(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向中間に大径部を有し、この大径部の軸方向一方側に、大径部より小径で、かつ大径部の軸方向長さより長い一方側加工部を、軸方向他方側に、上記一方側加工部より短い他方側加工部を有し、さらに中空にした中空段付軸の製造方法において、
肉厚中空の素材を、中空部に芯金を挿入した状態で、軸方向一方端側に上記一方側加工部を押し出し成形する一方側加工用の金型を対向させ、他方端側に上記他方側加工部を押し出し成形する他方側加工用の金型と共に、芯金を挿通した補助金型を対向させて金型装置にセットし、
まず、一方側加工用の金型にて素材を押圧して、この一方側加工用の金型内に一方側加工部をこれの成形途中まで押し出し成形し、
この一方側加工部の成形途中までは素材の他端を他方側加工用の金型の補助金型の端面で支持し、この一方側加工部の押し出し成形の途中状態で補助金型を所定位置まで後退させて固定し、この補助金型の後退による金型空間内に上記一方側加工部の押し出し成形の続行により他方側加工部を押し出し成形するようにしたことを特徴とする中空段付軸の製造方法。
【請求項２】
軸方向中間に大径部を有し、この大径部の軸方向一方側に、大径部より小径で、かつ大径部の軸方向長さより長い一方側加工部を、軸方向他方側に、上記一方側加工部より短い他方側加工部を有し、さらに中空にした中空段付軸の製造方法において、
肉厚中空の素材を、中空部に芯金を挿入した状態で、軸方向一方端側に上記一方側加工部を押し出し成形する一方側加工用の金型を対向させ、他方端側に上記他方側加工部を押し出し成形する他方側加工用の金型と共に、摺動可能にした二重構造の金型を対向させて金型装置にセットし、
まず、他方側加工用の二重構造の金型の平行移動にて素材を押圧して、一方側加工用の金型内に一方側加工部を押し出し成形し、
ついで、他方側加工用の二重構造の金型による押し出し成形を続行しながらこの二重構造の金型の外側部をこの金型の内側部に対して後退させ、この二重構造の金型の外側部の後退による空間内に他方側加工部を押し出し成形するようにしたことを特徴とする中空段付軸の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向中間に大径部を有し、この大径部の軸方向一方側に、大径部より小径で、かつ大径部の幅より長い長さを有する軸状の一方側加工部を、また、軸方向他方側に、上記一方側加工部より短い他側加工部をそれぞれ有する中空段付軸の製造方法に関するものである。
【０００２】
図１３から図１５は本発明にて製造しようとする第１・第２・第３の中空段付軸Ａ１，Ａ２，Ａ３を示すものである。図１３にて示す第１の中空段付軸Ａ１は、軸方向中間部に大径部ａを有し、この大径部ａの軸方向一方側に、この大径部ａより段状に小径にし、かつ大径部ａの軸方向長さより長くした一方側加工部である小径軸部ｂを、軸方向他方側に、上記一方側加工部より短い他方側加工部である歯車部ｃを有し、さらに軸心部に孔ｄを有する形状になっている。
【０００３】
また図１４にて示す第２の中空段付軸Ａ２は、一方側加工部の小径部ｂの先端部外周にセレーションｅが設けられ、歯車部ｃを有する大径部ａの他方側に短軸状にした他方側加工部である他の軸部ｆを有している。この他の軸部ｆは一方側の小径部ｂより短い。
【０００４】
さらに図１５にて示す第３の中空段付軸Ａ３は、大径部ａの他方側に他方側加工部である凹部ｇが設けてある。また小径軸部ｂの先端部にセレーションｅが成形されている。
【０００５】
【従来の技術】
上記した形状の中空段付軸の従来の製造方法としては、熱間鍛造で粗成形後、全面切削により成形する方法と、冷間鍛造で軸部の粗成形を中実材から行い、成形後歯車部をホブ盤で加工され、中空部は機械加工（ガンドリル等）により中空化され、鍛造段階で２〜３工程を要し、それぞれ別の金型が用いられている。また、スエジング加工では段付中空軸の形状にもよるが、各工程ごとにスエジングヘッドを必要とし、これも少なくとも３工程以上の加工工程を要した。
【０００６】
さらに、従来の冷間鍛造での段付中空軸の製造は、小径部の軸方向長さを大径部の軸方向長さに対して比較的長く成形する場合、この小径部と他の加工部である歯車部とを同時に成形することができなかった。そのため、従来の製造方法では、小径の軸部と歯車部とを別の工程で、すなわち、鍛造成形の後に、歯車部をホブ盤にて機械加工するか、軸部と歯車の双方を鍛造成形する場合も、それぞれ異なる金型装置にて成形している。そしてこの異なる金型装置を用いる場合には、上型と下型とのズレが生じてしまい、同軸度、同芯度が得られず、中空肉厚が不均一になり偏肉してしまっていた。
【０００７】
本発明は上記のことにかんがみなされたもので、大径部の軸方向一方側に大径部の幅より長い小径部を有し、他方側に歯車等の他の加工部を有する中空段付軸を１組の金型装置で、かつ成形途中で素材をセット変えすることなく成形でき、外周との同軸度、同芯度の優れた中空段付軸を低コストで製造できるようにし、さらに強度を確保できるようにした中空段付軸の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するために、本発明に係る中空段付軸の製造方法は、軸方向中間に大径部を有し、この大径部の軸方向一方側に、大径部より小径で、かつ大径部の軸方向長さより長い一方側加工部を、軸方向他方側に、上記一方側加工部より短い他方側加工部を有し、さらに中空にした中空段付軸の製造方法において、肉厚中空の素材を、中空部に芯金を挿入した状態で、軸方向一方端側に上記一方側加工部を押し出し成形する一方側加工用の金型を対向させ、他方端側に上記他方側加工部を押し出し成形する他方側加工用の金型と共に、芯金を挿通した補助金型を対向させて金型装置にセットし、まず、一方側加工用の金型にて素材を押圧して、この一方側加工用の金型内に一方側加工部をこれの成形途中まで押し出し成形し、この一方側加工部の成形途中までは素材の他端を他方側加工用の金型の補助金型の端面で支持し、この一方側加工部の押し出し成形の途中状態で補助金型を所定位置まで後退させて固定し、この補助金型の後退による金型空間内に上記一方側加工部の押し出し成形の続行により他方側加工部を押し出し成形するようにした。
【０００９】
また本発明に係る中空段付軸の製造方法は、軸方向中間に大径部を有し、この大径部の軸方向一方側に、大径部より小径で、かつ大径部の軸方向長さより長い一方側加工部を、軸方向他方側に、上記一方側加工部より短い他方側加工部を有し、さらに中空にした中空段付軸の製造方法において、肉厚中空の素材を、中空部に芯金を挿入した状態で、軸方向一方端側に上記一方側加工部を押し出し成形する一方側加工用の金型を対向させ、他方端側に上記他方側加工部を押し出し成形する他方側加工用の金型と共に、摺動可能にした二重構造の金型を対向させて金型装置にセットし、まず、他方側加工用の二重構造の金型の平行移動にて素材を押圧して、一方側加工用の金型内に一方側加工部を押し出し成形し、ついで、他方側加工用の二重構造の金型による押し出し成形を続行しながらこの二重構造の金型の外側部をこの金型の内側部に対して後退させ、この二重構造の金型の外側部の後退による空間内に他方側加工部を押し出し成形するようにした。
【００１０】
【作用】
上記製造方法により、大径部に対して軸方向に長い一方側加工部が先に押し出し成形され、この一方側加工部の成形途中から成形終了に至る間にわたって上記一方側加工部より短い他方側加工部が成形される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１から図３に基づいて説明する。図中１は第１の中空段付軸Ａ１を成形するための金型装置であり、この金型装置１は肉厚中空の第１の素材Ｂ１がセットされるセット穴２と、このセット穴２の奥側（下側）に延長して設けた歯車部成形型３を有する下型４と、下型４のセット穴２に嵌合する外径にし、内側に第１の中空段付軸Ａ１の小径軸部ｂの外径形状にした軸部成形型５を有する上型６と、第１の中空段付軸Ａ１の孔ｄを成形する芯金７と、下型４の歯車部成形型３に嵌合する外歯を有して、この下型４の歯車部成形型３に摺動可能に嵌合する補助下型８とからなっている。
【００１２】
次に、この金型装置１を用いての第１の中空段付軸Ａ１の製造方法を図１から図３にて説明する。図１は素材Ｂ１のセット状態を示すもので、素材Ｂ１を下型４のセット穴２にセットすると共に、この素材Ｂ１に芯金７を下側から挿入し、さらに、下型４の歯車部成形型３に補助下型８を挿入してこの歯車部成形型３を閉じた状態にしている。
【００１３】
図２は加工途中状態を示すもので、上型６を下動して素材Ｂ１を押圧する。このとき、下型４の歯車部成形型３が補助下型８にて閉じられているので、素材Ｂ１の肉は、上型６の内型と芯金７との間の空間内に入って上方へ押し出される。この加工途中状態における上型６のセット状態位置Ｏ１からの成型ストロークＬ１は第１の中空段付軸Ａ１の完成状態での大径部ａの端面までの最終成型ストロークＬ２までの途中のストロークである。
【００１４】
図３は上型６をセット状態位置Ｏ１から最終成型ストロークＬ２にわたって下動した加工終了状態を示すもので、このときに、図２にて示した加工途中状態から、補助下型８をこのセット状態位置Ｏ１′から中空段付軸Ａ１の歯車部ｃの長さＬ３にわたって下動して固定し、この状態で上型６のＬ２までの下動を続行する。
【００１５】
これにより、素材Ｂ１はさらに上型６にて押圧され、この素材Ｂ１の肉の一部は補助下型８の下動で開けられた歯車部成形型３内に押し出される。そしてこの中で芯金７との間で歯車部ｃが押し出し成形される。この間において、上型６を終端（Ｌ３）まで下動することにより、素材Ｂ１のあまった肉が上型６内へ軸方向に押し出されていき、芯金７との間で軸部ｂが形成される。
【００１６】
この加工工程により、図１３に示すところの中間部に大径部ａを有し、これの一方に軸部ｂが、他方に歯車ｃを有する第１の中空段付軸Ａ１が製造される。
【００１７】
上記補助下型８の外周形状は、必ずしも下型３の内側に嵌合する歯車形状でなく、歯車成形型３の歯先円よりわずかに小径にした軸状であってもよい。
【００１８】
本発明の第２の実施の形態を図４から図６に基づいて説明する。なお、この説明において、第１の実施の形態と同一構成の部材は同一の符号を付して説明を省略する。図中１１は第２の中空段付軸Ａ２を成形するための金型装置であり、この金型装置１１は上記第１の実施の形態と大略同じであるが、他方側の軸部ｆを成形するために、補助下型８が歯車部用下型８ａと軸部用下型８ｂとに分けてあり、それぞれが別に移動するようになっている。また、上型６の内面に軸部の先端部にセレーションｅを成形するためのセレーション成形型６ａが設けてある。
【００１９】
上記構成の金型装置１１を用いての第２の中空段付軸Ａ２の製造方法を図４から図６にて説明する。図４は素材Ｂ２のセット状態を示すもので、素材Ｂ２を下型４のセット穴３にセットすると共に、この素材Ｂ２に芯金７を下側から挿入する。さらに、下型４の歯車部成形型３に補助下型８の歯車部用下型８ａを挿入し、また、軸部用下型８ｂを軸部ｆの長さＷ１だけ、補助下型８のセット位置Ｏ２′の歯車部用下型８ａの端面から離隔させておく。図中Ｏ２は上型６のセット位置である。
【００２０】
図５は加工途中状態を示すもので、上型６を上記セット位置Ｏ２からＬ４にわたって下動して素材Ｂ２を押圧する。このときの素材Ｂ２の肉は軸部用下型８ｂ内に芯金７に沿って押し出されると共に、上型６の内側と芯金７との間の空間内に入って上方へ押し出される。
【００２１】
図６は成形終了状態を示すもので、図５にて示した加工途中状態から、歯車部用下型８ａと軸部用下型８ｂからなる補助下型８を一体状に、これのセット状態位置Ｏ２′から歯車の成形長さ分の長さＬ６だけ下動すると共に、上型６を上記加工途中の位置から上記補助下型８にて設定される端面からの大径部の幅Ｗ２が所定寸法になるまでの距離Ｌ５にわたって下動する。このときＬ５＞Ｌ６であり、その差だけ素材Ｂ２の肉が上型６の内側を上方へ押し出されて所定の長さの小径軸部ｂが成形される。このとき、小径軸部ｂの先端に、下型６の内径に設けたセレーション型６ａにしてセレーションｅが成形される。
【００２２】
下型８のＬ６の下動に従って素材Ｂ２の大径部が下方へ移動してこれの外周部に歯車部成形型３の歯形がＬ６にわたって成形される。
【００２３】
本発明の第３の実施の形態を図７から図１０に基づいて説明する。図中２１は第３の中空段付軸Ａ３を成形するための金型装置であり、この金型装置２１は下型２２と上型２３及び補助下型２４と芯金７とからなっている。そして下型２２は、中空段付軸Ａ３の大径部ａの外径を内径とする大径部成形型２６と、これの奥側（下側）に素材Ｂ３を支持するセット穴２７と、このセット穴２７に連なる軸部成形型２８とを有している。軸部成形型２８の先端部にはセレーション成形型２９が設けてある。そして補助下型２４は小径軸部ｂの先端に対向する位置にセットされている。
【００２４】
また、上型２３は、外径を下型２２の大径部成形穴２６に嵌合する寸法に、内径を中空段付軸Ａ３の凹部ｇの内径の寸法にした第１上型２３ａと、外径を上記凹部ｇの内径にして第１上型２３ａの内側に摺動可能に嵌合され、また内径を芯金７に嵌合する寸法にした第２上型２３ｂとからなっている。
【００２５】
次に、この金型装置２１を用いての第３の中空段付軸Ａ３の製造方法を図７から図１０にて説明する。図７は素材Ｂ３のセット状態を示すもので、素材Ｂ３を下型２２のセット穴２７内にセットすると共に、この素材Ｂ３に芯金７を下側から挿入し、さらに上型２３が素材Ｂ３の上面に当接した状態になっている。Ｏ３は上型２３のセット状態位置である。
【００２６】
図８は加工途中状態を示すもので、上型２３をこれの第１・第２の両側２３ａ，２３ｂを一体状にしてＯ３からＬ７にわたって下動して素材Ｂ３を上から押圧する。それにより素材Ｂ３は軸部成形型２８内に押し出されていく。図９は上型２３をさらにＬ８だけ下動して小径軸部ｂを押出し成形した状態を示す。このとき、素材Ｂ３の上端部は下型２２の大径部成形型２６に沿う形状に拡径される。
【００２７】
図１０は大径部ａの凹部ｇを成形する状態を示すもので、図９に示す状態から上型２３の内側に位置する第２上型２３ｂを所定位置Ｏ３′までＬ９にわたって下動しながら第１上型２３ａを上動する。
【００２８】
これにより、第２上型２３ｂにより大径部ａの凹部ｇが形成され、この凹部ｇの成形により排除された肉が第１上型２３ａの上動に追随して上方へ押し上げられて大径部ａが形成される。
【００２９】
このときの第２上型２３ｂの下動位置Ｏ３′は、凹部ｇの底面と大径部ａの一方の端面間の寸法が所定の寸法Ｗ３になる位置とする。
【００３０】
上記各実施の形態において、各素材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３からの成形は室温での冷間鍛造により、あるいは２００〜７００℃に加温した低温間鍛造により行う。また、素材はこれの塑性変形により発熱が生じ、その後の加工がスムーズに行われる。
【００３１】
また各素材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は焼戻し（塩浴または油冷）後の硬度ＨＲＣ２０以上の硬度となる及び、Ｃ量が０．３４以下の低炭素鋼が用いられる。
【００３２】
塑性加工において加工割れが生じなく、かつ焼入れ性が良く、伸びのよい材料としては、重量％でＣ：０．３４以下、Ｓｉ：０．１５〜０．３５、Ｍｎ：１．０〜１．５、Ｐ：０．０３以下、Ｓ：０．０３５以下、ＢとＴｉをそれぞれ少量添加し、残りＦｅにしたものが用いられる。なお、Ｃの下限は下記の熱処理効果が得られに足る量である。
【００３３】
これの１つの例として、Ｃ：０．３２、Ｓｉ：０．２３、Ｍｎ：１．３８、Ｐ：０．０３以下、Ｓ：０．０３５以下、Ｂ：０．００１４、Ｔｉ：０．０２、残りＦｅの成分の素材を用いて上記第１の実施の形態にて中空段付軸を製造し、図１１に示す熱処理条件（ヒートサイクル）にて熱処理を行った結果、これの表面からの距離（ｍｍ）に対する硬度は図１２に示すようになった。表面から７ｍｍ深さまで十分な硬度が得られた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、大径部の軸方向長さに対して軸方向に長い一方側加工部が先に押し出し成形され、この一方側加工部の成形途中から成形終了に至る間にわたって上記一方側加工部より短い他方側加工部が成形されることにより、大径部の軸方向一方側に大径部の軸方向長さより長い小径部を有し、他方側に歯車等の他の加工部を有する中空段付軸を１組の金型装置で、かつ成形途中で素材をセット変えすることなく成形でき、外周との同軸度、同芯度の優れた中空段付軸を低コストで製造できる。
【００３５】
また、本発明によれば、塑性加工にて中空段付軸が成形されるので、素材のファイバーフローが加工中に剪断されることがなく成形されるとともに、表面硬化して強度を確保することができる。
さらに、熱処理後に鋭角等のキズが発生することがなく、焼割れ等の不具合の発生がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態における金型装置への素材のセット状態を示す断面図である。
（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における加工途中状態を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における加工終了状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における金型装置への素材のセット状態を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における加工途中状態を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における加工終了状態を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における金型装置への素材のセット状態を示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における金型装置への素材のセット状態を示す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態における金型装置への素材のセット状態を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態における加工終了状態を示す断面図である。
【図１１】熱処理条件を示す線図であり、（ａ）は焼入れ、（ｂ）は焼戻しを示す。
【図１２】図１１に示した熱処理条件にて熱処理した部材の表面からの距離に対する硬度を示す線図である。
【図１３】第１の中空段付軸を示す断面図である。
【図１４】第２の中空段付軸を示す断面図である。
【図１５】第３の中空段付軸を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１１，２１…金型装置、２，２７…セット穴、３…歯車部成形型、４，２２…下型、５，２８…軸部成形型、６，２３…上型、６ａ…セレーション成形型、７…芯金、８，２４…補助下型、８ａ…歯車用下型、８ｂ…軸部用下型、２３ａ，２３ｂ…第１・第２上型。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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