JP2015044223A

JP2015044223A - 鍛造成形歯車

Info

Publication number: JP2015044223A
Application number: JP2013177083A
Authority: JP
Inventors: 洋平武田; Yohei Takeda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2015-03-12

Abstract

【課題】鍛造時の成形荷重を低減できるとともに、歯面の欠肉の発生有無を容易に判定できる鍛造成形歯車を提供する。【解決手段】上型および下型で押圧されることにより、複数の歯２０が形成されるベベルギヤであって、各歯先部２３より立ち上がり、各歯面２２と隣接する面が径方向外側に向かうにつれて各歯の内側に伸びるＲ形状となる複数の突出部３０が形成されることで、各歯の各歯先部２３に、各歯先部２３を視認可能な品質保証形状が付与される。【選択図】図８

Description

本発明は、一対の金型で押圧されることにより、複数の歯が成形される鍛造成形歯車に関する。

従来から、ベベルギヤ等の歯車は、鍛造によって製造されている。鍛造では、一対の金型でワークを押圧して、一対の金型の内面の形状に沿ってワークを成形する（例えば、特許文献１参照）。

このような鍛造成形歯車は、例えば、特許文献１に開示される技術のように、一対の金型にワークの金属材料を充満させる、すなわち、一対の金型に隙間なくワークの金属材料を流動させることによって成形される。

この場合には、ワークに対して高い成形荷重を付与する必要がある。
このため、特許文献１に開示される技術では、一対の金型の歯元を成形する面に作用する引っ張り応力が増大してしまい、一対の金型の型寿命が低下してしまう。

鍛造成形歯車は、その製品機能上、他の歯車と噛み合う面である歯面が欠肉することなく成形されていれば、歯の外側面（歯の径方向外側の面）が欠肉していても構わない。
そこで、図１０に示すように、一対の金型の型寿命を延ばすための手段としては、鍛造時の成形荷重を低くして、歯の外側面の一部だけを意図的に欠肉させることが考えられる。

しかし、この場合、鍛造成形歯車の歯の外側面は、歯面の欠肉の発生有無に関わらず欠肉する、すなわち、金型の内面と接触することなく成形されることとなる。
従って、この場合には、歯面に欠肉が発生した場合の歯の外側面の表面状態と、歯面に欠肉が発生していない場合の歯の外側面の表面状態とに大きな差異が生じなくなるため、歯面の欠肉の発生有無を判定することが困難となってしまう可能性がある。

特開２００６−２６７０９号公報

本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、鍛造時の成形荷重を低減できるとともに、歯面の欠肉の発生有無を容易に判定できる鍛造成形歯車を提供するものである。

本発明に係る鍛造成形歯車は、一対の金型で押圧されることにより、複数の歯が成形される鍛造成形歯車であって、前記各歯の歯先部の少なくとも一部に、前記歯先部を視認可能な品質保証形状が付与される、ものである。

本発明に係る鍛造成形歯車において、前記品質保証形状は、前記歯先部の全体に付与される、ものである。

本発明に係る鍛造成形歯車には、前記各歯の二つの前記歯先部より立ち上がるとともに、前記各歯より径方向外側に突出し、前記各歯の歯面と隣接する面が径方向外側に向かうにつれて前記各歯の内側に伸びるＲ形状となる複数の突出部、が形成され、前記品質保証形状は、前記各突出部のＲ形状が、前記各歯面の径方向に沿ったＲ形状よりも小さな半径を有するＲ形状に形成されることによって付与される、ものである。

本発明は、鍛造時の成形荷重を低減できるとともに、歯面の欠肉の発生有無を容易に判定できる、という効果を奏する。

ベベルギヤの斜視図。ベベルギヤの断面図。ベベルギヤの径方向に沿った歯の断面図。ベベルギヤの製造工程を示す説明図。上型、下型、上パンチ、および下パンチを示す断面図。上型を示す下方斜視図。鍛造時にワークの金属材料を流動させる様子を示す説明図。品質保証形状を付与した状態を示す断面図。品質保証形状の変形例を示す断面図。（ａ）凹部が形成されるベベルギヤを示す図。（ｂ）凸部が形成されるベベルギヤを示す図。従来の歯を成形した状態を示す断面図。

以下では、本実施形態の鍛造成形歯車について説明する。
本実施形態の鍛造成形歯車は、ベベルギヤ１０であるものとする。

なお、鍛造成形歯車の種類は、必ずしもベベルギヤである必要はなく、例えば、平歯車等であっても構わない。

図１および図２に示すように、ベベルギヤ１０は、略筒状部材の外周面に複数の歯２０および複数の突出部３０等が形成されるものである。

各歯２０は、ベベルギヤ１０の上面からベベルギヤ１０の径方向外側に伸び、その後、下方向に向かうにつれて径方向外側に放射状に拡がる。各歯２０は、径方向外側に伸びた端部より下方向に沿ってさらに伸びる。各歯２０の下方向に沿ってさらに伸びる部分は、下方向に向かうにつれて周方向に放射状に拡がる。
各歯２０は、ベベルギヤ１０の中心を基準として等間隔に位相をずらして配置される。本実施形態のベベルギヤ１０には、このような歯２０が十枚形成される。

なお、歯の枚数は、本実施形態に限定されるものでない。

このような各歯２０の根元部分、すなわち、各歯２０のベベルギヤ１０からの立ち上がり部分は、歯元２１として形成される。歯元２１は、下方向に向かうにつれて放射状に拡がるような、上下方向に沿った断面視略テーパ状に形成される。

各歯２０の、他のベベルギヤ等の歯と噛み合う面は、歯面２２として形成される。各歯面２２は、歯元２１から径方向外側に向かうにつれて各歯２０の内側に伸びるＲ形状に形成される（図３参照）。

各歯面２２の径方向外側の端部は、歯先部２３として形成される。歯先部２３は、上端部から上下中途部までの間において下方向に向かうにつれて径方向外側に放射状に拡がり、上下中途部から下端部までの間において下方向に沿ってさらに伸びる。
各歯先部２３の中で最も径方向外側に突出している部分（つまり、各歯先部２３の下方向に沿って伸びる部分）は、外径部２３ａとして形成される。

ベベルギヤ１０の外周面において、このような各歯２０が形成されていない部分は、歯底１１として形成される。

各突出部３０は、各歯２０にそれぞれ一つずつ形成される。

図２および図３に示すように、各突出部３０は、各歯２０より径方向外側に突出する。各突出部３０は、各歯２０の二つの歯先部２３より立ち上がり、各歯２０の内側に伸びる。
各突出部３０の各歯面２２と隣接する面（図３における突出部３０の左右両側面）は、径方向外側に向かうにつれて各歯２０の内側に伸びるＲ形状に形成される。各突出部３０のＲ形状は、各歯面２２の径方向に沿ったＲ形状よりも小さな半径を有する。

つまり、本実施形態のベベルギヤ１０には、各歯２０と各突出部３０とからなる段付きの歯が形成される。
従って、図１に示すように、ベベルギヤ１０には、各歯面２２と各突出部３０との境界線、すなわち、各歯先部２３に沿って段付き跡が付与される。
つまり、ベベルギヤ１０は、各歯先部２３を段付き跡として視認可能な形状となっている。

次に、ベベルギヤ１０の製造工程について説明する。

図４に示すように、ベベルギヤ１０の製造工程では、切断工程Ｓ１０、中間焼きなまし工程Ｓ２０、ショットブラスト工程Ｓ３０、潤滑処理工程Ｓ４０、鍛造工程Ｓ５０、芯抜き工程Ｓ６０、および検査工程Ｓ７０等を行う。

切断工程Ｓ１０では、円柱状の金属材料であるビレットを、ベベルギヤ１０の寸法等に基づいて所定の長さに切断する。これにより、製造工程では、ワークＷを準備する。

中間焼きなまし工程Ｓ２０では、ワークＷを再結晶温度以上に加熱して焼きなましを行う。

ショットブラスト工程Ｓ３０では、ワークＷに対して粒体を高速で衝突させ、ワークＷの表面処理を行う。

潤滑処理工程Ｓ４０では、ワークＷに対して潤滑液を塗布する。

鍛造工程Ｓ５０では、上型４０および下型５０等を用いてワークＷに対して成形荷重を付与し、ワークＷの外側をベベルギヤ１０の形状に成形する（図７参照）。
鍛造工程Ｓ５０については後で詳述する。

芯抜き工程Ｓ６０では、ワークＷの内側をパンチによって打ち抜く。これにより、ワークＷは、図１および図２に示すようなベベルギヤ１０として成形される。

検査工程Ｓ７０では、ベベルギヤ１０に対して、欠肉やクラック等の鍛造欠陥についての検査を行う。

次に、鍛造工程Ｓ５０について説明する。

図５に示すように、鍛造工程Ｓ５０では、上型４０、下型５０、上パンチ６０、および下パンチ７０等を用いて、ワークＷをベベルギヤ１０の形状に成形する。

図５および図６に示すように、上型４０は、内側に上パンチ６０を差し込むことが可能な略筒状に形成される。上型４０の内面（下面）には、歯底成形面４１、複数の歯成形面４２、および複数の突出部成形面４３が形成される。

歯底成形面４１は、歯底１１を成形する面である。歯底成形面４１は、歯底１１の形状に沿った形状に形成される。

各歯成形面４２は、各歯２０（各歯面２２）を成形する面である。各歯成形面４２は、各歯２０の形状に沿った形状に形成される。

各突出部成形面４３は、各突出部３０を成形する面である。各突出部成形面４３は、各歯成形面４２に対する突出寸法が、各歯２０に対する各突出部３０の突出寸法よりも大きい点を除いて、各突出部３０の形状に沿った形状に形成される。
つまり、各突出部成形面４３の各歯成形面４２と隣接する面は、径方向外側に向かうにつれて各歯成形面４２の内側に伸びるＲ形状に形成される。各突出部成形面４３のＲ形状は、各歯成形面４２の径方向に沿ったＲ形状よりも小さな半径を有する。

図５に示すように、下型５０は、内側に下パンチ７０を差し込むことが可能な略筒状に形成され、上型４０の下方に配置される。下型５０は、ベベルギヤ１０の下側の形状に沿った形状に形成される。

上パンチ６０は、先端部（下端部）に上型４０が差し込まれ、上型４０と同心上に配置される。

下パンチ７０は、先端部（上端部）に下型５０が差し込まれ、下型５０と同心上に配置される。

図７に示すように、鍛造工程Ｓ５０では、下型５０に潤滑処理を施したワークＷをセットする。そして、鍛造工程Ｓ５０では、上型４０、下型５０、および上パンチ６０に対して下パンチ７０を相対的に上方向に移動させ、ワークＷに対して成形荷重を付与する（図７に黒塗りで示す矢印参照）。
これにより、鍛造工程Ｓ５０では、上型４０および下型５０の内側面の形状に沿って、ワークＷの金属材料を流動させる。

このとき、図８に示すように、鍛造工程Ｓ５０では、上型４０の歯底成形面４１および各歯成形面４２にワークＷの金属材料を充満させる、すなわち、ワークＷの金属材料を接触させて、各歯２０を成形する。

このように、ベベルギヤ１０は、一対の金型である上型４０および下型５０に押圧されることにより、各歯２０が成形される。

一方、図７および図８に示すように、鍛造工程Ｓ５０では、各突出部成形面４３にワークＷの金属材料を充満させることなく、各突出部３０を成形する。
つまり、鍛造工程Ｓ５０では、各突出部３０を意図的に欠肉させる。

これによれば、ベベルギヤ１０は、鍛造時に上型４０および下型５０の内面の全体にワークＷの金属材料を充満させる必要がなくなる。
このため、ベベルギヤ１０は、鍛造時の成形荷重を低減できる。従って、ベベルギヤ１０は、上型４０の型寿命を延ばすことができ、その製造コストを低減できる。

ここで、各歯面２２は、各歯成形面４２にワークＷの金属材料が充満した状態で成形される。つまり、各歯２０は、各突出部３０の欠肉度合いに関わらず、各歯成形面４２までワークＷの金属材料が充満した状態で成形される。

このため、各突出部３０は、その欠肉度合いに関わらず、各歯先部２３より立ち上がることとなる。
また、各突出部成形面４３の径方向に沿ったＲ形状は、各歯成形面４２の径方向に沿ったＲ形状の半径よりも小さい。このため、各突出部３０の径方向に沿ったＲ形状は、各突出部３０の欠肉度合いに関わらず、各歯面２２の径方向に沿ったＲ形状よりも小さな半径を有することとなる。つまり、各突出部３０は、各歯面２２に沿って滑らかに突出しない。

このため、ベベルギヤ１０には、各突出部３０の欠肉度合いに関わらず、各歯先部２３の形状に沿った段付き跡が付与される。

仮に、このようなベベルギヤ１０の歯面２２が欠肉した場合、当該欠肉した部分において、突出部３０は、歯先部２３より立ち上がらない（図８に二点鎖線で示す突出部３０参照）。
つまり、歯面２２が欠肉している部分においては、例えば、歯面２２と突出部３０とが滑らかに連続する曲線状に成形される。
従って、ベベルギヤ１０には、歯面２２が欠肉している部分に段付き跡が付与されない。

このため、ベベルギヤ１０は、段付き跡が各歯先部２３の形状に沿って付与されているかどうか、すなわち、段付き跡が部分的に欠けていないかどうかを確認するだけで、各歯面２２の欠肉の発生有無を判定できる。

これによれば、ベベルギヤ１０は、鍛造時の成形荷重を低減できるとともに、欠肉の発生有無を容易に判定できる。

このように、ベベルギヤ１０には、各突出部３０が形成されることで、各歯先部２３の全体を視認可能な品質保証形状（段付き跡）が付与される。

なお、品質保証形状は、各歯先部の一部に付与されていればよい。この場合、品質保証形状は、歯先部の中で欠肉が発生しやすい部分、すなわち、各歯先部の中で最後に金属材料が流動される部分に付与されていることが好ましい。
本実施形態のようなベベルギヤ１０の場合、このような部分は、外径部２３ａの上端部近傍、つまり、各歯２０の径方向外側に放射状に拡がった部分の端部近傍となる（図３参照）。

このように、ベベルギヤ１０には、各歯先部２３の少なくとも一部に品質保証形状が付与される。

ただし、品質保証形状は、本実施形態のように、各歯先部２３の全体に付与されることが好ましい。
これにより、品質保証形状は、各歯面２２の欠肉の発生有無をより確実に判定できる。

なお、品質保証形状を付与するための手段は、本実施形態に限定されるものでない。

品質保証形状は、例えば、図９（ａ）に示すように、各歯先部２３と隣接するとともに各歯２０の内側に部分的に窪んだ複数の凹部１３０が形成されることによって付与されていても構わない。
この場合、ベベルギヤには、各凹部１３０の各歯面２２に近い側の外縁部が、各歯先部２３の形状に沿って視認可能な品質保証形状として付与される。

また、品質保証形状は、図９（ｂ）に示すように、各歯先部２３と隣接するとともに各歯２０より部分的に突出する複数の凸部２３０が形成されることによって付与されていても構わない。
この場合、ベベルギヤには、各凸部２３０の各歯面２２に近い側の立ち上がり部分が、各歯先部２３の形状に沿って視認可能な品質保証形状として付与される。

このような各凹部１３０または各凸部２３０が形成される場合、ベベルギヤには、各歯２０の各歯先部２３毎に、各凹部１３０または各凸部２３０が形成されることとなる。
つまり、十枚の歯２０が形成されるベベルギヤには、二十個の各凹部１３０または各凸部２３０が形成されることとなる。

以上のように、ベベルギヤは、歯の径方向に沿った断面視において、各歯先部を境目として、各歯面とは異なる形状の部位が形成される、すなわち、各歯面と径方向外側面との間に別の部位を介在させることで、各歯先部に沿った品質保証部が付与されていればよい。

ただし、ベベルギヤは、本実施形態のような、各歯２０の二つの歯先部２３より立ち上がり、径方向に沿ったＲ形状が、各歯面２２の径方向に沿ったＲ形状よりも小さな半径を有するＲ形状に形成される各突出部３０を形成することで、品質保証形状が付与されることが好ましい。
これにより、ベベルギヤ１０は、単純な加工で各突出部成形面４３を形成できるため、上型４０を製造するためのコストを低減できる。

１０ベベルギヤ（鍛造成形歯車）
２０歯
２３歯先部
４０上型（一対の金型）
５０下型（一対の金型）

Claims

一対の金型で押圧されることにより、複数の歯が成形される鍛造成形歯車であって、
前記各歯の歯先部の少なくとも一部に、前記歯先部を視認可能な品質保証形状が付与される、
鍛造成形歯車。
前記品質保証形状は、
前記歯先部の全体に付与される、
請求項１に記載の鍛造成形歯車。
前記鍛造成形歯車には、
前記各歯の二つの前記歯先部より立ち上がるとともに、前記各歯より径方向外側に突出し、前記各歯の歯面と隣接する面が径方向外側に向かうにつれて前記各歯の内側に伸びるＲ形状となる複数の突出部、
が形成され、
前記品質保証形状は、
前記各突出部のＲ形状が、前記各歯面の径方向に沿ったＲ形状よりも小さな半径を有するＲ形状に形成されることによって付与される、
請求項１または請求項２に記載の鍛造成形歯車。