中空状動力伝達シャフト
【課題】絞り加工において、絞り加工部の増肉を図りつつ、製品の振れを抑制する中空状動力伝達シャフト、ドライブシャフトアッセンブリー、プロペラシャフトアッセンブリーを提供する。
【解決手段】中空素材をダイスに送り込むことによる塑性加工の縮径によって成形された中空状動力伝達シャフトである。中空素材の送り込み開始端部に拘束治具の挿入軸部を挿入して送り込み開始端部内径を拘束しつつ素材を縮径させる。
【解決手段】中空素材をダイスに送り込むことによる塑性加工の縮径によって成形された中空状動力伝達シャフトである。中空素材の送り込み開始端部に拘束治具の挿入軸部を挿入して送り込み開始端部内径を拘束しつつ素材を縮径させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空状動力伝達シャフトおよびドライブシャフト（駆動軸）やプロぺラシャフト（推進軸）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライブシャフトやプロペラシャフトに使用される動力伝達シャフトは、その種類を構造で大別すると、中実の棒材から加工された中実シャフトと、鋼管などから加工された中空シャフトに分けられる。
【０００３】
近年、自動車の足回りの軽量化、捩り剛性やＮＶＨ特性の向上といった機能面での必要性から中空シャフトや中空ロングステム外輪が用いられることが多くなってきた。この一体型中空シャフトは、例えば、鋼管をその軸周りに回転させながら、高速度で直径方向に打撃して縮径させるスウェージング加工や鋼管をダイスに軸方向に押し込むことで縮径させるプレス加工により成形されたものが用いられる（特許文献１）。
【０００４】
このような成形方法においては、内径寸法精度を高めたり、縮径時に素材の塑性流動による内径面への加工しわの発生や振れの発生を抑えるため、加工する際加工部内径側に棒状のマンドレルという内径拘束型を挿入して加工することがある。また絞り加工後、ワークを取り外す際には、エジェクタと呼ばれる円筒状の治具をシャフト端面に押しあててワークをダイスから取り外す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１５４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、マンドレルを使用すると、絞り加工時の増肉量が減るため、絞り加工部の捩り強度、特にスプライン部の捩り強度に必要な肉厚を確保するには絞り加工前の鋼管の肉厚を大きくしておくなどの対策が必要となる。その為製品重量が増加するという問題がある。
【０００７】
ところで、絞り量が少なく、絞り加工後の内径面に発生する加工しわが少ない場合、マンドレルを廃止することができるが、振れが出る可能性がある。また、加工長さが長い程、振れが大きくなるという問題がある。
【０００８】
本発明の課題は、絞り加工において、絞り加工部の増肉を図り、スプライン部の強度向上を図りつつ、製品の振れを抑制する中空状動力伝達シャフト、ドライブシャフトアッセンブリー、プロペラシャフトアッセンブリーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の中空状動力伝達シャフトは、軸方向端部が細径部とされるとともに、この細径部にトルク伝達部を構成する雄スプラインが形成され、前記細径部が、中空素材をダイスに送り込むことによる塑性加工の縮径によって成形される中空状動力伝達シャフトであって、中空素材の送り込み開始端部に拘束治具の挿入軸部を挿入して、送り込み開始端部内径を拘束しながら、素材を縮径させて前記細径部を形成しているものである。中空素材をダイスに送り込むことによる塑性加工として、スウェージング加工やプレス加工等がある。
【００１０】
本発明の中空状動力伝達シャフトによれば、中空素材の送り込み開始端部の内径を、拘束治具の挿入軸部にて拘束しているので、スウェージング加工やプレス加工等の塑性加工による素材の曲がりを抑制することができる。
【００１１】
雄スプラインにおける根元部よりも開口端側に、拘束治具の挿入軸部が挿入されて縮径させるようにできる。これによって、スプライン根元部直下の内径は拘束されない。
【００１２】
特に、前記雄スプラインにおける根元部から拘束治具の挿入軸部までの軸方向間隔を、根元部の肉厚以上として、前記細径部を形成するのが好ましい。
【００１３】
縮径範囲において、拘束治具にて拘束された範囲の内径が拘束治具にて拘束されなかった範囲の内径よりも大径となって、拘束治具にて拘束されなかった範囲の肉厚を、拘束治具にて拘束された範囲の肉厚より大きくするのが好ましい。
【００１４】
拘束治具は、製品押し出し用筒状体と、この筒状体に挿通されるマンドレルとからなり、筒状体から突出するマンドレル突出部が前記挿入軸部を構成することができる。スウェージング加工装置に使用するエジェクタとマンドレルを用いてマンドレル突出部を中空素材の送り込み開始端部に挿入して送り込み開始端部内径を拘束しつつ、素材を縮径させる。
【００１５】
また、拘束治具は、製品押し出し用中実体と、この製品押し出し用中実体の素材側の端面から素材側に突出する前記挿入軸部とからなるものであってもよい。この場合、拘束治具自体の構成の簡略化を図ることができる。
【００１６】
素材加工前の外径をＤ１、素材加工後の縮径外径をＤ２としたときに、（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１＝０．３０以下の絞り量とするのが好ましい。
【００１７】
前記中空素材を冷間引抜鋼管とすることができる。また、中空状動力伝達シャフトとして、高周波焼入焼戻の硬化処理がなされたものであっても、浸炭焼入焼戻の硬化処理がなされたものであってもよい。
【００１８】
本発明のドライブシャフトアッセンブリーは、前記中空状動力伝達シャフトを用いたものであり、本発明のプロペラシャフトアッセンブリーは、前記中空状動力伝達シャフトを用いたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、スウェージング加工やプレス加工等の塑性加工による素材の曲がりを抑制することができ、製品の振れを抑制できる。また、縮径される範囲において、内径が拘束される端部以外では、内径が拘束されないため、肉厚を大とすることができ、強度向上を図ることができる。しかも、縮径させる範囲（絞り加工する範囲）全体にマンドレル等の治具を挿入する必要がないので、治具に製作に対する費用を低減することができ、ダイス寿命の長寿化を図ることができる。
【００２０】
スプライン根元部直下の内径は拘束されないようにすることによって、応力集中部であるスプライン根元部の肉厚を大とすることができ、シャフトの強度向上を達成できる。特に、根元部予定部から拘束治具の挿入軸部までの軸方向間隔を、スプライン根元部の肉厚以上とすることによって、シャフトの強度向上が安定したものとなる。
【００２１】
拘束治具として、製品押し出し用筒状体とマンドレルとからなるものでは、既存のエジェクタとマンドレルを用いることができ、低コスト化を達成できる。また、製品押し出し用中実体にて構成するものでは、拘束治具の簡素化を図ることができ、しかも、挿入軸部の中空素材への挿入量が安定するので、スプライン根元部を安定して増肉することができる。
【００２２】
（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１＝０．３０以下に設定することによって、絞り量を比較的小さくでき、絞り加工後の内径面に発生する加工しわを少なくでき、高品質の製品を提供できる。
【００２３】
前記素材を冷間引抜鋼管とすることによって、寸法精度が良い、表面肌がなめらかである、及び機械的強度を高めることができる等の冷間引抜鋼管の特徴を製品に生かすことができる。すなわち、冷間引抜鋼管を用いたものでは、内面（内周面）の寸法精度が安定し、しかも加工しわが少ない高品質のシャフトを提供できる。また、高周波焼入焼戻等の硬化処理を施すことによって、強度的に優れたものとなる。
【００２４】
本発明のドライブシャフトアッセンブリーおよびプロペラシャフトアッセンブリーは、前記中空状動力伝達シャフトを用いたものであるので、強度的に優れるとともに、振れが生じていない高精度の製品となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の中空状動力伝達シャフトの製造する加工装置を示し、（ａ）は縮径直前の簡略断面図であり、（ｂ）は縮径完了状態の簡略断面図である。
【図２】前記図１に示す加工装置においてエジェクタの外径が縮径部の外径よりも大きい拘束治具を用いた加工装置の簡略断面図である。
【図３】本発明の中空状動力伝達シャフトの製造する他の加工装置を示し、（ａ）は縮径直前の簡略断面図であり、（ｂ）は縮径完了状態の簡略断面図である。
【図４】本発明のドライブシャフトアッセンブリーを示す断面図である。
【図５】前記ドライブシャフトアッセンブリーに用いた中空状動力伝達シャフトを示し、（ａ）はスプライン加工前の要部拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）の中空状動力伝達シャフトの変形例の要部拡大断面図である。
【図６】前記ドライブシャフトアッセンブリーに用いた中空状動力伝達シャフトを示し、（ａ）は硬化処理後の要部拡大断面図であり、（ｂ）は硬化処理前の要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
【００２７】
図１は本発明に係る中空動力伝達シャフト２０（図４参照）を形成するための加工装置を示している。加工装置はスウェージング加工を行うものであって、半径方向に往復動可能のダイス（金型）２を円周方向に複数個配設した金型装置を備える。この場合、金型２の内径面に素材通路５が形成される。
【００２８】
素材通路５は、素材送り方向に沿って上流側から下流側に向かって内径側へ傾斜する素材導入部６と、この導入部６の下流側に設けられる加工部７と、この加工部７の下流側に設けられる逃げ部８とを有する。
【００２９】
また、中空動力伝達シャフト２０を形成するための素材（中空素材）Ｓとしては、冷間引抜鋼管からなる。ここで、冷間引抜鋼管とは、穴のあいたダイスに素材を通し、決められた寸法に引き落とす引き抜き加工を行った鋼管である。
【００３０】
この加工装置においては、素材Ｓの送り込み開始端部Ｓ１に挿入される挿入軸部１１（１１Ａ）を有する拘束治具１０（１０Ａ）を備える。この図１における拘束治具１０Ａは、加工後の製品Ｍを押出すための製品押し出し用筒状体（エジェクタ）１２（１２Ａ）と、このエジェクタに挿通されるマンドレル１３とを有する。製品押し出し用筒状体１２Ａの端面（製品押圧端面）１２ａから突出するマンドレル突出部にて前記挿入軸部１１Ａを構成することになる。
【００３１】
次に図１に示す加工装置を用いて中空動力伝達シャフト２０の加工方法を説明する。まず、図１（ａ）に示すように、挿入軸部１１Ａを素材通路５にその逃げ部８側から挿入した状態とする。この場合、挿入軸部１１Ａを加工部７に位置させる。
【００３２】
この状態で、中空素材Ｓを素材通路５に導入部６側から送り込まれる。その際、まず、素材通路５の先端外周縁部（エッジ）Ｓａが導入部６に接触する。そして、素材通路５に中空素材Ｓが送り込まれれば、各金型２は径方向に往復動して、素材Ｓを打圧することになる。すなわち、中空素材Ｓをダイス（金型）２で打圧しつつ軸方向（素材送り方向）に沿って上流側から下流側へ送ることになる。
【００３３】
この送りによって、挿入軸部１１Ａに対して中空素材Ｓの送り込み開始端部Ｓ１が外嵌していくことになる。そして、挿入軸部１１Ａが送り込み開始端部Ｓ１に嵌入された状態で、マンドレル１３と素材Ｓとが一体的に素材送り方向に沿って上流側から下流側へ送られることになる。この実施形態では、製品押し出し用筒状体１２Ａとマンドレル１３とは別個に移動することができる。このため、図１（ａ）の実線で示すように、加工終了時点で、製品押し出し用筒状体１２Ａの端面１２ａに製品Ｍの端面１４（図１（ｂ）参照）が当接する範囲で、加工開始前に製品押し出し用筒状体（エジェクタ）１２Ａを素材通路５の下流側外部に待機させておくことができる。また、図１（ａ）の仮想線で示すように、エジェクタ１２Ａを素材通路５に挿入しておいて、加工途中より製品Ｍの端面１４に製品押し出し用筒状体１２Ａの端面１２ａを当接させるものであってもよい。
【００３４】
ところで、この図１に示す加工では、図１（ｂ）に示す形状のものを製品Ｍとするものである。このため、この図１（ｂ）に示す状態から、エジェクタ１２Ａを下流側から上流側へ送ることによって、製品Ｍを金型から押し出して取り出すことができる。
【００３５】
この製品Ｍは、軸方向両端部側の細径部Ｍ２と、テーパ部Ｍ３を介して細径部Ｍ２に連設される軸方向中間部の大径部Ｍ１とを形成したものである。このため、一方の細径部Ｍ２を加工した後、他方の細径部Ｍ２を加工することになる。両端部の細径部Ｍ２を同時に加工する事もできる。この際、前記加工装置にて縮径されてなる細径部Ｍ２における肉厚ｔ２が大径部Ｍ１の肉厚ｔ１よりも大きくなっている。また、細径部Ｍ２の送り込み開始端部Ｓ１の内面（内周面）は拘束治具１０Ａの挿入軸部１１Ａに拘束されるため、送り込み開始端部Ｓ１の内径ｄ２ａが、送り込み開始端部Ｓ１以外の細径部Ｍ２の内径ｄ２よりも大径となる。このため、送り込み開始端部Ｓ１の肉厚ｔ２ａが肉厚ｔ２よりも小となっている。
【００３６】
内面（内周面）が拘束されない部位の内径ｄ２は、寸法精度や内面しわが懸念されるため、絞り量（縮径率）が比較的少ないものに適用するのが好ましい。そして、素材加工前の外径をＤ１と、素材加工後の縮径外径をＤ２としたときに、（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１＝０．３０以下の絞り量とするのが好ましい。
【００３７】
本発明の中空素材の送り込み開始端部Ｓ１の内径を、拘束治具１０（１０Ａ）の挿入軸部１１（１１Ａ）にて拘束しているので、スウェージング加工の塑性加工による素材の曲がりを抑制することができ、製品の振れを抑制できる。また、縮径される範囲において、内径が拘束される端部以外では、内径が拘束されないため、肉厚を大とすることができ、強度向上を図ることができる。しかも、縮径させる範囲（絞り加工する範囲）全体にマンドレル等の治具を挿入する必要がないので、治具に製作に対する費用を低減することができ、ダイス寿命の長寿化を図ることができる。
【００３８】
（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１＝０．３０以下に設定することによって、絞り量を比較的小さくでき、絞り加工後の内径面に発生する加工しわを少なくでき、高品質の製品を提供できる。素材Ｓを冷間引抜鋼管とすることによって、寸法精度が良い、表面肌がなめらかである、及び機械的強度を高めることができる等の冷間引抜鋼管の特徴を製品に生かすことができる。すなわち、冷間引抜鋼管を用いたものでは、内面（内周面）の寸法精度が安定し、しかも加工しわが少ない高品質のシャフトを提供できる。
【００３９】
ところで、図１に示す拘束治具１０Ａでは、エジェクタ１２Ａの外径ＤＡを、製品Ｍの細径部Ｍ２の外径Ｄ２よりも小さく設定されたものである。これに対して、図２に示す拘束治具１０（１０Ｂ）では、エジェクタ１２Ｂの外径ＤＢを、製品Ｍの細径部Ｍ２の外径Ｄ２よりも大きく設定されたものである。
【００４０】
このような拘束治具１０Ｂを用いても、図１に示す拘束治具１０Ａと同様、マンドレル突出部が挿入軸部１１Ｂとなって、中空素材Ｓの送り込み開始端部Ｓ１の内径を拘束できる。このため、この図２に示す拘束治具を用いても、図１に示す加工装置と同様の作用効果を奏する。
【００４１】
図３では、拘束治具１０（１０Ｃ）は、製品押し出し用中実体１５と、この製品押し出し用中実体の素材側の端面１５ａから素材側に突出する挿入軸部１１（１１Ｃ）とからなる。このため、加工する場合、図３（ａ）に示すように、挿入軸部１１Ｃが加工部７に位置するように、拘束治具１０Ｃを素材通路５に嵌入させた状態とする。
【００４２】
この状態で、中空素材Ｓは素材通路５に導入部６側から送り込まれる。その際、まず、素材通路５の先端外周縁部（エッジ）Ｓａが導入部６に接触する。そして、素材通路５に中空素材Ｓが送り込まれれば、各金型２は径方向に往復動して、素材を打圧することになる。すなわち、中空素材Ｓを金型２で打圧しつつ軸方向（素材送り方向）に沿って上流側から下流側へ送ることになる。
【００４３】
加工部７に入った素材Ｓの端部Ｓ１が挿入軸部１１Ｃに外嵌された状態となって、素材Ｓの端面１４が製品押し出し用中実体１５の端面１５ａが当接すれば、この素材Ｓの送り込みと一体的にこの拘束治具１０Ｃが上流側から下流側へ図３（ｂ）に示すように移動する。このため、拘束治具１０Ｃの挿入軸部１１Ｃによって、素材Ｓの端部Ｓ１の内径が拘束される。この場合、挿入軸部１１Ｃの突出長さは一定であるので、挿入軸部１１Ｃにて拘束される端部Ｓ１の軸方向長さは、一定である挿入軸部１１Ｃの突出長さとなる。
【００４４】
図３に示す拘束治具１０（１０Ｃ）では、製品押し出し用中実体１５の外径ＤＣを、製品Ｍの細径部（縮径部）Ｍ２の外径Ｄ２よりも小さく設定されたものである。
【００４５】
次に、図４は、前記図１〜図３等の加工装置にて加工された製品Ｍをもって構成した中空動力伝達シャフト２０を用いたドライブシャフトアッセンブリーを示している。このシャフト２０は、軸方向両端部にスプライン（雄スプライン）２１（２１ａ，２１ｂ）が形成される。すなわち、前記製品Ｍの細径部Ｍ２，Ｍ２の端部に、トルク伝達部を構成する雄スプライン２１（２１ａ，２１ｂ）が形成されることによって、中空動力伝達シャフト２０が構成される。そして、一方にスプライン２１ａを介して固定式等速自在継手２３が連結され、他方のスプライン２１ｂを介して摺動型等速自在継手２４が連結されている。
【００４６】
固定式等速自在継手２３は、外側継手部材２５と、内側継手部材２６と、トルク伝達要素としての複数のボール２７と、ボール２７を保持するケージ２８とを主要な部材として含む。なお、この場合の固定式等速自在継手は、ツェッパ型を例示したが、トラック溝の溝底に直線部を有するアンダーカットフリー型等の他の固定式等速自在継手であってもよい。
【００４７】
外側継手部材２５はマウス部３１と軸部（ステム部）３２とからなり、マウス部３１は一端にて開口した椀状で、その球面状の内周面（内球面）３３に、軸方向に延びた複数のトラック溝３４が円周方向に等間隔に形成してある。
【００４８】
内側継手部材２６は、軸心部のスプライン孔２６ａにてシャフト２０の端部のスプライン２１ａとスプライン嵌合させることにより、シャフト２０とトルク伝達可能に結合してある。内側継手部材２６は球面状の外周面（外球面）３５を有し、軸方向に延びた複数のトラック溝３６が円周方向に等間隔に形成してある。
【００４９】
外側継手部材２５のトラック溝３４と内側継手部材２６のトラック溝３６とは対をなし、各対のトラック溝３４，３６で形成されるボールトラックに１個ずつ、ボール２７が転動可能に組み込んである。ボール２７は外側継手部材２５のトラック溝３４と内側継手部材２６のトラック溝３６との間に介在してトルクを伝達する。
【００５０】
マウス部３１の開口部はブーツ４０で塞いである。ブーツ４０は、大径部４０ａと、小径部４０ｂと、大径部４０ａと小径部４０ｂとを連結する蛇腹部４０ｃとからなる。大径部４０ａはマウス部３１の開口部に取り付けてブーツバンド４１で締め付けてある。小径部４０ｂはシャフト２０のブーツ装着部４３に取り付けてブーツバンド４２で締め付けてある。
【００５１】
摺動型等速自在継手２４は、ここではトリポード型の例を示してあるが、ダブルオフセット型等、他の摺動型等速自在継手を採用することもできる。等速自在継手２４は、外側継手部材５１と、内側継手部材としてのトラニオン５２と、トルク伝達要素としてのローラ５３とを主要な構成要素としている。
【００５２】
外側継手部材５１はマウス部５１ａとステム部５１ｂとからなり、ステム部５１ｂにて終減速機の出力軸とトルク伝達可能に連結するようになっている。マウス部５１ａは一端にて開口したカップ状で、内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝５６が形成してある。このためマウス部５１ａの横断面形状は花冠状を呈する。
【００５３】
トラニオン５２はボス５８と脚軸５９とからなり、ボス５８のスプライン孔５８ａにてシャフト２０のスプライン２１ｂとトルク伝達可能に結合している。脚軸５９はボス５８の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。各脚軸５９にはローラ５３を回転自在に支持させてある。
【００５４】
ここでも、ブーツ６０を取り付けて外側継手部材５１の開口部を塞いである。ブーツ６０は、大径部６０ａと、小径部６０ｂと、大径部６０ａと小径部６０ｂとの間の蛇腹部６０ｃとからなり、大径部６０ａをマウス部５１ａの開口端部に取り付けてブーツバンド６１で締め付け、小径部６０ｂをシャフト２０のブーツ装着部６３に取り付けてブーツバンド６２で締め付けてある。
【００５５】
このため、このシャフト２０においては、軸方向両端部にスプライン２１ａ，２１ｂを形成する必要がある。すなわち、図５に示すように、加工装置にて縮径部Ｍ２を形成した後、スプライン２１を形成することになる。この場合、この絞り加工部（縮径部Ｍ２）の端面１４は寸法精度が安定しない。そこで、図５の二点鎖線で示すように、この端面１４を切削して、スプライン２１を形成する。図５において、Ａは端面１４の旋削（切削）代を示している。Ｅは挿入軸部１１（１１Ｃ）による内径拘束外の範囲を示し、増肉される範囲である。このように、挿入軸部１１Ｃの挿入位置（挿入範囲）は、旋削取代を考慮しなければならない。また、このようなシャフト２０では、後述するように、熱硬化処理を行うので、挿入軸部１１Ｃの挿入位置としては、この熱処理変化量等も考慮する必要がある。
【００５６】
スプライン２１は転造加工又はプレス加工にて形成する。転造加工は、一対のダイスを使用し、このダイス間に中空素材Ｓを介在させ、ダイスを回転させてスプラインを成形する加工である。プレス加工は、中空素材Ｓをダイスに軸方向に押し込んでスプラインを成形する加工である。このように、スプライン２１を形成した後は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、等速自在継手２３（２４）からの抜けを規制する止め輪が装着される周方向溝７２が形成される。
【００５７】
ところで、スプライン２１の根元部２２（図６参照）は応力集中部である。そこで、形成された動力伝達用シャフト２０においては、雄スプライン２１における根元部２２よりも開口端側に、拘束治具１０の挿入軸部１１が挿入されて縮径させられてなるのが好ましい。このため、前記スェージング加工時においては、図５に示すように、中空素材Ｓのスプライン予定部７１における根元部予定部７０よりも開始端側に、拘束治具１０（１０Ｃ）の挿入軸部１１（１１Ｃ）が挿入されて縮径させるのが好ましい。すなわち、挿入軸部１１Ｃの内径拘束端１１ａが、根元部予定部７０の直下に達しないようにする。Ｂは根元部予定部７０と内径拘束端１１ａとの軸方向間隔寸法を示している。
【００５８】
ところで、図５（ｂ）では、スプライン２１の根元部２２の肉厚（スプライン小径部肉厚）をＣとした場合、この肉厚Ｃと前記間隔Ｂとが略同一である。これに対して、図５（ａ）では、スプライン２１の根元部２２の肉厚（スプライン小径部肉厚）をＣとした場合、この肉厚Ｃよりも前記間隔Ｂを大きくしている。
【００５９】
このように、中空素材Ｓのスプライン予定部７１における根元部予定部７０よりも開始端側に、拘束治具１０Ｃの挿入軸部１１Ｃが挿入されて縮径させるようにできる。これによって、スプライン根元部直下の内径は拘束されない。これによって、応力集中部であるスプライン根元部２２の肉厚を大とすることができ、シャフトの強度向上を達成できる。特に、根元部予定部７０から拘束治具１０Ｃの挿入軸部１１Ｃまでの軸方向間隔を、根元部２２の肉厚以上とすることによって、シャフト２０の強度向上が安定したものとなる。
【００６０】
スプライン２１が形成された製品Ｍに対して、図６（ａ）に示すように、硬化処理を施すのが好ましい。硬化処理として、高周波焼入焼戻や浸炭焼入焼戻等である。ここで、高周波焼入とは、高周波電流の流れているコイル中に焼入れに必要な部分を入れ、電磁誘導作用により誘導起電力を生じさせ、この電磁誘導作用により、ジュール熱が発生することを利用して、伝導性物体を過熱する原理を応用した焼入れである。そして、高周波焼入焼戻は、上記原理に基づき、鋼を焼入れ温度まで急速加熱し、急冷する操作を行うことである。浸炭焼入焼戻は、鉄鋼の表面に炭素を浸入させたあとに焼入れ・焼戻しを行う熱処理である。図６（ａ）のクロスハッチングは、前記のような硬化処理にて形成された硬化層８０を示している。図６（ｂ）については、周方向溝７２近傍を除く外面から内面まで焼入れを行う全硬化焼入れを示している。クロスハッチングは硬化層を示している。
【００６１】
高周波焼入焼戻等の硬化処理を施すことによって、強度的に優れたものとなる。高周波焼入では、部分焼入れが出来る、疲労強度を上げることが出来る、耐摩耗性の向上、材質が安価な炭素鋼でよい、焼入れ条件の調整が容易で、有効深さ等調整できる等の利点を生かせることができる。また、浸炭焼入では、表面は硬く、内部は硬さが低く、じん性のある材料をつくることができる。
【００６２】
ところで、前記加工装置は、スウェージング加工するものであったが、他の実施形態として、鋼管をダイスに軸方向に押し込むことで縮径させるプレス加工により成形するものであってもよい。この場合、図１等に示す拘束治具１０（１０Ａ）を使用して、中空素材Ｓの送り込み開始端部Ｓ１に拘束治具１０Ａの挿入軸部１１Ａを挿入して送り込み開始端部内径を拘束しつつ素材を縮径させるようにすればよい。
【００６３】
また、前記実施形態では、中空状動力伝達シャフトとしてドライブシャフトアッセンブリーに用いたが、プロペラシャフトアッセンブリーに用いることもできる。このように、ドライブシャフトアッセンブリーやプロペラシャフトアッセンブリーに前記中空状動力伝達シャフトを用いたものであるので、強度的に優れるとともに、振れが生じていない高精度の製品となる。
【００６４】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では、中空素材Ｓとして、冷間引抜鋼管を用いたが、電縫管（溶接管）や継目無鋼管（シームレス鋼管）等を用いてもよい。ここで、電縫管は、鋼板を管状に丸め、その継目を溶接して製造したものである。また、継目無鋼管（シームレス鋼管）は、パイプの長手方向に溶接や鍛接によるパイプの継目（シーム）の無いものである。また、図５に示すように、スプライン２１を有するシャフト２０を形成する場合、拘束治具１０を、中実体１５と挿入軸部１１Ｃとからなるものを用いたが、図１や図２等に示すように、エジェクタ１２と、このエジェクタ１２に挿通されるマンドレル１３とを備えた拘束治具を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
２ ダイス（金型）
１０（１０Ａ）（１０Ｂ）（１０Ｃ） 拘束治具
１１（１１Ａ）（１１Ｂ）（１１Ｃ） 挿入軸部
１２（１２Ａ）（１２Ｂ） 筒状体（エジェクタ）
１３ マンドレル
１５ 中実体
Ｓ 中空素材
Ｓ１ 開始端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空状動力伝達シャフトおよびドライブシャフト（駆動軸）やプロぺラシャフト（推進軸）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドライブシャフトやプロペラシャフトに使用される動力伝達シャフトは、その種類を構造で大別すると、中実の棒材から加工された中実シャフトと、鋼管などから加工された中空シャフトに分けられる。
【０００３】
近年、自動車の足回りの軽量化、捩り剛性やＮＶＨ特性の向上といった機能面での必要性から中空シャフトや中空ロングステム外輪が用いられることが多くなってきた。この一体型中空シャフトは、例えば、鋼管をその軸周りに回転させながら、高速度で直径方向に打撃して縮径させるスウェージング加工や鋼管をダイスに軸方向に押し込むことで縮径させるプレス加工により成形されたものが用いられる（特許文献１）。
【０００４】
このような成形方法においては、内径寸法精度を高めたり、縮径時に素材の塑性流動による内径面への加工しわの発生や振れの発生を抑えるため、加工する際加工部内径側に棒状のマンドレルという内径拘束型を挿入して加工することがある。また絞り加工後、ワークを取り外す際には、エジェクタと呼ばれる円筒状の治具をシャフト端面に押しあててワークをダイスから取り外す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１５４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、マンドレルを使用すると、絞り加工時の増肉量が減るため、絞り加工部の捩り強度、特にスプライン部の捩り強度に必要な肉厚を確保するには絞り加工前の鋼管の肉厚を大きくしておくなどの対策が必要となる。その為製品重量が増加するという問題がある。
【０００７】
ところで、絞り量が少なく、絞り加工後の内径面に発生する加工しわが少ない場合、マンドレルを廃止することができるが、振れが出る可能性がある。また、加工長さが長い程、振れが大きくなるという問題がある。
【０００８】
本発明の課題は、絞り加工において、絞り加工部の増肉を図り、スプライン部の強度向上を図りつつ、製品の振れを抑制する中空状動力伝達シャフト、ドライブシャフトアッセンブリー、プロペラシャフトアッセンブリーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の中空状動力伝達シャフトは、軸方向端部が細径部とされるとともに、この細径部にトルク伝達部を構成する雄スプラインが形成され、前記細径部が、中空素材をダイスに送り込むことによる塑性加工の縮径によって成形される中空状動力伝達シャフトであって、中空素材の送り込み開始端部に拘束治具の挿入軸部を挿入して、送り込み開始端部内径を拘束しながら、素材を縮径させて前記細径部を形成しているものである。中空素材をダイスに送り込むことによる塑性加工として、スウェージング加工やプレス加工等がある。
【００１０】
本発明の中空状動力伝達シャフトによれば、中空素材の送り込み開始端部の内径を、拘束治具の挿入軸部にて拘束しているので、スウェージング加工やプレス加工等の塑性加工による素材の曲がりを抑制することができる。
【００１１】
雄スプラインにおける根元部よりも開口端側に、拘束治具の挿入軸部が挿入されて縮径させるようにできる。これによって、スプライン根元部直下の内径は拘束されない。
【００１２】
特に、前記雄スプラインにおける根元部から拘束治具の挿入軸部までの軸方向間隔を、根元部の肉厚以上として、前記細径部を形成するのが好ましい。
【００１３】
縮径範囲において、拘束治具にて拘束された範囲の内径が拘束治具にて拘束されなかった範囲の内径よりも大径となって、拘束治具にて拘束されなかった範囲の肉厚を、拘束治具にて拘束された範囲の肉厚より大きくするのが好ましい。
【００１４】
拘束治具は、製品押し出し用筒状体と、この筒状体に挿通されるマンドレルとからなり、筒状体から突出するマンドレル突出部が前記挿入軸部を構成することができる。スウェージング加工装置に使用するエジェクタとマンドレルを用いてマンドレル突出部を中空素材の送り込み開始端部に挿入して送り込み開始端部内径を拘束しつつ、素材を縮径させる。
【００１５】
また、拘束治具は、製品押し出し用中実体と、この製品押し出し用中実体の素材側の端面から素材側に突出する前記挿入軸部とからなるものであってもよい。この場合、拘束治具自体の構成の簡略化を図ることができる。
【００１６】
素材加工前の外径をＤ１、素材加工後の縮径外径をＤ２としたときに、（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１＝０．３０以下の絞り量とするのが好ましい。
【００１７】
前記中空素材を冷間引抜鋼管とすることができる。また、中空状動力伝達シャフトとして、高周波焼入焼戻の硬化処理がなされたものであっても、浸炭焼入焼戻の硬化処理がなされたものであってもよい。
【００１８】
本発明のドライブシャフトアッセンブリーは、前記中空状動力伝達シャフトを用いたものであり、本発明のプロペラシャフトアッセンブリーは、前記中空状動力伝達シャフトを用いたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、スウェージング加工やプレス加工等の塑性加工による素材の曲がりを抑制することができ、製品の振れを抑制できる。また、縮径される範囲において、内径が拘束される端部以外では、内径が拘束されないため、肉厚を大とすることができ、強度向上を図ることができる。しかも、縮径させる範囲（絞り加工する範囲）全体にマンドレル等の治具を挿入する必要がないので、治具に製作に対する費用を低減することができ、ダイス寿命の長寿化を図ることができる。
【００２０】
スプライン根元部直下の内径は拘束されないようにすることによって、応力集中部であるスプライン根元部の肉厚を大とすることができ、シャフトの強度向上を達成できる。特に、根元部予定部から拘束治具の挿入軸部までの軸方向間隔を、スプライン根元部の肉厚以上とすることによって、シャフトの強度向上が安定したものとなる。
【００２１】
拘束治具として、製品押し出し用筒状体とマンドレルとからなるものでは、既存のエジェクタとマンドレルを用いることができ、低コスト化を達成できる。また、製品押し出し用中実体にて構成するものでは、拘束治具の簡素化を図ることができ、しかも、挿入軸部の中空素材への挿入量が安定するので、スプライン根元部を安定して増肉することができる。
【００２２】
（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１＝０．３０以下に設定することによって、絞り量を比較的小さくでき、絞り加工後の内径面に発生する加工しわを少なくでき、高品質の製品を提供できる。
【００２３】
前記素材を冷間引抜鋼管とすることによって、寸法精度が良い、表面肌がなめらかである、及び機械的強度を高めることができる等の冷間引抜鋼管の特徴を製品に生かすことができる。すなわち、冷間引抜鋼管を用いたものでは、内面（内周面）の寸法精度が安定し、しかも加工しわが少ない高品質のシャフトを提供できる。また、高周波焼入焼戻等の硬化処理を施すことによって、強度的に優れたものとなる。
【００２４】
本発明のドライブシャフトアッセンブリーおよびプロペラシャフトアッセンブリーは、前記中空状動力伝達シャフトを用いたものであるので、強度的に優れるとともに、振れが生じていない高精度の製品となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の中空状動力伝達シャフトの製造する加工装置を示し、（ａ）は縮径直前の簡略断面図であり、（ｂ）は縮径完了状態の簡略断面図である。
【図２】前記図１に示す加工装置においてエジェクタの外径が縮径部の外径よりも大きい拘束治具を用いた加工装置の簡略断面図である。
【図３】本発明の中空状動力伝達シャフトの製造する他の加工装置を示し、（ａ）は縮径直前の簡略断面図であり、（ｂ）は縮径完了状態の簡略断面図である。
【図４】本発明のドライブシャフトアッセンブリーを示す断面図である。
【図５】前記ドライブシャフトアッセンブリーに用いた中空状動力伝達シャフトを示し、（ａ）はスプライン加工前の要部拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）の中空状動力伝達シャフトの変形例の要部拡大断面図である。
【図６】前記ドライブシャフトアッセンブリーに用いた中空状動力伝達シャフトを示し、（ａ）は硬化処理後の要部拡大断面図であり、（ｂ）は硬化処理前の要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
【００２７】
図１は本発明に係る中空動力伝達シャフト２０（図４参照）を形成するための加工装置を示している。加工装置はスウェージング加工を行うものであって、半径方向に往復動可能のダイス（金型）２を円周方向に複数個配設した金型装置を備える。この場合、金型２の内径面に素材通路５が形成される。
【００２８】
素材通路５は、素材送り方向に沿って上流側から下流側に向かって内径側へ傾斜する素材導入部６と、この導入部６の下流側に設けられる加工部７と、この加工部７の下流側に設けられる逃げ部８とを有する。
【００２９】
また、中空動力伝達シャフト２０を形成するための素材（中空素材）Ｓとしては、冷間引抜鋼管からなる。ここで、冷間引抜鋼管とは、穴のあいたダイスに素材を通し、決められた寸法に引き落とす引き抜き加工を行った鋼管である。
【００３０】
この加工装置においては、素材Ｓの送り込み開始端部Ｓ１に挿入される挿入軸部１１（１１Ａ）を有する拘束治具１０（１０Ａ）を備える。この図１における拘束治具１０Ａは、加工後の製品Ｍを押出すための製品押し出し用筒状体（エジェクタ）１２（１２Ａ）と、このエジェクタに挿通されるマンドレル１３とを有する。製品押し出し用筒状体１２Ａの端面（製品押圧端面）１２ａから突出するマンドレル突出部にて前記挿入軸部１１Ａを構成することになる。
【００３１】
次に図１に示す加工装置を用いて中空動力伝達シャフト２０の加工方法を説明する。まず、図１（ａ）に示すように、挿入軸部１１Ａを素材通路５にその逃げ部８側から挿入した状態とする。この場合、挿入軸部１１Ａを加工部７に位置させる。
【００３２】
この状態で、中空素材Ｓを素材通路５に導入部６側から送り込まれる。その際、まず、素材通路５の先端外周縁部（エッジ）Ｓａが導入部６に接触する。そして、素材通路５に中空素材Ｓが送り込まれれば、各金型２は径方向に往復動して、素材Ｓを打圧することになる。すなわち、中空素材Ｓをダイス（金型）２で打圧しつつ軸方向（素材送り方向）に沿って上流側から下流側へ送ることになる。
【００３３】
この送りによって、挿入軸部１１Ａに対して中空素材Ｓの送り込み開始端部Ｓ１が外嵌していくことになる。そして、挿入軸部１１Ａが送り込み開始端部Ｓ１に嵌入された状態で、マンドレル１３と素材Ｓとが一体的に素材送り方向に沿って上流側から下流側へ送られることになる。この実施形態では、製品押し出し用筒状体１２Ａとマンドレル１３とは別個に移動することができる。このため、図１（ａ）の実線で示すように、加工終了時点で、製品押し出し用筒状体１２Ａの端面１２ａに製品Ｍの端面１４（図１（ｂ）参照）が当接する範囲で、加工開始前に製品押し出し用筒状体（エジェクタ）１２Ａを素材通路５の下流側外部に待機させておくことができる。また、図１（ａ）の仮想線で示すように、エジェクタ１２Ａを素材通路５に挿入しておいて、加工途中より製品Ｍの端面１４に製品押し出し用筒状体１２Ａの端面１２ａを当接させるものであってもよい。
【００３４】
ところで、この図１に示す加工では、図１（ｂ）に示す形状のものを製品Ｍとするものである。このため、この図１（ｂ）に示す状態から、エジェクタ１２Ａを下流側から上流側へ送ることによって、製品Ｍを金型から押し出して取り出すことができる。
【００３５】
この製品Ｍは、軸方向両端部側の細径部Ｍ２と、テーパ部Ｍ３を介して細径部Ｍ２に連設される軸方向中間部の大径部Ｍ１とを形成したものである。このため、一方の細径部Ｍ２を加工した後、他方の細径部Ｍ２を加工することになる。両端部の細径部Ｍ２を同時に加工する事もできる。この際、前記加工装置にて縮径されてなる細径部Ｍ２における肉厚ｔ２が大径部Ｍ１の肉厚ｔ１よりも大きくなっている。また、細径部Ｍ２の送り込み開始端部Ｓ１の内面（内周面）は拘束治具１０Ａの挿入軸部１１Ａに拘束されるため、送り込み開始端部Ｓ１の内径ｄ２ａが、送り込み開始端部Ｓ１以外の細径部Ｍ２の内径ｄ２よりも大径となる。このため、送り込み開始端部Ｓ１の肉厚ｔ２ａが肉厚ｔ２よりも小となっている。
【００３６】
内面（内周面）が拘束されない部位の内径ｄ２は、寸法精度や内面しわが懸念されるため、絞り量（縮径率）が比較的少ないものに適用するのが好ましい。そして、素材加工前の外径をＤ１と、素材加工後の縮径外径をＤ２としたときに、（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１＝０．３０以下の絞り量とするのが好ましい。
【００３７】
本発明の中空素材の送り込み開始端部Ｓ１の内径を、拘束治具１０（１０Ａ）の挿入軸部１１（１１Ａ）にて拘束しているので、スウェージング加工の塑性加工による素材の曲がりを抑制することができ、製品の振れを抑制できる。また、縮径される範囲において、内径が拘束される端部以外では、内径が拘束されないため、肉厚を大とすることができ、強度向上を図ることができる。しかも、縮径させる範囲（絞り加工する範囲）全体にマンドレル等の治具を挿入する必要がないので、治具に製作に対する費用を低減することができ、ダイス寿命の長寿化を図ることができる。
【００３８】
（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１＝０．３０以下に設定することによって、絞り量を比較的小さくでき、絞り加工後の内径面に発生する加工しわを少なくでき、高品質の製品を提供できる。素材Ｓを冷間引抜鋼管とすることによって、寸法精度が良い、表面肌がなめらかである、及び機械的強度を高めることができる等の冷間引抜鋼管の特徴を製品に生かすことができる。すなわち、冷間引抜鋼管を用いたものでは、内面（内周面）の寸法精度が安定し、しかも加工しわが少ない高品質のシャフトを提供できる。
【００３９】
ところで、図１に示す拘束治具１０Ａでは、エジェクタ１２Ａの外径ＤＡを、製品Ｍの細径部Ｍ２の外径Ｄ２よりも小さく設定されたものである。これに対して、図２に示す拘束治具１０（１０Ｂ）では、エジェクタ１２Ｂの外径ＤＢを、製品Ｍの細径部Ｍ２の外径Ｄ２よりも大きく設定されたものである。
【００４０】
このような拘束治具１０Ｂを用いても、図１に示す拘束治具１０Ａと同様、マンドレル突出部が挿入軸部１１Ｂとなって、中空素材Ｓの送り込み開始端部Ｓ１の内径を拘束できる。このため、この図２に示す拘束治具を用いても、図１に示す加工装置と同様の作用効果を奏する。
【００４１】
図３では、拘束治具１０（１０Ｃ）は、製品押し出し用中実体１５と、この製品押し出し用中実体の素材側の端面１５ａから素材側に突出する挿入軸部１１（１１Ｃ）とからなる。このため、加工する場合、図３（ａ）に示すように、挿入軸部１１Ｃが加工部７に位置するように、拘束治具１０Ｃを素材通路５に嵌入させた状態とする。
【００４２】
この状態で、中空素材Ｓは素材通路５に導入部６側から送り込まれる。その際、まず、素材通路５の先端外周縁部（エッジ）Ｓａが導入部６に接触する。そして、素材通路５に中空素材Ｓが送り込まれれば、各金型２は径方向に往復動して、素材を打圧することになる。すなわち、中空素材Ｓを金型２で打圧しつつ軸方向（素材送り方向）に沿って上流側から下流側へ送ることになる。
【００４３】
加工部７に入った素材Ｓの端部Ｓ１が挿入軸部１１Ｃに外嵌された状態となって、素材Ｓの端面１４が製品押し出し用中実体１５の端面１５ａが当接すれば、この素材Ｓの送り込みと一体的にこの拘束治具１０Ｃが上流側から下流側へ図３（ｂ）に示すように移動する。このため、拘束治具１０Ｃの挿入軸部１１Ｃによって、素材Ｓの端部Ｓ１の内径が拘束される。この場合、挿入軸部１１Ｃの突出長さは一定であるので、挿入軸部１１Ｃにて拘束される端部Ｓ１の軸方向長さは、一定である挿入軸部１１Ｃの突出長さとなる。
【００４４】
図３に示す拘束治具１０（１０Ｃ）では、製品押し出し用中実体１５の外径ＤＣを、製品Ｍの細径部（縮径部）Ｍ２の外径Ｄ２よりも小さく設定されたものである。
【００４５】
次に、図４は、前記図１〜図３等の加工装置にて加工された製品Ｍをもって構成した中空動力伝達シャフト２０を用いたドライブシャフトアッセンブリーを示している。このシャフト２０は、軸方向両端部にスプライン（雄スプライン）２１（２１ａ，２１ｂ）が形成される。すなわち、前記製品Ｍの細径部Ｍ２，Ｍ２の端部に、トルク伝達部を構成する雄スプライン２１（２１ａ，２１ｂ）が形成されることによって、中空動力伝達シャフト２０が構成される。そして、一方にスプライン２１ａを介して固定式等速自在継手２３が連結され、他方のスプライン２１ｂを介して摺動型等速自在継手２４が連結されている。
【００４６】
固定式等速自在継手２３は、外側継手部材２５と、内側継手部材２６と、トルク伝達要素としての複数のボール２７と、ボール２７を保持するケージ２８とを主要な部材として含む。なお、この場合の固定式等速自在継手は、ツェッパ型を例示したが、トラック溝の溝底に直線部を有するアンダーカットフリー型等の他の固定式等速自在継手であってもよい。
【００４７】
外側継手部材２５はマウス部３１と軸部（ステム部）３２とからなり、マウス部３１は一端にて開口した椀状で、その球面状の内周面（内球面）３３に、軸方向に延びた複数のトラック溝３４が円周方向に等間隔に形成してある。
【００４８】
内側継手部材２６は、軸心部のスプライン孔２６ａにてシャフト２０の端部のスプライン２１ａとスプライン嵌合させることにより、シャフト２０とトルク伝達可能に結合してある。内側継手部材２６は球面状の外周面（外球面）３５を有し、軸方向に延びた複数のトラック溝３６が円周方向に等間隔に形成してある。
【００４９】
外側継手部材２５のトラック溝３４と内側継手部材２６のトラック溝３６とは対をなし、各対のトラック溝３４，３６で形成されるボールトラックに１個ずつ、ボール２７が転動可能に組み込んである。ボール２７は外側継手部材２５のトラック溝３４と内側継手部材２６のトラック溝３６との間に介在してトルクを伝達する。
【００５０】
マウス部３１の開口部はブーツ４０で塞いである。ブーツ４０は、大径部４０ａと、小径部４０ｂと、大径部４０ａと小径部４０ｂとを連結する蛇腹部４０ｃとからなる。大径部４０ａはマウス部３１の開口部に取り付けてブーツバンド４１で締め付けてある。小径部４０ｂはシャフト２０のブーツ装着部４３に取り付けてブーツバンド４２で締め付けてある。
【００５１】
摺動型等速自在継手２４は、ここではトリポード型の例を示してあるが、ダブルオフセット型等、他の摺動型等速自在継手を採用することもできる。等速自在継手２４は、外側継手部材５１と、内側継手部材としてのトラニオン５２と、トルク伝達要素としてのローラ５３とを主要な構成要素としている。
【００５２】
外側継手部材５１はマウス部５１ａとステム部５１ｂとからなり、ステム部５１ｂにて終減速機の出力軸とトルク伝達可能に連結するようになっている。マウス部５１ａは一端にて開口したカップ状で、内周の円周方向三等分位置に軸方向に延びるトラック溝５６が形成してある。このためマウス部５１ａの横断面形状は花冠状を呈する。
【００５３】
トラニオン５２はボス５８と脚軸５９とからなり、ボス５８のスプライン孔５８ａにてシャフト２０のスプライン２１ｂとトルク伝達可能に結合している。脚軸５９はボス５８の円周方向三等分位置から半径方向に突出している。各脚軸５９にはローラ５３を回転自在に支持させてある。
【００５４】
ここでも、ブーツ６０を取り付けて外側継手部材５１の開口部を塞いである。ブーツ６０は、大径部６０ａと、小径部６０ｂと、大径部６０ａと小径部６０ｂとの間の蛇腹部６０ｃとからなり、大径部６０ａをマウス部５１ａの開口端部に取り付けてブーツバンド６１で締め付け、小径部６０ｂをシャフト２０のブーツ装着部６３に取り付けてブーツバンド６２で締め付けてある。
【００５５】
このため、このシャフト２０においては、軸方向両端部にスプライン２１ａ，２１ｂを形成する必要がある。すなわち、図５に示すように、加工装置にて縮径部Ｍ２を形成した後、スプライン２１を形成することになる。この場合、この絞り加工部（縮径部Ｍ２）の端面１４は寸法精度が安定しない。そこで、図５の二点鎖線で示すように、この端面１４を切削して、スプライン２１を形成する。図５において、Ａは端面１４の旋削（切削）代を示している。Ｅは挿入軸部１１（１１Ｃ）による内径拘束外の範囲を示し、増肉される範囲である。このように、挿入軸部１１Ｃの挿入位置（挿入範囲）は、旋削取代を考慮しなければならない。また、このようなシャフト２０では、後述するように、熱硬化処理を行うので、挿入軸部１１Ｃの挿入位置としては、この熱処理変化量等も考慮する必要がある。
【００５６】
スプライン２１は転造加工又はプレス加工にて形成する。転造加工は、一対のダイスを使用し、このダイス間に中空素材Ｓを介在させ、ダイスを回転させてスプラインを成形する加工である。プレス加工は、中空素材Ｓをダイスに軸方向に押し込んでスプラインを成形する加工である。このように、スプライン２１を形成した後は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、等速自在継手２３（２４）からの抜けを規制する止め輪が装着される周方向溝７２が形成される。
【００５７】
ところで、スプライン２１の根元部２２（図６参照）は応力集中部である。そこで、形成された動力伝達用シャフト２０においては、雄スプライン２１における根元部２２よりも開口端側に、拘束治具１０の挿入軸部１１が挿入されて縮径させられてなるのが好ましい。このため、前記スェージング加工時においては、図５に示すように、中空素材Ｓのスプライン予定部７１における根元部予定部７０よりも開始端側に、拘束治具１０（１０Ｃ）の挿入軸部１１（１１Ｃ）が挿入されて縮径させるのが好ましい。すなわち、挿入軸部１１Ｃの内径拘束端１１ａが、根元部予定部７０の直下に達しないようにする。Ｂは根元部予定部７０と内径拘束端１１ａとの軸方向間隔寸法を示している。
【００５８】
ところで、図５（ｂ）では、スプライン２１の根元部２２の肉厚（スプライン小径部肉厚）をＣとした場合、この肉厚Ｃと前記間隔Ｂとが略同一である。これに対して、図５（ａ）では、スプライン２１の根元部２２の肉厚（スプライン小径部肉厚）をＣとした場合、この肉厚Ｃよりも前記間隔Ｂを大きくしている。
【００５９】
このように、中空素材Ｓのスプライン予定部７１における根元部予定部７０よりも開始端側に、拘束治具１０Ｃの挿入軸部１１Ｃが挿入されて縮径させるようにできる。これによって、スプライン根元部直下の内径は拘束されない。これによって、応力集中部であるスプライン根元部２２の肉厚を大とすることができ、シャフトの強度向上を達成できる。特に、根元部予定部７０から拘束治具１０Ｃの挿入軸部１１Ｃまでの軸方向間隔を、根元部２２の肉厚以上とすることによって、シャフト２０の強度向上が安定したものとなる。
【００６０】
スプライン２１が形成された製品Ｍに対して、図６（ａ）に示すように、硬化処理を施すのが好ましい。硬化処理として、高周波焼入焼戻や浸炭焼入焼戻等である。ここで、高周波焼入とは、高周波電流の流れているコイル中に焼入れに必要な部分を入れ、電磁誘導作用により誘導起電力を生じさせ、この電磁誘導作用により、ジュール熱が発生することを利用して、伝導性物体を過熱する原理を応用した焼入れである。そして、高周波焼入焼戻は、上記原理に基づき、鋼を焼入れ温度まで急速加熱し、急冷する操作を行うことである。浸炭焼入焼戻は、鉄鋼の表面に炭素を浸入させたあとに焼入れ・焼戻しを行う熱処理である。図６（ａ）のクロスハッチングは、前記のような硬化処理にて形成された硬化層８０を示している。図６（ｂ）については、周方向溝７２近傍を除く外面から内面まで焼入れを行う全硬化焼入れを示している。クロスハッチングは硬化層を示している。
【００６１】
高周波焼入焼戻等の硬化処理を施すことによって、強度的に優れたものとなる。高周波焼入では、部分焼入れが出来る、疲労強度を上げることが出来る、耐摩耗性の向上、材質が安価な炭素鋼でよい、焼入れ条件の調整が容易で、有効深さ等調整できる等の利点を生かせることができる。また、浸炭焼入では、表面は硬く、内部は硬さが低く、じん性のある材料をつくることができる。
【００６２】
ところで、前記加工装置は、スウェージング加工するものであったが、他の実施形態として、鋼管をダイスに軸方向に押し込むことで縮径させるプレス加工により成形するものであってもよい。この場合、図１等に示す拘束治具１０（１０Ａ）を使用して、中空素材Ｓの送り込み開始端部Ｓ１に拘束治具１０Ａの挿入軸部１１Ａを挿入して送り込み開始端部内径を拘束しつつ素材を縮径させるようにすればよい。
【００６３】
また、前記実施形態では、中空状動力伝達シャフトとしてドライブシャフトアッセンブリーに用いたが、プロペラシャフトアッセンブリーに用いることもできる。このように、ドライブシャフトアッセンブリーやプロペラシャフトアッセンブリーに前記中空状動力伝達シャフトを用いたものであるので、強度的に優れるとともに、振れが生じていない高精度の製品となる。
【００６４】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では、中空素材Ｓとして、冷間引抜鋼管を用いたが、電縫管（溶接管）や継目無鋼管（シームレス鋼管）等を用いてもよい。ここで、電縫管は、鋼板を管状に丸め、その継目を溶接して製造したものである。また、継目無鋼管（シームレス鋼管）は、パイプの長手方向に溶接や鍛接によるパイプの継目（シーム）の無いものである。また、図５に示すように、スプライン２１を有するシャフト２０を形成する場合、拘束治具１０を、中実体１５と挿入軸部１１Ｃとからなるものを用いたが、図１や図２等に示すように、エジェクタ１２と、このエジェクタ１２に挿通されるマンドレル１３とを備えた拘束治具を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
２ ダイス（金型）
１０（１０Ａ）（１０Ｂ）（１０Ｃ） 拘束治具
１１（１１Ａ）（１１Ｂ）（１１Ｃ） 挿入軸部
１２（１２Ａ）（１２Ｂ） 筒状体（エジェクタ）
１３ マンドレル
１５ 中実体
Ｓ 中空素材
Ｓ１ 開始端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向端部が細径部とされるとともに、この細径部にトルク伝達部を構成する雄スプラインが形成され、前記細径部が、中空素材をダイスに送り込むことによる塑性加工の縮径によって成形される中空状動力伝達シャフトであって、
中空素材の送り込み開始端部に拘束治具の挿入軸部を挿入して、送り込み開始端部内径を拘束しながら、素材を縮径させて前記細径部を形成していることを特徴とする中空状動力伝達シャフト。
【請求項２】
前記雄スプラインにおける根元部よりも開口端側に、拘束治具の挿入軸部が挿入されて縮径させられてな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。
【請求項３】
前記雄スプラインにおける根元部から拘束治具の挿入軸部までの軸方向間隔を、根元部の肉厚以上として、前記細径部を形成していることを特徴とする請求項２に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項４】
縮径範囲において、拘束治具にて拘束された範囲の内径が拘束治具にて拘束されなかった範囲の内径よりも大径となって、拘束治具にて拘束されなかった範囲の肉厚が、拘束治具にて拘束された範囲の肉厚より大きくなっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項５】
拘束治具は、製品押し出し用筒状体と、この筒状体に挿通されるマンドレルとからなり、筒状体から突出するマンドレル突出部が前記挿入軸部を構成することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項６】
拘束治具は、製品押し出し用中実体と、この製品押し出し用中実体の素材側の端面から素材側に突出する前記挿入軸部とからなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項７】
素材加工前の外径をＤ１、素材加工後の縮径外径をＤ２としたときに、（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１＝０．３０以下の絞り量としたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項８】
前記中空素材を冷間引抜鋼管としたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項９】
高周波焼入焼戻の硬化処理がなされてなることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか1項に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項１０】
浸炭焼入焼戻の硬化処理がなされてなることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか1項に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項１１】
前記請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の中空状動力伝達シャフトを用いたことを特徴とするドライブシャフトアッセンブリー。
【請求項１２】
前記請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の中空状動力伝達シャフトを用いたことを特徴とするプロペラシャフトアッセンブリー。
【請求項１】
軸方向端部が細径部とされるとともに、この細径部にトルク伝達部を構成する雄スプラインが形成され、前記細径部が、中空素材をダイスに送り込むことによる塑性加工の縮径によって成形される中空状動力伝達シャフトであって、
中空素材の送り込み開始端部に拘束治具の挿入軸部を挿入して、送り込み開始端部内径を拘束しながら、素材を縮径させて前記細径部を形成していることを特徴とする中空状動力伝達シャフト。
【請求項２】
前記雄スプラインにおける根元部よりも開口端側に、拘束治具の挿入軸部が挿入されて縮径させられてな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。
【請求項３】
前記雄スプラインにおける根元部から拘束治具の挿入軸部までの軸方向間隔を、根元部の肉厚以上として、前記細径部を形成していることを特徴とする請求項２に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項４】
縮径範囲において、拘束治具にて拘束された範囲の内径が拘束治具にて拘束されなかった範囲の内径よりも大径となって、拘束治具にて拘束されなかった範囲の肉厚が、拘束治具にて拘束された範囲の肉厚より大きくなっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項５】
拘束治具は、製品押し出し用筒状体と、この筒状体に挿通されるマンドレルとからなり、筒状体から突出するマンドレル突出部が前記挿入軸部を構成することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項６】
拘束治具は、製品押し出し用中実体と、この製品押し出し用中実体の素材側の端面から素材側に突出する前記挿入軸部とからなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項７】
素材加工前の外径をＤ１、素材加工後の縮径外径をＤ２としたときに、（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１＝０．３０以下の絞り量としたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項８】
前記中空素材を冷間引抜鋼管としたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項９】
高周波焼入焼戻の硬化処理がなされてなることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか1項に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項１０】
浸炭焼入焼戻の硬化処理がなされてなることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか1項に記載の中空状動力伝達シャフト。
【請求項１１】
前記請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の中空状動力伝達シャフトを用いたことを特徴とするドライブシャフトアッセンブリー。
【請求項１２】
前記請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の中空状動力伝達シャフトを用いたことを特徴とするプロペラシャフトアッセンブリー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−６６９０３（Ｐ２０１３−６６９０３Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０５９８１（Ｐ２０１１−２０５９８１）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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