JP3587865B2 - 板金製スタータ・リムギヤの製作法及び該方法によって製作されたスタータ・リムギヤ - Google Patents
板金製スタータ・リムギヤの製作法及び該方法によって製作されたスタータ・リムギヤ Download PDFInfo
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、請求項1に上位概念として記載した形式の板金製スタータ・リムギヤの製作法及び該方法によって製作されたスタータ・リムギヤに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
グローブ法が刊行物や実地において周知になっているにも拘らず、比較的肉薄の中空加工素材に冷間塑性変形を施すことによって外歯列を製作するためのグローブ法を先ず簡単に説明して、念のために不当な誤解を避けることにする。
【0003】
グローブ法では冷間塑性変形加工によって外側断面形状と内側断面形状とが同時に製作され、該断面形状は種々異なる成形プロフィールであることができる。この塑性変形のために加工素材の管状部分が、前記内側断面形状に対応した心棒上に被せ嵌められる。加工素材はこの状態で加工送りされ、該加工送りの場合、加工素材は加工素材軸線に沿ってシフトされかつ該加工素材軸線を中心として回転される。この加工送り中に加工素材は外側からリング状の成形ロールによって加工され、その際各成形ロールによって、成形ピッチと加工素材送りとに調和された迅速な順序で衝撃的な個別転造動作が行なわれる。この個別転造動作は、同一方向にかつ主として成形プロフィール長手方向に相当する方向に行なわれる。同一のロールによって順次相前後して行なわれる個別転造動作はその場合、螺線状のゾーンに沿って進行し、該螺線状ゾーンは加工素材送りによって規定される。成形プロフィール長手方向に同一の歯溝内で順次継続して行なわれる個別転造動作は、加工素材に対するロールの作用に関して部分的にオーバーラップしつつ行なわれる。成形心棒上で冷間塑性変形加工を施す前記方法では、個別転造動作毎に材料は、その都度比較的小さな加工素材区分に沿って主として半径方向で心棒の成形溝内に送り込まれる。このような比較的肉厚の加工素材に関連した方法はスイス国特許第579427号明細書、フランス国特許第7538539号明細書及びドイツ連邦共和国特許出願公開第2549230号明細書に開示されている。
【0004】
内燃機関の始動装置をドイツ国及びその他の多くの国で大抵はスタータと呼んでいるのは周知の通りである。
【0005】
例えば乗用車のような自動車の内燃機関では、主として電気式のリムギヤ・クランキング・スタータが使用される。このスタータでは、車両搭載バッテリから給電される電動モータが設けられており、該電動モータは始動のためにピニオンを駆動する。該ピニオンは始動動作中、電動モータに装着されたスタータ・リムギヤと噛み合わされる。
【0006】
これは、スタータ・リムギヤが正しい回転ホイール歯数比を有していることを前提条件としている。
【0007】
自動車分野において使用されている例えば歯付きベルトプリー、クラッチ板キャリア及びスプライン管のようなその他の板金製有歯機構とは異なって、スタータ・リムギヤの歯列は、純幾何学的な回転ホイール形状を有する歯列であり、要するに(半径方向で計測すれば)比較的丈高でかつ(軸方向で計測すれば)狭い歯筋幅の歯列を有する純然たる歯車であり、該歯車は別の純然たる歯車(ピニオン)と噛み合うものである。
【0008】
純幾何学的な回転ホイール形状をもった歯列を備えたスタータ・リムギヤを製作する方法は、例えば米国特許第4796345号明細書において提案されている。
【0009】
しかしながら当該米国特許第4796345号明細書に開示された方法で前記のように製作されたスタータ・リムギヤは、遺憾ながら往々にして、歯面の肉厚が或る種の用途のためには著しく不十分である場合が多いという欠点を有している。
【0010】
成形された心棒、要するに明確に刻まれた歯形を有する心棒は元々損傷を受け易く、耐用寿命が比較的短く、その上に製作費が高くつく。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、殊に従来技術において往々にして出現するような、肉厚が過小になるという欠点を生ぜしめないように、グローブ法に基づいて板金製スタータ・リムギヤを製作することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の製作法上の構成手段は、純幾何学的な回転ホイール形状を有する外歯列を備えた板金製スタータ・リムギヤを製作するために、加工素材軸線に対して平行かつ共軸に円筒状に延びる周壁と一体に結合した、外周から半径方向に前記加工素材軸線の方へ向かって延びるホイールフランジを有する板金素材の前記周壁に、グローブ法に基づいて冷間塑性変形加工を施して、純幾何学的な回転ホイール形状を有する外歯列を形成する形式の、板金製スタータ・リムギヤの製作法において、円形断面形状の、成形されていない心棒上で、リムギヤ周壁を形成するための加工素材周壁を冷間塑性変形加工することによって、加工素材の周壁の肉厚を変化させて、製作済み外歯列の歯溝基底の歯元円と製作済み周壁の内面の最短点との距離を、加工素材の周壁の前記肉厚よりも小さくなるようにし、かつ前記外歯列の歯元円を、外歯列を有する製作済み周壁の内部で、即ち周壁の内面と外面との間に常に延在させるようにする点にある。
【0013】
リムギヤ周壁を形成するための加工素材周壁の冷間塑性変形加工を心棒上で行なうのが有利である。
【0014】
該心棒は円筒断面形状又はやや波形断面形状に構成されているのが殊に有利である。
【0015】
本発明は更にまた、外周から加工素材軸線の方へ向かって半径方向に延びるホイールフランジを有し、該ホイールフランジの半径方向の最外位には、加工素材軸線に対して平行かつ共軸に管状に延びていてグローブ法に基づいて冷間塑性変形加工の施されたギヤリムとしての周壁が一体に成形されており、該周壁には、冷間塑性変形加工の施された鋼薄板から成っていて純幾何学的回転ホイール形状を有する外歯列が構成されている形式の、前記方法によって製作された板金製のスタータ・リムギヤに関するものであり、その特徴とするところは、外歯列の歯元円が、該外歯列を有する製作済み周壁の内部で、即ち周壁の内面と外面との間に常に延在している点にある。
【0016】
【作用】
本発明の製作法によればスタータ・リムギヤは、中実材料に転造する場合(要するに中実の加工素材に外歯列を転造する場合)に類似した形式で製作できることが確認された。この場合は板金加工素材を、要するに中空の板金部分を成形心棒上に被せ嵌める必要は最早ない。この点だけを見ても、製作が著しく簡便になりかつ格別の材料節減が得られることが判る。それというのは、成形心棒を製作するためのすべての手段、しかも部分的には綿密な実験過程を必要とするような手段が今や不必要になるからである。このような成形心棒、例えば成形歯付き心棒の高い経費はただの1回限りという訳にはいかず、むしろ、このような成形心棒は、元々長期耐久性を望むことはできないので、再三再四の経費計上となる。
【0017】
これに対比して本発明では、低廉で耐用性のある円筒断面形状又はやや波形断面形状の心棒を使用することが可能になる。
【0018】
中実材料に転造された成形部の場合と同様に、本発明では、表面焼入れ処理の施し易い鋼製の加工素材を採用することが可能である。
【0019】
従って本発明では加工素材として、充分に冷間塑性変形加工が可能であって、塑性変形後に(誘導焼入れによって)表面処理可能な鋼薄板を使用することが可能である。この場合の最適化は、従来一般に慣用されているような簡単な実験によって得られる。
【0020】
例えば次のような処理パラメータが好適である:
(a)約3mmオーダーの板金厚を有するホイールフランジを実際に使用できることが判った。
【0021】
(b)加工素材の周壁の板金厚は、ホイールフランジの板金厚の複数倍、例えば少なくとも2倍であるのが勿論有利である。
【0022】
(c)約2〜2.5の係数によって良好な成績が得られる。
【0023】
(d)転造ヘッド回転数は、1200〜1400rpmであるのが最適である。
【0024】
(e)前記の転造ヘッド回転数で2つの転造ヘッドを用いて転造加工を行ない、かつその際に各転造ヘッドが夫々1本の単一リブ付きロールを有している場合に加工素材の1回転当りの軸方向送りを3〜6mmとすれば、綺麗に成形された歯列が得られる。複数枚のリブを有するロールの場合(例えば2枚又は3枚のリブを有するロールの場合)には、加工密度が大きくなるので、それ相応に軸方向送りを高めることが可能である。このことは、各転造ヘッドに2本以上のロールが配置されておりかつ回転数が相応に維持される場合にも当て嵌まる。
【0025】
本発明の製作法によって製作された板金製スタータ・リムギヤは、前記経済的な利点以外に、その製作時の確実な再現可能性が得られるという利点も有している。
【0026】
更に、僅かな経費で高い精度が得られるという利点以外に耐用寿命も大きくなるという利点が得られる。
【0027】
それのみならず、歯面域の肉厚が、成形歯付き心棒上で製作する場合よりも著しく大きくなるので、耐負荷性も向上するという利点が得られる。
【0028】
良質材料においては、成形歯付き心棒上で転造する場合に著しく高い弾性的な弾発力が発生する。それというのは硬質の成形心棒と硬質のロールとの間で材料が衝撃的に成形されるからである。本発明では、いかなる成形心棒も最早必要としないので、弾性的な弾発作用は著しく小さくなる。その結果、材料送りを著しく大きくして稼働することが可能である。中実材料に転造する場合の関係との比較は部分的にしか可能でない。それというのは本発明では加工素材は概ね又は少なくとも部分的には中空と見做すことができるからである。
【0029】
本発明の方法の前記有利な実施態様によって製作された板金製スタータ・リムギヤは、あらゆる最高度の要求を満たすことができる。
【0030】
【実施例】
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
【0031】
図2、図4及び図6に示した製作済みのスタータ・リムギヤ1は、前記グローブ方式に基づく本発明の方法で製作された。この製作に際しての出発点となる加工素材は、比較的小さな外径の加工素材100(図3及び図5)であった。つまり本発明の方法では、中実素材への転造動作に比較的類似した関係によって外径は大きくなる。それというのは歯元から歯末の方へ材料の塑性流れが生じるからである。(要するに冒頭で述べた公知の方法の場合のように、材料が成形心棒の歯溝の空隙内へ送り込まれて、それによって外径が小さくなるようなことはない訳である。)
加工素材100はホイールフランジ111及び、該ホイールフランジと一体に結合された円筒形周壁112を有している。この場合は、加工素材100が焼入れ可能な鋼薄板から成っているものとする。
【0032】
円筒形周壁112の外面114と内面115との間の肉厚116は本実施例では、ホイールフランジ111の肉厚(符号を省く)よりも大である。しかし円筒形周壁112とホイールフランジ111との肉厚が等しいのが有利と見做される場合には、等しい肉厚のホイールフランジを使用することも可能である。
【0033】
本実施例では前記加工素材100には、グローブ方式に基づく本発明の方法を実施する製造装置2(図1)によって冷間塑性変形加工が施されてスタータ・リムギヤ1が成形される。
【0034】
製造装置2(図1)はその機械架台20内に、加工素材軸線Z上に配置された保持プランジャ21を有し、該保持プランジャは、やはり加工素材軸線Z上に位置している対向プランジャ22の運動に応じて該対向プランジャから離間する。保持プランジャ21と対向プランジャ22との間に加工素材100がチャックされる。このチャック時に、円筒形心棒に類似したセンタリング部材23が加工素材100内へ係合して、該加工素材の内面115を支持して該加工素材を加工素材軸線Zにセンタリングする。
【0035】
いま対向プランジャ22は駆動送り台24によって、加工部品を形成する加工素材100の回転運動が両転造ヘッド3の回転運動Wに同期的に行なわれるように矢印Rの方向に回転される。前記転造ヘッド3は周知の駆動装置(図示せず)によって回転され、この場合、加工素材100の回転運動Rに対する回転運動Wの同期化は、それ自体公知の機械的及び/電子的な手段によって公知の方式で行なわれる。
【0036】
また駆動送り台24は、転造ヘッドの回転運動Wに調和してねじスピンドル25によって矢印Aで示した軸方向にシフトされ、この場合ねじスピンドル25の駆動装置26は電子式制御手段によって制御することも可能である。
【0037】
転造ヘッド3は調整プランジャによって二重矢印Dの方向に加工素材に対して接近方向又は離反方向に調整することができる。原則として両転造ヘッド3は図示の状況において正しい間隔に設定され、かつ、転造加工終了時点までその位置に留まるか、或いは転造加工中に両転造ヘッドは技術的な要求に応じて数値制御軸線に関して調整される。製作済みスタータ・リムギヤを放出する場合には、必要に応じて両転造ヘッドを移動させることが可能である。
【0038】
各転造ヘッド3には、ただ1本のロール32が図示されており、該ロールは歯溝型の断面形状を有しているが、この場合比較的僅かな弾性的な弾発作用を補償するために僅かな異型断面を有することができるのは勿論のことである。また、駆動状態をそれ相応に変化させるために複数本のロールを設けることも可能である。
【0039】
転造動作によって、グローブ法にとって典型的な方式で徐々にスタータ・リムギヤ1が生じ(図2、図4及び図6)、該リムギヤのフランジ11は、図3と図4との対比によって明らかなように外歯列13の縁部域に或る程度の塑性変形加工が行なわれている点を除けば、大体において加工素材100のホイールフランジ111に等しい。外歯列13が純幾何学的な回転ホイール形状をもって形成されるのに対して、内面15はプランジャに適合して僅かしか、又は全く変化することがない。
【0040】
本発明では、鋭利な歯をもったマンドレルが存在していないので、肉厚16(
【0041】
図4)は比較的大であり、その結果、従来の技術に対比して(【従来の技術】の説明参照)臨界域におけるスタータ・リムギヤの耐負荷性及び耐久性が著しく高められる。
【0042】
就中、図2及び図4の図示から明確に判るように、外歯列13は、スタータ・リムで従来慣用のように、(半径方向で計測すれば)極めて丈高であるが、(軸方向で計測すれば)極めて細い。但し、図面が純正の回転ホイール歯列の精密さを殆ど表していないのは勿論のことである。
【0043】
また本発明の作業方式によれば、冷間塑性変形加工時に不利な問題点を生ぜしめることなしに、例えば誘導焼入れによる表面処理を施し易い鋼薄板を使用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のスタータ・リムギヤを製造するための本発明の方法を実施するのに適した構成のグローブ式機械の平面図である。
【図2】図1に対比して拡大されたスタータ・リムギヤを軸方向に見た図である。
【図3】冷間塑性変形加工前の加工素材を図2のIII−III線に沿って断面した拡大断面図である。
【図4】製作済みのスタータ・リムギヤの図3相当の断面図である。
【図5】図2において鎖線円Vで囲んだ加工素材のフランジ区域を軸線Zに対して直角方向に断面した詳細横断面図である。
【図6】スタータ・リムギヤのリム区域の詳細横断面図である。
【符号の説明】
A 加工素材の軸方向の送り方向を示す二重矢印、 D 転造ヘッドの接近・離間方向を示す二重矢印、 R 加工素材の回転運動方向を示す矢印、 W 転造ヘッドの回転方向を示す矢印、 Z 加工素材軸線、 1 スタータ・リムギヤ、 2 製造装置、 3 転造ヘッド、 11 スタータ・リムギヤのホイールフランジ、 12 スタータ・リムギヤの周壁、 13周壁に設けた外歯列、 14 外歯列の歯溝基底の歯元円、 15 周壁の内面、 16 歯溝基底から周壁内面までの肉厚、 20 機械架台、21 保持プランジャ、 22 対向プランジャ、 23 センタリング部材、 24 駆動送り台、 25 ねじスピンドル、 26 ねじスピンドルの駆動装置、 32 ロール、 100 加工素材、 111 加工素材のホイールフランジ、 112 加工素材の円筒形周壁、 114 周壁の外面、 115 周壁の内面、 116 外面と内面との間の加工素材周壁の肉厚
Claims (3)
- 純幾何学的な回転ホイール形状を有する外歯列を備えた板金製スタータ・リムギヤを製作するために、加工素材軸線(Z)に対して平行かつ共軸に円筒状に延びる周壁(112)と一体に結合した、外周から半径方向に前記加工素材軸線(Z)の方へ向かって延びるホイールフランジ(111)を有する板金素材(100)の前記周壁(112)に、グローブ法に基づいて冷間塑性変形加工を施して、純幾何学的な回転ホイール形状を有する外歯列(13)を形成する形式の、板金製スタータ・リムギヤの製作法において、円形断面形状の、成形されていない心棒(23)上で、リムギヤ周壁(12)を形成するための加工素材周壁(112)を冷間塑性変形加工することによって、加工素材(100)の周壁(112)の肉厚(116)を変化させて、製作済み外歯列(13)の歯溝基底の歯元円(14)と製作済み周壁(12)の内面(15)の最短点との距離(16)を、加工素材(100)の周壁(112)の前記肉厚(116)よりも小さくなるようにし、かつ前記外歯列(13)の歯元円(14)を、外歯列(13)を有する製作済み周壁(12)の内面(15)と外面との間に常に延在させるようにすることを特徴とする、板金製スタータ・リムギヤの製作法。
- 外周から加工素材軸線(Z)の方へ向かって半径方向に延びるホイールフランジ(11)を有し、該ホイールフランジの半径方向の最外位には、加工素材軸線(Z)に対して平行かつ共軸に管状に延びていてグローブ法に基づいて冷間塑性変形されたギヤリムとしての周壁(12)が一体に成形されており、該周壁には、冷間塑性変形加工の施された鋼薄板から成っていて純幾何学的な回転ホイール形状を有する外歯列(13)が構成されている形式の、請求項1記載の方法によって製作された板金製のスタータ・リムギヤ(1)において、外歯列(13)の歯元円(14)が、該外歯列(13)を有する製作済み周壁(12)の内面(15)と外面との間に常に延在していることを特徴とする、スタータ・リムギヤ。
- 周壁(12)の内面(15)が、円筒断面形状乃至は波形断面形状に構成されている、請求項2記載のスタータ・リムギヤ。
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