JPH0676603B2

JPH0676603B2 - 歯車の製造方法

Info

Publication number: JPH0676603B2
Application number: JP61113987A
Authority: JP
Inventors: 一也水野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-05-19
Filing date: 1986-05-19
Publication date: 1994-09-28
Anticipated expiration: 2009-09-28
Also published as: JPS62270701A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、歯車の製造方法に関し、特に焼結鍛造によ
って例えば、平歯車あるいはスプラインギヤ等を製造す
るのに好適な歯車の製造方法の改良にかかるものであ
る。

〔従来の技術〕

従来、焼結鍛造によって平歯車を製造する場合、焼結鍛
造用のプリフォーム形状にはコイニングタイプとフォー
ジングタイプがあった。

そして、このことは公知文献である1978年発行の小松技
報第24巻第３号新しい粉末鍛造法の研究（第３
報）第184頁に記載されている。

すなわち、コイニングタイプ50はプリフォーム形状が第
６図に示すように、鍛造体とほぼ同一形状で、しかもプ
リフォームに平歯車の歯52がすでに形成されているもの
である。

これに対して、フォージングタイプ55は、第７図に示す
ように、プリフォームにまだ平歯車の歯が形成されては
いないものである。

そして、従来はコイニングタイプあるいはフォージング
タイプのいずれかのプリフォームを使用し、焼結鍛造に
よって平歯車を製造していた。

ところで、上記の焼結鍛造による製造方法とは別に、冷
間や温間で鉄板を打抜いて歯車を製造する方法であっ
た。

そして、このような技術は、例えば公知文献である、鉄
と鋼 1985年第１号第27頁〜第33頁に開示されてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の焼結鍛造により製造された平歯車
は、その歯面に空孔が残り、また焼結炉から搬出した
後、鍛造までの間に表面に酸化粒塊が残るため、強度が
低いという問題があった。

すなわち、コイニングタイプのプリフォームを使用した
場合には、プリフォームが冷えその表面に空孔および酸
化粒塊が残るため、強度が小さいという問題があった。

一方、フォージングタイプのプリフォームを使用した場
合には、歯部は肉を押し出すことにより形成するため、
歯元の密度は大きく表面の空孔は少ない。

しかしながら、歯先部には肉が十分に充満せず割れが残
り密度が小さく、表面の空孔および酸化粒塊が多いた
め、やはり強度が小さいという問題があった。

また、鉄板の打抜き方法によっては、変形抵抗が大きい
ためと破断面性状が悪化するため、厚さが約10〜20mm以
上の厚いギヤを製造することはできないという問題があ
った。

また、ギヤの端面にダレが生じ、さらに軽量化のための
ウェブ等を形成することができないという問題があっ
た。

従って、本発明の目的は、焼結鍛造により製造される歯
車の強度を向上することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

このため、本発明にかかる歯車の製造方法は、歯車の正
規のプロファイルよりも大きくかつ厚い形状になるよう
に、あらかじめ焼結した焼結鍛造用プリフォームを、焼
結後直ちにプレス金型上に、ホールドピンによって前記
金型から浮かした状態でセットするとともに、このプリ
フォームに前記金型により剪断加工を施して前記歯車の
正規のプロファイルに形成し、さらに厚さ方向に圧縮し
て正規の厚さの歯車に圧縮・成形することを特徴として
いる。

〔作用〕

上記の構成にかかる本発明の作用を説明すると、まず、
歯車の正規のプロファイルよりも大きくかつ厚い形状と
なるように焼結したプリフォームを、剪断用兼鍛造用の
プレス型の上に、ホールドピンによって、この金型の上
面から浮かせた状態にセットして金型に熱が奪われるの
を防ぐとともに、プリフォームを高温状態で正規の大き
さの歯車形状に剪断加工する。

次に、剪断加工された歯車を厚さ方向に圧縮してその密
度を上昇させるとともに、正規の厚さに圧縮し、さらに
ウエブ形状を形成する等所望の形状に成形する。

このようにして、本発明方法による歯車の製造が完了す
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を平歯車を製造する場合を例に
とり、添付図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明にかかる歯車の製造方法の実施に使用す
る、プレス装置の概略構成を製造される歯車とともに示
す断面図、第２図は焼結されたプリフォームの形状と剪
断加工される歯車の形状の関係を示す平面図、第３図は
プリフォームをプレス装置のダイス上にセットした状態
を概略的に示す断面図である。

本実施例にかかる平歯車の製造に使用するプレス装置１
は、ダイス２と、上パンチ４と、下パンチ６、コア７お
よびホールドピン８から構成されている。

ダイス２は上パンチ４と協働して、プリフォーム12を平
歯車14の正規の歯車形状に剪断加工するためのものであ
る。

そして、ダイス２の中心には貫通孔22が形成されるとと
もに、その内面にはその軸方向に沿ったスプライン歯24
が形成されている。

また、上パンチ４の中心にはコア７が挿通可能な貫通孔
42が形成されるとともに、上パンチ４の外周面にはダイ
ス２のスプライン歯24と噛み合うスプライン歯44が形成
されている。

なお、上パンチ４とダイス２の角部は、面取り加工され
ていない直角、所謂ピン角に形成されている。

下パンチ６は上パンチ４と協働して、剪断加工された平
歯車14を厚さ方向に圧縮してその密度を上昇させるとと
もに、平歯車14にウェブ142を形成するためのものであ
る。

そして、下パンチ６の中心にはコア７が挿通可能な貫通
孔62が形成されるとともに、下パンチ６の外周面にはダ
イス２のスプライン歯24と噛み合うスプライン歯64が形
成されている。

コア７は円柱形状を有し、その軸心が貫通孔42および62
の中心に一致させて固定されるとともに、ここにプリフ
ォーム12に形成された貫通孔122がはまりこむようにさ
れている。

ホールドピン８はプリフォーム12をダイス２から浮かし
た状態でその上方に保持するためのもので、貫通孔22の
まわりに３ヶ所穿設されたホールド穴26にはめこまれて
いる。

そして、ホールド穴26の閉止された下端にスプリング28
がセットされ、このスプリング28の上にホールドピン８
がはめこまれている。

これによって、ホールドピン８は通常状態において、そ
の上端がダイス２の上面から上方に少し突き出されてい
る。

上記の構成にかかるプレス装置１を使用した、本発明方
法にかかる平歯車の製造は以下の手順により行う。

まず、成分組成:Fe−2Cu−0.6Cを有するプリフォーム成
分粉を、1150℃で15分間、均一に加熱保持して、ダイス
２の貫通穴22の径よりも大きな径になるように焼結した
プリフォーム12を準備する。

そして、このプリフォーム12をダイス２から浮かせるよ
うに、ダイス２の上面から少し突き出したホールドピン
８の上にセットする。この状態を示したものが第３図で
ある。

なお、このようにダイス２からプリフォーム12を浮かせ
る理由は、プリフォーム12の下面がダイス２により冷却
され、剪断加工時にプリフォーム12の剪断面に割れが生
じるのを防止するためである。

次に、上パンチ４を下降させることにより、ダイス２と
によってプリフォーム12を平歯車14の正規の形状に剪断
する。

なお、プリフォーム12の密度は6.5g/cm³（すなわち、鉄
の真密度に対して約82％）であるため、鋼材よりも小さ
な力で剪断することができる。

また、剪断時の上パンチ４およびダイス２の角部の摩耗
も少なくすることができ、剪断面に鋼材のような破断面
を生じることなく滑らかな面を得ることができる。

そして、さらに上パンチ４を下降させることにより、平
均面圧100kg/mm²になるまで平歯車14を厚さ方向に圧縮
してその密度を上昇させる。

また、これと同時に平歯車14に軽量化のためのウェブ14
2を形成する。なお、13は剪断されたプリフォーム12の
残部である。この状態を示したものが第２図である。

このようにして、本実施例の方法による平歯車14（本発
明品）の製造を完了した。

本実施例の方法により製造した平歯車14の性能を評価す
るために、比較品と歯元曲げ疲労強度および歯面圧強さ
の比較を行った。

（比較品）比較品は炭素鋼;S45Cの切削品であって、焼入れおよ
び焼戻しを行い、ビッカーズ硬度（以下、Hvと表す）25
0としたものである。

（比較品）比較品は従来の焼結鍛造コイニングタイプであって、
成分組成;Fe−2Cu−0.55Cを有するものである。

なお、比較品と本発明品はいずれも、鍛造放冷後Hv25
0とされ、ショットブラストおよび冷間コイニングによ
り精度６級の平歯車とされている。

また、製造した平歯車の諸元は、圧力角20°，モジュー
ル4,歯数は小歯車12,大歯車18,周速8m/secである。

上記した本発明品および比較品の、歯元曲げ疲労強度と
歯面圧強さを比較した結果を第１表に示した。

第１表から明らかなように、本発明品は従来の焼結鍛造
品である比較品に比較して、歯元曲げ疲労強度および
歯面圧強さともに優っていることがわかる。

これは剪断によって平歯車の金属組織が、第５図に示す
ように歯面上で軸方向に流れ表面密度が上昇されるとと
もに、金属組織の結晶が微細化され、また表面酸化が防
止されたためと考えられる。

また、比較品に比較して歯元曲げを疲労強度および歯
面圧強さとも同等のレベルを有していることがわかる。

以上、本発明の特定の実施例について説明したがこれに
限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範
囲内で当業者が実施可能な種々の別な態様が考えられ
る。

例えば、上記の実施例においては平歯車を製造する場合
を例にとって説明したが、平歯車に限らず歯車のスプラ
インを形成する場合に適用してもよい。

また、上記の実施例においてはホールドピンは３ヶ所に
設けたが、３ヶ所でなくてもさらに多数の箇所に設けて
もよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明にかかる歯車の製造方法
は、大きくかつ厚く焼結したプリフォームを金型上にホ
ールドピンで浮かせ、その状態で歯車形状に剪断加工し
た後、厚さ方向に圧縮して歯車の密度を上昇させるとと
もに、さらに所望の形状に成形するようにしたため、プ
リフォームの冷却を防止できるとともに、焼結鍛造によ
り製造される歯車の強度を向上することができる。

また、鋼材製の歯車と同等の強度を有する歯車を製造す
ることができるため、歯車の製造において切削加工を廃
止することができ、製造コストを低減することができ
る。

また、鉄板の打抜き法に使用される、ダイスを重ねて使
用する２段ダイス、あるいはダイスを対向させて使用す
る対向ダイス等に比較して、型構造を簡略化することが
できるとともに、厚さの厚い歯車（例えば、プリフォー
ムの密度ρ＝6.5g/cm³で、厚さ50mm）も製造することが
できる。

さらに、製造される歯車の端面にダレが生じることもな
くなり、軽量化のウェブも形成することができるととも
に、鉄板の打抜き法のように歯車の中心孔部分を無駄に
する必要がなく、材料の歩留りがよいというすぐれた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる歯車の製造方法の実施に使用す
る、プレス装置の概略構成を製造される歯車とともに示
す断面図、第２図は焼結されたプリフォームの形状と剪
断加工される歯車の形状の関係を示す平面図、第３図は
プリフォームをプレス装置のダイス上にセットした状態
を概略的に示す断面図、第４図は本発明方法により製造
される平歯車の、鍛造放冷後の材料流れを示す断面図、
第５図は第４図のＡ部分の金属組織を示す顕微鏡写真、
第６図はコイニングタイプのプリフォームを示す断面
図、第７図はフォージングタイプのプリフォームを示す
断面図である。 12……プリフォーム 14……歯車（平歯車）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】歯車の正規のプロファイルよりも大きくか
つ厚い形状になるように、あらかじめ焼結した焼結鍛造
用プリフォームを、焼結後直ちにプレス金型上に、ホー
ルドピンによって前記金型から浮かした状態でセットす
るとともに、このプリフォームに前記金型により剪断加
工を施して前記歯車の正規のプロファイルに形成し、さ
らに厚さ方向に圧縮して正規の厚さの歯車に圧縮・成形
することを特徴とする歯車の製造方法。