JP2001009546A - 一端部にフランジを有する中空軸の製造方法 - Google Patents

一端部にフランジを有する中空軸の製造方法

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成昭 山中
Masaki Oguri
昌己 小栗
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Kubota Iron and Machinery Works Ltd
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Kubota Iron and Machinery Works Ltd
Fuji Heavy Industries Ltd
Kubota Tekkosho KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄い板状部材を中空軸部材の先端部に強固に
塑性加工により結合できるようにする。 【解決手段】 板状部材Ａの一側面に環状のくびれ部１
３ａを有する軸状突起１３を設け、この板状部材の上記
軸状突起に、中空軸部材Ｂの先端部を嵌合すると共に、
中空軸部材内に、中子軸１５を挿入し、中空軸部材を板
状部材側へ押圧しながらこれの外周をスピニングロール
１６でしごきスピニング加工し、中空軸部材を縮径する
と共に、この中空軸部材の先端部を板状部材の軸状突起
のくびれ部にかしめ結合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、自動車の
自動変速機に用いられる遊星歯車装置の遊星キャリヤ付
きの出力軸等、一端部にフランジを有する中空軸を、板
状部材と中空軸部材とを塑性加工によりかしめ結合して
製造するようにした中空軸の製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】中空軸部材の一端部にリング状物を塑性
加工により一体結合するようにした従来の製造方法とし
ては、特開昭５８−１００９２６号公報に示されている
ように、リング状物を嵌合した円筒状ワークの軸方向端
部の壁を内側へ折り曲げてかしめる方法が知られてお
り、また、特開平１０−１５６４５０号公報に示されて
いるように、中空状のワークの端部にリング状物を嵌合
してから、このリング状物より突出しているワークの外
周部をリング状物側に肉寄せしてこれをかしめ結合する
ようになっているものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術の製造
方法ではいずれも、中空軸部材のリング状物より突出部
分を塑性加工してリング状物を軸方向に押圧固着するよ
うになっていて、この方法では、軸方向に所定の厚さを
有するリング状物の場合には中空軸部材に所定の強度で
結合できるが、板状部材の場合は、これを中空軸部材側
に強固にかしめ結合することは困難であった。
【０００４】本発明は上記のことに鑑みなされたもの
で、板状部材を中空軸部材の先端部に強固に塑性加工に
よりかしめ結合できるようにした、一端部にフランジを
有する中空軸の製造方法を提供することを目的とするも
のである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る一端部にフランジを有する中空軸の製
造方法は、板状部材の一側面に環状のくびれ部を有する
軸状突起を設け、この板状部材の上記軸状突起に、中空
軸部材の先端部を嵌合すると共に、中空軸部材内に、中
子軸を挿入し、中空軸部材を板状部材側へ押圧しながら
これの外周をスピニングロールでしごきスピニング加工
し、中空軸部材を縮径すると共に、この中空軸部材の先
端部を板状部材の軸状突起のくびれ部にかしめ結合する
ことを特徴とする。このとき、上記軸状突起のくびれ部
より先端側に外周にセレーション等の回り止め機構を設
けておいてもよい。
【０００６】そして上記かしめ結合される板状部材と中
空軸部材に、Ｃ：０．２〜０．６％、Ｓｉ：０．０１〜
０．１％、Ｍｎ：０．０５〜０．５％、Ｂ：０．００１
〜０．０１％、ＴｉまたはＮｂ：０．０１〜０．１％、
残りＦｅから材料を用い、一体成形後熱処理する。
【０００７】
【作 用】板状部材の軸状突起と中空軸部材の先端部と
がかしめ結合される際に、中空軸部材の先端部の肉の一
部が軸状突起のくびれ部に入り込み、この両者のかしめ
結合は極めて強固に行われる。軸状突起の外周面に回り
止め機構を設けた場合には、上記結合がさらに強くな
る。
【０００８】また、構成材料において、ＳｉとＭｎの含
有量が少ないことによりＣの含有量を多くしても延性が
高く、塑性加工を亀裂が生じることがなく行うことがで
きる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明方法にて製造しようとする
中空軸の使用例である遊星歯車装置１を示す。これは自
動車の自動変速装置２内に配置されており、一端部にフ
ランジを有する中空軸の一例である入力軸３の回転は、
遊星歯車装置１を介して上記中空軸の他例である出力軸
４に伝達されるようになっている。なお、自動変速装置
２の構成及び作用はこれらが公知のものであるので説明
を省略する。
【００１０】中空になっている入力軸３の出力側端部に
はフランジ５が設けてあり、このフランジ５の外周部に
内歯歯車６が設けてある。一方、中空になっている出力
軸４は入力軸３の出力側に同軸上に連結されるものであ
り、出力軸４の入力側端部に、入力軸３の出力側端部に
軸受７を介して回転自在支承される支承軸８が突設して
ある。またこの支承軸８に隣接して遊星キャリヤとなる
フランジ９が設けてある。なお１０はフランジ９に固着
されたキャリヤ軸１１に支承された遊星歯車であり、こ
の遊星歯車１０が上記内歯歯車６と、出力軸４に支承さ
れた太陽歯車１２に噛み合っている。
【００１１】上記遊星歯車装置１の構成部材であるとこ
ろの一端部にフランジを有する中空軸、すなわち、入力
軸３と出力軸４の製造方法を以下に説明する。
【００１２】まず、上記出力軸４の製造方法を図２から
図６により説明する。図２は本発明に係る方法で製造さ
れた出力軸４を示すもので、この出力軸４は、支承軸８
を有すると共に、フランジ９を構成する板状部材Ａと、
中空軸部材Ｂとを別工程で成形し、この両部材Ａ，Ｂは
しごきスピニング加工にて一体結合されている。
【００１３】図３（ａ）は板状部材Ａを示すもので、こ
の板状部材Ａはこれの軸心部の軸方向一側に支承軸８
が、また他側に軸状突起１３が一体状に成形された形状
になっていて、これは鍛造、例えば精密プレスにより成
形されている。そして軸状突起１３には機械加工にてく
びれ部（アンダカット部）１３ａが設けてある。
【００１４】図３（ｂ）は中空軸部材Ｂを示すもので、
この中空軸部材Ｂは内径を上記板状部材Ａの軸状突起１
３の外径に隙間なく嵌合する鋼管が用いられる。
【００１５】図４は上記板状部材Ａと中空軸部材Ｂとの
結合工程を示すもので、板状部材Ａをこれの軸状突起１
３を突出した状態にしてクランプ装置１４ａにクランプ
する。つぎに、板状部材Ａの軸状突起１３に中空軸部材
Ｂを嵌合すると共に、この中空軸部材Ｂ内に中子軸（マ
ンドレル）１５を挿入し、中空軸部材Ｂと中子軸１５の
基端部をクランプ装置１４ｂにクランプする。上記中子
軸１５の少なくとも先端部が軸状突起１３の径より小径
になっている。
【００１６】上記クランプ状態で中空軸部材Ｂをこれの
基端部から先端側へ向けてスピニングロール１６にてし
ごきスピニング加工を行う。その結果図５に示すよう
に、中空軸部材Ｂは中子軸１５に沿う形状に縮径変形さ
れて板状部材Ａの軸状突起１３のくびれ部１３ａ内に中
空軸部材Ｂの先端部が塑性変形により入り込み、また軸
状突起１３の先端部が中空軸部材Ｂ内に塑性変形により
入り込み、板状部材Ａと中空軸部材Ｂとがかしめ結合さ
れる。その後所定の機械加工を行うと共に熱処理を行
う。
【００１７】上記実施の形態において、図６に示すよう
に、板状部材Ａの軸状突起１３のくびれ部１３ａより先
端側の部分に回り止め機構として、例えばセレーション
１３ｂを設けてもよい。この場合、この部分と中空軸部
材Ｂとの結合がより強固にすることができる。
【００１８】上記成形時に、他方のクランプ装置１４ｂ
は、中空軸部材Ｂの塑性変形に応じて一方のクランプ装
置１４ａ側へ押圧されながら移動するようになってい
る。そしてこのときの押圧力と移動量によって中空軸部
材Ｂの肉厚が変化される。
【００１９】次に、図７に示すような入力軸３の製造方
法を図８から図１０により説明する。この入力軸３はフ
ランジ部ａと中空軸部ｂとが一体状に成形されている。
そしてフランジ部ａは図１に示したように内歯歯車６が
固着される。
【００２０】図８において、軸方向に対向する可動側と
固定側のダイ１７，１８の間に所定の径の鋼管１９の両
端を挟持する。この各ダイ１７，１８には上記鋼管１９
の外径が嵌合する段部１７ａ，１８ａが設けてある。一
方のダイ、例えば可動側のダイ１７の軸心には、外径形
状が入力軸３の中空部の内径形状となっている中子軸
（マンドレル）２０が突設してあり、固定側のダイ１８
にはこの中子軸２０が嵌合する穴２１が設けてある。上
記可動側のダイ１７は固定側のダイ１８に近づく方向に
ＮＣ制御された押圧力にて移動するようになっている。
【００２１】可動側と固定側のダイ１７，１８の間に鋼
管１９を挟持してから、スピニングロール２２にて軸方
向の一方から他方にわたってこの鋼管１９の外周をしご
きスピニング加工により縮径方向に変形していき、他方
の端部を順次拡開状に折り曲げていく。このとき、可動
側のダイ１７はＮＣ制御された押圧力と移動量により他
方のダイ１８へ近づく方向に移動して鋼管１９の一端部
を軸方向に押圧する。
【００２２】上記作用により、固定側のダイ１８の段部
１８ａの内径を外径とするフランジ部ａと、中子軸２０
の外径を内径とする中空軸部ｂとが一体状になった入力
軸３の素材が成形される。その後所定の機械加工を施
す。そしてこれのフランジ部材ａの外周に図１に示すよ
うに内歯歯車６を適当な手段、例えば超電流放電接合に
て結合する。そしてその後熱処理を施す。
【００２３】上記入力軸３の素材の成形において、鋼管
１９の長さと肉厚及び可動側のダイ１７の押圧力と移動
量に応じてフランジ部ａ及び中空軸部ｂの肉厚が適宜に
得られる。
【００２４】なお、図９に示す実施の形態は、内歯歯車
６を一体成形した板状部材Ａ′を有する入力軸３′を上
記した出力軸４の製造方法と同一の方法で一体構成にし
た例である。
【００２５】これは、機械加工にて、図１０（ａ）に示
すように、内歯歯車６を一体にして板状部材Ａ′を形成
する。このとき、板状部材Ａ′の軸心部に外周面にくび
れ部１３ａを有する軸状突起１３を設ける。この板状部
材Ａ′の軸状突起１３に、先端部を小径にした中空軸部
材Ｂ′の先端部を嵌合し、以下、上記出力軸４の製造方
法と同様の方法にて、中空軸部材Ｂ′の外周をしごきス
ピニング加工にて縮径して板状部材Ａ′の軸状突起１３
と中空軸部材Ｂ′とを塑性加工によりかしめ結合する。
【００２６】上記各実施の形態において、板状部材Ａ，
Ａ′の支承軸８は、中空軸３，３′の構造になくてもよ
いものである。また板状部材Ａ，Ａ′及びフランジ部ａ
は平板状に限るものではなく、強度を強くするためにリ
ブを設けたり、皿状にしてもよい。
【００２７】上記した各例の製造方法において、塑性加
工される各部材の材料は、高度の塑性加工を行っても、
亀裂の発生や割れがなく、十分な延性を有し、さらに熱
処理後における強度及び硬度も規格に適合するものでは
なくてはならない。
【００２８】本発明者らは、上記課題を解決するために
研究した結果、塑性加工する各部材の材料として、例え
ば、Ｓｉ、Ｍｎのフェライト基地強化元素を少量に適正
化して塑性加工時の変形抵抗を少なくし、かつ、焼き入
れ性を確保できる材料を見いだした。
【００２９】上記各製造方法に用いた本発明のテスト鋼
を、従来用いられていたＳＣｒ４２０（クロム鋼）と共
に表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】上記テスト鋼にて図３（ａ）に示す板状部
材Ａと図３（ｂ）に示す中空軸部材Ｂを構成し、これを
図４、図５に示すようにしごきスピニング加工して出力
軸４を成形したところ、亀裂が生じなく、十分延性を示
した。そしてこれの機械加工後に高周波焼き入れした結
果、規格の硬度であるＨｃＲ５５〜６５を得ることがで
きた。
【００３２】上記本発明に適用しようとする鋼材の各化
学成分の範囲としては、Ｃ：０．２〜０．６％、Ｓｉ：
０．０１〜０．１％、Ｍｎ：０．０５〜０．５％、Ｂ：
０．００１〜０．０１％、ＴｉまたはＮｂ：０．０１〜
０．１％、微量のＰ．Ｓ、残りＦｅである。
【００３３】この本発明に用いた鋼材において、特にＣ
の上限を０．６％としたのは、ＳｉとＭｎを０．０１〜
０．１％、０．０５〜０．５％と極度に少量にしてい
て、基地（マトリックス）の延性が高くなるためであ
り、従って従来材料では塑性加工が不可能とされていた
０．６％までＣを含有することができた。なお、Ｃｒが
含有していないことにより延性が向上される。また当
然、Ｃの含有量が０．２〜０．３５％ではより高度で複
雑な塑性加工を行うことができる。微量のＢは塑性加工
性を阻害することなしに焼き入れ性（熱処理）を著しく
向上させる。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、板状部材を中空軸部材
の先端部に強固に塑性加工によりかしめ結合することが
できる。そしてこのとき、中空軸部材の外周及び内周形
状が塑性加工により大略成形されることにより、両部材
の結合後の機械加工、溶接加工を少なくすることができ
る。
【００３５】また、上記塑性加工される部材は高度の塑
性加工に耐えると共に、焼き入れ等の熱処理により必要
とする強度及び硬度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】遊星歯車装置の一例を示す破断面図である。
【図２】本発明方法にて製造した出力軸を示す断面図で
ある。
【図３】（ａ）は板状部材を、（ｂ）は中空軸部材をそ
れぞれ示す断面図である。
【図４】結合工程を示す作用説明図である。
【図５】結合工程を示す作用説明図である。
【図６】板状部材の他例を示す一部破断面図である。
【図７】塑性加工にて成形されたフランジを有する入力
軸の断面図である。
【図８】フランジを有する入力軸の塑性加工工程を示す
説明図である。
【図９】フランジと内歯歯車を一体構成にした板状部材
と中空軸部材とを発明方法にて一体成形した入力軸を示
す断面図である。
【図１０】（ａ）は内歯歯車を一体にした板状部材を、
（ｂ）は中空軸部材をそれぞれ示す断面図である。
【符号の説明】
１…遊星歯車装置、２…自動変速機、３…入力軸、４…
出力軸、５，９…フランジ、６…内歯歯車、７…軸受、
８…支承軸、１０…遊星歯車、１１…キャリヤ軸、１２
…太陽歯車、１３…軸状突起、１３ａ…くびれ部、１３
ｂ…セレーション、１４ａ，１４ｂ…クランプ装置、１
５，２０…中子軸、１６，２２…スピニングロール、１
７，１８…ダイ、１７ａ，１８ａ…段部、１９…鋼管、
２１…穴、Ａ，Ａ′…板状部材、Ｂ，Ｂ′…中空軸部
材、ａ…フランジ部、ｂ…中空軸部。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 38/14 Ｃ２２Ｃ 38/14 (72)発明者 小栗 昌己 東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富士 重工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4K032 AA02 AA05 AA06 AA16 AA22 AA31 AA35

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 板状部材の一側面に環状のくびれ部を有
    する軸状突起を設け、この板状部材の上記軸状突起に、
    中空軸部材の先端部を嵌合すると共に、中空軸部材内
    に、中子軸を挿入し、中空軸部材を板状部材側へ押圧し
    ながらこれの外周をスピニングロールでしごきスピニン
    グ加工し、中空軸部材を縮径すると共に、この中空軸部
    材の先端部を板状部材の軸状突起のくびれ部にかしめ結
    合することを特徴とする一端部にフランジを有する中空
    軸の製造方法。
  2. 【請求項２】 軸状突起のくびれ部より先端側に外周に
    セレーション等の回り止め機構を設けたことを特徴とす
    る請求項１記載の一端部にフランジを有する中空軸の製
    造方法。
  3. 【請求項３】 かしめ結合される板状部材と中空軸部材
    に、Ｃ：０．２〜０．６％、Ｓｉ：０．０１〜０．１
    ％、Ｍｎ：０．０５〜０．５％、Ｂ：０．００１〜０．
    ０１％、ＴｉまたはＮｂ：０．０１〜０．１％、残りＦ
    ｅから材料を用い、一体成形後熱処理することを特徴と
    する請求項１または２記載の一端部にフランジを有する
    中空軸の製造方法。
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