(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車形状に対応する放電加工用電極を使用し、処理槽内に供給された放電加工溶液中において、ポンプの作用下に鍛造型の孔部内が吸引された状態で前記鍛造型に荒加工および中間仕上げ加工を施して、前記鍛造型を前記歯車形状に型彫りする工程と、
前記放電加工溶液から切り換えて前記処理槽内に供給されたクロム金属の粉末を添加した放電加工粉末溶液中において、前記ポンプの切り換え作用下に鍛造型の孔部から前記放電加工用電極側に向かって噴流が発生した状態で前記放電加工用電極を用いて前記鍛造型に仕上げ加工を施し、該鍛造型の型彫り表層面にクロム皮膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする歯車用鍛造型の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法において、前記鍛造型に荒加工を施す際、前記放電加工用電極を揺動させる一方、
前記鍛造型に中間仕上げ加工を施す際、および前記鍛造型に仕上げ加工を施す際、前記放電加工用電極を揺動させないことを特徴とする歯車用鍛造型の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の製造方法において、前記鍛造型は、傘歯車の傘歯成形用金型であることを特徴とする歯車用鍛造型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯車形状に対応する放電加工用電極を使用し、鍛造型に荒加工、中間仕上げ加工および仕上げ加工を施す歯車用鍛造型の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、歯車を鍛造成形するための鍛造型（金型）は、ブローチ刃状の総型工具を使用した切削加工や放電加工により、前記歯車に対応した歯形形状に製造されている。ところが、上記の切削加工では、加工後に仕上げ研磨加工処理が必要であり、工数が多くなって製造作業全体の効率化が達成されないという不具合がある。
【０００３】
一方、通常の放電加工では、図９に示すように、金型１の素材部２に熱変質層３が設けられるとともに、この熱変質層３上に溶融再凝固層４が形成されている。このため、放電加工後の表層面には、極めて微細なクラック５が多数存在してしまう。このクラック５が歯面以外の部位、特に歯形角部に存在していると、金型１により歯車を鍛造成形する際に前記クラック５に繰り返し過大な衝撃力や押圧力が蓄積される。従って、クラック５を起点としてチッピングが発生し易く、このチッピング部分を中心にして金型１が早期に破損してしまうという問題がある。
【０００４】
また、歯形形状部は、一般的に歯形精度への影響が懸念されるために磨き加工が施されておらず、例えば、１２μｍ〜１５μｍの荒い面粗度となっている。これにより、摩擦抵抗が相当に大きなものとなり、鍛造成形を行う際に成形肉流動時の応力が増幅され、この増幅された応力が歯先の隅角部に集中してしまう。この結果、局部的な過負荷状態が惹起され、表層面に存在する微細なクラック５を起点としてチッピングが発生してしまう。
【０００５】
そこで、例えば、特開平３−２７７４２１号公報に開示されているように、加工液中に金属または半導体等の粉体、例えば、シリコン、ゲルマニウム、アルミニウム等の粉体を混入した放電加工媒体を電極と被加工物間に介在させ、炭素系材料の電極を用いて前記被加工物の加工を行う技術が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、放電加工後の表層面に形成されるシリコン皮膜の硬さが十分ではなく、また、電極の消耗が著しいという問題が指摘されている。しかも、シリコン皮膜の厚さが薄いために、耐久性にも問題がある。
【０００７】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、放電加工後の表層面の硬度を高くするとともに、耐久性を有効に向上させることが可能な歯車用鍛造型の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る歯車用鍛造型の製造方法では、歯車形状に対応する放電加工用電極を使用し、処理槽内に供給された放電加工溶液中において、ポンプの作用下に鍛造型の孔部が吸引された状態で鍛造型に荒加工および中間仕上げ加工が施されてこの鍛造型に歯車形状に対応する型彫りが施された後、前記放電加工溶液から切り換えて前記処理槽内に供給されたクロム金属の粉末を添加した放電加工粉末溶液中において、前記ポンプの切り換え作用下に鍛造型の孔部から前記放電加工用電極側に向かって噴流が発生した状態で、前記鋳造型に仕上げ加工が施される。その際、クロム金属の粉末を介して放電加工が施されるため、鍛造型の型彫り表層面には、微細なクラックを有した溶融再凝固層が極小化されるとともに、この型彫り表層面にクロム皮膜が形成される。
【０００９】
これにより、微細なクラックを起点としてチッピングが発生することを有効に防止するとともに、型彫り表層面の面粗度を向上させ、特に傘歯車の傘歯面部分では塑性成形に伴う材料流動時の摩擦抵抗を低減させ、応力の集中を緩和することが可能になる。従って、長期間にわたって安定した歯車（傘歯車）の鍛造成形作業が遂行される。
【００１０】
さらに、グラインダや砥石による手作業に依存した磨き加工が軽減され、工数の削減が有効に図られてコストの低減が遂行される。さらにまた、型彫り表層面にクロム皮膜が形成されるため、この型彫り表層面の硬度が一挙に高くなり、耐久性の向上が容易に図られる。これによって、長期間にわたって高精度にかつ安定して所望の歯車の鍛造成形作業が遂行されることになる。本発明によれば、処理槽内に供給された放電加工溶液中において荒加工および中間仕上げ加工が施され、さらに仕上げ加工を施すときにのみ処理槽内がクロム金属の粉末を添加した放電加工粉末溶液に切り換えられるため、全工程においてクロム金属の粉末を添加した放電加工粉末溶液が使用されることがなく、製造コストを低減することができる。また、本発明によれば、荒加工および中間仕上げ加工時にポンプの作用下に鍛造型の後部が吸引されることにより加工層が吸引除去されるとともに、仕上げ加工時に前記ポンプの切り換え作用下に鍛造型の孔部から前記放電加工用電極側に向かって噴流が発生するため、クロム金属が放電加工粉末溶液中に確実に分散される。
【００１１】
さらに、本発明では、鍛造型に荒加工を施す際に放電加工用電極を揺動させ、荒加工時における加工速度を向上させることができる。一方、中間仕上げ加工および仕上げ加工を施す際には、前記放電加工用電極を揺動させることがない。例えば、傘歯車のようにインボリュート曲線等の複雑形状を有する歯車では、歯形形状の転写性を高めるために中間仕上げ加工および仕上げ加工時に放電加工用電極を全く揺動させない。
【００１２】
これにより、歯形形状の転写性の向上の他、表層面の面粗度を向上させて溶解したクロムが表層面に密着し易くなり、相当に厚膜のクロム皮膜を確実に形成して該表層面の硬度を有効に向上させることが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る歯車用鍛造型の製造装置１０の概略構成説明図であり、図２は、この製造装置１０により製造される鍛造型である金型１２の斜視説明図である。金型１２は、例えば、ハイス（高速度工具鋼）材料で構成されており、その中央部に鍛造品である傘歯車に対応した傘歯成形部１４が設けられ、この傘歯成形部１４に孔部１６が連通している。
【００１４】
図１に示すように、製造装置１０は、処理槽１８を備え、この処理槽１８内には、台座２０を介して金型１２が配置される。台座２０に配置された金型１２の上方には、放電加工用電極２２がホルダ２４を介して配置されており、このホルダ２４が駆動部２６を介して上下方向に進退自在であるとともに、その軸線周りに揺動可能である。
【００１５】
電極２２の揺動幅は、例えば１／１００ｍｍ程度に設定されている。電極２２は、金型１２に荒加工、中間仕上げ加工および仕上げ加工を施すものであり、それぞれの加工条件によって形状が設定されている。例えば、荒加工に使用される電極２２は、略円錐台形状に設定される一方、仕上げ加工に使用される前記電極２２は、鍛造品である傘歯車の形状に一致した形状に設定されている。
【００１６】
処理槽１８には、放電加工溶液２８を貯留し、荒加工および中間仕上げ加工時にこの処理槽１８内に前記放電加工溶液２８を供給して金型１２の型彫りを行うための第１溶液貯留槽３０と、前記放電加工溶液２８にクロム金属３２の粉末を添加した放電加工粉末溶液３４を貯留し、仕上げ加工時に前記処理槽１８に前記放電加工粉末溶液３４を供給して前記金型１２の型彫り表層面４８（後述する）にクロム皮膜５４（後述する）を形成するための第２溶液貯留槽３６とが設けられる。
【００１７】
処理槽１８には、この処理槽１８内に放電加工溶液２８と放電加工粉末溶液３４とを選択的に供給するための第１切り換えスイッチ３８が設けられる。台座２０には、金型１２の孔部１６に対応してポンプ４０が装着され、このポンプ４０は、第２切り換えスイッチ４２により荒加工時および中間仕上げ加工時に吸引を行う一方、仕上げ加工時に噴流を発生する機能を有している。
【００１８】
このように構成される製造装置１０の動作について、以下に説明する。
【００１９】
先ず、銅またはタングステンを使用し、切削加工あるいは焼結成形法により所定の形状を有する電極２２が得られ、この電極２２が複数個用意される。電極２２はホルダ２４に取り付けられる一方、処理槽１８内には台座２０上に金型１２が配置されるとともに、この処理槽１８内に第１溶液貯留槽３０内に貯留されている放電加工溶液２８が供給される。
【００２０】
そこで、図３に示すように、電極２２と金型１２とが電源４４に接続された状態で、この電極２２が駆動部２６の作用下に下降される。その際、電極２２は、駆動部２６を介して１／１００ｍｍの揺動幅で微小揺動されている。これにより、電極２２と金型１２の上部との間で放電加工が行われ、この金型１２に荒加工が施される。この荒加工では、電極２２の厚み分だけ放電加工を行うため、この電極２２を途中で取り替えて放電加工が約３０分間行われる。従って、金型１２には型彫り部４６が形成される。
【００２１】
次に、電極２２を傘歯成形部１４の形状に対応した電極２２に取り換えて、図４に示すように、放電加工溶液２８中で前記電極２２を用いて金型１２に中間仕上げ加工を施す。その際、電極２２は、揺動されることなく駆動部２６を介して下降動作のみが行われる。この中間仕上げ加工は約１時間３０分間行われ、金型１２には、傘歯成形部１４に対応する型彫り表層面４８が形成される。なお、荒加工および中間仕上げ加工時には、ポンプ４０の作用下に金型１２の孔部１６内が吸引され、加工層が吸引除去される。
【００２２】
中間仕上げ加工終了後に、第１切り換えスイッチ３８が操作される。このため、処理槽１８内の放電加工溶液２８が第１溶液貯留槽３０に戻される一方、第２溶液貯留槽３６内に貯留されているクロム金属３２を含む放電加工粉末溶液３４が前記処理槽１８内に供給される。放電加工粉末溶液３４は、放電加工溶液２８が２００リットルに対してクロム金属３２の粉末を約５％だけ添加して生成されている。
【００２３】
そこで、中間仕上げ加工に使用された電極２２、あるいは、新たな電極２２がホルダ２４を介して金型１２側に移動し、この電極２２と前記金型１２に電圧が印加されて放電加工による仕上げ加工が開始される（図５参照）。電極２２からの放電は、先ず、放電加工粉末溶液３４中のクロム金属３２に印加されてスパークが発生し、このスパークによって、金型１２の型彫り表層面４８には、図６に示すように微小なクラック５０が大幅に減少された溶融再凝固層５２が極小化された状態で形成される。この溶融再凝固層５２の表面には、放電加工によって溶解したクロムが溶着してクロム皮膜５４が形成される。上記の仕上げ加工時間は、４時間である。
【００２４】
なお、上記の仕上げ加工時には、第２切り換えスイッチ４２が操作されてポンプ４０の作用下に金型１２の孔部１６から電極２２側に放電加工粉末溶液３４の噴流が発生している。従って、クロム金属３２が、放電加工粉末溶液３４中に確実に分散されている。
【００２５】
この場合、本実施形態では、放電加工溶液２８中で金型１２に電極２２を介して荒加工およひ中間仕上げ加工が施された後、処理槽１８内には、この放電加工溶液２８に代えてクロム金属３２の粉末が添加された放電加工粉末溶液３４が供給される。次いで、電極２２と金型１２とに電圧を印加することにより、この金型１２には、クロム金属３２を介して放電加工が行われる。
【００２６】
このため、図６に示すように、金型１２には、素材部１２ａに熱変質層１２ｂが設けられるとともに、この熱変質層１２ｂの表面である型彫り表層面４８には、微小なクラック５０が大幅に削減された溶融再凝固層５２が極小状態で形成され、さらにこの溶融再凝固層５２上にクロム皮膜５４が形成される。このクロム皮膜５４は、約８μｍ〜１０μｍの厚さを有しており、金型１２の傘歯成形部１４の硬度が有効に向上するという効果が得られる。
【００２７】
具体的には、金属粉末を用いない放電加工による従来の金型１（従来型）と、本実施形態に係る製造方法により製造される金型１２とを比較すると、図７に示すように、前記金型１２の耐久性が大幅に向上していることがわかる。すなわち、金型１２では、微小なクラック５０を起点として発生するチッピングを有効に防止するとともに、特に歯面部分における材料流動時の摩擦抵抗を大幅に低減させて応力の集中を緩和することが可能になるからである。
【００２８】
さらに、本実施形態では、従来のように、グラインダや砥石による熟練度を有する手作業の磨き加工を不要とし、工数を削減して低コストで効率的に金型１２を製造することができるという利点がある。
【００２９】
次いで、クロム金属３２に代替してシリコン粉末を用いて放電加工による仕上げ処理を施した結果が、図８に示されている。これにより、シリコン粉末を用いた場合は、クロム金属３２を用いた場合に比べて面粗度が劣るとともに、シリコン皮膜がクロム皮膜５４に比べて硬度が劣り、しかも電極２２の消耗が激しいという不具合があった。
【００３０】
従って、クロム金属３２の粉末を用いる本実施形態では、シリコンの粉末を使用するものでは得られない表面硬度、膜厚および面粗度の向上が図られるという特有の効果が得られる。
【００３１】
さらにまた、本実施形態では、荒加工時にのみ電極２２を微小範囲で揺動させる一方、中間仕上げ加工および仕上げ加工時には、前記電極２２に揺動動作を付与することがない。これにより、金型１２の荒加工の処理時間を有効に短縮することができるとともに、特にインボリュート曲線等の複雑形状の歯形波面を有する傘歯成形部１４に対して正確な転写加工を施すことができる。このため、加工精度に優れる傘歯成形部１４を得るとともに、微細なクラック５０を極小化または発生させず、面粗度を有効に向上させることが可能なる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る歯車用鍛造型の製造方法では、放電加工溶液中で、鍛造型に荒加工および中間仕上げ加工を施した後、クロム金属の粉末を添加した放電加工粉末溶液中で、この鍛造型に仕上げ加工を施して該鍛造型の型彫り表層面にクロム皮膜を形成している。このため、微小なクラックを起点として発生しするチッピングを有効に防止するとともに、表面の硬度および面粗度を有効に向上させ、耐久性に優れる鍛造型を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る歯車用鍛造型の製造装置の概略構成説明図である。
【図２】前記製造装置により製造される金型の斜視説明図である。
【図３】前記製造装置による荒加工の説明図である。
【図４】前記製造装置による中間仕上げ加工の説明図である。
【図５】前記製造装置による仕上げ加工の説明図である。
【図６】前記仕上げ加工後の前記金型の要部断面説明図である。
【図７】前記製造装置により製造された金型と従来例の金型との耐久性の実験結果を説明する図である。
【図８】クロム金属粉末を添加した場合とシリコン粉末を添加した場合とにおける表面硬さ、表面処理膜厚さおよび面粗度の説明図である。
【図９】従来の製造方法により製造された金型の要部拡大説明図である。
【符号の説明】
１０…製造装置                  １２…金型
１４…傘歯成形部                １８…処理槽
２２…電極                      ２４…ホルダ
２６…駆動部                    ２８…放電加工溶液
３０、３６…溶液貯留槽          ３２…クロム金属
３４…放電加工粉末溶液          ４６…型彫り部
４８…型彫り表層面              ５０…クラック
５２…溶融再凝固層              ５４…クロム皮膜
【図１】
0003671113.tif 000002
【図２】
0003671113.tif 000003
【図３】
0003671113.tif 000004
【図４】
0003671113.tif 000005
【図５】
0003671113.tif 000006
【図６】
0003671113.tif 000007
【図７】
0003671113.tif 000008
【図８】
0003671113.tif 000009
【図９】
0003671113.tif 000010