JP6859225B2 - 焼結歯車の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼結歯車の製造方法に関する。

従来、このような分野の技術として、特開２００６−５２３７７５号公報がある。この公報には、歯車用素材を転造加工する転造工程を含む製造技術が開示されている。金属粉末を金型で圧縮成形し焼結することにより精製する焼結歯車は、強度の高さが要求される場合がある。焼結歯車の強度を上げる方法として、転造加工により歯形部を緻密化することが挙げられる。

特開２００６−５２３７７５号公報

しかしながら、転造工程を用いる焼結歯車の製造技術において、転造量を増やすことによって強度上昇効果を見込むことができるが、その背反として、歯形内部の割れや、歯底部のまくれ込み傷などの欠陥が発生しやすくなるという問題がある。具体的には、転造量を増やすと、歯先方向に素材が押し流されて伸ばされる量が増加し、材料が伸びきれずに破断して割れが発生することや、歯面および歯元付近から歯底に向けて流れる素材量が増えることで、歯底に覆い被さるようになることにより、歯底の割れや、まくれ込み傷が発生することがある。
本発明は、素材の割れや、まくれ込み傷の発生などの欠陥を改善しつつ、強度を向上させた焼結歯車の製造方法を提供するものである。

本発明にかかる焼結歯車の製造方法は、歯車用素材を転造加工する転造工程を含み、前記転造工程の前に、前記歯車用素材の歯底部に所定の転造用肉厚を持たせた状態で、前記歯底部を転造する事前転造工程を備える。
これにより、あらかじめ第１の転造型を用いて歯車用素材の歯元付近を転造しておくことで、転造工程において歯底に流れる素材量を低減することができる。

これにより、素材の割れや、まくれこみ傷の発生を抑制しつつ、強度を向上させた焼結歯車を提供することができる。

事前転造工程に用いる転造装置の概略図である。 転造工程に用いる転造装置の概略図である。 転造素材の歯部を示す図である。 第１の転造型の歯部の形状の一例を示す図である。 事前転造工程と転造工程における転造素材の転造量と転造箇所を示す図である。 第２の転造型を用いた転造素材の転造の一例を示す図である。 歯先の伸び量と割れの発生の関係を示す図である。 まくれ込み傷の一例を示す図である。 転造素材の伸びによる割れの発生の例を示す図である。

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、図２に示すように、転造装置１は、一対の転造型１１と、転造機１２と、を備える。なお転造装置１には、一対の転造型１１の間に転造素材１３がセットされており、事前転造工程と転造工程の２つの工程によって、転造素材１３の加工が実行される。

転造型１１はそれぞれ厚みを有する円盤状であって、その外周部には、周方向に沿って連続する複数の凹凸状の歯部が形成されている。一対の転造型１１は、転造機１２から与えられた動力により、それぞれ軸周りの回転動作を行う。ここで、一対の転造型１１は、軸方向が略平行となるように配置されている。また一対の転造型１１は、転造素材１３を間に挟んだ状態で、転造型１１間の距離が狭まるように動作し、転造型１１の歯部が転造素材１３を押圧しながら軸周りの回転動作を行うことにより、転造素材１３の加工を行う。なお、一対の転造型１１の軸方向と、転造装置１にセットした略円筒状の転造素材１３の軸方向は、略平行である。

図３に示すように、転造素材１３の歯部１３ａにおける歯先１３ｂと歯底１３ｅの間において、歯先１３ｂに近い中間箇所を歯面１３ｃ、歯底１３ｅに近い中間箇所を歯元（歯元部）１３ｄとして説明する。また、転造型１１の歯先、歯面、歯元、歯底についても同様であり、後述する第１の転造型１１Ａの歯部２１ａの歯先２１ｂ、歯面２１ｃ、歯元２１ｄ、歯底２１ｅとし（図５参照）、第２の転造型１１Ｂの歯部２２ａの歯先２２ｂ、歯面２２ｃ、歯元２２ｄ、歯底２２ｅ（図６（ａ）参照）とする。

ここで一対の転造型１１は、転造装置１において、事前転造工程に使用する第１の転造型１１Ａと、転造後工程に使用する第２の転造型１１Ｂとを着脱により切り替えて使用する。図１は転造装置１に第１の転造型１１Ａをセットした状態であり、図２は転造装置１に第２の転造型１１Ｂをセットした状態である。図４（ａ）に示すように、第１の転造型１１Ａは、事前転造工程において転造素材１３の歯元１３ｄを加工するために用いられる。また図４（ｂ）に示すように、第２の転造型１１Ｂは、転造工程において転造素材１３の歯部１３ａの歯先１３ｂ、歯面１３ｃ、歯元１３ｄを加工するために用いられる。

例えば、第１の転造型１１Ａと第２の転造型１１Ｂの歯部の歯数は同一のものが使用される。また例えば、第１の転造型１１Ａと、第２の転造型１１Ｂのそれぞれの歯部を比較すると、第２の転造型１１Ｂの歯元から歯面を形成している箇所の勾配が大きく形成されており、第２の転造型１１Ｂの歯先が、第１の転造型１１Ａより小さくなるように形成されている。すなわち図５に示すように、第１の転造型１１Ａの歯部２１ａの形状は、転造素材１３と第１の転造型１１Ａを近づけるように動作させた場合に、第１の転造型１１Ａの歯面２１ｃが転造素材１３の歯元１３ｄにのみ当接する形状である。

一方、第２の転造型１１Ｂの歯部２２ａの形状は、転造素材１３に第２の転造型１１Ｂが接近する方向に動作させたときに、歯面２２ｃから歯元２２ｄまでの部位が、転造素材１３の歯元１３ｄから歯面１３ｃに当接する形状である。例えば、第２の転造型１１Ｂの歯部２２ａの歯底２２ｅから歯先２２ｂまでの歯の長さは、転造工程前における転造素材１３の歯底１３ｅから歯先１３ｂまでの長さより短い。また、第２の転造型１１Ｂの歯部は、転造工程において転造素材１３が加工され歯底１３ｅから歯先１３ｂまでの長さが伸びた際に、転造素材１３の歯先１３ｂが第２の転造型１１Ｂの歯底２２ｅに接触する長さで形成されている。

転造機１２は、転造型１１を動作させるための動力を発生させる。すなわち、転造機１２は、夫々の転造型１１の間が狭まるように動作させるとともに、夫々の転造型１１を軸周りで回転させる。なお転造機１２は、転造型１１の夫々について、軸周りにおける回転方向が同一の方向となるように動作させる。例えば図１においてＡ視した場合に、転造型１１は、どちらも半時計まわりで回動する。なお、転造機１２は、Ａ視において、転造素材１３が時計まわりで回動するように動作させる。

転造素材（歯車用素材）１３は、例えば略円柱状である。転造素材１３の軸方向における中央付近おける径の長さは、軸方向における両端部の径の長さより長くなるように形成されている。以下では、中央部付近の径の長さが長い箇所を加工部１３Ａとし、加工部１３Ａを挟み込むように配置される径が短い箇所を軸部１３Ｂとする。加工部１３Ａは、転造型１１Ａ，１１Ｂによる転造により、周方向に沿って連続する複数の凹凸状を有する歯部１３ａが形成される。すなわち図３に示すように、事前転造工程では転造素材１３の歯部１３ａが転造型１１Ａの歯部２１ａに噛み合わされる状態となり、転造型１１Ａが回動しながら転造素材１３を挟むような状態で押圧することで、歯部１３ａの加工が実行される。また転造工程では、転造素材１３の歯部１３ａが転造型１１Ｂの歯部２２ａに噛み合わされる状態となり、転造型１１Ｂが回動しながら転造素材１３を挟むような状態で押圧することで、歯部１３ａの加工が実行される。

次に、事前転造工程と転造工程の２工程からなる転造素材１３の転造方法を用いた、焼結歯車の製造方法について説明する。

事前転造工程では、図１に示すように、転造装置１において第１の転造型１１Ａを用いることにより、転造素材１３の歯元１３ｄの加工を行う。

転造装置１に一対の第１の転造型１１Ａをセットするとともに、一対の第１の転造型１１Ａに挟まれるように転造素材１３を配置する。

転造機１２は、第１の転造型１１Ａをそれぞれの軸周りで回転させながら、転造素材１３に接近させる。

第１の転造型１１Ａの歯部２１ａが、転造素材１３の歯部１３ａに当接する。このとき、第１の転造型１１Ａの歯面２１ｃが、転造素材１３の歯元１３ｄに当接し、その他の部分は当接せず、歯元１３ｄの転造が実行される。なお、この歯元１３ｄの転造では、歯元１３ｄの近傍を含んで加工しても良い。これにより転造素材１３の歯元１３ｄは、転造用肉厚となるように加工された状態となる。

第１の転造型１１Ａによる転造素材１３の転造が終了したら、転造素材１３から第１の転造型１１Ａを離間する。

次に、転造工程について説明する。転造工程では、図２に示すように、転造装置１において第２の転造型１１Ｂを用いることにより、転造素材１３の歯先１３ｂ、歯面１３ｃおよび歯元１３ｄの加工を行う。

まず、転造装置１から一対の第１の転造型１１Ａを外し、一対の第２の転造型１１Ｂを装着する。

転造機１２は、第２の転造型１１Ｂをそれぞれの軸周りで回転させながら、転造素材１３に接近させる。

図６（ａ）に示すように、第２の転造型１１Ｂの歯部２２ａが、転造素材１３の歯部に当接する。このとき、第２の転造型１１Ｂの歯元２２ｄから歯面２２ｃにかけて、転造素材１３の歯面１３ｃから歯元１３ｄに当接する。これにより、転造素材１３の歯面１３ｃは歯元２１ｄに押圧され、材料が歯先１３ｂに流れる。

ここで図６（ｂ）に示すように、第２の転造型１１Ｂの歯部２２ａは、転造素材１３の歯先１３ｂが伸びた際に、歯先１３ｂが第２の転造型１１Ｂの歯底２２ｅに接触するような長さで形成されており、歯先１３ｂが第２の転造型１１Ｂの歯底に接触する。

その後、図６（ｃ）に示すように、転造素材１３の歯先１３ｂが第２の転造型１１Ｂの歯部の歯底に接触した状態のまま、狙いの位置まで押し込まれた状態になり、歯先１３ｂが押圧されるとともに、歯面１３ｃ、歯元１３ｄの転造が行われる。なおこの際、歯底１３ｅには転造によって素材が流れる。

ここで、転造素材１３の歯面１３ｃの転造量が増えると歯先１３ｂの伸びが増えるが、伸び量が増えすぎた場合に割れが発生する。例えば図７に示すように、転造素材１３の歯先１３ｂの伸び量が０．２３ｍｍを超えると割れが発生することをあらかじめ調査しておき、第２の転造型１１Ｂには、転造素材１３の歯先１３ｂの伸び量が０．２３ｍｍを超える前に、歯先１３ｂが転造型の歯底２２ｅに当接するものを利用する。

このように、第１の転造型１１Ａを用いて転造素材１３の歯元１３ｄ付近を先に転造しておくことで、第２の転造型１１Ｂを用いて歯面から歯元を転造する際に流れる素材量を減少させることができる。事前転造工程を実行してから転造工程を行った場合、事前転造工程を行わずに転造工程を行った場合に比べて、歯底１３ｅに覆い被さるように流れる素材量が減少するため、図８に示すような歯底の割れや、まくれ込み傷の生成が抑制される。その結果、転造後の製品の強度を向上させることができる。

また転造工程において、転造素材１３の歯先１３ｂの伸び量を考慮して、第２の転造型１１Ｂとして歯底から歯先まで適切な長さを有するものを用いることにより、歯先１３ｂを押圧した状態で転造を行い、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すような転造素材１３の伸びに起因する割れの発生を回避することができる。

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、転造機１２に用いる転造型１１として、第１の転造型１１Ａと、第２の転造型１１Ｂを着脱することで、事前転造工程で第１の転造型１１Ａを用い、転造工程に第２の転造型１１Ｂを用いるものとして説明したが、例えば２つの転造装置を用意し、一方の転造装置では第１の転造型１１Ａを用いて事前転造工程を行い、他方の転造装置では第２の転造型を用いて転造工程を行うものとしてもよい。

１ 転造装置
１１Ａ 第１の転造型
１１Ｂ 第２の転造型
１２ 転造機
１３ 転造素材
１３Ａ 加工部
１３Ｂ 軸部

Claims (1)

1. 歯車用素材を転造加工する転造工程を含み、
   前記転造工程の前に、前記歯車用素材の歯元部が所定の転造用肉厚となるように、転造型の歯面を前記歯元部のみに当接させ、前記歯元部を転造する事前転造工程を実行する
   焼結歯車の製造方法。

Images