JP2007216297A - ネット成形された歯車部材および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ネット成形された歯車部材を提供すること。
【解決手段】全体的に円筒形の外面がその上に形成された複数の径方向外側に延びるギア歯を備えている歯車本体を有する、自動的にシフト可能な車両の動力伝達装置用の歯車部材が提供される。内面が、全体的に円筒形の外面に対してほぼ同軸に配置され、歯車本体の少なくとも一部分に対して延びる。さらに、複数の径方向内側に延びるスプラインが、内面の少なくとも一部分の上に形成される。複数の径方向外側に延びるギア歯および複数の径方向内側に延びるスプラインのうちの少なくとも１つが冷間押出しされる。全体的に円筒形のスラグの逆押出しによって全体的に管状のブランクを形成するステップを含む歯車部材を形成する方法も提供される。その後、歯車部材を形成するために、複数のギア歯が、冷間押出しによって全体的に管状のブランクの少なくとも一部分の上に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動的にシフト可能な車両の動力伝達装置用のネット成形された（ｎｅｔ ｆｏｒｍｅｄ）入力太陽歯車部材、およびその製造方法に関する。

関連出願の相互参照
この出願は、２００６年２月１７日に提出の米国仮出願第６０／７７４５７４号に対する優先権を主張する。

噛合い係合したギア歯（ｇｅａｒ ｔｅｅｔｈ）を利用することによって１つの回転シャフトから別の回転シャフトにトルクを伝達するのに一般に用いられる歯車部材が周知である。複数の相互連結された歯車部材が、当分野で歯車セット（ｇｅａｒｓｅｔ）として知られている。一般的な遊星歯車セットは、太陽歯車部材、担持部材によって支持された複数の遊星またはピニオン歯車部材、および内部のリング歯車部材を含む。

自動的にシフト可能な車両の動力伝達装置は一般に、少なくとも１つの遊星歯車セットを備え、その歯車セット内で太陽歯車部材が通常、駆動シャフトまたは入力シャフトに連結され、それによって回転される。太陽歯車部材の外周面または表面は、その上に形成された複数のギア歯を備える。各太陽歯車の歯は噛合い面を備え、その面は、複数のピニオン歯車部材のそれぞれのギア歯の対応する噛合い面と噛合い係合する。ピニオン歯車部材のギア歯も、内部のリング歯車部材の内面上のギア歯に噛合い係合する。

動力伝達装置内での遊星歯車セットの動作中に、太陽歯車部材は、ピニオン歯車部材と噛合い係合し、高いレベルのトルクをそこに伝達するように動作する。その結果として、太陽歯車部材のギア歯は、周期的なまたは繰返しの過酷な荷重条件に曝される。太陽歯車部材の一回転中に荷重が各太陽歯車の歯に加えられる回数は、遊星歯車セットのピニオン歯車部材の数に比例する。この繰り返される荷重は、太陽歯車部材のギア歯の噛合い面の疲労および磨耗を招く可能性がある。

遊星歯車セットを用いる典型的な動力伝達装置では、太陽歯車部材が駆動シャフトに強固に装着されず、駆動シャフト上の対応するまたは相補的な組の外部スプラインと係合する一組の内部スプラインを介して連結されている。スプラインは、太陽歯車部材が「浮動」すなわちトルクを伝達しながら径方向に少し移動できるようにする。こうした径方向の移動は、トルクをピニオン歯車部材の間に均等に再分配し、それによって歯車セットの全体のトルク容量を増加させるのを助長する。この浮動式の連結により、太陽歯車部材、およびピニオン歯車部材は、伝達されたトルク荷重に加えて時折、動荷重を受ける。歯車部材を製造する際に使用される典型的なプロセスは、ホブ切削、切断、シェービング、バニシング、研削、ラップ仕上げ、その後の浸炭などの熱化学処理を含むことができる。
米国仮出願第６０／７７４５７４号

複数の径方向外側に延びるギア歯がその上に形成された全体的に円筒形の外面を有する歯車本体を有する、ネット成形された歯車部材が提供される。内面が、全体的に円筒形の外面に対してほぼ同軸に配置される。内面は、歯車本体の少なくとも一部分に対して延びる。複数の径方向に内側に延びるスプラインが、内面の少なくとも一部分の上に形成される。複数の径方向外側に延びるギア歯のうちの少なくとも１つ、および複数の径方向内側に延びるスプラインのうちの少なくとも１つは、冷間押出しされる。

歯車部材はさらに、全体的に円筒形の外面の少なくとも一部分の上に形成された複数の径方向外側に延びるスプラインを備えることができる。複数の径方向外側に延びるスプラインは、複数の径方向外側に延びるギア歯に軸方向に隣接して配置できる。径方向外側に延びる歯は螺旋形状であることができ、歯車本体は、歯車部材が自動的にシフト可能な車両の動力伝達装置内で入力太陽歯車として使用するのに十分なように構成されるように、鋼から形成できる。歯車本体は、内面と全体的に円筒形の外面の間で流体を連通させるように働くことができる少なくとも１つの穴を定義することができる。好ましい実施形態では歯車部材は熱処理される。

歯車部材を形成するための方法も提供される。方法は、全体的に円筒形のスラグの逆押出しによって全体的に管状のブランク（ｂｌａｎｋ）を形成するステップを含む。全体的に管状のブランクは、内面および外面を有する。その後、複数の径方向外側に延びるギア歯は、歯車部材を形成するように冷間押出しによって外面の少なくとも一部分の上に形成される。

この方法はさらに、全体的に管状のブランクの中の内部応力を低減するために、複数の径方向外側に延びるギア歯を形成する前に全体的に管状のブランクを焼鈍するステップを含む。さらに、複数の径方向に内側に延びるスプラインが、冷間押出しによって内面の少なくとも一部分の上に形成できる。方法は、全体的に管状のブランクを形成する前に、潤滑剤によって全体的に円筒形のスラグを被覆するステップも含むことができる。同様に、全体的に管状のブランクは、複数の径方向外側に延びるギア歯を形成する前に、潤滑剤によって被覆できる。最後に、歯車部材は、その硬さが増加するように熱処理できる。

本発明の上記の特徴および利点、ならびにその他の特徴および利点は、添付の図面と関連させて読めば、本発明を実施するための最良の形態の以下の詳細な説明から直ちに明白となる。

いくつかの図面全体を通して同じ参照番号が同じまたは同様の構成要素を表す図面を参照すると、全体的に１０で示される歯車部材が図１に示される。歯車部材１０は、全体的に円筒形の段付の外面１４および全体的に円筒形の段付きの内面１６を有する歯車本体１２を備える。好ましい実施形態では、歯車部材１０は、自動的にシフト可能な車両の動力伝達装置用の入力太陽歯車部材として使用するように構成される。しかし、本発明の歯車部材１０は、本発明の概念を変更せずに様々な用途の中に使用できることを理解する必要がある。

複数の全体的に径方向に延びるギア歯１８が外面１４から外側に延びる。ギア歯１８は、回転トルクをそこに伝えるために遊星歯車セット内で、ピニオン歯車部材などの別の歯車部材に噛合い係合するのに十分なように構成される。ギア歯１８は、好ましくは螺旋形状であるが、当業者は、特許請求の範囲の範囲内に留まりながら、スパーギア歯などのその他の形のギア歯が使用可能であることを理解するであろう。本発明のギア歯１８は、「ネット成形されて」いると特徴付けられ、すなわちギア歯１８は、ギア歯１８を形成または仕上げるためにホブ切削、切断、ホーニングなどの機械加工作業をほとんどまたは全く必要としない。ギア歯１８を形成する方法は、図２ｄを参照して下記により詳細に説明される。

図２ｄから２ｆまでに示される複数の全体的に径方向に延びるスプライン２０は、ギア歯１８の反対側の歯車本体１２の端部で内面１６から全体的に内側に延びる。スプライン２０は、内面１６の少なくとも一部分に対して軸方向に延びる。スプライン２０は、その上に相補的にスプラインを付けた部分を有する、図示されない入力シャフトを受けるのに十分なように構成される。本発明のスプライン２０は、ネット成形されているものとして特徴付けられる。スプライン２０を形成する方法は、図２ｄを参照して下記により詳細に説明される。

複数の全体的に径方向に延びるスプライン２２は、ギア歯１８の反対側の歯車本体１２の端部で外面１４から全体的に外側に延びる。スプライン２２は、外面１４の少なくとも一部分に対して軸方向に延びる。さらに、歯車本体１２は、歯車本体１２の外面１４と内面１６の間で流体を連通できるように働くことが可能な複数の開口または穴２４を定義し、それによって、スプライン２０と２２の間を潤滑させる手段をもたらす。

本発明は、上述した歯車部材１０を製造する方法も提供する。図２ａから２ｆは、好ましい方法の様々なステップを示し、本発明に従って修正された部分が図２ｂから２ｆに細線によって全体的に描かれている。図２ａは、たとえば、ＡＩＳＩ４６２０などの歯車部材１０の所望の冶金に適合する合金鋼から形成された焼鈍された棒鋼から好ましく切断されたスラグ２６を示す。スラグ２６は、好ましくはスラグ２６の重量および寸法が許容可能な誤差内に保たれるように機械加工される。スラグ２６は、図２ｂの形成プロセス中に金属の円滑な流れを可能にするためのリン酸塩被覆などの潤滑剤によって被覆される。スラグ２６は、成形プレスに配置され、図２ｂに示される歯車のブランク２８を成形するために逆押出しまたは後方押出しされる。当業者は、後方押出しプロセス中にスラグ２６がダイの中に置かれ、その後、ピンがスラグ２６に対して軸方向の大きな量の力を与え、そうすることでスラグ２６の中の金属がピンの周りで、およびダイに対して流れて、歯車のブランク２８を形成することを理解するであろう。この後方押出しプロセスは、歯車のブランク２８の中で密度の高い鍛流線を形成し、それによって材料強度を増加させる。歯車のブランク２８は、ウェブ部３０によって閉じた一端を有する全体的に管形状である。図２ｃに移ると、歯車のブランク２８は、ウェブ部３０に穴を開け、またはそうでなければ分離して、歯車のブランク２８Ａを形成するためにプレスに置かれる。次いで歯車のブランク２８Ａは、図２ｂの後方押出しプロセス中に生成される残留内部応力を軽減し、さらなる冷間加工プロセスに対して歯車のブランク２８Ａを前処理するために焼鈍される。さらに、歯車のブランク２８Ａは、図２ｄの成形プロセス中に金属の円滑な流れを可能にするためにリン酸塩被覆などの潤滑剤によって被覆できる。

次に図２ｄを参照すると、冷間押出しによって歯車のブランク２８Ａから成形された歯車部材１０が示されている。この成形プロセス中に、ギア歯１８が歯車本体１２の外面１４に形成され、スプライン２０が歯車本体１２の内面１６に形成される。冷間押出しプロセスは、ネット成形された特徴を有するギア歯１８およびスプライン２０を形成し、そうすることで仕上げ加工された歯の輪郭および表面仕上げを有するギア歯１８およびスプライン２０を提供するためにホーニング、バニシング、研削、またはラップ仕上げなどの仕上げの機械加工をほとんどまたは全く必要としない。さらに、冷間押出しプロセスの機械的な冷間加工によって生じる、ギア歯１８およびスプライン２０の根元付近の密度の高い鍛流線は、ギア歯１８およびスプライン２０の強度を増加させる傾向になる。

図２ｅに示されるように、歯車本体１２の外面１４は、所望されるように輪郭を付けられ、または構成される。ギア本体１２は、研削、旋削などの当分野で周知の任意のプロセスを使用して輪郭を付けられることが可能である。さらに、歯車本体１２の端部２１が、歯車本体１２の仕上げの長さに真直ぐにそろえられる。輪郭を付けることに続いて、図２ｆに示されるようなスプライン２２が歯車本体１２の外面１４に形成される。好ましい実施形態でのスプライン２２は、ブローチ加工によって形成される。しかし、当業者は、特許請求の範囲に記載された範囲内に留まりながら、スプライン２２を形成するその他の方法を理解するであろう。さらに、図２ｆに示されるように、穴２４が、ドリル加工または当分野で周知の穴を形成する別のプロセスによって歯車本体１２内に形成される。好ましい実施形態では、次いで歯車部材１０は０．３０ｍｍと０．４３ｍｍの間の硬化層深さ、およびロックウェルＣスケールで３２と４４の間の芯部硬度（ｃｏｒｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ）を生成する浸炭窒化プロセスを使用して熱処理される。

冷間押出しなどのネット成形プロセスによってギア歯１８およびスプライン２０を形成することによって、歯車部材１０のトルク伝達容量（ｔｏｒｑｕｅ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ）は、ギア歯１８およびスプライン２０を形成する金属内での向上された鍛流線により増加させることができる。さらに、切断および仕上げの機械加工作業から生じる、残留する切断工具の跡または凹凸を無くし、それによってギア歯１８およびスプライン２０内での応力集中部を減少させることができる。

本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明してきたが、本発明に関連する分野に精通した者は、添付の特許請求の範囲の範囲内にある本発明を実施するための様々な別の設計および実施形態を理解するであろう。

本発明と一致し、本発明の方法によって形成された自動的にシフト可能な車両の動力伝達装置用のネット成形された入力太陽歯車部材の斜視図である。 図２ａは、図１のネット成形された入力太陽歯車部材を形成するのに使用されるスラグの断面側面図である。

図２ｂは、逆押出しまたは後方押出しプロセスによって図２ａのスラグから形成された歯車のブランクの断面側面図である。
図２ｃは、後方押出しプロセス中に形成されたウェブの除去後の図２ｂ歯車のブランクの断面側面図である。

図２ｄは、図２ｃのブランクからの、複数の径方向外側に延びるギア歯、および複数の径方向内側に延びるスプラインの形成後の図１のネット成形された入力太陽歯車部材の断面側面図である。

図２ｅは、輪郭削り後の、図２ｄのネット成形された入力太陽歯車部材の断面側面図である。
図２ｆは、複数の径方向外側に延びるスプラインおよび複数の開口または穴の形成後の、図２ｅのネット成形された入力太陽歯車部材の断面側面図である。

符号の説明

１０ 歯車部材
１２ 歯車本体
１４ 外面
１６ 内面
１８ ギア歯
２０ スプライン
２１ 端部
２２ スプライン
２４ 穴
２６ スラグ
２８ ブランク
２８Ａ ブランク
３０ ウェブ部

Claims (20)

1. ネット成形された歯車部材であって、
   複数の径方向外側に延びるギア歯がその上に形成された全体的に円筒形の外面を有する歯車本体と、
   前記全体的に円筒形の外面に対してほぼ同軸に配置された内面であって、前記内面が前記歯車本体の少なくとも一部分に対して延びる内面と、
   前記内面の少なくとも一部分の上に形成された、複数の径方向に内側に延びるスプラインとを備え、
   前記複数の径方向外側に延びるギア歯のうちの少なくとも１つ、および前記複数の径方向内側に延びるスプラインのうちの少なくとも１つが冷間押出しされ、それによって、前記ネット成形された歯車部材を生産するのに必要な機械加工ステップを削減する歯車部材。
2. 前記複数の径方向外側に延びるギア歯に軸方向に隣接して、前記全体的に円筒形の外面の少なくとも一部分の上に形成された複数の径方向外側に延びるスプラインをさらに備える、請求項１に記載の歯車部材。
3. 前記外側に延びる歯が螺旋形状であり、前記歯車本体が鋼から形成され、自動的にシフト可能な車両の動力伝達装置用の入力太陽歯車として使用するのに十分なように構成される、請求項１に記載の歯車部材。
4. 前記歯車本体が、前記内面と前記全体的に円筒形の外面の間で流体を連通させるように働くことができる少なくとも１つの穴を定義する、請求項１に記載の歯車部材。
5. 前記歯車本体が硬化層深さを有し、前記歯車本体が３２と４４の間のロックウェルＣの芯部硬度を有するように、前記歯車本体が熱処理される、請求項１に記載の歯車部材。
6. 前記複数の径方向外側に延びるスプラインがブローチ加工される、請求項２に記載の歯車部材。
7. 歯車部材を形成する方法であって、
   全体的に円筒形のスラグの逆押出しによって全体的に管状のブランクを形成するステップであって、前記全体的に管状のブランクが内面および外面を有するステップと、
   前記歯車部材を形成するために、冷間押出しによって前記外面の少なくとも一部分の上に複数の径方向外側に延びるギア歯を形成するステップとを含む方法。
8. 前記複数の径方向外側に延びるギア歯を形成する前に、前記全体的に管状のブランクを焼鈍するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 冷間押出しによって、前記内面の少なくとも一部分の上に複数の径方向内側に延びるスプラインを形成するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記全体的に管状のブランクを形成する前に、潤滑剤によって前記全体的に円筒形のスラグを被覆するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
11. 前記複数の径方向外側に延びるギア歯を形成する前に、潤滑剤によって前記全体的に管状のブランクを被覆するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
12. 前記外面の少なくとも一部分の上に複数の径方向外側に延びるスプラインを形成するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
13. 前記内面と前記外面の間で流体を連通させるように働くことができる少なくとも１つの穴を形成するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
14. 前記複数の径方向外側に延びるスプラインを形成する前に、前記外面に輪郭を付けるステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記歯車部材の少なくとも一部分を熱処理するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
16. 自動的にシフト可能な車両の動力伝達装置用の入力太陽歯車部材を形成する方法であって、
    全体的に円筒形のスラグの逆押出しによって全体的に管状のブランクを形成するステップであって、前記全体的に管状のブランクが内面および外面を有するステップと、
    前記全体的に管状のブランクを焼鈍するステップと、
    冷間押出しによって、前記内面の少なくとも一部分の上に複数の径方向内側に延びるスプラインを形成するステップと、
    前記入力太陽歯車部材を形成するために、冷間押出しによって前記外面の少なくとも一部分の上に複数の径方向外側に延びるギア歯を形成するステップとを含む方法。
17. 前記全体的に管状のブランクを形成する前にリン酸塩ベースの被覆によって前記全体的に円筒形のスラグを被覆するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記複数の径方向外側に延びるギア歯を形成する前に、リン酸塩ベースの被覆によって前記全体的に管状のブランクを被覆するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
19. ブローチ加工によって、前記外面の少なくとも一部分の上に複数の径方向外側に延びるスプラインを形成するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記入力太陽歯車部材の少なくとも一部分を熱処理するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。

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