(57)【要約】【課題】正確な製品歯車の歯形形状を得られる素材歯車の転造技術の提供。【解決手段】全歯たけ寸法をｈｆとし、ピッチ点から歯元側の歯元たけ寸法をｈｔとし、前記ピッチ点から歯先側の歯先たけ寸法をｈｋとして定義される転造前の素材歯車に、ピッチ点を頂点にして前記歯元側及び前記歯先側の各歯面に直線状に傾斜させ略三角形の凸部を構成する。この凸部の寸法を、前記ピッチ点を含む全長をａとし、前記ピッチ点から歯元側をｂとし、前記ピッチ点から歯先側をｃとし、前記ピッチ点と前記凸部の頂点のずれをｄとして定義し、式０．２５ｈｔ≦ｂ≦０．８５ｈｔ、式０．２５ｈｋ≦ｃ≦０．８５ｈｋ、式０．２５ｈｔ≦ｄ≦０．２５ｈｋ、を満たすように規定して素材歯車を転造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品歯車に類似歯形形状を有し、全歯たけ寸法をｈｆとし、ピッチ点から歯元側の歯元たけ寸法をｈｔとし、前記ピッチ点から歯先側の歯先たけ寸法をｈｋとして定義される素材歯車の転造方法において、
前記ピッチ近傍の歯面に前記各ｈｆ、ｈｔ、ｈｋ以内の寸法で構成し、前記ピッチ点を頂点にして前記歯元側及び前記歯先側の各歯面に直線状に傾斜させ略三角形の凸部を構成した素材歯車を転造する
ことを特徴とする歯車の転造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の歯車の転造方法において、
前記凸部の寸法を、前記ピッチ点を含む全長をａとし、前記ピッチ点から歯元側をｂとし、前記ピッチ点から歯先側をｃとし、前記ピッチ点と前記凸部の頂点のずれをｄとして定義し、式０．２５ｈｔ≦ｂ≦０．８５ｈｔ、式０．２５ｈｋ≦ｃ≦０．８５ｈｋ、式０．２５ｈｔ≦ｄ≦０．２５ｈｋ、を満たすように規定し凸部形状の素材歯車を転造する
ことを特徴とする歯車の転造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の歯車の転造方法において、
前記素材歯車のモジュールをｍとして定義し、０．２５＜ｍ＜５の範囲の場合、前記凸部の頂点と歯面との歯面高さ寸法をｅとして定義し、式０．００５ｍｍ≦ｅ≦１．０００ｍｍを満たすように規定し凸部形状の素材歯車を転造する
ことを特徴とする歯車の転造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の歯車の転造方法において、
前記素材歯車は、２００℃〜５００℃の温度範囲に加熱して転造される
ことを特徴とする歯車の転造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の歯車の転造方法において、
前記凸部の頂点と歯面との歯面高さ寸法ｅは、溶製材素材歯車に対しては、０．００５ｍｍ≦ｅ≦０．２００ｍｍと規定され、焼結材素材歯車に対しては、０．０１０ｍｍ≦ｅ≦１．０００ｍｍと規定される
ことを特徴とする歯車の転造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車を仕上げ転造する技術に関する。更に詳しくは、焼結等で製造される素材歯車を仕上げ転造して製品歯車を製造するための歯車の転造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から歯元から歯先まで一様に転造代を設けた歯車の転造においては、製品歯車のピッチ点近傍が凹む傾向にあり、一様に転造されない現象があった。特に、焼結歯車の場合は、転造時に歯形の歯面を緻密化することも合せて行われることもあって、転造代を多くとる傾向があった。この焼結歯車自体の転造は、コスト面で他の成形歯車に比べ優れていることもあり、有効な成形方法の開発が望まれている。
【０００３】
特に、焼結金属からなる歯車転造加工は、従来から種々の転造方法が試みられ、その転造技術も数多く知られている。例えば、ピッチ点付近に２０〜７０μの範囲を盛り上げて転造代とする転造方法（例えば、特許文献１参照）。又、仮歯面と歯底面をもつ焼結歯車を仮歯面が歯底面より外側に位置させて仮歯面と歯底面との境界部に転造で発生する余肉を吸収するための段差部をもたせる転造技術（例えば、特許文献２参照）、あるいは、予備成形歯形のダイスで、円板状素材の外周部に予備歯形を成形した後、目標歯形の歯先形状に対応する歯元形状に成形された仕上げ成形歯形のダイスで予備歯形を目標歯形に成形する転造技術（例えば、特許文献３参照）等が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特公昭５４−２３６７０号公報
【特許文献２】特許第３４０１１６４号公報
【特許文献３】特開２０００−４２６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したように、従来からも歯車転造における問題点を解決してそれなりの対策は施されている。しかしながら、最近は様々な分野で高精度化が要求されており、歯車の転造技術においても例外ではない。従来の転造技術では限界があるものの、さらに高精度化を求められている。転造加工はダイスにより行われるが、必ずしも転造代に沿って一様に成形されるわけではない。
【０００６】
転造に際しては、素材歯車の歯面には波状等複雑な力が生じる。この分析はそれなりに理論的に行なわれているが、実際面に適用すると異なる場合が多く、最適な条件を把握するために実験的な数値も必要とする。このようなことから、転造した後の目標歯形（製品歯形）になるように転造前の素材段階の歯車形状が大きな意味をもつ。
【０００７】
この素材段階における転造代の設定は転造に対する種々の条件、例えば、転造代の大きさ、形状、位置等で左右される。転造後の目標歯車の歯形はこれら諸条件によって微妙に異なってくる。このため、実際の転造加工は、適正条件を見出しながら繰り返し最適な加工方法を設定しているのが現状である。又、特に焼結歯車においては、その歯面の緻密性も要求される。
【０００８】
従来も焼結歯車であることでの押し込み量を想定しながら設定は行なわれているが、転造後の形状は必ずしも正確でなく理想的なものにはなっていない。又、転造加工の設定においても能率的とはいえないのが現状である。これらのことは、例えば異なるダイスを使用しての転造を行うとどうしてもコストアップの要因になり、又、素材歯車の歯面に凹み部分を設けるのは強度を弱める要因ともなる。
【０００９】
このように、従来の方法が全ての歯車に適用できるという保障はない。製品歯車が目標とする歯形になる転造であり、転造代設定に汎用性をもたせ、能率的な転造技術の開発が望まれている。
本発明は以上の技術背景にもとづき、従来の問題点を解決し開発されたもので、次の目的を達成した。
【００１０】
本発明の目的は、ピッチ点近傍に略三角形の凸部を設けた素材歯車を転造することで、正確な歯面形状の製品歯車を成形することができるようにした歯車の転造方法の提供にある。本発明の他の目的は、転造代、即ち凸部の寸法を計算により規定して設定し転造を行えるようにした歯車の転造方法の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
【００１２】
本発明１の歯車の転造方法は、製品歯車に類似歯形形状を有し、全歯たけ寸法をｈｆとし、ピッチ点から歯元側の歯元たけ寸法をｈｔとし、前記ピッチ点から歯先側の歯先たけ寸法をｈｋとして定義される素材歯車の転造方法において、
前記ピッチ近傍の歯面に前記各ｈｆ、ｈｔ、ｈｋ以内の寸法で構成し、前記ピッチ点を頂点にして前記歯元側及び前記歯先側の各歯面に直線状に傾斜させ略三角形の凸部を構成して素材歯車を転造することを特徴とする。この略三角形の凸部は近似形状であり、直線形状に限定はされない。
【００１３】
本発明２の歯車の転造方法は、本発明１において、前記凸部の寸法を、前記ピッチ点を含む全長をａとし、前記ピッチ点から歯元側をｂとし、前記ピッチ点から歯先側をｃとし、前記ピッチ点と前記凸部の頂点のずれをｄとして定義し、式０．２５ｈｔ≦ｂ≦０．８５ｈｔ、式０．２５ｈｋ≦ｃ≦０．８５ｈｋ、式０．２５ｈｔ≦ｄ≦０．２５ｈｋ、を満たすように規定し凸部形状の素材歯車を転造することを特徴とする。
【００１４】
本発明３の歯車の転造方法は、本発明１において、前記素材歯車のモジュールをｍとして定義し、０．２５＜ｍ＜５の範囲の場合、前記凸部の頂点と歯面との歯面高さ寸法をｅとして定義し、式０．００５ｍｍ≦ｅ≦１．０００ｍｍを満たすように規定し凸部形状の素材歯車を転造することを特徴とする。
【００１５】
本発明４の歯車の転造方法は、本発明１において、
前記素材歯車は、２００℃〜５００℃の温度範囲に加熱して転造されることを特徴とする。特に焼結歯車の歯面を緻密化するのに効果的である。
【００１６】
本発明５の歯車の転造方法は、本発明３において、前記凸部の頂点と歯面との歯面高さ寸法ｅは、溶製材素材歯車に対しては、０．００５ｍｍ≦ｅ≦０．２００ｍｍと規定され、焼結材素材歯車に対しては、０．０１０ｍｍ≦ｅ≦１．０００ｍｍと規定されることを特徴とする。このｅの範囲は、溶製材素材歯車においては、０．０１０ｍｍ≦ｅ≦０．１００ｍｍが好ましく、焼結材素材歯車においては、０．０５０ｍｍ≦ｅ≦０．５００ｍｍが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明は、素材歯車の転造代の設定に当たり、転造代を簡素な構成の凸部を形成するのみであり、その形状設定は計算により容易に規定することができる。このため、転造加工の能率が向上し正確な歯形形状を成形することとなった。またコスト面においても種類の異なるダイスを使用することもなく、コストアップになることのない転造方法となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に関わる歯車の転造方法について、その詳細を説明する。図１は、素材歯車の歯面の一部を模式的に示した歯形の部分断面図である。本発明の転造方法の対象となる素材歯車の特徴は、その歯形形状にあり、製品歯車の類似歯形形状を有し、ピッチ点３の上部を頂点２にして歯元側及び歯先側の各歯面に直線状に傾斜させ略三角形の凸部１を構成している。ピッチ点３は、歯元と歯先を結ぶ歯面とピッチ円Ｓとの交差点をいう。
【００１９】
即ち、頂点２から歯元側歯面４に直線状に傾斜し交差させた交差点５と、頂点２から歯先側歯面６に直線状に傾斜し交差させた交差点７と、頂点２とで結ばれた線で囲われた略三角形部分が凸部１を構成している。このような歯面形状を有する素材歯車を転造し、転造した後の製品歯車の歯面形状を正規の歯面形状になるようにするものである。前述のように転造の際は、ピッチ点３近傍が凹み傾向になることは知られている。本発明は、このような従来の結果に実験の裏付け結果を加味して構築した技術である。
【００２０】
次に裏付けの内容について説明する。本発明の転造方法との比較において、従来の歯形による歯車の転造について確認する。即ち、歯形修整を施していない従来の平坦な歯形の素材歯車を、これまた歯形修整を施していない従来の平坦な歯形の工具により転造した場合には、転造後の歯形は両歯面とも図５に示すような中凹形状になっていることを実験により確認した。
【００２１】
この図５は、モジュールｍ＝３の焼結合金平歯車を各半径方向工具押込み量、３００μｍ、４５０μｍ、６００μｍ、について、押込み転造した後の標準歯車を標準工具で転造したときの転造後歯形曲線を示している。これは平歯車でもはすば歯車でも同様の結果になる。又、図６は、標準歯車を標準工具で転造したときの転造量分布を示している。
【００２２】
図６に示すように、いずれの工具押込み量においても両歯面とも、即ち、ドリブン側、フォロア側ともピッチ点を中心にその近傍で実転造量が非常に大きくなり、そのため転造歯形は両歯面ともピッチ点付近が大きく凹んだ形状になっていることを示している。この現象の物理的な発生理由は、転造位置がピッチ点付近にあるときは素材歯車が工具の歯溝中央部に挟まれたような噛み合い状態になるためその弾性たわみが小さいが、歯先あるいは歯元に近づくにつれ素材や工具の弾性たわみが大きくなることによる。
【００２３】
更に、この中凹形状は、図５で明らかのように、頂点付近はやや丸みが付いているがピッチ点付近を頂点として略逆三角形の形状になっている。これを逆に素材歯車にこの逆三角形とほぼ同じ形状の転造代としての凸部を設けて転造すると、転造中にその中凸状態が徐々に解消されて、最適な工具押込み位置では前述の両歯面ともほぼ平坦な歯形が得られることになる。
【００２４】
従って、このような理由から本発明は、前述のとおり、ピッチ点を頂点にして歯元側及び歯先側の各歯面に直線状に傾斜させ略三角形の凸部を構成するようにした。直線状の傾斜は一直線ではなく、略直線形状である。図５の転造結果からも理解できるように、図の凹部を逆形状歯形としての形状である。
【００２５】
歯車の基本寸法を次のように定義し、その相関関係から適正な凸部１の寸法を、即ち適正な転造代を規定するものである。素材歯車において、全歯たけ寸法をｈｆとし、ピッチ点３から歯元側の歯元たけ寸法をｈｔとし、前記ピッチ点３から歯先側の歯先たけ寸法をｈｋとして定義する。素材歯車の基本寸法をこのように定義して、前述の凸部１は、この各寸法以内に構築するようにして、歯たけを超えて凸部１が構成されることはない。
【００２６】
さらに、凸部１の寸法を次のように定義し、適正な凸部１の形状を次の式で規定するようにした。即ち、前記凸部１の寸法を、前記ピッチ点３を含む全長をａとし、前記ピッチ点３から歯元側をｂとし、前記ピッチ点３から歯先側をｃとし、前記ピッチ点３と前記凸部１の頂点２とのずれをｄとして定義し、式０．２５ｈｔ≦ｂ≦０．８５ｈｔ、式０．２５ｈｋ≦ｃ≦０．８５ｈｋ、式０．２５ｈｔ≦ｄ≦０．２５ｈｋ、を満たすように規定する。この凸部１の寸法と歯面の基本寸法との関係は、次の通りとなる。
【００２７】
即ち、ａ≦ｈｆ、ａ＝ｂ＋ｃ、ｂ≦ｈｔ、ｃ≦ｈｋであり、ピッチ点３からのずれ量ｄは、ｄ≦ｂ、ｄ≦ｃである。この寸法で規定された凸部１形状の素材歯車を転造するのである。凸部の形状は物理的限界を示していて、これを超える凸部の形状設定は意味をなさない。
【００２８】
次に、凸部１の歯面高さであるが、これは歯面から頂点２までの高さ寸法をｅとして定義する。この寸法ｅは、従来の方法であると、歯車の転造条件、即ち、素材歯車の大きさ、素材歯車の材質、転造工具の半径方向あるいは歯面垂直方向押し込み量、加工精度等を考慮して設定されるものである。これは大変煩わしい設定が要求される。本発明はこれを簡素化して、歯車の大きさを規定するモジュールをパラメータとして設定し規定するようにした。
【００２９】
モジュールをｍ（単位はｍｍ）として定義し、このｍの範囲に応じ、ｅの値を素材歯車の材質に応じて次のように規定した。例えば、自動車産業界で多く使用される範囲で、ｍが０．２５＜ｍ＜５の場合、０．００５ｍｍ≦ｅ≦１．０００ｍｍと規定する。この規定において、溶製材素材歯車に対しては、０．００５ｍｍ≦ｅ≦０．２００ｍｍと規定し、焼結材素材歯車に対しては、０．０１０ｍｍ≦ｅ≦１．０００ｍｍと規定する。好ましくは、溶製材素材歯車に対しては、０．０１０ｍｍ≦ｅ≦０．１００ｍｍであり、焼結材素材歯車に対しては、０．０５０ｍｍ≦ｅ≦０．５００ｍｍである。
【００３０】
以上説明した素材歯車の転造は、冷間と熱間の中間である温間、言い換えると、再結晶温度以下の約２００℃〜５００℃の比較的低い温度領域で行われる。この仕上げ転造加工は、この温度においても、焼結歯車は表面層を十分に緻密化でき強度を高めることができる。更に、熱間に比べても加工精度が向上する。
【実施例】
【００３１】
次にこの規定に従って設定した素材歯車を転造して製品歯車にした場合の実施例について説明する。この実施例を説明するに当たって、素材歯車と工具との関係において、図２に示す構成で定義する。即ち、工具及び素材歯車の加工進行方向の素材歯車の歯面側をドリブンとし、工具及び素材歯車の加工進行方向の反対の素材歯車の歯面側をフォロアとする。この実施例の結果は、図３、図４に示す。
【００３２】
図３は、モジュールｍ＝３の溶製材修整歯車を転造前と転造後の歯形曲線の比較を示した図である。溶製材歯車は、Ｓ４５Ｃ（炭素鋼）である。なお、これ以外にも溶製材についてはＳ５５Ｃ（同じく炭素鋼）及びＳＣＭ４１５（クロムモリブテン鋼）についても行ったが同様の結果になった。工具押し込み量を３段階で、ドリブン側とフォロア側のデータを示しているが、いずれの場合も転造後は平坦で精度の高い歯形形状となっていることを確認した。
【００３３】
図４は、モジュールｍ＝３の焼結材修整歯車を転造したときの歯形曲線を示した図である。この実施例は、圧縮成形圧：６８６Ｍｐａ（７ｔｏｎ／ｃｍ２），焼結条件：１１５０℃，２０分，窒素ガス雰囲気で組成したものであり、組成はＦｅ（Ｂａｌ.）＋０．０６％Ｃ＋０．５５％Ｎｉ＋１．０３％Ｍｏ＋０．２％Ｍｎ、焼結後平均密度：７００ｇ／ｃｍ３（神戸製鋼(株)製の一回圧縮一回焼結して成形した焼結材である１Ｐ１Ｓ材）を用いた。ドリブン側とフォロア側において、工具押し込み量に応じたデータを示している。いずれの場合も最終転造後は平坦で精度の高い歯形形状となっていることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、素材歯車の歯形を模式的に示した部分断面図である。
【図２】図２は、歯形におけるドリブンとフォロアの位置関係を示す説明図である。
【図３】図３は、実施例の図であって、溶製材修整歯車における転造前後の歯形形状の変化を示す歯形曲線のデータ図である。
【図４】図４は、実施例の図であって、焼結材修整歯車における転造の歯形形状の変化を示す歯形曲線のデータ図である。
【図５】図５は、標準歯車を標準工具で転造したときの転造後の歯形形状を示す歯形曲線のデータ図である。
【図６】図６は、標準歯車を標準工具で転造したときの転造量分布を示すデータ図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…凸部  
２…頂点  
３…ピッチ点  
４…歯元側歯面
５、７…交差点
６…歯先側歯面
【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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