JP2006247720A - 傘歯車製造方法と傘歯車 - Google Patents

Abstract

【課題】 傘歯車の加工時間を短縮できる技術を提供する。
【解決手段】 傘歯車製造方法は、第１工程と、第２工程と、第３工程を備えている。第１工程は、傘状に配置されているとともに予備的形状を有する歯型群をワークに形成する。第２工程は、歯型群と同軸の貫通孔をワークに形成する。第３工程は、軸方向に延びるとともに周方向に繰り返す凸条が形成されている柱状部材４４を貫通孔に挿通した状態で、歯型成形用のダイス３３にセットしたワーク２０を冷間鍛造する。
この傘歯車製造方法によれば、歯型群とスプラインを同時に形成することができる。よって、傘歯車の加工時間を短縮できる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、傘歯車に歯型とスプラインを形成する技術に関するものである。

傘歯車とシャフトを嵌合するために、傘歯車の中央部を貫通する貫通孔の内周部にスプラインを形成する技術が知られている。スプラインは、歯型と貫通孔を形成してから、さらに貫通孔の内周部をブローチ加工することによって形成する。特許文献１には、鍛造によって傘歯車を形成する技術が開示されている。

特開２００２−１８５４８号公報

歯型と貫通孔を形成してから、さらにスプラインを形成するのでは、傘歯車の加工時間が長くなってしまう。
本発明は、その問題を解決するためになされたものであり、傘歯車の加工時間を短縮できる技術を提供することを課題とする。

本発明の傘歯車製造方法は、第１工程と、第２工程と、第３工程を備えている。第１工程は、傘状に配置されているとともに予備的形状を有する歯型群をワークに形成する。第２工程は、歯型群と同軸の貫通孔をワークに形成する。第３工程は、軸方向に延びるとともに周方向に繰り返す凸条が形成されている柱状部材を貫通孔に挿通した状態で、歯型成形用のダイスにセットしたワークを冷間鍛造する。
「予備的形状の歯型群」とは、最終形状に形成される以前の形状の歯型群を意味する。
このような柱状部材を貫通孔に挿通した状態で、歯型成形用のダイスにセットしたワークを冷間鍛造すると、ワークの材料が塑性流動することによって、予備的形状を有する歯型群がダイスに対応した形状の歯型群に形成される。また、塑性流動した材料が柱状部材の凸条と凸条の間に入り込むことによって、貫通孔の内周部にスプラインが形成される。すなわち、歯型群とスプラインを同時に形成することができる。よって、傘歯車の加工時間を短縮できる。

上記の傘歯車製造方法において、第１工程は、熱間鍛造で歯型群をワークに形成することが好ましい。

本発明の傘歯車は、傘状に配置されている歯型群と、歯型群と同軸の貫通孔と、貫通孔の内周部に形成されているスプラインを備えている。スプラインは、材料が塑性流動することによって形成されている。
このような傘歯車は、歯型基準でスプラインを形成することができる。よって、歯型群とスプラインの同軸度が高くなる。

後述する実施例の主要な特徴を記載する。
（１）傘歯車は、予備成形工程、打抜工程、コイニング工程を順に実行することによって製造される。
（２）予備成形工程では、熱間鍛造によって、荒歯型（予備的形状の歯型群が形成されているワーク）を成形する。
（３）打抜工程では、パンチで打ち抜くことによって、荒歯型の中央部に貫通孔を形成する。
（４）コイニング工程では、荒歯型をコイニング装置の下ダイスにセットする。貫通孔には、スプライン型の成形部を挿通する。成形部には、軸方向に延びるとともに周方向に繰り返す凸条が複数形成されている。その状態でコイニングすると、材料が塑性流動することによって、歯型とスプラインが同時に形成される。

本発明の傘歯車製造技術に係る一実施例について、図面を参照しながら説明する。
本実施例では、予備成形工程、打抜工程、コイニング工程を順に実行することにより、傘歯車を製造する。図１に示すように、製造される傘歯車１２は、傘状に配置された複数の歯形１４と、中央部に形成された貫通孔２４を有している。貫通孔２４の内周部には、貫通方向に延びるとともに周方向に繰り返すスプライン１６が形成されている。
予備成形工程では、熱間鍛造によって、図２に示す荒歯型２０を成形する。荒歯型２０は、円柱状の素材を複数回に分けて熱間鍛造することによって成形する。荒歯型２０には、傘状に配置された複数の歯型２６が形成されている。荒歯型２０は、傘歯車１２（図１参照）よりも一回り大きいとともに、寸法精度もラフに設定されている。
図３に示すように、荒歯型２０の歯型２６の反対側は略円錐台状に形成されている。以下においては、その略円錐台状部分の側面２７を「背面２７」と言う。
打抜工程は、熱間で実行される。打抜工程では、荒歯型２０の中央部分をパンチで打ち抜くことによって、図４に示す貫通孔２４を形成する。

コイニング装置について説明する。コイニング装置は、冷間鍛造の一種であるコイニングで荒歯型２０を成形する。
図５に示すように、コイニング装置３０は、スペーサ３１、ノックアウト部材３２、下ダイス３３、上ダイス３４、補強リング３５、スリーブ４０、スプライン型４４を備えている。
スペーサ３１は、基台（図示省略）上に設置されている。スペーサ３１には、厚さ方向に貫通する貫通孔３６が形成されている。ノックアウト部材３２は円筒状に形成されており、スペーサ３１の貫通孔３６に挿通されている。下ダイス３３と補強リング３５は、スペーサ３１上に固定されている。
図６に示すように、下ダイス３３には、周方向に繰り返す歯型３７が形成されている。下ダイス３３の中央部分には、スペーサ３１の貫通孔３６と同径の貫通孔３８が形成されている。上ダイス３４は、円筒状に形成されており、図５に示すように、下ダイス３３上に配置されている。上ダイス３４には、貫通孔４３が形成されている。補強リング３５は、円筒状に形成されており、下ダイス３３と上ダイス３４を収容している。

図７に示すように、スプライン型４４には、先端から順に、案内部４５、成形部４６、シャフト部５１が形成されている。案内部４５は、同径部４９と縮径部４８を持っている。同径部４９と縮径部４８は、円形状の断面を有している。縮径部４８は、先端に向かって径が連続的に減少している。図７、図８に良く示すように、成形部４６には、軸方向に延びるとともに周方向に繰り返す凸条４７が複数形成されている。シャフト部５１は、円柱状に形成されている。
図９に示すように、スリーブ４０は略円筒状に形成されている。スリーブ４０には、スリ鉢状の当接面４１と、スリーブ４０を軸方向に貫通するとともに一端が当接面４１の中央に開口する中央孔４２が形成されている。

図５に示すように、コイニング工程を実行するにあたっては、荒歯型２０を、歯型２６が形成されている側が下方を向いた状態で、コイニング装置３０の下ダイス３３にセットする。そのセットでは、下ダイス３３の歯型３７、３７の間の各歯溝３９（図６参照）に、荒歯型２０の歯型２６（図４参照）を入り込ませる。
下ダイス３３に荒歯型２０をセットした状態で、昇降手段（図示省略）がスプライン型４４を降下させることによって、荒歯型２０の貫通孔２４にスプライン型４４を挿通させる。そのときには、スプライン型４４の成形部４６の周りに荒歯型２０の貫通孔２４が配置されるように、降下位置を調整する。図１０は、成形部４６の周りに貫通孔２４が配置された状態を示している。その状態では、成形部４６の凸条４７と荒歯型２０の貫通孔２４によって、空間５０（以下「成形空間５０」と言う）が形成される。スプライン型４４は、荒歯型２０の貫通孔２４に挿通を開始するときに、降下しながら案内部４５によって案内され、貫通孔２４と同心になる。
スリーブ４０を降下させて上ダイス３４の貫通孔４３に挿入することによって、図５に示すように、スリーブ４０の当接面４１を荒歯型２０の背面２７に当接させる。

コイニング装置３０で荒歯型２０をコイニングするときには、押圧手段（図示省略）がスリーブ４０に下向きの大きな力を加える。スリーブ４０に下向きの大きな力を加えると、その当接面４１が荒歯型２０の背面２７を強く押圧する。当接面４１が背面２７を強く押圧すると、荒歯型２０の材料が塑性流動する。すると、下ダイス３３の歯型３７と歯溝３９によって歯型１４（図１参照）が形成される。また、塑性流動した材料は、スプライン型４４の成形部４６の凸条４７と荒歯型２０の貫通孔２４によって形成された成形空間５０（図１０参照）に入り込む。図１１は、成形空間５０に材料が塑性流動して入り込んだ状態を示している。成形空間５０に材料が塑性流動して入り込むことによって、傘歯車１２の貫通孔２４の内周部にスプライン１６が形成される。歯型１４と、スプライン１６は、それぞれ下ダイス３３と、スプライン型４４の成形部４６に対応しており、高い精度で形成される。歯型１４とスプライン１６を同時に形成するので、傘歯車１２を完成させるまでの加工時間が短縮される。ブローチでスプライン１６を形成するような手間もかからない。また、下ダイス３３を基準にして（すなわち、歯型１４群を基準にして）スプライン１６が形成されるので、歯型１４群とスプライン１６の同軸度が高くなる。さらには、スプライン１６を形成する前に荒歯型２０に形成する貫通孔２４は、形状精度が悪いことが許容される。貫通孔２４の形状精度が悪くても、それは材料を流動させてスプライン１６を形成するときに吸収されてしまうからである。
コイニングが終了後、スプライン型４４とスリーブ４０は上昇して傘歯車１２から離れる。ノックアウト部材３２が上昇すると、傘歯車１２が下ダイス３３から離型する。

従来、傘歯車は、最終形状まで熱間鍛造で成形していた。このため、熱間鍛造に用いるダイス（以下「熱間鍛造用ダイス」と言う）も傘歯車の最終形状に対応した形状を持っていた。近年、傘歯車の歯型は、その高さが大きく、かつ歯幅が狭くなる傾向にあり、それにともなって歯型側面１８（図１参照）と歯型頂面１９を繋ぐアール２１（以下「歯型アール２１」と言う）の径も小さくなっている。従って、熱間鍛造用ダイスの歯型アール２１を成形する部分のアール（以下「ダイスアール」と言う）も径を小さくしなければならない。熱間鍛造用ダイスは、熱間鍛造を繰り返す毎に、温度が昇降（熱振幅）する。熱間鍛造用ダイスのダイスアールの径が小さいと、温度の昇降が繰り返された場合に、その部分にクラックが入ってしまうことがある。本実施例の傘歯車製造技術は、熱間鍛造で荒歯型２０を成形し、コイニングで傘歯車１２を成形する。よって、熱間鍛造用ダイスのダイスアールの径を大きくすることができる。その後に実行するコイニングでダイスアールが小さい下ダイス３３を用い、歯型アール２１が小さい傘歯車１２を成形すればよいからである。ダイスアールが大きい熱間鍛造用ダイスは、クラックが入るのが防止され、寿命が長い。また、コイニングは冷間で実行するので、成形を繰り返しても下ダイス３３の温度が昇降しない。このため、下ダイス３３は、ダイスアールが小さくても寿命が長い。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

傘歯車の斜視図。 荒歯型の斜視図。 荒歯型の断面図。 荒歯型の斜視図（貫通孔を形成した状態）。 コイニング装置の断面図。 下ダイスの斜視図。 スプライン型の側面図。 図７のVIII−VIII線矢視図。 スリーブの斜視図。 傘歯車の貫通孔にスプライン型の成形部が挿通された状態の断面図。 コイニングによって傘歯車の内周部にスプラインが形成された状態の断面図。

符号の説明

１２：傘歯車
１４：歯型
１６：スプライン
１８：歯型側面
１９：歯型頂面
２０：荒歯型
２１：歯型アール
２４：貫通孔
２６：歯型
２７：背面
３０：コイニング装置
３１：スペーサ
３２：ノックアウト部材
３３：下ダイス
３４：上ダイス
３５：補強リング
３６：貫通孔
３７：歯型
３８：貫通孔
４０：スリーブ
４１：当接面
４２：中央孔
４３：貫通孔
４４：スプライン型
４５：案内部
４６：成形部
４７：凸条
４８：縮径部
４９：同径部
５０：成形空間
５１：シャフト部

Claims (3)

1. 傘状に配置されているとともに予備的形状を有する歯型群をワークに形成する第１工程と、
   歯型群と同軸の貫通孔をワークに形成する第２工程と、
   軸方向に延びるとともに周方向に繰り返す凸条が形成されている柱状部材を貫通孔に挿通した状態で、歯型成形用のダイスにセットしたワークを冷間鍛造する第３工程と、
   を備えていることを特徴とする傘歯車製造方法。
2. 第１工程は、熱間鍛造で歯型群をワークに形成することを特徴とする請求項１の傘歯車製造方法。
3. 傘状に配置されている歯型群と、
   歯型群と同軸の貫通孔と、
   貫通孔の内周部に形成されているスプラインを備えており、
   スプラインは、材料が塑性流動することによって形成されていることを特徴とする傘歯車。

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