JP3904068B2 - Spacer for drive pinion and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のデファレンシャルに用いるドライブピニオン用スペーサ及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図13の(A)及び(B)は、車両のデファレンシャル(終減速装置)100の平断面図と側断面図をそれぞれ示している。図示した車両のデファレンシャル100は減速小歯車(ドライブピニオン)41、減速大歯車(ドライブベベルギア)42、デファレンシャルケース43、差動小歯車(デファレンシャルピニオン)44、左右の差動大歯車(デファレンシャルサイドギア)45を有し、変速機出力の回転数とトルクを変換し、駆動車輪(図示せず)に動力を伝達している。同図に示すように、デファレンシャル100は動力の伝達方向を直角に変えて駆動車輪に伝達するため、減速小歯車41の軸部40にはラジアル、スラスト双方に荷重が加わる。このため、減速小歯車41の軸部40の軸受として、一対のテーパーベアリング50a、50bが用いられている。
【0003】
図13に示したデファレンシャル100において、歯車間の変位が大きいと歯車の歯が噛合うときに衝撃が発生し、デファレンシャルギヤノイズが発生する。このため、デファレンシャル100の歯車系に十分な支持剛性と正常な歯当たりを確保する必要がある。従来、デファレンシャル100の歯車間の変位を小さく保つために、大歯車42は小歯車41を両持支持とし、大歯車背面にスラストボルト47を設けて剛性強化を行っている。また、小歯車支持の軸受50a、50bに与圧を加えて軸受剛性を高めるとともに、デファレンシャル100の歯車間の相対変位を小さく保っている。
【0004】
従来、小歯車支持の軸受50a、50bに与圧を加えるためには、軸受50a、50b内輪間にスペーサ10を挿入し、フランジ52を留めているナット51を締め付けることにより、ナット51に適正な締付トルクを与えている。無調整式のスペーサ10を利用する場合には、ナット51を締め付けることによってスペーサ10を軸方向に変形させて、スペーサ10の両側にあるテーパーベアリング50a、50bの各々に対して与圧を定めている。
この際、与圧をかけ過ぎるとデファレンシャル100に温度上昇、磨耗トルクの増大、寿命の低下、さらには歯車騒音の増大等を招くことになる。さらに、磨耗などの影響で緩みが発生するとスペーサ10の締め付け荷重は減少し、軸受50a、50bにガタが生じることになる。このため、スペーサ10は組み付け時には、車種毎に適切な荷重で締め付けられており、両端に当接された軸受50a、50bとの間に摺動を起こさないように設定されている。
しかしながら、適切に設定された軸受50a、50bの与圧を維持するのは難しく、運転時の振動などが原因でスペーサ10に僅かな摺動が起こると、結果としてスペーサ10の端面で磨耗が生じ、オイル(潤滑油)漏れなどの不具合が生じる場合があった。このため、スペーサ10の端面の磨耗をできるだけ防止する必要がある。この対策として、従来、端面の硬さを熱処理によって仕上げることが行われているが、これはスペーサ10の加工工程と別工程になるため、製造時間とコストが上昇する要因となっていた。
【0005】
また、ドライブピニオン用スペーサ10は一度使用されて加圧圧縮されると、塑性変形分は元に戻らないため再利用できないという性質を有する。このため、適切な荷重で締め付けられなくなったスペーサ10は速やかに交換される必要がある。しかしながら、従来、スペーサ10が内側に変形を生じさせて、メンテナンス時にスペーサ10を速やかに減速小歯車41の軸部40から取外す作業に支障を生じさせる場合があった。
図14の(A)は、内側に変形(張り出し)2を生じさせたスペーサ10を示す図である。スペーサ10内部にわずかな張り出し2が生じた場合、この張り出し2は目視による確認が困難なため、従来、このままの形状でデファレンシャル100に組付けられる場合があった。この張り出し2そのものは、軸受50(図13参照)に与圧を加えるスペーサ10の本来の目的を損なうものではないが、しかし、スペーサ10に張り出し2が形成されたままの状態で、スペーサ10を加圧圧縮すると、図14の(B)に示すように、スペーサ10に内側への変形3が引き続き発生していた。これは、スペーサ10を圧縮する際に、符号12’に示すように膨出部が圧縮されることで、付近の余肉2に内側に押し込まれる力が作用するためである。この場合、変形量3によってスペーサ10は組付け時に図13に示した減速小歯車41の軸部40(点線s−s参照)ときつく結合し、双方を引き離すことが困難になる。係る状態では、メンテナンス時にスペーサ10を取り替える時(スペーサ10以外の部品を交換する場合においても、スペーサ10を取外す場合がある)に、減速小歯車41そのものを取り替える必要が生じていた。しかしながら、近年のデファレンシャル100には一層の静粛性を要求されているため、デファレンシャルギヤは歯数を増やして噛合い率を高め、精度を向上して騒音性能を有利にしており、ギヤは高価なものになっている。また、スペーサ10を取り付ける軸部40は通常、強度を高め、加工を容易にするために小歯車41と一体形成されている。従って、スペーサ10の取替え用のために、スペーサ10と一体になった減速小歯車41を取り替えることは、使用者にとって非経済的な選択となり、好ましくなかった。
【0006】
さらに、スペーサ10は車種毎に適切な荷重で締め付けられることを必要とするため、通常、車種毎に異なる荷重特性を備えるようにスペーサ10は製造されている。これは、車種の変更に伴って、デファレンシャルに加わる負荷も変わるため、小歯車支持の軸受50a、50bに加える与圧の大きさも変化するためである。ただし、荷重特性とはスペーサ10に加わる圧縮荷重と、スペーサ10の変位との関係を指す。
従来、スペーサ10の荷重特性を車種毎に変化させるために、一般的にスペーサ10の形状を変更していた。しかしながら、この場合、車種毎に異なるスペーサの金型を用意する必要がある。また、切断や端面加工等の後加工においても専用の型と、切削工具の制御案内をするジグが必要となる。さらに、車種毎に金型を変更する場合には、必要な金型数が多くなるため金型交換の作業時間も必要とされるため、作業工程に無駄が生じやすかった。
【0007】
従って、従来、スペーサの両方の端面に十分な硬さを確保して、端面に磨耗及びそれに伴う不具合を発生しにくくし、スペーサの内側への変形の発生をより確実に防止し、さらに、同一の金型から異なる荷重特性を備えるように成形できるドライブピニオン用スペーサと、その製造方法が求められている。
【0008】
従来、ドライブピニオン用スペーサの製造方法として、機械プレスによる機械加工と、液圧プレスによるハイドロフォーム成形が主に利用されている。
【0009】
例えば、機械プレスによるドライブピニオン用スペーサの製造方法に関する先行技術として、特許第2895748号公報に開示されたドライブピニオン用スペーサの製造方法がある。また、液圧プレスによる機械部品の製造方法に関する先行技術として、特公昭56−4332号公報に開示されたバルジ成形装置と、実公平3−41860号公報及び特公平5−42564号公報に開示されたターンバックルの製造装置と製造方法を挙げることができる。
【0010】
特許第2895748号公報に開示されたドライブピニオン用スペーサの製造方法は、ドライブピニオンの外周に設けたスペーサを軸受を介して軸方向に押込む過程で、最大荷重が所定の範囲に達した後の荷重の下降が緩かで、荷重が所定範囲内に長く維持されるスペーサを機械プレスにより製品のバラツキなく製造できる方法を提供することを目的としている。具体的には、車両のドライブピニオンの軸部外周に装着されて前後の軸受を位置決めするドライブピニオン用スペーサであって、鋼管にスプリングバック作用をなす山形の膨出部が周方向に形成されたドライブピニオン用スペーサを機械プレスにて製造する方法において、鋼管に上記膨出部の一方の傾斜部を予備加工する第1のバルジ工程と、予備加工された傾斜部を所定の傾斜角度に加工すると同時に該傾斜部の板厚を他の部分よりも薄く加工する第2のバルジ工程と、膨出部の他方の傾斜部およびこれに続く筒部を加工するネッキング工程と、上記筒部を仕上加工するリストライク工程とからなるドライブピニオン用スペーサの製造方法を提供している。
【0011】
特公昭56−4332号公報に開示されたバルジ成形装置は、一般に液体や成形ゴム等の成形媒体を加圧型により圧縮し、成形媒体と成形型との間に介装された被成形ワークを成形型に倣って変形させるバルジ成形では、加圧型と成形型との間にずれが生じる場合があったのに鑑みて、加圧型と成形型のいずれか一方をフロート型とし、加圧成形時でもフロート型が他方の型に追従しやすくしている。
【0012】
実公平3−41860号公報に開示されたターンバックル胴部の製造装置は、下金型と上金型の重合金型内に円形のパイプを装着し、このパイプ内に油等の流体を充満した後にその圧力を徐々に高めてやるのみで、パイプ中間部に六角柱形の膨出部が形成されるターンバックル胴部を製造することで、工程数を減少させて、ターンバックル胴部を量産により安価に提供可能にしている。
特公平5−42564号公報に開示されたターンバックルとその製造方法は、円形のパイプを素材とし、このパイプの軸方向中間部を内圧によって径大方向に膨出させることによって形成し、この際、円形パイプを塑性変形させてターンバックルに必要な強度を得ている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
特許第2895748号公報に開示されたドライブピニオン用スペーサの製造方法は、機械プレスによりスペーサを製造する際に、片方の端面を拡径するために加圧を受けた金属部材が余肉を流動する際に加工硬化を生じさせて強度を高めているが、しかしながら、他方の端面は材料パイプそのものであるため、別工程を必要としない限り、材料パイプの硬さと大きく変わることはなかった。従って、このように端面の硬さが片側のみ低い場合、硬さが低い側の端面のみ磨耗が進行しやすくなり、結果として端面の磨耗に伴う不具合を生じやすくなり好ましくなかった。さらに、特許第2895748号公報に開示された発明は、車種毎にスペーサの荷重特性を変更する具体的な手段を備えていなかった。また、荷重特性として所定の荷重範囲で平坦な荷重−圧縮特性を有するスペーサのみを考慮しており、車種の変更によって、これ以外の荷重特性がスペーサに求められる場合に荷重特性を変える手段を備えていなかった。
また、特公昭56−4332号公報、実公平3−41860号公報及び特公平5−42564号公報に開示された発明は、いずれも略円筒形状のワークの内部に流動体を挿入し、この流圧によってワークを変形させていた。しかしながら、これら発明はいずれもドライブピニオン用スペーサに関するものではなく、故にスペーサの両方の端面に十分な硬さを確保して、端面に磨耗及びそれに伴う不具合を発生しにくくし、スペーサの内側への変形の発生をより確実に防止し、さらに、同一の金型から異なる荷重特性を備えるように成形することを目的とするものではない。
【0014】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、スペーサの両方の端面に十分な硬さを確保して、端面に磨耗及びそれに伴う不具合を発生しにくくし、スペーサの内側への変形の発生をより確実に防止し、さらに、同一の金型から、異なる荷重特性を備えるように成形するドライブピニオン用スペーサと、その製造方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するための手段として、請求項1に記載した発明においては、硬さHv100〜125の材料パイプを、70〜130MPaの成形圧力でハイドロフォーム成形して、中央部が大径部で両端部が小径部となるように前記材料パイプを成形し、その後、前記材料パイプの前記大径部を分離して、2個のほぼ同形のスペーサを製造することを特徴とする。
このように構成することにより、加工後のスペーサの硬さが必要硬さHv140以上となり、板厚も安定するため、スペーサの端面と当接する軸受に磨耗による寿命の低下が生じるのを防ぎ、また加工の容易な形状とすることで、製造設備(金型、軸押しパンチ)が簡単になり、生産性が向上する。
【0016】
次に、請求項2に記載した発明においては、請求項1に記載されたものにおいて、さらに、前記スペーサの端部を、0.4〜1.2mmの加工代で研削加工することを特徴とする。
このように構成することにより、ハイドロフォーム成形によるスペーサの端面の硬さ分布のうち硬さの最適位置に軸受との当接面を形成することができるため、スペーサの端面により確実に必要硬さを備えて、軸受との間の当接面の精度を向上でき、また軸押しパンチの使用寿命を延長できるので、軸押しパンチの修正頻度が減少する。
【0017】
さらに、請求項3に記載した発明においては、請求項1に記載されたものにおいて、前記材料パイプを、前記小径部と前記大径部との間に膨出部を有するようにハイドロフォーム成形し、前記膨出部を成形する場合に、軸押しパンチを前記膨出部の前記小径部側の根元部まで挿入することを特徴とする。
このように構成することにより、ハイドロフォーム成形時にスペーサに内側への張り出しが生じるのを確実に防止するため、スペーサを軸方向に圧縮する際に膨出部近傍に内側に向う変形を生じさせず、よってドライブピニオンの軸部との着脱が容易になる。
【0018】
さらに、請求項4に記載した発明においては、請求項1に記載されたものにおいて、前記ハイドロフォーム成形を行う際に、軸押しパンチによる軸押し量を変更することで、スペーサの荷重特性を変更することを特徴とする。
このように構成することにより、金型を変更することなく、しかし主にハイドロフォーム成形時の軸押しパンチによる軸押し量を変化させることで、異なる荷重特性を有するスペーサを製造することを可能とし、故に異なる車種に同一の金型を適用でき、従来、多くの金型及びジグを必要としていた点を改善し、製造設備と加工工程の一層の効率化に貢献する。
【0019】
さらに、請求項5に記載した発明においては、請求項4に記載されたものにおいて、前記軸押しパンチによる軸押しのタイミングは、前記材料パイプの拡管変形後であることを特徴とする。
このように構成することにより、軸押しパンチによる軸押しのタイミングを図るという非常に簡単な手段により、スペーサの増肉効果を小径側に効果的に生じさせて、小径側の強度を上昇させる。
【0020】
さらに、請求項6に記載した発明においては、ドライブピニオンの2つの軸受の間に軸方向に圧縮されて取り付けられるスペーサであって、該スペーサは、ハイドロフォーム成形により小径部と大径部との間に膨出部を有し、以下の条件を備えることを特徴とする。
(1)7mm<R<15mm、
(2)1.4<t(max)/t(min)<1.65、かつ、1.15<t(max)/元管側t(min)<1.4、
ここで、Rは前記膨出部の前記小径部外面の根元形状半径、t(max)は前記膨出部の前記小径部側の最大厚さ、t(min)は前記膨出部の前記大径部側の最小厚さ、元管側t(min)は前記小径部の最小厚さである。
このように構成することにより、スペーサを軸方向に圧縮する際に膨出部近傍に内側に向う変形が生じないので、ドライブピニオンの軸部に干渉しないで容易に取外せる。
【0021】
そして、請求項7に記載した発明においては、請求項6に記載されたものにおいて、前記スペーサの端部の硬さは、Hv140以上であることを特徴とする。このように構成することにより、スペーサの端面により確実に必要硬さを備えて、軸受との間の当接面の精度を向上するため、デファレンシャルに使用する際、スペーサの端面に磨耗を生じさせず、軸受の与圧を適切に維持し、オイル漏れ等の不都合が生じるのを防止する。
【0022】
本発明に係るドライブピニオン用スペーサ及び、その製造方法は基本的には以上のように構成されるが、製品端面の磨耗及び該磨耗に伴う不具合をより発生しにくくするために、材料パイプ特性、成形条件及び後加工を適宜調整して、スペーサの端面の硬さをより一層向上させることができる。また、部品設計、金型形状及び成形条件を適宜調整して、スペーサの内側への変形の発生をより一層確実に防止することができる。さらに、本発明に係るドライブピニオン用スペーサの製造方法は、小径端部と膨出部を含む小径側と、大径端部を含む大径側の強度バランスによってスペーサの荷重特性を決定するのが好ましい。この際、使用する材料パイプの材質、肉厚、寸法により大径側の強度を定め、使用する材料パイプの材質、肉厚、寸法と、そしてハイドロフォーム成形時の軸押しパイプの軸押し量とこのパターンにより小径側の強度を定め、さらに大径側の強度と小径側の強度のバランスを選択することによって、同一の金型から車種毎に異なるスペーサの荷重特性を設定してもよい。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るドライブピニオン用スペーサ及びその製造方法を添付した図を用いて説明する。
【0024】
まず、本発明の実施の形態に係るドライブピニオン用スペーサ10について説明する。
図1は本発明の実施の形態に係るドライブピニオン用スペーサ10を示す断面図である。図示されるように、スペーサ10は本体中央付近に膨出部12を有し、その膨出部(凸状部)12を挟んで径の異なる小径端部(小径部)11と大径端部(大径部)13を有する。特に、径差の大きい膨出部12と小径端部11の間には、ゆるやかに湾曲するコーナ(湾曲部)を形成する。ただし、R1はコーナの小径部側外面の根元形状半径を、R2はコーナの小径部側内面の根元形状半径を表している。スペーサ10が小径端部11と大径端部13を有するのは、図13に示したように、スペーサ10の両端に軸受50a、50bを当接する際に、小歯車41に近い方の軸受50aにより大きな荷重が加わるため、小歯車41側(大径端部13側)の軸受50aの内輪と外輪寸法をより大きく選択しているためである。
【0025】
図2は、変形前(A)と変形後(B)のスペーサ10を示す図である。図13に示したように、減速小歯車41の軸部40上にスペーサ10を嵌合して、ナット51によりスペーサ10を圧縮すると、図2の(B)に示すように弾性変形と塑性変形を行ってスペーサ10は軸方向に約2mm圧縮する。この際、符号12’に示すように、スペーサ10のうち軸方向に対する強度がもっとも低い膨出部12は圧縮されて変形する。この変形の際、塑性変形分は元に戻らないが、弾性変形分は元に戻り、組み付けられた状態から荷重を除化していくと、0.2〜0.3mm程度スプリングバックするため、スペーサ10はこの両側に配置した軸受50a、50b(図13参照)との間に与圧を定めることができる。
【0026】
次に、本発明の実施の形態に係るドライブピニオン用スペーサ10の製造方法について、図3及び図4に基づいて説明する。
図3は本発明の実施の形態に係るドライブピニオン用スペーサ10の製造方法を(A)〜(C)の3段階に分けて示す図である。
まず、図3の(A)に示すように、材料パイプ1からスペーサ10を製造する場合、使用する材料パイプ1の径を加工後のスペーサ10の小径端部11の径と一致させる。これは、ハイドロフォームは基本的に材料パイプ1を拡径する加工であるため、加工前の材料パイプ1の径を小径11側の寸法に設定することで、スペーサ10の加工を容易にするためである。
次に、図3の(B)に示すように、材料パイプ1に対して、この内側からハイドロフォーム成形を行って、材料パイプ1の形状を変化させる。
そして、図3の(C)に示すように、ハイドロフォーム成形後の材料パイプ1を中央から二つに切り離して、その両端面に研削加工を施すことにより、1つの材料パイプ1から2つのスペーサ10を2個取りする。
このように、ハイドロフォーム成形を行うことによって、1つの材料パイプ1から製品2個取りによりスペーサ10を形成する。ただし、製品1個取りまたは製品3個取り以上でもスペーサ10を形成することは可能である。しかし、1個取りの場合は片方(大径部13側)で拡管を行いながら軸押しを行わなければならない。また、3個以上を1度に形成する場合、両端以外(内側)の製品に軸押しの効果を与える必要が生じる。この場合、内側の製品の板厚分布が一定になってしまうため、形成した製品間で品質のバラツキが大きくなる。全ての製品において板厚を一定にすれば、品質のそろった製品を形成することは可能であるが、それが製品の要求仕様を満足できる可能性は低い。
【0027】
ここで図4を参照して、図3の(B)に示したスペーサ10のハイドロフォーム成形についてより具体的に説明する。
まず、図4の(A)に示すように、スペーサ10の外面形状に倣った内面を有する金型20を用意して、この金型20の内部に材料パイプ1を嵌合する。金型20は内面に小径端部用凹部21、膨出部用凹部22及び大径端部用凹部23を形成する。そして、材料パイプ1の外面形状をこれら凹部21、22、23に倣って変形させるために、材料パイプ1の両側と当接するように軸押しパンチ30を金型20の内部に挿入する。材料パイプ1の外面と金型20の凹部22及び23の間には空隙(隙間)24が形成され、この空隙24に材料パイプ1の外面を逃すように、スペーサ10の内側からハイドロフォーム成形を行う。
具体的には、図4の(B)に示すように、軸押しパンチ30を材料パイプ1に完全に密着させた後、2つの軸押しパンチ30のうちの一方に形成した管路39から充填液Wを材料パイプ1内に充填する。ただし、充填液Wは水に防錆剤を加えたものが好ましい。そして、充填液Wの圧力によって材料パイプ1を目的とする形状に変化させる際、過度の減肉及びこれに伴う破裂が生じるのを防止するために、軸押しパンチ30を金型20の内部に向けて押込む。従って、充填液Wと軸押しパンチ30の圧力により材料パイプ1を加圧圧縮して、外表面を金型20の凹部21、22、23に倣って変形させて、材料パイプ1に小径端部11、膨出部12及び大径端部13を一体に形成する。
【0028】
従来の技術において説明したように、本発明の実施の形態では、ハイドロフォーム成形を行うことによって、金型20を変えなくとも材料パイプ1の寸法を変更することで、スペーサ10の全長を変えることを可能とする。
さらに、本発明に係る実施の形態は、部品設計、金型形状、さらに成形条件を選択して、スペーサ10に内側への張り出し2が生じるのを防止する。また、材料パイプ特性、成形条件及び後加工を選択して、スペーサ10の両方の端面に十分な硬さを確保する。そして、ハイドロフォーム成形時の軸押しパンチ30による軸押し量を変更することで、一つの金型20から様々な荷重特性を有するスペーサ10を製造するが、具体的には後述する。
【0029】
ここで、部品設計、金型形状、さらに成形条件を選択して、スペーサ10に図14に示したような内側への張り出し2を生じさせない、本発明の実施の形態に係るスペーサの製造方法について説明する。
まず、部品設計について説明する。
部品設計では、内側への変形が発生する部位の形状を最適化する必要がある。具体的には、スペーサ10のコーナR1(図1参照)付近に、内側に向う変形2(図14参照)を生じさせないように、スペーサ10のコーナR1の形状を最適化する。これは、スペーサ10の小径端部11と膨出部12との間に形成されるコーナR1は、スペーサ10に軸方向に圧力が加わり、膨出部12が圧縮されて変形する際、そのコーナR1の大きさが小さいほど内側への変形量が大きくなるためである。このため、コーナR1に内側に向う変形を生じさせないためには、コーナR1の大きさをより大きな値とすることが望ましい。通常、根元形状半径をR1>7mmとすれば内側への変形はほぼ問題ないレベルになる。しかしながら、コーナR1の大きさは、スペーサ10の荷重特性(部品圧縮時の荷重と変位の関係)に大きな影響を与える部分であり、大き過ぎると荷重特性に悪影響を与える惧れが生じる。故に、好適なコーナの根元形状半径R1の範囲は、7mm<R1<15mmが望ましい。尚、この使用範囲は、本来、部品の大きさに合わせて調整させるのが理想であるが、通常、車両のデファレンシャル100(図13参照)で使用される小歯車41(小径部側で軸部40の直径25〜35mm程度)においては、全ての場合に上記範囲を適用しても問題はない。ただし、軸部40の径が大きくなるほど、コーナの根元形状半径R1の大きさを上記範囲の上限に近づけていく方が望ましい。
【0030】
次に、金型形状について説明する。
コーナR1に内側に向う変形を生じさせるのを防止する金型形状に関する条件として、金型形状と軸押しパンチ形状が問題となる。ただし、金型20(図4参照)は部品形状そのものであるため、本来、部品設計に問題がなければ、金型20にも問題はない。一方、ハイドロフォーム成形時に適切な形状のスペーサ10を形成するためには、軸押しパンチ30(図4参照)の形状がより一層重要となる。
即ち、図5の(B)に示すように、ハイドロフォーム成形時(図4参照)に軸押しパンチ30が膨出部12の小径端部11側の根元までの長さがない場合(軸押しパンチ30が短い場合)、軸押しパンチ30によって裏当てされないまま、膨出部12の小径端部11側の根元付近に内側に向う張り出し2が生じる場合がある。
しかしながら、図5の(A)に示すように、軸押しパンチ30の先端部31からスペーサ10の小径端部11を支持する部位33までの長さを十分に取ると(符号dに示した延長分参照)、ハイドロフォーム成形時に、軸押しパンチ30を膨出部12の小径端部11側の根元まで挿入することができ、スペーサ10が内側に張り出すのを確実に防ぐことができる。
尚、図5の(B)に示すように、軸押しパンチ30が短い場合であっても、成形条件によっては、内側に張り出し2を生じさせない、適切なスペーサ10を製造することができる。しかしながら、この場合、張り出し2の発生を確実に防止するわけではないため、品質管理上、膨出部12の小径端部11側の根元まで押しパンチ30を挿入するのが望ましい。
【0031】
次に、成形条件について説明する。
成形条件では、軸押しパンチ30の軸押し量の制御が最も重要となる。図4の(B)を参照して説明したように、ハイドロフォーム成形時にはある程度の軸押しは必ず必要になるが、過度の軸押しは材料パイプ1の内側への変形の原因となり、内側への張り出しや過度の増肉という現象が部品に現れるため好ましくない。ここで図6を参照して、内側に向う張り出し2を生じさせない、軸押しパンチ30の軸押し量の制御について具体的に説明する。
図6の(A)はハイドロフォーム成形時に、適切な量の軸押しが行われたときのスペーサ10を示す図である。図4に示したように、軸押しパンチ30を金型20内部に挿入して軸押しを増加させていくと、内圧が低く膨出部12が形成される前は、材料パイプ1の中央部に向って金属部材の余肉が流動される。ある程度内圧が上昇して膨出部12が形成された後は、図6の(A)のt(max)付近に示すように、軸押しパンチ30に近い側(小径端部11側)の膨出部12の傾斜面に増肉が起こる。さらに軸押しを増加させると、過度の軸押しが内側への変形や張り出しと共に部分的な板厚増加として現れる。さらに軸押しを継続すると、最終的には図6の(B)に示すように、内側への張り出し2が発生する。内側への張り出し2は既に座屈寸前と考えることができ、かなりの軸押し量となっているが、これ以前においても変形の兆候は現れている。
即ち、この張り出し2は、膨出部12の斜面の増肉として現れるため、本発明の実施の形態では、その板厚を適切な範囲内におくことで、係る変形が発生するのを防止する。本発明の実施の形態では、板厚の適切な範囲は、次の範囲が好適である。
1.4<t(max)/t(min)<1.65、かつ、
1.15<t(max)/元管側t(min)<1.4
ここで、t(max)は膨出部12の小径端部11側の最大厚さ、t(min)は膨出部12の大径端部13側の最小厚さ、元管側t(min)は小径端部11の最小厚さである。t(min)及び元管側t(min)は、必ずしも一定値である必要はないが、しかし成形条件の影響を受けにくいため、軸押しの増加と共にt(max)/t(min)及びt(max)/元管側t(min)は増加する。この際、いずれか一方でも範囲外となると、変形量は増加する。このように、膨出部12付近の板厚を変化させることで、スペーサ10を加圧圧縮した際に、膨出部12付近でスプリングバックを行うことが可能になる。また、膨出部12付近の板厚の差を適切な範囲内におくことで、内側への張り出し2が生じるのを防ぐ。
【0032】
また、成形条件としては、上述したように、組付け前において、スペーサ10に内側への張り出し2(図14参照)がないことが必要である。ただし、張り出し2の変化量は僅かなために、生産過程において合格品と不合格品との選別が困難な場合も起こり得る。しかしながら、目視で分るほどの張り出し2は座屈寸前であり、間違いなく変形の原因となるため好ましくない。
【0033】
さらに、成形条件としては、小径端部11と膨出部12との間のコーナの小径端部11側外面の根元形状半径R1及び小径端部11側内面の根元形状半径R2は、R1>7mmかつR2>7mmを満たすことが必要である(図1参照)。設計段階で膨出部12の形状に関してコーナの根元形状半径R1及びR2が7mm以上という条件を満たしている場合が前提となるが、膨出部12の形状は軸押しの増加によって、図2の(B)に示すように、根元形状半径R1及びR2が小さくなる傾向がある。小径側外面の根元形状半径R1と小径側内面の根元形状半径R2のいずれか一方でも7mm以下になると、変形量は増加する。
【0034】
従って、内側への変形を防止する部品形状の制約条件は次のようになる。
(A)1.4<t(max)/t(min)<1.65、かつ、
1.15<t(max)/元管側t(min)<1.4、
(B)組付け前において、内側への張り出しがないこと、かつ、
(C)R1>7mmかつR2>7mm
【0035】
ここで、図7を参照して、部品組付け時の内側への変形量の測定結果の一例について説明する。尚、測定を行ったスペーサの寸法は、小径部側外径24mm、大径部側外径29mm、膨出部最大径33mmである。材料パイプは外径24mm、板厚1.8mm(引き抜き材)を使用した。また、変形量は、組付け時を想定して、部品を2.5mm圧縮して前後の内径変化により測定した。図7に示しているように、1〜5に示した項目のうち、1は全ての条件を満足するが、他のもの(2〜5)は条件を満足できない項目を含んでいる。この結果から、(A)〜(C)に記載の全ての条件を満足しなければ変形量が増加することと、適正な範囲に近づけていくことで変形量が減少することが理解できる。
【0036】
次に、スペーサ10の両方の端面に十分な硬さを確保する、本発明の実施の形態に係るスペーサの製造方法について説明する。
スペーサ10の外面形状は上述したハイドロフォーム成形によって得られるが、製品端面の磨耗及び該磨耗に伴う不具合の発生を防止するスペーサ10を製造するためには、スペーサ10はHv140以上の硬さを備える必要がある。これは、スペーサ10の端面の硬さがこの値を下回ると、従来の技術で説明したように、オイル漏れ等の不都合が生じることが経験上知られているためである。このスペーサ10の端面の硬さは、材料パイプ特性、成形条件及び後加工の3つの条件によって決定される。以下、各条件について詳細に説明する。
【0037】
まず、材料パイプ特性について説明する。
本発明に係る実施の形態では、スペーサ10にHv140以上の硬さを備えるために、Hv100以上の硬さを有する材料パイプ1を使用する。Hv100以下の硬さを有する材料パイプ1でも相対的に硬さを上昇させることは可能であるが、必要硬さ(Hv140以上)を達成できる可能性が低下するため好ましくない。反対により硬い材料を使用する場合、必要な端面硬さを確保することは容易になるが、硬い材料ほど加工性が悪くなるという不都合が生じる。従って、本発明に係る実施の形態では、材料パイプ特性として、Hv100〜125程度の硬さを有する材料パイプ1を利用する。
【0038】
次に、成形条件について説明する。
Hv100〜125程度の硬さを有する材料パイプ1にハイドロフォーム成形を行う際、大径部13側は拡管されるため、大径部側13では特別な手段を講じなくとも、必要硬さ(Hv140以上)を確保することができる。これは、ハイドロフォーム成形に伴って、加圧を受けた金属部材が余肉を流動させるために加工硬化を生じさせて、強度を高めるためである。具体的には、大径部13側は加工硬化によってHv140〜160程度の範囲内で硬さは上昇する。
しかしながら、スペーサ10の小径部11側は拡径されないため、小径部11側の硬さを上昇させるためには、材料パイプ1の端面に負荷(圧縮荷重)を加えるように成形条件を選定する必要が生じる。
【0039】
本発明に係る好適な実施の形態では、成形条件として、時間、圧力及び軸押しパンチ30の軸押し量を適切に制御して、特に小径部11側に必要な硬さを確保する。
この際、成形時間は5〜15秒程度の範囲が一般的であるが、短時間で加工するほど端面の硬さは上昇するため、5秒あるいはこれ以下の時間とすることが望ましい。ただし、ここで言う成形時間は、材料に内圧が付加されている時間を指し、金型20の開閉や充填液Wの充填に要する時間は含まない。
また、成形圧力は70〜200MPaの範囲が一般的であるが、低圧で加工するほど端面の硬さは上昇するため、70〜130MPa程度の圧力が望ましい。そして、軸押しパンチ30の軸押し量の具体的な範囲は製品毎に異なるが(製品毎に、成形範囲として10mm程度の幅がある)、一般的に軸押し量は大きい程、端面の硬さは上昇する。しかしながら、軸押し量を大きくすることは材料パイプ1の長さを長くすることになり経済的でない。実際には、成形範囲の中間程度が最もバランスが取れている。また、さらに軸押し量が大きい場合には、端面硬さが上昇する反面、内部硬さが低下する傾向があり、この場合、後加工で端面の研削加工を行うには最適ではない。ただし、後述するように、本発明の実施の形態では、軸押しパンチ30の軸押しタイミングを適宜変更することによってスペーサ10の荷重特性を変化させるため、軸押しパンチ30の軸押し量は小径部11側に必要な硬さを確保するとともに、この荷重特性を設定する際に重要となる。
【0040】
ここで、図8〜図10を参照して、スペーサ10の硬さ分布に対する成形時間、成形圧力及び軸押し量の影響について測定結果を元に説明する。ただし、図8〜図10は、いずれも内径20.35(±0.25)mm、板厚1.8(±0.18)mmのSTKM鋼管(Hv115±5)から長さ47.9(±0.15)mmのスペーサ10を様々な条件で加工した場合の小径側硬さ分布について示している。
図8は、成形時間の硬さ分布への影響を示したもので、4秒と10秒の二つの成形時間を比較した場合、成形時間は短い方がより端面硬さを上昇させることを示している。ただし、いずれの条件も、スペーサ10の端部からの位置が0.4mm〜1.2mmの範囲で必要な端面硬さ(Hv140以上)を確保する。
図9は、成形圧力(液圧)の硬さ分布への影響を示したもので、80MPaと100MPaの二つの圧力を比較した場合、いずれの条件も、スペーサ10の端部からの位置が0.4mm〜1.2mmの範囲で必要な端面硬さ(Hv140以上)を確保することを示している。また、同図から、一般的には成形圧力は70〜200MPaの範囲が好適だとされているが、しかしより低圧な、70〜130MPa程度の圧力は、適切な範囲内で端面の硬さを上昇できることを示している。
図10は、軸押し量の硬さ分布への影響を示したもので、10mmと12mmの二つの軸押し量を比較した場合、いずれの条件も、スペーサ10の端部からの位置が0.4mm〜1.2mmの範囲で必要な端面硬さ(Hv140以上)を確保することを示している。尚、軸押し量が大きい方がより端面硬さを上昇させることは可能であるが、しかし、軸押し量に関しては、軸押し量の増加と共に端面及び端面から近い範囲の硬さの上昇は見られるが、硬さの低下が早く起こるため、研削加工の際にはその量を少な目にする必要がある。従って、上述したように、軸押し量が多い成形条件は、後加工として研削加工を実施しない場合に適切な条件である。また、図10の軸押し量10mmのスペーサ10を後加工として1mmの研削加工を行った際、端面の硬さはHv154であり、大径側の端面の硬さはHv151であった。このスペーサ10を使用して実走耐久試験を実施した結果、締め付け力の低下(部品の緩み)及びオイル漏れ等の不具合は発生しなかった。
以上、図8〜図10に示すように、全ての成形条件において、スペーサ10の端部からの位置が0.4mm〜1.2mmの範囲で必要な端面硬さ(Hv140以上)を確保することが認められた。
【0041】
次に、後加工について説明する。
本発明に係る好適な実施の形態では、製品端面の表面粗さに関する品質を考慮し、スペーサ10の端面に後加工を施す。尚、後加工は、端面の研削によりスペーサ10の一部を除去することである。これは、金型20と軸押しパンチ30は、加工を繰り返すことで磨耗や損傷により表面の粗さが大きくなり、この状態の金型20と軸押しパンチ30を使用し続けると粗い表面状態がスペーサ10に転写されて製品品質を低下させる惧れがあるためである。従って、必ずしも後加工は全ての部品に対して必要とされるものではないが、常に一定品質のスペーサ10を提供するためには、スペーサ10の端面に後加工を行うのが望ましい。
【0042】
後加工を実施する場合、硬さを確保する上で研削加工する量が重要となる。成形条件によっては、最表面においても十分な硬さを備えているが、成形条件の幅をより広げるためにはスペーサ10の端部から0.4〜1.2mmを研削加工することが最適である。
通常、硬さ分布は、図8〜図10に示すように、0〜0.2mmの範囲でいったん下降し、0.2〜0.4mmで上昇し、その後1.2mm程度まで一定値を保ち、その後再び下降するという傾向を持つ。成形条件によっては、1.8mm程度まで必要硬さを確保できる場合もあるが、より幅広い成形条件においても確実に必要な端面硬さを確保できるように1.2mmを上限とするのが望ましい。また、1.2mm以上とすることは材料の無駄となるため適切ではない。
【0043】
従って、本発明の実施の形態は、上述した部品設計、金型形状及び成形条件の3つの条件を満足することによって、組付け時に内側への変形を発生させないドライブピニオン用スペーサ及びその製造方法を提供する。
【0044】
さらに、本発明の実施の形態は、上記ハイドロフォーム成形を行う際に、同一の金型から異なる荷重特性を有するスペーサを製造することを可能にする。以下、同一の金型20から異なる荷重特性を有するスペーサ10を製造する具体的な手段について説明する。
【0045】
図1及び図2を参照して説明したように、スペーサ10は本体中央付近に膨出部12を有し、車両のデファレンシャルの小歯車41の軸部40(図13参照)に組付けられる際、膨出部12を中心に変形する。これは、ハイドロフォーム成形時に材料パイプ1を拡径する際に、板厚が小径部11、大径部13と比較して薄くなるため、スペーサ10の軸方向に加圧される際、圧縮強度が最も低い膨出部12を中心に圧縮変形が生じるためである。
ここで、再度図1を参照して、スペーサ10をほぼ中央から二つの区間に分け、小径端部11と膨出部12を有する側を小径側a、大径端部13を有する側を大径側bとし、そして図11及び図12を参照して、スペーサ10を加圧圧縮する際の小径側aと大径側bのそれぞれの変形挙動について説明する。
【0046】
図11の(A)は、スペーサ10を加圧圧縮する際の小径側aの変形挙動を加圧前と加圧後の二つに分けて示しており、図2を用いて説明したように、軸方向に加圧されると、小径端部11の直線部と比べて、軸方向の強度の低い膨出部12が符号12’に示すように変形し、圧縮方向に潰れることを示している。これは、小径側aの強度は、軸方向の圧縮強度の最も低い膨出部12の強度によって定められることを示している。また、このときの小径側aの荷重特性は図12の符号Aに示すように、初期の弾性変形領域で荷重が急激に増加し、塑性変形が開始すると荷重値が減少するように挙動する。
図11の(B)は、スペーサ10を加圧圧縮する際の大径側bの変形挙動を加圧前と加圧後の二つに分けて示しており、軸方向に加圧されると、符号13’に示すように圧縮方向に対して垂直方向に張り出すように変形することを示している。このときの大径側bの荷重特性は、図12の符号Cに示すように、初期の弾性変形領域で荷重が急激に増加し、その後もさらに荷重値が上昇し続けるように挙動する。
【0047】
一般的に、スペーサ10の荷重と変位に関する荷重特性は、特許第2895748号公報の第2頁の左欄の第28行〜第32行に記載されているように、ナットを所定量締込むとき、予め決められた適正な荷重範囲まで荷重が上昇して上限に達し、その後膨出部の若干の屈曲で最大荷重に近い荷重が維持されるのが望ましいとされている。しかしながら、この荷重特性はスペーサ10本体を小径側aと大径側bとに分けて考察した場合、図11と図12を用いて説明したように、スペーサ10の荷重特性は、小径側a及び大径側bの強度バランスによって決定されると説明することができる。
【0048】
ここで図12を参照して、小径側aと大径側bの強度バランスについて説明する。小径側aの強度を大径側bの強度より低くした場合、スペーサ10の荷重特性は小径側aによって特定され、図12の曲線Aに示すように、荷重が上昇して上限に達した後、その最大荷重を維持することなく下降する。また、小径側aの強度を大径側bの強度より高くした場合、スペーサ10の荷重特性は大径側bによって特定され、図12の曲線Cに示すように、荷重は上昇をしつづける。そして、小径側aの強度と大径側bの強度とをほぼ等しくした場合、スペーサ10の荷重特性は、図12の曲線Bに示すように、荷重が上昇して上限に達した後、その最大荷重を維持するようにふるまう。
【0049】
従って、スペーサ10の荷重特性を車種毎に設定変更する場合には、本体を小径側aと大径側bに分けて、各々の側の強度のバランスを選択して、スペーサ10全体の荷重特性を車種毎の適切な設定に合わせるようにするのが望ましい。
以下、図3に示した2個取りの場合の、スペーサ10の小径側aと大径側bの荷重特性の設定方法について説明する。
【0050】
大径側bの強度は、使用する材料パイプ1の材質、肉厚、寸法によりほぼ定められる。実際は、ハイドロフォーム成形時の成形条件及び金型20の形状の影響を受けるが、しかしながら本発明の実施の形態では同一金型で異なる荷重特性を有するスペーサ10を製造することを目的とするため、金型20の変更を前提とせず、故に金型20の形状の影響は事実上受けない。また、ハイドロフォームの成形条件は大径側bの強度に影響を与えるが、この影響は材料の影響よりも小さいため、大径側bの強度は、選択する材料の材質、肉厚、寸法により定められると言える。尚、成形前後の材料強度は、加工硬化の影響を受けるため、初期の強度が低いものほど成形前後の強度差が大きくなる傾向がある。
一方、小径側aの強度を設定するためには、使用する材料パイプ1の材質、肉厚、寸法のみならず、ハイドロフォーム成形時の成形条件を考慮する必要がある。この際、成形条件としては、軸押しパイプ30の軸押し量とこのパターンの影響が大きい。軸押し量に関しては、この量を増加させることで小径側aの強度の上昇を達成できる。これは、軸押し量が増加するほど小径側aの強度に影響する膨出部12の肉厚が増加し、そして軸押しによる材料の流動が増加することで加工硬化の影響が増大することによる。また、軸押しパターンに関しては、軸押しパイプ30の押し込みタイミングを遅めにすると、早めにする場合と比べて小径側aの強度は上昇する。これは、軸押しパイプ30の軸押しが早い場合、材料パイプ1が内圧により拡管される前に軸押しによって材料が送りこまれるため、図3及び図4に示した2個取りの場合、材料パイプ1中央の大径側bの増肉が起こり、大径側bの強度上昇効果が現れ、つまり、軸押しによる増肉効果が大径側bに使われるため、膨出部12の増肉がこの分減少し、小径側aの強度上昇を効果的に行うことが困難になるためである。一方、軸押しパイプ30の軸押しが遅い場合には、軸押しが十分に行われないうちに拡管が起こるため、金型20と材料パイプ1とが当接した後の軸押しとなり、金型20と材料パイプ1の摩擦によって、中央の大径側bは増肉せずに拡管後に材料が到達できる膨出部12の増肉が起こり、この結果、小径側aの強度上昇をより効果的に行うことができる。
【0051】
以下、同一の金型20から様々な荷重特性を有するスペーサ10を製造するための具体的な方法の例について示す。ただし、スペーサ10は一つの材料パイプ1から2個取りされ、また荷重特性は図12のA〜Cに示した3パターンにわかれるものとする。
荷重特性 A.下降 B.維持 C.上昇
1 材料強度 低い 中間 高い
2 軸押し量 少ない 中間 多い
3 軸押しタイミング 早め 中間 遅め
尚、以上の説明は一つの材料パイプ1から1つのスペーサ10を製造する1個取りの場合は、成形条件において小径側aと大径側bの軸押し量を個別に設定することが可能となり、より細かい強度バランス設定が可能となる。ただし、1個取りの場合は、上述したように、大径部13側で拡管を行いながら軸押しを行う必要が生じる。
【0052】
ここで本発明の出願人によって行われた、内径27mm、板厚2.45mm、全長180mmの寸法を有する、STKM鋼管11A、12A、13Aの3種類の材料パイプ1に対して、同一の金型から異なる荷重特性を有するスペーサ10を製造したときの測定結果について説明する。ただし、ハイドロフォーム成形は2個取りで行い、成形後に中央で切断後、端面加工を行い、完成品とした。また、ハイドロフォーム成形後のスペーサ10は全長70mm、小径側a寸法が内径27mm、板厚2.45mm、大径側b寸法が内径31mm、板厚2.3mm、膨出部12最大径が40mm、膨出部12中央部が大径端部から25mmの位置とする。そして、軸押し量はすべての材料で片側10mmとし、軸押しタイミングは強度が低い材料ほど早めの設定とした。
成形後の荷重特性の測定結果は、STKM鋼管11Aを材料パイプとして使用したスペーサが図12のパターンAに近い特性を示し、STKM鋼管12Aを材料パイプとして使用したスペーサが図12のパターンBに近い特性を示し、そしてSTKM鋼管13Aを材料パイプとして使用したスペーサが図12のパターンCに近い特性を示した。従って、金型を変更することなく、使用する材料の特性や成形条件を変更することで、異なる荷重特性を有するスペーサを製造することが認められた。
【0053】
尚、上記特許第2895748号公報の第3頁の右欄の第6行〜第11行において、液圧プレスで得られた製品は板厚が全部分ほぼ均一となるため、最大荷重に達すると急激に弾性がなくなり、荷重の低下は急激となり、従って鋼管のバラツキによってはスペーサの締付け荷重は所定範囲外となり、あるいは弾性を失ってスペーサとし作用せず、取換えが必要となって無駄が多いと説明している。これに対して、本発明の実施の形態では、ハイドロフォーム成形を行う際に、軸押しパンチ30による軸押し量、軸押しのタイミング、または材料の変更を行うことで、同一の金型20からスペーサ10の荷重特性を変更することを可能とし、特許第2895748号公報に記載されているような、従来のハイドロフォーム成形によるスペーサの製造方法に見受けられていた問題点を克服する。
従って、本発明の実施の形態は、金型、ジグ等を最小にすることで製造設備の無駄をなくし、また作業工程の無駄をなくすことで比較的簡単な作業によって、スペーサの両方の端面に十分な硬さを確保して、端面に磨耗及びそれに伴う不具合を発生しにくくし、スペーサの内側への変形の発生をより確実に防止し、さらに、同一の金型から、異なる荷重特性を備えるドライブピニオン用スペーサを成形する。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載した発明によれば、加工後のスペーサの硬さが必要硬さHv140以上となり、板厚も安定するため、スペーサの端面と当接する軸受に磨耗による寿命の低下が生じるのを防ぎ、また加工の容易な形状とすることで、製造設備(金型、軸押しパンチ)が簡単になり、生産性が向上できる。
【0055】
請求項2に記載した発明によれば、請求項1に記載した発明の奏する効果に加え、ハイドロフォーム成形によるスペーサの端面の硬さ分布のうち硬さの最適位置に軸受との当接面を形成することができるため、スペーサの端面により確実に必要硬さを備えて、軸受との間の当接面の精度を向上でき、また軸押しパンチの使用寿命を延長できるので、軸押しパンチの修正頻度が減少できる。
【0056】
そして、請求項3に記載した発明によれば、請求項1に記載した発明の奏する効果に加え、ハイドロフォーム成形時にスペーサに内側への張り出しが生じるのを確実に防止するため、スペーサを軸方向に圧縮する際に膨出部近傍に内側に向う変形を生じさせず、よってドライブピニオンの軸部との着脱が容易にできる。
【0057】
請求項4に記載した発明によれば、請求項1に記載した発明の奏する効果に加え、金型を変更することなく、しかし主にハイドロフォーム成形時の軸押しパンチによる軸押し量を変化させることで、異なる荷重特性を有するスペーサを製造することを可能とし、故に異なる車種に同一の金型を適用でき、従来、多くの金型及びジグを必要としていた点を改善し、製造設備と加工工程の一層の効率化に貢献できる。
【0058】
請求項5に記載した発明によれば、請求項4に記載した発明の奏する効果に加え、軸押しパンチによる軸押しのタイミングを図るという非常に簡単な手段により、スペーサの増肉効果を小径側に効果的に生じさせて、小径側の強度を上昇できる。
【0059】
さらに、請求項6に記載した発明によれば、スペーサを軸方向に圧縮する際に膨出部近傍に内側に向う変形が生じないので、ドライブピニオンの軸部に干渉しないで容易に取外しできる。
【0060】
請求項7に記載した発明によれば、請求項6に記載した発明の奏する効果に加え、スペーサの端面により確実に必要硬さを備えて、軸受との間の当接面の精度を向上するため、デファレンシャルに使用する際、スペーサの端面に磨耗を生じさせず、軸受の与圧を適切に維持し、オイル漏れ等の不都合が生じるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るドライブピニオン用スペーサの側断面図を示す図である。
【図2】図1に示したスペーサを加圧圧縮したときの前後の状態を(A)、(B)に分けて示す図である。
【図3】本発明の実施の形態に係るスペーサの製造方法を(A)、(B)、(C)の3段階に分けて示す図である。
【図4】図3の(B)段階で行うハイドロフォーム成形をより具体的に示す図である。
【図5】スペーサの製造方法に関し、軸押しパンチの長さによるスペーサの内側への張り出しの影響を、(A)、(B)の2形態に分けて示す図である。
【図6】スペーサの製造方法に関し、軸押しパンチの軸押し量によるスペーサの内側への張り出しの影響を、(A)、(B)の2形態に分けて示す図である。
【図7】スペーサ組付け時の内側への変形量の測定結果を表として示す図である。
【図8】スペーサの製造方法に関し、硬さ分布に対する成形時間の影響をグラフとして示す図である。
【図9】スペーサの製造方法に関し、硬さ分布に対する成形圧力の影響をグラフとして示す図である。
【図10】スペーサの製造方法に関し、硬さ分布に対する軸押し量の影響をグラフとして示す図である。
【図11】スペーサを加圧圧縮する際の、小径側と大径側のそれぞれの変形挙動を(A)と(B)に分けて示す図である。
【図12】スペーサの荷重と変位に関する荷重特性を(A)下降、(B)維持、(C)上昇の3つに分けて示す図である。
【図13】ドライブピニオン用スペーサを用いるデファレンシャルの平断面図と側断面図を(A)、(B)に分けて示す図である。
【図14】内側に張り出しを有するスペーサを加圧圧縮したときの前後の状態を(A)、(B)に分けて示す図である。
【符号の説明】
1 材料パイプ
10 ドライブピニオン用スペーサ
11 小径端部(小径部)
12 膨出部(凸状部)
13 大径端部(大径部)
20 金型
30 軸押しパンチ
40 減速小歯車の軸部
41 減速小歯車(ドライブピニオン)
50a、50b 軸受(テーパーベアリング)
100 デファレンシャル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive pinion spacer used for a vehicle differential and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
FIGS. 13A and 13B respectively show a plan sectional view and a side sectional view of a vehicle differential (final reduction gear) 100. The illustrated
[0003]
In the
[0004]
Conventionally, in order to apply pressure to the
At this time, if too much pressure is applied, the
However, it is difficult to maintain the pressurization of the
[0005]
Further, once the
FIG. 14A is a view showing the
[0006]
Furthermore, since the
Conventionally, in order to change the load characteristics of the
[0007]
Therefore, conventionally, sufficient hardness is ensured on both end faces of the spacer, wear on the end face and difficulty associated with it are less likely to occur, the occurrence of deformation to the inside of the spacer is more reliably prevented, and the same There is a need for a drive pinion spacer that can be molded from different molds so as to have different load characteristics, and a method for manufacturing the same.
[0008]
Conventionally, as a method for manufacturing a drive pinion spacer, mechanical processing by a mechanical press and hydroform molding by a hydraulic press are mainly used.
[0009]
For example, as a prior art relating to a method for manufacturing a drive pinion spacer by a mechanical press, there is a method for manufacturing a drive pinion spacer disclosed in Japanese Patent No. 2895748. Further, as prior art relating to a method of manufacturing a machine part by a hydraulic press, a bulge forming apparatus disclosed in Japanese Patent Publication No. 56-4332, and Japanese Utility Model Publication No. 3-41860 and Japanese Patent Publication No. 5-42564 are disclosed. Examples of the turnbuckle manufacturing apparatus and method.
[0010]
The method for manufacturing a drive pinion spacer disclosed in Japanese Patent No. 2895748 is a method in which a spacer provided on the outer periphery of a drive pinion is pushed in the axial direction through a bearing and the maximum load reaches a predetermined range. An object of the present invention is to provide a method in which a spacer in which the load is slowly lowered and the load is maintained for a long time within a predetermined range can be manufactured by a mechanical press without variation of products. Specifically, this is a drive pinion spacer that is mounted on the outer periphery of a shaft portion of a drive pinion of a vehicle and positions the front and rear bearings, and has a mountain-shaped bulging portion that forms a springback action in the steel pipe in the circumferential direction. In the method of manufacturing a drive pinion spacer by a mechanical press, when a first bulge process for pre-processing one inclined portion of the bulging portion on a steel pipe and processing the pre-processed inclined portion to a predetermined inclination angle At the same time, a second bulge process for processing the plate thickness of the inclined portion thinner than the other portions, a necking step for processing the other inclined portion of the bulging portion and the subsequent cylindrical portion, and finishing the cylindrical portion There is provided a method for manufacturing a drive pinion spacer comprising a re-striking process.
[0011]
The bulge forming apparatus disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 56-4332 generally compresses a molding medium such as liquid or molding rubber with a pressure mold and molds a workpiece to be molded interposed between the molding medium and the molding mold. In bulge molding that deforms following the mold, there is a case where a deviation occurs between the pressure mold and the mold, so that either the pressure mold or the mold is a float mold, and even during pressure molding. The float type makes it easy to follow the other type.
[0012]
In the manufacturing apparatus for the turnbuckle barrel disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 3-41860, a circular pipe is mounted in a polymerization mold of a lower mold and an upper mold, and fluid such as oil is filled in the pipe. After that, only by gradually increasing the pressure, by producing a turnbuckle barrel with a hexagonal columnar bulge formed in the middle of the pipe, the number of processes can be reduced and the turnbuckle barrel can be reduced. It can be offered at low cost by mass production.
The turnbuckle disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 5-42564 and the manufacturing method thereof are formed by using a circular pipe as a raw material, and bulging an axially intermediate portion of the pipe in a large diameter direction by internal pressure. The circular pipe is plastically deformed to obtain the strength required for the turnbuckle.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In the manufacturing method of a drive pinion spacer disclosed in Japanese Patent No. 2895748, when a spacer is manufactured by a mechanical press, a metal member that has been pressurized to expand the diameter of one end face flows the surplus. However, since the work hardening is caused to increase the strength, the other end face is the material pipe itself, so that the hardness of the material pipe is not greatly changed unless a separate process is required. Therefore, when the hardness of the end face is low only on one side as described above, the wear tends to proceed only on the end face on the low hardness side, and as a result, a problem associated with the wear of the end face tends to occur, which is not preferable. Furthermore, the invention disclosed in Japanese Patent No. 2895748 does not include a specific means for changing the load characteristics of the spacer for each vehicle type. In addition, only spacers having flat load-compression characteristics in a predetermined load range are considered as load characteristics, and means for changing load characteristics when other load characteristics are required for the spacer by changing the vehicle type are provided. It wasn't.
The inventions disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 56-4332, Japanese Utility Model Publication No. 3-41860 and Japanese Patent Publication No. 5-42564 all have a fluid inserted into a substantially cylindrical workpiece. The workpiece was deformed by pressure. However, none of these inventions relate to drive pinion spacers, and therefore, sufficient hardness is ensured on both end faces of the spacer, so that the end faces are less likely to be worn and associated with the trouble, It is not intended to prevent the occurrence of deformation more reliably, and to form different load characteristics from the same mold.
[0014]
The present invention has been made in view of the above points, and ensures sufficient hardness on both end faces of the spacer to make it difficult to cause wear and problems associated with the end face, and to deform the spacer to the inside. It is an object of the present invention to provide a drive pinion spacer that is more reliably prevented from being generated, and is molded from the same mold so as to have different load characteristics, and a method for manufacturing the same.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
As a means for solving the above-mentioned problems, the present invention is characterized in that, in the invention described in
By configuring in this way, the hardness of the spacer after processing becomes the required hardness Hv140 or more, and the plate thickness is also stabilized, so that it is possible to prevent a decrease in the service life due to wear on the bearing contacting the end surface of the spacer, and By making the shape easy to process, the manufacturing equipment (mold, axial push punch) is simplified, and productivity is improved.
[0016]
Next, the invention described in
By configuring in this way, the contact surface with the bearing can be formed at the optimum position of the hardness in the hardness distribution of the end surface of the spacer by hydroforming, so that the required hardness is more reliably determined by the end surface of the spacer. The accuracy of the contact surface with the bearing can be improved, and the service life of the axial push punch can be extended, so that the frequency of correcting the axial push punch is reduced.
[0017]
Furthermore, in the invention described in
By configuring in this way, in order to reliably prevent the spacer from protruding inward during hydroforming, it does not cause inward deformation in the vicinity of the bulging portion when the spacer is compressed in the axial direction. Therefore, it becomes easy to attach and detach the shaft portion of the drive pinion.
[0018]
Furthermore, in the invention described in
This configuration makes it possible to manufacture spacers having different load characteristics without changing the mold, but mainly by changing the amount of axial pressing by the axial pressing punch during hydroforming. Therefore, the same mold can be applied to different types of vehicles, which has improved the points that conventionally required many molds and jigs, and contributes to further increase in efficiency of manufacturing equipment and processing steps.
[0019]
Further, the invention described in
By configuring in this way, the effect of increasing the thickness of the spacer is effectively produced on the small diameter side and the strength on the small diameter side is increased by a very simple means of achieving the timing of the axial push by the axial push punch.
[0020]
Furthermore, in the invention described in claim 6, the spacer is attached by being compressed in the axial direction between the two bearings of the drive pinion, and the spacer is formed by hydroforming to form a small diameter portion and a large diameter portion. It has a bulging part in between and is provided with the following conditions.
(1) 7 mm <R <15 mm,
(2) 1.4 <t (max) / t (min) <1.65 and 1.15 <t (max) / main pipe side t (min) <1.4,
Here, R is a root shape radius of the outer surface of the small diameter portion of the bulging portion, t (max) is a maximum thickness of the bulging portion on the small diameter portion side, and t (min) is the large size of the bulging portion. The minimum thickness on the diameter side and the main pipe side t (min) are the minimum thickness on the small diameter part.
With this configuration, when the spacer is compressed in the axial direction, no deformation inward occurs in the vicinity of the bulging portion, so that the spacer can be easily removed without interfering with the shaft portion of the drive pinion.
[0021]
And in invention described in Claim 7, in the thing described in Claim 6, the hardness of the edge part of the said spacer is Hv140 or more, It is characterized by the above-mentioned. By configuring in this way, the end face of the spacer is surely provided with the necessary hardness, and the accuracy of the contact surface with the bearing is improved. Therefore, when used for a differential, the end face of the spacer is worn. Therefore, the bearing pressure is properly maintained and inconvenience such as oil leakage is prevented.
[0022]
The drive pinion spacer and the manufacturing method thereof according to the present invention are basically configured as described above. However, in order to reduce the wear of the product end face and the problems associated with the wear, the material pipe characteristics, The hardness of the end face of the spacer can be further improved by appropriately adjusting the molding conditions and post-processing. In addition, by appropriately adjusting the part design, the mold shape and the molding conditions, it is possible to more reliably prevent the occurrence of deformation inside the spacer. Further, in the method for manufacturing a drive pinion spacer according to the present invention, the load characteristics of the spacer are determined by the strength balance between the small diameter side including the small diameter end portion and the bulging portion and the large diameter side including the large diameter end portion. preferable. At this time, the strength on the large diameter side is determined by the material, thickness, and dimensions of the material pipe to be used, and the material, thickness, and dimensions of the material pipe to be used, and the axial push amount of the axial push pipe during hydroforming By defining the strength on the small diameter side with this pattern and selecting the balance between the strength on the large diameter side and the strength on the small diameter side, different load characteristics of the spacers may be set for each vehicle type from the same mold.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a drive pinion spacer and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0024]
First, the
FIG. 1 is a sectional view showing a
[0025]
FIG. 2 is a view showing the
[0026]
Next, a method for manufacturing the
FIG. 3 is a diagram showing a method for manufacturing the
First, as shown in FIG. 3A, when manufacturing the
Next, as shown in FIG. 3B, hydroforming is performed on the
Then, as shown in FIG. 3C, the
Thus, by performing hydroform molding, the
[0027]
Here, with reference to FIG. 4, the hydroform molding of the
First, as shown in FIG. 4A, a
Specifically, as shown in FIG. 4B, after the
[0028]
As described in the prior art, in the embodiment of the present invention, the overall length of the
Further, according to the embodiment of the present invention, the part design, the mold shape, and the molding conditions are selected to prevent the
[0029]
Here, the manufacturing method of the spacer according to the embodiment of the present invention, in which the part design, the mold shape, and the molding conditions are selected to prevent the
First, component design will be described.
In the part design, it is necessary to optimize the shape of the portion where the inward deformation occurs. Specifically, the shape of the corner R1 of the
[0030]
Next, the mold shape will be described.
As conditions regarding the mold shape that prevents the corner R1 from being deformed inward, the mold shape and the axial punch shape are problematic. However, since the mold 20 (see FIG. 4) has a part shape itself, there is no problem in the
That is, as shown in FIG. 5 (B), when hydroforming (see FIG. 4), the
However, as shown in FIG. 5A, if a sufficient length from the
As shown in FIG. 5B, even if the
[0031]
Next, molding conditions will be described.
Under the molding conditions, the control of the axial push amount of the
FIG. 6A is a diagram showing the
That is, since this
1.4 <t (max) / t (min) <1.65, and
1.15 <t (max) / main pipe side t (min) <1.4
Here, t (max) is the maximum thickness of the bulging
[0032]
Further, as described above, as the molding condition, it is necessary that the
[0033]
Furthermore, as molding conditions, the root shape radius R1 of the outer surface on the small
[0034]
Therefore, the constraint conditions of the part shape for preventing inward deformation are as follows.
(A) 1.4 <t (max) / t (min) <1.65, and
1.15 <t (max) / main pipe side t (min) <1.4,
(B) Before assembly, there should be no overhanging inside, and
(C) R1> 7 mm and R2> 7 mm
[0035]
Here, with reference to FIG. 7, an example of the measurement result of the inward deformation amount at the time of component assembly will be described. The dimensions of the spacers that were measured were a small-diameter portion-side outer diameter of 24 mm, a large-diameter portion-side outer diameter of 29 mm, and a bulge-portion maximum diameter of 33 mm. The material pipe used had an outer diameter of 24 mm and a plate thickness of 1.8 mm (drawing material). Further, the deformation amount was measured by changing the inner diameter before and after compressing the part by 2.5 mm, assuming the time of assembly. As shown in FIG. 7, among the items shown in 1 to 5, 1 satisfies all the conditions, but the other items (2 to 5) include items that cannot satisfy the conditions. From this result, it can be understood that the deformation amount increases unless all the conditions described in (A) to (C) are satisfied, and that the deformation amount decreases by approaching an appropriate range.
[0036]
Next, a method for manufacturing a spacer according to an embodiment of the present invention that secures sufficient hardness on both end faces of the
The outer surface shape of the
[0037]
First, material pipe characteristics will be described.
In the embodiment according to the present invention, in order to provide the
[0038]
Next, molding conditions will be described.
When hydroforming is performed on the
However, since the diameter of the
[0039]
In a preferred embodiment according to the present invention, as the molding conditions, time, pressure, and the axial pressing amount of the axial
At this time, the molding time is generally in the range of about 5 to 15 seconds, but the hardness of the end face increases as the machining is performed in a short time, and therefore it is desirable to set the time to 5 seconds or less. However, the molding time here refers to the time during which the internal pressure is applied to the material, and does not include the time required for opening and closing the
Further, the molding pressure is generally in the range of 70 to 200 MPa, but the hardness of the end face increases as the processing is performed at a low pressure, and therefore a pressure of about 70 to 130 MPa is desirable. The specific range of the axial pressing amount of the axial
[0040]
Here, with reference to FIG. 8 to FIG. 10, the influence of the molding time, the molding pressure, and the shaft pressing amount on the hardness distribution of the
FIG. 8 shows the influence of the molding time on the hardness distribution. When two molding times of 4 seconds and 10 seconds are compared, the shorter the molding time, the higher the end face hardness. ing. However, in any condition, the required end face hardness (
FIG. 9 shows the influence of the molding pressure (hydraulic pressure) on the hardness distribution. When the two pressures of 80 MPa and 100 MPa are compared, the position from the end of the
FIG. 10 shows the influence of the axial push amount on the hardness distribution. When two axial push amounts of 10 mm and 12 mm are compared, the position from the end of the
As described above, as shown in FIGS. 8 to 10, the required end face hardness (
[0041]
Next, post-processing will be described.
In a preferred embodiment according to the present invention, the end face of the
[0042]
When post-processing is performed, the amount of grinding is important in securing hardness. Depending on the molding conditions, the outermost surface has sufficient hardness. However, in order to further increase the width of the molding conditions, it is optimal to grind 0.4 to 1.2 mm from the end of the
Normally, as shown in FIGS. 8 to 10, the hardness distribution once falls in the range of 0 to 0.2 mm, rises in the range of 0.2 to 0.4 mm, and then keeps a constant value until about 1.2 mm. Then, it has a tendency to descend again. Depending on the molding conditions, the required hardness may be assured up to about 1.8 mm, but it is desirable that the upper limit is 1.2 mm so as to ensure the necessary end surface hardness even under a wider range of molding conditions. Moreover, since it will be a waste of material, it is not appropriate to set it as 1.2 mm or more.
[0043]
Therefore, the embodiment of the present invention provides a drive pinion spacer that does not cause inward deformation during assembly and a method for manufacturing the same, by satisfying the above-described three conditions of component design, mold shape, and molding conditions. provide.
[0044]
Furthermore, the embodiment of the present invention makes it possible to manufacture spacers having different load characteristics from the same mold when performing the hydroform molding. Hereinafter, specific means for manufacturing the
[0045]
As described with reference to FIGS. 1 and 2, the
Here, referring again to FIG. 1, the
[0046]
FIG. 11A shows the deformation behavior of the small-diameter side a when the
FIG. 11B shows the deformation behavior of the large-diameter side b when the
[0047]
Generally, the load characteristics related to the load and displacement of the
[0048]
Here, with reference to FIG. 12, the strength balance of the small diameter side a and the large diameter side b will be described. When the strength of the small-diameter side a is lower than the strength of the large-diameter side b, the load characteristics of the
[0049]
Accordingly, when the load characteristics of the
Hereinafter, a method of setting the load characteristics of the small diameter side a and the large diameter side b of the
[0050]
The strength of the large-diameter side b is substantially determined by the material, thickness, and dimensions of the
On the other hand, in order to set the strength of the small-diameter side a, it is necessary to consider not only the material, thickness, and dimensions of the
[0051]
Hereinafter, an example of a specific method for manufacturing the
Load characteristics A. Descent Maintenance C. Rise
1 Material strength Low Middle High
2 Axle push amount Low Medium High
3 Axis push timing Early Middle Late
In the above description, in the case of one piece manufacturing one
[0052]
Here, the same mold is used for three types of
The measurement results of the load characteristics after forming show that the spacer using the STKM steel pipe 11A as the material pipe shows characteristics close to the pattern A in FIG. 12, and the spacer using the STKM steel pipe 12A as the material pipe is close to the pattern B in FIG. The spacer which used the STKM steel pipe 13A as a material pipe showed the characteristic close to the pattern C of FIG. Accordingly, it has been recognized that spacers having different load characteristics can be manufactured by changing the characteristics of the materials used and the molding conditions without changing the mold.
[0053]
In line 6 to
Therefore, the embodiment of the present invention eliminates the waste of manufacturing equipment by minimizing molds, jigs, etc., and eliminates the waste of work processes on both end faces of the spacer by relatively simple work. Ensuring sufficient hardness, making it difficult for wear and defects on the end face to occur, more reliably preventing the occurrence of deformation to the inside of the spacer, and having different load characteristics from the same mold Form a drive pinion spacer.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention described in
[0055]
According to the invention described in
[0056]
According to the invention described in
[0057]
According to the invention described in
[0058]
According to the invention described in
[0059]
Further, according to the sixth aspect of the present invention, when the spacer is compressed in the axial direction, deformation inward in the vicinity of the bulging portion does not occur, so that the spacer can be easily removed without interfering with the shaft portion of the drive pinion.
[0060]
According to the invention described in claim 7, in addition to the effect of the invention described in claim 6, the end surface of the spacer is surely provided with necessary hardness to improve the accuracy of the contact surface with the bearing. Therefore, when used for the differential, the end face of the spacer is not worn, the bearing pressure is appropriately maintained, and problems such as oil leakage can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a drive pinion spacer according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are diagrams showing a state before and after the spacer shown in FIG. 1 is compressed and compressed into (A) and (B).
FIG. 3 is a view showing a spacer manufacturing method according to an embodiment of the present invention in three stages (A), (B), and (C).
FIG. 4 is a view showing more specifically the hydroform molding performed in the step (B) of FIG.
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing the influence of the inward protrusion of the spacer due to the length of the axial push punch, divided into two forms (A) and (B), with respect to the spacer manufacturing method.
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing the influence of the protrusion to the inside of the spacer due to the axial pressing amount of the axial pressing punch, divided into two forms (A) and (B).
FIG. 7 is a table showing the measurement results of the amount of inward deformation when the spacer is assembled.
FIG. 8 is a graph showing the influence of molding time on the hardness distribution in relation to the spacer manufacturing method.
FIG. 9 is a graph showing the influence of molding pressure on hardness distribution in relation to a spacer manufacturing method.
FIG. 10 is a graph showing the influence of the axial push amount on the hardness distribution as a graph regarding the spacer manufacturing method.
FIGS. 11A and 11B are diagrams showing the deformation behaviors of the small diameter side and the large diameter side, respectively, divided into (A) and (B) when the spacer is pressurized and compressed.
FIG. 12 is a diagram showing the load characteristics related to the load and displacement of the spacer divided into three parts: (A) descent, (B) maintenance, and (C) rise.
FIGS. 13A and 13B are a plan view and a side cross-sectional view of a differential using a drive pinion spacer, which are divided into FIGS.
FIGS. 14A and 14B are diagrams illustrating a state before and after a spacer having an overhang is compressed and compressed into (A) and (B). FIG.
[Explanation of symbols]
1 Material pipe
10 Spacer for drive pinion
11 Small diameter end (small diameter part)
12 bulge part (convex part)
13 Large diameter end (large diameter part)
20 Mold
30 Axial punch
40 Shaft of the reduction gear
41 Reduction gear (drive pinion)
50a, 50b Bearing (taper bearing)
100 differential
Claims (7)
(1)7mm<R<15mm、
(2)1.4<t(max)/t(min)<1.65、かつ、1.15<t(max)/元管側t(min)<1.4、
ここで、Rは前記膨出部の前記小径部外面の根元形状半径、t(max)は前記膨出部の前記小径部側の最大厚さ、t(min)は前記膨出部の前記大径部側の最小厚さ、元管側t(min)は前記小径部の最小厚さである。A spacer which is compressed and attached between two bearings of a drive pinion and has a bulging portion between a small diameter portion and a large diameter portion by hydroforming, and has the following conditions A drive pinion spacer characterized by comprising:
(1) 7 mm <R <15 mm,
(2) 1.4 <t (max) / t (min) <1.65 and 1.15 <t (max) / main pipe side t (min) <1.4,
Here, R is a root shape radius of the outer surface of the small diameter portion of the bulging portion, t (max) is a maximum thickness of the bulging portion on the small diameter portion side, and t (min) is the large size of the bulging portion. The minimum thickness on the diameter side and the main pipe side t (min) are the minimum thickness on the small diameter part.
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