JP3751792B2 - ギア部品の成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工物が半径方向部位で流動成形装置に固定され、該加工物が回転されるとともに、前記加工物の板厚を変化させるために、少なくとも１個のローラーがほぼ半径方向及び軸方向に同時に送られ、さらにその外周縁に強固な歯部が形成されるようにしたギア部品の成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
一様な板厚の出発工作物から、流動成形によって材料補強部を有するギア部品を製造する方法は公知である。この種の方法の目的は、流動成形で簡易な方法により、十分な強度を有し、最小重量となるギア部品を製造することにある。
【０００３】
これらの要求は、自動車のためのスターターリングギアに適用する場合には、さらに厳しいものとなる。スターターリングギアは、その性質上、比較的高いトルクをスターターからエンジンシャフトに常に伝達しなければならない。スターターの負荷を軽減するために、最小重量のスターターリングギアが求められている。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、特にスターターリングギア、さらに上述したような要求を満たすのようなギア部品およびその成形方法に関する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴によれば、前文にある発明はさらに、前記ローラーを、前記半径方向部位面に沿って半径方向及び軸方向に移動させ、前記加工物の所定範囲で板厚を変化させるように、該ローラーの前記加工物に対して作用させ、前記加工物の材料流れを半径方向に生じさせるとともに、該加工物の板厚を変化させる加工を行い、さらに前記加工物の半径方向外周縁の軸方向の幅が拡幅され、外縁部が丸められ、液滴状をなす材料溜まりとしての厚肉外縁部が形成される据え込みを行い、次いで、前記液滴状の厚肉外縁部表面近傍を、ほぼ矩形ないし正方形状断面となるように据え込まれるという特徴を有する。この成形方法においては、一度の工程により、特に前記加工物を通過するローラーの１パスにおいて、加工物において想定した材料の分配が果たされる。前記加工物の半径方向部位の外形（輪郭）は、前記ローラーの半径方向及び軸方向の合成された移動により決定され、変化させることができる。荷重に対応した前記加工物の厚さの増減により、完成ギア部品のほとんど最適な重量の利用が実現し、肉厚された液滴形状の中央部分は、まったくあるいはほとんど変形が生じず、隅角部における強力な加工あるいは成形に応じて、この部分に高められた材料硬化を生じさせることができる。
【０００６】
前記ローラーの軸方向の送りが、少なくともある程度、連続して行われるという利点を有することができる。このことはギア部品の意図された使用の機能として有利に働き得る工作物の滑らかな表面輪郭を実現する。また、前記ローラーの軸方向の送りが、少なくともある程度、連続しないで行われる場合にも有効となり得る。この場合、ギア部品の表面において段状あるいは他の形状を作ることができ、この結果、最終製品のデザインに関して相当程度の柔軟性を有することになる。
【０００７】
前記工作物の半径方向の内側部位において、前記板厚を半径方向の内方に向けて漸減させることが好ましい。このように、円板状ブランクの外縁あるいはリムはその当初の厚さを確保でき、従ってその材料は、以後の工程、特に歯付けにおいて有効である。内側部は予定された十分大きな柔軟性を得ることができ、これは歯車の表面上での摩耗を防止及び騒音を出す構造を低減するための操作において大変有効となる。
【０００８】
ボスの成形は、ローラー及び／またはカウンター治具によってもたらされる。このように、適切な治具を選択することにより様々な形状のボスが得られる。
【０００９】
また、ボスの成形に次いで、前記ボスが前記ローラー手段により切り落としあるいは押し抜きされると、有利になる。これは、後の工作物の工程に関して大変に有効となり、すなわち、もしボスが邪魔になるような製造工程が選択されるようになった場合に、特に有利である。
【００１１】
本発明の基本的思想は、ほぼ半径方向に延在する加工物の端部上において、液滴状に据え込まれた部分の軸方向と半径方向の側方部とが連絡するような、少なくとも丸められた隅角部を成形するのみならず、軸方向に所定の幅をもつ材料溜まりを成形することにある。後の工程において、丸められた液滴状端部、すなわち肉厚外縁部は、軸方向の厚さが十分保持された状態で、わずかに半径方向に据え込まれる。このことは、この方法の工程における加工を通じて、材料流れが、ほとんど卓越して軸方向に、特に隅角部において実現する一方、肉厚された液滴形状の中央部分は、まったくあるいはほとんど変形が生じない。隅角部における強力な加工あるいは成形に応じて、この部分に高められた材料硬化が生じる。
【００１２】
これにより、外縁部が肉厚化された工作物が作られ、この工作物は第１に高強度の隅角部及び縁部と、第２にこれより硬化の度合いが低い、靭性のあるコア部分とを有している。このような工作物は、ギア部品としてふさわしい、高強度の縁端部と、動荷重に対して適した靭性のあるコア部と摩耗抵抗性のある表面とを有している。この所定の材料特性に設定されることにより、高い安定性と十分小さい重量からなる、従来の金属加工鋼材によるギア部品の製造が可能となる。
【００１３】
円板状ブランクの端の前記ほぼ矩形をなす外縁部の成形のために、斜面部を成形する半径方向に張り出した２面の成形用側壁面を有する成形ローラーを使用することが好ましい。また、その側壁面は、半径方向に関して１．５〜６°の範囲の傾角を有することが好ましい。前記成形ローラーのわずかな傾角により、据え込み工程後、該ローラーは成形された工作物から容易に取り除くことができる。
【００１４】
本発明は、前記成形ローラーの側壁面のなす半径方向に関してなす角度が３°となるようにすることで、顕著に有利となる。
【００１５】
少なくとも前記１個の成形ローラーが前記円板ブランク表面に関して軸方向に移動するように送られることが好ましい。これは、中心面に対して非対称なギア部品を提供するもので、これは種々の適用において好適である。
【００１６】
成形動作によって斜面部の成形が正確に行われることが好ましい。このような斜面部の成形は、たとえば傾斜した側壁を有する成形ローラーを使用することによって達成できる。後の斜面部の正確な形付けにより、たとえば円板ブランク端部の正確な矩形形状が成形される。
【００１７】
前記円板ブランク端部に外歯構造が設けられることが好ましい。この場合、歯構造において、動荷重を作用可能な、高強度端部を備えた歯とすることが好ましい。
【００１８】
本発明によれば、前記外歯構造は、切削加工によって作られるように、既存の設備に改変を加えることも好ましい。このことは、たとえばギア切削具あるいは同等の孔あけ機を使用しても実現することができる。
【００１９】
本発明の方法の特に有効な実施例によれば、前記外歯構造は、少なくとも１個の、ギア切削ローラーによる流動成形あるいはクロスローリングレッジによるクロスローリングにより作られる。この歯構造の非切削成形の結果、さらなる材料硬化が生じ、また歯のフランク（側面）についても個々の歯のコア部分に関して硬化が生じる。この方法で製造された歯車の場合、次工程としての熱処理なしでも、歯構造のすばらしいトライボロジー的特性が得られる。高強度化された縁部と隅角部の結果、動作中に、たとえば予期せず歯構造の縁部が欠けたような場合でも、歯の早期の破損や窪みの発生を避けることができる。
【００２０】
歯構造が複数枚のギア部品を積層して得られ、また後にギア部品に歯構造が作られたような場合にも有利となり得る。したがって、単一の加工によって同時に複数のギア部品の加工が可能となる。
【００２１】
本発明は、また平らで回転対称形状をなし、外縁部が断面的に矩形状に十分に肉厚化され、かつ厚さが半径方向内側部位の板厚が半径方向の内方に向けて漸減するようなギア部品を有利なものとすることができる。このようなギア部品は、特に本発明による方法を用いることにより製造でき、従来のギア部品に比べて、生じる摩耗と騒音の構成に関して、その有利性を示すことができる。板厚の減少により、このギア部品は柔軟となり、この結果、ギア部品の歯は、他のギア部品の歯と注意深い方法により連結することができる。
【００２２】
ギア部品は、ボスを有する中央部を有することが好ましい。これにより、緩衝あるいは力の分配のために内部領域と外部領域とを有することになる。
【００２３】
特に、前記ボス及び／または外縁部に歯構造を有することが好ましい。これらの標準的な力伝達手段は、様々な適用において好ましいものである。
【００２４】
本発明は、ギア部品に所定の柔軟性を与えることにより、ギア部品の動作を通じて摩耗、騒音の減少を図ることができるという、驚くべき知見に基づくものである。本発明のギア部品は、示された方法により簡易で多様な方法により製造することができ、この結果、ギア部品の製造及び使用のいずれもにおいて、その優位性が得られる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細について、好ましい実施例と添付した図面とにより説明する。
図１は、中央孔４を有する円板ブランク状の工作物２の断面を示している。この工作物２は、様々な方法、たとえば中央孔４に螺着されたり、あるいは２個の移動可能な把持ジョー等によって流動成形装置に固定することができる。
【００２６】
図２は、以下の第１工程における工作物２を示している。内側部６は、工作物の中心部に向かって半径方向に厚さの減少が進行した状態にある。この肉厚減少部６の厚さの減少は、ボス８の部分まで続く。この厚さの減少された肉厚減少部６は、工作物２の材料流れを半径方向に生じさせるローラーの軸方向及び半径方向に移動する送りによって形成することができる。この分離された材料は、流動成形装置のチャックのような、適切なカウンター治具上において、ボス８の成形のために使われる。
【００２７】
図３は、図２による工作物２に関し、これに引き続き行われる付加的な加工工程を示している。ここでは前記ボスは、たとえば切り取りあるいは押し抜きにより取り除かれている。これは分離したボスが必要であるような、後の製造工程に関して有用となり得る。
【００２８】
図２による工作物２が、さらに加工された状態が図４に示されている。外縁部１０は１個またはそれ以上の据え込みローラー手段によってほぼ矩形に厚肉化されている。周縁部１０の成形は、ローラー成形により、及び／または、たとえばチャックのようなカウンター治具の据え込み領域によって実現される。一見して明らかなように、周縁部１０は矩形形状とはわずかに異なった形状を有している。これは、今回の場合、ローラー形状に起因するものである。もし、形状を設定するローラーの側壁に、わずか約３°の勾配が設けられていれば、次の据え込み工程において、ローラーを容易に離脱させることができる。矩形形状と異なる領域１２は次の加工段階で、切り取り等によって取り除くことができる。
【００２９】
図５は、図３に示した工作物の次工程の結果、製造された工作物２の状態を示している。図２と図４の状態の間での推移においても同様に、ほぼ矩形の外縁部１０が現に製造されるが、この点は図４を参照することができる。図５による実施例は、以下に説明する別の工程の観点から特に有効となる。
【００３０】
図６は、工作物２、すなわちギア部品の積層体１４を示している。ギア歯部１６は、既に切削工程により、前記積層体上に形成されている。この後ろ向きの配列は、ギア部品における外歯を形成するのに特に有効な方法のために、ふさわしいものである。この他の方法により、外歯を形成するには、切削ローラーあるいはクロスローリングの送りをうまく同期させるようにして使用して実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における円板ブランク状の出発工作物を示した部分断面図。
【図２】厚さ漸減部とボスとを有する工作物を示した部分断面図。
【図３】厚さ漸減部を有する工作物を示した部分断面図。
【図４】厚さ漸減部と、ボスと、据え込みされた外縁部とを有する工作物を示した部分断面図。
【図５】厚さ漸減部と据え込みされた外縁部とを有する工作物を示した部分断面図。
【図６】積層ギア部品を示した部分詳細断面図。
【符号の説明】
２ 工作物
４ 中央孔
６ 内側部
８ ボス
１０ 周縁部
１４ 積層体
１６ 歯部

Claims (14)

1. 流動成形装置内で加工物が半径方向部位に固定され、該加工物が回転され、かつ前記加工物の板厚を変化させるために、少なくとも１個のローラーがほぼ半径方向に送られるようなギア部品の成形方法において、
   前記ローラーを、前記半径方向部位面に沿って半径方向及び軸方向に移動させ、前記加工物の所定範囲で板厚を変化させるように、該ローラーの前記加工物に対して作用させ、前記加工物の材料流れを半径方向に生じさせ、次いで、加工物の半径方向外周縁の軸方向の幅が拡幅され、外縁部が丸められ、液滴状をなす材料溜まりとしての厚肉外縁部が形成される据え込みを行い、次いで、前記液滴状の厚肉外縁部表面近傍を、ほぼ矩形ないし正方形状断面となるように据え込むようにしたことを特徴とするギア部品の成形方法。
2. 前記加工物の半径方向の内側部位において、前記板厚が半径方向の内方に向けて漸減させることを特徴とする請求項１に記載のギア部品の成形方法。
3. 前記前記ローラーの半径方向の移動により加工物の材料流れが生じ、前記加工物の中央部にボスが成形されるようにしたことを特徴とする請求項１記載のギア部品の成形方法。
4. 前記ボスは、前記ローラー及び／またはカウンター治具によって成形されたことを特徴とする請求項３に記載のギア部品の成形方法。
5. 前記ボスの成形に次いで、前記ボスは前記ローラー手段により切り落としあるいは押し抜きされることを特徴とする請求項３記載のギア部品の成形方法。
6. 前記液滴状の厚肉外縁部は、当初ほぼ円形あるいは楕円形状断面をなし、明確に設定された軸方向幅に成形され、該軸線方向幅が十分に保持された状態で、外縁部近傍が半径方向にわずかに据え込まれることで、前記外縁部に隅角部が形取られ、該隅角部に硬化加工が施されることを特徴とする請求項１に記載のギア部品の成形方法。
7. 前記ほぼ矩形をなす外縁部の成形のために、斜面部を成形するための２面の半径方向に張り出した成形用側壁面を有する成形ローラーが使用されたことを特徴とする請求項１記載のギア部品の成形方法。
8. 前記側壁面は、半径方向に関し、１．５〜６°の範囲の傾角を有し、特に好ましくはほぼ３°程度であることを特徴とする請求項７に記載のギア部品の成形方法。
9. 少なくとも前記１個の成形ローラーが前記加工物の中心の半径方向平面に関して軸方向に移動するように送られることを特徴とする請求項７に記載のギア部品の成形方法。
10. 前記成形された斜面部は、成形の結果、切り落とされることを特徴とする請求項７に記載のギア部品の成形方法。
11. 前記外縁部に外歯構造が設けられることを特徴とする請求項１に記載のギア部品の成形方法。
12. 前記外歯構造は、少なくとも１個の、ギア切削ローラーによる流動成形あるいはクロスローリングレッジによるクロスローリングにより作られることを特徴とする請求項１１に記載のギア部品の成形方法。
13. 前記外歯構造は、切削加工により作られることを特徴とする請求項１１に記載のギア部品の成形方法。
14. 前記各肉厚外縁部が噛み合うように、複数の加工物が一列に並んで配置され、かつ本配置状態にある前記加工物に前記外歯構造が共通するようにして形成されたことを特徴とする請求項１１に記載のギア部品の成形方法。

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