JP5034276B2

JP5034276B2 - 歯車の製造方法

Info

Publication number: JP5034276B2
Application number: JP2006065891A
Authority: JP
Inventors: 和久飯沼; 英理永田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2026-03-10
Also published as: JP2007237274A

Description

本発明は、歯車の製造方法に関し、より詳細には転造加工法による歯車の製造方法に関する。

ヘリカルギヤは軸心周りに螺旋溝を有する円筒形状の歯車であり、平行軸間で大きな減速比を得る歯車伝達機構に好適である。例えば、自動車のシートの背もたれの傾き調整や位置調整、あるいはウィンドーの開閉など、限られたスペース内でアクチュエータの出力動力を変換して低速の大きなトルクを得る用途に多用されている。ウォームギヤを用いても大きな減速比が得られるが、駆動側と従動側の軸が直交するため平行軸間には適さず、また伝達効率が低いという欠点をもつ。ヘリカルギヤは螺旋溝により形成されるねじれ凹凸歯をもつため、直歯歯車より少ない歯数でも安定して動力を伝達することができ、また伝達効率も高い。

ヘリカルギヤの製造では、円筒状の被加工素材に螺旋溝を加工する必要があり、ホブ加工法のほかに、生産性に優れた転造加工法が用いられている。転造加工法では、被加工素材に対して複数の転造用ダイスを対向配設し、ダイスの加工歯を被加工素材の外周面に食い込ませながら、被加工素材を軸心周りに回転させて、螺旋溝を加工している。転造用ダイスとしては、平ダイス、丸ダイス、プラネタリダイス（プラネタリセグメント及びプラネタリ丸ダイス）などが広く用いられている。

転造加工の際、転造用ダイスの端部によって加工される部分は螺旋溝の形状が不完全となるため、一般的に次工程でこの不完全部分の除去加工が行われている（特許文献１など参照）。この除去範囲は軸方向ピッチの小さなねじ類ではあまり問題にならないが、ねじれ角が小さく軸方向ピッチの大きなヘリカルギヤでは被加工素材の歩留まり低下や除去加工作業工数の増加などの点で優れているとは言えない。

また、図５の部分断面模式図に示すように、所定形状のねじれ凹凸歯１１２に隣接する点線アで示す不完全部分（不完全ねじれ凹凸歯）１１４を切削加工で除去した軸付きヘリカルギヤの場合、実線イで示す切削加工後には部分的に溝部１１８が残ることがある。このため、切削加工後の不完全部分１１４を軸受部とすることができず、例えば、軸受部に相当する分だけ軸部１１６を長くしなければならないために、このようなヘリカルギヤを用いた減速機付きモータなどの小型化を阻害するという問題を生じる。
特開昭５９−９４５４５号公報

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、所定形状の凹凸歯のみを所望の歯幅で確保できるとともに、軸部の長さを短縮することが可能な歯車の製造方法を提供することを課題とする。

本発明の歯車の製造方法は、転造加工によって軸心周りに所定形状の凹凸歯を所望する軸方向長さだけ備えた歯車の製造方法であって、転造加工における転造ダイスは、所定形状の凹凸歯を形成する歯車加工部と、歯車加工により所定形状の凹凸歯に軸方向において隣接して生じ歯先円の径が該所定形状の凹凸歯の歯先円径以下である不完全凹凸歯を平滑化する不完全凹凸歯平滑加工部と、所定形状の凹凸歯を通過させる逃がし部とを備え、不完全凹凸歯平滑加工部は、歯車加工部の終端部からこの終端部に連続して転造ダイスの後端に向かって徐々に高くなるように延伸する緩斜面を有し、逃がし部は、歯車加工部の終端部に連続するとともに不完全凹凸歯平滑加工部に平行し、かつ、歯車加工部の終端部から転造ダイスの後端までその後端に向かって下降する傾斜面を有し、所定形状の凹凸歯に接しないように離間して設けられ、不完全凹凸歯に塑性加工を施すことで平滑化するとともに所望の歯幅を確保することを特徴とする。

本発明の歯車の製造方法は、転造加工工程だけで不完全凹凸歯を除去することが可能であり、従来技術のように後工程で不完全凹凸歯を除去するための切削加工を必要としない。従って、加工設備を削減できるとともに、加工工数の低減を図ることができる。

また、不完全凹凸歯の溝部が転造加工による塑性流動で平滑化された平滑軸部となるため、軸方向長さに不要な部分が生じない。従って、この平滑軸部を軸受部などとして有効に活用することができ、軸方向長さが短いコンパクトな製品設計が可能となる。

まず、本発明に好適な実施形態の転造ダイス（平ダイス）の構成とこれを用いた歯車の製造方法とを図１を参照しながら説明する。本実施形態において歯車はねじれ凹凸歯を有するヘリカルギヤである。

周知のように、転造ダイスは固定平ダイスと可動平ダイス、もしくは一対の可動平ダイスとからなり、これら転造ダイスのダイス面を対向配置させた状態で並行に相対移動させることで被加工素材を転造加工することができる。

図１は転造ダイスの固定平ダイス２０の構成を説明する概要図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＳ視側面図である。なお、可動平ダイスも固定平ダイス２０とほぼ同様の構成であるのでその説明は省略する。

平ダイス２０のダイス面２２には、ねじれ凹凸歯１２（凹凸歯）を形成する歯車加工部２４と、この歯車加工部２４に連続して不完全ねじれ凹凸歯（不完全凹凸歯）（図示せず）を塑性加工する平滑加工部２６と、平滑加工部２６に平行して平ダイスの後端Ｂに向かって下降する傾斜面を有する逃がし部２８が配設されている。

平ダイス２２の進行方向先端Ａから後端Ｂ側へ延伸する歯車加工部２４には、加工方向に向かって傾斜した成形条溝２４ａが形成されている。ここで、転造ダイスの滑りを防止するために、成形条溝２４ａに粗面化を施してもよい。

平滑加工部２６は、歯車加工部２４の終端部Ｃからダイス２０の後端Ｂに向かって延伸する平滑な水平面２６ａである。この水平面２６ａには、ねじれ凹凸歯を形成するための成形条溝は形成されておらず、加工中に所定形状のねじれ凹凸歯１２に隣接する軸部１６に当接して、不完全ねじれ凹凸歯を平滑軸部１４に塑性加工する。不完全ねじれ凹凸歯を確実に平滑化するために、歯車加工部２４の終端部Ｃからダイス２０の後端Ｂまでの長さを軸部１６の外周の２倍以上とするとよい。

なお、水平面２６ａにセレーション２６ｂ（図２（ａ））や粗面化などを施して、転造ダイスの滑りを防止するようにしてもよい。また、平滑加工部２６は、水平面ではなく歯車加工部２４の終端部Ｃからダイス２０の後端Ｂに向かって徐々に高くなるように延伸する緩斜面としてもよい。また、加工方向に向かって登り勾配の緩斜面イと水平面ロと下り勾配の緩斜面ハとを連続して形成した平滑加工部２６’としてもよい。また、図２（ｃ）に示すように、勾配の異なる登り勾配の緩斜面ニ、ホと水平面ヘとを加工方向に向かって傾斜するように連続して形成してもよい。ここで緩斜面ニの勾配θ１は緩斜面ホの勾配θ２よりも大きい（θ２＜θ１）。このように勾配を有する面を加工方向に対して傾斜して設けることで、平滑軸部１４の平滑面を段階的に形成することができる。

逃がし部２８は、上記のように歯車加工部２４の終端部Ｃからダイス２０の後端Ｂに向かって下降する傾斜面で構成されているので、成形された所定形状のねじれ凹凸歯１２に接することなく、徐々に離間してゆく。

なお、逃がし部２８の幅Ｗを所望の歯幅とすることが望ましい。また、逃がし部２８は上記のような傾斜面ではなく、平滑加工部２６の緩斜面２６ａよりｄだけ下がった段差部２８’（図２（ｄ））としてもよい。さらに、図２（ａ）に破線で示すように、段差部２８’の段差面２８’ａに歯車加工部２４で創成した歯車部１２と噛合いする噛合条溝２８’ｂを形成し、歯車部１２と噛合条溝２８’ｂとが噛み合うことでヘリカルギヤが転動して平滑加工部２６における滑りを確実に防止するようにしてもよい。

このように構成されたダイス面２２を持つ一対の転造平ダイス２０に棒体などの被加工素材Ｄを噛込ませて、転造ダイスを相対的に矢印Ｙ方向へ移動させることで、転造されたヘリカルギヤ１０を得ることができる。

図３に、転造されたヘリカルギヤ１０の部分断面模式図を示す。完成したヘリカルギヤ１０は、所定形状のねじれ凹凸歯部分１２と、その回転を他の部材へ伝達する運動伝達部分（軸部）１６とからなる。歯車加工直後には所定形状のねじれ凹凸歯１２に隣接して破線アで示す溝部１８を有する不完全ねじれ凹凸歯が形成されている。しかし、平滑加工部２６で塑性加工することで実線イで示すように平滑化され平滑軸部１４となる。この平滑軸部１４は軸部１６に含まれる。

本発明のヘリカルギヤ１０は、図４に示す減速機付き小型モータ（ギヤードモータ組付体）３０におけるモータ３２のコア３４に圧入固定した状態で用いることができる。ここで、ヘリカルギヤ１０の軸部１６にはナール加工を施し、コア３４に対する圧入固定を強固なものとしている。

モータ３２はねじを介してギヤケース３６に固定されており、ヘリカルギヤ１０は、モータ３２内において軸受３８ａ、３８ｂにより回転自在に支持されている。ヘリカルギヤ１０のねじれ凹凸歯部分１２は、ギヤケース３６内にて回転自在に取り付けられた他のヘリカルギヤ４０に噛合いしている。

この減速機付き小型モータ３０においては、モータ３２から出力された駆動トルクがヘリカルギヤ１０に伝達され、減速機部においてヘリカルギヤ１０から他のヘリカルギヤ４０に伝達され、出力軸４２から外部に取り出される。

このように、ヘリカルギヤ１０を用いることにより、大きな減速比をコンパクトな装置で実現することができる。特に、ヘリカルギヤ１０の不完全ねじれ凹凸歯を平滑化し、平滑軸部１４として軸受３８ａを配置することができるので、ギヤケース３６の高さＨを切りつめることができる。

本発明のヘリカルギヤの製造方法によれば、転造加工工程のみで必要な歯幅を有する所定形状のねじれ凹凸歯の加工と、不完全ねじれ凹凸歯部分の平滑化とを一挙に実施することができるので、被加工素材の材料歩留まりや生産効率を向上することができる。また、組み付け時の軸方向長さを短縮することが可能になる。従って、上述のような減速機付き小型モータに適用すれば、そのモータの軽量化と厚さ方向のコンパクト化を実現することができる。

なお、本発明の歯車の製造方法は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えうることは勿論のことである。例えば、転造ダイスとしては、図１に示す平ダイスに限らず丸ダイス、プラネタリダイスなどにも適用することができる。また、転造工程としては、ねじれ凹凸歯を創成する工程と不完全ねじれ凹凸歯を塑性加工する平滑化工程とを切り離して別工程としてもよい。なお、上記の転造加工と同様にホブ加工により発生する切れ上がり部についても別工程とした平滑化工程で平滑化することができる。

本発明の歯車の製造方法は、ヘリカルギヤのみならず、スパーギヤ、ウォームギヤなど全ての歯車の製造に適用して極めて有用である。

本実施形態に適用した転造ダイスの構成を示す概要図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＳ視側面図である。転造ダイスの他の形態を説明する概要図である。（ａ）は平滑加工部にセレーションを設け、逃げ部に噛合条溝を設けた概念図であり、（ｂ）と（ｃ）は平滑加工部の加工面の形状の変更例であり、（ｄ）は逃げ部を段差部とした概念図である。転造加工で平滑化したヘリカルギヤの断面を示す部分模式図である。本発明により製造されたヘリカルギヤを適用したギヤードモータ組付け体を説明する図である。切削加工で平滑化したヘリカルギヤの断面を示す部分模式図である。

符号の説明

１０：ヘリカルギヤ１２：所定形状のねじれ凹凸歯１４：平滑軸部１６：軸部２０：転造平ダイス２４：歯車加工部２６：平滑加工部２８：逃がし部２８’：段差部２８’ｂ：噛合条溝３０：減速機付き小型モータ３４：モータコア３８：軸受４０：他のヘリカルギヤ４２：出力軸Ｄ：被加工素材

Claims

転造加工によって軸心周りに所定形状の凹凸歯を所望する軸方向長さだけ備えた歯車の製造方法であって、
前記転造加工における転造ダイスは、前記所定形状の凹凸歯を形成する歯車加工部と、
歯車加工により前記所定形状の凹凸歯に軸方向において隣接して生じ歯先円の径が該所定形状の凹凸歯の歯先円径以下である不完全凹凸歯を平滑化する不完全凹凸歯平滑加工部と、
該所定形状の凹凸歯を通過させる逃がし部とを備え、
該不完全凹凸歯平滑加工部は、該歯車加工部の終端部から該終端部に連続して該転造ダイスの後端に向かって徐々に高くなるように延伸する緩斜面を有し、
該逃がし部は、前記歯車加工部の終端部に連続するとともに該不完全凹凸歯平滑加工部に平行し、かつ、該歯車加工部の終端部から該転造ダイスの後端まで該後端に向かって下降する傾斜面を有し、前記所定形状の凹凸歯に接しないように離間して設けられ、
前記不完全凹凸歯に塑性加工を施すことで平滑化するとともに所望の歯幅を確保することを特徴とする歯車の製造方法。