(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
純幾何学的な回転ホイール形状を有する外歯列を備えた板金製スタータ・リムギヤを製作するために、加工素材軸線（Ｚ）に対して平行かつ共軸に円筒状に延びる周壁（１１２）と一体に結合した、外周から半径方向に前記加工素材軸線（Ｚ）の方へ向かって延びるホイールフランジ（１１１）を有する板金素材（１００）の前記周壁（１１２）に、グローブ法に基づいて冷間塑性変形加工を施して、純幾何学的な回転ホイール形状を有する外歯列（１３）を形成する形式の、板金製スタータ・リムギヤの製作法において、円形断面形状の、成形されていない心棒（２３）上で、リムギヤ周壁（１２）を形成するための加工素材周壁（１１２）を冷間塑性変形加工することによって、加工素材（１００）の周壁（１１２）の肉厚（１１６）を変化させて、製作済み外歯列（１３）の歯溝基底の歯元円（１４）と製作済み周壁（１２）の内面（１５）の最短点との距離（１６）を、加工素材（１００）の周壁（１１２）の前記肉厚（１１６）よりも小さくなるようにし、かつ前記外歯列（１３）の歯元円（１４）を、外歯列（１３）を有する製作済み周壁（１２）の内面（１５）と外面との間に常に延在させるようにすることを特徴とする、板金製スタータ・リムギヤの製作法。
【請求項２】
外周から加工素材軸線(Ｚ)の方へ向かって半径方向に延びるホイールフランジ（１１）を有し、該ホイールフランジの半径方向の最外位には、加工素材軸線（Ｚ）に対して平行かつ共軸に管状に延びていてグローブ法に基づいて冷間塑性変形されたギヤリムとしての周壁（１２）が一体に成形されており、該周壁には、冷間塑性変形加工の施された鋼薄板から成っていて純幾何学的な回転ホイール形状を有する外歯列（１３）が構成されている形式の、請求項１記載の方法によって製作された板金製のスタータ・リムギヤ（１）において、外歯列（１３）の歯元円（１４）が、該外歯列（１３）を有する製作済み周壁（１２）の内面（１５）と外面との間に常に延在していることを特徴とする、スタータ・リムギヤ。
【請求項３】
周壁（１２）の内面（１５）が、円筒断面形状乃至は波形断面形状に構成されている、請求項２記載のスタータ・リムギヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、請求項１に上位概念として記載した形式の板金製スタータ・リムギヤの製作法及び該方法によって製作されたスタータ・リムギヤに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
グローブ法が刊行物や実地において周知になっているにも拘らず、比較的肉薄の中空加工素材に冷間塑性変形を施すことによって外歯列を製作するためのグローブ法を先ず簡単に説明して、念のために不当な誤解を避けることにする。
【０００３】
グローブ法では冷間塑性変形加工によって外側断面形状と内側断面形状とが同時に製作され、該断面形状は種々異なる成形プロフィールであることができる。この塑性変形のために加工素材の管状部分が、前記内側断面形状に対応した心棒上に被せ嵌められる。加工素材はこの状態で加工送りされ、該加工送りの場合、加工素材は加工素材軸線に沿ってシフトされかつ該加工素材軸線を中心として回転される。この加工送り中に加工素材は外側からリング状の成形ロールによって加工され、その際各成形ロールによって、成形ピッチと加工素材送りとに調和された迅速な順序で衝撃的な個別転造動作が行なわれる。この個別転造動作は、同一方向にかつ主として成形プロフィール長手方向に相当する方向に行なわれる。同一のロールによって順次相前後して行なわれる個別転造動作はその場合、螺線状のゾーンに沿って進行し、該螺線状ゾーンは加工素材送りによって規定される。成形プロフィール長手方向に同一の歯溝内で順次継続して行なわれる個別転造動作は、加工素材に対するロールの作用に関して部分的にオーバーラップしつつ行なわれる。成形心棒上で冷間塑性変形加工を施す前記方法では、個別転造動作毎に材料は、その都度比較的小さな加工素材区分に沿って主として半径方向で心棒の成形溝内に送り込まれる。このような比較的肉厚の加工素材に関連した方法はスイス国特許第５７９４２７号明細書、フランス国特許第７５３８５３９号明細書及びドイツ連邦共和国特許出願公開第２５４９２３０号明細書に開示されている。
【０００４】
内燃機関の始動装置をドイツ国及びその他の多くの国で大抵はスタータと呼んでいるのは周知の通りである。
【０００５】
例えば乗用車のような自動車の内燃機関では、主として電気式のリムギヤ・クランキング・スタータが使用される。このスタータでは、車両搭載バッテリから給電される電動モータが設けられており、該電動モータは始動のためにピニオンを駆動する。該ピニオンは始動動作中、電動モータに装着されたスタータ・リムギヤと噛み合わされる。
【０００６】
これは、スタータ・リムギヤが正しい回転ホイール歯数比を有していることを前提条件としている。
【０００７】
自動車分野において使用されている例えば歯付きベルトプリー、クラッチ板キャリア及びスプライン管のようなその他の板金製有歯機構とは異なって、スタータ・リムギヤの歯列は、純幾何学的な回転ホイール形状を有する歯列であり、要するに（半径方向で計測すれば）比較的丈高でかつ（軸方向で計測すれば）狭い歯筋幅の歯列を有する純然たる歯車であり、該歯車は別の純然たる歯車（ピニオン）と噛み合うものである。
【０００８】
純幾何学的な回転ホイール形状をもった歯列を備えたスタータ・リムギヤを製作する方法は、例えば米国特許第４７９６３４５号明細書において提案されている。
【０００９】
しかしながら当該米国特許第４７９６３４５号明細書に開示された方法で前記のように製作されたスタータ・リムギヤは、遺憾ながら往々にして、歯面の肉厚が或る種の用途のためには著しく不十分である場合が多いという欠点を有している。
【００１０】
成形された心棒、要するに明確に刻まれた歯形を有する心棒は元々損傷を受け易く、耐用寿命が比較的短く、その上に製作費が高くつく。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、殊に従来技術において往々にして出現するような、肉厚が過小になるという欠点を生ぜしめないように、グローブ法に基づいて板金製スタータ・リムギヤを製作することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の製作法上の構成手段は、純幾何学的な回転ホイール形状を有する外歯列を備えた板金製スタータ・リムギヤを製作するために、加工素材軸線に対して平行かつ共軸に円筒状に延びる周壁と一体に結合した、外周から半径方向に前記加工素材軸線の方へ向かって延びるホイールフランジを有する板金素材の前記周壁に、グローブ法に基づいて冷間塑性変形加工を施して、純幾何学的な回転ホイール形状を有する外歯列を形成する形式の、板金製スタータ・リムギヤの製作法において、円形断面形状の、成形されていない心棒上で、リムギヤ周壁を形成するための加工素材周壁を冷間塑性変形加工することによって、加工素材の周壁の肉厚を変化させて、製作済み外歯列の歯溝基底の歯元円と製作済み周壁の内面の最短点との距離を、加工素材の周壁の前記肉厚よりも小さくなるようにし、かつ前記外歯列の歯元円を、外歯列を有する製作済み周壁の内部で、即ち周壁の内面と外面との間に常に延在させるようにする点にある。
【００１３】
リムギヤ周壁を形成するための加工素材周壁の冷間塑性変形加工を心棒上で行なうのが有利である。
【００１４】
該心棒は円筒断面形状又はやや波形断面形状に構成されているのが殊に有利である。
【００１５】
本発明は更にまた、外周から加工素材軸線の方へ向かって半径方向に延びるホイールフランジを有し、該ホイールフランジの半径方向の最外位には、加工素材軸線に対して平行かつ共軸に管状に延びていてグローブ法に基づいて冷間塑性変形加工の施されたギヤリムとしての周壁が一体に成形されており、該周壁には、冷間塑性変形加工の施された鋼薄板から成っていて純幾何学的回転ホイール形状を有する外歯列が構成されている形式の、前記方法によって製作された板金製のスタータ・リムギヤに関するものであり、その特徴とするところは、外歯列の歯元円が、該外歯列を有する製作済み周壁の内部で、即ち周壁の内面と外面との間に常に延在している点にある。
【００１６】
【作用】
本発明の製作法によればスタータ・リムギヤは、中実材料に転造する場合（要するに中実の加工素材に外歯列を転造する場合）に類似した形式で製作できることが確認された。この場合は板金加工素材を、要するに中空の板金部分を成形心棒上に被せ嵌める必要は最早ない。この点だけを見ても、製作が著しく簡便になりかつ格別の材料節減が得られることが判る。それというのは、成形心棒を製作するためのすべての手段、しかも部分的には綿密な実験過程を必要とするような手段が今や不必要になるからである。このような成形心棒、例えば成形歯付き心棒の高い経費はただの１回限りという訳にはいかず、むしろ、このような成形心棒は、元々長期耐久性を望むことはできないので、再三再四の経費計上となる。
【００１７】
これに対比して本発明では、低廉で耐用性のある円筒断面形状又はやや波形断面形状の心棒を使用することが可能になる。
【００１８】
中実材料に転造された成形部の場合と同様に、本発明では、表面焼入れ処理の施し易い鋼製の加工素材を採用することが可能である。
【００１９】
従って本発明では加工素材として、充分に冷間塑性変形加工が可能であって、塑性変形後に（誘導焼入れによって）表面処理可能な鋼薄板を使用することが可能である。この場合の最適化は、従来一般に慣用されているような簡単な実験によって得られる。
【００２０】
例えば次のような処理パラメータが好適である：
（ａ）約３ｍｍオーダーの板金厚を有するホイールフランジを実際に使用できることが判った。
【００２１】
（ｂ）加工素材の周壁の板金厚は、ホイールフランジの板金厚の複数倍、例えば少なくとも２倍であるのが勿論有利である。
【００２２】
（ｃ）約２〜２．５の係数によって良好な成績が得られる。
【００２３】
（ｄ）転造ヘッド回転数は、１２００〜１４００ｒｐｍであるのが最適である。
【００２４】
（ｅ）前記の転造ヘッド回転数で２つの転造ヘッドを用いて転造加工を行ない、かつその際に各転造ヘッドが夫々１本の単一リブ付きロールを有している場合に加工素材の１回転当りの軸方向送りを３〜６ｍｍとすれば、綺麗に成形された歯列が得られる。複数枚のリブを有するロールの場合（例えば２枚又は３枚のリブを有するロールの場合）には、加工密度が大きくなるので、それ相応に軸方向送りを高めることが可能である。このことは、各転造ヘッドに２本以上のロールが配置されておりかつ回転数が相応に維持される場合にも当て嵌まる。
【００２５】
本発明の製作法によって製作された板金製スタータ・リムギヤは、前記経済的な利点以外に、その製作時の確実な再現可能性が得られるという利点も有している。
【００２６】
更に、僅かな経費で高い精度が得られるという利点以外に耐用寿命も大きくなるという利点が得られる。
【００２７】
それのみならず、歯面域の肉厚が、成形歯付き心棒上で製作する場合よりも著しく大きくなるので、耐負荷性も向上するという利点が得られる。
【００２８】
良質材料においては、成形歯付き心棒上で転造する場合に著しく高い弾性的な弾発力が発生する。それというのは硬質の成形心棒と硬質のロールとの間で材料が衝撃的に成形されるからである。本発明では、いかなる成形心棒も最早必要としないので、弾性的な弾発作用は著しく小さくなる。その結果、材料送りを著しく大きくして稼働することが可能である。中実材料に転造する場合の関係との比較は部分的にしか可能でない。それというのは本発明では加工素材は概ね又は少なくとも部分的には中空と見做すことができるからである。
【００２９】
本発明の方法の前記有利な実施態様によって製作された板金製スタータ・リムギヤは、あらゆる最高度の要求を満たすことができる。
【００３０】
【実施例】
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
【００３１】
図２、図４及び図６に示した製作済みのスタータ・リムギヤ１は、前記グローブ方式に基づく本発明の方法で製作された。この製作に際しての出発点となる加工素材は、比較的小さな外径の加工素材１００（図３及び図５）であった。つまり本発明の方法では、中実素材への転造動作に比較的類似した関係によって外径は大きくなる。それというのは歯元から歯末の方へ材料の塑性流れが生じるからである。（要するに冒頭で述べた公知の方法の場合のように、材料が成形心棒の歯溝の空隙内へ送り込まれて、それによって外径が小さくなるようなことはない訳である。）
加工素材１００はホイールフランジ１１１及び、該ホイールフランジと一体に結合された円筒形周壁１１２を有している。この場合は、加工素材１００が焼入れ可能な鋼薄板から成っているものとする。
【００３２】
円筒形周壁１１２の外面１１４と内面１１５との間の肉厚１１６は本実施例では、ホイールフランジ１１１の肉厚（符号を省く）よりも大である。しかし円筒形周壁１１２とホイールフランジ１１１との肉厚が等しいのが有利と見做される場合には、等しい肉厚のホイールフランジを使用することも可能である。
【００３３】
本実施例では前記加工素材１００には、グローブ方式に基づく本発明の方法を実施する製造装置２（図１）によって冷間塑性変形加工が施されてスタータ・リムギヤ１が成形される。
【００３４】
製造装置２（図１）はその機械架台２０内に、加工素材軸線Ｚ上に配置された保持プランジャ２１を有し、該保持プランジャは、やはり加工素材軸線Ｚ上に位置している対向プランジャ２２の運動に応じて該対向プランジャから離間する。保持プランジャ２１と対向プランジャ２２との間に加工素材１００がチャックされる。このチャック時に、円筒形心棒に類似したセンタリング部材２３が加工素材１００内へ係合して、該加工素材の内面１１５を支持して該加工素材を加工素材軸線Ｚにセンタリングする。
【００３５】
いま対向プランジャ２２は駆動送り台２４によって、加工部品を形成する加工素材１００の回転運動が両転造ヘッド３の回転運動Ｗに同期的に行なわれるように矢印Ｒの方向に回転される。前記転造ヘッド３は周知の駆動装置（図示せず）によって回転され、この場合、加工素材１００の回転運動Ｒに対する回転運動Ｗの同期化は、それ自体公知の機械的及び／電子的な手段によって公知の方式で行なわれる。
【００３６】
また駆動送り台２４は、転造ヘッドの回転運動Ｗに調和してねじスピンドル２５によって矢印Ａで示した軸方向にシフトされ、この場合ねじスピンドル２５の駆動装置２６は電子式制御手段によって制御することも可能である。
【００３７】
転造ヘッド３は調整プランジャによって二重矢印Ｄの方向に加工素材に対して接近方向又は離反方向に調整することができる。原則として両転造ヘッド３は図示の状況において正しい間隔に設定され、かつ、転造加工終了時点までその位置に留まるか、或いは転造加工中に両転造ヘッドは技術的な要求に応じて数値制御軸線に関して調整される。製作済みスタータ・リムギヤを放出する場合には、必要に応じて両転造ヘッドを移動させることが可能である。
【００３８】
各転造ヘッド３には、ただ１本のロール３２が図示されており、該ロールは歯溝型の断面形状を有しているが、この場合比較的僅かな弾性的な弾発作用を補償するために僅かな異型断面を有することができるのは勿論のことである。また、駆動状態をそれ相応に変化させるために複数本のロールを設けることも可能である。
【００３９】
転造動作によって、グローブ法にとって典型的な方式で徐々にスタータ・リムギヤ１が生じ（図２、図４及び図６）、該リムギヤのフランジ１１は、図３と図４との対比によって明らかなように外歯列１３の縁部域に或る程度の塑性変形加工が行なわれている点を除けば、大体において加工素材１００のホイールフランジ１１１に等しい。外歯列１３が純幾何学的な回転ホイール形状をもって形成されるのに対して、内面１５はプランジャに適合して僅かしか、又は全く変化することがない。
【００４０】
本発明では、鋭利な歯をもったマンドレルが存在していないので、肉厚１６（
【００４１】
図４）は比較的大であり、その結果、従来の技術に対比して（【従来の技術】の説明参照）臨界域におけるスタータ・リムギヤの耐負荷性及び耐久性が著しく高められる。
【００４２】
就中、図２及び図４の図示から明確に判るように、外歯列１３は、スタータ・リムで従来慣用のように、（半径方向で計測すれば）極めて丈高であるが、（軸方向で計測すれば）極めて細い。但し、図面が純正の回転ホイール歯列の精密さを殆ど表していないのは勿論のことである。
【００４３】
また本発明の作業方式によれば、冷間塑性変形加工時に不利な問題点を生ぜしめることなしに、例えば誘導焼入れによる表面処理を施し易い鋼薄板を使用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスタータ・リムギヤを製造するための本発明の方法を実施するのに適した構成のグローブ式機械の平面図である。
【図２】図１に対比して拡大されたスタータ・リムギヤを軸方向に見た図である。
【図３】冷間塑性変形加工前の加工素材を図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って断面した拡大断面図である。
【図４】製作済みのスタータ・リムギヤの図３相当の断面図である。
【図５】図２において鎖線円Ｖで囲んだ加工素材のフランジ区域を軸線Ｚに対して直角方向に断面した詳細横断面図である。
【図６】スタータ・リムギヤのリム区域の詳細横断面図である。
【符号の説明】
Ａ    加工素材の軸方向の送り方向を示す二重矢印、  Ｄ    転造ヘッドの接近・離間方向を示す二重矢印、  Ｒ    加工素材の回転運動方向を示す矢印、  Ｗ    転造ヘッドの回転方向を示す矢印、  Ｚ    加工素材軸線、  １    スタータ・リムギヤ、  ２    製造装置、  ３    転造ヘッド、  １１    スタータ・リムギヤのホイールフランジ、  １２    スタータ・リムギヤの周壁、  １３周壁に設けた外歯列、  １４    外歯列の歯溝基底の歯元円、  １５    周壁の内面、  １６    歯溝基底から周壁内面までの肉厚、  ２０    機械架台、２１    保持プランジャ、  ２２    対向プランジャ、  ２３    センタリング部材、  ２４    駆動送り台、  ２５    ねじスピンドル、  ２６    ねじスピンドルの駆動装置、  ３２    ロール、  １００    加工素材、  １１１    加工素材のホイールフランジ、  １１２    加工素材の円筒形周壁、  １１４  周壁の外面、  １１５    周壁の内面、  １１６    外面と内面との間の加工素材周壁の肉厚
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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