JP4956113B2

JP4956113B2 - 等速ジョイント用アウタ部材の製造方法

Info

Publication number: JP4956113B2
Application number: JP2006256799A
Authority: JP
Inventors: 善久土井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2026-09-22
Also published as: JP2008073735A

Description

本発明は、内歯が形成された中空部を具備する等速ジョイント用アウタ部材の製造方法に関する。

自動車の走行機関においては、軸部材を介してエンジンの回転駆動力をタイヤまで伝達するべく、例えば、ミッションと軸部材との間に等速ジョイントが介在される。すなわち、等速ジョイントは、ミッションに連結される軸部を具備するアウタ部材と、軸部材の先端部に嵌合されたインナ部材とを有し、このインナ部材の一部が、アウタ部材を構成する有底椀状ないし円筒体状のカップ部の内周壁に設けられた溝に摺動自在に係合することで、ミッションと軸部材とが連結される。

ここで、アウタ部材の軸部とミッションとは、歯部同士が噛合されることで連結される。すなわち、通常、軸部の先端部外周壁に歯部が設けられる一方、ミッションには、この歯部を受けるための内歯が形成された中空軸が設けられる。この中空軸の内歯に前記歯部が噛合されることにより、ミッションとアウタ部材とが連結される。

近年においては、アウタ部材の軸部の先端部を中空部とし、この中空部の内周壁に内歯を形成するようにした等速ジョイントが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、特許文献１に記載されているように、一端に中空部が設けられるとともに他端部にカップ部が設けられた後、カップ部の内周壁にトラック溝が設けられると同時に中空部の内周壁に内歯が形成される。

特開平３−６０８４０号公報

上記したような内歯には、使用時に欠損が生じる懸念を払拭するべく、高耐久性が要求される。この要求に応えるための方策としては、高周波焼入れ等の熱処理を施して歯部の強度・硬度を向上させることが想起される。

しかしながら、高周波焼入れを実施すると、内歯のオーバーピン径（ＯＰＤ）が中空部の開口側になるにつれて大きくなる傾向がある。換言すれば、熱歪が生じるような熱処理を施すと、内歯がいわゆる末広がり状態となり、寸法精度を確保することが容易でなくなるという不具合を招く。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、高強度・高硬度を有し、且つ寸法精度が確保された内歯を設けることが可能な等速ジョイント用アウタ部材の製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、内歯が形成された中空部を具備する等速ジョイント用アウタ部材の製造方法であって、
中空部を有する等速ジョイント用アウタ部材を作製する第１鍛造成形加工工程と、
ダイスに囲繞された前記中空部に歯部形成パンチを挿入して前記中空部の内周壁に内歯を設けて中間体を得る第２鍛造成形加工工程と、
前記中間体の少なくとも前記内歯に対して熱処理を施す熱処理工程と、
を有し、
前記第２鍛造成形加工工程で、前記ダイスと前記中空部との間の離間距離を、前記歯部形成パンチに臨む側を小さくする一方、前記歯部形成パンチから最も離間する箇所で最大として前記内歯を設け、且つ前記歯部形成パンチから最も離間する箇所から、前記歯部形成パンチに近接する側に向かうにつれて、前記中空部の直径方向寸法を小さくすることを特徴とする。ここで、第１鍛造成形加工工程には、等速ジョイント用アウタ部材を作製する全鍛造成形加工が含まれる。一方、第２鍛造成形加工工程は、中空部の内周壁に内歯を設ける鍛造成形加工を指称する。

すなわち、本発明においては、内歯を設ける鍛造成形加工時、ダイスと中空部との間のクリアランスが、該中空部の開口側から有底椀状部又は円筒形状部に向かって大きくなるように設定される。

内歯の形成を行う際、中空部は、内歯形成パンチから押圧されることによって変形を起こす。この変形量は、中空部とダイスとの離間距離が大きいほど、換言すれば、有底椀状部又は円筒形状部に向かう程大きくなる。一方、加工歪は変形量が大きくなるに従って減少するので、本発明では、有底椀状部又は円筒形状部に向かう程、加工歪が小さくなる。すなわち、加工歪は、中空部の開口側で最大となる。このように、有底椀状部又は円筒形状部側と開口側とで加工歪の度合いが相違することに起因して、内歯形成後の中空部は、開口側に向かうに従って、例えば、直径方向内方に収縮し、その結果、いわゆるアンダーカット部が形成される。

以上のように、内歯の形成を行う際の中空部における加工歪の大小を制御することにより、内歯形成後の中空部は、開口側が幅方向に収縮した形状となる。そして、等速ジョイント用アウタ部材が鍛造成形装置から取り出され、この際、中空部の加工歪が除去される。

その後、内歯に対して熱歪を生じるような熱処理が行われると、中空部の開口側における幅方向拡開量は、有底椀状部又は円筒形状部側に比して大きくなる。

上記したように、成形後の中空部は、有底椀状部又は円筒形状部側に比して開口側が収縮している。従って、開口側が有底椀状部又は円筒形状部側に比して大きく拡開することにより、結局、略直線的に延在する中空部が形成される。このため、内歯のＯＰＤが中空部の開口側になるにつれて大きくなる末広がり状態が回避されるので、内歯の寸法精度を確保することができる。

しかも、内歯に対して熱処理を施すので、寸法精度が確保されながらも硬度や強度が向上した内歯を得ることが可能となる。

ここで、中空部に連設されて該中空部に比して大径なカップ部に対してしごき成形加工を施す金型装置を用いてしごき成形加工を行った後、該金型装置内で前記第２鍛造成形加工工程を行うことが好ましい。この場合、カップ部に対するしごき成形加工と、中空部に対する内歯形成とが１つの金型装置において実施される。このため、作業効率が向上する。

しかも、この場合、しごき成形専用、内歯形成専用の金型装置をそれぞれ作製する必要がないので、金型装置の個数が低減し、結局、設備投資が低廉化する。

このようにしごき成形加工と内歯形成とを１つの金型装置で実施するには、例えば、中空部を歯部形成パンチ側に指向して押圧することでダイスを変位させることにより、中空部に歯部形成パンチを挿入して内歯を形成すればよい。

なお、熱処理の好適な例としては、高周波焼入れを挙げることができる。

また、本発明は、内歯が形成された中空部と、前記中空部に比して大径なカップ部とを有する等速ジョイント用アウタ部材の中間体であって、
前記中空部の直径方向寸法が、前記カップ部から該中空部の開口側に向かうに従って小さくなることを特徴とする。

本発明によれば、内歯が形成される中空部の外周壁と、該中空部を囲繞するダイスとの離間距離を、内歯形成パンチに臨む中空部の開口側で小さくする一方、内歯形成パンチから最も離間する部位で最大とした状態で、中空部に内歯を形成するようにしている。このようにして内歯を形成すると、中空部は、有底椀状部又は円筒形状部側から開口側に向かうに従って幅方向に収縮した形状となる。その後、内歯に対して熱処理を施すと、中空部の開口側が有底椀状部又は円筒形状部側に比して大きく拡開するので、結局、中空部が略直線的に延在する。このため、内歯のＯＰＤが中空部の開口側になるにつれて大きくなる、いわゆる末広がり状態を回避することができ、結局、内歯の寸法精度が確保される。

また、内歯に対して熱処理を施すので、寸法精度が確保されながらも硬度や強度が向上した内歯を得ることができる。

以下、本発明に係る等速ジョイント用アウタ部材の中間体につき、それが得られる製造方法との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、等速ジョイント用アウタ部材として、トリポート型等速ジョイントのアウタ部材を例示して説明する。

本実施の形態に係る等速ジョイント用アウタ部材の製造方法は、図１Ａに示す炭素鋼製のビレット１０から図１Ｅに示す第４次成形品１２を得る第１鍛造成形加工工程と、該第４次成形品１２に内歯１４（図１Ｆ参照）を設けてアウタ部材の中間体１６とする第２鍛造成形加工工程と、該中間体１６に対して高周波焼入れを施してアウタ部材を得る熱処理工程とを有する。

はじめに、第１鍛造成形加工工程が実施される。すなわち、ビレット１０に対して複数回の鍛造成形加工を施すことによって第４次成形品１２が形成される。

ビレット１０には、先ず、球状化焼鈍が施される。これによりビレット１０が軟化し、続く複数回の鍛造成形加工が容易となる。

次いで、ビレット１０には、潤滑用化成皮膜が形成される。すなわち、例えば、いわゆるボンデライト処理が行われ、その結果、リン酸亜鉛等からなる潤滑用化成皮膜がビレット１０の表面に形成される。この潤滑用化成皮膜が形成されたビレット１０には、良好な潤滑性が発現する。なお、ボンデライト処理は、リン酸亜鉛等が溶解された溶媒中にビレット１０を所定時間浸漬することによって実施される。

次いで、最初の鍛造成形加工が行われる。具体的には、潤滑用化成皮膜が形成されたビレット１０が一端面側から押圧される前方押し出しが遂行される。この前方押し出しにより、図１Ｂに示すように、大径部１８と、該大径部１８に比して小径で且つ有底穴形状の中空小径部２０と、大径部１８と中空小径部２０の間に介在してテーパ状に縮径した縮径部２１とを具備する第１次成形品２２が得られる。

次いで、第１次成形品２２に対して予備据え込み成形を行う。すなわち、予備据え込み成形用金型装置のキャビティに第１次成形品２２を装填する。その際、中空小径部２０は、予備据え込み成形用金型装置に設けられた軸部保持部に挿入される。

この成形加工では、軸部保持部に挿入された中空小径部２０の先端部が支持されながら、大径部１８が上端面側からパンチで押圧される。この押圧によって大径部１８が圧潰されて拡径し、結局、図１Ｃに示す第２次成形品２４が得られる。なお、この予備据え込み成形を省略するようにしてもよい。

続いて、第２次成形品２４の大径部１８をさらに圧縮し且つ拡径させる据え込み成形を施し、図１Ｄに示す第３次成形品２６を形成する。すなわち、据え込み成形用金型装置を用い、キャビティに装填された第２次成形品２４の大径部１８を上端面側からパンチで押圧する。これにより第２次成形品２４の大径部１８が軸線方向に圧縮変形され、図１Ｄに示す第３次成形品２６が得られる。

据え込み成形が終了した後、第３次成形品２６から応力を除去するための低温焼鈍、この低温焼鈍の際に発生する酸化スケール等を除去するショットブラスト処理、第３次成形品２６の表面にリン酸亜鉛等からなる潤滑用化成皮膜を形成するボンデライト処理を行う。これらの各種処理を行うことにより、第３次成形品２６を容易に塑性変形させることができるようになる。

次いで、鍛造用金型装置のキャビティに第３次成形品２６を装填し、前記鍛造用金型装置を構成するパンチで中実な大径部１８の中央部を押圧する。この押圧に伴い、大径部１８において、パンチで押圧されていない部位に、押圧方向とは逆方向に向かう肉流れが生じる。その結果、図１Ｅに示すように、中空円筒体形状のカップ部２８が形成されて第４次成形品１２が得られる。この時点で、第１鍛造成形加工工程が終了する。

このようにしてカップ部２８が形成されると同時に、前記パンチに設けられた凸部形状がカップ部２８の内周壁に転写され、該内周壁にトラック溝が形成される。

その後、第２鍛造成形加工工程において、最終サイジング成形であるしごき成形と、中空小径部２０の内周壁への内歯１４の形成とが行われる。

ここで、しごき成形用金型装置の要部縦断面説明図を図２に示す。このしごき成形用金型装置３０は、図示しないコイルスプリング等の弾発部材によって図２における上方に弾発付勢されたフローティングダイス３２と、該フローティングダイス３２の挿通孔３４内に配置されて先端部に歯部形成部３６が設けられた内歯形成パンチ３８と、カップ部２８に臨む側に配置されたしごきパンチ４０と、カップ部２８を囲繞する支持ダイス４２とを有する。この中、フローティングダイス３２は、該フローティングダイス３２を囲繞するダイ本体４４の挿入孔４６内に摺動自在に配置されている。

なお、本実施の形態では、内歯形成パンチ３８は位置決め固定されており、一方、しごきパンチ４０は昇降自在である。

このように構成されたしごき成形用金型装置３０において、しごき成形及び内歯形成は、以下のようにして実施される。

第４次成形品１２の装填に先んじて、該第４次成形品１２の表面に液体潤滑剤が塗布される。液体潤滑剤は、内歯形成パンチ３８やしごきパンチ４０、フローティングダイス３２や支持ダイス４２に塗布するようにしてもよい。勿論、第４次成形品１２と、内歯形成パンチ３８、しごきパンチ４０、フローティングダイス３２及び支持ダイス４２の少なくともいずれか１つとの双方に液体潤滑剤を塗布するようにしてもよい。液体潤滑剤としては、従来から使用されている公知の液体潤滑剤を使用すればよい。

このように液体潤滑剤を塗布した場合、後述するしごき成形及び内歯形成の最中に、第４次成形品１２や内歯形成パンチ３８、しごきパンチ４０、フローティングダイス３２や支持ダイス４２に焼き付きが生じることを回避することができる。

第４次成形品１２は、中空小径部２０がフローティングダイス３２の挿通孔３４に挿入され、最終的にカップ部２８の底面が該フローティングダイス３２の上端面に着座するとともにカップ部２８が支持ダイス４２のキャビティ４８に挿入されることで、しごき成形用金型装置３０に支持される。この際、図３に要部を拡大して示すように、中空小径部２０の外周壁と、該中空小径部２０を囲繞するフローティングダイス３２の挿通孔３４の内周壁との間には、クリアランスＣＬが生じる。

ここで、本実施の形態においては、クリアランスＣＬの間隔、換言すれば、中空小径部２０の外周壁とフローティングダイス３２の挿通孔３４の内周壁との離間距離は一定ではなく、中空小径部２０の部位に応じて変化する。具体的には、離間距離は、内歯形成パンチ３８に臨む側（中空小径部２０の開口側）が小さく設定され、カップ部２８に向かうに従って大きく設定されている。そして、離間距離は、中空小径部２０における内歯形成パンチ３８から最も離間する部位、すなわち、カップ部２８との境界近傍で最大となる。

このような状態で、しごき成形用金型装置３０の駆動部が付勢され、しごきパンチ４０がカップ部２８に向かって降下する。しごきパンチ４０は、カップ部２８に挿入されて該カップ部２８を内周壁側から押圧する（図２参照）。この押圧に伴い、カップ部２８の肉が押圧方向と逆方向に流動する。すなわち、カップ部２８が伸張し、最終的に、該カップ部２８の肉厚や前記トラック溝の幅及び深さが所定の寸法となる。

しごきパンチ４０の下降は、前記の肉流れが終了した後も続行される。これに伴い、カップ部２８の底面が着座したフローティングダイス３２に大きな押圧力が作用し始める。この押圧力がフローティングダイス３２への弾発付勢力を上回ると、図４に示すように、フローティングダイス３２が下方に変位する。その結果、中空小径部２０が内歯形成パンチ３８の位置まで下降し、該中空小径部２０に内歯形成パンチ３８が挿入される。

上記したように、内歯形成パンチ３８の先端部には歯部形成部３６が設けられている。この歯部形成部３６の形状が中空小径部２０の内周壁に転写され、該内周壁に内歯１４が形成される。

この際、中空小径部２０に作用する力を模式的に図５に示す。内歯形成パンチ３８は、中空小径部２０の内周壁を略均等に押圧する。このため、内歯形成パンチ３８から内周壁に作用する力は略均等である。

一方、フローティングダイス３２と中空小径部２０の間の離間距離は、上記したように、中空小径部２０の開口側からカップ部２８に向かうに従って大きくなるように設定されている。このため、フローティングダイス３２から中空小径部２０の外周壁に作用する力は、図５に示すように、中空小径部２０の開口側からカップ部２８に向かうに従って小さくなる。離間距離が大きいと、内歯形成パンチ３８の押圧力に対する反作用力が小さくなるからである。

そして、中空小径部２０の変形量は、クリアランスＣＬの間隔が大きいカップ部２８に向かう程大きくなる。一方、加工歪は、変形量とは逆に、カップ部２８に向かうに従って減少する。このようにカップ部２８側から開口側にかけて加工歪の度合いが変化することに起因して、内歯１４を設けた後の中空小径部２０の直径方向寸法は、カップ部２８側に比して開口側が小さくなる。換言すれば、中空小径部２０は、開口側に向かうに従って直径方向内方に収縮した形状となり、このため、いわゆるアンダーカット部が形成される。

中空小径部２０の内周壁への内歯１４の形成が終了すると、しごきパンチ４０が上昇することに伴ってカップ部２８への押圧力が低減する。しごきパンチ４０のカップ部２８への押圧力に比してフローティングダイス３２への弾発付勢力が大きくなると、フローティングダイス３２が上方に変位し、これに追従して、図６に示すように、中空小径部２０が上昇して内歯形成パンチ３８から離間する。これに伴い、中空小径部２０の加工歪が除去される。

このようにして内歯１４が設けられた中間体１６（図１Ｆ参照）に対し、熱処理工程において、高周波焼入れを施す。高周波焼入れは、中間体１６全体に対して行うようにしてもよいし、中空小径部２０のみに行うようにしてもよい。

この高周波焼入れに際し、中空小径部２０は、直径方向外方に向かってさらに拡開するような変形を起こす。なお、中空小径部２０の開口側の拡開量は、カップ部２８側に比して大きくなる。

ここで、中空小径部２０は、上記したように開口側に向かうに従って直径方向内方に収縮した形状となっており、この状態で高周波焼入れが施されている。そして、内歯１４の形成に伴ってカップ部２８側よりも収縮した開口側が、高周波焼入れ時の拡開量が大きくなるので、中空小径部２０における開口側とカップ部２８側との最終的な寸法が略一致する。結局、中空小径部２０が略直線的に延在するようになる。その結果、内歯１４のＯＰＤが中空部の開口側になるにつれて大きくなる、いわゆる末広がり状態を回避することができるので、内歯１４の寸法精度を確保することが容易となる。

内歯１４のＯＰＤを、中空小径部２０の開口側で中空小径部２０とカップ部２８との境界近傍に比して若干小さくなるように設定してもよい。この場合におけるＯＰＤの差をおよそ０．１ｍｍとするとき、中空小径部２０とカップ部２８との境界近傍の外周壁と、フローティングダイス３２の挿通孔３４の内周壁との離間距離は、例えば、およそ０．５ｍｍに設定すればよい。

高周波焼入れが施された内歯１４は、高周波焼入れ前に比して強度や硬度が上昇する。すなわち、本実施の形態によれば、高強度・高硬度を有し、且つ寸法精度が良好な内歯１４を有するアウタ部材を設けることができる。

しかも、本実施の形態では、しごき成形用金型装置３０を用い、カップ部２８に対してしごき成形加工を施した後、第４次成形品１２をしごき成形用金型装置３０から取り出すことなく中空小径部２０に内歯１４を形成して中間体１６を作製するようにしている。このため、作業効率が向上する。また、しごき成形用金型装置が内歯形成用金型装置を兼ねるので、しごき成形専用、内歯形成専用の金型装置をそれぞれ作製する必要がない。従って、金型装置の個数が低減するので、設備投資が低廉化するという利点もある。

なお、本実施の形態においては、アウタ部材としてトリポート型等速ジョイントのアウタ部材を例示して説明したが、バーフィールド型等速ジョイントのアウタ部材等、その他の種類の等速ジョイント用アウタ部材であってもよいことはいうまでもない。

また、熱処理は、高周波焼入れに特に限定されるものではなく、熱歪が生じるような熱処理であればよい。

さらに、内歯形成パンチ３８を第４次成形品１２に指向して上昇させ、中空小径部２０に挿入することで内歯１４を形成するようにしてもよいことは勿論である。

図１Ａ〜図１Ｆは、ビレットからアウタ部材用中間体を設ける過程の概略を示すフローチャートである。第２鍛造成形加工工程で使用されるしごき成形用金型装置の要部縦断面説明図である。図２のしごき成形用金型装置の要部拡大縦断面図である。図２のしごき成形用金型装置を構成するフローティングダイスが変位した状態を示す要部拡大縦断面図である。中空小径部に歯部を設ける際に該中空小径部に作用する力を模式的に示した要部縦断面模式図である。中空小径部が上昇して内歯形成パンチから離間した状態を示す要部拡大縦断面図である。

符号の説明

１４…内歯１６…中間体
２０…中空小径部２８…カップ部
３０…しごき成形用金型装置３２…フローティングダイス
３４…挿通孔３６…歯部形成部
３８…内歯形成パンチ４０…しごきパンチ
４８…キャビティＣＬ…クリアランス

Claims

内歯が形成された中空部を具備する等速ジョイント用アウタ部材の製造方法であって、
中空部を有する等速ジョイント用アウタ部材を作製する第１鍛造成形加工工程と、
ダイスに囲繞された前記中空部に歯部形成パンチを挿入して前記中空部の内周壁に内歯を設けて中間体を得る第２鍛造成形加工工程と、
前記中間体の少なくとも前記内歯に対して熱処理を施す熱処理工程と、
を有し、
前記第２鍛造成形加工工程で、前記ダイスと前記中空部との間の離間距離を、前記歯部形成パンチに臨む側を小さくする一方、前記歯部形成パンチから最も離間する箇所で最大として前記内歯を設け、且つ前記歯部形成パンチから最も離間する箇所から、前記歯部形成パンチに近接する側に向かうにつれて、前記中空部の直径方向寸法を小さくすることを特徴とする等速ジョイント用アウタ部材の製造方法。
請求項１記載の製造方法において、前記中空部に連設されて該中空部に比して大径なカップ部に対してしごき成形加工を施す金型装置を用いて前記しごき成形加工を行った後、前記金型装置内で前記第２鍛造成形加工工程を行うことを特徴とする等速ジョイント用アウタ部材の製造方法。
請求項２記載の製造方法において、前記中空部を前記歯部形成パンチ側に指向して押圧することで前記ダイスを変位させることにより、前記中空部に前記歯部形成パンチを挿入して前記内歯を形成することを特徴とする等速ジョイント用アウタ部材の製造方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法において、前記熱処理として高周波焼入れを行うことを特徴とする等速ジョイント用アウタ部材の製造方法。