(57)【要約】【課題】軸部材と円板状部材とを熱間鍛造により一体化製造し、かつ、軸部材に内外スプライン歯を冷間鍛造により形成するとともに、円板状部材にリダクションドリブン歯を設けたリダクションドリブン歯車構造体を提供することを目的としている。【解決手段】円板状部材Ａとその円板状部材Ａと同軸の軸部材Ｂとが一体に設けられ、前記円板状部材Ａの外周面にヘリカル歯１を設け、軸心を上下方向に貫通する孔の上部内周に冷間鍛造によって内スプライン歯２を形成し、かつ、前記軸部材Ｂの下方の外周面に冷間鍛造によって外スプライン歯４を形成したリダクションドリブン歯車構造体１００であって、前記軸部材Ｂは熱間鍛造によって押し出し成形されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板状部材とその円板状部材と同軸の軸部材とが一体に設けられると共に、軸心を上下方向に孔が貫通し、
前記円板状部材の外周面にヘリカル歯を設け、
前記孔の上部内周に内スプライン歯を設け、かつ、前記軸部材の下方の外周面に外スプライン歯を設けたリダクションドリブン歯車構造体。
【請求項２】
前記ヘリカル歯は鍛造によって形成されることを特徴とする請求項１に記載のリダクションドリブン歯車構造体。
【請求項３】
前記ヘリカル歯は機械加工により歯切り形成されることを特徴とする請求項１に記載のリダクションドリブン歯車構造体。
【請求項４】
前記軸部材の外周面近傍に熱間鍛造による鍛流線が形成され、かつ、この外周に冷間鍛造により外スプライン歯が形成され、
この外スプライン歯には冷間鍛造による鍛流線が形成されることを特徴とする請求項１に記載のリダクションドリブン歯車構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変速機の出力側に設けられるリダクションドリブン歯車構造体に関する。本発明のリダクションドリブン歯車構造体は、円板状部材とこの中心を上下に貫く軸部材の二部材が一体化製造されたものである。そして、円板状部材の外周面にヘリカル歯からなるリダクションドリブン歯を設け、軸部上方の内周に冷間鍛造によって内スプライン歯を形成し、かつ、軸部材の外周面に冷間鍛造によって外スプライン歯を形成する。本発明のリダクションドリブン歯車構造体は、上部円板状部材の外周ヘリカル歯の外径が大きく、且つ下部軸部材の軸長が長いことが特徴である。
【背景技術】
【０００２】
変速機構において変速された大きな駆動力は、リダクションドライブ歯車と噛み合うリダクションドリブン歯車を介して、ドライブ軸に伝達される。そして、このドライブ軸の駆動力は、後続のハイポイドピニオン歯車と噛み合うハイポイドドライブ歯車を介して車輪に伝達される。これらの構成の詳細について、図８を参照しながら説明する。変速機の出力側に設けられたドライブ軸３およびドライブピニオン軸１１は、同軸上に構成されており、両者はスプラインによってスプライン結合されている。そして、ドライブ軸３の変速機側には、ヘリカル歯からなるリダクションドリブン歯１が設けられている。また、ドライブピニオン軸１１の一端には、ハイポイドリング歯車と噛合したハイポイドピニオン歯車１２が設けられている。変速機中の機構にて変速された比較的大きな駆動力は、リダクションドライブ歯車１３と噛み合うリダクションドリブン歯１を介してドライブ軸３に伝達された後、スプライン部を介してドライブピニオン軸１１に伝達される。このドライブピニオン軸１１の駆動力は、ハイポイドピニオン歯車１２と噛合したハイポイドリング歯車を介して車輪に伝達され、後続するディファレンシャル装置１４に至る。
【０００３】
従来、リダクションドリブン歯車構造体は、外周にヘリカル歯からなるリダクションドリブン歯を有する円板状部材とその中心を上下に貫く軸部材とが個別に製造され、その後合体されたものである。そして、円板状部材の外周にヘリカル歯からなるリダクションドリブン歯を設け、軸部材の上方に内スプライン歯及び下方ドライブ軸に外スプライン歯を設ける。リダクションドリブン歯車構造体の応用に関しては幾つかの提案がなされている（特許文献１、特許文献２）。これらの特許文献ではリダクションドリブン歯車構造体の詳細は不明だが、別個に製作された複数の歯部材を合体したリダクションドリブン歯車構造体が変速機の出力側に設けられている。円板状部材とその中心を上下に貫く軸部材との合体方法として、例えばドライブ軸に設けた外スプライン歯の部位において別体の円板状部材のボス内径部とをスプライン結合して一体化したものがある。他に、円板状部材のリム部においてドライブ軸を電子ビーム溶接によって合体したもの等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−８７０８９号公報
【特許文献２】特開２００５−３３１０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上の通りであって、従来のリダクションドリブン歯車構造体には次のような問題点がある。
【０００６】
従来の技術では、ドライブ軸と円盤状部材とを一体化するために転造によって形成した外スプライン歯によって結合するので、転造形成によるスプライン歯欠陥のため強度上の問題がある。他の方法で、同箇所をヘリカル歯による楔結合にした場合歯打ち音が生じる。また、ドライブ軸と円盤状部材とを一体化するために電子ビーム溶接を施すが、剥離、脱落等結合度の信頼性に問題があるので、両部材とも超音波探傷検査を施すことによって内外一体化の信頼性を確認する必要がある。また、スプライン結合、電子ビーム溶接による一体化結合の二方法とも、別個に製作したものを合体するので組み立て方案が原因する同心度等精度の問題が発生する。即ち、外周のリダクションドリブン歯の歯列と外スプライン歯又は内スプライン歯との同軸度の問題がある。他に、ドライブ軸と円盤状部材を別個に製作した後、合体するので歯切り装置から溶接装置へ移動させなければならず、工程が煩雑化しコストアップが余儀なくされる。ところで本発明のリダクションドリブン歯車構造体は、上部円板状部材の外周ヘリカル歯の外径が大きく、且つ下部軸部材の軸長が長い。そのために、鍛造加圧トン数が大きく、且つ鍛造成形ストロークの長いプレスが必要となり、その両方を満足する大容量のプレスを得ることは困難である。
【０００７】
そこで、本発明のリダクションドリブン歯車構造体は、以上のような課題に着目してなされたもので、軸部材と円板状部材とを熱間鍛造により一体化製造し、かつ、軸部材に内外スプライン歯を冷間鍛造により形成するとともに、円板状部材にリダクションドリブン歯を設けたリダクションドリブン歯車構造体を提供することを目的としている。また、本発明の目的は、一体化製造することによって二部材同士の組み立ての同軸度等の精度の問題が生じることなく、即ち外周側のリダクションドリブン歯列と軸部側のスプライン歯列の同軸度等の精度を保つリダクションドリブン歯車構造体を提供することを目的としている。そして、鍛造プレスのストローク長さが短い設備仕様であっても、鍛造方案を工夫して軸部材を長く延伸させ、且つ、円板状部材のヘリカル歯の外径が大きい歯車構造体を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
近年では鍛造技術の進歩により全ての形状の歯車を鍛造により成形し、機械加工を省くことが可能となってきた。そこで、本発明者等は、鍛造によって形成された鍛流線をそのまま生かすことに着目し、冷間鍛造後の機械加工を省いて歯車を試作したところ耐久性に優れるといいう知見を得た。
本発明のリダクションドリブン歯車構造体はかかる知見を基に具現化したもので、請求項１の発明は、円板状部材とその円板状部材と同軸の軸部材とが一体に設けられると共に、軸心を上下方向に孔が貫通し、前記円板状部材の外周面にヘリカル歯を設け、前記孔の上部内周に内スプライン歯を形成し、かつ、前記軸部材の下方の外周面に外スプライン歯を形成したリダクションドリブン歯車構造体である。
また、請求項２の発明は、請求項１の発明の上記特徴に加えて、前記ヘリカル歯は鍛造によって形成されることを特徴とする。
そして、請求項３の発明は、請求項１の発明の上記特徴に加えて、前記ヘリカル歯は機械加工により歯切り形成されることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１の発明の上記特徴に加えて、前記軸部材の外周面近傍に熱間鍛造による鍛流線が形成され、かつ、この外周に冷間鍛造により外スプライン歯が形成され、この外スプライン歯には冷間鍛造による鍛流線が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、リダクションドリブン歯車構造体は円板状部材とこの中心を上下に貫く軸部材の二部材が一体で製造される。そして、円板状部材の外周面にヘリカル歯からなるリダクションドリブン歯を設け、軸部上方の内周に冷間鍛造によって内スプライン歯を形成し、かつ、軸部材の外周面に冷間鍛造によって外スプライン歯を形成する。本発明のリダクションドリブン歯車構造体は一体構造であり、各歯を個別に形成し組み立て合体することが無いので、外のヘリカル歯の周列と内側の内外スプライン歯の周列との同軸度の精度が向上する。また、本発明のリダクションドリブン歯車構造体は一体構造なので、歯打ち音が生じない。即ち、ノイズ発生を抑制する効果がある。その他、スプライン結合、或いはヘリカル歯による結合の場合のように歯元部位におけるせん断曲げモーメントが働くようなことが無いので強度的に有利である。その他、軸部材は熱間鍛造によって押し出し成形されるので、軸の外周面の内部に密に鍛流線が形成される。そして、その軸部の外周面に形成する外スプライン歯の内部に密に鍛流線が形成されるので歯形面の耐久性に優れた歯車が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例を示すもので、リダクションドリブン歯車構造体の断面図である。
【図２】同上、熱間鍛造による工程No.１の説明図である。
【図３】同上、熱間鍛造による工程No.２及び熱間鍛造による工程No.３の説明図である。
【図４】同上、熱間鍛造による工程No.４及び機械加工による工程No.５の説明図である。
【図５】同上、冷間鍛造による工程No.６及び冷間鍛造による工程No.７の説明図である。
【図６】同上、機械加工による工程No.８及び冷間鍛造による工程No.９の説明図である。
【図７】同上、鍛造における鍛流線の形成を示す模式図である。
【図８】従来例を示すもので、リダクションドリブン歯車構造体の使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態を、添付図面に例示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。
【実施例】
【００１２】
先ず、本発明の実施例について、図１〜図７を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例を示すもので、リダクションドリブン歯車構造体の断面図である。図２は、熱間鍛造による工程No.１及び熱間鍛造による工程No.２の説明図である。図３は、熱間鍛造による工程No.３及び熱間鍛造による工程No.４の説明図である。図４は、熱間鍛造による工程No.５及び機械加工による工程No.６の説明図である。図５は、冷間鍛造による工程No.７及び冷間鍛造による工程No.８の説明図である。図６は、機械加工による工程No.９及び冷間鍛造による工程No.１０の説明図である。図７は、鍛造における鍛流線の形成を示す模式図である。
【００１３】
本実施例に係るリダクションドリブン歯車構造体を図１に基づいて説明する。リダクションドリブン歯車構造体１００は、円板状部材Ａとその円板状部材Ａと同軸の軸部材Ｂとが鍛造によって一体的に設けられる。円板状部材Ａの外周面にヘリカル歯からなるリダクションドリブン歯１を設け、かつ、軸部材Ｂ下方のドライブ軸３の外周面に冷間鍛造によって外スプライン歯４を形成する。そして、軸心を上下方向に貫通させた孔５の上部内周に冷間鍛造によって内スプライン歯２を形成する。他に、必要に応じてドライブ軸３の下端部に螺子部等を設ける。まとめると、本発明のリダクションドリブン歯車構造体１００は円板状部材Ａの外周面にリダクションドリブン歯１を設ける他、特にドライブ軸３が熱間押し出し鍛造によって長尺に押し出し成形され、その上端に内スプライン歯２が設けられるとともにドライブ軸３に外スプライン歯４が設けられる。そして、ドライブ軸３の軸芯を孔５が下方に向かって貫通する。本実施例においては、円板状部材の外周面のヘリカル歯の径が大きく、且つ軸部材が下方に長く伸びる。例えば、上部円板状部材のヘリカル歯の歯先直径は１５０ｍｍであり、この中心を貫通する軸部材の全長は全体で１７０ｍｍである。
【００１４】
本実施例に係る一体化成形リダクションドリブン歯車構造体を製造するにあたりその主な工程について説明する。
先ず、リダクションドリブン歯車構造体に適した円柱素材をビレットシャーにより所定の軸長に切断した短軸の円柱素材を得る。この場合、素材の材質として変速機用歯車に適した鋼材、例えば、ＳＣ鋼、ＳＣＭ鋼、ＳＮＣ鋼、ＳＮＣＭ鋼、ＳＣＲ鋼等を使用することができる。先ず、短軸の円柱素材を例えば１１５０℃に加熱して熱間によるアプセット鍛造を施して扁平形状の粗材を得、以下の工程に備える。
工程No.１の図２（１）に示すように、熱間鍛造によって製品の形状に近づく素材Ｗ１が得られる。この素材Ｗ１は、上型によって加圧されこの型形状に沿って上方へ盛り上がる凸部Ｗ１１及び中段の円板状部Ｗ１２が形成され、この円板状部Ｗ１２は径方向に拡がる大径部Ｄ２を有する。同時に、下方に伸びる軸部Ｗ１３は棒状に押し出し成形され小径部Ｄ１となる。この小径部Ｄ１部の熱間押し出し成形においては、ダイ型Ｑの穴は貫通しており底はフリーで閉鎖されていない。そのため、上型によって加圧されるまま軸部Ｗ１３は肉流Ｆとなって下方へ長尺に押し出し成形される。本熱間鍛造第一工程では、金型構造においてダイ型Ｑの穴下端が閉鎖されていないので粗材の余肉が加圧される儘に押し出され、軸部Ｗ１３の先端部まで肉流が充満する。通常、鍛造においては肉流の逃げ路は設けず特に熱間鍛造では設けないが、本工程の熱間鍛造では敢えて肉流の逃げ道を設けることによって先端部位まで肉流を充満させて欠肉を防ぐことができた。仮に、軸部が形成されるダイ型Ｑの穴の先端を閉じると空気溜りができて肉流が充満せず、欠肉が生じる。以上の要領によって軸部Ｗ１３の先端部に欠肉を発生させることなく、軸部先端の部位まで角を張らせることができた。
【００１５】
次に、工程No.２の図３（２）に示すように、粗材Ｗ１に熱間鍛造を施すことによって円板状部Ｗ１２の上面中央部に凹んだ内径部Ｗ２１が形成されるとともにこの外周側にドーナツ状の凹みＷ２２が形成される。そして、円板状部Ｗ１２の大径部Ｄ１から外側へはみ出す鍔状のバリＷ２３がはみ出した粗材Ｗ２が得られる。
更に、工程No.３として同図（３）に示すように、粗材Ｗ２上面中央部の凹んだ内径部Ｗ２１に熱間鍛造を施すことによって、深い内径部Ｗ３１を有する粗材Ｗ３が得られる。なお、上方に突き出る内径部Ｗ３１は後述するように、リダクションドリブン歯車構造体において内スプライン歯を形成する下穴となる。
次に、工程No.４として図４（４）に示すように、大径部Ｄ１から外側へはみ出る外バリＷ２３をトリムし、除去してＷ４１粗外周面を得る。次いで、軸部Ｗ１３に冷間鍛造を施してしごき成形し、細くなった小径部Ｄ３の軸部Ｗ４２を有する粗材Ｗ４を得る。
同図（５）では工程No.５を示し、内径部Ｗ３１に機械加工を施し、内径ｄ１の内径部Ｗ５１を有する粗材Ｗ５を得る。
【００１６】
工程No.６の図５（６）では、冷間鍛造によって内径部Ｗ５１を更に深く穿孔してより小さい内径ｄ２を有する内径部Ｗ６１を得る。同時に、同じ冷間鍛造によって下方に内径ｄ２を穿孔した体積に相当する分延伸された軸部Ｗ６２を有する粗材Ｗ６を得る。
工程No.７の図５（７）では、冷間鍛造によって内径部Ｗ６１を更に深く穿孔してより小さい内径ｄ３の内径部Ｗ７１を得る。同時に冷間鍛造によって更に下方に内径ｄ３を穿孔した体積に相当する分延伸された軸部Ｗ７２を有する粗材Ｗ７を得る。
工程No.８の図６（８）では、内径部Ｗ５１に機械加工を施して内径ｄ４に拡径した内径部Ｗ８１を得、かつ、これより下方に機械加工を施して内径ｄ５に拡径した内径部Ｗ８２を得る。同時に、下方に伸びる軸部Ｗ７２に機械加工を施し、小径部Ｄ５に縮径した軸部Ｗ８３を得る。そして、軸芯を上下方向に貫通するように、内径部Ｗ８２の下方へより小さい内径ｄ６を機械加工によって穿孔する。或いは冷間鍛造によって深く穿孔し最後は打ち抜きによって内径ｄ６の孔が貫通した粗材Ｗ８を得る。
工程No.９の図６（９）においては、軸芯を上下方向に貫通するように穿孔した内径ｄ６を利用して軸部８３を以下の通り冷間鍛造によって延伸加工する。内径ｄ６部が冷間鍛造によって深く穿孔される場合は、穿孔された孔の体積分だけ軸部Ｗ８３の軸端部が下方へ延伸する。或いは、機械加工によって穿孔された場合は、内径ｄ６部にマンドレルを挿入し、粗材Ｗ８を金型によって上下、周方向から閉塞する。下方からは下型によって背圧力ＢＰを加えながら、上方から上型によって加圧力ＵＰを加える。この時、軸部８３が縮径され、その体積分だけ軸部Ｗ８３の軸端部が下方へ延伸する。このように、内径ｄ６を貫通して設けることによって、ストロークの短いプレスを使用しながらも軸部８３を冷間鍛造によって下方へ段階的に少しずつ延伸することができた。この時、下方からは下型によって背圧力ＢＰを加えたので内径部ｄ６を密に張らせることができ、例えば、内径部ｄ６の内周面に凹みが生じるようなことはなかった。最後に、冷間鍛造によって内径部Ｗ８１に内スプライン歯２を形成し、同様に冷間鍛造によって軸部Ｗ８３に外スプライン歯４を形成した粗材Ｗ９を得る。そして、粗外周面Ｗ４１にヘリカル歯１を形成する（図１参照）。
【００１７】
ヘリカル歯１を形成するには三方法があり、機械加工又は鍛造によって形成する。第一の機械加工により形成する場合は、工程No.９の後でギヤシェーパ加工によってヘリカル歯を形成する。或いは、冷間鍛造のみによってヘリカル歯を形成する場合或いは熱間鍛造の後冷間鍛造を施すことによってヘリカル歯を形成する場合がある。第二の冷間鍛造のみによって形成する場合は、工程No.９の後で粗外周面Ｗ４１を機械加工によって仕上げ、冷間鍛造によってヘリカル歯を形成し、その後でサイジング加工によってヘリカル歯を仕上げる。第三の熱間鍛造の後冷間鍛造によってヘリカル歯を形成する場合は、先ず、図３に示す工程No.３の後で熱間鍛造工程を追加して粗ヘリカル歯を形成する。その後、工程No.９の後で冷間鍛造によって、ヘリカル歯を仕上げるためにサイジング加工を施す。
【００１８】
本発明のリダクションドリブン歯車構成体は以上のように構成され、次に鍛造によって内部に形成される繊維組織の作用について述べる。円板状部材Ａの中心から下方に伸びる軸部の内部に鍛流線が形成される状態を図７に示す。
図７（ａ）は、比較のため従来の圧延粗材における鍛流線の状態を模式的に示す。外周から軸芯へ複数本の鍛流線Ｒが軸方向に平行に形成されており、その間隔は疎である。一方、同図（ｂ）は、鍛造によって軸部が縮径され内部に鍛流線が形成される状態を模式的に示したものである。先ず、軸部が図２（１）に示すように熱間押し出し成形によって軸部Ｗ１３へと縮径される。次いで、冷間鍛造によって更に軸部Ｗ４２、軸部Ｗ６２及び軸部Ｗ８３へと順次縮径される。その結果、図７（ｂ）に示すように外周から内側へ複数本の鍛流線が軸方向に平行に形成されておりその間隔は外周面側において鍛流線Ｆ１が密に形成され、軸芯部にいくにつれ鍛流線Ｆ２が疎になる。
このように、軸部外周側の鍛流線Ｆ１が密に形成されている箇所に、図６（９）の工程No.９において冷間鍛造によって外スプライン歯４が形成される。この時、外スプライン歯４の歯形内に鍛流線Ｆ１が歯形に沿って曲がりながら密に形成される。このように、外スプライン歯４の歯形内部に鍛流線の繊維組織流れが連続して形成される。外スプライン歯４が鍛造によってのみ歯形が形成されるので、機械加工のように鍛流線が切断されることもないので歯形面の耐久力に優れた歯車が得られる。
一方、軸部上端の内スプライン歯２においても、予め内径部が鍛造によって穿孔される。先ず、軸部が図２（１）に示すように熱間押し出し成形によって内径部Ｗ２１から内径部Ｗ３１へと穿孔される。その結果、軸部の場合に述べたように内径部の内部に鍛流線が形成される。このように、内径部の鍛流線が密に形成されている箇所に、図６（９）の工程No.９において冷間鍛造によって内スプライン歯２が形成される。この時、内スプライン歯４の歯形内に鍛流線が歯形に沿って曲がりながら密に形成される。その結果、鍛流線が切断されることもないので内スプライン歯２においても、歯形面の耐久力に優れた歯車が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
冷間鍛造成形のみにより内外のスプライン歯が形成されるので、シェービング、ブローチ、又はホブ切り等の機械加工により鍛造面が削り取られるようなことがなく、内部の鍛流線をそのまま保持して歯車の耐久性を向上させることができる。従って、本発明のリダクションドリブン歯車構造体は自動車のトランスミッションの用途に限らず工作機械、荷役建設機械、ロボット等の各種の機械装置の用途に勿論適用できる。
【符号の説明】
【００２０】
Ａ  円板状部材
Ｂ  軸部材
１００  リダクションドリブン歯車構造体
１  リダクションドリブン歯
２  内スプライン歯
３、３０  ドライブ軸
４  外スプライン歯
５  孔
１１  ドライブピニオン軸
１２  ハイポイドピニオン歯車
１３  リダクションドライブ歯
１４  ディファレンシャル装置
Ｐ  上型
Ｑ  ダイ
Ｗ０、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、Ｗ８、Ｗ９、Ｗ１０  粗材
Ｗ１１  凸部、Ｗ１２  円板状部、Ｗ１３  軸部、Ｄ１ 小径部、Ｄ２ 大径部
Ｗ２１  内径部、Ｗ２２  凹み、Ｗ２３  外バリ
Ｗ３１  内径部
Ｗ４１  粗外周面、Ｗ４２  軸部、Ｄ３  小径部
Ｗ５１  内径部、ｄ１  内径
Ｗ６１  内径部、ｄ２  内径、Ｗ６２  小径部、Ｄ４  小径部
Ｗ７１  内径部、ｄ３  内径
Ｗ８１  内径部、Ｗ８２  内径部、Ｗ８３  軸部、Ｄ５  小径部
ｄ４  内径、ｄ５  内径
【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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【図７】
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【図８】
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