JP4808955B2

JP4808955B2 - 焼結歯車及びその焼結歯車の歯形成形方法

Info

Publication number: JP4808955B2
Application number: JP2004354295A
Authority: JP
Inventors: 二郎田中
Original assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Sintered Alloy Ltd
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2024-12-07
Also published as: JP2006161959A

Description

この発明は、圧粉工程での歯形成形を金型の保護効果を高めて行うことができ、また、型成形でのばりの発生も抑えることができる焼結歯車と、その焼結歯車の歯形成形方法に関する。なお、この発明は、歯と歯溝を端面又は上面に有し、その歯と歯溝をパンチのみで成形できる歯車、例えば、かさ歯車、フェースギヤ、クラウンギヤ、ハイポイドギヤ、ラックなどに適用できる。

粉末冶金法で製造する焼結歯車は、歯形も含めて全体を金型で成形することができ、切削加工法などで製造する歯車に比べて生産性に優れる。その一方で、複数の金型を使用して成形を行うため、金型の相対移動が起こる部分のエッジ部にばりが発生する欠点を有している。規格外になるほどのばりが発生することがあり、そのときには、発生したばりを手或いは機械加工で除去する方法を従来は採っていた。

例えば、図６に示す焼結かさ歯車は、端面に設ける歯と歯溝を上パンチで成形すると、歯の外端の縁と歯底の外端の縁にばり１１ができる。そのばり１１は規格外の場合、手或いは機械加工で除去するが、その作業は効率が悪く、無駄な時間をついやしている。図のイ部に発生したばりは比較的簡単に除去できるが、歯溝３の外端（図のロ部）及び傾斜した歯面の外端（図６（ｂ）のハ部）に発生したばりは、歯溝が周方向にとびとびに配置されているため一箇所ずつ除去する必要があり、それに膨大な時間を要している。また、粉末成形体を焼結する前にばりを除去すると、歯車の正常な部分まで欠けることがあった。

上述したばりは、上パンチの歯と歯溝を成形する部分と、歯の内端よりも内側を成形する部分を分割し、その分割上パンチを使用して成形を行う場合には、歯２の内端側にも発生する。

なお、下記特許文献１は、圧粉体を焼結して作られる焼結体を鍛造し、その鍛造工程で焼結体の端面とその端面に直交した外周面との間にばりが発生しないようにする方法を開示している。その方法では、焼結体を鍛造する金型の前記端面と外周面を成形する部分の角部にテーパ部と断面がほぼ円弧状の湾曲部を形成し、鍛造後の焼結体の外周に直角なエッジができることを防止する。この方法を応用して、図７に示すように、かさ歯車の歯２と歯溝３の外端にテーパ１２と湾曲１３を付与するとばりの発生を防止することができる。しかしながら、この方法では、歯２と歯溝３を成形するパンチの先端が先鋭になってパンチの強度確保が困難になる。

また、歯と歯溝の成形をダイで行う構造にして上記の不具合を回避する方法を採ると、ダイの加工が難しくなり、さらに、歯車の形状によっては粉末成形体をダイから健全に抜き取ることができなくなるので、歯と歯溝の成形部をダイに設けることが許容されないことも起こり得る。
特許第３１７７９２７号公報

この発明は、パンチの強度低下を招かずに上下いずれかのパンチで歯車の歯と歯溝を成形することができ、ばりの発生も抑制される焼結歯車と、その焼結歯車の歯形成形方法を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、金型成形による歯と歯溝を交互配列にして端面に設け、その歯と歯溝を有する面の少なくとも片方の歯端側コーナに一定幅の平面部を設け、さらに、前記歯の平面部形成側の端面を前記平面部の位置から角度θで斜めに立ち上がらせ、その歯の端面の立ち上がり角θを３０°〜４５°とした焼結歯車を提供する。

この焼結歯車に設ける前記平面部は、その幅を０．２ｍｍ以上確保すると好ましい。また、前記平面部からの歯の端面の立ち上がり角θは、３０°〜４５°にする。前記平面部は、かさ歯車、フェースギヤ、ハイポイドギヤ、クラウンギヤについては、歯を形成する端面の外径側コーナ、内径側コーナ、もしくは外径側コーナと内径側コーナの双方に設ける。また、ラックに対しては、上面の幅方向両端に設ける。

上述したこの発明の歯車は、パンチの先端コーナに一定幅の平面部を設け、さらに、その平面部に沿って歯車の歯と歯溝を成形する溝と歯を交互配列にして設け、前記歯を成形する溝の平面部形成側の溝底を前記平面部の位置から３０°〜４５°の角度で斜めに落ち込ませ、かかる構成としたパンチを原料粉末の圧粉工程において使用し、このパンチで歯形を成形して製造する。この発明においては、かかる歯形成形方法も併せて提供する。

この発明の焼結歯車は、歯と歯溝を有する面の歯端側コーナに平面部を設けたので、歯溝の外端や内端が、歯と歯溝を有する面の平面部形成側のコーナよりも歯車の内側あるいは外側（ラックの場合には両側面）に移り、この部分にばりが発生することがなくなる。また、平面部形成側の歯の端面を平面部から斜めに立ち上がらせた（テーパを付けた）ので、歯先の外端や内端の縁に生じていたばりも発生し難くなる。

さらに、平面部と歯車の外周面や内周面との交差部にばりが発生する可能性が残されているが、この部分は周方向（ラックの場合には長手方向）に連続しているので、仮にばりが発生しても発生したばりを効率良く除去することができる。

また、前述の平面部を設けると、歯と歯溝を成形するパンチの先端に先鋭なエッジができることを回避でき、パンチの強度低下が回避されて歯と歯溝をパンチで成形することが可能になる。そのために、ダイの加工が難しくならず、ダイで歯と歯溝を成形する方法で考えられる型抜きの観点からの製造規制も緩和される。

以下、この発明の実施形態を添付図面の図１乃至図５に基づいて説明する。図１〜図３は、すぐばかさ歯車への適用例である。このかさ歯車は、歯車本体１の端面に歯２と歯溝３を周方向に交互に配列して設けている。歯数、歯のモジュール、ピッチ円径、ピッチ円すい角、歯先円すい角などは、歯車の用途に応じて適宜設定される。このかさ歯車は、歯２を形成する端面の外径側コーナと内径側コーナにそれぞれ一定幅の環状の平面部４を設けており、さらに、歯２の外端２ａを外側の平面部４の内端から角度θの傾き（テーパ）をもって、また、歯２の内端２ｂを内側の平面部４の外端から角度θの傾きをもってそれぞれ立ち上がらせている。５は歯車本体１に一体に形成したボス部である。

図示の平面部４は軸心に対して直角な面にしており、歯車の外周面６ａに対して直角に交わっているが、平面部４は、軸心と直角な面に対して多少傾いていてもよい。平面部４を成形するパンチの先端の強度が損なわれず、しかも、ばりの抑制効果が失われない程度の傾きは許容される。また、この平面部４の幅ｗは、０．２ｍｍ以上、より好ましくは０．３ｍｍ以上確保するとばりの抑制効果が確実に発揮される。

歯２の外端２ａ、内端２ｂの傾斜角度θは、下限を３０°にして歯２の歯面の有効面積減少を抑えることができる。また、上限を４５°にすることで、歯面の有効面積減少抑制の効果とパンチの強度確保及びばり抑制の効果がバランスよく発揮される。

図４は、この発明の歯形成形方法の実施例を示している。図４の７は粉末成形装置のダイ、８は下パンチ、９は上パンチ、１０はコアロッドである。下パンチ８は、互いに分割された下第1パンチ８_−１と、下第２パンチ８_−２の２者を組み合わせており、また、上パンチ９は、互いに分割された上第１パンチ９_−１と上第２パンチ９_−２の２者を組み合わせているが、成形する歯車の形状によっては、一体のパンチを使用することもある。例示の方法では、上第１パンチ９_−１の先端に、かさ歯車の歯を成形する歯溝９ａと、かさ歯車の歯溝を成形する歯９ｂを設けて歯形の成形を上第１パンチ９_−１で行うようにしている。また、上第１パンチ９_−１の先端外周部と先端内周部に、この発明を特徴づける平面部を歯車の端面に付す平坦な平面部成形部９ｃを設け、さらに、成形用歯溝９ａの外端側と内端側の溝底にそれぞれθの角度の傾きを付与している。

かかる構造の上パンチ９を使用して原料粉末を圧縮成形する。この方法によって、ばりの無い、あるいは非常に少ない粉末成形体を得ることができ、従来必要としたばりの除去作業を不要となすことができる。また、図1の外側の平面部４と外周面６ａとが交差してできる外周の稜線と、内側の平面部４と内周面６ｂとが交差してできる内周側の稜線は共に周方向に連続したものになる。従って、仮にそれらの稜線部にばりが生じたとしても、そのばりは、取り易いなめらかな連続した稜線となり、簡単に、あまり時間かけずに除去することができる。

なお、この発明は、例示のすぐばかさ歯車のほか、はすばかさ歯車、まがりばかさ歯車、ゼロールベベルギヤ、フェースギヤ、クラウンギヤ、ハイポイドギヤ、ラックなどに有効に適用できる。

また、上第１パンチ９_−１と上第２パンチ９_−２を分割した図４の上パンチ９は、上第１パンチ９_−１と上第２パンチ９_−２の相対位置を調整して歯車の歯と歯溝を形成する側の密度差を小さくすることができるが、図５に示すように、歯と歯溝を成形する部分と他の領域を成形する部分を一体に形成した上パンチ９Ａを使用して成形を行うこともできる。この一体型の上パンチ９Ａを使用する場合には、歯の内端側では金型の相対移動が起こらないので、平面部形成部９ｃは上パンチの先端外周のみに設ければよい。

また、歯車の歯を成形する歯溝と、歯車の歯溝を成形する歯と、平面部成形部を下パンチに設けて歯車の歯形の成形を下パンチで行うようにしてもよい。

この発明を適用したかさ歯車の断面図図1のかさ歯車の平面図図1のかさ歯車の要部の拡大断面図この発明の歯形成形方法に使用する金型の一例の断面図上パンチの他の例を示す断面図（ａ）焼結歯車の一例を示す断面図、（ｂ）歯と歯溝の端面の一部を示す図特許文献１の技術から考えられる歯車のばり防止形状を示す図

符号の説明

１歯車本体
２歯
２ａ歯の外端
２ｂ歯の内端
３歯溝
４平面部
５ボス部
６ａ外周面
６ｂ内周面
７ダイ
８下パンチ
８_−１下第１パンチ
８_−２下第２パンチ
９、９Ａ上パンチ
９_−１上第１パンチ
９_−２上第２パンチ
９ａ歯溝
９ｂ歯
９ｃ平面部成形部
１０コアロッド
１１ばり

Claims

金型成形による歯と歯溝を交互配列にして端面に設けた焼結歯車であって、前記歯と歯溝を有する面の少なくとも片方の歯端側コーナに一定幅の平面部を設け、さらに、前記歯の平面部形成側の端面を前記平面部の位置から角度θで斜めに立ち上がらせ、その歯の端面の立ち上がり角θを３０°〜４５°としたことを特徴とする焼結歯車。
前記平面部を、前記歯と歯溝を有する面の外径側コーナと内径側コーナの双方に設けた請求項１に記載の焼結歯車。
前記平面部の幅を０．２ｍｍ以上とした請求項１又は２に記載の焼結歯車。
パンチの先端コーナに一定幅の平面部を設け、さらに、その平面部に沿って歯車の歯と歯溝を成形する溝と歯を交互配列にして設け、前記歯を成形する溝の前記平面部形成側の溝底を前記平面部の位置から３０°〜４５°の角度で斜めに落ち込ませ、
かかる構成としたパンチを原料粉末の圧粉工程において使用し、このパンチで請求項１乃至３のいずれかに記載の焼結歯車の歯形を成形する焼結歯車の歯形成形方法。