JP2012196695A

JP2012196695A - 鍛造歯形成形方法及びその成形品

Info

Publication number: JP2012196695A
Application number: JP2011062766A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Koide; 宏小出; Hiroshi Takanezawa; 祐高根沢
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2012-10-18

Abstract

【課題】鍛造により軸方向両端部を拘束してスプライン軸受を成形し、鍛造後の機械加工を不要にする。
【解決手段】粗形材１Ａを金型２０にセットし、スプラインパンチ２１を圧入してシーブスライディング１の内周部にスプライン軸受５を成形する。粗形材１Ａには、スプライン軸受５が成形されるスプラインボア１０に隣接して逃げ溝８を予め形成しておく。鍛造時に、スプラインボア１０の軸方向両端部を拘束して、塑性流動する材料を逃げ溝８内に流動させる。これにより、金型２０内の圧力の過度の上昇を防止しつつ、スプライン軸受５及びその両端部を高い寸法精度で成形することができ、鍛造後の機械加工が不要になる。
【選択図】図４

Description

本発明は、スプライン軸受、リングギヤ等の内周部の歯形形状を鍛造によって成形するための鍛造歯形成形方法及びその成形品に関するものである。

自動車のドライブトレーン等に用いられる部品にスプライン軸受を成形する場合、一般的には、ブローチ加工が行なわれている。また、例えば特許文献１に記載されているように、スプライン軸受を鍛造によって成形する技術が公知である。スプライン軸受を鍛造によって成形することにより、スプラインの強度を高めると共に、切削加工を削減して製造工程を簡素化することができる。

鍛造によってスプライン軸受を成形する場合、金型に環状の粗形材をセットし、スプライン歯形を有するマンドレル（スプラインパンチ）を圧入し、材料を塑性流動させてスプライン歯形の成形を行なう。このとき、成形過程で流動した材料の余肉により、金型内部の圧力が過度に上昇すると、金型が破損する虞がある。そこで、特許文献１に記載されたものでは、金型のスプラインの軸方向の一端側を開放して、成形時に流動した材料の余肉を逃がすことにより、金型内部の圧力の過度の圧力の上昇を抑えて金型の破損を防止している。そして、鍛造品の余肉の張り出し部分は、切削加工によって除去している。

特開平６−５７６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたもののように、金型のスプラインの軸方向の一端側を開放して鍛造を行なうものでは、鍛造品のスプラインの一端側は、余肉が張り出すため、寸法精度が低くなる。このため、スプラインの両端部に高い寸法精度が要求される場合、切削加工によって余肉の張り出し部分を除去する必要がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、鍛造により内周部に歯形形状を成形する場合に、歯形形状の軸方向両端部を拘束して成形可能にすることを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、粗形材を金型にセットし、パンチを圧入して前記粗形材の内周部に歯形形状を成形する鍛造歯形成形方法であって、
前記粗形材の内周面に逃げ溝を形成し、成形時に前記歯型形状の軸方向両端部を拘束して塑性流動する材料を前記逃げ溝内に流動させることを特徴とする。
また、本発明は、粗形材を金型にセットし、パンチを圧入して前記粗形材の内周部に歯形形状を鍛造によって成形した鍛造歯形成品であって、
前記粗形材の内周面に逃げ溝を形成し、成形時に前記歯型形状の軸方向両端部を拘束して塑性流動した材料を前記逃げ溝内に流動させたことを特徴とする。

（発明の態様）
以下に、本発明において特許請求が可能と認識される発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の（１）乃至（８）の内容が請求項１乃至８にそれぞれ対応する。
（１）粗形材を金型にセットし、パンチを圧入して前記粗形材の内周部に歯形形状を成形する鍛造歯形成形方法であって、
前記粗形材の内周面に逃げ溝を形成し、成形時に前記歯型形状の軸方向両端部を拘束して塑性流動する材料を前記逃げ溝内に流動させることを特徴とする鍛造歯形成形方法。
鍛造時に塑性流動する余剰の材料が逃げ溝内に流動させることにより、金型内の圧力を過度に上昇させることなく、歯形形状の軸方向両端部を拘束して成形することができ、歯形形状の寸法精度を高めることができる。これにより、鍛造後の機械加工が不要になる。
歯形形状としては、スプライン軸受、リングギヤの内歯等、鍛造が可能な直線状の歯筋を有するものを想定することができる。
（２）（１）において、前記逃げ溝は、滑らかに湾曲した断面形状を有する凹溝であることを特徴とする鍛造歯形成形方法。
（３）（１）又は（２）において、前記逃げ溝は、前記粗形材の歯形形状が成形される部分に隣接する部位に形成されることを特徴とする鍛造歯形成形方法。
（４）（１）から（３）のいずれかにおいて、前記歯型形状は、スプライン軸受であることを特徴とする鍛造歯形成形方法。
（５）（１）の鍛造歯形成形方法によって成形された鍛造歯形成形品。
（６）（２）の鍛造歯形成形方法によって成形された鍛造歯形成形品。
（７）（３）の鍛造歯形成形方法によって成形された鍛造歯形成形品。
（８）（４）の鍛造歯形成形方法によって成形された鍛造歯形成形品。

本発明によれば、鍛造により内周部に歯形形状を成形する場合に、歯形形状の軸方向両端部を拘束した成形が可能になる。

本発明の一実施形態に係る鍛造歯形成形方法によってスプライン軸受が成形された無段変速機用のシーブスライディングの縦断面図である。図１に示すシーブスライディングの粗形材の縦断面図である。図１に示すシーブスライディングの軸受スプラインの粗形材の形状及び成形形状を拡大して縦断面図である。図１に示すシーブスライディングの軸受スプラインを成形するための金型の概略構成を示す縦断面図である。本発明の他の実施形態に係る鍛造歯形成形方法によってスプライン軸受が成形された無段変速機用の固定側シーブの縦断面図である。図５に示す固定側シーブの粗形材の縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る鍛造歯形成形方法によってスプライン軸受が成形された無段変速機用のシーブスライディング１を示している。シーブスライディング１は、円筒状の軸部２と軸部２の一端部に一体に形成されたフランジ部３とを有している。フランジ部３の軸部２とは反対側の面には、無段変速機の金属製のベルトの接触面であるテーパ状のシーブ面４が形成されている。軸部２の内周部には、スプライン軸受５（歯形形状）が形成されている。

軸部２は、フランジ部３とは反対側の開口部の内周縁部に、スプライン軸受５の内径（スプラインの頂部の径、以下同じ）よりもやや小径の小径部６が形成され、スプライン軸受５の小径部６に隣接する端部がテーパ状のテーパ部５Ａとなっている。軸部２の先端の外周縁部にはテーパ部２Ａが形成されている。また、フランジ部３の内周部は、スプライン軸受５の外径（スプラインの谷の底部の径、以下同じ）よりも僅かに大径の大径部７が形成され、スプライン軸受５の大径部７に隣接する端部がテーパ状のテーパ部５Ｂとなっている。

また、大径部７には、スプライン軸受５のテーパ部５Ｂに隣接する部位に、円周方向に沿って逃げ溝８が形成されている。逃げ溝８は、滑らかに湾曲した断面形状を有する凹溝となっている。フランジ部３側の開口端部には、大径部７よりも僅かに小径でスプライン軸受５の外径よりも大径の軸受面９が形成されている。なお、シーブスライディング１は、クロムモリブデン鋼等の鍛造成形に適した材料で形成されている。

次に、図２及び図３を参照して、シーブスライディング１の軸受スプライン５を成形する前の粗形材１Ａの形状につい説明する。なお、図１に示すシーブスライディング１の形状に対して、同様の部分には、同じ参照符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。また、図３において、ハッチングを付した部分は、後述する鍛造金型２０（図４参照）のスプラインパンチ２１の形状、すなわち、図１に示すシーブスライディング１の鍛造成形される部分の形状を示し、破線は、そのスプライン軸受５のスプラインの頂部の形状を示し、また、他の実線は、粗形材１Ａの形状を示している。

図２及び図３に示すように、粗形材１Ａでは、スプライン軸受５が成形される前のスプラインボア１０の内径Ｄ１は、スプライン軸受５の外径Ｄ２よりも小さく、内径Ｄ３よりも大きくなっている。また、スプラインボア１０の小径部６側の端部は、スプライン軸受５のテーパ部５Ａより角度が大きく、小径部６側に張り出したテーパ部１０Ａが形成されている。スプラインボア１０の大径部７側の端部は、スプライン軸受５のテーパ部５Ｂと同様のテーパ状に形成されて隣接する逃げ溝８に滑らかに連なっている。粗形材１Ａは、鍛造によって成形された後、小径部６、大径部７、軸受面９及びスプラインボア１０を含む内周面が所定の寸法に予め機械加工されており、このとき、スプライン軸受５の鍛造時にアンダーカットとなる逃げ溝８が同時に機械加工される。

次に、図４を参照して、金型２０を用いて粗形材１Ａからシーブスライディング１を成形する工程について説明する。なお、図４の紙面に向かって右側は、鍛造前の状態を示し、左側は鍛造後の状態を示している。

図４に示すように、金型２０は、粗形材１Ａの軸部２及びフランジ部３の軸部２側の外形形状を拘束する上ダイス２２と、フランジ部３のシーブ面４側の外形形状を拘束する下ダイス２３と、下ダイス２３側から挿入され、粗形材１Ａの内周面を拘束しながらスプラインボア１０に圧入されて、スプライン軸受５を成形するスプラインパンチ２１とを備えている。スプラインパンチ２１は、上ダイス２２と下ダイス２３との間にセットされた粗形材１Ａのスプラインボア１０に対向してスプライン軸受５の仕上げ形状に倣った外形形状のスプライン成形部２４を有している。

そして、金型２０に粗形材１Ａをセットし、プレスすることにより、上ダイス２２、下ダイス２３及びスプラインパンチ２１によって粗形材１Ａを拘束しながらスプラインパンチ２１のスプライン成形部２４をスプラインボア１０に押付けてスプライン軸受５を成形する。成形初期において、図３に示すように、粗形材１Ａのスプラインボア１０の一端部のテーパ部１０Ａとスプラインパンチ２１のスプライン成形部２４との間に空隙Ｃ１が生じ、また、逃げ溝８とスプラインパンチ２１との間に空隙Ｃ２が生じる。そして、スプラインパンチ２１の圧入により、粗形材１Ａの材料が塑性流動し、スプラインボア１０がスプライン成形部２４に倣って変形してスプライン軸受５が成形される。このとき、スプラインボア１０の両端部が拘束されているので、塑性流動した材料は、空隙Ｃ１内に充填されてスプライン軸受５の一端のテーパ部５Ａを形成し、また、他端のテーパ部５Ｂを形成し、余剰の材料は、逃げ溝８の空隙Ｃ２内に流動する。このように、余剰の材料を逃げ溝８内に流動させることにより、金型２０内の圧力の過度の上昇を防止しつつ、スプライン軸受５及びその両端のテーパ部５Ａ、５Ｂを高い寸法精度で成形することができ、鍛造後の機械加工が不要になる。

次に、本発明の他の実施形態として、図１に示す無段変速機用のシーブスライディング１と組合わせて使用される固定側シーブに軸受スプラインを成形する場合について図５及び図６を参照して説明する。なお、以下の説明においては、上記実施形態に対して、異なる部分についてのみ詳細に説明する。

図５に示すように、固定側シーブ３１は、軸部３２及びフランジ部３３を有し、フランジ部３３の軸部３２とは反対側にテーパ状のシーブ面３４が形成されている。固定側シーブ31の内周部には、スプライン軸受３５が形成され、また、シーブ面３４側の内周縁部に小径部３６が形成されている。そして、スプライン軸受３５の小径部３６側の端部に隣接して逃げ溝３７が形成され、また、その反対側の開口縁部にテーパ部３８が形成されている。

図６を参照して、固定側シーブ３１の軸受スプライン３５を成形する前の粗形材３１Ａの形状につい説明する。なお、図５に示す固定側シーブ３１の形状に対して、同様の部分には、同じ参照符号を用いて、異なる部分についてのみ詳細に説明する。

粗形材３１Ａは、スプライン軸受３５が成形されるスプラインボア３９の小径部３６側の端部に逃げ溝３７が形成されている。そして、スプライン軸受３５の鍛造時にスプラインボア３９の軸方向の一端部が小径部３６によって拘束され、他端部がテーパ部３８を成形する金型によって拘束される。このとき、上述の実施形態と同様、塑性流動する余剰の材料が逃げ溝３７内に流動することにより、金型内の圧力の過度の上昇を防止しつつ、軸方向両端部を拘束してスプライン軸受３５を成形することができる。

なお、上述の実施形態及び他の実施形態では、本発明に係る鍛造歯形成形方法を一例として無段変速機のシーブスライディング１及び固定側シーブ３１のスプライン軸受５、３５の成形に適用した場合について説明しているが、本発明は、これに限らず、他のスプライン軸受、リングギヤの内歯等の内周部の歯形形状を鍛造によって成形する場合にも同様に適用することができる。

１…シーブスライディング（鍛造歯形成形品）、１Ａ…粗形材、５…スプライン軸受（歯形形状）、８…逃げ溝、２１…スプラインパンチ（パンチ）、２０…金型

Claims

粗形材を金型にセットし、パンチを圧入して前記粗形材の内周部に歯形形状を成形する鍛造歯形成形方法であって、
前記粗形材の内周面に逃げ溝を形成し、成形時に前記歯型形状の軸方向両端部を拘束して塑性流動する材料を前記逃げ溝内に流動させることを特徴とする鍛造歯形成形方法。
前記逃げ溝は、滑らかに湾曲した断面形状を有する凹溝であることを特徴とする請求項１に記載の鍛造歯形成形方法。
前記逃げ溝は、前記粗形材の歯形形状が成形される部分に隣接する部位に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の鍛造歯形成形方法。
前記歯型形状は、スプライン軸受であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鍛造歯形成形方法。
粗形材を金型にセットし、パンチを圧入して前記粗形材の内周部に歯形形状を鍛造によって成形した鍛造歯形成品であって、
前記粗形材の内周面に逃げ溝を形成し、成形時に前記歯型形状の軸方向両端部を拘束して塑性流動した材料を前記逃げ溝内に流動させたことを特徴とする鍛造歯形成形品。
前記逃げ溝は、滑らかに湾曲した断面形状を有する凹溝であることを特徴とする請求項５に記載の鍛造歯形成品。
前記逃げ溝は、前記粗形材の歯形形状が成形される部分に隣接する部位に形成されることを特徴とする請求項５又は６に記載の鍛造歯形成形品。
前記歯型形状は、スプライン軸受であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の鍛造歯形成形品。