JP2013035005A - 特殊欠歯を有する内スプライン歯車 - Google Patents

Abstract

【課題】内スプライン歯の歯根元における余肉又は傷等の欠陥を生じることなく、しかも後で機械加工による歯切りを必要としない長軸のスプライン部材を提供する。
【解決手段】正規歯21の周列に複数個所の欠歯22を設けた内スプライン歯車において、欠歯22と隣り合う正規歯21との間の断面を等肉形状にすることによって、鍛造肉流を均等に配分するようにした内スプライン歯車である。
【選択図】図５

Description

本発明は、円筒部の内周面にスプライン歯を形成した内スプライン歯車に関する。詳しくは、同一軸心上に直列に配置された入力側軸と出力側軸とがスプライン歯を介して結合され、車両用動力伝達装置や一般機械装置の回転軸等に用いられるスプライン嵌合構造体であって、円筒部の内周面に鍛造による特殊欠歯を形成した長軸の内スプライン歯車に関する。スプライン嵌合構造体は、外周面に外スプラインが形成されたシャフトと、内周面に内スプラインが形成された継手部材を備える。そして、この継手部材にシャフトを圧入することで嵌合し、両者間で動力伝達を可能としている。一般に、入力側軸と出力側軸との動力伝達装置として、キー結合或いはスプライン結合が適用される。キーを使用した動力伝達装置では回転バランスが崩れ、或いはキー部位に応力が集中するという不具合がある。一方、スプライン歯は、軸身に直接全周に亘って等間隔にキー状の凹凸を形成するので結合力が強くなり、大きなトルクを伝達することができ重負荷に耐える。さらに、軸とボスとの偏心がないので、回転の際に求心力があり回転バランスを必要とする場合に有利である。そのために、スプライン結合は動力伝達装置に採用され、例えば、プロペラシャフトを前後のシャフトに分割する自動車において、前後のシャフトには互いに圧入嵌合する内スプライン部と外スプライン部とが形成されている。また、自動車のトランスミッションやディファレンシャル等の動力伝達系においては、多くの場合、同一軸心上に直列配置された入力側軸と出力側軸とがスプラインを介して結合される。ところで、各軸の軸心に対する内外スプラインの振れが規格外れであると、車両走行時に振動ならびに騒音が発生して車両の快適性が損なわれるので、歯形の精度を向上が必須要件となる。

円筒部の内周面にスプライン部を形成した内スプライン歯は、内周の全周に亘って等ピッチ間隔にスプライン歯が並び、通常、これらのスプライン歯は機械加工によって歯切りされる。この内スプライン歯の一例を図１３に一部断面図として示す。外に拡がる平坦状のフランジ３に対して円筒部１が直立し、この中心を軸穴５が貫通する。そして、この軸穴５に沿って拡径された部位に同心円状に内スプライン歯２の周列が形成され、正規歯２１が並ぶ。このような内スプライン歯はホブカッターでは歯切りが不可能だが、ピニオンカッターを使うと歯切りできる。ピニオンカッターの場合、カッターを自転公転させながら歯切りをし、欠歯の歯切りも可能である。しかしながら、被加工物である内スプライン歯の歯数より少ないカッターのピニオンカッターを使用しならず、被加工物の歯数に制約がある。また、ピニオンカッターで内歯を創成歯切りするときは、干渉或いはトリミングが生じた場合、ピニオンカッターが内スプライン歯から逃げるときに、逃げ干渉のため工具を破損する恐れがある。このように、正規歯或いは欠歯を有する内スプライン歯を機械加工により歯切りするには問題点がある。

そこで、鍛造によって内スプライン歯を形成し、周列に欠歯を設けることが試みられており、図１４に示す。全体構成を一部断面として同図（ａ）に示し、内スプライン歯Ｗは、上部に拡がるフランジ３とこの下方に直立して下方に突き出る円筒部１と、この中を軸穴５が貫通する。軸穴５のフランジ３寄りで、一回り内径大の部位に内スプライン歯２の周列が軸方向に形成される。内スプライン歯２の周列の下部に傾斜面を有する面取り部２３、その下部にニゲ穴となる段差部２４を設け、内スプライン歯２の周列には、正規歯２１および歯の無い欠歯２２が形成されている。鍛造によって内スプライン歯２の正規歯２１の周列が形成される、同時に欠歯２２も形成される。この鍛造によるスプライン歯の形成の際に、正規歯２１の周列の中で欠歯２２の部位は、隣り合う正規歯２１との肉厚ボリュームの差異が生じるために、鍛造の加圧力がかかる際に肉流が乱れ、内スプライン歯２の下部の段差部２４部の部位に余肉２５がはみ出る。この状態の詳細を同図（ｂ）に一部断面で示し、周囲は欠歯２２の下方の面取り部２３、その下部の段差部２４からなり、段差部２４の内周面に余肉２５が押し出されていることが分かる。更にこの状態を斜視図で同図（ｃ）に示し、余肉２５の形成状態が解る。この余肉２５は、内スプライン歯２の周列の下方の段差部２４の軸方向長さＬが短い場合に発生し易い。そのために、段差部２４の軸方向長さＬを延長して拡大せざるをえず、その分内スプライン歯２の部分の有効長さを縮小しなければならないので、動力伝達の強度が減少する。一方、動力伝達の強度を一定値以上に保つためには、内スプライン歯２の部位の所定有効長さを確保しなければならないので、内スプライン歯車の全軸長を延長する等の設計変更を伴う。その他、欠歯２２を形成する際に他の欠陥を生じる。その状態を図１５に示し、欠陥部を拡大するために図１４における矢視Ｘ―Ｘの部分を拡大した。内スプライン歯２の周りの一部斜視図である同図（ａ）において、円筒部１の中心部に内スプライン歯２の周列を示す。スプライン歯２の周列における左右の正規歯２１、２１に挟まれた欠歯２２が軸方向に形成され、正規歯２１の歯根元に傷２６が発生し、かつ、その下方に余肉２５がはみ出た。この傷の発生状況を同図（ｂ）に斜視図として拡大して示す。左右の正規歯２１、２１の歯面の欠歯２２側における軸方向Ｓの下部に傷２６、２６が発生していることが解る。また、同図（ｃ）では傷発生の状況を欠歯２２の左右における軸方向Ｓにおける下部の一部断面図として示す。中央の欠歯２２左右の正規歯２１、２１の軸方向Ｓの下部に傷２６、２６が発生している。この傷の発生のメカニズムは、内スプライン歯２の周列を鍛造成形する際、欠歯２２の部分は強く加圧されるので、これに引きつられて左右隣の正規歯２１、２１における加圧バランスが崩れ、左右隣の正規歯２１、２１の部位の歯面に傷が発生する。これらの傷は内スプライン歯として致命的な欠陥となり、一方、これらの傷の発生に伴って金型が損傷する。

ところで、内スプライン歯に関し以下のような提案がなされている。即ち、バリ取り工程が不要で、加工コストを低減することができる内スプライン歯車およびその製造方法を提供しようとするものであり、貫通穴を設けた円筒部を有し，該円筒部の内周面において軸方向に沿って設けられた山部と該山部の間に配設された谷部とを交互に設けたスプライン部を有する内スプライン歯車において、上記円筒部の一端部側には、上記山部の内径寸法と同じ又は小さい内径寸法を有すると共に略真円状の内周面形状を有するリング状残肉部を設けてあり，上記谷部は，軸方向の他端部側において開放されていると共に上記一端部側において上記リング状残肉部により閉止されていることを特徴とする内スプライン歯車である。そして、本内スプライン歯車は、円筒部の内周面に上記スプライン部を有していると共に上記リング状残肉部を有している。また、スプライン部の谷部の一端部側を上記リング状残肉部により閉止してある。本内スプライン歯車においては、そのスプライン部の谷部を両端に貫通させて設けるのではなく、一端部側を閉止して設けてある。このような構造を採用することによって、上記内スプライン歯車を製造する際に上記一端部側に谷部を開放させる加工が必要ないので、バリ発生を防止することができ、バリ取り工程が不要となる。そのため、加工コストも低減することができる。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３４０３７号公報

以上の通りであって、従来の内スプライン部材には次のような問題点がある。

内スプライン歯を機械加工によって形成する場合の問題点は以下の通りである。ピニオンカッターを工具として使用する場合、カッターを自転公転させながら歯切りをし、欠歯の歯切りも可能であるが、この場合、被加工物の内スプライン歯の歯数より少ないカッターを有するピニオンカッターを使用しなければならないので、被加工物の歯数に制約がある。また、ピニオンカッターで内歯を創成歯切りするときは、干渉或いはトリミングが生じた場合、ピニオンカッターが内スプライン歯から逃げるときに、逃げ干渉により工具を破損する危険がある。一方、内スプライン歯を鍛造成形によって形成する場合の問題点は以下の通りである。鍛造によるスプライン歯の形成の際に、正規歯の周列の中で欠歯の部位は、隣り合う正規歯とのボリュームの差異のために、加圧力がかかる時に鍛造肉流が乱れ、内スプライン歯の下部の段差部の部位に余肉が発生する。この余肉は、内スプライン歯の周列の下方の段差部の軸方向長さが短い場合に発生し易い。そのために、段差部の軸方向長さを延長して拡大せざるをえず、その分内スプライン歯の部分の有効長さを縮小せざるをえず、その結果動力伝達の強度が落ちる。一方、動力伝達の強度を確保するためには、内スプライン歯の軸方向長さを確保しなければならず、内スプライン歯車の全軸長を長くする等の設計変更を伴う。その他、欠歯を形成する際に欠陥が生じる。内スプライン歯の周列を鍛造成形する際、欠歯の部分は強く加圧され、これに引きつられて左右隣正規歯における加圧バランスが崩れ、左右隣の正規歯の部位の歯面に傷を生じる。これらの傷は内スプライン歯として致命的な欠陥であり、一方、これらの傷発生に伴って金型が損傷する。

そこで、本出願発明は以上のような課題に着目してなされたもので、冷間鍛造による成形を施すことにより内スプライン歯の周列を形成した後サイジング処理を施すことにより仕上げることを基本とする。出願人が育てた特殊歯形状を成形する金型技術および鍛造による成形技術を結合することによって、本件出願の発明者は内スプライン歯の正規歯周列に特殊形状の欠歯を有するスプライン部材を鍛造形成する技術を完成させたのである。本出願発明は、外スプライン歯と内スプライン歯を熱間鍛造および冷間鍛造によって一体化成形し、内スプライン歯の歯根元における余肉又は傷等の欠陥を生じることなく、しかも後で機械加工による歯切りを必要としない長軸のスプライン部材を提供することを目的としている。また、本出願発明の目的は、内スプライン歯の機械加工を無くすことによって鍛造成形によるファイバフローと称する繊維組織を残してスプライン歯の強度を向上させるとともに、歯先、歯面および歯底における全ての稜線にフルＲ面取りを施すことによって強度を向上させたスプライン部材を提供することにある。

近年では鍛造技術の進歩によって様ざまな形状の歯車を鍛造によって成形し、機械加工を省くことが可能となってきた。そこで、本出願発明者等は、内スプライン歯の周りにおける鍛造肉流を均等化することに着目し、かつ、熱間鍛造によって形成されたファイバフローをそのまま生かすとともに、冷間鍛造後の歯切り加工を省いたスプライン部材を試作したところ歯の耐久性に優れるという知見を得た。更に本出願発明者等は、内スプライン歯の歯底面、歯面および歯先面と歯車の軸方向の端面との交差部の各稜線部に、鍛造成形によって面取り部を形成するという本出願発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、従来におけるホブ加工によって生じたバリを除去するための機械加工を施す必要がないため、強度低下を防止して、加工コストを低減するという目的を達成する本出願発明に到達した。本出願発明の内スプライン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、正規歯の周列に複数個所の欠歯を設けた内スプライン歯車において、欠歯と隣り合う正規歯との間の断面を等肉形状にすることによって、鍛造肉流を均等に配分するようにした内スプライン歯車である。請求項２の発明は、前記請求項１の特徴に加えて、欠歯の内周中央に突起を設けることを特徴とする内スプライン歯車である。請求項３の発明は、前記請求項１の特徴に加えて、欠歯の背部に突縁を設けることを特徴とする内スプライン歯車である。

本出願発明によれば、内スプライン歯の正規歯周列の中に欠歯を冷間鍛造によって同時に成形することが可能となるため、以下の作用効果を奏するものである。欠歯の左右隣の正規歯との間でこれらの幾何学的な断面寸法の差異を減少させることによって、鍛造肉流を均等化することができるので、冷間鍛造の際に欠歯と左右隣の正規歯との間の加圧バランスの差異が縮小される。その結果、欠歯の歯根元に余肉の発生、或いは正規歯の歯面に傷の発生が無くなることが確かめられた。また、外スプライン歯と内スプライン歯とを熱間鍛造および冷間鍛造によって一体化成形するので、その後で歯根元に機械加工を施すことがなく、また、鍛造によるファイバフローが切断されることがなく歯車の強度を向上させることができ、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に形成されたままなので歯元における曲げ強度が向上する。その他、歯面、歯先面、歯底面又は歯端面が交差して形成される全ての稜線部位は冷間鍛造のままで、角のないフルＲ面取り部が施されるので、強度低下を防止でき、特に、歯底面の稜線部においても、冷間鍛造のままのフルＲ面取り部が施されるので、段差を生じることなく応力集中を回避する効果がある。かつ、歯切り加工が不要なので材料歩留まりが向上するとともに製造コストを低廉に抑えることができる。

本出願発明の実施例１を示すもので、欠歯を有する内スプライン歯の製造工程図である。 同上、欠歯を有する内スプライン歯の鍛造に係る金型の断面図である。 同上、欠歯を有する内スプライン歯を鍛造により成形するカウンターパンチの図である。 同上、外周に外スプライン歯と内側に内スプライン歯を有する内スプライン歯の一例を示す斜視図である。 同上、図２における欠歯を有する内スプライン歯における周列の拡大図である。 同上、欠歯の一部断面拡大図である。 同上、他の形状の欠歯の一部断面拡大図である。 同上、他の形状の欠歯の一部断面拡大図である。 同上、他の形状の欠歯の一部断面拡大図である。 同上、他の形状の欠歯の一部断面拡大図である。 同上、鍛造におけるファイバフローの分布を示す模式図である。 同上、内スプライン歯における歯端面部位における面取りの詳細を示す斜視図である。 従来例による内スプライン歯の一部切り欠き断面図である。 同上、欠歯を有する内スプライン歯の欠陥を示す説明図である。 同上、欠歯を有する内スプライン歯の他の欠陥図である。

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１２を参照しながら説明する。図１は、欠歯を有する内スプライン歯の製造工程図である。図２は、外周に外スプライン歯と内側に内スプライン歯を有する内スプライン歯の一例を示す斜視図である。図３は、欠歯を有する内スプライン歯における周列の拡大図である。図４は、欠歯を有する内スプライン歯の鍛造に係る金型の断面図である。図５は、欠歯を有する内スプライン歯を鍛造により成形するカウンターパンチの図である。図６は、欠歯の一部断面拡大図である。図７、８、９は、他の形状の欠歯の一部断面拡大図である。図１０は、他の形状の欠歯の一部断面拡大図である。図１１は、鍛造におけるファイバフローの分布を示す模式図である。図１２は、内スプライン歯における歯端面部位における面取りの詳細を示す斜視図である。

本実施例の変速機用歯車の製造プロセスを、図１の工程図に基づき説明する。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凸部Ｗ２２を形成し、中間部の大径部Ｄ１および下段の小径部Ｄ２を有する素材Ｗ２を得る。次に、熱間鍛造による工程（３）に示すように、素材Ｗ２の上面に凹みＷ３１を形成するとともに平坦に潰してフランジＷ３２を径Ｄ３へ拡大し、下側へ円筒部Ｗ３２を径Ｄ４へと縮径して下方へ延ばし、素材Ｗ３を得る。次に、同じく熱間鍛造による工程（４）に示すように、円筒部Ｗ３２の外周のバリＷ３４を除いた後、素材Ｗ３上面の凹みＷ３１を更に深く押し込んで内径ｄ１の凹みＷ４１を形成するとともに更に平坦に潰してフランジＷ４２を径Ｄ５へ拡大し、下側へ円筒部Ｗ４３を径Ｄ６へと縮径して下方へ延ばす。この工程では、フランジＷ４２の径Ｄ５の部位に、外スプライン荒歯４０が形成される。その他、上面部が外周へ円板状にはみ出して鍔状のバリＷ４６が形成され、Ｗ４を得る。次に、工程（５）に示すように、熱間鍛造によって素材Ｗ４の上面のバリＷ４６を除去してフランジＷ５１を有する素材Ｗ５を得る。次に工程（６）において、荒機械加工を施して、素材Ｗ５のフランジＷ５１の上面Ａを削り落し、更に中央の凹みを貫通させて内径ｄ２の軸穴５を有する素材Ｗ６を得る。次いで工程（７）において、外周の外スプライン荒歯４０は冷間サイジング成形によって外スプライン荒歯４１に成形され、歯面が台形或いはインボリュートの外スプライン歯を有する素材Ｗ６を得る。一方、内周の荒ドッグクラッチ歯２０はコイニング成形によって歯面がストレートに形成され、かつ、歯先にチャンファが形成された素材Ｗ７を得る。次の工程（８）において、下穴加工を施すことによって工程（４）で形成された凹みＷ４１の内径ｄ１を内径ｄ３へ拡径し、後工程の内スプライン歯の径に合わせた穴を有する素材Ｗ８を得る。最後に工程（９）において、工程（７）で成形された外スプライン荒歯４１に冷間鍛造による仕上げサイジング成形を施すことによって外スプライン歯４を形成するとともに、一方、内側に内スプライン歯２を冷間鍛造による押し出し成形を施した後サイジング成形により仕上げる。以上の工程をまとめると、工程（２）、（３）、（４）および（５）は熱間鍛造であり、工程（６）、（８）は機械加工であり、工程（７）、（９）は冷間鍛造である。

以下に、前述した工程（９）における内スプライン歯を形成する詳細について図２を参照しながら説明する。図の左半分は素材Ｗ８を金型にセットした状態を示し、図の右半分は素材Ｗ８にスプライン歯を成形する状態を示す。次に、この金型を上から図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に区分けし、上下方向の構成について説明する。右半分の図（ａ）に上ラムＡに組み込まれた上パンチＰ２を示し、二段目の図（ｂ）に外周のダイＱ１、この内側にダイＱ２が組み型にセットされ、ダイＱ２の内周に外スプライン歯を成形する歯型Ｔ４を備える。ダイＱ２の中央部に下ラムＢに固定されたパンチＰ２を示し、この上端部外周に内スプライン歯を成形する歯型Ｔ２を備える。三段目の図（ｃ）には、ダイＱ１、ダイＱ２他を支持する下ラムＢおよびこの下ラムＢの中心部を貫通するようにエジェクタＰ５が設けられる。

同図の左半分に示すように、素材Ｗ８の外スプライン荒歯４１をダイＱ２の歯型Ｔ４に合わせて素材Ｗ８をセットする。次に同図の右半分に示すように、上ラムＡを矢印Ｃの方向に下降させると、これに固定された上パンチＰ２も下降する。同時に、下降する上パンチＰ２によって素材Ｗ８を下方へ押し込みながらダイＱ２の内周の歯型Ｔ４によって、素材Ｗ８の外スプライン荒歯４１が冷間の仕上げサイジング加工によって外スプライン歯４が形成される。一方、同時に上パンチＰ２によって素材Ｗ８を下方へ押し込みながら内周では、素材Ｗ８軸穴部に冷間鍛造成形によって内スプライン歯４が外スプライン歯４と同軸上に形成される。内外のスプライン歯が形成され内スプライン歯車Ｗが完成すると、エジェクタＰ５によって上方へ突き上げられて成形が完了する。

工程（９）において、冷間鍛造によって内スプライン歯を成形する時に使用する上パンチの形状について図３を参照しながら説明する。同図（ａ）に側面図を示し、同図（ｂ）に平面図を示す。同図（ａ）に示すように、パンチＰ２は長軸物であり、長軸のシャフトの先端部に内スプライン歯を形成する歯型Ｔ２を有する。同図（ｂ）の平面図に示すように、歯型Ｔ２は、正規歯を成形する歯型Ｔ２１の周列の中に３箇所の欠歯を成形する歯型Ｔ２２を等ピッチに設ける。

このようにして、最終仕上げ加工を施された内スプライン歯車Ｗの詳細形状を図４に示す。同図（ａ）は断面図を示し、外に拡がる平坦状のフランジ３に対して円筒部１が直立し、この中心部を軸穴５が貫通する。そして、この軸穴５に沿って拡径された部位に同心円状に内スプライン歯２の周列が形成され、これと同心円状にフランジ３の外周に外スプライン周列４が形成される。図４（ａ）の平面図を同図（ｂ）に示し、中心部の軸穴５の外側に同心円状に内スプライン歯２の周列が形成され、これと同心円状にフランジ３の外周に外スプライン周列４が形成されることが分かる。内スプライン歯２の周列には、３箇所の歯溝幅を拡大した欠歯２２が等ピッチに形成される。欠歯２２の形成については、３箇所の場合に心が一つなので幾何学的にみてベストである。このため鍛造によって欠歯２２歯を形成する時に心を拾い易いので加圧力が歯部に均等にかかり、製法上好ましい。

図４における内スプライン歯２の周列を拡大した断面を図５に示す。軸穴５の内周面に形成される正規歯２１の周列の間に３箇所の欠歯２２を等ピッチ間隔で設けたものである。他に、欠歯２２の形成については、４、５又は６箇所が考えられる。逆に、欠歯２２の形成箇所が２箇所の場合は悪く、１箇所形成の場合は最も悪い。このようにして形成された欠歯は、外スプライン歯とのスプライン嵌合構造体における油の通り路となる。

本実施例による内スプライン歯車Ｗは以上のように構成され、欠歯を形成することによって、内スプライン歯の断面各部における鍛造肉流が均等化され、鍛造肉流の隘路が緩和される。以下にその詳細を説明する。

内スプライン歯車Ｗの外郭径Ｄ０の寸法を設計上拡大できない場合について、図６、図７、図８および図９に示す４種類の欠歯の形状が考えられ、ここでこれらの歯先径Ｄ８は一定とする。先ず、図６では欠歯の歯溝の中に突起を設ける例を示し、欠歯２２における歯溝幅Ｇ２２の中央部に突起２２１を設ける。この突起２２１の先端部は、内スプライン歯２の歯先径Ｄ８から引っ込ませる。このように、欠歯の歯溝の中に突起を設けることによって、欠歯と左右隣の正規歯との間において断面の肉厚ボリューム或いは断面部位における幾何学な寸法の差異が緩和される。具体的には、正規歯２１、２１の間に欠歯２２を構成し、この欠歯２２の中に突起２２１を設ける。突起２２１を設ける考え方は、突起２２１を歯先径Ｄ８から寸法Ｈ１だけ引っ込ませ、かつ、突起２２１の幅を肉太に拡大することによって、突起２２１の断面積を欠けた二点鎖線で示す仮想正規歯２１０の断面積と同等にするところにある。即ち、欠歯２２の歯溝の中に突起２２１を設けることによって、欠歯２２の左右隣の正規歯２１、２１の歯溝幅Ｇ２１、２１と突起２２１の左右の歯溝幅ｇ２２、ｇ２２の間で幾何学的な寸法の差異が減少する。このように欠歯と左右隣の正規歯との間の断面を可能な限り等肉形状にすることによって、工程（９）における冷間鍛造の際に、欠歯と左右隣の正規歯との間の加圧バランスが均等化される。その結果、欠歯の歯底に余肉の発生、或いは正規歯の歯面に傷の発生が無くなることが確かめられた。

次に、図７でも同様に欠歯の歯溝の間に突起を設け、かつ、欠歯の歯底径を小さくするとともに突起の歯丈を小さくした例である。即ち、欠歯２２の歯溝の中に突起２２２を設けるとともに、本図における欠歯２２の歯底径Ｄ７２は図６の歯底径Ｄ７より小さく、本図における寸法Ｈ２は図６の寸法Ｈ１より大きい。突起２２２を設ける考え方は、突起２２２を歯先径Ｄ８から寸法Ｈ２だけ引っ込ませ、かつ、突起２２１の幅を肉太に拡大し、かつ、突起２２１の歯底径Ｄ７２を歯底径Ｄ７より小さくすることによって、突起２２２の二点鎖線で示す仮想正規歯２１０の断面積と同等にするところにある。このようにして、欠歯の歯溝の中に突起を設けることによって、欠歯と左右隣の正規歯との間において断面の肉厚ボリューム或いは寸法差異が幾何学的に緩和される。このように欠歯と左右隣の正規歯との間の断面を可能な限り等肉形状にすることによって、冷間鍛造の際に、欠歯と左右隣の正規歯との間の加圧バランスが均等化される。その結果、欠歯の歯底に余肉の発生、或いは正規歯の歯面に傷の発生が無くなることが確かめられた。

次に、図８では欠歯の歯溝の中に突起を設けること無く、欠歯の歯溝幅を小さくした例である。即ち、本図における歯溝幅Ｇ２２３は図６の歯溝幅Ｇ２２より小さい。なお、本図における歯先径Ｄ８および歯底径Ｄ７は図６と同じである。この欠歯の考え方は、歯溝幅Ｇ２２３を図６の歯溝幅Ｇ２２より小さくすることによって、欠けた二点鎖線で示す仮想正規歯２１０の断面積分を左右の部位Ｙ８、Ｙ８の断面積へ割り振ったところにある。このように、欠歯の歯溝幅を減少することによって、欠歯と左右隣の正規歯との間において断面の肉厚ボリューム或いは寸法差異が幾何学的に緩和される。このように欠歯と左右隣の正規歯との間の断面を可能な限り等肉形状にすることによって、冷間鍛造の際に、欠歯と左右隣の正規歯との間の加圧バランスが均等化される。その結果、欠歯の歯底に余肉の発生、或いは正規歯の歯面に傷の発生が無くなることが確かめられた。

最後に、図９では欠歯の歯溝の間に突起を設け、かつ、欠歯の歯溝幅を小さくした例である。即ち、本図における歯溝幅Ｇ２２４は図６の歯溝幅Ｇ２２より小さい。この欠歯の考え方は、歯溝幅Ｇ２２４を図６の歯溝幅Ｇ２２より小さくすることによって、欠けた二点鎖線で示す仮想正規歯２１０の断面積分を左右の真ん中の部位Ｙ９の段面積と左右の部位Ｙ９１、９１の断面積に割り振ったところにある。このように、欠歯の歯溝幅を減少するとともに歯丈を減少させることによって、左右隣の正規歯との間において断面の肉厚ボリューム或いは幾何学的な寸法の差異が緩和される。このように欠歯と左右隣の正規歯との間の断面を可能な限り等肉形状にすることによって、冷間鍛造の際に、欠歯と左右隣の正規歯との間の加圧バランスが均等化される。その結果、欠歯の歯底に余肉の発生、或いは正規歯の歯面に傷の発生が無くなることが確かめられた。

以上、図６、７、８および９の欠歯形状において、欠歯と左右隣の正規歯との間の加圧バランスの差異が縮小され、欠歯、正規歯における鍛造肉流が均等化される。鍛造性を考慮すると図８の場合鍛造肉流が均等化されるので最もよく、次いで、図９、図７そして図６の場合がよい。

以上の図６、７、８、９のように内スプライン歯車Ｗの外郭寸法を固定した場合と異なり、内スプライン歯車Ｗの外郭寸法を設計上拡大可能の場合について、図１０に示す欠歯の形状が考えられ、欠歯の外郭の外側へ突起を設ける。本図８では欠歯の歯溝の中に突起を設けること無く、欠歯の歯溝幅は図６と同じにした例である。即ち、本図における外郭径Ｄ０の外側へ突縁２３０を設け、この厚みＮ１を設ける。このように、欠歯の外郭のボリュームを増やすことによって、左右隣の正規歯との間において歯溝をバックアップする肉厚ボリューム或いは歯形の断面部位における幾何学的な寸法の差異が緩和される。この欠歯の考え方は、欠けた二点鎖線で示す仮想正規歯２１０の断面積分を外側に出っ張った突縁２３０の断面積に割り振ったところにある。このように欠歯と左右隣の正規歯との間で幾何学的な差異を減少させることによって、欠歯と左右隣の正規歯との間の加圧バランスの差異が縮小され、欠歯、正規歯における鍛造肉流が均等化される。その結果、欠歯の歯底に余肉の発生、或いは正規歯の歯面に傷の発生が無くなることが確かめられた。この図１０における欠歯形状が、鍛造性を考慮すると図６、７、８および９場合より鍛造肉流が均等化されるので最も理想的である。ただし、内スプライン歯車Ｗの外郭寸法を設計上拡大しなければならないので、スプライン歯周りの大幅な設計変更を伴う。

内スプライン歯はサイジング又は押し出しによる冷間鍛造によって成形されるので、歯形に沿ってファイバフローと称する繊維組織の流れが連続して形成される。内スプライン歯の歯溝には鍛造成形後機械加工を施さないので、ファイバフローが切断されることもなく、曲げ疲労強度に優れ、耐久力に優れた歯車を得ることができる。このファイバフローの形成について図１１を参照しながら説明する。冷間鍛造によって形成された内スプライン歯の内部に、ファイバフローと称する金属マクロ組織が繊維組織状に形成され、図（ａ）に歯形内部におけるファイバフローの分布を模式的に示す。繊維組織の流れであるファイバフローＦが熱間鍛造された歯形に沿って歯底から外に向けて多層に形成される。一方、図（ｂ）では比較のため平坦な鍛造素材をホブ加工によって歯切りした状態を模式的に示し、歯形の歯面および歯底において機械加工面ＭによってファイバフローＦが切断されている。本実施例によれば、歯形が冷間鍛造成形のままなので、ファイバフローＦが切断されるようなことがなく歯元の曲げに対して優れた歯車が得られる。換言すれば、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、ファイバフローＦの切断がないので機械強度の高い歯車が得られる。

内スプライン歯の周列の一部を図４の矢印Ｋ方向の斜視図として、図１２に示す。本実施例で形成された内スプライン歯は、歯先面１１、歯面１２、歯底面１３或いは歯端面１４と交差する全ての稜線部に、角のない一定の曲率半径のＲ面取り部１１２、１２１、１３１が形成される。更に、歯筋方向の全ての稜線部に、同様にＲ面取り部が形成される。このように稜線の全てに角のない一定の曲率半径のフルＲ面取り部が施される。これらのフルＲ面取り部は、冷間鍛造金型によって形成されるので曲率半径の大きさに自由度を持たせることができる。例えば、歯先面１１の面取り部の曲率半径は小さく、歯底面１３の面取り部は大きく、これらの間の途中の稜線部の面取り部は徐々に大きい曲率半径になる様に型設計可能である。このように、稜線部におけるフルＲ面取り部の曲率半径の大きさを連続的に変化させることは、冷間鍛造金型を使用するからこそ強度的に最適な形状に型設計をすることができる。鍛造後に機械加工を施す従来方法の場合は面取り部において、フルＲ面取り部の曲率半径を部位によって最適の大きさにコントロールすることは困難である。また、これらのフルＲ面取り部の形状については、冷間鍛造金型によって歯先面、歯面、歯底面のいかなる部位においても段差を無くすことができる。

本出願発明の特殊欠歯を有する内スプライン歯は、継ぎ手嵌合のための全ての機械要素として適用できる。自動車では、トランスミッション、プロペラシャフト、ディファレンシャル等の動力伝達系は勿論、小負荷のオイルポンプ駆動用の継ぎ手嵌合用部品までその適用範囲は広い。その他、本出願発明の特殊欠歯を有する長軸物の内スプライン歯は、工作機械、荷役建設機械、ロボット等各種の機械装置の用途に適用できる。例えば、オイルポンプ駆動用では、油の通り路が減少するが適量の油を送ることができるので、欠歯の溝中に突起を有する本出願発明は定量ポンプ用途の歯車として有効である。

Ａ 上ラム、Ｂ 下ラム
Ｃ、Ｋ 矢印
Ｄ１ 大径部、Ｄ２ 小径部
Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６ 外径
Ｄ０ 外郭径、Ｄ７、Ｄ７２ 歯底径、Ｄ８ 歯先径
ｄ１、ｄ２、ｄ３ 内径
Ｇ２１、Ｇ２２、Ｇ２２２、Ｇ２２３、Ｇ２２４ 歯溝幅
Ｆ ファイバフロー、Ｍ 機械加工面
Ｐ１ 上パンチ、Ｐ２ パンチ、Ｐ５ エジェクタ
Ｑ１、Ｑ２ ダイ
Ｔ２ 、Ｔ２１、Ｔ２２ 歯型
Ｌ 厚み
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ４ 寸法
ＮＩ 厚み
ｐ 加圧力
Ｓ 軸方向
Ｗ 内スプライン歯車
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、Ｗ８ 素材
Ｗ２２ 凸部、Ｗ３１ 凹み、Ｗ３２ フランジ、Ｗ３３ 円筒部、Ｗ３４ バリＷ４１ 凹み
Ｗ４２ フランジ、Ｗ４３ 円筒部、Ｗ４６ バリ
Ｗ５１ フランジ
１ 円筒部
２ 内スプライン歯
２１ 正規歯、２２ 欠歯、２３ 逃げ面、２４ 段差部、２５ 余肉、２６ 傷
２１０ 仮想正規歯
２２１、２２２、２２３、２２４ 突起
２３０ 突縁
３ フランジ
４ 外スプライン歯
４１ 外スプライン荒歯
５ 穴
１１ 歯先面
１２ 歯面
１３ 歯底面
１４ 歯端面

Claims (3)

1. 正規歯の周列に複数個所の欠歯を設けた内スプライン歯車において、
   欠歯と隣り合う正規歯との間の断面を等肉形状にすることによって、
   鍛造肉流を均等に配分するようにした内スプライン歯車。
2. 欠歯の内周中央に突起を設けることを特徴とする請求項１記載の内スプライン歯車。
3. 欠歯の背部に突縁を設けることを特徴とする請求項１記載の内スプライン歯車。

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