JPH02303648A

JPH02303648A - 一端にギヤを備えた冷鍛シャフトとその製造方法およびその製造装置

Info

Publication number: JPH02303648A
Application number: JP1125888A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Takahara; 高原　勝男; Shigeru Okajima; 岡島　茂; Tsugio Onodera; 次男小野寺
Original assignee: Mitsuba Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1990-12-17
Also published as: JPH0570532B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、内燃機関のスタータモータのアーマチュアシ
ャフト等に用いられるような、一端にギヤを備えた冷鍛
シャフトとその製造方法およびその製造装置に関するも
のである。

［従来の技術］一般に、例えば第９図に示すように、内燃機関のスター
タモータ１に用いられるアーマチュアシャフト２の一端
部には、内燃機関のクランクシャフトへワンウェイクラ
ッチを介して接続されるギヤ３が形成されている。

ところで、前記アーマチュアシャフト２は、その外形形
状の形成やギヤ３の形成は、一般には切削加工によって
行われているが、製作性の簡素化のために冷間鍛造によ
って行うことが試みられている。

そして、従来における前記アーマチュアシャフト２の冷
間鍛造は、第１０図ないし第１２図に示す方法によって
行われている。

すなわち、第１０図に示すような素材としての棒材１１
を用意し、この棒材１１を鍛造金型による前方押し出し
により絞り込んで、第１１図に示すような小径部４ａと
大径部４ｂとからなるシャフト原型Ｗ２を形成し、次い
で、他の金型により、第１２図に示すように、小径部４
ａを再度絞り込んで均一な外形寸法を有する小径部４ａ
とするとともに、大径部４ｂの端部を若干絞り込んでフ
ランジ４ｃを形成するとともに、前記大径部４ｂの他端
部からフランジ４ｃへ向けて所定長さにギヤ３を形成し
てアーマチュアシャフト２を得るようにしている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、前述の従来のアーマチュアシャフト２に
よると、次のような不具合が生じる。

すなわち、前述のようにアーマチュアシャフト２を冷間
鍛造によって成型する場合、成型後の熱処理でアーマチ
ュアシャフト２に曲がりが生じることがあり、成型後に
おいてその曲がりを矯正しなければならないが、この時
、前記小径部４ａとフランジ４ｃとの連続部が形状的に
大きく変化していることから、この連続部に前記矯正力
による応力が集中し、破損を生じてしま３等の不具合で
ある。

また、スタータモータ１を起動すると、アーマチュアシ
ャフト２にはクランクシャフトからの反力を受けて捩れ
が生じるが、この時の捩り力、および、捩り振動も前述
と同様に小径部４ａとフランジ４ｃとの連続部に応力集
中を生じさせて、アーマチュアシャフト２の強度の低下
を招くおそれがある。

［課題を解決するための手段］本発明は、前述の不具合を有効に解決し得る一端にギヤ
を備えた冷鍛シャフトと、その製造方法および製造装置
を提供せんとするものであり、第１の態様である一端に
ギヤを備えた冷鍛シャフトは、長さ方向の中間部にフラ
ンジが形成され、このフランジの前記ギヤと反対側の基
部に、漸次小径となるテーパ部が形成されているととも
に、このテーパ部に連続したストレート部が形成され、
さらに、このストレート部に連続してローレット部が形
成されていることを特徴とする。

また、第２の態様である一端にギヤを備えた冷鍛シャフ
トの製造方法は、次の■〜■の工程を有することを特徴
とする。

Ｉ、未加工の棒材の一端部に押し出し加工によりギヤを
形成する工程。

ＩＩ、前記■の工程の後に、前記ギヤを拘束した状態で
中間部に据え込み加工によりフランジを形成するととも
に、押し出し加工によって、フランジの前記ギヤと反対
側を絞り込むことにより、このフランジの基部に続く漸
次小径となるテーパ部を形成する工程。

ＩＩＩ、前記ＩＩの工程の後に、前記７ランジを押圧す
ることによる押し出し加工により、前記テーパ部の下部
にローレットを形成するとともに、このローレット前記
テーパ部との間にストレート部を形成する工程。

さらに、第３の態様である一端部にギヤをＯｒａ　、ｔ
た冷鍛シャフトの製造装置は、一対１組とした第１から
第３の３組の金型と、これらの金型間のシャフトの受け
渡しを行う搬送装置とを備え、前記第１の金型は、その
一方の金型に、他方の金型へ向かって開口されるととも
に、前記冷鍛ンｒフトの外形を拘束するサイジング孔と
、このサイジング孔の内端部に形成されたギヤ形成用の
歯とが設けられ、前記第２の金型は、その一方の金型に
は、前記冷鍛シャフトの一端部が挿入されてこの冷鍛シ
ャフトに形成されたギヤの形状を整える歯が形成されて
いるとともに、他方の金型には前記一方の金型へ向かっ
て開口され、その開口端部から内部へ向かって漸次小径
となるテーパ形成部を備えたサイジング孔が形成され、
さらに、前記第３の金型は、その一方の金型に、他方の
金型に向かって開口するとともに、この間口端部から内
部へ向かって漸次小径となるテーパ部と、このテーパ部
に続くストレート部と、このストレート部に続くローレ
ット形成用の歯が設けられたサイジング孔が設けられて
いることを特徴とする。

［作用］本発明の第１の態様に係わる一端部にギヤを備えた冷鍛
シャフトによれば、フランジとそれに続く他の部分との
連続部をテーパ部によって接続することにより、この連
続部の形状変化を緩やかにし、これによって矯正時や動
力伝達時における捩れに際し、応力分散を円滑にし、こ
れによって、強度の向上が図られる。

また、第２の態様に係わる製造方法によれば、前記冷鍛
シャフトを効率良く製造することができ、さらに、第３
の態様に係わる製造装置によれば、前記製造方法を円滑
に実施することができる。

［実施例］以下、本発明の第１の態様の一実施例について、第１図
および第２図に基づき説明する。

第１図中符号１０は、本実施例に係わる冷鍛シャフトを
示し、その一端部にはギヤ１１が形成され、また、長さ
方向の中間部にはフランジ１２が形成され、このフラン
ジ１ｚの前記ギヤ【１と反対側の基部に、漸次小径とな
るテーパ部１３が形成されているとともに、このテーパ
部１３に連続したストレート部１４（第２図参照）が形
成され、さらに、このストレート部１４に連続してロー
レット部１５が形成されている。

そして、本実施例においては、前記ローレット部１５に
連続してさらに小径部１６が形成されており、この小径
部１６は、冷鍛シャフト１０をスタータモータに装着す
る際に、スタータモータの７−ウジングに取り付けられ
ている軸受内に挿入されるようになっている。

また、前記フランジ１２とギヤ１１と・の間にはストレ
ート部１７が形成され、スタータモータへの装着時にお
ける軸受の支持部となされている。

また、前記フランジ１２から前記ギヤ１１が形成されて
いる側の端部までの長さに比して、前記フランジ１２か
らローレット部１５が形成されている側の端部までの長
さが長く形成されて、このローレット部１５側に前記テ
ーパ部１３が形成されている。

しかして、このように構成された本実施例の冷鍛シャフ
ト１０は、熱処理時において曲がりが生じ、この曲がり
を矯正する必要が生じた場合において、軸方向と直交す
る外力を与えても、テーパ部１３によりストレート部１
４からフランジ１２へかけて緩やかな断面変化が与えら
れていることから、フランジ１２とストレート部１４と
の連続部分に生じる応力が円滑に分散され応力集中が回
避される。

したがって、矯正時の強度低下が抑制され、品質の確保
が容易となる。

また、冷鍛シャフト１０をスタータモータ等へ装着して
動力伝達に供した場合における捩れや捩れ振動に対して
も、前記理由により応力集中を回避して、強度の向上が
図られる。

一方、鍛造時において、成形条件等によりフランジＩ２
の両端部の軸部間にずれ（芯ずれ）が生じることがある
が、この芯ずれは、冷鍛シャフト１０の回転むらの原因
となることから、その偏心の程度を測定する必要がある
。

このように、冷鍛シャフト１０の偏心量を測定する場合
、前記冷鍛シャフト１０には、フランジ１２のテーパ部
１３に連続してストレート部１４が形成されていること
から、このストレート部１４を基準面として利用するこ
とができる。

したがって、品質管理が容易に行われる。

次いで、本発明の第３の態様である冷鍛シャフトの製造
装置の一実施例について第３図ないし第６図に基づき説
明する。

第３図中符号２０は、本実施例に係わる冷鍛シャフトの
製造装置を示し、一対１組とした第１から第３の３組の
金型２１・２２・２３と、これらの金型２１・２２・２
３間で冷鍛シャフト１０の受け渡しを行う搬送装置２４
とを備え、前記第１の金型２１は、その一方め金型２１
ａに、他方の金型２１ｂへ向かって開口されるとともに
、前記冷鍛シャフトｌＯの外形を拘束するサイジング孔
２５と、このサイジング孔２５の内端部に形成されたギ
ヤ（１１）形成用の歯２６とが設けられ、前記第２の金
型２２は、その一方の金型２２ａには、前記冷鍛シャフ
ト１０の一端部が挿入されてこの冷鍛シャフト１０に形
成されたギヤ１１の形状を整える歯２７が形成されてい
るとともに、他方の金Ｗ２２ｂには前記一方の金型２２
ａへ向かって開口され、その開口端部から内部へ向かっ
て漸次小径となるテーパ形成部２８ａを備えたサイジン
グ孔２８が形成され、さらに、前記第３の金型２３は、
その一方の金型２３ｂに、他方の金型２３ａに向かって
開口するとともに、この開口端部から内部側へ向かって
漸次小径となるテーパ部２９ａと、このテーパ部２９ａ
に続くストレート部２９ｂと、このストレート部２９ｂ
に続くローレット形成用の歯２９ｃが設けられたサイジ
ング孔２９（第４図参照）が設けられた基本構成となっ
ている。

次いで、これらの詳細について説明すれば、前記第１の
金型２１を構成する一方の金型２１ａに形成されたサイ
ジング孔２５は、第３図に示すように、内方（第３図中
の下方）に行くに従って段階的に小径となるように形成
されており、内部には、サイジング孔２５によって成形
された冷鍛シャフト１０をサイジング孔２５から押し出
すためのノックアウトビン３０が摺動自在に挿入されて
いる。

また、前記第２の金型２２の両金型２２ａ・２２ｂさら
には、第３の金型２３の一方の金型２３ｂにも同様のノ
ックアウトビン３１・３２・３３が摺動自在に押入され
ている。

さらに、前記第２の金型２２に形成されているサイジン
グ孔２８は、第１の金型２１に形成されたサイジング孔
２５よりも全体的に大径に形成されているとともに、下
端部側が小径となるように、２段形状となされている。

前記搬送装置２４は、第５図に示すように、前記各金型
２１・２２・２３に対応したクランプ３４・３５・３６
を備えており、全体として前記金型２１・２２・２３の
配列方向に沿って往復移動させられるようになっている
とともに、各クランプ３４・３５・３６は、各組毎の金
型２１ａと２１ｂ　・２２ａと２２ｂ　−２３ａと２３
ｂが相互に離間させられ、かつ、冷鍛シャフト１０が金
型２１・２２・２３の外部へ押し出された際に、この冷
鍛シャフト１０を把持するようになっている。

さらに、前記第１の金型２１に対応して設けられたクラ
ンプ３４には、搬送装置２４の往復動に応動してクラン
プ３４を１８００回転させる反転機構３７が連設されて
いる。

この反転機構３７は、第６図に示すように、前記クラン
プ３４に一体に取り付けられたビニオン３８と、このビ
ニオン３，８と常時噛合状態に保持され、前記クランプ
３４と一体的に移動させられる駆動ギヤ３９と、クラン
プ３４に固定されたアクチュエータ４ｏとによって構成
されており、クランプ３４が移動する際にアクチユエー
タ４０によって駆動ギヤ３９とビニオン３８とが回転さ
せられ、前記クランプ３４が反転させられるようになっ
ている。

一方、前記各金型２１・２２・２３は、同一ピッチで配
設されており、前記搬送装置２０の移動範囲も前記ピッ
チに一致させられており、さらに、この搬送装置２０の
１ピッチ分の移動により、前記クランプ３４が反転機構
３７によって１８０°回転させられて、第１の金型２１
から第２の金型２２へ対向させられるようになっている
。

次いで、このように構成された本実施例の製造装置２０
の作用とともに、第２の態様に係わる製造方法について
説明する。

まず、第７図（ａ）に示す未加工状態の円柱状の棒材が
前記第１の金型２１のサイジング孔２５の歯２６の手前
まで挿入されたのちに、各金型２１・２２・２３の第３
図の上方に位置させられた金型２１ｂ・２２．ａ・２３
ａを第３図の下方に位置させられた金型２１ａ・２２ｂ
・２３ｂへ向けて移動させて、第１の金型２１により前
方押し出し加工を行う、。

この第１の金型２１による加工により、第７図（ｂ）に
示すように、一端部にギヤ１１が形成されかつ他端部へ
向けて多段状に拡径された冷鍛シャフト１０が形成され
る。

前記加工が完了して、上方の金型２１ｂ・２２ａ・２３
ａと下方の金型２１ａ・２２ｂ・２３ｂとが離間させら
れると、第１の金型２１において形成された冷鍛シャフ
ト１０がノックアウトビン３０によって第１の金型２１
から抜き出されるとともに搬送機構２４のクランプ３４
によって把持される。

このとき、冷鍛シャフト１０は第１の金型２１のサイジ
ング孔２５の内側に形成された段差によって多段状に形
成されていることから、少な゛い相対移動によって金型
２１との密着力が解除され、抜き出しが容易に行われる
。

これに続く搬送機構２４の移動により、前記冷鍛シャフ
ト１０が前記第１の金型２１から離間させられるととも
に、１８０°反転させられて、第２の金型２２の下方の
金型２２ｂの所定位置に対句させられ、こののちにクラ
ンプ３４による把持が解除されることにより、冷鍛シャ
フト１Ｇが反転状態のまま下方の金型２２ｂのサイジン
グ孔２８の小径部まで挿入される。

この冷鍛シャツ１−１０のサイジング孔２８への挿入と
同時に、前記第１の金型２１へは、新たな棒材が供給さ
れる。

そして、冷鍛シャフト１０の第２の金型２２のサイジン
ク孔２８への挿入に際し、このサイジング孔２８の開口
端部にテーパ形成部２８ａが設けられていることから、
冷鍛シャフト１０がテーパ形成部Ｈａの傾斜によって案
内されて、円滑かつ確実に挿入される。

次いで、再度上方の金型２１ｂ・２２ａ・２３ａを下方
の金型２１ａ・２２ｂ・２３ｂへ向けて下降させること
により、第１の金型２１と、第２の金型２２とにおいて
冷鍛加工が行われる。

ここで、第２の金型２２においては、上方の金型２２ａ
が下降すると、まず、歯２７によって、前記第１の金型
２１において冷鍛シャフト１０に形成されたギヤ１１が
しごかれてその形状が整えられるとともに、ギヤ１１と
反対側の端部が絞られ、小径部６が形成される。次いで
据え込み加工により、冷鍛シャフトｌＯの中間部（ギヤ
１１よりに）フランジ１２が形成され、また、ギヤ１１
と反対側のフランジ１２の近傍に、前記テーパ形成部２
８ａによってテーパ部１３が同時に形成される。また、
この据え込み加工により、上方の金型２２ａの歯２７お
よび下方の金型２２ｂのサイジング孔２８内に材料が張
り出し制度よく仕上げられる。この段階での冷鍛シャフ
ト１ｏの形状を第８図に示す。

このような操作が完了したのちに、搬送装置２４により
、第１の金型２１から第２の金型２２へ冷鍛シャツｌ−
１０が反転されつつ移送され、第２の金型２２から第３
の金型２３へ冷鍛シャフト１０が移送されて次段の加工
が行われる。

この第３の金型２３においては、冷鍛シャフト１゜がク
ランプ３５によってサイジング孔２９へ挿入されるので
あるが、このサイジング孔２９の開口端部にはテーパ部
２９ａが形成されていることから、前記挿入が円滑に行
われる。

そして、上方の金型２３ａがフランジ１２の上方に当接
して冷鍛シャフト１０を下方の金型２３ｂへ押し込むこ
とにより、サイジング孔２９に形成されている歯２９ｃ
ｊこよって冷鍛シャツ１−１ｏの小径部１６よりもフラ
ンジ１２側にローレット部１５が形成されるとともに、
このローレット部１５と前記テーパ部１３との間に、サ
イジング孔２９のストレート部２９ｂによってストレー
ト部１４が形成されて、第１図および第２図に示す最終
形状の冷鍛シャフト１０が得られる。

一方、前記第３の金型２３による成形時において、冷鍛
シャフト１０がサイジング孔２９の歯２９ｃに押し込ま
れる際に、冷鍛シャフト１５の外周部がサイジング孔２
９のストレート部２３ｂによって案内されてサイジング
孔２９に対して精度よく位置決めされることから、円滑
なローレット加工が行われるとともに精度の良好なロー
レット部１５が得られる。

このようにして形成された冷鍛シャフト１ｏは、クラン
プ３６によって把持されて排出される。

このような本実施例の冷鍛シャフト１０の製造方法なら
びに製造装置２０であると、素材である棒材から最終形
状に至るまでの加工が一連の工程によって行われ、かつ
、ローレット部１５を形成するのに先立ってフランジ１
２が形成されるから、ローレット部１５を形成する際に
、このフランジ１２によって金型２３との大きな係合部
が形成されて確実な鍛造が行われる。

なお、前記例は一実施例であって、設計要求等に基づき
種々変更可能である。

例えば、シャフトの先端にギヤを形成する場合に限うず
セレーションであっても構わない。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の第１の態様に係わる一端
部にギヤを備えた冷鍛シャフトによれば、フランジとそ
れに続（他の部分との連続部をテーパ部によって接続す
ることにより、この連続部の断面形状の変化を緩やかに
し、これによって矯正時あるいは動力伝達時における捩
れに際し、応力分散を円滑にし、これによって、強度の
同上が図られる。

また、第２の態様に係わる製造方法によれば、前記冷鍛
シャフトを一連の工程により効率良く製造することがで
き、さらに、第３の態様に係わる製造装置によれば、前
記製造方法を円滑に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１の態様の一実施例を
示すもので、第１図は正面図、第２図はフランジ部分の
拡大縦断面図、第３図ないし第６図は本発明の第３の態
様の一実施例を示すもので、第３図は縦断面図、第４図
は第３の金型の一部を拡大した縦断面図、第５図は搬送
装置の概略平面図、第６図は第５図の■−■線に沿う矢
視断面図、第７図（ａ）は未加工状態の棒材を示す正面
図、第７図（ｂ）は第１の金型によって鍛造された段階
の冷鍛シャフトを示す正面図、第８図は第２の金型によ
って鍛造された段階の冷鍛シャフトを示す正面図、第９
図ないし第１２図は従来の冷鍛シャフトを説明するため
のもので、第９図は冷鍛シャ・フトが適用されたスター
タモータを示す一部を断面した正面図、第１Ｏ図ないし
第１２図はそれぞれ冷鍛シャフトの鍛造を段階的に示し
た冷鍛シャフトの正面図である。ｌＯ・・・冷鍛シャフト、１１・・・ギヤ、１２・・・
フランジ、１３・・・チー／ｆ部、１４・・・ストレー
ト部、１５・・・ローレット部、２０・・・製造装置、
２１・・・第１の金型、２２・・・第２の金型、２３・
・・第３の金型、２４・・・搬送装置、２５・２８・２
９・・・サイジング孔、２６・２７・・・歯、２８ａ・
・・テーパ形成部、２９ａ・・・テーパ部、２９ｂ・・
・ストレート部、２９ｃ・・・歯、３４・３５・３６・
・・クランプ、３７・・・反転機構。出願人　株式会社　三ツ葉電機製作所派第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一端にギヤを備えた冷鍛シャフトであって、長さ
方向の中間部にフランジが形成され、このフランジの前
記ギヤと反対側の基部に、漸次小径となるテーパ部が形
成されているとともに、このテーパ部に連続したストレ
ート部が形成され、さらに、このストレート部に連続し
てローレット部が形成されていることを特徴とする一端
にギヤを備えた冷鍛シャフト。
（２）一端にギヤを備えた冷鍛シャフトの製造方法であ
って、次の I 〜IIIの工程を有することを特徴とする一
端にギヤを備えた冷鍛シャフトの製造方法。 I 、未加工の棒材の一端部に押し出し加工によりギヤ
を形成する工程。 II、前記 I の工程の後に、前記ギヤを拘束した状態で
中間部に据え込み加工によりフランジを形成するととも
に、押し出し加工によって、フランジの前記ギヤと反対
側を絞り込むことにより、このフランジの基部に続く漸
次小径となるテーパ部を形成する工程。 III、前記IIの工程の後に、前記フランジを押圧するこ
とによる押し出し加工により、前記テーパ部の下部にロ
ーレットを形成するとともに、このローレットと前記テ
ーパ部との間にストレート部を形成する工程。
（３）一端にギヤを備えた冷鍛シャフトの製造装置であ
って、一対１組とした第１から第３の３組の金型と、こ
れらの金型間のシャフトの受け渡しを行う搬送装置とを
備え、前記第１の金型は、その一方の金型に、他方の金
型へ向かって開口されるとともに、前記冷鍛シャフトの
外形を拘束するサイジング孔と、このサイジング孔の内
端部に形成されたギヤ形成用の歯とが設けられ、前記第
２の金型は、その一方の金型には、前記冷鍛シャフトの
一端部が挿入されてこの冷鍛シャフトに形成されたギヤ
の形状を整える歯が形成されているとともに、他方の金
型には前記一方の金型へ向かって開口され、その開口端
部から内部へ向かって漸次小径となるテーパ形成部を備
えたサイジング孔が形成され、さらに、前記第３の金型
は、その一方の金型に、他方の金型に向かって開口する
とともに、この開口端部から内部へ向かって漸次小径と
なるテーパ部と、このテーパ部に続くストレート部と、
このストレート部に続くローレット形成用の歯が設けら
れたサイジング孔が設けられていることを特徴とする一
端にギヤを備えた冷鍛シャフトの製造装置。