2025-167805 中空シャフト部材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025167805

(43)【公開日】2025-11-07

(54)【発明の名称】中空シャフト部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21D 41/04 20060101AFI20251030BHJP

   B21D 51/10 20060101ALI20251030BHJP

   B21C 37/16 20060101ALI20251030BHJP

【ＦＩ】

B21D41/04 C

B21D51/10

B21C37/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024072732

(22)【出願日】2024-04-26

(71)【出願人】

【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

(72)【発明者】

【氏名】三浦 海斗

【テーマコード（参考）】

4E028

【Ｆターム（参考）】

4E028FA07

(57)【要約】

【課題】軸部に対するフランジ部の後付けが不要で、材料選択の自由度が高い中空シャフト部材の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】中空ワーク１ｃは一体物である。軸部２ｃとフランジ部３ｃとは一体的に連なっている。成形孔５０３は、フランジ部ガイド部５０４と、軸部ガイド部５０５と、口絞り部５０６と、を有している。中空シャフト部材１ｄの製造方法においては、中空ワーク１ｃを成形孔５０３に押し込むことにより、中空シャフト部材１ｄの軸部２ｄにテーパー部２１１ｄを成形する。当該製造方法は、口絞り工程を有している。口絞り工程においては、鍛造により中空ワーク１ｃを成形孔５０３に押し込む際に、フランジ部ガイド部５０４でフランジ部３ｃをガイドすることにより中空ワーク１ｃの姿勢を安定化させながら、口絞り部５０６で中空部４ｃの開口４０ｃに口絞り加工を施し、軸部２ｄにテーパー部２１１ｄを成形する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸部と、前記軸部から径方向外側に突出するフランジ部と、前記軸部の軸方向一端に開口する中空部と、を備える中空ワークを、ダイの成形孔に押し込むことにより、前記軸部にテーパー部を成形する中空シャフト部材の製造方法であって、
前記中空ワークは一体物であって、前記軸部と前記フランジ部とは一体的に連なっており、
前記軸部の軸方向であって前記成形孔に対する前記中空ワークの押込方向を押込方向、前記軸方向一端側であって前記押込方向の前側を前側、前記押込方向の後側を後側として、
前記成形孔は、フランジ部ガイド部と、前記フランジ部ガイド部の前記前側に配置され前記フランジ部ガイド部よりも内径が小径の軸部ガイド部と、前記軸部ガイド部の前記前側に配置され前記後側から前記前側に向かって内径が縮径する口絞り部と、を有し、
鍛造により前記中空ワークを前記成形孔に押し込む際に、前記フランジ部ガイド部で前記フランジ部をガイドすることにより前記中空ワークの姿勢を安定化させながら、前記口絞り部で前記中空部の開口に口絞り加工を施し、前記軸部に前記テーパー部を成形する口絞り工程を有することを特徴とする中空シャフト部材の製造方法。

【請求項2】

前記軸部が前記口絞り部に押し込まれる前の状態を未圧入状態として、
前記未圧入状態において、前記軸部と前記軸部ガイド部との間には、１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の隙間が確保される請求項１に記載の中空シャフト部材の製造方法。

【請求項3】

前記押込方向に対する前記口絞り部の傾斜角度である絞り角は、２０°未満である請求項１に記載の中空シャフト部材の製造方法。

【請求項4】

前記口絞り工程前における前記中空部の内径を成形前内径、前記口絞り工程後における前記テーパー部の最小外径を成形後外径として、
前記成形前内径は、前記成形後外径よりも小さい請求項１に記載の中空シャフト部材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、フランジ付きの中空シャフト部材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

フランジ付きの中空シャフト部材は、例えば、絞り加工により中空のハイプ材を縮管し（例えば特許文献１参照）、当該パイプ材にフランジ部を接合する方法を用いて、製造される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１５１７５５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、当該製造方法の場合、パイプ材にフランジ部を接合つまり後付けする必要がある。このため、工数が多く、工程が煩雑である。また、軸部の材料として、パイプ材を用いる必要がある。このため、材料選択の自由度が低い。そこで、本開示の中空シャフト部材の製造方法は、軸部に対するフランジ部の後付けを不要とし、材料選択の自由度を高くすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

（１）上記課題を解決するため、本開示の中空シャフト部材の製造方法は、軸部と、前記軸部から径方向外側に突出するフランジ部と、前記軸部の軸方向一端に開口する中空部と、を備える中空ワークを、ダイの成形孔に押し込むことにより、前記軸部にテーパー部を成形する中空シャフト部材の製造方法であって、前記中空ワークは一体物であって、前記軸部と前記フランジ部とは一体的に連なっており、前記軸部の軸方向であって前記成形孔に対する前記中空ワークの押込方向を押込方向、前記軸方向一端側であって前記押込方向の前側を前側、前記押込方向の後側を後側として、前記成形孔は、フランジ部ガイド部と、前記フランジ部ガイド部の前記前側に配置され前記フランジ部ガイド部よりも内径が小径の軸部ガイド部と、前記軸部ガイド部の前記前側に配置され前記後側から前記前側に向かって内径が縮径する口絞り部と、を有し、鍛造により前記中空ワークを前記成形孔に押し込む際に、前記フランジ部ガイド部で前記フランジ部をガイドすることにより前記中空ワークの姿勢を安定化させながら、前記口絞り部で前記中空部の開口に口絞り加工を施し、前記軸部に前記テーパー部を成形する口絞り工程を有することを特徴とする。

【0006】

本開示の中空シャフト部材は、フランジ付きの中空シャフト部材である。本構成によると、中空ワークは一体物であり、軸部とフランジ部とは一体的に連なっている。このため、中空ワークの軸部にフランジ部を後付けする必要がない。したがって、製造工数を削減することができる。また、工程を簡単化することができる。本構成によると、軸部の材料として、中空のパイプ材や中実のバルク材などを選択することができる。このため、材料選択の自由度が高い。

【0007】

本構成の成形孔は、フランジ部ガイド部を備えている。このため、中空ワークを成形孔に押し込む際、フランジ部ガイド部でフランジ部をガイドすることにより、中空ワークの姿勢を安定化させることができる。したがって、成形孔に対して、中空ワークを調芯することができる。

【0008】

（１－１）上記（１）の構成において、前記中空ワークは、中実のバルク材から製造される構成とする方がよい。本構成によると、中空シャフト部材を、中空のパイプ材と比較して安価な、中実のバルク材から製造することができる。このため、中空シャフト部材をパイプ材から製造する場合と比較して、製造コストを削減することができる。

【0009】

（１－２）上記いずれかの構成において、前記口絞り加工は、冷間鍛造により実行される構成とする方がよい。本構成によると、中空ワークを意図的に加熱することなく、中空部の開口に口絞り加工を施し、軸部にテーパー部を成形することができる。

【0010】

（１－３）上記いずれかの構成において、前記軸部に前記テーパー部が成形される間、前記フランジ部ガイド部は継続的に前記フランジ部をガイドする構成とする方がよい。本構成によると、テーパー部が成形される間、継続的に中空ワークの姿勢を安定化させることができる。

【0011】

（１－４）上記いずれかの構成において、前記口絞り部は、前記後側から前記前側に向かって内径が縮径する孔側テーパー部を複数有し、複数の孔側テーパー部は、前記軸方向に、所定間隔ずつ離間して配置される構成とする方がよい。本構成によると、口絞り工程において、口絞り部の孔側テーパー部により、軸部にテーパー部を成形することができる。また、軸部に、複数のテーパー部を、断続的に配置することができる。

【0012】

（１－５）上記いずれかの構成において、前記中空シャフト部材は、モーターのローターシャフトの中間品である構成とする方がよい。本構成によると、ローターシャフトを製造する際、中空ワークの軸部にフランジ部を後付けする必要がない。このため、ローターシャフトの製造工数を削減することができる。また、工程を簡単化することができる。

【0013】

（２）上記いずれかの構成において、前記軸部が前記口絞り部に押し込まれる前の状態を未圧入状態として、前記未圧入状態において、前記軸部と前記軸部ガイド部との間には、１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の隙間が確保される構成とする方がよい。

【0014】

口絞り工程においては、押込荷重および反力により、軸部は前後方向（軸方向）から圧縮される。当該圧縮力により、軸部は、径方向外側に膨張しやすくなる。このため、軸部のうち、軸部ガイド部の内部空間に未だ進入していない部分（以下、「軸部ガイド部未進入部分」と称す）は、軸部ガイド部の内部空間に進入しにくくなる。また、軸部のうち、軸部ガイド部の内部空間に進入済みの部分（以下、「軸部ガイド部進入部分」と称す）は、軸部ガイド部に圧接しやすくなる。

【0015】

この点、本構成によると、未圧入状態において、軸部と軸部ガイド部との間に隙間が確保されている。当該隙間により、軸部の膨張量を吸収することができる。このため、軸部ガイド部未進入部分が軸部ガイド部の内部空間に進入しやすくなる。また、軸部ガイド部進入部分が軸部ガイド部に圧接しにくくなる。

【0016】

未圧入状態において、隙間は１．０ｍｍ以上に設定されている。このため、隙間が１．０ｍｍ未満の場合と比較して、軸部ガイド部未進入部分が軸部ガイド部の内部空間に進入しやすくなる。また、軸部ガイド部進入部分が軸部ガイド部に圧接しにくくなる。また、未圧入状態において、隙間は２．５ｍｍ以下に設定されている。このため、隙間が２．５ｍｍ超過の場合と比較して、口絞り工程完了後に、隙間が軸部の膨張部分により埋まりやすくなる。したがって、軸部の外径を安定化させることができる。

【0017】

（３）上記いずれかの構成において、前記押込方向に対する前記口絞り部の傾斜角度である絞り角は、２０°未満である構成とする方がよい。絞り角が大きくなると、押込荷重が縮径方向に作用しやすく、押込方向に作用しにくくなる。このため、中空ワークが押込方向に進行しにくくなる。この点、本構成によると、絞り角は２０°未満に設定されている。このため、絞り角が２０°以上の場合と比較して、中空ワークが押込方向に進行しやすくなる。

【0018】

（４）上記いずれかの構成において、前記口絞り工程前における前記中空部の内径を成形前内径、前記口絞り工程後における前記テーパー部の最小外径を成形後外径として、前記成形前内径は、前記成形後外径よりも小さい構成とする方がよい。

【0019】

「成形前内径≧成形後外径」の場合、絞り量が大きくなる。絞り量が大きくなると、中空ワークが押込方向に進行しにくくなる。この点、本構成によると、「成形前内径＜成形後外径」に設定されている。このため、「成形前内径≧成形後外径」の場合と比較して、中空ワークが押込方向に進行しやすくなる。したがって、テーパー部の押込方向全長を大きくすることができる。

【発明の効果】

【0020】

本開示の中空シャフト部材の製造方法によると、軸部に対するフランジ部の後付けを不要とし、材料選択の自由度を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１（Ａ）～図１（Ｅ）は、ローターシャフトの製造方法の各工程におけるワークの上下方向断面図である。

【図2】図２は、中空シャフト部材の製造方法の口絞り工程初期における鍛造金型の上下方向断面図である。

【図3】図３は、同工程終期における鍛造金型の上下方向断面図である。

【図4】図４は、実施例１の解析結果（第一段階）を示すコンター図である。

【図5】図５は、実施例１の解析結果（第二段階）を示すコンター図である。

【図6】図６は、実施例１の解析結果（第三段階）を示すコンター図である。

【図7】図７は、実施例２の解析結果（第一段階）を示すコンター図である。

【図8】図８は、実施例２の解析結果（第二段階）を示すコンター図である。

【図9】図９は、実施例２の解析結果（第三段階）を示すコンター図である。

【図10】図１０は、実施例３の解析結果（第一段階）を示すコンター図である。

【図11】図１１は、実施例３の解析結果（第二段階）を示すコンター図である。

【図12】図１２は、実施例３の解析結果（第三段階）を示すコンター図である。

【図13】図１３は、実施例４の解析結果（第一段階）を示すコンター図である。

【図14】図１４は、実施例４の解析結果（第二段階）を示すコンター図である。

【図15】図１５は、実施例４の解析結果（第三段階）を示すコンター図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本開示の中空シャフト部材の製造方法の実施の形態について説明する。

【0023】

［ローターシャフトの製造方法に対する、本実施形態の中空シャフト部材の製造方法の位置づけ］
まず、ローターシャフトの製造方法に対する、本実施形態の中空シャフト部材の製造方法の位置づけについて説明する。図１（Ａ）～図１（Ｅ）に、ローターシャフトの製造方法の各工程におけるワークの上下方向断面図（軸方向断面図）を示す。

【0024】

なお、ワーク１ａ～１ｄ、ローターシャフト１ｅの各部位のうち、符号（数字部分、文字部分）の数字部分が共通する部位同士は、互いに対応している。例えば、図１（Ａ）のワーク１ａと図１（Ｂ）のワーク１ｂとは、互いに対応している。また、図１（Ｃ）、図１（Ｅ）に示すワークの点線は、各々、直前の工程のワークの外形線を示している。例えば、図１（Ｅ）に示すワーク１ｅの点線は、図１（Ｄ）のワーク１ｄの外形線を示している。上下方向は本開示の「軸方向」、「押込方向」に、下側は本開示の「押込方向の前側」に、上側は本開示の「押込方向の後側」に、各々対応している。

【0025】

図１（Ａ）から図１（Ｅ）に向かって、ローターシャフトの製造方法は進行する。図１（Ａ）に示すワーク１ａは、Ｓ３５Ｃ（ＪＩＳ Ｇ ４０５１）製の棒材から切り出された中実のバルク材である。図１（Ｂ）に示すワーク１ｂは、ワーク１ａに鍛造等の加工を施したものである。図１（Ｃ）に示すワーク１ｃは、ワーク１ｂの中空部４ｂの内周面に切削加工を施したものである。図１（Ｄ）に示すワーク１ｄは、ワーク１ｃに口絞り加工を施したものである。

【0026】

図１（Ｅ）に示すのは、ローターシャフト１ｅである。すなわち、ローターシャフト１ｅが完成品（製品）であり、ワーク１ａ～１ｄが中間品（製造過程の途中段階の物）である。後述するワーク１ｃ、１ｄの構成に対応して、図１（Ｂ）に示すワーク１ｂは、軸部２ｂ（柱状部２０ｂ、筒状部２１ｂ）と、フランジ部３ｂと、中空部４ｂと、を備えている。同様に、図１（Ｅ）に示すローターシャフト１ｅは、軸部２ｅ（柱状部２０ｅ、筒状部２１ｅ）と、フランジ部３ｅと、中空部４ｅと、を備えている。

【0027】

本実施形態の中空シャフト部材の製造方法は、図１（Ｄ）に示す口絞り工程を担当している。当該製造方法により、図１（Ｃ）に示すワーク１ｃに口絞り加工を施している。図１（Ｃ）に示すワーク１ｃ（口絞り加工前のワーク）は、本開示の「中空ワーク」の概念に含まれる。図１（Ｄ）に示すワーク１ｄ（口絞り加工後のワーク）は、本開示の「中空シャフト部材」（フランジ付きの中空シャフト部材）の概念に含まれる。

【0028】

［ワークの構成］
次に、ワーク１ｃ（本実施形態の中空シャフト部材の製造方法が実行される前のワーク）、ワーク１ｄ（本実施形態の中空シャフト部材の製造方法が実行された後のワーク）の構成について説明する。

【0029】

ワーク１ｃ（口絞り加工前のワーク）は、一体物であって、軸部２ｃと、フランジ部３ｃと、中空部４ｃと、を備えている。軸部２ｃは、上下方向に延在している。軸部２ｃは、柱状部２０ｃと、筒状部２１ｃと、を備えている。柱状部２０ｃは、中実の同径（上下方向全長に亘って外径が一定）円柱状を呈している。筒状部２１ｃは、中空の同径（上下方向全長に亘って外径および内径が一定）円筒状を呈している。筒状部２１ｃは、柱状部２０ｃの下側に連なっている。筒状部２１ｃは、柱状部２０ｃよりも外径が大径である。フランジ部３ｃは、円環状を呈している。フランジ部３ｃは、柱状部２０ｃの下端部の外周面から径方向外側に突出している。柱状部２０ｃとフランジ部３ｃとは一体的に連なっている。中空部４ｃは、筒状部２１ｃの径方向内側に区画されている。中空部４ｃの開口４０ｃは、筒状部２１ｃの下端（軸方向一端）に開設されている。

【0030】

ワーク１ｄ（口絞り加工後のワーク）とワーク１ｃ（口絞り加工前のワーク）とは、筒状部２１ｄ、２１ｃ以外の形状が互いに一致している。ワーク１ｄの筒状部２１ｄには、口絞り加工（本実施形態の中空シャフト部材の製造方法）により、テーパー部２１１ｄが成形されている。

【0031】

すなわち、筒状部２１ｄは、円筒部２１０ｄと、テーパー部２１１ｄと、を備えている。円筒部２１０ｄは、同径円筒状を呈している。テーパー部２１１ｄは、円筒部２１０ｄの下側に連なっている。テーパー部２１１ｄは、上側から下側に向かって内径および外径が縮径する、テーパー状（テーパー筒状）を呈している。

【0032】

［ローターシャフトの構成］
次に、ローターシャフト１ｅの構成について、簡単に説明する。図１（Ｅ）に示すローターシャフト１ｅの柱状部２０ｅは、環状の軸受（図略）の径方向内側に圧入される。柱状部２０ｅは「軸受圧入部」である。円筒部２１０ｅは、環状のローター（図略）の径方向内側に圧入される。円筒部２１０ｅは「ローター圧入部」である。テーパー部２１１ｅのうち、上側部分は、環状の軸受（図略）に、下側部分はシールリング（図略）に、各々圧入される。テーパー部２１１ｅの上側部分は「軸受圧入部」である。中空部４ｅには、開口４０ｅを介して、冷却剤（オイル、冷却水など）が供給、排出される。

【0033】

［鍛造金型の構成］
次に、本実施形態の中空シャフト部材の製造方法に用いられる鍛造金型の構成について説明する。前述のとおり、本実施形態の中空シャフト部材の製造方法は、図１（Ｄ）に示す口絞り工程を担当している。当該製造方法により、図１（Ｃ）に示すワーク１ｃに口絞り加工を施している。図２に、口絞り工程初期における鍛造金型の上下方向断面図を示す。図３に、口絞り工程終期における鍛造金型の上下方向断面図を示す。

【0034】

図２～図３に示すように、鍛造金型５は、金属製であって、下型（固定型）５０と、上型（可動型）５１と、ノックアウトピン５３と、を備えている。下型５０は、ダイ５００と、ダイホルダ５０１と、ダイホルダ５０２と、を備えている。

【0035】

ダイホルダ５０１には、収容孔５０１Ａが開設されている。収容孔５０１Ａは、ダイホルダ５０１を上下方向に貫通している。ダイホルダ５０２は、ダイホルダ５０１の下側に配置されている。ダイホルダ５０２には、収容孔５０２Ａが開設されている。収容孔５０２Ａは、ダイホルダ５０２を上下方向に貫通している。

【0036】

ダイ５００は、第一ダイ５００Ａと、第二ダイ５００Ｂと、ピンガイド５００Ｃと、を備えている。第一ダイ５００Ａは、円筒状を呈している。第一ダイ５００Ａは、ダイホルダ５０１の収容孔５０１Ａに収容されている。第一ダイ５００Ａの径方向中心には、第一成形孔５０３Ａが区画されている。第一成形孔５０３Ａは、第一ダイ５００Ａを上下方向に貫通している。

【0037】

第一成形孔５０３Ａの内周面は、上側から下側に向かって、フランジ部ガイド部５０４と、軸部ガイド部５０５と、を備えている。フランジ部ガイド部５０４は、同径（上下方向全長に亘って内径が一定）状を呈している。軸部ガイド部５０５は、フランジ部ガイド部５０４の下側に、段差部５０９を介して、連なっている。軸部ガイド部５０５は、同径状を呈している。軸部ガイド部５０５は、フランジ部ガイド部５０４よりも、内径が小径である。

【0038】

第二ダイ５００Ｂは、ダイホルダ５０２の収容孔５０２Ａに挿入されている。第二ダイ５００Ｂは、第一ダイ５００Ａの下側に配置されている。第二ダイ５００Ｂの径方向中心には、第二成形孔５０３Ｂが区画されている。第二成形孔５０３Ｂは、第二ダイ５００Ｂを上下方向に貫通している。第二成形孔５０３Ｂは、第一成形孔５０３Ａの下側に連なっている。

【0039】

第二成形孔５０３Ｂの内周面は、上側から下側に向かって、口絞り部５０６と、ピンガイド部５０７と、を備えている。口絞り部５０６は、軸部ガイド部５０５の下側に連なっている。口絞り部５０６の全面には、孔側テーパー部５０６ａが配置されている。孔側テーパー部５０６ａの内径は、上側から下側に向かって漸次的に縮径している。すなわち、孔側テーパー部５０６ａは、テーパー面状を呈している。ピンガイド部５０７は、口絞り部５０６の下側に連なっている。

【0040】

成形孔５０３は、上側から下側に向かって、上述の第一成形孔５０３Ａと、第二成形孔５０３Ｂと、を備えている。成形孔５０３の内周面は、上側から下側に向かって、フランジ部ガイド部５０４と、軸部ガイド部５０５と、口絞り部５０６と、ピンガイド部５０７と、を備えている。フランジ部ガイド部５０４、軸部ガイド部５０５、口絞り部５０６、ピンガイド部５０７は、上下方向に直線状に連なっている。

【0041】

ピンガイド５００Ｃは、第二ダイ５００Ｂの下側に配置されている。ピンガイド５００Ｃには、ピン挿通孔５０８が区画されている。ピン挿通孔５０８は、ピンガイド５００Ｃを上下方向に貫通している。ピン挿通孔５０８は、ピンガイド部５０７の下側に連なっている。

【0042】

ノックアウトピン５３は、金属製であって、下側から、ピン挿通孔５０８、第二成形孔５０３Ｂ（ピンガイド部５０７の内部空間）に挿入されている。ノックアウトピン５３は、上下方向（１軸方向）に往復動可能である。ノックアウトピン５３は、成形孔５０３に対して、下側から進退可能である。

【0043】

上型５１は、金属製のポンチ５１０を備えている。ポンチ５１０は、上下方向に延在している。ポンチ５１０は、上下方向（１軸方向）に往復動可能である。ポンチ５１０は、成形孔５０３（第一成形孔５０３Ａ）に対して、上側から進退可能である。ポンチ５１０とノックアウトピン５３とは、上下方向に対向している。

【0044】

［本実施形態の中空シャフト部材の製造方法］
次に、本実施形態の中空シャフト部材の製造方法について説明する。本実施形態の中空シャフト部材の製造方法は、口絞り工程を有している。口絞り工程により、図１（Ｃ）に示すワーク１ｃに口絞り加工を施し、図１（Ｄ）に示すワーク１ｄを製造する。

【0045】

具体的には、まず、図２に示すように、ワーク１ｃを、下型５０の成形孔５０３にセットする。セット状態において、ワーク１ｃの軸部２ｃの筒状部２１ｃの下端（開口４０ｃ）は、口絞り部５０６の上端部（詳しくは、上端部よりも下側部分（孔側テーパー部５０６ａの内部）に、上側から当接している。当該セット状態は、本開示の「未圧入状態」の概念に含まれる。

【0046】

未圧入状態において、フランジ部３ｃの外周面は、成形孔５０３のフランジ部ガイド部５０４に、全周的に当接している。未圧入状態において、上側（軸方向）から見て、軸部２ｃは、フランジ部ガイド部５０４の径方向内側に配置されている。軸部２ｃの外周面とフランジ部ガイド部５０４との間には、全周的に隙間Ｃ１が区画されている。隙間Ｃ１の径方向幅は、全周的に一定である。また、未圧入状態において、上側から見て、軸部２ｃは、軸部ガイド部５０５の径方向内側に配置されている。軸部２ｃの外周面と軸部ガイド部５０５との間には、全周的に隙間Ｃ２が区画されている。隙間Ｃ２の径方向幅は、全周的に一定である。

【0047】

このように、未圧入状態において、フランジ部３ｃは、成形孔５０３に、全周的に当接している。また、ワーク１ｃと成形孔５０３との間には、上側から下側に向かって、隙間Ｃ１と隙間Ｃ２とが区画されている。また、ワーク１ｃの中心軸Ａ１は、成形孔５０３の孔軸Ａ２に、調芯されている。

【0048】

次に、図２、図３に示すように、上側から、上型５１のポンチ５１０を、成形孔５０３に挿入する。ポンチ５１０は、上側から、軸部２ｃの柱状部２０ｃの上端部、フランジ部３ｃの上面に、圧接する。ポンチ５１０は、フランジ部ガイド部５０４に沿って、フランジ部３ｃを、段差部５０９に到達するまで、下側に押し込む。フランジ部３ｃが段差部５０９に到達するまでの間、軸部２ｃのうちフランジ部３ｃよりも下側の部分（筒状部２１ｃ）は、軸部ガイド部５０５の内部空間を、下側に移動する。筒状部２１ｃの下側部分２１１ｃは、口絞り部５０６に押し込まれる。図２、図３に示すように、口絞り部５０６の孔側テーパー部５０６ａにより開口４０ｃに絞り加工が施され、下側部分２１１ｃが縮径変形することにより、筒状部２１ｄにテーパー部２１１ｄが成形される。ポンチ５１０がストロークの下死点に到達すると、テーパー部２１１ｄの下端（開口４０ｄ）は、ノックアウトピン５３に当接する。並びに、フランジ部３ｃの下面は、段差部５０９に当接する。このようにして、ワーク１ｄが完成する。その後の排出工程において、ノックアウトピン５３により、下側から上側に向かって、ワーク１ｄを排出する。排出後のワーク１ｄに所定の加工が施されることにより、図１（Ｅ）に示すローターシャフト１ｅが完成する。

【0049】

［作用効果］
次に、本実施形態の中空シャフト部材の製造方法の作用効果について説明する。図２に示すように、ワーク１ｃは一体物であり、軸部２ｃとフランジ部３ｃとは一体的に連なっている。このため、ワーク１ｃの軸部２ｃにフランジ部３ｃを後付けする必要がない。したがって、製造工数を削減することができる。また、工程を簡単化することができる。

【0050】

図１（Ａ）に示すように、ワーク１ａは中実のバルク材である。本実施形態の中空シャフト部材の製造方法によると、軸部２ｃの材料として、中空のパイプ材や中実のバルク材などを選択することができる。このため、材料選択の自由度が高い。

【0051】

図２、図３に示すように、成形孔５０３は、フランジ部ガイド部５０４を備えている。このため、ワーク１ｃを成形孔５０３に押し込む際、フランジ部ガイド部５０４でフランジ部３ｃをガイドすることにより、ワーク１ｃの姿勢を安定化させることができる。すなわち、成形孔５０３に対して、ワーク１ｃを調芯することができる。したがって、全周的に、軸部ガイド部５０５とワーク１ｃとの間に隙間Ｃ２を確保することができる。

【0052】

図１（Ａ）、図１（Ｃ）に示すように、本実施形態の中空シャフト部材の製造方法によると、ワーク１ｃは、ワーク１ａつまり中実のバルク材から製造されている。このため、ワーク１ｄ（つまりローターシャフト１ｅ）を、中空のパイプ材と比較して安価な、中実のバルク材から製造することができる。このため、ワーク１ｄをパイプ材から製造する場合と比較して、製造コストを削減することができる。

【0053】

図２、図３に示す口絞り加工は、冷間鍛造により実行される。このため、ワーク１ｃを意図的に加熱することなく、中空部４ｃの開口４０ｃに口絞り加工を施し、軸部２ｄにテーパー部２１１ｄを成形することができる。

【0054】

図２、図３に示すように、テーパー部２１１ｄが成形される間、フランジ部ガイド部５０４は継続的にフランジ部３ｃ、３ｄをガイドしている。このため、テーパー部２１１ｄが成形される間、継続的にワーク１ｃ、１ｄの姿勢を安定化させることができる。

【0055】

図１（Ｄ）、図１（Ｅ）に示すように、ワーク１ｄは、モーターのローターシャフト１ｅの中間品である。このため、ローターシャフト１ｅの製造時に、ワーク１ｄの軸部２ｄにフランジ部３ｄを後付けする必要がない。したがって、ローターシャフト１ｅの製造工数を削減することができる。また、工程を簡単化することができる。

【0056】

図２、図３に示す口絞り工程においては、軸部２ｃを口絞り部５０６に押し込む際の押込荷重、および当該押込荷重の反力により、軸部２ｃは上下方向（軸方向）から圧縮される。当該圧縮力により、軸部２ｃのうちの特に筒状部２１ｃは、径方向外側に膨張しやすくなる。このため、筒状部２１ｃのうち、図２に示す軸部ガイド部未進入部分２ｃａ（筒状部２１ｃのうち、軸部ガイド部５０５の内部空間に未だ進入していない部分）は、軸部ガイド部５０５の内部空間に進入しにくくなる。また、図２に示す軸部ガイド部進入部分２ｃｂ（筒状部２１ｃのうち、軸部ガイド部５０５の内部空間に進入済みの部分）は、軸部ガイド部５０５に圧接しやすくなる。

【0057】

この点、本実施形態の口絞り工程によると、図２に示すように、未圧入状態において、筒状部２１ｃと軸部ガイド部５０５との間に隙間Ｃ２が確保されている。隙間Ｃ２により、筒状部２１ｃの膨張量を吸収することができる。このため、軸部ガイド部未進入部分２ｃａが軸部ガイド部５０５の内部空間に進入しやすくなる。また、軸部ガイド部進入部分２ｃｂが軸部ガイド部５０５に圧接しにくくなる。

【0058】

未圧入状態において、隙間Ｃ２（隙間Ｃ２の径方向幅）は１．０ｍｍ以上に設定されている。このため、隙間Ｃ２が１．０ｍｍ未満の場合と比較して、軸部ガイド部未進入部分２ｃａが軸部ガイド部５０５の内部空間に進入しやすくなる。また、軸部ガイド部進入部分２ｃｂが軸部ガイド部５０５に圧接しにくくなる。また、未圧入状態において、隙間Ｃ２は２．５ｍｍ以下に設定されている。このため、隙間Ｃ２が２．５ｍｍ超過の場合と比較して、口絞り工程完了後に、隙間Ｃ２が筒状部２１ｃの膨張部分により埋まりやすくなる。したがって、筒状部２１ｃの外径を安定化させることができる。

【0059】

図２に示す絞り角θ１は、中心軸Ａ１、孔軸Ａ２の軸方向（押込方向）に対する口絞り部５０６（孔側テーパー部５０６ａ）の傾斜角度である。絞り角θ１が大きくなると、押込荷重が縮径方向に作用しやすく、押込方向に作用しにくくなる。このため、ワーク１ｃが押込方向に進行しにくくなる。この点、本実施形態の口絞り工程によると、絞り角θ１は２０°未満に設定されている。このため、絞り角θ１が２０°以上の場合と比較して、ワーク１ｃが押込方向に進行しやすくなる。

【0060】

図２に示す口絞り工程前における中空部４ｃの内径（図３に示す口絞り工程後における円筒部２１０ｄの内径）を成形前内径Ｄ１、図３に示す口絞り工程後におけるテーパー部２１１ｄの最小外径（テーパー部２１１ｄの下端の外径）を成形後外径Ｄ２として、成形前内径Ｄ１は、成形後外径Ｄ２よりも小さく設定されている。

【0061】

「成形前内径Ｄ１≧成形後外径Ｄ２」の場合、絞り量が大きくなる。絞り量が大きくなると、ワーク１ｃが押込方向に進行しにくくなる。この点、本実施形態の口絞り工程によると、「成形前内径Ｄ１＜成形後外径Ｄ２」に設定されている。このため、「成形前内径Ｄ１≧成形後外径Ｄ２」の場合と比較して、ワーク１ｃが押込方向に進行しやすくなる。したがって、図３に示すテーパー部２１１ｄの上下方向全長を大きくすることができる。

【0062】

［その他］
以上、本開示の中空シャフト部材の製造方法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。

【0063】

図２、図３に示すように、口絞り部５０６は、単一の孔側テーパー部５０６ａを備えている。しかしながら、口絞り部５０６における孔側テーパー部５０６ａの配置数は特に限定しない。単一であっても複数であってもよい。例えば、複数の孔側テーパー部５０６ａが、軸方向に、所定間隔ずつ離間して配置されていてもよい。こうすると、複数の孔側テーパー部５０６ａの各々により、軸部２ｄに複数のテーパー部２１１ｄを成形することができる。すなわち、軸部２ｄに、複数のテーパー部２１１ｄを、断続的に配置することができる。複数の孔側テーパー部５０６ａの絞り角θ１は、同一であっても異なっていてもよい。複数のテーパー部２１１ｄの傾斜角度（絞り角θ１に対応する角度）についても同様である。

【0064】

図１（Ｃ）に示すワーク１ｃは、ワーク１ａつまり中実のバルク材から製造しても、中空のパイプ材から製造してもよい。図２、図３に示す口絞り加工は、冷間鍛造、温間鍛造、熱間鍛造のいずれかにより実行してもよい。軸部２ｃ、２ｄにテーパー部２１１ｄを成形する間、継続的に、フランジ部ガイド部５０４がフランジ部３ｃ、３ｄをガイドしてもよい。あるいは、軸部２ｃ、２ｄにテーパー部２１１ｄを成形する間、断続的、または一時的に、フランジ部ガイド部５０４がフランジ部３ｃ、３ｄをガイドしてもよい。

【0065】

図１（Ｄ）に示すワーク１ｄは、モーターのローターシャフト１ｅの中間品であっても、中間品でなくてもよい。ローターシャフト１ｅ以外のフランジ付き中空シャフト部材の中間品であってもよい。図１に示すワーク１ｄは、完成品であってもよい。

【0066】

図２に示す未圧入状態において、筒状部２１ｃと軸部ガイド部５０５との間には、隙間Ｃ２が確保されていても、確保されていなくてもよい。隙間Ｃ２が確保されている場合、隙間Ｃ２の径方向幅は、全周的に均一であっても、不均一であってもよい。隙間Ｃ２の径方向幅が全周的に均一である場合、当該径方向幅は、１．０ｍｍ以上であっても、１．０ｍｍ未満であってもよい。隙間Ｃ２の径方向幅が全周的に均一である場合、当該径方向幅は、２．５ｍｍ以下であっても、２．５ｍｍ超過であってもよい。

【0067】

図２、図３に示す絞り角θ１は、特に限定しない。絞り角θ１は、２０°未満であっても、２０°以上であってもよい。成形前内径Ｄ１と成形後外径Ｄ２との大小関係は特に限定しない。「成形前内径Ｄ１≧成形後外径Ｄ２」であっても、「成形前内径Ｄ１＜成形後外径Ｄ２」であってもよい。

【0068】

図１（Ｅ）に示すローターシャフト１ｅの柱状部２０ｅは、中実であっても、中空であってもよい。例えば、柱状部２０ｅに、自身を上下方向に貫通し、中空部４ｅに連なる軸方向貫通孔が開設されていてもよい。当該軸方向貫通孔、中空部４ｅを介して、冷却剤を流動させてもよい。当該軸方向貫通孔と柱状部２０ｅの外周面との間、中空部４ｅとテーパー部２１１ｅとの間のうち、少なくとも一方に、径方向貫通孔を開設してもよい。当該径方向貫通孔を介して、冷却剤を軸受（図略）に供給してもよい。

【0069】

鍛造金型５の下型５０のダイ５００における芯金（図略）の有無は特に限定しない。例えば、図２、図３に示すノックアウトピン５３の上面に、テーパー部２１１ｄの内周面を成形するための、芯金を配置してもよい。こうすると、テーパー部２１１ｄの内径精度を向上させることができる。

【実施例0070】

以下、本開示の中空シャフト部材の製造方法について行ったＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析について、図１～図３を援用しながら説明する。解析においては、以下に示す４水準（実施例１～４）を設定し、上述の中空シャフト部材の製造方法（口絞り工程）を模擬試験した。

【0071】

［実施例１～４について］
実施例１～４においては、各々、図１（Ｃ）に示すワーク１ｃと同様の材質、構成のワークを用いた。実施例１のワークについて、図２、図３に示す隙間Ｃ２の径方向幅は１．０ｍｍ（１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲内）、絞り角θ１は７°（２０°未満の範囲内）、成形前内径（直径）Ｄ１はφ２９．５ｍｍ、成形後外径（直径）Ｄ２はφ３０．２ｍｍ（成形前内径Ｄ１＜成形後外径Ｄ２）である。

【0072】

実施例２のワークと実施例１のワークとの相違点は、隙間Ｃ２の径方向幅だけである。実施例２のワークの隙間Ｃ２の径方向幅は０．３ｍｍ（１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲外）である。実施例３のワークと実施例１のワークとの相違点は、絞り角θ１だけである。実施例３のワークの絞り角θ１は２０°（２０°未満の範囲外）である。

【0073】

実施例４のワークと実施例１のワークとの相違点は、成形前内径Ｄ１と成形後外径Ｄ２との大小関係だけである。実施例４のワークの成形前内径Ｄ１はφ２９．５ｍｍ、成形後外径Ｄ２はφ２７．８ｍｍである。すなわち、実施例４のワークの場合、「成形前内径Ｄ１＜成形後外径Ｄ２」の関係が成立していない。

【0074】

［解析条件について］
解析は、塑性加工シミュレーションソフトウェアであるＦＯＲＧＥ（Ｔｒａｎｓｖａｌｏｒ社製）を用いて行った。解析においては、口絞り工程におけるワークの応力分布を演算した。成形速度（ポンチ５１０の下降速度）は、１０ｍｍ／ｓとした。口絞り工程開始時のワーク全体および鍛造金型の温度は、２０℃とした。ワークと鍛造金型との間の摩擦係数μは０．０５とした。

【0075】

［解析結果について］
（実施例１）
図４～図６に、実施例１（水準１）の解析結果（第一段階～第三段階）をコンター図で示す。なお、図４～図６は、図２、図３同様の上下方向断面図である。図４の左端のバーに示すように、黒色の濃い部分が応力（圧縮応力）が低い部分である。黒色の淡い部分が応力が高い部分である。濃（黒色）から淡（白色）に向かって、応力は高くなる。

【0076】

図４（第一段階、口絞り加工開始）、図２に示すように、未圧入状態において、フランジ部３ｃの外周面は、成形孔５０３のフランジ部ガイド部５０４に、全周的に当接している。また、ワーク１ｃと成形孔５０３との間には、隙間Ｃ１、Ｃ２が区画されている。また、ワーク１ｃの中心軸Ａ１は、成形孔５０３の孔軸Ａ２に、調芯されている。

【0077】

図５（第二段階、口絞り加工途中）、図６の第三段階（口絞り加工完了）、図２、図３に示すように、口絞り加工の進行に伴い、ポンチ５１０は、フランジ部ガイド部５０４に沿って、フランジ部３ｃを、段差部５０９に到達するまで、下側に押し込む。筒状部２１ｃの下側部分２１１ｃは、口絞り部５０６に押し込まれる。口絞り部５０６の孔側テーパー部５０６ａにより、下側部分２１１ｃは縮径変形する。当該縮径変形により、筒状部２１ｄにテーパー部２１１ｄが成形される。

【0078】

図４～図６、図２、図３に示すように、口絞り加工の進行に伴い、ワーク１ｃには徐々に応力が加わっている。また、柱状部２０ｃよりも、筒状部２１ｃに、より高い応力が加わっている。また、筒状部２１ｃ中、特に下側部分２１１ｃ（つまりテーパー部２１１ｄ）に高い応力が加わっている。このように、実施例１によると、口絞り加工の進行に伴い、ワーク１ｃに応力が加わるものの、滞りなく、ワーク１ｃに口絞り加工を施すことができる。

【0079】

（実施例２）
図７～図９に、実施例２（水準２）の解析結果（第一段階～第三段階）をコンター図で示す。図の見方については、前出の図４～図６と同様である。図７～図９に示すように、図４～図６同様に、口絞り加工の進行に伴い、ワークには徐々に応力が加わっている。

【0080】

図６と図９とを比較すると（図２、図３を援用）、図９の円筒部２１０ｄの上端部付近（フランジ部３ｄの根本部分）には、局所的に応力が集中している。このことから、実施例２の隙間Ｃ２の径方向幅は０．３ｍｍ（１．０ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲外）であるため、実施例１と比較して、図２に示す軸部ガイド部未進入部分２ｃａが隙間Ｃ２に進入しにくいことが判る。

【0081】

（実施例３）
図１０～図１２に、実施例３（水準３）の解析結果（第一段階～第三段階）をコンター図で示す。図の見方については、前出の図４～図６と同様である。図１０～図１２に示すように、図４～図６同様に、口絞り加工の進行に伴い、ワークには徐々に応力が加わっている。

【0082】

図４と図１０とを比較すると（図２、図３を援用）、実施例１（図４）と比較して、実施例３（図１０）の方が、口絞り部５０６（孔側テーパー部５０６ａ）の傾斜角度（絞り角θ１）が大きくなっている。これに伴い、実施例１と比較して、実施例３の方が、口絞り部５０６（孔側テーパー部５０６ａ）の上下方向長さが短くなっている。

【0083】

図５と図１１とを比較すると（図２、図３を援用）、実施例１（図５）と比較して、実施例３（図１１）の方が、絞り角θ１が大きい分だけ、口絞り加工途中の応力は全体的に高くなることが判る。

【0084】

（実施例４）
図１３～図１５に、実施例４（水準４）の解析結果（第一段階～第三段階）をコンター図で示す。図の見方については、前出の図４～図６と同様である。図１３～図１５に示すように、図４～図６同様に、口絞り加工の進行に伴い、ワークには徐々に応力が加わっている。

【0085】

図６、図１５に示すように（図２、図３を援用）、実施例１（図６）、実施例４（図１５）共に、口絞り加工完了時において、円筒部２１０ｄの上側部分の応力が高くなっている。ただし、実施例１（図６）よりも、実施例４（図１５）の方が、高い応力が分布している区間が広いことが判る。

【0086】

以上の解析により、実施例１～４（水準１～４）のいずれであっても、口絞り加工可能であることが判った。実施例１～４の中でも、特に、実施例１によると、ワーク全体に加わる応力、およびワークに局所的に加わる応力を、共に抑制できることが判った。

【符号の説明】

【0087】

１ａ～１ｂ：ワーク、１ｃ：ワーク（中空ワーク）、１ｄ：ワーク（中空シャフト部材）、１ｅ：ローターシャフト、２ｃ：軸部、２０ｃ：柱状部、２１ｃ：筒状部、２１１ｃ：下側部分、２１ｄ：筒状部、２１０ｄ：円筒部、２１１ｄ：テーパー部、３ｃ：フランジ部、４ｃ：中空部、４０ｃ：開口、５：鍛造金型、５０：下型、５００：ダイ、５００Ａ：第一ダイ、５００Ｂ：第二ダイ、５００Ｃ：ピンガイド、５０１：ダイホルダ、５０１Ａ：収容孔、５０２：ダイホルダ、５０２Ａ：収容孔、５０３：成形孔、５０３Ａ：第一成形孔、５０３Ｂ：第二成形孔、５０４：フランジ部ガイド部、５０５：軸部ガイド部、５０６：口絞り部、５０６ａ：孔側テーパー部、５０７：ピンガイド部、５０８：ピン挿通孔、５０９：段差部、５１：上型、５１０：ポンチ、５３：ノックアウトピン、Ａ１：中心軸、Ａ２：孔軸、Ｃ１：隙間、Ｃ２：隙間、Ｄ１：成形前内径、Ｄ２：成形後外径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】