JP3403687B2 - 多段歯車の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車の変速機
等に用いられる多段歯車の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】多段歯車として、例えば小径部にスプラ
イン歯形が、それに隣接する大径部にヘリカル歯形がそ
れぞれ周設された２段歯車があり、自動車の変速機等に
用いられている。

【０００３】このような多段歯車は、例えば上述の如き
２段歯車を例に挙げると、通常、以下のようにして製造
される。

【０００４】（ａ） 金属素材を歯形のない状態の歯車
形状に鍛造成形し、これに第１歯形及び第２歯形を共に
切削による機械加工により形成する。

【０００５】（ｂ） 金属素材を歯形のない状態の歯車
形状に鍛造成形し、これに第１歯形を鍛造により成形し
た後、第２歯形を切削による機械加工により形成する。

【０００６】（ｃ） 金属素材を歯形のない状態の歯車
形状に鍛造成形し、これに第１歯形及び第２歯形を共に
１工程で同時に鍛造により成形する（特公平６−９８４
５０号公報、特公平７−２９１７３号公報、特許第２６
３２６２０号公報及び特許第２８７９１８７号公報参
照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の
（ａ）の方法では、第１歯形及び第２歯形を共に切削に
よる機械加工により形成しているため、鍛造により形成
された金属組織のフローラインが切断されて強度が低下
する。また、第１歯形と第２歯形とを別々に機械加工す
るため、第１歯形と第２歯形との歯車回転軸心を合わせ
難く、振動及び騒音の原因になるばかりか、歯車寿命が
短くなる。

【０００８】（ｂ）の方法では、第１歯形は鍛造である
ため、金属組織のフローラインは切断されずにそのまま
残っているが、第２歯形は切削による機械加工であるた
め、上記の（ａ）と同様に、金属組織のフローラインが
切断されて強度が低下する。また、この場合にも、第１
歯形と第２歯形とを別々に加工するため、第１歯形と第
２歯形との歯車回転軸心を合わせ難く、振動及び騒音の
原因になるとともに、歯車寿命の短命化を招く。

【０００９】（ｃ）の方法では、第１歯形及び第２歯形
は共に鍛造であるため、金属組織のフローラインは切断
されることなくそのまま残っていて強度を確保すること
ができ、かつ第１歯形及び第２歯形は１工程で同時に成
形されるため、第１歯形と第２歯形との歯車回転軸心が
上記（ａ）及び（ｂ）よりは狂わず、同心度が良くなる
という利点を有する。しかし、歯形形状や外径寸法の異
なる第１歯形と第２歯形を１つの金型で成形するのは、
型構造上難しく、したがって、各々の歯形を成形する２
つの金型を別々に用意してこれを組み合わせて用いるの
が一般的であり、このため、第１歯形と第２歯形との歯
車回転軸心に微少ではあるが軸心ずれが生ずることがあ
り、これが原因で振動及び騒音、歯車寿命の短命化を招
く。

【００１０】この発明はかかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、第１歯形及び第２歯
形の金属組織のフローライン切断をなくして強度を確保
し、かつ上記両歯形の同心度を確保して振動及び騒音を
低減するとともに、歯車寿命の延命化を図ることであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明は、熱間鍛造、冷間圧縮加工及び回転成形
を組み合わせたことを特徴とする。

【００１２】具体的には、この発明は、複数の歯形が歯
車回転軸心方向に隣接して多段に周設された多段歯車の
製造方法を対象とし、次のような解決手段を講じた。

【００１３】すなわち、請求項１に記載の発明は、第１
歯形を歯車半製品に熱間鍛造により成形する熱間鍛造工
程と、上記熱間鍛造後の歯車半製品をセット治具にセッ
トして上記第１歯形を冷間圧縮加工する第１歯形冷間圧
縮加工工程と、第１歯形冷間圧縮加工後の歯車半製品を
上記第１歯形冷間圧縮加工工程で用いた同じセット治具
にセットした状態で歯車回転軸心回りに回転させ、型ロ
ーラを上記回転する歯車半製品の第１歯形の隣に圧接さ
せて歯車半製品の回転力を型ローラに伝達して型ローラ
を回転させることで上記歯車半製品に第２歯形を回転成
形する第２歯形回転成形工程とを備えていることを特徴
とする。

【００１４】上記の構成により、請求項１に記載の発明
では、第１歯形は熱間鍛造及び冷間圧縮加工により成形
され、第２歯形は回転成形により成形されるため、共に
切削加工の如き金属組織のフローライン切断がなくフロ
ーラインはそのまま残っており、高強度の多段歯車が得
られる。また、第１歯形及び第２歯形は共通のセット治
具にセットされて成形されるため、つまり、第１歯形を
冷間圧縮加工した後、第１歯形成形時に用いたセット治
具に歯車半製品をセットして第２歯形を回転成形する手
順を踏むため、歯形毎に別々に用意した金型を組み合わ
せて用いる場合の如きに軸心ずれが第１歯形及び第２歯
形に生じず、第１歯形及び第２歯形の同心度が確保さ
れ、これにより、振動及び騒音が発生せず、歯車寿命も
延びる。また、回転成形により第２歯形の真円度が確保
される。

【００１５】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、第２歯形回転成形後、第２歯形を冷間
圧縮加工する第２歯形冷間圧縮加工工程を備えているこ
とを特徴とする。

【００１６】上記の構成により、請求項２に記載の発明
では、万が一、回転成形により第２歯形の噛合面で成形
精度にムラが生じていても、この成形ムラは次工程であ
る冷間圧縮工程で補正されて第２歯形が高精度に仕上げ
られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面に基づいて説明する。

【００１８】図１はこの発明の実施の形態に係る多段歯
車の製造方法による製造工程図を示し、本例では、多段
歯車としての２段歯車Ｇ（図６参照）を製造する場合を
例示する。この２段歯車Ｇは、ボス部ｇ１、小径部ｇ２
及び大径部ｇ３が歯車回転軸心方向に連続して成形され
ているとともに、歯車回転軸心に貫通孔ｇ４が成形され
ている。上記小径部ｇ２にはスプライン歯形からなる第
１歯形Ｔ１が、上記大径部ｇ３にはヘリカル歯形からな
る第２歯形Ｔ２がそれぞれ成形され、２つの第１歯形Ｔ
１及び第２歯形Ｔ２が歯車回転軸心方向に隣接して２段
に周設されている。

【００１９】上記２段歯車Ｇは、図１に示す製造工程を
経て製造される。

【００２０】その製造方法を説明するに、まず、棒材切
断工程１で、ＳＣ鋼、ＳＣＭ鋼、ＳＮＣＭ鋼、ＳＮＣ鋼
及びＳＣＲ鋼等の鋼材からなる棒材を切断し、得ようと
する２段歯車Ｇの寸法に見合った素材Ａ１を得る。

【００２１】次いで、加熱工程２で、上記素材Ａ１をそ
の種類、寸法及び重量に応じて予め設定された温度で熱
間鍛造に適した温度になるように加熱する。

【００２２】その後、熱間鍛造工程３の据込み工程３−
１で、上記加熱された素材Ａ１を圧搾して据込み成形
し、据込み成形品（ブランク材）Ａ２とする。

【００２３】しかる後、熱間鍛造工程３の予備成形工程
３−２で、上記据込み成形品Ａ２を塑性変形させて歯車
形状に予備成形し、外形が完成品としての２段歯車Ｇに
類似した歯車半製品Ｇ´とする。この段階では、ボス部
ｇ１、小径部ｇ２、大径部ｇ３及び貫通孔ｇ４が成形さ
れているだけであり、第１歯形Ｔ１及び第２歯形Ｔ２は
未だ成形されていない。以下、第１歯形Ｔ１及び第２歯
形Ｔ２が共に成形されるまでのものを歯車半製品Ｇ´と
称呼する。

【００２４】次に、熱間鍛造工程３の第１歯形成形工程
３−３で、スプライン歯形である第１歯形Ｔ１を上記歯
車半製品Ｇ´の小径部ｇ２に熱間鍛造により成形する。

【００２５】その後、焼準・焼鈍等の熱処理工程４を経
て第１歯形冷間圧縮加工工程５で上記第１歯形Ｔ１を冷
間圧縮加工する。図２は第１歯形冷間圧縮加工装置１１
を示す。この第１歯形冷間圧縮加工装置１１は、上記第
１歯形Ｔ１を有する歯車半製品Ｇ´をセットする円筒状
のセット治具１２を備え、このセット治具１２は軸心回
りに正逆回転可能なスピンドル１３に回転一体に支持さ
れ、図示しないモータの起動により上記スピンドル１３
を正逆回転させることでセット治具１２を正逆回転させ
るようになっている。ただし、セット治具１２を回転さ
せるのは、次工程である第２歯形回転成形工程６のとき
だけであり、この第１歯形冷間圧縮加工工程５ではセッ
ト治具１２は回転させない。上記セット治具１２には収
容凹部１４が形成され、この収容凹部１４中心は上記ス
ピンドル１３の回転軸心に合致している。上記収容凹部
１４には、上記歯車半製品Ｇ´の第１歯形Ｔ１に対応し
たスプライン歯形の第１歯形成形部１４ａ、ボス部ｇ１
に対応する形状のテーパ面１４ｂ及びエジェクタ収容部
１４ｃが上から順に形成され、上記エジェクタ収容部１
４ｃには、第１歯形Ｔ１を冷間圧縮加工した後の歯車半
製品Ｇ´をセット治具１２から取り出すためのエジェク
タ１５が図示しないエジェクタピンの突き上げ作動によ
り上動可能に配置されている。上記セット治具１２の上
方には、ロッド１６ａ下端に図示しないベアリングを介
して押圧部１６ｂを有するプッシャ１６が図示しない昇
降機構により昇降可能に配置され、このプッシャ１６の
軸心は上記スピンドル１３の回転軸心に合致し、上記歯
車半製品Ｇ´をセット治具１２にセットして上記押圧部
１６ｂで上方から歯車半製品Ｇ´を押圧した状態で歯車
半製品Ｇ´の回転を許容するようになっているが、上述
の如くこの第１歯形冷間圧縮加工工程５ではセット治具
１２は回転させず、歯車半製品Ｇ´を第１歯形Ｔ１成形
のためにセット治具１２に対して圧入させるだけであ
る。

【００２６】そして、上記熱処理工程４を経て第１歯形
冷間圧縮加工工程５に搬入された歯車半製品Ｇ´のボス
部ｇ１をセット治具１２の収容凹部１４に入れて歯車半
製品Ｇ´をセット治具１２にセットし、プッシャ１６を
下降させて歯車半製品Ｇ´を上方から加圧し、第１歯形
Ｔ１をセット治具１２の第１歯形成形部１４ａに圧入
し、これにより、第１歯形Ｔ１を冷間圧縮加工により塑
性変形させて圧縮成形し、第１歯形Ｔ１を正規の寸法に
仕上げる。

【００２７】このように、第１歯形Ｔ１を熱間鍛造及び
冷間圧縮加工により成形するので、切削加工の如き金属
組織のフローラインが切断されることなくそのまま残っ
ており、フローライン切断による強度低下をなくすこと
ができる。

【００２８】これに続いて、第２歯形回転成形工程６
で、ヘリカル歯形である第２歯形Ｔ２を上記歯車半製品
Ｇ´の大径部ｇ３に回転成形する。図３は上記第１歯形
冷間圧縮加工装置１１の側方に配置された第２歯形回転
成形装置２１を示す。この第２歯形回転成形装置２１
は、第２歯形Ｔ２を成形するための型ローラ２２を備
え、この型ローラ２２は、４個のローラ構成部材２３，
２４，２５，２６を共通の回転軸２７に一体となって回
転するように組み付けて構成されている。上記各ローラ
構成部材２３，２４，２５，２６の外周には、歯丈（歯
溝）の異なるヘリカル歯形の第１〜４段階歯形成形部２
３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａが１つずつ形成され、上
記ローラ構成部材２３，２４，２５，２６は、第１〜４
段階歯形成形部２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａの歯丈
（歯溝）が型ローラ２２全体から見て４段階にわたって
次第に高くなる（深くなる）ように組み付けられてい
る。この型ローラ２２は、歯丈（歯溝）が下方から上方
に次第に高くなる（深くなる）ようにコの字形の支持部
材２８に回転軸２７を介して取り付けられ、上記支持部
材２８は、セット治具１２に接離可能な支柱２９にガイ
ドレール３０及びスライダ３１を介して昇降可能に支持
されている。ここでは、上記支柱２９及び支持部材２８
の移動手段は省略しているが、周知の流体圧シリンダ等
を用いればよい。これにより、上記型ローラ２２は、セ
ット治具１２の回転軸心方向及びこれと直交する方向に
移動可能になっており、セット治具１２の回転軸心と直
交する方向に接近することにより歯車半製品Ｇ´の大径
部ｇ３に圧接され、歯車半製品Ｇ´の回転力が伝達され
ることで回転軸２７回りに回転するようになっている。
図３は第２歯形Ｔ２を回転成形した後の状態を示す。

【００２９】そして、上記第１歯形冷間圧縮加工工程５
で第１歯形Ｔ１を冷間圧縮加工した後の歯車半製品Ｇ´
を上記第１歯形冷間圧縮加工工程で用いた同じセット治
具１２にセットした状態でスピンドル１３の回転により
歯車回転軸心回りに回転させ、この状態で、上記型ロー
ラ２２を下降させて歯丈の最も低い第１段階歯形成形部
２３ａを上記歯車半製品Ｇ´の大径部ｇ３外周に対応さ
せる。続いて、上記支柱２９を歯車半製品Ｇ´に接近さ
せて歯車半製品Ｇ´の大径部ｇ３外周に上記型ローラ２
２の第１段階歯形成形部２３ａを圧接させる。これによ
り、上記歯車半製品Ｇ´の回転力が型ローラ２２に伝達
されて型ローラ２２が回転しながら上記第１段階歯形成
形部２３ａで上記歯車半製品Ｇ´の大径部ｇ３外周にこ
の第１段階歯形成形部２３ａに対応する歯丈の最も低い
ヘリカル歯形の第１段階歯形ｔ１を成形する（図４
（ａ）参照）。この操作を歯丈の低い方から高い方へと
順に繰り返すことで歯車半製品Ｇ´の大径部ｇ３外周に
歯丈の異なるヘリカル歯形の第１〜４段階歯形ｔ２，ｔ
３，ｔ４（Ｔ２）を段階的に成形し（図４（ｂ），
（ｃ），（ｄ）参照）、図６に示すように、第１歯形
（スプライン歯形）Ｔ１及び第２歯形（ヘリカル歯形）
Ｔ２が歯車回転軸心方向に隣接して２段に周設された２
段歯車Ｇを得る。なお、上記型ローラ２２の各第１〜４
段階歯形成形部２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａで各第
１〜４段階歯形ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４（Ｔ２）を段階
的に成形する際、セット治具１２を所定周期で正逆回転
駆動させ、成形される各第１〜４段階歯形成形部２３
ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａの噛合面である両側面の成
形精度を良くするようにする。つまり、この第２歯形回
転成形工程６では、歯車半製品Ｇ´及び型ローラ２２を
回転させながら成形する方法であるため、成形される各
第１〜４段階歯形ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４（Ｔ２）の噛
合面である両側面に対して型ローラ２２の各第１〜４段
階歯形成形部２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａの当たり
が均等になり難く、各第１〜４段階歯形ｔ１，ｔ２，ｔ
３，ｔ４（Ｔ２）の噛合面で成形精度にムラが生ずるこ
とがあり、これを補正するためである。

【００３０】このように、第２歯形Ｔ２を回転成形によ
り成形するので、第１歯形Ｔ１と同様、切削加工の如き
金属組織のフローラインが切断されることなくそのまま
残っており、フローライン切断による強度低下をなくす
ことができ、高強度の２段歯車Ｇを得ることができる。

【００３１】また、第１歯形Ｔ１を成形した歯車半製品
Ｇ´をその際に用いたのと同じセット治具１２にセット
して第２歯形Ｔ２を回転成形する手順を踏むので、歯形
毎に別々に用意した金型を組み合わせて用いる場合の如
きに軸心ずれが第１歯形Ｔ１及び第２歯形Ｔ２に生じ
ず、第１歯形Ｔ１と第２歯形Ｔ２との歯車回転軸心が狂
わず同心度を良くすることができ、振動及び騒音をなく
すことができるとともに、歯車の寿命を長くすることが
できる。また、第２歯形Ｔ２を回転成形するので、第２
歯形Ｔ２の真円度を確保することができる。

【００３２】その後、型ローラ２２をセット治具１２か
ら遠ざけた状態で、プッシャ１６を上昇作動させて２段
歯車Ｇに対する押圧力を解除し、その状態からエジェク
タ１５を突き上げ作動させて上記２段歯車Ｇをセット治
具１２から取り出し、第２歯形冷間圧縮加工工程７に搬
入して上記第２歯形Ｔ２を冷間圧縮加工する。図５は第
２歯形冷間圧縮加工装置４１を示す。この第２歯形冷間
圧縮加工装置４１は、中央にセット孔４２ａを有するダ
イ４２を備え、このダイ４２のセット孔４２ａ上端内周
には、上記２段歯車Ｇの第２歯形Ｔ２に対応するヘリカ
ル歯形の第２歯形成形部４２ｂが全周に亘って形成され
ている。上記ダイ４２のセット孔４２ａ上方には、パン
チ４３がロッド４４下端を挿入孔４４ａに挿入せしめて
配置されている。このパンチ４３は、ロッド４４下端に
螺合されたナット４５とその上方のベアリング４６とに
よってロッド４４下端から脱落しないように、かつロッ
ド４４の軸心回りに回転自在に支持されている。このよ
うに、パンチ４３をロッド４４に対して回転自在にして
いるのは、ヘリカル歯形である第２歯形Ｔ２のように歯
形が斜め向きに形成されている場合に対応させるためで
あるが、スパーギヤやスプライン歯形のようにストレー
ト歯形の場合には、パンチ４３をロッド４４に対して回
転自在にする必要はなく、パンチ４３をロッド４４にリ
ジットに固定していてもよい。

【００３３】そして、上記第２歯形回転成形工程６で第
２歯形Ｔ２が回転成形された２段歯車Ｇをダイ４２のセ
ット孔４２ａ上端にセットし、ロッド４４を図示しない
作動装置により下降させてパンチ４３で上記２段歯車Ｇ
を上方から加圧し、２段歯車Ｇをセット孔４２ａに圧入
して第２歯形Ｔ２を第２歯形成形部４２ｂで冷間圧縮加
工により塑性変形させて圧縮成形し、第２歯形Ｔ２を正
規の寸法に仕上げる。

【００３４】したがって、第２歯形回転成形工程６でセ
ット治具１２の正逆回転駆動により第２歯形Ｔ２の噛合
面で成形精度にムラが生じないようにしているが、万が
一、成形ムラが生じている場合には、この成形ムラを次
工程である第２歯形冷間圧縮加工工程７で完全に補正し
て第２歯形Ｔ２を確実に高精度に仕上げることができ
る。しかも、この補正を冷間圧縮加工により行うため、
第１歯形Ｔ１と同様に金属組織のフローラインを切断せ
ずにフローラインをそのまま残して強度を確保すること
ができる。

【００３５】なお、第２歯形回転成形工程６で用いた第
２歯形回転成形装置２１の型ローラ２２として、歯丈が
最も低い１段階目から歯丈が最も高い４段階目までの第
１〜４段階歯形成形部２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａ
の歯先面までの回転軸心からの距離つまり最外径が同じ
で、かつ回転軸心から歯底面までの距離を回転軸心方向
に４段階にわたって次第に短くなるように変化させたも
のを用いたが、これとは逆に、歯丈が最も低い１段階目
から歯丈が最も高い４段階目までの各歯形成形部の歯底
面までの回転軸心からの距離が同じであり、かつ回転軸
心から各歯形成形部の歯先面までの距離つまり最外径を
回転軸心方向に４段階にわたって長くなるように変化さ
せた型ローラを用いてもよい。

【００３６】また、本例では、多段歯車としてスプライ
ン歯形の第１歯形Ｔ１とヘリカル歯形の第２歯形Ｔ２と
を有する２段歯車Ｇを例示したが、３段以上の歯車であ
ってもよく、また、各段の歯形形状も例示したものに限
らず、種々の歯形形状の組み合わせが可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、第１歯形を歯車半製品に熱間鍛造により成
形し、この歯車半製品をセット治具にセットして上記第
１歯形を冷間圧縮加工した後、歯車半製品を上記第１歯
形冷間圧縮加工で用いた同じセット治具にセットした状
態で第２歯形を型ローラで回転成形するので、金属組織
のフローラインが切断されずに高強度で、かつ第１歯形
と第２歯形との同心度が優れて振動及び騒音が発生せず
に寿命の長い多段歯車を得ることができる。また、回転
成形により第２歯形の真円度も確保することができる。

【００３８】請求項２に係る発明によれば、回転成形し
た第２歯形をさらに冷間圧縮加工するので、万が一、回
転成形により第２歯形に成形ムラが生じていても、この
成形ムラをその後の冷間圧縮加工により補正して第２歯
形を高精度に仕上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態に係る多段歯車製造方法
の製造工程図である。

【図２】第１歯形冷間圧縮加工装置の断面図である。

【図３】第２歯形回転成形装置の要部拡大図である。

【図４】第２歯形成形工程を段階的に示す工程図であ
る。

【図５】第２歯形冷間圧縮加工装置の断面図である。

【図６】２段歯車の斜視図である。

【符号の説明】

３ 熱間鍛造工程 ５ 第１歯形冷間圧縮加工工程 ６ 第２歯形回転成形工程 ７ 第２歯形冷間圧縮加工工程 １２ セット治具 ２２ 型ローラ Ｇ ２段歯車（多段歯車） Ｇ´ 歯車半製品 Ｔ１ 第１歯形 Ｔ２ 第２歯形

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−193861（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−71566（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21J 1/00 - 13/14 B21J 17/00 - 19/04 B21K 1/00 - 31/00 B21H 5/00 F16H 55/17

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の歯形が歯車回転軸心方向に隣接し
   て多段に周設された多段歯車の製造方法であって、 第１歯形を歯車半製品に熱間鍛造により成形する熱間鍛
   造工程と、 上記熱間鍛造後の歯車半製品をセット治具にセットして
   上記第１歯形を冷間圧縮加工する第１歯形冷間圧縮加工
   工程と、 上記第１歯形冷間圧縮加工後の歯車半製品を上記第１歯
   形冷間圧縮加工工程で用いた同じセット治具にセットし
   た状態で歯車回転軸心回りに回転させ、型ローラを上記
   回転する歯車半製品の第１歯形の隣に圧接させて歯車半
   製品の回転力を型ローラに伝達して型ローラを回転させ
   ることで上記歯車半製品に第２歯形を回転成形する第２
   歯形回転成形工程とを備えていることを特徴とする多段
   歯車の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の多段歯車の製造方法にお
   いて、 第２歯形回転成形後、第２歯形を冷間圧縮加工する第２
   歯形冷間圧縮加工工程を備えていることを特徴とする多
   段歯車の製造方法。