JP2015136736A - 鍛造と２段冷間押出しプロセスによる２段歯ギヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術における欠点を改善した新規な２段歯ギヤの製造方法を提案する。【解決手段】原料のインゴットから鍛造で２つのギヤ部位をもつギヤ材を製造し、その後に２段の冷間押出しでギヤ部位それぞれの外周縁面に歯を形成していくものであり、１段目の冷間押出しで相対的に小さい径のギヤ部位の外周縁面に歯を形成し、２段目の冷間押出しで相対的に大きい径のギヤ部位の外周縁面に歯をもつ形状とする。さらに、必要により焼きなまし、仕上げをして最終製品とする。【選択図】図１

Description

本発明は、鍛造と２段冷間押出しプロセスによる２段歯ギヤの製造方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｇｅａｒ ｗｉｔｈ ｄｏｕｂｌｅ ｔｅｅｔｈ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ ｆｏｒｇｉｎｇ ａｎｄ ｔｗｏ ｓｔａｇｅ ｃｏｌｄ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）に係り、より詳細には、２つのギヤ部位をもつギヤ材（ｇｅａｒ ｂｌａｎｋ）を製造する鍛造と、それに続いて相対的に小さい径のギヤ部位と大きい径のギヤ部位の外周縁面（ｏｕｔｅｒ ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｕｒｆａｃｅ）に歯を形成する２段冷間押出し（ｃｏｌｄ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）を行う新しい進歩した２段歯ギヤの製造方法に関するものである。

ここに提案する製造方法は、さらに焼きなまし（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）、ショットブラスト（ｓｈｏｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ）、リン酸塩被膜処理（ｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇ）、コンピューター制御機械加工（ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）、ホーニング加工（ｈｏｎｉｎｇ）またはボーリング加工（ｂｏｒｉｎｇ）など任意の追加工程を行って本発明が目的とする２段歯ギヤ製品とすることができる。

本発明の２段歯ギヤの製造方法は、従来の製造方法と異なり、小さい径のギヤ部位と大きい径のギヤ部位それぞれの外周縁面に冷間押出しで歯を形成させ、別途の歯の切削形成とホビング（ｈｏｂｂｉｎｇ）の工程を行わずに所望の２段構成ギヤとすることにある。

ラチェットギヤのようなギヤは、その円形面または外周縁面に特定寸法の歯を形成している。ラチェットギヤでは、別のギヤまたは動力伝達機構の歯止め（ｐａｗｌ）に対し、円形面で滑り、平坦面で噛合って作動することになる。

従来の工程では、ギヤの本体主要部を鋳造（ｃａｓｔｉｎｇ）した後、これに機械加工でシャフトの穴あけ（ｈｏｌｅ ｐｉｅｒｃｉｎｇ）、歯形状を作る切削（ｔｅｅｔｈ ｐａｔｔｅｒｎ ｃｕｔｔｉｎｇ）、ホビング（ｈｏｂｂｉｎｇ）などで構造的な形態を整えていた〔例えば、特許文献１参照〕。

このような従来の製造方法では、歯をホビングまたは切削して形成するので、原料鋼の廃棄分が多く、製作に要する時間が長く、最終製品において所望する構造的な強度が得られず、製品の使用寿命を短くしてしまうことが多い。特に、このようにして製造された製品は、摩滅抵抗が低く、自動車の動力伝達機構での使用時にノイズの発生、さらに損傷の可能性もあった。

特に、ラチェットギヤを含むギヤの製造工程では、所定の大きさに切削されたギヤ材が、部分的に鍛造、押出しされ、次いで切削、穴ぬき、インゴットの微細仕上げ、強度向上、歯形状の切削などを目的とした機械加工がなされる。機械加工により歯の製作を含んで特定形状に仕上げており、歯の一つ一つを切削またはホビングするのは、時間がかかり、関連自動車業界の要求、需要に応えるに不充分であった。

２段歯ギヤのギヤ材製造を１段で鍛造するのは、以下の理由から従来行われていなかった。
１）ギヤ材を商業的に製造する金型の製作が技術的に複雑である。
２）商業的に受け入れられる歯をもつギヤを製造する確固たる鍛造条件が確立されていない。
３）自動車部品として中央の穴や歯の形状など種々の異なった形状、大きさの部品が要求されることを考えると、ギヤ材を単一の規格化された商業的な鍛造プロセスで自動車部品として好ましい構造、形態で実現するのが難しいと考えられていた。

特開２００４−２３０４７７号公報

そこで、本発明の目的は、従来技術における欠点を改善した新規な２段歯ギヤの製造方法を提案することにある。

そこで、本発明は、２段歯ギヤの製造方法を提案することを目的にして、原料のインゴットから鍛造（ｆｏｒｇｉｎｇ）で２つのギヤ部位をもつギヤ材（ｇｅａｒ ｂｌａｎｋ）を製造し、その後に２段の冷間押出し（ｃｏｌｄ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）でギヤ部位それぞれの外周縁面に歯を形成し、さらに、焼きなまし、仕上げをして最終製品とすることにある。ここで、２段歯ギヤは、相対的に小さい径のギヤ部位と相対的に大きい径のギヤ部位それぞれの外周縁面に歯をもつ形状である。

本発明で重要な点は、小さい径のギヤ部位の外周縁面の歯と大きい径のギヤ部位の外周縁面の歯とを段階的な冷間押出しで形成して、別途の歯の形成とホビングなどの機械加工を行わないで２段歯ギヤとすることである。

本発明の２段歯ギヤ製造方法は、鍛造と２段の冷間押出しの必須工程の他に、最終製品としての仕上げのための追加工程を加えることができる。追加工程としては、焼きなまし（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）、ショットブラスト（ｓｈｏｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ）、リン酸塩被膜処理（ｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇ）、コンピューター制御機械加工（ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）、浸炭焼入れ（ｃａｓｅ ｃａｒｂｏｒｉｚａｔｉｏｎ）、ショットブラスト（ｓｈｏｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ）〔ハンガータイプ（Ｈａｎｇｅｒ ｔｙｐｅ）〕、ホーニング加工（ｈｏｎｉｎｇ）またはボーリング加工（ｂｏｒｉｎｇ）などがある。

小さい径のギヤ部位と大きい径のギヤ部位それぞれの外周縁面の歯を形成させたラチェットギヤは、本発明の２段歯ギヤ製造方法により製造できる。

本発明の製造方法による２段歯ギヤは、従来の方法により製造されたものに比べて、高強度、耐圧縮性、耐摩耗性、耐腐食性、耐熱性など構造的にも機能的にも優れており、自動車部品として使用するに適したものである。

２段歯ギヤの製造方法を説明する図であり、４つのステップに分けて図示している。 大きい径のギヤ部位と小さい径のギヤ部位それぞれの外周縁面に歯構造が形成された本発明の２段歯ギヤの好ましい実施形態の斜視図である。 歯のホビングと切削の工程をなくした本発明の２段歯ギヤ製造方法をステップで示している。

以下、本発明による２段歯ギヤの製造方法を、詳細に説明する。

本発明の２段歯ギヤの製造方法は、２つのギヤ部位をもつギヤ材（ｇｅａｒ ｂｌａｎｋ）を製造する鍛造（ｆｏｒｇｉｎｇ）工程と、その後に、それぞれのギヤ部位外周縁面に歯を形成する２段の冷間押出し（ｃｏｌｄ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）工程を行うことからなっている。そして、必要により焼きなまし、仕上げをして最終製品とする。

先ず、鉄鋼あるいは鉄合金である原料インゴットを熱間鍛造、温間鍛造または冷間鍛造で、共通の中心穴と中心軸を囲んで互いに径が異なる２つのギヤ部位をもつギヤ材を製造する。

鍛造には、特別の温度範囲はもちろん、最終製品の形態、構造的な強度、機能面などを考慮して特別の管理ファクターが必要である。すなわち、１）原料インゴットを鍛造（熱間鍛造、温間鍛造または冷間鍛造）する適切な条件、２）所望の鍛造製品を製造する金型の設計および選択、３）金型の製作技術、４）インゴット材料に合った鍛造条件、などを決める。

鍛造されたギヤ材は、ショットブラスト（ｓｈｏｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ）、リン酸塩被膜処理（ｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇ）の追加処理された後に、２段の冷間押出しを行う。

１段目の冷間押出しで相対的に小さい径のギヤ部位の外周縁面に歯を形成し、２段目の冷間押出しで相対的に大きい径のギヤ部位の外周縁面に歯を形成するが、通常これらを連続して行う。冷間押出し工程でギヤ本体と歯が形成される。小さい径のギヤ部位の外周縁面に形成される歯と大きい径のギヤ部位の外周縁面に形成される歯は、歯の寸法、歯の間隔および歯の形態で互いに同じであっても、または異なっていてもよい。

小さい径のギヤ部位に行う１段目の冷間押出しと、大きい径のギヤ部位に行う２段目の冷間押出しは、それぞれ冷間押出しプレスに密閉型金具を用い、その密閉型金具の形状、寸法、歯形態、表面形態が、目的により変えて製作される。

２段の冷間押出しにより、２段のギヤ部位それぞれの外周縁面に歯が形成され、別途の歯の形成、ホビングの機械加工を行わなくてよい。

２段の冷間押出しの後、２段歯をもつギヤ材は、コンピューター制御機械加工（ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）、浸炭焼入れ（ｃａｓｅ ｃａｒｂｏｒｉｚａｔｉｏｎ）、ショットブラスト（ｓｈｏｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ）〔ハンガータイプ（Ｈａｎｇｅｒ ｔｙｐｅ）〕、ホーニング加工（ｈｏｎｉｎｇ）またはボーリング加工（ｂｏｒｉｎｇ）の工程を任意に、段階的に行って仕上げされ、最終製品の２段歯ギヤとなる。

２つのギヤ部位に形成される２段歯は、代表的に平歯車（または直歯平歯車）または先端が切り落された直円錐形の傘歯車である。

本発明の２段歯ギヤ製造方法は、２段歯のラチェットギヤの製造に適している。

本発明が提案するギヤの製造方法に必須の工程、および任意に行う追加の工程は、代表的に次表に示すステップを行っていく。

以下、図面を参照して２段歯ギヤの製造方法を、工程を追って詳細に説明する。
原材料であるインゴット１を鍛造して、２つのギヤ部位３、４をもつギヤ片２を製造する。ここで、２つのギヤ部位３、４は、それぞれ外周縁面５、６を有している。
２つのギヤ部位３、４は、共通の中央穴７及び中心軸を囲んでいて、図では上に相対的に小さい径のギヤ部位３を、下に大きい径のギヤ部位４を描いている。

ギヤ片２は、インゴット１から冷間鍛造、温間鍛造、または熱間鍛造のいずれかの鍛造工程で製造されるが、好ましくは熱間鍛造で製造さる。鍛造されたギヤ片２は、ショットブラスト、リン酸塩被膜処理の追加処理を受け、冷間押出しプレスで冷間押出しされてギヤの外周縁面に歯構造を形成する。

先ず、１段目の冷間押出しで、小さい径のギヤ部位３に歯８が形成されてギヤ片１０となる。ギヤ片１０では、大きい径のギヤ部位４は歯が形成されていない元のままである。１段目の冷間押出しにより、小さい径のギヤ部位３に、別途の切削による歯の形成をなくすることができる。この小さい径のギヤ部位３での冷間押出しにより形成された歯８は、その個々の歯９が所望の形体、寸法にされる。

１段目の冷間押出しで得られたギヤ材１０は、２回目のリン酸塩被膜処理が行われ、２段目の冷間押出しで大きい径のギヤ部位４の外周縁面に歯１１が形成されてギヤ材１３となる。２段目の冷間押出しにより、大きい径のギヤ部位４に、別途の切削による歯の形成をなくすることができる。大きい径のギヤ部位４での冷間押出しにより形成された歯１１は、その個々の歯１２が所望の形体、寸法にされる。

２段冷間押出しで得られたギヤ材１３は、２段歯となっており、この後、コンピューター制御機械加工、浸炭焼入れ、ショットブラスト〔ハンガータイプ〕、およびホーニング加工またはボーリング加工が任意に段階的に行われ最終仕上げされる。

２段歯ギヤ１３における２つのギヤ部位３、４に形成される歯８、１１は、それぞれ歯の大きさ、形状、歯の数などの形態が同じでも、あるいは異なっていてもよい。これら歯の形態は、ギヤの種類、構造、使用目的などにより選ばれる。歯８、１１の形状は、平歯車（つまり、直歯平歯車）または先端が切り落された直円錐形の傘歯車などである。

図２には、図１に示した２段歯ギヤ１３の最終製品を示している。図３は、２段歯ギヤの製造方法を段階別に示している。ここで、必須のステップおよび付随的に行うステップは、連続して段階的に行っていく。

本発明による２段歯ギヤの製造方法の特徴は、次のようにまとめられる。
１）原料インゴットを熱間鍛造、温間鍛造または冷間鍛造して２つのギヤ部位、すなわち相対的に小さい径のギヤ部位と相対的に大きい径のギヤ部位、および中央穴をもつギヤ材を製造する。
２）相対的に小さい径のギヤ部位の外周縁面に１段目の冷間押出しで歯を形成し、次いで、相対的に大きい径のギヤ部位の外周縁面に２段の冷間押出しで歯を形成する。
３）小さい径のギヤ部位、大きい径のギヤ部位それぞれの外周縁面の歯は、２段の冷間押出しで形成され、切削形成で歯を形成する機械加工工程をなくする。

以上、本発明の２段歯ギヤの製造方法を、特定の実施形態を挙げて説明したが、本発明は、以上の説明に限定されることなく、本発明の技術的範囲で様々な改変ができることはいうまでもない。

１：（原材料）インゴット
２：鍛造工程後のギヤ片
３：（相対的に）小さい径のギヤ部位
４：（相対的に）大きい径のギヤ部位
５：（小さい径のギヤ部位の）外周縁面
６：（大きい径のギヤ部位の）外周縁面
７：中央の穴
８：（小さい径のギヤ部位の）歯
９：（小さい径のギヤ部位の）個々の歯
１０：１段目冷間押出し後のギヤ片
１１：（大きい径のギヤ部位の）歯
１２：（大きい径のギヤ部位の）個々の歯
１３：２段目冷間押出し後のギヤ片

Claims (9)

1. ２つのギヤ部位をもつギヤ材（ｇｅａｒ ｂｌａｎｋ）を製造する鍛造（ｆｏｒｇｉｎｇ）と、その後に前記ギヤ部位それぞれの外周縁面に歯を形成する２段の冷間押出し（ｃｏｌｄ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）を行い、さらに、最終製品として仕上げする追加工程を行う２段歯ギヤの製造方法であって、
   前記冷間押出しの１段目で、相対的に小さい径のギヤ部位の外周縁面に歯を形成し、
   前記冷間押出しの２段目で、相対的に大きい径のギヤ部位の外周縁面に歯を形成して、
   前記大きい径のギヤ部位と前記小さい径のギヤ部位それぞれの外周縁面の歯を、別途に切削形成する機械加工をなくすることを特徴とする２段歯ギヤの製造方法。
2. 原料インゴットを熱間鍛造、温間鍛造または冷間鍛造して、同じ中心穴と中心軸を囲んで、互いに径が異なる２つのギヤ部位をもつギヤ材を製造することを特徴とする請求項１に記載の２段歯ギヤの製造方法。
3. 前記大きい径のギヤ部位と前記小さい径のギヤ部位の歯が、２つの別々の２段冷間押出しで形成され、それらの歯が、歯の寸法、歯の間隔および歯の形態で互いに同じまたは異なることを特徴とする請求項１に記載の２段歯ギヤの製造方法。
4. 前記鍛造されたギヤ材は、ショットブラスト（ｓｈｏｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ）、リン酸塩被膜処理（ｐｈｏｓｐｈａｔｉｎｇ）の追加処理された後に、前記小さい径のギヤ部位の外周縁面に１段目の冷間押出しで歯を形成することを特徴とする請求項１に記載の２段歯ギヤの製造方法。
5. 前記１段目の冷間押出しで小さい径のギヤ部位の外周縁面に歯が形成されたギヤ材は、第２のリン酸塩被膜処理された後に、前記大きい径のギヤ部位の外周縁面に２段目の冷間押出しで歯を形成することを特徴とする請求項１に記載の２段歯ギヤの製造方法。
6. 鍛造工程の後に、別途の歯の形成、ホビングの機械加工を行わず、前記小さい径のギヤ部位と前記大きい径のギヤ部位それぞれの外周縁面に、２段の冷間押出しを段階的に行って歯を形成していくことを特徴とする請求項１に記載の２段歯ギヤの製造方法。
7. 前記２段の冷間押出しの後の２段歯をもつギヤ材は、コンピューター制御機械加工（ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）、浸炭焼入れ（ｃａｓｅ ｃａｒｂｏｒｉｚａｔｉｏｎ）、ショットブラスト（ｓｈｏｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ）〔ハンガータイプ（ｈａｎｇｅｒ ｔｙｐｅ）〕、およびホーニング加工（ｈｏｎｉｎｇ）またはボーリング加工（ｂｏｒｉｎｇ）を段階的に行って最終仕上げされることを特徴とする請求項１に記載の２段歯ギヤの製造方法。
8. 前記小さい径のギヤ部位に行う１段目の冷間押出しは、冷間押出しプレスに密閉型金具を用い、前記大きい径のギヤ部位に行う２段目の冷間押出しは、冷間押出しプレスに密閉型金具を用い、その密閉型金具の形状、寸法、歯形態、表面形態が、目的により変えて製作されることを特徴とする請求項１に記載の２段歯ギヤの製造方法。
9. ２つのギヤ部位に形成される２段歯は、平歯車（または直歯平歯車）または先端が切り落された直円錐形の傘歯車であることを特徴とする請求項１に記載の２段歯ギヤの製造方法。
   
   

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