JP4626280B2 - 油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法、及び、この製造方法によって製造した歯付き伝動部材 - Google Patents

Description

本発明は、油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法、及び、この製造方法によって製造した製品に関し、歯付き伝動部材の歯の表面に形成された池状の凹部、あるいは溝状部から、相手方歯付き伝動部材と噛み合う歯面に潤滑油を供給するための油溜まりを形成する技術に関する。

歯車、スプライン、ねじ等の歯付き伝動部材は相手方歯付き伝動部材と噛み合うことにより動力を伝動する機械部品であり、大きな面圧で歯面が互いに接触するだけでなく相対的滑りが生じる。そのため、歯面の摩耗を防止する、動力損失を防止する、及び、なめらかな伝動を行わせるため、歯面（噛み合い面）部には絶えず潤滑油（剤）が存在していることが必要である。

歯面への潤滑油を供給するための方法としていくつかの方法が知られている。そのひとつは、歯面に単数あるいは複数の油溝を形成し、この油溝の中の潤滑油を歯面に自然に拡散させる方法である。例を、特許文献１から特許文献３までに示す。このような潤滑方法は、古くから考えられており、原理が簡単であり、潤滑油補給等のメンテナンス間隔を長くすることができる長所がある。しかしながら、複雑な曲面をなす歯面に溝を加工すること自体が非常に難しいため、特に量産においても使用できるような安価な加工方法は実現していない。

特開２００４−１５５２２３号公報 特開２００３−２０７０３１号公報 特開平０８−２２６５３６号公報 特開２００２−０７９３４９号公報 特開平１１−０１０２７４号公報 特開平０７−３１０８０７号公報 特開平０７−３０８７２９号公報

本発明は、上述のような状況に鑑みてなされた発明であって、それほどコストを上昇させることなく量産においても十分に使用できる、油溜まりを備えた歯付き伝動部材を製造する方法、更には、この製造方法によって製造した歯付き伝動部材を提供することを課題とする。

「第１番目の発明の解決手段」
第１番目の発明の解決手段は、棒状素材の円筒表面に油溜まりの元となる細かい原始凹部を形成する原始凹部成形工程、及び、目的とする歯付き伝動部材と相補的な断面形状を備えた鍛造金型に、上記原始凹部が形成された上記棒状素材を押し込む冷間鍛造工程からなり、上記冷間鍛造工程によって成形された歯付き伝動部材の表面に上記原始凹部の痕跡を残すことによってこれを油溜まりとする油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法において、
上記原始凹部を上記棒状素材の円筒表面に形成されたらせん溝とし、溝状の油溜まりをうること
を特徴とする油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法
である。

「第２番目の発明の解決手段」
第２番目の発明の解決手段は、棒状素材の円筒表面に油溜まりの元となる細かい原始凹部を形成する原始凹部成形工程、及び、目的とする歯付き伝動部材と相補的な断面形状を備えた鍛造金型に、上記原始凹部が形成された上記棒状素材を押し込む冷間鍛造工程からなり、上記冷間鍛造工程によって成形された歯付き伝動部材の表面に上記原始凹部の痕跡を残すことによってこれを油溜まりとする油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法において、
上記原始凹部を上記棒状素材の円筒表面に形成された多数の環状の溝とし、溝状の油溜まりをうること
を特徴とする油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法
である。

「第３番目の発明の解決手段」
第３番目の発明の解決手段は、棒状素材の円筒表面に油溜まりの元となる細かい原始凹部を形成する原始凹部成形工程、及び、目的とする歯付き伝動部材と相補的な断面形状を備えた鍛造金型に、上記原始凹部が形成された上記棒状素材を押し込む冷間鍛造工程からなり、上記冷間鍛造工程によって成形された歯付き伝動部材の表面に上記原始凹部の痕跡を残すことによってこれを油溜まりとする油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法において、
上記原始凹部を上記棒状素材の円筒表面に長さ方向に沿って形成された多数の縦溝とし、溝状の油溜まりをうること
を特徴とする油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法
である。

「第４、５及び６番目の発明の解決手段」
第４、５及び６番目の発明の解決手段は、それぞれ、第１番目から第３番目までの発明の油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法によって製造した平歯あるいは斜歯を備えた歯車、雄スプライン及び雄ねじである。

以上の構成から明らかなように、本発明の製造方法は、従来困難であった油溜まりを備えた歯付き伝動部材をそれほどコストを上昇させることなく容易に量産することができるという効果を奏する。

以下の実施例の説明に入る前に、型鍛造によって歯付き伝動部材を製造するための装置について説明する。この装置は特別なものではなく、上記特許文献４から特許文献７までに示されるような型鍛造装置が使用できる。

図１は、このような型鍛造装置の要部の一部断面図である。鍛造金型１０は、中心部に孔１１が形成されており、この孔の下方は歯形相補部１１１であり、目的とする歯付き伝動部材の外形と相補的な形状を有している。歯形相補部１１１の上方は円筒導入部１１２であり、更に上方から素材Ｗがこの孔１１内に導入される。円筒導入部１１２と歯形相補部１１１の境界には円錐状の案内部１１３が形成されている。

加工時には、上方から素材Ｗを円筒導入部１１２に挿入し、不図示の上型で素材Ｗを下方に向けて押し込む。すると、素材Ｗの材料は、案内部１１３を通って歯形相補部１１１へと塑性変形を受けながら移動する。予め定めた位置まで素材Ｗを押し込むと、上記上型の押し下げ移動が停止される。これにより、素材Ｗの変形によって、素材Ｗには、案内部１１３及び歯形相補部１１１の形状が転写される。

その後、上型を引き上げ、下方から不図示のノックアウトピンによって素材Ｗをたたくようにして押し上げ、完成した歯付き伝動部材を取り出す。これにより軸線に沿った歯（平歯）のみならず図１に示すような斜歯を持った歯付き伝動部材を製造することができる。

上記加工は冷間で行われ、歯面は十分に滑らかになるため、研削等の仕上げ加工することなく通常の用途であれば歯車等の歯付き伝動部材として使用可能である。

本発明では、上記素材Ｗに各実施例に示すような前加工（原始凹部成形工程）が行われ、この前加工を施すによって、完成後の製品の歯面には油溜まりが形成される。

「実施例１」
図２は、実施例１における素材Ｗの形状を示す斜視図である。素材Ｗの円筒表面に、油溜まりの元となる細かい原始凹部としてらせん溝が形成される。この原始凹部成形工程は、実施例１の場合、旋盤によって間隔の狭いらせん状筋溝を円筒表面に切削することにより簡単に実行することができる。

このらせん溝が形成された素材Ｗを、図１に示されるように、目的とする歯付き伝動部材と相補的な断面形状を備えた鍛造金型１０に押し込む。この工程は冷間鍛造工程である。このらせん溝の条数は、１条でとすることも複数条とすることも可能である。

図３は、上記素材Ｗの含軸断面の一部を示す説明図であって、（１）は原始凹部成形工程を経た後のもの、（２）は冷間鍛造工程を経た後のものである。

図３（１）に示されるように、原始凹部成形工程を経たばかりのらせん溝２１の間隔は密であるが、冷間鍛造工程を経ることにより、らせん溝２１の間隔と幅が広がり、深さも浅くなる。そして、らせん溝２１相互の間には直線状部が形成される。この直線状部は、鍛造金型１０の面に沿った輪郭を形成するので、巨視的に見れば、歯付き伝動部材、例えば歯車、の外形を作ることになる。微視的に見たとき、当初のらせん溝２１は浅い溝状の痕跡として残されるため、この痕跡が油溜まりとなる。らせん溝２１の痕跡（油溜まり）は、歯面だけでなく、歯底部、歯頂部などにも存在することになるが、特に害となるようなことはない。

図４は、らせん溝が形成された素材Ｗの写真、図５は、冷間鍛造工程後の歯車の写真である。図５の写真から、歯車部には歯面だけでなく歯頂部、歯底部、さらには円錐部にも縞状の模様が認められることがわかる。これは上記直線状部と上記浅い溝状の痕跡（つまり油溜まり）が交互に存在していることから縞状に見えるためである。縞状の模様には、曲がりが生じているが、これは場所によって鍛造時の材料の流れ速度が違うことから生じている。

「実施例２」
図６は、実施例２における素材Ｗの形状を示す斜視図である。素材Ｗの円筒表面に、油溜まりの元となる原始凹部として多数の環状の溝２３が形成される。成形される溝が環状であることを除き、他は実施例１の場合と同様である。

「実施例３」
図７は、実施例３における素材Ｗの形状を示す斜視図である。素材Ｗの円筒表面に、油溜まりの元となる細かい原始凹部として長さ方向に沿って形成された多数の縦溝２４が形成される。縦溝２４は、リング状の切削歯、型削り盤等の切削、あるいは歯付きの金型を用いた転造等により形成可能である。形成される溝が縦溝であることを除き、他は実施例１の場合と同様である。

「実施例４」
図８は、実施例４における素材Ｗの形状を示す斜視図である。この例は、原始凹部を進み角の大きいらせん溝２５とし、これを交差するようにしたものである。このような原始凹部の加工には、切削によるほか、ローレット加工法などがが利用できる。

上記いずれの実施例においても、歯付き伝動部材の歯の表面には浅い凹部が形成され、これが油溜まりとなる。油溜まりから潤滑油が拡散し、歯面を潤滑する。また、塑性流動を伴う加工のため、形成された油溜まりは不規則に配置されることになるが、不規則であることが特に問題を生じさせるようなことはない。さらに、上記実施例開示の技術を組み合わせて使用することも可能である。

パワーステアリングのピニオンギア、ウォームギア、などでは、定期的なメンテナンスによって潤滑油を供給することが困難な箇所に組み付けられるため、歯面に油溜まりを形成することが特に有効であり、本発明の方法をこれら歯付き伝動部材の製造に効果的に採用することができる。更に、本発明の方法は、実施例に示した歯車だけでなく、油溜まりを備えた雄スプライン、リードの大きい雄ねじなどの他の歯付き伝動部材全般の製造にも使用することができる。

図１は、本発明を実施することが可能な型鍛造装置の要部の一部断面図である。 図２は、実施例１における素材Ｗの形状を示す斜視図である。 図３は、実施例１の素材Ｗの含軸断面の一部を示す説明図であって、（１）は原始凹部成形工程を経た後のもの、（２）は冷間鍛造工程を経た後のものである。 図４は、実施例１のらせん溝が形成された素材Ｗの写真である。 図５は、実施例１の冷間鍛造工程後の歯車の写真である。 図６は、実施例２における素材Ｗの形状を示す斜視図である。 図７は、実施例３における素材Ｗの形状を示す斜視図である。 図８は、実施例４における素材Ｗの形状を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 鍛造金型
１１ 孔
１１１ 歯形相補部
１１２ 円筒導入部
１１３ 案内部
２１、２５ らせん溝
２３ 環状の溝
２４ 縦溝
Ｗ 素材

Claims (6)

1. 棒状素材の円筒表面に油溜まりの元となる細かい原始凹部を形成する原始凹部成形工程、及び、
   目的とする歯付き伝動部材と相補的な断面形状を備えた鍛造金型に、上記原始凹部が形成された上記棒状素材を押し込む冷間鍛造工程からなり、
   上記冷間鍛造工程によって成形された歯付き伝動部材の表面に上記原始凹部の痕跡を残すことによってこれを油溜まりとする油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法において、
   上記原始凹部を上記棒状素材の円筒表面に形成されたらせん溝とし、溝状の油溜まりをうること
   を特徴とする油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法。
2. 棒状素材の円筒表面に油溜まりの元となる細かい原始凹部を形成する原始凹部成形工程、及び、
   目的とする歯付き伝動部材と相補的な断面形状を備えた鍛造金型に、上記原始凹部が形成された上記棒状素材を押し込む冷間鍛造工程からなり、
   上記冷間鍛造工程によって成形された歯付き伝動部材の表面に上記原始凹部の痕跡を残すことによってこれを油溜まりとする油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法において、
   上記原始凹部を上記棒状素材の円筒表面に形成された多数の環状の溝とし、溝状の油溜まりをうること
   を特徴とする油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法。
3. 棒状素材の円筒表面に油溜まりの元となる細かい原始凹部を形成する原始凹部成形工程、及び、
   目的とする歯付き伝動部材と相補的な断面形状を備えた鍛造金型に、上記原始凹部が形成された上記棒状素材を押し込む冷間鍛造工程からなり、
   上記冷間鍛造工程によって成形された歯付き伝動部材の表面に上記原始凹部の痕跡を残すことによってこれを油溜まりとする油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法において、
   上記原始凹部を上記棒状素材の円筒表面に長さ方向に沿って形成された多数の縦溝とし、溝状の油溜まりをうること
   を特徴とする油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法。
4. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載された油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法によって製造した平歯あるいは斜歯を備えた歯車。
5. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載された油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法によって製造した雄スプライン。
6. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載された油溜まりを備えた歯付き伝動部材の製造方法によって製造した雄ねじ。