JP2002239651A

JP2002239651A - ボス部付き板金物及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002239651A
Application number: JP2001037003A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Okubo; 潔大久保; Shoichi Abe; 正一阿部
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2002-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】所望の内径、肉厚や高さを有し、強度的に満
足できる筒状のボス部を小さなプレス機を用いて板金物
に一体的に成形して、製造コストの低減および板金物の
軽量化を図ること。【解決手段】平板状の金属製素材４の外周部に複数の
径方向の切欠き４ａを形成して、この切欠き付き素材４
に絞り加工を施して膨出部５ａを成形し、その後、この
膨出部５ａに後工程を施してボス部３ａを成形してい
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、平板状の金属製素
材に絞り加工を施してボス部を成形するボス部付き板金
物及びその製造方法に関する。ここで、板金物とは、例
えば、樹脂製ギヤに用いる回転軸嵌合用の筒状ボス部を
備えた金属製の芯金、又は回転軸嵌合用の筒状ボス部を
備えたプーリーである。

【０００２】

【従来の技術】回転軸に嵌合するボス部付き金属製芯金
を備えた樹脂製ギアでは、例えば、図６に示すように、
樹脂製ギヤ１は、筒状のボス部３ａを有する金属製芯金
３の一側面及び外周面に、歯形状部２ａを有する樹脂部
２を射出成形して形成している。

【０００３】この場合、回転方向の力は、金属製芯金３
の鍔部３ｂの外周端縁に設けたセレーション３ｃにより
受けていると共に、軸方向の力は、芯金３の鍔部外周円
筒部３ｄを両側から挟み込むように樹脂を成形すること
により受けている。

【０００４】さらに、筒状のボス部３ａには、回転軸
（図示略）を圧入嵌合するが、この圧入による結合力を
強くするため、ボス部３ａは、軸方向に十分な長さが必
要であると共に、径方向に十分な肉厚が必要であるとい
ったことがある。

【０００５】このような強度的な条件を満足するため、
筒状のボス部３ａを一体的に備えた金属製芯金３を製造
する際には、冷間鍛造によりボス部３ａを成形した後、
切削加工を施してその形状を整えている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷間鍛
造によりボス部を成形する場合、軽量化ができない、工
程数が多くかかる、大がかりな特殊設備を必要とする、
等の問題があり、製造コストの低減にも限界がある。

【０００７】このようなことから、バーリング加工によ
り、板金物から筒状のボス部を一体的に成形する方法が
ある。しかし、バーリング加工の場合、平坦部にパンチ
などで孔を形成しておき、この孔を押し広げながら孔周
りの平坦部を立ち上げていくものであるから、高さの高
い筒状のボス部を得ようとすれば、ボス部の内径も広が
ることになる。つまりボス部の高さをｈとし、ボス部の
内径の半径をｒとすれば、ｈ＜ｒのボス部しか作ること
ができない。また、ボス部の肉厚は、素材の板厚ｔ０よ
り薄くなるので、板金物からでは、充分な強度を備えた
ボス部を製造することは困難であるといったことがあ
る。

【０００８】また、絞り加工により、板金物から筒状の
ボス部を一体的に成形する方法がある。しかし、絞り加
工の場合、金属製素材の径と絞り部の径との関係には一
定の制約があり、ボス部の肉厚が薄くなる傾向が生じ
て、満足のいく強度が得られないことがある。特に、図
６のように、外径が大きくボス部３ａの径が小さいよう
な組み合わせの場合、絞り加工を施しても、素材の強度
が高いため、外径部の縮径が生じ難く（一般の絞りは、
素材の外径部が絞り作用によって内側に引っ張られて縮
径し、それに伴って内側部での絞りが進行する）、塑性
流動するボリュームに不足が生じ、所望の形状を得るの
が困難であるといったことがある。

【０００９】本発明は、上述したような事情に鑑みてな
されたものであって、所望の内径、肉厚や高さを有し、
強度的に満足できる筒状のボス部を小さなプレス機を用
いて一体的に成形して、製造コストの低減および板金物
の軽量化を図ることができるボス部付き板金物及びその
製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の請求項１は、ボス部を備えたボス部付き板
金物において、平板状の金属製素材の外周部に複数の径
方向の切欠きを形成して、この切欠き付き素材に絞り加
工を施して膨出部を成形し、その後、この膨出部に後工
程を施してボス部を成形したことを特徴とするボス部付
き板金物である。

【００１１】また、請求項２は、素材の外周部に形成す
る複数の径方向の切欠きは、絞り加工終了後、その切欠
き端面が互いに略密着するように予め設定してあること
を特徴とする請求項１に記載のボス部付き板金物であ
る。

【００１２】さらに、請求項３は、ボス部を備えたボス
部付き板金物の製造方法において、平板状の金属製素材
の外周部に複数の径方向の切欠きを形成して、この切欠
き付き素材に絞り加工を施して膨出部を成形し、その
後、この膨出部に後工程を施してボス部を成形すること
を特徴とするボス部付き板金物の製造方法である。

【００１３】さらに、請求項４は、素材の外周部に形成
する複数の径方向の切欠きは、絞り加工終了後、その切
欠き端面が互いに略密着するように予め設定してあるこ
とを特徴とする請求項３に記載のボス部付き板金物の製
造方法である。

【００１４】さらに、請求項５は、素材の外周部に形成
する複数の切欠きの径方向長さは、素材の半径の１／３
以上であることを特徴とする請求項３に記載のボス部付
き板金物の製造方法である。

【００１５】このように、本発明によれば、外周部に切
欠きを入れた素材から絞り加工するため、該切欠きによ
り素材が縮径しようとするときの抵抗がなくなることか
ら、容易に縮径し、絞り加工を円滑に行うことができ
る。このため、絞り部のボリュームは増大し、ボス部の
形状が出易くなる。故に、ボス部の軸方向の長さや肉厚
を十分に確保した製品を板金から作り出すことができ
る。また、素材の切欠きは、絞り加工により容易に接合
して筋状になってしまうため、最終製品として使用する
ときに不都合を生じない。筋部は、メタルフローが分解
されているが、ボス部までは達していないため、強度上
の問題はほとんどない。すなわち、ボス部の強度が充分
であれば筋部近辺に作用する応力は小さいため問題とは
ならない。また、樹脂製ギヤの金属製芯金の場合には、
筋部は樹脂にて覆われて使用されるため、製品機能上の
問題も生じない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
ボス部付き板金物及びその製造方法を図面を参照しつつ
説明する。

【００１７】図１は、本発明の実施の形態に係る製造方
法に用いる素材を表す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）の断面図である。図２は、本発明の実施
の形態に係る製造方法の第１の加工工程を示す図であ
り、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
図３は、本発明の実施の形態に係る製造方法の第２〜第
５の加工工程を示す断面図であり、（ａ）は第２工程、
（ｂ）は第３工程、（ｃ）は第４工程、（ｄ）は第５工
程を示す。図４は、本発明の実施の形態に係る製造方法
に基づいて完成した金属製芯金を示す図であり、（ａ）
は平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図を示す。図５は、本
発明の実施の形態に係る製造方法に基づいた金属製芯金
に樹脂を射出成形して完成した樹脂製ギヤの一例を示す
図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図を
示す。

【００１８】図１において、平板状の金属製素材４は、
略円盤状の形状であり、外周側に複数（４個所）の径方
向の切欠き４ａを有している。外周形状４ｂは、略円形
であるが、真円ではなく、後工程を考慮して多角（図で
は４角）気味に設定されている。

【００１９】また、外周からの切欠き４ａの深さＢは、
素材４の半径Ｒ１の１／３以上の深さに達している（Ｂ
＞Ｒ１/３）。厚さｔ０は、完成品の厚さｔ（図４、図
５参照）と略同等である。

【００２０】図１において、切欠き４ａの輪郭形状は、
次工程の絞り工程のとき、切欠き４ａが縮んで筋状合わ
せ目５ｂ（図２参照）になるように、予め形状を設定し
ておく。また、外周形状４ｂは、次工程で縮径したとき
に真円になるような曲率に設定しておくと良い。さら
に、切欠き４ａの輪郭形状、数、深さ等は、完成品の形
状に合わせて最適になるように設定してある。なお、こ
の切欠き４ａの形状（深さ、幅、輪郭）は、後述する絞
り加工を繰り返して試行錯誤しながら決めても良いが、
解析により求めてもよい。

【００２１】図１に示した素材４を用いて、図２に示す
ように、絞り加工を施して、第１中間体５となす。この
絞り加工は、特別なやり方をともなわず、一般的なプレ
ス絞りを行えば良い。

【００２２】図２に示すように、中心位置に膨出部５ａ
が生ずるように絞り加工を行う。この時、切欠き４ａ
は、縮んで隙間がなくなり筋状合わせ目５ｂとして、筋
状になって残ると共に、外周形状４ｂは、切欠き４ａの
作用により縮径して、外周形状５ｃのごとく真円（半
径、Ｒ２）になる。

【００２３】筋状合わせ目５ｂは、しっかり合わさって
いるのが理想的であり、ある程度の圧力が発生して合わ
せ目が密着するように、切欠き形状および絞り加工条件
を設定する。

【００２４】一般的な絞り加工の場合、即ち、切欠きを
有しない単純な円板状の金属製素材から絞り加工を行う
場合には、素材の外周側の壁が抵抗になり、絞りを行っ
てもなかなか縮径が伴わない。縮径を生じるには、原則
的に外周部の板厚が増大しなければいけないが、素材の
外周径が大きすぎると、そのような板厚増大の応力が発
生せず、中心部の絞り部分近辺のみが変形し引き伸ばさ
れて薄くなってしまう。

【００２５】これに対して、図２の絞り加工では、切欠
き４ａを有しているために、あたかも素材４の半径が
（Ｒ１−Ｂ）で表されるような材料を絞ったように作用
し、十分な縮径効果が期待できる。この効果により、図
２（ｂ）の膨出部５ａの深さＣが無理なく充分深くなる
ので、ボス部のボリュームが不足することはない。

【００２６】図２で得られた第１中間体５に、図３に示
す一連の後工程を施して金属製芯金３を完成することが
できる。先ず、図３（ａ）に示すように、図２で得られ
た第１中間体５をリストライクし、膨出部５ａを変形し
てボス形状に近い膨出部６ａとした第２中間体６を製造
する。

【００２７】続いて、第２中間体６の膨出部６ａを打ち
抜き、膨出部６ａに嵌合孔を形成した第３中間体７を製
造する（図３（ｂ））。続いて、第３中間体７の鍔部７
ａを絞って鍔部外周円筒部８ａを持った第４中間体８を
製造する（図３（ｃ））。最後に、第４中間体８の鍔部
外周円筒部８ａの一部に冷間鍛造によりセレーション３
ｃを成形すると同時に、ボス部３ａのリストライクを行
ってボス部３ａの肉厚を増大しながら形状を整えて、金
属製芯金３を完成する（図３（ｄ））。なお、第１中間
体５から第４中間体８までの、これらの加工方法はすべ
て特段に高度な技術を使うことなく、通常レベルのプレ
ス加工技術ですべて実現可能である。

【００２８】完成した金属製芯金３は、図４に示すよう
に、ボス部３ａ、鍔部３ｂ、セレーション３ｃ、鍔部外
周円筒部３ｄ等を有している。ボス部３ａは、前述のよ
うに、絞り加工工程において充分なボリュームが確保し
てあるため、軸方向の長さや肉厚は、充分大きくなって
いる。

【００２９】なお、図１における切欠き４ａの深さＢが
深いほど、絞り工程における外径引き込み効果は大きく
なり、ボス部３ａのボリュームを大きく設定できる。し
かし、深すぎると、ボス部３ａにまで筋状合わせ目５ｂ
が到達してしまい、ボス部３ａの強度が弱くなってしま
う。逆に、切欠き４ａの深さＢが浅い場合には、絞り工
程における外周引き込み効果は小さくなり、ボス部３ａ
のボリュームが確保できない。浅すぎる場合には、絞り
が不十分になり本発明の効果が期待できないため、切欠
き深さＢは外周半径の１/３以上の深さを必要とする。
製品の機能上差し障りのない程度に切欠き深さを設定す
るのが効率的である。

【００３０】また、切欠き４ａの幅Ａも絞り工程に影響
を与える。すなわち、あまり細い切り込み幅では、切欠
き４ａの効果が薄くなり、絞り工程の途中で筋状合わせ
目５ｂが接合した状態になり、それ以降の絞りが不完全
になってしまい、ボス部に充分なボリュームが引き込ま
れない。反対に、広すぎる切り込み幅の場合には絞った
後でも切欠きが残ってしまい、筋状合わせ目５ｂが開口
した状態（密着しない状態）になってしまう。

【００３１】さらに、本実施の形態によると、金属製芯
金３の一部に、筋状合わせ目５ｂが残り、この部分は材
料が分断されている（メタルフローが切れている状態）
ので、分断されていない従来品と比べると強度的に弱く
なる。しかしこの欠点を差し引いても板金から加工でき
るというメリットは大きい。

【００３２】さらに、筋状合わせ目５ｂの強度不足は、
筋状合わせ目５ｂがお互い交互に重なり合うようにする
ことによって、強化できる。また、筋状合わせ目５ｂを
加締めることによっても強化できる。これらの加工は一
連のプレス加工の中に織り込むことが出来るので、実質
的に欠点の少ない製品に仕上げることが出来る。もちろ
ん筋状合わせ目５ｂを溶接により接合することも可能で
ある。

【００３３】また、板金物から金属製芯金３を製造して
いることから、軽量化を図ることができると共に、板金
で絞り加工を主体にしているから、ボス部３ａと鍔部３
ｄとの連結部のフローが途切れることがない。ゆえに機
能の優れた軽い製品を得ることができる。

【００３４】本発明は、上述した実施の形態に限定され
ず、種々変形可能である。例えば、本実施の形態では、
樹脂製ギアに用いる金属製芯金を一例として説明した
が、これに限定されることなく、プーリー等、回転軸嵌
合用ボス部を備えた板金物であればよい。すなわち、本
発明は、筒状のボス部の成形を必要とする板金物に広く
適用することができる。

【００３５】

【本発明の効果】以上説明したように、本発明によれ
ば、ボス部の軸方向の長さや肉厚を十分に確保したボス
部一体型板金物を平板状の金属製素材から容易に製造す
ることができることから、特別な設備を必要とすること
なく、著しい製造コストの低減を図ることができ、ま
た、ボス部付き板金物の軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る製造方法に用いる素
材を表す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の
断面図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る製造方法の第１の加
工工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）の断面図である。

【図３】本発明の実施の形態に係る製造方法の第２〜第
５の加工工程を示す断面図であり、（ａ）は第２工程、
（ｂ）は第３工程、（ｃ）は第４工程、（ｄ）は第５工
程を示す。

【図４】本発明の実施の形態に係る製造方法に基づいて
完成した金属製芯金を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）の断面図を示す。

【図５】本発明の実施の形態に係る製造方法に基づいた
金属製芯金に樹脂を射出成形して完成した樹脂製ギヤの
一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）
の断面図を示す。

【図６】従来に係る製造方法により製造方法に基づいた
金属製芯金に樹脂を射出成形して完成した樹脂製ギヤの
一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）
の断面図を示す。

【符号の説明】

１樹脂製ギア２樹脂部２ａ歯形状部３芯金３ａボス部３ｂ鍔部３ｃセレーション３ｄ鍔部外周円筒部４金属製素材４ａ切欠き４ｂ外周形状５第１中間体５ａ膨出部５ｂ筋状合わせ目５ｃ外周形状６第２中間体６ａ膨出部７第３中間体７ａ鍔部８第４中間体８ａ鍔部外周円筒部ｔ、ｔ０板厚Ａ切欠き幅Ｂ切欠き深さＣ膨出部の深さＲ１、Ｒ２半径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２１Ｋ 1/30 Ｂ２１Ｋ 1/30 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボス部を備えたボス部付き板金物におい
て、平板状の金属製素材の外周部に複数の径方向の切欠きを
形成して、この切欠き付き素材に絞り加工を施して膨出
部を成形し、その後、この膨出部に後工程を施してボス
部を成形したことを特徴とするボス部付き板金物。
【請求項２】素材の外周部に形成する複数の径方向の切
欠きは、絞り加工終了後、その切欠き端面が互いに略密
着するように予め設定してあることを特徴とする請求項
１に記載のボス部付き板金物。
【請求項３】ボス部を備えたボス部付き板金物の製造方
法において、平板状の金属製素材の外周部に複数の径方向の切欠きを
形成して、この切欠き付き素材に絞り加工を施して膨出
部を成形し、その後、この膨出部に後工程を施してボス
部を成形することを特徴とするボス部付き板金物の製造
方法。
【請求項４】素材の外周部に形成する複数の径方向の切
欠きは、絞り加工終了後、その切欠き端面が互いに略密
着するように予め設定してあることを特徴とする請求項
３に記載のボス部付き板金物の製造方法。
【請求項５】素材の外周部に形成する複数の切欠きの径
方向長さは、素材の半径の１／３以上であることを特徴
とする請求項３に記載のボス部付き板金物の製造方法。