WO2006013730A1

WO2006013730A1 - 中空状動力伝達シャフト及びその製造方法

Info

Publication number: WO2006013730A1
Application number: PCT/JP2005/013390
Authority: WO
Inventors: Katsuhiro Sakurai; Toru Nakagawa; Masamichi Shinbo; Masami Yamaguchi; Tsuneaki Hiraoka
Original assignee: Ntn Corporation
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2006-02-09
Also published as: EP1974837A3; EP1974837A2; DE602005017954D1; EP1975423A3; US8101031B2; DE602005024997D1; EP1798427B1; EP1798427A1; EP1798427A4; EP1974837B1; EP1975423B1; US20090082117A1; ATE449654T1; EP1975423A2; ATE489560T1

Abstract

【課題】軸方向に肉厚差や焼入れ率の差がある場合でも、安定した品質を確保することができる中空状動力伝達シャフトの製造方法を提供することができる。【解決手段】中空状シャフト素材１’の外周表面１ｇの側に、移動式の誘導加熱コイル５を外装し、誘導加熱コイル５に所定周波数の高周波電流を通じつつ、これを軸方向に移動させて、外周表面１ｇの側から高周波焼入れを行う。その際、比較的厚肉の小径部１ｂに対しては、誘導加熱コイル５に通じる高周波電流の周波数を相対的に低くし、比較的薄肉の大径部１ａに対しては、誘導加熱コイル５に通じる高周波電流の周波数を相対的に高くする。

Description

明細書

中空状動力伝達シャフト及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、等速自在継手等の継手に連結される中空状動力伝達シャフト及びその製造方法に関する。本発明に係る中空状動力伝達シャフトは、例えば、自動車の動力伝達系を構成するドライブシャフト（駆動軸）やプロペラシャフト (推進軸）に適用すること力 Sできる。

背景技術

[0002] 例えば、自動車の動力伝達系において、減速装置（ディファレンシャル）力駆動輪に動力を伝達する動力伝達シャフトは、ドライブシャフト（駆動軸）と呼ばれることがある。特に、 FF車に使用されるドライブシャフトでは、前輪操舵時に大きな作動角と等速性が要求され、また、懸架装置との関係で軸方向の変位を吸収する機能が要求されるので、その一端部をダブルオフセット型等速自在継手やトリボード型等速自在継手等の摺動型等速自在継手を介して減速装置側に連結し、その他端部をバーフィールド型等速自在継手（ゼツバジョイントと呼ばれることもある。 )等の固定側等速自在継手を介して駆動輪側に連結する機構が多く採用されている。

[0003] 上記のようなドライブシャフトとしては、従来、また現在においても、中実シャフトが多く使用されているが、自動車の軽量化、ドライブシャフトの剛性増大による機能向上、曲げ一次固有振動数のチューニング最適化による車室内の静粛性向上等の観点から、近時では、ドライブシャフトを中空シャフトィ匕する要求が増えてきている。

[0004] ドライブシャフト等に適用される中空状動力伝達シャフトとしては、例えば、下記の特許文献 1〜3に記載されたものが知られている。

[0005] 特許文献 1では、中空シャフトの内周表面を軸方向のほぼ全域に亘つて熱硬化処理している。この熱硬化処理は、例えば、中空シャフトの外周表面側から高周波焼入れ*焼戻しを行うことにより、外周表面から内周表面に至る全深さ領域に対して施している（同文献の段落番号 0012参照）。

[0006] 特許文献 2では、例えば、高周波焼入れ'焼戻しにより、中空シャフトの軸方向のほぼ全域に亘つて、外周表面から内周表面に至る全深さ領域に熱硬化処理を施してレ、る（同文献の段落番号 0012参照）。

[0007] 特許文献 3では、中空シャフトの静的強度とねじり疲労強度を中実シャフト以上にするために、中空シャフトを 0. 7〜0. 9の焼入れ率で高周波焼入れしている。

[0008] また、この種の中空シャフトでは、等速自在継手等に連結するためのスプラインをその端部に形成する場合がある。このスプラインの成形方法として、スプライン成形部を内周に設けたダイスにシャフト端部を軸方向に圧入する、いわゆるプレス加工が知られている（例えば、特許文献 4)。プレス加工は、転造カ卩ェに比べて、薄肉品でも対応できるという利点がある。

[0009] また、ドライブシャフト等に適用される中空状動力伝達シャフトは、例えば、パイプ素材に絞り加工を施して、軸方向中間部に大径部、軸方向両側部に小径部を有する中空状シャフト素材を成形し、この中空状シャフト素材に必要に応じて所要の機械加ェを施した後、熱処理を施すことによって製造される（例えば、特許文献 5、 6)。

[0010] また、この種の中空状動力伝達シャフトは、等速自在継手の内部に封入された潤滑剤（グリース）が中空部に侵入するのを防止するために、中空部の端部内周に封止プラグを装着している。この封止プラグは金属製のものを使用する場合もあるが、中空部に対する圧入代や圧入位置を管理するために、端部内周を肖 IJり加工によって仕上げる必要があり、加工コストが高くなるという問題がある。そのため、クロ口プレンゴム（CR)や二トリルゴム（NBR)等のゴムで形成した封止プラグ（特許文献 7)や、ェラストマーで形成した封止プラグ（特許文献 8)が提案されてレ、る。

特許文献 1：特開 2002— 349538号公報

特許文献 2：特開 2002— 356742号公報

特許文献 3：特開 2003— 90325号公報

特許文献 4 :特開 2003— 094141号公報

特許文献 5：特開平 1 1一 101259号公報

特許文献 6：特開 2001— 208037号公報

特許文献 7 :特開平 6— 281010号公報

特許文献 8：特開平 9— 68233号公報発明の開示発明が解決しょうとする課題

[0011] 一般に、この種の中空状動力伝達シャフトは、高剛性化と軽量ィ匕を図るために軸方向中間部は大径部かつ比較的薄肉に形成すると共に、軸方向両側部の小径部は強度確保のために比較的厚肉に形成している。このように、この種の中空状動力伝達シャフトは、軸方向に肉厚差があるために、焼入れ条件の設定が難しぐ熱処理により安定した品質を確保できない場合がある。すなわち、比較的薄肉の大径部に合わせて焼入れ条件を設定した場合、比較的厚肉の小径部では硬化層深さが不足して所要の強度が得られない場合がある。一方、比較的厚肉の小径部に合わせて焼入れ条件を設定した場合、比較的薄肉の大径部では過加熱の状態となり、焼入れ後の組織が粗大化して強度低下の原因となる場合がある。

[0012] また、この種の中空状動力伝達シャフトでは、強度バランス等を高めるために、例えば大径部と小径部とで焼入れ率 (硬化層の深さと肉厚との比率）を変える場合がある力従来の製造方法では上記と同様の不都合が生じる場合がある。

[0013] また、従来のプレス加工によるスプライン成形においては、シャフト端部をダイスに軸方向に圧入していく過程で反圧入方向への素材の塑性流動があり、しかもその素材流動量が比較的大きいために、成形後のスプラインの形状は、その終端部の歯厚が軸端側部分に比べて相対的に大きくなり、終端部の〇. P. D.が他の部分に比べて大きく増加する。ここで、〇. P. D. (オーバーピン径）とは、スプラインの 180度対向した歯部にそれぞれ所定径のピンをあて力 Sい、シャフトの直径方向における両ピン間の最大離間寸法を測定して得られる値である。ピンに代えて、所定径のボールを用いる場合もある（オーバーボール径)。このような終端部の 0. P. D.が大きく増加した形状のスプラインを、例えば等速自在継手の内輪などの、相手側部材のスプライン穴に嵌合させると、〇. P. D.が増加した部分によってスプライン穴のスプラインを部分的に開かせるような力が働き、相手側部材の強度が低下する可能性がある。

[0014] さらに、シャフトと相手側部材とをスプライン嵌合する際、嵌合部分のガタ（クリアランス）を抑制するために、シャフトに捩れ角を与える場合があるが、終端部の〇. P. D. が大きく増加した形状のスプラインでは、捩れ角の最適設定が難しくなる。 [0015] また、特許文献 7のゴム製封止プラグは、比較的大きな力で中空部に圧入する必要力 Sあるので、組付け作業に手間が掛カるという問題がある。

[0016] 特許文献 8のエラストマ一製封止プラグは、形状記憶合金製のストツバインサートとの併用によって、組付け作業の簡単化が図られているが、部品点数の増大につながる。

[0017] また、レ、ずれの封止プラグも、所要の形状および寸法に成形された部品形態のものであるため、製作費が高くなるという問題もある。

[0018] 本発明の課題は、軸方向に肉厚差や焼入れ率の差がある場合でも、安定した品質を確保することができる中空状動力伝達シャフトの製造方法を提供することである。

[0019] 本発明の他の課題は、この種の中空状動力伝達シャフトのスプラインをプレス加工で精度良く成形することができる製造方法を提供することである。

[0020] 本発明の更なる課題は、中空部の封止作業が容易で、部品点数が少なぐ軽量で低コストな中空状動力伝達シャフトを提供することである。

課題を解決するための手段

[0021] 上記課題を解決するため、本発明は、軸方向中間部が大径部に形成されると共に、大径部よりも軸方向両側部がそれぞれ小径部に形成された中空状動力伝達シャフトの製造方法であって、パイプ素材に塑性カ卩ェを施して、大径部と小径部を有する中空状シャフト素材を成形し、この中空状シャフト素材に対して、所定の領域とその他の領域とで高周波電流の周波数を変えて高周波焼入れを行う構成を提供する。

[0022] 一般に、高周波焼入れは、高周波電流による電磁誘導を利用して鋼材の表面付近を加熱して焼入れを行う熱処理方法であるが、電磁誘導によって発生する誘導電流 (渦電流）は誘導加熱コイルに通じる高周波電流の周波数が高いほど鋼材表面付近に集中して流れ、中心部に向かって急激に減少する傾向があることが知られている。すなわち、誘導電流が鋼材表面付近に集中する表皮効果は、高周波電流の周波数が高いほど大きくなり、逆に、高周波電流の周波数が低いほど小さくなる。したがって、中空状シャフト素材の軸方向の肉厚差や焼入れ率の差に応じて、所定の領域とその他の領域とで高周波電流の周波数を変えて高周波焼入れを行うことにより、各部位における熱処理品質を高め、全体として安定した品質を確保することができる。 [0023] 上述のように、この種の中空状動力伝達シャフトは、通常、軸方向中間部の大径部を比較的薄肉に形成すると共に、軸方向両側部の小径部を比較的厚肉に形成している。したがって、中空状シャフト素材の大径部を高周波焼入れする際の高周波電流の周波数を相対的に大きくし、中空状シャフト素材の小径部を高周波焼入れする際の高周波電流の周波数を相対的に小さくすることにより、大径部と小径部における熱処理品質を高め、全体として安定した品質を確保することができる。

[0024] また、高周波焼入れの方式としては、定置方式と移動方式とがあるが、本発明ではそのいずれの方式も採用することができる。定置方式を採用する場合は、高周波電流の周波数の種類に応じて複数の誘導加熱コイルを配置すると良い。移動方式を採用する場合は、誘導加熱コイルに通じる高周波電流の周波数を変化させる。

[0025] 上記の塑性加工としては、スウェージンダカ卩ェゃプレス加工等が採用される。前者のスウェージングカロェには、ロータリースウェージングとリンクタイプスウェージングがあり、その何れも採用することができる。例えば、ロータリースウェージングは、機内の主軸に組込まれた一対又は複数対のダイスとパッカーとが回転運動を行うと共に、外周ローラとパッカー上の突起により一定ストロークの上下運動を行って、挿入されるパィプ素材に打撃をカ卩えて絞り加工を行う加工法である。また、プレス加工は、パイプ素材をダイスに軸方向に押し込んで絞り加工を行う加工法である。

[0026] また、パイプ素材の材質としては、例えば、 STKMや STMA等の機械構造用炭素鋼、または、それらをベースに加工性や焼入れ性等の改善のために合金元素を添カロした合金鋼、あるいは、 SCr、 SCM、 SNCM等のはだ焼鋼を用いることができる。

[0027] また、上記課題を解決するため、本発明は、軸方向中間部が大径部に形成されると共に、大径部よりも軸方向両端部がそれぞれ小径部に形成され、小径部の端部にスプラインが形成された中空状動力伝達シャフトの製造方法において、パイプ素材に絞り加工を施して、大径部と小径部とを有する中空状シャフト素材を形成し、内周にスプライン成形部を有し、スプライン成形部の最大径が、中空状シャフト素材の小径部の端部外径よりも大きぐかつ、スプライン成形部の最小径が、中空状シャフト素材の小径部の端部外径よりも小さなダイスを用意し、ダイスのスプライン成形部にシャフト素材の小径部の端部を軸方向に圧入して、該端部にスプラインを成形する構成を提供する。

[0028] ダイスの内周に設けられるスプライン成形部の最大径を、中空状シャフト素材の小径部の端部外径よりも大きぐかつ、スプライン成形部の最小径を、中空状シャフト素材の小径部の端部外径よりも小さく設定することにより、シャフト端部をダイスに軸方向に圧入していく過程で、素材の一部がスプライン成形部の最大径に向かって盛り上がるように塑性流動し、反圧入方向に流動する素材量が従来よりも低減する。これにより、スプラインの終端部における歯厚の増大を抑制して、スプラインを精度良く成形すること力 Sできる。

[0029] 好ましくは、スプラインの成形時に、スプラインの最大径がダイスのスプライン成形部の最大径に接触しないようにするのが良い。ダイスのスプライン成形部の最大径に向かって盛り上がるように塑性流動した素材力 S、スプライン成形部の最大径と接触しなくなることにより、ダイスの入り口部分における素材の滞留がなくなり、反圧入方向へ流動する素材量がより一層低減される。これにより、スプラインをより一層精度良く成形すること力 Sできる。

[0030] なお、シャフトを形成するパイプ素材の材質として、例えば、 STKMや STMA等の機械構造用炭素鋼、または、それらをベースに加工性や焼入れ性等の改善のために合金元素を添加した合金鋼、あるいは、 SCr、 SCM、 SNCM等のはだ焼鋼等の金属材料を用いることができる。また、パイプ素材として、継目無管（シームレス管）、電縫管、鍛接管、冷牽管の何れも採用することができる。

[0031] また、上記の塑性カ卩ェとしては、スウェージンダカ卩ェゃプレス加工等がある。前者のスウェージング加工には、ロータリースウェージングとリンクタイプスウェージングがあり、その何れも採用することができる。例えば、ロータリースウェージングは、機内の主軸に組込まれた一対又は複数対のダイスとパッカーとが回転運動を行なうと共に、外周ローラとパッカー上の突起により一定ストロークの上下運動を行なって、揷入されるパイプ素材に打撃をカ卩えて絞り加工を行なう加工法である。また、プレス加工は、パィプ素材をダイスに軸方向に押し込んで絞り加工を行なう加工法である。このような絞り加工は、パイプ素材の軸方向両側部に対してのみ部分的に行なっても良いし、パィプ素材の軸方向全域に対して行なっても良い。 [0032] また、上記課題を解決するため、本発明は、軸方向中間部が大径部に形成されると共に、大径部よりも軸方向両側部がそれぞれ小径部に形成され、内周に中空部を有する中空状動力伝達シャフトにおいて、中空部に充填された発泡樹脂によって、中空部が封止されている構成を提供する。

[0033] 上記構成において、発泡樹脂は少なくとも中空部の端部領域に充填されていれば良いが、発泡樹脂の充填作業を簡素化し、また、中空部の封止効果を高める点から、発泡樹脂は中空部の軸方向全域にわたって充填されていることが好ましい。

[0034] 上記の発泡樹脂としては、発泡ウレタン、発泡ポリスチレン、発泡ポリプロピレン等を採用すること力 Sできる。耐久性、断熱性、軽量性、自己接着性、経済性等の点から、発泡ウレタン、特に硬質発泡ウレタンが好ましい。

発明の効果

[0035] 本発明によれば、軸方向に肉厚差や焼入れ率の差がある場合でも、安定した品質を確保することができる中空状動力伝達シャフトの製造方法を提供することができる。

[0036] また、本発明によれば、この種の中空状動力伝達シャフトのスプラインをプレス加工で精度良く成形することができる。

[0037] また、本発明によれば、中空部に充填された発泡樹脂によって中空部を封止するので、金属製、ゴム製、又はエラストマ一製の封止プラグを用いる従来構成に比べて、中空部の封止作業が容易で、部品点数が少なぐ軽量で低コストな中空状動力伝達シャフトを提供することができる。

発明を実施するための最良の形態

[0038] 以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

[0039] 図 1は、中空状の動力伝達シャフト 1と、動力伝達シャフト 1の一端部に連結された摺動型等速自在継手 2と、動力伝達シャフト 1の他端部に連結された固定型等速自在継手 3とを備えた自動車の動力伝達機構を示している。この実施形態の動力伝達機構において、摺動型等速自在継手 2は減速装置 (ディファレンシャル）に連結され、固定型等速自在継手 3は駆動輪側に連結される。動力伝達シャフト 1の一端部は摺動型等速自在継手 2のトリポード部材 2aにスプライン連結され、摺動型等速自在継手 2の外輪 2bの端部外周と動力伝達シャフト 1の外周にブーツ 2cがそれぞれ固定されている。また、動力伝達シャフト 1の他端部は固定型等速自在継手 3の内輪 3aにスプライン連結され、固定型等速自在継手 3の外輪 3bの端部外周と動力伝達シャフト 1の外周にブーツ 3cがそれぞれ固定されている。尚、同図には、摺動型等速自在継手 2としてトリボード型等速自在継手が例示され、固定型等速自在継手 3としてバ一フィールド型等速自在継手が例示されてレ、る力他の型式の等速自在継手が用いられる場合ある。

[0040] 図 2は、動力伝達シャフト（ドライブシャフト） 1を示している。この動力伝達シャフト 1 は、軸方向の全域に亘つて中空状をなし、軸方向中間部に大径部 la、大径部 laよりも軸方向両側部にそれぞれ小径部 lbを有している。大径部 laと小径部 lbとは、軸端側に向かって漸次縮径したテーパ部 lcを介して連続している。小径部 lbは、等速自在継手（2、 3)との連結に供される端部側の連結部 Idと、ブーツ（2c、 3c)が固定される軸方向中間部側のブーツ固定部 leとを有している。連結部 Idには、等速自在継手（2、 3)にスプライン連結されるスプライン ldlと、等速自在継手（2、 3)に対する軸方向抜け止め用の止め輪を装着するための止め輪溝 l d2が形成されている。ブーッ固定部 leには、ブーツ（2c、 3c)の小径端部の内周を嵌合するための嵌合溝 lei が形成されている。

[0041] 大径部 laは比較的薄肉に形成され、小径部 lbは比較的厚肉に形成されている。

小径部 lbの肉厚に対する大径部 laの肉厚の比率（大径部 laZ小径部 lb)は、例えば、 0. 7以下である。

[0042] また、同図にハッチングを付して示しているように、この動力伝達シャフト 1は、軸方向のほぼ全域に亘つて、焼入れ処理による硬化層 Sを有している。軸方向全域において、硬化層 Sは、外周表面 lgから所定深さ hの領域に形成され、硬化層 Sから内周表面 liに至る領域は焼入れ処理により硬化していない未硬化層 SOになっている。口ックウエル硬さ HRC40 (Hv391)以上の硬度を有する硬化層 Sの深さ hと肉厚 tとの比率 (h/t)で定義される焼入れ率ひは、例えば、大径部 laについて 0. 6以下、小径部 lbについて 0. 6以上である。

[0043] 上記構成の動力伝達シャフト 1は、例えば、パイプ素材に絞り加工を施して、軸方向中間部に大径部、軸方向両側部に小径部を有する中空状シャフト素材を成形し、この中空状シャフト素材に所要の機械加工 (スプラインの転造カ卩ェ等）を施した後、焼入れ処理を施すことによって製造される。

[0044] 図 3は、焼入れ処理前の中空状パイプ素材 1 'を示している。まず、機械構造用炭素鋼管（STKM)等のパイプ素材にスウェージンダカ卩ェを施して、軸方向中間部に大径部 la、軸方向両側部に小径部 lbを有する形態に成形する。そして、小径部 lb の端部に転造カ卩ェ等によってスプライン ldlを成形して連結部 Idを形成すると共に、連結部 Idに転造力卩ェゃ切削加工等によって止め輪溝 ld2を形成する。さらに、ブーッ固定部 leとなる部位に転造加工や切削加工等によってブーツ固定溝 leiを形成する。

[0045] その後、図 3に示すように、中空状シャフト素材 1 'の外周表面 lgの側に、例えば移動式の誘導加熱コイル 5を外装し、誘導加熱コイル 5に所定周波数の高周波電流を通じつつ、これを軸方向に移動させて、外周表面 lgの側から高周波焼入れを行う。その際、比較的厚肉の小径部 lbに対しては、誘導加熱コイル 5に通じる高周波電流の周波数を相対的に低くし、比較的薄肉の大径部 laに対しては、誘導加熱コイル 5 に通じる高周波電流の周波数を相対的に高くする。これにより、大径部 laと小径部 1 bとの間で肉厚差があり、また、焼入れ率 αの差を設ける場合であっても、各部位における熱処理品質を高め、全体として安定した品質を確保することができる。

[0046] 図 4は、他の実施形態に係る中空状の動力伝達シャフト 11を示している。この実施形態に係る動力伝達シャフト 11が上述した動力伝達シャフト 1と異なる点は、大径部 laについて焼入れ率ひを 1. 0としている点、すなわち、大径部 laの全肉厚 tに亘って硬化層 Sを形成している点にある。その他の事項は上述した実施形態に準じるので、重複する説明を省略する。

[0047] 図 5は、他の実施形態に係る中空状の動力伝達シャフト 21を示している。この実施形態に係る動力伝達シャフト 21が上述した動力伝達シャフト 1と異なる点は、軸方向全域に亘つて焼入れ率ひを 1. 0としている点、すなわち、軸方向全域の全肉厚 tに亘つて硬化層 Sを形成している点にある。その他の事項は上述した実施形態に準じるので、重複する説明を省略する。

[0048] 図 6は、他の実施形態に係る中空状の動力伝達シャフト 31を示している。この実施形態に係る動力伝達シャフト 31が上述した動力伝達シャフト 1と異なる点は、小径部 lbについて焼入れ率ひを 1. 0としてレ、る点、すなわち、小径部 lbの全肉厚 tに亘って硬化層 Sを形成している点にある。その他の事項は上述した実施形態に準じるので、重複する説明を省略する。

[0049] 図 7は、他の実施形態に係る動力伝達シャフト（ドライブシャフト） 1を示している。この動力伝達シャフト 1は、軸方向全域に亘つて中空状をなし、軸方向中間部に大径部 la、大径部 laよりも軸方向両側部にそれぞれ小径部 lbを有している。大径部 laと小径部 lbとは、軸端側に向かって漸次縮径したテーパ部 lcを介して連続している。小径部 lbは、等速自在継手（2、 3)との連結に供される端部側の連結部 Idと、ブーッ（2c、 3c)が固定される軸方向中間部側のブーツ固定部 leとを有している。連結部 Idには、等速自在継手（2、 3)にスプライン連結されるスプライン ldlと、等速自在継手（2、 3)に対する軸方向抜け止め用の止め輪を装着するための止め輪溝 ld2が形成されている。ブーツ固定部 leには、ブーツ（2c、 3c)の小径端部の内周を嵌合するための嵌合溝 leiが形成されている。

[0050] また、この動力伝達シャフト 1は、止め輪溝 ld2の近傍から軸端に至る一部領域を除ぐ軸方向のほぼ全域に亘つて、焼入れ処理による硬化層を有している。この硬ィ匕層は、外周表面から所定深さの領域又は全深さの領域に形成されている。

[0051] 上記構成の動力伝達シャフト 1は、例えば、パイプ素材にスウェージング加工を施して、軸方向中間部に大径部 la、軸方向両側部に小径部 lbを有する中空状シャフト素材を成形し、この中空状シャフト素材に所要の機械加工 (スプライン ldlの成形加ェ等）を施した後、焼入れ処理を施すことによって製造される。

[0052] 図 8は、中空状シャフト素材の小径部 lbの連結部 Idにスプライン ldlを成形するェ程で用いるダイス 4を示している。ダイス 4は、ダイス孔 4cを有し、そのダイス孔 4cの奥側領域にスプライン成形部 4aを有している。スプライン成形部 4aは、中空状シャフト素材の連結部 Idに形成すべきスプライン ldl (図 9参照）の形状に対応する歯型を有し、その最大径（歯型の底部 4alの直径）は φ B、最小径（歯型の頂部 4a2の直径 )はじに設定されている。

[0053] 図 10に示すように、ダイス 4のスプライン成形部 4aの最大径 (歯型の底部 4alの直径）（ί> Βは、中空状シャフト素材の連結部 Idの外径 (ί> Αよりも大きく設定され、最小径 (歯型の頂部 4a2の直径） φ。は外径 (ί> Aよりも小さく設定されている。そして、このようなダイス 4のスプライン成形部 4aに中空状シャフト素材の連結部 Idを軸方向に圧入する。そうすると、連結部 Idの素材の一部が塑性流動を起こし、スプライン成形部 4a の最大径（歯型の底部 4al)に向かって盛り上がるように流動する素材の流れが起こり、これにより、連結部 Idの外周にスプライン ldlが成形される。この実施形態では、スプライン成形部 4aの最大径（歯型の底部 4al)に向かって盛り上がるように塑性流動した素材が、スプライン成形部 4aの最大径 (歯型の底部 4al)と接触しないように、 Φ Α、 φ Β、 φ〇の関係が設定されている。

[0054] φ Α、 φ Β、 φ。の関係を上記のように設定することにより、スプライン ldlの成形時、ダイス 4のスプライン成形部 4aの入り口部分における素材の滞留がなくなり、反圧入方向へ流動する素材量がより低減される。したがって、スプライン ldlは、その終端部において〇. P. D.が大きく増加することなぐ精度良く成形される。ここで、 O. P. D . (オーバーピン径）は、図 9に示すように、スプライン ldlの 180度対向した歯部にそれぞれ所定径のピン 5をあて力 Sい、連結部 Idの直径方向における両ピン 5間の最大離間寸法を測定して得られる値である。

[0055] 上記のようにしてスプライン ldlを成形し、止め輪溝 ld2やブーツ固定部 leの嵌合溝 1 e 1等を加ェした後、中空状シャフト素材に焼入れ処理を施して硬化層を形成する。焼入れ処理としては、パイプ素材の材質や動力伝達シャフトに要求される特性等に応じて、高周波焼入れ、浸炭焼入れ、浸炭窒化焼入れ等の種々の手段を採用すること力 Sできる力硬化層の範囲や深さを自由に選択でき、また、表面に残留圧縮応力が生成されることによる耐疲れ疲労性の改善等の点から、高周波焼入れを採用するのが好ましい。例えば、中空状シャフト素材の外周表面の側に高周波誘導加熱コィルを配置して、外周表面の側から高周波焼入れを行なう。この高周波焼入れは、定置式焼入れ、移動式焼入れの何れの方式で行なっても良い。

[0056] 中空状シャフト素材の小径部 lbの連結部 Idに上述した態様でスプライン ldlを成形した実施例と、図 12に示すような態様で、中空状シャフト素材の小径部 l ibの連結部 l idにスプライン 1 ldlを成形した比較例について、〇. P. D. の増加量 δを測定した。その結果を図 11に示す。

[0057] 図 12に示すように、比較例では、ダイス 14のスプライン成形部 14aの最大径（歯型の底部 14alの直径） φ Β'を、中空状シャフト素材の連結部 l idの外径 (ί> Αよりも小さく設定した。そして、このようなダイス 14のスプライン成形部 14aに中空状シャフト素材の連結部 1 Idを軸方向に圧入して、スプライン 1 ldlを成形した。

[0058] 図 11に示す測定結果から明ら力なように、実施例ではスプラインの終端部（〇. P.

D.の増加エリア）において O. P. D.の増加量は比較的少なかった力比較例ではスプラインの終端部（〇. P. D.の増加エリア）において〇. P. D.の増加量が顕著に大きかった。

[0059] 図 13は、他の実施形態に係る動力伝達シャフト（ドライブシャフト） 1を示している。

この動力伝達シャフト 1は、軸方向全域に亘つて中空状をなし、軸方向中間部に大径部 la、大径部 laよりも軸方向両側部にそれぞれ小径部 lbを有している。大径部 laと小径部 lbとは、軸端側に向かって漸次縮径したテーパ部 lcを介して連続している。小径部 lbは、等速自在継手（2、 3)との連結に供される端部側の連結部 Idと、ブーッ（2c、 3c)が固定される軸方向中間部側のブーツ固定部 leとを有している。連結部 Idには、等速自在継手（2、 3)にスプライン連結されるスプライン ldlと、等速自在継手（2、 3)に対する軸方向抜け止め用の止め輪を装着するための止め輪溝 ld2が形成されている。ブーツ固定部 leには、ブーツ（2c、 3c)の小径端部の内周を嵌合するための嵌合溝 leiが形成されている。

[0060] また、この動力伝達シャフト 1は、止め輪溝 ld2の近傍から軸端に至る一部領域を除ぐ軸方向のほぼ全域に亘つて、焼入れ処理による硬化層を有している。この硬ィ匕層は、外周表面から所定深さの領域又は全深さの領域に形成されている。

[0061] さらに、この動力伝達シャフト 1は、内周の中空部 Ifに発泡樹脂 4が充填され、中空部 Ifが発泡樹脂 4によって封止されている。この実施形態において、発泡樹脂 4は硬質発泡ウレタンであり、また、発泡樹脂 4は中空部 Ifの軸方向全域にわたって充填されている。中空部 Πに充填された発泡樹脂 4によって、等速自在継手（2、 3)の内部に封入されたグリースが中空部 Πに侵入することが防止される。

[0062] 上記構成の動力伝達シャフト 1は、例えば、パイプ素材に絞り加工を施して、軸方向中間部に大径部 la 、軸方向両側部に小径部 lbを有する中空状シャフト素材を成形し、この中空状シャフト素材に所要の機械加工 (スプライン ldlの転造カ卩ェ等）を施した後、焼入れ処理を施し、さらに、中空部 Ifに発泡樹脂 4を充填することによって製造される。

[0063] 上記のパイプ素材の材質としては、例えば、 STKMや STMA等の機械構造用炭素鋼、または、それらをベースに加工性や焼入れ性等の改善のために合金元素を添加した合金鋼、あるいは、 SCr、 SCM、 SNCM等のはだ焼鋼を用いることができる。また、パイプ素材として、継目無管（シームレス管）、電縫管、鍛接管、冷牽管の何れち採用することがでさる。

[0064] 上記の絞り加工としては、スウェージング加工やプレス加工等がある。前者のスゥェ一ジング加工には、ロータリースウェージングとリンクタイプスウェージングがあり、その何れも採用することができる。例えば、ロータリースウェージングは、機内の主軸に組込まれた一対又は複数対のダイスとパッカーとが回転運動を行なうと共に、外周口ーラとバッカー上の突起により一定ストロークの上下運動を行なって、挿入されるパイプ素材に打撃を加えて絞り加工を行なう加工法である。また、プレス加工は、パイプ素材をダイスに軸方向に押し込んで絞り加工を行なう加工法である。このような絞り加ェは、パイプ素材の軸方向全域に対して行なって良いし、パイプ素材の軸方向両側部に対してのみ部分的に行なっても良い。この実施形態では、パイプ素材の軸方向全域に絞り加工を施してレ、る。

[0065] 上記のような絞り加工を施した中空状シャフト素材の小径部 lbの端部に転造カロェ等によってスプライン 1 dlを成形して連結部 1 dを形成すると共に、連結部 1 dに転造加工や切削加工等によって止め輪溝 ld2を形成する。また、ブーツ固定部 leとなる部位に転造加工や切削加工等によってブーツ固定溝 leiを形成する。

[0066] その後、上記の中空状シャフト素材に焼入れ処理を施して硬化層を形成する。焼入れ処理としては、ノイプ素材の材質や動力伝達シャフトに要求される特性等に応じて、高周波焼入れ、浸炭焼入れ、浸炭窒化焼入れ等の種々の手段を採用することができるが、硬化層の範囲や深さを自由に選択でき、また、表面に残留圧縮応力が生成されることによる耐疲労強度の改善等の点から、高周波焼入れを採用するのが好ましい。例えば、中空状シャフト素材の外周表面の側に高周波誘導加熱コイルを配置して、外周表面の側から高周波焼入れを行なう。この高周波焼入れは、定置式焼入れ、移動式焼入れの何れの方式で行なっても良い。

[0067] そして、上記の工程を経て製造された動力伝達シャフト 1の中空部 Ifに、例えば、一端側から発泡ウレタン原料を注入し、中空部 Ifの内部で発泡させる。これにより、中空部 Ifに発泡樹脂 4が発泡充填され、中空部 Ifが発泡樹脂 4によって封止される図面の簡単な説明

[0068] [図 1]自動車の動力伝達機構を示す図である。

[図 2]実施形態に係る動力伝達シャフトを示す断面図である。

[図 3]中空状シャフト素材を示す断面図である。

[図 4]他の実施形態に係る動力伝達シャフトを示す断面図である。

[図 5]他の実施形態に係る動力伝達シャフトを示す断面図である。

[図 6]他の実施形態に係る動力伝達シャフトを示す断面図である。

[図 7]他の中空状動力伝達シャフトを示す一部断面図である。

[図 8]図 8 (a)は、ダイスのスプライン成形部を示す縦断面、図 8 (b)は、ダイスのスプライン成形部を示す横断面図である。

[図 9]動力伝達シャフトにおける連結部の断面図である。

[図 10]図 10 (a)は、プレス加工工程を示す拡大断面図、図 10 (b)は、動力伝達シャフトのスプライン終端部の拡大断面図である。

[図 11]スプラインの〇. P. D.増加量を測定した結果を示す図である。

[図 12]図 12 (a)は、比較例に係るプレス加工を示す拡大断面図、図 12 (b)は、比較例に係る動力伝達シャフトのスプライン終端部の拡大断面図である。

[図 13]他の実施形態に係る動力伝達シャフトを示す一部断面図である。

符号の説明

[0069] 1 動力伝達シャフト

11 動力伝達シャフト

21 動力伝達シャフト 31 動力伝達シャフト

1' 中空状パイプ素材

la 大径部

lb 小径部

Id 連結部

ldl スプライン

4 ダイス

4a スプライン成形部

4al 歯型の底部

4a2 歯型の頂部

4c ダイス孔

L スプライン成形部長さ

ΦΑ 中空状シャフト素材の連結部 Idの外径 φ B ダイス 4のスプライン成形部 4aの最大径

Φ C ダイス 4のスプライン成形部 4aの最小径 δ O. P. D.増カロ量

If 中空部

4 発泡樹脂

Claims

請求の範囲

[1] 軸方向中間部が大径部に形成されると共に、該大径部よりも軸方向両側部がそれぞれ小径部に形成された中空状動力伝達シャフトの製造方法であって、

ノイブ素材に塑性加工を施して、前記大径部と小径部を有する中空状シャフト素材を成形し、

前記中空状シャフト素材に対して、所定の領域とその他の領域とで高周波電流の周波数を変えて高周波焼入れを行うことを特徴とする中空状動力伝達シャフトの製造方法。

[2] 前記中空状シャフト素材の大径部を高周波焼入れする際の高周波電流の周波数を相対的に高くし、前記中空状シャフト素材の小径部を高周波焼入れする際の高周波電流の周波数を相対的に低くすることを特徴とする請求項 1に記載の中空状動力伝達シャフトの製造方法。

[3] 軸方向中間部が大径部に形成されると共に、該大径部よりも軸方向両端部がそれぞれ小径部に形成され、該小径部の端部にスプラインが形成された中空状動力伝達シャフトの製造方法にぉレ、て、

ノイプ素材に絞り加工を施して、前記大径部と小径部とを有する中空状シャフト素材を形成し、

内周にスプライン成形部を有し、該スプライン成形部の最大径が、前記中空状シャフト素材の小径部の端部外径よりも大きかつ、該スプライン成形部の最小径が、前記中空状シャフト素材の小径部の端部外径よりも小さなダイスを用意し、

前記ダイスのスプライン成形部に前記シャフト素材の小径部の端部を軸方向に圧入して、該端部にスプラインを成形することを特徴とする中空状動力伝達シャフトの製造方法。

[4] 前記スプラインの成形時に、前記スプラインの最大径が前記ダイスのスプライン成形部の最大径に接触しないことを特徴とする請求項 3記載の中空状動力伝達シャフトの製造方法。

[5] 軸方向中間部が大径部に形成されると共に、該大径部よりも軸方向両側部がそれぞれ小径部に形成され、内周に中空部を有する中空状動力伝達シャフトにおいて、前記中空部に充填された発泡樹脂によって、前記中空部が封止されていることを特徴とする中空状動力伝達シャフト。

[6] 前記発泡樹脂が、前記中空部の軸方向全域にわたって充填されていることを特徴とする請求項 5に記載の中空状動力伝達シャフト。

[7] 前記発泡樹脂が、発泡ウレタンであることを特徴とする請求項 5又は 6に記載の中空状動力伝達シャフト。