JP3831896B2 - 歯車の製造方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は歯付き部範囲に、過剰寸法を持つように焼結された粉末金属素材から目標寸法を持つ歯車を製造する方法であって、粉末金属素材の過剰寸法を持つ歯付き部範囲へ、歯車の歯の目標寸法に一致する歯を持つ包囲押圧工具の対向歯付き部を係合させかつ押圧して、粉末金属素材を塑性変形しながら過剰寸法だけ圧縮する方法、及びこの方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
金属粉末から圧縮されかつ焼結される歯車は、焼結材料の多孔性のため、歯元の範囲に比較的低い耐久曲げ強度を持ち、歯面の範囲に僅かな耐摩耗性を持っている。これらの欠点を避けるため、歯車の焼結された粉末金属素材を歯面及び歯元の範囲で圧縮して、大幅に気孔のない表面層を得ることは公知である（欧州特許出願公告第０５５２２７２号明細書）。歯車の係合範囲にあるこの気孔のない表面層は、焼結された歯車の許容荷重負担能力の著しい増大を伴う。歯車の係合範囲における表面層の圧縮は、粉末金属素材の歯付き部へ係合する歯付き部を持つ少なくとも１つの歯車の形の押圧工具を介して行われる。押圧工具の駆動される歯車は押圧装置を介して粉末金属素材へ押圧されるので、粉末金属素材の歯は係合範囲における押圧工具の対向歯付き部を介して数回転で圧縮され、遂には燒結された歯車の歯付き部の目標輪郭が得られる。運動学的条件のため、粉末金属素材の歯付き部と押圧工具の対向歯付き部との間の係合線に沿う転がり運動の際、転がり点外に、粉末金属素材及び押圧工具の互いにかみ合う歯の歯面の間に滑り速度が生じる。転がり点の間隔の増大と共に大きくなるこの滑り運動は、特に歯先及び歯元の範囲における粉末金属素材の歯面への局部圧縮に必要な押圧力により、粉末金属素材の歯面荷重を生じ、この歯面荷重が、粉末金属素材の歯面又は歯元の表面に近い範囲における亀裂及び材料剥落の危険を伴う。しかしこのような表面損傷は、燒結されかつ係合範囲で表面を圧縮される歯車の荷重負担能力を著しく低下させる。互いにかみ合う歯の２つの歯面の滑り運動の有害な作用を回避するため、滑り摩擦を減少する潤滑剤を使用することは公知であるが、燒結された粉末金属素材を圧縮する際、潤滑剤の使用は禁止される。なぜならば、気孔へ侵入する潤滑剤により、材料の圧縮が悪影響を受けるか、又は阻止されるからである。
【０００３】
従って本発明の基礎になっている課題は、最初にあげた種類の方法を簡単な手段で改良して、係合範囲における粉末金属素材の歯を充分圧縮でき、特に歯先又は歯元の範囲における圧縮された表面の損傷を恐れる必要のないようにすることである。
【０００４】
本発明は課せられた課題を、粉末金属素材を包囲する環状押圧工具の内歯付き部として構成される対向歯付き部を、押圧工具の外周の所で転がる押圧ローラにより、粉末金属素材の歯付き部へ押込むことによって、解決する。
【０００５】
本発明は、内歯付き部では、歯の係合の際粉末金属素材の歯面と押圧工具の歯面との間に生じる速度が、２つの平歯車の歯係合の際におけるより著しく小さくなる、という事情を利用している。これは、粉末金属素材用対向歯付き部として内歯付き部を持つ環状押圧工具を使用すると、係合範囲における必要な圧縮にもかかわらず粉末金属素材の歯の荷重を、歯先又は歯元の範囲における亀裂及び材料剥落を防止する程度に限定できることを意味する。圧縮に必要な圧縮力は、押圧工具に外周で転がる押圧ローラによって生じるので、圧縮が１回転で不充分な時には、係合範囲における圧縮を数回転で行うことができる。
【０００６】
押圧工具の内歯付き部のために、粉末金属素材の歯付き部の歯数より大きい歯数が選ばれると、粉末金属素材の歯付き部への連続的な押圧の間、押圧工具の内歯付き部は粉末金属素材の歯付き部上を転がり、それに伴って互いに転がる歯面の間の滑り運動は、押圧工具の歯数と粉末金属素材の歯数との差が小さいほど、それだけ小さくなる。これに関して、押圧工具の内歯付き部と粉末金属素材の歯付き部が同じ歯数を持っている場合、遊隙において粉末金属素材を包囲する押圧工具を、周方向に押圧工具と粉末金属素材との相対回転なしに、連続的に粉末金属素材へ押圧すると、特に有利な状態が生じる。しかしこのような圧縮方法は、欠陥のない押圧工具を前提とする。なぜならば、押圧工具の歯の範囲における欠陥は、他の歯の係合による補償の可能性なしに、粉末金属素材の歯に完全に模写されるからである。
【０００７】
押圧工具及び粉末金属素材の同じ歯数は、内歯付き部にもかかわらず、周囲に分布した２つ又はそれ以上の個所で、粉末金属素材の歯付き部の同時の圧縮を可能にする。なぜならば、押圧工具は弾性変形して粉末金属素材へ２つ又はそれ以上の個所で押圧されるからである。押圧工具と粉末金属素材との間に、粉末金属素材上へ押圧工具を押しはめるのを可能にする僅かな初期遊隙を設けさえすればよく、この初期遊隙は粉末金属素子の歯表面の圧縮の進行と共に適当に大きくなる。
【０００８】
設けられる過剰方法の範囲における粉末金属素材の歯の可能な圧縮は、粉末金属素材の冷間変形の際圧縮に先行する補正過程中又は歯表面自体の圧縮中に過剰寸法の範囲に生じる材料硬化に関係している。困難な圧縮条件でも充分な表面圧縮を行うことができるようにするため、圧縮の前又は２つの圧縮機過程の間に、粉末金属素材を熱処理して、後に続く圧縮のために変形抵抗を適当に少なくすることができる。
【０００９】
既に最初に述べたように、互いにかみ合う歯の２つの歯面の滑り運動の有害な影響を、潤滑剤の使用によって少なくすることができる。潤滑剤の使用により可能となる僅かな滑り摩擦の利点を、気孔へ侵入する潤滑剤により粉末金属素材の歯表面の圧縮を妨げることなく、係合範囲における歯表面の圧縮の際利用できるようにするため、前圧縮後潤滑剤を使用して粉末金属素材を圧縮することができる。その際表面の気孔を充分閉鎖することになる前圧縮を過剰寸法で行わねばならないので、潤滑剤の使用中に、引続く圧縮にとって有害となる表面気孔への潤滑剤の侵入を防止することができる。
【００１０】
方法を実施するために、粉末金属素材用支持軸、粉末金属素材の過剰寸法を持つ歯付き部範囲へ係合する対向歯付き部を持つ押圧工具、及び押圧工具を粉末金属素材へ押圧する押圧装置を有する装置から出発することができる。このような装置において、粉末金属素材を包囲する内歯環から成る押圧工具が、粉末金属素材と粉末金属素材に対して平行な軸線を持つ押圧装置の押圧ローラとの間に案内されている。押圧工具の内歯環は、押圧ローラと粉末金属素材との間の押圧力伝達体として作用するので押圧工具は係合範囲においてのみ荷重を受け、これが押圧工具の寿命へ有利に影響を及ぼす。
【００１１】
既に説明したように、押圧工具の内歯環と粉末金属素材の過剰寸法を持つ歯付き部とが同じ歯数を持ち、押圧工具が粉末金属素材を遊隙をおいて包囲して、押圧工具への粉末金属素材の差込み又は粉末金属素材上への押圧工具の押しはめを容易にすると、特に有利な荷重状態が生じる。このような実施形態において、押圧装置が、粉末金属素材の支持軸に対して回転対称に設けられる少なくとも２つの押圧ローラを持っていると、１回転中に少なくとも２つの圧縮段階を行うことができるが、押圧工具の内歯環が押圧ローラを介して適当な弾性変形を許容する時にのみ行うことができる。押圧ローラの回転対称な配置は、支持軸の支持部を介する圧縮圧力の一部の除去を防止する。
【００１２】
図面に基いて本発明による方法を詳細に説明する。
【００１３】
図１による実施例によれば、押圧装置５例えば所定の圧力を加えられる液圧シリンダ６を介して、押圧ローラ４により押圧工具３を粉末金属素材１へ押圧する前に、加工すべき粉末金属素材１が支持軸２上に締付けられる。この種の公知の装置とは異なり、押圧工具３は、粉末金属素材１の歯付き部９に対して対向歯付き部８を形成する内歯環７から成っている。押圧工具５の押圧ローラ４は、内歯環７の外周１０上で転がり、対向歯付き部８の歯は粉末金属素材１の歯付き部９の歯溝へ押込まれる。粉末金属素材１の歯は歯面又は歯元の範囲を過剰寸法で燒結されているが、押圧工具３の対向歯付き部８の歯は例えば完成した歯車の歯付き部９の歯の目標寸法に一致しているので、過剰寸法の範囲で歯面又は歯元は、押圧工具３の押圧される歯により、塑性変形しながら圧縮される。その際圧縮は段階的に行われる。なぜならば、粉末金属素材１は支持軸２を介して駆動されるので、粉末金属素材１は、粉末金属素材１と押圧ローラ４との間で案内される押圧工具３の対向歯付き部８内で転がるからである。粉末金属素材１の歯付き部９は内歯付き部の形の対抗歯付き部８と共同作用するので、互いにかみ合う歯付き部８，９の歯面と対向歯面との間の滑り速度は、ころがり点外の係合線の範囲で、粉末金属素材１の圧縮される歯表面の範囲における亀裂又は材料剥落を防止する程度に限定されることができる。なぜならば、押圧工具３の対向歯付き部８の凹な歯面のため、対向歯付き部としての外歯付き部に比較して有利な状態が、粉末金属素材１の歯付き部９の押圧荷重に関して生じるからである。
【００１４】
図１から直ちに読取られるように、粉末金属素材１の歯付き部９の歯面と押圧工具３の対向歯付き部８の歯面との間の滑り運動は、押圧工具３及び粉末金属素材１の転がり円１１，１２の直径比に関係している。直径差が小さくなるほど、両方の歯付き部８及び９の係合範囲にそれだけ有利な圧縮状態が生じる。転がり運動を全くなくすことができるようにするため、図２に示すように、押圧工具３及び粉末金属素材１の歯数を等しくすることができる。この場合押圧工具３は、押圧ローラ４の範囲でのみ、粉末金属素材１の歯付き部９へ押圧され、転がり円１１，１２はほぼ一致している。押圧工具３を粉末金属素材１上へ押しはめることができるようにするため、歯付き部８及び９の間に押圧ローラ４を内歯環７へ当てる際克服される遊隙１３が存在せねばならない。図２による実施例に従って、１つだけでなく互いに対向する少なくとも２つの押圧ローラ４が使用されると、両方の押圧ローラ４の範囲における粉末金属素材１の歯付き部９の歯の圧縮は、押圧ローラ４の押圧作用に対して直角に広げられる押圧工具３の弾性変形の際にのみ可能なので、歯付き部８及び９の間の遊隙は押圧ローラ４の間隔の増大と共に大きくなる。粉末金属素材１の歯付き部９の表面圧縮は、複数の回転で行われるが、この回転の数は１つの周囲個所の範囲でのみの圧縮に比較して適当に少なくすることができる。歯面又は歯元の圧縮のため、粉末金属素材１の歯付き部９と押圧工具３の対向歯付き部８との間の遊隙１３が大きくなるので、押圧工具３からの完成した歯車の取出しは簡単に可能である。
【００１５】
もちろん本発明は図示した実施例に限定されない。即ち個々の押圧工具の対向歯付き部の特別な構成を介して特定の圧縮状態を保証するため、２つ又はそれ以上の異なる押圧工具により、粉末金属素材１の歯付き部９の歯面又は歯元の範囲における圧縮を行うことができる。更に２つの圧縮段階の間で、例えば吹付け、ブラシ掛け又は熱処理により粉末金属素材を中間処理することができ、それにより場合によっては後に続く押圧過程のための特に有利な初期状態が可能になる。適当な表面圧縮後、潤滑剤を使用して更に圧縮を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 圧縮されかつ燒結される粉末金属素材から歯車を製造するための本発明による装置を概略側面図で示す。
【図２】 本発明による装置の図１とは異なる実施例を概略側面図で示す。
【図３】 図２に従って製造されかつ係合範囲で歯表面を圧縮される歯車を押圧工具から取出す前に示す。

Claims (9)

1. 歯付き部範囲に過剰寸法を持つように焼結された粉末金属素材から目標寸法を持つ歯車を製造する方法であって、粉末金属素材の過剰寸法を持つ歯付き部範囲へ、歯車の歯の目標寸法に一致する歯を持つ包囲押圧工具の対向歯付き部を係合させかつ押圧して、粉末金属素材を塑性変形しながら過剰寸法だけ圧縮する方法において、粉末金属素材を包囲する環状押圧工具の内歯付き部として構成される対向歯付き部を、押圧工具の外周の所で押圧ローラにより、粉末金属素材の歯付き部へ押込むことを特徴とする、歯車の製造方法。
2. 粉末金属素材の歯付き部へ連続的に押圧する間、押圧工具の内歯付き部を粉末金属素材の歯付き部上で転がすことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 押圧工具の内歯付き部と粉末金属素材の歯付き部が同じ歯数を持っている場合、遊隙において粉末金属素材を包囲する押圧工具を、周方向に押圧工具と粉末金属素材との相対回転なしに、連続的に粉末金属素材へ押圧することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 周囲に分布する少なくとも２つの個所で、弾性変形しながら押圧工具を粉末金属素材へ押圧することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 圧縮の前又は２つの圧縮過程の間に、粉末金属素材を熱処理することを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の方法。
6. 前圧縮後潤滑剤を使用して粉末金属素材を圧縮することを特徴とする、請求項１〜５の１つに記載の方法。
7. 歯付き部範囲に過剰寸法を持つように焼結された粉末金属素材から目標寸法を持つ歯車を製造するため、粉末金属素材の過剰寸法を持つ歯付き部範囲へ、歯車の歯の目標寸法に一致する歯を持つ包囲押圧工具の対向歯付き部を係合させかつ押圧して、粉末金属素材を塑性変形しながら過剰寸法だけ圧縮する、歯車製造装置であって、粉末金属素材（１）用支持軸（２）、粉末金属素材（１）の過剰寸法を持つ歯付き部範囲へ係合する対向歯付き部（８）を持つ押圧工具（３）を粉末金属素材（１）へ押圧する押圧装置（５）を有し、押圧工具（３）が粉末金属素材（１）を包囲する内歯環（７）から成り、粉末金属素材（１）と粉末金属素材（１）に対して平行な軸線を持つ押圧装置（５）の押圧ローラ（４）との間に内歯環（７）が案内されていることを特徴とする、歯車製造装置。
8. 押圧工具（３）の内歯環（７）と粉末金属素材（１）の過剰寸法を持つ歯付き部（９）範囲とが同じ歯数を持ち、押圧工具（３）が粉末金属素材（１）を遊隙（１３）をおいて包囲していることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 押圧装置（５）が、粉末金属素材（１）の支持軸（２）に対して回転対称に設けられる少なくとも２つの押圧ローラ（４）を持っていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。

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