JP2011062717A - 円形断面を有する軸状の部材の外周面への段付け加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切削加工によらないで円形断面を有する軸状の部材の外周面に略直角の角を有する段部を成形する。
【解決手段】部材の外周面を変形させて外径が第１の径から第２の径に連続的に減少する傾斜部２４を成形し、内部に、少なくとも、第１の径に略等しい内径の第１の内周面６１ｓと、第１の内周面６１ｓに接続し第１の内周面６１ｓよりも径方向外側に拡がる第２の内周面６２ｓと第２の内周面６２ｓに接続し部材の挿入方向に対して略直角をなす押付け面６２ｐと、を有する金型５に傾斜部２４が成形された部材を挿入して傾斜部２４の外側を押付け面６２ｐに接触させ、この状態から部材をさらに押し込むことで傾斜部２４を径方向外側に変形させ、部材を金型５から引き抜くことで、第１の径を超えて径方向外側に移動した傾斜部２４の肉を第１の内周面６１ｓによりしごく。
【選択図】図２

Description

本発明は、円形断面を有する軸状の部材の外周面に段部を成形する段付け加工方法に関する。

変速機の軸部材は軸方向位置に応じて径が異なり、特許文献１に開示されるように、各軸方向位置の径が所望の径となるように絞り加工を利用して製造されるのが一般的である。

また、軸部材を変速機ケース内の所望の位置に支持するために、軸部材の外周面に位置決め用の段部を形成することがあるが、上記絞り加工では径を急激に変化させることが難しいため、切削加工により形成されることが多い。

特開２００４−１９７９１２号公報

しかしながら、切削加工により段部を形成する場合、材料の一部が切削により除去されるため、材料の歩留まりが低下する。歩留まりを向上させるために段部を形成する部位の径を絞り加工で予め絞っておき、当該部位を切削加工することで切削量を減らすことも可能であるが、軸部材が中空の場合は切削加工した部位の板厚が減少して、軸部材の強度低下の原因となる。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、切削加工によらないで円形断面を有する軸状の部材の外周面に略直角の角を有する段部を成形する段付け加工方法を提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、円形断面を有する軸状の部材の外周面への段付け加工方法であって、前記部材の外周面を変形させて外径が第１の径から第２の径に連続的に減少する傾斜部を成形する傾斜部成形工程と、内部に、少なくとも、(a) 前記第１の径に略等しい内径の第１の内周面と、(b) 前記第１の内周面に接続し前記第１の内周面よりも径方向外側に拡がる第２の内周面と該第２の内周面に接続し前記部材の挿入方向に対して略直角をなす押付け面と、を有する金型に前記傾斜部が成形された前記部材を挿入して前記傾斜部の外側を前記押付け面に接触させ、この状態から前記部材をさらに押し込むことで前記傾斜部を径方向外側に変形させる段部成形第１工程と、前記金型に押し込まれた前記部材を前記金型から引き抜くことで、前記段部成形第１工程により前記第１の径を超えて径方向外側に移動した前記傾斜部の肉を前記第１の内周面によりしごく段部成形第２工程と、を含むことを特徴とする段付け加工方法が提供される。

上記態様によれば、切削加工によらず円形断面を有する軸状の部材の外周面に略直角の角を有する段部を成形でき、切削加工で問題となっていた歩留まり低下や強度低下の問題を解消することができる。

段付き軸状部材の製造工程を示した図である。 本発明の実施形態に係る段付け加工方法により段部が成形される様子を示した図である。 図２（ｃ）の部分拡大図である。 本発明の実施形態に係る段付け加工方法により中空の軸部の外周面に段部を成形する場合のシミュレーション結果を示した図である。 本発明の実施形態に係る段付け加工方法により中実の軸部の外周面に段部を成形する場合のシミュレーション結果を示した図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、段付き軸状部材１（図１（ｄ））の製造工程を示した図である。

段付き軸状部材１を製造するには、まず、鋼の丸棒を所定の長さに切断し、中実の円柱部材１０を得る（図１（ａ））。そして、前後方押出し成形により、この円柱部材１０を、軸方向中央の中実部１１と、この中実部１１から上下に延びる中空の軸部２とを有する部材に成形する（図１（ｂ））。

次に、軸部２を絞り加工により段階的に縮管し、軸方向位置に応じて軸部２の外径を異ならしめる（図１（ｃ））。これにより、軸部２には、大径部２０と、大径部２０に接続し外径が大径部２０よりも小さな第１〜第３の縮径部２１〜２３と、各部位を接続しそれぞれ外径が連続的に減少する第１〜第３の傾斜部２４〜２６とが成形される。

次に、軸部２に対して段付け加工を施す。段付け加工においては、まず、軸部２を段部成形用の金型５（図２参照）に挿入し、縦打ちプレスにより軸部２を下方に押圧する。これにより、大径部２０と第１の縮径部２１とを接続する第１の傾斜部２４を座屈させる（段部成形第１工程）。続いて、軸部２を金型５から引き抜くことで座屈した第１の傾斜部２４をしごき成形し、軸部２の外周面に段部２４’を成形する（図１（ｄ）、段部成形第２工程）。これにより、段付き軸状部材１を得る。

図２を参照しながら段付け加工について詳しく説明する。なお、図２では、説明を容易にするため、大径部２０に接続する第１〜第３の縮径部２１〜２３のうち第１の縮径部２１のみ描いてある。

図２（ａ）は、絞り加工により縮径部２１〜２３を成形した後の軸部２を金型５に挿入する前の状態を示している。軸部２の大径部２０の外径はｒ１、第１の縮径部２１の外径はｒ２であり、第１の傾斜部２４の外径はｒ１からｒ２に連続的に減少する。

金型５は、第１の金型５１と、第１の金型５１に組み合わされ図中上下方向に移動可能な第２の金型５２で構成される。第１の金型５１と第２の金型５２が組み合わさることで金型５内に空間６が形成される。

空間６は、軸部２の軸方向に連続する第１〜第３の空間６１〜６３で構成される。

第１の空間６１は、上部が開放した円柱形状の空間であり、大径部２０の外径ｒ１に略等しい内径Ｒ１の第１の内周面６１ｓを有する。

第２の空間６２は、第１の空間６１に連続する円柱台形状の空間であり、第１の内周面６１ｓに接続し第１の内周面６１ｓよりも径方向外側に拡がる第２の内周面６２ｓと、第２の内周面６２ｓに接続し軸部２の挿入方向に対して略直角をなす押付け面６２ｐを有する。第２の内周面６２ｓは、この実施形態では、内径が第１の内周面６１ｓの内径Ｒ１から連続的に増大するテーパ面である。

第３の空間６３は、第２の空間６２に連続する円柱形状の空間であり、押付け面６２ｐの内周端に接続し第１の縮径部２１の外径ｒ２に略等しい内径Ｒ２の第３の内周面６３ｓを有する。

かかる形状の空間６に軸部２を挿入すると、図２（ｂ）に示されるように、軸部２の大径部２０が第１の内周面６１ｓに接触し、第１の傾斜部２４の外側が下端側で押付け面６２ｐに接触し、第１の縮径部２１が第３の内周面６３ｓに接触する。その一方で、第１の傾斜部２４と第２の内周面６２ｓの間には空間６４が形成される。

図示しない縦打ちプレスにより軸部２を図２（ｂ）の状態からさらに金型５内に押し込むと、径方向内側及び外側に接触する部材を何も持たない第１の傾斜部２４が、図２（ｃ）に示されるように座屈し、座屈した第１の傾斜部２４の肉は、外側が押付け面６２ｐに押し付けられながら、空間６４に向けて、すなわち、径方向外側に移動する。

図３は図２（ｃ）の部分拡大図である。座屈により、大径部２０の外径ｒ１を超えて径方向外側に移動する肉（張出し部位７１）の体積をＶ１、大径部２０の外径ｒ１よりも径方向内側かつ座屈した第１の傾斜部２４と押付け面６２ｐの間に残される空間（欠肉部位７２）の体積をＶ２とすると、座屈する前の第１の傾斜部２４の傾斜角、及び、縦打ちプレスによる軸部２の押込み量は、Ｖ１とＶ２が略等しくなるように調整される。これは、次のしごき成形によってこの張出し部位７１の肉を過不足なく欠肉部位７２に充填させるためである。

第１の傾斜部２４を座屈させたら、図２（ｄ）に示すように、第２の金型５２を図示しない油圧シリンダにより上昇させ、軸部２を金型５から退出させる。このとき、張出し部位７１の肉が第１の内周面６１ｓによりしごかれ、第１の内周面６１ｓに沿って図中下方に寄せられる。これにより、張出し部位７１の肉は、座屈した第１の傾斜面２４の下側へと移動して欠肉部位７２に充填され、これによって略垂直の角を有する段部２４’が成形される。段部２４’の角は直角が好ましいが、仕上げ加工で直角にできる程度であれば直角よりも多少大きく、あるいは、小さくてもよい。

図４は、上記段付け加工方法により段部２４’を成形する場合のシミュレーション結果を示した図である。

図４（ａ）は金型５に軸部２を挿入した状態である。この状態から軸部２を押し込むと、第１の傾斜部２４が座屈し、当該部位の肉が大径部２０の外径ｒ１を超えて径方向外側に移動し、張出し部位７１が形成される（図４（ｂ）〜（ｃ））。

そして、張出し部位７１が形成された軸部２を金型５から退出させると、張出し部位７１の肉が第１の内周面６１ｓによってしごかれ、第１の内周面６１ｓの下方へと寄せられる。これにより、第１の傾斜部２４の下側の欠肉部位７２に肉が充填され、第１の傾斜部２４は、略垂直の角を有する段部２４’へと成形される（図４（ｄ））。

このように、この段付け加工方法によれば、切削加工によることなく軸部２の外周面に略直角の角を有する段部２４’を成形でき、切削加工で問題となっていた歩留まり低下や強度低下の問題を解消することができる（請求項１に対応する効果）。

また、大径部２０の外径ｒ１を超えて径方向外側に移動した肉（張出し部位７１）の体積Ｖ１が、大径部２０の外径よりも径方向内側、かつ、座屈した第１の傾斜部２４と押付け面６２ｐの間に形成される空間（欠肉部位７２）の体積Ｖ２と等しくなるよう、第１の傾斜部２４の傾斜、縦打ちプレスによる軸部２の押込み量が調節されるようにしたので、張出し部位７１の肉が欠肉部位７２に過不足なく充填され、略直角の角を有する段部２４’を精度よく成形することができる（請求項２に対応する効果）。

さらに、第１の内周面６１ｓに続く第２の内周面６２ｓをテーパ面としているので、大径部２０の外径ｒ１を超えて径方向外側に移動した肉が、軸部２を金型５から抜く際に金型５によってかじられることなくなり、段部２４’に欠陥が生じるのを防止することができる（請求項３に対応する効果）。

なお、かじりを防止するには第２の内周面６２ｓをこの実施形態のようにテーパ面とするのが好適であるが、かじりを防止できるのであれば第２の内周面６２ｓをその他の形状としてもよい。例えば、第２の内周面６２ｓを第１の内周面６１ｓに接続する滑らかな湾曲面としてもよいし、第１の内周面６１ｓと第２の内周面６２ｓの接続部分のみをテーパ面、湾曲面としてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記段付け加工方法、金型は、円形断面（断面の外周が略円形であればよい）を有する軸状の部材の外周面に段部を成形するために広く利用することができ、例えば、ベルト式無段変速機用プーリの軸部に段部を成形することができる。

また、軸部２が中実であってもその外周面に段部を成形することも可能である。この場合、第１の傾斜部２４の肉が座屈ではなく塑性変形により径方向外側に移動する。

図５（ａ）〜（ｄ）は軸部２が中実の場合のシミュレーション結果を示している。図５（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図４（ａ）〜（ｄ）に対応する加工途中の状態を示しており、図４（ａ）〜（ｄ）と共通の構成については同じ符号を付してある。図５（ｄ）に示されるように、軸部２が中実であっても軸部２が中空の場合と同様に略直角の角を有する段部２４’を成形することが可能である。

さらに、上記段付け加工方法、金型を用いてフランジ部の角を略直角に成形することもできる。この場合、例えば、軸方向中央位置から離れるにつれ外径が連続的に減少する部位（上記実施形態にける第１の傾斜部２４に対応）をバルジ成形等により予め成形し、当該部位を上記金型と同様の金型により成形（塑性変形、及び、しごき成形）すれば、当該部位に略直角の角を成形することが可能である。

１ 段付き軸状部材
２ 軸部
５ 金型
２４ 第１の傾斜部（傾斜部）
６１ 第１の空間
６１ｓ 第１の内周面
６２ 第２の空間
６２ｓ 第２の内周面
６２ｐ 押付け面

Claims (3)

1. 円形断面を有する軸状の部材の外周面への段付け加工方法であって、
   前記部材の外周面を変形させて外径が第１の径から第２の径に連続的に減少する傾斜部を成形する傾斜部成形工程と、
   内部に、少なくとも、
   (a) 前記第１の径に略等しい内径の第１の内周面と、
   (b) 前記第１の内周面に接続し前記第１の内周面よりも径方向外側に拡がる第２の内周面と該第２の内周面に接続し前記部材の挿入方向に対して略直角をなす押付け面と、
   を有する金型に前記傾斜部が成形された前記部材を挿入して前記傾斜部の外側を前記押付け面に接触させ、この状態から前記部材をさらに押し込むことで前記傾斜部を径方向外側に変形させる段部成形第１工程と、
   前記金型に押し込まれた前記部材を前記金型から引き抜くことで、前記段部成形第１工程により前記第１の径を超えて径方向外側に移動した前記傾斜部の肉を前記第１の内周面によりしごく段部成形第２工程と、
   を含むことを特徴とする段付け加工方法。
2. 請求項１に記載の段付け加工方法であって、
   前記傾斜部成形工程により成形される前記傾斜部の傾斜角、及び、前記段部成形第１工程における前記部材の押込み量の少なくとも一方が、
   (x) 前記段部成形第１工程により前記第１の径を超えて径方向外側に移動する肉の体積と、
   (y) 前記第１の径よりも径方向内側、かつ、前記段部成形第１工程により変形した前記傾斜部と前記押付け面の間に残される空間の体積と、
   が略等しくなるように調整される、
   ことを特徴とする段付け加工方法。
3. 請求項１または２に記載の段付け加工方法であって、前記第２の内周面がテーパ面であることを特徴とする段付け加工方法。