JPH05127B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、圧延成形された歯を有する金属リ
ングギア、並びにその製造方法に関するものであ
る。

［従来の技術］ 金属スプロケツト及びギアは様々な方法によつ
て製造されている。従つて金属ギアの製造には鋳
造した上に適切な仕上を施す方法、ホブ板等を使
用して金属ブランクから切削する方法、ダイスを
使用して板材から絞り加工により製造する方法、
或いは種々の圧延工具や方法を用いて冷間成形す
る等、各種の方法が用いられる。中でも、冷間圧
延により成形されたギアは、切削成形ギアと比較
して屑材が出ない、成形中の歯が均一な加工硬化
を維持できる、高精度かつ良好な表面仕上が得ら
れる等の利点を有している。

米国特許第3745851号は、平坦な円板から成形
された歯付ギア或いはスプロケツトを開示してい
るが、そこでは一対の回転成形工具の間で円板を
回転することにより、円板に周縁歯形を形成して
いる。円板及び一対の対置された成形工具は、す
べて平行な軸上で回転している。成形された歯
は、成形段階で円板の薄い本体より幾分厚くなる
が、利用できる材料の量と、歯の軸方向の厚さは
限定されたものになる。米国特許第4132098号は、
単一のギア成形ロールを用いた同様の冷間成形ギ
アの製造方法を示している。この方法では、成形
ロールはブランクの周縁に対して回転し、ブラン
ク内に歯形を冷間成形する。そこでは歯の表面を
広げるために、適当な厚さのギアブラングが用い
られている。

用途によつては、比較的薄い円板状本体に、そ
れよりずつと幅の広い軸方向の歯形を、その周縁
に設けたギアが望ましい場合がある。例えば、自
動車エンジンに用いられるスタート用リングギア
では、略平坦でかつ薄い円板状本体は、軽量性を
維持しつつ同様に必要なだけの強度と剛性を有
し、その周縁歯の軸方向の厚さが、本体部分の厚
さよりずつと大きいことが望ましい。そうしたギ
アは典型的には、鋳造、或いは鍛造加工により、
軸方向に広げられた周縁を有するようにまず形成
され、その後従来のギア切削装置を用いて周縁に
歯形を切削することにより製造される。しかしな
がら、このようにして得られたギアは上述した如
く、切削ギアに一般的に付随する欠点を有してい
る。

リングギアは又、金属円板を椀状に絞り加工
し、軸方向に延びた円筒状フランジを形成した後
で、フランジ外表面に歯形を成形することによつ
ても製造することができる。歯形は切削により、
或いは絞り加工による冷間成形によつても成形さ
れるが、後者は米国特許第3796085号に開示され
ている。歯は、公知の冷間圧延方法を使用して、
軸方向に伸延している外側の円筒フランジ内に、
冷間圧延成形してもよい。その方法では、１個
の、或いは複数のギア成形ローラは、フランジの
表面を横切つて軸方向に漸増的に進行した後に、
フランジ周方向の割出しが行なわれる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、円筒状の外側フランジがブラン
クから絞り加工されたり、別個の円筒状リングを
平坦な円板の外縁に溶接したものである場合に
は、本質的に強度上の限界があり、また製造のた
めのコストや時間が多くなる。更に、従来技術の
圧延成形方法を用いる場合には、円筒状フランジ
の内径は、それと同じ直径を有する溝或いはキー
の付いたマンドレル上に支持されるだけの寸法を
必要とする。加えて円筒状外側リング内に形成さ
れる歯形の厚さ、従つてその強度は限定されたも
のとなる。

従つて、公知の冷間成形方法によつて形成され
たギアの持つすべての長所を保持しつつ、なおか
つ従来の切削ギアに比肩し得る全体強度及び歯形
を有する冷間圧延ギアを提供できることが望まし
い。

［発明の概要］ 上記課題を解決するために、本発明は拡張され
た断面を有する外周縁部を備えた、計量の薄い金
属板から形成される冷間成形リングギアと、その
製造方法を提供するものである。ギア歯は回転工
具及びトランスバース歯圧延技術を用いて、外縁
部に冷間圧延される。

好ましい実施例の方法によれば、概して平坦な
円板の外周縁に径方向内側に開いているＵ字形の
溝が形成され、Ｕ字形の溝を囲む一方の脚は、円
板本体部と一体となつた径方向の伸延部より成
り、溝を囲む他方の脚は、径方向内側に伸延する
円形唇状部より成る。円板本体は軸方向にクラン
プされ、Ｕ字形の溝の径方向外側表面は露出す
る。Ｕ字形溝の一方の脚を形成する円形唇状部の
内側端部は、円筒状マンドレル上で支持され、ギ
ア歯は溝を囲む脚、及び円板本体に垂直方向に、
外側表面を横断して移動する圧延工具を用いて、
Ｕ字形溝の外側表面に冷間圧延される。

Ｕ字形溝の脚の外側表面は、冷間圧延段階を通
じて規制され、脚が圧延方向に広がるのを防いで
いる。脚の外側表面は、円板本体をクランプする
段階を通じて、同様のクランプ装置を用いて脚を
クランプすることにより規制されることが望まし
い。

ギア歯は公知の圧延技術を用いて、漸増的に圧
延される。特に冷間圧延工程は、圧延工具を漸増
的にＵ字形溝の外側表面を横切つて動かすことに
より各ギア歯形を形成すること、及び各歯形成段
階相互間に外側表面の円周方向に圧延工具を割出
しする工程より成る。

円板の外周縁を成形してＵ字形の溝を形成する
最初の工程も又、冷間圧延によつて行なわれるこ
とが望ましい。

本発明に係る冷間圧延方法によつて形成された
ギアは、概して平坦な円形状本体部を備えた金属
板を含んで成り、その周縁部は、折曲げられ平坦
な金属板本体部に沿つて、径方向内側に伸延し、
好ましくは概して均一な厚さを有するＵ字形断面
を備えた外周部を構成する。外周部の径方向外側
表面に冷間形成されたギア歯形は、それが形成さ
れる材料の厚さより大きい歯の深さを有し、その
表面を横切る軸方向の歯の幅は、金属板本体及び
唇状部の軸方向外側表面相互間の距離より大きい
という特徴を有している。

［実施例］ 特に第１図及び第２図を参照して、金属板１０
はスタンピング或いは他の方法により、概して平
坦な円形板１１に形成される。円形板１１は、１
２の部分で皿状に適切に窪ませることにより、板
の剛性を高め、或いは、最終製品としてのギアが
実装されるエンジンの仕様に寸法と形状を合致さ
せることができる。円形体１１は中心に軸穴１３
を有し、また特別に予め形成された外周縁１４を
有する。平坦な円形板の外縁は冷間形成作用でお
よそ180゜折返され、溝１５が形成される。溝１５
はＵ字形の断面を有し、径方向内側に即ち円形板
１１の中心に向けて開いている。Ｕ字形溝１５の
一方の脚１６は、円形板１１と一体になつた径方
向の伸延部より成り、他方の脚１７は、径方向内
側に伸延する円形唇状部１８より成る。Ｕ字形溝
１５の脚１６及び１７は、一体となつた外側表面
部２０によつて連結され、それらは概して均一な
厚さを有する断面を備えた溝を構成している。

予め形成されたＵ字形溝を有する円形板１１
は、クランプ締付具２１でクランプされ、続いて
行なわれる歯形形成工程に備えて堅固に支持、固
定される。円形板１１は、その皿状部１２を受け
るのに適当な凹み２４及び軸方向のねじ穴２５を
有する円形裏あて板２２に接して配置されてい
る。円形板本体部は、円形裏あて板２２の外部表
面２６により裏あて板２２に接して支持され、軸
穴１３を概して囲んでいる円形板の中央部は、凹
み２４の底に接して支持されている。クランプ板
２３は、円形板１１の他方の表面に接して設置さ
れ、クランプボルト２７で裏あて板２２に対し
て、円形板をクランプする。該ボルト２７はクラ
ンプ板２３内の貫通孔２８及び円形板内の穴１３
を軸方向に貫通して、裏あて板の軸方向のねじ穴
２５とねじ結合している。クランプ板２３は、円
形のクランプ外側表面３０を含んでなり、該表面
３０は裏あて板２２の円形裏あて表面２６と略同
じ直径を有し、間に円形板１１を堅固にクランプ
するために協動している。

クランプ板２３の内部の中央部３１にも又、適
切に凹みが設けられており、これによりクランプ
力が円形クランプ板及び円形裏あて板のそれぞれ
の表面３０及び２６の相互間に集中して働くよう
になつている。

クランプ板２３の外縁は、円筒状肩部３２及び
円形当接面３３を構成するように機械加工されて
いる。円筒状肩部３２の直径は、円形唇状部１８
の端によつて限定される円の直径と略同じ（又は
わずかに小さい）であり、これにより円筒状肩部
３２は、円形板１１がクランプ締付具２１内で堅
固にクランプされるとき、唇状部１８の縁を支持
するマンドレルとしての機能を果すようになつて
いる。円筒状肩部３２の軸方向の長さは、脚１６
及び１７の外側表面相互間の距離よりわずかに大
きく、これにより当接面３３が円形唇状部１８と
係合してそれを曲げることのないように、しかも
歯が次に述べる方法で形成されるとき、唇状部の
動き、及び脚１６及び１７の広がりを防ぐのに十
分に接近して配置されるよう円形板が堅固にクラ
ンプされるようになつている。

第２図に示すように、予め形成された円形板１
１がクランプ締付具２１内に堅固にクランプさ
れ、脚１１の円形唇状部１８が、円筒状肩部３２
上に支持された状態で、ギア歯はＵ字形溝１５の
外側表面部２０に冷間圧延される。ギア歯は第５
図に示す公知の構造及び機能を有する圧延工具３
４を用いて漸増的に圧延することが望ましい。公
知の方法では、一個の圧延工具３４又は一対の圧
延工具が、プラネタリー圧延ヘツド（図示されて
いない）上に設置されており外側表面２０と係合
し、貫通し、歯形の漸増部を形成している。円形
体１１は、漸増部形成工程相互間に、工具に対し
て円周上で割出され、漸増歯形形成のための次の
表面を対向させる。更に、クランプ締付具２１に
取り付けれた円形板の全体が、漸増歯形成と連続
的に圧延工具３４に関して軸方向に動かされる。
かくしてギア歯３５は、Ｕ字形溝１５の脚１６及
び１７に垂直方向（すなわち工具の軸に平行）に
圧延される。

次に第３図乃至第５図をも参照し、圧延工具３
４は仕上ギア歯の形状を正確に表出している加工
表面を有している。本製法には、可鍛性の材料の
仕様が不可欠なことは明らかであるし、圧延工具
３４は該材料を軸方向に広げ、それを溝１５内に
径方向に押しやるべく作用する。かくして歯３５
が形成されたあとのギアの最大外径は、円形板１
１の外径より小さくなる。その結果、歯３５は外
側のＵ字形溝１５を構成している部材の厚さより
実質的に大きい深さをもつて形成される。

先に述べたように、従来技術による製法におい
ては、歯形が形成された表面の下部を支えるため
に、圧延工具３４の歯形に幾分似た歯形を備えた
溝あるいはキーのついたマンドレルを使用する必
要があつた。本発明にかかる方法においては、溝
付き支持マンドレルの使用は不用であり、代わり
にギア歯が形成される表面は、クランプ板２３の
円筒状肩部３２上に円形唇状部１８が係合するこ
とにより支持されている。かくして、第５図に示
された仕上ギアの径方向の断面図に見るように、
脚１６及び１７の関にあるＵ字形溝１５の内側の
冷間形成部材は、概して波状の均一な形状を呈す
る。しかしながら、脚１６及び１７は、圧延工具
３４の径方向に加えられた力に対して堅固に支持
されているので、冷間成形された歯３５は、成形
の方向に広がつて拡張された端部３６を呈する。
かくして、仕上歯表面３７の幅は、円形体１１及
び円形唇状部１８の軸方向外部表面相互間の距離
（即ち、裏あて板２２の裏あて表面２６とクラン
プ板２３の当接面３３との間の距離）より幾分大
きくなる。

先に示したように、クランプ締付具２１内の円
形板１１の初期のクランプにおいては、脚１７の
外側表面と当接面３３との間に、わずかな隙間３
８（第２図ではわかりやすくするために拡大され
ている）が設けてある。一方第３図を参照する
と、歯形形成作業の結果として、この隙間はなく
なつている。かくして円筒状肩部３２及び当接面
３３はギア歯の冷間圧延の工程を通じて、脚１７
の円形唇状部１８を支持している。このことは同
心性の維持及びギアピツチ円直径の正確な制御を
可能にしている。

溝或いはキー付の支持マンドレルを使う必要性
がないことに加えて、特殊に形成されたＵ字形溝
１５におけるギア歯形の形成は、強度の大きい外
部ギアリムを提供することにもなる。更に特に第
３図を参照して、冷間圧延工程において部材が流
れるので、歯の深さ（歯の谷４０と山４１との間
の垂直方向の距離）は、歯が形成される外側表面
部２０を構成する材料の厚さより実質上幾分大き
くなる。上述したこれらの利点は、歯がキー付支
持マンドレル上で切削により形成されるギアでは
得ることができない。全般的に、本発明の方法
は、通常の方法では薄すぎて必要な強度と歯表面
形を有するギアを生産できないような材料の活用
を図るうえでも有効である。

本発明を実施する様々の方式が、発明とみなさ
れる主題を記載した請求の範囲内にあるものと考
えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかるギアが形成される円
形金属板の外周縁が形成された後であつて、ギア
歯が冷間圧延される前の状態における該金属板の
一部の軸方向図である。第２図は、第１図に示さ
れた円形板、及び歯を冷間圧延する前に円形板を
保持するためのクランプ締付具を付加的に示す径
方向の断面図である。第３図は、円形板の外周
縁、及びギア歯が形成された後のクランプ締付具
を示した部分断面図である。第４図は、歯が形成
されたあとのギアの外周縁の一部の軸方向図であ
る。第５図は、第４図と同様のギアの外周縁、及
びギア圧延工具の最終位置との関係を示した垂直
断面図である。 １１……円形板、１４……外周縁、１５……Ｕ
字形溝、１６，１７……脚、３５……歯。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 概して平坦な円形状の金属板からリングギア
   を製造する方法において、 (a) 上記金属板の外周縁に径方向内側に開いてい
   るＵ字形溝であつて、該溝を囲む一方の脚が該
   金属板と一体形成されて径方向に伸延した部分
   により構成され、他方の脚が径方向内側に伸延
   する円形唇状部により構成される溝を形成する
   工程と、 (b) 該Ｕ字形溝の径方向外側表面が露出するよう
   に該金属板を軸方向にクランプする工程と、 (c) 円筒形マンドレル上に、該円形唇状部を支持
   する工程と、 (d) 該Ｕ字形溝の外側表面内で、圧延工具を該溝
   を囲む脚に対して垂直方向に、上記外側表面を
   横切つて動かすことにより、ギア歯を冷間圧延
   する工程とを有するリングギアの製造方法。 ２ 上記溝を囲む脚が、圧延中に、圧延の方向に
   広がるのを防ぐために、該脚の外側表面を規制す
   る工程を含んでなることを特徴とする請求項１記
   載のリングギア製造方法。 ３ 上記規制工程が、該脚を該金属板でクランプ
   する工程を含んでなることを特徴とする請求項２
   記載のリングギア製造方法。 ４ 上記ギア歯が、漸増的に圧延されることを特
   徴とする請求項２記載のリングギア製造方法。 ５ 上記冷間圧延工程が、 (a) 圧延工具を上記表面を横切つて動かすことに
   より漸増的に各ギア歯形を形成する工程と、 (b) 漸増的形成工程相互間に、金属板の円周表面
   に沿つて圧延工具を割出しする工程とを含んで
   なることを特徴とする請求項２記載のリングギ
   ア製造方法。 ６ 上記Ｕ字形溝が冷間成形されることを特徴と
   する請求項１記載のリングギア製造方法。 ７ 概して平坦で円形状の金属板を有し、 該金属板の円形の周縁が、折返されて径方向内
   側に伸延する唇状部により、全体的に均一な厚さ
   を有する内側に開いたＵ字形断面を有する外周部
   が形成され、 さらに該外周部の径方向外側表面に冷間成形さ
   れたギア歯を有し、 谷径の部分において上記歯を支持する板状部材
   が、上記外周部を形成する材料の厚さに略等しい
   均一な厚さを有することを特徴とする冷間成形リ
   ングギア。 ８ 上記金属板の外周部が冷間成形されているこ
   とを特徴とする請求項７記載の冷間成形リングギ
   ア。 ９ 上記歯が圧延成形されていることを特徴とす
   る請求項７記載の冷間成形リングギア。