(57)【要約】【課題】材料の歩留り向上と加工時間の短縮とを図る事で、製造コストを十分に低減できる製造方法を実現する。【解決手段】多段フォーマーにより、図１の（Ａ）に示した第二素材１４を、（Ｂ）に示した予備中間素材１５、（Ｃ）に示した中間素材１６を経て、（Ｄ）に示す第二中間素材１７に加工する。これら一連の加工は、総て冷間で行なう。このうち、（Ｃ）に示した据え込み加工で、余肉を１対の据え込みダイス２７ａ、２７ｂ間の隙間２８に集めて突条部とし、（Ｄ）に示した扱き加工工程でこの突条部を押し潰す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材製で円柱状の素材を冷間で塑性変形させる事により、小径軸部の軸方向端部と大径軸部の軸方向端部との間に段部を設けた段付円筒状とすると共に、このうちの大径軸部側の端面外周縁部に面取り部を、この大径軸部の外周面の一部に金属材料の余肉分を集めて径方向外方に突出した突条部を、それぞれ形成して中間素材とした後、この中間素材に、冷間でこの突条部を押し潰す扱き加工を施す事により、上記大径軸部の外径を均一にするウォータポンプ用回転軸の製造方法。
【請求項２】
素材を冷間で塑性変形させる前方押し出し加工により、小径軸部と大径軸部とを傾斜段部により連続させた段付円筒状の予備中間素材とした後、この予備中間素材に、上記大径軸部の外周面のうちの軸方向一部のみを拘束しない状態のまま、冷間でこの大径軸部を軸方向に押圧する据え込み加工を施す事により、上記傾斜段部の傾斜角度を整えて段部とし、余肉を上記大径軸部の外周面の一部に集めて突条部を有する中間素材とする、請求項１に記載したウォータポンプ用回転軸の製造方法。
【請求項３】
素材に前方押し出し加工を施す以前に、大径軸部側の端面外周縁部に面取り部を形成する、請求項２に記載したウォータポンプ用回転軸の製造方法。
【請求項４】
予備中間素材に据え込み加工を施して中間素材とする際に、大径軸部側の端面外周縁部に面取り部を形成する、請求項２に記載したウォータポンプ用回転軸の製造方法。
【請求項５】
扱き加工の後、大径軸部の外周面の一部に、回転軸を支持する為の転がり軸受用の内輪軌道を切削加工により形成し、この外周面のうちでこの内輪軌道から外れた部分には切削加工を施さない、請求項１〜４のうちの何れか１項に記載したウォータポンプ用回転軸の製造方法。
【請求項６】
扱き加工の後、小径軸部の外周面及び先端面と段部の表面とに、これら各面の精度を向上させる為の切削加工を施す、請求項１〜５のうちの何れか１項に記載したウォータポンプ用回転軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの冷却水を循環させる為のウォータポンプに組み込み、エンジンにより回転駆動される従動プーリの回転を、冷却水を循環させる為のインペラに伝達する為の、ウォータポンプ用回転軸の製造方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンの冷却水を循環させる為のウォータポンプとして、図５〜６に示す様な構造のものが、特許文献１、２に記載される等により、従来から広く知られている。円筒形のハウジング１は、内端部（軸方向に関して内とは、エンジン寄りの側を言い、図１〜３の下側。図４〜６の右側。）外周面に形成した取付フランジ２を利用して、エンジンのシリンダブロックに固定される。このハウジング１の内径側には回転軸３を、内側の玉軸受４と外側（軸方向に関して外とは、エンジンから遠い側を言い、図１〜３の上側。図４〜６の左側。）のころ軸受５とを組み合わせて成る転がり軸受ユニット６により、回転自在に支持している。尚、この転がり軸受ユニットは、例えば特許文献１に記載されている様に、複列の玉列により構成する場合もある。
【０００３】
又、上記転がり軸受ユニット６の軸方向（図５〜６の左右方向）両端部にはシールリング７、７を設けて、内部に封入したグリースの漏出防止と、外部に存在する塵芥や水蒸気等の異物の侵入防止とを図っている。又、上記回転軸３の外端寄り部分で上記ハウジング１の外端開口から突出した部分に、プーリ８を固定している。エンジンへの組み付け状態では、このプーリ８に図示しないベルトを掛け渡し、上記回転軸３をエンジンのクランクシャフトにより回転駆動する。
【０００４】
一方、上記回転軸３の内端部で上記取付フランジ２の内側面から突出した部分に、インペラ９を固定している。この取付フランジ２をエンジンのシリンダブロックに固定した状態でこのインペラ９は、このシリンダブロック内に設けたウォータジャケットの内側に入り込む。そして、上記回転軸３の回転に伴って、上記ウォータジャケット内の冷却水を、図示しないラジエータ等との間で循環させる。
【０００５】
更に、回転軸３の外周面とハウジング１の内周面との間にはメカニカルシール１０を設けている。このメカニカルシール１０は、エンジンの運転時、この回転軸３の回転を許容しつつ、ウォータジャケット内を流れる水蒸気を含んだ熱水が外部に漏出するのを防止する。尚、上述したウォータポンプは、例えば特許文献２に記載されている様に、上記回転軸３の上記プーリ８よりも外方に冷却ファンを固定して、このプーリ８により、冷却ファンと共に駆動される場合もある。
【０００６】
又、上述の図５〜６に示した構造の場合、回転軸３は、軸受鋼等の金属製で、それぞれが中実の小径軸部１１と大径軸部１２とを一体に形成したものである。このうちの大径軸部１２は、外周面に前記転がり軸受ユニット６を構成する、玉軸受４ところ軸受５とのそれぞれの内輪軌道３６、３６ａを形成すると共に、外周面の一部に上記プーリ８を固定する。又、上記大径軸部１２には、冷却ファンを固定する場合もある。従って、この大径軸部１２は、このプーリ８に作用するベルトの張力や、この冷却ファンの自重等、負荷される荷重が大きい。この為、この大径軸部１２は、中実とすると共に直径を大きくして十分な剛性を確保する必要がある。
【０００７】
これに対して、上記小径軸部１１は、外周面と前記ハウジング１の内周面との間に上記メカニカルシール１０を設けると共に、内端部に上記インペラ９を固定する。従って、上記小径軸部１１に負荷される荷重は、冷却水を循環させる際にこのインペラ９が受ける抵抗力や、上記メカニカルシール１０の摺動抵抗等に止まり、上記大径軸部１２に負荷される荷重と比べて小さい。この為、上記小径軸部１１には、それ程大きい剛性は必要ない。この為、この小径軸部１１の外径は、必要とする強度及び剛性を確保しつつ軽量化を図る為、上記大径軸部１２の外径よりも十分に小さくし、これら両軸部１１、１２同士の間に段部１３を設けている。
【０００８】
上述の様なウォータポンプを構成する回転軸３を従来一般的には、上記大径軸部１２の外径以上の外径を有する円柱状の素材に、旋削等の削り加工を施す事により造っていた。この為、上記回転軸３を加工する為に要する時間が長くなるだけでなく、材料の歩留りも悪く、この回転軸３の製造コストが嵩む事が避けられなかった。一部の加工を鍛造加工等の塑性加工により行なう事で材料の歩留り向上と加工時間の短縮とを図る事も考えられるが、塑性加工に伴って生じる余肉の始末に就いて十分に考慮しない限り、かなりの部分を切削加工により行なわざるを得ず、製造コストを十分に低く抑える事はできない。
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２２２１２２号公報
【特許文献２】特開２００２−１１５５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、材料の歩留り向上と加工時間の短縮とを図る事で、製造コストを十分に低減できる、ウォータポンプ用回転軸の製造方法を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のウォータポンプ用回転軸の製造方法は、先ず、金属材製で円柱状の素材を冷間で塑性変形させる。
そして、小径軸部の軸方向端部と大径軸部の軸方向端部との間に段部を設けた段付円筒状とすると共に、このうちの大径軸部側の端面外周縁部に面取り部を、この大径軸部の外周面の一部に金属材料の余肉分を集めて径方向外方に突出した突条部を、それぞれ形成して中間素材とする。
その後、上記中間素材に、冷間でこの突条部を押し潰す扱き加工を施す事により、上記大径軸部の外径を均一にする。
【００１２】
上述の様な本発明を実施するのに、より具体的には、請求項２に記載した様に、先ず、上記素材を冷間で塑性変形させる前方押し出し加工により、小径軸部と大径軸部とを傾斜段部により連続させた、段付円筒状の予備中間素材とする。
その後、この予備中間素材に、上記大径軸部の外周面のうちの軸方向一部のみを拘束しない状態のまま、冷間でこの大径軸部を軸方向に押圧する据え込み加工を施す事により、上記傾斜段部の傾斜角度を整えて段部とし、余肉を上記大径軸部の外周面の一部に集めてこの部分に上記突条部を形成し、上記中間素材とする。
【００１３】
上述の様な請求項２に記載した発明を実施する場合に、例えば請求項３に記載した様に、上記素材に前方押し出し加工を施す以前に、大径軸部側の端面外周縁部に面取り部を形成する。
或いは、請求項４に記載した様に、予備中間素材に据え込み加工を施して中間素材とする際に、大径軸部側の端面外周縁部に面取り部を形成する。
【００１４】
又、上述の様な本発明を実施する場合に、好ましくは、請求項５に記載した様に、上記扱き加工の後、大径軸部の外周面の一部に、回転軸を支持する為の転がり軸受用の内輪軌道を切削加工により形成する。そして、この外周面のうちでこの内輪軌道から外れた部分には、切削加工を施さない。
或いは、請求項６に記載した様に、上記扱き加工の後、小径軸部の外周面及び先端面と段部の表面とに、これら各面の精度を向上させる為の切削加工を施す。
【発明の効果】
【００１５】
上述の様に構成するウォータポンプ用回転軸の製造方法によれば、材料の歩留り向上と加工時間の短縮とを図る事で、製造コストを十分に低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１〜４は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の場合、図１に示す様に、冷間鍛造装置の一種である、多段フォーマーにより、図１の（Ａ）に示した第二素材１４を、（Ｂ）に示した予備中間素材１５、（Ｃ）に示した中間素材１６を経て、（Ｄ）に示す第二中間素材１７に加工する。尚、これら一連の加工は、総て冷間で行なう。
【００１７】
先ず、長尺材を所定長さに切断する事により得られる円柱状の素材に、図１の（Ａ）に示す矯正工程を施す。この矯正工程では、この素材を、上下１対の矯正ダイス１８ａ、１８ｂ同士の間で挟持して軸方向に押圧し、この素材の端面及び外周面の歪みを除去して、上記第二素材１４とする。図示の例では、この第二素材１４の軸方向両端部のうち、小径軸部１１｛図１の（Ｂ）〜（Ｄ）及び図４参照｝とすべき側の端面外径寄り部分に、比較的曲率半径の大きな凸曲面部１９を形成する。同時に、大径軸部１２｛図１の（Ｂ）〜（Ｄ）及び図４参照｝とすべき側の端面外周縁部に、断面形状が四分の一円弧状の面取り部２０を形成する。この様な矯正工程で上記第二素材１４を形成したならば、上記両矯正ダイス１８ａ、１８ｂを離すと共に、ノックアウトピン２１ａ、２１ｂにより上記第二素材１４をこれら両矯正ダイス１８ａ、１８ｂから押し出して、図１の（Ｂ）に示した、前方押し出し加工工程に送る。
【００１８】
この前方押し出し加工工程では、上記第二素材１４を、押し出し加工ダイス２２の成形孔２３内にパンチ２４により押し込み、この第二素材１４をこの成形孔２３の内周面形状に合わせて塑性変形させ、上記予備中間素材１５とする。この予備中間素材１５は、小径軸部１１と大径軸部１２とを傾斜段部２５により連続させた段付円筒状である。この様な予備中間素材１５は、上記パンチ２４を上昇させた後、上記押し出し加工ダイス２２に設けたノックアウトピン２６により上記成形孔２３から取り出して、図１の（Ｃ）に示した据え込み加工工程に送る。
【００１９】
この据え込み加工工程では、上記予備中間素材１５を、上下１対の据え込みダイス２７ａ、２７ｂ同士の間で挟持して軸方向に強く押圧し、これら両据え込みダイス２７ａ、２７ｂの内面形状を上記予備中間素材１５に転写して、前記中間素材１６とする。この様な据え込み加工工程では、上記予備中間素材１５の傾斜段部２５を軸方向に押し潰して、中心軸に対し直角方向に存在する段部１３とする。又、大径軸部１２の端面外周縁部の面取り部２０に関しても、再度押圧して、形状を整える。この様な加工を行なう、上記据え込み加工工程で、上記両据え込みダイス２７ａ、２７ｂの先端面同士は最後まで当接せず、この据え込み加工工程が完了する状態でも、これら両先端面同士の間に隙間２８が存在する。即ち、この据え込み加工工程は、上記大径軸部１２の外周面のうちの軸方向一部のみを拘束しない状態のまま行なう。この為、上記傾斜段部２５を上記段部１３に加工する等により生じた余肉は、図２に詳示する様に、上記隙間２８部分で径方向に膨らみ、環状の突条部２９を形成する。この様な据え込み加工工程で上記中間素材１６を形成したならば、上記両据え込みダイス２７ａ、２７ｂを離すと共に、ノックアウトピン３０ａ、３０ｂにより上記中間素材１６をこれら両据え込みダイス２７ａ、２７ｂから押し出して、図１の（Ｄ）に示した、扱き加工工程に送る。
【００２０】
この扱き加工工程では、上記中間素材１６を、扱きダイス３１の扱き孔３２内に、パンチ３３により押し込む。この扱き孔３２の内周面中間部には、図３に詳示する様に、この扱き孔３２の内周面本体部分と傾斜面により連続した、環状凸部３４が形成されている。上記中間素材１６の大径軸部１２の外周面に存在する、上記突条部２９は、上記環状凸部３４の内側を通過する事で押し潰され（扱かれ）、上記大径軸部１２の外径が均一になり、前記第二中間素材１７となる。この様な第二中間素材１７は、上記パンチ３３を上昇させた後、上記扱きダイス３１に設けたノックアウトピン３５により上記扱き孔３２から取り出して、仕上加工工程に送る。
【００２１】
この仕上加工工程では、図４に破線を付した部分に切削加工を施す。更に、必要とする熱処理後、この部分及び上記大径部１２の外周面に研削加工を施して、ウォータポンプ用の回転軸３として完成する。即ち、上記仕上加工工程では、大径軸部１２の外周面の一部に、回転軸を支持する為の玉軸受４（図６参照）用の内輪軌道３６を切削加工により形成する。上記大径軸部１２の外周面でこの内輪軌道３６から外れた部分には切削加工は施さない。又、小径軸部１１の外周面及び先端面と段部の表面とに、これら各面の精度を向上させる為の切削加工を施す。但し、この切削加工を省略して、上記小径軸部１１の外周面及び先端面と段部の表面とに、上記扱き加工工程後、直ちに熱処理及び研削加工を施す事もできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態の１例を工程順に示す断面図。
【図２】図１の（Ｃ）のＸ部拡大図。
【図３】図１の（Ｄ）のＹ部拡大図。
【図４】完成後のウォータポンプ用回転軸の側面図。
【図５】ウォータポンプの構造の１例を示す断面図。
【図６】ウォータポンプの回転支持装置部分のみを取り出して示す断面図。
【符号の説明】
【００２３】
１    ハウジング
２    取付フランジ
３    回転軸
４    玉軸受
５    ころ軸受
６    転がり軸受ユニット
７    シールリング
８    プーリ
９    インペラ
１０    メカニカルシール
１１    小径軸部
１２    大径軸部
１３    段部
１４    第二素材
１５    予備中間素材
１６    中間素材
１７    第二中間素材
１８ａ、１８ｂ  矯正ダイス
１９    凸曲面部
２０    面取り部
２１ａ、２１ｂ  ノックアウトピン
２２    押し出し加工ダイス
２３    成形孔
２４    パンチ
２５    傾斜段部
２６    ノックアウトピン
２７ａ、２７ｂ  据え込みダイス
２８    隙間
２９    突条部
３０ａ、３０ｂ  ノックアウトピン
３１    扱きダイス
３２    扱き孔
３３    パンチ
３４    環状凸部
３５    ノックアウトピン
３６    内輪軌道
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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