JP6552848B2 - 自在継手用トラニオンの閉塞鍛造方法および自在継手用トラニオン - Google Patents

Description

この発明は、自在継手用トラニオンの閉塞鍛造方法および自在継手用トラニオンに関する。

プロペラシャフトやドライブシャフトに自在継手が用いられている。この自在継手の一つに、例えば、摺動式２ポッド継手と呼ばれる形式の継手がある。２ポッド継手は、外側継手部材、２本の軸部を有するトラニオンおよびトラニオンの軸部に転動体を介して装着される球状ローラを主な構成とする。

具体的には、摺動式２ポッド継手１は、図１に示すように、外側継手部材２は筒状のカップ部３とその底部に軸部４が形成されている。カップ部３の内周には周方向に２等分位置（１８０°間隔）に２本のトラック溝５が形成され、トラック溝５の対向する側面に断面円弧状のローラ案内面６が形成されている。カップ部３の内周の中心部にトラニオン７のボス部８が嵌合する断面円弧上の凹部９が形成されている。

トラニオン７は、ボス部８から１８０°間隔で放射状に形成された２本の軸部１０を有する。軸部１０には、転動体としての針状ころ１１を介して球状ローラ１２が回転自在に装着されている。球状ローラ１２は、外側継手部材２のトラック溝５のローラ案内面６に回転自在に案内される。このような構造により、外側継手部材２とトラニオン７との間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収され、回転トルクが伝達される。このような２ポッド継手の一例が特許文献１に記載されている。

特開昭６１−１７１９２３号公報

近年、自動車の燃費向上に対する要求がますます強くなり、自在継手のさらなる軽量・コンパクト化が強く望まれている。このような要求について、特許文献１は着目されていない。

本発明は、前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、トラニオンの軸部を大径化しても製品としての品質を満足し、トラニオンの強度を向上し、軽量・コンパクトな自在継手用トラニオンの閉塞鍛造方法および自在継手用トラニオンを提供することにある。

本発明者らは、上記の目的を達成するため鋭意検討および検証し、以下の知見を見出した。
（１）トラニオンの強度を向上させ、コンパクト化を図るには、製品設計として、軸部の外径を大きくし断面二次モーメントを大きくすることが考えられる。
（２）そこで、軸部の外径を大きくしたトラニオンの閉塞鍛造試験を実施した。図１１が鍛造後のトラニオン成形品７’であり、軸部１０の外径Ｄを大きくし、この外径Ｄを軸部１０の軸方向長さＬよりも大きくした。図１２（ａ）に示すように、ビレット１５をダイス１６、１７内に投入する。型閉め後、上下パンチ１８、１９によりビレット１５を押圧すると、図１２（ｂ）の示すようにキャビティ２０内に材料が流動する。閉塞鍛造試験の結果、軸部１０の外径Ｄを大きくすると、図１１および図１２（ｂ）に示すように、ボス部８の内径部１３にヒケ１４が発生した。これは、軸部１０の先端へ向かう材料流動が多くなることによるものと考えられる。この試験結果より、製品としての品質を満足できない場合があるため、軸部１０の大径化には鍛造面より制約があることが分かった。
（３）上記の問題について種々検討した結果、材料流量を抑制するという新たな閉塞鍛造コンセプトを着想し、本発明に至った。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、ボス部に放射状に複数の軸部が形成された自在継手用トラニオンの閉塞鍛造方法において、鍛造金型は、前記トラニオンに略相当するキャビティが形成された開閉可能なダイスと、このダイスの中心軸上で相対的に移動可能に配置され、ビレットを押圧する一対の上下パンチと、前記キャビティの軸部成形金型部の中心軸上に配置され、半径方向に進退可能な充足パンチから構成され、前記ビレットを前記ダイス内に投入し、型閉めされた前記ダイスのキャビティ内に前記充足パンチが前進し前記キャビティ内に配置された状態で、前記上下パンチによりビレットを押圧することにより前記軸部およびその内部に凹部が形成され、前記軸部の横断面積Ａに対する凹部の横断面積Ｂの比Ｂ／Ａを０．３５〜０．８０としたことを特徴とする。

また、自在継手用トラニオンとしての本発明は、放射状に複数の軸部が形成された自在継手用トラニオンにおいて、前記トラニオンの軸部の外径が軸方向長さよりも大きく設定されており、前記軸部の中心軸上に鍛造時の材料流量を抑制するために形成された凹部を備えていることを特徴とする。

上記の構成により、トラニオンの軸部を大径化してもボス部の内径部にヒケの発生がなく、製品としての品質を満足する自在継手用トラニオンの閉塞鍛造方法を実現することができる。また、トラニオンの軸部の大径化による鍛造時の増肉分を、軸部の中心軸上に設けた凹部によって減肉することで、強度を確保し、軽量・コンパクトな自在継手用トラニオンを実現することができる。

上記の軸部の横断面積Ａに対する凹部の横断面積Ｂの比Ｂ／Ａを０．３５〜０．８０とすることが好ましい。これにより、ボス部の内径部のヒケが抑制できる。さらに比Ｂ／Ａを０．４５〜０．７５とするとより好ましい。これにより、ボス部の内径部のヒケが抑制できることに加えて、側方押出しに必要な加工荷重の増加を抑えることができ、工具寿命に対して有利となる。

上記の閉塞鍛造方法において、軸部および凹部が成形される間、充足パンチは半径方向に位置決めされている。これにより、充足パンチの位置決め手段は、成形荷重を受けるのみで、充足パンチと位置決め手段との間の相対移動がない金型構造にできるため、摺動摩耗やかじりを防止できる。

上記の軸部成形金型部の内面の半径方向外側端部近傍に段差部を設けることが好ましい。これにより、軸部の充足度合いを判定するマーキングとすることができる。また、段差部による成形面は、高精度に型成形されるので、軸部の円筒形外周面の研削仕上げ加工の際の位置決めに使用することができる。

上記の凹部の横断面における形状を円形とすることが好ましい。これにより、充足パンチの形状を単純化され、製作が容易となる。また、鍛造時、材料がスムーズに流れる。ただし、凹部の横断面における形状は、円形に限ることなく、楕円形や一部直線を含む円形および楕円形状とすることもできる。

上記のビレットは、予備成形により軸部に対応する側面を平坦面に形成することができる。これにより、成形後の軸部の先端面のダレを抑制できる。

上記の自在継手として、具体的には、２本の軸部が形成されたトラニオンを有する２ポッド継手や３本の軸部が形成されたトラニオンを有するトリポード型等速自在継手がある。

本発明によれば、トラニオンの軸部を大径化してもボス部の内径部にヒケの発生がなく、製品としての品質を満足する自在継手用トラニオンの閉塞鍛造方法を実現することができる。また、強度を確保し、軽量・コンパクトな自在継手用トラニオンを実現することができる。

軸部および凹部が成形される間、充足パンチが半径方向に位置決めされる構成とした場合は、簡便な機構で摺動摩耗やかじりを防止した金型構造とすることが可能となる。

本発明の自在継手用トラニオンについての第１の実施形態に係るトラニオンおよび自在継手を示し、（ａ）は横断面図で、（ｂ）は部分縦断面図である。 図１（ａ）の拡大図である。 本発明の閉塞鍛造方法についての第１の実施形態を説明する図で、図１のトラニオンを鍛造する前のビレットを示し、（ａ）はバー材を切断した状態を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のビレットを予備成形した状態を示す斜視図である。 本発明の閉塞鍛造方法についての第１の実施形態を説明する図で、（ａ）は図１のトラニオンの鍛造後の状態を示す斜視図であり、（ｂ）は軸部の横断面積と凹部の横断面積を示す図である。 閉塞鍛造工程を示し、（ａ）はビレットを投入した状態を示す縦断面図であり、（ｂ）は成形完了状態を示す縦断面図である。 充足パンチの進退機構を含めた概要図である。 図６の充足パンチが後退した状態を示す縦断面図である。 充足パンチの駆動機構の第１の変形例を示す縦断面図である。 充足パンチの駆動機構の第２の変形例を示す縦断面図である。 軸部の凹部の変形例を示す斜視図である。 本発明に至る過程の知見を示す斜視図である。 本発明に至る過程の知見を示し、（ａ）はビレットを投入した状態を示す縦断面図であり、（ｂ）は成形完了状態を示す縦断面図である。 本発明の自在継手用トラニオンについての第２の実施形態に係るトラニオンおよびトリポード型等速自在継手を示し、（ａ）は横断面図で、（ｂ）は部分縦断面図である。 図１３のトリポード型等速自在継手が作動角を取った状態を示す部分縦断面図である。 図１３（ａ）の拡大図である。 本発明の閉塞鍛造方法についての第２の実施形態おけるビレットを示し、（ａ）はバー材を切断した状態を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のビレットを予備成形した状態を示す斜視図である。 本発明の閉塞鍛造方法についての第２の実施形態を説明する図で、トラニオンの鍛造後の状態を示す斜視図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の自在継手用トラニオンについての第１の実施形態を図１および図２に示し、本発明の自在継手用トラニオンの閉塞鍛造方法についての第１の実施形態を図３〜７に示す。

まず、図１に基づいて、第１の実施形態に係る自在継手用トラニオンを説明する。図１は、第１の実施形態に係るトラニオンおよび自在継手を示し、（ａ）は横断面図で、（ｂ）は部分縦断面図である。この自在継手１は、摺動式２ポッド継手と呼ばれるものである。２ポッド継手１は、外側継手部材２、内方継手部材としてのトラニオン７、転動体としての針状ころ１１および球状ローラ１２を主な構成とする。

具体的には、摺動式２ポッド継手１は、図１に示すように、外側継手部材２は筒状のカップ部３とその底部に軸部４が形成されている。カップ部３の内周には周方向の２等分位置（１８０°間隔）に２本のトラック溝５が形成され、トラック溝５の対向する側面に断面円弧状のローラ案内面６が形成されている。また、カップ部３の内周の中心部に断面円弧状の凹部９が形成されている。

トラニオン７は、ボス部８から１８０°間隔で放射状に突出して形成された２本の軸部１０を有する。各軸部１０は、円筒状外周面１０ａと、軸端付近に形成された環状の止め輪溝２１を備えている。軸部１０の円筒状外周面１０ａの周りに複数の針状ころ１１を介して回転自在に球状ローラ１２が装着されている。軸部１０の円筒状外周面１０ａは針状ころ１１の内側軌道面を形成する。球状ローラ１２の内周面１２ａは円筒形状で、針状ころ１１の外側軌道面を形成する。

軸部１０の軸端付近に形成された止め輪溝２１には、アウタワッシャ２２を介して止め輪２３が装着されている。針状ころ１１は、軸部１０の付け根段部とアウタワッシャ２２により、軸部１０の軸方向の移動が規制されている。アウタワッシャ２２は、軸部１０の半径方向に延びた円盤部２２ａと、軸部１０の軸線方向に延びた円筒部２２ｂとからなる。アウタワッシャ２２の円筒部２２ｂは球状ローラ１２の内周面１２ａより小さな外径を有し、トラニオン７の半径方向で見た円筒部２２ｂの外側の端部２２ｃは、球状ローラ１２の内周面１２ａよりも大径に形成されている。したがって、球状ローラ１２は、軸部１０の軸線方向に移動することができ、かつ、端部２２ｃにより脱落が防止されている。

トラニオン７の軸部１０に回転自在に装着された球状ローラ１２は、外側継手部材２のトラック溝５のローラ案内面６に回転自在に案内される。また、トラニオン７のボス部８は球状に形成されており、このボス部８が外側継手部材２の凹部９に嵌合され、凹部９の軸線方向に摺動自在であるが、軸線方向に対して直交する面内では変位しないように案内されている。このような構造により、外側継手部材２とトラニオン７との間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収され、回転が伝達される。

トラニオン７のボス部８の内周面には雌スプライン２４が形成されており、この雌スプライン２４に、図示は省略するが、中間シャフトの雄スプラインが嵌合され、トルク伝達可能に連結される。

本実施形態に係る２ポッド継手１は、軽量・コンパクト化を図るために、図２に示す各寸法関係を有する。中間シャフトの軸径（スプライン大径）ｄとローラ案内面のＰＣＤの比ｄ／ＰＣＤを０．６５〜０．７５と大きく設定する共に、トラニオン７の軸部１０の外径Ｄｊと前記軸径ｄとの比Ｄｊ／ｄを０．８７〜０．９３と大きく設定している。また、針状ころ長さＬｎと軸部１０の外径Ｄｊとの比Ｌｎ／Ｄｊを０．４０〜０．４７と小さく、すなわち、軸部１０の外径Ｄｊを軸部１０の軸方向長さよりも大幅に大きく設定している。

各軸部１０は上記のように大径化されているが、各軸部１０の中心軸上に鍛造時の材料流量を抑制するために形成された凹部２５を備えている。軸部１０の横断面積Ａ〔図４（ｂ）参照〕に対する凹部２５の横断面積Ｂ〔図４（ｂ）参照〕の比Ｂ／Ａを０．３５〜０．８０とすることが好ましく、さらに比Ｂ／Ａを０．４５〜０．７５とするとより好ましい。これにより、トラニオンの軸部を大径化しても鍛造時の材料流量を十分抑制することができるので、ヒケの発生がなく、製品としての良好な品質を確保することができる。加えて、側方押出しに必要な加工荷重の増加を抑えることができ、工具寿命に対して有利となる。この点については、後述の閉塞鍛造方法の実施形態においてさらに詳細に説明する。

次に、本発明の自在継手用トラニオンの閉塞鍛造方法についての第１の実施形態を図３〜７に基づいて説明する。まず、鍛造前の素材を図３に示す。図３（ａ）はバー材を切断したビレットを示す斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のビレットを予備成形した状態を示す斜視図である。

バー材は、クロム鋼（ＳＣｒ４２０）やクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４２０）等の肌焼鋼からなる。図３（ａ）に示すように、鍛造重量に基づいてバー材を所定長さで切断し、円柱状のビレット１５ａを製作する。このビレット１５ａの閉塞鍛造工程（本成形工程）の前に、予備成形工程により図３（ｂ）に示す形状の予備成形材１５ｂを成形する。予備成形材１５ｂは、軸部１０に対応する側面を平坦面２６とし、両端部には上下のパンチ１８、１９〔図５（ａ）参照〕の膨出部１８ａ、１９ａが嵌合するに凹部２７ａ、２７ｂ〔図５（ａ）参照〕が形成されている。予備成形材１５ｂは上記の形状に成形されるが、その作用効果については後述する。ここで、ビレットとは、ビレット１５ａと予備成形材１５ｂのいずれをも指す。

トラニオンの閉塞鍛造後の状態を図４（ａ）に示す。図示のように、鍛造後のトラニオン成形品７’は、ボス部８から１８０°間隔で放射状に突出した軸部１０が成形され、軸部１０には、その中心軸上に鍛造時の材料流量を抑制するための凹部２５が形成されている。ボス部８の両端部には凹部２７ａ’、２７ｂ’〔図５（ｂ）参照〕が形成されている。

トラニオン成形品７’を得る閉塞鍛造工程を図５〜７に基づいて説明する。図５（ａ）は、予備成形材１５ｂを投入後、上下のダイス１６、１７を型閉めし、充足パンチ３０を所定の成形位置に配置した状態を示す。この状態になるまでの各金型の動きを説明する。開閉可能な上下のダイス１６、１７を離間させた状態で、予備成形材１５ｂを投入する。この時、上下パンチ１８、１９は後退した位置に待機した状態にあり、投入された予備成形材１５ｂの下端部の凹部２７ｂが下パンチ１９の膨出部１９ａに嵌合し姿勢が保持されてセットされる。その後、上下のダイス１６、１７が接近し、図６に示すカム３１が充足パンチ３０を前進させる。上下のダイス１６、１７が当接し型閉め後、充足パンチ３０の前進を終了し、半径方向の所定の成形位置に配置される。この状態が図５（ａ）に示されている。ここで、鍛造金型とは、上下ダイス１６、１７、上下パンチ１８、１９および充足パンチ３０を指す。

図５（ａ）の状態から上下パンチ１８、１９が接近し、上パンチ１８の膨出部１８ａが予備成形材１５ｂの上端部の凹部２７ａに嵌合し、上パンチ１８の下端面１８ｂと下パンチ１９の上端面１９ｂが予備成形材１５ｂの上下端面を押圧する。上下パンチ１８、１９が押し込まれると、図５（ｂ）に示すように、予備成形材１５ｂを塑性変形させて、上下ダイス１６、１７の軸部成形金型部１６ａ、１７ａの内面に形成されたキャビティ２０に材料を流動させる。この成形の際、充足パンチ３０が所定の成形位置に配置されているので、トラニオン７の軸部１０が大径であっても、充足パンチ３０の横断面積により材料流量を抑制することができる。この成形時に軸部１０の中心軸上に凹部２５が形成される。このため、ボス部８の内径部１３のヒケが抑制される。

図４（ａ）に示すように、トラニオン成形品７’の軸部１０は、その外径Ｄを大きくし、外径Ｄは軸方向長さＬよりも大幅に大きく設定されているが、図４（ｂ）に基づいて、前記ヒケを抑制するための有利な構成について付け加える。軸部１０の横断面積Ａに対する充足パンチ３０の横断面積に対応して形成される凹部２５の横断面積Ｂの比Ｂ／Ａを０．３５〜０．８０とすることが好ましい。これにより、軸部１０の外径Ｄを大径化しても、鍛造時に材料が流れる横断面積が軸部１０の横断面積Ａから凹部２５の横断面積Ｂを差し引いたものになり、材料流量を抑制できるので、ボス部８の内径部１３のヒケが抑制できる。図４（ｂ）において、軸部１０の横断面積Ａはハッチングを施した部分であり、凹部２５の横断面積Ｂはクロスハッチングを施した部分である。さらに比Ｂ／Ａは０．４５〜０．７５とするとより好ましい。これにより、ヒケが抑制できるという上記効果に加え、側方押出しに必要な加工荷重の増加を抑えることができ、工具寿命に対して有利となる。

図３（ｂ）に示した予備成形材１５ｂは、前述したように軸部１０に対応する側面を平坦面２６とした。この作用効果を説明する。閉塞鍛造において軸部１０の先端面１０ｂ〔図５（ｂ）参照〕となる部分は、軸部成形金型部１６ａ、１７ａや充足パンチ３０に接する部分が、その間の部分に比べ流動しにくくなる。しかし、上記形状の予備成形材１５ｂを用いることによって、軸部成形金型部１６ａ、１７ａのキャビティ２０に逃げ部２０ａを設けても図５（ｂ）に示すように、軸部１０の先端面１０ｂのダレを小さくできる。このように、軸部１０の先端面１０ｂのダレを小さくできれば、このトラニオン７を用いた２ポッド継手１のコンパクト化、軽量化を図ることができる。上記の予備成形材１５ｂでは、軸部に対応する側面を平坦面２６にしたものを例示したが、これに限られず、曲率半径の大きななだらかな円筒状面や楕円筒状面としてもよい。

図５（ｂ）に示す閉塞鍛造が終了したトラニオン成形品７’の斜視図が図４（ａ）である。閉塞鍛造後、トラニオン成形品７’のボス部８の内部壁８ａを打ち抜く。その後、トラニオン成形品７’は、外周の所定の部位（ボス部８の端面や内周面、止め輪溝２１等）を旋削加工し、雌スプライン２４〔図１（ａ）、（ｂ）、図２参照〕をブローチ加工した後、熱処理を施す。浸炭焼入れ焼戻しにより、表面硬さはＨＲＣ５８〜６２程度に硬化される。熱処理後、軸部１０の円筒状外周面１０ａを研削加工により仕上げて、完成品となる。このように閉塞鍛造後のトラニオン成形品７’と完成品７との間で軸部１０には細部の違いがあるが、成形品７’と完成品７の軸部には同じ符号１０を付して、説明を簡略化する。また、図４（ａ）のトラニオン成形品７’の軸部１０の外径Ｄと図２に示す軸部１０の外径Ｄｊとの間には、研削取り代（０．１〜０．２ｍｍ程度）の差があるが、ＤとＤｊの寸法関係は同等とみなされる。

軸部成形金型部１６ａ、１７ａの内面の半径方向の外側端部近傍には、図５（ａ）に示すように段差部１６ｂ、１７ｂが設けられている。図５（ｂ）に示すように、閉塞鍛造が終了したトラニオン成形品７’の軸部１０の先端面１０ｂに、段差部１６ｂ、１７ｂの形状が成形されているかどうかや成形の状態により、軸部１０の充足度合いを判定するマーキングとすることができる。また、軸部１０の先端面１０ｂに形成された段差部１６ｂ、１７ｂによる成形面は、高精度に型成形されるので、軸部１０の円筒状外周面１０ａの研削仕上げ加工の際の位置決めに使用することができる。段差部１６ｂ、１７ｂは円周方向の全周にわたって設けるものに限られず、円周方向の一部の必要な範囲に設けてもよい。

図５（ａ）に示すように、充足パンチ３０の先端面３０ａは、鍛造時の潤滑材を円滑に流すために滑らかな湾曲面で形成され、先端面３０ａと先端外径面３０ｂは適宜のＲ形状で滑らかに接続されている。これにより、鍛造時に充足パンチ３０により材料流量を抑制しても、材料はスムーズに流動する。また、先端外径面３０ｂが所定の軸方向幅で形成され、この先端外径面３０ｂの反先端側には逃げ部３０ｃが設けられている。これにより、摩擦力が低減され、鍛造時の成形荷重や後述する充足パンチ３０の分離荷重を低減することができる。また、逃げ部３０ｃに対向する軸部成形金型部１６ａ、１７ａの内面にも逃げ部を設けることができる。これにより、摩擦力を一層低減することができる。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、トラニオン成形品７’が成形される間、充足パンチ３０は、半径方向の所定の成形位置で位置決めされている。ここで、充足パンチ３０の進退機構を図６および図７に基づいて説明する。図６は、充足パンチ３０が前進し半径方向の所定の成形位置で位置決めされていて、成形が終了した状態を示す縦断面図である。図７は、成形終了後、充足パンチ３０が軸部１０から後退した状態を示す縦断面図である。

具体的には、充足パンチ３０の進退機構３２は、ハウジング３３、バネ部材３４、カム３１、カム受け部材３５を主な構成とする。ハウジング３３内に多数の皿バネ３４ａが積層されバネ部材３４が構成され、皿バネ３４ａの内周孔に充足パンチ３０が挿入されている。充足パンチ３０のカム側の端部にはカム受け部材３５が嵌合固定されている。カム受け部材３５のカム面３５ａとカム３１のカム面３１ａが当接し、カム３１は図の上下方向に移動可能になっている。図６は、カム３１が下降して皿バネ３４ａの付勢力に抗して充足パンチ３０を前進させ、半径方向の所定の成形位置に位置決めした状態を示している。このように、カム３１は、充足パンチ３０の前進駆動手段と位置決め手段としての機能を有する。

前述したように、トラニオン成形品７’が成形される間、充足パンチ３０は、半径方向の所定の成形位置で位置決めされている〔図５（ａ）、図５（ｂ）および図６参照〕。このように成形過程では、充足パンチ３０（カム受け部材３５）とカム３１との間には相対運動がなく、充足パンチ３０（カム受け部材３５）とカム３１のテーパ状のカム面３５ａ、３１ａは成形荷重を受けるのみとなり摺動しないため、カム面３５ａ、３１ａにかじりを生じることがない。

成形完了後、上ダイス１６と上パンチ１８が上方へ後退し、カム３１が上方に移動する。カム３１が上方に移動すると、図７に示すように、充足パンチ３０がバネ部材３４の付勢力により後退し、トラニオン成形品７’（軸部１０）から分離される。前述したように、充足パンチ３０の先端外径面３０ｂの反先端側に逃げ部３０ｃが設けられているので〔図５（ａ）、（ｂ）参照〕、分離荷重を低減することができる。以上の作動により、トラニオン成形品７’が下ダイス１７からノックアウト可能な状態になる。その後、下パンチ１９がトラニオン成形品７’を下ダイス１７からノックアウトし、閉塞鍛造工程が終了する。

以上のように、成形過程において充足パンチとダイスやカムの間の相対運動がなく、分離荷重も低減できる金型構造のため、金型構造全体として簡素化することができ、結果として充足パンチの進退機構は、以下に示す種々の変形例が採用できる。

次に、充足パンチ３０の進退機構の第１の変形例を図８に基づいて説明する。本変形例の進退機構３２は、油圧シリンダ３６、ピストン３７、カム（図示省略）を主な構成とする。ピストン３７に充足パンチ３０が嵌合固定されており、ピストン３７にはカム面３７ａが形成されている。充足パンチ３０を前進させ、半径方向の所定の成形位置に位置決めする作動は、第１の実施形態の進退機構３２と同様で、図示を省略したカムが下降し、ピストン３７のカム面３７ａを押圧することにより行われる。この時、油圧シリンダ３６内の油圧は減圧される。

成形完了後、カムが上方に移動すると、図８に示すように、シリンダ３６内に油圧をかけ、ピストン３７、充足パンチ３０が後退し、トラニオン成形品７’（軸部１０）から分離される。その他の作動は、第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態の内容を準用し、説明を省略する。

充足パンチ３０の進退機構の第２の変形例を図９に基づいて説明する。本変形例の進退機構３２は、ハウジング３３、カム受け部材３５、２種のカムを主な構成とする。カム受け部材３５に充足パンチ３０が嵌合固定されており、カム受け部材３５は、軸方向の両端に２種のカム面３５ａ、３５ｂが形成されている。充足パンチ３０を前進させ、半径方向の所定の成形位置に位置決めする作動は、第１の実施形態の進退機構３２と同様で、図示を省略したカムが下降し、カム受け部材３５のカム面３５ａを押圧することにより行われる。

成形完了後、図示を省略したカムが上方に移動すると、図９に示すように、充足パンチ３０に後退動作を行わせる第２のカム３８が上昇し、この第２のカム３８のカム面３８ａがカム受け部材３５のカム面３５ｂと当接し、カム受け部材３５、充足パンチ３０が後退し、トラニオン成形品７’（軸部１０）から分離される。その他の作動は、第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態の内容を準用し、説明を省略する。

次に、２ポット継手用トラニオンの変形例を図１０に基づいて説明する。図１０も閉塞鍛造が終了したトラニオン成形品７’を示す斜視図である。このトラニオン成形品７’は、第１の実施形態のトラニオン成形品７’と比べて、軸部１０の中心軸上に形成された凹部２５の横断面形状が異なる。その他の構成については、第１の実施形態のトラニオン成形品７’と同じであるので、同じ機能を有する部位には同一の符号を付して、要点のみ説明する。

本変形例のトラニオン成形品７’に形成した凹部２５の横断面形状は、円形部分２５ａと直線部分２５ｂとからなる。直線部分２５ｂは、軸部１０のトルク負荷方向に配置されている。これにより、中空状の軸部１０のトルク負荷方向の肉厚を増加させ、軸部１０の強度が向上し、一層のコンパクト化、軽量化を図ることができる。

この凹部２５の横断面形状の場合も、前述した第１の実施形態と同様、軸部１０の横断面積Ａに対する凹部２５の横断面積Ｂの比Ｂ／Ａを０．３５〜０．８０とすることが好ましい。これにより、ボス部の内径部のヒケが抑制できる。さらに比Ｂ／Ａを０．４５〜０．７５とするとより好ましい。これにより、ボス部の内径部のヒケが抑制できることに加えて、側方押出しに必要な加工荷重の増加を抑えることができ、工具寿命に対して有利となる。その他の構成や作用効果、ビレットの予備成形、閉塞鍛造工程については、第１の実施形態のトラニオン成形品および閉塞鍛造方法と同様であるので、第１の実施形態で説明した内容を全て準用し、説明を省略する。

本発明の自在継手用トラニオンについての第２の実施形態を図１３および図１４に基づいて説明する。本実施形態の自在継手用トラニオンは３本の軸部を有するトリポード型等速自在継手用トラニオンである。図１３（ａ）は、トリポード型等速自在継手の横断面図であり、図１３（ｂ）は縦断面図である。図示のように、トリポード型等速自在継手５１は、外側継手部材５２、内側継手部材としてのトラニオン５７、転動体としての針状ころ６１および球状ローラ６２を主な構成とする。

外側継手部材５２は筒状のカップ部５３とその底部に軸部５４が形成されている。カップ部５３の内周には円周方向の三等分位置に軸方向に延びる３本のトラック溝５５が形成され、各トラック溝５５の対向する側面にローラ案内面５６が形成されている。ローラ案内面５６は、円筒面の一部、すなわち部分円筒面で形成されている。

トラニオン５７は、ボス部５８と軸部６０からなり、軸部６０はボス部５８の円周方向の三等分位置から半径方向に突出して３本形成されている。各軸部６０は、円筒状外周面６０ａと、軸端付近に形成された環状の止め輪溝７１を備えている。軸部６０の円筒状外周面６０ａの周りに複数の針状ころ６１を介して回転自在に球状ローラ６２が装着されている。軸部６０の円筒状外周面６０ａは針状ころ６２の内側軌道面を形成する。球状ローラ６２の内周面６２ａは円筒状で、針状ころ６２の外側軌道面を形成する。

軸部６０の軸端付近に形成された止め輪溝７１には、アウタワッシャ７２を介して止め輪７３が装着されている。針状ころ６１は、軸部６０の付根段部とアウタワッシャ７２により、軸部６０の軸方向の移動が規制されている。アウタワッシャ７２は、軸部６０の半径方向に延びた円盤部７２ａと、軸部６０の軸線方向に延びた円筒部７２ｂとからなる。アウタワッシャ７２の円筒部７２ｂは球状ローラ６２の内周面６２ａより小さな外径を有し、トラニオン５７の半径方向で見た円筒部７２ｂの外側の端部７２ｃは、球状ローラ６２の内周面６２ａよりも大径に形成されている。したがって、球状ローラ６２は、軸部６０の軸線方向に移動することができ、かつ、端部７２ｃにより脱落が防止されている。

トラニオン５７の軸部６０に回転自在に装着された球状ローラ６２は、外側継手部材５２のトラック溝５５のローラ案内面５６に回転自在に案内される。このような構造により、外側継手部材５２とトラニオン５７との間の相対的な軸方向変位や角度変位が吸収され、回転が等速で伝達される。

図１４は、トリポード型等速自在継手５１が作動角θを取ったときの状態を示す縦断面図である。図示のように、トラニオン５７が傾いたとき、外側継手部材５２のトラック溝５５のローラ案内面５６に対して傾斜した状態となる。トラニオン５７に装着された球状ローラ６２は、ローラ案内面５６に半径方向には拘束されているので、球状ローラ６２は軸部６０上に配置された針状ころ６１の軸方向に相対移動する。

トラニオン５７のボス部５８の内周面には雌スプライン７４が形成されており、この雌スプライン７４に、図示は省略するが、中間シャフトの雄スプラインが嵌合され、トルク伝達可能に連結される。

本実施形態に係るトリポード型等速自在継手５１も、軽量・コンパクト化を図るために、図１５に示す各寸法関係を有する。中間シャフトの軸径（スプライン大径）ｄとローラ案内面５６のＰＣＤの比ｄ／ＰＣＤを０．６２〜０．７０と大きく設定する共に、トラニオン５７の軸部６０の外径Ｄｊと前記軸径ｄとの比Ｄｊ／ｄを０．８７〜０．９３と大きく設定している。また、針状ころ長さＬｎと軸部６０の外径Ｄｊとの比Ｌｎ／Ｄｊを０．４０〜０．４７と小さく、すなわち、軸部６０の外径Ｄｊを軸部６０の軸方向長さよりも大幅に大きく設定している。

本発明の自在継手用トラニオンの閉塞鍛造方法についての第２の実施形態を図１６および図１７に基づいて説明する。図１６は、鍛造前の素材を示し、図１６（ａ）はバー材を切断したビレットを示す斜視図であり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のビレットを予備成形した状態を示す斜視図である。図１７は、鍛造後のトラニオン成形品を示す斜視図である。

図１７に示すトラニオン成形品の概要を説明する。トラニオン成形品５７’は、ボス部５８の円周方向の三等分位置から放射状に突出する３本の軸部６０を有する。軸部６０には、その中心軸上に鍛造時の材料流量を抑制するための凹部７５が形成されている。トラニオン成形品５７’のボス部５８の内部壁８ａは打ち抜く。その後、トラニオン成形品５７’は、外周の所定の部位（ボス部５８の端面や内周面、止め輪溝等）を旋削加工し、雌スプラインをブローチ加工した後、熱処理を施す。浸炭焼入れ焼戻しにより、表面硬さはＨＲＣ５８〜６２程度に硬化される。熱処理後、軸部６０の円筒状外周面６０ａを研削加工により仕上げて、完成品となる。第１の実施形態のトラニオンと同様、軸部６０の円筒状外周面６０ａが転動体としての針状ころ６１の内側軌道面を形成し、針状ころ６１を介して球状ローラ６２が回転自在に装着される。

本実施形態の閉塞鍛造方法は、第１の実施形態に比べて、トラニオン成形品５７’の軸部６０が３本であることが異なり、その他の構成は、第１の実施形態と同様であるので、要点のみを説明する。図１６（ａ）に示す円柱状のビレット１５ａ’は、クロム鋼（ＳＣｒ４２０）やクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４２０）等の肌焼鋼からなるバー材を鍛造重量に基づいて所定長さで切断して製作する。このビレット１５ａ’の閉塞鍛造工程の前に、予備成形工程により図１６（ｂ）に示す形状の予備成形材１５ｂ’を成形する。予備成形材１５ｂ’は、３本の軸部６０に対応する側面に３つの平坦面２６が形成され、両端部には、閉塞鍛造の上下パンチの膨出部が嵌合する凹部２７ａ、２７ｂ（図示省略）が形成されている。平坦面２６や凹部２７ａ、２７ｂの作用効果は、第１の実施形態の閉塞鍛造方法と同様である。

図１７に示すように、トラニオン成形品５７’の３本の軸部６０の中心軸上に鍛造時の材料流量を抑制するための凹部７５が形成されているが、第１の実施形態のトラニオン成形品７’の凹部２５と同様、次のように設定されている。軸部６０の横断面積Ａに対する凹部２５の横断面積Ｂの比Ｂ／Ａを０．３５〜０．８０とすることが好ましい。さらに、比Ｂ／Ａは０．４５〜０．７５とするとより好ましい。これにより、ボス部５８の内径部のヒケの抑制や側方押出しに必要な加工荷重の増加を抑えることができ、工具寿命に対して有利となる。

第１の実施形態のトラニオン成形品７’の軸部１０が２本に対して、本実施形態におけるトラニオン成形品５７’の軸部６０は３本と異なるが、鍛造時の材料流量を抑制するという大径軸部１０の１本当たりの成形性が本質的な技術課題であるので、前述した凹部７５の横断面積の設定は同様となる。

その他の構成や作用効果、具体的な閉塞鍛造工程については、第１の実施形態の閉塞鍛造方法と同様であるので、軸部６０の本数を３本として第１の実施形態で説明した内容を全て準用し、説明を省略する。

以上の実施形態では、トラニオンの軸部の本数を２本のものと３本のものを例示したが、これに限られず、十字軸継手の４本の軸部を有するトラニオンにも適用することができる。

以上の実施形態では、凹部２５、７５の横断面形状として、円形のものと、円形部分と直線部分とからなるものを例示したが、これに限られず、材料流動や軸部の強度等を考慮して、楕円形や一部直線を含む円形および楕円形状とすることもできる。

以上の実施形態では、ビレットとして予備成形材１５ｂ、１５ｂ’を用いて閉塞鍛造を行うことを例示したが、必ずしも予備成形材１５ｂ、１５ｂ’を用いる必要はなく、場合によっては、バー材を所定長さで切断した円柱状のビレット１５ａ、１５ａ’から直接閉塞鍛造を行ってもよい。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１ 自在継手
２、５２ 外側継手部材
５、５５ トラック溝
６、５６ ローラ案内面
７、５７ トラニオン
７’、５７’ トラニオン成形品
８、５８ ボス部
１０、６０ 軸部
１１、６１ 針状ころ
１２、６２ 球状ローラ
１５ａ、１５ａ’ ビレット
１５ｂ、１５ｂ’ 予備成形材
１６ 上ダイス
１６ａ 軸部成形金型部
１６ｂ 段差部
１７ 下ダイス
１７ａ 軸部成形金型部
１７ｂ 段差部
１８ 上パンチ
１９ 下パンチ
２０ キャビティ
２５、７５ 凹部
３０ 充足パンチ
３２ 充足パンチの進退機構
５１ トリポード型等速自在継手
Ａ 軸部の横断面積
Ｂ 凹部の横断面積
Ｄ 軸部の外径
Ｌ 軸部の軸方向長さ

Claims (9)

1. ボス部に放射状に複数の軸部が形成された自在継手用トラニオンの閉塞鍛造方法において、
   鍛造金型は、前記トラニオンに略相当するキャビティが形成された開閉可能なダイスと、このダイスの中心軸上で相対的に移動可能に配置され、ビレットを押圧する一対の上下パンチと、前記キャビティの軸部成形金型部の中心軸上に配置され、半径方向に進退可能な充足パンチから構成され、前記ビレットを前記ダイス内に投入し、型閉めされた前記ダイスのキャビティ内に前記充足パンチが前進し前記キャビティ内に配置された状態で、前記上下パンチによりビレットを押圧することにより前記軸部およびその内部に凹部が形成され、前記軸部の横断面積Ａに対する凹部の横断面積Ｂの比Ｂ／Ａを０．３５〜０．８０としたことを特徴とする自在継手用トラニオンの閉塞鍛造方法。
2. 前記軸部および凹部が成形される間、前記充足パンチは半径方向に位置決めされていることを特徴とする請求項１に記載の自在継手用トラニオンの閉塞鍛造方法。
3. 前記軸部成形金型部の内面の半径方向外側端部近傍に段差部を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自在継手用トラニオンの閉塞鍛造方法。
4. 前記凹部の横断面における形状を円形としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の自在継手用トラニオンの閉塞鍛造方法。
5. 前記ビレットは、前成形により軸部に対応する側面が平坦面に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の自在継手用トラニオンの閉塞鍛造方法。
6. 放射状に複数の軸部が形成された自在継手用トラニオンにおいて、前記トラニオンの軸部の外径が軸方向長さよりも大きく設定されており、前記軸部の中心軸上に鍛造時の材料流量を抑制するために形成された凹部を備えていることを特徴とする自在継手用トラニオン。
7. 前記軸部の横断面積Ａに対する凹部の横断面積Ｂの比Ｂ／Ａを０．３５〜０．８０としたことを特徴とする請求項６に記載の自在継手用トラニオン。
8. 前記自在継手が２ポッド継手であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の自在継手用トラニオン。
9. 前記自在継手がトリポード型等速自在継手であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の自在継手用トラニオン。

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