JP4355140B2 - ユニバーサルジョイントヨークの製造方法及び鍛造用金型 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄肉のカップ形状を有するユニバーサルジョイントのヨークの製造方法に関し、更に、詳しくは、ヨークの製造方法及び上記製造方法に用いる鍛造用金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パワートレインシステムのプロペラシャフトに用いられるユニバーサルジョイントのヨークは、通常薄肉カップ形状をしている。図１２にプロペラシャフトの概略図を示す。動力伝達装置におけるトランスミッション（１１１）の出口とファイナルドライブ（１１９）の間をつなぐのがプロペラシャフトであり、プロペラシャフトのシャフトの接続部にユニバーサルジョイントが用いられている。ユニバーサルジョイントはヨーク（１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ）と十文軸（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ）からなり、シャフト間の回転を接続するシャフト（１１４ａ、１１４ｂ）へ動力として伝達している。尚、１１６はプロペラシャフトを車体１１７へ取付けるための金具を示し、１１５は角度変更用のベアリングを示している。
【０００３】
ユニバーサルジョイントヨークは押出されたアルミニウム合金を素材として冷間鍛造により製造されている。図１３に従来の冷間鍛造工法で用いられるヨークの金型構成図の一例を示した。また、図１６に従来工法のバリ出し鍛造によるバリ出し鍛造素形材（図１６（ａ））とバリをトリミングしたヨーク（図１６（ｂ））の一例を示した。
【０００４】
図１３では上ボルスター１に支持された上金型２にはシャフトへ接続するカップ形状を、下ボルスター５上の下金型４は十字軸と接続するピンボス形状に各々形成する構成となっている。下金型４に向かって上金型２が下降し、アルミニウム素材６を挟み込み、上金型と下金型によって形成される空間より上下金型の形状を転写して成形するものである。下金型に投入されたアルミニウム素材は予備潤滑した予加熱していない素材である。図１４に従来の冷間鍛造工法で用いられる金型構成図を鍛造成形完了する上金型２の下死点における状態を示している。鍛造品７の上金型側に形成されるカップ形状は上金型によって拘束されない自由端鍛造となっている。尚、３はストリッパーを示す。
【０００５】
従って、この工法により成形された鍛造品７は、図１６（ａ）に示すように、カップ形状部４１は自由端鍛造されるためピンボス部４３へ素材がより多く塑性流動するためにピンボス部の反対側のカップ形状部４１への素材塑性流動が少なくなり、余肉の耳の高さがそろわず後工程の機械加工で形状を整えることが必要となり、その結果、切削加工代が多く材料歩留まりが低下していた。
【０００６】
また、図１４に示すように従来の鍛造工法では、素材に上金型が接触して成形を開始し、成形が完了する時点まで上金型外径部と下金型の内径部が嵌合しておらず、ピンボス部の形状が下金型のキャビティへの素材流動量の差により不均一であり、上金型のフラレを生じ、上金型により形成されるカップ部内径部と下金型により形成されるカップ部外径部との間の同軸度が１ｍｍ程度となり、その為その後の機械加工においてカップ部の肉厚に偏りが発生し、得られたヨークのシャフトとの接続強度が不足するといった問題を生じることもあった。
【０００７】
また、従来鍛造工法ではカップ部に発生する引け欠肉を防止するためにカップ肉厚を厚くした形状としたり、余肉高さが不均一でも切削代が確保できるように余分な余肉を付加した形状としていたため、材料歩留まりが悪かった。その結果得られた鍛造品の耳の高さのバラツキは好ましい値である１０ｍｍを超えて２５ｍｍ以上の不均一さを生じていた。
【０００８】
その後、カップ部の高さを均一にして切削代を低減させる手法として密閉鍛造による製造方法が考えられた。しかし、ピンボス部の体積が製品全体に対して大きく偏った形状を有しているために、その成形の途中において、ピンボス部位への素材が塑性流動した際に、ピンボス部の反対側となるシャフトへの接続部位であるカップ形状部への素材の塑性流動が起こらず、ピンボス部の反対側に相当するカップ形状部に欠肉を生じる問題が起こることがあった。また、ピンボスのない部位では、カップ部への素材の塑性流動が優先して生じるため、その箇所の金型への充満が早期に完了し偏った状態になる。そのために金型の負荷が大きくなり、金型のこの部位の寿命が短くなり実用的でなかった。
【０００９】
上記欠点を解決するために、まずピンボス側を成形し、続いてカップ部の形状を成形する複数工程の鍛造により成形する方法が提案された。図１５は、この複数工程の成形に用いられる金型を示し、図１５（ａ）において、上ボルスター１に支持された予備成形の上金型３１と下ボルスター５上に設置された予備成形の下金型３２により素材のピンボス部の形状と成形した予備成形製品３４を成形し、続いて図１５（ｂ）の上金型２と下金型４とによりカップ部を成形し、鍛造品７となる。尚、３３はノックアウトピン、３はストリッパーを示す。この製造方法では各工程それぞれに金型が必要となり、鍛造工程自身も複数回実施するため生産性が低く、コスト高であった。また、素材に黄銅を用いたカップ形状を成形する鍛造方法として特許文献１に示すようなものが知られている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−２６３１７８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
こうした複数回の工程を有する鍛造成形では、金型も複数個必要で金型費がかさみ、複数回の工程のため生産性が低く、実用的ではなかった。また１工程による成形では、前述したように、成形荷重が大きくなるので、成形能力の大きい鍛造機が必要なだけでなく、金型への負荷も増すため金型寿命が短くなり、生産効率をより高めた方法が望まれていた。
【００１２】
従来例の鍛造方法では１工程目にヨークのピンボス部粗形状を成形する。続いて２工程目に本成形型によりピンボス部詳細形状および反対側のカップ形状を成形する。２組の金型は同一のプレス機に設置したり、別々のプレス機を準備して成形する必要があった。また、同一のプレス機を用いる場合は、１工程目を実施後に、金型を交換して２工程目を実施する必要があった。いずれにせよ段取り換えなどの手間と、複数回の工程が必要であった。
【００１３】
別の製造方法として、直接、一工程によりヨークピンボス部と反対側のカップ形状を成形する方法も考えられるが、ピンボス部およびピンボス部の反対側以外のカップ形状部が成形されてからの残りのピンボス部の真反対位置の欠肉を充満させるためには、大きな成形荷重が必要となり、大型のプレス機が必要となる。また、大きな成形荷重により金型の寿命も短く、生産性が悪く生産コストが高いものとなっていた。
【００１４】
特許文献１には素材として黄銅を用いたカップ形状を均一な高さに成形する方法が開示されている。この方法では、まずカップ形状を成形し、その後アンダーカット形状の成形のために上部より別駆動のラムを用いて加圧して成形している。ここで用いている素材は黄銅であり、塑性流動が容易に起こるため、開示された内容で成形可能であるが、高温での変形抵抗が大きいアルミニウム合金は黄銅に比べて塑性流動が起こりにくく、開示された条件では成形できない。
【００１５】
本発明は、上記実情に鑑みなされたもので、その主目的は、切削加工代が少なく、材料歩留まりを向上させ、工程数を低減したヨークの製造方法を提供することにある。本発明の他の目的は、カップ形状部の高さのバラツキが小さく、バリの発生がないヨーク用素形材を鍛造する金型を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鍛造成形性と製品形状の関係について鋭意研究をおこないその知見に基づいて本発明を完成するに至った。
１）上記課題を解決するための第１の発明は、閉塞した空間を形成する上金型、下金型からなる金型内に、Ａ６０６１、Ａ６０８２、Ａ２０１４、Ａ２２１８、Ａ４０３２、Ａ７０７５から選ばれる何れか１種のアルミニウム合金の素材を投入した後、カップ状形成部の底側にカップ状形成部側から山型形状のピンボス成形部が突出して対峙するユニバーサルジョイントヨークの素形材を成形する際に、ユニバーサルジョイントヨークの有するカップ状成形部の先端にリングノックを介して０．５〜２０ｋｇ／ｍｍ2の背圧力を荷重した状態でカップ状成形部の反対側に形成されるピンボス成形部への素材の充満率を７５％以上とさせた後、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックを可動させてカップ状成形部への素材の流動を開始させる鍛造工程を含み、背圧力は、リングノックを逆方向に可動させるにつれて大きくなり、最終値が初期値の１．２〜２．２倍となる、ことを特徴とするユニバーサルジョイントヨークの製造方法である。
２）上記課題を解決するための第２の発明は、閉塞した空間を形成する上金型、下金型からなる金型内に、Ａ６０６１、Ａ６０８２、Ａ２０１４、Ａ２２１８、Ａ４０３２、Ａ７０７５から選ばれる何れか１種のアルミニウム合金の素材を投入した後、カップ状形成部の底側にカップ状形成部側から山型形状のピンボス成形部が突出して対峙するユニバーサルジョイントヨークの素形材を成形する際に、ユニバーサルジョイントヨークの有するカップ状成形部の先端にリングノックを介して初期値が１．５〜２５ｋｇ／ｍｍ 2 の背圧力を荷重し、続いて、初期値より低い値である０．５〜２０ｋｇ／ｍｍ 2 の背圧力に保持した状態で、カップ状成形部の反対側に形成されるピンボス成形部への素材の充満率を７５％以上とし、その後、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックを可動させてカップ状成形部への素材の流動を開始させる鍛造工程を含む、ことを特徴とするユニバーサルジョイントヨークの製造方法である。
３）上記課題を解決するための第３の発明は、背圧力が、ガスクッションまたはバネと、油圧クッションとの組合せによるものであることを特徴とする２）に記載のユニバーサルジョイントヨークの製造方法である。
４）上記課題を解決するための第４の発明は、素材がアルミニウム合金丸棒材を所定の長さに切断する工程と切断した丸棒材を据え込む工程とにより得られたものを素材として用いて、鍛造後の成形品に熱処理を施す工程と機械加工工程とを含む１）乃至３）のいずれか１つに記載のユニバーサルジョイントヨークの製造方法である。
５）上記課題を解決するための第５の発明は、鍛造工程後の機械加工工程において、鍛造済み品の型割り部をトリミングする工程を有しないことを特徴とする４）に記載のユニバーサルジョイントヨークの製造方法である。
６）上記課題を解決するための第６の発明は、カップ状形成部の底側にカップ状形成部側から山型形状のピンボス成形部が突出して対峙するユニバーサルジョイントヨークの素形材を鍛造するに用いる金型であって、ユニバーサルジョイントヨークの素形材を成形する閉塞な空間を形成する上金型、下金型と、カップ状成形部を成形する金型側に設けられ、カップ状成形部の先端に背圧力を荷重するリングノックと、このリングノックに、０．５〜２０ｋｇ／ｍｍ2の背圧力を与え、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックが可動するのに伴って与える背圧力が大きくなって、最終値が初期値の１．２〜２．２倍の背圧力を与える背圧力付与手段と、成形したユニバーサルジョイントヨークの素形材を金型から排出させるノックアウトピンと、金型が取り付けられる各金型ホルダーと、カップ状成形部を成形する金型と背圧力付与手段とを配設する受圧板とを含むユニバーサルジョイントヨークの鍛造用金型である。
７）上記課題を解決するための第７の発明は、カップ状形成部の底側にカップ状形成部側から山型形状のピンボス成形部が突出して対峙するユニバーサルジョイントヨークの素形材を鍛造するに用いる金型であって、ユニバーサルジョイントヨークの素形材を成形する閉塞な空間を形成する上金型、下金型と、カップ状成形部を成形する金型側に設けられ、カップ状成形部の先端に背圧力を荷重するリングノックと、このリングノックに、初期値が１．５〜２５ｋｇ／ｍｍ 2 の背圧力を与え、続いて、初期値より低い値である０．５〜２０ｋｇ／ｍｍ 2 の背圧力を保持しつつ与える背圧力付与手段と、成形したユニバーサルジョイントヨークの素形材を金型から排出させるノックアウトピンと、金型が取り付けられる各金型ホルダーと、カップ状成形部を成形する金型と背圧力付与手段とを配設する受圧板とを含む、ことを特徴とするユニバーサルジョイントヨークの鍛造用金型である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の一例を説明する。
【００１８】
図５に本発明のユニバーサルジョイントのヨーク（以降「ヨーク」ともいう。）素形材の一例を示す。素形材は、少なくともシャフトへの接合部（カップ形状部又はカップ状成形部）（４１）、ピンボス部（４３）、プレート部（４２）とから構成されている。夫々の部位は必要に応じて機械加工により最終形状に加工される。なお、素形材の場合はピンボス部（４３）はピンボス成形部ともいう。
【００１９】
図６に図５の素形材を機械加工して得られた、ユニバーサルジョイントのヨークの一例を示す。本発明で製造されるユニバーサルジョイントヨークは、少なくともカップ状部に形成されたシャフトへの接合部（９１）、ピンボス部（４３）、ピン穴（９４ａ、９４ｂ）、プレート部（４２）とから構成されている。
本発明のユニバーサルジョイントヨークは、型割り部にバリをトリミングした痕を有していないのが特徴である。バリをトリミングした痕がないので、バリ方向への塑性流動が起きていないので、その部分での機械強度が高まるので好ましい。またバリ除去による材料歩留まりの低下が無いので好ましい。本発明のユニバーサルジョイントヨークは、カップ形状端部を縦方向（カップ状成形部先端部からカップ状成形部根本部に向かった方向。）に見た断面に観察される塑性流動の跡は、反対側にピンボス部を有しない箇所（Ａ）と反対側にピンボス部を有する箇所（Ｂ）を比較して結晶粒平均長さの比が０．５〜１．５となっている状態である。機械強度が均一であり機械加工上、製品実用上で好ましい。
【００２０】
図６の本発明のユニバーサルジョントのヨークを組み込んだパワートレインシステムの構成の一例を図１２に基づいて具体的に説明する。符号１１２はヨークで、ピンボス部（符号４３）に機械加工により設けた十字軸との接続部となるピン穴（９４ａ、９４ｂ）を有している。図では一部省略しているが、ヨーク１１２は２個を１組として使用され、各ヨークはピン穴に嵌めこまれた十字軸（１１３）を介して対となるヨークへと接続される。一方、カップ状に形成された部位（９１）は機械加工によりシャフト（１１４）の内径に合せてカップの内側の形状が仕上げられ、シャフトへミグ溶接（ＭＩＧ：Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ）、ティグ溶接（ＴＩＧ：Ｔｕｎｇｓｔ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ）などの溶接、摩擦圧接、摩擦攪拌接合などの接合方法により、シャフト（１１４）へ固定されている。
【００２１】
本発明のユニバーサルジョイントのヨークの製造に用いる鍛造装置の構成の一例を図８をもとに説明する。
鍛造装置は、鍛造機（２２１）と、上金型（１０３）と、下金型（１０５）とを含むものである。上金型１０３の上部には、背圧力発生手段の一例として空圧シリンダー（２３１）を内蔵している。下金型１０５には、鍛造済み品を排出するためのノックアウトピン（１０７）が配置されている。符号１０８はスプレー移動装置、符号１０９はスプレー回転装置、符号１１０はスプレーシャフトである。スプレーノズル（１０４）は、スプレーシャフト、スプレー回転装置を介してスプレー移動装置に取り付けられており、潤滑材を噴霧状に吐出して、金型に潤滑材を塗布する。
【００２２】
図８の鍛造装置の上金型１０３の一例を図４に示す。上金型１０３はカップ形状部の内側を形成するセンターパンチ（６６）と、背圧力をかけながらカップ形状先端を形成するリングノック（６７）と、背圧力を発生する手段としてガスクッション（７４）と、センターパンチ６６を支持する受圧板（７０）と、センターパンチ（６６）などを支え上ボルスター（１）に固定するパンチホルダー（６９）などから構成されている。ガスクッション（７４）は、例えば、空圧シリンダー圧力伝達軸（６８）、空圧シリンダー（７１）、空圧シリンダー気体封入部（７２）から構成されるものを用いることができる。リングノック６７は空圧シリンダー圧力伝達軸６８を介して空圧シリンダー７１から発生する背圧力を受けている。このため、リングノック６７は、空圧シリンダー圧力より大きい力を受けることにより上金型とは相対的に後方に可動することができるようになっている。
【００２３】
空圧シリンダー７１から発生する背圧力により、成形開始前は、リングノック６７の先端はカップ内径部を形成するセンターパンチ６６先端部と同一面もしくはそれよりも突出した位置にあるのが好ましい。リングノック６７の先端がセンターパンチ６６に対して入りこんだ状態では期待する背圧効果が充分に得られないからである。同一面もしくはそれよりも突出した位置にあることにより下金型とセンターパンチが嵌め合うことになり位置決め精度が向上するからである。
【００２４】
リングノックにかかる空圧シリンダーからの背圧力が単位面積当り０．５〜２０ｋｇ/ｍｍ2になるように、空圧シリンダーの気体封入部７２の内圧またはシリンダーの本数を調整する。ピンボス形状部への素材の充満率を７５％以上となった後にリングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向に、リングノックを可動させるように空圧シリンダー内圧またはシリンダーの本数を調整する。
【００２５】
背圧力を発生させる手段の一例であるガスクッションは、図４の実施例では上金型内に内蔵されている。さらに、本発明の金型構成では、ガスクッションは上部ボルスターを固定端として配設され、圧力伝達軸を介してリングノックに応力を伝える構成となっている。圧力伝達軸としては、空圧シリンダー圧力伝達軸の他にノックアウトピンやコマなどを挙げることができる。
【００２６】
背圧力を発生させる手段は、成形の際に金型が移動するストロークの長さ全体に渡って圧力を生じさせる機能を有していれば良く、ガスクッションの他に、油圧クッション、バネ、コイルスプリング、ゴムを挙げることができる。
【００２７】
ガスクッションを背圧力発生手段とした場合は、外部からの圧力供給を受けずとも充分な背圧力を得ることができるので、金型内に内蔵することができる。その結果、プレス機に付属させる発生装置が省略でき、専用の圧力伝達配管を備えたダイセットが不要となるので、汎用プレスおよびダイセットにも簡便に取り付けることが可能となり好ましい。背圧力発生手段としてバネ、コイルスプリング、ゴムを用いた場合も同様の効果を得ることができる。
【００２８】
背圧力を発生させる装置としてガスクッションを用いると伸縮の繰返しに対して耐久性に優れ、サイズやストローク長さのバラエティーが豊富で用途に応じて選択できるので好ましい。
【００２９】
背圧力を発生させる機構がバネ、コイルスプリング、ゴムである場合は、構成する部品の種類サイズが豊富であるので金型構造の選択の幅が広くなり、経済的である。
【００３０】
上述のリングノック６７の材質はダイス鋼、粉末ハイス鋼などを挙げることができる。その他金型を構成する部材の材質はダイス鋼、粉末ハイス鋼、超硬などを挙げることができる。リングノックと上金型、下金型との間の摺動を確保するために、リングノックが摺動する金型の各面、たとえば、カップ形状部の内径および外径を成形する各金型の表面に窒化処理、モリブデンコーティング処理などを施すのが良い。リングノックと上金型、下金型との間の隙間の間隔は０．０５〜０．３ｍｍ程度が好ましい。０．０５ｍｍ以下では摺動しにくく、潤滑剤の塗布が困難となる。間隔が０．３ｍｍ以上では摺動、潤滑剤塗布は良いが除去が必要となる隙間バリが発生する。
【００３１】
図１、２、３に本発明の製造方法の一例の成形工程の金型および動作の模式図を示した。各工程の動作を説明する。
【００３２】
図２に示すように下金型６５内部に鍛造用素材６は投入される。図１に示すように上金型１０３が下降してくる。ここで、上金型の一部を構成するリングノック６７が下金型６５に先ず最初に嵌合し上金型と下金型の同軸の精度が確保される。
【００３３】
さらに上金型が下降して、素材は下金型と上金型により形成される閉塞した空間にはさみこまれる。成形の初期状態においては主にピンボス部形成への素材の塑性流動がおこり、上金型のリングノック６７には空圧シリンダー７１からの背圧力がかかっているためカップ形成部への素材の塑性流動は抑制される。この時、カップ状成形部の先端にリングノック６７を介して単位面積当り０．５ｋｇ/ｍｍ2以上の背圧力がかかっている。ピンボス成形部への素材の充満率が７５％以上となった後、リングノックが後方に可動する。この時空圧シリンダーの圧力はシリンダーが押し込まれるほど高くなっていく。成形荷重（上金型下降方向圧力）もプレス機の下死点に近づくにつれて高くなるため、うまく圧力をバランスしながら、リングノック６７は背圧を素材に負荷しながら上金型の移動方向と相対的に後退して行く。図９に、リングノックのストロークと背圧力の関係を示す。
【００３４】
空圧シリンダーによる背圧力の場合、素材にリングノックが接触し負荷がかかり始めた時の初期圧力が内部圧力により設定できる。その後、シリンダーの収縮により内部圧力が上昇し、シリンダーのストローク終端にかけて負荷圧力が上昇する。圧力の上昇に伴い、カップ部端部の高さを均一に調整することができるため好ましい。
【００３５】
バネによる背圧力の場合、素材にリングノックが接触し、負荷がかかり始めた時点ではバネが伸びた状態なので背圧力は最低値（例えば１ｋｇ／ｍｍ 2 ）となる。その後、バネの収縮により弾性力が上昇し、ストローク終端にかけて、負荷圧力が上昇し、ストロークエンドでは、例えば約１．５ｋｇ／ｍｍ 2 となる。圧力の上昇に伴い、カップ部端部の高さを均一に調整することができるため好ましい。
【００３６】
ピンボス成形部への素材の充満率が７５％以上となった後にリングノックを可動させるタイミングは、本実施例ではあらかじめ背圧力で調整しているが、プレス機のストローク位置管理またはタイマー管理などとすることもできる。
【００３７】
ピンボス成形部体積の７５％以上に素材の充満が完了した状態は、ピンボス先端部が金型に接触し、ピンボス部先端の素材の成形形状の隅Ｒ（角の曲率半径）がＲ＝８〜１５ｍｍとなった状態である。金型に完全に充満して金型形状が転写されたときは、例えばＲ＝５ｍｍとなる。充満率とは、充満率＝（ピンボスの成形部の流入素材の体積／金型のピンボス部相当体積）×１００（％）で定義される。
【００３８】
成型工程が進みピンボス成形部への素材の充満がほぼ完了した状態で、さらに上金型１０３は下降を続けると共に、上金型のリングノック６７にかかる空圧シリンダー７１からの圧力より成形の圧力が大きくなるためにリングノックは上端まで後退し、図３に示したようにカップ成形部へもメタルが充満した状態となる。ガスクッションによる背圧力の場合、リングノック６７後退が進むにつれて空圧シリンダー７１からの背圧力は初期背圧力の１２０〜２２０％にまで上昇し、この上昇分によりカップ成形部へのメタルの充満をしながら、ピンボス成形部の未充満部へのメタルの充満が行なわれ、成形が完了する。カップ形状部の成形とともにピンボス成形部の未充満部の充満を促進するので好ましい。成形終了時のカップ先端の背圧力が高いのでカップ先端高さのバラツキが小さくなり好ましい。
【００３９】
好ましくは背圧力発生装置のシリンダーのストロークエンドの位置はプレス機の下死点よりも少し手前に設定しておくのが好ましい。プレス機の下死点よりも手前の位置に設定しておくとシリンダーを痛めるおそれが無いからである。
【００４０】
本発明のヨークの製造方法は、上記金型を用いているので、リングノックを介して単位面積当り０．５ｋｇ/ｍｍ2以上の背圧力を荷重した状態（熱間鍛造では好ましくは１〜５ｋｇ/ｍｍ2。冷間鍛造では好ましくは１０〜１５ｋｇ/ｍｍ2。）となる。
【００４１】
好ましくは背圧力を０．５〜２０ｋｇ/ｍｍ2としたのは、０．５ｋｇ/ｍｍ2未満であると成形部であるカップ状成形部の先端への面圧力が低く、不均一な素材流動が発生しカップ状成形部への素材流動量が位置によってバラツキが発生する。その結果、カップ状成形部の先端部の高さが不揃いとなるからである。図１１に高さのバラツキ量と背圧力最低値の関係を示した。２０ｋｇ/ｍｍ2を超えるとカップ状成形部への素材流動が過剰に抑制され、目的とする高さまで素材が充満しない上、成形したカップ状成形部が反力により変形（座屈）してしまうおそれがある。
【００４２】
素材の充満が完了して成形が終了すると、上金型が上昇するとその時同時に上金型に設けられた空圧シリンダーからの圧力によりリングノック６７を介して鍛造品カップ部上端が下に押され、上金型から鍛造済み品がはずれる。背圧力を発生する機構を有したリングノックが成形済み品の排出機能をも有している。特にカップ状成形部をパンチで成形した場合に起こりがちなパンチへの成形済み品の付着を防止することができるので好ましい。尚、６２はノックコマである。
【００４３】
上金型が上昇した後、下金型下部からはノックアウトピン６４が上昇して、鍛造品は下金型上面まで押し上げられ、鍛造品は金型の外へ排出される。
【００４４】
初期背圧力を高くして、ピンボス部の充満率を高めてから、初期圧力より低い背圧力にて成形する実施形態を説明する。初期背圧力を高くして、ピンボス部の充満率を高めてから、初期圧力より低い背圧力にて成形するので、カップ部成形時の成形荷重が低くでき、その結果金型寿命を向上させることができるので好ましい。
【００４５】
この例として、背圧力発生手段として油圧クッションを用いた実施形態について説明する。油圧クッションは例えば、前述した空気シリンダーと同様な構成とし、空気に変えて油を封入したものとすることができる。
【００４６】
この場合、背圧力の初期値を１．５〜２５ｋｇ/ｍｍ2とし、その後初期値より低い値で０．５〜２０ｋｇ/ｍｍ2になるのが好ましい。
【００４７】
油圧による背圧力である場合は、背圧力は図１０に示したように素材にリングノックが接触し負荷がかかり始めたときの初期圧力（油圧シリンダーが縮み始めた時。）が高く、その後油圧シリンダーのストロークの長さによって圧力は影響されないため、縮み始めから成形終了まで０．５ｋｇ/ｍｍ2以上の一定圧力を荷重することができるため、成形能力が高くなる。例えば、ピンボス側の充満が完全に終了するまでリングノックが上昇しないような設定が可能（例えば好ましくは充満率９０％以上となるまで上昇しない。）となり、ピンボス側の欠肉がより起こらない。更に、一定圧力でリングノックが上昇するためカップ部の不揃いも起こらない。
【００４８】
製品毎に圧力設定を変えられることができるような油圧制御を付加するのが好ましい。例えば、外部油圧ユニットを成形スライド信号により圧力制御する、または、単純に圧力の設定が同一油圧シリンダーを用いて減圧弁などにより圧力調整することが可能である。
【００４９】
この場合、背圧力の初期値を１．５〜２５ｋｇ/ｍｍ2とし、その後初期値より低い値で０．５〜２０ｋｇ/ｍｍ2になるのが好ましい。例えば、プレス角度９０〜１２０°で５ｋｇ/ｍｍ2、１２０〜１６０°にかけて圧力を下げて３ｋｇ/ｍｍ2にして１６０〜１８０°にかけて３ｋｇ/ｍｍ2を維持してノックアウト時の座屈を防止する。５ｋｇ/ｍｍ2から３ｋｇ/ｍｍ2に圧力変化させる場合、油圧回路を３ｋｇ/ｍｍ2と２ｋｇ/ｍｍ2とに並列回路として、１２０°の信号により２ｋｇ/ｍｍ2の回路を開放して減圧させる。
【００５０】
前述した背圧力発生手段と組み合わせることにより、圧力パターンを変更でき、製品毎に要求される負荷パターンを選択できるので好ましい。例えば、空圧シリンダーと油圧シリンダーとを組合せると初期背圧力を高くして、その後、初期背圧力より低い背圧力とし、成形終了時に再度、高い背圧力を得ることができる。この場合、初期にピンボス部の充満率を高めるので、成形荷重を低くでき、終了時の背圧力が高いのでカップ形状部上部のバラツキを小さくできるので好ましい。又、油圧シリンダーだけでは、成形完了後、鍛造済品を取り出す際に押し出す圧力が小さいが、空圧シリンダーを組合せることにより、成形完了後に鍛造済品を押し出す圧力が強く働く。その結果、鍛造済品の取り出しスピードを上げることができ、生産性が向上する。
【００５１】
背圧力を発生させる装置として油圧クッションを用いると油の流動抵抗により、油封入圧力以上の初期圧力を発生させることができるので好ましい。また、伸縮の繰返しに対して耐久性に優れ、サイズやクッションのストローク長さのバラエティーが豊富で用途に応じて選択できるので好ましい。小型で金型内への配置が容易で好ましい。
【００５２】
上金型にカップ形状の薄肉の形状を形成するリングノックを内蔵しているものとしたものは、カップ状成形部における素材流動の方向が上金型による加圧方向と反対方向となり、素材と金型の摩擦抵抗が小さくなり、成形荷重が低くなり好ましい。
【００５３】
本発明の金型は、ユニバーサルジョイントヨークの素形材を鍛造するに用いる金型であって、閉塞な空間を形成する上金型、下金型と、リングノックと、ノックアウトピンと、金型ホルダーと、金型とリングノックに０．５ｋｇ/ｍｍ2以上の背圧力を発生する手段とを配設する受圧板とを含む鍛造用金型であるので鍛造機のストロークが短く、ダイセットの間隔が狭く、従来のような大規模な背圧装置が配置できない場合にも適用が可能である。また小型の鍛造装置に適用できるので設備費を安価にすることができる。
【００５４】
従来の背圧装置を配備した鍛造機構成を図１７に示した。鍛造機２２１には上金型２２７および下金型２２６を備え付けたダイセットが取付けられている。ダイセットは上プレート２２９と下プレート２３０およびガイドポスト２２８からなっており、上プレート２２９および下プレート２３０には、上下金型へ背圧力を伝えるための油圧シリンダー２２２ａ、２２２ｂを含んでいる。プレス動作を監視し、背圧力が必要とされるタイミングで油圧発生を指示するための電気信号を発生させるプレス動作監視装置２２５、油圧発生装置２２４、油圧配管２２３などが必要となり、上ボルスター（鍛造機上ラム）１と下ボルスター５の間の空間を広くする必要がある。
【００５５】
本発明の金型は、背圧力発生機構が小型であり上金型または／および下金型に内蔵されているので従来のダイセットをそのまま用いて、金型のみを本発明の金型に交換することで、容易に主成形方向と反する応力を負荷する機構によりカップ形状部の高さが均一である鍛造品を得ることができる。
【００５６】
本発明の金型を用いたユニバーサルジョイントヨーク素形材の製造方法は、ユニバーサルジョイントヨークの有するカップ状成形部の先端にリングノックを介して単位面積当り０．５ｋｇ/ｍｍ2以上の背圧力を荷重した状態でカップ状成形部の反対側に形成されるピンボス形状部への素材の充満率を７５％以上とさせた後、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックを可動させてカップ状成形部への素材の流動を開始させる鍛造となる。
【００５７】
その結果、カップ状成形部への素材流動を充分抑制でき、ピンボス部への素材の充満率を７５％以上に優先して高めることができ、その後、ピンボス部方向への素材流動による影響が小さくなった時点でカップ部への素材流動を開始することが可能でカップ部先端の欠肉を小さく抑えることが可能となり好ましい。
カップ部への素材流動が過剰に抑制されることなく、均一な高さのカップ形状であって目的のカップ高さまで成形でき、カップ状成形部に座屈などの変形が起こらないので好ましい。
【００５８】
従って、製造されたヨークの素形材のカップ形状部の高さは最高高さと最低高さの差、すなわち高さのバラツキが８ｍｍ以内となる。高さのばらつきの差が好ましい値の１０ｍｍより充分に小さいので、鍛造工程後に高さをそろえるための切削工程を不要とすることができるので好ましい。また、カップ形状部先端はその後シャフトに接合させるために、シャフト穴と嵌合させシャフトを突き当てるための段差および穴径をシャフト径に合わせた外径に仕上げるような切削加工の実施が必要な場合においては、切削加工ではカップ状成形部の高さのバラツキを考慮して切削代を設定することになるが、本発明の素形材は高さのバラツキが８ｍｍ以内であるので切削代を減らすことが可能であるので好ましい。カップ部の切削加工に要する時間も短くでき、生産性が高くなり好ましい。
【００５９】
また、ヨークの素材形は、カップ形状端部を縦方向（カップ状成形部先端部からカップ状成形部根本部に向かった方向。）に見た断面に観察される塑性流動の跡は、他端側にピンボス部を有しないカップ形状部上部４１ａと他端側にピンボス部を有するカップ形状部上部４１ｂを比較して結晶平均粒長さの比が０．５〜１．５となっている。従って、素形材の機械強度が均一であり機械加工上、製品実用で好ましい。
【００６０】
更に、リングノックと上金型、下金型との間の隙間の間隔を０．０５〜０．３ｍｍとしたので、得られた素形材は、型割り部（図１６の従来例に於いて符号４４に対応する箇所）にバリが発生していない。このようにバリが発生していないので、バリ方向への塑性流動が起きていないので、その部分での機械強度が高まるので好ましい。またバリ除去の作業が不要であって、バリ形成による材料歩留まりの低下を回避することができる。
【００６１】
つぎに、図２の装置を用いた本発明のヨークの製造方法の一実施形態を説明する。
本発明の製造方法は、素材を投入する工程と、素材に潤滑剤を塗布する工程と、素材を所定の温度に予備加熱する工程と、潤滑剤を金型へ塗布する工程と、素材を鍛造成形する工程と、ノックアウト機構により鍛造済み品（鍛造製品、ヨーク素形材）を排出する工程と、を含む製造方法である。
好ましくは、鍛造工程の前にアルミニウム合金丸棒材を所定の長さに切断する工程と、切断した丸棒材を据え込み鍛造用素材を得る工程と、鍛造工程の後に熱処理工程と、トリミング工程を含まずに鍛造製品を機械加工する工程と、を含む製造工程である。
【００６２】
本発明の製造方法に用いるヨーク部品の材料はアルミニウム合金であるのが好ましい。ヨーク部品は自動車の軽量化ニーズもあり、鉄や真鍮や黄銅にくらべ、比強度が高く、軽量化可能な材質となっておりアルミニウム合金をこの素材として用いることが望まれているからである。しかし成形部位に対して遠くの部位から素材を押して充満させる鍛造工法では、アルミニウム合金を素材として用いた場合は高温においても素材の延展性特性が低く変形抵抗が大きいので素材を充満させることが困難である。その結果、真鍮や黄銅のような高温での延性を利用しての塑性加工率を７０％以上とした従来の一工程鍛造工法では、充分に充満した欠肉のない良好な品質を得ることが困難である。本発明は、ユニバーサルジョイントヨークの有するカップ状成形部の先端にリングノックを介して単位面積当り０．５ｋｇ/ｍｍ2以上の背圧力を荷重した状態でカップ状成形部の反対側に形成されるピンボス形状部への素材の充満率を７５％以上とさせた後、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックを可動させてカップ状成形部への素材の流動を開始させる鍛造工程としているので、充分に充満した欠肉のない良好な品質を得ることができる。
【００６３】
耐食性、高温強度、高弾性が好ましい特性を有する材料としてはＪＩＳ規格のＡ６０６１、Ａ６０８２、Ａ２０１４、Ａ２２１８、Ａ４０３２、Ａ７０７５を挙げることができる。好ましい材料として、Ａｌ−０．４〜０．８質量％Ｓｉ−０．１５〜０．４０質量％Ｃｕ−０．８〜１．２質量％Ｍｇ−０．０４〜０．３５質量％Ｃｒで表されるアルミニウム合金を挙げることができる。Ａ６０６１、Ａ６０８２は耐食性、被アルマイト性が優れた特性を有し中程度の強度を有するため、各種特性をバランス良く満足するので好ましい。Ａ２０１４、Ａ２２１８は高強度、高弾性の特性を有するので、負荷の高いヨーク部品においては強度が向上するので好ましい。Ａ４０３２は耐摩耗性が優れ、高弾性である特性を有するので、十字軸との摺動による耐摩耗性の必要なヨーク部品においては耐摩耗性を向上させるので好ましい。Ａ７０７５は実用のアルミ合金では最高強度持つため、鉄並の強度必要なヨーク部品において高い強度を得ることができるので好ましい。アルミニウム合金は実用合金のうち、軽量かつ靭性に優れており、その中でも中程度の強度を持ち、耐食性に優れるＡ６０６１はヨーク部品として適している。高強度が求められるヨーク部品においてはＡｌ−Ｃｕ系合金である２０００系合金やＡｌ−Ｚｎ系合金である７０００系合金が鉄並の強度があり、好ましい。他部品（十字軸など）との摩耗が問題となる場合においてはＡｌ−Ｓｉ系合金である４０００系合金が耐摩耗性に優れ、好ましい。
【００６４】
アルミニウム合金を丸棒材に押出成形する。またはアルミニウム合金を連続鋳造することにより丸棒材を得る。得られたアルミニウム合金丸棒材を所定の長さに切断し、さらに切断した丸棒材を据え込んで鍛造用素材を得る。
【００６５】
製品外径より小さな外径のアルミ丸棒を製品体積に相当する体積となる長さで切断し、製品外径マイナス０．５〜５ｍｍの外径まで据え込み成形してヨーク部品を鍛造成形すると、ノコ切断ではノコ刃の刃厚分の切削切粉をロスするので細い径の棒を用いる方が材料歩留まりがよく好ましい。さらに、据え込み工程により素材の延性が高くなる。繰返し荷重がかかるヨーク部品においては良好な靭性が求められるので、延性が向上することにより靭性が向上されるので好ましい。切断時の切断厚さバラツキは細い径の方が体積のバラツキへの影響が小さく、鍛造時の金型への過負荷低減につながり、好ましい。
【００６６】
図２に示したように、前述した金型を配置した鍛造装置の下金型６５の中に鍛造用素材を投入する。素材は例えば、連続鋳造棒を所定の長さに切断したものを用いることができる。素材は例えば、必要に応じて素材潤滑としてボンデ処理、黒鉛系水性潤滑剤への浸漬による潤滑剤の塗布処理を施しておく。強く塑性加工されて素材内部のアルミ地が表層に生じ銀色の金属光沢を有する新生面が生じるような高い塑性加工率で成形する場合は、潤滑切れ防止の点からボンデ処理が好ましい。製品外径がφ９０ｍｍ以上に大きい場合において予め据え込み成形によって太径化した予備成形素材を用いることもできる。
【００６７】
金型への投入時に、素材は所定の温度、例えば３７０℃〜５５０℃に予備加熱しておく。
【００６８】
潤滑剤を金型へ塗布する。使用する潤滑剤としては水性黒鉛潤滑剤、油性黒鉛潤滑剤を挙げることができる。上金型のリングノックが金型内部へ収納された状態で金型への潤滑剤塗布を行なうので、隙間への浸透性のより油性黒鉛潤滑剤がより好ましい。金型への潤滑剤塗布量は１ｇ〜１０ｇ（濃度は０．５〜２５質量％。）とするのが好ましい。
【００６９】
次に鍛造工程を説明する。
まず主鍛造が実施される。上金型１０３が下降して、上下金型の間に拘束され素材６は下金型に彫り込まれたピンボス成形部にまず素材流動が生じ、ピンボス部の概略形状が成形される。この段階では素材流動は主にピンボス成形部へ起り、上金型側のカップ部へは空圧シリンダーからの圧力がリングノックにかかっているためカップ部への素材流動はほとんど起こらない。この段階では、ピンボスの細部にまで充満していない。
【００７０】
さらに、上金型は下金型内径部に嵌合後も下降を続け、ピンボス成形部の細部にまで充満が完了する。この位置においては成形荷重が上金型に設けた空圧シリンダーの圧力に勝り、リングノックは上昇し、カップ部への素材流動が起こり、カップ部もメタルが充満する。
【００７１】
成形開始時から成形完了まで上金型外径は下金型内径により嵌合されているため、カップ部内径と外径の同軸度は上下金型のクリアランスの０．２ｍｍ以下となる。上下金型が閉塞状態となるので製品外郭部にトリミング工程を必要としない。
【００７２】
鍛造条件は、製品形状に応じて最適化することができる。例えば、プレス速度は１０〜４０ｓｐｍ、リングノックへの背圧力は０．５〜２０ｋｇ/ｍｍ2、素材温度は２００℃〜（固相線温度−２０℃）とする。
金型温度は予め１００℃〜４００℃に加熱する。
【００７３】
鍛造が終了した後にノックアウトピンにより鍛造製品を排出する。
【００７４】
鍛造製品は好ましくは熱処理を実施する。熱処理は、鍛造素形材の機械強度を向上させることを目的とし、条件は４６０〜５６０℃、１〜５時間保持し、直後に水槽（水温１０〜７０℃）に浸漬させ、１５０〜２５０℃にて１〜１０時間保持とすることで所望の鍛造素形材強度とすることができる。
【００７５】
得られた鍛造製品は、ヨークの有するカップ状成形部の先端にリングノックを介して単位面積当り０．５ｋｇ/ｍｍ2以上の背圧力を荷重した状態で、カップ状成形部の反対側に形成されるピンボス形状部への素材の充満率を７５％以上とさせた後、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックを可動させてカップ状成形部への素材の流動を開始させて製造したユニバーサルジョイントヨーク用素形材である。
得られた鍛造製品は主成形方向と反する応力を負荷する機構によりカップ形状部の高さのばらつきが８ｍｍ以下であるユニバーサルジョイントヨーク用素形材である。
【００７６】
熱処理工程が終了した鍛造製品は、ピン穴部をマシニングセンターを用いたドリル加工により、シャフトへの取り付け部はＮＣ旋盤機により機械加工を実施して最終製品のヨークに仕上る。
【００７７】
カップ部の高さはばらつきが８ｍｍ以下になっているので、不揃いの耳高さをそろえる機械加工は実施する必要が無い。よって、得られたヨークはカップ形状端部に耳高さをそろえるための切削工程を有しないユニバーサルジョイントヨーク素形材となる。カップ部の高さはばらつきが８ｍｍ以下になっているのでカップ形状端部を縦方向（カップ状成形部先端部からカップ状成形部根本部に向かった方向。）に見た断面に観察される塑性流動の跡は、他端側にピンボス部を有しないカップ形状部上部４１ａ（Ａ）と他端側にピンボス部を有するカップ形状部上部４１ｂ（Ｂ）を比較して鏡面研磨後に酸によるエッチングを施して約１００倍の顕微鏡観察によって見られる結晶粒平均長さの比（Ｂ／Ａ）が０．５〜１．５となっている状態である。その結果、カップ状成形部の一周上において結晶粒長さが均一であるヨークとなる。従来の鍛造方法で得られたヨーク部品においては他端側にピンボス部を有しないカップ形状部上部４１ｃ（Ｃ）と他端側にピンボス部を有するカップ形状部上部４１ｄ（Ｄ）の結晶粒平均長さは、他端側にピンボス部を有しているカップ状部では小さくなる。その比（Ｃ／Ｄ）は０．５以下となっており、カップ形状部の結晶粒長さが不均一なヨークとなっている。
【００７８】
本発明の製造方法によれば、多数段の鍛造工程に分けて成形する従来の方法が１回の密閉鍛造による成形方法となるので、多数段の各鍛造にそれぞれ必要な金型が不要となる。
【００７９】
本発明の製造方法によれば、上下金型を密閉状態として成形しているため製品外部へのバリがなく、トリミング工程を省略することができる。そのため、本発明の製造方法によればトリミング痕がないヨーク部品を製造することができる。また本発明の製造方法によれば材料歩留まりも向上して製造することができる。結果、製造されたヨーク部品は、製品外周部にトリミング痕を有しないことを特徴とするヨーク部品となり、製品外周部にトリミング痕がないため、製品強度、外観の点で好ましいものとなる。
【００８０】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
図２に示した装置を用いて図６に示したヨーク素形材を作製した。
用いた金型は上金型に円筒状のカップの形状を形成するリングノックを内臓し、リングノックに負荷した背圧力は表１、表２に示すように、背圧力の発生手段、背圧力の値を変えて実施例、比較例を作製した。表１ではガスクッションを用いた。作製の結果は、表１および表２に示した。成形の評価は充満率についてはカップ部への充満が開始される位置まで下死点位置を上昇させて成形途中の製品を得て、得られた製品のピンボス部の体積を金型のピンボス部成形部相当体積で除したものをピンボス部充満率とした。カップ部のダレ（高さの差、高さのバラツキ。）はカップ部の円周上で最も高い位置と最も低い位置の差とした。
【００８１】
Ａ６０６１材のアルミニウム合金からなる連続鋳造棒を直径７５ｍｍ長さ８５ｍｍに丸のこぎりで切断した。切断した素材を４５０℃に加熱して据え込み用のφ１１５ｍｍの金型を用いてφ１１４．３ｍｍ厚さ４０ｍｍの鍛造用据え込み品に成形した。成形した素材に黒鉛系の潤滑剤を塗布して４５０℃に予加熱した。予加熱した素材を下金型成形部に投入した。上金型を下降させ、まず主軸方向に荷重して成形を開始した。上金型は下金型成形部内径に嵌合されながら下降し、主にピンボス部を成形する。その後、成形荷重の上昇に伴って、リングノックが上昇し、カップ部を成形する。成形が完了後、製品を下金型のノックアウト機構により金型の外へ排出した。
【００８２】
鍛造条件は、プレス速度は２５ｓｐｍ（ストローク回数／分）、背圧力発生機構の背圧力は表１、２に示すように０〜２６ｋｇ/ｍｍ2とした。
【００８３】
各実施例では、ダレの小さいカップ形状を有するヨーク素形材としての鍛造品が成形できた。型割り部にバリが発生しない金型構造であったのでトリミング工程を省略し、トリミング痕を有しないヨーク部品を得ることが出来た。カップ部内径と外径の同軸度は０．１１ｍｍであった。各実施例において、カップ状成形部先端から取り出した試験片を鏡面研磨後に酸によるエッチングを施して約１００倍の顕微鏡観察によって観察したところ、他端側にピンボス部を有しないカップ状部（Ａ）と他端側にピンボス部を有するカップ状部（Ｂ）との結晶粒平均長さの比（Ｂ／Ａ）を求めたら、０．５〜１．５となっていた。
【００８４】
各実施例で、成形されたヨーク部品のピンボス部から切出した試験片をもちいて引っ張り荷重試験をした。結果は引張り強度４００ＭＰａ、縦弾性係数が７５ｋＮ/ｍｍ2であった。
【００８５】
【表１】
【００８６】
【表２】
【００８７】
【発明の効果】
本発明の製造方法は、閉塞した空間を形成する上金型、下金型からなる金型内に素材を投入した後にユニバーサルジョイントヨークの素形材を成形する際に、ユニバーサルジョイントヨークの有するカップ状成形部の先端にリングノックを介して単位面積当り０．５ｋｇ/ｍｍ2以上の背圧力を荷重した状態でカップ状成形部の反対側に形成されるピンボス形状部への素材の充満率を７５％以上とさせた後、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックを可動させてカップ状成形部への素材の流動を開始させる鍛造工程を含むことを特徴とする製造方法であるので、カップ部余肉高さを均一にし、欠肉または未充満な箇所を抑えて成形することができるので、切削加工代の少ないヨークを、材料歩留まりを向上させ工数低減した高い生産性のもとに製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヨーク部品鍛造工程成形途中断面図である。
【図２】本発明のヨーク部品鍛造工程上死点断面図である。
【図３】本発明のヨーク部品鍛造工程下死点図である。
【図４】本発明のヨーク部品成形用上金型の構成図である。
【図５】本発明のヨーク部品鍛造品見取り図である。
【図６】ヨーク部品の機械加工完成品見取り図である。
【図７】本発明の下金型に可動式のラムを配置した金型構成断面図である。
【図８】本発明に用いる鍛造装置の概略構成図である。
【図９】本発明に用いる背圧力発生手段の一例の説明図である。
【図１０】本発明に用いる背圧力発生手段の別の例の説明図である。
【図１１】本発明に用いる背圧力発生手段とカップ形状部の高さのバラツキの関係の説明図である。
【図１２】プロペラシャフトの概略構成図である。
【図１３】従来の鍛造工法の金型構成図（上死点）の概略断面図である。
【図１４】従来の鍛造工法の金型構成図（下死点）の概略断面図である。
【図１５】従来の２工程工法の概略工程図を示し、（ａ）はピンボス部成形の金型構成図を示し、（ｂ）はカップ部成形の金型構成図を示す。
【図１６】（ａ）は従来のバリ出し鍛造工法での鍛造品の斜視図を示し、（ｂ）は（ａ）の鍛造品のトリム後製品の斜視図を示す。
【図１７】従来の背圧装置を配備した鍛造機およびダイセット構成図である。
【符号の説明】
１：上ボルスター
２：従来鍛造工法の上金型
３：ストリッパー
４：従来鍛造工法の下金型
５：下ボルスター
６：アルミニウム素材
７：鍛造品
３１：予備成形の上金型
３２：予備成形の下金型
３３：ノックアウトピン
３４：予備成形製品
４１：カップ形状部
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ：カップ形状部上部
４２：プレート部
４３：ピンボス部
４４：バリ
４５：トリム跡
６１：ノックアウトバー
６２：ノックコマ
６３：受圧板
６４：ノックアウトピン
６５：本発明の下金型
６６：センターパンチ
６７：リングノック（可動ラム）
６８：空圧シリンダー圧力伝達軸
６９：パンチホルダー
７０：空圧シリンダーを支持する受圧板
７１：空圧シリンダー
７２：空圧シリンダー気体封入部
７３：成形途中製品
７４：ガスクッション
９１：シャフトへの接続部
９４ａ、９４ｂ：ピン穴
１０３：上金型
１０４：スプレーノズル
１０５：下金型
１０７：ノックアウトピン
１０８：スプレー移動装置
１０９：スプレー回転装置
１１０：スプレーシャフト
１１１：トランスミッション
１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ：ヨーク
１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ：十字軸
１１４ａ、１１４ｂ：シャフト
１１５：ベアリング
１１６：マウントインシュレーター（金具）
１１７：ボディー（車体）
１１８：溶接部
１１９：ファイナルドライブ
２０１：下金型
２０２：上金型
２０３：センターブッシュ
２０４：受圧板
２２１：鍛造機
２２２ａ、２２２ｂ：油圧シリンダー
２２３：油圧配管
２２４：油圧発生装置
２２５：プレス動作監視装置
２２６：下金型
２２７：上金型
２２８：ガイドポスト
２２９：ダイセットの上プレート
２３０：ダイセットの下プレート
２３１：空圧シリンダー
【発明の属する技術分野】
本発明は薄肉のカップ形状を有するユニバーサルジョイントのヨークの製造方法に関し、更に、詳しくは、ヨークの製造方法及び上記製造方法に用いる鍛造用金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パワートレインシステムのプロペラシャフトに用いられるユニバーサルジョイントのヨークは、通常薄肉カップ形状をしている。図１２にプロペラシャフトの概略図を示す。動力伝達装置におけるトランスミッション（１１１）の出口とファイナルドライブ（１１９）の間をつなぐのがプロペラシャフトであり、プロペラシャフトのシャフトの接続部にユニバーサルジョイントが用いられている。ユニバーサルジョイントはヨーク（１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ）と十文軸（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ）からなり、シャフト間の回転を接続するシャフト（１１４ａ、１１４ｂ）へ動力として伝達している。尚、１１６はプロペラシャフトを車体１１７へ取付けるための金具を示し、１１５は角度変更用のベアリングを示している。
【０００３】
ユニバーサルジョイントヨークは押出されたアルミニウム合金を素材として冷間鍛造により製造されている。図１３に従来の冷間鍛造工法で用いられるヨークの金型構成図の一例を示した。また、図１６に従来工法のバリ出し鍛造によるバリ出し鍛造素形材（図１６（ａ））とバリをトリミングしたヨーク（図１６（ｂ））の一例を示した。
【０００４】
図１３では上ボルスター１に支持された上金型２にはシャフトへ接続するカップ形状を、下ボルスター５上の下金型４は十字軸と接続するピンボス形状に各々形成する構成となっている。下金型４に向かって上金型２が下降し、アルミニウム素材６を挟み込み、上金型と下金型によって形成される空間より上下金型の形状を転写して成形するものである。下金型に投入されたアルミニウム素材は予備潤滑した予加熱していない素材である。図１４に従来の冷間鍛造工法で用いられる金型構成図を鍛造成形完了する上金型２の下死点における状態を示している。鍛造品７の上金型側に形成されるカップ形状は上金型によって拘束されない自由端鍛造となっている。尚、３はストリッパーを示す。
【０００５】
従って、この工法により成形された鍛造品７は、図１６（ａ）に示すように、カップ形状部４１は自由端鍛造されるためピンボス部４３へ素材がより多く塑性流動するためにピンボス部の反対側のカップ形状部４１への素材塑性流動が少なくなり、余肉の耳の高さがそろわず後工程の機械加工で形状を整えることが必要となり、その結果、切削加工代が多く材料歩留まりが低下していた。
【０００６】
また、図１４に示すように従来の鍛造工法では、素材に上金型が接触して成形を開始し、成形が完了する時点まで上金型外径部と下金型の内径部が嵌合しておらず、ピンボス部の形状が下金型のキャビティへの素材流動量の差により不均一であり、上金型のフラレを生じ、上金型により形成されるカップ部内径部と下金型により形成されるカップ部外径部との間の同軸度が１ｍｍ程度となり、その為その後の機械加工においてカップ部の肉厚に偏りが発生し、得られたヨークのシャフトとの接続強度が不足するといった問題を生じることもあった。
【０００７】
また、従来鍛造工法ではカップ部に発生する引け欠肉を防止するためにカップ肉厚を厚くした形状としたり、余肉高さが不均一でも切削代が確保できるように余分な余肉を付加した形状としていたため、材料歩留まりが悪かった。その結果得られた鍛造品の耳の高さのバラツキは好ましい値である１０ｍｍを超えて２５ｍｍ以上の不均一さを生じていた。
【０００８】
その後、カップ部の高さを均一にして切削代を低減させる手法として密閉鍛造による製造方法が考えられた。しかし、ピンボス部の体積が製品全体に対して大きく偏った形状を有しているために、その成形の途中において、ピンボス部位への素材が塑性流動した際に、ピンボス部の反対側となるシャフトへの接続部位であるカップ形状部への素材の塑性流動が起こらず、ピンボス部の反対側に相当するカップ形状部に欠肉を生じる問題が起こることがあった。また、ピンボスのない部位では、カップ部への素材の塑性流動が優先して生じるため、その箇所の金型への充満が早期に完了し偏った状態になる。そのために金型の負荷が大きくなり、金型のこの部位の寿命が短くなり実用的でなかった。
【０００９】
上記欠点を解決するために、まずピンボス側を成形し、続いてカップ部の形状を成形する複数工程の鍛造により成形する方法が提案された。図１５は、この複数工程の成形に用いられる金型を示し、図１５（ａ）において、上ボルスター１に支持された予備成形の上金型３１と下ボルスター５上に設置された予備成形の下金型３２により素材のピンボス部の形状と成形した予備成形製品３４を成形し、続いて図１５（ｂ）の上金型２と下金型４とによりカップ部を成形し、鍛造品７となる。尚、３３はノックアウトピン、３はストリッパーを示す。この製造方法では各工程それぞれに金型が必要となり、鍛造工程自身も複数回実施するため生産性が低く、コスト高であった。また、素材に黄銅を用いたカップ形状を成形する鍛造方法として特許文献１に示すようなものが知られている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−２６３１７８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
こうした複数回の工程を有する鍛造成形では、金型も複数個必要で金型費がかさみ、複数回の工程のため生産性が低く、実用的ではなかった。また１工程による成形では、前述したように、成形荷重が大きくなるので、成形能力の大きい鍛造機が必要なだけでなく、金型への負荷も増すため金型寿命が短くなり、生産効率をより高めた方法が望まれていた。
【００１２】
従来例の鍛造方法では１工程目にヨークのピンボス部粗形状を成形する。続いて２工程目に本成形型によりピンボス部詳細形状および反対側のカップ形状を成形する。２組の金型は同一のプレス機に設置したり、別々のプレス機を準備して成形する必要があった。また、同一のプレス機を用いる場合は、１工程目を実施後に、金型を交換して２工程目を実施する必要があった。いずれにせよ段取り換えなどの手間と、複数回の工程が必要であった。
【００１３】
別の製造方法として、直接、一工程によりヨークピンボス部と反対側のカップ形状を成形する方法も考えられるが、ピンボス部およびピンボス部の反対側以外のカップ形状部が成形されてからの残りのピンボス部の真反対位置の欠肉を充満させるためには、大きな成形荷重が必要となり、大型のプレス機が必要となる。また、大きな成形荷重により金型の寿命も短く、生産性が悪く生産コストが高いものとなっていた。
【００１４】
特許文献１には素材として黄銅を用いたカップ形状を均一な高さに成形する方法が開示されている。この方法では、まずカップ形状を成形し、その後アンダーカット形状の成形のために上部より別駆動のラムを用いて加圧して成形している。ここで用いている素材は黄銅であり、塑性流動が容易に起こるため、開示された内容で成形可能であるが、高温での変形抵抗が大きいアルミニウム合金は黄銅に比べて塑性流動が起こりにくく、開示された条件では成形できない。
【００１５】
本発明は、上記実情に鑑みなされたもので、その主目的は、切削加工代が少なく、材料歩留まりを向上させ、工程数を低減したヨークの製造方法を提供することにある。本発明の他の目的は、カップ形状部の高さのバラツキが小さく、バリの発生がないヨーク用素形材を鍛造する金型を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鍛造成形性と製品形状の関係について鋭意研究をおこないその知見に基づいて本発明を完成するに至った。
１）上記課題を解決するための第１の発明は、閉塞した空間を形成する上金型、下金型からなる金型内に、Ａ６０６１、Ａ６０８２、Ａ２０１４、Ａ２２１８、Ａ４０３２、Ａ７０７５から選ばれる何れか１種のアルミニウム合金の素材を投入した後、カップ状形成部の底側にカップ状形成部側から山型形状のピンボス成形部が突出して対峙するユニバーサルジョイントヨークの素形材を成形する際に、ユニバーサルジョイントヨークの有するカップ状成形部の先端にリングノックを介して０．５〜２０ｋｇ／ｍｍ2の背圧力を荷重した状態でカップ状成形部の反対側に形成されるピンボス成形部への素材の充満率を７５％以上とさせた後、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックを可動させてカップ状成形部への素材の流動を開始させる鍛造工程を含み、背圧力は、リングノックを逆方向に可動させるにつれて大きくなり、最終値が初期値の１．２〜２．２倍となる、ことを特徴とするユニバーサルジョイントヨークの製造方法である。
２）上記課題を解決するための第２の発明は、閉塞した空間を形成する上金型、下金型からなる金型内に、Ａ６０６１、Ａ６０８２、Ａ２０１４、Ａ２２１８、Ａ４０３２、Ａ７０７５から選ばれる何れか１種のアルミニウム合金の素材を投入した後、カップ状形成部の底側にカップ状形成部側から山型形状のピンボス成形部が突出して対峙するユニバーサルジョイントヨークの素形材を成形する際に、ユニバーサルジョイントヨークの有するカップ状成形部の先端にリングノックを介して初期値が１．５〜２５ｋｇ／ｍｍ 2 の背圧力を荷重し、続いて、初期値より低い値である０．５〜２０ｋｇ／ｍｍ 2 の背圧力に保持した状態で、カップ状成形部の反対側に形成されるピンボス成形部への素材の充満率を７５％以上とし、その後、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックを可動させてカップ状成形部への素材の流動を開始させる鍛造工程を含む、ことを特徴とするユニバーサルジョイントヨークの製造方法である。
３）上記課題を解決するための第３の発明は、背圧力が、ガスクッションまたはバネと、油圧クッションとの組合せによるものであることを特徴とする２）に記載のユニバーサルジョイントヨークの製造方法である。
４）上記課題を解決するための第４の発明は、素材がアルミニウム合金丸棒材を所定の長さに切断する工程と切断した丸棒材を据え込む工程とにより得られたものを素材として用いて、鍛造後の成形品に熱処理を施す工程と機械加工工程とを含む１）乃至３）のいずれか１つに記載のユニバーサルジョイントヨークの製造方法である。
５）上記課題を解決するための第５の発明は、鍛造工程後の機械加工工程において、鍛造済み品の型割り部をトリミングする工程を有しないことを特徴とする４）に記載のユニバーサルジョイントヨークの製造方法である。
６）上記課題を解決するための第６の発明は、カップ状形成部の底側にカップ状形成部側から山型形状のピンボス成形部が突出して対峙するユニバーサルジョイントヨークの素形材を鍛造するに用いる金型であって、ユニバーサルジョイントヨークの素形材を成形する閉塞な空間を形成する上金型、下金型と、カップ状成形部を成形する金型側に設けられ、カップ状成形部の先端に背圧力を荷重するリングノックと、このリングノックに、０．５〜２０ｋｇ／ｍｍ2の背圧力を与え、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックが可動するのに伴って与える背圧力が大きくなって、最終値が初期値の１．２〜２．２倍の背圧力を与える背圧力付与手段と、成形したユニバーサルジョイントヨークの素形材を金型から排出させるノックアウトピンと、金型が取り付けられる各金型ホルダーと、カップ状成形部を成形する金型と背圧力付与手段とを配設する受圧板とを含むユニバーサルジョイントヨークの鍛造用金型である。
７）上記課題を解決するための第７の発明は、カップ状形成部の底側にカップ状形成部側から山型形状のピンボス成形部が突出して対峙するユニバーサルジョイントヨークの素形材を鍛造するに用いる金型であって、ユニバーサルジョイントヨークの素形材を成形する閉塞な空間を形成する上金型、下金型と、カップ状成形部を成形する金型側に設けられ、カップ状成形部の先端に背圧力を荷重するリングノックと、このリングノックに、初期値が１．５〜２５ｋｇ／ｍｍ 2 の背圧力を与え、続いて、初期値より低い値である０．５〜２０ｋｇ／ｍｍ 2 の背圧力を保持しつつ与える背圧力付与手段と、成形したユニバーサルジョイントヨークの素形材を金型から排出させるノックアウトピンと、金型が取り付けられる各金型ホルダーと、カップ状成形部を成形する金型と背圧力付与手段とを配設する受圧板とを含む、ことを特徴とするユニバーサルジョイントヨークの鍛造用金型である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の一例を説明する。
【００１８】
図５に本発明のユニバーサルジョイントのヨーク（以降「ヨーク」ともいう。）素形材の一例を示す。素形材は、少なくともシャフトへの接合部（カップ形状部又はカップ状成形部）（４１）、ピンボス部（４３）、プレート部（４２）とから構成されている。夫々の部位は必要に応じて機械加工により最終形状に加工される。なお、素形材の場合はピンボス部（４３）はピンボス成形部ともいう。
【００１９】
図６に図５の素形材を機械加工して得られた、ユニバーサルジョイントのヨークの一例を示す。本発明で製造されるユニバーサルジョイントヨークは、少なくともカップ状部に形成されたシャフトへの接合部（９１）、ピンボス部（４３）、ピン穴（９４ａ、９４ｂ）、プレート部（４２）とから構成されている。
本発明のユニバーサルジョイントヨークは、型割り部にバリをトリミングした痕を有していないのが特徴である。バリをトリミングした痕がないので、バリ方向への塑性流動が起きていないので、その部分での機械強度が高まるので好ましい。またバリ除去による材料歩留まりの低下が無いので好ましい。本発明のユニバーサルジョイントヨークは、カップ形状端部を縦方向（カップ状成形部先端部からカップ状成形部根本部に向かった方向。）に見た断面に観察される塑性流動の跡は、反対側にピンボス部を有しない箇所（Ａ）と反対側にピンボス部を有する箇所（Ｂ）を比較して結晶粒平均長さの比が０．５〜１．５となっている状態である。機械強度が均一であり機械加工上、製品実用上で好ましい。
【００２０】
図６の本発明のユニバーサルジョントのヨークを組み込んだパワートレインシステムの構成の一例を図１２に基づいて具体的に説明する。符号１１２はヨークで、ピンボス部（符号４３）に機械加工により設けた十字軸との接続部となるピン穴（９４ａ、９４ｂ）を有している。図では一部省略しているが、ヨーク１１２は２個を１組として使用され、各ヨークはピン穴に嵌めこまれた十字軸（１１３）を介して対となるヨークへと接続される。一方、カップ状に形成された部位（９１）は機械加工によりシャフト（１１４）の内径に合せてカップの内側の形状が仕上げられ、シャフトへミグ溶接（ＭＩＧ：Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ）、ティグ溶接（ＴＩＧ：Ｔｕｎｇｓｔ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ）などの溶接、摩擦圧接、摩擦攪拌接合などの接合方法により、シャフト（１１４）へ固定されている。
【００２１】
本発明のユニバーサルジョイントのヨークの製造に用いる鍛造装置の構成の一例を図８をもとに説明する。
鍛造装置は、鍛造機（２２１）と、上金型（１０３）と、下金型（１０５）とを含むものである。上金型１０３の上部には、背圧力発生手段の一例として空圧シリンダー（２３１）を内蔵している。下金型１０５には、鍛造済み品を排出するためのノックアウトピン（１０７）が配置されている。符号１０８はスプレー移動装置、符号１０９はスプレー回転装置、符号１１０はスプレーシャフトである。スプレーノズル（１０４）は、スプレーシャフト、スプレー回転装置を介してスプレー移動装置に取り付けられており、潤滑材を噴霧状に吐出して、金型に潤滑材を塗布する。
【００２２】
図８の鍛造装置の上金型１０３の一例を図４に示す。上金型１０３はカップ形状部の内側を形成するセンターパンチ（６６）と、背圧力をかけながらカップ形状先端を形成するリングノック（６７）と、背圧力を発生する手段としてガスクッション（７４）と、センターパンチ６６を支持する受圧板（７０）と、センターパンチ（６６）などを支え上ボルスター（１）に固定するパンチホルダー（６９）などから構成されている。ガスクッション（７４）は、例えば、空圧シリンダー圧力伝達軸（６８）、空圧シリンダー（７１）、空圧シリンダー気体封入部（７２）から構成されるものを用いることができる。リングノック６７は空圧シリンダー圧力伝達軸６８を介して空圧シリンダー７１から発生する背圧力を受けている。このため、リングノック６７は、空圧シリンダー圧力より大きい力を受けることにより上金型とは相対的に後方に可動することができるようになっている。
【００２３】
空圧シリンダー７１から発生する背圧力により、成形開始前は、リングノック６７の先端はカップ内径部を形成するセンターパンチ６６先端部と同一面もしくはそれよりも突出した位置にあるのが好ましい。リングノック６７の先端がセンターパンチ６６に対して入りこんだ状態では期待する背圧効果が充分に得られないからである。同一面もしくはそれよりも突出した位置にあることにより下金型とセンターパンチが嵌め合うことになり位置決め精度が向上するからである。
【００２４】
リングノックにかかる空圧シリンダーからの背圧力が単位面積当り０．５〜２０ｋｇ/ｍｍ2になるように、空圧シリンダーの気体封入部７２の内圧またはシリンダーの本数を調整する。ピンボス形状部への素材の充満率を７５％以上となった後にリングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向に、リングノックを可動させるように空圧シリンダー内圧またはシリンダーの本数を調整する。
【００２５】
背圧力を発生させる手段の一例であるガスクッションは、図４の実施例では上金型内に内蔵されている。さらに、本発明の金型構成では、ガスクッションは上部ボルスターを固定端として配設され、圧力伝達軸を介してリングノックに応力を伝える構成となっている。圧力伝達軸としては、空圧シリンダー圧力伝達軸の他にノックアウトピンやコマなどを挙げることができる。
【００２６】
背圧力を発生させる手段は、成形の際に金型が移動するストロークの長さ全体に渡って圧力を生じさせる機能を有していれば良く、ガスクッションの他に、油圧クッション、バネ、コイルスプリング、ゴムを挙げることができる。
【００２７】
ガスクッションを背圧力発生手段とした場合は、外部からの圧力供給を受けずとも充分な背圧力を得ることができるので、金型内に内蔵することができる。その結果、プレス機に付属させる発生装置が省略でき、専用の圧力伝達配管を備えたダイセットが不要となるので、汎用プレスおよびダイセットにも簡便に取り付けることが可能となり好ましい。背圧力発生手段としてバネ、コイルスプリング、ゴムを用いた場合も同様の効果を得ることができる。
【００２８】
背圧力を発生させる装置としてガスクッションを用いると伸縮の繰返しに対して耐久性に優れ、サイズやストローク長さのバラエティーが豊富で用途に応じて選択できるので好ましい。
【００２９】
背圧力を発生させる機構がバネ、コイルスプリング、ゴムである場合は、構成する部品の種類サイズが豊富であるので金型構造の選択の幅が広くなり、経済的である。
【００３０】
上述のリングノック６７の材質はダイス鋼、粉末ハイス鋼などを挙げることができる。その他金型を構成する部材の材質はダイス鋼、粉末ハイス鋼、超硬などを挙げることができる。リングノックと上金型、下金型との間の摺動を確保するために、リングノックが摺動する金型の各面、たとえば、カップ形状部の内径および外径を成形する各金型の表面に窒化処理、モリブデンコーティング処理などを施すのが良い。リングノックと上金型、下金型との間の隙間の間隔は０．０５〜０．３ｍｍ程度が好ましい。０．０５ｍｍ以下では摺動しにくく、潤滑剤の塗布が困難となる。間隔が０．３ｍｍ以上では摺動、潤滑剤塗布は良いが除去が必要となる隙間バリが発生する。
【００３１】
図１、２、３に本発明の製造方法の一例の成形工程の金型および動作の模式図を示した。各工程の動作を説明する。
【００３２】
図２に示すように下金型６５内部に鍛造用素材６は投入される。図１に示すように上金型１０３が下降してくる。ここで、上金型の一部を構成するリングノック６７が下金型６５に先ず最初に嵌合し上金型と下金型の同軸の精度が確保される。
【００３３】
さらに上金型が下降して、素材は下金型と上金型により形成される閉塞した空間にはさみこまれる。成形の初期状態においては主にピンボス部形成への素材の塑性流動がおこり、上金型のリングノック６７には空圧シリンダー７１からの背圧力がかかっているためカップ形成部への素材の塑性流動は抑制される。この時、カップ状成形部の先端にリングノック６７を介して単位面積当り０．５ｋｇ/ｍｍ2以上の背圧力がかかっている。ピンボス成形部への素材の充満率が７５％以上となった後、リングノックが後方に可動する。この時空圧シリンダーの圧力はシリンダーが押し込まれるほど高くなっていく。成形荷重（上金型下降方向圧力）もプレス機の下死点に近づくにつれて高くなるため、うまく圧力をバランスしながら、リングノック６７は背圧を素材に負荷しながら上金型の移動方向と相対的に後退して行く。図９に、リングノックのストロークと背圧力の関係を示す。
【００３４】
空圧シリンダーによる背圧力の場合、素材にリングノックが接触し負荷がかかり始めた時の初期圧力が内部圧力により設定できる。その後、シリンダーの収縮により内部圧力が上昇し、シリンダーのストローク終端にかけて負荷圧力が上昇する。圧力の上昇に伴い、カップ部端部の高さを均一に調整することができるため好ましい。
【００３５】
バネによる背圧力の場合、素材にリングノックが接触し、負荷がかかり始めた時点ではバネが伸びた状態なので背圧力は最低値（例えば１ｋｇ／ｍｍ 2 ）となる。その後、バネの収縮により弾性力が上昇し、ストローク終端にかけて、負荷圧力が上昇し、ストロークエンドでは、例えば約１．５ｋｇ／ｍｍ 2 となる。圧力の上昇に伴い、カップ部端部の高さを均一に調整することができるため好ましい。
【００３６】
ピンボス成形部への素材の充満率が７５％以上となった後にリングノックを可動させるタイミングは、本実施例ではあらかじめ背圧力で調整しているが、プレス機のストローク位置管理またはタイマー管理などとすることもできる。
【００３７】
ピンボス成形部体積の７５％以上に素材の充満が完了した状態は、ピンボス先端部が金型に接触し、ピンボス部先端の素材の成形形状の隅Ｒ（角の曲率半径）がＲ＝８〜１５ｍｍとなった状態である。金型に完全に充満して金型形状が転写されたときは、例えばＲ＝５ｍｍとなる。充満率とは、充満率＝（ピンボスの成形部の流入素材の体積／金型のピンボス部相当体積）×１００（％）で定義される。
【００３８】
成型工程が進みピンボス成形部への素材の充満がほぼ完了した状態で、さらに上金型１０３は下降を続けると共に、上金型のリングノック６７にかかる空圧シリンダー７１からの圧力より成形の圧力が大きくなるためにリングノックは上端まで後退し、図３に示したようにカップ成形部へもメタルが充満した状態となる。ガスクッションによる背圧力の場合、リングノック６７後退が進むにつれて空圧シリンダー７１からの背圧力は初期背圧力の１２０〜２２０％にまで上昇し、この上昇分によりカップ成形部へのメタルの充満をしながら、ピンボス成形部の未充満部へのメタルの充満が行なわれ、成形が完了する。カップ形状部の成形とともにピンボス成形部の未充満部の充満を促進するので好ましい。成形終了時のカップ先端の背圧力が高いのでカップ先端高さのバラツキが小さくなり好ましい。
【００３９】
好ましくは背圧力発生装置のシリンダーのストロークエンドの位置はプレス機の下死点よりも少し手前に設定しておくのが好ましい。プレス機の下死点よりも手前の位置に設定しておくとシリンダーを痛めるおそれが無いからである。
【００４０】
本発明のヨークの製造方法は、上記金型を用いているので、リングノックを介して単位面積当り０．５ｋｇ/ｍｍ2以上の背圧力を荷重した状態（熱間鍛造では好ましくは１〜５ｋｇ/ｍｍ2。冷間鍛造では好ましくは１０〜１５ｋｇ/ｍｍ2。）となる。
【００４１】
好ましくは背圧力を０．５〜２０ｋｇ/ｍｍ2としたのは、０．５ｋｇ/ｍｍ2未満であると成形部であるカップ状成形部の先端への面圧力が低く、不均一な素材流動が発生しカップ状成形部への素材流動量が位置によってバラツキが発生する。その結果、カップ状成形部の先端部の高さが不揃いとなるからである。図１１に高さのバラツキ量と背圧力最低値の関係を示した。２０ｋｇ/ｍｍ2を超えるとカップ状成形部への素材流動が過剰に抑制され、目的とする高さまで素材が充満しない上、成形したカップ状成形部が反力により変形（座屈）してしまうおそれがある。
【００４２】
素材の充満が完了して成形が終了すると、上金型が上昇するとその時同時に上金型に設けられた空圧シリンダーからの圧力によりリングノック６７を介して鍛造品カップ部上端が下に押され、上金型から鍛造済み品がはずれる。背圧力を発生する機構を有したリングノックが成形済み品の排出機能をも有している。特にカップ状成形部をパンチで成形した場合に起こりがちなパンチへの成形済み品の付着を防止することができるので好ましい。尚、６２はノックコマである。
【００４３】
上金型が上昇した後、下金型下部からはノックアウトピン６４が上昇して、鍛造品は下金型上面まで押し上げられ、鍛造品は金型の外へ排出される。
【００４４】
初期背圧力を高くして、ピンボス部の充満率を高めてから、初期圧力より低い背圧力にて成形する実施形態を説明する。初期背圧力を高くして、ピンボス部の充満率を高めてから、初期圧力より低い背圧力にて成形するので、カップ部成形時の成形荷重が低くでき、その結果金型寿命を向上させることができるので好ましい。
【００４５】
この例として、背圧力発生手段として油圧クッションを用いた実施形態について説明する。油圧クッションは例えば、前述した空気シリンダーと同様な構成とし、空気に変えて油を封入したものとすることができる。
【００４６】
この場合、背圧力の初期値を１．５〜２５ｋｇ/ｍｍ2とし、その後初期値より低い値で０．５〜２０ｋｇ/ｍｍ2になるのが好ましい。
【００４７】
油圧による背圧力である場合は、背圧力は図１０に示したように素材にリングノックが接触し負荷がかかり始めたときの初期圧力（油圧シリンダーが縮み始めた時。）が高く、その後油圧シリンダーのストロークの長さによって圧力は影響されないため、縮み始めから成形終了まで０．５ｋｇ/ｍｍ2以上の一定圧力を荷重することができるため、成形能力が高くなる。例えば、ピンボス側の充満が完全に終了するまでリングノックが上昇しないような設定が可能（例えば好ましくは充満率９０％以上となるまで上昇しない。）となり、ピンボス側の欠肉がより起こらない。更に、一定圧力でリングノックが上昇するためカップ部の不揃いも起こらない。
【００４８】
製品毎に圧力設定を変えられることができるような油圧制御を付加するのが好ましい。例えば、外部油圧ユニットを成形スライド信号により圧力制御する、または、単純に圧力の設定が同一油圧シリンダーを用いて減圧弁などにより圧力調整することが可能である。
【００４９】
この場合、背圧力の初期値を１．５〜２５ｋｇ/ｍｍ2とし、その後初期値より低い値で０．５〜２０ｋｇ/ｍｍ2になるのが好ましい。例えば、プレス角度９０〜１２０°で５ｋｇ/ｍｍ2、１２０〜１６０°にかけて圧力を下げて３ｋｇ/ｍｍ2にして１６０〜１８０°にかけて３ｋｇ/ｍｍ2を維持してノックアウト時の座屈を防止する。５ｋｇ/ｍｍ2から３ｋｇ/ｍｍ2に圧力変化させる場合、油圧回路を３ｋｇ/ｍｍ2と２ｋｇ/ｍｍ2とに並列回路として、１２０°の信号により２ｋｇ/ｍｍ2の回路を開放して減圧させる。
【００５０】
前述した背圧力発生手段と組み合わせることにより、圧力パターンを変更でき、製品毎に要求される負荷パターンを選択できるので好ましい。例えば、空圧シリンダーと油圧シリンダーとを組合せると初期背圧力を高くして、その後、初期背圧力より低い背圧力とし、成形終了時に再度、高い背圧力を得ることができる。この場合、初期にピンボス部の充満率を高めるので、成形荷重を低くでき、終了時の背圧力が高いのでカップ形状部上部のバラツキを小さくできるので好ましい。又、油圧シリンダーだけでは、成形完了後、鍛造済品を取り出す際に押し出す圧力が小さいが、空圧シリンダーを組合せることにより、成形完了後に鍛造済品を押し出す圧力が強く働く。その結果、鍛造済品の取り出しスピードを上げることができ、生産性が向上する。
【００５１】
背圧力を発生させる装置として油圧クッションを用いると油の流動抵抗により、油封入圧力以上の初期圧力を発生させることができるので好ましい。また、伸縮の繰返しに対して耐久性に優れ、サイズやクッションのストローク長さのバラエティーが豊富で用途に応じて選択できるので好ましい。小型で金型内への配置が容易で好ましい。
【００５２】
上金型にカップ形状の薄肉の形状を形成するリングノックを内蔵しているものとしたものは、カップ状成形部における素材流動の方向が上金型による加圧方向と反対方向となり、素材と金型の摩擦抵抗が小さくなり、成形荷重が低くなり好ましい。
【００５３】
本発明の金型は、ユニバーサルジョイントヨークの素形材を鍛造するに用いる金型であって、閉塞な空間を形成する上金型、下金型と、リングノックと、ノックアウトピンと、金型ホルダーと、金型とリングノックに０．５ｋｇ/ｍｍ2以上の背圧力を発生する手段とを配設する受圧板とを含む鍛造用金型であるので鍛造機のストロークが短く、ダイセットの間隔が狭く、従来のような大規模な背圧装置が配置できない場合にも適用が可能である。また小型の鍛造装置に適用できるので設備費を安価にすることができる。
【００５４】
従来の背圧装置を配備した鍛造機構成を図１７に示した。鍛造機２２１には上金型２２７および下金型２２６を備え付けたダイセットが取付けられている。ダイセットは上プレート２２９と下プレート２３０およびガイドポスト２２８からなっており、上プレート２２９および下プレート２３０には、上下金型へ背圧力を伝えるための油圧シリンダー２２２ａ、２２２ｂを含んでいる。プレス動作を監視し、背圧力が必要とされるタイミングで油圧発生を指示するための電気信号を発生させるプレス動作監視装置２２５、油圧発生装置２２４、油圧配管２２３などが必要となり、上ボルスター（鍛造機上ラム）１と下ボルスター５の間の空間を広くする必要がある。
【００５５】
本発明の金型は、背圧力発生機構が小型であり上金型または／および下金型に内蔵されているので従来のダイセットをそのまま用いて、金型のみを本発明の金型に交換することで、容易に主成形方向と反する応力を負荷する機構によりカップ形状部の高さが均一である鍛造品を得ることができる。
【００５６】
本発明の金型を用いたユニバーサルジョイントヨーク素形材の製造方法は、ユニバーサルジョイントヨークの有するカップ状成形部の先端にリングノックを介して単位面積当り０．５ｋｇ/ｍｍ2以上の背圧力を荷重した状態でカップ状成形部の反対側に形成されるピンボス形状部への素材の充満率を７５％以上とさせた後、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックを可動させてカップ状成形部への素材の流動を開始させる鍛造となる。
【００５７】
その結果、カップ状成形部への素材流動を充分抑制でき、ピンボス部への素材の充満率を７５％以上に優先して高めることができ、その後、ピンボス部方向への素材流動による影響が小さくなった時点でカップ部への素材流動を開始することが可能でカップ部先端の欠肉を小さく抑えることが可能となり好ましい。
カップ部への素材流動が過剰に抑制されることなく、均一な高さのカップ形状であって目的のカップ高さまで成形でき、カップ状成形部に座屈などの変形が起こらないので好ましい。
【００５８】
従って、製造されたヨークの素形材のカップ形状部の高さは最高高さと最低高さの差、すなわち高さのバラツキが８ｍｍ以内となる。高さのばらつきの差が好ましい値の１０ｍｍより充分に小さいので、鍛造工程後に高さをそろえるための切削工程を不要とすることができるので好ましい。また、カップ形状部先端はその後シャフトに接合させるために、シャフト穴と嵌合させシャフトを突き当てるための段差および穴径をシャフト径に合わせた外径に仕上げるような切削加工の実施が必要な場合においては、切削加工ではカップ状成形部の高さのバラツキを考慮して切削代を設定することになるが、本発明の素形材は高さのバラツキが８ｍｍ以内であるので切削代を減らすことが可能であるので好ましい。カップ部の切削加工に要する時間も短くでき、生産性が高くなり好ましい。
【００５９】
また、ヨークの素材形は、カップ形状端部を縦方向（カップ状成形部先端部からカップ状成形部根本部に向かった方向。）に見た断面に観察される塑性流動の跡は、他端側にピンボス部を有しないカップ形状部上部４１ａと他端側にピンボス部を有するカップ形状部上部４１ｂを比較して結晶平均粒長さの比が０．５〜１．５となっている。従って、素形材の機械強度が均一であり機械加工上、製品実用で好ましい。
【００６０】
更に、リングノックと上金型、下金型との間の隙間の間隔を０．０５〜０．３ｍｍとしたので、得られた素形材は、型割り部（図１６の従来例に於いて符号４４に対応する箇所）にバリが発生していない。このようにバリが発生していないので、バリ方向への塑性流動が起きていないので、その部分での機械強度が高まるので好ましい。またバリ除去の作業が不要であって、バリ形成による材料歩留まりの低下を回避することができる。
【００６１】
つぎに、図２の装置を用いた本発明のヨークの製造方法の一実施形態を説明する。
本発明の製造方法は、素材を投入する工程と、素材に潤滑剤を塗布する工程と、素材を所定の温度に予備加熱する工程と、潤滑剤を金型へ塗布する工程と、素材を鍛造成形する工程と、ノックアウト機構により鍛造済み品（鍛造製品、ヨーク素形材）を排出する工程と、を含む製造方法である。
好ましくは、鍛造工程の前にアルミニウム合金丸棒材を所定の長さに切断する工程と、切断した丸棒材を据え込み鍛造用素材を得る工程と、鍛造工程の後に熱処理工程と、トリミング工程を含まずに鍛造製品を機械加工する工程と、を含む製造工程である。
【００６２】
本発明の製造方法に用いるヨーク部品の材料はアルミニウム合金であるのが好ましい。ヨーク部品は自動車の軽量化ニーズもあり、鉄や真鍮や黄銅にくらべ、比強度が高く、軽量化可能な材質となっておりアルミニウム合金をこの素材として用いることが望まれているからである。しかし成形部位に対して遠くの部位から素材を押して充満させる鍛造工法では、アルミニウム合金を素材として用いた場合は高温においても素材の延展性特性が低く変形抵抗が大きいので素材を充満させることが困難である。その結果、真鍮や黄銅のような高温での延性を利用しての塑性加工率を７０％以上とした従来の一工程鍛造工法では、充分に充満した欠肉のない良好な品質を得ることが困難である。本発明は、ユニバーサルジョイントヨークの有するカップ状成形部の先端にリングノックを介して単位面積当り０．５ｋｇ/ｍｍ2以上の背圧力を荷重した状態でカップ状成形部の反対側に形成されるピンボス形状部への素材の充満率を７５％以上とさせた後、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックを可動させてカップ状成形部への素材の流動を開始させる鍛造工程としているので、充分に充満した欠肉のない良好な品質を得ることができる。
【００６３】
耐食性、高温強度、高弾性が好ましい特性を有する材料としてはＪＩＳ規格のＡ６０６１、Ａ６０８２、Ａ２０１４、Ａ２２１８、Ａ４０３２、Ａ７０７５を挙げることができる。好ましい材料として、Ａｌ−０．４〜０．８質量％Ｓｉ−０．１５〜０．４０質量％Ｃｕ−０．８〜１．２質量％Ｍｇ−０．０４〜０．３５質量％Ｃｒで表されるアルミニウム合金を挙げることができる。Ａ６０６１、Ａ６０８２は耐食性、被アルマイト性が優れた特性を有し中程度の強度を有するため、各種特性をバランス良く満足するので好ましい。Ａ２０１４、Ａ２２１８は高強度、高弾性の特性を有するので、負荷の高いヨーク部品においては強度が向上するので好ましい。Ａ４０３２は耐摩耗性が優れ、高弾性である特性を有するので、十字軸との摺動による耐摩耗性の必要なヨーク部品においては耐摩耗性を向上させるので好ましい。Ａ７０７５は実用のアルミ合金では最高強度持つため、鉄並の強度必要なヨーク部品において高い強度を得ることができるので好ましい。アルミニウム合金は実用合金のうち、軽量かつ靭性に優れており、その中でも中程度の強度を持ち、耐食性に優れるＡ６０６１はヨーク部品として適している。高強度が求められるヨーク部品においてはＡｌ−Ｃｕ系合金である２０００系合金やＡｌ−Ｚｎ系合金である７０００系合金が鉄並の強度があり、好ましい。他部品（十字軸など）との摩耗が問題となる場合においてはＡｌ−Ｓｉ系合金である４０００系合金が耐摩耗性に優れ、好ましい。
【００６４】
アルミニウム合金を丸棒材に押出成形する。またはアルミニウム合金を連続鋳造することにより丸棒材を得る。得られたアルミニウム合金丸棒材を所定の長さに切断し、さらに切断した丸棒材を据え込んで鍛造用素材を得る。
【００６５】
製品外径より小さな外径のアルミ丸棒を製品体積に相当する体積となる長さで切断し、製品外径マイナス０．５〜５ｍｍの外径まで据え込み成形してヨーク部品を鍛造成形すると、ノコ切断ではノコ刃の刃厚分の切削切粉をロスするので細い径の棒を用いる方が材料歩留まりがよく好ましい。さらに、据え込み工程により素材の延性が高くなる。繰返し荷重がかかるヨーク部品においては良好な靭性が求められるので、延性が向上することにより靭性が向上されるので好ましい。切断時の切断厚さバラツキは細い径の方が体積のバラツキへの影響が小さく、鍛造時の金型への過負荷低減につながり、好ましい。
【００６６】
図２に示したように、前述した金型を配置した鍛造装置の下金型６５の中に鍛造用素材を投入する。素材は例えば、連続鋳造棒を所定の長さに切断したものを用いることができる。素材は例えば、必要に応じて素材潤滑としてボンデ処理、黒鉛系水性潤滑剤への浸漬による潤滑剤の塗布処理を施しておく。強く塑性加工されて素材内部のアルミ地が表層に生じ銀色の金属光沢を有する新生面が生じるような高い塑性加工率で成形する場合は、潤滑切れ防止の点からボンデ処理が好ましい。製品外径がφ９０ｍｍ以上に大きい場合において予め据え込み成形によって太径化した予備成形素材を用いることもできる。
【００６７】
金型への投入時に、素材は所定の温度、例えば３７０℃〜５５０℃に予備加熱しておく。
【００６８】
潤滑剤を金型へ塗布する。使用する潤滑剤としては水性黒鉛潤滑剤、油性黒鉛潤滑剤を挙げることができる。上金型のリングノックが金型内部へ収納された状態で金型への潤滑剤塗布を行なうので、隙間への浸透性のより油性黒鉛潤滑剤がより好ましい。金型への潤滑剤塗布量は１ｇ〜１０ｇ（濃度は０．５〜２５質量％。）とするのが好ましい。
【００６９】
次に鍛造工程を説明する。
まず主鍛造が実施される。上金型１０３が下降して、上下金型の間に拘束され素材６は下金型に彫り込まれたピンボス成形部にまず素材流動が生じ、ピンボス部の概略形状が成形される。この段階では素材流動は主にピンボス成形部へ起り、上金型側のカップ部へは空圧シリンダーからの圧力がリングノックにかかっているためカップ部への素材流動はほとんど起こらない。この段階では、ピンボスの細部にまで充満していない。
【００７０】
さらに、上金型は下金型内径部に嵌合後も下降を続け、ピンボス成形部の細部にまで充満が完了する。この位置においては成形荷重が上金型に設けた空圧シリンダーの圧力に勝り、リングノックは上昇し、カップ部への素材流動が起こり、カップ部もメタルが充満する。
【００７１】
成形開始時から成形完了まで上金型外径は下金型内径により嵌合されているため、カップ部内径と外径の同軸度は上下金型のクリアランスの０．２ｍｍ以下となる。上下金型が閉塞状態となるので製品外郭部にトリミング工程を必要としない。
【００７２】
鍛造条件は、製品形状に応じて最適化することができる。例えば、プレス速度は１０〜４０ｓｐｍ、リングノックへの背圧力は０．５〜２０ｋｇ/ｍｍ2、素材温度は２００℃〜（固相線温度−２０℃）とする。
金型温度は予め１００℃〜４００℃に加熱する。
【００７３】
鍛造が終了した後にノックアウトピンにより鍛造製品を排出する。
【００７４】
鍛造製品は好ましくは熱処理を実施する。熱処理は、鍛造素形材の機械強度を向上させることを目的とし、条件は４６０〜５６０℃、１〜５時間保持し、直後に水槽（水温１０〜７０℃）に浸漬させ、１５０〜２５０℃にて１〜１０時間保持とすることで所望の鍛造素形材強度とすることができる。
【００７５】
得られた鍛造製品は、ヨークの有するカップ状成形部の先端にリングノックを介して単位面積当り０．５ｋｇ/ｍｍ2以上の背圧力を荷重した状態で、カップ状成形部の反対側に形成されるピンボス形状部への素材の充満率を７５％以上とさせた後、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックを可動させてカップ状成形部への素材の流動を開始させて製造したユニバーサルジョイントヨーク用素形材である。
得られた鍛造製品は主成形方向と反する応力を負荷する機構によりカップ形状部の高さのばらつきが８ｍｍ以下であるユニバーサルジョイントヨーク用素形材である。
【００７６】
熱処理工程が終了した鍛造製品は、ピン穴部をマシニングセンターを用いたドリル加工により、シャフトへの取り付け部はＮＣ旋盤機により機械加工を実施して最終製品のヨークに仕上る。
【００７７】
カップ部の高さはばらつきが８ｍｍ以下になっているので、不揃いの耳高さをそろえる機械加工は実施する必要が無い。よって、得られたヨークはカップ形状端部に耳高さをそろえるための切削工程を有しないユニバーサルジョイントヨーク素形材となる。カップ部の高さはばらつきが８ｍｍ以下になっているのでカップ形状端部を縦方向（カップ状成形部先端部からカップ状成形部根本部に向かった方向。）に見た断面に観察される塑性流動の跡は、他端側にピンボス部を有しないカップ形状部上部４１ａ（Ａ）と他端側にピンボス部を有するカップ形状部上部４１ｂ（Ｂ）を比較して鏡面研磨後に酸によるエッチングを施して約１００倍の顕微鏡観察によって見られる結晶粒平均長さの比（Ｂ／Ａ）が０．５〜１．５となっている状態である。その結果、カップ状成形部の一周上において結晶粒長さが均一であるヨークとなる。従来の鍛造方法で得られたヨーク部品においては他端側にピンボス部を有しないカップ形状部上部４１ｃ（Ｃ）と他端側にピンボス部を有するカップ形状部上部４１ｄ（Ｄ）の結晶粒平均長さは、他端側にピンボス部を有しているカップ状部では小さくなる。その比（Ｃ／Ｄ）は０．５以下となっており、カップ形状部の結晶粒長さが不均一なヨークとなっている。
【００７８】
本発明の製造方法によれば、多数段の鍛造工程に分けて成形する従来の方法が１回の密閉鍛造による成形方法となるので、多数段の各鍛造にそれぞれ必要な金型が不要となる。
【００７９】
本発明の製造方法によれば、上下金型を密閉状態として成形しているため製品外部へのバリがなく、トリミング工程を省略することができる。そのため、本発明の製造方法によればトリミング痕がないヨーク部品を製造することができる。また本発明の製造方法によれば材料歩留まりも向上して製造することができる。結果、製造されたヨーク部品は、製品外周部にトリミング痕を有しないことを特徴とするヨーク部品となり、製品外周部にトリミング痕がないため、製品強度、外観の点で好ましいものとなる。
【００８０】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
図２に示した装置を用いて図６に示したヨーク素形材を作製した。
用いた金型は上金型に円筒状のカップの形状を形成するリングノックを内臓し、リングノックに負荷した背圧力は表１、表２に示すように、背圧力の発生手段、背圧力の値を変えて実施例、比較例を作製した。表１ではガスクッションを用いた。作製の結果は、表１および表２に示した。成形の評価は充満率についてはカップ部への充満が開始される位置まで下死点位置を上昇させて成形途中の製品を得て、得られた製品のピンボス部の体積を金型のピンボス部成形部相当体積で除したものをピンボス部充満率とした。カップ部のダレ（高さの差、高さのバラツキ。）はカップ部の円周上で最も高い位置と最も低い位置の差とした。
【００８１】
Ａ６０６１材のアルミニウム合金からなる連続鋳造棒を直径７５ｍｍ長さ８５ｍｍに丸のこぎりで切断した。切断した素材を４５０℃に加熱して据え込み用のφ１１５ｍｍの金型を用いてφ１１４．３ｍｍ厚さ４０ｍｍの鍛造用据え込み品に成形した。成形した素材に黒鉛系の潤滑剤を塗布して４５０℃に予加熱した。予加熱した素材を下金型成形部に投入した。上金型を下降させ、まず主軸方向に荷重して成形を開始した。上金型は下金型成形部内径に嵌合されながら下降し、主にピンボス部を成形する。その後、成形荷重の上昇に伴って、リングノックが上昇し、カップ部を成形する。成形が完了後、製品を下金型のノックアウト機構により金型の外へ排出した。
【００８２】
鍛造条件は、プレス速度は２５ｓｐｍ（ストローク回数／分）、背圧力発生機構の背圧力は表１、２に示すように０〜２６ｋｇ/ｍｍ2とした。
【００８３】
各実施例では、ダレの小さいカップ形状を有するヨーク素形材としての鍛造品が成形できた。型割り部にバリが発生しない金型構造であったのでトリミング工程を省略し、トリミング痕を有しないヨーク部品を得ることが出来た。カップ部内径と外径の同軸度は０．１１ｍｍであった。各実施例において、カップ状成形部先端から取り出した試験片を鏡面研磨後に酸によるエッチングを施して約１００倍の顕微鏡観察によって観察したところ、他端側にピンボス部を有しないカップ状部（Ａ）と他端側にピンボス部を有するカップ状部（Ｂ）との結晶粒平均長さの比（Ｂ／Ａ）を求めたら、０．５〜１．５となっていた。
【００８４】
各実施例で、成形されたヨーク部品のピンボス部から切出した試験片をもちいて引っ張り荷重試験をした。結果は引張り強度４００ＭＰａ、縦弾性係数が７５ｋＮ/ｍｍ2であった。
【００８５】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明の製造方法は、閉塞した空間を形成する上金型、下金型からなる金型内に素材を投入した後にユニバーサルジョイントヨークの素形材を成形する際に、ユニバーサルジョイントヨークの有するカップ状成形部の先端にリングノックを介して単位面積当り０．５ｋｇ/ｍｍ2以上の背圧力を荷重した状態でカップ状成形部の反対側に形成されるピンボス形状部への素材の充満率を７５％以上とさせた後、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックを可動させてカップ状成形部への素材の流動を開始させる鍛造工程を含むことを特徴とする製造方法であるので、カップ部余肉高さを均一にし、欠肉または未充満な箇所を抑えて成形することができるので、切削加工代の少ないヨークを、材料歩留まりを向上させ工数低減した高い生産性のもとに製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヨーク部品鍛造工程成形途中断面図である。
【図２】本発明のヨーク部品鍛造工程上死点断面図である。
【図３】本発明のヨーク部品鍛造工程下死点図である。
【図４】本発明のヨーク部品成形用上金型の構成図である。
【図５】本発明のヨーク部品鍛造品見取り図である。
【図６】ヨーク部品の機械加工完成品見取り図である。
【図７】本発明の下金型に可動式のラムを配置した金型構成断面図である。
【図８】本発明に用いる鍛造装置の概略構成図である。
【図９】本発明に用いる背圧力発生手段の一例の説明図である。
【図１０】本発明に用いる背圧力発生手段の別の例の説明図である。
【図１１】本発明に用いる背圧力発生手段とカップ形状部の高さのバラツキの関係の説明図である。
【図１２】プロペラシャフトの概略構成図である。
【図１３】従来の鍛造工法の金型構成図（上死点）の概略断面図である。
【図１４】従来の鍛造工法の金型構成図（下死点）の概略断面図である。
【図１５】従来の２工程工法の概略工程図を示し、（ａ）はピンボス部成形の金型構成図を示し、（ｂ）はカップ部成形の金型構成図を示す。
【図１６】（ａ）は従来のバリ出し鍛造工法での鍛造品の斜視図を示し、（ｂ）は（ａ）の鍛造品のトリム後製品の斜視図を示す。
【図１７】従来の背圧装置を配備した鍛造機およびダイセット構成図である。
【符号の説明】
１：上ボルスター
２：従来鍛造工法の上金型
３：ストリッパー
４：従来鍛造工法の下金型
５：下ボルスター
６：アルミニウム素材
７：鍛造品
３１：予備成形の上金型
３２：予備成形の下金型
３３：ノックアウトピン
３４：予備成形製品
４１：カップ形状部
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ：カップ形状部上部
４２：プレート部
４３：ピンボス部
４４：バリ
４５：トリム跡
６１：ノックアウトバー
６２：ノックコマ
６３：受圧板
６４：ノックアウトピン
６５：本発明の下金型
６６：センターパンチ
６７：リングノック（可動ラム）
６８：空圧シリンダー圧力伝達軸
６９：パンチホルダー
７０：空圧シリンダーを支持する受圧板
７１：空圧シリンダー
７２：空圧シリンダー気体封入部
７３：成形途中製品
７４：ガスクッション
９１：シャフトへの接続部
９４ａ、９４ｂ：ピン穴
１０３：上金型
１０４：スプレーノズル
１０５：下金型
１０７：ノックアウトピン
１０８：スプレー移動装置
１０９：スプレー回転装置
１１０：スプレーシャフト
１１１：トランスミッション
１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ：ヨーク
１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ：十字軸
１１４ａ、１１４ｂ：シャフト
１１５：ベアリング
１１６：マウントインシュレーター（金具）
１１７：ボディー（車体）
１１８：溶接部
１１９：ファイナルドライブ
２０１：下金型
２０２：上金型
２０３：センターブッシュ
２０４：受圧板
２２１：鍛造機
２２２ａ、２２２ｂ：油圧シリンダー
２２３：油圧配管
２２４：油圧発生装置
２２５：プレス動作監視装置
２２６：下金型
２２７：上金型
２２８：ガイドポスト
２２９：ダイセットの上プレート
２３０：ダイセットの下プレート
２３１：空圧シリンダー
Claims (7)
- 閉塞した空間を形成する上金型、下金型からなる金型内に、Ａ６０６１、Ａ６０８２、Ａ２０１４、Ａ２２１８、Ａ４０３２、Ａ７０７５から選ばれる何れか１種のアルミニウム合金の素材を投入した後、カップ状形成部の底側にカップ状形成部側から山型形状のピンボス成形部が突出して対峙するユニバーサルジョイントヨークの素形材を成形する際に、ユニバーサルジョイントヨークの有するカップ状成形部の先端にリングノックを介して０．５〜２０ｋｇ／ｍｍ2の背圧力を荷重した状態でカップ状成形部の反対側に形成されるピンボス成形部への素材の充満率を７５％以上とさせた後、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックを可動させてカップ状成形部への素材の流動を開始させる鍛造工程を含み、
背圧力は、リングノックを逆方向に可動させるにつれて大きくなり、最終値が初期値の１．２〜２．２倍となる、
ことを特徴とするユニバーサルジョイントヨークの製造方法。 - 閉塞した空間を形成する上金型、下金型からなる金型内に、Ａ６０６１、Ａ６０８２、Ａ２０１４、Ａ２２１８、Ａ４０３２、Ａ７０７５から選ばれる何れか１種のアルミニウム合金の素材を投入した後、カップ状形成部の底側にカップ状形成部側から山型形状のピンボス成形部が突出して対峙するユニバーサルジョイントヨークの素形材を成形する際に、ユニバーサルジョイントヨークの有するカップ状成形部の先端にリングノックを介して初期値が１．５〜２５ｋｇ／ｍｍ 2 の背圧力を荷重し、続いて、初期値より低い値である０．５〜２０ｋｇ／ｍｍ 2 の背圧力に保持した状態で、カップ状成形部の反対側に形成されるピンボス成形部への素材の充満率を７５％以上とし、その後、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックを可動させてカップ状成形部への素材の流動を開始させる鍛造工程を含む、
ことを特徴とするユニバーサルジョイントヨークの製造方法。 - 背圧力が、ガスクッションまたはバネと、油圧クッションとの組合せによるものであることを特徴とする請求項２に記載のユニバーサルジョイントヨークの製造方法。
- 素材がアルミニウム合金丸棒材を所定の長さに切断する工程と切断した丸棒材を据え込む工程とにより得られたものを素材として用いて、鍛造後の成形品に熱処理を施す工程と機械加工工程とを含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載のユニバーサルジョイントヨークの製造方法。
- 鍛造工程後の機械加工工程において、鍛造済み品の型割り部をトリミングする工程を有しないことを特徴とする請求項４に記載のユニバーサルジョイントヨークの製造方法。
- カップ状形成部の底側にカップ状形成部側から山型形状のピンボス成形部が突出して対峙するユニバーサルジョイントヨークの素形材を鍛造するに用いる金型であって、ユニバーサルジョイントヨークの素形材を成形する閉塞な空間を形成する上金型、下金型と、カップ状成形部を成形する金型側に設けられ、カップ状成形部の先端に背圧力を荷重するリングノックと、このリングノックに、０．５〜２０ｋｇ／ｍｍ2の背圧力を与え、リングノックが配設されている金型の主成形方向と相対的に逆方向にリングノックが可動するのに伴って与える背圧力が大きくなって、最終値が初期値の１．２〜２．２倍の背圧力を与える背圧力付与手段と、成形したユニバーサルジョイントヨークの素形材を金型から排出させるノックアウトピンと、金型が取り付けられる各金型ホルダーと、カップ状成形部を成形する金型と背圧力付与手段とを配設する受圧板とを含むユニバーサルジョイントヨークの鍛造用金型。
- カップ状形成部の底側にカップ状形成部側から山型形状のピンボス成形部が突出して対峙するユニバーサルジョイントヨークの素形材を鍛造するに用いる金型であって、ユニバーサルジョイントヨークの素形材を成形する閉塞な空間を形成する上金型、下金型と、カップ状成形部を成形する金型側に設けられ、カップ状成形部の先端に背圧力を荷重するリングノックと、このリングノックに、初期値が１．５〜２５ｋｇ／ｍｍ 2 の背圧力を与え、続いて、初期値より低い値である０．５〜２０ｋｇ／ｍｍ 2 の背圧力を保持しつつ与える背圧力付与手段と、成形したユニバーサルジョイントヨークの素形材を金型から排出させるノックアウトピンと、金型が取り付けられる各金型ホルダーと、カップ状成形部を成形する金型と背圧力付与手段とを配設する受圧板とを含む、ことを特徴とするユニバーサルジョイントヨークの鍛造用金型。
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