JP2006266286A - 等速ジョイント用外輪部材の製造方法及びその中間成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】軸部に形成される穴部の寸法精度を向上させると共に、鍛造成形によって軸部を形成する際の肉流れを良好とすることにより、金型への荷重負担を軽減してその耐久性を向上させることにある。
【解決手段】ワーク１０の下部が絞られた軸部３６に対して穴部４２が穿孔された第１次成形品５８を得た後、前記ワーク１０に対して予備据え込み成形が施されて予備成形品６０を形成する。さらに据え込み成形が施されることにより、その上部が軸線方向に圧縮変形された第２次成形品６２を形成し、続いて、後方押し出し成形を施すことによりトラック溝６８ａ〜６８ｃが設けられたカップ部を有する第３次成形品６４を形成し、さらに、前記第３次成形品６４のカップ部６６に対してしごき成形を行うことにより、完成品７０が得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転駆動力を伝達するための等速ジョイントを構成する等速ジョイント用外輪部材に関し、一層詳細には、カップ部の内周面に複数の案内溝を有し且つ軸部の内周面にセレーション部を有する等速ジョイント用外輪部材を鍛造成形によって製造する等速ジョイント用外輪部材の製造方法及びその中間成形体に関する。

従来から、互いに接合された上部ダイス及び下部ダイスに形成されるキャビティに鍛造用素材を装填し、パンチを介して前記鍛造用素材に加圧力を付与することにより、例えば、自動車の車輪駆動用の等速ジョイントの外輪部材（アウタカップ）が製造されている。

前記外輪部材は、筒状のカップ部と、前記カップ部と一体的に形成される軸部とから構成される。前記カップ部の内周面には、軸線方向に沿って延在する３本のトラック溝が周方向に沿って等角度離間するように形成され、前記トラック溝に沿ってローラが転動するように設けられている。

また、従来から使用されている外輪部材では、カップ部の端部から軸線方向に沿って突出して一体に形成された軸部（雄型タイプ）が一般的であるが、前記軸部の内周面に軸方向のセレーション部が形成された穴部を有する雌型タイプの外輪部材が製造され、前記穴部のセレーション部に対してデファレンシャル機構の回転軸がセレーション嵌合するように設けられる。

このような等速ジョイントの外輪部材では、そのカップ部の内周面に軸線方向に沿って延在する複数のトラック溝を形成する工程と、前記軸部に形成された穴部の内周面にセレーション部を形成する工程とが必要となる。

そこで、本出願人は、この種の等速ジョイント用外輪部材の製造方法に関し、トラック溝とセレーション部の同芯性の精度を向上させ、しかも、鍛造加工のみによってカップ部に対するトラック溝の成形と軸部に対するセレーション部の成形とを同時に遂行することが可能な等速ジョイント外輪の製造方法を提案している（特許文献１〜３参照）。

本出願人の提案に係る等速ジョイント用外輪部材の製造方法では、先ず、円柱状のビレット１（図７Ａ参照）に据え込み成形を施すことによってビレット１ａ（図７Ｂ参照）から一部が拡径した形状のビレット１ｂとした後（図７Ｃ参照）、このビレット１ｂに図示しない上パンチ及び下パンチを軸方向両端側からそれぞれ対向させて押し込み、カップ形状に成形された予備成形体２を形成する（図７Ｄ参照）。この予備成形体２のカップ部３はトラック溝に近似する形状である大きな孔部４が形成され、一方、前記軸部５にはセレーションが未成形の穴部６が形成されている。

続いて、カップ部３の孔部４と軸部５の穴部６との間の中間のバリ７が図示しないパンチによって打ち抜かれた後（図７Ｅ参照）、最終工程においてカップ部３の内壁面にトラック溝を形成する溝加工がなされると共に、軸部５の穴部６に対してセレーション部８を形成するセレーション加工がなされて最終製品９が完成する（図７Ｆ参照）。

特開平３−６０８３８号公報 特開平３−６０８３９号公報 特開平３−６０８４０号公報

ところで、図７Ｄに示されるように、上パンチ及び下パンチを軸方向両端側からそれぞれ対向させて押し込み、カップ部３に対して孔部４を形成すると同時に軸部５に対して穴部６を形成した場合、前記カップ部３の孔部４と比較して前記穴部６の成形精度が劣り機械加工等による追加工が必要となると共に、金型に対して大きな荷重がかかり金型寿命が低下するおそれがある。

本発明は前記の点に鑑みてなされたものであり、軸部に形成される穴部の寸法精度を向上させると共に、鍛造成形によって軸部を形成する際の肉流れを良好とすることにより、金型への荷重負担を軽減してその耐久性を向上させることが可能な等速ジョイント用外輪部材の製造方法及びその中間成形体を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、冷間鍛造成形によって穴部を有する軸部とカップ部とが一体的に形成されたトリポート型等速ジョイント用外輪部材の製造方法であって、
所定長に切断された円柱状のワークを押圧することにより形成された軸部に対して穴成形が施された第１次成形体を得る工程と、
前記第１次成形体の軸部を除いた他の部分に対して据え込み成形が施されることにより、前記他の部分が軸線方向に圧縮変形された第２次成形体を形成する工程と、
前記第２次成形体に対して後方押し出し成形を施すことによりトラック溝が設けられたカップ部を有する第３次成形体を形成する工程と、
前記第３次成形体のカップ部に対してしごき成形を行う工程と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、据え込み成形を行って第２次成形体を得る前に、穴部を有する軸部を、例えば、押し出し成形によって形成することにより、後工程で形成される完成製品の製品精度を向上させ、後工程での前記穴部に対する仕上げ加工量を削減することができる。

この場合、前記軸部に対する穴成形は、第１パンチによって鉛直下方向にワークが押圧された際、ダイスの軸部成形部により絞られた軸部を、前記第１パンチと同軸に設けられた第２パンチによって加圧することにより形成されるとよい。

さらに、鉛直方向に沿った第２パンチの先端面がダイスに形成された軸部成形部の一端（Ｆ１）と他端（Ｆ２）との中間に位置しているため、ワークの下部側外径がダイスの軸部成形部によって絞られて発生する軸部側方向への肉流れと、ワークの下部中心部が第２パンチによって押圧されて発生する該ワークの上部側に向かう肉流れとを好適に調整することができる。

この結果、本発明では、軸部に対して穴成形を行う第２パンチの外表面に対する肉の抱き付きを阻止し、前記第２パンチに対して付与される荷重を軽減して耐久性を向上させることができると共に、軸部に穿孔される穴部の寸法精度（成形精度）を向上させることができる。

さらに、本発明は、冷間鍛造成形によって穴部を有する軸部とカップ部とが一体的に形成されたトリポート型等速ジョイント用外輪部材の中間成形体であって、
所定長に切断された円柱状のワークを押圧することにより形成された軸部に対して穴成形が施された第１次成形体からなり、
前記第１次成形体は、前記ワークの形状に対応する円柱部と、前記円柱部の軸線方向に連続しテーパ状に縮径した縮径部と、前記軸部に連続し前記穴成形によって穴部が形成された軸部とから構成されることを特徴とする。

この場合、前記穴部の奥部内壁に形成された平坦面は、前記円柱部と前記縮径部との境界と、前記縮径部と前記軸部との境界との中間に位置するように設けられるとよい。

本発明では、等速ジョイント用外輪部材の中間成形体として、上記のように構成される第１次成形体を用いることにより、後工程で形成される完成製品の製品精度を向上させ、後工程での前記穴部に対する仕上げ加工量を削減することができる。

本発明では、据え込み成形をする前に、穴部を有する軸部を成形することにより、軸部に形成される穴部の寸法精度をより一層向上させると共に、鍛造成形によって軸部を形成する際の肉流れを良好とすることにより、金型への荷重負担を軽減してその耐久性を向上させることができる。

以下、本発明に係る等速ジョイント用外輪部材の製造方法について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態に係る等速ジョイント用外輪部材の製造方法では、図１のフローチャートに示されるように、炭素鋼製の円柱体（ビレット）からなるワーク１０に対して複数回の冷間鍛造加工が施され、最終的に完成品であるトリポート型の等速ジョイント用外輪部材が製造される。

先ず、第１準備工程において、所定長の円柱体（ビレット）に切り出されたワーク１０（図２Ａ参照）に対して球状化焼鈍を施す。これによりワーク１０が軟化し、以下の第１次〜第４次冷間鍛造加工が容易となる。

そして、第２準備工程において、ワーク１０に対して潤滑用化成被膜の形成を行う。すなわち、ボンデライト処理によって、例えば、リン酸亜鉛等からなる潤滑用化成被膜をワーク１０の表面に形成することによって該表面に潤滑性を付与する。具体的には、このようなリン酸亜鉛等が溶解された溶媒中にワーク１０を所定時間浸漬することにより潤滑用化成被膜を形成すればよい。

次いで、第１次冷間鍛造加工工程Ｓ１において、潤滑用化成被膜が形成されたワーク１０の一端面に対する前方押し出しによって軸部に穴成形を施す。ここで、前記第１次冷間鍛造加工工程Ｓ１に使用される第１鍛造用金型２０を図３に示す。

この第１鍛造用金型２０は、上部ダイス２２及び下部ダイス２４を有し、前記上部ダイス２２及び下部ダイス２４は、第１ダイホルダ２６及び第２ダイホルダ２８によって内嵌されることにより一体的に接合されている。

また、第１鍛造用金型２０は、図示しない機械プレスのラムに連結された昇降部材３０に対してパンチホルダ３２を介して固定され、前記昇降部材３０が下降することによってワーク１０を鉛直下方向に向かって加圧する第１パンチ３４と、図示しないダイブロックに固設されて前記昇降部材３０を鉛直方向に沿って案内する複数のガイドロッド（図示せず）とを有する。前記第１パンチ３４は、図示しない機械プレスの駆動作用下に上昇又は下降自在に設けられる。

下部ダイス２４には、図３に示されるように、軸部３６を形成するために前記下部ダイス２４の上面から下方側に向かって内径が徐々に縮径するテーパ状の孔部からなる軸部成形部３８が設けられる。前記軸部成形部３８に連続する下方側には、一定の内径からなる貫通孔４０が形成され、前記貫通孔４０内には、軸部３６に対して穴部４２を形成する第２パンチ４４の一端部が臨むように配設されている。前記第２パンチ４４の一端部の外周部には、該第２パンチ４４の外周面を囲繞して貫通孔４０内に保持する円筒状のスリーブ部材４６が外嵌される。

なお、前記第２パンチ４４は、その他端部が図示しない他のダイホルダに固定されて第１パンチ３４と同軸状に鉛直方向に沿って立設されると共に、前記他のダイホルダに固定された複数のピン（図示せず）に当接して該ピンを上方に向かって押圧する図示しない変位手段の駆動作用下に、前記他のダイホルダと一体的に上昇又は下降動作自在に設けられる。

上部ダイス２２には、下部ダイス２４に形成された軸部成形部３８の上端面に連続し且つ前記軸部成形部３８と内径と同一の内径を有する貫通孔からなるキャビティ４８が形成され、前記キャビティ４８内にワーク１０が装填される。

貫通孔４０に臨む前記第２パンチ４４の一端部の外周面には、図５及び図６に示されるように、先端部に形成され所定の曲率半径を有する断面円弧状からなる成形ランド部５０と、軸線方向に沿って前記成形ランド部５０に連続し該成形ランド部５０の最大外径よりも小なる一定の外径が所定張だけ延在して形成された逃げ部５２と、軸線方向に沿って前記逃げ部５２に連続し該逃げ部５２の外径よりも大なる環状凸部からなる矯正ランド部５４とを有する。

前記第２パンチ４４の先端面は、下部ダイス２４の貫通孔４０の鉛直方向において、下部ダイス２４に形成された軸部成形部３８の上端（一端）Ｆ１と下端（他端）Ｆ２との中間に位置するように設けられている。

この場合、先端部側の成形ランド部５０と矯正ランド部５４との間に逃げ部５２が形成され、前記成形ランド部５０と矯正ランド部５４とが非連続に形成されることにより、第２パンチ４４によって軸部３６に対して穴成形する際の摩擦抵抗を減少させ前記第２パンチ４４に付与される荷重を軽減することができる。

このように構成された第１鍛造用金型２０の上部ダイス２２のキャビティ４８に挿入されたワーク（ビレット）１０に対する第１次冷間鍛造加工、すなわち、前方押し出しによる穴部成形は、以下のようにして遂行される。

先ず、前記機械プレスの駆動作用下に該機械プレスのラムに連結された昇降部材３０を下降させる。これに追従して第１パンチ３４が下降し、最終的にワーク１０の上面に当接する。

第１パンチ３４をさらに下降させてワーク１０の上面を押圧することにより、前記ワーク１０の押圧面と反対側のワーク１０の下部が下部ダイス２４の軸部成形部３８によって絞られる。この結果、図２Ｂに示されるように、ワーク１０の外径形状に対応する円柱部５５と、前記円柱部５５の軸線方向に連続する下部にテーパ状に縮径した縮径部５６と、前記縮径部５６に連続する軸部３６とを有すると共に、図示しない他のダイホルダに支持され下部ダイス２４の貫通孔４０に臨む第２パンチ４４の一端部によって前記軸部３６に対する穴成形が遂行されて穴部４２が形成された第１次成形品（第１次成形体）５８が得られる。この第１次成形品５８は、本願発明の中間成形体として機能するものである。

この場合、前記第２パンチ４４の一端部に形成された成形ランド部５０と矯正ランド部５４とが非連続でその間に逃げ部５２が介在していることにより、穴成形時における摩擦抵抗を減少させて第２パンチ４４に付与される荷重を軽減することができる。

さらに、鉛直方向に沿った第２パンチ４４の先端面が下部ダイス２４に形成された軸部成形部３８の上端Ｆ１と下端Ｆ２との中間に位置しているため、ワーク１０の下部側外径が下部ダイス２４の軸部成形部３８によってテーパ状に絞られて発生する軸部側方向への肉流れ（図４の矢印Ａ参照）と、ワーク１０の下部中心部が第２パンチ４４によって押圧されて発生する該ワークの上部側に向かう肉流れ（図４の矢印Ｂ参照）とを調整することができる。

すなわち、縮径部５６における外径側の肉流れと軸部３６における前記とは反対方向の穴部４２の内径側の肉流れとを好適に調和させることにより、第２パンチ４４の外表面に対する肉の抱き付きを阻止し前記第２パンチ４４に対して付与される荷重を軽減して耐久性を向上させることができると共に、軸部３６に穿孔される穴部４２の寸法精度（成形精度）を向上させることができる。

その後、第１パンチ３４を前記機械プレスの駆動作用下に前記ラム及び昇降部材３０と共に上昇させ、さらに、図示しない変位手段を上昇させることにより、図２Ｂに示す第１次成形品５８が得られる。

このように、本実施の形態では、据え込み成形を行う第２次冷間鍛造加工工程Ｓ３の前に、穴部４２を有する軸部３６を押し出し成形することにより、後工程で形成される完成製品の製品精度を向上させ、後工程での前記穴部４２に対する仕上げ加工量を削減することができる。なお、前記軸部３６に形成された前記穴部４２は、後述する等速ジョイント用外輪部材の完成品７０の穴部４２と略一致する形状に形成される。

次いで、前記第１次成形品５８に対して予備据え込み成形を行う（Ｓ２）。すなわち、図示しない予備成形用金型のキャビティに第１次成形品５８を装填する。この際、軸部３６は、前記予備成形用金型に設けられた図示しない軸部保持部に挿入される。

そして、図示しない軸部保持部に挿入された軸部３６の先端部を図示しない押止部材で支持しながら、第１次成形品５８の上部をパンチで押圧して圧潰する。この圧潰に伴って前記上部が圧縮されると共に拡径されることにより、予備成形品６０（図２Ｃ参照）が得られる。なお、この予備据え込み成形の工程（Ｓ２）は、鍛造用素材に対する成形量及び前記鍛造用素材の材料特性等によって省略することが可能である。

続いて、第２次冷間鍛造加工工程Ｓ３において、前記予備成形品６０の上部をさらに圧縮し且つ拡径させる据え込み成形を施し、第２次成形品６２を形成する（図２Ｄ参照）。

すなわち、図示しない第２鍛造用金型を用い、キャビティに装填された予備成形品６０の上部を図示しないパンチによって押圧することにより、前記予備成形品６０の上部が軸線方向に圧縮変形された第２次成形品６２が得られる。

第２次冷間鍛造加工工程Ｓ３が終了した後、第２次成形品６２から応力を除去するための低温焼鈍、この低温焼鈍の際に発生する酸化スケール等を除去するショットブラスト処理、ボンデライト処理による第２次成形品６２の外表面にリン酸亜鉛等からなる潤滑用化成被膜の形成をそれぞれ行う。これらの各種処理を行うことにより、第２次成形品６２を容易に塑性変形させることができるようになるからである。

その後、図示しない第３鍛造用金型を使用して第３次冷間鍛造加工工程Ｓ４を行う。図示しない第３鍛造用金型の軸部挿入部に軸部が挿入された第２次成形品６２に対する第３次冷間鍛造加工が遂行されて第３次成形品６４が得られる（図２Ｅ参照）。

第３次冷間鍛造加工工程Ｓ４が行われた後、第３次成形品６４に対して第４次冷間鍛造加工工程Ｓ５を施す。なお、第４次冷間鍛造加工工程Ｓ５を行う前に、第３次成形品６４の表面又は第４鍛造用金型（図示せず）の少なくともいずれか一方に液体潤滑剤を塗布するとよい。これにより、第４次冷間鍛造加工工程Ｓ５が遂行されている最中に、第３次成形品６４又は第４鍛造用金型に焼き付きが生じることを回避することができる。液体潤滑剤としては、従来から使用されている公知の液体潤滑剤を使用すればよい。

第４次冷間鍛造加工工程Ｓ５では、図示しない第４鍛造用金型を使用して、第３次成形品６４の内面及び外面に対し、カップ部６６を最終的な製品形状に仕上げるためのしごき成形（最終サイジング成形）が施される。すなわち、カップ部６６の肉厚やトラック溝６８ａ〜６８ｃの幅及び深さが所定の寸法精度となるように加工し、これにより、トラック溝６８ａ〜６８ｃ等の形状を含むカップ部６６の寸法精度が出された完成品７０としてのトリポート型等速ジョイント用外輪部材が得られるに至る（図２Ｆ参照）。

本実施の形態によれば、第２次冷間鍛造加工工程Ｓ３で据え込み成形を遂行する前に、前方押し出しによって軸部３６に対する穴成形Ｓ１を遂行することにより、軸部３６に形成される穴部４２の寸法精度をより一層向上させると共に、鍛造成形によって軸部３６を形成する際の肉流れを良好とすることにより、鍛造用金型への荷重負担を軽減してその耐久性を向上させることができる。

換言すると、図７Ｄに示される本出願人が案出した等速ジョイント用外輪部材の製造方法では、上パンチ及び下パンチによってカップ部３の孔部４と軸部５の穴部６とを同時に形成しているため、前記穴部６の成形精度が劣ると共に金型に対して大きな荷重が付与されるおそれがあるのに対し、本実施の形態では、円柱状のワーク１０に対する最初の鍛造成形工程として、軸部３６に対して穴成形のみを施し、カップ部６６の孔部を後工程で別個独立に遂行しているため、前記軸部３６に形成される穴部４２の寸法精度を向上させると共に、鍛造成形によって軸部３６を形成する際の肉流れを良好とすることにより、前記穴部４２を成形する第２パンチ４４への荷重負担を軽減してその耐久性を向上させることができる。

本実施の形態に係る等速ジョイント用外輪部材の製造方法を示すフローチャートである。 図２Ａ〜図２Ｆは、それぞれ、図１に示す製造工程に沿ってワークが鍛造成形されることにより完成品に至る等速ジョイント用外輪部材の形状を示す側面図及び部分縦断面図である。 軸部に対する後方押し出しによって穴成形を行う第１次冷間鍛造加工工程に供される第１鍛造用金型の概略構成縦断面図である。 第２パンチによって軸部に対して穴成形を行う際の肉流れを示す部分縦断面図である。 図３に示す第１鍛造用金型を構成する第２パンチの側面図である。 図５に示す第２パンチの一部省略拡大側面図である。 図７Ａ〜図７Ｆは、それぞれ、本出願人が提案した等速ジョイント用外輪部材の製造工程を示す縦断面図である。

符号の説明

１０…ワーク ２０…第１鍛造用金型
２２…上部ダイス ２４…下部ダイス
２６、２８…ダイホルダ ３４…第１パンチ
３６…軸部 ３８…軸部成形部
４０…貫通孔 ４２…穴部
４４…第２パンチ ４６…スリーブ部材
４８…キャビティ ５０…成形ランド部
５２…逃げ部 ５４…矯正ランド部
５６…縮径部 ５８…第１次成形品

Claims (5)

1. 冷間鍛造成形によって穴部を有する軸部とカップ部とが一体的に形成されたトリポート型等速ジョイント用外輪部材の製造方法であって、
   所定長に切断された円柱状のワークを押圧することにより形成された軸部に対して穴成形が施された第１次成形体を得る工程と、
   前記第１次成形体の軸部を除いた他の部分に対して据え込み成形が施されることにより、前記他の部分が軸線方向に圧縮変形された第２次成形体を形成する工程と、
   前記第２次成形体に対して後方押し出し成形を施すことによりトラック溝が設けられたカップ部を有する第３次成形体を形成する工程と、
   前記第３次成形体のカップ部に対してしごき成形を行う工程と、
   を有することを特徴とする等速ジョイント用外輪部材の製造方法。
2. 請求項１記載の製造方法において、
   前記軸部に対する穴成形は、第１パンチによって鉛直方向にワークが押圧された際、ダイスの軸部成形部により絞られた軸部を、前記第１パンチと同軸に設けられた第２パンチによって加圧することにより形成されることを特徴とする等速ジョイント用外輪部材の製造方法。
3. 請求項２記載の製造方法において、
   前記第２パンチの先端面は、鉛直方向における前記軸部成形部の一端（Ｆ１）と他端（Ｆ２）との中間に位置するように設けられることを特徴とする等速ジョイント用外輪部材の製造方法。
4. 冷間鍛造成形によって穴部を有する軸部とカップ部とが一体的に形成されたトリポート型等速ジョイント用外輪部材の中間成形体であって、
   所定長に切断された円柱状のワークを押圧することにより形成された軸部に対して穴成形が施された第１次成形体からなり、
   前記第１次成形体は、前記ワークの形状に対応する円柱部と、前記円柱部の軸線方向に連続しテーパ状に縮径した縮径部と、前記軸部に連続し前記穴成形によって穴部が形成された軸部とから構成されることを特徴とする等速ジョイント用外輪部材の中間成形体。
5. 請求項４記載の中間成形体において、
   前記穴部の奥部内壁に形成された平坦面は、前記円柱部と前記縮径部との境界と、前記縮径部と前記軸部との境界との中間に位置するように設けられることを特徴とする等速ジョイント用外輪部材の中間成形体。

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