JP2013151005A - 有底円筒状部材の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有底円筒状部材の成型後に円筒部の縁部を取り除くことなく、円筒部の縁部を平坦な形状とすることが可能な有底円筒状部材の製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】圧力に対する伸縮性において面内異方性を有する円板状の部材２１を複数回の絞り加工によって有底円筒状に成型する有底円筒状部材２３の製造方法において、複数回の絞り加工のうち、少なくとも１回の絞り加工は、円板状の部材２１の伸縮性が高い第１の方向２１ａ、及び第１の方向２１ａに直交する第２の方向２１ｂにおける内径ｄ_１，ｄ_２が、他の方向における内径ｄ_３，ｄ_４よりも小さく形成された型穴３２０を有するダイ３２１と、円柱状のパンチ３２２とを用いて絞り加工を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、円板状の部材を複数回の絞り加工により有底円筒状に成型する有底円筒状部材の製造方法及び製造装置に関する。

従来、絞り加工によって有底円筒状の部材を成型する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の製造方法は、成形品である有底円筒状のケースの外径よりも大径の段部を有する絞りパンチを用い、この絞りパンチの段部と絞りダイとでケースの縁部を成型加工する工程と、絞りダイの挿入孔への絞りパンチのさらなる挿入により、段部によってケースの縁部を切断する工程とを有している。

特開平５−２２８５６３号公報

ところで、成型前の円板状の部材は、必ずしも全ての方向に対する伸縮性が均一ではない。例えば、スラブ（鋼片）を圧延機で一定の厚さに圧延した圧延鋼板は、その圧延方向には伸縮しやすいが、圧延方向に直交する方向には伸縮しにくい特性を有することが知られている。このような、圧力に対する伸縮性において面内異方性を有する円板状の部材に対して絞り加工を行うと、成型後における円筒部の端部が平面状とならず、周方向に波打った湾曲形状となってしまうことが、本発明者らによって確認されている。

図９は、面内異方性を有する円板状の部材に対して従来の絞り加工を施して得られた有底円筒状部材の形状の一例を、その中心軸に沿った断面で示す断面図である。この有底円筒状部材４は、底部４１と円筒部４２とを一体に有し、円筒部４２における底部４１側の基端部４２１とは反対側の縁部４２２の形状が、周方向に波打った波型形状となっている。この縁部４２２の波型形状における山部４２２ａは、伸縮しやすい圧延方向及び圧延方向に直交する方向に形成され、谷部４２２ｂは山部４２２ａの間に形成される。

特許文献１に記載の製造方法のように、ケースの縁部を切断する工程を有している場合には、例えば図９に示すようにケースの縁部４４２が湾曲しても、その湾曲した部分が切断によって取り除かれるため、所望の形状のケースを得ることができるが、この切断工程を繰り返し行うと、絞りダイや絞りパンチの段部のエッジ部分が摩耗し、精度の高い切断を行うことができなくなるおそれがある。従って、絞りダイや絞りパンチの寿命が短く、絞りダイや絞りパンチを頻繁に交換する必要性が発生する。

また、段部を有する絞りパンチを用いて縁部を切断する方法によらず、例えば縁部を旋削加工して湾曲した部分を取り除き、平坦な形状とすることも考えられるが、この場合には、旋削加工の工程が必要となり、コストの上昇及び加工時間の増大を招来することとなる。

またさらに、切断又は旋削加工によって縁部を取り除く場合には、成型前の部材の大きさを、取り除かれる部分を含んだ大きさにする必要があるので、圧延鋼板等の素材の使用率向上の妨げとなる。

そこで、本発明は、有底円筒状部材の成型後に円筒部の縁部を取り除くことなく、円筒部の縁部を平坦な形状とすることが可能な有底円筒状部材の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、（１）〜（４）の有底円筒状部材の製造方法及び製造装置を提供する。

（１）圧力に対する伸縮性において面内異方性を有する円板状の部材を複数回の絞り加工によって有底円筒状に成型する有底円筒状部材の製造方法であって、前記複数回の絞り加工のうち、少なくとも１回の絞り加工は、前記円板状の部材の伸縮性が高い第１の方向、及び前記第１の方向に直交する第２の方向における内径が、他の方向における内径よりも小さく形成された型穴を有するダイと、円柱状のパンチとを用いて絞り加工を行う、有底円筒状部材の製造方法。

（２）前記複数回の絞り加工は、第１の絞り加工、及び前記第１の絞り加工が行われた中間成型体に対してさらに絞り加工を行う第２の絞り加工からなり、前記ダイと前記パンチとを用いて前記第１の絞り加工を行う、上記（１）に記載の有底円筒状部材の製造方法。

（３）前記ダイは、前記第１の方向及び前記第２の方向における内径と、前記第１の方向及び前記第２の方向がなす角の二等分線方向における内径との差が、前記第１の方向及び前記第２の方向における内径の０．２〜０．５％である、
上記（１）又は（２）に記載の有底円筒状部材の製造方法。

（４）圧力に対する伸縮性において面内異方性を有する円板状の部材を複数回の絞り加工によって有底円筒状に成型する有底円筒状部材の製造装置であって、前記複数回の絞り加工のうち、少なくとも１回の絞り加工に用いるダイは、前記伸縮性が低い第１の方向、及び前記第１の方向に直交する第２の方向における内径が、他の方向における内径よりも小さく形成されている、有底円筒状部材の製造装置。

本発明によれば、有底円筒状部材の成型後に円筒部の縁部を取り除くことなく、円筒部の縁部を平坦な形状とすることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る軸受外輪、及びこの軸受外輪を有する軸受、ならびにこの軸受を備えた十字継手を説明するために示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る軸受の断面図である。 本発明の実施の形態に係る軸受外輪の製造装置の概要を示す概略図である。 （ａ）は、打ち抜き加工の概略を示す説明図である。（ｂ）は、打ち抜き加工によって得られた円板状の部材を示す平面図である。 （ａ）は、第１の絞り加工部における第１の絞り加工の概略を示す説明図である。（ｂ）は、円板状の部材及び第１の絞り加工部における第１のダイの型穴の内径形状を示す説明図である。 第１の絞り加工によって得られた中間成型体をその中心軸に沿って切断した断面を示す断面図である。 （ａ）は、第２の絞り加工部における第２の絞り加工の概略を示す説明図である。（ｂ）は、第２の絞り加工部における第２のダイの型穴の内径形状を示す説明図である。 第２の絞り加工によって得られた有底円筒状部材をその中心軸に沿って切断した断面を示す断面図である。 面内異方性を有する円板状の部材に対して従来の絞り加工を施して得られた有底円筒状部材の形状の一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る有底円筒状部材の製造方法及び製造装置、及びこの有底円筒状部材の一例としての軸受外輪を備えた軸受につき、図１〜図８を参照して詳細に説明する。

図１は、有底円筒状部材としての軸受外輪、及びこの軸受外輪を有する軸受、ならびにこの軸受を備えた十字継手を説明するために示す分解斜視図である。図２は、軸受の断面図である。

この十字継手１００は、第１のヨーク１１と、第２のヨーク１２と、４つの円筒状の軸部１３１を有する十字状のスパイダ１３と、それぞれの軸部１３１の外周面１３１ａに接して円周方向に配列される複数の針状ころ１４と、それぞれの軸部１３１に対応して設けられる有底円筒状の４つの軸受外輪１５とを有して構成されている。軸部１３１、針状ころ１４、及び軸受外輪１５は、針状ころ軸受１０を構成する。

この十字継手１００は、例えば車両用のプロペラシャフトの連結のために用いられる。すなわち、第１のヨーク１１は、例えばプロペラシャフトの端部に設けられ、第２のヨーク１２は、例えばディファレンシャル装置の入力部材として用いられる。なお、プロペラシャフトの連結に限らず、例えば車両用のステアリング装置における操舵力を伝達するステアリング軸の連結に、上記構成の十字継手１００を適用することも可能である。

第１のヨーク１１は、回転部材である円筒状のシャフト１１０の端部に連結された基部１１１と、基部１１１に一端が連接された一対の腕部１１２とを一体に有している。一対の腕部１１２の先端部には、円形の貫通孔１１２ａがそれぞれ形成されている。

第２のヨーク１２は、複数（４つ）の取付孔１２０ａを有する四角板状のフランジ部１２０と、フランジ部１２０の対向する両端部に連接された一対の腕部１２１とを一体に有している。一対の腕部１２１の先端部には、円形の貫通孔１２１ａがそれぞれ形成されている。

スパイダ１３は、円柱状の胴部１３０と、胴部１３０の外周囲に放射状に一定の角度間隔で設けられた４つの円筒状の軸部１３１とを一体に有している。それぞれの軸部１３１の根元部には、環状のシール部材１３２が配置されている。

図２に示すように、軸受外輪１５は、複数の針状ころ１４及び軸受内輪としての軸部１３１を収容する有底円筒状であり、底部１５１と、円筒部１５２とを一体に有している。この軸受外輪１５は、円筒部１５２を第１のヨーク１１の貫通孔１１２ａ又は第２のヨーク１２の貫通孔１２１ａに圧入して固定される。

円筒部１５２の内周面１５２ａは、複数の針状ころ１４を介して軸部１３１の外周面１３１ａに対向すると共に、シール部材１３２に摺接する。この針状ころ軸受１０により、第１及び第２のヨーク１１，１２に対してスパイダ１３が滑らかに揺動可能であり、シャフト１１０の回転軸Ｏが第２のヨーク１２のフランジ部１２０の法線に対して傾斜しても、第１のヨーク１１側から第２のヨーク１２側にトルクを伝達することが可能である。

（軸受外輪１５の製造方法）
次に、軸受外輪１５の製造方法、及び製造装置について、図３〜図８を参照して説明する。

軸受外輪１５の製造方法は、板状の圧延鋼板を円形に打ち抜き加工し、円板状の部材を得る打ち抜き工程と、第１の絞り加工を行う第１の絞り加工工程と、第２の絞り加工を行う第２の絞り加工工程とを有している。すなわち、打ち抜き加工した円板状の部材を複数回の絞り加工によって有底円筒状に成型する。

図３は、軸受外輪１５の製造装置３の概要を示す概略図である。この製造装置３は、打ち抜き加工のための打ち抜き加工部３１と、第１の絞り加工を行うための第１の絞り加工部３２と、第２の絞り加工を行うための第２の絞り加工部３３とを有している。

図４（ａ）は、打ち抜き加工部３１における打ち抜き加工の概略を示す説明図である。図４（ｂ）は、打ち抜き加工によって得られた円板状の部材２１を示す平面図である。

この打ち抜き工程では、図３に示すように、ロール状に巻かれた圧延鋼板２をロール２０から引き出してプレス装置３１１により打ち抜き、外周形状が真円である円板状の部材２１を得る。圧延鋼板２は、例えばＳＵＪ２(高炭素クロム軸受鋼鋼材)であり、炭素鋼や浸炭鋼であってもよい。

以下の説明では、円板状の部材２１において、圧延鋼板２の長手方向（引き出し方向）に沿った方向を第１の方向２１ａ、この第１の方向２１ａに直交する方向を第２の方向２１ｂとする。また、第１の方向２１ａ及び第２の方向２１ｂがなす角の二等分線方向を第３の方向２１ｃ及び第４の方向２１ｄとする。第３及び第４の方向２１ｃ，２１ｄは、第１及び第２の方向２１ａ，２１ｂに対し、４５°の角度で傾斜している。

圧延鋼板２の特性上、第１の方向２１ａにおける円板状の部材２１の圧力に対する伸縮性は、第２の方向２１ｂにおける円板状の部材２１の圧力に対する伸縮性よりも高い。つまり、円板状の部材２１を第１の方向２１ａ及び第２の方向２１ｂに同じ力で伸ばして変形させたとき、第１の方向２１ａにおける変形量が第２の方向における変形量よりも大きくなる。すなわち、円板状の部材２１は、圧力に対する伸縮性において面内異方性を有している。

打ち抜かれた円板状の部材２１は、その向き（角度位置）を変えることなく、すなわち回転させることなく、第１の絞り加工部３２に搬送される。

図５（ａ）は、第１の絞り加工部３２における第１の絞り加工の概略を示す説明図である。図５（ｂ）は、第１の絞り加工部３２における第１のダイ３２１の型穴３２０の内径形状を円板状の部材２１と共に示す説明図である。図５（ｂ）では、型穴３２０の内径形状の真円との違いを誇張して表している。図６は、第１の絞り加工によって得られた中間成型体２２をその中心軸に沿って切断した断面を示す断面図である。

第１の絞り加工は、図５（ａ）に示すように、第１のダイ３２１と第１のパンチ３２２とを相対移動させ、円板状の部材２１に対して絞り加工を行うことにより、中間成型体２２を得る。第１のパンチ３２２は円柱状である。第１のダイ３２１は、第１のパンチ３２２の外径よりも大きな内径を有する型穴３２０を有している。

図５（ｂ）に示すように、型穴３２０の上方には、打ち抜き加工によって得られた円板状の部材２１が、その向きを保って搬送される。型穴３２０の内径は、円板状の部材２１の第１の方向２１ａに対応する内径ｄ_１、及び第２の方向２１ｂに対応する内径ｄ_２が、第３の方向２１ｃに対応する内径ｄ_３、及び第４の方向２１ｄに対応する内径ｄ_４よりも小さく形成されている。

本実施の形態では、内径ｄ_１と内径ｄ_２が互いに等しく、内径ｄ_３と内径ｄ_４が互いに等しい（ｄ_１＝ｄ_２＜ｄ_３＝ｄ_４）。内径ｄ_１，ｄ_２と内径ｄ_３，ｄ_４との差をΔｄ（＝内径ｄ_３，ｄ_４−内径ｄ_１，ｄ_２）とすると、Δｄは内径ｄ_１，ｄ_２の０．２〜０．５％であることが望ましい。本実施の形態では、内径ｄ_１，ｄ_２が３０ｍｍ、Δｄが０．１ｍｍであり、Δｄが内径ｄ_１，ｄ_２の約０．３３％である。

第１のパンチ３２２は、その軸方向直交断面が真円である。第１のパンチ３２２が第１のダイ３２１に対して相対移動し、型穴３２０内に第１のパンチ３２２が挿入されると、第３の方向２１ｃ及び第４の方向２１ｄに対応する方向における型穴３２０の内面と第１のパンチ３２２の外周面との間には、第１の方向２１ａ及び第２の方向２１ｂに対応する方向における型穴３２０の内面と第１のパンチ３２２の外周面との間に形成される隙間よりも、大きな隙間が形成される。

この第１の絞り加工によって、円板状の部材２１に対して絞り加工を施して得られる中間成型体２２は、図６に示すように、底部２２１と円筒部２２２とを一体に有する有底円筒状であり、円筒部２２２の先端側における縁部２２２ａは、周方向に波打った波型形状となる。

この波型形状における谷部２２２ｂは、第１の方向２１ａ及び第２の方向２１ｂに対応して形成され、波型形状における山部２２２ｃは、第３の方向２１ｃ及び第４の方向２１ｄに対応して形成される。すなわち、第１の方向２１ａ及び第２の方向２１ｂにおける中間成型体２２の中心軸に沿った円筒部２２２の長さＬ_１は、第３の方向２１ｃ及び第４の方向２１ｄにおける中間成型体２２の中心軸に沿った円筒部２２２の長さＬ_２よりも短い。長さＬ_１と長さＬ_２との差は、例えば１ｍｍである。

このように形成された中間成型体２２は、第２の絞り加工部３３に搬送される。なお、この第２の絞り加工部３３への搬送時には、中間成型体２２が回転してもよい。

図７（ａ）は、第２の絞り加工部３３における第２の絞り加工の概略を示す説明図である。図７（ｂ）は、第２の絞り加工部３３における第２のダイ３３１の型穴３３０の内径形状を示す説明図である。図８は、第２の絞り加工によって得られた有底円筒状部材２３をその中心軸に沿って切断した断面を示す断面図である。

第２の絞り加工は、図７（ａ）に示すように、第１のダイ３２１の型穴３２０（図５参照）の内径よりも小さな内径の型穴３３０を有する第２のダイ３３１と、第１のパンチ３２２の外径よりも小さな外径を有する第２のパンチ３３２とを相対移動させ、中間成型体２２に対してさらに絞り加工を行うことにより、有底円筒状部材２３を得る。

図７（ｂ）に示すように、第２のダイ３３１の型穴３３０は、何れの方向（角度）においても内径ｄ_０が等しい真円状である。また、第２のパンチ３３２は、その軸方向直交断面が、型穴３３０の内径ｄ_０よりも小さい外径を有する真円状である。

この第２の絞り加工によって得られた有底円筒状部材２３は、図８に示すように、底部２３１と円筒部２３２とを一体に有し、円筒部２３２の縁部２３２ａが平坦な形状である。すなわち、中間成型体２２の縁部２２２ａに見られた波型形状が緩和され、平坦化されている。こうして得られた有底円筒状部材２３は、縁部２３２ａを切断や旋削等によって取り除くことなく、軸受外輪１５として用いることができる。

以上説明した本実施の形態によれば、有底円筒状部材２３の成型後に円筒部２３２の縁部２３２ａを取り除くことなく、縁部２３２ａを平坦な形状とすることが可能となる。

以上、本発明の有底円筒状部材の製造方法及び製造装置を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。

上記実施の形態では、２回の絞り加工（第１及び第２の絞り加工）によって有底円筒状部材２３を成型したが、これに限らず、３回もしくは３回以上の絞り加工によって有底円筒状部材２３を成型してもよい。この場合、少なくとも１回の絞り加工を図５に示す第１のダイ３２１と第１のパンチ３２２とを用いて絞り加工を行うことにより、平坦な縁部２３２ａを有する有底円筒状部材２３を成型することが可能である。

また、上記実施の形態では、得られた有底円筒状部材２３を軸受外輪１５として用いる場合について説明したが、有底円筒状部材２３の用途はこれに限らない。例えば、有底円筒状部材２３を電気モータのケース部材として用いてもよい。

２…圧延鋼板、３…製造装置、４…有底円筒状部材、１０…軸受、１１…第１のヨーク、１２…第２のヨーク、１３…スパイダ、１４…針状ころ、１５…軸受外輪、２１…円板状の部材、２１ａ…第１の方向、２１ｂ…第２の方向、２１ｃ…第３の方向、２１ｄ…第４の方向、２２…中間成型体、２３…有底円筒状部材、３１…打ち抜き加工部、３２…第１の絞り加工部、３３…第２の絞り加工部、４１…底部、４２…円筒部、１００…十字継手、１１０…シャフト、１１１…基部、１１２…腕部、１１２ａ…貫通孔、１２０…フランジ部、１２０ａ…取付孔、１２１…腕部、１２１ａ…貫通孔、１３０…胴部、１３１…軸部、１３１ａ…外周面、１３２…シール部材、１５１…底部、１５２…円筒部、１５２ａ…内周面、２２１…底部、２２２…円筒部、２２２ａ…縁部、２３１…底部、２３２…円筒部、２３２ａ…縁部、３１１…プレス装置、３２０…型穴、３２１…第１のダイ、３２２…第１のパンチ、３３０…型穴、３３１…第２のダイ、３３２…第２のパンチ、４２１…基端部、４２２…縁部、４２２ａ…山部、４２２ｂ…谷部、ｄ_０〜ｄ_４…内径

Claims (4)

1. 圧力に対する伸縮性において面内異方性を有する円板状の部材を複数回の絞り加工によって有底円筒状に成型する有底円筒状部材の製造方法であって、
   前記複数回の絞り加工のうち、少なくとも１回の絞り加工は、前記円板状の部材の伸縮性が高い第１の方向、及び前記第１の方向に直交する第２の方向における内径が、他の方向における内径よりも小さく形成された型穴を有するダイと、円柱状のパンチとを用いて絞り加工を行う、有底円筒状部材の製造方法。
2. 前記複数回の絞り加工は、第１の絞り加工、及び前記第１の絞り加工が行われた中間成型体に対してさらに絞り加工を行う第２の絞り加工からなり、
   前記ダイと前記パンチとを用いて前記第１の絞り加工を行う、
   請求項１に記載の有底円筒状部材の製造方法。
3. 前記ダイは、前記第１の方向及び前記第２の方向における内径と、前記第１の方向及び前記第２の方向がなす角の二等分線方向における内径との差が、前記第１の方向及び前記第２の方向における内径の０．２〜０．５％である、
   請求項１又は２に記載の有底円筒状部材の製造方法。
4. 圧力に対する伸縮性において面内異方性を有する円板状の部材を複数回の絞り加工によって有底円筒状に成型する有底円筒状部材の製造装置であって、
   前記複数回の絞り加工のうち、少なくとも１回の絞り加工に用いるダイは、前記伸縮性が低い第１の方向、及び前記第１の方向に直交する第２の方向における内径が、他の方向における内径よりも小さく形成されている、有底円筒状部材の製造装置。

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