JP6852611B2

JP6852611B2 - 歯車の製造方法

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Publication number: JP6852611B2
Application number: JP2017144637A
Authority: JP
Inventors: 和幸塚田; 太浩石黒; 健一郎村松
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2021-03-31
Anticipated expiration: 2037-07-26
Also published as: JP2019025497A

Description

本発明は、歯車の製造方法に関する。

トランスミッションは、動力源で発生させた動力を適切なトルク、回転数、回転方向に変換して活軸に伝達する。トランスミッションにおける変換には歯車が用いられる。トランスミッションにおいて、動力をトルクなどに変換する際には、歯車に大きな力がかかり歯車が高温になる。そのため、歯車の焼き付きや摩擦損失が生じてしまう。歯車の焼き付きや摩擦損失を低減するため、通常、歯車にはオイル等の潤滑剤が供給される。

しかし、トランスミッションの歯車の潤滑剤の粘性は大きいため撹拌抵抗が大きい。そのため、歯車の噛み合い面に十分な潤滑剤を供給するのには、大きなエネルギーを要するという問題があった。

ここで、特許文献１には、歯先から歯車の中心に向って各歯に設けられた溝により、歯車が力を伝達する際にそれぞれの歯が弾性変形することにより、歯面の耐磨耗性の低下を最小限に抑えることが記載されている。

特開２００７−１９２３７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の歯車は、電鋳によりメッキを積層させることにより形成されている。そのため、特許文献１の歯車は、トランスミッションの歯車のように、高強度が要求される歯車として用いることができない。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、大きなエネルギーを必要とせずに歯車の噛み合い面に潤滑剤を供給できるとともに十分な強度を有する歯車の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係る歯車の製造方法は、円柱形の歯車粗材の側面に、前記円柱の周方向に所定の間隔を開けて、前記円柱の軸方向に延びる線状の第１の凹みを転写する第１の転造工程と、前記第１の転造工程の後、複数の前記第１の凹みの両側の部分を盛り上げるように、隣り合う前記第１の凹みの間に第２の凹みを転写する第２の転造工程と、を備える。

本発明に係る歯車の製造方法によれば、第１の転造工程において転写された第１の凹みの両側の部分を第２の転造工程において盛り上げるように、隣り合う第１の凹みの間に第２の凹みを転写することにより歯を形成する。そのため、歯先に、第１の凹みに由来する溝が形成された歯を有する歯車を製造することができる。そのため、当該溝にあらかじめ潤滑剤を供給しておくことにより、歯車が回動する際に、当該溝に保持されていた潤滑剤が歯車の噛み合い面に流れ出て、歯車の噛み合い面に潤滑剤を供給することができる。さらに、当該歯車の歯は転造により形成されるため、十分な強度を有する。これにより、大きなエネルギーを必要とせずに歯車の噛み合い面に潤滑剤を供給できるとともに十分な強度を有する歯車の製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る歯車と当該歯車の歯を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る歯車における潤滑剤の供給方法を模式的に説明する断面図である。本発明の実施の形態１に係る歯車の製造方法を説明する斜視図である。本発明の実施の形態１に係る歯車の製造方法を説明する斜視図である。本発明の実施の形態１に係る歯車の製造方法を説明する斜視図である。本発明の実施の形態１に係る歯車の製造方法における歯の形成を模式的に説明する断面図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る歯車１００と当該歯車１００の歯１０１を示す斜視図である。また、図２は、実施の形態１に係る歯車１００における潤滑剤の供給方法を模式的に説明する断面図である。図１の右側には、歯車１００の１つの歯１０１を拡大して示す。図２は、噛み合う歯車１００Ａと歯車１００Ｂとの噛み合い面を示す。また、図２において、断面を示すハッチングは省略されている。

実施の形態１に係る歯車１００は、図１に示すように、略円柱形状を有しており、当該円柱の側面の少なくとも一部に複数の歯１０１を有する。図１に示す例では、複数の歯１０１は、歯車１００の側面において、当該円柱の軸方向（歯車１００の軸方向）の略中央部分に形成されている。また、それぞれの歯１０１は、歯車１００の軸方向に対して所定角度で交差する方向に沿って延在している。また、複数の歯１０１は、当該円柱の周方向（歯車１００の周方向）に沿って、所定の間隔で離間して並んでいる。

また、図１に示すように、それぞれの歯１０１の歯先には、溝１０２が形成されている。溝１０２は、歯１０１の歯車１００の軸方向の全長にわたって形成されている。なお、溝１０２は、歯１０１の歯車１００の軸方向に沿って、断続的に形成されていてもよい。また、溝１０２は、歯先から歯車１００の中心に向かうにつれて幅が広がる形状を有する。図１に示す例では、溝１０２の断面形状は略円形となっている。

本実施の形態１に係る歯車１００においては、溝１０２にオイル等の潤滑剤があらかじめ供給される。溝１０２は、上述のように、歯先から歯車１００の中心に向かうにつれて幅が広がる形状を有するため、潤滑剤を好適に保持することができる。そして、図２に示すように、歯車１００Ａ及び歯車１００Ｂが回動すると、歯車１００Ａの溝１０２Ａに保持されていた潤滑剤が歯車１００Ｂの歯１０１Ｂの表面へ流れ、歯車１００Ｂの溝１０２Ｂに保持されていた潤滑剤が歯車１００Ａの歯１０１Ａの表面へ流れる。そのため、溝１０２にあらかじめ潤滑剤を供給しておくことにより、歯車１００が回動する際に、当該溝１０２に保持されていた潤滑剤が歯車１００の噛み合い面に流れ出て、歯車１００の噛み合い面に潤滑剤を供給することができる。図２において、潤滑剤が供給される歯１０１の表面を太い実線で示す。

次に、図３乃至図６を参照して、本実施の形態１に係る歯車１００の製造方法について説明する。図３乃至図５は、実施の形態１に係る歯車１００の製造方法を説明する斜視図である。また、図６は、実施の形態１に係る歯車１００の製造方法における歯１０１の形成を模式的に説明する断面図である。

本実施の形態１に係る歯車１００を製造する転造装置２００は、図３乃至図５に示すように、互いに対向する１対の工具２０１，２０２、支持具２０３，２０４を備える。工具２０１，２０２は、転造ダイである。具体的には、工具２０１，２０２は、略円柱形状を有し、当該円柱の側面には、歯車１００の粗材であるワークＷの側面に歯車１００の歯形を形成する転造面を有する。転造装置２００において、工具２０１，２０２は、当該円柱の軸を中心に回動可能に支持されている。また、転造装置２００において、工具２０１，２０２は、工具２０１の側面と工具２０２の側面とが対向するように、所定距離だけ離間して配置されている。そして、支持具２０３，２０４は、工具２０１と工具２０２との間に、ワークＷを回動可能に支持する。

本実施の形態１に係る歯車１００の製造方法においては、まず、円柱形状に形成された歯車粗材であるワークＷが形成される。ワークＷは、図３に示すように、当該円柱の軸方向の中央部分が他の部分より径が大きい円柱形状を有する大径部Ｗ１と、当該円柱の軸方向の両端部分が大径部Ｗ１よりも径が小さい円柱形状を有する小径部Ｗ２と、を備える。そして、当該ワークＷが工具２０１と工具２０２との間に支持具２０３，２０４によって回動可能に支持される。支持具２０３，２０４によって支持されたワークＷは、ワークＷの軸を中心に回動可能である。

次に、図４に示すように、工具２０１，２０２がワークＷに向かって移動し、ワークＷの大径部Ｗ１の側面を押圧するように当該側面に当接する。そして、工具２０１，２０２がワークＷの大径部Ｗ１の側面を押圧しながら、工具２０１，２０２とワークＷとが回動する。これにより、ワークＷの大径部Ｗ１の側面が塑性変形し、ワークＷの大径部Ｗ１の側面に、第１の凹みＣ１が転写される（第１の転造工程）。第１の凹みＣ１は、ワークＷの周方向に所定の間隔を開けて、ワークＷの軸方向に延びる線状の凹みである。

次に、図５に示すように、工具２０１，２０２がワークＷの大径部Ｗ１の側面を押圧しながら、工具２０１，２０２とワークＷとが回動する。これにより、ワークＷの大径部Ｗ１の側面が塑性変形し、隣り合う第１の凹みＣ１の間に第２の凹みＣ２が転写される（第２の転造工程）。このとき、複数の線状の第１の凹みＣ１の両側の部分を盛り上げるように、第２の凹みＣ２がワークＷに転写される。これにより、各歯１０１の歯先に、第１の凹みＣ１に由来する溝１０２が形成された歯１０１を有する歯車１００を製造することができる。

具体的には、図６に示すように、第２の転造工程において、第１の凹みＣ１の両側の部分は、工具２０１，２０２によって直接に力が加えられて変形する。一方、第１の凹みＣ１の中央部分は、工具２０１，２０２から力が間接的に伝えられて変形する。そのため、第１の凹みＣ１の両側の部分の流動速度は、第１の凹みＣ１の中央部分の流動速度に比べて大きい。これにより、複数の線状の第１の凹みＣ１の両側の部分を盛り上げるように、第２の凹みＣ２がワークＷに転造される。

さらに、より具体的には、図４に示す第１の転造工程及び図５に示す第２の転造工程において、ワークＷの回動方向は、適当なタイミングで切り替えられる。例えば、工具２０１，２０２をワークＷの大径部Ｗ１に対して１０ｍｍ押し込む毎に、１０回以上２０回以下、ワークＷの回動方向を切り替える。すなわち、図４、図５に示す例では、工具２０１，２０２とワークＷとは反対方向に回動しているが、ワークＷの回動方向は、工具２０１，２０２の回動方向と同じ方向と反対方向との間で適当なタイミングで切り替えられる。これにより、歯先から歯車１００の中心に向かうにつれて幅が広がる形状を有する溝１０２を形成することができる。

以上に説明した、実施の形態１に係る歯車１００の製造方法によれば、第１の転造工程において転写された第１の凹みＣ１の両側の部分を第２の転造工程において盛り上げるように、隣り合う第１の凹みＣ１の間に第２の凹みＣ２を転写することにより歯１０１を形成する。そのため、歯先に、第１の凹みＣ１に由来する溝１０２が形成された歯１０１を有する歯車１００を製造することができる。そのため、当該溝１０２にあらかじめ潤滑剤を供給しておくことにより、歯車１００が回動する際に、当該溝１０２に保持されていた潤滑剤が歯車１００の噛み合い面に流れ出て、歯車１００の噛み合い面に潤滑剤を供給することができる。さらに、当該歯車１００の歯１０１は転造により形成されるため、十分な強度を有する。これにより、大きなエネルギーを必要とせずに歯車１００の噛み合い面に潤滑剤を供給できるとともに十分な強度を有する歯車１００の製造方法を提供することができる。

また、歯車１００の歯１０１は転造により形成されるため、適切な工具２０１，２０２を選択することにより、歯１０１の歯厚、歯１０１の溝１０２の両側の部分の厚さ、を歯車１００が伝達するトルク等に耐え得る厚さに設定することができる。

また、歯車１００の歯１０１は転造により形成されるため、粗歯車を切削する工程を廃止することができ、材料歩留りを向上させることができる。

また、歯車１００の歯１０１は転造により形成されるため、転造工程に用いる工具２０１，２０２の金型費用、転造装置２００等の転造工程の設備費等によりコストが上がってしまうが、粗歯車を切削する工程の廃止及び当該工程の廃止による材料歩留りの向上によるコストの低減により、全体としては、コストを低減することができる。

また、本実施の形態１に係る歯車１００の製造方法によれば、溝１０２は、歯先から歯車１００の中心に向かうにつれて幅が広がる形状を有する。そのため、潤滑剤を好適に保持することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、溝１０２の断面形状は、歯先から歯車１００の中心に向かうにつれて幅が広くなる形状であればよく、台形形状、ひし形形状等であってもよい。

また、本発明に係る歯車１００の製造方法は、駆動伝達の役割を果たす歯車全般の製造に適用することができる。例えば、本発明に係る歯車１００の製造方法は、ＡＴ（Automatic Transmission）、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）、ＭＴ（Manual Transmission）の全てのトランスミッションに用いられる歯車の製造、ＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）、ＥＶ（Electric Vehicle）のトランスアクスルの歯車の製造に適用することができる。本発明に係る歯車１００の製造方法をＰＨＶ、ＥＶのトランスアクスルの歯車の製造に適用することにより、トランスアスクルにおける損失を低減することができ、高価な電池の使用量を低減することができる。

１００、１００Ａ、１００Ｂ歯車
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ歯
１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ溝
２００転造装置
２０１、２０２工具
２０３、２０４支持具
Ｗワーク
Ｗ１大径部
Ｗ２小径部
Ｃ１第１の凹み
Ｃ２第２の凹み

Claims

互いに対向して配置された１対の工具を用いた歯車の製造方法であって、
前記１対の工具は、円柱形状を有し、当該円柱の側面には前記歯車の歯形を形成する転造面を有し、当該円柱の軸を中心に回動可能に支持されており、
前記１対の工具の間に回動可能に支持された円柱形の歯車粗材の側面に前記１対の工具の側面を押圧させながら当該１対の工具を回動させて当該歯車粗材を回動させることにより、
当該歯車粗材の側面に前記円柱の周方向に所定の間隔を開けて、前記円柱の軸方向に延びる線状の第１の凹みを転写する第１の転造工程と、
前記第１の転造工程の後、複数の前記第１の凹みに保持される潤滑剤が流れ出すための開口部を残しつつ、複数の前記第１の凹みの両側の部分を盛り上げるように、隣り合う前記第１の凹みの間に第２の凹みを転写する第２の転造工程と、
を備え、
前記第１の転造工程及び前記第２の転造工程のそれぞれにおいて、所定のタイミングで前記歯車粗材の回動方向を切り替える、歯車の製造方法。