JP2006224143A

JP2006224143A - ギアの製造方法

Info

Publication number: JP2006224143A
Application number: JP2005041094A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Nobata; 安浩野畑
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】歯底の幅の狭いギアをプレス加工にて成形するための新規な製造方法を提案する。
【解決手段】歯先円直径Ｄ１よりも小さく、歯底円直径Ｄ２よりも大きい、第一加工用直径Ｄ３と、前記第一加工用直径Ｄ３よりも小さく、前記歯底円直径Ｄ２よりも大きい、第二加工用直径Ｄ４を設定し、前記歯先円直径Ｄ１と前記第一加工用直径Ｄ３の間の箇所であって、最終製品の歯２・２を形成しない箇所Ａ１を、ワーク１から取り除く第一加工工程と、前記第一加工用直径Ｄ３と前記第二加工用直径Ｄ４の間の箇所であって、最終製品の歯２・２を形成しない箇所の内、周方向における中央箇所Ａ２を、ワーク１から取り除く第二加工工程と、前記第二加工用直径Ｄ４と前記歯底円直径Ｄ２の間の箇所であって、最終製品の歯２・２を形成しない残留箇所ａ２・ａ２を、ワーク１から取り除く第三加工工程とを有する、ギアの製造方法とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ギア成形技術に関するものであり、より詳しくは、プレス加工にて歯底の幅の狭いギア部を成形する技術に関するものである。

従来、ギアをプレス成形にて製造する方法が提案されており、この技術について開示する文献も存在する（例えば、特許文献１参照。）。このようなプレス成形によるギアの製造は、鍛造、歯切加工を実施して成形する場合と比較して、製造コストを大幅に削減できるという利点がある。
このギアのプレス成形に関連し、例えば、歯数を３６、歯底の円弧の径をＲ２．９２とするスプロケットのプレス成形においては、歯溝の剪断面を得るために、ファインブランキングによるラフ抜きを行った後、１回又は複数回のシェービング、又はサイジングを実施する製造方法が採用されている。また、対向剪断法にて、いわゆる潰し抜きを実施する製造方法も採用されている。
特開２００４−２６８０４５号公報

上記のプレス成形によるスプロケットの製造方法は、歯数の少ないギアの成形には適用可能であることが確認されている。
ところが、例えば、歯数が６３で、歯底の幅が１ｍｍといったような短ピッチのギア（例えば、カムシャフトドリブンのギア）については、適用することができないことが確認された。
これは、歯底の幅が狭いと、ラフ抜き代を確保することができないためであり、仮に、１ｍｍ幅の歯底について０．２ｍｍのラフ抜き代を確保した場合には、切歯の幅を０．６ｍｍに設定する必要があり、切歯の強度的な問題からも実施困難である。また、歯底の幅が狭いため、シェービング、サイジングを実施することができないといった問題もある。
他方、対向剪断法については、剪断により抜かれた部材のスクラップが発生するが、歯底以外の部分のスクラップによって、歯底のスクラップの逃げが規制されることになり、この規制に対向してスクラップを抜くには、１ｍｍ幅の切刃では強度的に持たないといった問題がある。

本発明は、以上の問題点に鑑みたものであり、歯底の幅の狭いギアをプレス加工にて成形するための新規な製造方法を提案するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上のごとくであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１に記載のごとく、歯先円直径よりも小さく、歯底円直径よりも大きい、第一加工用直径と、前記第一加工用直径よりも小さく、前記歯底円直径よりも大きい、第二加工用直径と、を設定し、前記歯先円直径と前記第一加工用直径の間の箇所であって、最終製品の歯を形成しない箇所を、ワークから取り除く第一加工工程と、前記第一加工用直径と前記第二加工用直径の間の箇所であって、最終製品の歯を形成しない箇所の内、周方向における中央箇所を、ワークから取り除く第二加工工程と、前記第二加工用直径と前記歯底円直径の間の箇所であって、最終製品の歯を形成しない残留箇所を、ワークから取り除く第三加工工程と、を有するギアの製造方法とするものである。

また、請求項２に記載のごとく、前記第三加工工程は、対向剪断法による潰し抜きにて行われることとする。

また、請求項３に記載のごとく、前記第三加工工程の後に、仕上げ抜きを実施することとする。

また、請求項４に記載のごとく、前記第一加工工程は、ファインブランキングと１回又は複数回のシェービングの組み合わせによる加工方法、又は、ファインブランキングと１回又は複数回のサイジングの組み合わせによる加工方法、又は、対向剪断法による潰し抜きによる加工方法、のいずれかにより実施されることとする。

また、請求項５に記載のごとく、前記第二加工工程は、ファインブランキングと１回又は複数回のシェービングの組み合わせによる加工方法、又は、ファインブランキングと１回又は複数回のサイジングの組み合わせによる加工方法、又は、対向剪断法による潰し抜きによる加工方法、のいずれかにより実施されることとする。

また、請求項６に記載のごとく、前記第三加工工程は、ワークの一側表面に当接し、最終製品と略同一の円環状の外歯部を有する第一インナーパンチと、ワークの他側表面に当接し、最終製品と略同一の円環状の外歯部を有する第二インナーパンチと、前記第一インナーパンチの外歯部と噛合する円環状の内歯部を有する円筒状部材であって、前記内歯部のワーク側の先端に切刃が形成される第一アウターパンチと、前記第二インナーパンチの外歯部と噛合する円環状の内歯部を有する円筒状部材であって、前記内歯部のワーク側の先端に切刃が形成される第二アウターパンチと、を具備して構成する製造装置を用いて実施されることとする。

また、請求項７に記載のごとく、前記第一アウターパンチの前記内歯部、前記第二アウターパンチの前記内歯部の、いずれか一方、又は、両方において、歯先部分に形成される前記切刃が、ワークの一側表面と略同一位置に配置された状態で、歯底部分が前記ワークの一側表面から離れた位置に配置され、前記切刃から前記歯底部分にかけて勾配が形成されることとする。

以上の請求項１に記載の発明では、歯数が多く、歯底の狭いギアをプレス成形により製造することができる。

また、請求項２に記載の発明では、歯底に剪断面を得ることができる。

また、請求項３に記載の発明では、歯溝溝の表面に縦線（ギアの板厚方向に線状に現れる突起部）が形成される場合に、仕上げ抜きを実施することにより、縦線を除去することができる。

また、請求項４、５に記載の発明では、これらの加工方法によって、歯溝の剪断面を得ることができる。

また、請求項６に記載の発明では、簡易な装置構成で、第三加工工程を実施することができる。

また、請求項７に記載の発明では、スクラップが半径方向外側へと逃げやすくなり、破断面の発生を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１に示すごとく、本発明にかかるギアの製造方法は、歯先円直径Ｄ１よりも小さく、歯底円直径Ｄ２よりも大きい、第一加工用直径Ｄ３と、前記第一加工用直径Ｄ３よりも小さく、前記歯底円直径Ｄ２よりも大きい、第二加工用直径Ｄ４を設定し、前記歯先円直径Ｄ１と前記第一加工用直径Ｄ３の間の箇所であって、最終製品の歯２・２を形成しない箇所Ａ１をワーク１から取り除く第一加工工程と、前記第一加工用直径Ｄ３と前記第二加工用直径Ｄ４の間の箇所であって、最終製品の歯２・２を形成しない箇所の内、周方向における中央箇所Ａ２をワーク１から取り除く第二加工工程と、前記第二加工用直径Ｄ４と前記歯底円直径Ｄ２の間の箇所であって、最終製品の歯２・２を形成しない残留箇所ａ２・ａ２をワーク１から取り除く第三加工工程とを有する、ギアの製造方法とするものである。
尚、本発明において、前記歯先円直径Ｄ１は、最終成形品において歯２・２の先端を通過する円の直径のことをいう。また、前記歯底円直径Ｄ２は、最終成形品において歯溝３・３の最も深い点を通過する円の直径のことをいう。

前記第一加工工程においては、成形される歯２・２の歯溝３・３の表面を剪断面とする（破断面としない）、周知の加工方法にて行われる。この加工方法として、例えば、ファインブランキングと１回又は複数回のシェービングの組み合わせ、又は、ファインブランキングと１回又は複数回のサイジングの組み合わせによる加工方法を採用できる。また、対向剪断法による潰し抜きの加工方法を採用してもよい。

前記第二加工工程は、いわゆる、ラフ抜きにて行われる。このラフ抜きにより、残留箇所ａ２・ａ２と、取り除かれる中央箇所Ａ２との間に破断面が生じることになるが、次の第三加工工程により残留箇所ａ２・ａ２が潰し抜かれることになるため、特に問題が生じることがない。尚、ラフ抜きの他、第一加工工程と同様の加工方法を採用することも可能であるが、ラフ抜きを採用することによれば、簡易な装置構成により、また、工数も少なく第二加工工程を実施することができる。

前記第三加工工程は、図２に示すごとく、対向剪断法による潰し抜きにて行われるものであり、前記第二加工工程によって残された残留箇所ａ２を取り除くものである。
この潰し抜きにより、成形される歯２の歯溝３の歯底４の表面が剪断面とされる（破断面とならない）。
そして、図１に示すごとく、潰された残留箇所ａ２・ａ２は、スクラップ５となって、各歯溝３・３に存在し、また、各歯溝３・３に配置される各スクラップ５・５は、互いに接続されて円環状に構成される。
そして、この円環状に構成されたスクラップ５・５をしごき抜く、つまりは、図４の状態３３に示すごとく、前記残留箇所ａ２・ａ２を潰し、スクラップ５を、切刃としての上刃１１ａと下刃１２ａにて挟み込んだ状態で、ワーク１を上刃１１ａ及び下刃１２ａに対して相対移動させることにより、ワーク１からスクラップ５を取り除くものである。

以上の方法により、図５に示すごとく、歯２・２の数が６３で、歯底４・４の幅Ｗが１ｍｍといったギア１０をプレス加工により製造することができる。

図２から図４は、前記第三加工工程の対向剪断法による潰し抜きを実施する場合に用いる装置構成について示す図である。尚、以下では、便宜上、図面の紙面上側を上、紙面下側を下として説明する。
これらの図において、１は、ワークである。また、１３は、ワーク１の上面に当接し、最終製品と略同一の円環状の外歯部１３Ａを有する第一インナーパンチである。また、１４は、ワーク１の下面に当接し、最終製品と略同一の円環状の外歯部１４Ａを有する第二インナーパンチである。
また、１１は、前記第一インナーパンチ１３の外歯部１３Ａと噛合する円環状の内歯部１１Ａを有する円筒状部材であって、前記内歯部１１Ａのワーク１側の先端（下側先端）に上刃１１ａが形成される第一アウターパンチである。また、１２は、前記第二インナーパンチ１４の外歯部１４Ａと噛合する円環状の内歯部１２Ａを有する円筒状部材であって、前記内歯部１２Ａのワーク１側の先端（上側先端）に下刃１２ａが形成される第二アウターパンチである。

また、図２に示すごとく、前記上刃１１ａ及び下刃１２ａは、前記残留箇所ａ２の上面、下面に、それぞれ対向し、残留箇所ａ２の下端面を下刃１２ａにておさえつつ、上刃１１ａを下方へ移動させることにより、残留箇所ａ２が押し潰されて剪断され、歯底が形成されるようになっている。この歯底においては、剪断面を得ることができるようになっている。

また、前記第一アウターパンチ１１の内歯部１１Ａにおいて、歯先部分に形成される前記上刃１１ａが、ワーク１の上面と略同一位置に配置された状態で、歯底部分１１ｂがワーク１の上面から離れた位置に配置され、前記上刃１１ａから歯底部分１１ｂにかけて、略２０度の勾配１１ｃが形成されるようになっている。
また、前記第二アウターパンチ１２の内歯部１２Ａにおいて、歯先部分に形成される前記下刃１２ａが、ワーク１の下面と略同一位置に配置された状態で、歯底部分１２ｂがワーク１の下面から離れた位置に配置され、前記下刃２１ａから歯底部分１２ｂにかけて、略２０度の勾配１２ｃが形成されるようになっている。
以上のように勾配１１ｃ・１２ｃを形成することにより、図４の第二段階３２のスクラップ５に示すごとく、スクラップ５が半径方向外側へと逃げやすくなり、破断面の発生を防ぐことができる。
尚、本実施例では、前記第一アウターパンチ１１の内歯部１１Ａ、第二アウターパンチ１２の内歯部１２Ａのそれぞれにつき、勾配１１ｃ・１２ｃを形成したが、下側へ移動される前記第一アウターパンチ１１の内歯部１１Ａのみに勾配１１ｃを形成する構成としても同様の効果を得ることができる。また、第二アウターパンチ１２を上側へ移動させる構成とする場合には、該第二アウターパンチ１２の内歯部１２Ａのみに勾配１２ｃを形成する構成としてもよい。

また、図３において、２１は、前記第一アウターパンチ１１が固定される第一ベースであり、図示せぬアクチュエータにより上下方向に移動される。該第一ベース２１は円筒状部材に構成されており、中央部の上下穴２１ａには、アクチュエータ１８によって上下方向に移動されるアタッチメント２２が摺動自在に設けられている。このアタッチメント２２の下側に、前記第一インナーパンチ１３が固定されている。
また、２３は、前記第二アウターパンチ１２が固定される第二ベースである。該第二ベース２３は、プレス装置の架台等に固定される。また、該第二ベース２３には、アクチュエータ１９によって上下方向に進退するロッド１９ａ・１９ａが挿入されており、該ロッド１９ａ・１９ａの先端部には第二インナーパンチ１４が固定されている。

以上の装置構成において、前記第三加工工程の潰し抜きが行われる。この潰し抜きについて、図４により段階的に説明する。
第一段階３１に示すごとく、前記第一アウターパンチ１１を下方へ移動させると、前記第二加工工程によって形成された残留箇所ａ２が、上側から上刃１１ａによって押し潰されるようにして剪断される。
この剪断は、上刃１１ａが下降する間、残留箇所ａ２の下端面が下刃１２ａの上面に当接し、該下刃１２ａによって残留箇所ａ２がおさえられること、また、ワーク１の歯２の下端面が第二インナーパンチ１４の外歯部１４Ａに当接し、該外歯部１４Ａによって歯２がおさえられること、によって実現される。

そして、第二段階３２に示すごとく、前記第一アウターパンチ１１を規定量下降させると、押し潰されたスクラップ５が形成される。
このスクラップ５は、各歯溝３・３に形成されるもの同士で繋がれ、円環状に構成される。
尚、第一アウターパンチ１１の下降量については、ワーク１の板厚や、素材によって設定される。

そして、第三段階３３に示すごとく、前記第二インナーパンチ１４をアクチュエータ１９によって上昇させる一方、前記アクチュエータ１８によって第一インナーパンチ１３を上昇させることにより、ワーク１を上昇させる。この際、前記第一アウターパンチ１１及び第二アウターパンチ１２の上下移動は規制され、前記スクラップ５が上刃１１ａと下刃１２ａの間で挟まれた状態となっていることから、ワーク１が第一アウターパンチ１１及び第二アウターパンチ１２に対して移動され、前記スクラップ５がしごき抜かれることになる。
以上のようにしてしごき抜かれたスクラップ５は、円環状となるため、スクラップ５の回収作業等の後処理の取扱性が良好なものとなる。
また、このしごき抜きの際には、スクラップ５が、上刃１１ａと下刃１２ａの間で挟まれることになるので、形成される歯底４の表面を剪断面とすることができる。

以上の第三加工工程を完了することにより、図５に示すごとくのギア１０をプレス加工により製造することができる。
このギア１０の設計例として、板厚を６．５ｍｍ、歯数を６３、歯底の幅を１ｍｍとする構成を挙げておく。
また、前記第一加工工程の寸法設定の例として、図６に示すごとく、前記第一加工工程においては、幅Ｗ１を３ｍｍ〜４ｍｍに設定し、最終製品の歯２・２を形成しない箇所Ａ１を取り除くこととする。
また、前記第二加工工程の寸法設定の例として、図６に示すごとく、幅Ｗ２を１ｍｍ〜２ｍｍに設定し、前記第一加工用直径Ｄ３と前記第二加工用直径Ｄ４の間の箇所であって、最終製品の歯２・２を形成しない箇所の内、周方向における中央箇所Ａ２を取り除くこととする。また、第二加工用直径Ｄ４を歯底円直径Ｄ２よりも１．６ｍｍ大きく設定し、残留箇所ａ２の幅Ｗ３を略０．８ｍｍに設定してスクラップ代を確保することとする。
さらに、上記のように複数の加工工程によって歯溝３・３を成形するため、歯溝溝の表面３・３に縦線（ギアの板厚方向に線状に現れる突起部）が形成される場合には、第三加工工程の後に、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度の厚みの仕上げ抜きを実施してもよい。

また、以上に述べた加工方法は、ギアの製造方法のみならず、プレスにより、のこぎり形状を成形する場合であって、歯底が狭く、歯溝の表面に剪断面を得る必要がある場合に適用可能である。また、鍵のように、一部に歯底の狭い歯溝を有する成形品を製造する場合にも適用可能である。

本発明にかかるギアの製造方法のプロセスフローについて示す図。第三加工工程の潰し抜きを行うための上刃、下刃の形状について示す図。第三加工工程の潰し抜きを行うための装置構成例について示す図。第三加工工程の潰し抜きのプロセスについて段階的に示した図。本発明にかかるギアの製造方法による製品の一例について示す図。第一・第二加工工程における寸法設定についての説明図。

符号の説明

１ワーク
２歯
３歯溝
４歯底
Ｄ１歯先円直径
Ｄ２歯底円直径
Ｄ３第一加工用直径
Ｄ４第二加工用直径

Claims

歯先円直径よりも小さく、歯底円直径よりも大きい、第一加工用直径と、
前記第一加工用直径よりも小さく、前記歯底円直径よりも大きい、第二加工用直径と、
を設定し、
前記歯先円直径と前記第一加工用直径の間の箇所であって、最終製品の歯を形成しない箇所を、ワークから取り除く第一加工工程と、
前記第一加工用直径と前記第二加工用直径の間の箇所であって、最終製品の歯を形成しない箇所の内、周方向における中央箇所を、ワークから取り除く第二加工工程と、
前記第二加工用直径と前記歯底円直径の間の箇所であって、最終製品の歯を形成しない残留箇所を、ワークから取り除く第三加工工程と、を有するギアの製造方法。
前記第三加工工程は、対向剪断法による潰し抜きにて行われる、ことを特徴とする請求項１に記載のギアの製造方法。
前記第三加工工程の後に、仕上げ抜きを実施することとする、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のギアの製造方法。
前記第一加工工程は、
ファインブランキングと１回又は複数回のシェービングの組み合わせによる加工方法、
又は、
ファインブランキングと１回又は複数回のサイジングの組み合わせによる加工方法、
又は、
対向剪断法による潰し抜きによる加工方法、
のいずれかにより実施される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のギアの製造方法。
前記第二加工工程は、
ファインブランキングと１回又は複数回のシェービングの組み合わせによる加工方法、
又は、
ファインブランキングと１回又は複数回のサイジングの組み合わせによる加工方法、
又は、
対向剪断法による潰し抜きによる加工方法、
のいずれかにより実施される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のギアの製造方法。
前記第三加工工程は、
ワークの一側表面に当接し、最終製品と略同一の円環状の外歯部を有する第一インナーパンチと、
ワークの他側表面に当接し、最終製品と略同一の円環状の外歯部を有する第二インナーパンチと、
前記第一インナーパンチの外歯部と噛合する円環状の内歯部を有する円筒状部材であって、前記内歯部のワーク側の先端に切刃が形成される第一アウターパンチと、
前記第二インナーパンチの外歯部と噛合する円環状の内歯部を有する円筒状部材であって、前記内歯部のワーク側の先端に切刃が形成される第二アウターパンチと、
を具備して構成する製造装置を用いて実施されることを特徴とする、
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のギアの製造方法。
前記第一アウターパンチの前記内歯部、前記第二アウターパンチの前記内歯部の、
いずれか一方、又は、両方において、
歯先部分に形成される前記切刃が、ワークの一側表面と略同一位置に配置された状態で、歯底部分が前記ワークの一側表面から離れた位置に配置され、前記切刃から前記歯底部分にかけて勾配が形成される、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のギアの製造方法。