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(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】
(24)【登録日】2022-02-14
(45)【発行日】2022-02-22
(54)【発明の名称】中空シャフト
(51)【国際特許分類】
   B21D 41/04 20060101AFI20220215BHJP
   B21D 51/10 20060101ALI20220215BHJP
   B23P 23/04 20060101ALI20220215BHJP
   B23B 5/38 20060101ALI20220215BHJP
   B21C 37/16 20060101ALI20220215BHJP
【FI】
B21D41/04 C
B21D51/10
B23P23/04
B23B5/38
B21C37/16
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2019052861
(22)【出願日】2019-03-20
(65)【公開番号】P2020151755
(43)【公開日】2020-09-24
【審査請求日】2021-04-19
(73)【特許権者】
【識別番号】000238360
【氏名又は名称】武蔵精密工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002192
【氏名又は名称】特許業務法人落合特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】村田 真一
【審査官】石田 宏之
(56)【参考文献】
【文献】特公昭63-08859(JP,B2)
【文献】特公平3-56813(JP,B2)
【文献】特開2001-246524(JP,A)
【文献】特公平5-23881(JP,B2)
【文献】米国特許出願公開第2011/209802(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B21D 41/04
B21D 51/10
B23P 23/04
B23B 5/38
B21C 37/16
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
円筒状の本体部(6)と、前記本体部(6)の一端に同一軸線上に一体に連なり且つ絞り加工により該本体部(6)よりも縮径した先端絞り部(7)とを備えた中空シャフトにおいて、
前記本体部(6)の内周面(6i)と、前記先端絞り部(7)の、前記本体部(6)の一端に連続する基部(7b)の内周面(7bi)とが、前記絞り加工の前に切削加工された切削面で形成されており、
前記先端絞り部(7)の、前記基部(7b)の先端側に連続する先部(7a)の内周面(7ai)は非切削面であることを特徴とする中空シャフト。
【請求項2】
パイプ素材(B)に絞り加工を施して形成される、請求項1に記載の中空シャフトであって、
前記パイプ素材(B)は、内周面(6i)が切削面である前記円筒状の本体部(6)と、前記本体部(6)の一端に同一軸線上に一体に連なる先端部(17)とを備え、
前記先端部(17)のうち、前記本体部(6)の一端側に連なる先端部基部分(17b)の内周面(17bi)は、該先端部(17)の先端に向かうにつれて徐々に縮径するテーパ状の切削面であると共に、前記先端部基部分(17b)の先端側に連なる先端部先部分(17a)の内周面(17ai)は非切削面であり、
前記先端部基部分(17b)の内周面(17bi)のシャフト軸線(L)に対する傾斜角(α)は、該先端部(17)が前記絞り加工されて形成される前記先端絞り部(7)の絞り角(β)よりも小さいことを特徴とする中空シャフト。
【請求項3】
前記先端部基部分(17b)の内周面(17bi)は、該先端部基部分(17b)の内周面(17bi)を前記本体部(6)の内周面(6i)に滑らかに繋げる第1曲面(r1)と、該先端部基部分(17b)の内周面(17bi)を前記先端部先部分(17a)の内周面(17ai)に滑らかに繋げる第2曲面(r2)とを含むことを特徴とする、請求項2に記載の中空シャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、円筒状の本体部と、その本体部の一端に同一軸線上に一体に連なり且つ絞り加工により本体部よりも縮径した先端絞り部とを備えた中空シャフトに関する。
【背景技術】
【0002】
パイプ素材の先端部を絞り加工することで、先細りに縮径した先端絞り部を有した中空シャフトを得ることは、例えば特許文献1に示されるように従来より知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特公昭52-35629号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで円筒状のパイプ素材の先端部を絞り加工して中空シャフトを製造するに当たり、先端絞り部を所定の小さい内径とすべく外径の絞り比(即ち絞り加工前外径/絞り加工後外径)を大きく設定した場合には、先端絞り部のみならず、先端絞り部に続く円筒状の本体部にも変形が波及する虞れがある。そのため、先端絞り部付きの中空シャフトを全体として高い形状精度に成形することが難しくなる等の不都合がある。
【0005】
本発明は、上記に鑑み提案されたものであり、先端絞り部の絞り比を小さくしつつ所定の小さい内径が得られるようにして、中空シャフトを高い形状精度で成形可能とし、しかも先端絞り部と本体部との境界部に絞り加工に伴う応力集中が生じるのを抑制可能として中空シャフトの剛性強度アップを図ることができる中空シャフトを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明は、円筒状の本体部と、前記本体部の一端に同一軸線上に一体に連なり且つ絞り加工により該本体部よりも縮径した先端絞り部とを備えた中空シャフトにおいて、前記本体部の内周面と、前記先端絞り部の、前記本体部の一端に連続する基部の内周面とが、前記絞り加工の前に切削加工された切削面で形成されており、前記先端絞り部の、前記基部の先端側に連続する先部の内周面は非切削面であることを第1の特徴とする。
【0007】
また本発明は、パイプ素材に絞り加工を施して形成される、第1の特徴を有した中空シャフトであって、前記パイプ素材は、内周面が切削面である前記円筒状の本体部と、前記本体部の一端に同一軸線上に一体に連なる先端部とを備え、前記先端部のうち、前記本体部の一端側に連なる先端部基部分の内周面は、該先端部の先端に向かうにつれて徐々に縮径するテーパ状の切削面であると共に、前記先端部基部分の先端側に連なる先端部先部分の内周面は非切削面であり、前記先端部基部分の内周面のシャフト軸線に対する傾斜角は、該先端部が前記絞り加工されて形成される前記先端絞り部の内周面の先細りテーパ面の絞り角よりも小さいことを第2の特徴とする。
【0008】
また本発明は、第2の特徴に加えて、前記先端部基部分の内周面は、該先端部基部分の内周面を前記本体部の内周面に滑らかに繋げる第1曲面と、該先端部基部分の内周面を前記先端部先部分の内周面に滑らかに繋げる第2曲面とを含むことを第3の特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明の第1の特徴によれば、先端絞り部は、これが絞り加工される前に、本体部一端側に連なる基部の内周面が切削される一方、基部の先端側に連なる先部の内周面が切削されないことで、絞り加工後に十分な肉厚を残せるため、絞り比を小さくしながらも所定の内径が得られ、従って、絞り加工の際に本体部が変形しにくくなり、中空シャフトを全体として高い形状精度で成形可能となる。その上、絞り加工前の切削加工が、本体部のみならず先端絞り部の一部(即ち基部)にまで及ぶことで、本体部の内周面全体を確実に切削加工できるから、本体部の形状精度を高める上で、より有利になる。また絞り加工前の中空シャフトの内周面における切削面と非切削面との境界が、先端絞り部の中間部(即ち基部と先部の境界)に位置していて絞り加工の起点から離間しているため、たとえ切削面と非切削面との境界に僅かな段差が残った場合でも絞り加工の起点での応力集中要因とはなりにくく、それだけ先端絞り部と本体部との境界付近に絞り加工時に応力集中が生じるのを抑制可能となる。従って、前述のように形状精度を高くできる効果とも相俟って、中空シャフトの剛性強度アップに大いに寄与することができる。
【0010】
また第2の特徴によれば、中空シャフトが絞り加工される前のパイプ素材において、絞り加工の対象となる先端部のうち、本体部一端側に連なる先端部基部分の内周面は、先端部の先端に向かうにつれて徐々に縮径するテーパ状の切削面であると共に、先端部基部分の先端側に連なる先端部先部分の内周面は非切削面であり、先端部基部分のテーパ状内周面のシャフト軸線に対する傾斜角は、先端部が絞り加工されて形成される先端絞り部の絞り角よりも小さいので、先端部基部分のテーパ状の内周面が絞り加工に伴い径方向内方側に過度に張り出して該内周面(切削面)の端に段差が形成されてしまうのを効果的に抑制できる。従って、絞り加工後において本体部から先端絞り部の先端に至る部分の内周面を極力滑らかに形成可能となる。
【0011】
また第3の特徴によれば、パイプ素材の先端部基部分の内周面は、これを本体部の内周面に滑らかに繋げる第1曲面と、先端部先部分の内周面に滑らかに繋げる第2曲面とを含むので、絞り加工の際に先端部基部分の内周面と、本体部及び先端部先部分の各内周面との境界部に応力集中が生じにくくなり、加工不良が効果的に抑えられるばかりか、中空シャフトの更なる剛性強度アップに寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】本発明の第1実施形態に係る中空シャフトの要部縦断面図
図2】前記中空シャフトに絞り加工を施す前のパイプ素材の要部縦断面図
図3】絞り加工工程の一例を示すものであって、(a)は絞り加工直前の状態を、また(b)は絞り加工直後の状態をそれぞれ示す
図4】第2実施形態に係るパイプ素材の要部縦断面図(図2対応図)
図5】第2実施形態に係る中空シャフトの要部縦断面図(図1対応図)
図6】第3実施形態に係るパイプ素材の要部縦断面図(図2対応図)
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の実施形態を添付図面に基づいて以下に説明する。
【0014】
図1図3には第1実施形態が示される。図1に示される中空シャフトSは、全体が金属製であって、円筒パイプ状の本体部6と、本体部6の一端に同一軸線上に一体に連なり且つ絞り加工により本体部6よりも先細り状に縮径した先端絞り部7とを備える。中空シャフトSの用途機能は、種々選択可能であり、例えば高速回転する動力伝達軸としても実施可能である。
【0015】
中空シャフトSにおいて、本体部6の内周面6iと、先端絞り部7の、本体部6の一端に一体に連続する基部7bの内周面7biとは、先端絞り部7の絞り加工の前に連続的に切削加工された切削面で形成されている。一方、先端絞り部7の、基部7bの先端側に一体に連続する先部7aは、これの内周面7aiが非切削面であり、即ち切削加工されていない。尚、各々の図面には、絞り加工前に切削加工された切削面である領域を点描で示している。
【0016】
また図2には、上記した中空シャフトSが絞り加工を施される前のパイプ素材Bの一例が示される。
【0017】
このパイプ素材Bは、内周面6iが切削面である円筒状の本体部6と、本体部6の一端に同一軸線上に一体に連なる円筒状の先端部17とを備える。
【0018】
パイプ素材Bにおいて、先端部17は、本体部6の一端側に一体に連なる先端部基部分17bと、先端部基部分17bの先端側に一体に連なる先端部先部分17aとを備える。先端部基部分17bの内周面17biは、本体部6から先端部17の先端に向かうにつれて徐々に縮径するテーパ状の切削面で形成される。尚、図2の二点鎖線は、切削加工される前のパイプ素材Bの内周面を示す。
【0019】
また先端部基部分17bの内周面17biは、これを本体部6の内周面6iに滑らかに繋げる断面円弧状の第1曲面r1と、先端部先部分17aの内周面17aiに滑らかに繋げる断面円弧状の第2曲面r2とを、その先端部基部分17bの内周面17biの両端に有する。従って、先端部基部分17bの内周面17biは、その両端が本体部6の内周面6iと先端部先部分17aの内周面17aiとに各々、段差無く滑らかに接続される。
【0020】
本実施形態において、第1,第2曲面r1,r2は何れも切削加工で形成される。従って、本体部6の内周面6iと、先端部基部分17bの、第1,第2曲面r1,r2を含む内周面17biとは、連続して切削加工可能である。
【0021】
一方、先端部17の、先端部基部分17bの先端側に連なる先端部先部分17aは、これの内周面17aiが非切削面であり、即ち切削加工されていない。
【0022】
先端部基部分17bのテーパ状の内周面17biの、シャフト軸線Lに対する傾斜角αは、先端部17が絞り加工されて形成される前記先端絞り部7の絞り角βよりも小さく設定される。尚、絞り角βは、先端絞り部7の内周面に絞り加工で形成されたテーパ面7tの、シャフト軸線Lに対する傾斜角に相当する。
【0023】
次に第1実施形態の作用を、図3を併せて参照して説明する。
【0024】
本実施形態の中空シャフトSの製造方法は、例えば、円筒パイプ状のパイプ素材Bの内周面に対する切削工程と、切削工程後のパイプ素材Bのうち先端部17のみを、本体部6より縮径するよう絞り加工する絞り加工工程とを含む。
【0025】
上記切削工程では、円筒状をなす本体部6の内周面6iを所定の内径に切削加工すると共に、本体部6の一端に連なる先端部基部分17bの内周面17biを、先細りのテーパ面状(但し両端は第1,第2曲面r1,r2)になるよう切削加工するが、先端部基部分17bの先端側に連なる先端部先部分17aの内周面17aiは非切削面とする。
【0026】
図3には、上記した絞り加工工程の一例が示され、(a)は絞り加工直前の状態を、また(b)は絞り加工直後の状態をそれぞれ示す。
【0027】
絞り加工に用いる金型装置Cは、例えば、固定の金型本体20と、金型本体20に対し昇降駆動可能な押し型21とを備える。金型本体20は、これの上面に開口してパイプ素材Bの本体部6の一部及び先端部17を嵌合、支持し得る成形孔22を有する。
【0028】
この成形孔22には、パイプ素材Bの先端部17を押し型21と協働して絞り加工(即ち先細り状に縮径する)ためのテーパ状成形面22tと、テーパ状成形面22tの大径端(上端)に連続して上方に延びる本体部保持面22uと、テーパ状成形面22tの小径端(下端)に連続して下方に延びる先端成形面22dとを備える。そして、テーパ状成形面22tの大径端と本体部保持面22uとの間、並びにテーパ状成形面22tの小径端と先端成形面22dとの間は各々、横断面円弧状の曲面を介して滑らかに接続される。
【0029】
また押し型21には、これの下面より突出してパイプ素材Bの上端部を嵌合、保持可能な保持部21aが一体的に設けられる。
【0030】
而して、絞り加工工程では、例えば図3(a)に示すように、押し型21の保持部21aに上端部を嵌合、保持されたパイプ素材Bの下端部即ち先端部17を、金型本体20の成形孔22、特に本体部保持面22uに嵌挿させる。次いで、図3(b)に示すように、押し型21でパイプ素材Bを下方に押し込み、パイプ素材Bの先端部17をテーパ状成形面22t内に押し入れることでテーパ状成形面22tに倣わせるように絞り加工する。この先端部17に対する絞り加工により、先細りの先端絞り部7が成形される。
【0031】
尚、図示例では押し型21がパイプ素材Bを、先端部17の下端が成形孔22のテーパ状成形面22tを経て先端成形面22d内に所定量没入するまで押し下げるようにしている。これにより、絞り加工後の先端絞り部7の先部7aには、先端成形面22dに倣うように短円筒部7aeが形成される。
【0032】
上記した第1実施形態によれば、円筒状の本体部6と、本体部6の一端に一体に連なる縮径した先端絞り部7とを備えた中空シャフトSにおいて、本体部6の内周面6iと、先端絞り部7の、本体部6の一端側に連なる基部7bの内周面7biとが、先端絞り部7を絞り加工する前に連続的に切削加工された切削面で形成されており、一方、先端絞り部7の、基部7bの先端側に連なる先部7aの内周面7aiは非切削面とされる。
【0033】
これにより、先端絞り部7は、これが絞り加工される前に、先部7aの内周面7aiが切削されないことで十分な肉厚を残せるから、絞り加工の絞り比を小さくしつつ所定の内径を得ることができ、その結果、絞り加工の際に本体部6が変形しにくくなり、中空シャフトSを全体として高い形状精度で成形可能となる。従って、中空シャフトSを例えば高回転する動力伝達軸として用いる場合には、これの形状精度を高くできることで、高回転による芯振れを抑制する上で有利になる。その上、絞り加工前の切削加工が、本体部6の内周面6iから先端絞り部7の一部(即ち基部7b)の内周面7bi全域にまで及ぶため、本体部6の内周面6i全体を確実に切削加工可能となって、本体部6の形状精度を高める上で、より有利になる。
【0034】
また絞り加工前の中空シャフトSの内周面における切削面と非切削面との境界が、先端絞り部7の中間部(即ち基部7bと先部7aの境界)に位置していて絞り加工の起点から離間している。従って、仮に切削面と非切削面との境界に僅かな段差が残る場合(例えば、後述する第2実施形態を参照)でも絞り加工の起点での応力集中要因とはなりにくく、それだけ先端絞り部7と本体部6との境界付近に絞り加工時に応力集中が生じるのを抑制可能となるため、前述のように形状精度を高くできる効果とも相俟って、中空シャフトSの剛性強度アップに大いに寄与することができる。
【0035】
また本実施形態では、中空シャフトSが絞り加工される前のパイプ素材Bにおいて、絞り加工の対象となる先端部17のうち、本体部6の一端に連なる先端部基部分17bの内周面17biは、本体部6から先端部17の先端に向かうにつれて徐々に縮径するテーパ状の切削面であると共に、先端部基部分17bに連なる先端部先部分17aの内周面17aiは非切削面である。しかも先端部基部分17bのテーパ状の内周面17biの、シャフト軸線Lに対する傾斜角は、先端絞り部7の絞り角β(即ち先端絞り部7の内周面の先細りテーパ面7tの、シャフト軸線Lに対する傾斜角)よりも小さく設定される。これにより、先端部基部分17bの切削面たる内周面17biが絞り加工に伴い径方向内方側に過度に張り出して該内周面17bi(切削面)の端に段差が形成されてしまうのを効果的に抑制できるため、絞り加工後において本体部6から先端絞り部7の先端に至る部分の内周面を滑らかに形成することが可能となる。
【0036】
更に先端部基部分17bの内周面17biは、これを本体部6の内周面6iに滑らかに繋げる第1曲面r1と、先端部先部分17aの内周面17aiに滑らかに繋げる第2曲面r2とを有しているため、絞り加工の際に先端部基部分17bの内周面17biと、本体部6及び先端部先部分17aの内周面6i,17aiとの各境界部に応力集中が生じにくくなり、加工不良が効果的に抑えられるばかりか、中空シャフトSの更なる剛性強度アップが図られる。
【0037】
また図4図5には、第2実施形態が示される。第1実施形態では、パイプ素材Bの先端部17において、先端部基部分17bの内周面17biが先細りテーパ状の切削面で形成されるものを示したが、第2実施形態では先端部基部分17bの内周面17biが、各部が一様等径の円筒面状の切削面で形成される。従って、絞り加工前において、先端部基部分17bの内周面17bi(切削面)と、先端部先部分17aの内周面17ai(非切削面)との間には、切削量に対応したごく僅かな段差18が生じている。尚、図4の二点鎖線は、切削加工される前のパイプ素材Bの内周面を示す。
【0038】
この第2実施形態においても、パイプ素材Bの内周面は、円筒状の本体部6の内周面6iのみならず先端部基部分17bの内周面17bi全域まで切削面で形成されるため、第1実施形態の前記した作用効果のうちの特に先端部基部分17bの内周面17biをテーパ状の切削面とした点に基づく作用効果や、第1,第2曲面r1,r2に基づく作用効果を除いて、第1実施形態と同様の作用効果を達成可能である。
【0039】
ところで第2実施形態のように先端部基部分17bの切削面たる内周面17biがテーパ状でない構造では、先端部基部分17bの内周面17biの、絞り加工に伴う径方向内方側への張り出し変形量が比較的大きくなり、絞り加工後においても、該内周面17biの端(即ち該内周面17bi(切削面)と先端部先部分17aの内周面17ai(非切削面)との間)に僅かながら段差が残ってしまう可能性がある。これに対し、第1実施形態では、前述の如く先端部基部分17bの内周面17biをテーパ状の切削面としたことで、その内周面17biが絞り加工に伴い径方向内方側に過度に張り出して内周面17bi(切削面)の端に段差が形成されてしまうのを効果的に抑制可能である。
【0040】
また図6には、第3実施形態が示される。第1実施形態では、パイプ素材Bの先端部基部分17bの内周面17biが、これを本体部6の内周面6iに滑らかに繋げる第1曲面r1と、先端部先部分17aの内周面17aiに滑らかに繋げる第2曲面r2とを含むものを示したが、第3実施形態では、第1,第2曲面r1,r2が廃止される。即ち、パイプ素材Bの先端部基部分17bのテーパ状の内周面17biの基端が、本体部6の内周面6iに第1曲面r1を介さずに直接接続され、また同内周面17biの先端が、先端部先部分17aの内周面17aiに第2曲面r2を介さずに直接接続される。
【0041】
この第3実施形態においても、パイプ素材Bの内周面は、円筒状の本体部6の内周面6iのみならず先端部基部分17bのテーパ状の内周面17bi全域まで切削面で形成されるため、第1実施形態の前記した作用効果のうちの特に第1,第2曲面r1,r2に基づく作用効果を除いて、第1実施形態と同様の作用効果を達成可能である。
【0042】
尚、第3実施形態では、先端部基部分17bの内周面17biにおいて、第1,第2曲面r1,r2を両方とも廃止したが、第3実施形態の変形例(図示せず)として、例えば、第1,第2曲面r1,r2の何れか一方だけを廃止するようにしてもよい。
【0043】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
【0044】
例えば、前記実施形態では、絞り工程を1段のみで行うものを示したが、絞り工程を多段階に実行してもよい。この場合、金型本体20は、例えば成形孔22のテーパ状成形面22tの形状が異なる複数種類を用意し、それらを順次に使用して、ブランク(パイプ素材B)に対する絞り加工を、先端部17が段階的に縮径されるように実行する。
【0045】
また前記実施形態では、第2曲面r2を第1曲面r1と同様、切削加工で形成するものを示したが、第2曲面r2は、切削加工以外の機械加工(例えば研磨加工)で形成してもよい。
【符号の説明】
【0046】
B・・・・・・パイプ素材
L・・・・・・シャフト軸線
S・・・・・・中空シャフト
α・・・・・・先端部基部分の内周面のシャフト軸線に対する傾斜角
β・・・・・・先端絞り部の絞り角
r1,r2・・第1,第2曲面
6・・・・・・本体部
6i・・・・・内周面
7・・・・・・先端絞り部
7a・・・・・先端絞り部の先部
7ai・・・・先部の内周面
7b・・・・・先端絞り部の基部
7bi・・・・基部の内周面
17・・・・・先端部
17a・・・・先端部基部分
17ai・・・先端部先部分の内周面
17b・・・・先端部基部分
17bi・・・先端部基部分の内周面
図1
図2
図3
図4
図5
図6