(57)【要約】【課題】  簡単な工程で精度良く歯車の成形を行うことができる歯車の成形方法を提供すること。【解決手段】  内歯ギア２を成形する工程は、まず材料を切断し（Ｂ１）、熱間鍛造にて外形成形工程を行い（Ｂ２）、続いてショットブラストにて熱間鍛造で製品表面に形成された酸化被膜を除去し（Ｂ３）、次に潤滑処理を行い（潤滑処理工程、Ｂ４）、近赤外線を金型および材料に照射して５０〜２００度Ｃに加温し（加温工程、Ｂ５）、冷間鍛造により押出し成形を行う（押出加工工程、Ｂ６）。  【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車の成形方法において、
歯車素材を熱間鍛造して歯車の外形を成形する外形成形工程と、
その外形成形工程により成形された歯車素材に潤滑処理を施す潤滑処理工程と、
その潤滑処理工程により潤滑処理された歯車素材または金型を５０度Ｃから２００度Ｃに加温する加温工程と、
その加温工程により５０度Ｃから２００度Ｃに加温された歯車素材または金型を、冷間鍛造において押出し加工して歯車の歯形を成形する押出工程とを備えていることを特徴とする歯車の成形方法。
【請求項２】
前記加温工程は、前記歯車素材と金型とのうち、金型のみを加温するものであることを特徴とする請求項１記載の歯車の成形方法。
【請求項３】
前記加温工程は、前記歯車素材と金型とのうち、少なくとも歯車素材を加温するものであることを特徴とする請求項１記載の歯車の成形方法。
【請求項４】
前記加温工程は、近赤外線を照射することにより行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の歯車の成形方法。
【請求項５】
前記歯車は、内歯歯車であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の歯車の成形方法。
【請求項６】
前記歯車は、ヘリカル内歯歯車であることを特徴とする請求項５記載の歯車の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の成形方法に関し、特に冷間鍛造により歯車を成形する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、歯車の成形方法には、熱間鍛造にて中間製品としての形状を整え、続いてショットブラストにより製品表面に形成された酸化被膜を除去し、潤滑処理を施した後、常温において冷間鍛造を行うという方法が知られていた。
【０００３】
例えば、特開平１０−９９９３７号公報（特許文献１）に開示されている成形方法では、図３（ｂ）に示すように、まず、材料を切断し（Ｂ１１）、つぎに熱間鍛造にて歯部を含む所定の形状に成形し（Ｂ１２）、ショットブラスト処理（Ｂ１３）および潤滑処理（Ｂ１４）の後、常温において冷間鍛造により歯車素材を歯車に成形していた（Ｂ１５）。この特許文献１に開示された歯車の成形方法によれば、冷間鍛造において、熱間鍛造により成形された歯車素材の歯部をしごき加工することにより、歯形精度を得ている。特に歯先面および歯面のしごき量よりも歯底面のしごき量を小さくすることにより従来みられた歯底に対する金型のカジリの発生を防止することができるとしている。
【特許文献１】特開平１０−９９９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示された成形方法では、冷間鍛造においては、しごき加工を行うものであり、特に歯先面および歯面のしごき量よりも歯底面のしごき量を小さくするように熱間鍛造において完成寸法に近い状態に成形しているため、熱間鍛造においては、加熱する温度を充分管理する必要があるという問題点があった。
【０００５】
また、常温において冷間鍛造を行う場合、加工数が増加するに従って成形された製品の寸法が変化するという問題点がある（図６参照）。また、常温において冷間鍛造を行う場合、成形を行うための荷重は、加工数が少ない場合には大きく、加工数が多くなるに従って減少するという問題点がある（図７参照）。すなわち、加工数が所定数を超える場合には、小さいプレス装置でよいが、加工数が少ない段階で荷重が大きいために大きなプレス装置が必要であるという問題点があった。
【０００６】
また、内歯歯車（インターナルギア）の場合には、歯底長さＢＬ（図２参照）が短いと加工数が少ない段階において、カジリを発生しやすい。この歯底長さＢＬが、０．３ｍｍ以下の場合は、特に顕著である。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するもので、簡単な工程で精度良く歯車の成形を行うことができる歯車の成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、請求項１記載の歯車の成形方法は、歯車素材を熱間鍛造して歯車の外形を成形する外形成形工程と、その外形成形工程により成形された歯車素材に潤滑処理を施す潤滑処理工程と、その潤滑処理工程により潤滑処理された歯車素材または金型を５０度Ｃ（摂氏、以下Ｃと記載する）から２００度Ｃに加温する加温工程と、その加温工程により５０度Ｃから２００度Ｃに加温された歯車素材または金型を、冷間鍛造において押出し加工して歯車の歯形を成形する押出工程とを備えている。
【０００９】
請求項２記載の歯車の成形方法は、請求項１記載の歯車の成形方法において、前記加温工程は、前記歯車素材と金型とのうち、金型のみを加温するものである。
【００１０】
請求項３記載の歯車の成形方法は、請求項１記載の歯車の成形方法において、前記加温工程は、前記歯車素材と金型とのうち、少なくとも歯車素材を加温するものである。
【００１１】
請求項４記載の歯車の成形方法は、請求項１から３のいずれかに記載の歯車の成形方法において、前記加温工程は、近赤外線を照射することにより行うものである。
【００１２】
請求項５記載の歯車の成形方法は、請求項１から４のいずれかに記載の歯車の成形方法において、前記歯車は、内歯歯車である。
【００１３】
請求項６記載の歯車の成形方法は、請求項５記載の歯車の成形方法において、前記歯車は、ヘリカル内歯歯車である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の歯車の成形方法によれば、歯車素材を熱間鍛造して歯車の外形を成形する外形成形工程においては、歯形が成形されないため精度の高い金型が不要であり、熱間鍛造を行う際の温度管理が容易であるという効果がある。また、歯車素材または金型を５０度Ｃから２００度Ｃに加温する加温工程により金型または歯車素材を加温するので、押出工程において、カジリの発生を防止することができる。特に、歯底長さが短い内歯歯車においてもカジリの発生を防止することができる。また、多数の歯車を製造する場合の加工数が少ない初期の段階において、成形荷重を低減できるため、プレス装置を小型化できる。また、多数の歯車を製造する場合に、加工数が少ない初期の段階で成形される歯車の寸法と、加工数が多い段階で成形される歯車の寸法との変動が少ないため、精度の良い成形を行うことができる。また、加温する温度を２００度Ｃを越えない範囲としたので、潤滑処理により歯車素材に施された被膜が劣化することがなく、金型と歯車素材との間に焼き付きやカジリを生じず金型の寿命を短縮することがない。
【００１５】
請求項２記載の歯車の成形方法によれば、請求項１記載の歯車の成形方法の奏する効果に加え、加温工程は、金型のみを加温するので、多数の歯車を製造する場合に、最初に金型を加温し、連続して加工を行えば加工により発生する熱により金型の温度が維持されるため、以降の加工においては加温する必要がない。よって、加工数が少ない初期の段階において成形される歯車の寸法と、加工数が多い段階において成形される歯車の寸法との変動が少ないため、精度の良い成形を行うことができる。
【００１６】
請求項３記載の歯車の成形方法によれば、請求項１記載の歯車の成形方法の奏する効果に加え、加温工程は、歯車素材と金型とのうち、少なくとも歯車素材を加温するものであるので、多数の歯車を加工する場合に、常温において加工を行う場合に比べ、加工を開始する初期の段階および加工数が増加した段階において成形荷重を小さくでき、プレス装置を小型化できるという効果がある。
【００１７】
請求項４記載の歯車の成形方法によれば、請求項１から３のいずれかに記載の歯車の成形方法の奏する効果に加え、加温工程は、近赤外線を照射することにより行うので、遠赤外線や中赤外線を用いて加温する場合には、所定温度に加温するには長時間を要するところ、短時間で効率よく加温することができるという効果がある。
【００１８】
請求項５記載の歯車の成形方法によれば、請求項１から４のいずれかに記載の歯車の成形方法の奏する効果に加え、歯車は、内歯歯車であり内歯車の歯底長さが短い（歯底径が大きい）場合に、カジリが発生することを防止することができる。
【００１９】
請求項６記載の歯車の成形方法によれば、請求項５記載の歯車の成形方法の奏する効果に加え、歯車は、ヘリカル内歯歯車であり、ヘリカル歯の傾斜角度が大きい場合には、成形荷重が大きくなるが、加温することにより成形荷重をより顕著に減らすことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明により製造される歯車装置の一例である遊星歯車装置を示す図である。リング状の内歯ギヤ２の軸心部に太陽ギア３を同軸に嵌合させ、内歯ギア２と太陽ギア３との間に３個の遊星ギア４を等間隔で配置し、遊星ギア４は、内歯ギア２と太陽ギア３とに噛合わせる。３個の遊星ギア４は、遊星キャリア５により互いに連結されている。これらの内歯ギア２、太陽ギア３、遊星ギア４の歯２ａ、３ａ、４ａは、軸心線に対し所定の角度で傾斜するヘリカル歯である。
【００２１】
図２は、本発明により成形された内歯ギア２の歯部の拡大斜視図である。内歯ギア２の歯２ａは、軸心線に対し所定角度で傾斜し、歯厚Ｔが歯の全長に亘って等厚であるヘリカル歯であり、この歯は、内歯ギア２の内周に沿って等ピッチで形成されている。歯底長さＢＬは、大きなトルクを伝達するために短く成形される必要がある。この歯底長さＢＬが短いと、冷間鍛造において、カジリが発生しやすい傾向がある。太陽ギア３，遊星ギア４の歯も同様にヘリカル歯に形成されている。
【００２２】
図３（Ａ）は、本発明の内歯ギア２を成形する工程を示すもので、まず材料を切断し（Ｂ１）、熱間鍛造にて外形成形工程を行い（Ｂ２）、続いてショットブラストにて熱間鍛造で製品表面に形成された酸化被膜を除去し（Ｂ３）、次に潤滑処理を行い（潤滑処理工程、Ｂ４）、近赤外線を金型および材料に照射して５０〜２００度Ｃに加温し（加温工程、Ｂ５）、冷間鍛造により押出し成形を行う（押出加工工程、Ｂ６）。
【００２３】
外形成形工程Ｂ２は、歯車の歯先径に沿う外形の成形を行うもので、歯形である歯面および歯底の成形は行わない。潤滑処理工程Ｂ４は、ボンデライト処理と呼ばれる歯車素材の表面にリン酸亜鉛被膜を形成する方法が用いられる。このボンデライト処理により形成された被膜は、２００度Ｃを越えると飴状になり潤滑能力が低下する。潤滑能力が低下すると、金型と材料との間に焼き付きやカジリを生じ、金型の寿命を短縮したり、加工そのものを不可能にすることがある。したがって、本発明では、加温する温度を２００度Ｃを越えない範囲としている。
【００２４】
加温工程Ｂ５の方法としては、近赤外線を金型または歯車素材に照射する方法がとられる。この方法によれば、短時間で所定の温度に加温することができる。別の方法としては、水または油などの液体を加熱して、その液体に浸すという方法や、金型の場合には、電気炉で加熱する方法がある。
【００２５】
冷間鍛造による押出加工工程については、その詳細を後述する。押出加工工程の後、歯車素材には、サイジング加工が行われる。このサイジング加工とは、寸法精度を向上させる冷間鍛造である。その後、必要に応じてターニングなどの機械加工を行いバリを除去するとともに寸法精度を向上させ、最後に焼き入れ処理を行う。
【００２６】
図４は、上記のように５０〜２００度Ｃに加温された金型および材料を用いて冷間鍛造を行う金型装置９の動作を示す図である。金型装置９は、図示しないプレス装置に装着されて、成形加工が行われる。コンテナ６の軸心部にマンドレル１０が配置され、コンテナ６は、締金７により嵌合保持されて下部プレート８に回転可能に載置され、図示しないプレス装置のシリンダにより下部プレート８に対して所定量上下動可能に形成されている。
【００２７】
コンテナ６は、その軸心部にリング状の素材Ｗが通過する円形の沿う挿通孔６ａを有し、その挿通孔６ａにマンドレル１０を同心に嵌合する環状の成形空間（ア）を形成する。マンドレル１０は、下部プレート８に回転可能に載置され、その下部外周に成形歯１１が円周方向に所定ピッチで形成されている。
【００２８】
この成形歯１１は、マンドレル１０の軸心線に対して所定角度で傾斜するヘリカル成形歯であって、図５に示すように素材Ｗが供給される上流側を予備成形歯１１ａとし、素材Ｗを排出する下流側を仕上げ成形歯１１ｂとする。予備成形歯１１ａは、対象とする内歯ギヤ２の歯２ａに対してマイナス転位させた歯形に形成するもので、歯底円の径Ｄ３、歯先円の径Ｄ５、及び歯厚Ｔを対象とした内歯ギヤ２よりも若干小さくし、上流側１１ａ−１の歯先部は、傾斜角度αが約１５度となる緩い角度で立ち上がらせ、その立ち上がった部分１１ａ−２を下流側に向けて所定長さ延長している。
【００２９】
仕上げ成形歯１１ｂは、対象とする内歯ギヤ２の歯２ａと略等しくなる歯形に形成する。即ち、歯底円の径Ｄ３、歯先円の径Ｄ５及び歯厚Ｔを対象とする内歯ギヤ２のそれらと略等しくし、歯先部は、予備成形歯１１ａの下流端１１ａ−２から傾斜角度βが約１５度となる緩い角度で立ち上がらせる。また、下流側１１−ｂの歯底部は、上流側１１−ａの歯底部の下流端から半径Ｒが約４５ｍｍとなる緩い円弧で立ち上がらせ、立ち上がった部分を所定長さ延長している。
【００３０】
コンテナ６、マンドレル１０の上方には円筒状のパンチ１３を配置し、パンチ１３は、ラムにより上下動されて下端部が環状の成形空間（ア）に嵌合可能となっており、下方に移動された際には成形空間（ア）に嵌合された素材Ｗを下方に押圧移動させる。上記成形空間（ア）内には例えば３個の素材Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が順次重ねて嵌合され、パンチ１３が下方に１動作する毎に上記素材Ｗが１個づつ第１成形歯１１部を通過し、該素材Ｗの内周面にヘリカル歯が形成される。
【００３１】
上記パンチ１３が下方に移動されると、図４の左半部に示すように、コンテナ６及びマンドレル１０が下方に移動して下部プレート８に当接し、最下部の素材Ｗ１が成形歯１１部を通過して該素材Ｗ１の内周面にヘリカル歯が形成され、内周にヘリカル歯１４ａを有するヘリカル内歯ギヤ２を得る。そして、パンチ１３が上方に移動されると、図４の右半部に示すように、コンテナ６がシリンダによって所定量上方に移動され、これに伴ってマンドレル１０が成形空間（ア）に介在する素材Ｗを介して所定量上方に移動される。これにより、下部プレート８の上部に取出空間（イ）が形成されて該下部プレート８上に落下した内歯ギヤ２（ヘリカル歯が形成された素材Ｗ１）を取り出すことができる。パンチ１３はその後、図１の仮想線で示すようにさらに上方に移動してコンテナ６及びマンドレル１０から離間し、新たな素材Ｗが上方から成形空間（ア）内に嵌合できるようになっている。
【００３２】
図６は、常温で成形した場合と加温して成形した場合との加工数に対し、成形された歯車のＢ．Ｂ．Ｄ．の変化を示す図である。ここで、Ｂ．Ｂ．Ｄ．とは、Between Balls Diameterの頭文字であって、歯車の直径を挟む歯の歯面に硬球（Ball)を挟み、その硬球間の長さを測る測定方法である。この図には、金型も材料も常温で成形した場合と、金型と材料を１００度Ｃに加温した場合と、金型のみを１００度Ｃに加温した場合と、材料のみを１００度Ｃに加温した場合とにおいて、横軸を加工数とし、縦軸をＢ．Ｂ．Ｄ．とし、完成品の上限値、下限値とともに表示されている。
【００３３】
この図から明らかなように、加工数が２０までの初期において、常温の場合と材料のみを加温した場合とは、Ｂ．Ｂ．Ｄ．の値がしだいに増加しているのが認めらる。一方、金型のみを加温した場合と金型と材料の両方を加温した場合には、加工を始めた初めからほぼ一定のＢ．Ｂ．Ｄ．値が得られている。加工数が３０個を越えると、いずれの場合もばらつきが減少し、安定した寸法が得られる。
【００３４】
したがって、金型のみを加温する、あるいは、金型と材料とを加温すれば、加工数にほとんど影響されず、安定した寸法の歯車を製造することができる。
【００３５】
図７は、同様に、常温で成形した場合と、加温して成形した場合とにおいて、加工数に対し、成形に要する荷重の変化を示す図である。横軸を加工数とし、縦軸を成形荷重とし、荷重の単位をＫＮ（キロニュートン）で表している。
【００３６】
この図から明らかなように、加工数が２０個までの初期において、いずれの場合もしだいに成形荷重は減少するが、常温の場合に比べ、材料または金型、材料と金型の両者を加温した場合は、加工個数が２０個までの初期において成形荷重が小さくなる。特に、材料のみを加温した場合および材料と金型との両者を加温した場合は、加工数が２０個を越える場合に、常温に比べて成形荷重が小さいことが分かる。
【００３７】
したがって、材料または材料と金型とを加温することにより、成形荷重を減少させることができるので、プレス装置を小型化することができる。
【００３８】
以上のように、本発明による歯車の成形方法によれば、熱間鍛造により、歯車の外形を成形し、潤滑処理を行った後、金型または歯車素材を、あるいは金型および歯車素素材を５０〜２００度Ｃに加温し、冷間鍛造により歯形の押出し加工を行うので、熱間鍛造においては、歯車の歯形の成形は、行わずラフな成形でよいので、金型の精度を高くする必要がなく温度管理も比較的ラフでよい。また、この冷間鍛造において、金型または歯車素材を加温することにより、多数の歯車を製造する場合の、加工数が少ない初期における歯車の寸法の変動を抑制することができるため、寸法精度のよい製品を製造することができる。特に、歯底長さが短い内歯ギアやヘリカル内歯ギヤの歯形を押出し加工により成形を行う場合においてカジリの発生を防止することができ、少ない工程で効率よく成形することができる。また、少なくとも歯車素材を加温する、すなわち歯車素材を加温する場合と、歯車素材と金型とを加温する場合には、成形荷重を小さくすることができる。
【００３９】
以上、上記実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は、上記実施例に何ら限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【００４０】
例えば、上記実施例では、熱間鍛造Ｂ２において、外形のみを成形するものとしたが、歯形を少し成形するものとしてもよい。特に歯車の大きさが大きい場合には、冷間鍛造において成形するしごき量が少ないほどカジリの発生を防止することができ、かつ成形荷重が小さくてよい。したがって、冷間加工において、しごき量が少ないとともに金型または歯車素材を加温することにより、より良くカジリの発生を防止することができ、寸法精度が良好な歯車を小さい成形荷重で成形することができる。
【００４１】
また、上記実施例では、ヘリカル内歯ギアの成形について説明したが、平歯車などの他の歯車の成形に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】遊星歯車装置を示す図である。
【図２】内歯ギヤのヘリカル歯を示す図である。
【図３】（ａ）は本発明の成形工程（ｂ）は、従来の成形工程を示す図である。
【図４】内歯ギヤを成形する金型装置の断面図である。
【図５】金型の歯を成形するため部分の拡大図である。
【図６】常温と加温をした場合の加工数に対する成形された歯車の寸法（Ｂ．Ｂ．Ｄ．）の変化を示す図である。
【図７】常温と加温をした場合の加工数に対する成形荷重の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１                  遊星歯車装置
２                  ヘリカル内歯ギヤ
２ａ                歯（ヘリカル歯）
６                  コンテナ
９                  ヘリカル内歯ギヤの金型装置
１０                マンドレル
１３                パンチ
Ｗ                  歯車素材
【図１】
2005342779.tif 000003
【図２】
2005342779.tif 000004
【図３】
2005342779.tif 000005
【図４】
2005342779.tif 000006
【図５】
2005342779.tif 000007
【図６】
2005342779.tif 000008
【図７】
2005342779.tif 000009