JP3697455B2 - 鍛造成形歯車及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、閉塞鍛造によって成形した鍛造成形歯車及びその歯車の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来の平歯車の平面図である。この平歯車１は、円盤状の本体部１ａの外周に複数の歯部１ｂを有すると共に、該歯部１ｂの幅広部１ｄより基端側に幅広部１ｄよりも幅狭な切り下げ部１ｃを有する歯車形状をなしている。
【０００３】
この平歯車１を、鍛造成形により製造する場合、図１１に示すように、平歯車１の形状に即したダイ３の内部に入れた円柱状の材料４を、パンチ５により押圧することで製造している。
【０００４】
ところが、この方法の場合、得られた平歯車１の歯部１ｂの外周面が、軸方向両端部が小径で軸方向中間部が大径の曲面状となることがある。これは、塑性流動の特性上、肉が軸方向両端の外周部まで行き渡りにくいことに起因する欠陥である。
【０００５】
また、次の問題もある。図１２は製造過程における肉の流動の様子を示している。上記のように平歯車１を鍛造成形する場合、平歯車１の歯部１ｂが成形される過程では、材料の歯部１ｂとなる肉が、図１２に示すように、ダイ３における本体部３ａから歯部３ｂの切り下げ部３ｃを通過した後、断面矩形状の状態で直線的に先端方向に流動していき、先端部に到達した後、幅広部３ｄの両側を埋めるように流れる。この際、切り下げ部３ｃを通過した肉は、幅広部３ｄを通過した後、その角部が歯部３ｂの内面に摺接しながら先端部まで達していき、歯部３ｂの内面に対する角部が、点接触あるいは線接触しながら流動することになる。このため、その部分が潤滑切れを起こして、歯部１ｂに焼付きや傷が生じたり、成形不能になったりすることがある。
【０００６】
そこで、上記のような二つの問題を解消することを目的として、特開平６−２２６３９２号公報並びに特開平６−２２６３９１号公報に示される方法が開発されている。
【０００７】
前者の公報に記載の方法は、最終形状に鍛造加工を施す前の素材に、予め軸方向両端部に径方向外方にせり出す大径部を形成し、この大径部を設けたことにより、最終段階の鍛造加工を行う際の周縁部への肉の流れ不足を補って、歯部の外周面が曲面状になることを防ぐようにしたものである。
【０００８】
また、後者の公報に記載の方法は、第１の工程で歯部の幅が基端部より先端部に行くほど漸次幅狭となる素材を鍛造成形し、次いで第２の工程で第１の工程で得た素材を、切り下げ部を含んだ歯車形状に鍛造成形するというものである。これによれば、第２工程において肉の角部がダイの内面に点接触あるいは線接触しながら流動することを防いでスムーズな肉の流れを実現し、歯部の焼付きや傷の発生あるいは成形不能になることを防止することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の２つの方法を実施しても、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、歯部１ｂにおける幅広部１ｄの外周縁部に欠肉Ｐが発生し、歯車の不安定域ＰＬを生じるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記事情を考慮し、高精度で安定した加工が可能な鍛造成形歯車及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る鍛造成形歯車は、円盤状の本体部の外周に複数の歯部を有すると共に該歯部の幅広部より基端側に前記幅広部よりも幅狭な切り下げ部を有する歯車形状を、丸棒状の材料を鍛造成形することによって形成してなる鍛造成形歯車において、前記鍛造成形した歯部の歯車軸方向端面に圧印工程により前記幅広部を横切る凹状の圧印部を形成したことを特徴とする
【００１２】
請求項２の発明に係る鍛造成形歯車の製造方法は、丸棒状の材料を鍛造成形することにより、円盤状の本体部の外周に複数の歯部を有し且つ該歯部の幅広部より根元側に前記幅広部よりも幅狭な切り下げ部を有する歯車形状の鍛造品を得る鍛造工程と、該工程で得た歯車形状の鍛造品の歯部の歯車軸方向端面に、圧印加工により前記幅広部を横切る凹状の圧印部を形成する圧印工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明に係る鍛造成形歯車の製造方法は、請求項２の発明における鍛造工程として、第１のダイによって、仕上げ径よりも小さく軸方向長さが仕上げ長さよりも長く且つ歯部の幅が基端部より先端部に行くに従い漸次幅狭となる第１の素材を鍛造成形する第１鍛造工程と、第２のダイによって、前記第１の素材の軸方向両端の外周径を第１の素材の軸方向中央の外周径より大径とした第２の素材を鍛造成形する第２鍛造工程と、得るべき歯車の所望形状に応じて形成された第３のダイによって、前記第２の素材をさらに加圧し軸方向全長にわたって径方向に流動させる第３鍛造工程とを実施することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は丸棒状の材料を鍛造成形することによって製造した実施形態の平歯車（鍛造成形歯車）１０の平面図である。この平歯車１０は、円盤状の本体部１０ａの外周に複数の歯部１０ｂを有すると共に、歯部１０ｂの幅広部１０ｄより基端側に幅広部１０ｄよりも幅狭な切り下げ部１０ｃを有する形状のものである。１１は凸軸部である。この平歯車１０では、鍛造成形した歯部１０ｂの歯車軸方向端面に、圧印工程としてのコイニング加工により凹状の圧印部１０ｅが形成されている。この圧印部１０ｅは、幅広部１０ｄの外周縁部に欠肉が発生するのを防止する役目を果たしており、ちょうど幅広部１０ｄを横切る位置に存在する。
【００１５】
次に製造方法を説明する。
図２〜図５は、平歯車１０を鍛造成形する工程を順に示している。この平歯車１０を製造するにあたっては、まず、図２に示す鋼等の塑性変形可能な金属からなる丸棒状の材料１３を、図３に示すように、第１のダイ２１に入れ、材料１３に対し軸方向から第１のパンチ２２により第１工程の鍛造加工（冷間）を施して第１の素材１４を得る。この第１の素材１４は、最終的な平歯車１０よりも軸方向長さが大きく、かつ周面が、軸方向中央が大径である曲面状のものである。
【００１６】
また、第１のダイ２１には、図６に示すように、平歯車１０における本体部１０ａおよび歯部１０ｂをそれぞれ成形するための本体部２１ａおよび歯部２１ｂが形成されている。歯部２１ｂは、本体部２１ａ側の基端部より先端部に行くほど漸次幅狭となり、成形する歯部１０ｂの幅広部１０ｄは形成されず、且つ歯部１０ｂよりもひと回り小さな寸法に設定されている。この第１段階の鍛造加工によって成形された第１の素材１４の、本体部１４ａから径方向に突出する複数の歯部１４ｂは、第１のダイ２１の歯部２１ｂに即した形状、即ち本体部１４ａ側の基端部より先端部に行くほど漸次幅狭となり、成形する歯部１０ｂの幅広部１０ｄが形成されてはいない形状となる。
【００１７】
次に、図４に示すように、第１の素材１４を第２のダイ２３に入れ、第１の素材１４に対し軸方向から第２のパンチ２４により第２工程の鍛造加工を施して第２の素材１５を得る。第２のダイ２３は、下方に第１の素材１４の歯部１４ｂを除く本体部１４ａよりもやや小径である断面円形の空洞２３ａがあいており、一方第２のパンチ２４は、空洞２３ａと同径の空洞２４ａを有する筒状に形成されている。
【００１８】
この第２段階の鍛造加工により成形された第２の素材１５は、図７に示すように、両端面の中央に突起１１、１２が形成されるとともに、軸方向両端の円周部に、径方向にせり出す大径部１６がせん断により形成されている。即ち、第１の素材１４は第２のダイ２３および第２のパンチ２４によって空洞２３ａ、２４ａを残してせん断されるとともに軸方向に加圧されるため、第２の素材１５の周面は、軸方向中央から軸方向両端の円周部にかけて徐々に大径となる曲面状を呈する。この段階での第２の素材１５には、本体部１５ａの外周に、基端部から先端部に行くほど漸次幅狭となる歯部１５ｂがある。
【００１９】
この後、図５に示すように、第３のダイ２７及び第３のパンチ２８によって、第２の素材１５に対し軸方向から第３工程の鍛造加工を施し、最終的な製品の前製品（従来公報の技術ではこれが最終製品である）としての平歯車１０を得る。図中１０ａは本体部、１０ｂは歯部を示す。この場合の第３のダイ２７は、図８に示すように、得るべき平歯車１０の形状、即ち平歯車１０の本体部１０ａ、歯部１０ｂ、切下げ部１０ｃ、幅広部１０ｄに応じた本体部２７ａ、歯部２７ｂ、切下げ部２７ｃ、幅広部２７ｄを有するものである。
【００２０】
この第３工程の鍛造加工の際、第２の素材１５の歯部１５ｂの肉は、その先端部が、径方向に放射状に流れて、第３のダイ２７の歯部２７ｂにおける先端部まで達した後、周方向に流れ出して両側に回り込み、幅広部２７ｄを埋める。従って、第２の素材１５の歯部１５ｂが、第３のダイ２７の歯部２７ｂにおける内面に点接触あるいは線接触となって高圧的に接触することがなく、きわめてスムーズに肉が流れることになり、このため、歯部１０ｂに焼付きや傷が生じたり、成形不能になったりといった不具合が発生するおそれがほとんどない。
【００２１】
また、この第３工程では、周面の軸方向中央に肉が流れることで、歯部１０ｂの周面が軸方向に沿ってほぼ真っ直ぐに形成される。即ち、この工程で得られる平歯車１０は、ほぼ均一な径を有する。
【００２２】
ところで、この第３工程の段階で加工を終えると、歯部１０ｂの幅広部の外周縁部に、前述した欠肉Ｐ（図１３参照）が発生することがあり、歩留まりが低下する問題がある。
【００２３】
そこで、本製造方法では、最終工程（圧印工程）として、図９に示すように、歯部１０ｂの歯車軸方向端面に、コイニング加工により、凹状の圧印部１０ｅを形成する。圧印部１０ｅの大きさや深さや形状は、欠肉の発生内容に応じて決めるのが望ましい。このように、最終段階で歯部１０ｂの端面に対してコイニング加工を行うと、図９（ｃ）に示すように、圧印部１０ｅの肉が欠肉Ｐの発生部分に流動することになるので、欠肉のない、精度の良い歯部１０ｂが安定して得られるようになる。また、最後に圧印工程を付加したことにより、圧印工程の前までの鍛造段階での荷重を小さくできるようになり、金型寿命を延ばせる利点もある。
【００２４】
なお、上記実施形態では、圧印部１０ｅを歯部１０ｂの片方の端面にのみ設けているが、欠肉の発生が両端面周縁部に起こるような場合には、両端面に圧印部１０ｅを形成してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、２の発明によれば、歯部の端面に圧印工程により凹状の圧印部を形成したので、歯部の幅広部の周縁における欠肉の問題を解消することができ、精度の良い製品を安定して得ることができる。また、請求項３の発明のような鍛造工程を実施することで、従来の歩留まり低下の問題を併せて解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態の平歯車の平面図である。
【図２】 （ａ）は本発明の実施形態の方法を適用して平歯車を鍛造により成形する際の初期材料を示す側面図、（ｂ）はその平面図である。
【図３】 （ａ）は同方法の第１の鍛造工程を示す側面図、（ｂ）はそれにより成形された第１の素材の平面図である。
【図４】 （ａ）は同第２の鍛造工程を示す側面図、（ｂ）はそれにより成形された第２の素材の平面図である。
【図５】 （ａ）は同第３の鍛造工程を示す側面図、（ｂ）はそれにより成形された平歯車の平面図である。
【図６】 前記第２の鍛造工程で使用される第２のダイの平面図である。
【図７】 前記第２の素材の側断面図である。
【図８】 前記第３の鍛造工程で使用される第３のダイの平面図である。
【図９】 最終工程の内容を示す図で、（ａ）は歯部の斜視図、（ｂ）は歯部の平面図、（ｃ）は（ｂ）図のＩＸ−ＩＸ矢視断面図である。
【図１０】 従来の平歯車の平面図である。
【図１１】 （ａ）は従来の鍛造成形の方法を示す側面図、（ｂ）はそれによって得られた製品の平面図である。
【図１２】 従来の鍛造成形による肉の流動状態を示す平断面図である。
【図１３】 （ａ）は従来の鍛造成形による製品の欠陥を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）図のＸＩ−ＸＩ矢視断面図である。
【符号の説明】
１０ 平歯車（鍛造成形歯車）
１０ａ 本体部
１０ｂ 歯部
１０ｃ 切り下げ部
１０ｄ 幅広部
１０ｅ 圧印部
１３ 丸棒状の材料
１４ 第１の素材
１５ 第２の素材
２１ 第１のダイ
２３ 第２のダイ
２７ 第３のダイ

Claims (3)

1. 円盤状の本体部の外周に複数の歯部を有すると共に該歯部の幅広部より基端側に前記幅広部よりも幅狭な切り下げ部を有する歯車形状を、丸棒状の材料を鍛造成形することによって形成してなる鍛造成形歯車において、
   前記鍛造成形した歯部の歯車軸方向端面に圧印工程により前記幅広部を横切る凹状の圧印部を形成したことを特徴とする鍛造成形歯車。
2. 丸棒状の材料を鍛造成形することにより、円盤状の本体部の外周に複数の歯部を有し且つ該歯部の幅広部より根元側に前記幅広部よりも幅狭な切り下げ部を有する歯車形状の鍛造品を得る鍛造工程と、該工程で得た歯車形状の鍛造品の歯部の歯車軸方向端面に、圧印加工により前記幅広部を横切る凹状の圧印部を形成する圧印工程とを備えることを特徴とする鍛造成形歯車の製造方法。
3. 前記鍛造工程として、
   第１のダイによって、仕上げ径よりも小さく軸方向長さが仕上げ長さよりも長く且つ歯部の幅が基端部より先端部に行くに従い漸次幅狭となる第１の素材を鍛造成形する第１鍛造工程と、
   第２のダイによって、前記第１の素材の軸方向両端の外周径を第１の素材の軸方向中央の外周径より大径とした第２の素材を鍛造成形する第２鍛造工程と、
   得るべき歯車の所望形状に応じて形成された第３のダイによって、前記第２の素材をさらに加圧し軸方向全長にわたって径方向に流動させる第３鍛造工程とを実施することを特徴とする請求項２記載の鍛造成形歯車の製造方法。

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