うと金型が破損するため３工程に分けている。

その後、両端面を仕上げる端面加工をして中空ブロック３３が形成され、プロペラシャフト１０が自在継手と噛み合う嵌合部を覆うブーツをプロペラシャフト１０に取り付けるためのブーツバンド用のブーツバンド溝が加工されて中空ブロック３４が形成される。

次いで、中空ブロック３４は、高周波焼入れされ中空ブロック３６が形成される。なお、高周波焼入れ後は焼き戻しされる。

本実施形態の中空シャフトの製造方法によれば、棒状の中空ブロック２２を一端からしごいて任意の長さに形成し、しごかれた中空ブロック２４ｃの両端部に軸方向に対して平行となるようにストレートスプラインをプレス成形し、ストレートスプラインを、球形の割り型で径方向からプレス成形する。中空シャフトにスプラインを形成するには、プレス加工による軸方向成形によりスプラインを形成することが有効であるが、球面スプラインは形成方向に対して型抜きができない形状であることに鑑みて、上記の方法により車両のプロペラシャフト１０が軽量であるとともに球面スプラインが形成可能な安価である中空シャフトを製造することができる。

また、割り型の割り位置が歯先にあると球形の割り型で径方向からプレス成形する際に、歯先にバリが生じるという問題があるが、本実施形態によれば、割り型の割り位置はスプラインの歯底である。従って、上記のような方法により球面スプラインを形成時にバリの発生を防止することができる。

なお、本実施形態のプロペラシャフトの素材として、他に低炭素鋼、例えばＳＣＭ４２０も挙げることができるが、浸炭焼入れが必要である。

なお、本発明の中空シャフトの製造方法が適用可能である部材として、本実施形態のプロペラシャフトの他にドライブシャフトおよびリアアクセルシャフトが挙げられる。

本発明の中空シャフトの製造方法で製造されるプロペラシャフトを示す図である。 本実施形態の中空シャフトの製造工程を示す図である。 本実施形態の中空シャフトの製造工程で用いられる金型を示す図である。

符号の説明

１０…プロペラシャフト、１２…内筒部、１４…中空部、１６…一端部、１８…他端部、２０，２９ａ，３０ａ，３１ａ，３２ａ…球形スプライン、２１…ブーツバンド溝、２２，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，３３，３４，３６…中空ブロック、５０，５６…ダイ、５２，５８…パンチ、５４，６０…インサートピン。

Claims (3)

1. 棒状の中空素材を一端からしごいて任意の長さに形成するしごき工程と、
   前記しごき工程によりしごかれた中空素材の両端部に軸方向に対して平行となるようにストレートスプラインをプレス成形するストレートスプライン形成工程と、
   前記ストレートスプライン形成工程により形成されたストレートスプラインを、内側面が球形の割り型で外側から径方向にプレス成形する球形スプライン形成工程と、
   を備えたことを特徴とする中空シャフトの製造方法。
2. 請求項１に記載の中空シャフトの製造方法において、
   前記割り型の割り位置はスプラインの歯底であることを特徴する中空シャフトの製造方法。
3. １つの棒状中空素材から成形される中空シャフトであって、
   当該中空シャフトの軸方向において球面スプラインが形成された範囲に中空部を有し、該球面スプラインはプレス成形により形成されたものであることを特徴とする中空シャフト。

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