JP2009156449A - Integrally molded gear with gear and spline shaft - Google Patents
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Description
この発明は、主としてAT車に用いられるサン歯車に関する。詳しくは、AT車、MT車あるいはCVT等変速機の他オイルポンプ用の歯車であって、変速用のスパー歯又はヘリカル歯とクラッチ用のスプライン歯を有するスプライン軸とが冷間鍛造により一体化形成された変速機用の歯車に関するものである。 The present invention relates to a sun gear mainly used for AT vehicles. More specifically, gears for oil pumps other than transmissions such as AT cars, MT cars, CVTs, etc., and the spur teeth or helical teeth for shifting and the spline shaft having the spline teeth for clutch are integrated by cold forging. The present invention relates to a transmission gear formed.
従来、トランスミッションにおいて、変速機用歯車部とクラッチ用歯部とを有する変速機用歯車は円板状又はリング状の素材から熱間鍛造により概略プロフィール形状に成形され、次に熱間鍛造により歯形が形成され、次いで変速機用歯車部とクラッチスプライン歯車部に、シェービング、ブローチ又はホブ切り等の機械加工を施す。あるいは、熱間鍛造により成形された変速機用歯車部に機械加工を施して変速機用歯車を形成し、次いでこの変速機用歯車部に冷間鍛造により成形されたクラッチスプライン歯車部を電子ビーム溶接して一体化する方法がある。他に 熱間鍛造により一体化成形された変速機用歯車部とクラッチ用歯部夫々に機械加工を施す方法が採用されている。この種の変速機用歯車の製造に関し、変速機用歯車部とクラッチ用歯部とを以上のように一体化する変速機用歯車の提案がなされている(例えば、特許文献1、2及び3参照)。
Conventionally, in a transmission, a transmission gear having a transmission gear portion and a clutch tooth portion is formed into a general profile shape by hot forging from a disk-shaped or ring-shaped material, and then has a tooth shape by hot forging. Then, machining such as shaving, broaching or hobbing is performed on the transmission gear portion and the clutch spline gear portion. Alternatively, a transmission gear formed by hot forging is machined to form a transmission gear, and then a clutch spline gear formed by cold forging is applied to the transmission gear by an electron beam. There is a method of integrating by welding. In addition, a method of machining each of the transmission gear portion and the clutch tooth portion integrally formed by hot forging is employed. Regarding the manufacture of this type of transmission gear, there has been proposed a transmission gear that integrates the transmission gear portion and the clutch tooth portion as described above (for example,
また、従来から、トランスミッションに使用される歯車に関し、変速機用歯車部のスパー歯車、ドッグ歯車又はヘリカル歯車にクラッチ用のスプライン軸を一体化した変速機用歯車等が知られている。そして、このような歯車の成形方法としては、以下の方法が採用されている。即ち、第一は、変速機用歯車部及びスプライン軸の両方を、ホブカッタ等の工具による切削加工で成形する方法である。第二に、変速機用歯車部及びスプライン軸の中、一方を切削加工で成形し、他方のスプライン軸を熱間又は冷間鍛造によって成形する方法である。また、第三に、変速機用歯車部及びスプライン軸の中、一方を熱間鍛造加工によって成形した後に、スプライン軸を転造ダイスによる冷間鍛造加工によって成形する方法がある。 Conventionally, gears used in transmissions include transmission gears in which a spur shaft for clutch is integrated with a spur gear, a dog gear or a helical gear of a transmission gear. As a method for forming such a gear, the following method is employed. That is, the first is a method of forming both the transmission gear portion and the spline shaft by cutting with a tool such as a hob cutter. The second is a method in which one of the transmission gear and the spline shaft is formed by cutting, and the other spline shaft is formed by hot or cold forging. Third, there is a method in which one of the transmission gear portion and the spline shaft is formed by hot forging, and then the spline shaft is formed by cold forging using a rolling die.
前述した変速機用歯とクラッチ用スプライン歯とを一体化した変速機用歯車の例を、具体的に図5及び図6に示す。図5の製品W01に示すように、変速機用歯車は上部の大径部に鍛造により軸方向に対して捩じれて成形されたヘリカル歯にシェービング又はブローチによる機械加工を施してヘリカル歯2及び、スプライン軸3の下端部に転造により一体化成形されたスプライン歯1から構成される。一方、図6の製品W02に示すように、変速機用歯車は大径部のヘリカル歯2及びスプライン軸3の下端部に転造により一体化成形されたスプライン歯1から構成される。ここで、ヘリカル歯2とスプライン軸3との結合面にスプライン溝8を形成、噛み合わせ、かつ、ヘリカル歯2の上端部にスナップリング9を設けてスプライン軸3にヘリカル歯2を一体化結合させたものである。あるいは、スプライン軸3にヘリカル歯2を電子ビーム溶接により一体化結合することでもよい。なお、図5あるいは図6に示すヘリカル歯2は歯筋が軸方向に対して平行なスパー歯車の場合もある。
An example of a transmission gear in which the above-described transmission teeth and clutch spline teeth are integrated is specifically shown in FIGS. As shown in the product W01 in FIG. 5, the gear for the transmission is subjected to machining by shaving or broaching on the helical teeth formed by twisting the upper large diameter portion in the axial direction by forging. The
以上の通りであって、特許文献に代表されるように、従来の変速機用歯車には次のような問題点がある。 As described above, as represented by patent documents, the conventional transmission gear has the following problems.
上記の公報に代表されるような従来の技術では、変速機用歯車部とクラッチ用歯部とを熱間又は冷間鍛造によって概略形状に一体化成形した後、クラッチ用歯部について例えば冷間サイジングを施し、最後に変速機用歯車部に機械加工を施す等しているため、工程数が多くコストアップが余儀なくされる。また、例えば1150〜1200℃に加熱する熱間鍛造は常温の冷間鍛造に比べ金型の摩耗が激しいためにその寿命が短く、変速機用歯車製造コストアップを助長する要因となっている。 In the conventional technology represented by the above publication, the gear portion for transmission and the tooth portion for clutch are integrally formed into a schematic shape by hot or cold forging, and then the tooth portion for clutch is, for example, cold Since sizing is performed and machining is finally performed on the transmission gear portion, the number of processes is large and the cost is inevitably increased. Further, for example, hot forging heated to 1150 to 1200 ° C. has a shorter life due to the severe wear of the mold compared to cold forging at room temperature, which is a factor for increasing the gear manufacturing cost for transmissions.
機械加工においては、いずれも歯車部にシェービング、ブローチ、又はホブ切り等を施すので、鍛造により形成されたメタルフローが切断されることになり、歯車の強度が低下するとともに、更に機械加工を施すことによる製造コストアップを回避することができない。 In machining, the gear part is subjected to shaving, broaching, hobbing, etc., so that the metal flow formed by forging is cut, the gear strength is reduced, and further machining is performed. The manufacturing cost increase due to this cannot be avoided.
その他、機械加工あるいは熱冷又は間鍛造加工による加工法を用いて、変速機用歯車部とクラッチ用歯部を形成するので、歯形の成形途中で素材を鍛造装置から切削加工装置へ移動させなければならず、工程が煩雑化するという問題がある。 In addition, since gears for transmissions and teeth for clutches are formed using machining, hot cooling, or intermediate forging, the material must be moved from the forging device to the cutting device during the formation of the tooth profile. There is a problem that the process becomes complicated.
そこで、本発明の変速機用歯車は、本発明は以上のような課題に着目してなされたもので、変速用歯部とクラッチ用歯部とが実質的に冷間鍛造によって形成された変速機用歯車を提供することを目的としている。また、本発明の目的は、機械加工を省くことにより鍛造成形によるメタルフローと称する繊維組織を歯形内に残して歯車の強度を保持するとともに、製造工程の簡素化を図った変速機用歯車を提供することにある。 Accordingly, the transmission gear according to the present invention has been made by paying attention to the above-described problems, and the gear teeth for transmission and the gear teeth for clutch are substantially formed by cold forging. The object is to provide a mechanical gear. Another object of the present invention is to provide a transmission gear that retains the strength of the gear by leaving a fiber structure called metal flow by forging in the tooth profile by omitting machining, and simplifies the manufacturing process. It is to provide.
近年では鍛造技術の進歩により全ての形状の歯車を冷間鍛造により成形し、機械加工を省くことが可能となってきた。そこで、本発明者等は、冷間鍛造により形成されたメタルフローをそのまま生かすことに着目し、冷間鍛造後の機械加工を省いて歯車を試作したところ耐久性に優れるといいう知見を得た。本発明の変速機用歯車はかかる知見を基に具現化したもので、請求項1の発明は、大径の変速用歯部とこの下部に小径の段付きスプライン軸が同軸に、かつ、一体化形成された変速機用歯車であって、変速用歯車はスパー歯又はヘリカル歯から構成され、スプライン軸の下端部にクラッチ用のスプライン歯が形成され、かつ、前記変速用歯及びスプライン歯は夫々冷間鍛造により形成されることを特徴とする変速機用歯車である。また、請求項2の発明は、請求項1の発明の上記特徴に加えて、変速用歯車の上端部には、フランジが形成されることを特徴とする変速機用歯車である。
In recent years, with the advance of forging technology, it has become possible to form gears of all shapes by cold forging and omit machining. Therefore, the inventors of the present invention focused on using the metal flow formed by cold forging as it is, and obtained the knowledge that when the gear was prototyped without machining after cold forging, it was excellent in durability. . The transmission gear of the present invention is embodied based on such knowledge, and the invention of
本発明によれば、変速機用歯車部及びクラッチ用歯部を、冷間鍛造により一体化成形することが可能となるため、欠肉等の成形欠陥の発生を防止して歯形精度が向上するとともに以下の作用効果を奏するものである。 変速機用歯車部及びクラッチ用歯部を冷間鍛造により一体化成形することにより、機械加工を施す必要がないので歯形内のメタルフローが切断されることなくそのまま保持されるので、歯車の強度が向上するとともに、機械加工による製造コストの上昇を回避し、変速機用歯車の製造コストを低廉に抑えることができる。即ち、円柱状素材から一気に冷間鍛造のみにより変速機用歯車部とクラッチ用歯部とを備えた変速機用歯車を成形することができるため、加工工数の大幅な削減によりコストダウンを図ることができ、更に金型の摩耗の少ない冷間鍛造を基本としていることから、金型そのものの寿命も長くなって耐久性が向上し、コストダウン効果が一段と顕著になる。 According to the present invention, the gear portion for transmission and the tooth portion for clutch can be integrally formed by cold forging. Therefore, the generation of a molding defect such as a lack of wall is prevented and the tooth profile accuracy is improved. In addition, the following effects are achieved. By integrally forming the gear portion for transmission and the tooth portion for clutch by cold forging, it is not necessary to perform machining, so the metal flow in the tooth profile is held as it is without being cut, so the strength of the gear As a result, an increase in manufacturing cost due to machining can be avoided, and the manufacturing cost of the transmission gear can be kept low. In other words, a gear for transmission and a gear for clutch can be formed from a cylindrical material by cold forging at a stroke, so the cost can be reduced by drastically reducing processing man-hours. In addition, since the cold forging with less wear of the mold is fundamental, the life of the mold itself is extended, the durability is improved, and the cost reduction effect becomes more remarkable.
本発明の実施の形態を、添付図面に例示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。 Embodiments of the present invention will be specifically described below based on the embodiments of the present invention illustrated in the accompanying drawings.
先ず、本発明の実施例1について、図1〜図4を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施例を示すもので、変速機用歯車の製造過程を示す工程図である。図2は、同上、変速機用歯車の正面図である。図3は、同上、変速機用歯車の製造に係る好ましい実施の形態を示す説明図である。図4は、同上、冷間鍛造におけるメタルフローを示す説明図である。
First,
本発明に係るスプライン軸と歯車との一体化成形変速機用歯車の製造経過を、図1の工程図を用いて説明する。先ず、工程(1)に示すように、変速機用歯車に適した円柱素材をビレットシャーにより所定の軸長に切断した素材W1を得る。この場合、素材の材質として変速機用歯車に適した鋼材、例えば、SC鋼、SCM鋼、SNC鋼、SNCM鋼、SCR鋼等を使用することができる。次に、工程(2)に示すように、素材W1を例えば1150℃に加熱して熱間によるアプセット鍛造を施すことにより最終製品の形状に近似の素材W2が得られる。この素材W2の形状は、中段の径方向に拡がる大径部D2を有し、この上部に出っ張る凸部を有し、下方へ軸が伸び先端部に小径部D1を有する。次に、工程(3)に示すように、内側に角歯形のスプライン歯型T1を備えるダイ型Q1へ素材W2を先端部から押し込み、冷間鍛造によって圧潰して小径部D1の外周にスプライン歯1を形成する。最後に、工程(4)に示すように、素材W3を冷間鍛造によって圧潰して大径部D2の外周にヘリカル歯2を形成する。そのために、内側にヘリカル歯型T2を備えるダイ型Q2へ大径部D2を押し込み、圧潰して外周にヘリカル歯2を形成する。このようにして、中段部の大径部D2にヘリカル歯2及び下端の小径部D1にスプライン歯1を形成した変速用歯車Wの製品が得られる。この変速用歯車Wには、必要に応じて歯形に冷間鍛造による仕上げ成形が施される。ヘリカル歯2と内側のスプライン歯1は、夫々冷間のコイニング処理により歯形仕上げダイスの当接面部で摩擦力を発生させながら、軸方向及び半径方向に圧縮して成形される。最後の行程(3)及び(4)における冷間鍛造では、特に限定されるものではないが、冷間鍛造を円滑に行うために、二硫化モリブデン系潤滑剤等による潤滑処理を施す。なお、工程(4)のヘリカル歯の詳細については図3を参照しながら後述する。
The manufacturing process of the spline shaft and gear integrally formed transmission gear according to the present invention will be described with reference to the process diagram of FIG. First, as shown in step (1), a material W1 obtained by cutting a cylindrical material suitable for a transmission gear into a predetermined axial length by a billet shear is obtained. In this case, a steel material suitable for the transmission gear, such as SC steel, SCM steel, SNC steel, SNCM steel, SCR steel, etc., can be used as the material of the material. Next, as shown in step (2), the material W1 is heated to, for example, 1150 ° C. and subjected to hot upset forging to obtain a material W2 that approximates the shape of the final product. The shape of the material W2 has a large-diameter portion D2 that expands in the radial direction of the middle stage, a convex portion that protrudes from the upper portion, a shaft extending downward, and a small-diameter portion D1 at the tip. Next, as shown in step (3), the material W2 is pushed into the die die Q1 having a square tooth-shaped spline tooth die T1 from the tip, and is crushed by cold forging, and spline teeth are formed on the outer periphery of the small diameter portion D1. 1 is formed. Finally, as shown in step (4), the material W3 is crushed by cold forging to form
行程(3)及び(4)において、最終仕上げ加工を施された変速機用歯車Wの詳細形状を図2に示す。中段にヘリカル歯2が形成され、この下方にスプライン軸3が伸びてこの先端部にスプライン歯1が形成される。ここで、行程(4)において、ダイ型Q2へ大径部D2を押し込み、圧潰して外周にヘリカル歯2を形成する際に、歯型T2によって大径部D2の軸方向上端部に歯形が形成されないフランジ4が残る。このフランジ4の部位は、後で切削により除去することでもよい。
FIG. 2 shows the detailed shape of the transmission gear W that has been subjected to the final finishing process in the processes (3) and (4). A
ここで、工程(3)におけるヘリカル歯2の形成について図3を参照しながら詳細を説明する。図の上方から、上型P1、この下方に素材W2及びこの下方に窪んだダイ型Qを示す。上型P1は、下方のダイQの真上に位置しダイQ内を昇降可能であり、素材W2をダイ型Q内において圧潰する。ダイ型Qの上段にはダイ型Q2が構成され、この内側にヘリカル歯を形成するメス型のヘリカル歯型T2を有する。この下方にはダイ型Q1が構成され、この内側にスプライン歯を形成するメス型のスプライン歯型T1を有する。素材W2の大径部D2及び小径部D1は夫々ダイ型Q1及びダイ型Q2の歯型T1及び歯型T2部位の内径に適合する。これらの下方にエジェクタP3を出没可能に備える。ここで、エジェクタP3の外周にヘリカル歯2の歯型T2と同じヘリカル歯形で、かつ、リード量が同じ歯型T3を有し、これと対向するダイQの内周に同じヘリカル歯形のメス歯型T3を有する。そして、ダイ型Qの内側に歯型T3と対応する位置にヘリカル歯のメス型である歯型T3を備える。図1に示す工程(3)において冷間鍛造によってプライン歯1が成形され、次いで、工程(4)において同じく冷間鍛造によってヘリカル歯2が成形される。この後、素材W3をダイ型Qから取り出す場合、ストレ−ト歯の場合は真上へ抜き出せるが、捩じれたヘリカル歯2はダイQに対して相対的な回転を必要とするため真上へ抜き出せない。本実施例では、ダイ型Qの下方からエジェクタP3を回転させ、かつ、スクリュー運動をさせながら昇降するようにし、ヘリカル歯2を強制的に回転させると効率良く取り出すことができる。ここで、歯型T1の上下方向の軸に対する捩れ角は左向きで例えば20度程度である。
Here, the formation of the
行程(4)において形成されたヘリカル歯2は、上述した歯形が軸線に対して捩じれた歯形の他に軸線に平行なスパー歯形でもよい。下段のスプライン歯1の断面形状は上述した角歯形の他、必要に応じてインボリュート歯形を形成することでもよい。
The
本発明の変速機用歯車は以上のように構成され、次に作用について説明する。本発明における歯形の形成は冷間鍛造による。その結果、冷間鍛造後歯の内部にメタルフローの繊維組織流れが連続して形成される。鍛造成形後機械加工を施すことがないのでメタルフローが切断されることもなく歯形面の耐久力に優れた歯車が得られる。 The transmission gear of the present invention is configured as described above, and the operation will be described next. In the present invention, the tooth profile is formed by cold forging. As a result, a metal flow fiber structure flow is continuously formed inside the teeth after cold forging. Since there is no machining after forging, a gear having excellent tooth profile surface durability can be obtained without cutting the metal flow.
このメタルフローの形成の詳細を図4について説明する。冷間鍛造により形成されたスパー歯車、ヘリカル歯車、スプライン歯車の夫々の歯形内に、メタルフローと称する鍛流線が繊維組織状に形成される。図(a)は冷間鍛造における歯形内における鍛流線の分布を模式的に示す。繊維組織の流れである鍛流線Fが外周から内に向けて多層に形成されている。一方図(b)では比較のため鍛造後ホブ加工、シェービング加工、あるいは切削その他の機械的加工を行うことによる機械面取りされた場合を模式的に示し、歯形の表面において機械加工面Mによって鍛流線Fが切断されている。本発明の変速機用歯車では冷間鍛造成形のままなので、メタルフローが切断されるようなことがなく歯形面の耐久力に優れる。即ち、鍛造後の機械加工工程を省略することができるので、生産性が高く、かつ、機械強度の高い歯形面が得られる。 Details of the formation of this metal flow will be described with reference to FIG. Forged lines called metal flow are formed in a fiber structure in each tooth profile of the spur gear, the helical gear, and the spline gear formed by cold forging. FIG. 1A schematically shows the distribution of forging lines in the tooth profile in cold forging. A forged stream line F, which is a flow of fiber structure, is formed in multiple layers from the outer periphery toward the inside. On the other hand, for comparison, FIG. (B) schematically shows a case where machine chamfering is performed by hobbing, shaving, cutting, or other mechanical processing after forging. Line F is cut. Since the gear for transmission according to the present invention is still cold forged, the metal flow is not cut and the durability of the tooth profile surface is excellent. That is, since the machining process after forging can be omitted, a tooth profile surface with high productivity and high mechanical strength can be obtained.
冷間鍛造成形のみにより歯形が形成されるので、シェービング、ブローチ、又はホブ切り等の機械加工により鍛造面が削り取られるようなことがなく、内部のメタルフローをそのまま保持して歯車の耐久性を向上させることができる。従って、本発明の変速機用歯車は自動車のトランスミッションの用途に限らず工作機械、荷役建設機械、ロボット等の各種の機械装置の用途に勿論適用できる。 Since the tooth profile is formed only by cold forging, the forged surface is not scraped off by machining such as shaving, broaching, or hobbing, and the internal metal flow is maintained and the durability of the gear is maintained. Can be improved. Accordingly, the transmission gear according to the present invention is not limited to the use for automobile transmissions, but can be applied to various machine devices such as machine tools, cargo handling construction machines, and robots.
D1 小径部
D2 大径部
F 鍛流線
M 機械加工面
P1 上型、P3 エジェクタ
Q、Q1、Q2 ダイ型
T1、T2、T3 歯型
W、W01、W02 製品
W1、W2、W3 素材
1 スプライン歯
2 ヘリカル歯
3 スプライン軸
4 フランジ
8 スプライン溝
9 スナップリング
D1 Small diameter part D2 Large diameter part F Forging line M Machined surface P1 Upper mold, P3 Ejector Q, Q1, Q2 Die mold T1, T2, T3 Tooth mold W, W01, W02 Product W1, W2,
Claims (2)
かつ、一体化形成された変速機用歯車であって、
変速用歯車はスパー歯又はヘリカル歯から構成され、
スプライン軸の下端部にクラッチ用のスプライン歯が形成され、
かつ、前記変速用歯及びスプライン歯は夫々冷間鍛造により形成されることを特徴とする変速機用歯車。 The large-diameter gear teeth and the small-diameter stepped spline shaft are coaxial
And an integrally formed transmission gear,
The gear for shifting is composed of spur teeth or helical teeth,
Spline teeth for the clutch are formed at the lower end of the spline shaft,
The transmission gear and the spline teeth are formed by cold forging, respectively.
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