JP4388525B2 - 内側が肉厚な壁区間を有する車軸を成形する方法 - Google Patents

Description

本発明は、内方へ厚肉化され、かつ分離された壁区間を有する、車軸タイプの管などの管を製作する方法に関する。

車軸タイプ及び他の同様の型の管状構造物は、内部が肉厚な壁区間を製造する押出加工（extrude:押出、押出加工）工程によって成形されてきた。つまり、このような管は、その長さに沿って実質的に均一な壁厚を有するが、その長さに沿った１つ以上の場所において、壁厚が、半径方向内向きに増加する。管状構造物に内部が肉厚な壁区間を設けるための、このような押出加工工程の例が、いくつかの米国特許文献に開示されている。このような特許文献には、１９７４年９月２４日にジョセフＡサイモン（Ｊｏｓｅｐｈ Ａ． Ｓｉｍｏｎ）に発行された（特許文献１）（「内部が肉厚な端部を有する金属管の冷間成形工程（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｃｏｌｄ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ａ Ｍｅｔａｌ Ｔｕｂｅ Ｗｉｔｈ Ａｎ Ｉｎｗａｒｄｌｙ Ｔｈｉｃｋｅｎｅｄ Ｅｎｄ）」）が含まれる。１９７５年６月３日にジョセフＡサイモン（Ｊｏｓｅｐｈ Ａ． Ｓｉｍｏｎ）に発行された、別の特許文献（特許文献２）（「内部が肉厚な端部を有する金属管の冷間成形工程（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｃｏｌｄ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ａ Ｍｅｔａｌ Ｔｕｂｅ Ｗｉｔｈ Ａｎ Ｉｎｗａｒｄｌｙ Ｔｈｉｃｋｅｎｅｄ Ｅｎｄ）」）では、このような押出加工工程について開示している。管の端部及び管の内部が肉厚な部分の成形について開示した、ジョセフＡサイモン（Ｊｏｓｅｐｈ Ａ． Ｓｉｍｏｎ）による、さらなる特許文献は、１９９１年７月１４日に発行された（特許文献３）（「内部がより厚い壁区間を有する管の冷間成形方法（Ｍｅｔｈｏｄ Ｏｆ Ｃｏｌｄ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｔｕｂｅｓ Ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｔｈｉｃｋｅｒ Ｗａｌｌ Ｓｅｃｔｉｏｎｓ）」）、１９８１年１０月６日に発行された（特許文献４）（「内部が肉厚な端部部分を有する金属管の押出加工工程（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｏｒ Ｅｘｔｒｕｄｉｎｇ Ａ Ｍｅｔａｌ Ｔｕｂｅ Ｗｉｔｈ Ｉｎｗａｒｄｌｙ Ｔｈｉｃｋｅｎｅｄ Ｅｎｄ Ｐｏｒｔｉｏｎｓ）」）、及び１９９４年６月１４日に発行された（特許文献５）（「軽量駆動軸（Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ Ｄｒｉｖｅ Ｓｈａｆｔ）」）である。

前述の特許文献において開示された工程では、管状の短い長さの金属素材が、金型の喉部を通して端方向に素材を押すポンチにより金型を通って押出加工される。ポンチは、素材内に挿入されており、かつ押出加工された管内の、内部が一体の肉厚な壁部分の成形を可能にするよう好適に構成された、延在するマンドレル部分を含む。このような開示された工程により、必要な位置で管を補強する、又は強度を向上させる、又は固締するために、肉厚な端部部分と肉厚な内部部分とが設けられた、細長い管状部材が得られる。

これらは、より厚い区間の間により薄い壁を設けることにより管の重量を減少させる一方で、予め選択した区域においては強化された管を成形する、効果的かつ比較的経済的な方法である。本発明は、内部壁厚を有するこのような管をより経済的に製造することを可能にする方法に関する。

米国特許第３，８３７，２０５号明細書 米国特許第３，８８６，６４９号明細書 米国特許第４，２７７，９６９号明細書 米国特許第４，２９２，８３１号明細書 米国特許第５，３２０，５８０号明細書

本発明は、最初に押出加工工程において実質的に均一な壁厚を有する管を押出加工することにより、車軸及び他の構造物に有用な管などの管を成形することを目的とする。まず、管状の素材が、前方に構成された端部部分を有する部分的なの管として前方押出加工される。次いで、素材の残りの部分が、均一な壁厚の断面形状の管として後方押出加工される。次に、別個のリングが、さらなる壁厚が必要な位置において管の壁を選択的に肉厚にするよう、圧入又は焼きばめなどにより、管の均一な壁厚の管状部分内に挿入され、正しい位置に固定され得る。リングの壁厚は、リングの円周に沿って変化し得る。したがって、リングは、管の半径方向内向きに可変な壁厚と長手方向に肉厚になる壁部分とを設け得る。

本方法は、断面が円形又は非円形であり得る管材の成形を目的とする。断面は、たとえば、軸がずれた穴又は非円形の穴を有する円形のリング、又は非円形のリングがその中に挿入された非円形の管を使用することによって変化し得る。リングの形状は、一つには完成された管が使用される目的に依存する。

本発明の目的は、所定の長さ及び所定の半径方向内向きの厚さの、内部が肉厚な壁区間を有する管状構造物を経済的に成形する方法を提供することである。

本発明のさらなる目的は、様々な断面の管材を、比較的経済的にかつ素早く製造し、かつその後、管の内部壁内に予め大きさ及び形状が決められたリングを据え付けることによって半径方向内向きに管壁を肉厚にすることにより、管の選択可能な部分に沿って補強し得る方法を提供することである。

本発明のまたさらなる目的は、たとえば、車輪を支持するための成形物として、予め成形された端部形態を有する、所定の円形及び／又は非円形の断面の管を素早く製造し、管の使用中により大きい負荷又は応力が予想される、選択された場所において管の壁厚を増加させることにより、管の残部を選択的に補強する方法を提供することである。

添付図面を参照しながら、以下の記述を読むことにより、本発明の上記の及び他の目的及び利点が明らかとなろう。

図７〜図９を参照すると、車軸タイプの管１０は、主要な細長い管状部分１１及び構成された車輪支持端部（車輪端部支持部）部分１２と共に成形される。主要管状部分は、開放端１３と管の全長にわたり延びる中央の開口部１４とを有する。

管の壁１５は、内部壁面１６と外側又は外部壁面１７とを有する。

主要管状部分１１の壁１５は、実質的に均一な壁厚を有して成形されて示されている。したがって、管が内方に、半径方向外側に実質的に肉厚となった区間又は場所１８を設けることが望ましい。

挿入物又はリング２０が供され（図７及び図８参照）、その挿入物またはリング２０は、管の壁の内部面１６の形状及び大きさにぴったり（closely）一致する外側の周辺面、つまり、円周面２１を有する。後に説明するようにリングは、壁面よりわずかに大きいことが好ましい。

リングは、リングを通る穴２４を画定する内側の壁面２３を有する。したがって、たとえば図７に示されるように、リングの壁２５は、均一な断面を有するが、管壁１５の厚さと合わせると所望の全体として増加された壁の肉厚区間を生じさせる厚さを有する。

図１に示されているように、管を成形するために、細長い金型３０が設けられる。金型は、中央の通路３１を有するとともに、車輪連結部分、又は特定の目的に望まれるような他の端部部分を設けるためなど、所定の形態の端部を成形するために構成された端部部分３２を有する。

図３に示されているように、押出ポンチ３５は、金型通路３１内に嵌合（fitted）され得る。ポンチは、所望の特定の長さ及び形状を設けるよう、主要本体部分３６と所定の長さのマンドレル延在部３７とを含む。ポンチは、概略図において、頭部３８を有して示され、その頭部は、金型を通して前方にポンチを押圧加工するとともに、次いで、管の押出加工が完了した後にポンチを後退させるための装置を概略的に示すものである。

ポンチの主要本体部分３６の断面は、金型の通路３１の断面より小さい。したがって、隙間又は空間４０が、ポンチ面と金型の内部壁面との間に設けられる。

管を成形するために、素材４２が最初に供される。素材は、中央の通路又は開口部４３を有する、短い長さの管材の形で形成される（図１参照）。素材は、金型内の通路へと端部方向に挿入される。素材の先端（時には、遠隔端又は先端とも呼ぶ）は、図２の位置に示されているように金型内に挿入される。金型開口部により近い端部（終端又は基部端とも呼ぶ）は、金型内の十分奥に（well）置かれる。

次いで、図３に示されているように、ポンチが挿入されると、そのマンドレル延在部が素材通過路又は開口部４３を通って延び、上述したように、その主要本体部分３６が金型の内部壁から間隔を置いて配置される。

次に、ポンチは、素材の終端又は基部端を押圧するよう前方移動し、金型の喉部４４を通して前方に素材を押し込む。したがって、素材の先端又は遠隔端は、図４に概略的に示されているような、構成された喉部の形状をとり始める。

金型の前方押出加工が完了すると、図５に示されているように、ポンチの連続前方移動により、素材の基部端部分が、押出圧力により後方に、ポンチの主要本体部分３６と金型の内部壁面との間の隙間４０内に流れ込む。ポンチのさらなる前方移動（図６参照）により、素材の基部端の逆方向又は後方押出加工が完了し、完成された主要管状部分又は管壁１５を成形する。したがって、図６に示されているように、押出加工された管は、前方に構成された又は先端部分１２と主要管状部分１１とを有する（図８）。

予め形成されたリング２０（図７〜図９参照）は、管部分１１の壁の内部面１６にぴったり一致する外部面を有する。リングは、管部分１１の開口部１４の内部断面より、断面積及び寸法がわずかに大きいことが好ましい。このため、リングは、管の開放端内にプレスばめ（pressfitted：圧入）され、つまり押し込まれ、管の所望の肉厚となる区間又は場所１８と重なる所望の場所に押される。管は、これに嵌合する開口部と比較して大きいので、係合し合う面と面との間の摩擦によって保持され、永続的に正しい位置に留まる。或いは、管及びリングは、共に焼きばめすることにより組立てもよい。この方式においては、リングのみが十分に冷却されて寸法が減少し、管内の正しい位置に滑動する。或いは、管が加熱されて膨張し、リングが端部方向に管内の所望の場所に滑動し、ここで、管の自然収縮によりリング及び管が共に固定される。したがって、管壁１５の重なった区間１８およびリング壁２５の複合された又は結合された壁厚は、所望の位置において肉厚な壁区間を供する。

図１０は、１つより多いリングが利用されている実施形態を示す図である。管内に第２の肉厚な部分を設けるよう、既に述べたリングから間隔を置いた場所に置かれた第２のリング５０が概略的に示されている。いくつかのこのようなリングが、所望通りに使用され得る。図１０に示されている第２のリング５０の場合には、開口部５１が管の軸に対してオフセットされている（図１１参照）ので、リングは、その円周に沿って可変する厚さの壁を有する。したがって、図１０のリングの下の部分５２は、上のリング部分５３より肉厚であることが概略的に理解することができる。したがって、より厚い結合された管区間及びリングは、リング及び管の周囲の周りで変化する。リングは、たとえば上の部分と比べて管の下の部分の周りに、所望通りに最大の厚さを設けるよう配向された、より厚い壁部分を有する管内に挿入され得る（図１０）。また、図示されていないが、第２のリング５０の穴５１は、リングの円周に沿った異なる場所において、より厚い又はより薄い壁区間を設けるよう、その断面形態を変化させてもよい。たとえば、リング穴は、より厚い壁区間を変えるよう、断面が四角又は楕円又は六角形などであり得る。同様に、管及び／又はその内部開口部は、非円形、たとえばリングがこれに対応して形作られている四角であり得る。

すべてが同じ大きさ及び形状、或いはより厚い壁部分及びより薄い壁部分の異なる壁厚及び場所の、いくつかのリングを使用することにより、その全長にわたってはるかに厚い壁から作られた管全体を有する必要がなく、構造的により強く、かつ管にかかる様々な応力に耐えることのできる、管の設計及び製造が可能となる。したがって、管の重量及び管を成形する際に消費される金属の量が実質的に減少し、必要な場合には特有の場所において、より厚くより強い管区間が設けられる。

本発明は、特許請求の範囲内においてさらに展開され得る。本発明の有効な実施形態が十分に開示された。

押出金型及び金型内に挿入するよう配置された素材を示す概略横断面図である。 押出金型内に挿入された素材を示す概略横断面図である。 金型及び素材内に挿入された押出ポンチを示す概略図である。 前方に途中まで移動されたポンチ、及び素材の先端又は前端の部分押出加工を示す概略図である。 金型壁とポンチとの間の空間内への、素材の前端又は先端の押出加工及び素材の一部分の部分後方押出加工を完了するために、前方押出方向にさらに移動されたポンチを示す概略図である。 管の先端又は前端の成形及びポンチと金型壁との間で後方押出加工された管壁の成形を完了するための、ポンチの移動の完了を示す図である。 押出加工された管、及び押出加工された管内に設置するよう準備された（断面図に示されている）挿入物又はリングの位置決めを示す正面図である。 管壁の所定の区間を肉厚にするための管内へのリングの位置決めを示す概略横断面図である。 正しい位置に挿入されたリングを有する管の開放端を示す、図８の矢印９−９の方向から見た端面図である。 異なる長さ及び可変する厚さリングによって製造された異なる長さ及び厚さを示すために、管内に挿入された２つの異なるリングを有する押出加工された管を示す別の概略横断面図である。 可変する厚さリング壁を設けるよう開口部が軸方向にずれたリングを示す、図１０の矢印１１−１１の方向から見た断面図である。

符号の説明

１０ 車軸タイプの管
１１ 主要管状部分
１２ 端部部分
１３ 開放端
１４ 中央の開口部
１５ 壁
１６ 内部壁面
１７ 外側又は外部壁面
１８ 区間又は場所
２０ 挿入物又はリング
２１ 円周面
２３ 内側の壁面
２４ 穴
２５ 壁
３０ 細長い金型
３１ 中央の通路
３２ 端部部分
３５ 押出ポンチ
３６ 主要本体部分
３７ マンドレル延在部
３８ 頭部
４０ 隙間又は空間
４２ 素材
４３ 中央の通路又は開口部
４４ 金型の喉部
５０ 第２のリング
５１ 開口部
５２ リングの下の部分
５３ 上のリング部分

Claims (20)

1. 選択的に内側が肉厚な壁区間を有する車軸を成形する方法であって、
   短い管状金属素材を、実質的に均一な断面厚の壁を有する実質的に均一な断面の細長い管に押出加工し、
   前記管の一端部部分を車輪端部支持部に成形し、かつ前記管の反対の端部が開口されており、その開口部が、前記細長い管断面と同じ断面形状を有し、
   前記管の前記壁の所定の肉厚な箇所の長さに、つまり肉厚にすべき前記管の前記壁の区間に、実質的に等しい軸方向の長さを有し前記管を補強するための管状リングを準備し、 前記リングは、その外周が前記管の内径よりわずかに大きく、かつ前記リングは、該リングが前記管内の所望の車軸位置に位置したときに前記リングの周囲に沿って所望の車軸壁厚さを規定するように、選択された形状、サイズおよび位置の内側開口部を有し、
   前記管の開口部内に前記リングを挿入し、肉厚にすべき前記管壁の前記区間と重なるよう前記管内に前記リングを位置決めすると共に、前記管壁に対する所定の周方向位置にて所望の壁区間厚さを作成するために、前記管の部分内で前記リングの向きを合わせ、
   前記位置においてリングと管とをあわせた壁厚をなすよう、前記位置において前記リングを永続的に固定し、
   それによって、前記管の内壁に対して半径方向内向きに延在し、かつ前記押出加工された管壁厚より厚い、壁区間を有する前記車軸が成形される方法。
2. 前記管を押出加工する際に、前記管と一体の前記車輪端部支持部を押出加工する請求項１に記載の車軸を成形する方法。
3. 前記管とは別個に前記車輪支持部を形成し、
   前記管の前記車輪支持部を形成するよう、前記管の端部に前記車輪支持部を永続的に固定する請求項１に記載の車軸を成形する方法。
4. 前記素材が中を通って押出加工される金型壁を有する細長い金型内に前記管状素材を押出加工し、
   前記金型壁と同軸の金型壁を有する、細長い金型内に前記素材を据え、前記管が、前記素材が中に挿入される入口端部を有し、前記素材が遠隔端部分と基部端部分とを有し、
   細長いポンチで前記金型を通って前記素材の遠隔端を押出加工するために、前記金型内へと端方向に前記素材を押し、
   前記ポンチが、前記ポンチと前記金型壁との間に空間を設けるよう、前記金型壁の内部断面形状より小さい断面形状を有し、
   前記金型を通って部分的に押出加工された後に、前記素材の端方向の移動を停止し、
   断面が細長く実質的に均一な管部分を成形するよう、前記ポンチと金型壁との間の前記空間を通して、前方につまり前記金型の前記入口端部から離れる方向に前記素材を押し続け、かつ後方につまり前記金型の入口端部の方向に前記素材の前記基部端部分を押出加工し、
   前記ポンチを取り除き、前記金型から前記押出加工された管を取り除き、
   前記細長い管部分内に成形された内部壁の形状及び大きさに対応する外周形状を有する、短い管状リングを準備し、
   前記リングを前記管部分内に挿入し、前記管内の所定の場所に前記リングを位置決めし、
   前記管部分内の前記所定の場所において、前記結合された管及びリング壁から、内部が肉厚な壁区間を成形するよう、前記場所において前記リングを永続的に固定する請求項１に記載の方法。
5. 前記管部分内に、前記第１に述べた区間から間隔を置いて配置された第２のより厚い壁区間を設けるよう、第２の所定の場所において前記管内に、前記第１に述べたリングと同様の第２のリングを設ける請求項４に記載の方法。
6. 前記リングを前記管壁に摩擦連動させるよう前記管内に前記リングを圧入することにより、前記リングが前記管内に固定される請求項４に記載の方法。
7. 前記管壁に対して前記リングの外周寸法を比較的減少させることにより、前記管内に前記リングを焼きばめし、次いで、前記管壁に対して前記リングを永続的に固定するよう前記リング及び前記管壁の相対的な大きさを再構築する請求項４に記載の方法。
8. 内側が肉厚な壁区間を有する細長い管を成形する方法であって、
   短い管状金属素材を押出加工して、実質的に均一な断面厚の壁を有する実質的に均一な断面の細長い管にし、
   前記細長い管断面の前記内部壁の断面形状に対応する開口部を有する前記押出加工された管の一方の端部を成形し、
   前記管の前記壁の所定の増加した壁厚の場所の長さに、つまり肉厚にすべき前記管壁の区間に、実質的に等しい軸方向の長さを有し前記管を補強するための管状リングを準備し、
   前記リングが、前記管の内部形状に対応するが、これよりわずかに大きい外周から成形され、かつ前記リングは、該リングが前記管内の所望の車軸位置に位置したときに前記リングの周囲に沿って所望の車軸壁厚さを規定するように、選択された形状、サイズおよび位置の内側開口部を有し、
   前記管の開口部内に前記リングを挿入し、肉厚にすべき前記管壁の前記区間と重なるよう前記リングを位置決めすると共に、前記管壁に対する所定の周方向位置にて所望の壁区間厚さを作成するために、前記管の部分内で前記リングの向きを合わせ、
   前記所定の場所において、内部が肉厚な、結合されたリング壁及び管壁区間を成形するよう、前記管の前記内部の重なった壁部分に前記管壁を固定する方法。
9. 前記管内に、前記第１に述べた壁区間から間隔を置いて配置された、第２のより厚い壁区間を設けるよう、前記管内の第２の所定の場所において、前記管内の前記第１に述べたリングと同様の第２のリングを設ける請求項８に記載の方法。
10. 少なくとも１つの内部が肉厚な壁区間を有する細長い管を成形する方法であって、
    押出加工により前記管を成形するよう所定の長さの管状素材を準備し、
    前記管を受け取るための細長い金型開口部を有する金型内に前記素材を位置決めし、
    前記金型の端部部分を通って前記素材を押出加工するための前記金型開口部を通して、ポンチで前記管を押し、
    前記ポンチは、前記金型内に前記開口部を形成する前記ポンチと前記壁との間の空間を設けるよう、前記金型の内部断面形状より小さい断面形状から成形されたものであり、
    後方につまり前記ポンチの移動に対して、前記空間内に細長い管の押出部を成形するための前記ポンチと前記金型との間の前記空間内に、前記素材を押出加工するよう前記素材を前方方向に押し続ける間、前記前方方向の前記素材の端方向の押出移動を停止し、
    前記ポンチを取り除き、前記金型から前記押出加工された管を取り除き、
    前記押出加工された管内に該管を補強するための少なくとも１つの短い管状リングを挿入し、該リングを、前記管壁の一部分の内部を肉厚にするための所定の場所内に固定し、前記リングは、前記管内に、結合された肉厚な、半径方向内向きに延在する壁区間を成形するために、前記管の内部面を成形する前記壁と係合した外周面を有し、
    前記リングが前記管内の所望の車軸位置に位置したときに前記リングの周囲に沿って所望の車軸壁厚さを規定するように、選択された形状、サイズおよび位置の内側開口部を有する前記リングを予め形成する方法。
11. 前記結合されたリング及び管壁の半径方向に向いた厚さが円周方向に変化するよう、前記リングの周囲の周りに変化する厚さの壁を有する前記リングを予め成形する請求項１０に記載の方法。
12. 前記リングの前記内側開口部が円形形状を有する請求項１に記載の方法。
13. 前記リングの前記内側開口部が非円形形状を有する請求項１に記載の方法。
14. 前記リングの前記内側開口部は、前記リングの中心軸に対してオフセットされた中心軸を有する請求項１に記載の方法。
15. 前記リングの前記内側開口部が円形形状を有する請求項８に記載の方法。
16. 前記リングの前記内側開口部が非円形形状を有する請求項８に記載の方法。
17. 前記リングの前記内側開口部は、前記リングの中心軸に対してオフセットされた中心軸を有する請求項８に記載の方法。
18. 前記リングの前記内側開口部が円形形状を有する請求項１０に記載の方法。
19. 前記リングの前記内側開口部が非円形形状を有する請求項１０に記載の方法。
20. 前記リングの前記内側開口部は、前記リングの中心軸に対してオフセットされた中心軸を有する請求項１０に記載の方法。

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