JPH02217656A - フランジ付歯車及びその鍛造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は歯車及びその回転鍛造方法に関する。

「従来の技術Ｊ 従来の歯車は円板状の本体部から歯が単独で突出して形
成されているものであり、フランジと一体となった歯車
はなかった。

［発明が解決しようとする課題」 しかしながら、単独で突出した歯では、動力伝達時に歯
元に生ずる曲げ応力を歯自体で耐えなければなならず、
モジュールの小さい歯車では強度が不足することがあっ
た。

また、歯の強度を向上させるため、フランジを付けるこ
とが考えられるが、かかるフランジ付歯車を切削加工に
より製造することは、工程が複雑になり、価格が大幅に
アップするという問題点が生ずる。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、そ
の目的とするところは、モジュールの小さい歯車でも高
負荷で使用できる強度の高い、寿命の長いｆ＆車を提供
することにある。また、その歯車を安価に製造すること
ができる鍛造方法を提供することにある。

「課題を解決するための手段ｊ 上記の目的を達成するため本発明では、歯車の側方の一
方において歯底から歯先に向けて延出したフランジがｆ
Ｊｉに連続して一体に形成されていることを特徴とする
フランジ付歯車が提供される。

また、その製造方法として、歯形が形成され上方が開口
したキャビティを構成する下金型と、端面に略円錐形状
をした加工面を有する上金型とを対向させ回転鍛造を行
うフランジ付歯車の鍛造方法であって、前記下金型のキ
ャビティ内に該キャビティの容積より大きな体積を有す
る素材を載置し、前記上金型を下金型の中心軸線に対し
て傾斜して旋回しながら加工面で上記素材を押圧し、素
材に半径方向への流れを与え素材をキャビティ内に充填
すると共に、余肉の部分を歯形の上に集めるようにし、
次いで、上金型の旋回中心点位置を前記下金型の中心軸
線に垂直な水平面内で移動し、歯形の上の全内部を旋回
しながら押圧することにより、歯形内に素材を充填する
と共に、上金型と下金型との最接近距離を所定値に規制
することにより板厚を規制して前記歯形内の素材に連続
してフランジを一体に形成するようにしたことを特徴と
するフランジ付歯車の鍛造方法が提供される。

「作用」 上記のように構成されたフランジ付歯車では、動力伝達
時に歯にかかる力の一部が、フランジにより支承される
。

また、上記の鍛造方法によれば、密閉鍛造ではなく回転
鍛造による逐次加工が行われる。上方が開口した歯形を
有する金型が用いられ、まず、材料が歯形の上に流れる
ように素材が塑性変形される６次いで、歯形内に材料が
充填するように素材が上方から逐次鍛圧される。上方が
開口した金型のキャビティから溢れた素材により、歯と
連続したフランジが一体に形成される。

「実施例」 本発明の実施例について図面を参照し説明する。

第１図は本発明に係るフランジ付歯車を示す斜視図であ
る。この歯車１は、歯２が単独で１１′径方向に突出し
ているのではなく、歯車の側方の一方において歯底２Ａ
から歯先２Ｂに向けて延出したフランジ３が歯２に３！
続して一体に形成されている。

このため、使用時に歯２に掛かる力の一部がフランジ３
により支承され、１に２の曲げ強さが強くなる。従って
、モジュールの小さい歯車でも高負荷で使用できる。フ
ランジ付歯車１を噛み合わせる際は、第２図に示す様に
、互いにフランジ３が反対位置になるように噛合させる
。

ここでは外歯車を示したが、内歯車であっても同様にフ
ランジを歯と一体に形成し、強度を高めることができる
。

次に、フランジ付歯車の製造方法について説明する。か
かる歯２とフランジ３が連続して一体となった歯車１は
切削加工では製造が困難である。

金型を用いた鍛造加工により製造される。

第３図はフランジ付歯車の鍛造に用いられる゛回転鍛造
機械のｆｉ械槽成を示すｔ＋７ｉ面図である０本体フレ
ーム１０は底板１０１．ベツド１０２．側板１０３．１
０４及び天井板１０５により一体に構成されている。ベ
ツド１０２にはラム１２が上下方向に摺動可能に案内さ
れ、ベツド１０２下方に配設されたクランク機１１３に
連結されている。

クランク機構１３はクランク軸１４に連結された４つの
連結腕１５，１６．１７．１８からなり、クランク軸１
４の回転に従ってラム１２が昇降される。ラム１２の側
部にはリニアスケールの検出部２０が固定されている。

その検出部２０に対向して、底板１０１に直立して設け
られたブラケット２２にリニアスケール２１が固定され
ている。

リニアスクール２０．２１はラム１２の昇降位置を検出
する検出器である。

ラム１２の上には下型台２４を介して下金型２５が固定
される。下金型２５内には被加工物である素材Ｗが載置
される。下金型２５と対をなして金型を構成する上金型
２６は、天井板１０５に固定された回転揺動部３０に取
付けられる。

回転揺動部３０について説明する。略中空円筒形状をし
た回転揺動部ケース体３１が本体フレーム１０の天井板
１０５に固定されている。主軸３２が天井板１０５に軸
受３３，３４により回転自在に支承され、その軸端部を
回転揺動部ケース体３１の中空部に突出させている。主
軸の軸端部には回転中心軸線ＣＬから偏心した円形孔３
２八が形成されている。主軸３２は図示しない主軸モー
タにより回転駆動される。

主軸３２の軸端面に対向して、第１の環体３５が回転Ｗ
１駆動ケース体３１に軸受３６により回転自在に支承さ
れている。第１の環体３５には上りング状ギヤ３７が嵌
着され一体に回転する。上リング状ギヤ３７は内外周に
内歯３７Ｂと外歯３７Ａが形成された環状の歯車であり
、外歯３７Ａが第１駆動歯車３８に噛合され、軸３９と
一体となった第１駆動歯車３８により回転駆動される。

方、主軸３２端面の偏心した円形孔３２Ａには上回転ギ
ヤ４１が回転自在に嵌挿され、上回転ギヤ４】の歯車４
１Ａの一部が上リング状ギヤ３７の内歯３７Ｂに噛合す
る。上回転ギヤ４１の端面には偏心した位置に球面座４
１Ｂが形成され、その球面座４１Ｂに工具ホルダ６０の
上線面形状部６０Ａが摺接する。工具ホルダ６０の上線
面形状部６０Ａはブツシュ４２により脱落しないように
保持されている。

ここで、主軸３２端面の偏心した円形孔３２Ａと上回転
ギヤ４１の偏心した球面座４１Ｂにより２重偏心機構が
構成されている。主軸３２の回転位置に対応して上リン
グ状ギヤ３７の回転位置を制御することにより、主軸３
２の回転中心軸線ＣＬに対する球面座４１Ｂの中心位置
、すなわち工具ホルダ６０の上線面形状部６０Ａの中心
位置が制御される。

回転揺動部ケース体３１の下方にも２ｍ偏心機横が組み
込まれている。すなわち、下駆動穴ギヤ５１が主軸３２
と同じ回転中心軸線ＣＬを中心に回転自在に回転揺動部
ケース体３１に支承されている。下駆動穴ギヤ５１は外
周に歯５１Ａが形成され、軸５３と一体となった第２駆
動歯車５２と噛合し回転駆動される。下駆動穴ギヤ５１
には偏心した内径面５　］、　Ｂが形成されており、そ
の偏心した内径面５１Ｂに下回転ギヤ５４が回転自在に
嵌挿されている。下回転ギヤ５４も偏心した内径面５４
Ｂを有している。下駆動穴ギヤ５１の上面には下リング
状ギヤ５５が回転自在に支承されている。下リング状ギ
ヤ５５は内外周に内歯５５Ｂと外歯５５Ａを有する環状
の歯車であり、外歯５５Ａが軸５７と一体となった第３
駆動歯車５６に噛合し回転駆動される。また、下リング
状ギヤ５５の内歯５５Ｂはその一部が下回転ギヤ５４の
歯５４Ａに噛合する。下回転ギヤ５４の偏心した内径面
５４［３には、工具ホルダ６０の子球面形状部６０Ｂが
摺接するようにされている。

ここで、下駆動穴ギヤ５１の内径面５１Ｂと下回転ギヤ
５４の内径面５４Ｂとで２重偏心ｖｉ搭を構成している
。下駆動穴ギヤ５１と下回転ギヤ５４の回動位置を第２
及び第３の駆動歯車５２５６により制御することにより
、工具ホルダ６０の子球面形状部６０Ｂの中心位置が制
御される。

機械構成の作動について説明する。主軸３２の回動位置
に対する上回転ギヤ４１の回動位置を変えることにより
、工具ホルダ６０の上線面形状部６０Ａの中心点の主軸
３２の中心軸線ＣＬに対する偏心量が変えられる。従っ
て、上回転ギヤ４１を回動して偏心量を決定した後、主
＠３２及び上回転ギヤ４１を一体に回転させることによ
り、工具ホルダ６０の上線面形状部６〇八はその偏心量
を維持して旋回駆動される。主軸３２の回転中に、上回
転ギヤ４１の回転位相を徐々に変えることにより、偏心
量を徐々に変化させ工具ホルダ６０の傾斜角を変化させ
ながら旋回することも可能である。

下側の２重偏心機構の動作も基本的には同じである。下
駆動大ギヤ５１及び下回転ギヤ５４の回動位置を変える
ことにより、工具ホルダ６０の下味面形状部６０Ｂの中
心点の水平面内での位置を任意に変えることができる。

従って、下味面形状部６０Ｂの中心を主軸３２の中心軸
線ＣＬに一致させて工具ホルダ６０の上線面形状部６０
Ａを旋回運動させることもできるし、下味面形状部６０
Ｂの中心を中心軸線ＣＬから偏心させた位置に保持し工
具ホルダ６０を旋回運動させることもできる。また、下
駆動大ギヤ５１及び下回転ギヤ５４を回転させることに
より、「球面形状部６０Ｂにら旋回運動をさせることが
できる。さらに、主軸３２の回転に同期して上回転ギヤ
４１．下回転ギヤ５４及び下駆動大ギヤ５１の３つのギ
ヤを回転させることにより、工具ホルダ６０に旋回運動
ではなく、一方向への揺動運動を起こさせることも可能
である。

すなわち、回転揺動部３０における上下の２ｍ偏心機構
により、工具ホルダ６０の上側球面形状部６０Ａの中心
点と下側球面形状部６０Ｂの中心点とは、それぞれ独立
に水平面内での位置を決めることができる。従って、主
軸３２．第１駆動歯車３８．第２駆動歯車５２及び第３
駆動歯車５６の回動を適当に制御することにより、第４
図（ａ）〜（ｆ）に例示するような、種々の動作モード
による加工を行うことができる。同図において、」二側
の曲線Ｐは上側球面形状部６０Ａの中心点の軌跡を、上
側の曲線Ｑは下側球面形状部６０Ｂの中心点の軌跡を示
している。

本回転鍛造機械では、主軸３２．第１．第２゜第３駆動
歯車３８，５２．５６及びクランク軸１４はそれぞれサ
ーボモータにより駆動され、数値制御装置により制御さ
れる。工具ホルダ６０を所定の傾斜角度で旋回させなが
らラム１２を上昇し、上金型２６と下金型２５との間隔
を狭めて素材Ｗを押圧し回転鍛造加工を行う。

第５図は、上記の鍛造機械を用いたフランジ付歯車１の
鍛造方法を示す断面図である。

下金型２５は、位置決めプレート８０上にギヤダイ８１
が固定されて構成されている。ギヤダイ８１は内周上に
歯形８２が形成された孔を有し、ギヤダイ８１の内周」
−の歯形８２の面と位置決めプレー１−８０の上面とに
より、上方が開口されたキャビティ８３を構成している
。一方、工具ホルダ６０に取付けられ揺動回動される上
金型２６は、端面２６Ａが小さな傾斜の円錐形状に形成
されている。その円錐形状をした端面２６Ａは上金型２
６の加工面２６Ａをなし、その加工面２６Ａにより素材
Ｗを押圧し回転鍛造を行う。

鍛造方法について説明する。まず、第５図（ａ）に示す
様に、下金型２５のキャビティ８３内に素材Ｗを載置す
る。素材Ｗは円柱形状をなし、その体積はキャビティ８
３の容積より大きなものを用いる。素材Ｗの体積はフラ
ンジ３の寸法精度に関部するため厳しく管理されたもの
が用いられる。

次に、第５図（ｂ）に示す様に、上金型２６を下金型２
５の中心軸ｖＡＣＬに対して傾斜した状憩で旋回させな
がらラム１２を上昇させ、上金型２６の加工１ｆｆ１２
６Ａで素材Ｗを押圧する。このとき、たとえば第４図（
ａ＞に示す様な動作モードで工具ホルダ６０を運動させ
、素材Ｗに半径方向の流れを与えながら塑性変形し、素
材Ｗをキャビティ８３内、特に歯形８２内に充填すると
共に、余肉の部分８５をギヤダイ８１の歯形８２の上に
集めるようにする。このときの上金型２６の動作による
素材Ｗの流れは、半径方向への流れが主となるから、キ
ャビティ８３内の歯形８２の底には、充分に充填しきれ
ない欠肉部８６が生ずることがある。

次に、第５図（Ｃ）に示す様に、上金型２６の旋回中心
点位置を下金型２５の中心軸線ＣＬに垂直な水平面内で
移動し、ギヤダイ８１の歯形８２の上の余肉部８５を旋
回しながら押圧する。このとき、たとえば第４図（ｂ）
に示す様な動作モードで工具ホルダ６０を運動させ、工
具ホルダ６０の上側球面形状部６０Ａの中心点Ｐを主軸
３２により旋回しながら、下側球面形状部６０Ｂの中心
点Ｑを徐々に螺旋状に外周部に移動させることが行われ
る、この間、ラム１２は徐々に上昇させる。この結果、
余肉部８５は強く下方に押し込まれ、素材Ｗに軸方向（
下方向）の流れが与えられて、キャビティ８３の歯形８
２内に確実に素材Ｗが充填され、歯形８２の底の欠肉部
８６が消失する。

素材Ｗの体積はキャビティ８３の容積より大きくしであ
るから、素材Ｗの余肉部８５はギヤダイ８１の上に円板
状の部分、つまり、フランジ３として残る。ラム１２の
最終的な上昇位置をリニアスケール２０．２１により検
出し、上金型２６と下金型２５との最接近距離を所定値
に規制することにより、フランジ３の板厚及び直径が規
制される。このようにして、歯２に連続して一体に形成
されたフランジ３を有するフランジ付歯車１が鍛造され
る。

以上述べた実施例は外歯のフランジ付歯車１の製造方法
であるが、内歯の歯車についても同様な方法で鍛造する
ことができる。

第６図は内歯のフランジ付歯車の鍛造方法を示す断面図
である。下金型２５は、位置決めプレート９０の中央に
歯形を有する軸状のギヤダイ９１が嵌着され、さらに位
置決めプレート９０の上面に環状のリングダイ９２が固
定されて構成されている。ギヤダイ９１の外周上の歯形
９３とリングダイ９２の内周面と位置決めプレート９０
の上面とにより、上方が開口された環形状のキャビティ
９４を構成している。

ここでは、第６図（ａ）に示す様に、環形状をした素材
Ｗが用いられる。素材Ｗの体積はキャビティ９４より大
きくされる。そして、上金型２６を旋回しながら加工面
２６Ａで素材Ｗを押圧する。

最初は、環状の素材Ｗに中心方向への流れを与え材料を
中心のギヤダイ９１上部に集めるような動作モードで上
金型２６を旋回させ、次いで、歯形９３の上の余肉部を
旋回しながら押圧して、素材Ｗｔｔキャビティ９４内に
充填させる。次に、第６図（ｂ）に示すように、キャビ
ティ９４内からはみ出た素材Ｗをリングダイ９２の上面
にも延出さぜ、歯形９３に連続したフランジを一体に形
成する。

このようにして、第７図に示す様な、歯７２に連続して
一体に形成されたフランジ７３を有する内歯のフランジ
付歯車７１が鍛造される。

上記のように鍛造加工で製造されたフランジ付！Ｒ車１
．７１は、材料の繊維が本体部から歯２゜７２、フラン
ジ３，７３へ連続しているため、歯車の強度が特に強い
という利点がある。

「発明の効果」 本発明は、上記のように構成されフランジが歯に連続し
て形成されているから、歯車の強度が高いという効果が
ある。このため、歯車寿命が向上する。

また、上記の本発明方法によれば、連続した工程により
一つの素材から歯と連続したフランジを有する歯車を製
作することができるという効果がある。また、素材の流
れを考慮した鍛造方法であるから、比較的小さな加工力
で欠肉部を生じない鍛造加工が可能になり、材料の無駄
をなくすと共に生産性が向上し製造単価を低減すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図はフランジ付歯車
を示す斜視図、第２図は断面図、第３図は回転鍛造機械
を示す断面図、第４図は工具ホルダの動作モードを説明
する斜視図、第５図はフランジ付歯車の鍛造方法を説明
する断面図、第６図は内歯車の鍛造方法を説明する断面
図、第７図は内歯のフランジ付歯車を示す平面図及び断
面図である。 １３１．フランジ付歯車、　２９２．歯、　３．１．フ
ランジ、　１２．、、ラム、　２５　、、、下金型、２
６、、、上金型、　２６　Ａ　、、、加工面、　６０　
、、。 工具ホルダ、　８２　、、、歯形、　８３　、、、キャ
ビティ、　Ｗｌ、９素材、　ＣＬ、、中心軸線。 第 図 第 図 （ａ） （ｄ） 第 図 （ｂ） （Ｃ） （ｅ） （ｆ） 第 第

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　歯車の側方の一方において歯底から歯先に向けて延
   出したフランジが歯に連続して一体に形成されているこ
   とを特徴とするフランジ付歯車。 ２　歯形が形成され上方が開口したキャビティを構成す
   る下金型と、端面に略円錐形状をした加工面を有する上
   金型とを対向させ回転鍛造を行うフランジ付歯車の鍛造
   方法であって、 前記下金型のキャビティ内に該キャビティの容積より大
   きな体積を有する素材を載置し、 前記上金型を下金型の中心軸線に対して傾斜して旋回し
   ながら加工面で上記素材を押圧し、素材に半径方向への
   流れを与え素材をキャビティ内に充填すると共に、余肉
   の部分を歯形の上に集めるようにし、 次いで、上金型の旋回中心点位置を前記下金型の中心軸
   線に垂直な水平面内で移動し、歯形の上の余肉部を旋回
   しながら押圧することにより、歯形内に素材を充填する
   と共に、 上金型と下金型との最接近距離を所定値に規制すること
   により板厚を規制して前記歯形内の素材に連続してフラ
   ンジを一体に形成するようにしたことを特徴とするフラ
   ンジ付歯車の鍛造方法。