JP2011202676A - 歯元近傍に波状溝を有する歯車 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車における歯形の凸又は凹形状に対応するように歯形側へ小さく凹む波状溝を歯元側の全周に亘って連続して設けることによって歯形近傍の断面を等肉形状化させ、このことによって延いては熱間或いは冷間鍛造性を改善し、歯形内部に均等なファイバフローを密に形成させて歯車の面圧疲労強度及び曲げ疲労強度を向上させるとともに、熱間或いは冷間鍛造金型の寿命を改善できる歯車を提供することを目的とする。
【解決手段】中心を貫通する軸孔の外周にリング状のボスを設け、その外周にドーナツ状に沈み溝を設けるとともにこの外周に前記メイン歯を設け、かつ、歯形に対応するように歯形に向けて凹状の溝を、歯元側の全周に亘って波状に連続して設けることを特徴とする歯車である。



【選択図】図２

Description

この発明は、自動車のトランスミッションに使用される変速機用歯車の他、各種の産業用途に使用される歯元近傍に波状溝を有する歯車に関する。詳しくは、歯形の凸又は凹形状に対応するように凹状の波状溝を歯元側の全周に亘って設けることによって歯形近傍の断面を等肉化形状にし、併せて鍛造成形の際歯面の表層部に形成される鍛流線（以下ファイバフロー）と称する繊維組織の形成を良好にした各種形状の歯車に関する。

歯車は熱間或いは冷間鍛造によって歯形が形成される。代表的な歯車としてスパー歯の例を図１１に示し、歯車Ｗは中心を貫通する軸孔３、この外周にリング状のボス５が段差をもって突設され、その外周に一段下がってドーナツ状に沈み溝４を備え、この外周に一段高く歯元環状部６、更にこの外周にメイン歯１が巡る。このように、歯車Ｗは全ての構成が軸孔３を基準として同心円状に配設される。メイン歯１はスパー歯からなり、歯先１１、歯面１２、歯底１３、歯端面１４及び歯厚１５、歯元１６及び歯幅１７から構成される。ここで、メイン歯１の径を仮想線の二点鎖線で外半径Ｒ１と称し、歯底１３の径を仮想線の二点鎖線で歯底半径Ｒ２と称し、沈み溝４の外径を沈み溝半径Ｒ４と称し、そして、歯外半径Ｒ１と歯底半径Ｒ２の間の距離を歯丈Ｌ１１、歯底半径Ｒ２と沈み溝半径Ｒ４との距離を歯元幅Ｌ１３と夫々定義する。

歯車のモジュール大に伴って歯形が大きくなるとともに、歯元幅Ｌ１３の寸法に比較して歯丈Ｌ１１の寸法が大きくなり、特に歯元近傍における断面の肉厚偏差が顕著になる。その結果、歯形部を熱間或いは冷間鍛造によって型成形する過程において断面小の部位における鍛造肉流の流れが悪くなる。詳しくは、加圧された鍛造肉流が歯元側を充満し、次いで加圧が継続され或いは加圧保持されながら時間を置いて歯先まで鍛造肉流が充満され、遂には歯形全体が形成されるために時間を要し充填欠陥の部位が生じる。また、鍛造肉流が充満されるまでに歯元側と歯先側とでは時間差を生じ、一定の時間例えば１１５０℃の高熱に曝されるので金型が傷む。そして、金型は次のワークを熱間鍛造するまで一時的に常温に戻ることを繰り返すので、金型は所謂ヒートサイクルによる金属熱疲労を起こす。即ち、繰り返し高熱に曝露されることにより金型は焼なましされて軟化、表面が摩耗し、或いは金属熱疲労によって金型には微小クラックが発生する。熱間鍛造金型材としては高温における強度と耐摩耗性を満足させるために耐熱性に優れた合金工具鋼を使用するが、それでも過酷な高温高圧状態の熱間鍛造によって、金型は劣化して寿命が短くなる。一方、熱間或いは冷間鍛造の際に加圧によって歯面の表層部から内部にかけて鍛造肉流が生じてファイバフローが形成され、この状態をファイバフローのマクロ組織として模式的に図１２に示す。中心線Ｃに沿って上下方向では、歯先１１側では複数本のファイバフローＦは歯形に倣って平坦な山形状に盛り上がるが間隔は粗く、一方、歯元側の沈み溝４に近づくにつれて複数本のファイバフローＦは平坦状に形成される。また、歯形の中心線Ｃの左右近傍では複数本ファイバフローＦの間隔は粗く、外側へ離れるにつれ特に歯元１６側近傍では複数本のファイバフローＦの間隔が密になる。以上、ファイバフローの形成についてまとめると、中心線の上下方向ではファイバフローは歯先に向けて山形状になり、間隔は粗であり、一方、沈み溝４に近づくにつれてファイバフローは平坦状に形成される。ファイバフローは中心線の近傍では間隔が粗で、中心線から左右に離れるにつれて歯元１６側では間隔が密になる。このように、歯先部ではファイバフローＦの山形が歯先１１まで届かず、かつ、間隔が粗いので内部組織における不完全部が生じることによって、歯車の面圧疲労強度及び曲げ疲労強度が減少する。本来、熱間或いは冷間鍛造では歯先にかけて歯面の表層部にファイバフローを密で均等に形成させることによって、面圧疲労強度及び曲げ疲労強度が向上して歯車の寿命が延びる。しかしながら、図１１に示す従来の歯車では複数のフローラインは平坦な山形になって歯先まで届かず、かつ、間隔が粗く、粗密に偏りを生じるので均等な内部組織が得られない。

一方、変速機用歯車に関し、本件出願人（以下出願人）は内側のクラッチ歯の歯元が軸方向に対して外周のメイン歯１の歯端面部より上方に突き出た沈み無しヘリカルモノブロックに関する提案をしており、図１３に示す。この歯車Ｗはメイン歯１とドッグクラッチ歯からなるサブ歯２とを同軸上に隣り合わせて一体的に鍛造成形した複合歯車である（例えば、特許文献１参照）。ここで、メイン歯１は前述したようなスパー歯とは異なり軸方向に捩じれたヘリカル歯であり、このメイン歯１には前述したフローライン間隔を均等に形成する工夫がなされていない。

特開平５―１８７５２１号公報

以上の通りであって、特許文献に代表されるように、従来の歯車には次のような問題点がある。

金型は熱間鍛造中に高熱に曝され、次のワークを熱間鍛造するまで一時的に常温に戻ることを繰り返すので、金型は所謂ヒートサイクルによる金属熱疲労を起こす。或いは金型が繰り返し高熱に曝露されることにより焼なましされて軟化する。これら金属熱疲労、或いは軟化によって金型表面が摩耗し、或いは微小クラックが発生して劣化する。一方、熱間或いは冷間鍛造された歯車において、歯形内部では複数のファイバフローの間隔が粗く、かつ粗密の偏りが有るので、内部組織における不完全部が生じて面圧疲労強度及び曲げ疲労強度が減少する。

そこで、本出願発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、歯車における歯形の凸又は凹形状に対応するように歯形側へ小さく凹む波状溝を歯元側の全周に亘って連続して設けることによって歯形近傍の断面を等肉形状化させ、このことによって延いては熱間或いは冷間鍛造性を改善し、歯形内部に均等なファイバフローを形成させて歯車の面圧疲労強度及び曲げ疲労強度を向上させるとともに、熱間或いは冷間鍛造金型の寿命を改善できる歯元近傍に波状溝を有する歯車を提供することを目的としている。

本出願発明は熱間或いは冷間鍛造におけるファイバフローの形成の改善に着目し、歯車の歯元近傍の等肉化形状の設計へと発展させたものである。そして、歯車の面圧疲労強度及び曲げ疲労強度を向上させ、或いは、金型の損傷を無くして寿命を改善するという目的を達成する本出願発明に到達した。本出願発明の歯元近傍に波状溝を有する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、メイン歯の歯元近傍において、歯形に対応するように歯形に向けて凹状の溝を波状に連続して設けたことを特徴とする歯車である。請求項２の発明は、前記請求項１の特徴に加えて、中心を貫通する軸孔の外周にリング状のボスを設け、その外周にドーナツ状に沈み溝を設けるとともにこの外周に前記メイン歯を設け、かつ、歯形に対応するように歯形に向けて凹状の溝を、歯元側の全周に亘って波状に連続して設けることを特徴とする歯車である。請求項３の発明は、前記請求項２の特徴に加えて、前記メイン歯がスパー歯又はヘリカル歯であることを特徴とする歯車である。請求項４の発明は、前記請求項３の特徴に加えて、前記メイン歯がインターナル歯であることを特徴とする歯車である。請求項５の発明は、前記請求項３の特徴に加えて、前記ヘリカル歯は歯筋がストレート状に、或いはクラウニング状に形成されることを特徴とする歯車である。ここで、「波状溝」とは、歯車の歯元近傍において形成したもので、歯形側へ凹む溝が全周に亘って波状に連なる溝のことを意味する。

本出願発明によれば、歯車の歯元側に全周に亘って歯形側へ凹状の波状溝を連なるように設けたので歯形の熱間或いは冷間鍛造性が改善され、以下のような作用効果を奏するものである。第一に、波状溝の形成によって歯丈Ｌ１の寸法と溝丈Ｌ２とが略同寸法或いは近似になる歯形断面の均等化効果によって、熱間或いは冷間鍛造の際肉流が改善されて良好に充満される。また、同様に波状溝による形状効果によって、鍛造肉流が改善されて熱間或いは冷間鍛造の加圧力を低くすることが可能なので金型に対する負荷が緩和され、金型寿命が延びる。第二に、波状溝による形状効果によって、歯形内において熱間或いは冷間鍛造による形成される複数のファイバフローがシャープな山形状に形成され、かつ、間隔が密で、略均等に形成されるので歯形の内部組織における不完全部が生じることがない。このために、歯先にかけての歯面表層部においては、ファイバフローは歯形に倣ってシャープな山形状に、かつ、密で均等に形成されるので歯車の面圧疲労強度及び曲げ疲労強度が向上して歯車の寿命が延びる。

本出願発明の実施例１における歯元近傍に波状溝を有するスパー歯車の製造過程を示す工程図である。 同上、スパー歯車の斜視図である。 同上、熱間或いは冷間鍛造におけるファイバフローのマクロ組織を示す説明図である。 同上、実施例２における外周にヘリカル歯と内側にドッグクラッチ歯を有する自動車用変速機用歯車の斜視図である。 同上、実施例３における大径のヘリカル歯と小径のスパー歯を有する自動車用変速機用歯車の斜視図である。 同上、実施例４における大径のヘリカル歯と小径のスプライン歯を有する自動車用変速機用歯車の一部断面図である。 同上、実施例５における外周にスプライン歯と内周にヘリカル歯を有する自動車用変速機用歯車の一部断面図である。 同上、実施例６における一般産業用のラック歯の斜視図である。 同上、実施例７におけるインターナル歯車の平面図である。 同上、実施例８における遊星歯車の平面図である。 従来例によるスパー歯車の斜視図である。 同上、熱間或いは冷間鍛造におけるファイバフローのマクロ組織を示す説明図である。 同上、外周にヘリカル歯と内側にドッグクラッチ歯を有する自動車用変速機用歯車の斜視図である。

本出願発明の実施の形態を、添付図面に例示した本出願発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。

本実施例について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、本実施例における歯車の製造過程を示す工程図である。図２はスパー歯車の一例を示す全体斜視図である。図３は、熱間或いは冷間鍛造におけるファイバフローのマクロ組織を示す説明図である。

本実施例の歯元近傍に波状溝を有するスパー歯車を製造するプロセスを、図１の工程図に基づいて説明する。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所定の軸長に例えばビレットシャーによって切断した素材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、ＳＣＲ鋼、ＳＣＭ鋼、ＳＮＣ鋼、ＳＮＣＭ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℃に加熱して熱間鍛造を施すことによって下側に出っ張った凸部Ｗ２１を有する円盤状の素材Ｗ２を得る。次に、工程（３）に示すように、素材Ｗ２上段の大径部Ｄ１の部位に熱間鍛造を施して歯筋が軸方向に対して平行な荒メイン歯１０が荒形成され、同時に下段の小径部Ｄ２の部位にボス５を形成するとともに外周の荒メイン歯１０の内側に同心円状に凹んだ沈み溝４が形成される。同時に下側の凹んだ沈み溝４の外周に波状に連なる荒波状溝７０が形成される。その他、上面中心部に断面円形に凹んだ内径部Ｗ３１が形成され、また、荒メイン歯１０の形成によって上面外周に円板状にはみ出した鍔状のバリＷ３２を有する素材Ｗ３が得られる。次に、工程（４）に示すように、素材Ｗ３における内径部Ｗ３１の中バリを打ち抜いて荒軸孔３０を貫通させる。次いで、上面のバリＷ３２を旋削し除去して素材Ｗ４を得る。次に工程（５）において、素材Ｗ４に焼ならしの熱処理、ショットブラスト処理及び潤滑剤を塗布するボンデライト処理を施して素材Ｗ５を得る。次いで工程（６）において、外周の荒メイン歯１０は冷間しごき及び冷間コイニング成形によって仕上げ形成され、歯筋が軸方向に対して平行なメイン歯１が得られ、同時に冷間しごき成形によって波状溝７が形成されて素材Ｗ６を得る。最後に工程（７）において、荒軸孔３０に仕上げ加工が施されて軸孔３を有する歯車Ｗが完成する。以上の工程をまとめると、工程（２）、（３）及び（４）は熱間鍛造であり、工程（６）は冷間しごき及び冷間コイニング成形による冷間鍛造である。なお、工程（３）では、熱間鍛造によって荒波状溝７０を形成することを説明したが、冷間鍛造によって荒波状溝７０を形成することも可能であり、その後冷間しごき成形によって波状溝７へと仕上げることも可能である。

最終仕上げ加工を施されたスパー歯車の詳細形状を図２に示し、前述した図１の工程（７）に示した完成歯車における下面を上側に向けた状態である。歯車Ｗは中心を貫通する軸孔３、この外周にリング状のボス５が段差をもって突設され、その外周に一段下がってドーナツ状に沈み溝４を備え、この外周に一段高くメイン歯１が巡る。なお、沈み溝４の外周はメイン歯１の歯形の凸形状に対応するように夫々の歯形に向かって夫々小さい凹みＶを有する波状溝７が連なる。凹みＶは、歯形に向かって曲線状に、円弧状に小さく凹む形状がよく、或いは歯形に向かって小さく鋭角に凹むようにＶ字状に構成されてもよく、他の実施例についても同様である。これらの波状溝７は熱間鍛造の後、冷間しごき及び冷間コイニング成形されたままであり、後に機械加工が施されることはない。このように、歯車Ｗは全ての構成が軸孔３を基準として同心円状に配設される。メイン歯１はスパー歯からなり、歯先１１、歯面１２、歯底１３、歯端面１４及び歯厚１５、歯元１６及び歯幅１７から構成される。ここで、メイン歯１の外径を仮想線の二点鎖線で歯外半径Ｒ１と称し、歯底１３の径を仮想線の二点鎖線で歯底半径Ｒ２と称し、波状溝７の内径を仮想線の二点鎖線で波状溝半径Ｒ３と称し、そして、外半径Ｒ１と歯底半径Ｒ２の間の距離を歯丈Ｌ１、歯底半径Ｒ２と波状溝半径Ｒ３との距離を歯元幅Ｌ２と夫々定義する。ここで、メイン歯１はスパー歯の他に歯筋が捩じれたヘリカルでもよく、更に歯筋方向で中膨らみのクラウニング状のヘリカル歯でもよい。波状溝７は図の上面側に示したが裏側にも施すことができる。この場合、歯形の歯幅１７方向の断面でみると、よりマクロ組織が偏りなく均等化される。そして、メイン歯の歯形はインボリュート曲線に限らず、サイクロイド曲線、トロコイド曲線、又は夫々の曲線を有するヘリコイド曲面或いはこれらを複合した曲面を有するものでもよい。これらのことは他の実施例についても同様である。

本実施例による歯元近傍に波状溝を有する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。

歯車のモジュールが大きくなるに伴い、例えば３以上になると歯形が大きくなる。そこで、図１１で示した従来の歯車と同じ大きさ、重量になるように歯元近傍に波状溝を設ける設計にすることによって、本実施例の図２に示す歯丈Ｌ１の寸法と溝丈Ｌ２とが略同寸法化、或いは近似寸法化され、歯形近傍断面の肉厚偏差が解消される。その結果、歯元近傍断面の等肉化効果によって、熱間或いは冷間鍛造の際肉流が改善されて良好に充満される。また、同様に波状溝による形状効果によって、鍛造肉流が改善されて熱間或いは冷間鍛造の加圧力を低くすることが可能なので金型に対する負荷が緩和され、金型寿命が延びる。詳細には、歯形を熱間或いは冷間鍛造によって形成する過程で、先ず加圧力によって金型キャビティに押し込むように肉流が歯元側を充満し、次いで加圧が継続され或いは加圧保持されながら時間を置いて歯先側まで肉流が充満されながら歯形が完成し、肉流の充填欠陥が解消される。この間、歯形近傍の等肉化形状によって肉流が良くなって熱間或いは冷間鍛造の加圧時間が短縮される。ところで、歯形を形成するまでに金型は鍛造の瞬間に所定の時間約１１５０℃の高熱に曝される。或いは、金型は熱間鍛造の瞬間に高熱に曝され、次の歯車を熱間鍛造するまで一時的に常温に降下することを繰り返す。このように金型が高温度に昇温し、常温に降下することを繰り返すことによって、金型は所謂ヒートサイクルによる金属熱疲労を起こし、微小クラックが発生し遂には破損する。或いは金型が繰り返し高熱に曝露されることにより焼なましされて軟化し、金型表面の硬度が下がり、その結果表面が摩耗し易くなる。本実施例の歯車の形成についてまとめると、メイン歯の歯元側に波状溝を巡らすことによって、歯元近傍における歯丈Ｌ１の寸法と溝丈Ｌ２の断面の肉厚偏差が解消され、このことによって熱間或いは冷間鍛造による肉流が良くなって、金型が高温度に曝される時間が短縮され、延いては金型の劣化が遅延化されて金型寿命が伸びる。また、本実施例の歯車では、メイン歯の歯元側に波状溝を形成することによって、鍛造肉流が改善されて従来対比熱間或いは冷間鍛造の加圧力が減少されて金型への負荷が小さくなる。このことによっても更に金型寿命が延びる。その他、メイン歯の歯元側に凹んだ波状溝を形成することによって、歯車全体の重量が凹みの分だけ軽量化され、この軽量化は歯車の回転バランスを良好にし、特に大径の歯車の場合に効果的である。

一方、熱間或いは冷間鍛造の際に歯面の表層部から内部にかけて、金属マクロ組織が繊維組織状に形成され、この状態を熱間或いは冷間鍛造におけるファイバフローの分布として模式的に図３に示す。中心線Ｃに沿った上下方向でみると、歯先１１側では歯形の山形に倣って複数本のファイバフローＦは山形に盛り上がるように形成され、一方、波状溝７側では溝の凹みＶの形状に倣ってファイバフローＦは山形に盛り上がるように形成される。本実施例ではファイバフローＦは歯形及び波状溝の凹みＶに倣って山形に形成され、複数のファイバフローＦ間の間隔が従来の図１２に示すファイバフローＦの形成と比較すると、特に歯先部側で密に均等化される。以上、ファイバフローＦは中心線の上下方向では歯先側に向けてシャープな山形状に盛り上がり、かつ間隔が密で均等に、歯底側でも山形状に間隔が密に形成される。また、ファイバフローは中心線Ｃの近傍では間隔が粗で、中心線から左右に離れるにつれて歯元１６側では間隔が密になる。このように、本実施例では従来対比、比較的にファイバフローは間隔の粗密の差が少なく、密で略均等に形成されている。特に、歯先１１近傍ではファイバフローＦは歯形に倣ってシャープな山形となり、しかも間隔が密で均等になるので内部組織における不完全部が生じることがない。その結果、歯先１１近傍における内部組織が鍛えられて、延いては面圧疲労強度及び曲げ疲労強度が向上して歯車の寿命が延びる。まとめると、メイン歯の内側に波状溝が形成されることによって歯形近傍の肉厚が等肉化されてアンバランスが解消される。この歯形の等肉効果によって、熱間或いは冷間鍛造の加圧力が鍛造肉流を均等に押し出す力として伝達され、歯形部位において鍛造の不完全部が生じることが軽減される。同時に歯形のプロフィールに沿って歯形内部で略等間隔のファイバフローが密で均等に形成されるので、歯車の面圧強度が向上する。その他、熱間又は冷間鍛造、或いは冷間しごき及び冷間コイニングの冷間鍛造によって歯形が形成されるので、機械加工によるファイバフローが切断されることもなく歯元部における曲げ疲労強度に優れた歯車を得ることができる。

以下の実施例では各種の歯形形状に応じて波状溝を設けた。本実施例２について、図４を参照しながら説明する。本図は、ヘリカル歯とドッグクラッチ歯とを同軸上に設けた複合歯車を斜視図として示したものである。歯車Ｗは中心を貫通する軸孔３、この外周にリング状のボス５が段差をもって突き出ており、その外周に一段下がってドッグクラッチ歯から構成されるサブ歯２が巡る。この外周に一段下がって沈み溝４が巡り、この外周にヘリカル歯から構成されるメイン歯１が巡り、かつ、このメイン歯１の歯元側に歯形の凸形状に対応するように夫々の歯形に向かって夫々小さく凹んだ波状溝７が全周を巡る。熱間或いは冷間鍛造の際に、この波状溝７は実施例１と同様に歯形内部において図３に示すような複数のファイバフローが形成される。メイン歯の歯先にかけて歯面の表層部においてファイバフローが密で均等に形成されとともに、歯形の内部ではファイバフローの間隔が密で均等に形成されるので、歯形全体として内部組織が均等化され、延いてはメイン歯であるヘリカル歯の面圧疲労強度及び曲げ疲労強度が改善される。

本実施例のヘリカル歯及びドッグクラッチ歯からなる複合歯車についての詳細を以下に説明する。図１の工程（５）と同様に、素材Ｗ５に焼ならしの熱処理、ショットブラスト処理及び潤滑剤を塗布するボンデライト処理を施す。次いで工程（６）において、外周のメイン歯であるヘリカル歯は冷間しごき及び冷間コイニング成形によって歯筋中央部で太鼓状に膨らんだクラウニングの歯面が仕上げ形成される。冷間しごき成形の過程で、歯筋方向の歯幅の中央部に２〜１０μｍのクラウニング量がスプリングバックによる弾性変形によって転写される。また、このように形成されたヘリカル歯には、歯面、歯先、歯底又は歯端面が交差する部位に形成される全ての稜線は冷間鍛造のままのフルＲ面取り部が施されており、全ての稜線部に鋭角部を有することなく、歯形のプロフィールに段差なしの形状を保持することができる。この時、フルＲ面取り部の歯内部においてファイバフローが密で均等に形成されたままなので面圧強度に優れる。また、特に最も曲げ応力のかかる歯元部において機械加工を施さないのでホブカッターによるカッター送りマークが発生せず、応力集中を回避することができる等歯元部における強度を低下させる致命的な問題を解消する。一方、ドッグクラッチ歯にはチャンファを備える。図４に示すとおり軸線に平行な歯先の両側に傾斜した歯面が形成され、歯先面先端が傾斜して尖ったチャンファが形成される。なお、チャンファの稜線にも冷間しごき成形によって面取りが施され、角のないフルＲ面取り部が形成される。しかも歯の先端部にチャンファを有するドッグクラッチ歯を鍛造によって歯面の滑らかさから歯形同士の嵌め合いが良好となりシフト操作性に優れ、シフトフィーリングの良好な変速機用歯車を得ることができる。シフトチェンジの際歯車のひっかかり感及びゴリゴリ感が生ずることなくスムーズなシフト操作性が得られる。

本出願発明の実施例３について、図５を参照しながら説明する。本図では、ヘリカル歯とスパー歯とが二段に形成された複合歯車を斜視図として示したものである。歯車Ｗは中心を貫通する軸孔３、この外周の上段にヘリカル歯から構成されるメイン歯１が巡る。この下段にスパー歯から構成されるサブ歯２が小径にして設けられる。このメイン歯１の歯元側に歯形の凸形状に対応するように歯形に向かって小さく凹んだ波状溝７が全周を巡る。この波状溝７によって実施例１と同様に複数のファイバフローが形成される。メイン歯の歯先にかけて歯面の表層部においてファイバフローが密で均等に形成されて鍛えられ、一方歯形の内部ではファイバフローの間隔が密で均等に形成されるので、歯形全体として内部組織が均等化され、延いてはメイン歯のヘリカル歯の面圧疲労強度及び曲げ疲労強度が改善されて歯車の寿命が延びる。

本出願発明の実施例４について、図６を参照しながら説明する。本図では、ヘリカル歯とスプライン歯とが二段に形成された複合歯車を断面図として示したものである。歯車Ｗは中心軸８が上下に設けられ、上方外周にヘリカル歯から構成されるメイン歯１が巡る。この下方にスプライン歯からなるサブ歯２が小径にして下方に伸びる。このメイン歯１の歯元側に歯形の凸形状に対応するように歯形に向かって小さく凹んだ波状溝７が全周を巡り、図示のように断面でメイン歯１の歯元側に示す。この波状溝７によって実施例１と同様に複数のファイバフローが形成される。メイン歯の歯先にかけて歯先の表層部においてファイバフローが密で均等に形成されて鍛えられ、一方歯形の内部ではファイバフローの間隔が密で均等に形成されるので、歯形全体として内部組織が均等化され、延いてはメイン歯のヘリカル歯の面圧疲労強度及び曲げ疲労強度が改善されて歯車の寿命が延びる。

本出願発明の実施例４について、図７を参照しながら説明する。本図では、歯車Ｗはヘリカル歯とスプライン歯とが内外周に形成された複合歯車を一部断面図として示したものである。外周にヘリカル歯から構成されるメイン歯１が巡り、この内周をスプラインのインターナル歯から構成されるサブ歯２が巡る。そして、このメイン歯１の歯元側に歯形の凸形状に対応するように歯形に向かって小さく凹んだ波状溝７が全周を巡る。一方、凹んだインターナル歯のサブ歯２の凹形状に対応するように歯形に向かって小さく凹む波状溝７‘が全周を巡る。これらの内外周の波状溝によって、実施例１と同様に複数のファイバフローが外周のヘリカル歯の歯元側とともに、内周のスプライン歯の歯元側にも形成される。従って、外周のヘリカル歯とともに内周のスプライン歯の夫々の歯先にかけて歯面の表層部においてファイバフローが密で均等に形成されて鍛えられ、一方歯形の内部ではファイバフローの間隔が等しく密に形成されるので、歯形全体として内部組織が均等化され、延いてはメイン歯及びサブ歯の面圧疲労強度及び曲げ疲労強度が改善されて歯車の寿命が延びる。

本出願発明の実施例６について、図８を参照しながら説明する。本図では、角棒状のラック歯を斜視図として示したものである。歯車Ｗはスパー歯から構成されるメイン歯１が長手方向に設けられ、この角棒状の本体Ｗ‘の表面に形成されたメイン歯１の歯元側に歯形の凸形状に対応するように歯形に向かって小さく凹んだ波状溝７が歯形に沿って長手方向に伸びる。この波状溝は実施例１と同様に複数のファイバフローがスパー歯の歯元側に形成され、歯先にかけて歯面の表層部においてファイバフローが密で均等に形成されて鍛えられ、一方歯形の内部ではファイバフローの間隔が等しく密に形成されるので、歯形全体として内部組織が均等化され、延いてはスパー歯の面圧疲労強度及び曲げ疲労強度が改善されて歯車の寿命が延びる。

本出願発明の実施例７について、図９を参照しながら説明する。本図では、歯車Ｗはインターナル歯から構成される歯車を平面図として示したものであり、本体Ｗ‘の内周にインターナル歯のメイン歯１が巡り、インターナル歯の歯元側において歯形の凹形状に対応するように、歯形に向かって小さく凹む波状溝７をメイン歯１の外周側に連続して設ける。この波状溝７を設けることによって複数のファイバフローが内周のインターナル歯の歯元側に形成される。従って、内周のインターナル歯の夫々の歯先にかけて歯面の表層部においてファイバフローが密で均等に形成されて鍛えられ、一方歯形の内部ではファイバフローの間隔が等しく密に形成されるので、歯形全体として内部組織が均等化され、延いてはメイン歯のヘリカル歯の面圧疲労強度及び曲げ疲労強度が改善されて歯車の寿命が延びる。

本出願発明の実施例８について、図１０を参照しながら説明する。本図では、歯車Ｗはインターナル歯と複数個のスパー歯車から構成される遊星歯車であり、平面図として示したものである。リング状の本体Ｗ‘の内周にインターナル歯のメイン歯１が巡り、この内側に複数個のスパー歯から構成されるサブ歯２、２、２、２及び中央のサブ歯２が噛み合う。そして、インターナル歯の歯元側において歯形の凹形状に対応するように、歯形に向かって小さく凹む波状溝７が全周を巡る。また、内側の夫々のスパー歯においては実施例１のスパー歯において示したように、歯形の凸形状に対応するように歯形に向かって小さく凹んだ波状溝７’が巡る。従って、インターナル歯の夫々の歯先にかけて歯面の表層部においてファイバフローが密で均等に形成されて鍛えられ、一方歯形の内部ではファイバフローの間隔が等しく密に形成されるので、歯形全体として内部組織が均等化され、延いてはメイン歯のヘリカル歯の面圧疲労強度及び曲げ疲労強度が改善されて歯車の寿命が延びる。内側のスパー歯についても、同様に歯先にかけて歯面の表層部においてファイバフローが密で均等に形成されて鍛えられ、一方歯形の内部ではファイバフローの間隔が等しく密に形成されるので、歯形全体として内部組織が均等化され、延いてはメイン歯及びサブ歯の面圧疲労強度及び曲げ疲労強度が改善されて歯車の寿命が延びる。

本発明の歯元近傍に波状溝を形成することによって、歯車を成形する熱間或いは冷間鍛造金型を寿命延長することができるとともに、歯車の面圧疲労強度及び曲げ疲労強度を向上させることができる。従って、本出願発明の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、ロボット等各種の産業機械装置の用途にも適用できる。

Ｃ 中心線
Ｄ１ 大径部、Ｄ２ 小径部
Ｆ ファイバフロー
Ｌ１、Ｌ１１ 歯丈
Ｌ２ 溝丈
Ｌ１３ 歯元幅
Ｒ１ 歯外半径、Ｒ２ 歯底半径、Ｒ３ 波状溝半径、Ｒ４ 沈み溝半径
Ｖ 凹み
Ｗ 歯車、Ｗ‘ 本体
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６ 素材
Ｗ２１ 凸部、Ｗ３１ 内径部、Ｗ３２ 端面バリ
１ メイン歯、１０ 荒メイン歯
１１ 歯先、１２ 歯面、１３ 歯底、１４ 歯端面、１５ 歯厚
１６ 歯元、１７ 歯幅
２ サブ歯
２１ チャンファ
３ 軸孔、３０ 荒軸孔
４ 沈み溝
５ ボス、６ 歯元環状部
７、７‘ 波状溝

Claims (5)

1. メイン歯の歯元近傍において、歯形に対応するように歯形に向けて凹状の溝を波状に連続して設けたことを特徴とする歯車。
2. 中心を貫通する軸孔の外周にリング状のボスを設け、
   その外周にドーナツ状に沈み溝を設けるとともにこの外周に前記メイン歯を設け、
   かつ、歯形に対応するように歯形に向けて凹状の溝を、
   歯元側の全周に亘って波状に連続して設けることを特徴とする請求項１記載の歯車。
3. 前記メイン歯がスパー歯又はヘリカル歯であることを特徴とする請求項２記載の歯車。
4. 前記メイン歯がインターナル歯であることを特徴とする請求項３記載の歯車。
5. 前記ヘリカル歯は歯筋がストレート状に、或いはクラウニング状に形成されることを特徴とする請求項３記載の歯車。

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