JPH0972402A - 熱間転造歯車並びに熱間転造歯車の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱間転造歯車において耐摩耗性及び衝撃強度の
両特性を満足させる。 【解決手段】粗材を熱間転造して歯部８１及び歯元部８
２を創成して得られた熱間転造歯車であって、歯部８１
はマルテンサイト主体の組織よりなり、歯元部８２の表
層部８２ａは微細パーライト主体の組織よりなることを
特徴とする。歯元部８２の表層部８２ａが微細パーライ
ト主体の組織よりなり、この組織により靱性が向上して
いるるので、衝撃強度を向上させるために焼戻し処理等
により硬度を低下させる必要がなく、マルテンサイト主
体の組織よりなる歯部８１において、焼戻し処理等によ
る硬度低下に伴って耐摩耗性が低下することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱間転造歯車、並びに熱
間転造歯車の製造方法及び製造装置に関する。本発明に
係る熱間転造歯車は、例えば車両における歯部を備えた
フライホィール、駆動系の歯車に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】歯車は、円盤状の素材をホブ切削、シェ
ービング仕上を経て製造するのが一般的である。しかし
この方法では、歯車の外径や歯幅が大きくなると、生産
能率が悪化し、コストアップの要因となる。そこで産業
界では、歯車の歯部を熱間転造で創成する技術が開発さ
れている。熱間転造により歯車を製造するには、粗材を
高周波加熱などにより加熱し、加熱された粗材の外周部
にその両側からローラダイスを押し込みつつ回転させ
て、粗材の外周部に所定の歯部を創成する。このように
熱間転造により製造された歯車は、歯部の硬度及び耐摩
耗性を確保するため、熱間転造後、別工程で焼入れ焼戻
し処理、高周波誘導加熱焼入れ焼戻し処理や、あるいは
窒化処理等の表面硬化処理等を施すことが一般的であ
る。

【０００３】例えば、中・炭素量の材料よりなる粗材を
熱間転造して得られた歯車は、（１）炉による全体焼入
れ焼戻し、（２）高周波誘導加熱による部分焼入れ焼戻
し、（３）炉による全体焼入れ焼戻し後、高周波誘導加
熱による部分焼入れ焼戻し又は窒化等の表面硬化処理等
の処理がなされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の焼
入れ焼戻し処理後の歯車の金属組織は、図８の（Ａ）に
模式的に示すように、歯車の歯部及び歯元部が焼戻しマ
ルテンサイト（Ｍ’）の組織よりなり、歯車の中心側の
深部がフェライト（Ｆ）とパーライト（Ｐ）との混合組
織（Ｆ＋Ｐ、粗材の元の組織）よりなるものや、図８の
（Ｂ）に模式的に示すように、歯車の中心側の深部も歯
部及び歯元部と同様に焼き戻しマルテンサイト（Ｍ’）
の組織よりなるものとなる。

【０００５】このように歯部及び歯元部が焼戻しマルテ
ンサイト（Ｍ’）の組織よりなる歯車においては、硬度
と耐摩耗性及び衝撃強度との関係を図９に示すように、
硬度が向上するにつれて耐摩耗性も向上するが衝撃強度
は逆に低下する。このため、靱性を高めて歯車として必
要とされる衝撃強度を確保するために、適当な焼戻し処
理を施して硬度を低下させることが一般的であるが、こ
のような処理により耐摩耗性も同時に低下してしまう。

【０００６】したがって、熱間転造後に焼入れ焼戻し処
理を施して得られた従来の熱間転造歯車においては、耐
摩耗性及び衝撃強度の両特性を十分に満足させることが
困難であった。また、従来の熱間転造装置は、焼入れ処
理するための冷却制御機構を有していない。このため、
熱間転造後に処理材を焼入れ装置に移送し、別途再加熱
して焼入れする必要がある。このように熱間転造後、別
工程として焼入れ処理する方法では、再加熱により歯車
の精度が低下したり、エネルギー効率が低下したりする
といった問題がある。なお、再加熱焼入れにより精度が
低下するのは、再加熱焼入れにより、加熱時のγ変態及
び焼入れ時のマルテンサイト変態が起こるのでこれら組
織変化に伴う体積変化とその不均一さが生じること、及
び熱間転造後の残留応力が再加熱により解放されること
に因る。

【０００７】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、（１）本発明の第１の課題は熱間転造歯車におい
て耐摩耗性及び衝撃強度の両特性を満足させることにあ
り、また（２）本発明の第２の課題は精度及びエネルギ
ー効率を低下させることなく熱間転造歯車を製造するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題を解決す
る本発明の熱間転造歯車は、粗材を熱間転造して歯部及
び歯元部を創成して得られた熱間転造歯車であって、上
記歯部はマルテンサイト主体の組織よりなり、上記歯元
部の表層部は微細パーライト主体の組織よりなることを
特徴とする。

【０００９】本発明の熱間転造歯車は、歯元部の表層部
が微細パーライト主体の組織よりなり、この組織により
靱性が向上しているので、衝撃強度を向上させるため
に、焼戻し処理等により硬度を低下させる必要がなく、
マルテンサイト主体の組織よりなる歯部において、焼戻
し処理等による硬度低下に伴って耐摩耗性が低下するこ
とがない。したがって、耐摩耗性及び耐衝撃性の両特性
を満足させることができる。

【００１０】上記第１の課題及び上記第２の課題を解決
する本発明の熱間転造歯車の製造方法は、鋼材よりなる
粗材を加熱する加熱工程と、加熱された該粗材の冷却過
程中に熱間転造を行い該粗材に歯部及び歯元部を創成す
る熱間転造工程とを順に実施し、上記冷却過程における
冷却速度は、上記歯部がパーライト変態を起こさずにマ
ルテンサイト変態を起こし、かつ、上記歯元部の表層部
がパーライト変態を起こす範囲内に設定することを特徴
とする。

【００１１】加熱された粗材の冷却過程中に熱間転造す
る場合、加工度の大きい部位と小さい部位とでは、ＣＣ
Ｔ線図におけるパーライトノーズが異なる。すなわち、
加工度の大きい部位と加工度の小さい部位とでパーライ
ト変態領域を比較すると、加工度の大きい部位における
パーライト変態領域は加工度の小さい部位におけるそれ
より短時間側へずれる。このため、加熱された粗材の冷
却過程における冷却速度を、歯部がパーライト変態を起
こさずにマルテンサイト変態を起こし、かつ、歯元部の
表層部がパーライト変態を起こす範囲内に設定すること
により、歯部がマルテンサイト主体の組織よりなり、該
歯部より加工度の大きい歯元部が微細パーライト主体の
組織よりなる熱間転造歯車を得ることができる。また、
本発明方法によれば、熱間転造後に、別途焼入れ焼き戻
し処理する必要がないので、再加熱による精度低下やエ
ネルギーロスがない。

【００１２】上記第２の課題を解決する本発明の熱間転
造歯車の製造装置は、粗材を加熱する加熱手段と、加熱
された該粗材に歯部及び歯元部を熱間転造により創成す
る転造手段と、上記粗材を冷却する冷却手段とを有して
いることを特徴とする。本発明の製造装置では、加熱手
段により粗材を加熱した後、加熱された該粗材の冷却過
程中に転造手段により熱間転造し、そして冷却手段によ
り、熱間転造中や熱間転造後の粗材を強制冷却して、焼
入れ硬化させることができる。このため、焼入れ焼戻し
処理するために、熱間転造後に別工程で再加熱する必要
がないので、再加熱による精度低下やエネルギーロスが
ない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 （本発明の熱間転造歯車に係る実施の形態）本実施形態
の熱間転造歯車は、その金属組織形態を図１の模式断面
図に部分的に示すように、粗材を熱間転造して歯部８１
及び歯元部８２を創成して得られた熱間転造歯車であっ
て、歯部８１はマルテンサイト（Ｍ）主体の組織よりな
り、歯元部８２の表層部８２ａは微細パーライト
（Ｐ’）主体の組織よりなり、歯車の中心側の深部８３
はフェライト（Ｆ）とパーライト（Ｐ）との混合組織
（Ｆ＋Ｐ、粗材の元の組織）よりなる。なお、微細パー
ライト（Ｐ’）主体の組織よりなる歯元部８２の表層部
８２ａと、フェライト（Ｆ）とパーライト（Ｐ）との混
合組織（Ｆ＋Ｐ、粗材の元の組織）よりなる歯車の中心
側の深部８３との間の部分８２ｂは、マルテンサイト
（Ｍ）主体の組織が歯部８１におけるマルテンサイト
（Ｍ）主体の組織と連続的に形成されている。

【００１４】上記歯元部８２の表層部８２ａの厚さは、
特に限定されるものではないが、０．５〜５ｍｍ程度と
することができる。上記粗材の材質も特に限定されるも
のでなく、例えば炭素量０．３％以上の鋼材（溶製材、
歯車形成部付近が少なくとも０．３％Ｃ以上の粗材）、
焼結材、球状黒鉛鋳鉄等の鋳鉄、鋳鋼とすることができ
る。

【００１５】また上記歯部８１、及び歯元部８２の表層
部８２ａにおける硬度も特に限定されるものではなく、
例えば歯部８１の硬度はビッカース硬さで５５０〜８５
０Ｈｖ程度とすることができ、歯元部８２の表層部８２
ａの硬度は同じくビッカース硬さで２５０〜５５０Ｈｖ
程度とすることができる。本実施形態の熱間転造歯車で
は、歯元部８２の表層部８２ａが微細パーライト
（Ｐ’）主体の組織よりなり、この組織により靱性が向
上しているので、衝撃強度を向上させるために、焼戻し
処理等により硬度を低下させる必要がない。このため、
マルテンサイト（Ｍ）主体の組織よりなる歯部８１にお
いて、焼戻し処理等による硬度低下に伴って耐摩耗性が
低下することがない。したがって、マルテンサイト
（Ｍ）主体の組織よりなる歯部８１においては、要求さ
れる耐摩耗性に応じた硬度を確保することができ、微細
パーライト（Ｐ’）主体の組織よりなる歯元部８２の表
層部８２ａにおいては、微細パーライト（Ｐ’）主体の
組織により要求される耐衝撃性に応じた靱性を確保する
ことができる。したがって、本実施形態に係る熱間転造
歯車は、耐摩耗性及び耐衝撃性の両特性を満足させるこ
とが可能となる。

【００１６】本実施例形態の熱間転造歯車は、以下に示
す本発明の熱間転造歯車の製造方法に係る実施形態に準
ずる製造方法により製造することができる。 （本発明の熱間転造歯車の製造方法に係る実施の形態）
本実施例形態に係る熱間転造歯車の製造方法では、鋼材
よりなる粗材を加熱する加熱工程と、加熱された該粗材
の冷却過程中に熱間転造を行い該粗材に歯部及び歯元部
を創成する熱間転造工程とを順に実施する。

【００１７】上記鋼材の種類は特に限定されるものでは
ないが、例えば炭素量０．３％以上の鋼材（溶製材）と
することができる。上記加熱工程における加熱手段は特
に限定されるものではないが、後述する本発明の熱間転
造歯車の製造装置の実施形態で示すように、例えば高周
波誘導加熱装置等の高周波誘導電流による加熱手段を採
用することができる。この加熱工程では、粗材の少なく
とも外周部、すなわち熱間転造により歯部及び歯元部が
創成される転造部位が少なくともオーステナイト化領域
となるように加熱される。

【００１８】上記熱間転造工程における転造手段は特に
限定されるものではないが、後述する本発明の熱間転造
歯車の製造装置の実施形態で示すように、例えば円盤状
をなる粗材の半径方向において該粗材を挟装するように
配置された対をなす第１ローラダイス及び第２ローラダ
イスを、それぞれ粗材に対して同期的に押込可能及び離
間可能に備えたローラ押込装置を採用することができ
る。このローラ押込装置を用いる場合、第１及び第２ロ
ーラダイスを歯部創成方向に同位相で回転させると共
に、加熱された熱間状態の粗材の外周部に対して所定の
押込量で同期的に押し込むことにより、粗材の外周部に
歯部及び歯元部を創成することができる。

【００１９】上記熱間転造工程は、粗材の転造部位とし
ての外周部がオーステナイト・フェライト相の領域であ
る時に転造する形態、外周部が安定オーステナイトの領
域である時に転造する形態、外周部が過冷または準安定
オーステナイトの領域である時に転造する形態、外周部
がパーライト変態中において転造を終了する形態のいず
れでも良い。

【００２０】本実施形態に係る製造方法では、上記加熱
工程で加熱された粗材の冷却過程における冷却速度を、
上記歯部がパーライト変態を起こさずにマルテンサイト
変態を起こし、かつ、上記歯元部の表層部がパーライト
変態を起こす範囲内に設定する。加熱された粗材の冷却
過程中に熱間転造する場合、加工度の大きい部位と小さ
い部位とでは、ＣＣＴ線図におけるパーライトノーズが
異なる。すなわち、加工度の大きい部位と加工度の小さ
い部位とでパーライト変態領域を比較すると、加工度の
大きい部位におけるパーライト変態領域は加工度の小さ
い部位におけるそれより短時間側へずれる。このため、
加熱された粗材の冷却過程、すなわち熱間転造中や熱間
転造後の冷却過程における冷却速度を、歯部がパーライ
ト変態を起こさずにマルテンサイト変態を起こし、か
つ、歯元部の表層部がパーライト変態を起こす範囲内に
設定することにより、歯部がマルテンサイト主体の組織
よりなり、該歯部より加工度の大きい歯元部が微細パー
ライト主体の組織よりなる熱間転造歯車を得ることがで
きる。このため、焼入れ焼戻し処理するために、熱間転
造後に別工程で再加熱する必要がないので、再加熱によ
る精度低下やエネルギーロスがない。

【００２１】冷却条件についてさらに詳しく説明する。
ＣＣＴ線図で示されるパーライト変態領域は、粗材の組
成等によりずれるので、一義的に冷却条件を決定するこ
とができないが、例えば転造中の平均歯車温度が１００
０〜６００℃での冷却速度を２５℃／秒以上とし、次い
で６００〜４００℃での冷却速度を１０℃／秒以上とし
た場合、歯部がパーライト変態を起こさずにマルテンサ
イト変態を起こし、かつ、歯元部の表層部がパーライト
変態を起こす範囲内の冷却速度とすることができ、これ
により、歯部がマルテンサイト主体の組織よりなり、該
歯部より加工度の大きい歯元部が微細パーライト主体の
組織よりなる熱間転造歯車を得ることができる。

【００２２】また、高炭素鋼などの焼入れ性の悪い材料
においては、２００〜１５０℃の温度範囲において１℃
／分以下の冷却速度で徐冷することによって、歯部のマ
ルテンサイトの熱応力を解放し、焼割れや置き割れを防
ぐことができる。上記冷却過程における冷却手段は特に
限定されないが、後述する本発明の熱間転造歯車の製造
装置の実施形態で示すように、例えば水、エアー、ミス
ト等を噴射する噴射ノズル装置等を用いて熱間転造中や
熱間転造後に粗材を冷却することができる。また熱間転
造中は、例えば、ローラダイス等の転造工具を介して潤
滑剤を兼ねた冷媒を供給することによる流体冷却や、ロ
ーラダイス等の転造工具を歯部及び歯元部が創成された
粗材にそのまま接触させておくことによる固体冷却を利
用して粗材を冷却することもできる。また、熱間転造後
は、例えば粗材を１００〜３００ｒｐｍで回転させなが
ら、上記噴射ノズルの他に、水冷ジャケット、冷し金や
別途冷却手段により冷却された冷却用ダイスを粗材に接
触させたり、冷却剤を充填した冷却槽内に粗材を入れる
たりすることにより冷却することもできる。

【００２３】さらに、熱間転造中及び熱間転造後の粗材
の温度を温度センサにより検出し、この検出信号に応じ
て上記したような冷却手段の冷却度合や冷却手段の組み
合わせを制御することにより、冷却速度を任意に変更可
能とすることができる。また、熱間転造中及び熱間転造
後のローラダイス等の転造工具の温度を温度センサによ
り検出し、転造工具の温度を所定の値に制御可能とする
こともできる。

【００２４】（本発明の熱間転造歯車の製造装置に係る
実施の形態）本実施形態に係る熱間転造歯車の製造装置
は、粗材を加熱する加熱手段と、加熱された該粗材に歯
部及び歯元部を熱間転造により創成する転造手段と、上
記粗材を冷却する冷却手段とを有している。上記加熱手
段としては特に限定されないが、例えば高周波誘導加熱
装置等の高周波誘導電流による加熱手段を採用すること
ができる。

【００２５】上記転造手段は特に限定されないが、例え
ば円盤状の粗材の半径方向において該粗材を挟装するよ
うに配置された対をなす第１ローラダイス及び第２ロー
ラダイスを、それぞれ粗材に対して同期的に押込可能及
び離間可能に備えたローラ押込装置を採用することがで
きる。このローラ押込装置を用いる場合、第１及び第２
ローラダイスを歯部創成方向に同位相で回転させると共
に、加熱された熱間状態の粗材の外周部に対して所定の
押込量で同期的に押し込むことにより、粗材の外周部に
歯部及び歯元部を創成することができる。

【００２６】上記冷却手段は特に限定されないが、例え
ば水、エアー、ミスト等を噴射する噴射ノズル装置等を
採用することができる。熱間転造中に粗材を冷却しうる
冷却手段としては、例えば、熱間転造中に円盤状の粗材
を保持する粗材保持部の保持軸の外周に配設された環状
の枠体と、この枠体の粗材側の端面に、円盤状の粗材の
転造部位としての外周部と軸方向に所定距離を隔てて対
向するように周方向に略等間隔で配設された複数のノズ
ルヘッドとを有する噴射ノズル装置を採用することがで
きる。この噴射ノズル装置は、噴射ノズル装置の各ノズ
ルヘッド及び粗材間の一定距離を維持しつつ、上記粗材
を保持する粗材保持部と連動して軸方向に移動可能とな
るように、シフト用シリンダ等の移動手段を備えている
ことが好ましい。また、熱間転造後に粗材を冷却しうる
冷却手段としては、例えば、熱間転造後に粗材保持部と
ともに軸方向に冷却位置まで粗材を移動させ、冷却位置
にある粗材を冷却する冷却手段であって、冷却位置にあ
る粗材の転造部位としての外周部に創成された歯部及び
歯元部の外周面に半径方向外方に所定距離隔てて対向す
るように、周方向に配設された複数のノズルヘッドを備
えた噴射ノズル装置を採用することができる。さらに噴
射ノズル装置におけるノズルヘッドは、複数の噴射口を
有し、水、エアー、及びミスト等が独立に制御して噴射
可能とされていることが好ましい。

【００２７】さらに、本実施形態に係る製造装置におい
て、熱間転造中及び熱間転造後の粗材の温度を検出可能
な温度センサを配設し、この検出信号に応じて冷却手段
の冷却度合や冷却手段の組み合わせを制御することによ
り、冷却速度を任意に変更可能とすることができる。ま
た、熱間転造中及び熱間転造後のローラダイス等の転造
工具の温度を検出可能な温度センサを配設し、転造工具
の温度を所定の値に制御可能とすることもできる。この
ような温度センサとしては、放射温度計等を採用するこ
とができる。

【００２８】本実施形態に係る製造装置では、加熱手段
により粗材を加熱した後、加熱された該粗材の冷却過程
中に転造手段により熱間転造し、そして冷却手段によ
り、熱間転造中や熱間転造後の粗材を強制冷却して、焼
入れ硬化させることができる。このため、焼入れ焼戻し
処理するために、熱間転造後に別工程で再加熱する必要
がないので、再加熱による精度低下やエネルギーロスが
ない。

【００２９】

【実施例】以下、実施例によりさらに具体的に説明す
る。 （実施例に係る装置の構造）まず使用する装置を図２、
図３を参照して説明する。図２は装置全体の平面図であ
る。図３は要部の正面図である。

【００３０】図２において、粗材（以下、ブランクとい
う）を保持するブランク保持部１は、互いに対向する太
径の第１保持軸１１ａを備えた第１ブランク保持部１１
と、太径の第２保持軸１２ａを備えた第２ブランク保持
部１２とで構成されている。ブランク回転手段として機
能する第１モータ２１が駆動すると、第１ブランク保持
部１１はこれの周方向（図３における矢印Ｅ１方向）に
回転される。更に第１ブランク保持部１１を移動するた
めのブランク搬送用の第２モータ２２が装備されてい
る。第２モータ２２が回転すると、ボール螺子軸２４が
これの周方向に回転し、第１ブランク保持部１１ひいて
はブランク７が矢印Ｙ１、Ｙ２方向に搬送される。

【００３１】更に図２においてブランク回転手段として
機能する第３モータ２３が駆動すると、伝達トルク可変
クラッチ２６（例えばパウダークラッチ）を介して第２
ブランク保持部１２はこれの周方向つまり第１ブランク
保持部１１の回転方向と同じ方向に回転される。また第
２ブランク保持部１２搬送用の油圧シリンダ２９が駆動
すると、第２ブランク保持部１２はボールスプライン２
６ｆにより第１ブランク保持部１１に向けて矢印Ｙ３方
向に移動され、第２ブランク保持部１２と第１ブランク
１１とでブランク７を挟持して圧着できる。

【００３２】第１ブランク保持部１１の先方には、ブラ
ンク７を誘導加熱するためのリング状をなす加熱手段と
して機能する高周波加熱コイル２８が配置されている。
高周波加熱コイル２８によるブランク７の加熱状況は、
放射温度計である温度センサ２８ｃにより検出される。
ローラ押込装置３は、ブランク７の半径方向においてブ
ランク７を挟装する様に配置された対をなす第１ローラ
押込装置３１と第２ローラ押込装置４１とで構成されて
いる。第１ローラ押込装置３１は、熱間加工用の転造工
具として機能する第１ローラダイス３２と、第１ローラ
ダイス３２の中心軸孔に固定された第１連結軸３３を介
して第１ローラダイスローラダイス３２を回転可能に保
持する第１ハウジング３４とを備えている。更に第１ロ
ーラ押込装置３１は、第４モータ２４、第１ボール螺子
軸３５とを備えている。

【００３３】図２において、同様に第２ローラ押込装置
４１は、熱間加工用の転造工具として機能する第２ロー
ラダイス４２と、第２ローラダイス４２の中心軸孔に固
定された第２連結軸４３を介して第２ローラダイス４２
を回転可能に保持する第２ハウジング４４とを備えてい
る。更に第２ローラ押込装置４１は、第５モータ２５、
第２ボール螺子軸４５とを備えている。

【００３４】第１ハウジング３４は、ブランク７に対し
て矢印Ｘ１方向に押込可能および矢印Ｘ２方向に離間可
能とされている。第２ハウジング４４は、ブランク７に
対して矢印Ｘ１方向に押込可能および矢印Ｘ２方向に離
間可能とされている。図２から理解できる様に第１ハウ
ジング３４は平面『コ』の字形状をなしており、互いに
対向する２個の厚肉の第１対向壁部３４ａ、３４ｂと、
第１対向壁部３４ａ、３４ｂ同士をつなぐ厚肉の第１連
設壁部３４ｃとを備えている。第２ハウジング４４も同
様に平面『コ』の字形状をなしており、互いに対向する
２個の厚肉の第２対向壁部４４ａ、４４ｂと、第２対向
壁部４４ａ、４４ｂ同士をつなぐ厚肉の第２連設壁部４
４ｃとを備えている。

【００３５】図３から理解できる様に第１ハウジング３
４及び第２ハウジング４４はそれぞれ、これらを支持す
る基台３ａの案内部３ｂにそって矢印Ｘ１、Ｘ２方向に
移動可能に配置されている。さて図２において第４モー
タ２４が駆動すると、その駆動力は第１減速機２４ｉで
減速されて第１ボール螺子軸３５に伝達され、第１ボー
ル螺子軸３５がこれの周方向に回転し、これにより第１
ハウジング３４が矢印Ｘ１方向に搬送され、ひいては第
１ハウジング３４に保持されている第１ローラダイス３
２が同方向に搬送され、ブランク７に押し込まれる。

【００３６】またこの第４モータ２４が逆動すると、第
１ボール螺子軸３５がこれの周方向に逆回転し、これに
より第１ハウジング３４が矢印Ｘ２方向に搬送され、第
１ローラダイス３２が同方向に搬送され、ブランク７か
ら離間する。従って第４モータ２４、第１ボール螺子軸
３５は、第１ローラダイス３２をブランク７に押し込む
押込駆動手段として機能する。

【００３７】同様に図２において第５モータ２５が駆動
すると、その駆動力は第２減速機２５ｉで減速されて第
２ボール螺子軸４５に伝達され、第２ボール螺子軸４５
がこれの周方向に回転し、これにより第２ハウジング４
４が矢印Ｘ１方向に搬送され、第２ローラダイス４２が
同方向に搬送され、ブランク７に押し込まれる。この第
５モータ２５が逆動すると、第２ボール螺子軸４５がこ
れの周方向に逆回転し、これにより第２ハウジング４４
が矢印Ｘ２方向に搬送され、第２ローラダイス４２が同
方向に搬送され、ブランク７から離間する。従って第５
モータ２５、第２ボール螺子軸４５は、第２ローラダイ
ス４２をブランク７に押し込む押込駆動手段として機能
する。

【００３８】第１ハウジング３４に作用する負荷荷重は
第１ロードセル３６で検知され、第１ハウジング３４の
移動量は第１リニヤスケール３７で検知される。第２ハ
ウジング４４に作用する負荷荷重は第２ロードセル４６
で検知され、第２ハウジング４４の移動量は第２リニヤ
スケール４７で検知される。各検知信号は制御系に入力
される。

【００３９】前記した第４モータ２４及び第５モータ２
５はそれぞれサーボモータであり、制御系からの押込同
期指令信号や離間同期指令信号により制御され、第１ボ
ール螺子軸３５及び第２ボール螺子軸４５を同期して作
動させる。これにより第１ローラダイス３２と第２ロー
ラダイス４２とを同期させて矢印Ｘ１方向に同期させて
押し込んだり、矢印Ｘ２方向に同期させて離間させ得
る。

【００４０】また図２において制御系からの駆動指令信
号によりサーボモータであるダイス回転用モータ５が駆
動すると、減速用の歯車５０、歯車５１を介して第１減
速機５２が作動し、更に回転軸５２ｅ、第１等速ユニバ
ーサルジョイント５３を介して第１連結軸３３、第１ロ
ーラダイス３２が共に回転し、転造が行われる。更に第
１ダイス回転用モータ５の駆動力は、位相合せ機構５５
ｘ、第２減速機５５、回転軸５５ｅ、第２等速ユニバー
サルジョイント５６を介して第２連結軸４３、第２ロー
ラダイス４２に伝達され、これらが回転し、転造が行わ
れる。位相合せ機構５５ｘは、第１ローラダイス３２の
加工歯の周方向の位相と第２ローラダイス４２の加工歯
の周方向の位相とを対応させるものであり、第１ローラ
ダイス３２と第２ローラダイス４２とのダイス位相差を
解消させる機能をもつ。例えば、この位相合せ機構５５
ｘは、放射方向にのびる多数個の係合歯が周方向に列設
された一対の盤体５５ｙと、一対の盤体５５ｙを連結す
る連結手段とで構成でき、盤体５５ｙの周方向における
係合歯の噛み合い位置を調整することにより、ダイス位
相差を調整できる。

【００４１】次に図４を参照してブランク保持部１の保
持機構について説明を加える。即ち、図４に示す様に第
１ブランク保持部１１は、先端に向かうにつれて外径が
小さくなる第１円錐面１１ｃを備えた剛性の高い第１保
持軸１１ａと、第１保持軸１１ａの挿通孔１１ｄに摺動
可能に挿通された作動軸１４と、作動軸１４の先端の鍔
部１４ｃに係合して第１保持軸１１ａの先端に配置され
たスリーブ状の締め体１５と、半径方向外方つまり矢印
Ｃ１方向に変位可能な係合爪として機能するコレット１
６と、第１保持軸１１ａの先端面に図略のボルトで保持
されたリング状の押圧体１７とを備えている。

【００４２】図４において作動軸１４が矢印Ｄ１方向に
作動すると、締め体１５が同方向に変位し、これにより
締め体１５の円錐面１５ｈがコレット１６の円錐面１６
ｔを強圧し、コレット１６が矢印Ｃ１方向に変位し、こ
れによりコレット１６がブランク７の中央孔の内壁面７
１を矢印Ｃ１方向に付勢し、以て第１ブランク保持部１
１にブランク７が保持される。

【００４３】第２ブランク保持部１２は、軸先端に形成
された圧入孔１８と、軸先端に図略のボルトで保持され
たリング状の押圧体１９とを備えている。圧入孔１８に
は、若干のテーパをもつ案内壁面１８ｋが形成されてい
る。そして、ブランク７を保持するために、第１ブラン
ク保持部１１と第２ブランク保持部１２とが軸長方向に
おいて相対的に接近すると、図４に示す様に第２ブラン
ク保持部１２の第２保持軸１２ａの圧入孔１８が締め体
１５に圧入される。すると、締め体１５の半径方向にお
ける変位が拘束される。よってコレット１６がブランク
７を拘束する力が高剛性化し、第１ブランク保持部１１
と第２ブランク保持部１２とでブランク７が強固に保持
される。従って第１ブランク保持部１１及び第２ブラン
ク保持部１２で保持されたブランク７は、押込方向つま
り矢印Ｘ１、Ｘ２方向において実質的に浮動できず、固
定式とも呼ばれる非浮動式とされている。

【００４４】さらに、本実施例の製造装置は、図２に示
すように、熱間転造中及び熱間転造後にブランク７を冷
却しうる第１冷却手段としての第１噴射ノズル装置６１
と、熱間転造後にブランク７を冷却しうる第２冷却手段
としての第２噴射ノズル装置９１とを有している。第１
噴射ノズル装置６１は、図５にも示すように、第２ブラ
ンク保持部１２の保持軸１２ａの外周に配設された環状
の枠体６２と、この枠体６２のブランク７側の端面６２
ａに、円盤状のブランク７の転造部位としての外周部と
軸方向に所定距離を隔てて対向するように周方向に等間
隔で配設された４個のノズルヘッド６３とを有してい
る。この第１噴射ノズル装置６１は、各ノズルヘッド６
１及びブランク７間の一定距離を維持しつつ、上記第１
ブランク保持部１１と連動して軸方向に移動可能となる
ように、シフト用シリンダ６４を備えている。

【００４５】また、第２噴射ノズル装置９１は、図５に
も示すように、熱間転造後に第２ブランク保持部１２と
ともに軸方向に冷却位置までブランク７を移動させ、冷
却位置にあるブランク７（図２に斜線で示すブランク
７）を冷却する冷却手段であって、冷却位置にあるブラ
ンク７の外周に配設された環状の枠体９２と、この枠体
９２の内周面９２ａに、冷却位置にあるブランク７の転
造部位としての外周部に創成された歯部及び歯元部の外
周面に半径方向外方に所定距離隔てて対向するように、
周方向に等間隔で配設された４個のノズルヘッド９３と
を有している。

【００４６】そして、上記第１噴射ノズル装置６１の各
ノズルヘッド６３、及び上記第２噴射ノズル装置９１の
各ノズルヘッド９３は、図６に示すように、図示しない
エアー供給手段から供給されるエアーが噴射されるエア
ー噴射口６３ａ（９３ａ）と、図示しない冷却水供給手
段から供給される冷却水が噴射される水噴射口６３ｂ
（９３ｂ）とを有している。これらのエアー供給手段及
び冷却水供給手段は、制御系によりそれぞれ独立に制御
される。

【００４７】さらに本実施例の製造装置は、図２に示す
ように、熱間転造中及び熱間転造後のブランク７の温度
を検出可能な第１温度センサ９４と、第１ローラダイス
３２の温度を検出可能な第２温度センサ９５と、第２ロ
ーラダイス４２の温度を検出可能な第３温度センサ９６
とを有している。各温度センサ９４、９５、９６はそれ
ぞれ放射温度計よりなり、その検出信号は制御系に入力
される。

【００４８】さらに図２から理解できる様に、転造加工
を終えた第１ローラダイス３２に対面する様に、液状の
潤滑剤を噴射する第１噴射装置７６が装備され、転造加
工を終えた第２ローラダイス４２に対面する様に、黒鉛
粉末が含まれた液状の潤滑剤を噴射する第２噴射装置７
７が装備されている。つまり転造位置から９０°離れた
位置に第１噴射装置７６及び第２噴射装置７７はそれぞ
れ装備されている。つまり転造位置から９０°離れた位
置に第１噴射装置７６及び第２噴射装置７７はそれぞれ
装備されており、潤滑剤の塗布タイミングの均一化、塗
布時間の均一化が図られ、更に第１ローラダイス３２へ
の潤滑剤塗布量と第２ローラダイス４２への潤滑剤塗布
量との均一化が図られている。

【００４９】（実施例に係る転造方法）鋼材（Ｓ５５
Ｃ）よりなるブランク７を準備し、第１ブランク保持部
１１にブランク７を保持する。次に第２モータ２２を駆
動して、ブランク７を矢印Ｙ１方向に搬送して高周波加
熱コイル２８内に配置すると共に、第１モータ２１を駆
動させてブランク７をその周方向（図３の矢印Ｅ１方
向）に回転させる。そしてブランク７を回転させなが
ら、ブランク７の外周部を高周波加熱コイル２８で誘導
加熱する。誘導加熱する領域は、ブランク７の外周面か
ら歯丈の約１．３倍程度の深さとする。加熱時間は数秒
〜３０秒間程度である。

【００５０】ブランク７が所定温度域（９００°以上、
本実施例では１１００℃）に加熱されたら、加熱終了か
ら転造開始までの時間（図７のＡＢ間）は５秒以内（本
実施例では２〜３秒）とする。ブランク７の内部への伝
熱を抑制してブランクの中央域の温度上昇を軽減し、ブ
ランク７における温度分布を良好にするためである。加
熱が終了したら、第２モータ２２によりボール螺子軸２
４を作動させブランク７を更に矢印Ｙ１方向に搬送し、
ブランク７を加工位置Ｒ１に配置する。そして油圧シリ
ンダ２９の作動により第２ブランク保持部１２を矢印Ｙ
３方向に移動させて第２ブランク保持部１２と第１ブラ
ンク保持部１１との双方により、図４に示す形態でブラ
ンク７を挟持して圧着する。圧着力は、第２ブランク保
持部１２を押圧する油圧シリンダ２９により数ｔｏｎｆ
に確保される。また、このときシフト用シリンダ６４を
作動させ、第１噴射ノズル装置６１を矢印Ｙ３方向に移
動させる。

【００５１】この状態では第３モータ２３の駆動力でブ
ランク７はこれの周方向に回転される。このとき第１モ
ータ２１の駆動はオフとする。よってブランク７は第３
モータ２３のみで回転される。なおブランク７の目標回
転数Ｎ_B は次の様に設定される。即ち、ローラダイス３
２、４２の回転数をＮ_R とし、ローラダイス３２、４２
の歯数をＺ_RHとし、ブランク７で形成される転造歯車の
歯数をＺ_B とすると、Ｎ_B ＝Ｎ_R ×〔Ｚ_B ／（Ｚ_B ＋Ｚ
_RH）〕となる。

【００５２】また第１ローラダイス３２及び第２ローラ
ダイス４２を等速で同期回転させておく。そして、制御
系による押込同期指令信号により、第４モータ２４及び
第５モータ２５を駆動させ、第１ローラダイス３２を矢
印Ｘ１方向に移動してブランク７の外周部に押し込むと
共に、第２ローラダイス４２を矢印Ｘ１方向に移動して
ブランク７の外周部に互いに同期させて押し込む（押込
速度６ｍｍ／ｓｅｃ）。これによりブランク７の外周部
には歯部の盛り上がりとサイジングが生じ、適数個の歯
部８１及び歯元部８２が熱間転造で創成される。なお、
本実施例では、熱間転造開始温度（図７のＢ点における
温度）：９００℃、熱間転造終了温度（図７のＣ点にお
ける温度）：６００℃、転造時間（図７のＢＣ間）：約
８秒とした。

【００５３】その後、制御系からの信号により第４モー
タ２４及び第５モータ２５の駆動をオフとして、第１ロ
ーラダイス３２及び第２ローラダイス４２の押込を停止
し、第１ローラダイス３２及び第２ローラダイス４２に
よるサイジング工程に入る。このサイジング工程では、
制御系からの信号により第１噴射ノズル装置６１の各ノ
ズルヘッド６３の水噴射口６３ｂから冷却水をブランク
７に噴射する。またサイジング工程中は、ブランク７、
並びに第１ローラダイス３２及び第２ローラダイス４２
は等速で回転させておく。なお、本実施例では、サイジ
ング開始温度（図７のＣ点における温度）：６００℃、
サイジング終了温度（図７のＤ点における温度）：４０
０℃、サイジング時間（図７のＣＤ間）：７〜８秒とし
た。

【００５４】その後、制御系からの離間同期指令信号に
より第１ローラダイス３２及び第２ローラダイス４２を
矢印Ｘ２方向に同期させて移動させてブランク７から離
脱させる。なお、上記熱間転造中及びサイジング中は、
第１噴射装置７６及び第２噴射装置７７を作動させ、液
状の潤滑剤をそれぞれ第１ローラダイス３２及び第２ロ
ーラダイス４２に噴射する。

【００５５】この様にして熱間転造及びサイジングが終
了したら、第２モータ２２によりブランク７を更に矢印
Ｙ１方向に搬送させ、ブランク７を冷却位置（図２に斜
線で示すブランク７の位置）に配置する。このとき第２
モータ２２の作動と同期させてシフト用シリンダ６４を
作動させ、第１噴射ノズル装置６１を第１ブランク保持
部１１と連動して矢印Ｙ１方向に移動させる。この状態
で、制御系からの信号により第２噴射ノズル装置９１の
各ノズルヘッド９３の水噴射口９３ｂからも冷却水をブ
ランク７に噴射する。この間、ブランク７は等速で回転
させておき、また第１噴射ノズル装置６１の各ノズルヘ
ッド６３の水噴射口６３ｂからも冷却水をブランク７に
噴射させておく。なお、本実施例では、冷却位置におけ
る水冷却開始温度（図７のＤ点における温度）：４００
℃、冷却位置における水冷却終了温度（図７のＥ点にお
ける温度）：１００℃、冷却位置における水冷却時間
（図７のＤＥ間）：３０秒とした。

【００５６】その後、制御系からの信号により第１噴射
ノズル装置６１及び第２噴射ノズル装置９１の水噴射口
６３ｂ及び９３ｂからの水噴射を停止するとともに、エ
アー噴射口６３ａ及び９３ａからエアーをブランク７に
噴射してエアー冷却し、ブランク７を室温まで冷却す
る。本実施例では、熱間転造中（図７のＢＣ間）に、第
１ローラダイス３２及び第２ローラダイス４２による固
体冷却、第１ローラダイス及び第２ローラダイス４２を
介する潤滑剤による流体冷却、並びにブランク７の自己
冷却によりブランク７が冷却される。また、サイジング
工程（図７のＣＤ間）中に、第１ローラダイス３２及び
第２ローラダイス４２による固体冷却、第１ローラダイ
ス及び第２ローラダイス４２を介する潤滑剤による流体
冷却、ブランク７の自己冷却、並びに第１噴射ノズル装
置６１からの水噴射によりブランク７が冷却される。さ
らに、熱間転造及びサイジング終了後の冷却位置におけ
る水冷却（図７のＤＥ間）に、第１噴射ノズル装置６１
及び第２噴射ノズル装置９１からの水噴射によりブラン
ク７が冷却される。さらに、上記水冷却後、第１噴射ノ
ズル装置６１及び第２噴射ノズル装置９１からのエアー
噴射によりブランク７が冷却される。このような冷却手
段の組合せにより、加熱されたブランク７の冷却過程に
おける冷却速度を、１０００〜６００℃では約４０℃／
秒とし、次いで６００〜４００℃では約２５℃／秒と
し、図７にも示すように、加工度の小さい歯部８１がパ
ーライト変態を起こさずにマルテンサイト変態を起こ
し、かつ、加工度の大きい歯元部８２の表層部８２ａが
パーライト変態を起こすような冷却条件とした。これに
より、歯部８１がマルテンサイト（Ｍ）主体の組織より
なり、歯元部８２の表層部８２ａが微細パーライト
（Ｐ’）主体の組織よりなる熱間転造歯車を製造するこ
とができた。

【００５７】なお、上記歯部８１のマトリックスである
マルテンサイトの硬度はビッカース硬さでＨｖ７８０で
あり、歯元部８２の表層部８２ａのマトリックスである
パーライトの硬さはＨｖ３８０であった。本実施例に係
る製造装置では、熱間転造及びサイジング中にブランク
７の温度を第１温度センサ９４により、第１ローラダイ
ス３２及び第２ローラダイス４２の温度を第２温度セン
サ９５及び第３温度センサ９６によりそれぞれ検出可能
であり、また冷却位置におけるブランク７の冷却中にブ
ランク７の温度を第１温度センサ９４により検出可能で
ある。そして、これら各温度センサ９４〜９６の検出信
号に基づいて、第１噴射ノズル装置６１の水噴射及びエ
アー噴射、並びに第２噴射ノズル装置９１の水噴射及び
エアー噴射をそれぞれ独立して制御することができる。
したがって、ブランク７の組成等に応じて、冷却過程に
おける冷却速度を任意に制御することが可能となる。

【００５８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の熱間転造歯
車は、歯部がマルテンサイト主体の組織よりなるため耐
摩耗性が向上している。また、歯元部の表層部が微細パ
ーライト主体の組織よりなり靱性が向上しているので、
衝撃強度を向上させるために、焼戻し処理等により硬度
を低下させる必要がない。よって、耐摩耗性及び耐衝撃
性の両特性を満足させることができる。

【００５９】また、本発明の熱間転造歯車の製造方法に
よれば、歯部がマルテンサイト主体の組織よりなり、該
歯部より加工度の大きい歯元部が微細パーライト主体の
組織よりなり、耐摩耗性及び耐衝撃性の両特性を満足す
る熱間転造歯車を得ることができる。また、熱間転造後
に、別途焼入れ焼き戻し処理する必要がないので、再加
熱による精度低下やエネルギーロスがなく、歯車精度の
向上やコスト低減に有利である。

【００６０】さらに、本発明の熱間転造歯車の製造装置
は、熱間転造中や熱間転造後の粗材を冷却手段により強
制冷却して焼入れ硬化させることができるため、焼入れ
焼戻し処理するために、熱間転造後に別工程で再加熱す
る必要がないので、再加熱による精度低下やエネルギー
ロスがなく、歯車精度の向上やコスト低減に有利であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱間転造歯車の金属組織を模式的に示す部分断
面図である。

【図２】装置全体を概略して示す平面図である。

【図３】装置の要部の正面図である。

【図４】ブランク保持部の内部構造を示す断面図であ
る。

【図５】第１ノズル噴射装置及び第２噴射ノズル装置を
示す正面図である。

【図６】第１及び第２ノズル噴射装置のノズルヘッドを
示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は部分断面図である。

【図７】製造方法における温度履歴を示す図である。

【図８】従来の熱間転造歯車の金属組織を模式的に示す
部分断面図である。

【図９】硬度と耐摩耗性及び衝撃強度との関係を示す線
図である。

【符号の説明】

図中、１はブランク保持部、１１は第１ブランク保持
部、１１ａは第１保持軸、１２は第１ブランク保持部、
１２ａは第１保持軸、３はローラ押込装置、３１は第１
ローラ押込装置、３２は第１ローラダイス、３６は第１
ハウジング、４１は第２ローラ押込装置、４２は第２ロ
ーラダイス、４６は第２ハウジング、７はブランク、６
１は第１噴射ノズル装置、９１は第２ノズル噴射装置、
８１は歯部、８２は歯元部、８２ａは表層部を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 出 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 田中 利秋 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 澤村 政敏 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 坂東 勝次 愛知県豊明市新田町大割21番地の１ 豊明 工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粗材を熱間転造して歯部及び歯元部を創成
   して得られた熱間転造歯車であって、 上記歯部はマルテンサイト主体の組織よりなり、上記歯
   元部の表層部は微細パーライト主体の組織よりなること
   を特徴とする熱間転造歯車。
2. 【請求項２】鋼材よりなる粗材を加熱する加熱工程と、
   加熱された該粗材の冷却過程中に熱間転造を行い該粗材
   に歯部及び歯元部を創成する熱間転造工程とを順に実施
   し、 上記冷却過程における冷却速度は、上記歯部がパーライ
   ト変態を起こさずにマルテンサイト変態を起こし、か
   つ、上記歯元部の表層部がパーライト変態を起こす範囲
   内に設定することを特徴とする熱間転造歯車の製造方
   法。
3. 【請求項３】粗材を加熱する加熱手段と、加熱された該
   粗材に歯部及び歯元部を熱間転造により創成する転造手
   段と、上記粗材を冷却する冷却手段とを有していること
   を特徴とする熱間転造歯車の製造装置。