特許 7162981 熱間鍛造用金型の応力分散構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-21

(45)【発行日】2022-10-31

(54)【発明の名称】熱間鍛造用金型の応力分散構造

(51)【国際特許分類】

   B21J 13/02 20060101AFI20221024BHJP

   B21J 13/03 20060101ALI20221024BHJP

   B21J 13/14 20060101ALI20221024BHJP

   B21J 3/00 20060101ALI20221024BHJP

【ＦＩ】

B21J13/02 H

B21J13/03

B21J13/14 B

B21J3/00

B21J13/02 Z

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018205315

(22)【出願日】2018-10-31

(65)【公開番号】P2020069510

(43)【公開日】2020-05-07

【審査請求日】2021-06-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000231350

【氏名又は名称】ジヤトコ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100148301

【弁理士】

【氏名又は名称】竹原 尚彦

(74)【代理人】

【識別番号】100176991

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 由布子

(72)【発明者】

【氏名】大嶋 駿介

(72)【発明者】

【氏名】權 寧照

【審査官】豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－００１０９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３１７５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３０１２０８６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭５７－１８７１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－１５７１００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平６－３４４０６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｊ １３／０２ － １３／０３

Ｂ２１Ｊ １３／１４

Ｂ２１Ｊ ３／００

Ｂ２１Ｄ ２２／２０ － ２４／００

Ｂ２１Ｄ ３７／００ － ３７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上金型の押し付けによりワークが装入される貫通孔を備えた下金型と、
前記下金型を支持し、前記貫通孔の下端開口に連通して前記貫通孔と同軸上に延びるガイド孔を備えたスペーサと、
前記ガイド孔内および前記貫通孔内を軸方向に移動可能に設けられ、前記貫通孔に装入されたワークの下端を保持するノックアウトピンと、
前記スペーサに設けられ、前記ガイド孔の内壁面に開口した吐出口を有し、前記ノックアウトピンが前記貫通孔内の前記ワークを押し上げる際に、前記ノックアウトピンに離型剤を供給する離型剤流路と、
前記ガイド孔の内壁面の周方向に沿って形成された環状溝と、を備え、
前記環状溝は、前記離型剤流路の吐出口に対して、前記下金型側に設けられることを特徴とする熱間鍛造用金型の応力分散構造。

【請求項2】

前記スペーサに設けられ、前記内壁面に開口した供給口を有するエア供給路を備え、
前記環状溝は、前記エア供給路の供給口の前記下金型側に設けられることを特徴とする請求項１記載の熱間鍛造用金型の応力分散構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱間鍛造用金型の応力分散構造に関する。

【背景技術】

【0002】

車両のベルト式無断変速機等に使用される固定プーリは、金属ベルトの接触面であるフランジ状のシーブ部と、複数個のボールが挿入される条溝が形成された軸部とを備える。固定プーリは、例えば熱間鍛造により製造することができる。

【0003】

熱間鍛造において、高温に加熱した金属素材のワークを下金型にセットし、上金型を押し付けてワークを成型する。下金型は、上面から底面に貫通する貫通孔を備えており、上面は貫通孔から外縁に向かって上方に傾斜している。下金型に上金型を押し付けた際に、上金型の底面と下金型の上面の間の隙間に装入されたワークによって固定プーリのシーブ部が成型され、貫通孔に挿入されたワークによって固定プーリの軸部が成型される。

【0004】

下金型は、底面側でスペーサにより支持されている。スペーサは、下金型の貫通孔の下端開口に連通するガイド孔が形成されている。ガイド孔は貫通孔と同軸上に延びており、ガイド孔と貫通孔の内部を軸方向に上下動可能にノックアウトピンが配置されている。ワークの成型時、ノックアウトピンの上端は貫通孔の内部に挿入され、貫通孔内で成型される軸部の下端を保持する。成型後、上金型を取り外して、ノックアウトピンを上方に移動させることで、ワークを下金型から離型させる（例えば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平３－９４９４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ワークを下金型からスムーズに離型させるために、ワークに離型剤を供給するが、貫通孔の上方から供給すると軸部の先端側には届かない可能性がある。そのため、スペーサに離型剤流路となる空洞を形成し、離型剤の吐出口をガイド孔の内壁面に設ける。これによって、ガイド孔を介して下方からワークに離型剤を供給することができる。

【0007】

しかしながら、ワークの成型時、上金型を下金型に押し付ける荷重によって、下金型を支持するスペーサに応力が発生する。応力は離型剤流路を形成するために設けられたスペーサの空洞部分に応力が集中しやすく、ガイド孔の内壁面に開口する離型剤流路の吐出口はスペーサの割れの起点となる可能性がある。

【0008】

熱間鍛造用の金型において、スペーサの割れの発生を低減し、耐久性を向上させることが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の、熱間鍛造用金型の応力分散構造は、
上金型の押し付けによりワークが装入される貫通孔を備えた下金型と、
前記下金型を支持し、前記貫通孔の下端開口に連通して前記貫通孔と同軸上に延びるガイド孔を備えたスペーサと、
前記ガイド孔内および前記貫通孔内を軸方向に移動可能に設けられ、前記貫通孔に装入されたワークの下端を保持するノックアウトピンと、
前記スペーサに設けられ、前記ガイド孔の内壁面に開口した吐出口を有し、前記ノックアウトピンが前記貫通孔内の前記ワークを押し上げる際に、前記ノックアウトピンに離型剤を供給する離型剤流路と、
前記ガイド孔の内壁面の周方向に沿って形成された環状溝と、を備え、
前記環状溝は、前記離型剤流路の吐出口に対して、前記下金型側に設けられる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、離型剤流路の吐出口の下金型側に環状溝を設けたことにより、吐出口付近に集中しやすい応力が分散されるため、スペーサの割れの発生を低減させることができ、金型の耐久性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】熱間鍛造用金型の構成を示す断面図であり、ワーク成型時の状態を示す図である。

【図2】熱間鍛造用金型で製造される固定プーリを備えるプーリの構成を示す図である。

【図3】スペーサの構成を示す断面図である。

【図4】熱間鍛造用金型の、ノックアウトピンの上昇時の状態を示す図である。

【図5】熱間鍛造用金型の、ノックアウトピンの上昇後の状態を示す図である。

【図6】（ａ）は、スペーサにかかる応力を説明する図であり、（ｂ）は、環状溝によるスペーサの応力分散構造を説明する図であり、（ｃ）は環状溝による貫通孔内へのスケールの侵入抑制を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は、熱間鍛造用金型の構成を示す断面図である。
図２は、熱間鍛造用金型で製造される固定プーリを備えるプーリの構成を示す図である。
図１に示すように、実施の形態に係る熱間鍛造用金型１は、ワークＷを成型して固定プーリを製造するものである。
図２に示すように、固定プーリ１１０は、ベルト式無断変速機のプーリ１００を構成する部品であり、軸部１１１と、軸部１１１の外周から径方向外側に延びるシーブ部１１２を有する。プーリ１００は、固定プーリ１１０の軸部１１１に可動プーリ１２０が外挿されて構成される。可動プーリ１２０は、軸線Ｘｉ周りの周方向における固定プーリ１１０との相対回転が規制された状態で、軸線Ｘｉ方向に移動可能に設けられている。

【0013】

可動プーリ１２０は、固定プーリ１１０の軸部１１１に外挿される円筒状の基部１２１と、基部１２１の外周から径方向外側に延びるシーブ部１２２とを有しており、この可動プーリ１２０のシーブ部１２２と、固定プーリ１１０のシーブ部１１２は、軸線Ｘｉ方向に間隔をあけて対向している。

【0014】

固定プーリ１１０のシーブ部１１２と可動プーリ１２０のシーブ部１２２の互いの対向面の間が、ベルトＶが巻掛けられるＶ溝となっている。ベルト式無段変速機では、Ｖ溝の溝幅を変更してプーリ１００におけるベルトＶの巻掛け半径を変更することで、所望の変速比を実現するようになっている。

【0015】

図１に示すように、熱間鍛造用金型１は、同軸（軸線Ｘ）上に対向して配置された円柱状の上金型２と下金型３を備える。
上金型２の底面２１の軸中心には、軸方向から見て円形の凹部２１ａが形成されている。

【0016】

下金型３の軸中心には、上面３１から底面３２に貫通する貫通孔３３が形成され、貫通孔３３の径は、上面３１から底面３２に向かって段階的に小さくなっている。下金型３の、上金型２と対向する上面３１には、貫通孔３３の上面側開口端３３ａから外縁に向かって上方に傾斜する傾斜面が形成されている。上金型２と下金型３を対向配置した状態では、上金型２の底面２１と下金型３の上面３１の間に隙間が形成される。

【0017】

加熱したワークＷを下金型３にセットし、プレスＰによって上金型２を下金型３に押し付けることで、ワークＷが塑性変形して固定プーリ１１０が成型される。ワークＷの、上金型２の底面２１と下金型３の上面３１の間の隙間に装入される部分が、固定プーリ１１０のシーブ部１１２（図２参照）となり、上金型２の凹部２１ａと下金型３の貫通孔３３に装入される部分が、固定プーリ１１０の軸部１１１（図２参照）となる。

【0018】

下金型３は、円柱状のスペーサ４の上面４１にボルト等で固定され、下金型３およびスペーサ４は、不図示のハードプレート上に固定されたダイケース５に収納されている。

【0019】

図３は、スペーサ４の構成を示す断面図である。
図３に示すように、スペーサ４には、上面４１から底面４２に貫通する下金型３の貫通孔３３と同軸（軸線Ｘ）に延びるガイド孔４３が形成されている。ガイド孔４３の上面側開口端４３ａは貫通孔３３の底面側開口端３３ｂに接続しており、貫通孔３３とガイド孔４３は連通している。ガイド孔４３の径Ｄ１は、貫通孔３３の底面側開口端３３ｂの径Ｄ２よりも大きくなっている。

【0020】

スペーサ４のガイド孔４３内にはノックアウトピン６が挿通する。ノックアウトピン６は、頭部６１と、頭部６１より小径であり、頭部６１から軸線Ｘ方向上側に延びる胴部６２から構成される。頭部６１の径Ｄ３は、ガイド孔４３の径Ｄ１より僅かに小径で、貫通孔３３の底面側開口端３３ｂの径Ｄ２よりも大径であり、ガイド孔４３の内壁面４３ｃを摺動可能で、かつ貫通孔３３への進入を規制される大きさに設定されている。胴部６２の径Ｄ４は貫通孔３３の底面側開口端３３ｂの径Ｄ２より僅かに小径であり、貫通孔３３内を摺動可能な大きさに設定されている。

【0021】

ノックアウトピン６は、不図示の駆動機構がノックアウトピン６の頭部６１を押し上げることによって、軸線Ｘ方向に沿って上昇可能となっている。ノックアウトピン６の駆動機構は、例えば、カムの回転により揺動するレバーを用いた機械式駆動機構または油圧シリンダを用いた油圧駆動機構とすることができる。

【0022】

ワークＷの成型時にはノックアウトピン６は駆動されておらず、頭部６１はガイド孔４３の底面側開口端４３ｂに位置し、胴部６２の先端６２ａは貫通孔３３内の軸線Ｘ方向の位置Ｐ１において、貫通孔３３内に装入されたワークＷの下端を保持している。

【0023】

図４は、ノックアウトピン６の上昇時の状態を示す図である。
ワークＷ成型後、上金型２を取り外してから、図４に示すように、ノックアウトピン６の頭部６１を押し上げることによって、ノックアウトピン６を上昇させる。ノックアウトピン６が上昇することによって、ノックアウトピン６の先端６２ａに保持されているワークＷも上昇して下金型３から離型する。

【0024】

スペーサ４には、ワークＷの離型をスムーズにするための離型剤Ｌを供給する離型剤流路４４が設けられている。離型剤Ｌは、例えば黒鉛含有オイル等を用いることができる。離型剤流路４４は、スペーサ４の内部を軸線Ｘ方向と直交する方向に貫通させた空洞であり、ダイケース５に設けられた離型剤供給源（不図示）に接続している。離型剤流路４４は、ガイド孔４３の内壁面４３ｃの上面側開口端４３ａ近傍の位置に開口を有し、この開口が離型剤Ｌの吐出口４４ａとなっている。

【0025】

ワークＷの離型時にノックアウトピン６を上昇させると共に、離型剤流路４４の吐出口４４ａから離型剤Ｌを供給する。吐出口４４ａはガイド孔４３の上面側開口端４３ａ近傍に位置しているため、吐出口４４ａから吹き付けられた離型剤Ｌは、ノックアウトピン６と、ガイド孔４３および貫通孔３３との隙間を通って貫通孔３３内のワークＷに塗布される。なお、図示は省略するが、離型剤流路４４からの供給に加えて、下金型３の上面３１側からワークＷに離型剤Ｌを供給しても良い。

【0026】

図５は、ノックアウトピン６の上昇後の状態を示す図である。
前記したようにノックアウトピン６の頭部６１は貫通孔３３の底面側開口端３３ｂの径Ｄ２よりも大径であるため、図５に示すように、駆動機構によって上昇したノックアウトピン６は、頭部６１が貫通孔３３の底面側開口端３３ｂに突き当たる位置で停止する。胴部６２の先端６２ａは、貫通孔３３内の軸線Ｘ方向の位置Ｐ１から位置Ｐ２まで上昇し、胴部６２の先端６２ａに保持されるワークＷは、下金型３からリフトアップした状態となる。不図示の搬送装置によってリフトアップしたワークＷを保持して、熱間鍛造用金型１から搬出する。

【0027】

スペーサ４には、ノックアウトピン６の先端６２ａを位置Ｐ２において位置保持するためのエアＡを供給するエア供給路４５が設けられている。エア供給路４５は、スペーサ４の内部を軸線Ｘ方向と直交する方向に貫通させた空洞であり、ダイケース５に設けられたエア供給源（不図示）に接続している。エア供給路４５は、ガイド孔４３の内壁面４３ｃの底面側開口端４３ｂ近傍の位置に開口を有し、この開口がエアＡの供給口４５ａとなっている。

【0028】

エア供給路４５の供給口４５ａからエアＡを供給すると、エアＡがガイド孔４３内を流通してノックアウトピン６の頭部６１に吹き付け、上方向に押圧する。これによって、ノックアウトピン６の先端６２ａは位置Ｐ２において位置保持される。

【0029】

図３に示すように、スペーサ４のガイド孔４３の内壁面４３ｃの上面側開口端４３ａ近傍には、内壁面４３ｃの周方向に沿って環状溝４６が形成されている。環状溝４６は、内壁面４３ｃを径方向に拡径するように形成され、断面視でコの字形である。環状溝４６は、エア供給路４５の供給口４５ａおよび離型剤流路４４の吐出口４４ａよりも上側、すなわち下金型３側に形成されている。

【0030】

図６の（ａ）は、スペーサ４にかかる応力を説明する図であり、図６の（ｂ）は、環状溝４６によるスペーサ４の応力分散を説明する図であり、図６の（ｃ）は環状溝４６による貫通孔３３内へのスケールの侵入抑制を説明する図である。
図６の（ａ）では、比較例として、スペーサ４に環状溝４６が形成されていない状態を図示している。
ワークＷの成型時、上金型２を下金型３に押し付ける荷重によって、下金型３を支持するスペーサ４に応力がかかる。図６の（ａ）に示すように、応力はスペーサ４の空洞部分に特に集中しやすい。ガイド孔４３の内壁面４３ｃに開口している離型剤流路４４の吐出口４４ａとエア供給路４５の供給口４５ａは、応力の集中によって割れの起点となる可能性がある。

【0031】

実施の形態では、ガイド孔４３の内壁面４３ｃの離型剤流路４４の吐出口４４ａとエア供給路４５の供給口４５ａよりも上側に、環状溝４６が形成されている。図６の（ｂ）に示すように、環状溝４６が形成された部分は内壁面４３ｃが径方向に拡径された状態である。そのため、応力が集中する部分が環状溝４６よりも径方向外方に移動するため、割れの起点になりやすい離型剤流路４４の吐出口４４ａとエア供給路４５の供給口４５ａにかかる応力を分散させることができる。

【0032】

環状溝４６を設ける軸線Ｘ方向の位置、軸方向幅および径方向深さの設定は、スペーサ４にかかる応力分布や、スペーサ４に要求される強度等を考慮して、適宜決定することができる。

【0033】

さらに、環状溝４６は貫通孔３３へのスケールの侵入を抑制する作用がある。熱間鍛造では、ワークＷを加熱することによりスケール（酸化膜）が生じる。図６の（ｃ）に示すように、ワークＷを成型する際に、ワークＷからスケールＳが剥離し、貫通孔３３と連通するガイド孔４３内に落下し、ガイド孔４３の内壁面４３ｃに付着することがある。ノックアウトピン６が上昇してガイド孔４３内を摺動する際に、ガイド孔４３の内壁面４３ｃに付着したスケールＳを擦り取り、擦り取ったスケールＳを貫通孔３３内に持ち込む可能性がある。貫通孔３３内にスケールＳが侵入すると、ワークＷを離型させる際に貫通孔３３の壁面との間の摩擦が大きくなり、ワークＷの欠肉や肌荒れに繋がる可能性がある。

【0034】

実施の形態では、ノックアウトピン６に擦り取られたスケールＳが、ガイド孔４３の内壁面４３ｃの上面側開口端４３ａ近傍の位置に設けられた環状溝４６に入り込むことによって、貫通孔３３へのスケールＳの侵入を抑制することができる。

【0035】

以上の通り、熱間鍛造用金型１の応力分散構造は、
（１）上金型２の押し付けによりワークＷが装入される貫通孔３３を備えた下金型３と、
下金型３を支持し、貫通孔３３の底面側開口端３３ｂ（下端開口）に連通して貫通孔３３と同軸上に延びるガイド孔４３を備えたスペーサ４と、
ガイド孔４３内および貫通孔３３内を軸方向に移動可能に設けられ、貫通孔３３に装入されたワークＷの下端を保持するノックアウトピン６と、
スペーサ４に設けられ、ガイド孔４３の内壁面４３ｃに開口した吐出口４４ａを有する離型剤流路４４と、
ガイド孔４３の内壁面４３ｃの周方向に沿って形成された環状溝４６と、を備え、
環状溝４６は、離型剤流路４４の吐出口４４ａの上側（下金型側）に設けられる。

【0036】

下金型３を支持するスペーサ４に離型剤流路４４を設けると、スペーサ４に空洞が形成されることになる。ワークＷの成型時に上金型２を下金型３に押し付ける荷重によって、下金型３を支持するスペーサ４が変形するが、スペーサ４の空洞部分、特にガイド孔４３の内壁面４３ｃに開口する吐出口４４ａに応力が集中しやすくなり、スペーサ４の割れの起点となる可能性がある。

【0037】

実施の形態では、ガイド孔４３の内壁面４３ｃの、吐出口４４ａの上方に環状溝４６を形成することで、吐出口４４ａ付近の応力を分散させることができ、スペーサ４の耐久性を向上させることができる。

【0038】

また、ワークＷから剥離して貫通孔３３内に落下し、上昇するノックアウトピン６に擦り取られたスケールＳが環状溝４６に入り込むことによって、貫通孔３３へのスケールＳの侵入を抑制することができ、貫通孔３３の壁面とワークＷとの摩擦によるワークＷの欠肉や肌荒れを低減することができる。

【0039】

（２）熱間鍛造用金型１の応力分散構造は、スペーサ４に設けられ、内壁面４３ｃに開口した供給口４５ａを有するエア供給路４５を備え、環状溝４６は、エア供給路４５の供給口４５ａの下金型３側に設けられる。
スペーサ４には、エア供給路４５による空洞も形成されるが、離型剤流路４４と同様に、内壁面４３ｃに開口した供給口４５ａに応力が集中しやすくなり、スペーサ４の割れの起点となる可能性がある。環状溝４６を形成することによって、離型剤流路４４と同様に、エア供給路４５の供給口４５ａ付近の応力を分散させることができるため、スペーサ４の耐久性を向上させることができる。

【0040】

なお、前記した実施の形態では、断面コの字形の環状溝４６（図３参照）を例示したが、環状溝４６は内壁面４３ｃを径方向に拡径して応力が集中する部分を径方向外方に移動させることができれば良く、例えば環状溝４６は断面Ｃ字形としても良い。

【符号の説明】

【0041】

１ 熱間鍛造用金型
２ 上金型
２１ 底面
２１ａ 凹部
３ 下金型
３１ 上面
３２ 底面
３３ 貫通孔
３３ａ 上面側開口端
３３ｂ 底面側開口端
４ スペーサ
４１ 上面
４２ 底面
４３ ガイド孔
４３ａ 上面側開口端
４３ｂ 底面側開口端
４３ｃ 内壁面
４４ 離型剤流路
４４ａ 吐出口
４５ エア供給路
４５ａ 供給口
４６ 環状溝
５ ダイケース
６ ノックアウトピン
６１ 頭部
６２ 胴部
６２ａ 先端
１００ プーリ
１１０ 固定プーリ
１１１ 軸部
１１２ シーブ部
１２０ 可動プーリ
１２１ 基部
１２２ シーブ部
Ｐ プレス
Ｓ スケール
Ｖ ベルト
Ｗ ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】