JP3724551B2 - カップ状部材の成形方法、その成形装置、およびその予備成形粗材 - Google Patents
カップ状部材の成形方法、その成形装置、およびその予備成形粗材 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カップ状部材の成形方法、その成形装置、およびその予備成形粗材に関し、さらに詳しくは、しごき成形により、内周面に複数の溝を有しており、各溝の間の稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材を成形するための方法、装置、および予備成形粗材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の動力伝達装置などにおいては、いかなるジョイント角度においても駆動軸と被駆動軸との間の角速度差がなく等角速度で回転を伝達するために、等速ジョイントが用いられている。そして、バーフィールド型やトリポード型の等速ジョイントにおいては、軸部と一体に成形されたカップ部を有するアウタレース（カップ状部材）を備えている。このようなアウタレースＦ’は、一般に、図９および図１０に示すように、カップ部Ｇ’の内周面に複数の溝１１’を有しており、各溝１１’の間の稜線部分１２’の軸方向中間位置１２ａ’から端部開口に向かう部分１２ｂ’が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成された構造となっている。
【０００３】
このような等速ジョイントのアウタレースを成形するための従来の技術としては、特開平１１−１７９４７７号公報に開示された等速ジョイント用外輪部材の鍛造成形方法および装置が知られている。
【０００４】
この等速ジョイント用外輪部材の鍛造成形方法においては、軸部と前記軸部の端部から拡径して一体的に設けられるカップ部とにより構成される等速ジョイント用外輪部材の鍛造成形方法であって、棒状素材に押し出し成形を施すことにより、軸部と中実本体部を有する成形体を得る工程と、前記成形体に据え込み成形を施すことにより、前記中実本体部を押し潰して据え込み成形する工程と、前記据え込み部に押し出し成形を施すことにより、前記カップ部を成形する工程と、前記軸部の最終製品精度を有する第１成形部を用いて該軸部に最終しごき成形を施すとともに、前記カップ部の最終製品精度を有する第２成形部を用いて該カップ部の外径を拘束した状態で、しごきパンチを介して前記カップ部の内径部分をしごき成形する工程と、を有することを特徴としている。
【０００５】
また、この等速ジョイント用外輪部材の鍛造成形装置においては、軸部と前記軸部の端部から拡径して一体的に設けられるカップ部とにより構成される等速ジョイント用外輪部材の鍛造成形装置であって、前記軸部の最終製品精度を有し、該軸部に最終しごき成形を施すための第１成形部と、前記カップ部の最終製品精度を有し、該カップ部の外径を拘束するための第２成形部と、前記第２成形部により前記カップ部の外径を拘束した状態で、前記軸部のしごき成形と同時に該カップ部の内径部分をしごき成形するためのしごきパンチと、を備えることを特徴としている。
【０００６】
また、アンダカットに形成されたカップ状部材を成形するための別の従来の技術としては、特開平２−１３３１４０号公報に開示されているように、内部に内径が全長に亘ってほぼ等しい凹入部を有し、かつ凹入部の開口側外周面に厚肉部を形成したワークを予め製作し、次にこのワークをダイスの小径部でしごいて厚肉部を内側へ流動させることにより口絞りを行うと同時に、コレットの先端をマンドレルにより拡開して、上記ワークの口元部にアンダカットを形成することを特徴とするアンダカットを有するピストンの製造方法が知られている。
【０００７】
そして、このアンダカットを有するピストンの製造方法においては、マンドレルのテーパ部によって放射状に拡開されると共に、アンダカットから抜き出すときに収縮するよう先端が分割されたコレットを用いることが開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術のうち、特開平１１−１７９４７７号公報にあっては、カップ部の最終製品精度を有する型（第２成形部）を用いてカップ部の外周を拘束した状態で、しごきパンチを介してカップ部の内径部分にしごき成形を施すため、軸部とカップ部の同軸精度が容易かつ確実に得られ、カップ部内面のトラック溝および該内面の仕上げ精度を有効に維持することができるというものである。そして、このものにあっては、カップ部は、軸部の一方の端部から拡径してアンダーカット部を有していること、および内面の真円度について記載されているものの、アンダーカット部あるいは球面状内周面が如何にして形成されるかについては記載されておらず、また、図面からこれらを特定することはできない。
【０００９】
一方、上記従来の技術のうち、特開平２−１３３１４０号公報にあっては、図７および図８に示すように、凹入部の開口側外周面に厚肉部ｔを形成したワーク（予備成形粗材ｆ’）を予め製作するものであるため、このワークｆ’をダイスの小径部でしごいて厚肉部ｔを内側へ流動させることにより口絞りを行うと、図１０に示すように、カップ部Ｇ’の開口端面に駄肉Ｍが生じ、この駄肉Ｍを別工程で取り除く必要があるため、工程数が増加するという問題があった。そして、このものにあっては、アンダカットを有するピストンの製造方法であるために、ワークの口元部に全周にわたってアンダカットを形成することに問題はないが、この方法を上述した等速ジョイントのアウタレースを成形する場合に適用すると、カップ部Ｇ’の開口が全周にわたって縮径される、すなわち、稜線部分１２’のみならず溝１１’までもが端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されることとなり、溝１１’の端部開口に等速ジョイントのインナレースとの干渉を回避するためのテーパ部１１ｄ’を形成する必要があるという問題があった。
【００１０】
また、特開平２−１３３１４０号公報に開示された成形装置にあっては、先端が分割されたコレットを拡開することによりワークの口元部にアンダカットを形成するものであるため、コレットが成形製品の内面全体を均等に押圧することができず、また、成形製品の外面と内面との同軸度を維持できない可能性があるという問題があり、成形製品の内面の成形精度を維持するためには切削加工あるいは研磨加工などの後加工が必要となるという問題があった。さらに、このものにあっては、コレットを拡開させるためのマンドレルを必要とすると共に、マンドレルをコレットに対して上下動させる必要があるため、構造が複雑となるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、内周面に複数の溝が形成され、各溝の間の稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材を精度よく容易に成形することができるカップ状部材の成形方法、その成形装置、およびカップ状部材を成形するための予備成形粗材を提供することを目的とする。
【００１２】
請求項１のカップ状部材の成形方法に係る発明は、上記目的を達成するため、内周面に複数の溝を有しており、各溝の間の稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材の成形方法であって、外周面が中心軸線と平行に形成され、内周面に溝となる部分と稜線部分となる部分とが予備成形され、稜線部分のアンダカットに形成される部分が中心軸線と平行に形成された予備成形粗材を成形し、溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、予備成形粗材の外周面をしごき成形することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項２のカップ状部材の成形装置に係る発明は、上記目的を達成するため、内周面に複数の溝を有し、各溝の間の稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成してなるカップ状部材を成形するための装置であって、中心軸線と平行に形成された予備成形粗材の外周面をしごき成形するダイと、予備成形粗材の内周面に形成された溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止する内倒阻止部分と、中心軸線と平行に形成された稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する内倒許容部分と、が一体に形成されたパンチと、を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項３のカップ状部材を成形するための予備成形粗材に係る発明は、上記目的を達成するため、内周面に複数の溝となる部分と各溝の間の稜線部分となる部分とが予備成形されており、溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、外周面をしごき成形することにより、稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材を成形するための予備成形粗材であって、外周面と内周面の稜線のアンダカットに形成される部分とを、中心軸線と平行に形成したことを特徴とするものである。
【００１５】
さらに、請求項４のカップ状部材を成形するための予備成形粗材に係る発明は、上記目的を達成するため、内周面に複数の溝となる部分と各溝の間の稜線部分となる部分とが予備成形されており、溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、外周面をしごき成形することにより、稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材を成形するための予備成形粗材であって、内周面の溝となる部分を、互いに端部開口に向かって漸次拡径するようにテーパ状に形成したことを特徴とするものである。
【００１６】
そして、請求項５のカップ状部材を成形するための予備成形粗材に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項３または４に記載の発明において、成形されたカップ状部材の溝の肉厚の、予備成形粗材の溝となる部分の肉厚に対する比率を、０．７９〜０．８３とすることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１の発明では、中実棒状の素材を押し出し成形することなどによって、外周面が中心軸線と平行に形成され、内周面に溝となる部分と稜線部分となる部分とが予備成形され、稜線部分のアンダカットに形成される部分が中心軸線と平行に形成された予備成形粗材を成形する。そして、この予備成形粗材の溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、予備成形粗材の外周面をしごき成形する。外周面がしごき成形されることにより、予備成形素材の材料は、カップ状部材の軸方向および径方向内側に向かって流動する。このとき、予備成形粗材の溝となる部分が内側への倒れ込みを阻止されているために、成形されたカップ状部材の溝がアンダカットに形成されることがなく、また、成形されたカップ状部材の稜線部分のみが端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されることとなる。
【００１８】
また、請求項２の発明では、予備成形粗材は、中実棒状の粗材を押し出し成形することなどによって、外周面が中心軸線と平行に形成され、内周面に溝となる部分と稜線部分となる部分とが予備成形され、稜線部分のアンダカットに形成される部分が中心軸線と平行に形成されている。この予備成形粗材を、パンチとダイとの間に配置し、パンチとダイを相対的に近接させることにより予備成形粗材をしごき成形する。予備成形粗材の内周面に形成された溝となる部分がパンチの内倒阻止部分により内側への倒れ込みを阻止され、内周面の中心軸線と平行に形成された稜線部分のアンダカットに形成される部分がパンチの内側に逃げるように形成された内倒許容部分により内側への倒れ込みを許容された状態で、予備成形粗材の外周面がダイによってしごかれ、材料が軸方向および径方向内側に向かって流動する。そのため、成形されたカップ状部材の溝にアンダカットが形成されることがなく、また、成形されたカップ状部材の稜線部分のみに端部開口に向かって漸次縮径するアンダカットが形成されることとなる。そして、しごき成形が完了してパンチとダイとを相対的に離間させるときには、内側への倒れ込みを許容するパンチの内倒許容部分がアンダカットに成形された稜線部分の端部開口よりも内側に逃げるように形成されており、また、成形されたカップ状部材の溝がパンチの内倒阻止部分によりその内側への倒れ込みを阻止しているために、パンチは、カップ状部材の内周面から容易に引き抜かれることとなる。
【００１９】
請求項３の発明では、予備成形粗材の外周面と内周面の稜線のアンダカットに形成される部分とが中心軸線と平行に形成されていることにより、溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、外周面がしごき成形されると、中心軸線と平行に形成された稜線部分となる部分のみが内側に倒れ込むと共に、しごかれた材料が軸方向および径方向内側に向かって流動して、アンダカットが容易に形成される。
【００２０】
請求項４の発明では、溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、外周面がしごき成形されると、稜線部分となる部分のみが内側に倒れ込むと共に、しごかれた材料が軸方向および径方向内側に向かって流動する。このとき、予備成形粗材の内周面の溝となる部分が互いに端部開口に向かって漸次拡径するテーパ状に形成されていることにより、溝となる部分にしごかれた材料が流動して溝を所定の形状に精度よく形成すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分にしごかれた材料が流動して稜線部分にアンダカットが容易に形成される。
【００２１】
請求項５の発明では、請求項３または４に記載の発明において、予備成形粗材の溝となる部分の肉厚を１として、この肉厚１に対して成形されたカップ状部材の溝の肉厚の比率が０．７９〜０．８３となるように、すなわち、予備成形粗材の溝となる部分の肉厚が成形しようとするカップ状部材の溝の所望の肉厚の１／（０．７９〜０．８３）となるように設定される。この比率が０．７９よりも小さい（しごき成形による変形量が大きい）場合には、カップ状部材の残留応力が大きくなって後の工程で熱処理を行った際に寸法変化が生じて製品形状がばらつき、あるいは、予備成形粗材の変形能を越えて割れが生じ成形不良となる。また、比率が０．８３よりも大きい（しごき成形による変形量が小さい）場合には、カップ状部材に弾性域と塑性域とが存在して製品形状がばらつき成形不良となる。したがって、予備成形粗材の溝となる部分の肉厚１に対して成形されたカップ状部材の溝の肉厚の比率を０．７９〜０．８３にすることにより、成形不良を引き起こすことなく、カップ状部材が精度よく成形される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明により成形されるカップ状部材の実施の一形態として、上述した自動車の動力伝達装置などに用いられているバーフィールド型等速ジョイントのアウタレースＦのカップ部Ｇを成形する場合により、図１および図２に基づいて説明する。しかしながら、本発明は、バーフィールド型等速ジョイントのアウタレースＦを成形する場合に限定されることなく、例えばトリポード型等速ジョイントなど、内周面に複数の溝を有しており、各溝の間の稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたものであれば、他のカップ状部材にも適用することができる。
【００２３】
アウタレースＦは、カップ部（カップ状部材）Ｇに軸部Ｊが一体に成形されてなるもので、カップ部Ｇと軸部Ｊとの中心軸線ＣＬは同軸上に位置している。カップ部Ｇの内周面には、図示しない等速ジョイントのインナレースとの間でボールを保持するための溝（以下、ボール溝１１という）が、軸方向に延びるように、この実施の形態の場合６箇所に等間隔で形成される。そして、各ボール溝１１の間には、カップ部Ｇの径方向内側に突出する稜線部分１２が軸方向に延びるように形成され、各稜線部分１２の内側表面は、一定の曲率Ｒ２で形成されていることにより、その曲率中心Ｃ２を起点として中心軸線ＣＬと直交する方向の位置１２ａからカップ部Ｇの端部開口に向かう部分１２ｂが漸次縮径するようにアンダカットに形成されている。一方、ボール溝１１は、曲率中心Ｃ１を起点として中心軸線ＣＬと直交する方向の軸方向中間位置１１ａから底方向に向かう部分１１ｃが一定の曲率Ｒ１で形成されており、また、カップ部Ｇの軸方向中間位置１１ａから端部開口に向かう部分１１ｂが軸方向に中心軸線ＣＬと平行に形成されている。
【００２４】
次に、本発明のカップ状部材を成形するための予備成形粗材ｆの実施の一形態を、以上のような形状のアウタレースＦを成形する場合により、図３および図４に基づいて説明する。
【００２５】
本発明の予備成形粗材ｆは、概略、カップ部Ｇとなる部分ｇの内周面にボール溝１１となる部分１と稜線部分１２となる部分２とが予備成形されており、カップ部Ｇとなる部分ｇの外周面ｇａと内周面の稜線のアンダカットに形成される部分２ｂとを、中心軸線ＣＬと平行に形成すると共に、内周面の溝１１となる部分１を、互いに端部開口に向かって漸次拡径するテーパ状に形成し、さらに、成形されたカップ状部材Ｇの溝１１の肉厚Ｂに対して予備成形粗材ｆのカップ部ｇの溝１１となる部分１の肉厚Ａを０．７９〜０．８３の逆数の比率にしたものである。
【００２６】
図３および図４に示すように、予備成形粗材ｆは、例えば中実棒状の鋼などの素材を温間で後方押し出し成形などの鍛造加工を行うことにより、素材の一方の端部にカップ状部材としてのアウタレースＦのカップ部Ｇとなる部分ｇが形成される。また、素材の他方の端部を前方押し出し成形することにより、アウタレースＦの軸部Ｊとなる部分ｊがカップ部Ｇとなる部分ｇと一体に形成される。カップ部Ｇとなる部分ｇと軸部Ｊとなる部分ｊの中心軸線ＣＬは同軸上に位置している。軸部Ｊとなる部分ｊは、アウタレースの軸部Ｊの最終製品精度で形成されており（Ｊ＝ｊ）、カップ部Ｇとなる部分ｇは、後の工程でしごき成形されることを考慮して、アウタレースＦのカップ部Ｇの最終製品精度よりも外径がわずかに大きく、軸方向にわずかに短く形成されている。カップ部Ｇとなる部分ｇの外周面ｇａは、従来の技術のようにカップ部となる部分ｇの開口側外周面に厚肉部ｔ（図８を参照）を形成することなく、中心軸線ＣＬと平行に形成されている。
【００２７】
そして、カップ部Ｇとなる部分ｇの内周面に予備形成された稜線部分１２となる部分２の表面は、その軸方向中間位置２ａから底方向に向かう部分２ｃがアウタレースのカップ部Ｇの稜線部分１２のほぼ最終製品精度で一定の曲率Ｒ２に形成されており（２ｃ≒１２ｃ）、また、軸方向中間位置２ａから端部開口に向かう部分２ｂが最終製品精度と異なり中心軸線ＣＬと平行に形成されている。
【００２８】
一方、カップ部Ｇとなる部分ｇの内周面に予備形成されたボール溝１１となる部分１は、その軸方向中間位置１ａから底方向に向かう部分１ｃがアウタレースのカップ部Ｇのボール溝１のほぼ最終製品精度で一定の曲率Ｒ１に形成されており（１ｃ≒１１ｃ）、また、軸方向中間位置１ａから端部開口に向かう部分１ｂが最終製品精度と異なり互いにわずかに漸次拡径するテーパ状に形成されている。
【００２９】
ここで、予備成形粗材ｆのカップ部Ｇとなる部分ｇの内周面に予備形成されたボール溝１１となる部分１の、一定の曲率Ｒ１に形成された部分１ｃと互いにわずかに漸次拡径するテーパ状に形成された部分１ｂとの境界部である軸方向中間位置１ａの肉厚をＡとする。また、成形されたアウタレースＦのボール溝１１の、一定の曲率Ｒ１で形成された部分１１ｃと、中心軸線ＣＬと平行に形成された部分１１ｂとの境界部である軸方向中間位置１１ａの肉厚をＢとする。そして、本発明では、成形されたカップ部Ｇの溝１１の肉厚Ｂの、予備成形粗材ｆの溝１１となる部分１の肉厚Ａに対する比率（Ｂ／Ａ）が０．７９〜０．８３に設定されている。すなわち、予備成形粗材ｆの溝１１となる部分１の肉厚Ａが成形されたカップ部Ｇの溝１１の肉厚Ｂにしごかれるしごき率［（Ａ−Ｂ）／Ａ］は、１７パーセント〜２１パーセントに設定されている。さらに換言すれば、予備成形粗材ｆの溝１１となる部分１の肉厚Ａは、成形されたカップ部の溝１１の肉厚Ｂの、予備成形粗材ｆの溝１１となる部分１の肉厚Ａに対して上述した比率（Ｂ／Ａ）の逆数の比率［Ａ／Ｂ＝１／（０．７９〜０．８３）］で、すなわち、成形されるカップ部Ｇの溝１１の肉厚Ｂの約１．２７〜１．２０倍程度の範囲で設定される。
【００３０】
仮に、成形されたカップ部Ｇの溝１１の肉厚Ｂの、予備成形粗材ｆの溝１１となる部分１の肉厚Ａに対する比率（Ｂ／Ａ）を０．７９よりも小さく（しごき成形による変形量を大きく）設定した場合には、カップ部Ｇの残留応力が大きくなって後の工程で熱処理を行った際に寸法変化が生じて製品形状がばらつき、あるいは、素材の変形能を越えて割れが生じ成形不良となる。また、比率（Ｂ／Ａ）を０．８３よりも大きく（しごき成形による変形量を小さく）設定した場合には、カップ部Ｇに弾性域と塑性域とが存在して製品形状がばらつき成形不良となる。しかしながら、本発明では、上述したように比率（Ｂ／Ａ）を０．７９〜０．８３に設定することとしたことにより、成形不良を引き起こすことなく、カップ部Ｇを精度よく成形することができる。
【００３１】
次に、本発明のカップ状部材Ｇの成形装置の実施の一形態を、上述した予備成形粗材ｆからアウタレースＦを成形するための装置の場合により、図５および図６に基づいて説明する。
【００３２】
本発明のカップ状部材Ｇの成形装置は、概略、予備成形粗材ｆのカップ部Ｇとなる部分ｇの外周面ｇａをしごき成形するダイ６と、予備成形粗材ｆのカップ部Ｇとなる部分ｇの内周面を押圧するパンチ５とを備えてなり、パンチ５は、予備成形粗材ｆの内周面に形成された溝１１となる部分１の内側への倒れ込みを阻止する内倒阻止部分５１と、中心軸線ＣＬと平行に形成された稜線部分１２のアンダカットに形成される部分２ｂの内側への倒れ込みを許容する内倒許容部分５２とが一体に形成されてなるものである。
【００３３】
図５に示すように、ダイ６には、予備成形粗材ｆが挿入される段部７ｄを有する孔７が形成されている。この孔７の上方部７ａは、予備成形粗材ｆのカップ部Ｇとなる部分ｇを挿入し得る径に形成されており、また、その段部７ｄが形成されている中間部７ｃは、アウタレースＦのカップ部Ｇの外周の最終製品精度で、すなわち、予備成形粗材ｆの溝１１となる部分１の肉厚Ａに対してカップ状部材Ｇの溝１１の肉厚Ｂを０．７９〜０．８３の比率（Ｂ／Ａ）で成形するように形成されている。そして、このダイ６の孔７の上方部７ａと中間部７ｃとの間には、下方に向かって漸次縮径するテーパ面７ｂが形成されている。さらに、孔７の段部７ｄよりも下方部７ｅは、アウタレースＦの軸部Ｊが挿入される。予備成形粗材ｆが孔７の上方部７ａに挿入されると、そのカップ部Ｇとなる部分ｇがダイ６の孔７に形成されたテーパ面７ｂで一時的に支持されると共に、アウタレースＦの軸部Ｊとなる部分ｊが下方部７ｅに挿入される。そして、しごき加工によりそのカップ部Ｇとなる部分ｇの図面における下面が段部７ｄに係止される。パンチ５とダイ６の孔７との中心軸線は同軸上に配置される。
【００３４】
図６に示すように、パンチ５の内倒阻止部分５１は、その外周面が予備成形粗材ｆの内周面に形成された溝１１となる部分１と相似形に形成され、ダイ６とパンチ５とを相対的に近接させたときに、かかる部分１と衝合することにより、その内側への倒れ込みを阻止する。また、パンチ５の内倒許容部分５２は、予備成形粗材ｆの中心軸線ＣＬと平行に形成された稜線部分１２となる部分（図６の鎖線を参照）から内側に逃すように形成され、ダイ６とパンチ５とを相対的に近接させて、予備成形粗材ｆのカップ部Ｇとなる部分ｇの外周ｇａがダイ６テーパ面７ｂを介して中間部７ｃによりしごき成形されるときに、かかる部分２との当接を回避する構造としたことにより、その内側への倒れ込みを許容する。
【００３５】
次に、本発明のカップ状部材Ｇの成形方法の実施の一形態を、上述した予備成形粗材からアウタレースＦを成形するための装置を用いた場合により、図１〜図６に基づいて説明する。
【００３６】
本発明のカップ状部材Ｇの成形方法は、概略、外周面ｇａが中心軸線ＣＬと平行に形成され、内周面に溝１１なる部分１と稜線部分１２となる部分２とが予備成形され、稜線部分２のアンダカットに形成される部分２ｂが中心軸線ＣＬと平行に形成された予備成形粗材ｆを成形し、次いで、溝１１となる部分１の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分２のアンダカットに形成される部分２ｂの内側への倒れ込みを許容する状態で、予備成形粗材ｆの外周面ｇａをしごき成形するものである。さらに、予備成形粗材ｆを成形する際に、内周面の溝１１となる部分１ｂを互いに端部開口に向かって漸次拡径するテーパ状に形成し、また、成形されたカップ状部材Ｇの溝１１ａの肉厚Ｂに対して予備成形粗材ｆの溝１１となる部分１の肉厚Ａを０．７９〜０．８３の逆数の比率にしたものである。
【００３７】
予備成形粗材ｆは、上述したように、例えば中実棒状の鋼などの素材を温間で後方押し出し成形などの鍛造加工を行うことにより、カップ状部材としてのアウタレースＦのカップ部Ｇとなる部分ｇと、同軸上に位置する軸部Ｊとなる部分ｊとが形成されており、カップ部Ｇとなる部分ｇの外周面ｇａは軸方向に中心軸線ＣＬと平行に形成されている。
【００３８】
また、カップ部Ｇとなる部分ｇの内周面に予備形成された稜線部分１２となる部分２の表面は、その軸方向中間位置２ａから底方向に向かう部分２ｃが一定の曲率Ｒ２に形成されており、また、軸方向中間位置２ａから端部開口に向かう部分２ｂが中心軸線ＣＬと平行に形成されている。一方、カップ部Ｇとなる部分ｇの内周面に予備形成されたボール溝１１となる部分１の表面は、その軸方向中間位置１ａから底方向に向かう部分１ｃが一定の曲率Ｒ１に形成されており、また、軸方向中間位置１ａから端部開口に向かう部分１ｂが互いにわずかに漸次拡径するテーパ状に形成されている。さらに、予備成形粗材ｆの溝１１となる部分１の肉厚Ａは、成形されるカップ状部材Ｇの溝１１の肉厚Ｂの約１．２７〜１．２０倍程度の範囲に成形されている。
【００３９】
このように成形された予備成形粗材ｆは、上述した成形装置のパンチ５とダイ６の孔７との間に配置される。そして、ダイ６とパンチ５を相対的に近接させると、図５に示すように、予備成形粗材ｆのカップ部Ｇとなる部分ｇが、ダイ６の孔７の上方部７ａからテーパ面７ｂを介して、アウタレースＦのカップ部Ｇの外周の最終製品精度で形成された中間部７ｃに押し込まれることにより、その外周面ｇａがしごき成形される。
【００４０】
このとき、予備成形粗材ｆのカップ部Ｇとなる部分ｇの内周面は、図６に示すように、ボール溝１１となる部分１がパンチ５の内倒阻止部分５１と衝合されており、外周面ｇａがしごき成形されることによる径方向内側への倒れ込みおよび材料の流動が阻止された状態となっている。また、予備成形粗材ｆの内周面の稜線部分１２となる部分２ｂがパンチ５の内倒許容部分５２の径方向外側に位置しており、外周面ｇａがしごき成形されることによる径方向内側への倒れ込みおよび材料の流動が許容された状態となっている。
【００４１】
そして、予備形成されたボール溝１１となる部分１の、軸方向中間位置１ａから端部開口に向かう部分１ｂが互いにわずかに漸次拡径するテーパ状に形成されていることにより、外周面ｇａがしごき成形されてパンチ５の内倒阻止部分５１に衝合されて、アウタレースＦのカップ部Ｇのボール溝１１の軸方向中間位置１１ａから端部開口に向かう部分１１ｂが中心軸線ＣＬと平行に形成され、さらに、ボール溝１１となる部分１の材料が稜線部分１２に流動することとなる。
【００４２】
一方、予備形成された稜線部分１２となる部分２の、軸方向中間位置２ａから端部開口に向かう部分２ｂが中心軸線ＣＬと平行に形成されていることにより、外周面ｇａがしごき成形されてパンチ５の内倒許容部分５２に接することがなく、また、ボール溝１１となる部分１の材料が稜線部分１２に流動するため、アウタレースＦのカップ部Ｇの稜線部分１２の、曲率中心Ｃ２を起点として中心軸線ＣＬと直交する方向の位置１２ａからカップ部の端部開口に向かう部分１２ｂが、所定の曲率Ｒ２で漸次縮径するようにアンダカットに形成されるまで径方向内側に倒れ込むと共に材料が流動することとなる。
【００４３】
アウタレースＦが成形されると、パンチ５とダイ６とを相対的に離間させる。パンチ５の内倒許容部分５２が径方向内側に逃げるように形成されているために、アウタレースＦのカップ部Ｇの径方向内側に倒れ込んだ稜線部分１２ｂが干渉することがなく、また、ボール溝１１が軸方向に中心軸線ＣＬと平行に形成されているために、パンチ５の内倒阻止部分５１に干渉することがないので、従来の技術のようにパンチを分割して拡径および縮径させる必要がなく、そのままの姿勢でアウタレースＦのカップ部Ｇから引き抜くことができる。さらに、本発明では、パンチ５が内倒阻止部分５１と内倒許容部分５２とを一体に形成されているものであるため、カップ部Ｇとなる部分ｇの内周面を押圧するときに、従来の技術のように分割されたパンチがガタついたりカップ部との同軸度を維持できないなどの問題が発生することはなく、成形精度を維持することができる。
【００４４】
成形されたアウタレースＦは、ボール溝１１がパンチ５の内倒阻止部分５１に衝合された状態でその成形が完了するために、成形精度が良好であり、成形後に研磨するなどの後加工を行う必要がない。
なお、予備成形粗材ｆからアウタレースＦを成形するときには、冷間でしごき成形することが望ましい。また、成形されたアウタレースＦは、必要な硬度を得るために、焼き入れなどの後熱処理が行われる。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、外周面が中心軸線と平行に形成され、内周面に溝となる部分と稜線部分となる部分とが予備成形され、稜線部分のアンダカットに形成される部分が中心軸線と平行に形成された予備成形粗材を成形し、溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、予備成形粗材の外周面をしごき成形するという簡単な構成で、内周面に複数の溝と、各溝の間の稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材を精度よく容易に成形することができるカップ状部材の成形方法を提供することができる。
【００４６】
請求項２の発明によれば、中心軸線と平行に形成された予備成形粗材の外周面をしごき成形するダイと、予備成形粗材の内周面に形成された溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止する内倒阻止部分と、中心軸線と平行に形成された稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する内倒許容部分と、が一体に形成されたパンチと、を備えた簡単な構成で、内周面に複数の溝と、各溝の間の稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材を精度よく容易に成形することができるカップ状部材の成形装置を提供することができる。
【００４７】
請求項３の発明によれば、予備成形粗材の外周面と内周面の稜線のアンダカットに形成される部分とを、中心軸線と平行に形成したことにより、しごかれた材料が軸方向および径方向内側に向かって流動するため、アンダカットを容易に形成することができる予備成形粗材を提供することができる。
【００４８】
請求項４の発明によれば、内周面の溝となる部分を、互いに端部開口に向かって漸次拡径するテーパ状に形成したことにより、溝となる部分にしごかれた材料が流動して溝を所定の形状に精度よく形成すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分にしごかれた材料が流動して稜線部分にアンダカットを容易に形成することができる予備成形粗材を提供することができる。
【００４９】
請求項５の発明によれば、請求項３または４に記載の発明において、成形されたカップ状部材の溝の肉厚の、予備成形粗材の溝となる部分の肉厚に対する比率を、０．７９〜０．８３とすることにより、成形不良を引き起こすことなく、精度よくカップ状部材を成形することができる予備成形粗材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により成形されるアウタレースのカップ部を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明のアウタレースを成形するための予備成形粗材のカップ部となる部分を示す平面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】本発明の成形装置の縦断面図である。
【図６】パンチの内倒阻止部および内倒許容部と、カップ部のボール溝および稜線部分との形状を示す説明図である。
【図７】従来のアウタレースを成形するための予備成形粗材のカップ部となる部分を示す平面図である。
【図８】図７のVIII−VIII線断面図である。
【図９】従来のアウタレースのカップ部を示す平面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【符号の説明】
ｆ 予備成形粗材
ｇ カップ部となる部分（カップ状部材となる部分）
ｇａ 外周面
Ｆ アウタレース
Ｇ カップ部（カップ状部材）
１ 予備成形された溝となる部分
１ｂ 溝となる部分
２ 予備成形された稜線部分となる部分
２ｂ 稜線部分のアンダカットに形成される部分
１１ｂ 溝の中心軸線と平行に形成される部分
１２ｂ 稜線部分のアンダカットに形成される部分
Ａ 成形されたカップ状部材の溝の肉厚
Ｂ 予備成形粗材の溝となる部分の肉厚
５ パンチ
６ ダイ
５１ 内倒阻止部分
５２ 内倒許容部分
【発明の属する技術分野】
本発明は、カップ状部材の成形方法、その成形装置、およびその予備成形粗材に関し、さらに詳しくは、しごき成形により、内周面に複数の溝を有しており、各溝の間の稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材を成形するための方法、装置、および予備成形粗材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の動力伝達装置などにおいては、いかなるジョイント角度においても駆動軸と被駆動軸との間の角速度差がなく等角速度で回転を伝達するために、等速ジョイントが用いられている。そして、バーフィールド型やトリポード型の等速ジョイントにおいては、軸部と一体に成形されたカップ部を有するアウタレース（カップ状部材）を備えている。このようなアウタレースＦ’は、一般に、図９および図１０に示すように、カップ部Ｇ’の内周面に複数の溝１１’を有しており、各溝１１’の間の稜線部分１２’の軸方向中間位置１２ａ’から端部開口に向かう部分１２ｂ’が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成された構造となっている。
【０００３】
このような等速ジョイントのアウタレースを成形するための従来の技術としては、特開平１１−１７９４７７号公報に開示された等速ジョイント用外輪部材の鍛造成形方法および装置が知られている。
【０００４】
この等速ジョイント用外輪部材の鍛造成形方法においては、軸部と前記軸部の端部から拡径して一体的に設けられるカップ部とにより構成される等速ジョイント用外輪部材の鍛造成形方法であって、棒状素材に押し出し成形を施すことにより、軸部と中実本体部を有する成形体を得る工程と、前記成形体に据え込み成形を施すことにより、前記中実本体部を押し潰して据え込み成形する工程と、前記据え込み部に押し出し成形を施すことにより、前記カップ部を成形する工程と、前記軸部の最終製品精度を有する第１成形部を用いて該軸部に最終しごき成形を施すとともに、前記カップ部の最終製品精度を有する第２成形部を用いて該カップ部の外径を拘束した状態で、しごきパンチを介して前記カップ部の内径部分をしごき成形する工程と、を有することを特徴としている。
【０００５】
また、この等速ジョイント用外輪部材の鍛造成形装置においては、軸部と前記軸部の端部から拡径して一体的に設けられるカップ部とにより構成される等速ジョイント用外輪部材の鍛造成形装置であって、前記軸部の最終製品精度を有し、該軸部に最終しごき成形を施すための第１成形部と、前記カップ部の最終製品精度を有し、該カップ部の外径を拘束するための第２成形部と、前記第２成形部により前記カップ部の外径を拘束した状態で、前記軸部のしごき成形と同時に該カップ部の内径部分をしごき成形するためのしごきパンチと、を備えることを特徴としている。
【０００６】
また、アンダカットに形成されたカップ状部材を成形するための別の従来の技術としては、特開平２−１３３１４０号公報に開示されているように、内部に内径が全長に亘ってほぼ等しい凹入部を有し、かつ凹入部の開口側外周面に厚肉部を形成したワークを予め製作し、次にこのワークをダイスの小径部でしごいて厚肉部を内側へ流動させることにより口絞りを行うと同時に、コレットの先端をマンドレルにより拡開して、上記ワークの口元部にアンダカットを形成することを特徴とするアンダカットを有するピストンの製造方法が知られている。
【０００７】
そして、このアンダカットを有するピストンの製造方法においては、マンドレルのテーパ部によって放射状に拡開されると共に、アンダカットから抜き出すときに収縮するよう先端が分割されたコレットを用いることが開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術のうち、特開平１１−１７９４７７号公報にあっては、カップ部の最終製品精度を有する型（第２成形部）を用いてカップ部の外周を拘束した状態で、しごきパンチを介してカップ部の内径部分にしごき成形を施すため、軸部とカップ部の同軸精度が容易かつ確実に得られ、カップ部内面のトラック溝および該内面の仕上げ精度を有効に維持することができるというものである。そして、このものにあっては、カップ部は、軸部の一方の端部から拡径してアンダーカット部を有していること、および内面の真円度について記載されているものの、アンダーカット部あるいは球面状内周面が如何にして形成されるかについては記載されておらず、また、図面からこれらを特定することはできない。
【０００９】
一方、上記従来の技術のうち、特開平２−１３３１４０号公報にあっては、図７および図８に示すように、凹入部の開口側外周面に厚肉部ｔを形成したワーク（予備成形粗材ｆ’）を予め製作するものであるため、このワークｆ’をダイスの小径部でしごいて厚肉部ｔを内側へ流動させることにより口絞りを行うと、図１０に示すように、カップ部Ｇ’の開口端面に駄肉Ｍが生じ、この駄肉Ｍを別工程で取り除く必要があるため、工程数が増加するという問題があった。そして、このものにあっては、アンダカットを有するピストンの製造方法であるために、ワークの口元部に全周にわたってアンダカットを形成することに問題はないが、この方法を上述した等速ジョイントのアウタレースを成形する場合に適用すると、カップ部Ｇ’の開口が全周にわたって縮径される、すなわち、稜線部分１２’のみならず溝１１’までもが端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されることとなり、溝１１’の端部開口に等速ジョイントのインナレースとの干渉を回避するためのテーパ部１１ｄ’を形成する必要があるという問題があった。
【００１０】
また、特開平２−１３３１４０号公報に開示された成形装置にあっては、先端が分割されたコレットを拡開することによりワークの口元部にアンダカットを形成するものであるため、コレットが成形製品の内面全体を均等に押圧することができず、また、成形製品の外面と内面との同軸度を維持できない可能性があるという問題があり、成形製品の内面の成形精度を維持するためには切削加工あるいは研磨加工などの後加工が必要となるという問題があった。さらに、このものにあっては、コレットを拡開させるためのマンドレルを必要とすると共に、マンドレルをコレットに対して上下動させる必要があるため、構造が複雑となるという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、内周面に複数の溝が形成され、各溝の間の稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材を精度よく容易に成形することができるカップ状部材の成形方法、その成形装置、およびカップ状部材を成形するための予備成形粗材を提供することを目的とする。
【００１２】
請求項１のカップ状部材の成形方法に係る発明は、上記目的を達成するため、内周面に複数の溝を有しており、各溝の間の稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材の成形方法であって、外周面が中心軸線と平行に形成され、内周面に溝となる部分と稜線部分となる部分とが予備成形され、稜線部分のアンダカットに形成される部分が中心軸線と平行に形成された予備成形粗材を成形し、溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、予備成形粗材の外周面をしごき成形することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項２のカップ状部材の成形装置に係る発明は、上記目的を達成するため、内周面に複数の溝を有し、各溝の間の稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成してなるカップ状部材を成形するための装置であって、中心軸線と平行に形成された予備成形粗材の外周面をしごき成形するダイと、予備成形粗材の内周面に形成された溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止する内倒阻止部分と、中心軸線と平行に形成された稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する内倒許容部分と、が一体に形成されたパンチと、を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項３のカップ状部材を成形するための予備成形粗材に係る発明は、上記目的を達成するため、内周面に複数の溝となる部分と各溝の間の稜線部分となる部分とが予備成形されており、溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、外周面をしごき成形することにより、稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材を成形するための予備成形粗材であって、外周面と内周面の稜線のアンダカットに形成される部分とを、中心軸線と平行に形成したことを特徴とするものである。
【００１５】
さらに、請求項４のカップ状部材を成形するための予備成形粗材に係る発明は、上記目的を達成するため、内周面に複数の溝となる部分と各溝の間の稜線部分となる部分とが予備成形されており、溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、外周面をしごき成形することにより、稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材を成形するための予備成形粗材であって、内周面の溝となる部分を、互いに端部開口に向かって漸次拡径するようにテーパ状に形成したことを特徴とするものである。
【００１６】
そして、請求項５のカップ状部材を成形するための予備成形粗材に係る発明は、上記目的を達成するため、請求項３または４に記載の発明において、成形されたカップ状部材の溝の肉厚の、予備成形粗材の溝となる部分の肉厚に対する比率を、０．７９〜０．８３とすることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１の発明では、中実棒状の素材を押し出し成形することなどによって、外周面が中心軸線と平行に形成され、内周面に溝となる部分と稜線部分となる部分とが予備成形され、稜線部分のアンダカットに形成される部分が中心軸線と平行に形成された予備成形粗材を成形する。そして、この予備成形粗材の溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、予備成形粗材の外周面をしごき成形する。外周面がしごき成形されることにより、予備成形素材の材料は、カップ状部材の軸方向および径方向内側に向かって流動する。このとき、予備成形粗材の溝となる部分が内側への倒れ込みを阻止されているために、成形されたカップ状部材の溝がアンダカットに形成されることがなく、また、成形されたカップ状部材の稜線部分のみが端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されることとなる。
【００１８】
また、請求項２の発明では、予備成形粗材は、中実棒状の粗材を押し出し成形することなどによって、外周面が中心軸線と平行に形成され、内周面に溝となる部分と稜線部分となる部分とが予備成形され、稜線部分のアンダカットに形成される部分が中心軸線と平行に形成されている。この予備成形粗材を、パンチとダイとの間に配置し、パンチとダイを相対的に近接させることにより予備成形粗材をしごき成形する。予備成形粗材の内周面に形成された溝となる部分がパンチの内倒阻止部分により内側への倒れ込みを阻止され、内周面の中心軸線と平行に形成された稜線部分のアンダカットに形成される部分がパンチの内側に逃げるように形成された内倒許容部分により内側への倒れ込みを許容された状態で、予備成形粗材の外周面がダイによってしごかれ、材料が軸方向および径方向内側に向かって流動する。そのため、成形されたカップ状部材の溝にアンダカットが形成されることがなく、また、成形されたカップ状部材の稜線部分のみに端部開口に向かって漸次縮径するアンダカットが形成されることとなる。そして、しごき成形が完了してパンチとダイとを相対的に離間させるときには、内側への倒れ込みを許容するパンチの内倒許容部分がアンダカットに成形された稜線部分の端部開口よりも内側に逃げるように形成されており、また、成形されたカップ状部材の溝がパンチの内倒阻止部分によりその内側への倒れ込みを阻止しているために、パンチは、カップ状部材の内周面から容易に引き抜かれることとなる。
【００１９】
請求項３の発明では、予備成形粗材の外周面と内周面の稜線のアンダカットに形成される部分とが中心軸線と平行に形成されていることにより、溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、外周面がしごき成形されると、中心軸線と平行に形成された稜線部分となる部分のみが内側に倒れ込むと共に、しごかれた材料が軸方向および径方向内側に向かって流動して、アンダカットが容易に形成される。
【００２０】
請求項４の発明では、溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、外周面がしごき成形されると、稜線部分となる部分のみが内側に倒れ込むと共に、しごかれた材料が軸方向および径方向内側に向かって流動する。このとき、予備成形粗材の内周面の溝となる部分が互いに端部開口に向かって漸次拡径するテーパ状に形成されていることにより、溝となる部分にしごかれた材料が流動して溝を所定の形状に精度よく形成すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分にしごかれた材料が流動して稜線部分にアンダカットが容易に形成される。
【００２１】
請求項５の発明では、請求項３または４に記載の発明において、予備成形粗材の溝となる部分の肉厚を１として、この肉厚１に対して成形されたカップ状部材の溝の肉厚の比率が０．７９〜０．８３となるように、すなわち、予備成形粗材の溝となる部分の肉厚が成形しようとするカップ状部材の溝の所望の肉厚の１／（０．７９〜０．８３）となるように設定される。この比率が０．７９よりも小さい（しごき成形による変形量が大きい）場合には、カップ状部材の残留応力が大きくなって後の工程で熱処理を行った際に寸法変化が生じて製品形状がばらつき、あるいは、予備成形粗材の変形能を越えて割れが生じ成形不良となる。また、比率が０．８３よりも大きい（しごき成形による変形量が小さい）場合には、カップ状部材に弾性域と塑性域とが存在して製品形状がばらつき成形不良となる。したがって、予備成形粗材の溝となる部分の肉厚１に対して成形されたカップ状部材の溝の肉厚の比率を０．７９〜０．８３にすることにより、成形不良を引き起こすことなく、カップ状部材が精度よく成形される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明により成形されるカップ状部材の実施の一形態として、上述した自動車の動力伝達装置などに用いられているバーフィールド型等速ジョイントのアウタレースＦのカップ部Ｇを成形する場合により、図１および図２に基づいて説明する。しかしながら、本発明は、バーフィールド型等速ジョイントのアウタレースＦを成形する場合に限定されることなく、例えばトリポード型等速ジョイントなど、内周面に複数の溝を有しており、各溝の間の稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたものであれば、他のカップ状部材にも適用することができる。
【００２３】
アウタレースＦは、カップ部（カップ状部材）Ｇに軸部Ｊが一体に成形されてなるもので、カップ部Ｇと軸部Ｊとの中心軸線ＣＬは同軸上に位置している。カップ部Ｇの内周面には、図示しない等速ジョイントのインナレースとの間でボールを保持するための溝（以下、ボール溝１１という）が、軸方向に延びるように、この実施の形態の場合６箇所に等間隔で形成される。そして、各ボール溝１１の間には、カップ部Ｇの径方向内側に突出する稜線部分１２が軸方向に延びるように形成され、各稜線部分１２の内側表面は、一定の曲率Ｒ２で形成されていることにより、その曲率中心Ｃ２を起点として中心軸線ＣＬと直交する方向の位置１２ａからカップ部Ｇの端部開口に向かう部分１２ｂが漸次縮径するようにアンダカットに形成されている。一方、ボール溝１１は、曲率中心Ｃ１を起点として中心軸線ＣＬと直交する方向の軸方向中間位置１１ａから底方向に向かう部分１１ｃが一定の曲率Ｒ１で形成されており、また、カップ部Ｇの軸方向中間位置１１ａから端部開口に向かう部分１１ｂが軸方向に中心軸線ＣＬと平行に形成されている。
【００２４】
次に、本発明のカップ状部材を成形するための予備成形粗材ｆの実施の一形態を、以上のような形状のアウタレースＦを成形する場合により、図３および図４に基づいて説明する。
【００２５】
本発明の予備成形粗材ｆは、概略、カップ部Ｇとなる部分ｇの内周面にボール溝１１となる部分１と稜線部分１２となる部分２とが予備成形されており、カップ部Ｇとなる部分ｇの外周面ｇａと内周面の稜線のアンダカットに形成される部分２ｂとを、中心軸線ＣＬと平行に形成すると共に、内周面の溝１１となる部分１を、互いに端部開口に向かって漸次拡径するテーパ状に形成し、さらに、成形されたカップ状部材Ｇの溝１１の肉厚Ｂに対して予備成形粗材ｆのカップ部ｇの溝１１となる部分１の肉厚Ａを０．７９〜０．８３の逆数の比率にしたものである。
【００２６】
図３および図４に示すように、予備成形粗材ｆは、例えば中実棒状の鋼などの素材を温間で後方押し出し成形などの鍛造加工を行うことにより、素材の一方の端部にカップ状部材としてのアウタレースＦのカップ部Ｇとなる部分ｇが形成される。また、素材の他方の端部を前方押し出し成形することにより、アウタレースＦの軸部Ｊとなる部分ｊがカップ部Ｇとなる部分ｇと一体に形成される。カップ部Ｇとなる部分ｇと軸部Ｊとなる部分ｊの中心軸線ＣＬは同軸上に位置している。軸部Ｊとなる部分ｊは、アウタレースの軸部Ｊの最終製品精度で形成されており（Ｊ＝ｊ）、カップ部Ｇとなる部分ｇは、後の工程でしごき成形されることを考慮して、アウタレースＦのカップ部Ｇの最終製品精度よりも外径がわずかに大きく、軸方向にわずかに短く形成されている。カップ部Ｇとなる部分ｇの外周面ｇａは、従来の技術のようにカップ部となる部分ｇの開口側外周面に厚肉部ｔ（図８を参照）を形成することなく、中心軸線ＣＬと平行に形成されている。
【００２７】
そして、カップ部Ｇとなる部分ｇの内周面に予備形成された稜線部分１２となる部分２の表面は、その軸方向中間位置２ａから底方向に向かう部分２ｃがアウタレースのカップ部Ｇの稜線部分１２のほぼ最終製品精度で一定の曲率Ｒ２に形成されており（２ｃ≒１２ｃ）、また、軸方向中間位置２ａから端部開口に向かう部分２ｂが最終製品精度と異なり中心軸線ＣＬと平行に形成されている。
【００２８】
一方、カップ部Ｇとなる部分ｇの内周面に予備形成されたボール溝１１となる部分１は、その軸方向中間位置１ａから底方向に向かう部分１ｃがアウタレースのカップ部Ｇのボール溝１のほぼ最終製品精度で一定の曲率Ｒ１に形成されており（１ｃ≒１１ｃ）、また、軸方向中間位置１ａから端部開口に向かう部分１ｂが最終製品精度と異なり互いにわずかに漸次拡径するテーパ状に形成されている。
【００２９】
ここで、予備成形粗材ｆのカップ部Ｇとなる部分ｇの内周面に予備形成されたボール溝１１となる部分１の、一定の曲率Ｒ１に形成された部分１ｃと互いにわずかに漸次拡径するテーパ状に形成された部分１ｂとの境界部である軸方向中間位置１ａの肉厚をＡとする。また、成形されたアウタレースＦのボール溝１１の、一定の曲率Ｒ１で形成された部分１１ｃと、中心軸線ＣＬと平行に形成された部分１１ｂとの境界部である軸方向中間位置１１ａの肉厚をＢとする。そして、本発明では、成形されたカップ部Ｇの溝１１の肉厚Ｂの、予備成形粗材ｆの溝１１となる部分１の肉厚Ａに対する比率（Ｂ／Ａ）が０．７９〜０．８３に設定されている。すなわち、予備成形粗材ｆの溝１１となる部分１の肉厚Ａが成形されたカップ部Ｇの溝１１の肉厚Ｂにしごかれるしごき率［（Ａ−Ｂ）／Ａ］は、１７パーセント〜２１パーセントに設定されている。さらに換言すれば、予備成形粗材ｆの溝１１となる部分１の肉厚Ａは、成形されたカップ部の溝１１の肉厚Ｂの、予備成形粗材ｆの溝１１となる部分１の肉厚Ａに対して上述した比率（Ｂ／Ａ）の逆数の比率［Ａ／Ｂ＝１／（０．７９〜０．８３）］で、すなわち、成形されるカップ部Ｇの溝１１の肉厚Ｂの約１．２７〜１．２０倍程度の範囲で設定される。
【００３０】
仮に、成形されたカップ部Ｇの溝１１の肉厚Ｂの、予備成形粗材ｆの溝１１となる部分１の肉厚Ａに対する比率（Ｂ／Ａ）を０．７９よりも小さく（しごき成形による変形量を大きく）設定した場合には、カップ部Ｇの残留応力が大きくなって後の工程で熱処理を行った際に寸法変化が生じて製品形状がばらつき、あるいは、素材の変形能を越えて割れが生じ成形不良となる。また、比率（Ｂ／Ａ）を０．８３よりも大きく（しごき成形による変形量を小さく）設定した場合には、カップ部Ｇに弾性域と塑性域とが存在して製品形状がばらつき成形不良となる。しかしながら、本発明では、上述したように比率（Ｂ／Ａ）を０．７９〜０．８３に設定することとしたことにより、成形不良を引き起こすことなく、カップ部Ｇを精度よく成形することができる。
【００３１】
次に、本発明のカップ状部材Ｇの成形装置の実施の一形態を、上述した予備成形粗材ｆからアウタレースＦを成形するための装置の場合により、図５および図６に基づいて説明する。
【００３２】
本発明のカップ状部材Ｇの成形装置は、概略、予備成形粗材ｆのカップ部Ｇとなる部分ｇの外周面ｇａをしごき成形するダイ６と、予備成形粗材ｆのカップ部Ｇとなる部分ｇの内周面を押圧するパンチ５とを備えてなり、パンチ５は、予備成形粗材ｆの内周面に形成された溝１１となる部分１の内側への倒れ込みを阻止する内倒阻止部分５１と、中心軸線ＣＬと平行に形成された稜線部分１２のアンダカットに形成される部分２ｂの内側への倒れ込みを許容する内倒許容部分５２とが一体に形成されてなるものである。
【００３３】
図５に示すように、ダイ６には、予備成形粗材ｆが挿入される段部７ｄを有する孔７が形成されている。この孔７の上方部７ａは、予備成形粗材ｆのカップ部Ｇとなる部分ｇを挿入し得る径に形成されており、また、その段部７ｄが形成されている中間部７ｃは、アウタレースＦのカップ部Ｇの外周の最終製品精度で、すなわち、予備成形粗材ｆの溝１１となる部分１の肉厚Ａに対してカップ状部材Ｇの溝１１の肉厚Ｂを０．７９〜０．８３の比率（Ｂ／Ａ）で成形するように形成されている。そして、このダイ６の孔７の上方部７ａと中間部７ｃとの間には、下方に向かって漸次縮径するテーパ面７ｂが形成されている。さらに、孔７の段部７ｄよりも下方部７ｅは、アウタレースＦの軸部Ｊが挿入される。予備成形粗材ｆが孔７の上方部７ａに挿入されると、そのカップ部Ｇとなる部分ｇがダイ６の孔７に形成されたテーパ面７ｂで一時的に支持されると共に、アウタレースＦの軸部Ｊとなる部分ｊが下方部７ｅに挿入される。そして、しごき加工によりそのカップ部Ｇとなる部分ｇの図面における下面が段部７ｄに係止される。パンチ５とダイ６の孔７との中心軸線は同軸上に配置される。
【００３４】
図６に示すように、パンチ５の内倒阻止部分５１は、その外周面が予備成形粗材ｆの内周面に形成された溝１１となる部分１と相似形に形成され、ダイ６とパンチ５とを相対的に近接させたときに、かかる部分１と衝合することにより、その内側への倒れ込みを阻止する。また、パンチ５の内倒許容部分５２は、予備成形粗材ｆの中心軸線ＣＬと平行に形成された稜線部分１２となる部分（図６の鎖線を参照）から内側に逃すように形成され、ダイ６とパンチ５とを相対的に近接させて、予備成形粗材ｆのカップ部Ｇとなる部分ｇの外周ｇａがダイ６テーパ面７ｂを介して中間部７ｃによりしごき成形されるときに、かかる部分２との当接を回避する構造としたことにより、その内側への倒れ込みを許容する。
【００３５】
次に、本発明のカップ状部材Ｇの成形方法の実施の一形態を、上述した予備成形粗材からアウタレースＦを成形するための装置を用いた場合により、図１〜図６に基づいて説明する。
【００３６】
本発明のカップ状部材Ｇの成形方法は、概略、外周面ｇａが中心軸線ＣＬと平行に形成され、内周面に溝１１なる部分１と稜線部分１２となる部分２とが予備成形され、稜線部分２のアンダカットに形成される部分２ｂが中心軸線ＣＬと平行に形成された予備成形粗材ｆを成形し、次いで、溝１１となる部分１の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分２のアンダカットに形成される部分２ｂの内側への倒れ込みを許容する状態で、予備成形粗材ｆの外周面ｇａをしごき成形するものである。さらに、予備成形粗材ｆを成形する際に、内周面の溝１１となる部分１ｂを互いに端部開口に向かって漸次拡径するテーパ状に形成し、また、成形されたカップ状部材Ｇの溝１１ａの肉厚Ｂに対して予備成形粗材ｆの溝１１となる部分１の肉厚Ａを０．７９〜０．８３の逆数の比率にしたものである。
【００３７】
予備成形粗材ｆは、上述したように、例えば中実棒状の鋼などの素材を温間で後方押し出し成形などの鍛造加工を行うことにより、カップ状部材としてのアウタレースＦのカップ部Ｇとなる部分ｇと、同軸上に位置する軸部Ｊとなる部分ｊとが形成されており、カップ部Ｇとなる部分ｇの外周面ｇａは軸方向に中心軸線ＣＬと平行に形成されている。
【００３８】
また、カップ部Ｇとなる部分ｇの内周面に予備形成された稜線部分１２となる部分２の表面は、その軸方向中間位置２ａから底方向に向かう部分２ｃが一定の曲率Ｒ２に形成されており、また、軸方向中間位置２ａから端部開口に向かう部分２ｂが中心軸線ＣＬと平行に形成されている。一方、カップ部Ｇとなる部分ｇの内周面に予備形成されたボール溝１１となる部分１の表面は、その軸方向中間位置１ａから底方向に向かう部分１ｃが一定の曲率Ｒ１に形成されており、また、軸方向中間位置１ａから端部開口に向かう部分１ｂが互いにわずかに漸次拡径するテーパ状に形成されている。さらに、予備成形粗材ｆの溝１１となる部分１の肉厚Ａは、成形されるカップ状部材Ｇの溝１１の肉厚Ｂの約１．２７〜１．２０倍程度の範囲に成形されている。
【００３９】
このように成形された予備成形粗材ｆは、上述した成形装置のパンチ５とダイ６の孔７との間に配置される。そして、ダイ６とパンチ５を相対的に近接させると、図５に示すように、予備成形粗材ｆのカップ部Ｇとなる部分ｇが、ダイ６の孔７の上方部７ａからテーパ面７ｂを介して、アウタレースＦのカップ部Ｇの外周の最終製品精度で形成された中間部７ｃに押し込まれることにより、その外周面ｇａがしごき成形される。
【００４０】
このとき、予備成形粗材ｆのカップ部Ｇとなる部分ｇの内周面は、図６に示すように、ボール溝１１となる部分１がパンチ５の内倒阻止部分５１と衝合されており、外周面ｇａがしごき成形されることによる径方向内側への倒れ込みおよび材料の流動が阻止された状態となっている。また、予備成形粗材ｆの内周面の稜線部分１２となる部分２ｂがパンチ５の内倒許容部分５２の径方向外側に位置しており、外周面ｇａがしごき成形されることによる径方向内側への倒れ込みおよび材料の流動が許容された状態となっている。
【００４１】
そして、予備形成されたボール溝１１となる部分１の、軸方向中間位置１ａから端部開口に向かう部分１ｂが互いにわずかに漸次拡径するテーパ状に形成されていることにより、外周面ｇａがしごき成形されてパンチ５の内倒阻止部分５１に衝合されて、アウタレースＦのカップ部Ｇのボール溝１１の軸方向中間位置１１ａから端部開口に向かう部分１１ｂが中心軸線ＣＬと平行に形成され、さらに、ボール溝１１となる部分１の材料が稜線部分１２に流動することとなる。
【００４２】
一方、予備形成された稜線部分１２となる部分２の、軸方向中間位置２ａから端部開口に向かう部分２ｂが中心軸線ＣＬと平行に形成されていることにより、外周面ｇａがしごき成形されてパンチ５の内倒許容部分５２に接することがなく、また、ボール溝１１となる部分１の材料が稜線部分１２に流動するため、アウタレースＦのカップ部Ｇの稜線部分１２の、曲率中心Ｃ２を起点として中心軸線ＣＬと直交する方向の位置１２ａからカップ部の端部開口に向かう部分１２ｂが、所定の曲率Ｒ２で漸次縮径するようにアンダカットに形成されるまで径方向内側に倒れ込むと共に材料が流動することとなる。
【００４３】
アウタレースＦが成形されると、パンチ５とダイ６とを相対的に離間させる。パンチ５の内倒許容部分５２が径方向内側に逃げるように形成されているために、アウタレースＦのカップ部Ｇの径方向内側に倒れ込んだ稜線部分１２ｂが干渉することがなく、また、ボール溝１１が軸方向に中心軸線ＣＬと平行に形成されているために、パンチ５の内倒阻止部分５１に干渉することがないので、従来の技術のようにパンチを分割して拡径および縮径させる必要がなく、そのままの姿勢でアウタレースＦのカップ部Ｇから引き抜くことができる。さらに、本発明では、パンチ５が内倒阻止部分５１と内倒許容部分５２とを一体に形成されているものであるため、カップ部Ｇとなる部分ｇの内周面を押圧するときに、従来の技術のように分割されたパンチがガタついたりカップ部との同軸度を維持できないなどの問題が発生することはなく、成形精度を維持することができる。
【００４４】
成形されたアウタレースＦは、ボール溝１１がパンチ５の内倒阻止部分５１に衝合された状態でその成形が完了するために、成形精度が良好であり、成形後に研磨するなどの後加工を行う必要がない。
なお、予備成形粗材ｆからアウタレースＦを成形するときには、冷間でしごき成形することが望ましい。また、成形されたアウタレースＦは、必要な硬度を得るために、焼き入れなどの後熱処理が行われる。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、外周面が中心軸線と平行に形成され、内周面に溝となる部分と稜線部分となる部分とが予備成形され、稜線部分のアンダカットに形成される部分が中心軸線と平行に形成された予備成形粗材を成形し、溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、予備成形粗材の外周面をしごき成形するという簡単な構成で、内周面に複数の溝と、各溝の間の稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材を精度よく容易に成形することができるカップ状部材の成形方法を提供することができる。
【００４６】
請求項２の発明によれば、中心軸線と平行に形成された予備成形粗材の外周面をしごき成形するダイと、予備成形粗材の内周面に形成された溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止する内倒阻止部分と、中心軸線と平行に形成された稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する内倒許容部分と、が一体に形成されたパンチと、を備えた簡単な構成で、内周面に複数の溝と、各溝の間の稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材を精度よく容易に成形することができるカップ状部材の成形装置を提供することができる。
【００４７】
請求項３の発明によれば、予備成形粗材の外周面と内周面の稜線のアンダカットに形成される部分とを、中心軸線と平行に形成したことにより、しごかれた材料が軸方向および径方向内側に向かって流動するため、アンダカットを容易に形成することができる予備成形粗材を提供することができる。
【００４８】
請求項４の発明によれば、内周面の溝となる部分を、互いに端部開口に向かって漸次拡径するテーパ状に形成したことにより、溝となる部分にしごかれた材料が流動して溝を所定の形状に精度よく形成すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分にしごかれた材料が流動して稜線部分にアンダカットを容易に形成することができる予備成形粗材を提供することができる。
【００４９】
請求項５の発明によれば、請求項３または４に記載の発明において、成形されたカップ状部材の溝の肉厚の、予備成形粗材の溝となる部分の肉厚に対する比率を、０．７９〜０．８３とすることにより、成形不良を引き起こすことなく、精度よくカップ状部材を成形することができる予備成形粗材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により成形されるアウタレースのカップ部を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明のアウタレースを成形するための予備成形粗材のカップ部となる部分を示す平面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】本発明の成形装置の縦断面図である。
【図６】パンチの内倒阻止部および内倒許容部と、カップ部のボール溝および稜線部分との形状を示す説明図である。
【図７】従来のアウタレースを成形するための予備成形粗材のカップ部となる部分を示す平面図である。
【図８】図７のVIII−VIII線断面図である。
【図９】従来のアウタレースのカップ部を示す平面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【符号の説明】
ｆ 予備成形粗材
ｇ カップ部となる部分（カップ状部材となる部分）
ｇａ 外周面
Ｆ アウタレース
Ｇ カップ部（カップ状部材）
１ 予備成形された溝となる部分
１ｂ 溝となる部分
２ 予備成形された稜線部分となる部分
２ｂ 稜線部分のアンダカットに形成される部分
１１ｂ 溝の中心軸線と平行に形成される部分
１２ｂ 稜線部分のアンダカットに形成される部分
Ａ 成形されたカップ状部材の溝の肉厚
Ｂ 予備成形粗材の溝となる部分の肉厚
５ パンチ
６ ダイ
５１ 内倒阻止部分
５２ 内倒許容部分
Claims (5)
- 内周面に複数の溝を有しており、各溝の間の稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材の成形方法であって、
外周面が中心軸線と平行に形成され、内周面に溝となる部分と稜線部分となる部分とが予備成形され、稜線部分のアンダカットに形成される部分が中心軸線と平行に形成された予備成形粗材を成形し、
溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、予備成形粗材の外周面をしごき成形することを特徴とする、カップ状部材の成形方法。 - 内周面に複数の溝を有し、各溝の間の稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成してなるカップ状部材を成形するための装置であって、
中心軸線と平行に形成された予備成形粗材の外周面をしごき成形するダイと、
予備成形粗材の内周面に形成された溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止する内倒阻止部分と、中心軸線と平行に形成された稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する内倒許容部分と、が一体に形成されたパンチと、
を備えたことを特徴とする、カップ状部材の成形装置。 - 内周面に複数の溝となる部分と各溝の間の稜線部分となる部分とが予備成形されており、溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、外周面をしごき成形することにより、稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材を成形するための予備成形粗材であって、
外周面と内周面の稜線のアンダカットに形成される部分とを、中心軸線と平行に形成したことを特徴とする、カップ状部材を成形するための予備成形粗材。 - 内周面に複数の溝となる部分と各溝の間の稜線部分となる部分とが予備成形されており、溝となる部分の内側への倒れ込みを阻止すると共に、稜線部分のアンダカットに形成される部分の内側への倒れ込みを許容する状態で、外周面をしごき成形することにより、稜線部分が端部開口に向かって漸次縮径するようにアンダカットに形成されたカップ状部材を成形するための予備成形粗材であって、
内周面の溝となる部分を、互いに端部開口に向かって漸次拡径するように形成したことを特徴とする、カップ状部材を成形するための予備成形粗材。 - 成形されたカップ状部材の溝の肉厚の、予備成形粗材の溝となる部分の肉厚に対する比率を、０．７９〜０．８３とすることを特徴とする、請求項３または４に記載のカップ状部材を成形するための予備成形粗材。
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