特許 6672957 中空シャフトの製造方法および鍛造金型

(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】6672957

(24)【登録日】2020年3月9日

(45)【発行日】2020年3月25日

(54)【発明の名称】中空シャフトの製造方法および鍛造金型

(51)【国際特許分類】

   B21J 5/12 20060101AFI20200316BHJP

【ＦＩ】

   B21J5/12 A

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-69698(P2016-69698)

(22)【出願日】2016年3月30日

(65)【公開番号】特開2017-177182(P2017-177182A)

(43)【公開日】2017年10月5日

【審査請求日】2018年11月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000116655

【氏名又は名称】愛知製鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115646

【弁理士】

【氏名又は名称】東口 倫昭

(74)【代理人】

【識別番号】100115657

【弁理士】

【氏名又は名称】進藤 素子

(74)【代理人】

【識別番号】100196759

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 雪

(72)【発明者】

【氏名】島田 岳幸

【審査官】 山下 浩平

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−１４１３５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０８１２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１２３４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−２７９３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１６６１０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｊ １／００ − １３／１４、１７／００ − １９／０４

Ｂ２１Ｋ １／００ − ３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に延在するスプラインを有するスプライン区間を外周面に備える中空シャフトの製造方法であって、
前記中空シャフトとなる中空ワークの外周面をスプライン面、内周面を段差面、前記中空ワークの軸方向一端側を後側、軸方向他端側を前側として、
前記スプライン面は、前記スプライン区間となるスプライン予定区間を有し、
前記段差面における、前記スプライン予定区間の後端よりも前側に、後側から前側に向かって縮径する段差を形成する段差形成工程と、
前記段差を後側から押し出し、前記スプライン予定区間をスプライン歯型に圧接させ塑性変形させることにより、前記スプライン予定区間に前記スプライン区間を形成するスプライン形成工程と、
を有し、
前記スプライン歯型は、ダイスの成形孔の内周面に配置され、
前記スプライン予定区間が前記スプライン歯型に到達した時点において、前記スプライン予定区間は径方向外側から拘束されておらず、
前記スプライン形成工程において、前記スプライン予定区間を前記成形孔に押し込みながら、前記スプライン予定区間を前記スプライン歯型に圧接させる中空シャフトの製造方法。

【請求項2】

前記スプライン形成工程において、前記段差に加えて、前記中空ワークの後端部を、後側から押し出す請求項１に記載の中空シャフトの製造方法。

【請求項3】

前記スプライン形成工程において、前記後端部を押し出す後端部押出ポンチは、後側から緩衝部材に支持される請求項２に記載の中空シャフトの製造方法。

【請求項4】

前記スプライン形成工程において、前記後端部を後側から押し出す荷重を第一荷重Ｆ１、前記段差を後側から押し出す荷重を第二荷重Ｆ２として、荷重比（Ｆ１／Ｆ２）は０．４以上１．３以下に設定される請求項２または請求項３に記載の中空シャフトの製造方法。

【請求項5】

前記段差形成工程において、前記段差は、前記スプライン予定区間の前後方向中央よりも前側に形成される請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の中空シャフトの製造方法。

【請求項6】

前記段差形成工程において、前記中空ワークの軸方向に対する前記段差の傾斜角度は、４５°以上９０°以下に設定される請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の中空シャフトの製造方法。

【請求項7】

軸方向に延在するスプラインを有するスプライン区間を外周面に備える中空シャフトの製造方法に用いられる鍛造金型であって、
前記中空シャフトとなる中空ワークの外周面をスプライン面、内周面を段差面、前記中空ワークの軸方向一端側を後側、軸方向他端側を前側として、
前記スプライン面は、前記スプライン区間となるスプライン予定区間を有し、
前記段差面は、前記スプライン予定区間の後端よりも前側に、後側から前側に向かって縮径する段差を有し、
前記段差を後側から押し出す段差押出ポンチと、
前記スプライン予定区間に前記スプライン区間を形成するスプライン歯型を有するダイスと、
を備え、
前記スプライン歯型は、前記ダイスの成形孔の内周面に配置され、
前記スプライン予定区間が前記スプライン歯型に到達した時点において、前記スプライン予定区間は径方向外側から拘束されておらず、
前記スプライン予定区間を前記成形孔に押し込みながら、前記スプライン予定区間を前記スプライン歯型に圧接させる鍛造金型。

【請求項8】

前記中空ワークの後端部を後側から押し出す後端部押出ポンチを備える請求項７に記載の鍛造金型。

【請求項9】

前記後端部押出ポンチを後側から支持する緩衝部材を備える請求項８に記載の鍛造金型。

【請求項10】

前記中空ワークの軸方向に対する前記段差の傾斜角度は、４５°以上９０°以下に設定される請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の鍛造金型。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、外周面または内周面にスプラインを備える中空シャフトの製造方法、および当該スプライン用の鍛造金型に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１〜３には、鍛造により、中空シャフトの外周面や内周面にスプラインを形成する方法が開示されている。例えば、中空シャフトの外周面にスプラインを形成する場合について説明する。中空シャフトとなる中空ワークの外周面には、スプライン予定区間が設定されている。一方、鍛造金型のダイスの成形孔の内周面には、スプライン歯型が形成されている。スプライン予定区間を成形孔に押し込むことにより、スプライン予定区間を塑性変形させ、スプラインを形成する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６１−２７９３３０号公報

【特許文献2】特開平４−８１２４２号公報

【特許文献3】特開２００５−３０５４９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１〜３の方法の場合、スプライン予定区間を成形孔に押し込む際、スプライン予定区間の押出方向後側から、中空ワークを押し出している。例えば、上側から下側に向かって、スプライン予定区間を成形孔に押し込む場合、中空ワークの上端（押出方向後端）から、中空ワークを押圧している。このため、スプライン予定区間は、その下端がスプライン歯型に圧接した状態で、上側から押圧されることになる。したがって、スプライン予定区間に軸方向に圧縮力が作用してしまう。よって、スプライン予定区間が径方向に変形しやすくなる。そこで、本発明は、スプラインが形成されるスプライン予定区間が径方向に変形しにくい中空シャフトの製造方法、および当該スプライン用の鍛造金型を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するため、本発明の中空シャフトの製造方法は、外周面または内周面に、軸方向に延在するスプラインを有するスプライン区間を、備える中空シャフトの製造方法であって、前記中空シャフトとなる中空ワークの外周面および内周面のうち一面をスプライン面、他面を段差面、前記中空ワークの軸方向一端側を後側、軸方向他端側を前側として、前記スプライン面は、前記スプライン区間となるスプライン予定区間を有し、前記段差面における、前記スプライン予定区間の後端よりも前側に、後側から前側に向かって縮径する段差を形成する段差形成工程と、前記段差を後側から押し出し、前記スプライン予定区間をスプライン歯型に圧接させ塑性変形させることにより、前記スプライン予定区間に前記スプライン区間を形成するスプライン形成工程と、を有することを特徴とする。

【0006】

上記課題を解決するため、本発明の鍛造金型は、外周面または内周面に、軸方向に延在するスプラインを有するスプライン区間を、備える中空シャフトの製造方法に用いられる鍛造金型であって、前記中空シャフトとなる中空ワークの外周面および内周面のうち一面をスプライン面、他面を段差面、前記中空ワークの軸方向一端側を後側、軸方向他端側を前側として、前記スプライン面は、前記スプライン区間となるスプライン予定区間を有し、前記段差面は、前記スプライン予定区間の後端よりも前側に、後側から前側に向かって縮径する段差を有し、前記段差を後側から押し出す段差押出ポンチと、前記スプライン予定区間に前記スプライン区間を形成するスプライン歯型を有するダイスと、を備えることを特徴とする。なお、「スプライン」には、セレーションやギアも含まれる。

【発明の効果】

【0007】

本発明の中空シャフトの製造方法は、段差形成工程と、スプライン形成工程と、を有している。段差形成工程においては、スプライン予定区間の後端（スプライン形成工程における中空ワークの押出方向の後端）よりも前側（スプライン形成工程における中空ワークの押出方向の前側）に、段差を形成する。なお、段差は、後側から前側に向かって、縮径している。スプライン形成工程において、後側から段差を押し出すと、中空ワークが前側に押し出される。このため、スプライン予定区間がスプライン歯型に圧接する。ここで、段差は、スプライン予定区間の後端よりも前側に配置されている。このため、スプライン予定区間のうち、段差と後端（スプライン予定区間の後端）との間の部分（以下、「引張部分」と称す）には、軸方向に引張力が作用する。したがって、引張部分に軸方向に圧縮力だけが作用する場合と比較して、引張部分が径方向に変形するのを抑制することができる。よって、本発明の中空シャフトの製造方法によると、スプライン予定区間が径方向に変形しにくくなる。

【0008】

本発明の鍛造金型は、段差押出ポンチとダイスとを備えている。段差押出ポンチが後側から段差を押し出すと、スプライン予定区間がスプライン歯型に圧接する。ここで、段差は、スプライン予定区間の後端よりも前側に配置されている。このため、スプライン予定区間の引張部分には、軸方向に引張力が作用する。したがって、引張部分に軸方向に圧縮力だけが作用する場合と比較して、引張部分が径方向に変形するのを抑制することができる。よって、本発明の鍛造金型によると、スプライン予定区間が径方向に変形しにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の鍛造金型の一実施形態である鍛造金型の上下方向断面図である。

【図2】同鍛造金型のスプライン形成工程初期における上下方向断面図である。

【図3】同鍛造金型のスプライン形成工程終期における上下方向断面図である。

【図4】図３の円ＩＶ内の拡大図である。

【図5】（ａ）は、段差形成工程前における中空ワークの上下方向断面図である。（ｂ）は、スプライン形成工程前における中空ワークの上下方向断面図である。（ｃ）は、中空シャフトの上下方向断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の中空シャフトの製造方法および鍛造金型の実施の形態について説明する。以下の図おいては、上下方向が本発明の「軸方向」に、上側が本発明の「後側」に、下側が本発明の「前側」に、各々対応している。

【0011】

＜鍛造金型の構成＞
まず、本実施形態の鍛造金型について説明する。本実施形態の鍛造金型は、後述する本実施形態の中空シャフトの製造方法のスプライン形成工程において用いられる。図１に、本実施形態の鍛造金型の上下方向断面図を示す。図１に示すように、鍛造金型１は、上型２と下型３とを備えている。

【0012】

［上型２］
上型２は、上型ホルダ２０と、上型サポート２１と、マンドレル２２と、スリーブ２３と、左右一対のガススプリング２４と、を備えている。マンドレル２２は、本発明の「段差押出ポンチ」の概念に含まれる。スリーブ２３は、本発明の「後端部押出ポンチ」の概念に含まれる。ガススプリング２４は、本発明の「緩衝部材」の概念に含まれる。

【0013】

上型ホルダ２０は、左右一対のシリンダ収容部２００と、サポート収容部２０１と、を備えている。シリンダ収容部２００は、下向きに開口している。サポート収容部２０１は、左右一対のシリンダ収容部２００の左右方向中央に配置されている。サポート収容部２０１は、上向きに開口している。サポート収容部２０１の底壁には、マンドレル固定孔２０１ａが開設されている。上型サポート２１は、サポート収容部２０１に収容されている。

【0014】

マンドレル２２は、頭部２２０と軸部２２１とを備えている。頭部２２０は、円板状を呈している。頭部２２０は、サポート収容部２０１の底壁の上側に配置されている。頭部２２０は、上型サポート２１により、上側から押さえられている。軸部２２１は、頭部２２０よりも小径の円柱状を呈している。軸部２２１は、マンドレル固定孔２０１ａを貫通して、頭部２２０から下側に延在している。軸部２２１の下端部には、上側から下側に向かって縮径する、押出段差２２１ａが形成されている。押出段差２２１ａは、水平方向（軸方向に直交する方向）かつリング状に延在している。

【0015】

スリーブ２３は、上型ホルダ２０の下側に配置されている。スリーブ２３は、大径部２３０と、小径部２３１と、マンドレル摺動孔２３２と、を備えている。大径部２３０は、円板状を呈している。小径部２３１は、大径部２３０よりも小径の円板状を呈している。小径部２３１は、大径部２３０の下側に連なっている。小径部２３１の下端面は、押出端面２３１ａである。押出端面２３１ａは、水平方向かつリング状に延在している。マンドレル摺動孔２３２は、スリーブ２３を上下方向に貫通している。マンドレル摺動孔２３２には、マンドレル２２の軸部２２１が、上下方向に摺動可能に挿通されている。

【0016】

左右一対のガススプリング２４は、上型ホルダ２０とスリーブ２３との間に介装されている。ガススプリング２４は、シリンダ２４０とピストンロッド２４１とを備えている。シリンダ２４０は、上型ホルダ２０のシリンダ収容部２００に収容されている。シリンダ２４０の内部には、ガス（窒素、空気など）が充填されている。ピストンロッド２４１は、シリンダ２４０から、下側に突出可能である。ピストンロッド２４１の下端は、スリーブ２３の大径部２３０の上面に、固定されている。

【0017】

［下型３］
下型３は、下型ホルダ３０と、下型サポート３１と、ダイス３２と、ノックアウトポンチ３３と、を備えている。下型ホルダ３０には、収容孔３００が開設されている。下型サポート３１は、収容孔３００の下側部分に収容されている。下型サポート３１には、ポンチ摺動孔３１０が開設されている。ダイス３２は、収容孔３００の上側部分に収容されている。ダイス３２は、下型サポート３１の上側に配置されている。ダイス３２には、成形孔３２０が開設されている。成形孔３２０は、下側から上側に向かって縮径する、テーパ状を呈している。成形孔３２０は、ポンチ摺動孔３１０の上側に連なっている。成形孔３２０の内周面には、周方向に所定間隔ずつ離間して、複数のスプライン歯型３２０ａが形成されている。スプライン歯型３２０ａは、上下方向に延在している。ノックアウトポンチ３３は、ポンチ摺動孔３１０に、上下方向に摺動可能に挿通されている。

【0018】

＜中空シャフトの製造方法＞
次に、本実施形態の中空シャフトの製造方法について説明する。図２に、本実施形態の鍛造金型のスプライン形成工程初期における上下方向断面図を示す。図３に、同鍛造金型のスプライン形成工程終期における上下方向断面図を示す。図４に、図３の円ＩＶ内の拡大図を示す。図５（ａ）に、段差形成工程前における中空ワークの上下方向断面図を示す。図５（ｂ）に、スプライン形成工程前における中空ワークの上下方向断面図を示す。図５（ｃ）に、中空シャフトの上下方向断面図を示す。なお、図５（ａ）、図５（ｂ）に示す中空ワーク４ａ、図５（ｃ）に示す中空シャフト４においては、互いに対応する部位について、符号（アルファベット「ａ」以外の部分）が共通している。本実施形態の中空シャフトの製造方法は、段差形成工程と、スプライン形成工程と、を有している。

【0019】

［段差形成工程］
本工程においては、中空ワーク４ａの内周面に、段差４２ａを形成する。図５（ａ）に示すように、本工程前の中空ワーク４ａは、上下方向に延在する段付き円筒状を呈している。図５（ｂ）に示すように、本工程においては、熱間鍛造により、中空ワーク４ａの内周面に、段差４２ａを形成する。中空ワーク４ａの内周面は、本発明の「段差面」の概念に含まれる。段差４２ａにおいては、上側から下側に向かって、中空ワーク４ａの内径が縮径している。段差４２ａは、水平方向かつリング状に延在している。

【0020】

中空ワーク４ａは、大径部４０ａと、スプライン予定区間４１ａと、を備えている。大径部４０ａは、本発明の「後端部」の概念に含まれる。大径部４０ａは、中空ワーク４ａの上端部付近に配置されている。大径部４０ａの上端面４００ａは、水平方向かつリング状に延在している。スプライン予定区間４１ａは、中空ワーク４ａの外周面に配置されている。中空ワーク４ａの外周面は、本発明の「スプライン面」の概念に含まれる。スプライン予定区間４１ａは、中空ワーク４ａの下端部付近に配置されている。径方向から見て、段差４２ａは、スプライン予定区間４１ａの下端４１２ａ付近に配置されている。スプライン予定区間４１ａの上端４１１ａと段差４２ａとの間には、引張部分４１３ａが区画されている。上端４１１ａは、本発明の「後端」の概念に含まれる。

【0021】

［スプライン形成工程］
本工程においては、中空ワーク４ａの外周面の一部であるスプライン区間４１にスプライン４１０を形成する。まず、図１に示すように、スリーブ２３の小径部２３１に、図５（ｂ）に示す中空ワーク４ａを取り付ける。この際、小径部２３１の押出端面２３１ａを、中空ワーク４ａの大径部４０ａの上端面４００ａに、当接させる。なお、押出端面２３１ａと上端面４００ａとは、互いに平行である。このため、押出端面２３１ａと上端面４００ａとは、面接触する。また、マンドレル２２の軸部２２１を、中空ワーク４ａの径方向内側に挿入する。

【0022】

次に、図２に示すように、上型２を下降させる。上型２を下降させると、スプライン予定区間４１ａの下端４１２ａが、ダイス３２の成形孔３２０の上端開口縁に、圧接する。この状態のまま、さらに上型２を下降させると、中空ワーク４ａ、スリーブ２３は不動のまま、上型ホルダ２０、上型サポート２１、マンドレル２２が下降する。この際、上型ホルダ２０とスリーブ２３との上下方向の間隔が狭くなる。このため、シリンダ２４０内のガスの圧力に抗しながら、ピストンロッド２４１は、相対的に、徐々にシリンダ収容部２００に挿入されていく。当該ガススプリング２４の作用により、スプライン予定区間４１ａの下端４１２ａが、ダイス３２の成形孔３２０の上端開口縁に、圧接した際に、第一荷重Ｆ１が急激に大きくなるのを抑制することができる。一方、マンドレル２２の軸部２２１は、中空ワーク４ａの径方向内側を下降する。押出段差２２１ａは、段差４２ａに突き当たる。なお、押出段差２２１ａと段差４２ａとは、互いに平行である。このため、押出段差２２１ａと段差４２ａとは、面接触する。

【0023】

続いて、図３に示すように、上型２を下降させる。スリーブ２３は、中空ワーク４ａの上端面４００ａを、第一荷重Ｆ１により、押し下げる。並びに、マンドレル２２は、中空ワーク４ａの段差４２ａを、第二荷重Ｆ２により、押し下げる。このため、図４に示すように、スプライン予定区間４１ａは、成形孔３２０に圧入される。冷間鍛造（しごき加工）により、スプライン予定区間４１ａに、複数のスプライン歯型３２０ａの形状が転写される。

【0024】

最後に、下型サポート３１およびダイス３２に対して、ノックアウトポンチ３３を上昇させることにより、図５（ｃ）に示す中空シャフト４を、下型３から取り出す。中空シャフト４は、上下方向に延在する段付き円筒状を呈している。中空シャフト４は、スプライン区間４１と、段差４２と、を備えている。スプライン区間４１は、中空シャフト４の外周面に配置されている。スプライン区間４１は、中空シャフト４の下端部付近に配置されている。スプライン区間４１には、周方向に所定間隔ずつ離間して、複数のスプライン４１０が形成されている。スプライン４１０は、上下方向に延在している。スプライン区間４１の組織を観察すると、上下方向に延在するファイバーフロー（鍛流線）が観察される場合がある。段差４２は、中空シャフト４の内周面に配置されている。径方向から見て、段差４２は、スプライン区間４１の上端４１１よりも下側に配置されている。また、段差４２は、下端４１２付近に配置されている。

【0025】

＜作用効果＞
次に、本実施形態の中空シャフトの製造方法および鍛造金型の作用効果について説明する。図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、段差形成工程においては、スプライン予定区間４１ａの上端４１１ａ（スプライン形成工程における中空ワーク４ａの押出方向の後端）よりも下側（スプライン形成工程における中空ワーク４ａの押出方向の前側）に、段差４２ａを形成する。図２、図３に示すように、スプライン形成工程において、上側から段差４２ａを押し下げると、中空ワーク４ａが下側に押し出される。このため、スプライン予定区間４１ａがスプライン歯型３２０ａに圧接する。ここで、段差４２ａは、スプライン予定区間４１ａの上端４１１ａよりも下側に配置されている。このため、図４に示す引張部分４１３ａには、上下方向に引張力が作用する。したがって、図３に示す上端面４００ａを介して引張部分４１３ａに上下方向に圧縮力だけが作用する場合と比較して、引張部分４１３ａが径方向に変形するのを抑制することができる。例えば、図２に示す状態（スプライン予定区間４１ａの下端４１２ａが、ダイス３２の成形孔３２０の上端開口縁に、圧接した状態）で、スプライン予定区間４１ａが径方向外側に樽状に膨出するのを、抑制することができる。すなわち、スプライン予定区間４１ａが成形孔３２０に入らなくなるのを、抑制することができる。このように、本実施形態の中空シャフトの製造方法および鍛造金型１によると、スプライン予定区間４１ａが径方向に変形しにくくなる。

【0026】

図２、図３に示すように、スプライン形成工程においては、マンドレル２２が段差４２ａを押し下げるのに加えて、スリーブ２３が大径部４０ａを押し下げている。このため、図４に示す引張部分４１３ａに、上下方向の引張力に加えて、上下方向の圧縮力を作用させることができる。したがって、引張部分４１３ａに上下方向に引張力だけが作用する場合と比較して、引張部分４１３ａが上下方向に伸張するのを抑制することができる。

【0027】

また、マンドレル２２が段差４２ａを押し下げるだけでは、中空ワーク４ａの肉が、径方向内側に引っ張られやすくなる。このため、中空ワーク４ａの外周面側（例えば、大径部４０ａの外周面付近）に、欠肉部が発生しやすくなる。この点、本実施形態のスプライン形成工程においては、マンドレル２２が段差４２ａを押し下げるのに加えて、スリーブ２３が大径部４０ａを押し下げている。このため、中空ワーク４ａの外周面側に欠肉部が発生するのを抑制することができる。

【0028】

図２、図３に示すように、スプライン形成工程において、スリーブ２３は、上側からガススプリング２４に支持されている。このため、スリーブ２３から大径部４０ａに加わる第一荷重Ｆ１、つまり上下方向の圧縮力が、急激に大きくなるのを抑制することができる。したがって、スプライン予定区間４１ａが径方向に変形するのを抑制することができる。また、ガススプリング２４は、本実施形態では二つだけ配置されている。このため、ガススプリング２４が三つ以上配置されている場合と比較して、上型２延いては鍛造金型１を小型化することができ、小型化を重視する場合にはより好ましい。

【0029】

図４に示すように、段差４２ａは、スプライン予定区間４１ａの上下方向中央よりも、下側に配置されている。このため、スプライン予定区間４１ａの５０％超過の部分に、引張部分４１３ａを設定することができる。したがって、段差４２ａを押し下げることにより、スプライン予定区間４１ａの５０％超過の部分に、引張力を作用させることができる。

【0030】

詳しくは、段差４２ａは、スプライン予定区間４１ａの下端４１２ａ付近に配置されている。このため、スプライン予定区間４１ａの略全体に、引張部分４１３ａを設定することができる。したがって、段差４２ａを押し下げることにより、スプライン予定区間４１ａの略全体に、引張力を作用させることができる。

【0031】

図１に示すように、スプライン形成工程においては、まず、スリーブ２３が大径部４０ａに第一荷重Ｆ１を加える。ガススプリング２４の緩衝作用により、第一荷重Ｆ１つまりスプライン予定区間４１ａに加わる上下方向の圧縮力は、緩やかに大きくなる。次に、図２に示すように、第一荷重Ｆ１を加え続けながら、マンドレル２２が段差４２ａに第二荷重Ｆ２を加える。第二荷重Ｆ２は、第一荷重Ｆ１とは反対に、スプライン予定区間４１ａに上下方向の引張力を加える。このため、第二荷重Ｆ２は、スプライン予定区間４１ａの上下方向の圧縮力の少なくとも一部を、相殺することができる。このように、第一荷重Ｆ１と第二荷重Ｆ２とを加えることにより、スプライン予定区間４１ａの径方向の変形を抑制しながら、トータル荷重（第一荷重Ｆ１＋第二荷重Ｆ２）を大きくすることができる。言い換えると、スプライン予定区間４１ａの径方向の変形を抑制しながら、スプライン予定区間４１ａを成形孔３２０に押し込むことができる。

【0032】

図４に示すように、段差４２ａは、水平方向に延在している。すなわち、中空ワーク４ａの中心軸Ａに対する段差４２ａの傾斜角度θは、９０°に設定されている。このため、傾斜角度θが９０°以外の角度である場合（図４に点線αで示すように段差４２ａがテーパ状を呈している場合）と比較して、スプライン形成工程において、第二荷重Ｆ２を上下方向だけに作用させることができる。

【0033】

図２、図３に示す第一荷重Ｆ１と第二荷重Ｆ２の荷重比（Ｆ１／Ｆ２）は、０．４以上１．３以下に設定されている。０．４以上としたのは、０．４未満の場合、第一荷重Ｆ１に対して、第二荷重Ｆ２が過剰に大きくなり、中空ワーク４ａに加わる上下方向の引張力が大きくなるからである。一方、１．３以下としたのは、１．３超過の場合、第二荷重Ｆ２に対して、第一荷重Ｆ１が過剰に大きくなり、中空ワーク４ａに加わる上下方向の圧縮力が大きくなるからである。このように、本実施形態の中空シャフトの製造方法および鍛造金型１によると、荷重比（Ｆ１／Ｆ２）が０．４以上１．３以下に設定されているため、スプライン予定区間４１ａに、過剰な引張力および圧縮力が作用しにくい。なお、荷重比（Ｆ１／Ｆ２）の調整は、荷重の異なるガススプリング２４に変更するか、ガススプリング２４の配置数を変更することで行う。

【0034】

＜その他＞
以上、本発明の中空シャフトの製造方法および鍛造金型の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

【0035】

上記実施形態においては、緩衝部材としてガススプリング２４を用いたが、コイルスプリング、板バネ、油圧シリンダ、ゴム、スポンジなどを用いてもよい。緩衝部材の配置数は特に限定しないが、二本とする等、配置数が少ない方が鍛造金型１を小型化するためには有利となる。

【0036】

図５（ｃ）に示すスプライン区間４１の位置、大きさ、配置数は特に限定しない。例えば、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す中空シャフト４（中空ワーク４ａ）の内周面にスプライン区間４１（スプライン予定区間４１ａ）を配置してもよい。並びに、中空シャフト４（中空ワーク４ａ）の外周面に段差４２（段差４２ａ）を配置してもよい。この場合は、中空ワーク４ａの内周面が本発明の「スプライン面」に、中空ワーク４ａの外周面が本発明の「段差面」に、各々対応することになる。

【0037】

段差形成工程における段差４２ａの形成方法は特に限定しない。例えば、熱間鍛造、冷間鍛造、鋳造、切削などにより、段差４２ａを形成してもよい。スプライン形成工程における鍛造金型１の配置方向は特に限定しない。例えば、上型（可動型）２と下型（固定型）３とを水平方向に並べてもよい。成形孔３２０のテーパ角度は特に限定しない。成形孔３２０は、テーパ状を呈していなくてもよい。中空ワーク４ａにおいて、第一荷重Ｆ１を加える位置は特に限定しない。段差４２ａが配置されている段差面（図５（ｂ）における内周面）以外であればよい。また、段差４２ａ（第二荷重Ｆ２を加える位置）よりも、後側（図５（ｂ）における上側）であればよい。例えば、中空ワーク４ａの後端面（図５（ｂ）における上端面４３ａ）に、第一荷重Ｆ１を加えてもよい。また、段差形成工程とスプライン形成工程との間に、他の工程が介在していてもよい。

【0038】

段差４２ａの延在方向、つまり図４に示す中空ワーク４ａの中心軸Ａに対する段差４２ａの傾斜角度θは特に限定しない。図４に点線αで示すように、傾斜角度θは、９０°以外の角度であってもよい。傾斜角度θを、４５°（図４の点線αの角度）以上９０°以下としてもよい。こうすると、図４に示す第二荷重Ｆ２のうち、軸方向分力（上下方向分力）をＦ２１、径方向分力（水平方向分力）をＦ２２として、Ｆ２１≧Ｆ２２とすることができる。また、傾斜角度θが９０°超過の場合と比較して、径方向分力Ｆ２２を径方向外側に作用させることができる。このため、スプライン予定区間４１ａを、スプライン歯型３２０ａに、径方向内側から押し付けることができる。

【0039】

本発明の中空シャフトの製造方法および鍛造金型の製造対象物である中空シャフト４としては、自動車用トランスミッション部品（ドライブピニオンギア、リダクションドライブギア、ロータシャフトなど）などが挙げられる。

【実施例】

【0040】

以下、上記実施形態の鍛造金型１を用いて上記実施形態のスプライン形成工程を実施した、実施例について説明する。表１に実験結果を示す。

【表1】

【0041】

表１中、「○」は、図５（ｃ）に示す中空シャフト４に、スプライン区間４１（スプライン４１０）を形成できたことを示す。「×」は、図５（ｃ）に示す中空シャフト４に、スプライン区間４１を形成できなかったことを示す。また、「材料」欄の「ａ」はＳＣｒ２０ 焼なまし材を、「ｂ」はＳＣｒ２０ 焼ならし材を、「ｃ」はＳＣｒ２０ 鍛造後放冷材を、各々示す。

【0042】

表１に示すように、実施例１〜５によると、中空シャフト４にスプライン区間４１を形成することができた。一方、比較例１（図３に示すガススプリング２４、マンドレル２２を備えていない鍛造金型１）は、スリーブ２３の小径部２３１を中空ワーク４ａの上端面４００ａに接触させ、上型２を下降させた例である。これによると、図２に示す状態（スプライン予定区間４１ａの下端４１２ａが、ダイス３２の成形孔３２０の上端開口縁に、圧接した状態）で、スプライン予定区間４１ａが径方向外側に樽状に膨出してしまった。このため、スプライン予定区間４１ａを成形孔３２０に圧入することができなかった。したがって、中空シャフト４にスプライン区間４１を形成することができなかった。

【0043】

また、段差４２ａの位置の違いによるスプライン区間４１形成の可否を検討するために、比較例２を準備した。比較例２においては、図５（ｂ）に示す中空ワーク４ａのスプライン予定区間４１ａの上端（後端）４１１ａよりも上側（後側）に、段差４２ａを形成した。上記実施形態の鍛造金型１を用いて、比較例２に上記実施形態のスプライン形成工程を実施したところ、図２に示す状態（スプライン予定区間４１ａの下端４１２ａが、ダイス３２の成形孔３２０の上端開口縁に、圧接した状態）で、スプライン予定区間４１ａが径方向外側に樽状に膨出してしまった。このため、スプライン予定区間４１ａを成形孔３２０に圧入することができなかった。したがって、中空シャフト４にスプライン区間４１を形成することができなかった。

【符号の説明】

【0044】

１：鍛造金型、２：上型、２０：上型ホルダ、２００：シリンダ収容部、２０１：サポート収容部、２０１ａ：マンドレル固定孔、２１：上型サポート、２２：マンドレル（段差押出ポンチ）、２２０：頭部、２２１：軸部、２２１ａ：押出段差、２３：スリーブ（後端部押出ポンチ）、２３０：大径部、２３１：小径部、２３１ａ：押出端面、２３２：マンドレル摺動孔、２４：ガススプリング（緩衝部材）、２４０：シリンダ、２４１：ピストンロッド、３：下型、３０：下型ホルダ、３００：収容孔、３１：下型サポート、３１０：ポンチ摺動孔、３２：ダイス、３２０：成形孔、３２０ａ：スプライン歯型、３３：ノックアウトポンチ、４：中空シャフト、４１：スプライン区間、４１０：スプライン、４２：段差、４１１：上端、４１２：下端、４ａ：中空ワーク、４０ａ：大径部（後端部）、４００ａ：上端面、４１ａ：スプライン予定区間、４１１ａ：上端（後端）、４１２ａ：下端、４１３ａ：引張部分、４２ａ：段差、４３ａ：上端面（後端面）、Ａ：中心軸、Ｆ１：第一荷重、Ｆ２：第二荷重、Ｆ２１：軸方向分力、Ｆ２２：径方向分力、θ：傾斜角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】