JP2014528839A - 低歯を有する歯車を製造する方法ならびに装置 - Google Patents

Abstract

第１の変形ステップにおいて歯車本体（１）を成形型内で鍛造し、少なくとも１つの追加的な変形ステップにおいて扇形に配置された成形部材を有していてその成形部材の成形端が歯溝に侵入するような金型（２３）を使用した成形型内における冷間仕上げによって低歯を仕上げ成形する、変速機用の低歯を有する歯車を製造する方法であり、金型の成形部材を上方および下方の取付プレート（２９，３０）の間に統合して誘導するとともに半径方向内側に向かって次のような方式で動作させ、すなわち歯面の領域から歯元領域に材料が押し出されるような方式で動作させる。【選択図】図２

Description

この発明は変速機用の低歯を有する歯車を製造する方法ならびに装置に係り、第１の変形ステップにおいて歯車本体を成形型内で鍛造し、少なくとも１つの追加的な変形ステップにおいて扇形に配置された成形部材を有していてその成形部材の成形端が歯溝に侵入するような金型を使用した成形型内における冷間較正（冷間仕上げ）によって低歯を仕上げ成形する。

周知の手動変速機の歯車上の低歯の製造方法（独国特許第２０４０４１３号明細書）によれば、低歯を有する部分歯車を別個に製造し、その部分歯車をその後歯車の伝動ギア歯を具備した部材に溶接する。部分歯車の低歯の製造に際して、まず成形型内における平行して延在する歯面を使用したプレスによって低歯の歯が製造される。その後低歯の正確な歯形が完成するまで冷間仕上げによる多数の変形ステップが実施される。これは歯先領域の屋根形状ならびに歯面領域における切り下げの形成に係り、そのため低歯の歯間に扇形に侵入する成形部材を有している特殊な細身付け装置が設けられる。個々の成形部材は旋回可能に取り付けられ、旋回進入した端部によって歯溝の仕上げを促進するよう作用する。

多数の加工ステップの結果周知の方法は高い製造コストをもたらす。旋回可能な成形部材による低歯の加工によって材料変形に際して重層化が発生し、それによって後の稼働に際して機能障害が生じる可能性がある。

従って本発明の目的は、冒頭に述べた種類の装置ならびに方法において周知の製造方法の問題点を解消し、特に改善された低歯の精度を特徴とするとともに無障害の連続使用を保証する歯車上の低歯の製造を可能にすることにある。その種の製造方法に関して、成形型部品の長い寿命と同時に高い生産性を実現することが好適である。

本発明によれば前記の課題は、冒頭に述べた種類の方法において金型の成形部材を上方および下方の取付プレートの間に統合して誘導するとともに半径方向内側に向かって動作させ、すなわち冷間仕上げによって低歯の歯を精密に形成するために歯面の領域から歯元領域に材料が押し出されるような方式で動作させることによって解決される。その際材料変形によって実質的な歯形と歯溝の両方について高い精度を備えた低歯が形成される。

本発明に係る方法によって達成される材料変形の結果、歯先の領域内における成形型キャビティの完全な充填がもたらされる。それによって達成される歯先の領域内の屋根面の下縁部の鋭角な形成（歯面の切り下げとの組み合わせにおいて）によって、接続された伝達結合の軸方向分離によるギア誤作動、いわゆるギア飛びを確実に防止することができる。

極めて好適な構成形態によれば、金型の成形部材の挿入方向が歯の脚部空間に向かって斜めになるよう選択され、従って成形型キャビティの完全な充填の後に余剰の材料がさらに前記脚部空間に隣接する成形型キャビティ内に押し出される。

その際問題として認識されている冷間変形の結果の材料の重層化を表面的な材料転移のみによって防止することができる。

本発明によれば、成形部材の正確な動作を保証するために冷間仕上げの間に歯車本体を液圧荷重によって弾性的に上方の取付プレートに対して圧接し、一方成形部材は上方および下方の取付プレートの間でストッパに向かい内側方向に推動することが提案される。弾性的な圧接によって両方の取付プレートが軸方向で固定される。

歯の形成の精度に対して成形部材の推動の運動力学も有意な影響を与える。垂直に付勢可能な付勢リングを使用し成形部材と付勢リング上の相互に係合する円錐形の圧接面を介しての同時かつ均一な成形部材の推動が好適であり、従って成形部材の成形端が常に一定の条件下で歯溝内に圧接される。その際上方および下方の取付プレートの間における成形部材の精密な誘導が極めて好適である。

一方で成形型の寿命の観点と他方で製造された低歯の精度の観点において極めて好適な方法変更例によれば、低歯を２つの仕上げステップによって成形し、その際低歯の歯は第１の仕上げステップ中に軸平行な歯面を有するように成形し、また第２の仕上げステップ中に金型の成形部材を使用して歯面の切り下げを設けさらにそれに続く脚部の丸み付けによって仕上げ成形する。

これら２つの仕上げステップに対して第１の変形ステップとして成形型内における低歯の鍛造が先行する。その際低歯を頭部領域において歯の屋根形状に関して略完成形に製造することが可能になり、すなわち後続する仕上げステップによる追加的な変形作業は形状精度の向上ならびに成形型の寿命の観点から必要最小限に制限することが可能になる。

最初に軸平行に鍛造される低歯の歯面は扇形の金型を使用した仕上げステップによって初めて切り下げが形成されることが好適である。

本発明に係る方法を実施するための装置において、金型の成形部材は個別の平坦な摺動部材であり、それらが成形型軸に対して軸平行な平面内で低歯の周回ピッチに相当する角度間隔をもって周回状に配置される。

本発明のさらに別の提案によれば、摺動部材を成形型の上方の取付プレートと下方の取付プレートの間に挿入し、初期位置から完成した歯形に対応する最終位置に半径方向内側に向かって摺動可能にすることによって高い精度を伴った摺動部材の摺動が達成可能である。

その際、低歯の歯先が下方に指向するような方式で歯車本体を成形型内に装入することが好適である。

本発明に係る装置の別の構成形態によれば、摺動部材の摺動が成形型軸に対して傾斜し略低歯の脚部領域に向かって指向する。摺動方向の好適な傾斜角度は５°ないし２０°、より好適には１０°ないし１５°、特に約１２°である。その際摺動部材は半径方向内側の係止位置に到達するまで半径方向ならびに軸方向の両方に動作する。

可能な限り無振動で曲げ応力によって殆ど影響されない方法実施を達成する目的のため、本発明によればさらに、上方および下方の取付プレートを相互に強固に結合して摺動部材の誘導を制限し、また（さらに別の構成形態によって）下方の取付プレートがその半径方向内側の側部において歯車本体に向かって指向する鍔部材をもって終止し、それの半径方向外側の外周面が摺動部材の最終位置のストッパとして作用することが提案される。

鍔部材は、その上面が歯車本体の環状の突起部の接合のための支台を形成し、従って成形型の安定性に寄与する利点をさらに提供する。

この方式によって、歯車の特殊な断面形状を考慮しながらも本発明の目的を最適に達成することができる成形型構造を実現することができる。

摺動部材を付勢するために、摺動部材を外側で被包する付勢リングが極めて好適に適しており、それを垂直に移動させることによって摺動部材と付勢リング上の相互に係合する円錐形の圧接面を介して摺動部材をそれの最終位置において鍔部材の周囲面に接合するまで摺動させることができる。

次に、本発明の実施例につき添付図面を参照しながら説明する。

第１の仕上げ型を示した軸方向断面図である。 第２の仕上げ型を示した軸方向断面図である。 図２の一部を示した部分拡大図である。 低歯が完成した後の歯車を示した立体図である。

図１には、手動変速機用の歯車の低歯を冷間仕上げするための第１の仕上げ型の構造が示されている。

この変形ステップにおいて、前述した鍛造成形型内で鍛造された歯車本体１が第１の仕上げ型内に装入され、またこのステップに図２に示された第２の仕上げステップが後続する。その際既に鍛造成形型（図示されていない）内で成形された低歯の歯がその形状精度に関して改善される。この改善には半径方向の寸法の高い正確性に加えて、歯１５（図４参照）が歯先２２の領域に鋭角に形成された屋根頂点４０を有する精密な屋根形状を得ることが含まれる。歯１５の両側の歯面は歯先から歯元まで互いに平行に延在し、すなわち図１に示された第１の仕上げ型内における冷間仕上げの第１の変形ステップ後に歯がその全長にわたって均等な歯幅を有する。

図１の成形型構造は上方から下方に向かってバインダ２を備え、このバインダは歯車本体１上に設置され、さらにその歯車本体は下側型部材の型部材３内に下から収容される。エジェクタ４が、その端面の周回状の縁部６をもって歯車本体１の中心穴５の拡大部に収容されることによって、上端で中心穴５を把持する。

バインダ２と型部材３はいずれも円筒形のケーシング部材内に嵌め込まれる。この方式によってバインダ２がガイドリング７内で誘導され、また型部材３は第１の型リング８内に固定され、その型リングがさらに外側型リング９内に設置されネジ１２によって基礎板１０と結合される。基礎板１０上に支承された型板１１が内側型リング８内に嵌合し、その上に型部材３が取り付けられる。

歯車本体１はそれの中心穴５を囲むハブ部材１３を備え、それが下方に向かって円錐部１４で終止する。円錐部１４の外側錐形部は歯車の接続に際してクラッチスリーブの回転速度を歯車の回転速度に同期リングによって適合させるように作用し、その同期リングの内側錐形部は円錐部１４の外側錐形部４１に接合する。図４には、円錐部１４の外側錐形部４１が完全に形成された低歯１５を有する歯車本体１上に明確に示されている。

ハブ部材１３の円錐部１４に対して半径方向外側に間隔保持溝１６を介して歯切り部材１７が接続し、それの外周上に図４に示されるような低歯１５が形成される。さらに半径方向外側で前記歯切り部材１７に対して低歯１５の外側で細い間隔保持溝１８を介して係止リング１９（図４参照）が接続し、それがクラッチスリーブの軸方向動作を制限する。その先で初めて、半径方向外側で比較的幅が広い間隔保持溝２０が外側のギア部２１に向かって接続し、そのギア部２１が切削によってさらに加工する必要がある歯車の伝動ギア歯を備える。図１に概略的に図示された第１の仕上げ型によって鍛造された歯車本体の低歯を精密に形成することが可能になり、しかも屋根形状の歯先２２（図４参照）の領域ならびに歯面の領域のいずれにおいても可能となるが、その歯先領域には当初未だ平行な歯面が存在する。その（図４に図示された）傾斜はいずれも歯元に向かって適宜な歯溝の拡大を有していて、これは第２の仕上げステップにおいて初めて、図２に示されるように、扇形に配置された成形部材を有する金型を使用することによって形成される。この金型２３は実質的に図２の仕上げ型の下側型部材を形成し、これを使用して、図４の完成した低歯上に示されるように、傾斜した歯面が形成される。低歯の歯１５の歯面２４の領域における切り下げがギア飛びを防止するよう作用する。以下に詳しく記述するように、適宜な材料押出しによって歯面の領域から材料がその歯面から成形型キャビティ内の歯元領域に向かう方向、すなわち間隔保持溝１８に向かって押し出されるような方式で低歯の歯溝を加工するように金型２３が構成される。

図２の仕上げ型は上側型部材の圧力プレート２５と下側型部材の外側支承リング２６の間にバインダ２７を備え、そのバインダは弾力性の圧力バネ２８を使用して圧力プレート２５により押し下げられる。前記のバインダ２７はその下側成形面において、歯車本体１の形状に完全に嵌合しそれによってその歯車本体１をそれの外側ギア部２１と共に上側の取付プレート２９に接合させて維持するような方式で形成される。前記の上側取付プレート２９は下側取付プレート３０と強固に結合され、その下側取付プレート内に摺動部材３１の半径方向の摺動を可能にするためのガイドが形成される。摺動部材３１はそれの半径方向外側領域内に成形型軸上方に向かって錐形に突立した圧力面３２を備え、その圧力面はネジ３４を介して圧力プレート２５と結合された付勢リング３５の適宜に形成された圧力面３３と協働作用する。従って、バインダ２７がバネ２８によってその最終位置に到達するまで付勢リング３５が圧力プレート２５と共に下方に移動する場合に、摺動部材３１が半径方向内側に摺動される。摺動部材３１はその末端にいずれも成形端３６を備え、この成形端は摺動部材３１が内側位置にある際に歯溝内に侵入するとともに歯面領域内の低歯の切り下げを実施することによって歯溝の形成を促進する。各摺動部材３１は隣接する歯の双方の歯面によって仕切られた唯１つの歯溝のみを形成するようそれぞれ作用する。摺動部材３１を挿入するためにその摺動部材３１が上方の取付プレート２９と下方の取付プレート３０の間に正確に誘導され、それによって精密な歯形の形成が保証される。前述した図１にかかる仕上げステップによって形成された低歯の形状の高い精度によって、第２の仕上げステップについて金型の寿命が長くなるようにその金型の負担を抑制することが可能になる。下方の取付プレート３０上に形成されたストッパによって摺動部材の正確な最終位置が保証される。その目的のため下方の取付プレート３０はその半径方向内側の側部において歯車本体１の方向を向いた鍔部材３７をもって終止し、それの半径方向外側の外周面３８が摺動部材３１の内側最終位置におけるストッパとして機能する。

摺動部材３１は成形を行う成形型軸に向かった半径方向動作に際してその成形型軸に対して傾斜して配置されるように誘導することが極めて好適であり、その際材料の押出しが歯溝の領域において上方の歯元領域の方向に向かって行われ、そこで余剰の材料が歯面から歯元領域内へまた結果としてそれに接続していて間隔保持溝１６（図３）の下方に位置する空の成形型キャビティ内に押し出されることを可能にするような方式で前記摺動部材３１を誘導する。

摺動部材３１の摺動方向の傾斜は５°ないし２０°とすることが好適であり、図２に示された仕上げ型の例においては約１２°である。

下方の取付プレート３０の鍔部材３７は摺動部材３１の内側最終係止としての機能に加えてその上端面によって歯車本体１の歯切り部材１７の接合のために機能し、それによって摺動部材３１の成形端の把持領域の有害な振動を防止することができる。

図３に概略的に示された図２の部分拡大図には摺動部材３１がそれの内側縁部の２つの位置において示されており、すなわち点線の表示は後退した初期位置ＰＡであり、実線によって成形を行う最終位置ＰＥが示されている。これによって矢印Ｐ２の内側方向の摺動動作が定義され、その際摺動部材３１の成形端３６が歯溝内に最大に侵入し、そこで隣接する２本の歯の間の歯間間隔の最終形状を形成する。成形端３６の上方、すなわちそれの上側外郭と隣接する間隔保持溝２６の間に細い成形型キャビティが存在し、その中に材料の重層化を生じさせることなく歯溝の成形に際して変形した余剰の材料が流入することができる。この有効な材料の移動方向は摺動部材を成形型軸に対して傾斜して斜め上方に摺動可能に誘導することによって達成され、それによって前述した歯元領域内へならびに場合によって間隔保持溝１６内への材料移動の方向が必然的に実現される。

図３には、摺動部材３１の軸方向の挿入が示されており、すなわち下方の取付プレート３０内の溝の中に接合するとともにその溝内で摺動可能に支承された下縁部３９までの挿入が示されている。図３に示された摺動部材の最終位置ＰＥは図２の右側の表示に相当する。図３に点線で示された後退位置ＰＡは図２の左側の摺動部材３１の表示に相当する。

上側取付プレート２９と下側取付プレート３０の固定は図中に詳細に示されていない。上側取付プレート２９は貫通したリング形状プレートとして形成され、そのプレートはそれの下面によって、摺動部材３１が全側面で誘導されるような方式で、摺動部材３１の上方への誘導を制限する。

図４に示されているように、完成形に形成された低歯を備えた歯車は、成形型の開放後、すなわち摺動部材が初期値ＰＡに後退しまた下面に付勢リング３５が固定されている圧力プレート２５を持ち上げた後に、上方に向かって下側型部材から取り出すことができる。その際低歯の歯先２２は下方を指向している。その後切削方式によってギア部２１内に伝動ギア歯が切削形成される。先にギア部２１の外周部が歯車の中心穴および円錐部１４と共に同心的に加工されることが理解される。

Claims (13)

1. 第１の変形ステップにおいて歯車本体（１）を成形型内で鍛造し、少なくとも１つの追加的な変形ステップにおいて扇形に配置された成形部材を有していてその成形部材の成形端が歯溝に侵入するような金型（２３）を使用した成形型内における冷間仕上げによって低歯を仕上げ成形する、変速機用の低歯を有する歯車を製造する方法であり、
   金型の成形部材を上方および下方の取付プレート（２９，３０）の間に統合して誘導するとともに半径方向内側に向かって次のような方式で動作させ、すなわち冷間仕上げによって低歯の歯を精密に形成するために歯面の領域から歯元領域に材料が押し出されるような方式で動作させることを特徴とする方法。
2. 成形部材の挿入方向が歯（１５）の脚部領域に向かって斜めになるよう選択され、従って成形型キャビティの完全な充填の後に余剰の材料がさらに前記脚部領域に隣接する成形型キャビティ内に押し出される、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 冷間仕上げの間に歯車本体（１）を液圧荷重によって弾性的に上方の取付プレート（２９）に対して圧接し、一方成形部材は上方および下方の取付プレート（２９，３０）の間でストッパに向かって内側方向に推動することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 垂直に付勢可能な付勢リング（３５）を使用し成形部材と付勢リング上の相互に係合する円錐形の圧接面（３２，３３）を介して成形部材をそれの成形端（３６）と共に歯溝内に圧接することを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 低歯を２つの仕上げステップによって成形し、その際低歯の歯（１５）は第１の仕上げステップ中に平行な歯面を有するように成形し、また第２の仕上げステップ中に金型の成形部材を使用して歯面の切り下げを設けさらにそれに続く脚部の丸み付けによって仕上げ成形することを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の方法を実施するための装置であって、第１の変形ステップにおいて歯車本体（１）を成形型内で鍛造し、少なくとも１つの追加的な変形ステップにおいて扇形に配置された成形部材を有していてその成形部材の成形端が歯溝に侵入するような金型（２３）を使用した成形型内における冷間仕上げによって低歯を仕上げ成形する装置であり、
   金型（２３）の成形部材は個別の平坦な摺動部材（３１）であり、それらが成形型軸に対して軸平行な平面内で低歯の周回ピッチに相当する角度間隔をもって周回状に配置されることを特徴とする装置。
7. 摺動部材（３１）を成形型の上方および下方の取付プレート（２９，３０）の間に挿入し、初期位置（ＰＡ）から完成した歯形に対応する最終位置（ＰＥ）に半径方向内側に向かって摺動可能にすることを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 摺動部材（３１）の摺動が成形型軸に対して傾斜し略低歯の脚部領域に向かって指向することを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 摺動方向の傾斜角度が５°ないし２０°、より好適には１０°ないし１５°であることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 上方および下方の取付プレート（２９，３０）を相互に強固に結合して摺動部材（２３）の誘導を制限することを特徴とする請求項７記載の装置。
11. 下方の取付プレート（３０）がその半径方向内側の側部において歯車本体（１）に向かって指向する鍔部材（３７）をもって終止し、それの半径方向外側の外周面（３８）が摺動部材（３１）の最終位置（ＰＥ）のストッパとして作用することを特徴とする請求項７記載の装置。
12. 歯車本体（１）の環状の突起部（１７）が下方の取付プレート（３０）の鍔部材（３７）の上面に支承されることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. 垂直に付勢可能な付勢リング（３５）を使用し摺動部材と付勢リング上の相互に係合する円錐形の圧接面（３２，３３）を介して摺動部材（３１）をそれの最終位置（ＰＥ）に摺動させ得ることを特徴とする請求項６記載の装置。

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