JP6860947B1 - 段付き中空シャフトの製造方法、及びモータシャフトの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブランクである円筒状の中空シャフトを絞り、径方向段付き状シャフトに成形するにあたり、安価なコストで、かつ生産性を高めて効率良く成形することができる段付き中空シャフトの製造方法、及びモータシャフトの製造方法を提供する。【解決手段】中空シャフトの製造方法は、製品ブランクの一方側の据え込み予定部を基準径円筒部より径小な一方側一次変形部に変形させる。次に、下側マンドレルを待避させ、第２ダイの二次型内にセットした半成形シャフトの一方側一次変形部を第２パンチで押圧し、型等径部から第２導入角θ２に倣い、下側マンドレルのしごき部と非接触で一方側型径小部と下側マンドレルとの間に一方側一次変形部を送り、絞って一方側二次変形部を成形し、ノックアウトパンチで一方側二次変形部の端面を押圧し、一方側二次変形部と接触状態にある下側マンドレルのしごき部で一方側二次変形部のしごきを行った後、一方側二次変形部から下側マンドレル引き抜く。【選択図】 図１

Description

本発明は、円筒形状の中空シャフトを、絞りにより、径方向段付き状に成形する段付き中空シャフトの製造方法、及び円筒形状の中空シャフトを絞って、径方向段付き状のモータシャフトを成形するモータシャフトの製造方法に関する。

周知の通り、エンジンとモータを併用して走行するハイブリッドカーは近年、急速な勢いで普及し、さらに電気自動車や、自動運転技術を搭載した自動車が、次世代の自動車として大いに注目され、将来、世界的な市場規模で展開されると予想されている。次世代の自動車は、エンジンを主に走行する従来の自動車に比べ、多種に亘り、数多くのモータを搭載している。このように、自動車の電動化がさらに進むことに伴い、モータの需要は今後、増加傾向にあると見込まれている。自動車に搭載される走行向けのモータでは、ロータ軸は、円筒状の中空シャフトからなり、その一部に縮径部を有している。

特許文献１は、拘束治具の挿入軸部をダイスに挿入した下で、中空素材を、その送り込み開始端部からこのダイス内に送り込むことで、中空素材に対し、送り込み開始端部の内径を拘束した状態で、塑性加工で縮径を施して成形された中空状動力伝達シャフトである。モータのロータ軸を、径差を付して製造する場合、縮径部は一般的に、一例として挙げた特許文献１のように、ストレート状の中空素材に絞り加工を施して形成される。

ここで、走行向けモータのロータ軸を製造する現場で、実際に行われている製造方法の一つとして、縮径部を成形する絞り加工について、図１及び図２を用いて簡単に説明する。図１は、絞り加工後の製品であるシャフト成形品を、その軸心を含んで半分に分割された状態で示す断面図である。図２は、図１に示すシャフト成形品の素材として、製品ブランクを、その軸心を含んで半分に分割された状態で示す断面図である。

ロータ軸は、図１に示すように、絞り加工後の製品であるシャフト成形品１０に、熱処理や表面処理等の二次絞り工程を施して形成される。シャフト成形品１０は、図２に示すように、円筒形状で肉厚ｔ０の製品ブランク３０を素材に用いて、軸心ＡＸ方向に対し、基準径円筒部３１を挟む両側で、屈曲予定部３３を介して、縮径予定部３４を絞り込んでなる。シャフト成形品１０では、基準径円筒部１１は、製品ブランク３０の基準径円筒部３１と同径であるが、縮径部１３は、屈曲予定部３３の変形後である屈曲部１２を介して、縮径予定部３４より径小である。縮径部１３は、製品ブランク３０の肉厚ｔ０より太い一様の肉厚ｔ１となっている。屈曲部１２は、軸心ＡＸ方向に対し、基準径円筒部１１と縮径部１３との間で、急峻（図１中、屈曲角θ＝約９０〜１００°）な段差状になっている。

図２２は、従来技術に係るモータシャフトの製造方法に関し、金型の導入角と製品ブランクの変形との関係を説明する模式図である。（ａ）は、絞り加工前の製品ブランクを示す図、（ｂ）は、４５°を下回る比較的尖った鋭角状の導入角とした金型で、製品ブランクを絞った場合に生じる変形の様子を示す図、（ｃ）は、４５°を上回る比較的緩やかな鋭角状の導入角とした金型で、製品ブランクを絞った場合に生じる変形の様子を示す図である。

金型を用いた製品ブランク３０の絞り加工では、軸心ＡＸ方向に真直ぐな屈曲予定部３３と縮径予定部３４とを、金型形状（導入角等）に倣って塑性変形させることにより、急峻な屈曲部１２と、径小化した縮径部１３を得る。このとき、現場では、生産管理やコスト削減化等の都合上、絞り加工の工程数を、なるべく少なく抑えることが望まれている。

ところが、工程数を少なくしようと、４５°を下回る比較的尖った鋭角状の導入角とした金型により、図２２（ａ）、（ｂ）に示すように、真直ぐな屈曲予定部３３から、急峻な屈曲角θｍ（０＜θｍ）の屈曲部１１６Ｘｍに変形させると、その半成形品１１５Ｘｍでは、屈曲部１１６Ｘｍの肉厚は、屈曲予定部３３の肉厚ｔ０に比べ、極端に薄くなる。一方、縮径部１１７Ｘｍは、その肉厚減少分に応じた肉の増加に伴って、軸心ＡＸに向けて肥大化するため、縮径予定部３４の肉厚ｔ０に比べて、必要以上に太くなり過ぎてしまう。また、場合によって、半成形品１１５Ｘｍでは、屈曲部１１６Ｘｍが座屈してしまう。このような半成形品１１５Ｘｍが、絞り加工の途中で成形されると、縮径部１１７Ｘｍの肉厚等を調整する工程が、別途必要になる。

その反対に、４５°を上回る比較的緩やかな鋭角状の導入角とした金型により、図２２（ａ）、（ｃ）に示すように、真直ぐな屈曲予定部３３を、緩やかな屈曲角θｎ（０＜θｎ≪θｍ）の屈曲部１１６Ｘｎに変形させても、その半成形品１１５Ｘｎでは、屈曲部１１６Ｘｎ、縮径部１１７Ｘｎとも、変形前の製品ブランク３０の肉厚ｔ０と比べ、極端な肉厚の変化は生じ難い。しかしながら、４５°を上回る導入角の金型を用いた場合、急峻な屈曲部１２と、径小化した縮径部１３を得るまでに、工程毎に、金型の導入角を段階的に変化させ、屈曲部１２の肉厚変化と縮径部１３の肉厚変化とを、双方でバランス良く制御しながら、絞り工程を、何度も繰り返す必要があり、工程数が増大化する傾向になる。

具体的には、絞り加工でシャフト成形品１０を製造するにあたり、実際には、図２３に示すように、縮径部１３片側につき、少なくとも全５工程が必要となる。図２３は、従来技術に係るモータシャフトの製造方法に基づき、（ａ）〜（ｅ）を通して、製品ブランクからシャフト成形品を製造するまでの全５工程の様子を、工程毎に分けて示す説明図である。

第１工程では、図２３（ａ）に示すように、比較的緩やかな鋭角状の第１導入角とした金型により、製品ブランク３０に対し、屈曲予定部３３を絞って、第１屈曲部１１２Ｘａを成形すると同時に、縮径予定部３４を絞って、第１縮径部１１３Ｘａを成形することで、第１半成形品１１０Ｘａを得る。続く第２工程では、第１導入角から、角度をより小さく変化させた第２導入角の金型により、図２３（ｂ）に示すように、第１屈曲部１１２Ｘａから第２屈曲部１１２Ｘｂへの変形を伴って、第１縮径部１１３Ｘａをさらに絞り込み、より径小な第２縮径部１１３Ｘｂに成形することで、第２半成形品１１０Ｘｂを得る。

続く第３工程では、第２導入角から、さらに角度を小さく変化させた第３導入角の金型により、図２３（ｃ）に示すように、第２屈曲部１１２Ｘｂから第３屈曲部１１２Ｘｃへの変形を伴って、第２縮径部１１３Ｘｂをさらに絞り込み、より径小な第３縮径部１１３Ｘｃに成形することで、第３半成形品１１０Ｘｃを得る。続く第４工程では、第３導入角から、さらに角度を小さく変化させた第４導入角の金型により、図２３（ｄ）に示すように、第３屈曲部１１２Ｘｃから第４屈曲部１１２Ｘｄへの変形を伴って、第３縮径部１１３Ｘｃをさらに絞り込み、より径小な第４縮径部１１３Ｘｄを成形することで、第４半成形品１１０Ｘｄを得る。

第１工程〜第４工程では、第１半成形品１１０Ｘａと第２半成形品１１０Ｘｂとの間、第２半成形品１１０Ｘｂと第３半成形品１１０Ｘｃとの間、第３半成形品１１０Ｘｃと第４半成形品１１０Ｘｄとの間と、それぞれ工程前後の絞りよる半成形品の断面減少率（絞り加工率）は、２０％台に維持されている。第４工程において、第４縮径部１１３Ｘｄは、シャフト成形品１０の縮径部１３として、既に成形されているため、第５工程は、第４工程で成形された第４屈曲部１１２Ｘｄを、急峻な屈曲角度（図１中、θ＝約９０°）に変形させる角付けだけを行って、屈曲部１２を形成する。

このように、製品ブランク３０の絞り開始から４工程を経て、最後に仕上げの第５工程を行うことで、図１に示すように、屈曲部１２の肉厚と、縮径部１３の肉厚との均衡を図った形状に、シャフト成形品１０を仕上げることが可能になる。かくして、セレーション１４の有無に拘わらず、シャフト成形品１０は、屈曲部１２を介した縮径部１３と、基準径円筒部１１とを、段差状に成形した態様で、製造される。

なお、このような従来技術に係るモータシャフトの製造方法については、公然実施されている技術であるため、先行技術文献は開示しない。

特開２０１３−６６９０３号公報

しかしながら、従来技術に係るモータシャフトの製造方法で、円筒形状の製品ブランク３０からシャフト成形品１０（製品）を成形しようとすると、図２３に示すように、縮径部１３片側につき、少なくとも全５工程が必要になるため、以下のような問題があった。

（１）製品の製造コストが割高である問題
前述の第１工程〜第５工程に対し、複数種の金型が、工程毎に、金型形状（導入角等）を段階的に変化させて必要になるほか、金型や加工機は、非常に高価であるため、設備投資に、多額の費用が掛かる。そのため、製品として、絞り加工で成形されるモータシャフトの製造コストは、割高となっていた。特に、自動車走行向けのモータの需要は将来、増加傾向にあると見込まれている傍ら、製造業では近年、コスト競争が非常に激しく、メーカー等は、安価な製造コストで製品を提供できるよう、市場から強く求められている。

（２）製品の生産性が低い問題
第５工程で、シャフト成形品１０（製品）の縮径部１３が成形されるまでに、第１工程〜第５工程を通して順に、第１工程から第２工程、第２工程から第３工程等のように、前工程で絞られた半成形品は、その追加工として、次工程で絞られる。このとき、製品が、特に量産体制下で製造される場合、半成形品の品質管理が、工程毎にそれぞれ、十分な体制で実施されていないと、半成形品や製品は、大量に不良品化してしまう虞がある。それ故に、品質管理上、歩留まりの高い半成形品等を製造する上で、作業者は、各工程における適切な工程管理を、５工程分全てまとめて行わなければならず、工程管理の作業は煩雑化する。しかも、シャフト成形品１０に対し、片側の縮径部１３を成形するだけで５工程も要し、両側に縮径部１３を成形すると、絞り加工の総工程数は、さらに増加する。従って、従来の製造方法では、効率良く、生産性を高めて製品を製造することができない問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ブランクである円筒状の中空シャフトを絞り、例えば、段付き形状のモータシャフト等のような、径方向段付き形状のシャフトに成形するにあたり、安価なコストで、かつ生産性を高めて効率良く成形することができる段付き中空シャフトの製造方法、及びモータシャフトの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様における段付き中空シャフトの製造方法は、ブランクである円筒状の中空シャフト素材に対し、その軸心に沿った端部に位置する据え込み予定部を、該軸心に向けて絞ることで、絞りを施さない元々の基準径円筒部との間に、径差を有した段付き状シャフトを成形する段付き中空シャフトの製造方法において、絞りを行う一対の金型である押圧側金型と被押圧側金型とに対し、少なくとも一方が導入角付き金型として形成された導入角θの角度基準を、前記軸心と直交する前記中空シャフト素材の輪切り断面に対応した前記金型の仮想面上とすると、前記導入角付き金型として、前記中空シャフト素材を保持する一次型内を、４５°を上回る鋭角状の第１導入角θ１の第１テーパ部を介して、径小化された第１の前記被押圧側金型と、第１の前記押圧側金型を備える第１の金型ユニットにより、前記第１の被押圧側金型の前記一次型内にセットされた状態にある前記中空シャフト素材のうち、一方側の前記据え込み予定部を、前記第１の押圧側金型と共に、前記第１導入角θ１に倣って絞り、中空を維持したまま、前記基準径円筒部より径小な一方側一次変形部に変形させる一次絞り工程と、前記導入角付き金型として、前記一方側一次変形部を含む半成形シャフトを保持する二次型内を、４５°を上回る鋭角状の第２導入角θ２で形成された第２テーパ部を境に、前記基準径円筒部の形状に対応した型等径部と、前記型等径部より径小な一方側型径小部に区画した第２の前記被押圧側金型と、前記第２の被押圧側金型との相対動作で、前記一方側一次変形部の反対側から前記半成形シャフトを押圧する第２の前記押圧側金型と、前記一方側型径小部を挿通して前記半成形シャフトと接触可能な一方側スリーブと、前記半成形シャフトの前記一方側一次変形部をその内周側でしごくしごき部を含む一方側マンドレルを備える第２の金型ユニットにより、前記一方側マンドレルの先端部が前記型等径部内に待避の下、前記第２の被押圧側金型の前記二次型内にセットした状態の前記半成形シャフトを、前記第２の押圧側金型で押圧することにより、前記一方側一次変形部を、前記型等径部から前記第２導入角θ２に倣いながら、前記一方側マンドレルの前記しごき部と非接触で、前記一方側型径小部と前記一方側マンドレルとの間に送り、絞り込んで一方側二次変形部を成形する第１成形処理と、前記第２の押圧側金型で反力を受けながら、前記一方側スリーブで前記一方側二次変形部の一端面を押圧して、前記一方側二次変形部を、前記一方側マンドレルの前記しごき部と接触した状態になるまで圧縮させ、この圧縮状態を維持したまま、前記一方側マンドレルを、前記一方側二次変形部と相対的に移動させて、前記一方側二次変形部のしごきを行ってから、前記一方側二次変形部から引き抜く第２成形処理と、を含む二次絞り工程を有すること、を特徴とする。

この態様によれば、一次絞り工程と二次絞り工程による全２工程で、中空シャフト素材から段付き中空シャフトを成形することができるため、少なくとも全５工程を要していた従来技術に係る製造方法に比べ、段付き中空シャフトのコストが安価になる。特に、従来技術に係る製造方法では、非常に高価な専用の金型が、全５工程分、工程毎に必要となり、設備コストも多額であったが、本発明に係る段付き中空シャフトの製造方法は、一次絞り工程向けの第１の金型ユニットと、二次絞り工程向けの第２の金型ユニットで足りるため、設備コストを、大幅に抑制することができる。また、段付き中空シャフトは、多品種小ロット体制下や量産体制下に拘わらず、一次絞り工程と二次絞り工程を含む実質の総タクトタイムを、例えば、数十〜百数十秒等と、実際に効率良く、生産性を高めて製造することができる。

上記の態様においては、前記第１成形処理時に、前記一方側一次変形部が、前記一方側型径小部と前記一方側マンドレルとの間に挟まれた状態になってから、前記第２成形処理時に、前記一方側二次変形部から前記一方側マンドレルを引き抜くまでの間に、前記一方側二次変形部の外周側部を、前記第２の押圧側金型と共に、前記第２の被押圧側金型で押圧すること、が好ましい。

この態様によれば、基準径円筒部に対し、一方側二次変形部との境界付近が、急峻な屈曲角度に角付けされ、軸心方向に対し、基準径円筒部と縮径部との間を、急峻な屈曲部で形成した段付き中空シャフトを得ることができる。

上記の態様においては、前記二次絞り工程は、前記第２成形処理で前記一方側二次変形部のしごきを終えた後、さらに前記一方側スリーブで前記一端面を押圧して前記一方側二次変形部を圧縮する第３成形処理を含むこと、が好ましい。

この態様によれば、圧縮した一方側二次変形部は、段付き中空シャフトの屈曲部及び縮径部として、局部的な座屈、屈曲等の変形を取り除いて、肉厚を一様に調整した形状に修正される。

上記の態様においては、前記据え込み予定部は、前記中空シャフト素材の前記軸心方向両側にあり、前記第１の金型ユニットでは、第１の前記押圧側金型は、４５°を上回る鋭角状の第３導入角θ３で第３テーパ部を形成した前記導入角付き金型で構成されていること、前記一次絞り工程は、前記第１の被押圧側金型の前記一次型内にセットした状態の前記中空シャフト素材に対し、前記第１の被押圧側金型との相対動作による前記第１の押圧側金型の押圧で、前記一方側据え込み予定部を、前記第１の被押圧側金型の前記第１導入角θ１に倣って、前記一方側一次変形部に変形させると同時に、他方側の前記据え込み予定部を、前記第１の押圧側金型の前記第３導入角θ３に倣って絞り、中空を維持したまま、前記基準径円筒部より径小な他方側一次変形部に変形させること、が好ましい。

この態様によれば、他方側一次変形部は、例えば、その相手側となる部品、既製品のユニット等の対象物と、軸支、嵌め合い、溶接等の連結手段により、接続可能になる。

上記の態様においては、前記第２の被押圧側金型と共に、前記他方側一次変形部を絞る前記第２の押圧側金型は、その三次型内を、４５°を上回る鋭角状の第４導入角θ４で形成された第４テーパ部を介して、前記第２の被押圧側金型の前記型等径部より径小な他方側型径小部を有すると共に、前記第２の金型ユニットは、前記他方側型径小部を挿通して前記半成形シャフトと接触可能な他方側スリーブと、前記半成形シャフトの前記他方側一次変形部をその内周側でしごくしごき部を含む他方側マンドレルを備えること、前記二次絞り工程は、前記他方側マンドレルの先端部を、前記第２の被押圧側金型または前記第２の押圧側金型の前記型等径部内に待避させた状態で、前記第２の被押圧側金型の前記二次型内にセットした状態にある前記半成形シャフトの前記他方側一次変形部を、前記第２の押圧側金型との押圧で、前記第４導入角θ４に倣いながら、前記他方側マンドレルの前記しごき部と非接触で、前記他方側型径小部と前記他方側マンドレルとの間に送り、前記第２の押圧側金型と前記他方側スリーブと前記第２の被押圧側金型と前記一方側スリーブとの絞り込みで、他方側二次変形部を成形する第４成形処理と、前記第２の被押圧側金型で相対的に反力を受けながら、前記他方側スリーブで前記他方側二次変形部の他端面を押圧して、前記他方側二次変形部を、前記他方側マンドレルの前記しごき部と接触した状態になるまで圧縮させ、この圧縮状態を維持したまま、前記他方側マンドレルを、前記他方側二次変形部と相対的に移動させて、前記他方側二次変形部のしごきを行ってから、前記他方側二次変形部から引き抜く第５成形処理とを含むこと、が好ましい。

この態様によれば、図１に示すように、基準径円筒部を挟む両側に、屈曲部を介して縮径部を成形する場合でも、工程数の増加を伴うことなく、一次絞り工程と二次絞り工程だけで、軸心方向両側に縮径部を有する段付き中空シャフトを成形することができる。しかも、軸心方向両側に縮径部を成形する場合でも、一次絞り工程と二次絞り工程を含む実質の総タクトタイムは、縮径部を片側だけ成形する場合のタクトタイムに比べ、例えば、２０％程度までの増加に過ぎない。そのため、段付き中空シャフトの生産性は、極めて高い。

上記の態様においては、前記第４成形処理時に、前記他方側一次変形部が、前記他方側型径小部と前記他方側マンドレルとの間に挟まれた状態になってから、前記第５成形処理時に、前記他方側二次変形部から前記他方側マンドレルを引き抜くまでの間に、前記前記第２の被押圧側金型と共に、前記第２の押圧側金型により、前記他方側二次変形部の外周側部を押圧すること、が好ましい。

この態様によれば、一方側二次変形部の角付けと同様、基準径円筒部に対し、他方側二次変形部との境界付近も、急峻な屈曲角度に角付けされ、軸心方向に対し、基準径円筒部と縮径部との間を、急峻な屈曲部で形成した段付き中空シャフトを得ることができる。

上記の態様においては、前記二次絞り工程は、前記第５成形処理で前記他方側二次変形部のしごきを終えた後、さらに前記他方側スリーブで前記他端面を押圧して前記他方側二次変形部を圧縮する第６成形処理を含むこと、が好ましい。

この態様によれば、圧縮した他方側二次変形部は、段付き中空シャフトの屈曲部及び縮径部として、局部的な座屈、屈曲等の変形を取り除き、屈曲部の肉厚と縮径部の肉厚について、双方でバランスを図った上で、肉厚を一様に調整した形状に修正される。

上記の態様においては、前記第４成形処理は、前記第１成形処理と同期して行われ、前記第５成形処理は、前記第２成形処理と同期して行われること、が好ましい。

この態様によれば、第１の金型ユニットで、第１成形処理で必要な押圧力は、第４成形処理で必要な反力として、第４成形処理で必要な押圧力は、第１成形処理で必要な反力として、それぞれ相互に活かすことができる。同様に、第２の金型ユニットで、第２成形処理で必要な押圧力は、第５成形処理で必要な反力として、第５成形処理で必要な押圧力は、第２成形処理で必要な反力として、それぞれ相互に活かすことができる。そのため、第１の金型ユニットや第２の金型ユニットを装着した絞り成形装置では、押圧力を発生させる推力が、半成形シャフトや段付き中空シャフトの成形に有効に活用され、押圧力とその反力によって、絞り成形装置等自体に受ける機械的な負荷を抑制することができる。

上記の態様においては、前記第６成形処理は、前記第３成形処理と同期して行われること、が好ましい。

この態様によれば、第２の金型ユニットで、第３成形処理で必要な押圧力は、第６成形処理で必要な反力として、第６成形処理で必要な押圧力は、第３成形処理で必要な反力として、それぞれ相互に活かすことができる。そのため、第２の金型ユニットを装着した絞り成形装置では、押圧力を発生させる推力が、半成形シャフトや段付き中空シャフトの成形に有効に活用され、押圧力とその反力によって、絞り成形装置等自体に受ける機械的な負荷を抑制することができる。

上記の態様においては、前記一方側マンドレルまたは前記他方側マンドレルの少なくとも片方のマンドレルに、セレーションを形成可能なセレーション刃具を具備し、前記セレーション刃具が前記一方側マンドレルに具備されている場合には、前記二次絞り工程で、しごき後の前記一方側二次変形部から前記一方側マンドレルを引き抜く時、前記セレーション刃具により、前記一方側二次変形部の内周にセレーションを形成すること、前記セレーション刃具が前記他方側マンドレルに具備されている場合には、前記二次絞り工程で、しごき後の前記他方側二次変形部から前記他方側マンドレルを引き抜く時、前記セレーション刃具により、前記他方側二次変形部の内周にセレーションを形成すること、が好ましい。

この態様によれば、段付き中空シャフトが、製品となってモータ本体の出力軸等の回転軸と嵌め合いで接続するのに必要なセレーションを、別途、歯切り工程で加工する必要がなく、段付き中空シャフトの製造工程が簡略化できるため、段付き中空シャフトのコストダウンを図ることができる。

上記課題を解決するためになされた本発明の他の態様におけるモータシャフトの製造方法は、円筒状の中空シャフト素材の端部を、その軸心に向けた絞り成形により、径差を有した段付き中空シャフトであるモータシャフトの製造方法において、当該モータシャフトは、請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載する段付き中空シャフトの製造方法に基づいて、前記中空シャフト素材を成形してなること、を特徴とする。

この態様によれば、従来、いわゆる丸棒状の中実軸を基に、切削加工による削り出しで縮径部を形成したモータシャフトや、鍛造加工で縮径部を形成したモータシャフト等が、コスト上の理由で、やむを得なく使用されてきたモータ製品に対し、本発明に係る段付き中空シャフトの製造方法で成形された段付き中空シャフトは、このようなモータシャフトに代えて、採用することができるようになる。

上記の態様においては、当該モータシャフトは、車両に搭載されるモータのロータ向けの軸であること、が好ましい。

この態様によれば、段付き中空シャフトは、例えば、エンジンとモータを併用して走行するハイブリッドカーのほか、電気自動車や自動運転技術を搭載した自動車に挙げられる次世代の自動車の走行用モータ等を、安価に製造するのに貢献することできる。

本発明に係る段付き中空シャフトの製造方法、及びモータシャフトの製造方法によれば、ブランクであるストレート状の中空シャフトを絞り、段付き形状のモータシャフト等のような、径方向段付き形状のシャフトに成形するにあたり、安価なコストで、かつ生産性を高めて効率良く成形することができる、という優れた効果を奏する。

絞り加工後の製品であるシャフト成形品を、その軸心を含んで半分に分割された状態で示す断面図であり、（ａ）はセレーション無しのシャフト成形品、（ｂ）はセレーション有りのシャフト成形品である。 図１に示すシャフト成形品の素材として、製品ブランクを、その軸心を含んで半分に分割された状態で示す断面図である。 実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法の開発にあたり、試加工の実施を通じて、一次絞り工程の最適条件を見出すのに適用したＬ１８直交表の実験条件を示す説明図である。 実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法の二次絞り工程を第２金型ユニットで実施するにあたり、駆動部の動きに対するタイミングと作動荷重との関係について、アプリケーションソフトで解析した結果を、グラフで表示したシミュレーション画面を掲げた図である。 実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法のうち、二次絞り工程の第７工程内処理に相当する成形物の状態について、アプリケーションソフトで解析を行い、検証を行ったシミュレーション結果を、模式的に表示したシミュレーション画面を掲げた図である。 実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法で成形されるシャフト成形品の状態について、アプリケーションソフトで解析と検証を行ったシミュレーション結果を、模式的に表示したシミュレーション画面を掲げた図である。 実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法の一次絞り工程に基づき、第１金型ユニットにより、製品ブランクを絞って半成形シャフトを製造するまでの一連の絞り加工のうち、前半の第１工程内処理（ａ）〜第３工程内処理（ｃ）をまとめて示す工程図である。 図７に続き、一連の絞り加工のうち、後半の第４工程内処理（ｄ）〜第６工程内処理（ｆ）をまとめて示す工程図である。 実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法の一次絞り工程で成形された半成形シャフトを、その軸心を含んで半分に分割された状態で示す断面図である。 実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法の二次絞り工程で、第１工程内処理として、第２金型ユニットに半成形シャフトをセットした状態を示す第１工程図である。 図１０中、Ａ部の拡大図である。 図１０に続き、第２工程内処理に関するす第２工程図である。 図１２に続き、第３工程内処理に関する第３工程図である。 図１３中、Ｂ部の拡大図である。 図１３に続き、第４工程内処理に関する第４工程図である。 図１５中、Ｃ部の拡大図である。 図１５に続き、第５工程内処理に関する第５工程図である。 図１７に続き、第６工程内処理に関する第６工程図である。 図１８に続き、第７工程内処理に関する第７工程図である。 図１９に続き、第８工程内処理に関する第８工程図である。 図２０に続き、第９工程内処理に関する第９工程図である。 従来技術に係るモータシャフトの製造方法に関し、金型の導入角と製品ブランクの変形との関係を説明する模式図であり、（ａ）は、絞り加工前の製品ブランクを示す図、（ｂ）は、４５°を下回る比較的尖った鋭角状の導入角とした金型で、製品ブランクを絞った場合に生じる変形の様子を示す図、（ｃ）は、４５°を上回る比較的緩やかな鋭角状の導入角とした金型で、製品ブランクを絞った場合に生じる変形の様子を示す図である。 従来技術に係るモータシャフトの製造方法に基づき、（ａ）〜（ｅ）を通して、製品ブランクからシャフト成形品を製造するまでの全５工程の様子を、工程毎に分けて示す説明図である。

以下、本発明に係る段付き中空シャフトの製造方法、及びモータシャフトの製造方法について、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明に係る段付き中空シャフトの製造方法は、本実施形態では、モータシャフトの製造方法として、例えば、電気自動車や、自動運転技術を搭載した自動車に挙げられる次世代の自動車等、主として車両の走行向けに搭載されるモータを対象に、そのロータ軸を製造する場合を挙げて、説明する。前述したように、このようなロータ軸は、図１に示すように、絞り加工後の製品であるシャフト成形品１０（段付き中空シャフト、段付き中空シャフト）に、熱処理や表面処理等の後工程を施して形成される。

＜シャフト成形品１０の概要＞
はじめに、シャフト成形品１０の概要について、簡単に説明する。シャフト成形品１０は、図１及び図２に示すように、円筒状の中空シャフト素材である製品ブランク３０に対し、その軸心ＡＸに沿う両端に位置する据え込み予定部３２を、軸心ＡＸに向けて絞ることで、絞りを施さない元々の基準径円筒部３１との間に、径差を有した段付き中空シャフトである。

前述したモータのロータ軸の場合、シャフト成形品１０は、一例として、Ｓ３８Ｃ、Ｓ４５Ｃ等をはじめ、モリブテン（Ｍｏ）等の種々の金属成分をこのような炭素鋼に含んだ炭素鋼材を、本実施形態では、冷間鍛造により塑性変形させてなる。なお、段付き中空シャフトの材質は、塑性変形する機械的性質を有した金属材であれば、特に限定されるものではない。また、段付き中空シャフトは、実施形態のように、冷間鍛造品に限定されず、熱間鍛造により塑性変形された鍛造品であっても良い。

図１に示すように、シャフト成形品１０は、本実施形態では、肉厚ｔ０の製品ブランク３０のうち、基準径円筒部３１と同径とした基準径円筒部１１を挟む両側で、屈曲予定部３３の変形後である屈曲部１２を介して、縮径予定部３４を絞り込んだ縮径部１３からなる。また、シャフト成形品１０Ｘ（以下、「シャフト成形品１０」と総称する場合もある）では、片側の縮径部１３の内周には、セレーション１４が形成されている。

具体的には、シャフト成形品１０は、本実施形態に係るモータシャフトの製造方法で製造された製品の一例として、本実施形態では、肉厚８ｍｍの製品ブランク３０に絞り加工を行うことにより、全長２５１ｍｍ、基準径円筒部１１の外径φ７６．６ｍｍ、縮径部１３の外径φ４２ｍｍで内径φ１８．４ｍｍ等の形状に成形されてなる。

なお、本実施形態では、段付き中空シャフトとして、縮径部１３が、軸心ＡＸ方向両側に配されたシャフト成形品１０を例示したが、縮径部１３は片側だけ配置される場合もある。また、図１（ｂ）に示すように、セレーション１４が、片側の縮径部１３に形成されたシャフト成形品１０Ｘを例示したが、セレーション１４の有無は、適宜変更可能である。

＜本実施形態に係るモータシャフトの製造方法の開発にあたり＞
本出願人は、本実施形態に係るモータシャフトの製造方法を開発する上で、専用のアプリケーションソフトにより、絞られる成形物の状態についてシミュレーション化を行い、解析を行って検証すると共に、知得したシミュレーション結果に基づいて、実際に数多くの試加工を実施する等、日々、積極的な研究開発を進めてきた。

このモータシャフトの製造方法は、シャフト成形品１０の製造にあたり、生産性を高くし、効率良く製品ブランク３０に絞り加工を行うために開発された方法であり、後述するように、大別して、一次絞り工程と二次絞り工程の全２工程からなる。特に一次絞り工程で、絞りの加工の最適条件を見出すため、本出願人は、品質管理手法の一つである実験計画法を採用して、Ｌ１８直交表の実験条件に基づいた複数種の実験（試加工）を行った。本実施形態に係るモータシャフトの製造方法の一次絞り工程は、このようなＬ１８直交表による実験結果を反映して構成されている。

＜Ｌ１８直交表の概要＞
図３は、実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法の一次絞り工程に対し、複数の実験を通じて、加工条件を見出すのに適用したＬ１８直交表の実験条件を示す説明図である。なお、図３（ａ）中、寸法・形状を図示した概略図では、下側にあるφ７６．６の部分が基準径円筒部１１に対応する型部分で、上側にあるφ４２の部分が縮径部１３に対応する型部分で、その間の部分が屈曲部１２に対応する型部分である。

Ｌ１８直交表の制御因子は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、絞り成形装置における絞り時の「成形速度」（因子Ａ）、金型のテーパ部において、「導入角度θｂ」（因子Ｂ）、「導入角度θｃ」（因子Ｃ）、「コーナーＲｄ」（因子Ｄ）、「コーナーＲｅ」（因子Ｅ）、「コーナーＲｆ」（因子Ｆ）、「θｂとθｃとの変曲部位の曲率Ｇ」（因子Ｇ）、基準径円筒部１１に対応する型部分において、「ベア長さＨ」（因子Ｈ）である。各因子の水準数は、因子Ａだけが２で、それ以外の因子は全て３である。

図１に示すようなシャフト成形品１０を製造する場合、製品ブランク３０の据え込み予定部３２（屈曲予定部３３、縮径予定部３４）を、屈曲部１２や縮径部１３の形状のように、所望とする形状により近付けて絞るために、本出願人は、Ｌ１８直交表による実験を通じて、最も有意性の高いとされる制御因子とその水準に関して、有益な知見を得た。すなわち、Ｌ１８直交表の実験結果より、寄与率が最も高い制御因子は、「導入角度θｃ」（因子Ｃ）であり、その因子Ｃの水準は、導入角度θｃ＝６０°の条件とした場合であった。

図７は、実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法の一次絞り工程に基づき、第１金型ユニットにより、製品ブランクを絞って半成形シャフトを製造するまでの一連の絞り加工のうち、前半の第１工程内処理（ａ）〜第３工程内処理（ｃ）をまとめて示す工程図である。図８は、図７に続き、一連の絞り加工のうち、後半の第４工程内処理（ｄ）〜第６工程内処理（ｆ）をまとめて示す工程図である。図９は、実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法の一次絞り工程で成形された半成形シャフトを、その軸心を含んで半分に分割された状態で示す断面図である。

＜本実施形態に係るモータシャフトの製造方法で用いる金型ユニットについて＞
はじめに、本実施形態に係るモータシャフトの製造方法で用いる金型ユニットに対し、その導入角θの角度基準について、説明する。本実施形態に係るモータシャフトの製造方法で、一次絞り工程を行う第１絞り成形装置（図示せず）には、図７及び図８に示すように、第１金型ユニット１（第１の金型ユニット）が用いられる。また、二次絞り工程を行う第２絞り成形装置Ｍには、図１０〜図２１に示すように、第２金型ユニット２（第２の金型ユニット）が用いられる。なお、図７及び図８と図１０〜図２１に示す金型では、上側と下側は、図中、上下方向に沿う向きである。

図２に示すように、軸心ＡＸ方向両側にある製品ブランク３０の据え込み予定部３２を絞って、図１に示すように、縮径部１３と屈曲部１２に変形させるシャフト成形品１０の製造には、押圧側金型と被押圧側金型による一対の金型が、必要になる。第１金型ユニット１と第２金型ユニット２は、押圧側金型と被押圧側金型を有する。第１金型ユニット１と第２金型ユニット２において、押圧側金型と被押圧側金型とに対し、少なくとも一方が導入角付き金型として形成された導入角θの角度基準は、図７と図１０に示すように、軸心ＡＸと直交する製品ブランク３０等の輪切り断面に対応した金型の仮想面ＶＳ上である。

＜第１金型ユニット１の概要＞
第１金型ユニット１は、いずれも導入角付き金型として、第１ダイ４０（第１の被押圧側金型）と第１パンチ５０（第１の押圧側金型）、バックノックアウト可動部４４等を有する。

（１）第１金型ユニット１の下側
第１ダイ４０は、製品ブランク３０を保持する一次型内４０Ｓを、４５°を上回る緩やかな鋭角状の第１導入角θ１（本実施形態では、θ１＝６０°）の第１テーパ部４２を介して、型等径部４１と、それより径小な型径小部４３に区画して形成されている。型等径部４１は、ガタなく保持させる製品ブランク３０の外径に対応した径となっている。バックノックアウト可動部４４は、第１金型ユニット１の軸心Ｌ１方向に、型径小部４３と相対的に移動可能となっている。

（２）第１金型ユニット１の上側
第１パンチ５０は、アウターパンチ５０Ａとインナーパンチ５０Ｂとからなり、アウターパンチ５０Ａは、４５°を上回る緩やかな鋭角状の第３導入角θ３（本実施形態では、θ３＝６０°）で第３テーパ部５２を形成した導入角付き金型である。アウターパンチ５０Ａは、製品ブランク３０を保持するパンチ型内５０Ｓを、４５°を上回る緩やかな鋭角状の第３導入角θ３の第３テーパ部５２を介して、型等径部５１と、それより径小な型径小部５３に区画して形成されている。型等径部５１は、ガタなく保持させる製品ブランク３０の外径に対応した径となっている。インナーパンチ５０Ｂは、アウターパンチ５０Ａの型径小部５３に、ストッパ５４と共に配設され、アウターパンチ５０Ａに位置決めされた状態で固定されている。絞り時におけるアウターパンチ５０Ａのストローク長は、ストッパ５４により調整可能となっている。

＜本実施形態に係るモータシャフトの製造方法の一次絞り工程＞
次に、実施形態に係る中空シャフトの製造方法の一次絞り工程について、図７及び図８を用いて説明する。一次絞り工程は、第１ダイ４０の一次型内４０Ｓにセットされた状態にある製品ブランク３０のうち、一方側（図７及び図８中、下側）の据え込み予定部３２を、第１パンチ５０と共に、第１導入角θ１に倣って絞り、中空を維持したまま、基準径円筒部３１より径小な一方側一次変形部２１Ａに変形させる。本実施形態では、据え込み予定部３２は、製品ブランク３０の軸心ＡＸ方向両側にあるため、第１金型ユニット１により、双方の据え込み予定部３２（３２Ａ，３２Ｂ）を、同時に変形させる。

すなわち、一次絞り工程は、一次型内４０Ｓにセットされた状態にある製品ブランク３０に対し、第１ダイ４０と相対的に下降動作する第１パンチ５０の押圧により、一方側の据え込み予定部３２Ａ（３２）を、第１ダイ４０の第１導入角θ１に倣って、一方側一次変形部２１Ａに変形させる。一方側一次変形部２１Ａの変形と同時に、他方側（図７及び図８中、上側）の据え込み予定部３２Ｂ（３２）も、アウターパンチ５０Ａの第３導入角θ３に倣って絞り、中空を維持したまま、基準径円筒部３１より径小な他方側一次変形部２１Ｂに変形させる。

具体的には、第１金型ユニット１では、第１工程内処理として、第１パンチ５０が、第１ダイ４０と離間した待避位置に待機した下、軸心ＡＸを第１金型ユニット１の軸心Ｌ１と同心上で、製品ブランク３０の一方側据え込み予定部３２Ａを、第１ダイ４０の一次型内４０Ｓの型等径部４１に挿入し、第１テーパ部４２との境で保持させる（図７（ａ）参照）。次の第２工程内処理で、第１パンチ５０を下降して、第１ダイ４０に保持されている製品ブランク３０の他方側据え込み予定部３２Ｂを、アウターパンチ５０Ａのパンチ型内５０Ｓに挿入させる。これにより、他方側据え込み予定部３２Ｂが、アウターパンチ５０Ａの第３テーパ部５２との境まで、変形を伴わずに到達する。この段階では、バックノックアウト可動部４４とインナーパンチ５０Ｂは、製品ブランク３０と離れた状態になっている（図７（ｂ）参照）。

この状態から、第３工程内処理として、この第１パンチ５０がさらに下降し続けて、製品ブランク３０が押圧されると、図７（ｃ）に示すように、一方側据え込み予定部３２Ａは、一次型内４０Ｓで、第１テーパ部４２と型径小部４３の各形状に倣って絞られ、変形する。それと同時に、他方側据え込み予定部３２Ｂも、パンチ型内５０Ｓで、第３テーパ部５２と型径小部５３の各形状に倣って絞られ、変形する。

そして、第４工程内処理として、第１パンチ５０が、さらに第１ダイ４０と近接した最下端位置まで下降すると、図８（ｄ）に示すように、変形後の一方側据え込み予定部３２Ａの端面が、バックノックアウト可動部４４に当接して押圧され、一方側一次変形部２１Ａは、中空を維持したまま、基準径円筒部３１より径小化して成形される。それと同時に、変形後の他方側据え込み予定部３２Ｂの端面が、インナーパンチ５０Ｂに当接して押圧され、他方側一次変形部２１Ｂも、中空を維持したまま、基準径円筒部３１より径小化して成形される。このとき、基準径円筒部３１は、第１ダイ４０の型等径部４１と第１パンチ５０の型等径部５１で保持された状態にあるため、過度に座屈することなく、概ねストレート形状に保たれている。

一方側一次変形部２１Ａと他方側一次変形部２１Ｂを含む半成形シャフト２０が成形されたら、図８（ｅ）に示すように、第１パンチ５０を待避位置まで上昇させて、第１パンチ５０と第１ダイ４０とを離す（第５工程内処理）。次いで、バックノックアウト可動部４４を上昇させて、第１ダイ４０に保持されている半成形シャフト２０を上げ、第１金型ユニット１から取り出す（第６工程内処理）。かくして、半成形シャフト２０は、図９に示すように、基準径円筒部３１に相当する円筒部２３を挟み、一方側一次変形部２１Ａと他方側一次変形部２１Ｂを有した形状に成形される。半成形シャフト２０では、一方側一次変形部２１Ａ、他方側一次変形部２１Ｂとも、その肉厚は、変形前の製品ブランク３０の肉厚ｔ０と比べ、縮径による肉厚減少分に応じて、僅かに増えているものの、参照する図６（ｃ）のように、極端な肉厚の変化は生じていない。

＜第２金型ユニット２の概要＞
図１０は、実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法の二次絞り工程で、第１工程内処理として、第２金型ユニットに半成形シャフトをセットした状態を示す第１工程図であり、図１０中、Ａ部の拡大図を、図１１に示す。なお、説明の便宜上、図１０中、上下方向の動作を昇降動作と定義し、図１１以降の各図面でも、この定義を準用する。

図１０に示すように、第２金型ユニット２は、いずれも導入角付き金型として、第２ダイ６０（第２の被押圧側金型）と第２パンチ８０（第２の押圧側金型）、円筒状のノックアウトパンチ６６（一方側スリーブ）、下側マンドレル７０（一方側マンドレル）、上側マンドレル９０（他方側マンドレル）等を有する。第２金型ユニット２は、第２絞り成形装置Ｍに装着されている。第２ダイ６０は、第２絞り成形装置Ｍのベッドプレート６９に、一体化して固定された状態で取付けられ、第２パンチ８０は、第２絞り成形装置Ｍに昇降可能に設けられたスライダ８８に、一体化して固定された状態で取付けられている。

（１）第２金型ユニット２の下側
第２ダイ６０は、一方側一次変形部２１Ａを含む半成形シャフト２０を保持する二次型内６０Ｓを、４５°を上回る緩やかな鋭角状の第２導入角θ２（本実施形態では、θ２＝５５°）で形成された第２テーパ部６２を境に、半成形シャフト２０の円筒部２３（中空シャフト素材の基準径円筒部）の形状に対応した型等径部６１と、型等径部６１より径小な一方側型径小部６３に区画して形成されている。すなわち、型等径部６１は、製品であるシャフト成形品１０，１０Ｘの基準径円筒部１１に対応した径となっている。第２ダイ６０の二次型内６０Ｓは、軸心Ｌ２方向に貫通している。

ノックアウトパンチ６６は、昇降可能な可動プレート６７に立設されている。ノックアウトパンチ６６は、可動プレート６７の昇降動作により、二次型内６０Ｓの一方側型径小部６３を、摺動した状態で挿通して、一方側二次変形部２２Ａの端面２２Ａｂと接触可能に設けられている。ノックアウトパンチ６６の内周には、下側マンドレル７０が配設されている。下側マンドレル７０は、連結スペーサ７７を介して、第２絞り成形装置Ｍに昇降可能に設けられたバックノックアウト可動部６８に接続されている。下側マンドレル７０は、バックノックアウト可動部６８の昇降動作により、ノックアウトパンチ６６の内周と二次型内６０Ｓを、第２ダイ６０と相対的に軸心Ｌ２方向に移動するようになっている。 下側マンドレル７０は、半成形シャフト２０の一方側二次変形部２２Ａを、内周側からしごくためのしごき部７２を有している。

（２）第２金型ユニット２の上側
図１０に示すように、第２パンチ８０は、第１ダイ４０及びノックアウトパンチ６６との相対動作で、第２絞り成形装置Ｍのスライダ８８から半成形シャフト２０を押圧する。第２パンチ８０は、絞りパンチ８０Ａと、インナーパンチスリーブ８０Ｂ（他方側型スリーブ）と、アウターパンチ８０Ｃからなり、いずれも円筒状に形成されている。アウターパンチ８０Ｃは、第２絞り成形装置Ｍのスライダ８８に懸架して固設されたパンチホルダ８５に懸架した状態で、パンチホルダ８５と相対的に上下動可能に取付けられている。アウターパンチ８０Ｃは、第２パンチ８０の三次型内８０Ｓの一部として、第２ダイ６０の型等径部６１と同径で、軸心Ｌ２方向に貫通した型等径部８１を有する。

絞りパンチ８０Ａは、第２パンチ８０の三次型内８０Ｓの一部として、４５°を上回る緩やかな鋭角状の第４導入角θ４（本実施形態では、θ４＝５５°）で第４テーパ部８２を形成した導入角付き金型である。絞りパンチ８０Ａとインナーパンチスリーブ８０Ｂは、スライダ８８と一体化して設けられている。絞りパンチ８０Ａは、スライダ８８の昇降動作に伴って、アウターパンチ８０Ｃの内周（型等径部８１）を、軸心Ｌ２方向にアウターパンチ８０Ｃと相対移動するようになっている。インナーパンチスリーブ８０Ｂは、絞りパンチ８０Ａの内周（他方側型径小部８３）に配設され、絞り加工時に、三次型内８０Ｓにある他方側型径小部８３を挿通し、他方側二次変形部２２Ｂの端面２２Ｂｂと接触可能に設けられている。

パンチスペーサ８６は、上下動可能なパンチスペーサ規制部８７により上昇端を規制した状態で、スライダ８８と相対的に昇降可能に設けられている。上側マンドレル９０は、パンチスペーサ８６の貫通穴を挿通した連結スペーサ９７と連結している。連結スペーサ９７がパンチスペーサ規制部８７に当接する位置まで、上側マンドレル９０は、軸心Ｌ２方向上側に移動可能になっている。

第２絞り成形装置Ｍは、油圧制御を備えたバルジ成形プレス装置である。第２絞り成形装置Ｍでは、作動油の差圧に基づく油圧制御により、可動プレート６７とパンチスペーサ８６とは、互いに近接する向き、または離間する向きに同期して動作する。また、バックノックアウト可動部６８とパンチスペーサ規制部８７とは、双方とも同期して連動し、同じ向きに上昇動作または下降動作を行う。

上側マンドレル９０は、半成形シャフト２０の他方側二次変形部２２Ｂを、内周側からしごくためのしごき部９２を有している。また、本実施形態では、図１０及び図１１に示すように、上側マンドレル９０は、その先端部９１に、図１（ｂ）に示すシャフト成形品１０Ｘのセレーション１４を成形可能とするセレーション刃具９３を具備している。

＜製造工程のシミュレーション化＞
図４は、実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法の二次絞り工程を第２金型ユニットで実施するにあたり、駆動部の動きに対するタイミングと作動荷重との関係について、アプリケーションソフトで解析した結果を、グラフで表示したシミュレーション画面を掲げた図である。図５は、実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法のうち、二次絞り工程の第７工程内処理に相当する成形物の状態について、アプリケーションソフトで解析を行い、検証を行ったシミュレーション結果を、模式的に表示したシミュレーション画面を掲げた図である。図６は、実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法で成形されるシャフト成形品の状態について、アプリケーションソフトで解析と検証を行ったシミュレーション結果を、模式的に表示したシミュレーション画面を掲げた図である。

前述したように、本出願人は、本実施形態に係るモータシャフトの製造方法の開発にあたり、製品ブランク３０からシャフト成形品１０を製造するまでの一連の製造工程に対し、絞られる成形物の状態について、専用のアプリケーションソフトにより、予めシミュレーション化を行い、成形物の解析を行うと共に、加工条件の検証を行ってきた。本実施形態に係るモータシャフトの製造方法では、特に、その一次絞り工程で成形された半成形シャフト２０を基に、シャフト成形品１０を製造するまでの二次絞り工程を実施する上で、第２金型ユニット２における駆動部の動作制御は、重要である。

第２金型ユニット２の可動部に相当する画面ＭＴ１上の駆動部は、図４に示すように、駆動部Ａ（第２ダイ６０に相当）、駆動部Ｂ（下側マンドレル７０に相当）、駆動部Ｃ（ノックアウトパンチ６６に相当）、駆動部Ｄ（絞りパンチ８０Ａに相当）、駆動部Ｅ（上側マンドレル９０に相当）、及び駆動部Ｆ（インナーパンチスリーブ８０Ｂに相当）の全６種である。なお、駆動部Ａ〜駆動部Ｆの動作制御に関する説明は、二次絞り工程で詳述する。

アプリケーションソフトによると、図５に示すように、画面ＭＴ２に表示されたシャフト成形相当品１０Ｙは、シミュレーション上で、シャフト成形品１０を製造可能であるとして表示されたものである。加えて、図６に示すように、画面ＭＴ３に表示されたシャフト成形相当品１０Ｙは、図１に示すように、所望とするシャフト成形品１０の形状（屈曲部１２及び縮径部１３に対し、外形形状や厚み、縮径部１３で一様な肉厚等）と、ほぼ同形状である。しかも、画面ＭＴ３右側に表示されたシャフト成形相当品１０Ｙの半断面図によれば、シャフト成形相当品１０Ｙには、絞りによる屈曲に伴って、過度な歪みが発生することもなく、部位によって、内部応力が極端に大きくなっていないことが判る。

＜本実施形態に係るモータシャフトの製造方法の二次絞り工程＞
次に、実施形態に係る中空シャフトの製造方法の二次絞り工程について、説明する。二次絞り工程は、第２金型ユニット２を用いて実施される。二次絞り工程は、実施形態では、大別して、第１成形処理〜第６成形処理を含む。

第１成形処理では、下側マンドレル７０の先端部７１が、二次型内６０Ｓのうち、第２ダイ６０の型等径部６１内に待避の下、第２ダイ６０の二次型内６０Ｓにセットした状態にある半成形シャフト２０の一方側一次変形部２１Ａを、第２パンチ８０で押圧する。これにより、一方側一次変形部２１Ａは、型等径部６１から第２導入角θ２に倣いながら、下側マンドレル７０のしごき部７２と非接触で、一方側型径小部６３と下側マンドレル７０との間に送出され、絞り込まれて一方側二次変形部２２Ａに成形される。

第２成形処理では、第２パンチ８０で反力を受けながら、ノックアウトパンチ６６で一方側二次変形部２２Ａの端面２２Ａｂ（一端面）を押圧して、一方側二次変形部２２Ａを、下側マンドレル７０のしごき部７２と接触した状態になるまで圧縮させ、この圧縮状態を維持したまま、下側マンドレル７０を、一方側二次変形部２２Ａと相対的に移動させて、一方側二次変形部２２Ａのしごきを行ってから、一方側二次変形部２２Ａから引き抜く。

他方、第１成形処理時に、一方側一次変形部２１Ａが、一方側型径小部６３と下側マンドレル７０との間に挟まれた状態になってから、第２成形処理時に、一方側二次変形部２２Ａから下側マンドレル７０を引き抜くまでの間に、一方側二次変形部２２Ａの外周側部２２Ａａを、第２パンチ８０と共に、第２ダイ６０で押圧する。

第３成形処理は、第２成形処理で一方側二次変形部２２Ａのしごきを終えて、下側マンドレル７０のしごき部７２を一方側二次変形部２２Ａから待避させた後、さらにノックアウトパンチ６６で端面２２Ａｂを押圧して、一方側二次変形部２２Ａを圧縮する。

本実施形態に係る半成形シャフト２０では、軸心ＡＸ方向に対し、一方側二次変形部２２Ａの反対側にも、他方側二次変形部２２Ｂがあるため、第２金型ユニット２により、一方側二次変形部２２Ａと他方側二次変形部２２Ｂを、同時に変形させる。

すなわち、二次絞り工程は、第１成形処理と同期して行う第４成形処理と、第２成形処理と同期して行う第５成形処理を含む。第４成形処理では、上側マンドレル９０の先端部９１は、第２ダイ６０の型等径部６１内または第２パンチ８０の型等径部８１内に待避させた状態にする。そして、第２ダイ６０の二次型内６０Ｓにセットした状態にある半成形シャフト２０の他方側一次変形部２１Ｂを、第２パンチ８０の押圧により、第４導入角θ４に倣いながら、上側マンドレル９０のしごき部９２と非接触で、第２パンチ８０の他方側型径小部８３と上側マンドレル９０との間に送り、第２パンチ８０の絞りパンチ８０Ａと、インナーパンチスリーブ８０Ｂと、第２ダイ６０と、ノックアウトパンチ６６との絞り込みで、他方側二次変形部２２Ｂを成形する。

第５成形処理では、第２ダイ６０で相対的に反力を受けながら、インナーパンチスリーブ８０Ｂで他方側二次変形部２２Ｂの端面２２Ｂｂ（他端面）を押圧して、他方側二次変形部２２Ｂを、上側マンドレル９０のしごき部９２と接触した状態になるまで圧縮させ、この圧縮状態を維持したまま、上側マンドレル９０を、他方側二次変形部２２Ｂと相対的に移動させて、他方側二次変形部２２Ｂのしごきを行ってから、他方側二次変形部２２Ｂから引き抜く。

また、第４成形処理時に、他方側二次変形部２２Ｂが、他方側型径小部８３と上側マンドレル９０との間に挟まれた状態になってから、第５成形処理時に、他方側二次変形部２２Ｂから上側マンドレル９０を引き抜くまでの間に、他方側二次変形部２２Ｂの外周側部２２Ｂａを、第２ダイ６０と共に、第２パンチ８０の絞りパンチ８０Ａで押圧する。

他方、しごき後の他方側二次変形部２２Ｂから上側マンドレル９０を引き抜く時に、上側マンドレル９０のセレーション刃具９３により、他方側二次変形部２２Ｂの内周に、図１に示すように、シャフト成形品１０にあるセレーション１４の歯切りを行う。

第６成形処理は、第５成形処理で他方側二次変形部２２Ｂのしごきを終えて、上側マンドレル９０のしごき部９２を他方側二次変形部２２Ｂから待避させた後、さらにインナーパンチスリーブ８０Ｂで端面２２Ｂｂを押圧して、他方側二次変形部２２Ｂを圧縮する。このような第６成形処理は、第３成形処理と同期して行われる。

図１０〜図２１を用いて、具体的に説明する。図１２は、図１０に続き、第２工程内処理に関するす第２工程図である。図１３は、図１２に続き、第３工程内処理に関する第３工程図であり、図１３中、Ｂ部の拡大図を、図１４に示す。図１５は、図１３に続き、第４工程内処理に関する第４工程図であり、図１５中、Ｃ部の拡大図を、図１６に示す。図１７〜図２１は、順に第５工程内処理以降に関する第５工程図〜第９工程図である。

第２金型ユニット２では、図１０に示すように、第２パンチ８０は、待避位置で第２ダイ６０と離間している。下側マンドレル７０では、先端部７１は、二次型内６０Ｓの型等径部６１内に、しごき部７２は、二次型内６０Ｓの第２テーパ部６２付近に、それぞれ配置されている。また、上側マンドレル９０では、先端部９１としごき部９２は、いずれも三次型内８０Ｓの型等径部８１内に、配置されている。このような配置下で、半成形シャフト２０の一方側一次変形部２１Ａを、第２ダイ６０の二次型内６０Ｓの型等径部６１内に挿入して、円筒部２３の下方を型等径部６１内に収容し、第２テーパ部６２との境で保持させる（第１工程内処理）。

次に、第２工程内処理では、図１２に示すように、スライダ８８だけを下降させ、第２ダイ６０の上端面に、第２パンチ８０のアウターパンチ８０Ｃの下端面を当接させる。これにより、第２ダイ６０の二次型内６０Ｓに保持された半成形シャフト２０の他方側一次変形部２１Ｂが、その軸心ＡＸを第２金型ユニット２の軸心Ｌ２と同心上で、アウターパンチ８０Ｃの三次型内８０Ｓの型等径部８１内に挿入し、収容した状態で、第４テーパ部８２との境で保持される。他方側一次変形部２１Ｂは、絞りパンチ８０Ａの第４テーパ部８２との境まで、変形を伴わずに到達する。この段階では、ノックアウトパンチ６６（図４中、駆動部Ｃに対応）とインナーパンチスリーブ８０Ｂ（同じく、駆動部Ｆに対応）は、半成形シャフト２０と離れた状態になっている。

次に、第３工程内処理を行う。第３工程内処理は、図４に示す画面ＭＴ１において、時刻Ｔ１（１ｓ付近）〜時刻Ｔ２（１３ｓ付近）に相当するタイミングで、駆動部Ａ（第２ダイ６０に対応）と駆動部Ｄ（絞りパンチ８０Ａに対応）のように、第２ダイ６０と相対的に絞りパンチ８０Ａを動作制御して、実施される。

第３工程内処理では、図１３に示すように、第２工程内処理から引き続きスライダ８８だけを下降させ、パンチホルダ８５の下端面を第２ダイ６０の上端面まで近接させる。これにより、半成形シャフト２０では、他方側一次変形部２１Ｂは、その端面に当接したインナーパンチスリーブ８０Ｂに支持された状態で、絞りパンチ８０Ａと第２ダイ６０との押圧を受けて、三次型内８０Ｓで、第４テーパ部８２と他方側型径小部８３の各形状に倣って絞られ、変形する。それと同時に、一方側一次変形部２１Ａも、その端面に当接したノックアウトパンチ６６に支持された状態で、絞りパンチ８０Ａと第２ダイ６０との押圧を受けて、二次型内６０Ｓで、第２テーパ部６２と一方側型径小部６３の各形状に倣って絞られ、変形する。

このとき、図１４に示すように、下側マンドレル７０のしごき部７２は、二次型内６０Ｓの第２テーパ部６２付近に配置されているものの、一方側一次変形部２１Ａの変形に大きく影響を与える位置に配置されておらず、変形した一方側一次変形部２１Ａと非接触状態である。同様に、上側マンドレル９０のしごき部９２は、三次型内８０Ｓの第４テーパ部８２に配置されているものの、他方側一次変形部２１Ｂの変形に大きく影響を与える位置に配置されておらず、変形した他方側一次変形部２１Ｂと非接触状態である。

第３工程内処理により、変形後の一方側一次変形部２１Ａと変形後の他方側一次変形部２１Ｂでは、円筒部２３側の肉は厚く、端面側に向けて肉が次第に薄くなっているため、肉厚を一様にするために、次の第４工程内処理を行う。

次に、第４工程内処理は、図４に示す画面ＭＴ１において、時刻Ｔ２（１３ｓ付近）以降に相当したタイミングで、駆動部Ｃ（ノックアウトパンチ６６に対応）と駆動部Ｆ（インナーパンチスリーブ８０Ｂに対応）のように、ノックアウトパンチ６６とインナーパンチスリーブ８０Ｂを動作制御して、実施される。

第４工程内処理では、図１５に示すように、可動プレート６７を僅かに上昇させると同時に、パンチスペーサ８６を僅かに下降させて、半成形シャフト２０のうち、一方側一次変形部２１Ａの端面と他方側一次変形部２１Ｂの端面とを、ノックアウトパンチ６６とインナーパンチスリーブ８０Ｂにより、それぞれ押圧する。これにより、変形後の一方側一次変形部２１Ａは、その肉の変形代を、第２ダイ６０と下側マンドレル７０で規制した状態で、軸心ＡＸ方向に圧縮されて変形し、一方側二次変形部２２Ａとなる。一方側二次変形部２２Ａでは、インナーパンチスリーブ８０Ｂの下降を伴ったノックアウトパンチ６６の上昇（押圧）により、円筒部２３側の肉は、端面側に寄ると共に、端面側の肉は、円筒部２３側に向けて寄っていることから、肉厚は、概ね一様に調整されている。また、一方側二次変形部２２Ａの内周は、図１６に示すように、下側マンドレル７０のしごき部７２の挿通を妨げる程に径小化して、しごき部７２と接触した状態になっている。

同様に、可動プレート６７の僅かな上昇と同時に、パンチスペーサ８６の僅かな下降を行って、半成形シャフト２０のうち、一方側一次変形部２１Ａの端面と他方側一次変形部２１Ｂの端面とを、ノックアウトパンチ６６とインナーパンチスリーブ８０Ｂにより、それぞれ押圧する。これにより、変形後の他方側一次変形部２１Ｂは、その肉の変形代を、絞りパンチ８０Ａと上側マンドレル９０で規制した状態で、軸心ＡＸ方向に圧縮されて変形し、他方側二次変形部２２Ｂとなる。他方側二次変形部２２Ｂでは、ノックアウトパンチ６６の上昇を伴ったインナーパンチスリーブ８０Ｂの下降（押圧）により、円筒部２３側の肉は、端面側に寄ると共に、端面側の肉は、円筒部２３側に向けて寄っていることから、肉厚は、概ね一様に調整されている。また、他方側二次変形部２２Ｂの内周も、図１６に示すように、上側マンドレル９０のしごき部９２の挿通を妨げる程に径小化して、しごき部９２に密着した状態となっている。

＜しごき処理＞
次に、第４工程内処理の実施後、第５工程内処理と第６工程内処理を行う。第５工程内処理と第６工程内処理は、図４に示す画面ＭＴ１において、時刻Ｔ３（１７ｓ付近）以降に相当したタイミングで、駆動部Ｂ（下側マンドレル７０に対応）と、駆動部Ｃ（ノックアウトパンチ６６に対応）と、駆動部Ｅ（上側マンドレル９０に対応）と、駆動部Ｆ（インナーパンチスリーブ８０Ｂに対応）のように、下側マンドレル７０、ノックアウトパンチ６６、上側マンドレル９０、及びインナーパンチスリーブ８０Ｂを動作制御して、実施される。

次に、第４工程内処理の実施後、本実施形態では、先に他方側二次変形部２２Ｂをしごく第５工程内処理を行う。一方側二次変形部２２Ａの端面２２Ａｂは、ノックアウトパンチ６６で、他方側二次変形部２２Ｂの端面２２Ｂｂは、インナーパンチスリーブ８０Ｂで、それぞれ支持された状態になっている。第５工程内処理では、この状態を維持したまま、図１７に示すように、パンチスペーサ規制部８７と連動してバックノックアウト可動部６８だけを上昇させて、下側マンドレル７０の先端部７１で先端部９１と一体的に連結した上側マンドレル９０のしごき部９２を、上方に向けて移動させる。

これにより、上側マンドレル９０のしごき部９２は、他方側二次変形部２２Ｂの内周を挿通して完全に貫通する。すなわち、他方側二次変形部２２Ｂは、第２ダイ６０側と第２パンチ８０側を閉じて、インナーパンチスリーブ８０Ｂとアウターパンチ８０Ｃに拘束された状態の下で、上側マンドレル９０のしごき部９２が、内周側から他方側二次変形部２２Ｂをしごきながら、他方側二次変形部２２Ｂの端面２２Ｂｂ側から引き抜かれる。そのため、しごいた後の他方側二次変形部２２Ｂの外周側部２２Ｂａでは、局部的な座屈、屈曲等の変形が修正される。

他方側二次変形部２２Ｂのしごきを実施した後、引き続き一方側二次変形部２２Ａをしごく第６工程内処理を行う。第６工程内処理では、図１８に示すように、パンチスペーサ規制部８７と連動してバックノックアウト可動部６８だけを下降させて、上側マンドレル９０の先端部９１で先端部７１と一体的に連結した下側マンドレル７０のしごき部７２を、下方に向けて移動させる。これにより、下側マンドレル７０のしごき部７２は、一方側二次変形部２２Ａの内周を挿通して完全に貫通する。

すなわち、他方側二次変形部２２Ｂは、第２ダイ６０側と第２パンチ８０側を閉じて、第２ダイ６０とノックアウトパンチ６６に拘束された状態の下で、下側マンドレル７０のしごき部７２が、内周側から一方側二次変形部２２Ａをしごきながら、一方側二次変形部２２Ａの端面２２Ａｂ側から引き抜かれる。そのため、しごいた後の一方側二次変形部２２Ａの外周側部２２Ａａでは、局部的な座屈、屈曲等の変形が修正される。

＜角付け処理＞
次に、第７工程内処理を行う。第７工程内処理は、図４に示す画面ＭＴ１において、時刻Ｔ４（２３ｓ付近）以降に相当したタイミングで、駆動部Ｃ（ノックアウトパンチ６６に対応）と駆動部Ｆ（インナーパンチスリーブ８０Ｂに対応）のように、ノックアウトパンチ６６とインナーパンチスリーブ８０Ｂを動作制御して、実施される。

第７工程内処理では、図１９に示すように、可動プレート６７を僅かに上昇させると同時に、パンチスペーサ８６を僅かに下降させて、一方側二次変形部２２Ａの端面２２Ａｂと他方側二次変形部２２Ｂの端面２２Ｂｂとを、ノックアウトパンチ６６とインナーパンチスリーブ８０Ｂにより、それぞれ押圧する。

このとき、一方側二次変形部２２Ａでは、外周側部２２Ａａが、第２ダイ６０と下側マンドレル７０に保持された状態にある。そのため、一方側二次変形部２２Ａの端面２２Ａｂが、ノックアウトパンチ６６で上側に押されると、一方側二次変形部２２Ａは、円筒部２３に対し、それとの境界付近で、急峻な屈曲角度θ（図１中、一例としてθ＝約１００°）に変形（角付け）されて、シャフト成形品１０の屈曲部１２となる。同時に、他方側二次変形部２２Ｂでは、外周側部２２Ｂａが、絞りパンチ８０Ａと上側マンドレル９０に保持された状態にある。そのため、他方側二次変形部２２Ｂの端面２２Ｂｂが、インナーパンチスリーブ８０Ｂで下側に押されると、他方側二次変形部２２Ｂは、円筒部２３に対し、それとの境界付近で、急峻な屈曲角度θ（図１中、一例としてθ＝約１００°）に変形（角付け）されて、シャフト成形品１０の屈曲部１２となる。

次に、第８工程内処理では、図２０に示すように、スライダ８８を上昇させて、第２金型ユニット２の第２パンチ８０側を、その待避位置まで第２ダイ６０側と離間させる。このとき、第２パンチ８０のアウターパンチ８０Ｃの下端面が、当接状態にあった第２ダイ６０の上端面と離間する位置まで、第２パンチ８０側が上昇すると、上側マンドレル９０の先端部９１は、下側マンドレル７０の先端部７１と離れて、他方側二次変形部２２Ｂに近接した位置に到達する。先端部９１にセレーション刃具９３を具備していない上側マンドレル９０の場合には、第２ダイ６０の型等径部６１で円筒部２３を保持した状態を維持したまま、引き続きスライダ８８の上昇により、待避位置まで第２パンチ８０側を上昇させる。これにより、上側マンドレル９０の先端部９１が、他方側二次変形部２２Ｂの内周を挿通して、上側マンドレル９０は、他方側二次変形部２２Ｂから引き抜かれる。

なお、上側マンドレル９０のセレーション刃具９３で、他方側二次変形部２２Ｂの内周にセレーションを形成する場合には、図２０に示すように、第２金型ユニット２において、第２パンチ８０側を第２ダイ６０側と離間させず、図１７に示すように、他方側二次変形部２２Ｂを、第２パンチ８０側と第２ダイ６０側で完全にクランプされた状態にしておく。スライダ８８の上昇により、第２金型ユニット２の第２パンチ８０側を待避位置まで上昇させておき、他方側二次変形部２２Ｂが、第２パンチ８０側と第２ダイ６０側で完全にクランプされた状態の下で、上側マンドレル９０の先端部９１にあるセレーション刃具９３を、他方側二次変形部２２Ｂの内周を挿通させる。これにより、他方側二次変形部２２Ｂの内周は、セレーション刃具９３により、セレーションをなす形状に歯切りされて、上側マンドレル９０は、他方側二次変形部２２Ｂから引き抜かれる。

また、本実施形態に係るシャフト成形品１０とは異なり、縮径部が、基準径円筒部の片側だけにある段付き中空シャフト（モータシャフト）で、その縮径部の内周にセレーションを形成する場合でも、前述の要領と同じように、セレーションの歯切りを行うことができる。この場合には、上側マンドレル９０等に相当するマンドレルのセレーション刃具を、縮径部となる前の状態にある半成形シャフトの二次変形部の内周に挿通させることにより、セレーションの歯切りを行いながら、マンドレルを二次変形部の内周から引き抜く。

続く第９工程内処理では、第２金型ユニット２の第２パンチ８０側が、待避位置まで移動したら、図２１に示すように、バックノックアウト可動部６８を上昇させて、第２ダイ６０に保持されているシャフト成形品１０，１０Ｘを上げ、第２金型ユニット２から取り出す。かくして、シャフト成形品１０，１０Ｘは、図１に示すように、基準径円筒部１１を挟み、屈曲部１２を介した縮径部１３と、基準径円筒部３１とを、段差状に成形した態様で、製造される。

なお、実施形態に係る中空シャフトの製造方法の二次絞り工程のうち、第１成形処理と第４成形処理は、前述した第１工程内処理〜第３工程内処理に対応する。また、第２成形処理と第５成形処理は、第４工程内処理〜第６工程内処理に対応する。また、第３成形処理と第６成形処理は、第７工程内処理に対応する。

次に、本実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法、及びモータシャフトの製造方法の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法は、第１ダイ４０の一次型内４０Ｓにセットされた状態にある製品ブランク３０のうち、一方側（図７及び図８中、下側）の据え込み予定部３２を、第１パンチ５０と共に、第１導入角θ１に倣って絞り、中空を維持したまま、基準径円筒部３１より径小な一方側一次変形部２１Ａに変形させる一次絞り工程と、下側マンドレル７０の先端部７１が、二次型内６０Ｓのうち、第２ダイ６０の型等径部６１内に待避の下、第２ダイ６０の二次型内６０Ｓにセットした状態にある半成形シャフト２０の一方側一次変形部２１Ａを、第２パンチ８０で押圧することにより、一方側一次変形部２１Ａを、型等径部６１から第２導入角θ２に倣いながら、下側マンドレル７０のしごき部７２と非接触で、一方側型径小部６３と下側マンドレル７０との間に送り、絞り込まれて一方側二次変形部２２Ａを成形する第１成形処理と、第２パンチ８０で反力を受けながら、ノックアウトパンチ６６で一方側二次変形部２２Ａの端面２２Ａｂを押圧して、一方側二次変形部２２Ａを、下側マンドレル７０のしごき部７２と接触した状態になるまで圧縮させ、この圧縮状態を維持したまま、下側マンドレル７０を、一方側二次変形部２２Ａと相対的に移動させて、一方側二次変形部２２Ａのしごきを行ってから、一方側二次変形部２２Ａから引き抜く第２成形処理と、を含む二次絞り工程を有すること、を特徴とする。

この特徴により、一次絞り工程と二次絞り工程による全２工程で、製品ブランク３０からシャフト成形品１０を成形することができるため、図２３に示すように、少なくとも全５工程を要していた従来技術に係る製造方法に比べ、シャフト成形品１０のコストが安価になる。特に、従来技術に係る製造方法では、非常に高価な専用の金型が、全５工程分、工程毎に必要となり、設備コストも多額であったが、本実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法は、一次絞り工程向けの第１金型ユニット１と、二次絞り工程向けの第２金型ユニット２で足りるため、設備コストを、大幅に抑制することができる。

また、シャフト成形品１０は、多品種小ロット体制下や量産体制下に拘わらず、一次絞り工程と二次絞り工程を含む実質の総タクトタイムを、参照する図４の画面ＭＴ１の通り、例えば、数十〜百数十秒等と、実際に効率良く、生産性を高めて製造することができる。しかも、少なくとも全５工程を要していた従来技術に係る製造方法に比べ、工程数が２と少ない分、作業者は、一次絞り工程と二次絞り工程との工程管理を、適切に行うことが容易になり、ひいては、品質管理上、歩留まりを高くしてシャフト成形品１０を製造することができる。

従って、本実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法によれば、ストレート状の製品ブランク３０を絞り、段付き形状のモータシャフト等のような、シャフト成形品１０，１０Ｘに成形するにあたり、安価なコストで、かつ生産性を高めて効率良く成形することができる、という優れた効果を奏する。

また、本実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法では、第１成形処理時に、一方側一次変形部２１Ａが、一方側型径小部６３と下側マンドレル７０との間に挟まれた状態になってから、第２成形処理時に、一方側二次変形部２２Ａから下側マンドレル７０を引き抜くまでの間に、一方側二次変形部２２Ａの外周側部２２Ａａを、第２パンチ８０と共に、第２ダイ６０で押圧すること、を特徴とする。

この特徴により、円筒部２３に対し、一方側二次変形部２２Ａとの境界付近が、図１に示すように、急峻な屈曲角度θ（図１中、一例としてθ＝約１００°前後）に角付けされ、軸心ＡＸ方向に対し、基準径円筒部３１と縮径部１３との間を、急峻な屈曲部１２で形成したシャフト成形品１０を得ることができる。

また、本実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法では、二次絞り工程は、第２成形処理で一方側二次変形部２２Ａのしごきを終えて、下側マンドレル７０のしごき部７２を一方側二次変形部２２Ａから待避させた後、さらにノックアウトパンチ６６で端面２２Ａｂを押圧して、一方側二次変形部２２Ａを圧縮する第３成形処理を含むこと、を特徴とする。

この特徴により、圧縮した一方側二次変形部２２Ａは、図１に示すように、シャフト成形品１０の屈曲部１２及び縮径部１３として、局部的な座屈、屈曲等の変形を取り除いて、肉厚を一様に調整した形状に修正される。

また、本実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法では、一次絞り工程は、一次型内４０Ｓにセットされた状態にある製品ブランク３０に対し、第１ダイ４０と相対的に下降動作する第１パンチ５０の押圧により、一方側の据え込み予定部３２Ａ（３２）を、第１ダイ４０の第１導入角θ１に倣って、一方側一次変形部２１Ａに変形させると同時に、他方側の据え込み予定部３２Ｂ（３２）も、アウターパンチ５０Ａの第３導入角θ３に倣って絞り、中空を維持したまま、基準径円筒部３１より径小な他方側一次変形部２１Ｂに変形させること、を特徴とする。

この特徴により、他方側一次変形部２１Ｂは、例えば、その相手側となる部品、既製品のユニット等の対象物と、軸支、嵌め合い、溶接等の連結手段により、接続可能になる。

また、本実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法では、二次絞り工程は、上側マンドレル９０の先端部９１を、第２ダイ６０の型等径部６１内または第２パンチ８０の型等径部８１内に待避させた状態で、第２ダイ６０の二次型内６０Ｓにセットした状態にある半成形シャフト２０の他方側一次変形部２１Ｂを、第２パンチ８０との押圧で、第４導入角θ４に倣いながら、上側マンドレル９０のしごき部９２と非接触で、第２パンチ８０の他方側型径小部８３と上側マンドレル９０との間に送り、第２パンチ８０の絞りパンチ８０Ａと、インナーパンチスリーブ８０Ｂと、第２ダイ６０と、ノックアウトパンチ６６との絞り込みで、他方側二次変形部２２Ｂを成形する第４成形処理と、第２ダイ６０で相対的に反力を受けながら、インナーパンチスリーブ８０Ｂで他方側二次変形部２２Ｂの端面２２Ｂｂを押圧して、他方側二次変形部２２Ｂを、上側マンドレル９０のしごき部９２と接触した状態になるまで圧縮させ、この圧縮状態を維持したまま、上側マンドレル９０を、他方側二次変形部２２Ｂと相対的に移動させて、他方側二次変形部２２Ｂのしごきを行ってから、他方側二次変形部２２Ｂから引き抜く第５成形処理を含むこと、を特徴とする。

この特徴により、図１に示すシャフト成形品１０のように、基準径円筒部１１を挟む両側に、屈曲部１２を介して縮径部１３を成形する場合でも、工程数の増加を伴うことなく、一次絞り工程と二次絞り工程だけで、軸心ＡＸ方向両側に縮径部１３を有するシャフト成形品１０を成形することができる。しかも、軸心ＡＸ方向両側に縮径部１３を成形する場合でも、一次絞り工程と二次絞り工程を含む実質の総タクトタイムは、縮径部１３を片側だけ成形する場合のタクトタイムに比べ、一例として、２０％程度までの増加に過ぎない。そのため、シャフト成形品１０の生産性は、極めて高い。

また、本実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法では、第４成形処理時に、他方側二次変形部２２Ｂが、他方側型径小部８３と上側マンドレル９０との間に挟まれた状態になってから、第５成形処理時に、他方側二次変形部２２Ｂから上側マンドレル９０を引き抜くまでの間に、他方側二次変形部２２Ｂの外周側部２２Ｂａを、第２ダイ６０と共に、第２パンチ８０の絞りパンチ８０Ａで押圧すること、を特徴とする。

この特徴により、一方側二次変形部２２Ａの角付けと同様、円筒部２３に対し、他方側二次変形部２２Ｂとの境界付近も、図１に示すように、急峻な屈曲角度θ（図１中、一例としてθ＝約１００°前後）に角付けされ、軸心ＡＸ方向両側に対し、基準径円筒部３１と縮径部１３との間を、急峻な屈曲部１２で形成したシャフト成形品１０を得ることができる。

また、本実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法では、二次絞り工程は、第５成形処理で他方側二次変形部２２Ｂのしごきを終えて、上側マンドレル９０のしごき部９２を他方側二次変形部２２Ｂから待避させた後、さらにインナーパンチスリーブ８０Ｂで端面２２Ｂｂを押圧して、他方側二次変形部２２Ｂを圧縮する第６成形処理を含むこと、を特徴とする。

この特徴により、圧縮した他方側二次変形部２２Ｂは、図１及び図６に示すように、シャフト成形品１０の屈曲部１２及び縮径部１３として、局部的な座屈、屈曲等の変形を取り除き、屈曲部１２の肉厚と縮径部１３の肉厚について、双方でバランスを図った上で、肉厚を一様に調整した形状に修正される。

また、本実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法では、第４成形処理は、第１成形処理と同期して行われ、第５成形処理は、第２成形処理と同期して行われること、を特徴とする。

この特徴により、第１金型ユニット１では、第１ダイ４０等と第１パンチ５０等による押圧力とその反力について、第１成形処理で必要な押圧力は、第４成形処理で必要な反力として、第４成形処理で必要な押圧力は、第１成形処理で必要な反力として、それぞれ相互に活かすことができる。同様に、第２金型ユニット２では、第２ダイ６０等と第２パンチ８０等による押圧力とその反力について、第２成形処理で必要な押圧力は、第５成形処理で必要な反力として、第５成形処理で必要な押圧力は、第２成形処理で必要な反力として、それぞれ相互に活かすことができる。そのため、第１絞り成形装置や第２絞り成形装置Ｍでは、押圧力を発生させる推力が、半成形シャフト２０やシャフト成形品１０の成形に有効に活用され、押圧力とその反力によって、第２絞り成形装置Ｍ等自体に受ける機械的な負荷を抑制することができる。

また、本実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法では、第６成形処理は、第３成形処理と同期して行われること、を特徴とする。

この特徴により、第２金型ユニット２では、第２ダイ６０等と第２パンチ８０等による押圧力とその反力について、第３成形処理で必要な押圧力は、第６成形処理で必要な反力として、第６成形処理で必要な押圧力は、第３成形処理で必要な反力として、それぞれ相互に活かすことができる。そのため、第２絞り成形装置Ｍでは、押圧力を発生させる推力が、シャフト成形品１０の成形に有効に活用され、押圧力とその反力によって、第２絞り成形装置Ｍ自体に受ける機械的な負荷を抑制することができる。

また、本実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法では、上側マンドレル９０に、セレーションを形成可能なセレーション刃具９３を具備し、セレーション刃具９３が上側マンドレル９０に具備されている場合には、二次絞り工程で、しごき後の他方側二次変形部２２Ｂから上側マンドレル９０を引き抜く時、セレーション刃具９３により、他方側二次変形部２２Ｂの内周にセレーション１４を成形すること、を特徴とする。

この特徴により、シャフト成形品１０が、製品となってモータ本体の出力軸等の回転軸と嵌め合いで接続するのに必要なセレーション１４を、別途、歯切り工程で加工を行う必要がなく、シャフト成形品１０の製造工程が簡略化できるため、シャフト成形品１０のコストダウンを図ることができる。

また、本実施形態に係るモータシャフトの製造方法では、円筒状の製品ブランク３０の端部を、その軸心ＡＸに向けた絞り成形により、径差を有した段付き中空シャフトであるモータシャフトの製造方法において、モータシャフト（シャフト成形品１０，１０Ｘ）は、前述の段付き中空シャフトの製造方法に基づいて、製品ブランク３０を成形してなること、を特徴とする。

この特徴により、従来、いわゆる丸棒状の中実軸を基に、切削加工による削り出しで縮径部を形成したモータシャフトや、鍛造加工で縮径部を形成したモータシャフト等が、コスト上の理由で、やむを得なく使用されてきたモータ製品に対し、シャフト成形品１０，１０Ｘは、このようなモータシャフトに代えて、採用することができるようになる。

すなわち、従来技術に係るモータシャフトの製造方法で、円筒形状の製品ブランク３０からシャフト成形品１０を成形しようとすると、図２３に示すように、縮径部１３片側につき、少なくとも全５工程が必要になるため、絞り加工で成形されるモータシャフトの製造コストは、割高であった。これに対し、本実施形態に係るモータシャフトの製造方法では、製品ブランク３０からシャフト成形品１０を成形するまでに、縮径部１３が片側、両側に依らず、絞り加工は全２工程であるため、前述の中実軸を加工したモータシャフトに比べ、安価になる場合がある。その上、シャフト成形品１０は、中空状の製品ブランク３０を塑性変形させて縮径部１３を形成したものであるため、耐強度の向上と共に、軽量化の実現を図ることができている。

また、本実施形態に係るモータシャフトの製造方法では、モータシャフト（シャフト成形品１０，１０Ｘ）は、車両に搭載されるモータのロータ向けの軸であること、を特徴とする。

この特徴により、シャフト成形品１０，１０Ｘは、例えば、エンジンとモータを併用して走行するハイブリッドカーのほか、電気自動車や自動運転技術を搭載した自動車に挙げられる次世代の自動車の走行用モータ等を、安価に製造するのに貢献することできる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できる。

（１）例えば、実施形態では、鉛直方向に対し、第２金型ユニット２にある第２ダイ６０側を下側に、第２パンチ８０側を上側に装着した第２絞り成形装置Ｍを用いて、本実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法の二次絞り工程を実施した。しかしながら、本発明に係る段付き中空シャフトの製造方法の二次絞り工程は、第２の金型ユニットのうち、第２の被押圧側金型側を構成するユニットと、第２の押圧側金型を構成するユニットとを、水平方向に対向した配置で装着する絞り成形装置を用いて実施しても良い。

（２）また、実施形態では、本実施形態に係る段付き中空シャフトの製造方法の一次絞り工程で、第１導入角θ１と第３導入角θ３が、双方とも６０°の第１金型ユニット１を用いた。また、二次絞り工程で、第２導入角θ２と第４導入角θ４が、双方とも５５°の第２金型ユニット２を用いた。しかしながら、本発明に係る段付き中空シャフトの製造方法で用いる一次絞り工程向けの第１の金型ユニットや、二次絞り工程向けの第２の金型ユニットでは、導入角付き金型の導入角は、本実施形態に限定されるものでなく、中空シャフト素材に基づいて成形される段付き中空シャフトの形状（基準径円筒部、屈曲部、縮径部に関する形状）や、中空シャフト素材の機械的性質等の絞り条件に応じて、適宜変更可能である。

（３）また、実施形態では、実施形態に係る中空シャフトの製造方法の二次絞り工程では、図１０〜図２１に例示したように、第１工程内処理〜第９工程内処理を行ったが、これらの工程内処理は、実施形態に限定されるものではない。

１ 第１金型ユニット（第１の金型ユニット）
２ 第２金型ユニット（第２の金型ユニット）
１０，１０Ｘ シャフト成形品（段付き中空シャフト、段付き中空シャフト）
１１，３１ 基準径円筒部
１４ セレーション
２０ 半成形シャフト
２１Ａ 一方側一次変形部
２１Ｂ 他方側一次変形部
２２Ａ 一方側二次変形部
２２Ａａ （一方側二次変形部の）外周側部
２２Ａｂ 端面（一方側二次変形部の一端面）
２２Ｂ 他方側二次変形部
２２Ｂａ （他方側二次変形部の）外周側部
２２Ｂｂ 端面（他方側二次変形部の他端面）
３０ 製品ブランク（中空シャフト素材）
３２ 据え込み予定部
３２Ａ 一方側据え込み予定部（据え込み予定部）
３２Ｂ 他方側据え込み予定部（据え込み予定部）
４０ 第１ダイ（第１の被押圧側金型、導入角付き金型）
４０Ｓ 一次型内
４２ 第１テーパ部
５０ 第１パンチ（第１の押圧側金型、導入角付き金型）
５１ 型等径部
５２ 第３テーパ部
５３ 型径小部
６０ 第２ダイ（第２の被押圧側金型、導入角付き金型）
６０Ｓ 二次型内
６１ 型等径部
６３ 一方側型径小部
６６ ノックアウトパンチ（一方側スリーブ）
７０ 下側マンドレル
７１ （下側マンドレルの）先端部
７２ （下側マンドレルの）しごき部
８０ 第２パンチ（第２の押圧側金型、導入角付き金型）
８０Ｓ 三次型内
８０Ｂ インナーパンチスリーブ（他方側型スリーブ）
８１ 型等径部
８２ 第４テーパ部
８３ 他方側型径小部
９０ 上側マンドレル
９１ （上側マンドレルの）先端部
９２ （上側マンドレルの）しごき部
ＡＸ 軸心
ＶＳ 仮想面

Claims (12)

1. ブランクである円筒状の中空シャフト素材に対し、その軸心に沿った端部に位置する据え込み予定部を、該軸心に向けて絞ることで、絞りを施さない元々の基準径円筒部との間に、径差を有した段付き状シャフトを成形する段付き中空シャフトの製造方法において、
   絞りを行う一対の金型である押圧側金型と被押圧側金型とに対し、少なくとも一方が導入角付き金型として形成された導入角θの角度基準を、前記軸心と直交する前記中空シャフト素材の輪切り断面に対応した前記金型の仮想面上とすると、
   前記導入角付き金型として、前記中空シャフト素材を保持する一次型内を、４５°を上回る鋭角状の第１導入角θ１の第１テーパ部を介して、径小化された第１の前記被押圧側金型と、第１の前記押圧側金型を備える第１の金型ユニットにより、
   前記第１の被押圧側金型の前記一次型内にセットされた状態にある前記中空シャフト素材のうち、一方側の前記据え込み予定部を、前記第１の押圧側金型と共に、前記第１導入角θ１に倣って絞り、中空を維持したまま、前記基準径円筒部より径小な一方側一次変形部に変形させる一次絞り工程と、
   前記導入角付き金型として、前記一方側一次変形部を含む半成形シャフトを保持する二次型内を、４５°を上回る鋭角状の第２導入角θ２で形成された第２テーパ部を境に、前記基準径円筒部の形状に対応した型等径部と、前記型等径部より径小な一方側型径小部に区画した第２の前記被押圧側金型と、前記第２の被押圧側金型との相対動作で、前記一方側一次変形部の反対側から前記半成形シャフトを押圧する第２の前記押圧側金型と、前記一方側型径小部を挿通して前記半成形シャフトと接触可能な一方側スリーブと、前記半成形シャフトの前記一方側一次変形部をその内周側でしごくしごき部を含む一方側マンドレルを備える第２の金型ユニットにより、
   前記一方側マンドレルの先端部が前記型等径部内に待避の下、前記第２の被押圧側金型の前記二次型内にセットした状態の前記半成形シャフトを、前記第２の押圧側金型で押圧することにより、前記一方側一次変形部を、前記型等径部から前記第２導入角θ２に倣いながら、前記一方側マンドレルの前記しごき部と非接触で、前記一方側型径小部と前記一方側マンドレルとの間に送り、絞り込んで一方側二次変形部を成形する第１成形処理と、
   前記第２の押圧側金型で反力を受けながら、前記一方側スリーブで前記一方側二次変形部の一端面を押圧して、前記一方側二次変形部を、前記一方側マンドレルの前記しごき部と接触した状態になるまで圧縮させ、この圧縮状態を維持したまま、前記一方側マンドレルを、前記一方側二次変形部と相対的に移動させて、前記一方側二次変形部のしごきを行ってから、前記一方側二次変形部から引き抜く第２成形処理と、を含む二次絞り工程を有すること、
   を特徴とする段付き中空シャフトの製造方法。
2. 請求項１に記載する段付き中空シャフトの製造方法において、
   前記第１成形処理時に、前記一方側一次変形部が、前記一方側型径小部と前記一方側マンドレルとの間に挟まれた状態になってから、前記第２成形処理時に、前記一方側二次変形部から前記一方側マンドレルを引き抜くまでの間に、前記一方側二次変形部の外周側部を、前記第２の押圧側金型と共に、前記第２の被押圧側金型で押圧すること、
   を特徴とする段付き中空シャフトの製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載する段付き中空シャフトの製造方法において、
   前記二次絞り工程は、前記第２成形処理で前記一方側二次変形部のしごきを終えた後、さらに前記一方側スリーブで前記一端面を押圧して前記一方側二次変形部を圧縮する第３成形処理を含むこと、
   を特徴とする段付き中空シャフトの製造方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載する段付き中空シャフトの製造方法において、
   前記据え込み予定部は、前記中空シャフト素材の前記軸心方向両側にあり、前記第１の金型ユニットでは、第１の前記押圧側金型は、４５°を上回る鋭角状の第３導入角θ３で第３テーパ部を形成した前記導入角付き金型で構成されていること、
   前記一次絞り工程は、前記第１の被押圧側金型の前記一次型内にセットした状態の前記中空シャフト素材に対し、前記第１の被押圧側金型との相対動作による前記第１の押圧側金型の押圧で、前記一方側据え込み予定部を、前記第１の被押圧側金型の前記第１導入角θ１に倣って、前記一方側一次変形部に変形させると同時に、他方側の前記据え込み予定部を、前記第１の押圧側金型の前記第３導入角θ３に倣って絞り、中空を維持したまま、前記基準径円筒部より径小な他方側一次変形部に変形させること、
   を特徴とする段付き中空シャフトの製造方法。
5. 請求項４に記載する段付き中空シャフトの製造方法において、
   前記第２の被押圧側金型と共に、前記他方側一次変形部を絞る前記第２の押圧側金型は、その三次型内を、４５°を上回る鋭角状の第４導入角θ４で形成された第４テーパ部を介して、前記第２の被押圧側金型の前記型等径部より径小な他方側型径小部を有すると共に、前記第２の金型ユニットは、前記他方側型径小部を挿通して前記半成形シャフトと接触可能な他方側スリーブと、前記半成形シャフトの前記他方側一次変形部をその内周側でしごくしごき部を含む他方側マンドレルを備えること、
   前記二次絞り工程は、前記他方側マンドレルの先端部を、前記第２の被押圧側金型または前記第２の押圧側金型の前記型等径部内に待避させた状態で、前記第２の被押圧側金型の前記二次型内にセットした状態にある前記半成形シャフトの前記他方側一次変形部を、前記第２の押圧側金型との押圧で、前記第４導入角θ４に倣いながら、前記他方側マンドレルの前記しごき部と非接触で、前記他方側型径小部と前記他方側マンドレルとの間に送り、前記第２の押圧側金型と前記他方側スリーブと前記第２の被押圧側金型と前記一方側スリーブとの絞り込みで、他方側二次変形部を成形する第４成形処理と、
   前記第２の被押圧側金型で相対的に反力を受けながら、前記他方側スリーブで前記他方側二次変形部の他端面を押圧して、前記他方側二次変形部を、前記他方側マンドレルの前記しごき部と接触した状態になるまで圧縮させ、この圧縮状態を維持したまま、前記他方側マンドレルを、前記他方側二次変形部と相対的に移動させて、前記他方側二次変形部のしごきを行ってから、前記他方側二次変形部から引き抜く第５成形処理とを含むこと、
   を特徴とする段付き中空シャフトの製造方法。
6. 請求項５に記載する段付き中空シャフトの製造方法において、
   前記第４成形処理時に、前記他方側一次変形部が、前記他方側型径小部と前記他方側マンドレルとの間に挟まれた状態になってから、前記第５成形処理時に、前記他方側二次変形部から前記他方側マンドレルを引き抜くまでの間に、前記第２の被押圧側金型と共に、前記第２の押圧側金型により、前記他方側二次変形部の外周側部を押圧すること、
   を特徴とする段付き中空シャフトの製造方法。
7. 請求項５または請求項６に記載する段付き中空シャフトの製造方法において、
   前記二次絞り工程は、前記第５成形処理で前記他方側二次変形部のしごきを終えた後、さらに前記他方側スリーブで前記他端面を押圧して前記他方側二次変形部を圧縮する第６成形処理を含むこと、
   を特徴とする段付き中空シャフトの製造方法。
8. 請求項５乃至請求項７のいずれか１つに記載する段付き中空シャフトの製造方法において、
   前記第４成形処理は、前記第１成形処理と同期して行われ、前記第５成形処理は、前記第２成形処理と同期して行われること、
   を特徴とする段付き中空シャフトの製造方法。
9. 請求項７または請求項８に記載する段付き中空シャフトの製造方法において、
   前記第５成形処理で前記他方側二次変形部のしごきを終えた後、さらに前記他方側スリーブで前記他端面を押圧して前記他方側二次変形部を圧縮する第６成形処理は、前記第２成形処理で前記一方側二次変形部のしごきを終えた後、さらに前記一方側スリーブで前記一端面を押圧して前記一方側二次変形部を圧縮する第３成形処理と同期して行われること、
   を特徴とする段付き中空シャフトの製造方法。
10. 請求項５乃至請求項９のいずれか１つに記載する段付き中空シャフトの製造方法において、
    前記一方側マンドレルまたは前記他方側マンドレルの少なくとも片方のマンドレルに、セレーションを形成可能なセレーション刃具を具備し、
    前記セレーション刃具が前記一方側マンドレルに具備されている場合には、前記二次絞り工程で、しごき後の前記一方側二次変形部から前記一方側マンドレルを引き抜く時、前記セレーション刃具により、前記一方側二次変形部の内周にセレーションを形成すること、
    前記セレーション刃具が前記他方側マンドレルに具備されている場合には、前記二次絞り工程で、しごき後の前記他方側二次変形部から前記他方側マンドレルを引き抜く時、前記セレーション刃具により、前記他方側二次変形部の内周にセレーションを形成すること、
    を特徴とする段付き中空シャフトの製造方法。
11. 円筒状の中空シャフト素材の端部を、その軸心に向けた絞り成形により、径差を有した段付き中空シャフトであるモータシャフトの製造方法において、
    当該モータシャフトは、請求項１乃至請求項１０のいずれか１つに記載する段付き中空シャフトの製造方法に基づいて、前記中空シャフト素材を成形してなること、
    を特徴とするモータシャフトの製造方法。
12. 請求項１１に記載するモータシャフトの製造方法において、
    当該モータシャフトは、車両に搭載されるモータのロータ向けの軸であること、
    を特徴とするモータシャフトの製造方法。

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