JP2001011535A - 筒軸加工方法ならびに筒軸 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】異形外周を有する筒軸の加工方法において、そ
の筒軸のメススプライン部に熱硬化処理を施すに際し、
メススプライン部の形状歪みの量を軸方向にほぼ一様と
しその寸法精度を確保すること。 【解決手段】凸軸２０がスプライン嵌合される筒軸１０
を加工する方法において、軸方向所要領域の外径が他の
領域に対して異径となっている筒軸１０に対し、メスス
プライン部１３を形成する工程と、前記筒軸１０のメス
スプライン部１３に対して熱硬化処理を施す工程とを含
み、この熱硬化処理の過程において、筒軸１０において
外径が小径である領域に対して、メススプライン部１３
の軸方向各部の放熱を均等化ないしはほぼ均等化する放
熱治具３０をあてがうことで、軸方向各部の熱容量を均
等化し、これによって、メススプライン部１３の形状歪
みの量を軸方向にほぼ一様としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、凸軸とスプライン
嵌合されて使用される筒軸を加工する方法ならびにその
筒軸に関する。この筒軸は、例えば伸縮軸を構成する一
方軸体の軸端部分、自在継手のヨークの軸端部分、ある
いは、トラクタの駆動軸とトラクタで牽引される各種作
業機の入力軸との一方の軸端部分に設けられる。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、例えば２つの軸体を自在継手
を介して連結するような場合、自在継手のヨークと各軸
体とをスプライン嵌合とすることがあり、その場合、例
えば、ヨークの軸端部分を、内周面にメススプライン部
を有する筒軸とし、また軸体の軸端部分をオススプライ
ン部が形成された凸軸とする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなヨークにお
いては、筒軸と凸軸それぞれをスプライン嵌合する過程
で、筒軸のメススプライン部が凸軸のオススプライン部
に衝突すると、メススプライン部の端縁が変形させられ
る可能性がある。このような変形は、好ましくないの
で、本発明者らが、筒軸のメススプライン部に対して各
種条件で熱硬化処理を施し、前記変形に抗する強度を向
上させることを試みたところ、この熱硬化処理はメスス
プライン部の強度向上には効果があった。しかしなが
ら、その熱硬化処理をするとメススプライン部に形状歪
みが発生し、これによってその寸法精度が確保されず、
前記オススプライン部との嵌合性が低下することが判明
した。

【０００４】そこで、本発明者らは、さらに鋭意研究を
進めた。その結果、各種形状の筒軸のうち、筒軸の肉厚
がほぼ均一な場合は、熱硬化処理をしてもメススプライ
ン部の形状歪み量が、各部ではほぼ均等になるので、寸
法公差の範囲内に収めるように管理すれば問題ない。し
かし、筒軸が異形外周の場合、つまり、肉厚が軸方向の
所要領域で大小異なる場合では、形状歪み量が軸方向に
不均一となるために、メススプライン部の寸法精度が確
保できなくなり、前記スプライン嵌合性が低下するな
ど、後加工が必要になることを見いだした。

【０００５】したがって、本発明は、異形外周の筒軸の
熱硬化処理を含む筒軸加工方法において、スプライン嵌
合部の形状歪み量を軸方向に一様にでき、メススプライ
ン部の寸法精度が確保できるように筒軸を加工する筒軸
加工方法およびこれによる筒軸を提供することを目的と
している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の筒軸加工方法に
おいては、凸軸がスプライン嵌合される筒軸を加工する
方法において、軸方向所要領域の外径が他の領域に対し
て異径となっている筒軸に対し、メススプライン部を形
成する工程と、前記筒軸のメススプライン部に対して熱
硬化処理を施す工程とを含み、前記熱硬化の処理過程に
おいて、前記筒軸においての外径が小径である領域に対
して、前記メススプライン部の軸方向各部の放熱を均等
化ないしはほぼ均等化する放熱治具をあてがうことを特
徴としている。

【０００７】前記筒軸加工方法においては、好ましく
は、前記熱硬化処理の工程が、高周波焼き入れである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の詳細を図面に示す実施形
態に基づいて説明する。

【０００９】本実施の形態の筒軸加工方法は、詳しくは
後述するが、要するに、凸軸がスプライン嵌合される筒
軸を加工する方法において、外周の軸方向所要領域が他
の領域に対して異径となっている筒軸に対し、メススプ
ライン部を形成する工程と、前記筒軸のメススプライン
部に対して熱硬化処理を施す工程とを含み、前記熱硬化
の処理過程において、前記筒軸においての外径が小径で
ある領域に対して、前記メススプライン部の軸方向各部
の放熱を均等化ないしはほぼ均等化する放熱治具をあて
がうようにしている。この熱硬化処理の工程において
は、特に、前記軸方向所要領域は、筒軸の外周において
他の部材（例えば、後述する図５および図６の支持ユニ
ットＣに相当する）が取り付けられる嵌合面となる。な
お、ここに言う放熱治具の用語は、軸方向各部の熱容量
の差異を均等化するものでもあるから、熱容量均等化用
治具とも換言できるし、放熱を均等化するから放熱均等
化用治具とも換言できるし、材料が同じの場合は軸方向
各部の肉厚を均等化するための肉厚均等化用治具とも換
言できるし、また、熱硬化処理における急冷工程での形
状歪み量を軸方向各部で均等化するために形状歪み量均
等化用治具とも換言できるし、その名称に限定されるも
のではなく、結果として、メススプライン部の軸方向各
部の放熱を均等化できるものであればそのすべてが含ま
れる。

【００１０】図１は、上述した実施の形態の筒軸加工方
法により加工された円筒形の筒軸１０と、これにスプラ
イン嵌合する円柱形の凸軸２０とを示している。

【００１１】筒軸１０は、外周が前記軸方向所要領域が
薄肉とされた小径部１１と、小径部１１より厚肉の大径
部１２との段差形状となった異形外周を有し、かつ内周
軸方向に高周波焼き入れなどで熱硬化処理が施されたメ
ススプライン部１３を有している。

【００１２】凸軸２０は、外周にオススプライン部２１
を有しており、筒軸１０にスプライン嵌合されること
で、筒軸１０に対して、両スプライン部１３，２１どう
しの嵌合（スプライン嵌合）により、軸方向に摺動可能
にかつ周方向に同期回転する状態に連結されるようにな
っている。

【００１３】筒軸１０は、熱硬化処理が施されているの
で、両スプライン部１３，２１がスプライン嵌合する過
程で、筒軸１０のメススプライン部１３が凸軸２０のオ
ススプライン部２１に衝突しても、一方側開口端縁が変
形させられることがない。

【００１４】また、その熱硬化処理により発生するメス
スプライン部１３の歪み量が軸方向でほぼ一定となりス
プライン嵌合上の寸法精度を確保できたものとなってい
る。

【００１５】以下、このような筒軸１０に加工する本実
施の形態の筒軸加工方法について詳しく説明する。

【００１６】筒軸１０は、外周に小径部１１と大径部１
２とを有しているが、小径部１１は、薄肉であるため
に、熱容量が小さい。大径部１２は、厚肉であるため
に、熱容量が大きい。したがって、かかる外周を備えた
筒軸１０の場合、軸方向各部の熱容量に差、つまり、放
熱に差を有するから、メススプライン部１３を形成して
直ちに熱硬化処理を施したのでは、その熱硬化処理によ
るメススプライン部１３の軸方向各部の形状歪み量が不
均一となりその寸法精度の確保が困難となる。そこで、
実施の形態では、メススプライン部１３を形成した後、
前記両熱容量の差をなくして放熱を均等化ないしはほぼ
均等化するために、小径部１１に放熱治具３０をあてが
うことで、この放熱治具３０を含めた全体の軸方向各部
の放熱を均等化ないしはほぼ均等化している。

【００１７】そして、この状態で、メススプライン部１
３の熱硬化処理を施すようになっている。これによっ
て、放熱治具３０を取り去った後の筒軸１０において
は、メススプライン部１３における歪み量は軸方向どこ
でも一様となり、これによって、メススプライン部１３
の寸法精度を確保することが可能となっている。

【００１８】以下、このことをさらに図２を参照して具
体的に説明する。

【００１９】図２（ａ）で示すように、断面が円形で、
かつ、外周が、軸方向において異径、つまり、小径部１
１と大径部１２とを有する鍛造筒軸１０を用意する。こ
の筒軸１０は、その貫通孔内周面と当該筒軸１０外周面
との間の肉厚が、小径部１１では薄肉であり、大径部１
２では厚肉となっている。

【００２０】次に、図２（ｂ）で示すように、筒軸１０
の貫通孔の内周面にブローチ加工を施すことにより、メ
ススプライン部１３を形成する。

【００２１】メススプライン部１３を形成したあと、図
２（ｃ）で示すように、環状の放熱治具３０を小径部１
１にあてがって、全体としての軸方向各部における熱容
量を均等化する。この熱容量の均等化について説明す
る。放熱治具３０の材料が、筒軸１０のそれと同じであ
れば、放熱治具３０は、小径部１１の軸方向長と一致す
る軸方向長と、大径部１２と小径部１１との差に対応し
た肉厚とを有する。したがって、図２（ｃ）の状態で
は、筒軸１０のメススプライン部１３の軸方向各部にお
ける熱容量は均等化される。

【００２２】なお、放熱治具３０の材料は、筒軸１０の
それと異なっても構わない。この場合は、放熱治具３０
の肉厚は、大径部１２と小径部１１との肉厚差に限定さ
れず、要するに、全体としての熱容量が均等となればよ
い。

【００２３】このようにして放熱治具３０を小径部１１
の外周面にあてがった状態で、メススプライン部１３に
対して高周波焼き入れ等による熱硬化処理を施す。この
熱硬化処理によりメススプライン部１３の強度が向上
し、前記衝突による一方側開口端縁の変形が防止可能と
される。

【００２４】このメススプライン部１３に対する熱硬化
処理には、高温加熱工程と急冷工程とがあり、この急冷
工程において、メススプライン部１３に形状歪みが発生
する。この場合、上述したように、筒軸１０の軸方向各
部の熱容量がほぼ均等であるので、この形状歪みの量
は、熱硬化処理時点の放熱治具３０を含む筒軸１０の全
体の肉厚が軸方向各部で一様となった。具体的には、従
来の加工方法では、公差幅０．０６ｍｍ（直径当たり）
に対し、小径部１１での形状歪み量と、大径部１２での
形状歪み量との差（歪量差）は、０．１０ｍｍであった
が、実施の形態では、前記歪量差は、公差幅以下とな
り、筒軸１０のメススプライン部１３の所要の寸法精度
の確保が可能となった。メススプライン部１３の形成時
に、この歯と溝との形状寸法について、歪みが発生した
状態で、製品として要求される寸法公差となるように管
理している。

【００２５】次いで、図２（ｄ）で示すように、放熱治
具３０を取り去ることで、図１で示される小径部１１と
大径部１２とを有する異形外周の筒軸１０が得られる。

【００２６】本実施の形態の筒軸加工方法は、次に図３
および図４を参照して述べるような構造を備えた筒軸の
加工には特に有用である。

【００２７】１０ａは、筒軸であり、２０は、凸軸であ
る。

【００２８】筒軸１０ａは、その内周面の一方開口端に
拡径テーパ面１４、メススプライン部１３の各スプライ
ン歯の先端部分の周方向両側には、それぞれ斜めに湾曲
した斜面１５が形成されていて、当該スプライン歯の先
端部分の形状が平面視ほぼＶ字形に形成されている。な
お、斜面１５において、それぞれスプライン溝側に位置
する２つの斜面１５が一対となって、すり鉢状に湾曲し
た形状になっている。拡径テーパ面１４においてメスス
プライン部１３の各スプライン溝の先端側の領域には、
前述したスプライン溝側に位置する２つ一対の斜面１５
に対して連接する扇形の陥没部１６が形成されている。
各スプライン歯のＶ字形歯先は、先鋭に尖っておらず
に、周方向に沿って平坦に形成されている。この平坦部
分を平坦部１７とする。この平坦部１７の周方向幅Ｂ
は、０．５〜３ｍｍの範囲内、好ましくは１ｍｍに設定
される。なお、この平坦部１７は、丸いＲ面としてもよ
い。なお、スプライン溝の先端部分に形成される２つ一
対の斜面１５，１５と陥没部１６とは凸軸２０を連結す
るときの位相ずれを補正する案内面となる。

【００２９】そして、この筒軸１０ａは、その外周面が
小径部１１と大径部１２とを有した異形外周となってい
るが、その製作は、上述した筒軸１０の場合と同様であ
るので、その説明を省略する。また、凸軸２０は、スプ
ライン部２１の各スプライン歯の先端に、テーパ面２２
を有している。

【００３０】上述した筒軸１０ａの場合、凸軸２０との
連結過程において、両軸１０ａ，２０の軸心がずれてい
たり、あるいは両軸１０ａ，２０のスプライン部１３，
２１どうしの位相がずれていたりしても、芯ずれや位相
ずれが、人手を煩わせることなく自動的に円滑に補正さ
れる。また、両軸１０ａ，２０の軸心がずれている場
合、両軸１０ａ，２０を突き合わせる動作に伴い、筒軸
１０ａのテーパ面１４と、凸軸２のスプライン歯のテー
パ面２２とが当接したときに、筒軸１０ａのテーパ面１
４が、凸軸２０の軸方向推進力を径方向へ変位させる力
に変換させるように作用し、筒軸１０ａの軸心と凸軸２
０の軸心とが合致するようになる。

【００３１】この筒軸１０ａは、例えば図５に示される
トラクタ２の駆動軸２ａに対して作業機３の凸軸形状の
入力軸３ａを連結するためのカップリングとして利用す
ることができる。具体的には、トラクタ２の駆動軸２ａ
の自由端に取り付けられてある十字軸継手２ｂのヨーク
２ｃの軸端に、筒軸１０ａが一体に設けられる。

【００３２】図４に示した例では、トラクタ２の駆動軸
２ａと作業機３の入力軸３ａとを人手を介入せずに自動
的に連結できるようにするために、トラクタ２側に配設
されて作業機３を引き寄せるアームユニットＡと、作業
機３側に配設されてアームユニットＡに係止される係止
ユニットＢと、トラクタ２のアームユニットＡに配設さ
れて十字軸継手２ｂの一方ヨーク２ｃをほぼ水平姿勢で
回動可能な状態で傾動可能かつ径方向変位可能に支持す
る支持ユニットＣとを装備している。

【００３３】支持ユニットＣは、例えば図５に示すよう
に、トラクタ２のアームユニットＡに固定される環状枠
体４と、この環状枠体４に取り付けられる自動調心玉軸
受５と、この自動調心玉軸受５を環状枠体４のほぼ中心
位置に宙づり保持する３つのコイルばね６とで構成され
ている。環状枠体４は、２枚一対の環状板４ａ，４ｂ
と、環状板４ａ，４ｂの間に挟まれて径方向内外に配設
される内筒４ｃおよび外筒４ｄとからなる。内筒４ｃ
は、径方向に摺動可能になっている。外筒４ｄの円周３
カ所には、コイルばね６の圧縮量を調節する３つの中空
ボルト４ｅが螺着されている。

【００３４】このようなトラクタ２と作業機３との連結
用のカップリングとして、筒軸１０ａを利用すれば、筒
軸１０ａによる位相ずれ補正機能がきわめて有効にな
り、トラクタ２の駆動軸２ａと作業機３の入力軸３ａと
の連結動作の一層の円滑化に大きく貢献できるようにな
る。

【００３５】

【発明の効果】本発明の筒軸加工方法においては、軸方
向所要領域の外径が他の領域に対して異径となっている
筒軸に対し、メススプライン部を形成する工程と、前記
筒軸のメススプライン部に対して熱硬化処理を施す工程
とを含み、前記熱硬化の処理過程において、前記筒軸に
おいての外径が小径である領域に対して、前記メススプ
ライン部の軸方向各部の放熱を均等化ないしはほぼ均等
化する放熱治具をあてがうので、まず、熱硬化処理の工
程ではメススプライン部の軸方向熱容量が均等化されて
いるので、熱硬化処理によるメススプライン部の形状歪
み量は、軸方向どこでも一様となる。その結果、筒軸の
メススプライン部は、凸軸のオススプライン部との嵌合
に際しての開口端縁の変形が防止されるとともに、メス
スプライン部における歪み量を軸方向どこでも一様なた
め、メススプライン部の寸法精度を確保して、凸軸との
スプライン嵌合性を向上させることができる。

【００３６】前記筒軸加工方法においては、前記熱硬化
処理の工程が、高周波焼き入れである場合は、筒軸の外
周面を熱硬化処理しないので、通常の旋削により、軸方
向所要領域を例えば薄肉などの異径加工ができて好まし
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の筒軸加工方法で加工された
筒軸とそれにスプライン嵌合する凸軸との斜視図

【図２】図１の筒軸の加工方法の説明に供する断面図

【図３】実施の形態の加工方法が適用される他の筒軸の
断面図

【図４】図３の筒軸とそれにスプライン嵌合する凸軸と
の斜視図

【図５】図３の筒軸をトラクタと作業機との連結用カッ
プリングとした例を示す側面図

【図６】図５中の支持ユニットを示す縦断側面図

【符号の説明】

１０ 筒軸 １１ 筒軸の小径部 １２ 筒軸の大径部 １３ 筒軸のメススプライン部 ２０ 凸軸 ２１ 凸軸のオススプライン部 ３０ 放熱治具

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】凸軸がスプライン嵌合される筒軸を加工す
   る方法において、 軸方向所要領域の外径が他の領域に対して異径となって
   いる筒軸に対し、メススプライン部を形成する工程と、 前記筒軸のメススプライン部に対して熱硬化処理を施す
   工程と、 を含み、 前記熱硬化の処理過程において、前記筒軸においての外
   径が小径である領域に対して、前記メススプライン部の
   軸方向各部の放熱を均等化ないしはほぼ均等化する放熱
   治具をあてがう、 ことを特徴とする筒軸加工方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の筒軸加工方法において、 前記熱硬化処理の工程が、高周波焼き入れである、こと
   を特徴とする筒軸加工方法。
3. 【請求項３】凸軸がスプライン嵌合される筒軸におい
   て、 請求項１または２に記載の筒軸加工方法により加工され
   ている、 ことを特徴とする筒軸。
4. 【請求項４】請求項３に記載の筒軸において、 一方開口端に、前記凸軸との連結時の位相ずれを補正す
   るための案内面が設けられている、 ことを特徴とする筒軸。