JP4638302B2 - 冷間鍛造傘歯車 - Google Patents

Description

本発明は、冷間鍛造傘歯車、特に、成形精度が高く、成形後の追加加工を削減できるようにした冷間鍛造傘歯車に関する。

従来、傘歯車を製造する技術的手段として、切削加工による手段、あるいは熱間鍛造による手段がよくり知られているが、切削加工では加工に長時間必要であること、また熱間加工では精度が悪く別の面倒な後加工が必要であることなどの理由から、それぞれ多くの工数および時間が必要であり、製造コストが嵩むという問題がある。

そこで、切削加工、熱間鍛造に代えて、冷間鍛造により、傘歯車を成形する技術手段が既に提案されている。（特許文献１参照）。
特開２００１−２０５３８５号公報

ところで、傘歯車を冷間鍛造するには、冷間成形型が用いられることから、冷間鍛造傘歯車の成形精度を高めるには、冷間鍛造成形型内での肉の流れを良くし、特に、傘歯を成形する部分の肉の逃げ性を良くすることが必要であるが、特許文献１に示される冷間鍛造手段では、その肉逃げ性を良くしようとする技術手段が開示されておらず、一般的には、成形過程で、平面状に形成される、傘歯の谷部（溝部）の途中に肉が滞留してしまう傾向があり、成形時の歯面形状の精度向上には限界があるという課題がある。

本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、前記課題を解決した新規な冷間鍛造歯車を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、互いに開閉可能な上ダイと下ダイと、その上、下ダイに対して、成形される傘歯車の歯車軸線と平行にそれぞれ摺動可能に設けられる上ポンチと下ポンチとより構成され、それらによって画成されるキャビティー内の鍛造素材を、上、下ポンチを相互に接近する方向に移動させ、加圧することにより冷間鍛造成形する傘歯車であって、
相隣り合う傘歯の歯底間を連絡する谷部分は、その長手方向の中央部分が、歯車軸線に沿って内側に凹の湾曲面に成形されており、またその中央部分からトー側に向かうトー側部分が歯車軸線と平行であり、その中央部分と滑らかに連続され、さらに中央部分からヒール側のフランジ部に向かう凹状曲面のヒール側部分が、その中央部分と滑らかに接続され、
さらに、傘歯のトー側端部には、該傘歯の歯先および歯元から外れた位置に歯車軸線と平行なバリが形成され、このバリは、傘歯車の歯部を成形する上ダイと上ポンチとの接合境界線に形成されている、前記キャビティーに連通する肉逃げ部により成形されることを特徴としている。

また、上記目的達成のため、請求項２記載の発明は、前記請求項１記載のものにおいて、前記傘歯の山部分は、歯車軸線に沿って外側に凸の湾曲面に成形されていることを特徴としている。

さらに、上記目的達成のため、請求項３記載の発明は、前記請求項１または２記載のものにおいて、前記傘歯の外周縁は、その傘歯の冷間鍛造成形と同時に面取り加工されていることを特徴としている。

前記請求項１項記載の発明によれば、成形時に、傘歯の谷部分を、傘歯を成形する際の肉逃げ部として機能させることができて、該谷部分に肉が滞留するのを極力防止することができ、高精度の歯部を成形して、成形後の後加工を削減することができる。

また、前記請求項２項記載の発明によれば、傘歯の山部分を、その谷部分と共に傘歯を成形する際の肉逃げ部とすることができ、高精度の歯部を成形することができ、成形後の後加工を削減することができる。またバリ取り加工を行なう場合に傘歯に影響することなくバリ取り加工を行なうことができ、その仕上げ加工を削減することができる。

さらに、請求項３記載の発明によれば、傘歯の面取り加工を削減することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。

この実施例は、本発明傘歯車１を、車両のシャフトドライブ式動力伝達装置の傘歯車軸に実施した場合であり、図１は、本発明傘歯車を備えた傘歯車軸の一部破断側面図、図２は、図１の２線矢視拡大図、図３は、傘歯車軸の要部斜視図、図４は、冷間鍛造型の型締め状態の断面図、図５は、図４の５−５線に沿う断面図、図６は、鍛造素材を成形している状態を示す冷間鍛造型の一部断面図、図７は、冷間鍛造終了後の、鍛造成形傘歯車軸の断面図、図８は、図７の８矢視斜視図、図９は傘歯車軸を用いた車両のシャフトドライブ式動力伝達装置の要部の断面図である。

図１〜３において、全体を符号Ｂで示す傘歯車軸は、精密冷間鍛造により一体成形されるものであり、傘歯Ｔを有する傘歯車１と、その傘歯車１の前側、すなわちそのトー側に隣接するトー側軸部２と、その後側、すなわちそのヒール側に隣接するヒール側軸部３と、さらにそのヒール側軸部３より軸方向後方に一体に延長される延長軸部４とを備えている。前記傘歯車１とヒール側軸部３との境界には、径方向外側に延びる傘歯車１のフランジ部５が一体に成形されている。また、延長軸部４の径大部６には雄スプライン６ｓが一体に成形されている。

トー側軸部２の外端面には、その中心軸線上に加工チャッキング用の孔１８およびこの孔１８の中心に対して上下および左右に対称な十字状の位置決めマーク１９が、この傘歯車軸Ｂの冷間鍛造時に同時に成形される。この位置決めマーク１９は、傘歯車軸Ｂの冷間鍛造後に、これを仕上げ加工すべく精密加工機などにチャッキングする時に、傘歯Ｔの位置を確実に認識させるためのものであり、これにより、後加工時の誤加工が防止される。また、延長軸部４の外端面の中心軸線上には、加工チャッキング用の円錐状凸部２０が、この傘歯車軸Ｂの冷間鍛造時に同時に成形される。このチャッキング用の凸部２０の尖端は、後の使用例で述べるように、傘歯車軸Ｂの後端に連接される他の部材（プロペラシャフト１２０）と接触されて、傘歯車軸Ｂと他の部材間の接触面積を小さくすることができ、それら間の摩擦抵抗を低減することができる。

傘歯車軸Ｂの冷間鍛造時には、傘歯車１のフランジ部５の、前面（傘歯１側の面）において、隣り合う傘歯Ｔの間に、識別マーク１６（図３参照）が同時に刻印成形される。この識別マーク１６は、連続する製造工程の中で、鍛造時刻や鍛造型を示すものであるが、この識別マーク１６を、冷間鍛造時に同時に前記の部位に成形することにより、この識別マーク１６は、(1) 高精度に成形された歯部に影響を及ぼすことがない、(2) 冷間鍛造後の刻印で、傘歯車１に外力を加えないで済む、(3) 冷間鍛造後に機械加工することのない部分に刻印できる、という利点がある。

つぎに、傘歯車軸Ｂに設けられる傘歯車１の構造を説明するに、図１〜３に示すように、傘歯車１の相隣り合う傘歯Ｔの歯底間を連絡する谷部分（溝部）１０は、その長手方向に沿って内側に凹む湾曲面よりなる中央部分１０ｃと、この中央部分からトー側に向かって歯車軸線Ｌ−Ｌと平行に延びるトー側部分１０ｔと、前記中央部分１０ｃからヒール側のフランジ部５に接続する凹状曲面のヒール側部分１０ｈとより、全体とし滑らかな連続面として形成されている。また、傘歯Ｔのトー側部分１０ｔの端面には、歯底よりもさらに内側に向かう径方向の段差面１２が形成され、この段差面１２は、前記トー側軸部２に接続される。

また、傘歯Ｔの山部分１４は、その軸線方向の全長にわたり、長手方向に沿って外側に凸状曲面に形成されており、この山部分１４のトー側端縁は、傘歯Ｔのトー側の端面に接続され、またそのヒール側端縁は、ヒール側のフランジ部５に接続される。

しかして、傘歯車１の歯部の構造を前述のように構成することにより、この傘歯車１を冷間鍛造成形するにあたり、
(1) 鍛造素材の肉の逃げ性、特に傘歯Ｔの谷部分（溝部）１０の肉の逃げ性を良好にして冷間鍛造精度を高めること、
(2) 冷間鍛造後の、冷間鍛造成形歯車に発生するバリが、傘歯Ｔの成形精度に影響を及ぼすことがなく、しかもバリ取り加工を削減できること、
(3) 傘歯の外周縁の面取りなどの追加加工を削減できること、
などの利点がある。

図４には、前記傘歯車１を備えた傘歯車軸Ｂを冷間鍛造成形するための冷間鍛造成形型Ｍが示される。この冷間鍛造成形型Ｍは、通常のように、互いに開閉可能な上ダイ３０と下ダイ３１およびその上、下ダイ３０，３１にそれぞれ摺動可能に設けられる上ポンチ３２と下ポンチ３３とより構成され、それらによって画成されるキャビティーＣＡ内の鍛造素材を、上、下ポンチ３２，３３を相互に接近する方向に移動させることにより加圧して傘歯車軸Ｂが冷間鍛造成形される。

ところで、傘歯車１の歯部を成形する上ダイ３０と上ポンチ３２との接合境界線（パーテイングライン）Ｆ１は、成形される傘歯車１の歯車軸線Ｌ−Ｌと平行であり、傘歯Ｔの成形面から外れた位置、すなわち傘歯Ｔの歯先Ｒおよび歯元Ｄから外れた位置にあって、その接合境界線Ｆ１にキャビティーＣＡに連通する肉逃げ部３５が形成されている。

図６に示すように、冷間鍛造過程で、キャビティーＣＡの、傘歯Ｔを成形する部分を流動する鍛造素材は、谷部分１０の、凹状湾曲面よりなる中央部分１０ｃから歯車軸線Ｌ−Ｌと平行なトー側部分１０ｔへと連続した成形面と山部分１４の成形面に沿ってスムーズに流れて、谷部分１０の途中に、鍛造素材が肉となって滞留（前記特許文献１のものでは、平面状に形成される谷部分に肉が溜まり易い）することがなく、これにより高精度の傘歯Ｔが成形される。そして、残余の鍛造素材は、谷部分１０の歯車軸線Ｌ−Ｌと平行なトー側部分１０ｔを経て肉逃げ部３５へとスムーズに流れ、鍛造成形終了後の鍛造成形歯車１には、バリ３８（図７参照）が成形される。このバリ３８は傘歯Ｔの歯先Ｒおよび歯元Ｄとは外れた位置にあるので、その後の仕上げ加工でのバリ３８の切断により、成形した傘歯Ｔに影響を及ぼすことがない。

また、鍛造成形型Ｍにより、傘歯Ｔは、その外周縁を面取り加工されつつ成形されるが、このとき、上、下ダイ３０，３１との接合境界線（パーテイングライン）Ｆ２は、傘歯Ｔから外れた位置で、ヒール側のフランジ部５の径方向外側に設けられ、この接合境界線Ｆ２にキャビティーＣＡに連通する他の肉の逃げ部３６が設けれれるので、傘歯成形後の残余の鍛造素材は、他の肉の逃げ部３６へとスムーズに流れて、成形終了後の鍛造成形歯車１には、他のバリ３９が成形される。しかして、このバリ３９（図７参照）も傘歯Ｔから外れた位置にあるので、その後の仕上げ加工時のバリ３９の切断で、成形した傘歯Ｔに影響を及ぼすことがない。

以上により、図７に示すように冷間鍛造成形後の鍛造成形歯車１には、バリ３８、３９が成形されるが、これらのバリ３８，３９は、いずれも成形された傘歯Ｔから外れた位置にあるので、これらのバリ３８，３９の切断により、傘歯Ｔの歯先Ｒおよび歯元Ｄに損傷などの影響を及ぼすことがなく、しかもそれらのバリ３８，３９の切断作業が容易になる。

なお、後述の使用例（図９参照）のように、バリ３８，３９は切断加工せずに、傘歯車１をそのまま使用に供してもよい。

また、図７に示すように、冷間鍛造成形後の鍛造成形傘歯車１には、前述のバリ３８，３９の切断加工の外、図７に２点鎖線にて示す仕上げ加工ラインに沿う仕上げ加工、その他の仕上げ加工がなされて、図１に示す冷間鍛造歯車軸Ｂが完成する。

つぎに、図９を参照して、前述のように冷間鍛造により成形された傘歯車軸Ｂを、車両のシャフトドライブ伝動装置に使用した使用例について説明する。

エンジンＥに連なるプロペラシャフト１２０と、車輪Ｗに連なる車輪軸１２１とは傘歯車伝動機構１２２を介して連動連結される。傘歯車伝動機構１２２のギヤボックス１２３内には、傘歯車軸Ｂが回転自在に支承されており、すなわち、該傘歯車軸Ｂのトー側軸部２はニードル軸受１２４を介して、また、そのヒール側軸部３はボール軸受１２５を介してギヤボックス１２３にそれぞれ回転自在に支承されている。また、傘歯車軸Ｂの延長軸部４の後端には、プロペラシャフト１２０の前端面が接続され、延長軸４とプロペラシャフト１２０とは、それらにそれぞれスプライン結合１２６，１２７される中空円筒状のジョイント１２８により連結される。そして、延長軸部４の後端面の円錐状凸部２０の尖端は、プロペラシャフト１２０の前端面に形成した凹部１２０ｄに接触され、それら間の接触面積を小さくして接触摩擦抵抗を低減している。また、傘歯車軸Ｂの傘歯車１には、ギヤボックス１２３にボール軸受１３０，１３１を介して回転自在に支承されていて車輪軸１２１に連結される大径のリング傘歯車１２９が噛合される。

傘歯車１の段差面１２とギヤボックス１２３との間にクリアランスＣ１を備え、このクリアランスＣ１は、傘歯車１にバリ３８を残したままとすることができる。またフランジ部５とギヤボックス１２３との間にクリアランスＣ２を備え、このクリアランスＣ２は、傘歯車１にバリ３９を残したままとすることができ、この場合、バリ３９の外端を歯車軸線Ｌ−Ｌの略平行に折り曲げることで、このバリ３９がギヤボックス１２３に干渉するの防止することができる。

エンジンＥの駆動力は、プロペラシャフト１２０、傘歯車軸Ｂおよびリング傘歯車１２９を介して車輪軸１２１に伝達される。

なお、図８中、１３２は、プロペラシャフト１２０とジョイント１２８間の間隙をシールするゴムブーツ、１３３は、プロペラシャフト１２０とジョイント１２８間をシールするオイルシールである。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。

たとえば、前記実施例では、本発明にかかる傘歯車を傘歯車軸に実施した場合について説明したが、傘歯車単体にも実施できることは勿論である。

本発明傘歯車を備えた傘歯車軸の一部破断側面図 図１の２線矢視拡大図 傘歯車軸の要部斜視図 冷間鍛造型の型締め状態の断面図 図４の５−５線に沿う断面図 鍛造素材を成形している状態を示す冷間鍛造型の一部断面図 冷間鍛造終了後の、鍛造成形傘歯車軸の断面図 図７の８矢視斜視図 傘歯車軸を用いた車両のシャフトドライブ式動力伝達装置の要部の断面図

１・・・・・・・傘歯車
５・・・・・・・フランジ部
１０・・・・・・谷部分
１０ｃ・・・・・中央部分
１０ｔ・・・・・トー側部分
１０ｈ・・・・・ヒール側部分
１４・・・・・・山部分
３０・・・・・・上ダイ
３１・・・・・・下ダイ
３２・・・・・・上ポンチ
３３・・・・・・下ポンチ
３５・・・・・・肉逃げ部
３８・・・・・・バリ
ＣＡ・・・・・・キャビテイ
Ｄ・・・・・・・歯元
Ｆ１・・・・・・接合境界線
Ｒ・・・・・・・歯先
Ｔ・・・・・・・傘歯
Ｌ−Ｌ・・・・・歯車軸線

Claims (3)

1. 互いに開閉可能な上ダイ（３０）と下ダイ（３１）と、その上、下ダイ（３０，３１）に対して、成形される傘歯車の歯車軸線（Ｌ−Ｌ）と平行にそれぞれ摺動可能に設けられる上ポンチ（３２）と下ポンチ（３３）とより構成され、それらによって画成されるキャビティー（ＣＡ）内の鍛造素材を、上、下ポンチ（３２，３３）を相互に接近する方向に移動させて加圧することにより冷間鍛造成形する傘歯車であって、
   相隣り合う傘歯（Ｔ）の歯底間を連絡する谷部分（１０）は、その長手方向の中央部分（１０ｃ）が、歯車軸線（Ｌ−Ｌ）に沿って内側に凹の湾曲面に成形されており、またその中央部分（１０ｃ）からトー側に向かうトー側部分（１０ｔ）が歯車軸線（Ｌ−Ｌ）と平行であり、その中央部分（１０ｃ）と滑らかに連続され、さらに中央部分（１０ｃ）からヒール側のフランジ部（５）に向かう凹状曲面のヒール側部分（１０ｈ）が、その中央部分（１０ｃ）と滑らかに接続され、
   さらに、傘歯（Ｔ）のトー側端部には、該傘歯（Ｔ）の歯先（Ｒ）および歯元（Ｄ）から外れた位置に歯車軸線（ＬーＬ）と平行なバリ（３８）が形成され、このバリ（３８）は、傘歯車（１）の歯部を成形する上ダイ（３０）と上ポンチ（３２）との接合境界線（Ｆ１）に形成されている、前記キャビティー（ＣＡ）に連通する肉逃げ部（３５）により成形されることを特徴とする冷間鍛造傘歯車。
2. 前記傘歯（Ｔ）の山部分（１４）は、歯車軸線（Ｌ−Ｌ）に沿って外側に凸の湾曲面に成形されていることを特徴とする、前記請求項１記載の冷間鍛造傘歯車。
3. 前記傘歯（Ｔ）の外周縁は、その傘歯（Ｔ）の冷間鍛造成形と同時に面取り加工されていることを特徴とする、請求項１または２記載の冷間鍛造傘歯車。

Images