JP2000024838A - 歯車用鍛造型の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】チッピングの発生を有効に阻止するとともに、
表面硬度および面粗度を向上させ、耐久性に優れる鍛造
型を得ることを可能にする。 【解決手段】処理槽１８には、第１および第２溶液貯留
槽３０、３６が接続されている。第１溶液貯留槽３０
は、金型１２に荒加工および中間仕上げ加工を施す際に
使用される放電加工溶液２８を貯留する一方、第２溶液
貯留槽３６は、仕上げ加工時に使用され、クロム金属３
２の粉末を添加した放電加工粉末溶液３４を貯留してい
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、歯車形状に対応す
る放電加工用電極を使用し、鍛造型に荒加工、中間仕上
げ加工および仕上げ加工を施す歯車用鍛造型の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、歯車を鍛造成形するための鍛
造型（金型）は、ブローチ刃状の総型工具を使用した切
削加工や放電加工により、前記歯車に対応した歯形形状
に製造されている。ところが、上記の切削加工では、加
工後に仕上げ研磨加工処理が必要であり、工数が多くな
って製造作業全体の効率化が達成されないという不具合
がある。

【０００３】一方、通常の放電加工では、図９に示すよ
うに、金型１の素材部２に熱変質層３が設けられるとと
もに、この熱変質層３上に溶融再凝固層４が形成されて
いる。このため、放電加工後の表層面には、極めて微細
なクラック５が多数存在してしまう。このクラック５が
歯面以外の部位、特に歯形角部に存在していると、金型
１により歯車を鍛造成形する際に前記クラック５に繰り
返し過大な衝撃力や押圧力が蓄積される。従って、クラ
ック５を起点としてチッピングが発生し易く、このチッ
ピング部分を中心にして金型１が早期に破損してしまう
という問題がある。

【０００４】また、歯形形状部は、一般的に歯形精度へ
の影響が懸念されるために磨き加工が施されておらず、
例えば、１２μｍ〜１５μｍの荒い面粗度となってい
る。これにより、摩擦抵抗が相当に大きなものとなり、
鍛造成形を行う際に成形肉流動時の応力が増幅され、こ
の増幅された応力が歯先の隅角部に集中してしまう。こ
の結果、局部的な過負荷状態が惹起され、表層面に存在
する微細なクラック５を起点としてチッピングが発生し
てしまう。

【０００５】そこで、例えば、特開平３−２７７４２１
号公報に開示されているように、加工液中に金属または
半導体等の粉体、例えば、シリコン、ゲルマニウム、ア
ルミニウム等の粉体を混入した放電加工媒体を電極と被
加工物間に介在させ、炭素系材料の電極を用いて前記被
加工物の加工を行う技術が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、放電加工後の表層面に形成されるシリコ
ン皮膜の硬さが十分ではなく、また、電極の消耗が著し
いという問題が指摘されている。しかも、シリコン皮膜
の厚さが薄いために、耐久性にも問題がある。

【０００７】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、放電加工後の表層面の硬度を高くするとともに、耐
久性を有効に向上させることが可能な歯車用鍛造型の製
造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る歯車用鍛造
型の製造方法では、放電加工溶液中で鍛造型に荒加工お
よび中間仕上げ加工が施されてこの鍛造型に歯車形状に
対応する型彫りが施された後、前記放電加工溶液にクロ
ム金属の粉末を添加した放電加工粉末溶液中で、前記鋳
造型に仕上げ加工が施される。その際、クロム金属の粉
末を介して放電加工が施されるため、鍛造型の型彫り表
層面には、微細なクラックを有した溶融再凝固層が極小
化されるとともに、この型彫り表層面にクロム皮膜が形
成される。

【０００９】これにより、微細なクラックを起点として
チッピングが発生することを有効に防止するとともに、
型彫り表層面の面粗度を向上させ、特に傘歯車の傘歯面
部分では塑性成形に伴う材料流動時の摩擦抵抗を低減さ
せ、応力の集中を緩和することが可能になる。従って、
長期間にわたって安定した歯車（傘歯車）の鍛造成形作
業が遂行される。

【００１０】さらに、グラインダや砥石による手作業に
依存した磨き加工が軽減され、工数の削減が有効に図ら
れてコストの低減が遂行される。さらにまた、型彫り表
層面にクロム皮膜が形成されるため、この型彫り表層面
の硬度が一挙に高くなり、耐久性の向上が容易に図られ
る。これによって、長期間にわたって高精度にかつ安定
して所望の歯車の鍛造成形作業が遂行されることにな
る。

【００１１】また、本発明では、鍛造型に荒加工を施す
際に放電加工用電極を揺動させ、荒加工時における加工
速度を向上させることができる。一方、中間仕上げ加工
および仕上げ加工を施す際には、前記放電加工用電極を
揺動させることがない。例えば、傘歯車のようにインボ
リュート曲線等の複雑形状を有する歯車では、歯形形状
の転写性を高めるために中間仕上げ加工および仕上げ加
工時に放電加工用電極を全く揺動させない。

【００１２】これにより、歯形形状の転写性の向上の
他、表層面の面粗度を向上させて溶解したクロムが表層
面に密着し易くなり、相当に厚膜のクロム皮膜を確実に
形成して該表層面の硬度を有効に向上させることが可能
になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
歯車用鍛造型の製造装置１０の概略構成説明図であり、
図２は、この製造装置１０により製造される鍛造型であ
る金型１２の斜視説明図である。金型１２は、例えば、
ハイス（高速度工具鋼）材料で構成されており、その中
央部に鍛造品である傘歯車に対応した傘歯成形部１４が
設けられ、この傘歯成形部１４に孔部１６が連通してい
る。

【００１４】図１に示すように、製造装置１０は、処理
槽１８を備え、この処理槽１８内には、台座２０を介し
て金型１２が配置される。台座２０に配置された金型１
２の上方には、放電加工用電極２２がホルダ２４を介し
て配置されており、このホルダ２４が駆動部２６を介し
て上下方向に進退自在であるとともに、その軸線周りに
揺動可能である。

【００１５】電極２２の揺動幅は、例えば１／１００ｍ
ｍ程度に設定されている。電極２２は、金型１２に荒加
工、中間仕上げ加工および仕上げ加工を施すものであ
り、それぞれの加工条件によって形状が設定されてい
る。例えば、荒加工に使用される電極２２は、略円錐台
形状に設定される一方、仕上げ加工に使用される前記電
極２２は、鍛造品である傘歯車の形状に一致した形状に
設定されている。

【００１６】処理槽１８には、放電加工溶液２８を貯留
し、荒加工および中間仕上げ加工時にこの処理槽１８内
に前記放電加工溶液２８を供給して金型１２の型彫りを
行うための第１溶液貯留槽３０と、前記放電加工溶液２
８にクロム金属３２の粉末を添加した放電加工粉末溶液
３４を貯留し、仕上げ加工時に前記処理槽１８に前記放
電加工粉末溶液３４を供給して前記金型１２の型彫り表
層面４８（後述する）にクロム皮膜５４（後述する）を
形成するための第２溶液貯留槽３６とが設けられる。

【００１７】処理槽１８には、この処理槽１８内に放電
加工溶液２８と放電加工粉末溶液３４とを選択的に供給
するための第１切り換えスイッチ３８が設けられる。台
座２０には、金型１２の孔部１６に対応してポンプ４０
が装着され、このポンプ４０は、第２切り換えスイッチ
４２により荒加工時および中間仕上げ加工時に吸引を行
う一方、仕上げ加工時に噴流を発生する機能を有してい
る。

【００１８】このように構成される製造装置１０の動作
について、以下に説明する。

【００１９】先ず、銅またはタングステンを使用し、切
削加工あるいは焼結成形法により所定の形状を有する電
極２２が得られ、この電極２２が複数個用意される。電
極２２はホルダ２４に取り付けられる一方、処理槽１８
内には台座２０上に金型１２が配置されるとともに、こ
の処理槽１８内に第１溶液貯留槽３０内に貯留されてい
る放電加工溶液２８が供給される。

【００２０】そこで、図３に示すように、電極２２と金
型１２とが電源４４に接続された状態で、この電極２２
が駆動部２６の作用下に下降される。その際、電極２２
は、駆動部２６を介して１／１００ｍｍの揺動幅で微小
揺動されている。これにより、電極２２と金型１２の上
部との間で放電加工が行われ、この金型１２に荒加工が
施される。この荒加工では、電極２２の厚み分だけ放電
加工を行うため、この電極２２を途中で取り替えて放電
加工が約３０分間行われる。従って、金型１２には型彫
り部４６が形成される。

【００２１】次に、電極２２を傘歯成形部１４の形状に
対応した電極２２に取り換えて、図４に示すように、放
電加工溶液２８中で前記電極２２を用いて金型１２に中
間仕上げ加工を施す。その際、電極２２は、揺動される
ことなく駆動部２６を介して下降動作のみが行われる。
この中間仕上げ加工は約１時間３０分間行われ、金型１
２には、傘歯成形部１４に対応する型彫り表層面４８が
形成される。なお、荒加工および中間仕上げ加工時に
は、ポンプ４０の作用下に金型１２の孔部１６内が吸引
され、加工層が吸引除去される。

【００２２】中間仕上げ加工終了後に、第１切り換えス
イッチ３８が操作される。このため、処理槽１８内の放
電加工溶液２８が第１溶液貯留槽３０に戻される一方、
第２溶液貯留槽３６内に貯留されているクロム金属３２
を含む放電加工粉末溶液３４が前記処理槽１８内に供給
される。放電加工粉末溶液３４は、放電加工溶液２８が
２００リットルに対してクロム金属３２の粉末を約５％
だけ添加して生成されている。

【００２３】そこで、中間仕上げ加工に使用された電極
２２、あるいは、新たな電極２２がホルダ２４を介して
金型１２側に移動し、この電極２２と前記金型１２に電
圧が印加されて放電加工による仕上げ加工が開始される
（図５参照）。電極２２からの放電は、先ず、放電加工
粉末溶液３４中のクロム金属３２に印加されてスパーク
が発生し、このスパークによって、金型１２の型彫り表
層面４８には、図６に示すように微小なクラック５０が
大幅に減少された溶融再凝固層５２が極小化された状態
で形成される。この溶融再凝固層５２の表面には、放電
加工によって溶解したクロムが溶着してクロム皮膜５４
が形成される。上記の仕上げ加工時間は、４時間であ
る。

【００２４】なお、上記の仕上げ加工時には、第２切り
換えスイッチ４２が操作されてポンプ４０の作用下に金
型１２の孔部１６から電極２２側に放電加工粉末溶液３
４の噴流が発生している。従って、クロム金属３２が、
放電加工粉末溶液３４中に確実に分散されている。

【００２５】この場合、本実施形態では、放電加工溶液
２８中で金型１２に電極２２を介して荒加工およひ中間
仕上げ加工が施された後、処理槽１８内には、この放電
加工溶液２８に代えてクロム金属３２の粉末が添加され
た放電加工粉末溶液３４が供給される。次いで、電極２
２と金型１２とに電圧を印加することにより、この金型
１２には、クロム金属３２を介して放電加工が行われ
る。

【００２６】このため、図６に示すように、金型１２に
は、素材部１２ａに熱変質層１２ｂが設けられるととも
に、この熱変質層１２ｂの表面である型彫り表層面４８
には、微小なクラック５０が大幅に削減された溶融再凝
固層５２が極小状態で形成され、さらにこの溶融再凝固
層５２上にクロム皮膜５４が形成される。このクロム皮
膜５４は、約８μｍ〜１０μｍの厚さを有しており、金
型１２の傘歯成形部１４の硬度が有効に向上するという
効果が得られる。

【００２７】具体的には、金属粉末を用いない放電加工
による従来の金型１（従来型）と、本実施形態に係る製
造方法により製造される金型１２とを比較すると、図７
に示すように、前記金型１２の耐久性が大幅に向上して
いることがわかる。すなわち、金型１２では、微小なク
ラック５０を起点として発生するチッピングを有効に防
止するとともに、特に歯面部分における材料流動時の摩
擦抵抗を大幅に低減させて応力の集中を緩和することが
可能になるからである。

【００２８】さらに、本実施形態では、従来のように、
グラインダや砥石による熟練度を有する手作業の磨き加
工を不要とし、工数を削減して低コストで効率的に金型
１２を製造することができるという利点がある。

【００２９】次いで、クロム金属３２に代替してシリコ
ン粉末を用いて放電加工による仕上げ処理を施した結果
が、図８に示されている。これにより、シリコン粉末を
用いた場合は、クロム金属３２を用いた場合に比べて面
粗度が劣るとともに、シリコン皮膜がクロム皮膜５４に
比べて硬度が劣り、しかも電極２２の消耗が激しいとい
う不具合があった。

【００３０】従って、クロム金属３２の粉末を用いる本
実施形態では、シリコンの粉末を使用するものでは得ら
れない表面硬度、膜厚および面粗度の向上が図られると
いう特有の効果が得られる。

【００３１】さらにまた、本実施形態では、荒加工時に
のみ電極２２を微小範囲で揺動させる一方、中間仕上げ
加工および仕上げ加工時には、前記電極２２に揺動動作
を付与することがない。これにより、金型１２の荒加工
の処理時間を有効に短縮することができるとともに、特
にインボリュート曲線等の複雑形状の歯形波面を有する
傘歯成形部１４に対して正確な転写加工を施すことがで
きる。このため、加工精度に優れる傘歯成形部１４を得
るとともに、微細なクラック５０を極小化または発生さ
せず、面粗度を有効に向上させることが可能なる。

【００３２】

【発明の効果】本発明に係る歯車用鍛造型の製造方法で
は、放電加工溶液中で、鍛造型に荒加工および中間仕上
げ加工を施した後、クロム金属の粉末を添加した放電加
工粉末溶液中で、この鍛造型に仕上げ加工を施して該鍛
造型の型彫り表層面にクロム皮膜を形成している。この
ため、微小なクラックを起点として発生しするチッピン
グを有効に防止するとともに、表面の硬度および面粗度
を有効に向上させ、耐久性に優れる鍛造型を製造するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る歯車用鍛造型の製造装
置の概略構成説明図である。

【図２】前記製造装置により製造される金型の斜視説明
図である。

【図３】前記製造装置による荒加工の説明図である。

【図４】前記製造装置による中間仕上げ加工の説明図で
ある。

【図５】前記製造装置による仕上げ加工の説明図であ
る。

【図６】前記仕上げ加工後の前記金型の要部断面説明図
である。

【図７】前記製造装置により製造された金型と従来例の
金型との耐久性の実験結果を説明する図である。

【図８】クロム金属粉末を添加した場合とシリコン粉末
を添加した場合とにおける表面硬さ、表面処理膜厚さお
よび面粗度の説明図である。

【図９】従来の製造方法により製造された金型の要部拡
大説明図である。

【符号の説明】

１０…製造装置 １２…金型 １４…傘歯成形部 １８…処理槽 ２２…電極 ２４…ホルダ ２６…駆動部 ２８…放電加工溶液 ３０、３６…溶液貯留槽 ３２…クロム金属 ３４…放電加工粉末溶液 ４６…型彫り部 ４８…型彫り表層面 ５０…クラック ５２…溶融再凝固層 ５４…クロム皮膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊木 利正 栃木県真岡市松山町19 本田技研工業株式 会社栃木製作所内 Ｆターム(参考） 3C059 AA01 AB01 CK03 EC03 EC04 HA03 HA09 4E087 AA05 AA09 CA11 DB11 ED01 ED03 ED07

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】歯車形状に対応する放電加工用電極を使用
   し、放電加工溶液中で鍛造型に荒加工および中間仕上げ
   加工を施して、前記鍛造型を前記歯車形状に型彫りする
   工程と、 前記放電加工溶液にクロム金属の粉末を添加した放電加
   工粉末溶液中で、前記放電加工用電極を用いて前記鍛造
   型に仕上げ加工を施し、該鍛造型の型彫り表層面にクロ
   ム皮膜を形成する工程と、 を有することを特徴とする歯車用鍛造型の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の製造方法において、前記鍛
   造型に荒加工を施す際、前記放電加工用電極を揺動させ
   る一方、 前記鍛造型に中間仕上げ加工を施す際、および前記鍛造
   型に仕上げ加工を施す際、前記放電加工用電極を揺動さ
   せないことを特徴とする歯車用鍛造型の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の製造方法におい
   て、前記鍛造型は、傘歯車の傘歯成形用金型であること
   を特徴とする歯車用鍛造型の製造方法。