(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センタ穴を有する歯車を製造するに際し、中実状のブランクに浸炭処理を施した後、第１鍛造工程においてブランクのセンタ穴の両側に対応する部分に円錐形状の凹部を成形し、第２鍛造工程において両側の凹部を双方の間に内ばりを有するセンタ穴に成形し、こののち、センタ穴の内ばりを除去することを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項２】
第１鍛造工程において成形する凹部が、頂角を鋭角とした円錐形状であることを特徴とする請求項１に記載の歯車の製造方法。
【請求項３】
センタ穴の内ばりを除去した後、内ばりの除去部分を含むセンタ穴の内壁に環状の凹部を成形することを特徴とする請求項１または２に記載の歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車の差動装置に用いられる歯車の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車の差動装置に用いる歯車は、鋼材等のブランクにセンタ穴を成形すると共に、同ブランクに削り出しや鍛造などにより歯形を成形した後、浸炭処理を行っており、全体的にほぼ均一の深さの浸炭層が形成される。
【０００３】
一方、この種の歯車では、部位毎の特性として、歯面部には相手の歯車との噛み合いのために耐摩耗性が要求され、歯元部には繰り返しの衝撃入力に対する衝撃疲労強度が要求され、センタ穴の内壁部には同センタ穴に挿入する軸との接触のために耐摩耗性や耐焼付き性が要求される。
【０００４】
このような特性要求に対して、歯形等の成形後に浸炭処理を行った場合には、図６（ａ）に示すように浸炭層Ｃの深さが全体的に均一であるため、歯面部Ｇａの耐摩耗性が向上するものの、近年の動力伝達系の高出力化に伴う入力の増大に対して歯元部Ｇｂの衝撃疲労強度が低下するという問題がある。この問題を解決するために、歯元部に防炭処理を施し、図６（ｂ）に示すように、歯面部Ｇａの浸炭層Ｃの深さをそのままにして、歯元部Ｇｂの浸炭層Ｃを薄くすることが試みられた。しかし、この場合には、防炭処理の費用が高く、また、浸炭層Ｃの深さのコントロールを正確に行うことが困難であった。
【０００５】
そこで、特開平９−３８７４７号公報に開示されているように、中空状に成形したブランクに浸炭処理を施し、このブランクを温間鍛造して歯車に成形し、その後、歯車を焼入れする方法が提案されている。この方法によれば、鍛造による材料の流れにより、図６（ｃ）に示すように、歯面部Ｇａの浸炭層Ｃの深さを保ちつつ歯元部Ｇｂの浸炭層Ｃを薄くすることが可能になった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記したような従来の歯車の製造方法では、歯面部の浸炭層の深さを保つことで歯面部の耐摩耗性が確保され、また、歯元部の浸炭層を薄くすることで歯元部の衝撃疲労強度が確保されるので、動力伝達系の高出力化に適応した歯車を得ることができるのであるが、センタ穴の内壁部の浸炭層を保って耐摩耗性や耐焼付き性を確保するためには、鍛造工程においてセンタ穴に形成される内ばりをなるべく薄くする必要がある。
【０００７】
つまり、従来の歯車の製造方法では、浸炭処理を施した中空状のブランクを鍛造した際、センタ穴に材料が流入して内ばりを形成するのであるが、この内ばりが厚い場合、後に行う内ばりの除去に伴ってセンタ穴の内壁部に浸炭層切れが発生する恐れがあるので、内ばりを薄くする必要がある。また、内ばりを薄く形成するには、より高圧力の鍛造型を使用する必要があるが、この場合、型表面に対する材料の流れが速くなるため、型の寿命低下が生じていた。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、浸炭処理後に鍛造工程を経てセンタ穴を有する歯車を製造する場合に、より簡単な工程でセンタ穴の内壁部における浸炭層を良好に保つことができ、歯形の各部位に個々の特性を備えた歯車を得ることができる歯車の製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる歯車の製造方法は、請求項１として、センタ穴を有する歯車を製造するに際し、中実状のブランクに浸炭処理を施した後、第１鍛造工程においてブランクのセンタ穴の両側に対応する部分に円錐形状の凹部を成形し、第２鍛造工程において両側の凹部を双方の間に内ばりを有するセンタ穴に成形し、こののち、センタ穴の内ばりを除去する構成とし、請求項２として、第１鍛造工程において成形する凹部が、頂角を鋭角とした円錐形状である構成とし、請求項３として、センタ穴の内ばりを除去した後、内ばりの除去部分を含むセンタ穴の内壁に環状の凹部を成形する構成としており、上記の構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。
【００１０】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる歯車の製造方法では、中実状のブランクに浸炭処理を施し、ブランク全体に均一な深さの浸炭層を形成する。このブランクに対してセンタ穴の成形は行わず、ブランクを適宜加熱し、第１鍛造工程においてブランクのセンタ穴の両側に対応する部分に円錐形状の凹部を成形する。このとき歯形の成形も行われる。この第１鍛造工程において、凹部の浸炭層は、凹部の頂部で切れることなく当該凹部に沿う状態となる。
【００１１】
そして、第１鍛造工程を経た成形体を適宜再加熱し、第２鍛造工程において両側の凹部を双方の間に内ばりを有するセンタ穴に成形する。このとき歯形の成形も行われており、浸炭処理後に鍛造を行うことから、相手の歯車と噛み合う歯形の歯面部には、浸炭層の深さが保たれて耐摩耗性が確保され、回転時に衝撃入力を受ける歯形の歯元部には、浸炭層が薄くなって衝撃疲労強度が確保される。この第２鍛造工程において、センタ穴の内壁部の浸炭層は、センタ穴の一方から内ばりを介してセンタ穴の他方へほぼ連続した状態となる。その後、内ばりを除去することにより、貫通したセンタ穴の内壁部に沿って浸炭層が良好に保たれ、この浸炭層により、センタ穴に挿入される軸に対する耐摩耗性や耐焼付け性が確保される。
【００１２】
このように、中実状のブランクに浸炭処理を施した後、第１鍛造工程で凹部を成形し、第２鍛造工程で凹部を内ばり付のセンタ穴に成形し、その後、内ばりを除去するという簡単な工程により、歯面部および歯元部に適正な浸炭層を確保するのに加えて、センタ穴の内壁部における浸炭層が良好に保たれる。なお、内ばりを除去した後、歯車には、焼入れ、ショットブラストおよび機械加工などが施される。
【００１３】
本発明の請求項２に係わる歯車の製造方法では、第１鍛造工程において、ブランクのセンタ穴の両側に対応する部分に、頂角を鋭角とした円錐形状の凹部を成形することにより、凹部の頂部における浸炭層切れがより確実に防止される。
【００１４】
本発明の請求項３に係わる歯車の製造方法では、センタ穴の内ばりを除去した後、内ばりの除去部分を含むセンタ穴の内壁に環状の凹部を成形するので、第２鍛造工程において内ばりの除去部分に浸炭層切れが発生したとしても、環状凹部の成形に伴って浸炭層切れの部分が除去されることとなり、浸炭層切れの部分と軸との接触が解消されると共に、軸と接触するセンタ穴の内壁部には浸炭層が良好に保たれる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わる歯車の製造方法によれば、中実状のブランクに浸炭処理を施し、円錐形状の凹部を成形する第１鍛造工程と、凹部を内ばり付きのセンタ穴に成形する第２鍛造工程を経た後、内ばりを除去することから、中実状のブランクに予めセンタ穴を成形する工程が不要となり、その分工数や製造コストの低減を実現することができる。また、浸炭処理後に鍛造を行うことから、相手の歯車と噛み合う歯形の歯面部には浸炭層の深さを保って耐摩耗性を確保することができると共に、回転時に衝撃入力を受ける歯形の歯元部には浸炭層を薄くして衝撃疲労強度を確保することができ、とくに、センタ穴に挿入する軸と接触する同センタ穴の内壁部には、上記した簡単な工程により、浸炭層を良好に保って耐摩耗性や耐焼付き性を確保することができる。さらに、例えば自動車の差動装置に用いる歯車を製造する場合には、上記した如く歯形の各部位に個々の特性を備えて動力伝達系の高出力化に充分に対応し得る歯車を得ることができる。
【００１８】
本発明の請求項２に係わる歯車の製造方法によれば、請求項１と同様の効果を得ることができるうえに、第１鍛造工程において頂角を鋭角とした円錐形状の凹部を成形することから、凹部の頂部における浸炭層切れをより確実に防止して、センタ穴の内壁部における浸炭層をより良好に保つことができ、耐摩耗性や耐焼付き性のさらなる向上を実現することができる。
【００１９】
本発明の請求項３に係わる歯車の製造方法によれば、請求項１および２と同様の効果を得ることができるうえに、内ばりの除去部分を含むセンタ穴の内壁に環状の凹部を成形することから、内ばりの除去部分に浸炭層切れが発生したとしても、その浸炭層切れの部分を除去して軸との接触を完全に解消することができると共に、軸と接触するセンタ穴の内壁部には浸炭層を良好に保つことができ、耐摩耗性や耐焼付き性のさらなる向上を実現することができる。また、環状凹部により浸炭層切れの部分を除去することから、より高圧力の鍛造型を使用せずに、ある程度の浸炭層切れの発生を許容しつつ内ばりを厚く形成することが可能となり、これにより型表面に対する材料の流れが緩和され、型の寿命を向上させることができる。
【００２２】
【実施例】
図１および図３は、本発明に係わる歯車の製造方法の一実施例を説明する図である。なお、この実施例において図１（ｅ）に示す歯車Ｇは、自動車の差動装置に用いられる傘歯車であって、小径部から大径部に至る歯形Ａを有すると共に、軸線方向に沿ってセンタ穴Ｈを有し、大径側には背球面Ｒを有している。
【００２３】
上記の歯車Ｇを製造するには、図１（ａ）に示すような円柱体である中実状のブランクＢを使用し、このブランクＢに浸炭処理を施す。これにより、ブランクＢには、図１（ｂ）に示すように、全体的にほぼ均一な深さの浸炭層Ｃが形成される。次に、ブランクＢを９００〜１１００℃程度に加熱し、このブランクＢを図１（ｃ）に示す第１鍛造工程で成形する。
【００２４】
第１鍛造工程では、図３（ａ）に示すような鍛造型が用いられる。鍛造型は、中心に上側ポンチ１を挿設した上側ダイ２と、同じく中心に下側ポンチ３を挿設した下側ダイ４を備えている。上側ダイ２は歯形Ａの成形部５を有し、下側４ダイは背球面Ｒの成形部６を有している。また、上下の各ポンチ１，３は、頂角を鋭角とした円錐形状の先端部を有している。そして、第１鍛造工程では、上記の鍛造型を用いて、歯形Ａや背球面Ｒを一次成形すると共に、各ポンチ１，３により、ブランクＢのセンタ穴Ｈの両側に対応する部分に円錐形状の凹部７，８を成形し、図１（ｃ）に示す一次成形体Ｆ１を得る。
【００２５】
このように、第１鍛造工程において、頂角を鋭角とした円錐形状の凹部６，７を成形することにより、凹部７，８の浸炭層Ｃは、凹部７，８の頂部で切れることなく当該凹部７，８に沿う状態となる。また、歯形Ａにおいては、浸炭処理後に鍛造を行うことから、従来技術の項で説明した図６（ｃ）に示す理想的な浸炭層Ｃを有する歯形と同様に、鍛造による材料の流れにより、歯面部（Ｇａ）の浸炭層Ｃの深さが保たれるとともに歯元部（Ｇｂ）の浸炭層Ｃが薄くなる。
【００２６】
次に、上記の如く成形した一次成形体Ｆ１は、適宜再加熱した後、図１（ｄ）に示す第２鍛造工程で成形される。
【００２７】
この第２鍛造工程では、図３（ｂ）に示すような鍛造型が用いられる。鍛造型は、中心に上側ポンチ１１を挿設した上側ダイ１２と、同じく中心に下側ポンチ１３を挿設した下側ダイ１４を備えている。上側ダイ１２は歯形Ａの成形部１５を有し、下側１４ダイは背球面Ｒの成形部１６を有している。また、上下の各ポンチ１１，１３は、平坦な先端部を有している。そして、第２鍛造工程では、上記の鍛造型を用いて、歯形Ａや背球面Ｒを二次成形すると共に、各ポンチ１１，１３により、両側の凹部７，８を双方の間に内ばりＶを有するセンタ穴７Ｈ，８Ｈに成形し、図１（ｄ）に示す二次成形体Ｆ２を得る。
【００２８】
このように、第２鍛造工程において、第１鍛造工程で成形した凹部７，８を内ばりＶ付きのセンタ穴７Ｈ，８Ｈに成形することにより、センタ穴７Ｈ，８Ｈの内壁部の浸炭層Ｃは、一方のセンタ穴７Ｈから内ばりＶを介して他方のセンタ穴８Ｈにほぼ連続した状態となる。また、歯形Ａにおいては、第１鍛造工程と同様に、歯面部および歯元部の浸炭層Ｃが所定の厚さに保たれている。
【００２９】
その後、当該歯車の製造方法では、ピアス型等を用いてセンタ穴７Ｈ，８Ｈの内ばりＶを打抜いて除去し、図１（ｅ）に示す歯車Ｇを得る。これにより、貫通したセンタ穴Ｈの内壁部に沿って浸炭層Ｃが良好に保たれる。こののち、歯車Ｇには、図１（ｆ）に示すように焼入れ（ブロックＢ１）が施され、次いでショットブラスト（Ｂ２）が施され、さらに適宜の機械加工（Ｂ３）が施される。
【００３０】
このようにして製造された歯車Ｇは、相手の歯車と噛み合う歯形Ａの歯面部には、浸炭層Ｃの深さが保たれて耐摩耗性が確保され、回転時に衝撃入力を受ける歯形Ａの歯元部には、浸炭層が薄くなって衝撃疲労強度が確保され、さらに、センタ穴の内壁部に挿入された軸と接触する同センタ穴の内壁部には、浸炭層Ｃが良好に保たれて耐摩耗性や耐焼付け性が確保されており、自動車の差動装置に用いる歯車として、各部位毎の特性を備えることで動力伝達系の高出力化に充分対応し得るものとなっている。
【００３１】
ここで、上記の如く製造された歯車Ｇには、センタ穴Ｈの内ばりＶを除去した後、図４に示すように、内ばりの除去部分を含むセンタ穴Ｈの内壁に、機械加工により環状の凹部Ｄを成形することができる。
【００３２】
上記環状凹部Ｄの成形は、第２鍛造工程において内ばりの除去部分に浸炭層切れが発生した場合により有効であり、環状凹部Ｄの成形に伴って浸炭層切れの部分が除去されるので、浸炭層切れの部分と軸との接触が解消されると共に、軸と接触するセンタ穴Ｈの内壁部には浸炭層Ｃが良好に保たれる。
【００３３】
また、環状凹部Ｄの成形により浸炭層切れの部分を除去し得るということは、換言すれば、ある程度の浸炭層切れの発生を許容しつつ内ばりを厚く形成することが可能となる。内ばりを厚く成形する場合には、より高圧力の鍛造型を使用する必要はなく、鍛造型においては型表面に対する材料の流れが緩和され、これにより型の寿命が向上する。
【００３４】
図２および図５は、歯車の製造方法の一参考例を説明する図である。なお、この参考例において製造する歯車Ｇは、先の実施例のものと同じであり、小径部から大径部に至る歯形Ａを有すると共に、軸線方向に沿ってセンタ穴Ｈを有し、大径側には背球面Ｒを有している。
【００３５】
上記の歯車Ｇを製造するには、図２（ａ）に示すような円筒体である中空状のブランクＢを使用し、このブランクＢに浸炭処理を施す。これにより、ブランクＢには、図２（ｂ）に示すように、その外面および中空部Ｈｏの内面の全体にほぼ均一な深さの浸炭層Ｃが形成される。次に、ブランクＢを９００〜１１００℃程度に加熱し、このブランクＢを図２（ｃ）に示す鍛造工程で成形する。
【００３６】
鍛造工程では、図５（ａ）に示すような鍛造型が用いられる。鍛造型は、中心にマンドレル２１を挿設した上側ダイ２２と、同じく中心にマンドレル２１の受け穴２３を設けた下側ダイ２４を備えている。上側ダイ２２は背球面Ｒの成形部２５歯形Ａを有し、下側２４ダイは歯形Ａの成形部２６を有している。そして、鍛造工程では、図５（ｂ）に示すように、ブランクＢの中空部Ｈｏにマンドレル２１を挿入した状態にして同ブランクＢを鍛造成形し、図２（ｄ）に示す歯車Ｇを得る。その後、歯車Ｇには、図２（ｅ）に示すように焼入れ（ブロックＢ１）が施され、次いでショットブラスト（Ｂ２）が施され、さらに適宜の機械加工（Ｂ３）が施される。
【００３７】
このように、この参考例における歯車の製造方法の場合も、浸炭処理後に鍛造を行うことから、歯形の歯面部には、浸炭層Ｃの深さが保たれて耐摩耗性が確保され、歯形の歯元部には、浸炭層Ｃが薄くなって衝撃疲労強度が確保される。また、鍛造工程においてブランクＢの中空部Ｈｏはセンタ穴Ｈとなり、この際、中空部Ｈｏにはマンドレル２１が挿入されているので、センタ穴Ｈに内ばりが発生することもなく、センタ穴Ｈの内壁部には、初期の良好な浸炭層Ｃが保たれ、この浸炭層Ｃにより耐摩耗性や耐焼付け性が確保される。したがって、自動車の差動装置に用いる歯車とした場合には、各部位毎の特性を備えて動力伝達系の高出力化に充分対応し得るものとなる。
【００３８】
さらに、上記参考例の歯車の製造方法では、鍛造工程において密閉鍛造型を用いることがより望ましい。つまり、マンドレル２１を用いることでセンタ穴Ｈにおける内ばりの発生が防止され、これに加えて密閉鍛造型を用いれば、歯車の外側におけるばりの発生も防止されるので、当然のことながら内側および外側のばりを除去する作業が一切不要になると共に、材料歩留りも向上することとなり、工数や製造コストの低減が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わる歯車の製造方法の一実施例において、製造過程を説明する断面図（ａ）〜（ｅ）およびブロック図（ｆ）である。
【図２】  歯車の製造方法の一参考例において、製造過程を説明する断面図（ａ）〜（ｄ）およびブロック図（ｅ）である。
【図３】  図１に示す歯車の製造方法の第１鍛造工程に用いる鍛造型の一例を示す断面図（ａ）および第２鍛造工程に用いる鍛造型の一例を示す断面図（ｂ）である。
【図４】  センタ穴に環状凹部を成形した歯車を説明する断面図である。
【図５】  図２に示す歯車の製造方法の鍛造工程に用いる鍛造型の一例を示す図であり、型開き状態を示す断面図（ａ）および型閉じ状態を示す断面図（ｂ）である。
【図６】  歯形成形後に浸炭処理をした場合の歯形の断面図（ａ）、歯形成形後に歯元部に防炭処理をして浸炭処理をした場合の歯形の断面図（ｂ）、および浸炭処理後に歯形を鍛造成形した場合の歯形の断面図（ｃ）である。
【符号の説明】
Ｂ ブランク
Ｄ 環状凹部
Ｇ 歯車
Ｈ センタ穴
Ｖ 内ばり
７ ８ 凹部
７Ｈ ８Ｈ 内ばり除去前のセンタ穴
【図１】
0003785913.tif 000002
【図２】
0003785913.tif 000003
【図３】
0003785913.tif 000004
【図４】
0003785913.tif 000005
【図５】
0003785913.tif 000006
【図６】
0003785913.tif 000007