JP2011245524A

JP2011245524A - ヘリカル歯車の製造方法

Info

Publication number: JP2011245524A
Application number: JP2010122101A
Authority: JP
Inventors: Yasuzumi Matsui; 康純松井
Original assignee: Musashi Seimitsu Industry Co Ltd
Current assignee: Musashi Seimitsu Industry Co Ltd
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2011-12-08

Abstract

【課題】歯の成形開始側に欠肉を生じさせることなく、また、歯の成形終了側に膨出部を生じさせることなく、精度の高いヘリカル歯車の製造方法を提供する。
【解決手段】ダイスの歯形部に予備歯車Ｗ3を一端側から圧入して前記予備歯車Ｗ3の外周にヘリカル歯部23を形成するヘリカル歯車の鍛造成形方法において、予備歯車Ｗ３の外径は最初にダイスの歯形部に圧入して歯部成形が開始される軸方向一端側12aが歯部成形が終了する軸方向他端側12bより大径に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、外周にヘリカル歯形が形成されるヘリカル歯車の鍛造成形方法に関する。

従来、外周にヘリカル歯を有するヘリカル歯車を形成する場合、予め素材から円盤状又はリング状の鍛造品を鍛造にて成形後、ギヤシェービング又はホブ等切削加工にて鍛造品の外周にヘリカル歯を成形してヘリカル歯車を形成することが多く実施されてきた。

しかし切削加工を行うと、工程の増加によるコスト高や製造時間が多くかかることなどから、鍛造によりヘリカル歯を成形する方法が求められている。その方法としては、鍛造装置のダイスの中にヘリカル歯車の素材を配置し、ダイスの一方側からパンチを押し込んで素材の一端側から加圧すると同時に、他端側から別のパンチによって加圧し、二つのパンチにより素材を挟み込んだ状態でダイスの歯形成形部を通過させてヘリカル歯を成形するという方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開昭６２−２８０４０号公報

ところでヘリカル歯車においては、歯が傾斜しているため、歯の成形の進行に伴って抵抗が大きくなり、歯部成形が終了する軸方向他端側にかかる荷重が漸次増加する事象が発生する。すると、図７に示されるヘリカル歯車Ｗ１０４の如く、歯部成形が開始される軸方向一端１１２ａ側ではヘリカル歯部１２１の歯先に欠肉が発生する。また、歯の成形が終了する軸方向他端１１２ｂ側では所望の径より膨出する膨出部が形成される。

特許文献１記載の成形方法においても、筒状の歯車素材に加圧パンチで加圧し、ダイスの歯形成形部を通過させて歯形を成形しているが、歯形の成形が開始される歯車素材の他端側から一端側に向けて漸次抵抗が増加するため、一端側では歯先に欠肉が生じることが考えられる。

本発明は、上記事情により鑑みなされたもので、歯形部が形成されたダイスに予備歯車を一端側から圧入して予備歯車の外周にヘリカル歯部を形成するヘリカル歯車の鍛造成形方法において、歯部成形が開始される軸方向一端側に欠肉を生じさせることなく、また、歯部成形が終了する軸方向他端側に膨出部を生じさせることなく、精度の高いヘリカル歯を成形することができるヘリカル歯車の製造方法を提供することを目的とする。

本発明のヘリカル歯車の製造方法は、ダイスの歯形部に予備歯車を一端側から圧入して予備歯車の外周にヘリカル歯部を形成するヘリカル歯車の鍛造成形方法において、予備歯車の外径は最初にダイスの歯形部に圧入して歯部成形が開始される軸方向一端側が、歯部成形が終了する軸方向他端側より大径に形成されていることを第一の特徴とする。

本発明のヘリカル歯車の製造方法は、予備歯車の外周形状を切削加工で成形することを第二の特徴とする。

本発明のヘリカル歯車の製造方法は、予備歯車をダイスに軸方向一端側から圧入して外周にヘリカル歯部を成形する第一成形工程と、外周にヘリカル歯部が成形された予備歯車の軸方向一端側端面をダイス内周に配置されるパンチで押圧する第二成形工程と、を有することを第三の特徴とする。

本発明のヘリカル歯車の製造方法は、ヘリカル歯部が形成される第一歯部と、第一歯部から連続し、第一歯部の外径より大径の第二大径部を備えているヘリカル歯車を鍛造成形することを第四の特徴とする。

本発明における第一の特徴のヘリカル歯車の製造方法によれば、ダイスの歯形部に予備歯車を一端側から圧入して予備歯車の外周にヘリカル歯部を形成するヘリカル歯車の鍛造成形方法において、予備歯車の外径は最初にダイスの歯形部に圧入して歯部成形が開始される軸方向一端側が、歯部成形が終了する軸方向他端側より大径に形成されているので、歯部成形開始側から歯成形予定部にかかる荷重が漸次高くなっても、予め歯成形終了側の軸方向他端側が小径なので、肉が多く流動したとしても、所望の歯先径より大きく膨出するのを防ぐことができる。また、歯先成形開始側である軸方向一端側においても、予め大径に形成されているので、歯先まで肉が流れて欠肉が生じるのを防ぐことができる。

本発明における第二の特徴のヘリカル歯車の製造方法によれば、予備歯車の外周形状を切削加工で成形するので、外周形状を所望の形状に成形することができる。

本発明における第三の特徴のヘリカル歯車の製造方法によれば、予備歯車をダイスに軸方向一端側から圧入して外周に歯を成形する第一成形工程と、外周にヘリカル歯部が成形された予備歯車の軸方向一端側端面をダイス内周に配置されるパンチで押圧する第二成形工程とを有するので、第一成形工程で形成された歯を更に歯形部内に拡張させることができ、より歯先の精度の高いヘリカル歯部を成形することができる。

本発明の第四の特徴のヘリカル歯車の製造方法によれば、ヘリカル歯部が形成される第一歯部と、第一歯部から連続し、第一歯部の外径より大径の第二大径部を備えているヘリカル歯車を鍛造成形するので、ヘリカル歯部成形時に第一歯部を密閉して成形することができないが、歯部成形が終了する軸方向他端側に膨出部が発生することなく、第一歯部のヘリカル歯部を鍛造成形することができる。

本発明のヘリカル歯車の製造工程を表す断面平面図である。本発明の予備歯車の要部拡大図である。本発明の予備歯車の外周にヘリカル歯部を鍛造成形する工程を表し、左側が予備歯車の成形前、右側が成形中を表す部分断面平面図である。本発明の予備歯車にヘリカル歯車を成形する前の状態を表す断面平面図である。本発明の予備歯車の鍛造成形工程における第一工程の状態を表す断面平面図である。本発明の予備歯車の鍛造成形工程における第二工程の状態を表す断面平面図である。従来の成形方法で製造されたヘリカル歯車を表す断面平面図である。

本発明の実施の形態を、添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて以下に説明する。

まず、図１に基づいて本発明におけるヘリカル歯車Ｗ４の成形工程を説明する。線材を必要な長さに切断した円柱状の素材を、軸線方向に押圧することにより、図１の（ア）に示されるように円盤状の素材Ｗ０を熱間鍛造成形する。次いでこの素材Ｗ０を図１の（イ）に示されるように一方に開口３を有する予備大径部１と、予備大径部１から連続し予備大径部１より小径の外径を有し他方の底を塞ぐ底部４が形成された予備小径部２とよりなる予備形状素材Ｗ１を熱間鍛造で形成する。次にこの予備形状素材Ｗ１の底部４を打ち抜き、図１の（ウ）に示されるように貫通孔１７を有する予備形状歯車Ｗ２を成形する。次いで図１の（エ）に示されるように予備形状歯車Ｗ２の予備小径部２の外周面を、旋盤による切削加工にて軸方向一端１２ａ側より軸方向他端１２ｂ側の方が小径となるように形成して小径部１２を成形し、予備歯車Ｗ３を成形する。最後に図１の（オ）に示す如く、冷間鍛造成形にて、予備歯車Ｗ３の小径部１２の外周面にヘリカル形状のヘリカル歯部２１を形成し、ヘリカル歯部２１が形成される第一歯部２３と第一歯部２３より大径の外形を有する第二大径部２２とを備えるヘリカル歯車Ｗ４を成形する。

図１の（エ）に示される予備歯車Ｗ３について更に詳細に説明する。この予備歯車Ｗ３は、小径部１２と小径部１２より大径の外径を有する大径部１１と、小径部１２と大径部１１を繋ぐ段部１３とよりなる。この小径部１２は、段部１３から連続する軸方向他端１２ｂ側より軸方向一端１２ａ側の方が、外径が大径に形成され、図２に示す如く、軸方向一端１２ａから軸方向他端１２ｂ側に向けてストレートに延びる最大径部１２ｃと軸方向他端１２ｂ側から軸方向一端１２ａに向けてストレートに延び最大径部１２ｃの内径より小径の内径を有する最小径部１２ｄと、最大径部１２ｃと最小径部１２ｄを緩やかに繋ぐテーパ形状の連続部１２ｅとからなっている。この小径部１２の外径は、最も大径である最大径部１２ｃの軸方向一端１２ａ側端部の外径は、後述するダイス７３の歯形部７６の最大径部である歯形大径部７６ａの内径より大径に形成されているが、歯形大径部７６ａ内径と同一或いは小径であることも可能である。また小径部１２の最小径部１２ｄの外径は、歯形部７６の最小径部である歯形小径部７６ｂ内径より大径に形成されている。この小径部１２にヘリカル歯部２１が形成されたヘリカル歯車Ｗ４は、第二大径部２２外周面に更に平歯部を形成し、変速機構に用いられるサンギヤーとなる。

次に、予備歯車Ｗ３の小径部１２の外周面にヘリカル部２１を鍛造成形する鍛造成形装置について図３に基づいて説明する。

図３に示す鍛造品成形装置５１は、軸方向に対向して配置される可動型６１及び固定型７１より構成される。可動型６１は、軸心に沿って貫通孔を有するパンチ６２及びパンチ６２を保持するパンチホルダー６６を有する。パンチ６２の内側には同心状にマンドレル６５が配置される。このマンドレル６５は、その外径が予備歯車Ｗ３の小径部１２の内径と同径或いは予備歯車Ｗ３の小径部１２の内径より小径に形成されている。またパンチ６２の固定型側端部には、予備歯車Ｗ３の内周面と相似する形状を有する第一端部６３と、第一端部６３から連続し、予備歯車Ｗ３の軸方向他端端面１４を押圧する第二端部６４とが形成されている。

固定型７１は、内周にヘリカル歯車Ｗ３のヘリカル歯部２１を成形する歯形部７６を有するダイス７３と、ダイス７３の内周側に配置されるカウンターパンチ７２と、カウンターパンチ７２の内周に配置されるノックアウト７７とを有する。ダイス７２は上ダイス７４と、上ダイス７４を載置する下ダイス７５とよりなる。上ダイス７２は、予備歯車Ｗ３の小径部１２の軸方向一端１２ａ側の外径より小径の内径を有する歯形大径部７６ａと、予備歯車Ｗ３の小径部１２のストレート部１２ｂの外径より小径の小径歯形部７６ｂとを備える歯形部７６が形成され、上側端面は図示上の上から下に向けて小径となるテーパ形状のガイド部７４ａが形成される。下ダイス７５はピン７８に当接しており、図示せぬ油圧シリンダによりこのピン７８を介してダイス７５が軸線方向に移動可能である。

次にこの鍛造装置５１を用いて、予備歯車Ｗ３の小径部１２の外周面にヘリカル歯部２１を鍛造成形する方法を説明する。

まず図３の左半部及び図４に示す如く、予備歯車Ｗ３を上ダイス７４のガイド部７４ａ上に載置する。続いてパンチ６２とマンドレル６５を一体に下降させ、マンドレル６５は予備歯車Ｗ３の貫通孔１７を挿通する。またパンチ６２は、予備歯車Ｗ３と相似形状の第一端部６３が予備歯車Ｗ３の内周面に当接すると同時に第二端部６３が予備歯車Ｗ３の他端側端面１４に当接した後、更に固定型７１側へと移動する。パンチ６２に押圧されて予備歯車Ｗ３は上ダイス７４内へと移動し、図５に示す如く予備歯車Ｗ３の小径部１２の外周面は上ダイス７４内周面に形成された歯形部７６内に圧入され、予備歯車Ｗ３の小径部１２の外周面にヘリカル歯部２１が形成される。

予備歯車Ｗ３の小径部１２外周面に所定のヘリカル歯部２１の成形が終了すると同時に、予備歯車Ｗ３の小径部１２と大径部１１を繋ぐ外周段部１３が上ダイス７４に当接する。パンチ６２とマンドレル６５は一体となって更に下降を続け、予備歯車Ｗ３を介して押圧されてダイス７３も下降を開始する。次いで予備歯車Ｗ３の小径部１２の軸方向一端端面１５がカウンターパンチ７２と当接し、更に予備歯車Ｗ３は下降しカウンターパンチ７２に下方から押圧される。図３の左半部及び図６に記載される如く、このカウンターパンチ７２の押圧により予備歯車Ｗ３の小径部１２の鍛造肉がヘリカル歯部２１の外周側へ流動する。

予備歯車Ｗ３の小径部１２の外周面におけるヘリカル歯部２１の形成が終了すると、パンチ６２及びマンドレル６５が上方に退避するとともにノックアウト７７が上昇してヘリカル歯車Ｗ３に当接し、ヘリカル歯車Ｗ３はダイス７３から取り出される。

以上のように、本発明のヘリカル歯車の製造方法によれば、ダイスの歯形部に予備歯車を軸方向一端側から圧入して予備歯車の外周にヘリカル歯部を形成するヘリカル歯車の鍛造成形方法において、予備歯車の外径は最初にダイスの歯形部内に圧入して歯部成形が開始される軸方向一端側が、歯部成形が終了する軸方向他端側より大径に形成されているので、歯部成形が開始する軸方向一端側から予備歯車の外周面にかかる荷重が漸次高くなっても、予め歯部成形が終了する軸方向他端側が軸方向一端側より小径なので、鍛造肉が多く流動したとしても、所望の歯先径より大きく膨出するのを防ぐことができる。また、歯部成形が開始する軸方向一端側においても、予め大径に形成されているので、歯先まで鍛造肉が流れて、欠肉が生じるのを防ぐことができる。

また本発明のヘリカル歯車の製造方法によれば、予備歯車の外周形状を切削加工で成形するので、最初にダイスの歯形部内に圧入して歯部成形が開始される軸方向一端側が、歯部成形が終了する軸方向他端側より大径に形成されるという所望の外周形状を容易に成形することができる。

更に本発明のヘリカル歯車の製造方法によれば、予備歯車をダイスに軸方向一端側から圧入して外周に歯を成形する第一成形工程と、外周にヘリカル歯部が形成された予備歯車の軸方向一端側端面をダイス内周に配置されるパンチで押圧する第二成形工程とを有するので、第一成形工程で形成された歯を更に歯形部内に拡張させることができ、より歯先の精度の高いヘリカル歯部を成形することができる。

また本発明のヘリカル歯車の製造方法によれば、ヘリカル歯部が形成される第一歯部と、第一歯部から連続し、第一歯部の外径より大径の第二大径部を備えているヘリカル歯車を鍛造成形するので、ヘリカル歯部成形時に第一歯部を密閉して成形することができないが、歯部成形が終了する軸方向他端側に膨出部が発生することなく、第一歯部のヘリカル歯部を鍛造成形することができる。

なお、本実施例では、予備歯車をダイスに軸方向一端側から圧入して外周に歯を成形する第一成形工程と、予備歯車の軸方向一端側端面をパンチで押圧する第二成形工程とを有する場合について説明したが、第一工程のみでも、予め歯成形終了側の他端側が小径なので、鍛造肉が多く流動したとしても、所望の歯先径より大きく膨出するのを防ぐことができる。また、歯の成形開始側である一端側においても、欠肉が生じることなくヘリカル歯車を成形することができるのは言うまでもない。

また、本実施例では、ヘリカル歯部が形成される第一歯部と、第一歯部から連続し、第一歯部の外径より大径の第二大径部を備えているヘリカル歯車を成形したが、第二大径部を有さないヘリカル歯車の成形においても可能である。

ヘリカル歯車は高いかみ合い率が求められる製品に適用され、本製造方法は外周にヘリカル歯が形成される歯車全てに適用可能である。一段式の歯車でも変速機構に使用される多段式の歯車でも、適用できる。

１１大径部
１２小径部
１２ａ軸方向一端
１２ｂ軸方向他端
１５軸方向一端側端面
２１ヘリカル歯部
２２第二大径部
２３第一歯部
６３パンチ
７３ダイス
７６歯形部
Ｗ３予備歯車
Ｗ４ヘリカル歯車

Claims

歯形部７６が形成されたダイス７３に予備歯車Ｗ３を軸方向一端１２ａ側から圧入して前記予備歯車Ｗ３の外周にヘリカル歯部２１を形成されるヘリカル歯車Ｗ４の鍛造成形方法において、前記予備歯車Ｗ３の外径は最初に前記ダイス７３の前記歯形部７６に圧入して歯部成形が開始される軸方向一端１２ａ側が、歯部成形が終了する軸方向他端１２ｂ側より大径に形成されていることを特徴とするヘリカル歯車の鍛造成形方法。
前記予備歯車Ｗ３の外周形状を切削加工で成形することを特徴とする請求項１記載のヘリカル歯車の鍛造成形方法。
前記予備歯車Ｗ３を前記ダイス７３に軸方向一端１２ａ側から圧入して外周にヘリカル歯部２１を成形する第一成形工程と、外周に前記ヘリカル歯部２１が形成された予備歯車Ｗ３の軸方向一端側１２ａ端面を前記ダイス７３内周に配置されるパンチ６３で押圧する第二成形工程と、を有することを特徴とする請求項１及び請求項２記載のヘリカル歯車の鍛造成形方法。
前記ヘリカル歯車は、ヘリカル歯部２１が形成される第一歯部２３と、該第一歯部２３から連続し、前記第一歯部２３の外径より大径の第二大径部２２を備えているヘリカル歯車Ｗ４を鍛造成形することを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のヘリカル歯車の鍛造成形方法。