(57)【要約】【課題】ボール転動溝を含む球状内周面の形状精度を高めながら工数削減を可能とした成形方法を提供する。【解決手段】下型７側のパンチ９で粗材Ｗを支え、上型８側のしごき加工用ダイス３６で粗材Ｗに外周しごき加工を施して縮径させ、ボール転動溝６を含む球状内周面４をアンダーカット形状に仕上げる。パンチ９は、マンドレル１０の周囲に複数の転動溝インサート１１と内周面インサート１２を配置した構造とし、転動溝インサート１１と内周面インサート１２でボール転動溝６を含む球状内周面４の全面を拘束したままで加工を終了させるようにする。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状内周面に母線方向に沿う複数条のボール転動溝を形成してなる略カップ状の等速ジョイント用アウタレースを塑性加工により成形する方法であって、
開放端面側とそれより奧部側の部位とが同等直径もしくは奧部側の方が大径となるように設定された球状内周面に予め複数のボール転動溝が形成された粗材に外周しごき加工を施して、開放端面側がそれより奧部側の部位よりも小径となるようにボール転動溝を含むその球状内周面をアンダーカット形状に縮径させるにあたり、
粗材のボール転動溝には互いに独立した転動溝インサートを、ボール転動溝以外の球状内周面には互いに独立した内周面インサートをそれぞれ当接させ、
これらの複数のインサートからなるパンチにてアウタレースのボール転動溝を含む球状内周面の全面を拘束した状態で加工が終了するように外周しごき加工を施すことを特徴とする等速ジョイント用アウタレースの成形方法。
【請求項２】
球状内周面に母線方向に沿う複数条のボール転動溝を形成してなる略カップ状の等速ジョイント用アウタレースを塑性加工により成形する装置であって、
開放端面側とそれより奧部側の部位とが同等直径もしくは奧部側の方が大径となるように設定された球状内周面に予め複数のボール転動溝が形成された粗材をその球状内周面を支持面としてパンチにて支持した上、このパンチと対向配置されたしごき加工用ダイスをパンチに対して接近動作させることより粗材に外周しごき加工を施して、開放端面側がそれより奧部側の部位よりも小径となるようにボール転動溝を含むその球状内周面をアンダーカット形状に縮径させるようになっていて、
上記パンチは、粗材のボール転動溝に個別に当接する複数の転動溝インサートと、ボール転動溝以外の球状内周面に個別に当接する複数の内周面インサートと、アウタレースのボール転動溝を含む球状内周面の全面に転動溝インサートもしくは内周面インサートが当接している状態で加工が終了するようにこれらの転動溝インサートおよび内周面インサートのそれぞれをバックアップするマンドレルとから構成されていて、
上記転動溝インサートと内周面インサートは球状内周面の母線方向で相対移動可能であって且つ転動溝インサートおよび内周面インサートはそれぞれに縮径移動可能となっていることを特徴とする等速ジョイント用アウタレースの成形装置。
【請求項３】
上記球状内周面の母線方向における転動溝インサートと内周面インサートとの相対移動変位量に応じて転動溝インサートおよび内周面インサートがそれぞれに縮径移動するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の等速ジョイント用アウタレースの成形装置。
【請求項４】
外周しごき加工後のパンチとしごき加工用ダイスとの離間動作時に内周面インサートと転動溝インサートとが相対移動して、内周面インサートが転動溝インサートに先行して縮径移動することにより加工後の球状内周面から抜け出るようになっていることを特徴とする請求項３に記載の等速ジョイント用アウタレースの成形装置。
【請求項５】
内周面インサートが加工後の球状内周面から抜け出るまでは転動溝インサートはアウタレースに追従して移動して、内周面インサートが加工後の球状内周面から抜け出た後に転動溝インサートが縮径移動することにより加工後のボール転動溝から抜け出るようになっていることを特徴とする請求項４に記載の等速ジョイント用アウタレースの成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、等速ジョイント用アウタレース（外輪）の成形方法と成形装置に関し、特に開放端面側よりも奧部側の方が大径となるようにいわゆるアンダーカット形状に形成された球状内周面に母線方向に沿う複数条のボール転動溝を形成してなる略カップ状の等速ジョイント用アウタレースを塑性加工により成形する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のドライブシャフトに用いられる等速ジョイントのアウタレースは、周知のように軸部と一体に形成された略カップ状の本体部における球状の内周面が開放端面側よりも奧部側の方が大径となるいわゆるアンダーカット形状のものとして形成されていて、同時にその球状内周面に母線方向に沿う複数のボール転動溝が等ピッチで形成されている。
【０００３】
そして、機能上重要な球状内周面を粗材段階からアンダーカット形状に形成することは困難であることから、開放端面側とそれより奧部側の部位とが同等直径もしくは奧部側の方が大径となるように設定された球状内周面に予め複数のボール転動溝が形成された粗材に外周しごき加工を施して、開放端面側がそれより奧部側の部位よりも小径となるようにボール転動溝を含むその球状内周面をアンダーカット形状に縮径させる加工法が特許文献１および特許文献２等で採用されている。
【０００４】
【特許文献１】
特公平３−５６１３５号公報  （第５図Ａ，第６図Ａ）
【０００５】
【特許文献２】
特許第２７１１６５１号公報  （図５，図６）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１および特許文献２では、アウタレースとなるべき粗材の球状内周面に挿入されることになるパンチを、各ボール転動溝に対応する放射状の複数のインサートとそれらの中心部に位置して各インサートをバックアップするマンドレルとをもって構成し、外周しごき加工後にインサート全体を縮径させることでパンチをその球状内周面から抜き取るようになっている。したがって、実際の加工時には隣接するインサート同士の間に隙間の発生が余儀なくされ、球状内周面のうち上記隙間相当部分すなわち複数のボール転動溝以外の部分はインサートによって拘束されないことになり、外周しごき加工による形状精度の向上が望めない。
【０００７】
また、特許文献１および特許文献２では、球状内周面のうち複数のボール転動溝以外の部分すなわち上記隙間相当部分に局部的に逃げ溝を設定して、外周しごき加工時の塑性流動に伴う余肉をその逃げ溝で受容するようにしているため、粗材段階で予め逃げ溝を形成しておく必要があり、コストアップと材料歩留まりの低下を招くだけでなく、外周しごき加工後に球状内周面の切削加工や研削加工等の機械加工が必須となり、加工工数が増加するととともに、その加工がいわゆる断続加工の形態となるために加工工具の長寿命化が望めない。
【０００８】
本発明にはこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけ形状精度の向上と工数削減を可能とした等速ジョイント用アウタレースの成形方法と成型装置を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、球状内周面に母線方向に沿う複数条のボール転動溝を形成してなる略カップ状の等速ジョイント用アウタレースを塑性加工により成形する方法であって、開放端面側とそれより奧部側の部位とが同等直径もしくは奧部側の方が大径となるように設定された球状内周面に予め複数のボール転動溝が形成された粗材に外周しごき加工を施して、開放端面側がそれより奧部側の部位よりも小径となるようにボール転動溝を含むその球状内周面をアンダーカット形状に縮径させるにあたり、粗材のボール転動溝には互いに独立した転動溝インサートを、ボール転動溝以外の球状内周面には互いに独立した内周面インサートをそれぞれ当接させ、これらの複数のインサートからなるパンチにてアウタレースのボール転動溝を含む球状内周面の全面を拘束した状態で加工が終了するように外周しごき加工を施すことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は請求項１に記載の事項を成形装置としてとらえたものであって、開放端面側とそれより奧部側の部位とが同等直径もしくは奧部側の方が大径となるように設定された球状内周面に予め複数のボール転動溝が形成された粗材をその球状内周面を支持面としてパンチにて支持した上、このパンチと対向配置されたしごき加工用ダイスをパンチに対して接近動作させることより粗材に外周しごき加工を施して、開放端面側がそれより奧部側の部位よりも小径となるようにボール転動溝を含むその球状内周面をアンダーカット形状に縮径させるようになっていて、上記パンチは、粗材のボール転動溝に個別に当接する複数の転動溝インサートと、ボール転動溝以外の球状内周面に個別に当接する複数の内周面インサートと、アウタレースのボール転動溝を含む球状内周面の全面に転動溝インサートもしくは内周面インサートが当接している状態で加工が終了するようにこれらの転動溝インサートおよび内周面インサートのそれぞれをバックアップするマンドレルとから構成されていて、上記転動溝インサートと内周面インサートは球状内周面の母線方向で相対移動可能であって且つ転動溝インサートおよび内周面インサートはそれぞれに縮径移動可能となっていることを特徴とする。
【００１１】
したがって、請求項１，２に記載の発明では、製品たるアウタレース側の複数のボール転動溝を含む球状内周面の全面が転動溝インサートもしくは内周面インサートで完全に拘束された状態で加工が終了するように外周しごき加工による球状内周面の縮径が行われるので、塑性流動による余肉の発生を伴うことなく球状内周面をアンダーカット形状に高精度に仕上げることができる。これにより、従来のような逃げ溝の設定も必要でなくなる。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１，２に記載の発明によれば、製品たるアウタレース側のボール転動溝を含む球状内周面の全面を拘束した状態で加工が終了するようにその外周しごき加工が行われるので、その球状内周面の形状精度の向上と安定化が図れるようになるとともに、塑性加工に伴う余肉の発生がないので後工程での機械加工が必ずしも必要でなくなり、加工工数の削減と材料歩留まりの向上が図れる効果がある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１以下の図面は本発明の好ましい実施の形態を示しており、特に図１は成形しようとする等速ジョイントのアウタレース（外輪）１の形状を、図２はそのアウタレース１となるべき粗材Ｗの形状をそれぞれ示している。
【００１４】
図１に示すように、アウタレース１は、軸部３と一体に形成された略カップ状の本体部２が球状内周面４を有していて、その球状内周面４が開放端面５側よりも奧部側の方が大径となるいわゆるアンダーカット形状のものとして形成されている。同時にその球状内周面４には、図示外のインナレース（内輪）との間に介在するボールが転動することになる母線方向（軸心方向）に沿う複数のボール転動溝６が等ピッチで形成されている。そして、アウタレース１は図２に示すように球状内周面４ａとボール転動溝６ａが予め形成された粗材Ｗをもって成形される。
【００１５】
すなわち、粗材Ｗの段階では、本体部２ａの球状内周面４ａのうちその開放端面５側とそれより奧部側の部位とが同等直径もしくは奧部側の方が大径となるように予め設定されているとともに、その球状内周面４ａに予め複数のボール転動溝６ａが形成されていて、後述するように粗材Ｗの本体部２ａに塑性加工として外周しごき加工を施して、開放端面５側がそれより奧部側の部位よりも小径となるようにその球状内周面６ａをアンダーカット形状に縮径させることで図１のアウタレース１が成形される。
【００１６】
図３，４は上記外周しごき加工のための型構造を示しており、パンチ９を主要素とする下型７と、しごき加工用ダイス３６を主要素として下型７に対して昇降動作（接近離間動作）する上型８（図７参照）とをもって構成してある。
【００１７】
図３，４に示すように、下型７側のパンチ９は粗材Ｗの球状内周面４ａを支持面としてその粗材Ｗを支えるものであり、長尺なマンドレル１０とそのマンドレル１０の周囲に放射状に配置された複数（本実施の形態では６個）の転動溝インサート１１と転動溝インサート１１，１１同士の間に放射状に配置された同じく複数（本実施の形態では６個）の内周面インサート１２とをもって構成されている。これらの転動溝インサート１１と内周面インサート１２との配列は、粗材Ｗにおけるボール転動溝６ａとそれ以外の球状内周面４ａとの相互関係と一致するように設定されている。
【００１８】
マンドレル１０はパンチホルダ１３およびその下方のスペーサブロック１４を貫通するようにこれらに固定支持されていて、その上端側から順に小径案内面１０ａと大径案内面１０ｂおよび大径基部１０ｃがそれぞれ形成されている。他方、転動溝インサート１１および内周面インサート１２はマンドレル１０に密着しつつこれを包囲するような形態でバックアッププレート１５とパンチリテーナ１６およびアダプタ１７を介してパンチホルダ１３に位置決めされている。パンチホルダ１３は中間リング１８に昇降可能に案内支持されているとともに、その中間リング１８は固定リング１９をもってスペーサブロック１４とともに下ホルダ２０に固定されていて、後述するように油圧シリンダもしくはエアシリンダ等のアクチュエータ駆動のリフトピン２１をもってパンチホルダ１３を所定ストロークＳだけ上昇させることができるようになっている（図８参照）。
【００１９】
ここで、転動溝インサート１１はパンチリテーナ１６により上下動可能に支持されているのに対して、内周面インサート１２はパンチリテーナ１６により上下動不能に支持されていて、後述するように転動溝インサート１１および内周面インサート１２共にマンドレル１０に対する軸心方向での相対位置に応じてそのマンドレル１０の軸心寄りに縮径移動可能となっている。
【００２０】
図５は転動溝インサート１１の詳細を示しており、この転動溝インサート１１は概略的には円柱を平面視にて六等分したような断面略ウエッジ形状のものとなっていて、ネック部２２よりも上方側であって且つ図３のように粗材Ｗのボール転動溝６ａにはまり込むことになる球面部２３ａを外周面側に備えた頭部２３と、ネック部２２よりも下側の支柱部２４、および最下段の係止段部２５とをもって形成されていて、その係止段部２５が図３のパンチリテーナ１６に係止されることでその上下動可能なストロークが規制される。そして、転動溝インサート１１の内周面側には上部案内面２６ａと下部案内面２６ｂとが段差２７をもって形成されているとともに、図５の（Ｃ）に示すように内周面インサート１２と接触することになる頭部２３の幅寸法Ｗ１は支柱部２４の幅寸法Ｗ２よりも大きく形成されている。同時に、図４に示すマンドレル１０側の案内ビード１０ｄに噛み合う案内溝２８がその全長にわたり形成されている。
【００２１】
また、図６は内周面インサート１２の詳細を示しており、この内周面インサート１２は平面視にて一定厚みの板状のものとして形成されていて、ネック部２９よりも上方側であって且つ図３のように粗材Ｗの球状内周面４ａのうちボール転動溝６ａ以外の部分にはまり込むことになる球面部３０ａを外周面側に備えた頭部３０と、ネック部２９よりも下側の支柱部３１、および最下段の係止段部３２とをもって形成されていて、その係止段部３２が図３のパンチリテーナ１６に係止されることで上下動不能に拘束されている。そして、内周面インサート１２のうち球面部３０ａと反対側の内周面側には上部案内面３２ａと下部案内面３２ｂとが段差３３をもって形成されている。同時に、図４に示すマンドレル１０側の案内ビード１０ｄに噛み合う案内溝３４がその全長にわたり形成されている。
【００２２】
したがって、上記の複数の転動溝インサート１１と内周面インサート１２とを相互に密着させながらマンドレル１０を中心として集約したときには、図３，４に示すように各転動溝インサート１１と内周面インサート１２の球面部２３ａ，３０ａをもって、図１に示すアウタレース１側のボール転動溝６を含む球状内周面４に等しい球面が形成されることになる。
【００２３】
一方、下型７と対向配置される上型８は、図７に示すようにその上ホルダ３５にパンチ９と同心状をなす円環状のしごき加工用ダイス３６を備えているほか、その上方側にはしごき加工用ダイス３６の軸心に向かって進退移動可能な複数のストリッパ３７を配置してある。なお、ストリッパ３７は圧縮コイルスプリング等の弾性体３８にて付勢されている。
【００２４】
このように構成された型構造によれば、図３に示すようにパンチ９の上に粗材Ｗをかぶせるようにして直立状態で位置決めする。この時、先に述べたようにマンドレル１０の周囲の転動溝インサート１１と内周面インサート１２は製品たるアウタレース１側のボール転動溝６を含むアンダーカット形状の球状内周面４と等しい形状の球状面を形成しているので（図１参照）、転動溝インサート１１を粗材Ｗ側のボール転動溝６ａに、内周面インサート１２を粗材Ｗ側のボール転動溝６ａ以外の部分に合致させるようにその位相を一致させる。
【００２５】
なお、図５に示したように各転動溝インサート１１のうちその頭部２３と支柱部２４とでは寸法Ｗ１と寸法Ｗ２の厚みの差を有しているので、図３のように粗材Ｗを支持した状態では、各転動溝インサート１１の頭部２３とそれに隣接する内周面インサート１２の頭部３０とは相互に密着してはいても、両者の支柱部２４，３１同士の間には上記厚みの差分の隙間が確保されていることになる。
【００２６】
この状態で、図７に示すように下型７に対して上型８を下降させると、しごき加工用ダイス３６が粗材Ｗの本体部２ａの外周を通過する過程でしごき加工が施されて、その粗材Ｗは製品であるアウタレース１と化するとともに、しごき加工用ダイス３６はストリッパ３７とともにそのアウタレース１を乗り越えてその下側に位置することになる。このしごき加工の過程では、転動溝インサート１１や内周面インサート１２の球面部２３ａ，３０ａ（図５，６参照）に忠実に倣うように粗材Ｗのうち本体部２ａの開放端面５側が縮径されて、最終的には図１に示すように開放端面５側がそれより奧部側の部位よりも小径となるアンダーカット形状の球状内周面４（ボール転動溝６を含む）を有するアウタレース１が成形される。
【００２７】
外周しごき加工が終了したならば、図８，９に示すようにリフトピン２１にてパンチ９（ただし、マンドレル１０は除く）をパンチホルダ１３ごと所定ストロークＳ（図３参照）だけ上昇させながら同時に上型８を上昇させる。この時、成形後のアウタレース１にはストリッパ３７が引っ掛かったままであるので、製品たるアウタレース１は上型８に追従して上昇する。
【００２８】
この上昇過程において、マンドレル１０はスペーサブロック１４に固定されたままであるので、パンチ９を構成している転動溝インサート１１と内周面インサート１２はマンドレル１０を残したまま上昇し、図８に示すようにパンチホルダ１３が上昇限位置で停止すると内周面インサート１２の下部案内面３２ｂが上部案内面３２ａに代わってマンドレル１０側の小径案内面１０ａに合致するようになる。そして、なおも上型８とともに上昇しようとするアウタレース１は内周面インサート１２の頭部３０の球面部３０ａにその軸心方向に向かう押圧力を及ぼすことから、各内周面インサート１２は上部案内面３２ａと下部案内面３２ｂとの差（マンドレル１０側の小径案内面１０ａと大径案内面１０ｂとの差）分だけ縮径移動する。これにより、少なくとも各内周面インサート１２はアンダーカット形状の球状内周面４から抜け出ることが可能となる。
【００２９】
図８の状態からなおも上型が上昇すると、図１０，１１に示すように各内周面インサート１２がアウタレース１から完全に抜け出るとともに、各転動溝インサート１１はパンチリテーナ１６との間に残されたストロークだけ上昇した時点で停止し、その時点では転動溝インサート１１の下部案内面２６ｂが上部案内面２６ａに代わってマンドレル１０側の小径案内面１０ａに合致するようになる。そして、なおも上型８とともに上昇しようとするアウタレース１は転動溝インサート１１の頭部２３の球面部２３ａにその軸心方向に向かう押圧力を及ぼすことから、各転動溝インサート１１は上部案内面２６ａと下部案内面２６ｂとの差（マンドレル１０側の小径案内面１０ａと大径案内面１０ｂとの差）分だけ縮径移動する。これにより、各内周面インサート１２に続いて各転動溝インサート１１もアンダーカット形状の球状内周面４から抜け出ることが可能となる。
【００３０】
このように本実施の形態によれば、アンダーカット形状に縮径されたアウタレース１の球状内周面４（ボール転動溝６を含む）の全面に各転動溝インサート１１と内周面インサート１２が当接してその全面を拘束した状態で加工が終了し、実質的に各転動溝インサート１１と内周面インサート１２側の形状を倣わせるようにしてアウタレース１の内周面の加工が行われるので、その加工精度もしくは形状精度が飛躍的に向上する。しかも、従来のように余肉の発生もなければ逃げ溝の設定も必要でなくなることから、以降の機械加工も必ずしも必要でなくなり、加工工数の削減に寄与できるようになる。
【００３１】
その上、アンダーカット形状の球状内周面４やボール転動溝６の加工に関与した転動溝インサート１１や内周面インサート１２を、加工後のしごき加工用ダイス３６との離間動作を利用してスムーズに製品たるアウタレース１から抜き取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】等速ジョイント用アウタレースの形状を示す図で、（Ａ）は同図（Ｂ）のａ−ａ線に沿う断面図、（Ｂ）は縦断面説明図。
【図２】図１に示したアウタレースとなるべき粗材の形状を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は縦断面説明図。
【図３】外周しごき加工を司る型構造のうち下型の構成を示す断面図。
【図４】図３の平面図。
【図５】図３の転動溝インサートの詳細を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は下面図、（Ｄ）は同図（Ｂ）の右側面図。
【図６】図３の内周面インサートの詳細を示す図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は下面図、（Ｄ）は同図（Ｂ）の左側面図。
【図７】図３の状態から上型が下降して外周しごき加工が終了した状態を示す型構造の断面図。
【図８】図７の状態から上型が上昇し始めたときの型構造の断面図。
【図９】図８における下型の平面図。
【図１０】図８の状態から上型がさらに上昇したときの型構造の断面図。
【図１１】図１０における下型の平面図。
【符号の説明】
１…アウタレース
２，２ａ…本体部
４，４ａ…球状内周面
５…開放端面
６，６ａ…ボール転動溝
７…下型
８…上型
９…パンチ
１０…マンドレル
１１…転動溝インサート
１２…内周面インサート
３６…しごき加工用ダイス
３７…ストリッパ
Ｗ…粗材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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