JP2002282993A

JP2002282993A - ボス付き歯車の製造方法

Info

Publication number: JP2002282993A
Application number: JP2001093547A
Authority: JP
Inventors: Yoji Koide; 洋二小出; Kazuma Iwasaki; 一真岩崎; Hiroshi Kimura; 浩木村; Yasuaki Shirai; 康昭白井; Yoshio Hashimoto; 好男橋本
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp; Aisin Corp
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2002-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】ボス部の機械的強度をより高め得るボス付き
歯車を曲げ加工工程を経ることなく製造できる製造方法
を提供する。【解決手段】金属素材４を熱間鍛造してブランク１６
を熱間鍛造工程Ａで製造し、そのブランクの表層を削り
取って整形ブランク１７を得る。次いでその整形ブラン
クのうち前記ボス形成部を冷間鍛造してボス部１１を形
成するとともにスプライン１４を形成して、ボス付き歯
車１０の前駆体２６を得る。最後に前記前駆体２６のう
ち、前記ボス部１１から外方に延出しながら立ち上がる
ドラム形成部１５ａに塑性変形を施してドラム部１５と
するが、この塑性変形は歯型部材３０により支えたドラ
ム形成部１５ａを外方から内方に向かって押し付けると
ともに前記ドラム形成部１５ａの開口３に向かってしご
きながら延展してドラム部１５の内側面にスプライン３
３を回転成形させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のトラスミ
ッションギアで代表される内側面にスプラインを有する
ボス付き歯車の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からボス付き歯車、すなわち、一端
部の中央にそれと一体形成されたボス部を有し、他端部
に外方に向かって解放されて開口を有する縦断面が略Ｕ
字形状をなしているボス付き歯車の製造方法は公知であ
り、その製造方法は、例えば、特公平８−２０００４号
公報に記載されている。

【０００３】この方法によると、前記ボス付き歯車は、
金属素材としての丸形ビレットを熱間鍛造して、中抜き
円盤部の中央部にボス形成部が一体形成されたブランク
をまず製造する（熱間鍛造工程）。次いで前記ボス形成
部の外周面に切削加工を施して環状溝を形成することに
より、前記ボス形成部を前記ボス付き歯車のボス部とし
て仕上げる（中間切削工程）。

【０００４】さらに続いて、前記円盤部の先端寄り部位
に曲げ加工を施して前記ブランクの縦断面が略Ｕ字形に
なるようにする（曲げ加工工程）。最後に、前記ボス部
の外周側に歯型を有する支持手段をおいて塑性変形手段
により前記円盤部を曲折させながらその先端に向かって
延展させるとともに前記支持手段に押し付けて、前記円
盤部に前記歯型を転造すると、開口が外方に向かって解
放されたボス付き歯車が得られる（塑性変形工程）。そ
の後は必要に応じて切削ないしは研削を施して前記ボス
付き歯車に仕上げる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記公知技術による
と、前記ボス部がドラム部の開口より内方にあるボス付
き歯車を製造する場合、ボス部の外周面に環状溝を容易
に形成できるという優れた効果を発揮しているが、次の
ような問題点がある。すなわち、前記ボス部の環状溝
は、ビレットを熱間鍛造して得たボス形成部を単に切削
加工して形成しているので、その環状溝に所定以上の機
械的強度をかけたり、前記環状溝に替えてボス部にスプ
ラインを形成したりしてみると、ボス部の強度面からみ
た耐久性が低い。また、前記ブランクは円盤部を有して
いるので、熱間鍛造工程においてその成形面積が広く比
較的大きな成形荷重を必要とし、さらに、塑性変形工程
においてドラム部を形成するに先立ってその円盤部に曲
げ加工を施す必要があった。

【０００６】そこで本発明者は前記ボス部の外周面にス
プラインを施してもそのスプラインに所定の機械的強度
を期待でき、かつ前記円盤部の曲げ加工を施す必要がな
いボス付き歯車の製造方法を確立すべく鋭意研究したと
ころ、前記従来技術の製造工程に特定の工程を組み入れ
ればよいという事実を見出し、本発明を完成した。従っ
て、本発明の課題は、ボス部の機械的強度をより高め得
るボス付き歯車を曲げ加工工程を経ることなく製造でき
る方法を確立することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記の課題を解
決するために、金属素材を熱間鍛造して、縦断面が略Ｕ
字形のドラム形状をなし、中央部がボス形成部になって
いるブランクを製造する熱間鍛造工程と、前記ブランク
の表層を削り取って該ブランクを所定の形状・大きさの
整形ブランクとする中間切削工程と、前記整形ブランク
のうち前記ボス形成部を冷間鍛造してボス部を形成し
て、ボス付き歯車に加工される前駆体を得る冷間鍛造工
程と、前記前駆体のうち、前記ボス部から外方に延出し
ながら立ち上がるドラム形成部の内側を歯形部材で支え
ながら、該ドラム形成部を外方から内方に向かって押し
付けるとともに前記ドラム形成部をその開口に向かって
延展することにより、内側面にスプラインが回転成形さ
れたドラム部を形成する塑性変形工程とからなる製造方
法を採用する。

【０００８】上記「金属素材」としては、機械構造用炭
素鋼や合金鋼（特に、クロム鋼やクロムモリブデン鋼）
等が挙げられる。また、上記「冷間鍛造工程」は、前記
整形ブランクのうち前記ボス形成部を冷間鍛造してボス
部を形成するだけでもよいが、請求項２に示すように、
該ボス部の外周面にスプラインをも一体的に形成するこ
ともできる。また、上記「ボス部」は上記ドラム部の内
方に存在するものである。また、上記ボス部は、ビッカ
ース硬さで１７０〜３５０（好ましくは２００〜３０
０）の硬度を有することができる。また、上記ビッカー
ス硬さ試験は、得られるボス付き歯車（ボス部の外径：
８３ｍｍ、ボス部の内径：６４．５ｍｍ）を軸方向に厚
さ約５ｍｍで切断してなる試験片でインボリュート歯の
歯表面から０．１ｍｍ内側に入った部位について、ビッ
カース硬さ試験を実施したものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明を実施例により図面
を参照しながら詳述する。図１に示すように前記した従
来技術と同じボス付き歯車１０であるが、そのボス部１
１の開口１２寄りの外周面１３にはスプライン１４が形
成されている点において、従来技術と相異し、ボス部１
１の外周下部から外方に延出しながら立ち上がるドラム
部１５の内側面２７にスプライン３３が形成されている
点において従来技術と同じである。そして、このボス付
き歯車１０は、熱間鍛造工程Ａ、中間切削工程Ｂ、冷間
鍛造工程Ｃ及び塑性変形工程Ｄの各工程を順次経由して
製造される。以下それらの工程について詳述する。

【００１０】（熱間鍛造工程Ａ）この工程Ａにおいて、
ボス付き歯車１０の金属素材として丸形ビレット４が使
用され、それに対して公知の装置により熱間鍛造が施さ
れるが、図２に示すようにこの工程Ａで得られたブラン
ク１６は、中央部に短円筒形をなすボス形成部１１ａを
有しているとともに、そのボス形成部１１ａの外周下部
には外方に向かって延出しながら立ち上がるドラム形成
部１５ａが一体形成されている。従って、前記ブランク
１６は略Ｕ字形の半径方向の縦断面形状を備えている点
において、従来技術と全く相異している。

【００１１】（中間切削工程Ｂ）前記熱間鍛造工程Ａで
得られたブランク１６はその表層に、いわゆる黒皮層が
付いているのでこの黒皮層を除去するとともに、前記ボ
ス形成部１１ａ及びドラム形成部１５ａをそのままボス
部１１及びドラム部１５にするには厚みが大きかったり
厚み斑があったりするので、ブランク１６の表層を削り
取ってそれを所定の形状・大きさに整形して、図３に示
すような整形ブランク１７を得る。

【００１２】（冷間鍛造工程Ｃ）次に、前記整形ブラン
ク１７のボス形成部１１ａを冷間鍛造して、該ボス形成
部１１ａの厚さＤ１より若干薄い厚さＤ２を有し、同じ
く高さＨ１より大きな高さＨ２を有するボス部１１を形
成する（図４を参照）とともに、該ボス部１１の上部外
周面にスプライン１４を形成する。

【００１３】この冷間鍛造方法の一例を図５に示す。前
記整形ブランク１７を下金型２２に安定してセットさせ
るため、整形ブランク１７のボス形成部１１ａの外径よ
り０．１から０．６ｍｍ大きな案内部１０１を歯形成形
部１０２より上方に設けた下金型２２に、整形ブランク
１７のボス形成部１１ａを装入し、次いで下端面が平面
状の上金型２５にて整形ブランク１７を下金型２２に押
圧して冷間鍛造する。この時、下金型２２には歯形成形
部１０２があり、下金型２２の内側に位置する短柱状金
型２１との隙間に整形ブランク１７のボス形成部１１ａ
が押圧され、歯形形状が成形される。以上より、前記ボ
ス形成部１１ａが本発明に係るボス付き歯車１０のボス
として使用可能なボス部１１に加工されるとともに、前
記整形ブランク１７はボス付き歯車１０製造用の前駆体
２６になる（図４参照）。なお、この工程で前記ドラム
形成部１５ａが冷間鍛造されないようにするために、該
ドラム形成部１５ａと下金型２２との間には所定の隙間
Ｓを設けて、冷間鍛造時には下金型２２が前記ドラム形
成部１５ａに干渉しないようにする。

【００１４】（塑性変形工程）続いて前記前駆体２６に
おけるドラム形成部１５ａに塑性変形を施して図１に示
す形状のボス付き歯車１０を得る。この塑性変形は、例
えば、図６に示す金型構造を備えた装置により行なわれ
る。すなわち、この塑性変形装置は、最終的に得られる
ボス付き歯車１０のドラム部１５の内側面２７とほぼ同
じ形状の先端面３２を有し、かつボス部１１の中空部２
０に嵌入可能に挿入部２９を先端中央部に有する歯形部
材としてのマンドレル３０と、そのマンドレル３０の前
方においてその回転中心線Ｘ上に前記前駆体２６をマン
ドレル３０に対して押圧可能に設けられた押圧手段３１
と、前記マンドレル３０の先端面２８に取付けた前駆体
２６のドラム形成部１５ａを外方から押圧可能に設けた
２個ないしは３個のそろばん球状の強圧回転手段３１
ａ、３１ｂ（ないしは３１ｃ）とを以って構成される。

【００１５】なお、前記マンドレル３０の先端外形はド
ラム部１５の内方空間と同一になっているとともに、先
端外周面にはドラム部１５の内側面２７にスプラインを
転造形成可能な歯型３２が設けられている。また、２個
ないし３個の強圧回転手段３１ａは荒成形を、３１ｂは
仕上成形を行なう回転手段であり、回転中心線Ｘ方向に
幾分ずれる設置位置（オフセット）に設けられており、
前記前駆体２６をマンドレル３０と前記押圧手段３１と
で強持したまま回転し、図６の矢印方向に所定の速度で
移動し、かつ前記強圧回転手段３１ａ、３１ｂ（ないし
は３１ｃ）が回転中心に向って押圧することにより、所
定の厚さに形成されていくようになっている。そして、
同時に、ドラム形成部１５ａの内側面２７に前記歯型３
２が転写される。そして、前記ドラム形成部１５ａのう
ち、しごかれて先端へと押しやられた余肉部はドラム形
成部１５ａを長くして、やがてドラム部１５にかわり、
最終的に得られた目的物は本発明に係わるボス付き歯車
１０となる。なお、必要に応じてさらに切削、研削等の
機械加工を施しても良い。

【００１６】以上詳述した通り、本発明法を採用するこ
とにより、ボス部１１を冷間鍛造により形成したことに
より、熱間鍛造のまま、ないしはその後焼きなまし等の
熱処理をほどこした場合に比べ、機械的性質、特に引張
り強さ、硬さは格段と向上し、高強度の機能を有する部
品を製造することが可能となった。具体例として、Ｓ２
５Ｃの素材を用いて前記ボス付き歯車１０を本発明の方
法で製造することにより、ビッカース硬さで１２０〜１
４０のボス部硬さしか得られなかったものが、ビッカー
ス硬さで２００〜２７０のボス部硬さを確保でき、部品
の強硬度化を実現することができた。またブランク１６
を形成する際にドラム形成部１５ａをボス形成部１１ａ
と同時に形成したので、熱間鍛造における成形面積が小
さく、比較的小さな成形荷重でもって成形を行うことが
できる。さらに、塑性変形するに先立って曲げ加工する
必要がなく、鍛造及び切削以外の機械加工法を採用しな
くてもすみ、ボス付き歯車の製造工程をより単純化でき
る。

【００１７】本発明においては、上記実施例に限られ
ず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した
実施例とすることができる。例えば、鍛造装置や塑性変
形装置の構造・機構を変更したり、ボス部に回転軸を固
定するキー溝や取付け穴を設けたりできる。

【００１８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明は、ボス部の
機械的強度をより高め得るボス付き歯車を曲げ加工工程
を経ることなく製造できるという優れた効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るボス付き歯車の部分破断側面図で
ある。

【図２】ブランクの部分破断側面図である。

【図３】整形ブランクの部分破断側面図である。

【図４】前駆体の部分破断側面図である。

【図５】冷間鍛造装置の要部を示す部分破断側面図であ
る。

【図６】塑性変形装置の要部を示す部分破断側面図であ
る。

【符号の説明】

４；金属素材、１０；ボス付き歯車、１１；ボス部、１
１ａ；ボス形成部、１４；スプライン、１５；ドラム
部、１５ａ；ドラム形成部、１６；ブランク、１７；整
形ブランク、２６；前駆体、３０；歯形部材、３３；ス
プライン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩崎一真愛知県東海市荒尾町ワノ割一番地愛知製鋼株式会社内 (72)発明者木村浩愛知県東海市荒尾町ワノ割一番地愛知製鋼株式会社内 (72)発明者白井康昭愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内 (72)発明者橋本好男愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内Ｆターム(参考） 3J030 AC03 BA01 BC02 BC06 4E087 AA10 CA11 CA17 CA41 CB01 CB03 DA04 DB04 DB08 DB23 DB24 HA02 HA05 HA08 HA82 HB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属素材（４）を熱間鍛造して、縦断面
が略Ｕ字形のドラム形状をなし、中央部がボス形成部
（１１ａ）になっているブランク（１６）を製造する熱
間鍛造工程（Ａ）と、前記ブランクの表層を削り取って
該ブランクを所定の形状・大きさの整形ブランク（１
７）とする中間切削工程（Ｂ）と、前記整形ブランクの
うち前記ボス形成部を冷間鍛造してボス部（１１）を形
成して、ボス付き歯車（１０）に加工される前駆体（２
６）を得る冷間鍛造工程（Ｃ）と、前記前駆体のうち、
前記ボス部から外方に延出しながら立ち上がるドラム形
成部（１５ａ）の内側を歯形部材（３０）で支えなが
ら、該ドラム形成部を外方から内方に向かって押し付け
るとともに前記ドラム形成部をその開口に向かって延展
することにより、内側面にスプライン（３３）が回転成
形されたドラム部（１５）を形成する塑性変形工程
（Ｄ）とからなることを特徴とするボス付き歯車の製造
方法。
【請求項２】前記冷間鍛造工程（Ｃ）は、前記整形ブ
ランク（１７）のうち前記ボス形成部（１１ａ）を冷間
鍛造してボス部（１１）を形成するとともに、該ボス部
の外周面にスプライン（１４）を形成する請求項１記載
のボス付き歯車の製造方法。