JP5014188B2

JP5014188B2 - 中空部品の製造方法

Info

Publication number: JP5014188B2
Application number: JP2008028267A
Authority: JP
Inventors: 法仁訓谷
Original assignee: 住金精圧品工業株式会社
Priority date: 2008-02-08
Filing date: 2008-02-08
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2028-02-08
Also published as: JP2009183992A

Description

本発明は、産業用機械に使用する中空部品の製造方法に関するものである。

産業用機械の構成部品には、内歯ギアを有する種々の製品がある（例えば、特許文献１参照）。切削によりギアを製造する方法として、一般的にはホブ加工やブローチ加工等が採用される。

近年では、外歯ギアの製造方法として、冷間鍛造が多く用いられている。この場合、ギア形状を有するダイスに、押し出しおよび据え込み等の鍛造加工を行うことで所定の外歯ギアを成形する。一方、内歯ギアは、カップ状の部材に、ギア形状のパンチを押し込むことで成形される。

特開２０００−３４５５８６号公報（図１）

内歯ギア品において、製品によっては、カップ状の部材の穴底を折れ込みの形状にする場合や、内歯ギアの底側の中空部の径を、ギア大径よりも大きく確保する必要がある場合がある（逃がし形状）。このような逃がし形状は、内歯ギアの成形前に切削により形成される。そのため、製造コストが著しくかかる。

上記の課題に鑑みて、本発明の目的は、低コスト化を実現することが可能な中空部品の製造方法を提供することである。

本発明に係る中空部品の製造方法は、少なくとも一端が開口され中空部を有する開口部材を準備する工程と、前記開口部材において、前記開口から所定深さまでの部分に対応する外周面を縮径絞り加工することによって縮径部を形成するとともに、縮径加工しない非縮径部を逃がし部として得る工程と、前記縮径部の内周面にかみ合わせ部を形成する工程とを備えるものである。

本発明によれば、開口部材の一部に縮径絞り加工を施すことによって、逃がし部が形成された中空部品を得ることができる。従来のように切削加工により逃がし部を形成する必要がなくなる。これにより、中空部品の低コスト化を実現することができる。

以下、本発明に係る中空部品の製造方法の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面上では多少の誤差があるかもしれないが、最初の部材の体積が維持されながら順番に加工されていく。

（１）円柱状部材をのこぎりまたは剪断装置により所定の長さに切断または剪断することによって、ブランク部材１２を準備する（図１（ａ））。ブランク部材１２の直径は、後におこなう鍛造などの諸条件を鑑みて設計する。最終的な中空部品の形状によっては、円柱状部材を角柱状部材に変更することもある。

円柱状部材としては、予め所定の直径に伸線され、コイル状に巻かれた線条の金属材料をローラなどで直線状に伸ばした材料が挙げられる。また、所定の直径を有する棒状の金属材料であっても良い。

ブランク部材１２ａから図２（ｄ）の開口部材１４を作る前段階として、ブランク部材１２ａを所定の金型で所定の荷重で鍛造（圧造）して一次加工品１２ｂを形成し（図１（ｂ））、さらに一次加工品１２ｂを所定の金型で所定の荷重で鍛造）して二次加工品１２ｃを形成する（図１（ｃ））。右側には凹部１３が形成される。

（２）二次加工品１２ｃを所定の金型を用いて所定の荷重で鍛造（圧造）し、一端が開口し他端が閉じた中空部Ｐを有する開口部材１４を形成する（図２（ｄ））。ここで、開口部材１４の内径、すなわち中空部Ｐの径をφＡとする。なお、切削により形成することも可能である。図１（ａ）から図２（ｄ）の開口部材１４を得るためには、図１（ｂ）や（ｃ）のように途中に予備据え込み工程を経るのが好ましい。また、中空部Ｐの反対側の形状は最終製品形状により任意である。図２（ｄ）の開口部材１４を得るためには、上述した以外に切削などをおこなって開口部材１４を得ても良い。

（３）開口部材１４の一部の外周面を縮径絞り加工することによって、絞り部材１６を得る（図２（ｅ））。縮径絞り加工を施す外周面は、中空部Ｐの開口から所定深さまでに対応する部分である。縮径絞り加工により、絞り部材１６は、縮径絞り加工で形成された縮径部１８ａと縮径絞り加工されていない非縮径部１８ｂとを備える。

中空部Ｐは、縮径絞り加工によって縮径部１８ａの径がφＡからφＢに小さくなっている。非縮径部１８ｂは、中空部Ｐの径が変化することはなく、従来切削によって形成していた逃がし部１８ｃを形成する。この逃がし部１８ｃは、種々の要因のために必要となる場合があるものである。

（４）外周面にギア形状を有するパンチ（図示せず）を中空部Ｐに押し込んで、縮径部１８ａの内周面にギア２０を形成する（図２（ｆ））。これにより、ギア２０が形成された中空部品１０を得ることができる。この後、中空部品１０の外面に切削加工などを施すことによって所望形状の中空部品１０に仕上げることができる。

ギア形状のパンチを用いて縮径部１８ａの内面にギア２０を形成したが、スプライン形状またはセレーション形状のパンチを用いて縮径部１８ａの内面にスプラインまたはセレーションを形成しても良い。また、ブローチ加工の際には、同様の逃がし部を切削で付与することが多いため、本縮径工程後、ブローチ加工を施しても良い。使用する産業機械に合わせて縮径部１８ａの内面に形成するかみ合わせ構造を選択する。

以上の工程を経ることによって、逃がし部１８ｃを有し、ギア２０が形成された中空部品１０を得ることができる。従来のように、ギア２０の形成後に切削加工をおこなって逃がし部１８ｃを形成する必要が無くなるので、中空部品１０の低コスト化を実現することができる。

また、中空部品１０を圧造により製造することによって、中空部品１０のメタルファイバーを維持することができるので、切削加工で製造する場合に比べて中空部品１０の強度を確保することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが本発明の実施形態は上記の内容に限定されることはない。他の実施形態について以下説明する。

（Ａ）開口部材１４を準備する（図３（ａ））。開口部材１４は図１（ａ）から図２（ｄ）の工程で得ることができる。したがって、開口部材１４を準備するところまでは説明を省略する。

（Ｂ）開口部材１４の縮径絞り加工すべき部分２２ａに対して、内径がφＡからφＣ（＞φＡ）になるように後方押し出し加工を施す（図３（ｂ））。

ここで、縮径絞り加工すべき部分２２ａの厚みと縮径絞り加工しない部分２２ｂの厚みとがほぼ同じであると、両部分の単位面積当たりの圧縮荷重が同じになる。縮径率が大きくなると縮径絞り加工中に変形（座屈）が生じるおそれがある。

これに対して、本願は、縮径絞り加工すべき部分２２ａの内径φＣを縮径絞り加工しない部分２２ｂの内径φＡよりも大きくする。縮径絞り加工すべき部分２２ａの厚みは縮径絞り加工しない部分２２ｂの厚みよりも小さくなる。縮径絞り加工すべき部分２２ａの単位断面積当たりの圧縮荷重を縮径絞り加工しない部分２２ｂの単位断面積当たりの圧縮荷重よりも大きくすることができる。なお、ここで言う断面積は、開口部材１４を厚み方向（図中縦方向）に切断した場合の横断面の断面積である。縮径絞り加工しない部分２２ｂを座屈させないで縮径絞り加工をおこなうことができる。

縮径絞り加工すべき部分２２ｂの厚みをｍとし、縮径絞り加工しない部分２２ｂの厚みをｎとした場合に、ｍ／ｎが０．２５以上１未満、好ましくは０．６５以上１未満になるようにすると、座屈の発生を確実に防ぐことができる。

また、縮径絞り加工すべき部分２２ａと縮径絞り加工しない部分２２ｂの連結部分は、傾斜部２４となるように加工する。傾斜部２４は、内周面の円周方向に連なる傾斜面である。傾斜部２４は、水平軸に対して例えば５°傾斜させる。傾斜部２４を形成することによって、連結部分を段差状とした場合における縮径加工時の応力集中を分散させることができる。

（Ｃ）所定の金型を用いて所定の荷重で鍛造する（図３（ｃ））。鍛造によって縮径絞り加工すべき部分２２ａが縮径絞り加工されて縮径部２６ａとなる。縮径絞り加工によって、中空部Ｑ１の径φＣがφＤへと小さくなる。

（Ｄ）圧造された部品に対して、ギア形状などを有するパンチを中空部Ｑ２に押し込み、縮径部の内周面にかみ合わせ部２８が形成された中空部品３０を得る（図３（ｄ））。

図３では縮径絞り加工すべき部分２２ａの内径を大きくして厚みを小さくしたが、図４のように縮径絞り加工すべき部分３２ａの外径がφＥからφＦ（＜φＥ）になるように後方押し出し加工を施しても良い。縮径絞り加工すべき部分３２ａの外周を切削加工しても良い。縮径絞り加工すべき部分３２ａの単位面積当たりの圧縮加重が縮径絞り加工しない部分３２ｂの単位面積当たりの圧縮加重よりも大きくすることができる。縮径絞り加工しない部分３２ｂを座屈させることなく、縮径絞り加工を良好におこなうことができる。

また、座屈を発生させないのであれば図３や図４の形態が好ましいが、座屈が発生しない程度に縮径絞り加工すべき部分２２ａ、３２ａの厚みを縮径絞り加工しない部分２２ｂ、３２ｂの厚みよりも厚くし（図５（ａ））、縮径絞り加工で中空部品４０の外周３６をストレートにしても良い（図５（ｂ））。図５（ｂ）の後に、他の実施形態と同様にパンチによって中空部Ｒを形成する内周面にかみ合わせ部を形成する。

開口部材は一端が開口し他端が閉じたカップ形状のものに限定されるものはなく、両方が開口した円筒状のものであっても良い。図６（ａ）のように、両端が開口した内径の変化しない中空部Ｓを有する開口部材５２を準備する。中空部Ｓの一方の開口（図面右側）から所定深さまでに対向する外周を縮径絞り加工をおこなう（図６（ｂ）。非縮径部５４ｂは逃がし部５４ｃを形成する。縮径部５４ａの中空部Ｓに対してギア形状などを有するパンチを押し込み、縮径部５４ａの内面にかみ合わせ部４６を形成して、中空部品５０を得る（図６（ｃ））。

図７（ａ）のように、中空部Ｔの内径が変化する開口部材６２を利用して良い。縮径加工がなされる部分６４ａが中空部Ｔの径が縮径加工されない部分６４ｂの径よりも大きくなっている。これは、図３の場合と同じで座屈を発生させないためである。縮径絞り加工が施されて、縮径部６６ａの中空部Ｔの径が開口から所定深さまで小さくなる。このとき、非縮径部６６ｂの中空部Ｔの径は広いままであり、その部分が逃がし部６６ｃとなる。その後、上記の実施形態と同様に縮径絞り加工を施した縮径部６６ａにかみ合わせ形状６８を形成して中空部品６０を得る。

かみ合わせ形状は、パンチを押し込んで形成する以外に、ねじ山を形成しても良い。

以上、本発明に係る中空部品およびその製造方法の態様を説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知識に基づき種々の改良、修正又は変形を加えた態様、または種々の実施形態を組み合わせた態様で実施し得るものであり、これらの態様はいずれも本発明の技術的範囲に属するものである。

本発明に係る中空部品の製造方法は、産業用機械の構成部品の製造コストを低減する目的の下で、有効に利用することができる。

ブランク部材を開口部材を形成する直前までの製造工程を示す模式図である。本実施の形態に係る中空部品の製造工程を示す模式図である。本発明の他の実施形態に係る中空部品の製造方法を示す模式図である。外周の直径を短くして縮径部の厚みを小さくした図である。縮径加工すべき部分の厚みを大きくした図である。筒状の開口部材を利用した本発明の実施形態を示す図である。中空部の大きさが変化する筒状の開口部材を利用した本発明の実施形態を示す図である。

符号の説明

１０：中空部品
１２ａ：ブランク部材
１４：開口部材
１６：絞り部材
１８ａ：縮径部
１８ｂ：非縮径部
１８ｃ：逃がし部
２０：ギア

Claims

少なくとも一端が開口された中空部を有する開口部材を準備する工程と、
前記開口部材において、前記開口から所定深さまでの部分に対応する外周面を縮径絞り加工することによって縮径部を形成するとともに、非縮径部に前記縮径部の内径よりも大きな内径である逃がし部を形成する工程と、
前記縮径部の内周面にかみ合わせ部を形成する工程と、
を備え、
前記縮径部を形成する前に、前記縮径部となる部分の厚みを非縮径部となる部分の厚みよりも小さくする工程を含む
中空部品の製造方法。
前記かみ合わせ部を形成する工程が、ギア形状、スプライン形状、またはセレーション形状を有するパンチを前記中空部に押し込む工程を含む請求項１の中空部品の製造方法。
前記縮径部となる部分の厚みを非縮径部となる部分の厚みよりも小さくするときに、縮径部となる部分と非縮径部となる部分との連結部分に傾斜部を形成する工程を含む請求項１または２の中空部品の製造方法。