(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、第１鍛造工程で円柱状のブランクを初期形状と最終の歯車形状との間の中間形状に成形すると共にブランクのセンタ穴の両側に対応する部分に凹部を成形し、この中間成形体に浸炭処理を施したのち、第２鍛造工程で中間成形体を歯車形状に成形すると共に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のに続いて、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】
中間成形体の中間形状の歯面が、最終の歯車形状に近似し且つ外側に滑らかに連続する曲面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】
第１鍛造工程の前に、ブランクに浸炭処理を施す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、歯形の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、歯形の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、また、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、図４（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においては浸炭層Ｃの深さが充分に得られて耐摩耗性が向上するものの、歯元部Ｇｂにおいては浸炭層Ｃの深さが過大となり、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４（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４（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】
ところで、上記したような従来の歯車の製造方法では、ブランクを鍛造した際の歯元部の塑性変形量が大きく、これにより歯面部の浸炭層の深さを保ちつつ歯元部の浸炭層を薄くし得るのであるが、歯面部および歯元部の浸炭層の深さはブランクに形成した浸炭層の深さと塑性加工の変形量により決まることから、双方の浸炭層の形成パターンすなわち歯面部の浸炭層の深さと歯元部の浸炭層の深さの比率がほぼ限られている。このため、歯元部の浸炭層の深さを適正なものにしようとすると、歯面部の浸炭層の深さが過大になる場合があり、逆に、歯面部の浸炭層の深さを意図的に大きくしようとすると、歯元部の浸炭層の深さが過大になる場合があることから、従来にあっては、歯面部および歯元部の夫々により適正の深さの浸炭層を得るうえでさらなる改善が要望されていた。
【０００７】
【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、とくに、歯形の歯面部および歯元部の夫々により適正な深さの浸炭層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。
【０００８】
【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、第１鍛造工程で円柱状のブランクを初期形状と最終の歯車形状との間の中間形状に成形すると共にブランクのセンタ穴の両側に対応する部分に凹部を成形し、この中間成形体に浸炭処理を施したのち、第２鍛造工程で中間成形体を歯車形状に成形すると共に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のに続いて、センタ穴の内ばりを除去する構成とし、請求項２として、中間成形体の中間形状の歯面が、最終の歯車形状に近似し且つ外側に滑らかに連続する曲面形状である構成とし、請求項３として、第１鍛造工程の前に、ブランクに浸炭処理を施す構成としており、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。
【０００９】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わる歯車の製造方法は、歯形の歯面部には耐摩耗性を得るために所定の深さの浸炭層を確保し、歯元部には衝撃疲労強度を得るために歯面部の浸炭層よりも薄い浸炭層を確保しようとするものであって、その工程としては、ブランクを適宜加熱し、第１鍛造工程でブランクを初期形状と最終の歯車形状との間の中間形状に成形し、これを中間成形体とする。このとき、中間成形体は、未完の歯形を有する概略歯車形状を成すものとすることができる。この中間成形体の成形に際して、ブランクのセンタ穴の両側に対応する部分に凹部を成形する。次に、中間成形体に浸炭処理を施し、中間成形体の全体に均一な深さの浸炭層を形成する。そして、中間成形体を適宜再加熱し、第２鍛造工程で中間成形体を歯車形状に成形することにより、歯形の歯面部には所定の深さの浸炭層を確保し、歯元部には歯面部の浸炭層よりも薄い浸炭層を確保する。この第２鍛造工程で中間成形体を歯車形状に成形するに際しては、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、当該歯車の製造方法では、とくに、両側の凹部に均一な深さの浸炭層を形成し、その両凹部を内ばり付のセンタ穴に成形するので、センタ穴の内壁部の浸炭層が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。したがって、その後に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。なお、第２鍛造工程で成形した歯車には、必要に応じて、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。
【００１０】
ここで、ブランクを歯車形状に成形する過程では、とくに歯形の歯元部の塑性変形量が大きいので、浸炭処理を施したブランクを１回の鍛造で歯車形状に形成すると、浸炭層の変形量も大きくなって歯元部の浸炭層が薄くなり過ぎる場合があり、また、歯元部の浸炭層を確保するために初期の浸炭層を深めに形成することで歯面部の浸炭層の深さが過大になる場合がある。
【００１１】
これに対して、当該歯車の製造方法では、ブランクを中間成形体に成形し、この中間成形体に浸炭処理を施してから同中間成形体を歯車形状に成形するので、浸炭処理後の第２鍛造工程における歯元部の塑性変形量が少なく、これに伴って浸炭層の変形量が少ないものとなる、したがって、歯元部の浸炭層が薄くなり過ぎるのが防止され、また、初期の浸炭層を深めに形成しなくても歯元部の浸炭層が確保されるので、歯面部の浸炭層の深さが過大になることもなく、歯面部および歯元部の夫々に適正な深さの浸炭層が確保される。
【００１３】
本発明の請求項２に係わる歯車の製造方法では、中間成形体の中間形状の歯面を最終の歯車形状に近似したものとし、且つ同歯面を外側に滑らかに連続する曲面形状としているので、その後に行われる浸炭処理および第２鍛造工程を経ることで、歯面部には所定の深さの浸炭層がより容易に且つ確実に確保され、歯元部には歯面部の浸炭層よりも薄い浸炭層がより容易に且つ確実に確保される。
【００１４】
本発明の請求項３に係わる歯車の製造方法では、第１鍛造工程の前にブランクに浸炭処理を施し、その後、第１鍛造工程でブランクを中間成形体に成形し、この中間成形体に浸炭処理を施し、第２鍛造工程で中間成形体を歯車形状に成形するので、歯形の歯面部および歯元部における浸炭層の形成パターンをコントロールする機会が増し、例えば、歯元部の浸炭層が薄くなり過ぎるのを防止しつつ歯面部の浸炭層の深さを意図的に増大させることも可能になる。
【００１５】
すなわち、ブランクに浸炭処理を施した後に第１鍛造工程を行うと、歯面部の浸炭層の深さを保ちつつ歯元部の浸炭層を薄くすることが可能であるから、この際に、歯元部の浸炭層を適正な深さよりも薄く成形する。こののち、中間成形体に浸炭処理を施して第２鍛造工程を行えば、歯面部の浸炭層の深さはさらに増すこととなり、歯元部の浸炭層は適正な深さとなる。
【００１６】
【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、第１鍛造工程でブランクを中間成形体に成形し、中間成形体に浸炭処理を施した後、第２鍛造工程で中間成形体を歯車形状に成形する方法としたことにより、歯形の歯面部には耐摩耗性を得るために所定の深さの浸炭層を確保して、歯元部には衝撃疲労強度を得るために歯面部の浸炭層よりも薄い浸炭層を確保する場合に、歯元部の浸炭層が薄くなり過ぎるのを防止することができ、中間成形体における初期の浸炭層を深めに形成しなくても歯元部の浸炭層が確保されるので、浸炭処理費の低減を実現すると共に、歯面部の浸炭層の深さが過大になるのを防止することができ、歯面部および歯元部の夫々により適正な深さの浸炭層を確保することができる。また、中間成形体の形状を選択すれば、歯元部の浸炭層を適正な深さにしつつ歯面部の浸炭層の深さを意図的に増大させることも可能である。そして、自動車の差動装置に用いる歯車を製造する場合には、歯面部および歯元部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。
【００１７】
加えて、本発明の請求項１に係わる歯車の製造方法では、中実のブランクに予めセンタ穴を成形する工程が不要であって、その分工数や製造コストの低減を実現することができ、また、センタ穴の内壁部には、浸炭層切れがほとんど無い良好な浸炭層を得ることができ、その浸炭層によりセンタ穴に挿入する軸に対して充分な耐摩耗性や耐焼付き性を確保することができる。
【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、中間成形体の中間形状の歯面を最終の歯車形状に近似し且つ外側に滑らかに連続する曲面形状としたことにより、その後に行われる浸炭処理および第２鍛造工程を経ることで、歯面部には所定の深さの浸炭層をより容易に且つ確実に確保することができ、歯元部には歯面部の浸炭層よりも薄い浸炭層をより容易に且つ確実に確保することができる。
【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、ブランクに浸炭処理を施した後、第１鍛造工程、浸炭処理および第２鍛造工程を経ることから、歯面部および歯元部の浸炭層の形成パターンをより広く変化させることが可能になると共に、歯面部および歯元部の夫々に所望の深さの浸炭層を得ることができ、例えば、歯面部と歯元部とで浸炭層を大きく変化させた歯車を製造することもできる。
【００２０】
【実施例】
図１および図２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（ｇ）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。
【００２１】
上記の歯車Ｇを製造するには、図１（ａ）に示すような中実の円柱状ブランクＢを使用し、ブランクＢを９００〜１１００℃程度に加熱した後、同ブランクＢを第１鍛造工程において初期形状と最終の歯車形状との間の中間形状に成形し、図１（ｂ）に示すように、未完の歯形を有する概略歯車形状の中間成形体Ｆを得る。この中間成形体Ｆの中間形状は、歯面が最終の歯車形状に近似したものとなり、且つ同歯面が外側に滑らかに連続する曲面形状を成している。
【００２２】
第１鍛造工程では、図２（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、先端に半球状の凸部１ａ，３ａ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凹部７，８を成形し、中間成形体Ｆを得る。このとき、各凹部７，８は、ポンチ１，３の凸部によって底部が半球面に成形され、また、開口部付近は外側に滑らかに連続する曲面に成形されている。
【００２３】
上記の如く成形された中間成形体Ｆには、浸炭処理を施し、図１（ｃ）および（ｄ）に示すように、全体に均一な浸炭層Ｃを形成する。この際の浸炭深さは、部品としての浸炭要求深さや第２鍛造工程での塑性変形量の大きさなどに応じて適宜設定する。その後、中間成形体Ｆを９００〜１１００℃程度に再加熱し、第２鍛造工程において中間成形体Ｆを図１（ｅ）および（ｆ）に示す歯車形状に成形する。
【００２４】
この第２鍛造工程では、図２（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を有する有底円筒形状のセンタ穴７Ｈ，８Ｈに成形する。
【００２５】
このとき、センタ穴７Ｈ，８Ｈは、第１鍛造工程で中間成形体Ｆに凹部７，８を成形し、浸炭処理を施した後、第２鍛造工程で内ばりＶ付の状態に成形する過程を経ることにより、内壁部の浸炭層Ｃが、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。
【００２６】
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（ｇ）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（ｈ）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。
【００２７】
このようにして、上記した歯車の製造方法では、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、歯面部（Ｇａ）には所定の深さの浸炭層Ｃを確保し、歯元部（Ｇｂ）には歯面部の浸炭層Ｃよりも薄い浸炭層Ｃを確保し、センタ穴Ｈの内壁部にも良好な浸炭層Ｃを確保する。
【００２８】
つまり、ブランクＢを歯車形状に成形する過程では、とくに歯形の歯元部の塑性変形量が大きくなり、歯元部の浸炭層Ｃが薄くなり過ぎるなどの不具合が生じることがあるため、当該歯車の製造方法では、ブランクＢを中間成形体Ｆに成形し、とくに、中間成形体Ｆの中間形状の歯面が最終の歯車形状に近似し且つ外側に滑らかに連続する曲面形状を成すものとし、この中間成形体Ｆに浸炭処理を施してから同中間成形体Ｆを歯車形状に成形するようにして、浸炭処理後の第２鍛造工程における歯元部の塑性変形量を少ないものにし、これに伴って浸炭層Ｃの変形量を少なくしている。したがって、歯元部の浸炭層Ｃが薄くなり過ぎることはなく、また、初期の浸炭層Ｃを深めに形成しなくても歯元部の浸炭層Ｃが確保されるので、歯面部の浸炭層のＣ深さが過大になることもなく、歯面部および歯元部の夫々に適正な深さの浸炭層Ｃが確保される。
【００２９】
そして、歯車Ｇは、相手の歯車と噛み合う歯面部には浸炭層Ｃの深さを保つことで耐摩耗性が確保され、回転時に衝撃入力を受ける歯元部には浸炭層を薄くすることで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を良好に保って耐摩耗性や耐焼付け性が確保されることとなり、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て動力伝達系の高出力化に充分対応し得るものとなる。
【００３０】
本発明に係わる歯車の製造方法は、上記実施例で説明したほかに、第１鍛造工程の前にブランクＢに浸炭処理を施すようにしても良い。すなわち、図１（ａ）に示すブランクＢに浸炭処理を施し、その後、第１鍛造工程でブランクＢを中間成形体Ｆに成形し、この中間成形体Ｆに浸炭処理を施し、第２鍛造工程で中間成形体Ｆを歯車形状に成形する。
【００３１】
このような歯車の製造方法では、先の実施例と同様の効果が得られるのに加えて、歯形の歯面部および歯元部における浸炭層Ｃの形成パターンをコントロールする機会が増し、例えば、歯元部の浸炭層Ｃが薄くなり過ぎるのを防止しつつ歯面部の浸炭層Ｃの深さを意図的に増大させることも可能になる。つまり、ブランクＢに浸炭処理を施した後に第１鍛造工程を行うと、歯面部の浸炭層Ｃの深さを保ちつつ歯元部の浸炭層Ｃを薄くすることが可能であるから、この際に、歯元部の浸炭層Ｃを適正な深さよりも薄く成形する。こののち、中間成形体Ｆに浸炭処理を施して第２鍛造工程を行えば、歯面部の浸炭層Ｃの深さはさらに増し、歯元部の浸炭層Ｃは適正な深さとなる。
【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）〜（ｇ）およびブロック図（ｈ）である。
【図２】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３】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
Ｃ            浸炭層
Ｆ            中間成形体
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】
0003781172.tif 000002
【図２】
0003781172.tif 000003
【図３】
0003781172.tif 000004