特開 2024-135501 歯車素材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024135501

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】歯車素材

(51)【国際特許分類】

   B21K 1/30 20060101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

B21K1/30 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023046218

(22)【出願日】2023-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】391037799

【氏名又は名称】株式会社ゴーシュー

(74)【代理人】

【識別番号】100141586

【弁理士】

【氏名又は名称】沖中 仁

(74)【代理人】

【識別番号】100102211

【弁理士】

【氏名又は名称】森 治

(72)【発明者】

【氏名】瀧戸 一晶

(72)【発明者】

【氏名】田崎 賢児

(72)【発明者】

【氏名】田中 亮

(72)【発明者】

【氏名】津田 卓児

【テーマコード（参考）】

4E087

【Ｆターム（参考）】

4E087AA10

4E087CA26

4E087CB03

4E087HA02

4E087HA04

(57)【要約】

【課題】小モジュールの２段歯車を冷間鍛造により、低コストで製造することができるようにした歯車素材を提供すること。
【解決手段】２段歯車を製造するための歯車素材であって、冷間鍛造により成形された、外径φ２０～３０ｍｍ、厚さ５～１０ｍｍの第一の円柱部１と、それより直径の小さい外径φ２０～３０ｍｍ、厚さ５～１０ｍｍの第二の円柱部２と、第一の円柱部１及び第二の円柱部２の外周面に形成されたモジュールが０．２～１．０の歯形３１、３２と、その両端面に形成された窪み形状の軸穴４１、４２とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外径φ２０～３０ｍｍ、厚さ５～１０ｍｍの第一のリング部と、それより直径の小さい外径φ２０～３０ｍｍ、厚さ５～１０ｍｍの第二のリング部とが、中心軸を同一にして一体となり、かつ、第一のリング部及び第二のリング部の外周面に、歯形が形成されてなる２段歯車を製造するための歯車素材であって、前記歯車素材が、冷間鍛造により成形された、外径φ２０～３０ｍｍ、厚さ５～１０ｍｍの第一の円柱部と、それより直径の小さい外径φ２０～３０ｍｍ、厚さ５～１０ｍｍの第二の円柱部と、第一の円柱部及び第二の円柱部の外周面に形成された歯形とを備えてなることを特徴とする歯車素材。

【請求項2】

前記歯車素材は、その両端面に形成された窪み形状の軸穴を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の歯車素材。

【請求項3】

前記歯形のモジュールが、０．２～１．０であることを特徴とする請求項１又は２に記載の歯車素材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、歯車素材に関し、特に、小モジュールの２段歯車を製造するための歯車素材に関するものである。

【背景技術】

【0002】

外周面に歯形を形成してなる歯車を成形するに当たっては、ホブ盤、シェービング盤などの切削加工装置による切削加工を繰り返して行うのが一般的である。しかしながら、小モジュール（本明細書において、１．０以下のモジュールを、「小モジュール」という。）になると、ホブ加工用の特殊な工具の製作が必要となるため、通常、ギヤシェーパによる切削加工が用いられるが、この場合、サイクルタイムが長くなり、コスト高になるという問題があった。

【0003】

また、小モジュールの２段歯車を製造する場合、小さい直径（大径）の歯形を加工する際に、工具が、大きい直径（大径）の歯形に干渉するため、ホブ加工が難しく、そこで、異なった直径（大径）の歯形を持つ歯車を別々に製作し、後からすき間嵌めや中間嵌めにより嵌合する方法が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。

【0004】

一方、最近、歯車の製造工程の合理化を図るために、粗加工に冷間鍛造方法を採用することが試みられている。冷間鍛造により歯車を成形するには、ダイスの内部に素材を配置し、その軸方向の両側からパンチとダイスリーブにより加圧する。そして、ダイスの内部に形成した成形面の形状を素材の外周面に転写して歯車の成形を行う方法が採用されている（例えば、特許文献２参照。）。

【0005】

しかしながら、小モジュールの２段歯車を同時に成形しようとすると、モジュールが大きい歯車を成形する場合に比べて、成形金型内に材料が充満しやすく、これにより、材料が軸方向に流れるため、歯面にキズが発生したり、分割面にバリが発生したりすることが多いという問題があった。
さらに、２段歯車の１段のみを冷間鍛造で成形する場合は、大きい直径（大径）の歯形の成形に限られ、小さい直径（大径）の歯形はギヤシェーパなどの加工方法で加工する必要があり、著しく生産性が低下し、コスト高になるという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２１－１６２０３６号公報

【特許文献2】特開平５－１５４５９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、小モジュールの２段歯車の成形に係る従来の問題点に鑑みてなされたもので、小モジュールの２段歯車を冷間鍛造により、低コストで製造することができるようにした歯車素材を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明の歯車素材は、外径φ２０～３０ｍｍ、厚さ５～１０ｍｍの第一のリング部と、それより直径の小さい外径φ２０～３０ｍｍ、厚さ５～１０ｍｍの第二のリング部とが、中心軸を同一にして一体となり、かつ、第一のリング部及び第二のリング部の外周面に、歯形が形成されてなる２段歯車を製造するための歯車素材であ
って、前記歯車素材が、冷間鍛造により成形された、外径φ２０～３０ｍｍ、厚さ５～１０ｍｍの第一の円柱部と、それより直径の小さい外径φ２０～３０ｍｍ、厚さ５～１０ｍｍの第二の円柱部と、第一の円柱部及び第二の円柱部の外周面に形成された歯形とを備えてなることを特徴とする。

【0009】

この場合において、前記歯車素材は、その両端面に形成された窪み形状の軸穴を備えてなることができる。

【0010】

また、前記歯形のモジュールが、０．２～１．０であることができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明の歯車素材によれば、２段歯車のための歯車素材を、一工程の冷間鍛造により製造することができ、小モジュールの２段歯車を低コストで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の歯車素材の製造に用いるビレットの一例を示す説明図である。

【図2】本発明の歯車素材の製造工程の説明図である。

【図3】本発明の歯車素材の製造工程の説明図である。

【図4】本発明の歯車素材の製造工程の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の歯車素材の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

【0014】

図１に、本発明の歯車素材に用いるビレットの一例を示す。
歯車素材Ｍは、歯車素材外径φ２０～３０ｍｍ、厚さ５～１０ｍｍの第一のリング部と、それより直径の小さい外径φ２０～３０ｍｍ、厚さ５～１０ｍｍの第二のリング部とが、中心軸を同一にして一体となり、かつ、第一のリング部及び第二のリング部の外周面に、スパー又はヘリカル歯形が形成されてなる２段歯車を製造するための歯車素材Ｍであって、冷間鍛造により成形された、外径φ２０～３０ｍｍ、厚さ５～１０ｍｍの第一の円柱部１と、それより直径の小さい外径φ２０～３０ｍｍ、厚さ５～１０ｍｍの第二の円柱部２と、第一の円柱部１及び第二の円柱部２の外周面に形成されたモジュールが０．２～１．０のスパー又はヘリカル歯形３１、３２と、その両端面に形成された窪み形状の軸穴４１、４２とを備えてなるようにしている。

【0015】

この歯車素材Ｍは、例えば、第一の円柱部１は、厚さＨ１：５．８ｍｍ、第一の円柱部１に形成された歯形３１は、大径Ｄ１１：φ２４．５ｍｍ、小径Ｄ１２：φ２３．０ｍｍ、歯数：７９、モジュール：０．３、第一の円柱部１の端面に形成された窪み形状の軸穴４１は、径Ｄ４１：φ１１．０ｍｍ、深さＨ４１：１．５ｍｍであり、第二の円柱部２は、厚さＨ２：６．７ｍｍ、第二の円柱部２に形成された歯形３２は、大径Ｄ２１：φ２３．３ｍｍ、小径Ｄ２２：φ２１．５ｍｍ、歯数：７４、モジュール：０．３、第二の円柱部２の端面に形成された窪み形状の軸穴４２は、径Ｄ４２：φ１１．０ｍｍ、深さＨ４２：３．５ｍｍである。

【0016】

歯車素材Ｍは、歯形３１、３２に生成したバリを切除したり、軸穴４１、４２を貫通させたりする等の適宜の簡易な機械加工を施すことで、歯車素材外径φ２０～３０ｍｍ、厚さ５～１０ｍｍの第一のリング部と、それより直径の小さい外径φ２０～３０ｍｍ、厚さ５～１０ｍｍの第二のリング部とが、中心軸を同一にして一体となり、かつ、第一のリング部及び第二のリング部の外周面に、スパー又はヘリカル歯形が形成されてなる２段歯車を製造することができる。

【0017】

歯車素材Ｍを製造するために用いるビレットＢは、歯車素材Ｍの第二の円柱部２の歯形３２の小径Ｄ２２よりも小さい直径Ｄを有する円柱形状のビレットＢを用いるようにしている。

【0018】

このビレットＢは、例えば、直径Ｄ：φ２１．７ｍｍ、高さＨ：１４．０ｍｍの円柱形状である。

【0019】

図２に、この歯車素材Ｍの製造工程の第一の例を示す。
図２（ａ）に示すように、円柱形状のビレットＢを中央に挿入して、冷間鍛造により成形を行う成形金型は、ビレットＢの軸方向における一方の端面である第一の端面１１を加圧するためのパンチ加圧面を有するパンチ２００と、ビレットＢの外周面に歯形３１を形成するための外周成形面を有する第一のダイス１００と、ビレットＢの外周面に歯形３２を形成するための外周成形面を有する第二のダイス３００と、ビレットＢの軸方向における他方の端面である第二の端面１２を加圧するための対向加圧面を有するインサート４０２及びインサート４０２の中心に配置したダイピン４０１とを備えている。

【0020】

ここで、ビレットＢの直径Ｄは、歯車素材Ｍの第二の円柱部２の歯形３２の小径Ｄ２２よりも小さい直径Ｄ、すなわち、第二のダイス３００の小径よりも小さい直径を有する円柱形状のビレットＢを用いるようにする。
これにより、成形初期において、歯形との干渉による歯面のキズや歯車の段差部分のキズの発生を防止することができる（以下の実施例でも同様。）。

【0021】

この場合、予め冷間鍛造の成形開始時の成形金型内のビレットＢの位置を調整するとともに、必要に応じて、パンチ２００の直径及び突起形状、ダイピン４０１の突起形状等を適宜設定することで、図２（ｂ）に示すように、冷間鍛造時の歯形３１、３２の成形中に、第一の円柱部１と第二の円柱部２との境界域における軸方向の材料の流れを無くす、すなわち、第一のダイス１００と第二のダイス３００の間で、材料が流動せず、径方向に張り出す成形のみが行われるようにする。

【0022】

本実施例の成形金型は、冷間鍛造の成形時は、ダイピン４０１及びインサート４０２は移動せず、パンチ２００のみが下降するシンプルな構造としている。

【0023】

成形後、パンチ２００は上昇し、その後、ダイピン４０１が上昇して、図２（ｃ）に示す歯車素材Ｍが成形金型内から排出される。

【0024】

ここで、パンチ２００の突起形状及び（／又は）ダイピン４０１の突起形状を無くすことで、図２（ｄ）に示す、端面に窪み形状の軸穴４１、４２とを備えない、端面が平面形状の歯車素材Ｍを成形することができる（以下の実施例でも同様。）。

【0025】

図３に、この歯車素材Ｍの製造工程の第二の例を示す。
図３（ａ）に示すように、円柱形状のビレットＢを中央に挿入して、冷間鍛造により成形を行う成形金型は、ビレットＢを中央に挿入するようにし、ビレットＢの外周面に歯形３２を形成するための外周成形面を有する下ダイス３０１と、下降することで下ダイス３０１とで閉塞状態を作るようにし、ビレットＢの外周面に歯形３１を形成するための外周成形面を有する上ダイス１０１と、ビレットＢの軸方向における一方の端面である第一の端面１１を加圧するためのパンチ加圧面を有するパンチ２０１と、ビレットＢの軸方向における他方の端面である第二の端面１２を加圧するための対向加圧面を有するインサート４０４及びインサート４０４の中心に配置したダイピン４０３とを備えている。

【0026】

この場合、予め冷間鍛造の成形開始時の成形金型内のビレットＢの位置を調整するとと
もに、必要に応じて、パンチ２０１の直径及び突起形状、ダイピン４０３の突起形状等を適宜設定することで、図３（ｂ）～（ｃ）に示すように、冷間鍛造時の歯形３１、３２の成形中に、第一の円柱部１と第二の円柱部２との境界域における軸方向の材料の流れを無くす、すなわち、上ダイス１０１と下ダイス３０１の間で、材料が流動せず、径方向に張り出す成形のみが行われるようにする。

【0027】

本実施例の成形金型は、冷間鍛造の成形時は、図３（ａ）～（ｂ）に示すように、下ダイス３０１、ダイピン４０３及びインサート４０４は移動せず、上ダイス１０１が先に下降して閉塞状態を作った後、図３（ｂ）～（ｃ）に示すように、パンチ２０１が下降する構造としている。

【0028】

成形後、パンチ２０１は、歯車素材Ｍを上ダイス１０１から押し出しながら上ダイス１０１と共に上昇し、その後、ダイピン４０３が上昇して、図３（ｄ）に示す、例えば、ヘリカル歯形を備えた歯車素材Ｍが成形金型内から排出される。

【0029】

図４に、この歯車素材Ｍの製造工程の第三の例を示す。
本実施例は、歯車素材Ｍの歯形３１、３２の歯先を構成する材料の充満が不足する場合に、成形金型を一連の工程の中で部分的に動かして、材料を充満させることができるようにしたものである。
図４（ａ）に示すように、円柱形状のビレットＢを中央に挿入して、冷間鍛造により成形を行う成形金型は、ビレットＢの軸方向における一方の端面である第一の端面１１を加圧するためのパンチ加圧面を有するパンチスリーブ２０２と、パンチスリーブ２０２の中心に配置したパンチピン２０３と、ビレットＢの外周面に歯形３１を形成するための外周成形面を有する第一のダイス１０３と、ビレットＢの外周面に歯形３２を形成するための外周成形面を有する第二のダイス３０３と、ビレットＢの軸方向における他方の端面である第二の端面１２を加圧するための対向加圧面を有するダイスリーブ４０６及びダイスリーブ４０６の中心に配置したダイピン４０５とを備えている。

【0030】

この場合、予め冷間鍛造の成形開始時の成形金型内のビレットＢの位置を調整するとともに、必要に応じて、パンチピン２０３の突起形状や挿入深さ、ダイピン４０５の突起形状や挿入深さ等を適宜設定することで、図４（ｂ）に示すように、冷間鍛造時の歯形３１、３２の成形中に、第一の円柱部１と第二の円柱部２との境界域における軸方向の材料の流れを無くす、すなわち、第一のダイス１０３と第二のダイス３０３の間で、材料が流動せず、径方向に張り出す成形のみが行われるようにする。
そして、歯車素材Ｍの歯形３１、３２の歯先を構成する材料が充満しない場合は、分流鍛造の原理を適用し、図４（ｃ）に示すように、成形途中で、パンチピン２０３及び／又はダイピン４０５を動かし、材料の無い空間を作ることにより、その空間に材料が流動し、歯車素材Ｍの歯形３１、３２の歯先を構成する材料を充満させることができる。

【0031】

成形後、パンチスリーブ２０２及びパンチピン２０３は上昇し、その後、ダイスリーブ４０６が上昇して、図４（ｄ）に示す、歯車素材Ｍが成形金型内から排出される。

【0032】

以上、本発明の歯車素材について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

【産業上の利用可能性】

【0033】

本発明の歯車素材は、小モジュールの２段歯車を冷間鍛造により、低コストで製造することができることから、小モジュールの２段歯車を製造する用途に広く用いることができる。

【符号の説明】

【0034】

Ｂ ビレット
Ｍ 歯車素材
１ 第一の円柱部
２ 第二の円柱部
３１ 歯形
３２ 歯形
４１ 軸穴
４２ 軸穴

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】