特許 5966655 押出成形金型、スプライン部材の製造方法およびスプライン部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5966655

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】押出成形金型、スプライン部材の製造方法およびスプライン部材

(51)【国際特許分類】

   B21J 5/12 20060101AFI20160728BHJP

   B21J 5/06 20060101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   B21J5/12 A

   B21J5/06 B

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-139589(P2012-139589)

(22)【出願日】2012年6月21日

(65)【公開番号】特開2014-4591(P2014-4591A)

(43)【公開日】2014年1月16日

【審査請求日】2015年1月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000100768

【氏名又は名称】アイシン・エィ・ダブリュ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】寺尾 有喜

(72)【発明者】

【氏名】片野 亨

(72)【発明者】

【氏名】鈴村 信洋

【審査官】 細川 翔多

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−０４４７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５８６７９０１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２０３２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２３９７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２４９６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２２３０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１０２８２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｊ ５／１２

Ｂ２１Ｊ ５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

大径部と、該大径部の一端から同軸に延出されると共に外周面に形成されたスプラインを有する小径部と、前記大径部の前記一端に形成されて前記小径部を囲むフランジ面とを含むスプライン部材を押出成形により製造する際に用いられる押出成形金型であって、
前記大径部の外周面を成形するための第１成形面と、
前記フランジ面を成形するための第２成形面と、
前記スプラインを成形するための第３成形面とを備え、
前記第１成形面の内径を“Ｄ１”とし、前記第３成形面の歯先間の内径を“ｄ１”とし、前記第３成形面の歯底間の内径を“ｄ２”とし、前記第３成形面の前記歯先と前記第２成形面とを連続させる第１曲面の曲率半径を“Ｒ１”とし、前記第３成形面の前記歯底と前記第２成形面とを連続させる第２曲面の曲率半径を“Ｒ２”としたときに、
Ｒ１＞Ｒ２
０．２５×（Ｄ１−ｄ１）／２≦Ｒ１＜０．４８×（Ｄ１−ｄ１）／２
０．０９×（Ｄ１−ｄ２）／２≦Ｒ２＜０．３７×（Ｄ１−ｄ２）／２
を満たすことを特徴とする押出成形金型。

【請求項2】

請求項１に記載の押出成形金型において、
前記小径部に非貫通の小径側凹部を成形するための成形部を更に備えることを特徴とする押出成形金型。

【請求項3】

大径部と、該大径部から同軸に延出されると共に外周面に形成されたスプラインを有する小径部と、前記大径部の前記一端に形成されて前記小径部を囲むフランジ面とを含むスプライン部材を製造するスプライン部材の製造方法であって、
前記大径部の外周面を成形するための第１成形面と、前記フランジ面を成形するための第２成形面と、前記スプラインを成形するための第３成形面とを備えた押出成形金型を用いて前記スプライン部材を押出成形する押出成形ステップを含み、
前記押出成形金型は、
前記第１成形面の内径を“Ｄ１”とし、前記第３成形面の歯先間の内径を“ｄ１”とし、前記第３成形面の歯底間の内径を“ｄ２”とし、前記第３成形面の前記歯先と前記第２成形面とを連続させる第１曲面の曲率半径を“Ｒ１”とし、前記第３成形面の前記歯底と前記第２成形面とを連続させる第２曲面の曲率半径を“Ｒ２”としたときに、
Ｒ１＞Ｒ２
０．２５×（Ｄ１−ｄ１）／２≦Ｒ１＜０．４８×（Ｄ１−ｄ１）／２
０．０９×（Ｄ１−ｄ２）／２≦Ｒ２＜０．３７×（Ｄ１−ｄ２）／２
を満たすことを特徴とするスプライン部材の製造方法。

【請求項4】

請求項３に記載のスプライン部材の製造方法において、
前記押出成形金型は、前記小径部に非貫通の小径側凹部を成形するための成形部を更に備え、
前記押出成形ステップは、前記押出成形金型内に配置された素材を押圧部材により加圧することにより、前記大径部、前記小径部、前記スプラインおよび前記小径側凹部を成形すると共に前記大径部に非貫通の大径側凹部を成形することを特徴とするスプライン部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大径部から同軸に延出されると共に外周面に形成されたスプラインを有する小径部を含むスプライン部材の製造に用いられる押出成形金型、それを用いたスプライン部材の製造方法およびスプライン部材に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、それぞれ外周面に歯形を有する大径部および小径部を備えた中空歯形部品を冷間鍛造により製造する製造方法として、円筒状素材の内周全体にパンチを挿入した状態で成形を行う第１工程と、第１工程の後、円筒状素材の内周面のうちの少なくとも一部をパンチと対向しない状態にて第１工程における成形圧力よりも高い成形圧力で成形を行う第２鍛造工程とを含むものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、第２工程において円筒状素材の内周面のうちの一部をパンチと対向しない状態にすることで、強い圧力で成形を行った際に余剰の素材が当該パンチに対向しない部分に回り込むようにし、それにより金型に過度の圧力が加えられるのを抑制しつつ、第２工程において十分な圧力で成形を行って欠肉を生じさせないようにしている。また、フランジに対して一方側にボス部が成形されると共に他方側に歯車部が成形されたボス付き歯車状部材の製造方法として、金属製素材の一端側に後方押出し加工を施してボス部を成形すると同時に、金属製素材の他端側に前方押出し加工を施して面取り部を成形する第１工程と、第１工程を経た金属製素材の押し残り領域に前方押出し加工を更に施して、面取り部から一端側に向けて複数の歯が連続成形された歯車部を成形する第２工程とを含むものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−２８５６８８号公報

【特許文献2】特開２００５−１１８７８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１に記載された方法により製造される中空歯形部品は、小径部の大径部側の端部に歯形（スプライン）が形成されない円筒状の部分（ストレート部）を有しており、中空歯形部品の軸方向における歯の有効長さを確保しようとすると、当該円筒状の部分が存在する分だけ部品の軸長が増加してしまう。従って、この種の部材では、軸方向における歯の有効長さを確保しつつコンパクト化を図るために、特許文献２に記載された歯車状部材のように大径部（フランジ）の端面（フランジ面）と小径部（歯先や歯底）とを曲面で連続させると好ましい。ただし、軸方向における歯の有効長さを確保すべく大径部の端面と小径部とを連続させる曲面の曲率半径を小さくしようとすればするほど、成形金型の当該曲面の成形部に素材が追従しにくくなり、その結果、小径部の各歯の歯先全体に欠肉が生じてしまうおそれがある。そして、このような歯先の欠肉が生じてしまうと、有効歯丈が減ることによる強度低下や、面圧の増加による噛み合い対象への悪影響を招いてしまうおそれがある。

【0005】

そこで、本発明は、大径部から同軸に延出されると共に外周面に形成されたスプラインを有する小径部を含むスプライン部材のコンパクト化を図りつつ、スプラインの有効長さおよび強度を良好に確保することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明による押出成形金型、スプライン部材の製造方法およびスプライン部材は、上記主目的を達成するために以下の手段を採っている。

【0007】

本発明による押出成形金型は、
大径部と、該大径部の一端から同軸に延出されると共に外周面に形成されたスプラインを有する小径部と、前記大径部の前記一端に形成されて前記小径部を囲むフランジ面とを含むスプライン部材を押出成形により製造する際に用いられる押出成形金型であって、
前記大径部の外周面を成形するための第１成形面と、
前記フランジ面を成形するための第２成形面と、
前記スプラインを成形するための第３成形面とを備え、
前記第１成形面の内径を“Ｄ１”とし、前記第３成形面の歯先間の内径を“ｄ１”とし、前記第３成形面の歯底間の内径を“ｄ２”とし、前記第３成形面の前記歯先と前記第２成形面とを連続させる第１曲面の曲率半径を“Ｒ１”とし、前記第３成形面の前記歯底と前記第２成形面とを連続させる第２曲面の曲率半径を“Ｒ２”としたときに、
Ｒ１＞Ｒ２
０．２５×（Ｄ１−ｄ１）／２≦Ｒ１＜０．４８×（Ｄ１−ｄ１）／２
０．０９×（Ｄ１−ｄ２）／２≦Ｒ２＜０．３７×（Ｄ１−ｄ２）／２
を満たすことを特徴とする。

【0008】

この押出成形金型は、大径部と、当該大径部の一端から同軸に延出されると共に外周面に形成されたスプラインを有する小径部と、大径部の一端に形成されて小径部を囲むフランジ面とを含むスプライン部材を押出成形により製造する際に用いられる。このようなスプライン部材において、スプラインの有効長さを確保しつつコンパクト化を図るためには、大径部のフランジ面とスプラインの歯底とを連続させる内側曲面や、フランジ面とスプラインの歯先とを連続させる外側曲面の曲率半径をできるだけ小さくすることが好ましい。ただし、内側曲面や外側曲面の曲率半径を小さくしようとすればするほど、押出成形金型の当該内側曲面や外側曲面の成形部である第１および第２曲面に素材が追従しにくくなり、その結果、スプラインの歯先全体に欠肉が生じてしまい、有効歯丈の減少によりスプラインの強度が低下してしまうおそれがある。

【0009】

このような事象に鑑みて、本発明者らは、上記内側曲面や外側曲面の曲率半径（設計値）と、スプラインの歯先の欠肉の度合いとの間の相関に着目し、内側曲面や外側曲面の曲率半径を最適化することによりスプライン部材をコンパクト化しつつスプラインの有効長さを確保すると共にスプラインの歯先の欠肉を低減化すべく鋭意研究を行った。また、本発明者らは、スプライン部材の大径部の半径Δ１／２と小径部に形成されるスプラインの歯底円の半径δ１／２との差（Δ１−δ１）／２、およびスプライン部材の大径部の半径Δ１／２と小径部に形成されるスプラインの歯先円の半径δ２／２との差（Δ１−δ２）／２とによりスプラインの歯先の欠肉の度合いを評価することとし、上記内側曲面の曲率半径ρ１と歯底側の半径差（Δ１−δ１）／２との比率ρ１／（Δ１−δ１）／２と、上記外側曲面の曲率半径ρ２と歯先側の半径差（Δ１−δ２）／２との比率ρ２／（Δ１−δ２）／２とを評価指標として定めた。

【0010】

ここで、上記スプライン部材は、押出成形金型を用いた押出成形により製造されるものであるから、スプライン部材の寸法を対応する押出成形金型の寸法に置き換えてもよく、押出成形金型の第１成形面の内径を“Ｄ１”とし、第３成形面の歯先間の内径を“ｄ１”とし、第３成形面の歯底間の内径を“ｄ２”とし、第３成形面の歯先と第２成形面とを連続させる第１曲面の曲率半径を“Ｒ１”とし、第３成形面の歯底と第２成形面とを連続させる第２曲面の曲率半径を“Ｒ２”とすれば、
比率ρ１／（Δ１−δ１）／２＝比率Ｒ１／（Ｄ１−ｄ１）／２
比率ρ２／（Δ１−δ２）／２＝比率Ｒ２／（Ｄ１−ｄ２）／２
とみなすことができる。

【0011】

そして、本発明者らは、諸元の異なる複数の押出成形金型から得られるスプライン部材の寸法を解析により得た上で、押出成形金型やスプライン部材における公差を考慮しつつ、比率Ｒ１／（Ｄ１−ｄ１）／２および比率Ｒ２／（Ｄ１−ｄ２）／２等に基づいて第１および第２曲面の曲率半径Ｒ１，Ｒ２の好適範囲を検討した。その結果、本発明者らは、Ｒ１＞Ｒ２、０．２５×（Ｄ１−ｄ１）／２≦Ｒ１＜０．４８×（Ｄ１−ｄ１）／２、および０．０９×（Ｄ１−ｄ２）／２≦Ｒ２＜０．３７×（Ｄ１−ｄ２）／２を満たすように押出成形金型を構成することにより、内側曲面や外側曲面の曲率半径をスプライン部材のコンパクト化を図り得る範囲内に納めつつ、スプラインの有効長さを確保すると共にスプラインの歯先の欠肉を低減化し得ることを見出した。これにより、この押出成形金型を用いて押出成形によりスプライン部材を製造すれば、当該スプライン部材のコンパクト化を図りつつ、スプラインの有効長さおよび強度を良好に確保することが可能となる。

【0012】

また、前記押出成形金型は、前記小径部に非貫通の小径側凹部を成形するための成形部を更に備えてもよい。

【0013】

これにより、スプライン部材の押出成形に際して、小径部には、非貫通の小径側凹部が形成されることになり、小径部に非貫通の小径側凹部を形成しておくことで、その後に、大径部および小径部を貫通する貫通孔を容易に形成することが可能となる。

【0014】

本発明によるスプライン部材の製造方法は、
大径部と、該大径部から同軸に延出されると共に外周面に形成されたスプラインを有する小径部と、前記大径部の前記一端に形成されて前記小径部を囲むフランジ面とを含むスプライン部材を製造するスプライン部材の製造方法であって、
前記大径部の外周面を成形するための第１成形面と、前記フランジ面を成形するための第２成形面と、前記スプラインを成形するための第３成形面とを備えた押出成形金型を用いて前記スプライン部材を押出成形する押出成形ステップを含み、
前記押出成形金型は、
前記第１成形面の内径を“Ｄ１”とし、前記第３成形面の歯先間の内径を“ｄ１”とし、前記第３成形面の歯底間の内径を“ｄ２”とし、前記第３成形面の前記歯先と前記第２成形面とを連続させる第１曲面の曲率半径を“Ｒ１”とし、前記第３成形面の前記歯底と前記第２成形面とを連続させる第２曲面の曲率半径を“Ｒ２”としたときに、
Ｒ１＞Ｒ２
０．２５×（Ｄ１−ｄ１）／２≦Ｒ１＜０．４８×（Ｄ１−ｄ１）／２
０．０９×（Ｄ１−ｄ２）／２≦Ｒ２＜０．３７×（Ｄ１−ｄ２）／２
を満たすことを特徴とする。

【0015】

この方法によれば、大径部から同軸に延出されると共に外周面に形成されたスプラインを有する小径部を含むスプライン部材のコンパクト化を図りつつ、スプラインの有効長さおよび強度を良好に確保することが可能となる。

【0016】

また、前記押出成形金型は、前記小径部に非貫通の小径側凹部を成形するための成形部を更に備えてもよく、前記押出成形ステップは、前記押出成形金型内に配置された素材を押圧部材により加圧することにより、前記大径部、前記小径部、前記スプラインおよび前記小径側凹部を成形すると共に前記大径部に非貫通の大径側凹部を成形するものであってもよい。

【0017】

これにより、スプライン部材の押出成形に際して、大径部に非貫通の大径側凹部が形成されると共に小径部に非貫通の小径側凹部が形成されることになり、大径部および小径部に非貫通の大径側凹部または小径側凹部を形成しておくことで、その後に、両者を貫通する貫通孔を容易に形成することが可能となる。

【0018】

本発明によるスプライン部材は、
押し出し成形により製造され、大径部と、該大径部から同軸に延出されると共に外周面に形成されたスプラインを有する小径部と、前記大径部の前記一端に形成されて前記小径部を囲むフランジ面とを含むスプライン部材であって、
前記大径部の外径を“Δ１”とし、前記スプラインの歯底円の直径を“δ１”とし、前記スプラインの歯先円の直径を“δ２”とし、前記スプラインの前記歯底と前記フランジ面とを連続させる内側曲面の曲率半径を“ρ１”とし、前記スプラインの前記歯先と前記フランジ面とを連続させる外側曲面の曲率半径を“ρ２”としたときに、
ρ１＞ρ２
０．２５×（Δ１−δ１）／２≦ρ１＜０．４８×（Δ１−δ１）／２
０．０９×（Δ１−δ２）／２≦ρ２＜０．３７×（Δ１−δ２）／２
を満たすことを特徴とする。

【0019】

このスプライン部材は、上述のような押出成形金型を用いた押出成形により製造されるものである。従って、上記押出成形金型の寸法を対応するスプライン部材の寸法に置き換えることが可能であり、ρ１＞ρ２、０．２５×（Δ１−δ１）／２≦ρ１＜０．４８×（Δ１−δ１）／２、および０．０９×（Δ１−δ２）／２≦ρ２＜０．３７×（Δ１−δ２）／２を満たすスプライン部材では、コンパクト化を図りつつ、スプラインの有効長さおよび強度を良好に確保することが可能となる。

【0020】

また、前記スプライン部材は、前記大径部の外周面に形成されたギヤ歯と、該大径部および前記小径部を貫通する貫通孔とを有するギヤとして構成されてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施例に係るスプライン部材１０を示す断面図である。

【図2】スプライン部材１０の製造に用いられる押出成形金型２０を示す断面図である。

【図3】スプライン部材１０の製造手順を示す模式図である。

【図4】スプライン部材１０の製造手順を示す模式図である。

【図5】スプライン部材１０の製造手順を示す模式図である。

【図6】スプライン部材１０の製造手順を示す模式図である。

【図7】遊星歯車のサンギヤとして構成されたスプライン部材１０を示す断面図である。

【図8】スプライン部材１０や押出成形金型２０の諸元を最適化するための解析に用いられた金型モデル１〜３の諸元、および金型モデル１〜３から得られるスプライン部材の寸法の解析結果を示す図表である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

次に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。

【実施例】

【0023】

図１は、本発明の実施例に係るスプライン部材１０を示す断面図である。同図に示すスプライン部材１０は、最終的に図示しない有段自動変速機に含まれる遊星歯車のサンギヤとして構成されるものであり、有底円筒状の大径部１１と、当該大径部１１の一端から同軸に延出されると共に外周面に形成されたスプライン１２０を有する小径部１２と、大径部１１の一端に形成されて小径部１２を囲む円環状のフランジ面１１０とを含む。そして、スプライン部材１０は、図２に示すような押出成形金型２０を用いた押出成形（冷間鍛造）により製造される。

【0024】

大径部１１は、図１に示すように、その軸心上で図中上方に開口する非貫通の大径側凹部１１ｈを有し、その外周面には、押出成形後に切削加工によりギヤ歯（例えば、はすば歯）が形成される。また、小径部１２は、図１に示すように、その軸心上で図中下方に開口する非貫通の小径側凹部１２ｈと、スプライン１２０の歯底１２０ｄとフランジ面１１０とを連続させる複数の内側曲面１２１と、スプライン１２０の歯先１２０ａとフランジ面１１０とを連続させる複数の外側曲面１２２とを有する。すなわち、スプライン部材１０は、小径部１２の大径部１１側の端部にスプラインが形成されない円筒状の部分（ストレート部）を含まないように製造される。実施例において、フランジ面１１０と各内側曲面１２１との境界と、フランジ面１１０と各外側曲面１２２との境界とは、概ね同一円周上に位置し（図１における下向き矢印参照）、内側曲面１２１の曲率半径（ρ１）は、外側曲面１２２の曲率半径（ρ２）よりも大きい（ρ１＞ρ２）。

【0025】

押出成形金型２０は、図２に示すように、スプライン部材１０の大径部１１の外周面（円柱面）を成形するための第１成形面２１と、フランジ面１１０を成形するための円環状の第２成形面２２と、スプライン１２０を成形するための第３成形面２３と、スプライン部材１０の小径側凹部１２ｈを成形するための成形部２４とを含む。更に、押出成形金型２０は、第３成形面２３の歯先２３０ａ（スプライン１２０の歯底１２０ｄを形成する部分）と第２成形面２２とを連続させる複数の第１曲面２３１と、第３成形面２３の歯底２３０ｄ（スプライン１２０の歯先１２０ａを形成する部分）と第２成形面２２とを連続させる複数の第２曲面２３２とを含む。

【0026】

実施例において、第２成形面２２と各第１曲面２３１との境界と、第２成形面２２と各第２曲面２３２との境界とは、同一円周上に位置し（図２における下向き矢印参照）、第１曲面２３１の曲率半径（Ｒ１）は、第２曲面２３２の曲率半径（Ｒ２）よりも大きい（Ｒ１＞Ｒ２）。スプライン部材１０の製造に際して、押出成形金型２０は、図２に示すように、大径部１１の大径側凹部１１ｈを成形可能な可動式の第１パンチ３１と、大径部１１の図１中上方の端面を成形可能な可動式の第２パンチ３２と共に用いられる。第１パンチ３１は、円環状に形成された第２パンチ３２の中心孔にほぼ隙間無く摺接して軸方向に移動自在となるように挿入される。また、第２パンチ３２は、第１成形面２１とほぼ隙間無く摺接するように押出成形金型２０内に軸方向に移動自在に配置される。

【0027】

図３から図６は、スプライン部材１０の製造手順を示す模式図である。スプライン部材１０の製造に際しては、略円柱状を呈する素材（金属材）１００を押出成形金型２０の素材支持面としての第２成形面２２上に載置した上で、素材１００を押圧（加圧）するように押圧部材としての第１および第２パンチ３１，３２に荷重を加えて両者を押出成形金型２０に対して同軸に移動させる。実施例において、第１パンチ３１は、図３に示すように、第２パンチ３２よりも素材１００側に突出するように当該第２パンチ３２の中心孔に挿入され、第１および第２パンチ３１，３２を押出成形金型２０に対して移動させる際には、第１および第２パンチ３１，３２の素材１００と対向する成形面（端面）同士の間隔Ｇが一定になるように図中下向きの荷重が両者に加えられる。

【0028】

これにより、図４に示すように、第１パンチ３１が素材１００を押圧するのに伴い、素材１００の一部（図中下部）が押出成形金型２０の第１および第２曲面２３１，２３２や成形部２４の上縁部に沿って第３成形面２３と成形部２４との間に移動する（流れ込む）。更に、第１および第２パンチ３１，３２が押出成形金型２０に対して移動するのに伴い、図５に示すように、第２パンチ３２も素材１００を押圧するようになる。そして、図６に示すように、第１および第２パンチ３１，３２が押出成形金型２０に対して所定量移動した段階で、上述のようなスプライン部材１０の成形が完了することになる。

【0029】

こうして製造されたスプライン部材１０に対しては更に切削加工等が施され、それにより、スプライン部材１０は、図７に示すような遊星歯車のサンギヤ（ギヤ）として構成される。すなわち、押出成形により得られたスプライン部材１０に対しては、大径部１１の外周面にギヤ歯１１１を形成するための切削加工が施される。更に、スプライン部材１０には、大径側凹部１１ｈと小径側凹部１２ｈとの間の部分（図７における破線部）を切削加工あるいはプレス加工により除去することで大径部１１および小径部１２を貫通するシャフト挿入孔（貫通孔）１３が形成される。図７からわかるように、押出成形によって大径部１１に大径側凹部１１ｈが形成されると共に小径部１２に小径側凹部１２ｈが形成されることで、大径側凹部１１ｈと小径側凹部１２ｈとの間の部分は肉薄となり、それにより、スプライン部材１０では、シャフト挿入孔１３を極めて容易に形成することができる。なお、大径側凹部１１ｈおよび小径側凹部１２ｈの内径は、図示するように互いに異なっていてもよく、同一であってもよい。

【0030】

ここで、上述のようなスプライン部材１０においてスプライン１２０の有効長さを確保しつつコンパクト化を図るためには、大径部１１のフランジ面１１０とスプライン１２０の歯底１２０ｄとを連続させる内側曲面１２１や、フランジ面１１０とスプライン１２０の歯先１２０ａとを連続させる外側曲面１２２の曲率半径をできるだけ小さくすることが好ましい。ただし、内側曲面１２１や外側曲面１２２の曲率半径を小さくしようとすればするほど、押出成形金型２０の当該内側曲面１２１や外側曲面１２２の成形部である第１および第２曲面２３１，２３２に素材１００が追従しにくくなり、その結果、スプライン１２０の歯先１２０ａ全体に欠肉が生じてしまい、有効歯丈の減少によりスプライン１２０の強度が低下してしまうおそれがある。

【0031】

このような事象に鑑みて、本発明者らは、上記内側曲面１２１や外側曲面１２２の曲率半径（設計値）と、スプライン１２０の歯先１２０ａの欠肉の度合いとの間の相関に着目し、内側曲面１２１や外側曲面１２２の曲率半径を最適化することによりスプライン部材１０をコンパクト化しつつスプライン１２０の有効長さを確保すると共にスプライン１２０の歯先の欠肉を低減化すべく鋭意研究を行った。かかる研究に際して、本発明者らは、スプライン部材１０の大径部１１の半径と小径部１２に形成されるスプライン１２０の歯底円の半径との差、およびスプライン部材１０の大径部１１の半径と小径部１２に形成されるスプライン１２０の歯先円の半径の差とによりスプライン１２０の歯先１２０ａの欠肉の度合いを評価することとした。

【0032】

すなわち、本発明者らは、図１に示すように、スプライン部材１０の大径部の外径を“Δ１”とし、スプライン１２０の歯底円の直径を“δ１”とし、スプライン１２０の歯先円の直径を“δ２”とし、スプライン１２０の歯底１２０ｄとフランジ面１１０とを連続させる内側曲面１２１の曲率半径を“ρ１”とし、スプライン１２０の歯先１２０ａとフランジ面１１０とを連続させる外側曲面１２２の曲率半径を“ρ２”としたときに、内側曲面１２１の曲率半径ρ１と、大径部１１とスプライン１２０の歯底円との半径差（Δ１−δ１）／２との比率ρ１／（Δ１−δ１）／２と、外側曲面１２２の曲率半径ρ２と、大径部１１とスプライン１２０の歯先円との半径差（Δ１−δ２）／２との比率ρ２／（Δ１−δ２）／２とを評価指標として定めた。

【0033】

ここで、上記スプライン部材１０は、押出成形金型２０を用いた押出成形により製造されるものであるから、スプライン部材１０の寸法は、対応する押出成形金型２０の寸法に置き換えることができる。従って、図２に示すように、押出成形金型２０の第１成形面２１の内径を“Ｄ１”とし、第３成形面２３の歯先２３０ａ間の内径を“ｄ１”とし、第３成形面２３の歯底２３０ｄ間の内径を“ｄ２”とし、第３成形面２３の歯先２３０ａと第２成形面２２とを連続させる第１曲面２３１の曲率半径を“Ｒ１”とし、第３成形面２３の歯底２３０ｄと第２成形面２２とを連続させる第２曲面２３２の曲率半径を“Ｒ２”とすれば、
比率ρ１／（Δ１−δ１）／２＝比率Ｒ１／（Ｄ１−ｄ１）／２
比率ρ２／（Δ１−δ２）／２＝比率Ｒ２／（Ｄ１−ｄ２）／２
とみなすことができる。

【0034】

そして、本発明者らは、諸元の異なる複数の押出成形金型の金型モデル１〜３を用意し、当該金型モデル１〜３から得られるスプライン部材の寸法を解析により得た。図８に、スプライン部材１０や押出成形金型２０の諸元、すなわちスプライン部材１０の内側曲面１２１および外側曲面１２２の曲率半径ρ１，ρ２や押出成形金型２０の第１および第２曲面２３１，２３２の曲率半径Ｒ１，Ｒ２を最適化するための解析に用いられた金型モデル１〜３の諸元、および金型モデル１〜３から得られるスプライン部材（ワーク）の寸法（スプラインの歯底円の直径δ１およびスプラインの歯先円の直径δ２）のＦＥＭ解析値を示す。なお、金型モデル１〜３は、基本的に上述の押出成形金型２０と同様の第１〜第３成形面、第１および第２曲面、および成形部を有するものである。

【0035】

図８に示すように、金型モデル１〜３において、第１成形面の内径Ｄ１、第３成形面の歯先間の内径ｄ１、第３成形面の歯底間の内径ｄ２を、それぞれ４０．３ｍｍ、２４．４５ｍｍ、２７．２ｍｍと同一の値とした。一方、押出成形金型における第１曲面および第２曲面の曲率半径Ｒ１，Ｒ２が小さいほどスプライン１２０の欠肉が生じやすくなることを踏まえて、金型モデル１〜３における曲率半径Ｒ１，Ｒ２を図８に示すような異なる値に定めた。そして、押出成形金型やスプライン部材における公差を考慮しつつ、比率Ｒ１／（Ｄ１−ｄ１）／２および比率Ｒ２／（Ｄ１−ｄ２）／２や、ＦＥＭ解析により得られたスプラインの歯底円の直径δ１およびスプラインの歯先円の直径δ２に基づいて、押出成形金型２０における第１および第２曲面２３１，２３２の曲率半径Ｒ１，Ｒ２の好適範囲を検討した。この際、スプライン部材１０における公差を±０．１ｍｍとし、押出成形金型における公差を±０．０２ｍｍとした。

【0036】

図８に示す金型モデル３について着目すると、金型モデル３の第３成形面の歯先円の直径ｄ２（型寸法）−スプラインの歯先円の直径δ２＋押出成形金型における公差＝２７．２−２７．１２＋０．０２＝０．１０となり、この値は、スプライン部材１０における公差に一致する。これを踏まえて、本発明者らは、金型モデル３における第１および第２曲面の曲率半径Ｒ１，Ｒ２の値（２．０および０．６２５）を押出成形金型２０の第１および第２曲面２３１，２３２の曲率半径Ｒ１，Ｒ２の下限値として定めた。これにより、図８からわかるように、
比率Ｒ１／（Ｄ１−ｄ１）／２≧０．２５
比率Ｒ２／（Ｄ１−ｄ２）／２≧０．０９
という関係が成立し、これらの関係式を変形することにより、
Ｒ１≧０．２５×（Ｄ１−ｄ１）／２ …（１）
Ｒ２≧０．０９×（Ｄ１−ｄ２）／２ …（２）
という関係式（１）および（２）を得ることができる。

【0037】

一方、押出成形金型における第１および第２曲面の曲率半径を大きくすればするほど、スプライン１２０の欠肉を抑制する上では有利となるが、スプライン部材１０をコンパクト化しつつスプライン１２０の有効長さを確保するという観点からは不利となる。このため、本発明者らは、既存部品における不完全スプライン部の長さ（スプラインのフランジ面側の端部におけるＲ部の軸方向長さ、あるいは当該Ｒ部の軸方向長さとスプラインが形成されない円筒状の部分（ストレート部）の長さとの和）を基に、第１曲面の曲率半径Ｒ１を値３．７５未満（Ｒ１＜３．７５）に定めることとした。また、上述のように、押出成形金型２０では、第２成形面２２と各第１曲面２３１との境界（フランジ面１１０と各内側曲面１２１との境界）と、第２成形面２２と各第２曲面２３２との境界（フランジ面１１０と各外側曲面１２２との境界）とが同一円周上に位置することから、
Ｒ２＝Ｒ１−（ｄ２−ｄ１）／２ …（３）
という関係が成立し、式（３）において“Ｒ１＝３．７５”とすれば、“Ｒ２＝２．３７５”となる。このため、本発明者らは、第２曲面の曲率半径Ｒ２を値２．３７５未満（Ｒ２＜２．３７５）に定めることとした。

【0038】

これにより、比率Ｒ１／（Ｄ１−ｄ１）／２＜３．７５／（４０．３−２４．４５）／２という関係と、比率Ｒ２／（Ｄ１−ｄ２）／２＜２．３７５／（４０．３−２４．４５）／２という関係とが成立することから、
Ｒ１＜０．４８（Ｄ１−ｄ１）／２ …（４）
Ｒ２＜０．３７（Ｄ１−ｄ２）／２ …（５）
という関係式（４）および（５）を得ることができる。

【0039】

従って、
Ｒ１＞Ｒ２
０．２５×（Ｄ１−ｄ１）／２≦Ｒ１＜０．４８×（Ｄ１−ｄ１）／２
０．０９×（Ｄ１−ｄ２）／２≦Ｒ２＜０．３７×（Ｄ１−ｄ２）／２
という３つの関係式を満たすように押出成形金型２０を構成することにより、内側曲面１２１や外側曲面１２２の曲率半径ρ１，ρ２をスプライン部材１０のコンパクト化を図り得る範囲内に納めつつ、スプライン１２０の有効長さを確保すると共にスプライン１２０の歯先１２０ａの欠肉を低減化し得ることが理解されよう。

【0040】

また、上述のように、スプライン部材１０は、押出成形金型２０を用いた押出成形により製造されるものであるから、押出成形金型２０の寸法を対応するスプライン部材１０の寸法に置き換えることができる。従って、
ρ１＞ρ２
０．２５×（Δ１−δ１）／２≦ρ１＜０．４８×（Δ１−δ１）／２
０．０９×（Δ１−δ２）／２≦ρ２＜０．３７×（Δ１−δ２）／２
という３つの関係式を満たすスプライン部材１０では、そのコンパクト化を図りつつ、スプライン１２０の有効長さおよび強度を良好に確保し得ることも理解されよう。

【0041】

以上説明したように、上述の押出成形金型２０を用いて押出成形によりスプライン部材１０を製造すれば、当該スプライン部材１０のコンパクト化を図りつつ、スプライン１２０の有効長さおよび強度を良好に確保することが可能となる。ただし、本発明の対象となるスプライン部材は、大径部から同軸に延出されると共に外周面に形成されたスプラインを有する小径部を含むものであれば、上述のように最終的に遊星歯車のサンギヤとして構成されるものに限られないことはいうまでもない。また、押出成形金型２０は、上述の第１および第２パンチ３１を一体化したパンチと共に用いられてもよい。

【0042】

なお、実施例等の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載された発明の主要な要素との対応関係は、実施例等が課題を解決するための手段の欄に記載された発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。すなわち、実施例等はあくまで課題を解決するための手段の欄に記載された発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載された発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。

【0043】

以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例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様々な変更をなし得ることはいうまでもない。

【産業上の利用可能性】

【0044】

本発明は、大径部から同軸に延出されると共に外周面に形成されたスプラインを有する小径部を含むスプライン部材の製造産業において利用可能である。

【符号の説明】

【0045】

１０ スプライン部材、１１ 大径部、１１ｈ 大径側凹部、１２ 小径部、１２ｈ 小径側凹部、１３ シャフト挿入孔、２０ 押出成形金型、２１ 第１成形面、２２ 第２成形面、２３ 第３成形面、２４ 成形部、３１ 第１パンチ、３２ 第２パンチ、１００ 素材、１１０ フランジ面、１１１ ギヤ歯、１２０ スプライン、１２０ａ 歯先、１２０ｄ 歯底、１２１ 内側曲面、１２２ 外側曲面、２３０ａ 歯先、２３０ｄ 歯底、２３１ 第１曲面、２３２ 第２曲面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】