JP2017018984A - 等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形時の面圧を低減して金型の変形程度を軽減し、高精度なトラック溝の成形を可能とし、かつ、材料歩留りが高い等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法を提供する。
【解決手段】鍛造方法は、円筒状ビレット３０ａから、外周部に直線状のトラック溝部３１’と内周部に底壁３３を残して軸方向両側に穴部３２ａ、３２ｂを成形した素形材３０ｂを形成する予備成形工程と、予備成形工程の後、素形材３０ｂの底壁３３を打ち抜く穴抜き工程と、穴抜き工程の後、素形材の軸方向の略半分に曲線状のトラック溝を形成する一次成形工程と、一次成形工程の後、素形材の軸方向両端を反転させて、軸方向の残り略半分に曲線状のトラック溝を形成する二次成形工程を備えていることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

この発明は、トラック溝の溝底縦断面形状が曲線状とされた等速自在継手、いわゆる、ツェッパ型等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法に関する。

自動車や各種産業機械の動力伝達系を構成する等速自在継手は、駆動側と従動側の二軸をトルク伝達可能に連結すると共に、前記二軸が作動角をとっても等速で回転トルクを伝達することができる。等速自在継手は、角度変位のみを許容する固定式等速自在継手と、角度変位および軸方向変位の両方を許容する摺動式等速自在継手とに大別され、例えば、自動車のエンジンから駆動車輪に動力を伝達するドライブシャフトにおいては、デフ側（インボード側）に摺動式等速自在継手が使用され、駆動車輪側（アウトボード側）には固定式等速自在継手が使用される。

ツェッパ型等速自在継手は、球状内周面に溝底縦断面形状が曲線状の複数のトラック溝が軸方向に沿って形成された外側継手部材と、球状外周面に溝底縦断面形状が曲線状の複数のトラック溝が前記外側継手部材のトラック溝に対向して軸方向に沿って形成された内側継手部材と、対向する各トラック溝間に組込まれたトルク伝達ボールと、このトルク伝達ボールを保持し、前記外側継手部材の球状内周面と前記内側継手部材の球状外周面に案内される保持器とからなる。ツェッパ型等速自在継手は、前述した角度変位のみを許容する固定式等速自在継手に属する。

この等速自在継手の内側継手部材の従来の鍛造方法を図１２および図１３に示す。図１２（ａ）に示す素材（円柱状ビレット）６０ａを一次成形工程により、図１２（ｂ）に示すように、外周部の軸方向の略半分に曲線状トラック溝６１ａを形成し、軸方向の残り半分を直線状トラック溝６１ｂに成形する。内周部には、底壁６３を残して軸方向両側に穴部６２ａ、６２ｂを形成する。その後、素形材６０ｂの軸方向両端を反転させて、二次成形工程により、図１２（ｃ）に示すように、素形材６０ｂの略半分の直線状トラック溝６１ｂを曲線状トラック溝６１ｃに成形し、曲線状トラック溝６１を備えた素形材６０ｃを得る。その後、穴抜き工程により、図１２（ｄ）に示すように、底壁６３を打ち抜いて穴６２ｃを形成し、鍛造品が完成する（特許文献１参照）。

特開２００２−８９５８３号公報

従来の鍛造方法では、図１３に示すように、一次成形工程において、上側ポンチ７０の下死点時、素形材６０ｂの外周面の一部以外は、ほぼ全面が金型７１に拘束され、密閉に近い状態になる。そのために、金型７１と素形材６０ｂは高圧となり金型７１に悪影響を及ぼす高応力状態となり、同時に、高応力状態のため金型７１の変形が大きく、トラック溝６１ａ、６１ｂの成形精度が悪化する。すなわち、金型７１の寿命向上および鍛造品の精度向上のために、一次成形の荷重を低減させる必要があることが判明した。

一方、鍛造品の材料歩留り率を高めるために、均一な切削代が望ましい。ツェッパ型等速自在継手の内側継手部材の場合では、製品の外周面が球面で、曲線状トラック溝６１は軸方向両端で溝深さが異なり、内径面が円筒状である。理想的な鍛造品は、外周面が赤道面を中心とする上下対称な球面、軸方向両端で溝深さが異なる曲線状トラック溝６１で、内周面が製品の内径寸法に近い形状を有することである。鍛造完了時に金型から離型させるために、固定式ダイスを用いる従来の鍛造方法では、金型（一次成形ダイス）７１は上部の直線状トラック溝６１ｂの成形面と下部の曲線状トラック溝６１ａの成形面を有する構造となっている。この場合、下端面のトラック溝６１ａと穴部６２ａの距離が狭く充足が困難であり、特に下端面の曲線状トラック溝６１ａの溝底部が最も充足し難い位置であることが判明した。下端面の曲線状トラック溝６１ａの溝底部を充足させるためには、下側ポンチ７２の穴部６２ａの成形面を小さくし、穴部６２ａを小さく浅い形状にする必要があり、その結果、一次成形工程の鍛造品の形状は上端部が肥大化した非対称形状にならざるを得ないことが判明した。

さらに、従来の鍛造方法は、前述したように、二次成形工程後に底壁６３を打ち抜く。その際、成形された曲線状トラック溝６１の精度が悪化する恐れがある。曲線状トラック溝６１の精度を維持するために内径部の剛性を高める必要があり、この面からも従来の鍛造方法では内径部の取り代を少なくする直径の大きな穴部６２ａを鍛造することが困難であることが判明した。

上記のような問題に鑑み、本発明は、成形時の面圧を低減して金型の変形程度を軽減し、高精度なトラック溝の成形を可能とし、かつ、材料歩留りが高い等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討した結果、一次成形工程の成形変形量の大半を負担する予備成形工程を設け、一次成形工程ではトラック溝のみを成形するという新たな着想を行い、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、球状内周面に溝底縦断面形状が曲線状の複数のトラック溝が軸方向に沿って形成された外側継手部材と、球状外周面に溝底縦断面形状が曲線状の複数のトラック溝が前記外側継手部材のトラック溝に対向して軸方向に沿って形成された内側継手部材と、対向する各トラック溝間に組込まれたトルク伝達ボールと、このトルク伝達ボールを保持し、前記外側継手部材の球状内周面と前記内側継手部材の球状外周面に案内される保持器とからなる等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法において、前記鍛造方法は、円柱状ビレットから、外周部に直線状のトラック溝部と内周部に底壁を残して軸方向両側に穴部を成形した素形材を形成する予備成形工程と、前記素形材の前記底壁を打ち抜く穴抜き工程と、前記穴抜き工程後、前記素形材の軸方向の略半分に曲線状のトラック溝を形成する一次成形工程と、前記一次成形工程の後、前記素形材の軸方向両端を反転させて、軸方向の残り略半分に曲線状のトラック溝を形成する二次成形工程を備えていることを特徴とする。

上記の構成により、成形時の面圧を低減して金型の変形程度を軽減し、高精度なトラック溝の成形を可能とし、かつ、材料歩留りが高い等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法を実現することができる。

上記の予備成形工程の直線状のトラック溝を、内側継手部材の軸線に平行、あるいは軽度の抜き勾配のあるテーパ状にすることにより、成形性や離型性を適宜調整することができる。

上記の予備成形工程で素形材の軸方向両側に形成する穴部を、内側継手部材の軸線に平行な円筒面、あるいは軽度の抜き勾配のある円錐面にすることにより、成形性や離型性を適宜調整することができる。

上記の予備成形工程で成形された素形材の軸方向両端面を、平坦面、あるいは軽度のテーパ角を有する円錐面にすることにより、成形性を適宜調整することができる。

上記の一次成形工程と二次成形工程の少なくとも一方の成形工程において、曲線状のトラック溝を成形する際に、穴抜き工程により打ち抜いた穴の内径面に工具ピンを挿入することが好ましい。これにより、穴の内周形状の崩れを防止できるので、取り代を極小化でき、トラック溝の成形精度を向上させることができる。

上記の一次成形工程において、素形材の軸方向の略半分に形成する曲線状のトラック溝を溝深さの深い側のトラック溝とすることにより、鍛造加工性や精度などの面から有利となる。

本発明によれば、成形時の面圧を低減して金型の変形程度を軽減し、高精度なトラック溝の成形を可能とし、かつ、材料歩留りが高い等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法に基づく内側継手部材を組み込んだ等速自在継手を示す部分的縦断面図である。 第１のＣ−Ｃ線で矢視した等速自在継手の正面図である。 図１の内側継手部材を示し、（ａ）図は、（ｂ）図のＥ−Ｅ線における縦断面図で、（ｂ）図は右側面図である。 図３（ａ）および図３（ｂ）の内側継手部材の鍛造工程を示し、（ａ）図は素材（ビレット）の縦断面図で、（ｂ）図は予備成形工程後の素形材の縦断面図で、（ｃ）図は穴抜き工程後の素形材の縦断面図で、（ｄ）図は一次成形工程後の素形材の縦断面図で、（ｅ）図は二次成形後の鍛造完了品の縦断面図である。 予備成形工程の状態を示す縦断面図である。 穴抜き工程の状態を示す縦断面図である。 一次成形工程の状態を示す縦断面図である。 二次成形工程の状態を示す縦断面図である。 一次成形工程後における本実施形態の鍛造方法に基づく素形材と従来の鍛造方法に基づく素形材を比較した縦断面図である。 二次成形工程後における本実施形態の鍛造方法に基づく素形材と従来の鍛造方法に基づく素形材を比較した縦断面図である。 一次成形工程の変形例の状態を示す縦断面図である。 従来の鍛造工程を示す概要図で、（ａ）図は素材（ビレット）の縦断面図で、（ｂ）図は一次成形工程後の素形材の縦断面図で、（ｄ）図は二次成形工程後の素形材の縦断面図で、（ｄ）図は穴抜き工程後の鍛造完了品の縦断面図である。 従来の鍛造方法を示す概要図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態に係る等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法に基づく内側継手部材を組み込んだ等速自在継手および内側継手部材を図１〜図３に基づいて説明する。図１および図２に示す等速自在継手１は固定式等速自在継手であるツェッパ型等速自在継手で、自動車用ドライブシャフトに適用した例を示す。

図１および図２に示すように、等速自在継手１は、外側継手部材２、内側継手部材３、トルク伝達ボール４および保持器５からなる。外側継手部材２の球状内周面６には６本のトラック溝７が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。トラック溝７の溝底縦断面形状は曲線状に形成されている。内側継手部材３の球状外周面８には、外側継手部材２のトラック溝７と対向するトラック溝９が円周方向等間隔に、かつ軸方向に沿って形成されている。トラック溝９の溝底縦断面形状は曲線状に形成されている。外側継手部材２のトラック溝７と内側継手部材３のトラック溝９との間にトルクを伝達する６個のボール４が１個ずつ組み込まれている。外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８の間に、ボール４をポケット５ａに保持する保持器５が配置され、球状内周面６、球状外周面８に案内されている。

トラック溝７、９とボール４は、通常、接触角（３０°〜４５°程度）をもって接触しているので、トラック溝７、９とボール４とは、実際にはトラック溝７、９の溝底より少し離れたトラック溝７、９の側面側の位置で接触している。内側継手部材３の内周孔には雌スプライン１２が形成されており、中間シャフト１０の軸端に形成された雄スプライン１３に嵌合され、止め輪１４により軸方向に固定されている。外側継手部材２には、車輪用軸受装置（図示省略）に接続される軸部１５が一体に形成されている。

等速自在継手１の内部には潤滑剤としてのグリースが封入されている。グリースの外部漏洩や継手外部からの異物侵入を防止するため、等速自在継手１の外側継手部材２と中間シャフト１０との間には、蛇腹状のブーツ１１が装着され、ブーツ１１の両端はブーツバンド１６、１７により締め付け固定されている。

外側継手部材２の球状内周面６と内側継手部材３の球状外周面８の曲率中心は、いずれも、継手の中心Ｏに形成されている。これに対して、外側継手部材２のトラック溝７の曲線状の溝底縦断面の曲率中心Ａと、内側継手部材３のトラック溝９の曲線状の溝底縦断面の曲率中心Ｂとは、継手の中心Ｏに対して軸方向に等距離オフセットされている。このため、外側継手部材２と内側継手部材３のトラック溝７、９は開口側に向けて拡がる楔状をなしている。このような構成により、継手が作動角をとった場合、外側継手部材２と内側継手部材３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール４が常に案内され、二軸間で等速に回転トルクが伝達されることになる。

内側継手部材３の完成状態の単体図を図３（ａ）および図３（ｂ）に示す。図３（ａ）に示すように、内側継手部材３の球状外周面８の曲率中心は継手中心Ｏに位置し、曲線状トラック溝９の溝底縦断面の曲率中心Ｂは継手中心Ｏから軸方向にオフセットしている。内側継手部材３の内周孔には雌スプライン１２が形成されている。切欠き部２３は、保持器５に内側継手部材３を組み立てる際に、保持器５のポケット５ａ（図１参照）に内側継手部材３を潜らせて組み立てるためのものである。内側継手部材３は、クロム鋼（例えば、ＳＣｒ４２０）やクロムモリブデン鋼（例えば、ＳＣＭ４２０）等からなり、表面には熱処理による硬化層が形成されている。

次に、本発明の一実施形態に係る等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法の概要を図４（ａ）〜図４（ｅ）に基づいて説明する。図４（ａ）に示す素材（円柱状ビレット）３０ａを予備成形工程により、図４（ｂ）に示すように、外周部に直線状のトラック溝３１’と球状外周面３４ｂを形成し、内周部には、底壁３３を残して軸方向両側に穴部３２ａ、３２ｂを形成し素形材３０ｂとなる。円柱状ビレット３０ａは、バー材を所定寸法に切断したもの等であり、焼鈍および表面潤滑処理（例えば、ボンデ処理）が施されている。本実施形態は冷間鍛造であるが、温間鍛造も可能である。

その後、穴抜き工程により素形材３０ｂの底壁３３を打ち抜いて、図４（ｃ）に示すように、穴３２ｃを形成し素形材３０ｃとなる。続いて、一次成形工程により、素形材３０ｃのトラック溝３１’の略半分を、図４（ｄ）に示すように、曲線状のトラック溝３１ａに成形し素形材３０ｄとなる。

素形材３０ｄの軸方向両端を反転させ、素形材３０ｄの残り略半分のトラック溝３１’を、図４（ｅ）に示すように、曲線状のトラック溝３１ｂに成形しトラック溝３１を有する鍛造完了品３０ｅとなる。

本実施形態では、一次成形工程において成形する曲線状のトラック溝３１ａは、鍛造加工性や精度などを考慮して、トラック溝の深い側の略半分としたが、これに限られず、トラック溝の浅い側の略半分としてもよい。

次に、本実施形態に係る内側継手部材の具体的な鍛造方法を図５〜図８に基づいて説明する。本実施形態の鍛造方法は鍛造機としてフォーマー（横型多段式鍛造機）を適用した例を示す。この場合、図５〜図８の紙面は水平方向となる。図５は予備成形工程の鍛造状態を示す縦断面図で、ビレットあるいは素形材の中心軸線から左側半分は予備成形前の状態を示し、右側半分は予備成形後の状態を示す。

図５に示すように、鍛造金型は、第１の内径ポンチ３５、第１の端面ポンチ３６、第２の内径ポンチ３７、第２の端面ポンチ３８および予備成形ダイス３９を主な構成とする。予備成形ダイス３９の内周面には、トラック溝の横断面形状に対応する凸状成形面３９ａが形成されている。第１の端面ポンチ３６の外周面には凹状部３６ａが形成され、第２の端面ポンチ３８の外周面には凹状部３８ａが形成されている。第１の端面ポンチ３６の凹状部３６ａと第２の端面ポンチ３８の凹状部３８ａは、予備成形ダイス３９の凸状成形面３９ａにそれぞれ嵌合し、第１および第２の端面ポンチ３７、３８の端面形状は素形材３０ｂの端面形状に沿った形状になっており、端面は平坦面に形成されている。

第１の内径ポンチ３５と第２の内径ポンチ３７は、その端面の周囲はなだらかに後退する湾曲面で形成され、先端部外径面は内側継手部材（素形材）の軸線に平行な円筒面で形成されている。第１、第２の内径ポンチ３５、３７の端面と先端外径面との間はアールで接続した形状となっている。

第１の内径ポンチ３５、第１の端面ポンチ３６および第２の端面ポンチ３８は、駆動装置（図示省略）により図５の上下方向にそれぞれ可動である。第２の内径ポンチ３７および予備成形ダイス３９は、図５の上下方向に固定されている。

第１の内径ポンチ３５と第１の端面ポンチ３６が図５の上方に後退した状態で、図５の左側半分に示すように、円柱状ビレット３０ａが搬入される。続いて、第１の内径ポンチ３５と第１の端面ポンチ３６が図５の下方に前進し、ビレット３０ａを加圧し、図５の右側半分に示すように、直線状のトラック溝３１’、略球状外周面３４ｂおよび凹部３２ａ、３２ｂが成形され、素形材３０ｂとなる。素形材３０ｂには凹部３２ａ、３２ｂの間に底壁３３が形成される。

予備成形工程では、トラック溝３１’を直線状に成形するので、素形材３０ｂの軸方向の両端面における凹部３２ａ、３２ｂとトラック溝３１’の溝底部との距離を確保し溝底部への材料充足を確保した上で、大きな直径でかつ深い凹部３２ａ、３２ｂを成形することができる。また、球状外周面３４ｂは予備成形ダイス３９に拘束することなく成形されるので予備成形の荷重を低減することができる。

成形後、第１の端面ポンチ３６が素形材３０ｂの端面を抑えた状態で、第１の内径ポンチ３５が、まず、図５の上方に後退し凹部３２ｂを抜けた時点で第１の端面ポンチ３６が図５の上方に後退する。続いて、第２の端面ポンチ３８が図５の上方に前進し、素形材３０ｂを予備成形ダイス３９から排出する。

素形材３０ｂは、次に、底壁３３を打ち抜く穴抜き工程に搬送される。図６は穴抜き工程を示す縦断面図で、素形材３０ｂ、３０ｃの中心軸線から左側半分は成形前の状態を示し、右側半分は成形後の状態を示す。図６に示すように、穴抜き工程の金型は、第１の端面押え４０、第２の端面押え４１、打ち抜きポンチ４２および外周面保持ダイス４３を主な構成とする。第１の端面押え４０と第２の端面押え４１は、駆動装置（図示省略）により図５の上下方向にそれぞれ可動である。打ち抜きポンチ４２および外周面保持ダイス４３は図５の上下方向に固定されている。

打ち抜きポンチ４２は、先端に歯部４２ａが設けられており、この歯部４２ａに対応して、第１の端面押え４０の内周部に歯部４０ａが設けられている。外周面保持ダイス４３も内周面には素形材３０ｂの略球状外周面３４ｂの略半分と直線状のトラック溝３１を保持する保持面４３ａが形成されている。

図６の左側半分に示すように、素形材３０ｂが打ち抜きポンチ４２の上に搬入され、第１の端面押え４０が図面下方へ前進し、素形材３０ｂの端面に当接する。続いて、第１の端面押え４０が前進し、図６の右側半分に示すように、素形材３０ｂの底壁３３が打ち抜かれ、穴３２ｃが形成された素形材３０ｃが得られる。素形材３０ｂに成形された直線状のトラック溝３１’は高剛性であるため、従来よりも大きな穴３２ｃを抜くことができる。打ち抜きカスは第１の端面押え４０の内周孔に順次送り込まれ、内周孔の途中に設けられた解放穴（図示省略）から外部に排出される。その後、第１の端面押え４０が図面上方に後退し、第２の端面押え４１が図面上方に前進し、素形材３０ｃが排出される。

素形材３０ｃは、次に、一次成形工程に搬送される。図７は一次成形工程を示す縦断面図で、素形材３０ｃ、３０ｄの中心軸線から左側半分は成形前の状態を示し、右側半分は成形後の状態を示す。図７に示すように、一次成形工程の金型は、第１の端面パンチ４４、第２の端面パンチ４５、工具ピン４６および一次成形ダイス４７を主な構成とする。

一次成形ダイス４７の内周面には、軸方向の略半分が曲線状のトラック溝３１ａで残り略半分が直線状トラック溝３１’を有する素形材３０ｄを成形するために、これらのトラック溝３１ａ、３１’に対応する凸状成形面４７ａが形成されている。第１の端面ポンチ４４の外周面には凹状部４４ａが形成され、第２の端面ポンチ４５の外周面には凹状部４５ａが形成されている。第１の端面ポンチ４４の凹状部４４ａと第２の端面ポンチ４５の凹状部４５ａは、ダイス４７の凸状成形面４７ａにそれぞれ嵌合し、第１および第２の端面ポンチ４４、４５の端面形状は素形材３０ｄの端面形状に沿った形状になっている。工具ピン４６は素形材３０ｃの穴３２ｃと嵌合する。

第１の端面ポンチ４４および第２の端面ポンチ４５は、駆動装置（図示省略）により図７の上下方向にそれぞれ可動である。工具ピン４６および一次成形ダイス４７は、図面上下方向に固定されている。

第１の端面ポンチ４４が図面上方に後退した状態で、図７の左側半分に示すように、素形材３０ｃが一次成形ダイス４７と工具ピン４６間の空間に搬入される。第１の端面ポンチ４４が図面下方へ前進し、素形材３０ｃの端面に当接し引き続き、第１の端面ポンチ４４が前進し、図７の右側半分に示すように、素形材３０ｂの直線状のトラック溝３１’の図面下側の略半分が曲線状のトラック溝３１ａに成形されると共に球状外周面３４ｄの略半分が形状を維持され、素形材３０ｄが得られる。

本実施形態では、一次成形工程においてトラック溝３１’のみを成形し、球状外周面３４ｄは予備成形された球面を維持するだけとしている。このため、歩留まり率の高い球状外周面が得られる。また、成形の際、素形材３０ｃの穴３２ｃに工具ピン４６が挿入されているので、穴３２ｃの内周形状の崩れを防止できるので、取り代を極小化でき、トラック溝３１ａ、３１’の成形精度を向上することができる。成形後、第１の端面ポンチ４４が図面上方に後退し、第２の端面ポンチ４５が図面上方に前進し、素形材３０ｄが排出される。

図７に示すように、本実施形態では、一次成形工程において成形する曲線状のトラック溝３１ａを、鍛造加工性や精度などを考慮して、トラック溝の深い側の略半分としたが、これに限られず、トラック溝の浅い側の略半分としてもよい。

素形材３０ｄは、鍛造の最終工程である二次成形工程に搬送される。図８は二次成形工程を示す縦断面図で、素形材３０ｄ、３０ｅの中心軸線から左側半分は成形前の状態を示し、右側半分は成形後の状態を示す。図８に示すように、二次成形工程の金型は、一次成形工程と同様に、第１の端面ポンチ４８、第２の端面ポンチ４９、工具ピン４６および二次成形ダイス５０を主な構成とする。

二次成形ダイス５０の内周面には、素形材３０ｄに軸方向の残りの略半分を曲線状のトラック溝３１ｂに成形するために、曲線状とこれに接する直線状の凸状成形面５０ａが形成されている。第１の端面ポンチ４８の外周面には凹状部４８ａが形成され、第２の端面ポンチ４９の外周面には凹状部４９ａが形成されている。第１の端面ポンチ４８の凹状部４８ａと第２の端面ポンチ４９の凹状部４９ａは、二次成形ダイス５０の凸状成形面５０ａにそれぞれ嵌合している。工具ピン４６は素形材３０ｄの穴３２ｃと嵌合する。

第１の端面ポンチ４８および第２の端面ポンチ４９は、駆動装置（図示省略）により図８の上下方向にそれぞれ可動であり、工具ピン４６および二次成形ダイス５０は、図面上下方向に固定されている。

第１の端面ポンチ４８が図面上方に後退した状態で、図８の左側半分に示すように、素形材３０ｄが二次成形ダイス５０と工具ピン４６間の空間に搬入される。第１の端面ポンチ４８が図面下方へ前進し、素形材３０ｄの端面に当接し引き続き、第１の端面ポンチ４８が前進し、図８の右側半分に示すように、素形材３０ｄの図面下側の略半分の直線状のトラック溝３１’が曲線状のトラック溝３１ｂに成形されると共に球状外周面３４ｅが形状を維持され、鍛造完了品３０ｅが得られる。

二次成形工程においても、トラック溝３１’のみを成形し、球状外周面３４ｅは予備成形された球面を維持するだけとしている。このため、歩留まり率の高い球状外周面が得られる。また、成形の際、素形材３０ｄの穴３２ｃに工具ピン４６が挿入されているので、穴３２ｃの内周形状の崩れを防止できるので、取り代を極小化でき、トラック溝３１ｂの成形精度を向上することができる。成形後、第１の端面ポンチ４８が図面上方に後退し、第２の端面ポンチ４９が図面上方に前進し、鍛造完了品３０ｅが排出される。

鍛造完了品３０ｅは、幅面および外径面を旋削し、内径面にスプラインをブローチ加工する。その後、浸炭焼入れ等の熱処理を行い、球状外径面およびトラック溝を研削して、図３に示す内側継手部材３が完成する。

以上説明した本実施形態の鍛造方法と従来の鍛造方法の作用効果の違いを図９および図１０に基づいて説明する。まず、本実施形態の鍛造方法の予備成形と従来の一次成形の作用効果の違いを図９に基づいて説明する。図９の中心軸線から左側半分に従来の鍛造方法の一次成形後の素形材６０ｂを示し、右側半分に本実施形態の鍛造方法の予備成形後の素形材３０ｂを示す。

従来の一次成形では、ビレットから軸方向の略半分の曲線状のトラック溝６１ａと球状外周面６４ａを成形し、軸方向の残りの略半分を直線状のトラック溝６１ｂと略直線状の外周面６４ｂに形成する。成形の際、図１３で前述したように、素形材６０ｂの外周面のほぼ全面が金型（一次成形ダイス）７１に拘束され、密閉に近い状態になり、金型７１に悪影響を及ぼす高応力状態となる。このため、金型７１の変形が大きく、トラック溝６１ａ、６１ｂの成形精度が悪化する。

また、金型７１は、上側の直線状トラック溝６１ｂの成形面と下側の曲線状トラック溝６１ａの成形面を有する構造となるので、下端面の曲線状トラック溝６１ａの溝底と穴部６２ａの距離Ｌ１が狭くなり、穴部６２ａの直径Ｇ１は小さく、かつ深さＨ１は浅くなる。このため、内径取り代を少なくすることが困難である。

従来の一次成形に対して、本実施形態では、一次成形工程の成形変形量の大半を負担する予備成形工程を設け、一次成形工程ではトラック溝のみを成形することを特徴的な構成とする。予備成形では、ビレットから軸方向全長にわたって直線状のトラック溝３１’と球状外周面３４を形成する。成形の際、図５で前述したように、球状外周面３４は予備成形ダイス３９に拘束することなく成形されるので予備成形の荷重を低減することができる。このため、予備成形ダイス３９の変形が少なく、トラック溝３１’を高精度に成形できる。

また、ビレットから軸方向全長にわたって直線状のトラック溝３１’を形成するので、下端面の直線状のトラック溝３１’の溝底と穴部３２ａの距離Ｌ２が広くなり、穴部３２ａの直径Ｇ２を大きく、かつ深さＨ２を深くすることができる。このため、内径取り代を少なくすることができる。本実施形態では、予備成形後、素形材３０ｂの底壁３３の穴抜きを行い、その後、一次成形および二次成形ではトラック溝のみを成形するので、成形荷重を軽減でき、成形ダイス４７、５０の変形程度を軽減し、トラック溝を高精度に成形できる。また、一次成形および二次成形ではトラック溝のみを成形し、球状外周面は予備成形の形状を維持するだけとしたので、歩留まり率の高い球状外周面形状が得られる。

次に、本実施形態の鍛造方法による鍛造完了品と従来の鍛造方法による鍛造完了品の作用効果の違いを図１０に基づいて説明する。図１０の中心軸線から左側半分に従来の鍛造完了品を示し、右側半分に本実施形態の鍛造完了品を示す。

従来の鍛造完了品６０ｄと本実施形態の鍛造完了品３０ｅは、いずれも、球状外周面の外径はＤで同じであるが、従来の鍛造完了品６０ｄの球状外周面６４ｄは、軸方向の中央部分に直線状の部分がある。これに対して、本実施形態の鍛造完了品３０ｅの球状外周面３４ｅには直線状の部分が殆どなく球面に近い形状に成形される。そのため、図面下側の端面における従来の鍛造完了品６０ｄの球状外周面６４ｄの直径Ｄａ１は、本実施形態の鍛造完了品３０ｅの球状外周面３４ｅの直径Ｄａ２より大きく、Ｄａ１＝０．９５Ｄ、Ｄａ２＝０．９１Ｄとなった。同様に、図面上側の従来の鍛造完了品６０ｄの球状外周面６４ｄの直径Ｄｂ１＝０．９４Ｄ、本実施形態の鍛造完了品３０ｅの球状外周面３４ｅの直径Ｄｂ２＝０．８８Ｄとなった。したがって、本実施形態の鍛造完了品３０ｅの球状外周面３４ｅの取り代は、従来の鍛造完了品６０ｄの球状外周面６４ｄの取り代より大幅に小さく、歩留まり率の高い球状外周面３４ｅが得られる。

次に、従来の鍛造完了品６０ｄの穴６２ｃの直径ｄ１と本実施形態の鍛造完了品３０ｅの穴３２ｃの直径ｄ２を比較すると、ｄ２＝１．１２ｄ１となった。このように、本実施形態の鍛造完了品３０ｅの穴３２ｃの取り代は、従来の鍛造完了品６０ｄの穴６２ｃの取り代より大幅に小さく、歩留まり率の高い穴３２ｃを含む内径面の形状・寸法が得られる。これは、予備成形工程で、トラック溝３１を直線状に成形するので、素形材３０ｂの軸方向の両端面における凹部３２ａ、３２ｂとトラック溝３１’の溝底部との距離を確保し溝底部への材料充足を確保した上で、大きな直径でかつ深い凹部３２ａ、３２ｂを成形することができることに加えて、素形材３０ｂの直線状のトラック溝３１’が高剛性であるため、従来よりも大きな穴３２ｃを抜くことができることも起因している。本実施形態の鍛造方法に基づく鍛造完了品は、従来の鍛造方法に基づく鍛造完了品より歩留まり率を約６％向上させることができた。さらに、具体的な数値比較は省略するが、トラック溝３１の成形精度も向上した。

本実施形態の鍛造方法は、従来の鍛造方法に比べ、予備成形工程を追加されるが、取り代の削減、歩留り率の向上により、後加工を含めた全体として、従来の鍛造方法より製造コストを削減することができる。

従来の鍛造方法と本実施形態の鍛造方法の成形荷重について表１に比較して示す。

表１において、一次成形工程と二次成形工程のうちで成形荷重が１番高い工程を基準のＦ１とした。表１に示すように、本実施形態の鍛造方法では、従来の鍛造方法の成形荷重の合計の５５％の荷重で鍛造可能となった。従来の鍛造方法では、一次成形工程の成形荷重Ｆ１が極端に高い荷重を示したが、本実施形態の鍛造方法では、従来の鍛造方法のピーク荷重の１／２程度に低減できた。

次に、予備成形工程の変形例を図１１に基づいて説明する。本変形例では、鍛造金型のうち、第１の内径ポンチ３５’、第２の内径ポンチ３７’のそれぞれの先端外径部の形状、および第１の端面ポンチ３６’、第２の端面ポンチ３８’のそれぞれの端面の形状、および直線状のトラック溝３１”を成形する予備成形ダイス３９’の凸状成形面３９ａ’の形状が、前述した実施形態の予備成形工程の鍛造金型と異なる。その他の構成は前述した実施形態と同様であるので、同じ機能を有する部位にはダッシュを追加した同一符号とし、本変形例の異なる点のみ説明する。

素形材３０ｂ’の穴部３２ａ’を成形する第２の内径ポンチ３７’の先端外径部には軽度の抜け勾配のある円錐面３７ａ’が形成され、同様に、孔部３２ｂ’を成形する第１の内径ポンチ３５’の先端外径部には軽度のテーパを有する円錐面３５ａ’が形成されている。これにより、第１、第２の内径ポンチ３５’、３７’の成形性が向上すると共に第１、第２の内径ポンチ３５’、３７’の後退時に穴部３２ａ’、３２ｂ’から抜けやすくなり、離型性が向上する。穴部の形状（内径ポンチの先端外径面の形状）を、前述した実施形態のように内側継手部材（素形材）の軸線に平行な円筒面にしたり、本変形例のように軽度の抜け勾配のある円錐面にすることにより、成形性や離型性を適宜調整することができる。

素形材３０ｂ’の両端面を加圧、成形する第１の端面ポンチ３６’、第２の端面ポンチ３８’のそれぞれの端面には、軽度のテーパ角を有する円錐面３６ｂ’、３８ｂ’が形成されている。この場合、穴抜き工程、一次成形工程および二次成形工程の第１の端面押え４０、端面ポンチ４４、４８および第２の端面押え４１、端面ポンチ４５、４９のそれぞれの端面は平坦面のままである。第１の端面ポンチ３６’、第２の端面ポンチ３８’の端面に軽度のテーパを有する円錐面３６ｂ’、３８ｂ’を形成することにより、一次成形工程および二次成形工程における成形性が向上する。素形材の軸方向両端面（端面押えの端面）を、前述した実施形態のように平坦面にしたり、本変形例のように軽度のテーパ角を有する円錐面にすることにより、成形性を適宜調整することができる。

直線状のトラック溝３１”を成形する予備成形ダイス３９’の凸状成形面３９ａ’は、軽度の抜け勾配のあるテーパ状に形成されている。これにより、素形材３０ｂ’の離型性が向上する。直線状のトラック溝（凸部成形面）を前述した実施形態のように内側継手部材（素形材）の軸線に平行にしたり、本変形例のように抜け勾配のあるテーパ状にすることにより、成形性や離型性を適宜調整することができる。

その他の構成や作用効果は、前述した実施形態と同様であるので、前述した内容をすべて準用し、重複した説明を省略する。

以上、実施形態では、ドライブシャフトを構成する等速自在継手の内側継手部材を例示したが、本発明は、プロペラシャフトを構成する等速自在継手の内側継手部材にも適用することができる。

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 等速自在継手
２ 外側継手部材
３ 内側継手部材
４ トルク伝達部材（ボール）
５ 保持器
７ トラック溝
９ トラック溝
１０ 中間シャフト
３０ａ 素材（円柱状ビレット）
３０ｂ 素形材
３０ｃ 素形材
３０ｄ 素形材
３０ｅ 鍛造完了品
３１ トラック溝
３１’、３１” 直線状トラック溝
３１ａ 曲線状のトラック溝
３１ｂ 曲線状のトラック溝
３２ａ、３２ａ’ 穴部
３２ｂ、３２ｂ’ 穴部
３３、３３’ 底壁
３４ｂ、３４ｂ’ 球状外周面
３４ｃ、３４ｄ 球状外周面
３４ｅ 球状外周面
３５、３５’ 第１の内径ポンチ
３６、３６’ 第１の端面ポンチ
４４、４８ 第１の端面ポンチ
３７、３７’ 第２の内径ポンチ
３８、３８’ 第２の端面ポンチ
４５、４９ 第２の端面ポンチ
３９、３９’ 予備成形ダイス
４０ 第１の端面押え
４１ 第２の端面押え
４２ 打ち抜きポンチ
４３ 外周面保持ダイス
４６ 工具ピン
４７ 一次成形ダイス
５０ 二次成形ダイス

Claims (6)

1. 球状内周面に溝底縦断面形状が曲線状の複数のトラック溝が軸方向に沿って形成された外側継手部材と、球状外周面に溝底縦断面形状が曲線状の複数のトラック溝が前記外側継手部材のトラック溝に対向して軸方向に沿って形成された内側継手部材と、対向する各トラック溝間に組込まれたトルク伝達ボールと、このトルク伝達ボールを保持し、前記外側継手部材の球状内周面と前記内側継手部材の球状外周面に案内される保持器とからなる等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法において、
   前記鍛造方法は、円筒状ビレットから、外周部に直線状のトラック溝部と内周部に底壁を残して軸方向両側に穴部を成形した素形材を形成する予備成形工程と、
   前記予備成形工程の後、前記素形材の前記底壁を打ち抜く穴抜き工程と、
   前記穴抜き工程の後、前記素形材の軸方向の略半分に曲線状のトラック溝を形成する一次成形工程と、
   前記一次成形工程の後、前記素形材の軸方向両端を反転させて、軸方向の残り略半分に曲線状のトラック溝を形成する二次成形工程を備えていることを特徴とする等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法。
2. 前記予備成形工程の直線状のトラック溝は、内側継手部材の軸線に平行、あるいは軽度の抜け勾配のあるテーパ状であることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法。
3. 前記予備成形工程で素形材の軸方向両側に形成する穴部は、内側継手部材の軸線に平行な円筒面、あるいは軽度の抜け勾配のある円錐面であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法。
4. 前記予備成形工程で成形された前記素形材の軸方向両端面が平坦面、あるいは軽度のテーパ角を有する円錐面であることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法。
5. 前記一次成形工程と前記二次成形工程の少なくとも一方の成形工程において、前記曲線状のトラック溝を成形する際に、前記穴抜き工程により打ち抜いた穴の内径面に工具ピンを挿入す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等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法。
6. 前記一次成形工程において、前記素形材の軸方向の略半分に形成する曲線状のトラック溝が溝深さの深い側のトラック溝であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の等速自在継手の内側継手部材の鍛造方法。

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