JP2009536268A

JP2009536268A - 歯車を製造する方法

Info

Publication number: JP2009536268A
Application number: JP2009512362A
Authority: JP
Inventors: クリステイアンザンデル，
Original assignee: Miba Sintermetall GmbH
Current assignee: Miba Sintermetall GmbH
Priority date: 2006-05-04
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2009-10-08
Also published as: CA2651016A1; AT503037B1; EP2012951A1; US8069696B2; CN101489701A; AT503037A4; CN101489701B; WO2007128013A1; US20090090154A1; EP2012951B1

Abstract

ゆとりをもって歯範囲を圧縮成形されかつ焼結される粉末金属素材（１）から歯車を製造する方法が記載され、ゆとりの範囲で粉末金属素材（１）の歯へはまる相手歯を形成する圧縮工具（７）の転がりにより、粉末金属素材（１）が塑性変形しながらゆとりだけ圧縮される。有利な圧縮条件を生じるため、圧縮工具を形成する多数の型ローラ（８）の粉末金属素材（１）に対して軸線方向の転がりにより、粉末金属素材（１）が全周にわたって同時に圧縮される。

Description

本発明は、ゆとりをもって歯範囲を圧縮成形されかつ焼結される粉末金属素材から歯車を製造する方法であって、ゆとりの範囲で粉末金属素材が、粉末金属素材の歯へはまる相手歯を形成する圧縮工具の転がりにより、塑性変形しながらゆとりだけ圧縮されるもの、及びこの方法を実施する装置に関する。

粉末冶金で製造される歯車において、歯元の範囲における高い耐久曲げ強さ及び歯面の範囲における高い耐摩耗性を得るため、歯車の焼結される粉末金属素材を、歯の歯面範囲及び歯元範囲で圧縮することは公知であり（欧州特許第０５５２２７２号明細書及びオーストリア国特許第４０６８３６号明細書）、それにより充分穴のない表面層が得られて、歯車の係合範囲に許容負荷能力の著しい上昇を伴う。歯車の係合範囲における表面層の圧縮は、粉末金属素材の歯へはまる外歯（欧州特許第０５５２２７２号明細書）又は内歯（オーストリア国特許第４０６８３６号明細書）を持つ少なくとも１つの歯車の形の圧縮工具を介して行われ、内歯により粉末金属素材と圧縮工具の歯面の間の滑り速度を減少することができる。更に圧縮工具として、粉末素材の軸線に対して直角に延びる軸線を持ちかつ粉末金属素材の歯へはまるウオームを使用することが公知である（国際公開第００４３１４８号明細書）。しかし使用される圧縮工具に関係なく、圧縮工具と歯車を受入れる心棒との間に生じる圧縮力が、歯車全体の塑性変形をひき起こす危険があり、それが歯面の圧縮をもたらすだけでなく、特に歯元円に対して比較的大きい内径を持つ歯車において、歯車周囲の許容できない増大をひき起こす。この欠点を回避するため、粉末金属素材の圧縮中に、その両端面で粉末金属素材を全周にわたって半径方向に締付けることが既に提案されたが（オーストリア国特許第４１２９５５号明細書）、そのために必要な付加的手段は、変化する重なり状態により転がり力が変化して振動を励起するのを防止できず、この振動励起が工具及び工作物の負荷を高め、その結果能力を限定するに至る。

最後に圧縮成形されかつ焼結される粉末金属素材から製造される歯車の歯元および歯面を圧縮するため、ラムにより軸線方向にダイ工具を通して圧縮可能な粉末金属素材用の段階的に小さくなる通過断面を持ちかつ軸線方向間隔をおいて順次に続くダイプレートを持つダイ工具を設けることが公知である（米国特許第６１６８７５４号明細書）。外周全体にわたって粉末金属素材を同時に圧縮するため、圧縮される歯範囲の良好な形状安定性が保証される。しかしこの形状安定性は、工作物と工具との滑り摩擦のみであがなわれ、それが工具の高度の摩耗及び工作物のそれに応じた摩耗の原因となる。

従って本発明の基礎になっている課題は、過度の工具摩耗又は工具や工作物の高い応力を甘受する必要なしに、歯の圧縮の際歯車の良好な形状安定性を保証できる、最初に述べたような歯車の製造方法を提示することである。

本発明は、圧縮工具を形成する多数の型ローラの粉末金属素材に対して軸線方向の転がりにより、粉末金属素材が全周にわたって同時に圧縮されることによって、与えられた課題を解決する。

歯断面の逆形状に相当する輪郭を持つ型ローラが粉末金属素材上をその軸線方向に転がることによって、まず滑らかな工作物表面が摩耗なしに得られる。型ローラは更に粉末金属素材の全外周にわたって同時に作用し、その結果歯が同じように対称に負荷されるので、高度の形状安定性が保証される。更にすべての歯の同時圧縮は、工具又は工作物の大きい応力を生じることがある振動励起を回避するので、比較的大きい加工速度従って製造方法の経済性の改善が可能になる。

ゆとりの範囲における歯表面の圧縮に対して更に影響を及ぼすことができるようにするため、型ローラが所定の滑りをもって粉末金属素材上で転がることができる。このような場合塑性変形中における材料の流れは、型ローラと工作物との間に生じる滑り摩擦によって、少なくとも局部的に援助される。

製造方法を実施するため、ゆとりをもって圧縮成形されかつ焼結される歯車の粉末金属素材の取付け具、及び粉末金属素材の歯にはまる相手歯を持つ少なくとも１つの圧縮工具を有する歯車の製造装置から出発することができる。このような公知の装置とは異なり、圧縮工具が相手歯を形成する型ローラの閉じた環を含み、型ローラの軸線が、粉末金属素材の軸線に対して直角な共通面にあり、粉末金属素材の軸線に対して平行で型ローラを包囲する支持体の型溝内に、型ローラが案内されている。共通な直径面にある型ローラは、場合によっては弾性予荷重を受けて互いに継ぎ目なしに隣接し、歯車の目標輪郭に一致する断面を包囲しているので、歯に沿う型ローラの軸線方向転がりで型ローラ環により包囲される断面により粉末金属素材を圧縮し、その際ゆとりの範囲で金属素材の歯を圧縮するために、支持体に対して軸線方向に移動可能な粉末金属素材用取付け具で充分である。生じる転がり力は、型ローラからこれらの型ローラを包囲しかつ型ローラを転がすため軸線方向型溝を持つ支持体へ有利に伝達され、軸線方向型溝内で型ローラは側方ずれしないように案内される。

支持体の軸線方向における型ローラの相互転位を回避するため、支持体に対して軸線方向に移動可能な保持器に、型ローラが保持され、簡単な実施形態ではこの保持器が、型ローラをその間に受け入れる２つのラムから成っている。このような保持器の自由な移動の際、型ローラは実質的に滑りなしに粉末金属素材上及び支持体の型溝内を転がる。しかし保持器が所定の速度で支持体に対して軸線方向に移動せしめられると、型ローラの転がり運動に滑り運動が重畳され、この滑り運動を介して型ローラの係合範囲における圧縮状態に影響を及ぼすことができる。

圧縮のため型ローラの間に必要な軸線方向力が粉末金属素材に及ぼされ、粉末金属素材が軸線方向に互いに逆向きに作用を受けるようにするため軸線方向取付け具が、粉末金属素材をその間に受入れる２つの部分を持っている。更に取付け具のこれらの部分が、型ローラを案内するため製造すべき歯車の歯溝に相当する軸線方向型溝を持っていると、型ローラをこれらの型溝内に有利に案内し、取付け具を周方向に粉末金属素材に合わせることができる。

既に述べたように、粉末金属素材の有利な圧縮のために、型ローラがその共通な直径面に閉じた環を形成していることが特に重要である。工具消耗の際互いに隣接する型ローラの間に加工まくれが形成される危険を防止するため、圧縮工具の型ローラが、端面の円錐面に沿って互いに接触することができるので、粉末金属素材の歯の塑性圧縮の際、特に接触範囲で型ローラが弾性予荷重を受けて互いに押付けられる時、２つの型ローラの間へ材料が侵入するのを防止することができる。

図面により、本発明による方法が詳細に説明される。

圧縮成形されかつ焼結された粉末金属素材１から歯車を製造するための図示した装置は、粉末金属素材１を少なくともその歯範囲で圧縮中に半径方向に支持する心棒２を持ち、図示した実施例では、この心棒は固定的に支持されている。この心棒２上に、２つの部分４，５からなる取付け具３が軸線方向に移動可能に支持されて、粉末金属素材１をその間にはまり合いで受入れている。部分４及び５は、製造すべき歯車の歯溝に一致する軸線方向型溝６を持っている。粉末金属素材１を加工するため圧縮工具７が設けられて、型ローラ８の閉じた環を含み、これらの型ローラ８の軸線は、心棒２の軸線従って粉末金属素材１の軸線に対して直角な共通の直径面にある。これらの型ローラ８は、粉末金属素材１の歯へはまる相手歯を持ち、粉末金属素材１上を転がる際この相手歯が、粉末金属素材１のゆとりの範囲でこの粉末金属素材１の歯の圧縮を行う。粉末金属素材１の軸線の方向に型ローラ８を案内するため、型ローラ８を包囲する支持体１０の軸線方向型溝８がはまる。更に取付け具３の型溝６内に案内され、従ってこれらの型溝６は型ローラ８周方向において型ローラ８に合わされて保持される。支持体１０の型溝９に沿う型ローラ８の移動の際、型ローラ８が共通な直径面に留まるようにするため、型ローラ８は保持器１１内に案内され、実施例においてこの保持器１１は、支持体１０と粉末金属素材１用の取付け具３との間の環状間隙にはまる２つのラム１２，１３から簡単に形成されるが、これは必ずしも必要でない。

図２からわかるように、型ローラ８はその端面に円錐面１４を持っている。型ローラ８はこれらの端面の円錐面１４に沿って互いに支持されるので、粉末金属素材１の歯先の範囲に有利な支持条件が生じて、この範囲における型ローラ８の過負荷を防止する。

焼結される粉末金属素材から歯車を製造するため、図１による粉末金属素材１が、開かれる取付け具３の取付け具部分４へ適当に合わせて載せられ、それから取付け具３が閉じられ、取付け具３の部分５と共に外された保持器１１のラム１３が、型ローラ８の環へ向かって下降される。粉末金属素材１の歯を圧縮するため、今や粉末金属素材１を持つ取付け具３が、支持体１０に対して軸線方向に移動されて、ゆとりだけ歯表面を圧縮しながら、粉末金属素材１の歯上に型ローラ８を転がらせる。図示した実施例によれば、支持体１０及び心棒２は固定したままであり、取付け具３が軸線方向に動かされる。その際型ローラ８は、支持体１０の型溝９及び取付け具３の型溝６内で、型溝６に続く粉末金属素材１の歯表面を越えて転がる。図３及び４には、粉末金属素材１の歯の圧縮直前及び直後における圧縮工具７の位置を示している。図３及び４からわかるように、ラム１２及び１３により形成されて型ローラ８を持つ保持器１１は、心棒の軸線方向に一緒に動かされるので、粉末金属素材１における型ローラ８の実質的に滑りのない転がり運動が保証される。保持器１１の減速又は加速により、型ローラ８の転がり運動に滑り運動を重畳することができる。この重畳は、粉末金属素材１の範囲に付加的な滑り摩擦を生じ、この滑り摩擦により圧縮過程に影響を及ぼすことができる。

本発明はもちろん実施例に限定されない。型ローラ８を受入れる枠から保持器１１を構成することができる。更に型ローラ８の閉じた環により粉末金属素材１のすべての歯を同時に加工するために、粉末金属素材１を半径方向に支持する心棒２を設けることは必要でない。更に型ローラのピッチは歯のピッチと相違していてもよい。なぜならば、例えば２つの歯に対して１つの型ローラが使用されるか、又は型溝及び歯先に対して別々の型ローラが使用されるからである。最後に指摘すべきことは、使用される概念“歯車”は、順次に転がる歯車だけでなく、差込み歯を持つ鎖歯車又は車を意味することである。本発明は、周囲に分布する歯状突起を持つすべての工作物の加工のために使用することができる。

本発明による歯車製造装置を簡単化した軸線断面図を示す。この装置を図１のＩＩ−ＩＩ線による断面の一部を拡大図で示す。装置の図１に相当する図を１つの動作位置において縮小寸法で示す。装置の図１に相当する図を他の動作位置において縮小寸法で示す。

Claims

ゆとりをもって歯範囲を圧縮成形されかつ焼結される粉末金属素材から歯車を製造する方法であって、ゆとりの範囲で粉末金属素材が、粉末金属素材の歯へはまる相手歯を形成する圧縮工具の転がりにより、塑性変形しながらゆとりだけ圧縮されるものにおいて、圧縮工具を形成する多数の型ローラの粉末金属素材に対して軸線方向の転がりにより、粉末金属素材が全周にわたって同時に圧縮されることを特徴とする、方法。
型ローラが所定の滑りをもって粉末金属素材上で転がることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
ゆとりをもって圧縮成形されかつ焼結される歯車の粉末金属素材の取付け具、及び粉末金属素材の歯にはまる相手歯を持つ少なくとも１つの圧縮工具を有する歯車の製造装置であって、圧縮工具（７）が相手歯を形成する型ローラ（８）の閉じた環を含み、型ローラ（８）の軸線が、粉末金属素材（１）の軸線に対して直角な共通面にあり、粉末金属素材（１）の軸線に対して平行で型ローラ（８）を包囲する支持体（１０）の型溝（９）内に、型ローラ（８）が案内され、粉末金属素材（１）用の軸線方向取付け具（３）が、支持体（１０）に対して同軸的に移動可能であることを特徴とする装置。
支持体（１０）に対して所定の速度で軸線方向に移動可能な保持器（１１）に、型ローラ（８）が保持されていることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
粉末金属素材（１）用の軸線方向取付け具（３）が、粉末金属素材（１）をその間に受入れる２つの部分（４，５）を持ち、これらの部分（４，５）が、型ローラ（８）を案内するため製造すべき歯車の歯溝に相当する軸線方向型溝（６）を持っていることを特徴とする、請求項３又は４に記載の装置。
圧縮工具（７）の型ローラが、端面の円錐面（１４）に沿って互いに接触していることを特徴とする、請求項３〜５の１つに記載の装置。