动力传递轴以及花键加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及动力传递轴以及花键加工方法。
【背景技术】
[0002]例如，对于作为机动车的驱动轴中使用的动力传递轴的轴，若在结构方面对其种类进行大致区分，则分为由实心的棒材加工而成的实心轴和由钢管等加工而成的中空轴。近年来，由于机动车的行走部分的轻型化、扭转刚性、NVH特性的提高这样的功能方面上的必要性，使用中空轴的情况增加。
[0003]在图1中示出使用实心轴的机动车的前轮用驱动轴。驱动轴30主要包括配置于驱动车轮侧(图中左侧:以下，也称为外盘侧)的固定式等速万向联轴器1、配置于差动装置侧(图中右侧:以下，也称为内盘侧)的滑动式等速万向联轴器31、以能够传递转矩的方式连结两等速万向联轴器1、31的实心轴12。如图所示，在前轮用驱动轴30中，由于车轮转向，因此，通常，在外盘侧(车轮侧)使用具有较大的工作角但不沿轴向位移的固定式等速万向联轴器1，在内盘侧(差动装置侧)使用最大工作角较小但能够在具有工作角的同时进行轴向位移的滑动式等速万向联轴器31。
[0004]固定式等速万向联轴器I是所谓的球笼型等速万向联轴器，该等速万向联轴器I主要包括外侧联轴器构件2、内侧联轴器构件3、滚珠4以及保持器5，滑动式等速万向联轴器31是所谓的双圈型等速万向联轴器，该等速万向联轴器31主要包括外侧联轴器构件32、内侧联轴器构件33、滚珠34以及保持器35。形成在实心轴12的两端的外花键(也包括锯齿型花键。以下，相同)19、49分别与固定式等速万向联轴器I的形成于内侧联轴器构件3的内花键17、滑动式等速万向联轴器31的形成于内侧联轴器构件33的内花键47连结。
[0005]在图13中示出使用了中空轴的机动车的前轮用驱动轴。在该驱动轴60中，在外盘侧与上述相同地使用了作为固定式等速万向联轴器的球笼型等速万向联轴器I。固定式等速万向联轴器I与图1相同因此省略说明。在内盘侧使用了作为滑动式等速万向联轴器的三球销型等速万向联轴器61。三球销型等速万向联轴器61主要包括外侧联轴器构件62、作为内侧联轴器构件的三球销构件63和滚子64，滚子64以旋转自如的方式嵌合于形成在三球销构件63的三个脚轴65，滚子64以滚动自如的方式收容于形成在外侧联轴器构件62的滚道槽66。形成在中空轴72的两端的外花键19、79分别与固定式等速万向联轴器I的形成于内侧联轴器构件3的内花键17、滑动式等速万向联轴器61的形成于三球销构件63的内花键77连结。
[0006]无论实心轴或者中空轴，对于形成在轴上的外花键的轴端相反侧的端部(根部)的形状存在各种类型，例如，具有如图25a所示那样直接在动力传递轴100的外周面上拉出形成于动力传递轴100的外花键101的齿底(也称为谷部)102的形状(以下，也称为切除形状(切<0抜U形状))、如图25b所示那样使外花键101的齿底102平滑地扩径而与动力传递轴100的外周面相连的形状(以下，也称为上切形状(切上*9形状))等。其中，已知在上切形状的情况下，通过扩径面105a而具有应力缓和效果，能够提高动力传递轴的强度。
[0007]另外，对于上切形状，具有在花键的扩径部105的轴向区域使齿底102的圆周方向宽度在轴端相反侧扩大的形状(以下，也称为枪形状)、在扩径部的轴向区域使谷部的圆周方向宽度固定的形状(以下，也称为船形状)等。在专利文件I中记载了如下内容，即，在这样的枪形状、船形状中，通过设置使扩径面105a和与之相邻的齿面104的角部的边钝化的钝化部，从而使在角部产生的应力集中缓和，由此实现动力传递轴的静态强度以及疲劳强度的提高。
[0008]在先技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开2005-147367号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的课题
[0012]然而，近年来，由于对环境问题的关注的提高，例如在机动车中，强烈要求废气限制的强化、燃料利用率提高等，作为上述问题的对策的一环，对于驱动轴、传动轴等动力传递轴，也强烈要求进一步轻型化.强度提高。
[0013]作为满足这样的要求的一个例子，在图17以及图18中示出作为上切形状之一的枪形状。如图17所示，内侧联轴器构件103的内花键117与轴112的外花键119嵌合。在轴112的与花键上切部(以下，也称为扩径部)120邻接的轴端相反侧设置有供内侧联轴器构件103的端部倒角部103a抵接的嵌合基准面124。如图18所示，枪形状形成为，在外花键119的扩径部120的轴向区域，齿底119b的周向宽度随着朝向轴端相反侧而扩大。在枪形状中，如图17所示，由于能够将齿面119a确保至扩径部120的轴向区域，因此能够将容易应力集中的嵌合端117a的轴向位置设定在与齿底11%连结且直径比花键小径F大的扩径部120，能够实现轴112以及外花键119的强度提高。但是，已知该枪形状的外花键119如后述那样在加工方面、制造成本方面还存在改良的余地。
[0014]这样，对于动力传递轴的花键而言，在确保其精度以及强度的同时，容易进行加工并抑制制造成本非常重要，但专利文献I并未着眼于这一点。
[0015]本发明是鉴于上述问题点而提出的，其目的在于提供一种能够在确保花键的精度以及强度的同时、容易进行加工并抑制制造成本的动力传递轴以及花键加工方法。
[0016]用于解决课题的方法
[0017]为了实现上述目的，本发明人进行了认真研究以及试验评估，得到以下的见解。
[0018][花键的根部形状]
[0019]如上所述，对外花键的根部形状进行大致区分，具有上切形状和切除形状，其中，能够使外花键的与根部连接的轴部尺寸比花键小径大的上切形状在强度方面有利。并且，根据图17以及图18，如上所述，作为上述的上切形状之一的枪形状能够将外花键119的齿面119a确保至扩径部120的轴向区域，因此能够将容易应力集中的花键嵌合端117a的轴向位置设定在与花键齿底11%连结且直径比花键小径F大的扩径部120的轴向区域，能够实现轴112以及外花键119的强度提高。着眼于这一点，将具有上切形状的枪形状的花键119作为研究对象。
[0020][花键的成形方法]
[0021]并且，在外花键119中，由齿面119a和齿底119b构成的角部呈圆角(R)形状在强度方面有利。但是，当对这种角部呈圆角形状的外花键119进行滚乳加工时，由于加工过程中的齿条与工件的运动，齿根(齿面中的与节圆直径相比靠近齿底11%的范围)、齿底11%附近的形状容易变化。并且，在薄壁的中空轴的情况下，中空轴椭圆变形，难以用于滚乳加工。关于这一点，在冲压成形的情况下，通过转印模具形状能够对角部的圆角形状高精度地进行加工。着眼于这一点，作为花键的成形方法，将冲压成形作为研究对象。
[0022][研究与试验评估]
[0023]鉴于上述的研究，按照对具有上切形状的枪形状的外花键进行冲压成形这样的构思，为了查明实现提高精度、强度、加工性以及抑制制造成本的花键，进行了各种研究、试验评估。具体而言，如图19?24所示，对于枪形状的花键，制作了各种冲压加工用冲模、轴的样品，并进行试验评估。
[0024](I)试验评估1:使花键加工前直径比花键大径小的轴样品的冲压成形
[0025]在现行的滚乳加工中，通过滚乳加工使花键大径膨胀，从而成形出使轴半成品的花键加工前直径比花键大径小的规格的花键。首先，以该规格为基准进行试验评估。如图19所示，制作使冲压加工前的轴样品112a的花键加工前直径Ga比成形后的花键大径E小的构件。在该轴样品112a中，由于预测了用于使花键大径E膨胀成形的余料的隆起(以下，也称为突起)，因此使用图20所示的将突起抑制部125设置于内周面的冲模122a进行冲压成形。在该情况下，已知花键加工前直径Ga与突起抑制部125的缝隙变大，在冲压成形后的轴样品112a’的根部H产生较大的突起123，且难以减小该突起123。另外，除该突起的问题以外，已知存在花键大径E被大幅拉伸，产生破裂、齿顶119c的高度不一致的问题。需要说明的是，上述的花键加工前直径Ga与突起抑制部125的缝隙变大的理由是由于花键119的扩径部120与嵌合基准面124的轴向距离设定为比突起抑制部125的轴向长度短的形状造成的。伴随于此，为了避免突起抑制部125与嵌合基准面124的外径I的干涉，需要将突起抑制部125的尺寸设定为比外径I略大，其结果是，花键加工前直径Ga与突起抑制部125的缝隙变大。
[0026](2)试验评估2:使花键加工前直径比花键大径大的轴样品的冲压成形
[0027]作为上述问题的对策，如图21所示，制作使冲压加工前的轴样品112b的花键加工前直径Gb比成形后的花键大径E大的构件。使用图22所示的未设置突起抑制部的冲模122b对该轴样品112b进行冲压成形。在该情况下，已知在冲压成形后的轴112b’中，如图22中空心箭头所示，在成形齿底119b时被压出的材料向冲模122b的行进方向(图的右方)被压出，在根部H容易产生较大的突起123。
[0028](3)试验评估3:通过具有突起抑制部的冲模对使花键加工前直径比花键大径大的轴样品进行冲压成形〕
[0029]作为上述问题的对策，使用与试验评估2中使用的轴样品112b相同的轴样品(花键加工前直径Gb >花键大径E)，如图23所示，以通过设置有突起抑制部125的冲模122c来挤压突起123的方式进行冲压加工。但是，已知存在加工负载变大，模具寿命降低的可能性。另外，如图24a所示，花键的冲压加工结束后的轴112b”成为如下状态，S卩，在根部H(参照图22)产生突起123，另外，在花键加工前直径加工时所形成的嵌合基准面124的预备加工面124’上也发生变形。与上述的试验评估2相同，如图23中空心箭头所示，已知与齿底119b