(57)【要約】【課題】変速用歯部とクラッチ用歯部とが実質的に冷間鍛造によって形成された変速機用歯車を提供することを目的としている。また、本発明の目的は、機械加工を省くことにより鍛造成形によるメタルフローと称する繊維組織を歯形内に残して歯車の強度を保持するとともに、製造工程の簡素化を図った変速機用歯車を提供することにある。【解決手段】大径の変速用歯部とこの下部に小径の段付きスプライン軸が同軸に、かつ、一体化形成された変速機用歯車であって、変速用歯車はスパー歯又はヘリカル歯から構成され、スプライン軸の下端部にクラッチ用のスプライン歯が形成され、かつ、前記変速用歯及びスプライン歯は夫々冷間鍛造により形成されることを特徴とする変速機用歯車である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大径の変速用歯部とこの下部に小径の段付きスプライン軸が同軸に、
かつ、一体化形成された変速機用歯車であって、
変速用歯車はスパー歯又はヘリカル歯から構成され、
スプライン軸の下端部にクラッチ用のスプライン歯が形成され、
かつ、前記変速用歯及びスプライン歯は夫々冷間鍛造により形成されることを特徴とする変速機用歯車。
【請求項２】
変速用歯車の上端部には、フランジが形成されることを特徴とする請求項１に記載の変速機用歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主としてＡＴ車に用いられるサン歯車に関する。詳しくは、ＡＴ車、ＭＴ車あるいはＣＶＴ等変速機の他オイルポンプ用の歯車であって、変速用のスパー歯又はヘリカル歯とクラッチ用のスプライン歯を有するスプライン軸とが冷間鍛造により一体化形成された変速機用の歯車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、トランスミッションにおいて、変速機用歯車部とクラッチ用歯部とを有する変速機用歯車は円板状又はリング状の素材から熱間鍛造により概略プロフィール形状に成形され、次に熱間鍛造により歯形が形成され、次いで変速機用歯車部とクラッチスプライン歯車部に、シェービング、ブローチ又はホブ切り等の機械加工を施す。あるいは、熱間鍛造により成形された変速機用歯車部に機械加工を施して変速機用歯車を形成し、次いでこの変速機用歯車部に冷間鍛造により成形されたクラッチスプライン歯車部を電子ビーム溶接して一体化する方法がある。他に 熱間鍛造により一体化成形された変速機用歯車部とクラッチ用歯部夫々に機械加工を施す方法が採用されている。この種の変速機用歯車の製造に関し、変速機用歯車部とクラッチ用歯部とを以上のように一体化する変速機用歯車の提案がなされている（例えば、特許文献１、２及び３参照）。
【０００３】
また、従来から、トランスミッションに使用される歯車に関し、変速機用歯車部のスパー歯車、ドッグ歯車又はヘリカル歯車にクラッチ用のスプライン軸を一体化した変速機用歯車等が知られている。そして、このような歯車の成形方法としては、以下の方法が採用されている。即ち、第一は、変速機用歯車部及びスプライン軸の両方を、ホブカッタ等の工具による切削加工で成形する方法である。第二に、変速機用歯車部及びスプライン軸の中、一方を切削加工で成形し、他方のスプライン軸を熱間又は冷間鍛造によって成形する方法である。また、第三に、変速機用歯車部及びスプライン軸の中、一方を熱間鍛造加工によって成形した後に、スプライン軸を転造ダイスによる冷間鍛造加工によって成形する方法がある。
【０００４】
前述した変速機用歯とクラッチ用スプライン歯とを一体化した変速機用歯車の例を、具体的に図５及び図６に示す。図５の製品Ｗ０１に示すように、変速機用歯車は上部の大径部に鍛造により軸方向に対して捩じれて成形されたヘリカル歯にシェービング又はブローチによる機械加工を施してヘリカル歯２及び、スプライン軸３の下端部に転造により一体化成形されたスプライン歯１から構成される。一方、図６の製品Ｗ０２に示すように、変速機用歯車は大径部のヘリカル歯２及びスプライン軸３の下端部に転造により一体化成形されたスプライン歯１から構成される。ここで、ヘリカル歯２とスプライン軸３との結合面にスプライン溝８を形成、噛み合わせ、かつ、ヘリカル歯２の上端部にスナップリング９を設けてスプライン軸３にヘリカル歯２を一体化結合させたものである。あるいは、スプライン軸３にヘリカル歯２を電子ビーム溶接により一体化結合することでもよい。なお、図５あるいは図６に示すヘリカル歯２は歯筋が軸方向に対して平行なスパー歯車の場合もある。
【０００５】
【特許文献１】特公昭４９−１１５４３号公報
【特許文献２】特公平６−７３７１２号公報
【特許文献３】特開平４−３６６０２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上の通りであって、特許文献に代表されるように、従来の変速機用歯車には次のような問題点がある。
【０００７】
上記の公報に代表されるような従来の技術では、変速機用歯車部とクラッチ用歯部とを熱間又は冷間鍛造によって概略形状に一体化成形した後、クラッチ用歯部について例えば冷間サイジングを施し、最後に変速機用歯車部に機械加工を施す等しているため、工程数が多くコストアップが余儀なくされる。また、例えば１１５０〜１２００℃に加熱する熱間鍛造は常温の冷間鍛造に比べ金型の摩耗が激しいためにその寿命が短く、変速機用歯車製造コストアップを助長する要因となっている。
【０００８】
機械加工においては、いずれも歯車部にシェービング、ブローチ、又はホブ切り等を施すので、鍛造により形成されたメタルフローが切断されることになり、歯車の強度が低下するとともに、更に機械加工を施すことによる製造コストアップを回避することができない。
【０００９】
その他、機械加工あるいは熱冷又は間鍛造加工による加工法を用いて、変速機用歯車部とクラッチ用歯部を形成するので、歯形の成形途中で素材を鍛造装置から切削加工装置へ移動させなければならず、工程が煩雑化するという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明の変速機用歯車は、本発明は以上のような課題に着目してなされたもので、変速用歯部とクラッチ用歯部とが実質的に冷間鍛造によって形成された変速機用歯車を提供することを目的としている。また、本発明の目的は、機械加工を省くことにより鍛造成形によるメタルフローと称する繊維組織を歯形内に残して歯車の強度を保持するとともに、製造工程の簡素化を図った変速機用歯車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
近年では鍛造技術の進歩により全ての形状の歯車を冷間鍛造により成形し、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、冷間鍛造により形成されたメタルフロー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。本発明の変速機用歯車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、大径の変速用歯部とこの下部に小径の段付きスプライン軸が同軸に、かつ、一体化形成された変速機用歯車であって、変速用歯車はスパー歯又はヘリカル歯から構成され、スプライン軸の下端部にクラッチ用のスプライン歯が形成され、かつ、前記変速用歯及びスプライン歯は夫々冷間鍛造により形成されることを特徴とする変速機用歯車である。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、変速用歯車の上端部には、フランジが形成されることを特徴とする変速機用歯車である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、変速機用歯車部及びクラッチ用歯部を、冷間鍛造により一体化成形することが可能となるため、欠肉等の成形欠陥の発生を防止して歯形精度が向上するとともに以下の作用効果を奏するものである。 変速機用歯車部及びクラッチ用歯部を冷間鍛造により一体化成形することにより、機械加工を施す必要がないので歯形内のメタルフローが切断されることなくそのまま保持されるので、歯車の強度が向上するとともに、機械加工による製造コストの上昇を回避し、変速機用歯車の製造コストを低廉に抑えることができる。即ち、円柱状素材から一気に冷間鍛造のみにより変速機用歯車部とクラッチ用歯部とを備えた変速機用歯車を成形することができるため、加工工数の大幅な削減によりコストダウンを図ることができ、更に金型の摩耗の少ない冷間鍛造を基本としていることから、金型そのものの寿命も長くなって耐久性が向上し、コストダウン効果が一段と顕著になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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】
【００１４】
先ず、本発明の実施例１について、図１〜図４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、変速機用歯車の製造過程を示す工程図である。図２は、同上、変速機用歯車の正面図である。図３は、同上、変速機用歯車の製造に係る好ましい実施の形態を示す説明図である。図４は、同上、冷間鍛造におけるメタルフローを示す説明図である。
【００１５】
本発明に係るスプライン軸と歯車との一体化成形変速機用歯車の製造経過を、図１の工程図を用いて説明する。先ず、工程（１）に示すように、変速機用歯車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素材Ｗ１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。次に、工程（２）に示すように、素材Ｗ１を例えば１１５０℃に加熱して熱間によるアプセット鍛造を施すことにより最終製品の形状に近似の素材Ｗ２が得られる。この素材Ｗ２の形状は、中段の径方向に拡がる大径部Ｄ２を有し、この上部に出っ張る凸部を有し、下方へ軸が伸び先端部に小径部Ｄ１を有する。次に、工程（３）に示すように、内側に角歯形のスプライン歯型Ｔ１を備えるダイ型Ｑ１へ素材Ｗ２を先端部から押し込み、冷間鍛造によって圧潰して小径部Ｄ１の外周にスプライン歯１を形成する。最後に、工程（４）に示すように、素材Ｗ３を冷間鍛造によって圧潰して大径部Ｄ２の外周にヘリカル歯２を形成する。そのために、内側にヘリカル歯型Ｔ２を備えるダイ型Ｑ２へ大径部Ｄ２を押し込み、圧潰して外周にヘリカル歯２を形成する。このようにして、中段部の大径部Ｄ２にヘリカル歯２及び下端の小径部Ｄ１にスプライン歯１を形成した変速用歯車Ｗの製品が得られる。この変速用歯車Ｗには、必要に応じて歯形に冷間鍛造による仕上げ成形が施される。ヘリカル歯２と内側のスプライン歯１は、夫々冷間のコイニング処理により歯形仕上げダイスの当接面部で摩擦力を発生させながら、軸方向及び半径方向に圧縮して成形される。最後の行程（３）及び（４）における冷間鍛造では、特に限定されるものではないが、冷間鍛造を円滑に行うために、二硫化モリブデン系潤滑剤等による潤滑処理を施す。なお、工程（４）のヘリカル歯の詳細については図３を参照しながら後述する。
【００１６】
行程（３）及び（４）において、最終仕上げ加工を施された変速機用歯車Ｗの詳細形状を図２に示す。中段にヘリカル歯２が形成され、この下方にスプライン軸３が伸びてこの先端部にスプライン歯１が形成される。ここで、行程（４）において、ダイ型Ｑ２へ大径部Ｄ２を押し込み、圧潰して外周にヘリカル歯２を形成する際に、歯型Ｔ２によって大径部Ｄ２の軸方向上端部に歯形が形成されないフランジ４が残る。このフランジ４の部位は、後で切削により除去することでもよい。
【００１７】
ここで、工程（３）におけるヘリカル歯２の形成について図３を参照しながら詳細を説明する。図の上方から、上型Ｐ１、この下方に素材Ｗ２及びこの下方に窪んだダイ型Ｑを示す。上型Ｐ１は、下方のダイＱの真上に位置しダイＱ内を昇降可能であり、素材Ｗ２をダイ型Ｑ内において圧潰する。ダイ型Ｑの上段にはダイ型Ｑ２が構成され、この内側にヘリカル歯を形成するメス型のヘリカル歯型Ｔ２を有する。この下方にはダイ型Ｑ１が構成され、この内側にスプライン歯を形成するメス型のスプライン歯型Ｔ１を有する。素材Ｗ２の大径部Ｄ２及び小径部Ｄ１は夫々ダイ型Ｑ１及びダイ型Ｑ２の歯型Ｔ１及び歯型Ｔ２部位の内径に適合する。これらの下方にエジェクタＰ３を出没可能に備える。ここで、エジェクタＰ３の外周にヘリカル歯２の歯型Ｔ２と同じヘリカル歯形で、かつ、リード量が同じ歯型Ｔ３を有し、これと対向するダイＱの内周に同じヘリカル歯形のメス歯型Ｔ３を有する。そして、ダイ型Ｑの内側に歯型Ｔ３と対応する位置にヘリカル歯のメス型である歯型Ｔ３を備える。図１に示す工程（３）において冷間鍛造によってプライン歯１が成形され、次いで、工程（４）において同じく冷間鍛造によってヘリカル歯２が成形される。この後、素材Ｗ３をダイ型Ｑから取り出す場合、ストレ−ト歯の場合は真上へ抜き出せるが、捩じれたヘリカル歯２はダイＱに対して相対的な回転を必要とするため真上へ抜き出せない。本実施例では、ダイ型Ｑの下方からエジェクタＰ３を回転させ、かつ、スクリュー運動をさせながら昇降するようにし、ヘリカル歯２を強制的に回転させると効率良く取り出すことができる。ここで、歯型Ｔ１の上下方向の軸に対する捩れ角は左向きで例えば２０度程度である。
【００１８】
行程（４）において形成されたヘリカル歯２は、上述した歯形が軸線に対して捩じれた歯形の他に軸線に平行なスパー歯形でもよい。下段のスプライン歯１の断面形状は上述した角歯形の他、必要に応じてインボリュート歯形を形成することでもよい。
【００１９】
本発明の変速機用歯車は以上のように構成され、次に作用について説明する。本発明における歯形の形成は冷間鍛造による。その結果、冷間鍛造後歯の内部にメタルフローの繊維組織流れが連続して形成される。鍛造成形後機械加工を施すことがないのでメタルフローが切断されることもなく歯形面の耐久力に優れた歯車が得られる。
【００２０】
このメタルフローの形成の詳細を図４について説明する。冷間鍛造により形成されたスパー歯車、ヘリカル歯車、スプライン歯車の夫々の歯形内に、メタルフローと称する鍛流線が繊維組織状に形成される。図（ａ）は冷間鍛造における歯形内における鍛流線の分布を模式的に示す。繊維組織の流れである鍛流線Ｆが外周から内に向けて多層に形成されている。一方図（ｂ）では比較のため鍛造後ホブ加工、シェービング加工、あるいは切削その他の機械的加工を行うことによる機械面取りされた場合を模式的に示し、歯形の表面において機械加工面Ｍによって鍛流線Ｆが切断されている。本発明の変速機用歯車では冷間鍛造成形のままなので、メタルフローが切断されるようなことがなく歯形面の耐久力に優れる。即ち、鍛造後の機械加工工程を省略することができるので、生産性が高く、かつ、機械強度の高い歯形面が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
冷間鍛造成形のみにより歯形が形成されるので、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、内部のメタルフロー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、本発明の変速機用歯車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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例を示すもので、変速機用歯車の製造過程を示す工程図である。
【図２】同上、変速機用歯車の正面図である。
【図３】同上、変速機用歯車の製造に係る好ましい実施の形態を示す説明図である。
【図４】同上、冷間鍛造におけるメタルフローを示す説明図である。
【図５】従来例を示すもので、変速機用歯車の断面図である。
【図６】同上、他の変速機用歯車の断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
Ｄ１  小径部
Ｄ２  大径部
Ｆ  鍛流線
Ｍ  機械加工面
Ｐ１  上型、Ｐ３  エジェクタ
Ｑ、Ｑ１、Ｑ２  ダイ型
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３  歯型
Ｗ、Ｗ０１、Ｗ０２  製品
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３  素材
１  スプライン歯
２  ヘリカル歯
３  スプライン軸
４  フランジ
８  スプライン溝
９  スナップリング
【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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