(57)【要約】【課題】ピニオンのサイズが大型化することを抑制して、大きなトルクが入力可能な鍛造成形ピニオン及びこの鍛造成形ピニオンの形成方法を提供する。【解決手段】円筒形状に形成された基部と、基部の軸心部に回転軸線方向に沿って設けられトルクが伝達される軸部材の外周に支持される支持孔５と、基部を鍛造成形することにより基部の外周に立設されたギヤ歯７とを有する鍛造成形ピニオン１において、基部及びギヤ歯７にギヤ歯７の歯すじ方向と交差する方向に鍛造成形時のファイバーフロー９を流動形成した。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状に形成された基部と、この基部の軸心部に回転軸線方向に沿って設けられトルクが伝達される軸部材の外周に支持される支持孔と、前記基部を鍛造成形することにより前記基部の外周に立設されたギヤ歯とを有する鍛造成形ピニオンであって、
前記基部及び前記ギヤ歯には、前記ギヤ歯の歯すじ方向と交差する方向に鍛造成形時のファイバーフローが流動形成されていることを特徴とする鍛造成形ピニオン。
【請求項２】
請求項１記載の鍛造成形ピニオンであって、
前記ファイバーフローは、前記ピニオンの軸端側における基部の歯底側から回転軸線方向に対して傾斜して少なくとも前記ギヤ歯方向に流動形成されていることを特徴とする鍛造成形ピニオン。
【請求項３】
成形金型に挿入前のビレットに対して第１の所定角度のねじりが与えられる第１工程と、前記成形金型に挿入される鍛造時に前記ビレットが圧縮され、かつ半径方向に圧延されることによって前記第１の所定角度より大きな第２の所定角度のねじりが与えられる第２工程とを有することを特徴とする鍛造成形ピニオンの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍛造成形ピニオン及びこの鍛造成形ピニオンの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ピニオンとしては、軸線が交差して回転する一対の噛み合い歯車としてのピニオンとサイドギヤが開示されており（例えば、特許文献１参照）、ピニオンはサイドギヤとの噛み合い反力によって、歯面に回転方向の荷重を受けながら回転駆動力を伝達する。このピニオンは、ピニオンシャフトに自転可能に支承されると共に、ピニオンシャフトからピニオンの回転方向と交差する方向に駆動トルクが入力される。
【０００３】
このようにピニオンに複数の方向から力が加わるので、ピニオンのギヤ歯及びギヤ歯の基部となる環状基部それぞれの形状と肉厚を設定してピニオン自体の強度を保持する必要があった。
【０００４】
また、特許文献２には、特許文献１のようなピニオンを鍛造形成することが開示されている。この鍛造形成されるピニオンは、製造が容易になり、製造性を向上させることができる。
【特許文献１】特開２００４−６８８７３号公報
【特許文献２】特開平７−１００５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献２のような鍛造形成されたピニオンにおいては、ピニオンの中間部の環状基部外周に立設されるギヤ歯には、鍛造時のファイバーフローが鍛造型に倣ってピニオンの半径方向に移動しながら回転軸線方向に沿って形成される。また、このとき、硫黄、マンガン、リンなどの金属間介在物は高圧で圧縮されながら幾層にも緻密に層状をなすファイバーフロー間で押しつぶされ、引き伸ばされ、微細な組織となって存在する。一方、ピニオンの軸端部側では、鍛造型の形状に面して母材（ビレット）の流動が停滞し、介在物は低圧で圧縮されるので、ピニオンの軸端部側のファイバーフローは中間部に比べて層幅が広く形成され、特に軸端部側における環状基部の径方向肉厚が薄い箇所では、入力される駆動トルクに対して応力が分散されずに半径方向に割れを生じる問題があった。このため、ピニオンの環状基部の肉厚を厚く形成する必要があり、ピニオンサイズが大型化し、ギヤ機構自体の小型化には限界を生じていた。
【０００６】
そこで、この発明は、ピニオンのサイズが大型化することを抑制して、大きなトルクが入力可能な鍛造成形ピニオン及びこの鍛造成形ピニオンの形成方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、円筒形状に形成された基部と、この基部の軸心部に回転軸線方向に沿って設けられトルクが伝達される軸部材の外周に支持される支持孔と、前記基部を鍛造成形することにより前記基部の外周に立設されたギヤ歯とを有する鍛造成形ピニオンであって、前記基部及び前記ギヤ歯には、前記ギヤ歯の歯すじ方向と交差する方向に鍛造成形時のファイバーフローが流動形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の鍛造成形ピニオンであって、前記ファイバーフローは、前記ピニオンの軸端側における基部の歯底側から回転軸線方向に対して傾斜して少なくとも前記ギヤ歯方向に流動形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の鍛造成形ピニオンの形成方法は、成形金型に挿入前のビレットに対して第１の所定角度のねじりが与えられる第１工程と、前記成形金型に挿入される鍛造時に前記ビレットが圧縮され、かつ半径方向に圧延されることによって前記第１の所定角度より大きな第２の所定角度のねじりが与えられる第２工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の鍛造成形ピニオンは、基部及びギヤ歯にはギヤ歯の歯すじ方向と交差する方向に鍛造成形時のファイバーフローが流動形成されているので、ピニオンに駆動トルクが入力した場合に、応力が加わる方向をファイバーフローの方向に変換して亀裂発生方向の断面積を増すことにより、ピニオンに亀裂が生じることを防止することができる。すなわち、ピニオンに割れを防止するために肉厚を増加させる必要がない。
【００１１】
従って、このような鍛造成形ピニオンでは、ピニオンのサイズが大型化することを抑制して、大きなトルクを入力可能とすることができる。
【００１２】
請求項２記載の鍛造成形ピニオンは、ファイバーフローが軸端側における基部の歯底側から回転軸線方向に対して傾斜して少なくともギヤ歯方向に流動形成されているので、ピニオンの軸端側における基部の歯底側から隣接するギヤ歯に向け亀裂発生方向の断面積を増すことができる。よって、鍛造成形ピニオンの自転方向及び公転方向の荷重に対して、鍛造成形ピニオンの耐力を効果的に増加させることができる。
【００１３】
請求項３記載の鍛造成形ピニオンの形成方法は、ビレットに対して第１工程でねじりを与え、鍛造形成する第２工程でさらに角度の大きいねじりを与えるので、ビレットに形成されたファイバーフローの角度を形成容易に増加させて層幅を狭くすることができる。このため、ピニオンの軸端側においても、介在物は高圧を受け、層幅が狭く緻密なファイバーフロー間に介在することになり、これらのファイバーフローは駆動トルクが入力しても応力が分散されやすいので、半径方向に亀裂を生じることを防止することができる。加えて、駆動トルクが入力した場合に、応力が加わる方向をねじりが与えられたファイバーフローの方向に変換して亀裂発生方向の断面積を増すことにより、ピニオンに亀裂が生じることを防止することができ、ピニオン自体の耐力が増加するので、割れを防止するために肉厚を増加させる必要がない。
【００１４】
従って、このような鍛造成形ピニオンの形成工程を用いて、サイズが大型化することを抑制して、大きなトルクを入力可能とするピニオンを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１〜図４を用いて本発明の実施の形態に係る鍛造成形ピニオン及びこの鍛造成形ピニオンの形成方法について説明する。
【００１６】
本実施の形態の鍛造成形ピニオン１は、ベベルギヤタイプであって、円筒形状に形成された基部３と、基部３の軸心部に回転軸線方向に沿って設けられトルクが伝達される軸部材４（二点鎖線図示）の外周に支持される支持孔５と、基部３を鍛造成形することにより基部３の外周に立設されたギヤ歯７とを有する。そして、基部３及びギヤ歯７には、ギヤ歯７の歯すじ方向と交差する方向に鍛造成形時のファイバーフロー９が流動形成されている。
【００１７】
また、ファイバーフロー９は、ピニオン１の回転軸線方向で両端側に位置する２つの軸端側６，８のうち、基部３の径方向の肉厚が薄いほうの軸端側８における基部３の歯底１１側から回転軸線方向に傾斜して隣接する歯先１３方向に流動形成されている。
【００１８】
なお、本発明の特許請求の範囲においては、「ファイバーフローが、ピニオンの軸端側における基部の歯底側から回転軸線方向に対して傾斜して少なくともギヤ歯方向に流動形成される」と記載しているが、そのうち「少なくともギヤ歯方向に」の技術的意義は、ファイバーフローの流動始点をピニオンの軸端側における基部の一つの歯底側としたときに、傾斜するファイバーフローが、その一つの歯底側から流動終点を少なくとも隣接するギヤ歯に向かうように流動していることを示したものであり、それよりも大きな所定角度をもって、流動終点がさらに先に位置する二つ目の歯底や、その先のギヤ歯側まで達してもよいものとすることである。いずれの場合でも、ファイバーフローの流線長さを確保して、亀裂発生方向の断面積を増大させることができるように、ファイバーフローを機能させている。
【００１９】
さらに、図２と図３を参照して、本実施の形態の鍛造成形ピニオンの形成方法は、成形金型（不図示）に挿入前のビレット１５に対して第１の所定角度αのねじりを与え、ファイバーフロー２’のように傾斜させる第１工程と、図４を参照して、成形金型に挿入される鍛造時にビレット１５が圧縮され、かつ半径方向に圧延されることによって第１の所定角度αより大きな第２の所定角度βのねじりを与え、ファイバーフロー９を形成する第２工程とを有する。これらの形成方法による第１の工程と第２の工程を用いることによって、ファイバーフロー９の所定角度を形成容易に増加させることができると共に、ファイバーフロー９の層幅Ｗ９を、ファイバーフロー２’の層幅Ｗ２より、狭く（緻密に）形成することができる。
【００２０】
図１〜図４に示すように、鍛造成形ピニオン１は、基部３と支持孔５とギヤ歯７とを備えている。基部３は、長尺状の圧延材（不図示）を引き抜き加工し、引き抜き加工後の圧延材が所定長さで切断されたビレット１５を圧縮する鍛造によって形成されている。この基部３は、円筒形状に形成され、軸心部に支持孔５の原型となる凹部１０が設けられ、鍛造時に外周側に複数のギヤ歯７を基部３の外周に立設させると共に、凹部１０をさらに深追いし、径を増大させた後、支持孔５の所定寸法に切削形成される。
【００２１】
支持孔５は、基部３の軸心部に基部３の回転軸線方向の端部側６，８間を貫通する孔で形成されている。この支持孔５には、トルクが伝達される軸部材４が挿通され、鍛造成形ピニオン１が軸部材４の外周に支持される。このように鍛造成形ピニオン１が軸部材４の外周に支持されることにより、鍛造成形ピニオン１は軸部材４の回転によって公転され、支持孔５の内周面には軸部材４からの公転方向の荷重が加わる。
【００２２】
ギヤ歯７は、ビレット１５を鍛造することによって基部３の外周に複数形成されている。このギヤ歯７は、他の回転部材（不図示）としてのベベルギヤのギヤ歯と噛み合うことにより、軸部材４から入力されたトルクを他の回転部材に伝達する。このように鍛造成形ピニオン１が他の回転部材と噛み合うことにより、鍛造成形ピニオン１は支持孔５を軸心として自転され、ギヤ歯７の歯面１７には他の回転部材のギヤ歯からの自転方向の荷重が加わる。
【００２３】
このように構成された鍛造成形ピニオン１は、ビレット１５（詳細には圧延材）を鍛造することによりファイバーフロー９が形成されている。
【００２４】
ファイバーフロー９は、基部３及びギヤ歯７にギヤ歯７の歯すじ方向と交差する方向に流動形成されている。また、ファイバーフロー９について、ピニオン１の回転軸線方向で両端側に位置する２つの軸端側６，８のうち、基部３の径方向の肉厚が薄いほうの軸端側８においては、歯底１１側から回転軸線方向に所定角度βを基礎として傾斜して歯先１３方向に流動形成されている。なお、鍛造後の所定角度βについては基部３及びギヤ歯７におけるファイバーフロー９の流動方向が半径方向に移動することにより、局部的に見ると所定角度βより傾斜角が大きかったり、或いは所定角度βより傾斜角が小さかったりする場合があるが、基礎的に設定させる傾斜角は、鍛造によってビレット１５に設定される所定角度αよりも大きく形成されている。このようなファイバーフロー９は、以下に説明する鍛造成形ピニオン１の形成方法によって形成される。
【００２５】
鍛造成形ピニオン１は、圧延材が所定長さで切断されたビレット１５を成型金型で圧縮して成形される鍛造によって形成されている。まず、圧延材を引き抜き加工することによってファイバーフロー２が回転軸線方向に沿って形成される。その後、ビレット１５の両軸端部をそれぞれ第１の所定角度αでねじり、ビレット１５にねじりを与える（第１工程）。これにより、ビレット１５は所定角度αに沿った流線方向のファイバーフロー２’を備えることになる。
【００２６】
次に、ねじりが与えられたビレット１５を成形金型に挿入し、ビレット１５を鍛造成形する。このとき、ビレット１５が圧縮され、かつ半径方向に圧延されることによって第１の所定角度αより大きな第２の所定角度βのねじりがビレット１５に与えられる（第２工程）。こうして鍛造ピニオンは、基礎的に所定角度βが与えられたファイバーフロー９を備えることになる。
【００２７】
第２工程後の回転軸線方向に沿って形成されたファイバーフロー９は螺旋状に形成され、第２工程の鍛造においてビレット１５を圧縮することで、ファイバーフロー９のねじれが大きくなり、ピニオン１の軸端側８においても、介在物は高圧を受け、層幅が狭く緻密なファイバーフロー９間に介在することになり、これらのファイバーフロー９は駆動トルクが入力しても応力が分散されやすいので、半径方向に亀裂を生じることを防止することができる。加えて、駆動トルクが入力した場合に、応力が加わる方向をねじりが与えられたファイバーフロー９の方向に変換して亀裂発生方向の断面積を増すことにより、ピニオン１に亀裂が生じることを防止することができ、ピニオン１自体の耐力が増加するので、割れを防止するために肉厚を増加させる必要がない。
【００２８】
従って、このような鍛造成形ピニオンの形成工程を用いて、サイズが大型化することを抑制して、大きなトルクを入力可能とするピニオンを形成することができる。
【００２９】
なお、第１工程では圧延材を切断したビレット１５にねじり工程を与えているが、引き抜き工程前の長尺状の圧延材自体にねじり工程を与える、圧延材の引き抜き工程と同時にねじり工程を与えるなど第２工程の鍛造前であれば、第１工程としてどのタイミングでねじりを与えてもよい。また、第１工程のねじりは、温間、冷間のいずれであってもよい。
【００３０】
このような鍛造成形ピニオン１では、基部３及びギヤ歯７にはギヤ歯７の歯すじ方向と交差する方向に鍛造成形時のファイバーフロー９が流動形成されているので、ピニオン１に駆動トルクが入力した場合に、応力が加わる方向をファイバーフロー９の方向に変換して亀裂発生方向の断面積を増すことにより、ピニオンに亀裂が生じることを防止することができる。すなわち、ピニオン１に割れを防止するために肉厚を増加させる必要がない。
【００３１】
従って、このような鍛造成形ピニオン１では、ピニオンのサイズが大型化することを抑制して、大きなトルクを入力可能とすることができる。
【００３２】
また、ファイバーフロー９が軸端側８における基部３の歯底１１側から回転軸線方向に対して傾斜してギヤ歯７方向に流動形成されているので、ピニオン１の軸端側８における基部３の歯底１１側から隣接するギヤ歯７に向けて亀裂発生方向の断面積を増すことができる。よって、鍛造成形ピニオンの自転方向及び公転方向の荷重に対して、鍛造成形ピニオンの耐力を効果的に増加させることができる。
【００３３】
なお、本発明の実施の形態では、ベベルギヤタイプのピニオンを用いているが、これに限らず、スパーギヤ又はヘリカルギヤの円筒歯車についても本発明の構成を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）一実施形態の鍛造成形ピニオンの断面図である。（ｂ）一実施形態の鍛造成形ピニオンの上面図である。
【図２】一実施形態のビレットの斜視図である。
【図３】一実施形態のねじりが与えられたビレットの斜視図である。
【図４】一実施形態の鍛造成形ピニオンの要部拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…鍛造成形ピニオン
３…基部
４…軸部材
５…支持孔
６，８…軸端側
７…ギヤ歯
２’，９…ファイバーフロー
１１…歯底
１３…歯先
１５…ビレット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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