JP5947501B2 - スプライン軸の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スプライン軸の製造方法に関し、特にクラウニングを有するスプライン軸を転造加工するスプライン軸の製造方法に関する。

例えば、自動車等の車両における駆動力伝達系において、クラッチ軸、変速機の主軸、ドライブピニオン、プロペラ軸とジョイントとの結合部等に種々のスプライン軸が使用される。

ところで、スプライン軸の軸心とこのスプライン軸が嵌合する歯車やハブ等の回転構造物のスプライン孔の軸心とが一致しない、いわゆるオフセットしている場合や、傾斜している場合にはスプライン軸とスプライン孔との歯面が片当りし、回転時の荷重伝達効率が低下すると共に回転運転中に異音や振動等が発生することがある。

この回転荷重伝達効率の低下や、異音、振動発生の要因となるスプライン軸とスプライン孔との歯面の片当り、即ちガタを抑制するためにスプライン軸のスプライン歯にクラウニングを付加することが知られている。

このクラウニングを有するスプライン歯は、一般にホブ切り等の機械加工により製造されているが、生産性に優れた転造加工により製造されることがある。転造加工によるスプライン軸の製造方法として例えば特許文献１がある。

この特許文献１によるスプライン軸の製造方法を図６により説明する。図６に概要を示すようにダイス歯面１０３ａがスプラインの歯面のクラウニングとは逆にダイス歯長方向となる歯筋に沿って凹形円弧状にへこむダイス歯１０３を備えた上下一組の転造ラック１０１、１０２の間に棒状の被加工物１１０を挿入し、対向する転造ラック１０１、１０２によって被加工物１１０を押圧した状態で転造ラック１０１、１０２を矢印で示すように相互に反対方向に変位させることで、被加工物１１０の端部に最終形態に係るスプライン歯の歯長より大きく設定されたクラウニングを有する仮想スプライン歯１１１を転造加工する。しかる後、図７に仮想線で示すようにクラウニングを有する歯面１１１ａ及び外周面１１１ｂからなる仮想スプライン歯１１１が形成されたスプライン軸の端部を所定長さだけ切断して実線で示す最終形態に係る歯長Ｌのスプライン歯１１２を形成する。

特開２００１−２８７１２２号公報

上記特許文献１によると、ダイス歯１０３を備えた上下一組の転造ラック１０１、１０２の間で被加工物１１０を押圧して仮想スプライン歯１１１を転造加工する際、図６に示すようにダイス歯面１０３ａがクラウニングとは逆の凹形円弧状にへこむダイス歯１０３を有する一対の転造ラック１０１、１０２で転造加工すると、被加工物１１０はクラウニングトップに対応するダイス歯面１０３ａの歯長方向の中央部に対し両端部側が多く押圧されることから、歯長方向中央部に対して両端部側の潰し量が大きくなり、図８に示すようにスプライン歯１１１は歯長中央部に対して潰し量が多い両側部側が外周方向に多く膨出して外周面１１１ｂの歯長方向中央部が凹んだ形状となる。

このように外周面１１１ｂの歯長方向中央部が凹んだ仮想スプライン歯１１１が形成されたスプライン軸の端部を切断したスプライン歯１１２は、図９に示すように外周面１１２ｂが端部側に移行するに従って低くなるいわゆる先細りのテーパ状に傾斜して歯形精度の低下が懸念される。即ち通常、スプライン歯の外周面はスプライン孔との嵌合において歯先クリアランス量が規定されており、スプライン歯の外周面がテーパ状に傾斜すると要求形状を満たすことができず、回転時の荷重伝達効率が低下する等の目標品質及び要求機能に影響を及ぼすことが懸念される。

また、要求形状を満たして目標品質及び要求機能を確保するために、スプライン歯の外周面を研削整形する外径研削工程を追加すると製造コストの増加を招く要因となる。

従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、簡単な構成で優れた加工精度が得られるスプライン軸を転造加工するスプライン軸の製造方法を提供することにある。

前記目的を達成する請求項１に記載のスプライン軸の製造方法の発明は、ダイス歯面がクラウニングとは逆の凹形円弧状にへこむダイス歯を備えた一対の転造ラックによってスプライン歯の歯長の中心から該歯長の一端側に偏位した部位にクラウニングトップを有するクラウニングを有するスプライン歯を備えたスプライン軸を転造加工するスプライン軸の製造方法において、被加工物の軸部におけるスプライン形成範囲においてスプラインのクラウニングトップに対応する部位に大径となる成形制御部を形成し、前記成形制御部は、前記クラウニングトップに対応する部位が最大径となり、さらに、該クラウニングトップに対応する部位から、前記スプライン形成範囲において前記クラウニングトップが偏位する側に位置する前記成形制御部の先端までが、面取り状に縮径しており、前記スプライン形成範囲に前記一対の転造ラックによってクラウニングを有するスプライン歯を備えたスプライン軸を転造加工することを特徴とする。

これによると、スプライン歯の歯長の中心から歯長の一端側に偏位した部位にクラウニングトップを有するクラウニングが形成されるスプライン歯を備えたスプライン軸を転造加工するにあたり、被加工物の軸部におけるスプライン形成範囲のクラウニングトップに対応する部位に形成される大径となる成形制御部を有し、ダイス歯面がクラウニングとは逆の凹形円弧状にへこむダイス歯を有する一対の転造ラックで転造加工すると、成形制御部によってダイス歯面による潰し量が略均一に制御されて外周側への膨出量が均一になりスプライン歯の外周面が平面状に形成され、被加工物の軸部におけるスプライン形成範囲に大径となる成形制御部を有する簡単な構成で優れた加工精度が確保できるスプライン軸が形成される。

請求項２に記載の発明は、請求項１のスプライン軸の製造方法において、前記成形制御部は、前記スプライン形成範囲において形成されるスプラインの端部に対応する部位から前記クラウニングトップに対応する部位に移行するに従って次第に大径となるテーパ部であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項２のスプライン軸の製造方法において、前記成形制御部は、前記クラウニングトップに対応する部位から、前記成形制御部の前記先端までが、前記クラウニングトップに対応する部位から前記スプラインの前記端部に対応する部位までよりも勾配が急な面取り状に縮径することを特徴とする。

これによると、被加工物の軸部におけるスプライン形成範囲において、成形されるスプラインの端部に対応する部位側からクラウニングトップに対応する部位に移行するに従って大径となるテーパ部が形成されることで、ダイス歯面による潰し量がダイス歯面の端部からクラウニングトップとなる部分に亘って略均一に制御されて膨出量が均一になり、スプライン歯の外周面が平面状に形成される。

請求項４に記載の発明は、請求項１のスプライン軸の製造方法において、前記成形制御部は、前記スプライン形成範囲において形成されるスプラインの前記クラウニングトップに対応する部位に形成される円柱状の大径部であることを特徴とする。

これによると、被加工物の軸部におけるスプライン形成範囲において、クラウニングトップに対応する部位に円柱状の大径部が形成することで、ダイス歯面による潰し量がダイス歯面の端部からクラウニングトップとなる部分に亘って略均一に制御されて膨出量が均一になり、スプライン歯の外周面が平面状に形成される。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項のスプライン軸の製造方法において、前記成形制御部は前記軸部に形成された円柱状のストレート部に連続して同軸状に形成されたことを特徴とする。

これによると、成形制御部は軸部に形成された円柱状のストレート部に連続して同軸状に形成することで、ストレート部の径方向の寸法誤差の計測に基づいてスプラインの径方向の寸法誤差が推測できる。

本発明によると、スプライン歯の歯長の中心から歯長の一端側に偏位した部位にクラウニングトップを有するクラウニングを有するスプライン歯を備えたスプライン軸を転造加工するにあたり、軸部におけるスプライン形成範囲のクラウニングトップに対応する部位に大径の成形制御部を形成することで、一対のダイス歯面がクラウニングとは逆の凹形円弧状にへこむダイス歯を有する一対の転造ラックで転造加工すると、成形制御部によってダイス歯面による潰し量が略均一に制御されて膨出量が均一になりスプライン歯の外周面が平面状に形成され、被加工物の軸部に成形制御部を有する簡単な構成で優れた加工精度が確保できるスプライン軸が形成される。

第１実施の形態に係るスプライン軸の製造方法の説明図であり、（ａ）は成形品となるドライブピニオンの側面図であり、（ｂ）は被加工物となるドライブピニオン素材の概要を示す側面図である。 ドライブピニオンの要部拡大図である。 転造ラックの説明図である。 スプライン軸の製造方法の説明図であり、（ａ）は被加工物となるドライブピニオン素材の要部斜視図、（ｂ）は転造工程の概要説明図、（ｃ）は転造後の成形品の要部斜視図である。 第２実施の形態に係るスプライン軸の製造方法の説明図であり、（ａ）は被加工物となるドライブピニオン素材の要部斜視図、（ｂ）は転造工程の概要説明図、（ｃ）は転造後の成形品の要部斜視図である。 従来のスプライン軸の製造方法の説明図である。 同じく、スプライン軸の製造方法の説明図である。 従来のスプライン転造加工により製造されたスプライン歯の一部拡大図である。 同じくスプライン転造加工により製造されたスプライン歯の一部拡大図である。

以下、スプライン軸の製造方法の実施の形態をスプライン軸がドライブピニオンの場合を例に説明する。

（第１実施の形態）
図１乃至図４を参照して第１実施の形態を説明する。スプライン軸の製造方法の説明に先立って、成形品となるドライブピニオン１０及び被加工物となるドライブピニオン素材１０Ａについて説明する。

図１（ａ）はドライブピニオン１０の側面図であり、同図（ｂ）はドライブピニオン素材１０Ａの概要を示す側面図である。

ドライブピニオン１０は、図示しないトランスミッションケースにベアリング等を介して回転自在に支持される軸状のドライブピニオン軸１１及びドライブピニオン軸１１の基端にディファレンシャル装置のリングギヤに噛合するピニオンギヤ１２が一体的に形成される。ドライブピニオン軸１１の先端１１ａ側に円柱状のストレート部１５を介してスプライン２０が形成される。このスプライン２０は図示しない変速機のリダクションドリブンギヤのスプライン孔に嵌合する。

スプライン２０は、図２に拡大図を示すようにドライブピニオン軸１１の軸線Ｃ方向に沿って延在する所定の歯長Ｌを有し、ドライブピニオン軸１１の周方向に沿って形成された複数のスプライン歯２１を備える。各スプライン歯２１は歯面２１ａ及び外周面２１ｂを有し、歯厚が最大となるクラウニングトップＴから歯長Ｌの両端に向かって歯厚が連続的に減少するクラウニング２２を有する。このクラウニングトップＴはスプライン歯２１の歯長Ｌの中心Ｏから歯長Ｌの一端側（ドライブピニオン軸１１の先端１１ａ側）に所定長さだけ偏位した部位に設けられる。

即ち、歯面２１ａはクラウニングトップＴにおいて最も膨出して歯長Ｌ方向となる歯筋に沿って凸形円弧状に形成され、外周面２１ｂは平坦でクラウニングトップＴにおいて最も広幅で両側が次第に小幅となるように形成され、各スプライン歯２１の外周面２１ｂは基端側の歯厚Ａが先端側の歯厚Ｂより小さくＡ＜Ｂとなるように形成される。

被加工物となるドライブピニオン素材１０Ａは、ドライブピニオン軸１１の基端にピニオンギヤ１２が一体的に形成される一方、ドライブピニオン軸１１の先端１１ａ側に円柱状のストレート部１５を介してスプライン形成範囲に形成されるスプライン２０のクラウニングトップＴに対応する部位に大径の成形制御部となる円錐状のテーパ部１６が形成される。

テーパ部１６はスプライン２０が形成される部位であって、スプライン歯２１の歯長Ｌと同等の長さＬを有し、ストレート部１５に連続してスプラインの端部に対応する部位である基端１６ａからドライブピニオン軸１１の先端１１ａ側に移行するに従って次第に大径となる円錐状で、スプライン歯２１のクラウニングトップＴと対応する軸方向の部位が最大径となり、この最大径部分１６ｂから先端１１ａ側となる先端１６ｃが面取り状に縮径する。

このテーパ部１６は、旋盤等によってストレート部１５と同時加工することで径方向の寸法誤差がストレート部１５と同等に設定できる。

図３は転造ラック３１及び３２の説明図である。ドライブピニオン素材１０Ａのテーパ部１６にスプライン２０を転造加工する上下一対の転造フック３１、３２は、ダイス歯面３３ａ及びダイス歯先面３３ｂを有して延在する複数のダイス歯３３を備え、ダイス歯面３３ａはスプライン歯２１の歯面２１ａに形成されるクラウニング２２とは逆にダイス歯長方向中央部が最も深く凹陥してダイス歯長方向に沿ってへこむ凹形状円弧状に形成される。ダイス歯先面３３ｂはクラウニングトップＴと対応するダイス歯長方向中央部が最も狭く、両縁が両端に向かってクラウニングとは逆に円弧状に緩やかに湾曲して拡幅する。

次に図４を参照してドライブピニオン素材１０Ａにスプライン２０を転造加工するスプライン転造加工を説明する。

図４（ａ）に要部斜視図を示すようにドライブピニオン素材１０Ａのドライブピニオン軸１１に形成されたテーパ部１６の最大径部分１６ｂが、ダイス歯３３の歯長方向中央部となるように位置決めして図４（ｂ）に示すように上下一組の転造ラック３１、３２の間に挿入する。

そして、相互に対向する転造ラック３１、３２によってドライブピニオン素材１０Ａのテーパ部１６を押圧した状態下で、転造ラック３１、３２を矢印で示すように相互に反対方向に変位させることで該部にスプライン２０を転造加工する。

この転造ラック３１と３２によりスプライン２０を転造加工する際、ダイス歯面３３ａがクラウニングとは逆の凹形円弧状にへこむダイス歯３３を有する転造ラック３１、３２で転造加工すると、ドライブピニオン素材１０Ａのスプライン形成部となるテーパ部１６が、ダイス歯面３３ａの端部側となる基部１６ａが小径でダイス歯面３３ａの中央部側が最大径部分１６ｂとなるテーパ状に形成されることから、ダイス歯面３３ａによる潰し量がダイス歯面３３ａの端部から中央部に亘って略均一に制御されて外周側への膨出量が均一になり図４（ｃ）及び図２に示すようにスプライン歯２１の外周面２１ｂがドライブピニオン軸１１の軸心Ｃと平行な平面状に形成される。

これにより、ドライブピニオン１０のドライブピニオン軸１１の先端１１ａ側に図２に示すように所定の歯長Ｌで歯面２１ａ及び傾斜のない平坦な外周面２１ｂからなり、クラウニングを有する複数のスプライン歯２１を備え、目標品質及び要求機能が確保されたスプライン２０が形成される。即ち、ドライブピニオン軸１１におけるスプライン形成範囲に成形制御部となるテーパ部１６を有する簡単な構成で優れた加工精度が確保できるスプライン２０が形成される。

また、テーパ部１６がストレート部１５と同軸上に形成されることから、ストレート部１５の径方向の寸法誤差の計測に基づいてスプライン２０の径方向の寸法誤差が推測できる。

ここで、仮に、テーパ部16がないストレート部１５に連続する円柱状のスプライン成形部に、転造ラック３１、３２で転造加工すると、クラウニングトップＴに対応するダイス歯面３３ａの歯長方向の中央部に対し端部側が多く押圧されて端部側の潰し量が大きくなり、端部側が外周方向に多く膨出して外周面がテーパ状に傾斜する。

なお、ドライブピニオン素材１０Ａに形成する変形制御部となるテーパ部１６は、転造加工されたスプライン歯２１を含むスプライン２０が目標品質等を達成するように試作やシミュレーション等に基づいて大きさ及び形状を予め設定することが望ましい。

（第２実施の形態）
図５を参照して第２実施の形態を説明する。なお、図５において図１乃至図４と対応する部分に同一符号を付して該部の詳細な説明を省略する。

図５（ａ）はドライブピニオン素材１０Ａのドライブピニオン軸１１の先端部を示し、同（ｂ）は転造ラック３１、３２による転造工程の概要説明図、（ｃ）は転造後のドライブピニオン１０のドライブピニオン軸１１の先端部を示す。

図５（ａ）に示すようにドライブピニオン素材１０Ａのドライブピニオン軸１１のストレート部１５に連続するスプライン形成範囲に、形成されるスプライン２０のクラウニングトップに対応する部位に大径の成形制御部となる大径部１８を形成する。大径部１８は、スプライン２０が形成される部位であって、例えばスプライン歯２１の歯長Ｌの中央部からクラウニングトップＴに対応する範囲に形成され、中央部に対応する基端部１８ａからクラウニングトップＴと対応する端部１８ｂの範囲が円筒状であって、先端部１８ｂから先端１１ａ側となる先端１８ｃが面取り状に縮径する。この大径部１８は、旋盤等によってストレート部１５と同時加工される。

図５（ｂ）に要部斜視図を示すようにドライブピニオン素材１０Ａのドライブピニオン軸１１に形成された大径部１８の先端部１８ｂが、ダイス歯３３の歯長方向中央部となるように位置決めして図５（ｂ）に示すように上下一対の転造ラック３１、３２の間に挿入する。そして、相互に対向する転造ラック３１、３２によってドライブピニオン素材１０Ａの大径部１８を押圧した状態下で、転造ラック３１、３２を相互に反対方向に変位させてスプライン２０を転造加工する。

この転造加工において、ドライブピニオン素材１０Ａのスプライン形成部となる大径部１８が、クラウニングトップＴに対応して形成されることからダイス歯面３３ａによる潰し量が大径部１８によって制御されて外周側への膨出量が均一になり図５（ｃ）に示すようにスプライン歯２１の外周面２１ｂがドライブピニオン軸１１の軸心Ｃと平行な平面状に形成される。

これにより、ドライブピニオン１０のドライブピニオン軸１１の先端側に図２に示すように所定の歯長Ｌで歯面２１ａ及び傾斜のない平坦な外周面２１ｂからなり、クラウニングを有する複数のスプライン歯２１を備え、目標品質及び要求機能が確保されたスプライン２０が形成される。即ち、ドライブピニオン軸１１におけるスプライン形成範囲に成形制御部となる大径部１８を有する簡単な構成で優れた加工精度が確保できるスプライン２０が形成される。

なお、ドライブピニオン素材１０Ａに形成する大径部１８は、転造加工されたスプライン歯２１を含むスプライン２０が目標品質等を達成するように予め試作やシミュレーション等により設定することが望ましい。

また、大径部１８がストレート部１５と同軸上に形成されることから、ストレート部１５の径方向の寸法誤差の計測に基づいてスプライン２０の径方向の寸法誤差が推測できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態でドライブピニオン素材１０Ａのドライブピニオン軸１１にスプラインを転造加工する場合を例に説明したが、クラッチ軸、変速機の主軸、ドライブピニオン等他にスプライン軸のスプラインの転造加工に適用することもできる。

１０ ドライブピニオン
１０Ａ ドライブピニオン素材（被加工物）
１１ ドライブピニオン軸
１２ ピニオンギヤ
１５ ストレート部
１６ テーパ部（成形制御部）
１６ａ 基端
１６ｂ 最大径部分
１８ 大径部（成形制御部）
２０ スプライン
２１ スプライン歯
２２ クラウニング
３１ 転造ラック
３２ 転造ラック
３３ ダイス歯
３３ａ ダイス歯先
３３ｂ ダイス歯面
Ｔ クラウニングトップ

Claims (5)

1. ダイス歯面がクラウニングとは逆の凹形円弧状にへこむダイス歯を備えた一対の転造ラックによってスプライン歯の歯長の中心から該歯長の一端側に偏位した部位にクラウニングトップを有するクラウニングを有するスプライン歯を備えたスプライン軸を転造加工するスプライン軸の製造方法において、
   被加工物の軸部におけるスプライン形成範囲においてスプラインのクラウニングトップに対応する部位に大径となる成形制御部を形成し、
   前記成形制御部は、前記クラウニングトップに対応する部位が最大径となり、さらに、該クラウニングトップに対応する部位から、前記スプライン形成範囲において前記クラウニングトップが偏位する側に位置する前記成形制御部の先端までが、面取り状に縮径しており、
   前記スプライン形成範囲に前記一対の転造ラックによってクラウニングを有するスプライン歯を供えたスプライン軸を転造加工することを特徴とするスプライン軸の製造方法。
2. 前記成形制御部は、前記スプライン形成範囲において形成されるスプラインの端部に対応する部位から前記クラウニングトップに対応する部位に移行するに従って次第に大径となるテーパ部であることを特徴とする請求項１に記載のスプライン軸の製造方法。
3. 前記成形制御部は、前記クラウニングトップに対応する部位から、前記成形制御部の前記先端までが、前記クラウニングトップに対応する部位から前記スプラインの前記端部に対応する部位までよりも勾配が急な面取り状に縮径することを特徴とする請求項２に記載のスプライン軸の製造方法。
4. 前記成形制御部は、前記スプライン形成範囲においてスプラインの前記クラウニングトップに対応する部位に形成される円柱状の大径部であることを特徴とする請求項１に記載のスプライン軸の製造方法。
5. 前記成形制御部は前記軸部に形成された円柱状のストレート部に連続して同軸状に形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスプライン軸の製造方法。

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