JP4385719B2 - ボス付き歯車状部材の成形方法及びボス付き歯車状部材 - Google Patents

ボス付き歯車状部材の成形方法及びボス付き歯車状部材 Download PDF

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Description

本発明は、各種のカップリング(例えば、駆動軸と被駆動軸とを連結するための固定継手、たわみ継手、自在継手、オルダム継手など)に適用することが可能なボス付き歯車状部材の成形方法に関する。
従来から、例えば自動車のトランスミッションには、種々のタイプのボス付き歯車状部材が適用されており、その一例として、図２(ａ),(ｂ)には、フランジ１００に対して一方側にボス部１０２が成形され、他方側に歯車部１０４が成形されたボス付き歯車状部材１０６が示されている。このボス付き歯車状部材１０６の歯車部１０４には、凸形状の歯１０４ａが周方向に沿って所定ピッチで複数成形されており、これら複数の歯１０４ａを有する歯車部１０４(ボス付き歯車状部材１０６)を成形するために、例えば特許文献１や特許文献２に示すような成形方法が知られている。
特許文献１(特開平２−１２９３０４号公報)の成形方法では、焼結鍛造により複数の歯１０４ａを成形している。具体的には、金属粉末を金型で圧縮成形しながら非酸化性ガス雰囲気中で焼結した後、冷間鍛造により所定の歯形状にサイジングしている。
特許文献２(特開平６−２４６３８８号公報)の成形方法では、冷間鍛造に用いるマンドレルに段部を設け、冷間鍛造時の成形圧力の一部を段部から素材に直接作用させることにより、目的の歯形状にサイジングしている。
ところで、上述したようなボス付き歯車状部材１０６において、その歯車部１０４の歯端部Ｐ(フランジ１００から他方側に延出した複数の歯１０４ａの延出端部Ｐ)に面取りを施す場合もある。この場合、従来の成形方法により歯車部１０４の歯端部Ｐに例えば図１(ｅ),(ｆ)のような面取りを施そうとすると、その面取り形状を出すために金型内に過大な成形圧力を作用させなければならず、成形圧力の大きさによっては金型が破損してしまう畏れがあった。そこで、従来では、冷間鍛造により図２(ａ),(ｂ)に示すようなボス付き歯車状部材１０６を成形した後、その歯車部１０４の歯端部Ｐに対して別途機械加工(例えば、削り加工、磨き加工など)を施していた。
しかし、冷間鍛造による一連の加工プロセスとは別に、面取りを施すための加工プロセスを別途設けると、相互の加工プロセスの違いにより稼働率が低下したり作業ロードが増加して、ボス付き歯車状部材の製造効率が低下してしまう。更に、面取り加工のための設備投資が別途必要となるため、ボス付き歯車状部材の製造コストが上昇してしまう。
特開平２−１２９３０４号公報 特開平６−２４６３８８号公報
本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、面取りを施すための加工プロセスを別途設けること無く、一連の加工プロセス中に歯車部の歯端部に面取りを施すことで、高い製造効率で低価格なボス付き歯車状部材を成形することが可能な成形方法を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明のボス付き歯車状部材の成形方法は、所定の素材の一端側に後方押出し加工を施してボス部を成形すると同時に、素材の他端側に前方押出し加工を施して歯形状の面取り部を成形する第１工程と、第１工程を経た素材のボス部と面取り部との間の押し残り領域に前方押出し加工を更に施して、面取り部から一端側に向けて複数の歯が連続成形された歯車部を成形する第２工程とを有している。このような第１及び第２工程を経ることにより、素材は、一端側にボス部が成形され且つ他端側に面取り部から連続して歯車部が成形されたボス付き歯車状部材として構成される。
この場合、第１工程において、素材の他端側に成形される面取り部は、任意の曲率に設定することが可能である。更に、第２工程後に、素材の押し残りフランジの厚さを減少させるように圧縮成形することにより、複数の歯を有する歯車部を所定形状にサイジングすることができる。
本発明によれば、面取りを施すための加工プロセスを別途設けること無く、一連の加工プロセス中に歯車部の歯端部に面取りを施すことで、高い製造効率で低価格なボス付き歯車状部材を成形することが可能な成形方法を実現することができる。
以下、本発明の一実施の形態に係るボス付き歯車状部材の成形方法について、図１を参照して説明する。
図１(ｅ),(ｆ)に示すように、本実施の形態のボス付き歯車状部材２は、フランジ４に対して一端側に成形されたボス部６と、他端側に歯形状の面取り部Ｐから連続して成形された歯車部８とを備えており、歯車部８には、歯形状の面取り部Ｐから一端側に向けて複数の歯８ａが連続成形されている。なお、歯形状の面取り部Ｐは、フランジ４から他方側に延出した複数の歯８ａの歯端部に成形されている。
ボス付き歯車状部材２は、例えば自動車のトランスミッションをはじめとする各種のカップリング(例えば、駆動軸と被駆動軸とを連結するための固定継手、たわみ継手、自在継手、オルダム継手など)に適用することが可能であり、そのために、歯車部８の外周には、その周方向に沿って所定ピッチで複数の歯８ａが連続成形されている。
この場合、ボス付き歯車状部材２を適用するカップリングの種類や形状寸法などに応じて、歯車部８は任意の形状にサイジングすることが可能であり、同様に、歯形状の面取り部Ｐも任意の曲率に設定することが可能である。
次に、本実施の形態のボス付き歯車状部材２の成形方法の一例について説明する。
まず、図１(ａ)に示すように、ボス付き歯車状部材２の素材として、例えば中空円筒状の金属製素材１０を用意する。ここでは、その一例として、冷間鍛造による成形方法を想定する。なお、金属材料としては、ボス付き歯車状部材２の使用目的や使用環境に応じて最適なものが選択されるため、材料の限定はしない。
次に、図１(ｂ)に示すように、金属製素材１０を所定形状のダイス１２内にセットし、マンドレル１４で密閉保持した状態でパンチ１６で圧縮する。このとき、パンチ１６の圧縮力により、金属製素材１０の一端側がパンチ１６内部に流動する(後方に押出される)と同時に、金属製素材１０の他端側がダイス１２の歯形状段部１８方向に流動する(前方に押出される)。すなわち、ボス部６を成形するための成形力を利用し、その反力側に設けた歯形状の面取り部Ｐを同時に成形するものである。ダイス１２の歯形状段部１８は湾曲面を成しているため、かかる段部１８に向けて前方に押出された金属製素材１０の他端側には、所定の曲率を有した面取り部Ｐ(図１(ｅ),(ｆ)参照)が成形される。この場合、面取り部Ｐの曲率は、湾曲面を成す段部１８の湾曲状態(湾曲の度合い)に応じて任意に設定することができる。例えば、湾曲の度合いを小さくすれば、曲率の小さな面取り部Ｐを成形することができ、これに対して、湾曲の度合いを大きくすれば、曲率の大きな面取り部Ｐを成形することができる。
このとき、マンドレル１４の段部１７に後方押出し部の端面を当接させ、更に押込んで前方側に設けた空間１９に材料を流動させれば、ボス部６の長さを規制でき、かつ、歯形状段部１８への材料充満(充填)を促進することができる。
続いて、図１(ｃ)に示すように、パンチ１６で金属製素材１０の押し残り領域に前方押出し加工を更に施して、面取り部Ｐから一端側に向けて複数の歯８ａが連続成形された歯車部８(図１(ｅ),(ｆ)参照)を成形する。
そして、図１(ｄ)に示すように、パンチ１６で金属製素材１０の押し残りフランジＦ(成形後にフランジ４となる部分)を圧縮成形することにより、複数の歯８ａを有する歯車部８を所定形状にサイジングする。このときのサイジング量に応じて、歯車部８の各歯８ａの長さ寸法が決まる。なお、サイジング量は、ボス付き歯車状部材２を適用するカップリングの種類や形状寸法などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。
また、ボス部６の長さ寸法は、例えば歯車部８の各歯８ａの歯元径よりも若干小さい径の穴(特に図示しない)をマンドレル１４に形成しておけば、かかる穴に金属製素材１０の一端側の余肉を流動(パンチ１６による後方押出)させることにより、簡単に所望量だけ増減変更することができる。
以上の成形プロセスを経ることにより、図１(ｅ),(ｆ)に示すように、フランジ４に対して一端側に成形されたボス部６と、他端側に面取り部Ｐから複数の歯８ａが連続成形された歯車部８とを備えたボス付き歯車状部材２が成形される。なお、完成したボス付き歯車状部材２は、ノックアウト２０によりダイス１２から排出することができる。
従来技術により、本実施の形態のボス付き歯車状部材２を歯車押出しと同時に面取り部Ｐまで成形しようとすると、面取り部(歯端部)Ｐの形状を出すために金型内に過大な成形圧力を作用させなければならず、成形圧力の大きさによっては金型が破損してしまう畏れがあった。そこで、従来では、冷間鍛造により図２(ａ),(ｂ)に示すようなボス付き歯車状部材を成形した後、その歯車部の歯端部に対して別途機械加工(例えば、削り加工、磨き加工など)を施していた。しかし、冷間鍛造による一連の加工プロセスとは別に、面取りを施すための加工プロセスを別途設けると、相互の加工プロセスの違いにより稼働率が低下したり作業ロードが増加して、ボス付き歯車状部材の製造効率が低下してしまう。更に、面取り加工のための設備投資が別途必要となるため、ボス付き歯車状部材の製造コストが上昇してしまう。
しかし、上述したような本実施の形態の成形方法によれば、ボス部６の成形と同時に面取り部Ｐを成形することにより、面取り部Ｐを成形するための加工プロセスを別途設けること無く、一連の加工プロセス中(本実施の形態では、一連の冷間鍛造プロセス中)に歯車部８の歯端部に面取り部Ｐを成形することができる。この結果、従来に比べて、加工プロセスの一連化により製造効率を向上させることができると共に、加工プロセスの簡略化によりボス付き歯車状部材２の製造コストを低減させることができる。
また、本実施の形態の成形方法によれば、歯車部８の複数の歯８ａの外形を任意に設定することができる。例えば各々の歯８ａの曲率を面取り部Ｐの曲率に整合するように設定することにより、各歯８ａの外観形状を滑らかなＲ(アール)形状にすることができ、これにより、カップリングの種類や形状寸法などに応じたボス付き歯車状部材２を実現することができる。この場合、ボス付き歯車状部材２の歯車部８(複数の歯８ａ)とカップリングとを円滑に嵌合させることが可能となる。
本発明は、自動車のトランスミッションに限らず、例えば船舶や航空機、或いは、各種のカップリング(例えば、駆動軸と被駆動軸とを連結するための固定継手、たわみ継手、自在継手、オルダム継手など)が組み込まれた種々の機械類に利用可能である。
(ａ)〜(ｄ)は、本発明の一実施の形態に係るボス付き歯車状部材の成形プロセスを示す図、(ｅ)は、同図(ａ)〜(ｄ)の成形プロセスにより成形されたボス付き歯車状部材の斜視図、(ｆ)は、ボス付き歯車状部材の側面図。 (ａ)は、従来のボス付き歯車状部材の斜視図、(ｂ)は、従来のボス付き歯車状部材の側面図。
符号の説明
２ ボス付き歯車状部材
４ フランジ
６ ボス部
８ 歯車部
８ａ 歯
１０ 金属製素材
Ｐ 面取り部

Claims (3)

  1. 所定の素材の一端側に後方押出し加工を施してボス部を成形すると同時に、素材の他端側に前方押出し加工を施して歯形状の面取り部を成形する第１工程と、
    第１工程を経た素材のボス部と面取り部との間の押し残り領域に前方押出し加工を更に施して、面取り部から一端側に向けて複数の歯が連続成形された歯車部を成形する第２工程とを有しており、
    素材は、第１及び第２工程を経ることにより、一端側にボス部が成形され且つ他端側に面取り部から連続して歯車部が成形されたボス付き歯車状部材として構成されることを特徴とするボス付き歯車状部材の成形方法。
  2. 前記第１工程において、素材の他端側に成形される面取り部は、任意の曲率に設定することが可能であることを特徴とする請求項１に記載のボス付き歯車状部材の成形方法。
  3. 前記第２工程後に、素材の押し残りフランジの厚さを減少させるように圧縮成形することにより、複数の歯を有する歯車部を所定形状にサイジングすることを特徴とする請求項１又は２に記載のボス付き歯車状部材の成形方法。
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