JP2005177782A - フランジ付歯形形成部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、フランジ付歯形形成部品及びその製造方法に関し、必要な有効歯長を維持しつつフランジ付歯形形成部品の軸寸法を相対的に小型化することを目的とする。
【解決手段】鋼板よりワーク１０がプレス成形（塑性加工）され、パンチ及びダイスよりなる金型を備えたプレス装置にワーク１０をセットすることによりワーク１０の筒状部に歯形山部２０を形成する。金型の歯型部の助走部に対応した歯形山部２０の端部20-2を含んでワーク１０の部分が少なくとも歯形山部２０の歯底までの肉厚分切削され、薄肉部とされ、他方、歯形山部２０の切除された端部20-2Aは完全歯形化される。薄肉部が位置Ｐを起点に曲げ加工され、フランジ部２２とされる。フランジ部２２は歯形山部２０の完全歯形化された端部20-2Aと近接もしくは接触して対向位置している。
【選択図】図５

Description

この発明は、自動車用の変速機などの使用に適したフランジ付歯形形成部品及びその製造方法に関するものである。

自動車の変速機用の歯形形成部品として、冷間プレス成形によるものはコスト低減の観点から最近良く使用されるようになってきている。冷間プレス成形によるフランジ付有底歯形形成部品の製造に際しては、先ず、薄肉金属板材が塑性加工（絞り加工）によりフランジ部を底部から離間側の端部に有した有底筒状のフランジ付中間粗材（ワーク）に形成される。次に、ワークの筒状部に塑性加工（歯形形成）により歯形部の形成が行われる。外歯を形成する場合は塑性加工用のダイスは内周に歯型を有しており、ダイスへのパンチの圧入によりダイスの歯型に当たるワークの部分肉は内径側に押圧されるが、内径側はパンチで抑えられているため金属は軸方向に塑性流動により逃げ、筒状部における歯型と当たった部位は歯形谷部に形成され、歯形谷部の間に歯形山部が残される（特許文献１参照）。
特許第２７０６５２７号

特許文献１の技術において、フランジ付のワークに外歯を形成する場合に、フランジ部の根元の部位はどうしても不完全歯形となりやすかった。即ち、金型におけるパンチの先端部分はダイスへのスムースな導入を行わせるため傾斜の緩い比較的長大な先端テーパ部（所謂助走部）を呈している。ワークを介してダイスにパンチを完全に挿入した状態では、パンチの先端は対向したフランジ部底面に当接位置しており、パンチ先端のテーパ部である助走部がワークに対する歯形の形成にあずかる。そのため、助走部により形成されるワークの部分、即ち、フランジ部の根元の部分はテーパ形状をなし、この部分の歯形はテーパ形状の不完全歯形をなす。従って、歯形形成部品における有効歯長（歯形部における完全歯形の部分の軸線に沿った長さ）が不完全歯形の部分だけ短縮され、その分歯形形成部品の軸長を大きくとらないと、必要な噛合性能（伝達性能）を得ることができず、小型化のためのネックとなっていた。ここに不完全歯形とは歯形部の横断面においてその巾（歯巾）及び高さ（歯高）が正規の値から外れたものをいう。

この発明はこの従来技術の問題点に鑑み、フランジ付歯形形成部品においてその完全歯形部の相対長を大きくとることができ、必要な噛合性能を維持しつつフランジ付歯形形成部品の軸寸法を相対的に小型化することを目的とする。

請求項1に記載の発明によれば、金属板材にて形成され、筒状部とフランジ部とを備え、前記筒状部の外周面に円周方向全長にわたり等間隔に分布され、各々がフランジ部に向けて延びる複数の歯形部を有したフランジ付歯形形成部品において、歯形部は前記端部において完全歯形にて終端していることを特徴とするフランジ付歯形形成部品が提供される。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明において、歯形部の前記端部は前記フランジ部に近接若しくは接触していることを特徴とするフランジ付歯形形成部品が提供される。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１もしくは２に記載の発明において、前記筒状部からフランジ部への移行部に袋状断面部を備えていることを特徴とするフランジ付歯形形成部品が提供される。

請求項４に記載の発明によれば、金属板材にて形成された筒状粗材の外周面に円周方向全長にわたり等間隔に分布され、各々が筒状粗材の一端側から他端に向けて他端に対して未加工部分を残して延びる複数の歯形部を形成し、前記筒状粗材の外周における所定巾の部位を切削することにより切削端面において前記歯形部が完全歯形にて終端するようにし、その後、筒状粗材の切削部分を曲げ加工することにより、歯形部の前記切削端面に対向位置したフランジ部となすことを特徴とするフランジ付歯形形成部品の製造方法が提供される。

請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の発明において、筒状粗材の曲げ加工において、筒状粗材の切削部位におけるフランジ部への移行部を袋状に曲折形成したことを特徴とするフランジ付歯形形成部品の製造方法が提供される。

請求項６に記載の発明によれば、請求項４もしくは５に記載の発明において、前記複数の歯形部の形成は塑性加工により行うことを特徴とするフランジ付歯形形成部品の製造方法が提供される。

請求項７に記載の発明によれば、請求項４もしくは５に記載の発明において、前記複数の歯形部の形成は切削加工により行うことを特徴とするフランジ付歯形形成部品の製造方法が提供される。

請求項１の発明の作用・効果を説明すると、歯形部はフランジ部側の端部において完全歯形において終端しており、換言すれば、フランジ部側で不完全歯形部が存在しないため、フランジ付歯形形成部品の所定の軸方向寸法に対して有効歯長をフランジ部側で不完全歯形部が存在しない分だけ相対的に大きくとることができ、必要な噛合性能を確保しつつ部品の小型化を実現することができる。

請求項２の発明の作用・効果を説明すると、フランジ部側における歯形部の端部はフランジ部と近接もしくは接触しており、部品の軸寸法の限界内で最大の有効歯長を得ることができる。

請求項３の発明の作用・効果を説明すると、筒状部からフランジ部への移行部に袋状断面部を設けることにより、部品自体に油溜め堰の機能を持たせることができる。

請求項４の発明の作用・効果を説明すると、筒状粗材への歯形部の形成後、筒状粗材の所定巾の部位を切削することによりフランジ部に対向した歯形部の端部における不完全歯形の部位を削除することができる。その後に筒状粗材の切削部分の曲げによりフランジ部とすることにより、フランジ部に対向した歯形部の端面を完全歯形とすることができると共に、フランジ部を形成するための曲げ加工を所望の位置で行うことで、歯形部の端面とフランジ部との位置関係を所望に設定することができ、部品を必要な軸方向の寸法に設定しつつその部品に必要となる所定の噛合性能を確保することができる。

請求項５の発明の作用・効果を説明すると、筒状粗材の切削部位におけるフランジ部への移行部を袋状に曲折形成しているため、歯形形成部品における袋状部の内側の領域を油溜め堰として機能させることができ、かつ薄肉化された切削部の曲げ加工であるため低コストで高品質の曲げ加工を実施することができ、コスト低減に寄与させることができる。

請求項６の発明の作用・効果を説明すると、歯形部の形成を塑性加工により行うことにより必要な精度を維持しつつ製造コストの低減を図ることができる。

請求項７の発明の作用・効果を説明すると、歯形部の形成を工具により切削加工により行うことにより、より高い精度の歯形形成部品とすることができる。

以下図面を参照しながら説明すると、この発明のフランジ付歯形形成部品は自動車用の変速機などに使用を意図したものであり、金属板材（鋼板など）を素材とする。所定厚みの鋼板はプレス装置による塑性加工（絞り加工）によって、図１に符号１０にて示す有底筒状粗材（以下ワーク）に形成することができる。ワーク１０は円形断面の筒状部10-1と、筒状部10-1の一端における円形の底面10-2と、底面10-2の中心部におけるボス部10-3とから構成される。

ワーク１０は、次に、塑性加工による歯形形成工程に付される。図２において、歯形形成用の金型はパンチ１２とダイス１４とにより構成され、パンチ１２はプレス装置の、例えば、ヘッド側に、ダイス１４はプレス装置のダイクッション側に設置することができる。パンチ１２はワーク１０の筒状部10-1の内径１０Ａに嵌合される外径を有し、かつパンチ１２の底面には空洞１２Ａが開口され、パンチ１２のこの空洞１２Ａはワーク１０のボス部10-3を収容しうる内径を有している。他方、ダイス１４はワーク１０の筒状部10-1の外径に嵌合される円形断面有底空洞１４Ａを有しており、この円形断面有底空洞１４Ａの内周面においてダイス１４は、各々が軸線方向に延びており、円周方向に離間した多数の突起としての歯型部１６を有している。各歯型部１６は円形断面有底空洞１４Ａの内周面における軸線方向の途中における一端16-1から円形断面有底空洞１４Ａの底面側の他端16-2に至るまでワーク１０の軸線に沿って延びている。歯型部１６は一端16-1、即ち、ダイス１４に対するパンチ１２の導入側端において巾方向にも高さ方向にも比較的緩い傾斜角度のテーパ形状をなしており、このテーパ状端部16-1は所謂助走部と称し、このような助走部は円滑なプレス加工の実施（ワーク１０の、ダイス１４に対するスムースな導入）のため必要となるものである。

図２（ロ）はパンチ１２がワーク１０を介してダイス１４に押し込まれた状態（パンチ１２とダイス１４とを合体させた状態）を示す。即ち、パンチ１２はその外径においてワーク１０の筒状部10-1に嵌合せしめられ、ワーク１０をその外径で嵌合させた状態でパンチ１２がダイス１４の空洞１４Ａに導入され、この際、歯型部１６のパンチ導入側端におけるテーパ状端部16-1（助走部）はワーク１０のスムースな導入に役立てることができる。最終的にはパンチ１２の底面がワーク１０の底面10-2をダイス１４の対向底面に押し付け、かつパンチ１２の底面に開口した空洞１２Ａにワーク１０のボス部10-3が収容された図２（ロ）の状態に至る。ダイス１４の歯型部１６はワーク１０の筒状部10-1を外周より押圧し、塑性変形せしめ、ダイス１４の歯型部１６と接触したワーク１０の筒状部10-1には歯形成部１６と相補的な形状の多数の歯形谷部１８（図３）が円周方向に等間隔に形成され、歯形谷部１８の間が歯形山部２０となり、この明細書では歯形谷部１８と歯形山部２０とを合わせて歯形部と称するものとする。歯形谷部１８の形成により余剰となった金属材料は流動抵抗が最小であるパンチ１２とダイス１４との間の環状隙間における後方へ逃げる。この塑性流動の方向は図２（ロ）で矢印ａにて示される。そのため、プレス加工完了前と比較してワーク１０は外径及び内径は実質的に変化しない（肉厚は維持される）がその軸方向長さはｌＡ（図２（イ））からｌＢ（図２（ロ））に増大する。図３(イ)はプレス加工後に金型より取り出したワーク１０の断面形状を示し、(ロ)は斜視図を示す。図３(ロ)に示すように、歯形谷部１８はワーク１０の筒状部10-1の外周面上に円周方向に等間隔に形成され、各々の歯形谷部１８はワーク１０の底部10-2側の第１端18-1からワーク１０の軸線に沿って延び、ワーク１０の筒状部10-1の周面における軸方向の途中部位における第２端18-2にて終端している。即ち、ワーク１０の筒状部10-1における歯形谷部１８の他端18-2から開放端側は歯形部（歯形谷部１８及び歯形山部２０）がない未加工部分10-1Aとして残されている。歯形谷部１８を形成するダイス１４の歯型部１６は図２(イ)において既に説明した通り、パンチ導入側の端部16-1（助走部）では緩い傾斜の比較的長大なテーパ状をなしている。そのため、ダイス１４により形成されるワーク上の歯形谷部１８も、歯型部１６の形状に順じて、未加工部分10-1A側の端部18-2は高さ方向にも巾方向にもテーパ状をなしている（歯形谷部１８はテーパをなしながら筒状部10-1にスムースに連なっている）。助走部側の第２端18-2ではテーパ状である歯形谷部１８の形状故に、歯形山部２０は未加工部分10-1Aの側の端部20-2では高さ方向及び巾方向に拡開しながら筒状部10-1に連なった形状をなしており、この端部18-2, 20-2では歯形谷部１８も歯形山部２０も不完全歯形部を呈することになる。尚、この実施形態では歯形山部２０の第１端20-1はワーク１０の底面10-2から面一に延びているがワーク底面10-2から幾分離間した部位が歯形山部２０の起点となるようなものもこの発明に包含される。

図４(イ)(ロ)はワーク１０の筒状部10-1の外周面への歯形のプレス成形後の不完全歯形の切除工程を示す。即ち、この工程ではワーク１０への歯形部のプレス成形後の筒状部10-1の外周面が開放側端面からＬの軸長の部分において厚みｄだけ切削され、薄肉化した筒状部10-1Bとしている（ワーク１０の内径１０Ａはストレートのままである）。切削を行う軸長Ｌは歯形のプレス成形後における歯形部の歯形谷部１８および歯型山部２０の不完全歯形部18-2および20-2（図３（イ））は少なくとも含むものであり、また、厚みｄ（切削の深さ）は切削面が歯底面（歯形谷部１８の底面）と少なくとも面一付近もしくはそれより深くするものである。そのため、図３の歯形プレス成形工程において形成された歯形谷部１８および歯形山部２０の後端における不完全歯形部18-2および20-2は完全に切除され、完全歯形の端面20-2Aとなる。この実施形態では歯形山部２０の側からワーク１０の端面まで一律に厚みｄの切除を行っているが、この発明は必ずしもこのような切除方法に限定されず、歯形谷部１８及び歯形山部２０の不完全歯形部分のみ帯状（環状）に厚みｄにて切削し、残余の部分については切削しないもしくは薄く切除するようにしてもよい。図４（ロ）は切削加工完了後の切除後のワーク１０の斜視図である。

図５（イ）〜(ハ)は曲げによるフランジ成形加工を示しており、第１段階の曲げ加工を示す(イ)では、図４(イ)に示すワーク１０の薄肉化した筒状部10-1Bがテーパ状のパンチ（図示しない）を使用することにより歯形山部２０の根元の部位Ｐを起点に所定の角度まで曲げられ、傾斜フランジ部10-1Cに形成される。図５(ロ)は第２段階の曲げ加工を示しており、（イ）の傾斜フランジ部10-1Cは水平となるまで曲折（平潰し）され、最終的な製品である水平なフランジ部２２を底面24-1から離間側の端部に備えたフランジ付有底歯形形成部品２４（図５(ハ)の斜視図も参照）を得ることができる。このようにして得られたフランジ付有底歯形形成部品２４においては、歯型山部２０はフランジ部側の端面20-2Aにおいて完全歯形において終端し、かつ歯型山部２０の端面20-2Aはフランジ部２２に近接して位置している。必要あれば、歯端20-2Aをフランジ部２２と当接させることができる。この発明の歯形形成部品にあっては、フランジ部側の端部においては歯型部（歯型谷部１８および歯型山部２０）は完全歯形にて終端しているため、フランジ付歯形形成部品２４の厚みを同一に維持しつつ有効歯長を大きくとることができ、必要な噛合性能を維持しつつフランジ付歯形形成部品２４の小型化（軸方向寸法の減少）を実現することができる。また、フランジ部２２への曲げは薄肉化した筒状部10-1Bにて行っているため曲げ加工が容易となる。

図６(イ)はフランジ部２２を歯形山部２０の端面から離間するように曲げ加工を行った場合を示し、不完全歯形部分を切除した後の薄肉化筒状部10-1B（図４）の曲げ起点位置（図５（イ）のＰ）の選定によりフランジ部２２から歯形山部２０の端面までの隙間ｇの大きさ任意に設定することができる。距離ｇ＝０の場合に歯形形成部品の軸方向の寸法を最小とすることができるのは言うまでも無いが、距離ｇの値の設定により噛合性能を維持しつつ所望の軸寸法の部品を得ることができる。

図６（ロ）では図４の薄肉化筒状部10-1Bの曲げを袋状に行うことで、環状の突起部２２Ａをフランジ部２２に有した歯形形成部品を得ている。

また、図６（ハ）では、図４の薄肉化筒状部10-1Bの曲げを最初は幾分半径内方に行ってから半径外方に曲げてフランジ部２２としたものである。半径内方への曲げによりその内側に環状に窪み２８が形成され、部品を自動車変速機の歯形形成部品として使用した場合の油溜め堰（噛合部の潤滑用の潤滑油溜）の機能を持たせることができる。

図６（ロ）（ハ）において袋状の曲げは切削により薄肉化された筒状部10-1Bにて行っているためプレス曲げによる成形が容易であり、また付加的部品なしに歯形形成部品自体に油溜め堰などの付加的機能を具備せしめることができ、部品コストの低減に寄与させることができる。

以上の実施形態では歯形形成部品における歯形部（歯形谷部１８および歯形山部２０）の形成はプレス成形（塑性加工）によって得られるべく図３に関連して説明したが、歯形部の形成手段としてはプレス成形に限らず、機械的切削によるものも発明の範囲に含まれる。即ち、機械的切削においても工具の導入部には不完全歯形が形成されるため、不完全歯形の部分を図４と同様の方法で除去することにより完全歯形のみとし、不完全歯形の切除により薄肉された粗材の部位を図５と同様の方法で曲げ加工することでフランジ部とすることで、歯形部をフランジ部に至るまで完全歯形とすることができ、必要な噛合性能を確保しつつ部品の軸方向寸法の小型化を実現することができる。

図１はプレス成形による歯形部形成に先立った筒状粗材の断面形状を示す図である。 図２は筒状粗材に対するプレス成形による歯形部の形成工程（イ）（ロ）を示す概略図である。 図３は、プレス成形による歯形部形成後の筒状粗材の断面図（イ）及び斜視図（ロ）である。 図４は、歯形部における不完全歯形部分を除去するための切削工程を説明する断面図（イ）及び切削工程後の筒状粗材の斜視図である。 図５は、（イ）及び（ロ）において不完全歯形部分切除後の曲げ工程の第１段階及び第２段階を示し、（ハ）は曲げ工程完了後のフランジ付歯形形成部品の斜視図である。 図５は各種の変形実施形態を示し、（イ）は曲げ工程時のフランジ部と歯形山部との隙間調整を説明し、（ロ）は曲げを袋状に行った場合であり、(ハ)は曲げにフランジ付歯形形成部品の内周側に油溜め堰を形成したものである。

符号の説明

１０…有底筒状粗材
10-1…筒状部
10-1A…筒状部に歯形部を形成後の未加工部分
10-1B…不完全歯形部分を切除するため薄肉化筒状部
10-1C…フランジ部とするため第１段階の曲折を受けた薄肉化筒状部
１２…パンチ
１４…ダイス
１６…ダイスの歯型部
16-1…テーパ状端部（助走部）
１８…粗材上に形成される歯形谷部
18-1…歯形谷部の一端
18-2…歯形谷部の他端
２０…歯形山部
20-1…歯形山部の一端
20-2…歯形山部の不完全歯形形状の他端
20-2A…歯形部の完全歯形化された他端
２２…フランジ部
２８…油溜め堰

Claims (7)

1. 金属板材にて形成され、筒状部とフランジ部とを備え、前記筒状部の外周面に円周方向全長にわたり等間隔に分布され、各々がフランジ部に向けて延びる複数の歯形部を有したフランジ付歯形形成部品において、歯形部はフランジ部側の前記端部において完全歯形にて終端していることを特徴とするフランジ付歯形形成部品。
2. 請求項１に記載の発明において、歯形部の前記端部は前記フランジ部に近接若しくは接触していることを特徴とするフランジ付歯形形成部品。
3. 請求項１もしくは２に記載の発明において、前記筒状部からフランジ部への移行部に袋状断面部を備えていることを特徴とするフランジ付歯形形成部品。
4. 金属板材にて形成された筒状粗材の外周面に円周方向全長にわたり等間隔に分布され、各々が筒状粗材の一端側から他端に向けて他端に対して未加工部分を残して延びる複数の歯形部を形成し、前記筒状粗材の外周における所定巾の部位を切削することにより切削端面において前記歯形部が完全歯形にて終端するようにし、その後、筒状粗材の切削部分を曲げ加工することにより、歯形部の前記切削端面に対向位置したフランジ部となすことを特徴とするフランジ付歯形形成部品の製造方法。
5. 請求項４に記載の発明において、筒状粗材の曲げ加工において、筒状粗材の切削部位におけるフランジ部への移行部を袋状に曲折形成したことを特徴とするフランジ付歯形形成部品の製造方法。
6. 請求項４もしくは５に記載の発明において、前記複数の歯形部の形成は塑性加工により行うことを特徴とするフランジ付歯形形成部品の製造方法。
7. 請求項４もしくは５に記載の発明において、前記複数の歯形部の形成は切削加工により行うことを特徴とするフランジ付歯形形成部品の製造方法。
   
   
   
   
   
   
   

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