JP5929569B2

JP5929569B2 - 歯車の製造方法

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Publication number: JP5929569B2
Application number: JP2012150538A
Authority: JP
Inventors: 哲朗丸野; 恒隆小池
Original assignee: Sunstar Giken KK
Current assignee: Sunstar Giken KK
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2032-07-04
Also published as: JP2014012287A

Description

本発明は、外周部に歯を有する歯車の製造方法に関する。

通常、平歯車、はすば歯車、ウォーム歯車、スプロケットなどのように外周部に歯を有する歯車の製造方法は、先ず歯車の外径に応じた直径に金属板を打ち抜いて一次成形品を製作し、この一次成形品をホブ盤などの歯切り盤に１枚ずつセットして歯切りを行って製作している。

また、歯車の製造方法として、歯車の外径に応じた直径のリング状の一次成形品を製作し、該一次成形品に周方向に間隔をあけて設けた複数の貫通孔に連結軸を挿通させるとともに、該一次成形品の中央部にテーパコーンを装着して、複数枚の一次成形品を積層状に重ね合わせた状態で一体的に結合し、この一体的に結合した複数枚の一次成形品を歯切り盤にセットして、複数枚の一次成形品に対して同時に歯切りを行うようになした歯車の製造方法も知られている（例えば、引用文献１参照。）。

一方、歯車として、歯切り加工を省略するとともに、噛合部に対して潤滑油の供給を円滑に行うために、外周部に歯を形成した歯車構成板をプレス成形により製作し、この歯車構成板に対して１組の凹部と凸部とからなる凹凸部を該歯車構成板の同一箇所の表裏面に、周方向に間隔をあけて形成し、複数枚の歯車構成板を積層状に配置して、隣接する歯車構成板の凹部に凸部をプレス圧入することにより、複数枚の歯車構成板を一体的にかしめ付けてなる歯車が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、シャフト等の回転速度を検出するため、シャフト等に円板状の部材を固定し、該円板状の部材の一方の面に周方向に一定間隔おきに複数の突部を形成し、該突部に対面するように静電容量を検出する非接触型のセンサを配置させ、センサからのパルス信号に基づいて円板状の部材の回転速度を検出するように構成したものが広く実用化されている（例えば、特許文献３参照。）。

実開昭６３−２７２２１号公報実用新案登録第３０８４７７８号公報特開２００５−２４９４９２号公報

ところで、複数枚の歯車に対して同時に歯切りを行う方法としては、特許文献１記載のように、歯車に貫通穴を形成し、該貫通穴に連結軸を挿通させて一体化する方法が一般的であり、歯車に周方向に間隔をあけて複数の凹凸部を形成し、凸部を凹部に嵌合させて隣接する歯車を一体化した状態で、複数枚の歯車に対して歯切りを行う方法は提案されていなかった。

なお、特許文献２記載の歯車は、凹凸部を有するものの、歯は歯切り加工により形成したものではなく、プレス成形により形成したものである。また、凹凸部は、かしめ付けにより複数枚の歯車構成板を一体化させるためのものであり、複数枚の歯車構成板を着脱可能に凹凸嵌合させるためのものではない。しかも、凸部は円錐台状に形成され、また凹部は凸部の外形寸法よりも多少小さい寸法に構成されており、凸部を凹部に嵌合させて複数枚の歯車構成板を重ね合わせると、歯車構成板間に隙間が形成され、この隙間分だけ凸部を凹部にプレス圧入して凹凸部をかしめ付けないと、隙間なく歯車構成板を重ね合わせることができないものである。

本発明の目的は、複数枚の歯車を同時に歯切り可能で、しかも歯切り時に用いた凸部を、歯車の回転速度を検出するための被検出部として有効活用可能な歯車の製造方法を提供することである。

本発明に係る歯車の製造方法は、歯車の外径に応じた直径に金属板を打ち抜いて一次成形品を製作する打抜工程と、前記一次成形品に対してパンチとダイを用い、前記パンチの先端部を一次成形品の厚さ方向の途中部まで挿入することで、１組の凹部と凸部とからなる凹凸部を該一次成形品の同一箇所の表裏面に、周方向に間隔をあけて複数組プレス成形して二次成形品を製作する半抜工程と、前記二次成形品の凸部をそれに隣接する二次成形品の凹部に嵌合させて、複数枚の二次成形品を周方向に相対移動不能に重ね合わせた状態で、該複数枚の二次成形品に対して歯切り加工を施して歯を形成する歯切り工程とを備えたものである。

この歯車の製造方法では、二次成形品の凸部をそれに隣接する二次成形品の凹部に着脱自在に嵌合させて、複数枚の二次成形品を周方向に相対移動不能に略隙間なく重ね合わせた状態で、該複数枚の二次成形品に対して歯切り加工を施して歯を形成するので、歯車を効率的に製作することができる。しかも、歯切り加工時に用いた凸部を、歯車の回転速度を検出するための被検出部として有効活用することも可能となる。また、凹凸部の成形後に歯切りを行うので、被検出部の個数を増やすため、凹凸部を歯車の外周縁近くに形成した場合でも、凹凸部を形成することによる歯の成形精度が低下することもない。

ここで、前記パンチの外形寸法をダイ孔の内形寸法よりも大きく設定し、前記パンチの外面とダイ孔の内面間の間隔を０．１ｍｍ〜０．３ｍｍに設定したり、前記パンチ側のダイ孔の開口縁のアールを０ｍｍ〜０．１ｍｍに設定したりすることが好ましい実施の形態である。このように構成することで、二次成形品に形成されている凹凸部を略隙間無く凹凸嵌合可能な寸法に成形することができ、歯切り工程において、複数枚の二次成形品を凹凸嵌合により周方向に精度良く位置決めして歯切りすることが可能となり、歯の成形精度を向上できる。

前記凸部を歯車の回転速度を検出するためのセンサに対面配置される被検出部として用いることが好ましい実施形態である。このように構成することで、歯切り時に用いた凸部を、歯車の回転速度を検出するための被検出部として有効活用することができる。

前記プレス工程と歯切り工程間或いは歯切り工程の後に、前記凸部の頂面を平坦に切削して、頂面の外縁に角部を形成する頂面切削工程を設けることが好ましい。このように構成すると、歯車の回転速度を検出するための被検出部として凸部を用いる場合において、凸部に対面するセンサからの信号をメリハリのある綺麗な矩形波状に形成することが可能となり、回転速度の測定不良を効果的に防止できる。

前記凸部の突出方向の各部における横断面寸法を略同じに設定することが好ましい実施の形態である。凸部を円錐台状に形成することも可能であるが、この場合には凸部の頂面が膨らんで凸部の頂部を平坦に切削加工するのに多くの時間を要する。それに対して、本発明のように構成すると、凸部の頂面の膨らみを少なくして、凸部の頂部を平坦に切削加工するための加工時間を短縮できるので好ましい。

本発明に係る歯車の製造方法によれば、二次成形品の凸部をそれに隣接する二次成形品の凹部に着脱自在に嵌合させて、複数枚の二次成形品を周方向に相対移動不能に略隙間なく重ね合わせた状態で、該複数枚の二次成形品に対して歯切り加工を施して歯を形成するので、歯車を効率的に製作することができる。しかも、歯切り加工時に用いた凸部を、歯車の回転速度を検出するための被検出部として有効活用することも可能となる。また、凹凸部の成形後に歯切りを行うので、被検出部の個数を増やすため、凹凸部を歯車の外周縁近くに形成した場合でも、凹凸部を形成することによる歯の成形精度が低下することもない。

歯車の正面図図１のII-II線断面図（ａ）〜（ｃ）は歯車の製造方法の説明図凹凸部のプレス装置の縦断面図（ａ）（ｂ）は凹凸部の半抜工程の説明図歯切り方法の説明図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
先ず、歯車の構成について説明する。
図１、図２に示すように、歯車１は、一定の幅を有する平坦なリング状の金属板からなり、中央部に開口部２を形成し、外周部に複数の歯３を形成し、表裏面の同一箇所に凹部４と凸部５とからなる凹凸部６を形成し、該凹凸部６を幅方向の途中部に周方向に間隔をあけて複数組設けたものである。

歯車１としては、外周部に歯を形成したものであれば、平歯車、はすば歯車、ウォーム歯車、スプロケットなどの歯車に本発明を適用できる。

歯車１を構成する金属材料としては、プレス成形可能なものであれば任意の素材からなるものを採用することができ、例えば炭素鋼やステンレス鋼などの鉄系金属材料を好適に採用できる。また、歯車１の板厚は任意に設定可能であるが、プレス成形により凹凸部６を形成する関係上、２．５ｍｍ〜１３．０ｍｍに設定することが好ましい。歯車１の外径や幅、開口部２の直径は任意に設定可能である。また、幅方向の途中部に重量軽減用の軽量孔などを形成した歯車に対して本発明を適用することも可能である。更に、歯車１全体を平坦な金属板で構成したが、外周部と内周部とで回転軸方向に段差を有するように構成することも可能である。

凹凸部６の個数や周方向の配設間隔は任意に設定することができる。本実施の形態では、図２に仮想線で示すように、静電容量などを検出する非接触型のセンサＳを凸部５に対面させて、歯車１の回転速度と周方向の位置を検出できるように構成するため、図１に示すように、周方向に一定間隔おきに配置した１６個の凹凸部６を１組とする２組の凹凸部集合体６Ａを、凹凸部集合体６Ａにおける隣接する凹凸部６間の間隔よりも広い間隔をあけて配置したが、回転速度を検出するだけであれば、隣接する全ての凸部５の間隔を同じに設定することもできる。ただし、凸部５をセンサＳの被検出部として活用しない場合には、少なくとも２箇所の凹凸部６を周方向に間隔をあけて形成してあれば、凹凸部６の個数や周方向の配設間隔は任意に設定できる。また、本実施の形態では、歯車１の一方の面に凹部４のみを形成し、他方の面に凸部５のみを形成したが、片面に凹部４と凸部５とが混在するように構成することも可能である。更に、同じ円周上に凹凸部６を配置したが、異なる円周上に凹凸部６を配置することも可能である。

凹部４と凸部５とは、隙間なく凹凸嵌合可能な大きさのものであれば、任意の形状、任意の寸法のものを採用できる。図１に示すように、半径方向に細長い小判型の凹部４と凸部５を形成することも可能であるし、円形や楕円形、四角形や六角形などの角形の凹部や凸部を形成することも可能である。凹部４の深さは、凸部５の高さよりもやや深く設定され、凸部５を凹部４に嵌合させた状態で、２枚の歯車１が略隙間なく重ね合わされるように構成されている。また、センサＳにて凸部５の頂面の角部を確実に検出できるように、凸部５の頂面は平坦に切削して、外周部に角部が形成されるように構成することが好ましい。更に、凸部５の高さは、低すぎるとセンサＳにて凸部５を検出できないことがあるので、少なくとも１．０ｍｍ以上に設定することが好ましく、また反対に高すぎると半抜きが困難になるので、板厚の６０％以下の高さに設定することが好ましい。更に、凸部５を円錐台状に形成し、凹部４をそれに略隙間なく嵌合可能な形状に形成することも可能であるが、このように構成すると、凹凸部６の成形時に凸部５の頂面の外方への突出量が大きくなり、頂面を平坦に切削加工するときの加工時間が長くなるので、凸部５はその突出方向の各部における横断面寸法が略同じになるように円柱状に形成し、凹部４はそれに適合する形状に形成することが好ましい。

次に、歯車１の製造方法について説明する。
先ず、打抜工程において、炭素鋼やステンレス鋼などからなる金属板を打ち抜いて、図３（ａ）に示すように、歯車１の外径及び開口部２の内径に応じた寸法のリング状の一次成形品１Ａを製作する。

次に、半抜工程において、図４に示すようなプレス装置１０を用いて、一次成形品１Ａの表裏面の同一箇所に凹部４と凸部５とからなる凹凸部６を、幅方向の途中部に周方向に間隔をあけて複数組形成する。具体的には、先ず、プレス装置１０の円板状の位置決めプレート１１に一次成形品１Ａを外嵌させて、一次成形品１Ａをダイプレート１２上に位置決めセットする。次に、上部ベースプレート１３を下降させて、図５（ａ）に示すように、ストリッパープレート１４にて一次成形品１Ａを押えた状態で、図５（ｂ）に示すように、パンチ１５を一次成形品１Ａの厚さ方向の途中部まで挿入して、パンチ１５とダイ孔１６とで一次成形品１Ａを半抜きして、図３（ｂ）に示すように、複数組の凹凸部６を形成した二次成形品１Ｂを製作する。

ここで、図５に示すように、パンチ１５の外形寸法はダイ孔１６の内形寸法よりも大きく設定され、パンチ１５の外面とダイ孔１６の内面間には平面視において全周にわたって０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの間隔Ｃが形成され、パンチ１５側のダイ孔１６の開口縁には０ｍｍ〜０．１ｍｍのアールＲが全周にわたって形成されている。このように、プレス装置１０のパンチ１５とダイ孔１６を構成することで、それにより形成される凹部４と凸部５とは略隙間なく嵌合可能な寸法に成形され、複数枚の二次成形品１Ｂを重ね合わせた状態で、二次成形品１Ｂの凸部５がそれに隣接する二次成形品１Ｂの凹部４に略隙間なく嵌合し、隣接する二次成形品１Ｂを相対回転不能で且つ略隙間なく重ね合わせることが可能となる。なお、パンチ１５とダイ孔１６の配設位置や個数、横断面の形状や寸法、一次成形品１Ａに対するパンチ１５のプレス深さは、それにより成形する凹凸部６の形状に応じて適宜に設定することができる。

次に、歯切り工程において、図６に示すように、二次成形品１Ｂの凸部５をそれに隣接する二次成形品１Ｂの凹部４に嵌合させて、複数枚の二次成形品１Ｂを周方向に相対移動不能で且つ隙間なく重ね合わせて一体化させた状態で、該複数枚の二次成形品１Ｂに対して周知の構成のホブ盤にて歯切り加工を施して歯３を形成して、歯車１を得ることになる。

なお、凸部５を回転速度を検出するための被検出部として活用する場合には、前記プレス工程と歯切り工程間或いは歯切り工程の後に、凸部５の頂面を平坦に切削して、頂面の外縁に角部を形成する頂面切削工程を設けることが好ましい。

このように、この歯車１の製造方法では、二次成形品１Ｂの凸部５をそれに隣接する二次成形品１Ｂの凹部４に着脱自在に嵌合させて、複数枚の二次成形品１Ｂを周方向に相対移動不能に略隙間なく重ね合わせた状態で、該複数枚の二次成形品１Ｂに対して歯切り加工を施して歯３を形成するので、歯車１を効率的に製作することができる。しかも、歯切り加工時に用いた凸部５を、歯車１の回転速度を検出するための被検出部として有効活用することもできる。また、凹凸部６の成形後に歯切りを行うので、被検出部の個数を増やすため、凹凸部６を歯車１の外周縁近くに形成した場合でも、凹凸部６を形成することによる歯３の成形精度が低下することもない。

次に、凹凸部６の成形評価の評価試験について説明する。
金属板として、ＪＩＳ規格にて規定されるＳ４５Ｃ（機械構造用炭素鋼）からなる厚さ５．８ｍｍの金属板を用いて、先ず、図３（ａ）に示すように、該金属板を打ち抜いて、外径が２７４ｍｍ、内径が２０９ｍｍのリング状の一次成形品１Ａを製作し、次に図３（ｂ）に示すように、凹凸部６として周方向の横幅が６ｍｍで半径方向の縦幅が９ｍｍの小判型で、凸部５の高さが３ｍｍの凹凸部６を３２個形成するにあたり、ダイ孔１６の口縁のアールＲと、パンチ１５の外面とダイ孔１６の内面間の隙間Ｃを、表１に示すように設定したプレス装置１０を用いて、実施例１〜３と比較例１〜３の二次成形品１Ｂを製作した。

また、金属板として、ＪＩＳ規格にて規定されるＳＰＨ（熱間圧延鋼板）からなる厚さ８．７ｍｍの金属板を用いて、先ず、図３（ａ）に示すように、該金属板を打ち抜いて、外径が２７４ｍｍ、内径が２０９ｍｍのリング状の一次成形品１Ａを製作し、次に図３（ｂ）に示すように、凹凸部６として周方向の横幅が６ｍｍで半径方向の縦幅が９ｍｍの小判型で、凸部５の高さが３ｍｍの凹凸部６を３２個形成するにあたり、ダイ孔１６の口縁のアールＲと、ダイ孔１６の内面とパンチ１５の外面間の隙間Ｃを、表１に示すように設定したプレス装置１０を用いて、実施例４、５と比較例４の二次成形品１Ｂを製作した。

更に、金属板として、ＪＩＳ規格にて規定されるＳＵＳ３０４（ステンレス鋼）を用いた以外は実施例５と同様にして実施例６の二次成形品１Ｂを製作した。

そして、実施例１〜６、比較例１〜４のそれぞれの二次成形品１Ｂについて、二次成形品１Ｂの凸部５をそれに隣接する二次成形品１Ｂの凹部４にそれぞれ嵌合させて、複数枚の二次成形品１Ｂを周方向に相対移動不能に重ね合わせて、二次成形品１Ｂ間に隙間が形成されるか否かを測定した。その結果を表１に示す。なお、表１において、「○」は隙間が発生しなかった場合を表し、「×」は隙間が発生した場合を表すものとする。

表１から、隙間Ｃが０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の場合には、凹部４と凸部５とを略隙間なく嵌合させて、隣接する二次成形品１Ｂを隙間なく重ね合わせることができるが、比較例２のように隙間Ｃが０ｍｍの場合や、比較例１、４のように隙間Ｃが０．４ｍｍの場合には、隣接する二次成形品１Ｂ間に隙間が形成されることから、隙間Ｃは、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍに設定することが好ましいことが分かる。また、比較例３のように、隙間Ｃを０．１ｍｍ〜０．３ｍｍに設定した場合であっても、アールＲが０．１５ｍｍの場合には、隣接する二次成形品１Ｂ間に隙間が形成されるので、アールＲは、０ｍｍ以上０．１ｍｍ以下に設定することが好ましいことが分かる。しかも、実施例１〜６及び比較例１〜４から、隙間Ｃ及びアールＲは、材質や板厚を変更した場合でも、上記と同様に設定できることが分かる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に何ら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においてその構成を変更し得ることは勿論である。

１歯車２開口部
３歯４凹部
５凸部６凹凸部
６Ａ凹凸部集合体
１Ａ一次成形品１Ｂ二次成形品
１０プレス装置１１位置決めプレート
１２ダイプレート１３上部ベースプレート
１４ストリッパープレート１５パンチ
１６ダイ孔
Ｃ隙間Ｒアール
Ｓセンサ

Claims

歯車の外径に応じた直径に金属板を打ち抜いて一次成形品を製作する打抜工程と、
前記一次成形品に対してパンチとダイを用い、前記パンチの先端部を一次成形品の厚さ方向の途中部まで挿入することで、１組の凹部と凸部とからなる凹凸部を該一次成形品の同一箇所の表裏面に、周方向に間隔をあけて複数組プレス成形して二次成形品を製作する半抜工程と、
前記二次成形品の凸部をそれに隣接する二次成形品の凹部に嵌合させて、複数枚の二次成形品を周方向に相対移動不能に重ね合わせた状態で、該複数枚の二次成形品に対して歯切り加工を施して歯を形成する歯切り工程と、
を備えたことを特徴とする歯車の製造方法。
前記パンチの外形寸法をダイ孔の内形寸法よりも大きく設定し、前記パンチの外面とダイ孔の内面間の間隔を０．１ｍｍ〜０．３ｍｍに設定した請求項１記載の歯車の製造方法。
前記パンチ側のダイ孔の開口縁のアールを０ｍｍ〜０．１ｍｍに設定した請求項１又は２記載の歯車の製造方法。
前記凸部を歯車の回転速度を検出するためのセンサに対面配置される被検出部として用いた請求項１〜３のいずれか１項記載の歯車の製造方法。
前記プレス工程と歯切り工程間或いは歯切り工程の後に、前記凸部の頂面を平坦に切削して、頂面の外縁に角部を形成する頂面切削工程を設けた請求項４記載の歯車の製造方法。
前記凸部の突出方向の各部における横断面寸法を略同じに設定した請求項５記載の歯車の製造方法。