(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素鋼系の金属で形成された円盤状または円リング状をなす板状素材と、前記板状素材を回転可能に保持する保持部とを用い、前記板状素材の周縁の一部に加工工具を当てることにより前記板状素材の周縁に歯創成のための前処理を行い、前記板状素材の前処理部分に転造歯部を創成する歯創成処理を行う板金転造歯車の製造方法であって、
前記前処理においては、熱間転造に適するように周縁がオーステナイト化温度以上に加熱された前記板状素材を前記保持部で保持した状態で、
前記板状素材及び前記加工工具の少なくとも一方を他方に対して前記板状素材の軸芯方向に沿って動作させ、動作に伴い、折り目を形成するように前記板状素材の周縁を熱間状態で曲げて、断面でＬの字形状の曲げ部分を経て、断面でＴの字形状の曲げ部分を形成し、
前記歯創生処理を、熱間転造と熱間転造後あるいは熱間転造の終期における制御冷却とにより、転造歯車の歯先および歯面をマルテンサイト主体の組織にし、歯元をマルテンサイトと微細パーライトの混合組織にする処理とすることを特徴とする板金転造歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は板金転造歯車の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平９−８５３７０号公報には、金属製の板状素材の周縁に転造歯部を形成する技術が開示されている。この技術によれば、図６および図７に示すように、板状素材を保持部２００で保持した状態で、初期加工工具３００を板状素材の軸芯ＰＡ方向と直交する方向（つまり矢印Ｘ１方向）に沿って動作させる。これにより板状素材の周縁を圧潰して初期増肉部分１０２を形成する。その後、板状素材から初期加工工具３００を離脱させる。次に第２加工工具４００を板状素材の軸芯ＰＡ方向と直交する方向（つまり矢印Ｘ１方向）に沿って動作させる。これにより初期増肉部分１０２を更に圧潰して第２増肉部分１０４を形成する。
【０００３】
その後、板状素材の第２増肉部分１０４に図略の加工工具により転造歯部を創成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した技術においては、初期加工工具３００を板状素材の軸芯ＰＡ方向と直交する方向（つまり矢印Ｘ１方向）に沿って動作させ、歯創成のための前処理を行う。第２加工工具４００についても同様である。
本発明は歯創成のための前処理において上記した方式とは異なる方式を採用した板金転造歯車の製造方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る板金転造歯車の製造方法は、炭素鋼系の金属で形成された円盤状または円リング状をなす板状素材と、板状素材を回転可能に保持する保持部とを用い、板状素材の周縁の一部に加工工具を当てることにより板状素材の周縁に歯創成のための前処理を行い、その後、板状素材の前処理部分に転造歯部を創成する歯創成処理とを行う板金転造歯車の製造方法であって、
前処理においては、熱間転造に適するように周縁がオーステナイト化温度以上に加熱された板状素材を前記保持部で保持した状態で、
板状素材及び加工工具の少なくとも一方を他方に対して板状素材の軸芯方向に沿って動作させ、動作に伴い、折り目を形成するように板状素材の周縁を熱間状態で曲げて、断面でＬの字形状の曲げ部分を経て、断面でＴの字形状の曲げ部分を形成し、
前記歯創生処理を、熱間転造と熱間転造後あるいは熱間転造の終期における制御冷却とにより行なわれ、転造歯車の歯先および歯面をマルテンサイト主体の組織にし、歯元をマルテンサイトと微細パーライトの混合組織にする処理とすることを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明方法で用いる板状素材は金属で形成されており、転造前において円盤状または円リング状をなすものである。金属としては炭素鋼系が一般的である。
本発明方法で用いる保持部は、板状素材を回転可能に保持するものであり、一般的には板状素材の中央領域を保持する機能をもつものを採用できる。保持部は、板状素材の軸芯方向に沿って動作できる機能をもつことが好ましい。従って、板状素材の軸芯方向に沿って保持部を動作させ得る保持部動作手段を設けることができる。
【０００７】
本発明方法で用いる加工工具は、板状素材の周縁の一部に相対的に当てることにより、板状素材の周縁を曲げる機能を少なくとももつものである。加工工具は、板状素材の軸芯方向方向に沿って動作できる機能をもつことが好ましい。
本発明方法においては、曲げ処理にあたり、保持部で板状素材を保持した状態で、板状素材及び加工工具の少なくとも一方を他方に対して板状素材の軸芯方向に沿って動作させる。動作に伴い板状素材の周縁を曲げて曲げ部分を前処理部分として形成する。動作にあたっては、板状素材の軸芯方向に沿って板状素材のみを動作させても良いし、あるいは、板状素材の軸芯方向に沿って加工工具のみを動作させても良いし、あるいは、板状素材の軸芯方向に沿って板状素材および加工工具の双方を動作させても良いものである。
【０００８】
本発明方法においては、曲げ処理後に、板状素材の前処理部分に転造歯部を創成する歯創成処理を実行する。歯創成処理においては、曲げ処理で用いた加工工具を用いて転造歯部の歯創成を行っても良いし、あるいは、曲げ処理で用いた加工工具とは別の創成工具を用いて転造歯部の歯創成を行っても良い。
本発明方法によれば、転造は熱間転造とする。熱間鍛造において、板状素材の周縁の加熱目標温度は、オーステナイト化温度以上であり、且つ結晶粒粗大化が極端に進行しない温度以下であることが好ましい。具体的には、歯創成処理で得る転造歯部の歯丈の約１．５倍の深さ領域の温度が転造開始時に約８００℃以上となるように、且つ、転造歯部の歯丈の約１．２倍の深さ領域まで十分にオーステナイト化するようにする。例えば板状素材が肉厚１〜３ｍｍの炭素鋼（Ｓ３５Ｃ相当材）である場合には、誘導加熱のための周波数が０．５〜５ｋＨｚ、板状素材の表面温度が９５０〜１０５０℃、加熱保持時間が１０〜２０秒程度の条件を採用できる。
【０００９】
本発明方法によれば、熱間転造後あるいは熱間転造の終期において制御冷却を施す。制御冷却により、転造歯部の歯面や歯先はマルテンサイト主体の組織にでき、歯元はマルテンサイトと微細パーライトとの混合組織にすることができる。このような制御冷却では、熱間転造で転造加工した加工部分の冷却開始温度は、板状素材の加工部分の表面温度が８００℃以上とすることが好ましい。冷却速度としては加工部分の表面温度が５５０℃までは臨界冷却速度以上が好ましく、５５０℃以下はベイナイト変態が阻止できる冷却速度以上が好ましい。故に板状素材の回転速度は５０〜１２０ｒｐｍ程度が好ましい。上記した冷却速度を得るべく板状素材に接触させる冷却媒体としては水、水溶性焼入液、液温は５〜２５℃程度にできる。
【００１０】
本発明方法で製造した転造歯車の転造歯部付近は、転造歯車の半径方向に沿った断面で、実質的にＴの字形状にすることができる。
なお本発明方法で製造した転造歯車は各種の車両や産業機械等に適用できる。例えば車両の駆動系のドライブプレート、プーリ等に適用できる。
【００１１】
【実施例】
（実施例１）
以下、図面を参照して実施例１を説明する。本実施例は、板状素材１に対して曲げ処理（前処理）と歯創成処理とを共通の加工工具４で行うためのものである。
【００１２】
本実施例で用いる板状素材１は金属（炭素鋼：例えばＪＩＳ  Ｓ４５Ｃ）で形成されており、薄肉の円盤状をなす。板状素材１は均一な厚み（例えば１〜２．５ｍｍ）をもつ。
図１に示すように、本実施例で用いる主保持部３は板状素材１を回転可能に保持するものであり、矢印Ｙ１方向に移動可能な第１主保持部３１と、矢印Ｙ２方向に移動可能な第２主保持部３２とを有する。第１主保持部３１と第２主保持部３２とで板状素材１を厚み方向に挟持する。挟持された状態では図１（ａ）に示すように、板状素材１の周縁１ｘは主保持部３から外方に露出している。
【００１３】
加工工具４は回転可能でありローラダイスとも呼ばれるものであり、金属製である。加工工具４は、円盤状をなす工具本体４０と、工具本体４０の軸端面側に半径方向に延びるように互いに実質的に平行に設けられた一対の拘束壁４１，４２と、転造歯部を転造成形する歯溝４４と、歯溝４４を仕切る仕切壁４６とをもつ。歯溝４４は溝底面４４ｅをもつ。仕切壁４６は頂面４６ｅをもつ。歯溝４４および仕切壁４６は加工工具４の全周にわたり多数個並設されている。なお図２は概念図であるため、加工工具４は部分的に省略して図示されている。
【００１４】
本実施例で用いる副保持部５は、主保持部３よりもやや外周側を挟んで保持するものであり、矢印Ｙ１方向に移動可能な第１副保持部５１と、矢印Ｙ２方向に移動可能な第２副保持部５２とを有する。第１副保持部５１と第２副保持部５２とで板状素材１を厚み方向に挟持する。副保持部５は板状素材１の軸芯ＰＡを中心としてリング形状とされている。図１（ａ）に示すように、挟持された状態では板状素材１の周縁１ｘは副保持部５から外方に露出している。
【００１５】
板状素材１や副保持部５とともに、主保持部３を矢印Ｙ１，Ｙ２方向に動作させるための保持部動作手段３５が設けられている。保持部動作手段３５は、油圧機構またはモータ機構を利用して形成できる。
図２に示すように主保持部３の近傍に加熱装置３９が設けられている。加熱装置３９は円弧状をなす誘導加熱コイル３９ａを備えている。誘導加熱コイル３９ａに高周波電流が通電されると、回転している板状素材１の周縁１ｘは誘導加熱される。
【００１６】
転造の実施に際しては、図２に示すように、主保持部３で板状素材１の中央領域を挟んで保持する。更に板状素材１のうち主保持部３で保持された部分の外側を副保持部５で挟んで保持する。
この状態で主保持部３を目標回転速度で周方向（矢印Ｒ１方向）に回転させ、加熱装置３９により板状素材１の周縁１ｘを誘導加熱する。このとき表皮効果等により板状素材１の周縁１ｘのみが輪郭的に集中的に誘導加熱されるため、板状素材１の周縁１ｘは高温（例えば９５０〜１０５０℃）に短時間で加熱される。但し板状素材１の中央領域はあまり加熱されていない。
【００１７】
板状素材１の目標位置が目標温度に加熱されたら、図２から理解できるように、矢印Ｒ２方向に回転している加工工具４を矢印Ｘ１方向に移動させることにより、加工工具４を板状素材１の周縁１ｘに押し込む。この状態で副保持部５と共に主保持部３を矢印Ｙ１方向つまり板状素材１の軸芯方向に沿ってつまり矢印Ｙ１方向に加工工具４に対して相対的に動作させる。この動作は保持部動作手段３５によって実行される。これにより板状素材１を矢印Ｙ１方向に沿って加工工具４に対して相対的に動作させる。
【００１８】
この結果、図１（ｂ）に示すように板状素材１の周縁１ｘが曲げられ、断面実質的にＬの字形状の曲げ部分１３が形成される。この状態では加工工具４が板状素材１に向けてつまり矢印Ｘ１方向に押し付けられているため、板状素材１の曲げ部分１３に粗形歯１４が次第に創成される。
次に図１（ｃ）に示すように副保持部５を板状素材１から離脱させる。更に、主保持部３を板状素材１の軸芯ＰＡに沿ってつまり矢印Ｙ２方向に沿って戻し動作させる。これにより主保持部３に保持されている板状素材１を矢印Ｙ２方向に戻し動作させ、折り目１５ａ，１５ｂを形成し、断面で予備的なＴの字形状の曲げ部分１６を板状素材１に形成する。このようにして前処理としての曲げ処理を終了する。
【００１９】
その後、図１（ｄ）に示すように加工工具４を板状素材１に向けてつまり矢印Ｘ１方向に向けて押し込む。これにより板状素材１に転造歯部１８が創成される。図１（ｄ）に示すように加工工具４をその押し込み位置に所定時間保持し、サイジング処理を行う。サイジング処理により転造歯部１８の形状は仕上げられる。
【００２０】
図１（ｅ）は板状素材１に形成された転造歯部１８を示す。
図１（ｅ）に示すように転造歯部１８付近は断面（転造歯車の半径方向に沿った断面）で実質的にＴの字形状である。従って転造歯部１８付近は、前記断面で、転造歯車の軸芯ＰＡ方向に沿ったリング状の底板部１８ａと、底板部１８ａの中央から内方に底板部１８ａに対して実質的に垂直方向に延設された（つまり転造歯車の半径方向に沿った）基板部１８ｂと、底板部１８ａと同方向に沿った噛み合い歯部１８ｃとを備えている。図１（ｅ）に示すように基板部１８ｂは、底板部１８ａおよび噛み合い歯部１８ｃの歯幅方向（矢印Ｋ方向）において中央領域に位置しており、長さＫＡはＫＢとは実質的に等応または近似している。
【００２１】
図１（ｅ）に示すように転造歯部１８付近は断面で実質的にＴの字形状であれば、転造歯部付近が実質的にＬの字形状である場合に比較して、板金転造歯車の横剛性が向上する。故に転造歯車の端面側からの相手歯車の飛び込みに対して耐久性が向上する。また相手歯車との噛み合い中において歯当たりが移動しにくくなり、歯元の強化も期待できる。また相手歯車と噛み合った際に、異状な噛み合い音を抑制するのにも有利となる。
【００２２】
図３は、熱間転造を行う際における板状素材１の周縁１ｘの加熱温度と時間との関係を示す。図３に示すように板状素材１の周縁１ｘが目標温度領域（９５０〜１０５０℃）に加熱されたら、曲げ処理が行われ、曲げ処理が終了した後に歯創成処理が行われる。歯創成処理における転造歯部１８の部分の温度は８００〜９００℃程度である。その後、冷却ノズル６０から冷却媒体６２を吹き付けて水冷し、これにより急冷して焼き入れ処理を行い、転造歯車を常温に戻す。次に転造歯部１８を再び加熱して焼き戻し温度領域とし、転造歯部１８の部分に対して焼き戻し処理を行う。焼き戻し処理は、加熱装置３９を用いて行っても良いし、あるいは、別の加熱手段で行っても良い。
【００２３】
本実施例においては、曲げ処理および歯創成処理では放射温度計により板状素材１の周縁１ｘの温度をモニターしつつ行う。
（実施例２）
実施例２を図４，図５に示す、本実施例は、板状素材１の片側には曲げ用加工工具４Ａが設けられている。板状素材１の他の片側には、歯創成用加工工具４Ｂが曲げ用加工工具４Ａと対向するように設けられている。更に歯創成用加工工具４Ｂ、曲げ用加工工具４Ａに潤滑材を吹き付ける潤滑材ノズル６５が設けられている。
【００２４】
板状素材１は矢印Ｒ３方向に回転する。曲げ用加工工具４Ａは矢印Ｒ４方向に回転する。歯創成用加工工具４Ｂは矢印Ｒ５方向に回転する。曲げ用加工工具４Ａの回転方向と歯創成用加工工具４Ｂの回転方向は同方向である。
本実施例においても、主保持部３で保持した板状素材１を回転（例えば約８０〜１５０ｒｐｍ）させることにより、加熱装置３９の誘導加熱コイル３９ａで板状素材１の周縁１ｘを誘導加熱する。板状素材１の周縁１ｘが目標温度領域に誘導加熱されたら、板状素材１の周縁１ｘに曲げ用加工工具４Ａを矢印Ｓ１方向に押し込み、前記実施例の場合と同様に、板状素材１の周縁１ｘを曲げ用加工工具４Ａで曲げ処理する。曲げ処理においては前述同様に、板状素材１の軸芯方向に沿ってつまり矢印Ｙ１，Ｙ２方向に沿って曲げ用加工工具４Ａを動作させる。
【００２５】
その後、曲げ用加工工具４Ａを板状素材１から矢印Ｓ２方向に離脱させる。更に歯創成用加工工具４Ｂを板状素材１の周縁１ｘに矢印Ｍ１方向に押し込み、歯創成用加工工具４Ｂで板状素材１の周縁１ｘに転造歯部１８を熱間転造で創成する。転造歯部１８の創成が終了したら、歯創成用加工工具４Ｂを矢印Ｍ２方向に離脱させ、創成終期あるいは創成終了後に、冷却ノズル６０から冷却媒体６２を転造歯部１８に吹き付け、焼き入れ処理を行う。
【００２６】
（その他）
上記した実施例１,２では、転造歯部１８付近を断面で実質的にＴの字形状している。
本発明方法は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内において必要に応じて適宜変更できるものである。
【００２７】
（付記）
上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
・板金転造歯車であって、転造歯部をもつ外縁部は断面で実質的にＴの字形状をなしていることを特徴とする板金転造歯車。この場合には横剛性の確保に有利となる。
・請求項１において、転造歯部をもつ外縁部は断面で実質的にＴの字形状をなしていることを特徴とする板金転造歯車の製造方法。
【００２８】
【発明の効果】
本発明方法によれば、板状素材及び加工工具の少なくとも一方を他方に対して板状素材の軸芯方向に沿って動作させ、動作に伴い板状素材の周縁を曲げ、曲げ部分を形成する曲げ処理を行う。そのため加工工具を板状素材の軸芯方向と直交する方向に移動させるだけの従来技術に比較して、板状素材の周縁の様々な形態を採用するのに有利となる。故に板状素材の周縁に転造歯部を創成するのに有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で使用する各処理の構成図である。
【図２】実施例１で使用する装置の構成図である。
【図３】板状素材の温度の変化を示すグラフである。
【図４】実施例２で使用する装置の構成図であり、曲げ用加工工具で板状素材に曲げ処理を施している状態を示す構成図である。
【図５】実施例２で使用する装置の構成図であり、歯創成用加工工具で板状素材に転造歯部を創成している状態を示す構成図である。
【図６】従来技術に係り、初期増肉部分を形成する過程を示す構成図であるる。
【図７】従来技術に係り、第２増肉部分を形成する過程を示す構成図であるる。
【符号の説明】
図中、１は板状素材、１ｘは周縁、１３は曲げ部分、１６は曲げ部分、１８は転造歯部、３は主保持部、５は副保持部、４は加工工具、４１，４２は拘束壁を示す。
【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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