JP2001129631A - 大径フランジを有するシャフトの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 シャフトとフランジからなる構成を、特に経
済的に製造することができ、かつ加工においてフランジ
の直径を広い範囲で変えられるようにする。 【解決手段】 被加工物１０である丸棒材料がその長手
方向の軸を中心として、少なくとも１個のスピニングロ
ール１６，１８に関して回転されると同時に、軸方向に
圧縮され、軸方向の圧縮によって生じた材料が少なくと
も１個のスピニングロール１６，１８の作用のもとに大
径のフランジを有する、特にコーンギアとして成形され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大径のフランジを
有するシャフト、特にそれがコーンギアであるようなシ
ャフトを製造する製造方法に関する。

【従来の技術】

【０００２】このような製造方法はＤＥ１９５３２５１
９Ｃ２から公知である。この場合、大径の固定フランジ
を得るために、フロー成形によってシャフトに段差が形
成される。しかしながら、この製造方法では、フロー成
形によって比較的小さな直径の増加が得られるのみであ
る。

【０００３】ＤＥ４２２５３６４Ａ１は、いわゆるボア
またはホールスピニング法を開示している。この場合、
中実の被加工物にポンチが回転しながら下に押し込まれ
る。中空体を成形するには、スピニングロールと環状の
工具が送られ、直径の増加がおさえられつつ、軸方向の
材料の流れがもたらされる。

【０００４】コーンギアは例えばＥＰ２２２９２Ａ１に
記載されている。シャフト上にある二つのプーリーが互
いに軸方向に移動し、この相対的な移動の結果として、
Ｖベルトなどの駆動ベルトがコーン形のプーリーの間に
深く、あるいは浅く食い込むことができ、よってベルト
は設定された異なる直径で係合することができ、この結
果ベルト／プーリー駆動の伝達比を変更することが可能
になる。

【０００５】コーンギアにおいては一般に片方のプーリ
ーはシャフトに固定的に結合され、特に軸方向に移動す
ることができないようになっている。他方のプーリーは
移動することができ、軸方向の間隔変化を可能にしてい
る。

【０００６】コーンギアの製造に関しては、いろいろな
方法が知られている。例えばシャフトに固定的に結合さ
れるプーリーを、別体の部品として作り、固定手段を用
いてシャフトに固定することが考えられる。固定プーリ
ーはまた、溶接工程でシャフトに結合することもでき
る。しかしながら、このようなシャフトとプーリーの多
部品構造は製造原価が高い。これに加えてこの構成の、
固定手段または溶接によって結合された場所は、ギアの
運転中にシャフトからの、あるいはシャフトへの動力伝
達の結果として応力にさらされ、これがまた問題を生じ
る。したがって、シャフトと固定プーリーとからなる構
成は、一体物として製造されることが適当である。この
目的のために鍛造あるいは鋳造工程を用いることができ
るが、これらは比較的に複雑かつ高価である。これに加
えて、特に鍛造工程による場合は、動力を伝達する直径
の最大と最小の差が大いに制限される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、シャフトとフランジからなる構成を特に経済的
に製造することができ、かつフランジの直径を広い範囲
で変えられるように、前述の種類の方法を更に改良する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の
目的は次のようにして達成される。すなわち、被加工物
としての丸棒材料をその長手方向の中心軸を中心とし
て、少なくとも１個のスピニングロールに関して回転さ
せながら、軸方向に据え込み、よって軸方向の据え込み
に際して移動した材料が、少なくとも１個のスピニング
ロールの作用のもとに大径フランジに成形される。この
フロー成形工程によってシャフトとフランジとからなる
構成を一体構造とする可能性が得られ、このフランジは
コーンギアの場合、コニカルプーリーとして用いられ、
ギアの動力伝達点に関して直径の変化幅を広く取ること
ができる。出発材料の被加工物を軸方向に据え込んだ結
果生じる、半径方向への材料の流れは、スピニングロー
ルの作用によって助長される。この方法はいわゆるコー
ンギアの部品の製造にとって好ましいが、さらにフラン
ジを有する任意のシャフトの製造にも用いることができ
る。

【０００９】被加工物に対して、２個のスピニングロー
ルからなる、少なくとも１対のスピニングロールが送ら
れることが好ましい。２個のスピニングロールは互いに
軸方向に間隔を有し、この間にフランジが成形される。
これによって明確に画定された半径方向の材料流れが生
じ、形成されるべきフランジの両側面の外形は、特定の
スピニングロールとの接触によって決定される。特に力
の分布を良くするために、２対、３対、あるいはそれ以
上のスピニングロールを円周方向に均等に配置しても良
い。

【００１０】被加工物はフランジが形成される領域にお
いて、特に再結晶点以上の温度に加熱されることが好ま
しい。加熱の結果として、より低い力で加工工程を実施
することができる。再結晶点以上への加熱が行われるな
らば、特に安定で高品質な加工製品が得られ、加工が加
工硬化によって制限されることがない。出発材料の被加
工物は中実棒でも、あるいはパイプでも良い。パイプの
場合は加工に際してパイプの空洞に補剛マンドレルを導
くようにすることが好ましい。

【００１１】ショルダー部を有する１個または２個以上
のスピニングロールが用いられ、一つのショルダー面は
ほぼ軸方向を向いた被加工物の外周に当接し、もう一つ
のショルダー面は形成されるべきフランジに対応してほ
ぼ半径方向に延在することが好ましい。このようにして
フランジはスピニングロールの、半径方向に向かうショ
ルダー面の間に形成されるので、フランジの形状はスピ
ニングロールの選択によって決定される。ほぼ軸方向に
向かうショルダー面が存在するために、特定のスピニン
グロールは被加工物によってある程度ガイドされる。

【００１２】少なくとも１対のスピニングロールを用
い、そのうち少なくとも１個のスピニングロールをほぼ
ディスク状またはスリーブ状の構造とし、このうちディ
スク状のスピニングロールの回転軸を被加工物の長手方
向の回転軸にほぼ平行とすることは、もちろん有効であ
る。このようなディスク状のスピニングロールを用いる
ことは、本発明の方法のとりわけ簡単な変形として好ま
しい。ロールの軸が被加工物の軸と平行であることによ
って、正しく半径方向に向かうフランジ側面を、簡単に
作り出すことができる。

【００１３】フランジを形成するために、少なくとも１
対のスピニングロールの２個のスピニングロールが、互
いに対して軸方向に送られることが、特に好ましい。軸
方向への送りによって、材料の軸方向への移動が生じ
る。移動した材料の流れ方向は２個のロールの協働作用
によって決定され、よって明瞭に画定された、半径方向
に伸びるフランジが作り出される。

【００１４】少なくとも１個のスピニングロールの軸方
向の据え込み動作と、送り動作とが、調和するように制
御されることが好ましい。制御の結果、特に良好な工程
シーケンスが得られるならば、製品の許容誤差を低減す
るのに特に有用である。

【００１５】移動可能なコーンプーリー部材は、ほぼデ
ィスク状の出発材料の被加工物からフロー成形によって
一体物に製造されても良い。ギア部材をフロー成形する
ことの利点は、シャフトに固定されたフランジの製造に
関連して述べたのと同様である。関係するコーンギア部
材がすべて同じ基本製法で製造され得ることも、また一
つの利点である。これによって同じ材料と、類似の製造
技術を用いることが可能になる。ディスク状のセグメン
トに加えて、出発材料の被加工物として一定の予備的な
形状を有する鍛造物または鋳造物を用いることもでき
る。

【００１６】少なくとも、円筒形の周辺壁部が、出発材
料の被加工物の半径方向に向かう部分から、分割−据え
込み工程によってフロー成形されることが好ましい。分
割−据え込み工程によれば、分割ロールの行程が大きく
ても過大な力を用いることなく、比較的大量の材料を処
理することが可能である。これは経済的であり、また特
に被加工物の高品質につながる。

【００１７】出発材料の被加工物の内面の形状は、外部
に歯を有するスピニングチャックによって形成されるこ
とが好ましい。したがって内面形状の付与は、移動可能
コーンプーリー部材を製造するための本発明によるフロ
ー成形法に組み込むことができる。

【００１８】先行技術と比較すると、本発明によるコー
ンギアは、フランジ付きシャフトが本発明による方法ま
たは有利な発展形態によって製造されること、あるいは
移動可能なコニカルプーリーが本発明による方法または
有利な発展形態によって製造されることを特徴とする。
したがって本方法の発明の利点は、コーンギアにおいて
具現される。製造の簡単さ、ギア部材の品質、およびギ
アの高伝達比が、特に注目されるべき点である。

【００１９】本発明は、フロー成形手順によって高品質
のコーンギアを製造することができるという、驚くべき
知見に基づいている。これは、フランジを形成するのに
必要な材料流れを、出発材料の被加工物の軸方向への据
え込みによって促進することでもたらされたものであ
る。また特に強調されるのは、説明されたすべてのギア
部品をフロー成形手順によって製造することができるの
で、すべての製造工程が同じ技術を用いて、したがって
同じ当事者によって行われ得ることである。もちろん、
本発明はコーンギア部材に限定されるものではない。例
えば、本発明によって製造されるフランジ付きシャフト
は、様々なギアに用いることができる。さらにまた、製
造される加工部品はシャフトであるとは限らない。実際
上、周辺にフランジを有する任意の部品を製造すること
が可能である。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明は以下において、例示的で
好ましい実施例および添付図面を参照しつつ、より詳し
く説明される。

【００２１】図１は大径フランジを有するシャフトを製
造するための方法における初期段階を示している。丸棒
状の被加工物１０は、２本のスピニングロール１６，１
８が送られる際その長手方向の軸を中心として回転され
る。被加工物１０は、矢印６０，６２で示されるよう
に、据え込まれている。スピニングロール１６，１８は
互いに向かって、軸方向に動かされている。この結果、
被加工物の材料は、一点鎖線６４で概念的に示されるよ
うに、半径方向に流動する。

【００２２】スピニングロールはそれぞれ二つのショル
ダー面を有している。一つのショルダー面２２，２４は
被加工物１０の、ほぼ軸方向を向いた外周部に当接して
いる。スピニングロール１６，１８の他のショルダー面
２６，２８は、半径方向に延在している。

【００２３】上述の方法の変形例が図２に示されてい
る。ここでは、同じ機能および構造を有する部品は、末
尾にａを付した同じ参照符号を与えられている。図１に
よる方法とは異なり、被加工物１０ａは内部空洞を有す
るパイプからなっている。パイプの空洞の変形を防ぐた
めに、補剛マンドレル７４ａが、片側または両側のチャ
ック７０ａ，７２ａによって導入されている。挿入され
た補剛マンドレル７４ａは、破線で示されている。チャ
ック７０ａ，７２ａの前面は、被加工物の端面に端面形
状を形成するための端面形状を備えている。この目的の
ために、一方のチャック７０ａには凹部７６ａが形成さ
れていて、これが被加工物１０ａの前面に、対応する隆
起した端面形状を与え、他方のチャック７２ａには突出
部７８ａが形成されていて、これが被加工物１０ａの前
面に、対応する凹部を与える。もちろん、チャック７０
ａ，７２ａの端面形状は所望の付与形状に応じて任意に
変更されて良い。

【００２４】図３は本発明による方法の中間段階を示し
ている。スピニングロール１６，１８はすでに互いに一
定の距離近づいており、ある程度の量の材料が半径方向
に移動して、スピニングロール１６，１８の間の空間に
入り込んでいる。破線で示されるこぶ６６，６８の形成
を防ぐために、もう一つのロール７０を送り動作を行う
ことが効果的である。このもう一つのロール７０の送り
動作は、スピニングロール１６，１８とは円周方向の反
対側の位置で行うのが好ましく、また効果的である。付
加的なロール７０の外周には、材料の流れを制限するた
めの突出した縁部が設けられている。

【００２５】図４はこの方法の更に進行した段階を示し
ている。スピニングロール１６，１８は最大限、あるい
はほぼ最大限、軸方向に互いに向かって移動している。
フランジ１２はその最終的、あるいはほぼ最終的な形状
を有している。フランジ１２の左側には円錐形の形状が
認められ、したがってシャフトとフランジ１２からなる
構造はコーンギアのギア部として用いることができる。

【００２６】図５は本発明の他の実施例による、本方法
の中間的、あるいは最終的な段階を示している。スピニ
ングロールの一つはディスク状のスピニングロール２０
として構成されており、その回転軸３０は被加工物の回
転軸１４と平行である。フランジ１２には、歯切りロー
ル７２によって外歯７４が形成されている。この歯切り
ロール７２はスピニングロール２０に関して円周方向に
有効に移動させることができる。このようにして外歯付
きフランジを有する、シャフト付きのギア部品が得ら
れ、このギア部品はいろいろな用途に用いることができ
る。

【００２７】図５の方法の変形例が図６に示されてい
る。フランジの前面に作るべき端面形状８２ａの成形の
ために、フランジの一方に、環状で軸方向に移動可能
な、スピニング工具８０ａが備えられている。このスピ
ニング工具８０ａはフランジに対して軸方向に押しつけ
られ、スピニングロール１６ａの圧縮力、および軸方向
の据え込み動作と協働して、フランジの半径方向に向か
う側面に所望の端面形状を成形する。またエジェクタ８
４ａが備えられており、これによって、成形工程の終了
後に被加工物を環状のスピニング工具８０ａから分離す
ることができる。

【００２８】図７（ａ），７（ｂ），および７（ｃ）
は、フランジ付きシャフトの製造における加工ないし成
形の別法を示している。図７（ａ）による実施例におい
ては、シャフト上に外歯９０が形成されている。外歯９
０は、特定の用途の機能に応じて、シャフト端部まで伸
びても良く、また中央部にのみ形成されても良い。後者
の場合、外歯は例えばスプラインシャフトの断面形状を
製造するのに必要とされる。この場合、切削または非切
削手段により、シャフト端部と歯９０の間の材料部分９
１が除去される。

【００２９】図７（ｂ）による実施例においては、フラ
ンジ１２に凹部９２が形成されている。このような材料
凹部を形成することによって、慣性質量モーメントの小
さなギア部品を製造することができる。これは多くの用
途において所望されるものである。

【００３０】慣性質量モーメントに関し、特に軽量の被
加工物構造を得るための更なる改良は、図７（ｃ）によ
る他の実施例に示されている。この例は特に深い環状の
凹部９４を有しており、その中に補強リブ９６が配され
ている。補強リブ９６は切削によることなく、フランジ
の熱間加工の際に図６と類似の装置を用いて形成され
る。

【００３１】図８は、図９に示される移動可能コニカル
プーリー部材を製造するための被加工物を示している。
この被加工物は例えばフロー成形法で製造され、その場
合は外部形状を有するスピニングロールが右側から押し
込まれる。この工程は加熱して行なっても良いし、加熱
しなくても良い。図９に示される移動可能コニカルプー
リー部材は、内部形状５４を有するスリーブ状のハブ部
分５２を有している。該ハブ部分は、目的とする用途に
応じて、非常に様々な形状を持たせることができる。ス
リーブ状のハブ部５２の、円筒形の周辺壁部５８は、分
割−据え込み工程によって作り出されたものである。円
筒形の周辺壁部５８の材料としては、コニカルプーリー
部５６の外周からの材料が、分割−据え込み工程によっ
て所望の形状とされたものである。

【００３２】以上の説明、図面及び特許請求の範囲に開
示された本発明の特徴は、個々に、あるいは適宜の組み
合わせにおける発明の具現のために不可欠なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例における、大径フランジを有する
シャフトを製造するための本発明による製造方法の初期
段階を示した状態図。

【図２】管状の被加工物を用いた、本方法の変形例を示
した状態図。

【図３】図１による方法の中間段階を示した状態図。

【図４】図１による方法の更に進行した段階を示した状
態図。

【図５】第２の実施例における、大径フランジを有する
シャフトを製造するための本発明による方法の中間段階
を示した状態図。

【図６】半径方向の刻みが作られるようにした第２の実
施例の変形例を示した状態図。

【図７】フランジ付きシャフトの製造における種々の別
法の成形法を示した一部断面図。

【図８】移動可能のコニカルプーリー部材を製造するた
めの被加工物の中間段階を示した一部断面図。

【図９】移動可能のコニカルプーリー部材を示した一部
断面図。

【符号の説明】

１６，１８ スピニングロール １０ 被加工物１０ ２２，２４，２６，２８ ショルダー面 ７０ ロール

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物としての丸棒材料がその長手方
   向の中心軸を中心として、少なくとも１個のスピニング
   ロールに関して回転され、この少なくとも１個のスピニ
   ングロールの作用のもとに大径のフランジが形成される
   大径フランジを有するシャフトの製造方法において、前
   記被加工物が回転しながら軸方向に据え込まれ、軸方向
   の据え込み過程で前記被加工物の材料が移動し、前記少
   なくとも１個のスピニングロールの作用のもとで、移動
   した材料が半径方向に絞り出されて大径のフランジに成
   形され、特にコーンギアとされることを特徴とする大径
   フランジを有するシャフトの製造方法。
2. 【請求項２】 前記被加工物は、２個のスピニングロー
   ルからなる１対のスピニングロールが送られ、該２個の
   スピニングロールが軸方向に互いに所定の間隔をあけて
   位置し、２個のスピニングロールの間に前記フランジが
   形成されることを特徴とする請求項１に記載の大径フラ
   ンジを有するシャフトの製造方法。
3. 【請求項３】 前記被加工物が、前記フランジが形成さ
   れる領域において、特に再結晶点以上の温度に加熱され
   るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の大径フ
   ランジを有するシャフトの製造方法。
4. 【請求項４】 ショルダー部を有する１個または２個以
   上のスピニングロールが用いられ、一つのショルダー面
   が前記被加工物のほぼ軸方向を向いた外周部に当接し、
   他方のショルダー面が、形成されるべきフランジに従っ
   て、ほぼ半径方向に向くようにしたことを特徴とする請
   求項１に記載の大径フランジを有するシャフトの製造方
   法。
5. 【請求項５】 少なくとも１対のスピニングロールが用
   いられ、そのうち少なくとも１個のスピニングロールが
   ディスク状ないしスリーブ状の構造を有し、かつ該ディ
   スク状のスピニングロールのロール軸が被加工物の長手
   方向の軸にほぼ平行であることを特徴とする請求項１に
   記載の大径フランジを有するシャフトの製造方法。
6. 【請求項６】 少なくとも１対のスピニングロールの２
   個のスピニングロールが、フランジを成形するために互
   いに対して軸方向に送られるようにしたことを特徴とす
   る請求項２に記載の大径フランジを有するシャフトの製
   造方法。
7. 【請求項７】 少なくとも１個のスピニングロールの軸
   方向の据え込み動作と送り動作とが、調和するように互
   いに制御されることを特徴とする請求項２に記載の大径
   フランジを有するシャフトの製造方法。
8. 【請求項８】 固定された第一のコニカルプーリー部を
   なすフランジを有するシャフトと、該シャフトに軸方向
   の移動が可能に架装された第二のコニカルプーリー部と
   を有するコーンギアにおいて、フランジ付きシャフトが
   請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の製造方法
   によってコーンギアとして製造されることを特徴とする
   大径フランジを有するシャフト。