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 vehicle differential 100 includes a reduction gear (drive pinion) 41, a reduction gear (drive bevel gear) 42, a differential case 43, a differential gear (differential pinion) 44, and left and right differential gears (differential side gear) 45. It converts the rotational speed and torque of the transmission output, and transmits power to the drive wheels (not shown). As shown in the figure, since the differential 100 changes the transmission direction of power to a right angle and transmits it to the drive wheel, a load is applied to both the radial and thrust shafts 40 of the reduction small gear 41. For this reason, a pair of taper bearings 50a and 50b are used as bearings of the shaft portion 40 of the reduction small gear 41.
[0003]
In the differential 100 shown in FIG. 13, when the displacement between the gears is large, an impact is generated when the gear teeth mesh with each other, and differential gear noise is generated. For this reason, it is necessary to ensure sufficient support rigidity and normal tooth contact for the gear system of the differential 100. Conventionally, in order to keep the displacement between the gears of the differential 100 small, the large gear 42 has the small gear 41 supported at both ends, and a thrust bolt 47 is provided on the back surface of the large gear to enhance the rigidity. Further, pressure is applied to the small gear-supported bearings 50a and 50b to increase the bearing rigidity, and the relative displacement between the gears of the differential 100 is kept small.
[0004]
Conventionally, in order to apply pressure to the bearings 50a and 50b supported by the small gear, the spacer 10 is inserted between the inner rings of the bearings 50a and 50b, and the nut 51 holding the flange 52 is tightened. Tightening torque is applied. When the non-adjustable spacer 10 is used, the spacer 10 is deformed in the axial direction by tightening the nut 51, and the pressure is determined for each of the tapered bearings 50a and 50b on both sides of the spacer 10. Yes.
At this time, if too much pressure is applied, the differential 100 is increased in temperature, increased in wear torque, decreased in service life, and further increased in gear noise. Furthermore, when looseness occurs due to wear or the like, the tightening load of the spacer 10 decreases, and play occurs in the bearings 50a and 50b. For this reason, the spacer 10 is tightened with an appropriate load for each vehicle type at the time of assembly, and is set so as not to slide between the bearings 50a and 50b in contact with both ends.
However, it is difficult to maintain the pressurization of the bearings 50a and 50b that are appropriately set. If the spacer 10 is slightly slid due to vibration during operation, the end surface of the spacer 10 is worn as a result. In some cases, problems such as oil (lubricating oil) leakage occur. For this reason, it is necessary to prevent the end face of the spacer 10 from being worn as much as possible. As countermeasures, conventionally, the hardness of the end face has been finished by heat treatment, but this is a separate process from the processing process of the spacer 10, which has been a factor in increasing manufacturing time and cost.
[0005]
Further, once the drive pinion spacer 10 is used and compressed under pressure, the plastic deformation portion does not return to its original state and therefore has a property that it cannot be reused. For this reason, the spacer 10 that can no longer be tightened with an appropriate load needs to be replaced quickly. However, conventionally, the spacer 10 may be deformed inward, which may hinder the work of quickly removing the spacer 10 from the shaft portion 40 of the reduction gear 41 during maintenance.
FIG. 14A is a view showing the spacer 10 in which the deformation (overhang) 2 is generated on the inner side. When a slight overhang 2 is generated inside the spacer 10, it is difficult to visually confirm the overhang 2, and conventionally, the overhang 2 may be assembled to the differential 100 as it is. The overhang 2 itself does not impair the original purpose of the spacer 10 that applies pressure to the bearing 50 (see FIG. 13). However, the spacer 10 remains in the state where the overhang 2 is formed on the spacer 10. When pressurizing and compressing, as shown in FIG. 14B, the inward deformation 3 was continuously generated in the spacer 10. This is because, when the spacer 10 is compressed, the bulging portion is compressed as shown by reference numeral 12 ′, so that a force that is pushed inward to the surplus surplus space 2 acts. In this case, the amount of deformation 3 causes the spacer 10 to be tightly coupled at the shaft portion 40 (see dotted line s-s) of the reduction gear 41 shown in FIG. 13 during assembly, making it difficult to separate the two. In such a state, it is necessary to replace the reduction gear 41 itself when the spacer 10 is replaced during maintenance (the spacer 10 may be removed even when components other than the spacer 10 are replaced). However, since the recent differential 100 is required to be more quiet, the differential gear increases the number of teeth to increase the meshing rate, improves the accuracy and favors the noise performance, and the gear is expensive. It is a thing. Further, the shaft portion 40 to which the spacer 10 is attached is usually integrally formed with the small gear 41 in order to increase the strength and facilitate processing. Therefore, it is not preferable for the user to replace the reduction gear 41 integrated with the spacer 10 for replacement of the spacer 10, which is an uneconomical choice for the user.
[0006]
Furthermore, since the spacer 10 needs to be tightened with an appropriate load for each vehicle type, the spacer 10 is usually manufactured to have different load characteristics for each vehicle type. This is because the load applied to the differential also changes as the vehicle type changes, and the magnitude of the pressure applied to the small gear support bearings 50a and 50b also changes. However, the load characteristic refers to the relationship between the compressive load applied to the spacer 10 and the displacement of the spacer 10.
Conventionally, in order to change the load characteristics of the spacer 10 for each vehicle type, the shape of the spacer 10 is generally changed. However, in this case, it is necessary to prepare a different spacer mold for each vehicle type. Further, in post-processing such as cutting and end face processing, a dedicated die and a jig for controlling and guiding the cutting tool are required. Furthermore, when the mold is changed for each vehicle type, the number of necessary molds is increased, so that a work time for exchanging the mold is also required, so that the work process is likely to be wasted.
[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 claim 1, a material pipe having a hardness of Hv 100 to 125 is hydroformed by a molding pressure of 70 to 130 MPa, and the central portion is large. The material pipe is formed so that both ends of the diameter portion are small diameter portions, and then the large diameter portion of the material pipe is separated to produce two substantially identical spacers.
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 claim 2 is characterized in that, in the invention described in claim 1, the end portion of the spacer is further ground with a machining allowance of 0.4 to 1.2 mm. To do.
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 claim 3, the material pipe according to claim 1, wherein the material pipe is hydroformed so as to have a bulging portion between the small diameter portion and the large diameter portion. In the case of forming the bulging part, a shaft pressing punch is inserted to the root part on the small diameter side of the bulging part.
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 claim 4, in the invention described in claim 1, the load characteristic of the spacer is changed by changing a shaft pressing amount by a shaft pressing punch when performing the hydroforming. It is characterized by doing.
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 claim 5 is characterized in that, in the invention described in claim 4, the timing of the axial pressing by the axial pressing punch is after the expansion of the material pipe.
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 drive pinion spacer 10 according to the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a sectional view showing a drive pinion spacer 10 according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the spacer 10 has a bulging portion 12 near the center of the main body, and a small diameter end portion (small diameter portion) 11 and a large diameter end portion having different diameters across the bulging portion (convex portion) 12. (Large diameter part) 13 is provided. In particular, a gently curved corner (curved portion) is formed between the bulging portion 12 having a large diameter difference and the small diameter end portion 11. However, R1 represents the root shape radius of the outer surface on the small diameter portion side of the corner, and R2 represents the root shape radius of the inner surface on the small diameter portion side of the corner. The spacer 10 has the small-diameter end portion 11 and the large-diameter end portion 13 as shown in FIG. 13 when the bearings 50a and 50b are brought into contact with both ends of the spacer 10 and the bearing 50a closer to the small gear 41. This is because a larger load is applied, so that the inner and outer ring dimensions of the bearing 50a on the small gear 41 side (large diameter end portion 13 side) are selected to be larger.
[0025]
FIG. 2 is a view showing the spacer 10 before (A) and after (B) deformation. As shown in FIG. 13, when the spacer 10 is fitted on the shaft portion 40 of the reduction gear 41 and the spacer 10 is compressed by the nut 51, elastic deformation and plastic deformation are performed as shown in FIG. The spacer 10 is compressed by about 2 mm in the axial direction. At this time, as indicated by reference numeral 12 ′, the bulging portion 12 having the lowest strength in the axial direction in the spacer 10 is compressed and deformed. At the time of this deformation, the plastic deformation does not return to the original, but the elastic deformation returns to the original, and when the load is removed from the assembled state, it springs back by about 0.2 to 0.3 mm. 10 can determine the pressurization between the bearings 50a and 50b (see FIG. 13) arranged on both sides.
[0026]
Next, a method for manufacturing the drive pinion spacer 10 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a diagram showing a method for manufacturing the drive pinion spacer 10 according to the embodiment of the present invention in three stages (A) to (C).
First, as shown in FIG. 3A, when manufacturing the spacer 10 from the material pipe 1, the diameter of the material pipe 1 to be used is matched with the diameter of the small-diameter end portion 11 of the spacer 10 after processing. This is because hydroforming is basically a process of expanding the diameter of the material pipe 1, so that the diameter of the material pipe 1 before processing is set to the dimension on the small diameter 11 side to facilitate the processing of the spacer 10. It is.
Next, as shown in FIG. 3B, hydroforming is performed on the material pipe 1 from the inside to change the shape of the material pipe 1.
Then, as shown in FIG. 3C, the material pipe 1 after hydroforming is cut into two from the center, and the two end faces are ground, so that two spacers are formed from one material pipe 1. Take two 10s.
Thus, by performing hydroform molding, the spacer 10 is formed by taking two products from one material pipe 1. However, it is possible to form the spacer 10 even with one product or three products. However, in the case of taking one piece, it is necessary to push the shaft while expanding the tube on one side (large diameter portion 13 side). In addition, when three or more are formed at a time, it is necessary to give a shaft pressing effect to products other than both ends (inner side). In this case, since the plate thickness distribution of the inner product becomes constant, quality variation among the formed products increases. If the plate thickness is made constant for all products, it is possible to form a product with uniform quality, but it is unlikely that it can satisfy the required specifications of the product.
[0027]
Here, with reference to FIG. 4, the hydroform molding of the spacer 10 shown in FIG. 3B will be described more specifically.
First, as shown in FIG. 4A, a mold 20 having an inner surface that follows the outer surface shape of the spacer 10 is prepared, and the material pipe 1 is fitted into the mold 20. The mold 20 is formed with a small-diameter end recess 21, a bulging recess 22 and a large-diameter recess 23 on the inner surface. Then, in order to deform the outer surface shape of the material pipe 1 following the recesses 21, 22, and 23, the axial push punch 30 is inserted into the mold 20 so as to come into contact with both sides of the material pipe 1. A gap (gap) 24 is formed between the outer surface of the material pipe 1 and the recesses 22 and 23 of the mold 20, and hydroform molding is performed from the inside of the spacer 10 so as to allow the outer surface of the material pipe 1 to escape into the gap 24. Do.
Specifically, as shown in FIG. 4B, after the axial push punch 30 is completely brought into close contact with the material pipe 1, filling is performed from a pipe 39 formed on one of the two axial push punches 30. The liquid W is filled into the material pipe 1. However, the filling liquid W is preferably water added with a rust inhibitor. And when changing the material pipe 1 into the target shape by the pressure of the filling liquid W, in order to prevent excessive thinning and rupture associated therewith, the axial push punch 30 is placed inside the mold 20. Push in. Therefore, the material pipe 1 is pressurized and compressed by the pressure of the filling liquid W and the axial push punch 30, and the outer surface is deformed following the recesses 21, 22, and 23 of the mold 20, so that the material pipe 1 has a small diameter end portion. 11, the bulging portion 12 and the large-diameter end portion 13 are integrally formed.
[0028]
As described in the prior art, in the embodiment of the present invention, the overall length of the spacer 10 is changed by changing the dimensions of the material pipe 1 without changing the mold 20 by performing hydroforming. Is possible.
Further, according to the embodiment of the present invention, the part design, the mold shape, and the molding conditions are selected to prevent the inward projection 2 from occurring in the spacer 10. In addition, material pipe characteristics, molding conditions, and post-processing are selected to ensure sufficient hardness on both end faces of the spacer 10. And the spacer 10 which has various load characteristics is manufactured from the one metal mold | die 20 by changing the axial pressing amount by the axial pressing punch 30 at the time of hydroforming shaping | molding, but it mentions later concretely.
[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 spacer 10 from causing the inward protrusion 2 as shown in FIG. explain.
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 spacer 10 is optimized so as not to cause the inward deformation 2 (see FIG. 14) in the vicinity of the corner R1 of the spacer 10 (see FIG. 1). This is because the corner R1 formed between the small-diameter end portion 11 and the bulging portion 12 of the spacer 10 is compressed when the bulging portion 12 is compressed and deformed when pressure is applied to the spacer 10 in the axial direction. This is because the smaller the size of R1, the greater the amount of deformation inward. For this reason, in order not to cause the inward deformation in the corner R1, it is desirable to set the size of the corner R1 to a larger value. Usually, if the root shape radius is set to R1> 7 mm, the inward deformation becomes a level with no problem. However, the size of the corner R1 is a part that greatly affects the load characteristics of the spacer 10 (relationship between the load and displacement during component compression), and if it is too large, the load characteristics may be adversely affected. Therefore, the preferable range of the corner shape radius R1 of the corner is preferably 7 mm <R1 <15 mm. It should be noted that this range of use is ideally adjusted in accordance with the size of the parts, but usually the small gear 41 (shaft portion on the small diameter portion side) used in the vehicle differential 100 (see FIG. 13). In the case of 40 having a diameter of about 25 to 35 mm, there is no problem even if the above range is applied in all cases. However, as the diameter of the shaft portion 40 becomes larger, it is desirable to make the size of the corner shape radius R1 closer to the upper limit of the above range.
[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 mold 20 if there is no problem in the part design. On the other hand, in order to form the spacer 10 having an appropriate shape at the time of hydroforming, the shape of the axial push punch 30 (see FIG. 4) becomes even more important.
That is, as shown in FIG. 5 (B), when hydroforming (see FIG. 4), the axial push punch 30 does not have a length to the root on the small diameter end 11 side of the bulging portion 12 (axial push If the punch 30 is short), the bulge 2 may be generated inwardly in the vicinity of the root of the bulging portion 12 on the small diameter end portion 11 side without being backed by the axial push punch 30.
However, as shown in FIG. 5A, if a sufficient length from the tip 31 of the axial push punch 30 to the portion 33 that supports the small-diameter end 11 of the spacer 10 is taken (extension indicated by reference sign d). In the hydroform molding, the axial push punch 30 can be inserted up to the root of the bulging portion 12 on the small diameter end portion 11 side, and the spacer 10 can be reliably prevented from projecting inward.
As shown in FIG. 5B, even if the axial push punch 30 is short, an appropriate spacer 10 that does not cause the overhang 2 on the inside can be manufactured depending on the molding conditions. However, in this case, since the occurrence of the overhang 2 is not surely prevented, it is desirable to insert the push punch 30 to the root of the bulging portion 12 on the small diameter end portion 11 side for quality control.
[0031]
Next, molding conditions will be described.
Under the molding conditions, the control of the axial push amount of the axial push punch 30 is most important. As described with reference to FIG. 4B, a certain amount of axial pressing is necessarily required during hydroforming, but excessive axial pressing causes deformation of the material pipe 1 to the inside, Since the phenomenon of overhang and excessive wall thickness appears in the parts, it is not preferable. Here, with reference to FIG. 6, the control of the axial pressing amount of the axial pressing punch 30 that does not cause the overhang 2 toward the inside will be specifically described.
FIG. 6A is a diagram showing the spacer 10 when an appropriate amount of axial pressing is performed during hydroforming. As shown in FIG. 4, when the axial push punch 30 is inserted into the mold 20 and the axial push is increased, the central portion of the material pipe 1 is reduced before the bulging portion 12 is formed with a low internal pressure. The surplus metal member flows toward the end. After the internal pressure rises to some extent and the bulging portion 12 is formed, as shown in the vicinity of t (max) in FIG. 6A, the bulging on the side close to the axial push punch 30 (small diameter end portion 11 side). Thickening occurs on the inclined surface of the protruding portion 12. When the axial push is further increased, excessive axial push appears as a partial thickness increase with inward deformation or overhang. If the shaft pressing is further continued, finally, as shown in FIG. The inward overhang 2 can be considered to be just before buckling and has a considerable amount of axial push, but there are signs of deformation even before this.
That is, since this overhang 2 appears as an increase in the slope of the slope of the bulging portion 12, in the embodiment of the present invention, the deformation is prevented by setting the plate thickness within an appropriate range. . In the embodiment of the present invention, the appropriate range of the plate thickness is preferably the following range.
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 portion 12 on the small diameter end portion 11 side, t (min) is the minimum thickness of the bulging portion 12 on the large diameter end portion 13 side, and the main tube side t (min ) Is the minimum thickness of the small diameter end portion 11. The t (min) and the main pipe side t (min) do not necessarily have to be constant values, but are not easily affected by the molding conditions, so that t (max) / t (min) and t (Max) / main pipe side t (min) increases. At this time, if either one is out of range, the amount of deformation increases. Thus, by changing the plate thickness in the vicinity of the bulging portion 12, it is possible to perform spring back in the vicinity of the bulging portion 12 when the spacer 10 is compressed and compressed. Further, by setting the difference in the plate thickness in the vicinity of the bulging portion 12 within an appropriate range, it is possible to prevent the inward projection 2 from occurring.
[0032]
Further, as described above, as the molding condition, it is necessary that the spacer 10 has no overhang 2 (see FIG. 14) before assembly. However, since the amount of change of the overhang 2 is small, it may be difficult to select a pass product and a reject product during the production process. However, the overhang 2 to the extent that it can be seen visually is just before buckling and is unfavorable because it definitely causes deformation.
[0033]
Furthermore, as molding conditions, the root shape radius R1 of the outer surface on the small diameter end portion 11 side of the corner between the small diameter end portion 11 and the bulging portion 12 and the root shape radius R2 of the inner surface on the small diameter end portion 11 side are R1> 7 mm. And it is necessary to satisfy | fill R2> 7mm (refer FIG. 1). In the design stage, it is assumed that the corner shape radii R1 and R2 of the corner satisfy the condition of 7 mm or more with respect to the shape of the bulging portion 12, but the shape of the bulging portion 12 is shown in FIG. As shown in (B), the root shape radii R1 and R2 tend to be small. When either one of the root shape radius R1 of the small diameter side outer surface and the root shape radius R2 of the small diameter side inner surface is 7 mm or less, the deformation amount increases.
[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 spacer 10 will be described.
The outer surface shape of the spacer 10 can be obtained by the hydroform molding described above. However, in order to manufacture the spacer 10 that prevents the wear of the product end face and the occurrence of defects due to the wear, the spacer 10 has a hardness of Hv 140 or more. There is a need. This is because experience has shown that when the hardness of the end face of the spacer 10 falls below this value, problems such as oil leakage occur as described in the prior art. The hardness of the end face of the spacer 10 is determined by three conditions: material pipe characteristics, molding conditions, and post-processing. Hereinafter, each condition will be described in detail.
[0037]
First, material pipe characteristics will be described.
In the embodiment according to the present invention, in order to provide the spacer 10 with a hardness of Hv 140 or higher, the material pipe 1 having a hardness of Hv 100 or higher is used. Although the material pipe 1 having a hardness of Hv 100 or less can relatively increase the hardness, it is not preferable because the possibility of achieving the required hardness (Hv 140 or more) is reduced. On the contrary, when a harder material is used, it is easy to ensure the necessary end surface hardness, but the harder the material, the worse the workability. Therefore, in embodiment which concerns on this invention, the material pipe 1 which has the hardness of about Hv100-125 is utilized as a material pipe characteristic.
[0038]
Next, molding conditions will be described.
When hydroforming is performed on the material pipe 1 having a hardness of about Hv 100 to 125, the large diameter portion 13 side is expanded, so that the required hardness (Hv 140) is not required on the large diameter portion side 13 even if special measures are taken. The above can be secured. This is because the metal member subjected to pressure causes work hardening to flow due to the hydroform molding, thereby increasing the strength. Specifically, the hardness of the large diameter portion 13 side increases within a range of about Hv 140 to 160 by work hardening.
However, since the diameter of the small diameter portion 11 side of the spacer 10 is not expanded, in order to increase the hardness of the small diameter portion 11 side, it is necessary to select molding conditions so as to apply a load (compression load) to the end face of the material pipe 1. Occurs.
[0039]
In a preferred embodiment according to the present invention, as the molding conditions, time, pressure, and the axial pressing amount of the axial pressing punch 30 are appropriately controlled to ensure the necessary hardness especially on the small diameter portion 11 side.
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 mold 20 and filling the filling liquid W.
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 pressing punch 30 varies from product to product (the product has a width of about 10 mm as a molding range for each product). Generally, the larger the axial pressing amount, the harder the end face. Will rise. However, increasing the amount of axial push increases the length of the material pipe 1 and is not economical. Actually, the middle of the molding range is most balanced. Further, when the axial push amount is larger, the end surface hardness increases, but the internal hardness tends to decrease. In this case, it is not optimal for grinding the end surface in post-processing. However, as will be described later, in the embodiment of the present invention, since the load characteristic of the spacer 10 is changed by appropriately changing the shaft pressing timing of the shaft pressing punch 30, the shaft pressing amount of the shaft pressing punch 30 is small. It is important when ensuring the required hardness on the 11th side and setting this load characteristic.
[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 spacer 10 will be described based on the measurement results. However, in FIGS. 8 to 10, the length is 47.9 (from the STKM steel pipe (Hv115 ± 5) having an inner diameter of 20.35 (± 0.25) mm and a thickness of 1.8 (± 0.18) mm. It shows the small diameter side hardness distribution when the spacer 10 of ± 0.15) mm is processed under various conditions.
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 (Hv 140 or more) is ensured when the position from the end of the spacer 10 is in the range of 0.4 mm to 1.2 mm.
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 spacer 10 is 0 in both conditions. It shows that necessary end face hardness (Hv140 or more) is secured in the range of 0.4 mm to 1.2 mm. In addition, from the same figure, it is generally considered that the molding pressure is preferably in the range of 70 to 200 MPa, but the pressure of about 70 to 130 MPa, which is lower pressure, reduces the hardness of the end face within the appropriate range. It shows that it can rise.
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 spacer 10 is 0. It shows that necessary end face hardness (Hv140 or more) is ensured in the range of 4 mm to 1.2 mm. It is possible to increase the hardness of the end face more when the amount of axial push is larger, but with regard to the amount of axial push, an increase in the hardness in the range near the end face and the end face is observed as the amount of axial push increases. However, since the hardness is reduced quickly, it is necessary to reduce the amount when grinding. Therefore, as described above, the molding condition with a large shaft pressing amount is an appropriate condition when grinding is not performed as post-processing. Further, when 1 mm of grinding was performed by using the spacer 10 having a shaft pushing amount of 10 mm in FIG. 10 as a post-processing, the hardness of the end surface was Hv154, and the hardness of the end surface on the large diameter side was Hv151. As a result of carrying out an actual running durability test using this spacer 10, there were no problems such as a decrease in tightening force (loose parts) and oil leakage.
As described above, as shown in FIGS. 8 to 10, the required end face hardness (Hv 140 or more) is ensured in the range of 0.4 mm to 1.2 mm from the end of the spacer 10 under all molding conditions. Was recognized.
[0041]
Next, post-processing will be described.
In a preferred embodiment according to the present invention, the end face of the spacer 10 is post-processed in consideration of the quality related to the surface roughness of the product end face. The post-processing is to remove a part of the spacer 10 by grinding the end face. This is because the surface roughness of the mold 20 and the axial push punch 30 increases due to wear and damage due to repeated processing, and if the mold 20 and axial push punch 30 in this state continue to be used, a rough surface state is obtained. This is because the product quality may be deteriorated by being transferred to the spacer 10. Therefore, post-processing is not necessarily required for all parts, but it is desirable to perform post-processing on the end face of the spacer 10 in order to always provide a constant quality spacer 10.
[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 spacer 10. is there.
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 spacer 10 having different load characteristics from the same mold 20 will be described.
[0045]
As described with reference to FIGS. 1 and 2, the spacer 10 has the bulging portion 12 near the center of the main body, and is assembled to the shaft portion 40 (see FIG. 13) of the differential small gear 41 of the vehicle. Deformation centered on the bulging portion 12. This is because, when the diameter of the material pipe 1 is increased during hydroforming, the plate thickness becomes thinner than that of the small diameter portion 11 and the large diameter portion 13, so that the compressive strength is increased when the spacer 10 is pressed in the axial direction. This is because compression deformation occurs around the bulged portion 12 having the lowest height.
Here, referring again to FIG. 1, the spacer 10 is divided into two sections from approximately the center, the side having the small-diameter end portion 11 and the bulging portion 12 is defined as the small-diameter side a, and the side having the large-diameter end portion 13 is large. The deformation behavior of the small diameter side a and the large diameter side b when the spacer 10 is pressurized and compressed will be described with reference to FIGS. 11 and 12.
[0046]
FIG. 11A shows the deformation behavior of the small-diameter side a when the spacer 10 is compressed and compressed into two parts before and after pressurization. As described with reference to FIG. When the pressure is applied in the axial direction, the bulging portion 12 having a lower strength in the axial direction is deformed as indicated by reference numeral 12 ′ compared to the straight portion of the small diameter end portion 11, and is crushed in the compression direction. Yes. This indicates that the strength of the small diameter side a is determined by the strength of the bulging portion 12 having the lowest compressive strength in the axial direction. Further, the load characteristic on the small diameter side a at this time behaves so that the load increases rapidly in the initial elastic deformation region and the load value decreases when plastic deformation starts, as indicated by reference numeral A in FIG.
FIG. 11B shows the deformation behavior of the large-diameter side b when the spacer 10 is compressed and compressed into two parts before and after pressurization. As shown by reference numeral 13 ', the deformation is performed so as to project in a direction perpendicular to the compression direction. The load characteristic on the large-diameter side b at this time behaves so that the load increases rapidly in the initial elastic deformation region and the load value continues to increase thereafter, as indicated by symbol C in FIG.
[0047]
Generally, the load characteristics related to the load and displacement of the spacer 10 are determined when a nut is tightened by a predetermined amount as described in the 28th to 32nd lines in the left column of the second page of Japanese Patent No. 2895748. It is desirable that the load rises to an appropriate predetermined load range and reaches the upper limit, and then the load close to the maximum load is maintained by a slight bending of the bulging portion. However, when the spacer 10 main body is divided into the small diameter side a and the large diameter side b, the load characteristic of the spacer 10 is as described with reference to FIGS. 11 and 12. It can be explained that it is determined by the strength balance of the large diameter side b.
[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 spacer 10 are specified by the small-diameter side a, and after the load increases and reaches the upper limit as shown by the curve A in FIG. , Descend without maintaining its maximum load. When the strength on the small diameter side a is higher than the strength on the large diameter side b, the load characteristic of the spacer 10 is specified by the large diameter side b, and the load continues to increase as shown by the curve C in FIG. When the strength on the small diameter side a and the strength on the large diameter side b are substantially equal, the load characteristic of the spacer 10 is as shown in the curve B of FIG. Act to maintain maximum load.
[0049]
Accordingly, when the load characteristics of the spacer 10 are changed for each vehicle type, the main body is divided into the small diameter side a and the large diameter side b, and the balance of strength on each side is selected, so that the load characteristics of the spacer 10 as a whole are selected. It is desirable to adjust to the appropriate setting for each vehicle type.
Hereinafter, a method of setting the load characteristics of the small diameter side a and the large diameter side b of the spacer 10 in the case of the two-piece arrangement shown in FIG. 3 will be described.
[0050]
The strength of the large-diameter side b is substantially determined by the material, thickness, and dimensions of the material pipe 1 to be used. Actually, it is influenced by molding conditions and the shape of the mold 20 at the time of hydroform molding. However, in the embodiment of the present invention, the purpose is to manufacture the spacer 10 having different load characteristics in the same mold. The change of the mold 20 is not premised, and therefore the influence of the shape of the mold 20 is practically unaffected. In addition, hydroforming molding conditions affect the strength of the large diameter side b, but this effect is smaller than the effect of the material, so the strength of the large diameter side b depends on the material, thickness, and dimensions of the material to be selected. It can be said that it is determined. Since the material strength before and after molding is affected by work hardening, the lower the initial strength, the greater the difference in strength before and after molding.
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 material pipe 1 to be used, but also the molding conditions during hydroforming. At this time, as the molding conditions, the influence of the axial pressing amount of the axial pressing pipe 30 and this pattern is large. With respect to the amount of axial pushing, an increase in strength on the small diameter side a can be achieved by increasing this amount. This is because the thickness of the bulging portion 12 that affects the strength of the small-diameter side a increases as the amount of axial push increases, and the influence of work hardening increases by increasing the flow of material due to the axial push. . Further, regarding the shaft pressing pattern, when the pressing timing of the shaft pressing pipe 30 is delayed, the strength on the small diameter side a is increased as compared with the case where it is advanced. This is because, when the shaft push of the shaft push pipe 30 is fast, the material is fed by the shaft push before the material pipe 1 is expanded by the internal pressure. Therefore, in the case of taking two pieces as shown in FIGS. 1 Thickening of the large-diameter side b at the center occurs, and the effect of increasing the strength of the large-diameter side b appears. In other words, the thickening effect due to the shaft pressing is used for the large-diameter side b. This is because it is reduced by this amount, and it is difficult to effectively increase the strength of the small diameter side a. On the other hand, when the axial push of the axial push pipe 30 is slow, pipe expansion occurs before the axial push is sufficiently performed, so that the axial push after the die 20 and the material pipe 1 abut becomes the die. 20 and the material pipe 1, the center large-diameter side b does not increase in thickness and the bulging portion 12 where the material can reach after pipe expansion occurs, resulting in a more effective increase in strength on the small-diameter side a. Can be done.
[0051]
Hereinafter, an example of a specific method for manufacturing the spacer 10 having various load characteristics from the same mold 20 will be described. However, it is assumed that two spacers 10 are taken from one material pipe 1 and that the load characteristics are divided into three patterns shown in FIGS.
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 spacer 10 from one material pipe 1, it is possible to individually set the axial push amount of the small diameter side a and the large diameter side b under the molding conditions. Finer intensity balance setting is possible. However, in the case of taking one piece, as described above, it is necessary to push the shaft while expanding the tube on the large diameter portion 13 side.
[0052]
Here, the same mold is used for three types of material pipes 1 of STKM steel pipes 11A, 12A, and 13A having an inner diameter of 27 mm, a plate thickness of 2.45 mm, and a total length of 180 mm made by the applicant of the present invention. The measurement results when manufacturing the spacer 10 having different load characteristics will be described. However, the hydroform molding was performed in two pieces, and after the molding, it was cut at the center, and then the end face was processed to obtain a finished product. In addition, the spacer 10 after hydroform molding has a total length of 70 mm, a small-diameter side a dimension of 27 mm in inner diameter, a plate thickness of 2.45 mm, a large-diameter side b dimension of 31 mm in inner diameter, a plate thickness of 2.3 mm, and a bulging portion 12 maximum diameter of 40 mm. The central portion of the bulging portion 12 is at a position 25 mm from the large diameter end portion. The amount of axial push was set to 10 mm on one side for all materials, and the axial push timing was set earlier for materials with lower strength.
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 line 11 in the right column of page 3 of the above-mentioned Japanese Patent No. 2895748, the product obtained by the hydraulic press has a substantially uniform plate thickness, so when the maximum load is reached. The elasticity suddenly disappears, and the load decreases rapidly. Therefore, depending on the variation of the steel pipe, the tightening load of the spacer is out of the specified range, or it loses its elasticity and does not act as a spacer. Explained. On the other hand, in the embodiment of the present invention, when hydroforming is performed, the amount of axial pressing by the axial pressing punch 30, the timing of axial pressing, or the material is changed, so that the same mold 20 can be used. The load characteristic of the spacer 10 can be changed, and the problems found in the conventional method for manufacturing a spacer by hydroforming as described in Japanese Patent No. 2895748 are overcome.
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 claim 1, the hardness of the spacer after processing becomes equal to or higher than the required hardness Hv140 and the plate thickness is stabilized. By making the shape easy to process, it is possible to simplify the manufacturing equipment (mold, axial push punch) and improve productivity.
[0055]
According to the invention described in claim 2, in addition to the effect of the invention described in claim 1, the contact surface with the bearing is provided at the optimum position of the hardness in the hardness distribution of the end surface of the spacer by hydroforming. Since it can be formed, the end face of the spacer will surely have the necessary hardness, the accuracy of the contact surface with the bearing can be improved, and the service life of the axial push punch can be extended. The frequency of correction can be reduced.
[0056]
According to the invention described in claim 3, in addition to the effect of the invention described in claim 1, in order to reliably prevent the spacer from being protruded inward during hydroforming, the spacer is axially When compressing to the center, the deformation inward in the vicinity of the bulging portion is not generated, and therefore the drive pinion can be easily attached to and detached from the shaft portion.
[0057]
According to the invention described in claim 4, in addition to the effect of the invention described in claim 1, the axial push amount by the axial push punch at the time of hydroforming is mainly changed without changing the mold. This makes it possible to manufacture spacers with different load characteristics, so that the same mold can be applied to different vehicle types, improving the points that conventionally required many molds and jigs, manufacturing equipment and processing It can contribute to further efficiency improvement of the process.
[0058]
According to the invention described in claim 5, in addition to the effect of the invention described in claim 4, the effect of increasing the spacer thickness can be reduced by a very simple means of timing the shaft pressing by the shaft pressing punch. It is possible to increase the strength on the small diameter side effectively.
[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)

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ドライブピニオン用スペーサの製造方法。A material pipe having a hardness of Hv 100 to 125 is hydroformed with a molding pressure of 70 to 130 MPa, and the material pipe is formed so that the central portion is a large diameter portion and both end portions are small diameter portions. A method of manufacturing a spacer for a drive pinion, wherein the large diameter portion of the pipe is separated to manufacture two substantially identical spacers. 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請求項１に記載のドライブピニオン用スペーサの製造方法。Furthermore, the edge part of the said spacer is ground with the machining allowance of 0.4-1.2 mm, The manufacturing method of the spacer for drive pinions of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 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請求項１に記載のドライブピニオン用スペーサの製造方法。The material pipe is hydroformed so as to have a bulging portion between the small diameter portion and the large diameter portion, and when the bulging portion is formed, a shaft push punch is used for the small diameter of the bulging portion. The method for manufacturing a drive pinion spacer according to claim 1, wherein the base part is inserted up to a base portion. 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請求項１に記載のドライブピニオン用スペーサの製造方法。The method for manufacturing a spacer for a drive pinion according to claim 1, wherein the load characteristic of the spacer is changed by changing a shaft pressing amount by a shaft pressing punch when the hydroforming is performed. 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請求項４に記載のドライブピニオン用スペーサの製造方法。The method for manufacturing a drive pinion spacer according to claim 4, wherein the timing of the shaft pressing by the shaft pressing punch is after the pipe pipe has been expanded and deformed. 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ドライブピニオン用スペーサ。
（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. 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請求項６に記載のドライブピニオン用スペーサ。7. The drive pinion spacer according to claim 6, wherein a hardness of an end portion of the spacer is Hv140 or more.
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